工厂供电设计课程设计

前言课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以稳固本课程理论知识，掌握供配电设计的根本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定根底。本次课程设计的题目是《某重型机器厂供电系统设计》。根据该厂负荷统计资料及所能取得的电源和用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂将来的开展，按照可靠性、技术先进性、经济合理性的要求，完成重型机器厂工厂供电系统的设计。本设计包括原始资料数据，负荷和无功补偿计算，短路电流计算，供电线路的选择校验，电气设备的选择校验，还有总供电设计线路的图案设计及心得和体会，附参考文献。设计原始资料及任务书该工厂为大型国有企业。下属九个车间、两个站，各个车间、站用电设备安装容量见表1-1，其中水压机、铸钢车间、煤气车间、氧气站为一级负荷，其它为二、三级负荷。供电电源取自12kM处一110/35kV变电所35kV两段母线，母线最大运行方式、最小运行方式短路容量分别为SKMAX=215MVA和SKMIN=150MVA，35kV架空进线继电器保护动作时间为1.5S，35kV电气设备及主变压器采用户外布置，6kV为成套高压开关柜，户内设置，厂变电所35kV采用内桥结构，6kV采用单母线分段结构，一级负荷分别从6kV两段母线配出两路线路，其余为单回路供电。该地区的最高温度为38℃。设计任务：全厂负荷统计，选择主变压器；拟制全场供电系统草图；计算短路电流；选择35KV、6KV供电线路；选择电气设备；3号图纸绘制供电系统图序号负荷名称安装容量(KW)安装系数Kd功率因素cosфtanф供电距离金工车间11430.790.820.700.8铸钢车间57750.710.810.720.6铸铁车间4820.830.830.670.42水压机车间18860.700.850.620.75冷作车间5850.650.790.770.93附件车间1640.550.800.750.8热处理车间4760.630.750.880.98铸件清理车间4750.590.820.700.52机修车间1540.520.770.831.15煤气站12880.800.840.641.22氧气站10830.840.860.590.95表1-1负荷计算和无功补偿第一节负荷计算负荷计算是正确选择供配电系统中导线、电缆、开关电器、变压器等的根底，也是保障供配电系统平安可靠运行必不可少的环节。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。根据负荷统计计算求出的各项数据来选择供电系统中的电气设备。根据本设计所提供的原始数据，宜采用需求系数法进行负荷计算。计算公式如下PQSI式中PC------------有功功率QC------------无功功率SC------------视在功率IC------------计算电流金工车间PC1=1143kw×0.79=903kwQc1=903kw×0.7=632.1kvarSc1=9032+632.1(2)铸钢车间PC2=5775kw×0.71=4100kwQc1=4100kw×0.72=2952kvarSc1=41002+29522=5052KVAI(3)铸铁车间PC3=482kw×0.83=400kwQc3=400kw×0.67=268kvarSc3=4002+2682=481KVAIC〔4〕水压机车间PC4=1886kw×0.85=1320kwQc4=1320kw×0.62=818.4kvarSc4=13202+818.42=1553KVAIC〔5〕冷作车间PC5=585kw×0.65=380.25kwQc5=380kw×0.77=292.8kvarSc5=3802+292.82=480KVAIC〔6〕附件车间PC6=164kw×0.55=90.2kwQc6=90.2kw×0.75=67.65kvarSc6=90.22+67.652=112.7KVAIC〔7〕热处理车间PC7=476kw×0.63=300kwQc7=3000kw×0.88=264kvarSc7=3002+2642=400KVAI〔8〕铸件清理车间PC8=475kw×0.59=280kwQc8=280kw×0.7=179kvarSc8=2802+1962=341.8KVAIC〔9〕机修车间PC9=154kw×0.52=80kwQc9=80kw×0.83=66.4kvarSc9=802+66.42=104KVAIC〔10〕煤气站PC10=1288kw×0.8=1030kwQc10=1030kw×0.64=659kvarSc10=10302+6592=1223KVAIC〔11〕氧气站PC11=1083kw×0.84=909.7kwQc11=909.7kw×0.59=536.7kvarSc11=909.72+5362=1056KVAIC由负荷统计可得全厂负荷统计表如表1-2第二节全厂负荷统计取最大负荷时的同时系数K∑=0.9那么Pc=KΣΣPC=0.9×9793=8813.7kWQc=KΣΣQC=0.9×6753=6077.7kvarSc=8813.72＋cosф=Pc/Qc车间PC〔KW〕QC(KVAR)SC(KVA)IC〔A〕金工车间903632.11102106铸钢车间410029525052486铸铁车间40026848146.3水压车间1320818.41553149冷作车间380.25292.848046.2附件车间90.267.65112.710.8热处理车间30026440038.5铸件清理车间280196341.833机修车间8066.410410煤气站10306591223117.7氧气站909.7536.71056101.6总负荷9793675311905.51145表1-2第三节无功功率补偿1无功功率补偿的作用(1).提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率;(2).减少电力网络的有功损耗；(3).合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；(4).在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；(5).装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能防止高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。此工厂的功率因素为0.823，较小，考虑到变压器损耗的原因，补偿无功功率使之提高的0.952无功补偿方案的选择用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿、低压集中补偿和高压集中补偿三种。(1)个别补偿：指在个别功率因数较低的设备旁边装设补偿电容器组；(2).高压集中补偿：指将高压电容器组集中装设在总降压变电所6~10kV母线上；(3).低压集中补偿：指将低压电容器组集中装设在车间变电所或建筑物变电所的低压母线上。综上所述，经过技术经济比拟后，最终决定使用低压集中补偿，下面就低压集中补偿进行分析。补偿前功率因数，补偿后功率因素提高到选取平均负荷系数α=0.75，β=0.8二次侧为6Kv,选择BWF-6.3-50-1W型并联电容器在6kV侧固定补偿，其额定容量为50kvar，额定电容为3.2μF那么所需电容数位取30个电容器，此时实际的补偿电容容量为30×50=1500kvar，所以补偿后的实际平均功率因数为该补偿后的功率因素值小于0.9，不符合要求，故需增加并联电容器数，选36个电容器，每相12个电容器，此时实际的补偿电容容量为36×50=1800kvar，那么补偿后的实际功因素为此功率满足所要求的功率因素大于0.9的要求，所以用36个每相12个BWF-6.3-50-1型并联电容器在6kV侧进行抵押集中补偿。补偿后PCa=8813.7KWQca=6077.7-1800=4277.7Kvar选择主变压器1.主变压器容量的选择原那么(1)只装一台主变压器时主变压器的额定容量SN.T应满足全部用电设备总的计算负荷S的需要，且留有余量，并考虑变压器的经济运行，即：S≥〔1.15～1.4〕S(2)装有两台变压器时每台主变压器的额定容量SN.T应同时满足以下两个条件：S≥〔0.6~0.7〕SS≥S〔Ⅰ+Ⅱ〕其中S〔Ⅰ+Ⅱ〕——计算负荷中的全部一、二级负荷。2.主变压器容量的选择原那么变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合以下条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电平安可靠，应选择两台主变压器。代入数据可得=〔0.6~0.7〕×9797=〔5878.2~6875.9〕。考虑到气温影响以及未来几年负荷的变化情况、平安性和可靠性的的条件因素，应选择变压器的容量为8000KVA，一次侧电压35kV，二次侧电压6kV，且处于户外的环境，所以选择变压器SFL1-8000/35，其参数如表3-2所示型号额定容量/kVA额定电压/kV损耗/W高压低压空载短路SFL1-8000/35800035,38.53.15~111151阻抗电压％空载电流％连接组总重/公斤外形尺寸/毫米长×宽×高7.51.5Y/△-11151504460×3170×3640表2-2变压器SFL1-8000/35变压器有功损耗无功损耗供电系统概略图第一节.变电所常用主接线供配电系统变电所常用主接线形式有线路—变压器组接线、单母线接线和桥式接线3种类型。线路—变压器组接线当只有一路电源供电线路和一台变压器时，可采用线路—变压器组接线单母线接法母线又称汇流排，用于聚集和分配电能。单母线又可分为单母线不分段和单母线分段两种。〔1〕)单母线不分段接线当只有一路电源进线时，常采用这种接线，如图每路进线和出线只装设一个隔离开关和断路器。如图4-1优点：简单、经济(1)接线简单〔设备少〕、清晰、明了；(2)布置、安装简单，配电装置建造费用低；缺点：不够灵活可靠。(1)主母线、母隔故障或检修，全厂停电；(2)任一回路断路器检修，该回路停电。〔2)单母线分段接线当有双电源供电时，常采用单母线分段接线，如图4-2，目前大多采用断路器分段。单母线分段接线可以分段单独运行，也可以并列同时运行。优点(1)可供电给一级负荷，可靠性大为提高；(2)母线、隔检修仅停一半，提高了灵活性。缺点(1)主母线、母隔故障或检修，停电一半；(2)任一回路断路器检修，该回路停电适用范围单母线不分段接线不满足时采用。3.桥式接线所谓桥式接线是指在两路电源进线之间跨接一个断路器，犹如一座桥。分为内桥式和外桥式两种。1)内桥式接线：桥臂置于进线断路器的内侧，如图4-32)外桥式接线：桥臂置于进线断路器的外侧，如图4-4优点(1)接线简单、经济〔断路器最少〕；(2)布置简单占地小，可开展为单母线分段接；(3)线路投、切灵活，不影响其它电路的工作。缺点(1)变压器投切操作复杂，故障检修影响其它回路；(2)桥断路器故障检修全厂分列为两局部；(3)出线断路器故障检修该回路停电适用范围对35KV及以上总降压变电所，有两路电源供电及两台变压器时，一般采用桥式接线。图4-1单母线不分段图4-2单母线分段图4-3内桥式接线图4-4外桥式接线第二节供电系统概图确实定由原始资料得知，35KV电气设备及主变压器采用户外布置，6KV为成套高压开关柜，户内布置，厂变电所35KV采用内桥接线，6KV采用单母线分段接线，一级负荷分别从6KV两段母线配出两回线路，其余为单回路供电。那么可得此重型变压器厂供电系统的全厂供电系统概图如图4-5所示。图4-5供电系统概图短路电流计算概述短路是指供电系统中不等电位的点没有经过用电器而直接相连通。类型分为三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路。又可分对称性短路和非对称性短路。最关键的两个短路电流：a.最大短路电流----选择电气设备及导线的根据之一b.最小短路电流----继电保护装置校验的条件短路的后果后果a.损害设备和线路。b.设备不能正常工作。c.影响电力系统运行。d.通信线路、电子设备干扰、产生误动作。保护措施：限制、装设熔断器、继电保护装置等计算短路电流的目的和任务a.选择导线和设备。b.选择和整定继电保护装置。c.确定接线和运行方式。d.选择限流电抗器。第二节短路电流计算1．阻抗计算取，各段电压和电流的基准值分别为：；；其中架空线的阻抗，电力电缆的阻抗。各元件电抗标幺值求的如下高压端电力系统:最大运行方式时最小运行方式时35kV侧架空线其中,变压器其中,车间线路车间线路全部选钢芯架空铝绞线。其实一级负荷均为双回路，电抗计算时都应取一半值。金工车间其中,由表1-1知铸钢车间其中,由表1-1知铸铁车间同理可得所有车间的电抗值如表5-1所示序号车间电抗/标幺值金工车间0.806铸钢车间0.302铸铁车间0.4水压车间0.378冷作车间0.937附件车间0.热处理车间0.9铸件清理车间0.5机修车间1.15煤气站0.6氧气站0.478表5-1车间供电线路电抗值表短路点最大运行方式电抗值Ω最小运行方式电抗值Ωk10.6611.059k21.1311.999k31.9372.805k41.4332.301k51.5512.419k61.5092.377k72.0682.936k81.9312.799k92.1182.986k101.6512.519k112.2893.157k121.7452.613k131.6092.477表5-2各短路时电路标幺值表2．最大运行方式在最大运行方式下运行时，35kV母线的短路容量取，且两35kV线路并联运行，两变压器并联运行，电源电阻取最小(即S最大)。一级负荷的线路为双回路。阻抗图如图5-1所示，其中K1至K13表示各点分别发生三相短路而其他点不短路的情况图5-1〔1〕K1处发生短路当K1处发生短路时，其阻抗如图5-2所示。图4-2K1处发生短路时的阻抗图总阻抗总电流三相短路电流三相短路电流稳态值三相短路电流冲击值式中——冲击系数，此处取1.8三相短路电流有效值三相短路容量两相短路电流〔2〕K2处发生短路当K2处发生短路时，其阻抗如图4-3所示。图5-3K2处发生短路时的阻抗图总阻抗总电流三相短路电流三相短路电流稳态值三相短路电流冲击值三相短路电流有效三相短路容量〔3〕K3处发生短路，即金工车间发生短路，其阻抗如图5-4所示图5-4K3处发生短路时的阻抗图总阻抗总电流三相短路电流三相短路电流稳态值三相短路电流冲击值三相短路电流有效三相短路容量同理可得其余K4—K13各车间线路短路电流在最大运行方式时的计算值，其计算方法与K3相同，详见表5-3短路点K12.4942.162.4946.3484.021151.19K28.0997.0148.09920.61613.05988.376金工车间4.7264.0934.72612.0517.13651.568铸钢车间6.3845.5296.38416.2799.63969.659铸铁车间5.8995.1095.89915.0428.90764.367水压机车间6.0635.2516.06315.469.15566.157冷作车间4.4243.8314.42411.2816.6848.272附件车间4.7354.1014.73512.0747.14951.666热处理车间4.3233.7444.32311.0236.52747.17铸件清洗车间5.5414.7995.54114.1298.36660.461机修车间3.9933.4583.99310.1826.02943.57煤气站5.2484.5455.24813.3827.92457.264氧气站5.6884.9265.68814.5048.58862.065表5-3最大运行方式下的短路电流3最小运行方式发生在当变压器以及35kV线路一个运行，一个备用，且电源电阻Xs最大时〔即S最小的时〕，一级负荷的线路为双回路。阻抗图如图5-5所示，其中K1至K13表示各点分别发生三相短路而其他点不短路的情况。各短路点的电抗标幺值见表5-2图5-5最小运行方式下的短路电路〔1〕K1处发生短路总阻抗总电流三相短路电流两相短路电流三相短路电流稳态值三相短路电流冲击值三相短路电流有效三相短路容量同理可得其余K2—K13线路短路电流在最小运行方式时的计算值，其计算方法与K1相同，详见表5-4短路点K11.4721.2751.4723.7532.22389.23K24.583.9664.5811.6796.91649.98金工车间3.272.8323.278.3394.93835.681铸钢车间3.9853.4513.98510.1626.01743.483铸铁车间3.7833.2763.7839.6475.71241.279水压机车间3.8563.3393.8569.8335.82342.075冷作车间3.1242.7053.1247.9664.71734.088附件车间3.272.8323.278.3394.93835.681热处理车间3.0692.6583.0697.8264.63433.488铸件清洗车间3.6373.153.6379.2745.49239.685机修车间2.9042.5152.9047.4054.38531.687煤气站3.5083.0383.5088.9455.29738.278氧气站3.7013.2053.7019.4385.58940.384表5-4最小运行方式下的短路电流至此，此工厂供电系统的所有线路的最大运行方式和最小运行方式的所有方案的短路电流已计算完毕。供电线路的选择第一节导线截面选取原那么导线电缆截面的选择要求必须满足平安、可靠和经济的条件，其选择原那么为：1.按允许载流量选择导线和电缆的截面通过导线或电缆的最大负荷电流不应大于其允许载流量。2.按允许电压损失选择导线和截面在导线和电缆〔包括母线〕通过正常最大负荷电流〔即计算电流〕时，线路上产生的电压损失不应超过正常运行时允许的电压损失。3.按经济电流密度选择导线和电缆截面经济电流密度是指使线路的年运行费用支出最小的电流密度。按这种原那么选择的导线和电缆截面称为经济截面。4.按机械强度选择导线和电缆截面这是对架空线路而言的。要求所选的截面不小于其最小允许截面。对电缆不必校验其机械强度。5.满足短路稳定度的条件架空线路因其散热性较好，可不作稳定性校验，绝缘导线和电缆应进行热稳定校验，母线也要校验其热稳定。选择导线截面时，要求在满足上述五个原那么的根底上选择其中截面数最大的那个值。导线型号及截面选择35KV高压侧供电线路选择及校验由电力线路截面的选择和校验工程表可知35KV及以上的电源进线的选择应优先考虑经济电流密度，在注意考虑允许载流量允许电压损失和机械强度。选择经济截面假设年最大负荷利用小时数为3000-5000h，查表可得经济电流密度为1.15A/mm2。计算电流所以选择LGJ-150型钢芯铝绞线〔2)按允许载流量校验查表知，LGJ-150在室外温度为40度时的允许载流量为360A,小于满足满足发热条件。〔3〕按允许电压损失校验几何均距取,那么电力电缆的电阻，电抗。由原始资料知。电阻电抗代入数值，计得显然满足允许电压损失条件。〔4〕按机械强度校验35kV及以上线路铝绞线最小截面积为，故所选导线满足条件。各车间供电线路的选择和校验由表知6~10KV较短线路的选择优先考虑允许载流量，再校验允许电压损失和机械强度〔1〕金工车间按允许电流选择由表1-2得计算电流为106A，选择LGJ-35型钢芯铝绞线，环境温度为40度的时候，其允许持续通过的电流为137A，而该地区的年最高气温为38度，故满足要求校验电压损失其电阻，电抗电压损失，满足电压损失要求。校验机械强度6kV架空铝绞线最小允许截面为25mm²，所选线型满足机强度要求铸钢车间按允许电流选择由表1-2得计算电流为486A，选择LGJ-240型钢芯铝绞线，环境温度为40度的时候，其允许持续通过的电流为494A，而该地区的年最高气温为38度，故满足要求校验电压损失其电阻，电抗电压损失，满足电压损失要求。校验机械强度6kV架空铝绞线最小允许截面为25mm²，所选线型满足机强度要求同理可得其他车间线路导线的选择型号如表6-1所示负荷名称计算电流〔A〕导线截面选择〔mm²〕导线类型选择金工车间10635LGJ钢芯铝绞线铸钢车间486240LGJ钢芯铝绞线铸铁车间46.335LGJ钢芯铝绞线水压车间14935LGJ钢芯铝绞线冷作车间46.235LGJ钢芯铝绞线附件车间10.835LGJ钢芯铝绞线热处理车间38.535LGJ钢芯铝绞线铸件清理车间3335LGJ钢芯铝绞线机修车间1035LGJ钢芯铝绞线煤气站117.735LGJ钢芯铝绞线氧气站101.635LGJ钢芯铝绞线电气设备的选择第一节电气设备选择的原那么1.按正常工作条件选择电气设备1)按电气装置所处位置，使用环境和工作条件，选择电气设备型号，比方温度、湿度、海拔高度、户内和户外，等等。2)按正常工作电压选择设备额定电压所选电气设备的最高允许电压，必须高于或等于所在电网的最高运行电压。3)按工作电流选择设备额定电流所选设备的额定电流，应大于或等于所在回路的最大长期工作电流。2.按故障情况校验1)热稳定性校验或式中——式中——短路电流冲击值；——设备允许通过的极限通过电流峰值；——两导体之间的力；——瓶所能受到的力；3)切断能力校验只有断路器和熔断器需要校验式中——断路器的开断容量；——断路器的开断电流；——三相最大短路容量；，短路点K12.4942.162.4946.3484.021151.19型户外断路器，其参数如表6-2所示。型号额定电压/kV额定电流/kA开断电流/kA断流容量/MVA动稳定电流/kA热稳定电流/kA固有分闸时间/s合闸时间/sSW2-35/100035100016.510004516.5〔4〕≤0.6≤0.4表6-2断路器技术参数隔开关的选择初步选型隔离开关，其参数如表6-3所示型号额定电压额定电流极限通过电流峰值热稳定电流热稳定时间356007216:4表6-3隔离开关的技术参数由于架空线的进线保护动作时间为,此处短路持续时间断路器的校验〔1)热稳定性校验要求满足条件〔2)动稳定性校验要求满足条件〔3)切断能力校验要求满足条件经校验，型满足要求。隔离开关的校验1)热稳定性校验满足条件2)动稳定性校验满足条件3)切断能力校验满足条件经校验，型满足要求。3.6KV低压侧电气设备的选择与校验由负荷分配均匀，可将金工车间、铸件清理车间、机修车间与铸铁车间、冷作车间、附件车间、热处理车间分别于其他四个一级负荷车间接至两段母线上。各母线的总负荷均约为1000A的计算电流。左侧金工车间连接侧的计算电流和为1003A，右侧铸铁车间连接侧计算电流为997A。初选GG1A-10-3型开关柜，局部参数如表6-3所示。校验开关柜中SN1-10G短路器的额定电压为3/6/10KV，额定电流为1000A,热稳定时间为4S，开断电流为16KA，极限通过电流为40KA，热稳定电流为16KA，有短路电流计算数据可得短路电流最大值IK(3)=8.099kA，热稳定性校验动稳定性校验切断能力各项均满足一次线路方案编号3一次线路方案额定电压6V额定电流/A20003000主要电器设备项名称数量1GN8-10隔离开关112CS6-1操作机构113SN1-10G少油断路器114CS2手动机构115CD2电手动机构116LQJ-10电流互感器22表6-3GG1A-10-3主要技术数据母线连接处的开关柜选择为GG1A-10-25型开关柜，其数据如表6-4所示其校验过程同上，计算可得满足母线连接要求，可放心使用。一次线路方案编号25一次线路方案额定电压6V额定电流/A20003000主要电器设备项名称数量1GN2-10隔离开关112SN3-10少油断路器113LMC-10电流互感器334CD3电工机构11表6-4各车间进线的开关柜选择由于各车间供电线路的计算电流和短路电流均小于6KV进线侧的电流值，故可同选GG1A-10-3型开关柜。电压互感器的选择母线电压6.3kV，考虑到电压等级，选取GG-1A(F)-50，参数如，完毕。总结通过这次课程设计，让我学到了很多在课堂上无法学到的东西。怎样把学到的理论知识运用于实践，怎样去解决自己并不太熟悉的问题，都在这次实践中得到了很好的体验。这是一次理论与实践相结合的平台，在这里我学到了很多新的知识，以及一些独立分析问题解决问题的技能，稳固和加深了专业知识，锻炼了综合运用所学知识的能力，及正确有效地使用技术资料的能力。为进一步深造奠定根底。最后，感谢在这次课程设计中给予细心指导的老师，由于本次设计涉及面非常广，查阅了大量资料，很多方面的知识都是临时去学习，对所查阅的资料的正确性也没有时间去一一考证，因此，错误与疏漏之处再所难免，