供配电系统课程设计.docx
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供配电系统课程设计
第一节 概述
供配电设计应包括负荷的分析计算、确定配电方案、选择高低压电气设备及成套设备、确定变压器的台数、容量及变电所主结线方案、进行短路计算对电气设备进行校验、考虑电气设备的布置方案，还可以包括继电保护、二次回路、防雷与接地以及电气照明设计内容。
一、供配电设计必须遵循的一般原则
供配电设计必须遵循以下原则：
1）必须遵循国家的有关法令、标准和规范，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）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，设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、耗能低、性能先进的电气。
3）必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。
4）应根据工程特点、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，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。
二、供配电设计的基本内容
供配电设计主要包括变配电所设计、高压配电线路设计、低压配电线路设计和电气照明设计等。
（一）变配电所设计
变配电所设计包括以下基本内容：
1）负荷计算及无功功率补尝计算。
2）变配电所所址和型式的选择。
3）变电所主要电器台数、容量及类型的选择（配电所设计不含此项内容）。
4）变配电所主接线路的设计。
5）短路电流的计算。
6）变配电所一次设备的选择。
7）变配电所二次回路方案的选择及继电保护装置的选择与装定。
8）变配电所防雷保护和接地装置的设计。
9）编写设计说明书及主要设备材料单。
10）绘制变配电所主结线图、平面图和必要的剖面图、二次回路图及其他施工图。
（二）低压配电线路设计
低压配电线路设计包括以下基本内容：
1）低压配电线路系统方案的确定。
2）低压配电线路的负荷计算。
3）低压配电线路的导线和电缆的选择。
4）低压配电设备和保护设备的选择。
5）低压配电系统接地装置的设计。
6）低压配电线路敷设方式的设计。
7）编写设计说明书及主要设备材料清单。
8）绘制车间低压配电系统图、平面布线图及其施工图样。
在接到设计任务书后，首先应认真学习和消化设计任务书，明确设计的题目、任务和要求，搞清楚已给了哪些原始数据，尚缺哪些数据和资料需要自己收集，然后应考虑借阅一些有助于设计的图书资料，并草拟一个设计的大致进程安排。
在设计过程中，既要充分发挥自己的主观能动性，独立设计，又要很好地与指导教师配合，争取指导教师的指导，免走弯路。
第二节 设计步骤
一、收集原始资料
在动手设计之前，应根据设计任务书的要求，收集用电设备的性质、特征、功率、布局、环境及气象条件；有关厂房的平面图及断面图；用电设备平面布置图；电源的电压、容量及可能提供的供电方式。
二、电力负荷的分析计算
根据工艺设计提供的各厂房电力负荷清单，分析那些电力设备属一级负荷，那些属二级负荷，那些属三级负荷，然后按需要系数法分别计算出各厂房及全厂的计算负荷，在全厂平面图上画出各厂房的负荷图。
根据各厂房的负荷性质及平面布局，确定在那些地方设车间变电所及各变电所中的变压器台数。
然后根据确定的车间变电所布局，拟出各车间变电所供电范围，并计算各变电所的计算负荷。
1、车间变电所负荷计算示例
工程上都采用列表来表示，以下是对两座厂房供电的变电所计算实例。
2.变压器的选择
根据S30=309kV·A，可选315kV·A。
查《供配电技术》附录表2并考虑到今后发展的要求：
选S9-400kVA变压器一台。
3.低压补偿柜的选择
拟采用无功功率自动补偿屏，装在变电所低压母线集中补偿。
从GCS低压抽屉式开关柜手册中选用总电容容量为116kvar电容屏型号：
GCS1-34一台
GCS型低压无功功率自动补偿屏有34、35两种方案，其中之34方案为主屏，35方案为辅屏。
34、35方案各有Ａ、Ｂ、Ｃ三种规格，其中Ａ规格采用10步控制，每步投入16kvar，共160kvar；Ｂ规格采用8步控制，每步投入16kvar，共128kvar；
表1、车间变电所负荷计算表
设备名称
台数
Pe
/kW
Kd
CosΦ
tanΦ
PC/kW
QC/kW
SC/KVA
机修车间
冷加工机床
60
300
0.2
0.5
1.73
60
103.8
通风机
10
30
0.8
0.8
0.75
24
18
电焊机
3
40
0.35
0.6
1.33
14
18.6
吊车
3
66
0.15
0.5
1.73
9.9
17.1
干燥箱
4
20
0.7
1.0
0
14
0
照明
25
1.0
1.0
0
25
0
小计
146.9
157.5
热处理车间
箱式炉
2
90
0.7
0.95
0.33
63
20.8
高频火机
1
100
0.7
0.7
1.02
70
71.4
通风机
3
6
0.8
0.8
0.75
4.8
3.6
吊车
1
11
0.15
1.73
1.7
1.7
2.9
照明
10
1.0
1.0
0
10
0
小计
149.5
98.7
变电所低压负荷
取KΣ＝0.95
282
243
372
补偿电容
－116
补偿后低压负荷
282
127
309
C规格采用6步控制，每步投入16kvar，共96kvar。
选择步骤：
①根据控制步数要求，选择1台34方案主屏。
②根据所需无功补偿容量再补充1台或数台35方案辅屏。
具体可见GCS手册。
4.全厂负荷计算
将各车间变电所的计算负荷，加上变压器损耗功率及高压负荷，总加后乘以参差系数再减去高压补偿功率，即得全厂计算负荷。
三、车间配电系统设计
工厂大多数用电设备是380V的，掌握车间配电系统设计是非常重要和必要的。
车间配电的特点是用电设备台数多，设备搬动机会多；绝大多数采用绝缘导线为防止导线过热引起火灾，正确设置导线过电流保护是非常重要的。
车间配电系统设计应根据工艺设计所提供的设备平面布置图、拟出两种可行的车间配电系统方案进行比较后，确定一种方案。
车间配电设计应考虑的问题：
1、车间变电所应靠近负荷中心
2、车间电力线路的敷设方式
②①
如图1
③
①沿梁
④
②跨梁
③沿墙、沿柱
④穿管明敷设设备
⑤穿管埋地暗敷设
沿梁、跨梁、沿墙、沿柱
适用于干线敷设。
⑤
从分电箱到用电设备的支线一律采用图 1
穿管埋地暗敷设。
离地3.5m以上的电力线路允许采用裸导线。
离地面3.5m以下的导线必须采用绝缘导线，离地面2m以下的导线必须加机械保护（穿钢管或硬塑料管）。
3.配电方式：
（1）为减少电压波动引起的闪烁，照明线路应在车间动力总开关之前分出。
（2）离配电点比较近的，且功率比较大的少数用电设备可以用放射式供电。
（3）对于功率比较小、台数比较多的设备，宜于采用干线对分电箱供电，然后由分电箱对各用电设备配电。
（4）考虑分电箱供电范围时，注意支线的敷设不要跨过通道；通道另一侧的设备，应由另一侧的分电箱供电，不要采取这一侧的用电设备由另一侧的分电箱供电。
（5）吊车电源不要经过分电箱，应经单独的开关直接引自干线。
根据前这些原则及车间设备平面布置，即可拟出两种可行方案，进行技术经济比较后，确定一种方案。
4、导线截面的选择：
车间导线截面的选择应由分电箱开始。
（1）首先选择分电箱中各路的熔体额定电流：
因为决定分电箱的规格，不是各路的计算电流，而是各路的熔体额定电流，因为熔体额定电流大于各路计算电流，熔体额定电流应满应满足下列两式
（2）根据已选出的各路熔体额定电流，并预留1~2路（将来增加用电设备时不要更换分电箱）去电气设备手册上，选择出线路数和熔断器电流相适应的分电箱。
（3）根据已选出的各路体额定电流及各路的计算电流及敷设方式、环境温度等，从电气设备手册上选 出相应的导线及电线管。
选熔断器、导线及电箱采用表4可以一目了然。
表2 ××号分电箱 型号××××
设备编号
PC
/kW
IC
A
IN。
FE
导线
电线管
截面
长度
直径
长度
1
2
分电箱干线的导线
（4）干线截面的选择:
由于每只分电箱或每路干线所接的设备台数不多，所以干线的计算电流应按利用系数法计算，这样才能照顾到大容量设备对计算电流的影响。
选干线截面时，应留有余量，以备负荷的发展。
选择干线截面之前，应先选干线的过电流保护电器（熔断的或自动开关）因导线必须与保护配合。
干线导线由两部分组成，一部分是敷设在车间的明敷设部分，按明敷设选导线，另一部分是从配电屏引到干线这一部分，多数是穿管敷设，应按穿管导线选择。
四、低压配电屏的选择：
（一）GCS开关柜介绍，可参考《供电工程》第77页。
（二）低压开关柜的选择
1、低压进线柜的选择
（1）台数的选择：
有几台变压器就有几台低压进线柜
（2）方案的选择：
与低压进线方式有关，若封闭式母线高压进线，则选择01方案；若从侧面进线，则选择02方案；若用电缆从底下进线，则选择03方案；若有备用电源，则选择07或08方案。
（3）规格的选择：
与变压器容量有关，可根据变压器容量算出低压侧的出线电流，如果算出来的低压侧的电流为1230A，则可选择E规格。
2.低压出线柜的选择
（1）低压抽屉的选择
与低压抽屉的出线电流有关，而出线电流就是前面计算的干线电流。
可根据出线电流的大小，对照ＧＣＳ开关柜选取抽屉。
低压出线的保护装置有三种:
低压断路器,低压负荷开关,接触器.一般选用低压断路器,较为可靠且维护方便.
（2）低压抽屉的组合
从GCS手册查出每个抽屉的高度,再根据开关柜的有效抽屉高度（1760mm）去组合.
四、选择高压电器
厂区高压供电系统确定后，可根据确定的高压系统图选择高压电器。
1．计算短路电流：
选定短路电流计算点，作等值电路图，计算各点短路电流，将各计算点的短路电流值填入表3中
表3××厂短路电流计算值
短路
计算
短路电流kA
短路容量/MV·A
Ik（3）
I″（3）
I∞（3）
ish（3）
Ish（3）
Sk（3）
K-1
K-2
2.电器选择
（1）电源开关 馈电线路开关及高压电动机开关等都应该选用断路器。
（2）400KVA以下的电力变压器的高压开关，可以考虑采用隔离开关配合高压熔断器，户外可以采用跌开式熔断器，但是这时变压器低压侧须装能带负荷通断的总开关。
（3）400KVA以上电力变压器高压侧须装负荷开关配熔断器。
（4）对于要求自动切断的电力变压器，高压侧须装断路器。
（5）对一级负荷供电的配电所，可选用小车式开关柜，如KYN28型，断路器可互换使用，无重要负荷的变电所可采用固定式开关柜，如GG－1A（F）系列，但现在已基本被淘汰。
（6）高压开关柜的进出线，一般采电缆。
（7）选用的电器（断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、电流互感器等）应按表4校验。
表4××电器校验表
序
号
装置地点电气条件
××电器
结果
项目
数据
项目
数据
1
ＵS/kV
ＵＮ/kV
2
I30/A
IN/A
3
/kA
Imax/kA
4
/kA
IOC/kA
5
tima/kA2·S
It2t/kA2·S
电流互感器的动稳定按：
KesI1N≥ish（3）
热稳定按：
（KtIe1）2t>It2t
电力电缆要做短路热稳定校验。
六、变配电所平面布置设计：
根据变电所应靠近负荷中心及进出线方便的原则，确定变电所的位置，然后根据环境条件确定变压器是放在户外还是室内。
变电所布置次尺寸关系到安全运行，必须遵守规程对各部位的尺寸要求，我国已编有变电所标准图集如《全国通用电气装置标准图集》D264，D265，D266等。
我们可以根据已选定的变压器功率及高低压两侧应装设的电器，配电屏数量等从标准图集中选出相适应的变电所结构图，作少量修改后加以采用，这样比较可靠、省工。
（1）配电室平面布置图如图4
配电室的尺寸，要根据配电屏数量及操作走廊等来确定。
七、测量保护
八、防雷
凡是与架空线路相连的进出线，在入户处、变电所母线上都要装一组YW型避雷器。
九、接地
按规定10KV配电装置的构架，变压器380V的中性点及外壳，以及380V电气设备的金属外壳等都需要接地，其接地电阻要求小于4Ω。
1．接地电阻的计算
2．接地体的布置
3．列出人工接地所需的材料的规格和数量。
十、绘变电所系统图及平剖面图
第三节 设计任务书
一、通用机器厂供配电系统的电气设计
1、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，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。
2、设计依据
1）通用机器厂厂区平面图如图5所示。
2）金工车间设备平面布置图如图6所示。
3）各车间负荷表及金工车间设备明细表见表5、表6。
图5厂区平面图
表5各车间负荷表
车间
P30/kw
Q30/kvar
最大电机/kW
冷作
100
110
30
装配
80
90
22
仓库
20
20
7.5
户外照明
20
15
4）供电电源情况：
在金工车间东侧1.2km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，其出口断路器的断路容量为500MVA，top=1s，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。
本厂所在地区的年最热月平均气温为34.6℃。
6）地质情况。
土壤电阻率100Ω ·m。
3、完成的技术资料
1）设计说明书，内容：
①前言;
②目录;
③负荷计算和无功功率补偿;
④变电所的位置与型式的选择及主变压器的台数与容量、类型的选择;
⑤金工车间配电系统的确定;
⑥变电所主结线方案的设计；
⑦短路电流的计算;
⑧变电所一次设备及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附录及参考文献。
2）设计图样，内容：
①变电所主接线图;
②变电所平面图及剖面图.
4．时间安排：
课程设计（含综合实践）周数：
2
时间
设计内容
第1天
布置任务，熟悉题目，借参考资料及手册，准备画图工具。
第2天
确定车间的配电方案，比较择优。
负荷计算，确定变压器的台数和容量。
第3天
选择导线、电缆及电气设备
第4天
选择高低压电气设备及成套配电装置
第5天
进行短路电流的计算及校验电气设备
第6天
变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定
第7天
画主结线图
第8天
画平面布置图及剖面图
第9天
写设计说明书
第10天
答辩
表6金工车间设备明细表
序号
设备名称
设备容量/kW
台数
1~313~16
23~253632~34
车床
7+0.125
14
4
铣床
10+2.8
1
52135
摇臂钻
4.5+1.7+0.6+0.125
3
674142
铣床
7+2.8
4
89
铣床
7+1.7
2
10
砂轮机
3.2
1
1112
砂轮机
1
2
1718
磨床
7+1.7+0.5
2
19
磨床
10+2.8+1.5
1
2038
磨床
10+2.8+0.5
2
2237
车床
10+0.125
2
2627
磨床
14+1+0.6+0.15
2
28
29
立车
55+7+1
1
37+1.7
1
30
大车
20+0.15
1
31
摇臂钻
10+0.5
1
3940
龙门刨
75+4.5+1.7+1.7+1+1+0.5
2
434445
铣床
7+1.7
3
46
镗床
6.5+2.8
1
47
铣床
7+2.8
1
48
桥式起重机（ε=25%）
11+5+5+2.2
1
4950
桥式起重机（ε=25%）
16+5+5+3.5
2
另外全厂照明密度为：
12W/m2
二、某机械厂降压变电所的电气设计
1、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，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。
2、设计依据
1）工厂总平面图如图7所示。
图7工厂总平面图
2）机加工车间平面图如图8所示。
3）工厂负荷情况
本厂多数车间为三班制，年最大负荷利用小时为4600h，日最大负荷持续时间为6h。
该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷处，其余均属三级负荷。
本厂的负荷统计得到的全厂负荷表见表7，机加工车间设备明细表见表8。
4）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，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。
该干线的走向参看工厂总平面图。
该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。
干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MV·A。
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1.7s。
为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。
已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。
5）气象资料
本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。
当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20天。
表7全厂负荷表
厂房编号
厂房名称
负荷类别
设备容量/kW
需要系数
功率因数
1
铸造车间
动力
300
0.3
0.70
照明
6
0.8
1.0
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
照明
8
0.7
1.0
7
机加工车间
待算
6
工具车间
动力
360
0.3
0.60
照明
7
0.9
1.0
4
电镀车间
动力
250
0.5
0.80
照明
5
0.8
1.0
3
热处理车间
动力
150
0.6
0.80
照明
5
0.8
1.0
9
装配车间
动力
180
0.3
0.70
照明
6
0.8
1.0
10
机修车间
动力
160
0.2
0.65
照明
4
0.8
1.0
8
锅炉房
动力
50
0.7
0.80
照明
1
0.8
1.0
5
仓库
动力
20
0.4
0.80
照明
1
0.8
1.0
生活区
照明
350
0.7
0.9
表8机加工车间设备明细表
序号
设备名称
设备容量/kW
台数
1
车床C630M
10+0.125
1
2
万能工具磨床M5M
2+0.075
1
3、4、5
普通车床C620-1
7+0.625
3
6
普通车床C620-3
5+0.625
1
7～12
普通车床C620
4+0.625
6
13
螺旋套丝机S-8139
3+0.125
1
14
普通车床C630
10+0.125
1
15
管螺纹车床Q119
7+0.625
1
16
摇臂钻床Z35
8+0.5
1
17、18
圆柱立式钻床Z5040
3+0.125
2
19
5t单梁吊车
10+0.2
1
20
立式砂轮
1.75
1
21、22
牛头刨床B665
3
2
23
万能铣床X63WT
13
1
24
立式铣床X52K
9+0.125
1
25
滚齿机Y-36
4.1
1
26
插床B5032
4
1
27
弓锯机G72
1.7
1
28
立式钻床Z512
0.6
1
29
电极式盐浴电阻炉
20（单相380V）
1
30
井式回火电阻炉
24
1
31
箱式加热电阻炉
45
1
32
车床CW6-1
31.9
1
33
立式车床C512-1A
35.7
1
34
卧式镗床J68
10
1
35
单臂刨床B1010
70
1
机加工车间照明密度
12W/m2
6）地质水文资料
本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。
7）电费制度
本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。
每月基本电费按主变压器容量计为18元/（kV·A），动力电费为0.20元/（kW·h），照明电费为0.50元/（kW·h）。
工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。
此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：
6~10kV为800元/（kV·A）。
3、完成的技术资料
同题一
4．设计时间
设计主要参考资料：
1、《工业与民用配电设计手册》（中国航空工业规划设计研究院等编1994）
2、《工厂常用电气设备手册》（中国电力出版社第二版上、下册兵器工业第五设计研究院主编1998、1）
3、《电气设备选择·施工安装·设计应用手册》（中国水利水电出版社刘宝林主编1998、10）
4、定型图册：
D264《附设式电力变压器布置》、D263《变配电所常用设备构件安装》（冶金工业部北京钢铁设计院编制 1976）
5、《供配电技术》（机械工业出版社刘介才主编2004、1）
6、《工厂供电设计指导》（机械工业出版社刘介才主编1998、2）
7.《供电工程》（机械工业出版社翁双安主编2004、6）
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