电气工程,工厂供电,完整毕业设计

本科毕业设计

题

目

某制品厂总配变电所

及配电系统的设计

学生姓名 教学院系 专业年级 指导教师 单 位 辅导教师 单 位

学 号

电气信息学院

电气工程及其自动化2008级

职 称

职 称

完成日期

年 月 日

A Plastic Products Factory Total Substation and High-Voltage

Power Distribution System Design

Grade: Name:

Specialty: Electrical Engineering and Automation Instructor:

School of Electrical Engineering and Information

2012.6

摘 要

针对塑料制品厂的实际情况，根据现行的相关国家技术和设计标准，并适当考虑到工厂未来负荷的发展情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，提出了塑料制品厂总配变电所及配电系统的设计方案。

变电所是电气系统的一个重要的组成部分，通过分析和讨论本设计所担负的任务及其负荷情况，根据负荷统计方法统计出所有用电设备的计算负荷，确定配电系统无功功率补偿及控制方式。同时进行变压器的选择，从而确定变电站的主接线方式，根据主接线的方式及系统的不同运行方式，进行了短路电流计算，从而选择变电站高低压侧的电气设备，并根据系统的最大运行方式校验了个电气设备。文章中，讨论了无功功率补偿及控制方式和继电保护原理和变电站设备的继电保护，并针对本次设计提出了相应设计方案。

关键词：变电所；配电系统；负荷和短路计算；设备选型；接线图

I

Abstract

For the actual situation of the plastic products factory can get and based on the related design standards, according to the existing relevant national technical and design standards and taking into account of the development of product's load, according to safe reliable, technological advance and the economical reasonable request, a design plan for the distribution transformer station's electrical system of the garden is presented in this paper.

Substation is an important part of the electrical system, through the analysis and discussion of the role of the substation and its load, according to the method of load calculation, getting the result of the calculated load. At the same time, determines how the reactive power compensation of distribution systems and control. Simultaneous selection of transformers, which determines how the main wiring in substations, according to the main-line system and different method of operation, calculation of short circuit current, to choose high and low voltage electrical equipment in substation, and calibrating the electrical equipment according to the system's maximum running mode. In the article, the reactive power compensation and its rationale and Substation relay protection is discussed, and come out a corresponding plan for this design.

Keywords: transformer substation；load calculation； main wiring design； power

distribution system

II

目 录

1 绪论 .................................................................................................................................. 1 1.1本设计的目的及意义 ................................................................................................ 1 1.2本设计的设计原则 .................................................................................................... 1 1.3 本设计任务概况 ....................................................................................................... 2 1.4 本设计研究方法 ....................................................................................................... 2 2 计算负荷和无功功率补偿 .............................................................................................. 3 2.1 概述 ........................................................................................................................... 3 2.2设备的负荷计算方法 ................................................................................................ 3 2.2.1按需要系数法确定计算负荷 ............................................................................. 3 2.2.2各个车间和车间变电所负荷计算 ..................................................................... 4 2.2.3车间变电所低压侧补偿 ..................................................................................... 6 2.2.4变压器损耗计算 ................................................................................................. 7 2.2.5高压侧无功补偿计算 ......................................................................................... 7 2.3变压器选择 ................................................................................................................ 8 2.3.1变压器选择原则 ................................................................................................. 8 2.3.2变压器选择 ......................................................................................................... 9 2.3.2变压器选择 ......................................................................................................... 9 2.4总配变电所位置和型式的选择 ................................................................................ 9 2.4.1变配电所所址选择的一般原则 ......................................................................... 9 2.4.2负荷中心的确定 ................................................................................................ 10 2.4.2负荷中心的确定 ................................................................................................ 11 3变配电所主接线方案的设计 .......................................................................................... 13 3.1变配电所主接线方案的设计原则与要求 ............................................................... 13 3.2主接线方案的技术指标 ........................................................................................... 13 3.3主接线方案的经济指标 ........................................................................................... 13 3.4高压配电所主接线方案 ........................................................................................... 13 3.5配电所主接线方案图 ............................................................................................... 14

i

塑料制品厂总配变电所及配电系统的设计

2 计算负荷和无功功率补偿

2.1 概述

“计算电荷”是按发热条件选择导体和电器设备时所使用的一个假象负荷，其物理量意义是按这个计算负荷持续运行所产生的热效应，与按实际变动负荷长期与运行所产生的最大热效应相等，也可用持续时间为半小时平均有功负荷的最大值来描述计算负荷。因此通常取“半小时最大负荷”作为发热条件选择电器元件的计算负荷。有功负荷表示为P30，无功计算负荷表示为Q30，计算电流表示为I30，视在负荷为S30。

2.2设备的负荷计算方法

用电设备组计算负荷的确定，在工程中常用的有需要系数法和二项式法。需要系数法是世界各个普遍应用的确定计算负荷的基本方法，而二项式法应用的局限性较大，主要应用于机械加工企业。关于以概率轮为理论基础而提出的用以取代二项式发达利用系数法，由于其计算比较繁复而未能得到普遍应用，所以只介绍需要系数法与二项式法。

根据原始资料，用电设备台数较多且各台容量相差不远，所以选择需要系数法来进行负荷计算。

2.2.1按需要系数法确定计算负荷

根据原始资料分析，本设计负荷是多组用电设备计算，所以，要根据多组用电设备计算负荷的计算公式来计算。

有功计算负荷（单位为kW）的计算公式：

P30?K?p??Pi (2.1)

式中?P30i为所有设备组有功计算负荷P30之和；K?p为有功符合同时系数，本文资料有提供为0.9。

无功计算负荷（单位为kvar）的计算公式：

Q30=P30?tg? (2.2)

式中tg?—对应于用电设备组功率因数cos?的正切值，本设计资料有提供。

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视在计算负荷（单位为kVA）的计算公式：

S30?P30?Q30 22(2.3)

计算电流（单位为A）的计算公式：

I30?S30UN?3 (2.4)

各车间、变电所负荷计算（均采用需要系数法）各车间、各变电所负荷合计时，同时系数取值：K??p?0.9。

2.2.2各个车间和车间变电所负荷计算

一共五个车间加上各个车间的用电设备，根据需要系数法计算各车间的有功功率、无功功率、视在负荷与计算电流。计算过程在附录设计计算书中。把所有结果归纳得出下面的表2.1。

表2.1 各车间380V负荷计算表

车变用电设备 代号 薄膜车间 原料库 生活间 NO.1 成品库1 成品库2 包装材料库 总计 单丝车间 NO.2 水泵房 总计 Pe/(kW) 计 算 负 荷 Kd cos? P30/(kW) Q30/(kvar) S30/(kVA) I30/(A) 2500 60 25 55 34 23 2697 1605 28 1633 0.6 0.25 0.8 0.3 0.3 0.3 0.6 0.65 1.33 0.5 1.0 0.5 0.5 0.5 0.65 0.8 1500 15 20 16.5 10.2 6.9 1411.7 963 18.2 883 1995 25.95 0 28.545 17.464 11.93 1871.1 1126.7 13.65 1026 2500 30 20 33 20.4 13.8 2343.4 1481.5 22.75 1353.7 3798.4 45 30.4 50.2 31.2 20.9 3564.6 2253.6 34.6 2059

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塑料制品厂总配变电所及配电系统的设计

续表2.1

车变用电设备 代号 注塑车间 NO.3 管材车间 总计 备料车间 生活间 浴室 锻工车间 原料间 NO.4 仓库 机修模具间 热处理车间 铆焊车间 总计 锅炉房 实验室 辅助材料库 NO.5 油泵房 加油站 办公楼等 总计 20 115 170 210 734 245 155 122 20 16 52 630 0.3 0.25 0.6 0.3 0.7 0.25 0.2 0.65 0.65 0.6 0.5 0.65 0.7 0.5 0.75 0.5 0.5 0.6 0.5 0.6

6 28.75 102 63 323.7 171.5 38.75 24.4 13 10.4 31.2 274.7 10.3 33.63 104 108.9 431.8 150.9 67 42.2 17.2 17.9 41.4 302.9 12 44.23 145.7 126 539.2 228.6 77.5 48.8 21.6 20.8 52 408.4 18.3 67.67 222.9 192.7 820.2 349.8 118.5 74.6 20.8 31.82 79.5 621.2 Pe/(kW) 计算负荷 Kd cos? P30/(kW) Q30/(kvar) S30/(kVA) I30/(A) 206 1100 1306 156 15 8 40 20 0.4 0.35 0.6 0.8 0.8 0.3 0.8 0.6 0.6 0.5 1.0 1.0 0.65 1.0 82.4 385 420.6 93.6 12 6.4 12 16 109.5 512 621.5 161.9 0 0 14.04 0 137.3 641.6 750.1 187.2 12 6.4 18.46 16 208.9 976 1141 286.4 18.3 9.79 28.24 24.47 5

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2.2.3车间变电所低压侧补偿

由于NO.1和NO.2车间容量很大，可以考虑在NO.1和NO.2低压侧进行无功功率补偿。无功功率补偿容量的计算公式

Qc?P30?tan?1?tan?2???qcP30

(2.5)

式中P30为工厂的有功计算负荷；

tan?1为原来功率因数的正切；

tan?2为需要补偿到的功率因数的正切； ?qc为无功补偿率。

1） NO.1车间无功补偿计算

根据设计要求，功率因数cos?一般在0.9以上，故取cos?2?0.92 ①功率因数：cos?1?P30S30?1411.72343.9?0.602＜0.9（需要补偿）

②需补偿容量计算：Qc?P30?tan?1?tan?2???qcP30?0.91?1411.7?1286.647kva

?(1)?P30?1411.7kW ③补偿后：P30?(1)?Q30?QC?1871.1?1286.647?584.4kvarQ30

?(1)?S30??Q30??1527.8kVA P301411.71527.8?0.924（满足要求）

?(1)/S30?(1)?功率因数：cos???P30

④并联电容器个数的计算:

n?Qcqc (2.6)

式中qc为单个电容器的容量（单位是kvar）。 通过计算n?Qcqc?1286.64775?17.1

并联的电容器型号：BWF0.4-75-1/3，取18个。

低压电容器柜型号：GBJ-1-0.4所需数量为：4个，单个电容器柜内可装5个电容器

2）NO.2车间补偿计算同上， 相关计算数据如下：

QC(2)?618.1kvar

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?(2)?P30?883kWP30

?(2)?Q30?QC(2)?1023?618.1?404.9kvarQ30?(2)?S30?(2)?Q30?(2)?971.4kVAP3022

?(2)/Q30?(2)?0.908（满足要求） cos???P30n?Qcqc?618.175?8.24

并联的电容器型号：BWF0.4-75-1/3，取9个。

2.2.4变压器损耗计算

（1）负荷计算中，电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算有功损耗：

近似计算无功损耗：

?QT?0.06S30 ?PT?0.015S30

(2.7)

(2.8)

式中S30为变压器二次侧的视在计算负荷

（2）现计算个车间变电所变压器损耗和算入损耗后的各负荷,其计算数据和结果见表2.2：

表2.2 变压器损耗计算及加入损耗后负荷表

变电所号 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 NO.5 变压器 ?PT(kW) 变压器 ?QT(kvar) 加损耗后 PT(kW) 加损耗后 QT(kvar) 视在功率ST(kVA) 22.905 14.571 10.497 7.29 6.13 91.62 58.284 41.9 29.19 24.5 1433.9 897.5 431 298.6 280.8 676 463.1 601.2 418.6 327.4 1585.2 993.9 739.7 514.1 431.3

2.2.5高压侧无功补偿计算

（1）所有变电所的负荷计算：

?P30?K??p?P30?0.9?(PT(1)?PT(2)?PT(3)?PT(4)?PT(5))?0.9?3007.62?2706.8kW

?Q30?K??q?Q30?0.95?(QT(1)?QT(2)?QT(3)?QT(4)?QT(5))?0.95?2486.3?2361.9kvar 7

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?S30??P320??Q230?2706.82?2361.9?23k5V92.3 A（2）功率因数： cos???P30/?S30?2706/3592.3?0.75＜0.9 （3）根据设计要求，本厂功率因数cos?要求在0.9以上 （4）故需要补偿的容量：

Qc?P30?tan?1?tan?2???qcP30?0.45?2706.8?1218.06kva

（5）补偿后：

??P30?P30?2706.8kW

Q'30??Q30?QC?2361.9?1218.06?1143.84kvar

S'30???Q30??2938.5kVA P3022?/S30??2706.8/2938.5?0.921＞0.9（满足要求） 功率因数： cos???P302.3变压器选择

2.3.1变压器选择原则

选择的原则为：

(1) 只装一台变压器的变电所

变压器的容量ST应满足用电设备全部的计算负荷S30的需要，即ST?S30，但一般应留有15％的容量，以备将来增容需要。

(2) 装有两台变压器的变电所

每台变压器的容量应满足以下两个条件:

1）任一台变压器工作时，应满足总计算负荷S30的大约70％的需要，即为

ST?0.7S30 (2.9)

2）任一台变压器工作时，应满足全部一、二级负荷S30的需要，即

ST?S30（I?Ⅱ）

(2.10)

(3)车间变电所变压器的容量上限

单台变压器不宜大于1000kVA，并行运行的变压器容量比不应超过3：l。同时，并联运行的两台变压器必须符合以下条件：

1）并联变压器的变化相等，其允许差值不应超过±0．5％，否则会产生环流引起电能损耗，甚至绕组过热或烧坏。

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塑料制品厂总配变电所及配电系统的设计

2）各台变压器短路电压百分比不应超过10％，否则，阻抗电压小的变压器可能过载。

3）各台变压器的连接组别应相同，若不同，否则侧绕组会产生很大的电流，甚 至烧毁变压器。

2.3.2变压器选择

以NO.1变电所选型为例（查看各个负荷计算大小，可确认选择一台变压器既满

?(1)?1585.2kVA 。选择的变足），根据负荷计算是所得变电所补偿后总视在功率：S30压器应该满足：应选变压器的容量SN.T?(1)?S30。

查询附录表可知选择的变压器容量为1600kVA，故选择的变压器型号为：S9—1600\\10，参照变压器各参数，可以满足要求。

2.3.2变压器选择

表2.3 变压器型号及参数汇总

车间变电所 1 2 3 4 5 S9-1600/10 S9-1250/10 S9-1000/10 S9-630/10 S9-500/10 1600 1250 1000 630 500 变压器 型号 额定容量（kVA） 额定电压（V） 高压 10K 10K 10K 10K 10K 低压 0.4K 0.4K 0.4K 0.4K 0.4K 损耗 空载 2400 2000 1700 1300 1030 负载 14000 11000 9200 5800 4950 连接组标号 Dyn11 Dyn11 Dyn11 Dyn11 Dyn11 阻抗电空载电压（%） 流（%） 6 5 5.5 4 4 2.5 2.5 1.4 3.0 3.0 2.4总配变电所位置和型式的选择

2.4.1变配电所所址选择的一般原则

选择工厂变配电所的所址，应根据下列要求经技术与经济比较后确定： （1）接近负荷中心。 （2）进出线方便。 （3）接近电源侧。 （4）设备运输方便。

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（5）不应设在有剧烈震动或高温的场所。

（6）不宜设在多尘或有腐蚀气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧。

（7）不应设在厕所浴池或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。

（8）不应设在有爆炸危险的正上方或正下方，且不易设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。

（9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。

（10）高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。

GB50053-94《10kV及以下变电所设计规范》还规定：

（1）装有可燃性浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。

（2）多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的变配电所应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方，正下方，贴邻和疏散出口的两旁。

（3）高层主体建筑物内不宜设装有可燃性油的电气设备的变配电所。当受条件限制必须设置时，应在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集的场所的正上方，正下方，贴邻和疏散出口的两旁，并采取相应的防火措施。

（4）露天或半露天的变电所，不应设在下列场所：有腐蚀气体的场所；挑檐为燃烧体或难燃烧和耐火等级为四级的建筑物旁；附近有棉粮及其它易燃易爆物品集中的露天堆放场；容易沉积粉尘，可燃纤维和灰尘，或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。

2.4.2负荷中心的确定

变电所位置应尽量接近负荷中心，工厂的负荷中心用功率矩法确定。通过此方法计算后确定有本设计负荷中心为?7.41,6.4?，按图纸比例及综合考虑变电所位置选择的原则后,确定此点为总配变点所坐标中心。此计算过程在计算书中体现。

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塑料制品厂总配变电所及配电系统的设计

图2.1 塑料制品厂平面图

2.4.2负荷中心的确定

变电所有屋内式和屋外式两大类别，屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择工厂总配电所型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优先选用屋内式。

负荷较大的车间，宜选用附设式或半露天式变电所。

负荷较大的多跨厂房及高层建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站。 负荷小而分散的工厂车间及生活区，或需远离有易燃易爆危险及腐蚀性车间时，宜设独立变电所。

工厂的生活区，当变压器容量在315kV及以下时，宜设杆上式边电台或高台式变电所。

由厂区平面图和计算结果，考虑到1号车间变电所距离总配变电所距离很近，可

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以设置成为高压配电所带一附设车间变电所的方案，所址靠近主要负荷车间，同时，有利于高压进出线及周围环境的经济型。2号车间变电所同样选用附设式。3、4、5号车间变电所均采用独立式。

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3变配电所主接线方案的设计

3.1变配电所主接线方案的设计原则与要求

变配电所得主接线，应根据变配电所在供电系统中的地位，进出线回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全，可靠，灵活，经济等要求。

3.2主接线方案的技术指标

（1）供电的安全性，主接线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况。 （2）供电的可靠性，主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应性方面的情况。

（3）供电的电能质量主要是指电压质量，含电压偏差、电压波动及高次谐波等方面的情况。

（4）运行的灵活性和运行维护的方便性。

3.3主接线方案的经济指标

（1）线路和设备的综合投资额 （2）变配电所的年运行费 （3）供电贴费（系统增容费） （4）线路的有色金属消耗量

3.4高压配电所主接线方案

由本设计原始资料知：电源由电业部门变电所10kV母线提供，一次进线长1km，线路阻抗：XL?0.4?/km年最大负荷利用小时数为6000h，且工厂属于三级负荷，所以只进行总配电在进行车间10/0.4kV变电。由于有五个车间变电所，负荷要求较大，而且需要可靠的供电性。母线联络线采用单母线分段接线方式，提高故障时检修效率，保证整体工厂的供电可靠性。低压侧应根据情况具体对待，但对于本塑料制品厂而言，按可靠性第一的原则，所以采用放射式供电。

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3.5配电所主接线方案图

图3.3 总配电所主接线图方案

上述电气主接线方案，采用的是单母线分段接法，由10kV电源进线分别对两段母线接线供电，由两端母线分别对各用电设备供电，两段母线的供电负荷基本相等。另一条10kV电缆作为备用电源，它与正常运行下，形成了电气或者机械连锁，以确保负荷在故障情况下的正常供电，详细的设计情况可见附电气主接线图。

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塑料制品厂总配变电所及配电系统的设计

4短路电流计算及一次设备选择

供电系统应该正常地不间断的可靠供电，以保证生活和生产的正常进行，但是这种情况经常会因为发生短路故障而遭到破坏。短路就是供电系统中单相或多相载流导体接地或相互接触而在配电网中产生超出规定值的大电流。设备短路的主要原因是绝缘损坏、误操作、雷击或操作过电压等等，其中误操作产生的故障约占短路故障的70%。短路的基本类型分三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路，其中三相短路称为对称短路，其他称为不对称短路。为了选择和校验电气设备、载流导体和整定供电系统的继电保护装置，需要计算三相短路电流。

4.1短路电流计算

4.1.1短路电流计算的目的和意义

短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备以及进行继电保护装置的整定计算。

进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于公园供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量，当然，在计算的过程当中应当还要考虑系统的不同运行方式。

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法）。

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4.1.2欧姆法计算短路电流

(1) ～ ∞系统 200MVA (2) X0=0.4?,1km K-1 (3) K-2 10.5kV S9-1600 0.4kV

图4.1 短路计算电路

先求K—1点的三相短路电流和短路容量（UC1=10.5KV） （1）计算短路电路中各元件的电抗和总电抗 1）电力系统的电抗：X1?Uc1Soc2?(10.5kV)2200MVA?0.551?

2）架空线路的电抗：X2?X0l?0.4?1?0.4?

3）经K—1点短路的等效电路如图所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值（分母），然后计算电路总电抗：

X?(k?1)?X1?X2?0.551?0.4?0.951?

图4.2 K-1点短路等效电路

（2）计算三相短路电流和短路容量 1）三相短路电流周期分量有效值

Ik?1?(3)Uc13X?(k?1)?10.5KV3?0.95??6.381KA

2）三相短路次暂态电流和稳态电流

I??(3)?I∞=Ik?1?6.381KA(3)(3)

3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

ish?2.55I??Ish?1.51I??(3)(3)(3)?2.55?6.381KA=16.27KA?1.51?6.381KA?9.63KA

(3)4）三相短路容量

Sk?1?(3)3Uc1Ik?1?(3)3?10.5?6.381?116.04MV?A

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再求K—2点的三相短路电流和短路容量（UC2=0.4KV） （1）计算短路电路中各元件的电抗和总电抗 1）电力系统的电抗：X1??Uc2Soc2?(0.4kV)2200MVA2?8?10??4

?3??X0l(2）架空线路的电抗：X2Uc2Uc1)?0.4?1?(0.410.5)?0.58?10?2

3）电力变压器的电抗

此工厂车间设计要求中，总共是有五个变电所，使用到了五种不同型号规格的电力变压器，故而计算此处的电力变压器的电抗时，需要分开单独计算。

①NO.1 配电所

电力电压器型号：S9—1600\\10 查附表得知： UK%?6 则： X3??Uk%Uc2100SN2?6?100(0.K4V21K6VA00)?3?6?10?

经K—2点短路的等效电路如图所示：

图4.3 K-2点短路等效电路

计算电路总阻抗：

X?(k?2)??X3??8?10?X1??X2?4?0.58?10?3?6?10?3?7.38?10?

?3②NO.2车间变换所 电力变压器电抗：X3??总阻抗：XUk%Uc2100SN2?5100?(0.4KV)21250KVA?6.4?10??3

?7.78?10?

?3?(k?2)??X3??8?10?X1??X2?4?0.58?10?3?6.4?10?3③NO.3 变电所 电力变压器电抗：X3??总阻抗： XUk%Uc2100SN2?5100?(0.4KV)21000KVA?4?8?10??3

?3?(k?2)??X3??8?10?X1??X2?0.58?10?3?8?10?9.38?10?

?3④NO.4变电所

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Uk%Uc2100SN2电力变压器阻抗：X3??总阻抗： X?5100?(0.4KV)2630KVA?4?12.6?10??3

?3?(k?2)??X3??8?10?X1??X2?0.58?10?3?12.6?10?13.98?10?

?3⑤NO.5变电所

电力变压器阻抗： X3??总阻抗：XUk%Uc2100SN2?4100?(0.4KV)2500KVA?12.8?10??3

?(k?2)??X3??8?10?4?0.58?10?3?12.8?10?3?14.18?10?3? ?X1??X2（2）计算三相短路电流和短路容量 此处以NO.1变电所计算为例： 1）三相短路电流周期分量有效值

Ik?2?(3)Uc23X?(k?2)?0.4KV3?7.38?10??3?31.29KA

2）三相短路次暂态电流和稳态电流

I??(3)?I∞=Ik?1?31.29KA(3)(3)

3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

ish?1.84I??(3)(3)(3)?1.84?31.29KA=57.57KA?1.09?31.29KA?34.1KA

Ish?1.09I??(3)4）三相短路容量

Sk?2?(3)3Uc2Ik?2?(3)3?0.4?31.29?21.67MVA

NO.2、NO.3、NO.4、NO.5等变电所的短路计算见计算书，数据统计见表4.1

表4.1 短路电流计算统计

短路计算点 K-1 K-2 K-2 K-2 K-2 K-2 变电所号码 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 NO.5 I(3)K三相短路电流/KA 三相短路容量i(3)shI? 6.38 31.29 29.68 24.62 16.51 16.28 (3)I（3）∞ I(3)sh /MVA（SK） 116 21.67 20.56 17.05 11.43 11.27 (3)6.38 31.29 29.68 24.62 16.51 16.28 6.38 31.29 29.68 24.62 16.51 16.28 16.27 57.57 54.61 45.3 30.39 29.96 9.63 34.1 32.35 26.83 17.99 17.7

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4.2高压一次侧设备选择与校验

4.2.1高压侧设备的校验条件

（1）按工作电压选择时所选设备的额定电压UN.e不应小于所在线路的额定电压

UN,即UN.e?UN，但需注意：使用限流式高压熔断器时，熔断器的额定电压与线路的

额定电压相同，即：

而不能UN.e＞UN

（2）按工作电流选择时所选设备的额定电流IN.e不应小于所在电路的计算电流

I30，即：

UN.e=UN (4.1)

INe?I (4.2)

（3）按断流能力选择时所选设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc不应小于设备分段瞬间的的短路电流有效值Ik或短路容量Sk,即：

I?I或S?S (4.3)

4.2.2隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定校验条件

（1）动稳定校验条件 或

Imax?Ish(3)imax?ish(3) (4.4)

(4.5)

(3)(3)式中imax、Imax为开关的极限通过电流峰值和有效值（单位为kA）；ish、Ish为

开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值（单位为kA）

（2）热稳定校验条件

Itt?I∞tima2(3)2 (4.6)

式中It为开关的热稳定电流有效值（单位为kA）；t为开关的热稳定试验时间（单

(3)位为s）；I∞为开关所在处的三相短路稳态电流（单位为kA）；tima为短路发热假想

时间（单位为s）。

短路发热假想时间tima一般按下式计算：

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tima?tk?0.05(I??I∞)2 (4.7)

在无限大容量系统中，由于I???I∞，因此

tima=tk?0.05

(4.8)

式中tk为短路持续时间，采用该电路主保护动作时间加对应的断路器全分闸时间。当tk?1s时，tima?tk。低速断路器，其分闸时间取0.2s；高速断路器，其全分闸时间取0.1s。

4.2.3电流互感器的短路稳定度校验条件

（1）动稳定校验条件 或

imax?ish

?ish

(3)(4.9) (4.10)

2KesI1N?10?3式中imax为电流互感器的动稳定电流（单位为kA）；

Kes为电流互感器的动稳定倍数；

I1N为电流互感器的额定一次电流（单位为A）。

（2）热稳定校验条件

It?I∞(3)timat (4.11)

式中It为电流互感器的热稳定电流（单位为kA）；

t为电流互感器的热稳定试验时间，一般取1s；

4.2.4 高压侧设备选择与校验表

运用上一章节知识，将装置点电气条件与设备比较后，高压侧设备进行初步选定如下表4.2所示。

由下表数据可知设备型号规格校验满足条件装置点，查《工厂供电指导手册得》高压开关柜型号选用：GG-1A(F)型，GG-1A-(F)-11，GG-1A-(F)-54；高压进线侧计量柜型号选用：GG-1A-J。详细见附图里的高压配电所主接线图。其主要设备选择原因及校验过程见设计计算书中一次设备校验章节。

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表4.2 10kV侧设备列表

选择校验项目 装置地点条件 参数 量程 参数 隔离开关 GN19-10/ 400 电流互感器LQJ-10- 设备型号规格 200/5 高压断路器SN2-10/630 高压熔断器RN2-10/0.5 电压互感器JDZ-10- 10000/100 电压互感器JDZJ-10- 10000/100 避雷器FS4-10 103电压 UN电流 I30 断流能力 IK(3)动稳定度 ish(3)热稳定度 IOC2 (3)2tima 10kV U169.6A IN 6.38kA IOC 16.27kA imax 6.38?2.2?89.55 It(2)N t 10kV 400A — 31.5kA 12.5?4?625 210kV 200/5A — 160×2×0.2=45.25 (75?0.2)?1?2252 10kV 630A 16kA 40kA 16?2?512 210kV 500A 200MVA — — 10/0.1kV — — — — /0.13/— — — — 0.13kV 10kV — — — — 4.2.5各车间变电所10kv侧进线回路设备选择与校验表

各车间变电所回路电流计算值如下：

NO.1变电所：回路电流I30=91.51A，电压UN=10KV； NO.2变电所：回路电流I30=57.3A，电压UN=10KV； NO.3变电所：回路电流I30=42.7A，电压UN=10KV；

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NO.4变电所：回路电流I30=29.6A，电压UN=10KV； NO.5变电所：回路电流I30=24.9A，电压UN=10KV。

此处设备器材均以k-1点的短路电流来进行动稳定和热稳定校验，因此各车间变电所10kV进线回路设备相同。此处只列出第一车间的设备型号，其他车间选用设备型号均相同。各个车间进线的配电柜详见主接线图，检验过程见设计计算书内。

表4.3 NO.1车间10KV侧进线设备选择

选择校验项目 装置地点条件 参数 量程 参数 高压隔离开关GN9-10/400 高压断路器 SN2-10/630 电流互感器 LQJ-10-150/5 电压 UN电流 I30 断流能力 IK(3)动稳定度 ish(3)热稳定度 IOC(3)2 tima 10kV UN91.51A IN 6.38kA IOC 16.27kA imax 6.382?2.2?89.54 It2设备型号规格 (2)t 10kV 400A — 31.5kA 12.5?4?625 10kV 630A 16kA 160?40kA 2?0.15=316?2?512 (75?0.15)?1? 2210kV 150/5A — 3.9 126.56

4.2.6各变电所低压侧出线回路设备选择与校验表

（1）NO.1车间变电所：低压侧回路电流I30?2408A,UN?380V

表4.4 NO.1车间变电所低压侧进线端设备选择

参数 装置地点条件 量程 UN I30 IK(3) ish(3) IOC(3)2tima 31.29?2.2= 2380V 2408A 31.29kA 57.57kA 2153.94 设备规格 参数 UN IN IOC imax It(2)t 低压断路器380V DW15-2500/3 2500A 60kA — —

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续表4.4

参数 装置地点条件 量程 UN I30 IK(3) ish(3) IOC(3)2tima 380V 2408A 31.29kA 57.57kA 31.29?2.2= 22153.94 设备型号规格 参数 低压刀开关380V HD13-2500/30 电流互感器LMZJ1-0.5- 2500/5 380V 2500/5A — — — 2500A — — — UN IN IOC imax It(2)t （2）NO.2车间变电所：低压侧回路电流I30?1510.1A,UN?380V 表4.5 NO.2车间变电所低压侧进线端设备选择

参数 装置地点条件 量程 UN I30 IK(3) ish(3) IOC(3)2tima 380V 1510A 29.68kA 54.61kA 29.68?2.2= 21937.9 参数 设备规格 低压断路器380V DW15-2000/3 低压刀开关380V HD13-2000/30 电流互感器 LMZJ1-0.5- 2000/5 380V 2000/5A 2000A — — — 2000A 60kA — — UN IN IOC imax It(2)t

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（3）NO.3车间变电所，低压侧回路电流I30?1123.8A,UN?380V

表4.6 NO.3车间变电所低压侧进线端设备选择

装置地点条件 量程 参数 设备型号规格 低压断路器DW15-1500/3 低压刀开关HD13-1500/30 电流互感器LMZJ1-0.5- 1500/5 380V 1500/5A — — — 参数 UN I30 IK(3) ish(3) IOC(3)2tima 380V U1123A IN 24.62kA IOC 45.3kA imax 24.62?2.2= 21333.5 N It(2)t 380V 1500A 40kA — — 380V 1500A — — — （4）NO.4车间变电所，低压侧回路电流I30?781.1A,UN?380V

表4.7 NO.4车间变电所低压侧进线端设备选择

参数 装置地点条件 量程 参数 低压断路器设备型号 DW15-1000/3 低压刀开关HD13-1000/30 电流互感器LMZJ1-0.5- 800/5 380V 800/5A — — — UN I30 IK(3) ish(3) IOC(3)2tima 380V U781.1A IN 16.51kA IOC 30.39kA imax 16.51?2.2= 2559.6 N It(2)t 380V 1000A 40kA — — 380V 1000A — — —

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（5）NO.5车间变电所，低压侧回路电流I30?655.3A,UN?380V

表4.8 NO.5车间变电所低压侧进线端设备选择

装置地点条件 量程 参数 设备型号规格 低压断路器DW15-1000/3 低压刀开关HD13-800/30 电流互感器LMZJ-0.5- 800/5 380V 800/5A — — — 参数 UN I30 IK(3) ish(3) IOC(3)2tima 380V U655A IN 16.28kA IOC 29.96kA imax 216.28?2.2= 583 N It(2)t 380V 800A 40kA — — 380V 800A — — —

4.3各车间变电所车间干线设备的选择

车间干线低压开关柜型号均选择：GGD2-(B)系列，详细型号见主接线附录图，其中薄膜车间和单丝车间均选择5个，管材车间选择2个。

表4.9 车间干线设备型号表

变电所 车间号 1-1 1-2 1-3 NO.1 1-4 1-5 1-6 50.2A 31.21A 20.99A 380V 380V 380V DW15-200/3 DW15-200/3 DW15-200/3 电流I30 3798A 45A 30.4A 电压UN 低压断路器 DW15-4000/3 DW15-200/3 DW15-200/3 电流互感器 LMZJ1-0.5- 4000/5 LMZ1-0.5- 50/5 LMZ1-0.5- 35/5 LMZ1-0.5- 55/5 LMZ1-0.5- 35/5 LMZ1-0.5- 25/5 低压开关柜型号 GGD2-(B) GGD2-(B) GGD2-(B) GGD2-(B) GGD2-(B) GGD2-(B) 380V 380V 380V

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续表4.9

变电所 车间号 2-1 NO.2 2-2 3-1 NO.3 3-2 976A 380V DW15-1000/3 34.6A 208.9A 380V 380V DW15-200/3 DW15-400/3 电流I30 2253.6A 电压UN 低压断路器 DW15-2500/3 电流互感器 LMZJ1-0.5- 2500/5 LMZ1-0.5- 35/5 LMZ1-0.5- 250/5 LMZ1-0.5- 1000/5 LMZ1-0.5- 低压开关柜型号 GGD2-(B) GGD2-(B) GGD2-(B) GGD2-(B) 380V 4-1 286.4A 380V DW15-400/3 300/5 LMZ1-0.5- GGD2-(B) 4-2 18.3A 380V DW15-200/3 20/5 LMZ1-0.5- GGD2-(B) 4-3 9.8A 380V DW15-200/3 10/5 LMZ1-0.5- GGD2-(B) 4-4 28.24A 380V DW15-200/3 30/5 LMZ1-0.5- GGD2-(B) NO.4 4-5 24.47A 380V DW15-200/3 30/5 LMZ1-0.5- GGD2-(B) 4-6 18.3A 380V DW15-200/3 20/5 LMZ1-0.5- GGD2-(B) 4-7 67.67A 380V DW15-200/3 70/5 LMZ1-0.5- GGD2-(B) 4-8 222.9A 380V DW15-200/3 75/5 LMZ1-0.5- GGD2-(B) 4-9 192.7A 380V DW15-200/3 200/5 GGD2-(B)

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续表4.9

LMZ1-0.5- 5-1 349.8A 380V DW15-400/3 400/5 LMZ1-0.5- 5-2 118.5A 380V DW15-200/3 150/5 LMZ1-0.5- 5-3 NO.5 LMZ1-0.5- 5-4 20.8A 380V DW15-200/3 20/5 LMZ1-0.5- 5-5 31.82A 380V DW15-200/3 50/5 LMZ1-0.5- 5-6 79.5A 380V DW15-200/3 100/5 GGD2-(B) GGD2-(B) GGD2-(B) 74.6A 380V DW15-200/3 75/5 GGD2-(B) GGD2-(B) GGD2-(B)

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5供配电线路的选择计算

5.1总配电所架空线进线选择

5.1.1选线计算

年最大负荷在5000h以上的架空线路且材料为铝的经济电流密度是0.9，按经济电流密度计算导线经济截面?ec的公式：

I'30jec?ec?169.60.9I30jec (5.1)

带入数值计算：?ec=

S'303?UN=

?188.4mm2

其中：I'30??29383?10?169.6A（高压侧补偿后的计算电流）

查询相关附录表：选择最近导线截面240mm2，则选择LGJ—240型钢芯铝绞线。

5.1.2电压损耗的校验

按照规定，高压配电线路的损耗，一般不得超过线路额定电压的5%，由于总降压架空进线属于较短线路，且为地区性供应，所以允许电压损耗?Ual%算的电压损耗满足?U??Ual。

?5%,因此计

因为10KV级的电压等级的几何均距为600mm，查《工厂供电设计指导》可得

Ro?0.14?/km，Xo?0.28?/km，且进线线路长为1km。

计算电压损耗值为：

△U?(P30RO?Q30X0)/UN (5.2)

代入数值?U?(2706.8?1?0.14?1218.06?0.28?1)/10?72V 计算电压损耗百分值为：△U%??UUN?100%?7210000?100%?0.72%＜?Ual%

计算电压损耗值小于允许电压损耗值，因此所选LGJ—240满足允许电压损耗要求。

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5.1.3发热条件的校验

本设计中最热月平均最高温度为25℃，查《工厂供电设计指导》可知导线截面为

240mm2和温度为25℃时的允许载流量为610A＞169.6A，因此满足发热条件。

5.2 10kv母线的选择

（1）选择原则：按经济电流密度选择母线截面并且按发热条件、热稳定度和动稳定度进行校验。

（2）按经济电流密度选择母线截面，由公式Aec?I30jec，式中jec是经济电流密度。

查《工厂供电》资料得年最大负荷利用小时在5000h以上的架空线且材料为铝的经济电流密度为0.9，即jec?0.9(A/mm2)，所以所选母线截面为：

Aec?I30jec?169.60.9?188.4mm2

查《工厂供电设计指导》可选择LMY型矩形硬铝母线的截面为：50?4mm2，该母线在环境温度为25℃时，平放时，其允许载流量Ial为586A。

（3）发热条件的校验：要满足长期发热的条件，安装处的实际载流量Ial要满足：

Ial=KtIal?I30

''(5.3)

式中Kt为环境温度不同于额定敷设温度（25℃）时的校正温度系数；查《工厂供电》可知在温度为25℃时，Kt为1，所以安装处的实际载流量为：

Ial=KtIal?1?586?586A?169.6A,满足发热条件的要求。

'（4）短路热稳定度校验：

母线通过最大电流I30时的正常温度为：

I30Ial22???0?(?al??0)I30Ial22 (5.4)

带入数据???0?(?al??0)?25?(70?25)?169.658622?28.7℃

母线材料的热稳定系数C=87，则满足热稳定的母线最小截面积要求为：

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timaC

Amin?Ioc(3)?10?3 (5.5)

(3)式中C为导体热稳定系数（AS/mm2）；Ioc为三相短路稳态电流；tima为短

路发热假想时间。

本设计中，tima为一次进线末端的主动保护动作时间，因为进线电源保护动作时限tB?2.4s，且tB?tima?to，toc为高压断路器的短路时间，一般为0.2s。所以ctima?tB?t，Amin=6.38?10??2.4?0.2?2.s2oc32.287?108mm2。所以50?4mm2满足

热稳定的要求，短路热稳定校验合格

（5）短路动稳定度的校验：母线满足动稳定度的校验条件为：?al≥?c，式中?al为母线材料的最大允许应力（Pu），这里硬铝母线（LMY）：

?c为母线通过ish(3)?al?70MPa

(5.6)

时所受到的最大计算应力，最大应力

?c?MW

M (5.7)

为母线通过时所受到的弯曲力矩；

M?F(3)

l为母线的档距(l?0.84m)；

l8 (5.8)

W?hb62

hb62(5.9)

，式中b为母线截面的水

W为母线对垂直于作用力方向轴的截面系数，W?平宽度，h为母线截面的垂直高度。

F(3)?3Kfish(3)2la?10?7 (5.10)

式中Kf为形状系数，取1，F(3)为母线受到的最大点动力，a为相邻两相的轴线距离，所以有

F(3)?3?1?(9.7?103)2?0.840.25?10?7?55N

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母线在F(3)作用力时的弯曲力矩为M?的截面系数W?计算应力为：?chb6?MW255?0.848?7?6Ngm，母线对垂直于作用力方向

=

(0.004)?0.063661.7?10?72?1.7?10m，因此母线在三相短路时受到的

3??35MPa，因为?al?70MPa＞?c=35MPa

所以该母线满足短路动稳定度的要求。

综上所述，10KV母线选用截面为50?4mm2的LMY型矩形硬铝母线。

5.3车间变电所高压进线选择

5.3.1选择原则与说明

选择原则：按经济电流密度选择电缆截面，按发热条件，允许电压损失校验及热稳定度校验。

1号车间到5号车间馈出线都选用ZLQ型三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带铠装防腐电缆两回路供电，（电缆为直埋敷设）。

5.3.2各车间变电所引进线的选线及计算

这里以NO.1 变电所引进线为例进行选线校验 （1）计算及选型

计算方法：按经济电流密度选择电缆截面积

查课本《工厂供电》可得，年最大负荷利用小时在5000h以上的架空线路且材料为铝芯电缆的经济电流密度为1.54A/mm2。 一号变电所回路电流是I30?根据经济电流密度：?ec?I30jecS303UN?ST(1)3UN?1585.23?102?91.52A

?91.521.54?59.4mm

线型号：ZLQ20—10000—3×70mm2

查附表知：10KV的ZLQ20—10000—3×70mm2的三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带凯装防腐电缆相关参数如下：

在温度为25℃时，允许的载流量是133A，正常允许的最高温度为60℃。

（2）发热条件校验

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西南石油大学本科毕业设计

线路工作最大电流：Imax=91.52A

要满足长期发热的条件，安装处的载流量应该满足：

式中K为修正系数

由本设计在这里的土壤在0.8米深处年最热月平均最高温度为22℃，可知电缆在流量温度修正系数为1.05， KIal=1.05?133=139A?Imax=91.52A 满足要求。

（3）电压损耗的校验

查表可得R0=0.52?/km，X0=0.083?/km，线路长度取50m（根据工厂平面布置图的比例估算），所以电压损耗值为：

△U=1411.7?0.05?0.52+1871?0.05?0.08310=44.410=4.44VKIal?Imax

(5.11)

△U%?(4.44V/10000V)?100%=0.044%＜5%

所以电压损耗满足要求。

（4）热稳定校验

在温度为25℃时，电缆允许的载流量是133A，正常允许的最高温度为60℃，电缆通过最大电流Imax时的正常温度为：

???0?(?al??0)I30Ial22?25?(70?25)?91.5213322?40℃

查《供配电设计手册》可知C=88，则满足热稳定的最小截面应该为：

Amin?Ioc(3)?10?3timaC (5.12)

(3)式中C为导体热稳定系数（AS/mm2）；Ioc为三相短路稳态电流；tima为短

路发热假想时间。

本设计中，tima为一次进线末端的主动保护动作时间，因为进线电源保护动作时

toc为高压断路器的短路时间，一般为0.2s。所以限tB?2.4s，且tB?tima?to，ctima?tB?toc?2.4?0.2?2.s2，因此：

Amin=6.38?10?32.288?107.53mm2

所以满足热稳定校验，综上校验结果：选择ZLQ20—10000—3×70mm2的三芯粘性油浸渍纸绝缘电力电缆。另外几个变电所高压引进线电缆选择和校验过程同上，

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