工厂管理工厂供电课程设计.docx
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工厂管理工厂供电课程设计
（工厂管理）工厂供电课程设计
学号：
1350803206
《工厂供电》
课程设计
（2013级本科）
题目：
某变电所一次系统设计
学院：
物理与机电工程学院
专业：
电气工程及其自动化
作者姓名：
指导教师：
职称：
班主任
完成日期：
2015年1月3日
河西学院本科生课程设计任务书
论文题目
某变电所一次系统设计
作者姓名
所属系、专业、年级
物电系电气132班
指导教师姓名、职称
任务下达日期
设计的主要内容
1.1设计内容：
负荷计算和无功功率补偿；变电所主变压器和主接线方案的选择；短路电流的计算等。
1.2设计依据
1、气象资料：
工厂所在地区的年最高气温为34℃，年平均气温为15℃，年最低气温为－18℃，年最热月平均最高气温为25℃，年最热月平均气温为18℃，年最热月地下0.8m处平均温度为21℃。
当地主导风向为东北风，年雷暴日数为8。
2、地质水文资料：
工厂所在地区平均海拔1500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。
3、电费制度：
工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／kVA，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干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／kVA。
4、工厂负荷情况见下表：
序
号
名称
类别
设备容量
需要系数
cos
计算负荷
1
铸造车间
动力
290
0.4
0.7
1.02
照明
10
0.8
0.9
0.48
小计
300
—
—
—
2
锻压车间
动力
200
0.3
0.6
1.33
照明
10
0.7
0.9
0.48
小计
210
—
—
—
3
仓库
动力
30
0.4
0.85
0.62
照明
5
0.8
0.9
0.48
小计
35
—
—
—
4
电镀车间
动力
100
0.5
0.85
0.62
照明
8
0.8
0.9
0.48
小计
108
—
—
—
5
工具车间
动力
220
0.3
0.65
1.17
照明
10
0.9
0.9
0.48
小计
230
—
—
—
6
组装车间
动力
200
0.4
0.7
1.02
照明
30
0.8
0.9
0.48
小计
230
—
—
—
7
维修车间
动力
200
0.2
0.6
1.33
照明
13
0.8
0.9
0.48
小计
213
—
—
—
8
金工车间
动力
400
0.2
0.65
1.17
照明
16
0.8
0.9
0.48
小计
416
—
—
—
9
焊接车间
动力
830
0.3
0.45
1.98
照明
46
0.8
0.9
0.48
小计
876
—
—
—
10
锅炉房
动力
100
0.7
0.8
0.75
照明
3
0.8
0.9
0.48
小计
103
—
—
—
11
热处理车间
动力
200
0.6
0.7
1.02
照明
10
0.8
0.9
0.48
小计
210
—
—
—
12
生活区
照明
80
0.7
0.9
0.48
总计（380v侧）
动力
照明
取
二、设计的基本要求
1、设计及计算说明书
（1）说明书要求书写整齐，条理分明，表达正确、语言简练。
（2）主要计算过程和步骤完整无误，分析论证过程简单明了，各设计内容列表汇总。
2、图纸
（1）绘制电气主接线图
（2）原理图要求用标准符号绘制，布置均匀，设备符号大小合适清晰美观。
三.设计进度安排
阶段
设计各阶段名称
起止日期
1
熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料
2015.11.28
2
查阅有关资料、阅读设计要求必读的参考资料
2015.11.29
3
负荷计算
2015.12.4
4
电气主接线设计
2015.12.25
5
短路电流计算
2016.1.1
6
主要电气设备及载流导体选择
2016.1.2
7
书写课程设计说明书
2016.1.4
8
打印整理课程设计资料
2016.1.4
四.需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定）
【1】刘涤尘、王明阳、吴政球.电气工程基础[M].武汉：
武汉理工大学出版社.2003年
【2】张学成.工矿企业供电设计指导书[M].北京：
北京矿业大学出版社.1998年
【3】刘介才.工厂供电简明设计手册[M].北京：
机械工业出版社.1993年
【4】刘介才.实用供配电技术手册[M].北京：
中国水利水电出版社.2002年
【5】刘介才.工厂供电[M].北京：
机械工业出版社.1997年
【6】同济大学电气工程系.工厂供电[M].北京：
中国建筑工业出版社.1981年
【7】苏文成.工厂供电[M].北京：
机械工业出版社.2004年
【8】工厂常用电气设备手册编写组.工厂常用电气设备手册（补充本）.北京：
水利电力出版社.1990
【9】JGJ16-2008民用建筑电气设计规范
【10】GB50054-95低压配电设计规范
【11】GB50052-95供配电系统设计规范
【12】GB50217-2007电力工程电缆设计规范
【13】GB50060-923～110KV高压配电装置设计规范
教研室意见
负责人签名：
年月日
系（部）意见
负责人签名：
年月日
附录一：
变电所10kV高压一次系统图：
40
附录二：
变电所380V低压一次系统图：
40
摘要
关键词：
工厂供电负荷计算短路计算主接线变压器一、二次设备VISIO
在本次课程设计过程中，我们小组共十个人利用两周的时间完成了此次的课设。
每个人在组长的分配下，有不同的任务。
我的任务是10KV高压进线的选择和校验以及由高压母线至主变的引入电缆的选择校验。
10KV高压进线为LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10KV共用电源干线。
按发热条件初选为LGJ-16型，再通过校验机械强度及电压损耗确定为LGJ-16型钢芯铝绞线。
考虑到高压母线至主变的引入线的美观及耐用程度，采用YJV型交联聚乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设，按发热条件初选为通过校验短路的热稳定度，得知此线满足条件。
结束后对每个人的工作进行综合，利用VISIO软件进行对主接线、二次回路、及短路电路的绘制。
绘制过程遇到很多的元器件无法找到，便利用折线及圆形矩形等图形进行组合绘制。
1绪论
1.1引言
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；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
在工程机械制造厂里，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。
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。
电能从区域变电站进入机械厂后，首先要解决的就是如何对电能进行控制、变换、分配和传输等问题。
在机械厂，担负这一任务的是供电系统，供电系统的核心部分是变电所。
一旦变电所出了事故而造成停电，则整个机械厂的生产过程都将停止进行，甚至还会引起一些严重的安全事故。
机械厂变电所要很好地为生产服务，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设计原则
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》、JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》等的规定，进行变电所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本设计所做的主要工作
目前世界上机械生产能源和动力主要来源于电能。
电网的正常运行是保证机械生产安全前提。
根据设计任务书的要求，结合实际情况和市场上现有的电力产品及其技术，本文主要做了以下工作：
1、负荷计算
机械厂变电所的负荷计算，是根据所提供的负荷情况进行的，本文列出了负荷计算表，得出总负荷。
2、一次系统图
跟据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算，绘制一次系统图，确定变电所高、低接线方式。
对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济，安装容易维修方便。
3、电容补偿
按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。
由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜的规格和数量。
4、变压器选择
根据电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器型号。
5、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，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。
求出各短路点的三相短路电流及相应有关参数。
6、高、低压设备选择及校验
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，选择高、低压配电设备，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，并列表表示。
7、电缆的选择
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行电缆截面选择时必须满足发热条件：
电缆（包括母线）在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。
2负荷计算及电容补偿
2.1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。
由于本机械厂用电部门较多，用电设备台数较多，设计采用需要系数法予以确定。
1．单台组用电设备计算负荷的计算公式
（1）.有功计算负荷（单位为kW）：
（2-1）
式中—设备有功计算负荷（单位为kW）；
—用电设备组总的设备容量（不含备用设备容量，单位为kW）；
—用电设备组的需要系数。
（2）.无功计算负荷（单位为KVAR）
（2-2）
式中—设备无功计算负荷（单位为KVAR）；
—对应于用电设备组功率因数的正切值。
（3）.视在计算负荷（单位为KVA）
（2-3）
式中—视在计算负荷（单位为KVA）；
—用电设备组的功率因数。
（4）.计算电流（单位为A）
（2-4）
式中—计算电流（单位为A）；
—用电设备组的视在功率（单位为KVA）；
—用电设备组的额定电压（单位为KV）。
2．多组用电设备计算负荷的计算公式
（1）.有功计算负荷（单位为kW）
（2-5）
式中—多组用电设备有功计算负荷（单位为kW）；
—所有设备组有功计算负荷之和；
—有功负荷同时系数，可取0.85～0.95。
（2）.无功计算负荷（单位为KVAR）
（2-6）
式中—多组用电设备无功计算负荷（单位为KVAR）；
—所有设备组无功计算负荷之和；
—无功负荷同时系数，可取0.8～0.95。
（3）.视在计算负荷（单位为KVA）
（2-7）
（4）.计算电流（单位为A）
（2-8）
（5）.功率因数
（2-9）
2.2负荷统计计算
根据提供的资料，列出负荷计算表。
因设计的需要，计算了各负荷的有功功率、无功功率、视在功率、计算电流等。
表中生活区的照明负荷中已经包括生活区各用户的家庭动力负荷。
具体负荷的统计计算见表2-1。
序
号
名称
类别
设备容量
需要系数
cos
计算负荷
1
铸造车间
动力
290
0.4
0.7
1.02
116
118.32
165.71
251.80
照明
10
0.8
0.9
0.48
8.00
3.84
8.89
13.51
小计
300
—
—
—
124
122.16
174.07
264.47
2
锻压车间
动力
200
0.3
0.6
1.33
60
79.8
100
151.9
照明
10
0.7
0.9
0.48
7
3.36
7.78
11.82
小计
210
—
—
—
67
83016
106.79
162.25
3
仓库
动力
30
0.4
0.85
0.62
12.00
7.44
14.12
21.45
照明
5
0.8
0.9
0.48
4.00
1.92
4.44
6.75
小计
35
—
—
—
16.00
9.36
18.54
28.16
4
电镀车间
动力
100
0.5
0.85
0.62
50.00
31.00
58.82
89.36
照明
8
0.8
0.9
0.48
6.4
3.07
7.11
10.80
小计
108
—
—
—
56.4
34.07
65.93
100.11
5
工具车间
动力
220
0.3
0.65
1.17
66.00
77.22
101.54
154.27
照明
10
0.9
0.9
0.48
9.00
4.32
10.00
15.19
小计
230
—
—
—
75.00
81.54
110.79
168.32
6
组装车间
动力
200
0.4
0.7
1.02
80.00
81.60
114.29
173.64
照明
30
0.8
0.9
0.48
24.00
11.52
26.27
40.52
小计
230
—
—
—
104.00
93.12
139.60
212.10
7
维修车间
动力
200
0.2
0.6
1.33
40.00
53.20
67.00
101.29
照明
13
0.8
0.9
0.48
10.40
4.99
11.56
17.56
小计
213
—
—
—
50.40
58.19
76.98
116.96
8
金工车间
动力
400
0.2
0.65
1.17
80.00
93.60
123.08
187.00
照明
16
0.8
0.9
0.48
12.80
6.14
14.22
21.61
小计
416
—
—
—
92.80
99.74
136.23
206.99
9
焊接车间
动力
830
0.3
0.45
1.98
249
493.02
553.33
840.67
照明
46
0.8
0.9
0.48
36.80
17.66
40.89
62.12
小计
876
—
—
—
285.8
510.68
585.21
889.14
10
锅炉房
动力
100
0.7
0.8
0.75
70.00
52.50
87.50
132.94
照明
3
0.8
0.9
0.48
2.4
1.15
2.67
4.06
小计
103
—
—
—
72.4
53.65
90.11
136.91
11
热处理车间
动力
200
0.6
0.7
1.02
120.00
122.40
171.43
260.45
照明
10
0.8
0.9
0.48
8.00
3.84
8.89
13.51
小计
210
—
—
—
128.00
126.24
179.78
273.15
12
生活区
照明
80
0.7
0.9
0.48
56.00
26.88
62.22
94.53
总计（380v侧）
动力
照明
取
1015.02
1233.85
1597.70
2427.46
表2-1某变电所一次系统设计负荷计算表
2.3电容补偿
由表2-1知：
，因此该厂380V侧最大负荷时的功率因数为供电部门要求该厂10kV进线侧最大负荷时的功率因数不应低于0.9。
考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，本文取0.93来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
Qc
=1015.02（1.201-0.395）
=817.88kvar
选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-75-1/3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）10台相组合，总共容量75kvar×11=825kvar。
无功补偿后工厂380V侧的负荷计算：
补偿后低压侧的功率因素：
无功补偿后工厂10KV侧的负荷计算：
3变压器选择及主接线方案确定
3.1主变压器台数选择
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，但必须有备用电源。
2．对季节性负荷或昼夜负荷变动较大，适于采用经济运行方式的变电所，可采用两台变压器。
3．当负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。
4．在确定变电所台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。
3.2主变压器容量选择
1．只装一台主变压器的变电所
主变压器容量S应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即
（3-1）
2．装有两台主变压器的变电所
每台变压器的容量SZ应同时满足以下两个条件：
（1）任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷S3的大约60%70%的需要，即
（3-2）
（2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即
（3-3）
根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案：
方案1装设一台主变压器
根据式（3-1），主变选用一台接线方式为S9-1250/10型变压器，根据民用建筑规范要求变压器的负载率不宜大于85%，而
显然满足要求。
至于机械厂的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。
因此装设一台主变压器时选一台接线方式为S9-1250/10型低损耗配电变压器。
因此选两台接线方式为D.yn11的S9-800/10型低损耗配电变压器。
两台变压器并列运行，互为备用。
3.3主接线方案确定
3.3.1变电所主接线方案的设计原则与要求
变电所的主接线，应根据变电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。
（1）安全应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。
（2）可靠应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。
（3）灵活应能必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。
（4）经济在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。
3.3.2变电所主接线方案的技术经济指标
1.主接线方案的技术指标
（1）供电的安全性。
主接线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况。
（2）供电的可靠性。
主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应性方面的情况。
（3）供电的电能质量主要是指电压质量，包括电压偏差、电压波动及高次谐波等方面的情况。
（4）运行的灵活性和运行维护的方便性。
（5）对变电所今后增容扩建的适应性。
2.主接线方案的经济指标
（1）线路和设备的综合投资额包括线路和设备本身的价格、运输费、管理费、基建安装费等，可按当地电气安装部门的规定计算。
（2）变配电系统的年运行费包括线路和设备的折旧费。
维修管理费和电能损耗费等。
（3）供电贴费（系统增容费）有关部门还规定申请用电，用户必须向供电部门一次性地交纳供电贴费。
（4）线路的有色金属消耗费指导线和有色金属（铜、铝）耗用的重量。
3.3.3工厂变电所常见的主接线方案
1.只装有一台主变压器的变电所主接线方案
只装有一台主变压器的变电所，其高压侧一般采用无母线的接线，根据高压侧采用的开关电器不同，有三种比较典型的主接线方案：
（1）高压侧采用隔离开关-熔
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