某工厂的降压变电所的电气设计

工厂供电课程设计

题目：某工厂的降压变电所的电气设计

院系 ： 班级： 学号： 姓名：

目 录

前言………………………………………………………………3

一、负荷计算和无功功率计算及补偿…………………………4

二、变电所位置和形式的选择…………………………………10

三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择………11

四、短路电流的计算……………………………………………12

五、变电所一次设备的选择与校验……………………………13

六、变电所高、低压线路的选择………………………………14

七、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定……………15

八、防雷和接地装置的确定……………………………………17

九、心得和体会…………………………………………………20

十、附录参考文献………………………………………………21

前 言

课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。

本设计可分为九部分：负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；变电所高、低压线路的选择；变电所二次回路方案选择及继电保护的整定；防雷和接地装置的确定；心得和体会；附参考文献。

由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正！

一、负荷计算和无功功率计算及补偿

一、负荷计算的意义 1.计算负荷的定义：

我们用“计算负荷”来表示实际使用的总负荷。计算负荷又称需要负荷或最大负荷。 计算负荷是一个假想的持续性负荷，其热效应应与同一时间内通过实际变动负荷所产生的最大热效应相等。所以根据“计算负荷”选择导线和电气设备，在实际运行中的最高温升不会超过允许值。

通常将以半小时平均负荷为依据所绘制的负荷曲线上的“最大负荷”称为计算负荷，并把它作为按发热条件选择电气设备的依据，用Pca(Qca、Sca、Ica)或P30(Q30、S30、I30)表示。

规定取“半小时平均负荷”的原因：

一般中小截面导体的发热时间常数τ为10min以上，根据经验表明，中小截面导线达到稳定温升所需时间约为 3τ=3×10＝30（min），如果导线负载为短暂尖峰负荷，显然不可能使导线温升达到最高值，只有持续时间在30min以上的负荷时，才有可能构成导体的最高温升。

2.计算负荷的意义

正确确定计算负荷意义重大，它是供电设计的基础，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。

计算负荷是配电设计时选择电气设备（变压器、开关电器等）、导体、确定备用电源容量、无功补偿容量的依据。也是计算配电系统各回路电流的依据。 3.尖峰电流

尖峰电流是负荷短时（如电动机起动等）最大电流。是计算电压降、电压波动和选择导体、电器及保护元件的依据。 平均负荷Pav 二、平均负荷

平均负荷Pav，就是电力负荷在一定时间t内平均消耗的功率，也就是电力负荷在该时间内消耗的电能W除以时间t的值，即Pav=W/t 年平均负荷为Pav=Wa/8760

负荷系数

负荷系数也称负荷率，它是表征负荷变化规律的一个参数。

在最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比成为负荷系数，并用α、β 分别表示 有功、无功负荷系数。

PQ

avav PmaxQmax

负荷系数越大，则负荷曲线跃平坦，负荷波动越小。根据经验数据，一般工厂负荷系数年平均值为

0.700.75

0.760.82

负荷计算的方法有： 需要系数法、利用系数法、单位指标法、二项式法、形状系数法、附加系数法。 单位指标法与需要系数法因比较简便因而广泛使用。

需要系数 计算负荷 编名称 号 类别 设备容量cos Pe/kW tan P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A Kd 动力 1 铸造 车间 照明 小计 动力 2 锻压 车间 照明 小计 动力 3 金工 车间 照明 小计 动力 4 工具 车间 照明 小计 动力 5 电镀 车间 照明 小计 热处理车间 动力 照明 小计 302 5 307 35 8 310 392 10 402 352 7 359 242 5 247 142 5 147 0．3 0．7 0．8 1．0 —— 1.02 0 90.6 4.0 94.6 10.5 5.6 96.2 78.4 8 86.4 105.6 6.3 111.9 121 4 125 85.2 4 89.2 92.4 0 92.4 12.3 0 12.3 91.7 0 91.7 140.4 0 140.4 90.8 0 90.8 63.9 0 63.9 129.46 4 133.4 16.2 5.6 21.8 120.6 8 128.6 176 6.3 182.3 151.3 4 155.3 106.5 4 110.5 196.6 10.5 207.1 24.5 14.7 39.2 183.3 21.0 204.3 267.4 16.5 283.9 229.8 10.5 240.3 161.8 10.5 172.0．3 0．65 1.17 0 0．7 1．0 —— 0．2 0．65 1.17 0．8 1．0 —— 0 1.33 0 0.75 0 0.75 0 0．3 0．6 0．9 1．0 —— 0．5 0．8 0．8 1．0 —— 0．6 0．8 0．8 1．0 —6 — 动力 7 装配 车间 照明 小计 动力 8 机修 车间 照明 小计 动力 9 锅炉 房 照明 小计 动力 10 11 仓库 照明 小计 宿舍区 照明 动力 照明 总计 292 8 299 132 5 137 92 2 94 15 1 16 322 1996 378 0．3 0．7 0．8 1．0 —— 1.02 0 87.6 6.4 94 26.4 4.0 30.4 73.6 1.6 75.2 6.0 0.8 6.8 257.6 987.3 89.4 0 89.4 30.9 0 30.9 55.2 0 55.2 4.5 0 4.5 123.6 795.1 125.1 6.4 131.5 40.6 4.0 44.6 92 1.6 93.6 7.5 0.8 8.3 286.2 1296.1 3 190.1 16.8 206.9 61.7 10.5 72.2 139.8 4.2 181.8 11.4 2.1 13.5 751.1 2372.6 1600.0 0．2 0．65 1.17 0．8 1．0 —— 0 0.75 0 0.75 0 0.48 0．8 0．8 0．8 1．0 —— 0．4 0．8 0．8 1．0 —— 0.8 0.9 计入Kp=0.8, 0.75 0.88 789.8 695.1 1053.1 Kq=0.85

三、单位指标法（常用于规划设计和初步设计）

K•N设备组有功功率计算负荷 PC＝P （KW）

1000

K•N设备组视在功率计算负荷 SC＝S （KVA）

N―单位数量（ m2 、户、床）

KP―单位负荷密度（ W/m2 、W/户、W/床） KS―单位负荷密度（ VA/m2 、 VA /户、 VA /床) 基本公式

1000PcKxPe(千瓦)

式中 Pe——设备总容量(不计备用设备容量)(千瓦)； Kx——需要系数。

QcPctanSc计算电流

22PQcc(千乏)

Sc

或

Pccos(千伏安)

IcSc3UlPc3Ulcos （1）有功计算负荷：Pca·1=Kx∑Pe

Kx—用电设备组的需要系数见相关手册；

∑Pe—用电设备组的设备额定容量之和，但不包括备用设备容量。 （2）无功计算负荷： Qca·1=Pca·1tanwm tanwm值见相关手册 。 （3）视在计算负荷：

计算目的：用于选择各配电干线截面积及保护控制该线路的开关设备 2 确定变电所低压母线上的计算负荷 （1）总有功计算负荷：Pca·2＝Ｋ∑pΣPca·1 （2）总无功计算负荷：Qca·2＝Ｋ∑qΣQca·1 （3）总视在计算负荷： Pca·2、Qca·2、Sca·2－变电所低压母线上的有功、无功及视在计算负荷； ΣPca·1、ΣQca·2－各配电干线上的有功、无功计算负荷的总和

Ｋ∑p 、K∑q －有功功率、无功功率的同时系数。分别取0.8～0.9和 0.93～0.97； 注意：当变电所的低压母线上装有无功补偿用的静电电容器组，其容量为Qc2,则当计算Qca·2时，要减去无功补偿容量，即 Qca·2＝Ｋq·ΣQca·2－Qc2

计算目的：用于变电所电力变压器容量的选择。 四、并联电容值的补偿原理

二、变电所位置和形式的选择

三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择

变电所主变压器接线方案的选择

电力系统在人民生活中占重要的地位，随着我们现代化工业建设的迅速发展，工厂供电设计的任务越来越重，而我们要做好设计，我们变配电所主接线方案的设计也是很重要的，下面我就来浅谈下主接线方案的设计原则和一般要求。

其设计要求一般我们要考虑四个原则：安全性、可靠性、灵活性、经济性，下面我们分各点来说明。

安全性：我们必须要保证人身和设备的安全，所以我们设计的时候需要在高压断路器的电源侧和可能反馈电能的另一侧必须安装高压隔离开关，在低压断路器的电源侧及可能反馈负荷的另一侧，必须安装低压刀开关，35KV及以上的线路末端我们应安装与隔离开关联锁的接地到闸，为了防止雷击造成短路或线路损坏，我们要在高压母线上及架空线路末端装设避雷器。

可靠性：首先对一级负荷我们应有两路电源供电，当一级变压器损坏或电路检修的时候不会造成全部停电，减少损失。对二级负荷也应由两个回路或者一回专用架空线路供电。对接于公共干线上的变配电所电源进线首端，我们应安装带有短路保护的开关设备。对一般生产区的车间变电所，我们通常采用放射式高压配电来确保供电的可靠性。对辅助生厂区及生活区的变电所，可以采用树干式配电。变电所低压侧（电压380v）的总开关，采用低压断路器比较好，当有继电保护或者自动切换电源要求时，低压侧总开关和低压母线分段开关都应采用低压断路器。

灵活性:变电所的高低压母线，通常采用单母线或单母线分段接线。需要带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关。

经济性：主接线方案力求简单，采用的一次设备特别是高压断路器少，并且应选用技术先进，经济实用的节能产品。应考虑无功功率的补偿，使得最大负荷时功率因数达到规定的要求。由于工厂变配电所一般都选用安全可靠并且经济美观的成套配电装置，因此变配电所主接线方案应与所选成套配电装置的主接线方案配合一致，柜型一般选用固定式，只有在供电可靠性要求较高时才用手车式和抽屉式。

以上就是在学习过程中总结的主接线设计中一般的要求和一些需要注意的步骤，要很好的完成和掌握变电所的设计还需要进行负荷计算和无功补偿的计算、变电所的位置和型式的选择、短路计算、变电所一次设备的选择和校验，选择导线、变电所进出线的选择和校验。

四、短路电流的计算

五、变电所一次设备的选择与校验

六、变电所高、低压线路的选择

七、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定

7.1变电所二次回路方案的选择

a)高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用手动操动机构，其控制与信号回路如《工厂供电设计指导》图6-12所示。

b)变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能表和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。

c)变电所的测量和绝缘监察回路 变电所高压侧装有电压互感器——避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ——10型，组成Y0/Y0/(开口)Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察，其接线图见《工

厂供电设计指导》图6-8。作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表，接线图见《工厂供电设计指导》图6-9。高压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按符合要求。 7.2 变电所继电保护装置 7.2.1主变压器的继电保护装置

a）装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。

b）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。

7.2.2护动作电流整定

Iop其中

KrelKwILmax

KreKi，可靠系数

ILmax2I1NT21000KVA/(310KV)257.7A115A1，继电器返回系数KreKrel1.3，接线系数KwIOP0.8，电流互感器的电流比Ki=100/5=20 ，因

此动作电流为：

1.31115A9.3A 因此过电流保护动作电流整定为10A。

0.8207.2.3过电流保护动作时间的整定

因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s 。

7.2.4过电流保护灵敏度系数的检验

Sp其中，Ikmin

Ikmin Iop1(2)(3)IK2/KT0.866IK2/KT=0.86619.7kA/(10kV/0.4kV)=0.682

Iop1IopKi/Kw10A20/1200A，因此其灵敏度系数为：

满足灵敏度系数的1.5的要求。

Sp=682A/200A=3.41>1.5 7.3装设电流速断保护

利用GL15的速断装置。

7.3.1速断电流的整定：利用式IqbKrelKw(3)其中IkmaxIk219.7kA，Krel=1.4，Ikmax，

KiKTKw=1，Ki=100/5=20，KT=10/0.4=25，因此速断保护电流为Iqb速断电流倍数整定为Kqb1.4119700A55A

2025Iqb/Iop=55A/10A=5.5(注意Kqb不为整数,但必须在2～8之间)

7.3.2、电流速断保护灵敏度系数的检验

利用式SpIkminIqb1，其中Ikmin(2)(3)IK20.866IK20.8661.961.7kA，

Iop1IopKi/Kw55A20/11100A，因此其保护灵敏度系数为

S=1700A/1100A=1.55>1.5

从《工厂供电课程设计指导》表6-1可知，按GB50062—92规定，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。但按JBJ6—96和JGJ/T16—92的规定，其最小灵敏度为2，则这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。 7.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 7.4.1装设反时限过电流保护。

亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。 a)过电流保护动作电流的整定,利用式IopKrelKwILmax，其中 IL.max=2I30，取

KreKiI30=

I30()(S30.1S30.4S30.8)/(3U1N)(13216044.4)kVA/(310kV)19.4A

0.6×52A=43.38A，Krel=1.3，Kw =1，Kre=0.8，Ki =50/5=10，因此动作电流为：

Iop1.31219.4A6.3A0.810 因此过电流保护动作电流Iop整定为7A。

b)过电流保护动作电流的整定

按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。 c)过电流保护灵敏度系数

因无临近单位变电所10kV母线经联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，只有从略。

7.4.2装设电流速断保护

亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变电所联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，也只有从略。 7.4.3变电所低压侧的保护装置

a）低压总开关采用DW15—1500/3型低压短路器，三相均装设过流脱钩器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路。脱钩器动作电流的整定可参看参考文献和其它有关手册。 b）低压侧所有出线上均采用DZ20型低压短路器控制，其瞬间脱钩器可实现对线路的短路故障的保护，限于篇幅，整定亦从略。

八、防雷和接地装置的确定

九、心得和体会

心得体会

通过这次工厂供电的学习，我发现了自己的很多不足，无论是对知识的理解能力还是实践能力以及理论联系实践的能力都有待于提高。

在这次实践中我意识到团队的重要性,在开始时就必须让每个人都知道，否则一个人的错误。就有可能导致整个工作失败，团队合作是我们成功地一项非常重要的保证。

通过这次实践我意识到为完成这次实践我们确实很辛苦.但苦中仍有乐，跟大家的合作我们互相帮助,配合默契,我觉得我和同学们之间的距离更加近了。

对我而言，只是上的收获重要,精神上的收获更加可喜，我知道了学无止境的道理。我们每个人永远不能满足现有的成就，这次实践必将成为我人生旅途上的一个美好的回忆。

主要参考文献

1.《工厂供电》（第四版） 2004年5月 机械工业出版社 刘介才 编 2.《实用供配电技术手册》 2000年5月第一版 中国水利水电出版社 刘介才 编 3.《常用供配电设备选型手册》1998年2月 煤炭工业出版社 王子午 编 4.《建筑工程常用材料设备产品大全》1992年10月 中国建筑工业出版社 5.《建筑电气设计与施工》2000年9月 中国建筑工业出版社