1 某水泥厂总降压变电站一次系统设计

摘 要

设计是依据某水泥厂采用110千伏电源进线以及全厂负荷情况合理设置多个电力室的特点，并且结合生产工艺特点和电网的具体情况设计总降，主要涉及对某水泥厂电力系统的负荷计算，短路电流计算，根据这两个计算数据进行对变压器，断路器，互感器及导线的选型检验。通过本次毕业设计，可以了解变电所在不同环境不同条件下对供电系统中负荷的计算，掌握变电所中一次回路的基本原理，在熟悉了解原理及公式的基础上设计并计算出供电系统中变电所的一次接线，为了使本次毕业设计更加完善更加具体的呈现出来，最后需要再校验检测。

关键词：一次部分；变电所；变压器；电气设备；短路电流计算

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ABSTRACT

A cement plant substation of 110KV is designed in this Paper. A substation of 110KV is designed in this Paper. According to the substation and the request of the power supplying system, I mainly design and calculate the major system, check to the main equipments, and design the protection of the circuit etc. Burden calculation is very important in this design. We can choice the transformer, the circuit and the other main electricity equipments. We should learn the method of the calculation of it. Transformer is also important,we should learn how to calculate and how to protect it.

Key Words:Major system;Transformer;Substation;Electricity equipments

I

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目 录

1 某水泥厂的总降负荷计算及变压器选择 ............................................................................... 1

1.1 总降负荷计算 ................................................................................................................. 1

1.1.1 水泥磨变电站负荷计算 ....................................................................................... 1 1.1.2 原料废气处理变电站负荷计算 ............................................................................. 7 1.1.3 水泥烧成变电站负荷计算 ................................................................................... 7 1.1.4 窑头变电站 ........................................................................................................... 8 1.2 主变压器的选择 ........................................................................................................... 11 1.3 无功补偿 ....................................................................................................................... 11 2 短路电流计算 ......................................................................................................................... 12

2.1 计算方法 ....................................................................................................................... 12 2.2 各点短路电流计算 ....................................................................................................... 13 3 电气设备的选择与检验 ......................................................................................................... 14

3.1 电气设备选择和校验的一般原则 ............................................................................... 14 3.2 110KV段断路器隔离开关选择 ................................................................................... 15

3.2.1 断路器的选择 ..................................................................................................... 15 3.2.2 隔离开关选择 ..................................................................................................... 15 3.3 10KV母线断路器及隔离开关的选择检验 ................................................................ 16

3.3.1 10KV断路器的选择 .......................................................................................... 16 3.3.2 隔离开关的选择 ................................................................................................. 16 3.3.3 10KV段互感器选择 .......................................................................................... 17 3.4 避雷器的选择 ............................................................................................................. 18 3.5 其他设备的选择 ........................................................................................................... 18 4 主接线设计 ............................................................................................................................. 18 5 结 论 ..................................................................................................................................... 22 参考文献 ....................................................................................................................................... 23 致 谢 .......................................................................................................................................... 24

II

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1 总降负荷计算及变压器选择

1.1 总降负荷计算

某水泥厂由水泥粉磨变电站，窑头变电站，水泥烧成变电站和原料废弃处理变电站组成。需计算出四个变电站低压侧用电设备组的总计算负荷，以及各个变电站的变压器的功率损耗，进而求出高压侧计算负荷[1]。计算时所用公式为式（1.1）—（1.5）。

有功功率：

PCKPcj （1.1）

无功功率：

QCKQcj （1.2）

视在功率：

有功功率损耗：

PT(0.01~0.02)SC （1.4）

SCPCQC22 （1.3）

无功功率损耗：

QT(0.05~0.08)SC （1.5）

其中K为低压侧负荷的同期系数，Pcj为低压侧所有设备组有功计算负荷之和，

Qcj为低压侧所有设备组无功计算负荷之和。

1.1.1 水泥磨粉变电站负荷计算

结合本工程的实际情况，选用了需要系数法这种负荷计算方法。 （1）单组设备负荷的计算 ① 有功计算负荷（单位为KW）：

P P30Kde （1.6）

②无功计算负荷（单位为kvar）：

 （1.7） Q30P3t0an ③ 视在计算负荷（单位为KVA）：

1

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S30④ 计算电流（单位为A）：

I30P30 （1.8） cosS30 （1.9） 3UN式中：UN是用电设备的额定电压（单位为KV）。 （2）多组用电设备负荷计算 ① 有功计算负荷（单位为KW）：

P30KP.*Pi3 0

（1.10）

式中：P30.i是所有设备组有功计算负荷P30之和，K.P是有功负荷同时系数，可取0.85-0.95。

② 无功计算负荷（单位为kvar）：

Q30K.qQ30.i （1.11）

式中：Q30.i是所有设备无功Q30之和；K.q是无功负荷同时系数，可取0.96。 ③视在计算负荷（单位为KVA）：

22 S30P30Q30 （1.12）

④ 计算电流（单位为A）：

I30S30 （1.13） 3UN按以上公式对水泥磨变电站各部分的负荷进行计算，计算结果如表1.1—1.5所示。

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表1.1 水泥破碎和运输部分负荷计算表

设备名称 数量台数 容量(KW) 需要 系数 计算负荷 cos tan P30 (KW) 14.3 86.9 13.8 17.6 8.25 0.55 4.4 Q30 9.30 65.1 11.5 12.3 6.85 0.42 3.08 S30 17.0 108. 18.0 21.4 10.7 0.70 5.37 I30 (A) 44.7 285 47.3 56.3 28.1 1.81 14.1 kc 斗式提升机 锤式破碎机 胶带输送机 离心式风机 胶带输送机 回转卸料机 离心式分级

1 1 1 1 1 1 1 22 110 18.5 22 11 1.1 5.5 0.65 0.79 0.75 0.8 0.75 0.5 0.8 0.84 0.8 0.77 0.82 0.77 0.8 0.82 0.65 0.75 0.83 0.7 0.83 0.75 0.7 (kvar) (KVA) 表1.2 水泥包装部分负荷计算表 需要 系数 计算负荷 设备名称 数量台数 容量 (KW) cos tan kc 斗式提升机 振动筛 叶轮给料机 出料机 电动机调速 卸袋输送机 顺袋机 减速电动机 反吹风机 电转弯溜子 电动推杆 胶带输送机 进料输送机 出料输送机 螺旋输送机 会装卸料器 电动推杆蝶阀 离心式风机 会装卸料器 离心式风机 电动葫芦 3 3 3 24 3 3 3 3 3 6 6 3 4 6 3 3 3 3 3 3 3 16.5 2.1 6.6 96.0 4.5 4.5 4.5 4.5 1.1 3.3 2.2 22.5 18 18 9 3.3 3.3 135 3.3 55.5 5.1 0.15 0.8 0.65 0.5 0.65 0.75 0.7 0.68 0.8 0.85 0.83 0.75 0.75 0.75 0.75 0.5 0.84 0.8 0.5 0.8 0.15 0.5 0.8 0.84 0.8 0.84 0.77 0.84 0.84 0.82 0.82 0.85 0.77 0.77 0.77 0.77 0.8 0.8 0.82 0.8 0.82 0.5

3

P30 (KW) Q30 (kvar) 4.28 1.26 2.79 36 1.9 2.8 2.05 1.99 0.62 1.96 113 14 11.2 11.2 5.6 1.24 208 75.6 1.24 31.1 1.32 S30 (KVA) 4.95 2.1 5.11 60 3.48 4.38 3.75 3.64 1.07 3.42 2.15 21.9 17.5 17.5 8.77 2.06 347 132 2.06 54.1 1.53 I30 (A) 13 5.51 13.4 157 9.14 11.5 9.84 9.56 2.82 8.98 5.64 57.5 46 46 23 5.41 909 346 5.41 142 4.02 1.73 0.75 0.65 0.75 0.65 0.83 0.65 0.65 0.7 0.7 0.62 0.83. 0.83 0.75 0.83 0.75 0.75 0.7 0.75 0.7 1.73 2.48 1.68 4.29 48 2.93 3.38 3.15 3.06 0.88 2.81 1.83 16.9 13.5 13.5 6.75 1.65 277 108 1.65 44.4 0.77 商丘学院毕业设计

表1.3 水泥储存部分负荷计算表 需要 系数 计算负荷 设备名称 数量台数 容量 (KW) cos tan P30 (KW) Q30 (kvar) S30 (KVA) I30 (A) kc 斗式提升机 电动截流阀 离心风机 气箱式收尘器 离心风机 散装机 鼓风机 减速电机 离心风机 斗式提升机 电动装置 鼓风机 1 10 6 9 9 6 4 6 6 2 2 2 60.5 3.70 45.0 9.9 36.0 6.60 88.0 6.6 66.0 101 0.74 8.00 0.15 0.65 0.8 0.83 0.8 0.5 0.8 0.82 0.8 0.15 0.83 0.8 0.5 0.84 0.82 0.84 0.82 0.84 0.82 0.8 0.82 0.5 0.8 0.82 1.73 0.75 0.65 0.75 0.65 0.83 0.65 0.65 0.7 0.7 62 0.83

4

9.08 2.41 36 8.22 28.8 3.3 70.4 5.41 52.8 15.2 0.61 6.4 15.7 1.56 25.2 5.34 20.2 2.15 49.3 4.06 37 26.2 0.46 4.48 18.2 2.86 43.9 9.78 35.1 3.93 85.9 6.77 64.4 30.3 0.77 7.8 47.6 7.51 115 25.7 92.2 10.3 225 17.8 169 79.5 2.01 20.5 商丘学院毕业设计

表1.4 水泥粉末部分负荷计算表 需要 系数 计算负荷 设备名称 数量容量 台数 (KW) cos tan P30 (KW) 35.7 5.62 1792 6.37 0.24 4.4 8.25 38.2 2520 38.2 14.7 19.2 14.2 19.2 1.73 9.6 21.1 8.8 158 4.12 2.96 568 0.16 4.12 1.1 60 1.2 5.55 4.5 1.95 1.2 1.12 1.2 35.7 Q30 61.7 4.66 1344 4.46 0.15 3.08 6.84 28.6 1890 26.7 9.61 3.84 9.24 3.84 1.13 1.92 36.5 6.16 118. 3.42 2.07 397. 0.10 3.42 0.82 42 2.07 9.60 3.73 3.37 0.99 1.94 0.99 61.7 S30 71.4 7.30 2240 7.77 0.28 5.36 10.7 47.8 3150 46.6 17.6 19.5 16.9 19.5 2.06 9.79 42.3 10.7 197 5.35 3.61 692. 0.19 5.35 1.37 73.1 2.4 11.1 5.84 3.9 1.55 2.25 1.55 71.4 I30 (A) 187.4 19.17 129.3 20.4 0.751 14.08 28.12 125.5 8267 122.4 46.21 51.42 44.43 51.42 5.43 25.71 111 28.16 518.3 14.06 9.473 1818 0.508 14.06 3.608 192 6.298 29.13 15.34 10.23 4.09 5.905 4.09 187.4 kc 斗式提升机 胶带输送机 辊压机(左装) 液压油泵电机 集中润滑油泵电机 减速机油泵电机 胶带输送机 水泥磨 主电动机 电动机 滑履轴承稀油站 电加热器 油泵电动机 电加热器 油泵电动机 电加热器 斗式提升机 离心通风机 双分离式高效选粉机 胶带输送机 水泥磨袋收尘器 排风机 取样器 螺旋输送机 回转卸料器 排风机 电动葫芦 起升电动机 运行电动机 电动葫芦起电动机 电动葫芦运行电机 电动葫芦起升电机 电动葫芦运行电机 斗式提升机 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 6 1 4 2 3 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 4 1 2 1 2 1 238 7.5 2240 7.5 0.37 5.5 11 45 3150 45 17 24 18 24 2.2 12 141 11.0 200 5.5 3.7 710 0.25 5.5 2.2 75 8 37.0 6.0 13.0 1.6 7.5 1.6 238 0.15 0.75 0.8 0.85 0.65 0.8 0.75 0.85 0.8 0.85 0.87 0.8 0.79 0.8 0.79 0.8 0.15 0.8 0.79 0.75 0.8 0.8 0.65 0.75 0.5 0.8 0.15 0.15 0.75 0.15 0.75 0.15 0.75 0.15 0.5 0.77 0.8 0.82 0.84 0.82 0.77 0.8 0.8 0.82 0.84 0.98 0.84 0.98 0.84 0.98 0.5 0.82 0.8 0.77 0.82 0.82 0.84 0.77 0.8 0.82 0.5 0.5 0.77 0.5 0.77 0.5 0.77 0.5 1.73 0.83 0.75 0.7 0.65 0.7 0.83 0.75 0.75 0.7 0.65 0.2 0.65 0.2 0.65 0.2 1.73 0.7 0.75 0.83 0.7 0.7 0.65 0.83 0.75 0.7 1.73 1.73 0.83 1.73 0.83 1.73 0.83 1.73

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(kvar) (KVA) 商丘学院毕业设计

表1.5 水泥粉末调配站部分负荷计算表 需要 系数 计算负荷 设备名称 数量 容量 台数 (KW) 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 5.50 1.10 0.37 15.0 1.10 40.0 2.2 30 4.00 3.00 101 5.50 1.10 0.37 15.0 1.10 40.0 2.2 30 4.00 3.00 101 5.50 1.10 0.37 15.0 1.10 40. 2.2 30 kc 0.75 0.65 0.85 0.65 0.79 0.75 0.85 0.8 0.65 0.8 0.75 0.65 0.85 0.65 0.79 0.75 0.85 0.8 0.65 0.8 0.75 0.65 0.85 0.65 0.79 0.75 0.85 0.8 0.65 0.8 cos tan 0.77 0.84 0.8 0.84 0.84 0.77 0.84 0.82 0.82 0.8 0.77 0.84 0.8 0.84 0.84 0.77 0.84 0.82 0.82 0.8 0.77 0.84 0.8 0.84 0.84 0.77 0.84 0.82 0.82 0.8 0.83 0.65 0.7 0.65 0.65 0.83 0.65 0.7 0.7 0.75 0.83 0.65 0.7 0.65 0.65 0.83 0.65 0.7 0.7 0.75 0.83 0.65 0.7 0.65 0.65 0.83 0.65 0.7 0.7 0.75 P30 (KW) 4.12 0.71 0.31 9.75 0.86 30 1.87 24 2.6 2.4 4.12 0.71 0.31 9.75 0.86 30 1.87 24 2.6 2.4 4.12 0.71 0.31 9.75 0.86 30 1.87 24 2.6 2.4 Q30 3.42 0.46 0.22 6.3 0.56 24.9 1.21 16.8 1.82 1.8 3.42 0.46 0.22 6.33 0.56 24.9 1.21 16.8 1.82 1.8 3.42 0.46 0.22 6.338 0.56 24.9 1.21 16.8 1.82 1.8 S30 5.35 0.85 0.39 11.6 1.03 38.9 2.22 29.2 3.17 3 5.35 0.85 0.39 11.6 1.03 38.9 2.22 29.2 3.17 3 5.35 0.85 0.39 11.6 1.03 38.9 2.22 29.2 3.17 3 I30 (A) 14.0 2.23 1.03 30.4 2.71 102. 5.84 76.8 8.32 7.87 14.0 2.23 1.03 30.4 2.71 102. 5.84 76.8 8.32 7.87 14.0 2.23 1.03 30.4 2.71 102. 5.84 76.8 8.32 7.87 (kvar) (KVA) 可逆胶带输送机 定量给料机 振动电动机 链板称 清扫减速电机 胶带输送机 气箱式脉冲袋 离心式风机 励磁电动机 驱动电动机 可逆胶带输送机 定量给料机 振动电动机 链板称 清扫减速电机 胶带输送机 气箱式脉收尘器 离心式风机 励磁电动机 驱动电动机 可逆胶带输送机 定量给料机 振动电动机 链板称(石膏用) 清扫减速电机 胶带输送机 气箱式收尘器 离心式风机 励磁电动机 驱动电动机 .1KW 根据公式1.10可知，有功计算负荷：P16972根据公式1.11可知，无功计算负荷：Q11954.6kvar 根据公式1.12可知，视在计算负荷：S17240.9KVA 水泥磨变电站变压器损耗为：

PT10.01S172.4KW

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QT10.05S1362kvar Sca1PT1QT1369.1KVA

221.1.2 原料废气处理变电站负荷计算

（1）低压部分负荷 原料配料负荷：149KW 石灰石预均化库负荷：312.3KW 窑尾烧成负荷：154.85KW 原料与废气处理负荷：578.10KW （2）高压部分负荷

高压传送电机：1600KW，3.3KV 高压粉磨电机：2000KW，10KV 高压变频电机：710KW，10KV 高压高温风机：1800KW，10KV

根据公式1.10可知，有功计算负荷：P25143.4KW 根据公式1.11可知，无功计算负荷：Q21423.2kvar 根据公式1.12可知，视在计算负荷：S25336.6KVA 原料废气处理变电站损耗为：

PT20.01S253.4KW QT20.05S2266.8kvar Sca2PT2QT2272.1KVA

1.1.3 水泥烧成变电站负荷计算

水泥烧成变电站负荷为 830KW，计算如下： 根据公式1.10可知，有功计算负荷：P3664KW 根据公式1.11可知，无功计算负荷：Q3872kvar 根据公式1.12可知，视在计算负荷：S31069KVA 水泥烧成变电站负荷损耗为：

PS311KW T30.01

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QT30.05S354.8kvar Sca3PT3QT355.9KVA

1.1.4 窑头变电站

表1.6为窑头变电站中各个设备的型号以及相对应的功率、电压、生产力、速比。

表1.6 设备参数

电动机 主电动机 油压站电机 电动机 脉冲电磁阀 气缸（带电磁阀）星型卸灰阀 电动机 脉冲电磁阀 型号:YVP250M-6 型号:YRKK560-6型 型号：Y132S-4型 型号:Y200L－4型（IP44） - - 减速电机型号:Y90S-4/1.1型 型号:Y250M-4 - 电机功率：37KW 电机功率：710KW 电动机功率：5.5KW 电动机功率：30KW 电动机功率：8KW 电动机功率：8KW 电动机功率：1.1KW 电动机功率：55KW 电动机功率：10KW 电动机功率：2KW 电动机功率：1.1KW 减速电机型号TY100-31.5-2.2 电动机功率：15KW 电动机功率：15KW 功率：23.9KW 功率：9KW - 电压：380V 电压:10kV 电压：380V 电压：380V 电压：380V 电压：380V - - 电压：380V 电压：380V 电动机功率：2.2kW - 电压：380V 电压：380V 电压：380V - 22 - 气缸（带电磁阀）星型卸灰阀 减速电机型号:Y90S-4/1.1型 螺旋输送机 电动机 组合式空气压缩机 电热式胶带硫化机 电热式胶带修补器 电动机 型号:LS315x5.00m型 型号:Y160L-4 型号:STZ610138A 型号:DLQ-1800 型号:DZQ 电动机功率：7.5kW 窑头变电站是水泥厂运行至关重要的一个环节，故必须保证供电的可靠性。石灰石破碎电力室是窑头变电站里的一种供电方式。表1.7为石灰石破碎电力室电力负荷计算负荷表。

用电设备分组：高压电机02.02M1独立为一组，其他用电设备为一组。

查出各用电设备组的需要系数Kd及功率因数cos，由公式计算出各用电设备组的计算负荷。

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表1.7 石灰石破碎电力室计算负荷表 设备容量用户名称 1、电动机02.01M 2、油压站电机 3、电动机02.03M 4、脉冲电磁阀 用户名称 /KW 37 5.5 30 40 40 1.1 15 7.5 9、电热式胶带硫化机 10、电热式胶带修补器 11、脉冲电磁阀 12、气缸(带电磁阀)02.04M2 13、星形卸灰阀 14、螺旋输送机 15、电动机02.05M 16、组合式空气压缩机 386.2 47.8 9 40 40 1.1 2.2 55 15 设备容量/KW 5、气缸（带电磁阀） 6、星形卸灰阀 7、电动机02.09M 8、电动机02.10M 小计 破碎电力室低压侧负荷计算：

取 Kd=0.，9cos=0.75，tan=0.88根据上表得：

PKP0.9386.2=3KW47. 58c.1dN Qc.1Pcn.1ta

0.88347.58k30 5.87var

Sc.1P2c.1Q2c.1463KVA高压侧计算负荷为：

Pc.2347.585.26352.84KW

7 Qc.245.821.04k66. 91var Sc.2Pc.22Qc.22359.13KVA 石灰石破碎主电动机负荷计算：

P710KW ，tan1.02，cos0.7，k0.9

dN P4MPNkd=639KW Q4MP4Mtan=651.78kvar

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S4MP4M2Q4M2912.76KVA IN

S4M912.7452.7A 3UN310表1.8 负荷计算结果表

设备名称 需要系数Kd cos tan 有功负荷P(KW） 347.58 352.84 无功负荷视在功率Q（kvar） S（KVA） 305.87 66.91 463 359.13 石灰石破碎电力室 低压侧 高压侧 0.9 0.9 0.75 0.95 0.88 0.88 主电动机 全厂总负荷 低压侧 高压侧 1.02 - - 0.7 - - 1.02 - - 639 1797.25 1939.84 651.78 1554.86 1580.51 912.74 2376.49 2508.53 窑头变电站总计算负荷：

根据公式1.10可知，有功计算负荷：P43227.96KW 根据公式1.11可知，无功计算负荷：Q4921.9kvar 根据公式1.12可知，视在计算负荷：S43357.02KVA 窑头变电站负荷损耗：

PT40.01S433.6KW QT40.05S4167.6kva r Sca4PT4QT4170.9KVA

全厂总视在功率为：

S总（S1S2S3S4Sca1Sca2Sca3Sca4）KK取0.8可得：

22.2KVA S总14441

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1.2 主变压器的选择

（1）110KV变电站主变压器的选择：

如果某变电站装有两台（组）主变压器，除了需要顾及电压等级网络的支持外, 还需考虑到一旦发生事故，其中一台（组）停运时，余下的主变压器的容量必须可以支持本变电站80％的负荷。如果某变电站装有三台（组）或三台（组）以上的主变压器，一旦发生事故，其中一台（组）停运时，剩余所有的主变压器的容量必须可以支持本变电站所有负荷的正常供电。

（2）110KV变电站主变压器的配置

①若某变电站运输条件良好，在条件允许的范围内，110KV变压器适宜采用三相变压器并且应该采用有载调压的调压方式；

②若某变电站有两种电压等级，当该变压器的额定容量中有超过15％的容量为主变压器各侧绕组的容量时，应当选用三绕组变压器。该类型变压器低压侧装有无功补偿设备，故必要时可向周围地区供电；

③考虑变电站的负荷密度。对于用户变电站和终端变电站等负荷密度较小的变电站来说，应装有2～3台主变压器,并且依照该变电站实际的情况，简化层次，考虑采用双绕组变压器。对于负荷密度普通的变电站来说，也应该装有2～3台主变压器，不得多于4台。而对于一些负荷密度较大的变电站，应当依照当时供电范围内的负荷的具体情况，装设3～4台主变压器，不宜多于4台；

④此外，选择主变压器，应在考虑其用量大小，正常运行以及过负荷能力的同时，考虑其经济性。

故单台变压器的额定容量SNT与计算负荷应首先满足：

0.8SNTSC （1.14）

根据总负荷选择两台（组）主变压器，其型号为SZ11-20000/110 ，变压器规格20000KVA 110(±8)X1.25%/10.5 YN,d11。零序套管内装有互感器。 1.3 无功补偿

在110kV进线侧计算。要求本厂的功率因数值在0.9以上。本设计采用电力电容补偿，无功补偿根据要求采用高压集中补偿。

水泥厂的计算负荷有功功率：

PcaP （1.15） .9KVA1P2P3P4PT1PT2PT3PT416177水泥厂的计算负荷无功功率：

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QcaQ1Q2Q3Q4QT1QT2QT3QT4602.92kva r （1.16） 则全厂平均功率因数： 0.75，0.8

cos11Qca1Pca20.81 （1.17）

所以需要把功率因数提高到0.9补偿容量：

QBPca(tan1tan2)0.7516177.9(0.720.48)291.81kva r （1.18） 补偿后总功率因数：

cos21QcaQB1Pca20.94 （1.19）

在电子供电系统中，无功补偿装置可提高电网的功率，降低供电的损耗率，因而可大大提高供电的效率，所以正确的选择无功补偿装置至关重要，根据计算并查资料可选择BWF10.5-50-1KW装置，该装置为单相户外装置，为十二烷基苯浸泽，额定电压10.5KV，额定容量50kvar。

2 短路电流计算

2.1 计算方法

短路电流的计算通常采用近似标么值计算。可使计算简便。取Sj100MV,各级基准电压为平均额定电压。

计算基准电抗标幺值： 架空线 X1X0lSjU2av （2.1）

式中X0为每公里电抗值，。 Uav为线段所在平均电压 X00.4，Uav115KV,l10 所以 X10.03

变压器 X2Ud%Sj （2.2） 100SNT12

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式中SNT为变压器的额定容量，Ud为变压器额定电压。 Ud%10.5，SNT20MW

0.53 所以 X2基准电流： IjSj3Uj5.5KA （2.3）

2.2 各点短路电流计算

K-0∞系统SZ11-20000（3）G~（1）115kVQF线路L=10km（2）10.5kV

图2.1 k0点短路电路图

K0点总电抗X0X1X20.030.530.56

K0点的短路电流为：

I（3）Z1maxIjX05.59.8KA （2.4） 0.56 瞬时短路冲击电流的有效值为：

（3）(3)i2.55IshZ1max2.559.825.04KA （2.5）

次暂态短路冲击电流为：

I(3)sh(3)ish14.85KA （2.6） 1.686短路容量为：

(3)(3) Sk （2.7） IMV980MVA1maxZ1max100K-1∞系统G~（1）115kVQF线路L=10km（2）

图2.2 k1点短路电路图

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K1点短路电流为：) Iz(32maxSj3UjX22.77KA （2.8）

瞬时短路冲击电流有效值为：

(3)） ish2.25Iz(32max6.23KA （2.9）

次暂态短路冲击电流为：

(3)) Ish 1.52Iz(3KA （2.10）2max4.21

3 电气设备的选择与检验

3.1 电气设备选择和校验的一般原则

（1）电气设备选择的原则为：

①额定电压: UN不能低于装置地点的电网额定电压UNT，即

UNUNT （3.1） ②额定电流：IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax[2]，即 INImax （3.2）

③机械荷载:所选电器端子的允许荷载，应大于电器引线在正常运行和短路时的最大作用力[3]。

（2）电器在选定后应按最可能通过的短路电流进行动、热校验，检验的一般原则为： ①热稳定校验

当电路短路时，短路电流会通过电器以及各个电气设备发热。但必须保证每个部件的温度（或发热效应）不能超过允许温度的最大值。

2t （3.3） It2tQkI式中：Qk为短路电流产生的热效应；

It2t为电气设备允许通过的热稳定的电流和时间。 ②动稳定校验

电动力稳定是电器承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定[4]。满足动稳定的条件

为：ishimax （3.4）

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式中：ish为短路冲击电流幅值；

imax为电气设备允许通过的动稳定电流最大值。

3.2 110KV段断路器及隔离开关选择

本设计110KV段选选用户内ZF7A-126型六氟化硫全封闭组合电器(GIS)其技术参数如下：

表3.1 GIS组合电器技术参数

设备 型号 额定电压额定电流 1.5S开断流（KA）It 31.5 31.5 31.5 极限峰值电流（KA）ish 4O 40 40 （KV）UN （KA）IN 断路器 FDS快速隔离开关 DS隔离刀闸 LWG2-126 120-GRE-20C 120-GR-20C 126 126 126 1250 1250 1250 3.2.1 断路器的选择

110KV母线分段CT： I110变压器最大工作电流： ITmax105A

Umax1101.05KV115KV

) imax2.55Iz(32max7.1KA

200001.05105A

3115综上，断路器选LWG2—126型。

校验： UN126KVUmax115KV IN125A0ITmax10A5 动稳定校验： ish40KAimax7.1KA

2热稳定性校验： It2t31.521.5Iteq2.7722.5

各项满足要求。 3.2.2 隔离开关选择

参数：UN126KVUmax115KV，IN1250AITmax105A

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动稳定校验：ish40KAimax7.1KA

2热稳定性校验：It2t31.521.5Iteq2.7722.5

3.3 10KV母线断路器、隔离开关以及互感器的选择检验 3.3.1 10KV断路器的选择

10KV段选择断路器型号为ZN12-12-2000型。参数如表3.2所示。

表3.2 10KV母线断路器参数表

型号 ZN12-10 额定电压（KV） 12 额定电流（A） 断开电流额定（KA） 2000 50 极限通过电流（KA） 125 热稳定电流1s（KA） 173 10kV母线分段断路器及出线断路器： ITmax200001.051154A

310.5 Umax10KV

imax2.559.824.9KA 参数为： UN12KVUmax10.5KV IN200A0ITmax115A4 动稳定检验： ish50KAimax24.9KA

2热稳定检验： It2t17321Iteq24.922

所以，10KV各出线断路器均选用ZN12-12-2000。其参数、校验同前。10KV水泥粉磨系统主变压器进线断路器：

ITmax Umax1250A72.2A310 10.5KVimax2.559.5424KA所以，10KV各出线断路器均选用ZN63A—12/630—25。其参数、校验同前。同理水泥厂原料与废气处理变电站，矿山变电站，烧成窑头变电站，水泥粉磨系统变电站变进线断路器选均选用ZN63A—12/630—25。 3.3.2 隔离开关的选择

隔离开关选择GN19—10Q系列户内高压隔离开关。

10KV母联隔离开关及配变变压器进线隔离开关相同，选择GN19-10Q/630-20型。

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其校验方法同断路器校验。

表3.3 隔离开关技术参数

开关型号 GN19-10Q/630-20 额定电压（KA） 10 最大工作电压（KV） 115 额定电流（A） 动稳定电流（KA） 630 50 2s热稳定电流（KA） 20 3.3.3 10KV段互感器选择

10KV段进线CT，水泥磨粉变电站、窑头变电站：

ITmax125071.2A 310选择LFZB6-10，电流变比75/5,次级组合：0.5/B。 INT75AITmax72.2A 检验同110KV侧经热稳校验符合要求。

10KV出线CT，水泥磨粉变电站、窑头变电站 ： ITmax1.051250180A4

30.4选LZZBJ12—10/3000A，电流变比：3000/5，次级组合：0.2/0.5/10p15，

INT3000AITmax1804A。

所以，同上110KV侧，经热稳校验符合要求。 10KV段进线CT矿山变电站： ITmax1600A92.37A 310选择LFZB6-10X，电流变比100/5,次级组合：0.5/B， INT100AITmax92.37A。

10KV出线CT矿山变电站： ITmax1.051600A2424A

30.4选LZZBJ12—10/3000A，电流变比：3000/5，次级组合：0.2/0.5/10p15， INT3000AITmax2424A。

同上110KV侧，经热稳校验符合要求。 电压互感器选择：

JDZXF1-10，准确级：0.2/6P，最大容量：500KVA。 满足全厂设计要求。

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3.4 避雷器的选择

避雷器选择的具体技术条件简述如下： （1）额定电压：UGUNT；

（2）灭弧电压：应大于导线对地的最大电压；

（3）工频放电电压：中性点非直接接地：工频放电电压>3.5 倍最大电压[6]。 中性点直接接地：工频放电电压> 1.8 倍最大运行相电压[7]。 110KV选择FZ-110J氧化锌避雷器；10KV选择FZ-10阀式避雷器。 3.5 其他设备的选择

10KV汇流母线和电缆的选择：

选择硬铜矩形母线，如果根据长期允许电流计算，母线的最大持续工作电流为[8]：

Imax1.0520000A1154A

310.5按经济电流密度选择母线截面按Tmax=6000h/a，查书，可得经济电流密度J=0.9A/mm2。则母线经济截面为：

S= Imax/J=1154/0.9=1285 mm2 （3.5） 选(100×10)型双条铝母线。 热稳定校验： SSminItdz （3.6） Ctdz为主保护动作时间加断路器固有分闸时间，即tdz=0.1+0.065=0.165s。 其中热稳定系数C=87，满足热稳定要求的最小截面为： SminICtdz32.9mm2 （3.7）

所选母线截面S=2(100×10)=2000mm2≥Smin=32.902mm2，能满足短路热稳定要求。

4 主接线设计

变电所作为整个电力系统不可或缺的一环，其设计要求当然也是非常严格的。首先，选择变压器，不仅应先考虑其负荷的系统容量，类型以及大小，从而确定变压的等级数量，还应该考虑外界的环境干扰、扩建等因素，这也关系到最终变压器型号的确定。其次，对于主接线的设计，这点至关重要。主接线是将变电所，负荷与大系统连接起来的关键，所有如果合理的设计，不仅运行方便可靠，而且节约成本，增强其经济性。再者，对于选择

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主要电气元件的问题，除了考虑变压器、主接线的问题，变电所一般情况下还应该考虑互感器、断路器、隔离开关、避雷器等电气元器件，合理的选择这些电器元器件对于电力系统也是非常重要的。最后，各种保护，如果要使得变电所要稳定可靠安全的运行，自然各种的保护必不可少。

故综合从以下几个方面考虑：

（1）断路器检修时，是否影响连续供电； （2）线路能否满足Ⅰ,Ⅱ类负荷对供电的要求。

电气主接线的设计是发电厂、变电站整体设计的重要内容之一。 电气主接线设计的一般步骤：

（1）原始资料分析：在对原始资料分析的基础上，拟定各电压等级可以采用的多个主接线方案；

（2）选择方案：对先前拟定的多个主接线方案进行经济、技术等多方面比较，选出最优的方案[8]。供电的可靠性是拟定每一个主接线方案都应该最先满足的要求，然后比较各个方案的经济性；

（3）绘制电气主接线图：按照工程的要求，绘制工程图[9]。 主接线应满足可靠性、灵活性、经济性和发展性等四方面的要求[10]。

（1）可靠性：为了向用户供应持续、优质的电力，主接线首先必须满足这一可靠性的要求[11]。主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研工作，力求避免决策失误；

（2）灵活性：灵活的满足在运行、热备用、冷备用以及检修等各种方式下的运行要求是电气接线设计的一个着重点。当处于调度状态下，若要合理的调节负荷、电源，必须要灵活地投入或切除线路、发电机、变压器等元件。在检修时，不仅可以快速设置安全设施，而且可以方便高效停止母线、断路器以及二次设备的运行，用户的供电以及电网可以正常运行；

（3）经济性：方案的经济性主要体现在投资省、占地面积小、电能损耗小三个方面； （4）发展性：主接线可以容易的从初期接线方式过渡到最终接线。 主接线方案的拟定：

在拟定方案的时候，首先需要保证有优质的技术，可靠的供电，合理并且经济的主接线方案。其次是否具有足够的灵活性也应当考虑在内。故拟定的方案如下：

方案Ⅰ：110KV侧变电站只有一路电源进线、一台变压器时，常采用线路—变压器组主接线。其主要特点为变压器高压侧无母线，低压侧通过开关接成单母线结线，向各配出

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线供电，10KV侧采用单母接线。 如图4.1所示。

图4.1 线路—变压器组主接线图 方案I

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方案Ⅱ：110KV线路—变压器组主接线，10KV侧采用单母分段。如图4.2所示方案图为：

图4.2 线路—变压器组主接线图 方案II

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表4.1 设计电路图中所需电气设备、元件的名称以及型号 名称 110KV三项双绕组有载调压电力变压器 10KV移开式开关柜 零序套管 间隙CT 中性点隔离开关 中性点避雷器 型号 SZ11-20000/110 20000kVA 110±8x 1.25﹪/10.5KV KYN18-12 LRD-60-B 150/5 10P LZZB2-35W 150/5 10P GW13-60W/630 YH1.5W-60/144 单母线接线法是方案I以及方案II的110KV侧的主接线方式，这种接线方法既简单

又经济，对于变电站日后的扩建有很大的优势。但是对于可靠性和灵活性这两点来说又是有一定的不足。对比可看出方案Ⅰ中当10KV出线的某一回路出现故障时，整个线路的供电都可能被切断，供电的可靠性弱，对日后的扩建检修不利，故不采用。而当方案Ⅱ的10KV侧某一线路出现故障时，该方案中整个母线不会全部停电，供电可靠性强、便于操作、日后扩建检修方便，所以采用方案Ⅱ。

5 结论

本次对于某水泥厂总降压变电站设计一次系统设计而言，把我们四年来所接收到的理论知识与现实中的实际情况很好地贯穿起来，熟悉并很好地了解了正常情况下水泥厂的设计理念，培养了自己对这方面的兴趣以及热情，同时也在设计中培养了自己对问题的分析以及解决的能力，对我的专业知识来说，上升到了一个新的高度。

根据现在已有的降压变电站的接线形式作为基础参考,在此次设计中我们将理论与实际相结合，最终确定出了设计的最优方案,依照此次设计研究可看出110KV降压变电站接线形式相较于其他形式的接线形式经济性可靠性都很高，并且此接线形式是变电站通常采用的一种接线形式。

电气设备是依据所学知识理论原理，通过对短路电流的计算并且结合现在已有的电厂所运行的设备进行选择的，选择之后进行设备校验。最后再根据高电压技术等方面的理论，进行变电站防雷接地计算,这样使得选择的电气设备具有一定的科学性、适用性、可靠性。

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参考文献

[1] 孟祥忠.现代供电技术[M].北京:清华大学出版社,2006:96-125. [2] 唐治平.供电技术[M].北京:电子工业出版社,2005:84-95. [3] 孙丽华.电力工程基础[M].北京:机械工业出版社,2006:132-136.

[4] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计[M].北京:中国电力出版

社,2005:221-229.

[5] 张保会.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2005:16-22. [6] 杨奇逊.微机型继电保护基础[M].北京:中国电力出版社,2005:34-45. [7] 舒亚炜.总降压变电所设计技术总结[J].电气应用,2012,24,(03):78-98. [8] 张卫民.水泥行业的电气节能[J].水泥技术,2008,32,(01):145-156.

[9] 苏亮.贵治总降压变电站综合自动化系统方案的优选[J].有色冶金设计与研

究,2003,12,(02):118-124.

[10] 水泥厂余热发电并网接入系统的设计[J].新世纪水泥导报,2007,23,(03):57-82. [11] Oseph La Fauci.selection and trends[J].ISA Transactions,2007, 12,(04):21-28.

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致 谢

四年的大学生涯在此刻已经快要完结，而于我的人生来说应该才是刚刚起步，我深知我将会面临接下来一次又一次的挑战。四年的大学生涯在老师同学的帮助支持下，简单温馨充实而又颇有收获，在论文即将完成之际，我内心也是激动澎湃的。在完成本次毕业设计的过程中，我深深地被很多伟人的事迹，学术精神所吸引，为他们的成就而着迷，可是我最应该感谢的是我的指导老师江威风老师。我知道我不是一个很出色的学生，而您却是我现在为止认为最优秀的老师。您治学态度十分严谨，学识也是在很多人之上，见识宽广，为我的学习以及论文完成营造了一种积极向上的精神氛围。您以自己的亲自作风诠释着“授人以鱼不如授人以渔”这句话。这种精神使我改变了很多。不仅改变了我自己之前的思想观念，让我树立了正确而又深远的学术目标，尝试了不一样的思考方式。从最开始论文题目的选择到中期论文写作的一系列问题的指导,您的耐心点拨，不厌其烦的讲解，常常让我有“豁然开朗”的感觉。

论文即将完成，我有种说不出的心情，从最初的选题到现在论文的完成，中间经历了很多，多少人给了我默默的支持以及帮助，才有现在的这个结果。所以在这里，我瑾献上我最诚挚的谢意，感谢你们的帮助，没有你们，就没有现在的完美句号！

同时也感谢商丘学院为我的毕业设计提供优美而又良好的创作环境。

最后再一次感谢所有在此次毕业设计中曾经帮助过我的人，或多或少，我都会记在心里，这份情谊我一定不会忘记，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者，我向你们致敬。

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