工厂供电课程设计2.docx
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工厂供电课程设计2
河南工程学院
《供配电技术》课程设计
第十四机械厂降压变电所的电气设计
学生姓名：
罗耀文
学院：
电气信息工程学院
专业班级：
电气工程及其自动化1442
专业课程：
供配电技术
指导教师：
任鹏飞
2017年5月22日
摘要
变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备和线路按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。
变电所供配电设计需要考虑很多方面，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况.利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。
同时进行各种变压器的选择，从而确定变电所的主接线方式，再进行短路电流计算，选择导线，选择变电所高低压电气一次设备等。
本变电所的设计包括了：
（1）总体方案的确定；
（2）负荷计算和无功功率补偿；
（3）变电所位置和型式的选择；
（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和校验；
（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；（8）防雷保护及接地装置的设计。
关键词：
负荷，短路电流，设备选择，继电保护，防雷设计
1.1、工厂供电的意义和要求1
1.2、工厂供电设计的一般原则1
1.3、本机械厂变电所的设计内容及步骤2
2.1、负荷的计算3
2.2、无功功率补偿5
2.3、无功补偿的主要作用及装置选择6
3.1、变电所位置和型式的选择6
3.2、变电所主变压器台数、容量与类型的选8
3.3、变电所主接线方案的设计9
4.1、绘制短路电流计算电路10
4.2、确定基准值11
4.3、计算短路电路中各元件的电抗标幺值11
4.4、k-1点三相短路电流计算11
4.5、k-2点三相短路电流计算12
5.1、10kV侧一次设备的选择校验12
5.2、380V侧一次设备的选择校验13
5.3、高低压母线的选择13
6.1、10KV高压进线的选择13
6.2、380V低压出线的选择14
7.1、变电所二次回路方案的选择16
7.2、继电保护的整定17
8.1、变电所的防雷保护18
8.2、变电所公共接地装置的设计19
9、参考文献19
10.1、附表一—变电所平、剖面图20
10.2、附表二—变电所主接线图21
1.1、工厂供电的意义和要求
工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。
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。
从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。
因此，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，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
1.2、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。
1.3、本机械厂变电所的设计内容及步骤全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。
解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。
其基本内容有以下几方面。
1.3.1、负荷计算
全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。
考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。
列出负荷计算表、表达计算结果。
1.3.2、工厂供、配电系统短路电流计算
工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。
由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。
1.3.3、变电所高、低压侧设备选择参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。
并根据需要进行热稳定和力稳定检验。
用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果
1.3.4、变电所防雷装置设计
参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。
进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号,并确定其接线部位。
进行避雷灭弧电压、频放电电压和最
大允许安装距离检验以及接地保护
2.1、负荷计算
目前设计单位进行电力负荷计算主要采用的方法有：
（1）单位指标法（单位面积耗电量法、单位产品耗电量法）;
（2）需要系数法;
（3）二项式系数法;
（4）利用系数法;
因为单位指标法简单和利用系数法复杂，因此设计将要选用需要系数法或者是二项式法；又因为结合本工程的实际情况，我选用了需要系数法这种负荷计算方法。
2.1.1、按需要系数法确定计算负荷:
（Kx为需要系数）
1）先求各组的计算负荷
Pc
KdPN
Qc
Pctan
Sc
Pc2Qc2
I
Sc
c
3UN
单组的有功计算负荷：
单组的无功计算负荷：
单组的视在计算负荷：
单组的计算电流：
编号
名称
类别
设备容量
需用系数
计算负荷
1
铸造车间
动力
300
0.3
0.7
1.02
90
91.8
－
－
照
明
7
0.9
1.0
0.00
6.3
0
－
－
小计
307
－
96.3
91.8
133
202.1
2
锻压车间
动力
200
0.3
0.65
1.17
60
70.2
－
－
照
明
10
0.8
1.0
0.00
8
0
－
－
小计
210
－
68
70.2
96.4
146.5
3
金工车间
动力
350
0.3
0.65
1.17
105
122.
85
－
－
照
明
10
0.8
1.0
0.00
8
0
－
－
小
计
360
－
113
122.
85
166.
9
253.6
4
工具
车间
动
力
200
0.3
0.60
1.33
60
79.8
－
－
照
明
10
0.9
1.0
0.00
9
0
－
－
小
计
210
－
69
79.8
105.
5
160.3
5
仓库
动
力
20
0.3
0.80
0.75
6
4.5
－
－
照
明
2
0.8
1.0
0.00
1.6
0
－
－
小
计
22
－
7.6
4.5
8.8
13.4
6
热处理车间
动
力
200
0.4
0.70
1.02
80
81.6
－
－
照
明
10
0.9
1.0
0.00
9
0
－
－
小
计
210
－
89
81.6
120.
7
156
7
装配
车间
动
力
200
0.4
0.70
1.02
80
81.6
－
－
照
明
5
0.9
1.0
0.00
4.5
0
－
－
小
计
205
－
84.5
81.6
117.
5
178.5
8
机修
车间
动
力
150
0.2
0.65
1.17
30
35.1
－
－
照
明
5
0.75
1.0
0.00
3.75
0
－
－
小
计
155
－
33.75
35.1
48.7
74
9
锅炉房
锅
动力
80
0.7
0.78
0.80
56
44.8
－
－
照
明
2
0.8
1.0
0.00
1.6
0
－
－
小
计
82
－
57.6
44.8
73
110.9
10
电镀
车间
动
力
150
0.5
0.75
0.88
75
66
－
－
照
明
5
0.8
1.0
0.00
4
0
－
－
小
计
155
－
79
66
102.
9
156.3
11
生活区
照
明
500
0.7
0.9
1.11
555
616.
7
830
1261.
1
总计
（380V侧）
动
力
1850
1252.8
1295
－
－
照
明
566
计入=0.8
5
=0.8
0.74
1127..5
1165
.5
162
1.2
2463.
2
表2-1第14机械厂负荷计算表
2.2、无功功率补偿
QcP30（tan1tan2）1127.5（tanarccos0.74tanarccos0.95）kvar654.2kvar由表1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.75。
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0.94。
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0.94，暂取0.95来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其（主屏）1台与（辅屏）7台相组合，总容量84kvar8672kvar。
因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表
项目
cos
计算负荷
P30/kw
Q30/kvar
S30/kV?
A
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.74
1127.5
1165
1621
2463.2
380V侧无功补偿容量
672
380V侧补偿后负荷
0.916
1127.5
493
1230.6
1869.7
主变压器功率损耗
0.015S3016.91
0.06S3067.65
10kV侧负荷
0.914
1144.41
506.65
1251.54
1901.5
表2-2第14机械厂无功补偿后的负荷
2.3.1、无功补偿的主要作用：
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。
安装并联电容器进行无功补偿，可限制无功补偿在电网中传输，相应减小了线路的电压损耗，提高了配电网的电压质量。
无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。
集中补偿与分散补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降压相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。
无功补偿的主要作用具体体现在：
①提高电压质量；②降低电能损耗；③提高发供电设备运行效率；④减少用户电费支出。
2.3.2、无功功率补偿装置：
一般用并联电容器的方法来进行功率补偿。
3.1.1、变电所位置选择的一般原则：
（1）接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；
（2）进出线方便，特别是要便于架空进出线；
（3）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所；
（4）设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输；
（5）不应设在有剧烈振动或高温的场所，无法避开时，应有防震和隔热的措施；
（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧；
（7）不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；
（8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058—1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定；
（9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。
3.1.2、变电所的类型
变电所按其主变压器的安装位置来分，有下列类型：
（1）车间附设变电
所
（2）车间内变电所（3）露天（或半露天）变电所（4）独立变电所（5）杆上变电台（6）地下变电所（7）楼上变电所（8）成套变电所（9）移动式变电所
3.1.3、变电所位置及类型的选择
3.1.4
我们的工厂是10kv以下，变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。
在工厂的平面图下侧和左侧，分别作一条直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，设定p1、p2、p3...p10分别代表厂房1、2、3...10号的功率，p11为生活区的负荷中心，而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：
把各车间的坐标带入上式，
得到x=7.9，y=6.2。
由计算结果可知，工厂的负
荷中心在5号厂房的东北角。
考虑到周围环境和进出线方便，决定在5号厂房的东侧靠近厂房建造工厂变电所，器型为附设式。
3.2.1、变电所主变压器台数的选择选择主变压器台数时应考虑下列原则：
（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。
对供有大量一、二级负荷的变
电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。
对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相联的联络线作为备用电源，或另有自备电源。
（2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。
（3）除了上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。
但是负荷
集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或多台变压器。
（4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的
余地。
3.2.2、变电所主变压器容量的选择
1、只装一台主变压器的变电所
主变压器容量SNT应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即
SNT1600KV?
AS301251.54KV?
A
即选一台S91600/10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、装有两台变压器的变电所每台变压器的容量SNT应同时满足以下两个
条件:
73）KV?
A308.9KV?
A
73）KV?
A308.9KV?
A
源，亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
主变压器的联结组别均采用
Yyn0。
要，即
比较项目
装设一台变压器的方案
装设两台变压器的方
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
基本满足要求
供电质量
由于一台主变，电压损耗较大
由于两台主变并列，电压损耗较小
灵活方便性
只有一台主变，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
查得S9-1600/10的单价为3万元，而变压器综合投资约为
其单价的2倍，因此综合投资
约为2*3=6万元
查得S9-1000/10的单价为4万元，因此两台变压器的综合投资约为4*4=16万元，比一台主变方案多投资10万元
高压开关柜
（含计量柜）
的综合投
资额
查得GG-1A（F）型柜可按每台2万元计，其综合投资可按设备
的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*2=12万元
本方案采用6台GG-1A（F）柜，其综合投资约为6*1.5*2=18万元，比一台主变方案多投资6万元.
电力变压器和高压开关柜的年运行费
主变的折旧费=16万元*0.05=0.8万元；高压开关柜
的折旧费=12万元*0.06=0.72万元；变配电的维修管理费=
（16+12）万元*0.06=1.68万元。
因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=
主变的折旧费=28万元*0.05=1.4万元；高压开关柜的折旧费=18万元*0.06=1.08万元；变配电的维修管理费=（28+18）万元*0.06=2.76万元。
因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.4+1.08+2.76）=5.24万元，比一台主变方案多投资2.04
（0.8+0.72+1.68）
=3.2万元
万元
供电贴费
按主变1000元/kVA，供电贴费=1600*1000=160万元
按主变1000元/kVA，供电贴费=2000*1000=200万元
从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。
4.1、绘制计算电路
4.2、确定基准值
设=100MVA，=10.5kV，低压侧=0.4kV，则
表5-1主接线方案的技术经济比较
===5.5kA
4.3、计算短路电路中各元件的电抗标幺值
（1）电力系统
=100MVA/700MVA=0.14
2）架空线路由LGJ-150的=0.36，线路长9km，故
=0.94
3）电力变压器有4.5%,故
因此绘等效电路，如下图所示
4.4、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
总电抗标幺值
（1）
=1.08
5.5kA/1.08
4.5、计算k-2点（0.38kV侧）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
=3.89
2）三相短路电流周期分量有效值
144kA/3.89
3）其他短路电流
4）三相短路容量
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MVA
K-1
5.09
5.09
5.09
12.98
7.69
92.59
k-2
37.02
37.02
37.02
68.12
40.35
25.71
5、变电所一次设备的选择和校验
5.1、10kV侧一次设备的选择校验
选择校验项目
电压
电流
断流能力
动稳定性
热稳定性
装置地点条件
参数
/kV
/A
/kA
/kA
数据
10
96.37
5.09
12.98
一次设备型号规格
额定参数
高压少油断路器
SN10-10L/220
10
630
16
40
高压隔离开关
GN68-10/220
10
200
－
25.5
高压熔断器
10
0.5
50
－
－
RN2-10
电压互感器
JDJ-10
10/0.1
－
－
－
－
电流互感器
JDJ-10
10
100/5
－
避雷器FS4-10
10
－
－
－
－
户外隔离开关
GW4-12
升级会员 