企业供电系统工程设计

1、信息与电气工程学院课程设计说明书（2012 /2013学年第一学期）课程名称:企业供电系统工程设计课程设计题 目:某电机制造厂总降压变电所及高压配电系统设计专业班级：自动化0903学生姓名:学 号：指导教师:设计周数:以设计成绩:2013年1月18日目录 TOC o 1-5 h z 一、课程设计目的1二、课程设计的原始数据及技术要求1三、设计说明23.1负荷计算及功率补偿23.1.1负荷计算的内容和目的23.1.2负荷计算的方法23.1.3全厂负荷计算43.1.4功率补偿错误！未定义书签。3.1.5各用电车间负荷情况及各车间变电所容量错误！未定义书签。3.2电机制造厂总降压变电所主变压器和主结

2、线方案的选择53.2.1变压器容量及台数的选择53.2.2变配电所主结线的选择原则53.2.3 主结线方案选择53.2.4配电所的主接线选择63.3短路电流的计算73.3.1绘制计算电路73.3.2求k -1，k-2点的三相短路电流和短路容量73.4变电所一次设备的选择校验103.5变电所高压母线的选择103.6变电所进出线选择113.6.1 10.5kV高压出线的选择113.6.2作为备用电源的高压线的选择校验13四、结论14五、参考文献15一、课程设计目的本题目主要目的是设计某电机制造厂的变电所总降压配电设计。与原来的课程设计比较，本 题不仅设计量大了许多，而且在更个方面的要求也有所加强。

3、虽然变电所的设计在现在已经不是高 新的技术，但是作为自动化专业的学生，本题目还是很全面的包含了一大部分专业课程学习的内容， 而且各个方面都有所深入。尤其是继电保护的问题，有了更加深入的学习。虽然本题没有对变电站综合自动化有所研究，但是对日后向这个方面的学习和发展打下了坚实 的基础。通过这次设计不仅进一步加强专业知识的学习，拓宽知识面，提高理论知识水平。而且扩 宽了就业面，提高就业能力，提高了独立思考和分析问题的能力。课程设计的原始数据和主二、课程设计的原始数据及技术要求1、工厂负荷情况：本工厂大部分车间为一班制，少数车间为两班制，年最大负荷利用小时数 为2500小时，日最大负荷持续时间为6h。

4、该厂除铸造车间、电镀车间、和锅炉房属于二级负荷外， 其余均属于三级负荷。本厂的负荷统计资料如表2-1所示。2、供电电源情况：本厂可由附近10KV的公用电源干线取得工作电源。干线首端距离本厂大 约8km。干线首端所装设的高压断路器断流量为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1.3s。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。3、气象资料：本厂所在地区的年最高气温为38C年平均气温为23C年最低气温为-9C 年最热月平均最高气温为33C年

5、最热平均气温为26C年最热月地下0.8米处平均气温为25C。 当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20.4、根据课题的原始资料确定负荷等级；拟定高低压供配电系统；正确建立负荷统计计 算表；变压器台数、容量、型号选择；设计变电所主接线图；计算短路电流以及主要高压设 备器件的选择及校验；CAD绘制供配电系统图；写一份完整的设计说明书。表2-1全厂各车间负荷情况汇总表车间名称Pe/kWKdcos (p电机修理车间23000.60.7机械加工车间8800.650.65新品试制车间6500.550.6原料车间5500.350.65备件车间5600.50.7锻造车间1800.60.65锅炉房2600.90.

6、8空压房3020.80.65汽车库560.50.7线圈车间3280.550.65半成品试验车间7500.650.75成品试验车间25640.350.6加压站（10KV转供负荷）2740.550.65设备处仓库（10KV转供负荷）6540.550.75成品试验站内大型集中负荷38740.650.75三、设计说明3.1负荷计算及功率补偿3.1.1负荷计算的内容和目的（1）计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量求取确定的、预期不变的最大假想负荷。也 就是通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。在配电设计中， 通常采用半小时的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的

7、依据。（2）计算负荷是用户供电系统结构设计、供电线路截面选择、变压器数量和容量选择、电气设备 额定参数选择等的依据，合理地确定用户各级用电系统的计算负荷非常重要。3.1.2负荷计算的方法有功计算负荷为 Kp（3-1）式中，七为设备容量。 TOC o 1-5 h z 无功计算负荷为Q30 = P01 a n(3-2)式中，tan中为对应于用电设备组cos中的正切值。视在计算负荷为S = ： P2 + Q2(3-3)303030S总的计算电流为I = 一3。(3-4)300UN式中，U N为额定电压380V。3.1.3全厂负荷计算。取 Kp = 0.92; Kq = 0.95根据上表可算出：Z P

8、 i = 7987kW; Q30i = 8228kvar则 P = KP P i = 0.92x7987kW = 7348kWQ30 = Kq Q30 i = 0.95x7348var = 7816kvarJS 30 = Jp2 + Q2 -10728KV-ACOSe = P / S 30 = 7348/10728- 0.683.1.4功率补偿由于本设计中上级要求COS世0.9,而由上面计算可知COSO=0.68v0.9，因此需要进行无功补偿。 综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿。可选用BWF10.5-100-1W型的电容器，其额定 电容为2.89pFQc = 7348x (tana

9、rc cos0.68tanarc cos0.92) Kvar=4762Kvar 取 Qc=4800 Kvar因此，其电容器的个数为：n = Q /qc = 4800/100 =48而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取48个 正好无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：s 、30(2) = (0.6-0.7)%任一台单独运行时，snt邳30 (I+II)由于S30= 10728 KV-A，因为该厂都是一二级负荷所以按条件2选变压器。，心 (0.6-0.7) x10728= (6436.87509.6) KVA S S30 (I+II)因此选5700 KV-A的变压器二台3.2.2变配电所主结

10、线的选择原则当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一 组隔离开关。6.610KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线 路隔离开关。采用610 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费

11、用的专用电压、电流互感器(一般都 安装计量柜)。变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电 源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关 的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。3.2.3主结线方案选择主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路 图如下这种主结线，其一次侧的QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线

12、路断路器 QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。这种主结线的运行灵活性较好，供电 可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。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QF10 （其两侧QS先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电，这种内桥式 结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切 换的总降压变电所。一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图（下 图），这种主结线，其一次侧的高压断路器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器 QF11和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为

13、外桥式结线。这种主结线的运行灵活性也较好， 供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式结线适用的场合有所不同。如果某 台变压器例如T1停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF10 （其两侧QS先合），使两路 电源进线又恢复并列运行。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行 需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网 的穿越功率不通过进线断路器QF11、QF12，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都 极为有利。3.2.4配电所的主接线选择两条电源进线的主结线方案 如图3-1示3.3短路电流的计算3.3.

14、1绘制计算电路图3-2短路计算电路3.3.2求k -1, k-2点的三相短路电流和短路容量当系统最大运行方式时:求k -1点的三相短路电流和短路容量（七二10.5犀）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗i电力系统的电抗：由Sc=500MVA，因此U 2灯0.5kV 方X = s = 500mva Q 022。ocii架空线路的电抗：由资料得X广。.4。/成,因此X 2 = X 01 = 0.4（。/ km ）x 8km = 3.2。iii绘k-1点短路的等效电路，如图3-4示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值（分母）并计算其总电抗为:X （ k 1） = X1 + X 2 = 0.22。+

15、3.2。= 3.42。图3-3短路等效电路图计算三相短路电流和短路容量i三相短路电流周期分量有效值了UI （3） = c1k -13 X（ k -1）10.5kV * 1.77kA3 x 3.42Qii其他三相短路电流I”（3）= I（3）= I（3）= 1.77 kA8k-1i（3）= 2.55I（3）= 2.55 x1.77kA=4.51kA shI（3）= 1.51I（3）= 1.51x 1.77kA=2.67kAshiii三相短路容量S（3）=、；3U I=3 x10.5kVx1.77kA=32.19MVA k -1c1 k -1求k-2点的三相短路电流和短路容量(U2=0.4kV )

16、 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗i电力系统的电抗寸 U 2（0.4kV 2X = sC2 = 500mva * 3,2 x 10-4Qocii架空线路的电抗2 = 0.4（Q / km）x 8km xf 0，4kV10.5kV ）2牝 4.64 x 10-3Qiii电力变压器的电抗：由附录表5差得.=5,因此X = X =堂隼=A x （0.4kV）2 = 8 x10-3 Q 34100SN10 1000kV Aiv绘k-2点短路的等效电路如图3-5示，并计算其总电抗为:=X + X + X / X = X + X +X 3X 4X 3 + X 4X （k-2）1234128 x 10 -

17、3 Q=3.2 x 10 - 4 Q + 4.64 x 10-3 Q +2=8.96 x 10 - 3。图3-4短路等效电路图计算三相短路电流和短路容量3.2x 10-4i三相短路电流周期分量有效值了UI=k-2RX （k-2）c2=0.4一a 25.7kA 130, 满足发热条件。校验电压损耗由电机制造厂平面图量得变电所至一号厂房距离约100m，而表查得25mm2的铝芯电缆的=1.54。/km (按缆芯工作温度80C计)，X0 = 0.120G/km,又1号厂房的P0 = 618.7kW , 。30 = 258.9k var，因此按式 (pR + qX ) TOC o 1-5 h z U =

18、 (3-9)N HYPERLINK l bookmark133 o Current Document AU = 618.7kW x(1.54 x 0.1L+258.9k varx (0.12 x 0.1L 9取 10kV.AU匕=(9.8V；10000V)x 100匕=0.098匕 130，满足发热条件。（2）校验电压损耗由表查得缆芯为16mm2的铝绞线的R0 = 2.07Qjkm，X = 0.38Qjkm （按线间几何均距 0.8m 计）。又 % = （200.1 + 184）kW = 384.1kW，。粕=（63.6+86.8var=150.4kvar，线路长度按 4km计，因此按式（3-

19、9），得AU = 384.1kW x（2.07 x 4）Q+150.4k varx （0.38 x 4）340 9V10kVAU匕=（340.9V10000V）x 100匕-3.4匕 AU匕=5匕满足允许电压损耗5%的要求。（3）短路热稳定度校验综合以上所选电机制造厂变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表3-5所示表3-5电机制造厂变电所进出线和联络线的型号规格线路名称导线或电缆的型号规格35kV电源进线LJ-35铝绞线（三相三线架空）10kV高 压出 线至1号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至2号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 1

20、50 四芯电缆（直埋）至3号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至4号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至5号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至6号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至7号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至8号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至9号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至10号厂房YJL22-1000

21、0-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至11号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）10kV高 压出 线至12号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至13号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至14号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至15号厂房YJL22-10000-3X300+1 X 150 四芯电缆（直埋）至塑料制品厂3 X LJ-50 + 1X LJ-35（三相四线架空）与邻近35/10kV变电所10kV联 络线LJ-16铝绞线（三相三线架空）四、结论我做的是某电机制造厂全厂总降压变电所及配电系统的设计.通过一周的课程设计，让我学会 了工厂供电的基本设计方法，对工厂供电的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。既让我们懂 得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在对理论的 运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的掌握都是思想上的，对一 些细节不加重视，当我们把自己想出来的设计与到工厂供电中的时候，问题出现了，不是不能运行， 就是运行的结果和要求的结果不相符合。在