20##级机电气工程及其自动化专业
工厂供电课程设计
XX机械厂降压变电所的电气设计
姓 名： A A A
院 别： 工学院
专 业： 电气工程及其自动化
学 号： ********
指导教师： XXX
20##年06月
工学院课程设计评审表
《工厂供电课程设计》课程设计任务书
目录
（一）负荷计算和无功功率的补偿------------------------9
1、计算各车间的计算负荷------------------------------------9
2、无功功率补偿 -------------------------------------------10
（二）变电所所址的选择--------------------------------11
1、变电所所址选择的一般原则--------------------------------11
2、负荷中心的确定方法--------------------------------------13
（三）变电所主变压器及主接线的选择--------------------14
1、变电所主变压器的选择------------------------------------14
2、变电所主接线方案的选择----------------------------------15
（四）短路电流的计算----------------------------------16
1、绘制计算电路 -------------------------------------------16
2、确定短路计算基础值--------------------------------------16
3、计算短路电路中各元件的电抗标幺值------------------------16
4、k-1、k-2、k-3点（最大运行方式）的相关计算--------------17
5、k-1、k-2、k-3点（最小运行方式）的相关计算--------------18
（五）变电所一次设备的选择校验------------------------20
1、10kV侧一次设备的选择校验-------------------------------21
2、380V侧一次设备的选择校验-------------------------------21
3、高低压母线的选择----------------------------------------22
（六）高低压进出线的选择与校验-----------------------22
1、合理选择进出线的原因-----------------------------------22
2、10KV架空进线线路的选择---------------------------------23
（七）变电所防雷-------------------------------------23
1、直击防雷保护-------------------------------------------23
2、雷电侵入波的防护---------------------------------------24
(八)变电所主接线电路图------------------------------24
(九)设计结果及分析---------------------------------25
（十）体会------------------------------------------25
（十一）参考文献------------------------------------26
XX机械厂降压变电所的电气设计说明书
前言
课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，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，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。
此次课程设计是某机械厂降压变电所的电气设计，是一个实际的设计课题，能更好的让我们体会到实际的供配电系统是怎么回事。它涵盖了本书几乎所有的内容，包括全厂负荷统计，变压器的选择，短路电流的计算，供电线路的选择，供电设备的选择，无功补偿等等，并要求画变电所主接线图。同时课程设计也是教学过程中的一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，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，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为以后工作奠定基础。
本设计可分为八部分：负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；变电所高、低压线路的选择；防雷和接地装置的确定；附参考文献。
由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正！
目录
1负荷计算和无功功率补偿
2变电所位置和型式的选择
3变电所主变压器及主接线方案的选择
4短路电流的计算
5变电所一次设备的选择校验
6变电所进出线及与邻近单位联络线的选择
7变电所的防雷保护与接地装置的设计
8变电所主接线电路图
9参考文献
XX机械厂降压变电所的电气设计
（一） 负荷计算和无功功率补偿
1、负荷计算 各厂房和生活区的负荷计算如表2所示。
表2 XX机械厂负荷计算表
2.无功功率补偿
由表2可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.72。而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷时功率因素不应低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因素应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
QC=P30(tan
1- tan2)= 770.2 [tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]kvar=370kvar
参照图1，选PGJ1型低压自动补偿屏，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84kvar
5=420kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表3所示。
图1PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案
表3 无功补偿后工厂的计算负荷
（二） 变电所位置和型式的选择
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
轴和
轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，
、
、
分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定
（1.8，4.1）、（2.8，2.6）、
（4.2，0.8）、
（3.0，5.0）、
（5.0，5.0）、
（5.0，3.7）、
（5.0，2.5）、
（6.9，5.0）、
（6.9，3.7）、（6.9，2.5），并设
（0.7，0.7）为生活区的中心负荷，如图2所示。而工厂的负荷中心假设在P(
,
),其中P=+++=
。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：
（1-1）
（1-2）
把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到=3.2，=2.8 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在7号厂房（锻压车间）的东北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在7号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。
图2 按负荷功率矩法确定负荷中心
（三） 变电所主变压器及主接线的选择
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
，
为主变压器容量，
为总的计算负荷。选=1000 KVA>
=843.3kVA，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。
（2）装设两台变压器
型号亦采用S9型，而每台变压器容量根据式（1）、（2）选择，即
843.3kVA=（505.98～590.31）kVA （1）
SN·T≥S30 (Ⅱ)=(88.6+131.5+38.1)=258.2kVA (2)
因此选两台S9-400/10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Yyn0 。
2．变电所主接线方案的选择
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所示
（2）装设两台主变压器的主接线方案 如图4所示
3.两种主接线方案的技术经济比较 如表4所示。
表4 主接线方案的技术经济比较
从上表可以看出，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远优于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。
（四） 短路电流的计算
1.绘制计算电路 如图5所示
图5 短路计算电路
2.确定短路计算基础值
设Sd=100MVA，Ud=Uc=1.05UN，
为短路计算电压，即高压侧
=10.5kV，低压侧
=0.4kV，则
3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值
（1）电力系统
已知电力系统出口断路器的断流容量
=400MVA，故
=100MVA/400MVA=0.25
（2）架空线路
查表得LGJ-150的线路电抗
，而线路长10km，故
（3）电力变压器
查表得变压器的短路电压百分值
=4.5，故
=4.5
式中，
为变压器的额定容量
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
4. k-1点（10.5kV侧）的相关计算
(1)总电抗标幺值
=0.25+3.26=3.51
(2) 三相短路电流周期分量有效值
(3) 其他短路电流
(4) 三相短路容量
5.k-2点（0.4kV侧）的相关计算
(1)总电抗标幺值
=0.25+3.26+4.5=8.01
(2)三相短路电流周期分量有效值
(3) 其他短路电流
(4)三相短路容量
以上短路计算结果综合图表5所示。
表5短路计算结果
（五）变电所一次设备的选择校验
1. 10kV侧一次设备的选择校验 如表6所示。
表6 10 kV一次侧设备的选择校验
表6所选一次设备均满要求
2.380V侧一次设备的选择校验 如表7所示。
表7 380 kV侧一次设备的选择校验
表7所选一次设备均满足要求
3.高低压母线的选择 查表得到，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。
（六）变压所进出线与邻近单位联络线的选择
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TJ型铜绞线架空敷设，接往10kV公用干线。
1) 按发热条件选择
由
=
=57.7A及室外环境温度33°C，查表得，初选TJ-16,其35°C时的
=120.62A>,满足发热条件。
2) 校验机械强度
查表得，最小允许截面积
=35
，因此按发热条件选择的TJ-16不满足机械强度要求，故改选TJ-35。
由于此线路很短，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YJ22-10000型交联聚乙烯绝缘的铜芯电缆直接埋地敷设。
1)按发热条件选择
由==57.7A及土壤环境25°，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=116.1A>,满足发热条件。
2)校验热路稳定
按式
计算满足短路热稳定的的最小截面
式中 C查表为137；
按终端变电所保护动作时间0.5s；加断路器断路时间0.1s；再加0.05s计，故=0.65s。
因此YJ22-10000-325电缆满足短路热稳定条件。
2. 380V低压出线的选择
（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VV22-1000型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。
1）按发热条件需选择
由=134.6A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选缆芯截面95，其=251.55>，满足发热条件。
2）校验电压损耗
由图1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为37m，而查表得到95的铜芯电缆的
=0.24
（按缆芯工作温度75°计），
=0.07，又1号厂房的
=64kW, 
= 61.2kvar，故线路电压损耗为
<
=5%。
故满足允许电压损耗的要求
3）断路热稳定度校验
不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为150
的电缆，即选VV22-1000-3
150+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。
（2）馈电给2厂房（锻压车间）的线路,由于锻压车间就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铜芯导线BV-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=232.8A及环境温度26
，初选截面积120，其=240A>，满足发热条件。
按规定,N线和PE线也选为120,与相线截面相同,即选用BV-1000-1120塑料导线5根穿内径80mm的硬塑管埋地敷设。
2）校验机械强度
查表得最小允许截面积=1，因此上面所选的120的导线满足机械强度要求。
3) 校验电压损耗
所选穿管线,估计长20m，而查表得=0.22，=0.085，又仓库的=95.6kW, =119.7kvar，因此
故满足允许电压损耗的要求。
（3 ） 馈电给3号厂房（金工车间）的线路，亦采用VV22-1000-3150+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（4 ） 馈电给4号厂房（工具车间）的线路，亦采用VV22-1000-3150+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（5 ） 馈电给5号厂房（电镀车间）的线路，亦采用VV22-1000-3150+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（6 ） 馈电给6号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VV22-1000-3150+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（7 ） 馈电给7号厂房（装配车间）的线路，亦采用VV22-1000-3150+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（8 ） 馈电给8号厂房（机修车间）的线路，亦采用VV22-1000-3150+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（9 ） 馈电给9号厂房（锅炉房）的线路，亦采用VV22-1000-3150+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（10 ） 馈电给10号厂房（仓库）的线路，亦采用VV22-1000-3150+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（11）馈电给生活区的线路 采用BX-1000型铜芯橡皮绝缘线架空敷设。
1) 按发热条件选择
由=471.9A及室外环境温度（年最热月平均气温）33℃，初选BX-1000-1240，其33℃时≈570A>I30,满足发热条件。
2) 校验机械强度
查表可得，最小允许截面积=6mm2，因此BX-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64m左右，而查表得其阻抗值与BX-1000-1240近似等值的TJ-240的阻抗=0.09，=0.30（按线间几何均距0.8m），又生活区的=280KW，=134.4kvar，因此
满足允许电压损耗要求。为确保生活用电(的照明、家电)的电压质量，决定采用二回BX-1000-1240的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BX-1000-170橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。
3. 作为备用电源的高压联络线的选择校验
采用YJ22—10000型交联聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆，直接埋地敖设，与相距约2km的临近单位变配电所的10kV母线相连。
(1)按发热条件选择
工厂二级负荷容量共258.2kVA，
，最热月土壤平均温度为25℃。初选缆心截面为25
的交联聚乙烯绝缘的铜芯电缆，其=116.1A>满足要求。
(2) 校验电压损耗
查得缆芯为25的铜
（缆芯温度按80℃计），
，而二级负荷的
,
，线路长度按2km计，因此
由此可见该电缆满足允许电压损耗要求。
(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25的交联电缆是满足热稳定要求的。由于邻近单位10KV的短路数据不详，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。
综合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8所示。
表8 进出线和联络线的导线和电缆型号规格
（七）降压变电所防雷与接地装置的设计
1.变电所的防雷保护
(1)直击防雷保护
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。避雷针采用直径20mm的镀锌圆钢，避雷带采用25mm×4mm的镀锌扁钢。
(2) 雷电侵入波的防护
1)在10KV电源进线的终端杆上装设FZ-35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JYN1-35-112型开关柜，其中配有FZ-35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。
2.变电所公共接地装置的设计
(1)接地电阻的要求
此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：
且 
其中,
因此公共接地装置接地电阻
。
(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的镀锌扁钢焊接相接。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。
接地电阻的验算：
满足的接地电阻要求
变电所接地装置平面布置图如图7所示。
图7 变电所接地装置平面布置图
(八)变电所主接线电路图
XX机械厂降压变电所系统主接线电路图，如图8所示。
XX机械厂降压变电所装置式主接线电路图，如图9所示。
(九) 参考文献
[1]刘介才．工厂供电设计指导［M］．第2版．机械工业出版社，2010．
[2]刘介才．工厂供电［M］．第2版．机械工业出版社，2010．