[毕业设计精品]工厂供配电.doc

前言 众所周知，电能是现代工业生产的主要 ，电能既易于由其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制调节测量，有利于实现生产过程自动化。而工厂供电就是指工厂所需要电能的供应和分配，工厂供电设计要达到为工业生产服务，保障工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须做到：安全可靠优质经济。工厂供电课程设计是继工厂供电课程后的一个重要性的实践性教学环节，也是整个教学过程中不可缺少的重要组成部分。通过该课程设计可以巩固本课程理论知识，了解变电所设计的基本方法和变电所电能分配的各种实际问题，从而培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为今后的学习、工作奠定良好的基础。本次课程设计是对某电机制作总厂降压变电所进行电气设计，在设计中根据该厂所能取得的电源及用电负荷的实际情况，并考虑工厂以后的发展，按照可靠、技术先进、经济合理的要求完成了以下七部分内容：（1） 该厂负荷计算和无功功率计算及补偿方案的选定；（2） 变电所主变压器台数和容量的选择； （3） 变电所位置和形式的选择；（4） 主接线方案的选择；（5） 高低压电力网导线的选择；（6） 短路电流的计算；（7） 变电所一次设备的选择与校验；（8） 变电所二次回路方案选择及继电保护的整定；（9） 防雷和接地装置的确定；后有此次课程设计的心得体会和参考文献，并附图纸2张（以附图形式给出），分别是：附图一变电所平面图，附图二变电所电气主接线图。电气设计有很强的实践性，作者初次接触这方面的设计，而且知识掌握的深度和广度有限，设计中难免存在不完善的地方，敬请老师和读者批评斧正！第一章 设计任务1.1设计要求 要根据本厂所能取得的电源及用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂的发展，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形式，确定主变压器的台数和分变压器的台数，容量及类型。选择变电所主要接线方案及高低压设备进、出线。确定二次回路方案，选择整定继电器保护装置，确定防雷和接地保护装置，（横线部分内容本次课程设计不作具体要求）最后按要求写出设计说明书，绘制设计图样。1.2设计依据1.2.1工厂总平面图1.2.2工厂负荷情况1、工厂负荷情况：本总厂多数分厂为两班制，年最大负荷小时数为6800 小时，日最大符合持续时间为8 小时。除特种电机分厂、试验站为一级负荷，铸造分厂、锅炉房为二级负荷外，其余为三级负荷。本总厂的负荷统计资料如表所示。2、供电电源情况：按照该总厂与当地供电部门签订的供电用电协议规定，该厂可以离厂5000 米和8000 米（0.4/km）两处的35kv 的公用电源干线上取得工作电源。干线首端所装设的高压断路器的断流容量为800mva。该干线的走向见总厂平面图。3、最热月平均最高温度为35，年平均温度为18，最热月土壤平均温度为30。气象资料概况。表0厂方编号厂方名称负荷类别设备容量(kw)额定电压(kv)功率因素costan需要系数kd1成品试验站动力1，50002，20001，102，0.380.820.871.370.50.6照明6120.381.000.50.62电机制造分厂动力8600.380.60.681.170.180.25照明6121.000.70.93新品制造分厂动力7400.380.60.71.160.20.3照明5101.000.70.94特种电机分厂动力4400.380.650.721.230.65照明5101.000.650.75铸造分厂动力2900.380.60.71.020.50.6照明6121.000.70.96锻造分厂动力2800.380.620.681.170.30.35照明5101.000.70.97原材料分厂动力4100.380.630.721.170.30.36照明481.000.70.98机加工分厂动力3300.380.60.651.120.220.32照明5101.000.70.99线圈制造分厂动力5600.380.60.71.170.20.3照明6121.000.70.910锅炉房动力1250.380.80.91.050.60.8照明351.000.70.911生活区照明6000.380.91.00.50.70.8第二章 负荷计算和无功功率计算2.1 负荷计算的目的及意义（1）选择电力变压器的容量（2）选择电力导线的截面（线径大小）（3）选择电器及开关容量和互感器的额定参数 计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定得过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费；如果计算负荷确定得过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，同样会造成更大损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。2.2计算负荷的计算公式2.2.1 单组计算负荷计算公式1） 有功计算负荷(单位为kw)=，为需要系数2） 无功计算负荷(单位为kva)=tan3）视在计算负荷(单位为kva)4）计算电流，为用电设备的而定电压。5）只有1台2台设备时，可认为=1，即=。对于电动机，由于它本身功率损耗较大，因此当只有一台电动机时，其=/2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式1)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0.850.952)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0.90.973)视在计算负荷（单位为kva） =4)计算电流（单位为a） =注：由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少，各组的计算负荷均按表0所列的计算系数计算，而不必考虑设备台数少而适当增大和cos。2.3各分厂负荷计算1.成品实验站（1）动力。取cos=0.85，则=31.79，tan=0.62，kd=0.6a.当容量为5000kw，即=5000kwpc1=50000.6=3000kw=pc1tan=30000.62=1860 kvar=pc1/cos=3000/0.85=3529.4 kva=3529.4/(310)=203.77ab. 当容量为2000kw，即=2000kwpc2=20000.6=1200kw=pc2tan=12000.62=744 kvar=/cos=1200/0.85=1411.76 kva;=1411.76/(30.38)=2144.95a（2）照明。取cos=1.0，tan=0，kd=0.8，=12kwp照明=120.8=9.6kwq照明=p照明tan=0 kvar=p照明/cos=9.6/1=9.6 kva;=9.6/(30.38)=14.59a2.电机制造分厂（1）动力。取cos=0.65，则=49.46，tan=1.17，kd=0.25，=860kwpc1=8600.25=215kw=pc1tan=2151.17=251.55 kvar=pc1/cos=215/0.65=330.77 kva=330.77/(30.38)=502.55a（2）照明。取cos=1.0，tan=0，kd=0.8，=12kwp照明=120.8=9.6kwq照明=p照明tan=0 kvar=p照明/cos=9.6/1=9.6 kva=9.6/(30.38)=14.59a3.新品制造分厂（1）动力。取cos=0.65，则=49.46，tan=1.17，kd=0.3，=740kwpc1=7400.3=222kw=pc1tan=2221.17=259.74 kvar=pc1/cos=222/0.65=341.54 kva=341.54/(30.38)=518.9a（2）照明。取cos=1.0，tan=0，kd=0.8，=10kwp照明=100.8=8kwq照明=p照明tan=0 kvar=p照明/cos=8/1=8 kva=8/(30.38)=12.15a4.特种电机分厂（1）动力。取cos=0.70，则=45.57，tan=1.02，kd=0.7，=440kwpc1=4400.7=308kw=pc1tan=3081.02=314.16 kvar=pc1/cos=308/0.70=440 kva=440/(30.38)=668.5a（2）照明。取cos=1.0，tan=0，kd=0.7，=10kwp照明=100.7=7kwq照明=p照明tan=0 kvar=p照明/cos=7/1=7 kva=7/(30.38)=10.64a5.铸造分厂（1）动力。取cos=0.70，则=45.57，tan=1.02，kd=0.6，=290kwpc1=2900.6=174kw=pc1tan=1741.02=177.48 kvar=pc1/cos=174/0.70=248.57 kva=248.57/(30.38)=377.66a（2）照明。取cos=1.0，tan=0，kd=0.8，=12kwp照明=120.8=9.6kwq照明=tan=0 kvar=p照明/cos=9.6/1=9.6 kva=9.6/(30.38)=14.59a6.锻造分厂（1）动力。取cos=0.65，则=49.46，tan=1.17，kd=0.35，=280kwpc1=2800.35=98kw=pc1tan=981.17=114.66 kvar=pc1/cos=98/0.65=150.77 kva=150.77/(30.38)=229.07a（2）照明。取cos=1.0，tan=0，kd=0.8，=10kwp照明=100.8=8kwq照明=p照明tan=0 kvar=p照明/cos=8/1=8 kva=8/(30.38)=12.15a7.原材料分厂（1）动力。取cos=0.70，则=45.57，tan=1.02，kd=0.36，=410kwpc1=4100.36=147.6kw=tan=147.61.02=150.55 kvar=/cos=147.6/0.70=210.86kva=210.86/(30.38)=320.37a（2）照明。取cos=1.0，tan=0，kd=0.8，=8kwp照明=80.8=6.4kwq照明=tan=0 kvar=p照明/cos=6.4/1=6.4kva=6.4/(30.38)=9.72a8.机加工分厂（1）动力。取cos=0.65，则=49.46，tan=1.17，kd=0.32，=330kwpc1=3300.32=105.6kw=tan=105.61.17=123.55 kvar=/cos=105.6/0.65=162.46 kva=105.6/(30.38)=160.44a（2）照明。取cos=1.0，tan=0，kd=0.8，=10kwp照明=100.8=8kwq照明=p照明tan=0 kvar=p照明/cos=8/1=8 kva=8/(30.38)=12.15a9.线圈制造分厂（1）动力。取cos=0.65，则=49.46，tan=1.17，kd=0.3，=560kwpc1=5600.3=168kw=tan=1681.17=196.56 kvar=/cos=168/0.65=258.46kva=258.46/(30.38)=392.69a（2）照明。取cos=1.0，tan=0，kd=0.8，=12kwp照明=120.8=9.6kwq照明=p照明tan=0 kvar=p照明/cos=9.6/1=9.6 kva=9.6/(30.38)=14.59a10.锅炉房（1）动力。取cos=0.85，则=31.79，tan=0.62，kd=0.8，=125kwpc1=1250.8=100kw=tan=1000.62=62 kvar=/cos=100/0.85=117.65kva=117.65/(30.38)=178.75a（2）照明。取cos=1.0，tan=0，kd=0.8，=5kwp照明=50.8=4kwq照明=p照明tan=0 kvar=p照明/cos=4/1=4 kva=4/(30.38)=6.08a11.生活区（1）照明。取cos=0.95，则=18.2，tan=0.33，kd=0.8，=600kwp照明=6000.8=480kwq照明=p照明tan=4800.33=158.4kvar=p照明/cos=480/0.95=505.26kva=505.26/(30.38)=767.67a为了使人一目了然，便于审核，常采用计算表格的形式，如表1厂方编号厂方名称负荷类别计算负荷 功率因素costan需要系数kd(kw)(kvar)s30(kva)(a)1成品试验站动力3000120018607443529141220421450.850.850.620.620.6照明9.609.614.61.000.82电机制造分厂动力215251.6330.85030.651.170.25照明9.609.614.61.000.83新品制造分厂动力222259.7341.55190.651.170.3照明80812.21.000.84特种电机分厂动力308314.24406690.701.020.7照明70710.61.000.85铸造分厂动力174177.5248.63780.71.020.6照明9.609.614.61.000.86锻造分厂动力98114.7150.82290.651.170.35照明80812.21.000.87原材料分厂动力148150.6210.93200.701.020.36照明6.406.49.721.000.88机加工分厂动力105.6123.55162.51600.651.170.32照明80812.21.000.89线圈制造分厂动力168196.6258.53930.651.170.3照明9.609.614.61.000.810锅炉房动力10062117.71790.850.620.8照明4046.081.000.811生活区照明480158.4505.37680.950.330.82.3全厂负荷计算（1）对于低压母线，由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，k p1= 0.9, k q1= 0.95（2）对于车间干线，由车间干线计算负荷直接相加来计算时，k p2= 0.95, k q2= 0.972.3.1 tm2（10/0.4kv）二次侧（0.4kv侧）计算（取k=0.9）有功计算负荷p303 = k *（pc+ p照明）=0.9*3298.4=2965.56kw无功计算负荷q303 = k * q30=0.9*2552.85=2297.57kvar=3913 kva计算电流=3913 /(30.38)=5945.19atm2（10/0.4kv）二次侧（0.4kv侧）功率因数cos=/=2965.56/3913=0.7580.86折算至高压侧10kv侧=0.015 =0.0153913 =58.7 kw； =0.06 =0.063913 =234.78kvar； p302= p303+=3024.26 kwq302= q303+=2532.35 kvar =3944.48kva计算电流 =3944.48 /(310)=227.73atm2（10/0.4kv）一次侧（10kv侧）功率因数cos=/=3024.26/3944.48=0.7670.922.3.2 tm1（35/10.5kv）低压侧（10.5kv）计算有功计算负荷p301 = k *（pc1+ p302）=0.9*（3000+3024.26）=5421.83kw无功计算负荷q301 = k * q30=0.9*（qc1+ q302）=0.9*（1860+2532.35）=3953.12kvar=6709.95 kva计算电流 =6709.95 /(310)=387.4atm1（35/10.5kv）二次侧（10.5kv侧）功率因数cos=/=5421.83/6709.95=0.8080.86电力变压器的功率损耗按照下式近似计算=0.015 =0.015*6709.95=100.65kw=0.06 =0.06*6709.95=402.6 kvarp30= p301+=5421.83+100.65=5522.48kwq30= q301+=3953.12+402.6 =4355.72kvar =7033.5kva计算电流 =7033.5 /(335)=116.02atm1（35/10.5kv）二次侧（35kv侧）功率因数cos=/=5522.48/7033.5 =0.785=109.60a校验机械强度：查可知，10kv架空铝绞线的机械强度最小截面为=16s=28，因此，所选的导线截面也满足机械强度的要求。4.3.2 低压出线的选择和校验户外架空线380v电压等级一般采用绝缘导线，绝缘导线的线芯材料有铝心和铜心两种。绝缘导线外皮的绝缘材料有塑料绝缘和橡胶绝缘。塑料绝缘的绝缘性能良好，价格低，可节约橡胶和棉纱，在室内敷设可取代橡胶绝缘线。橡胶绝缘线现已不使用，塑料绝缘线不宜在户外使用，以免高温时软化，低温时变硬变脆。因低压出线为户外架空线，所以我们选择常用的bbx型橡皮绝缘导线。对每个车间分别选择变电所低压出线。其中动力负荷导线按允许载流量选择，标准载流量为导线在环境温度为25时的载流量，实际载流量是厂区实际环境温度下的载流量。满足=0.845。下面以原料库车间为例说明选择导线截面的方法。动力线路：因=22.79a，选截面为2.5，标准载流量为33a的导线。校验：发热条件。实际载流量为=0.845=28a满足要求。其他车间按此方法选择，选出线如表5-1所示。表5-1 各车间低压出线选择和校验编号名称(a)导线截面（）标准载流量（a）实际载流量(a)导线类型no1变电所1薄模车间2127.08200028602500矩形铝母线2原料库22.792.53328bbx型铜芯橡皮线3生活间26.242.53328bbx型铜芯橡皮线4成品库一22.792.53328bbx型铜芯橡皮线5成品库二21.882.53328bbx型铜芯橡皮线6包装材料库18.232.53328bbx型铜芯橡皮线no2变电所1单丝车间2104.29200028602500矩形铝母线2水泵房24.692.53328bbx型铜芯橡皮线no3变电所1注塑车间191.4450215200bbx型铜芯橡皮线2管材车间668.51360870770矩形铝母线no4变电所1复制车间251.695325302bbx型铜芯橡皮线2生活间20.992.53328bbx型铜芯橡皮线3浴室6.2912017bbx型铜芯橡皮线4锻工车间21.042.53328bbx型铜芯橡皮线5原料间18.232.53328bbx型铜芯橡皮线6仓库13.6712017bbx型铜芯橡皮线7模具车间65.71108068bbx型铜芯橡皮线8热处理车间97.6825130106bbx型铜芯橡皮线9铆焊车间164.0970246201bbx型铜芯橡皮线no5变电所1锅炉房283.62120385326bbx型铜芯橡皮线2实验室94.9625140119bbx型铜芯橡皮线3辅助材料库66.85108068bbx型铜芯橡皮线4油泵房18.521.52521bbx型铜芯橡皮线5加油站12.3512617bbx型铜芯橡皮线6办公楼39.3665547bbx型铜芯橡皮线选取导线时应尽量使导线截面统一，遵守维修与保护方便、经济的原则。由上表看出，校验满足，符合要求。第五章 变电所主变压器台数、容量类型的选择5.1变压器选择原则 选择变压器时，必须对负载的大小、性质作深入的了解，然后按照设备功率的确定方法选择适当的容量。为了降低电能损耗，变压器应该首选低损耗节能型。当厂区配电母线电压偏差不能满足要求时，总降压变电所可选用有载调压变压器。车间变电所一般采用普通变压器。变压器容量的确定除考虑正常负荷外，还考虑到变压器的过负荷能力和经济运行条件。 5.1.1变压器台数选择原则 (1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所应采用两台变压器，对只有二级负荷，而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，并在低压侧架设与其他变电所的联络线。 (2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的工厂变电所，可考虑采用两台主变压器。 (3)一般的三级负荷，只采用一台主变压器。 (4)考虑负荷的发展，留有安装第二台主变压器的空间。 (5)车间变电所中，单台变压器容量不宜超过1000kva，现在我国已能生产一些断流量更大和短路稳定度更好的新型低压开关电器，因此如车间负荷容量较大，负荷集中且运行合适时，也可以选用单台容量为12502000kva的配电变压器，这样可以减少主变压器台数及高压开关电器和电缆等。(6)对装设在二层楼以上的干式变压器，其容量不宜大于630kva。 5.1.2变电所主变压器容量的选择原则(1)只装一台主变压器时 主变压器的额定容量sn.t应满足全部用电设备总的计算负荷的需要，且留有余量，并考虑变压器的经济运行，即： (2)装有两台变压器时 每台主变压器的额定容量sn.t应同时满足以下两个条件： （0.60.7） s30(1+2) 其中s30(1+2)计算负荷中的全部一、二级负荷。3）两台变压器的备用方式有明备用和暗备用两种。明备用：两台变压器均按100%的负荷选择（即一台工作，一台备用）。暗备用：每台变压器都按最大负荷的70%选择，正常情况下各承担50%最大负荷，负荷率为50%/70%70%，完全满足经济工作的要求。在故障情况下，由于，所以可以过负荷1.4倍，6小时，连续5天，即1.470%100%，承担全部负荷。这种备用方式既能满足正常工作时经济运行的要求，又能在故障情况下承担全部负荷，是比较合理的备用方式。4）适当考虑负荷的发展应适当考虑进货510年电力负荷的增长，留有一定得余地。这里必须指出：电力变压器的额定容量是在一定温度条件下的持续最大输出容量。如果安装地点的年平均气温时，则年平均气温每高出1摄氏度，变压器的容量相应的减小百分之一。因此户外变压器的实际容量为： st=(1-v-20100)snt对于户内变压器，由于散热条件较差，一般变压器室的出风口与进风口间约15摄氏度温差，从而使处在室中间的变压器环境温度要比室外变压器的环境温度高出大约8c，因此户内变压器的实际容量较之上式所计算的容量还要减小百分之八。最后还必须指出：变电所主变压器台数和容量的最后确定，应结合主接线方案，经技术经经济比较择优而定。由于年平均温度及最高温度如下：最热月平均最高温度年平均温度最热月土壤平均温度351830因为变压器都用在室内，故取高于室外8摄氏度 (取其系数为0.7) 5.2 变压器的选择5.2.1工厂总降压变电所变压器tm1的选择：（1）台数选择选择两个变压器供电：基于其为一，二级负荷，所以选两台变压器供电，以便当一台发生故障时，另外一台变压器能对一二级负荷供电。（2）容量选择补偿后的容量：=5679.36kva，且采用暗备用的方式 =0.60.7=（0.60.7）5679.36=3401.623975.55 kva=1.05=4175 kva可得 snt4200kva即可满足要求。 结合表5.1对变压器的型号分析，我们选择35kv级sz9-5000/35电力变压器两台，技术参数如表2-1所示：表5-1 10kv级sl-1000/10电力变压器技术参数型号额定容量kva额定电压（kv）阻抗电压%连接组损耗/w空载电流%高压低压空载负载sz9-5000/3550003510.5758003600075.2.2分厂降压变电所变压器tm2的选择（1）台数选择选择两个变压器供电：基于其为一级负荷（成品试验站0.38kv电源侧及特种电机分厂），二级负荷（铸造厂，锅炉房）所以选两台变压器供电，以便当一台发生故障时，另外一台变压器能对一级负荷继续供电。（2）容量选择补偿后tm2的容量为：=3041.98kva，且采用暗备用的方式 =0.60.7=（0.60.7）3041.98=1825.192129.39 kva=1.05=2235.85 kva可得 snt2250 kva，即可满足要求。结合表5.2对变压器的型号分析，我们选择10kv级s9-2500/10电力变压器两台，技术参数如表5-2所示：表5-2 10kv级sl-1000/10电力变压器技术参数型号额定容量kva额定电压（kv）阻抗电压%连接组损耗/w空载电流%高压低压空载负载s9-2500/102500100.46dyn113500250006第六章 变电所主接线方案的设计6.1主接线的要求和常用主接线6.1.1 变电所主接线的要求变电所主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，对其主要有以下几个基本要求：(1) 安全 主接线的设计应符合国家有关技术规范要求，能充分保证人身和设备安全；(2) 可靠 应满足用电单位可靠性的要求；(3) 灵活 能适应各种不同的运行方式，操作检修方便；(4) 经济 设计简单，投资少，运行管理费用低，考虑节约电能和有色金属消耗量。6.1.2 变电所常用主接线方案一：只装有一台主变压器的总降压变电所主接线图这种接线的一次侧无母线，二次侧采用单母线。 特点简单经济，可靠性不高。 适用范围只适用于三级负荷的工厂。方案二：一、二次侧均采用单母线分段主接线 特点由于进线开关和母线分段开关均采用了断路器控制，操作十分灵活；供电可靠性较高，适用于大型企业的一、二级负荷供电。 适用范围适用于大中型企业的一、二级负荷供电。方案三：一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段 采用内桥式接线的总降压变电所主接线图 特点(1) 线路发生故障时，仅故障线路的断路器跳闸，其余支路可继续工作，并保持相互间的联系。 (2) 变压器故障时，联络断路器及与故障变压器同侧的线路断路器均自动跳闸，使未故障线路的供电受到影响，需经倒闸操作后，方可恢复对该线路的供电。 (3) 正常运行时变压器操作复杂。如需切除变压器 t1，应首先断开断路器qf21、qf111 和联络断