某小型轧钢车间供电系统设计修改版 2.docx
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某小型轧钢车间供电系统设计修改版2
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前言
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《电气工程基础》是普通高等工科学校电气自动化专业和电气技术专业的主要课程，而本次电气工程基础课程设计是在学习完《电气工程基础》这门课程后一个重要性的实践性教学环节，通过把理论知识运用于实践，加深对这门课程的理解和掌握其精髓，通过实践巩固理论知识，实现理论与实践的完美结合，为今后解决实际问题打下坚实的基础。
同时也加强实践意识，培养迅速把理论知识运用于实践的能力。
在《电气工程基础》理论课程中，我们学习了工厂电力负荷及其计算，短路电流及其计算，工厂变配电所及其一次系统，工厂的电力线路，二次回路和电力装置等方面的知识。
通过该课程设计可以进一步对所学知识的掌握，了解变电所的基本原理和设计方法，培养独立分析问题和解决问题的能力。
并对电力行业中的相关常识得到了解，同时对电力行业的各种绘图工具进行深层次的掌握，训练作为一名电气工程师在各个方面的综合能力，为今后在工作岗位上奠定扎实的基础。
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源。
电能即易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用。
电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节、测量。
有利于实现生产过程自动化。
而工厂供电就是指工厂所需要电能的供应和分配。
工厂供电设计要达到为工业生产服务，保障工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须做到：
安全、可靠、优负、经济。
本次课程设计是对某小型轧钢车间供电系统设计，根据本厂所取得的电源及本厂用电负荷实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求。
确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线等。
本次课程设计涉及面非常广，查阅了大量资料，由于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一一考证，因此，错误与疏漏之处再所难免，望老师批评指正。
目录
第一章设计任务与原始资料-2-
1.1设计题目-2-
1.2原始资料-2-
1.3要求设计内容-5-
1.4要求设计成果-5-
第二章负荷计算-6-
2.1负荷计算-6-
2.1.1负荷计算的内容和目的-6-
2.1.2负荷计算的方法-6-
2.1.3负荷计算结果-7-
2.2全厂年耗电量计算-13-
第三章变电所主变压器台数、容量类型的选择-14-
3.1变压器选择原则-14-
3.2主变压器数量及容量类型的确定-15-
3.2.1变压器台数的选择原则-15-
3.2.2主变压器容量的选择原则-15-
第四章高压电力网导线型号及截面的选择-21-
4.1工厂常用架空线路裸导线型号-21-
4.2导线截面选择原则-22-
4.3导线型号及截面选择-23-
第五章变电所主接线方案的设计-18-
4.1变配电所主接线的选择原则-18-
4.2变配电所主接线方案论证-18-
4.3、主接线方案的技术经济比较-19-
第六章短路电流的计算-24-
6.1短路电流计算的目的-24-
6.2短路电流计算-25-
第七章变电所一次设备的选择与校验-28-
7.1一次设备选择的一般原则-28-
7.2变电所高压一次设备的选择-28-
7.2.1按工作电压选则-28-
7.2.2按工作电流选择-28-
7.2.3按断流能力选择-28-
7.2.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验-29-
7.3变电所低压一次设备的选择-30-
7.4高低压母线的选择-31-
第八章低压干线、支线上的熔丝及型号的选择-31-
8.1.熔断器选择条件-31-
8.2.熔体的额定电流选择-31-
结束语-33-
参考资料-34-
第一章设计任务与原始资料
1.1设计题目
某轧钢车间动力供配系统电气一次部分设计
1.2原始资料
（1）本车间均为二级负荷。
工厂三班制，全年工厂工作小时数为4800h，年最大负荷利用小时数为6500h。
车间共设5个区域。
各区域负荷（380v）统计资料见下表。
序号
负荷名称
有功计算负荷/kw
无功计算负荷/kvar
1
推钢机
500
150
2
加热炉
800
300
3
轧机电动机
1200
750
4
照明
35
5
5
其他
250
100
（2）工厂东北侧8km处有一变电所，用一回架空线路向工厂供电。
10kv侧系统最大三相短路容量为500mav，最小三相短路容量为200mav。
由工厂正北方向从其他工厂引入10kv电缆作为本厂备用电源，平时不允许投入，只有在工作电源发生故障或检修停电时提供照明及部分部分重要负荷用电，输送容量不得超过1000kva。
（3）本厂所在地区年最高温度为40℃，平均年最高温度为18℃，年最低温度为-6℃，年最热月平均最高气温为35℃，年最热月平均气温为27℃，年最热地下0.8米处平均气温为30℃。
当地主导风向为东北风，年雷爆日数为20天。
（4）要求功率因数为不低于0.9；两台变压器、10kv侧采用单母线。
1.3要求设计内容
（1）短路电流计算，设备选型；
（2）电气主接线方案。
1.4要求设计成果
（1）设计说明书一份
（2）电气主接线方案图一张（2#图）。
第二章负荷和无功功率计算及补偿
2.1负荷计算
2.1.1负荷计算的内容和目的
（1）计算负荷又称需要负荷或最大负荷。
计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。
（2）尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。
一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。
在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。
（3）平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。
常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。
平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。
2.1.2负荷计算的方法
1.单组用电设备计算负荷的计算公式
a）有功计算负荷（单位为KW）
=，为系数
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=tan
c）视在计算负荷（单位为kvA）
=
d）计算电流（单位为A）
=,为用电设备的额定电压（单位为KV）
2.多组用电设备计算负荷的计算公式
a）有功计算负荷（单位为KW）=
式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97
c）视在计算负荷（单位为kvA）=
d）计算电流（单位为A）=
2.1.3负荷计算结果
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,其计算结果如下:
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有原始资料可知全厂380V侧总有功计算负荷（KE为同时系数去0.9）则
==0.9*（500+800+1200+35+250）=2.5065MW
==0.9*（150+300+750+5+100）=1.1745MVar
总视在计算负荷==2.768MVA
又由于=/=0.906>0.9,所以无须无功补偿。
2.3全厂年耗电量计算
工厂的年耗电量可利用工厂的有功和无功计算负荷
即：
年有功电能消耗量：
年无功电能消耗量：
式中
为年平均有功负荷系数，一般取0.7~0.75；
为年平均无功负荷系数，一般取0.76~0.82；
为年实际工作小时数。
取
=0.7，
=0.8，
=4800h，因此求得：
工厂年有功耗电量：
=0.7
*2.5065*4800=8420Kwh
工厂年无功耗电量：
=0.8
*1.1745*4800=4500Kwh
第三章变电所主变压器台数、容量类型的选择
3.1变压器选择原则
选择变压器时，必须对负载的大小、性质作深入的了解，然后按照设备功率的确定方法选择适当的容量。
为了降低电能损耗，变压器应该首选低损耗节能型。
当厂区配电母线电压偏差不能满足要求时，总降压变电所可选用有载调压变压器。
车间变电所一般采用普通变压器。
变压器容量的确定除考虑正常负荷外，还考虑到变压器的过负荷能力和经济运行条件。
具体地说：
（1）在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器；
（2）供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器（S9、SL9、S10-M、S11、S11-M等）；
（3）对于高层建筑、地下建筑、发电厂、化工等单位对消防要求较高场所，宜采用干式电力变压器（SC、SCZ、SCL、SG3、SG10、SC6等）；
（4）对电网电压波动较大，为改善电能质量采用有载调压电力变压器（SLZ7、SZ7、SFSZ、SGZ3等）。
3.2主变压器数量及容量类型的确定
3.2.1变压器台数的选择原则
工厂变电所中的主变压器台数，应根据下列原则选择：
（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。
对供有大量一、二级负荷的变电所应采用两台变压器，对只有二级负荷，而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，并在低压侧架设与其他变电所的联络线。
（2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的工厂变电所，可考虑采用两台主变压器。
（3）一般的三级负荷，只采用一台主变压器。
（4）考虑负荷的发展，留有安装第二台主变压器的空间。
（5）车间变电所中，单台变压器容量不宜超过1000kVA，现在我国已能生产一些断流量更大和短路稳定度更好的新型低压开关电器，因此如车间负荷容量较
（6）对装设在二层楼以上的干式变压器，其容量不宜大于630kVA。
3.2.2主变压器容量的选择原则
（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：
Snt≥（1.15～1.4）Sc
（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：
Snt≥（0.6~0.7）Sc
Snt≥Sc1.2
其中Sc1.2——计算负荷中的全部一、二级负荷。
两台变压器的备用方式有以下两种：
明备用：
两台变压器都按100%计算负荷选择容量，并留用一定裕量，一台工作，一台备用。
暗备用：
每台变压器都按计算负荷的（60%~70%）选择容量，正常情况下两台变压器均参加工作，且各自承担50%的负荷，负荷率为50%/0.7%≈70%，满足经济运行的条件，相对暗备用有明显的优势。
由于该厂的所有负荷属二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器以明备用的方式工作，以便当主变压器发生故障时，另一台备用变压器能短时的承担一些负荷，不至于断电，这样就提高了供电可靠性。
在明备用方式下，变压器的容量按计算负荷的100%选择
Snt==2.785MVA
且Snt≥Sc1.2==2.785MVA
因此，选择2台容量电压等级为10KV的变压器。
由于变压器的使用环境没有特殊要求，因此，变压器的选择空间很大，在选择时尽量要求低损耗，同时兼顾经济效益，达到最佳性价比。
由原始资料可知主变压器应选用SL7-3150/10型号的变压器；备用变压器应选用S9-1000/10型号的变压器。
两台变压器技术参数如下表所示：
Bubiaoge
\第四章高压电力网导线型号及截面的选择
4.1工厂常用架空线路导线型号的选择原则
工厂户外架空线路一般采用裸导线，其常用型号适用范围如下：
1.铝绞线（LJ）：
户外架空线路采用的铝绞线导电性能好，重量轻，对风雨作用的抵抗力较强，但对化学腐蚀作用的抵抗力较差，多用在10kV及以下线路上，其杆距不超过100～125m。
2.钢芯铝绞线（LGJ）：
此种导线的外围用铝线，中间线芯用钢线，解决了铝绞线机械强度差的缺点。
由于交流电的趋肤效应，电流实际上只从铝线通过，所以钢芯铝绞线的截面面积是指铝线部分的面积。
在机械强度要求较高的场所和35kV及以上的架空线路上多被采用。
3.铜绞线（TJ）：
铜绞线导电性能好，对风雨及化学腐蚀作用的抵抗力强，但造价高，且密度过大，选用要根据实际需要而定。
4.防腐钢芯铝绞线（LGJF）：
具有钢芯铝绞线的特点，同时防腐性好，一般用在沿海地区、咸水湖及化工工业地区等周围有腐蚀性物质的高压和超高压架空线路上。
4.2导线截面选择原则
导线电缆截面的选择要求必须满足安全、可靠和经济的条件，其选择原则为：
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。
按这种原则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则的基础上选择其中截面数最大的那个值。
4.3导线型号及截面选择
（1）选择经济截面
变压器一次侧计算电流
=……………..?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
……………………
按经济电流密度选择导线截面，因年最大负荷利用小时为4800h，查表得
Jec=1.15（钢心铝绞线）
则Sec=Ic1/Jec=144.73（mm）
由设计经验表明计算值比实际值偏大，因此选用LGJ—120型钢芯铝绞线。
（2）检验发热条件
查表知，LGJ-120在室外温度为25时的允许载流量为Ial=380A>144.73A,满足发热条件。
（3）校验机械强度
查表知，10KV架空铝绞线的机械强度最小截面为Smin=25第五章变电所主接线方案的设计
1.当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。
2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.6～10KV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。
7.采用6～10KV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。
8.由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。
9.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。
10.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。
5.2变配电所主接线方案论证
按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：
方案一：
装设一台主变压器的主接线方案（如图四所示）
图四装设一台主变压器的主接线图
方案二：
装高两台主变压器的主接线方案（如图五所示）
图五装设两台主变压器的主接线图
5.3、主接线方案的技术经济比较
表五主接线方案的技术经济比较
比较项目
装设一台主变的方案
装设两台主变的方案
技术指标
供电安全性
满足要求
满足要求
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
供电质量
由于一台主变，电压损耗较大
由于两台主变并列，电压损耗较小
灵活方便性
只有一台主变，灵活性较差
由于两台主变，灵活性较好
扩建适应性
稍差一些
更好一些
经济指标
电力变压器的综合投资额
查得S9-1000/10的单价为15.1万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2×15.1=30.2万元
查得S9-630/10的单价为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4×10.5=42万元比一台主变方案投资多11.8万元
高压开关柜（含计量柜）的综合投资额
查得GG-1A（F）型柜可按每台4万元计，其综合投资可按设备的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4×1.5×4=24万元
本方案采用6台GG-1A（F）柜，其综合投资约为6×1.5×4=36万元，比一台主变方案多投资12王元
电力变压器和高压开关柜的年运行费
主变的折旧费=30.2万元×0.05=1.51万元;高压开关柜的折旧费=24万元×0.06=1.44万元；变配电的维修管理费=（30.2+24）万元×0.06=3.25万元。
因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.15+1.44+3.25）=6.2万元
主变的折旧费=42万元×0.05=2.1万元；高压开关柜的折旧费=36万元×0.06=2.16万元；变配电的维修管理费（42+36）万元×0.06=4.68万元。
因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（2.1+2.16+4.68）=8.94万元，比一台主变方案多投资2.74万元
供电贴费
主变容量每KVA为800元，供电贴费=1000KVA×0.08万元/KVA=80万元
供电贴费=2×630KVA×0.08万元=100.8万元，比一台主变多交20.8万元
从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。
第六章短路电流的计算
6.1短路电流计算的目的
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。
进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。
在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。
短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。
在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。
对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。
最后计算短路电流和短路容量。
6.2短路电流计算
短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法），本设计采用标幺制法进行短路计算。
1.绘制计算电路（如图六所示）
图六短路计算电路
2.确定短路计算基准值
取Sd=100MVA
Ud1=Uc1=10.5KV
Ud2=Uc2=0.4KV
Id1===5.50KA
Id2===144KA
3.计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
电力系统:
已知电力系统出口断路器的遮断容量=400MVA，
故=100MVA/400MVA=0.25
架空线路:
又LGJ-150的线路电抗，而线路长1.5km，
电力变压器
查表得：
S9-4000变压器的短路电压百分值=4.5
S9-1250变压器的短路电压百分值=5.5，
故
=1.38
=3.6
式中，为变压器的额定容量
绘短路等放电路图（如图七所示）：
图七短路计算等效电路
4.计算K-1点（10.5KV侧）的短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
=0.25+0.16+1.38/2+0.5=1.6
三相短路电流周期分量有效值
其他短路电流
三相短路容量
5.计算K-2点（0.4KV侧）的短路电路总电抗标幺值及三相电流和短路容量
总电抗标幺值
=1.6+3.6=5.2
三相短路电流周期分量有效值
其他短路电流
三相短路容量
以上短路计算结果综合如表六所示：
表六短路计算表如下
短路计算点
三相短路电流
三相短路容量/MVA
k-1
3.44
3.44
3.44
8.76
5.19
62.5
k-2
27.75
27.75
27.75
70.8
41.9
19.23
第七章变电所一次设备的选择与校验
7.1一次设备选择的一般原则
供配电系统中的一次设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，一次设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还应满足在短路故障时不至损坏的条件，开关电器还必须具有足够的断流能力，并能适应所处的位置、环境温度、海拔高度。
以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。
一次设备的选择应遵循以下3个原则。
（1）按工作环境及正常工作条件选择电气设备；
（2）按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；
（3）开关电器断流能力校验。
7.2变电所高压一次设备的选择
7.2.1按工作电压选则
设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。
=10kV，=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，，熔断器额定电压=12kV。
7.2.2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
7.2.3按断流能力选择
设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即
或
对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。
7.2.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验
a）动稳定校验条件
或
、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值
b）热稳定校验条件
对于上面的分析，如表七所示，由它可知所选高压一次设备均满足要求
表七10kV高压侧一次侧设备的选择校验
选择校验项目
电压
电流
断流能力
动态定度
热稳定度
其它
装置地点条件
参数
数据
10kV
57.7A
（）
1.96kA
5.0kA
一次设备型号规格
额定参数
高压少油断路器SN10-10/1000
1
升级会员 