供配电课程设计机械加工厂全厂变电所及厂区配电系统设计.docx

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供配电课程设计,机械加工厂全厂变电所及厂区配电系统设计

供配电课程设计,机械加工厂全厂变电所及厂区配电系统设计目录第一章绪论11.1工厂供电的意义11.2设计概述11.3设计任务及设计方案2第二章负荷计算及功率补偿42.1负荷计算的内容和目的42.2负荷计算的方法42.3无功功率补偿8第三章变电所一次系统设计123.1变电所的配置123.2变压器的选择123.2.1变压器型号选择123.2.2变压器台数和容量的确定123.3全厂变电所主结线设计133.3.1对变电所主结线的要求133.3.2变电所主接线方案143.4变电所的布置和结构设计143.4.1变电所的布置设计143.4.2变电所的结构设计15第四章电气设备选择204.1短路电流计算204.2电气设备选择22第五章电力变压器继电保护设计235.1电力变压器继电保护配置235.2电力变压器继电保护原理图设计235.3电力变压器继电保护整定计算24第六章厂区线路设计266.1电力线路的接线方式266.2电力线路的结构266.3导线和电缆的选择266.4厂区照明设计30第七章小结31附录32第一章绪论1.1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。

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。

1.2设计概述本次设计主要是按照国家标准进行的，满足电力负荷对供电的要求，符合各供电规程。

要求电源电压等级：

10kv。

电源变电所最小短路容量是200MVA，最大短路容量是300MVA，且电源变电所10KV引出线继电保护的正定时间是1.6S。

全厂功率因数要求不低于《供用电规程》。

工厂为二班制生产，全年工作时数4500小时。

根据需要系数法完成设备容量的计算。

用标幺制对短路电流计算，计算时要算出最大短路电流和最小短路电流以便于设备的选取和校验。

根据需要对变压器进行继电保护。

1.3设计任务及设计方案一、课程设计题目:

机械工厂供电设计二、设计要求：

满足电力负荷对供电的要求，符合个有关供电规程。

三、原始资料：

1.工厂总平面图（参见附图）。

2.各车间用电设计资料（参见附表）3.电源情况：

（1）电源电压等级：

10千伏

（2）电源线路：

用一回架空非专业线向本厂供电，导线型号为LJ-70，线路长度为5公里，线路走向参看工厂总平面图。

（3）电源变电所10千伏母线Sk.max=300MVA，Sk.min=200MVA。

（4）电源变电所10千伏引出线继电保护的整定时限为1.6秒。

4．全厂功率因素要求不低于《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0.058元/度。

（2）设配容量电价4元/千伏安、月（或最高量电价6元/千瓦、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3.5~5%。

9．本地气象、地壤等资料：

（1）海拔高度9.2米。

（2）最热月平均温度28.4℃。

（3）最热月平均最高温度32.2℃。

（4）极端最高温度38.5℃。

（5）极端最低温度-15.5℃。

（6）雷暴日数35.6日/年。

（7）最热月地下0.8米的平均温度27.4℃。

四、设计任务：

1．设计说明计划书一份。

在设计说明计算书中应包括以下主要部分：

各车间与全厂的负荷计算，功率因素的补偿（放电电阻值）。

变（配）电所位置的确定，变压器的数量、容量的决定。

全厂供电系统的接线方式与变电所主结线的确定。

高气压电气设备与导线电缆的选择。

短路电流的计算与前期设备的校验。

继电保护整定计算。

2.设计图纸：

（1）变（配）电所主结线图一张（或将高、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）继电保护原理接线图一张。

（4）变配电所平剖面图一张（二张）。

3.主要设备材料表一份。

五．设计时间：

设计时间定为两周。

说明：

若课程时间为一周半，继电保护整定计算及变配电所平剖面布置图不做。

第二章负荷计算及功率补偿2.1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。

2.2负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。

本设计采用需要系数法确定。

主要计算公式有：

有功计算负荷（kW）无功计算负荷（kvar）视在负荷计算（kV·A）计算电流（A）第四车间计算负荷C41-750型空气锤，C41-250型空气锤,C41-150型空气锤：

Kd1=0.25cos1=0.60tan1=1.33Pc1=Kd1*Pe1=0.25*（55+4*22+17）=40KWQc1=Pc1*tan1=40*1.33=53.2KVARRJJ-45-9箱式电阻炉：

Kd2=0.85cos2=0.85tan2=0.2Pc2=Pe2=45KWQc2=Pc2*tan2=45*0.2=9KVARKCB-175齿轮油泵，3-18-101离心通风机，轴流风机：

Kd3=0.85cos3=0.85tan3=0.62Pe3=Kd3*Pe3=0.85*（5*1.6+2*13+12*0.8）=37.06KWQc3=Pc3*tan337.06*0.62=22.9772KVARAX-320点焊机：

Kd4=0.35cos4=0.60tan4=1.33Pc4=Pe4=*Pn=*1411.29KWQc4=Pc4*tan4=11.29*1.3315.02KVARS3SL400砂轮机：

Kd5=0.16cos5=0.50tan5=0.73Pc5=Kd5*Pe5=0.16*15*3=7.2KWQc5=Pc5*tan5=7.2*0.735.256KVAR5吨电动双梁式起重机，2吨立柱式起重机，1吨立柱式起重机：

Kd6=0.25cos6=0.5tan6=1.73Pc6=Kd6*Pe6=Kd6**Pn=0.25**17.5+*8.6+*2*4.224.88KWQc6=Pc6*tan6=4.88*1.738.45KVARPc=k=0.9*（40+45+37.06+11.29+7.2+4.88）130.887KWQc=k=0.9*（53.2+9+22.9772+15.02+5.256+8.45）102.51KVARSc=166.25KVAIc=252.59A第五车间计算负荷清砂机，混砂机，碎铁机，筛沙机：

Kd1=0.8cos1=0.8tan1=0.75Pc1=Kd1*Pe1=0.8*（5*1.7+4*4.6+3*2.8+4*1.7）=33.68KWQc1=Pc1*tan1=33.68*0.75=25.26KVAR煨火炉鼓风机，铸工鼓风机，皮带运输机，小鼓风机：

Kd2=0.82cos2=0.8tan2=0.75Pc2=Kd2*Pe2=0.82*（5*2.8+28+2*22+10*1.0）=78.72KWQc2=Pc2*tan2=78.72*0.75=59.04KVAR管型电阻炉，箱型电阻炉：

Kd3=0.8cos3=0.98tan3=0.75Pe3=Kd3*Pe3=0.8*（4*1+3*2）=8KWQc3=Pc3*tan38*0.2=1.6KVAR砂轮机：

Kd4=0.35cos4=0.5tan4=1.73Pc4=Kd4*Pe4=0.35（9*0.5）=1.575KWQc4=Pc4*tan4=1.575*1.731.15KVAR3吨单梁行车：

Kd5=0.35cos5=0.5tan5=1.73Pc5=Pe5=4.5+2.8=7.3KWQc5=Pc5*tan5=7.3*1.7312.629KVAR化铁炉加料机，皮带运输机：

Kd6=0.65cos6=0.75tan6=0.88Pc6=Kd6*Pe6=0.65*（4*1.7+4*1.7）8.84KWQc6=Pc6*tan6=8.84*0.887.78KVARPc=k=0.9*（33.68+78.72+8+1.575+7.3+8.84）124.30KWQc=k=0.9*（25.26+59.04+1.6+1.15+12.629+7.78）96.71KVARSc=157.49KVAIc=239.28A其他车间见附录2.3无功功率补偿一．生活照明灯a.室内1.仓库面积设备容量2.食堂面积设备容量3.办公大楼面积设备容量4车库面积设备容量5.办公大楼面积设备容量总的计算负荷：

Qc=Pe·tgΦ=27.58×1.33=36.68kvarb.室外：

道路总长：

L=1160m容量：

Qc=0kvarc.生活照明总计算负荷：

设同时系数KƩp=KƩq=0.92.全场计算负荷：

低压侧的有功计算负荷为变压器的功率损耗低压侧的功率因数变电所高压侧总的计算负荷为高压侧的功率因数根据国家标准规定，功率因素至少要达到0.9，而实际的功率因素不满足要求，所以要进行无功补偿。

（2）无功补偿在低压侧进行补偿，由于电压为0.38Kv，所以采用自动补偿方式首先假定补偿功率因素为则确定补偿容量查表A-2选BW0.4-14-3型电容器，需要的数量为实际的补偿容量为：

在实际补偿时选用的补偿器型号为补偿器型号台数PGJ1-21PGJ1-43总计补偿容量224KVAR所以实际的补偿容量为：

（1）补偿后的计算负荷和功率因数变压器高压侧视在计算负荷为：

此时变压器的功率损耗为：

变电所高压侧总的计算负荷为：

变电所高压侧的功率因数满足要求综上：

需要补偿的容量为224Kvar，补偿后高压侧的功率因数达到0.92，高压侧总的视在功率减少了115.17KVA。

第三章变电所一次系统设计3.1变电所的配置变电所的类型：

机械加工厂需要的电压等级是10KV，根据负荷计算该厂需要设计一座全厂变电所和一个车间独立变电所。

变电所的位置：

根据经济最省和靠近负荷中心的原则我把变电所设置在第三车间上方这样采用电缆这样在进线就可以节约空间而且易于维护。

1.变电所个数：

2个。

一个是全场变，因为第二车间所需容量超过320KVA，所以需要一个单独的车间变。

1.负荷中心的确定：

建立如图所示坐标，采用负荷功率矩法计算得：

3.2变压器的选择3.2.1变压器型号选择根据国家的新的节能标准该机械厂变电所的变压器使用最新节能型号，故选用S9系列的变压器。

3.2.2变压器台数和容量的确定变电所个数：

2个。

一个是全场变，因为第二车间所需容量超过320KVA，所以需要一个单独的车间变。

全厂变：

可选2台变压器，根据：

可选S9—1000/10型变压器2台二车间变：

只需一台变压器即可，根据选择S9—800/10型变压器1台全厂的计算负荷是970.2KVA而且该机械厂属于三级负荷若选用一台变压器那么变压器的容量应能满足全部设备的计算负荷Sc考虑到负荷发展应留有一定的容量裕度，并考虑到变压器经济运行即考虑到变压器要与高压电器配套使用单台变压器不能超过1000KVA所以我选择两台变压器并列运行，其中任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷的60%70%的要求，即全厂可选S9—1000/10型变压器2台第二车间选择S9—800/10型变压器1台3.3全厂变电所主结线设计3.3.1对变电所主结线的要求变电所主接线应满足以下基本要求：

·安全：

主接线的设计应符合国家标准有关技术规范要求，能充分保证人身和设备的安全。

·可靠：

应满足用电单位对供电可靠性的要求。

·灵活：

能适应各种不同运行方式，操着检修方便。

·经济：

在满足以上要求的前提下，主接线设计应简单，投资少，运行管理费用低，一般情况下，应考虑节约电能和有色金属的消耗。

3.3.2变电所主接线方案为了满足用户的用电要求和满足用电可靠性以及满足经济最省。

轻负荷时可以停用其中一台，当其中一台变压器因故障或需要检修时，接于该段母线上的负荷，可以通过闭合母线联络（分段）开关6QF来获得电源，提高了供电可靠性。

单独电源供电可靠性不高，这种接线只适合三级负荷和部分二级负荷。

应为该机械厂是三级负荷单回进线，且有两台变压器采用一次侧单母线不分段,侧单母线分段的主接线方法。

主接线如图3—1所示3.4变电所的布置和结构设计3.4.1变电所的布置设计变电所的布置形式有户内，户外和混合式3种。

户内式变电所将变压器，配电装置安装于室内，工作条件好，运行管理方便；户外式变电所将变压器，配电装置全部安装在室外。

该机械厂设计成户内式，采用单层布置。

布置主要包括变压器室，高压配电室，低压配电室，值班室，消防室，和工具间等。

对变电所布置的要求：

（1）室内布置应紧凑合理，便于值班人员操着，检修，试验，巡视和搬运，配电装置应满足最小允许通道宽度，考虑今后发展和扩建的可能。

（2）合理布置变电所各室位置，高压配电室，电压配电室与变压器室相邻，高低压配电室的位置应便于出进出线，值班室的位置应便于运行人员工作管理。

（3）变压器的设置应避免日晒，控制室尽可能利用自然采光和通风。

（4）配电室的设置应符合安全和防火要求，对气器设备载流部分应采用金属网隔离。

（5）高低压配电室，变压器室门应该向外开启，相邻的配电室的门应该能够双向开启。

（6）变电所内不允许采用可燃材料装饰，不允许热力管道，可燃气体管等各种管道从变电所内经过。

具体布局如图3-2.3.4.2变电所的结构设计1.变压器室变压器机构设计要考虑变压器的安装方式，变压器的推进方式，进线方式，进线方向，高压侧进线开关，通风，防火安全及变压器的容量和外形尺寸等。

·变压器外轮廓与墙面的净距油浸式变压器外轮廓与四周墙壁最小净距如表3—1表3—1油浸式变压器外轮廓与变压器室墙壁和门的最小净距变压器容量（KVA）变压器外轮廓与后壁，侧壁净距（m）0.60.8变压器外轮廓与门得距离（m）0.81.0·变压器室的通风变压器室一般采用自然通风，只设通风窗（不设采光窗）。

进风窗设在变压器室前门的下方，出风窗设在变压器室的上方，并应有防止雨雪及蛇鼠虫等从门，窗机电缆沟进入室内的设施。

通风窗的面积根据变压器的容量，进风温度及变压器重心标高至出风窗中心标高的距离等因数确定。

按通风要求，变压器室的地坪又抬高和不抬高两种形式。

变压器的常、宽、高分别为：

1975mm，1395mm，1902mm，为方便画图，将各个尺寸进行取整为2000mm，1400mm，2000mm。

其中变压器的推进方式为宽进。

·储油室选用油浸式变压器时，应设置容量100%变压器油量的储蓄次，通常的做法是在变压器的油坑内设置厚度大于250mm的鹅卵石层，卵石层底下设置储油池，砌有两道高出池面得放置变压器的基础。

（储油室无需设计。

）·变压器的推面变压器推面有宽面推进和窄面推进两种。

宽面推进时，变压器的低压侧宜朝外；窄面推进是，变压器的油枕宜朝外。

一般变压器室的门比变压器推进宽0.5m，变压器室的门是朝外开。

·变压器的防火设置储油池或挡油设施时防火措施之一，可燃油油浸式变压器室的耐火等级应为一级，非燃或难燃介质的电力变压器室耐火等级不应低于二级。

此外，变压器室内的其他设施如通风窗材料等应使用非燃材料。

具体的设计如图3-3变压器室的配置图：

图3-3变压器室的配置图2.高压配电室的结构高压配电室的结构主要取决于高压开关柜的数量，布置方式（单列或双列），安装方式等因数，为了操着和维护的方便和安全，应保留有足够的操着和维护通道，考虑到发展还应留有适当数量的备用开关柜或备用位置。

高压配电室各种通道的最小宽度如表—3所示。

高压配电室的高度与开关柜形式及进出线情况有关，采用架空线是高度为4.2m以上，采用电缆进出线时，高压配电室高度为3.5m。

开关柜下方宜设电缆沟，柜前或柜后宜设电缆沟，便于进出线电缆与柜内设备的连接，便于二次回路敷设。

表3—2高压配电室各种通道最小宽度单位：

mm开关柜布置方式柜后维护通道柜前维护通道固定式柜手车式柜单列布置8001500单车长度+1200双列面对面布置8002000双车长度+900双列背对背布置10001500单车长度+1200靠墙布置柜后与墙净距大于50，侧面与墙净距应大于200高压配电室的门应向外开，相邻配电室之间油门时，应能双向开启，长度超过7m时应设两个门。

高压配电室宜设不能开启的自然采关窗，并应设置防止雨雪，蛇鼠虫等从采光窗，通气窗，门电缆沟进入室内设施。

高压配电室的耐火等级不应低于二级。

具体的设计如图3-4高压配电室的配置图：

图3-4高压配电室的配置图3.低压配电室低压配电室的结构主要取决于低压开关柜的数量，尺寸，布置方式，安装方式等因数。

低压配电室内各种通道宽度不应小于表3—3。

表3—3低压配电室各种通道最小宽度单位：

mm配电屏布置方式屏前通道屏后通道固定式单列布置15001000双列面对面布置20001000双列背靠背布置15001500抽屉式单列布置18001000双列面对面布置23001000双列背靠背布置18001000低压配电室长度超过8m，两边各设置一个门，门向外开启，超过15m是应该再设置一个门。

低压配电室高压配电室宜设不能开启的自然采关窗，并应设置防止雨雪，蛇鼠虫等从采光窗，通气窗，门电缆沟进入室内设施。

低压配电室的耐火等级不应低于三级级。

第四章电气设备选择4.1短路电流计算①短路电流计算系统图如图所示，按变压器保护整定计算的需要，设短路点为K1和K2。

②确定基准值取基准容量Sd=100MVA，2个电压等级基准电压Ud1=10.5KV，Ud2=0.4KV③短路电流计算等效电路④计算短路电路中各主要元件的电抗a.电路系统S：

系统最大运行方式X1*=0.33系统最小运行方式X1*=0.5b.电缆线路1WL：

X2*=X0L=0.085=0.36c.电力变压器T1T2：

X3*=X4*==5.6⑤系统最小运行方式下K1点短路的三相短路电流：

a.K1点短路总电抗标幺值：

Xk1*=X1*+X2*=0.5+0.36=0.86b.K1点所在电压级的基准电流：

Id1=5.49KAc.K1点短路的三相短路电流：

Ik1min（3）==6.38KA⑥计算K2点短路的三相短路电流：

a.经分析计算表明：

系统最大运行方式下，单台变压器运行时，K2点短路流经变压器的电流最大：

Xk2*=X1*+X2*+X3*=0.33+0.36+5.6=6.29K2点所在电压计的基准电流为：

Id2=144.3KAK2点所在的短路流经1台变压器最大三相短路电流为：

Ik2max（3）=22.95KAb.系统最小运行方式下，两台变压器并列运行时，K2点短路，流经其中一台变压器的短路电流最小：

Xk2*=X1*+X2*+X3*//X4*=0.33+0.36+2.8=3.49K2点所在电压级的基准电流为：

Id2=144.3KAc.K2点短路，流经1台变压器的最小三相短路电流为：

Ik2min（3）==20.67KA4.2电气设备选择由以上计算结果：

10KV高压侧电气设备选择如下表

（1）高压断路器选择：

根据计算电流为121.2A查《供电技术参考资料》表3-7选择SN-10I4只。

（2）电流互感器选择：

根据计算电流为121.2A查《供电技术参考资料》表3-12选择LFZ1-10型电流互感器8只。

（3）隔离开关选择：

根据计算电流为121.2A查《供电技术参考资料》表3-8GN19-10CCS6-1（cF）5只和GN19-10CS-1（F）4只（4）电压互感器选择选3只JDZJ-10型电压互感器，电压比10000/0.5级额定容量为50VA。

另选JDZ-10型电压互感器2只变比为10000:

1000.5级（5）高压熔断器和避雷器选择熔断器选择RN2-10F60-200MVA。

互感器使用专用熔断器型号为RN2-10F0.5-100MVA.高压侧避雷器选择：

FZ-10型避雷器。

（6）支柱绝缘子选择绝缘子的选择只要满足动稳定即可，故选择ZNA—10MM型机械破坏负荷不小于3.KN.有母线动稳定校验的所以ZNA—10MM型绝缘子负荷要求。

（7）高压侧采用电缆直接进线无需穿墙套管。

其他器件选择见附录。

第五章电力变压器继电保护设计5.1