工厂供配电设计资料.docx
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工厂供配电设计资料
1前言
1.1工厂供电的意义和要求工厂供电，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。
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。
2负荷计算和无功功率补偿
2.1负荷计算各厂房和生活区的负荷计算如表2.1
表2.1机械厂负荷计算表
编
号
名称
类别
设备容量
Pe,kW
需^<系数
Kd
COS®
tan®
计算负荷
P叫kW
Q30.Fkvar
S30kVA
|3°A
1
铸造车间
动力
260
0.32
0.69
1.05
115.2
120.9
照明
6
0.78
1.0
0
4.7
0
小计
266
119.9
120.9
171.6
265.9
2
锻压车间
动力
280
0.24
0.62
1.27
67.2
85.3
照明
9
0.81
1.0
0
7.3
0
小计
289
74.5
85.3
149.8
235.8
3
金工车间
动力
310
0.28
0.61
1.30
86.5
112.8
照明
10
0.75
1.0
0
7.5
0
小计
320
94.3
112.8
149.8
235.8
4
工具车间
动力
340
0.29
0.64
1.2
98.6
118.3
照明
5
0.74
1.0
0
3.7
0
小计
345
102.3
118.3
157.8
243.8
5
电镀
车间
动力
180
0.5
0.72
0.96
90
86.4
照明
6
0.8
1.0
0
4.8
0
小计
186
94.8
86.4
129.8
202.5
6
热处理车间
动力
130
0.51
0.77
0.83
66.3
55.0
照明
8
0.81
1.0
0
6.5
0
小计
138
72.8
55.0
92.6
147.8
7
装配车间
动力
110
0.31
0.69
1.05
34.1
35.8
照明
8
0.81
1.0
0
6.48
0
小计
118
40.6
35.8
55.9
92.0
8
机修车间
动力
130
0.29
0.63
1.23
37.7
46.4
照明
3
0.79
1.0
0
2.4
0
小计
133
一
40.1
46.4
62.2
97.1
9
锅炉
房
动力
80
0.65
0.72
0.96
52
49.9
照明
2
0.90
1.0
0
1.8
0
小计
82
一
53.8
49.9
74.0
119.4
10
仓库
动力
15
0.78
0.84
0.66
11.7
7.7
照明
1
0.74
1.0
0
0.7
0
小计
16
一
4.8
7.7
14.6
22.9
11
生活区
照明
310
0.74
0.95
0.33
229.4
75.7
241.5
366.9
总计
（380V
侧）
动力
1835
934.9
794.2
照明
368
计入K£=0.9
K^=0.95
0.66
841.4
754.5
1265.5
1977.9
2.2无功功率补偿由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有
0.66.而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.92。
考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素
应稍大于0.92，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
Qc=P30（tanI-tan；）=841.4[tan（arccos0.75）-tan（arccos0.92）]kar=383.3kar
故选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总共容量84kvar5=420kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2.2所示。
表2.2无功补偿后工厂的计算的负荷
项目
COS®
计算负荷
P30：
'kW
Q30/kvar
S30/kVA
I3^A
380V侧补偿前负荷
0.66
841.4
754.5
1265.5
1977.9
380V侧无功补偿容量
-420
380V侧补偿后负荷
0.915
841.4
334.5
919.4
1397
主变压器功率损耗:
13.8
75.9
10kV侧负荷总计
0.92
855.2
410.4
929.6
53.7
3变电所位置和型式的选择
变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。
工厂的负荷中心按功率矩法来确
定，计算公式为式（3.1）和（3.2）。
变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心•工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和丫轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如Pi（xi,yi）、P2（X2,y2）、F3（X3,y3）等.而工厂的负荷中心设在P（x,y）,P为P1+P2+R+…=EP.因此仿照《力学》中计算重心的力矩方程,可得负荷中心的坐标：
（3.1）
（3.2）
P1X1P2X2P3X3==乂（PiXi）
Pl亠P2亠P3
X二
ZPi
Piyi+P2y2+P3y3•・送（Piyi）
y=
P1+P2+P3…ZPi
图3.1机械厂总平面图
按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示
表3.1各车间和宿舍区负荷点的坐标位置
坐标轴
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
生活区
X（cm）
2.4
3.6
5.6
4
6.2
6.2
6.2
8.6
8.6
8.6
1.2
Y（cm）
5.7
3.7
1.4
6.7
6.7
5
3.4
6.7
5
3.4
1.2
由计算结果可知，x=4.3y=4.0工厂的负荷中心在2号厂房的西北角。
考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在2号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电
所，其型式为附设式。
4变电所主变压器的选择和主结线方案的选择
4.1变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的
主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：
（1）装设一台主变压器型式采用S9型，而容量根据式Sn.t^&o，选
S,t=1OOOkVA=929.6VA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。
至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
（2）装设两台主变压器型号亦采用S9,而每台变压器容量按式y=—和
为P式Snt一绻，2选择，即Sn,t:
（0.6~0.7）929.6kVA二（557.8~650.7）kVA
因此选两台S9630/10型低损耗配电变压器。
工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
主变压器的联结组均采用Yyn0。
4.2变压器主接线方案的选择按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两
种主接线方案：
（1）装设一台主变压器的主接线方案，如图4.1所示
（2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4.2所示
F幡
GW-10
_n-
目丄M」Y54
讣'1>△
GG-lEb—w
I---工i—8
图
4
GG-IA
5-03
GG-IA（F）-54
/mm亍&s
\7
GG-1A（F）-07
GG-1A（F）-07
装设一台主变压器的主结线方案
u爭荃由
M$:
TIW
l\lfX
图4.2装设两台主变压器的主结线方案
表4.1两种主接线方案的比较
比较项目
装设一台主变的方案
装设两台主变的方案
技术指标
供电安全性
满足要求
满足要求
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
供电质量
由于一台主变，电压损耗较大
由于两台主变并列，电压损耗小
灵活方便性
只一台主变，灵活性稍差
由于有两台主变，灵活性较好
扩建适应性
稍差一些
更好一些
经
济指标
电力变压器的综合投资
由手册查得S9—1000单价为10.76万元，而由手册查得变压器综合投资约为其单价的2倍，
因此其综合投资为2X10.76万兀=21.52万兀
由手册查得S9—800单价为8.4万元，因此两台综合投资为4
X8.4万兀=33.6万兀，比一台变压器多投资12.08万元
高压开关柜（含计量柜）的综合投资额
查手册得GG—A（F）型柜按每台3.5万元计，查手册得其综合投资按设备价1.5倍计，因
此其综合投资约为4X1.5X
3.5=21力兀
本方案采用6台GG-A（F）柜，其综合投资额约为6X1.5X
3.5=31.5万元，比一台主变的方案多投资10.5万元
电力变压器和咼压开关柜的年运行费
按表4-2规定计算，主变的折旧费=21.5万元*0.05=1.07万元；高压开关柜的折旧费=24万兀*0.06=1.44万兀；变配电设备的维修管理费=（21.5+24）万元*0.06=2.73万元；因此主变和高压开关设备的折旧和维
修管理费=（1.07+1.44+2.73）万兀=5.24万兀（其余项目从略）
主变的折旧费=33.6万元*0.05=1.68万兀；咼压开关柜的折旧费=36万元*0.06=2.16万元；变配电设备的维修管理
费=（33.6+36）万元*0.06=4.18万元；因此主变和高压开关设
备的折旧和维修管理费=
（1.68+2.16+4.18）万元=8.02
万元，比一台主变方案多耗资
2.78力兀
供电贴费
按800元/KVA计，贴费为1000
X0.08=80万元
贴费为2X800X0.08万元=128
万元，比一台主变的方案多交
48万元
从表4.1可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案远优于装设两台主
变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案。
（说明：
如果工厂负荷近期可有
较大增长的话，则宜采用装设两台主变的方案。
）
5短路电流的计算
5.1绘制计算电路如图5.1所示
图5.1短路计算电路
5.2确定短路计算基准值
设Sd=100MVA,Ud=Uc=1.05Un,即高压侧Udi=10.5kV,低压侧Ud2=0.4kV
=144kA
]_Sd_100MVA
d23Ud2.30.4kV
5.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值
（1）电力系统已知S°c=400MVA，故
X；=100MVA;400MVA=0.25
（2）
架空线路查表8-37，得LGJ-150的X0=0.3^Vkm，而线路长8km,故
（3）
电力变压器查表2-8，得Uz%=4.5，故
因此绘短路计算等效电路如图5.2所示
1
0.25
图5.2等效电路
5.410KV侧三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
Xg）二X；X2=0.252.26=2.51
"（3）
iS3）=2.551（3）=2.55疋2.19kA=5.58kA
总电抗标幺值
5.5380KV侧三相短路电流和短路容量
（1）
Xg）X2X3=0.252.264.5=7.01
Id2
144k^-20.5kA
7.01
"（3）
"（3）
iS?
=1.841（3）=1.84><20.5kA=30.3kA
|S3）=1.091（3）=1.09T0.5kA=20.3kA
6变电所一次设备的选择校验
6.110kV侧一次设备的选择校验如表6.1所示
表6.110kV侧一次设备的选择校验
压电
流电
流力断能
稳度动定
稳度热定
他其
装
数
参
N
U
N
3k
⑶曲
2TJ-⑶oo
O
1
7
3
5
9
1
2
8
5
99
一次设备型号规格
数参定额
高S
kvO
1
0A
3
6
kA
6
1
kA
2
关00离00口「压G高
kvo
1
0A
o
2
OO
5
口昔
O断-1熔NN压RR高
kvo
1
55a
kAo
5
O
1
BJ
器O感-—流g电
-
□
88
负N
F荷Q
器雷避
kvo
1
压00高关GG2式开15^离4-外隔W户G
kv
-
□
O
55
n
表6.1所选一次设备均满足要求
6.2380V侧一次设备的选择校验如表6.2所示。
表6.2380V侧一次设备的选择校验
压电
流电
流力断能
稳度动定
稳度热定
他其
装
数
参
N
U
⑶K
⑶ss
Ltim
O
8
3
7
9
3
1
5a
2
3a
3
99.1
2
一次设备型号规格
数参定额
V
80
3
V
80
3
A
30
6
kA
O
3
V
80
3
A
2
kA
5
2
V
80
3
器
感MEZZ流MZ电L
V
5
器.5感4®ZZ流川电L
V
5
O6
11
器雷避
关离-ora3一外户
表6.2所选一次设备均满足要求
6.3高低压母线的选择参照表5—28,10kV母线选LMY-3（40汇4）,即母线尺
寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12010）806,即母线尺寸为
120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。
7变电所进出线以及邻近单位联络线的选择
7.110kV高压进线和引入电缆的选择
（1）10kV高压进线的选择校验采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。
1）按发热条件选择由Jo=Iin・t=53.7A及室外环境温度32C，查表8-36，
初选LJ-16，其35C时的打=93.5A■I30满足发热条件。
2）校验机械强度查表8-34，最小允许截面Amin二35mm2，因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-50。
由于此线路很短，不需校验电压损耗。
（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用YJL22-10000型交
联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。
1）按发热条件选择由J。
=Iin.t=53.7A及土壤温度25C查表8-44，初选缆芯截面为A^=25mm2的交联电缆，其丨引=90A-I30，满足发热条件。
2）校验短路热稳定按式、八M计算满足短路热稳定的最小截面
W
⑶■,tima0.75222
A^n=I1930mm=21.7mm:
:
:
A=25mm
C77
式中C值由表5-13差得；tima按终端变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路
时间0.2s，再加0.05s计，故tima=0.75s。
因此YJL22-10000-3+25电缆满足短路热稳定条件。
7.2380V低压出线的选择
（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。
1）按发热条件选择由130=265.9及地下0.8m土壤温度25C，查表8-43，初选缆芯截面185mm2，其I引=273A-I30，满足发热条件。
2）校验电压损耗由图11-1所示工厂平面图量得变电所至2号厂房距离约为
51m而由表8-42查得150mm2的铝芯电缆农=0.25」亦（按缆芯工作温度75C
计），X°=O.O70/km，又1号厂房的F3o=119.9kW,Q30=102.9kvar，因此按
,119.9kWx（0.25x0.051R+120.9kvarx（0.07x0.051卫,
U5.2V
0.38kV
100%=1.4%：
：
：
Ual%=5%
380V
故满足允许电压损耗的要求。
3）短路热稳定度校验按式6c=M计算满足短路热稳定的最小截面W
",（3）Jtjma“lccJ0.752“c小2
Amin=I20500mm=233.6mm
"C76
由于前面按发热条件所选150mm2的缆心截面小于Amin，不满足短路热稳定要求,
故改选缆芯截面为240mm2的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯
乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。
（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路由于锻压车间就在变电所旁边，而
且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型（见表8-30）5根
穿硬塑料管卖底敷设。
1）按发热条件选择由130=183.8A及环境温度（年最热月平均气温）32C，查表8-41，相线截面截面积初选185mm2，其打=198AI30，满足发热条件。
2）校验机械强度查表8-35，最小允许截面积Amin二2.5mm2，因此上面所选
的185mm2的导线满足机械强度要求。
3）校验电压损耗由图11-1所示工厂平面图量得变电所至2号厂房距离约为
12m而由表8-42查得70mm2的铝芯电缆R^=0.5^1.km（按缆芯工作温度75C
计），X0=0.070/km，又2号厂房的P30=74.5kW，Q30=85.3kvar，因此按式
'pRqX得:
Un
0.38kV
.，U=74.5kW（0.54°.°12尸阪氷窗（O.。
7O.°12尸二146V
1.46V
.：
U%100%=0.4%：
：
：
：
Uai%=5%
380V
故满足允许电压损耗的要求。
（3）馈电给3号厂房（热处理车间）的线路亦采用VLV22-1000-3X：
240+1汇95的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。
1）按发热条件选择由J。
=235.8A及地下0.8m土壤温度25C,查表8-43，初选缆芯截面150mm2，其lai=242A•I30，满足发热条件。
2）校验电压损耗由图11-1所示工厂平面图量得变电所至3号厂房距离约为
58m而由表8-42查得150mm2的铝芯电缆R0=0.25,km（按缆芯工作温度75C
计），X0=0.07「km，又3号厂房的P30=94.3kW，Q30=112.8kvar
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