1 设计原始题目1.1具体题目1.1.1 工厂生产任务、规模及产品规格本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的大型电机、变压器、锅炉配件制造任务。

年生产规模为制造大型电机配件7500台，总容量为45万kW，制造电机总容量6万kW，制造电机最大容量为5520kVA；生产电气配件60万件。

本厂为某大型钢铁联合企业重要组成部分。

1.1.2 工厂各车间负荷情况及转供负荷情况工厂各车间负荷情况及转供负荷情况表2所示。

1.1.3 供电协议当地供电部门提供两个电源，供设计者选用。

从某220/35kV区域变电所提供电源，该变的所距厂南10km。

从某220/35kV区域变电所提供电源，该变电所距厂南5km。

电力系统短路数据如表1所示。

表1电力系统短路数据电源编码电源来源母线电压U(kV)短路容量距离(km)继电保护整定时间pt(s)m axdSmindSA 区域变电所35 600 280 10 1.8B 某变电所35 250 150 5 1.11.1.4 供电部门提出的技术要求(1) 区域变电所35kV馈出线定时限过电流保护整定时间为1.8s，某变电所35kV馈出线过电流保护整定时间为1.1s。

(2) 工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。

(3) 在总降压变电所35kV侧进行计量。

(4) 供电贴费为700元/(kVA)，每月电费按两部分电价制：基本电费为18元/(kVA)，动力电费为0.4元/(kVA)，照明电费为0.5元/(kVA)。

(5) 工厂负荷性质。

本厂大部分车间为一班制，少数车间为两班制或三班制，年最大有功负荷利用小时数为2300h。

锅炉房供生产用高压蒸汽，停电会使锅炉发生危险，又由于该厂距离市区较远，消防用水需要厂方自备。

锅炉房供电要求有较高的可靠性，其中60%为一、二级负荷。

(6) 工厂自然条件。

①气象资料。

年最高气温31℃，年平均气温20℃，年最低气温-27℃年最热月平均最高气温31℃，年最热月地下0.7~1m处平均温度20℃，常年主导风向为南风。

年雷暴日37天。

②地质水文资料。

平均海拔31m，地层以沙质粘土为主且可耕地，自然接地电阻10Ω，地下水位3~5m，地耐压力为20t/m2。

1.2 要完成的内容(1) 负荷计算。

(2) 变压器型号的选择。

(3) 电气主接线设计。

(4) 供配电线路设计。

2 设计课题的计算与分析2.1 计算的意义电力系统中的各种用电设备由供电系统汲取的功率(电流)视为电力负荷。

实际负荷通常是随机变动的。

选取一个假想的持续性的负荷，在一定时间间隔和特定效应上与实际负荷相等。

这一个计算过程就是负荷计算。

这一个假想的持续性的负荷就称为计算负荷。

计算负荷是用于按发热条件选择供电系统中各元件的依据。

按计算负荷选择电力电压器、高低压电器和电线电缆，当系统在正常持续运行时，其发热温度不致超出允许值，或不影响其使用寿命。

计算负荷是供电系统设计计算的基本依据。

如果计算负荷确定过大，将使电器和导线截面选择过大，造成投资和有色金属的浪费；如果计算负荷确定过小，又将使设备和导线选择偏小，造成运行时过热，增加电能损耗和电压损失，甚至使设备和导线烧毁，造成事故。

2.2 详细计算2.2.1 负荷计算有功计算负荷为e d C P = K P (2.1)其中，d K 为需要系数，e P 为用电设备组的设备容量。

无功计算负荷为φ=P Q tan C C (2.2) 其中，φtan 为对应于用电设备组的正切值。

视在功率计算负荷为φ/=P S cos C C (2.3) 其中，φcos 为用电设备组的平均功率因数。

由式2.1、式2.2、式2.3计算得各车间计算负荷。

各车间计算负荷如表2所示。

表2 各车间计算负荷序号 车间名称设备容量(kW) 需要系数 计算负荷 K d cos φ tan φ P c (kW) Q c (kvar) S c (kV·A) 1电机修理车间 2250 0.25 0.77 0.82 562.5 461.3 730.5 1190 0.2 0.53 1.58 238.0 376.0 449.0 650 0.35 0.55 1.51 227.5 343.5 413.6 2机械加工车间 520 0.6 0.6 0.85 312.0 265.2 520.0 570 0.35 0.8 0.78 199.5 156.5 250.0 880 0.25 0.5 1.61 220.0 354.2 440.0 3新产品试验车间 300 0.75 0.75 0.88 225.0 198.0 300.0 340 0.56 0.75 0.88 190.4 167.5 253.0 160 0.57 0.74 0.9 91.2 82.0 123.0 650 0.56 0.84 0.64 364.0 233.0 433.0 4 原料车间 570 0.65 0.78 0.8 370.5 296.4 475.0 2300 0.3 0.8 0.75 690.0 517.5 862.5 5 备件车间 700 0.64 0.76 0.85 448.0 380.8 589.5 528 0.35 0.76 0.85 184.8 157.8 157.0 6锻造车间36000.80.80.782880.02246.43600.0总的有功计算负荷为C.i C ∑C ∑P = K P (2.4) 其中，p ∑K 为同时系数， C.i ∑P 各设备组的有功计算负荷之和。

总的无功计算负荷为C.i q ∑C Q = K Q (2.5) 其中，q ∑K 为同时系数， C.i ∑Q 各设备组的无功计算负荷之和。

总的视在计算负荷为2C 2C C +Q P =S (2.6)由式2.4、式2.5、式2.6计算得10kV 母线的计算负荷为(取90p ∑.=K ，950q ∑.=K )kW 06.648390×47203C10=..=P kvar 875922950×66234C10.=..=QkV A26.8781C10=S最大负荷时的功率因数为C10C10cos /S φ=P (2.7) 由式2.7计算得 74026.878106.6483cos .=/φ= 2.2.2 功率补偿补偿的无功功率()φ'φ-ΔQ=P tan tan C10 (2.8)其中，φ'tan 为补偿后用电设备组的正切值。

根据本厂变电所负荷计算的结果可知：35kV 侧的功率因数为740cos .φ=，现利用并联电容器补偿，假设补偿后的功率因数为940cos .φ'=由式2.8得补偿的无功功率为()φ'φ-ΔQ=P tan tan C10= 6483.06×[tan(arccos0.74)－tan(arccos0.94)]= 3565.68 kvar补偿后低压侧总的无功计算负荷为Q =Q Q Δ-C10'C10(2.9) 由式2.9计算得补偿后低压侧总的无功计算负荷为kvar 19.235768.356587.5922'C10=-=Q补偿后低压侧总的视在计算负荷为'2C102C10'C10+Q P =S (2.10)由式2.10计算得补偿后低压侧总的视在计算负荷为kV A 29.6898'C10=S变压器有功损耗为'C10T 020S .=ΔP (2.11)变压器无功损耗为'C10T 10S .=ΔQ (2.12) 其中，'C10S 为低压侧母线的视在计算负荷。

由式2.11、式2.12计算得变压器损耗为kW 97.13729.6898×020T =.=ΔPkvar 83.68929.6898×10T =.=ΔQ则补偿后35kV 母线处计算负荷为kW 03.662197.13706.648335=+=Pkvar 02.304783.68919.235735=+=QkVA 51.728823523535=+Q P =S353535cos /S =P φ517288036621./.=900910.>.=2.3 主变压器的选择2.3.1 变压器台数的选择由设计要求可知，本厂60%负荷为一、二级负荷，为满足供电可靠性要求，采用两路电源供电，一路工作，一路备用，故选择两台主变压器，便于维修和检修。

2.3.2 变压器容量的选择装有两台主变压器的变电所，每台主变压器的容量应同时满足以下两个条件：(1) 任一变压器单独运行时，宜满足总计算负荷'C10S 的大约60%～70%的需要，即 'C10NT 0.7) ~ (0.6 S =S (2.13)(2) 任一变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即()Ⅱ+ⅠC NT ≥S S (2.14) 由式2.13计算得kVA 80.482897.4138NT ~=S由式2.14计算得kV A 9741386000'C10NT .=×≥S S 因此每台主变压器的容量应选6300 kVA 。

经过以上的计算，应选用两台35/10kV ，额定容量为6300kVA 的S11－6300/35变压器。

2.4 短路电流的计算2.4.1 计算短路电流的目的计算短路电流的目的主要是正确选择和检验电器、电线电缆及短路保护装置。

三相对称短路是用户供电系统中危害最严重的短路形式，因此，三相对称短路电流初始值是选择和检验电器、电线电缆的基本依据。

在检验电器及载流导体的电动力稳定和热稳定时，还要用到三相短路电流峰值、三相稳态短路电流。

2.4.2短路计算 (1) 绘制计算电路短路计算电路如图1所示。

10.5kv图1 短路计算电路1) 确定基准值取MV A 100d =S ，高压侧kV 538d1.=U ，低压侧kV 510d2.=U ，则：1.50kA =38.5kV ×3100MVA 3d1d d1=U S =I kA 50.5kV510×3MVA 1003d2d d2=.=U S =I2) 计算各元件的标幺值电力系统kd*1S S =X 架空线路查表得线路电抗Ω/km 4000.=x ，线路长为l ，故2dd*2××400U S l .=X电力变压器查表得S11-6300/35型低损耗配电变压器Yyn0型接线时()57%k .=U ，故19.1KVA6300MVA1001005.7*4*3=×==X X 则等效电路如图2所示。

图2 等效电路3) 计算k-1(38.5kV 侧)的短路电流容量总电抗标幺值*2*1*+X =X X ∑三相对称短路电流周期分量有效值*d1''k 3∑X I =I 则有其他短路电流''k 3b3k 3=I =I I''k 3p3552I .=i ''k 3p3511I .=I三相短路容量*d ''k 3∑X S =S4) 计算k-2(10.5kV 侧)的短路电流容量 两台变压器并联运行情况下：总电抗标幺值*3*2*1*21X ++X =X X ∑ 三相对称短路电流周期分量有效值*d2''k 3∑X I =I 则有其他短路电流''k 3b3k 3=I =I I''k 3p384.1I =i''k 3p309.1I =I三相短路容量*d''k 3∑X S =S 两台变压器分列运行情况下：总电抗标幺值*3*2*1*+X +X =X X ∑三相对称短路电流周期分量有效值*d1''k 3∑X I =I则有其他短路电流''k 3b3k 3=I =I I''k 3p384.1I =i ''k 3p309.1I =I三相短路容量*d''k 3∑X S =S 2.4.3短路计算表表3 电源A 短路计算表短路计算点 三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk3''Ib3Ik3Ip3ip3Ik-1 3.41 3.41 3.41 8.70 5.15 227.27 k-2并联 5.29 5.29 5.29 9.73 5.77 96.15 分列3.373.373.376.203.6761.35表4 电源B 短路计算表短路计算点 三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk3''Ib3Ik3Ip3ip3Ik-1 2.83 2.83 2.83 7.22 4.27 188.68 k-2并联 4.89 4.89 4.89 9.00 5.33 88.89 分列3.203.203.205.893.4958.14所以，35kV 侧选用高压断路器SW2-35/1000，隔离开关JW4-40.5，高压熔断器RW10-35，电压互感器JDXN2-35，电流互感器LCZ-35，避雷器FS4-35。