建筑电气工程某机械厂供配电系统的电气设计精编.docx
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建筑电气工程某机械厂供配电系统的电气设计精编
（建筑电气工程）某机械厂供配电系统的电气设计
《供电工程课程设计》
某机械厂供配电系统设计
院、部：
电气和信息工程学院
***********************
指导教师：
桂友超职称
专业：
电气工程及其自动化
班级：
电气本1004
完成时间：
2013.12.11
课程设计任务书
主要内容
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，且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，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量和类型，选择变电所主接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，确定防雷和接地装置。
最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。
1）工厂负荷情况
本厂多数车间为俩班制，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外，其余均属三级负荷。
本厂的负荷统计资料如表1.1所示。
2）供电电源情况
按照工厂和当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近壹条10kV的公用电源干线取得工作电源。
该干线的走向参见工厂总平面图。
该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，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500MVA。
此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。
为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。
已知和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。
参考设计内容目录
∙负荷计算和无功功率补偿
∙变电所位置和型式的选择
∙变电所主变压器及主接线方案的选择
∙短路电流的计算
∙变电所壹次设备的选择校验
∙变压所进出线和邻近单位联络线的选择
∙变电所二次回路方案的选择和继电保护的整定
课程设计任务书1
绪论3
1.负荷计算及功率因数补偿计算4
1.1负荷计算4
1.2功率因数补偿计算9
2.变电所位置和型式的选择10
3.变电所主变压器及主接线方案的选择11
3.1变电所主变压器台数的选择11
3.2变电所主变压器容量选择。
11
3.3主接线方案的选择11
4短路电流的计算14
4.1短路的基本概念14
4.2短路的原因14
4.3短路的后果15
4.4短路的形成15
4.5三相短路电流计算的目的15
4.6短路电流的计算16
5.壹次设备的选择19
5.1断路器19
5.2隔离开关20
5.3电压互感器20
5.4熔断器21
5.5、避雷器21
5.6校验动稳定性21
5.7校验热稳定性21
6.变压所进出线和邻近单位联络线的选择22
6.110kV高压进线和引入电缆的选择22
6.2380低压出线的选择22
6.3作为备用电源的高压联络线的选择校验25
7.变电所二次回路方案选择及继电保护的整定26
7.1二次回路方案选择26
7.2继电保护的整定27
结束语29
参考文献30
附录壹......................................................................................................................................................31
附录二.........................................................................................................................................................32
绪论
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。
在机械厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，可是它在产品成本中所占的比重壹般很小（除电化工业外）。
电能在工业生产中的重要性，且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能够大大增加产量，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。
从另壹方面来说，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。
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,且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,且对变电所壹次设备选择和校验和高低压线路的选择。
本论文设计首先计算电力负荷和变压器的台数、容量；利用所学的知识确定变电所的位置。
计算出短路电流的大小，选出不同型号的变压器，进而确定变压器的连接组别，画出必要的变电所主接线图。
关键词：
主接线图;短路电流;电力负荷;变压器
1.负荷计算及功率因数补偿计算
1.1负荷计算
1.1.1负荷计算的意义
负荷计算是根据已知工厂的用电设备安装容量来确定预期不变的最大假想负荷。
它是按发热条件选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据，所以非常重要。
如估算过高，将增加供电设备的容量，使工厂电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量。
特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。
可是如果估算过低，又会使工厂投入生产后，供电系统的线路及电器设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。
1.1.2负荷计算的方法
常用负荷计算的方法有
（1）需要系数法
（2）二项式系数法（3）形状系数法。
在此次选择的设计中，设备台数较多，各台设备容量相差不太悬殊，所以考虑采用需要系数法。
需要系数法的主要步骤：
（1）将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。
（2）查出各组用电设备相应需要系数及对应的功率因数。
（3）用需要系数法求车间或全厂的计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数K。
需要系数法的计算过程：
先从用电端起逐级往电源方向计算，即：
首先按需要系数法求得各车间低压侧有功及无功计算负荷，加上本车间变电所的变压器有功及无功功率损耗，即得车间变电所高压侧计算负荷；其次是将全厂各车间高压则负荷相加同时加上厂区配电线路的功率损耗，再乘以同时系数。
便得出工厂总降压变电所低压侧计算负荷；然后再考虑无功功率的影响和总降压变电所主变压器的功率损耗，其总和就是全厂计算负荷
需要系数法的计算公式：
计算负荷
计算公式
适用条件
有功
P30=KdPe
已知三相用电设备组或用电单位（工厂、车间）的设备容量及功率因数，求其计算负荷。
无功
Q30=P30tanφ
视在
S30=P30/cosφ
电流
I30=S30/3UN
1.1.3各车间负荷计算如下：
1）铸造车间：
动力部分：
P=300×0.3=90kw；Q=90×1.02=91.8kvar;S=90÷0.7=128.6kVA;I=128.6÷（3×0.38）=195.4A
照明部分：
P=6×0.8=4.8kw;Q=0kvar;S=4.8÷1=4.8kVA；I=4.8÷（3×0.22）=12.60A
2）锻压车间：
动力部分：
P=350×0.3=105kw；Q=105×1.17=122.8kvar;S=105÷0.65=161.5kVA；I=161.5÷（√3×0.38）=245.44A
照明部分：
P=8×0.7=5.6kW；Q=0kvar;S=5.6÷1=5.6kVA；I=5.6÷（√3×0.22）=14.7A
3）金工车间：
动力部分：
P=400×0.2=80kW；Q=80×1.17=93.6kvar;S=80÷0.65=123.1kVA；I=123.1÷（√3×0.38）=187.08A
照明部分：
P=10×0.8=8kW；Q=0kvar;S=8÷1=8kVA；I=8÷（√3×0.22）=21.0A
4）工具车间：
动力部分：
P=360×0.3=108kW；Q=108×1.33=144.0kvar;S=108÷0.6=180kVA；I=180÷（√3×0.38）=273.6A
照明部分：
P=7×0.9=6.3kW；Q=0kvar;S=6.3÷1=6.3kVA；I=6.3÷（√3×0.22）=16.5A
5）电镀车间：
动力部分：
P=250×0.5=125kW；Q=125×0.75=93.75kvar;S=125÷0.8=156.25kVA；I=156.25÷（√3×0.38）=237.5A
照明部分：
P=5×0.8=4.8kW；Q=0kvar;S=4.8÷1=4.8kVA；I=4.8÷（√3×0.22）=12.6A
6）热处理车间：
动力部分：
P=150×0.6=90kW；Q=90×0.75=67.5kvar;S=90÷0.8=112.5kVA；I=112.5÷（√3×0.38）=171A
照明部分：
P=5×0.8=4.8kW；Q=0kvar;S=4.8÷1=4.8kVA；I=4.8÷（√3×0.22）=12.6A
7）装配车间：
动力部分：
P=180×0.3=54kW；Q=54×1.02=55.08kvar;S=54÷0.7=77.14kVA；I=77.14÷（√3×0.38）=117.2A
照明部分：
P=6×0.8=4.8kW；Q=0kvar;S=4.8÷1=4.8kVA；I=4.8÷（√3×0.22）=12.6A
8）机修车间：
动力部分：
P=160×0.2=32kW；Q=32×1.17=37.44kvar;S=32÷0.65=49.2kVA；I=49.2÷（√3×0.38）=74.77A
照明部分：
P=4×0.8=3.2kW；Q=0kvar;S=3.2÷1=3.2kVA；I=3.2÷（√3×0.22）=8.4A
9）锅炉房：
动力部分：
P=50×0.7=3.5kW；Q=3.5×0.75=2.625kvar；S=2.625÷0.8=3.28kVA；I=3.28÷（√3×0.38）=4.99A
照明部分：
P=1×0.8=0.8kW；Q=0kvar;S=0.8÷1=0.8kVA；I=0.8÷（√3×0.22）=2.10A925.6
10）仓库和生活区：
动力部分：
P=20×0.4=8kW；Q=8×0.75=6kvar；S=6÷0.8=7.5kVA；
I=7.5÷（√3×0.38）=11.4A
照明部分：
P1=1×0.8=0.8kW；Q1=0kvar;S1=0.8÷1=0.8kVA；I1=0.8÷（√3×0.22）=2.10A
P2=350×0.7=245kW；Q2=245×0.48=118.7kvar;S2=245÷0.9=272.2kVA；I2=272.2÷（√3×0.22）=714.4A
1.1.4所有车间的照明负荷：
P’=281KW
1.1.5取全厂的同时系数为：
K∑p=K∑q=0.8，
则全厂的计算负荷为：
P=0.8×（281＋925.6）=965.28KW
Q=0.8×739.7=591.76kvar
S=
=1132.23kVA
I=÷（√3×0.38）=1720.7A
编
号
名称
类别
设备
容量
需要
系数
cosφ
tanφ
计算负荷
P/KW
Q/Kvar
S/KVA
I/A
照明
6
0.8
1.0
0
4.8
0
4.8
12.6
小计
306
—
—
—
94.8
91.8
133.4
208.0
2
锻压
车间
动力
350
0.3
0.65
1.17
105
122.8
161.5
245.4
照明
8
0.7
1.0
0
5.6
0
5.6
14.7
小计
358
—
—
—
110.6
122.8
167.1
260.1
3
热处
理车间
动力
150
0.6
0.8
0.75
90
67.5
112.5
171
照明
5
0.8
1.0
0
4.8
0
4.8
12.6
小计
155
—
—
—
94.8
67.5
117.3
183.6
4
电镀
车间
动力
250
0.5
0.8
0.75
125
93.75
156.25
237.5
照明
5
0.8
1.0
0
4.8
0
4.8
12.6
小计
255
—
—
—
129.8
93.75
161.05
250.1
6
工具
车间
动力
360
0.3
0.6
1.33
108
144.0
180
273.6
照明
7
0.9
1.0
0
6.3
0
6.3
16.5
小计
367
—
—
—
114.3
144.0
186.3
300.1
7
金工
车间
动力
400
0.2
0.65
1.17
80
93.6
123.1
187.08
照明
10
0.8
1.0
0
8
0
8
21.0
小计
410
—
—
—
88
93.6
131.1
208.08
8
锅炉
车间
动力
50
0.7
0.8
0.75
3.5
2.625
3.28
4.99
照明
1
0.8
1.0
0
0.8
0
0.8
2.1
小计
51
—
—
—
4.3
2.625
4.08
7.09
9
装配
车间
动力
180
0.3
0.7
1.02
54
55.08
77.14
117.2
照明
6
0.8
1.0
0
4.8
0
4.8
12.6
小计
186
—
—
—
59.8
55.08
81.94
129.8
10
机修
车间
动力
160
0.2
0.65
1.17
32
37.44
49.2
74.77
照明
4
0.8
1.0
0
3.2
0
3.2
8.4
小计
164
—
—
—
35.2
37.44
52.4
83.17
5
仓库
动力
20
0.4
0.8
0.75
8
6
7.5
11.4
照明
1
0.8
1.0
0
0.8
0
0.8
2.1
小计
21
—
—
—
8.8
6
8.3
13.5
11
生活区
照明
350
0.7
0.9
0.48
245
118.7
272.2
714.4
总计
（380v侧）
动力
2220
—
—
—
925.6
739.7
1315.17
2357.94
照明
403
计入K∑p=K∑q=0.8
0.85
—
965.28
591.76
1132.23
1720.7
1.2功率因数补偿计算
1.2.1功率因数对供电系统的影响
在工厂供电系统中，绝大多数用电设备都具有电感的特性。
这些设备仅需要从电力系统吸收有功功率，仍要吸收无功功率以产生这些设备正常工作所必需的交变磁场。
然而在输送有功功率壹定的情况下，无功功率增大，就会降低供电系统的功率因数。
因此，功率因数是衡量工厂供电系统电能利用程度及电器设备使用状况的壹个具有代表性的重要指标。
功率因数的降低产生的不良影响：
（1）系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用；
（2）由于无功功率的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大；（3）由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，就使的供电系统中的电压损失增加，使得调压困难；（4）对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，使发电机转子的去磁效应增加，电压降低，过度增大激磁电流，从而使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，发电机就不能达到预定的出力。
无功功率对电力系统及工厂内部的供电系统都有不良的影响。
因此，供电单位和工厂内部都有降低无功功率需要量的要求，无功功率的减少就相应地提高了功率因数。
1.2.2功率因数的补偿
供电单位在工厂进行初步设计时对功率因数都要提出壹定的要求，它是根据工厂电源进线、电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的。
根据《全国供用电规则》的规定，本设计要求用户的功率因数cos0.9。
供电单位对工厂功率因数这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，壹般不能满足要求。
因此，工厂便需要装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿。
补偿容量可按下式子计算：
Qc=P30（tanφ1-tanφ2）=qcP30
n=Qc/qc
tanφ1——补偿前自然平均功率因数cosφ1对应的正切值;
tanφ2——补偿后自然平均功率因数cosφ2对应的正切值；
由之上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：
S=965.282+591.762=1132.23kVA这时低压侧的功率因数为：
cosφ=965.28/1132.23=0.85
而根据设计要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。
考虑到主变电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，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
Qc=P（tanφ1-tanφ2）=965.28[tan（arccos0.85）-tan（arccos0.92）]=183.4kvar，偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：
S’2）=
=1048.1kVA，
计算电流：
I’2）=1048.1/（√3×0.38）=689.65A
变压器的功率损耗：
△Pr≈0.015S’
（2）=0.015×1048.1=15.7KW
△Qr≈0.06S’
（2）=0.06×1048.1=62.9kvar
变电所高压侧的计算负荷为：
P’1）=965.28+15.7=980.98KW
Q’1）=（591.76－183.4）+62.9=471.26kvar
S’1）=
=1088.3KVA
I’1）=1088.3/（√3×10）=62.8A
补偿后的功率因数为：
cosφ=980.98/1088.3=0.901满足（大于0.90）的要求
2.变电所位置和型式的选择
用户变配电所分：
35～110/10kV总降压变电所、10kV配电所、10/0.38kV变电所及35/0.38kV直降变电所。
10/0.38kV变电所在工业企业内又称车间变电所，用户10kV配电所通常和某个10/0.38kV变电所合建又称为变配电所。
变配电所的位置应接近负荷中心以减小低压供电半径、降低电缆投资、节约电能损耗、提高供电质量，同时仍要考虑进出线方便、设备运输方便、接近电源侧，且注意防尘、防腐、防水、防火、防爆等。
影响变配电所位置选择的因素很多，应根据上述要求经技术经济比较后确定。
用户10/0.38kV变电所大多为室内变电所或组合式成套变电站。
室内变电所又分独立变电所、附设变电所、车间内变电所、地下变电所等几种类型。
3.变电所主变压器及主接线方案的选择
3.1变电所主变压器台数的选择
变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。
当符合下列条件之壹时，宜装设俩台及之上变压器：
有大量壹级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。
结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择俩台主变压器。
3.2变电所主变压器容量选择。
每台变压器的容量应同时满足以下俩个条件：
a.任壹台变压器单独运行时，宜满足：
b.任壹台变压器单独运行时，应满足：
，即满足全部壹、二级负荷需求。
代入数据可得：
=（0.6~0.7）×1169.03=（701.42~818.32）。
又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为），所选变压器的实际容量：
也满足使用要求，同时又考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取=1000。
考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC3系列箱型干式变压器。
型号：
SC3-1000/10，其主要技术指标如下表所示：
变压器
型号
额定
容量
/
额定
电压
/kV
联结组型号
损耗/kW
空载
电流
%
短路
阻抗
%
高
压
低压
空载
负载
SC3-1000/10
1000
10.5
0.4
Dyn11
2.45
7.45
1.3
6
（附：
参考尺寸（mm）：
长：
1760宽：
1025高：
1655重量（kg）：
3410）
3.3主接线方案的选择
3.3.1主接线的总体分类：
a.单母线接线
母线起汇集和分配电能的作用。
每壹条进出线回路都组成壹个接线单元，每个接线单元都和母线相连，可分为：
1）接线方法及工作要求，见图3.1。
⑴主母线的作用
⑵开关电器的配置
线路有反馈电可能或为架空配电线应装设
⑶操作程序“先通后断”原则
合：
；
分：
。
2）特点
⑴优点：
简单、经济。
①接线简单（设备少）、清晰、明了；
②布置、安装简单，配电装置建造费用低；
③断路器和隔离开关间易实现可靠的防误闭锁，操作安全、方便，母线故障的几率低；
④易扩建和采用成套式配电装置。
⑵缺点：
不够灵活可靠。
①主母线、母隔故障或检修，全厂停电；
②任壹回路断路器检修，该回路停电。
图3.1单母线接线图
b.双母线接线
1）接线方法及运行方式见图3.2。
2）特点：
⑴可轮流检修母线而不影响正常供电
⑵检修任壹母线侧隔离开关时，只影响该回路供电
⑶工作母线发生故障后，所有回路短时停电且能迅速恢复供电
⑷可利用母联断路器代替引出线断路器工作
⑸便于扩建
⑹由于双母线接线的设备较多，配电装置复杂，运行中需要用隔离开关切换电路，容易引起误操作；同时投资和占地面积也较大。
图3.2双母线接线图
3.3.210kV侧单母线和双母线接线的比较
6～10kV配电装置出线回路数目为6回及之上时，可采用单母线分段接线。
而双母线接线壹般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。
110kV终端变电站的10kV部分壹般采用单母线分段，互为备用。
由课题所给条件进行综合分析：
对图3.1和图3.1所示的方案Ⅰ、Ⅱ综合比较，见表3.1
表3.1主接线方案比较
方案
项目
方案Ⅰ单母线
方案Ⅱ双母线
技术
①不会造成全所停电
②调度灵活
③保证对重要用户的供电
④任壹断路器检修，该回路必须停止工作
①供电可靠
②调度灵活
③扩建方便
④便于试验
⑤易误操作
经济
①占地少
①设备少
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