工厂供电设计.docx
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工厂供电设计
目录与前言
目录
一、负荷计算和无功功率
二．变电所的位置和型式的选择
三.变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择
四.短路电流计算
五.变电所一次设备的选择与校验
六.变电所高低压线路的选择
七．变电所二次回路方案选择及继电保护整定
八．防雷和接地装置的确定
九.附录参考文献
前言
设计要求：
要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷情况，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，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，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，最后按要求提交设计计算书及说明书，绘出设计图纸。
设计依据：
1、工厂总平面见附图。
2、工厂负荷情况：
本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4800h，日最大负荷持续时间8h。
该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。
低压动力设备均为三相，额定电压为380V。
照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。
本厂的负荷统计资料如表1所示。
3、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-185,导线为等边三角形排列，线距为1.2m；电力系统馈电变电站距本厂6km,该干线首端所装高压断路器的断流容量为500MV.A，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.5S。
为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压或低压联络线由邻近的单位取得备用电源。
4、气象资料：
本厂所在地区（泰山区）的年最高气温为40℃，年平均气温为20℃年，年最低气温为-22.7℃，年最热月平均最高气温为31.5℃，年最热月平均气温为26.3℃，年最热月地下0.8米处平均温度28.7℃。
年主导风向为东风，年雷暴日数31.3。
5、地质水文资料：
本厂所在地区平均海拔130m，地层以沙粘土为主，地下水位为3m.
6、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。
一部分为基本电费，按所装用的主变压器容量来计费。
另一部分为电度电费，按每月时机耗用的电能计费。
工厂最大负荷时的高压侧功率因数不低于0.9。
厂房编号
用电单位名称
负荷性质
设备容量/kw
需要系数
功率因数
2
铸造车间
动力
202-402
0.3~0.4
0.65~0.70
照明
7~12
0.7~0.9
1.0
3
锻压车间
动力
202~402
0.2~0.3
0.60~0.65
照明
7~12
0.7~0.9
1.0
4
金工车间
动力
202~402
0.2~0.3
0.60~0.65
照明
7~12
0.7~0.9
1.0
5
工具车间
动力
202~402
0.2~0.3
0.60~0.65
照明
7~12
0.7~0.9
1.0
6
电镀车间
动力
152~302
0.4~0.6
0.70~0.80
照明
7~12
0.7~0.9
1.0
7
热处理车间
动力
102~202
0.4~0.6
0.70~0.80
照明
7~12
0.7~0.9
1.0
8
装配车间
动力
102~202
0.3~0.4
0.65~0.75
照明
7~12
0.7~0.9
1.0
9
机修车间
动力
102~202
0.2~0.3
0.60~0.70
照明
4-7
0.7~0.9
1.0
10
锅炉房
动力
102~202
0.4~0.6
0.60~0.70
照明
3-4
0.7~0.9
1.0
1
仓库
动力
52~102
0.2~0.3
0.60~0.70
照明
3-4
0.7~0.9
1.0
宿舍区
照明
202~402
0.6~0.8
1.0
一、负荷计算和无功功率
（1）负荷计算
负荷计算的方法有需要系数法、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：
P30=Pe·Kd
无功功率:
Q30=P30·tgφ
视在功率:
S3O=P30/Cosφ
计算电流:
I30=S30/√3UN
根据要求及负荷计算公式，分别计算各车间的P30、Q30、S30、I30，然后列出表格。
1）仓库：
动力负荷：
Pe=102kwKd=0.3cosφ=0.7
tanφ=tanarccosφ=1.02
P30=Kd•Pe=0.3*102=30.6kw
Q30=P30•tanφ=30.6*1.02=31.2kvar
S30=P30/cosφ=30.6/0.7=43.7kvA
I30=S30/√3UN=66.4A
照明负荷:
Pe=4kwKd=0.9cosφ=1.0
tanφ=tanarccosφ=0
P30=Kd•Pe=0.9*4=3.6kw
Q30=P30•tanφ=3.6*0=0kvar
S30=P30/cosφ=3.6/1.0=3.6kvA
I30=S30/√3UN=9.4A
本车间:
I′30=66.4+9.4=75.8A
2）铸造车间：
动力负荷：
Pe=402kwKd=0.4cosφ=0.7
tanφ=tanarccosφ=1.02
P30=Kd•Pe=0.4*402=160.8kw
Q30=P30•tanφ=160.8*1.02=164.0kvar
S30=P30/cosφ=160.8/0.7=229.7kvA
I30=S30/√3UN=349.0A
照明负荷:
Pe=12kwKd=0.9cosφ=1.0
tanφ=tanarccosφ=0
P30=Kd•Pe=0.9*12=10.8kw
Q30=P30•tanφ=10.8*0=0kvar
S30=P30/cosφ=10.8/1.0=10.8kvA
I30=S30/√3UN=28.3A
本车间:
I′30=349.0+28.3=377.3A
3）锻压车间：
动力负荷：
Pe=402kwKd=0.3cosφ=0.65
tanφ=tanarccosφ=1.17
P30=Kd•Pe=0.3*402=120.6kw
Q30=P30•tanφ=120.6*1.17=141.0kvar
S30=P30/cosφ=120.6/0.65=185.5kvA
I30=S30/√3UN=281.9A
照明负荷:
Pe=12kwKd=0.9cosφ=1.0
tanφ=tanarccosφ=0
P30=Kd•Pe=0.9*12=10.8kw
Q30=P30•tanφ=10.8*0=0kvar
S30=P30/cosφ=10.8/1.0=10.8kvA
I30=S30/√3UN=28.3A
本车间:
I′30=281.9+28.3=310.2A
4）金工车间：
动力负荷：
Pe=402kwKd=0.3cosφ=0.65
tanφ=tanarccosφ=1.17
P30=Kd•Pe=0.3*402=120.6kw
Q30=P30•tanφ=120.6*1.17=141.0kvar
S30=P30/cosφ=120.6/0.65=185.5kvA
I30=S30/√3UN=281.9A
照明负荷:
Pe=12kwKd=0.9cosφ=1.0
tanφ=tanarccosφ=0
P30=Kd•Pe=0.9*12=10.8kw
Q30=P30•tanφ=10.8*0=0kvar
S30=P30/cosφ=10.8/1.0=10.8kvA
I30=S30/√3UN=28.3A
本车间:
I′30=281.9+28.3=310.2A
5）工具车间：
动力负荷：
Pe=402kwKd=0.3cosφ=0.65
tanφ=tanarccosφ=1.17
P30=Kd•Pe=0.3*402=120.6kw
Q30=P30•tanφ=120.6*1.17=141.0kvar
S30=P30/cosφ=120.6/0.65=185.5kvA
I30=S30/√3UN=281.9A
照明负荷:
Pe=12kwKd=0.9cosφ=1.0
tanφ=tanarccosφ=0
P30=Kd•Pe=0.9*12=10.8kw
Q30=P30•tanφ=10.8*0=0kvar
S30=P30/cosφ=10.8/1.0=10.8kvA
I30=S30/√3UN=28.3A
本车间:
I′30=281.9+28.3=310.2A
6）电镀车间：
动力负荷：
Pe=302kwKd=0.6cosφ=0.8
tanφ=tanarccosφ=0.75
P30=Kd•Pe=0.6*302=181.2kw
Q30=P30•tanφ=181.2*0.75=135.9kvar
S30=P30/cosφ=181.2/0.8=226.5kvA
I30=S30/√3UN=344.1A
照明负荷:
Pe=12kwKd=0.9cosφ=1.0
tanφ=tanarccosφ=0
P30=Kd•Pe=0.9*12=10.8kw
Q30=P30•tanφ=10.8*0=0kvar
S30=P30/cosφ=10.8/1.0=10.8kvA
I30=S30/√3UN=28.3A
本车间:
I′30=344.1+28.3=372.4A
7）热处理车间：
动力负荷：
Pe=202kwKd=0.6cosφ=0.8
tanφ=tanarccosφ=0.75
P30=Kd•Pe=0.6*202=121.2kw
Q30=P30•tanφ=121.2*0.75=90.9kvar
S30=P30/cosφ=121.2/0.8=151.5kvA
I30=S30/√3UN=230.2A
照明负荷:
Pe=12kwKd=0.9cosφ=1.0
tanφ=tanarccosφ=0
P30=Kd•Pe=0.9*12=10.8kw
Q30=P30•tanφ=10.8*0=0kvar
S30=P30/cosφ=10.8/1.0=10.8kvA
I30=S30/√3UN=28.3A
本车间:
I′30=230.2+28.3=258.5A
8）装配车间：
动力负荷：
Pe=202kwKd=0.4cosφ=0.75
tanφ=tanarccosφ=0.88
P30=Kd•Pe=0.4*202=80.8kw
Q30=P30•tanφ=80.8*0.88=71.3kvar
S30=P30/cosφ=80.8/0.75=107.7kvA
I30=S30/√3UN=163.7A
照明负荷:
Pe=12kwKd=0.9cosφ=1.0
tanφ=tanarccosφ=0
P30=Kd•Pe=0.9*12=10.8kw
Q30=P30•tanφ=10.8*0=0kvar
S30=P30/cosφ=10.8/1.0=10.8kvA
I30=S30/√3UN=28.3A
本车间:
I′30=163.7+28.3=192.0A
9）机修车间：
动力负荷：
Pe=202kwKd=0.3cosφ=0.7
tanφ=tanarccosφ=1.02
P30=Kd•Pe=0.3*202=60.6kw
Q30=P30•tanφ=60.6*1.02=61.8kvar
S30=P30/cosφ=60.6/0.7=86.7kvA
I30=S30/√3UN=131.5A
照明负荷：
Pe=7kwKd=0.9cosφ=1.0
tanφ=tanarccosφ=0
P30=Kd•Pe=0.9*7=6.3kw
Q30=P30•tanφ=6.3*0=0kvar
S30=P30/cosφ=6.3/1.0=6.3kvA
I30=S30/√3UN=16.5A
本车间:
I′30=131.5+16.5=148.0A
10）锅炉房：
动力负荷：
Pe=202kwKd=0.6cosφ=0.7
tanφ=tanarccosφ=1.02
P30=Kd•Pe=0.6*202=121.2kw
Q30=P30•tanφ=121.2*1.02=123.6kvar
S30=P30/cosφ=121.2/0.7=173.1kvA
I30=S30/√3UN=263.1A
照明负荷：
Pe=4kwKd=0.9cosφ=1.0
tanφ=tanarccosφ=0
P30=Kd•Pe=0.9*4=3.6kw
Q30=P30•tanφ=3.6*0=0kvar
S30=P30/cosφ=3.6/1.0=3.6kvA
I30=S30/√3UN=16.5A
本车间:
I′30=263.1+16.5=279.6A
11）宿舍区
照明负荷：
Pe=402kwKd=0.7cosφ=1.0
tanφ=tanarccosφ=0
P30=Kd•Pe=0.7*402=281.4kw
Q30=P30•tanφ=281.4*0=0kvar
S30=P30/cosφ=281.4/1.0=281.4kvA
I30=S30/√3UN=427.5A
各用电车间负荷计算结果如下表：
厂房编号
用电单位名称
负荷性质
P30
Q30
I30
I′30
1
仓库
动力
30.6
31.2
66.4
75.8
照明
3.6
0
9.4
2
铸造车间
动力
160.8
164.0
349.0
377.3
照明
10.8
0
28.3
3
锻压车间
动力
120.6
141.0
281.9
310.2
照明
10.8
0
28.3
4
金工车间
动力
120.6
141.0
281.9
310.2
照明
10.8
0
28.3
5
工具车间
动力
120.6
141.0
281.9
310.2
照明
10.8
0
28.3
6
电镀车间
动力
181.2
135.9
344.1
372.4
照明
10.8
0
28.3
7
热处理车间
动力
121.2
90.9
230.2
258.5
照明
10.8
0
28.3
8
装配车间
动力
80.8
71.3
163.7
192.0
照明
10.8
0
28.3
9
机修车间
动力
60.6
61.8
131.5
148.0
照明
6.3
0
16.5
10
锅炉房
动力
121.2
123.6
263.1
279.6
照明
6.3
0
16.5
宿舍区
照明
281.4
0
427.6
427.6
全厂负荷计算
取K∑p=0.92;K∑q=0.95
根据上表可算出：
∑P30i=1491.4kW;∑Q30i=1101.7kvar
则P30=K∑P∑P30i=0.92×1491.4kW=1372.1kW
Q30=K∑q∑Q30i=0.95×1101.7kvar=1046.6kvar
S30=√（P302+Q302）≈1725.7KV·A
高压侧:
I30
（1）=S30/√3UN
（1）≈92.4A
低压侧:
I30
（2）=S30/√3UN
（2）≈2309.5A
cosф=P30/S30=1372.1/1725.7≈0.80
（2）功率补偿
由于本设计中上级要求COSφ≥0.9,而由上面计算可知COSф=0.80<0.9，因此需要进行无功补偿。
综合考虑在这里采用并联电容器进行低压集中补偿。
可选用BCMJ-0.4-15-1型的电容器
Qc=1372.1×（tanarccos0.80－tanarccos0.92）Kvar
=439.1Kvar取Qc=450Kvar
因此，其电容器的个数为：
n=Qc/qC=450/15=30
而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取30个正好
无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：
S′30
（2）=√[1372.12+（1046.6-450）2]=1496.2KV·A
变压器的功率损耗为：
△QT=0.06S′30
（2）=0.06*1496.2=89.8Kvar
△PT=0.015S′30
（2）=0.015*1496.2=22.4Kw
变电所高压侧计算负荷为：
P′30=1372.1+22.4=1394.4Kw
Q′30=（1046.6-450）+89.8=686.4Kvar
S′30=√（P30′2+Q30′2）
≈1554.2KV.A
无功率补偿后，工厂的功率因数为：
cosφ′=P30′/S30′=1394.4/1554.2≈0.90
则工厂的功率因数为：
cosφ′=P30′/S30′=0.90≥0.9
因此，符合本设计的要求
二．变电所的位置和型式的选择
变电所的位置选择应考虑设备运输方便尽量靠近负荷中心，进出线方便，接近电源侧等方面，选择位置如下图标为A的圆圈位置所示：
型式的选择：
室内型，有值班室，一台变压器
具体情况见附图：
变电所平面布置图。
三.变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择
（1）主变压器台数的选择
该厂的二级负荷不多，可由采用低压联络线由邻近的单位取得的备用电源保证，因为基本电费按所装的主变压器容量来计费，为降低基本电费，宜采用一台变压器。
（2）变电所主变压器容量的选择
装设一台主变压器的变电所，主变压器的容量ST应满足：
SN.T≥S′30
一般取S30=（0.85～0.9）S′30
（2）＝1271.8KV·A～1346.6KV·A
因此选1600KV·A的变压器一台，型号选S9-1600/10
（3）主结线方案选择
为满足生产要求，按照工厂变配电所主接线要求：
安全，可靠，灵活，经济，方案及方案编号参考吕光大主编的《建筑电气安装工程图集》，选择高压.低压主接线方案如下:
因为选择了只装一台主变压器的小型变电所，高压侧采用隔离开关-断路器的变电所主接线图。
一路电源进线，低压联络线由邻近的单位取得备用电源。
电压互感器
电源进线
计量专用
引出线
一次方案
54
11
JL-07
07
二次方案
JD2-335
JD2-316
JD2-314.315
JD2-324
四.短路电流计算I
（1）确定基准值
取Sd=1000MV·A,UC1=10.5KV,UC2=0.4KV
而Id1=Sd/√3UC1=1000MV·A/（√3×10.5KV）=55.0KA
Id2=Sd/√3UC2=1000MV·A/（√3×0.4KV）=1443.4KA
（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
1）电力系统（SOC=500MV·A）
X1*=1000MV·A/500MV·A=2
2）架空线路（XO=0.35Ω/km）
X2*=0.35Ω/km×6km×1000/（10.5KV）2=19.0
3）电力变压器（UK%=4.5）
X3*=UK%Sd/100SN=4.5×1000MV·A/（100×1600KV.A）=28.1
（3）求k-1点高压侧的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1）总电抗标幺值
X*Σ（K-1）=X1*＋X2*=2+19.0=21.0
2）三相短路电流周期分量有效值
IK-1（3）=Id1/X*Σ（K-1）=55.0KA/21.0=2.62KA
3）其他三相短路电流
I"（3）=I∞（3）=Ik-1（3）=2.62KA
ish（3）=2.55×2.62KA=6.68KA
Ish（3）=1.51×2.62KA=3.96KA
4）三相短路容量
Sk-1（3）=Sd/X*Σ（k-1）=1000/21.0=47.6KV·A
（4）求k-2点即高压侧的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1）总电抗标幺值
X*Σ（K-2）=X1*＋X2*＋X3*=2+19.0＋28.1=49.1
2）三相短路电流周期分量有效值
IK-2（3）=Id2/X*Σ（K-2）=1443.4KA/49.1=29.4KA
3）其他三相短路电流
I"（3）=I∞（3）=Ik-2（3）=29.4KA
ish（3）=1.84×28.3KA=52.1KA
Ish（3）=1.09×28.3KA=30.8KA
4）三相短路容量
Sk-2（3）=Sd/X*Σ（k-2）=1000/49.1=20.4KV·A
五.变电所一次设备的选择与校验
（1）高压设备
高压熔断器
选择：
RN2-10-0.5
校验：
最大开断电流85KA＞IK-1（3）=2.62KA
额定工作电压10KV≥线路电压10KV
额定工作电流0.5A可作为电流互感器的短路和过负荷保护设备使用
高压隔离开关
选择：
GN19-10、10C/400-12.5KA
校验：
额定工作电压10KV≥线路计算电压10KV
额定工作电流400A≥线路计算电流92.4A
额定动稳定电流峰值31.5KA≥ish（3）=6.68KA
高压断路器比上一级高压断路器过电流保护时限小0.4s即
top＝1.5s－0.4s=0.9s
tima=tk=top+toc=0.9s+0.2s=1.1s
4s热稳定电流12.5KA≥I∞（3）tima=2.62KA×1.1s
高压断路器
选择：
ZN28-12-630A/31KA
校验：
额定工作电压12KV≥线路电压10KV
额定工作电流630A≥线路计算电流92.4A
额定动稳定电流峰值50KA≥ish（3）=6.68KA
4s热稳定电流20KA≥I∞（3）tima=2.62KA×1.1s
电流互感器
选择:
LAJ2-10150/5LQJ-10150/5
校验:
LAJ2-10150/5
额定工作电压10KV≥线路电压10KV
额定一次电流150A≥线路计算电流92.4A
额定动稳定电流峰值32.3KA≥ish（3）=6.68KA
1s短时热稳定电流有效值18KA≥I∞（3）tima=2.62KA×1.1s
LQJ-10150/5
额定工作电压10KV≥线路电压10KV
额定一次电流150A≥线路计算电流92.4A
额定动稳定电流有效值35.8KA≥ish（3）=6.68KA
1s短时热稳定电流13.5KA≥I∞（3）tima=2.62KA×1.1s
电压互感器
选择:
JSZW-10
校验:
额定工作电压10KV≥线路电压10KV
母线
选择:
TMY-40×4（其35OC时Ial=522A>I30
（1）=92.4A,满足发热条件）
校
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