工厂供电课设

1、机械厂降压变电所电气设计目 录一 前 言 . 2二 设计要求 . 2三 设计依据 . 31.工厂总平面图 . 32.工厂负荷情况 . 33.供电电源情况 . 44 .气象资料 . 45 .地质水文资料 . 56. 电费制度 . 5四 负荷计算和无功功率补偿 . 51 负荷计算 . 51.1 单组用电设备计算负荷的计算公式 . 51.2 多组用电设备计算负荷的计算公式 . 62. 无功功率补偿 . 9五 变电所位置和型式的选择 . 10六 变电所主变压器台数和容量、类型选择 .11七 变电所主结线方案的设计 . 121 .装设一台主变压器的主接线方案 . 122. 装设两台主变压器的主接线方案

2、. 133 .主接线方案的技术经济比较 . 14八 短路电流的计算 . 161 .计算电路. 162 .确定短路计算基准值. 163.元件的电抗标幺值计算 . 164 .k-1点短路时的相关计算 . 175. k-2点短路时的相关计算 . 17九 变电所一次设备的选择与校验 . 181. 10kV侧一次设备的选择校验 . 181.1 按工作电压选则 . 181.2 按工作电流选择 . 181.3 按断流能力选择 . 181.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 . 192 .380V侧一次设备的选择校验 . 20十 变电所进出线的选择与校验 . 211. 10kV高压进线和引入电缆的

3、选择 . 211.1 10kV高压进线的选择校验 . 21 - 0 -1.2 高压电缆的选择校验 . 212. 380V低压出线的选择 . 222.1 铸造车间 . 222.2 锻压车间 . 232.3电镀车间 . 232.4 仓库 . 242.5 工具车间 . 242.6 机修车间 . 242.7 装配车间 . 242.8 锅炉房 . 242.9 热处理车间 . 242.10 金工车间. 253. 高压联络线的选择校验 . 253.1 按发热条件选择 . 263.2 校验电压损耗 . 263.3 短路热稳定校验 . 26十一 变电所防雷保护和接地装置的设计 . 271. 变电所的防雷保护 .

4、 271.1 直接防雷保护 . 272 .变电所公共接地装置的设计 . 282.1 接地电阻的要求 . 282.2 接地装置的设计 . 28结束语 . 29参考文献. 29- 1 -一 前 言课程设计是检验我们本学期学习的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，它要求我们充分发掘自身的潜力，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，又易于转换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。而工厂供电就是

5、指工厂所需要电能的供应和分配。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 是教学过程中的一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，了解 工厂供电 设计的基本方法，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，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解 ， 在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为以后工作奠定基础 。二 设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确

6、定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。- 2 -三 设计依据1.工厂总平面图图1.1 工厂平面图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4600h，日最大负荷持续时间为5h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均为三级负荷。低压动力设备均为三相， 额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220v。本厂的负荷统计资料如表所示。本厂的负荷统计资料如表1.1所示。表1.1 工厂负荷统计资料-

7、3 -（暂载率=15%），通风机4台共5kW，电焊机3台，共10.5kW（=65%），车间为220/380V三相四线制配电。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（即电力系统的馈电变电站)距离本厂约6.0km。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1.5s。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，与临近单位

8、高压联络架空线线长度为3km。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25km。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- 8，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- 4 -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。 5 .地质水文资料本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，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/ kV·A，动力电费为0.2元

9、/kW·h，照明（含家电）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/ kV·A。四 负荷计算和无功功率补偿1 负荷计算1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式（1）有功计算负荷（单位为kW）P30=KdPe （Kd 为系数） (2.1) （2）无功计算负荷（单位为kvar）Q30=P30tan (2.2) （3）视在计算负荷（单位为kV·A）S30= P30cos (2.3)（4）计算电流（单位为A）- 5 -I30=S303UN(2.4)式中

10、：UN为用电设备的额定电压（单位为kV）1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式（1）有功计算负荷（单位为kW）P30=KpP30i (2.5)式中：P30i是所有设备组有功计算负荷P30之和Kp是有功负荷同时系数，可取0.850.95（2）无功计算负荷（单位为kvar）KQ30iQ30=q (2.6)式中：Q30i是所有设备无功Q30之和Kq是无功负荷同时系数，可取0.90.97(2.1)2（3）视在计算负荷（单位为kV·A）（4）计算电流（单位为A）S302=P30+Q30(2.7)I30=S303UN(2.8)经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取3

11、80V）表2.1 各厂房和生活区的负荷计算表- 6 - 7 - 8 -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2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.726。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：=P30(tan1 - tan2)=732tan(arccos0

12、.727) - tan(arccos0.92) = 379.5 kvar参照图2，选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BWF0.4-14-3型，QC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Q30='=（691-420）kvar=271 kvar，视在功率S30P30+Q30P30'2'2=781 kV·A，计算电流I'30=S303UN'=1186 A,功率因数提高为cos='S30=0.937。在无功补偿前

13、，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负- 9 -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。图2.1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案五 变电所位置和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x轴和y轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，P1、P2、P3P10分别代表厂房1、2、3.10号的功率，设定坐标为P1（2，5）、P2

14、（2，3.6）、P3（2，2）、P4（4.3，7）、P5（4.7，5）、P6（4.7，3.6）、P7（4.7，2）、P8（8，5）、P9（8，3.6）、P10（8，2），并设P11（9，7.2）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(x,y),其中P=P1+P2+P3+P11=Pi。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：x=P1x1+P2x2+P3x3+ P11x11P1+P2+P3+ P11=(PxPiii)（3.1）- 10 -y=P1y1+P2y2+P3y3+ P11y11P1+P2+P3+ P11=(PyPiii)（3.2）把各车间的坐标代入（1.

15、1）、（2.2），得到x=5.2，y=3.85 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房（工具车间）的东北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。图3.1 按负荷功率矩法确定负荷中心六 变电所主变压器台数和容量、类型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：(1)装设一台变压器 型号为S9型，而容量根据式SNTS30，SNT为主变压器容量，S30为总的计算负荷。选SNT=1000 KVA>S30=809 KVA，即选一台- 11 -S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的

16、备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。(2)装设两台变压器 型号为S9型，而每台变压器容量根据式（4.1）、（4.2）选择，即SNT(0.60.7)809 KVA=（485.4566.3）KVASNTS30( )=(101.4+248.3+146.3) KVA=496KVA （4.1） （4.2）因此选两台S9-630/10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 。七 变电所主结线方案的设计1 .装设一台主变压器的主接线方案装置一台主变压器的主接线方案如图4.1所示。- 12 -10kV高压柜列 GG- 1A

17、(F) -54GG- 1A(F) -07GG- 1A(F) -07GG- 1A(J) -03主变联络（备用）图4.1 装设一台主变压器的主接线方案2. 装设两台主变压器的主接线方案装设两台主变压器的主接线方案如图4.2所示。- 13 -高压柜列GG- 1A(F) -113GG- 1A(F) -11GG- 1A(J) -01GG- 1A(F) -96GG- 1A(F) -07GG- 1A(F) -54联络 主 主变 变 （备用）图4.2 装设两台主变压器的主接线方案3 .主接线方案的技术经济比较- 14 -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

18、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。- 15 -八 短路电流的计算 1 .计算电路10.5kV 0.4kV 图5.1 短路计算电路2 .确定短路计算基准值 设基准容量S=100MVA，基准电压U=U=1.05U，U为短路计算电压，即ddcNc高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则Id1=Sd3Ud1Sd3Ud2=100MVA310.5kV100MVA30.4kV=5.5kA （5.1） Id2=144kA （5.2）3.元件的电抗标幺值计算（1）电力系统Soc已知电力系统出口断路器的断流容量X1*=500MV

19、A，故=100MVA/500MVA=0.2（5.3）（2）架空线路x0=0.36/km查表得LGJ-150的线路电抗X2=x0l*，而线路长6km，故SdU2c=(0.366)100MVA(10.5kV)2=1.96 （5.4）（3）电力变压器- 16 -查表得变压器的短路电压百分值Uk%=4.5，故X3=*Uk%Sd100SN=4.5100100MVA1000kVA=4.5 （5.5）式中，SN为变压器的额定容量。因此绘制短路计算等效电路如图5.2所示。10.211.96k-114.5k-2图5.2 短路计算等效电路4 .k-1点短路时的相关计算（1）总电抗标幺值X(k-1)=X1+X2=0

20、.2+1.96=2.16*（5.6）（2）三相短路电流周期分量有效值Ik=1=*Id1X(k-1)*=5.5kA2.16=2.55kA（5.7）（3）其他短路电流I(3)''(3)=I''(3)(3)=Ik-1=2.55kA(3)（5.8）（5.9）ish=2.55I(3)=2.552.55kA=6.5kA''(3)Ish=1.51I=1.512.55kA=3.8kA（5.10）（4）三相短路容量Sk-1=(3)SdX*(k-1)=100MVA2.16（5.11） =46.3MVA5. k-2点短路时的相关计算（1）总电抗标幺值X(k-1)=X1

21、+X2+X3=0.2+1.96+4.5=6.66 （5.12）*（2）三相短路电流周期分量有效值Ik=2=*Id2X*(k-2)=144kA6.66=21.6kA （5.13）（3）其他短路电流- 17 -I(3)''(3)=I(3)=Ik-1=21.6kA(3)（5.14）（5.15） （5.16）ish=1.84IIsh=1.09I(3)''(3)''(3)=1.8421.6kA=39.8kA =1.0921.6kA=23.5kA（4）三相短路容量Sk-2=(3)SdX*(k-2)=100MVA6.66=15MVA（5.17）以上短路计算结果

22、综合图表5.1所示。九 变电所一次设备的选择与校验1. 10kV侧一次设备的选择校验 1.1 按工作电压选则设备的额定电压UNe一般不应小于所在系统的额定电压UN，即UNeUN，高压设备的额定电压UNe应不小于其所在系统的最高电压Umax，即UNeUmax。UN=10kV， Umax=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压UNe=12kV，穿墙套管额定电压UNe=11.5kV，熔断器额定电压UNe=12kV。1.2 按工作电流选择设备的额定电流INe不应小于所在电路的计算电流I30，即INeI301.3 按断流能力选择设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc，对分断短路电流的设备

23、来说，不应- 18 -小于它可能分断的最大短路有效值Ik(3)或短路容量Sk(3)，即IocIk(3)(3)(3)或SocSk (6.1)对于分断负荷设备电流的设备来说，则为IocIOLmax，IOLmax为最大负荷电流。1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验（1）动稳定校验条件(3)(3)或ImaxIsh (6.2)imaxishimax(3)(3)、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ish、Ish分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值 （2）热稳定校验条件IttI2(3)2tima(6.3)对于上面的分析，如表6.1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。-

24、19 -2 .380V侧一次设备的选择校验同样依据6.1节方法，做出380V侧一次设备的选择校验，如表6.2所示，所选数据均满足要求。表6.2 380V一次侧设备的选择校验- 20 -表6.2 380V一次侧设备的选择校验十 变电所进出线的选择与校验1. 10kV高压进线和引入电缆的选择1.1 10kV高压进线的选择校验采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。（1）按发热条件选择 由I30=I1NT=57.7A及室外环境温度33°，查表得，初选LGJ-35,其35°C时的Ial=149A>I30,满足发热条件。（2）校验机械强度 查表得，最小允许截面积A

25、min=25mm2，而LGJ-35满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。1.2 高压电缆的选择校验采用YJLV22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。（1）按发热条件选择 由I30=I1NT=57.7A及土壤环境25°，查表得，初选缆线芯截面为25mm2的交联电缆，其Ial=149A>I30,满足发热条件。(3)（2）校验热路稳定 按式AAmin=ItimaC，A为母线截面积，单位为mm2；Amin(3)为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为mm2；C为材料热稳定系数；I为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；tima短路发热假想时间，单位为s

26、。(3)tima=0.5+0.2+0.05=0.75s，本电缆线中I=1960，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=77，把这些数据代入公式中得 - 21 -Amin=I(3)timaC=25500.75872=25.4mm，近似可选25mm。 2因此YJLV22-10000-3 25电缆满足要求。2. 380V低压出线的选择2.1 铸造车间馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。（1）按发热条件需选择 由I30=154.1A及地下0.8m土壤温度为25，查表，初选缆芯截面240mm2，其Ial=321A>I

27、30，满足发热条件。（2）校验电压损耗 由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距2离约为L=3.22+1.15220=68m（P1（2，5），P(5.2，3.85)），而查表得到240mm的铝芯电缆的R0=0.16/km （按缆芯工作温度75°计），X0=0.07/km，又1号厂房的P30=73kW,U=Q30=70.4 kvar，故线路电压损耗为 =73kW(0.160.068)+70.4kvar(0.070.068)0.38kV=1.13V(pRU+qX)NU%=1.13380100%=0.3% <Ual%=5%（3）断路热稳定度校验Amin=I(3)timaC=2

28、16000.7587=215mm 2满足短热稳定要求，故选缆芯截面为240mm2的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。- 22 -2.2 锻压车间馈电给2号厂房（锻压车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。2.3电镀车间馈电给3号厂房（电镀车间）的线路采用VLV22-1000型（水平）单芯交联聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。（1）按发热条件需选择 由I30=377A及地下0.8m土壤温度为25，查表，初选缆芯截面240mm2，其Ial=

29、378>I30，满足发热条件。（2）校验电压损耗 由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距2离约为L=3.22+1.85220=74m（P3（2，2），P(5.2，3.85)），而查表得到240mm的铝芯电缆的R0=0.16/km （按缆芯工作温度75°计），X0=0.07/km，又1号厂房的P30=200.6kW,U=Q30=146.3 kvar，故线路电压损耗为 =8.24V(pRU+qX)N=200.6kW(0.160.074)+146.3kvar(0.070.074)0.38kVU%=8.24380100%=2.2% <Ual%=5%（3）断路热稳定度校验

30、Amin=I(3)timaC=216000.7587=215mm 2满足短热稳定要求，故选缆芯截面为240mm2的电缆，即选VLV22-1000-1240+1120的单芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。- 23 -2.4 仓库馈电给4号厂房（仓库）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。2.5 工具车间馈电给4号厂房（仓库）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。2.6 机修车间馈电给6号厂房（工具车间）的线路 亦采用VLV2

31、2-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。2.7 装配车间馈电给7号厂房（金工车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。2.8 锅炉房馈电给8号厂房（锅炉房）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。2.9 热处理车间馈电给9号厂房（装配车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 - 24 -2.10 金工车间馈电给10号厂房（机修车间

32、）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。表7.1各车间型号选择数据表3. 高压联络线的选择校验采用YJLV2210000型交联聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约3Km的临近单位变配电所的10KV母线相连。- 25 -3.1 按发热条件选择工厂二级负荷容量共496KVA，I30=496kVA/(310KV)=28.6A，最热月土壤平均温度为25。查表：初选缆芯截面为25mm2的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其Ial=91A>I30=28.6A满足要求。3.2 校验电压损耗可查得缆芯为25mmX0=0.12/km

33、P30=(73+200.6+117.9)kW=391.5kWQ30=(70.4+146.3+86.6)kvar=303.3kvar2的R0=1.54/km（缆芯温度80计）， ,，线路长度按3km计，因此 =192V U=391.5kW(1.543)+303.3kvar(0.123)10kVU%=(192V/10000V)100%=1.92%<<Ual=5%由此可见满足要求电压损耗5%的要求。3.3 短路热稳定校验按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25mm2的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校

34、验计算无法进行，只有暂缺。以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表 7.1所示。表7.1 进出线和联络线的导线和电缆型号规格- 26 -十一 变电所防雷保护和接地装置的设计1. 变电所的防雷保护1.1 直接防雷保护在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻R 10欧姆。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列， 管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长11.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。1.2 雷电侵入波的防护（1）在10KV电源进线的终端杆上装设FS410型阀式避雷器。引下线采用25 m