工厂供配电毕业设计.doc

滨州学院专科毕业设计（论文）上菱模具厂车间供配电系统设计摘 要本工程分为以下几部分：第一部分为车间负荷计算，通过对负荷的计算来确定所需变压器型号和一次接线方案。第二部分为短路电流计算，计算短路电流对车间变电所一次设备和进出线选择至关重要。第三部分为二次回路设计，二次回路对一次回路的运行进行控制、监测、指示和保护。本工程中所涉及二次回路主要包括控制和信号回路，电气测量回路与绝缘监视回路。第四部分为车间配电线路设计。优良的车间配电线路是车间用电设备稳定运行的前提。通过各设备的额定容量得到计算电流，再选择合适的断路器型号和导线截面型号。第五部分为车间照明系统设计，充足的照明时保障车间正常安全生产的前提。关键词：负荷计算 一次系统 二次回路 变压器Shangling mold factory workshop for the design of power distribution systemAbstractThe project is divided into the following sections: the first part is the load calculation for the workshop, through the calculation to determine the load required for the transformer model and first wiring program. The second part is short-circuit current calculation, the calculation of short-circuit current is very important to the choice of workshop equipment and substation in-out line. Part III is secondary circuit design, the second loop is used to control the operation, monitoring, instruction and protection of the first circuit.The secondary circuit which involved in the project include control and signal circuits, electrical circuits and insulation measuring circuit surveillance. Part IV is the design of distribution lines workshop. Excellent power lines is a prerequisite for stable operation of equipment. Through the device current rated capacity has been calculated, and then select the appropriate circuit breaker type and wire cross-section models. The fifth part is the design of lighting systems for the workshop, adequate safeguards for the protection of the lighting workshop a prerequisite for the normal production safety.Key words：load calculation first system secondary system transformerII 滨州学院专科毕业设计（论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1工程概括1第二章 车间负荷计算及变压器的选择22.1车间负荷计算22.2变压器的选择32.2.1选择变压器类型32.2.2选择每台变压器的容量及台数42.3一次接线方案5第三章 车间短路电流计算63.1车间短路电流计算6第四章 车间变电所一次设备及进出线选择94.1车间变电所一次设备选择94.1.1高压开关柜的选择94.1.2低压开关柜的选择94.2车间变电所进出线选择114.2.1高压进线114.2.2低压进线11第五章 变电所二次回路设计及几点饱和整定125.1变电所二次回路设计125.1.1高压断路器的操作机构与信号回路125.1.2变电所的绝缘监视回路145.2变电所的保护装置145.2.1主变压器的继电保护装置145.2.2电流速断保护165.2.3变电所低压侧的保护装置17第六章 低压配电线路176.1车间配电线路176.2低压配电线路176.3动力配电箱的选择17第七章 绪论207.1电光源，灯具及其布置选择207.2照明设计计算20参考文献22谢 辞23附 录2323 第一章 工程概况上菱模具工厂因发展需要，先要在东营市区建立分厂，模具制造车间及车间变电所的位置如图1.1所示。模具制造车间总降压变电所车间变电所图1.1 车间及变电所分布图（1：1000）模具制造车间长度l=48m，跨度b=21m，占地1000多平方米，位于整个工厂的西北部。车间电器设备主要包括吊车，铣床，电弧熔炉，磨光机，电焊机，缝焊机，通风机，自动连续装料电阻炉等设备，其容量和台数见表1。按其容量分为四组10KW为1组，15-20KW为2组，40-50KW为3组，100KW为4组。各组设备分布图见图1.2。车间变电所221133144图1.2 各组设备分布图车间变电所的电压等级为10KW。车间对供电的要求应满足以下五点：1、安全：在电能的输送、分配、使用中，确保不发生人身和设备事故。2、可靠：在电力系统的运行过程中，应避免发生供电中断，满足用户对供电可靠性的要求。3、优质：满足用户对电压和频率等质量的要求。4、经济：降低电力系统的投资和运行费用，尽可能的节约有色金属的消耗量，通过合理规划和调度，减少电能损耗，实现电力系统的经济运行。5、灵活：检修时应操作简便，不致过多影响供电可靠性。另外，还应适应负荷的发展，便于扩建。优质稳定的电力系统是整个工厂正常运转的前提。本设计方案实施后，将对该厂电力系统的安全、可靠、经济运行起着至关重要的作用，为工厂提供安全、可靠、稳定的电力资源，确保整个工厂具有长期稳定的生产力，并可最大限度的节约资金，降低运行成本。第二章 车间负荷计算及变压器的选择2.1 车间负荷计算上菱模具厂模具制造车间主要包括吊车、铣床、电弧熔炉等设备，其负荷如表2.1：表2.1. 车间负荷编号设备名称容量及台数1吊车200KW*20.150.250.51.732铣床20KW*60.250.30.61.333电弧熔炉50KW*60.90.870.574磨光机10KW*100.70.80.80.755点焊机10KW*40.350.61.336缝焊机15KW*47通风机10KW*100.70.80.80.758自动连续装料电阻炉设备40KW*60.750.80.950.33=0.2400+0.25120+0.9300+0.7100+0.35100+0.7100+0.75240=735KW=801.73+301.33+2700.57+700.75+351.33+700.75+1800.33=543.15KW=+=943.15 Kvar=1432.97A同时系数的确定对于干线，可取=0.850.95，=0.900.97。总有功计算负荷 =0.9735=661.5KW 2-(l)总无功计算负荷 =0.95543.15=515.99Kvar 2-(2)总视在计算负荷 =838.95KVA 2-(3)总计算电流 =1274.65A 2-(4)2.2变压器的选择2.2.1选择变压器类型变压器是供配电系统中最重要的设备之一，常用配电变压器主要有油浸式、干式和气体绝缘式三种类型，其性能比较见表2.2：表2.2 各类型变压器性能表类别油浸式气体绝缘式干式矿物油硅油六氟化硫普通及非包封绕组环氧树脂绕组价格低中高高较高安装面积中中中大（小）小绝缘等级AA或HEB或HB或F爆炸性有可能可能性小不爆不爆不爆燃烧性可燃难燃不燃难燃难燃耐湿性良好良好良好弱优耐潮性良好良好良好弱良好损耗打大稍小大小噪音低低低高低重量重较重中重轻一般情况下，工厂和城市公用变配电所多采用油浸式变压器，设置在民用建筑主体内的变配电所采用干式或气体绝缘变压器，火灾及爆炸危险性场所采用气体绝缘变压器。 考虑到变压器在厂房建筑内，故选用低损耗的SCB10型10/0.4KV三相干式双绕组电力变压器。变压器采用无载调压方式，分接头5%，联接组别Dyn11，带风机冷却并配置温控仪自动控制，带IP20防护外壳。2.2.2选择每台变压器的容量和台数根据表2车间计算负荷，因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为1000KVA。这时变电所低压侧的功率因数为：=0.78无功补偿容量按规定，变电所高压侧的0.9，考虑到变压器本身的无功功率损耗远大于其有功功率损耗，一般=（45），因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90，我们在这里取=0.92。1要使低压侧功率因数由0.78提高到0.92，低压侧需装设的并联电容器容量为：735（tanarccos0.78-tanarccos0.92）kvar=276.36kvar取 280kvar补偿后的变压所低压侧的视在计算负荷为：=780.69KVA因此变压器容量可改选为800KVA。比补偿前容量减少200KVA。变压器的功率损耗为：0.015=0.015786.53KVA=11.8KW0.06=0.06786.53KVA=47.2kvar变电所高压侧的计算负荷为：=735KW+11.8KW=746.8KW=(543.15-280)kvar+47.2kvar=310.35kvar=808.72KVA补偿后工厂的功率因数为：=0.91这一功率因数满足规定（0.9）要求。根据补偿后一次侧容量为780.69KVA，理论上选择一台800KVA的变压器就可以了。但为保证故障时车间仍能正常生产，故初选两台主变压器。正常工作时每台变压器承受总计算负荷的50%，负载率约为0.7，此时变压器效率较高。而在事故情况下，一台变压器承受总计算负荷时，只过载30%，因此选择其额定容量为630KVA。2.3一次接线方案电气设备的选择、配电装置的结构，今后供电的可靠性以及经济运行都与变电所主接线有着密切的关系,因此要求设计的变电所主接线在满足安全，可靠供电的前提下，尽可能使接线简单经济，并考虑工厂今后510年的发展。根据所选车间变压器的容量，安装地点，进线方式，本车间及需转供负荷的性质及出路数量，确定变电所主接线如图2.3所示。T1T2QFQFQSQSQF3QF1QF2T1T1吊车线铣床线电弧熔炉线电焊机点焊机线磨光机通风机线自动加料电阻炉线灯光照明线图2.3 变电所主结线 正常运行时，两路电源及主变压器同时工作，变压器二次侧母联断路器QF3断开运行。一旦任一主变压器或任意电源进线故障或检修时，变压器两侧断路器就在继电保护装置的作用下自动断开，母联断路器QF3自动投入，即可恢复整个变电所的供电。2第三章 车间短路电流计算3.1 车间短路电流计算短路是指供电系统中不同电位的导电部分（各相导体、地线等）之间发生的低阻性短接。短路是电力系统最常见的一种故障，也是最严重的一种故障。在供电系统中发生短路故障后，短路电流往往要比正常负荷电流大许多倍，有时高达几十万安培。当它通过电气设备时，温度急剧上升，会使绝缘老化或损坏；同时长生的电动力，会使设备载流部分变形或损坏。短路会使系统电压骤降，影响系统其它设备的正常运行；严重的短路会影响系统的稳定性；短路还会造成停电；不对称的短路电流会产生较强的不平衡交变磁场，对通信和电子设备产生电磁干扰等。进行短路电流计算的目的是正确选择校验电器设备及保护装置。因为短路短路电流要根据电路元件的电抗值来计算，所以这里初步选择YJV型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆作为输电线缆。短路电流有效值的计算： 3-(l)其中，为短路计算电压，在计算中通常取=1.05。计算短路电流的关键是求出。求有两种方法，一种是标幺值法，另一种是有名值法。其中标幺值法适用于高压电网。因上菱模具厂为高压线路，所以选用标幺值法来进行计算。按标幺值法进行短路计算时，一般是先选定基准容量和基准电压；基准容量，工程设计中通常取=100MVA；基准电压，通常取原件所在处的短路计算电压为基准电压，取=。选定了基准容量和基准电压后，基准电流按下式计算：=基准电抗则按下式计算： = 3-(2)电流标幺值： 3-(3)短路容量： 3-(4)计算短路电流：(1)确定基准值取=100MVA，而100MVA/(10.5KV)=5.50KA 100MVA/(0.4KV)=144.34KA(2)计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1)电力系统 =0.119 3-(5)2)输电电缆从图1中可以看出，因输电电缆距离太短，故其阻抗忽略不计。3)电力变压器 =5.96 3-(6)（3）求k-1点的短路电流总阻抗标幺值及三相短路电流的短路容量1）总电抗标幺值=0.119+0.087=0.2062）三相短路电流周期分量有效值 =26.70KA 3-(7)3）其他三相短路电流（4）求k-2点的短路电路总电抗标幺值三相短路电流的短路容量两台变压器并联运行情况下：1）总电抗标幺值=0.119+0.087+2.98=3.1862）三相短路电流周期分量有效值=45.30KA3吊车，铣床，电弧熔炉等设备的短路电流计算数据见表3.1：表3.1 短路电流计算表设备名称吊 车997.10.14502512.6511.44铣 床316.020.14503216.158.96电弧熔 炉471.520.145012.76.522.26电焊机88.630.14503216.158.96缝焊机磨光机132.940.14502010.1514.26通风机自动加料电阻炉设备287.880.14502010.1514.26第四章 车间变电所一次设备及进出线选择4.1 车间变电所一次设备选择车间变电所设在车间东南角，对整个车间进行配电。 按设备装设地点，工作环境，使用要求选择电气设备的适当型号，变电所一次设备均选用专业厂家生产的配套开关柜(屏)。4.1.1高压开关柜的选择根据主接线方案,选择国产GZS1-12（KYN28A-12）中置式铠装开关柜。它相对于落地式，将断路器手车置于中部。其优点是：1）手车的装卸在装载车上进行，手车的推拉在轨道上进行，这样避免了地面质量对手车推进和拉出的影响。2）手车的推拉是在门封闭的情况下进行的，给操作人员以安全感。3）断路器中置后，下面留下宽大的空间，使安装电缆更加方便，还可安置电压互感器和避雷针，以充分利用空间。其主要技术参数和装设地点数据见表4.1：表4.1 高压开关柜参数设备参数装设地点数据额定电压（KV）3/6/1010额定电流（A）63031501274.65额定热稳定电流（KA）165040.32额定动稳定电流（KA）4012568.09额定短路开断电流（KA）165026.7通过表4.1所列数据可以看出，所选设备满足要求。其整体接线方案见图4.1：4.1.2低压开关柜的选择低压开关柜种类很多，按断路器安装方式可分为固定式、抽屉式、插拔式、组合式。我们选择抽屉式低压开关柜。他具有操作安全、易于检修及维护、更换故障开关容易等优点，可以缩短停电时间。通过查阅相关资料，我们选择GCS型低压抽出式开关柜。其一次接线方案见图4.2：至变压器T1至变压器T210KV进线设备编号AH1AH2AH3AH4AH5型号KYN29A-12高压中置式开关柜用途电源引入隔离电能计量电压测量+主进变压器保护变压器保护负荷容量800KVA630KVA630KVA电缆型号YJV-8.7/10-370YJV-8.7/10-350YJV-8.7/10-350图4.1 KYN29A-12高压中置式开关柜整体接线方案 图4.2 GCS型低压抽出式开关柜整体接线方案4.2 车间变电所进出线选择4.2.1高压进线1、高压电缆进线的截面选择高压侧计算电流为：46.7A按其发热条件，取=145A取其导线截面A=25因此型号为YJV22-3*25-SC51-FC。2、高压母线的截面选择高压侧计算电流为=46.7A，查相关资料得：=170A，满足要求。取其导线截面A=35因此型号为YJV22-335-SC51-FC。44.2.2低压出线对于低压出线线路按短路热稳定条件选择导体截面。对母线及绝缘导线和电缆等导体，满足热稳定的等效条件是： 4-(l)查相关资料得C=143，当，能基本保证线路不会出现故障。则总线横截面积为：=1.5=158.4，取185。即使用截面为185的YJV型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆。 吊车，铣床，电弧熔炉等配电线路主芯线截面见表4.2：表4.2 配电线路主芯线截面低压配电线路主芯线截面土中直埋并列根数温度校验总84=1591.81432.97吊车1201302981243.09铣床95230264175.97电弧熔炉2402304372471.52电焊机95130264188.63缝焊机磨光机1502303361132.94通风机自动加料电阻炉设备1501303361287.88注：土中直埋电缆之间净距取200mm，这样在土中占用空间小，相对集中，便于维护。且能获得较高的修正系数。第五章 变电所二次回路设计及继电保护整定5.1 变电所二次回路设计5.1.1高压断路器的操作机构与信号回路控制回路是指用控制开关或遥控命令操作断路器跳、合闸的回路，他主要取决于断路器操动机构的形式和操作电源的类别。控制方式有开关柜就地控制和在控制室远方控制两种。为节约成本，我们选用开关柜就地控制方式，其型号为LW12-16D/49.4636.6。图5.1所示是采用灯光监视就地控制的断路器控制与信号回路。5控制小母线熔 断 器合闸回路跳闸指示灯合闸指示灯跳闸回路保护跳闸控 制 回 路保 护 回 路FU1YCQFSAKAYCSAYTHRHG储能小母线熔 断 器储能电动机储能位置指示灯事 故 跳 闸信 号 回 路储 能 回 路MQFSASAFU3SAHWSQTFU4SQT图5.1 采用灯光监视就地控制的断路器控制与信号回路工作原理分析：将主令开关SAR合上，储能电动机M通电运行，压缩弹簧储能；到位后，锁扣扣住弹簧，同时行程开关SQT常闭触电断开，电动机停车；SQT常开触点闭合，储能位置指示灯HW亮，表示合闸弹簧已储足能量，可以进行合闸操作。将控制开关SA手柄旋转至“预备合闸”、“合闸”位置，触电SA5-6接通，因SQT常开触点闭合、断路器辅助触点QF接通，故合闸线圈YC通电动作，使锁扣系统脱扣，合闸弹簧释放能量，使断路器克服分闸弹簧的反作用力而合闸。合闸动作完成后，QF常闭触电断开，切断合闸回路，绿灯HG熄灭，QF常开触点闭合，红灯HR亮。当操作人员松开手柄时，控制开关SA在弹簧作用下会自动会转到“合闸后”位置，整个操作过程完成。此时，断路器跳闸线圈YT虽然处于通电状态，但由于红灯HR的分压作用，使整跳闸线圈YT上的压降很小，不足以使其动作。红灯HR亮表示断路器处于合闸状态，同时表明跳闸回路完好。另外，合闸弹簧释放能量后，其行程开关触点自动返回，因SAR处于接通位置，弹簧会自动储足能量，为下次合闸做好准备。55.1.2变电所的绝缘监视回路中性点非有效接地的电力系统发生单相接地故障时，线电压值不变，而故障相对低电压为零，非故障相对地电压上升为线电压，出现零序电压。该故障并不影响供电系统的继续运行，但接地点会产生间歇性电弧以致引起过电压，损坏绝缘，发展成为两相接地短路，导致故障扩大。因此，在该系统中应当装设绝缘监视装置。接地信号装置电压互感器电压表绝缘检查电压表绝缘监视装置是利用系统接地后出现的零序电压给出信号。图5.2中，在10KV母线上接一个三相五芯柱三绕相电压传感器，其二次侧的星形联结绕组接有三个检测相对地电压的电压表和一个检测线电压的电压表；另一个二次绕组接成开口三角形，接入接地信号装置，用来反应一次系统单相接地时出现的零序电压。电压互感器采用五芯柱结构是让零序磁通能从主磁路中通过，便于零序电压的检出。6VVVVKVFU1FU2FU3PV1PV2PV3PV4图5.2 绝缘监视配置电路图5.2变电所的保护装置5.2.1主变压器的继电保护装置装设反时限过电流保护，采用GL15感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸操作方式。见图5.3。QFTA1KC2TA2KC1TA2TA1图5.3 反时限过电流保护1、过电流保护动作电流的整定：利用式 5-(l)=2=92A=1.3，=1，=0.8，=20因此动作电流为：=，整定为13A。2、过电流保护动作时间的整定：因为变电所是电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间可整定为最短的0.5S。3、过电流保护灵敏系数的检验：利用式1.5 5-(2) 其中， =1.62KA 5-(3)因此其保护灵敏系数为：，满足灵敏系数1.5的要求。继电保护的操作方式选用去分流跳闸操作方式，如图5.4：TAQFKCYTC图5.4去分流跳闸操作方式的过电流保护原理电路QF-断路器 TA-电流互感器 KC-电流继电器（GL型） YTC-断路器电流脱扣器 正常运行时，感应式电流继电器KC的常闭触电将断路器的电流脱扣器YTC短接，YTC无电流通过，所以断路器QF不会跳闸。而在一次电路发生短路时，KC动作，其常开触点闭合，常闭触电断开，使YTC的短路分流支路被去掉，从而使电流互感器的二次电流全部通过YTC，致使断路器QF跳闸，即所谓“去分流跳闸”。 75.2.2电流速断保护利用GL15的速断装置1、速断电流的整定：利用式 5-(4) 其中，=45.3KA，=1.4，=1，=25，=20因此速断电流为：=126.84A速断电流倍数整定为： 5-(5)2、电流速断保护灵敏系数检验：利用式 5-(6)其中，23.1KA=2536.8A因此其保护灵敏系数为： 5-(7) 按GB50062-92规定，电流保护的最小灵敏系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏系数是达到要求的。按JBJ6-96和JGJ/T16-92的规定，其最小灵敏系数为2，也是满足要求的。5.2.3变电所低压侧的保护装置 低压总开关采用DW15-1500/3型低压断路照明，二相均装过流脱扣器，既可保护低压的相间短路和过负荷（利用其延时脱扣器），而且所保护低压侧单相接地短路。经校验均能满足要求。第六章 低压配电线路6.1 车间配电线路 本车间采用动力照明，选取390/220V三相四线制TN-C。车间用电设备较多，排列整齐，且均属于第三类负荷。经综合考虑后采用树干式接线方式，车间配电布置如图6.1：图6.1中通风机和吊车线走墙壁内侧，铣床、磨光机、点缝焊机、电阻炉等线沿地暗敷设。6.2 低压配电线路 放射式线路故障影响范围小，但为提高可靠性，我们选用双回路放射式接线方案。低压配电线路如图6.2：吊车吊车车间变电所铣床铣床磨光点缝焊熔炉电阻炉通风机1324配电箱图6.1 车间配电线路车间变电所配电箱1配电箱2配电箱4配电箱3图6.2低压配电线路6.3 动力配电箱的选择1、各用电设备的计算负荷：取功率因数=0.85。7号设备的额定容量=10KW，其计算电流为： 6-(l)其启动电流，则=723.74A=166.18A2、确定低压断路器的参数：（1）脱扣器额定电流应不小于缩在线路计算电流（2）瞬时和短延时过电流脱扣器动作电流 6-(2) 取，=2501.2166.18=199.4A 选取断路器型号为DZ20-250/3。（3）选择导线截面型号根据允许温升选择截面，则应满足=23.74A查相关资料选取A=2.5，按机械强度要求知穿管导线最小截面为1，故选取BV-32.516。按照上述步骤分别计算2、3、1号设备：2号设备的额定容量=20KW，其计算电流为：其启动电流，则=759.58A=417.06A。应选择断路器型号为DZ20-500/3-500A，选择导线截面为BV-32535。3号设备的额定容量=50KW，其计算电流为：其启动电流，则=7102.73A=719.11A。应选择断路器型号为DZ20-800/3，选择导线截面为BV-37095。1号设备的额定容量=200KW，其计算电流为：其启动电流，则=7595.82A=4170A。应选择断路器型号为DZ20-5000/3，选择导线截面为BV-395122。其中各设备导线的选择分为0-10KW，15-20KW，40-50KW，200KW。分别与其每组中最大者相同。分别使用1、2、3、4号配电箱。各配电支线均采用BV型绝缘导线钢管沿地暗敷设。动力配电箱安装高度中心距1.6m，铁壳开关安装高度1.5m。1、2、3、4号配电箱的具体安装位置见图6.1。各设备断路器型号为4、5、7号：DZ20-250/3，2、6号：DZ20-500/3-500A，3、8号：DZ20-800/3，1号：DZ20-5000/3。第七章 车间照明设计7.1电光源，灯具及其布置选择根据本车间使用环境（本车间面积较大，干燥且无腐蚀性气体，悬挂高度h为615m）及机加工使用要求，电光源宜选择高压气体放电灯，查相关参考资料选用带有GGY和NG型光源的混光灯具CXGC204-GN360，灯具布置方案采用举行均匀布置，距屋架下弦0.8m。7.2照明设计计算车间建筑车间建筑结构，长度l=48m，跨度b=21m，柱距d=6m，屋架下弦高度H=10m，车间顶棚的反射率，墙壁的反射率，地面的反射率，对于车间设计要求采用混合照明，平均照度不低于100lx。选用CXGC204-GN360型混合灯具，