工厂供电课程设计.docx
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工厂供电课程设计
四川化工职业技术学院
工厂供电设计
课
程
设
计
专业:
电气自动化技术
班级:
电气13331班
小组:
第二小组
指导教师:
张顺发
一、设计任务书
（一）设计题目
某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计
（二）设计要求
要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。
最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。
（三）设计依据
1.工厂总平面图
图1某冶金机械厂平面布置图
2.工厂负荷情况
本厂为三班工作制，年最大有功利用小时为6000h，属二级负荷，本厂的负荷统计资料如下表所示。
序号
表1工厂负荷资料统计
名称
负荷类别
设备容量
需要系数
功率因数
1
铸钢车间
380V负荷
2000
0.4
0.65
6kV负荷
2x1250
0.9
0.87
2
铸钢车间
380V负荷
1000
0.4
0.70
6kV负荷
2x200
0.8
0.9
砂库
380V负荷
110
0.7
0.60
3
铆焊车间
380负荷
1200
0.3
0.45
No.1水泵房
380负荷
28
0.75
0.8
4
空压站
380负荷
390
0.85
0.75
6kv负荷
2x250
0.85
0.85
机修车间
380负荷
150
0.25
0.65
锻造车间
380负荷
220
0.3
0.55
木型车间
380负荷
186
0.35
0.60
制材场
380负荷
20
0.28
0.60
综合楼
380负荷
20
0.9
1
5
锅炉房
380负荷
300
0.75
0.80
No.2水泵房
380负荷
28
0.75
0.80
仓库（1，2）
380负荷
88
0.3
0.65
污水提升站
380负荷
14
0.65
0.80
3.供电电源情况
按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由电力系统的某220/35kV变电站以35KV双回路架空线引入工厂，其中一路作为工作电源，另一路作为备用电源，两个电源不并列运行。
系统变电站距工厂东侧8km。
4.气象资料
本厂所在地区的年最高气温为40℃，年平均气温为18.0℃，年最低气温为-1℃，年度最热月平均最高气温为31.4℃，年最热平均气温为27℃，年最热月地下0.8米处平均温度26℃，常年主导风向为北风，年雷暴日数为39.1d
5．地质水文资料
平均海拔400米，地层以沙质粘土为主，地下水位3m。
6.电费制度
供电贴费为800元/kVA。
每月电费按两部电费制：
基本电费为18元/kVA，动力电费为0.3元/kw*h，照明电费0.55元/kw*h。
（四）设计任务
要求在规定的时间内独立完成下列工作:
1．设计说明书需包括：
1）目录
2）负荷计算和无功功率补偿
3）变电所位置和和型式的选择
4）变电所主变压器台数、容量与类型的选择
5）变电所主接线方案的设计
6）短路电流的计算
7）变电所一次设备的选择与校验
8）变电所进出线的选择与校验
9）变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定
10）防雷保护和接地装置的设计
11）附录——参考文献
2.设计图纸需包括;
1）变电所主接线图1张
2）变电所平、剖面图1张
（五）设计时间
自2015年5月25日至2015年5月29日
二、设计说明书
前言
本设计根据该冶金机械厂的相关资料和实际情况，对该厂的总降压变电所和高压供电系统进行设计。
本设计首先根据工厂提供的资料对工厂的负荷情况进行了计算，根据负荷情况对变压器的容量和台数进行了选择。
该厂电源由某变电所以35kV双回路架空线引出，本设计选择在该厂设立总降压变电所先将电压降为厂区供电电压10kV，在由各车间变电所降为负荷所需电压。
为保证供电系统的可靠性，总降压变电所采用单母线分段式接线方式，厂区供电系统采用放射式接线方式。
通过计算，本设计对各变电所的主要电气设备、电缆和母线进行了选择和校验，对一次侧主要设备进行了继电保护整定，对避雷和接地装置进行了选择。
目录
（一）负荷计算和无功功率补偿------------------------------------------5
（二）变电所位置和和型式的选择----------------------------------------7
（三）变电所主变压器台数、容量与类型的选择----------------------------8
（四）变电所主接线方案的设计------------------------------------------9
（五）短路电流的计算--------------------------------------------------9
（六）变电所一次设备的选择与校验--------------------------------------17
（七）变电所进出线的选择与校验----------------------------------------18
（八）变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定------------------------19
（九）防雷保护和接地装置的设计----------------------------------------23
（十）附录——参考文献------------------------------------------------24
（一）负荷计算和无功功率补偿
1.负荷计算
各厂房和生活区的负荷计算如表4
表2各车间380V负荷计算表
序号
车间（单位）名称
设备容量/kW
Kd
计算负荷
车间变电所代号
变压器台数及容量/kVA
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
1
铸钢车间
2000
0.4
0.65
1.17
800
936
1230.8
1870
No.1车变
2×1600
2
铸铁车间
1000
0.4
0.70
1.02
400
408
571.4
867.5
No.2车变
2×800
砂库
110
0.7
0.60
1.33
77
102.4
128.3
194.9
小计（KΣ=0.9）
2110
\
\
\
429.3
459.4
628.8
955.4
3
铆焊车间
1200
0.3
0.45
1.98
360
712.8
800
1215.
No.3车变
1×2000
No.1水泵房
28
0.75
0.8
0.75
21
15.8
26.3
39.6
小计（KΣ=0.9）
1228
\
\
\
342.9
655.7
740.0
1124
4
空压站
390
0.85
0.75
0.88
331.5
291.7
442
671.5
No.4车变
1×800
机修车间
150
0.25
0.65
1.17
37.5
43.9
57.7
87.7
锻造车间
220
0.3
0.55
1.52
66
100.3
120
182.3
木型车间
186
0.35
0.60
1.33
65.1
86.6
108.5
164.8
制材场
20
0.28
0.60
1.33
5.6
7.4
9.3
14.1
综合楼
20
0.9
1
0
18
0
18
27.3
小计（KΣ=0.9）
986
\
\
\
471.3
476.9
670.5
1018
5
锅炉房
300
0.75
0.80
0.75
225
168.8
281.3
427.4
No.5车变
1×400
No.2水泵房
28
0.75
0.80
0.75
21
15.8
26.3
40.0
仓库（1、2）
88
0.3
0.65
1.17
26.4
30.9
40.6
61.9
污水提升站
14
0.65
0.80
0.75
9.1
6.8
11.4
17.3
小计（KΣ=0.9）
430
\
\
\
253.4
200.1
322.9
490.6
表3各车间6kV高压负荷计算表
序号
车间（单位）
名称
高压设备名称
设备容量/kW
Kd
计算负荷
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
1
铸钢车间
电弧炉
2×1250
0.9
0.87
0.57
2250
1282.5
2586.2
248.9
2
铸铁车间
工频炉
2×200
0.8
0.9
0.48
320
153.6
355.6
34.2
3
空压站
空压机
2×250
0.85
0.85
0.62
425
263.5
500
48.1
小计
3400
\
\
\
2995
1699.6
3443.6
331.4
表4工厂负荷计算表
全厂设备容量/kW
Kd
计算负荷
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
11154
0.35
0.79
0.78
3904
3045.1
4941.8
285.3
2.无功功率补偿
由表4可知，该厂的功率因素
=0.79。
而供电部门要求该厂35KV侧最大负荷时功率因数应不低于0.90.考虑到主变压器的无功损耗大于有功损耗，因此10kV侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，暂取0.93来计算低压侧所需无功功率补偿容量：
QC=3904×（tanarccos0.79－tanarccos0.93）kvar=1486.9kvar
参照《工厂供电设计指导》图2-6，选PGJ1型自动补偿屏*，并联电容器为BWF6.3-50-1采用方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总共容量300kvr*5=1500kvr。
因此无功补偿后工厂低压侧和35kV侧的负荷计算如表5所示.
表5无功补偿后工厂的负荷计算
项目
计算负荷
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
低压侧补偿前负荷
0.79
3904
3045.1
4941.8
285.3
低压侧无功补偿容量
\
\
-1500
\
\
低压侧补偿后负荷
0.932
3904
1545
4189.6
241.86
主变压器功率损耗
\
63
251.9
\
\
35kV侧负荷总计
0.91
3967
1797
4355
71.84
（二）变电所位置和型式的选择
变电所的形式有很多种，优点各异。
露天式配电装置具有运行维护方便，占地面积少、投资少等优点，而屋内式配电装置安装方便、运行可靠，故本设计总降压变电所35kV侧采用屋外式配电装置，变压器放置于露天，10kV侧采用屋内式配电装置。
根据各车间的地理位置，车间建筑物结构、周围环境和车间负荷等情况，本设计详细考虑了各个车间的变电所形式，其中第一、二、三和四号车间变电所采用车间附设式变电所。
由于第五号车间变电所在锅炉房旁边，故采用独立式，以保证供电安全。
图2高压配电示意图
（三）变电所主变压器台数、容量与类型的选择
1.变电所主变压器的选择
根据工厂提供的数据，本工厂负荷为二级负荷，且工厂视在计算负荷为4941.9kVA，故本工厂总降压变电所应选择两台主变压器。
由于本工厂选用两台主变压器，故每台主变压器的容量不应小于总的计算负荷的60%~70%。
但由于本工厂的负荷均为二级负荷，故该工厂的总降压变电所选用两台容量为5000kVA型号为S9-5000/35的变压器，其参数如表6所示
表6S9-5000/35变压器技术参数
额定容量/kVA
额定电压/kV
损耗/kW
阻抗电压（%）
空载电流（%）
联结组别
总体质量/t
备注
高压
低压
空载
短路
5000
35，38±2×2.5%
3.15
6.3，10.5
6.50
31.00
7
0.7
Dyn11
11.15
沈变，上变
福变，武变等
（四）变电所主接线方案的设计
1.变电所主接线方案的选择
由于工厂的负荷为二级负荷，总降压变电所出线较多，故本降压变电所采用单母线分段方式的接线，电气接线图见图3。
这种接线方式采用的高压开关设备较多，初期投资较大。
但单母线分段接线方式比其他接线方式的灵活性、可靠性更高，考虑到总降压变电所的在工厂的特殊地位，故本设计采用单母线分段方式的主接线方案，变电所平面布置图见附录。
图3总降压变电所电气主接线图
作为主变照明及应急用电，本设计采用由主变一次侧单引一个35/0.4的小型干式变压器供电，作为主变照明及应急用电，并加直流屏，以保证供电系统检修和维护的可靠性。
（五）短路电流的计算
1.绘制计算电路
图4短路计算电路
2.确定短路计算基准值
设Sd=100MVA，则
3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值
（1）电力系统已知SOC=1000MVA，故
（2）架空线路本设计采用表7的数据进行架空线路电抗的计算
表7电力线路每相的单位长度电抗平均值
线路结构
线路电压
35kV及以上
6～10kV
220/380V
架空线路
0.40
0.35
0.32
电缆线路
0.12
0.08
0.066
因此
（3）电力变压器UK%取值查表《工厂供电设计指导》3-1
故可得出短路等效电路图
图5短路计算等效电路
4.计算k-1点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
5.计算k-2点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
6.计算k-3点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
7.计算k-4点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
8.计算k-5点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
9.计算k-6点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
10.计算k-7点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
11.计算k-8点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
12.计算k-9点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
13.计算k-10点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值
（2）三相短路电流周期分量有效值
（3）其他短路电流
（4）三相短路容量
根据前面短路计算得出的各种短路情况的数据，经过整理得出该厂的短路计算表见表8
表8短路计算结果表
电路点
三相短路电流/kA
三相短路
容量/MVA
k-1
4.86
4.86
4.86
9.81
6.58
277.78
k-2
5.19
5.19
5.19
11.68
7.84
94.34
k-3
54.56
54.56
54.56
122.76
82.39
40.65
k-4
2.81
2.81
2.81
6.32
4.23
30.67
k-5
35.61
35.61
35.61
80.13
53.77
25.91
k-6
1.12
1.12
1.12
2.53
1.69
12.25
k-7
19.46
19.46
19.46
43.79
29.38
14.16
k-8
20.64
20.64
20.64
51.60
31.17
15.02
k-9
1.12
1.12
1.12
2.53
1.69
12.25
k-10
12.43
12.43
12.43
27.97
18.77
9.04
（六）变电所一次侧设备的选择校验
1.35kV侧一次设备的选择校验
表935kV侧一次设备选择校验表
选择效验项目
电压
电流
断流能力
动稳定性
热稳定性
其他
装置地点条件
参数
UN
I30
数据
35kV
71.84A
4.86kA
9.81kA
17.71
设备型号
参数
UN
IN
Ioc/Soc
imax
断路器40GI-E16
40.5kV
1600A
16kA
\
\
电流互感器LCZ-35
35kV
1000/5A
\
130kA
900
熔断器RN5-35
35kV
100A
900MVA
\
\
电压互感器JDJ2-35
35/0.1kV
\
\
\
\
2.10kV侧一次设备的选择校验
表1010kV侧一次设备选择校验表
选择效验项目
电压
电流
断流能力
动稳定性
热稳定性
其他
装置地点条件
参数
UN
I30
数据
10kV
285.3A
5.19kA
11.68kA
20.20
设备型号
参数
UN
IN
Ioc/Soc
imax
断路器SN10-10Ⅱ
10kV
1000A
31.5kA
80kA
31.5
电流互感器LAJ-10
10kV
20~800/5A
\
181kA
3600
电压互感器JDJ2-35
10/0.1kV
\
\
\
\
3.各车间变电所二次侧一次设备的选择与效验
表11各车间变电所二次侧断路器选择与效验表
变电所编号
断路器型号
装设地点参数
校验参数
I30
Ik（3）/kA
UN/V
IN/A
Ioc/kA
NO.1
DW17-2000
380
1870
54.56
690
2000
80
SN1-10
6000
248.9
4.05
6000
600
20
No.2
DW15-1600
380
955.4
35.61
690
1250
40
SN1-10
6000
34.2
1.12
6000
600
20
No.3
DW17-2000
380
1124
62.49
690
2000
80
No.4
DW17-1600
380
1018
20.64
690
1250
50
SN1-10
6000
48.1
1.12
6000
600
20
No.5
DW15-630
380
490.6
12.43
690
630
30
4.高低压母线的选择
35kV母线按发热条件选择由=71.84A及室外环境温度31.4℃，查《工厂供电设计指导》表8-38，选LMY-253，其35℃时的Ial=233A>I30，满足发热条件。
10kV母线参照《工厂供电设计指导》表5-28，10kV侧母线选LMY-404,即相母线尺寸为806，而中性母线尺寸为505。
（七）变电所进出线的选择与校验
1．35kV架空线路的选择
（1）35kV高压进线的选择采用LJ型铝绞线架空敷设，接住工厂东侧8km处的某220/35kV变电站。
1）按发热条件选由I30=I1nT//I2nT=288.7A及室外环境温度31.4，查《工厂供电设计指导》表8-36，初选LJ-95，其35时的Ial=289A>I30，满足发热条件。
2）校验机械强度查《工厂供电设计指导》表8-34，最小允许截面Amin=353）校验电压损耗已知由220/35kV变电站到工厂主变电所距离8km，而由《工厂供电设计指导》表8-36查得95的铝绞线的R0=0.36Ω/km，X0=0.31Ω/km（取线间几何均距600mm）又工厂主变P30=3967kw，Q30=1797kvar，因此
故满足允许电压损耗的要求。
2．车间变电所10kV高压进线的选择
（1）10kv高压进线的选择总降压变电所至各车间变电所的电缆均采用交联聚乙烯绝缘铜芯架设空中线槽，并依次进行了校验，结果如表12
表12总降压变电所至各车间变电所电缆选择与效验表
变电所编号
电缆型号
计算电流I30/A
允许载流量Ial/A
No.1
YJV-70
217.75
255
No.2
YJV-25
63.76
135
No.3
YJV-25
42.72
135
No.4
YJV-25
62.07
135
No.5
YJV-25
18.64
135
（八）变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定
1.高压断路器的操作机构控制与信号回路断路器采用弹簧储能操作机构，可实现一次合闸。
2.变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜，其上装有三相有功电能表和无功电能表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并据以计算每月工厂的平均功率因数。
计量柜由有关供电部门加封和管理。
3.变压器的保护装置
（1）瓦斯保护
瓦斯保护又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的相当灵敏的保护装置，按GB50062—1992规定，800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器，均装设瓦斯保护。
故该厂总降压变电所主变压器应装设瓦斯保护。
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