某铸造厂供配电系统设计.docx
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供配电技术
课程设计
题目某铸造厂供配电系统设计
学院信息科学与工程学院
班级
学号
姓名
完成时间
某铸造厂供配电系统设计
前言
电力业对我国社会主义建设工农业生产和人民生活影响很大，因此，提高电力系统的可靠性，保证安全供电是从事电力设计的重要任务。
变电站是电力系统不可或缺的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务。
变电站不仅是实现自动化的重要基础之一，也是满足现代化供电的实时、可靠、安全、经济运行管理的需要，更是电力系统自动化EMS和DMS的基础。
本课程设计根据老师所给原始资料，对资料进行分析，完成某铸造厂总降压变电所的电气设计，主要包括
（1）对设计对象、设计原则、设计任务等作简要论述
（2）外部供电方案设计
（3）总降压变电站设计
1、选择最佳方案
2、绘制有关图纸
3、短路电流计算
4、主要电气设备选择与校验
5、配电装置设计
6、继电保护系统设计
7、防雷与接地设计
（4）厂区380V配电系统设计
（5）车间变电所设计
目录
第一章概述 1
第一节设计对象简介 1
第二节原始资料介绍 1
第三节设计原则 4
第四节设计任务 4
第二章外部供电方案设计 5
第一节供电方案的主要内容 5
第二节供电方案的基本原则 6
第三节铸造厂供用电情况分析 6
第四节供电方案的选择 6
第五节经济计算 12
第六节方案的确定 14
第三章总降压变电站设计 14
第一节主接线的设计 14
第二节工厂负荷计算及无功补偿 18
第三节短路电流计算 18
3.3.1基本概念 16
3.3.2确定短路点 16
3.3.3短路电流计算 22
最大运行方式 16
最小运行方式 19
第四节主要电气设备选择与校验 28
3.4.1概述 28
3.4.2断路器的选择与校验 29
3.4.3隔离开关的选择与校验 30
3.4.4负荷开关的选择与校验 31
3.4.5熔断器的选择与校验 32
3.4.6电压互感器的选择与校验 32
3.4.7电流互感器的选择与校验 32
3.4.8低压一次设备的选择与校验 33
第五节配电装置设计 35
第六节继电保护系统设计 31
第七节防雷与接地设计 ················································41
第四章厂区380V配电系统设计 43
第五章车间变电所设计 44
主要参考文献 45
第一章概述
第一节设计对象简介
变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。
其中，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。
主接线是变电所的最重要组成部分。
它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。
一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。
主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。
一般变电所需装2～3台主变压器；330千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入5～10年的预期负荷选择。
此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求。
变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。
第二节原始资料介绍
1、厂区平面布置示意如图1所示
图1某铸造厂厂区平面布置图
2、全厂用电设备情况
全厂负荷统计资料如表1所示。
表1工厂负荷统计资料
序号
车间名称
负荷类型
计算负荷
安装容量（kW）
需要系数
1
空气压缩车间
I
1000
0.78
0.23
2
熔制成型（模具）车间
I
800
0.7
0.27
3
熔制成型（熔制）车间
I
740
0.8
0.29
4
后加工（磨抛）车间
I
3250
0.2
0.34
5
后加工（封接）车间
I
2800
0.2
0.27
6
配料车间
I
1800
0.2
0.28
7
锅炉房
I
2800
0.15
0.26
8
厂区其他负荷
（一）
II~III
800
0.5
0.42
9
厂区其他负荷
（二）
II~III
630
0.7
0.45
同期系数
=0.95
=0.97
（2）负荷对供电质量要求
1～6车间为长期连续负荷，要求不间断供电。
停电时间超过2分钟将造成产品报废，停电时间超过半小时，主要设备将受到损坏，故这6个车间定为Ⅰ级负荷。
该厂为三班工作制，全年时数为8760小时，最大负荷利用小时数为5600小时。
3、外部电源情况
电力系统与该厂连接如图2所示。
图2电力系统与某铸造厂连接示意图
（1）工作电源
距该厂5km有一座A变电站，其主要技术参数如下：
主变容量为2×31.5MVA；型号为SFSLZ1－31500kVA／110kV三相三绕组变压器；短路电压比110KV/35KV为%=10.5；110KV/10KV为%=17%。
110kV母线三相短路容量：
1918MVA；
供电电压等级：
可选用35kV或10kV电压供电；
最大运行方式：
按A变电站两台变压器并列运行考虑；
最小运行方式：
按A变电站两台变压器分列运行考虑；
（2）备用电源
拟由B变电站提供一回10kV架空线作为备电源。
系统要求仅在工作电源停止供电时，才允许使用备用电源供电。
（3）功率因数要求
供电部门对该厂功率因数要求为：
用35kV供电时，全厂总功率因数不低于0.90;
用10kV供电时，全厂总功率因数不低于0.95。
（4）电价：
供电局实行两部电价。
基本电价：
按变压器安装容量每1kVA每月4元计费。
电度电价：
35kV，元/kW·h；10kV，元/kW·h。
（5）线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按每千瓦1000元。
第三节设计原则
按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：
（1）遵守规程、执行政策。
必须遵守国家的有关规定及标准，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。
（2）安全可靠、先进合理。
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，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
（3）近期为主、考虑发展。
应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。
（4） 全局出发、统筹兼顾。
按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。
工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。
工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。
作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
第四节设计任务
（1）对设计对象、原始资料（电网状况、负荷等级、负荷统计资料、地质、气候条件等）设计原则及设计任务作简要论述
（2）外部供电方案设计
根据供电部门提供的资料，选择该厂适当的供电方案
（3）总降压变电站设计
1、根据对原始资料的计算结果，选择不同主线接线形式和主变形式及容量，组成2～3个不同方案，进行技术、经济方面的比较，选择最佳方案。
2、绘制有关图纸，对所选方案绘出变电所主接线草图及变电所平面布置草图。
3、短路电流计算，根据电气设备选择校验和继电保护需要确定主接线上的短路计算点，分别按系统最大运行方式和最小运行方式计算各短路点三相短路电流值。
4、主要电气设备选择与校验，主要有断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、电压和电流互感器、导线、母线等电气设备的选择与校验。
5、工厂总降压变电所主变压器保护，保护方式的选择、整定值的计算及灵敏度校验。
6、工厂总降压变电所10KV馈线保护，保护方式的选择和整定值计算。
（4）厂区10KV配电系统设计
只要求对厂区10KV配电系统设计原则给予扼要的论述，对厂区线路进行初步设计。
（5）车间变电所设计
只要求对车间变电所设计原则给予扼要的论述。
第二章外部供电方案设计
第一节供电方案的主要内容
工厂的供电方案主要依据工厂的用电要求、用电性质、现场调查的信息以及电网结构和运行情况来确定。
其主要内容包括供电电源位置、出线方式、供电线路敷设、供电回路数、走径、跨越、工厂进线方式、工厂受（送）电装置容量、主接线、继电保护方式、电能计量方式、运行方式、调度通信等内容。
第二节供电方案的基本原则
（1）应能满足供用电安全、可靠、经济、运行灵活、管理方便的要求，并留有发展余度。
（2）符合电网建设、改造和发展规划的要求；满足工厂近期、远期对电力的需求，具有最佳的综合经济效益。
（3）具有满足工厂需求的供电可靠性及合格的电能质量。
（4）符合相关国家标准、电力行业技术标准和规程，以及技术装备先进要求，并应对多种供电方案进行技术经济比较，确定最佳方案。
第三节铸造厂供用电情况分析
高压供电系统的设计要以安全、可靠运行为原则，同时兼顾运行的经济性和灵活性。
因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。
本变电所原始资料有两路电源可供选择。
并且该厂1～6车间为长期连续负荷，要求不间断供电。
停电时间超过2分钟将造成产品报废，停电时间超过半小时，主要设备将受到损坏，故这6个车间定为Ⅰ级负荷。
由于一级负荷属重要负荷，如果中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏。
本厂为三本工作制，全年工作小时数为8760小时，最大负荷利用小时数为5600小时。
第四节供电系统方案的选择与确定
设计变配电所的主接线，应按照所选主变压器的台数和容量以及负荷对供电可靠性的要求，初步确定2到3个比较合理的主接线方案来进行技术经济比较，择其优着确定变配电所的主接线方案。
2.4.1主接线方案的技术指标
1、供电的安全性主接线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况。
2、供电的可靠性主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应方面的情况。
3、供电的电能质量主要是指电压质量，包括电压偏差和电压波动等情况。
4、运行的灵活性和运行维护的方便性。
5、对变配电所今后增容扩建的适应性。
2.4.2主接线方案的经济指标
1、线路和设备的综合投资额包括线路和设备自身的价格、运行费、管理费、基建安装费等。
可按照当地电气安装部门的规定计算。
2、变配电系统的年运行费用包括线路哥设备的折旧费、维修管理费和电能损耗费等。
线路哥设备的折旧费和维修管理费，通常都取为线路和设备综合投资的一个百分数。
而电能损耗费，则根据线路和变压器的年电能损耗计算。
总的年运行费即为以上线路变压器折旧费、维修费与年能损耗费之和。
3、供电贴费有关法规还规定申请用电，用户必须向相关供电部门一次性地缴纳供电贴费。
4、线路上的有色金属消耗量指导线和电缆的有色金属耗用的重量。
2.4.3供电方案的拟定
该厂供电电源可由35KV高压线和10KV高压线提供，可作出三种供电电源设计方案1.电源及备用电源均由35KV高压线提供2.电源及备用电源均由10KV高压线提供3.电源由35KV高压线提供10KV高压线作为备用电源。
因供电系统的基本要求是安全、可靠、经济、优质。
所以在设计过程要对三种方案综合考虑，在安全可靠的基础上选择最经济的方案。
方案一：
工作电源与备用电源均采用35KV电压供电。
在这个方案中总降压变电所内装设两台主变压器。
工厂总降压变电所的高压侧接线方式可采用单母线分段接线和内桥接法。
通过经济技术比较可知内桥接线优于单母线分段接线，故采用内桥接线作为本方案的接线方式。
方案的优缺点分析：
优点：
供电电压高，线路功率损耗小，电压损失小，调压问题容易解决，要求的功率因数低，所需的功率补偿容量小，可减少投资，供电的安全稳定性高。
缺点：
工厂内要设有总降压变电所，占用的土地面积较大。
降压变电所要装有两台主变压器，投资及运行费用较高。
方案二：
工作电源和备用电源均采用10KV高压线供电。
两路电源进线均采用断路器控制。
方案的优缺点分析：
优点：
工厂内不设主变压器，可以简化接线，降低了投资及运行费用。
工厂内不设降压变电所可以减少土地占有面积，减少工作人员及运行维护工作量。
缺点：
供电电压低，线路的功率损和电压损耗大，要求的功率因数大，需要补偿的无功补偿容量大，补偿装置的费用会增加。
工厂内设总配电所，供电的稳定性不如35KV。
方案三：
供电电源采用35KV供电电源供电，装设一台主变压器。
用架空线引入降压变电所，10KV作为备用电源。
10KV经过降压变后接在10KV的一段配电母线上，10KV接在另一段配电母线上。
方案的优缺点分析：
优点：
本方案的经济技术指标介于方案一和方案二之间，由于原始资料要求正常供电时只用一路供电，出现故障时方用备用电源，备用电源供电时间较少。
因此该方案既能满足供电的安全可靠性又可降低投资及维护费用。
2.4.4技术指标计算：
经过计算可以得到全厂的计算负荷为4735.24kw,根据供电需求：
在正常情况下只有一路电源工作，另一路作为备用电源。
本方案选用5000KVA的油浸式变压器两台，型号为SJL1-5000/35，电压为35/10KV,查表可得变压器的主要技术参数为：
空载损耗短路损耗
阻抗电压空载电流
变压器的有功功率损耗：
Pb=nP0+Pk（Sjs/Sbe）2/n（n为变压器台数）
Sjs=4734.24KVA；Sbe=5000KVA;已知n=2；
经过计算可得变压器的有功功率损耗为：
变压器的无功功率损耗：
一台变压器运行的有功功率损耗为：
一台变压器运行的无功功率损耗为
35KV线路的功率：
=Pjs+
=Qjs+
=
=/
35KV线路的功率因数：
Cos
电流流过导线时候要产生电能损耗，使导线发热。
裸导线的温度过高时会使接头处得氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化，如此恶性循环最终可能导致短线，为了保证供电系统的正常稳定节能工作，通过导线的最大的最大电流不能大于导线的载流量。
为保证供电系统安全可靠优质经济的运行，根据国家电线技术的有关规定，选择导线和电缆界面时候必须满足以下条件：
1、发热条件导线和电缆在通过正常最大度和电流即计算电流时产生的发热温度不应该超过正常运行时允许的最高允许温度
2、电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流产生的电压损耗，不应该超过正常运行时候允许的电压损耗。
对于工厂内较短的电压线路，可不进行电压损耗校验。
3、经济电流密度35kv及以上的高压线路及35KV以下的长距离，大电流线路例如较长的电源进线和电弧炉的短网进线，其导线截面宜按照经济电流密度选择，以使年运行费用最低，工厂内10KV及以下的线路通常不按照经济电流密度进行选择。
4、机械强度导线截面不应小于其最小允许截面。
对于电缆，不必校验其机械强度，但需要校验其短路热稳定度。
母线则应校验其短路的动稳定度和热稳定度。
根据以上条件，经过查表，35KV线路选用LGJ-35钢芯铝绞线架设，几何均距确定为2.5米。
查表得r=0.85x=0.35
电压损失计算
由于线路存在着阻抗，所以通过负荷电流时要产生电压损失。
一般线路的允许电压损失不超过5%（对线路的额定电压）。
如果线路的电压损耗超过允许值，应适当加大导线截面，使其满足允许电压损耗的要求。
方案一
供电电源电压损失
=（0.8545695+0.41717745）/35
=0.64KV（L1=5Km）
电压损失合格
备用电源电压损失
=（0.8545697+0.3517747）/35
=0.90Kv
电压损失合格
方案二
根据计算得到全厂计算负荷为4735.24KVA，10KV线路上的计算电流为
Ijs=Sjs/（）=273A
功率因数为COS=0.95
根据发热条件，10KV线路选用LGJ-70钢芯铝绞线架设，几何均径确定为1.5米。
查表得r=0.46x=0.365
电压损失：
=0.4645225+0.36514055）/10
=1.3KV
同理可得：
（
=（0.4645227+0.36514057）/10
=3.2KV
（方案二不满足电压损失要求）
方案三
根据计算全厂计算负荷为4735.24KVA,厂内总降压变电所设主变压器一台，其相关数据为：
空载损耗：
短路损耗为：
阻抗电压：
Uk%=7,空载电流：
I0%=1.1
变压器的有功功率损耗：
已知n=1,Sjs=4735.24KVASbe=5000KVA
所以69+45（4735.24/5000）2
=47KW
变压器的无功功率损耗为：
2
=1（1.1/100）5000+1（7/100）5000（4735.24/5000）2
=369KVar
35KV线路的功率因数为：
根据国家电线产品技术标准的相关规定，经过查表，35KV线路选用LGJ-35钢芯铝绞线架设。
几何均距确定为2.5m。
查表得
r=0.85,X=0.35.
电压损失计算：
（L=5）
=（0.8545695+0.3517745）/35
=0.64KV
电压损失合格
10KV备用电源仅用于一级负荷供电，经过计算可得一级负荷的计算负荷为3868.5KVA，10KV线路的计算电流为：
根据发热条件选用LGJ-120钢芯铝绞线架设，几何均距确定为1.5m查表得r=0.27,x=0.335
电压损失为：
=（0.2737247+0.3351047.677）/10
=0.95KV
但是考虑到是作为备用电源，不是经常使用，还是基本满足要求，通过提高供电侧的电压还可以得以改善。
2.4.5经济计算：
方案一的基建投资
设备名称
型号规格
单价（万元）
数量
综合投资
电力变压器
SJL1-5000/35
7.00
2
14.00
线路投资
LGJ-35
1.00
5+7
12.00
高压断路器
SW2-25/1000
2.06
3
6.18
电压互感器
JDJJ-35+FZ-35
0.92
2
1.84
附加投资
1000元/kw
137.45
13.745
合计
47.745
方案一的年运行
项目
计算标准
金额（万元）
线路折旧费
按照线路投资的4%计算
0.48
线路维护费
按照线路折旧标准计算
0.48
变电设备维护费
按照综合投资的6%计算
1.32
变电设备折旧费
按照综合投资的6%计算
1.32
线路电能损耗
380.920.8555600
0.0510-7
2.34
变压器电能损耗
[26.98760+45（4985/5000）2
5600]0.0510-7
1.85
基本电价费用
500012410-4
24.00
合计
31.79
方案三的基建费用
设备名称
型号规格
单价（万元）
数量
综合投资
电力变压器
SJL1-5000/35
7.00
1
7.00
线路投资
LGJ-35+LGJ_120
1.00+1.03
5+7
14.45
高压断路器
SW2-25/1000
2.06
1
2.06
电压互感器
JDJJ-35+FZ-35
0.92
1
0.92
附加投资
1000元/kw
130.45
13.045
合计
37.475
方案三的年运行费用
项目
计算标准
金额（万元）
线路折旧费
按照线路投资的4%计算
0.58
线路维护费
按照线路折旧标准计算
0.58
变电设备维护费
按照综合投资的6%计算
0.6
变电设备折旧费
按照综合投资的6%计算
0.6
线路电能损耗
380.920.8555600
0.0510-7
2.34
变压器电能损耗
[6.98760+45（4985/5000）25600]0.05*10-7
1.55
基本电价费用
500012410-4
24.00
合计
30.25
两种方案的经济比较
方案费用
方案一
方案三
差价
基建费用
47.745
37.475
10
运行费用
31.79
30.25
1.54
2.4.6确定方案：
通过对三种方案的技术经济计算可得出以下结论：
方案一：
方案可靠，运行灵活，线路损失小，但是要装设两台主变压器和三台断路器，投资巨大。
方案二：
工作电源及备用电源均采用10KV线路，无需装设主变压器。
但是线路损失太大，无法保证一级负荷长期运行的正常供电，故排除。
方案三：
正常运行时，线路损失小，电压损失低，能满足一级负荷长期运行的供电要求，当35KV线路出现故障进行检修时10KV线路进行供电，这时候线路损失大，但是考虑到供电时间短，且这种情况很少出现，综合安全可靠经济的考虑，方案三比方案一少一台主变压器和两台35KV断路器，故方案三最适合作为供电方案。
第三章总降压变电站设计
第一节主接线的设计
（1
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