通用机器厂供配电系统的电气设计课程设计文档格式.docx
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（1）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，确定变电所的位置与型式。
（2）确定变电所主变压器的台数与容量、类型。
（3）选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线。
（4）确定二次回路方案。
（5）选择整定继电保护装置。
（6）确定防雷和接地装置。
（7）绘制设计图样。
2工厂负荷计算及配电系统的确定
2.1工厂实际情况的介绍
1.本次设计的机器厂厂区平面布置如图2.1所示
冷作车间金工车间
仓库北装配车间
刑
图2.1通用机器厂长区平面图
2.各车间负荷情况见表2-1o
表2-1各车间负荷表
车间
P/kW
Q/kvar
最大电动机/kW
冷作
100
110
30
装配
80
90
22
仓库
20
7.5
户外照明
15
3.金工车间设备平面布置如图2.2所示
4.供电电源。
在金工车间东侧1020m处有一座10kV配电所，先用1km的架空线路，后改为电缆线路至本厂变电所，其出口断路器是SN1—10H型［4］，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1s。
5.气象资料。
年平均气温为23.2C,年最低气温为2C,年最热月平均气温为34.6C
图2.2金工车间设备平面布置图
6.地质资料。
本厂所在地区平均海拔450m土壤电阻率为100欧姆/米
7.金工车间设备明细见表2-2。
表2-2金工车间设备明细表
序号
设备名称
设备容量/kW
台数/台
1—33613—36
车床
7+0.125
14
23—2532—34
4
铳床
10+2.8
1
52135
摇臂钻
4.5+1.7+0.6+0.125
3
674142
7+2.8
89
7+1.7
2
10
砂轮机
3.2
1112
1718
磨床
7+1.7+0.5
19
10+2.8+1.5
2038
10+2.8+0.5
2237
10+0.125
2627
14+1+0.6+0.15
20+0.15
31
10+0.5
3940
龙门刨
75+4.5+1.7+1.7+1+1+0.5
434445
46
镗床
6.5+2.8
47
48
桥式起重机
11+5+5+2.2
4950
16+5+5+3.5
全厂照明密度为：
12Wm.m
2.2工厂负荷计算和无功补偿计算
根据工艺设计提供的各厂房电力负荷清单，全厂都是三级负荷。
按需要系数法分别计算出各厂房及全厂的计算负荷。
注意，用电设备的总容量Pe值不含备用
设备容量。
2.2.1金工车间负荷计算
1•金属切削机床组设备容量
Pe=（7.125X14+12.8+6.925X3+9.8X4+8.7X2+3.2+1X2+9.2X2+14.3+13.3X2+10.125X2+15.75X2+63+38.7+20.15+10.5+85.4X2+8.7X3+9.3+9.8）kW
=653.525kW
对于大批生产的金属冷加工机床电动机，其需要系数：
Kd=0.18—0.25取0.25cos=0.5,tan=1.73
有功计算负荷：
P30=KdPe=（0.25X653.525）kW=163.38kW
无功计算负荷：
Q30=P30tan=（163.38X1.73）kVA=282.65kVA
2.桥式起重机容量
Pe=PN=（23.2+29.5X2）kW=82.2kW
对于锅炉房和机加、机修、装配等类车间的吊车，其需要系数：
Kd=0.1—0.15（取0.15）,tan©
=1.73,cos*=0.5
P30=KdPe=（0.15X82.2）kW=12.33kW
Q30=P30tan=（12.33X1.73）kVA=21.33kVA
3.金工车间照明
车间面积：
60X24=1440（m2）
设备容量：
Pe=（12X1440）W=17280W=17.28kW
对于生产厂房及办公室、阅览室、实验室照明，其需要系数：
Kd=0.8—1取1,tan=0,cos=1.0（tan■•和cos的值均为白炽灯照明数据）
P30=KdPe=（1X17.28）kW=7.28kW
Q30=P30tan=（17.28X0）kVA=0kVA
2.2.2全厂总负荷
1•变压器低压侧：
P302=0.9^P30
=0.95X（163.38+12.33+17.28+100+80+20+20）kW
=392.34kW
q302=0.977q30
=0.97X（282.65+21.33+110+90+20+15）kVA
=522.81kVA
视在计算负荷：
S302=392.342522.812kVA=653.65kVA
功率因数：
cos2=P302/Q302=392.34/653.65=0.6
SL7型变压器属于低损耗电力变压器，其功率损耗可按简化公式计算。
有功损耗：
：
PT0.015S302=（0.015X653.65）kW=9.81kW
无功损耗：
Q0.06S302=（0.06X653.65）kVA=39.22kVA
2•变压器高压侧：
P301=P302+R=（392.34+9.81）kW=402.15kW
Q301=Q02+：
Qt=（522.81+39.22）kVA=562.03kVA
S301=、.402.152562.03"
kVA=691.09kVA
cos1=P301/S301=402.15/691.09=0.58
3.无功功率的补偿。
由于要求工厂变电所高压侧的功率因数不得低于0.9，而目前只有0.58，因
此，需进行无功功率的补偿。
提高功率因数的方法分为改善自然功率因数和安装人工补偿装置两种。
安装
人工补偿装置的方法既简单见效又快，因此，这里采用在低压母线装设电容屏的方法来提高功率因数［5］。
考虑到变压器无功功率补偿损耗远大于有功功率损耗。
一般Qt=（4-5）丄PT,因此在低压补偿时，低压侧补偿后的功率略高于0.9，这
里取cos=0.92。
而补偿前低压侧的功率因数只有0.6，由此可得低压电容屏的容量为：
Qc=P302（tan-tan'
）
=392.34”tanarccos0.6：
-tanarccos0.92：
|kVA=355.76kVA取QC=360kVA。
补偿后变电所低压侧的视在计算负荷:
kVA=424.78kVA
S30
（2）=j392.342+（522.81-360）2
主变压器的功率损耗:
•R'
：
0.015&
02二0.015424.78kW=6.37kW
QT：
0.06^02二0.06424.78kVA=25.49kVA
变压器高压侧的计算负荷：
P301；
h[392.346.37kW=398.7kW
Q301=522.81-36025.49kVA=188.3kVA
S301=一398.72188.32kVA=440.9kVA
cos=p301/S.n1=398.7/440.94=0.904
功率因数满足要求
全厂变电所负荷计算如表2-3所示
2.3主要车间配电系统的确定
工厂的低压配电线路有放射式、树干式和环行三种基本结线方式。
放射式结线的特点是：
其引出线发生故障是互不影响，供电可靠性较高，而且便于装设自动装置。
但有色金属消耗量较多，采用的开关设备也较多。
放射式结线方式多用于设备容量大或供电可靠性要求较高的设备供电。
而树干式结线的特点正好与放射式结线相反。
很适于供电给容量较小而分布较均匀的用电设备。
环行结线供电可靠性较高，但其保护装置及整定配合比较复杂⑹。
因此，根据金工车间的具体情况，本系统采用放射式和树干式组合的结线方式，能满足生产要求。
表2-3全厂变电所负荷计算表
台数/
Pe/
Kd
cos©
tan
P30/
台
kW
♦
金工车间冷加工机床
117
654.53
0.25
0.5
1.73
163.38
282.65
起重机
82.2
0.15
12.33
21.33
车间照明
17.28
小计
120
192.99
303.98
冷作车间
装配车间
220
235
变电所低压负荷取
K送p=0.95
K送q=0.97
392.34
522.81
653.65
补偿电容
-360
补偿后低压
负荷
162.81
424.78
配电设计方案1如图2.3所示。
配电设计方案2如图2.4所示方案比较：
1•方案1和方案2对金工车间的供电都是可行且都能达到目的。
2•方案1和方案2中，方案1中的干线⑤⑥⑧③和方案2中的干线⑤⑥⑦③是同样的。
对功率较大的靠近变电所的设备采用放射性供电，放射式线路之间互不影响，因此供电可靠性较高。
3•方案1中的干线①跨过20多米把设备10、11、12连接，电能损耗大，金属损耗多，这样既不经济，供电也不可靠⑺。
而方案2中，设备1—9由一干线树干式供电，能减少线路的有色金属消耗量，采用的高压开关数量少，投资少，能弥补以上的缺点。
图2.4金工车间配电方案2
4•方案1中的干线②供电范围中，包括功率较大的设备30和29。
由于其他设备功率小，这样起动电流大，供电不可靠。
方案2中干线②只对13—21、31只对小功率的设备供电，功率平衡，供电可靠性相对提高。
大功率设备30、29直接采用放射式供电。
5•方案1中，三台桥式起重机用同一干线⑦，采用树干式供电，若有一台起
重机出故障，则三台起重机均不能使用，供电可靠性极差。
而对于方案2中，用
干线10、11对起重设备49、50和48供电，若一台起重机出故障，至少还有一台起重机可工作。
这样，供电可靠性就提高了。
6.方案2中的干线④把22—27、32—38及10—12的设备采用树干式供电，减少电能损耗，减短导线长度。
从经济上看，节省开支，且不影响供电可靠性。
结论：
经以上比较，从经济性、供电可靠性两方面考虑，方案2比方案1好。
因此采用方案2对金工车间供电
3电气设备选择与电器校验
3.1主要电气设备的选择
3.1.1变压器的选择
对于SL7-630kVA变压器，考虑本地年平均气温为23.2C,即年平均气温不等于20E，则变压器的实际容量应计入一个温度校正系数⑹。
对室内变压器，其
实际容量为
f日一20）/232—20、
St=KrSn=0.92-RSn=0.92-—:
ix630kVA=559.44kVA
°
\、100丿<
100丿
559.44kVA大于424.78kVA因此，变压器的选择满足要求。
3.1.2低压补偿柜的选择
本系统拟采用无功功率自动补偿屏，装在变电所低压母线侧集中补偿。
选用总电容容量为360kVA电容屏型号选：
PGJ—2一台，PGJ1-3三台。
3.1.3低压配电屏的选择
根据前面所确定的车间配电系统及多路额定电流，本设计选用固定式低压配电屏PGL2型，因为该厂为三级负荷，选用PGL2型即可满足要求［9］。
若要更可靠，则可选用抽屉式GCK或多米诺。
3.1.4高压开关柜的选择
本次设计中，确定用630kVA的变压器把10kV的高压降到动力设备所需要的
电压0.4kV。
若有重要负荷，可靠性要求较高，则可选用手车式开关柜，如JYN
kyn本厂都是动力设备，无重要负荷，因此，变电所可采用固定式开关柜。
这里选用GG-1A（F）--03，此柜装有GN1—10型隔离开关1个，隔离高压电流，以保证其他电气设备的安全检修。
SN10--10II/630—500型少油断路器1个［10］，可以通断线路正常的负荷电流，也可以进行短路保护。
GG-1A（F）--03除备有以上两
种开关外，还有LQJ-10型电流互感器2个，分别接仪表和继电器，以满足测量和保护的不同要求。
3.2电器校验
3.2.1高压电器的校验
高压一次设备的选择，必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。
选择好高压开关柜和柜内的高压设备后，可对选用的电器设备进行校验。
1.短路电流的计算
要校验高压电器，必须先对线路进行短路计算。
32xW-*Q莎丽G2J2xlQ-G^0.O144Q
图3.2短路等效电路图
（1）求k—1点的三相短路电流和短路容量（Uc1=10.5kV）；
1）计算短路电路中各元件的电抗和总电抗：
电力系统的电抗：
X^U^/Soc=10.52/50^1=0221'
J
式中Ud--短路点的短路计算电压，单位为kV；
Soc--系统出口断路器的断流容量，单位为MVA根据题目给出的出口断路器
型号SN10--10II，查相关手册或样本可得。
架空线路的电抗：
X0=0.38,Tkm,又已知L=1km因此
X2=X0L=0.381门=0.38'
电缆线路的电抗：
X°
=0.08"
/km又已知L1=0.02km
因此X3=X0L1=0.080.02门=0.0016门
计算总电抗：
X、k」==X1+X2+X3=（0.221+0.38+0.0016）门=0.603'
1
2）计算k—1点的三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值：
I：
4=UC1/'
3^k4=10.5/（.30.603）kA=10.06kA
三相次暂态短路电流和短路稳态电流：
I'
£
）=I&
K_i）=Ik?
=10.06A
三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：
is3,k」=2.251=2.2510.06kA=25.65kA
IShkJ=1.51I'
k31=1.5110.06kA=15.19A
三相短路容量：
Sk3J=,3Uc1Ik3j=,310.5kV10.06kA=182.96MVA
（2）求k—2点的三相短路电流和短路容量（匕2二0.4kV）;
1）计算短路电流时各元件的电抗及总电抗
X1-U^/Soc=0.42/500门=3.210人
'
224
X2-X0IUc2/Uc1=0.3810.4/10.5i；
J.=5.510~'
?
电缆线路的电抗：
226
X3-X0lUc2/Uc1=0.080.020.4/10.5-2.3210一门
电力变压器的电：
UK%=4.5%则
、，‘224.50.42
X4=UK/100Uc2/SNk；
.；
-0.0000114心=0.0114"
4Kc100630
总电抗：
X心•X2•X3•X4
=（3.210°
5.510°
2.3210》1.1410,）门
=0.012311
2）计算k—2点的三相短路电流和短路容量
三相短路电流周期分量有效值：
Ik3^二uc2/心，=0.4/.,30.0123kA=18.82kA
Ik；
I[ktIk：
18.82kA
i*）=1.841；
©
）=1.8恥18.82kA=34.63kA
I肚1.091&
=1.0加18.82kA二20.51kA
S爲〜3Uc2Ik3」=至0.4kA18.82kA-13.04MVA
计算结果见表3-14。
表3-14短路计算表
短路计算
短路电流/kA
短路容
量/MVA
I"
I"
（3）
哎）
i£
I（；
k-1
10.06
25.65
15.19
182.96
2.高压开关柜中高压电器的校验
对所选用的高压电器，按各类高压电器的校验项目和条件分别进行校验
1）GN1—10/400隔离开关的校验见表。
表3-15GN19—10/400校验表
装置地点及电气条件
GN19-10T/400
结果
项目
数据
US/kV
UN/kV
合格
I30/A
25.46
In/A
400
GN1—10型隔离开关的Un、丨max、I2t的值可查相关手册或产品样本。
2）SN10--10II/630—500型少油断路器的校验见表。
表3-16SN10—ion/630校验器
SN10-10n/630—500
US/kV
uN/kV
I30/A
630
ISh>
kA
Imax/kA
40
3）LQ—10型电流互感器的校验见表3-17o
LQJ-10电流互感器的Un与IN值可查相关手册或产品样本。
表3-17LQJ—10校验表
LQJ—10
U/kV
IN/A
3.2.2低压开关柜中低压电器的校验
HD13-1000型刀开关的校验见表3—18o
HD13-1000型刀开关的Un、丨n、Imax、I2t的值可查相关手册或产品样本。
表3-18HD13—1000校验表
HD13-1000
uS/kV
0.4
UN/kV
645.4
1000
ISh>
34.63
60
ISima/（kA2Ls）
18.822"
.0
t/（kA2Ls）
30^1.0
5
I总/kA
18.82
Ioc/kA
DW1（型低压断路器的校验表。
DW1（型断路器的Un、In、Ioc的值可查相关手册或产品样本。
表3-19DW0—1000校验表
DW0—1000
LS/kV
LN/kV
I门/kA
由于高压计量柜是由电力部门统一规定的，所以柜中的设备留给电力部门配
323导线的校验
校验举例如下：
1.2号分干线的检验：
导线明敷设校验：
根据I厂73A,而I3。
=68.08A小于I厂73A,满足发热要求。
根据Amin=2.5mF小于16mm，满足机械强度要求。
熔断器与导线
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