工厂供电课程设计.docx

工厂供电课程设计系 部：机电工程系班 级：12机电2班姓 名：学 号：指导教师： 2015年1月7日目录第一章 摘要3第二章 课程设计任务书42.1、设计要求42.2、设计依据4 2.3、设计任务6 2.4、提交资料6 2.5、设计时间6第三章 负荷计算和无功功率补偿73.1负荷计算73.2无功功率补偿:9第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择114.1变电所主变压器的选择114.2变电所地址的选取114.3 变电所主接线方案的选择12第五章 短路电流的计算135.1 绘制计算电路135.2 确定短路计算基准值135.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值135.4 k-1点（10.5kv侧）的相关计算145.5 k-2点（0.4kv侧）的相关计算14第六章 导线型号及截面的的选择156.1 10kv高压进线和引入电缆的选择156.2 380低压出线的选择166.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验18第七章 变电所一次设备的选择校验197.1 10kv侧一次设备的选择校验197.2 380v侧一次设备的选择校验217.3 高低压母线的选择22第八章 降压变电所防雷与接地装置的设计228.1变电所的防雷保护228.2 变电所公共接地装置的设计22总结23参考文献24第一章 摘要工厂供电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。电力，是现代工业生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。没有电力，就没有国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。故，作好工厂供配电工作，对于保证正常的工厂安全、高效的运行将有十分重要的意义。供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求：（1） 安全在电力的供应、分配及使用中，不发生人身事故和设备 事故。（2） 可靠应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。（3） 优质应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。（4） 经济应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。 另外，在工厂供配电工作中，还应合理的处理局部和全局，当前与长远的关系，即要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，能照顾大局，适应发展。我们这次的课程计的题目是：某工厂配电工程总体规划方案设计；作为工厂随着时代进步的推进和未来今年的发展，工厂的设施建设特别是电力设施将提出相当大的挑战。因此，我们做供配电设计工作，要作到未雨绸缪。为未来发展提供足够的空间：这主要表现在电力变压器及一些相当重要的配电线路上，应力求在满足现有需求的基础上从大选择，以避免一台变压器或一组变压器刚服役不到几年又因为容量问题而台而光荣下岗的情况的发生。第二章 课程设计任务书2.1、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、优质、经济的工厂供电基本要求，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，进行导线截面的选择计算，并选择继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明，绘出设计图样。2.2、设计依据2.2.1工厂总平面图2.2.2车间组成及工厂负荷情况 (1).车间组成及布置铸造车间；锻压车间；仓库；电镀车间；工具车间；组装车间；维修车间；金工车间；焊接车间；锅炉房；热处理车间；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4600h，日最大负荷持续时间为5h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均为三级负荷。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如表所示(表中设备容量是范围值，请各位同学避免取同样的容量数据)。厂房编号厂房名称负荷类型设备容量/kw需要系数功率因数1铸造车间动力2503200.40.7照明100.80.92锻压车间动力2003000.30.6照明100.70.93仓库动力30500.40.85照明50.80.94电镀车间动力2003000.50.85照明80.80.95工具车间动力2203000.30.65照明100.90.96组装车间动力2003000.40.7照明300.80.97维修车间动力2003000.20.6照明130.80.98金工车间动力3204000.20.65照明80.80.99焊接车间动力8309000.30.45照明8500.80.910锅炉房动力1002000.70.8照明30.80.911热处理车间动力2503000.60.7照明100.80.9取=0.90, =0.952.2.3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。该干线的导线牌号为lgj-150；干线首端(即电力系统的馈电变电站)距离本厂约6.0km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500mva。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1.5s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。与临近单位高压联络架空线线长度为3km。2.2.4气象资料 本厂所在地区的年最高气温为38，年平均气温为23，年最低气温为-8，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下0.8m处平均温度为25。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。2.2.5地质水文资料 本厂所在地区平均海拔500m。地层以砂粘土为主；地下水位为2m。2.2.6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0.2元kwh，照明(含家电)电费为0.5元kwh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。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。2.3、设计任务要求在规定时间内独立完成下列设计说明书 需包括：（1）工厂负荷计算及功率补偿，列出负荷计算表、表达计算成果；（2）工厂总变电所主变压器的台数及容量选择；（3）工厂总变电所主接线设计；（4）车间导线型号及截面的选择； （5）工厂电力系统短路电路的计算；（6）变电所一侧设备的选择与校验；（7）防雷保护和接地装置的设计；2.4、提交资料 （1）设计说明书 （2）工厂总配电所主接线电路图(3) 变电所平布局图(导线的走向及型号标注)2.5、设计时间 一周第三章 负荷计算和无功功率补偿3.1负荷计算3.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为kw） = ， 为系数b)无功计算负荷（单位为kvar）= tanc)视在计算负荷（单位为kva）=d)计算电流（单位为a） =, 为用电设备的额定电压（单位为kv）3.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为kw）=式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.850.95b)无功计算负荷（单位为kvar） =，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.90.97c)视在计算负荷（单位为kva） =d)计算电流（单位为a） =(1)铸造车间动力：=250kw =0.4 cos=0.7 经计算得 tan=1.02 = =2500.4=100kw = tan=1001.02=102kvar照明： =10kw =0.8 cos=0.9 经计算得 tan=0.48 = =100.8=8kw = tan=80.48=3.84kvar小计总负荷； =0.9（100+8）=97.2kw =0.95（102+3.84）=100.55kvar =139.85kva =212.48a（2）锻压车间 动力： =200kw =0.3 cos=0.6 经计算得 tan=1.33 = =2000.3=60kw = tan=601.33=79.8kvar 照明： =10kw =0.7 cos=0.9 经计算得 tan=0.48 = =100.7=7kw = tan=70.48=3.36kvar小计总负荷； =0.9（60+7）=60.3kw =0.95（79.8+3.36）=79.00kvar =99.38kva =151.00a （3） 仓库 动力： =50kw =0.4 cos=0.85 经计算得 tan=0.62 = =500.4=20kw = tan=200.62=12.4kvar 照明： =5kw =0.8 cos=0.9 经计算得 tan=0.48 = =50.8=4kw = tan=40.48=1.92kvar小计总负荷； =0.9（20+4）=21.6kw =0.95（12.4+1.92）=13.60kvar =25.52kva =38.78a（4） 电镀车间 动力： =200kw =0.5 cos=0.85 经计算得 tan=0.62 = =2000.5=100kw = tan=1000.62=62kvar 照明： =8kw =0.8 cos=0.9 经计算得 tan=0.48 = =80.8=6.4kw = tan=6.40.48=3.07kvar小计总负荷； =0.9（100+6.4）=95.76kw =0.95（62+3.07）=61.82kvar =113.98kva =173.17a（5) 工具车间 动力： =300kw =0.3 cos=0.65 经计算得 tan=1.17 = =3000.3=90kw = tan=901.17=105.3kvar 照明： =10kw =0.9 cos=0.9 经计算得 tan=0.48 = =100.9=9kw = tan=90.48=4.32kvar小计总负荷； =0.9（90+9）=89.1kw =0.95（105.3+4.32）=104.14kvar =137.05kva =208.23a （6）组装车间 动力： =200kw =0.4 cos=0.7 经计算得 tan=1.02 = =2000.4=80kw = tan=801.02=81.6kvar 照明： =30kw =0.8 cos=0.9 经计算得 tan=0.48 = =300.8=24kw = tan=240.48=11.52kvar小计总负荷； =0.9（80+24）=93.6kw =0.95（81.6+11.52）=88.46kvar =128.79kva =195.68a （7）维修车间 动力： =200kw =0.2 cos=0.6 经计算得 tan=1.33 = =2000.2=40kw = tan=401.33=53.2kvar 照明： =13kw =0.8 cos=0.9 经计算得 tan=0.48 = =130.8=10.4kw = tan=10.40.48=5.00kvar小计总负荷； =0.9（40+10.4）=45.36kw =0.95（53.2+5）=55.29kvar =71.5kva =108.66a（8）金工车间 动力： =350kw =0.2 cos=0.65 经计算得 tan=1.17 = =3500.2=70kw = tan=701017=81.9kvar 照明： =8kw =0.8 cos=0.9 经计算得 tan=0.48 = =80.8=6.4kw = tan=6.40.48=3.07kvar小计总负荷； =0.9（70+6.4）=68.76kw =0.95（81.9+3.07）=80.72kvar =106.04kva =161.1a21（9）焊接车间 动力： =830kw =0.3 cos=0.45 经计算得 tan=1.98 = =8300.3=249kw = tan=2491.98=493.021kvar 照明： =8kw =0.8 cos=0.9 经计算得 tan=0.48 = =80.8=6.4kw = tan=6.40.48=3.07kvar小计总负荷； =0.9（249+6.4）=229.86kw =0.95（493.02+3.07）=471.29kvar =524.35kva =796.67a（10）锅炉房 动力： =100kw =0.7 cos=0.8 经计算得 tan=0.75 = =1000.7=70kw = tan=700.75=52.5kvar 照明： =3kw =0.8 cos=0.9 经计算得 tan=0.48 = =30.8=2.4kw = tan=2.40.48=1.15kvar小计总负荷； =0.9（70+2.4）=65.16kw =0.95（52.5+1.15）=50.97kvar =82.73kva =156.21a（11）热处理车间 动力： =250kw =0.6 cos=0.7 经计算得 tan=1.02 = =2500.6=150kw = tan=1501.02=153kvar 照明： =10kw =0.8 cos=0.9 经计算得 tan=0.48 = =100.8=8kw = tan=80.48=3.84kvar小计总负荷； =0.9（150+8）=142.2kw =0.95（153+3.84）=149.00kvar =205.96kva =312.93a经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取380v） 表2.1各厂房和生活区的负荷计算表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2500.4071.02100102照明10080.90.488 3.84小计260 97.2100.54139.85212.482锻压车间动力20003061.336079.8照明10070.90.487 3.36小计21060.37999.38151.03仓库动力50040850.622012.4照明5080.90.4841.92小计5521.613.6 25.5238.784电镀车间动力200050850.6210062照明80.80.90.486.43.07小计20895.7661.82113.98117.175工具车间动力3000.30651.1790105.3照明100.90.90.4894.32小计31089.1104.14137.05208.236组装车间动力20004071.028081.6照明30080.90.482411.52小计23093.688.46 128.79195.687维修车间动力20002061.334053.2照明13080.90.4810.45小计21345.3655.2971.5108.668金工车间动力350020651.177081.9照明8080.90.486.43.07小计33868.7680.72106.04161.19焊接车间动力8300.30.451.98249493.02照明8080.90.486.4 3.07小计1750229.86471.29524.35796.6710锅炉房动力1000.70.80.757052.5照明3080.90.482.41.15小计10365.1650.9782.73156.2311热处理车间动力2500.60.71.02150153照明100.80.90.4883.84小计270142.2149205.96312.93总计（380v侧）动力3000照明957计入=0.9, =0.951008.91119.831507.282290.083.2无功功率补偿:无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。补偿前的变压器容量和功率因素:变压器的视在计算负荷:= =1507.28kv.a这时变压器低压侧无功率因数为:csc2=p30/=1008.9 /1507.28=0.67因此需要进行无功补偿。按规定，变压器高压侧的cos0.9,考虑到变压器本身的无功功率损耗远大于其有功功率损耗pt,一般=(45)pt,因此在变压器低压侧进行无功功率补偿时，低压侧补偿后的功率因素应略高于0.9，這里取cos=0.92.要使低压侧功率因素由0.67提高到0.92，低压侧需装并联电容器进行高压集中补偿。 并联电容器器容量为 =(tan - tan) =1008.9tan(arccos0.67) - tan(arccos0.92) = 766.76 kvar 取 qc=750kvar 由工程电气设备手册表61-1可选用并联电容bwf10.5-40-1型的电容器，其额定容量为40kvar,额定电容为1.15f 因此，其电容器的个数为： n = / = 750/50 =15而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取27个 正好 无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：=1261.49 kva变压器的功率损耗为：pt = 0.01= 0.01 1261.49= 13 kvar qt = 0.05 = 0.05 1261.49= 65 kw= 1008.9+ 13 =1021.9 kw= (1507.28-750 )+ 65 = 822.28 kvar = = 1085.63 kva.无功率补偿后，工厂的功率因数为：cos= / = 1008.9/ 1095.63= 0.92则工厂的功率因数为cos= /= 0.920.9 因此，符合设计的要求。第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择4.1变电所主变压器的选择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：二级负荷计算：p30()=0.9（108+106.4+72.4）=258.44kwq30()=0.95（105.84+92.72+53.65）=192.10kvar s30()= =322.02 kva ()=280.47/（0.38）=489.5 aa)装设一台变压器型号为s11型，而容量根据式 =1507.28 kv.a为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1600kv.a，即选一台s11-m-_r1600卷铁心全密封铜线配电变压器。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s11型，即： 1507.28kv.a=（904.371005.100） kva sn.t s30（）=322.02 kva因此选两台s11-m-1000卷铁心全密封铜线配电变压器。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dyn11 。4.2变电所地址的选取变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。工厂的负荷中心假设在p(,),、分别代表厂房1、2、3.11号的功率，设定（9，24）、（9，16）、（9，8）、（30，34）、（30，24）、（30，16）、（30，8）、（58，31）、（56，23）、（54，16）、（52，9），其中p=+=。因此仿照力学中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标： （1） （2）图4.1负荷中心坐标 把各车间的坐标代入（1）、（2），得到=38.6，=20.5 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在5号厂房（工具车间）的东北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在5号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。(见图1)4.3 变电所主接线方案的选择 对工厂变电所主接线图有下列要求：（1） 安全可靠 应符合有关国家标准和技术规范的要求能充分保证人生和设备的安全。（2） 可靠 能满足电力负荷特别是一、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，切实应符合的发展。（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。按上面考虑的主变压器方案.从上表可以看出，装两台主变压器的主接线方案优于装一台主变压器的接线方案，因此选用两台主变压器接线方案。第五章 短路电流的计算5.1 绘制计算电路 图5.1 短路计算电路5.2 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 5.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值5.3.1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 5.3.2架空线路查表得lgj-150的线路电抗，而线路长6km，故 5.3.3电力变压器查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故=4.5 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5.4 k-1点（10kv侧）的相关计算5.4.1总电抗标幺值=0.2+1.96=2.165.4.2 三相短路电流周期分量有效值 5.4.3 其他短路电流 5.4.4 三相短路容量 5.5 k-2点（0.38kv侧）的相关计算5.5.1总电抗标幺值/=0.2+1.9+2.25=4.35 5.5.2三相短路电流周期分量有效值 5.5.3 其他短路电流 5.5.4三相短路容量 （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/ka三相短路容量/mvak-12.622.622.626.683.9647.6k-233.133.133.160.936.1 23.0第六章 导线型号及截面的的选择6.1.1 10kv高压进线的选择校验采用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 线路中的计算负荷为 kv.a 故 =87.02 a由=87.02 a及室外环境温度33，查表得，初选lgj-35,其35c时的=149a,满足发热条件。b).校验机械强度查表得，最小允许截面积=16=,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=2620，=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=84，把这些数据代入公式中得262027，满足发热条件。 b）校验电压损耗 由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂