工厂供电课程设计.doc

龙 岩 学 院供电设计说明书物理与机电工程学院2011年6月26日 设计说明书课程名称： 工厂供电课程设计 院 系： 物理与机电工程学院 专 业： 电气专业 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 设计成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 前 言本设计书是为了加强同学实际工程设计的训练，掌握中小型企业供配电系统的一般方法、内容和步骤，而在学习过程中安排的一次供电设计。本书共分为三章，其中包括了负荷计算和无功功率补偿、变电所位置和型式的选择、变电所主变压器类型、台数和容量的选择、变电所主结线方案的设计、短路电路的计算、变电所一次设备的选择和检验及变电所进出线的选择和检验等主要内容，详细的介绍了整个设计步骤和过程。本书从实际出发，综合考虑尽量使用新型产品，应用新技术满足了供电的可靠性、安全性、经济性及技术性的指标。在本书的编写过程中，还参考了部分参考书。王老师对本书提出了许多宝贵意见，在此表示衷心的感谢。由于编者的学识有限，编写时间也比较仓促，书中有错误，设计中有不妥之处，殷切希望老师和同学能批评指正，本人将不胜感激。 编者： 时间： 目 录前 言第一章 设计原始资料5第二章 供电设计内容8第一节 负荷计算和无功功率补偿.8第二节 变电所位置和型式的选择.9第三节 变电所主变压器和主结线方案的选择.12第四节 变电所主结线方案的设计.13第五节 短路电流的计算. 13第六节 变电所一次设备的选择和校验.16第七节 变电所进出线及与邻近单位联络线的选择.18第八节 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定.22第九节 变电所的防雷保护和接地装置的设计.24第三章 设计小结. 25设计图样.参考文献.第一章 设计原始资料一、设计题目 机械厂降压变电所的电气设计二、设计要求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，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，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电器保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。三、工厂供电设计的要求1、工厂供电设计要依据供配电系统设计规范、变电所设计规范等主要设计规范，遵守国家的有关法令、标准和规范。2、工厂供电设计在保证供电安全可靠的基础上进行技术经济比较，选取合理的设计方案，确保技术的先进性、经济的合理性、安全的适用性。3、设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。4、工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展规划，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。四、工厂供电设计的一般原则 按照国家标准gb50052-95 供配电系统设计规范、gb50053-94 10kv及以下设计规范、gb50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则： 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。 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。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。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。五、设计依据1、工厂总平面图工厂总平面图，如图1-1所示。 图1-1 工厂总平面图 2、工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4500h，日最大负荷持续时间为8h。该厂除铸造车间和电镀车间属二级负荷外，其余均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380v。电气照明及家用电器均为单相额定电压为220v。本厂的负荷统计资料入表1-1所示。3、供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kv的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线型号为lgj-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约68km。干线首端说装设的高压断路器的断流容量为300500mva，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.51.8s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近单位取得备用电源。已知与本厂高压侧电气联系的架空线路总长度为100km，电缆线路总长度为30km。4、气象资料本厂所在地区的年最高气温为40c，年平均气温为35c，年最低气温为-5c，年最热月平均气温为30c，年最热月地下0.8m处平均温度为25c。当地主导风向为西北风，年雷暴日数为20。5、地质水文资料 本厂所在地区平均海拔350m，底层以砂粘土为主，地下水位为3m。6、电费制度 本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为18元/kva，动力电费为0.80元/kw.h，照明电费为0.50元/kw.h。工厂年最大负荷的功率因数不得低于0.90.此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：610kv为800元/kva。表1-1 工厂负荷统计资料（负荷610个，负荷大小自定）工厂编号厂房名称负荷类别设备容量（kw）需要系数功率因数1铸造车间动力2200.30.7照明60.81.02锻压车间动力2700.30.65照明80.71.03电镀车间动力1700.50.8照明60.81.04装配车间动力1200.30.7照明60.81.05锅炉房动力600.70.8照明30.81.06仓 库动力120.40.8照明30.81.07 生 活 区照明2500.70.9第二章 供电设计的内容 第一节 负荷计算和无功功率补偿一、负荷计算例如：机修车间负荷计算各厂房和生活区的负荷计算如表2-1所示。编号名称类别设备容量/kw需要系数costan计算负荷/kw/kvar/kva/a1铸造车间动力22003071.026667.32照明6081004.80小计22870.867.3299.076150.52锻压车间动力270030651.178194.77照明8071005.60小计27086.694.77130.2691983电镀车间动力17005080.758563.75照明6081004.80小计17689.863.75111.05168.74装配车间动力12003071.023636.72照明6081004.80小计12640.836.7256.22385.45锅炉车间动力6007080.754231.5照明3081002.40小计6344.431.554.983.46仓库动力1204080.754.83.6照明3081002.40小计158.83.68.412.87生活区照明2500.70.90.4817584194.116294.8总计（380v侧）动力852514.6381.66照明282计入=0.8, =0.850.79411.68324.41524.14796.35附表2-1 机械厂负荷计算表二、无功功率补偿由表1-1可知，该厂380v侧最大负荷时的功率因数只有0.79。而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380v侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380v侧所需无功功率补偿容量。qc=p30(tan1-tan2)= 411.68tan(arccos0.79)- (tanarccos0.92)kvar=144kvar参照图2-1（pgj1型低压自动补偿屏），并联电容器为bw-0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）1台相组合，总共容量为：842=168 kvar。因此无功补偿后工厂380v侧和10kv侧的负荷计算如表2-2所示。图2-1 pgj1型低压无功功率的结线方案自动补偿屏项目cos计算负荷/kw/kvar/kva/a380v侧补偿前负荷0.79411.68324.41524.14796.35380v侧无功补偿容量-168380v侧补偿后负荷0.934411.68156.41440.4669主变压器功率损耗0.015=6.60.06=26.410kv侧负荷计算0.92418.28182.8145626表2-2 无功补偿后工厂的计算负荷第二节 变电所位置和型式的选择一、变配电所所址选择的一般原则选择工厂变、配电所的所址，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：1） 接近负荷中心。2） 进出线方便。3） 接近电源侧。4） 设备运输方便。5） 不应设在有剧烈振动或高温的场所。6） 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧。7） 不应设在厕所、浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。8） 不应设在有爆炸危险的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准gb50058-92爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。9） 不应设地势低洼和可能积水的场所。10）高压配电所应将两与邻近车间变电所活有大量高压用电设备的厂房合建在一起。二、利用负荷功率矩法确定负荷中心利用负荷功率矩法确定负荷中心坐标p（x，y），由x= y=把各车间的坐标代入上面两式，得到=3.3，=3.4 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在1号厂房（工具车间）的东北角。，器型式为附设式图2-2 各车间分布图根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：a)装设一台变压器型号为s9型，而容量根据式=524.14，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=630 kva，即选一台s9-630/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。b)装设两台变压器型号为s9型，即：524.14 kva=（314367）kva因此选两台s9-315/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为yyn0 。第三节 变电所主结线方案的设计 按上面考虑的两种不变压器的方案可设计下列两种主结线方案：(1) 装设一台主变压器的主结线方案 如图2-3所示（低压侧主结线从略）。(2) 装设两台主变压器的主结线方案 如图2-4所示（低压侧主结线从略）。(3) 两种主结线方案的技术经济比较 如表2-3所示。 第四节 变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，选择工厂变电所的主变压器为两台。装设两台变压器型号为s9-315型，即：524.14 kva=（314367）kva因此选两台s9-315/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为yyn0。第五节 短路电流的计算1、绘制计算电路 绘制计算电路图如图2-5所示。图2-5 短路计算电路图2、k-1点的三相多路电路和短路容量（uc1=10.5kv）确定短路计算基准值设基准容量=100mva，基准电压=1.05，为短路计算电压，即高压侧=10.5kv，低压侧=0.4kv，则 （5-1） （5-2）计算短路电路中个元件的电抗标幺值电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量=500mva，故=100mva/500mva=0.2 （5-3）架空线路查表得lgj-150的线路电抗，而线路长10km，故 （5-4）电力变压器查表得变压器的短路电压百分值=4，故=12.7 （5-5）式中，为变压器的额定容量因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。图5.2 短路计算等效电路k-1点（10.5kv侧）的相关计算总电抗标幺值=0.2+3.17=3.37 （5-6）三相短路电流周期分量有效值 （5-7）其他短路电流 （5-8） （5-9） （5-10）三相短路容量 （5-11）3、k-2点的三相多路电路和短路容量（uc2=0.4kv）总电抗标幺值/x4=0.2+3.17+6.35=9.72 （5-12）三相短路电流周期分量有效值 （5-13）其他短路电流 （5-14） （5-15） （5-16）三相短路容量 （5-17）以上短路计算结果综合图表5.1所示。表5.1短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/mvak-11.61.61.64.082.430k-214.814.814.827.316.210.3第六节 变电所一次设备的选择和校验一、10kv侧一次设备的选择校验10kv侧一次设备的选择校验如表2-4所示。表2-4 10kv侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kv18.18a()1.6ka4.08ka一次设备型号规格额定参数高压少油断路器sn10-10i/100010kv1000ka16ka40 ka高压隔离开关-10/20010kv200a-25.5 ka二次负荷0.6高压熔断器rn2-1010kv0.5a50 ka-电压互感器jdj-1010/0.1kv-电压互感器jdzj-10-电流互感器lqj-1010kv100/5a-=31.8 ka=81避雷针fs4-1010kv-户外隔离开关gw4-12/40012kv400a-25ka二、380v侧一次设备的选择校验 380v侧一次设备的选择校验如表2-5所示 。表2-5 380v侧一次设备的选择校验 选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数-数据380v总669a14.8ka27.3ka-一次设备型号规格额定参数-低压断路器dw15-1500/3d380v1500a40ka-低压断路器dw20-630380v630a（大于）30ka(一般)-低压断路器dw20-200380v200a（大于）25 ka-低压断路hd13-1500/30380v1500a-电流互感器lmzj1-0.5500v1500/5a-电流互感器lmz1-0.5500v100/5a160/5a- 第七节 变电所进出线及与邻近单位联络线的选择一、10kv高压进线的选择校验和引入电缆的选择采用lgj型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kv公用干线。a).按发热条件选择由=18.18a及室外环境温度40，查表得，初选lgj-150,其40c时的=137a,满足发热条件。b).校验机械强度查表得，最小允许截面积=25，而lgj-150满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用yjlv22-10000型交联聚乙烯绝缘的四芯(加铜芯)电缆之间埋地敷设。a)按发热条件选择由=18.18a及土壤环境25，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=90a,满足发热条件。b)校验热路稳定按式，a为母线截面积，单位为；为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为；c为材料热稳定系数；为母线通过的三相短路稳态电流，单位为a；短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=1600，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，c=77，把这些数据代入公式中得，满足发热条件。 b）校验电压损耗由图所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为30m，而查表得到120的铝芯电缆的=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又1号厂房的=70.8kw, =67.32 kvar，故线路电压损耗为u =(pr+qx)=70.8kwx(0.31x0.03)+67.32kvarx(0.07x0.03)/0.38kv=2.1vu%=2.1/380x100%=0.55%，满足发热条件。 b）校验机械强度，查表得，=2.5，因此上面所选的4的导线满足机械强度要求。c) 所选穿管线估计长50m，而查表得=0.85，=0.119，又仓库的=7.2kw, =3.6 kvar，因此i30,满足发热条件。2）效验机械强度 查表可得，最小允许截面积amin=10mm2，因此blx-1000-1150满足机械强度要求。3）校验电压损耗 查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离25m左右，而查表得其阻抗值与blx-1000-1240近似等值的lj-240的阻抗=0.23，=0.31（按线间几何均距0.8m），又生活区的=175kw，=84 kvar，因 此 =5%满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回blx-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。pen线均采用blx-1000-175橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格四、作为备用电源的高压联络线的选择校验采用yjl22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敷设。 按发热条件选择 最热月土壤平均温度为35。查表得，工厂二级负荷共265.026，i30=265kva/（1.7x10）=15.3初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其满足要求。校验电压损耗 由表工厂供电设计指导8-41可查得缆芯为25的铝（缆芯温度按80计），而二级负荷的, =(70.8+89.8+44.4)kw=205kw, =(67.32+63.75+31.5)kvar=162.57kvar，线路长度按2km计，因此u =205x(1.54x2)+162.57x(0.12x2)/10kv=67vu%=(67v/10000v)x100%=0.67%1.5 故满足要求。3）装设电流速断保护。利用gl15的速断装置。速断电流的整定：利用设指中式(6-5),其中ik.max = =14.8ka，krel=1.4,kw=1,ki=100/5=20,kt=10/0.4=25,所以速断电流为：iqb=1.41/(2025) 14800a=41a 速断电流倍数整定为：kqb=iqb/iop=41/6=7.8（2）为备用电源的高压联络线的继电保护装置1）装设反时限过电流保护。亦采用gl15感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。过电流保护动作电流的整定。利用设指中式(6-2),其中ik.max=2i30，取i30=15.3a，krel=1.3,kw=1,ki=50/5=10,因此动作电流为：iop=(1.31)/(0.810)= 5a整定为5a。过电流保护动作时间的整定。按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。过电流保护灵敏系数。因无邻近单位变电所10kv母线经联络线至本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏系数，只有从略。2）装设电流速断保护。亦利用gl15的速断装置。但因无经济邻近单位变电所和联络线至本厂变电所高低压母线的短路数据，无法整定计算和检验灵敏系数，也只有从略。（3）变电所低压侧的保护装置1）低压总开关采用dw15-1000/3型低压断路器，三相均装有过流脱扣器，既可保护低压侧的相间短路和过流负荷（利用长延时脱扣器），而且还可以保护低压侧单相接地短路。2）低压侧所有出线上都采用dz20型低压断路器控制，其瞬时脱扣器可实现对线路短路故障保第九节 变电所的防雷保护和接地装置的设计1、变电所的防雷保护（1）直击雷保护。在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两条接地线与变电所公共接地装置相连。如变电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变电所。如果变电所处在其他建筑物的直击雷防护范围以内时，则可不另设独立避雷针。按规定，独立避雷针的接地装置接地电阻re100欧（见设指表9-6）。通常采用3-6根长2.5m 直径50的钢管，在避雷针的杆塔附近作一排或多边形排列，管间距离为5m，打入地下，管顶距地面0.6m。接地管间用404的镀锌扁钢焊接相连。引下线用254的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20的镀锌圆钢，长1-1.5m。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。（2）雷电侵入波的防护1）在10kv电源进线的终端杆上装设fs4-10型阀式避雷器。引下线采用254的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端螺栓相连。2）在10kv高压配电室内装设有gg-1a(f)-54型开关柜，其中配有fs4-10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。3）在380v抵押架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。2、变电所公共接地装置的设计（1）接地电阻的要求 按设指中表9-6，此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： re4欧 ie=10(100+3530)/350=32.8a re120v/32.8a=3.7(注该计算根据公式：ie=ic=un(loh+35lcab)/350a 。该式中un为电网的额定电压（kv），loh为 un 电网中架空线总长（km） ，lcab为un电网中电缆线路总长（km）(2)接地装置的设计采用长2.5m 直径为50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置（变电所前面布置两排），管距5m，垂直打入地下，管顶距离地面0.6m。管间用