某化工厂总变配电所供电系统初步设计任务书1 绪论1.1 工厂供电的意义众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其他形式的能量转换而来，也易于转换为其他形式的能量以供应用。
电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化，而且现代社会的信息技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。
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。
本设计书论述了供配系统的整体功能和相关的技术知识，重点介绍了工厂供配电系统的组成和部分。
系统的设计和计算相关系统的运行与管理，并根据工厂所能取得的电源及工厂用电负荷的实际情况，并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，确定了变电所的位置与形式及变电所至变压的台数与容量、类型及选择变电所主接线方案及高低设备与进出线。
供电设计首先要确定供电系统并进行用电负荷计算，然后将设计的供电系统图及用电容量向供电部门申请。
申请用电容量的大小应满足生产需要，也要考虑到节省投资和节约能源，这就要求设计者对工艺专业和公用专业用电负荷系数有足够的把握。
在设计计算中除了查找资料外，还必须借助于设计者在实践中长期积累的经验数据。
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，并做好节能工作，文献[1]提出必须达到下列基本要求：a. 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。
b. 可靠：应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。
c. 优质：应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。
d. 经济：供电系统的投资要省，运行费用要低，并尽可能节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理的处理局部和全局，当前和长远等关系，既要照顾全局和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适当发展。
供电设计必须遵守国家的有关法令、标准和规，具体如下：a. 必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电性质、用电容量、供电特点和地区的供电条件，合理设计方案。
b. 应做到保障人生安全、供电可靠、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，设计中符合国家有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。
本设计书共分部分，包括：负荷计算和无功功率补偿、变电所位置和形式选择、变电所主变压器的台数、类型容量及主接线方案的选择、短路电流的计算、变电所一次设备的选择与校验、变电所电气主结线图、电所二次回路方案的选择及继电保护的整定、防雷保护和接地装置的设计。
1.2 全厂用电设备情况1.2.1 负载大小各车间负荷统计见表1-1.1.2.2 负荷类型该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。
低压动力设备均为三相，额定电压为380V。
电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。
a.本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4500h，日最大负荷持续时间为6.5h。
b.全厂负荷分布：见厂区平面布置图。
（图1-1）图1-1 厂区平面布置图1.2.3电源情况a.工作电源按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条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。
该干线的导线型号为LGJ-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保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。
b.备用电源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用电源。
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。
系统要求，只有在工作电源停电时，才允许备用电源供电。
c.功率因素当以10KV供电时，根据不同的车间，功率因数的要求值不一样。
车间的照明负荷功率因数都为1。
详见表一。
d.电价本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。
基本电费：按主变压器容量计为18元/kVA；电度电费：动力电费为0.20元/kWh，照明电费为0.50元/kWh.e.工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。
此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费6-10kV为800元/kVA。
2负荷计算和无功功率补偿2.1 负荷计算负荷计算的目的是为了合理选择配电系统各组成部分，如导线、电缆、变压器、开关等。
一般采用需要系数法计算各车间变电所的计算负荷，然后相加（见表2-1）。
表2-1 总降压变电所负荷计算表2.2 车间无功功率补偿容量的计算电力部规定，无带负荷调整电压设备的工厂需要系数必须在0.9以上。
为此，一般工厂均需安装无功功率补偿装备，以改善功率因数。
低压补偿容量用下式确定：012()c Q P tg tg αφφ∂=⋅-=1030.68[tan(arccos 0.71)-tan(arccos 0.92)]=577kvar（2-1）式中α为月平均有功负荷系数，在0.7~0.9之间；1tg φ补偿前均权功率因数角的正切值；2tg φ为补充后低压侧必须达到的功率因数角的正切值。
由表1-1可知，该厂380侧最大负荷是的功率因数只有0.71。
而供电部门要求该厂10KV 进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.9。
考虑到主变电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0.9，暂取0.92来计算380V 侧所需无功功率补偿容量：不同的12cos ,cos φφ的数值可查阅相关表：计算结果见表2-2选择PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，每屏共84kvar ，采用6步控制，每步投入14kvar 。
采用其方案1（主屏）1台和方案3（辅屏）6台相组合，总共容量是84kvar*7=588kvar(如图3-1）。
因此无功补偿后工厂380V 侧和10KV 侧的负荷计算如下表所示。
表2-2 无功功率补偿容量的计算3 变电所位置和型式的选择与设计根据厂区的围和负荷分布情况，全场可设置一个总降压变电所来满足伸长需要。
总降压变电所位置和供电的可靠性、经济性以及电压质量密切相关，现则变电所地址时应该注意以下几点：a. 接近负荷中心；b. 进出线要方便，高压架空进出线走廊的位置应与变电所位置同时确定，高压架空线路要有一定的走廊宽度；c. 便于主变压器等大型设备的运输；d. 不应妨碍企业的发展，有扩建的可能；e. 远离污染源或位于污染源上风侧；f. 躲开低洼地区和剧烈震动环境；g. 屋外变、配电设备与其它工业建筑物间保持一定的防火间距； h. 与附近的冷却塔、喷水池之间，保持一定的距离。
综合上要选择要求，最重要一点是变电所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，其中P 为功率，X ，Y 为到变电所的距离，计算公式为：X= (P 1X 1+P2X 2+P3X 3+…)/( P 1+P 2+P 3+…）=∑(PiXi)/ ∑Pi, Y=（P 1Y 1+P 2Y 2+P 3Y 3…）/(P 1+P 2+P 3+…) =∑(PiYi)/ ∑Pi 。
P 1(2.1,5.5),P 2（2.1,3.5），3P （2.1,1.9），4P （4.4,6.8），5P （4.4,5.2），6P （4.4,3.5），7P （5.5,6.0），8P （7.0,2.4)，9P （7.7,3.7），（4.4,1.9），11P （8.3,5.2），12P （10.0，7.40）X= (P 1X 1+P2X 2+P3X 3+…)/( P 1+P 2+P 3+…）=∑(PiXi)/ ∑Pi=537.21/80.76=6.65 Y=（P 1Y 1+P 2Y 2+P 3Y 3…）/(P 1+P 2+P 3+…) =∑(PiYi)/ ∑Pi=470.69/80.76=5.83 计算：X=6.65 Y=5.83由计算结果可知，工厂的负荷中心在2，4，5，7，8号车间之间。
考虑到方便进出线，周边环境及交通情况，决定在7号车间的西侧仅靠车间修建工厂变电所，其形式为附设式。
图3-1 PGJ 型低压无功功率自动补偿屏的接线方案4 变电所主结线方案的设计根据设计任务书的要求，本厂多数车间为两班制，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。
主结线的设计必须满足工厂电气设备的上述要求。
故可设计下列两种主结线方案：a. 装设一台主变压器的主结线方案b. 装设两台主变压器的主结线方案c. 两种主结线方案的计算经济比较表4-1两种主结线方案的比较从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变的主结线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案。
5 变电所主变压器台数和容量、类型的选择根据设计方案的选择结果，本厂只设计一台主变压器即可满足需要，根据补偿后的总计算负荷 ，同时考虑工厂5-10年的负荷增长，变压器容量考虑一定的预留，本期工厂负荷能保证变压器运行在60-70%经济负荷区即可，因此选择型号为：S9-1250/10(6)型主变压器。
表5-1 主变压器参数6 短路电流的计算6.1 绘制计算电路：图6-1 计算电路6.2 确定基准值设S d =100MVA ，U d =U c ,即高压侧U d1=10.5KV ，低压侧U d2=0.4KV ，则kAkv MVAU S kA kvMVA U S d d d d dd I I 1444.0310035.55.10310032221=⨯===⨯==（6-1）6.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 a. 电力系统2.0500/100*1==MVA MVA X （6-2） b. 架空线路 查表，得LGJ-185的x 0=0.35Ω/km ，而线路长10km ，故2.3)5.10(100)1035.0(2*2=⨯Ω⨯=KV MVAX （6-3）c. 电力变压器 查表，得U Z %=4.5,故5.410001001005.4*3=⨯=KVAMVA X （6-4） 因此绘等效电路图，如图6-2所示图6-2 等效电路6.4 计算k-l 点(10kv 侧)的短路总电抗及三相短路电流和短路容量 a. 总电抗标幺值4.32.32.0*2*1*)1(=+=+=-∑X X X k （6-5）b. 三相短路电流周期分量有效值kA kA X I I k d k 62.14.35.5*)1(1)3(1===-∑- （6-6）c. 其他短路电流KAI I kAI i kAI I I sh k 45.251.11.455.262.1)3()3()3()3()3(1)3()3(=''==''=''===''-∞ （6-7）d. 三相短路容量MVA MVA X S S k d k 25.312.3100*)1()3(1===-∑- （6-8）6.5 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 a. 总电抗标幺值9.75.42.32.0*3*2*1*)2(=++=++=-∑X X X X k （6-9）b. 三相短路电流周期分量有效值kA kA X I I k d k 2.189.144*)2(2)3(2===-∑- （6-10）c. 其它短路电流kA I I I k 2.18)3(2)3()3(===''-∞ （6-11）kA kA I shI kAkA I i sh 8.192.1809.1)3(09.1)3(5.332.1884.1)3(84.1)3(=⨯=''==⨯=''= （6-12） d. 三相短路容量MVA X S S k d k 7.12*)2()3(2==-∑- （6-13）以上计算结果综合如表6-1所示.7 变电所一次设备的选择与校验7.1 10KV 侧一次设备的选择校验7.2 380侧一次设备的选择校验表7-2 380侧一次设备的选择校验表7-2所选设备均满足要求7.3 高低压母线的选择8 变电所进出线的选择与校验8.1 10KV 高压进线和引入电缆的选择 8.1.1 10KV 高压进线的选择校验采用LJ 型铜绞线架空敷设，接往10KV 公用干线。
