cxP机械加工厂全厂变电所及厂区配电系统设计.docx

1、供电技术课程设计说明书题目：机械加工厂全厂变电所及厂区配电系统设计专业：电气工程及其自动化班级： xxx学生姓名： xxx学号： xxx指导教师姓名： xxx职称： xxx2010 年6 月供电技术课程设计目录第一章 绪论1.1 工厂供电的意义21.2 设计概述21.3 设计任务及设计方案3第二章 负荷计算及功率补偿2.1 负荷计算的内容和目的42.2 负荷计算的方法42.3 无功功率补偿11第三章 变电所一次系统设计3.1 变电所配置123.1.1 变电所的类型123.1.2 变电所的位置选择123.2 变压器的选择133.2.1 变压器型号选择133.2.2 变压器台数和容量的确定133.

2、3 全厂变电所主接线设计143.3.1 对变电所主接线的要求3.2.1 变电所主接线方案3.3.3 变电所主接线设计3.4 变电所的布置和结构设计143.4.1 变电所的布置设计3.4.2 变电所的结构设计第四章 电气设备选择4.1 短路电流计算154.2 电气设备选择18第五章 电力变压器继电保护设计5.1 电力变压器继电保护配置235.2 电力继电器继电保护原理展开图设计23第六章 厂区线路设计6.1 电力线路的接线方式256.2 电力线路的结构256.3 导线和电缆的选择266.4 厂区照明设计26第七章 小结28参考文献28附录 1：设备材料表附录 2：设计图纸- 31 -1.1 工厂

3、供电的意义第一章 绪论众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形 式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分 配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此， 电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中 所占的比重一般很小（除电化工业外）。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

4、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。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，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。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。1.2 设计概

5、念设计线路如图 1.1 所示：图 1.11） 电源等级 10KV；2） 电源线路，用一回架空非专用线向本厂供电；3） 电源变电所 10KV 母线短路容量最大运行方式为 300MVA，最小运行方式为 200MVA，单相接地电流为 10A；4) 电源变电所 10KV 引出线继电保护的整定时限 1.6S5）全厂功率因数以前不低于供用电规程。按照国家标准 GB5005295工配电系统设计规范、GB500539310KV 及以下设计规范、GB5005495 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；（2） 安全可靠、先进合理；（3） 近期为主、考虑发展；（

6、4） 全局出发、统筹兼顾。按照实际车间计算的负荷、容量等，合理确定设计方案。以便设计方案能得到应用。1.3 设计任务及设计方案一、设计任务：1、设计说明书一份。在设计说明书中应包括以下主要部分：（1） 各车间与全厂的负荷计算，功率因数的补偿。（2） 变（配）电所位置的确定，变压器数量、容量的决定。（3） 全厂供电系统的接线方式与变电所主结线的确定。（4） 高压电器设备与导线电缆的选择。（5） 短路电流的计算与电气设备的校验。（6） 电气设备的选择和校验。（7） 厂区电力线路计算。（8） 继电器保护整定计算。2、设计图纸：（1） 变（配）电所主结线图一张（或将高、低压分开画二张）。（2） 工厂变

7、（配）电所和电力线路平面布置图一张。（3） 继电保护原理接线图一张。（3） 变（配）电所平剖面布置图一张（二张）。二、设计方案：我们根据工厂各车间的实际情况，利用需要系数法计算出负荷、若功率因数不满足供电规程，则需要进行无功补偿。然后按负荷功率距法确定了负荷中心，根据变电所位置选择的原则确定了变电所的位置，如果有车间的视在功率打于 320KVA，则须在设计中设一车间变电所，确定变压器的台数和容量，并选择了变压器的型号，根据选择的额定容量计算短路电流，在选择电气设备时， 一定要遵循选择的一搬原则。继电保护设计时，要举实际情况选择保护。厂区采用电缆接线方式，高压电缆进线硬母线，变压器是地坪抬高式。

8、设计时尽量设计的方案简单、明了，不浪费资源。第二章 负荷计算及功率补偿2.1 负荷计算的内容和目的由于用电负荷之间存在着同时率（可能在不同的时间运行），荷载率（电机的容量大于被拖动机械的实际容量）等等因素，如果按所有负荷的相加值来选择电源或电源变压器，显然是大于实际需要负荷的。所以需要进行负荷计算计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表 量程的依据，也是整定继电保护的重要数据。计算负荷确定的是否正确合理， 直接影响到电器和导线的选择是否合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导 线截面选择过大，造成投资和有色金属的浪费；如计算负荷确定过小，又将使 电器和导线运行时增加电能损

9、耗，并产生过热，引起绝缘过早老化，甚至烧毁， 以至发生事故。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系 统安全、经济运行的必要手段若要使供电系统在正常条件下可靠地运行，必须正确的选择变压器、开关设备及导线、电缆等，这就需要对电力负荷进行计算。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到气体设备和导线电缆的选择是否经济合理。2.2 负荷计算的方法工程上依据不同的计算目的，针对不同类型的用户和不同类的负荷，在实践中总结出了各种负荷计算的方法：估算法、需要系数法、二项式法、单相负荷计算法等。本次课程设计中，利用的是需要系数法来求解的。一、进行负荷计算时，首先将不

10、同工作制下的用电设备的额定容量换算成同意的设备容量1、长期工作制和短时工作制的用电设备Pe=PN式中 Pe用电设备的设备容量 KWPN用电设备的额定容量2、反复短时工作制的用电设备的设备容量是指换算到统一暂载率下的额定容量𝜀𝑁𝜀25%1)起重机的设备容量指换算到 =25%时的额定功率Pe=PN式中 PN起重机的额定有功功率𝜀𝑁额定负荷持续率𝜀25%其值为 25%的负荷持续率𝜀𝑁𝜀100%2)电焊机的设备容量指换算到 =100%时的额定功率P =PeN式

11、中𝑃𝑁电焊机的额定有功功率𝜀𝑁额定负荷持续率𝜀100% 其 值 为 100% 的 负 荷 持 续 率3）照明设备的设备容量可按建筑物的单位面积容量估算法计算。P = w Se1000式中w建筑物单位面积照明容量 W/m2S建筑物面积 m2二、单组用电设备的计算负荷1、单台用电设备的计算负荷就是其设备容量PC =Pe2、单组用电设备的计算负荷有功功率： PC 无功功率： QC= Kd Pe= PC tanjP 2 + Q 2CC视在功率： SC =式中 Kd该用电设备组的需要系数tanj功率因数角的正切值3、多组用电

12、设备的计算负荷有功功率： PCn = KpPcii=1无功功率： QCn = KqQcii=1P 2 + Q 2CC视在功率： SC =3U N计算电流： I=SCC式中 UN该用电设备组的额定电压 KVKq 该组设备的同时系数三、全厂的负荷计算表 2-1 第二车间用电设备详情序号用电设备型号名称台数每台设备额定容量（千瓦）备注1M2110 内圆磨床14.72M2120 内圆磨床27.13M7120A 平面磨床14.24M7130K 平面磨床17.65M131W 外圆磨床26.86M8621A 花键轴磨床14.57MQ1350A 外圆磨床217.68HO57 外圆磨床117.69Y2235 弧

13、齿轮滚齿轮16.510Y4245 剃齿机23.911Y4632 珩齿轮14.812YB31125 滚齿轮123.613Y38A 滚齿轮23.914Y38 滚齿轮13.915Y3150 滚齿轮23.116C6301M 车床110.117C6201 车床27.618L612020T 卧式拉床122.119YB6016 花键轴铣床16.820Y5120A 插齿机22.421Y54 插齿机13.622Y236 锥齿轮刨齿机22.923B6050 牛头刨床2424B69 牛头刨床11125B665 牛头刨床2326B5020 插床2327B5030 插床1428X62W 万能铣床19.729X502 立

14、式铣床14.930X63 万能铣床113.231X53T 立式铣床113.332Z535 立式铣床14.633Z3040 摇臂钻床15.234C6150 车床17.635C6203 车床18.336CW6140A 车床2837C6201 车床2438C6150 车床17.639卧式珩磨机11040C6201 车床17.641C616A 车床23.342C868 丝杠车床23.143Y7132 锥形砂轮倒角机23.444MG1432 齿轮倒角机17.545YJ9332 齿轮倒角机51.146M3030 砂轮机101.547Z521 台式铣床100.648Q1131200 剪边机2349W6740

15、 板料折边压力机23.850AX320 直流弧焊机114𝜀 = 65%51BS3301 焊接变压器121KVA𝜀 = 65%单相 380 伏cos 𝜑 = 40%525 吨电动桥式吊车124.2𝜀 = 40%1、下面为第二车间的负荷计算：1）冷加工机床（1-47）： Kd =0.18， tanj=1.73PC = Kd Pe =0.18435.2=78.336kwQC = PC tanj=78.3361.73=135.521kvar2）剪床、压床（48、49）： Kd =0.25， tanj=1.33PC = Kd Pe =0.2

16、513.6=3.4kwQC = PC tanj=3.41.33=4.522kvar3）弧焊机（50）： Kd =0.35， tanj=1.33Pe=PN𝜀𝑁𝜀100%=0.65 14=11.29kwPC =Pe =11.29kwQC = PC tanj=11.291.33=15.02kvar4）吊车（52）： Kd =0.12， tanj=1.73𝜀𝑁Pe=PN𝜀25%=24.2=30.61kw0.4/0.25PC =Pe =30.61kwQC = PC tanj=11.291.33=15.02kv

17、ar5）焊接变压器（51）： Kd =0.35， tanj=2.29 PN =𝑆𝑁cos 𝜑 = 210.4=8.4KW𝜀𝑁𝜀100%65%100%=𝑃33𝑒𝜑=PN8.4=6.77kwPC =𝑃𝑒𝜑=6.77=11.73kwQC = PC tanj=11.732.29=26.86kvar6）车间照明设备： Kd =1， tanj=0P = w S =101680/1000=16.8kwe1000PC =

18、 Kd Pe =116.8=16.8kwQC = PC tanj=16.80=0kvar第二车间的计算负荷： K p = Kq =0.95 nPC = KpPci =0.95(78.336+3.4+11.29+30.61+11.73+16.8）i=1=144.56kw nQC = KqQci =0.95(135.521+4.522+15.02+52.96+26.86+0)=223.14kwi=1P 2 + Q 2CCSC =265.87KVA(144.562 + 223.142 )SCIC = 265.87=403.95A3U N3 0.382、生活（照明）负荷计算：Kd =1， tanj=0

19、 1）车库：P = w S =7476/1000=3.332kwe1000PC = Kd Pe =13.332=3.332kw2）收发室：P = w S =10209/1000=2.09kwe1000PC = Kd Pe =12.09=2.09kw3） 门卫：P = w S =1523/1000=0.345kwe1000PC = Kd Pe =10.345=0.345kw4） 托儿所：P = w S =10494/1000=4.94kwe1000PC = Kd Pe =14.94=4.94kw5） 办公室：P = w S =15724/1000=4.32kwe1000PC = Kd Pe =1

20、4.32=4.32kw6） 食堂：P = w S =13988/1000=12.84kwe1000PC = Kd Pe =112.84=12.84kw7） 仓库：P = w S =13704/1000=9.15kwe1000PC = Kd Pe =19.15=9.15kw8） 堆场：P = w S =10364/1000=3.64kwe1000PC = Kd Pe =13.64=3.64kw生活照明总计为：PC =0.9(3.332+2.09+0.345+4.94+4.32+12.84+9.15+3.64)=36.59kw3、机械工厂全厂的负荷计算表如下所示表 2-2车间名称计算负荷PC (k

21、w)QC(kvar)SC(KVA)第一车间91.485141.50168.50第二车间144.56223.14265.87第三车间421.87147.46446.90第四车间140.09104.58174.80第五车间92.55634.5598.79生活36.59036.59全厂总计833.42586.111019.12低压侧总的计算负荷为： 6Pc 低 = KPPci =0.9 (91.485+144.56+421.87+140.09+92.556+36.59)=833.42ki=1w 6Qc低 = K qQci =0.9 (141.50+223.14+147.46+104.58+34.55

22、)=586.11kvari=1Sc低=1019.12KVAP 2 + Q 2cc833.422 + 586.112低压侧的功率因数为：cosj= Pc低 = 833.42=0.818Sc低11019.12Ic =Sc低= 1019.12=1548.39A3U N3 0.38变压器的功率损耗为：DPT = 0.015 Sc低 =0.015 1019.12=15.29 kWDQT = 0.06 Sc低 =0.06 1019.12=61.15 k var变压器高压侧总的计算负荷为：Pc高 = Pc低 + DPT =833.42+15.29=848.71 kW848.712 + 647.262Qc高

23、= Qc低 + DQT =686.11+61.15=647.26 k varP 2 + Q2c高c高Sc高=1067.36 kVAIc =Sc高= 1067.363U N3 0.38=61.62A变电所高压侧的功率因数为：cosj = Pc高 =848.71 =0.795Sc高21067.362.3 无功功率补偿一、功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法1、功率因数产生的原因及对供配电系统的影响功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标。用户中绝大多数用电设备，如感应电动机、电力变压器、电焊机及交流接触器等，它们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场，其功率因数均小于 0.9

24、，需要进行无功功率补偿，提高功率因数。感性用电设备都需要从供配电系统中吸收无功功率，从而降低功率因数。功率因数太低将会给供配电系统带来电能损耗增加和供电设备利用率降低等不良影响。所以要求电力用户功率因数必须达到一定值，低于某一定值就必须进行补偿。2、提高功率因数的方法（1） 提高自然功率因数合理选择电动机的规格、型号。防止电动机长时间空载运行。保证电动机的检修质量。合理选择变压器的容量。交流接触器的节电运行。（2） 人工补偿功率因数并联电容器人工补偿同步电动机补偿动态无功功率补偿调相机补偿3、无功补偿的计算1）确定补偿容量：高压侧要求不低于 0.9，不常在低压侧进行时，考虑到变压器损耗设低压侧

25、补偿后的功率因素为 0.92 来计算需补偿的容量QCC= PC1 (tanj1 - tanj2) = 833.42 tan(arccos 0.818) - tan(arccos 0.92) = 230.86k var查表选取电容器柜型号为 PGJ1-1，PGJ1-3，PGJ1-4，实际补偿容量QC.C =252kvar。补偿后计算负荷及功率因素：P 2 + (Qc低c低C.C- Q)2833.422 + (586.11 - 252)2cS =DP = 0.015 S = 0.015 897.90 = 13.47kva= 897.90kvaTcDQ = 0.06 S = 0.06 897.90

26、= 53.87k varTc变电所高压侧总的计算负荷为Pc 2Q= Pc低 = Q + DP =833.42+13.47=846.89 kWT + DQ =(586.11-252)+53.87=387.98 k varc 2c低TSc 2 = 931.53KVAP+ Q22c 2c 2846.892 + 387.982变电所高压侧的功率因数为：P 846.89cosj = c 2 =0.909符合要求。Sc 2931.53第三章 变电所一次系统设计3.1 变电所的配置1、变电所位置选择1、变电所位置选择的原则1） 应尽可能接近负荷中心；2） 进出线方便，靠近电源侧；3） 考虑扩建的可能性；4）

27、 设备运输方便。2、负荷中心确定负荷中心可以用负荷指示图、负荷功率矩法或负荷电能矩法近似确定。 负荷指示图确定负荷中心：负荷指示图是将电力负荷按一定比例用负荷圆的形式，标示在企业或车间的平面图上。各车间的负荷圆的圆心位于车间的负荷“重心”（负荷中心）。在负荷均匀分布的车间，负荷中心就是车间的中心，在负荷分布不均匀的车间内，负荷中心应偏向负荷集中的一侧。负荷圆的半径为 r，由车间的计算负荷 P c =Kpr 2 推得Pc Kpr=式中，K 为负荷圆的比例（KW/ 2 ）（1） 负荷功率矩法确定负荷中心按负荷功率矩法确定负荷中心，只考虑了各负荷的功率和位置，而未考虑各负荷的工作时间，因而负荷中心被认为是固定不变的。在本次课程设计中我们选用的就是这种方法。（2） 按负荷电能矩法确定负荷中心事实上，各负荷的工作时间不同，因而负荷中心不可能是固定不变的。负荷中心不只是与各负荷的功率有关，因而还与各负荷的工