某工厂供配电系统电气部分初步设计.docx
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某工厂供配电系统电气部分初步设计
电气与电子信息工程学院
供配电工程课程设计报告
设计题目：
姓
名:
专
业:
班
级:
学
号:
起止时间：
地
占：
八、、•
指导教师：
完成时间:
供配电工程课程设计任务书（4）
一、设计题目
某电力金具厂供配电系统电气部分初步设计
二、设计目的及要求
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、设计程序、设
计规范等，锻炼工程设计、技术经济分析比较、工程计算、工具书使用等能力，并了解供电配电系统前沿技术及先进设备。
要求根据用户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，选择配变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定车间变电所主变压器的台数与容量、类型。
最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。
三、设计依据
1、工厂负荷情况
该厂主要生产交直流220V及其以上电力金具，金具产品有悬锤线夹、耐张线夹、联结金具、接续金具、保护金具、拉线金具、T接金具、设备线夹、母线固定金具等。
下设：
铸造、
铸铝、锻压、铜铝焊接、硅胶绝缘、护罩、绝缘材料、挤压、冲压、热处理、金工等车间等车间及其他辅助设施。
工厂各车间负荷情况见附表。
该厂大部分车间为三班制，少数车间为
两班或一班制，年最大有功负荷利用小时数为4800h。
该厂属二级负荷，负荷情况见附表。
2、供电电源情况
从某35/10kV变电站提供电源，用双回10kV架空线向工厂供电，此站距厂4km；变电
站短路数据：
Sk3max=240MVA,Sk3min=130MVA。
当地供电部门要求工厂：
①过电流保护整定时间不大于1.0S:
②在工厂10kV电
源侧进行电能计量；③功率因数应不低于0.90。
3•工厂自然条件
年最高气温39C,年平均气温23C,年最低气温-5C,年最热月平均最高气温33C,年最热月平均气温26C,年最热月地下0.8m处平均温度25C.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。
4.电费制度
按两部电价制交纳电费，基本电价20元/千伏•安/月，电度电价0.5元/度。
四、设计任务
设计内容包括：
配变电所的负荷计算及无功功率的补偿计算，车间变压器台数和容量、
型式的确定，变配电所主接线方案的选择，高低压配电线路及导线截面选择，短路计算和开
关设备的选择，继电保护的整定计算*，防雷保护与接地装置设计*等。
附表：
工厂负荷情况
序号
车间名称
设备容量kW
需要系数Kd
功率因数COS®
车间变电所代号
（参考）
1
铸铝车间
890
0.80
0.85
STS1
2
铸造车间
300
0.30
0.70
STS2
3
锻压车间
350
0.30
0.65
4
铜铝焊接车间
678
0.30
0.50
STS3
5
硅胶绝缘车间
156
0.60
0.85
STS4
6
护罩车间
205
0.30
0.70
7
绝缘材料车间
250
0.25
0.65
8
挤压车间
80
0.75
0.70
STS5
9
冲压车间
150
0.75
0.70
10
热处理车间
150
0.60
0.80
11
机加工车间
220
0.25
0.65
STS6
12
原料间
15
0.30
0.90
13
仓库
15
0.40
0.80
14
办公楼
78
0.55
0.85
STS7
15
生活区
300
0.50
0.90
摘要
本厂是10kV变电站的主接线设计及变压器的选择，变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。
在经济角度上要考虑周全，尽量以最少的投资获得最佳的方案。
按照要求选择合适的变压器。
短路电流计算，对变电站系统中的各个电压等级下的母线发生三相短路时，所流过的短路电流进行了分别计算。
电气设备动、热稳定校验，电气设备的选择条件包括两大部分：
一是电气设备所需要满足的基本条件，即按正常工作条件选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。
主要电气设备型号及参数的确定。
电气总平面及配电装置断面设计和无功补偿方案设计，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。
通过本次课程设计，旨在熟悉变电所中供电系统的负荷计算，掌握变电所中二次回路的基本原理，在次基础上对供电系统中的变电所二次接线进行了设计和保护，最后根据具体环境条件对电气设备进行校验，使本次设计的内容更加完善。
关键词：
变电站；短路电流；热稳定；无功补偿；二次接线
ABSTRACT
Thedesignofthecontentis10KVelectricsubstations.
Designelementsinclude:
themainsubstationtransformerwiringdesignandthechoiceofelectricalsubstationmainwiringdesignisbasedonthemaximumvoltagesubstationsubstationandthenature,tochooseasubstationinthesystemandthestatusandSuitedtotheroleoftheconnectionmode.Inaneconomicpointofviewontheneedtoconsiderwell,atleastasfaraspossibletogetthebestinvestmentprogramme.Choosetherightinaccordaneewiththerequirementsofthetransformer.Short-circuitcurrentbasis,thesystemofsubstationsinvariousvoltagelevelsunderthethree-phaseshortcircuitoccurredwhenthebus,theflowofashortcircuitwerecalculated.Fixedelectricalequipment,thermalstabilitycheck,thechoiceofelectricalequipment,includingtwomajorconditions:
First,electricalequipmentneededtomeetthebasicconditions,thatis,thenormalworkingconditionsofchoice,andshort-circuitstatecheckdynamic,thermalstabilityandtheotherisAccordingtothecharacteristicsofdifferentelectricalequipmentbythonandvalidationpreselectiojects.
Throughthiscoursedesignedsubstationwiththeloadinthepowersupplysystem,themastersubstationsecondarycircuitofthebasicprinciplesatthebasisofthepowersupplysystemofthesubstationtothesecondarywiringdesignandprotection,thelastunderthespecificenvironmentalconditionsontheelectricalequipmenttocheck,sothatthecontentofthisdesignmoreperfect.
Keywords:
Substation;Shortcircuit;Thermalstability;ReactiveCompensationSecondarycircuit
1.刖言
工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
在工厂里，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（除电化工业外）。
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自动化。
从另一方面来说,如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。
因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
课程设计是学习中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，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、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。
本设计可分为九部分：
用户负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；确定主接线方案；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；用户电源进线及用户高压配电、低压配电线路的选择；保护装置的选择和其整定装置的计算；心得和体会；附参考文献。
由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不
完善的地方，敬请老师、同学批评指正
2.负荷计算
2.1三相用电设备组负荷计算的方法
有功计算负荷（kW巳二KdPe
无功计算负荷（kvar）Qc二Pctan‘
视在负荷计算（kV•A）Sc—
cos甲
S
计算电流（A）lc=~
V3Un
需要系数Kd设备容量Pe功率因数COS「额定电压Un
2.2计算负荷及无功功率补偿
（1）对铸铝车间计算：
有功计算负荷（kWPc二KdPe=8900.8=712KW.
视在负荷计算（kV•A）
ScP—=712/0.85=837.65KW
cos®
计算电流
Ic=Sc=837.65=1272.7A
V3Un380^13
故同上计算方法可得到各厂房及生活区的负荷计算如表1-1
1-1电力负荷计算表
编
号
厂房名称
设备容量
/kW
需^＜系
数kd
功率因数
COS®
有功功率
/kW
无功功
率/kvar
视在功率
/kV•A
计算电
流/A
1
铸铝车间
890
0.80
0.85
712
441.44
837.65
1272.7
2
铸造车间
300
0.30
0.70
90
91.8
128.57
195.3
3
锻压车间
350
0.30
0.65
105
122.85
161.54
245.4
4
铜铝焊接车间
678
0.30
0.50
203.4
351.88
406.8
618.1
5
硅胶绝缘车间
156
0.60
0.85
93.6
58.03
110.12
167.3
6
护罩车间
205
0.30
0.70
61.5
62.73
87.86
133.5
7
绝缘材料车间
250
0.25
0.65
62.5
73.125
96.15
146.1
8
挤压车间
80
0.75
0.70
60
61.2
85.70
130.2
9
冲压车间
150
0.75
0.70
112.5
114.75
160.70
244.2
10
热处理车间
150
0.60
0.80
90
67.5
112.5
171.0
11
机加工车间
220
0.25
0.65
55
64.35
84.62
128.6
12
原料间
15
0.30
0.90
4.5
2.16
5.0
7.6
13
仓库
15
0.40
0.80
6.0
4.5
7.5
11.4
14
办公楼
78
0.55
0.85
42.9
26.60
50.47
76.7
15
生活区
300
0.50
0.90
150
72
166.67
253.2
（2）无功功率补偿
考虑到每个车间的功率不同，现如下分配：
1号车间单独设一个车间变电所STS1,2、3号共设一个车间变电所STS24号车间单独设一个车间变电所STS3,5、6、7号车间共设一个车间变电所STS4,8、9、10共设一个车间变电所STS5,11-15号共设一个车间变电所STS6一共有六个车间变电所，每个车间选用型式并且选用的自愈式低压并联电力电容器进行无功补偿。
并采用低压集中补偿方式。
补
偿之前对每个车间变电所所供应的车间进行有功和无功求和，再算出其视在功率和功率因素。
表1-2补偿之前各车间变电所低压侧计算负荷
编号
车间变电所
有功刀Pc/
KW
无功刀Qc/
KW
视在功率
Sc/kV•A
功率因数
计算电
流/A
1
STS1
712
441.44
837.65
0.85
1272.7
2
STS2
195
214.65
290
0.67
440.6
3
STS3
203.4
351.88
406.8
0.50
618.1
4
STS4
217.6
193.89
291.5
0.75
442.9
5
STS5
262.5
243.45
358
0.71
543.9
6
STS6
258.4
169.6
309.1
0.84
469.6
而供电局要求该厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不得低于0.9,380V侧
最大负荷时功率因数不得大于0.92。
考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损
耗，因此380侧最大功率因数因大于0.9,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量。
对变电所STS1有
Qc=Pc（tan©1-tan©2）=712[tan（arccos0.85）-tan（arccos0.92）]kvar=137.95kvar故选择GGJ1-01型低压无功补偿柜（BW0.4-16-3A）,所需安装的组数n=Qc/16=137.95/16^9。
所需柜数1台。
所以实际补偿为1610=160Kvar.则补偿之后总的无功计算负荷为Qc'=441.44-160=281.4Kvar.则补偿之后的总的视在功率为
Sc=一巳2（Qc-Qc）2二765.59KW.功率因素cos=712/765.59=0.93•计算电流为
s'
Ic=「Sc—-1163.2A则同理按照上面的计算方法可得如下表：
1-3。
其中功率补偿3Un
都选用GGJ1-01型低压无功补偿柜（BW0.4-16-3A）,依次选用的是1台，1台,台,I台,I台,I台。
表1-3补偿之后各车间变电所低压侧计算负荷
编号
车间变电
有功刀Pc/
无功刀Qc/
实际补
视在功率
功率
计算电
编号
所
KW
KW
偿KW
Sc/kV•A
因数
流/A
1
STS1
712
281.4
160
765.59
0.93
1163.2
2
STS2
195
54.65
160
202.51
0.96
307.7
3
STS3
203.4
63.88
288
213.2
0.95
323.9
4
STS4
217.6
65.89
128
227.36
0.96
345.4
5
STS5
262.5
83.45
160
275.45
0.95
418.5
6
STS6
258.4
105.6
64
279.15
0.93
424.1
考虑到车间变电所低变压器压侧折算到高压侧有损耗，即有变压器的功率损耗为：
对变电所STS1高压侧有
Rc=Pc+APT=Pc+0.01Sc'=712+0.01X765.59=719.7KW
Qic=Qc+△QT=Qc+0.05Sc'=281.4+0.05X765.59=319.7Kvar
对其他变电所高压侧计算有有：
STS2：
F2c=197KW,Q2C=64.8Kvar
STS3Rc=205.5KW.Qac=74.5Kvar
STS4:
F4c=219.9KW,Q4C=77.2Kvar
STS5：
Psc=265.3KW,Q5c=97.2Kvar
STS6:
F6c=261.2KWQc=119.6Kvar
则ZPc=1867.6KW,ZQc=753Kvar.
'2、、2
Sc2，=,ZPcZQc=2013.7KVA
无功率补偿后，工厂的功率因数为：
cos厂=吨/Sc2=0.93>0.90
因此，符合本设计的要求。
2.3车间变电所的所址和型式
由于工厂属二级负荷，并且取得10kV母线作为电源，所以变电所选用
10kV/0.38kV直降变电所。
综合考虑以下几种因素后：
1、便于维护与检查；2、便于进出线；3、保证运行安全；4、节约土地与建筑费用；5、适应发展要求。
2.4变电所主变压器和主接线方案选择
因为10kV侧6个变电所的视在负荷分别为：
765.59kV•A、202.51kV•A、213.2kV•A、227.36kV•A、275.45kV•A、279.15kV•A。
都选一台变压器又考虑到工厂以后的发展，所以选用6台10（1±5%）0.4kVSC（B）10型变压器，其中第一个车间变压器容量为1000kV•A，第二、三、四车间各为315kV•A第五、六车间变压器容量为400kV•A。
具体参数如表2-6所示
表2-6变压器参数
额定容量/kV•A
空载损耗厶P0/W
短路损耗厶Pk/W
阻抗电压
Uk%
空载电流10%
315
770
3030
4.0
0.8
400
850
3480
4.0
0.8
1000
1550
7090
6
0.6
3.主接线方案的选择
因为工厂是二级负载且考虑到供电可靠性因素，故选择双回母线进线单母线分段接线方式
单母线接线方式的优点：
简单、清晰、设备少、运行操作方便且有利于扩建。
如图3-1和表3-1所示
图3-1主接线方案表3-1主接线方案
出线1
出线2
出线3
出线4
整理车间
锅炉房
油泵房
办公楼
出线5
出线6
出线7
出线8
制造车间
水泵房
毛巾车间
仓库
出线9
出线10
出线11
出线12
准备车间
机修房
染工车间
食堂
4.短路电流的计算
绘制计算电路图4-1
STS2
STS3
Sk
C£>-h
IDKV
STS?
电源
OOH
STS6
图4-1计算电路
确定基准值设Sd=100MVA,Ud=Uo，即高压侧Ud1=10.5kV低压侧Ud2=0.4kV，
Sd
100
Id1
Id2
3Ud1
Sd
5.5kA
310.5
144.34kA
、3Ud2.30.4
4.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值
4.3
①电力系统
X*创AX（K4）=XmaxX2=0.77匸27^2.04
最小总电抗标幺值
X*[min（K书-x*lmin+X2*=0.42+1.27=1.69
三相短路电流周期分量有效值
=Idi/X*]max（KJ1）=5.5/2.04二2.69KA
其他短路电流
'（3）⑶
Imin=丨：
：
-[
⑶min（k」）=2.69KA
'（3）
MAX
⑶_[⑶
:
:
-IMAX（kJ）
=3.25KA
：
（3）
Iminsh
=2.551
"⑶
min
=2.552.69=6.86KA
•（3）
imaxsh
=2.551
（3）
MAX
=2.553.25=8.29KA
I⑶minsh=1.511"⑶min=1.512.69=4.06KA
Imaxsh=1.511"⑶max=1.513.25=4.91KA
三相短路容量
①S（3maxc1）r-Sd59.11MVA
X勿ik丄1）1.69
②s"‘mik厶〒）~^—d=100=49.0MVA
X0a*上1）2.04
计算k-2点（0.4kV）侧的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量六台变压器分列运行，取其中一个作为计算例子（第一个车间变电所STS1），
他五个相同
总电抗标幺值
X；max
（2）=X；maxX；X；二0.77
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