机械厂总降压变电所工厂供电优秀课程设计.docx

第1章 任务书
1.1 设计题目
某机械厂总降压变电所电气设计
1.2 设计目标
（1）经过该厂变电所设计培养学生综合利用所学基础理论知识、基础技能和专业知识进行分析和处理实际问题能力。
（2）掌握中小型工厂供电系统设计计算和运行维护所必需基础理论和基础技能。
（3）掌握供配电设计基础标准和方法，深刻了解“安全、可靠、优质、经济”设计要求，为以后从事工厂供配电技术奠定一定基础。
1.3设计要求
（1）选择变电所主接线方案。
（2）确定变电所主变压器台数和设备容量、类型。
（3）选择高低压设备和进出线。
（4）选择整定继电保护装置。
1.4设计依据
（1）工厂负荷情况。
该厂铸造车间、电镀车间和锅炉属于二级负荷，其它为三级负荷。低压动力负荷为三相，额定电压为380V；电气照明为单相，额定电压为220V.
表格 1 工厂负荷情况
厂房编号
厂房名称
负荷类别
设备容量/kW
需用系数
功率因数
1
铸造车间
动力
300
0.3
0.7
照明
6
0.8
1.0
2
电镀车间
动力
250
0.5
0.8
照明
5
0.8
1.0
3
锅炉房
动力
50
0.7
0.8
照明
1
0.8
1.0
4
金工车间
动力
400
0.2
0.65
照明
10
0.8
1.0
5
机修车间
动力
160
0.2
0.65
照明
4
0.8
1.0
6
仓库
动力
20
0.4
0.8
照明
1
0.8
1.0
(2)供电电源情况。
1）由周围一条35KV公用电源干线取得工作电源，干线导线型号LGJ-185,等边三角形排列，线距1。5m，干线长度10km。干线首端断路器容量为200MVA。此断路器配置有定时限过流保护和点流速断保护，定时限过电流保护动作时间为1.7s。
为了满足工厂二级负荷要求，采取长度为20km35kV架空线路取得备用电源。
2）变电所最大负荷时功率因数不低于0.9；
3）其它资料（平面图、气象、地质水文等）略。
1.5 设计任务
（1）负荷计算和无功功率赔偿。（列出负荷计算表）
（2）主变压器台数、容量和类型选择。
（3）变电所主接线方案设计（绘图—3号图纸）。
（4）短路计算。
（5）变电所一次设备选择和校验。
（6）选择整定继电保护装置。
1.6 设计时间安排
（1）进行负荷计算，无功赔偿计算，搜集相关资料----1天
（2）电气系统接线设计，变压器选择--------------1天
（3）短路计算等相关计算--------------------------1天
（4）电气设备选择和校验--------------------------2天
（5）继电保护选择、整定计算----------------------1天
（6）绘制图表，完成设计汇报----------------------1天
1.7 设计汇报格式要求
（1）课程设计汇报封面有学院统一印制，文档用B5纸。
（2）课程设计汇报编排结构：
1）封面。2）序言。3）目录。4）任务书。5）负荷计算和无功功率赔偿。6）主变压器台数、容量和类型选择。7）变电所主接线方案设计。8）短路计算。9）变电所一次设备选择和校验。10）选择整定继电保护装置。11）防雷保护和接地装置设计。12）结束语。13）参考文件（书写格式）；【1】作者1作者2.书名。（版次）。出版地：出版社，出版年份14）附录（如元器件明细表等）。15）附图。画图用3号图纸。
（3）书写要求工整，图表要求规范。
第2章 负荷计算和无功功率赔偿.
2.1负荷计算
铸造车间
动力: =PeKd=3000.3=90kW
=tanΦ=91.8kvar
照明:=PeKd=60.8=4.8kW
=tanΦ=0
总计 =94.8 ,=91.8 ,==132.0kVA , ==200.5A
电镀车间
动力： =PeKd=2500.5=125kW
=tanΦ=93.8kvar
照明：=PeKd=50.8=4.0kW
=tanΦ=0
总计 =129.0 ,=91.8 ,==132.0kVA , ==200.5A

编号
名称
类别
设备容量
Pe/kW
需要系数
Kd
Cos Φ
tanΦ
计算负荷
Pc/kW
Qc/kvar
Sc/kVA
Ic/A
1
铸造车间
动力
300
0.3
0.7
1.02
90.0
91.8
——
——
照明
6
0.8
1.0
0
4.8
0
——
——
小计
306
——

94.8
91.8
132.0
200.5
2
电镀车间
动力
250
0.5
0.8
0.75
125.0
93.8
——
——
照明
5
0.8
1.0
0
4.0
0
——
——
小计
255
——

129.0
93.8
159.5
242.3
3
锅炉房
动力
50
0.7
0.8
0.75
35.0
26,3
——
——
照明
1
0.8
1
0
0.8
0
——
——
小计
51
——

35.8
26.3
44.4
67.4
4
金工车间
动力
400
0.2
0.65
1.17
80.0
93.6
——

照明
10
0.8
1.0
0
8.0
0
——
——
小计
410
——

88.0
93.6
128.5
195．2
5
机修车间
动力
160
0.2
0.65
1.17
32.0
37.4
——
——
照明
4
0.8
1.0
0
3.2
0
——
——
小计
164
——

35.2
37.4
51.4
78.1
6
仓库
动力
20
0.4
0.8
0.75
8
6.0
——
——
照明
1
0.8
1.0
0
0.8
0
——
——
小计
21
——

8.8
6.0
10.6
16.2
总计
动力
1180

391.6
348.9
____
____
照明
25

计入K∑p=0.9 K∑q=0.9
0.747

352.44
314.01
472.05
717.21

2.2 无功功率赔偿

(1) 由表可知，赔偿前变压器低压侧视在计算负荷为：
472.05KVA
则,变电所低压侧功率因数为：0.747
(2) 确定赔偿容量
现要求在高压侧不低于0.9，而赔偿在低压侧进行，所以我们考虑到变压器损耗，可设低压侧赔偿后功率因数为0.95来计算需要赔偿容量。
200.89kvar
(3) 赔偿后计算负荷和功率因数
低压侧计算负荷为：=370.15KVA

此时变压器损耗为：
5.55KW
22.20kvar
变电所10kv侧计算负荷为：
357.99KW
135.32KVAR
=382.71KVA
=0.015Sc=5.74KW
=0.06Sc=22.96kvar
变电所高压侧功率因数为：

符合任务书要求
项目
Cos Φ
计算负荷
Pc/kW
Qc/kvar
Sc/kVA
Ic/A
380V侧赔偿前负荷
0.747
352.44
314.01
472.05
717.21
380V侧无功赔偿容量

-200.89

380V赔偿后负荷
0.95
352.44
113.12
370.15
562.38
10KV变压器功率损耗

5.74
22.96

10KV侧负荷计算
0.93
357.99
135.32
382.71
22.10
35KV变压器功率损耗

5.74
22.96

35KV侧负荷计算
0.92
363.73
158.28
396.68
6.54

第3章 主变压器台数、容量和类型选择

3.1变电所主变压器选择
依据工厂负荷性质和电源情况，工厂变电所主变压器能够有下列两种方案：
（1）装设一台主变压器 ,型式采取S9，而容量依据选择，即=456.55~557.17KVA,选一台S9-630/35型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷备用电源，由和邻近单位相联高压联络线来负担。
（2）装设两台主变压器 型式也采取S9，每台容量按式SN·T≈（0.6～0.7）S30选择，即SN·T≈（0.6～0.7）×398kVA=(238.8~278.6)kVA
所以选两台S9-315/35型低损耗配电变压器。
主变压器联结组别均采取Yyn0。
两种主结线方案比较(1)
比较项目
装设一台主变方案
装设两台主变方案
技
术
指
标
供电安全性
满足要求
满足要求
供电可靠性
基础满足要求
满足要求
供电质量
因为一台主变，电压损耗略大
因为两台主变并列，电压损耗略小
灵活方便性
只一台主变，灵活性稍差
因为有两台主变，灵活性很好
扩建适应性
稍差部分
愈加好部分
经
济
指
标
电力变压器
综合投资额
查得S9-630单价为7.47万元，而变压器综合投资约为其单价2倍，所以其综合投资为2×7.47万元＝14.94万元
查得S9-315单价为5.31万元，所以两台综合投资为4×5.31万元＝21.24万元，比一台主变方案多投资6.3万元
高压开关柜（含计量柜）综合投资额
查得GG-1A(F)型柜按每台3.5万元计，查表得其综合投资按设备价1.5倍计，所以其综合投资约为4×1.5×3.5万元＝21万元
本方案采取6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为6×1.5×3.5万元＝31.5万元，比一台主变方案多投资10.5万元
电力变压器和高压开关柜年运行费
参考计算，主变和高压开关柜折旧和维修管理费每十二个月为3.706万元（其它略）
主变和高压开关柜折旧和维修管理费每十二个月为6.752万元，比一台主变方案多耗3.046万元
交供电部门一次性
供电贴费
按800元/kVA计，贴费为630×0.08万元＝50.4万元
贴费为2×400×0.08万元＝64万元，比一台主变方案多交13.6万元
考虑到设计预算需要，本设计采取方案（1）根据上述标准，10kv变压器选择
S9-630/10型低损耗配电变压器
第4章 主结线方案选择
4.1变配电所主结线选择标准
(1) 当满足运行要求时，应尽可能少用或不用断路器，以节省投资。
(2) 当变电全部两台变压器同时运行时，二次侧应采取断路器分段单母线接线。
(3) 当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采取线路变压器组结线。
(4) 为了限制配出线短路电流，含有多台主变压器同时运行变电所，应采取变压器分列运行。
(5) 接在线路上避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上避雷器，可和电压互感器适用一组隔离开关。
(6) 6～10KV固定式配电装置出线侧，在架空线路或有反馈可能电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。
(7) 采取6～10KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。
(8) 由地域电网供电变配电所电源出线处，宜装设供计费用专用电压、电流互感器（通常全部安装计量柜）。
(9) 变压器低压侧为0.4KV总开关宜采取低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采取低压断路器。
(10) 当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采取低压断路器时，在总开关出线侧及母线分段开关两侧，宜装设刀开关或隔离触头。

4.2主结线方案选择
对于电源进线电压为35KV及以上大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为10KV高压配电电压，然后经车间变电所，降为通常低压设备所需电压。总降压变电所主结线图表示工厂接收和分配电能路径，由多种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常见单线表示。主结线对变电所设备选择和部署，运行可靠性和经济性，继电保护和控制方法全部有亲密关系，是供电设计中关键步骤。

经过设计选择我设计方案以下：

Y0
Y0
S9-630/
GG-1A(F)-07
35/10
联络线
（备用电源）
GG-1A(F)-54
GW口-10
35kV
FS4-10
GG-1A(J)-03
GG-
1A(J)
-03
GG-1A(F)-07
GG-
1A(F)
-54
GG-
1A(F)
-07
GG-
1A(F)
-07
主变
联络（备用）
10kV
高压柜列

主接线线路图
第5章 短路计算
短路计算方法有很多，常见有欧姆法和标幺制法，本设计采取是标幺制法。
5.1 基准值选择
采取标幺制法进行三相短路计算时，选择基准值为：
S=100 MV·A, U=35kV, U=10kV

①由公式 计算基准电流，可得：

5.2短路计算电路
200MVA
K-1
K-2
LGJ-185,10km
35kV
S9-630/35
10kV
(2)
(3)
(1)
～
系统s

5.3 计算短路电路中各关键元件电抗标幺值
①电力系统电抗标幺值
由设计任务可知，由公式，可得：
=
②电缆线路L电抗标幺值
由设计任务知，，由公式，可得：

③变压器电抗标幺值
查表得，由公式，可得：
= = =9.52
绘短路等效电路图以下图所表示, 图上标出各元件序号和电抗标幺值， 并标明短路计算点。

k-1
k-2

短路等效图
5.4点三相短路时短路电流和容量计算
①计算短路回路总阻抗标幺值

②计算点所在电压级基准电流

③计算点短路电流各值

=129.73MVA

计算点三相短路时短路电流
①计算短路回路总阻抗标幺值

②计算点所在电压级基准电流

③计算短路电流各值

5.5短路计算结果

短路计算点
三相短路电流（）
电压（kV）
三相短路容量(MVA)

2.14
5.46
3.23
35
129.73

0.55
1.01
0.60
10
9.72

第6章 变电所一次设备选择校验
6.1 35kV侧一次设备选择校验

选择校验项目
电压
电流
断流
能力
动稳定度
热稳定度
装置地点条件
参数
UN
I30

2tima
数据
35kV
6.64A (I1N·T)
2.14kA
5.46kA
2.142×1.9
=8.70
一
次
设
备
型
号
规
格
额定参数
UN
IN
Ioc
imax
t
少油断路器SW3-35
35kV
1000A
16.5A
40kA
16.52×4=1089
高压隔离开关GW4-35/200
35kV
200A
－
40kA
162×4=1024
高压熔断器RN1-35/10A
35kV
10A

－
－
电压互感器JDZJ-35
35/100kV
－
－
－
－
电流互感器LQJ-35
35kV
100/5A
－
31.8KA
81
金属氧化物避雷器YH5WZ-42/134
42kV
－
－
－
－

6.2 10kV侧一次设备选择校验

选择校验项目
电压
电流
断流
能力
动稳定度
热稳定度
装置地点条件
参数
UN
I30

2tima
数据
10kV
22.10A (I1N·T)
1．01kA
0.60kA
1.012×0.75
=0.75
一
次
设
备
型
号
规
格
额定参数
UN
IN
Ioc
imax
t
真空断路器ZN4-10C
10kV
1000A
17.3kA
63kA
17.32×2=224.47
高压隔离开关G19-10/400
10kV
400A
－
31.5kA
12.52×4=625
高压熔断器RN1-10/25A
10kV
25A

－
－
电压互感器JDZ-10
10kV
－
－
－
－
电流互感器LQJ-10
10kV
--
－
--
--

第7章 选择整定继电保护装置
7.1过电流保护动作电流整定
其中线路最大负荷电流为，，，=0.9，。
①动作电流为：

选DL-11/10电流继电器，线圈并联，整定动作电流为1A。
过电流保护一次侧动作电流为；

式中： ——线路最大负荷电流
——保护装置可靠系数，取1.2
——电流继电器返回系数，通常取0.9
——电流互感器变流比。
②过电流保护动作时间整定：
线路1WL定时限过电流保护动作时限应较线路2WL定时限过电流保护动作时限大一个时限级差。

③灵敏度校验
保护线路1WL灵敏度，按线路1WL末端最小两相短路电流校验，即：

由此可见，保护整定满足灵敏度要求。

线路定时限过电流保护原理图
7.2装设电流速断保护
动作时限大于0.5~0.7s，需配电流速断保护

取10

第8章 防雷保护和接地装置设计
8.1直击雷防护
因为本设计变电所在室内，所以不需要直击雷防护。
8.2雷电侵入波防护
(1) 在10kV电源进线终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。引下线采取25mm×4mm镀锌扁钢，下和公共接地网焊接相连，上和避雷针接地端螺栓连接。
(2) 在10kV高压配电室内装设有GG—1A（F）—54型开关柜，其中配有FS4—10型避雷器，靠近主变压器。主变压器关键靠避雷器来保护，防护雷电侵入波危害。
(3) 在380V低压架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入波雷电波。
8.避雷器装设
变电所进线防雷保在进线终端，装设FZ型或FS型阀型避雷器，用来保护线路断路器及隔离开关。

10kV变配电所进线防雷保护接线
F1-管型避雷器 F2-阀型避雷器

4.接地网设计
接地网接地电阻按RE≤4Ω设计，现采取最常见垂直接地体，直径d=50mm，长约2.5m，环形敷设。
单根钢管接地电阻为：

选择计算垂直接地体根数。
n≥0.9RE1/(RE)=0.9
所以选择Φ=50mm镀锌钢管15根，垂直接地体之间距离为5米。接地线和水平连接导体用40mm×4mm镀锌扁钢。

第9章 结束语
课程设计已经做完，我也有很多心得体会值得去书写，这方面专业知识，更多是相关实践和思维之间关系方面。
在已度过大课时间里接触全部是专业课。仅仅是专业课理论知识，那么怎样把我们所学专业基础课理论知识利用到实践中去呢？这是我长久思索问题。
在做课程设计过程中，我对工厂中供电设备及器件选择不是很熟悉，我感慨最深当属查阅大量设计资料了。为了让完成自己设计去查阅这方面设计资料，同时也再次去了解回顾知识。科学全部要有据可依，有理可寻，不切实际构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。
设计中，我翻阅以前所学专业课知识，学习过程中带着问题去学我认为很有目标性，这是我做这次课程设计心得之一。要有一个清楚思绪和一个完整步骤图，不能妄想一次就将整个设计好，反复修改好习惯。
在课程设计中我得到同学很多帮助，再次一并谢过。因为我本身水平有限，难免在了解上、设计中有所纰漏，敬请老师扶正。

参考文件
[1]刘介才.工厂供电[M].北京：中国电力出版社，.
[2]唐志平.供配电技术[M].北京：电子工业出版社，.
[3]苏文成.工厂供电[M].北京：机械工业出版社，.
[4]李友文编.工厂供电[M].化学工业出版社, .
[5]何永华.发电厂及变电站二次回路[M].北京.中国电力出版社，
[6]刘介才编.实用供配电技术手册[M].中国水利水电出版社, .
[7]刘海婷. 220kV降压变电所变压器选择及电气主接线设计[J].吉林农业,,(12):343
[8]刘学军.继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，.
[9]刘静波. 变压器和配电装置运行维护[J].民营科技,,(11):23
[10]谢芳. 110kV变电站电气设计[J].中国新技术新产品,,(8):132-133
[11]王玉华.工厂供配电[M].中国林业出版社，.8
[12]俞丽华.电气照明[M].上海：同济大学出版社，.
[13]雷振山.中小型变压器实用设计手册[M].中国水利水电出版社，.1
[14]杨晓敏主编.电力系统继电保护原理及应用[M]，中国电力出版社，.8
[15]何金良.电力系统接地技术[M].科学出版社，.2
[16]Design Guide for Rural Substations[S]. RUS Bulletin 1724E-300 .Issued June

附录
附表1 并联电容器技术数据
型号
额定容量
（kvar）
额定电容
（μF）
型号
额定容量
（kvar）
额定电容
（μF）
BCMJ0.4-16-3
BCMJ0.4-20-3
BCMJ0.4-25-3
BWF6.3-25-1W
BWF6.3-30-1W
16
20
25
25
30
320
400
500
2.0
2.4
BWF10.5—30—1W
BWF10.5—40—1W
BWF10.5—50—1W
BWF10.5—100—1W
BWF10.5—120—1W
30
40
50
100
120
0.86
1.15
1.44
2.89
3.47
附表2 S9系列6～10KV级铜绕组低损耗电力变压器技术数据
额定容量
（kVA）
额定电压（kV）
联接组标号
空载损耗
（W）
负载损耗
（W）
阻抗电压
（%）
空载电流
（%）
一次
二次
1000

Yyno
1700
10300
4.5
0.7
Dyn11
1700
9200
5
1.7
1250
Yyno
1950
1
4.5
0.6
Dyn11

11000
5
2.5
1600
Yyno
2400
14500
4.5
0.6
Dyn11
2400
14000
6
2.5

Yyno
3000
1800
6
0.8
Dyn11
3000
1800
6
0.8
2500
Yyno
3500
2500
6
0.8
Dyn11
3500
2500
6
0.8
附表3 常见高压断路器技术数据
类型
型号
额定
电压
(kV)
额定
电流
(A)
开断
电流
(kA)
断流
容量
(MVA)
极限同过电流峰值（kA）
热稳定
电流
（kA）
固有分
闸时间
（s）
合闸
时间
（s）
配用操
动机构
型号

附表4RN2型室内高压熔断器技术数据
型号
额定电压（kV）
额定电流（A）
三相最大
断流容量
（MVA）
最大开断电流（kA）
当开断极限短路电流时，最大电流峰值
（kA）
过电压倍数
(额定电压倍数)
RN2-6
6
0.5
1000
85
300
2.5
RN2-10
10
50
1000

附表5 常见电流互感器技术数据
型号
额定
电流比
（A）
正确
级次
额定二次负荷（Ω）
10%倍数
1s
热稳定倍数
动稳定倍数
0.5级
1级
3级
10级
D级
二级负荷(Ω)
倍数
LCZ-35
20~400/5
0.5
3
B
2

2

2

10
27
65
212
600~1500/5
65
141
LQJ-10
5~100/5
0.5
1
3
0.4

0.6
0.4

0.6

6
6
10
90
225
160~400/5
75
160
LMZ-10
300,
400,
500,600
750,800
0.5
1
3
D
0.4

0.6
0.4

1.2

1.6

10
15
50
90

附表6 常见电压互感器技术数据
型号
额定电压（V）
额定容量（VA）（cosφ=0.9）
最大容量
（VA）
连接组
一次线圈
二次线圈
辅助线圈
0.5级
1级
3级
JDZJ-6
6000/
100/
100/3
50
80
200
400
1/1/1-12-12
JDZJ-10
10000/
100/
100/3
50
80
200
400
JSJW-6
6000/
100/
100/3
80
150
320
640
Y0/Y0/△
JSJW-10
10000/
100/
100/3
120
200
480
960
Y0/Y0/△
JDZ-6
6000
100
—
50
80
200
300
1/1-12
JDZ-10
10000
100
—
80
120
300
500
1/1-12