某锻造厂供配电系统设计
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完成时间：2015.12
目录
第一章概述 (1)
1.1设计对象简介 (1)
1.2原始资料介绍 (1)
1.3设计原则 (3)
1.4设计任务 (3)
第二章负荷计算 (5)
2.1负荷计算的意义 (5)
2.2负荷计算 (5)
2.3功率补偿 (7)
第三章供电方案及主变压器选择 (8)
3.1供电方案的选择 (8)
3.2变电所主变压器型号 (8)
3.3技术指标计算 (9)
3.4方案经济计算 (11)
3.5主接线的设计 (13)
第四章短路电流计算 (15)
4.1短路电流计算的目的 (15)
4.2短路电流计算 (15)
第五章主要电气设备选择 (19)
5.1功率损耗计算 (19)
5.235K V架空线路的导线选择 (19)
5.335KV各设备的选择和校验 (20)
5.3.1 35kV断路器 (21)
5.3.2 35kV隔离开关 (21)
5.3.3 35kV电压互感器 (22)
5.3.4 电流互感器 (22)
5.410KV各设备的选择和校验 (23)
5.4.1 10kV断路器 (23)
5.4.2 10kV隔离开关 (24)
5.4.3 10kV电压互感器 (25)
5.4.4 10kV电流互感器 (25)
5.7车间变电所 (26)
5.810K V备用电源进线 (28)
第六章主要设备继电保护设计 (29)
6.1主变压器的保护方式选择和整定计算 (29)
6.210KV高压线路的保护方式选择和整定计算 (30)
第七章配电装置设计 (32)
7.1变配电所的形式选择 (32)
7.2配电设备布置图 (32)
第八章防雷接地设计 (34)
8.1防雷设计 (34)
8.1.1防雷措施的选择 (34)
8.1.2直击雷防护 (34)
8.1.3雷电侵入波防护 (34)
8.2接地设计 (35)
第九章车间变电所设计 (36)
9.1车间变压器的台数、容量 (36)
9.2变电所位置的原则考虑 (37)
第十章厂区380V配电系统设计 (38)
10.1三级负荷配电设计 (38)
10.2二级负荷配电设计 (38)
心得体会 (39)
附录一：设备汇总一览表 (40)
附录二：低压一次设备的选择校验项目
附录三：系统总接线图
附录四：继电保护图
第一章概述
1.1设计对象简介
变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。其中，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装2～3台主变压器；330 千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入5 ～10年的预期负荷选择。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求。变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。
1.2原始资料介绍
1.厂区平面布置图
2.负荷
负荷类型及负荷量见上表，负荷电压等级为380V。除空气站，煤气站部分设备为二级负荷，其余均为三级负荷。
3.工厂为二班制，全年工厂工作小时数为4500小时，最大负荷利用小时数：T max=4000小时。年耗电量约为2015万kW·h（有效生产时间为10个月）。
4.电源：工厂东北方向6公里处有新建地区降压变电所，110/35/10kV，25MVA 变压器一台作为工厂的主电源，允许用35kV或10kV中的一种电压，以一回架空线向工厂供电。35kV侧系统的最大三相短路容量为1000MV·A，最小三相短路容量为500MV·A。10kV侧系统的最大三相短路容量为800MV·A，最小三相短路容量为400MV·A。
备用电源：此外，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，只在该工厂主电源发生故障或检修时提供照明及部分重要负荷用电，输送容量不得超过全厂计算负荷的20%。
?≥0.85。
5.功率因数：要求cos
6.电价计算：供电部门实行两部电价制。（1）基本电价：按变压器安装容量
（2）电度电价：供电电压为35kV时，β=0.5元/（kW·h）；每1kV·A，6元/月计费；
供电电压为10kV时，β=0.55元（kW·h）。附加投资：线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按1000元/kW计算。
7.工厂的自然条件：本厂所在地区年最高气温为38℃，年平均温度为23℃，年最低气温为-8℃，年最热月最高气温为33℃，年最热月平均气温为
36℃，年最热月地下0.8m处平均温度为35℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。本厂所在地区平均海拔高度为500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。
1.3 设计原则
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，技术先进和经济合理，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。
1.4 设计任务
1．总降压变电站设计
（1）负荷计算。
（2）主结线设计：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多个方案，根据改方案初选主变压器及高压开关等设备，经过概略分析比较，留下2～3个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，（经济计算分析
时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。
（3）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。
（4）主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号、绝缘子等设备的选择及校验。选用设备型号、数量、汇成设备一览表。
（5）主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。
（6）配电装置设计：包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。
（7）防雷、接地设计：包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。
2.车间变电所设计
根据车间负荷情况，选择车间变压器的台数、容量，以及变电所位置的原则考虑。
3.厂区380V配电系统设计
根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。
第二章 负荷计算
2.1负荷计算的意义
负荷计算是根据已知工厂的用电设备安装容量来确定预期不变的最大假想负荷。它是按发热条件选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据，所以非常重要。如估算过高，将增加供电设备的容量，使工厂电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量。特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。但是如果估算过低，又会使工厂投入生产后，供电系统的线路及电器设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。
2.2负荷计算
各车间的计算负荷： ①一车间、锻工车间：
设备容量P e =1419 kW ，K d =0.33，tan φ=0.4
P 30(2)=K d P e =0.33×1419=468.27kW Q 30(2)=P 30(2)tan φ=468.27×0.4=187.308 kvar
S 30(2)=√P 30(2)2+Q 30(2)2
=√468.272+187.3082=504.34 kV ?A
②二车间：
设备容量P e =2223 kW ， K d =0.3，tan φ=0.68
P 30(2)=K d P e =0.3×2223=666.9kW Q 30(2)=P 30(2)tan φ=666.9×0.68=453.492 kvar
S 30(2)=√P 30(2)2+Q 30(2)2=√666.92+453.4922=806.48 kV ?A
③三车间：
设备容量P e =1755 kW ，K d =0.52， tan φ=0.3
P 30(2)=K d P e =0.52×1755=912.6kW Q 30(2)=P 30(2)tan φ=912.6×0.3=273.78 kvar
S 30(2)=√P 30(2)2+Q 30(2)2
=√912.62+273.782=952.78 kV ?A
④空气站、煤气站、锅炉房：设备容量P e =1289 kW ， K d =0.38， tan φ=0.26
P 30(2)=K d P e =0.38×1289=489.82kW Q 30(2)=P 30(2)tan φ=489.82×0.26=127.35 kvar
S 30(2)=√P 30(2)2+Q 30(2)2=√489.82+127.35=506.10 kV ?A
⑤工具,机修车间：设备容量P e =1266 kW ， K d =0.67， tan φ=0.2
P 30(2)=K d P e =0.67×1266=848.22kW Q 30(2)=P 30(2)tan φ=848.22×0.2=169.64 kvar
S 30(2)=√P 30(2)2+Q 30(2)2=√848.22+169.64=865.02 kV ?A
⑥仓库:设备容量P e =550 kW ，K d =0.3， tan φ=0.7
P 30(2)=K d P e =0.3×550=165kW Q 30(2)=P 30(2)tan φ=165×0.7=115.5 kvar
S 30(2)=√P 30(2)2+Q 30(2)2=√165+115.5=201.41 kV ?A
负荷计算表格汇总：
表1 工厂负荷汇总表
2.3功率补偿
工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高自然功率因数的情况下，尚达不到规定的功率因数要求，则需要增设无功功率补偿装置。这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约电能又提高电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。
变压器（10KV/380V）的功率损耗：
?P T≈0.01S30=0.01×3610.54=36.1kW
?Q T≈0.05S30=0.05×3610.54=180.5kW
该变压器对应的高压侧功率
P30(1)=36.1+3373.27=3409.37kW
Q30(1)=180.5+1287.26=1467.76kvar
S30(1)=√1467.762+3409.372=3711.89 kV?A
cosφ=P30(1)
S30(1)
=
3409.37
3711.89
=0.92
变压器（电压变比为35KV/10KV）的无功和有功损耗
?P T≈0.01S30=0.01×3711.89=37.11kW
?Q T≈0.05S30=0.05×3711.89=185.6kW 则可得该主变压器对应的高压侧功率
P30(1)′=37.11+3409.37=3446.48kW
Q30(1)′=185.6+1467.76=1653.76kvar
S30(1)′=√3446.482+1653.762=3822.7 kV?A
cosφ′=P30(1)′
S30(1)′
=
3446.48
3822.7
=0.902
35kV侧功率因数：0.902>0.85 10kV侧功率因数：0.92>0.85
即功率因数符合要求,无需进行功率补偿。
第三章供电方案及主变压器选择
3.1供电方案的选择
该厂供电电源可由35KV高压线和10KV高压线提供，可作出两种供电电源。
设计方案：
1.电源及备用电源均由10KV高压线提供
2.电源由35KV高压线提供10KV高压线作为备用电源。
因供电系统的基本要求是安全、可靠、经济、优质。所以在设计过程要对两种方案综合考虑，在安全可靠的基础上选择最经济的方案。
方案1：工作电源和备用电源均采用10KV高压线供电。两路电源进线均采用断路器控制。
方案的优缺点分析：
优点：工厂内不设主变压器，可以简化接线，降低了投资及运行费用。工厂内不设降压变电所可以减少土地占有面积，减少工作人员及运行维护工作量。
缺点：供电电压低，线路的功率损耗和电压损耗大，要求的功率因数大，需要补偿的无功补偿容量大，补偿装置的费用会增加。工厂内设总配电所，供电的稳定性不如35KV。
方案2：供电电源采用35KV供电电源供电，装设一台主变压器。用架空线引入降压变电所，10KV作为备用电源。10KV经过降压变后接在10KV的一段配电母线上，10KV接在另一段配电母线上。
方案的优缺点分析：
优点：本方案的经济技术指标介于方案一和方案二之间，由于原始资料要求正常供电时只用一路供电，出现故障时方用备用电源，备用电源供电时间较少。因此该方案既能满足供电的安全可靠性又可降低投资及维护费用。
3.2变电所主变压器型号
变电所主变压器型式的选择：
1、油浸式:一般正常环境的变电所；
2、干式:用于防火要求较高或环境潮湿，多尘的场所；
3、密闭式:用于具有化学腐蚀性气体、蒸汽或具有导电、可燃粉尘、纤维会严重影响变压器安全运行场所；
4、防雷式:用于多雷区及土壤电阻率较高的山区；
5、有载调压式:用于电力系统供电电压偏低或电压波动严重且用电设备对电压质量又要求较高的场所。
由于本设计的变电所为独立式、封闭建筑，故采用油浸式变压器。
总降压变电站的方案选用4000K VA的油浸式变压器一台，型号为S11-4000/35，电压为35KV/10KV。有关技术指标见下表：
型号
额定容量
（K VA）
额定电压损耗/kW 空载电
流（%）
阻抗电
压（%）一次二次空载负载
S11-4000/35 4000 35KV 10KV 3.62 27.36 0.56 7 3.3 技术指标计算
方案一
不设主变压器，变压器损耗按0计算。
P30=3373.27kW，Q30=1287.26kvar，S30=3610.54kVA
I30=S30/√3U=208.34A
10kV架空线路选择，选择LGJ-70钢芯铝绞线，几何均径确定为1.5米。查表得R0=0.46Ω/km，X0=0.365Ω/km。
电压损失：
?U=(R0×P js+X0×Q js)L
U
=
(0.46×3373.27+0.365×1287.26)×6
10
=1221.93V≈1.2kV
ΔU>10×5%=0.5KV
电压损失不合格。且1.2kV=2.4倍规定损耗，差值过大，又是主电源进线，不满足要求，因此，此方案不可行。
10kV电缆线未给长度，电压损失按合格计算。
方案二
选择S11-4000/35型变压器，查资料知S11-4000/35变压器的技术参数为：空载损耗为?P0=3.62kW；
短路损耗为?P k=27.36kW；
阻抗电压U k%=7；
空载电流I0%=0.56。
变压器的有功功率损耗：
?P b=n?P0+?P k（S30/S NT）2/n=27.18kW
其中S30=3711.89kVA，S NT=4000kVA，n=变压器台数1
变压器的无功功率损耗：
?Q b=n I0%
100S NT+1
n
U k%
100
S NT{S30
S NT
}
2
=465.12kvar
35kV线路功率：
P js=P30+?P b=3436.55kW
Q js=Q30+?Q b=1932.88kvar
S js=3942.83kVA
I j s=S js/√3U=65.03A
35kV线路选取LGJ-50型钢芯铝线，线路导线为水平等距排列，相邻线距设为1.6m，则线间几何均距确定a av=1.26×1.6m≈2m。查书（189页）得R0=0.68Ω/km，X0=0.39Ω/km。
电压损失：
?U=(R0×P js′+X0×Q js′)L
=
(0.68×3409.37+0.39×1467.76)×6
=495.56V≈0.5KV
ΔU<35×5%=1.75KV
电压损失合格。
10kV电缆线未给长度，电压损失按合格计算。
3.4 方案经济计算
方案一经济计算：
表2 方案一的基建费用
表3 方案一的年运行费用