工厂供电课程设计.docx

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工厂供电课程设计

河北建筑工程学院

课程设计任务书

课程名称：

供配电和照明工程

系别：

电气工程系

专业：

建筑电气与智能化

班级：

电智09

学号：

学生姓名：

指导教师：

于

职称：

讲师

2012年5月28日

《供配电及照明工程》课程设计任务书

一、目的

通过课程设计，系统地复习、巩固工厂供电的基本知识，提高设计计算能力和综合分析能力，培养学生查阅资料和规范样本的能力，为今后的工作奠定初步的基础。

二、任务

某机械厂降压变电所的电气设计

三、基本要求

按照国家标准GB50052《供配电系统设计规范》、GB50053《10KV及以下变电所设计规范》、GB50055《通用用电设备配电设计规范》、GB50057《建筑物防雷设计规范》、GB50061《66KV及以下架空线电力线路设计规范》及GB50054《低压配电设计规范》等规范，《工业与民用配电设计手册》、《民用建筑电气设计与施工》图集（08D001~8）等进行工厂供电设计。

做到“安全、可靠、优质、经济”的基本要求。

并处理好局部与全局、当前与长远利益的关系，以便适应今后发展的需要，同时还要注意电能和有色金属的节约等问题。

四、设计依据

所给条件供四个班同学选择使用，选择说明：

a）工厂负荷选择表中红字部分为待选项，同一班的同学不能相同，同一班班的学生按学号前后对应任务书表1所给数据中的前后顺序递增或递减（动力负荷公差为±10，照明负荷公差为±1），如一班001号同学选铸造车间负荷为动力650照明55，一班002号同学应选铸造车间负荷为动力640照明54。

b）其它条件中括号内均给出四个数子，按1、2、3、4班顺序对应括号内前后数字顺序，每个班为一个数据，即同一个班的同学相同。

c）四个工程图纸按数字顺序选择即一班同学选择标号为1的工程图。

1、工厂总平面图（另附）。

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4000h，日最大负荷持续时间为6h。

该厂除铸造车间和电镀车间属二级负荷外，其余均属三级负荷。

本厂的负荷统计资料如表1所示。

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

600

0.25~0.4

0.65~0.7

照明

50

0.7~0.9

1.0

2

锻压车间

动力

250

0.2~0.4

0.60~0.7

照明

10

0.7~0.9

1.0

3

金工车间

动力

250

0.20~0.4

0.60~0.7

照明

55

0.7~0.9

1.0

4

工具车间

动力

600

0.3~0.45

0.65~0.7

照明

7

0.7~0.9

1.0

5

电镀车间

动力

350

0.25~0.4

0.65~0.7

照明

10

0.7~0.9

1.0

6

热处理车间

动力

250

0.35~0.45

0.65~0.7

照明

50

0.7~0.9

1.0

7

装配具车间

动力

750

0.25~0.4

0.65~0.7

照明

15

0.7~0.9

1.0

8

机修车间

（动力为吊车ε=15%）

动力

600

0.30~0.5

0.65~0.7

照明

50

0.7~0.9

1.0

9

锅炉房

动力

150

0.6~0.9

0.65~0.7

照明

6

0.7~0.9

1.0

10

仓库

动力

150

0.5~0.7

0.65~0.7

照明

39

0.7~0.9

1.0

生活区

照明

600

0.65~0.9

0.9~1

3．供电电源情况

按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10KV的公用电源干线取得工作电源。

该干线的走向参看工厂总平面图。

该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2.5m；干线首端距离本厂约11Km。

干线首端所装设的高压断路器断流容量400MVA。

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邻近的单位取得备用电源。

已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80Km，电缆线路总长度为60Km。

4．气象资料

本厂所在地区的年最高气温为37oC，年平均气温为25oC，年最低气温为-5oC，年最热月平均最高气温为30oC，年最热月平均气温为30oC，年最热月地下0.8m处平均温度为30oC。

当地主导风向为东北风，年雷暴日数为40。

5．地质水文资料

本厂所在地区平均海拔1000m，地层以砂质粘土为主，地下水位4m。

6．工厂功率因数

本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，工厂最大负荷时的功率因数不低于0.90。

五、设计任务

1.设计说明书（需包括）：

1）前言。

2）目录。

3）负荷计算和无功功率补偿。

4）变电所位置和型号的选择。

5）变电所主变压器台数和容量、类型的选择。

6）变电所主结线方案的设计。

7）短路电流的计算。

8）变电所一次设备的选择与校验。

9）变电所进出线的选择和校验。

10）防雷保护和接地装置的设计。

11）附录——参考文献。

2.设计图样（需包括）：

1）变电所主接线图、系统图。

2）变电所平面图。

3）变电所防雷、接地平面图

六、设计成果要求：

1、计算书要求手写，统一纸张为A4，要求书写清楚，计算准确，说明条理清晰，计算有过程，有公式。

2、图纸要求打印，图纸纸张大小以能看清楚所画内容及文字为主要依据。

七、设计时间

2012年5月28日至2011年6月10日（2周）

一、负荷计算及无功功率补偿

1、负荷计算各厂房和生活区的负荷计算如下表1-1

机械厂负荷计算表表1-1

2、无功功率补偿

由表1-1可知，将前五个车间和生活区由一台变压器供电，该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.83。

而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因素不应低于0.90。

考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因素应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量。

Qc=P30（tan∮1-tan∮2）=1008.5×[tan（arccos0.83）-tan（arccos0.92）]KVar=248KVar

参照资料，选PGJ1型低压自动补偿屏，屏宽800mm，并联电容器BW0.4-42-3型，它的组合方式为PGJ1-1，PGJ1-3，PGJ1-3。

采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）2台组合，总容量为252Kvar。

因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表1-2所示。

无功补偿后工厂的计算负荷

表1-2

无功补偿后工厂的计算负荷

前六个车间

COS∮

计算负荷

P30/kw

Q30/kvar

S30/KVA

I30/A

380v侧补偿前负荷

0.83

1008.5

671.3

1211.5

1841

380V无功补偿容量

-252

380V侧补偿后负荷

0.92

1008.5

419.3

1092.2

1659

主变压器功率损耗

0.015S30=16.4

0.06S30=65.5

10KV侧负荷计算

0.9

1025

485

1134

65.5

将后五个车间由一台变压器供电，该厂380V侧最大负荷时的功率因素为0.83。

而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因素不应低于0.90。

考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因素应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量。

Qc=P30（tan∮1-tan∮2）=1063×[tan（arccos0.83）-tan（arccos0.92）]KVar=262KVar

参照资料，选PGJ1型低压自动补偿屏，屏宽1000mm，并联电容器BW0.4-42-3型，它的组合方式为PGJ1-2，PGJ1-4，PGJ1-4。

采用其方案2（主屏）1台与方案4（辅屏）2台组合，总容量为335Kvar。

因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表1-3所示。

无功补偿后工厂的计算负荷

表1-3

无功补偿后工厂的计算负荷

后五个车间

COS∮

计算负荷

P30/kw

Q30/kvar

S30/KVA

I30/A

380v侧补偿前负荷

0.83

1063

716.9

1282.3

1948

380V无功补偿容量

-335

380V侧补偿后负荷

0.937

1063

382

1130

1717

主变压器功率损耗

0.015S30=17

0.06S30=68

10KV侧负荷计算

0.92

1080

450

1170

68

二、变电所位置和形式的选择

变电所的位置应尽量接近负荷中心。

工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算公式为

由表1-1负荷计算知各个车间的负荷：

计算结果如下表2-1所示：

表2-1

负荷中心的确定

项目

坐标

有功负荷

PiXi

PiYi

X

Y

P1

-539359

-56400

220

-118658980

-12408000

P2

-536749

-25780

83

-44550167

-2139740

P3

-507246

1784

119

-60362274

212296

P4

-480315

-71137

245.6

-117965364

-17471247

P5

-480655

-51647

113

-54314015

-5836111

P6

-481448

-29725

140

-67402720

-4161500

P7

-482506

-8859

237

-114353922

-2099583

P8

-443298

-71905

225.904

-100142791.4

-16243627

P9

-438852

-50425

124.8

-54768729.6

-6293040

P10

-427462

1824

121.2

-51808394.4

221068.8

P11

-552882

8962

480

-265383360

4301760

总计

2109.504

X∑Pi

Y∑Pi

-1049710717

-61917724

X

-497610.2048

Y

-29351.79242

负荷中心表示在平面图中

三、变电所主变压器和主接线方案的选择

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选下列方案:

.装设两台主变压器

由无功补偿后工厂的计算负荷表1-2,1-3可知10KV侧负荷容量为：

S30

（1）=1134KVA；S30

（2）=1170KVA，取大者进行主变压器的选择取S30=1170KVA

（1）.任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60%—70%的需要，即

SN,T=（0.6-0.7）S30=（0.6-0.7）×1170KVA=（702-819）KVA

而且

（2）.任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需求，即

SN,T≥S30（Ⅰ+Ⅱ）=304.6+166.9=471.5KVA

因此选择两台S9-800/10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连的高压联络线来承担。

联结组别均采用Dyn11联结

四、短路电流的计算

1.绘制电路计算电路图

图4-1短路计算电路

2.确定基准值

设

Sd=100MVAUd=Uc，即高压侧Ud1=10.5KV低压侧Ud1=0.4KV，则

3.计算短路中各元件的电抗标幺值

（1）.电力系统

（2）.架空线路

已知架空线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线矩为2.5m。

查表得线路每相电抗为X0=0.37

。

因此

（3）.电力变压器

查变压器的主要数据表得S9—800/10型Dyn11联接的U%=5,因此

绘制等效电路，如图4-2所示

图4-2等效电路

4.计算K—1点（10KV侧）的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量

（1）.总阻抗标幺值

（3）.其它短路电流

（4）.三相短路容量

5.计算K—2点（380V侧）的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量

（1）.总阻抗标幺值

（3）.其它短路电流

（4）.三相短路容量

以上计算结果综合如表4-1所示

短路计算点

三相短路电流/KA

三相短路容量/MVA

I（3）K

I"（3）

I（3）∞

i（3）Sh

I（3）Sh

S（3）

K-1

1.4

1.4

1.4

3.57

2.11

25.3

K-2

14

14

14

26

15.3

9.8

五、变电所一次设备的选择校验

1.10KV一次侧设备的选择校验

查样本，校验表如表5-1所示，高压断路器选用江苏长江电器股份有限公司的ZN68A-12/630-20；户内高压隔离开关选用山东帅信电气公司的CN19-12/400-12.5；户外高压隔离开关选用浙江麦格电气有限公司的GW9-12W/400；高压熔断器选用佛山市广明熔断器有限公司的RN2-10，该高压熔断器用于保护电压互感器。

避雷器选用阀式FS4-10避雷器。

电流互感器和电压互感器都选用山东帅信电气有限公司出产的，其型号规格如表5-1所示。

表5-1所选设备均满足要求。

2.380V侧一次设备的选择校验

同样查样本，校验表如5-2所示，低压断路器选用上海低压电器开关厂生产的DW15-2500/3D，分断能力为40KA和东清市陆成工控电气公司生产的DZ20Y-400/3断路器，它的断流能力为35KA。

低压刀开关选用乐清市镇西仁宕工业的HD13BX-2500/31。

电流互感器和电压互感器都选用山东帅信电气有限公司出产的，其型号规格如表5-2所示。

表5-2所选设备均满足要求。

3.高低母线的选择

参照《工厂供电设计指导》书中的表5-25,10KV高压母线选择LMY-3（40×4），即母线尺寸为40mm×4mm；380V母线选用LMY-3（100×8）+60×6，即相母线尺寸为100mm×8mm，中性母线尺寸为60mm×6mm。

六、变电所进出线和与邻近单位联络线的选择

1.10KV高压进线和引入电缆的选择

（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I30=I1N.T=46A及室外环境温度30℃，查《工厂供电设计指导》的表8-35，初选LJ-16其30℃时Ial=98.7A>I30，满足发热条件。

2）.校验机械强度

查《工厂供电设计指导》的表8-33，最小允许截面Amin=35mm，因此LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35.

3）.电压损耗校验

由干线引电到变电所处的线路长350m=0.35km。

查表得铝绞线线路电阻为0.96Ω/km，电抗0.41Ω/km。

因此线路的电压损耗为

因此所选的LJ-35型铝绞线满足电压损耗要求。

（2）.由高压配电室至主变压器的一段引入电缆的选择校验

采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。

1）.按发热条件选择

由I30=I1N.T=46A及土壤温度30℃，查《工厂供电设计指导》的表8-43，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其90℃时Ial=90A>I30，满足发热条件。

2）.校验短路热稳定度

按下式计算满足短路热稳定的最小截面

C—查《工厂供电技术指导》表5-12得77A·√s·/mm2

因此YJL22-1000-3×25电缆满足要求。

2.380V低压出线的选择

（1）.馈电给1号铸造车间的线路采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

1）.按发热条件选择

由I30=463A及地下0.8m土壤温度为30℃，查《工厂供电设计指导》的表8-42，初选两根截面为240mm2，载流量为319A的电缆,对温度进行修正，修正系数为0.94。

Ial=0.94×319A=300A，两根电缆相互接触平行排列修正系数为0.79，它们总的载流量为300A×0.79×2=474A>463A。

2）.校验电压损耗

由平面图量得变电所至1号车间的距离约为250m=0.25km，由《工厂供电设计指导》的表8-41查的150mm2的铝芯电缆的R0=0.16Ω/km（按缆芯工作温度75℃计），X0=0.07Ω/km，已知1号车间的P30=220KW,Q30=210.6Kvar,由于用两根电缆供电，因此负荷要减半P30=110KW,Q30=105.3Kvar,按下式得线路的电压损耗为

满足允许电压损耗5%的要求。

3）.短路热稳定度校验

按下式求满足短路热稳定度的最小截面

式中tima—变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器断路时间0.2S，在加0.05s。

所以选择240mm2的截面满足要求。

故选2（VLV22-1000-3×240+1×120）的四芯电缆（中性线芯按不小于相线芯的一半选择，下同）。

（2）.馈电给2号锻压车间的线路

亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

用同上的方法计算取缆芯240mm2,即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

（3）.馈电给3号金工车间的线路

亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

用同上的方法计算取缆芯240mm2,即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

（4）.馈电给4号工具车间

（1）.馈电给1号铸造车间的线路采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

1）.按发热条件选择

由I30=567A及地下0.8m土壤温度为30℃，查《工厂供电设计指导》的表8-42，初选四根截面为240mm2，载流量为319A的电缆,对温度进行修正，修正系数为0.94。

Ial=0.94×319A=300A，四根相互接触的电缆平行排列修正系数为0.63，它们总的载流量为300A×0.63×4=756A>567A。

2）.校验电压损耗

由平面图量得变电所至4号车间的距离约为200m=0.20km，由《工厂供电设计指导》的表8-41查的240mm2的铝芯电缆的R0=0.16Ω/km（按缆芯工作温度75℃计），X0=0.07Ω/km，已知1号车间的P30=220KW,Q30=210.6Kvar,由于用两根电缆供电，因此负荷要减4倍，P30=55KW,Q30=53Kvar,按下式得线路的电压损耗为

满足允许电压损耗5%的要求。

3）.短路热稳定度校验

按下式求满足短路热稳定度的最小截面

式中tima—变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器断路时间0.2S，在加0.05s。

所以选择240mm2的截面满足要求。

故选4（VLV22-1000-3×240+1×120）的四芯电缆。

（5）.馈电给5号电镀车间的线路

亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

用同上的方法计算取缆芯240mm2,即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

（6）.馈电给生活区的线路

采用LJ型铝绞线架空敷设。

1）.按发热条件选择

由I30=729A及室外温度为30℃，查《工厂供电设计指导》的表8-35，初选LJ-240,采用三根架空线水平排列敷设，其Ial=353A×3=1719A>I30；满足发热条件。

2）.校验机械强度

查《工厂供电设计指导》的表8-33，最小允许截面Amin=16mm2，因此LJ-240满足机械强度要求。

3）.校验电压损耗

由平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约为340m=0.34km。

同样查表8-35得LJ-240的R0=0.14Ω/km,X0=0.28Ω/km（按线间几何均距为0.6m计算），又生活区P30=480KW,Q30=0Kvar，因此

满足要求，中性线采用LJ-120铝绞线。

（7）.馈电给6号热处理车间的线路

由于该车间就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型见《工厂供电设计指导》的表8-295根（3根相线、1根中性线、1根保护线）穿硬塑料管埋地敷设。

1）.按发热条件选择

由I30=277A及环境温度30℃，查表8-40，选用两回路，相线截面初选150mm2，其Ial=172A×2=344A>I30，满足发热条件。

按规定，中性线和保护线也选150mm2,与相线截面相同，即选用（BLV-1000-1×150mm2）塑料导线5根穿内径90mm的硬塑料管。

2）.校验机械强度

查表8-34，最小允许截面Amin=2.5mm2,因此上面所选150mm2

的相线满足机械强度要求。

3）.校验电压损耗

所选穿管线，估计长度50m，而又表8-38查得R0=0.23Ω/km,X0=0.082Ω/km，又车间的P30=140KW,Q30=117Kvar，因此

满足允许电压损耗5%的要求。

即选用2（BLV-1000-3×150mm2+1×150mm2+1×150mm2），穿90mm的硬塑料管。

（8）.馈电给7号装配具车间的线路

亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

用同上的方法计算取缆芯240mm2,即4（VLV22-1000-3×240+1×120）的四芯电缆。

（9）.馈电给8号机修车间

亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

用同上的方法计算取缆芯240mm2,即4（VLV22-1000-3×240+1×120）的四芯电缆。

（10）.馈电给9号锅炉房

亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

用同上的方法计算取缆芯240mm2,即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

（11）.馈电给10号仓库的线路

亦采用VL22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

用同上的方法计算取缆芯240mm2,即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。

3.作为备用电源的高压联络线的选择校验

采用YJL22-1000交联聚氯乙烯绝缘的铝电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10KV母线相联。

（1）.按发热条件选择

工厂二级负荷容量共472KVA，

最热月土壤平均温度30℃，因此查表8-43，初选缆芯截面25mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其Ial=90A>I30，满足