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机械工厂供电系统设计毕业论文 第一章 绪论1.1工厂供电的意义工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。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。变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。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。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。 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比例一般很小（除电化工业）在工业生产中的重要性，并不在于在产品成本或投资总额所占比重多少，而在于工业生产实现电气化后可以大大增加产量，减轻工人劳动强度，降低生产成本，提高产品质量，提高劳动生产率，改善工作条件，有利于实现生产过程自动化。另一方面，如果工厂电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重后果。因此做好工厂供电工作对发展工业生、实现工业现代化都具有极其重要的意义，对于节约能源、支援国家经济建设同样也具有重大意义。本设计为工厂变电所设计，对在工厂变电所设计中的若干问题如负荷计算，三相短路分析，短路电流计算，高低压设备的选择与校验，防雷与接地，变电所的过电压保护，计量无功补偿等几方面的设计进行了阐述。工厂供电工作要很好为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，同时做好节能工作，要从以下基本要求做起:（1）安全 在电能的供应、分配和利用过程中，不应发生人生事故及设备事故。（2）可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3）优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。（4）经济 供电系统投资要尽量少，运行费要低，尽可能节约电能和减少有色金属消耗。1.2设计任务及设计方案一、课程设计题目:机械工厂供电设计二、设计要求： 满足电力负荷对供电的要求，符合个有关供电规程。三、原始资料：1.工厂总平面图（参见附图）。 2.各车间用电设计资料（参见附表） 3.电源情况：（1）电源电压等级：10千伏（2）电源线路：用一回架空非专业线向本厂供电，导线型号为LJ-70，线路长度为5公里，线路走向参看工厂总平面图。（3）电源变电所10千伏母线Sk.max=300MVA，Sk.min=200MVA。（4）电源变电所10千伏引出线继电保护的整定时限为1.6秒。 4全厂功率因素要求不低于供用电规程。 5.计量要求高供高量。 6.二部电价制收费：（1）电度电价为0.058元/度。（2）设配容量电价4元/千伏安、月（或最高量电价6元/千瓦、月）。7.工厂为二班制生产，全年工作时数4500小时，最大负荷利用小时3500小 时（均为统计参考值）。 8.厂区内低压配电线路允许电压损失3.55%。 9本地气象、地壤等资料：（1）海拔高度9.2米。 （2）最热月平均温度28.4。（3）最热月平均最高温度32.2。 （4）极端最高温度38.5。 （5）极端最低温度-15.5。 （6）雷暴日数35.6日/年。（7）最热月地下0.8米的平均温度27.4四、设计任务： 1设计说明计划书一份。 在设计说明计算书中应包括以下主要部分： 各车间与全厂的负荷计算，功率因素的补偿（放电电阻值）。 变（配）电所位置的确定，变压器的数量、容量的决定。 全厂供电系统的接线方式与变电所主结线的确定。 高气压电气设备与导线电缆的选择。 短路电流的计算与前期设备的校验。 继电保护整定计算。2.设计图纸：（1）变（配）电所主结线图一张（或将高、低压分开画两张）。（2）工厂变配电所和电力线路平面布置图一张。（3）继电保护原理接线图一张。3.主要设备材料表一份。五设计时间：设计时间定为两周。说明：若课程时间为一周半，继电保护整定计算及变配电所平剖面布置图不做。第二章 负荷计算及功率补偿2.1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电能消耗量。2.2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：有功计算负荷（kW） 2-1无功计算负荷（kvar） 2-2视在负荷计算（kVA） 2-3 计算电流（A） 2-5表2-1 第四车间各用电设备组的分组及负荷计算数据计算内容设备名称KcostanP(kW)Q(kvar)P(kW) Q(kvar)S（kVA）I（A）第四车间变1T计算负荷各设备组计算负荷空气锤0.250.601.3327.7536.9146.1870.18电阻炉0.70.980.231056.332.1248.81齿轮油泵,通风机0.80.80.7531.0423.2838.858.97电焊机0.350.601.337.910.513.1419.97砂轮机0.60.750.8810.89.50414.3921.87起重机0.150.51.739.12315.75818.3227.71轴轮风机0.80.80.756.44.8812.161T低压侧负荷（同时系数为0.9）112.0696.37147.80224.62变压器1T的损耗2.2178.868变压器1T高压侧计算负荷114.277105.238155.35236.09 第四车间（锻工） 空气锤：P=KP=0.25（155+122+217）=27.75kWQ=Ptan=27.751.33=36.91kvarS=46.18kVAI=70.18A 电阻炉P=KP=0.745=31.5kW Q=Ptan=31.50.2=6.3kvarS=32.12kVAI=48.81A 轮油泵，通风机：P=KP=0.8（81.6+213）=31.04kWQ=Ptan=31.040.75=23.28kvarS=38.8kVAI=58.97A 电焊机P=KP=KP=20.3514 =7.9kWQ=Ptan=7.91.33=10.5kvarS=13.14kVA I=19.97A 砂轮机P=KP=0.618=10.8kWQ=Ptan=10.80.88=9.504kvarS=14.39kVAI=21.87A 起重机P=KP=17.5 =17.5P=KP=8.6=10.88P=KP=4.22=5.34P=KP=KP=0.15(17.5+310.88+25.34）=9.123kWQ=Ptan=9.1231.73=15.78kvarS=18.23kVAI=27.71A 轴流风机P=KP=0.8（100.8）=6.4 kWQ=Ptan=6.40.75=4.8kvarS=8kVAI=12.16A取同时系数为0.9，则总的计算负荷为：P=K=0.9（27.75+31.5+31.04+7.9+10.8+9.123+6.4）=112.06kWQ=K=0.9（36.91+6.3+23.28+10.5+9.504+15.78+4.8）=96.37kvarS=147.80kVAI=224.62A损耗： P=0.015S=0.015147.80=2.217kW Q=0.06S=0.06147.80=8.868kvar1T高压侧计算负荷：P=P+P=112.06+2.217=114.277kWQ=Q+Q=96.37+8.868=105.238kvarS=155.35kVAI=236.09A表2-2 第五车间各用电设备组的分组及负荷计算数据计算内容设备名称KCostanP(kW)Q(kvar)P(kW) Q(kvar)S（kVA）I（A）车间变1T计算负荷各设备组计算负荷清砂机、混砂机、碎铁机、筛砂机、0.80.80.7567.8450.8884.8128.88鼓风机0.820.80.7542.2431.6852.880.24化铁炉加料机0.650.750.888.847.7811.7817.90电阻炉0.80.980.7517.613.22233.43皮带运输机0.650.750.888.847.7811.7817.90单梁行车0.350.51.732.564.425.117.771T低压侧负荷（同时系数为0.9）133.13104.17169.04256.90变压器1T的损耗2.5410.14变压器1T高压侧计算负荷135.67114.31177.41269.62第五车间（铸工）清砂机、混砂机、碎铁机、筛砂机、空压机、砂轮机：P=KP=0.8（101.7+34.6+62.8+61.7+22+100.5）=67.84kWQ=Ptan=67.840.75=50.88kvarS=84.8kVAI=128.88A-鼓风机P=KP=0.8(62.8+28+81.0)=42.24kWQ=Ptan=42.240.75=31.68kvarS=52.8kVAI=80.24A 化铁炉加料机；P=KP=0.65（81.7）=8.84kWQ=Ptan=8.840.88=7.78kvarS=11.78kVAI=17.90A 管型、箱型电阻炉：P=KP=0.8（61+82）=17.6kWQ=Ptan=17.60.75=13.2kvarS=22kVAI=33.43A皮带运输机：P=KP=0.65（81.7）=8.84kWQ=Ptan=8.840.88=7.78kvarS=11.78kVAI=17.90A3吨单梁行车：P=KP=KP=0.357.3=2.56kWQ=Ptan=2.561.73=4.42kvarS=5.11kVAI=7.77A取同时系数为0.9，则总的计算负荷为：P=K=0.9（67.84+42.24+8.84+17.6+8.84+2.56）=133.13kWQ=K=0.9（50.88+31.68+7.78+13.2+7.78+4.42）=104.17kvarS=169.04kVAI=256.90A损耗： P=0.015S=0.015169.04=2.54kW Q=0.06S=0.06169.04=10.14kvar1T高压侧计算负荷：P=P+P=133.13+2.54=135.67kWQ=Q+Q=104.17+10.14=114.31kvarS=177.41kVAI=269.62A 表2-3 全厂各车间用电设备组计算如下计算内容设备名称KtanP(kW)Q(kvar)P(kW)Q(kvar)S（kVA）I（A）第一车间冷加工机床 组0.21.73101.05174.82201.92306.87砂轮组0.160.731.441.052.884.36吊车组0.151.7312.7121.9925.4038.601T低压侧负荷（同时系数为0.9）102.07175.28202.83308.17第二车间冷加工机床0.21.73103.68178.07206.05316.2造型机0.70.83172.48143.16224.15340.56焊机0.351.333.955.2543.2165.65变压器0.52.993.397.768.4712.87吊车0.21.736.1210.5912.2318.591T低压侧负荷183.483315.53365498.5第三车间电阻炉组0.70.2262.8552.57268.06407.28水泵，风机组0.750.75135.7101.775169.625257.73起重机组0.21.3310.814.36417.9127.31电弧，熔炉组0.90.57143.181.567176.714250.26小批量生产加工组0.141.7317.430.10234.7752.83干燥箱0.7030.6030.646.491T低压侧负荷540.405252.25596.42906.19第四车间空气锤0.51.3327.7536.9146.1670.18电阻炉组0.850.231.056.332.1248.18齿轮，油泵，通风机0.80.7531.0423.2838.858.97电焊机0.351.337.910.513.1419.9砂轮机0.60.7310.89.50414.3921.87起重机0.251.739.12315.75818.3227.71轴轮风机0.80.86.44.8812.161T低压侧负荷112.0696.37147.80224.62第五车间清砂机，混砂机，碎铁机，筛砂机0.80.7558.724473.4111鼓风机0.820.7542.2431.6852.880.24化铁炉加料机0.650.758.847.7811.7817.9电阻炉0.80.7517.613.22233.43皮带运输机0.650888.847.7811.7817.90单梁行车0.351.732.564.425.117.771T低压侧负荷133.13104.17169.04256.90低压侧总计（0.9）965.41852.411287.871956.722.2功率因素的补偿（放电电阻值）无功功率补偿:功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法1、功率因数产生的原因及对供配电系统的影响 功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标。用户中绝大多数用电设备，如感应电动机、电力变压器、电焊机及交流接触器等，它们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场，其功率因数均小于0.9，需要进行无功功率补偿，提高功率因数。感性用电设备都需要从供配电系统中吸收无功功率，从而降低功率因数。功率因数太低将会给供配电系统带来电能损耗增加和供电设备利用率降低等不良影响。所以要求电力用户功率因数必须达到一定值，低于某一定值就必须进行补偿。2、提高功率因数的方法（1）提高自然功率因数 合理选择电动机的规格、型号； 防止电动机长时间空载运行； 保证电动机的检修质量； 合理选择变压器的容量； 交流接触器的节电运行。 （2）人工补偿功率因数 并联电容器人工补偿； 同步电动机补偿；动态无功功率补偿；调相机补偿。3、并联电容器补偿容量的确定（1）采用固定补偿在变电所6-10KV高压母线上进行人工补偿时，一般采用固定补偿，其补偿容量按下式计算 2-6式中补偿容量，平均有功负荷， 补偿前平均功率因数角的正切值 补偿后平均功率因数角的正切值（2）采用自动补偿在变电所0.38KV母线上进行补偿是，都采用自动补偿 Qcc=Pc(tan1-tan2) 2-7功率补偿：Pc=k(p1+p2+p3+p4+p5)=0.9(103.6+183.483+540.405+112.06+133.13)=965.48KWqc=k(q1+q2+q3+q4+q5)=0.9(178.07+315.53+252.35+96.37+104.17)=851.84KVarsc=1287.55KVAcosav1=0.730.73 ish=7.18kA 满足动稳定要求。 （2）热稳定校验KAS （ KtI1N ） t =(900.1)1 =81KAS I(3)tima=2.8161.1=8.72KAS 满足热稳定要求。所以选择LQJ-10 100/5A 型电流互感器满足要求。4)电压互感器的选择根据变压器额定电压10kV，额定电流66.167A，查表A8，选电压互感器的电压为10/0.1KV的JDZJ-10型电压互感器。5)避雷器的选择 参考供配电参考资料的表329，则选择FZ10型避雷器。6)高熔断器的选择 该厂高压侧的熔断器是用来保护电压互感器的，故应选择RN2型专用熔断器来做电压互感器的短路保护，其熔体额定电流为0.5A，查表A62，应选择RN210/0.5型熔断器。4.23低压电气设备的选择1、第四车间 电流互感器按规定选择LMZ3-0.66/5.以下为各大容量单独进线线上低压设备的选择和校验.我选择GGD-37,拉出两根线，一种选择各组断路器的额定电流为400。 （37号方案规定的两根线的额定电流为200和400）1）电阻炉设备组（包括井式电阻炉和箱式电阻炉）：需要系数Kd0.7，tan0.2,则计算电流IC248A，三相短路电流采用变压器二次侧的短路电路即IK(3)34.786KA，选用DW15型半导体式，配置瞬时和长延时脱扣器，校验如下： 过电流瞬时脱扣器额定电流的选择：IN.ORIc224.62A 故应取IN.OR400A长延时过电流脱扣器动作电流的整定：IOP(1)k