某通用机器厂供配电系统电气设计--毕业论文.doc

成都理工大学工程技术学院毕业论文某通用机器厂供配电系统电气设计作者姓名：专业名称：电气工程及其自动化指导教师：某通用机器厂供配电系统电气设计摘要众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力，电能具有易于与其他形式的能源相互转化，输送分配简单经济，便于控制、调节和测量等一系列优点。电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛，因此，做好工厂供配电设计具有十分重要的意义。本文主要针对某通用机器厂供配电系统，介绍负荷的分析计算、配电方案的确定、高低压配电设备及成套设备的选择、变压器的台数、容量及变电所主接线方案的确定、电气设备校验、电气设备的布置方案、继电保护、二次回路及防雷与接地、变电所电气照明等。通过对本次设计的研究，进一步了解国家有关的方针政策、设计标准和设计规范，同时将理论与实际相结合，初步掌握一般工程设计的基本方法和步骤，进一步培养理论联系实际的能力，为将来从事工厂供配电工作奠定初步的基础。关键词：工厂供电 电力负荷 变压器 AbstractIt is well known, the electrical energy is the modern primary energy and power in modern industry production. The electrical energy transforms with other form energy, control, adjustment and survey easy. Its transportation assignment is simple and economical, and so on a series of merits. The electrical energy applies extremely widely in the modern industry production and the entire national economy life .Therefore, completes the significance for the power distribution design of the factory is very important. In the electrical power distribution system, mainly conclude analysis computation of the embody load, the determination of the power distribution plan, the choices of high pressure and low pressure equipment and the complete set of equipment, determined the number of the transformers, the capacity and the plan of transformer substation, carries on the short circuit on the verification, the consideration of the electrical equipments arrangement , also may include the relay protection, the secondary circuit and anti-radar with the earth, also may include the transformer substation electric lighting.Through the design, we can learn more about the principle of state policy, standards and specifications of design, at the same time, connect theory with practice, initially grasp the basic methods and steps of general engineering design, cultivate the ability to integrate theory with practice furthermore, lay the preliminary basis for engaging in the work of the factorys power distribution in the future.Keywords：plant power supply, electric power load , transformer 目录摘要.IAbstract.II目录.III前言.11.供配电系统设计.61.1负荷计算及无功功率补偿61.1.1金工车间负荷计算61.1.2全厂总负荷81.1.3 变压器的选择111.1.4 低压补偿柜的选择111.2 金工车间的配电系统的确定121.2.1 金工车间配电系统方案比较121.2.2 车间导线截面及配电箱的选择141.2.3 低压配电屏的选择231.2.4 高压开关柜的选择241.3 变电所主接线图252.电气设备校验.262.1短路电流的计算262.2 电气设备校验292.2.1 高压开关柜中高压电器的校验292.2.2 低压开关柜中低压电器的校验312.2.3 导线的校验323.电力系统保护设计.363.1继电保护的选择、整定及计算363.1.1 动作电流的整定363.1.2 变压器过电流保护373.1.3 速断电流的整定383.1.4 变压器的电流速断保护383.2防雷与接地394.变配电所平面布置设计.40总结.41致谢.42参考文献.43-III-前言工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。工厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对电能的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能问题。 为了使工厂供电工作能很好的为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到下列要求：1）安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。2）可靠 应满足电能用户对供电可靠性及连续供电的要求。3）优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。4）经济 应使供配电系统投资及运行费用低，尽量节约电能和减少有色金属消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。在企业工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化等工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。 可见，做好工厂供电工作对于发展工业自动化生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。具体设计要求如下：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，并适当考虑本厂的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，并绘出设计图样。关于机器厂的原始数据如下：1)通用机器厂平面图如图1所示，各车间负荷表见表1。 图1 通用机器厂厂区平面图表1 各车间负荷表车间P30/kwQ30/kw最大电机/kw冷作10011030装配809022仓库20207.5户外照明20152)金工车间设备明细表见表2,金工车间设备平面布置图见图2。表2 金工车间设备明细表序号设备名称设备容量/kW台数1-3 13-16 23-25 3632-34车床7+0.125144铣床10+2.815 21 35 摇臂钻4.5+1.7+0.6+0.12536 7 41 42 铣床7+2.848 9 铣床7+1.7210 砂轮机3.2111 12砂轮机1217 18磨床7+1.7+0.5219 磨床10+2.8+1.5120 38磨床10+2.8+0.5222 37车床10+0.125226 27 磨床14+1+0.6+0.15228 29立车55+7+1137+1.7130天车20+0.15131摇臂钻10+0.5139 40龙门刨75+4.5+1.7+1.7+1+1+0.5243 44 45铣床7+1.7346 镗床6.5+2.8147铣床7+2.8148桥式起重机（=25%）11+5+5+2.2149 50桥式起重机（=25%）16+5+5+3.52另外全厂照明密度为：12W/m2图2 金工车间设备平面布置图3)供电电源情况：在金工车间东侧1.02km处，有一座10kV配电所，先用1km的架空线路，后改为电缆线路至本厂变电所，其出口断路器的型号为SN10-10型，此断路器配备有定时限过电流保护和电路速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1s。4)气象资料。本厂所在地区的年最热月平均气温为34.6。5)地质情况。土壤电阻率100.m。1供配电系统设计根据本厂要求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要求，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所的主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置等。1.1负荷计算及无功功率补偿供电系统要能安全可靠地运行，其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。 因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。实际上，负荷也不是一层不变的，它与设备的性能、生产的组织、生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关。因此负荷计算只能力求接近实际。我国目前普遍采用的确定用电设备计算负荷的方法，有需要系数法和二项式法。需要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的基本方法，最为简便。当用电设备台数较多、容量相差不太大时，宜采用需要系数法。比较适用于确定车间和工厂的计算负荷。二项式法的应用局限性较大，但在确定设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，较之需要系数法合理，而且也较简便。1.1.1金工车间负荷计算由于该厂所涉及的车间较多，各个生产车间设备容量相差不太大，故决定采用需要系数法来进行计算。1） 金属切削机床组设备容量 =（7.12514+12.8+6.9253+9.84+8.72+3.2+12+9.22+14.3+13.22+10.1252+15.752+63+38.7+20.15+10.5+85.42+8.73+9.3+9.8） =653.525 查工厂供电附录表1中“大批量生产的金属冷加工机床电动机”项可得：需要系数=0.180.25(取0.25)，=0.5，=1.73有功计算负荷：= =(0.25653.525) =163.38 (1-1)无功计算负荷：=(163.381.73)= 282.65 (1-2)2）桥式起重机=(23.2+29.52) =82.2 (1-3)查工厂供电附录表1中，“锅炉房和机加、机修、装配等类车间的吊车”项可得：需要系数 =0.10.15（取0.15），=0.5,= 1.73。由此可得:有功计算负荷：= =0.1582.2=12.33 kW （1-4）无功计算负荷： =12.331.73=21.33 (1-5) 3）金工车间照明车间面积：（6024）=1440设备容量：=（121440）=17280=17.28查工厂供电附录表1中“生产厂房及办公室、阅览室、实验室照明”项可得:需要系数 =0.81(取1)，=0，=1.0。由此可得：有功计算负荷：= =（117.28）kW=17.28 kW (1-6)无功计算负荷： =17.280=0 (1-7)1.1.2全厂总负荷（取有功同时系数=0.95,无功同时系数=0.97）有功计算负荷：=0.95 =0.95(163.38+12.33+17.28+100+80+20+20)=392.34 (1-8)无功计算负荷：=0.97 =0.97（282.65+21.33+110+90+20+15）=522.81（1-9）视在计算负荷： =653.65 (1-10)功率因数： =392.34653.65=0.6 (1-11)变压器损耗（型）： =0.015 =(0.015653.65)=9.81 (1-12)=0.06 =(0.06653.65)=39.22 (1-13)变压器高压侧有功计算负荷： =(392.34+981)=402.15 (1-14)无功计算负荷： =(522.81+39.22) =562.03 (1-15)视在计算负荷：= = =691.09 （1-16）功率因数： =402.15691.09=0.580.9 (1-17)由于要求工厂（变电所高压侧） 的功率因数不得低于0.9，而目前只有0.58，因此需要进行无功功率的补偿。在低压母线装设电容屏，考虑到变压器的无功功率补偿损耗远大于有功功率损耗。一般 =(45) ，因此在低压补偿时，低压侧补偿后的功率略高于0.9，这里取=0.92。而补偿前低压侧的功率因数只有0.6，由此可得低压电容屏的容量： =392.34() =355.76 (1-18)取=360补偿后变电所低压侧的视在计算负荷： = =424.78 (1-19)主变压器的功率损耗： =0.015424.78=6.37 (1-20) =0.06425.2 =25.51 (1-21)变电所高压侧的计算负荷：有功计算负荷：=（392.34+6.37）=398.71无功计算负荷：=（522.81360+25.51）=188.32视在计算负荷：= =440.95 （1-22）功率因数： =398.71440.95=0.904 （1-23）这一功率因数正好满足要求。计算电流： =440.95(10)A =25.46A (1-24)1.1.3 变压器的选择根据=424.78，可选500。查工厂供电附录表并考虑到今后发展的要求：选630变压器一台。1.1.4 低压补偿柜的选择采用无功功率自动补偿屏，装在变电所低压母线集中补偿。从工厂常用电气设备手册第754页选用总电容容量为360电容屏型号：2一台 3三台型低压无功功率自动补偿屏有1、2、3、4等4种方案，其中1、2屏为主屏，3、4屏为辅屏。1、3屏各有6支路，电容器为0.4-14-3型，每屏共84,采用6步控制，每步投入14。2、4屏各有8支路。电容器亦为0.4-14-3型，每屏共112，采用8步控制，每步投入14。选择步骤：根据控制步数要求，选择1台1号或2号主屏。根据所需无功补偿容量再补充1台或数台3号或4号辅屏。全厂变电所负荷计算表见附件中的表1-1。表1-1 全厂变电所负荷计算设备名称台数金工车间 冷加工机床起重机车间照明1173654.5382.217.280.250.1510.50.511.731.730163.6312.3317.28283.0821.330小计 120193.24304.41冷作车间装配车间仓库户外照明100802020110902015小计220235变电所低压负荷取=0.95=0.97392.6523.22654.13补偿电容360补偿后低压负荷392.6163.2425.21.2 金工车间的配电系统的确定根据本厂所能取得的电源及本厂用电的实际情况，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，综合上述资料进行考虑分析。1.2.1 金工车间配电系统方案比较方案1：如图1-2所示。图1-2 方案1方案2：如图1-3所示。图13 方案2比较：1） 方案1和方案2对金工车间的供电都是可行的且都能达到目的。2）方案1中和方案2中，干线（方案1中）和方案2中的干线是同样的。对功率较大的靠近变电所的设备采用放射式供电，可靠性较高。3）方案1中的干线跨过20m把设备10、11、12连接起来。这样是不经济的。电能损耗大，金属损耗多，供电不可靠。而方案2中，设备19由一干线树干式供电，则能弥补以上的缺点，提高供电可靠性。4）方案1中的干线供电的范围中，包括功率较大的设备30和29。由于其他设备功率小，这样起动冲击电流大，供电不可靠。方案2中干线只对1321、31这小功率的设备供电，功率平衡，供电可靠性相对提高。大功率设备30、29直接采用放射式供电。5）方案1中，三台桥式起重机用同一干线采用树干式供电，若有一台起重机出故障，则三台起重机均不能使用，供电可靠性极差。而对于方案2中，用干线对起重设备49、50和48供电，若一台起重机出故障，至少还有一台起重机可工作。这样，供电可靠性就提高了。6）方案2中的干线把2227、3238及1012的设备采用树干式供电，减少电能损耗，减短导线长度。从经济上看，节省开支，且不影响供电可靠性。结论：经济上比较，方案2比方案1好，在经济上、供电要求上都较好。因此采用第二种方案对金工车间供电。1.2.2 车间导线截面及配电箱的选择1) 选择配电箱中各路的熔体额定电流。根据设备明细表中各 设备的容量，查工厂配电设计手册第462页表12表16，可得出各路的熔体额定电流。2) 根据已选出的各路熔体额定电流，并预留12路（将来增加用电设备时不用更换分电箱），从工厂常用电气设备手册中，选择出线路数和熔断器电流相适应的分电箱。3) 根据已选出的各路熔体电流及各敷设方式，环境温度等，从工厂配电设计手册中第462页表12表16选出相应的导线及电线管。4) 引入配电箱分干线截面的选择。由于每小分电箱所接的设备台数不多，所以分干线的计算电流应按二项式法计算。这样才能照顾到大容量设备对计算电流的影响。例如：1号分电箱所接设备是14设备容量：=（7.1253+12.8）=34.175查工厂供电附表1中“大批量生产的金属冷加工机床电动机项”可得：二项式系数 b=0.14,c=0.5；x=5；=0.55台最大容量电动机的设备容量 =73+10+2.8=33.8 =(0.1434.175+0.533.8)=21.68 (1-25) =21.680.380.5A=65.89A (1-26)查工厂配电设计手册第462页表12表16可得：=10电动机 冲击电流=140A 额定电流=20A尖峰电流： =65.98A+(140-20)A=185.89A (1-27)=(0.4185.89)A=75.36A根据熔体额定电流,且，即要满足75.36A。查工厂供电附录表选=80A 即RTO-100/80的熔断器。选干线截面时，应留有余量，以备负荷发展。干线导线由两部分组成：一部分是敷设在车间的明敷设部分，按明敷设选导线；另一部分是从配电箱引到干线小于2m要加保护措施，采用穿管敷设，应按穿管导线选择导线。查工厂供电附录表15得：35时每相的型导线线芯截面积为16mm2的单芯线的允许载流量=73A=65.89A。按发热条件，相线截面选为16mm2，而中性线截面按0.5，选10mm2。选 -500-（316+110）明敷设查工厂供电附录表15得：35时每相的型导线线芯截面35mm2的4根单芯线穿钢管时的允许载流量=71A=65.89A。按发热条件，相线截面为35mm2，中性线截面按0.5；选25 mm2，穿线的钢管内径查表选为40mm。选-500-（335+125）-G40，G为钢管代号。选熔断器、导线及分电箱采用表1-2可以一目了然。其他各分电箱选出结果见表1-3至表1-11表1-2 01号分电箱 型号XL-10-4/60设备编号导线截面/mm2电线管直径/mm17.1251550/402.51527.1251550/402.51537.1251550/402.515412.826100/60620分电箱到干线的导线34.17565.89RT0100/80(16) 3540注：（ ）内数字表示明敷设导线截面积；表中设备容量，计算电流，熔体额定电流，熔断器额定电流。、为熔断器的型号。表1-3 02号分电箱 型号XL-3-2设备编号导线截面/mm2电线管直径/mm56.9251560/502.31569.82060/504.02079.82060/604.02088.72060/604.02098.72060/604.020分电箱到干线的导线43.92568.08RT0100/80(16) 3540表1-4 03分电箱 型号XL-3-2设备编号导线截面/mm2电线管直径/mm137.1251560/502.515147.1251560/502.515157.1251560/502.515167.1251560/502.515179.22060/604.020189.22060/604.020分电箱到干线的导线46.973.15RT0100/80(25) 5050表1-5 04分电箱 型号XL-10-4/60设备编号导线截面/mm2电线管直径/mm1914.333100/8010252013.333100/801025216.9251550/402.5153110.526100/60620分电箱到干线的导线45.0375.8RT0100/80(25)5050表1-6 05分电箱 型号XL-3-1设备编号导线截面/mm2电线管直径/mm419.82060/604.020429.82060/604.020设备编号导线截面/mm2电线管直径/mm438.72060/604.020分电箱到干线的导线28.386.02RT0100/100(25) 5050表1-7 06分电箱 型号XL-3-1设备编号导线截面/mm2电线管直径/mm448.72060/604.020458.72060/604.020469.32060/604.020479.82060/604.020分电箱到干线的导线36.561.58RT0100/80(16) 3540表1-8 07分电箱 型号XL-10-4/60设备编号导线截面/mm2电线管直径/mm2210.12526100/60620237.1251550/402.515247.1251550/402.515257.1251550/402.515分电箱到干线的导线31.560.71RT0100/80(16) 3540表1-9 08分电箱 型号XL-3-2设备编号导线截面/mm2电线管直径/mm327.1251560/502.515337.1251560/502.515347.1251560/502.515356.9251560/502.515367.1251560/502.515分电箱到干线的导线35.4364.47RT0110/80(16) 3540表1-10 09分电箱 型号XL-10-4/60设备编号导线截面/mm2电线管直径/mm2615.7533100/8010252715.7533100/8010253710.12526100/806203813.333100/801025分电箱到干线的导线54.9100.6RT0200/120(35) 7070表1-11 10分电箱 型号XL-3-1设备编号导线截面/mm2电线管直径/mm103.28.460/302.5151111.915/62.5151211.915/62.515分电箱到干线的导线5.215.8RT0100/30(2.5) 420选择总干线时，每路干线所接设备台数不多，干线的计算电流也应按二项式法计算。1号干线所接的设备是19。=（7.1253+12.8+6.925+9.82+8.72）=78.1查工厂供电附录表1可得：b=0.14 c=0.5 =0.5 =5 =29.9 (1-28) =29.9 (0.380.5) =90.98A (1-29)查工厂配电设计手册第462项表12表16得：10电动机 =20A =140A尖峰电流： =A (1-30)=210.98A =0.4210.98A=84.39A （1-31）,且，即94.39A 90.98A查工厂供电附录表10得：=100A90.98A,选 RT0-100/100的熔断器。查工厂供电附录表15-1得：35时每相的型导线的线芯截面为25mm2的导线的允许载流量=95A=90.98A。按发热条件，相线截面选为25mm2中性线截面按0.5，选：即=0.525=12.5mm2 选16 mm2。查工厂供电附录表15-2得：35时每相的型导线线芯截面70mm2的4根单芯线穿管的允许载流量=115A=90.98A。按发热条件，相线截面为70mm2，中性线截面按0.5， 选：即=0.570=35mm2 ，选35 mm2，穿线的钢管内径查表，选70mm。因此选择结果可以表示为：-500-（325+116） 明敷设-500-（370+35）-G70 穿钢管敷设金工车间干线型号及规格见附件中的表1-12。表1-12 金工车间干线型号及规格X号干线（所接设备）RTO/A明敷设导线型号穿管敷设导线型号01(19)90.98100/100-500(325+16)-500(370+125)-G7002(1321、31)105.99200/120-500(325+125)-500(370+135)-G7003(4147)80.77100/100-500(325+116)-500(350+125)-G5004(2227 3228 1012)142.21200/150-500(350+125)-500(395+150)-G7005(28)191.49400/300-500(395+150)-500(3185+195)-G8006(39)163.85400/400-500(370+135)-500(3120+170)-G70X号干线（所接设备）RTO/A明敷设导线型号穿管敷设导线型号07(40)163.85400/400-500(370+135)-500(3120+170)-G7008(29)117.6200/200-500(335+125)-500(395+150)-G7009(30)61.25200/120-500(316+110)-500(335+125)-G4010(49.50)150200/150-500(325+125)-500(3120)-G7011(48)40100/40-500316-500(36)-G2012(冷作区间)225.87400/250-500(395+150)-500(3185)-G8013(装配车间)182.95200/200BLX-500(370+135)BLX-500(3150+195)-G7014(仓库)42.97100/60-500(310+16)-500(316+110)-G3215(户外照明)37.98100/40-500(316+110)-500(310+16)-G2516（户内照明）26.25100/40-500(316+110)-500(310+16)-G251.2.3 低压配电屏的选择根据前面所确定的车间配电系统及多路额定电流，从电气设备选择施工安装设计应用手册或定型图册上选出相适应的固定式低压配电屏2型，因为该厂为三级负荷，选用2型可以满足要求。若要更可靠，则可选用抽屉式或多米诺。1）变压器低压总开关柜可选用，它具有1000A的一路，=424.78/（0.38）V=645.4A。2）干线1、2、仓库、装配车间、户外照明的干线，因为它们的熔管电流为100、200、100、200、100A，因此可选用。它具有100A的三路，200A的两路。3）干线7、10、冷作车间的干线，因为它们的熔量电流为400、200、400A，因此可选用。它具有400A的两路，200A的两路。可以留一路200A的做备用，供以后发展，增添设备用。4）干线5、6、8、9，因为他们所用的熔管电流分别为400、400、200、200A，所用可选用。它具有400A的两路，200A的两路。5）干线3、4、11、室内照明，它们的熔管电流分别为100、200、100、200A，可以选用。它具有100A的三路，200A的两路。可留一路100A作为备用。加上4台电容补偿屏，这样低压配电室，总共有9台低压配电屏。表1-13选用低压配电屏一览表低压配电屏所接干线进线（低压）NO.1 NO.2仓库 装配车间 户外照明NO.7 NO.10 冷作车间NO.NO.NO. NO.NO. NO. NO.11 室内照明各低压配电屏主电路电器设备：1电动13: 3 3 2: 2 2 21.2.4 高压开关柜的选择本次设计，确定用630的变压器把10的高压降到动力设备所需要的电压0.4。本厂都是动力设备，无重要负荷，因此变电所采用固定式开关柜。若有重要负荷，要求可靠，则可选用手车式开关柜如：JYN、KYN。今选用GG-1A（F）-03，此柜装有GN19-10型少油断路器1个，隔离高压电流，以保证其他电气设备的安全检修，SN10-10型少油断路器1个，可以通断线路正常的负荷电流，也可以进行短路保护。GG-1A（F）-03除备有以上两种开关以外，还有LQJ-10型电流互感器2个，分别接仪表和继电器，以满足测量和保护的不同要求。一般要求在变压器的高压侧进行计费，因此可选用与GG-1A（F）型高压开关柜，配套使用的户内安装的是单电源电缆进出线的计量柜，正好满足要求。柜内装有隔离开关、高压空断器、以及提供测量信号的电流互感器、电压互感器。计量仪表安装在中间观察门内。GG-1A(F)型高压开关柜的规格及一次线路接线方案可查电气设备选择施工安装设计应