南华通用机械厂三个车间变电所及配电系统设计.docx
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南华通用机械厂三个车间变电所及配电系统设计
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）
学号：
课程设计
题目
南华通用机械厂三个车间变电所及配电系统设计
学院
计算机科学与信息工程学院
班级
11级自动化三班
学号
学生姓名
卫飞润
指导教师
晏康
2014
年
11
月
10
日
目录
一、设计任务及要求2
二、负荷计算和无功功率计算及补偿4
三、各变电所主变压器台数和容量、类型的选择6
四、各变电所主接线方案的设计8
五、短路电流的计算9
六、各变电所一次设备的选择与校验11
七、各变电所进出线的选择12
八、各变电所继电保护的设计及整定13
个人总结14
参考文献15
附件一：
南华通用机械厂变电所主接线图16
附件二：
南华通用机械厂变电所及配电系统主要设备、器件明细表17
小组分工18
设计成绩评定表19
南华通用机械厂三个车间变电所及配电系统设计
摘要：
工厂供电设计包括负荷计算及无功功率补偿计算，变配电所所址和型式的选择。
变电所主变压器台数、容量及类型的选择，变配电所主结线方案的设计，短路电流计算，变配电所一次设备的选择，变配电所二次回路方案的选择及继电保护装置的选择与整定，变配电所防雷保护与接地装置的设计等。
通过计算负荷，选择合适的变压器；通过计算三相短路电流，选出其他保护器件；通过计算三相短路电流，选择过电流保护设备；然后选择二次回路的设备，对一次侧设备进行控制、检测；最后设置接地和防雷电路。
关键字：
有功功率负荷计算变压器短路电流防雷
一、设计任务及要求
要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，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，确定各个变电所的位置及10kV高压线走向，确定各变电所主变压器的台数与容量、类型，选择各个变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定防雷和接地装置，最后按要求绘出设计图样，完成设计说明书等技术文件。
1.设计任务
（1）负荷计算和无功功率补偿计算。
（2）各变电所主变压器台数和容量、类型的选择。
（3）各变电所主结线方案的设计（要求从两个以上较为合理的方案中优选）。
（4）各变电所一次设备的选择与校验。
（5）各变电所进出线的选择。
（6）各变电所继电保护的设计及整定。
（7）设计图样各变电所主结线图（CAD）1张。
（8）明细表主要设备、器件明细表1张，需注明主要设备、器件的代号、名称、型号（规格）、数量等。
（详见“明细表”参考格式）。
2.设计材料
（1）工厂总平面图如图1所示。
（2）工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为5500h。
该厂负荷属三级负荷，设三个车间变电所，各车间（380V侧）的负荷统计情况如表1所示。
表1华盛专用设备制造厂负荷（380V侧）统计资料
变电所编号
车间名称名称
设备功率／kW
需要系数
功率因数cosφ
1
铸造车间
875
0.5
0.7
锻压车间
760
0.65
0.6
机加车间
370
0.7
0.8
仓库
125
0.5
0.8
小计
2
办公楼
230
0.65
0.85
工具车间
400
0.5
0.6
模具车间
205
0.6
0.7
小计
3
表面处理车间
275
0.6
0.65
动力车间
218
0.7
0.65
总装车间
150
0.6
0.8
试验站
68
0.7
0.7
小计
（3）供电电源情况
a从电业部门某35kV/10kV区域变电站取得10kV的高压电源。
区域变电站距本厂北侧约2km。
如图2所示。
b电力系统短路数据：
区域变电站10kV母线在系统最大运行方式和最小运行方式下的短路容量分别为Sk.max=400MVA和Sk.min=200MVA，系统馈电出线继电保护的动作时间为2.2s。
c电业部门对功率因数要求值：
工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。
（4）自然条件本厂所在地区的年最高气温为40℃，年平均气温为20℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均最高气温为30℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。
年雷暴日数为32天，土壤性质以砂质粘土为主。
（5）设计图样、各变电所主结线图（CAD）1张。
（6）明细表、主要设备、器件明细表1张，需注明主要设备、器件的代号、名称、型号（规格）、数量等。
（详见“明细表”参考格式）
二、负荷计算及无功功率补偿
1.计算负荷及功率补偿
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
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
视在计算负荷（单位为kvA）
=
总的计算电流为
2.各车间变电所负荷计算及功率补偿
无功功率的人工补偿装置：
主要有同步补偿机和并联电抗器两种。
由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。
无功功率补偿容量的计算公式如下：
式中——考虑到提高自然功率因数的可能，使补偿装置容量能够减少的系数，可以取0.8-0.9
——设计时求得的平均负荷，单位为kW;
——无功功率补偿系数，单位为kavr/kW,详细参数参见《工厂供电》第二版233页
因为工厂的无功功率最低为0.9，所以计算各个工厂的补偿无功功率时按9.5来算，再参考《工厂供电》第二版233页可知的取值。
选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）与方案3（辅屏）相组合，至于主屏与辅屏的台数依每个车间变电所所差的无功功率来决定。
经过计算，得下表：
表2各车间的负荷情况及无功补偿
车间变电所
车间名称名称
设备功率／kW
需要系数
功率因数cosφ
tanφ
计算负荷
有功功率kW
无功功率kvar
视在功率kVA
1
铸造车间
875
0.5
0.7
1.02
437.50
446.34
锻压车间
760
0.65
0.6
1.33
494.00
658.67
机加车间
370
0.7
0.8
0.75
259.00
194.25
仓库
125
0.5
0.8
0.75
62.50
46.88
小计=0.9
0.68
1127.70
1211.52
1655.14
低压补偿
760.18
合计
1127.70
451.34
1214.67
变压器损耗
12.15
60.73
10kV侧
0.91
1139.85
512.07
1249.59
2
办公楼
230
0.65
0.85
0.62
149.50
92.65
工具车间
400
0.5
0.6
1.33
200.00
266.67
模具车间
205
0.6
0.7
1.02
123.00
125.49
小计=0.9
0.70
425.25
436.32
609.27
低压补偿
264.46
合计
425.25
171.86
458.66
变压器损耗
4.59
22.93
10kV侧
0.91
429.84
194.79
471.92
3
表面处理车间
275
0.6
0.65
1.17
165.00
192.91
动力车间
218
0.7
0.65
1.17
152.60
178.41
总装车间
150
0.6
0.8
0.75
90.00
67.50
试验站
68
0.7
0.7
1.02
47.60
48.56
小计=0.9
0.68
409.68
438.64
600.20
低压补偿
-276.17
合计
409.68
162.47
440.72
变压器损耗
4.41
22.04
10kV侧
0.91
414.09
184.51
453.33
合计
10kV侧
0.91
1983.77
891.37
2174.83
三、各变电所及主变压器台数和容量、类型的选择
一般在靠近负荷中心设变配电所，包括变压器室，高压配电室、低压配电室等。
在负荷比较大而且集中地车间设车间变电所。
变配电所应尽量远离多尘、有腐蚀性气体的场所。
1、车间变电所所址选择的要求：
（1）接近负荷中心，这样可以缩短低压配电线路，降低了线路的电能损耗、电压损耗和有色金属的消耗量。
（2）接近电源侧。
（3）设备运输方便应考虑到电力变压器和高低压开关柜等大件设备的运输通道。
（4）不应设在有剧烈振动的场所。
振动场所不仅影响变配电所本身建筑及其中设备的安全，而且可能导致开关设备和继电保护、自动装置的误动作。
（5）不应设在厕所、浴室及地势低洼和易积水等空气湿度大的场所。
（6）不宜设在有爆炸危险和火灾危险环境的周围。
（7）不应妨碍企业单位的发展，并适当考虑将来发展的可能。
2、车间变电所的总体布置及要求：
便于运行维护；保证运行安全；便于进出线；节约土地和建筑费；留有发展余地。
3、车间变电站变压器台数的选择原则：
（1）对于一般的生产车间尽量装设一台变压器；
（2）如果车间的一、二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，则应装设两台变压器。
每台变压器均能承担对全部一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，则亦装设两台变压器。
4、变压器容量的选择：
（1）变压器的容量Sr（可近似地认为是其额定容量）应满足车间内所有用电设备计算负荷的需要，即Sr；
（2）低压为0.4KV的主变压器单台容量一般不宜大于1000KVA或1250KVA。
如果用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量的变压器。
这样选择的原因：
低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；另一是限于变压器低压侧总开关的断流容量。
5、车间变电所的变压器选择：
根据负荷的大小容量选择变压器的型号。
变压器需要考虑的技术参数：
额定容量、一次侧额定电压、二次侧额定电压、联结组别、空载损耗、短路损耗、短路阻抗百分值、空载电流百分值
变压器的有功损耗为：
变压器的无功损耗为：
由于该厂属于三级负荷，宜采用一台变压器，故每个车间变电所各采用一台即可。
一台单独运行时，（0.6-0.7）。
1250/10的变压器一台。
车间变电所二：
（0.6-0.7）*609.27计算后选型号为SL－500/10的变压器一台。
车间变电所三:
（0.6-0.7）*600.20计算后选型号为SL－500/10的变压器一台。
四、各变电所主结线方案的设计
1.方案的比较
（1）方案1，只有一台变压器的主接线方案
（2）方案2，两台变压器的主接线方案
2.方案的选择
比较项目
方案1
方案2
技
术
指
标
供电安全性
满足要求
满足要求
供电可靠性
满足要求
满足要求
供电质量
一台主变，电压损耗较大
两台主变并列，电压损耗小
灵活方便性
一条电源进线，灵活性较差
两条电源进线，灵活性较好
扩建适应性
稍差
较好
经济指标
经调查市场上变压器、高压开关柜的价格及其维修费用，综合计算得方案一总的费用少些。
虽然按经济指标，方案一优于方案二，但按技术指标，方案二要优于方案一，由于工厂是10KV电压，三级负荷，相对要求较低，因此选用方案一，使工厂在节省经济耗费情况下正常提供稳定、可靠的电源。
五、短路计算
1.车间变电1的短路计算
（1）选基准值
（2）计算各元件的标幺值
电源
输电线路的阻抗
所以变压器一次侧k-1处的电抗为；
变压器的感抗
所以k-2处的电抗为；
（3）变压器一、二次侧工作电流分别为：
一次侧
二次侧
（4）短路值的计算
k-1处
k-2处
以上短路计算结果综合如下图所示
/kA
/kA
/kA
/MVA
短路点K1
0.767
7.17
7.17
18.28
130.38
短路点K2
4.7
30.71
30.71
56.51
21.27
2.其它车间变电的短路计算
计算方式同车间变电所1的计算方式一样，变电所2与变电所3用的变压器都是一样的因此它们的短路计算结果是一样的，结果如下表：
车间变电所2、3
/kA
/kA
/kA
/MVA
短路点K1
0.767
7.17
7.17
18.28
130.38
短路点K2
8.04
17.95
17.95
33.03
12.43
六、各变电所一次设备的选择与校验
1.设备选择原则
（1）按工作电压选择
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。
（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
（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。
（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
2.车间变电所电气设备如下表：
表6.1车间变电所变压器10kV侧电气设备表
额定参数及短路计算数据
断路器
隔离开关
电流互感器
避雷器
电压互感器
SW1-10G
GN8-10
LDC-10D/0.5
HY5WZ-17/45
JSJW－10
＝10kV
10kV
10kV
10kV
10kV
10kV
=123.71A
600A
400A
400A
-
-
=18.28kA
52kA
5kA
42kA
-
-
=130.38MVA
200MVA
-
-
-
-
=7.17kA
30kA
31.5kA
80kA
-
-
七、各变电所进出线的选择
1.10kV高压进线和引入电缆的选择
负荷较大、线路较长时，特别是35KV及以上的输电线路，主要按经济电流密度来选择导线截面。
（1）10kV高压进线的选择校验采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。
1）按发热条件选择由及室外环境温度，查表《工厂供电》附录表，初选LJ-25，其25度时的满足发热条件。
2）校验机械强度查表得LJ-25最小允许截面，因此按发热条件选择的LJ-25不满足机械强度要求，故改选LJ-35。
乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。
1）按发热条件选择由及土壤温度查表8-44，初选缆芯截面为的交联电缆，其，满足发热条件。
2）校验短路热稳定按式计算满足短路热稳定的最小截面
式中C值由《工厂供电》表4-6差得；按终端变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路时间0.2s，再加0.05s计，故=0.75。
八、各变电所继电保护的设计及整定
1.二次回路方案选择
二次回路电源选择：
二次回路操作电源有直流电源和交流电源之分。
考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。
这里采用交流操作电源。
高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。
结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。
并配用相应绝缘监视装置。
10KV电源进线上：
电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。
变电所每段母线上：
装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。
电力变压器高压侧：
装设电流表和有功电能表各一只。
380V的电源进线和变压器低压侧：
各装一只电流表。
低压动力线路：
装设电流表一只。
电测量仪表与绝缘监视装置：
在二次回路中安装自动重合闸装置、备用电源自动投入装置。
2.继电器保护的整定
对于线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护，使断路器跳闸，切断短路故障部分。
对于单相接地保护可采用绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。
原则是带时限过电流保护的动作电流即速断电流应躲过线路的最大负荷电流；电流速断保护的动作电流即速断电流应躲过它所保护线路的末端的最大短路电流。
继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。
由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。
对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。
继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。
型号都采用GL-25/10。
其优点是：
继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。
此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。
个人总结
本次设计我们做的是南华通用机械厂三个车间变电所及配电系统设计，通过这次设计我们加深了对工厂供电的认识，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，进行课题分析、查资料，进行设计，整理说明书到最后完成整个设计。
进行本次设计时，第一步用需要系数法算出各个车间变电所的计算负荷及功率因数，之后对各个车间变电所进行了无功功率的补偿。
第二步对变电所的位置型式进行了选择，做次部分时不仅需要认真阅读课本上的基础知识，还需要借阅其他相关技术手册。
之后根据计算负荷对各个车间变电所选择了变压器，期间我们不断地查表对比，加深了对本部分知识的理解。
接着我们做了主接线方案的设计，做短路电流的计算时我们采用的是标幺值法，根据老师上课的相关知识我们顺利完成了这部分的计算，并根据计算数据选择了一次侧的设备并进行了校验。
对于CAD画图，因为对软件不太熟悉，我们花费了很多时间通过自学、请教别的专业学生的方式攻克了这个难题。
因为我们知识储备和实践经历不够，我们的设计结果或许有不足的地方，但是经过这个自己设计的过程，我们很大程度上加深了对工厂供电这门课程的掌握。
这次设计对我们的锻炼时多方面的，除了对工厂供电这门课程专业知识的考察外，还锻炼了我们设计具体方案的能力。
使我们在细节方面得到提高。
参考文献
[1]苏文成主编工厂供电（第2版）北京：
机械工业出版社1990
[2]刘介才.供电工程师技术手册.北京：
机械工业出版社，1998.
附录一：
南华通用机械厂变电所主接线图
附录二：
南华通用机械厂变电所及配电系统主要设备、器件明细表
序号
代号
名称
规格型号
数量
备注
1
TM
变压器
SL－1250/10
1
2
TM
变压器
SL－500/10
2
3
LA
避雷器
HY5WZ-17/45
1
4
LA
避雷器
FS4-10
1
5
C
并联电容器
BW0.4-14-3
12
6
FU
断路器
SW1-10G
10
7
QS
隔离开关
GN8-10
14
9
TA
电流互感器
LDC-10D/0.5
7
10
TV
电压互感器
JSJW－10
2
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
小组分工
姓名（学号）
负责内容
各变电所主变压器台数和容量、类型的选择
负荷计算和无功功率计算及补偿各变电所主结线图
短路电流的计算
各变电所主结线图各变电所主接线方案的设计
各变电所一次设备的选择与校验
各变电所继电保护的设计及整定各变电所主结线图
重庆工商大学课程设计成绩评定表
项目
分值
优秀
（100>x≥90）
良好
（90>x≥80）
中等
（80>x≥70）
及格
（70>x≥60）
不及格（x<60）
评分
参考标准
参考标准
参考标准
参考标准
参考标准
学习态度
15
学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作
学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务
学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作
学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务
学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度
技术水平与实际能力
25
设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信
设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调查调研比较合理、可信
设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，有一定的实际动手能力，主要文献引用、调查调研比较可信
设计基本合理，理论分析与计算无大错，实验数据无大错
设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，实际动手能力差，文献引用、调查调研有较大的问题
创新
10
有重大改进或独特见解，有一定实用价值
有较大改进或新颖的见解，实用性尚可
有一定改进或新的见解
有一定见解
观念陈旧
论文（计算书、图纸）撰写质量
50
结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰
结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸
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