工厂供电课程设计2.docx

1、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，

2、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 11.2、工厂供电设计的一般原则 11.3、本机械厂变

3、电所的设计内容及步骤 22.1、负荷的计算 32.2、无功功率补偿 52.3、无功补偿的主要作用及装置选择 63.1、变电所位置和型式的选择 63.2、变电所主变压器台数、 容量与类型的选 83.3、变电所主接线方案的设计 94.1、绘制短路电流计算电路 104.2、确定基准值 114.3、计算短路电路中各元件的电抗标幺值 114.4、k - 1 点 三 相 短 路 电 流 计 算 114.5、k - 2 点 三 相 短 路 电 流 计 算 125.1、1 0 k V 侧 一 次 设 备 的 选 择 校 验 125.2、3 8 0 V 侧 一 次 设 备 的 选 择 校 验 135.3、高 低

4、 压 母 线 的 选 择 136.1、1 0 KV 高 压 进 线 的 选 择 136.2、 3 8 0 V 低 压 出 线 的 选 择 147.1、变电所二次回路方案的选择 167.2、继电保护的整定 178.1、变电所的防雷保护 188.2、变电所公共接地装置的设计 199、参考文献 1910.1、附表一变电所平、剖面图 2010.2、附表二变电所主接线图 211.1、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

5、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

6、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

7、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

8、 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

9、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

10、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.

11、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PcK d PNQcPc tanScPc2 Q c2IScc3U N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

12、用 系数计算负荷1铸造 车间动 力3000.30.71.029091.8照明70.91.00.006.30小 计30796.391.8133202.12锻压 车间动 力2000.30.651.176070.2照明100.81.00.0080小 计2106870.296.4146.53金工 车间动 力3500.30.651.17105122.85照明100.81.00.0080小计360113122.85166.9253.64工具车间动力2000.30.601.336079.8照明100.91.00.0090小计2106979.8105.5160.35仓库动力200.30.800.7564.5照

13、明20.81.00.001.60小计227.64.58.813.46热处 理车 间动力2000.40.701.028081.6照明100.91.00.0090小计2108981.6120.71567装配车间动力2000.40.701.028081.6照明50.91.00.004.50小计20584.581.6117.5178.58机修车间动力1500.20.651.173035.1照明50.751.00.003.750小计15533.7535.148.7749锅炉 房锅动 力800.70.780.805644.8照明20.81.00.001.60小计8257.644.873110.910电镀车

14、间动力1500.50.750.887566照明50.81.00.0040小计1557966102.9156.311生活 区照明5000.70.91.11555616.78301261.1总计（ 380V 侧）动力18501252.81295照明566计入 =0.85=0.80.741127.51165.51621.22463.2表 2-1 第 14 机械厂负荷计算表2.2、无功功率补偿Qc P30（tan 1 tan 2） 1127.5 （tan arccos0.74 tanarccos 0.95） k var 654.2k var 由表 1 可知，该厂 380V 侧最大负荷时的功率因素只有

15、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 84k var 8 672k var 。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 /kwQ30 / kvarS30 /kV ?AI30/A380V 侧补偿前 负荷0.74

16、1127.5116516212463.2380V 侧无功补 偿容量672380V 侧补偿后 负荷0.9161127.54931230.61869.7主变压器功率 损耗0.015S30 16.910 .06 S30 67.6510kV 侧负荷0.9141144.41506.651251.541901.5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

17、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： 提高电压质量； 降 低电能损耗； 提高发供电设备运行效率； 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

18、 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

19、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

20、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

21、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

22、电设备总计算负荷 S30 的需要，即SNT 1600 KV ? A S30 1251 .54 KV ? A即选一台 S9 1600/10 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 ?A 308.9KV ?A73)KV ?A 308.9KV ?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

23、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

24、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

25、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

26、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= = =5.5kA4.3、计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统=100MVA/700MVA=0.142）架空线路 由 LGJ-150 的 =0.36 ，线路长 9km，故=0.943）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）=1.085.5kA/1.084.5 、计算 k-2 点（ 0.38kV 侧

27、）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=3.892）三相短路电流周期分量有效值144kA/3.893）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 /MVAK-15.095.095.0912.987.6992.59k-237.0237.0237.0268.1240.3525.715 、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1096.375.0912.98一次设备型号规格额定参数高压少油断路 器SN10-10L/220106301640高压隔离开关GN68-10/2201020025.5高压熔断器100.550RN2-10电压互感器JDJ-1010/0.1电流互感器JDJ-1010100/5避雷器 FS4-1010户外隔离开关GW4-12