电 力 工 程 基 础 课 程 设 计
学校：海南大学 学院：机电工程学院 姓名：王映翰 班级：09电气一班 学号：20090304310046
1
第一部分 设计任务书
一，
设计题目
某工矿企业降压变电所电气设计 二，设计要求
根据本厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按安全可靠，技术先进，经济合理的要求，确定工厂变电所的位置与形式，通过负荷计算，确定主变压器台数及容量，进行短路电流计算，选择变电所的主接线及高、低压电气设备，选择整定继电保护装置，最后按要求写出设计计算说明书，绘出设计图纸。
三，设计资料 设计工程项目
（1） 工厂总平面图：
化工采选所用机械制照冶炼厂
（2） 工厂负荷数据：
序号 负荷名称
P30（KVA） Q30 （Kvar） S30（KVA） 1 2 选采矿区 3000 1440 3327.70 冶炼厂 2200 1056 2440.31 2
3 4 5 厂区和职工居住区照明 6
（3） 供电电源情况：按与供电局协议，本厂可由东南方19公里处的变电所110/38.5/11kv，50MVA变压器供电，供电电压可任选。
（4） 电源的短路容量：35kv母线的出线断路器断流容量为1500MVA；10kv母线的出线断路器断流容量为350MVA。
（5） 供电局要求的功率因数：当35kv供电时，要求工厂变电所高压侧cos¢>=0.9;当以10kv供电时，要求工厂变电所高压侧cos¢>=0.95.
（6） 气象资料：
四，设计任务
（一） （二）
设计计算说明书 设计图纸 所用电 500 240 554.62 800 384 887.39 机械制造厂 1500 720 1163.85 化工厂 2000 960 2218.47 第二部分 设计计算书
一、 各区域计算负荷和无功补偿 1.采选矿区
已知：P30=3000KVA Tmax=5000h cos¢0.9 Q30= P30*tan¢=3000*0.48=1440 Kvar
22 S30=P30 =3327.70KVA Q302．冶炼厂
已知：P30=2200KVA Tmax=4200h cos¢0.9 Q30= P30*tan¢=2200*0.48=1056 Kvar
3
22 S30=P30 =2440.31KVA Q303.化工厂
已知：P30=2000KVA Tmax=4200h cos¢0.9 Q30= P30*tan¢=2000*0.48=960 Kvar
22 S30=P30 =2218.47 KVA Q304.机械制造厂
已知：P30=1500KVA Tmax=2880h cos¢0.9 Q30= P30*tan¢=1500*0.48=720 Kvar
22 S30=P30 =1163.85KVA Q305.厂区和职工居住区照明
已知：P30=800KVA Tmax=1800h cos¢0.9 Q30= P30*tan¢=800*0.48=384 Kvar
22 S30=P30 =887.39KVA Q306.所用电
已知：P30=500KVA Tmax=1800h cos¢0.9 Q30= P30*tan¢=500*0.48=240 Kvar
22 S30=P30 =554.62KVA Q30一， 各区域变电所的设计选择
（一）各车间变电所位置及全厂供电平面草图
根据地理位置及格车间计算负荷大小，决定设立3个变电所，格子供电范围如下： 变压所I：选采矿区，所用电。
变压所II：冶炼厂，厂区和职工居住区照明。 变压所III：化工厂，机械制造厂。 全厂供电平面图见图
4
化工采选变压所用变压变压机械制照明冶
（三） 1.
个车间变压器台数及容量选择
变压所I变压器台数及容量选择
（1） 变压所I的供电负荷统计，系数取：Kp=0.9，KQ=0.95
P30= Kp*（P30所+ P30采）=0.9*（3000+500）=3150KW Q30= KQ*( Q30所+ Q30采) =0.95*（1440+240）=1596 Kvar
（2） 变压所I的无功补偿
无功补偿试取： QC =100Kvar
补偿以后： Q30=1596-100=1496Kvar
P30 cos¢=
2P30(Q30Qc)2 =0.98>0.90
2S1=P30(Q30Qc)2=3184.49 KVA
（3） 变压所I的变压器选择，为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：
SNTI=0.7 S1=0.7*3184.49=2229.143KVA
选择变压器型号为S7系列，额定容量为2500KVA两台，查表得出变压器的各项参数：
空载损耗P0=3.65KW； 负载损耗Pk=23KW; 阻抗电压Uk%=5.5； 空载电流I0%=1.0。
（4） 计算每台变压器的功率损耗（n=1）。
5
S30=0.5* S1=0.5*3184.49=1592.25KVA
PT=nP0+
S1Pk（30）2=12.98KW
SNnQT=n
SI0%1UK%SN（30）2=80.78Kvar SN+
SN100n100变压所II变压器台数及容量选择
2.
（1）变压所II的供电负荷统计。
P30= Kp*（P30冶+ P30厂）=0.9*（2000+800）=2700KW Q30= KQ*( Q30冶+ Q30厂) =0.95*（1056+384）=1368 Kvar （2）变压所II的无功补偿 无功补偿试取： QC =100Kvar
补偿以后： Q30=1368-100=1268Kvar
P30 cos¢=
2P30(Q30Qc)2 =0.91>0.90
2S2=P30(Q30Qc)2=2982.92KVA
（3）变压所II的变压器选择，为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：
S
NTII=0.7 S1=0.7*3184.49=2229.143KVA
选择变压器型号为S7系列，额定容量为2500KVA两台，查表得出变压器的各项参数：
空载损耗P0=3.65KW； 负载损耗Pk=23KW; 阻抗电压Uk%=5.5； 空载电流I0%=1.0。
（4）计算每台变压器的功率损耗（n=1）。 S30=0.5* S2=0.5*2982.92=1491.46KVA
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PT=nP0+
S1Pk（30）2=11.84KW
SNnQT=n
SI0%1UK%SN（30）2=73.94Kvar SN+
SN100n100变压所III变压器台数及容量选择
3.
（1）变压所III的供电负荷统计，系数取：Kp=0.9，KQ=0.95 P30= Kp*（P30化+ P30机）=0.9*（3000+500）=3150KW Q30= KQ*( Q30所+ Q30采) =0.95*（1440+240）=1596 Kvar （2）变压所III的无功补偿 无功补偿试取： QC =100Kvar
补偿以后： Q30=1596-100=1496Kvar
P30 cos¢=
2P30(Q30Qc)2 =0.98>0.90
2S1=P30(Q30Qc)2=3184.49 KVA
（3）变压所III的变压器选择，为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：
SNTI=0.7 S1=0.7*3184.49=2229.143KVA
选择变压器型号为S7系列，额定容量为2500KVA两台，查表得出变压器的各项参数：
空载损耗P0=3.65KW； 负载损耗Pk=23KW; 阻抗电压Uk%=5.5； 空载电流I0%=1.0。
（4）计算每台变压器的功率损耗（n=1）。 S30=0.5* S1=0.5*3184.49=1592.25KVA
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PT=nP0+
S1Pk（30）2=12.98KW
SNnQT=n
SI0%1UK%SN（30）2=80.78Kvar SN+
SN100n100二， 厂内10KV线路截面选择 1． 供给变电所I的10KV线路
为保证供电的可靠性选用双回路供电线路，每回供电线路计算负荷： P30=0.5*3150=1575KW Q30=0.5*1596=798Kvar 计及变压器的损耗：
P’= P30+PT=1575+12.98=1587.98KW Q’= Q30+QT=798+80.98=878.98Kvar S’=PQ'2'2=1815KVA
I30= S’/(3U)=104.79A 年最大负荷平局利用小时数T
max=
P30采*Tmax采 P30所*Tmax所=4543h,查表得:架空线
P30采P30所路的经济电流密度Jec=0.86A/mm。
2所以可得经济截面：Aec=I30/ Jec=121.8mm。
2可选导线型号为LJ-120，其允许载流量为Ia1=375A。 相应参数为r0=0.28/km，x0=0.3/km。 再按发热条件检验
已知=40C，温度修正系数为：Kt =
o'70 =0.816
7025Ia1= Kt* Ia1=0.816*375=306A> I30=104.79A 由上式可知，所选导线符合长期发热条件。
根据地理位置图及比例尺，得到此线路长度为0.64km
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线路功率损耗：
2RL=3I'2r0L=3*104.792*0.28*0.64=5.9KW PL=3I302XL=3I'2x0L=3*104.792*0.3*0.64=6.3Kvar QL=3I30线路首端功率：
P=P’+P=1587.98+5.9=1593.88KW Q=Q’+Q=878.98+6.3=885.28Kvar 线路压降计算：
U=
Pr0 LQx0L=0.045KV
UN U*100%=0.45% 合格。 UNU%=
2． 供给变电所II的10KV线路
为保证供电的可靠性选用双回路供电线路，每回供电线路计算负荷： P30=0.5*2700=1350KW Q30=0.5*1368=684Kvar 计及变压器的损耗：
P’= P30+PT=1350+11.84=1361.84KW Q’= Q30+QT=684+73.94=757.94Kvar S’=PQ'2'2=1558.5KVA
I30= S’/(3U)=89.98A 年最大负荷平局利用小时数T
max=
P30冶*Tmax冶 P30厂*Tmax厂=1780h,查表得:架空线
P30冶P30厂路的经济电流密度Jec=1.48A/mm。
2所以可得经济截面：Aec=I30/ Jec=60.79mm。
2可选导线型号为LJ-70，其允许载流量为Ia1=265A。 相应参数为r0=0.48/km，x0=0.32/km。 再按发热条件检验
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已知=40oC，温度修正系数为：Kt =
'70 =0.816
7025Ia1= Kt* Ia1=0.816*265=216.24A> I30=89.98A 由上式可知，所选导线符合长期发热条件。
由于变电所II紧邻35/11kv主变压器，10kv线路很短，其功率损耗可忽略不计。 线路首端功率： P= P’=1361.84KW Q= Q’=757.94Kvar
3． 供给变电所III的10KV线路
为保证供电的可靠性选用双回路供电线路，每回供电线路计算负荷： P30=0.5*3150=1575KW Q30=0.5*1596=798Kvar 计及变压器的损耗
P’= P30+PT=1575+12.98=1587.98KW Q’= Q30+QT=798+80.98=878.98Kvar S’=PQ'2'2=1815KVA
I30= S’/(3U)=104.79A 年最大负荷平局利用小时数T
max=
P30化*Tmax化 P30机*Tmax机=4543h,查表得:架空线
P30化P30机路的经济电流密度Jec=1.00A/mm。
2所以可得经济截面：Aec=I30/ Jec=104.79mm。
2可选导线型号为LJ-95，其允许载流量为Ia1=325A。 相应参数为r0=0.36/km，x0=0.31/km。 再按发热条件检验
已知=40C，温度修正系数为：Kt =
o'70 =0.816
7025Ia1= Kt* Ia1=0.816*325=365.2A> I30=104.79A
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由上式可知，所选导线符合长期发热条件。
根据地理位置图及比例尺，得到此线路长度为0.32km 线路功率损耗：
2RL=3I'2r0L=3*104.792*0.32*0.36=3.8KW PL=3I302XL=3I'2x0L=3*104.792*0.32*0.31=3.3Kvar QL=3I30线路首端功率：
P=P’+P=1587.98+3.8=1591.78KW Q=Q’+Q=878.98+3.3=882.28Kvar 线路压降计算
U=
Pr0 LQx0L=0.035KV
UN U*100%=0.035% 合格。 UNU%=
三， 工厂总降压变电所及接入系统设计 1.
工厂总降压变电所主变压器台数及容量的选择
'I'IP=2*（PQ=2*（Q
P=K
p*
Q= K
*
+ P''II+P''III）=2*(1593.88+1361.84+1591.78)=9095KW
+ QII+QIII）=2*(885.28+757.94+882.28)=5051Kvar
P=0.9*9095=8185.5KW Q=0.95*5051=4798.5Kvar
PQ总降变10kv侧无功补偿试取：Qc=850kvar
cos¢=P2(QQc)2 =0.99>0.90 S=P2(QQc)2=8193.9 KVA 为保证供电的可靠性，选用两台主变压器： SNT=0.7 S=0.7*8193.9=5735.73KVA 所以选在变压器型号为SL7-6300/35，两台。
查表得
11
空载损耗P0=8.20KW； 负载损耗Pk=41.00KW; 阻抗电压Uk%=7.5； 空载电流I0%=0.9。 2.35kv供电线路截面选择
为保证供电可靠性，选用两回35kv供电线路。 P’=0.5*P=0.5*8185.5=4092.75KW
Q’=0.5*（QQc）=0.5*（4798.5-850）=1974.25Kvar S’=PQ'2'2=4544KVA
用化简公式求变压器损耗：
P=0.015S’=0.015*4544=68.16KW Q=0.06 S’=0.06*4544=272.64Kvar
每回35kv供电线路的计算负荷：
P’’=P’+P=4092.75+68.16=4160.91KW Q’’=Q’+Q=1974.25+272.64=2246.89Kvar S’’=PQ''2''2=4728.8KVA
I30= S’’/(3U)=78A
按经济电流密度选择导线的截面： Aec=
I302=78/0.9=86.67mm Jec可选LJ-95起允许载流量为：Ia1=325A. 再按长期放热条件校验：
Ia1=Kt Ia1=0.95*325=308.75A>78A
'所选导线符合发热条件。 3.35kv线路功率损耗计算。 （1）35kv线路功率损耗计算。 已知LJ-95参数
12
r0=0.36/km，x0=0.31/km，l=19km。 线路的功率损耗：
22RL=3 I30r0L=3*782*0.36*19=124.8KW PL=3I3022XL=3 I30x0L=3*782*0.31*19=50.9Kvar QL=3I30线路首端功率：
P=P’’+PL =4160.91+124.8=4285.71KW Q=Q’’+QL =2246.89+50.9=2299.79Kvar 线路压降计算
U=
Pr0 LQx0L=1.2KV
UN U*100%=3.4% 合格。 UNU%=
四， 短路电流计算
按无穷大系统供电计算短路电流。短路计算电路图见图。为简单起见，标幺值符号*全去掉。
1.
工厂总降压变35kv母线短路电流（短路点1） （1） 确定标幺值基准：
Sd=100MVA, Uav=37kv Id=
S d100==1.56KA 3Uav3*37（2） 计算个主要元件的电抗标幺值：
系统电抗（取断路器Soc=1500MVA） X1=
S d100==0.067 Soc150035kv线路电抗（LJ-95） x==0.31/km X2=0.31*19*
100=0.43 237 13
（3）求三相短路电流和短路容量：
1)总电抗标幺值： X
=0.067+0.5*0.43=0.282
2)三相短路电流周期分量有效值： Ik=
(3)Id1.56==5.53KA X0.2823)其他三相短路电流值： I''(3)= I= Ik=5.53KA
(3)(3) ish=2.55 I
(3)''(3)=2.55*5.53=14.1KA
Ish=1.51 I
(3)''(3)=1.51*5.53=8.35KA
4)三相短路容量： SK=
(3)100S d==354.6MVA 0.282X
14
大X1=0.X2线 35k母总降变X3X4②X3③车间2.10kv母线短路电流（短路点2） （1）确定标幺值基准： Sd=100MVA, Ud2=10.5kv I d100d2=
S3U==5.50KA d23*10.5(2)计算个主要元件的电抗标幺值： 1）系统电抗： X1=
S d100S==0.067 oc1500 2）35kv线路电抗： X2= 0.31*19*
100372=0.43 3）35/11kv电力变压器电抗（Uk%=7.5）：
15
总降变10k厂内10kv车间变电0.4kv
Uk%*S d7.5*100*103X3===1.19
100SN100*6300 (3) 求三相短路电流和短路容量： 1）总电抗标幺值： X
=X1+
X2X30.431.19=0.067+=0.877 222)三相短路电流周期分量的有效值： Ik=
(3)Id25.50==6.27KA X0.8773）其他三相短路电流： I
(3)''(3)= I= Ik=6.27KA
(3)(3)ish=2.55 IIsh=1.51 I
(3)''(3)=2.55*6.27=15.99KA
''(3)=1.51*6.27=9.47KA
4)三相短路容量： SK=
(3)100S d==114MVA 0.877X3.0.4kv车间抵押母线短路电流（短路点3） （1）确定标幺值基准： Sd=100MVA, Ud3=0.4kv Id3=
S d100==144.34KA 3Ud33*0.4(2)计算个主要元件的电抗标幺值： 1）系统电抗： X1=
S d100==0.067 Soc1500 2）35kv线路电抗： X2= 0.31*19*
100=0.43 3723）35/11kv电力变压器电抗（Uk%=7.5）：
16
Uk%*S d7.5*100*103X3===1.19
100SN100*6300 4）10kv厂内架空线路电抗（给变电所II供电）：
因这段10kv架空线路很短，l0，电抗可不计。 X4=0
5）10/0.4kv电力变压器（2500KVA变压器Uk%=5.5）：
Uk%*S d5.5*100*103 X5===2.2
100SN100*2500
(3) 求三相短路电流和短路容量： 1）总电抗标幺值： X
=X1+
X2X3X4X50.431.1902.2+=0.067++=1.977 22222)三相短路电流周期分量的有效值： Ik=
(3)Id3144.34==73KA！ X1.9773）其他三相短路电流： I
(3)''(3)= I= Ik=73KA！
(3)(3)ish=1.84I
(3)''(3)=1.84*73=134.32KA =1.09*73=79.57KA
Ish=1.09 I
''(3)4)三相短路容量： SK=
(3)100S d==50.58MVA 1.977X三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总 短路点计算 三相短路电流（KA） Ik (3)三相短路I (3)I''(3) ish (3)Ish (3)容量S(3)K（MVA） 35kv15.53 5.53 5.53 17
14.1 8.35 354.6
点 10kv2点 0.4kv3点 五、变电所高低压电气设备的选择
根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况校验，总降压变电所主要高低压电气设备确定如下。
1.
高压35kv侧设备 73 73 73 2 134.37 79.550.58 6.27 6.27 6.27 15.99 9.47 114 35kv侧设备的选择如表1所示。
2.
中亚10kv侧设备
10kv侧设备如表2所示。
3.
低压0.4kv侧设备
低压0.4kv侧设备如表3所示
表1 计算数据 器高压断路开隔离关电压互感电流互感器 避雷器 注 备SW2-35/600 GW2-35G 器 18
U=35KV 35KV 35KV KV 3535KV KV 35 I=78A 600A 600A 5 2*20/ IA SMVA k=5.53K6.6KV K=354.6400MVA ish=14.1KA (3)17KA 42KA 3.3*202 I*4=5.5326.6*4 2204 2* 2(1.3*20) 2*4
表2 计算数据 高压断路器SN10-101 U=10kv I=104.79A Ik=6.27A SK=114 VA ish=15.99K(3)隔离开关 电流互感器 备注 10KV 630A 16KA 300M10KA 200A 10KV 150/5 采用GG-10-54高压开关柜 40KA A 25.5K160*402 A I*4=6.272164 2*5 102*(90*40) 2 19
2*4
表3 计算数据 器低压断路关隔离开感电流互器备注 DZ20Y-1250 HD11-1000 LM-0.5 U=0.4kv I=839A Ik=73KA SMVA ish=134.32(3)0.4KV 1250A 50KA 0.4KA 1250A 0.4KV 采用1000/5 BFC-0.5G-08 低压开关柜 K=50.58 KA I*4=7322 *4
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