工厂供电课程设计说明书.docx
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工厂供电课程设计说明书
二、设计说明书
前言
电能是现代工业生产的主要能源和动力。
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，就必须达到安全、可靠、优质和经济的要求。
本次工厂供电课程是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。
课程设计可分为十三部分：
课程设计任务、负荷计算和无功功率计算及补偿，变电所位置和形式的选择，变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择，短路电流的计算，变电所一次设备的选择与校验，变电所高、低压线路的选择（含高、低压电力网导线型号及截面的选择），变电所二次回路方案选择及继电保护的整定，防雷和接地装置的确定，低压干线及支线上的熔丝、型号选择，课程设计心得体会、主要参考文献。
另外有设计图纸2张，以附图的形式给出，分别是：
附图《厂区供电线缆规划图》，附图2《变电所高、低压电气主接线图》。
由于我的知识掌握的深度和广度有限，本课程设计还有不完善的地方，敬请老师批评指正！
目录
一课程设计任务书
1．设计题目
2．设计要求
3．设计依据
4．设计任务
二设计说明书
1．负荷计算和无功功率补偿
2．变电所位置和型式的选择
3．变电所主变压器台数和容量、类型的选择
4．变电所主接线方案的设计
5．短路电流的计算
6．变电所一次设备的选择与校验
7．变电所进出线的选择和校验
8．变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定
9．降压变电所防雷与接地装置的设计
三附录-参考文献
四设计图样
（一）负荷计算和无功功率补偿
各厂房生活区的负荷计算如表2所示
表2：
负荷计算
厂房编号
厂房名称
负荷类型
设备容量（Pe）/KW
需要系数Kd
功率因数
tanφ
P30
（kW）
Q30
（kvar）
S30
（KVA）
I30
（KA）
1
铸造车间
动力
235
0.3
0.65
1.17
70.5
82.485
108.51
照明
8
0.7
1
0
5.6
0
5.6
2
锻压车间
动力
440
0.2
0.6
1.33
88
117.04
146.43
照明
10
0.7
1
0
7
0
7
3
金工车间
动力
350
0.2
0.6
1.33
70
93.1
116.48
照明
8
0.7
1
0
5.6
0
5.6
4
工具车间
动力
350
0.25
0.6
1.33
87.5
116.38
145.6
照明
0
0.7
1
0
0
0
0
5
电镀车间
动力
275
0.4
0.7
1.02
110
112.2
157.13
照明
10
0.7
1
0
7
0
7
6
热处理车间
动力
180
0.4
0.7
1.02
72
73.44
102.85
照明
6
0.7
1
0
4.2
0
4.2
7
装配车间
动力
165
0.3
0.65
1.17
49.5
57.915
76.187
照明
7
0.7
1
0
4.9
0
4.9
8
机修车间
动力
240
0.2
0.6
1.33
48
63.84
79.872
照明
5
0.7
1
0
3.5
0
3.5
9
锅炉房
动力
70
0.6
0.7
1.02
42
42.84
59.994
照明
1
0.7
1
0
0.7
0
0.7
10
仓库
动力
12
0.3
0.8
0.75
3.6
2.7
4.5
照明
1
0.7
1
0
0.7
0
0.7
生活区
照明
230
0.7
0.9
0.48
161
77.28
178.59
求和
841.3
839.22
1188.3
二次低压侧
K∑p=0.8
0.69
673.04
713.34
980.73
1.49
K∑q=0.85
一次高压侧
ΔPt=0.015Sc=14.71
0.67
687.75
772.18
1034.1
0.597
ΔQt=0.06Sc=58.84
P30=Kd*Pe;
Q30=P30*tanφ
S30=√P302+Q302;
I30=S30/√3*UN
注释
P30:
：
有功计算负荷I30计算电流
Q30:
无功计算负荷UN：
额定电压
S30：
总计算负荷
ΔPt：
变压器有功功率损耗K∑p:
有功功率的同时系数
ΔQt：
变压器无功功率损耗K∑p:
有功功率的同时系数
由于高压侧最大负荷时的功率因数低于电厂要求的0.9，故需采用无功功率补偿。
根据功率补偿方法可知，所用设备均为低压设备，根据所给材料，可采用PGJ1型低压无功功率自动补偿。
已知补偿前cosφ1=0.69;
补偿后cosφ2=0.92
综上所述所需补偿的容量：
Q30c=P30（tanφ1-tanφ2）=673.04x（1.06-0.426）=426.71kvar
可以选择自动补偿电容器1台二号主屏，3台四号辅助屏。
实际补偿容量Q30c’=112x4=448kvar
可得二次侧补偿后
S30’=√673.042+（713.34-448）2=723.46kva
△P’=0.015S30’=0.015x723.46=10.85kW;
△Q’=0.06S30’=0.06x723.46=43.41kvar;
变压器一次侧补偿后
P30‘=Pc+△P’=673.04+10.85=683.89kW;
Q30’=（Q30-Q30c’）+△Q’=（713.34-448）+43.41=308.75kvar;
S30’=√P30’2+Q30’2=√683.892+308.752=750.35kva;
cosφ2’=683.89/750.35=0.91满足设计要求
可见，补偿前车间变电所变压器容量应选10000KVA，补偿后选800KVA即满足要求
根据功率补偿计算，得出补偿前后变压器两侧容量、功率因数的对比，见表3：
表3补偿功率计算
无功功率补偿
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
功率因数
补偿前二次低压侧
673.04
713.34
980.73
0.69
补偿前一次高压侧
687.75
772.18
1034.1
0.67
PGJ1补偿
448
补偿后二次低压侧
673.04
265.34
723.46
0.92
补偿后一次高压侧
683.89
308.75
750.35
0.91>0.9
（二）变电所位置和型式的选择
变电所位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按功率距法来确定。
根据如下式子计算该工厂的负荷中心
表4负荷中心的确定
厂房编号
厂房名称
负荷类型
设备容量（Pe）/KW
功率因数
P30（kW）
∑P（i）
对应于示意图X
对应于示意图Y
1
铸造车间
动力
235
0.65
70.5
76.1
1.3
3.6
照明
8
1
5.6
2
锻压车间
动力
440
0.6
88
95
1.3
5.3
照明
10
1
7
3
金工车间
动力
350
0.6
70
75.6
3.5
3.6
照明
8
1
5.6
4
工具车间
动力
350
0.6
87.5
88.5
3.5
5.3
照明
1
1
1
5
电镀车间
动力
275
0.7
110
117
6.7
6.4
照明
10
1
7
6
热处理车间
动力
180
0.7
72
76.2
4.2
1.8
照明
6
1
4.2
7
装配车间
动力
165
0.65
49.5
54.4
6.7
3.2
照明
7
1
4.9
8
机修车间
动力
240
0.6
48
51.5
6.7
4.7
照明
5
1
3.5
9
锅炉房
动力
70
0.7
42
42.7
9.4
4.7
照明
1
1
0.7
10
仓库
动力
12
0.8
3.6
4.3
1.7
1.5
照明
1
1
0.7
生活区
照明
230
0.9
161
161
0.7
0.2
求和
841.3
841.3
独立变电所X坐标
3.71822
独立变电所Y坐标
3.63105
通过计算得工厂的负荷中心坐标为（3.72，3.63）
考虑到变电所所处地理位置，光照情况，风向等综合因素，决定在4号厂房北侧修建工厂变电所（STS）如图二所示
图二工厂车间变电所位置的选择
（三）主变压器的选择：
根据工厂符合性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可以有以下两种方案：
（1）装设单台主变压器
其额定容量Sn应满足全部用电设备的计算负荷S30，考虑留有一定的容量裕度，并考虑变压器的经济运行，即Sn≥（1.15~1.4）S30于是可选择一台S9-1000/10型低损耗配电变压器，备用电源通过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
装有两台主变压器时，任一台变压器单独运行需满足总计算负荷的60%~70%的要求，即Sn=（0.6~0.7）xS30=450.21~525.23kva已知二级负荷的计算负荷∑S=235.8kva没有一级负荷满足Sn>∑S=235.8kva于是可选两台容量均为630KVA的变压器，具体型号为S9-630/10。
备用电源通过与邻近单位相联的高压联络线来承担。
主变压器的联结组别采用Yyn0。
（3）变电所主接线设计方案的选择
对主变压器台数的选择方案，通过表5对比
表5两种主结构方案的比较
比较项目
装设一台主变压器的方案
装设两台主变压器的方案
技术指导
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，电压损耗率略大
由于两台主变并列，电压损耗略小
灵活方便性
灵活性稍差
灵活性较好
扩建适应性
稍差
略好
变压器综合投资
查表得S9-1000单价10.76万元，变压器综合
S9-630单价7.47万元，两台变压器综合投资
投资约为其单价2倍，因此综合投资约为
2X7.47=29.88万元，比一台多投资8.36
2X10.76=21.52万元
万元
经
高压开关柜综合投资
查表得GG-1A（F）型柜按每台3.5万元计，查
采用6台GG-1A（F）型柜，其综合投资额约为
济
表得其综合投资按设备1.5万计因此综合投资
6X1.5X3.5=31.5万元比一台主变多投资
指
约为4X1.5X3.5=21万元
10.5万元
标
变压器和开关柜年运行费
参表计算主变和开关柜折旧和维修管理费每
主变和开关柜折旧和维修管理费每年7.067
年4.893万元
万元比一台主变多投资2.174万元
交供电部门一次性供电贴费
按800/KVA计，贴费为1000X0.08万元
贴费=100.8万元，比一台主变多交
共80万元
20.8万元
从上表可以看出，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两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案如图三
（四）短路电流的计算
1、短路计算电路图如图四
图四短路电路图
2、确定基准值
基准容量Sd=100MVA基准电压Ud=Uav高压侧Ud1=10.5kv低压侧Ud2=0.4kv于是
Id1=Sd/√3XUd1=5.5KA
Id2=Sd/√3XUd2=144KA
3、电抗标幺值计算
（1）电力系数S：
X1*=Sd/Soc=0.2
（2）架空线路1WL：
查表得LGJ-150型导线1.5m间距时，电抗X0=0.35k∏/km线路长7km故X2*=X0XLXSd/U2d1=2.22
（3变压器S9-1000/10：
查表得Uk％=45
所以X3*=Uk％/100XLXSd/SN=4.5
根据以上所得绘制短路计算等效电路图（如图五）
高压柜列
GG-1A（J）-03
GG-1A（J）-04
GG-1A（J）-05
GG-1A（J）-06
（主变）（备用联络）
图三装设一台主变的主接线图
图五短路计算图
4、计算K1点（10.5KV侧）三相短路时
（1）总电抗标幺值
X*∑（k1）=X1*+X2*=0.2+2.22=2.42
（2）三相短路电流周期分量有效值
I（3）k1=Id1/X*∑（k-1）=5.5KA/2.42=2.72KA
（3）短路冲击电流（高压系统）
i（3）sh=2.55I``（3）=2.55×2.72KA=5.80KA
I（3）sh=1.51I``（3=1.51×2.72KA=4.11KA
（4）三相短路容量
S（3）k1=Sd/X*∑（k1）100MVA/2.42=41.32MVA
5、计算k2点（0.4KV侧）的短路电路时
（1）总抗标标幺值
X*∑（k-2）=X1*+X2*+X3*=6.92
（2）三相短路电流周期分量有效值
I（3）k-2=Id2/X*∑（k-2）=20.81KA
（3）短路冲击电流（低压系统）
ish=1.84I=38.29KA
Ish=1.09I=22.68KA
（4）三相短路容量
Sk2=Sd/X∑（K2）=100MVA/6.92=14.45MVA
综上计算所得表6
表6短路电流计算
短路点
三相短路电流/KA
三相短路容量/MVA
Ik
ish
Ish
Sk
k1
2.72
5.8
4.11
42.32
k2
20.81
38.29
22.68
14.45
补充：
其他与三相短路有关物理量（无限大容量系统中）
短路电流周期分路有效值：
IP
次暂态短路电流:
I``
稳态短路电流有效值:
I∞
有IP=I``=I∞=I（3）k=
（五）变电所一次设备的选择与校验
1、变电所一次设备的选择校验（表7）
表710KV侧一次设备的选择校验
选择校验项目
电压
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
其他
装设地点
参数
UN
I30
IK（3）
ish
I∞（3）2tima
数据
10KV
57.7A（I1N.T）
2.72KA
5.80KA
2.722X1.9=14.06
额定参数
UN
IN
IOC
imax
I12t
高压少油断路器
10KV
1000A
31.5A
80KA
31.52x2=1984.5
一
SN10-10Ⅱ/1000
次
高压隔离开关
10KV
200A
——
25.5KA
102X5=500
设
GN68-10/200
备
高压熔断器
10KV
0.5A
50KA
——
型
RN2-10
号
电压互感器JDZ-10
10/0.1KV
——
——
——
规
电压互感器JDZJ-10
10/√3
——
——
——
格
0.1/√3
0.1/3
电流互感器LQJ-10
10KV
100/5A
——
31.8KA
81
二次负荷0.6∏
避雷器FS-10
10KV
——
——
——
——
户外式高压隔离开关
15KV
200A
——
GW4-15G/200
可见，表7所选设备满足要求
2、380V侧一次设备的校验（表8）
表8380KV侧一次设备的选择校验
选择校验项目
电压
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
其他
装设地点
参数
UN
I30
IK（3）
ish
I∞（3）2tima
数据
380V
1490
20.81
38.29
20.812X0.7=303.1
额定参数
UN
IN
IOC
imax
I12t
低压断路器
380V
1500A
40KV
一
DW15-!
500/3电动
次
低压断路器
380V
630A
一般30KA
设
DZ20-630
备
低压断路器
380V
200A
一般25KA
型
DZ20-200
号
低压刀开关
380V
1500A
规
HD13-1500/30
格
电流互感器
500V
1500/5A
LMZJ1-0.5
电流互感器
500V
160/5A
LMZ1-0.5
100/5A
可见，表8所选设备满足要求
3、高低压母线的选择参照相关资料
10KV高压母线选LMY—3（40×4），即母线尺寸为40mm×4mm;
380V低压母线选LMY—3（120×10）+80×6，即母线尺寸为80mm×6mm。
（六）变电所进出线的选择和校验
1、10KV高压进线引入电缆的选择
（1）10KV高压进线的选择校验采用Lj型铝绞线架空敷设，接往10公用干线
1）按发热条件选择，由I30=I1N.T=57.7A及室外环境温度33℃，查表，初选Lj16,其35℃时的Ial≈95A>I30，满足发热条件。
2）校验机械强度。
查表8—33，最小许界面Amin=35mm2，因此Lj—16不满足机械强度要求，股改选Lj—35。
因为此线路很短，不需校验电压损耗。
（2）由于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I30=I1N.T=57.7A及土壤温度25℃查表8—43，初选缆芯为35mm2的交联电缆，其Ial≈105A>I30,满足发热条件。
2）校验短路热稳定。
计算满足短路热稳定的最小截面
Amin=（I
）/C=2720×
/77mm2=31mm2＜A=35mm2
式中的C值由表查得。
因此YJL22—10000—3×25电缆满足要求。
2、380V低压出现的选择
（1）馈电给1号厂房，（锻压车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设
1）按发热条件选择。
由I30=233A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表8-42，初选150mm2,其中Ial=247A＞I30，满足发热条件。
2）校验电压消耗。
由图11-3所示平面图量得变电所至一号厂房距离约70m,而由表8-41查得150mm2的铝心电缆的R0=0.25Ω/Km，X0=0.07Ω/Km，又一号厂房的P30=95KW,Q30=117Kvar,因此按公式（8-15）得：
ΔU=（95X（0.31X0.1）+117X（0.07x0.01））/0.38=9.9v
ΔU％=（9.9V/380V）×100％=2.6％＜ΔUal％=5％满足允许电压损耗5％的要求。
3）短路热稳定度校验。
求满足短路热稳定度的最小截面，
A=I∞（3）√t/C=20810X√0.75/76=237mm2
式中t----变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5秒整定，再加上短路器短路电流0.2s，再加上0.05s
满足短路热稳定度要求，因此可以选选缆芯150mm2=的聚氯乙烯电缆，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆
（2）馈电给2号厂房（铸造车间）的线路亦采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝心直埋敷设。
缆芯截面选240mm2，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆
（3）馈电给3号厂房（金工车间）的线路亦采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝心直埋敷设。
缆芯截面选240mm2，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆
（4）馈电给5号厂房（电镀车间）的线路亦采用VLV22-1000聚氯乙烯绝缘铝心直埋敷设。
缆芯截面选240mm2，即VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆
（5）馈电给4号厂房（工具车间）的线路由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝心导线BLV-1000型5根穿硬塑料管埋地敷设
1）按发热条件选择由I30=185A及环境温度26℃，查表，相线截面初选120mm2，其Ial≈212A＞I30，满足发热条件
2）校验机械强度查表，最小允许截面Amin=mm2，因此上面所选120mm2的相线满足机械强度要求
3）校验电压损耗所选穿线管，估计长度50m，由表查得R。
=0.31Ω/km，Xo=0.07Ω/km，又工具车间的P30=75.6kW，Q30=93.1kvar，因此
ΔU=｛75.6kW×（0.31×0.05Ω）+93kvar×0.07×0
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