工厂供电课程设计.doc

河北建筑工程学院课程设计任务书课程名称： 供配电和照明工程 系 别： 电气工程系 专 业： 建筑电气与智能化 班 级： 电智09 学 号： 学生姓名： 指导教师： 于 职 称： 讲 师 2012年 5 月 28 日供配电及照明工程课程设计任务书一、目的 通过课程设计，系统地复习、巩固工厂供电的基本知识，提高设计计算能力和综合分析能力，培养学生查阅资料和规范样本的能力，为今后的工作奠定初步的基础。二、任务某机械厂降压变电所的电气设计 三、基本要求 按照国家标准GB50052供配电系统设计规范、GB5005310KV及以下变电所设计规范、GB50055通用用电设备配电设计规范、GB50057建筑物防雷设计规范、GB5006166KV及以下架空线电力线路设计规范及GB50054低压配电设计规范等规范，工业与民用配电设计手册、民用建筑电气设计与施工图集（08D0018）等进行工厂供电设计。做到“安全、可靠、优质、经济”的基本要求。并处理好局部与全局、当前与长远利益的关系，以便适应今后发展的需要，同时还要注意电能和有色金属的节约等问题。四、设计依据所给条件供四个班同学选择使用，选择说明：a) 工厂负荷选择表中红字部分为待选项，同一班的同学不能相同，同一班班的学生按学号前后对应任务书表1所给数据中的前后顺序递增或递减（动力负荷公差为10，照明负荷公差为1），如一班001号同学选铸造车间负荷为动力650 照明55，一班002号同学应选铸造车间负荷为动力640 照明54。b) 其它条件中括号内均给出四个数子，按1、2、3、4班顺序对应括号内前后数字顺序，每个班为一个数据，即同一个班的同学相同。c) 四个工程图纸按数字顺序选择即一班同学选择标号为1的工程图。1、工厂总平面图（另附）。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4000h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间和电镀车间属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1所示。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6000.250.40.650.7照明500.70.91.02锻压车间动力2500.20.40.600.7照明100.70.91.03金工车间动力2500.200.40.600.7照明550.70.91.04工具车间动力6000.30.450.650.7照明70.70.91.05电镀车间动力3500.250.40.650.7照明100.70.91.06热处理车间动力2500.350.450.650.7照明500.70.91.07装配具车间动力7500.250.40.650.7照明150.70.91.08机修车间（动力为吊车=15%）动力6000.300.50.650.7照明500.70.91.09锅炉房动力1500.60.90.650.7照明60.70.91.010仓库动力1500.50.70.650.7照明390.70.91.0生活区照明6000.650.90.913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2.5m；干线首端距离本厂约11Km。干线首端所装设的高压断路器断流容量400MVA。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，电缆线路总长度为60Km。4气象资料 本厂所在地区的年最高气温为37oC，年平均气温为25oC，年最低气温为-5oC，年最热月平均最高气温为30oC，年最热月平均气温为30oC，年最热月地下0.8m处平均温度为30oC。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为40。5地质水文资料 本厂所在地区平均海拔1000m，地层以砂质粘土为主，地下水位4m。6工厂功率因数本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，工厂最大负荷时的功率因数不低于0.90。五、设计任务1. 设计说明书（需包括）：1) 前言。2) 目录。3) 负荷计算和无功功率补偿。4) 变电所位置和型号的选择。5) 变电所主变压器台数和容量、类型的选择。6) 变电所主结线方案的设计。7) 短路电流的计算。8) 变电所一次设备的选择与校验。9) 变电所进出线的选择和校验。10) 防雷保护和接地装置的设计。11) 附录参考文献。2. 设计图样（需包括）：1) 变电所主接线图、系统图。2) 变电所平面图。3) 变电所防雷、接地平面图六、设计成果要求：1、计算书要求手写，统一纸张为A4，要求书写清楚，计算准确，说明条理清晰，计算有过程，有公式。2、图纸要求打印，图纸纸张大小以能看清楚所画内容及文字为主要依据。七、设计时间2012年5月28日至2011年6月10日（2周）一、 负荷计算及无功功率补偿1、负荷计算 各厂房和生活区的负荷计算如下表1-1机械厂负荷计算表 表1-12、无功功率补偿 由表1-1可知，将前五个车间和生活区由一台变压器供电，该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.83。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因素不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因素应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量。Qc=P30(tan1-tan2)=1008.5tan(arccos0.83)-tan(arccos0.92)KVar=248KVar参照资料，选PGJ1型低压自动补偿屏，屏宽800mm，并联电容器BW0.4-42-3型，它的组合方式为PGJ1-1，PGJ1-3，PGJ1-3。采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）2台组合，总容量为252Kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表1-2所示。无功补偿后工厂的计算负荷表1-2无功补偿后工厂的计算负荷前六个车间COS计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/KV AI30/A380v侧补偿前负荷0.831008.5671.31211.51841380V无功补偿容量-252380V侧补偿后负荷0.921008.5419.31092.21659主变压器功率损耗0.015S30=16.40.06S30=65.510KV侧负荷计算0.91025485113465.5将后五个车间由一台变压器供电，该厂380V侧最大负荷时的功率因素为0.83。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因素不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因素应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量。Qc=P30(tan1-tan2)=1063tan(arccos0.83)-tan(arccos0.92)KVar=262KVar参照资料，选PGJ1型低压自动补偿屏，屏宽1000mm，并联电容器BW0.4-42-3型，它的组合方式为PGJ1-2，PGJ1-4，PGJ1-4。采用其方案2（主屏）1台与方案4（辅屏）2台组合，总容量为335Kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表1-3所示。无功补偿后工厂的计算负荷表1-3无功补偿后工厂的计算负荷后五个车间COS计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/KV AI30/A380v侧补偿前负荷0.831063716.91282.31948380V无功补偿容量-335380V侧补偿后负荷0.937106338211301717主变压器功率损耗0.015S30=170.06S30=6810KV侧负荷计算0.921080450117068二、 变电所位置和形式的选择 变电所的位置应尽量接近负荷中心。工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算公式为由表1-1负荷计算知各个车间的负荷：计算结果如下表2-1所示：表2-1负荷中心的确定项目坐标有功负荷PiXiPiYiXYP1-539359-56400220-118658980-12408000P2-536749-2578083-44550167-2139740P3-5072461784119-60362274212296P4-480315-71137245.6-117965364-17471247P5-480655-51647113-54314015-5836111P6-481448-29725140-67402720-4161500P7-482506-8859237-114353922-2099583P8-443298-71905225.904-100142791.4-16243627P9-438852-50425124.8-54768729.6-6293040P10-4274621824121.2-51808394.4221068.8P11-5528828962480-2653833604301760总计2109.504XPiYPi-1049710717-61917724X-497610.2048Y-29351.79242负荷中心表示在平面图中三、 变电所主变压器和主接线方案的选择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可选下列方案:.装设两台主变压器 由无功补偿后工厂的计算负荷表1-2,1-3 可知10KV侧负荷容量为：S30（1）=1134KVA；S30（2）=1170KVA，取大者进行主变压器的选择取S30=1170KVA（1）.任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60%70%的需要，即SN,T=(0.6-0.7)S30=(0.6-0.7)1170KV A=(702-819)KV A而且 (2).任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需求，即SN,TS30（+）=304.6+166.9=471.5KV A因此选择两台S9-800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源由与邻近单位相连的高压联络线来承担。联结组别均采用Dyn11联结四、 短路电流的计算1. 绘制电路计算电路图图4-1 短路计算电路2. 确定基准值设Sd=100MVA Ud= Uc ，即高压侧 Ud1=10.5KV 低压侧 Ud1=0.4KV ，则 3. 计算短路中各元件的电抗标幺值（1）.电力系统(2).架空线路已知架空线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线矩为2.5m。查表得线路每相电抗为X0=0.37。因此(3).电力变压器查变压器的主要数据表得S9800/10型Dyn11联接的U%=5,因此绘制等效电路，如图4-2所示图4-2 等效电路4. 计算K1点（10KV侧）的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量（1）.总阻抗标幺值(3).其它短路电流(4).三相短路容量5. 计算K2点（380V侧）的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量（1）.总阻抗标幺值(3).其它短路电流(4).三相短路容量以上计算结果综合如表4-1所示短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVAI(3)KI(3)I(3)i(3)ShI(3)ShS(3)K-11.41.41.43.572.1125.3K-21414142615.39.8五、 变电所一次设备的选择校验1.10KV一次侧设备的选择校验 查样本，校验表如表5-1所示，高压断路器选用江苏长江电器股份有限公司的ZN68A-12/630-20；户内高压隔离开关选用山东帅信电气公司的CN19-12/400-12.5；户外高压隔离开关选用浙江麦格电气有限公司的GW9-12W/400；高压熔断器选用佛山市广明熔断器有限公司的RN2-10，该高压熔断器用于保护电压互感器。避雷器选用阀式FS4-10避雷器。电流互感器和电压互感器都选用山东帅信电气有限公司出产的，其型号规格如表5-1所示。表5-1所选设备均满足要求。 2.380V侧一次设备的选择校验同样查样本，校验表如5-2所示，低压断路器选用上海低压电器开关厂生产的DW15-2500/3D，分断能力为40KA和东清市陆成工控电气公司生产的DZ20Y-400/3断路器，它的断流能力为35KA。低压刀开关选用乐清市镇西仁宕工业的HD13BX-2500/31。电流互感器和电压互感器都选用山东帅信电气有限公司出产的，其型号规格如表5-2所示。表5-2所选设备均满足要求。3. 高低母线的选择参照工厂供电设计指导书中的表5-25,10KV高压母线选择LMY-3（404），即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选用LMY-3（1008）+606，即相母线尺寸为100mm8mm，中性母线尺寸为60mm6mm。六、 变电所进出线和与邻近单位联络线的选择1. 10KV高压进线和引入电缆的选择（1）. 10KV高压进线的选择校验 采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10KV公用干线。1）. 按发热条件选择由I30=I1N.T=46A及室外环境温度30，查工厂供电设计指导的表8-35，初选LJ-16其30时Ial=98.7AI30，满足发热条件。2）.校验机械强度 查工厂供电设计指导的表8-33，最小允许截面Amin=35mm，因此LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35.3）.电压损耗校验 由干线引电到变电所处的线路长350m=0.35km。查表得铝绞线线路电阻为0.96/km，电抗0.41/km。因此线路的电压损耗为因此所选的LJ-35型铝绞线满足电压损耗要求。（2）.由高压配电室至主变压器的一段引入电缆的选择校验采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。1）.按发热条件选择 由I30=I1N.T=46A及土壤温度30，查工厂供电设计指导的表8-43，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其90时Ial=90AI30，满足发热条件。2）.校验短路热稳定度按下式计算满足短路热稳定的最小截面C查工厂供电技术指导表5-12得77As/mm2 因此YJL22-1000-325电缆满足要求。2. 380V低压出线的选择（1）.馈电给1号铸造车间的线路采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1）.按发热条件选择 由I30=463A及地下0.8m土壤温度为30，查工厂供电设计指导的表8-42，初选两根截面为240mm2，载流量为319A的电缆,对温度进行修正，修正系数为0.94。I al =0.94319A=300A，两根电缆相互接触平行排列修正系数为0.79，它们总的载流量为300A0.792=474A463A。2）.校验电压损耗 由平面图量得变电所至1号车间的距离约为250m=0.25km，由工厂供电设计指导的表8-41查的150mm2的铝芯电缆的R0=0.16/km (按缆芯工作温度75计)， X0=0.07/km，已知1号车间的P30=220KW,Q30=210.6Kvar,由于用两根电缆供电，因此负荷要减半P30=110KW,Q30=105.3Kvar,按下式得线路的电压损耗为 满足允许电压损耗5%的要求。3）.短路热稳定度校验按下式求满足短路热稳定度的最小截面 式中 tima变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器断路时间0.2S，在加0.05s。所以选择240mm2的截面满足要求。故选2（VLV22-1000-3240+1120）的四芯电缆（中性线芯按不小于相线芯的一半选择，下同）。（2）.馈电给2号锻压车间的线路亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。用同上的方法计算取缆芯240mm2,即VLV22-1000-3240+1120的四芯电缆。（3）.馈电给3号金工车间的线路亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。用同上的方法计算取缆芯240mm2,即VLV22-1000-3240+1120的四芯电缆。（4）.馈电给4号工具车间（1）.馈电给1号铸造车间的线路采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1）.按发热条件选择 由I30=567A及地下0.8m土壤温度为30，查工厂供电设计指导的表8-42，初选四根截面为240mm2，载流量为319A的电缆,对温度进行修正，修正系数为0.94。I al =0.94319A=300A，四根相互接触的电缆平行排列修正系数为0.63，它们总的载流量为300A0.634=756A567A。2）.校验电压损耗 由平面图量得变电所至4号车间的距离约为200m=0.20km，由工厂供电设计指导的表8-41查的240mm2的铝芯电缆的R0=0.16/km (按缆芯工作温度75计)，X0=0.07/km，已知1号车间的P30=220KW,Q30=210.6Kvar,由于用两根电缆供电，因此负荷要减4倍，P30=55KW,Q30=53Kvar,按下式得线路的电压损耗为 满足允许电压损耗5%的要求。3）.短路热稳定度校验按下式求满足短路热稳定度的最小截面 式中 tima变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器断路时间0.2S，在加0.05s。所以选择240mm2的截面满足要求。故选4（VLV22-1000-3240+1120）的四芯电缆。（5）. 馈电给5号电镀车间的线路亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。用同上的方法计算取缆芯240mm2,即VLV22-1000-3240+1120的四芯电缆。（6）.馈电给生活区的线路采用LJ型铝绞线架空敷设。1）.按发热条件选择 由I30=729A及室外温度为30，查工厂供电设计指导的表8-35，初选LJ-240,采用三根架空线水平排列敷设，其Ial=353A3=1719AI30；满足发热条件。2）.校验机械强度查工厂供电设计指导的表8-33，最小允许截面Amin=16mm2，因此LJ-240满足机械强度要求。3）.校验电压损耗由平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约为340m=0.34km。同样查表8-35得LJ-240的R0=0.14/km, X0=0.28/km(按线间几何均距为0.6m计算)，又生活区P30=480KW,Q30=0Kvar，因此满足要求，中性线采用LJ-120铝绞线。（7）.馈电给6号热处理车间的线路 由于该车间就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型见工厂供电设计指导的表8-295根（3根相线、1根中性线、1根保护线）穿硬塑料管埋地敷设。1）.按发热条件选择 由I30=277A及环境温度30，查表8-40，选用两回路，相线截面初选150mm2，其Ial=172A2=344AI30，满足发热条件。按规定，中性线和保护线也选150 mm2,与相线截面相同，即选用（BLV-1000-1150 mm2）塑料导线5根穿内径90 mm的硬塑料管。2）.校验机械强度 查表8-34，最小允许截面Amin=2.5mm2,因此上面所选150mm2 的相线满足机械强度要求。3）.校验电压损耗所选穿管线，估计长度50m，而又表8-38查得R0=0.23/km, X0=0.082/km，又车间的P30=140KW,Q30=117Kvar，因此满足允许电压损耗5%的要求。即选用2（BLV-1000-3150 mm2+1150 mm2+1150 mm2），穿90mm的硬塑料管。（8）.馈电给7号装配具车间的线路亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。用同上的方法计算取缆芯240mm2,即4（VLV22-1000-3240+1120）的四芯电缆。（9）.馈电给8号机修车间 亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。用同上的方法计算取缆芯240mm2,即4（VLV22-1000-3240+1120）的四芯电缆。（10）.馈电给9号锅炉房亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。用同上的方法计算取缆芯240mm2,即VLV22-1000-3240+1120的四芯电缆。（11）.馈电给10号仓库的线路亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。用同上的方法计算取缆芯240mm2,即VLV22-1000-3240+1120的四芯电缆。3. 作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL22-1000交联聚氯乙烯绝缘的铝电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10KV母线相联。（1）.按发热条件选择工厂二级负荷容量共472KVA，,最热月土壤平均温度30，因此查表8-43，初选缆芯截面25mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其Ial=90AI30，满足发热条件。（2）.校验电压损耗由表8-41可查得缆芯为25mm2的铝心电缆的R0=1.54/km, X0=0.12/km，而二级负荷的P30=(220+113)