毕业设计（论文）-某机修厂供配电系统设计.docx
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某机修厂供配电系统设计
学院：
信息科学与工程学院
姓名：
学号：
班级：
指导老师：
2017年1月1日
目录
摘要 1
第一章电力工程课程设计任务书 3
1.1原始资料 3
1.2设计任务 6
1.3设计内容及步骤 6
第二章负荷计算 6
2.1负荷计算的目的和意义 9
2.2各车间负荷计算 9
2.3工厂电力负荷计算 10
2.4无功补偿 11
第三章高压供电系统的设计 12
3.1高压供电方案的要求 12
3.2高压供电方案的准则 12
3.3机修厂的用电情况 12
3.4高压供电方案的选择与确定 13
3.4.1高压供电系统的经济指标 13
3.4.2高压供电系统的技术指标 13
3.4.3高压供电系统的方案 14
3.4.4变电所主变压器的选择 14
3.4.5技术指标计算 15
3.4.6经济指标计算 17
第四章总降压变电所的设计 19
4.1主接线的基本要求 19
4.2变电站主接线的选择原则 19
4.3变电站主接线方案的拟定 20
4.4主接线方案的技术经济比较 22
4.4.1技术指标 22
4.4.2经济指标 22
第五章车间变电所设计 24
5.1车间变电所变压器形式的选择 24
5.2车间变电所变压器的台数、容量 24
5.3锅炉房的设计 25
5.4车间变电所位置的考虑原则 26
第六章短路电流计算 27
6.1短路电流计算的目的 27
6.2确定短路计算点 27
6.3短路电流的计算 27
6.3.1最大运行方式 27
6.3.2最小运行方式 30
第七章主要电气设备的选择及校验 33
7.1主要电气设备的分类 33
7.2高压线路的导线选择 33
7.2.135KV架空线路的导线选择 33
7.2.210KV备用电源进线的选择 34
7.2.335KV母线的选择 35
7.2.410KV母线的选择 35
7.3高压设备的选择及校验 36
7.3.135KV断路器 37
7.3.235KV隔离开关 38
7.3.335KV电压互感器 38
7.3.435KV电流互感器 39
7.3.510KV断路器 40
7.3.610KV隔离开关 40
7.3.710KV电压互感器 41
7.3.810KV电流互感器 41
7.3.9高压熔断器的选择 42
7.3.10高压开关柜的选择 42
7.4低压一次设备的选择和校验 42
第八章主要设备继电保护设计 44
8.1概述 44
8.2变压器继电保护的整定计算 45
8.2.1过电流保护 45
8.2.2电流速断保护 46
8.2.3过负荷保护 46
8.2.4瓦斯保护 47
8.335KV线路继电保护的整定计算 48
8.410KV线路继电保护的整定计算 49
第九章厂区10KV配电系统设计 50
第十章配电装置设计 50
10.1配电所的任务 50
10.2高压配电所的设计及要求 50
10.3配电装置布置形式的选择 51
10.4配电设备布置图 52
第十一章防雷、接地设计 53
11.1防雷设计 53
11.2接地设计 54
第十二章收获与体会 55
参考文献 56
附录一:
设备汇总一览 57
某机修厂供配电系统设计
摘要
工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
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。
因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
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。
按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《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；
必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。
（2）安全可靠、先进合理；
应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
（3）近期为主、考虑发展；
应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。
（4）全局出发、统筹兼顾。
按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。
工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。
工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。
作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
第一章电力工程课程设计任务书
1.1原始资料
本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的电机、变压器修理和制造任务。
年生产规模为修理电机7500台，总容量为45万kW；制造电机总容量为6万kW，制造单机最大容量为5000kW；修理变压器500台；生产电气备件为60万件。
本厂为某大型钢铁联合企业的重要组成部分。
（1）工厂总平面布置图如下：
图1.1工厂总平面布置图
（2）工厂的生产任务、规模及产品规格：
本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的电机、变压器修理和制造任务。
年生产规模为修理电机7500台，总容量为45万kW；制造电机总容量为6万kW，制造单机最大容量为5000kW；修理变压器500台；生产电气备件为60万件。
本厂为某大型钢铁联合企业的重要组成部分。
（3）工厂各车间的负荷情况及各车间预计配置变压器台数如表1.1所示。
表1.1工厂各车间负荷情况及各车间变电所容量
序
号
车间名称
设备容量（kW）
需要系数
车间变电所代号
变压器台数
1
电机修造车间
2505
0.24
0.82
No.1
1
2
机械加工车间
886
0.18
1.58
No.2
1
3
新品试制车间
634
0.35
1.51
No.3
1
4
原料车间
514
0.6
0.59
No.4
1
5
备件车间
562
0.35
0.79
No.5
1
6
锻造车间
150
0.24
1.6
No.6
1
7
锅炉房
269
0.73
0.87
No.7
1
8
空压站
322
0.56
0.88
No.8
1
9
汽车库
53
0.57
0.9
No.9
1
10
大线圈车间
335
0.56
0.63
No.10
1
11
半成品试验站
1217
0.3
0.79
No.11
1
12
成品试验站
2290
0.28
0.75
No.12
1
13
加压站（10kV专供负荷）
256
0.64
0.85
——
1
14
设备处仓库（10kV专供负荷）
560
0.6
0.85
——
1
15
成品试验站内大型集中负荷
3600
0.8
0.8
主要为35kV高压整流装置，要求专线供电。
（4）供电协议：
1.当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选择：
1）从某220/35kV区域变电站提供电源，此区域变电站距工厂南侧4.5km。
2）从某35/10kV变电所，提供10kV备用电源，此变电所距工厂南侧约4km。
2.电力系统的短路数据，如表1.2，其供电系统图，如图1.2。
表1.2区域变电站35kV母线短路数据
系统运行方式
系统短路数据
最大运行方式
最小运行方式
图1.2供电系统图
3.供电部门对工厂提出的技术要求：
1）区域变电站35kV馈电线的过电流保护整定时间，要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于1.3s。
2）在工厂35kV电源侧进行电能计量。
3）工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。
4.电费制度：
每月基本电费按主变压器容量计为18元/kVA，电费为0.5元/kW·h。
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。
（5）工厂负荷性质：
本厂大部分车间为一班工作制，少数车间为两班或三班工作制，工厂的年最大有功负荷利用小时数为2300h。
锅炉房供应生产用高压蒸汽，其停电将使锅炉发生危险。
又由于工厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。
因此锅炉房供电要求有较高的可靠性。
（6）工厂自然条件：
1.气象资料：
本厂所在地区的年最高气温为38oC，年平均气温为23oC，年最低气温为－8oC，年最热月平均最高气温为33oC，年最热月平均气温为26oC，年最热月地下0.8m处平均温度为25oC。
当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。
2.地质水文资料：
本厂地区海拔60m，底层以砂粘土为主，地下水位为2m。
1.2设计任务
1．高压供电系统设计
主要任务是工厂内部高压供电等级选择，需考虑供电的经济性（设备及损耗费用）和技术要求（线路电压损耗、以及供电电源变压器的断路器出线容量等）。
2．总降压变电站设计
（1）主结线设计：
根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，经过概略分析比较，留下2～3个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。
（2）短路电流计算：
根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。
（3）主要电气设备选择：
主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号等设备的选择及校验。
选用设备型号、数量、汇成设备一览表。
（4）主要设备继电保护设计：
包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。
（5）配电装置设计：
包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。
（6）防雷、接地设计：
包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。
3．车间变电所设计
根据车间负荷情况，选择车间变压器的型号。
4．厂区10KV配电系统设计
根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。
1.3设计内容及步骤
全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。
解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。
其基本内容有以下几方面。
1.负荷计算
全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。
考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。
列出负荷计算表、表达计算成果。
2.工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择
参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。
3.工厂总降压变电所主结线设计
根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。
对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。
4.厂区高压配电系统设计
根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。
参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。
按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。
用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。
5.工厂供、配电系统短路电流计算
工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。
由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。
6.改善功率因数装置设计
按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。
由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。
如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。
7.变电所高、低压侧设备选择
参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。
并根据需要进行热稳定和力稳定检验。
用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。
8.继电保护及二次结线设计
为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。
并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。
设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。
35kv及以上系统尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置图。
9.变电所防雷装置设计
参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。
进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。
进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。
总降压变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。
第二章负荷计算
2.1负荷计算的目的和意义
负荷计算是根据已知工厂的用电设备安装容量来确定预期不变的最大假想负荷。
它是按发热条件选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据，所以非常重要。
如估算过高，将增加供电设备的容量，使工厂电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量。
特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。
但是如果估算过低，又会使工厂投入生产后，供电系统的线路及电器设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。
（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。
2.2各车间负荷计算
①计算各车间负荷：
按需要系数法公式,，计算各车间的有功计算负荷，无功计算负荷，视在计算负荷。
②计算总的负荷：
由公式，，计算总的有功计算负荷，无功计算负荷，视在计算负荷。
负荷计算表格汇总如下表2.1所示：
表2.1计算负荷汇总表
序
号
车间名称
计算负荷
车间变电所代号
变压器台数
（KW）
（Kvar）
（KVA）
1
电机修造车间
601.2
492.98
777.48
No.1
1
2
机械加工车间
159.48
251.98
298.21
No.2
1
3
新品试制车间
221.9
335.07
401.88
No.3
1
4
原料车间
308.4
181.96
358.08
No.4
1
5
备件车间
196.7
155.39
250.67
No.5
1
6
锻造车间
36
57.6
67.92
No.6
1
7
锅炉房
196.37
170.84
260.28
No.7
1
8
空压站
180.32
158.68
240.20
No.8
1
9
汽车库
30.21
27.19
40.64
No.9
1
10
大线圈车间
187.6
118.19
221.73
No.10
1
11
半成品试验站
365.1
288.43
465.28
No.11
1
12
成品试验站
641.2
480.9
801.5
No.12
1
13
加压站（10kV专供负荷）
163.84
139.26
215.03
——
1
14
设备处仓库（10kV专供负荷）
336
285.6
440.98
——
1
15
成品试验站内大型集中负荷
2880
2304
3626.07
主要为35kV高压整流装置，要求专线供电。
2.3工厂电力负荷计算
工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。
如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高自然功率因数的情况下，尚达不到规定的功率因数要求，则需要增设无功功率补偿装置。
这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约电能又提高电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。
（1）全车间变电所低压母线上计算负荷
由2.2已知各个车间的计算负荷见表1，取
可得
（2）因为有变压器的功率损耗，所以:
（3）全车间高压母线上计算负荷
Pm和Qm分别为车间10KV用电设备的有功计算负荷和无功计算负荷，
2.4无功补偿
题目中要求工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9，并且提高功率因数可
减少电费，所以选择利用电容器并联在10KV侧进行功率补偿。
功率因数为，
可得主降压变电器低压侧功率因数:
设补偿后低压侧功率因素为0.92，
补偿电容器选为BFM10.5-100-1W，，又因电容器为单相电容器，所以n应为3的倍数，取n=18,所以
带入可得
检验高压侧：
功率因数，满足要求。
全厂总计算负荷:
第三章高压供电系统的设计
3.1高压供电方案的要求
工厂的供电方案主要依据工厂的用电要求、用电性质、现场调查的信息以及电网结构和运行情况来确定。
其主要内容包括供电电源位置、出线方式、供电线路敷设、供电回路数、走径、跨越、工厂进线方式、工厂受（送）电装置容量、主接线、继电保护方式、电能计量方式、运行方式、调度通信等内容。
3.2高压供电方案的准则
（1）应能满足供用电安全、可靠、经济、运行灵活、管理方便的要求，并留有发展余度。
（2）符合电网建设、改造和发展规划的要求；满足工厂近期、远期对电力的需求，具有最佳的综合经济效益。
（3）具有满足工厂需求的供电可靠性及合格的电能质量。
（4）符合相关国家标准、电力行业技术标准和规程，以及技术装备先进要求，并应对多种供电方案进行技术经济比较，确定最佳方案。
3.3机修厂的用电情况
当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选择：
（1）从某220/35kV区域变电站提供电源，此区域变电站距工厂南侧4.5km。
（2）从某35/10kV变电所，提供10kV备用电源，此变电所距工厂南侧约4km。
高压供电系统的设计要以安全、可靠运行为原则，同时兼顾运行的经济性和灵活性。
因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。
本变电所原始资料有两路电源可供选择。
其一从某220/35kV区域变电站提供电源，此区域变电站距工厂南侧4.5km。
其二从某35/10kV变电所，提供10kV备用电源，此变电所距工厂南侧约4km。
本机修厂中No.7锅炉房供应生产用高压蒸汽，其停电将使锅炉发生危险。
又由于工厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。
因此锅炉房供电要求有较高的可靠性。
故No.7锅炉房定为Ⅰ级负荷。
由于一级负荷属重要负荷，如果中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏。
本厂大部分车间为一班工作制，少数车间为两班或三班工作制，工厂的年最大有功负荷利用小时数为2300h。
3.4高压供电方案的选择与确定
主要任务是工厂内部高压供电等级选择，需考虑供电的经济性（设备及损耗费用）和技术要求（线路电压损耗、以及供电电源变压器的断路
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