化工厂总降压变电所电
气部分设计
HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
信息与电气工程学院
课程设计说明书（2015/2016学年第一学期）
课程名称：企业供电系统工程设计
题目：某化工厂总降压变电所
电气部分设计
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计周数： 1周
设计成绩：
2016年1月14日
目录
一、原始数据及设计任务 (2)
二、技术要求 (3)
三、负荷统计计算表 (3)
四、无功功率补偿 (6)
五、高低压供配电系统 (6)
5.1高压线路导线的选择 (7)
5.2低压线路导线的选择 (7)
六、变压器台数、容量、型号选择 (7)
6.1主变压器台数的选择 (7)
6.2变电所主变压器容量的选择 (7)
6.3型号的选择 (9)
七、变电所主接线图 (10)
八、短路电流的计算 (10)
九、主要高压设备器件的选择与校验 (12)
9.1变电所高压侧一次设备的选择 (12)
9.2变电所高压侧一次设备的校验 (13)
十、学习心得与体会 (13)
十一、参考文献 (14)
一、原始数据及设计任务
1、工厂负荷情况
2、全厂负荷情况：该厂主要车间及辅助设施均为Ⅱ类负荷，3班工作制，最大负荷利用小时数Tmax=5800h。全厂各车间负荷情况见表1和表2（注：同期系数为0.9）。?
表1?各车间380V负荷
车变代号车间名称设备容量KW 需要系数Kd 功率因数cosα
锻压车间1000 0.3 0.6
B1
工具车间200 0.3 0.65 B2 加工车间1800 0.7 0.75
供应车间200 0.2 0.6 B3
焊接车间1200 0.3 0.45
修理车间100 0.25 0.65
B4 机加车间400 0.85 0.75 装配车间300 0.35 0.6 仓库100 0.3 0.65
B5
锅炉房320 0.7 0.85
水泵房80 0.75 0.8 序号车间名称设备容量KW 需要系数Kd 功率因数cos
1 空压车间500 0.7 0.8
2 模具车间560 0.85 0.8
3 溶质车间600 0.8 0.9
4 磨抛车间400 0.87 0.82
5 锅炉房2000 0.75 0.8
3、供电电源情况
（1）工作电源：工厂电源从距该厂10km的某220/35KV区域变电所取得，以一回架空线向工厂供电；?
（2）备用电源：由正北方向其他工厂引入10kV电缆作为备用电源，平时不准投入，仅在该厂的主电源发生故障或检修时才允许备用电源供电；?
（3）功率因素值应在0.9以上；?
（4）区变35KV母线短路容量：Smax（3）=400MVA，Smin（3）=345MVA；?
（5）?电能计量在变电所35kV侧进行；?
（6）?区域变电所出线定时限过电流保护动作时限t=2s。?
4、设计任务
（1）确定主接线：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的2-3个方案，经过技术经济比较，确定最优方案；
（2）选择主变压器：选择变压器的容量、台数、型号等；
（3）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，选择短路计算点，绘制等值网络图，计算短路电流，并列表汇总；
（4）电气设备选择与校验；
（5）主变压器继电保护方案配置。
二、技术要求
（1）保证供电安全，可靠，经济；
（2）功率因数达到0.9及以上。
三、负荷统计计算表
表1 各车间380V负荷
车变代号车间名
称
设备容
量KW
需要系
数Kd
功率因
数
cos'?
tg'?
计算负荷
Pjs/KW
Qjs/KV
AR
Sjs/KV
A
B1
锻压车
间
1000 0.3 0.6 1.33 300 399 500
工具车
间
200 0.3 0.65 1.77 60 70.2 92.3
补偿容
量
360k·var
小计1200 360 469.2 592.3
B2 加工车
间
1800 0.7 0.75 0.88 1260 1108.8 1680
供应车
间
200 0.2 0.6 1.33 40 53.2 66.67
补偿容
量
752.6k·var
小计2000 1300 1162
1746.4
7
B3
焊接车
间
1200 0.3 0.45 1.98 360 712.8 800
修理车
间
100 0.25 0.65 1.17 25 29.25 800
补偿容
量
616k·var
小计1300 385 742.05 834.47
B4 机加车
间
400 0.85 0.75 0.88 340 299.2 453.3
装配车
间
300 0.35 0.6 1.33 105 139.65 175
仓库100 0.3 0.65 1.17 30 35.1 46.15 补偿容
量
372.8k·var
小计800 475 473.95 674.45
B5 锅炉房320 0.7 0.85 0.62 224 138.88 263.53
水泵房80 0.75 0.8 0.75 60 45 75
补偿容
量
89.7k·var
小计400 284 183.88 338.53 表2 各车间10KV高压负荷
序号
车间名
称设备容
量KW
需要系
数Kd
功率因
数
cos'?
tg'?
计算负荷
Pjs/KW
Qjs/KV
AR
Sjs/KV
A
1
空压车
间
500 0.7 0.8 0.75 350 262.5 437.5 2
模具车
间
560 0.85 0.8 0.75 476 357 595 3
溶质车
间
600 0.8 0.9 0.48 480 357 533.3
4
磨抛车
间
400
0.87
0.82
0.7
384
243.6
424.4
5 锅炉房 2000 0.75 0.8 0.75 1500 1125 1875
补偿容
量
1160.7k ·var
小计
4060
3154
2218.5 3865.2
全厂的同期系数为：K=0.9，则全厂的计算负荷为P30=0.9×∑P30=0.9×5958kw=5362.2kw ；Q30=0.9×∑Q30=0.9×5249.58kw=4724.622k ·var ；
30S =2
30230
Q P +=7146.69kv ·A ；30I =N
U S 330=10.86KA 。
四、无功功率补偿
由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：S30=7146.69kv ·A ，这
时低压侧的功率因数为：cos '
?='30
30
S P =0.75，为使高压侧的功率因数≥0.90，则
低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，则取'cos 0.95φ=，要使低压侧的功率因数由0.75提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：
C Q =Q30(tan 1?- tan 2?)=4724.622×[tan(arccos0.75) - tan(arccos0.95) ] =2613.8k ·var ；取:C Q =3000var k 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：
2'30230'30
Q P S
+==5632.7kv ·A ，计算电流N
U S I
3'30
'30
=
=8558.003A 。
变压器的功率损耗为：
△Pt ≈0.0230S ’=112.65kw ； △Qt ≈0.0630S ’=337.96var k ；
则变电所高压侧的计算负荷为：P30’=5362.2kw+112.65kw=5474.85kw ，
Q30’=（4724.622-3000）var k +337.96var k =2062.58var k ，
2'30230'30
Q P S
+==5850.49kv ·A ，N
U S I
3'30
'30
=
=5132.3A ，则补偿后的功率因数
为：cos '
?='30
30
S P =0.936满足（大于0.90）的要求。
五、高低压供配电系统
为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件、电压损耗条件、经济电流密度、机械强度。
根据设计经验：一般10KV 及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。 5.1高压线路导线的选择
架空进线后接铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢铠护套电力电缆BLV-95。 5.2低压线路导线的选择
由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S 系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用LGJ-185型钢芯铝线电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。其中导线和电缆的截面选择满足条件：
（1）相线截面的选择以满足发热条件即，30al I I ≥；
（2）中性线（N 线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足
00.5A A ?≥；
（3）保护线（PE 线）的截面选择
一、235A mm ?>时，0.5PE A A ?≥； 二、216A mm ?≤时，PE A A ?≥；
三、221635mm A mm ?<≤时，216PE A mm ≥；
（4）保护中性线（PEN ）的选择，取（N 线）与（PE ）的最大截面。
另外，送至各车间的照明线路采用：铜芯聚氯乙烯绝缘导线BV 型号。
六、变压器台数、容量、型号选择
6.1主变压器台数的选择
变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。
6.2变电所主变压器容量的选择
每台变压器的容量N T S ?应同时满足以下两个条件：
（1）暗备用条件：任一台变压器单独运行时，宜满足：30(0.6~0.7)N T S S ?=?； （2）明备用条件：任一台变压器单独运行时，应满足：30()N T I II S S ?+≥，即满足全部一、二级负荷需求。代入数据可得：
N T S ?=（0.6~0.7）×5850.49kV A ?=（3510.294~4095.343）kV A ?。
考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取N T S ?=5000kV A ?；考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为S9系列10kv 配电变压器。 6.3型号的选择
S9-5/10 ，其主要技术指标如下表所示：
型号额
定
容
量
(
k
V
A
)
电压组
合
联
结
组
标
号
空
载
损
耗
(
k
W
)
负
载
损
耗
(
k
W
)
空
载
电
流
(
%
)
阻
抗
电
压
(
%
)
重量
（kg）
外形尺寸
（mm）
轨距
（mm）
高
压
(
k
V
)
高
压
分
接
范
围
(
%
)
低
压
(
k
V
)
油
重
器
身
重
总
重
长宽高
S 9 -
5 / 1 0 5
6
6
.
3
1
±
5
.
4
Y
y
n
o
.
4
.
1
8
2
.
8
5
4 43
5
12
5
7
8
4
5
850 400×400
七、变电所主接线图
装设两台主变压器的主接线方案，如下图所示：
八、短路电流的计算
本厂的供电系统简图如图（一）所示。采用两路电源供线，一路为距本厂8km的馈电变电站经LGJ-150架空线（系统按∞电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为500MV A
；一路为邻厂高压联络线。
下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量
图（一）
下面采用标么制法进行短路电流计算。
（一）确定基准值：
取100d S MV A =?，110.5c U kV =，20.4c U kV =
则：1
1 5.5003310.5d d c I kA U kV
=
==? ； （二）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：
1) 电力系统的电抗标么值： 1
100*0.200500MV A X MV A ?==? 2) 架空线路的电抗标么值：2
2
100*0.35(/)8 2.5387(10.5)
MV A
X km km kV ?=Ω??= 3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得%6k U =，因此：
短路等效电路图如图（二）所示:
图（二）
计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量：
1) 总电抗标么值：*(1)120.200 2.5387 2.7387k X X X **
∑-=+=+=
2) 三相短路电流周期分量有效值： (3)
1
1(1)
5.50 2.0082.7387
d k k I kA
I kA X -*∑-=
=
=
3) 其他三相短路电流：(3)(3)1 2.008k I I kA ∞-== (3)
2.55 2.008 5.120sh i kA kA =?=
(3)
1.51
2.008
3.032sh I kA kA =?=
4) 三相短路容量：(3)
1(1)
10036.5142.7387
d
k k S MV A
S MV A X -*∑-?=
=
=?
计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量：
1) 总电抗标么值：*(2)1234(||)0.200 2.73873/2 4.4387k X X X X X ****
∑-=++==++=
2) 三相短路电流周期分量有效值：(3)
2
2(2)
14432.4424.4387
d k k I kA
I kA X -*∑-=
=
=
3) 其他三相短路电流：(3)(3)
232.442k I I kA ∞-==
4) 三相短路容量：(3)
2(2)
10022.5294.4387
d
k k S MV A
S MV A X -*∑-?=
=
=?
九、主要高压设备器件的选择与校验
9.1变电所高压侧一次设备的选择
根据机械厂所在地区的外界环境，高压侧采用JYN2-10（Z ）型户内移开式交流金属封闭开关设备，此高压开关柜的型号：JYN2-10/4ZTTA （说明：4：一次方案号；Z ：真空断路器；T ：弹簧操动；TA ：干热带）。其内部高压一次设备根据本厂需求选取：
高压断路器： ZN2-10/600 高压熔断器：RN1-10/150
电流互感器：LQJ-10/5 电压互感器：JDZJ-10