目 录
1 绪论............................................................ 1
1.1 设计依据.................................................... 1
1.2 完成的主要工作.............................................. 4
2 负荷计算和无功功率补偿.......................................... 5
2.1 负荷计算的方法简介.......................................... 5
2.2 有功功率计算................................................ 5
2.3 无功功率计算................................................ 6
2.4 容量计算.................................................... 6
2.5总的计算负荷计算............................................ 8
2.6 无功补偿................................................... 10
3 变电所主要变化选择及接线方式................................... 12
3.1变电所位置的选择........................................... 12
3.2变电所的形式............................................... 14
3.3 变电所位置确定............................................. 14
3.4 变电所主要变压器的台数与容量、类型的选择................... 15
3.5 变电所主接线方案的选择.................................... 15
3.6主接线方案的技术经济比较................................... 18
4 短路电流计算与设备选择......................................... 19
4.1 计算电力网................................................. 19
4.2 基准值选择................................................. 19
4.3 计算短路电流............................................... 19
5 降压变电所防雷与接地装置的设计................................. 22
5.1变电所的防雷设计........................................... 22
5.2变电所公共接地装置的设计................................... 22
6 总结............................................................ 25
参考文献.......................................................... 26
1 绪论
1.1 设计依据
1.1.1工厂平面图
图1 XX机械厂总平面图
1.1.2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[a]日最大负荷持续时间为[b]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。本厂的负荷统计资料如表1所示。
表1 工厂负荷统计资料（赋值范围）
1.1.3 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［c］kV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[d]，导线为等边三角形排列，线距为［e］m；干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约［f］km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为［g］MVA。此断路器配备有定时限过电流保护盒电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为［h］s。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［i］km，电缆线路总长度为［j］km。
1.1.4 气象资料
本厂所在地区的年最高气温为［k］℃，年平均气温为［l］℃，年最低气温为［m］℃，年最热月平均最高气温为［n］℃，年最热月平均气温为［p］℃，年最热月地下0.8m处平均气温为［q］℃。当地主导风向为［r］风，年雷暴日数为［s］。
1.1.5 地质水文资料
本厂所在地区平均海拔［t］m。地层为［u］（土质）为主；地下水位为［v］m。
1.1.6 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计为［w］元/kVA，动力电费为［x］元/KW.h。工厂最大负荷时的功率因素不得低于［z］。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/kVA（注：以上a~z的数据，每组学生从参考表2所示赋值范围选取。）
表 2 设计任务书中待填原始数据的赋值范围
1.2 完成的主要工作
要求在规定时间内独立完成下列工作量：
1.设计说明书 需包括：
1）前言。
2）目录。
3）正文
2.图纸：
1）变电所主结线图1张
2）变电所平、剖面图1张
3）说明书中的文字大小、字体、图表和行距等参照毕业设计。
2 负荷计算和无功功率补偿
2.1 负荷计算的方法简介
计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定的过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，同样会造成更大损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。
常用的负荷计算的方法有：
a、需要系数法：使用最为广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。
b、利用系数法：计算结果比较接近实际，但计算过程复杂，工程中很少采用。
c、二项式法：一般用于用电设备较少的场所，计算结果偏大。
d、单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法：前两者多用于民用建筑，后者用于某些工业的可行性研究和初步设计阶段的电力负荷估计。
e、3台及2台用电设备的计算负荷，取各设备功率之和；4台用电设备的计算负荷，取设备功率之和乘以0.9的系数；5台及以上的用电设备，可采用二项式法计算，但计算负荷不能小于其中一台最大电动机的功率。
本设计采用需要系数法确定。
在工厂里，除了广泛应用的三相设备外，还有部分单相设备，单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配。使三相负荷尽可能均衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%，则不论单相设备如何分配，单相可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过三相设备的15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。
综上所述，由于本厂各车间单相设备容量均不超过三相设备容量的15%，所以可以按三相负荷平衡计算。
2.2 有功功率计算
为系数（单位为KW）
（1）铸造车间
（2）锻压车间
（3）热处理车间
（4）电镀车间
（5）仓库
（6）工具车间
（7）金工车间
（8）锅炉房
（9）装配车间
（10）机修车间
（11）生活区
2.3 无功功率计算
（单位为kvar）
（1）铸造车间
（2）锻压车间
（3）热处理车间
（4）电镀车间
（5）仓库
（6）工具车间
（7）金工车间
（8）锅炉房
（9）装配车间
（10）机修车间
（11）生活区
2.4 容量计算
（单位为KVA）
（单位为A）
（1）铸造车间
（2）锻压车间
（3）热处理车间
（4）电镀车间
（5）仓库
（6）工具车间
（7）金工车间
（8）锅炉房
（9）装配车间
（10）机修车间
（11）生活区
2.5总的计算负荷计算
(1)总的计算负荷
(2)总的无功计算负荷
(3)总的视在计算负荷
(4)总的计算电流
=
经过计算，得到各厂房和生活区的负荷统计表，如表2所示（额定电压取380V）
表3 机械厂负荷计算表
2.6 无功补偿
由上表可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数是0.75，而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷时因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
选PGJ1型低压自动补偿屏（如图2所示），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台相组合，总共容量84kvar*5=420kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表4所示：
表4无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算
图2 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案
3 变电所主要变化选择及接线方式
3.1变电所位置的选择
应根据下列要求经技术、经济比较确定：
一、接近负荷中心；
二、进出线方便；
三、接近电源侧；
四、设备运输方便；
五、不应设在有剧烈振动或高温的场所；
六、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；
七、不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；
八、不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定；
九、不应设在地势低洼和可能积水的场所。
变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定：
一、装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。
二、多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。
三、高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所，当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》有关规定，采取相应的防火措施。
四、露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所：有腐蚀性气体的场所；挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁；附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场；容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。
变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下列规定：
一、负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所；
二、负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或组台式成套变电站；
三、高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站；
四、负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有条件时也可设附设变电所或户外箱式变电站；
五、环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315KVA及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。
带可燃性油的高压配电装置,宜装设在单独的高压配电室内。当高压开关柜的数量为6台及以下时，可与低压配电屏设置在同一房间内。不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，可设置在同一房间内。具有符合IP3X防护等级外壳的不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，当环境允许时，可相互靠近布置在车间内。室内变电所的每台油量为100kg及以上的三相变压器，应设在单独的变压器室内。
在同一配电室内单列布置高、低压配电装置时，当高压开关柜或低压配电屏顶面有裸露带电导体时，两者之间的净距不应小于2m；当高压开关柜和低压配电屏的顶面封闭外壳防护等级符合IP2X级时，两者可靠近布置。
有人值班的配电所，应设单独的值班室。当低压配电室兼作值班室时，低压配电室面积应适当增大。高压配电室与值班室应直通或经过通道相通，值班室应有直接通向户外或通向走道的门。
变电所宜单层布置。当采用双层布置时，变压器应设在底层。设于二层的配电室应设搬运设备的通道、平台或孔洞。
高（低）压配电室内，宜留有适当数量配电装置的备用位置。
高压配电装置的柜顶为裸母线分段时，两段母线分段处宜装设绝缘隔板，其高度不应小于0.3m。
由同一配电所供给一级负荷用电时,母线分段处应设防火隔板或有门洞的隔墙。供给一级负荷用电的两路电缆不应通过同一电缆沟，当无法分开时，该电缆沟内的两路电缆应采用阻燃性电缆，且应分别敷设在电缆沟两侧的支架上。
户外箱式变电站和组合式成套变电站的进出线宜采用电缆。
配电所宜设辅助生产用房。
3.2变电所的形式
（1）车间附设变电所
（2）车间内变电所
（3）露天（或半露天）变电所
（4）独立变电所
（5）杆上变电台
（6）地下变电所
（7）楼上变电所
（8）成套变电所
（9）移动式变电所
3.3 变电所位置确定
我们的工厂是10kv以下，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。在工厂的平面图下侧和左侧，分别作一条直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，p1、p2、p3……p10分别代表厂房1、2、3……10号的功率，设定p1、p2……p10并设定p11为生活区的中心负荷，如图3所示。而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：
把各车间的坐标p1(2.5,5.51)；p2(3.6,3.54)；p3(5.56,1.3)；p4(4,6.7)；p5(6.2,6.7)p6(6.2,5)；p7(6.2,3.4)；p8(8.55,6.7)；p9(8.55,5)；p10(8.55,3.4)；p11(1.2,1.1)带入上式，得到x=5.38，y=5.38.由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房的西北角。考虑到周围环境和进出线方便，决定在6号厂房的西侧仅靠厂房建造工厂变电所，器型为附设式。
图3 按负荷功率矩法确定负荷中心
3.4 变电所主要变压器的台数与容量、类型的选择
根据工厂的负荷情况和电源情况，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）装设一台主变压器型式采用S9型，而容量根据式
，选
，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，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
（2）装设两台主变压器型号亦采用S9，而每台变压器容量按式
和式
选择，即 
=（0.6~0.7）×900=（540~630）
且 
因此选两台S9-800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用Yyn0。
我们这里选S9-630/10或S9-1000/10。
3.5 变电所主接线方案的选择
根据上面考虑的两种主变压器方案可设计出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4所示；
图4 装设一台主变压器的主接线方案
（2）装设两台主变压器的主接线方案，如图5所示；
图5 装设两台主变压器的主接线方案
3.6主接线方案的技术经济比较
从表5可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略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。
表5主接线方案的技术经济比较
4 短路电流计算与设备选择
短路电流是供配电系统中的相间或相地之间因绝缘破坏而发生电气连通的故障状态。它的数值可达额定电流的十余倍至数十倍，而电路由常态变为短路的暂态工程中，还出现高达稳态短路电流1．8～2．5倍的冲击电流。会对供配电系统造成严重的破坏。
4.1 计算电力网
图6短路计算电路
4.2 基准值选择
设基准容量
，基准电压
。
为短路计算电压，即高压侧
，
，则
4.3 计算短路电流
4.3.1电力系统
已知
,故
4.3.2架空线路
LJ-120的
,而线长8km故
4.3.3电力变压器
故
因此绘制短路计算等效电路如图6所示；
图6 短路计算等效电路
计算K-1点的短路电流总电抗及三相短路电流和短路容量；
(1)总电抗标幺值
(2)三相短路电流周期分量有效值
(4)短路稳态电流
(5)短路冲击电流
(6)短路后第一个周期的短路电流有效值
(7)三项短路容量
计算K-2点的短路电流总电抗及三相短路电流和短路容量；
（1）总电抗的标幺值
(2)三相短路电流周期分量有效值
（3）短路次暂态短路电流
（4）短路稳态电流
（5）短路冲击电流
（6）短路后第一个周期的短路电流有效值
（7）三项短路容量
以上短路计算结果综合下表6所示；
表6 短路计算结果
5 降压变电所防雷与接地装置的设计
5.1变电所的防雷设计
5.1.1直击雷保护
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，则应在配电所外面的适当位置装设独立避雷针（器），装设高度应使其防雷保护范围保卫整个变电所。如果变电所在其他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RE<10欧（表9-6），通常采用3-6根长2.5米的钢管，再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的镀锌扁钢焊接相连。引下线用25mm*4m的镀锌扁钢，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，上与避雷针相连接。避雷针采用直径20mm的镀锌扁钢，长1至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。
5.1.2雷电侵入波的防护
a、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25mm*4mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。
b、在10kv高压配电室内装设有GG-1A-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保护，防雷电波的危害。
c、在380V低压架空线的出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护低压架空线侵入的电雷波。
5.2变电所公共接地装置的设计
5.2.1接地电阻的要求
本变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：
所以公共接地装置接地电阻为：
5.2.2接地装置的设计
采用2.5m，直径50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5m，垂直打入地下，管顶距地面0.6米，管间用40mm*4m的镀锌扁钢焊接而成。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而成，接地干线均采用25mm*4mm的镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置图如图7所示，接地电阻的验算：
满足：要求，式中 
=0.65。
图7 变电所接地装置平面布置图
表7元件明细表
6 总结
通过这次对机械厂降压变电所的电气设计的课程设计，使我得到了很多的经验，并且巩固和加深以及扩大了专业知识面，锻炼综合及灵活运用所学知识的能力，正确使用技术资料的能力。知识系统化能力得到提高,设计过程中运用了很多的知识，因此如何将知识系统化就成了关键。如本设计中用到了工厂供电的绝大多数的基础理论和设计方案，因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养，为今后的工作和学习打下了很好的理论基础。动得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
通过这次课程设计，我深深懂得了要不断把所学知识学以致用，还需通过自身不断努力，不断提高自己的分析问题、解决问题的能力，同时也提高了我的专业技能，拓展了我的专业知识面，使我更加体会到要想完成一件事必须认真、踏实、勤于思考、和谨慎稳重。在这次课程设计，我做了大量的参数计算，锻炼从事工程技术的综合运算能力，参数计算尽可能采用先进的计算方法。使我了解工厂供电设计的基本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解。
通过论文的设计，对工厂供电的设计方法及步骤，以及对工厂供配电的重要意义的理解更加深刻了，对即将走向工作岗位的我来说也是一次很好的锻炼。最后，我真挚地感谢老师平时的教导，正是老师的细心指导和谆谆教导，才使我的这次设计得以圆满完成。
参考文献
[1] 应敏华，程乃蕾《供用电工程》[M]北京：中国电力出版社，2006.9
[2] 翁双安《供配电工程设计指导》[M]北京：机械工业出版社，2008.3