电气工程课程设计

Hebei Normal University of Science & Technology

专业：电气工程及其自动化 学号：0413100221 学号：0413100221 学号：0413100221

电气工程课程设计

设计课题：某机加企业10/0.4kV变电所

院（系、部）： 机电工程学院

学 生 姓 名： 吴静 武贝贝 宋海旺

指 导 教 师： 马玉泉 庄程

2012年 06月 30日

1．基础资料

1.1负荷情况

本变电所为某机加企业10/0.4kV变电所电气一次部分，企业内用电负荷情况见附表。

1.2系统情况

本变电所有两回路10KV进线，长度为2km,系统阻抗0.5（Sb=100MVA Ub=37kv）。本变电所与系统的连接情况如图附1-1所示。

1.3自然条件

本变电所所在地最高温度41.7℃，最热月平均最高温度32.5，最低温度-18.6，最热月地面下0.8米处土壤平均温度25.3；。

1.4设计任务

本设计只作电气初步设计，不做施工设计。设计内容包括： 1)主变压器选择； 2)确定电气主接线方案； 3)短路电流计算；

4)主要电气设备及导线选择和校验；

2．电气部分设计说明

图2-1 系统示意图

2.1主变压器的选择

本变电所由两回路供电，有二级负荷，所以装设两台两相变压器即可。0.4KV侧总负荷为P30 = 280+340+260+155+150+60+45=1280KW,总负荷S30 ==1600KW ；每台主变压器容量应该满足全部负荷70%的需要，并能满足二类负荷的需要，即SNT≥0.7 S30 =0.7×1600=1120KW;且SNT≥（280+260+60）=750KW。故主变压器容量选为 1250 KVA,查表，选用 S9-1250/10型号的变压器。

表2-1

额定容量/KVA 一次 1250 10 二次 0.4 空载 Yyn0 负载 1950 12000 0.6 4.5 额定电压/KV 联结组别 损耗/W 空载电流（%） 阻抗电压（%） 2.2 电气主接线

变电所10KV有两回路进线，可采用单母线分段接线，当一段母线发生故障时，分段断路器自动切除故障段，保证正常母线不间断供电。0.4KV出线供电如果出现故障，轻则工件损坏，重则加工机床报废，所以均采用单母线分段接线方式，主变压器10KV侧中性点经过隔离开关接地，并装设避雷器进行防雷保护。本所设两台所用变压器，分别接在0.4KV分段母线上。电气主接线如图2-2所示。

2.3短路电流计算

图2-3 短路等效电路图

根据系统接线图，绘制短路等效电路图如图2-3所示。取基准容量Sb=100MVA,基准电压Ub=37kv。则各元件电抗标幺值计算如下：

*Xd系统阻抗

0.5*1000.4510.52 2*0.4*1000.73210.5

UK%SB4.5%100**3.6100STN1001.25

线路进线

X1*变压器

**XT1XT2短路电流

I*fk121.690.450.73 20.420.450.733.6

1.69*1002.637KA37*3

I*fK2有名值

Ifk1I*fk1*IbIfk2I*fk2*Ib0.42*1000.655KA37*3

短路冲击电流 Im12*Ifk12*1.9*2.6377.08KA

Im22*Ifk22*1.85*0.6551.71KA

表2-2

短路点 短路电流/KA 冲击电流/KA K1 K2 2.637 0.655 7.08 1.71 2.4无功补偿

无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。

该厂380V侧最大负荷时的功率因数是0.735，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

QcP30(tan1tan2)450Kvar

选用两台YC-225Kvar无功补偿装置，总共容量450kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷

Q30(833.9450)kvar383.9kvar，视在功率S30PQ230230983.2kvar，计算电流I30''S303UN1494.3A,功率因数提高

为cos'P300.921。在无功补偿前，考虑到变压器的工作效率，该变电所主变'S30压器T的容量为应选为1500kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的总容量选为1250kVA的就足够了.

3.变电所10KV侧设备的选择校验

表3.1 10kV侧一次设备的选择校验

选择校验项目 装置地点条件 参数 一 次 设备型号规格 数据 额定参数 真空断路器ZN12-10I/1250 高压隔离开关GN-10/200 电压互感器JDJ-10 电流互感器LQJ-10 电 压 UN电 流 IN断 流 能 力 (3) IK动 稳 定 度 (3) ish热 稳 定 度 (3)2Itima 10KV 10kV 10kV 10/0.1kV 10Kv 72.17A 1250A 200A 100/5A 31.5kA 80kA 25.5KA 31.8KA 31.5 10 81 避雷器FS4-10 10kV 4. 汇流母线选择

4.1. 10kV汇流母线

主变压器10KV侧计算电流：

1250I3072.169A

310户内配电装置的汇流母线多采用绝缘子来固定硬母线，因此10KV汇流母线选用铝导线，年最大负荷利用小时Tmax=4600h，查表得经济电流密度ec=1.15A/mm2，则导线的经济截面为选用LJ-70的铝芯绞线。

I3072.169Aecmm262.755mm

Jec1.15a)校验发热条件

查表得30C时LJ-70型铝绞线的允许载流量为Ia1=0.94×215=202.1>50.205,因此满足发热条件. b)校验机械强度

铝绞线最小允许截面25mm2，所选LJ-70满足机械强度要求

J4.2 0.4KV汇流母线

（1）按发热条件选择导线截面面积

jA查表得ec=2.25A/mm2, ec=801.89

0.4KV母线的最大持续电流

I3012501804.22A30.4 查表和表得30C时双条竖放LMY-80*8型矩形铜母线的允许载流量 Ia1=0.94×2020=1804.22>1443.43A,故0.4KV汇流母线选用LMY-80×8型矩形铜母

线。

（2）动稳定校验

sb0.250.0082.75bh0.0080.08 取母线档距为1.2S，相间中心线距S为0.25m >2

故母线截面的形状条数K≈1

三相短路电流在中间相产生的电动力为

1.22lF3Kisb10731105.98421071069338.34s0.25

母线的弯曲力矩

母线的截面条数

MFl9338.341.21120.61010

bh20.0080.0082W8.53106m366 母线受到的最大计算应力为

所以动稳定满足要求

M1120.6131.37MPap137MPaW8.53106

硬母线材料 硬铜 硬铝 钢 p/MPa 137 69 157

5. 负荷侧计算及选型

5.1每个车间的负荷见表1-1

表5-1 企业负荷分布情况表

车间编号 1 铸造车间 动力 照明 2 锻压车间 动力 照明 3 电镀车间 动力 照明 4 热处理车间 动力 照明 5 机修车间 动力 照明 6 锅炉房 动力 照明 7 仓库 动力 照明 总计 用电部门 设备容量/KW 280 7 340 8 260 7 155 8 150 5 60 1 45 2 需要系数 功率系数 有功/KW 无功/KW 0.3 0.8 0.3 0.7 0.5 0.8 0.3 0.8 0.2 0.8 0.3 0.8 0.4 0.65 0.7 1 0.65 1 0.8 1 0.5 1 0.65 1 0.7 1 0.8 1 84 5.6 108 5.6 130 5.6 46.5 6.4 30 4 18 0.8 18 13 477.5 85.7 0 126.3 0 97.5 0 80.5 0 35.1 0 0.32 0 0.32 0 425.74 视在/KW 计算电流/A 120.0 5.6 166.18 5.6 162.5 5.6 92.97 6.4 46.17 4 18 0.8 18 13 182.32 8.5 252.48 8.5 246.89 8.5 141.25 9.72 70.15 6.08 27.35 1.22 27.35 19.75 5.2．各车间电缆选型及校验 5.2.1铸造车间

馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用YJV22-0.6/1型四芯电缆直接埋地敷设。

a)按发热条件选择

由计算电流I1=190.82A及地下0.8m处平均温度为25.3℃，查表初选电缆截面 150㎜2其Ial=271A> I1，满足发热条件。 b)短路热稳定度校验

''IKt230800.25Smin3mm280.7mm2K143

满足短路热稳定要求，故选YJV22-0.6/1-3×150-1×80型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线按不小于相线芯一半选择。

5.2.2锻压车间

馈线给2号厂房（锻压车间）的线路采用YJV22-0.6/1型四芯电缆直接埋地敷设。

a)按发热条件选择

由计算电流I2=255.39A及地下0.8m处平均温度为25.3℃，查表初选电缆截面185㎜2其Ial=304A> I2，满足发热条件。 b)短路热稳定度校验

''IKt230800.25Smin3mm280.7mm2K143

满足短路热稳定要求，故选YJV22-0.6/1-3×185-1×100型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线按不小于相线芯一半选择。

5.2.3电镀车间

馈线给3号厂房（电镀车间）的线路采用YJV22-0.6/1型四芯电缆直接埋地敷设。

a)按发热条件选择

由计算电流I3=255.39A及地下0.8m处平均温度为25.3℃，查表初选电缆截面150㎜2其Ial=271A> I3，满足发热条件。 b)短路热稳定度校验

''IKt230800.25Smin3mm280.7mm2K143

满足短路热稳定要求，故选YJV22-0.6/1-3×150-1×90型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线按不小于相线芯一半选择。

5.2.4热处理车间

馈线给4号厂房（热处理车间）的线路采用YJV22-0.6/1型四芯电缆直接埋地敷设。

a）按发热条件选择

由计算电流I4=150.97A及地下0.8m处平均温度为25.3℃，查表初选电缆截面150㎜2其Ial=95A> I4，满足发热条件。 b)短路热稳定度校验

''IKt230800.25Smin3mm280.7mm2K143

满足短路热稳定要求，故选YJV22-0.6/1-3×95-1×50型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线按不小于相线芯一半选择。

5.2.5机修车间

馈线给5号厂房（机修车间）的线路采用YJV22-0.6/1型四芯电缆直接埋地敷设。

a）按发热条件选择

由计算电流I5=76.23A及地下0.8m处平均温度为25.3℃，查表初选电缆截面150㎜2其Ial=95A> I5，满足发热条件。 b)短路热稳定度校验

''IKt230800.25Smin3mm280.7mm2K143

满足短路热稳定要求，故选YJV22-0.6/1-3×95-1×50型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线按不小于相线芯一半选择。

5.2.6锅炉房

馈线给6号厂房（锅炉房）的线路采用YJV22-0.6/1型四芯电缆直接埋地敷设。

a）按发热条件选择

由计算电流I6=28.57A及地下0.8m处平均温度为25.3℃，查表初选电缆截面95㎜2其Ial=211A> I6，满足发热条件。 b)短路热稳定度校验

''IKt230800.25Smin3mm280.7mm2K143

满足短路热稳定要求，故选YJV22-0.6/1-3×185-1×100型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线按不小于相线芯一半选择。

5.2.7仓库

馈线给7号厂房（仓库）的线路采用YJV22-0.6/1型四芯电缆直接埋地敷设。

a）按发热条件选择

由计算电流I7=47.1A及地下0.8m处平均温度为25.3℃，查表初选电缆截面95㎜2其Ial=211A> I7，满足发热条件。 b)短路热稳定度校验

''IKt230800.25Smin3mm280.7mm2K143

满足短路热稳定要求，故选YJV22-0.6/1-3×95-1×50型的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线按不小于相线芯一半选择。

表5-2 变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格

线路名称 10kV母线 0.4KV母线 380 V 低 压 出 线 至1号厂房 至2号厂房 至3号厂房 至4号厂房 至5号厂房 至6号厂房 至7号厂房 导线或电缆的型号规格 LJ-35铝绞线（三相三线架空） LMY-80×8型矩形同母线 YJV22-0.6/1-3×150-1×80四芯塑料电缆（直埋） YJV22-0.6/1-3×185-1×100四芯塑料电缆（直埋） YJV22-0.6/1-3×150-1×90四芯塑料电缆（直埋） YJV22-0.6/1-3×95-1×50四芯塑料电缆（直埋） YJV22-0.6/1-3×95-1×50四芯塑料电缆（直埋） YJV22-0.6/1-3×185-1×100四芯塑料电缆（直埋） YJV22-0.6/1-3×95-1×50四芯塑料电缆（直埋）

5.3．低压配电室设计

1)低压开关柜选择GCS型低压抽出式开关柜，它适合于发电厂、石油化工、冶金、纺织、高层建筑供电等行业，作为三相交流频率为50HZ、额定工作电压380V额定电流为4000A及以下的发供配电系统中的配电、电动机集中控制、电抗器限流、无功功率补偿之用。采用8MF型钢，构架采用全拼装和部分焊接两种形式。装置的各功能单元室、母线室、电缆室严格区分；各相同单元室互换性强；各抽屉面板有合、断、实验、抽出等位置的明显标识；设有机械联锁。 2)主要技术参数：

额定工作电压（交流）：380V 额定频率：50HZ

辅助电路电压：（交流）380V、220V （直流）220V、110V] 水平母线额定电流：≤4000A 垂直母线额定电流：1000A 额定峰值耐受电流：105KA 额定短路耐受电流（1s）：50KA 额定绝缘电压：（交流）660V

3)共有7台GCS型低压柜。

GCS型低压柜的外形尺寸：宽：800mm；深：1000mm；高：2200mm。 总长度为：800×13=10400mm，作单排布置，为配合高压室的布置。 各器件选型及参数见表5-3:

表5-3 380V侧设备的选择校验

选择校验项目 电 压 电 流 断 流 能 力 装置地点条件 参数 数据 低压断路器DZ20-200 低压隔离开关HP-2500/ 电流互感器LMZJ1-0.5 电流互感器LMZ1-0.5 500V 100/5 160/5 500V 1500/5A UN动 稳 定 度 (3)ish热 稳 定 度 (3)2Itima I30 (3)IK 380 380V 380V 1350.5 200A 2500A 21.4 25kA 39.93 321

6.参考文献

【1】王锡凡.电气工程基础.西安：西安交通大学出版社，2009年10月第2版 【2】牟道槐.发电厂变电站电气部分.重庆：重庆大学出版社，2007年2月第2版

【3】水利电力部西北电力设计院（弋东方）.电力工程电气设计手册(电气一次部分).北京：中国电力出版社，2005年05月