工厂供电课程设计方案

学号：1350803206《工厂供电》课程设计（2013级本科）题目：某变电所一次系统设计学院：物理与机电工程学院专业：电气工程及其自动化作者姓名：指导教师：职称：班主任完成日期：2015年1月3日某变电所一次系统设计物电系电气132班负荷计算和无功功率补偿；变电所主变压器和主接线方案的选择；短路电流的计算等。1.2设计依据1、气象资料：工厂所在地区的年最高气温为34℃，年平均气温为15℃，年最低气温为－18℃，年最热月平均最高气温为25℃，年最热月平均气温为18℃，年最热月地下0.8m处平均温度为21℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为8。2、地质水文资料：工厂所在地区平均海拔1500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。3、电费制度：工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计为18元／kVA，动力电费为0.20元/kw·h，照明电费为0.50元/kw·h。工厂最大负荷时的功率因数不得低干0.90，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6～10kV为800元／kVA。4、工厂负荷情况见下表：序号名称类别设备容量需要系数cos计算负荷1铸造车间动力2900.40.71.02照明100.80.90.48小计300———2锻压车间动力2000.30.61.33照明100.70.90.48小计210———3仓库动力300.40.850.62照明50.80.90.48小计35———4电镀车间动力1000.50.850.62照明80.80.90.48小计108———5工具车间动力2200.30.651.17照明100.90.90.48小计230———6组装车间动力2000.40.71.02照明300.80.90.48小计230———7维修车间动力2000.20.61.33照明130.80.90.48小计213———8金工车间动力4000.20.651.17照明160.80.90.48小计416———9焊接车间动力8300.30.451.98照明460.80.90.48小计876———10锅炉房动力1000.70.80.75照明30.80.90.48小计103———11热处理车间动力2000.60.71.02照明100.80.90.48小计210———12生活区照明800.70.90.48总计（380v侧）动力照明取1、设计及计算说明书（1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言简练。（2）主要计算过程和步骤完整无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇总。2、图纸（1）绘制电气主接线图（2）原理图要求用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适清晰美观。三.设计进度安排阶段设计各阶段名称起止日期1熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料2015.11.282查阅有关资料、阅读设计要求必读的参考资料2015.11.293负荷计算2015.12.44电气主接线设计2015.12.255短路电流计算2016.1.16主要电气设备及载流导体选择2016.1.27书写课程设计说明书2016.1.48打印整理课程设计资料2016.1.4四.需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定）【1】刘涤尘、王明阳、吴政球.电气工程基础[M].武汉：武汉理工大学出版社.2003年【2】张学成.工矿企业供电设计指导书[M].北京：北京矿业大学出版社.1998年【3】刘介才.工厂供电简明设计手册[M].北京：机械工业出版社.1993年【4】刘介才.实用供配电技术手册[M].北京：中国水利水电出版社.2002年【5】刘介才.工厂供电[M].北京：机械工业出版社.1997年【6】同济大学电气工程系.工厂供电[M].北京：中国建筑工业出版社.1981年【7】苏文成.工厂供电[M].北京：机械工业出版社.2004年【8】工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册（补充本）.北京：水利电力出版社.1990【9】JGJ16-2008民用建筑电气设计规范【10】GB50054-95低压配电设计规范【11】GB50052-95供配电系统设计规范【12】GB50217-2007电力工程电缆设计规范【13】GB50060-923～110KV高压配电装置设计规范教研室意见负责人签名：年月日系（部）意见负责人签名：年月 日目录TOC\o"1-3"\u目录 (4-29)3.两台变压器分裂运行时(1)绘制计算电路，选择短路计算点，如图4-3所示。图4-3分裂运行时短路计算电路(2)基准值和短抗标幺值同并列运行时所算各值。(3)绘制等效电路图，如图4-4所示：图4-4分裂运行时短路等效电路图(4)k1点的短路计算值同并列运行时k1点的计算值。(5)k2点（0.4kV侧）的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总阻抗标幺值(4-30)三相短路电流周期分量有效值(4-31)三相短路次暂态电流和稳态电流===15.82KA(4-32)三相短路冲击电流=1.84=1.8415.82=29(4-33)第一个周期短路全电流有效值=1.09=1.09×15.82=17.24KA(4-34)三相短路容量(4-35)(6)k3点的短路计算值同k2点的计算值。4.短路电流计算结果短路电流计算结果见表4-1、表4-2：表4-1并列运行时短路电流计算结果短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/K11.591.591.594.052.4028.82K222.9322.9322.9342.1924.9915.92表4-2分列运行时短路电流计算结果短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/K11.591.591.594.052.4028.82K215.8315.8315.8329.1317.2511.00K315.8315.8315.8329.1317.2511.00比较变压器并列和分裂运行两种情况下的短路计算，可得出分裂运行时的低压侧短路电流较并列运行时有明显减小，因此，为降低短路电流水平，所设计变电站通常情况下应分裂运行。4.2变电站一次设备的选择与校验正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。4.2.1一次设备选择与校验的条件为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列条件选择和校验：(1)按正常工作条件，包括电压、电流、频率、开断电流等选择。(2)按短路条件，包括动稳定和热稳定来校验。(3)考虑电气设备运行的环境条件和温度、湿度、海拔以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。4.2.2按正常工作条件选择1.按工作电压选择设备的额定电压不应小于所在线路的额定电压，即(4-36)2.按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即(4-37)3.按断流能力选择设备的额定开断电流或断流容量不应小于设备分断瞬间的短路电流有效值或短路容量，即(4-38)或(4-39)4.2.3按短路条件校验短路条件校验，就是校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳定。1.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(4-40)或(4-41)式中、——开关的极限通过电流（动稳定电流）峰值和有效值（单位为KA）；、——开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值（单位为KA）。(2)热稳定校验条件(4-42)式中——开关的热稳定电流有效值（单位为KA）；——开关的热稳定试验时间（单位为s）；——开关所在处的三相短路稳态电流（单位为KA）；——短路发热假想时间（单位为s）。2.电流互感器的短路稳定度校验(1)动稳定校验条件(4-43)或(4-44)式中——电流互感器的动稳定电流（单位为KA）；——电流互感器的动稳定倍数（对）；——电流互感器的额定一次电流（单位为A）。热稳定校验条件(4-45)或(4-46)式中——电流互感器的热稳定电流（单位为KA）；——电流互感器的热稳定试验时间，一般取1s；——电流互感器的热稳定倍数（对）。4.2.410kV侧一次设备的选择校验4-310kV侧一次设备的选择校验选择交验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据10kV67.6A1.96kA5.0kA一次设备型号参数额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA高压隔离开关10kV200A—25.5kA高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA——电压互感器JDJ-1010/0.1kV————电压互感器JDZJ-10/KV————电流互感器LQJ-1010kV100/5A—户外隔离开关GW4-12/40012kV400A—25kA4.2.5380V侧一次设备的选择校验选择交验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据380V总1598A19.73kA36.3kA一次设备型号参数额定参数低压断路器DW15-2500380V2500A60kA低压断路器DZ20J-1000DZ20J-1250380V1000A1250A(大于)一般30kA低压断路器DZ20-630380V630A(大于)一般30kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A—低压刀开关HD13-1000/30380V1000A—电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A630/5A—电流互感器LMZ1-0.5500V400/5A315/5A200/5A—表4-4所选设备均满足要求。4.3高低压母线的选择根据计算电流和《GB50053－9410kV及以下变电所设计规范》中的规定，10kV母线选择LMY-3(40×4)型母线，即母线尺寸均为40mm×4mm；380V母线选择LMY-3(120×10)+80×6型母线，即相母线尺寸为120mm×8mm,中性母线尺寸为60mm×6mm。5变电所进出线和低压电缆选择5.1变电所进出线的选择范围1.高压进线(1)如为专用线路，应选专用线路的全长。(2)如从公共干线引至变电站，则仅选从公共干线到变电站的一段引出线。(3)对于靠墙安装的高压开关柜，柜下进线时一般须经电缆引入，因此架空进线至变电站高压侧，往往需选一段引入电缆。2.高压出线(1)对于全线一致的架空出线或电缆出线，应选线路的全长。(2)如经一段电缆从高压开关柜引出再架空配电的线路，则变电站高压出线的选择只选这一段引出电缆，而架空配电线路在厂区配电线路的设计中考虑。3.低压出线(1)如采用电缆配电，应选线路的全长。(2)如经一段穿管绝缘导线引出，再架空配电线路，则变电站低压出线的选择只选这一段引出的穿管绝缘导线，而架空配电线路则在厂区配电线路或车间配电线路的设计中考虑。5.2变电所进出线方式的选择1.架空线。在供电可靠性要求不很高或投资较少的中小型工厂供电设计中优先选用。2.电缆。在供电可靠性要求较高或投资较高的各类工厂供电设计中优先选用。5.3变电所进出导线和电缆形式的选择1.高压架空线(1)一般采用铝绞线。(2)当档距或交叉档距较长、电杆较高时，宜采用钢芯铝绞线。(3)沿海地区及有腐蚀性介质的场所，宜采用铜绞线或防腐铝绞线。2.高压电缆线(1)一般环境和场所，可采用铝芯电缆；但在有特殊要求的场所，应采用铜芯电缆。(2)埋地敷设的电缆，应采用有外护层的铠装电缆；但在无机械损伤可能的场所，可采用塑料护套电缆或带有外护层的铅包电缆。3.低压电缆线(1)一般采用铝芯电缆，但特别重要的或有特殊要求的线路可采用铜芯电缆。(2)电缆沟内电缆，一般采用塑料护套电缆，也可采用裸铠装电缆。5.4高压进线和低压出线的选择5.4.110kV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公用电源干线。(1)按发热条件选择。由线路最大负荷时的计算电流及室外环境温度25℃，选择LGJ-16，其25℃时的允许持续载流量=105A＞，满足发热条件。(2)校验机械强度。因为钢芯铝绞线架空裸导线在6～10kV的允许最小截面为25，所以LGJ-16满足机械强度要求。由于此线路很短，不需检验电压损耗。5.4.2由高压母线至主变的引入电缆的选择校验采用YJV-10000型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。(1)按发热条件选择。由线路最大负荷时的计算电流及土壤温度25℃，选择3芯交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其型号为，其=90A＞，满足发热条件。（2）校验短路热稳定。查得短路热稳定系数C=77＜A=25(5-1)所以电缆满足要求。5.4.3380V低压出线的选择1.馈电给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)按发热条件选择。由计算电流=264.47A，及该地区地下0.8米处全年最热月最高温度为21℃，初选其，满足发热条件。(2)校验电压损耗合格。（3）满足短路热稳定度要求，因此选用的电缆型号为的四芯聚氯乙烯绝缘铝芯电缆。2.馈电给锻压车间的线路采用YJV-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。线路计算电流为=162.25A，为满足断路器上下级之间的配合，此段电缆选用型号为，其载流量为185A,经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满足要求。3.馈电给仓库的线路由于仓库负荷太小，只有28.16kW，直接从低压母线引线会造成浪费，因此把它的负荷加到与它邻近的锻压车间，从锻压车间向其引线，对其供电。锻压车间电缆选取过程中已经将电缆型号上调一级，经检验完全能满足对锻压车间和仓库的供电要求。4.馈电给电镀车间的线路采用YJV-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。线路计算电流为=100.11A，为满足断路器上下级之间的配合，此段电缆选用型号为，其载流量为107A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满足要求。5.馈电给工具车间的线路采用YJV-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。线路计算电流为=168.32A，为满足断路器上下级之间的配合，此段电缆选用型号为，其载流量为185A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满足要求。6.馈电给组装车间的线路由于组装车间就在变电站旁边，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线ZR-BV-750型5根（3根相线，1根中性线，1根保护线）穿硬塑料管埋地敷设。(1)按发热条件选择。由=212.1.A，及环境温度（年最热月最高温度）30℃，相线截面初选120，其，满足发热条件。按规定，中性线和保护线也选为120，与相线截面相同，即选用ZR-BV-750-1×120塑料导线5根穿内径80的硬塑管。(2)校验机械强度。查得，穿管敷设的绝缘导线线芯的最小允许截面，因此上面所选120的相线满足机械强度要求。(3)校验电压损耗。所选穿管线，估计长度50m，查得，所选导线，又组装车间，因此(5-4)(5-5)满足允许电压损耗5%的条件。馈电给维修车间的线路采用YJV-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。线路计算电流为=116.96A，为满足断路器上下级之间的配合，此段电缆选用型号为，其载流量为129A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满足要求。8.馈电给金工车间的线路采用YJV-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。线路计算电流为=206.99A，为满足断路器上下级之间的配合，此段电缆选用型号为，其载流量为223A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满足要求。9.馈电给焊接车间的线路采用YJV-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。由于热处理车间负荷较大，线路计算电流为=899.14A，线路长度为300m，决定由两条线路对其供电。(1)按发热条件选择。由计算电流=899.14A，及该地区地下0.7～1米处全年最热月最高温度为21℃，初选2×，其(2)校验电压损耗，满足要求。（3）校验热稳定度，满足短路热稳定度要求。因此选用的电缆型号为。10.馈电给锅炉房的线路采用YJV-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。线路计算电流为=136.91A，为满足断路器上下级之间的配合，此段电缆选用型号为，其载流量为151A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满足要求。11.馈电给热处理车间的线路采用YJV-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。由于热处理车间负荷较大，线路计算电流为=273.15A。按发热条件选择。由=273.15A，及地下0.8米处全年最热月最高温度为21℃，初选（2×，)，其，满足发热条件。12.馈电给生活区的线路采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。(1)按发热条件选择。由=94.53A，及室外环境温度25℃，初选，其25℃时的，满足发热条件。(2)校验机械强度，满足条件。BLX-1000-（3+1）×50型钢芯铝绞线架空敷设。综合以上所选变电站进出线和低压电缆型号规格见表5-1。根据本设计计算选择最后的变电所系统图见附录一。表5-1变电站进出线和低压电缆型号规格线路名称导线或电缆的型号规格10kV电源进线LGJ-16钢芯铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆交联电缆（直埋）380V低压出线至铸造车间交联电缆（直埋）至锻压车间交联电缆（直埋）至电镀车间交联电缆（直埋）至工具车间交联电缆（直埋）至组装车间至维修车间交联电缆（直埋）至金工车间交联电缆（直埋）至焊接车间2×()交联电缆（直埋）至锅炉房交联电缆（直埋）至热处理车间2×交联电缆（直埋）至生活区钢芯铝绞线（三相四线架空）6.防雷和接地装置的确定6.1装设避雷针室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果工厂处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。高压侧装设避雷器这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。低压侧装设避雷器。这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。在本设计中，配电所屋顶及边缘敷设避雷带，其直径为8mm的镀锌圆钢，主筋直径应大于或等于10mm的镀锌圆钢。6.2接地及其装置6.2.1确定接地电阻按相关资料可确定此工厂公共接地装置的接地电阻应满足以下两个条件：RE≤250V/IERE≤10ΩIE=IC=60×(60＋35×4)A/350=34.3A故RE≤350V/34.3A=10.2Ω。综上可知，此工厂总的接地电阻应为RE≤10Ω6.2.2接地装置初步方案现初步考虑围绕变电所建筑四周，距变电所2～3m，打入一圈直径50mm、长2.5m的钢管接地体，每隔5m打入一根，管间用40×4mm2的扁钢焊接。6.2.3计算单根钢管接地电阻单根钢管接地电阻RE(1)≈100Ω·m/2.5m=40Ω6.2.4确定接地钢管数和最后的接地方案根据RE(1)/RE=40/4=10。但考虑到管间的屏蔽效应，初选15根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体。以n=15和a/l=2再查有关资料可得ηE≈0.66。因此可得n=RE(1)/(ηERE)=40Ω/(0.66×4)Ω≈15考虑到接地体的均匀对称布置，选16mm根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体，用40×4mm2的扁钢连接，环形布置。接地装置为接地线和接地体的组合，结合本厂实际条件选择接地装置：交流电器设备可采用自然接地体，如建筑物的钢筋和金属管道。本厂的大接地体采用扁钢，经校验，截面选择为260mm，厚度为3mm。铜接地线截面选择：低压电器设备地面上的外露部分截面选择为21.5mm（绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为21mm。所用的接地电阻选择：查表得接地电阻应满足R≤5Ω，Re≤120V/IE根据经验公式：其中：ohI为同一电压的具有电联系的架空线线路总长度；cabI为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度。则：=4.67Ω所以，变电所的接地电阻应选为5Ω。7总结从任务下发到完成，整整用了两周的时间，期间元旦三天，更是昼夜奋战，整个小组从早上八点到晚上九点，一直在教室，每个人都很努力，大家相互配合，互相学习并帮助，最总完成了这份意义重大的课程设计。通过课程设计的整个过程，首先是对工厂供电这门课程的复习和检验，是理论联系实际的最好例子。其次，一己之力在有限的时间内完成这项任务，确实很难，但是团队协作让他变得轻松，大家各司其职，互相交流，取长补短，更加全面且牢固的掌握了这门课程的内容，而且通过设计同时起到了期末复习的作用，获益良多。8参考文献【1】刘涤尘、王明阳、吴政球.电气工程基础[M].武汉：武汉理工大学出版社.2003年【2】张学成.工矿企业供电设计指导书[M].北京：北京矿业大学出版社.1998年【3】刘介才.工厂供电简明设计手册[M].北京：机械工业出版社.1993【4】刘介才.实用供配电技术手册[M].北京：中国水利水电出版社.2002年【5】刘介才.工厂供电[M].北京：机械工业出版社.1997年【6】同济大学电气工程系.工厂供电[M].北京：中国建筑工业出版社.1981年【7】苏文成.工厂供电[M].北京：机械工业出版社.2004年【8】工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册（补充本）.北京：水利电力出版社.1990【9】JGJ16-2008民用建筑电气设计规范【10】GB50054-95低压配电设计规范【11】GB50052-95供配电系统设计规范【12】GB50217-2007电力工程电缆设计规范【13】GB50060-923～110KV高压配电装置设计规范9附录附录一：变电所10kV高压一次系统图：附录二：变电所380V低压一次系统图：‘YJV(FYJV),YJLV(FYJLV),ZC–YJVZC-YJLV0.6/1kV电缆参在空气中敷埋地敷设近似电缆参考重量考外径mm设近似载流量载流量kg/km标称截面mm2CuAlCuAlCuAl4×1.510.92229160-4×2.511.829382111484×4.01338502831824×6.014.2492262293762254×1016.7672984385673144×1619.18837109478294244×2523.2119501426312496184×3525.5146661708216898044×5025.21739020110721499164×7028.9218110245129294412194×9532.5271128294151390315594×12025.9315164333185496719564×15040.2366201374223613324134×18544.4422234421253760030084×24049.4486272489285974337844×300565693155553211227147164×40067.968637762848116248-440425--3×2.5+1×1.511.6282236292121563×4.0+1×2.5

12.7372947372771873×6.0+1×4.013.9473760473632253×10+1×6.016.1644981625273003×16+1×1018.68566106827664003×25+1×1622.21138813710611405663×35+1×1624.613910816412714757123×50+1×2527.717313419815419518663×70+1×3531.9222170246198266211423×95+1×5036.2271210293227357814963×120+1×7039.9318247334259456718563×150+1×7045370286375290551422683×185+1×9549.4427331422328685027883×240+1×12054.9507393492381874134923×300+1×15062.9599463560433110524409YJV(FYJV),ZC-YJV0.6/1kV电缆参在空气中埋地敷设近似电缆参考重量标称截面考外径mm敷设近似载流量kg/kmmm2载流量5×414.7483455×615.838604515×1018.648826885×1621.36610710115×2525.78913815535×3528.411816720715×5032.914720028925×7038.218024639745×9543.423129053265×12047.928233166575×15053.833037283105×18559.6384422102285×24066.5442492131035×30073.4530559162396124×4+1×2.514.238483204×6+1×415.648604274×10+1×618.166816364×16+1×1020.8881079414×25+1×1624.911813714414×35+1×1627.114416518534×50+1×2531.617719626164×70+1×3536.522724435784×95+1×5041.627728848434×120+1×7046.332532961104×150+1×7051.237536974214×185+1×9556.843341891914×240+1×12063.2518488117634×300+1×15070625555145953×4.0+2×2.51438483023×6.0+2×415.348604043×10+2×617.665815923×16+2×1020.3871068793×25+2×162411613613383×35+2×1625.914116416503×50+2×2530.417419523553×70+2×3534.822424232133×95+2×5039.727228643533×120+2×7044.632032755663×150+2×7048.636736666003×185+2×955442441582643