盐都区某工厂供配电系统的工厂供电电气设计.doc

目 录设计任务及要求3前言6一 负荷计算和无功功率计算及补偿8二 工厂总降压变电所电气主结线设计12三 变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择13四 短路电流的计算14五 变电所一次设备的选择与校验16六 继电保护的选择和整定18七 防雷和接地装置的确定19八 设计总结（或心得和体会）20九 参考文献21 十 附录22(一) 变电所主接线电气原理图 22(二) 变电所主要电气设备明细表 22工厂供电课程设计任务书(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，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)设计依据盐都区机械厂总平面图图1 机械厂总平面图1工厂总平面图 如图1所示。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6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。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l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。该电源干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端(即电力系统的馈电变电站)距离本厂约8km。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1.7s。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。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，联络线电缆线路总长度为25km。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。5地质水文资料 本厂所在地区平均海拔50m，地层以砂粘土为主；地下水位为2m 。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。表1 嘉庆机械厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量kW需要系数功率因数cos1铸造车间动力3000.30.70照明60.81.02锻压车间动力3500.30.65照明80.81.03金工车间动力4000.20.65照明100.81.04工具车间动力3600.30.60照明70.91.05电镀车间动力2500.50.80照明50.81.06热处理车间动力1500.60.80照明50.81.07装配车间动力1800.30.70照明60.81.08机修车间动力1600.20.65照明40.81.09锅炉房动力500.70.80照明10.81.010仓库动力200.40.80照明10.81.011生活区照明3500.70.9 (四)设计任务要求在规定时间内完成下列工作量； 1设计说明书 需包括以下主要内容： 1）负荷计算和无功功率补偿。2)变电所位置的选择。3)变电所主变压器台数和容量、类型的选择。4)变电所主结线方案的设计（要求从两个以上较为合理的方案中优选）。5)短路电流的计算(参见图2)。6)变电所一次设备的选择与校验。7)变电所进出线的选择。8)变电所继电保护的设计及整定。9)防雷保护概述和接地装置的设计。10)参考文献。(详见“目录”参考格式)图2 短路电流的计算电路500MVALGJ-150，8km2设计图样 变电所主结线图(CAD) 1张。（注：动力负荷可分为47组，照明负荷可分为24组）3明细表 主要设备、器件明细表1张，需注明主要设备、器件的代号、名称、型号（规格）、数量等。(详见“明细表”参考格式) 2012年 11 月 22 日前言众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。 在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用机械厂降压变电所的电气设计摘要：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，确定变电所主变压器的台数和容量类型选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按照要求写出设计说明书，绘出设计图样。一、 设计要求1、 供用电协议本厂与电业部门所签定的供用点协议主要内容如下：（1）从电业部门某10千伏变电所用10千伏架空线路向本厂供电，该所在距本厂8KM处。（2）电业部门变电做配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为17秒。（3）在总配变电所10千伏侧计量。（4）要求本厂的功率因数值在0.9以上。（5）供电系统技术数据：电业部门变电所10千伏母线，为无限大电源系统，其短路容量为500兆伏安。2、 本厂的负荷性质大多数车间为两班制，全年最大负荷利用时数为4600小时，日最大负荷持续时间为6小时该厂除铸造车间，电镀车间，和锅炉房为二级负荷外，其余均为三级负荷低压动力设备均为三相，额定电压为380伏电气照明及家用电器均为单相额定电压为220伏，本厂负荷统计资料如表所示3、 本厂自然条件（1）气象条件1）年最高温度为38度，年平均气温23度，年最低气温零下8度，年最热月平均最高气温33度，年最热月平均气温26度2）土壤中0.8米深处一年中最热月平均温度为25度。3）年雷暴日为20天；4）主导风向东北风。（2）地质及水文条件根据勘测部门对本厂工程地质提出的资料，本厂地质构造为：1) 本厂所在地区平均海拔50米，土壤主要成分为砂质粘土。2) 地下水位一般为2米。4、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，按两部电费制度交纳电费：每月基本电费按主变压器容量计为18元/kwa，动力电费为0.2元/kw.h照明（含家电）电费为0.5元kw.h工厂最大负荷时的功率因数不低于0.9。二、实际情况介绍（一）、 负荷计算的内容和目的1） 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。2） 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。3） 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。二、负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有： 有功功率： 无功功率: 视在功率： 计算电流: 22第 22 页 共 22 页表1 各车间和车间变电所380V负荷表厂房编号厂房名称负荷类别设备容量kW需要系数功率因数cos功率因数角的正切有功P无功Q视在S1铸造车间动力3000.30.71.02 90.00 91.82 128.57 照明60.810.00 4.80 0.00 4.80 2锻压车间动力3500.30.651.17 105.00 122.76 161.54 照明80.810.00 6.40 0.00 6.40 3金工车间动力4000.20.651.17 80.00 93.53 123.08 照明100.810.00 8.00 0.00 8.00 4工具车间动力3600.30.61.33 108.00 144.00 180.00 照明70.910.00 6.30 0.00 6.30 5电镀车间动力2500.50.80.75 125.00 93.75 156.25 照明50.810.00 4.00 0.00 4.00 6热处理车间动力1500.60.80.75 90.00 67.50 112.50 照明50.810.00 4.00 0.00 4.00 7装配车间动力1800.30.71.02 54.00 55.09 77.14 照明60.810.00 4.80 0.00 4.80 8机修车间动力1600.20.651.17 32.00 37.41 49.23 照明40.810.00 3.20 0.00 3.20 9锅炉房动力500.70.80.75 35.00 26.25 43.75 照明10.810.00 0.80 0.00 0.80 10仓库动力200.40.80.75 8.00 6.00 10.00 照明10.810.00 0.80 0.00 0.80 11生活区照明3500.70.90.48 245.00 118.66 272.22 合计1015.10 856.77 1328.34 表2 总降压变电所负荷表车间变电所负荷之和总电压变电所负荷之和有功功率P无功功率Q容量S有功功率无功功率容量1015.10 856.77 1328.24 同期系数K=0.9913.59 771.09 1195.42 937.50 890.63 1293.11 功率因数0.72 1 全厂负荷计算1、 各车间低压和高压设备负荷计算： 车间内：有功功率： 无功功率： 视在功率： 2、总电压变电所负荷之和考虑到变压器存在功率损失，因此设计时，作以下处理首先要乘以此时 （1）、（2）、（3）、所以要进行功率补偿二） 无功功率补偿： 由于本设计中=0.720.9经检验:=0.930.9，所以补偿的无功功率满足要求。三、 方案的选择变电所位置和型号的选择1 、车间变电所位置的选择应按照以下原则： 设备运输方便，分散设置并尽量靠近负荷中心，进出线方便，接近电源侧，便于低压网络的备用和联络等方面，由于系统有三个二级负荷,故变电所应该靠近三个负荷,应该在厂区的左上角附近.2主变压器台数的选择 由于该厂的负荷有多个二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。3变电所主变压器容量的选择装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件，当一台变压器停止工作时，其余变压器应能保证全部一级负荷及大部分二级负荷的用电，因此。ST（0.6-0.7）1293=（775905）KVA,因此选1000 KVA的变压器二台。其型号应该为SJL11000/104.变电所高、低压导线的选择为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面时必须满足下列条件:1发热条件导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。2电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。3.经济电流密度35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。4.机械强度导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。根据设计经验，一般10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。电源进线电压为10KV的公用电网,然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。降压变电所主结线图由各种电力设备如变压器、避雷器、断路器等设备及其连接线组成，用单线表示。本次设计的电机修造厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较短,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。采用一、二侧单母线分段的总降压变电所主结线。四、 短路电流计算短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。 由于采用10KV电压供电，故线路电流 =按发热条件选择导线LGJ-150=445A74.65A,满足要求，并查表得=0.34, =0.21（1）确定基准值 取 =100MVASd =500MVA,=10KV 而 = =5.77 kA（2） 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1）电力系统（SOC = 500MVA） X1*= =100/500=0.2 2）架空线路（ = 0.34/km） X2* = =2.72在点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)电源至短路点的总电抗标幺值 =2.92 2)三相短路电流周期分量有效值=5.77/2.92=1.97 kA3)其他三相短路电流 冲击电流 =2.55=2.55*1.97=5.02 kA 短路冲击电流 =1.971.51=2.98 kA 4)三相短路容量 = = 100/2.92= 34.25MVA各系数如下表：1.97KA1.97 kA5.02 kA34.25MVA在点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量因为选择的是变压器SJL11000/10；通过查表可知： 所以：1)电源至短路点的总电抗标幺值=7.42 2)三相短路电流周期分量有效值=144.34/7.42=19.45kA3)其他三相短路电流 冲击电流 =2.55=2.55*19.45=49.59 kA 短路冲击电流 =19.451.51=29.36kA 4)三相短路容量 = = 100/7.42= 13.47MVA各系数如下表：19.45KA19.45kA49.59 kA13.47MVA五、变电所一次设备的选择与校验根据上述短路电流计算结果按正常工作条件选择和按短路情况校验确定的总降压变电所高压电气设备如下：高压断路器CN2-10/600隔离开关GW4-10/200电压互感器JDJJ10电流互感器LJM-10避雷器FZ10U=10KV10KV10KV10KV10KVI=74.65A600A200A800/5Id=1.97kASd=34.25MVA200MVAich=5.02kA4KA（1）10KV母线选择架空线按经济电流密度选择：工作电流=母线计算截面(因为导线型号是LGJ150为铝材料导线且年最大负荷利用小时是4600小时,故选择面积系数为1.15)选用3*25的铝母线允许电流90A大于工作电流64.91A，满足要求。热稳定校验 （因为铝矩形母线截面在1000平方毫米以下时为1）按短路情况校验电器的稳定性1. 短路热稳定校验 当1秒时，由题意可知，=1.7s=（注;TJ为短路电流假象时间等于主保护动作时间(1.7秒)，C为热稳定系数,与导线材料和环境的温度有关.）（2）、支路短路计算所设计的变电所选用的变压器容量为1000KMVA,选择型号SJL1-1000/10,查表（见工厂供电设计与实验，表2-2）得该型号变压器的技术参数为=2.0KW为空载损耗, =13.7KW为短路损耗. =1000KVA为额定容量, =1.7为空载电流, =4.5阻抗电压.=n+=14.28KW=n+=109KW则本变电所的计算负荷与变压器损耗之和为=909.279+14.28=923.66KW=829.825+109=938.325KW=1316.7KW =76.02A按发热条件选择导线LGJ-150=445A 76.02A.并查表得=0.34, =0.21至该变电所的负荷计算 （1）确定基准值 取 =100MVA 而 = =5.77 kA（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1）电力系统（SOC = 500MVA） X1*= =100/500=0.2 2）架空线路（ = 0.85/km） X2* = =2.72地区变电所变压器绕组间的电抗=4.5（3）求点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)电源至短路点的总电抗标幺值 +=7.42 2)三相短路电流周期分量有效值=144.34/7.42=19.45kA3)其他三相短路电流 冲击电流 =2.55=2.55*19.45=49.59 kA 短路冲击电流 =19.451.51=29.36kA 4)三相短路容量 = = 100/7.42= 13.47MVA去车间及各设备的馈电线路,选用GG-10型高压开关柜高压断路器ZN3-10隔离开关GN1-10/200电流互感器LDC-10/0.5U=10KV10KV10KV10KVI=76.02A600A200A300/5Id=19.45kA25KA135*0.3Sd=13.47MVA150MVAich=49.59kA11.6KA*410KA*5六、继电保护的选择和整定(1)总降压变电所所需设置以下继电保护装置：主变压器保护；1、 备用电源进线保护；2、 变压器10KV母线保护；3、 10KV馈电线路保护。 (2)此外还需要设置以下装置：1、 备用电源自动投入装置；2、 绝缘监察装置。1、 根据规程规定4000KV变压器设以下保护：瓦斯保护：防御变压器铁壳内部短路和油面降低。轻瓦斯动作于信号；重瓦斯动作于跳闸。电流速断保护：防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。过电流保护：防御外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护。保护动作于跳闸。过负荷保护，防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。按具体条件装设。七 .防雷和接线装置的确定 防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。八 .设计总结这次工厂供电课程设计总算圆满完成了。通过对其中总降压变电所的电气部分设计包括负荷计算、电气主结线选择、短路电路、电气设备选择、继电保护及防雷装置设计以及厂区高压配电系