某机械厂降压变电所电气设计答案

一、设计任务书（一）设计题目某机械厂降压变电所电气一次设计（二）设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线及高低压设备和进出线，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。（三）设计依据1.工厂总平面图工厂生活区生活区的负荷中心河流桥公共电源干线邻厂10厂门大街大街后厂门厂区北某机械厂总平面图比例1:20002.工厂负荷情况：本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为5000h，日最大负荷持续时间为8h。该厂筹造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。3.供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10KV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图（附图1-4）。该干线的导线品牌号为LGJ-185,导线为等边三角形排列，线距为2.0m。干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约10km.干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MWA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.2s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为100km，电缆线路长度为25km。表1工厂负荷统计资料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4000.40.70照明100.81.002锻造车间动力3000.20.65照明100.81.003金工车间动力3500.20.65照明100.71.004工具车间动力3800.20.60照明100.81.005电镀车间动力2600.50.80照明70.71.006热处理室动力2000.50.75照明80.71.007装配车间动力1500.40.70照明50.81.008机修车间动力1500.30.60照明40.71.009锅炉房动力800.70.8照明10.91.0010仓库动力250.40.80照明10.91.0011生活区动力3000.81.004.气象条件：本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8m处的平均温度为25℃。当地主导风向为东北向风，年暴日数为20。5.地质水文条件：本厂所在的地区平均海拔500m。地层以砂粘土（土质）为主；地下水位为4m。6.电费制度：本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费交电费。每月基本电费按主变压器容量计为20元/KVA，动力电费为0.3元/kwh，照明（含家电）电费为0.5元/kwh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.95.此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交供电贴费：6~10KV为800元/KVA。（四）设计任务要求在规定时间内独立完成下列工作量：1、设计说明书1份，需包括：1）封面及目录2）前言及确定了赋值参数的设计任务书3）负荷计算和无功功率补偿4）变电所位置和型式的选择5）变电所主变压器台数、容量、类型及主结线方案的选择6）短路电流的计算7）变电所一次设备的选择与校验8）变电所高、低压进出线的选择与效验9）附录及参考文献10）设计收获和体会2、设计图纸1份变电所主结线图1张（3号图纸）（五）设计时间第二章(一)负荷计算和无功功率补偿1.负荷计算个厂房和生活区的负荷计算如表1所示表2某机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量需要系数cosφtanφ计算负荷P30/KwQ30/KwS30/KVAI30/A1铸造车间动力4000.40.71.02160163.2--照明100.81080--小计410-168163.22343562锻压车间动力3000.20.651.176070.15--照明100.81080--小计310-6870.1597.71493金工车间动力3500.20.651.177081.83--照明100.71070--小计360-7781.831121704工具车间动力3800.20.61.3376101.33--照明80.8106.40--小计388-82.4101.331311995电镀车间动力2600.50.80.7513097.5--照明70.7104.90--小计267-134.997.51662536热处理室动力2000.50.750.7810078--照明80.7105.60--小计208-105.6781311997装配车间动力1500.40.71.026061.2--照明50.81040--小计155-6461.288.61358机修车间动力1500.30.61.334560--照明40.7102.80--小计154-47.86076.71179锅炉房动力800.70.80.755642--照明10.9100.90--小计81-56.94270.710810仓库动力250.40.80.75107.5--照明10.9100.90--小计26-10.97.513.22011生活区照明3000.8102400240365总计(380V侧)动力22951055.5762.71--照明364计入KΣp=0.85KΣq=0.90.79897.18686.441129.661718.382.无功功率补偿由表2可知，该厂380侧最大负荷是的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.95。考虑到主变电器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.95，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Qc=P30(tanφ1-tanφ2)=897.18[tan(arccos0.79)-tan(arccos0.97)]=471kvar参照图，选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案2（主屏）1台与方案3（辅屏-）6台相组合，总共容量84kvar×6=504kvar。因此无功功率补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表所示项目cosφ计算负荷P30/KWQ30/kvarS30/KVAI30/A380V侧补偿前负荷0.79897.18686.441129.661718.38380V侧无功补偿容量-504380V侧补偿后负荷0.98897.18182.44915.541392.67主变压器功率损耗0.015S30=14.040.06S30=56.1610KV侧负荷总计0.97911.22238.6941.9454.45第三章(二)变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算公式为x=(P1x1+P2x2+P3x3+…)/(P1+P2+P3+…）=∑(PiXi)/∑Pi,y=（P1y1+P2y2+P3y3…）/(P1+P2+P3+…)=∑(PiYi)/∑Pi。计算：x=4.22y=3.97由计算结果可知，工厂的负荷中心在2，3，5，6号车间之间。考虑到方便进出线，周边环境及交通情况，决定在5号车间的西侧仅靠车间修建工厂变电所，其形式为附设式。第四章（三）变电所主变压器和主结线方案的选择1.变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案：（1）装设一台主变压器型式采用S9，而容量根据式SN*T≥S30，选SN*T=1000KVAS30=906.05A,即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。（2）装设两台主变压器型号亦采用S9，二每台容量按式SN*T≈(0.6-0.7)S30和SN*T≥S30(Ⅰ+Ⅱ)，即SN*T≈（0.6-0.7）906.05VA=（543.63-634.235）KVA而且SN*T≥S30(Ⅰ+Ⅱ)=(234+166+70.7)KVA=470.7KVA因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组别均采用Yyn02变电所主结线方案的选择按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结线方案：（1）装设一台主变压器的主结线方案如图所示(见附图1)（2）装设两台主变压器的主结线方案如图所示(见附图2)（3）两种主结线方案的计算经济比较表表表11-6两种主结线方案的比较比较项目装设一台主变的方案（图11-5）装设两台主变的方案（图11-6）技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额由表2-8查得S9-1000单价为10.76万元，而由表4-1查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其投资为2*10.76万元=21.52万元由表2-8查得S9-630单价为7.47万元，因此两台综合投资为4*7.47万元=29.88万元，比1台主变方案多投资8.36万元高压开关柜的综合投资额查表4-10得GG-1A（F）型柜按每台3.5万元计，查表4-1得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4*1.5*3.5万元=21万元本方案采用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1台主变的方案多投资10.5万元电力变压器和高压开关柜的年运行费参照表4-2计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为4.893万元主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为7.067万元，比1台主变的方案多耗2.174万元交供电部门的一次性供电贴费按800元/KVA计，贴费为1000*0.08万元=80万元贴费为2*630*0.08万元=100.8万元，比1台主变的方案多交20.8万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案（图）略优于装设一台主变的主结线方案（图），但按经济指标，则装设一台主变的方案（图）远优于装设两台主变的方案（图），因此决定采用装设一台主变的方案（图）。（说明：如果工厂负荷近期可有较大增长的话，则宜采用装设两台主变的方案。）第五章(四)短路电流的计算1.绘制计算电路∞系统(1)(2)(3)500MVA2.确定基准值设Sd=100MVA，Ud=Uc,即高压侧Ud1=10.5KV，低压侧Ud2=0.4KV，则kAkvMVASkAkvMVAUIUSIdddddd1444.0310035.55.103100322213.计算短路电路中各元件的电抗标幺值(1)电力系统2.0500/100*1MVAMVAkAX（2）架空线路查表8-36，得LGJ-185的x0=0.35Ω/km，而线路长10km，故2.3)5.10(100)1035.0(2*2KVMVAX（3）电力变压器查表2-8，得UZ%=4.5,故5.410001001005.4*3KVAMVAX因此绘等效电路图，如图11-8所示4.计算k-l点(10.5kv侧)的短路总电抗及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标幺值4.32.32.0*2*1*)1(XXXk（2）三相短路电流周期分量有效值kAkAXIIkdk62.14.35.5*)1(1)3(1其他短路电流KAIIkAIikAIIIshk45.251.11.455.262.1)3()3()3()3()3(1)3()3(（4）三相短路容量MVAMVAXSSkdk25.312.3100*)1()3(15.计算k-2点(0.4KV侧)的短路电路总电抗及三相短路