35KV总降压变电所

机械厂35KV总降压变电所及高压配电系统设计

院（系、部）：信息工程学院

姓名：啊

年级：2007

专业：电气工程及其自动化

指导教师：

教师职称：

北京

目录

第一章前言 (1)

第二章负荷计算及功率因数补偿计算 (3)

第三章总配电所主接线方案的设计 (8)

第四章短路计算 (10)

第五章设备的选择校验 (13)

第六章防雷与接地 (17)

参考文献 (20)

第一章前言

1.1 选题背景

电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

工厂厂区供电设计是整个工厂建设设计中的重要组成部分。供电设计质量, 会直接影响到日后工厂的生产与发展。尤其对那些工业生产自动化程度很高的大型现代化工厂, 如果能有一个高质量的供电系统, 那么, 就有利于企业的快速

发展。稳定可靠的供电系统, 有助于工厂增加产品产量, 提高产品质量, 降低生产成本, 增加企业经济效益。如果供电系统设计质量不高, 将会给企业, 给国家造成不可估量的损失 [1]。

1.2 供电系统设计的原则

工厂供电系统设计必须遵循以下原则：

1) 工厂供电设计必须遵循国家的有关法令、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。

2) 工厂供电设计应做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。

3) 工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。

4) 工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展计划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。

1.3 供电系统设计的意义

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的

劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。本文中的设计是对全厂总配电所及配电系统的设计，通过对各部分的计算，最终选定厂中所需各种设备 [2]。

1.4 工厂简介及设计要求

1、供电电源及供用用电协议：

a.可选用供电电源两个，一个是从距离厂南侧10公里处的220/35KV区域变电所供电，令一个是从厂西侧5公里处220/35KV某变电所引入。35KV母线短路数据：系统最大运行方式时区域变电所短路容量为600兆伏安，某变电所250兆伏安；最小运行方式时，区域变电所短路容量为280兆伏安，某变电所150兆伏安,年最大负荷利用小时数为5000 h.

b.域变电所35KV配出线路定时限过流保护装置整定时间为1.5秒，工厂总降不大于1.0秒；

c.在总降压变电所35KV侧计量；

d.本厂功率因数值应该在0.9以上。

2、设计对象概况

设计对象是一个机械厂，其主要负荷为机加工车间、装配车间、配料车间、热处理车间、锻工车间、高压站、高压水泵房、冷工车间和模具车间。

厂区车间分布情况：

1-机加工车间、2-装配车间、3-配料车

间、4-热处理车间、5-锻工车间

6-高压站、7-高压水泵房、8-冷工车间、

9-模具车间

该地区气象条件：

（1）夏季主导风向为东南风；

（2）年雷暴日为20天；

（3）年最热月平均最高温度为30°C；

（4）土壤0.8-1.2米深处一年最热月平均温度为10°C；

（5）土壤冻结深度为0.7米。

车地质及水文条件：

根据勘测部门提供的本厂工程地质资料得知本厂区地质构造：

（1）地表平坦，土壤主要成分为沙质粘土，层厚2.6-5米不等；

（2）地耐压力为25吨/平方米；

（3）地下水位普遍为1.9米。

第二章负荷计算及功率因数补偿计算

2.1 负荷计算

2.1.1 负荷计算的意义

工厂进行电力设计的基本原始资料是工艺部门提供的用电设备安装容量，但是这种原始资料要变成电力设计所需要的假想负荷——称为计算负荷，从而根据计算负荷按照允许发热条件选择供电系统的导线截面，确定变压器容量，制订提高功率因数的措施，选择及整定保护设备以及校验供电电压的质量等，是一件较为复杂的事。

电力装备设计部门对机械设备进行电气配套设计时总有一定的裕度，即使电动机功率完全门分机械计算的配套要求。在工厂中使用的情况不同，也会影响到电力负荷的大小，但是这种电气计算负荷还必须认真地确定因为它的浓度程度，直接影响整个工厂供电设计的质量 [3]。如计算过高，将增加供电设备的容量，浪费有色金属，增加初投资。计算过低则可能使供电元件过热，加速其绝缘损坏增大电能影响供电系统的正常运行。还会给工程扩建将来很大的困难。更有甚者，由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂计算负荷为基础的国家电力系统的建设，将给国民经济带来很大的浪费和危害，而且使电力系统的建设和运行受到影响，给国民经济带来很大损失。所以对于本设计来说，负荷计算尤其重要。

2.1.2 负荷计算的方法

常用负荷计算的方法：(1)需要系数法(2)二项式系数法(3)形状系数法。

在此次设计中，设备台数较多，各台设备容量相差不太悬殊，所以考虑采用需要系数法。

需要系数法的主要步骤：

(1)将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。

(2)查出各组用电设备相应需要系数及对应的功率因数。

(3)用需要系数法求车间或全厂的计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数K Σ。负荷计算的主要公式有：

（1）有功计算负荷（单位为KW）

（2）无功计算负荷（单位为KVar）

（3）视在计算负荷（单位为KVA）

（4）计算电流（单位为A）

Un为车间或工厂的用电设备配电电压（单位为KV）

表2-1 车间负荷计算

序号车间名称负荷容量

（KW）需要系数

（Kx）

功率因数tan∮

计算负荷

P30 Q30 S30 I30

1 电机修理车间2500 0.8 0.85 0.6

2 2000 1240 235

3 3575

2 装配车间2200 0.85 0.8 0.75 1870 1402.5 2338 3552

3 配料车间1705 0.25 0.6 1.33 426.25 567 710.

4 1079

4 热处理车间1450 0.1

5 0.5 1.73 217.5 376.3 435 661

5 锻工车间1800 0.25 0.

6 1.33 450 598.5 750 1140

6 高压站1700 0.5 0.

7 1.02 850 867 1214 1845

7 高压水泵房1600 0.45 0.75 0.88 720 633.6 960 1841

8 冷加工车间1200 0.2 0.5 1.73 240 415.2 480 729

9 模具车间450 0.8 0.85 0.62 360 223.2 424 644

10 所用电900 0.6 0.52 0.62 540 334.8 635 965

K∑p=0.9 K∑q=0.950.7 6745.28 6809.77 9584.98

2.2 功率因数补偿计算

2.2.1 功率因数对供电系统的影响

在工厂供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下，无功功率增大，即供

电系统的功率因数降低将会引起： (1)系统中输送的总电流增加，使得供电系统

中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的启动

控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了投资费用；(2)由于无功功率

的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增

大；(3)由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，就使的供电系统中的电压损失增加，使得调压困难；(4)对电力系统的发电设备

来说，无功电流的增大，使发电机转子的去磁效应增加，电压降低，过度增大激

磁电流，从而使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，

发电机就不能达到预定的效果 [4]。

无功功率对电力系统及工厂内部的供电系统都有不良的影响。因此，供电单位和工厂内部都有降低无功功率需要量的要求，无功功率的减少就相应地提高了功率因数。

2.2.2 功率因数的补偿

供电单位在工厂进行初步设计时对功率因数都要提出一定的要求，它是根据工厂电源进线、电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的。根据《全国供用电规则》的规定，本设计要求用户的功率因数cosΦ ≥ 0.9。

供电单位对工厂功率因数这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，一般不能满足要求。因此，工厂便需要装设无功补偿装置，对功率因数进行

人工补偿。

由上表可知，可知该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.74而要求该厂10KV 进线侧最大负荷时功率因数不低于0.90。考虑到主变压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0.90，赞取0.92来计算380V 侧所需的无功功率补偿容量：

==

=3315kavr

采用PGJ1型补偿屏，并联电容器为BWF10.5-120-1W型采用其方案一（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总共容量 120*6kvar*5=3600kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和35KV侧的负荷计算如下表所示：

项目COSφ

计算负荷

/KW /Kvar /kvA /A

380V侧补

偿前负荷

0.74 6906.38 6325.1 9365.1 14229.2

380V侧无

功补偿容量

-3600

380V侧补

偿后负荷

0.9296906.38 2725 743411280

主变压器功

率损耗=111=443

10kv侧负

荷计算

0.92701731687435429 2.3 变压器的选择

2.3.1主变压器台数的选择

由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，且集中负荷

较大，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器 [5]。

2.3.2变电所主变压器容量的选择

无功补偿器的容量及型号

功率因数的计算

COSφ=P/S=6906.38/9365.1=0.737; tgφ=0.997。

计算无功补偿容量

根据功率因数考核基准值0.9的要求，应将本站功率因数补偿至0.9。所以补偿后的功率因数换算为正切值 tgφ

c

=0.484。

所以补偿电容值为

Q C =α(tgφ- tgφ

C

)P=0.7×（0.997-0.484）×6906.38=3542.97kvar

选用的补偿电容型号及台数： TBB10.5-2250/25 两套

装有两台主变压器的变电所每台容量不应小于总的计算负荷的60%，最好为总计算负荷的70%左右，即

=(0.6-0.7)

同时每台主变压器容量不应小于全部一、二级负荷之和,即

≈(0.6-0.7)；≥（不应小于全部一、二级负荷之和）

=7435（0.6-0.7）=（4461-5205）KVA

因此选两台SL7-6300/35型低损耗配电变压器。工厂二级的备用电源亦由与邻近单位相连的高压联络线来承担。

主变压器的链接组别均采用Y/d-11.

2.3.3车间变电所变压器选择

车间变电所位置一般按下述原则确定：分散设置并接近负荷中心；便于低压网络的备用联络，节省变压器及开关等设备的投资。

根据厂区平面布置图提供的车间分布情况及各车间负荷的性质及大小，本厂拟设置六个车间变电所，由于主要车间的负荷均属于Ⅰ类负荷，故每个车间变电所均设置两台变压器。每台变压器的容量按能担负全部车间负荷来选择 [6]。

车间变电所的名称、位置、型式以及变压器的容量和台数如下表所示：

第三章总配电所主结线方案的设计