某厂车间变电所及低压配电系统设计.doc

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西南科技大学城市学院本科生毕业论文III

某厂车间变电所及低压配电系统设计

摘要：

本次设计是针对车间变电所和车间低压配电系统的设计，所以设计中采用10KV电源进线，然后经过车间变电所降为一般低压用电设备所需的电压220/380V；设计过程中先计算车间的总负荷和无功功率补偿，确定变压器容量及型号，再考虑的建设方案，变电所主接线方案的选择，高压一次设备的选择，低压一次设备的先择，进出线的先择，短路计算及开关设备的选择，二次回路方案的确定及继电保护的选择与整定，防雷保护及接零的设计，变电所电气照明的设计等

关键词：

变电所；低压配电系统；负荷计算；短路计算；电气设备选择；主接线；防雷保护；电气照明等

Abstract：

Theworkshopisdesignedforlow-voltagesubstationanddistributionsystemdesignworkshops,design10KVpowerlineused,andthenreducedtolowpressurethroughtheplantsubstationvoltageelectricalequipmentrequired220/380V;designprocessthefirstworkshopinthecalculationoftotalloadandreactivepowercompensation,determinethetransformercapacityandmodel,considertheconstructionplan,selectionofsubstationmainwiringscheme,ahigh-voltageequipmentselection,equipment,firstchoosealow-voltage,inletandoutletofthefirstchoice,shortcircuitcalculationsandswitchingequipmentselection,determinationandthesecondarycircuitprogramselectionandsettingofrelayprotection,lightningprotectionandaccesstozerodesign,lightingdesign,electricalsubstation

Keywords:

substation,lowvoltagedistributionsystems,loadcalculations,shortcircuitcalculations,electricalequipmentselection,themainwiring,lightningprotection,electricallighting,etc.

目录

第一章绪论 1

1.1变电所的发展概况及其前景展望 1

1.2设计内容及依据 1

1.2.1设计内容 1

1.2.2设计依据 2

第二章变电所的设计 6

2.1变电所的负荷计算 6

2.1.1变电所的负荷分级 6

2.1.2负荷计算的目的 6

2.1.3负荷计算方法的选择 7

2.1.4变电所各车间的负荷计算 8

2.2变电所的无功功率补偿计算 16

2.2.1无功功率补偿的目的 16

2.2.2无功功率补偿的计算 16

2.2.3无功补偿方案的选择 17

2.3车间变电所位置和型式的选择 18

2.3.1变配电所所址的选择原则 18

2.3.2变电所型式的选择 18

2.4供电电压选择,变电所主变压器容量和台数的确定 19

2.4.1供电电压的选择 19

2.4.2变电器台数和容量的选择 20

2.5变压器联结组标号的选择 21

2.6变电所主接线方案的设计 22

2.6.1只装有一台主变压器的小型变电所常见主接线图 22

2.6.2主接线图的选择 23

2.7短路电流的计算 23

2.7.1短路计算的目的 23

2.7.2短路电流计算 24

2.8变电所一次设备的选择与校验 27

2.8.1电气设备的选择原则 27

2.8.2变电所一次设备的选择校验 27

2.8.3变压所高低压进出线的选择 31

2.8.4导线和电缆的选择校验 34

2.9变电所二次回路的设计及保护 36

2.9.1变电所高低压侧常见二次回路及设备 36

2.9.2变电所二次回路的保护和整定校验计算 38

2.10变电所的防雷接地保护 41

2.10.1防雷保护设计 41

2.10.2公共接地装置设计 41

第三章低压配电系统的设计 44

3.1车间低压配电系统的布线方案 44

3.1.1低压配电系统常用接线方式 44

3.1.2车间配电系统接线方案的选择 45

3.2低压配电设备和保护设备的选择 46

3.2.1一号加工车间配电箱设置方案的确定 46

3.2.2各用电设备连接导线和配电保护设备的选择 46

3.3配电线路敷设方式 49

3.4加工一车间照明系统的设计 50

3.4.1电光源，灯具及其布置初方案的选择 50

3.4.2照明设计计算（利用系数法） 50

3.4.3配电照明线截面的选择 51

3.5低压配电系统接地保护和等电位联结 52

3.5.1低压配电系统接地保护的选择 52

3.5.2等电位联结 52

结束语 53

结束语 53

致谢 54

参考文献 55

西南科技大学城市学院本科生毕业论文

第一章绪论

1.1变电所的发展概况及其前景展望

随着国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高带来了电力负荷的高速增长。

尤其是近两、三年来，由于电力负荷增长迅猛，而发电装机容量和输配电能力不足，造成全国近20个省市电力供应紧张，部分省市出现限电拉闸。

与此同时，随着电力市场的开放，电力用户对电能质量和管理的要求也在提高，电力生产与供应企业也比以往任何时候都重重视电力系统的运行的经济性和安全性。

电气化程度是衡量一个国家现代化水平的一个重要标志，随着电力系统自动化水平的提高，变电所综合自动化系统得到了发展。

厂站综合自动化是集网络技术、通信技术、电力技术多学科多领域为一体，而形成的完整、安全可靠的综合自动化系统。

自20世纪80年代末至今，我国变电所在新技术的运用上得到了飞速发展，如变电所监控技术，可通过远程监测、遥控和数据采集等来实时跟踪和采集变电所运行情况，反馈状态信息，达到及时控制各种危险事故；同时仿真技术也在变电所得到广泛的应用，对变电所电力设备实物、一次设备和二次设备接线图进行仿真，在变电所运行人员的培训中起到重要作用，提高了培训效率，缩短了培训周期，也进一步提高了运行人员的正确判断和处理事故的能力，防止事故扩大化和缩缩短事故处理埋单，从而确保电网安全、可靠、经济运行；另输电技术也得到更新如FACTS技术、紧凑型技术、导线能改善等技术的结合，主要有：

（1）串并联补偿；

（2）紧凑型线路；（3）动态无功补偿技术；（4）大截面耐热导线等。

综合我国变电所的现状是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电所转变，交流传输向直流输出转变，国外主要是交流输出向直流输出转变。

1.2设计内容及依据

1.2.1设计内容

电能是现代化工业生产的主要能源和动力，随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求，而工厂供电系统的核心部分是变配电所。

因此，设计和建造一个安全、经济、高质量的变电所是极为重要的。

本次设计是针对某机械厂车间的变电所和一号车间低压配电系统的设计，要求为该厂设计10/0.4kv车间降压变配电所及一号车间的低压配电系统设计，同时为二号加工车间、铸造车间和电修车间提供电源配给。

1.2.2设计依据

一、机加工一车间的生产任务

本车间承担机修厂修理的配件生产。

二、设计依据

车间平面及设备布置图。

（表1.1）

本车间承担机修厂修理的件生产

车间用电设备明细表。

（表1.2~1.3）

车间变电所配电范围

车间变电所设在车间东南角，除为机械加工一车间配电外，还要为机械加工二车间、铸造、铆焊、电修车间配电，其用电设备明细表。

（附3）

机械加工二车间要求车间变电所低压侧提供三路电源（其中一回路为照明回路）；铸造车间要求车间变电所低压侧提供四路电源（其中一回路为照明回路）；铆焊车间要求车间变电所低压侧提供三路电源（其中一回路为照明回路）；电修车间要求车间变电所低压侧提供三路电源（其中一回路为照明回路）。

负荷性质：

三班工作制，年最大负荷利用小时数为3500h。

三级负荷。

供电电源条件：

1）电源由35/10KV总降压变电所采用架空线路受电，线路长300M。

2）工厂总降压变电所10KV母线上的短路容量按200MVA计。

3）工厂总降压变电所10KV配电出线定时限过流保护装置的整定时间top=2s。

4）要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0.9。

5）要求在车间变电所10KV侧进行计量。

车间自然条件

气温

历年最高气温：

40.6℃

历年最低气温：

-7.7℃

一月最低气温：

5.3℃

七月最高气温：

29.6℃

车间内计算气温：

35℃

C.地质水文：

平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m

表1.1

表1.2～3

机加工一车间设备明细表（附表1.2）

设备代号

设备名称代号

台数

单台容量（KW）

总容量（KW）

1

冷墩机GB-3

1

55

55

2

冷墩机GB-3

1

55

55

3

普通车床C620-1

1

7.625

7.625

4

普通车床C620-1

1

7.625

7.625

5

普通车床C620-1

1

7.625

7.625

6

立式车床C512-1A

1

35.7

35.7

7

普通车床C620

1

4.625

4.625

8

普通车床C620

1

4.625

4.625

9

普通车床C620

1

4.625

4.625

10

普通车床C620

1

4.625

4.625

11

普通车床C620

1

4.625

4.625

12

普通车床C616

1

4.625

4.625

13

螺丝套丝机S-8139

1

3.125

3.125

14

普通车床C630

1

10.125

10.125

15

管螺纹车床Q119

1

7.625

7.625

16

摇臂钻床Z35

1

8.5

8.5

17

立式钻床Z5040

1

3.125

3.125

18

立式钻床Z5040

1

3.125

3.125

19

5吨吊车

1

10.2

10.2

20

立式车床C512-1A

1

35.7

35.7

21

立式车床C512-1A

1

35.7

35.7

22

刨床B665

1

3

3

23

万能铣床X63WT

1

13

13

24

立式铣床X52K

1

9.125

9.125

25

滚齿机Y-36

1

4.1

4.1

26

插床B5032

1

4

4

27

弓锯机G72

1

1.7

1.7

28

立式钻床Z512

1

0.6

O.6

29

电阻炉

1

20（380V）

20

30

电阻炉

1

24

24

31

电阻炉

1

45

45

32

车床CW6-1

1

31.9

31.9

33

立式车床C512-1A

1

35.7

35.7

34

卧式镗床J68

1

10

10

35

单臂刨床B1010

1

70

70

机加工二车间、铆焊、电修车间的负荷计算（附表1.3）

序号

车间名称

供电回路代号

设备容量

计算负荷

KW

P30/KW

Q30/Kvar

S30/KVA

I30/A

1

机加工二车间

No.1供电回路

155

46.5

54.4

No.2供电回路

120

36

42.1

No.3照明回路

10

8

0

2

铸造车间

No.4供电回路

160

64

65.3

No.5供电回路

140

56

57.1

No.6供电回路

180

72

73.4

No.7照明回路

8

6.4

0

3

铆焊车间

No.8供电回路

150

45

89.1

No.9供电回路

170

51

101

No.10照明回路

7

5.6

0

4

电修车间

No.11供电回路

150

45

78

No.12供电回路

146

44

65

No.13照明回路

10

8

0

第二章变电所的设计

2.1变电所的负荷计算

2.1.1变电所的负荷分级

按照GB50052—1995《供配电系统设计规范》规定，电力负荷根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响分为三级：

1.一级负荷（firstorderload）

一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损失、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需长时间才能恢复等。

因此一级负荷中断供电造成的后果是非常严重的，所以要求由两个电源供电，当中其中一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损失。

2.二级负荷（secondorderload）

二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

因二级负荷也属于重要负荷，要求由两回路供电，供电变电压器也应有两台。

在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。

3.三级负荷（thirdorderload）

三级负荷为一般电力负荷，指所有不属于上述一、二级负荷者，对供电电源无特殊要求。

2.1.2负荷计算的目的

供电系统要能够可靠正常运行，就必须正确地选择系统中的所有元件，包括电力变压器、开关设备和导线电缆等。

元件除应满足工作电压和频率的要求外，最重要的是满足负荷电流的要求，因此有必要对系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。

计算负荷是供电设计的基本依据，计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。

如果计算负荷确定过大，将使电气

设备和导线电缆选得过大，造成浪费。

如果计算负荷确定过小，又将使电气设备和导线电缆处于过负荷下运行，不只增加了电能损耗，更危险的是产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁，引发火灾！

由此可见，正确确定计算负荷意义重大。

2.1.3负荷计算方法的选择

我国普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法，主要是需要系数法和二项式法。

需要系数法是国际上通用的确定计算负荷的方法，最为简便实用。

二项式的应用局限性较大，但在确定设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，较之需要系数法合理，且计算也较简便。

实践证明，生产的产品质量和劳动生产率与照明质量有密切的关系。

良好的照明是保证安全生产、提高劳动生产率和产品质量、保障职工视力健康的必要措施。

因此我对电气照明系统的设计和安装都进行了严格的规范，而车间一般照明的总的安装容量可以根据刘介才编著《工厂供电》附录表35查得照明的比功率，然后通过公式计算。

负荷计算公式及参数列表（表2.1）

名称

公式

备注

用电设备组的容量

—设备的额定容量－设备组的同时系数

－设备组的负荷系数

－设备组的平均效率

－配电线路的平均效率

－对应用电设备组的正切值

－用电设备组的平均功率因数

－用电设备组的额定电压

以上参数由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取。

用电设备组有功计算负荷

需要系数

无功计算负荷

视在计算负荷

计算电流

有功负荷的同时系数

无功负荷的同时系数

总的有功计算负荷

总的无功计算负荷

总的视在计算负荷

2.1.4变电所各车间的负荷计算

2.1.4.1一号机械加工车间负荷计算

1）一号加工车间的设备负荷统计见下表2.2

一号机械加工车间设备明细（表2.2）

设备代号

设备名称代号

台数

单台容量（KW）

总容量（KW）

1

冷墩机GB-3

1

55

55

2

冷墩机GB-3

1

55

55

3

普通车床C620-1

1

7.625

7.625

4

普通车床C620-1

1

7.625

7.625

5

普通车床C620-1

1

7.625

7.625

6

立式车床C512-1A

1

35.7

35.7

7

普通车床C620

1

4.625

4.625

8

普通车床C620

1

4.625

4.625

9

普通车床C620

1

4.625

4.625

10

普通车床C620

1

4.625

4.625

11

普通车床C620

1

4.625

4.625

12

普通车床C616

1

4.625

4.625

13

螺丝套丝机S-8139

1

3.125

3.125

14

普通车床C630

1

10.125

10.125

15

管螺纹车床Q119

1

7.625

7.625

16

摇臂钻床Z35

1

8.5

8.5

17

立式钻床Z5040

1

3.125

3.125

18

立式钻床Z5040

1

3.125

3.125

19

5吨吊车

1

10.2

10.2

20

立式车床C512-1A

1

35.7

35.7

21

立式车床C512-1A

1

35.7

35.7

22

刨床B665

1

3

3

23

万能铣床X63WT

1

13

13

24

立式铣床X52K

1

9.125

9.125

25

滚齿机Y-36

1

4.1

4.1

26

插床B5032

1

4

4

27

弓锯机G72

1

1.7

1.7

28

立式钻床Z512

1

0.6

O.6

29

电阻炉

1

20（380V）

20

30

电阻炉

1

24

24

31

电阻炉

1

45

45

32

车床CW6-1

1

31.9

31.9

33

立式车床C512-1A

1

35.7

35.7

34

卧式镗床J68

1

10

10

35

单臂刨床B1010

1

70

70

2）一号车间干线及设备分配

一号车间分为WL1、WL2、WL3、WL4四号电源干线。

WL1干线有13台金属冷加工机床组，分别分配给3个配电箱AP-1-1、AP-1-2、AP-1-3,其中AP-1-1供配2、3、4、5、6号设备机床（对应表1设备代号），AP-1-2供配8、9、10、11、12、13号设备机床，AP-1-2供配35号设备机床。

WL2干线有3台电阻炉设备（29、30、31号设备），对应配电箱AP-2-1。

WL3干线有18台金属冷加工机床组，分别分配给3个配电箱AP-3-1、AP-3-2、AP-3-3,其中AP-3-1供配1、14、15、16、17、18、32、33号设备机床，AP-3-2供配19、20、21、22、23、24、34号设备机床，AP-3-3供配25、26、27、28号设备机床。

WL4干线供配一号加工车间的照明系统。

3）一号加工车间的负荷计算

本次一号车间的负荷计算，根据设备容量及一号车间VL1、VL2、VL3干线的设备分配可知此三条干线按需要系数法计算，而VL4干线照明系统的负荷则按面积计算法。

VL1号干线的负荷计算

VL1号干线有13台（2、3、4、5、6/8、9、10、11、12、13/35）金属冷加工机床组Pe=55+7.625*3+35.7+4.625*6+3.125+70=214.45（kw）

查刘介才编著《工厂供电》附录表1（用电设备组的需要系数、二项式系数及功率因数值），取Kd=0.2,cosａ=0.5,tanａ=1.73

故：

P30（L1）=0.2*214.45=42.89（kw）

Q30（L1）=42.89*1.73=74.2（kvar）

因此VL1总的负荷计算

S30（L1）==85.7kV·A

I30（L1）==130.2A

2、VL2号干线的负荷计算

VL2号干线有3台电阻炉（29、30、31号设备）

Pe=20+24+45=89（kw）

查刘介才编著《工厂供电》附录表1取Kd=0.7,cosａ=1,tanａ=0

故:

P30（L2）=0.7×89=62.3kW

Q30（L2）=17.8×0=0kvar

因此VL2总的负荷计算

S30（L2）==62.3kV·A

I30（L2）==94.7A

3、3号干线计算负荷

（1）、18台（1、14、15、16、17、18、32、33/19、20、21、22、23、24、34/25、26、27、28号设备）金属冷加工机床组Pe=55+10.125+7.625+3.125*2+31.9+35.7*3+10.2+3+13+9.125+10+4.1+4+1.7+0.6=272.025（kw）

查刘介才编著《工厂供电》附录表1,取Kd=0.2,cosａ=0.5,tanａ=1.73

故:

P30=0.2×272.025=54.405kW

Q30=54.405×1.73=94.12kvar

（2）吊车计算负荷

查刘介才编著《工厂供电》附录表1，取Kd=0.15,,,

P30=0.15*10.2=1.53kw

Q30=1.53*1.73=2.64kvar

因此VL3总的负荷计算

P30（L3）=0.95*（54.405+1.53）=53.138kW

Q30（L3）=0.97*（94.12+2.64）=93.857kvar

S30（L3）==107.86kV.A

I30（L3）==163.87A

4机加工一车间照明负荷

车间照明的安装容量.由车间工艺平面图可知车间

照明总面积约为1080m2,查刘介才编著《工厂供电》附录表35可知单位面积安装功率P0=6w/m2（计算高度4-6m）,则车间均匀布置的一般照明负荷为

P30=A*P0=1080*0.006kw=6.48kw

其它部分的照明负荷见表2.3

其他部分的照明负荷（表2.3）

单独使用一般照明照度（lx）

面积（m2）

安装功率（w）

工具室

3