工厂供电-变电站的初步设计实验报告

变电站设计任务书

一、博州35kv变电站的主要任务

该变电站主要承担着为博乐市及周边地区各用电负荷提供生产、生活用电的任务。随着地区经济的发展，博州地区在新疆改革开放发展中的地位也越来越重要，根据博乐市的具体情况、建立与之相适应的变电站供配电系统。

二、设计依据

1、博乐市地区负荷分布情况

在博乐市变电站所带负荷中，农五师86团、89团距离博乐市较远，其它负荷集中分布在博乐市及周边。

2、博州变电站用电负荷

博州市变电站用电负荷表

注：各出线负荷功率因数按0.85计。

三、供电协议

（1）由伊犁地区变电站向新源地区降压变电站提供110kv电力用电，再由新源地区降压变电所向博州变电站提供35kv电力用电，已知新源地区降压变电站距博州变电站43公里。

（2）新源地区变电站35kv配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为2.3秒，博州变电站的保护整定时间应不大于1.5秒。

（3）电力局要求35kV侧和10kV侧的功率因数值均在0.9以上。

（4）供电系统技术数据：

新源地区变电站35千伏母线短路数据如下：

四、地区的自然条件

1、气象条件

（1）最热月平均最高温度为40oc。

（2）土壤中0.7~1米深处一年中最热月平均最高温度为20oc。

（3）年雷暴日为30天。

（4）主导风向夏季为南风。

2、地质及水文条件

（1）地表面比较平坦，土壤主要成分为积土及砂质黏土，层厚为1.6~7米不等。（2）地下水位一般为0.7米。

四、设计要求

（1）进行负荷计算

（2）变压器容量和型号的选择和计算。

（3）变电所主结线的设计。

（4）变电所高低压配电柜的选择。

（5）短路电流计算。

（6）设计并绘出博州变电站主接线图。

（7）写出课程设计说明书。

前言

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。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。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，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，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

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，就必须达到以下基本要求：

（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）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点,能顾全大局,适应发展。

本次是35kV变电站的主接线设计及变压器的选择，变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。在经济角度上要考虑周全，尽量以最少的投资获得最佳的方案。按照要求选择合适的变压器。短路电流计算，对变电站系统中的

各个电压等级下的母线发生三相短路时，所流过的短路电流进行了分别计算。电气设备动、热稳定校验，电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备所需要满足的基本条件，即按正常工作条件选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。主要电气设备型号及参数的确定。电气总平面及配电装置断面设计和无功补偿方案设计，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。

通过本次课程设计，旨在熟悉变电所中供电系统的负荷计算，掌握变电所中二次回路的基本原理，在次基础上对供电系统中的变电所二次接线进行了设计和保护，最后根据具体环境条件对电气设备进行校验，使本次设计的内容更加完善。

关键词：变电站；短路电流；热稳定；无功补偿

目录

1.负荷计算 (7)

1.1负荷分配表 (7)

1.2计算公式 (7)

1.3计算结果 (8)

1.4变压器二次侧的功率因数补偿 (10)

1.5变压器一次侧的功率因数补偿 (10)

1.6电力负荷计算表 (11)

2. 短路电流的计算 (12)

2.1 变压器的选择 (12)

2.2 短路电流的计算方法 (13)

2.3 计算短路中各元件的电抗标幺值及计算过程 (14)

3. 高低压接线方式选择 (17)

4．高低压电气设备初步选择 (18)

4.1 高压设备器件的选择 (18)

4.2 导线及电缆的选择 (20)

4.3 低压设备的选择与校验 (20)

5．高低压电气设备布置图 (21)

5.1变电所高压侧主接线图 (21)

5.2变电所低压侧主接线图 (22)

6. 总结 (22)

1 负荷计算

1.1 负荷分配表

表1-1 博州市变电站负荷分配表

1.2.1 三相用电设备负荷计算方法及公式 有功计算负荷（kW ）e d c P K P =（1-1）

无功计算负荷（kvar ）?tan c c P Q =（1-2） 视在负荷计算（kV ·A ）?

cos c

c P S =

（1-3） 计算电流（A ）N

c

c U S I 3=

（1-4） 无功补偿 Qc=Pc(tan φ1-tan φ2)（1-5） 1.2.2 计算负荷及无功功率补偿

而供电局要求该厂10kV 进线侧最大负荷时功率因数不得低于0.9，380V 侧最大负荷时功率因数不得大于0.92。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380侧最大功率因数因大于0.9，暂取0.92来计算380V 侧所需无功功率补偿容量：

Qc=Pc(tan φ1-tan φ2)=797[tan(arccos0.84)-tan(arccos0.92)]kvar=145.53kvar 我们选择BCMJ0.4-25-3型号的电容器， n=145.53/25=6，所以我们选择6台电容器。 1.3计算结果

根据负荷分配表中的数据对各组负载进行负荷计算。 （1） 博乐市政府部门及公检法机构的负荷计算

P 30（1）=0.8×300KW=240KW Q 30(1)=0.62×240Kvar=148.8Kvar

(2)农五师医院的负荷计算

P 30（2）=0.8×300KW=240KW

Q 30(2)=0.62×240Kvar=148.8Kvar

（3）博乐甜园糖业公司的负荷计算 P 30（3）=0.8×290=232KW

Q 30(3)=0,62×232Kvar=143.84Kvar

（4）新疆新兴精纺有限公司的负荷计算 P 30（4）=0.8×380KW=304KW

Q30(4)=0.62×304Kvar=188.48Kvar

（5）博兰水泥厂的负荷计算

P30（5）=0.8×450KW=360KW

Q30(5)=0.62×360Kvar=223.2Kvar

（6）博乐市1#市民用电回路的负荷计算

P30（6）=0.8×250KW=200KW

Q30(6)=0.62×200Kvar=124Kvar

（7）博乐市2#市民用电回路的负荷计算

P30（7）=0.8×240KW=192KW

Q30(7)=0.62×192Kvar=119.04Kvar

（8）博乐市3#市民用电回路的负荷计算

P30（8）=0.8×250KW=200KW

Q30(8)=0.62×200Kvar=124Kvar

（9）农五师85团的负荷计算

P30（9）=0.8×460KW=368KW

Q30(9)=0.62×368Kvar=228.16Kvar

（10）农五师86团的负荷计算

P30（10）=0.8×490KW=392KW

Q30(10)=0.62×392Kvar=243.04Kvar

（11）农五师89团的负荷计算

P30（11）=0.8×510KW=408KW

Q30(11)=0.62×408Kvar=252.96Kvar

因此总的负荷计算为（取K∑p=0.95,K∑q=0.97）

P30=0.95×（240+240+232+304+360+200+192+200+368+392+408）KW

=2979.2KW

Q30=0.97×（148.8+148.8+143.84+188.48+223.2+124+119.04+124+228.16 +243.04+252.96）Kvar=1885.99Kvar

S30=√2979.22

+1885.99

2

=3525.99KV.A

I30=3525.99/√3 ×10KV =203.57A。

1.4 变压器二次侧的功率因数补偿

变压器二次侧补偿电容前有cosφ=2979.2/3525.99=0.84<0.9 若功率因数偏低，在保证供用电设备的有功功率不变的前提下，电流将增大。

这样电能损耗和导线截面增加，提高了电网初期建设投资的运行费用。电流增大同样会引起电压损失的增大。为了减少电能转化的损耗，降低投资，一般采用电力电容器进行补偿。

设二次侧补偿后的功率因数为cosφ=0.93

则需要补偿的电容为Q

C

=P30（tanφ-tan'φ）=2979.2KW×（0.65-0.40）

=744.8Kvar 电容的型号选择：查看并联电容器的规格数据表，我们可以选择8个

BWF/0.5-100-1的电容器进行补偿，则补偿容量为Q

C

=800Kvar。

补偿后二次侧 Q30’=Q30-Q C=1885.99-800Kvar=1085.99Kvar

S30’=√2979.22

+1085.99

2

=3170.96KVA

补偿后二次侧功率因数cosφ’= P30/ S30’=0.94>0.9

故补偿后二次侧功率因数cosφ’符合电力局要求。

1.5 变压器一次侧的功率因数补偿

在负荷计算中，新型低损耗电力变压器的功率损耗可按公式近似计算：有功损耗△P T=0.01×S30’=0.01×3170.96KW=31.71KW

无功损耗△Q T=0.05×S30’=0.05×3170.96Kvar=158.55Kvar 变压器一次侧的计算负荷为：

P30=2979.2KW+31.71KW=3010.91KW

Q30=1085.99Kvar+158.55Kvar=1244.54Kvar

S30=√3010.912+1244.542KVA=3257.98KVA

则变压器一次侧补偿前功率因数cosφ=3010.91/3257.98=0.92>0.9,符合电力局要求。故变压器一次侧无需再进行补偿。

一次侧电流I30=3257.98/（√3×35）A=53.74A

1.6 电力负荷计算表

在实际工程设计说明书中，为了使人一目了然，便于审核，常采用计算表格的形式。如表1-1

表1-1 电力负荷计算表

2.短路电流的计算

2.1变压器的选择

根据设计要求我们选择单台变压器的运行方式。装两台变压器的变电所必须满足的要求是：

S NT /S 30≥70% （2-1）

根据前面负荷计算可以得出： S NT ≥2219.67KVA

我们初步选择变压器的容量为2500KV.A 。

又考虑到检修的方便性以及变压器自身损耗等因素，我们选用干式的Yyn0连接方式的变压器。

综合考虑以下几种因素后： 1、便于维护与检查 2、便于进出线 3、保证运行安全 4、节约土地与建筑费用 5、适应发展要求

经查表，选择如下变压器：

基准电流c

d

d d d U S U S I 33==（2-2） 基准电压d

c d d d S U I U X 2

3==（2-3） 三相短路电流周期分量有效值*∑*==X I I I I d d k k /)3()3(（2-4）

三相短路容量的计算公式*∑*∑==X S X I U S d d c k

//3（2-5）

确定基准值设Sd=100MV A ，Ud=Uo ，即高压侧Ud1=36.75kV ,低压侧Ud2=10.5KV ，则

kA kV

MVA U S I d d

d 56.137310031

1=?=

=

kA kV

MVA U S I d d

d 5.55.10310032

2=?=

=

2.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值及计算过程 ①电力系统 最大电抗标幺值

*1X max =100MVA/200MVA=0.5 最小电抗标幺值

*1X min =100MVA/175MVA=0.57 ②架空线路

查表得LGJ-150的线路电抗km x /35.00Ω=，而线路长43km ，故

1.1)

37(100)4335.0(2

202=?Ω?==*kV MVA

U S l

x X c d

③电力变压器

查表得变压器的短路电压百分值%k U =5，故

225001*********%*43=?==

=*kVA

MVA

S S U X X N d k

因此绘制等效电路如图2-2

计算k-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容抗 总电抗标幺值 最大总电抗标幺值

*

2*1)1max(X X X k +=*-∑=0.5+1.1=1.6

最小总电抗标幺值

*2*1)1min(X X X k +=*-∑=0.57+1.1=1.67

三相短路电流周期分量有效值 最大值

kA kA

X I I k d k 975.06

.156.1*

)

1(max 1

*

)1max(==

=

-∑= 最小值

kA kA

X I I k d k 93.067

.156.1*

)

1(min 1

*)1min(==

=

-∑=

其他

kA I I ax k 975.0Im )

3(1)3()3(''===-∞ kA I I in k 93.0Im )3(1)3()3(''===-∞

kA kA I

i sh 49.2975.055.255.2)3('')3(max =?== kA kA I

i sh 37.293.055.255.2)3('')3(min =?== kA kA I I sh 47.1975.051.151

.1)3('')3(max =?== kA kA I I sh

4.193.051.151.1)3('')3(min =?== 三相短路容量

MVA MVA

X S S k d

k 5.626

.1100*

)

1max()

3()1max(==

=

-∑-

MVA MVA

X S S k d

k 88.5967

.1100*

)

1min()3()1min(==

=

-∑-

计算k-2点（10.5kV ）侧的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值

*3*2*1)2max(X X X X k ++=*-∑∥X 4*

=0.5+1.1+1=2.6 *3*2*1)2min(X X X X k ++=*-∑∥X 4*

=0.57+1.1+1=2.67

三相短路电流周期分量有效值

kA kA

X I I k d k 12.26

.25.5*

)

2max(2

*)2max(==

=

-∑= kA kA

X I I k d k 06.267

.25.5*

)

2min(2

*)2min(==

=

-∑= 其他短路电流三相短路电流

kA I I k ax 12.2I )

3()2max()3()3(''m ===-∞ kA I I k in 06.2I )3()2min()3()3(''m ===-∞

kA kA i ax sh

90.312.284.1I 84.1)3(''m )3(max =?== kA kA i in

sh 79.306.284.1I 84.1)3(''m )3(min =?== I maxsh =1.09×2.12KA=2.31KA I minsh =1.09×2.06KA=2.25KA 三相短路容量

MVA MVA

X S S k d

k 46.386

.2100*

)

2(max )3()2max(==

=

-∑-

MVA MVA

X S S k d

k 45.3767

.2100*

)

2(max )3()2min(==

=

-∑-

将以上数据列成短路计算表,如表：

3高低压接线方式选择

高低压接线方式的选择一般有单母线接线,双母线接线,桥式接线。

单母线接线比较简单清晰,设备少,操作简单。故选择单母线接线方式。接线简图如图3-1和表3-2：

图3-1 接线方式简图

表3-2 出线分配

4高低压电气设备初步选择

供电系统的电气设备主要有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。电气设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。由于所给设计要求不够全面，我们选择根据已有的数据来选择电气设备及校验。

4.1高压设备器件的选择

对于高压设备器件的校验项目见表4-1：

（1）电流互感器LZZW-35的选择和校验

电流互感器应按装设地点条件及额定电压，一次电流，二次电流（一般为5A），准确级等进行选择，并应校验其短路动稳态和和热稳态。LZZW-3校验如表4-2所示：

表4-2

（2）高压熔断器XRNT-35的选择和校验

为保护电压互感器的专用熔断器。XRNT-35高压熔断器的选择校验如表4-3所示：

表4-3

（3）其他项目的校验

其他项目校验包括：真空断路器 ZN85-40.5/1600-25、电压互感器JDZ-12、隔离开关 GN30-10/630-20 如表4-4所示。

导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。

母线的选择：按发热条件来选择，即满足母线容许载流量I ﹥Ic(计算电流)，

但由于此次设计要求未给出具体要求，所以在此不予考虑。 4.3低压设备的选择与校验

低压一次设备的选择校验项目和条件如表4-5、4-6

所示

5高低压电气设备布置图

高压侧需要的柜子有：

进线柜GG-1A(F)-113、11（1个）

计量柜GG-1A-J（1个）

避雷器及电压互感器柜GG-1A(F)54（1个）

架空出线柜GG-1A(F)-96（1个）。

低压侧需要的柜子有：

进线柜ZLQ20-10000-3×120（2个）

出线柜XGN15-12（4个）

电容补偿柜BWF/0.5-100-1（1个）。

5.1变电所高压侧主接线图：