大型国有企业车间供配电课程设计书

大型国有企业车间供配电课程设计书 第一章 设计原始资料及任务书 该厂为大型国有企业。下属企九个车间，两个车站，各车间站用设备安装容量见表 中水压机钢车间，煤气氧气站为一级负荷，其他为二三级负荷。供电电源取自 12一 110/35电所 35线最大运行方式 ,最小运行方式短路容量分别为151503535气设备及主变压器采用户外布置， 6成套高压开关柜，户内布置，长变电所 35用内桥接线， 6用单母线分段接线，一级负荷分别从 6端目线配出两条回线路，其余为单回路供电。该地区年最高气温 38 度。 设计任务 ： 1. 全厂负荷统计，选择主变压器 2. 拟制全厂供电系统草图 3. 计算短路电流 4. 选择 35 6电线路 5. 选择电气设备 6. 3 号图纸绘制供电系统图 全厂负荷统计表 序号 负荷名称 安装容量 kW 算容量 计算电流 A 供电距离 功 功在 金工车间 1143 铸钢车间 5775 铸铁车间 482 水压机车间 1886 冷作车间 585 附件车间 164 热处理车间 476 铸件清理车间 475 机修车间 154 0 煤气站 288 1 氧气站 1083 2 总计 13 变压器损耗 14 线路损耗 15 补偿量 16 计算负荷 第二章 全厂负荷统计与主变压器的选择 负荷计算是指导体通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时其产生的最高温升相等，该等效负荷就称为计算负荷。工业企业电力负荷计算的主要目的是： 了正确选择变压器的容量，正确选择各种电气设备和配电网络，以及正确选择无功补偿设备等，需要对电力负荷进行计算。 确定负荷计算的方法有多种，包括估算法、需要系数法、二项式法和单相复合的计算，在这里我们采用需要系数法。对于单组用电设备的计算负荷公式如下： 有功功率： Q 视在功率： 22计算电流： 式中：该用电设备组的需要系数 功率因数角的正切值 该用电设备组的额定电压 电设备负荷计算 工车间负荷计算 金工车间负荷的功率因数角 金工车间负荷的有功计算负荷 需要系数 金工车间各负荷的额定有功功率 铸钢车间负荷的无功计算负荷 ： 钢车间负荷计算 铸钢车间负荷的功率因数角 2. 有功功率： 铸钢车间负荷的有功计算负荷2要系数 铸钢车间各负荷的额定有功功率 3 无功功率： 铸钢车间负荷的无功计算负荷 4. 视在功率 ： 铸钢负荷的视在计算负荷 、 铸钢车间负荷的计算电流 铁车间负荷统计 铸铁车间负荷的有功计算负荷 需要系数 铸铁车间各负荷的额定有功功率 铸铁车间负荷的无功计算负荷 铸铁负荷的视在计算负荷 铸铁车间负荷的计算电流 4 11 负荷计算与 1、 2、 3 类似，具体见附表 1 所示。 附表 1 序号 负荷名称 安装容量 算容量 计算电流 供电距 离 功 功 在 金工车间 1143 铸钢车间 5775 铸铁车间 482 水压机车间 1886 冷作车间 585 附件车间 164 热处理车间 476 铸件清理车 间 475 机修车间 154 0 煤气站 288 1 氧气站 1083 2 总计 13 变压器损耗 14 线路损耗 15 补偿量 16 计算负荷 无功补偿的计算 经计算全厂总安装容量为 据查阅相关资料，计算负荷小于 10000功负荷同期系数可去 以 例进行负荷计算。 (0 全厂负荷的有功计算负荷 有功负荷同期系数 全厂各负荷的有功计算负荷 2. 无功功率： 全厂负荷的无功计算负荷 全厂各负荷的无功计算负荷 全厂负荷的视在计算负荷 4. 则此时的功率因数为 : 全厂负荷的功率因数角 5. 取补偿后的功率因数大于 设计中用 行补偿，则补偿电容为 : )=偿电容采用的并联电容器选择 F ,定容量为 100定电容为 补偿电容个数 :n= 考虑裕量，取 30 个 ,每相装设 10 个 ,此时实际补偿电容 . 选主变压器 对于变压器的选择主要是对于其容量选择。一般情况下，变压器容量选择过大 ,就会形成 “大马拉小车 ”的现象。这不仅增加了设备投资 ,而且还会使变压器长期处于空载状态 ,使无功损失增加。如果变压器容量选择过小 ,将会使变压器长期处与过负荷状态 ,易烧毁变压器。因此 ,正确选择变压器容量是电网降损节能的重要措施之一 ,在实际应用中 ,我们可以根据以下的简便方法来选择变压器容量。 无功补偿后的全厂总视在功率 : 由于本设计接线采用内桥接线方式 ,选两台主变压器 ,并且厂中一级负荷所占比重较大，考虑本厂以后的发展状况，查手册可知，根据列油浸式变压器相关技术参数，考虑线路上的损耗，今后厂内可能有新设备的投入及备用，考虑余量，选用 5，下附该变压器的相关技术参数： 变压器数据参数表 额定容量 压压分接范围（） 低压接组标号 损耗 载电流 （） 阻抗电压（） 空载 负载 10000 35 2* 7 变压器的计算损耗如下： 则变压器高压侧的计算负荷为： 有功功率： 无功功率： 视在功率： 无功补偿后的功率因数： 主变压器选择符合要求。 第三章 全长供电系统草图 电气主接线是发电厂、变电站设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节。 电气主接线又称为电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单向接线图。主接线代表了发电厂或变电站高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电气设备的选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性关系。因此，主接线设计必须经过技术与经济的充分论证比较，综合考虑各方面的影响因素，最终得到实际工程的最佳方案。 (1) 安全：应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人和 设备的安全。 (2) 可靠：应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要 求。 (3) 灵活：应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适 应负荷的发展。 (4) 经济：在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运 行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。 变电所中电气主接线的作用如下。 (1) 电气主接线是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据， 因此电气运行人员必须熟悉变电所中电气主接线，了解电路中各种设备的用途、性能及维护检查项目和运行操作步骤等。 (2) 电气主接线表明了 变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定。是变电所电器部分投资大小的决定性因素。 (3) 由于电能生产的特点是：发电、变电、输电和用电是在同一时刻完 成的，所以主接线的好坏直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行，也直接影响到工农业生产和人民生活。所以电气主接线拟订是一个综合性问题，必须在国家有关技术经济政策的前提下，力争使其技术先进，经济合理，安全可靠。 根据设计要求， 35用全桥接线， 6用单母线分段接线 ,见图 图 采用全桥式接线的总降压变电所主接线图 采用内桥接线的特点是：线路的投切比较方便，初期投资较大。单母线分段接线的特点是：母线分段后，对于重要用户可由分别接于两段母线上的两条出线同时供电，当任一组母线故障或检修时，重要用户仍可通过正常母线段继续供电，而两段母线同时故障检修的概率很小，大大提高了对重要用户的供电可靠性。 第四章 计算短路电流 短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。对于工厂供电系统来说，常将电力系统当作无限大容量电源。常用的计算方法有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。 在本设计中取三个短路点，分别是：主变压器高压侧，变压器低压侧以及 6路末端。计算方法采用标幺制法，取 100U 电缆 ,架空线 . 最大运行方式 最大运行方式就是两台变压器同时工作，母联断开时的工作方式。其阻抗图 图 路中各主要元件的电抗标幺值如下 : 电源内阻 S: 线路 变压器 金工车间 ： 铸钢车间 ： 铸铁车间： 其余车间的算法一样 ,见表 表 车间电抗标值统计表 序号 负荷名称 供电距离 (电抗标值 1 金工车间 铸钢车间 铸铁车间 水压机车间 冷作车间 附件车间 热处理车间 铸件清理车间 机修车间 0 煤气站 1 氧气站 发生短路时的短路电流 基准电流： 总电抗： *1* 1* 1 路冲击电流值： 态短路功率： 1 发生短路时的短路电流 基准电流： 1 6 032 SI 电抗： *1*2* 2* 2 路冲击电流值： 态短路功率： 1 发生短路时的短路电流 基准电流： 1 6 033 SI 工车间： 总电抗： 1 7 *31* 31* 3 路冲击电流值： 态短路功率： 1 铁车间： 总电抗： 短路电流次暂态值： 32* 3 路冲击电流值： 态短路功率： 1 他车间的计算方法一样，见表 表 最大运行方式各车间短路电流统计表 )()3(负荷名称 1 金工车间 铸钢车间 铸铁车间 水压机车间 冷作车间 附件车间 热处理车间 铸件清理车间 机修车间 0 煤气站 1 氧气站 最小运行方式 最小运行方式就是一台变压器工作，另一台备用，母联闭合，且一负荷一路供电时的工作方式。其阻抗图如图 示： 图 路中各主要元件的电抗标幺值除电源内阻不一样外，其余的同最大运行方式时一样，这里不再计算 电源内阻 S: 6 6 01 0 0* 发生短路时的短路电流 基准电流： 031 电抗： 1* 1* 1 相短路电流： ( 发生短路时的短路电流 基准电流： 电抗： *2* 短路电流次暂态值： 2* 2 相短路电流： ( 发生短路时的短路电流 基准电流： 1 6 033 SI 工车间： 总电抗： *31* 7 5 6 31* 3 相短路电流： ( 钢车间： 总电抗： *2*32* 31* 3 相短路电流： 3 4 6 ( 他车间的计算方法一样，见表 小运行方式各车间短路电流统计表 )3()2(序号 负荷名称 1 金工车间 铸钢车间 铸铁车间 水压机车间 冷作车间 附件车间 热处理车间 铸件清理车间 机修车间 0 煤气站 1 氧气站 五章 356电线路的选择 为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，对导线和电缆截面进行选择时其选择方法如下： : 在本设计中，为了保证导线和电流选择的可靠安全和经济，我们分别对架空线按允许载流量、允许电压损失、经济电流密度、机械强度进行计算，选出截面积最大值为架空线的截面积。对电缆按允许载流量、允许电压损失、经济电流密度、热稳定性进行计算，选出截面积最大值为电缆的截面积。 从经济和技术方面考虑，由于 35压等级较高，输电距离较长，选择架空线， 6压等级低，输电距离较短，选择电缆且地中直埋。 35空线选择 1、按允许载流量选择 35空线上流过的计算电流为： A 选择 钢芯铝绞线， 25 时，其允许载流量为 220A，当环境温度为 38 时，其允许载流量 52570 38702 2 0 所以 I ，满足要求。 2、按允许电压损失选择 35空线的允许电压损失 5%，供电距离 12设 且铝线的电导率。则： 3 1 4 53510 220 % 222 0 选择 钢芯铝绞线，若架空线的几何均距为 2000其单位长度阻抗分别为： 0 实际的电压损失为： 22020 3、按经济电流密度选择 35空线上流过的计算电流为： A 我国现行的经济电流密度规定如表 5列 : 线路类型 导线材质 年最大负荷利用小时 3000h 以下 3000 5000h 5000h 以上 架空线路 铝 缆线路 铝 于为大型国有企业，其年最大负荷利用小时数在 5000 以上，且选用裸铝导线，则其经济电流密度 2/9.0 。所以 5 选择 钢芯铝绞线。 4、按机械强度选择 由于 35空线采用钢芯铝绞线，所以在满足机械强度的条件其最小截面积为： 25 所以在同时满足以上四个要求的条件下，选择 35空线的型号为： 空线的几何均距为 2000单位长度阻抗分别为： 则 35空线的线路损耗为： 23021 23021 时的功率因数： 6缆的选择 6缆的铺设方式选择地中直埋 ,于该地区年最高温度为38 ，则其地中的温度大约为 15 . 工车间的电缆选择： 1、按允许载流量选择 金工车间电缆上流过的计算电流为： 选择截面积为 3515 地中直埋时的允许载流量为： 116,满足要求。 2、按允许电压损失选择 6缆的允许电压损失为 5%，供电距离 设 且铝线的电导率。则： 220 % 222 2%10 选择截面积为 16单位长度阻抗分别为： 1 2 0 实际的电压损失为： 22020 3、按经济电流密度选择 该车间电缆上流过的计算电流为： 于为大型国有企业，其年最大负荷利用小时数在 5000 以上，且铝电缆，则其经济电流密度 2/54.1 。所以 5 选择截面积为 70 4、按热稳定性选择 聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆铝线的热稳定系数 C=100，短路电流的假想时间 路电流的稳态值 II 导线的最小允许截面： 23m i n 0787.7 i m a 选择截面积为 95 所以在同时满足以上四个要求的条件下，选择金工车间 6缆线是截面积为 95 钢车间的电缆选择 ： 按允许载流量选择 铸钢车间电缆上流过的计算电流为： 择截面积为 180 15 地中直埋时的允许载流量为： 490满足要求。 1、校验电压损失 6缆的允许电压损失为 5%，供电距离 截面积为 240单位长度阻抗分别为： 实际的电压损失为： 22020 2、校验经济电流密度 该车间电缆上流过的计算电流为 : 于为大型国有企业，其年最大负荷利用小时数在 5000 以上，且铝电缆，则其经济电流密度 0.2所以20 4 92 8 所以经济截面积和所选截面积相差不大，满足经济电流密度要求。 3、校验热稳定性 铝线的热稳定系数 C=100，短路电流的假想时间 路电流的稳态值 则导线的最小允许截面： 0 i n i m = 以满足热稳定性的要求 所以在同时满足以上四个要求的条件下，选择铸钢车间 6缆线是截面积为 240 其余车间电缆的选择同金工车间的选择一样，其余各车间的电缆选择见表 铸钢车间使用交联聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯电力电缆外，其余都使用聚氯乙烯绝缘及护套铝芯电力电缆）。 表 各车间电缆选择统计 表 序号 负荷名称 截面积（ 1 金工车间 95 2 铸钢车间 240 3 铸铁车间 95 4 水压机车间 95 5 冷作车间 95 6 附件车间 95 7 热处理车间 95 8 铸件清理车间 95 9 机修车间 95 10 煤气站 95 11 氧气站 95 95 240 由于 6路损耗的计算方法和 35计算方法一样，这里不再叙述，见表 表 各车间线路损耗统计表 序号 负荷名称 供电距离(1 金工车间 铸钢车间 铸铁车间 水压机车间 冷作车间 附件车间 热处理车间 铸件清理车间 机修车间 0 煤气站 1 氧气站 2 总计 以上可知，线路上总的损耗为： 第六章 电气设备的选择 电气设备的选择时供配电系统设计的重要内容之一。安全、经济、合理是选择电气设备的基本要求，应根据实际工程情况保证安全、可靠的前提下，选择合适的电气设备，尽量采用新技术，节约投资。 电气设备选择的一般原则为：按正常工作条件下选择额定电流、额定电压及型号，按短路情况下校验开关的开断能力、短路热稳定和动稳定。 35空线上设备 路器 的选择 由于 35的最高正常工作电流为 户外布置。选择断路器为户外高压 路器，型号是： 600主要技术数据如下： 额定工作电压 (额定工作电流 （ A） 额定开端电流 (额定动稳定电流 （ 额定热稳定电流（ 额定热稳定时间（ S） 35 1600 25 63 25 4 短路热稳定校验： 短路电流的稳定值 I 短路电流的假想时间： 2 im 2 tI t 所以 2 ，满足热稳定要求。 短路动稳定校验： 由于短路电流的冲击值 3以满足动稳定要求 . 开关设备断流能力校验：由于该处三相短路电流的最大值是： 所以满足开关设备断流能力要 。 隔离开关的选择 由于 35的最高正常工作电流为 户外布置。选择的隔离开关型号为： 主要技术数据如下： 额定工作电压 （ 额定工作电流 （ A） 极限通过电流峰值 （ 热稳定电流 （ 热稳定时间 （ S） 配用操动机构型号 35 630 42 20 4 路热稳定校验： 短路电流的稳定值 I 短路电流的假想时间： 2 im 2 ，满足热稳定要求。 短路动稳定校验： 由于短路电流的冲击值 2以满足动稳定要求 . 雷器的选择 根据电压等级和工作环境选择磁吹阀式避雷器，型号为： 主要技术数据如下： 1600420 22 tI t 额定电压 （ 灭弧电压 （ 工频放电电压 （有效值） （ 冲击放电电压峰值不大于 （ 电导电流 不小于 不大于 直流试验 (电流 （ 35 41 70 85 112 50 250 电压互感 器 的选择 由于该互感器用于运行监视，选择准确度为 1 级，根据电压等级和工作环境，选择单相双线圈油浸式户外电压互感器，型号为： 主要技术数据如下： 额定工作电压 （ V） 额定频率 （ 二次线圈的额定容量 (二次线圈极限容量 （ 线圈连接组标号 一次线圈 二次线圈 35000 100 50 250 1000 1/1 熔断器的选择 该熔断器用于保护电压互感器，由于 35，且户外布置。因此选择的高压限流熔断器的型号是：主要技术数据如下： 额定工作电压 （ 额定工作电流 （ A） 额定断流容量 （ 重量 （ 35 000 23 熔断容量校验： 由于该熔断器安装处的三相短路容量： M V AS k 1 0 0 08 5 所以满足要求。 6 2 6缆线上开关柜 线柜的选择 由于工作电压为 6进线处的计算电流为： 963 1 33 据电压等级和额定工作电流，选择进线柜的型号为： 内部接线图如图所示，主要技术数据如下： 额定电压（ 6 额定工作电流（ A） 2000A 及以下 真空断路器 流互感器 路器的主要技术数据如下 额定工作电压 (额定工作电流 （ A） 额定开端电流 (额定动稳定电流 （ 额定热稳定电流（ 额定热稳定时间（ S） 10 630 20 50 50 4 短路热稳定校验： 短 路 电 流 的 稳 定 值 I 短 路 电 流 的 假 想 时 间： 2 im 1 6 0 0420 22 tI t 所以 2 ，满足热稳定要求。 短路动稳定校验： 由于短路电流的冲击值 3以满足动稳定要求 . 开关设备断流能力校验： 由于该处三相短路电流的最大值是： k 250 2 (m a x 所以满足开关设备断流能力要求。 电压互感器柜 的选择 根据电压等级，选择的单相电压互感器柜的型号为： 5 内部连接图如图所示，主要数据如下： 额定电压（ 6 高压熔断器 压互感器 压避雷器 压熔断器的主要技术数据如下 额定工作电压 （ 额定工作电流 （ A） 额定断流容量 （ 重量 （ 10 000 18 熔断容量校验： 由于该熔断器安装处的三相短路容量： 1 0 0 08 5 M V AS k 以满足要求。 电缆出线柜 的选择 由于各车间电缆的最高工作电流为 以根据电压等级和工作电流选择电缆出线柜型号为： )/4,其内部接线图如图，所示，主要技术数据如下： 路器的主要技术数据如下： 额定工作电压 (额定工作电流 （ A） 额定开端电流 (额定动稳定电流 （ 额定热稳定电流（ 额定热稳定时间（ S） 10 630 25 63 25 4 短路热稳定校验： 各车间短路电流的最大稳定值 ，短路电流的假想时间： 2 im 1 6 0 0420 22 tI t 所以 2 ，满足热稳定要求。 短路动稳定校验： 由于各车间短路电流的最大冲击值 3所以满足动稳定要求 . 开关设备断流能力校验： 额定电压 （ 6 额定工作电流 （ A） 630 真空断路器 流互感器 地开关 于该处三相短路电流的最大值是： (m a x k 以满足开关设备断流能力要求。 母联柜 的选择 由于 6线上的最高工作电流为 以根据电压等级和工作电流选择的母联开关柜的型号为： )/37 和)/40.，其内部接线图如图所示，主要技术数据如下： 型号 )/37 )/40 额定电压（ 6 6 额定工作电流（ A） 1250 1600 真空断路器 压互感器 压熔断器的主要技术数据如 额定工作电压 （ 额定工作电流 （ A） 额定断流容量 （ 重量 （ 10 000 18 短路热稳定校验： 母线短路电流的稳定值 ，短路电流的假想时间： 2 im 2500425 22 tI t 所以 2 ，满足热稳定要求。 短路动稳定校验： 由于短路电流的冲击值 3以满足动稳定要求 . 开关设备断流能力校验： 由于该处三相短路电流的最大值是： k 250 2