机械工厂供电系统课程设计.doc

目录第一章 绪论31.1工厂供电的意义31.2 设计概述31.3 设计出任务及设计方案3第二章 负荷计算及功率补偿32.1 负荷计算的内容和目的32.2 负荷计算的方法32.3 无功功率补偿3第三章 变电所一次系统设计33.1 变电所的位置33.2 变压器的选择33.2.1 变压器型号的选择33.2.2 变压器台数和容量的确定33.3 全厂变电所主接线设计33.3.1 对变电所主接线的要求33.3.2 变电所主接线方案43.3.3 变电所主接线的设计43.4 变电所的布置和结构设计43.4.1 变电所结构设计43.4.2 变电所结构设计4第四章 电气设备选择44.1 短路电流计算44.2 电器设备选择4第五章 电力变压器继电保护设计45.1 电力变压器继电保护配置45.2 电力变压器继电保护原理图设计45.3 电力变压器继电保护整定计算4第六章 厂区线路设计46.1 电力线路的接线方式46.2 电力线路的结构46.3 导线和电缆的选择56.4 厂区照明设计5第七章 小结5参考文献5附录 1 设备材料表5附录2 设计图纸51 变电所高压配电系统图52变电所低压配电系统图53 变电所布置结构图54 电力变压器继电保护原理展开图55 厂区配电系统平面图5第一章 绪论1.1工厂供电的意义在学完供电技术这门课程后，对电力系统和供配电系统的概念、电能的质量指标和电力负荷等基本知识有了基本的了解，电能是一种清洁的二次能源，它不仅能传送和分配，易于转换为其他的能源，而且便于控制、管理和调制，实现自动化。所以，电能已广泛应用于国民经济、社会生产和人们的日常生活之中。根据负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等条件给出合理的设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。工厂供电设计主要包括全厂变电所设计、车间配电系统所设计（车间变电所将610kv电压降为380220kv电压，供低压设备使用）车间动力和照明设计。做好供配电工作，对于促进工业生产，降低产品成本，实现生产自动化和工业现代化及保障人民生活有着十分重要的意义，并且供配电的基本要求是：安全，可靠，优质，经济。1.2 设计概述1、工厂总平面图2、各车间用电设计资料（参见附表1）3、电源情况 电源电压等级10kv 电源线路，用一回架空非专用线向本厂供电，导线型号为lj70，线路长度为5公里； 电源变电所10kv母线短路容量最大运行方式时为300mva，最小运行方向时为200mva，单相接地电流为10a； 电源变电所10kv引出线继电保护的整定时限为1.6秒。 4、全厂功率因数要求不低于供用电规程5、计量要求高供高量6、二部电价制收费：（1）电度电价为0.058元/度（2）设备容量电价4元/kva月（或最高量电价6元/kw月）7、工厂为二班制生产，全年工作时数4500小时，最大负荷利用小时3500小时（均为统计参考值）8、厂区内低压配电线路允许电压损失3.55%9、本地气象、地壤等资料：（1）海拔高度9.2米（2）最热月平均温度28.4（3）最热月平均最高温度32.2（4）极端最高温度38.5（5）极端最低温度-15.5（6）雷暴日数35.6日/年（7）最热月地下0.8米的平均温度27.41.3 设计出任务及设计方案1、设计任务（1）设计说明书一份其内容包括以下主要部分：1）各车间与全厂的负荷计算，功率因数的补偿（放电电阻值）2）变（配）电所位置的确定，变压器数量、容量的决定3）全厂供电系统的接线方式与变电所主接线的确定4）高气压电气设备与导线电缆的选择5）短路电流的计算与电气设备的校验6）继电保护整定电流（2）设计图纸：1）变(配)电所主接线图一张(或将高、低压分开画两张)2）工厂变配电所和电力线路平面布置图一张3）继电保护原理展开图一张4）变配电所平剖面布置图一张（两张）（3）主要设备材料表一份2、设计方案我们根据工厂各车间的实际情况 利用需要系数法计算出各组设备容量、功率因数不满足供电规程，则进行无功补偿。 然后按功率距法确定负荷中心，根据变电所位置选择的原则确定了变电所的位置，如果车间的视在功率大于320kva，则需设一个车间变电所。 再确定变压器的台数和容量，并选择了变压器的型号。 根据选择的额定容量计算短路电流，在选择电气设备时，一定要遵循选择的原则。 继电保护设计时，要就实际情况选择保护。 厂区采用电缆接线方式，高压电缆进线用硬铝母线，变压器室需抬高地平，窄面推进，双列，离墙安装。设计时尽量使设计的方案简单明了，不浪费资源。第二章 负荷计算及功率补偿2.1 负荷计算的内容和目的一、负荷计算的内容负荷计算又称需要负荷或最大负荷。是供配电系统正常运行的计算，是正确选择供电系统中导线，电缆，开关电器，变压器等的基础，也是保障供配电系统安全可靠运行必不可少的环节负荷计算首先应先将各车间设备分组，求出各设备组的设计容量，然后用需要系数法逐级由下向上求出各用电设备组的计算负荷，车间计算负荷和全场计算负荷。按照要求高压侧的功率因数应该大于0.9，若不满足要求，需要对高压侧进行无功功率补偿。同时，无功功率补偿要考虑设备安装地点和控制方式，根据补偿要求选择相应的成套补偿装置。二、负荷计算的目的工厂企业电力负荷计的主要目的是：（1）全厂在工程设计的可行性研究阶段要对全厂用电量做出估算以便确定整个工程的方案；（2）在设计工厂供电系统时，为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。 2.2 负荷计算的方法工程上根据不同的计算目的，针对不同类型的用户和不同类型的负荷，负荷计算的方法有很多种，包括估算法、需要系数法、二项式法和单相负荷计算法，我们采用需要系数法。以第三车间为例：（1）电阻炉类、浴炉类，共 9台 kd1=0.7 cos1=0.98 tan1=0.2（2） 泵、轴流风机、鼓风机，共20台 kd2=0.8 cos2=0.8 tan2=0.75（3） 冷加工车间，共30台 kd3=0.16 cos3=0.5 tan3=1.73（4） 起重机，共5台 kd4=0.2 cos4 =0.5 tan4=1.732计算负荷：（1） 电阻炉类、浴炉类：pc1=kd1*pe1=0.7*（70*1+60*1+76*1+91.5*1+78*1+36*1+12*2+75*1）=335.45kwqc1=pc1*tan1=335.45*0.2 =67.18kvar（2） 泵、轴流风机、鼓风机类：pc2=kd2*pe2=0.8*（10*1+3*5+30.6*1+15*2+7.5*5+7*1+7*4+1.7*1）=127.84kwqc2=pc2*tan2=127.84*0.75 =95.88kvar（3） 冷加工车间：pc3=kd3*pe3=0.16*（0.18*10+1.5*10+0.6*10）=3.648kwqc3=pc3*tan3=3.648*1.73=6.31kvar（4） 起重机：pc4=kd4*pe4=0.2*（25*1*0.4*0.2）=5.44kwqc4=pc4*tan4=5.44*1.73=9.35var(5) 照明：kd=0.8 w=10/m2 s=0.022*0.012*20002=1056m2 pe=w*s/1000=10*1056/1000=10.56kwpc=kd*pe=0.8*10.56=6.4kw3车间计算负荷：pc=kppci=0.9*（365.75+135.84+2.688+7.445+8.448）=430.92kwqc=kqqci=0.9*（73.15+101.88+4.650+12.88）=162.6kvarsc=pc2+qc2=430.922+162.62=460.57kvaic=sc/3un=460.57/3*0.38=699.76a 2、外部照明 1、室内:（1）仓库面积设备容量（2）食堂面积设备容量（3）办公大楼面积设备容量（4）车库面积设备容量（5）收发室面积设备容量总的计算负荷：qc= petg=27.581.33=36.68 kvar2、室外： 道路总长：l= 1160 m 容量： qc= 0 kvar3、生活照明总计算负荷： 设同时系数kp=kq=0.92.3 无功功率全厂的计算负荷表格如下：序号用电设备组计算负荷kdcostanpc(kw)qc(kvar)p（kw） q(kvar)sc(kva)ic(a)第一车间分类冷加工机床0.180.51.7384.178145.627起重机0.150.51.7312.7121.99照明0.81.009.7520小计173.98274.5乘以k=0.9156.58247.05292.49444.39第二车间分类冷加工机床0.160.51.7366.016114.21压床、剪边机0.250.61.333.24.26电焊机0.350.61.3311.2915.02焊接变压器0.50.42.296.7715.50起重机0.150.51.7330.6152.96照明0.81.0013.8880小计155.00244.76乘以k=0.9139.50220.28260.74396.153第三车间分类小型电热设备0.70.980.2370.3774.07泵、风机0.750.80.75104.478.3锻工机械0.250.61.330.7951.06起重机0.20.51.739.1215.78照明0.81.008.0640小计478.8180.66乘以k=0.9430.92162.6460.57699.76第四车间分类空气锤0.250.61.3323.531.6电阻炉0.70.980.2459通风机0.80.80.7531.0423.2822.5723.02电焊机0.350.71.0222.5723.02起重机0.250.51.7387.702151.7冷加工0.160.51.731.923.32照明0.81.005.0320小计141.87111.56乘以k=0.9127.683100.4162.43246.78第五车间分类砂机0.80.80.7524.418.3鼓风机0.80.80.7546.2434.68电阻炉0.7 0.980.210.5 2.1运输机0.650.750.86.635.83起重机0.250.51.737.312.63冷加工机床0.160.51.730.40.692照明0.81.002.3040小计179.14560.9765乘以k=0.9161.23154.879170.31258.76照明分类生活0.80.61.3356.1574.68道路0.851.001.160小计31.5236.68乘以k=0.928.3733.0143.5366.14全厂计算负荷总降压变低压侧负荷1035.66848.131338.62总降压变损耗20.0880.32全厂计算负荷1055.74928.451405.91功率补偿-603补偿全厂低压侧总计1056.37补偿后变压器损耗15.8563.38补偿后全厂计算负荷1085.994、 全厂计算负荷：一、功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法1、功率因数产生的原因及对供配电系统的影响 功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标。用户中绝大多数用电设备，如感应电动机、电力变压器、电焊机及交流接触器等，它们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场，其功率因数均小于1，需要进行无功功率补偿，提高功率因数。感性用电设备都需要从供配电系统中吸收无功功率，从而降低功率因数。功率因数太低将会给供配电系统带来电能损耗增加和供电设备利用率降低等不良影响。所以要求电力用户功率因数必须达到一定值，低于某一定值就必须进行补偿。2、提高功率因数的方法（1）提高自然功率因数 合理选择电动机的规格、型号； 防止电动机长时间空载运行； 保证电动机的检修质量； 合理选择变压器的容量； 交流接触器的节电运行。 （2）人工补偿功率因数 并联电容器人工补偿；同步电动机补偿；动态无功功率补偿；调相机补偿。3、并联电容器补偿容量的确定本次设计采用固定补偿的方法。1、补偿全厂高压侧总计pc2=pc1+ p=1035.66+20.08=1055.74kwqc2=qc1+ q=848.13+80.32=928.45kvarsc2=1405.91kvacos=cos=在低压侧进行自动补偿。可设低压侧补偿后的功率因素为0.93来计算补偿容量。所需补偿容量：qc.c=pav(tan-tan)=kalpc1tan(arccos0.77)-tan(arccos0.93)=0.761035.660.433341.13kvar当装设bwf10.5-40-1型电容器，需要的数量为： 此时:qn.c=40kvarn=9实际补偿容量为：qc.c=nqn.c=940=360kvar2、补偿后的计算负荷和功率因素:低压侧视在计算负荷为:sc1=1144.93kva此时变压器的功率损耗: p=0.015sc1=0.0151144.9317.17kw q=0.06sc1=0.061144.9368.69kvar高压侧总的计算负荷为:pc2=pc1+ p=pc1+ p=1144.93+15.85=1052.83kwqc2=qc1+ q=848.13-940+63.38=494.51kvarsc2=1138.59kvacos=0.910.90因为0.910.9，所以满足要求五变电所参数1.变电所个数：2个。一个是全场变，因为第三车间所需容量超过320kva，所以需要一个单独的车间变。二、功率补偿计算第三章 变电所一次系统设计3.1 变电所的位置负荷中心的确定：建立如图所示坐标，采用负荷功率矩法计算得：3.2 变压器的选择变压器：文字符号为t，双绕组变压器是变电所中关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送、分配和使用。 变压器的分类按功能分：升压变压器和降压变压器；按相数分：单相变压器和三相变压器；按绕组导体的材质分：铜绕组和铝绕组变压器；按用途分：普通变压器和特殊变压器；按调压方式分：无载调压变压器和有载调压变压器; 型号的选择 现在工厂供电一般选择节能型变压器s9、s10系列。本课程设计我们选用s9系列的节能变压器。（1）全厂变：可选2台变压器，根据：可选s91000/10型变压器2台（2）车间变：只需一台变压器即可，根据选择s9800/10型变压器1台3.3 全厂变电所主接线设计可知采用的是单电源进线的总降压变电所主接线，且总降压变电所采用的是两台变压器，一次侧不单母线不分段，二次侧单母线不分段。所以可采用总降压变电所一次侧单母线，二次侧单母线分段主接线图。3.3.1 对变电所主接线的要求变配电所由一次回路和二次回路构成。变配电所的主接线两种表现形式：系统式主接线、配置式主接线。基本要求：安全、可靠、灵活、经济。 选择kgn型高压开关柜，电流互感器采用两相式接线，电压互感器采用v-v型和y0/y0/y0型，右侧架空线引入，左侧电缆引出。分别有进线柜、计量柜、互感器柜和2个出线柜。(变电所高压配电系统图 见附录机变电-1)低压侧选择ggd型成套开关柜，两台无功电容补偿柜。(变电所低压配电系统图 见附录机变电-2)3.4 变电所的布置和结构设计3.4.1 变电所结构设计3.4.2 变电所结构设计第四章 电气设备选择4.1 短路电流计算三相交流系统的短路种类主要有三相短路、两相短路、单相短路和两相接短路。短路发生的主要原因是电力系统中电气设备载流导体的绝缘损坏，运行人员不遵守操作规程发生的误操作以及鸟兽跨越在裸露导体上等。为了减轻短路的严重后果和防止故障扩大，需要计算出短路电流，以便正确地选择和校验各种电气设备、计算和整定保护短路的继电保护装置及选择限制短路电流的电气设备（如电抗器）等。我们所学的是利用标幺值来计算短路电流。采用标幺值计算，能够简化计算、便于比较分析。 短路电流计算:1.1.根据短路电流计算系统图画出等效电路图。如图所示1.2.取基准容量，基准电压，2个电压等级的基准电压分别为，相应的基准电流分别为，则各原件电抗标幺值为：系统s最大时， s最小时，线路1wl，因为导线型号为lj70，设几何间距为1.25m，则变压器t1和t2，因为两台变压器型号为s91000/10，所以1.3. 点三相短路时的短路电流和容量的计算（1）计算短路回路总阻抗标幺值 s最大时， s最小时，（2）计算点所在电压级的基准电流（3）计算点短路电流各量 s最大时， s最小时，3.1.4. 点三相短路时的短路电流和容量的计算（1）计算短路回路总阻抗标幺值 s最大且仅有t1工作时， s最小且t1和t2同时工作时， （2）计算点所在电压级的基准电流（3）计算点短路电流各量 s最大且仅有t1工作时， s最小且t1和t2同时工作时，4.2 电器设备选择一、 电气设备的选择是供配电系统设计的重要内容，其选择的恰当与否将影响到整个系统能否安全可靠地运行，故必须遵循一定的选择原则： 按工作要求和环境条件选择电气设备的型号 按正常工作条件选择电气设备的额定电压和额定电流 按工作电压选择电气设备的额定电压。电气设备的额定电压应不低于其所在线路的额定电压，即 按最大负荷电流选择电气设备的额定电流。电气设备的额定电流应不小于实际通过它的最大负荷电流（或计算电流），即 或 （3）按短路电流条件校验电气设备的动稳定性和热稳定性（4）开关电器断流能力校验二、高压开关电器的选择电器设备的选择3.2.1高压开关电器的选择一、 电气设备的选择是供配电系统设计的重要内容，其选择的恰当与否将影响到整个系统能否安全可靠地运行，故必须遵循一定的选择原则： 按工作要求和环境条件选择电气设备的型号 按正常工作条件选择电气设备的额定电压和额定电流 按工作电压选择电气设备的额定电压。电气设备的额定电压应不低于其所在线路的额定电压，即 按最大负荷电流选择电气设备的额定电流。电气设备的额定电流应不小于实际通过它的最大负荷电流（或计算电流），即 或 （3）按短路电流条件校验电气设备的动稳定性和热稳定性（4）开关电器断流能力校验二、高压开关电器的选择 高压开关电器主要指高压断路器、高压熔断器、高压隔离开关和高压负荷开关。高压断路器、高压隔离开关和高压负荷开关的具体选择原则如下： 根据使用环境和安装条件来选择设备的型号； 在正常条件下，选择设备的额定电压和额定电流； 短路校验： 动稳定校验 热稳定校验； 开关电器断流能力校验。进线柜，计量柜，出线柜，互感柜中的设备选择：1、高压断路器选择选择sn10-10i/630型少油断路器，其有关技术参数及装设地点的电气条件和计算结果列于表2-1中，从中可以看出断路器的参数均大于装设地点的电气条件，故所选断路器合格。表2-1 高压断路器校验表序号sn10-10i/630选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据110kv10kv合格2630a62.61a合格316ka2.72ka合格440ka 6.93ka合格5合格2、高压隔离开关选择选择型高压隔离开关。校验结果列于表2-2中表2-2 高压隔离开关校验表序号选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据110kv10kv合格2200a62.61a合格325.5ka 6.93ka合格4合格3、电压熔断器的选择：保护线路的熔断器的选择（1） 熔断器的额定电压un.fu应等于线路的额定电压un，即 un.fu=un=10kv（2）熔体额定电流in.fe不小于线路计算电流ic，即 in.feic=62.61a（3）熔断器额定电流in.fu不小于熔体的额定电流in.fe,即 in.fuin.fe所以选择如下表的型号型号额定电压kv额定电流a熔体电流a额定断流容量mva最大断开电流ka最大断开电流ka过电流karn1-1010100100200121.32.54、电流互感器的选择额定电压un=10kv，ic=50.93a，所以选择ljq-10-100/5a型电流互感器，kes=225，kt=90，t=1s，0.5级二次绕组的z2n=0.4(1) 准确度校验满足准确度要求(2) 动稳定校验 满足动稳定要求(3) 热稳定校验 满足热稳定要求所以选择ljq-10-100/5a型电流互感器满足要求5、避雷器的选择避雷器是用于保护电力系统中电气设备的绝缘免受沿线路传来的雷电过电压或有操作引起的内部过电压的损害的设备，是电力系统中重要的保护设备之一。本次课设选用fs-10.表2-5 避雷器技术数据型号额定电压（kv）灭弧电压有效值（kv）工频放电电压有效值（kv）预放电的击放电电压幅值不大于（kv）5ka冲击电流（波形10/20us）下的残压幅值不大于（kv）fs-101012.726315050 三、低压侧设备的选择以第三车间为例：1.车间分类：（1）电阻炉类、浴炉类，共9台; kd1=0.7 cos1=0.98 tan1=0.2（2） 泵、排风机、鼓风机,共21台； kd2=0.8 cos2=0.8 tan2=0.75（3） 冷加工车间，共6台； kd3=0.15 cos3=0.5 tan3=1.73（4） 起重机，共5台； kd4=0.15 cos40.5 tan4=1.73（5） 照明灯： kd6=0.8，tg6=02 线路计算负荷 （1）第一根进线：rjj-70-9井式加热电阻炉，电热硝浴炉 ，rjy-12-1电热碱浴炉*2pc1-1= kd1-1.pe1-1=0.7*（70+36+12*2）=91kwqc1-1=pe1.tg1=91*0.2=18.2kvarsc1-1=pc2+qc2=912+18.22=92.802kvaic1-1=sc/3un=92.802/3*0.38=106.35a （2）第二根进线：rjx-60-9箱式电阻炉，ryd-75-13高温电极式盐浴炉 pc1-2= kd1-2.pe1-2=0.7*（60+75）=94.5kw qc1-2=pe1.tg1=94.5*0.2=18.9kvar sc1-2=pc2+qc2=94.52+18.92=96.371kva ic1-2=sc/3un=96.371/3*0.38=91.16a（3）第三根进线：rjx-75-12箱式电阻炉，rjj-75-6井式回火电阻炉 pc1-3= kd1-3.pe1-3=0.7*（76+78）=107.8kw qc1-3=pe1.tg1=107.8*0.2=21.56kvar sc1-3=pc2+qc2=107.82+21.562=109.935kva ic1-3=sc/3un=109.935/3*0.38=115.47a (4)第四根进线：rjj-90-9tc牛式气体渗碳电阻炉 pc1-4= kd1-4.pe1-4=0.7*91.5=64.05kw qc1-4=pe1.tg1=64.05*0.2=12.81kvar sc1-4=pc2+qc2=64.052+12.812=65.318kva ic1-4=sc/3un=65.318/3*0.38=89.02a （5）第五根进线：泵类11台 pc1-5= kd1-5.pe1-5=0.8*(10*2+15*2+7.5*3+7*4)=80.4kw qc1-5=pe1.tg2=80.4*0.75=60.3kvar sc1-5=pc2+qc2=80.42+60.32=100.5kva ic1-5=sc/3un=100.5/3*0.38=118.50a （6）第六根进线：排风机、鼓风机等类10台 pc1-6= kd1-6.pe1-6=0.8*(3*3+30.6+7*3+1.7*3)=52.56kw qc1-6=pe1.tg2=52.56*0.75=39.42kvar sc1-6=pc2+qc2=52.562+39.422=65.7kva ic1-6=sc/3un=65.7/3*0.38=113.95a(7) 第七根（其他）车间，起重机等台；照明灯的电源进线冷加工车间：pc3=kd3*pe3=0.15*（0.18*4+1.5*1+0.6*1）=0.423kwqc3=pc3*tan3=0.73kvar起重机：pc4=kd4*pe4=0.15*（2*0.4*25+2.8*4）=6.423kwqc4=pc4*tan4=11.1kvar照明灯：车间面积 设备容量 qc5= 0 kvar设同时系数kp=kq=0.9pc1-7=sc1-7=pc2+qc2=12.2452+10.6472=16.224kvaric1-7=sc/3un=16.224/3*0.38=148.47a3.低压断路器选择：(以3wl为例)1、 瞬时脱扣器额定电流选择及动作电流整定（1） in.oric=148.47，故选取in.or=200a脱扣器。（2） iop(0)krel ipk=1.353148.47=601.30pk=3ic )查书本中a-9-5的整定倍数，选择4倍整定倍数的瞬时脱扣器，则动作电流整定值为 4200=8006