我的工厂供电技术.docx
《我的工厂供电技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《我的工厂供电技术.docx（28页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
我的工厂供电技术
工厂供电技术
—课程设计书
学校：
中国地质大学（北京）
学院：
信息工程学院-电气工程及其自动化
老师：
徐惠勇
班级：
042072班
学号：
04207218
姓名：
王亚东
前言
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。
课程设计是检验我们本学期学习的情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的自动控制系统。
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。
同时课程设计也是教学过程中的一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，了解工厂供电设计的基本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，也为以后工作做一些准备训练。
目录
一、设计依据
二、原始材料
三、设计任务书
四、负荷分级及供电要求
五、计算负荷概念
六、设备容量的确定
七、设备的功率因数
八、负荷计算和无功功率补偿
九、变电所主变压器台数和容量、类型的选择.
十、变电所主接线方案的设计
十一、短路电流的计算
十二、变电所一次设备的选择和校验
十三、变电所的保护装置
设计图纸：
变电所主接线图一张
附录：
参考文献
一、设计依据
根据《建筑供电工程》设计任务书及有关规定
二、原始材料
某厂变电所担负八个车间、一个锅炉房、一个仓库和居民生活区的供电任务。
各部门电气设备、负荷情况如下
表1工厂负荷统计资料
厂房编号
厂房名称
负荷类别
设备容量/KW
需要系数
功率因数
1
铸造车间
动力
300
0.3
0.7
照明
6
0.8
1
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
照明
8
0.7
1
7
金工车间
动力
400
0.2
0.65
照明
10
0.8
1
6
工具车间
动力
360
0.3
0.6
照明
7
0.9
1
4
电镀车间
动力
250
0.5
0.8
照明
5
0.8
1
3
热处理车间
动力
150
0.6
0.8
照明
5
0.8
1
9
装配车间
动力
180
0.3
0.7
照明
6
0.8
1
10
机修车间
动力
160
0.2
0.65
照明
4
0.8
1
8
锅炉房
动力
50
0.7
0.8
照明
1
0.8
1
5
仓库
动力
20
0.4
0.8
照明
1
0.8
1
生活区
照明
350
0.7
0.9
三、设计任务书
（一）设计题目：
红星机械厂降压变电所的电气设计
（二）设计要求：
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，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压断路器设备和进线，选择整定继电保护装置，最后写出设计说明书。
（三）设计依据：
1、工厂总平面图
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数为4600h，日最大负荷持续时间为6h，该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。
本厂的负荷统计资料如表1所示。
3、供电电源情况：
本厂可由附近一条10Kv的公用电源干线取得工作电源，该干线的导线牌号为LGJ－150，导线为等边三角形排列，线距为2m，干线首端距离本厂约8Km，干线首端所装设的高压断路器的断流容量为500MVA。
此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。
为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由临近的单位取得备用电源。
已知本厂高压侧由电气联系的架空线路总长度为80Km，电缆线路总长度为25Km。
4、气象资料：
本厂所在地区的年最高气温为38度，年平均气温为23度，年最低气温为－8度，年最热月平均最高气温为33度，年最热月平均气温为26度，年最热月地下0.8m处平均气温为25度。
当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。
5、地质水文资料：
本厂所在地区平均海拔500米，地层以砂粘土为主，地下水位为1米。
6、电费制度：
本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。
每月基本电费按主变压器容量计为18元/KVA，动力电费为0.2元/KWh，照明电费为0.5元/KWh。
工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。
此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性的向供电部门交纳供电贴费：
6～10KV为800元/KVA。
四、负荷分级及供电要求
电力负荷应根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。
1、一级负荷
（1）中断供电将造成人身伤亡者。
（2）中断供电将造成重大政治影响者。
（3）中断供电将造成重大经济损失者。
（4）中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。
对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、国宾馆、国家级
及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心，以及经常用于重要国际活动
的大量人员集中的公共场所等的一级负荷，为特别重要负荷。
中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作或中断供电后将发
生爆炸、火灾以及严重中毒的一级负荷亦为特别重要负荷。
2、二级负荷
（1）中断供电将造成较大政治影响者。
（2）中断供电将造成较大经济损失者。
（3）中断供电将造成公共场所秩序混乱者。
3、三级负荷
不属于一级和二级的电力负荷。
五、计算负荷概念
供电系统要能够在正常条件下可靠运行，则其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。
因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。
通过负荷的统计计算求出的，来选择供电系统中设备。
Ⅰ、用电负荷
所谓电负荷是指用电客户的用电设备在某一时刻实际取用的功率总和。
从电力系统来讲，则是指为了满足用户用电所需具备的发电出力。
用电负荷是一个不断变动的量，对一个地区而言，负荷变化的特性主要取决于用电行业结构、地域、季节变化、经济发展和生活水平。
用电负荷在时间上的不均衡性使得某一时段用电较多，某一时段用电较少，这就形成了用电高峰负荷与低谷负荷。
由于用户的用电性质不同，各类用户最大负荷出现的时间也不相同。
当用电负荷增加时，电力系统的出力也随之增加；当用电负荷减少时，电力系统的出力也须相应减少。
如果各类用户的用电最大负荷出现的时间过分集中，电力系统就得有足够的出力来满足用户需要，否则电力系统的出力和负荷就不能平衡，出现供小于求的状况造成拉闸限电。
当用电高峰时段一过，电力供大于求，造成发电设备的压机运行或停机。
电网的大峰谷差运行方式会带来危害，一方面浪费了大量的电力投资，增加了发、供电成本，另一方面发电机组的频繁启停或压负荷运行造成能源和电力资源的浪费，并对电网的安全稳定运行带来威胁。
因此实施电力需求侧管理，合理调整负荷，优化用电方式，避峰、错峰用电，移峰填谷是一项成本低、收效快的有效措施。
Ⅱ、计算负荷目的
计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。
Ⅲ、计算负荷定义
所谓计算负荷，是指与实际用电负荷较接近的假想负荷，按计算负荷选择的电气设备既能满足生产和生活、工作需要又不会使设备选得过大造成浪费和运行不经济。
它也是指一组用电负载实际运行时，在线路中形成的或负载自身消耗的最大平均功率。
如果某一不变的假想负荷在线路中产生的最大热效应（使导线产生的平均最高温升）相等，则把这一不变的假想负荷叫做该组实际负载的计算负荷。
所谓负荷计算，是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。
负荷计算与计算负荷，是两个不同的概念，不可混淆。
在现行的设计规范中，负荷计算的内容不仅包括确定计算负荷，还包括确定尖峰电流和确定一极、二级负荷的容量已及季节性负荷的容量。
六、设备容量的确定
由于各用电设备的额定工作制不同，在确定计算负荷时，不可以将其额定功率直接相加，应将额定功率换算为统一的设备功率。
⒈对于一般长期连续运行工作制和短时工作制的用电设备，包括一般电动机组和电热设备等，其铭牌上的额定功率（额定容量）就等于设备功率。
Pe?
PN（KW）
Pe——设备功率，KW；
PN——用电设备铭牌上的额定功率，KW。
⒉对于断续或反复短时工作的用电设备，如吊车用电动机，电焊用变压器等，它们的设备功率时将其铭牌上标称下某一分与合持续率时的额定功率统一换算到一个新规定负荷持续率下的额定功率。
负荷持续率优势也称负载持续率或赞载率，是用电设备在一个工作周期内工作时间和工作周期的百分比值，用￡表示：
￡t/T?
100%￡t/（t￡t0）￡100%
式中T——工作周期；
t——工作周期内的工作时间；
t0——工作周期内的停歇时间。
⒈对于电焊机及各类电焊装置的设备功率，是指将额定功率换算到负荷持续率为100%时的有功功率。
当?
不等100%时，用下式换算：
Pe￡N/￡100Sn￡cos￡n
式中Pe——换算到￡100%时的设备功率，KW；?
N——换算前铭牌上的负荷持续率，应和PN、Sn、cos?
N相对应（计算中用值）；
PN、Sn、cos?
N——分别为换算前与?
N对应的铭牌上的额定有功功率?
KW?
、视在功率?
KW?
，额定功率因数；?
100——其值为100%的负荷持续率（计算用1.00）。
⒊对于断续或短时工作制电动机的设备功率，是指将额定功率换算到负载持续率为25%时的有功功率。
当?
不等于25%时，用如下公式换算：
Pe?
?
N/?
25?
2?
PN?
?
N?
KW?
式中Pe——换算到?
?
25%时的设备功率，KW；
PN、?
N——分别为对应换算前电动机铭牌标称的额定功率，KW；额定
负荷持续率（计算时用小数值）；
?
25——换算到?
?
25%时的负荷持续率（计算时用小数值）。
⒋整流器的设备功率是指额定的输入功率。
⒌电热设备的设备功率是指电能的输入功率。
⒍成组用电设备的设备功率，不包括备用设备的设备功率。
⒎当消防用电的计算有功功率大于或在时可能同时切断的一般电力及照明
负荷的计算有功功率时，应按未切断的一般电力、照明负荷加上消防负荷计算低
压总负荷的设备功率。
否则计算低压总负荷时，不应考虑消防负荷。
⒏单台电动机设备功率指用电网供应的电功率。
七、设备的功率因数
建筑供电系统中的变配电设备及建筑物内的用电设备，如电力变压器、电抗器、电动机、日光灯、电焊机、高频炉等大部分都为电感性负载，其功率因数较低，工作时需要较大的无功功率，在线路中生产较大的无功电流，不利于供电系统的高效率运行，因此，在设计建筑供电系统时，要根据实际情况进行合理的无功补偿，提高供电系统的功率因数。
按照我国供电部门的规定，高压供电的用户必须保证功率因数在0.9以上，低压供电的用户必须在0.85以上。
为了使用户注意提高功率因数，供电部门还对大宗用电单位实行按户月平均功率因数调整电费的办法。
调整功率因数标准一般为0.85，大于0.85时给以奖励，低于0.85时便要增收电费甚至罚款，功率因数很低时供电部门要停止供电。
八、负荷计算和无功功率补偿
1．负荷计算：
各厂和生活区的负荷计算如表1所示。
2．无功功率补偿
由表1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。
而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。
考虑到主变压器的无功损耗大于有功损耗，因此380V侧最大负荷功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
选并联电容器为BW0.4—14—3型，总共容量84kvar
5=420kvar。
因此无功功率补偿后工厂380V侧和10V侧的负荷计算如表2。
表2无功功率补偿后工厂的计算负荷
项目
cosφ
计算负荷
P30/kw
Q30/kvar
S30/kva
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.75
812.2
727.6
1090
1656
380V侧无功补偿容量
—420
380V侧补偿后负荷
0.935
812.2
307.6
868.5
1320
主变压器功率损耗
0.015S30=13
0.06S30=52
10KV侧负荷总计
0.92
825.2
359.6
900
52
表1机械厂的负荷计算表
编
号
名称
类型
设备容量
Pe/kw
需要系数
Kd
tanφ
功率
因数
计算负荷
P30/kw
Q30/kvar
S30/kva
I30/A
1
铸造
车间
动力
300
0.3
1.02
0.7
90
91.8
——
——
照明
6
0.8
0
1
4.8
0
——
——
小计
306
——
94.8
91.8
132
201
2
锻压
车间
动力
350
0.3
1.17
0.65
105
122.9
——
——
照明
8
0.7
0
1
5.6
0
——
——
小计
358
——
110.6
122.9
165
251
7
金工
车间
动力
400
0.2
1.17
0.65
80
93.6
——
——
照明
10
0.8
0
1
8
0
——
——
小计
410
——
88
93.6
128
194
6
工具
车间
动力
360
0.3
1.33
0.6
108
143.6
——
——
照明
7
0.9
0
1
6.3
0
——
——
小计
367
——
114.3
143.6
184
280
4
电镀
车间
动力
250
0.5
0.75
0.8
125
93.8
——
——
照明
5
0.8
0
1
4
0
——
——
小计
255
——
129
93.8
160
244
3
热处
理
车间
动力
150
0.6
0.75
0.8
90
67.5
——
——
照明
5
0.8
0
1
4
0
——
——
小计
155
——
94
67.5
116
176
9
装配
车间
动力
180
0.3
1.02
0.7
54
55.1
——
——
照明
6
0.8
0
1
4.8
0
——
——
小计
186
——
58.8
55.1
80.6
112
10
机修
车间
动力
160
0.2
1.17
0.65
32
37.4
——
——
照明
4
0.8
0
1
3.2
0
——
——
小计
164
——
35.2
37.4
51.4
78
8
锅炉房
动力
50
0.7
0.75
0.8
35
26.3
——
——
照明
1
0.8
0
1
0.8
0
——
——
小计
51
——
35.8
26.3
44.4
67
5
仓库
动力
20
0.4
0.75
0.8
8
6
——
——
照明
1
0.8
0
1
0.8
0
——
——
小计
21
——
8.8
6
10.7
16.2
11生活区
照明
350
0.7
0.48
0.9
245
117.6
272
413
总计
（380V侧）
动力
2220
1015.3
856.1
——
——
照明
403
计入KΣP=0.8KΣq=0.85
0.75
812.2
727.6
1090
1656
九、变电所主变压器和主结线方案的选择
1．变电所主变压器的选择
根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案：
（1）装设一台主变压器型式采用S9，选SN.T=1000KVA>S30=900KVA，即选一台S9—1000/10型低损耗配电变压器。
至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
（注意：
由于二级负荷达335.1KVA，380V侧电流达509A，距离又较长，因此不能采用低压联络线作备用电源。
）
（2）装设两台主变压器型号采用S9，而每台容量为：
因此选两台S9—630/10型低损耗配电变压器。
工厂二级负荷的备用电源由与邻近单位相联的高压联络线承担。
主变压器的联结组别均采用
。
10kv10kv
S9-1000S9-630S9-630
10/0.4Kv10/0.4kv10/0.4kv
220/380V
220/380V
图一装设一台主变的主结线方案图二装设两台主变的主结线方案
十、变电所主结线方案的选择
按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结线方案：
（1）装设一台主变压器的主结线方案如图一
（2）装设两台主变压器的主结线方案如图二
（3）两种主结线方案的技术经济比较（下表）
比较项目
装设一台主变的方案
装设两台主变的方案
技术
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大
两台并联，电压损耗略小
灵活方便性
只一台主变，灵活性稍差
灵活性较好
扩建适应性
稍差一些
更好一些
经济
投资金额
投资低
投资高
从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变的主结线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案。
十一、短路电流的计算
1．绘制计算电路
K-1K-2
500MVA
LG—150，8KM
S9—1000
系统10.5KV0.4KV
2．确定基准值
3．计算短路电路中各元件的电抗标么值
（1）电力系统
（2）架空线路查表，得LG—150的
而线路长8km,故
（3）电力变压器查表，得
故
因此绘等效电路，下图所示。
k-1k-2
4．计算k-1点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标么值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
5．计算k-2点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标么值
（2）三相短路电流周期分量有效值
=19.7KA
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
以上计算结果综合如表3：
表3短路计算结果
短路计算点
三相短路电流/KA
三相短路容量/MVA
IK
I“
I∞
ish
Ish
SK
k-1
1.96
1.96
1.96
5
2.96
35.7
k-2
19.7
19.7
19.7
36.2
21.5
13.7
十二、变电所一次设备的选择校验
10KV侧一次设备的选择校验
选择校验项目
电压
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
装置地点条件
参数
UN
I30
IK
ish
数据
10KV
57.7A
1.96KA
5.0KA
7.3
额定参数
UN
IN
IOC
imax
低压断路器DW15-1500/3
10KV
630A
16KA
40KA
512
380V侧一次设备的选择校验
选择校验项目
电压
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
装置地点条件
参数
UN
I30
IK
ish
数据
380V
总1320A
19.7KA
36.2KA
272
额定参数
UN
IN
IOC
imax
低压断路器DW15-1500/3
380V
1500A
40KA
低压断路器DZ20-630
380V
630A>I30
一般30KA
低压断路器DZ20-200
380V
200A>I30
一般25KA
低压刀开关HD13-1500/30
380V
1500A
——
电流互感器LMZJ1-0.5
500V
1500/5A
——
电流互感器LMZJ-0.5
500V
160/5A、100/5A
——
因此所选设备均满足要求。
十三、变电所的保护装置
1、主变压器的继电保护装置
1）装设瓦斯保护。
当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。
2）装设反时限过电流保护。
采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。
I、过电流保护动作电流的整定。
利用式
，其中
II、过电流保护动作时间的整定：
因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍动作电流动作时间）可整定为最短的0.5S。
III、电流保护灵敏系数的检验：
利用
，其中
=
因此其保护灵敏系数为：
3.41>1.5满足要求。
3）装设电流速断保护。
利用GL15的速断装置。
1.速断电流的整定：
利用
，其中
=
：
55A
速断电流整定为：
2.电流速断保护灵敏系数的检验：
利用
，其中
=
=1.7KA，
因此其保护灵敏系数为：
按GB50062-92规定，电流保护（含电流速断保护）的最小灵敏系数为1.5，因此符合要求。
变电所主接线图
10KV电源进线
联络线（备用电源）
S9-1000
10/0.4Kv、
升级会员 