江西理工大学南昌校区工厂供电课程设计.doc

工厂供电课程设计系 部：机电工程系班 级：09机电1班姓 名：叶文忠学 号：090312156指导教师：颜争 2011年12月30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, =0.902.2.3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：=300KW =0.3 cos=0.7 经计算得 tan=1.02 = =3000.3=90KW = tan=901.02=91.8kvar照明：=5KW =0.8 cos=1.0 = =50.8=4KW = 0小计总负荷； =0.9（94+4）=84.6KW =0.95（91.8+0）=87.21kvar =121.5/kVA =184.6A 注： 其余车间计算方法同上；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3000.4071.02120122.4照明10080.90.488 3.84小计310128126.24180273.52锻压车间动力24003061.337295.76照明10070.90.487 3.36小计2507999.12126.8192.23仓库动力50040850.622012.4照明5080.90.4841.92小计552414.3227.942.44电镀车间动力290050850.6214589.9照明80.80.90.486.43.072小计298151.492.972177.72705工具车间动力2200.30651.176677.22照明100.90.90.4894.32小计2307581.54110.8168.36组装车间动力24004071.029697.92照明30080.90.482411.52小计270120109.44162.4246.87维修车间动力23002061.334661.18照明13080.90.4810.44.992小计24356.466.17286.9132.18金工车间动力330020651.176677.22照明8080.90.486.43.072小计33872.480.292108.1164.39焊接车间动力8300.30.451.98249493.02照明8.5080.90.486.83.264小计838.5258.8496.284559.7850.410锅炉房动力2000.70.80.75140105照明3080.90.482.41.152小计203142.4106.152177.6269.911热处理车间动力2600.60.71.02156159.12照明100.80.90.4883.84小计270164162.96231.2351.3总计（380V侧）动力3305.51271.41435.5照明115.5计入=0.90, =0.900.661144.31292.01725.92622.33.2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:S30= =1725.9kv.A功率因数为:cos=P30/Q30=1144.3/1725.9=0.66设计中要求COS0.9,而由上面计算可知COS=0.660.9，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高压集中补偿。可选用BWF10.5-100-1型的电容器，其额定容量为100kvar,额定电容为2.89F=(tan - tan)=1144.3 tan(arccos0.66) - tan(arccos0.92) = 805kvar 取Qc=900kvar因此，其电容器的个数为： n = / = 900/100 =9而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取9个 正好 无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：= =1209.6 KVA变压器的功率损耗为：PT = 0.01= 0.01 * 1209.6 = 12.1 Kvar QT = 0.05 = 0.05 * 1209.6 = 60.5 Kw变电所高压侧计算负荷为：= 1144.3+ 12.1 =1156.4 Kw= (1292-900 )+ 60.5 = 452.48 Kvar = = 1241.8 KV .A无功率补偿后，工厂的功率因数为：cos= / = 1156.4 / 1241.8= 0.93则工厂的功率因数为cos= /= 0.930.9 因此，符合设计的要求。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量大于1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1250kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表3所示.项目cos计算负荷/KW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.661144.31292.01725.92622.3380V侧无功补偿容量-900380V侧补偿后负荷0.931156.4452.481241.81886.8主变压器功率损耗0.01= 12.10.05= 60.510KV侧负荷计算0.931156.4452.481241.871.7表2.2无功补偿后工厂的计算负荷第四章 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()=128+151.4+142.4=421.8kWQ30()=126.24+92.974+106.152=325.364kvar S30()= =532.7kV.Aa)装设一台变压器型号为S11型，而容量根据式=1241.8，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1250KV.A，即选一台S11-M-1250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：SN.T=,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=2550，=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，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号厂房距离约为50m，而查表得到150的铝芯电缆的=0.28 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又1号厂房的=128kW, =126.24 kvar，故线路电压损耗为V，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70的导线满足机械强度要求。c) 所选穿管线估计长20m，而查表得=0.35，=0.119，又工具车间的=75kW, =81.54 kvar，因此1.89V=5%。故满足允许电压损耗的要求6.2.6组装车间馈电给6号厂房组装车间的线路 ， 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同1号厂房，从略）。6.2.7 维修车间馈电给7号厂房（维修车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同1号厂房，从略）。6.2.8 金工车间 馈电给8号厂房（金工车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同1号厂房，从略）。6.2.9焊接车间馈电给9号厂房（焊接车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同1号厂房，从略）。6.2.10 锅炉房馈电给10号厂房（锅炉房）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同1号厂房，从略）6.2.11 热处理车间馈电给10号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同1号厂房，从略）6.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL2210000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敖设，与相距约2Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。6.3.1按发热条件选择 工厂二级负荷容量共480KVA，最热月土壤平均温度为25。查表工厂供电设计指导8-43，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。6.3.2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,，线路长度按2km计，因此 由此可见满足要求电压损耗5%的要求。6.3.3短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表 7-1所示。表4-1 进出线和联络线的导线和电缆型号规格线 路 名 称导线或电缆的型号规格10KV电源进线LGJ-35铝绞线主变引入电缆YJLV2210000335交联电缆380V低压出线至1号厂房VLV2210003250+1120至2号厂房VLV2210003240+1120至3号厂房VLV2210003240+1120至4号厂房VLV2210003240+1120至5号厂房BLV100014铝芯线5根穿内径25硬塑管至6号厂房VLV2210003240+1120至7号厂房VLV2210003240+1120至8号厂房VLV2210003240+1120至9号厂房VLV2210003240+1120至10号厂房VLV2210003240+1120至11号厂房VLV2210003240+1120与临近单位10KV联络线YJLV2210000316交联电缆第七章 变电所一次设备的选择校验7.1 10kV侧一次设备的选择校验7.1.1按工作电压选则 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。7.1.2按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即 7.1.3按断流能力选择设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。7.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b)热稳定校验条件 对于上面的分析，如表6-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。表5-1 10 kV一次侧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10kV71.7A2.55kA6.5kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630kA16kA40 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JSJ-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-25kA7.2 380V侧一次设备的选择校验同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表5-2所示，所选数据均满足要求。 表5-2 380V一次侧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1886.821.6kA39.8kA-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DW15-4000380V20KA（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-7.3 高低压母线的选择查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12010）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。第八章 降压变电所防雷与接地装置的设计8.1变电所的防雷保护8.1.1 直接防雷保护 在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，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围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻（表9-6）。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，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20mm的镀锌扁刚，长11.5。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。8.1.2 雷电侵入波的防护 a)在10KV电源进线的终端杆上装设FS410型阀式避雷器。引下线采用25 mm 4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 b）在10KV高压配电室内装设有GG1A（F）54型开关柜，其中配有FS410型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。 c）在380V低压架空线出线杆上，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。8.2 变电所公共接地装置的设计8.2.1接地电阻的要求按工厂供电设计指导表9-6