水泥厂供配电系统设计及继电保护设计2月4日.doc
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摘要
电能是工业生产的主要能源和动力，做好工厂供电设计对于发展工业生产、实现工业现代化，具有十分重要的意义。
工厂供电系统首先要能满足工厂生产和生活用电的需求，其次要确保安全，供电可靠，技术先进和经济合理，并能做好节能。
本设计根据某水泥厂所能取得的供电电源和该厂用电的实际负荷，并适当的考虑生产的发展，按工厂供电的基本要求，对各个车间进行了负荷的计算和无功功率的补偿；确定出了各个变电所的位置及各个变电所变压器的台数、容量和型式；计算的短路电流；选择了各线路的导线截面和变电所高低压设备；配置了继电保护装置；绘出了设计图样，完成了水泥厂供配电系统的设计。
关键词：
计算负荷，无功补偿，变压器，短路电流
ABSTRACT
Electricenergyisthemainenergyandpowerfortheproductionofindustry.
KEYWORD:
calculaedload,reactivepowercompensation,transformer,shortcircuitcurrent
目录
第一章绪论 1
1.1工厂供配电系统设计的意义 1
1.2工厂供电设计的一般原则 1
1.3该设计的具体内容 2
1.3.1该设计的主要目的 2
1.3.2设计的主要内容 2
第二章水泥厂供配电的具体参数及概况 3
2.1该水泥厂的供电具体参数 3
2.1.1水泥厂总平面图 3
2.1.2工厂负荷情况 3
2.1.3供电电源情况 3
2.1.4供电局要求的功率因数 3
2.1.5电源短路容量 3
2.1.6电费制度 4
2.1.7气象资料 4
2.1.8地质水文 4
2.2目前工厂供电的概况 4
第三章负荷计算 5
3.1负荷计算的意义 5
3.2水泥厂各个车间负荷计算 5
3.2.1生料车间计算 5
3.2.2煤磨车间计算 6
3.2.3烧成车间计算 7
3.2.4水泥车间计算 8
3.2.5生活区计算 9
3.2.6锅炉房计算 9
3.2.7水泥厂总负荷统计 9
第四章电气主接线的选择 12
4.1各车间变电所的设计及无功功率补偿 12
4.1.1变配电所选择的一般原则 12
4.1.2各个车间变电所的位置及全厂供电平面草图 12
4.1.3各车间变压器台数、容量选择及无功功率补偿 17
4.2工厂变电所的电气设计 27
4.2.1电气主接线的意义和重要性 27
4.2.2工厂变电所主接线的设计说明 28
4.2.3工厂变电所的主接线选择 28
4.3供电线路的导线选择 29
4.3.1工厂常用架空线路裸导线型号及选择 29
4.3.2供电10KV 线路的导线选择 29
第五章短路电流计算 31
第六章设备选型 32
第七章继电保护的设计和整定 33
第八章总结与展望 34
致谢 35
附录 36
45
第一章绪论
1.1工厂供配电系统设计的意义
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和核心动力。
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，而且现代社会的信息技术和其它高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。
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。
在企业工厂里，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）。
例如在机械工业生产中，电费开支仅占成本的5%左右。
从投资来看，一般机械工厂在供电设备上的投资业仅占5%左右。
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。
例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间内的停电，也会引起重大设备的损坏，或者引起大量的产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来极大地经济损失。
可见，做好工厂供电工作对于发展工业自动化生产，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，并确实做好节能环保工作，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，适应社会的发展。
为了保证工厂供电的正常运转，就必须要有一套完整的保护，监视和测量装置。
目前多以采用自动装置，将计算机应用到工厂配电控制系统中去。
1.2工厂供电设计的一般原则
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
1.3该设计的具体内容
1.3.1该设计的主要目的
本课题应用供配电设计的基本原则和方法进行水泥厂供配电系统的设计。
通过本课题的设计,能培养我们综合运用所学的理论知识、基本技能和专业知识分析和解决实际问题的能力,培养我们独立获取新知识、新技术和新信息的能力,使我们初步掌握科学研究的基本方法和思路,能够理解“安全、可靠、优质、经济”的设计要求,掌握工厂供电系统设计计算和运行维护所必须的基本理论和基本技能。
1.3.2设计的主要内容
负荷的计算
电气主接线的选择
短路电路的计算
线路及设备的选型
继电保护的设计和整定
第二章水泥厂供配电的具体参数及概况
2.1该水泥厂的供电具体参数
2.1.1水泥厂总平面图
工厂总平面图如图1所示
图表1工厂总平面示意图
2.1.2工厂负荷情况
该厂多数车间为3班制，年最大负荷利用小时为6400小时，该厂水泥库为二级负荷；生活区为三级负荷，其余都为一级负荷。
由于破碎机和磨机为大电机所以供电电压为6KV，其余车间动力设备均为三相，额定电压为380V,照明及生活区的家用电器均为单相电压，额定电压为220V。
本厂的负荷统计资料为表1所示。
2.1.3供电电源情况
按照工厂与当地供电部门签订的供电协议规定，水泥厂的供电可由厂外距离厂10公里处的变电所110/38.5/11KV,50MVA的变压器供电，供电电压可以任选。
另外，可从距离水泥厂2公里的邻近的工厂引进10KV线路作为备用电源，但容量只能满足本厂重要负荷的30%，平时不投入，只有在本厂主要设备及电源故障或者检修时才投入运行。
2.1.4供电局要求的功率因数
当35KV供电时，要求工厂变电所高压侧；当10KV供电时，要求工厂变电所高压侧。
2.1.5电源短路容量
35KV母线的出线断路器容量为1500MVA；10KV母线的出线断路器的容量为350MVA。
2.1.6电费制度
按两部制电费计算：
变压器安装容量每1KVA为15元/月，动力电费为0.3元/KW·h，照明电费为0.55元/KW·h。
2.1.7气象资料
水泥厂地区最高气温为,最热月的平均最高气温为，最热月地下0.8m处的平均温度为，年主导风为西北风，年暴雨数位23.2天。
2.1.8地质水文
海拔高度为1113.1地层以黏土为主，地下水位为2m。
表格1工厂负荷统计表
车间序号
车间
设备名称
设备容量KW
需要系数
Kd
功率因数
1
生料车间
生料破碎
2000
0.7
0.8
生料配料
75
0.65
0.65
生料磨
2800
0.8
0.9
2
煤磨车间
煤磨
450
0.7
0.89
3
烧成车间
生料入窑
30
0.6
0.7
预热器
75
0.65
0.75
回转窑
75
0.75
0.75
冷却机
45
0.6
0.7
熟料库
10
0.8
0.7
4
水泥车间
水泥配料
30
0.7
0.8
水泥磨
2800
0.8
0.9
水泥库
20
0.7
0.8
5
生活区
400
0.8
1.0
6
锅炉房
35
0.8
0.8
2.2目前工厂供电的概况
第三章负荷计算
3.1负荷计算的意义
计算负荷是供电设计计算的基本依据。
计算负荷确定的是否正确、合理，直接影响设备选择的是否合理、经济。
如计算负荷确定的过大，造成投资和有色金属的浪费；如计算的过小，又将使电气设备和电缆处于负荷运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘老化甚至烧毁，同样造成损失。
由此可见，正确的确定计算负荷意义重大。
但由于各类的负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，各类负荷变化有一定的规律，它与设备的性能、生产的组织、生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关。
因此，负荷的计算只能力求接近实际。
目前普遍采用的确定用电设备计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。
需要系数法是各国普遍采用的确定计算负荷的基本方法，简单方便，较适用于用电设备台数较多、各台容量设备相差不大的情况。
二项式法局限性较大，应用于确定设备台数较少而容量差别悬殊的情况。
因此，该设计选用需要系数法进行负荷的计算。
3.2水泥厂各个车间负荷计算
3.2.1生料车间计算
1.单台设备负荷计算
（1）生料破碎机：
，，
（2）生料配料机：
，，
（3）生料磨机：
，，
2.生料车间总计算负荷统计
大电机设备组计算负荷直接相加计算负荷时，取同时系数，有
3.2.2煤磨车间计算
，，
3.2.3烧成车间计算
1.单台设备负荷计算
（1）生料入窑电机：
，，
（2）预热器：
，，
（3）回转窑：
，，
（4）冷却机：
，，
（5）熟料库：
，，
2.烧成车间总负荷计算
用电设备组计算负荷直接相加计算负荷时，取同时系数，有
3.2.4水泥车间计算
1.单台设备符合计算
（1）水泥配料：
，，
（2）水泥磨：
，，
（3）水泥库：
，，
2.水泥车间总负荷统计
用电设备组计算负荷直接相加计算负荷时，取同时系数，有
3.2.5生活区计算
，，
3.2.6锅炉房计算
，，
3.2.7水泥厂总负荷统计
车间干线计算负荷直接相加计算时，取同时系数，有
由于水泥厂有高压电动机需要6KV电压直接供电，所以全厂要分开计算，计算步骤如下：
按需要系数法计算出全厂的计算负荷，见表2
表格2水泥厂总计算负荷表
车间
序号
车间
设备名称
设备容量KW
需要系数Kd
功率因数
计算负荷
/KW
/Kvar
/KVA
/A
1
生料
车间
生料破碎
2000
0.7
0.8
0.75
3320
2967
4453
532.5
生料配料
75
0.65
0.65
1.169
生料磨
2800
0.8
0.9
0.484
2
煤磨
车间
煤磨
450
0.7
0.89
0.512
315
161.3
354
536
3
烧成
车间
生料入窑
30
0.6
0.7
1.020
142.2
140
199.5
320.3
预热器
75
0.65
0.75
0.882
回转窑
75
0.75
0.75
0.882
冷却机
45
0.6
0.7
1.020
熟料库
10
0.8
0.7
1.020
4
水泥
车间
水泥配料
30
0.7
0.8
0.75
2047.5
1940
2820
255
水泥磨
2800
0.8
0.9
0.484
水泥库
20
0.7
0.8
0.75
5
生活区
400
0.8
1.0
0
320
0
320
1454
6
锅炉房
35
0.8
0.8
0.75
28
21
35
53
7
总计
取同时系数：
5863.4
5072
7752
2082
第四章电气主接线的选择
4.1各车间变电所的设计及无功功率补偿
4.1.1变配电所选择的一般原则
变配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术经济分析比较后确定。
（1）尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。
（2）进出线方便，特别是要便于架空进出线。
（3）不应妨碍企业的发展，有扩建的可能。
（4）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。
（5）设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。
（6）不应设在有剧烈震动或高温的场所，无法避开时，应有相应的保护措施。
（7）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应在污染原的下风侧。
（8）不应设在厕所、浴室和其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。
（9）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。
当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国标GB50058-1992的规定。
（10）不应设在地势低洼和可能积水的场所。
4.1.2各个车间变电所的位置及全厂供电平面草图
由于本厂有重要的一、二级负荷，考虑到对供电可靠性的要求采用两路进线，一路由35KV的公共电源干线接入变电所，另一路来自邻厂的高压联络线。
根据以上原则及该厂地理位置与各车间的计算负荷的大小，考虑到导线的截面积和电流成正比，采用负荷矩阵法可以得到变电所的位置，决定设立6个车间变电所，各自供电范围如下：
总降压变电所
专用变电所
变电所I：
煤磨车间、烧车车间、锅炉房。
变电所II：
水泥车间。
变电所III：
生料车间。
变电所IV：
生活区。
矩阵负荷法确定变电所方法如下：
1.总降压变电所的确
总降压变电所负荷平面示意图如图2所示
图表2工厂负荷平面示意图
依据工厂的总平面图可以设5个负荷、、、、（均表示有功计算负荷），分布如图3所示，它们在直角系中的坐标分别为。
现假设总负荷的负荷中心位于坐标处，这里为同时系数，视最大负荷不同时出现的情况选取，一般选取0.7~1，这里选取0.9，因此仿照重力学求重心力矩可得，步骤如下：
=
所以总降压变电所负荷中心为：
2.专用变电所的确定
专用变电所负荷平面示意图如图2所示
图表3工厂负荷平面示意图
依据工厂的总平面图可以设2个负荷、（均表示有功计算负荷），分布如图3所示，它们在直角系中的坐标分别为。
现假设总负荷的负荷中心位于坐标处，这里为同时系数，视最大负荷不同时出现的情况选取，一般选取0.7~1，这里选取0.9，因此仿照重力学求重心力矩可得，步骤如下：
=
所以总降压变电所负荷中心为：
3.变电所I的的确定
变电所I的负荷平面分布示意图如图
图表4变电所I的负荷平面示意图
依据工厂的总平面图可以设3个负荷、、（均表示有功计算负荷），分布如图3所示，它们在直角系中的坐标分别为。
现假设总负荷的负荷中心位于坐标处，这里为同时系数，视最大负荷不同时出现的情况选取，一般选取0.7~1，这里选取0.9，因此仿照重力学求重心力矩可得，步骤如下：
所以变电所I的负荷中心为：
4.其余车间变电所的确定
由于其它车间变电所只给自己的车间供电所以，按照车间变电所得选择原则，各个车间变电所就布置在车间旁边。
5.全厂供电平面图
全厂负荷平面图如图所示
4.1.3各车间变压器台数、容量选择及无功功率补偿
1.变电所I变压器台数及容量选择
（1）变电所I的供电负荷统计
同时系数取：
（2）变电所I的无功功率补偿（高压侧提高到0.9以上，计算时取0.92）
无功补偿装置的容量为：
补偿后视功率：
（3）变电所I的变压器选择
为了保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间负荷的70%）
选择变压器型号为SL7系列SL7-400/10，额定容量为400KVA,数量为2台。
查表变压器的各项参数：
空载损耗：
负载损耗：
阻抗电压：
空载电流：
（4）计算每台变压器的功率损耗
也可用简化经验公式：
变电所高压侧负荷为
补偿后的功率因数
这一功率因数满足规定高压侧功率因数大于0.9，由此可见无功功率补偿提高功率因数能是工厂取得可观的经济效果。
2.变电所II变压器台数及容量选择
（1）变电所II的供电负荷统计
由于变电所II只供水泥车间，车间里的大电机有专用变压器专门供电，所以其负荷如下：
取同时系数：
（2）变电所II的无功功率补偿（高压侧提高到0.9以上，计算时取0.92）
无功补偿装置的容量为：
补偿后视功率：
（3）变电所II的变压器选择
为了保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间负荷的70%）
选择变压器型号为SL7系列SL7-50/10，额定容量为50KVA,数量为2台。
查表变压器的各项参数：
空载损耗：
负载损耗：
阻抗电压：
空载电流：
（4）计算每台变压器的功率损耗
也可用简化经验公式：
变电所高压侧负荷为
补偿后的功率因数
这一功率因数满足规定高压侧功率因数大于0.9，由此可见无功功率补偿提高功率因数能是工厂取得可观的经济效果。
3.变电所III变压器台数及容量选择
（1）变电所III的供电负荷统计
由于变电所III只供生料车间，车间里的大电机有专用变压器专门供电，所以其负荷如下：
（2）变电所III的无功功率补偿（高压侧提高到0.9以上，计算时取0.96）
无功补偿装置的容量为：
补偿后视功率：
（3）变电所III的变压器选择
为了保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间负荷的70%）
选择变压器型号为SL7系列SL7-50/10，额定容量为50KVA,数量为2台。
查表变压器的各项参数：
空载损耗：
负载损耗：
阻抗电压：
空载电流：
（4）计算每台变压器的功率损耗
也可用简化经验公式：
变电所高压侧负荷为
补偿后的功率因数
这一功率因数满足规定高压侧功率因数大于0.9，由此可见无功功率补偿提高功率因数能是工厂取得可观的经济效果。
4.变电所IV变压器台数及容量选择
（1）变电所IV的供电负荷统计
（2）变电所IV的无功功率补偿（高压侧提高到0.9以上，计算时取0.96）
由于功率因数大于0.9所以不用补偿。
（3）变电所IV的变压器选择
为了保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间负荷的70%）
选择变压器型号为SL7系列SL7-250/10，额定容量为250KVA,数量为2台。
查表变压器的各项参数：
空载损耗：
负载损耗：
阻抗电压：
空载电流：
（4）计算每台变压器的功率损耗
也可用简化经验公式：
5.专用变电所变压器台数及容量选择
（1）专用变电所的供电负荷统计
同时系数取：
（2）专用变电所的无功功率补偿（高压侧提高到0.9以上，计算时取0.92）
无功补偿装置的容量为：
补偿后视功率：
（3）专用变电所的变压器选择
为了保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间负荷的70%）
选择变压器型号为SL7系列SL7-4000/10，额定容量为4000KVA,数量为2台。
查表变压器的各项参数：
空载损耗：
负载损耗：
阻抗电压：
空载电流：
（4）计算每台变压器的功率损耗
也可用简化经验公式：
变电所高压侧负荷为
补偿后的功率因数
这一功率因数满足规定高压侧功率因数大于0.9，由此可见无功功率补偿提高功率因数能是工厂取得可观的经济效果。
6.总降压变电所变压器台数及容量选择
（1）总降压变电所的供电负荷统计
同时系数取：
高压侧功率因数要求大于0.85，此时总降压变电所的功率因数大于0.85，所以无需功率补偿。
（2）专用变电所的变压器选择
为了保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间负荷的70%）
选择变压器型号为S7系列S7-5000/35，额定容量为5000KVA,数量为2台。
查表变压器的各项参数：
空载损耗：
负载损耗：
阻抗电压：
空载电流：
（3）计算每台变压器的功率损耗
也可用简化经验公式：
7.工厂各个变电所的变压器清单
清单如下表所示
变电所名称
变压器型号
额定容量/KVA
额定电压/KV
联结型号
标号
损耗/KW
空载电流（%）/
阻抗电压（%）/
高压
低压
空载
负载
I
SL7-400/10
400
10
0.4
Y,yn0
0.92
5.80
1.9
4
II
SL7-50/10
50
10
0.4
Y,yn0
0.19
1.1
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