10KV变电站的电气一次设计
摘要:本设计设计了一个电子厂的供电系统，在满足工厂供电设计中安全、可靠、优质、经济的基本要求的前提下，本文首先根据全厂和车间的用电设备情况和生产工艺要求，进行了负荷计算，通过功率因数的计算，进行无功补偿设计（包括无功补偿容量计算和补偿设备选择、校验），确定了电子厂的供电方案，通过技术经济比较，确定了供电系统的主接线形式，选择了主变压器的台数和容量。其次，本文设计了厂区供电和配电网络，进行了车间变电所以及车间配电系统和车间电气设计，按照经济电流密度法，选择了合适的导线和电缆，通过合理设置短路点，进行正确的短路电流计算，进行了主要电气设备的选型和校验。
关键词：供电系统；负荷计算；主变压器；设备选择
\
Abstract :The design of an electronic factory power supply system, power plant design to meet safety, reliability, quality, basic requirements of the economy under the premise of this paper, according to all electrical equipment factory and workshop conditions and production process requirements, for a load calculation, by calculating the power factor, reactive compensation in the design (including reactive power compensation capacity calculation and compensation equipment selection, calibration), to determine the supply of electronic works program, through technical and economic comparison of the power supply system to determine The main connection form, select a main transformer station number and capacity. Secondly, the paper design of the power plant and distribution network, conducted a workshop and the workshop substation electrical distribution systems and plant design, in accordance with the economic current density method, select the appropriate wire and cable, through a reasonable set short-circuit point, for correct short-circuit current calculation, carried out a major electrical equipment selection and validation. .
Key words:power system， load calculation， transformer ，equipment selection
目录
第0章、绪论 (1)
】
第1章、分析原始资料，确定电源的引入方式 (3)
.工厂总平面图 (3)
.工厂生产任务规模及产品规格 (3)
工厂负荷情况 (3)
供电电源请况 (4)
.气象资料 (4)
第2章、负荷计算及无功功率补偿计算 (5)
用电设备负荷的计算 (5)
(
负荷计算表 (6)
无功功率补偿 (7)
第3章、变电站的位置与型式、合理地布置好各设备的位置 (10)
. 主变压器选择 (10)
.主变压器位置的确定 (10)
第4章、变电站主变压器的台数、容量及类型的选择 (13)
第5章、变电站主结线方案的设计 (14)
变电所主要结线方案的提出 (14)
—
变电所主要结线方案的选择 (14)
第6章、短路电流的计算 (19)
绘制计算电路图 (19)
计算短路电流 (19)
第7章、变电站一次设备的选择 (22)
10KV侧一次设备的选择校验 (22)
380V侧一次设备的选择校验 (26)
第8章、防雷接地 (32)
…
变电站的防雷设计 (32)
接地保护系统设计 (35)
第9章、设备材料清单 (38)
结论 (40)
致谢 (41)
主要参考文献 (42)
{
第0章绪论
电能是现代工业生产的主要能源和核心动力。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。
在企业工厂里，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。
可见，做好工厂供电工作对于发展工业自动化生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并确实做好节能环保工作，就必须达到以下基本要求：
（1）安全：在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠：应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3）优质：应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
（4）经济：供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应社会的发展。为了保证工厂供电的正常运转，就必须要有一套完整的保护，监视和测量装置。目前多以采用自动装置，将计算机应用到工厂配电控制系统中去。
工厂供电设计的一般原则:
按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：
（1）遵守规程、执行政策；
必须遵守国家的有关规定及标准，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）安全可靠、先进合理；
应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
（3）近期为主、考虑发展；
应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。
（4）全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
第1章分析原始资料，确定电源的引入方式.工厂总平面图
图1-1 工厂总平面图
.工厂生产任务规模及产品规格
本厂生产电子产品，年生产能力为100000万个电子元件。
工厂负荷情况
本厂的供电均为三级负荷，统计资料如表1-1所示：
表1-1 负荷统计资料
序号用电设备组
名称
容量Pe需要系数Kd cos&tan&
1生产车间1
200
2生产车间2
200
3生产车间3200
供电电源请况
按与供电局协议，公司可由附近一条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LGJ-150,导线为等边三角形排列，线距了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保护，定时限电流保护整定的动作时间为。为满足工厂三级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。
.气象资料
本厂地区最高温度为35度，最热月平均最高气温为28度。
地质水文资料：本厂地区海拔55M，底层以沙粘土为主，地下水位为
第2章负荷计算及无功功率补偿计算用电设备负荷的计算
因为设备台数多，且无大容量设备，所以用需要系数法确定计算负荷
(1) 生产车间 1 、生产车间2 、生产车间3
有功计算负荷 P
30=k
d
P
e
车间是焊接车间，取k
d 为、tan&为、cos&为，车间的用电总设备容量为P
e
=200kw.
则P
30=k
d
P
e
=200*=50kw
无功计算负荷 Q
30=P
30
tan& 其中tan&为车间功率因数cos&的正切值，则
Q 30=P
30
tan&=50*=
视在计算负荷 S
30
=P
30
/cos&=100KVA
计算电流 I
30
=S
30
/=
所以生产车间的总有功计算负荷为：P＝ 3P
30
＝150kw
总无功计算负荷为：Q=3Q
30
＝
(2) 老化室1 、老化室2 、老化室3
按需要系数法确定计算负荷
有功计算负荷 P
30
=k
d
P
e
取k
d
为、tan&为、cos&为，车间的用电总设备容量为P
e
=1200kw.则
P 30=k
d
P
e
=1200*=360kw
无功计算负荷 Q
30
=P
30
tan& 其中tan&为车间功率因数cos&的正切值，则
Q 30=P
30
tan&=360*=
视在计算负荷 S
30
=P
30
/cos&=554KVA
计算电流 I
30
=S
30
/=
所以的总有功计算负荷为：P＝ 3P
30
＝1080kw
总无功计算负荷为：Q=3Q
30
＝
(3) 办公室1 、办公室2 、办公室3 、厂区、研发室、工模室按需要系数法确定计算负荷
有功计算负荷 P
30
=k
d
P
e
取k
d
为、tan&为、cos&为，办公室等的用电总设备容量为P
e
=60kw.则
P 30=k
d
P
e
=60*=48kw
无功计算负荷 Q
30=P
30
tan& 其中tan&为功率因数cos&的正切值，则
Q 30=P
30
tan&=23kvar
视在计算负荷 S
30
=P
30
/cos&=
计算电流 I
30
=S
30
/=81A
所以的总有功计算负荷为：P＝ 6P
30
＝288kw
总无功计算负荷为：Q=6Q
30
＝138kvar
(4) 仓库1、仓库2
按需要系数法确定计算负荷
有功计算负荷 P
30
=k
d
P
e
取k
d
为、tan&为、cos&为，仓库的用电总设备容量为P
e
=300kw.则
P 30=k
d
P
e
=300*=150kw
无功计算负荷 Q
30
=P
30
tan& 其中tan&为功率因数cos&的正切值，则
Q 30=P
30
tan&=72kvar
视在计算负荷 S
30
=P
30
/cos&=
计算电流 I
30
=S
30
/=253A
所以的总有功计算负荷为：P＝ 2P
30
＝300kw
总无功计算负荷为：Q=2Q
30
＝144vkvar
负荷计算表
表2-1 负荷计算
无功功率补偿
由上式可知，该厂380v侧最大负荷时的功率因数
cos&=P
30 /S
30
而230
2
30
30Q
P
S+
==2561
则cos&=1818/2561=
功率因数只有而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷不应低于。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，暂时取来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
Qc = Pm (tan&1 - tan&2) =[tan）– tan]kvar
= kvar
根据相关资料，并参照图选择PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为型，该型号适用于额定电压，其额定容量是14kvar，额定电容是280uF，频率为50Hz，详述为三相。
采用方案2（主屏）一台和方案3（辅屏）8台相组合，总共容量为112*9=1008kvar。
因此电子厂中采用并联电容器的方式来补偿供电系统中的无功功率。
由于补偿效果较高压集中补偿方式好，特别是它能减少变压器的视在功率，从而可使主变压器容量选得较小，所以采用低压集中补偿的方式来解决，并选择中性点不接地的星形接线方式如图2-1所示：
图2-1 低压电空器集中补偿结线
这种补偿的低压电容器柜一般可以安装在低压配电室内，运行维护安全。电容器组都采用?形接线，一般利用220v、15~25w的白炽灯的灯丝电阻来放电。放电用的白炽灯同时兼作电容器组正常运行的指示灯。
380v侧补偿后负荷：P=
Q==
2
2Q P S +==
I=U
S
3=2350A
主变压器的有功功率损耗计算由公式（新型低损耗配电变压器按此公式计算）
30015.0S P T ≈? =? 无功功率损耗由公式
3006.0S Q T ≈?=?侧负荷总计:P=+23= Q=+93=
2
2Q P S +==1602KVA
I=U
S
3=
统计负荷如下表：
第3章 变电站的位置与型式、合理
地布置好各设备的位置
. 主变压器选择
容量的确定: 1）主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。对于城郊变电站,主变压器容量应与城市规划相结合。2)根据变电站所带负荷的性质和电网结构来确定变压器的容量。对于有重要负荷变压器的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许进间内，应保证用户的一级和二级负荷.考虑到本厂没有大容量设备，装设一台主变压器也能满足要求，决定只装设一台主变压器。
.主变压器位置的确定
变电站的位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算公式根据参考书《毕业指导》，见下
在工厂平面图的下边和左侧，任作一直角坐标的x 轴和y 轴，测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，例如P 1（x 1,y 1）,P 2（x 2,y 2）等。而工厂的负荷中心设在P （x,y ）, P 为
P1+P2+P3+…=∑Pi 。因此，仿照力学中计算重心的力矩方程，可得负荷中心的坐标： ∑∑=++++++=
Pi
PiXi P P P x P x P x P x )
(...321...332211 （3-1）
∑∑=++++++=Pi Piyi P P P y P y P y P y )
(...321...332211 （3-2）
参照工厂平面图，制作坐标，确定坐标位置，如图3-1所示：
图3-1 电子厂坐标图
从上图带入数据进行计算：
120
120363603.542.72.736360601504
*1205*362*825*603*602*602*5.1402*2.140+++++++++++++++++=
x =
120
120363603.547215060360601502.36*45.4*1201.2*722.9*3605.4*3.546*1401*120.2*60.4*150++++++++++++++++++=
y =
根据计算，工厂的负荷中心在2号仓库左侧，即在老化室3和2号仓库之间。 考虑到方便进线及周围环境情况，决定在2号仓库东南侧紧靠生产车间修建变电站，其型式为附设式。
即变电站位置如图所示：
第4章变电站主变压器的台数、容量及类型的选择
（一）主变压器台数的确定
由于本厂没有大容量设备，确定为三级负荷，一台主变压器就能满足要求，所以确定选择一台主变压器。
（二）主变压器容量的确定
(1) 装一台主变压器的容量T N S .应不小于总的计算负荷S ，即 S S T N . （4-1）
(2) 主变压器单台容量上限 单台配电变压器（低压为）的容量一般不宜大于1250kva 。当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量（例如1600-2000kva ）的配电变压器。
（三）主变压器型号的确定
选用一台主变压器 型式采用S9（S9---S:油浸式变压器 9:设计代号;） 综合本厂各方面负荷情况，决定选用一台S9-2000/10型低损耗配电压器。
第5章变电站主结线方案的设计
变电所主要结线方案的提出
针对本厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主要变压器可有下列三种方案：方案一：放射式接线方案
方案二: 树干式接线方案
方案三：环形式接线方案
主变压器的联结组别均采用Yyn0。
变电所主要结线方案的选择
按上面考虑的三种主变压器的方案可设计三种主结线方案：
（1）放射式接线方案，如图5-1所示：
图5-1 放射式主结线图
（2）树干式接线方案，见图5-2所示；
图5-2 树干式主结线图（3）环形式接线方案，如图5-3示：
图5-3 环形式主接线图
三种主接线的优缺点比较：
（1）放射式
优点：接线的线路之间相互不影响，工电可靠性较高，而且便于装设自动装置，保护装置也较简单，多用于设备容量较大或对供电可靠性要求较高的用电设备。
缺点：一般情况下，其有色金属消耗量较多，采用的开关设备也较多。
（2）树干式
优点：多数情况下，能减少线路的有色金属消耗量，采用的开关设备数量少，投资较省。
缺点：供电可靠性较低，当干线发生故障时，影响停电的范围大。
（3）环形式
优点：供电可靠性较高，任一线路发生故障或检修时，都不致造成供电中断，或只短时停电，一旦切换电源的操作完成，即能恢复供电。同时，可使电能损耗和电压损耗减少。
缺点：其保护装置及其整定配合比较复杂。如果其保护得整定配合不当，容易发生误操作，反而扩大故障停电范围。
综上所述：在考虑到三种接线方案的技术指标和经济指标，且蹦工厂负荷比较集中，决定采用放射式接线方案作为本设计的主接线方案。