(完整word版)某自来水厂供电设计方案

1、自来水厂供电系统设计报告书学院 ： 信息科学与工程学院专业班级：电气实验班学号 :0917110115姓名：李鑫指导老师： 粟梅完成日期： 2014-2-20- 1 -目录一、课程设计的目的与任务-3二、原始资料 -3三、设计要求内容 -4四、负荷计算 -4五、主变压器的选择和无功功率补偿-10六、一次侧主接线图的选择-13七、短路电流的计算-15八、导线和电缆截面的选择-18九、保护器件的选择和校验-21十、年耗电量的计算 -24十一、设计总结 -25参考文献附图- 2 -一、课程设计的目的与任务供电系统与电气控制是自动化专业的专业课，具有很强的实践性和工程背景，供电系统与电气控制课程设计的

2、目的在于培养学生综合运用供电系统与电气控制的知识和理论分析和解决供电系统设计问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、 规范和方法， 提高学生调查研究、 查阅文献及正确使用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，设计计算和绘图能力，实验研究及系统调试能力，编写设计说明书的能力。二、原始资料（ 1） 自来水厂用电设备一览表（附表 2）（ 2） 自来水厂平面布置图（附图 5）（ 3） 自来水厂机修车间平面布置图（附图 6）（ 4） 该厂年最大有功负荷利用小时数Tmax=8000 小时（ 5） 该厂一、二泵房为二级负荷，机修及办公室为三级负荷。（ 6） 电源条

3、件：距该厂 8 公里处，有一地区变电所， 地区变电所可分别从两段 35kV 母线上各提供一回电源，这两段母线的短路容量皆为：Psd(3)350MVA（ 7） 气象及其他有关资料a)要求车间变电所低压侧的功率因数为0.85 。高压侧功率因数为 0.95 。b)年平均温度及最高温度最热月平均最高温度年平均温度最热月土壤平均温度351830地区变点所总降压变电所U p=35KVU e=10KVd(3)B1去 自 来l=5kmx0 =0.4 /km水厂Se,b=20,000KV A（同上）去 自 来水厂d(3)B1（同上）图二课题（ 2）电力系统结构图- 3 -三、设计要求内容：（ 1） 计算自来水厂

4、、 机修车间的总计算负荷。 并确定为提高功率因数所需的补偿容量。（ 2） 选择该自来水厂总降压变电所、机修车间变电所的变压器台数及额定容量。（ 3） 选择和确定自来水厂高压供电系统 （包括供电电压， 总降压变电所一次接线图，场内高压电力网接线） 。（ 4） 选择高压电力网导线型号及截面。（ 5） 选择和校验总降压变电所的一次电气设备。（ 6） 拟定机修车间供电系统一次接线图 （包括车间变电所一次接线及车间低压电力网接线）。（ 7） 选择机修车间的低压电力网的导线型号及截面。（ 8） 选择和校验机修车间供电系统的一次电气设备（包括各支线上的开关及熔丝）。四、负荷计算用电设备如下表所示：序用电设备

5、名称数量单台设备额定参数号（台）ee(A)cos tan KdP (KW)I一泵房一高压异步电动机538044A0.832.50.8变压器 SJ2-50/6150KVA0.85二泵房二高压异步电动机344047.6A0.896.80.8高压同步电动机31000114A0.8430.8变压器 SJL-180/62180KVA0.85机修间（全部设备Ve=0.38KV ）* 车床（ C620）27.6*I e=15.40.750.2* 车床（ C616）23.3*I e=6.80.740.2* 铣床22.5I e=5.950.640.2* 刨床24I e=10.10.60.2* 刨床23I =7.

6、80.5840.2e三* 钻床21.5I e=3.40.670.2* 砂轮机21.5I e=3.20.710.2吊车（ 5 吨）211.4I js =19.0.80.27电焊机22KVA560.5电阻炉2121办公室，化验室及160.85/车间照明1四所用电变压器，220KVA0.8SJ2-20/6- 4 -说明：各机床的I e 及尖峰电流I jf 仅作参考，可将变压器额定容量作计算负荷总负荷的计算：( 一)一泵房负荷计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算。具体步骤如下。1. 高压异步电动机 5 台：1、Pc11 =380kWK d110.8cos 110.83tan 11 0.6

7、7 U N 6KVPc11K d11Pe11380kW0.83 51577 kW；Qc11Pc11tan111577 kW0.671057 k varSc11P2c11 Q2c1115772105721898kVA；I c11Sc1118981kVA3U N1.732183A6kV2、变压器 SJ2-50/6（一台）：Sc12Pe50kVAcos 120.85U1e6kVU2e0.4kVPc12Sc12 cos50*0.85 42.5 KWQc12Pc12 tan42.5*0.61926.34 K varI c12Sc12504.8 A3*UN1.732*6取同时系数为 KpK q0.9 。可

8、以计算出一泵房的总的计算负荷：P30KpPc11Pc120.9*(157742.5) 1457.55KWQ30K q (Qc11Qc12 ) 0.9*(105726.34)1083.34K varS30Q302P3021816.1KVAI 30S301861.13U N179.1A1.732*6( 二)二泵房负荷计算1、高压异步电动机组1（三台）：Pe21=440kWK d21 0.8cos210.89 tan 21 0.51 U N 6KVPc21K d21Pe21 440kW0.8931174kW- 5 -Qc21Pc21tan 211174kW0.51599k varSc21P2c21Q

9、2c211174259921317kVA；I c21Sc211317 kVA3U N1.732127 A6kV2、高压异步电动机组2（三台）Pe221000kWK d220.8cos220.84tan22 0.65UN 6KVPc22K dPe221000kW0.89 32670 kW；Qc22Pc22tan222670kW0.842243k varSc22P2c22Q2c2226702224323487kVA；I c22Sc223487kVA336A3U N1.7326kV2、 变压器 SJL-180/6组（两台）Sc23Pe2360kVAcos 230.85U1e6kVU 2e0.4kVP

10、c12Sc12 cos180*2*0.85306KWQc12Pc12tan306*0.619189.4 K varI c12Sc1218017.3 A3*UN1.732*6取同时系数为 KpK q0.9 。可以计算出二泵房的总的计算负荷：P30KpPc21Pc22P233735KWQ30K q (Qc21Qc 22Q23)3031.4K varS30Q302P3024812.7KVAI 30S304812.73U N463A1.732*6( 三)机修车间负荷计算1、车床（ C620）组（两台）：Pe31=7.6 kWK d31 0.2cos310.75 tan 31 0.88 U N 0.38

11、KVPc31K d31Pe31 7.6kW0.2211.4kW- 6 -Qc31Pc31tan 3111.4kW0.8810k varSc31P2c31Q2c3111.42 10215.2kVA；I c31Sc3115.2kVA3U N1.73223.2 A0.38kV2、车床（ C616）组（两台）：Pe32 =3.3 kWK d320.2cos320.74tan320.91U N0.38KVPc32K d32Pe323.3kW0.221.32kWQc32Pc32tan 321.32kW0.911.2k varSc32P2c32Q2c321.22 1.3221.78kVA；I c32Sc32

12、1.78kVA2.7 A3U N1.732 0.38 kV3、铣床组（两台）：Pe33 =2.5kWK d330.2cos330.64tan331.2U N0.38KVPc33K d33Pe332.5kW0.221kWQc33Pc33 tan 331kW 1.2 1.2k varSc33P2c33Q2c3312 1.221.56kVA；I c33Sc331.56kVA2.37 A3U N1.7320.38 kV4、刨床组 1（两台）：Pe34 =4kWK d340.2cos 340.6tan 34 1.33 U N 0.38KVPc34K d34Pe344kW 0.2 21.6kWQc34Pc

13、34tan 341.6kW 1.332.1k varSC342222PC34 QC341.6 2.12.64KVAI C34SC 342.64 KVA4.01A1.732* 0.38KV3U N5、刨床组 2（两台）：- 7 -Pe35 =3kWK d350.2cos 350.584tan 35 1.39 U N 0.38KVPC35K D 35* PE35 3KW * 0.2* 21.2KWQC35PC35 * tan351.2KW * 1.391.67K var2222KVASC 35PC 35 QC 351.671.22.05I C35SC 352.05 KVA3.12A1.732* 0

14、.38KV3U N6、钻床组（两台）：Pe36 =1.5 kWK d360.2cos 360.67tan 36 1.11 U N 0.38KVPc36K d36Pe361.5kW0.2 20.6kWQc36Pc36tan360.6kW 1.110.67 k varSC362222PC36 QC360.670.60.9KVAI C36SC 360.9KVA1.36A3U N1.732* 0.38KV7、砂轮机组（两台）：Pe37 =1.5 kWK d210.2 cos21 0.71 tan 21 0.99 U N 0.38KVPC37K D37* PE371.5KW * 0.4 * 21.2KW

15、QC37PC 37 * tan371.2KW * 0.991.18K varSC372222PC 37QC371.21.181.7KVAI C37SC 371.7KVA2.6A3U N1.732* 0.38KV8、吊车组（两台）：PE 3811.4KW K D380.15 COS380.8 tan380.75 U N 0.38KVPC38K D38* PE3811.4KW * 0.15* 23.42KWQC38PC38 * tan383.42KW * 0.752.57K var- 8 -2222SC38 PC38QC 383.421.57 4.28KVASC 384.28KVA6.5 AI C

16、381.732 * 0.38 KV3U N9、电焊机组（两台）：PE 392KWK D390.35COS390.5tan391.732U N 0.38KVPC39 K D39 * PE39 2KW * 0.355 * 21.4KWQC39PC39 * tan2SC39PC39 Q1.4KW * 0.752.42K var39222C392.42 1.42.8KVAI C39SC 392.8KVA4.24A3U N1.732* 0.38KV10、电阻炉组（两台）：Pe41=12kWK d410.7cos 411U N0.38KVPc41K d41 Pe4112kW0.7216.8kWQc41Pc

17、41 tan 41 0k varSc41P2c41Q2c4116.820216.8kVA；I c41Sc4116.8kVA25.56 A3U N1.7320.38kV11、工厂照明 ， P30(11)16kW16kW 。 Q030(11)12.变压器 SJ2-20/6Sc12Pe240kVAcos 120.85U1e6kVU 2e0.4kVPc12Sc12 cos20*2*0.832KWQc12Pc12 tan32*0.7524 K varI c12Sc124060.8 A3*UN1.732*0.38取同时系数为 KpK q0.9 。可以计算出机修车间的总的计算负荷：- 9 -P30KpPc

18、21Pc 22P23Pc 24Pc25Pc 26Pc 27 Pc 28 Pc29 Pc41Pc4287.94KWQ30Kq (Qc21Qc 22Q23Qc 24Qc25Qc26Qc27 Qc 28 Qc29Qc 41Qc42 ) 47.39 K varS30Q302P30289.2KVAI30S3089.2135.5A3U N1.732*0.8五、主变压器的选择和无功功率补偿1. 选用的变压器的台数由上面的计算可以看出，一泵房和二泵房的用电设备均为 6KV的一级和二级负荷设备，机修车间为 0.38KV 的三级负荷。所以可以选择两台 35KV/6KV的变压器和一台 6KV/3KV的变压器。2.

19、无功功率补偿对于 6KV/0.4KV 的变压器：低压侧的功率因数 cos87.94/89.2=0.985满足了设计的要求， 不需要进行无功补偿。高压侧的功率因数：变压器的损耗：PT0.015S300.015*89.21.338KWQT0.06S300.06*89.25.352K varS30'P30P22103.7KVAQ30QT所以 cos89.278/103.7=0.86 不满足高压侧0.95 以上的功率因数的要求。需要进行功率补偿， 可以选定功率补偿后的功率因数为cos0.96 。则可以计算出需要补偿的无功功率为： Qc(Q30QT) (P30PT ) tan26.85K var

20、 。此时机修车间的计算负荷为：P3089.278 KWQ30P30 tan0.29*89.278 25.8K varS30P3089.278cos93KVA0.96对于 35KV/6KV变压器：取同时系数为 K pK q0.9 。可以计算出全厂的总的计算负荷：-10-P30K pP30i5282KWi 0Q30K q (Q30i )4140.5 K vari 0S30Q302P3026711KVA低压侧的功率因数cos5282/6711=0.787 不满足要求。假定功率补偿后的功率因数为 0.9 。计算出需要补偿的无功功率为：QC 5282 (tan arccos0.787tan arccos

21、0.9)k var1582.5k varP305282KW补偿后的计算负荷为： Q302558K varS305869KVA变压器的损耗：PT0.015S300.015*586988KWQT0.06S300.06*5869352K varS30'P30P2QT2Q306108KVA高压侧的功率因数 cos5370/6108=0.88 ，不满足设计的功率因数大于 0.95的要求。假设功率补偿后的功率因数为0.96. 可计算出需要补偿的无功功率为：QC 5370 (tan arccos0.88tan arccos0.96) k var 1332k varP305370KWQ301566K

22、var补偿后的计算负荷为： S305594KVAI 30S3055943*UN92.3A1.732*353. 主变压器容量的选择每台变压器的容量应同时满足下列两个条件：1. 一台变压器单独运行时， 宜满足计算负荷 S30 的大学百分之六十到百分之七十的需要，即 S(0.6 0.7) SN.T302. 任一台变压器单独运行时，应满足全部一二级负荷的需要，即SN.TS30(1 ）3. 车间变电所主变压器的单台容量上限车间变电所主变压器的单台容量，一般宜大于1000KV.A(或 1250KV.A)。这-11-一方面是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制 ; 另一方面也是考虑到可以是变压器

23、更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗，电影损耗和有色金属消耗量。4）适当考虑负荷的发展应适当考虑进货 510 年电力负荷的增长，留有一定得余地。这里必须指出：电力变压器的额定容量SN.T 是在一定温度条件下的持续最大输出容量。如果安装地点的年平均气温时， 则年平均气温每高出 1 摄氏度，变压器的容量相应的减小百分之一。因此户外变压器的实际容量为：S(1av 20 )SN .T100T对于户内变压器， 由于散热条件较差， 一般变压器室的出风口与进风口间约15 摄氏度温差，从而使处在室中间的变压器环境温度要比室外变压器的环境温度高出大约 8° C，因此户内变压器的实际容量较

24、之上式所计算的容量还要减小百分之八。最后还必须指出： 变电所主变压器台数和容量的最后确定， 应结合主接线方案，经技术经经济比较择优而定。年平均温度及最高温度最热月平均最高温度年平均温度最热月土壤平均温度351830因为变压器都用在室内，故取高于室外 8 摄氏度 ( 取其系数为 0.7)avST (1av 20)SN.T100工厂总降压变电所变压器的选择：选择两个变压器供电：基于其为二级负荷，以便当一台发生故障时，另外一台变压器能对一二级负荷供电。ST (0.6 0.7)S30(0.6 0.7)*5594 (3356 3915)KV .ASN.T1001.05ST80 av STSN .T412

25、1KV . A 即可满足要求。所以可以选择 SL7-5000/35 型的主变压器。六、一次侧主接线图的选择一次侧采用内桥式接线， 二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图：这种主接线，其一次侧的高压断路器QF10跨接在两路电源进线之间， 犹如一架桥梁，而且处在线路断路器 QF11和 QF12的内侧，靠近变压器， 因此成称为内桥式接线。 这种主接线的运行灵活性较好， 供电可靠性较高， 适用一二级负荷的工厂。如果某路电源例如 WL1线路停电检修或发生故障时，则断开 QF11，投入 QF12（其两侧 QS先合），即可由 WL2回复对变压器 T1 的供电。这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障

26、和停电检修的机会较多， 并且变压器不需经-12-常切换的总降压变电所。如下图：35KV 电源进线WL1WL2QS111QS121QF11QF12QS11201 QF10QF102S22QS113QS123T1T2QF21QF22610KVQS211QS221QF20采用内桥式接线的总降压变电所主接线图主接线方案的选择：方案一：单母线接线特点就是整个配电装置只有一组母线， 每个电源和引出线都经过开关电器接到同一组母线上 ，如下图：其优点为接线简单、清晰、采用的电气设备少，比较经济，操作简单方便，便于扩建，缺点是母线和隔离开关检修或发生故障时， 必须断开全部电源， 是整个配电装置停电。-13-方案

27、二：单母线分段为了克服一段单母线接线存在的缺点提高供电可靠性、 灵活性、可把单母线分成几段，在单母线每段之间装设一个分段断路器 Dlf 和两个隔离开关， 其最大优点是当母线故障或检修时， 停电局限于一段母线上， 非故障母线保持正常供电， 缺点是：1. 任何一段母线故障或检修时， 必须断开连接在该段上的电源， 故减少了发电量或供电量，并使单独由该段母线供电的用户停电。2. 检修任意出线断路器时，该出线必须停电方案三：单母线带旁路母线即出线侧带有旁路母线，装置正常运行时，旁母不带电，当检修母线时，而利用旁母，使各出线不断电， 其可用在电压等级较高的如 110kV，出线较多的变电所，接线如下：根据上

28、诉三种方案的比较， 则考虑其为 110kV常规变电所， 出线较多，又考虑其经济性，且电压等级高，和可靠性，选择方案二，即单母线带旁路母线。七、短路电流的计算下面采用标么制法进行短路电流计算。低压侧：-14-( 一 )确定基准值：取 Sd 100MV A ， U c26kV ， U c20.4kV所以： I d1Sd100MV ASd100MV A3U c139.165kA I d 2144.342k A6.3kV3U c23 0.4kV( 二 )计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗）1) 电力系统的电抗标么值： X1* 100MV A 0.200 500MV A

29、2) 架空线路的电抗标么值：查手册得 X0 0.35 / km ，因此：X 2*0.35( / km) 1.5km100MV A0.476(10.5kV )23 ）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得U k % 6 ，因此：X3*X 4*6100MVA1001000kV6.000A可绘得短路等效电路图如下图（二）K-1K-23/6.01/0.220.4762/1.9044/6.0图（二）( 三 )计算 k-1 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)总电抗标么值： X * (k 1)X1X 2 0.200 0.4760.6762)三相短路电流周期分量有效值：I k(3

30、)1I d19.165kA 13.557kAX (k 1)0.6763)其他三相短路电流： I ''(3)I (3)I k(3)113.557 kA-15-ish(3)2.55 13.557 kA34.570 kAI sh(3)1.51 13.557 kA 20.471kA4)(3)Sd100MV A三相短路容量： Sk 1147.930MV AX ( k 1)0.676( 四 )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1)总电抗标么值：X * ( k 2)X 1X 2( X3| X4)0.2000.676 6 / 2 3.876三相短路电流周期分量有效值：

31、(3)I d 2144kA37.152kAI k 2X (k 2)3.8762)其他三相短路电流： I ''(3)I (3)I k(3)237.152 kAish(3)1.8437.152 kA68.359kAI sh(3)1.09 37.152 kA40.496 kA三相短路容量： Sk(3)2Sd100MVA25.800MVAX(k 2)3.876高压侧：( 五 )确定基准值：取 Sd 100MV A ， U c137.5kV ， U c26.3kV所以：I d1Sd100MVA1.540kAI d 2Sd100MVA3U c1337.5kV3U c239.165k A6.

32、3kV( 六 )计算短路电路中各主要元件的电抗标么值： （忽略架空线至变电所的电缆电抗）3) 电力系统的电抗标么值： X1* 100MV A 0.286 350MV A4) 架空线路的电抗标么值：查手册得 X0 0.35 / km ，因此：X 2*0.35(/ km) 5km100MV A0.124(37.5kV ) 23 ）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得U k % 6 ，因此：X3*X 4*6100MVA6.0001001000kVA可绘得短路等效电路图如下图（二）-16-K-1K-23/6.00.28620.1241/0.22/1.9044/6.0图（二）( 七 )计算

33、 k-1 点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量5)总电抗标么值： X * (k 1)X1X 20.2860.1240.4106)三相短路电流周期分量有效值：I k(3)1I d11.540kA3.756kAX (k 1)0.4107)其他三相短路电流： I ''(3)I (3)I k(3)1 3.756kAish(3)2.55 3.756kA9.578kAI sh(3)1.513.756kA5.6721kA(3)Sd100MVA243.902MVA三相短路容量： Sk 1X (k 1)0.410( 八 )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3

34、)总电抗标么值： X * (k 2) X1 X 2 ( X 3|X4)0.410 6 / 2 3.4104)三相短路电流周期分量有效值：(3)I d 29.165kA2.688kAI k 2X (k 2)3.4105)其他三相短路电流： I ''(3)I (3)I k(3)22.688 kAish(3)1.84 2.688kA 4.945kAI sh(3)1.092.688kA2.930 kA三相短路容量： Sk(3)2Sd100MV A29.326MV AX (k 2)3.410八、导线和电缆截面的选择导线和电缆选择原则：导线和电缆选择是工业企业供电网络设计中的一个重要组成部

35、分， 因为它们是构成供电网络的主要元件， 电能必须依靠它们来输送分配。 在选择导线和电缆的型号及 截面时，既要保证工业企业供电的安全可靠，又要充分利用导线和-17-电缆的负载能力。 由于导线或电缆所用的有色金属 ( 钢、铜、铝等 ) 都是国家经济建设需用量很大 的物资，因此，正确地选择导线和电缆的型号及截面，节约有色金属，是有重要意义。1、35kV 进线导线的选择因为架空线与电缆线路相比有较多优点，如成本低、投资少、安装容易，维护和检修方便， 易于发现和排除故障等， 所以这里选择钢芯铝绞线架空敷设。导线截面按照经济电流密度来选择，然后按照发热条件来校验。1) 选择经济截面此工厂的年最大有功负荷

36、利用小时数 Tmax 6500h ，查表得经济电流密度为 jec 0.90 。因为计算所得计算电流S30559492.3 A 。所以其经济截面为I 301.732*353*UNAecI 3092.3106.1mm2jec0.90选择标准截面 120mm2 ，即选择 LGJ-120 型钢芯铝绞线。2) 校验发热条件查表得， LGJ-120 型钢芯铝绞线的 70时的允许载流量为 I a1245A ，导线额定负荷时的最高允许温度为90，当地最热月平均温度为35。所以其温度校正系数为Kal0al0903590701.658所以在当地环境温度下，导线的允许载流量为I alK I al1.65824540

37、6.21AI 3098.2 A所以此导线满足发热条件。3) 校验机械强度查表得 35kV 架空钢芯铝绞线的最小截面Amin35mm2A120mm2 ，因此所选 LGJ-120 型钢芯铝绞线也满足机械强度的要求。所以 LGJ-120 型钢芯铝绞线符合要求。2. 对于一泵房：-18-补偿后的视在功率为： 500Kvar，根据经济电流密度选择导线和电缆截面，有：I 30 137 A ，由设计原始资料可知：年最大负荷利用小时数 Tmax6500h 小时，进线选架空线路，故选择的经济电流密度为： jec 0.90 A /mm2， Aec137A142mm2因此，选择标准截面0.90A / mm2150mm2 ，即选择 LJ-150 型铝绞线对其进行发热条件的校验：LJ-150 型铝绞线 ( 室外 35 C 时 )I al