某工厂机修车间供配电课程设计

1、供配电技术课程设计题目：某机修厂车间配电系统设计专业班级：电气工程及其自动化一班学生姓名：指导教师：设计时间：目录一. 负荷计算和无功功率计算及补偿31. 负荷计算和无功功率计算42. 无功功率补偿6二. 变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择71. 变电所主变压器台数的选择72. 变电所主接线方案的选择8三. 短路电流的计算81. 确定基准值92. 计算短路电路屮各主要元件的电抗标么值，93. 计算kl点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量104. 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量10四. 变电所一次设备的选择与校验111. 高压一次设备的选择112.

2、低压配电屏选择（低压设备的选择）133. 变电所高压进线和低压出线的选择15五. 变电所二次回路方案选择及继电保护的整定161. 二次回路方案选择162. 继电保护的整定17六. 防雷和接地装置的确定191防雷装置的确定192.接地装置确定20七. 总结20八. 附图21负荷计算和无功功率计算及补偿序号车间名称容量(kw)p30(kw)q3(kvar)s30(kva)130(a)1.机加工一车间n01供电回路157.274128148224.8n02供电冋路15079.4137.8159241.7no3供电回路896722.170.5107.2no4车间照明72.机加工二车间n01供电回路15

3、546.554.471.6108.7n02供电冋路1203642.155.484.2no3车间照明103.铸造车间n01供电回路1606465.391.4138.9n02供电冋路1405657.180121.6no3供电回路1807273.1102.6155.9no4车间照明84 钏焊车间n01供电回路1504589.199.8151.6n02供电冋1171.9n03车间照明75.电修车间no1供电冋路1504577.990136.7no2供电冋路146.243.975.987.7133.2no3车间照明106.小计722.1923.87.考虑同期系数后， 变压器低压

4、侧总计 算负荷(kp=kq=0.8)577.77399388.380v侧无功补偿 容量5009.变压器功率损耗9.437.510.补偿后变压器高压侧计算负荷586.85231.663136.51 负荷计算和无功功率计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算机加工一车间供电回路p30(11)=74+79.4+67=220.4kw q3q (11) =128+137.8+22.1=287.9kvars30 (11) =148+159.1+70.5=377.6kva i3q(空)=224.8+241.7+107.2=573.7a 车间照明跟(12) hkw机加工二车间 供电回路p30(21)

5、=46.5+36=82.5kw q3q(21) =54.4+42.l=96.5kvars30(21)=71.6+55.4二127kva l3q (21) =108.7+84.2二 192.9a车间照明卩30 (22) =1。铸造车间供电回路p30(31)=64+56+72= 192kwq30 )=65.3+57.1+73.1=195.5kvars30 )=91.4+80+102.6=274kva/30 )=138.9+121.6+155.9=416.4a车间照明跟(32) nkw钏焊车间供电回路p30(41)=45+51=96kwq30(41)二89+ 101 = 190.1kvars30 (

6、41)二99.8+113.1=212.9kva/30 (41) =151.6+171.9二323.5a车间照明30 (42) =7kw点修车间供电回路p30(51)=45+43.9=88.9kwq30 )=77.9+75.9= 153.8kvars30 (51) =90+87.7= 177.7kva/30 (51) =136.7+133.2=269.9a车间照明p30 (52) =1°kw所有车间照明负荷：p30 =42kw全厂同时系数：k”=kq=0.8,则全厂计算负荷为：p30=0.8x ( £=1 p30(il) + 笃o)=o.8x (679.8 + 42) =5力

7、.7kwq30=0.8xliq30 (ii) =0.8x923.8=739kvars30 二 a/577.72 + 7392 =938kva938/30 二二 1426.8a"1.73x0.382.无功功率补偿由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：s30=938kva这时低压侧的功率因数为：cos02二普=0.62938为使高压侧的功率因数0.90,则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90,取：cos =0.95。要使低压侧的功率因数由0.62提高到0.95,则低压侧需装设 的并联电容器容量为：qc二577.7x (1.27-0.33) =543.04kvar取：qc =544k

8、va则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为s、 = 577.72 + (739 544) $ =610kva30 (2) n计算电流厂(=61。=928a30 (2)1.73x0.38变压器功率损耗为： 碼"015鶴=0.015x610=9.15kw 临"曲3。=0.06x610=36.6kva变电所高压侧的计算负荷为：爲°二5力.7+9.15=586.85kwq3。二9544) +36.6=231.6kvar觴"586.85u231/ m31kva；30631x103"1.73x10x103=36.5a补偿后功率因数:cos 0、586.856

9、31=0.93满足大于0.90的要求年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到:年有功电能消耗量：wp.a =ap30ta年无功电能耗电量：wq.a=(iq3qta结合本厂的情况，年负荷利用小时数耳为5500h,取年平均有功负荷系数& = 0.72 ,年平均无功负荷系数0 = 0.78。由此可得本厂：年有功电能消耗量：wp.a =0.72x631 x 5500=2.5x 106kw - h年无功电能耗电量：%.a=0.78x739x5500=3.2x 106kw h二变电所主变压器台数和容量及主接线方 案的选择1变电所主变压器台数的选择变压器台数应根据负荷特点和经

10、济运行进行选择。当符合下列条件之一吋, 宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中 负荷较大。结合本厂的情况为三级负荷，故选择一台主变压器。变屯所主变压器容量选择装单台变压器时，其额定容量氐应能满足全部用电设备的计算负荷sc，负荷发 展应能有一定的容量裕度，并考虑变压器的经济运行，即：sn > （1.151.4） s30代入数据得：sn > (1.151.4) x 631= (725.65-883.4) kva所以选变压器的实际容量:1000kva确定变压器为sc3系列箱型干式变压器。型号：sc3-1000/10 ,其主要技术指标如下表所示：变压器额定额

11、定联结损耗/kw空载短路型号容量电压组型电流阻抗/kv号kva高压低压空载负 载a)%uk%sc3-1000/10100010.50.4dynll2.457.451.36(附：参考尺寸(mm)：长:1760 宽：1025 高：1655 重量(kg)： 3410)2变电所主接线方案的选择方案i :高、低压侧均采用单母线不分段。优点：接线简单清晰，使用设备 少，经济比较好。由于接线简单，操作人员发生误操作的可能性小。缺点：可靠 性和灵活性差。当电源线路、母线或母线隔离开关发生故障或进行检修时，全部 用户供电中断。使用范围：壳用于对供电连续性要求不高的三级负荷用户，或者 有备用电源的二级负荷用户。方

12、案ii：单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路 器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。方案iii：高压采用单母线、低压单母线分段。优点：任一主变压器检修或发 生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母 线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济性最佳，但是其可 靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经 济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求乂较经济，故木次设计选用方案1 0 根据所选的接线方式，画出主接线图，参见附图一高压接线。

13、三. 短路电流的计算电源从35/10kv厂总降压变电所采用架空线路受电，线路长为 300mucl = 10.5kzhk-1如图下面采用标么制法进行短路电流计算1 确定基准值取 sd=100mv a, i/cl =10.5z:v, uc2 = oakv= 5.5oom /2= 144.000m_ 1()()mv4 羽_ v3xl().5z:vsd _ 100wmv3t/r2 - yxoakv2 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值,已知电力系统岀口处的短路容量sk=200mva,贝h1）电力系统的电抗标么值：蜀=需詈=0.52）架空线路的电抗标幺值：查手册得xo=o.12%mx：=o.12xo.

14、3x -=0.0332（10.5）23）电力变压器的电抗标幺值由所选的变压器的技术参数得匕 = 6,因此:6x100mu100x1000=6.000可绘得短路等效电路图如下图所示。/vwy1/0.5/yvw2aj.o333计算点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量(1) 总电抗标幺值：二二0.5+0.033二0.533(2) 三相短路电流周期分量有效值备 e9ka(3) 其它三相短路电流i"=1篦=1呼=10.319ka冲击短路电流(高压)：=2.55/=26313ka=15.582ka(4)三相短路容量sd0.533100mva187.617mva4计算k-2点短路电路总

15、电抗标么值及三相短路电流和短路容量(1) 总电抗标幺值：二0.5+0.033+6=6.533(2) 三相短路电流周期分量有效值心盏岛22.0422(3) 其它三相短路电流冲击电流(低压)ish=l,842=40.557ka/sh=1.09/2=24.026ka(4) 三相短路容量xe(k-2)詈&15.307mva四. 变电所一次设备的选择与校验1 高压一次设备的选择高压一次设备的选择，必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的 要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。本次设计，确 定采用630kva的变压器把10kv的高压降到动力设备所需要的电压0. 4kv。

16、本厂 都用动力设备，无垂要负荷，因此变电所可采用固定式开关柑。今采用gg-ia(f) -11 ,此柜装有gn8-10/400a型隔离开关1个，隔离高压电流，保证其他电气 设备的安全检修。sn10-10i i /630型少油断路器一个，可以通断线路正常负 荷电流，也可以进行短路保护。la-10, 110/5型电流互感器。绝缘子型号：za-10y 抗弯强度：fz/>3. 75kn (户内支柱绝缘子)。母线型号：tmy-3x (50x4)。从高 压配电柜引出的10kv三芯电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆，型号:yjv-3x70, 无钢铠护套，缆芯最高工作温度9(tc。 变电所高压一次设备的校验根

17、据高压一次设备的选择校验项目和条件，在据电压、电流、断流能力 选择设备的基础上，对所选的高压侧设备进行必需的动稳定校验和热稳定度校验。(1)高压电器动稳定度校验校验条件:m axmax由以上短路电流计算得©)=26.313ka；15.582kao并查找所选设备的数据资料比较得：gn8-10/400a 型隔离开关 zmax=52ka>26.313ka ,满足条件；屯流互感器la-10, 100/5 爲二160ka»26.313ka,满足条件；sn10-101 i /630型少油断路器i =80 ka>26. 313ka ,满足条件。1114 入绝缘子校验条件：5

18、>侏母线采用平放在绝缘子上的方式，贝9：好=尸=v3)2-x107n/a2 (其中。二200mm； /二900mm)。cl耳3二539nv3.75en满足要求。母线的校验条件： j > q tmy母线材料的最大允许应力q = 140mpa。10kv母线的短路电流驾)=26.313ka； /=15.582ka三相短路时所受的最大电动力: f?=539n母线的弯曲力矩：m二暨二48.5nm10母线的截面系数：w052xq0q41.67x 10-6m36 6母线在三相短路时的计算应力：化二鈴=29mpav 140mpa满足要求。(2)高压电器热稳定性校验rf > 7(3)2 .校验

19、条件：5 t讼 查阅产品资料：少油断路器：zz=31.5ka, t=4s； 电流互感器:it =90ka , t=ls；隔离开关：/;=30ka, t=ls。取tima=l+0. 1=1. is, 1 = 10.319ka,将数据代入上式得：断路器：3969ka> 118. 268ka互感器:8100ka>118. 268ka隔离开关:900ka>ll8. 268ka以上设备均满足热稳定校检。高压母线热稳定性校验条件：a >码in =及零查产品材料得c = 171 母线的截面：a=50 x 4mm2 = 200mm2允许的最小截面：anin = 10.319 x 103

20、 x 譬=52.26mm2 < 200mm2满足热稳定要求。高压电缆热稳定校验条件：a > amin = 52.26mm2所选的yjv-3x70的横截面a=60mm2 >满足热稳定要求。2.低压配电屏选择(低压设备的选择)低压配电屏是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种低 压成套配电装置，在低压配电系统中作动力和照明配电之用。根据变电所低压配 电室的面积及配电的需要，选择低压配电屏七台，其中一台低压出线屏，四台馈 电屏、一台照明屏和一台备用屏，母线选择tmy-3x (80xl0)o参见附图二低 压接线。配 电 屏 编 号1234567配 电 屏 型 号pgl2-3

21、apgl1-30pgl1-23bpgl1-27pgl1-27pgl1-40pgl1-21刀开关hd13bx-200hd13bx-200hd13bx-200hd13bx-200hd13bx-200hd13bx-200hd13bx-200熔断器rt16rt16rt16rt16rt16rt16rt16电 流 互 感 器la-10,100/5la-10,100/5la-10,100/5la-10,100/5la-10,100/5la-10,100/5la-10,100/5用途车变出线.馈线馈线馈线馈线照明备用由于根据低压一次设备的选择校验项目和条件进行的低压一次侧设备选择, 不需再对熔断器、刀开关、断

22、路器进行校验。关于低压电流互感器、电压互感器、 电容器及母线、电缆、绝缘子等校验项fi与高压侧相应电器相同。这里仅列岀低 压母线的校验。动稳定校验条件：tmy母线材料的最大允许应力巧产140mp"。380kv母线的短路电流看：）=40.55ka；戊）=24.062ka三相短路时所受的最大电动力: 底=1.28kn。母线的弯曲力矩：m=115.2nm10母线的截面系数：w二学二1o7x 10-5m36母线在三相短路时的计算应力：<rc=10.8mpa< 140mpa满足要求。380v侧母线热稳定性校验：校验条件：a>仏二炸血查产品资料，得铜母线的c=171,取f沁=0

23、.75$。母线的截面：a=80x 10 mm2 =800 mm2允许的最小截面：/lmin=28.213x 誓 x 103=143mm2 <800mm2,满足热稳定 性要求。3 变电所高压进线和低压出线的选择为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条 件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。高压线路导线选择架空进线后接了一段交联聚乙烯绝缘电力电缆yjv-3x70做引入线（直埋）， 高压侧计算电流人。二36. 5a而所选电缆的允许载流量/ai=190a> 36.5a满足发热条 件。低压线路导线的选择由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线

24、采用tn-c-s系统; 从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用yjv型铜芯交联聚氯 乙烯绝缘电力电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截而。其中导线和电缆的截 面选择满足条件：1）相线截面的选择以满足发热条件即，）；2）中性线（n线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足3）保护线（pe线）的截面选择一、每35mm2 吋,ape > 0.5码；二、每 516mm2 时，ape > 码三、16mm2 <35mm2 时，ape > 16mm24）保护中性线（pen）的选择，取（n线）与（pe）的最大截面。 结合计算负荷，可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为：

25、机加工车间 ：yjv22-3x240 机加工二车间:yjv22-3 x 50 铸造车间：yjv22-3x150钏焊车间：yjv22-3x120电修车间：yjv22-3 x 95ial = 567ka > /30 = 548k4ial = 210ka > /30 = 192/g4ial = 422ka > i30 = 416kalal = 369ka > /30 = 325kalal = 322ka > /30 = 269k4另外，送至各车间的照明线路采用：铜芯聚氯乙烯绝缘导线bv型号。五. 变电所二次回路方案选择及继电保护的證疋1.二次回路方案选择1）二次回路电源

26、选择二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。 这里采用交流操作电源。2）高压断路器的控制和信号冋路高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备 的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。3）电测量仪表与绝缘监视装置这里根据gbj63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装 置。a）10kv电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电 流，装设电流表一只。b）变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。c）电力变压器高压侧：装设电流表

27、和有功电能表各一只。d）380v的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。e）低压动力线路：装设电流表一只。f）电测量仪表与绝缘监视装置在二次回路中安装自动重合闸装置（ard）（机械一次重合式）、备用电源自动投 入装置（apd）o2 继电保护的整定继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路 的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和憐时动作的电流速断保护；对 线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。变压器继电保护变电所内装有一台10/0. 4kv 1000kva的变压器。低压母线侧三相

28、短路电流为, 高压侧继电保护用电流互感器的变比为110/5a,继电器采用gl-11/10型，接成 两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。过电流保护动作电流的整定110kg】=13 »kre = 0.8 , kw = l , kt= = 221000"= (1.53儿=2 x乔115"故其动作电流:g.ka（°c）-。二；55 = 8.534动作电流整定为9a。过电流保护动作时限的整定由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整 定为at =0. 5s,厂总降压变电所配出线路定时限过流保护装置的整定

29、时间为2s, 所以 t二$ + at=2. 5so电流速断保护速断电流倍数整定心1=15/k.max = 22.042 xxlo3=881.7a'op ka =弓 /k max=60. 1aki因此速断电流倍数整定为：n二警7. 5810kv侧继电保护在此选用gl-11/10型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保 护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护釆用两相两继电器式接线；高压侧 线路首端的三相短路电流为10.319ra；变比为110/5a保护用电流互感器动作电 流为9ao下面对高压母线处的过电流保护装置 进行整定。(高压母线处继电保 护用电流互感器变比为110/

30、5a) 整定k4的动作电流取k max = 2.5/3o（i）=91. 25a krei = 1.3 ,/<re = 0.8 , kw = l f ki=- = 22所以 /opi=bx9125 = 67m根据gl-11/10型继电器的规格，动作电流整定为7a。整定k為的动作时限k母线三相的短路电流人反映到血2中的电流4=7 x 10.319/ca =kki (2)224694ik (2)对kv的动作电流仿2的倍数兀2 =总二詈=52所以由10倍动作屯流的动作时限曲线查得k4的动作时限：51.1s。0. 4kv侧低压断路器保护整定项目：(a) 瞬吋过流脫扣器动作电流整定: 满足sfkre

31、l:对万能断路器取1.35；对塑壳断路器取22.5。(b) 短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定: 另外述应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长 一个时间级差 0.2s(0.4s,0.6s)。满足:心取1.2o(c) 长延时过流脱扌ii器动作电流和动作时间整定：满足：iop(f) > kreli3q 心取 1.1。+(d) 过流脱扌ii器与被保护线路配合要求：满足：i怦f kol：绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数(对瞬时和短延 时过流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，取1112)。(e) 热脱扌ii器动作电流整定：满足：1 op tr n kj30 k间取1.1, 一般应通过实际运行进行检验。六、防雷和接地装置的确定1.防雷装置的确定雷电所产牛的过电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高达几十万安，对电力系 统的危害极大，因此必须采取有效的措施加以防护，现通过以下儿个方面进行防 护。(1) 直击