cxP机械加工厂全厂变电所及厂区配电系统设计.docx

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供电技术课程设计说明书

题目：

机械加工厂全厂变电所及厂区配电系统设计

专业：

电气工程及其自动化 班级：

xxx

学生姓名：

xxx 学号：

xxx

指导教师姓名：

xxx 职称：

xxx

2010年 6月

供电技术课程设计

目录

第一章绪论

1.1工厂供电的意义 2

1.2设计概述 2

1.3设计任务及设计方案 3

第二章负荷计算及功率补偿

2.1负荷计算的内容和目的 4

2.2负荷计算的方法 4

2.3无功功率补偿 11

第三章变电所一次系统设计

3.1变电所配置 12

3.1.1变电所的类型 12

3.1.2变电所的位置选择 12

3.2变压器的选择 13

3.2.1变压器型号选择 13

3.2.2变压器台数和容量的确定 13

3.3全厂变电所主接线设计 14

3.3.1对变电所主接线的要求

3.2.1变电所主接线方案

3.3.3变电所主接线设计

3.4变电所的布置和结构设计 14

3.4.1变电所的布置设计

3.4.2变电所的结构设计第四章电气设备选择

4.1短路电流计算 15

4.2电气设备选择 18

第五章电力变压器继电保护设计

5.1电力变压器继电保护配置 23

5.2电力继电器继电保护原理展开图设计 23

第六章厂区线路设计

6.1电力线路的接线方式 25

6.2电力线路的结构 25

6.3导线和电缆的选择 26

6.4厂区照明设计 26

第七章小结 28

参考文献 28

附录1：

设备材料表附录2：

设计图纸

-31-

1.1工厂供电的意义

第一章绪论

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。

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设计概念

设计线路如图1.1所示：

图1.1

1）电源等级10KV；

2）电源线路，用一回架空非专用线向本厂供电；

3）电源变电所10KV母线短路容量最大运行方式为300MVA，最小运行方式为200MVA，单相接地电流为10A；

4）电源变电所10KV引出线继电保护的整定时限1.6S

5）全厂功率因数以前不低于《供用电规程》。

按照国家标准GB50052—95 《工配电系统设计规范》、GB50053—93

《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；

（2）安全可靠、先进合理；

（3）近期为主、考虑发展；

（4）全局出发、统筹兼顾。

按照实际车间计算的负荷、容量等，合理确定设计方案。

以便设计方案能得到应用。

1.3设计任务及设计方案

一、设计任务：

1、设计说明书一份。

在设计说明书中应包括以下主要部分：

（1）各车间与全厂的负荷计算，功率因数的补偿。

（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结线的确定。

（4）高压电器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。

（6）电气设备的选择和校验。

（7）厂区电力线路计算。

（8）继电器保护整定计算。

2、设计图纸：

（1）变（配）电所主结线图一张（或将高、低压分开画二张）。

（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。

（3）变（配）电所平剖面布置图一张（二张）。

二、设计方案：

我们根据工厂各车间的实际情况，利用需要系数法计算出负荷、若功率因数不满足供电规程，则需要进行无功补偿。

然后按负荷功率距法确定了负荷中心，根据变电所位置选择的原则确定了变电所的位置，如果有车间的视在功率

打于320KVA，则须在设计中设一车间变电所，确定变压器的台数和容量，并选择了变压器的型号，根据选择的额定容量计算短路电流，在选择电气设备时，一定要遵循选择的一搬原则。

继电保护设计时，要举实际情况选择保护。

厂区采用电缆接线方式，高压电缆进线硬母线，变压器是地坪抬高式。

设计时尽量设计的方案简单、明了，不浪费资源。

第二章负荷计算及功率补偿

2.1负荷计算的内容和目的

由于用电负荷之间存在着同时率（可能在不同的时间运行），荷载率（电机的容量大于被拖动机械的实际容量）等等因素，如果按所有负荷的相加值来选择电源或电源变压器，显然是大于实际需要负荷的。

所以需要进行负荷计算

计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据。

计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线的选择是否合理。

如计算负荷确定过大，将使电器和导线截面选择过大，造成投资和有色金属的浪费；如计算负荷确定过小，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热，引起绝缘过早老化，甚至烧毁，以至发生事故。

为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段

若要使供电系统在正常条件下可靠地运行，必须正确的选择变压器、开关设备及导线、电缆等，这就需要对电力负荷进行计算。

计算负荷是供电设计计算的基本依据。

计算负荷的确定是否合理，将直接影响到气体设备和导线电缆的选择是否经济合理。

2.2负荷计算的方法

工程上依据不同的计算目的，针对不同类型的用户和不同类的负荷，在实践中总结出了各种负荷计算的方法：

估算法、需要系数法、二项式法、单相负荷计算法等。

本次课程设计中，利用的是需要系数法来求解的。

一、进行负荷计算时，首先将不同工作制下的用电设备的额定容量换算成同意的设备容量

1、 长期工作制和短时工作制的用电设备

Pe=PN

式中Pe—用电设备的设备容量KW

PN—用电设备的额定容量

2、 反复短时工作制的用电设备的设备容量是指换算到统一暂载率下的额定容量

𝜀𝑁

𝜀25%

1）起重机的设备容量指换算到=25%时的额定功率

Pe=PN

式中PN—起重机的额定有功功率

𝜀𝑁—额定负荷持续率

𝜀25%—其值为25%的负荷持续率

𝜀𝑁

𝜀100%

2）电焊机的设备容量指换算到=100%时的额定功率

P=P

e N

式中𝑃𝑁—电焊机的额定有功功率

𝜀𝑁—额定负荷持续率

𝜀100%—其值为100%的负荷持续率3）照明设备的设备容量可按建筑物的单位面积容量估算法计算。

P=w·S

e 1000

式中w—建筑物单位面积照明容量W/m2

S—建筑物面积m2

二、单组用电设备的计算负荷

1、单台用电设备的计算负荷就是其设备容量

PC=Pe

2、单组用电设备的计算负荷

有功功率：

PC无功功率：

QC

=Kd·Pe

=PC·tanj

P2+Q2

C C

视在功率：

SC=

式中Kd—该用电设备组的需要系数

tanj—功率因数角的正切值

3、多组用电设备的计算负荷

有功功率：

PC



n

åå

=K p Pci

i=1

无功功率：

QC

n

åå

=K q Qci

i=1

P2+Q2

C C

视在功率：

SC=

3UN

计算电流：

I = SC

C

式中UN—该用电设备组的额定电压KV

Kåq—该组设备的同时系数三、全厂的负荷计算

表2-1第二车间用电设备详情

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

M2110内圆磨床

1

4.7

2

M2120内圆磨床

2

7.1

3

M7120A平面磨床

1

4.2

4

M7130K平面磨床

1

7.6

5

M131W外圆磨床

2

6.8

6

M8621A花键轴磨床

1

4.5

7

MQ1350A外圆磨床

2

17.6

8

HO57外圆磨床

1

17.6

9

Y2235弧齿轮滚齿轮

1

6.5

10

Y4245剃齿机

2

3.9

11

Y4632珩齿轮

1

4.8

12

YB31125滚齿轮

1

23.6

13

Y38A滚齿轮

2

3.9

14

Y38滚齿轮

1

3.9

15

Y3150滚齿轮

2

3.1

16

C630—1M车床

1

10.1

17

C620—1车床

2

7.6

18

L612020T卧式拉床

1

22.1

19

YB6016花键轴铣床

1

6.8

20

Y5120A插齿机

2

2.4

21

Y54插齿机

1

3.6

22

Y236锥齿轮刨齿机

2

2.9

23

B6050牛头刨床

2

4

24

B69牛头刨床

1

11

25

B665牛头刨床

2

3

26

B5020插床

2

3

27

B5030插床

1

4

28

X62W万能铣床

1

9.7

29

X502立式铣床

1

4.9

30

X63万能铣床

1

13.2

31

X53T立式铣床

1

13.3

32

Z535立式铣床

1

4.6

33

Z3040摇臂钻床

1

5.2

34

C6150车床

1

7.6

35

C620—3车床

1

8.3

36

CW6140A车床

2

8

37

C620—1车床

2

4

38

C6150车床

1

7.6

39

卧式珩磨机

1

10

40

C620—1车床

1

7.6

41

C616A车床

2

3.3

42

C868丝杠车床

2

3.1

43

Y7132锥形砂轮倒角机

2

3.4

44

MG1432齿轮倒角机

1

7.5

45

YJ9332齿轮倒角机

5

1.1

46

M3030砂轮机

10

1.5

47

Z521台式铣床

10

0.6

48

Q11—3×1200剪边机

2

3

49

W67—40板料折边压力

机

2

3.8

50

AX—320直流弧焊机

1

14

𝜀=65%

51

BS—330—1焊接变压器

1

21KVA

𝜀=65%

单相380伏

cos𝜑=40%

52

5吨电动桥式吊车

1

24.2

𝜀=40%

1、下面为第二车间的负荷计算：

1）冷加工机床（1-47）：

Kd=0.18，tanj=1.73

PC=Kd·Pe=0.18×435.2=78.336kw

QC=PC·tanj=78.336×1.73=135.521kvar

2）剪床、压床（48、49）：

Kd=0.25，tanj=1.33

PC=Kd·Pe=0.25×13.6=3.4kw

QC=PC·tanj=3.4×1.33=4.522kvar

3）弧焊机（50）：

Kd=0.35，tanj=1.33

Pe=PN

𝜀𝑁

𝜀100%=



0.65×14=11.29kw

PC=Pe=11.29kw

QC=PC·tanj=11.29×1.33=15.02kvar

4）吊车（52）：

Kd=0.12，tanj=1.73

𝜀𝑁

Pe=PN

𝜀25%= ×24.2=30.61kw

0.4/0.25

PC=Pe=30.61kw

QC=PC·tanj=11.29×1.33=15.02kvar

5）焊接变压器（51）：

Kd=0.35，tanj=2.29PN=𝑆𝑁cos𝜑=21×0.4=8.4KW

𝜀𝑁

𝜀100%

65%

100%

=

𝑃

3

3

𝑒𝜑=PN ×8.4=6.77kw

PC=

𝑃𝑒𝜑= ×6.77=11.73kw

QC=PC·tanj=11.73×2.29=26.86kvar

6）车间照明设备：

Kd=1，tanj=0

P=w·S=10×1680/1000=16.8kw

e 1000

PC=Kd·Pe=1×16.8=16.8kw

QC=PC·tanj=16.8×0=0kvar

第二车间的计算负荷：

Kåp=Kåq=0.95

åå

n

PC=K p Pci=0.95×（78.336+3.4+11.29+30.61+11.73+16.8）

i=1

=144.56kw

åå

n

QC=K q Qci=0.95×（135.521+4.522+15.02+52.96+26.86+0）=223.14kw

i=1

P2+Q2

C C

SC=

= =265.87KVA

（144.562+223.142）

SC

IC=

=265.87



=403.95A

3UN

3´0.38

2、生活（照明）负荷计算：

Kd=1，tanj=01）车库：

P=w·S=7×476/1000=3.332kw

e 1000

PC=Kd·Pe=1×3.332=3.332kw

2）收发室：

P=w·S=10×209/1000=2.09kw

e 1000

PC=Kd·Pe=1×2.09=2.09kw

3）门卫：

P=w·S=15×23/1000=0.345kw

e 1000

PC=Kd·Pe=1×0.345=0.345kw

4）托儿所：

P=w·S=10×494/1000=4.94kw

e 1000

PC=Kd·Pe=1×4.94=4.94kw

5）办公室：

P=w·S=15×72×4/1000=4.32kw

e 1000

PC=Kd·Pe=1×4.32=4.32kw

6）食堂：

P=w·S=13×988/1000=12.84kw

e 1000

PC=Kd·Pe=1×12.84=12.84kw

7）仓库：

P=w·S=13×704/1000=9.15kw

e 1000

PC=Kd·Pe=1×9.15=9.15kw

8）堆场：

P=w·S=10×364/1000=3.64kw

e 1000

PC=Kd·Pe=1×3.64=3.64kw

生活照明总计为：

PC=0.9×（3.332+2.09+0.345+4.94+4.32+12.84+9.15+3.64）=36.59kw

3、机械工厂全厂的负荷计算表如下所示

表2-2

车间名称

计算负荷

PC（kw）

QC（kvar）

SC（KVA）

第一车间

91.485

141.50

168.50

第二车间

144.56

223.14

265.87

第三车间

421.87

147.46

446.90

第四车间

140.09

104.58

174.80

第五车间

92.556

34.55

98.79

生活

36.59

0

36.59

全厂总计

833.42

586.11

1019.12

低压侧总的计算负荷为：

åå

6

Pc低=K P Pci=0.9´（91.485+144.56+421.87+140.09+92.556+36.59）=833.42k

i=1

w

åå

6

Qc低=Kq Qci=0.9´（141.50+223.14+147.46+104.58+34.55）=586.11kvar

i=1

Sc低

= = =1019.12KVA

P2+Q2

c c

833.422+586.112

低压侧的功率因数为：

cosj=Pc低=833.42



=0.818

S

c低

1 1019.12

Ic=

Sc低

=1019.12



=1548.39A

3UN

3´0.38

变压器的功率损耗为：

DPT=0.015Sc低=0.015´1019.12=15.29kW

DQT=0.06Sc低=0.06´1019.12=61.15kvar

变压器高压侧总的计算负荷为：

Pc高=Pc低+DPT=833.42+15.29=848.71kW

848.712+647.262

Qc高=Qc低+DQT=686.11+61.15=647.26kvar

P2+Q

2

c高

c高

Sc高

= = =1067.36kVA

Ic=

Sc高

=1067.36

3UN

3´0.38



=61.62A

变电所高压侧的功率因数为：

cosj=Pc高=

848.71=0.795

S

c高

2 1067.36

2.3无功功率补偿

一、功率因数对供配电系统的影响及提高功率因数的方法

1、功率因数产生的原因及对供配电系统的影响

功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标。

用户中绝大多数用电设备，如感应电动机、电力变压器、电焊机及交流接触器等，它们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场，其功率因数均小于0.9，需要进行无功功率补偿，提高功率因数。

感性用电设备都需要从供配电系统中吸收无功功率，从而降低功率因数。

功率因数太低将会给供配电系统带来电能损耗增加和供电设备利用率降低等不良影响。

所以要求电力用户功率因数必须达到一定值，低于某一定值就必须进行补偿。

2、提高功率因数的方法

（1）提高自然功率因数

①合理选择电动机的规格、型号。

②防止电动机长时间空载运行。

③保证电动机的检修质量。

④合理选择变压器的容量。

⑤交流接触器的节电运行。

（2）人工补偿功率因数

①并联电容器人工补偿

②同步电动机补偿

③动态无功功率补偿

④调相机补偿

3、无功补偿的计算

1）确定补偿容量：

高压侧要求不低于0.9，不常在低压侧进行时，考虑到变压器损耗设低压侧补偿后的功率因素为0.92来计算需补偿的容量

QCC

=PC1（tanj1-tanj2）=833.42´[tan（arccos0.818）-tan（arccos0.92）]=230.86kvar

查表选取电容器柜型号为PGJ1-1，PGJ1-3，PGJ1-4，实际补偿容量

QC.C=252kvar。

补偿后计算负荷及功率因素：

P2+（Q

c低

c低 C.C

-Q

）2

833.422+（586.11-252）2

c

S'= =

DP'=0.015S'=0.015´897.90=13.47kva

=897.90kva

T c

DQ'=0.06S'=0.06´897.90=53.87kvar

T c

变电所高压侧总的计算负荷为

Pc2

Q



'

=P

c低

'=Q

'+DP'=833.42+13.47=846.89kW

T

'+DQ'=（586.11-252）+53.87=387.98kvar

c2 c低 T

Sc2

'= =

=931.53KVA

P +Q

'

2

'2

c2

c2

846.892+387.982

变电所高压侧的功率因数为：

P' 846.89

'

cosj'=c2= =0.909

符合要求。

Sc2

931.53

第三章变电所一次系统设计

3.1变电所的配置

1、变电所位置选择

1、变电所位置选择的原则

1）应尽可能接近负荷中心；

2）进出线方便，靠近电源侧；

3）考虑扩建的可能性；

4）设备运输方便。

2、负荷中心确定

负荷中心可以用负荷指示图、负荷功率矩法或负荷电能矩法近似确定。

负荷指示图确定负荷中心：

负荷指示图是将电力负荷按一定比例用负荷圆

的形式，标示在企业或车间的平面图上。

各车间的负荷圆的圆心位于车间的负

荷“重心”（负荷中心）。

在负荷均匀分布的车间，负荷中心就是车间的中心，在负荷分布不均匀的车间内，负荷中心应偏向负荷集中的一侧。

负荷圆的半径为r，由车间的计算负荷Pc=Kpr2推得

PcKp

r=

式中，K为负荷圆的比例（KW/㎜2）

（1）负荷功率矩法确定负荷中心

按负荷功率矩法确定负荷中心，只考虑了各负荷的功率和位置，而未考虑各负荷的工作时间，因而负荷中心被认为是固定不变的。

在本次课程设计中我们选用的就是这种方法。

（2）按负荷电能矩法确定负荷中心

事实上，各负荷的工作时间不同，因而负荷中心不可能是固定不变的。

负荷中心不只是与各负荷的功率有关，因而还与各负荷的工