题号9-某塑料制品厂供配电系统.pdf

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提要提要本课题是对某某塑料制品厂供配电的一个设计，对工厂供电方式、主要设备的选择、保护装置的配置及防雷接地系统进行了相应的叙述，其中还包括全厂的负荷计算、短路电流计算、设备选择和校验、配电装置设计、防雷保护设计等。

本设计通过计算出的有功、无功率选择变压器的大小和相应主要设备的主要参数，再根据用户对电压的要求，计算补偿功率。

根据国家供电部门的相关规定，对该厂的总平面图和主接线图进行勾画。

电气主接线对电气设备的选择，配电所的布置，运行的安全性、可靠性和灵活性，对电力工程建设和运行的经济节约等，都有很大的影响。

关键词：

变电所负荷计算设备选型关键词：

变电所负荷计算设备选型目录目录1、引言41.1课题目的和意义41.2某某塑料制品厂基本情况41.3工厂平面图52主接线的设计52.1总配电所的主接线设计的原则和意义62.2变配电所主接线方案的技术经济指标73负荷计算73.1负荷计算的意义73.2负荷计算的方法73.3.1具体数据和负荷计算举例84功率补偿计算104.1功率补偿计算105成本计算126短路电流计算126.1短路电流计算方法及意义126.2短路计算126.2.1短路电流计算等效示意图136.2.2短路电流及容量的计算137进线、母线及电器设备的选择147.1总配电所架空线进线的选择157.2高压侧与低压侧母线的选择157.3各变电所进线选择157.4变电所低压出线的选择167.5设备的选择177.5.1高压侧设备的选择177.5.2各车间进线设备的选择177.5.3各变电所低压侧出线回路设备选择与校验表188防雷与接地保护208.1防雷保护208.2接地装置209结论2110参考文献2111附图221、引言1、引言1.1课题目的和意义1.1课题目的和意义通过本课程设计，熟悉供配电系统初步设计必须遵循的原则、基本内容、设用等能力，并了解供电配电系统前沿技术及先进设备。

按照工厂供电技术以及所满足的必须原则进行初步设计、技术设计和施工设计等三个阶段去实行。

满足所给的负荷条件、供电条件、技术条件和设备的选择的可行性。

必须遵守国家的有关规程和标准，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。

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，应采用效率高、能耗低、性能较先进的电气产品。

应根据工程特点、规模和发展规则，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。

必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和供电地区的条件等，合理确定设计方案。

在塑料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。

例如在机械工业中，电费的开支仅占产品成本的5%左右。

因此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自动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的自动化。

所以一套完整的现代化供电系统对于一个工厂实现生产自动化、提高成品质量是不可缺少的。

1.2某某塑料制品厂基本情况1.2某某塑料制品厂基本情况工厂年最高气温39，年平均气温23，年最低气温-5,年最热月平均最高气温33，年最热月平均气温26，年最热月地下0.8m处平均温度25主导风向为南风，年雷暴日数52。

平均海拔22m，地层以砂粘土为主。

在工厂供电的过程中要切实保证工厂生产和生活的需要，还要做好节能工作，就应该做到以下要求：

可靠：

要满足供电可靠性的要求。

安全：

要满足在电能的使用中不应发生设备和人身事故。

优质：

要保证用户对电能质量的要求。

经济：

尽量减少供电系统中不必要的投资，并尽可能地节约电能。

此外，在设计工厂配电系统的时候还要考虑到当地的天气设计防雷接地装置，合理地处理当前和长远的关系，既要节约能源，又要保证工厂生产和生活的需要。

1.31.3工厂的总平面布置图2主接线的设计2主接线的设计从电力系统的某66/10KV变电站，用10KV架空线路向工厂馈电。

该变电站在工厂南侧1km。

总配电所内的10KV母线采用母线不分段，电源进线均用断路器控制。

2.1总配电所的主接线设计的原则和意义2.1总配电所的主接线设计的原则和意义一次接线图也叫做主接线图，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。

电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。

电气一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压电气设备。

它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。

对工厂变电所主接线应满足以下几点要求：

安全：

应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。

可靠：

应满足电力负荷对供电可靠性的要求。

灵活：

应能适应必要的各种运行方式，便于操作和检修，且适应负荷的发展。

经济：

在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。

2.2变配电所主接线方案的技术经济指标2.2变配电所主接线方案的技术经济指标设计变配电所主接线，应根据所选主变压器的容量以及负荷对供电可靠性的要求，初步确定23个比较合适的主接线方案来进行技术经济比较，择其忧者作为选定的变配电所主接线方案。

主接线的基本方式有以下四种：

单母线接线母线是连接电源和引出线的中间环节，起汇集和分配电能的作用，只有一组母线的接线称为单母线.单母线接线简单明了，操作方便，便于扩建，投资少。

双母线连线在单母线连线的基础上，设备备用母线，就成为双母线。

它在供电可靠性和运行灵活性方面是最好的一种主接线。

可投资大，开关电器多，配电装置复杂，占地面积大，不适合一般配电所。

桥式接线当配电所只有两回路电源进线和两台主变压器时，采用桥式接线用的断路器台数最少，投资低。

线路一变压器组单元接线当单回路单台变压器供电时，宜采用此进线，所有的电气设备少，配电装置简单，节约建设投资。

3负荷计算3负荷计算3.1负荷计算的意义3.1负荷计算的意义计算负荷是供电系统设计计算的基础，为选择变压器台数和容量，选择电气设备，确定测量仪表的量程，选择继电保护装置等提供重要的数据依据。

所以负荷计算准确与否直接影响着供电设计的质量。

工厂供电系统运行时的实际负荷并不等于所有用电设备额定功率之和。

这是因为用电设备不可能全部同时运行，每台设备也不可能全部满负荷，各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。

因此，工厂供电系统在设计过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。

所谓等效是指这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。

我们按照等效负荷，从满足用电设备发热的条件来选择用电设备，用以计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。

通常规定取30分钟（min）平均最大负荷30P、30Q和30S作为该用户的“计算负荷”，并用jsP、jsQ、jsS和jsI分别表示其有功、无功、视在和电流计算负荷。

计算负荷也称需要负荷或最大负荷，目的是为了合理地选择工厂各级电压供电网络、变压器容量和设备型号等。

3.2负荷计算的方法3.2负荷计算的方法计算负荷的确定是工厂供电设计中很重要的一环，汁算负荷的确定是否合理，直接影响到电气设备选择的合理性、经济性。

如果汁算负荷确定的过大，将使电气设备选得过大，造成投资利有色金属的浪费；而计算负荷确定的过小，则电气设备运行时电能损耗增加，并产生过热，使其绝缘过于老化，甚至烧毁、造成经济损失。

因此，在供电设计中，应根据不同的情况，选择正确的计算入法来确定汁算负荷。

常用的负荷计算方法有需要系数法、二项式法、利用系数法和面积功率法等。

在实际工程配电设计中，广泛采用系数法，因其计算方便，多采用方案估算，初步设计和全厂大型车间变电所的施工设计。

按需要系数法确定计算，应从实际每台用电设备开始，逐级向电源推进，一直计算到电源，用每一级的计算负荷为选择该用电器的依据。

需用系数法的计算，现在己普遍应用于供配电设计中，其缺点是它未考虑到用电设备中少数容量特大的设备对计算负荷的影响。

本设计的情况符合需要系数法，因此本设计中的负荷计算都用需要系数法进行计算。

3.3.1工厂各车间的负荷情况及变电所的容量：

如表13.3.1工厂各车间的负荷情况及变电所的容量：

如表1。

表1各车间380V负荷计算表序号车间（单位）名称设备容量/kWKdcostan计算负荷车间变电所代号变压器台数及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1薄膜车间14000.60.601.338401117.2140080.83No.1车变11000原料库300.250.501.737.512.98150.87生活间100.81.008080.46成品库

（一）250.30.51.737.512.98150.87成品库

（二）240.30.51.737.212.4614.40.83包装材料库290.30.51.738.715.0517.41小计（K=0.95）834.961112.141390.6980.292单丝车间13850.60.651.17831972.271278.4673.81No.2车变11000水泵房200.650.800.75139.7516.250.94小计（K=0.95）801.8932.921230.1371.023注塑车间1890.40.601.3375.6100.55125.87.26No.3车变2500管材车间8800.350.601.33308409.64512.5129.59小计（K=0.95）364.42484.68606.3935.014备料车间1380.60.501.7382.8143.24165.69.56No.4车变1315生活间100.81.08080.46浴室50.81.04040.23锻工车间300.30.651.17910.5313.850.80原料间150.81.0120120.69仓库150.30.501.734.57.7990.52机修模具车间1000.250.651.172529.2538.462.22热处理车间1500.60.701.029091.8128.577.42铆焊车间1800.30.501.735493.421086.24小计（K=0.87）251.69327.15412.7723.835锅炉房2000.70.750.88140123.2186.6710.78No.5车变2250试验室1250.250.501.7331.2554.0662.53.61辅助材料库1100.20.501.732238.06442.54油泵房150.650.601.339.7512.9716.250.94加油站120.650.501.737.813.4915.60.9办公楼、食堂招待所500.60.601.333040502.89小计（K=0.9）216.72253.61333.5119.26以NO.2变电所车间计算为例，计算过程如下：

（在计算各车间变电所负荷合计时，同时系数取值：

k=0.95）单丝车间有功功率：

）1（30P=dKeP=13850.6=831KW无功功率：

）1（30Q=）1（30Ptan=8311.17=972.27Kvar视在功率：

）1（30S=cos）1（30P=8310.65=1278.46KVA计算电流:

I30=30I=NUS330=1278.46/3/10=73.81A水泵房有功功率：

）2（30P=dKeP=200.65=13KW无功功率：

）2（30Q=）2（30Ptan=130.75=9.75Kvar视在功率：

）2（30S=cos）2（30P=130.8=16.25KVA计算电流:

I30=30I=NUS330=16.25/3/10=0.94A视在计算负荷：

30S=223030QP=（801.8）2+（932.92）2=1869KVA计算电流:

I30=30I=NUS330=1869/3/10=107.91A4功率补偿计算4功率补偿计算4.1功率补偿计算4.1功率补偿计算供电单位一般对用电用企业要求要求功率因数达到0.9以上，当总功率因数较低时，常采用提高用电设备的自然功率因数的方法提高总平均功率因数。

提高负荷的功率因数，可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率，使线损大为降低，而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的输送能力。

本设计采用并联电容器进行无功补偿，它是目前最行之有效且应用最广的无功补偿的措施，它主要用于频率为50Hz的电网中提供功率因数，作为产生无功功率的电源。

下面以NO.5变电所为例计算：

变电所的补偿前功率因数：

cos=3030SP=216.72333.59=0.65补偿后功率因数：

cos=0.92需要补偿的功率：

CQ=）tan（tan30P=161.05Kvar补偿电容器的个数：

cCqQn=161.0550=3.221所以实际补偿的功率：

cQ=200Kvar（所以本设计中选用电容器的型号为3WF10.5-50-1）补偿后有功计算负荷：

30P=30P=216.72KW补偿后无功计算负荷：

30Q=30Q-cQ=253.61-200=53.61Kvar补偿后视在计算负荷：

30S=223030QP=223.25KVA补偿后的计算电流：

30I=NUS330=31025.223=12.89A高压侧功率因数的校检：

TP=0.01530S=0.015223.25=3,.35KWTQ=0.0630S=0.06223.25=13.40Kvar高压侧有功计算负荷：

30P=TP+30P=220.07KW高压侧无功计算负荷：

30Q=TQ+30Q=67.01Kvar高压侧视在计算负荷：

30S=223030QP=230.05KVA高压侧计算电流：

30I=NUS330=10305.230=13.28A高压侧的功率因数：

cos=3030SP=0.9570.9，满足要求。

其他各变电所的计算方法相同，数据记录于表4.1表4.1功率补偿计算结果5.成本计算5.成本计算供电贴费和每月电费制：

每月基本电费按主变压器容量计为18元/kVA，电费为0.5元/kWh。

此外，电力用户需按新装变压器容变电所NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5补偿前cos0.600.650.600.610.6530P（KW）834.96801.8364.42251.69216.7230Q（Kvar）1112.14932.92484.68327.15253.6130S（KVA）1390.691230.13606.39412.77333.5930I（A）80.2971.0235.0123.8919.26补偿后cos0.920.920.920.920.9230P（KW）834.96801.8364.42251.69216.7230Q（Kvar）312.14332.92134.6877.1553.6130S（KVA）891.40868.17388.51263.25223.2530I（A）51.4750.1222.4315.2012.89高压侧cos0.9180.9040.9190.9350.95730P（KW）848.33814.82370.25255.64220.0730Q（Kvar）365.62385.01157.9996.7867.0130S（KVA）923.76901.20402.55273.35230.0530I（A）53.3352.0323.2415.7813.28量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：

610kV为800元/kVA。

变压器成本：

（923.76+901.2+402.55+273.35+230.05）18=49156千元电费成本：

5000（923.76+901.2+402.55+273.35+230.05）0.5=6.827千元供电贴费：

（923.76+901.2+402.55+273.35+230.05）10800=70784千元6短路电流计算6短路电流计算6.1短路电流计算方法及意义6.1短路电流计算方法及意义短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺制法，本设计采用标幺制法。

短路电流计算的目的主要是为了正确选择电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。

6.2短路计算6.2.1短路电流计算等效示意图6.2短路计算6.2.1短路电流计算等效示意图图5.1短路等效电路图6.2.2短路电流及容量的计算6.2.2短路电流及容量的计算取基准容量dS=100MVA，高压侧基准电压kVUC5.101，低压侧基kVUC4.02高侧基准电流kAUSICdd5.5311，低压侧基准电流kAUSICdd144322电力系统的电抗标幺值由OCS=200MVA得：

1X=ocdSS=100200=0.5架空线路的电抗标幺值：

由0X=0.4/kml=1km得：

2X=210cdUSlX=210.510010.4=0.36电力变压器的电抗标幺值，这里以NO.1为例计算，该变电所选的变压器是S9-1000/10，所以%kU=5%：

3X=2100%NdkSSU=10001010010053=5短路等效电路图如图5-1所示，并标明短路计算点。

计算K-1点的短路电路总标幺值及三相短路电流和短路容量：

总电抗标幺值*）1（KX=1X+2X=0.5+0.36=0.86三相短路电流周期分量有效值）3（1KI=*）1（1KdXI=5.50.86KA=6.4KA其他三相短路电流）3（I=）3（I=）3（1KI=6.4KA）3（shi=2.55）3（I=2.558.64=16.32KA）3（shI=1.51）3（I=1.518.64=9.66KA三相短路容量）3（1KS=*）1（KdXS=86.0100=116.28MVA计算K-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值*）2（KX=321XXX=0.5+0.36+2.5=3.36三相短路电流周期分量有效值）3（2KI=*）2（2KdXI=36.334.144=42.86KA其他三相短路电流）3（I=）3（I=）3（2KI=42.86KA）3（shi=1.84）3（I=1.8428.03=78.86KA）3（shI=1.09）3（I=1.0928.03=42.72KA三相短路容量）3（2KS=*）2（KdXS=36.3100=29.76MVA其他各变电所的短路计算与NO.1计算相同，其计算结果如表5.1所示：

表5.1各变电所的短路计算电路及容量短路计算点变电所号码三相短路电流/KA三相短路容量/MVA（）3（KS））3（KI）3（I）3（I）3（shi）3（shIK-16.46.46.416.329.66116.28K-2NO.142.8642.8642.8678.8642.7229.76K-2NO.242.8642.8642.8678.8642.7229.76K-2NO.350.3550.3550.3592.6454.8834.97K-2NO.450.3550.3550.3592.6454.8834.97K-2NO.550.3550.3550.3592.6454.8834.97前两组UK=5;后三组UK=4%。

7进线、母线及电器设备的选择前两组UK=5;后三组UK=4%。

7进线、母线及电器设备的选择7.1总配电所架空线进线的选择7.1总配电所架空线进线的选择架空线一般按发热条件来确定导线的型号，应该注意的是导线的允许载流量alI小于通过相线的计算电流30I，即alI30I高压侧补偿后的计算电流：

30I=NUS330=10391.2730=157.67A查询相关附录表：

根据当地温度的需要选择适宜的导线，因此这里应该选择LJ-50型的铝绞线，该导线的截面积是50mm2（35度允许栽流189A符合），机械强度也满足要求。

7.2高压侧与低压侧母线的选择7.2高压侧与低压侧母线的选择母线的选择方法与架空线的选择方法相同，所以计算电流为：

30I=NUS330=10391.2730=157.67A查询相关附录表：

根据当地温度的需要选择适宜的导线，因此这里应该选择LMY型矩形硬铝母线，选择导线的截面积为504mm2，其允许载流量alI为586A。

低压侧与高压侧的母线选择一致，此处省略计算过程。

查表得，低压侧母线选用LMY型矩形硬铝母线的截面为12510mm2。

7.3各变电所进线选择7.3各变电所进线选择NO.1变电所引进线工厂负荷性质：

生产车间大部分为三班制，少部分车间为一班或两班制，年最大有功负荷利用小时数为5000h，工厂属三级负荷年最大负荷利用小时在5000h以上的架空线路且材料为铝芯电缆的经济电流密度为1.54A/mm2。

回路电流：

30I=NUS330=10376.923=53.33A所以ec=ecjI30=54.133.53=34.63mm2查表知：

可选择ZLQ20-10000-335mm2的三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带凯装防腐电缆，相关参数：

在温度为35时，允许的载流量是105A，正常允许的最高温度为60。

其他变电所均采用ZLQ20-10000型电缆，其选择结果如表6.1所示：

表6.1各变电所高压进线列表变电所回路电流I30（A）截面积ec（mm2）架空线电力电缆（每回路）型号S（mm2）根数35允许载流量（A）NO.153.3334.63ZLQ20-10000-335351130NO.252.0333.78ZLQ20-10000-335351130NO.323.2415.09ZLQ20-10000-31616165NO.415.7810.25ZLQ20-10000-31616165NO.513.288.62ZLQ20-10000-316161657.4变电所低压出线的选择7.4变电所低压出线的选择选择原则:

根据计算变电所计算电流大小，来选择线型。

NO.1变电所低压侧回路电流：

30I=NUS330=38.034.891=1354.34A所选母线载流量应大于回路电流，查表可知：

矩形硬铝母线LMY1006.3,其放平时的载流量是1371A，能够满足载流要求。

其他变电所选择如下表6.2所示：

表6.2各变电所低压进线列表变电所回路电流（A）低压侧回路母线型号尺寸（mm2）根数允许载流量（A）NO.11354.34LMY1006.31006.311371NO.21319.04LMY1006.31006.311371NO.3590.28LMY5055051661NO.4399.97LMY4044041480NO.5339.19LMY40440414807.5设备的选择7.5设备的选择选择的原则：

所选设备的额定电压UeN.不应小于所在线路的额定电压UN,即：

UeN.UN；所选设备的额定电流IeN.不应小于所在电路的计算电流I30，即：

IeN.I30；选设备的额定开断电流IOC或断流容量SOC不应小于设备分段瞬间的的短路电流有效值IK或短路容量DK,即：

IOCIK或SOCDK。

7.5.1高压侧设备的选择7.5.1高压侧设备的选择表6.3高压侧设备列表装置地点条件参数NU/KV30I/A）3（KI/KA）3（shi/KAimaOCtI2）3（量程10157.676.416.3292.8124.62设参数NUNIOCImaxitIt）2（备型号规格隔离开关GN19-10/4001040031.512.562542电流互感器LQJ-10-160/510400/516020.4=90.502251）2.075（2高压断路器SN10-10I/6301063016405124162高压熔断器RN2-10/0.510500200电压互感器JDZ-10-10000/10010/0.1避雷器FS4-10107.5.2各车间进线设备的选择7.5.2各车间进线设备的选择各变电所回路电流计算值：

NO.1变电