電氣工程課程設(shè)計(jì)機(jī)床廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)課 程 電氣工程課程設(shè)計(jì) 題 目 某機(jī)床廠供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì) 院 系 電氣信息工程學(xué)院電氣工程系 專業(yè)班級 電氣 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 2012年 7月 18 日東北石油大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程電氣工程課程設(shè)計(jì) 題目某機(jī)床廠供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì) 專業(yè)電氣工程及其自動化 姓名學(xué)號主要內(nèi)容：對一個機(jī)床廠全廠總配變電所及配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)根據(jù)本廠用電負(fù)荷的實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)電力部門對工廠功率因數(shù)的要求計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)臒o功功率并以此選擇相應(yīng)的補(bǔ)償電容器。然后對線路設(shè)定短路點(diǎn)進(jìn)行短路電流的計(jì)算作為各設(shè)備的選型依據(jù)。考慮到對變壓器的保護(hù)在設(shè)計(jì)中對主變壓器

2、設(shè)置繼電保護(hù)，最后進(jìn)行防雷和接地裝置的設(shè)計(jì)。參考資料：1 劉介才.工廠供電 M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.2 王健明，蘇文成供電技術(shù) M 西安：電子工業(yè)出版社，20043 何仰贊，溫增銀電力系統(tǒng)分析 M 武漢：華中科技大學(xué)出版社，20044 張瑩. 工廠供配電技術(shù)M . 電子工業(yè)出版社第二版, 20065 江文，許慧中供配電技術(shù) M 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003完成期限2012.7.10至2012.7.18指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人2011年 7 月9 日目錄1 設(shè)計(jì)要求12 供配電系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算12.1 變電所規(guī)模12.2計(jì)算負(fù)荷的確定13電氣主接線方案設(shè)計(jì)及分析23.1 電氣主接線方案設(shè)計(jì)

3、23.2方案分析34變配電所的總體布置設(shè)計(jì)44.1 變配電所總體布置的基本要求44.2 變電所布置方案設(shè)計(jì)45 各變電所容量和無功補(bǔ)償計(jì)算55.1 變配電容量計(jì)算公式55.2 各車間變電所無功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算55.3無功補(bǔ)償后變壓器容量的計(jì)算及變壓器的選擇76短路電流及其計(jì)算86.1短路電路的計(jì)算公式86.2短路電流計(jì)算87防雷保護(hù)和接地裝置的設(shè)計(jì)117.1變電站的防雷保護(hù)117.2變電站的進(jìn)線段保護(hù)118結(jié)論12參考文獻(xiàn)141設(shè)計(jì)要求（1）根據(jù)本廠的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)主接線方案。（2）確定變電所主變壓器的臺數(shù)與容量、類型。（3）短路電流計(jì)算。（4）無功補(bǔ)償計(jì)算。（5）變電站布置設(shè)計(jì)。（6）防雷保護(hù)和接

4、地裝置的設(shè)計(jì)。2 供配電系統(tǒng)的負(fù)荷計(jì)算2.1 變電所規(guī)模變電所容量：31.5MW 電壓等級：35/10KV出線回路數(shù)：35KV 2回架空線；10KV 8回架空線； 與變電所連電力系統(tǒng)短路容量1000MVA； 負(fù)荷情況：最大負(fù)荷30MW，最小負(fù)荷 15MW。10千伏側(cè)負(fù)荷情況表：Tmax=5600小時 COSø=0.85用戶名稱 最大負(fù)荷（KW） 線路長度（KM） 回路數(shù) 基礎(chǔ)車間 260 6 1 齒輪車間 800 4 1 鑄造車間 300 3 1 導(dǎo)軌車間 300 5 1 裝配車間 380 4 1 維修車間 300 3 1 實(shí)驗(yàn)車間 450 2 1 行政辦公 50 3 1 其中車間等

5、處電壓等級：10/0.4KV遠(yuǎn)景發(fā)展：10千伏側(cè)遠(yuǎn)景擬發(fā)展6回電纜出線，最大綜合負(fù)荷18MW，功率因數(shù)0.852.2計(jì)算負(fù)荷的確定本次這一機(jī)床廠的供配電系統(tǒng)屬于二級負(fù)荷，設(shè)計(jì)時根據(jù)二級負(fù)荷的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。據(jù)資料知同時系數(shù)在泵系設(shè)計(jì)中取Kd=0.9,本次設(shè)計(jì)要求的功率因數(shù)為0.85根據(jù)公式： （1） （2） （3） （4）其中 為額定電壓，通過計(jì)算得到以下的負(fù)荷，列出表格各車間負(fù)荷情況見表2-1。表2-1各車間負(fù)荷表車間名車有功功率（kw）無功功率（kvar） 視在功率（kv.A）短路電流(A)基礎(chǔ)車間234145.08275.30418.275齒輪車間720446.40847.061286.9

6、7鑄造車間270167.40317.65482.615導(dǎo)軌車間270167.40317.65482.615裝配車間342212.04402.35611.312維修車間270167.40317.65482.615實(shí)驗(yàn)車間405251.10476.47723.923行政辦公4527.9052.9480.4343 電氣主接線方案設(shè)計(jì)及分析3.1電氣主接線方案設(shè)計(jì)方案一：電源進(jìn)線采用雙電源，在主變電所電源進(jìn)線側(cè)采用雙母線接線，其中一個電源為工作電源，另一個為備用電源。主變電所的主變高壓側(cè)采用單母線分段方式，低壓側(cè)采用單母線分段方式，各個子變電所采用的是單母線分段的主接線方式。方案二：電源進(jìn)線采用雙電源

7、，主變電所的電源進(jìn)線側(cè)采用雙母線接線，其中一個電源為工作電源，另一個為備用電源。主變電所的高壓側(cè)采用單母線分段方式，低壓側(cè)雙母線分段方式，各個子變電所采用的是單母線分段的主接線方式。方案三：電源進(jìn)線采用雙電源，主變電所的電源進(jìn)線側(cè)采用單母線接法，其中一個電源為工作電源，另一個為備用電源。主變電所的高壓側(cè)采用無母線接線方式，低壓側(cè)采用單母線接線方式，各個子變電所采用的是單母線帶旁路母線的主接線方式。3.2方案分析單母線分段：優(yōu)點(diǎn)：簡單清晰，設(shè)備少，投資少，運(yùn)行操作方便，當(dāng)某一進(jìn)線斷路器故障或檢修時，可維持兩臺變壓器同時運(yùn)行向負(fù)荷供電。缺點(diǎn)：可靠性和靈活性較差。無母線接線：線路變壓器組接線是無母線

8、的一種方式。缺點(diǎn)：由于無匯流母線，不利于功率的匯集和平均分配，當(dāng)某一進(jìn)線斷路器故障或檢修是，該回路必須暫時停用，導(dǎo)致過負(fù)荷運(yùn)行。內(nèi)橋接線:優(yōu)點(diǎn)：高壓斷路器數(shù)量少，兩個回路只需三臺斷路器。缺點(diǎn):變壓器的切除和投入較復(fù)雜。需要動作兩臺斷路器。影響一回路暫時停運(yùn)；橋形斷路器檢修時，兩回路需要解列運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)線短路器檢修時，線路需要長時間停運(yùn)。根據(jù)可靠性方面看來講，對于35kv等級的高壓母線母線采用雙母線接線方式要比單母線接線方式可靠的多，對于35kv的變電所母線的接線方式在可靠性保證的前提下才能去考慮經(jīng)濟(jì)性。據(jù)以上分析比較，無母線接線可靠性差，故放棄無母線接線方式，從技術(shù)上選擇單母線分段和內(nèi)橋接線。從

9、經(jīng)濟(jì)上分析可知，由于內(nèi)橋式接線當(dāng)中高壓斷路器數(shù)量少，且由于斷路器的價格非常昂貴，盡量少用斷路器就會節(jié)省很多投資，這樣比較下來，內(nèi)橋式接線方式比較經(jīng)濟(jì)。綜上分析，方案二比較適合本次設(shè)計(jì)。如圖3.1所示圖3.1電氣主接線方案二4變配電所的總體布置設(shè)計(jì)4.1 變配電所總體布置的基本要求高、低壓配電室與值班室應(yīng)直通或經(jīng)過通道相同。低壓配電室也可兼做值班室，但保證安全距離。有人值班的獨(dú)立變配電所，宜設(shè)有廁所和及排水設(shè)施。要保證運(yùn)行安全。戶內(nèi)變電所的每臺油量為100Kg 及以上的三相油鳹式變壓器，應(yīng)裝設(shè)在單獨(dú)的變壓器室內(nèi)，其門應(yīng)朝馬路開。高壓電容器柜一般也要設(shè)在單獨(dú)的電容器室內(nèi)，低壓電容器柜可與低壓開關(guān)柜

10、同室布置，但容量較大時也應(yīng)單獨(dú)設(shè)室。高、低壓電容器室、配電室的門應(yīng)向外開或雙向開啟。變配電裝置要有足夠的安全凈距和維護(hù)操作通道。變配電所應(yīng)設(shè)置防止雨、雪和小動物從采光窗、通風(fēng)窗、門或電纜溝等進(jìn)入室內(nèi)的設(shè)施。另外，變配電所還應(yīng)設(shè)置考慮防火、通風(fēng)等要求。要便于進(jìn)出線。如果是高壓架空進(jìn)線，那么高壓配電室宜位于進(jìn)線側(cè)。變壓器的安裝位置宜靠近低壓配電室。低壓配電室宜位于其低壓架空出線側(cè)。4.2變電所布置方案設(shè)計(jì)方案如下圖4.1所示。將距離相同或差不多的車間設(shè)置在一個變電所，且三個變電所的總?cè)萘坎畈欢啵阌谠诳傋冸娝x擇變壓器時有更好的余量，且可以選擇大容量電壓器以降低經(jīng)濟(jì)投入。總降壓變電所變電所1變電所

11、2變電所3鍛造車間維修車間行政辦公導(dǎo)軌車間基礎(chǔ)車間裝配車間齒輪車間實(shí)驗(yàn)車間圖4.1機(jī)床廠供配電系統(tǒng)方案5各變電所容量和無功補(bǔ)償計(jì)算5.1 變電所容量計(jì)算公式總的用功計(jì)算負(fù)荷 （1）總的無功計(jì)算負(fù)荷 （2）以上兩式中的和分別為各設(shè)備的有功和無功計(jì)算負(fù)荷之和。、為無功和有功計(jì)算負(fù)荷的同時系數(shù)，可取=0.93-0.97,=0.90-0.95 總的視在計(jì)算負(fù)荷 （3）總的計(jì)算電流 （4）表5-1各變電所負(fù)荷計(jì)算表變電所名稱總有功計(jì)P/kw總無功計(jì)算負(fù)荷Q/kvar總視在計(jì)算負(fù)荷S/kv.A總的計(jì)算電流I/A變電所1544.05344.565643.98437.180變電所2786.78498.2949

12、26.95053.518變電所31046.25662.6251238.43071.501總降壓變電所2939.3721400.10013255.79353.707備注其中在子變電所時取0.95，總變電所時取0.93 在子變電所取0.93，總變電所時取0.905.2 各車間變電所無功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算由于變電所1、變電所2、變電所3都采用10kv供電線路，則取工廠變電所高壓側(cè)cos=0.95，滿足10kv供電時，工廠變電所高壓側(cè)的要求。5.2.1變電所1無功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算P=544.05kwQ=344.565kvarS=643.984kv.A則cos=P/S=0.845Q=Ptan(arccos0.845)

13、tan(arccos0.95)=544.05(0.633-0.329)=165.39kvar5.2.2變電所2無功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算P= 786.78kwQ= 498.294kvarS= 926.950kv.A則cos=P/S=0.849Q=Ptan(arccos0.849)tan(arccos0.95)=786.78(0.622-0.329)=230.53kvar5.2.3變電所3無功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算P= 1046.25kwQ= 662.623kvarS= 1238.430kv.A則cos=P/S=0.845Q=Ptan(arccos0.845)tan(arccos0.95)=1046.25(0.633-

14、0.329)=314.92kvar5.2.4總降壓變電所無功補(bǔ)償由于總降壓變電所采用35kv供電線路，則取工廠變電所高壓側(cè)，滿足35kv供電時，工廠變電所高壓側(cè)的要求。P= 2139.372kwQ= 1400.1001kvarS= 2556.793kv.A則cos=P/S=0.837Q=Ptan(arccos0.837)tan(arccos0.92)=2139.372(0.658-0.426)=496.334kvar5.3無功補(bǔ)償后變壓器容量的計(jì)算及變壓器的選擇5.3.1變電所1變壓器的選擇 則取當(dāng)占所選變壓器容量的70%時，所選變壓器效率最高，符合要求。則變電所1所選的變壓器是：S9-M-8

15、00型變壓器。5.3.2變電所2變壓器的選擇則取當(dāng)占所選變壓器容量的70%時，所選變壓器效率最高，符合要求。則變電所2所選的變壓器是：S9-M-1250型變壓器。5.3.3變電所3變壓器的選擇則取當(dāng)占所選變壓器容量的70%時，所選變壓器效率最高，符合要求。則變電所3所選的變壓器是：S9-M-1600型變壓器。5.3.4總降壓變電所變壓器的選擇 則取當(dāng)占所選變壓器容量的70%時，所選變壓器效率最高，符合要求。則總降壓變電所選的變壓器是：S9-M-4000/35型變壓器。由于總降壓變電所采取兩回路進(jìn)線的供電線路，為方便供電，提高變電所的供電可靠性，根據(jù)計(jì)算結(jié)果及要求，可有兩臺變壓器，分別為變壓器1

16、、變壓器2，變壓器1負(fù)責(zé)給變電所1和變電所2供電，可選變壓器的容量為2500KV.A，即SZ9-2500/35型變壓器；變壓器2負(fù)責(zé)給變電所3供電，可選變壓器2的容量為2000KV.A，即SZ9-2000/35型變壓器。6短路電流及其計(jì)算6.1 短路電路的計(jì)算公式式如下表6-1所示。參數(shù)名稱有名值標(biāo)幺值說明功率S一般取電壓U一般取電流I電抗X是以為基準(zhǔn)容量的標(biāo)幺值變壓器電抗線路電抗為線路每公里電抗值電抗器電抗為電抗器銘牌上的數(shù)值系統(tǒng)等值電抗為某點(diǎn)短路電容，為該點(diǎn)三相短路電流電動機(jī)電抗為啟動電流圖表6-1 短路電流計(jì)算公式及參數(shù)列表6.2短路電流計(jì)算1.查相關(guān)資料：6-10kv架空供電線路，電力

17、線路每相的單位長度電抗平均值為0.38/km，6-10KV電纜線電力線路每相的單位長度的電抗平均值為0.08/km.變壓器的容量為2500,查表得變壓器的容量為800,查表得變壓器的容量為1250,查表得變壓器的容量為2000,查表得變壓器的容量為1600,查表得2.選基準(zhǔn)值： , , .則 3.計(jì)算各阻抗元件標(biāo)幺值：4.當(dāng)個短路點(diǎn)短路時，從電源到各短路點(diǎn)的總阻抗標(biāo)幺值計(jì)算：5.計(jì)算短路電流的周期分量和沖擊電流(短路電流)：周期分量標(biāo)幺值的計(jì)算：周期分量有效值的計(jì)算：短路電流的計(jì)算：取沖擊系數(shù)：對于高壓側(cè) ， 對于低壓側(cè) ， 則短路電流：7防雷保護(hù)和接地裝置的設(shè)計(jì)7.1 變電站的防雷保護(hù)由于雷

18、電直接擊中變電站建筑、電氣設(shè)備、電纜和操作人員，可能會造成建筑損毀，設(shè)備損壞、人員傷亡和電氣短路引起火災(zāi)等嚴(yán)重后果，因此直擊雷發(fā)生的概率雖然很小，但其危害十分大，所以做防雷保護(hù)。防止雷擊于發(fā)電廠、變電所，可以裝設(shè)避雷針，應(yīng)該使所有設(shè)備處于避雷針保護(hù)范圍之內(nèi)，此外，還應(yīng)該采取措施，防止雷擊避雷針時的反擊事故。雷擊避雷針時，雷電流經(jīng)避雷針及其接地裝置，在避雷針h高度處和避雷針的接地裝置上，將出現(xiàn)高電位和，此時有式中：L為避雷針的等值電感，為避雷針的沖擊接地電阻；和分別為流經(jīng)避雷針的雷電流和雷電流平均上升速度。對于35kV及以下的變電所，因其絕緣水平較低，不允許將避雷針裝設(shè)在配電構(gòu)架上，以免出現(xiàn)反擊

19、事故，需架設(shè)獨(dú)立避雷針，并應(yīng)滿足不發(fā)生反擊的要求。7.2變電站的進(jìn)線段保護(hù)對35kV的小容量變電所，可根據(jù)變電所的重要性和雷電活動強(qiáng)度等情況采取簡化的進(jìn)線保護(hù)。由于35kV小容量變電所范圍小，避雷器距變壓器的距離在10m內(nèi)，故入侵波陡度的增加，進(jìn)線長度可以縮短到500600m。7.2.1總降壓變電所避雷器的選擇10kV側(cè)避雷器的選擇：初選ZnO10型避雷器，額定電壓10kV，滅弧電壓12.7kV，工頻放電電壓不小于26kV，不大于31kV。Ugp=3.5×10/ 3×1.1=22.2KV<26kV上限，Ugp=3.5×10/ 3×1.2=24.25

20、KV<31KV工頻放電電壓應(yīng)大于滅弧電壓的1.8倍，Ugp=27.2kV>1.1×18=19.8kV=Umf，選ZnO10型避雷器。35KV側(cè)避雷器的選擇：初選ZnO35額定電壓35kV，滅弧電壓41kV，工頻放電電壓不小于84kV不大于104kV中性點(diǎn)非直接接地的電網(wǎng)中滅弧電壓不低于設(shè)備最高運(yùn)行線電壓，Umf=1.1×35=38.5kV<41kV，工頻放電電壓應(yīng)大于最大運(yùn)行相電壓的3.5倍。上限：Ugp1=3.5×35/ 3×1.2=84.87kV<107kV下限：Ugp2=3.5×35/ 3×1.1=78.

21、5kV<84kV工頻放電電壓應(yīng)大于滅弧電壓的1.8倍；1.8×38.5=69.3kV< Ugp2=78.5kV，選ZnO35型避雷器。綜上所述應(yīng)在35kV進(jìn)線塔前設(shè)防雷線500m，在進(jìn)線隔離開關(guān)處裝ZnO-35型閥型避雷器一組，在10kV母線各分段裝設(shè)FS10型避雷器各一組?？偨祲鹤冸娝拥夭捎铆h(huán)形，用直徑50mm長250cm鋼管作接地，埋深2m用扁鋼連接，接地電阻不大于4。7.2.2車間變電所避雷器的選擇10kV側(cè)避雷器的選擇：初選ZnO10型避雷器，額定電壓10kV，滅弧電壓12.7kV，工頻放電電壓不小于26kV，不大于31kV。Ugp=3.5×10/ 3

22、×1.1=22.2KV<26kV上限，Ugp=3.5×10/ 3×1.2=24.25KV<31KV工頻放電電壓應(yīng)大于滅弧電壓的1.8倍，Ugp=27.2kV>1.1×18=19.8kV=Umf，選ZnO10型避雷器。0.4kv側(cè)用兩根30m高的避雷針，這樣有助于對整個子變電所的防雷有很好的保護(hù)。起到整個子變電所防雷保護(hù)。8結(jié) 論1變配電所的布置是在其位置與數(shù)量、電氣主接線、變壓器型式、數(shù)量及容量確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，且與變電所的形式密切相關(guān)。變電所總體布置滿足一線要求。2有人值班的變配電所，應(yīng)設(shè)單獨(dú)值班室，且盡量靠近高、低壓配電室。高、低

23、壓配電室與值班室應(yīng)直通或經(jīng)過通道相同。低壓配電室也可兼做值班室，但保證安全距離。有人值班的獨(dú)立變配電所，宜設(shè)有廁所和及排水設(shè)施。3進(jìn)線方式應(yīng)是高壓電纜進(jìn)線，低壓母線引出。變壓器室的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)采用敞開式。4變壓器室應(yīng)避免遭到“西曬”，因此門應(yīng)朝南開。5.要節(jié)約土地與建筑費(fèi)用，高壓開關(guān)柜的數(shù)量少時，可和低壓配電屏同室布置。高壓配電所應(yīng)盡量與鄰近的車間變電所合建。6.要適應(yīng)發(fā)展要求，高、低壓配電室內(nèi)，宜留有適當(dāng)數(shù)量配電裝置的備用位置。變壓器室應(yīng)考慮到擴(kuò)建時有更換大一級容量變壓器的可能。在此次設(shè)計(jì)中首先通過對廠用電荷以及負(fù)荷重要性的分析，來確定工廠的供電方式，從而確定一個主降壓變電所，三個子變電所的布局。其次，通過對車間負(fù)荷的計(jì)算來確定變電所的負(fù)荷，從而選擇變