工厂供电设计.docx
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工厂供电设计
论文成绩
图纸成绩
课程设计说明书
题目：
机械工厂供电设计
二级学院（直属学部）：
专业：
班级：
学生姓名：
学号：
指导教师姓名：
职称：
2013年12月
第一章绪论
工厂供电的意义
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。
设计概述
1、工厂总平面图（参见附图-1）
2、使用的各设备型号（参见附表1）
3、电源情况
（1）电源电压等级:
10KV
（2）电源线路，用一回架空非专用线向本厂供电，导线型号为LJ—70，线路长度为5公里；
（3）电源变电所10KV母线短路容量为200兆伏安，单相接地电流为10安培。
（4）电源变电所10KV引出线继电保护的整定时限为秒。
4、全厂功率因数要求不低于《供用电规程》
5、计量要求高供高量
6、二部电价制收费：
（1）电度电价为元/度
（2）设备容量电价4元/KVA月（或最高量电价6元/KW月）
7、工厂为二班制生产，全年工作时数4500小时，最大负荷利用小时3500小时（均为统计参考值）
8、厂区内低压配电线路允许电压损失~5%
9、本地气象、地壤等资料：
（1）海拔高度米
（2）最热月平均温度℃
（3）最热月平均最高温度℃
（4）极端最高温度℃
（5）极端最低温度℃
（6）雷暴日数日/年
（7）最热月地下米的平均温度℃
设计任务及方案
1、设计任务
（1）设计说明书一份
其内容包括以下主要部分：
1）各车间与全厂的负荷计算，功率因数的补偿（放电电阻值）
2）变（配）电所位置的确定，变压器数量、容量的决定
3）全厂供电系统的接线方式与变电所主接线的确定
4）高气压电气设备与导线电缆的选择
5）短路电流的计算与电气设备的校验
（2）设计图纸：
1）变（配）电所主接线图高、低压分开画两张
2）工厂变配电所和电力线路平面布置图一张
（3）主要设备材料表一份
2、设计方案
我们依据工厂各车间的实际情况，利用需要系数法计算出各组设备容量、功率因数不满足供电规程，则进行无功补偿。
然后按功率距法确定负荷中心，根据变电所位置选择的原则确定了变电所的位置，由于我们组的三号车间的视在功率比较大，所以我们在三号车间单独使用了车间变，再确定变压器的台数和容量，同时也选择了变压器的型号。
第二章负荷计算及功率补偿
负荷计算的内容和目的
（1）计算负荷又称需要负荷或最大负荷。
计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。
（2）尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。
一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。
在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。
（3）平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。
常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。
平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。
负荷计算的方法
用需要系数法来求计算负荷，其特点是简单方便，计算结果符合实际，而且长期使用已积累了各种设备的需要系数，因此是世界各国普遍采用的基本方法。
计算负荷的需要系数法
1．设备组设备容量
采用需要系数法时，首先应将用电设备按类型分组，同一类型的用电设备归为一组，并算出该组用电设备的设备容量。
对于长期工作制的用电负荷（如空调机组等），其设备容量就是设备铭牌上所标注的额定功率。
2．用电设备组的计算负荷
根据用电设备组的设备容量，即可算得设备的计算负荷：
有功计算负荷Pc=Kd*Pe
无功计算负荷Qc=Pctg∮
视在计算负荷
计算电流
式中Kd——设备组的需要系数；Pc——设备组设备容量（KW）；∮——用电设备功率因数角；U——线电压（V）；Ic——计算电流（A）。
上述公式适用计算三相用电设备组的计算负荷，其中计算电流的确定尤为重要，因为计算电流是选择导线截面积和开关容量的重要依据。
第四车间（锻工）
第三车间设备如下：
序号
用电设备型号名称
台数
每台设备额定容量（千瓦）
备注
1
C41-750型空气锤
55
2
C41-250型空气锤
22
3
C41-150型空气锤
17
4
RJJ-45-9箱式电阻炉
45
5
KCB-175齿轮油泵
6
3-18-101离心通风机
13
7
AX-320电焊机
14
JC=65%
8
S3SL400砂轮机
3
9
5吨电动双梁式起重机
JC=25%
10
2吨立柱式起重机
JC=40%
11
1吨立柱式起重机
JC=40%
12
轴流风机
一、对设备进行分组并且查出相应的Kd与tgψ值列表如下：
编号
设备分组
包含设备序号
Kd
tgψ
A
空气锤
1,2,3
B
电阻炉
4
C
热加工车间
8
D
起重机
9,10,11
E
电焊机
7
F
泵
5
G
风机
6，12
H
照明
0
二、需要系数法确定计算负荷：
A：
Pe=55+22+17=94KW
Pc=94×=
Qc=×=
B:
Pe=45KW
Pc=×45=27KW
Qc=27×=
C:
Pe=3KW
Pc=3×=KW
Qc=×=Kvar
D:
Pe=++=KW
Pc=×2×√×=KW
Qc=×=Kvar
E:
Pe=14KW
Pc=√×14×=
Qc=×=Kvar
F:
Pe=
Pc=×=KW
Qc=×=Kvar
G:
Pe=13+=
Pc=×=KW
Qc=×=Kva
三、车间计算负荷
×=KW
×=
四、全厂无功补偿前的计算负荷和功率因数
低压侧的计算负荷为：
Pc低=KΣΣPc=×﹙221+224+1111++158+﹚=KW
Qc低=KΣΣQc=×﹙358+388+402++105﹚=Kvar
低压侧功率因数：
变压器损耗：
ΔPT=Sc低=KW
ΔQT=Sc低=Kvar
高压侧计算负荷：
Pc高=Pc低+ΔPT=+=
Qc高=Qc低+ΔQT=+=1375Kvar
变电所高压侧的功率因数为：
由于COSψ高＜故需要进行无功补偿
无功功率补偿
（1）确定补偿容量
一般要求高压侧不低于，而补偿在低压侧进行，考虑变压器损耗，假设低压补偿后的功率因数为来计算需补偿的容量。
查表可知：
与相接近的补偿屏组合为：
7号与2号的组合
补偿容量为:
=560Kvar
（2）补偿后的计算负荷和功率因数
Q‘c低=Qc低－=Kvar
变压器低压侧视在计算负荷为：
此时变压器的功率损耗为：
ΔPT’=Sc低’=KW
ΔQT’=Sc低’=Kvar
补偿后高压侧计算负荷为：
Pc高’=Pc低’+ΔPT’=
Qc高’=Qc低’+ΔQT’=
补偿后的功率因数
由于COSψ高’＞故补偿正确
但是，由于我们的三号车间变电所使用了车间变电所，所以在进行负荷计算和无功补偿的时候我们不需要将第三车间计算在内，将第三车间出去后，补偿前全厂计算负荷和功率因数数据如下：
Pc低=KΣΣPc=
Qc低=KΣΣQc=
ΔPT=Sc低=KW
ΔQT=Sc低=Kvar
高压侧计算负荷：
Pc高=Pc低+ΔPT=
Qc高=Qc低+ΔQT=
变电所高压侧的功率因数为：
2由于COSψ高＜故需要进行无功补偿,考虑变压器损耗，假设低压补偿后的功率因数为来计算需补偿的容量。
查表可知：
与相接近的补偿屏组合为：
7号与3号的组合
补偿容量为:
=616Kvar
（3）补偿后的计算负荷和功率因数
Q‘c低=Qc低－=Kvar
变压器低压侧视在计算负荷为：
此时变压器的功率损耗为：
ΔPT’=Sc低’=KW
ΔQT’=Sc低’=
补偿后高压侧计算负荷为：
Pc高’=Pc低’+ΔPT’=KW
Qc高’=Qc低’+ΔQT’=
补偿后的功率因数
由于COSψ高’＞故补偿正确
第三章变电所一次系统设计
变电所的配置
变电所类型有：
1.总降压变电所
2.独立变电所
3.车间变电所
4.建筑物及高层建筑变电所
5.杆上变电所
6.箱式变电所
变电所位置的选择：
一、全厂变电所的确定
负荷中心:
设平面图中西南南角为坐标原点（单位：
cm），则各车间坐标如下：
由于第三车间有单独的车间变电所，所以负荷中心的确定不将第三车间考虑在内。
负荷中心的确定：
在计算出的负荷中心和输电线之间找一个最适合的点，坐标为（10,1）为全厂变电所位置
变压器的选择
变压器型号选择
考虑节能选择变压器型号：
选择S9型
变压器台数和容量的确定
两台变压器并联运行选型要求：
SN＞
式中：
SN：
变压器的额定容量
Sc:
全厂计算负荷
由上表可知Sc=
SN＞=×=
又因为进线电压10KV
所以查表可知变压器选型为S9-630/10
型号
额定容量（kVA）
额定电压（kV）
高压
低压
S9—630/10
630
10
联结组标号
损耗（kW）
空载电流（%）
阻抗电压（%）
空载
负载
yyno
3号车间变电所变压器选型要求
所以选择1250KVA容量的变压器yyno接法，又因为电压为10KV所以选择型号为S9-1250/10
全厂变电所主结线设计
对变电所主结线的要求
供配电系统常用的主接线基本形式有线路——变压器组接线，单母线接线和桥式接线3中类型。
我们这里选用单母线接线，单母线又可分为单母线分段和单母线不分段两种，我们这里选择单母线，不分段。
变电所主接线方案
根据实际情况，选择由左侧用架空线引入，由右侧用电缆引出。
选择架空线可节省成本，选择电缆可节约空间。
采用架空进线且全厂的只有两台变压器，一次侧为单母线、二次侧为单母线分段接线。
采用架空进线时装设避雷器，且避雷器的接地线应与变压器低压绕组中性点及外壳相连后接地。
本设计采用两种接线选择：
高压侧采用单母线方式低压侧单母线分段方式
图单母线分段
单母线分段方式优缺点分析：
优点：
1、具有单母线接线简单、清晰、方便、经济、安全等优点。
2、较之不分段的单母线供电可靠性高，母线或母线隔离开关检修或故障时的停电范围缩小了一半。
与用隔离开关分段的单母线接线相比，母线或母线隔离开关短路时，非故障母线段可以实现完全不停电，而后者则需短时停电。
3、运行比较灵活。
分段断路器可以接通运行，也可断开运行。
4、可采用双回线路对重要用户供电。
方法是将双回路分别接引在不同分段母线上。
缺点：
1、任一分段母线或母线隔离开关检修或故障时，连接在该分段母线上的所有进出回路都要停止工作，这对于容量大、出线回路数较多的配电装置仍是严重的缺点。
2、检修任一电源或出线断路器时，该回路必须停电。
这对于电压等级高的配电装置也是严要缺点。
因为电压等级高的断路器检修时间较长，对用户影响甚大。
双母线接线优缺点分析：
优点：
1、可靠性高。
可轮流检修母线而不影响正常供电。
当采用一组母线工作、一组母线备用方式运行时，需要检修工作母线，可将工作母线转换为备用状态后，便可进行母线停电检修工作；检修任一母线侧隔离开关时，只影响该回路供电；工作母线发生故障后，所有回路短时停电并能迅速恢复供电；可利用母联断路器代替引出线断路器工作，使引出线断路器检修期间能继续向负荷供电。
2、灵活性好。
为了克服上述单母线分段接线的缺点，发展了双母线接线。
按每一回路所连接的断路器数目不同，双母线接线有单断路器双母线接线、双断路器双母线接线、一台半断路器接线（因两个回路共用三台断路器，又称二分之三接线）三种基本形式。
后两种又称双重连接的接线，意即一个回路与两台断路器相连接，在超高压配电装置中被日益广泛地采用。
缺点：
设备增多，投资大，占地面积大，操作复杂，配电装置布置复杂。
综上所述，单母线分段选为此变电所的主接线形式。
第四章电气设备选择
短路电流计算
三相交流系统的短路种类主要有三相短路、两相短短路、单相短路和两相接地短路4种，除三相短路属对称短路外，其他短路均属不对称短路。
本计算采用标幺值计算三相短路电流，避免了多级电压系统中的阻抗变转，计算方便，结果清晰。
基准电压等级分别为：
=
一、系统最小运行方式
1.
（1）短路电流计算等效电路图如下所示：
图系统最小运行方式单台运行
（2）
基本容量
导线型号为LJ-70，线间几何均距选取，故
各元件电抗标幺值为：
系统：
线路WL:
变压器T1：
（3）K1点三相短路时短路电流和容量的计算：
①计算短路回路总阻抗标幺值
②计算K1点所在电压级的基准电流：
③计算K1点短路电流各量：
（4）计算K2点三相短路时的短路电流：
①计算短路回路总阻抗标幺值：
②计算K2点所在电压级的基准电流：
③计算K2点短路电流各量：
2、
（1）短路电流计算等效电路图如下所示：
图系统最小运行方式并列运行
（2）
基本容量
基准电压等级分别为：
=
各元件电抗标幺值同上
（3）K1点三相短路时短路电流和容量的计算同上
（4）计算K2点三相短路时的短路电流：
①计算短路回路总阻抗标幺值：
②计算K2点所在电压级的基准电流：
③计算K2点短路电流各量：
流经变压器T1：
综合于下表：
两台变压器都工作
只有一台变压器工作
IK1
KA
IK2
KA
IK1
KA
IK2
KA
KA
KA
KA
KA
电气设备选择
1.高压侧（见附录2）：
高压开关柜的选择
高压开关柜是一种高压成套设备，它按一定的线路方案将有关一次设备和二次设备组装在柜内，从而节约空间。
由配电所的房间大小及额定电压10KV选择KGN-10-07.户内固定式。
QS1的选择：
QS2，QS3的选择:
QF1，QF2的选择:
2.由于全厂计算电流为
，查表可知电流最小的隔离开关为200A的
型高压隔离开关。
所以，选择
型高压隔离开关，选择计算结果列于下表：
表4-2
序号
选择要求
装设地点电气条件
结论
项目
数据
项目
数据
1
10KV
10KV
合格
2
200A
合格
3
合格
4
合格
3.由于全厂计算电流为
，需选少油断路器，查表可知电流最小的少油断路器型号为SN10-10I630A。
所以，选择SN10-10I型630A少油断路器。
序号
选择要求
装设地点电气条件
结论
项目
数据
项目
数据
1
10KV
10KV
合格
2
630A
合格
3
16KA
合格
4
40KA
合格
5
合格
4.由于全厂计算电流为
，故全厂电流互感器选择160/5A，LQJ-10型电流互感器。
由于1#变压器高压侧
，故选择50/5A，LQJ-10型电流互感器。
由于2#变压器高压侧
，故选择50/5A，LQJ-10型电流互感器。
5.由于全厂计算电流为，查表可得，全厂高压侧母线选择为
型.
低压侧:
#变压器总：
刀开关：
选用HD13-1000/
低压断路器：
选用DW15型号，额定电流选1000A，脱扣器电流
。
脱扣器电流选用4000A
电流互感器：
选用LMZ-102000/5A
号车间：
刀开关：
选用HD13-700/
低压断路器：
选用DW15型号，额定电流选1000A，脱扣器电流
。
脱扣器电流选用2500A
电流互感器：
选用LMZ-10750/5A
号车间：
刀开关：
选用HD13-700/
低压断路器：
选用DW15型号，额定电流选1000A，脱扣器电流
。
脱扣器电流选用2500A
电流互感器：
选用LMZ-10750/5A
4.分段联络：
A
刀开关：
选用HD13-2000/
低压断路器：
选用DW15型号，额定电流选2000A，脱扣器电流
。
脱扣器电流选用4000A
电流互感器：
选用LMZ-102000/5A
号车间：
刀开关：
选用HD13-400/
低压断路器：
选用DW15型号，额定电流选200A，脱扣器电流
。
脱扣器电流选用1000A
电流互感器：
选用LQJ-10300/5A
号车间：
刀开关：
选用HD13-400/
低压断路器：
选用DW15型号，额定电流选300A，脱扣器电流
。
脱扣器电流选用1100A
电流互感器：
选用LQJ-10300/5A
生活照明：
7.刀开关：
选用HD13-150/
低压断路器：
选用DW15型号，额定电流选200A，脱扣器电流
。
脱扣器电流选用500A
电流互感器：
选用LQJ-10160/5A
#变压器总：
刀开关：
选用HD13-1000/
低压断路器：
选用DW15型号，额定电流选1000A，脱扣器电流
。
脱扣器电流选用4000A
电流互感器：
选用LMZ-102000/5A
第五章 厂区线路设计
电力线路的接线方式
电力线路的接线方式是指由电源端（变配电所）向负荷端（电能用户或用电设备）输送电能时采用的网络形式。
常用接线方式有：
放射式，树干式和环式三种。
我们这里采用树干式接线方式。
电力线路的结构
1.架空线路结构
架空线路是指室外架设在电杆上用于输送电能的线路。
架空线由导线，电杆，横担，绝缘子，线路金具等组成。
有的电杆上还装有拉线或扳桩，用来平衡电杆各方向的拉力，增强电杆的稳定性。
110V及以上架空线路架设有避雷线以防止雷击。
2.电缆线路结构
电缆线路由电力电缆和电缆头组成。
导线和电缆的选择
（1）全厂高压侧：
因为最大负荷利用小时3500小时，所以jec=
所以所选型号为LGJ-70的铝绞线
（2）查表A-11-1可知，LGJ-70在室外温度为
时的条件载流量为
，所以满足发热条件
（3）校验机械强度
查表A-14-1可知，10KV架空铝绞线的机械强度最小载面为
，所以所选导线载面也满足机械强度要求。
电缆：
高压侧：
全厂：
三车间：
>
低压侧：
第一车间:
选择
第二车间:
选择
第四车间：
选择
第五车间:
选择
生活：
选择
路灯：
选择
厂区照明设计
1、工厂常用光源的类型：
分为热辐射光源和气体放电光源两种。
热辐射光源是利用物体加热到白炽灯状态时辐射发光的原理制成的光源，如白炽灯，卤钨灯；电气放电光源是利用气体放电时发光的原理所制成的光源，如荧光灯、高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等。
2、照明的分类：
照明按其用途可分为工作照明、事故照明、值班照明、警卫照明和障碍照明等；照明按照明方式分为一半照明，局部照明和混合照明方式；
3、选择照明器时主要考虑以下几点：
1）光的亮度能否满足厂房性质、生产条件的要求。
2）照明器的效率与寿命如何，效率太低的照明器不宜选用。
3）照明器的种类与使用环境是否想相匹配。
4）性价比怎么样。
5）更换和维修是否方便
4、照明设计部分：
根据课程设计机械厂的实际面积和实际布局，我们在车间外道路的一侧安装了路灯，每相邻两杆的距离大约10米左右。
本次设计选择的照明器是高压钠灯。
因为高压钠灯使用时发出黄色光，它具有发光效率高、耗电少、寿命长、照明范围广、透雾能力强和不诱飞虫等优点。
所以高压钠灯常用于道路照明和工厂的照明
第六章 小结
通过这次课程设计，我加深了对工厂供电知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，我与其他同学一起进行课题分析、查资料，进行设计，整理说明书到最后完成整个设计。
这次课程设计计算量比较大，所以计算时有一不小心便会出错，因此做了很多无用功，由此可见我们做事是应该细心沉着冷静。
这次设计使我对工厂供电有了新的认识，对10KV变电所的设计由一无所知到现在的一定程度的掌握。
事实上这次设计对我们的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图，对WORD文档的使用等多方面的能力。
身为大四的我不久将走上工作岗位，这样的学习机会对我们来说已经不多了，我们非常重视。
我们发扬团队合作的精神，互相配合。
参考文献
【1】唐志平.供配电技术.北京：
电子工业出版社，2008
【2】唐志平.供电技术设计参考资料.常州：
常州工学院
【3】陈宗涛陈伦琼.电力继电保护与供电技术实验指导.南京：
东南大学出社，
2009
附录1设备材料表
设备材料表
序号
名称
型号及规格
单位
数量
备注
1
电力变压器
S9—630/10
台
2
2
高压开关柜
KGN—10-07
面
5
3
高压开关柜
KGN—10-02
面
1
4
高压开关柜
KGN—54
面
1
5
低压配电屏
GGD1-13
面
1
6
低压配电屏
GGD-38
面
2
7
低压配电屏
GGD-37
面
3
8
低压配电屏
GGD1-12
面
1
10
无功补偿屏
PGJ1
面
6
13
母线
LMY—3（30×4）
米
18
14
母线
LMY—3（120×10）
米
36
15
铝绞线
LJ-70
米
600
18
电缆
YJL-380-3×185
米
130
19
电缆
YJL-3×240+1×120
米
176
20
电缆
YJL-380-3×120+1×60
米
350
21
电缆
VT-380-3×6+1×3
米
210
22
路灯
高压钠灯
套
65
附录2设计图纸
1．变电所高压配电系统图
2．变电所低压配电系统图
3．厂区配电系统平面图
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