水泥厂供配电设计报告

1、精品科信学院课程设计说明书（ 2014 /2015 学年第一学期）课程名称 ：企业供电系统工程设计题目 ：水泥厂供配电系统的设计专业班级 ：11 级自动化 4 班学生姓名 ：魏国平学号：110412415指导教师 ：王巍设计周数 ：一周设计成绩：2015年1月2日welcome精品目录11.1工厂配电系统的意义11.2 工厂供电的原则11.3 该设计具体内容21.3.1该设计目的21.3.2该设计内容222.1 该水泥厂的供电具体参数22.1.1 水泥厂负荷情况22.1.2 水泥厂供电电源情况22.1.3 水泥厂负荷情况 22.1.4 供电局要求的功率因数3381113207.1 电气主接线的

2、意义和重要性207.2 供电线路的导线选择217.2.1 工厂常用架空线路裸导线型号及选择217.2.2 供电 10KV 线路的导线选择21welcome精品2828welcome精品第一章绪论1.1 工厂供配电系统设计的意义众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和核心动。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断， 则对工业生产可能造成严重的后果。例如某些对供电可

3、靠性要求很高的工厂，即使是极短时间内的停电，也会引起重大设备的损坏，或者引起大量的产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来极大地经济损失。可见， 做好工厂供电工作对于发展工业自动化生产， 实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面， 而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证要， 并确实做好节能环保工作，就必须达到以下基本要求：（ 1） 安全：在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（ 2） 可靠：应满足电能

4、用户对供电可靠性的要求。（ 3） 优质：应满足电能用户对电压和频率等质量的要求（ 4） 经济：供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。1.2 工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、GB50053-94 10kv 及以下设计规范 、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（ 1）遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。（ 2）安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和

5、经合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。（ 3）近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。（ 4）全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。 工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影welcome精品响到工厂的生产及发展。1.3 该设计的具体内容1.3.1该设计的主要目的本课题应用供配电设计的基本原则和方法进行水泥厂供配电系统的设计。通过本课题的设计 ,能培养我们综合运用所学的理论知识、基本技能和专业知识分析和解决实际问题的能力,培养我

6、们独立获取新知识、新技术和新信息的能力,使我们初步掌握科学研究的基本方法和思路 ,能够理解“安全、可靠、优质、经济”的设计要求 ,掌握工厂供电系统设计计算和运行维护所必须的基本理论和基本技能。1.3.2该设计的主要内容（ 1）负荷计算，短路电流计算。（ 2）供配电系统的设计方案技术和经济的比较。（ 3）供配电系统图的拟定和绘制。（ 4）变压器的台数，容量，型号的选择；主要电气设备。（ 5）线缆的型号，截面，长度选择；变电所的防雷接地。第二章 水泥厂供配电的具体参数及概况2.1 该水泥厂的供电具体参数2.1.1 水泥厂负荷情况该厂多数车间为2 班制，年最大负荷利用小时为5000h。冻土层厚度0.

7、35m，黄土。最热月室内外温度为32 43,最热月土壤最高平均气温27，电费收取办法： 俩部电价制，固定部分按最高负荷收费，22 元 kw 月。2.1.2 水泥厂供电电源情况该水泥厂距上级变电所3km，电缆直埋进线厂，电源电流保护动作时间为2.0s，最大运行方式下的电抗 X*smax=0.12 ，最小运行方式下的电抗X*smin=0.26 ， Sd=100MV A.2.1.3 水泥厂负荷情况设备容量需要系数功率因数车间序号车间设备名称KdcosKW生料破碎20000.70.81生料车间生料配料750.650.65生料磨28000.80.9welcome精品2煤磨车间煤磨4500.70.89生料

8、入窑300.60.7预热器750.650.753烧成车间回转窑750.750.75冷却机450.60.7熟料库100.80.7水泥配料300.70.84水泥车间水泥磨28000.80.9水泥库200.70.85生活区4000.81.06锅炉房350.80.82.1.4供电局要求的功率因数35Kv 母线上的功率因数>0.9；电压损失 <5% ，母线残压 >65% ；第三章 负荷计算3.1 水泥厂各个车间负荷计算3.1.1 生料车间计算1. 单台设备负荷计算（1）生料破碎机：Pe2000 KW K d0.7cos0.8 tan0.75；P30Pe K d20000.71400 K

9、W ； Q30P30tan =14000.75=1050 KvarS30P302Q30214002105021750KV ?A；（2）生料配料机：Pe75 KW ， K d0.65 ， cos0.65 ， tan1.169P30Pe K d750.6548.75 KWQ30P30tan =48.751.16957.0 KvarS30P302Q3022572S307348.7573 KV ?A； I30配110.6 A3U N3 0.38（3）生料磨机：Pe2800 KW ， K d0.8 ， cos0.9 ， tan0.484welcome精品P30Pe K d28000.8 2240 KW

10、； Q30 P30 tan =2240 0.9=2016 KvarS30P302Q30222402201623013.6 KV ? A2. 生产车间总计算负荷统计大电机设备组计算负荷直接相加计算负荷时，取同时系数Kp0.9, Kq0.95 ，P30磨、破机KQ30磨、破机KpP30（）=3276KW0.9 1400 2240qQ30（1050） =2912.7Kvar0.952016S30磨、破机P302Q302327622912.724384 KV ? AI 30磨、破机S30磨、破机43843U N421.9 A3 6P30生总KpP30（48.75） =3320KW0.9 1400224

11、0Q30生总KqQ30（57）=0.95 105020162967 KvarS30生总P302Q30233202296724453 KV ? AI 30生总I30磨、破机I 30配421.9110.6532.5 A3.2.2煤磨车间计算Pe 450 KW , K d0.7， cos0.89 ， tan0.512P30PeK d4500.7315 KWQ30P30tan=3150.512=161.3 KvarS30P302Q3023152 161.32354 KV ?AI 30S30354536 A3U N3 0.383.2.3烧成车间计算1. 单台设备负荷计算（1）生料入窑电机：Pe30 KW

12、 , K d0.6 ， cos0.7 ， tan1.020 ， P30Pe K d300.618 KWQ30P30 tan =181.020=18.36 Kvar（2）预热器：Pe75 KW , K d0.65 ， cos0.75 ， tan0.882welcome精品P30Pe K d750.65 48.75 KW ， Q30P30tan =48.750.882=43 Kvar（3）回转窑：Pe75 KW , K d0.75 ， cos0.75 ， tan0.882P30Pe K d750.75 56.25 KW ， Q30P30tan =56.250.882=49.6 Kvar（4）冷却机

13、：Pe45 KW , K d0.6 ， cos0.7 ， tan1.020 ， P30Pe K d 45 0.6 27 KWQ30P30 tan=271.020=27.54 Kvar（5）熟料库：Pe10 KW , K d0.8， cos0.7， tan1.020P30Pe K d100.88KW ，Q30P30 tan =8 1.020=8.16 Kvar2. 烧成车间总负荷计算用电设备组计算负荷直接相加计算负荷时，取同时系数Kp 0.9, Kq 0.95 ，P30KpP30（ 1848.7556.2527） =142.2KW0.98Q30KqQ30（18.3643 49.627.54） =

14、140Kvar0.958.16S30P302Q302142.22 1402199.5 KV ? AI 30=S30199.5320.3 A3U N30.383.2.4 水泥车间计算1.单台设备符合计算（6）水泥配料：Pe30 KW , Kd0.7 ， cos0.8 ， tan0.75P30Pe K d30 0.7 21 KW ， Q30 P30 tan=210.75=15.75 Kvar（7）水泥磨：Pe2800 KW , K d0.8 ， cos0.9 ， tan0.484P30Pe K d28000.8 2240 KW ， Q30P30tan=2240 0.9=2016 Kvarwelco

15、me精品S302016I 30水磨机 =3194 A3U N6（8）水泥库：Pe20 KW , Kd0.7 ， cos0.8 ， tan0.75P30Pe K d 200.714 KW ， Q30 P30tan =14 0.75=10.5 Kvar2. 水泥车间总负荷统计用电设备组计算负荷直接相加计算负荷时，取同时系数Kp0.9, K q 0.95P30水泥总KP30（212240）=2047.5KWp0.914Q30水泥总K qQ30（15.752016） =1940Kvar0.9510.5S30水泥总P302Q30220472194022820 KV ? AP30KpP30（ 21）=31

16、.5KW0.914Q30KqQ30（15.75） =25Kvar0.9510.5S30P302Q30231.5225240 KV ?AI 30=S304060.7 AI 30水泥总I 30水磨机I 30 =194+60.7=255 A3U N30.383.2.5 生活区计算Pe400 KW , K d0.8 ， cos1.0 ， tan0P30PeK d4000.8320 KWQ30P30tan=3200=0 KvarS30P302Q302320KV ?AI30S303201454 A=0.22U N3.2.6 锅炉房计算Pe35 KW , K d0.8 ， cos0.8 ， tan0.75P

17、30PeK d350.828 KWQ30P30tan =28 0.75=21 KvarS30P302Q3022235 KV ?AS303528 21I30=53 A3U N3 0.38welcome精品3.2.7 水泥厂总负荷统计车间干线计算负荷直接相加计算时，取同时系数Kp 0.95, Kq 0.976P300.95P30( i )0.95(3320315142.22047.532028)5863.4 KWi 16Q300.97Q30( i )0.97(29671611401940 021)5072 Kvari 1S30P302Q3025863.42507227752 KV ? A由于水泥厂

18、有高压电动机需要6KV 电压直接供电，所以全厂I30 要分开计算：P30高0.95（3276）5240 KWQ 30高0.97（2913）224020164781 KvarS30高P302Q30252402478127093 KV ? A I 30高 = S307093683 A3U N3 6P30低0.95（ 44+315+142+31.5+320+28 ） 836 KWQ30低0.97（ 55+161+140+25+21 ） 390 KvarS30低P302Q30283623902923KV ?AI30低=S30923I30 =I 30高I 30低68313992082 A3U N3139

19、9 A0.38按需要系数法算出全场的计算负荷，见下表所示设备需 要功 率计算负荷容量系 数因 数车间车间设备名称KWKdtan序号cosP30Q30S30I 30/KW/Kvar/K ?VA/A生料破碎20000.70.80.751生料生料配料750.650.651.169332029674453532.5车间生料磨28000.80.90.4842煤磨煤磨4500.70.890.512315161.3354536车间welcome精品生料入窑300.60.71.020预热器750.650.750.8823烧成回转窑750.750.750.882142.2140199.5320.3车间冷却机45

20、0.60.71.020熟料库100.80.71.020水泥配料300.70.80.754水泥水泥磨28000.80.90.4842047.19402820255车间5水泥库200.70.80.755生活区4000.81.00320032014546锅炉房350.80.80.75282135537总计K p 0.95, K q0.975863.507277522082取同时系数：4第四章短路电流计算4.1 短路电流计算的目的计算短路电流的目的是正确的选择和校验电气设备，避免在短路电流的作用下损坏电气设备，如果短路电流过大必须采取限流措施，以及进行继电保护装置的整定。为了达到上述计算目的，需要计算

21、下列短路参数：I " 次暂态短路电流， 为来作为继电保护整定计算和校验断路器的额定容量。 应用继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。i sh 三相短路冲击电流，用来检验电器和母线的动稳定。I sh 三相短路电流的稳态有效值，用来校验电器和载流导体的热稳定。S" 次暂态三相短路容量，用来校验断路器的遮断容量和判断母线短路的容量是否超过规定值，作为选择电流电抗器的依据。4.2短路电流的计算按无穷大系统计算短路电流。短路计算电路图见下图，标幺值符号*全去掉。系统等效图如下图所示，welcome精品大系统1/0.0710公里处 35KV母线35KV母线K

22、11/0.29总降变 35KV侧1/1.4K 2总降变 10KV侧1/10K 3厂内10KV线路车间 0.4KV母线车间负荷4.3 工厂总降压35KV 短路电流1. 确定基准值：Sd100M ?VA,U c137 KVSd100M ?VAI d31.64 KA3U c137 KV2. 计算短路电路中个主要元件的电抗标幺值：系统电抗（取断路器Soc1500MV ? A ）：因此Sd100MV ? A0.07X01500MV ? ASoc35KV 线路电抗（ LGJ-50 ）： x0.4/ km ，因此 X1 0.4 101000.293723.求三相短路电流和短路电容XX10.070.1450.

23、215X 02I(3)I d1.64三相短路电流周期分量有效值：KX7.6 KA0.215其它三相短路电流I "(3)I(3)I (3)K7.6 KAi (3)sh2.55I "(3)2.557.619.38 KA I (3)sh1.51I "(3)1.517.611.476 KA三相短路电容：S(3)KSd100465 MV ?AX0.215welcome精品4.410KV 短路母线电流10KV 短路电流如图所示，取点K2 。1.确定基准值取：Sd 100M ?VA,U c210.5 KV I dSd100M ?VA3U c235.5 KA10.5KV2.计算短

24、路电路中个主要元件的电抗标幺值电力变压器的电抗标幺值：X 2U k %Sd7 100MVA1.4100SN1005000 KVA3.求三相短路电流和短路电容XX0X1X 20.070.1450.70.28522三相短路电流周期分量有效值：I (3)KI d5.519.3 KAX0.285其它三相短路电流I "(3)I(3)I (3)K19.3 KAi (3)sh 2.55I "(3)2.5519.349.215 KAI (3)sh1.51I "(3)1.5119.329.143 KA(3)Sd100350 MV ?A三相短路电容： SKX0.2854.50.4KV

25、 车间低压短路母线电流0.4KV 短路电流如图所示，以车间I 为例，取点 K2 。1.确定基准值： Sd100M ?VA,U c30.4KVI dSd100M ?VA144 KA3U c330.4 KV2. 计算短路电路中个主要元件的电抗标幺值由于车间线路较短所以阻抗忽略，电力变压器的电抗标幺值：X3U k % Sd4100MVA10100SN100400KVA3.求三相短路电流和短路电容XX1X2X30.070.1450.755.285X 0222三相短路电流周期分量有效值：I (3)KI d14427.2 KAX5.285其它三相短路电流I "(3)I (3)I (3)K27.2

26、 KAi (3)sh1.84I "(3)1.8427.250.1 KAI (3)sh1.09 I "(3)1.09 27.2 29.648 KAwelcome精品三相短路电容： S(3)KSd10017.2 MV ? AX5.2854.6 三相短路电流和短路电容统计表短路点计算三相短路电流 /KA三 相短路 电容I K(3)I "(3)I (3)i(3)shI (3)sh/ SK(3) / MVA35KV K1 点7.67.67.619.3811.47646510KV K2 点19.319.619.349.21929.1433500.4KV K3 点27.227.

27、227.250.129.64817.2第五章供配电系统图的拟定和绘制5.1 主接线图的线路选择（1） 35KV 侧接线的选择为保证一二级负荷可靠性供电，在企业供电中采用两回路供电和装设两台变压器的桥式供电，桥式接线分为内桥，外桥和全桥，其接线形式如下图所示：WL135KV电源进线WL2WL135KV电源进线WL2WL135KV电源进线WL2QS111QS121QF11QF12QF11QF12QS111QF10QS121QS112QS122QS101QS102QF10QS112QS122QS101QS102QS113QS123QF11QF12QF13QF14QF10T1T2T1T2T1T2QF2

28、1QF22QF21QF22QF21QF22QS211QS221QS21QS221QF20QF20QF20内桥接线外桥接线全桥接线图中 WL1 和 WL2 为电源的两回进线，经断路器QF1 和 QF2 分别接至变压器T1 和welcome精品T2 的高压侧，向变电所送电， QF10 犹如桥一样将两回进线连在一起。由于桥可能位于路器 QF1 和 QF2 的内侧或外侧，故成为内桥和外桥。全桥接线适应性强，对线路、 变压器的操作均方便。运行灵活且易扩展成单母线分段式变电所 (高压有穿越负荷时)。缺点是设备多，投资大，变电所占地面积大。外桥对变压器的切换方便比内桥少两组隔离开关，继电保护简单， 易于过渡

29、到全桥或单母线分段式的接线，且投资少， 占地面积少。 缺点是倒换线路时不方便，变电所一侧不线路保护。 所以这种线路适合于距离短而倒闸次数少的变电所，或变压器采取经济运行需要经常切换终端的变电所以及发展成为有穿越负荷的变电所。内桥接线一次侧可设保护线路，倒换线路时操作方便，设备投资和占地面积都较全桥少。缺点是操作变压器或者扩建成全桥或单母线分段没有外桥方便，所以适用于进线距离较长，变压器切换少的中断变电所。（ 2） 10KV 侧接线选择单母线接线与双母线接线相比较，单母线所用的设备少，系统简单、经济、操作安全，但其可靠性没有双母线的好。（ 3）总降压变电所的选择根据该水泥厂的参数，决定总降压变电

30、所的高压侧用外桥接法，低压的用单母线分段接法。这种接法的主要特点是运行灵活性好，供电的可靠性较高，此种接法适合一、二级负荷工厂。第六章变压器的台数、数量、型号选择由于本厂有重要的一、二级负荷， 考虑到对供电可靠性的要求采用两路进线，一路由 35KV 的公共电源干线接入变电所，另一路来自邻厂的高压联络线。根据以上原则及该厂地理位置与各车间的计算负荷的大小，考虑到导线的截面积和电流成正比， 采用负荷矩阵法可以得到变电所的位置，决定设立6 个车间变电所， 各自供电范围如下：总降压变电所专用变电所变电所 I：煤磨车间、烧车车间、锅炉房。变电所 II ：水泥车间。变电所 III ：生料车间。变电所 IV

31、 ：生活区。全厂负荷平面图如图所示：welcome精品生F控制屏、A总降压变电所配电屏B专用变电所堆料场活高压电C变电所I区源进线D变电所 II煤磨车间E变电所 IIIC 锅炉房高压配F 变电所 IV间烧成车间电线D车A料低压配生EB水泥车间电线6.1.1 各车间变压器台数、容量选择及无功功率补偿1. 变电所 I 变压器台数及容量选择( 1 )变电所I 的供电负荷统计同时系数取： Kp0.9, Kq0.95P30 =Kp (P30煤P30烧P30锅 )0.9 (31514228)436.5 KWQ30 =Kq (Q30煤Q30烧Q30锅 )0.95(161 142 21)308 K varS3

32、0P302Q302436.523082534 KVAI 30= S30=534=810 AcosP30436.50.823U N1.7320.38S30534( 2 )变电所 I 的无功功率补偿（高压侧提高到0.9 以上，计算时取0.92）无功补偿装置的容量为：QcQ30Q '30P30 (tantan')436.5(tan arccos0.82tan arccos0.92)436.5(0.70.43)118 Kvar补偿后视功率：SIP302(Q30 Qc )2436.521902476 KVA( 3 )变电所 I 的变压器选择为了保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车

33、间负荷的70%）SNTI 0.7SI333 KVAwelcome精品选择变压器型号为SL7 系列 SL7-400/10 ，额定容量为400KV A, 数量为 2 台。查表变压器的各项参数：空载损耗：P00.92 ；负载损耗：Pk5.8 ；阻抗电压： U k %4 ；空载电流：I 0 %1.9 ；( 4 )计算每台变压器的功率损耗'11S302 SI2476238 KVAPTP0Pk ( S '30 )20.925.8( 238 )23.0 KWSN400QTI0% SNU kSN (S'30 )21.9 SN4 SN (238)213.3 Kvar100100SN100

34、100400也可用简化经验公式：PT0.015S'300.0152383.57 KWQT0.06S'30.06 23814.28 K var变电所高压侧负荷为：P' IP30 +2PT =436.523.57444 KWQ ' I(Q 30 -QC )+2QT =(308118)214.28219 K var''2'222495 KVAI'S'I495=28.6 ASIP30Q30444219I =3U N 1.732 10补偿后的功率因数：'P'I4440.9010.9cosS'I495这一功率因

35、数满足规定高压侧功率因数大于 0.9，由此可见无功功率补偿提高功率因数能是工厂取得可观的经济效果。2.变电所 II 变压器台数及容量选择（1）变电所II 的供电负荷统计由于变电所II 只供水泥车间，车间里的大电机有专用变压器专门供电，所以其负荷如下：取同时系数： Kp0.9, K q0.95P30KpP30（21）=31.5KW0.914Q30KqQ30（ 15.75）=25Kvar0.9510.5welcome精品SP 2Q 231.5225240I30= S30=40=61 A3030303U N1.7320.38（2）变电所 II 的无功功率补偿（高压侧提高到0.9 以上，计算时取0.92）无功补偿装置的容量为：Qc Q30 Q '30P30 (tantan' )31.5(tan arccos0.78tan arccos0.92)31.5(0.80.43)12 Kvar补偿后视功率：SIIP302(Q30 -QC )231.5213234 KVA（ 3）变电所 II 的变压器选择为了保证供电的可靠性，选用两台变压器