工厂供电设计doc.docx

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工厂供电设计doc

摘要仅供参考

工厂供电（plantpowersupply）就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但它在产品成本中所占的比重一般很小。

因此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。

本次设计根据课题提供的某机械制造厂的用电负荷和供电条件，并适当考虑生产的发展，按照国家相关标准、设计准则，本着安全可靠、技术先进、经济合理的要求确定本厂变电所的位置和形式。

通过负荷计算，确定主变压器的台数和容量。

进行短路电流计算，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，合理选择整定继电器保护装置，最后按要求写出设计说明书,并绘

出设计图样。

具体过程和步骤:

根据工厂总平面图,工厂负荷情况,供电电源情况,气象资料地区水文资料和电费制度等,先计算电力负荷,判断是否要进行无功功率补偿接着进行变电所位置和型式选择,并确定变电所变压器台数和容量,主接线方案选择,最后进行短路电流的计算,并对变电所一次设备选择和校验和高低压线路的选择。

由于本人能力有限，设计过程中难免有考虑不足之处，尚请老师批评指正，以便能及时纠正错误，利于今后设计工作的进步和提高。

谢谢指导！

设计人：

2006年10月

摘要1

第1章序论3

1.1工厂供电设计的一般原则3

1.2设计的课题3

1.3设计基础资料3

第2章负荷计算及无功功率补偿计算5

2.1负荷计算5

2.2无功功率补偿计算7

2.3工厂年电能消耗量计算7

2.4负荷分配8

第3章电压等级的确定8

第4章主变压器台数及容量的选择9

第5章变电所主接线方案的选择9

5.1主接线方案9

5.2计量点设置9

第6章变电所位置、型式的选择10

6.1变电所位置10

第7章短路电流计算10

7.1短路电流计算的目的和方法10

第8章高低压开关柜的选择14

第9章变电所高低压电气设备选择及校验15

9.1短路电流计算结果15

9.235kV电缆截面选择计算16

9.310kV电缆截面选择计算16

第10章继电保护的配置18

第11章总结与展望19

附录、参考文献20

第1章序论

1.1工厂供电设计的一般原则

按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kV及以下变电所设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：

（1）遵守规程、执行政策；

必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，

节约有色金属等技术经济政策。

2）安全可靠、先进合理；

应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济

合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

（3）近期为主、考虑发展；

应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。

（4）全局出发、统筹兼顾。

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。

工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。

工厂供电设计的质量直接

影响到工厂的生产及发展。

作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。

1.2设计的课题

某机械制造厂供配电设计

1.3设计基础资料

1.3.1工厂总平面图（见附图1，比例1：

5000）

1.3.2负荷情况

本厂动力站、房的部分设备为二级负荷，铸钢车间有50%的负荷为二级负荷，

热处理车间有60%的负荷为二级负荷，其余均为三级负荷。

本厂负荷统计资

料见表1。

表1：

某机械制造厂负荷数据表

车间名称1#铸钢车间2#热处理车间3#锻工车间4#焊接车

间

安装容量（kW）

1800

2100

1600

200

车间名称

5#金工车间

6#总装车间

7#空压站

8#煤气站

安装容量（kW）400200800500

1.3.3电源状况

一、工厂东北方向16公里处：

有一新建地区降压变电所，110/35/10kV，1x25MVA变压器一台作为工厂的主电源。

从本厂用电容量、电源的输送距离，以及考虑今后的发展规划来看，在满足供电电压偏差的允许值范围内，采用35kV或10kV中的电压以一回架空线向工厂供电。

二、由正北方向5公里处的其它工厂引入10kV电缆作为备用电源，一般不投入，在该厂的主电源发生故障或检修时，提供照明及部分重要负荷用电。

输电容量不得超过全厂计算负荷的20%。

1.3.4电源短路容量

35kV侧系统最大三相短路容量1000MVA

35kV侧系统最小三相短路容量500MVA

1.3.5供电部门对功率因数要求值：

35kV供电时0.9

10kV供电时0.95

1.3.6电价

两部电价制：

变压器安装容量每1kVA20元/月

电度电价：

供电电压为35kV时，0.55元/kWh

供电电压为10kV时，0.58元/kWh

工厂为二班制，全年工作时数4500小时，最大负荷利用时数4000小时。

1.3.7气象、地质、水文资料本厂地处江苏平原地区，平均海拔8.5米，地质以砂粘土为主，地下水位2米，最热月平均最高温度26℃，最热月地下0.8米处平均温度20℃，极端最高温度40℃，极端最低温度-10℃。

第2章负荷计算及无功功率补偿计算

2.1负荷计算

2.1.1负荷计算的目的负荷计算的目的是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是合理地进行无功功率补偿的重要依据。

计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。

如计算负荷确定过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。

如计算负荷确定过小，又将使电气设备和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁，同样要造成损失。

由此可见，正确确定计算负荷意义重大。

在进行负荷计算时，要考虑环境及社会因素的影响，并应为将来的发展留有适当余量。

2.1.2负荷计算的方法

负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。

本设计采用需要系数法确定。

主要计算公式有：

有功功率：

（2-1）

无功功率:

（2-2）

视在功率:

（2-3）

计算电流:

（2-4）

2.1.3各车间用电负荷计算

各车间用电情况详见电力负荷计算表（表2）

取,,根据表2可算出：

kW,kVar

则kW

kVar

kVA

表2：

电力负荷计算表

序号

车间设备名称容量

Pe（kW）Kd

cosφtgφ

计算负

荷

P（kW）

Q（kVar）

S（kVA）

铸钢车

间

动

力

1800

0.50.61.33

900

1197

1500

照明

300.8

合计

1830

924

1197

1512

热处理

车间

动

力

2100

0.50.80.75

1050

787.5

1313

照明

300.8

合计

2130

1074

787.5

1332

锻工车

间

动

力

1600

0.250.601.33

400

532

666

照明

300.8

合

计

1630

424

532

680

焊

接车

间

动

力

200

0.5

0.7

1.02

100

102

143

照

明

0.8

合

计

230

124

102

161

金

工车

间

动

力

400

0.25

0.6

1.33

100

133

166

照

明

0.8

合

计

440

132

133

187

总

装车

间

动

力

200

0.15

0.5

1.73

51.9

照

明

0.8

合

计

240

51.9

空

压

站

动

力

800

0.8

0.75

640

480

800

照

明

0.8

合

计

830

664

480

819

煤

气

站

动

力

500

0.5

0.8

0.75

250

187.5

313

照

明

0.8

合

计

540

282

187.5

339

总

计

7870

0.71

3686

34715192

10乘以同时系数

KΣp=0.9，KΣq=0.95

全厂计算负荷

3317.4

3297.54677

无功补偿容量

-2000

Cosφ

到0.9

后全

厂计算

负荷合

2.2

0.94

3317.4

1297.5

3627

变压器损耗

78700.42

无功功率补偿计算

54.4

217.6

算负

荷总

0.912

3371.8

1515.1

3696

无功补偿是用来提高电压质量、降低网损的有效措施之一，方法是给感性电路中的电感并联电容器，使感性负荷所吸收的无功功率大部分有电容器提供。

由于本设计基础资料中规定35kV供电时要求,而由上面计算可知，因此需要进行无功补偿。

各车间低压计算负荷合计kW

补偿前补偿后

（2-5）

kVar

选择补偿2000kVar电容器.

无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：

kVA

变压器的功率损耗为：

kVarkW

变电所高压侧计算负荷为：

kVar

kVA

则无功补偿后，工厂的功率因数为：

符合本设计要求

2.3工厂年电能消耗量计算

kWh

年有功电能损耗：

kWh

2.4负荷分配

按对供电可靠性的要求将负荷分为三级：

Ⅰ级负荷：

指短时（手动切换恢复供电所需的时间）对负荷中断供电，将造成人身事故、设备损坏，将发生废品，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱的负荷。

接有Ⅰ级负荷的高、低压厂用母线，应设置备用电源，当备用电源采用明备用方式时，应装设备用电源自动投入装置。

Ⅱ级负荷：

指允许短时停电，但较长时间停电将造成大量减产，将使人民生活受到影响的负荷。

对接有Ⅱ级负荷的厂用母线，应由两路独立电源供电，一般采用手动切换。

Ⅲ级负荷：

指长时间停电不会直接影响生产者，如工厂的附属车间，小城镇等。

根据所提供的负荷情况对本厂负荷分配原则如下表（表3）。

表3：

负荷分配表

Ⅰ段

工厂变电所380V母线本工厂380V负荷（需要容量）

Ⅲ级负荷：

1#、2#车间部分负荷及4#、5#车间负荷（1070kW）

Ⅱ段

Ⅲ级负荷：

3#、6#车间负荷及7#、8#车间部分负荷（1246kW）Ⅲ段Ⅱ级负荷：

1#、2#、7#、8#车间部分负荷及照明（1400kW）

第3章电压等级的确定

《电能质量供电电压允许偏差》（GB12325－2003）规定供电电压允许偏差如下：

（1）35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%

（2）10kV及以下三相供电电压允許偏差为額定电压的±7%。

（3）220V单相供电电压允許偏差为額定电压的+7%、-10%。

对本厂计算电压偏差值如下：

10kV供电：

120mm2架空线/MW?

35kV供电：

50mm2架空线/MW?

可见，采用35kV电压以一回架空线向工厂供电，符合国家规范要求。

第4章主变压器台数及容量的选择

根据电力负荷计算表，在变电所装设一台35/10.5kV5000kVA主变压器供电，

变压器负载率β=72%，符合经济运行要求，并留有二期建设余量。

第5章变电所主接线方案的选择

5.1主接线方案

主电源35kV一回架空引入，通过受电、计量、进线柜为一台

35/10.5kV5000kVA主变压器供电。

10kV侧采用带母联断路器的分段单母线接线，通过一台10/0.4kV1600kVA和二台10/0.4kV2000kVA配电变压器以放射式方式为各低压用电设备供电正常时10kV侧两段母线同时投运，母联断路器投入运行；低压侧三台变压器所带三段母线分别运行。

当主电源发生故障或检修时，另一路10kV备用电源投入供电，断开10kV侧母联断路器，这时由一台2000kVA变压器向厂区二级负荷供电，满足供电要求。

当10kVⅡ段母线或进线回路（3TM）发生故障或检修时低压母联开关投入供电，切断0.4kVⅡ段母线上不重要负荷，给0.4kVⅢ段母线上的重要负荷供电。

供电系统主接线详见“变电所电气主接线图”。

5.2计量点设置

35kV计量柜作为本工厂用电总计量。

10kV备用回路进线处设置有功及无功电能表。

为各车间供电的低压馈出回路设置有功电能计量，作内部经济核算用。

第6章变电所位置、型式的选择

6.1变电所位置

变电所所址选择应满足下列几条要求：

1）接近负荷中心；

2）接近电源侧；

3）进出线方便；

4）运输设备方便；

5）不应设在容易积水、剧烈震动或高温的场所；

6）不应设在有爆炸危险的区域内；

7）其他等等

从上面几条综合确定，总平面图序号F设为35/10kV变电所，靠近负荷中心。

由于煤气站属于危险区域，故不应与变电所相邻，整个变电所的室内地面，应高于室外地坪0.6米。

6.2变电所型式的选择

35/10kV变电所采用屋内式变电所，运行维修方便，占地面积少。

变电所布置紧凑合理，内设35kV、10kV和低压配电室，低压配电室应靠近10/0.4kV变压器室，35/10.5kV主变压器室应靠近10kV配电室，并设控制室、值班室和辅助房间等，便于运行人员工作和管理。

变电所的总体布置详见“变电所平面布置图”。

第7章短路电流计算

7.1短路电流计算的目的和方法短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（又称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。

本设计采用标幺制法进行短路计算。

7.2短路电流计算

7.2.1最小运行方式下系统短路电流计算

已知系统最小三相短路容量MVA

（1）确定基准值

取基准容量MVA

则kA

（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值

1）电力系统

2）架空线路

3）电力变压器

4）电缆线路

（2）计算各短路点总计算电抗及三相短路电流和短路容量

1）各短路点总计算电抗

2）各短路点三相短路电流

3）各短路点短路冲击电流

4）各短路点短路全电流最大有效值

5）各短路点短路容量

MVA

7.2.2最大运行方式下系统短路电流计算已知系统最大三相短路容量MVA

（1）确定基准值

取基准容量MVA

则kA

（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值

1）电力系统

2）架空线路

3）电力变压器

4）电缆线路

2）计算各短路点总计算电抗及三相短路电流和短路容量1）各短路点总计算电抗

2）各短路点三相短路电流kA

3）各短路点短路冲击电流

4）各短路点短路全电流最大有效值

5）各短路点短路容量

MVA

第8章高低压开关柜的选择高低压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高低压成套配电装置。

（1）高压开关柜有固定式和手车式（移可式）两大类型。

1）本设计35kV设备选用KYN61A-40.5铠装移开式交流金属封闭开关设备。

该产品引进美国西屋公司的先进技术，根据GB3906-1991《~35kV交流金属

封闭开关设备》及电力部DL404-1997《户内交流高压开关柜订货技术条件》并全面参照IEC298《1kV以上的52kV及以下的交流金属封闭开关设备和控制设备》（1990年版）标准设计和制造的KYN61A-40.5铠装式金属封闭开关设备，是三相交流50Hz单母线及单母线分段系统的户内成套配电装置，为接受和分配35kV网络电能和对电路实行控制、保护及监测。

本型开关柜既有防止误操作断路器、防止带负荷推、拉可移开部件、防止带电合接地开关、防止接地开关在接地位置送电和防止误入带电间隔（即简称“五防”功能）。

2）本设计10kV设备选用KYN28-12金属铠装中置式开关柜。

该产品系3.6-12kV三相交流50Hz单母线及单母线分段系的成套配电装置。

主要用于发电厂、中小型发电机送电、工矿企事业配电以及电业系统二次变电所的受电、送电及大型高压电动机起动等，实行控制保护、监测之用。

本开关设备满足IEC298、GB3906、DL/T404-91等标准要求，具有防止带负荷推拉断路器手车、防止误分合断路器、防止接地开关处在闭合位置时关合断路器、防止误入带电隔室、防止在带电时误合接地开关的联锁功能。

（2）低压开关柜有固定式和抽出式两大类型。

本设计0.4kV设备选用GCK系列交流低压抽出式开关柜。

该产品结构柜架为组合装配式结构，骨架采用C型材。

柜架的全部结构均通过自攻螺钉连接，按需要加装门、面板、隔板、支架及抽屉部件、以便组合成完整无缺开关柜柜架。

每一功能单元均占据一个独立隔室功能单室，总占用高度1800mm范围内，根据用户的各电流等级不同的占用高度，组合成每台抽屉式开关柜的供电回路。

抽屉具有合、分、试验、抽出位置，既能保证正常的工作，又可安全检修抽屉内的元件。

相同规格的功能单元均共有互换性，用户可以方便迅速地使备用抽屉。

第9章变电所高低压电气设备选择及校验

9.1短路电流计算结果

最大运行方式下：

（1）35kV母线

kAkAkA

（2）10kV母线

kAkAkA

动稳定条件

热稳定条件

上述短路电流很小，高中压电气设备的动、热稳定性都合格。

（3）低压母线Id3=27.0kA，选择分断能力为50kA的低压开关柜及相关低压元器件。

9.235kV电缆截面选择计算

35kV侧变压器计算电流：

（1）按持续允许电流选择

70mm2交联聚乙烯绝缘铜芯电缆直埋，土壤热阻为3.0℃?

m/w的情况下的载

流量为：

（2）按经济电流密度选择

年最大负荷利用小时=4000h，铜芯电缆的经济电流密度为2.25A/mm2

（3）按短路热稳定选择

最大运行方式下35kV母线kA

按切除短路故障时间1秒计算

mm2<<70mm2

（4）按电压损失校验

3×70mm2铜芯电缆，长0.25km

电压损失结论：

经计算用70mm2电缆满足要求，故选YJV22-26/35kV3×70mm2电缆。

9.310kV电缆截面选择计算

9.3.1主变压器10kV侧

计算电流：

（1）按持续允许电流选择95mm2交联聚乙烯绝缘铜芯电缆在空气中（30℃）敷设，考虑桥架敷设后的载流量为：

（2）按经济电流密度选择

年最大负荷利用小时=4000h，铜芯电缆的经济电流密度为2.25A/mm2

（3）按短路热稳定选择最大运行方式下10kV母线kA按切除短路故障时间≤0.2秒计算

mm2<<50mm2

（4）按电压损失校验

3×2×95mm2铜芯电缆，长0.1km

电压损失

结论：

经计算用2×95mm2电缆满足要求，故选YJV-8.7/10kV3×2×95mm2电缆。

9.3.2配变压器10kV侧计算电流：

1）按持续允许电流选择50mm2交联聚乙烯绝缘铜芯电缆在空气中（30℃）敷设，考虑桥架敷设后的载流量为：

（2）按经济电流密度选择

年最大负荷利用小时=4000h，铜芯电缆的经济电流密度为2.25A/mm2

（3）按短路热稳定选择

最大运行方式下10kV母线kA

按切除短路故障时间≤0.2秒计算

mm2<<50mm2

（4）按电压损失校验

3×50mm2铜芯电缆，长0.1km

电压损失

结论：

经计算用50mm2电缆满足要求，故选YJV-8.7/10kV3×50mm2电缆。

第10章继电保护的配置继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求：

这四“性”之间紧密联系，既矛盾又统一。

（1）可靠性是指保护该动体时应可靠动作。

不该动作时应可靠不动作。

可靠性是对继电保护装置性能的最根本的要求。

（2）选择性是指首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，当故障设备或

线路本身的保护或断路器拒动时，才允许由相邻设备保护、线路保护或断路器失灵保护切除故障。

为保证对相邻设备和线路有配合要求的保护和同一保护内有配合要求的两元件（如启动与跳闸元件或闭锁与动作元件）的选择性，

其灵敏系数及动作时间，在一般情况下应相互配合。

（3）灵敏性是指在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置

应具有必要的灵敏系数，各类保护的最小灵敏系数在规程中有具体规定。

选择性和灵敏性的要求，通过继电保护的整定实现。

提高自动重合闸

（4）速动性是指保护装置应尽快地切除短路故障，其目的是提高系统稳定

性，减轻故障设备和线路的损坏程度，缩小故障波及范围，

和备用电源或备用设备自动投入的效果等。

继电保护采

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