供配电工程课程设计方案

1 供配电工程课程设计方案 灯具公司供配电意义和要求 供配电设计应根据上级批文的内容，依据建设单位的具体设计要求和工艺设计所提出的具体条件进行，并遵循以下原则： （ 1）遵守规程、执行政策。 必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。如国家标准 供配电系统设计规范、 10以下设计规范、 低压配电设计规范等的规定。 （ 2）安全可靠、先进合理。 应做到保障人身和设备的安 全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。 （ 3）近期为主、考虑发展。 应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。 （ 4）全局出发、统筹兼顾。 按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。供配电设计是整个用户设计中的重要组成部分。用户供电设计的质量直接影响到用户的生产及发展。作为从事供配电工作的人员，有必要了解和掌握供配电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。 选题的 背景和意义 供配电设计的内容一般包括变配电所、供配电线路、防雷与接地、电气二次回路及自动控制等项目。 变配电所的设计内容包括：变配电所的负荷计算及无功功率的补偿计算；变配电所所址的选择；变压器台数和容量、型式的确定；变配电所主接线方案的选择；短路计算和开关设备的选择；二次回路方案的确定及继电保护的整定计算；防雷保护与接地装置设计以及变配电所的电气照明设计等。 供配电线路设计包括供电电源线路设计和室内外高低压配电线路设计。具体设计内容为线路路径及线路结构形式的确定，导线截面选择，架空线路杆位确定 2 及电杆与绝缘子 、金具的选择等。 防雷与接地设计是依据当地的雷电日数等基础资料，确定防雷等级和采取的防雷措施，确定允许接地电阻值和接地装置的形式等。 电气二次回路及自动控制设计是根据工艺设计提出的要求，确定电气设备的控制、保护、测量、信号和自动装置的形式，以及各二次设备的选择校验等。 3 功补偿计算、变压器选择及初步方案确定 用电设备组计算负荷的确定 目前，对工矿企业的电力负荷计算主要采用三种方法：单位容量法、需要系数法、用系数法。在本设计中采用的 是需要系法来进行负荷计算。 （一）一组用电设备的计算负荷 主要计算公式有： 有功计算负荷： m(2无功计算负荷： (2视在计算负荷： S (2计算电流： (2式中 用电设备组的需要系数值； 为用电设备组的平均功率因数； 为功率因数 的正切值； （二）多组用电设备的计算负荷 在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数 K。 c , Q cS c , I cP c 1 , Q c 2 , Q c i , Q c 组用电设备的计算负荷 对于干线，可取 K P= Q=用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取 K P=K Q =干线负荷直接相加来计算时，可取 K P=K Q = 主要计算公式有： 总的有功计算负荷：(2总的无功计算负荷：(2 4 总的视在计算负荷： 22c (2总的计算电流按式（ 2算。 由于各组设备的 一定相同，因此总的视在计算负荷或计算电流不能用各组的视在计算负荷或计算电流直接相加来计算。 由此确定灯具公司供配电系统各车间变电所总的电力负荷。 车间和 计算负荷确定 该灯具公司供配电系统各车间变电所电力负荷计算表，分别如下表 表 2间负荷情况 编号 厂房名称 设备容量 /要系数 功率因数 备注 1 压铸车间 845 2 成品装配车间 650 3 模具车间 380 4 冲压车间 590 5 机械加工车间 480 6 静电喷漆车间 330 7 喷粉 车间 240 综合楼 275 表 2车间变电所负荷计算情况 某灯具公司 编号 厂房名称 Pe(Kd c(Qc(Sc() 1 压铸车间 845 P=K Q= 5 某灯具公司 编号 厂房名称 Pe(Kd c(Qc(Sc() 2 成品装配 车间 650 P=K Q= 灯具公司 编号 厂房名称 Pe(Kd c(Qc(Sc() 3 模具车间 380 K P=K Q= 灯具公司 编号 厂房名称 Pe(Kd c(Qc(Sc() 4 冲压车间 590 P=K Q= 灯具公司 编号 厂房名称 Pe(Kd c(Qc(Sc() 5 机械加工 车间 480 K P=K Q= 灯具公司 编号 厂房名称 Pe(Kd c(Qc(Sc() 6 静电喷漆 车间 330 7 喷粉车间 240 总计 / / / / / K P=K Q= 灯具公司 编号 厂房名称 Pe(Kd c(Qc(Sc() 1 综合楼 275 K P=K Q= 6 无功功率补偿计算 我国供电营业 规则规定，除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列要求： 100千伏安及以上高压供电的用户功率因数为 上。其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为 业用电，功率因数为 用户普遍采用并联电容器作为无功补偿装置。 并联电容器无功补偿方式有三种： （ 1）高压集中补偿。并联电容器装设在变配电所的高压电容器室内，与高压母线相联。 （ 2）低压集中补偿。并联电容器装设在变配电所的低压配电室或低压电容器室内。 （ 3）低压分散补偿 。并联电容器装设在低压配电箱旁或与用电设备并联。 根据电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿，低压成组补偿和低压补偿三种方式。 由于本设计中要求该灯具公司供配电最大负荷时的功率因数不得低于 由上面计算可知低压侧的功率因素 ，因此需要进行无功补偿。 综合考虑在这里采用并联电容器进行低压集中补偿。 以 间变电所为例 ,计算它的功率补偿 k v a 0v a r c c o st a r c c o st a 1. kQ （ 根据补偿柜的规格要求 ,初选 组容量 需要安装的电容组数为 v a 0. kQ 取 n=7 无功补偿后，变电所低压侧的视在计算负荷为： 22c c= o s c 又考虑到变压器的功率损耗为： 202 202)1 0 0%(1 0 0%( (3简化公式有： 7 Q T (3即： c ）（ .c = Vk 补偿后的功率因数为： P= 个车间的补偿结果如下表 2 2率补偿结果计算（低压侧） 车间变电所代号 无功功率补偿前 电容个数组 无功功率补偿后 功率因素 变压器容量 补偿容量 (功率因素 计算电流 (A) 00 250 7 30 200 6 00 90 3 00 180 6 00 130 5 60,51 00 90 2 15 15 1 计算 ,可以算出在变压器的高压侧无功补偿后的结果 ,见下表 2 2率补偿后结果（高压侧） 车间变电所 代号 A) 8 虑到低压母线的同时系数： 由式（ 2(2及表 3 总的有功计算负荷： . 总的无功计算负荷： 总的视在计算负荷： 22 计算电流： 3 率因数： c 1co s 表和计算可得各变电所折算到高压侧的功率因数均大于 某灯具公司供配电的功率因数为 功率补偿的电容选择合理 , 符合本设计的要求。 按两部电价制交纳电费 ,基本电价 20元 /千伏安 /月，电度电价 /度 ,该某灯具公司供配电采取补偿可节约能量为 800(630(4002+(500取无功补偿后该工厂每月可节约 20 755=15100元 我国供电营业规则规定：容量在 100以上高压供电用户 ,最大负荷使得功率因数不得低于 果达不到要求，则必须进行无功补偿。因此，在设计时，可用此功率因数来确定需要采用无功补偿得最大容量。由两部电费制度可知采用无功补偿为灯具公司供配电节约了资金。 变压器选择 （ 1）变电所主变压器台数的选择 选择主变压器台数时应考虑下列原则： 9 一般情况下应首先考虑选择一台变压器。 下列情况可考虑选择两台 或两台以上变压器 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所。除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。确定变电所主变压器台数时，应当考虑负荷的发展，留有一定的余量。 （ 2）变电所主变压器容量的选择 1）只装一台主变压器的变电所 主变压器的容量 应满足全部用电设备总计算负荷 2）装有两台主变压器的变电所 每台变压器的容量 应同时满足以下两个条件： 任一台单独运行时， （ 任一台单独运行时， +） （ 3） 变压器型号选择 选用新型电力变压器，如 如新型的 主要特点是其铁心是由晶态取向优质冷轧硅钢片卷制经退火而成，减少了传统铁心的接缝气隙，噪音明显下降，其空载损耗比 0%。 表 2间变电所变压器的台数、容量和型号 编号 厂房名称 Sc/A 变压器台数及容量 变压器型号 车间变电所代号 1 压铸车间 *630 0 成品装配车间 *400 0 模具车间 1*315 0 冲压车间 *400 0 机械加工车间 1*315 0 静电喷漆车间 1*315 0 喷粉车间 8 综合楼 *315 0 10 配电所高压侧主接线图 (10本设计采用 型固定式交流金属封闭开关设备，设备尺寸 11001200 2650左侧电缆架空线引入，右架空线引出。 柜列编号 名 进线 柜 计量 柜 互感器 柜 出线 柜 联络 联络 出线柜 互感器 柜 计量 柜 出进线 柜 开关柜型号 Z）箱型固定式交流金属封闭开关设备（ 10 方案编号 38 44 65 03 46 39 03 65 44 38 主接线方案 一次主要设备元件 真空断路器A 1 1 1 1 1 1 1 电流互感器 2 3 2 2 电压互感 器2 3 3 2 电压互感器2 2 高压熔断器3 3 3 3 隔离开关 1 1 1 1 1 1 1 隔离开关 1 1 1 1 1 11 地开关 1 1 避雷器 3 3 3 带电显示 装置 1 1 配电所低压侧主接线图 本设计采用 列低压抽出式成套开关设备 ,左侧架空线引入、右侧架空线引出 . 柜列编号 途 进线 联络 出线 无功补偿 联络 开关柜型号 方案编号 01 02 08 18 05 主接线方案 12 对一般供配电系统来说，由于其容量远比电力系统总容量小，而阻抗又较电力系统大得多，因此供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压几乎维持不变，即可将电力系统视为无限大容量的电源（如果电力系统的电源总阻抗不超过短路回路总阻抗的 5%10%，或电力系统容量超过用户供电系统容量 50倍时，可将电力系统视为无限大系统）。 路计算的简化说明 通常采用两个假设： （ 1）近似地取线路首端和末端电压的平均值作为短路计算电压，用 示，即 U 按上式和我国电压标准，短路计算电压 1057 （ 2）在计算高压电网短路电流时，一般只计及电力系统（电源）、变压器和线路等几个主要元件的阻抗，而且这些元件的电抗值通常远大于电阻值，当 时，可略去电阻。 因此，对高压电网可简化为 I 22)3( 标么值法计算短路电流 本设计采用标幺制法进行短路计算 最大运行方式下 以 k 3003m （ 1）确定基准值取 00 1 2 11/ 3 1 0 0 / ( 3 * 1 0 . 5 ) 5 . 5d d U M V A k V k A 13 22/ 3 1 0 0 / ( 3 * 0 . 4 ) 1 4 4 . 3 4d d U M V A k V k A （ 2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 电力系统： *1 / S =100 /300 =电缆线路： *2x = 2/ nd 电力变压器（由附录表 %4） *3 % / 1 0 0k d N S S =4 100 1000 /100 400 =10 绘制等效电路如图 6上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。 图 4效电路 （ 3）求 总电抗标幺值 * * *12( 1 )X k x x =三相短路电流周期分量有效值 3*11/ ( 1 ) x k =其他三相短路电流 (3)1= (3)1 = (3)1=3)3)三相短路容量 (3)1= * ( 1) =100 / （ 4）求 总电抗标幺值 * ( 2) =*1x +*2x +*3x =0=三相短路电流周期分量有效值 (3)2= *2 ( 2)/d =其他三相短路电流 14 (3) (3)22 = (3)2=3)3)三相短路容量 (3)2= * ( 2)/d =100/ 短路计算结果表见表 6只需计算 变压器低压侧短路时的短路电流和短路容量 ;根据相同的方法可计算其它车间 表 4大运行方式下短路计算 短路计算点 总电抗标幺值 三相 短路电流 /相短路容量 x* (3)(3)(3)I (3)(3)短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3)短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3)短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x* (3)(3)(3)I (3)(3) 15 短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3) 短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3) 短路计算点 总电抗标 幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3) 最小方式运行情况下 : 以 k 2003 (1)确定基准值 取 00 1 211/ 3 1 0 0 / ( 3 * 1 0 . 5 ) 5 . 5d d U M V A k V k A 22/ 3 1 0 0 / ( 3 * 0 . 4 ) 1 4 4 . 3 4d d U M V A k V k A （ 2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 电力系统： *1 / S=100 /300 =架空线路： *2x= 2/nd 电力变压器（由附录表 %） 16 *3 % / 1 0 0k d N S S =4 100 1000 /100 400 =10 绘制等效电路如图 6上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。 图 6效电路 (3)求 1）总电 抗标幺值 * * *12( 1 )X k x x =）三相短路电流周期分量有效值 3*11/ ( 1 ) x k =)其他三相短路电流 (3)1= (3)1 = (3)1=3)3)三相短路容量 (3)1= *( 1)=100 / （ 4）求 1）总电抗标幺值 * ( 2)= *1x+ *2x+*3x=0=）三相短路电流周期分量有效值 (3)2= *2 ( 2)/d =)其他三相短路电流 (3) (3)22 = (3)2=3)3)17 4)三相短路容量 (3)2= *( 2)/d =100/ 短路计算结果 表见表 6只需计算 变压器低压侧短路时的短路电流和短路容量 ;根据相同的方法可计算其它车间 表 4大运行方式下短路计算 短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x* (3)(3)(3)I (3)(3)短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)KI/3)3)I /3)(3)短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3)短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x* (3)(3)(3)I (3)(3)短路计算点 总 电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 18 x * (3)(3)(3)I (3)(3) 短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3) 短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3) 最小方式运行情况下 : 以 003(1)确定基准值 取00 1211/3d d U=100 /（ 3 *=2/3d d U=100 /( 3 *2)计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1）电力系统 *1x= 00 /200 = ）架空线路 *2x= 0xL 2 / 1 100 / 2()电力变压器 *3x=kU%00 100 310 /100 400 =10 (3)求 路容量 1）总电抗标幺值 *( 1)= *1x+ *2x=19 2）三相短路电流周期分量有效值 (3)11/* ( 1)=)其他三相短路电流 ( 3 ) ( 3 ) ( 3 )( 1 ) 1 1k k I =3)3)三相短路容量 ( 3 ) *1 ( 1 )/kd x =100 / (4)求 1）总电抗标幺值 *( 2)= * * *1 2 3x x x=）三相短路电流周期分量有效值 (3)2= 2 *( 2)=)其他三相短路电流 (3)( 2) (3) (3)22 =3) 3)三相短路容量 (3)2= *( 2)/d =100 / 其短路计算表如下 表 4小运行方式下短路计算 短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x* (3)(3)(3)I (3)(3)短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3) 20 短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3)短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x* (3)(3)(3)I (3)(3)短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3) 短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3) 短路计算点 总电抗标幺值 三相短路电流 /相短路容量 x * (3)(3)(3)I (3)(3) 21 短路校验 (1)短路动稳定度的校验条件 对于一般电气设备，因为其中载流部分的结构尺寸为定值，所以短路电流通过时产生的电动力只与短路电流的大小有关。而电气设备在出厂前，通过试验已得出其动稳定电流，因此一般电气设备的动稳定度校验条件为 )3( 或 )3(式中， 电气设备的动稳定电流（极限通过电流）峰值； 电气设备的动稳定电流（极限通过电流）峰值有效值。 由有关手册或产品样本查得符合要求。 (2)短路热稳定度的校验条件 对于一般电气设备，因其载流导体材料、长度及截面都已确定，所以短路电流通过时产生的热 量 与短路电流和短路电流通过的时间有关。同样，电气设备在出厂前，通过试验已得出其热稳定电流和热稳定时间，因此一般电气设备的热稳定度校验条件为 )3(2 式中， 电器的热稳定电流； t 为电器的热稳定时间。 t 可由有关手册或产品样本查得符合要求。 对母线及绝缘导线和电缆等导体的热稳定度校验条件 为导体在短路时的最高允许温度。 要确定 k 比较麻烦，因此也可根据短路热稳定度的要求来确定其最小允许截面。即导体满足热稳定的等效条件为 im a)3(m 式中， A 为导体截面积（ 导体满足热稳定的最小允许截面积（ ) 3 ( I 为三相短路稳态电流（ A）； 221 / ）。 22 压一次设备选择 一次设备选择与校验列表 表 510源进线侧一次设备选择与校验 选择校验项目 电压 /流 /A 断流能力 /路电流校验 /论 所在回路 编号 安装地点的电气条件 参数 C ) 动稳定度 热稳定度 数据 10 / 设备型号规格 参数 N ，200A 2000格 38、 65、 03、46、 39、 电流互感器 000A 2000格 38、 03、 39 电压互感器 2 / / / 合格 44、 65 隔离开关230A / 500格 38、 44、 65、03、 46、 39 23 表 5压一次设备选择校验 低压侧进线柜主要是 500/3 断路器 流互感器其校验与变压器高压侧一致其校验结果如下表：（以 例） 表 5源出线侧一次设备选择与校验 序 号 安装地点的电气条件 压熔断器 项目 数 据 项目 数 据 结论 1 10U 12格 2 格 3 (3)K 格 选择校验项目 电压 电流 断流能 力 短路电流校验 结论 安装地点的电气条件 参数 C ) 动稳定 热稳定 数据 设备型号规格 参数 N IK 合格 000A - 500格 断路器 2500/3 000A 25 / 合格 24 配电所进出线的选择 配电所进出线的选择范围 1高压进线 如为从地区变电站到用户的专用线路，应选专用线路的全长；如从公共干线引至变配电所，仅选从公共干线到变配电所的一段引入线；对于靠墙安装的高压开关柜，柜下进线时一 般需经电缆引入，因此架空进线至变配电所高压侧，需选一段引入电缆。 2高压出线 对于全线一致的出线，应选线路全长；如经一段电缆从高压开关柜引出再架空配电的线路，则变配电所高压出线的选择只选一段引出电缆，而架空配电线路在厂区配电线路的设计中考虑。 3低压出线 如采用电缆配电，选线路全长；如经一段穿管绝缘导线引出，再架空配电的线路，则变配电所低压出线的选择只选这一段引出的穿管绝缘导线，而架空配电线路则在厂区配电线路或车间配电线路的设计中考虑。 配电所进出线方式的选择 在供电可靠性要求不很高或投资 较少的中小型用户供电设计中优先选用架空线；在供电可靠性要求较高或投资产高的各类用户供电设计中优先选用电缆。 电线路的接线方式选择 高低压配电线路的接线基本方式有放射式、树干式和环形三种。 25 压配电线路接线方式选择 高压配电网的设计，应根据供电可靠性的要求、车间变电所配电变压器的容量及分布、地理环境等具体情况研究分析比较后，相应选择某种接线形式或几种接线形式的组合。 （ 1）一般来讲，用户高压配电网宜采用放射式。因为放射式接线可靠性较高，保护配合简单、便于运行管理； （ 2）对于重要负荷，可采 用双回路放射式，或采用工作电源接线为放射式、备用电源接线为树干