扬州工业职业技术学院
2011 —2012学年
第一学期
毕业设计
课题名称：某机械厂10/0.4kv降压变电所的电气设计 设计时间： 2011.9—2011.11 系 部： 电子信息工程系 班 级： 0901电气技术 * 名： *** 指导教师： ***
总目录
第一部 任务书
第二部分 开题报告
第三部分 毕业设计论文
第 一 部 分
任 务 书
扬州工业职业技术学院
毕业设计任务书
系 部 学生姓名 设计题目 电子信息 工程系 尤良玉 指导老师 班级 樊明龙 职称 副教授 0901电气 学号 0905010106 某机械厂10/0.4kv降压变电所的电气设计 设计内容目标： 根据提供的数据设计变电所的主接线。 设计 内容 目标 和 要求 设计要求： 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消耗量。 5、设计变电所主接线方案。 教研室 审核 系部 审核
第 二 部 分
开 题 报 告
扬州工业职业技术学院 电子信息工程 系2012届 毕业设计（论文）开题报告书（表1）
学生姓名 题 目 指导教师 樊明龙 尤良玉 专业 电气自动化技术 某机械厂10/0.4kv降压变电所的电气设计 职称 副教授 学 位 硕士 班级 0901电气 学号 0905010106 题目类别 √工程设计 □ 基础研究 □ 应用研究 □ 其它 【课题的内容与要求】 根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况设计出它的主接线。 设计的要求如下： （1） 要求安全可靠、技术先进、经济合理 （2） 选择变电所主接线方案 （3） 确定变电所主变压器的台数、容量与类型 （4） 能够长期运行 【前言】 电能在日常生活中扮演着越来越重要的角色，社会各行各业都基本离不开电能。工厂供配电对于发展工业生产，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配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，工厂供配电应做到安全、可靠、优质、经济等基本要求。此外，在供电工作中，应合理地处理局部与全局、当前和长远等关系，既要照顾局部和当前利益，又要有全局观念，能顾全大局，适应时代发展。 【方案的比较与评价】 按技术指标，装设两台主变压器的主接线方案略优于装设一台主变压器的主接线方案；但按经济指标，则装设一台主变压器的主接线方案优于装设两台主变压器的主接线方案。为了能长期工作和方便检修，从长远的角度来说选择装设两台主变压器的主接线方案。 【预期的效果及指标】 （1） 设计的电路安全、可靠。 （2） 能满足电能用户对供电质量的需求。 （3） 能够便宜检查和维护。 （4） 能够长期运行。
【进度安排】2011 年 9 月 6 日 - 2011 年 9月 28 日 选题、调研、收集资料 2011 年 10 月 2 日 - 2011 年 10 月 13日 论证、开题 2011 年 10 月14 日 - 2011 年 10 月28 日 设计（写作初稿） 2011 年 10 月 30 日 - 2011 年 11 月 5 日 修改、定稿、打印 【参考文献】 [1]张莹，工厂供配电技术（第3版）[M].电子工业出版社.2010. [2] 唐志平，供配电技术(第二版)[M] .电子工业出版社2009. [3]吕梅蕾，武玉忠.工厂供电技术[M].天津大学出版社.2009. [4]刘介才，工厂供电设计指导[M].机械工业出版社.1999. 【指导教师意见】（有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等） □同意提交开题论证 □修改后提交 □不同意提交（请说明理由） 指导教师签章： 年 月 日 【系部意见】 □同意指导教师意见 □不同意指导教师意见（请说明理由） □其它（请说明） 系（部）主任签章： 年 月 日
第 三 部 分
毕 业 设 计 论 文
某机械厂10/0.4kv降压变电所的电气设计
尤良玉
0901电气
[摘 要]变电所设计是依据国家规范以及负荷对供电可靠性要求制定的设计方案及供电措施。在设计中，根据给定的电气基础资料，建立起适合自身生产和发展需要的变电所。在设计中完成了负荷计算、主变压器及主接线方案的选择、短路电流计算、一次设备的选择等工作。同时在设计中采用并联电容器的方法来补偿无功功率，以减少供电系统的电能损耗和电压损失，提高了供电电压的质量，从而使整个供电系统更具有可靠性和灵活性。并运用AUTO CAD制图软件绘制了相应的设计图。
关键词：变电所 负荷计算 主变压器 主接线 无功补偿 AUTO CAD
Electrical Design of a Machinery Factory 10/0.4kv Step-down
Substation YouLiangyu
0901 Electrical Automation
Abstract: Substation design which is based on national norms and reliability requirements of the load to the power supply is the design of the power supply measures. To establish their own substation for the production and development needs based on the electrical basis of the given data. Completed load calculation, the choice of main transformer and main line scheme, short-circuit current calculation, the choice of primary equipment, secondary wiring design and so on in the design. The use of shunt capacitors in the design at the same time to compensate reactive power, to reduce the power supply system’s loss and voltage’s loss .Which improves the quality of power supply voltage and makes the entire power supply system more reliable and flexible. The drawing software of AUTO CAD was used to draw corresponding design.
Key words: Substation load calculation Main transformer Main connection Secondary wiring Reactive power compensation AUTO CAD
目 录
第一章 任务书 ............................................................................................................................ 1
1.1 任务要求 .......................................................................................................................... 1 1.2 任务依据 .......................................................................................................................... 1 第二章 基础知识 ........................................................................................................................ 4
2.1 负荷分级及供电要求 ...................................................................................................... 4 2.2 计算负荷的概念 .............................................................................................................. 4 2.3 设备容量的确定 .............................................................................................................. 7 2.4 设备的功率因素 .............................................................................................................. 9 2.5 动力支路负荷计算 ........................................................................................................ 12 2.6 全厂计算负荷计算 ........................................................................................................ 13 2.7 变电所变压器台数的确定 ............................................................................................ 13 2.8 变压器容量的确定 ........................................................................................................ 15 2.9 短路电流 ........................................................................................................................ 15
2.9.1 短路的种类及产生短路的原因 ......................................................................... 15 2.9.2 短路的危害 ......................................................................................................... 16 2.9.3 计算短路电流的目的和任务 ............................................................................. 16 2.9.4 影响短路电流的因素 ......................................................................................... 16 2.9.5 限制短路电流的措施 ......................................................................................... 16 2.9.6 短路电流的计算 ................................................................................................. 17 2.9.7 短路计算中应注意的问题 ................................................................................. 18
第三章 设计、计算和选取......................................................................................................... 20
3.1 负荷计算和无功功率补偿 ............................................................................................ 20
3.1.1 负荷计算 ............................................................................................................. 20 3.1.2 无功功率补偿 ..................................................................................................... 22 3.2 变电所位置与型式的选择 ............................................................................................ 24 3.3 变电所主变压器及主接线方案的选择 .......................................................................... 25
3.3.1 变电所主变压器的选择 ................................................................................. 25 3.3.2 变电所主接线方案的选择 ................................................................................... 26 3.3.3 主接线方案的技术经济比较 ............................................................................. 27 3.4 短路电流的计算 ............................................................................................................ 29
3.4.1 绘制计算电路 ..................................................................................................... 29 3.4.2 确定短路计算基准值 ......................................................................................... 29 3.4.3 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 ..................................................... 29 3.4.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算 ....................................................................... 30 3.4.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算 ......................................................................... 30 3.5 变电所一次设备的选择校验 ...................................................................................... 31
3.5.1 10kV侧一次设备的选择校验 .............................................................................. 31 3.5.2 380V侧一次设备的选择校验 ............................................................................ 35 3.5.3 高低压母线的选择 ............................................................................................. 35 3.6 变压所进出线与邻近单位联络线的选择 .................................................................... 35
3.6.1 10kV高压进线和引入电缆的选择 ...................................................................... 35 3.6.2 380低压出线的选择 .......................................................................................... 36
3.6.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 ......................................................... 38 3.7 降压变电所防雷与接地装置的设计 ............................................................................ 40
3.7.1 变电所的防雷保护 ............................................................................................... 40 3.7.2 变电所公共接地装置的设计 ............................................................................. 41 3.8 设计图样 ........................................................................................................................ 42 设计总结 ........................................................................................................................................ 45 参考文献 ........................................................................................................................................ 46
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第一章 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，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。 1.2 设计依据
1.工厂总平面图
(4) (5)(8)
(1)(6)(9)(2)(7)(10)(3)
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为4600h，日最大负荷持续时间为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。 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，线间距为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
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图1-1 工厂平面图
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限过流
表1-1 工厂负荷统计资料
厂房 编号 厂房 负荷类别 名称 动力 设备容量/kW 需要系数 功率因数 1 300 5 350 8 400 10 360 7 250 5 150 5 180 6 160 4 50 1 20 1 350 0．3 0．8 0．3 0．7 0．2 0．8 0．3 0．9 0．5 0．8 0．6 0．8 0．3 0．8 0．2 0．8 0．7 0．8 0．4 0．8 0．7 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 铸造车间 照明 动力 锻压车间 照明 动力 金工车间 照明 动力 工具车间 照明 动力 电镀车间 照明 动力 热处理车间 照明 动力 装配车间 照明 动力 机修车间 照明 动力 锅炉车间 照明 动力 仓库 照明 生活区 照明 2 7 6 4 3 9 10 8 5 保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，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。 4.气象资料
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本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-9℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8米处平均气温为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。 5.地质水文资料
本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。 6.电费制度
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。每月基本电费按主变压器容量为18元/(kV.A)，动力电费为0.9元/（kw.h），照明电费为0.5元/（kw.h）。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，另外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：6~10kv为800元/（kV.A）。
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第二章 基础知识
2.1 负荷分级及供电要求
在工业企业中，各类负荷的运行特点和重要性不一样，它们对供电的可靠性和电能品质的要求不同。为了合理地选择供电电源及设计供电系统，以适应不同的要求，我国将工业企业的电力负荷按其对可靠性要求的不同划分为一级负荷、二级负荷和三级负荷。 1. 一级负荷
（1）一级负荷在供电突然中断时将造成人身伤亡的危险，或造成重大设备损
坏且难以修复，或给国民经济带来极大损失。因此，一级负荷应要求由两个独立电源供电。而对特别重要的一级负荷，应由两个独立电源点供电。
（2）两个独立电源是指采用两个电源向工厂供电时，如果任意一个电源因故
障而停止供电，另一电源不受影响，能继续供电，那么这两个电源的每一个都称为独立电源。
（3）所谓独立电源点主要是强调几个独立电源来自不同的地点，并且当其任
一独立电源点因故障而停止供电时，不影响其他电源点继续供电。 （4）特别重要的一级负荷通常又叫做保安负荷。 2.二级负荷
(1) 二级负荷如果突然断电，将造成生产设备局部破坏，或生产流程紊乱且
难以恢复，工厂内部运行停顿，出现大量废品或大量减产，因而在经济上造成一定损失。
（2）二级负荷应由两个回路供电，两个回路应尽可能引自不同的变压器或 母线段。 3.三级负荷
（1）所有不属于一级和二级负荷的电能用户均属于三级负荷。
（2）三级负荷对供电无特殊要求，允许长时间停电，可采用单回路供电。
2.2 计算负荷
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1.计算负荷的概念
“计算负荷”是指用统计计算求出的，用来选择和校验变压器容量及开关设
备、连接该负荷的电力线路的负荷值。 2.负荷计算的概念
（1）所谓负荷计算，是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。
（2）在现行的设计规范中，负荷计算的内容不仅包括确定计算负荷，还包括确定尖峰电流和确定一极、二级负荷的容量以及季节性负荷的容量。 3. 负荷计算的目的
因为计算负荷确定过大，将使变压器容量、电器设备和导线截面选择过
大，造成投资浪费；如果计算负荷确定过小，则会引起所选变压器容量不足或电气设备、电力线路运行时电能损耗增加，并产生过热、绝缘加速老化等现象，甚至发生事故。所以负荷计算的目的主要是确定“计算负荷”。 4.负荷计算的方法
负荷计算的方法：需要系数法和二项式系数法。
（1） A:需要系数法：在所需计算范围内（如一条干线、一条母线、一台
变压器），将用电设备按其设备性质不同分为若干组，对每一组选用合适的需要系数，算出每组用电设备的计算负荷，然后由各组计算负荷求总的计算负荷，这种方法称为需要系数法。该方法比较简单，使用广泛，适用于变配电所的负荷计算。
B: 如果从供电形式的角度来讲：负荷计算可以分为单相和三相用电设备的负荷计算两种形式。从供电系统中所在的位置角度来讲：负荷计算可分为单组用电设备、多组用电设备的负荷计算。但无论是那种形式，用需要系数法确定计算负荷都有如表2-1 的通用公式：
表2-1 公式表
名称 用电设备组 的容量 用电设备组有功计算负荷 需要系数
公式 备注 PnPe= P30= K∑KL Pe/(ηeηwl) Kd= P30/ Pe Kd = K∑KL/(ηe·ηwl) 5
Pn--设备的额定容量 K∑ －设备组的同时系数 KL －设备组的负荷系数 ηe－设备组的平均效率 ηwl－配电线路的平均效率 tanφ－对应用电设备组扬州工业职业技术学院毕业设计
无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流 有功负荷的同时系数 无功负荷的同时系数 总的有功计算负荷 总的无功计算负荷 总的视在计算负荷 P30= Kd Pe Q30= P30 tanφ S30= P30/cosφ I30= S30/(3UN) K∑P=0.80~0.90 K∑q=0.85~0.95 P´30= K∑PΣP30,I Q´30= K∑qΣQ30,i S3022P30Q30cosφ的正切值 cosφ －用电设备组的平均功率因数 UN －用电设备组的额定电压 以 上 参 数 由 用 电 设 备组 计算 负 荷 直 接相 加 来 计算时取。 = （2）二项式系数法：计算结果往往偏大，一般适用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。 5.负荷系数
所谓负荷系数是指实际计算负荷容量与额定负荷容量的比值，应用负荷系数是为了更真实地统计实际的直流负荷，进而更确切地计算设备的容量。机械工业需要系数见表2-2：
表2-2 机械工业需要系数表
用电设备组名称 一般工作制的小批生产 金属冷加工机床 大批生产金属冷加工机床 小批生产金属热加工机床 大批生产金属热加工机床 生产用通风机 卫生用通风机 泵、空气压缩机 不连锁运行的提升机、皮带运 输等连续运输机械 带连锁的运输机械 ε=25%的吊车及电动葫芦 0.14~0.16 0.18~0.2 0.2~0.25 0.27 0.7~0.75 0.65~0.7 0.65~0.7 0.5~0.6 0.65 0.14~0.2 0.75 0.75 0.5 Kd COSΦ 0.5 0.5 0.55~0.6 0.65 0.8~0.85 0.8 0.8 0.88 0.88 1.73 tanΦ 1.73 1.73 1.51~1.33 1.17 0.75~0.62 0.75 0.75 6
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铸铁及铸钢车间起重机 轧钢及锐锭车间起重机 锅炉房、修理、金工、装配 车间起重机 加热器、干燥箱 高频感应电炉 低频感应电炉 电阻炉 电炉变压器 自动弧焊变压器 点焊机、缝焊机 对焊机、铆钉加热器 单头焊接变压器 多头焊接变压器 点焊机 高频电阻炉 自动装料电阻炉 非自动装料电阻炉 0.15~0.3 0.25~0.35 0.05~0.15 0.8 0.7~0.8 0.8 0.65 0.35 0.5 0.35~0.6 0.35 0.35 0.4 0.1~0.15 0.5~0.7 0.7~0.8 0.6~0.7 0.5 0.5 0.5 0.95~1 0.65 0.35 0.8 0.35 0.5 0.6 0.7 0.35 0. 5 0.5 0.7 0.98 0.98 1.73 1.73 1.73 0~0.33 1.17 2.67 0.75 2.67 1.73 1.33 1.02 2.67 1.73 1.73 1.02 0.2 0.2 2.3 设备容量的确定
由于各用电设备的额定工作制不同，所以在确定计算负荷时，不可以将其额定功率直接相加，应将额定功率换算为统一规定工作制下的“额定功率”后才能相加。经过换算至统一规定工作制下的“额定功率”称为设备容量，用Pe表示。 1．对于一般长期连续运行工作制和短时工作制的用电设备，包括一般风机、水泵、空压机、电热设备、照明设备、电镀设备、运输机等，在计算其设备容量时，可直接取其铭牌上的额定容量（额定功率），不用经过转换。
Pe = PN
式中Pe——设备功率，单位KW ；
PN ——用电设备铭牌上的额定功率，单位KW 。
2．对于反复短时工作制设备的设备容量是将某负荷持续率下的铭牌额定功
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率PN换算到统一负荷持续率下的功率。
负荷持续率（暂载率）ε可用一个工作周期内工作时间占整个周期的百分比值来表示：
ε=t /T×100% =t /(t +t0) ×100%
式中T ——整个工作周期；
t——工作周期内的工作时间； t0——工作周期内的停歇时间。
起重机的标准暂载率有15%、25%、40%、60%四种。 电焊机的标准暂载率有50%、65%、75%、100%四种。
（1） 起重机（吊车电动机）。要求统一换算到ε=25%时的额定功率，即：
Pe = PN
εNε25 = 2PN
εN
式中PN——(换算前)设备铭牌额定功率； Pe——换算后设备容量； εN——设备铭牌暂载率；
ε25 ——值为
25%的暂载率（计算中用0.25）.
（2） 电焊机设备。要求统一换算到ε=100%时的额定功率，即：
Pe = PNεN式中SN——设备铭牌额定容量； cosφN——设备铭牌功率因数。
（3） 电炉变压器组。设备容量是指在额度功率下的有功功率，即：
Pe = SN cosφN
式中SN——电炉变压器额定容量； cosφN——电炉变压器功率因数。
=SN cosφN
εN
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2.4 设备的功率因素
建筑供电系统中的变配电设备及建筑物内的用电设备，如电力变压器、电抗器、电动机、日光灯、电焊机、高频炉等大部分都为电感性负载，其功率因数较低，工作时需要较大的无功功率，在线路中生产较大的无功电流，不利于供电系统的高效率运行，因此，在设计建筑供电系统时，要根据实际情况进行合理的无功补偿，提高供电系统的功率因数。按照我国供电部门的规定，高压供电的用户必须保证功率因数在0.9以上，低压供电的用户必须在0.85以上。为了使用户注意提高功率因数，供电部门还对大宗用电单位实行按户月平均功率因数调整电费的办法。调整功率因数标准一般为0.85，大于0.85时给以奖励，低于0.85时便要增收电费甚至罚款，功率因数很低时供电部门要停止供电。 1.有关功率的名词解释
输入功率=输入电流*(乘)输入电压，也就决定是我们要用的电量。 输出功率=输入功率-（减）无功功率，也就是我们实际上得到的功率。 输入功率：多为音箱内单元的承受功率（电功率），一般有额定功率 (rms)。最大承受功率(program)和峰值功率（peak)。其中额定功率是最准确的输入功率数据，其他两个名称只是表明音箱瞬间负荷能力，没有多少实际意义。
输出功率：是各类能源或能源转换设备（如动力、照明设备）向外输出的能量与时间的比值，即单位时间内能源或设备向外界提供的能量。其单位一般为瓦特、千瓦，在电力系统中也常用伏安、千伏安来表示。
无功功率：是由电抗器(电感或电容)在交流电路中，由于其两端的电压与流过的电流有90度角的相位差，所以不能做功，也不消耗有功功率，但它参与了与电源的能量交换，这就产生了无功功率，降低了发电机和电网的供电效率。
无功功率过高的影响：
(1)无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致系统容量下降； (2)无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加；
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(3)使线路的压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。在交流电路中，由于有感性或容性储能设备，电压与电流有相位差，通俗讲就是电压与电流不在同一时间到达；因此，表面看电压有多大、电流有多大，实际并没有做那么大的功，有电源与储能设备的能量转换；视在功率=有功功率+无功功率。电力变压器就用视在功率表示容量，单位为伏安(VA)。意思是不管有功功率与无功功率是多少，只能输出这么大的电压与电流。功率因数=有功功率/视在功率即
cosφ
=P/S,功率因数是在0 ~ 1之间，它表示负载电流做的有用功率的百分比。
3.提高功率因数方法
(1) 通过适当措施提高自然功率因数。据统计，在建筑供电系统的总无功功率中，电动机和变压器约占80%左右，其余则消耗在输电线路及其他感应设备中，因此，提高自然功率因数可以通过合理选择感应电动机的容量、使用中减少感应电动机的空载运行、条件许可时尽量使用同步电动机、以最佳负荷率选择变压器等方法达到目的。
(2)并联同步调相机。同步调相机是一种专用于补偿无功功率的同步电动机，通过调节同步调相机的励磁电流可补偿供电系统的无功功率，从而提高系统的功率因数。同步调相机输出无功功率为无极调节方式，调节的范围较大，并且在端电压下降10%以内时，无功输出基本不变，当端电压下降10%以上时，可强行励磁增加无功输出。但是，同步调相机补偿单位无功功率造价高。每输出1kvar的无功功率要损耗0.5% ~ 3%的有功功率，基建安装要求高、不易扩建、运行维护复杂，所以一般用于电力系统中的枢纽变电站及地区降压变电站。
(3)并联适当的静电电容器。我们知道，电感性负载并联适当的电容器可以提高功率因数，所以在建筑供电系统中，同样可以并联适当的静电电容器以提高系统的功率因数。并联电容安装简单、容易扩建、运行维护方便，补偿单位无功功率的造价低、有功损耗小（小于0.3%），因此广泛用于工厂企业及民用建筑供电系统中。无功补偿使用专用的电力电容器，其规格品种很多，按安装方式分为户内式和户外式，按相数分为单相和三相，按额定电压分为高压和低压电容器等等。
a.电容器的选择 电容器无功容量的计算
Qc=Pi(tanφANT－tanφac)
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b.电容器（柜）台数的确定 需电容器台数：
N=QC/[ Qnc(UW/UNC)2]
每相所需电容器台数： 取其相等或稍大的偶数，因为变电所采n =N/3 用单母线分段式结线。
c.电容器的补偿方式和联接方式 1）电容器的补偿方式
（1）单独就地补偿方式：接线、优缺点、适用对象。 （2）分散补偿方式：接线、优缺点、适用对象。
（3）集中补偿方式：接线、优缺点、适用对象：6～10kV 大中型煤矿主要补偿方式，如：平煤各矿
2）电容器的联接方式 （1）三角形接法：优缺点 （2）星形接法：优缺点
△或Y（双Y） 优选△，因为容量为Y 的1/3 且电压低，放电1 分钟，残压50V 以下。1000V 以上的电容器应采用电压互感器放电。电容器放电回路中不得装设熔断器或开关，以免放电回路断开，危及人身安全。
2.提高功率因数的意义
对于电力系统中的供电部分，提供电能的发电机是按要求的额定电压和额定电流设计的，发电机长期运行中，电压和电流都不能超过额定值，否则会缩短其寿命，甚至损坏发电机。由于发电机是通过额定电流与额定电压之积定额的，这意味着当其接入负载为电阻时，理论上发电机得到完全的利用，因为P=U*I*cosφ中的
cosφ=1；但是当负载为干性或容性时，cosφ<1,发电机就得不到充分
利用。为了最大程度利用发电机的容量，就必须提高其功率因数。
(1)提高用电质量，改善设备运行条件，可保证设备在正常条件下工作，这就有利于安全生产。
(2) 可节约电能，降低生产成本，减少企业的电费开支。例如：当cosφ=0.5时的损耗是cosφ=1时的4倍。
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(3)能提高企业用电设备的利用率，充分发挥企业的设备潜力。 (4)可减少线路的功率损失，提高电网输电效率。
(5) 因发电机的发电容量的限定，故提高cosφ也就使发电机能多出有功功率。 2.5 动力支路负荷计算
在采用需要系数法进行动力支路负荷计算时，应将计算范围内的用电设备分组，分别进行各个组内的负荷计算并将计算结果相加得到总的计算负荷，然后根据用电设备的台数和容量的大小以及用电设备的性质乘以一个同时系数，得到计算结果。
每个组内的负荷计算可以采用通用计算公式进行，动力支路的负荷计算采用下式进行：
P30= K∑P·P30i Q30= K∑q·Q30i S30=
22P30Q30
I30 =S30 /(3·UN )
式中P30——支路上有功计算负荷，kW ；
Q30——支路上无功计算负荷，kvar； S30——支路上视在计算负荷，kVA；
K∑P 、K∑q——分别为支路上有功同时系数，无功同时系数； Ic ——支路上计算电流； UN ——支路的额定电压。
在使用上述公式时要注意：
⒈ 分组的原则：用电设备的性质相同、功率因数相同、需要系数相同的分一组。
⒉ 有功、无功同时系数的概念和数值是不同的，通常对于同一组用电设备组无功同时系数的值比有功同时系数要大。通常情况下有功同时系数的范围(0.8
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~ 0.97)、无功同时系数范围(0.8 ~ 1.0)。 2.6 全厂计算负荷计算
计算全厂的计算负荷时，总的计算负荷要小于每个用电负荷加起来的和，我们在通常情况下取的全部用电负荷之和的95%。因为在一定的情况下是不可能发生所有的用电设备同时工作的情况，如果按照全部用电设备的用电负荷之和来计算全厂计算负荷的话，势必会造成,经济不运行和浪费等情况，也就是我们常说的大马拉小车。取全部用电负荷之和的95%，这样在一定程度上就避免了大马拉小车情况的发生，提高了运行效率，符合了经济生产、生活的需要。 2.7 变电所变压器台数的确定
1.确定原则
（1）对于大城市郊区的一次变电所在中、低压侧已经构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。
（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。
（3）对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器溶量的1~2 级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。
表2-3 单台变压器与两台变压器的比较
比较 技 术 指 标 经济指 标 供电安全比 供电可靠性 供电质量 灵活方便性 扩建适用性 电力变压器的综合投资 单台变压器 满足要求 基本满足要求 电压损耗略大 灵活性差 稍差 相当于两台花费少 两台变压器 满足要求 满足要求 电压损耗略小 灵活性好 好 花费投资比较多 2.选择变压器台数时,应考虑以下因素:
(1)应满足用电负荷对供电的可靠性的要求，对供有大量一、二级负荷的变电所应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。
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（2）对于只有二级负荷，而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，并在低压侧架设与其他变电所的联络线。
（3）对于一级负荷的场所，邻近又无备用电源联络线可接,或季节性负荷变化较大时应采用两台变压器。
（4）一般的三级负荷只采用一台主变压器。
（5）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的工厂变电所，课考虑采用两台主变压器。
（6）考虑负荷的发展，应留有安装第二台主变压器的空间。
（7）是否装设变压器，应视其负荷的大小和邻近变电所的距离而定。当负荷超过320KVA 时，任何距离都应装设变压器。
3.变压器绝缘结构的选择
根据绝缘结构方式不同，一般有矿物油变压器、硅油变压器、六氟化硫变压器、干式变压器及环氧树脂浇变压器等。多层或高层主体建筑内变电所，一般选用不燃或难燃型变压器.在多尘或有腐蚀性气体严重影响安全运行的场所内，应选用防尘型或防腐型变压器。
4.变电所选择一台或两台变压器各有其优点和缺点
选用两台变压器的变电所，当一台变压器发生故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。当负荷大的时候，两台变压器又可以配合运用。但是两台变压器的投资比较大，一般小的变电所甚至承担不起这样的消耗,运行损耗也比较大，它工作的时候两个铁心同时运行,这样势必增大了运行成本。
选用一台变压器的变电所，当变压器发生故障或检修时，那么将会出现全厂停电的严重情况，如果一级负荷遇到了停电情况,那么损失将会是无法估算的，因此一台变压器的供电可靠性比较差，但是一台变压器的投资小、运行损耗小，因为在工作时只有一个铁心在工作，这样势必减少了运行成本。
综上所述，选用两台变压器虽然有一些缺点，但是它的优点早已把这些缺点给掩盖，优点远远大于它的缺点，而选用一台变压器虽然它有一些优点,但是它的弊端太明显也很严重。
变电所通常为了生产、生活、用电等的需要，都会选用两台变压器，因为它的优点太明显了，而且非常的多。
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2.8 变压器容量的确定
变压器容量选择时应遵循的原则
1．只装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要。
2．装有两台变压器的变电所，每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件：
（1）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要；
（2）任一台变压器单独运行时，应满足全部用电容量设备60%~70%的需要。
3．变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的70% ~ 80%为宜，以提高运行率。 2.9 短路电流
工厂供电系统要求正常地不间断地给用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于种种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路。短路就是指不同电位的导电部分之间的低阻性短接。短路后，短路电流比正常电流大得多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安，如此大的电流可对供电系统产生极大的危害。因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素，同时需要进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大电流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。 2.9.1 短路的种类及产生短路的原因
⒈短路定义：供电系统中不等电位的点没有经过用电器而直接相连通。 ⒉短路类型：三相、两相、两相接地、单相、单相接地。 *分对称性短路和非对称性短路。
对称短路：Za=Zb=Zc、Ua=Ub=Uc、Ia=Ib=Ic
*最关键的两个短路电流：最大短路电流——选择设备、导线；最小短路电流——继电保护装置校验
短路的电压与电流的相位差较正常时增大，接近于90 度。单相短路只发生在中性点直接接地系统或三相四线制系统中。
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⒊造成短路的原因：绝缘损坏、设备老化、使用不当、外力作用、误操作、鸟兽触及等。 2.9.2 短路的危害
⒈特点：
(1)电流剧增至正常电流的几十甚至几百倍（电流大）。 (2)系统电压骤降。 ⒉后果：
（1）损害设备和线路。 （2）设备不能正常工作。 （3）影响电力系统运行。
（4）通信线路、电子设备干扰、产生误动作。 ⒊保护措施：限制、装设熔断器、继电保护装置等。 2.9.3 计算短路电流的目的和任务
1．选择导线和设备。 2．选择和整定继电保护装置。 3．接线和运行方式。 4．择限流电抗器。 2.9.4 影响短路电流的因素
影响短路电流的因素主要有以下几点：
⒈电源布局及其地理位置，特别是大容量发电厂及发电厂群距受端系统或负荷中心的电气距离；
⒉发电厂的规模、单机容量、接入系统电压等级及主接线方式；
⒊电力网结构（特别是主网架）的紧密程度及不同电压电力网间的耦合程度； ⒋接至枢纽变电所的发电和变电容量，其中性点接地数量和方式对单相短路电流水平影响很大；
⒌电力系统间互联的强弱及互联方式。 2.9.5 限制短路电流的措施
当电力网短路电流数值与系统运行和发展不适应时，应采取措施限制短路电流，一般可以从电力网结构、系统运行和设备等方面采取措施：
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⒈电力网结构方面：在保持合理电网结构的基础上，及时发展高一级电压、电网互联或新建线路时注意减少网络的紧密性，大容量发电厂尽量接入最高一级电压电网，合理选择开闭所的位置及直流联网等，要经过全面技术经济比较后决定。
⒉系统运行方面：高一级电压电网形成后及时将低一级电压电网分片运行、多母线分列运行和母线分段运行等。
⒊设备方面：结合电力网具体情况，可采用高阻抗变压器、分裂电抗器等常用措施，在高压电网必要时可采用LC 谐振式或晶闸管控制式短路电流限制装置。
⒋其他方面：为限制单相短路电流，可采用减少中性点接地变压器数目、变压器中性点经小电抗接地、部分变压器中性点正常不接地，在变压器跳开前使用快速接地开关将中性点接地、发电机变压器组的升压变压器不接地，但要提高变 压器和中性点的绝缘水平及限制自耦变压器使用等。 2.9.6 短路电流的计算
表2-4 公式及参数列表
参数名称 功率 有名值 标幺值 说明 一般取Sd=100MVA S S* = S/Sd U* = U/Ud I* = I/Id X* = X/Xd = XSD/U2d 电压 电流 电抗 U I X 一般取Ud=Uev Id = Sd∕（3Ud） X*是以Sd 为基 准容量的标幺值 变压器电抗 XT = UK%U2N/ （100SN） XT* = UK%Sd/（100SN） 线路电抗 XL = X1L XL* = X1L Sd/ U2d X1为线路每公里 电抗值 电抗器电抗 XR= XR%UNIN/ XR* =XR%/100·UN/3· (1003) Sd/(INU2d) 17
XR%电抗器铭牌 上数值
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系统等 值电抗 XS = U2N/SK XS* = Sd/SK =Sd/(3IKUN) SK (MVA) IK (KA) SK为某点短容量， Ik为该点的三相 短路电流 电动机电抗 XM =UK%100· U2N/SN X″M = Sd/(KSTSN) KST为启动电流倍数 1．一些计算公式,如表： 2.9.7 短路计算中应注意的问题 1．短路电流冲击系数的取值Ksh
在高压电网中其它地点短路取1.8；在1000V 及以下变压器低压侧0.4KV 短路时取1.3；
2．对电网中异步电动机负荷的处理
一些接在短路点附近（5m 内）且容量较大的异步电动机（电动机容量大于100KW或总容量大于100 KW 的感应电动机），在短路初瞬次暂态阶段，短路点的电压为零，这些电动机因为有较大的惯性，转速不能立即降到零，因此其反电动势大于电网的剩余电压。此时看作一台发电机，能向短路点反馈次暂态短路电流和冲击短路电流。可按下公式计算：
IM″=EM*″/X″M·IMN ≈ 0.9/0.17·IMN ≈ 5.3 IMN
Ish(M)=
2Ksh(M)IM″≈ 2Ksh(M)╳5.3 IMN ≈ 7.48 Ksh IMN ；
式中：EM*″ 为电动机次暂态电势标幺值，一般取0.9；
X″M 为电动机次暂态电抗标幺值，一般取0.17；
Ksh(M) 为电动机短路电流冲击系数，一般高压电动机取1.4~1.6，低压电动机取1.0；
3．系统等值电抗的估算： Xs* = Sd/Sk ,
Sk为系统分界母线处的短路容量（有时用该处断路器额定断流容量代替） 4．短路时母线残压的计算：
电网中发生三相短路时，短路点的电压降为零，短路点附近的电压也大为降低。为分析短路时电力系统的运行状态或因继电保护整定计算的要求，需要计算系统中某点在短路时的电压（残压）：
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Ure* = I∞* X*
X*为由短路点算起到系统某点的电抗标幺值；
备注：（1）I(3)Zq ---为三相短路时周期分量的有效值，用来作为推算其它各短路电流计算量的基本依据。
（2）I∞ ---为三相短路电流的稳态有效值，用来校验电器和电路中载流部件? I的热稳定性。
（3）I'' ---为次暂态短路电流，用来做继电保护的整定计算和校验断路器的额定断流量。
（4）Ish ---为三相短路后第一周期内短路电流（指最严重情况下的最严重相sh I的第一周期的电流峰值）的有效值，用来校验电器设备的动稳定性，有时也用作校验断路器的额定断流量。
（5）ish ---为三相短路冲击电流（指最严重短路情况下，三相短路电流中最严重相的第一周期的电流峰值），用来校验电器设备和母线的动稳定性。 （6）S'' ---为次暂态三相短路容量，用来校验断路器的遮断能力。 （7）ish(M) ---为电动机的反馈冲击电流。
（8）ishΣ ---为考虑了电动机的反馈电流后短路电流的冲击值。
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第三章 设计、计算和选取
3.1 负荷计算和无功功率补偿 3.1.1 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）
P30=KdPe ， Kd为系数
(2)无功计算负荷（单位为kvar）
Q30= P30tan
(3)视在计算负荷（单位为kVA）
22P30Q30S30=
(4)计算电流（单位为A）
I30=
S303UN
, UN为用电设备的额定电压（单位为kV）
2．多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）
P30=KpP30i
式中P30i是所有设备组有功计算负荷P30之和，Kp是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95
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(2)无功计算负荷（单位为kvar）
Kq是无功负荷同时系数，Q30=KqQ30i，Q30i是所有设备无功Q30之和；
可取0.9~0.97
(3)视在计算负荷（单位为kVA）
22 S30=P30 Q30
(4)计算电流（单位为A）
I30=
S303UN
经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表3-1所示（额定电压取380V）
表3-1 设备 编名称 号 类别 容量各厂房和生活区的负荷计算表 需要 系数 cos tan 计算负荷 P30/ kW Q30/ kvar 91.8 0 91.8 123 0 123 93.6 0 93.6 144 0 144 93.8 0 93.8 S30/ kVA —— —— 132 —— —— 165 —— —— 128 —— —— 184 —— —— 160 I30/ A —— —— 201 —— —— 251 —— —— 194 —— —— 280 —— —— 244 Pe/kW 动力 铸造 300 5 305 350 8 358 400 10 410 360 7 367 250 5 255 Kd 0．3 0．8 —— 0．3 0．7 —— 0．2 0．8 —— 0．3 0．9 —— 0．5 0．8 —— 0．7 1．0 0．65 1．0 0．65 1．0 0．6 1．0 0．8 1．0 1.02 0 1.17 0 1.17 0 1.33 0 0.75 0 90 4.0 94 105 5.6 110.6 80 8 88 108 6.3 114.3 125 4 129 1 车间 照明 小计 动力 锻压 2 车间 照明 小计 动力 金工 7 车间 照明 小计 动力 工具 6 车间 照明 小计 动力 电镀 4 车间 照明 小计 21
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热处3 理车间 装配 9 车间 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 150 5 155 180 6 186 160 4 164 0．6 0．8 —— 0．3 0．8 —— 0．2 0．8 —— 0．8 1．0 0．7 1．0 0．65 1．0 0.75 0 1.02 0 1.17 0 90 4 94 54 4.8 58.8 32 3.2 35.2 67.5 0 67.5 55.1 0 55.1 37.4 0 37.4 —— —— 116 —— —— 80.6 —— —— 51.4 —— —— 176 —— —— 122 —— —— 78 续表
机修 10 车间 小计 照明 动力 锅炉 8 车间 小计 动力 5 仓库 照明 小计 生活11 区 动力 总计 照明 照明 照明 50 1 51 20 1 21 350 2219 0．7 0．8 —— 0．4 0．8 —— 0.7 0．8 1．0 0．8 1．0 0.9 0.75 0 0.75 0 0.48 35 0.8 35.8 8 0.8 8.8 245 1013.26.3 0 26.3 6 0 6 117.6 —— —— 44.4 —— —— 10.7 272 —— —— 67 —— —— 16.2 413 403 计入Kp=0.8, Kq=0.85 5 856.1 —— —— 0.75 810.8 727.6 1089 1655 3.1.2 无功功率补偿
无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。
由表3.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。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。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，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：
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QC=P30(tan1 - tan2)=810.8[tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) ] = 369.66 kvar
参照图3-1，选PGJ1型低压自动补偿控制柜，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为420kvar。
'补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷Q30=
'2'2P30Q30（727.6-420）kvar=307.6 kvar，视在功率S30=867.2 kVA，计算电流
I'30P30=1317.6 A,功率因数提高为cos='=0.935。 S303UN''S30在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表3-2所示。
主屏辅屏C1#方案6支路2#方案8支路23
C3#方案6支路4#方案8支路C
图3-1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案
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表3-2 无功补偿后工厂的计算负荷
计算负荷 项目 cos P30/KW 810.8 810.8 0.015S30 =13 Q30/kvar 727.6 -420 307.6 0.06S30=52 359.6 S30/kVA 1089 867.2 I30/A 1655 1317.6 380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 380V侧补偿后负荷 0.75 0.935 主变压器功率损耗 10KV侧负荷计算 0.935 823.8 898.9 52 3.2 变电所位置与型式的选择
变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，P1、P2、P3P10分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定P1（2.5，5.6）、P2（3.6，3.6）、P3（5.7，1.5）、P4（4，6.6）、P5（6.2，6.6）、P6（6.2，5.2）、P7（6.2，3.5）、P8（8.8，6.6）、P9（8.8，5.2）、P10（8.8，3.5），并设P11（1.2，1.2）为生活区的中心负荷，如图3-2所示。而工厂的负荷中心假设在P(x,y),其中P=P1+P2+P3+P11=Pi。因此仿照《力学》中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：
xP1x1P2x2P3x3P11x11P1P2P3P11(Px) （3-1） PiiiiiPyP2y2P3y3P11y11y11P1P2P3P11(Py) Pi
（3-2）
把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到x=5.38，y=5.38 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房（工具车间）的西北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，变压器型式为附设式。
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图3-2 按负荷功率矩法确定负荷中心
y P4 P1 P2 P7 P11 P5 P8 P P6 P9 x P10 P3 3.3 变电所主变压器及主接线方案的选择
3.3.1 变电所主变压器的选择
根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：
1. 装设一台变压器 型号为S9型，而容量根据式SNTS30，SNT为主变压
器容量，S30为总的计算负荷。选SNT=1000 KVA>S30=898.9 KVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。
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10kV
FS4-10 GW口-10 GG-1A(J)-03
GG-1A(F)-54 GG-1A(F)-07 GG-1A(F)-07
Y0 Y0联络线 （备用电源） S9-1000 10/0.4kV 220/380V 高压柜列
GG- 1A(J) -03
GG-
1A(F) -54
GG- 1A(F) -07 GG- 1A(F) -07
主变
联络（备用）
图3-3 装设一台主变压器的主接线方案
2. 装设两台变压器 型号为S9型，而每台变压器容量根据式（3-3）、（3-4）选择，即
SNT(0.6~0.7)898.9 KVA=（539.34~629.23）KVA SNTS30()=(132+160+44.4) KVA=341.4 KVA
（3-3）
（3-4）
因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Dyn11。 3.3.2 变电所主接线方案的选择
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按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：
1. 装设一台主变压器的主接线方案,如图3-3所示 2. 装设两台主变压器的主接线方案,如图3-4所示
Y0FS4-10 GW口-10 GG-1A(F)-113、11 GG-1A(J)-01 10kV GG-1A(F)-07
GG-1A(F)-54 GG-1A(F) -96 S9-630 10/0.4kV 0YS9-630 10/0.4kV （备用电源）
联络线 高压柜列 GG- 1A(F) -113
GG- 1A(F) -11
GG- 1A(J) -01
220/380V GG- 1A(F) -96
GG- 1A(F) -07
GG- 1A(F) -54
联络 主 主
变 变 （备用）
图3-4 装设两台主变压器的主接线
3.3.3 主接线方案的技术经济比较
表3-3 主接线方案的技术经济比较
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比较项目 供电安全性 技供电可靠性 术供电质量 指灵活方便性 标 扩建适应性 电力变压器装设一台主变的方案 满足要求 基本满足要求 装设两台主变的方案 满足要求 满足要求 由于一台主变，电压损耗较大 由于两台主变并列，电压损耗较小 只有一台主变，灵活性稍差 稍差一些 查得S9-1000/10的单价为15.1万元，而变压器综合投资由于有两台主变，灵活性较好 更好一些 查得S9-630/10的单价为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，比一台主变方案多投资11.8万元 的综合投资约为其单价的2倍，因此综合额 投资约为2*15.1=30.2万元 查得GG-1A(F)型柜可按每台4高压开关柜万元计，其综合投资可按设备（含计量柜）的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资的综合投资约为4*1.5*4=24万额 经济指标 电力变压器和高压开关柜的年运行费 元 主变的折旧费=30.2万元*0.05=1.51万元；高压开关柜的折旧费=24万元*0.06=1.44万元；变配电的维修管理费=（30.2+24）万元*0.06=3.25万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）=6.2万元 主变容量每KVA为800元，供供电贴费 电贴费=1000KVA*0.08万元/KVA=80万元 主变的折旧费=42万元*0.05=2.1万元；高压开关柜的折旧费=36万元*0.06=2.16万元；变配电的维修管理费=（42+36）万元*0.06=4.68万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（2.1+2.16+4.68）=8.94万元，比一台主变方案多投资2.74万元 供电贴费=2*630KVA*0.08万元=100.8万元，比一台主变多交20.8万元 台主变方案多投资12万元 合投资约为6*1.5*4=36万元，比一本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综从表3-3可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案优于装设两台主变的主接线方案。
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选用一台变压器的变电所，当变压器发生故障或检修时，那么将会出现全厂停电的严重情况，如果一级负荷遇到了停电情况,那么损失将会是无法估算的，因此一台变压器的供电可靠性比较差。
综上所述，选用两台变压器虽然有一些缺点，但是它的优点早已把这些缺点给掩盖，优点远远大于它的缺点，而选用一台变压器虽然它有一些优点，但是它的弊端太明显也很严重。所以，我采用了使用两台变压器的方案。 3.4 短路电流的计算 3.4.1 绘制计算电路
图3-5 短路计算电路
3.4.2 确定短路计算基准值
设基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=Uc=1.05UN，Uc为短路计算电压，即
高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则
Id1Sd3Ud1Sd3Ud2100MVA310.5kV100MVA30.4kV5.5kA （4-5）
Id2144kA （4-6）
3.4.3 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
1．电力系统
已知电力系统出口断路器的断流容量Soc=500MVA，故
X1=100MVA/500MVA=0.2
（4-7）
2．架空线路
查表得LGJ-150的线路电抗x00.35/km，而线路长8km，故
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X2x0lSd100MVA(0.358)2.54≈2.6 22Uc(10.5kV) （4-8）
3．电力变压器
查表得变压器的短路电压百分值Uk%=5%，故
X3X4Uk%Sd5100MVA=7.94≈8
100SN100630kVA （4-9）
式中，SN为变压器的额定容量
因此绘制短路计算等效电路如图3-6所示。
图3-6 短路计算等效电路
3.4.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算
1．总电抗标幺值
**X(k1)X1X2=0.2+2.6=2.8
（4-10）
2．三相短路电流周期分量有效值
*Ik1Id1X*(k1)5.5kA1.96kA 2.8 （4-11）
3．其他短路电流
(3))I''(3)IIk(311.96kA
（4-12）
（4-13） （4-14）
(3)ish2.55I''(3)2.551.96kA5.0kA (3)Ish1.51I''(3)1.511.96kA2.96kA
4．三相短路容量
)Sk(31SdX*(k1)100MVA35.7MVA 2.8 （4-15）
3.4.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算
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1．总电抗标幺值
****X(k1)X1X2X3//X4=0.2+2.6+4=6.8 （4-16）
2．三相短路电流周期分量有效值
*Ik2Id2X*(k2)144kA21.2kA 6.8 （4-17）
3．其他短路电流
(3))I''(3)IIk(3121.2kA
（4-18）
（4-19）
（4-20）
(3)ish1.84I''(3)1.8421.2kA39kA (3)Ish1.09I''(3)1.0921.2kA23.1kA
4．三相短路容量
)Sk(32SdX*(k2)100MVA 14.7MVA
6.8 （4-21）
以上短路计算结果综合图表3-4所示。
表3-4 短路计算结果
三相短路容量短路计 算点 三相短路电流 /MVA Ik(3) 1.96 21.2 I''(3) 1.96 21.2 (3)I (3)ish (3)Ish Sk(3) 35.7 14.7 k-1 k-2 1.96 21.2 5.0 39 2.96 23.1
3.5 变电所一次设备的选择校验 3.5.1 10kV侧一次设备的选择校验
1.按工作电压选则
设备的额定电压UNe一般不应小于所在系统的额定电压UN，即UNeUN，高压设备的额定电压UNe应不小于其所在系统的最高电压Umax，即UNeUmax。
UN=10kV， Umax=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压UNe=12kV，
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穿墙套管额定电压UNe=11.5kV，熔断器额定电压UNe=12kV。
表3-5 10kV一次侧设备的选择校验
选择校 电压 验项目 参数 装置地点数条件 据 10kV 电流 能力 定度 (3)Ish 断流 动态 热稳定度 其它 UN IN 57.7A (Ik(3) (3)2Itima 1.96kA 2.96kA 1.9621.97.3 I(1NT)) 额定参数 高压少油断路UNe UNe Ioc imax It2t 630k器SN10-10I/630 高压隔离开关10kV A 16kA 40 kA 1622 512 GN-10/200 6810kV 200A - 25.5 kA 1025 500二次负荷0.6 一高压熔次断器10kV 0.5A 50 kA - - 设RN2-10 备电压互型感器10/0.1kV - - - - 号JDJ-10
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规电压互格 感器JDZJ-10 电流互100.1//33 0.1kV3- - - - 100/感器LQJ-10 避雷针10kV FS4-10 户外隔离开关12kV GW4-12/400 400A - - - 10kV 5A - 22520.1kA (900.1)21=81 - =31.8 kA - 25kA 1025 500 2.按工作电流选择
设备的额定电流INe不应小于所在电路的计算电流I30，即INeI30 3.按断流能力选择
设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值Ik(3)或短路容量Sk(3)，即
(3)Sk(3) IocIk(3)或Soc对于分断负荷设备电流的设备来说，则为IocIOLmax，IOLmax为最大负荷电流。
4.隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 (1)动稳定校验条件
(3)(3)imaxish或ImaxIsh
(3)(3)
imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ish、Ish分别为开关所
处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值
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表3-6 380V一次侧设备的选择校验
断流 选择校验项目 电压 电流 能力 装置地点条件 数据 380V 总1317.6A 21.2kA 36.2kA 参数 定度 (3)Ish 动态 热稳定度 其它 (3)2Itima UN IN Ik(3) - 21.220.7 315It2t - 额定参数 低压断路器UNe UNe Ioc imax - 380V DW15-1500/3D 低压断路器一次设备型号规格 低压断路器DW20-200 低压断路HD13-1500/30 电流互感器500V LMZJ1-0.5 电流互感380V 380V DW20-630 380V 1500A 40kA - - - 630A （大于30Ka - (一般) - - I30） 200A （大于25 kA - - - I30） 1500A - - - - 1500/5A - - - - 100/5A 器LMZ1-0.5 500V 160/5A - - - - 34
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(3)2tima (2)热稳定校验条件 It2tI对于上面的分析，如表3-5所示，由它可知所选一次设备均满足要求。 3.5.2 380V侧一次设备的选择校验
同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表3-6所示，所选数据均满足要求。 3.5.3 高低压母线的选择
参照变配电所高低压母线常用尺寸可得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12010）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。 3.6 变压所进出线与邻近单位联络线的选择 3.6.1 10kV高压进线和引入电缆的选择
1．10kV高压进线的选择校验
采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。 (1)按发热条件选择
由I30=I1NT=57.7A及室外环境温度33°，查《工厂
供电技术》附表13得，初选LGJ-35,其35°C时的Ial=149A>I30,满足发热条件。
(2)校验机械强度 要求，故选它。
由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。
2．由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验
采用YJLV22-10000型交联聚乙烯绝缘的四芯(加铜芯)电缆之间埋地敷设。 (1)按发热条件选择
由I30=I1NT=57.7A及土壤环境25°，查《工厂供电查表得，最小允许截面积Amin=25mm2，而LGJ-35满足
技术》附表15得，初选缆线线芯截面为25mm2的交联电缆，其Ial=149A>I30,满足发热条件。
(3)(2)校验短路热稳定 按式AAminItimaC，A为母线截面积，单位为
mm2；Amin为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为mm2；C为材料热稳定系
(3)数；I为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；tima短路发热假想时间，单(3)位为s。本电缆线中I=1960，tima=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时
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间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=84，把这些数据代入公式中得
(3)AminItimaC19600.7520mm2 1.铸造车间 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）按发热条件需选择 由I30=201A及地下0.8m土壤温度为25℃，查 相关技术手册，初选缆芯截面120mm2，其Ial=212A>I30，满足发热条件。 (2）校验电压损耗 由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房 距离约为288m，而查表得到120mm2的铝芯电缆的R0=0.31/km （按缆芯工作温度75°计），X0=0.07/km，又1号厂房的P30=94kW, Q30=91.8 kvar，故线路电压损耗为 (pRqX)94kW(0.310.288)91.8kvar(0.070.1)U23.78VUN0.38kV U%23.78100%6.3%>Ual%=5%。 380 197000.75224mm2 76(3）短路热稳定度校验 AminI(3)timaC不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240mm2的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。 2.锻压车间 馈电给2号厂房（锻压车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 36 扬州工业职业技术学院毕业设计 3.热处理车间 馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 4.电镀车间 馈电给4号厂房（电镀车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 5.仓库 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（包括3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。 (1）按发热条件需选择 由I30=16.2A及环境温度26C，初选截面积4mm2，其Ial=19A>I30，满足发热条件。 (2）校验机械强度 导线满足机械强度要求。 (3)所选穿管线估计长50m，而查表得R0=0.85/km，X0=0.119/km，又仓库的P30=8.8kW, Q30=6 kvar，因此 查表得，Amin=2.5mm2，因此上面所选的4mm2的 (pRqX)8.8kW(8.550.05)6kvar(0.1190.05)U10V UN0.38kVU%10100%2.63%<Ual%=5% 380 故满足允许电压损耗的要求。 6.工具车间 馈电给6号厂房（工具车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 7.金工车间 馈电给7号厂房（金工车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 8.锅炉房 37 扬州工业职业技术学院毕业设计 馈电给8号厂房（锅炉房）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 9.装配车间 馈电给9号厂房（装配车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 10.机修车间 馈电给10号厂房（机修车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 11.生活区 馈电给生活区的线路 采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。 (1）按发热条件选择 由I30=413A及室外环境温度（年最热月平均气温）33℃，查《工厂供电技术》附表13，初选BLX-1000-1240，其33℃时Ial≈455A>I30,满足发热条件。 (2）效验机械强度 查《工厂供电技术》附表11可得，最小允许截面积Amin=10mm2，因此BLX-1000-1240满足机械强度要求。 (3）校验电压损耗 查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离600m左右，而查《工厂供电技术》附表19得其阻抗值与BLX-1000-1240近似等值的LJ-240的阻抗R0=0.14/km，X0=0.30/km（按线间几何均距0.8m），又生活区的P30=245KW，Q30=117.6kvar，因此 U(pRqX)245kW(0.140.2)117.6kvar(0.30.2)9.4V UN0.38kVU%9.4100%2.5%<Ual%=5% 380满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-175橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。 3.6.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用YJL22—10000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敖设，与相距约2Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。 38 扬州工业职业技术学院毕业设计 1.按发热条件选择 工厂二级负荷容量共335.1KVA，I30335.1kVA/(310kV)19.3A，最热月土壤平均温度为25℃。查《工厂供电技术》附表15，初选缆心截面为25mm2的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其Ial2.校验电压损耗 查《工厂供电技术》附表19得缆芯为25mm2的铝R01.54/km （缆芯温度按 80℃计），X00.12/km，而二级负荷的 90AI30满足要求。 P30(9412935.8)kW258.8kW,Q30(91.893.826.3)kvar211.9kvar， 表3-7 进出线和联络线的导线和电缆型号规格 线 路 名 称 10KV电源进线 主变引入电缆 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 380V 低压 出线 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 1×75橡皮线（三相四线架空线） 与临近单位10KV联络线 YJL22—10000—3×16交联电缆（直埋） 导线或电缆的型号规格 LGJ-35铝绞线（三相三线架空） YJL22—10000—3×25交联电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） BLV—1000—1×4铝芯线5根穿内径25mm硬塑管 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） 四回路，每回路3×BLX-1000-1×120+1×BLX-1000- 2线路长度按2km计，因此 39 扬州工业职业技术学院毕业设计 U258.8kW(1.542)211.9kvar(0.122)85V 10kV U%(85V/10000V)100%0.85Ual5% 由此可见满足要求电压损耗5%的要求。3.短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25mm2的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。 以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表3-7所示。 3.7 降压变电所防雷与接地装置的设计 3.7.1 变电所的防雷保护 1.直接防雷保护 在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻R<10（表9-6）。通常采用3-6根长2.5m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6m。接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25mm×4mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长1～1.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。 2.雷电侵入波的防护 (1)在10KV电源进线的终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。引下线采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 (2)在10KV高压配电室内装设有GG—1A（F）—54型开关柜，其中配有FS4—10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。 (3)在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地， 用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。 40 扬州工业职业技术学院毕业设计 3.7.2 变电所公共接地装置的设计 1.接地电阻的要求 按《工厂供电设计指导》表9-6。此边点所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： RE4 且 RE120V/IE120V/27A4.4 其中,IE 图3-7 变电所接地装置平面布置 10(803525)A27 因此公共接地装置接地电阻RE4 。 350 41 扬州工业职业技术学院毕业设计 2.接地装置的设计 采用长2.5m、50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm×4mm的镀锌扁刚焊接相接。变电所的变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚。变电所接地装置平面布置图如图3-7所示。接地电阻的验算： RERE(1)n/l100m/2.5m3.85 n160.65满足RE4欧的接地电阻要求，式中,0.65查《工厂供电设计指导》表9-10环行敖设栏近似的选取。 3.8 设计图样 本次的降压变电所主接线电路图，如图3-8、图3-9所示。 42 扬州工业职业技术学院毕业设计 43 图3-8 降压变电所主接线线路图高压侧 扬州工业职业技术学院毕业设计 图3-9 降压变电所主接线线路图低压侧 44 扬州工业职业技术学院毕业设计 设计总结 通过这一段时间的毕业设计，使我学到了很多的经验，巩固和加深了专业基础知识，锻炼了综合及灵活运用所学知识的能力和正确使用技术资料的能力。学习怎样查找文献资料，正确使用技术资料。熟悉了一些与“建筑电气工程”相关的工程技术设计规范、国家有关标准手册和工具书。 我的毕业设计能顺利的完成，另一方面是有老师的耐心指导，他指导我如何 去获得一些技术规范和国家的一些相关手册，指导和分析我的毕业设计。在此，我诚挚的道一声“樊老师，您辛苦了！” 45 扬州工业职业技术学院毕业设计 参考文献 [1]张莹.工厂供配电技术（第3版）[M].电子工业出版社.2010. [2]吕梅蕾，武玉忠.工厂供电技术[M].天津大学出版社.2009. [3]刘介才.工厂供电设计指导[M].机械工业出版社.1999. 46 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容