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1、某机械厂供配电设计彳彦文1人孽课程设计（论文）题目某机械厂供配电系统设计学院一机电与车辆工程学院专业电气工程与自动化学生学号631324220205指导教师2016年前言4第一章选题背景5设计的意义5第二章系统总体方案设计62.1设计内容及步骤6第三章负荷计算73.1 计算负荷及无功功率补偿73.2 全厂负荷计算：9第四章变电所位置与型式的选择12第五章变电所变压器与主接线方案设计145.1 主变压器的选择145.2 变电所主接线方案的选择145.3 装设一台主变压器的主接线方案145.3.1 主接线方案的选择15第六章短路电流的计算166.1 确定短路计算基准值166.2 计算短路电路中各元
2、件的电抗标幺值16（1） .电力系统的电抗标幺值16（2） .架空线路的电抗标幺值16（3） .电力变压器的电抗标幺值176.3 K-I点（10.5kVffiJ）的有关计算17（1） .总电抗标幺值17（2） .三相短路电流周期分量有效值17（3） .其他三相短路电流17（4） .三相短路容量176.4 K-2点（0.4kV侧）的有关计算18（1） .总电抗标幺值18（2） .三相短路电流周期分量有效值18（3） .其他三相短路电流18（4） .三相短路容量18第七章变电所一次设备的选择校验197.1 IOkv侧一次设备的选择校验197.1.1 按工作电压选择197.1.2 按照工作电流选择1
3、97.1.3 按断流能力选择197.1.4 隔离开关，负荷开关与断路器的短路稳固度校验197.2 380V侧一次设备的选择校验237.3 3高低压母线的选择25第八章变压所进出与邻近单位联络线的选择268.1 Ic）KV高压进线与引入电缆的选择268.1.1 IOKV高压进线的选择校验268.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验268.2 作为备用电源的高压联络线的选择校验278.2.1 按发热条件选择278.2.2 校验电压损耗27第九章降压变电所防雷与接地装置的设计299.1变电所的防雷保护299.1.1直击雷防护299.1.2雷电波入侵的防护299.2变电所公共接地装置的设
4、置29第十章设计总结3110.1总结31参考文献32前言电能是现代工业生产的要紧能源与动力，电能不仅易于转换为其他形式的能量加以运用，而且容易从其他形式的能量转换而来：电能的输送有利于实现生产过程自动化，由于它的分配十分简单经济，便于操纵，调节与测量。在工厂里面，电能尽管是工业生产的要紧能源与动力，但是他在生产成本中占得比重却不是很大。电能在工业生产中十分重要，这并不能从它在产品成本或者投资总额中所占比重看出来，而在于工业中实现电气化以后能够大大增加生产，提高产量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动程度，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，假如工厂的电能供应
5、突然中断，则可对工业生产带来严重的缺失。那么，做好工厂供电工作关于进展工业生产，实现工业现代化十分重要。由于能源节约是工厂供电工作中一个重要项目，而能源节约关于一个国家的能源建设也是具有十分重要的战略意义的。因此，做好工厂供电工作，关于节约能源，支援国家经济建设，也具有十分重大的作用。为了让工厂供电工作很好的为工业生产服务，切实保证工业生产与生活用电的需求，我们需努力使其达到安全，可靠，优质，经济这四个要求。此外，在供配电工作中，应合理的处理局部与全局，当前与长远等关系，既要照顾局部的当前利益，又要有全局观念，顾全大局，习惯进展。第一章选题背景电能在我们生活中都能够随处可见，它不仅在生活发挥着
6、重要的作用，在工业生产上也必不可少。随着我国经济的飞速进展，电能的使用已经成为制约经济进展的一个重要因素。为保证正常的供电需求，各地都在兴建一系列供电装置，国家也投入大规模人力物力修建供电系统，比如三峡大坝水力供电等。在工业现代化迅速进展的今天，工厂的进展给国家带来巨大利益的同时，其用电负荷也越来越大，特别是负荷容量大、用电设备多。我们这里的设计针对某机械厂的IOKV供配电系统。因此本设计要紧围绕IOKv的供配电系统的设计思路、设计步骤等进行阐述，并进行了有关设备的计算与检验。此外，介绍了变电所的主接线是其中的一个至关重要的因素，它决定变电所的功能、建设投资、运行质量、保护条件与供电可靠性。因
7、此在熟悉变电所的设计要求与设计过程，对从事电力过程设计，故障分析与推断是很有帮助的。设计的意义：通过设计，不仅能够系统的复习、巩固工厂供配电的知识，而且提高了我们的设计能力与创新思维能力，并能对在设计过程中出现的问题学会了分析与处理，为我们今后在工作与学习中提供了极其重要的帮助。第二章系统总体方案设计2.1 设计内容及步骤1、 确定全厂计算负荷，编制负荷总表；合理确定无功补偿。要求IoKV侧.2、 拟定供配电方案，确定变配电所位置。3、 合理确定变压器台数及数量，选择其规格型号。4、 拟定变电所主接线方案，并选择元件与设备的型号规格。5、 短路电流的计算。6、 变电所一次设备的选择及检验。7、
8、 变压所进出线与邻近单位联络线的选择。8、 变电所防雷与接地装置的设计。第三章负荷计算3.1计算负荷及无功功率补偿确定计算负荷的方法有很多，如二项式法、需要系数法等。这里我们使用需要系数法确定计算负荷。其公式如下：有功功率：无功功率：Gso=P3Otan视在功率：=J勺+。30计算电流：I=S3030M式中：kf该用电设备组的需要系数Pe该用电设备组的容量tan9功率因数角的正切值UN用电设备的额定电压，单位KV因此本厂的负荷计算方法如下（以铸造车间为例）：有功计算负荷:Eo=怎p,=200x0.3=60Kw无功计算负荷:Q30=P30tan=60x1.02=61.2Kvar视在计算负荷:S3
9、0=JzV+q加2=76o2+61,22=85.7IKVA计算电流:Z30=85,7L.130.22AWUN0.383各车间及生活区负荷计算如表3.1表3.1电力负荷计算表厂,房编号车间名称负荷类别设备容量kw；1,.；要系数功率因数有功功率无功功率视在功率计算电流1铸造车间动力2000.30.76061.285.71130.22照明50.81.04046.082锻压车间动力3500.30.65105122.85161.54245.43照明80.71.05.605.68.517金工车间动力3000.20.656070.292.31140.25照明100.81.080812.15续表3.16工具
10、车间动力1500.30.64559.8575113.95照明70.91.06.306.39.574电镀车间动力2000.50.810075125189.92照明50.81.04046.083热处理车间动力1500.60.89067.5112.5170.93照明50.81.04046.089装配车间动力1800.30.75455.0877.14117.21照明60.81.04.804.87.2910机修车间动力1600.20.653237.4449.2374.80照明40.81.03.203.24.868锅炉车间动力500.70.83526.2543.7566.47照明10.81.00.800.
11、81.225仓库动力200.40.8861015.19照明10.81.00.800.81.22生活区照明3500.70.9245272.22117.6413.603.2全厂负荷计算:取KZP=O.9,KZQ=O.95根据上表能够算出i=875.5KW,ZQ3o,=698.97KvarZSm=1145.9KVA式中，ZEOJ是所有设备组的有功计算负荷/之与，ZQ3OJ是所有设备的无功计算负荷。30之与。因此能够求出全厂的总计算负荷为：Pio=Kyp2勺/0.9875.5=787.95KW。30二KZQZ%=0.95X698.97=664.02Kvar=103043KVA_Goj787.5T7co
12、s-=0.76,1145.9要使低压侧功率从0.76提高到0.92,低压侧需要并联电容器，其大小为:Qc=(tani-tan)=787.95tan(arccos0.76)-tan(arccos0.92)=787.95(0.855-0.426)=338.03Kvar取0c=35OKvar经考虑，可选用BGMJo.4-10-3的电容器，其额定电容为198uF因此，电容个数n=2=当=35,由于电容是单相的，因此取3的倍数，即最后取n=36qc10个，补偿后低压侧的视在计算功率为S*3O(2)=787.952+(664.02-350)2=722.34kvA变压器的功率损耗：P0.01Sw,)=0.0
13、1722.34=7.22kWQ0.05S30=0.05722.34=36.11kW变电所高压侧的计算负荷为：P30(i=787.95kW7.22kW=795.17kWQ30=(664.02-350)kvar+36.11=350.13kvarS,30(0=795.172+350.132=868.84kvA补偿后的功率因数为：CoSb=理=0.916,满足要求868.84第四章变电所位置与型式的选择变电所位置的选择，应该根据要求并经济技术与经济性分析比较后得出的变配电所选址的通常原则来确定。总的来说，变电所的选址应该尽量靠近负荷中心。关于工厂的负荷中心，可用负荷指示图或者者负荷功率矩法来近似的确定
14、。这里我们使用负荷功率矩法来确定负荷中心的位置。在工厂平面图的左下角，作一直角坐标的X轴与Y轴，然后测出各车间（建筑）与宿舍区负荷点的位置坐标，比如PaQI）,尸（%2，%），Pa3，当）等，其中P,P2,P3等代表厂房1、2、310号的功率，工厂的负荷中心假设在位置P*,y）,则总负荷P=M+匕+乙+匕=ZPiO仿照力学中求重心的力矩方程可得(P内)wS3,Sni为主变压器容量，S30为总的计算负荷。Sn.t=1250kvAS30=1030.43kvA,BR了一台S11J250/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由临近单元相连的高压联络线来承担。5.2 变电所主接线
15、方案的选择通常大中型企业使用35-1IOkv电源进线时都设置总降压变电所，将电压降至6-10kv后分配给各车间变电所。总降压变电所主接线通常有线路一一变压器组，单母线，内桥线，外桥线等几种接线方式。按上面考虑可设计这个主接线方案。5.3 装设一台主变压器的主接线方案这种主接线由于使用了高压断路器，因此变电所的停送电操作十分方便，而且在发生短路故障时，过电流保护装置动作，断路器自动跳闸，假如短路故障已经消除，则可立即合闸恢复供电。假如配备自动重合闸装置，则供电可靠性更高。但假如变电所只此一路电源进线时，通常也只用三级负荷：但假如变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时，或者另有备用电源时，则可用二
16、级负荷。假如变电所有两路电源进线，如下图所示，则供电可靠性相应提高，可供二级负荷或者少量一级负荷。图5.1装设一台主变压器的选择方案5.3.1 主接线方案的选择车间的一，二级负荷所占比重较大，务必两个电源供电时，则应装设两台变压器。每台变压器均能承担对全部一，二级负荷的供电任务。假如与相邻车间有联络线时，当车间变电站出现故障时，其一二级负荷可通过联络线保证继续供电，因此选用一台主变压器的主接线方案。第六章短路电流的计算6.1 确定短路计算基准值图6,1短路计算电路取基准容量SdnOoMVA,基准电压=u,=.05v,以为短路计算电压，即高压侧=10.5Kv,低压侧&2=0.4kV,则:,Sd1
17、00MlUSAIdi=-7=一J=5.50kA3tc6X10.5ZV加二/二粤2:144kA闻,23O.W6.2 计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1） .电力系统的电抗标幺值已知电力系统的高压断路器断流容量为500MvA,则:（2） .架空线路的电抗标幺值查表得LGJ-150的线路电抗Xo=O.35km,且架空线路总线路为3km,则:X2=0.35x3x=0.951O.52（3） .电力变压器的电抗标幺值查表得变压器的短路电压百分值。=4.5,则=3.6V,4.5X100MLAX3=IoOXl250AVA图6. 2短路计算等效电路6.3 K-1点(10.5kV侧)的有关计算(1) .总电抗标
18、幺值Xli=O. 2+0. 95=1. 15(2) .三相短路电流周期分量有效值/(%T=/_ =5. 50kAl. 15=4. 78kAXk-(3),其他三相短路电流，=/* = 41=4. 78 kAi=2. 55 =2. 55x4. 78=12. 19 kA=1. 51 Zrtl3o,满足发热条件。a) .校验机械强度查表得，最小同意截面积Amin=25m,而lgj-35满足要求，故选他。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。8.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验使用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。a) .按发热条件选择由L=Lnt=57.7
19、A及土壤环境25度，查表得，初选缆线截面积为25mm2的交联电缆，其Ial=149AI30满足发热条件。b) .校验热路稳固查表得，最小同意截面积AAnkl=IA为OOC母线截面积，单位为mm2,C为材料热稳固系数，I8为母线通过的三线短路稳固电流，单位是A,Jin是短路发热假想时间，单位是S。本电缆线中，IS=I960,tima=0.5+0.2+0.05=0.75s,终端变电所保护动作时间为0.5s,断路器短路时间0.2s,C=77,把这些数据代入公式中得AA.=Igj旦Z=I960x也吞=22mnm,ncoC77而LGJ-35的截面积A为25mn满足要求，因此JL22-1000025电缆满
20、足要求。8.2 作为备用电源的高压联络线的选择校验使用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2Km的邻近单位交配电所的IOKv母线相连8.2.1 按发热条件选择工厂二级负荷容量共335.IKVA,I30=335.IKVA/(310KV)=19.3A,最热月土壤平均温度为21C.查表工厂供电设计指导8-43,初选缆芯截面积为25的交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，其L=90AL满足要求。8.2.2 校验电压损耗由表工厂供电设计指导8-41可查得缆芯为25的铝二L54Qkm(缆芯温度按80C计)，X0=O.12km,而二级负荷的P30=(94+129+35.8)KV=25
21、8.8KV,Q30=(91.8+93.8+26.3)kvar=211.9kvar,线路长度按2km计，因此ATT258.8kW(L542)+211.9kvar(0.122)U=85VIOKvU%=(85VI(XXX)V)1(X)%=().85%Ujll=5%由此能够看出满足电压损耗5%的要求。8.2.3短路热稳固校验按本变压所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳固校验，可知缆芯25mm2的交联电缆是满足热稳固要求的。而临近单位IOKV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳固校验计算无法进行，只有暂缺。以上所选变电进出线与联络线的导线与电缆型号规格如表所示。表8.1进出线与联络线的导线与
22、电缆型号规格线路名称导线或者电缆的型号规格IOKV电源进线LGJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入进线YJL-10000-325交联电缆380V低压出线至1号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆至2号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆至3号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆至4号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆至5号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆至6号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆至7号厂房VLV22-1000-32401120四芯塑料电缆至8号厂房VL
23、V22-1000-3240+1120四芯塑料电缆至9号厂房VLV22-1000-32401120四芯塑料电缆至10号厂房BLV-100O-M铝芯线5根穿内径25硬塑管与邻近单位IOKV联络线YJL22-10000-316交联电缆第九章降压变电所防雷与接地装置的设计9.1 变电所的防雷保护由设计任务书中气象资料得知，该机械厂所在地区的年雷暴雨日数为20天。尽管发生雷暴的几率不属于高频地区，但是雷电过电压产生的雷电冲击波对供电系统的危害极大，因此务必对雷电过电压加以防护。9.1.1 直击雷防护根据GB50057-1994有关规定，在总降压变电所与车间变电所(其所供负荷为核心负荷，且靠近办公区与生活
24、区，考虑防雷保护)屋顶可装设避雷针或者避雷带，避雷带使用直径20mm的镀银圆钢敷设，避雷带使用25mm4mm的镀锌扁钢。9.L2雷电波入侵的防护(1)在IOkv电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器，其引下线使用25mm4mm的镀锌扁钢，下面与公共接地网焊接相连，上面与避雷器接地端螺栓连接。(2)在IOkv高压配电室内装设GG-IA(F)型高压开关柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主变压器。主变压器要紧靠此避雷器来防护雷电侵入波的危害。(3)在380v低压架空出线杆上，装设保护间隙，或者将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线浸入雷电波。9.2变电所公共接地装置的设置接地是电气设
25、备中一个重要的环节。根据GB50169一一2006规定的要求，此配电系统应该安装接地线。而按工厂供电附表24,此公共接地装置的接地电阻应该满足下列条件：re= 4.4因此公共接地电阻为Re4o根据附表25计算，使用16根管径为50mm、长为2.5mm的钢管作接地体,用40mmx4mm的扁钢相接，环形布置。第十章设计总结101总结在不懈的努力下，我终于完成了这次工厂供配电课程设计，在这次设计中，我感受自己受益匪浅，在很多方面都有很大的提升，自己所学的专业知识都得到了强化与巩固，由于这次课程设计要求我们把自己所学的知识全部运用出来，能够举一反三，融会贯穿。这是对我们能力的一项综合评估。他要求我们能
26、充分发挥自己的能力，开拓思路，设计出完美适用的工厂供电系统。在完成课程设计中，一开始的负荷计算，无功补偿与短路计算都能够结合书上的例题来分析，很快就能够完成，在选择变压器等电气设备与主线路方案制定时，由于对接线方式没有充分熟悉，而且缺少经验，选择结果不一定适用，但已经尽力了。而且ViSiO软件与autocad软件运用不算熟练，速度不是很快，但是随着设计的深入，以为参阅了大量资料，问题很快就迎刃而解了。最后，感谢姜老师一个学期以来对我的教诲，让我完成了本来不可能完成的供配电课程设计书，让我的专业知识掌握程度又上一层楼，扩宽了我的专业知识层面，非常感谢老师。参考文献1刘介才.工厂供电M.5版,北京：机械工业出版社，20152任元会.工业与民用配电设计手册M.3版,北京：中国电力出版社，2005
