工厂供电课程设计

1、1 设计任务1.1 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，并适当考虑到工厂的发展，按照安全可靠，技术先进，经济合理的要求，确定变电所的位置与形式，确定变电所主要变压器的台数与容量，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，选择整定继电保护装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。1.2 设计依据工厂总平面图：图 1.1工厂平面图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6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表 1.1 所示。表 1.1工厂负荷统计资料

2、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3000 30 7照明60 81 02锻压车间动力3500 30 65照明80 71 07金工车间动力4000 20 65照明100 81 06工具车间动力3600 30 6照明70 91 04电镀车间动力2500 50 8照明50 81 03热处理车间动力1500 60 8照明50 81 09装配车间动力1800 30 70照明60 81 010机修车间动力1600 20 65照明40 81 08锅炉车间动力500 70 8照明10 81 05仓库动力200 40 8照明10 81 0生活区照明3500 70 9气象资料本

3、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 -9 ，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 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。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；干线首端距离本厂约 8km。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 1.7s 。

4、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。 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。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/kVA ，动力电费为0.9元/Kw.h ，照明电费为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/kVA。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。2 负载计算和无

5、功功率补偿2.1 负荷计算单组用电设备计算负荷的计算公式主要计算公式有：有功功率（单位KW）P30= Pe·Kd, Kd 为系（2-1 ）无功功率（单位Kvar)3030（2-2 ）Q = P ·tan 视在功率 ( 单位 KvA)S3O= P30/cos （2-3 ）计算电流 ( 单位 A)I 30 = S 30/ Un ,Un 为用电设备的额定电压（单位为 Kv）（2-4 ）2.1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式主要计算公式有：有功功率（单位KW）P =KP（2-5 ）30·p30·i式中的 P30· i 是所有用电设备有功计算负荷P3

6、0 之和， K p 是有功负荷计算系数，可取0.850.95.无功功率（单位 Kvar)，30·qQ30.i（2-6 ）Q =K式中的Q30是所有用电设备无功计算负荷Q 之和，K是无功负荷计算系数，可取30· q0.90.97.视在功率 ( 单位 KvA)303030（2-7 ）S =(P2 +Q2 ) ?计算电流 ( 单位 A)I30=S30/(1.732Un)（2-8 ）经计算，各厂区及生活区的负荷计算表如下表2.1 所示（额定电压取380V)表 2.1机械厂负荷计算表计算负荷编名类需tan设备容要cos 号称别量系P30/kwQ30/kwS30/kvaI 30/APe

7、/kw数Kd动3000.30.71.029091.8力铸1造照60.81.004.80车明间小30694.891.8132200计锻动3500.30.651.17105123压力车照2间80.71.005.60明小358110.6123165251计热动处力1500.60.80.759067.5理车间345678照0.81.00405明小-9467.5116176155计电动0.50.80.7512593.8镀250力车照间0.81.00405明小12993.8159242255计仓动0.40.80.7586库20力照0.81.000.801明小8.8610.716.221计工动0.30.61

8、.33108143.6具360力车照间0.91.006.307明367114.3143.6184280金动0.20.651.178093.6工400力车照间0.81.008010明小8893.6128195310计锅动0.70.80.753526.3炉50力房照0.81.000.801明小5135.826.344.467计装动配力车照9间明小计机动修力车照10间明小计生照活明11 区动力照总计明（ 380V侧）计入1800.30.71.025455.160.81.004.8018658.855.180.61221600.20.651.173237.440.81.003.2016435.237.

9、451.4783500.70.90.48245117.627241322201015.3856.1402· p =0.8K0.75812.2727.610901656=0.85·Kq2.2 无功功率补偿由上表可知，该厂 380V 侧最大负荷时的功率因数是 0.77 ，而供电部门要求该厂 10kv 进线侧最大负荷时因数不应低于 0.90. 考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时因数应稍大于 0.90 ，暂取 0.92 来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量：无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率耗损、稳定电压和提高供电质量，在长距离

10、输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。Qc=P30(tan 1- tan 2)=812.2tan(arccos0.77)-tan(arccos0.92)Kvar即 Qc=370Kvar选 PGJ1型低压自动补偿屏（如图 2.1 所示），并联电容器为 BW0.4-14-3 型，采用其方案1（主屏） 1 台与方案 3（辅屏） 4 台相组合，总共容量 84kvar*5=420kvar 。变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷 Q'（）kvar=307.6 kvar，视在功30= 727.6-420率 S30'P302Q30'2 =86

11、8.5 kVA ，计算电流 I 30'S30'=1320 A, 功率因数提高为3U N30cos' = P '=0.935 。因此无功补偿后工厂380V 侧和 10KV侧的负荷计算如下表所示：S30表 2.2无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/kvaI 30/A380v 侧补0.77811.4727.610901656偿前负荷380v 侧无-420功补偿容量380v 侧补0.935812.2307.6868.51320偿后负荷主变压器0.015S30=130.06S30=52功率损耗10kv 侧负0.92825.2359

12、.690052荷计算集中补偿与分散补偿相结合，以分撒补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降压相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。无功补偿的主要作用具体体现在： 提高电压质量； 降低电能损耗； 提高发供电设备运行效率；减少用户电费支出。无功功率补偿装置：一般用并联电容器的方法来进行功率补偿。主屏辅屏CCC1#方案3#方案6支路6支路2#方案4#方案8支路8支路图 2.1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方式3 变电所位置和型式的选择我们的工厂是 10kv 以下，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。以3

13、号厂房负荷中心为原点，建立直角坐标系，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，p1、p2、p3 p10 分别代表厂房 1、2、310 号的功率，设定 p1、p2 p10 并设定 p11 为生活区的中心负荷， 测出其坐标分别是（0，3.2 ）、（0，1.6 ）、（0,0 ）、（2.4 ，4.8 ）、（2.4 ，3.2 ）、（ 2.4 ，1.6 ）、（2.4 ，0）、（ 6.2 ， 3.4 ）、（ 5.6 ，1.9 ）、（ 5，0.4 ）、（ 8， 5.4 ）如图 3-1 所示。而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：P1x1P2 x2P3 x3P11 x11( Pixi )xP2

14、P3P11（3-1 ）PPi1P1 y1 P2 y2P3 y3P11 y11(Pi yi )yP3P11（3-2 ）P1 P2Pi把各车间的坐标带入（ 3-1 ） （3-2 ），得到 x=3.1 ，y=2.3 由计算结果可知，工厂的负荷中心在 6 号厂房的东北角。考虑到周围环境和进出线方便，决定在 5 号厂房的东侧仅靠厂房建造工厂变电所，器型为附设式。图 3.1按负荷功率矩法确定负荷中心4 变电所主变压器台数、容量与类型的选择4.1 变电所主变压器的选择根据工厂的负荷情况和电源情况，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，由容量根据式SN TS30

15、 ， SN T 为主变压器容量，S30为总的计算负荷。 SN.T=1000KVA>S30=861.1KVA,即选一台型号为 S9-1000/10 型低损耗电变压器。至于工厂的二级负荷所需的备用电源，考虑用临近单位相连的高压联络线来供电。2、装设二台变压器型号为 S9 型，容量根据式由下式选择，即SN T (0.6 0.7) 900kVA=（540630）kVA（4-1 ）SN T S30( ) =(132+160+44.4) kVA=336.4kVA（4-2 ）因此选择两台 S9-630/10 型低损耗配电变压器。至于工厂的二级负荷所需的备用电源，考虑用临近单位相连的高压联络线来供电。主

16、变压器的联结组号都为Yyn0.4.2变电所主接线方案的选择根据上面考虑的两种主变压器方案可设计出下列两种主接线方案.装设一台主变压器的主接线方案10kVFS4-1GW口-10GG-1A(J)-0GG-1A(F)-5GG-1A(F)-0GG-1A(F)-0Y0Y0联 络（备用电源）S9-10010/0.4k高 压 柜GG-GG-GG-GG-1A(J1A(F)1A(F1A(F)-03-54-07-07主变联络（备用）图 4-1 装设一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10kVFS4-10GW口-10GG-1A(F)-113、11GG-1A(J)-01GG-1A(F)-07GG-1A

17、(F)-54GG-1A(F)-96YY0联络线0S9-630S9-63010/0.4kV10/0.4kV（备用电源）220/380V高压柜列GG-GG-GG-GG-GG-1A(F)1A(F)1A(J)1A(F)1A(F)1A(F)-113-11-01-96-07-54主主联络变变（备用）图 4-2装设两台主变压器的主接线方案4.3 主接线方案的技术经济比较表 4-1 主接线方案技术经济比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案供电安全性满足要求满足要求技供电可靠性基本满足要求满足要求术供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗较小指标灵活方便性只有一台主变，灵活性稍差由

18、于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些电力变压器的综合查得 S9-1000/10 的单价为15.1万元，查得 S9-630/10 的单价为10.5 万元，因此两而变压器综合投资约为其单价的2 倍，台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，投资额因此综合投资约为 2*15.1=30.2万元比一台主变方案多投资11.8 万元查得 GG-1A(F) 型柜可按每台4 万元计，本方案采用 6 台 GG-1A(F)柜，其综合投资约高压开关柜 （含计量其综合投资可按设备的1.5倍计，因此为 6*1.5*4=36 万元，比一台主变方案多投资柜）的综合投资额高压开关柜的综合投资约为4*1.5*4

19、=2412 万元经万元济指主变的折旧费 =30.2 万元 *0.05=1.51 万主变的折旧费 =42 万元 *0.05=2.1 万元；高压标元；高压开关柜的折旧费=24 万元开关柜的折旧费 =36 万元 *0.06=2.16万元；电力变压器和高压*0.06=1.44 万元；变配电的维修管理费 =变配电的维修管理费 =（ 42+36）万元开关柜的年运行费（ 30.2+24 ）万元 *0.06=3.25万元。 因此*0.06=4.68 万元。因此主变和高压开关柜的主变和高压开关柜的折旧和维修管理费折旧和维修管理费 =（2.1+2.16+4.68）=8.94=（ 1.51+1.44+3.25） =

20、6.2 万元万元，比一台主变方案多投资2.74万元供电贴费主变容量每 KVA为 800 元，供电贴费供电贴费 =2*630KVA*0.08万元 =100.8 万元，=1000KVA*0.08 万元 /KVA=80 万元比一台主变多交 20.8 万元从上表可以看出，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。5 短路电流的计算5.1 绘制计算电路(1)K-1(3)K-2500MVA(2)LGJ-150,8km系统10.5kVS9-10000.4kV图 5-1短路计

21、算电路5.2 确定短路电流的计算基准设基准容量 Sd=100MVA，基准电压 Ud=Uc=1.05UN。 UC为短路计算电压，即高压侧Ud1=10.5kv，Ud2=0.4kv，则Sd100MVA（5-1 ）I d 15.5kA3U d 13 10.5kVSd100MVAkA（5-2）I d 23 0.4kV1443U d 25.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统以知 电力系统出口断路器的断流容量SOC=500MVA,故X 1 =100MVA/500MVA=0.2（5-3 ）架空线路查表得 LGJ-150 线路的电抗 X0=0.36/KM, 而线路长 8km,故X 2 x0l Sd(0

22、.36 8)100MVA2.6（5-4 ）U c2(10.5kV ) 2电力变压器查表得变压器的短路电压百分值Uk %=4.5 ，故U k %Sd4.5100MVA=4.5（5-5）X 31001000kVA100SN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。11k-11k-20.22.64.5图 5-2短路计算等效电路5.4 k-1点（ 10.5kV 侧）的相关计算总电抗标幺值X (k 1)X 1*X 2* =0.2+2.6=2.8三相短路电流周期分量有效值*I d15.5kAI k1X* (k 1)1.96kA2.8其他短路电流I '' (3

23、)I (3 )I k(3)11.96kAish(3)2.55I ''(3 )2.551.96kA5.0kAI sh(3)1.51I ''(3)1.511.96kA2.96kA三相短路容量Sk(3)1XSd100MVA35.7MVA* (k 1)2.85.5 k-2点（ 0.4kV 侧）的相关计算总电抗标幺值X (k 1)X 1*X 2*X 3* =0.2+2.6+4.5=7.3（5-6 ）（5-7 ）（5-8 ）（5-9 ）（5-10 ）（5-11 ）（5-12 ）三相短路电流周期分量有效值*I d 2144kAI k2* (k 2)19.7kAX7.3其他短路

24、电流I ''(3)I (3)I k(3)119.7kAi sh(3)1.84 I ' '(3)1.8419.7kA36.2kAI sh(3)1.09I ''( 3)1.0919.7kA21.5kA5.5.4 三相短路容量(3 )Sd100MVA13.7MVASk 2* (k 2)7.3X以上短路计算结果综合图表5.1 所示。表 5.1短路计算结果（5-13 ）（5-14 ）（5-15 ）（5-16 ）（5-17 ）三相短路电流三相短路容量/MVA短路计算点I k(3)I ''(3)I (3)ish(3)I sh(3 )Sk(3)k

25、-11.961.961.965.02.9635.7k-219.719.719.736.221.513.76 变电所一次设备的选择6.1 10kV 侧一次设备的选择校验按工作电压选则设备的额定电压 U N e 一般不应小于所在系统的额定电压U N ，即 U N e U N ，高压设备的额定电压 U N e 应不小于其所在系统的最高电压 U max ，即 U N e U max 。 U N =10kV，U max =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压U N e =12kV，穿墙套管额定电压U N e =11.5kV，熔断器额定电压 U N e =12kV。按工作电流选择设备的额定

26、电流 I N e 不应小于所在电路的计算电流I 30 ，即 I N eI 30按断流能力选择设备的额定开断电流I oc 或断流容量 Soc ，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值I k(3 ) 或短路容量 Sk(3 ) ，即I ocI k(3 ) 或 Soc(3)Sk(3 )（ 6-1 ）对于分断负荷设备电流的设备来说，则为I ocI OL max ， I OL max 为最大负荷电流。隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a) 动稳定校验条件i maxish(3 ) 或 I max I sh(3 )（6-2 ）imax 、 I max 分别为开关的极限通过电流峰值

27、和有效值，i sh(3) 、 I sh(3 ) 分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b) 热稳定校验条件I t2 t I ( 3)2 tima（ 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。表 6.1 10 kV一次侧设备的选择校验选择校验项目参数装置地点条件数据额定参数高压少油断路器一SN10-10I/63次0设备高压隔离开型关号 GN86 -10/20规格0高压熔断器RN2-10电压互感器电压电流UNIN57.7A10kV( I(1NT)U N eU N e10kV630kA10kV200A10kV0.5A10/0.1kV断流能力I k(3 )1.9

28、6kAI oc16kA50 kA动态定度热稳定度其它I sh(3)I (3) 2tima5.0kA1.9621.97.3imaxI t2 t40 kA16 2 2 512二次负25.5 kA10 25500荷 0.6JDJ-10电压互感器100.10.1kVJDZJ-10/333电流互感器22520.1(900.1) 2110kV100/5ALQJ-10=31.8 kA=81避雷针10kVFS4-10户外隔离开关12kV400A25kA10 25 500GW4-12/4006.2 380V 侧一次设备的选择校验同样，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

29、 6.2380V 一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能动态定度热稳定度其它力参数U NI NI k(3)I sh(3)I (3) 2 t ima装置地点条件380V总 1317.6A19.720.7272数据19.7kA36.2kA一额定参数U N eU N eI ocimaxI t2 t次设380V1500A40kA低压断路器备型 DW15-1500/3D号规格低压断路器630A（大于 I 3030Ka380V）DW20-630(一般)低压断路器200A（大于 I 30380V）25 kADW20-200低压断路1500A380VHD13-1500/30电流互感器1500/5A50

30、0VLMZJ1-0.5电流互感器100/5ALMZ1-0.5500V160/5A6.3 高低压母线的选择查表得到， 10kV 母线选 LMY-3(40 4mm),即母线尺寸为 40mm 4mm;380V母线选 LMY-3 （ 120 10）+80 6，即相母线尺寸为 120mm 10mm，而中性线母线尺寸为 80mm6mm。7 变压所进出线与邻近单位联络线的选择7.1 10kV 高压进线和引入电缆的选择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。a). 按发热条件选择由 I 30 = I 1 N T =57.7A 及室外环境温度33°，查表得

31、， 初选 LGJ-16,其 35°C 时的 I al =93.5A> I 30 , 满足发热条件。b). 校验机械强度查表得，最小允许截面积Amin =25mm2 ，而 LGJ-16 不满足要求，故改选 LGJ-35。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。由高压配电室至主变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之间埋地敷设。a) 按发热条件选择由 I 30 = I 1N T =57.7A 及土壤环境25°，查表得，初选缆线芯截面为 25 mm2 的交联电缆，其 I al =90A>I 30 , 满足发热条件。b) 校验热

32、路稳定按式 A AminI ( 3) tima ，A 为母线截面积，单位为 mm2 ； Amin 为C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 (3 ) 为母线通过的三相短路稳态电流，单位为 A； t ima 短路发热假想时间，单位为 s。本电缆线中 I (3)=1960，tima =0.5+0.2+0.05=0.75s，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AminI(3 )t ima19600.752 <A=252 。C22 mmmm77因此 JL22-10000-325 电缆满足短路热稳定条

33、件。7.2 380V 低压出线的选择铸造车间馈电给 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。a ）按发热条件需选择由 I 30 =201A及地下 0.8m 土壤温度为 25，查表，初选缆芯截面 120 mm2 ，其 I al =212A>I 30 ，满足发热条件。b）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 号厂房距离约为100m，而查表得到 120 mm2 的铝芯电缆的R0=0.31 / km（按缆芯工作温度°计），75X 0 =0.07 / km ，又 1 号厂房的 P30 =94.8kW,Q30 =91.8

34、 kvar ，故线路电压损耗为( pRqX )94.8kW( 0.310.1) 91.8k var (0.07 0.1)U9.4VU N0.38kV9.4100%2.5%<Ual%。U %=5%380满足允许电压损耗的要求。c）短路热稳定度校验AminI (3)tima197000.75224mm2C76不 满 足 短 热 稳 定 要 求 ， 故 改 选 缆 芯 截 面 为240 mm2 的 电 缆 ， 即 选VLV22-1000-3 240+1 120 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。锻压车间馈电给2 号厂房（锻压车间）的线路采用VLV22-1000 型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。a）按发热条件需选择由 I 30 =251A及地下 0.8m 土壤温度为 25，查表，初选缆芯截面 185 mm2 ，其 I al =273A>I 30 ，满足发热条件。b）校验电压损耗由图 1.1所示的工厂平面图量得变电所至2 号厂房距离约为70m，而查表得到 185mm2 的铝芯电缆的R0=0.21 / km（按缆芯工作温度°计），75X 0 =0.07/ km ，又 2 号厂房的 P30 =110.6kW, Q30 =123 kvar ，故线路电压损耗为U( pRqX)110. 6kW( 0.