某飞机制造厂变电所及配电系统设计摘 要变电站是电力系统的重要组成部分，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用，它直接影响整个电力系统、厂矿企业生产的安全与经济运行。变配电所是由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。变电所涉及方面很多，需要考虑的问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电所高低压电气设备，为变电所平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）确定车间变电所变压器的台数和容量；（2）电气主接线图的设计；（3）确定短路计算点，计算三相短路电流；（4）主要电气设备选择与校验；（5）继电保护配置。关键词：10kV变电站；变压器；电气主接线；电气设备；配电系统1 负荷计算及主变压器的选择1.1负荷计算的目的和内容1.1.1 负荷计算的目的计算负荷确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，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；如计算负荷确定过小，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热，引起绝缘提早老化，甚至烧毁，以致发生事故，同样给国家造成损失。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。因此，供配电设计的第一步，需要计算全厂和各车间的实际负荷。1.1.2 负荷计算方法负荷计算的方法有需用系数法、二项式系数法、利用系数方法等等。需用系数法是将用电设备的设备功率乘以需用系数和同时系数直接求出负荷。需用系数法比较简单，因而广泛使用。并且适用于计算变、配电所的负荷。所以本次设计采用需用系数法，其计算方法1如下：1. 有功计算负荷的计算公式： P30=KdPe （1-1）Pe用电设备组总的设备容量（不含备用设备容量，单位为kW）。Kd用电设备组的需要系数。2. 无功计算负荷的计算公式： Q30=P30 （1-2）3视在计算负荷的计算公式： S30=P30/ （1-3）4计算电流的计算公式： I30=S30/UN （1-4）1.1.3 负荷计算的内容1.铸造车间 Pe=875 Kd=0.5 =0.7 =1.02 P30=8750.5=437.5kW Q30=437.51.02=446.25kvar S30=437.5/0.7=625kVA I30=625/*0.38=0.95kA其他车间负荷计算同上总的视在负荷计算：P30（1）=994+582+455.2=2031.2kWQ30（1）=1151.795+585.71+487.642=2866.505kvarS30= S30=3513.21kVA表1.1 各车间低压负荷统计表序号车间名称设备容量/kW需要系数Kd计算负荷变压器台数和容量/kW/kvar/ kVA/kA1铸造车间8750.50.71.02437.5446.256250.952*2500（kVA）锻压车间7600.650.61.33494658.67823.31.251仓库1250.50.80.7562.546.87578.1250.119小计 9941151.7951526.4252.322 机加车间3700.70.80.75259194.25323.750.492工具车间4000.50.61.33200266333.330.506模具车间2050.60.71.02123125.46175.710.267小计 582585.71832.791.2653 表面处理间2750.60.651.17165193.05253.840.386动力车间2180.70.651.17152.6178.54234.760.357总装车间1500.60.80.759067.5112.50.171试验站680.70.71.0247.648.552680.1小计 455.2487.642699.11.0141.1.4 无功负荷补偿6 无功负荷补偿的目的：由于用户的大量负荷如感应电动机、电焊机、气体放电灯等，都是感性负荷，使得功率因数偏低，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。电力系统要求用户的功率因数不低于0.9，按照实际情况本次设计要求功率因数为0.92以上，因此，必须采取措施提高系统功率因数。目前提高功率因数的常用的办法是装设无功自动补偿并联电容器装置。要使功率因数提高，通常需装设人工补偿装置。最大负荷时的无功补偿容量QNC应为： QNC=Q30-Q30=P30(-） （1-5）按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量，当负荷减小时，补偿容量也应相应减小，以免造成过补偿。因此，无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿控制器，针对预先设定的功率因数目标值，根据负荷的变化相应投切电容器组数，使瞬时功率因数满足要求。 低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装，根据负荷变化相应循环投切的电容器组数一般有4、6、8、10、12组等。用上式确定了总的补偿容量后，就可根据选定的单相并联电容器容量qNC来确定电容器组数： （1-6）在用户供电系统中，无功补偿装置位置一般有三种安装方式：(1)高压集中补偿 补偿效果不如后两种补偿方式，但初投资较少，便于集中运行维护，而且能对企业高压侧的无功功率进行有效补偿，以满足企业总功率因数的要求，所以在一些大中型企业中应用。(2)低压集中补偿 补偿效果较高压集中补偿方式好，特别是它能减少变压器的视在功率，从而可使主变压器的容量选的较小，因而在实际工程中应用相当普遍。(3)低压分散补偿 补偿效果最好，应优先采用。但这种补偿方式总的投资较大，且电容器组在被补偿的设备停止运用时，它也将一并被切除，因此其利用率较低。 具体计算有功功率 Pc=K pP30 （1-7）无功功率 Qc= KqQ30 （1-8）视在功率 S30= （1-9）式中：对于干线，可取K p =0.85-0.95，Kq =0.90-0.97。对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取K p =0.8-0.9，Kq =0.85-0.95。由干线负荷直接相加来计算时，可取K p =0.9-0.95，Kq =0.93-0.97。Pc=K pP30=0.952031.2=1929.64kWQc= KqQ30=0.932866.505=2665.85kvarSc=3455.5kVA本次设计采用低压集中补偿方式。PC QC S30取自低压母线侧的计算负荷，提高至0.92=0.55QNC=PC（-）=1929.64*tan(arccos0.55)-tan(arccos0.92)=2103 kvar选择BSMJ0.4-25-3型并联电容器，qNC=25kvar =2103kvar/25kvar=84 补偿后的视在计算负荷SC=2010kVA= =0.960.91.2 变电所位置的选择1.2.1 变电所位置的选择要求变电所位置的选择，应根据下列要求经济技术、经济比较确定。 (1) 接近电源； (2) 进出线方便； (3) 设备运输方便； (4) 尽量接近负荷中心； (5) 不应设在有剧烈振动或高温的场所； (6) 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所； (7) 不应设在厕所、浴室或其他经常有水场所的正下发，且不宜与上述场所相贴近； (8) 不应设在有爆炸危险的正方或正下方，且不宜设在有火危险环境的正上方或正下方。1.2.2 变电所的布置变电所的总体布置，应满足以下要求。 (1) 便于运行维护和检修； (2) 保证运行安全； (3) 便于进出线； (4) 节约土地和建筑费用； (5) 适应发展要求。1.2.3 本变电所位置的选择依据上述原则和要求以及本厂的具体情况，有利于交通运输，并且靠近于电源侧，正在几个大型的负荷中心。远离了剧烈震动、高温、多尘、腐蚀性气体及常积水的场所来确定本变电所的位置，如图1.1所示。1.3 变压器的选择1.3.1 变压器台数的选择变电所主变压器台数选择原则（1）为了保证供电可靠，在变电所中一般应装设备用电源时，可装设两台主变压器。如果有一个电源进线或变电所可由低压侧电力网取得备用电源时，可装设一台主变压器。（2）当工厂绝大部分负荷属于三级负荷，其少量一、二级负荷可由邻压电网(10kv)取得备用电源时，可装设一台主变压器。（3）装有两台及以上主变电器的变电所，当断开一台时，其余主变压器容量不应小于60%-70%的全部负荷，并应保证用户一、二级负荷。1.3.2 变压器容量的确定变压器容量装有两台变压器的变电站，采用暗备用方式，当其中一台主变因事故断开，另一台主变的容量应满足全部负荷的70%，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证80%负荷供电。1.3.3 本厂变压器容量的确定变压器的容量计算：SNT=（0.60.7）S30 （1-10）SNT=0.63513.21=2283.59kVA即可选定两台容量为2500kVA的变压器。本厂负荷较