机修厂一车间变电所设计

摘  要

本设计是机加一车间变电所设计及低压配电系统设计，主要包括：负荷计算，无功功率补偿，变压器的台数和容量的确定，电气主接线的方案选择，车间变电系统的确定，短路电流的计算，一次设备的选择和校验以及导线的选择和校验。

该车间变电所除为机加工一车间供电外，还要为机加工二车，铸造，铆焊，电修等车间供电。该变电所担负着从电力系统受电，经过变压然后配电的任务，是工厂供电系统的枢纽，在工厂里占有特殊重要的地位。该变电所采用10KV单电源进线，采用一台630kva的变压器，采用并联电容器进行补偿，对变压器进行过电流，电流速断，瓦斯保护等。

本设计是按照变电所设计的基本要求，综合地考虑各个方面的要素，对供电系统进行了合理的布局，在满足各项技术要求的前提下，兼顾运行方便、维护简单，尽可能地节省投资。

关键词：负荷计算、短路计算、无功补偿、整定

目  录

绪论…………………………………………………………………………4

1. 原始资料………………………………………………………………..5

1.1一车间变电所的任务………………………………………………5

1.2设计的依据………………………………………………………….5

1.3供电电源条件………………………………………………………7

1. 负荷计算…………………………………………………………………7

2.1负荷计算的目的……………………………………………………..7

2.2负荷计算……………………………………………………………..7

2.3无功补偿计算……………………………………. ………………….11

1. 供电系统的选择…………………………………………………………11
2. 短路电流计算……………………………………………………………12
3. 一次设备的选择与校验………………………………………………….13

6、变压器的继电保护………………………………………………….. ……16

7、设计心得…………………………………………………………..............17

8、参考文献………………………………………………………………......18

9、附录…………………………………………………………………………19

绪  论

机修厂机加工一车间变电所担负着从电力系统受电，经过变压然后配电的任务。车间变电所主要用于负荷大而集中、设备布置比较稳定的大型生厂房内。车间变电所一般位于车间的负荷中心，可以降低电能损耗和有色金属的消耗量，并能减少输电线路上的电压损耗可以保证供电的质量。因此，对这种车间变电所的设计技术经济指标要求比较高。

该车间变电所是工厂供电系统的枢纽，在工厂里占有特殊重要的地位，因而设计一个合理的变电所对于整个工厂供电的可靠、经济运行至关重要。从局部出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案，满足供电的要求。

1. 原始数据

1.1一车间变电所的任务

机加工一车间担负着从电力系统受电，经过变压然后配电的任务。

1.2设计依据

1. 机加工一车间用电设备明细表，见表1。
2. 车间变电所配电范围。

1. 一车间要求三路供电：1～13、32～34为一路，14～31为一路，照明为一路（同二车间）。
2. 车间变电所除为机加工一车间供电外，还要为机加工二、铸造、铆焊、电修等车间供电。
3. 其它各车间对参数和要求见表2。

表1机加工一车间用电设备明细表

设备代号	设备名称及型号	台数	单台容量 （千瓦）	总容量 （千瓦）	备注
1	马鞍车床C630M	1	10.125	10.125
2	万能工具磨床M5M	1	2.075	2.075
3	普通车床C620－1	1	7.625	7.625
4	普通车床C620－1	1	7.625	7.625
5	普通车床C620－1	1	7.625	7.625
6	普通车床C620－3	1	4.625	4.625
7	普通车床C620－1	1	4.625	4.625
8	普通车床C620－1	1	4.625	4.625
9	普通车床C620－1	1	4.625	4.625
10	普通车床C620－1	1	4.625	4.625
11	普通车床C620－1	1	4.625	4.625
12	普通车床C620－1	1	4.625	4.625
13	旋转套丝机S－8139	1	3.125	3.125
14	普通车床C620	1	10.125	10.125
15	螺旋纹车床Q119	1	7.625	7.625
16	摇臂钻床Z35	1	8.5	8.5
17	圆柱立式钻床Z5040	1	3.125	3.125
18	圆柱立式钻床Z5040	1	3.125	3.125
19	5T单梁吊车	1	10.2	10.2
20	立式砂轮S38l350	1	1.75	1.75
21	牛头刨床B665	1	3	3
22	牛头刨床B665	1	3	3
23	万能升降台铣床X63WT	1	13	13
24	万能升降台铣床X－52K	1	9.125	9.125
25	滚齿机Y－36	1	4.1	4.1
26	插床B5032	1	4	4
27	弓锯机G72	1	1.7	1.7
28	立式钻床Z512	1	0.6	0.6
29	井式回火电阻炉	1	24	24
30	箱式电阻炉	1	45	45
31	普通车床CW6－1，100	1	31.9	31.9
32	单柱立式车床C512－1A	1	35.7	35.7
33	卧式镗床J68	1	10	10
34	单臂刨床B1010	1	70	70
35	小结	34

表2 机加工二，铸造，铆焊，电修等车间计算负荷表

序号	车间名称	容量 （千瓦）	计算负荷			备注
			P30  (千瓦)	Q30 (千乏)	S30 (千瓦)
1	机加工二车间 N01供电回路 N02供电回路 N03 车间照明	155 120 10	46.5 36	54.4 42.12
2	铸造车间 N01供电回路 N02供电回路 N03供电回路 N04 车间照明	160 140 180 8	64 56 72	65.3 57.12 73.44
3	铆焊车间 N01供电回路 N02供电回路 N03 车间照明	150 170 7	45 51	83.1 100.98
4	电修车间 N01供电回路 N02供电回路 N03 车间照明	150 146.2 10	45 43.85	77.85
5	小结

1.3 供电电源条件

供电电源条件：

       ①电源从35/10千伏厂总降压变电所采用架空线路受电，线路长度为300米。

       ②供电系统短路数据见下图所示。

③厂总降压变电所配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为2秒。

④要求车间变电所功率因数应在0.9以上。

⑤当地最热月的平均温度为25℃。

2.负荷计算

2.1负荷计算的目的

负荷计算的目的主要是确定计算负荷。计算负荷是确定供电系统，选择变压器容量，电气设备，导线截面和仪表量程的主要依据，也是整定继电保护的重要数据。

2.2负荷计算

负荷计算常用需要系数法、二项式法和利用系数法，根据此次设计的内容，在进行负荷计算时选用需用系数法，具体计算公式如下：

 

   (i=1,2,3…n)    

2.2.1机加工车间一的负荷计算

根据机加工车间一的负荷性质，将一车间分为三路：1~13，32~34为一路，

14~31为一路，照明电路为一路。

       通过分析机加工车间一的第一路属于小批生产的金属冷加工，查表2-1得它的需用系数为：Kd=0.12~0.16   Cosφ=0.5   tanφ=1.73

Pca1=Kd Pn=0.16*Pn=29.804（KW）

Qca1=Pca1*tanφ=61.561（Kvar）

其中：

Pn=10.125+2.075+7.65*3+4.625*7+3.125+3.57+10+70=186.275（KW）

 

==59.555 (KVA)

=/=85.963  (A)

通过分析机加工车间一的第二路属于小批热加工，查表2-1得：Kd=0.2~0.25

Cosφ=0.6   tanφ=1.51

Pca2=Kd Pn=0.25*Pn=45.969（KW）

Qca1=Pca1*tanφ=69.413（Kvar）

其中Pn=183.875（KW）

==83.255 (KVA)

=/=120.172 (A)

       第三路

       =10= 

       =10/（*0.4）=14.434（A）

通过以上的计算得到以下的负荷的汇总：

序号	车间名称	容量 （千瓦）	计算负荷			备注
			P30  (千瓦)	Q30 (千乏)	S30 (千瓦)
1	机加工一车间 N01供电回路 N02供电回路 N03 车间照明	85.963 83.255 10	29.804 45.969	51.561 69.413
2	机加工二车间 N01供电回路 N02供电回路 N03 车间照明	155 120 10	46.5 36	54.4 42.12
3	铸造车间 N01供电回路 N02供电回路 N03供电回路 N04 车间照明	160 140 180 8	64 56 72	65.3 57.12 73.44
4	铆焊车间 N01供电回路 N02供电回路 N03 车间照明	150 170 7	45 51	83.1 100.98
5	电修车间 N01供电回路 N02供电回路 N03 车间照明	150 146.2 10	45 43.85	77.85
6	小结

2.2.2 车间总体负荷的计算

车间名称	有功功率Pn	无功功率Qn	视在功率Sca	负荷电流In
一车间	134.808	75.227	154.377	222.831
二车间	74	77.216	106.950	154.374
铸造车间	180	176.274	251.938	363.652
铆焊车间	92.7	179.982	202.452	292.223
电修车间	88.965	70.065	113.243	163.457

根据附表2-2查得车间的同时系数Ksi=0.9，则

Pca=（Pn1+…Pn4）*Ksi=570.473*0.9=513.426 KW  Ica=741.088 A

Qca=(Qn1+…+Qn4)*Ksi=578.764*0.9=520.888 KVA

Sca=731.389 KVar   COSφ=Pca/Qca=0.702    tanφ=1.014

2.3无功补偿的计算

无功功率补偿的电容器在工厂供电系统的装置位置，有高压集中补偿，低压集中补偿和单独就地补偿等方式。

  

 

无功补偿计算= +=1.36+9.4*（731.389/800）=9.2KW

=+=+       

（）=*800+*800*（）=39.66 KW

高压侧： =Pca+△Pt=513.426+9.21=522.636 KW

         =Qca+△Qt=520.888+39.66=560.548 KVA

实际需要变压器容量：St===766.4 KVA  此时功率因数：COSφ=/St=522.636/766.4=0.682  φ=47.005

取补偿后要求达到的功率因数为COSφ=0.92   φ=23.074

补偿无功：Qc=（tan47.005-tan23.074）=337.914KVar

3.供电系统的选择

       从原始资料知道车间为三级负荷，供电的可靠性要求并不是很高，且通过负荷计算我们知道车间的总消耗功率并不是很高，初步估计了后决定使用一台变压器来为车间供电，同时为了节省变电所建造的成本和简化总体的布线，所以在设计中我们首先考虑了线路—变压器组结线方式。

       线路—变压器组结线方式的优点是结线简单，使用设备少，基建投资省。缺点是供电可靠性低，当主结线中任一设备（包括供电线路）发生故障或检修时，全部负荷都将停电。但对于本设计来说线路—变压器组结线方式已经可以达到设计的要求。

       线路—变压器组结线方式也按元件的不同组合分为：a进线为隔离开关；b进线为跌落式保险；c进线为断路器。因为设计为车间为变电所，所以采用c方式。

         （a）                   （b）                 （c）

                                          图1.1  线路—变压器组结线

              a—进线为隔离开关；b—进线为跌落式保险；c—进线为断路器

4.短路电流计算

 4.1各短路点的平均电压

       线路的平均电压Uav1=10.5Kv   Uav2=0.4Kv

4.2各元件电抗计算

电源的电抗：Xs=Uav1 /Sk==0.551Ω

线路L的电抗：Xl=0.2×0.4=0.08Ω

变压器的电抗;Xt=Uk%×=4.5%×=7.875 Ω

4.3各短路点总阻抗

    K1点短路：

Xk1=Xs+XL=0.551+0.08=0.631 Ω

K2点短路

Xk2=(0.631+7.875)()=0.01234 Ω

4.4根据电抗值计算短路电流

 K1点短路时：

      ＝＝＝9.61ＫＡ

　　 ＝2.55Ik1=2.55*9.61=24.51KA

      =1.52IK1=1.52*9.61=14.61KA

      ===30.139A

K2点短路时:

 ===18.715 KA

    =1.84Ik2=1.84*18.715=34.43565 KA

    =1.09Ik2=1.09*18.715=20.3994 KA

   ===770.42 A

5.一次设备的选择与校验

5.1 电气设备选择应遵循以下三个原则：

1. 按工作环境及正常工作条件选择电气设备；
2. 按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；
3. 动稳定校验  或

热稳定校验

1. 开关电器断流能力校验。

5.2一次设备的选择

5.2.1选择的条件：

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，对导线和电缆截面进行选择时必须满足下列条件:

1发热条件

导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

2电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

3经济电流密度

35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。

4机械强度

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。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

根据设计经验，一般对高压线路，常按经济电流密度选择，用其他三种方法校验。对10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再由电压损耗和机械强度校验。对低压架空线路，常按长时允许电流选择，其余校验。对低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再发热条件和机械强度进行校验。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。

高低压一次设备选择原则：根据以上负荷计算和短路电流计算选择高低压一次设备。

5.2.2 选母线：

导体尺寸：63×8    单条，平放：995    参见《发电厂电气部分》

矩形铝导线长期允许载流量和肌肤效应系数Kf

导线 尺寸	单条			双条			三条
	平放	竖放	Kf	平放	竖放	Kf	平放	竖放	Kf
25×4	292	308
50×5	637	671		884	930	1.03
63×8	995	1082	1.03	1511	1644	1.1	1908	2075	1.2
63×10	1129	1227	1.04	1800	1954	1.14	2170	2290	1.26
80×8	1249	1358	1.04	1858	2020	1.27	2355	2560	1.14
80×10	1411	1535	1.05	2185	2375	1.3	2806	3050	1.6
100×8	1547	1682	1.05	2259	2455	1.3	2778	3020	1.5
125×8	1920	2087	1.08	2670	2900	1.4	3206	3485	1.6

5.2.3选低压侧QF：

选Dk2—1000型

DK2系列低压真空智能型断路器主要技术特征

型号	额定工作 电压（Kv）	额定工作 电流（A）	额定极限分断 能力（VA）		额定短路运行 分断能力（KA）			1s短时耐受电（KA）
			380V	660V	380V	660V
DK2-1000/□	380、660	1000	40	30	40		30		40

5.2.4高压侧选QF：

选SN10—10I，见《供电技术》

型号	额定电压 kv	额定电流 A	额定开断电流KA	断流容量MVA	动稳定电流KA	热稳定电流(4S)KA
SW2-35	35	1500	24.8	1500	63.4	24.8
SN10-10	10	1000	29	500	74	29

5.2.5高压侧隔离开关：

选GN6—10/600—52，见《发电厂电气部分》                        

隔离开关技术数据

型号	额定电压 （KV）	额定电流 （KA）	极限通过 电流峰值 （KA）	热稳定电流  （KA）
				4s	5s
GN6-10/1000-52	10	600	52	20

5.2.6电流互感器：

互感器是一次电路与二次电路间的联络元件，用以分别向量仪表和继电器的电压线圈和电流线圈供电。

在10kV配电所设计的过程中，10kV电流互感器变比的选择是很重要的，如果选择不当，就很有可能造成继电保护功能无法实现、动稳定校验不能通过等问题，应引起设计人员的足够重视。10kV电流互感器按使用用途可分为两种，一为继电保护用，二为测量用；它们分别设在配电所的进线、计量、出线、联络等柜内。在设计实践中，电流互感器变比的选择偏小的现象不在少数。如在一台630kVA站附变压器(10kV侧额定一次电流为36.4A)的供电回路中，配电所出线柜内电流互感器变比仅为50/5（采用GL型过电流继电器、直流操作）,这样将造成电流继电器无法整定等一系列问题。
   对于继电保护用10kV电流互感器变比的选择，至少要按以下条件进行选择:一为一次侧计算电流占电流互感器一次侧额定电流的比例; 二为按继电保护的要求; 三为电流互感器的计算一次电流倍数mjs小于电流互感器的饱和倍数mb1; 四为按热稳定; 五为按动稳定。而对于测量用10kV电流互感器的选择,因其是用作正常工作条件的测量，故无上述第二、第三条要求。

6、变压器的继电保护

对于高压侧为6～10KV的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护；如过电流保护动作时间大于0.5～0.7s时，还应装设电流速断保护。容量在800KV•A及以上的油浸式变压器和400KV•A及以上的车间内油浸式变压器，按规定应装设瓦斯保护（又称气体继电保护）。容量在400KV•A及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在轻微故障时（通称“轻瓦斯”），动作于信号，而其它保护包括瓦斯保护在严重故障时（通称“重瓦斯”），一般均动作于跳闸。

对于高压侧为35KV及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。但是如果单台运行的变压器容量在10000KV•A及以上和并列运行的变压器每台容量在6300KV•A及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。

在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、和瓦斯保

9、附录

  

表2-1用电设备的Kd，cosφ及tanφ

用电设备组名称	Kd	cosφ	tanφ
单独传动的金属加工机床：    小批生产的金属冷加工机床    大批生产的金属冷加工机床    小批生产的金属热加工机床    大批生产的金属热加工机床 锻锤，压床，剪床及其他锻工机械 木工机械 液压机 生产用通风机 卫生用通风机 泵，活塞型压缩机，电动发电机组 球磨机，破碎机，筛选机，搅拌机等 电阻炉（带调压器或变压器） 非自动拌料 自动拌料 干燥箱，加热器等 工频感应电炉（不带无功补偿装置） 高频感应电炉（不带无功补偿装置） 焊接和加热用高频加热设备 熔炼用高频加热设备 表面淬火电炉（带无功补偿装置） 电动发电机 真空管振荡器 中频电炉（中频机组） 氢气炉（带调压器或变压器） 真空炉（带调压器或变压器） 电弧炼钢炉变压器 电弧炼钢炉的辅助设备 点焊机，缝焊机 对焊机 自动弧焊变压器 单头手动弧焊变压器 多头手动弧焊变压器 单头直流弧焊机 多头直流弧焊机 铸造车间用起重机（e=25%） 金属， 机修，装配车间，锅炉房用起重机（e=25%）	0.12-0.16 0.17-0.2 0.2-0.25 0.25 0.2-0.3 0.3 0.75-0.85 0.65-0.7 0.75-0.85 0.75-0.85 0.6-0.7 0.7-0.8 0.4-0.7 0.8 0.8 0.5-0.65 0.8-0.85 0.65 0.8 0.65-0.75 0.4-0.5 0.55-0.65 0.9 0.15 0.35 0.35 0.5 0.35 0.4 0.35 0.7 0.15-0.3 0.1-0.15	0.5 0.5 0.55-0.6 0.65 0.6 0.5-0.6 0.8-0.85 0.8 0.8 0.8-0.85 0.95-0.98 0.95-0.98 1 0.35 0.6 0.7 0.8-0.85 0.7 0.85 0.8 0.85-0.9 0.85-0.9 0.85 0.5 0.6 0.7 0.5 0.35 0.35 0.6 0.7 0.5 0.5	1.73 1.73 1.51-1.33 1.17 1.33 1.73-1.33 1.33 0.75-0.62 0.75 0.75-0.62 0.33-0.2 0.33-0.22 0 2.67 1.33 1.02 0.75-0.62 1.02 0.62 0.75 0.62-0.48 0.62-0.48 0.62 1.73 1.33 1.02 1.73 2.67 2.68 1.33 0.88 1.73 1.73

表2-2工业企业需要系数的同时系数Ksi

应 用 范 围	Ksi
一.确定车间变电所低压母线的最大负荷时，所用的有工负荷同时系数 冷加工车间 热加工车间 动力站 二.确定配电所母线的最大负荷时，所采用的有功负荷同时系数 1.计算负荷小于5000KW 2.计算负荷为5000—10000KW 3.计算负荷超过10000KW	0.7-0.8 0.7-0.8 0.8-1.0 0.9-1.0 0.85 0.8

表2-3各种工厂的有工年最大负荷利用小时数（h）

工 厂 类 别	Tmax	工 厂 类 别	Tmax
化工厂 石油提炼工厂 重型机械制造厂 机床厂 工具厂 滚珠轴承厂 起重运输设备厂 汽车拖拉机厂 农业机械制造厂 建筑工程机械厂	6000~7000 7000 4000~4500 4000~4500 4500 5000 4000~5000 5000 5300 45000	仪器制造厂 车辆修理厂 电机，电器制造厂 纺织厂 纺织机械厂 铁合金厂 钢铁联合企业 光学仪器厂 动力机械厂 氮肥厂	3000~4000 4000~4500 4500~5000 5000~6000 4500 7000~8000 6000~7000 4500 45000~5000 7000~8000