1设计原始题目1.1具体题目某轧钢厂降压变电所的电气设计。

1）工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为5200h，日最大负荷持续时间为6.5h。

该厂除冶炼车间、制坯车间和热轧车间属二级负荷外，其余均属三级负荷。

低压动力设备均为三相，额定电压为380V。

电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。

本厂的负荷统计资料如表1所示。

表1某轧钢厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备功率／kW需要系数K d功率因数cosφ1 原料仓库动力210 0.3 0.65 照明 5 0.6 1.02 燃料车间动力150 0.6 0.80 照明 5 0.8 1.03 办公楼动力45 0.4 0.65 照明12 0.7 1.04 冶炼车间动力360 0.5 0.65 照明8 0.9 1.05 制坯车间动力240 0.65 0.80 照明8 0.8 1.06 热轧车间动力450 0.6 0.80 照明15 0.8 1.07 机修车间动力260 0.35 0.70 照明7 0.8 1.08 冷轧车间动力380 0.5 0.65 照明10 0.8 1.09 成品仓库动力80 0.4 0.80 照明9 0.8 1.010 生活区照明210 0.65 0.92）供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条6kV的公用电源干线取得工作电源。

该电源干线的走向参看工厂总平面图。

该干线的导线牌号为LGJ-240，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端(即电力系统的馈电变电站)距离本厂约5km。

干线首端所装设的高压断路器断流容量为600MV A 。

此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s 。

为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。

已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为40km ，联络线电缆线路总长度为15km 。

3）气象资料 本厂所在地区的年最高气温为40℃，年平均气温为25℃，年最低气温为-3℃，年最热月平均最高气温为36℃，年最热月平均气温为29℃，年最热月地下0.8m 处平均温度为25℃。

当地主导风向为东风，年雷暴日数为25。

4）地质水文资料 本厂所在地区平均海拔300m ，地层以砂粘土为主；地下水位为2m 。

5）电费制度 本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费：每月基本电费按主变压器容量计为20元/kV A ，动力电费为0.3元/kW ·h ，照明(含家电)电费为0.4元/kW ·h 。

工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。

1.2 要完成的内容要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

2 设计课题的计算与分析2.1 负荷计算2.1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式a ) 有功计算负荷（单位为kW ）30P =d k .e P ， d k 为系数b ) 无功计算负荷（单位为kvar ）30Q = 30P tan ϕc ) 视在计算负荷（单位为kV A ）30S =ϕcos 30P d ) 计算电流（单位为A ）30I =NU S 330 N U 为用电设备的额定电压（单位为kV ）2.1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式a) 有功计算负荷（单位为kW ）30P =i p P K ⋅⋅∑∑30式中i P ⋅∑30是所有设备组有功计算负荷30P 之和，p K ⋅∑是有功负荷同时系数，可取0.85-0.95b) 无功计算负荷（单位为kvar ）30Q =i q Q K ⋅⋅∑∑30，i Q ⋅∑30是所有设备无功30Q 之和；q K ⋅∑是无功负荷同时系数，可取0.9-0.97c ) 视在计算负荷（单位为kV A ）30S =230230Q P + d ) 计算电流（单位为A ）30I =NU S 330各厂房和生活区的负荷计算见附录一2.2 无功功率补偿由上表可知，该厂380V 侧最大负荷时的功率因数只有0.74。

而供电部门要求该厂6kV 进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。

考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V 侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V 侧所需无功功率补偿容量：C Q =30P (tan 1ϕ - tan 2ϕ)=1030.64[tan(arccos0.74) - tan(arccos0.92) ] =497.73kvar选PGJ1型低压自动补偿屏，并联静电电容器为BWF63-100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100kvar ⨯5=500kvar 。

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'30Q =（932.65-500）kvar=432.65 kvar ，视在功率2'30230'30Q P S +==1117.77 kV A ， 计算电流NU S I3'30'30==1698.28 A功率因数提高为cos ϕ=,3030SP = 0.922。

表2无功补偿后工厂的计算负荷项目cos ϕ 计算负荷30P /kW30Q /kvar30S /kV A30I /A380V 侧补偿前负荷 0.74 1030.64930.65 1389.982111.86380V 侧无功补偿容量 -504 380V 侧补偿后负荷 0.922 1030.64 432.65 1117.771698.28主变压器功率损耗 0.0130S =11.160.0530S =55. 86KV 侧负荷计算0.9221041.8488.451150.62110.722.3 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：a) 装设一台变压器 型号为SL 型，而容量根据式30T N S S ≥⋅，T N ⋅S 为主变压器容量，30S 为总的计算负荷。

选T N ⋅S =1250 kV A >30S =1148.93 kV A ，即选一台SL-1250/6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。

b) 装设两台变压器型号为SL 型，而每台变压器容量根据式（2-1）、（2-2）选择，即⨯≈⋅)7.0~6.0(T N S 1148.93 =（689.35~804.25Y ）kV A （2-1） )(30T N S S ≥⋅=(134.29+165+44.4)=343.7 kV A （2-2）因此选两台SL-630/6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 。

2.4 短路电流的计算2.4.1 绘制计算电路2.4.2 确定短路计算基准值选基准容量S j =100MV A 取U j1=10.5kV U j2=0.4kV 则I j1=kA 5.55.103100=⨯I j2=kA 34.1444.03100=⨯2.4.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值1）电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量S oc =600MV A*1X =100MV A/600MV A=0.172）架空线路查表得LGJ-150的线路电抗km x /36.00Ω=，而线路长5km63.1)5.10(100)536.0(2202=⨯Ω⨯==*kV MVAU Sj lx X c 3）电力变压器查表得变压器的短路电压百分值%K U =4.5，故3% 4.5100 3.61001001250k d N U S MVAX S kVA*==⨯=式中，N S 为变压器的额定容量2.5 k-1点（10.5kV 侧）的相关计算2.5.1 总电抗标幺值*2*1)1(X X X k +=*-∑=0.17+1.63=1.82.5.2 三相短路电流周期分量有效值kA 06.38.15.5*)1(1*1===-∑-kAX I Ik d k2.5.3 其他短路电流kA 06.3)3(1)3()3(''===-∞k I I IkA 8.706.355.255.2)3('')3(=⨯==kA I i sh2.5.4 三相短路容量MVA 6.558.1100*)1()3(1===-∑-MVAX S S k dk2.6 k-2点（0.4kV 侧）的相关计算2.6.1 总电抗标幺值*3*2*1)1(X X X X k ++=*-∑=0.17+1.63+3.6=5.42.6.2 三相短路电流周期分量有效值kA 7.264.5144*)2(2*2===-∑=kAXI I k d k2.6.3 其他短路电流kA 7.26)3(1)3()3(''===-∞k I I I kA 1.497.2684.184.1)3('')3(=⨯==kA I i sh2.6.4 三相短路容量MVA 5.184.5100*)2()3(2===-∑-MVAXS S k d k以上短路计算结果综合图表3所示。

表3短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MV A)3(k I)3(''I)3(∞I )3(sh i)3(k Sk-1 3.06 3.06 3.06 7.8 55.62.7 6kV 侧一次设备的选择校验2.7.1 按工作电压选择设备的额定电压e N ⋅U 一般不应小于所在系统的额定电压N U ，即≥⋅e N U N U ，高压设备的额定电压e N ⋅U 应不小于其所在系统的最高电压max U ，即≥⋅e N U max U 。

N U =6kV ， max U =6+6*15%=6.9kV ，高压开关设备、互感器、支柱绝缘额定电压，穿墙套管额定电压、熔断器额定电压e N ⋅U =10kV 。

2.7.2 按工作电流选择设备的额定电流e N -I 不应小于所在电路的计算电流30I ，即≥-e N I 30I 2.7.3 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a ）动稳定校验条件≥max i )3(sh imax i 、m ax I 分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，)3(sh i 、)3(sh I 分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b) 热稳定校验条件ima t t I t I 2)3(2∞=对于上面的分析，如表4所示，由它可知所选一次设备均满足要求。