工厂供电课程设计题目一.docx

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工厂供电课程设计题目一

目录

内容摘要2

第一章 负荷计算及功率补偿3

一、负荷计算的内容和目的3

二、负荷计算的方法3

三、各用电车间负荷计算结果如下表：

3

四、全厂负荷计算4

五、功率补偿4

第二章变电所位置和形式的选择5

一、变电所所址选择的基本要求5

二、变电所所址选择应具备的条件6

附图2-16

第三章 变电所主要变压器及主接线方案的选择6

一、主变压器台数的选择6

二、主结线方案的选择7

第四章 短路电流的计算8

一、短路电流计算的目的及方法8

二、本设计采用标幺制法进行短路计算9

三、短路电流计算结果：

11

第五章变电所一次设备的选择及校验12

第六章 导线、变电所高低压线路的选择13

第七章变电所二次回路的方案及断电保护的确定14

一、变电所二次回路方案14

二、断电保护14

第八章 防雷与接地15

一、防雷15

二、接地16

第九章总结及主要参考文献17

小 结17

致谢17

摘要

随着工业生产的发展和科学技术的进步,工厂的供电系统的控制、信号和监测工作，已经由人工管理、就地监测发展为远动化,实现遥控、遥信、和遥测.工厂供电系统远动化后,不仅可以提高工厂供电系统的自动化水平,而且可在一定程度上实现工厂供电系统的优化运行,能够及时处理事故,减少事故停电的时间,更好地保证工厂供电系统的安全经济运行.工厂供电是工厂企业生产生活的必要保障.经过计算比较,根据工厂实际情况选择科学且经济性高的电器设备,从供电的优质、可靠、经济等性能来综合考虑采用最优化的电气设备和供电方式。

关键词：

负荷计算功率短路电流

第一章 负荷计算及功率补偿

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、表达计算成果。

一、负荷计算的内容和目的

（1） 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。

计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。

在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。

（2） 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。

一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。

在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。

（3） 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。

常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。

平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。

二、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。

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 

三、各用电车间负荷计算结果如下表：

序号

车间名称

设备容量（千瓦）

计算负荷

变压器台数及容量

备注

P30

（千瓦）

Q30

（千乏）

S30

（千伏安）

1

电机维修车间

2505

609

500

788

1×1000

1车间

2

加工车间

886

163

258

305

1×400

2车间

3

新制车间

634

222

336

403

1×500

3车间

4

原料车间

514

301

183

360

1×400

4车间

5

备件车间

562

199

158

254

1×315

5车间

6

锻造车间

150

36

58

68

1×100

6车间

7

锅炉房

269

197

172

262

1×315

7车间

8

空压站

322

181

159

241

1×315

8车间

9

车库

53

30

27

40

1×80

9车间

10

大线圈车间

335

187

118

221

1×250

10车间

11

半成品试验站

365

287

464

1×500

11车间

12

成品试验站

2290

640

480

800

1×1000

12车间

13

加压站

256

163

139

214

1×250

14

设备处仓库

338

288

444

1×500

15

成品试验站内大型集中负荷

3600

2880

2300

2300

四、全厂负荷计算

取K∑p = 0.92; K∑q = 0.95

根据上表可算出：

∑P30i = 6520kW; ∑Q30i = 5463kvar

则 P30 = K∑P∑P30i = 0.9×6520kW = 5999kW

Q30 = K∑q∑Q30i = 0.95×5463kvar = 5190kvar

S30 = （P302+Q302）1/2 ≈7932KV·A

I30 = S30/√3UN ≈ 94.5A

COSф = P30/Q30 = 5999/7932≈ 0.75

五、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=0.75<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高压集中补偿。

可选用BWF6.3-100-1W型的电容器，其额定电容为2.89µF

Qc = 5999×（tanarc cos0.75－tanarc cos0.92）Kvar

=2724Kvar 取Qc=2800 Kvar

因此，其电容器的个数为：

 n = Qc/qC = 2800/100 =28

而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取28个 正好 

无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：

S30

（2）′= [59992+（5463-2800） 2] 1/2 =6564KV·A

变压器的功率损耗为：

△QT = 0.06 S30′= 0.06 * 6564 = 393.8 Kvar 

△PT = 0.015 S30 ′= 0.015 * 6564= 98.5 Kw

变电所高压侧计算负荷为：

P30′= 5999+ 98.5 = 6098 Kw

Q30′= （5463-2800 ）+ 393.8= 3057 Kvar

S30′ = （P302 + Q302） 1/2= 6821 KV .A

无功率补偿后，工厂的功率因数为：

cosφ′= P30′/ S30′= 6098 / 6821= 0.9

则工厂的功率因数为：

cosφ′= P30′/S30′= 0.91≥0.9 

因此，符合本设计的要求

第二章变电所位置和形式的选择

一、变电所所址选择的基本要求

●靠近电源，接近负荷中心，有利于提高供电电压质量，减少输电线路投资以减少投资和电能损耗，提高供电质量。

●便于各级电压线路的出入，架空线路走廊应与所址同时选定，尽量避免交叉。

●变电所不能被洪水淹没，以保证正常运行。

所区内不得积水，故地面应考虑一定的排水坡度。

●具有生产和生活用水的可靠水源。

考虑职工生活上的方便。

●为变电所的远景规划和扩建创造条件。

考虑电网的发展和农村用电负荷的增加，以及变电所能方便地从初期形式过渡到最终阶段，使变电所在一次、二次设备装置方面所需的改动最小。

●所站合一的形式便于发展成无人值班所。

●参照国家标准《35—500kV变电所设计规范》执行。

二、变电所所址选择应具备的条件

所址靠近供电区域负荷中心，供电半径不能超过以下要求：

0．4kV线路不大于0.5km；10kV线路不大于15km；35kV线路不大于40km；110kV线路不大于150km。

便于进出线的引入，并根据发展规划预留扩建位置。

附图2-1

第三章 变电所主要变压器及主接线方案的选择

一、主变压器台数的选择

（1）参考电源进线方向，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，确定变压器的台数和容量。

由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。

（2）变电所主变压器容量的选择装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件：

① 任一台单独运行时，ST≥（0.6-0.7）S′30

（1）

② 任一台单独运行时，ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ），由于S′30

（1）= 7932 KV·A，因为该厂都是上二级负荷所以按条件2 选变压器。

③ ST≥（0.6-0.7）×7932=（4759.2～5552.4）KV·A≥ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ），因此选5700 KV·A的变压器二台 

二、主结线方案的选择

（1）变配电所主结线的选择原则

1.当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。

2.当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。

3.当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。

4.为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。

5.接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。

6.6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。

7.采用6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。

8.由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。

9.变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。

当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。

10.当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。

（2）主结线方案选择

对于工厂总降压变电所主结线设计，根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。

对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。

对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6—10KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。

总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。

主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。

1、一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图如下这种主结线，其一次侧的QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。

这种主结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。

如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11 ，投入QF10 （其两侧QS先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电，这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变

压器不需要经常切换的总降压变电所。

2、 一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图（下图），这种主结线，其一次侧的高压断路器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF11 和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式结线。

这种主结线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。

但与内桥式结线适用的场合有所不同。

如果某台变压器例如T1停电检修或发生故障时，则断开QF11 ，投入QF10 （其两侧QS先合），使两路电源进线又恢复并列运行。

这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。

当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器QF11 、QF12 ，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。

3、一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主电路图

这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所

4、一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母线结线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用与电力系统的枢纽变电所。

本次设计的电机修造厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较短（2.5km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。

采用一、二侧单母线分段的总降压变电所主结线（即全桥式结线）

第四章 短路电流的计算

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。

一、短路电流计算的目的及方法

短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。

进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。

在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。

短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。

接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。

在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。

对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。

最后计算短路电流和短路容量。

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。

二、本设计采用标幺制法进行短路计算

1. 在最小运行方式下：

（1）确定基准值

取 Sd = 100MV·A,UC1 = 60KV,UC2 = 10.5KV

而 Id1 = Sd /√3UC1 = 100MV·A/（√3×60KV） = 0.96KA

Id2 = Sd /√3UC2 = 100MV·A/（√3×10.5KV） = 505KA 

（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 = 310MV·A）

X1* = 100KVA/310= 0.32

2.架空线路（XO = 0.4Ω/km）

X2* = 0.4×4×100/ 10.52= 1.52

3.电力变压器（UK% = 7.5）

X3* = UK%Sd/100SN = 7.5×100×103/（100×5700） = 1.32

绘制等效电路如图，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。

（3）求k-1点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*= 0.32+1.52= 1.84

2.三相短路电流周期分量有效值

IK-1（3） = Id1/X*Σ（K-1）= 0.96/1.84 =0.52

3.其他三相短路电流

I"（3） = I∞（3） = Ik-1 （3） = 0.52KA

ish（3） = 2.55×0.52KA = 1.33KA

Ish（3） = 1.51×0.52 KA= 0.79KA

4.三相短路容量

Sk-1（3） = Sd/X*Σ（k-1） =100MVA/1.84=54.3

（4）求k-2点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*// X4* =0.32+1.52+1.32/2=2.5

2）三相短路电流周期分量有效值

IK-2（3） = Id2/X*Σ（K-2） = 505KA/2.5 = 202KA

3）其他三相短路电流

I"（3） = I∞（3） = Ik-23） = 202KA

ish（3） = 1.84×202KA =372KA

Ish（3） =1.09×202KA = 220KA

4）三相短路容量

Sk-2（3） = Sd/X*Σ（k-1） = 100MVA/2.5 = 40MV·A

2.在最大运行方式下：

（1）确定基准值

取 Sd = 1000MV·A,UC1 =60KV,UC2 = 10.5KV

而 Id1 = Sd /√3UC1 = 1000MV·A/（√3×60KV） =9.6

Id2 = Sd /√3UC2 = 1000MV·A/（√3×10.5KV） = 55KA

（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 = 1338MV·A）

X1*= 1000/1338= 0.75

2）架空线路（XO = 0.4Ω/km）

X2* = 0.4×4×1000/602 =0.45

3）电力变压器（UK% = 4.5）

X3* = X4* = UK%Sd/100SN = 7.5×1000×103/（100×5700） = 13.2

绘制等效电路如图，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。

（3）求k-1点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* = 0.75+0.45= 1.2

2）三相短路电流周期分量有效值

IK-1（3） = Id1/ X*Σ（K-1）= 9.6KA/1.2 = 8KA

3）其他三相短路电流

I"（3） = I∞（3） = Ik-1（3） = 8KA

ish（3） = 2.55×8KA = 20.4KA

Ish（3） = 1.51×X*Σ（K-1）8KA = 12.1KA

4）三相短路容量

Sk-1（3） = Sd/X*Σ（k-1）= 1000/1.2 = 833MVA

（4）求k-2点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*∥X4* = 0.75＋0.45＋13.2/2 = 7.8

2）三相短路电流周期分量有效值

IK-2（3） = Id2/X*Σ（K-2） = 55KA/7.8 = 7.05KA

3）其他三相短路电流

I"（3） = I∞（3） = Ik-2（3） = 7.05KA

ish（3） = 2.55×7.05KA =17.98KA

Ish（3） = 1.51×7.05KA = 10.65KA

4）三相短路容量

Sk-2（3） = Sd/X*Σ（k-2） = 1000/7.05= 141.8MV·A

三、短路电流计算结果：

1.最大运行方式

2.最小运行方式

第五章变电所一次设备的选择及校验

低压一次设备的选择,与高压一次设备的选择一样,必须满足在正常情况下和短路情况下设备的要求,同时设备应工作安全可靠,运行维护方便,投资经济合理.

低压一次设备校验的项目和条件表（表3）

 电气设备名

电压

电流

断六能力

动稳定度

热稳定度

低压断路器

√

√

√

-

-

低压刀开关

√

√

√

√

√

低压负荷开关

√

√

√

√

√

低压熔断器

√

√

√

√

√

高压一次设备的选择,必须满足正常条件下的工作的要求,同时设备应工作安全可靠,运行维护方便,投资经济合理.电器设备正常工作条件下来选择,就是要考虑电气装置的环境条件和电器要求.主要有电压、电流、频率的要求.

电器设备按在短路情况下工作进行选择,就是要按最大可能的短路故障时的动稳态度和热稳定度进行校验.熔断器和有熔断器的电压互感器,不必进行短路试验,电力电缆由于机械强度足够,所以不必进行短路稳定度的校验。

电器设备名称

电压

电流

断留能力

动稳定度

热稳定度

高压熔断器

√

√

-

-

-

高压隔离开关

√

√

√

√

√

高压负荷开关

√

√

√

√

√

高压断路器

√

√

√

√

√

电流互感器

√

√

-

√

√

电压互感器

√

-

-

-

-

高压电容器

√

-

-

-

-

母线

-

√

-

√

√

电缆

√

√

-

-

√

支柱绝缘子

√

-

-

√

-

套管绝缘子

√

√

-

√

√

校验条件√

设备额定电压不小于装置点电压

设备额定电压不小于装置点电压

设备最大开路电流不小于它可能开断的最大电流

三相短路冲击电流

三相稳态电流和短路发热假想时间校验

第六章 导线、变电所高低压线路的选择

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面时必须

满足下列件:

1.发热条件导线和电缆（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.电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。

对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

3.经济电流密度

35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。

所选截面，称为“经济截面”。

此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。

工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。

4.机械强度

导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。

对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。

母线也应校验短路时的稳定度。

对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

根据设计经验，一般10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。

低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。

对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。

架空进线的选择按发热条件选择导线截面

补偿功率因素后的线路计算电流

1）已知I30 = 76.33A

由课本表 5-3 查得jec=1.65，因此

Aec=76.33/1.65=46.26mm2

选择准截面45mm2 ，既选LGJ—45型铝绞线

校验发热条件和机械强度都合格

第七章变电所二次回路的方案及断电保护的确定

一、变电所二次回路方案

二次设备互相连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路称为二次回路。

二次回路按电源性质分，有直流回路忽然交流回路。

交流回路又分交流电流回路交流电压回路。

交流电流回路由电流互感器供电，交流电压回路由电压互感器供电。

二次回路按其用途分类，有断路器控制（操作）回路、信号回路、测量和监视回路、