1、供配电系统设计设计说明书设 计 题 目 某服装厂降压变电所的电气设计 姓 名 学 号 谭 全，2010072042 姓 名 学 号 许言午，2010072041 姓 名 学 号 李 源，2010072043 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气 101 班 指 导 教 师 刘兴茂 二 O 一 三 年 六 月前 言本设计是对某服装厂降压变电所的电气设计。主要是通过对该厂的负荷分布情况进行详细分析，计算各个负荷点的的情况，最后算出负荷中心，综合实际情况确定变电所的位置。本设计中的变电所的位置选择，变压器类型、容量、台数的选择都得根据实际计算中的数值来进行确定。首先，进行最初步的就是进行负荷计算
2、和系无功补偿的计算。这个过程中必须对每个负荷点进行详细的计算。而无功补偿需要考虑较多的裕量，计算出需要补偿的无功，再确定需要的电容器的数量以及类型。再者，进行变压器的容量选择，类型选择，以及电力变压器的主接线方式设计。然后，我们要进行系统的短路计算，以及变压器的高低压侧的电气设备的选择。继而，我们要进行高低压侧的输电线以及母线的选择，校验。最后，我们要整定继电保护，防雷保护和接地保护等。项目组成员：日 期：目录总页数：24 页1 负荷计算和无功功率补偿 11.1 负荷计算 11.2 无功功率补偿 32 变电所位置和型式的选择 43 变电所主变压器的选择 53.1 负荷分级及供电电源 53.2
3、电力变压器选择 53.3 变电所主接线电气设计 84 短路电流计算与高低压电器选择 104.1 短路电流计算 104.2 高低压电器选择 145 变电所电线电缆的选择 155.1 高压进线和引入电缆的选择 155.2 变电所母线选择 155.3 低压出线电缆选择 176 变电所继电保护的整定 177 防雷保护和接地装置的设计 19参考文献 21附录一 22附录二 23附录三 24第 0 页 共 24 页1 负荷计算和无功功率补偿1.1 负荷计算（1）单组用电设备计算负荷的计算公式1）有功计算负荷（单位为 kW）的计算公式：（1-1）cdePKPc 为计算有功功率，Kd 为需要系数，Pe 为设备
4、容量。2）无功计算负荷（单位为 kvar）的计算公式：（1-2）tanccQQc 为计算无功功率。3）视在计算负荷（单位为 kVA）的计算公式：（1-3）2cccSPSc 为计算视在功率。4）计算电流（单位为 A）的计算公式：（1-4）3ccNSIUIc 为计算电流， 为额定电压。（2）多组用电设备计算负荷的计算公式（1-5）ciiPn1cKP（1-6）ciniqcQ1（1-7）2cccSP（1-8）3ccNIU第 1 页 共 24 页根据上述公式及工厂负荷统计资料可得各厂房和生活区的负荷计算，如表1-1 所示。表 1-1 服装厂负荷计算表负荷计算表厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kw需要系
5、数Kd功率因数cos有功功率/kw无功功率/kvar视在功率/kVA计算电流/A1 裁剪车间动力 240 0.6 0.8 144 108.0 180.0 273.5 2 缝制车间动力 330 0.7 0.7 231 235.7 330.0 501.4 3 整烫车间动力 380 0.4 0.75 152 134.1 202.7 307.9 4 检品车间动力 140 0.35 0.85 49 30.4 57.6 87.6 5 仓库 动力 38 0.3 0.5 11.4 19.7 22.8 34.6 6 印绣花车间动力 100 0.8 0.8 80 60.0 100.0 151.9 7 机修车间动力
6、 180 0.3 0.5 54 93.5 108.0 164.1 8 综合办公楼照明 50 0.75 0.9 37.5 18.2 41.7 63.3 9 锅炉房动力 150 0.75 0.8 112.584.4 140.6 213.7 10 水泵房动力 120 0.75 0.8 90 67.5 112.5 170.9 11 生活区照明 280 0.7 0.9 196 94.9 217.8 330.9 总计（380侧）合计 2008 1157.4946.3 1495.0 2271.5 第 2 页 共 24 页Kp=0.8, Kq=0.852623 0.754916468925.92804.377
7、39311226.5198071863.5040551.2 无功功率补偿 由表可知，该厂 380V 最大负荷时的功率因数只有 0.76，而供电部门要求该厂 10KV 进线侧最大负荷时功率因数不低于 0.9。考虑到主变压器无功损耗远大于有功损耗，因此 380V 侧功率因数要稍大于 0.9，我们取 0.92 来计算 380V侧所需的无功功率补偿容量：选用 BWF10.5-40-1 型电容器这里选择 12 台电容器进行补偿。补偿后实际补偿容量为 1240=480kvar，此时的实际平均功率因数为948.0cos )tan(/av 2.12avcvvavav QPSP符合要求表 1-2 无功补偿后工厂
8、的计算负荷计算负荷项目 cosP30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A380V 侧补偿前负荷 0.76 925.92 804.38 1226.52 1863.50380V 侧无功补偿容量 480380V 侧补偿后负荷 0.948 925.92 324.38 981.096 1543.22主变压器功率损耗 14.72 58.86610kV 侧负荷总计 940.64 383.246 1015.717 57.6补偿后的计算负荷：104/156.398/ var.402.95 )92.tn(cos)7s(tanrcota 21. CNcvc vvQn kP第 3 页 共 24 页kV
9、AnQPSccavc 1.98)4038.0(92.52.21 变压器的功率损耗： var86.51.906071 kSQWPcT 变电所高压侧的计算负荷： var246.386.5)4803.(472.2512 kPTcc AUSI VAQavcccc 2.15438.03771.0.6.92 222 10kv 侧的计算电流： ANIcc 6.570./ 2 变电所位置和型式的选择利用负荷功率矩法确定负荷中心算出负荷中心坐标后，在途中找出负荷中心的位置，如图 2-1。70.34.15/).196 4908.5.1280 .7.1745.2.4( 4.157/)196 .90.9.127.9.
10、3.780 2741465234(x y第 4 页 共 24 页图 2-1 负荷中心位置图根据服装厂的实际情况，我们这里选择独立变电所，并把变电所设置在 2号车间的东南边，采用附设式。3 变电所主变压器的选择3.1 负荷分级及供电电源计算负荷总容量 1226.52KVA二级负荷总容量 03.2 电力变压器选择1 变电所变压器选择（1）一台主变压器： Sn1226.52 故选用 S9-1250/10。（2）两台主变压器：Sn（0.60.7）Sc=（735.9858.6）且 SnSc（+） =0（二级负荷计算总容量）故选用 S9-800/10 变压器两台。三相负荷基本平衡变压器连接组一般采用 Yy
11、n0。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。2 变电所主结线方案的选择第 5 页 共 24 页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(见图 3-1) 图 3-1 一台变压器主接线第 6 页 共 24 页（2）装设两台主变压器的主结线方案 如图所示(见图 3-2) 图 3-2 两台变压器主接线第 7 页 共 24 页（3）两种主结线方案的计算经济比较表 表 3-1 计算经济比较表 比较项目 装设一台主变的方案 装设两台主变的方案供电安全性 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
12、，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，灵活性较好指标技术扩建适应性 稍差一些 更好一些电力变压器的综合投资额 查得 S9-1250单价为15万元，查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其投资为2*15万元=30万元查得 S9-800单价为10万元，查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其投资为4*10万元=40万元高压开关柜的综合投资额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2.174万元指标经济交供电部门的一次性供电贴费按150元/KVA
13、 计，贴费为1250*0.015万元=18.75万元贴费为2*800*0.015万元=24万元，比1台主变的方案多交5.25万元从上表可以看出，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。）3.3 变电所主接线电气设计（1）变电所高压电气主接线设计1）电气主接线形式及运行方式在采用单台变压器后，高压侧我们采用线路-变压器组主接线。2）开关柜型式及配置开关柜我们采用 XGN2-
14、12 系列，主要有负荷开关、熔断器、电压互感器、低压短路器。3）所用电设计第 8 页 共 24 页所用电是从 10kv 进线引出，并通过电压互感器获得所用电。4）电气主接线图绘制图 3-3 变压器高压侧主接线（2）变电所低压电气主接线设计1）电气主接线形式及运行方式在变电所确定为单台变压器后，低压侧我们采用单母线不分段主接线。2）开关柜型式及配置开关柜我们采用 XGN2-12 系列，主要有负荷开关、熔断器、电压互感器、低压短路器。3）电气主接线图绘制第 9 页 共 24 页图 3-4 变压器低压侧主接线4 短路电流计算与高低压电器选择4.1 短路电流计算（1）绘制计算电路及选取短路计算点1、计
15、算电路和短路计算点如图 4-1 所示，图 4-1 计算电路图3 k mTK - 1 K - 21 W L第 10 页 共 24 页2、短路计算等效电路如图 4-2 所示，图 4-2 短路计算等效电路图（2）确定短路计算基准值在这里，我们取 Sd = 100MVA，Ud1 = 10.5kV，Ud2 = 0.4kV，基准电流分别为 Id1，Id2.（3）计算短路电路中各元件的电抗标幺值1）电力系统的电抗标幺值最大运行方式：本设计中，在最大运行方式时，Sk = 550MVA，所以电力系统标幺值为 182.05SXk.maxd*1最小运行方式：本设计中，在最大运行方式时，Sk = 290MVA，所以电
16、力系统标幺值为 345.0291SXk.mind*12）电力线路的电抗标幺值在本设计中，电路的单位阻抗取 ，故电力线路的电抗标幺值kmx/4.0为 726.5.1034.2210*2 dUSlxX3）电力变压器的电抗标幺值在本设计中，变压器是 10/0.4kV, ,故变压器的电抗标幺值为.4%Uk6.325.104S10%XNdk*3 （4）计算 k-2 点（0.4kV 侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量X 1 X 2 X 3K - 1K - 2第 11 页 共 24 页1）总电抗标幺值最大运行方式：短路发生在变压器低次侧，最大运行方式时，总阻抗为： 508.46372.018.X*
17、32*1k 最小运行方式：短路发生在变压器低次侧，最小运行方式时，总阻抗为： 671.4372.0345.*2*1k 2）短路电流电路电流基准值： kA3.4.03USI1d1d最大运行方式：在最大运行方式下，短路计算各值为： 2.058.41*kXI A043.2.31 kId 96.5841.2.ikksh.1/96.582/Is kishA03 kIkMVXkd 21S*最小运行方式：在最小运行方式下，短路计算各值为： 214.067.41* kkXI A89.30.31 kIdk 4568.2.ikksh 第 12 页 共 24 页A2.40/8.562/ 2.2.sh kiIkshk
18、 930 kI）（ MVXkd 4.21.1S*（5）计算 k-1 点（10.5kV 侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量1）总电抗标幺值最大运行方式：短路发生在变压器高次侧，最大运行方式时，总阻抗为： 908.726.18.0X*21*k 最小运行方式：短路发生在变压器低次侧，最小运行方式时，总阻抗为： 071.26.345.0*21*k 2）短路电流电路电流基准值： kA5103USI1d1d 最大运行方式：在最大运行方式下，短路计算各值为： 10.98.1*kXI A651 kId453.102 kikksh 9.2/43.1/I1.1.sishA6 kIkMVXkd 1.0.0
19、S*最小运行方式：第 13 页 共 24 页在最小运行方式下，短路计算各值为： 934.071.* kkXI A1.5.51 kId.342.2.ikksh 6.9/.3I1.1.s kishA5Ik）（ MVXkd 4.93.0S* 以上短路计算结果综合如表 4-1 所示。表 4-1 短路计算结果三相短路电流/kA 三相短路容量/MVA短路计算点运行方式 3kI3I3I3shi3shI3kS最大 6.06 6.06 6.06 15.453 10.93 110.1k-1最小 5.14 5.14 5.14 13.1 9.26 93.4最大 32.043 32.043 32.043 58.96 4
20、1.44 22.2k-2最小 30.889 30.889 30.889 56.84 40.2 21.44.2 高低压电器选择（1）10kV 侧一次设备的选择校验变电所 10kV 侧一次设备选择效验如表 4-2 所示。表 4-2 10kV 侧一次设备选择效验表选择校验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度参数 UN IN I k (3) ish(3) I (3)2tima设备地点电气条件 数据 10kV 57.6A 6.06kA 15.453kA 69.696额定参数 UNe INe Ioc imax It2t高压少油断路器SN10-10I/630 10kV 630A 16kA 40kA
21、 640隔离开关 40/T1-GN6810kV 400A _ 30kA 313.6一次设备型号规格熔断器RN1-10/100 10kV 100A 12kA _ _第 14 页 共 24 页电流互感器LQJ-10/160 10kV 160A _ 36.2kA 230.4电压互感器JSJW-10 10kV _ _ _ _（2）380kV 侧二次设备的选择校验变电所 10kV 侧一次设备选择效验如表 4-3 所示。表 4-2 10kV 侧一次设备选择效验表5 变电所电线电缆的选择5.1 高压进线和引入电缆的选择由前面可知，高压侧的计算电流 Ic = 57.6A，那么按环境条件选择电缆线，查表 A-1
22、2-2 可得 4 根单芯线的截面为 35 的 BV 型导线，在 时的允许2mC30载流量为A，其正常最高允许温度为 ，即 。C650A74Ial温度校正系数为89.02563K0al 导线的实际允许载流量为 AI 6.7.7489.Ialal 所以，所选相截面 满足允许载流量的要求。2m35S中性线的选择：按 要求，选择 。.020m5S所以选导线 。21-BV5.2 变电所母线选择（1）高压开关柜母线选择选择校验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度参数 UN I30 I k (3) ish(3) I (3)2tima设备地点电气条件 数据 0.4kV 1543.2A 32.043k
23、A 58.961kA 1642.8额定参数 UNe INe Ioc imax It2t低压断路器DZ20-12500.4kV 1250 50 _ _一次设备型号规 格 低压熔断器RT0-10000.4kV 1000 50kA _ _第 15 页 共 24 页首先，按允许载流量选择有 ，查表 A-11-1，选择 TGJ-16.A6.57Ical母线的热稳定性校验： 233min 8.4107.06.IS mCtima）（母线的动稳定性校验：三相电路点动力： Nalish 65.103.0.1)451(732.10K3F 723)(fc ）（又 ，Nm68.1.65.0M)(cl 3522 102
24、.66bWh计算应力为： MPa54Pa7.5.168l5c （2）低压开关柜母线选择首先，按允许载流量选择有 ，查表 A-11-，选择A2.1543Ical.610-TMY母线的热稳定性校验： 233min 0.7176.043.2IS mCtima ）（母线的动稳定性校验：三相电路点动力： Nalish4.205 103.0.)18956(1732.10K3F 723)(fc ）（又 ，Nm1.2610.425M)3(cl第 16 页 共 24 页3722 m106.0.6bWh计算应力为： MPa40Pa8. l7c M5.3 低压出线电缆选择由前面可知，低压侧的计算电流 ，那么按环境条
25、件A3.1/2.1543Ic选择电缆线，查表 A-12-2 可得 4 根单芯线的截面为 的 BV 型导线，在20m时的允许载流量为 ，其正常最高允许温度为 ，即 。C30A160C65160Ial温度校正系数为89.02563K0al 导线的实际允许载流量为 AI 3.14.189.Ialal 所以，所选相截面 满足允许载流量的要求。2m10S中性线的选择：按 要求，选择 。5.20m7S所以选导线 。723-BV6 变电所继电保护的整定（1）电源进线继电保护整定计算1）定时限过电流保护动作电流：启动电流： kAIKfhzq 9.806.85.12Imax.kdz 灵敏系数：灵敏度校验：、作为
26、本条线路的近后备保护第 17 页 共 24 页符合要求5.1746.9.8531IKdzminl 、作为相邻线路的远后备符合要求2.1539.80Idzmin.l 下动作时限： 2.5s051.tt 2）电流速断保护动作电流： AKk k63.4102.3.1II3maxdz ）（灵敏系数： 8.04.104.5/UX3mineax.s WLXI 56./3/ 3axein.s LI m12./U2X1Lmax.e0min kXIsdz）（符合要求%5.37%inb 动作时限： s0t（2）变压器继电保护整定计算1）定时限过电流保护动作电流： kA2.459.03215. TArghjxrel
27、kopnKII灵敏系数：第 18 页 共 24 页5.17.min2opksenIKkA20jxTAkopopI符合要求动作时限： s5.2.051tt 2）电流速断保护动作电流： kA345.1250.310.max32 TAkjxrelkopnIKI灵敏系数： 23.min21opksenIKkA15jxTAkopI符合要求动作时限： s0t7 防雷保护和接地装置的设计（1）接地保护：将变压器的金属外壳安全接地。（2）防雷保护：、线路防雷保护如图 7-1，在变压器进线侧的电线上装设避雷线，进行电线的避雷保护，并装设 F、F来保护线路断路器和隔离开关。用于防止雷电冲击波沿高压线路侵入变电所。
28、、其他建筑线路防雷就用建筑避雷针进行防雷保护。第 19 页 共 24 页图 7-1 防雷保护接线图避雷线1 0 k V进线Q FTF 1 F 2 F 3第 20 页 共 24 页参考文献1 http:/ 唐志平.供配电技术.北京：电子工业出版， .305P-1.293 孙国凯.电力系统继电保护原理.北京：中国水利水电出版社， .27P-144 李林川.电力系统基础.北京：科学出版社，2009.P28-P88.5 10kV配电工程典型设计.国家电网.6 翁双安.供配电工程设计指导.北京：机械工业出版社，2008.P22-P200.7 供配电系统设计规范GB 50052/95第 21 页 共 24
29、 页附录一：变电所高压侧电气主接线图第 22 页 共 24 页附录二：变电所低压侧电气主接线图第 23 页 共 24 页附录三：评分标准及得分供配电系统设计评阅表评 分优 良 中 合格 不 合格评价项目 具体要求最高分32 28-31 25-27 21-24 20说明书质量说明书须按任务书的要求编写，说明书的内容必须完整。专业技术用语准确；说明书撰写符合规范，图表完备、整洁，符号统一、编号齐全。3518 16-17 14-15 12-13 11主接线设计依据负荷计算及无功补偿要求，给出主变压器的两种选择方案；结合主变压器的选择方案，设计两种主接线方案，作技术经济比较。2018 16-17 14-15 12-13 11一次设备选择正确进行短路电流计算，选择并效验变电所的一次设备及变电所的进线、出线。2014 12-13 10-11 9 8继电保护的整定配置主变压器的继电保护，并进行整定计算和灵敏度效验；配置变电所低压侧的继电保护，并进行整定计算和灵敏度效验。159 8 7 6 5防雷与接地变电所的防雷保护，包括直击雷防护和雷电侵入波的防护；变电所公共接地装置设计。10总 分
