工厂供电 课程设计.doc

江西理工大学应用科学学院课程设计 前言课程设计是检验我们本学期学习情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分法诀自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的自动控制系统。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源。电能即易于由其他形式的能量转换而来，又易于转化为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、优负、经济。同时课程设计也是教学过程中一个重要环节，通过设计可以巩固课程理论知识，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的相关政策、方针、技术规程由一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明等方面得到训练，为以后工作奠定基础。真心感谢老师的辛勤付出！电气工程综合课程设计题目6： 1）工厂总平面图 见工厂供电设计指导图11-22）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4000h，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。本厂的负荷统计资料如表6所示。3）供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，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，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约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流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，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100km，电缆线路总长度为18km。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-9，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0.8米处平均气温为25。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。表1 工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1铸造车间动力3000407照明608102锻压车间动力35003065照明809107金工车间动力40002065照明1008106工具车间动力36003506照明709104电镀车间动力2500508照明508103热处理车间动力1500608照明508109装配车间动力18003070照明6081010机修车间动力16003065照明408108锅炉车间动力500708照明108105仓库动力200308照明10810生活区照明35007095）地质水文资料 本厂所在地区平均海拔500m，地层以红土为主，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为18元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.5元/Kw.h。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，一次性向供电部门交纳供电贴费：610VA为800/kVA。图1-1 机械厂总平面图目 录第1章 负荷计算和无功功率补偿.1 1.1 负荷计算.1 1.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式.1 1.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式.1 1.2 无功功率补偿.2第2章 变电所位置与型式的选择.4第3章 变电所主变压器及主接线方案的选择.5 3.1变电所主变压器的选择.5 3.2 变电所主接线方案的选择.5 3.2.1装设一台主变压器的主接线方案.5 3.2.2装设两台主变压器的主接线方案.6 3.3 主接线方案的技术经济比较.7第4章 短路电流的计算.8 4.1 绘制计算电路.8 4.2 确定短路计算基准值.8 4.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值.8 4.3.1电力系统.8 4.3.2架空线路.8 4.3.3电力变压器.8 4.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算.9 4.4.1总电抗标幺值.9 4.4.2 三相短路电流周期分量有效值.9 4.4.3 其他短路电流.9 4.4.4 三相短路容量.9 4.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算.9 4.5.1总电抗标幺值.9 4.5.2三相短路电流周期分量有效值.9 4.5.3 其他短路电流.9 4.5.4三相短路容量.9第5章 变电所一次设备的选择与校验.11 5.1 10kV侧一次设备的选择校验.11 5.1.1按工作电压选则.11 5.1.2按工作电流选择.11 5.1.3按断流能力选择.11 5.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验.11 5.2 380V侧一次设备的选择校验.12 5.3 高低压母线的选择.13第6章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择.14 6.1 10kV高压进线和引入电缆的选择.14 6.1.1 10kV高压进线的选择校验.14 6.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择验.14 6.2 380V低压出线的选择.14 6.2.1 铸造车间.14 6.2.2 锻压车间.15 6.2.3仓库.15 6.2.4 电镀车间.15 6.2.5 热处理车间.15 6.2.6 工具车间.16 6.2.7金工车间.16 6.2.8锅炉房.16 6.2.9装配车间.16 6.2.10机修车间.16 6.2.11 生活区.16 6.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验.16 6.3.1按发热条件选择.16 6.3.2校验电压损耗.17 6.3.3短路热稳定校验.17第7章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定.18 7.1变电所二次回路方案的选择.18 7.2 变电所继电保护装置.187.2.1主变压器的继电保护装置.187.2.2护动作电流整定.18 7.2.3过电流保护动作时间的整定.18 7.2.4过电流保护灵敏度系数的检验.19 7.3装设电流速断保护.19 7.3.1速断电流的整定.19 7.3.2电流速断保护灵敏度系数的检验.19 7.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置.19 7.4.1装设反时限过电流保护.19 7.4.2装设电流速断保护.19 7.4.3变电所低压侧的保护装置.19第8章 降压变电所防雷与接地装置的设计.21 8.1变电所的防雷保护.218.1.1 直接防雷保护.218.1.2 雷电侵入波的防护.21 8.2 变电所公共接地装置的设计.218.2.1接地电阻的要求.218.2.2接地装置的设计.21第9章 设计总结.23参考文献.24第1章 负荷计算和无功功率补偿1.1 负荷计算1.1.1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 （1-1）b)无功计算负荷（单位为kvar）= tan （1-2）c)视在计算负荷（单位为kvA）= （1-3）d)计算电流（单位为A） =, 为用电设备的额定电压（单位为KV） （1-4）1.1.2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）= （1-5）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） = （1-6）d)计算电流（单位为A） = （1-7）经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表1.1所示（额定电压取380V）表1.1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3000.40.71.02120122.4照明60.81.004.80小计306124.8122.4174.8265.62锻压车间动力3500.30.651.17105122.85照明80.91.007.20小计358 112.2122.85166.38252.87金工车间动力4000.20.651.178093.6照明100.81.0080小计4108893.61281946工具车间动力3600.350.61.33126167.58照明70.91.006.30小计367132.3167.58213.51324.44电镀车间动力2500.50.80.7512593.8照明50.81.0040小计25512993.81602443热处理车间动力1500.60.80.759067.5照明50.81.0040小计1559467.5115.72175.829装配车间动力1800.30.71.025455.1照明60.81.004.80小计18658.855.180.612210机修车间动力1600.30.651.174856.16照明40.81.003.20小计16451.256.1676115.48锅炉车间动力500.70.80.753526.3照明10.81.000.80小计5135.826.344.4675仓库动力200.30.80.7564.5照明10.81.000.80小计216.84.58.1512.3811生活区照明3500.70.90.48245117.6272413总计380V侧动力22201077.9927.36照明403计入=0.8, =0.850.74862.32788.2561168.311775.11.2 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。由表1.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.74。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：=(tan - tan)=862.32tan(arccos0.74) - tan(arccos0.92) = 414kvar参照图1.1，选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为84kvar5=420kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷=（788.256-420）kvar=368.256kvar，视在功率=937.66 kVA，计算电流=1424.67 A,功率因数提高为cos=0.92。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为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1000kVA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1.2所示。图1.1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案表1.2无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷/KW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.74862.32788.2561168.311775.1380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.92862.32368.256937.661424.67主变压器功率损耗0.015=140.06=5610KV侧负荷计算0.92876.32424.256973.6256.2第2章 变电所位置与型式的选择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。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的轴和轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，、分别代表厂房1、2、3.10号的功率，设定（1.8，2.8）、（2.2，4.8）、（3.8，6.7）、（5.6，2.0）、（5.9，3.7）、（6.2，5.2）、（6.5，6.7）、（8.7，2.0）、（9.0，3.7）、（9.9，6.7），并设（0.6，7.4）为生活区的中心负荷，如图2-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(,),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： （2-1） （2-2）把各车间的坐标代入（2-1）、（2-2），得到=4.7，=5.1 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房（热处理车间）的偏西方。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。图2-1 按负荷功率矩法确定负荷中心第3章 变电所主变压器台数及主接线方案的选择3.1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：a)装设一台变压器 型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1000 KVA=973.62KVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。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S9型，而每台变压器容量根据式（3-1）、（3-2）选择，即973.62KVA=（584.172681.534）KVA （3-1）=(174.8+160+44.4) KVA=379.2 KVA （3-2）因此选两台S9-800/10型低损耗配电变压器。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Yyn0 。3.2 变电所主接线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：3.2.1装设一台主变压器的主接线方案如图3-1所示Y0Y0S9-10000GG-1A(F)-0710/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-03GG-1A(J)-03GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54GG-1A(F)-07GG-1A(F)-07主变联络（备用）220/380V高压柜列图3-1 装设一台主变压器的主接线方案3.2.2装设两台主变压器的主接线方案 如图3-2所示Y0Y0220/380VS9-800GG-1A(F)GG-1A(F)-0710/0.4kVS9-80010/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GG-1A(F)-113、11GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-01GG-1A(F)-113GG-1A(F)-11GG-1A(J)-01GG-1A(F)-96GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54主变主变联络（备用）高压柜列-96图3-2 装设两台主变压器的主接线方案3.3 主接线方案的技术经济比较 表3-1 主接线方案的技术经济比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗较小灵活方便性只有一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额查得S9-1000/10的单价为15.1万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2*15.1=30.2万元查得S9-800/10的单价为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，比一台主变方案多投资11.8万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查得GG-1A(F)型柜可按每台4万元计，其综合投资可按设备的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*4=24万元本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为6*1.5*4=36万元，比一台主变方案多投资12万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费=30.2万元*0.05=1.51万元；高压开关柜的折旧费=24万元*0.06=1.44万元；变配电的维修管理费=（30.2+24）万元*0.06=3.25万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）=6.2万元主变的折旧费=42万元*0.05=2.1万元；高压开关柜的折旧费=36万元*0.06=2.16万元；变配电的维修管理费=（42+36）万元*0.06=4.68万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（2.1+2.16+4.68）=8.94万元，比一台主变方案多投资2.74万元供电贴费主变容量每KVA为800元，供电贴费=1000KVA*0.08万元/KVA=80万元供电贴费=2*800KVA*0.08万元=128万元，比一台主变多交48万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。第4章 短路电流的计算4.1 绘制计算电路 500MVAK-1K-2LGJ-150,8km10.5kVS9-10000.4kV(2)(3)(1)系统图4-1 短路计算电路4.2 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 （4-1） （4-2）4.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值4.3.1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 （4-3）4.3.2架空线路查表得LGJ-150的线路电抗，而线路长8km，故 （4-4）4.3.3电力变压器查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故=4.5 （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4-2所示。k-1k-2图4-2 短路计算等效电路4.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算4.4.1总电抗标幺值=0.2+2.6=2.8 （4-6）4.4.2 三相短路电流周期分量有效值 （4-7）4.4.3 其他短路电流 （4-8） （4-9） （4-10）4.4.4 三相短路容量 （4-11）4.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算4.5.1总电抗标幺值=0.2+2.6+4.5=7.3 （4-12）4.5.2三相短路电流周期分量有效值 （4-13）4.5.3 其他短路电流 （4-14） （4-15） （4-16）4.5.4三相短路容量 （4-17）以上短路计算结果综合图表4-1所示。表4-1短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk-11.961.961.965.02.9635.7k-219.719.719.736.221.513.7第5章 变电所一次设备的选择校验5.1 10kV侧一次设备的选择校验5.1.1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。5.1.2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5.1.3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 （5-1）对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。5.1.4 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 （5-2）、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 （5-3）对于上面的分析，如表5-1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10kV57.7A()1.96kA5.0kA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JDJ-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 25kA5.2 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