机械制造厂供配电设计毕业论文.doc

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机械制造厂供配电设计毕业论文

目录

第1章绪论 1

1.1负荷情况 1

1.2电源状况 1

1.3电源短路容量 2

1.4供电部门对功率因数要求值：

2

1.5电价 2

1.6气象、地质、水文资料 2

第2章负荷计算和无功功率补偿 3

2.1负荷计算 3

2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式 3

2.1.2各车间用电负荷计算 3

2.2负荷分配 4

第3章变电所位置及其型式的选择 5

3.1变电所位置 5

3.2变电所型式的选择 5

第4章变电所主变压器的选择和无功补偿 6

4.1主变压器的选择依据 6

4.2无功功率补偿 6

4.3各车间变电所主变压器的选择和无功补偿 6

4.3.1车间变电所I主变压器的选择和无功补偿 6

4.3.2车间变电所Ⅱ主变压器的选择和无功补偿 7

4.3.3总降压变电所主变压器的选择和无功补偿 8

4.4工厂年电能消耗量计算 9

第5章主接线方案的选取 10

5.1变电所主接线设计的基本要求 10

5.2变电所主接线设计原则 10

5.3主接线设计方案 11

5.4主接线图 11

第6章短路计算 12

6.1最小运行方式下系统短路电流计算 12

6.1.1确定基准值 12

6.1.2计算短路电路中各主要元件的电抗标么值 13

6.1.3计算各短路点总计算电抗及三相短路电流和短路容量 13

6.2最大运行方式下系统短路电流计算 14

6.2.1确定基准值 14

6.2.2计算短路电路中各主要元件的电抗标么值 15

6.2.3计算各短路点总计算电抗及三相短路电流和短路容量 15

第7章输配电线及母线的选择 17

7.1高压接入线的选择 17

7.1.135kV架空线截面的选择计算 17

7.1.235kV电缆线截面的选择计算 18

7.1.310kV电缆截面选择计算 18

7.1.4车间变电所低压出线的选择 19

7.2母线的选择 22

7.2.135kV母线的选择 22

7.2.210kV母线的选择 23

7.2.3380V母线选择 24

第8章变电所高低压设备的选择与校验 25

8.1低压侧一次设备的选择 25

8.1.1车间变电所I380V侧一次设备的选择与校验 25

8.1.2车间变电所Ⅱ380V侧一次设备的选择与校验 25

8.2变电所高压一次设备的选择与校验 25

8.2.135kV侧高压一次设备的选择与校验 25

8.2.210kV侧高压一次设备的选择与校验 25

第9章变电所二次回路的设计 26

9.1高压断路器的控制 26

9.2电测量仪表与绝缘监视装置 26

9.2.1电测量仪表 26

9.2.2绝缘监视装置 27

第10章供电系统继电保护 28

10.1电力变压器的继电保护 28

10.1.1车间变电所I主变压器的继电保护 28

10.1.2车间变电所II主变压器的继电保护 29

10.1.3总降压变电所主变压器的继电保护 30

10.2工厂高压线路的继电保护 32

第11章变电所的防雷接地 34

11.1变电所的防雷保护 34

11.1.1直击雷防护 34

11.1.2雷电波入侵的防护 34

11.2变电所公共接地装置的设计 34

11.2.1接地电阻的要求 34

11.2.2接地装置的设计 35

第12章结论与展望 37

参考文献 38

致谢 39

附录 40

附录A参考外文 40

附录B负荷计算表 46

附录C设备汇总表 48

附录D机械制造厂供配电设计总平面图 52

附录E二次回路系统图 53

附录F机械制造厂变电所主接线图 54

阳泉职业技术学院毕业设计

第1章绪论

电能是能源的基本形态，是现代工业生产的主要能源和动力，是人类现代文明的物质技术基础。

电能与国民经济各部门及人民日常生活关系密切。

由于自然界的一次能源都可转换成电能，且电能转换成其他形式十分方便，电能宜于大量生产，远距离输送和自动控制。

所以，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中广泛应用。

在工厂里，电能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。

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。

1.1负荷情况

本厂动力站、房的部分设备为二级负荷，铸钢车间有50%的负荷为二级负荷，热处理车间有60%的负荷为二级负荷，其余均为三级负荷。

本厂负荷统计资料见表1-1。

表1-1某机械制造厂负荷数据表

车间名称

1#铸钢车间

2#热处理车间

3#锻工车间

4#焊接车间

安装容量（kW）

1800

2100

1600

200

车间名称

5#金工车间

6#总装车间

7#空压站

8#煤气站

安装容量（kW）

400

200

800

500

1.2电源状况

一、工厂东北方向16公里处：

有一新建地区降压变电所，110/35/10kV，1x25MV﹒A变压器一台作为工厂的主电源。

从本厂用电容量、电源的输送距离，以及考虑今后的发展规划来看，在满足供电电压偏差的允许值范围内，采用35kV或10kV中的电压以一回架空线向工厂供电。

二、由正北方向5公里处的其它工厂引入10kV电缆作为备用电源，一般不投入，在该厂的主电源发生故障或检修时，提供照明及部分重要负荷用电。

输电容量不得超过全厂计算负荷的20%。

1.3电源短路容量

35kV侧系统最大三相短路容量1000MV·A

35kV侧系统最小三相短路容量500MV·A

1.4供电部门对功率因数要求值：

35kV供电时0.9

10kV供电时0.95

1.5电价

两部电价制：

变压器安装容量每1kV·A20元/月

电度电价：

供电电压为35kV时，0.55元/kWh

供电电压为10kV时，0.58元/kWh

工厂为二班制，全年工作时数4500小时，最大负荷利用时数4000小时。

线路的功率损失在发电厂引起的附加投资：

0.01元/kW

1.6气象、地质、水文资料

本厂地处江苏平原地区，平均海拔8.5米，地质以砂粘土为主，地下水位2米，最热月平均最高温度26℃，最热月地下0.8米处平均温度20℃，极端最高温度40℃，极端最低温度-10℃。

第2章负荷计算和无功功率补偿

2.1负荷计算

电力系统中的负荷指电网所连接的用电器消耗的有功功率或者无功功率，有时也把由于其他原因产生的损耗也计为负荷。

求得计算负荷的手段称为负荷计算。

我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。

需要系数法的优点是简便，适用于全厂和车间变电所负荷的计算，二项式法适用于机加工车间，有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。

但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需要系数法合理，且计算也较简便。

2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式

本设计采用需要系数法确定。

主要计算公式有：

有功功率：

=（2-1）

无功功率:

=tan（2-2）

视在功率:

（2-3）

计算电流:

（2-4）

2.1.2各车间用电负荷计算

各车间用电情况详见电力负荷计算表（附录B，表B-3）。

取

根据附录B，表B-3可算出：

kW

kvar

则

kW

kvar

kV·A

2.2负荷分配

按对供电可靠性的要求将负荷分为三级：

Ⅰ级负荷：

指短时（手动切换恢复供电所需的时间）对负荷中断供电，将造成人身事故、设备损坏，将发生废品，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱的负荷。

接有Ⅰ级负荷的高、低压厂用母线，应设置备用电源，当备用电源采用明备用方式时，应装设备用电源自动投入装置。

Ⅱ级负荷：

指允许短时停电，但较长时间停电将造成大量减产，将使人民生活受到影响的负荷。

对接有Ⅱ级负荷的厂用母线，应由两路独立电源供电，一般采用手动切换。

Ⅲ级负荷：

指长时间停电不会直接影响生产者，如工厂的附属车间，小城镇等。

根据所提供的负荷情况对本厂负荷分配原则如下表（表2-1）

表2-1：

负荷分配表

工厂变电所380V母线

本工厂380V负荷（需要容量）

Ⅰ段

Ⅲ级负荷：

1#、2#车间部分负荷及4#、5#车间负荷（1070kW）

Ⅱ段

Ⅲ级负荷：

3#、6#车间负荷及7#、8#车间部分负荷（1246kW）

Ⅲ段

Ⅱ级负荷：

1#、2#、7#、8#车间部分负荷及照明（1400kW）

第3章变电所位置及其型式的选择

3.1变电所位置

变电所所址选择应满足下列几条要求：

（1）接近负荷中心；

（2）接近电源侧；

（3）进出线方便；

（4）运输设备方便；

（5）不应设在容易积水、剧烈震动或高温的场所；

（6）不应设在有爆炸危险的区域内；

从上面几条综合确定，总平面图序号F设为35/10kV变电所，靠近负荷中心。

由于煤气站属于危险区域，故不应与变电所相邻，整个变电所的室内地面，应高于室外地坪0.6米。

3.2变电所型式的选择

35/10kV变电所采用屋内式变电所，运行维修方便，占地面积少。

变电所布置紧凑合理，内设35kV、10kV和低压配电室，低压配电室应靠近10/0.4kV变压器室，35/10.5kV主变压器室应靠近10kV配电室，并设控制室、值班室和辅助房间等，便于运行人员工作和管理。

变电所的总体布置详见附录D,图D-1。

第4章变电所主变压器的选择和无功补偿

4.1主变压器的选择依据

确定总降压变电所和各车间变电所主变压器的容量和台数，要依据其所供的负荷容量和负荷等级来求。

对于装设一台主变压器的变电所，主变压器容量应不小于总的计算负荷，即

≥（4-1）

对于装设两台主变压器的变电所，每台主变压器的容量应不小于总的计算负荷的60%～70%，一般取最大值，留有一定裕量。

同时每台主变压器容量应不小于所有一、二级负荷的总和，即

≥（60%～70%）（4-2）

≥（4-3）

4.2无功功率补偿

在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿。

一般工厂用电设备中有许多诸如感应电动机、电焊机等感性无功负荷，这些设备会使工厂功率因数下降。

若负荷计算结果中的工厂功率因数仍达不到要求，须增设无功功率的人工补偿装置。

由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小等优点，因此供电系统中一般采用并联电容器来进行人工补偿无功功率。

本设计进线侧采用35kV电压供电，经过总降压变电所降成10kV电压，再经过车间变电所降成380V电压供给各车间用电设备，因此在总降压变电所和车间变电所的低压侧分别设置无功补偿装置。

4.3各车间变电所主变压器的选择和无功补偿

4.3.1车间变电所I主变压器的选择和无功补偿

车间变电所Ⅰ供电范围:

铸钢车间、热处理车间、焊接车间、总装车间

其供电负荷统计为：

取同时系数

=0.90

=0.95

kW

kvar

kV·A

要求功率因数达到0.90以上，则无功补偿容量可由下式求得

=（tan-tan）（4-4）

式中，—补偿前功率因数所对应的正切值

—补偿后功率因数所对应的正切值

根据式（4-4）计算车间变电所Ⅰ的无功补偿容量。

表4-1车间变电所Ⅰ的无功功率补偿计算结果

项目

计算负荷

/kW

/kvar

/kV·A

380V侧补偿前负荷

0.70

1965.6

2031.48

2826.74

380V侧无功补偿容量

-1167.97

380V侧补偿后负荷

0.91

1965.6

863.51

2146.91

在车间变电所Ⅰ供电负荷中，有二级负荷，为保证供电可靠性，选择两台主变压器，每台供车间70%的负荷，根据公式有：

kV·A

kV·A

可以选择两台SC9-1600/10，联结组别为Dyn11

kW

kvar

4.3.2车间变电所Ⅱ主变压器的选择和无功补偿

车间变电所Ⅱ供电范围包括锻工车间、金工车间、空压站、煤气站

其供电负荷统计为：

取同时系数

=0.90，=0.95

kW

kvar

kV·A

根据式（4-4）计算车间变电所Ⅱ的无功补偿容量。

表4-2车间变电所Ⅱ无功功率补偿计算结果

项目

计算负荷

/kW

/kvar

/kV·A

380V侧补偿前负荷

0.74

1351.8

1265.88

1851.97

380V侧无功补偿容量

-652.82

380V侧补偿后负荷

0.1

1351.8

613.06

1484.32

在车间变电所Ⅱ供电负荷中，为保证供电可靠性,选择两台主变压器，每台供车间70%的负荷

根据公式有：

kV·A

因此可以选择两台SC9-1250/10，联结组别为Dyn11。

根据经验公式，计算每台变压器的损耗

kW

kvar

4.3.3总降压变电所主变压器的选择和无功补偿

无功补偿是用来提高电压质量、降低网损的有效措施之一，方法是给感性电路中的电感并联电容器，使感性负荷所吸收的无功功率大部分有电容器提供。

由于本设计基础资料中规定35kV供电时要求,而由上面计算可知，因此需要进行无功补偿。

各车间低压计算负荷合计kW

补偿前

补偿后

（4-4）

kvar

选择补偿2000kvar电容器.

无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：

kV·A

变压器的功率损耗为：

kvar

kW

变电所高压侧计算负荷为：

kW

kvar

kV·A

则无功补偿后，工厂的功率因数为：

符合本设计要求

kV·A

因此，选取S9-3150/35油浸式变压器两台。

如果选取一台主变压器不能满足电气设备的选取，因为如果选取一台额定电流太大无法选取设备型号，同时由于机械制造厂有二级负荷，为保证供电的可靠性，用一路电源进线的双变压器供电，能满足供电的要求，符合规定。

4.4工厂年电能消耗量计算

kW

h

年有功电能损耗：

kWh

第5章主接线方案的选取

电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。

电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统的重要环节。

主接线方案的确定对电力系统及变电所运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并对电器设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。

因此，主接线的设计必须正确处理好各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济比较，确定变电所主接线的最佳方案。

5.1变电所主接线设计的基本要求

电气主接线应满足以下几点要求：

（1）运行的可靠性

主接线系统应保证对用户供电的可靠性，特别是保证对重要负荷的供电。

（2）运行的灵活性

主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。

在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。

（3）经济合理

主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。

5.2变电所主接线设计原则

（1）变电所的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，在满足继电保护的要求下，也可以在地区线路上采用分支接线，但在系统主干网上不得采用分支界线。

（2）在35-60kV配电装置中，当线路为3回及以上时，一般采用单母线或单母线分段接线，若连接电源较多、出线较多、负荷较大或处于污秽地区，可采用双母线接线。

（3）6-10kV配电装置中，线路回路数不超过5回时，一般采用单母线接线方式，线路在6回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大时，可采用双母线接线。

（4）110-220kV配电装置中，线路在4回以上时一般采用双母线接线。

（5）当采用SF6等性能可靠、检修周期长的断路器以及更换迅速的手车式断路器时，均可不设旁路设施。

总之，以设计原始材料及设计要求为依据，以有关技术规范、规程为标准，结合具体工作的特点，准确的基础资料，全面分析，做到既有先进技术，又要经济实用。

5.3主接线设计方案

本设计选取单母线分段制，其优缺点如下：

优点：

（1）用断路器把母线分段后，对重要负荷可以从不同段引出两个回路，提供双回路供电。

（2）安全性，可靠性高。

当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：

（1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电。

（2）扩建时需要向两个方向均衡扩建，以保证负荷分配的均匀。

（3）当出线回路为双回路时，常使母线出线交叉跨越。

5.4主接线图

主接线图详见附录F，图F-1。

第6章短路计算

工厂供电主接线短路计算点简图见图7-1。

图6-1短路计算点

6.1最小运行方式下系统短路电流计算

已知系统最小三相短路容量

MV﹒A

6.1.1确定基准值

取基准容量

MV﹒A

kV

kV

kV

则

kA

kA

kA

6.1.2计算短路电路中各主要元件的电抗标么值

（1）电力系统

（2）架空线路

（3）电力变压器

（4）电缆线路

6.1.3计算各短路点总计算电抗及三相短路电流和短路容量

（1）各短路点总计算电抗

（2）各短路点三相短路电流

kA

kA

kA

kA

kA

（3）各短路点短路冲击电流

kA

kA

kA

kA

kA

（4）各短路点短路全电流最大有效值

kA

kA

kA

kA

kA

（5）各短路点短路容量

kV·A

kV·A

kV·A

kV·A

kV·A

6.2最大运行方式下系统短路电流计算

已知系统最大三相短路容量

MV·A

6.2.1确定基准值

取基准容量

MV·A

kV

kV

kV

则

kA

kA

kA

6.2.2计算短路电路中各主要元件的电抗标么值

（1）电力系统

（2）架空线路

（3）电力变压器

（4）电缆线路

6.2.3计算各短路点总计算电抗及三相短路电流和短路容量

（1）各短路点总计算电抗

（2）各短路点三相短路电流

kA

kA

kA

kA

kA

（3）各短路点短路冲击电流

kA

kA

kA

kA

kA

（4）各短路点短路全电流最大有效值

kA

kA

kA

kA

kA

（5）各短路点短路容量

MV·A

MV·A

MV·A

MV·A

MV·A

表6-1三相短路计算结果

短路计算点

三相短路电流/kA

三相短路容量/MV﹒A

K1

2.75

2.75

2.75

7.01

4.15

176.4

K2

3.26

3.26

3.26

8.31

4.92

59.59

K3

3.25

3.25

3.25

8.28

4.91

59.35

K4

40.54

40.54

40.54

103.34

61.22

28.09

K5

35.33

35.33

35.33

90.10

53.35

24.48

第7章输配电线及母线的选择

7.1高压接入线的选择

7.1.135kV架空线截面的选择计算

kA

kA

kV·A

A

35kV架空裸导线（LGJ）的允许最小截面积为35mm2。

其线路参数：

，

按照发热条件校验，其温度修正系数为：

校正后允许载流量：

A

由此可知，LGJ-50型钢芯铝绞线满足发热条件。

校验所选线路上的电压损耗。

线路上的功率损耗为：

kW

kvar

式中，为工厂东北方向16公里。

线路首端功率为：

kW

因此，35kV架空线路上的电压损耗为:

有以上结果可知，LGJ-50型钢芯铝绞线满足允许电压损耗条件。

7.1.235kV电缆线截面的选择计算

35kV侧变压器计算电流：

A

（1）按持续允许电流选择

70mm2交联聚乙烯绝缘铜芯电缆直埋，土壤热阻为3.0℃m/w的情况下的载流量为

（2）按经济电流密度选择

年最大负荷利用小时=4000h，铜芯电缆的经济电流密度为2.25A/mm2

（3）按短路热稳定选择

最大运行方式下35kV母线

kA

按切除短路故障时间1秒计算

mm2<<70mm2

（4）按电压损失校验

3×70mm2铜芯电缆，长0.25km

电压损失:

结论：

经计算用70mm2电缆满足要求，故选YJV22-26/35kV3×70mm2电缆。

7.1.310kV电缆截面选择计算

计算电流：

A

（1）按持续允许电流选择

95mm2交联聚乙烯绝缘铜芯电缆在空气中（30℃）敷设，考虑桥架敷设后的载流量为：

（2）按经济电流密度选择

年最大负荷利用小时=4000h，铜芯电缆的经济电流密度为2.25A/mm2

（3）按短路热稳定选择

最大运行方式下10kV母线：

按切除短路故障时间≤0.2秒计算

mm2<<50mm2

（4）按电压损失校验

3×2×95mm2铜芯电缆，长0.1km

电压损失:

7.1.4车间变电所低压出线的选择

7.1.4.11#铸钢车间

车间变电所Ⅰ馈电给铸钢车间的线路采用VV22-1000型铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套钢带铠