某机修厂机械加工一车间低压配电系统及车间变电所设计.docx
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某机修厂机械加工一车间低压配电系统及车间变电所设计
一绪论
1．本课题设计的意义和目的
电能是工业生产的主要动力能源。
工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输、变换，分配到工厂车间中每一个用电设备上。
随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等的要求也日益提高。
供电设计是否完善，不仅影响工厂的基本建设投资、运行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂供电的可靠性和工厂的安全生产上。
它与企业的经济效益、设备和人生安全等是密切相关的。
工厂厂区供电设计是整个工厂建设设计中的重要组成部分。
供电设计质量,会直接影响到日后工厂的生产与发展。
尤其对那些工业生产自动化程度很高的大型现代化工厂,如果能有一个高质量的供电系统,那么,就有利于企业的快速发展。
稳定可靠的供电系统,有助于工厂增加产品产量,提高产品质量,降低生产成本,增加企业经济效益。
如果供电系统设计质量不高,将会给企业,给国家造成不可估量的损失。
本次课程设计针对某机修厂机械加工一车间低压配电系统及车间变电所设计，涉及到工厂电力负荷及其计算，短路电流及其计算，工厂配电所及其一次设备，工厂电力线路，工厂供电系统的过电流保护和二次回路还有电气照明等方面入手按照国家的一些技术标准设计。
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，也具有重大的意义。
2．工厂供电课程设计的要求
按照安全、可靠、优质、经济的供配电基本原则,提出工厂车间供电的设计方案。
本次电力工程课程设计主要是关于某机修厂机械加工一车间低压配电系统及车间变电所设计。
其中包括对某机修厂机械加工一车间进行了负荷和短路电流计算，并对变压器和车间变电所的高压进线和出线的选择，以及低压母线，高压一次设备、二次设备的选择和校验，并对整个车间供电系统进行了继电保护的选择。
变电所应建在靠近负荷中心位置，这样可以节省线材，降低电能损耗，提高电压质量，这是供配电系统设计的一条重要原则。
最后画好车间主接线图和车间配电系统图。
工厂供电是电力系统的一个组成部分，必然受到电力系统工作情况的影响和制约，也就是说，它应该遵守电力部门制定的法规，可以应用电力系统中采用的分析、计算方法。
但工厂供电系统与电力系统不同，它要反映工厂用户的特点和要求。
因此，在确定工厂供电系统主接线、选择设备、进行电力负荷计算、进行短路电流计算和继电保护选择等方面有其自身的特点。
3．工厂供电的发展趋势
由于电能易于由其他的能量转换而来，又易于转换成其他形式的能量。
因此，他是工厂的主要能源与动力。
在工厂里，使用电能可以大大增加能量，提高劳动率，降低生产成本，减轻工人劳动强度。
根据统计资料，国家电力资源的50%-70%以上都为工厂耗用。
可见，工厂是电能的主要用户。
因此，搞好工厂供电工作，不仅对电力工业是一种促进，而且，对发展工业生产，实现工业现代化也具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，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。
二分组
由车间平面布置图，按照容量接近和设备接近的原则，可把一车间的设备分成5组，分组如下：
NO.1：
29、30、31配电箱的位置：
D-②靠墙放置
NO.2：
14——28配电箱的位置：
C-
靠墙放置
NO.3：
1、32、33、34、35配电箱的位置：
B-
靠柱放置
NO.4：
6、7、11、12、13配电箱的位置：
B-④靠柱放置
NO.5：
2、3、4、5、8、9、10配电箱的位置：
B-
靠柱放置
三负荷计算和无功功率补偿
1．各组设备的有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷、电流
NO.1：
29、30、31配电箱的位置：
D-②靠墙放置
NO.2：
14——28配电箱的位置：
C-
靠墙放置
NO.3：
1、32、33、34、35配电箱的位置：
B-
靠柱放置
NO.4：
6、7、11、12、13配电箱的位置：
B-④靠柱放置
NO.5：
2、3、4、5、8、9、10配电箱的位置：
B-
靠柱放置
（
）
:
NO.1：
17.8kwNO.2：
16.595kw
NO.3：
31.545kwNO.4：
4.525kw
NO.5：
7.765kw
:
NO.1：
30.794kwNO.2：
28.709kw
NO.3：
54.573kwNO.4：
7.828kw
NO.5：
13.433kw
NO.1：
178kwNO.2：
165.95kw
NO.3：
315.45kwNO.4：
45.25kw
NO.5：
77.65kw
NO.1：
270.45ANO.2：
252.14A
NO.3：
479.29ANO.4：
68.75A
NO.5：
117.98A
2．负荷计算
（1）单组用电设备计算负荷的计算公式
a）有功计算负荷（单位为KW）
=
，
为系数
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=
tan
c）视在计算负荷（单位为kvA）
=
d）计算电流（单位为A）
=
为用电设备的额定电压（单位为KV）
（2）多组用电设备计算负荷的计算公式
a）有功计算负荷（单位为KW）
=
式中
是所有设备组有功计算负荷
之和，
是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=
，
是所有设备无功
之和；
是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97
c）视在计算负荷（单位为kvA）
=
d）计算电流（单位为A）
=
经过计算，得到各车间的负荷计算表，如表4-1、4-2所示（额定电压取380V）。
表4-1机加工一车间用电设备名称、型号及台数明细表
设备代号
设备名称、型号
台数
单台容量（千瓦）
总容量（千瓦）
备注
1
马鞍车床C630M
1
10.125
10.125
2
万能工具磨床M5M
1
2.075
2.075
3
普通车床C620-1
1
7.625
7.625
4
普通车床C629-1
1
7.625
7.625
5
普通车床C620-1
1
7.625
7.625
6
普通车床C620-3
1
5.625
5.625
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C618
1
4.625
4.625
12
普通车床C618
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Q199
1
7.625
7.625
16
摇臂钻床Z35
1
8.5
8.5
17
圆柱立式钻床Z5040
1
3.125
3.125
18
圆柱立式钻床Z5040
1
3.125
3.125
19
5T单梁吊车
1
10.2
10.2
20
立式沙轮S38L350
1
1.75
1.75
21
牛头刨床B665
1
3
3
22
牛头刨床B665
1
3
3
23
万能升降台铣床X63WT
1
13
13
24
立式升降台铣床X-52K
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
0.6
29
电极式盐浴电阻炉
1
20（单相380伏）
20
RYD-20-13
30
井式回火电阻炉
1
24
24
RJJ-24-6A
31
箱式加热电阻炉
1
45
45
RJX-45-9
32
普通车床CW6-1，100
1
31.9
31.9
33
单柱立式车床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
小计
35
371.15
391.15
表4-2机加工二、车间、铸造、铆焊、电修等车间计算负荷表（按需要系数法计算）
车间名称
回路及编号
设备容量（ＫＷ）
计算负荷
P30/kW
Q30/kvar
S30/kV·A
I30/A
一车间
No1供电
150.45
30.09
52.055
300.9
457.18
No2供电
157.725
31.545
54.573
315.45
479.29
No3照明
82.975
16.595
28.709
165.95
252.14
二车间
No1供电
155
46.5
54.4
71.6
108.7
No2供电
120
36
42.1
55.4
84.2
No3照明
10
8
0
8
12.2
铸造车间
No1供电
160
64
65.3
91.4
138.9
No2供电
140
56
57.1
80
121.5
No3供电
180
72
73.4
102.8
156.2
No4照明
8
6.4
0
6.4
9.7
铆焊车间
No1供电
150
45
89.1
99.8
151.7
No2供电
170
51
101
113.1
171.9
No3照明
7
5.6
0
5.6
8.5
电修车间
No1供电
150
45
78
90
136.8
No2供电
146
44
65
78.5
119.3
No3照明
10
8
0
8
12.2
总计
1627.6
571.5
693.8
898.9
1365.7
变压器低压侧总计算负荷
542.9
673
864.7
1313.8
380v侧无功补偿容量
542.9
480
576.2
875.4
变压器的功率损耗
8.6
34.6
补偿后变压器高压侧计算负荷
551.5
227.6
596.6
34.4
3．无功功率补偿
由表1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.64。
而供电部门要求该厂10KV进线最大负荷时的功率因素不应地于0.90。
考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时的功率因素应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:
Qc=P30（tanΦ1-tanΦ2）=468.9[tan（arccos0.64）-tan（arccos0.92）]Kvar=361.1Kvar
选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用主屏1台与辅屏4台相组合，总容量84Kvar×5=420Kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表：
表4-3无功补偿后工厂的计算负荷
项目
cosΦ
计算负荷
P30/KW
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.64
468.9
558.3
729.5
1108.3
380V侧无功补偿容量
-420
380V侧补偿后负荷
0.96
468.9
138.3
488.9
742.8
主变压器功率损耗
0.015S30=7.3
0.06S30=29.3
10KV侧负荷总计
0.94
476.2
167.6
504.8
29.1
四设备选择
1．根据分组选择各动力箱
查阅手册，根据分组设备电流、容量、支路数确定动力箱（表4-1）
表4-1机械加工一车间动力箱选择情况表
组号
动力箱型号
方案编号
主要设备
NO.1
GML1
13C
NH-630
（1）LMG-40/0.66
（2）CM1-100（3）
NO.2
GBL2
22a
QP-30
（1）C45N（16）Vigic45（16）
NO.3
GML1
09A
NH-630
（1）LMG-40/0.66
（2）CM1-100（5）
NO.4
GML1
09A
NH-630
（1）LMG-40/0.66
（2）CM1-100（5）
NO.5
GML1
22A
NH-630
（1）LMG-40/0.66
（2）CM1-100（8）
2．低压配电屏
根据计算所得的车间一的电流和额定电压，结合环境条件，低压配电屏选择JDK-1-1型，该配电屏适用于电力、交通等行业，在低压总变电所、车间变电所和干燥环境的厂房、车间配电室内，作为交流额定频率50HZ、额定电压380V变压器变压器中性点直接接地的低压配电系统中的进馈照明、电容器无功补偿的户内配电设备使用，同时也可与JDT型电动机控制配电屏配套使用。
其结构特点为：
采用国产标准型刚组装而成，整个配电屏无需焊接，配电屏前面操作，前、后面检修，主电路电源隔离开关的操作把手装在前门面板外面，与开关间采用插接连接，门可以自由打开，同时，开关操作机构采用贮能结构，使开关速度与开关断开速度无关。
在配电屏的前门装有电器仪表和操作按钮，便于观察主电路的运行状态和停、送电操作。
根据车间负荷表和回路数，计算电流值及其它因素的考虑，选择5个低压配电屏为工厂配电，分别为：
PGL2-30四个、PGL2-291个。
五变电所主变压器和主结线方案的选择
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可以有下列两种方案：
（1）装设一台主变压器
型式采用S9，而容量根据SN。
T=630KVA>S30=504.8KVA选择，即选一台S9-630/10型低损耗配电变压器。
至于工厂二级负荷的备用电源，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
型式也采用S9，每台容量按式SN·T≈（0.6～0.7）S30选择，即
SN·T≈（0.6～0.7）×504.8kVA=（302.9～353.36）kVA
因此选两台S9-400/10型低损耗配电变压器。
主变压器的联结组别均采用Yyn0。
2．变电所主结线方案的选择
按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结线方案：
（1）装设一台主变压器的主结线方案。
（2）装设两台主变压器的主结线方案。
（3）两种主结线方案的技术经济比较（表5-1）。
表5-1两种主结线方案的比较
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，电压损耗略大
由于两台主变并列，电压损耗略小
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
综合投资额
由表2-8差得S9-630的单价为7.47万元，而由表4－1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2×7.47万元＝14.94万元
由表2-8差得S9-400的单价为5.31万元，因此两台综合投资为4×5.31万元＝21.24万元，比一台主变方案多投资6.3万元
高压开关柜（含计量柜）的综合投资额
查表4-10得GG-1A（F）型柜按每台3.5万元计，查表得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4×1.5×3.5万元＝21万元
本方案采用6台GG-1A（F）柜，其综合投资约为6×1.5×3.5万元＝31.5万元，比一台主变方案多投资10.5万元
电力变压器和高压开关柜的年运行费
参照表4-2计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为3.706万元（其余略）
主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为6.752万元，比一台主变方案多耗3.046万元
交供电部门的一次性
供电贴费
按800元/kVA计，贴费为630×0.08万元＝50.4万元
贴费为2×400×0.08万元＝64万元，比一台主变方案多交13.6万元
从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变的主结线方案，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。
（备注：
如果工厂负荷近期有较大增长的话，则宜采用装设两台主变的方案）。
六短路电流的计算及变电所一次设备的选择校验
1．短路电流的计算
（1）．绘制计算电路（图6-1）
图6-1短路计算电路
（2）．确定基准值
设Sd=100MVA，Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则
（3）.计算短路电路中各元件的电抗标幺值
a）电力系统
b）架空线路由LGJ-150的
，而线路长0.3km,故
c）电力变压器有
，故
因此绘等效电路，如图6-2所示。
图6-2等效电路
（4）．计算k-1点（10.5kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
a）总电抗标幺值
b）三相短路电流周期分量有效值
c）其他短路电流
d）三相短路容量
（5）．计算k-2点（0.4kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
a）总电抗标幺值
b）三相短路电流周期分量有效值
c）其他短路电流
d）三相短路容量
以上计算结果综合如表6-1所示。
表6-1短路计算结果
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MVA
I’’（3）
k－1
9.2
9.2
9.2
23.5
13.9
167.2
k－2
18.7
18.7
18.7
34.4
20.4
13.0
2．变电所一次设备的选择校验
（1）．10kV侧一次设备的选择校验（表6-2）
表6-210kV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
台数
装置地点条件
参数
UN
I30
2tima
数据
10kV
36.4A（I1N·T）
9.2kA
23．5kA
9.22×1.9
=160.8
一
次
设
备
型
号
规
格
额定参数
UN
IN
Ioc
imax
t
高压少油断路器SN10-10I/630
10kV
630A
16kV
40kA
162×2=512
2
高压隔离开关GN
-10/200
10kV
200A
－
25.5kA
102×5=500
5
高压熔断器RN2-10
10kV
0.5A
50kA
－
－
2
电压互感器JDJ-10
10/0.1kV
－
－
－
－
1
电压互感器JDJZ-10
/
/
kV
－
－
－
－
1
电流互感器LQJ-10
10kV
100/5A
－
31.8KA
81
3
避雷器FS4-10
10kV
－
－
－
－
2
户外式高压隔离开关
GW4-15G/200
15kV
200A
－
－
－
1
表6-2所选设备均满足要求。
（2）．380侧一次设备的选择校验（表6-3）
表6-3380V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
台数
装置
地点
条件
参数
UN
I30
2tima
数据
380V
总742.8A
18.7kA
34.4kA
18.72×0.7=244.8
一
次
设
备
型
号
规
格
额定
参数
UN
IN
Ioc
imax
t
低压断路器DW15－1500/3
380V
1500A
40kV
1
低压断路器DZ20－630
380V
630A
（大于I30）
一般30kA
12
低压断路器DZ20－200
380V
200A
（大于I30）
一般25kA
3
低压刀开关HD13－1500/30
380V
1500A
－
1
电流互感器LMZJ1－0.5
500V
1500/5A
－
1
电流互感器LMZ1－0.5
500V
160/5A
100/5A
－
1
表6-3所选设备均满足要求。
（3）．高低压母线的选择
查表得，10KV母线选LMY－3（40×4），即母线尺寸为40mm×4mm；380V母线选LMY－3（80×6）+50×5，即相母线尺寸为80mm×6mm，中性母线尺寸为50mm×5mm。
（4）．设备的选择及整定值（熔芯）的选择
设备的选择详见车间配电系统接线图。
什么是整定电流？
整定电流和额定电流什么关系？
首先说额定电流这个一般是指设备在正常情况下通常是指额定电压下流过设备的电流。
也就是说对于一个设备额定电流是他的一个性能参数，设备确定的这个设备的额定电流也就确定了都有标的。
而整定电流是指人们为了某种目的设定的电流，就是人来决定的。
通常情况这个词用在继电保护领域，你根据额定电流及具体情况设置一个阀值，高于或低于这个阀值继电器就动作，这个阀值就是你设定的整定电流。
七心得体会
通过这次设计，让我了解了进行一个设计项目的过程和要注意的事项，设计是一个比较繁琐的过程，许多的细节问题还要联系实际情况来考虑，当外部条件变化时，有一些相应的参数值将跟着变化，这就对我们的设计的精密度提出了更高的要求。
电力工程课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从拿到题目时的不知所措到定稿绘图，从理论到实践，在短短的两个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次数电力工程课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动
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