某工厂变电所配电系统电气设计

某工厂变电所配电系统电气设计

电气工程及其自动化

[摘 要] 本课题的目标是设计降压变电所一次侧电气部分，通过负荷计算及无功功率补偿计算、及变配电所所址和型式的选择、变电所主变压器台数、容量及类型的选择、以及短路电流计算，变电所一次设备的选择等方面考虑设计，从而实现工厂供电系统安全、可靠、优质、经济地运行。通过本课题的设计，初步掌握工厂供电系统简单设计所必需的基本理论和基本知识，为今后从事工厂供电技术工作奠定初步的基础。本文根据GB50059—92《10kV及以下变电所设计规范》的要求，从变电所10kV侧和低压侧两个方面详细阐述了变电所的实现及其理论依据。

[关键词] 功率因素; 降压变压器; 母线

I

A factory substation electrical design distribution system Electrical engineering and automation WANG Yu-hui

Abstract: This topic's goal is to design step-down substation electric parts, a side by load

calculation and reactive power compensation calculation, and transfering &transforming by address and pattern of choice, the main transformer substation sets, capacity and types of choice, and once short-circuit current calculation, substation equipment choice, etc, thus realize factory consider design power supply system is safe, reliable and high quality, economic operation. Through the design of this topic, preliminary master factory power supply system of simple design necessary basic theory and basic knowledge for future work in factories supply engineering lay preliminary foundation. According to the GB50059 consumers 10kV and below -- 92 substation design requirements of the \substation two expounded the realization of substation and its theoretical basis.

Key words: Power factor ; step-down transformer; bus line

II

目 录

1设计任务书 .............................................................. 1 2负荷计算的方法和无功功率补偿 ............................................ 3 2.1计算负荷意义和计算目的 .............................................. 3 2.2 负荷计算的方法 ...................................................... 5 2.2.1需要系数法....................................................... 5 2.2.2负荷计算......................................................... 5 2.2.3功率因数和无功功率补偿........................................... 7 3变配电所及主变压器的选择 ................................................ 7 3.1变电所位置和型式的选择 .............................................. 7 3.2变电所主变压器和接线方案的选择 ...................................... 7 4短路电流的计算及一次设备的选择 .......................................... 7 5变电所一次设备的选择校验 ................................................ 7 5.1电气设备选择的一般条件 .............................................. 7 5.1.1按正常运行条件选择............................................... 7 5.1.2按短路条件校验................................................... 7 6变电所进出线与邻近单位联络线的选择 ...................................... 7 6.1 10KV高压进线和引入电缆的选择 ....................................... 7 6.2 380V低压出线的选择 ................................................. 7 6.3作为备用电源的高压联络线的选择校验 .................................. 7 结束语 .................................................................... 7 参考文献 .................................................................. 7 附录 ...................................................................... 7 致谢 ...................................................................... 7

III

1设计任务书

1.1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，适当考虑到工厂的发展，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，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，最后按要求写出设计说明书，绘制设计图样。

1.2设计依据

1.2.1工厂总平面图

图1工厂总平面图

1.2.2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数为4600h，日最大负荷持续时间为

1

6h.该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外、其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1-1所示。

表1-1工厂负荷统计资料

厂房编号 1 厂房名称 铸造车间 负荷类别 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 5 仓库 动力 照明 生活区 照明 设备容量/KW 300 6 350 8 400 10 360 7 250 5 150 5 180 6 160 4 50 1 20 1 350 需要系数 0.3 0.8 0.3 0.7 0.2 0.8 0.3 0.9 0.5 0.9 0.6 0.8 0.3 0.8 0.2 0.8 0.7 0.8 0.4 0.8 0.7 功率因数 0.7 1.0 0.65 1.0 0.65 1.0 0.6 1.0 0.8 1.0 0.8 1.0 0.7 1.0 0.65 1.0 0.8 1.0 0.8 1.0 0.9 2 锻压车间 7 金工车间 6 工具车间 4 电镀车间 热处理车 间 装配车间 3 9 10 8 机修车间 锅炉房 1.2.3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，本厂可有附近一条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。该干线的导线牌号为LG-150，导线为等边三角形排列，线距为2m，干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断按保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。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有电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。 1.2.4气象资料

2

选择校验项目 装置地点 条件 额定参数 参数 数据 电压 电流 I30 57.7A IN 630A 200A 0.5A 断流能力 ?3?Ik 动稳定度 热稳定度 ish?3? 其他 UN 10KV UN I(3)2?tima 1.96KA Ioc 16KA _ 50KA 5.0KA imax 40KA 25.5KA _ I2tt 高压少油断路器SN10-10I/630 10KV 6高压隔离开关GN8-10/200 162×2=512 102×5=500 _ 10KV 10KV 10/0.1 1030.1//高压熔断器RN2-10 电压互感器JDJ-10 电压互感器JDZJ-10 30.13 电流互感器LQJ-10 10KV A 避雷器FS4-10 户外式高压隔离开关 GW4-15G/200 10KV 15KV 200A 100/5 255×2× (90×0.1)2× 0.1=31.8 0.1=81 0.6 表2所选设备均满足要求

2. 380V侧一次设备的选择校验（表3）

选择校验项目 电压 电流 I30 1320A 断流 能力 其动稳定度 热稳定度 它 装设地点条件 参数 数据 UN 380V Ik?3? ish 36.2KA ?3?It?2(3)2 ima 19.7KA 19.7×0.7 =272 13

额定参数 低压断路器UN 380V IN 1500A Ioc 40KA imax I t t2 DW15-1500/3 低压断路器DZ20-630 低压断路器DZ20-200 低压刀开关380V 380V 380V 630A 200A 1500A 30KA 25KA — HD13-1500/30 电流互感器LJZJI-0.5 电流互感器LMZ1-0.5 500V 500V 1500/5A 1600/5A 100/5A — — 3. 高低压母线的选择 查表可得，10KV母线选LMY-3(40×4),即母线尺寸为

40mm×4mm；380V母线选LMY-3（120×10）＋80×6，相母线尺寸120mm×10mm,为中性母线尺寸为80mm×6mm。

6 变电所进出线与邻近单位联络线的选择

6.1 10KV高压进线和引入电缆的选择

（1）高压进线的选择校验 采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10KV公用干线。 1）按发热条件选择。由I30=I1N.T=57.7A及室外环境温度33℃，查表得，初选LJ-16，其35℃时的Ial≈95A＞I30，满足发热条件。

2）校验机械强度。查表得，最小允许截面Amin=35mm2，因此LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。

由于线路很短，不需校验电压损耗。

（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。

1)按发热条件选择。由I30=I1N.T=57.7A及土壤温度25℃查表，初选缆芯为25mm2

的交联电缆，其Ial≈90A＞I30，，满足发热条件。

2）校验短路热稳定。按式计算满足短路热稳定的最小截面 Amin=I??3?timaC?1960?0.75?22mm2?A?25mm277

因此YJL22-10000-3×25电缆满足要求。

14

6.2 380V低压出线的选择

（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

1）按发热条件选择。由I30=201A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表得，初选120 mm2，其Ial≈212A＞I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗。由平面图量得变电所至1号厂房距离约100m，而查表得120 mm2的铝芯电缆的R0=0.3?/Km，X0=0.07?/Km，又1号厂房的P30=94.8KW，Q30=91.8Kvr

因此按式得：?U?94.8?(0.31?0.1)?91.8?(0.07?0.1)?9.4V0.38

?U%?(9.4/380)?100%?2.5%??Ual%?5%满足允许电压5%的要求。

3）短路热稳定度校验。按式求满足短路热稳定的最小截面 Amin=I??3?timaC?19700?0.75?224mm276

由于前面所选120 mm2的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定度要求，因此

改选缆芯150 mm2的聚氯乙烯电缆，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路 亦采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设。缆芯截面选240 mm2，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。 （3）馈电给3号厂房（热处理车间）的线路 亦采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设缆芯截面选240 mm2，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。 （4）馈电给4号厂房（电镀车间）的线路 亦采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设缆芯截面选240 mm2，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。 （5）馈电给5号厂房（仓库）的线路 由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根（3根相线、1根中性线、1根保护线）穿硬塑料管理埋地敷设。

1）按发热条件选择。由I30=16.2A及环境温度26℃，查表得，相线截面初选4mm2，其Ial≈19A＞I30，满足发热条件。

按规定，中性线和保护线也选为4mm2，与相线截面相同，即选用BLV-1000-1×4 mm2塑料导线5根穿内径的硬塑管。

2）校验机械强度。查表得，最小允许截面Amin=2.5 mm2，因此上面所选4 mm2的相线满足机械强度要求。

3）校验电压损耗。所选穿管线，估计长度50m，查表得R0=8.55?/Km，X0=0.07?/Km，又仓库的P30=8.8KW，Q30=6Kvr，因此

15

?U?8.8?(8.55?0.05)?6?(0.119?0.05)?10V0.38

?U%?(10/380)?100%?2.63%??Ual%?5%

满足允许电压损耗5%的要求。

（6）馈电给6号厂房（工具车间）的线路 亦采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设缆芯截面选240 mm2，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。 （7）馈电给7号厂房（金工车间）的线路 亦采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设缆芯截面选240 mm2，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。 （8）馈电给8号厂房（锅炉房）的线路 亦采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设缆芯截面选240 mm2，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。 （9）馈电给9号厂房（装配车间）的线路 亦采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设缆芯截面选240 mm2，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。 （10）馈电给10号厂房（机修车间）的线路 亦采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直埋敷设缆芯截面选240 mm2，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。 （11）馈电给生活区的线路 采用型铝绞线架空敷设。

1）按发热条件选择。由I30=413A及室外温度为33℃，查表得，初选LJ-185，其33℃时的Ial≈455A＞I30，满足发热条件。

2）机械强度校验。查表得，最小允许截面Amin=16mm2，因此LJ-185满足机械强度要求。

3）校验电压损耗。由图所示平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约200，而查表得LJ-185的R0=0.18?/Km，X0=0.3?/Km（按线间几何均距0.8m计），又生活区的P30=245KW，Q30=117.6Kvr，因此

?U?245?(0.18?0.2)?117.6?(0.3?0.2)?42V0.38

?U%?(42/380)?100%?11.1%??Ual%?5%

由此看来，对生活区采用一回LJ-185架空线路供电是不行的。为了

确保生活用电的电压质量，采用四回LJ-120架空线路对生活区供电。查表得LJ-120的R0=0.28?/Km，X0=0.3?/Km（按线间几何均距0.6计），因此

?U?(245/4)?(0.28?0.2)?(117.6/4)?(0.3?0.2)?13.7V0.38

?U%?(13.7/380)?100%?3.6%??Ual%?5%满足要求。

16

中性线采用LJ-70铝绞线。

6.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验

采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10KV母线相联。

（1） 按发热条件选择 工厂二级负荷容量共335.1KVA，I30=335.1/(3?100)?19.3A最热月土壤平均温度为25℃，因此查表得初选缆芯截面为25 mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其Ial≈90A＞I30，满足发热条件。

（2） 校验电压损耗 由表可查得缆芯为25 mm2的铝芯电缆的R0=1.54?/Km，

X0=0.12?/Km二级负荷的P30=（94.8+129+35.8）KW，Q30=（91.8+93.8+26.3）=117.6Kvr，线路长度按1km计，因此

?U?259.6?(1.54?2)?211.9?(0.3?0.2)?85V10

?U%?(85/10000)?100%?0.85%??Ual%?5%

由此可见满足允许电压损耗5%的要求。

（3） 短路热稳定校验 按变电所高压侧短路电流校验，由前引入电缆的短路热稳定校

验可知缆芯25 mm2的交联电缆是满足热稳定要求的。

表4变电所进出线和联络线的型号规格

线路名称 10KV电源进线 主变引入电缆 380V 低压 出线 至1号厂房 至2号厂房 至3号厂房 至4号厂房 至5号厂房 至6号厂房 至7号厂房 至8号厂房 至9号厂房 至10号厂房 至生活区

导线或电缆的型号规格 LJ-35铝绞线（三相三线架空） YJL22-10000-3×25交联电缆 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆 BLV-1000-1×4铝心线5根穿管内径25 mm硬塑管 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆 四回路3×LJ-120+1×LJ-70（三相四线架空） 17

邻近单位10KV联络线 YJL22-10000-3×25交联电缆 结束语

本设计是工厂变电所配电系统一次侧的电气设计，为了实现这一目标，工进行了负荷计算,变压器的选择，短路电流计算，主接线方案的确定，成套设备的选择，高低压一次设备的选择，导线的选择等工作。通过本次设计，初步掌握了中小型工厂供电系统运行维护及简单设计所必需的基本理论和基本知识，为今后从事工厂供电技术工作奠定初步的基础。

参考文献

[1] 刘介才编.工厂供电(第3版).北京：机械工业出版社，1997

[2] GB50059-92 35～110KV变电所设计规范.北京：中国计划出版社，1993

[3] GB50060-92 3～110KV高压配电装置设计规范.北京：中国计划出版社，1993 [4] 刘介才主编.工厂供电设计指导.北京：机械工业出版社，2002 [5] GB6988-86 电气制图.北京：中国标准出版社，1987

[6] GB4728-84、85电气图用图形符号.北京：中国标准出版社，1987

附录

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图2 装设一台主变的主接线方案

19

图3装设两台主变的主接线方案

20

图4降压变电所主接线电路图

致谢

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本设计从选题到最后完成，都得到了指导老师胡瑞华老师的悉心指导。胡老师渊博的知识、严谨的治学态度和诲人不倦的精神永远是我学习的榜样，她富于开拓与创新的精神以及丰富的社会知识都给我留下了深刻的印象，使我在设计中受益匪浅，在此谨向胡老师致以深切的谢意！

在论文的写作中，还得到了陈老师、胡老师的悉心指点，在此表示衷心的感谢！ 在此还要感谢电子与电气工程系的全体老师，感谢他们对我的培养，使我在南阳理工学院这两年的学习生活中受益匪浅。 感谢家人的关心与支持！

感谢评阅和阅读本文的老师为此付出的辛勤劳动！

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/g1eh.html