工厂供电课程

工厂供电课程设计

机械厂全厂总降压变电所及配电系统的设计

目录

1.设计任务书...............................................3

1.1厂区平面图................................................................3

1.2中心用电设备负荷情况.....................................................3

1.2.1负荷类型..........................................................3

1.2.2电源情况...........................................................4

1.2.3供电电价为两部电价................................................4

1.2.4气象及其他资料....................................................4

1.3设计内容和要求...........................................................5

1.4设计成果..................................................................5

2.工厂的负荷计算及电容补偿................................5

2.1负荷计算..................................................................5

2.2电容补偿.................................................................12

2.3按负荷功率矩法确定负荷中心..............................................13

2.4车间变电所位置的确定....................................................13

3.变电所主变压器台数的选择................................15

3.1变电所主变压器容量的选择................................................15

5,主变压器的选择及主接线方案的确定.......................16

5.2确定主接线方案...........................................................16

5.2.1变电所常见的主接线方案...........................................16

5.2.2确定主接线方案...................................................18

6.短路电流计算及高低压开关设备的选择.....................18

6.1短路电流计算.............................................................18

6.2高低压开关设备的选择与校验.............................................21

6.2.1选择与校验的方法.................................................21

6.2.2选择与校验结果...................................................22

63高低压母线的选择.........................................................24

7.变电所进出线和低压电缆选择.............................24

7.110kV侧高压进线的选择校验...............................................24

7.2由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验............................24

7.338OV低压出线的选择.....................................................25

8.防雷和接地保护.........................................29

8.1变电所的防雷保护........................................................29

8.1.1直击雷防护.......................................................29

8.1.2雷击侵入波的防护.................................................29

8.2变电所的接地装置的设计..................................................30

8.2.1计算单根钢管的接地电阻............................................30

8.2.2确定接地钢管数和接地方案..........................................30

8.3避雷针计算...............................................................30

9.参考资料：36

1.设计任务书

题目：机械厂全厂总降压变电所及配电系统的设计

1.1厂区平面图

宿舍区

的负/

H荷中

心

「

就

聆

冈

桥

<

区

1北

•

厂门

XX机械厂总平面图

大

C-2比例1：4000

斯公共电源进线

1.2中心用电设备负荷情况

1.2.1负荷类型

本处置中心绝大部分用电设备属于长期连续负荷。要求不间断供电，停电时间过长将会

造成严重的经济损失，故主要车间及附属设备均为二类负荷。

(1)负荷运行情况

该处置中心为三班工作制，全年工作小时数为8760小时，最大负荷利用小时数为6000

小时。

(2)负荷表

附表1机械厂负荷统计资料

厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量/kw需要系数功率因数

动力9700.4'0.60.70'0.80

6电镀车间

照明501000.7'0.91.0

⑻年雷暴日27.3日

1.3设计内容和要求

(1)确定全部计算负荷。

(2)确定主变电所的结构形式、变压器的台数及容量。

(3)确定供电系统及供电形式。

(4)计算短路电流并选择主要电器设备。

(5)确定无功功率补偿装置及其容量。

(6)确定变电所的平、立、剖面图以及布置图。

(7)确定变电所的接地与照明装置。

1.4设计成果

(1)设计说明书。

(2)变电所的一次与二次系统图。

(3)变电所的平面及立剖面图。

2.工厂的负荷计算及电容补偿

2.1负荷计算

(D电镀车间：

有功计算负荷：

动力：A。=Kd=970x0.4=388kW

照明：%=50x0.7=35八V

无功计完负荷：

动力：Q；o=•tan。=388x1.02=395.76kVar

照明：Q50=64x0=0kV«r

视在计算负荷：

动力：S=—=554.23A:VA

co即0.7

35

照明：=—=35kVA

1.0

计算电流：

动力：义=.423=842.07A

V3XUN6X0.38

3s

照明：ko=，-----=53.18A

73x0.38

（2）热处理车间:

有功计算负荷：

动力：^,0=Kd•P,=1220x0.4=488kW

照明：%=50X0.7=35AW

无功计和负荷：

动力：Q30=Pw•tan。=488x1.02=497.76kV6/r

PW明：Qw=64x0=0kV«r

视在计算负荷：

动力：SA0==—=697.14kVA

COM0.7

照明：SR=—=35kVA

1.0

计算电流:

69.14

动力:ho=1059.20A

V3XUNV3x0.38

35

照明：I|Q=53.18A

73x0.38

（3）装配车间：

有功计算负荷：

动力：P30=K^Pe=\620x0.3=4S6kW

贝9明：P知=50x0.7=35kW

无功计算负荷：

动力：Q30=PM>•tan°=486x1.02=495.72kVar

照明：QVj=35xO=O^V«r

视在计算负荷：

殳-=当=694.29攵%

动力：Sa。

cos00.78

qs

照明：S.=—=35k\<4

o1.0

计算电流:

S30694.29

动力：11054.86A

30-66x038

35

照明：1切二———=53.18A

73x0.38

(4)机修车间：

有功计算负荷:

动力：&=《・与=460x0.2=92kW

照明：=30x0.7=2"W

无功计算负荷：

动力：Q,o=Pg•tan夕=92x1.17=107.64kV«r

照明：Q30=21x0=0kVar

视在计算负荷：

动力：S.==—=131A3kVA

ocos。0.65

?i

照明：S、o=——=2\kVA

1.0

计算电流：

动力：=尸43=199.69A

V3XUN73X0.38

21

照明：ho=-7=-------=3L91A

<3x0.38

(5)锅炉房：

有功计算负荷：

动力:勺=5•6=260x0.4=104kW

照明：P论=10x0.7=7攵W

无功计算负荷：

动力：Q3o=Pw・tan0=lO4xl.17=121.68"〃

照明：Q3o=7x0=0kV。厂

视在计算负荷：

动力：S^=-^-=—=]60kVA

cose0.65

照明：S.0=—=lkVA

1.0

计算电流:

160

动力：I30===243.09A

V3XUNV5X0.38

7

照明：------=10.64A

6x0.38

(6)仓库：

有功计算负荷：

动力：•P.=110x0.2=22kVV

照明：P如=2x0.7=14攵W

无功计算负荷：

动力：Q30=P30•tan。=22x1.17=25.74k伙，厂

明：Q川=1.4x0=0k伙"

视在计算负荷：

动力：S30=^-=—=33.85Z:VA

COSQ0.65

14

照明：S^=—=\AkVA

1.0

计算电流:

33.85……

动力：】30=—=-；=-----=51.43A

V3XUN73X0.38

照明：L=/-14—=2.13A

73x0.38

（7）铸造车间；

有功计算负荷：

动力：/=凡•《=2620x0.3=786kW

照明：Ro=50x0.7=35kW

无功计算负荷：

动力：Qw=•lang=786x1.02=8()1.72kVw

照明：Q,0=35xO=OkVf/r

视在计算负荷：

动力：S.n==—=1122.S6kVA

cos(p0.7

照明：S^=—=35kVA

1.0

计算电流:

1122.86

动力:L3°-V3XU=1706.01A

N75x0.38

35

照明:53.18A

50-V3x0.38

(8)锻压车间：

有功计算负荷：

动力：鸟)=(•6=1620x0.2=324kW

照明：为)=30x0.7=35%W

无功计算负荷：

动力：Qw=Pg•tan。=324X1.33=430.92k

照明：Q3O=35x()=()kV«r

视在计算负荷：

动力：S.o=-^-=—=54()/:Wl

cos。0.6

3s

照明：S.=—=35kE4

o1.0

计算电流：

s

动力：3r3。=540=820.45A

V3XUN6X0.38

照明：L=—=53.18A

75x0.38

(9)2号金工车间：

有功计算负荷：

动力：P^=K^Pe=620x0.2=124kVV

照明：Pg=50x0.7=35%W

无功计算负荷：

动力：=p%•tan^=124x1.17=145.08kV«r

照明：Q3<)=35x0=0kV«r

视在计算负荷：

动力：S^=-^-=—=\90.11kVA

cos00.65

as

照明：S=—=35kK4

A01.0

计算电流:

--iS30190.77

动力：ITjn=r----=—(=------=289.85A

V3XUN6X0.38

照明：1旬二7=一=53.18A

6x0.38

(10)9号工具车间：

有功计算负荷：

动力：当=Kd•《=320x0.2=64kW

照明：4=30x0.7=33AW

无功计算负荷：

动力：Q30=P30•tanQ=64x1.17=74.88k

照明：Qw=35xO=()kV«r

视在计算负荷：

动力：S,()=-^-=—=98.46

cos。0.65

照明：S=—=35kV<4

A01.0

计算电流:

98.46

动力:=149.59A

73x0.38

3。二衍;

35

照明:=53.18A

73x0.38

(II)宿舍住宅区:

有功计算负荷：

勺=1•P.=420x0.24=100.8kVV

无功计算负荷：

Q30=Pg•tans=485x0.62=62.5k必广

视在计算负荷：

5|0=聿^=图老=118.59&%

cos(p0.85

计算电流：

S118.59

U1=180.18A

A/3xUN43x0.38

表2-1负荷计算表

位需要计算负荷

设名容量

置系数

名称类别COSQtan夕AoQ30S3QL

编4(kW)n

储

号(kW)(kVar)(kVA)(A)

动力26200.30.701.02786801.72•1706.91

铸造车间照明500.71.003503553.18

1

小计2670821801.721157.861759.19

动力9700.40.71.02388395.76554.23842.07

电镀车间照明500.71.003503553.18

2

小计1020423395.76589.23895.25

动力16200.20.61.33324430.9254082045

锻压车间照明500.71.003503553.18

3

小计1670359430.92575873.63

动力12200.40.71.02488497.76697.141059.2

热处理车

照明500.71.003503553.18

4间

小计1270523497.76732.141112.38

动力6200.20.651.17124145.08190.77289.85

金工车间照明500.71.003503553.18

5

小计670159145.08225.77343.03

动力1620030.71.02486495.72694.291054.86

6装配车间照明500.71.003503553.18

小计1670521495.72729.291108.04

动力3200.20.651.176474.8898.46149.59

7

工具车间照明500.71.003503553.18

小计3709974.88133.46202.77

动力4600.20.651.1792107.64131.43199.69

8机修车间照明300.71.002102131.91

小计490113107.64152.43231.5

动力1100.20.651.172225.7433.8551.43

9仓库照明20.71.001.401.42.13

小计11223.425.7435.2553.55

动力2600.40.651.17104121.68160243.09

10锅炉房

照明100.71.00707I0.M

小计270111⑵.68167253.73

宿舍住宅

11照明4200.240.850.62100.862.50118.59180.18

区

3253.23159.44616.02

总计(38OV侧)

忌=0.8KyQ=0.852602.562685.493739.68568135

2.2电容补偿

,,。因此380V侧最大负荷时功率因数为：。要求IOkV进线侧最大负荷时功率

因数不能低于0.90,因此380V侧功率因数应该大于0.90,取为0.92。

计算需要无功功率补偿容量：

Qc=P3t(tan<^1-tan(p2)

=2602.56x[tan(arccos0.70)-tan(arccost).92)]

=2602.56x0.59=1535.5IkVar

选PGJ1型低压自动补偿屏，方案1和方案2(主屏)各一台与方案3和方案4(辅屏)

各七台相组合。总容量：。

无功补偿后,380V侧的负荷计算：

Pw=2602.56kW

。30=2685.49-1568=1117A9kVar

S3o=2832.33%幺

/前二4303.28A

cos*0.919

变压器功率损耗：

△4=0.0ISw=0.0lx2832.33=28.32kW

△Q、=0.05S3a=0.05x2832.33=141.62&Var

IOkV负荷计算：

P；0=2602.56+28.32=2630.88kW

Q；()=1117.49+141.62=\259A\kVar

S；O=2916.66人贽

勺=168.39A

cos^?»0.90

表2-2无功补偿前后的计算负荷

计算负荷

项目COS8

P'o/kW°30/kVarSjo/kVA1301A

380V侧补偿前0.702602.562685.493739.685681.85

无功功率补偿容量1568

38OV侧补偿后0.922602.561117.492832.334303.28

主变压器损耗28.32141.62

10kV侧负荷计算0.902630.881259.112916.66168.39

2.3按负荷功率矩法确定负荷中心

把任务书所给图左边框和下边框分别作为坐标轴的XY轴，测的各车间坐标：I号铸造

车间（2.1,2.3）、2号电镀车间（2.3,4.7）、3号锻压车间（4.0,6.6）、4号热处理车间（6.0,

3.2）、5号金工车间（6.2,34）、6号装配车间（6.5,5.6）、7号工具车间（6.7,6.7）.8

号机修车间（9.1,3.0）、9号仓库（944.1）、10号锅炉房（13.6,6.4）、宿舍住宅区（0.9,7.2）。

先假设总负荷的负荷中心位于坐标P（x,y）处，则仿照力学中求中心的力矩方程可

得：

X》="£）=2。254.26

yZ"Z（%）=16351.16

因此求的负荷中心的坐标为：

Z（牛J…

Zc

＞，='XF

图2-1确定负荷中心

2.4车间变电所位置的确定

车间变电所分为三处，同样按负荷功率矩法计算得：（1）号车间变电所负责

1,、2.3.11处车间负荷，变电所位于2号（2.8,4.94）附近；（2）号处车间变

电所负责4.5.6.7,变电所位于6号（6.9,6.1）附近;（3）号处车间变电所负责8、

9、10号车间负荷,变电所位于9号（10.2,4）附近。

根据以上计算画出工厂的负荷指示图如下图3-2:

高压配电所（HDS）@车间配电所（STS）

高压配电线------低压配电线

图4-2I：厂的负荷指示图

表4-1各处类型负荷车间车间总计（kVA）

车间变电所

负荷如下：

变电所

(1)户外式1.2、3、112440

(2)户外式4.5、6、71823

(3)户外式8、9、10354

3.变电所主变压器台数的选择

该厂绝大部分用电设备属于长期连续负荷。要求不间断供电，停电时间过长将

会造成严重的经济损失，故主要车间及附属设备均为二类负荷。因此，每个车

间变电所应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变

压器能对一、二类负荷继续供电。

3.1变电所主变压器容量的选择

4.4.1装有两分主变压器的变电所每台变压器的容量应同时满足以下两个条

件：

(1)1)任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的大约

60%~70%的需要，即

任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即

SNT-$30(1+11)

3.1(1)号车间变电所：

SNT=(0.6~0.7)5'^=(0.6~0.7)x2440&L4=(1464~1708乂64

SNT—SJO(I+ID

3.2(2)号处车间变电所:

S.r=(0.6~0.7)S30=(0.6~0.7)x1823KVA=(1094~1276)kVA

Sz.T—Syxi+iD

3.3(3)号处车间变电所:

SN.T=(0.6~O.7)^^=(0.6~0.7)x354KVA=(212-248))1VA

SN：「—^3o(i+ir>

由此可选择车间变电所变压器型号参数如下:

车间型号额定额定电压联结组损耗/W空载阻抗

容量/kV标号电流电压

/kVA一次二次空技负载(%)(%)

(1)S9-2000/10200010.50.4YynO3000180000.86

(2)S9-1600/10160010.50.4YynO2400145000.64.5

(3)S9-250/1025010.50.4YynO56030501.24

5.主变压器的选择及主接线方案的确定

5.2确定主接线方案

5.2.1变电所常见的主接线方案

<1）采用一台变压器时。高压侧采用负荷开关一断路器主接线图（图3-1）

这种主接线由于采用了高压断路器，因此变电所的停、送且操作十分灵活方便，而且在

发生短路故障时，过电流保护装置动作，断路器自动跳闸，如果短路故障已经消除，则可立

即合闸恢复供电。但由于高压侧只有一个断路器，如果发生故障或检修时就不得不断电；而

且低压侧也只有一路进线，低压断路器或者变压器检修时也将会中断供电。可用于三级负荷

或少量二级负荷。

QS1\\QS2

(2)采用两台主变压器时。高压侧采用单母线、低压单母线分段的主接线图(图3-2)

这种主接线适用于装有两台及以上主变压器或具有多路高压出线的变电所，其供电可

靠性较高。当任一变压器检修或/;

发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。但在高压母线或电源进线

进行检修或发生故障时，整个变电所仍需要停电。如果有与其他变电所相连的高压或低压联

络线时，则可供一二级负荷。

5.2.2确定主接线方案

根据任务书要求：绝大部分用电设备属于长期连续负荷，要求不间断供电，停电时间

过长将会造成严重的经济损失，所以采用两台主变压器。方案二与方案一比较，经济性差

不多，但是方案二要比方案一更可靠，更灵活。因此确定主接线方案为方案二。

6.短路电流计算及高低压开关设备的选择

6.1短路电流计算

根据原始资料及所设计方案，画出计算电路，选出短路计算点（图4-1）。

图4-1短路计算电路

（1）确定基准值

取有：

1()()MV・A

=5.5ORA

“一京力一岛10.54

,SIQOMV^A

tl=144M

'”一而心一岛0.4AV

（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

电力系统的电抗标幺值：

黑咨。0.17（系统最大运行方式时）

600MVA

100MVA=0.36（系统最小运行方式时）

275MVA

架空线路的电抗标幺值:

架空线LGJ-50.杳得线路全长8km.因此

X/=0.35x8x黑。2.6

电力变压器的电抗标幺值:

型号S9-2000/（10）查表,则有:

3

Uk%S.6X100X100

Xfl=XT?----------=-----------------=5

1()()5V100x200()

（3）最大运行方式卜的短路点il•算

图4-2最大运行方式时等效电路

计算kl点的短路电流总电抗标会值及三相短路电流和短路容量:

总电抗标幺值：

三相短路电流周期分量有效值:

其它三相短路电流:

Iff<3,=1^=1^=1.99kA

=2.55x1.99=5.07M

/；^=1.51x1.99=3.00kA

三相短路电流：

计算k2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容是：

总电抗标幺值X^=X；+X：L+X；,//X；2=0.17+2.6+-=4.27

三相短路电流周期分量有效值：

其它三相短路电流:

[〃⑶=[?=以=33.72kA

z；^=2.55x33.72=62.05M

/；^=1.5lx33.72=36.75kA

三相短路电流：

图4-3最小运行方式时等效电路

计算kl点的短路电流总电抗标幺值及三相短路电流和短路容星：

总电抗标幺值：

三相短路电流周期分量有效值：

其它三相短路电流：

j.(3)=I(3>=IG>=186kA

婢=2.55x1.86=4.74姑

/*=L51xl.81=2.81kA

三相短路电流：

计算k2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量：

总电抗标幺值X^=X；+X：L+X1〃X；2=0.36+2.6+-=4.46

三相短路电流周期分量有效值：

其它三相短路电流：

[“⑶=尊=以=32.29kA

以)=255x32.29=59.41"

/^=1,51x32.29=35.21kA

三相短路电流：

表4-1短路电流计算结果

三相短路容量

三相短路电流/kA

系统运短路计/MVA

行方式算点

[.⑶/⑶

对管婢Qi即

最大运K11.991.991.995.073.0036.10

行方式K233.7233.7233.7262.0536.7523.42

最小运K11.861.861.864.742.8133.78

行方式K232.2932.2932.2959.4135.2122.42

6.2高低压开关设备的选择与校验

6.2.1选择与校验的方法

1.按工作条件选择：

（1）按工作电压选择：设备的额定电压不应小于线路的额定电压，即。

（2）按工作电流选择：设备的额定电流不应小于线路的计算电流，即。

2.（3）按断流能力选择：设备的开断电流或断流容量不能小于设备分断瞬间的短路

3.电流有效值或短路容量，即。

按短路条件校验：

隔离开关、断路器和负荷开关的短路稳定校验：

（1）动稳定校验

开关设备的峰值电流不小于其所在处的三相短路冲击电流的瞬时值，

即,max2Q。

（2）热稳定校验

（1）电流互感器的短路稳定校验：

动稳定校验：

热稳定校验：

电流互感器的热稳定试验时间t=ls,因此热稳定校验算件为：

KJN之

6.2.2选择与校验结果

10kV侧一次设备的选择校验（系统最大运行方式）：

表4-210kV侧选择校验结果

选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度

参数5仁）IO)21

装置地点条件k嫖8una

数据10kVI68.39A1.99kA5.04kA7.52

额定参数%，Ne心“max

高压少油断路器

次10kV630A16kA40kA162X2=512

SN10-101/630

设

高压隔离开关

备

10kV200A25.5kA1()2X5=5()()

型GN^-i（rr/2（x）—

高压熔断器

规lOkV0.5A50kA

RN2-I0——

格

电压互感器

10/0.1kA————————

JDZ-IO

电流互感器90x0.1=9大于

I0kV200/5A225x72x0.2=63.64

LQJ-10——1.99xVL9=2.74

避雷器FS4-1010kV————

户外隔离开关

12kV400A25kA102X5=500

GW4-12/400——

380V侧•次设备的选择与校验：

变压器二次侧的设备根据总计算电流以及电压(380V)选择；送往各个车间的线路开

关和电流互感器，需根据各车间的计凫电流和电压进行选择。

表4-338OV侧设备选择校验结果

选择校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er"t

5IN/悭9una

数据380V4303A33.72kA62.05kA762

额定参数%*Nc心^max申

低压断路器

变400V5000A100kA——

DW17-5(X30

压

器低压刀开关

380V4000A———

HD18-4000

次

电流互感器

侧380V3000A50kA————

LMZJ1-0.5-3000

低压断路器

380V1600A40kA————

DW15-1600

低压断路器

380V2500A60kA——

DW15-2500

低压断路器

380V630A50kA————

送DW15-630

往低压刀开关

各380V1500A——

HD13-1500—

车低压刀开关

问380V1000A———

HD13-1000

低压刀开关

380V630A———

HD13-600

2000/5A

电流互感器

500V15(X)/5A———

LMZJ1-0.5

630/5A

400/5A

电流互感器

500V315/5A———

LMZ10.5

200/5A

6.3高低压母线的选择

根据高低压电压等级选择10kV侧母线型号为LMY-3（40X，l）,35时允许载流量，满

足发热条件。

380V侧母线选择型号为LMY-3（125X10）+63X8»

7.变电所进出线和低压电缆选择

7.110kV侧高压进线的选择校验

（I）采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设.接件IOkV公用电源干线。

（2）按发热条件选择

线路最大运行方式时，总负荷的计算电流，室外环境温度，选择LGJ-5O,其中时

允许持续载流量，满足发热条件。

（3）校验机械强度

查表，钢芯铝绞线架空裸导线在6-1OkV的允许最小

截面为25，所以LGJ-50满足机械强度要求。

由于线路很短，不需要校验电压损耗。

7.2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