第一部分 设计任务书
一、设计题目
二、设计要求
根据本厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按安全可靠，技术先进，经济合理的要求，确定工厂变电所的位置与型式，通过负荷计算，确定主变压器台数及容量，进行短路电流计算，选择变电所的主接线及高、低压电气没备，选择整定继电保护装置，最后按要求写出设计计算说明书，绘出设计图纸。
三、设计资料
设计工程项目情况如下（下面填空处各学生数据均不相同）：
（1）工厂总平面图见图9-25，本计算示例选用数据是：安装容量为乙类，组合方案为7。
图9-25 某化学纤维厂总平面图（1cm=200m）
（2）工厂负荷数据：本工厂多数车间为3班制，年最大负荷利用小时数6400小时。本厂负荷统计资料见表9-20，学生组合方案见表9-21。
表9-20 某化学纤维厂负荷情况表
续表
表9-21 学生组合方案
（3）供电电源情况：按与供电局协议，本厂可由东南方19公里处的城北变电所110/38.5/11kV，50MVA变压器供电，供电电压可任选。另外，与本厂相距5公里处的其他工厂可以引入10kV线路做备用电源，但容量只能满足本厂负荷的30%重要负荷，平时不准投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。
（4）电源的短路容量（城北变电所）：35kV母线的出线断路器断流容量为1500MVA；10kV母线的出线断路器断流容量为350MVA。
（5）供电局要求的功率因数：当35kV供电时，要求工厂变电所高压侧cosφ≥0.9；当以10kV供电时，要求工厂变电所高压侧cosφ≥0.95。
（6）电费制度：按两部制电费计算。变压器安装容量每1kVA为15元/月，动力电费为0.3元/kWh，照明电费为0.55元/（kW•h）。
（7）气象资料：本厂地区最高温度为38℃，最热月平均最高气温29℃，最热月地下0.8m处平均温度为22℃，年主导风向为东风，年雷暴雨日数为20天。
（8）地质水文资料：本厂地区海拔60m，地层以砂黏土为主，地下水位为2m。
四、设计任务
（一）设计计算说明书
设计计算的内容，可按下列建议的标题及其顺序，逐项计算并加以说明。在各一级标题之下，根据内容层次再拟定小标题，组成一个合理的文本框架，例如：
（二）设计图纸
1.工厂变电所设计计算用电气主接线简图
2.变电所供电平面布置图
第二部分 设计计算书
一、各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法）
（一）纺练车间（数据为乙组）
1.单台机械负荷计算
（1）纺丝机。
已知：Pe=150kW，Kd=0.80，tanφ=0.78。
故：
P30=PeKd=150×0.80=120（kW）
Q30=P30tanφ=120×0.78=93.6（kvar）
（2）筒绞机。
已知：Pe=40kW，Kd=0.75，tanφ=0.75。
故：
P30=PeKd=40×0.75=30（kW）
Q30=P30tanφ=30×0.75=22.5（kvar）
（3）烘干机。
已知：Pe=80kW，Kd=0.75，tanφ=1.02。
故：
P30=PeKd=80×0.75=60（kW）
Q30=P30tanφ=60×1.02=61.2（kvar）
（4）脱水机。
已知：Pe=15kW，Kd=0.60，tanφ=0.80。
故：
P30=PeKd=15×0.60=9（kW）
Q30=P30tanφ=9×0.80=7.2（kvar）
（5）通风机。
已知：Pe=220kW，Kd=0.70，tanφ=0.75。
故：
P30=PeKd=220×0.70=154（kW）
Q30=P30tanφ=154×0.75=115.5（kvar）
（6）淋洗机。
已知：Pe=5kW，Kd=0.75，tanφ=0.78。
故：
P30=PeKd=5×0.75=3.75（kW）
Q30=P30tanφ=3.75×0.78=2.925（kvar）
（7）变频机。
已知：Pe=800kW，Kd=0.80，tanφ=0.70。
故：
P30=PeKd=800×0.80=640（kW）
Q30=P30tanφ=640×0.70=448（kvar）
（8）传送机。
已知：Pe=38kW，Kd=0.80，tanφ=0.70。
故：
P30=PeKd=38×0.80=30.4（kW）
Q30=P30tanφ=30.4×0.70=21.28（kvar）
纺练车间单台机械负荷计算统计见表9-22。
表9-22 纺练车间（乙）负荷统计列表
2.车间计算负荷统计（计及同时系数）
取同时系数：
K∑P=0.9， K∑Q=0.95
（二）其余车间负荷计算
1.原液车间
已知：Pe=1040kW，Kd=0.75，tanφ=0.70。
故：
2.酸站照明
已知：Pe=260kW，Kd=0.65，tanφ=0.70。
故：
3.锅炉房照明
已知：Pe=320kW，Kd=0.75，tanφ=0.75。
故：
4.排毒车间
已知：Pe=160kW，Kd=0.70，tanφ=0.60。
故：
5.其他车间
已知：Pe=240kW，Kd=0.70，tanφ=0.75。
故：
各车间计算负荷统计见表9-23。
表9-23 各车间计算负荷统计列表
二、各车间变电所的设计选择
因时间有限，未设计选择车间变电所低压侧的导线和设备。
（一）各车间变电所位置及全厂供电平面草图
根据地理位置及各车间计算负荷大小，决定设立3个车间变电所，各自供电范围如下：
变压所Ⅰ：纺炼车间、锅炉房。
变压所Ⅱ：原液车间；办公及生活区。
变压所Ⅲ：排毒车间、其他车间、酸站。
全厂供电平面图见图9-26。
图9-26 全厂供电平面图（1cm=0.1km）
（二）各车间变压器台数及容量选择
1.变压所Ⅰ变压器台数及容量选择
（1）变压所Ⅰ的供电负荷统计。同时系数取：K∑P=0.9，K∑Q=0.95
（2）变压所Ⅰ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。
无功补偿试取：
QC=400kvar
补偿以后：
Q30=867.91-400=467.91（kvar）
（3）变压所Ⅰ的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：
SNTI=0.7S1=0.7×1162.52=813.764（kVA）
选择变压器型号为SL7系列，额定容量为1000kVA，两台。
查表得出变压器的各项参数：
空载损耗ΔP0=1.8kW；
负载损耗ΔPk=11.6kW；
阻抗电压Uk%=4.5；
空载电流I0%=1.1。
（4）计算每台变压器的功率损耗（n=1）。
也可用简化经验公式：
ΔPT≈0.015S30=0.015×581.26=8.7（kW）
ΔQT≈0.06S30=0.06×581.26=34.9（kvar）
2.变压所Ⅱ变压器台数及容量选择
（1）变压所Ⅱ的供电负荷统计。
P30=780kW
Q30=546kvar
（2）变压所Ⅱ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。
无功补偿试取：
QC=200kvar
补偿以后：
Q30=546-200=346（kvar）
（3）变压所Ⅱ的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：
SNgⅡ=0.7SⅡ=0.7×853.30=597.31（kVA）
选择两台变压器，型号为SL7系列，630kVA（附带供电给办公及生活区）。
查表得出变压器的各项参数：
空载损耗ΔP0=1.3kW；
负载损耗ΔPk=8.1kW；
阻抗电压Uk%=4.5；
空载电流I0%=2.0。
（4）计算每台变压器的功率损耗。
或者用经验公式：
ΔPT=0.015S30=0.015×426.65=6.4（kW）
ΔQT=0.06S30=0.06×426.65=25.6（kvar）
3.变压所Ⅲ变压器台数及容量选择
（1）变压所Ⅲ的供电负荷统计：
∑P30=P30酸+P30排+P30其=169+112+168=449（kW）
∑Q30=Q30酸+Q30排+Q30其=118.3+67.2+126=311.5（kvar）
同时系数取：K∑P=0.9，K∑Q=0.95
PⅢ=K∑P∑P30=0.9×449=404.1（kW）
QⅢ=K∑Q∑Q30=0.95×311.5=295.93（kvar）
（2）变压所Ⅲ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。
无功补偿试取：
补偿以后：
QC=150kvar
Q30=295.93-150=145.93（kvar）
（3）变压所Ⅲ的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：
SNTⅢ=0.7SⅢ=0.7×429.64=300.748（kVA）
所以应选择变压器型号为SL7系列，额定容量为315kVA，两台。
查表得出变压器的各项参数：
空载损耗ΔP0=0.76kW；
负载损耗ΔPk=4.8kW；
阻抗电压Uk%=4；
空载电流I0%=2.3。
（4）计算每台变压器的功率损耗。
或者用经验公式：
ΔPT=0.015S30=0.015×214.82=3.2（kW）
ΔQT=0.06S30=0.06×214.82=12.9（kvar）
（三）厂内10kV线路截面选择
1.供电给变电所Ⅰ的10kV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：
计及变压器的损耗：
先按经济电流密度选择导线经济截面：
由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得：架空线的经济电流密度jec=0.9A/mm2。
所以可得经济截面：
(www.xing528.com)
可选导线型号为LJ—35，其允许载流量为Ial=170A。
相应参数为r0=0.96Ω/km，x0=0.34Ω/km。
再按发热条件检验：
已知θ=29℃，温度修正系数为：
由上式可知，所选导线符合长期发热条件。
由于变电所Ⅰ紧邻35/11kV主变压器，10kV线路很短，其功率损耗可忽略不计。
线路首端功率：
P=P′=537.80（kW）
Q=Q′=260.10（kvar）
2.供电给变电所Ⅱ的10kV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：
计及变压器的损耗：
先选经济截面：
可选导线型号为LJ—25，其允许载流量为Ial=135A。
相应参数为r0=1.33Ω/km，x0=0.35Ω/km。
再按长期发热条件校验：
由上式可知所选导线符合发热条件。
10kV线路功率损耗：
线路首端功率：
P=P′+ΔP=395.05+0.8=395.85（kW）
Q=Q′+ΔQ=198.71+0.2=198.91（kvar）
3.供电给变电所Ⅲ的10kV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：
计及变压器的功率损耗：
电流很小，按长期发热条件可选择导线为LJ—16，但根据最小导线截面的规定，应选择导线为LJ—25，其允许载流量为：Ial=135A。
相应参数：r0=1.33Ω/km，x0=0.35Ω/km。线路长度为：l=0.64km
线路功率损耗：
线路首端功率：
线路电压降计算（仅计算最长的厂内10kV线路电压降）：
4.10kV联络线（与相邻其他工厂）的选择
已知全厂总负荷：P30总=2050.8kW，Q30总=735.8kvar。
10kV联络线容量满足全厂总负荷30%：
因运用时间很少，可按长期发热条件选择和校验。
选导线LJ—25，其允许载流量为：Ial=135A
相应参数：r0=1.33Ω/km，x0=0.35Ω/km。已知线路长度：l=5km。
线路电压降计算：
三、工厂总降压变电所及接入系统设计
1.工厂总降压变电所主变压器台数及容量的选择
总降变10kV侧无功补偿试取：QC=300kvar
为保证供电的可靠性，选用两台主变压器（每台可供总负荷的70%）：
所以选择变压器型号为SL7—1600/35，两台。
查表得：
空载损耗ΔP0=2.65kW；
负载损耗ΔPk=19.5kW；
阻抗电压Uk%=6.5；
空载电流I0%=1.1。
2.35kV供电线路截面选择
为保证供电的可靠性，选用两回35kV供电线路。
用简化公式求变压器损耗：
每回35kV供电线路的计算负荷：
按经济电流密度选择导线的截面：
可选LGJ—25，其允许载流量为：Ial=135A。
再按长期发热条件校验：
所选导线符合发热条件。但根据机械强度和安全性要求，35kV供电线路截面不应小于35mm2，因此，改选为LGJ—35。
相应参数：r0=0.91Ω/km，x0=0.433Ω/km。
3.35kV线路功率损耗和电压降计算
（1）35kV线路功率损耗计算。
已知LGJ—35参数：r0=0.91Ω/km，x0=0.433Ω/km，l=19km。
线路的功率损耗：
线路首端功率：
（2）35kV线路电压降计算：
四、短路电流计算
按无穷大系统供电计算短路电流。短路计算电路图见图9-27。为简单起见，标幺值符号*全去掉。
1.工厂总降压变35kV母线短路电流（短路点①）
（1）确定标幺值基准：
（2）计算各主要元件的电抗标幺值：
系统电抗（取断路器SOC=1500MVA）
35kV线路电抗（LGJ—35）
图9-27 短路计算电路图
（3）求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：
3）其他三相短路电流值：
4）三相短路容量：
2.10kV母线短路电流（短路点②）
（1）确定标幺值基准：
（2）计算短路电流中各元件的电抗标幺值：
1）系统电抗：
2）35kV线路电抗：
3）35/11kV电力变压器电抗（UK%=6.5）：
（3）求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：
3）其他三相短路电流：
4）三相短路容量：
3.0.4kV车间低压母线短路电流（短路点③）
（1）确定标幺值基准：
（2）计算各元件的电抗标幺值：
1）系统电抗：
2）35kV线路电抗：
3）35/11kV电力变压器电抗（UK%=6.5）：
4）10kV厂内架空线路电抗（给变电所Ⅰ供电）：
因这段10kV架空线路很短，l≈0，电抗可不计。
X4≈0
5）10/0.4kV电力变压器（1000kVA变压器UK%=4.5）：
（3）计算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：
3）其他三相短路电流：
4）三相短路容量：
三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总如表9-24所示。
表9-24 三相短路电流计算列表
五、变电所高低压电气设备的选择
根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况校验，总降压变电所主要高低压电气设备确定如下。
1.高压35kV侧设备
35kV侧设备的选择如表9-25所示。
表9-25 35kV侧设备的选择
2.中压10kV侧设备
10kV侧设备如表9-26所示。
表9-26 10kV侧设备的选择
3.低压0.4kV侧设备
低压0.4kV侧设备如表9-27所示。
表9-27 0.4kV设备的选择
六、继电保护的配置
总降压变电所需配置以下继电保护装置：主变压器保护，35kV进线保护，10kV线路保护；此外还需配置以下装置：备用电源自动投入装置和绝缘监察装置。
（一）主变压器保护
根据规程规定1600kVA变压器应设下列保护：
1.瓦斯保护
防御变压器内部短路和油面降低，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。
2.电流速断保护
防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。
3.过电流保护
防御外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护，动作于跳闸。
4.过负荷保护
防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。
（二）35kV进线线路保护
1.电流速断保护
在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，动作于跳闸。但电流速断保护存在着一定的“死区”，约占线全长的20%。
2.过电流保护
由于电流速断保护存在着约占线路全长20%的“死区”，因此由过电流保护作为其后备保护，同时防御速断保护区外部的相间短路，保护动作于跳闸。
3.过负载保护
（三）10kV线路保护
1.过电流保护
防止电路中短路电流过大，保护动作于跳闸。
2.过负载保护
防止配电变压器的对称过载及各用电设备的超负荷运行。
七、心得体会（略）
八、参考文献（略）
附图1 工厂变电所设计计算用电气主接线简图
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