某小型机械加工厂10KV0.40.23KV变电所的电气设计_开题报告

（一）研究现状

在电力网络中，10KV/0.4/0.23KV用户变电所（以下简称：变电所）数量最多，广泛用于居民住宅小区、中小型企业总变电以及大型企业的车间变电等，其建设方式一般有独立变电所、附设变电所、箱式变电所以及地下变电所。纵观各用户变电所，国有企业、股份制企业在变电所的安全管理方面，优于私营企业，私营企业好于私人承包租赁企业；从安全方面来看，设备不正常运行状况比较严重，经常发生越级跳闸事故，大部分变电所的管理几乎无人负责，春秋两检工作几乎没有。具体来说，存在以下问题：

1.多数变电所出口控制装置存在缺陷，使用户发生越级跳闸事故。如（1）设计不合理。有的变电所要么没有变压器一次开关，要么没有变压器二次开关。电缆进线无主受开关还缺少防雷措施，变电所出口处大都采用刀闸连接。（2）容量匹配不合理，一些老式大排气开关，仍在使用。（3）老、旧变电所的硬件更新不及时，超期使用，发生事故时，设备经常拒动。

2.不进行检修和试验。近几年来，用户变电所春秋两季的设备检修工作基本为零，即使检修，也只是针对设备外观进行清理，而电气回路、机械回路少有检查，不做传动试验，开关设备的大修（即解体检查）就更少了。设备绝保试验和继电保护试验没有按规范进行，即使有相关试验，也是用户自己进行试验，流于形式。

3.“安全技术措施”和“反事故措施”落实不到位，导致变电所出口开关机构和保护失效，造成开关拒动，扩大事故。这两个措施是人身安全和设备安全的重要措施，从一些变电所的事故情况来看，大部分是由于对这两个措施的不够重视而引起的。

4.损耗超过相关规范的变压器仍在运行。节能减排是基本国策，更换或淘汰高耗能变压器势在必行，目前，电力部门已基本完成该任务，但还有一部分变电所还在使用损耗比较高的S7 系列变压器。

以上这些问题，几乎每个变电所都不同程度的存在一些，当然，在一些大型国企里，因为领导重视相关工作，做得还是比较到位的。

（二）研究成果

目前，在小型工厂降压变电所的设计中，主要研究成果体现在各种设备电气性能上的提升。如真空开关、SF6断路器、自动重合器、自动分段器、自动配电开关、新型熔断器以及新型GIS成套设备的出现，为小型化变电所创造了良好的条件，其中，SF6断路器经过近几年的改进，性能已有较大的提高，具有电动弹簧储能操作机构和手动操作机构，气体工作压力已由0.5Mpa降到0.35Mpa，气体年漏气率不大于1%，加上其他质量管控措施，设备运行的问题逐年减少；在开关设备的研制中，我国陆续从国外引进并推出了具有自动功能的开关设备，如：自动配电开关、自动重合器等，这些设备可以自动排除故障、与调度系统配合实现远动化，对提高电网的可靠性及实现综合自动化具有重要意义。

（三）发展趋势

随着国民经济和电气自动化技术的快速发展，企业用电负荷的不断增长和负荷密度的加大， 企业变电所的电压等级和容量不断提高， 不仅变压器单台容量增大，台数也在增加，对供电可靠性的要求也越来越高。同时由于环境方面的要求，变电所所址选择、线路走廊都越来越困难， 因此，要求变电所既可靠又尽量少占用地。综合以上因素，企业变电所将来的发展，应借助现代电子技术、计算机技术、通信技术和信息处理技术，实现变电所的节能化、数字化、装配化、智能化，具体如下：

1.节能化，减少电压变换次数，用高电压深入负荷密集地区，以减少变电所数量、建设投资和电能损耗，达到节能的目的。

2.数字化，即“一次设备智能化，二次设备网络化，符合IEC61850标准”。变电所内的信息全部数字化，信息传递网络化，通信模型标准化，最终使得各种设备和功能共享统一的信息平台。

3.装配化，采用全预制装配结构的建筑形式，通过预制生产和现场组装来建设变电所,这样可以提升设计、建设效率,减少占地面积。

4.智能化，智能开关设备、光电式互感器等整体设备的诞生,以及计算机网络技术在实时系统中的应用,使各电气参数的采集、传输实现全智能化处理提供了理论和物质基础。随着相关技术的快速发展，变电所综合自动化系统取代传统的变电所二次系统，已成为电力系统的发展趋势。

二、^范文提纲

1.绪论

1.1工厂现状及供配电要求

工厂现状：

本加工厂现有3个生产车间、1个仓库、1个气泵房和1个生活办公区，全厂照明灯具均为荧光灯。日班生产制，主要经营各种钢质、铁质、铜质、铝质等中小型零配件的机械加工，主要生产设备有车床、数控镗铣床、钻床、磨床、镗床、弧焊机、锯床、切割机、空气压缩机等。主要负荷分布如下表1-1：

表1-1 主要负荷的分布

序号

设备名称

1#车间

（容量*数量）

2#车间

（容量*数量）

3#车间

（容量*数量）

气泵房

（容量*数量）

生活办公区

1

车床

7.5kw*3

7.5kw*3

7.5kw*2

2

数控镗铣床

40kw*1

40kw*1

3

摇臂钻床

6kw*2

6kw*2

6kw*2

4

磨床

7.5kw*1

7.5kw*1

7.5kw*1

5

落地式镗床

40kw*1

40kw*1

6

立铣床

8kw*2

8kw*2

8kw*2

7

交流弧焊机

23kw*1

8

立式带锯床

3kw*1

9

直线切割机

5kw*1

10

螺杆空压机

8kw*1

11

喷砂机

3kw*1

12

吸顶空调器

4kw*1

4kw*1

4kw*1

13

落地空调器

2.5kw*2

14

生活用电

4kw*1

4kw*1

4kw*1

8kw*1

15

厂区照明

3kw*1

3kw*1

3kw*1

1kw*1

5kw*1

小计

149kw

149kw

95.5kw

9kw

18kw

供配电要求：

工厂变电所要很好地为生产加工和国民经济服务，践行安全用电、节约用电、计划用电工作，必须达到以下几个要求：

（1）安全：在电力供应、分配和使用中，注意保护环境，特别要注意避免发生人身事故和设备事故。

（2）可靠：工厂总降压变电所应满足电力用户对供电可靠性的要求，即要做到连续供电。

（3）优质：工厂总降压变电所应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。

（4）裕量：工厂总降压变电所以近期建设为主，适当考虑将来生产规模的扩大，应留有一定的负荷裕量。经与工厂负责人沟通，要求预留1个低压开关柜和3回0.4KV出线。

（5）经济：在满足以上几个要求、电能质量达标的条件下，尽量使供配电系统的投资少，运行费用低，节约电能和有色金属的消耗量。

1.2变电所设计依据及规范

设计依据：

（1）工厂设备负荷分布：各负荷比较均匀地分布在3个车间内。

（2）功率因数补偿装置：采用并联电容器，设在0.4KV母线处集中补偿。

（3）供电部门对用户的要求：0.4KV侧的功率因数cosψ≥0.85

（4）采用 “需要系数”方法，确定工厂的“计算负荷”。

（5）本工厂所有负荷等级：三级

相关设计规范：

（1）GB50053-94《10KV及以下变电所设计规范》

（2）GB50052-95《供配电系统设计规范》

（3）GB50054-95《低压配电设计规范》

（4）GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》

（5）GB1094《电力变压器》

1.3用户的原始资料

（1）环境资料：该厂区位于某县级开发区，厂区地理条件较好，交通方便，非人口密集区，容易施工和管理。夏季高温月里，月平均温度35℃，土壤下0.7~1米处平均温度为20℃。每年的雷暴日天气大约25天。

（2）高压进线：高压进线从厂区附近的10KV公用架空干线接入，采用电缆敷设，电缆长度约50m，该负荷点（变电所）距上级变电所的距离为5km，且已知上级变电所的供电容量为100MVA。

（3）根据工厂负荷特点和分布，确定采用1路高压进线，9路低压出线。

（4）本厂负荷统计，具体如下表1-2：

     由下表可知：最大负荷时，该变电所0.4KV侧的功率因数

cosψ=P30/S30 =141.2/243.73=0.58

表1-2 全厂负荷统计

序号

设备名称

容量PN

（kw）

数量

需要

系数

Kd

cosψ

tanψ

计算负荷

有功

P30（kw）

无功

Q30（kvar）

视在

S30（KVA）

1

车床

7.5

8

0.3

0.55

1.52

18

27.36

32.75

2

数控镗铣床

40

2

0.2

0.5

1.73

16

27.68

31.97

3

摇臂钻床

6

6

0.3

0.55

1.52

10.8

16.42

19.65

4

磨床

7.5

3

0.3

0.55

1.52

6.75

10.26

12.28

5

落地式镗床

40

2

0.2

0.5

1.73

16

27.68

31.97

6

立铣床

8

6

0.3

0.5

1.73

14.4

24.91

28.77

7

交流弧焊机

23

1

0.35

0.35

2.68

8.05

21.57

23.03

8

立式带锯床

3

1

0.35

0.5

1.73

1.05

1.82

2.1

9

直线切割机

5

1

0.35

0.6

1.33

1.75

2.33

2.91

10

螺杆空压机

8

1

0.8

0.75

0.88

6.4

5.63

8.53

11

喷砂机

3

1

0.2

0.55

1.52

0.6

0.91

1.09

12

吸顶空调器

4

3

0.7

0.8

0.75

8.4

6.3

10.5

13

落地空调器

2.5

2

0.7

0.8

0.75

3.5

2.63

4.38

14

生活用电

20

1

0.8

0.85

0.62

16

9.92

18.83

15

厂区照明

15

1

0.9

0.9

0.48

13.5

6.48

14.97

合计

141.2

191.9

243.73

2.负荷计算及变压器选择

2.1 负荷计算

2.2无功功率补偿计算

2.3总计算负荷

2.4变压器型式的选择

3. 变电所主接线方案设计

3.1变电所主接线方案

3.2进出线设计及说明

3.3导线截面选择

4. 短路电流的计算

4.1绘制短路计算电路

4.2短路计算的基本过程

4.3主要电气设备的选择及校验

5.主要电气设备的继电保护设计

5.1主变压器保护选择原则

5.2主变压器继电保护图

5.2进线保护设计

6. 二次回路方案的选择及继电保护的整定

6.1继电保护的基本要求

6.2 二次回路方案的选择

6.3继电保护装置及整定

7. 防雷保护与接地装置的设计

7.1直击雷和感应雷防护

7.2雷电侵入波的防护

7.3接地装置的设计

三、参考文献

[1] 吴大中.电气技术教程[M]. 北京：清华大学出版社，2017.

[2] 吴云清.用户变电所现状及对策[J].中国电力教育，2010，（15）

[3] 汪惠.电气自动化变电所设计[J].民营科技，2015，（8）

[4] 《中国电力百科全书》编辑委员会  《中国电力百科全书》编辑部.中国电力百科全书/输电与变电卷（第三版）[M]. 北京：中国电力出版社，2014.

[5] 丁毓山 雷振山.中小型变电所实用设计手册[M]. 北京：水利水电出版社，2000.

[6] 李小龙.我国变电站设计的研究现状与发展趋势[J].黑龙江科技信息，2010（32）

[7] 王金行.新一代智能变电所：设备集成技术及应用[M].北京：中国电力出版社，2017.

[8] 闫晓丰.浅谈变电所自动化现状和问题[J].中国新技术新产品，2011，（20）

[9] 李进.机械加工工厂供配电系统设计[学位^范文]硕士. 山东农业大学,2012.

[10] 刘介才.供配电技术（第4版）[M]. 北京：机械工业出版社，2017.

[11] 周浩 王慧芳.电力工程（第二版）[M]. 杭州：浙江大学出版社，2011.