通用機器廠供配電系統(tǒng)的電氣設計

1、課 程 設 計課 程 工廠供電課程設計 題 目 通用機器廠供配電系統(tǒng)的電氣設計 院 系 電氣信息工程學院電氣工程系 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 2014年 11月 23 日XXXX大學課程設計任務書課程 工廠供電課程設計 題目 通用機器廠供配電系統(tǒng)的電氣設計 專業(yè) 姓名 學號 主要內(nèi)容：對中小型工廠的供配電系統(tǒng)進行設計，采用10kV供電電源，在金工車間東側(cè)1020m處有一座10kV配電所，先用1km的架空線路，后改為電纜線路至本廠變電所，將610kV的高壓降為一般低壓用電設備所需的電壓，然后由低壓配電線路將電能分送給各用電設備。其它各項設計，均應根據(jù)本廠用電負荷的實際情況，并適當考

2、慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理的要求進行設計。參考資料：1 劉介才.工廠供電 M 北京：機械工業(yè)出版社，2003.44-482 王健明，蘇文成供電技術 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：華中科技大學出版社，20044 張桂香機電類專業(yè)畢業(yè)設計指南 M 北京：機械工業(yè)出版社，20055 江文，許慧中供配電技術 M 北京：機械工業(yè)出版社，2003完成期限 2014.11.17至2014.11.23 指導教師 專業(yè)負責人 2014年 11 月 14 日工廠供電課程設計（報告）目 錄1 設計要求12 工廠負荷計算及配電系統(tǒng)的確定12.1

3、工廠實際情況的介紹12.2 工廠負荷計算和無功補償計算32.3 主要車間配電系統(tǒng)的確定53 電氣設備選擇與電器校驗73.1 主要電氣設備的選擇73.2 電器校驗84 繼電保護系統(tǒng)的設計124.1 繼電保護的選擇、整定及計算124.2 防雷與接地125 變電所平面布置設計及設計圖樣135.1 變配電所平面布置設計135.2 設計圖樣146結(jié) 論15參考文獻161 設計要求（1）根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負荷的實際情況，并適當考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理的要求，確定變電所的位置與型式。（2）確定變電所主變壓器的臺數(shù)與容量、類型。（3）選擇變電所主結(jié)線方案及高低壓設備

4、和進出線。（4）確定二次回路方案。（5）選擇整定繼電保護裝置。（6）確定防雷和接地裝置。（7）繪制設計圖樣。2 工廠負荷計算及配電系統(tǒng)的確定2.1 工廠實際情況的介紹1.本次設計的機器廠廠區(qū)平面布置如圖2.1所示。圖2.1通用機器廠長區(qū)平面圖2.各車間負荷情況見表2-1。表2-1各車間負荷表車間/kW/kvar最大電動機/kW冷作10011030裝配809022倉庫20207.5戶外照明20153.金工車間設備平面布置如圖2.2所示。4.供電電源。在金工車間東側(cè)1020m處有一座10kV配電所，先用1km的架空線路，后改為電纜線路至本廠變電所，其出口斷路器是SN1010型4，此斷路器配備有定時

5、限過電流保護和電流速斷保護，定時限過電流保護整定的動作時間為1s。5.氣象資料。年平均氣溫為23.2，年最低氣溫為2，年最熱月平均氣溫為34.6圖2.2金工車間設備平面布置圖6.地質(zhì)資料。本廠所在地區(qū)平均海拔450m。土壤電阻率為100歐姆/米。7.金工車間設備明細見表2-2。表2-2金工車間設備明細表序號設備名稱設備容量/kW臺數(shù)/臺13 36 1336 2325 3234車床7+0.125144銑床10+2.815 21 35搖臂鉆4.5+1.7+0.6+0.12536 7 41 42銑床7+2.848 9銑床7+1.7210砂輪機3.2111 12砂輪機1217 18磨床7+1.7+0.

6、5219磨床10+2.8+1.5120 38磨床10+2.8+0.5222 37車床10+0.125226 27磨床14+1+0.6+0.15230車床20+0.15131搖臂鉆10+0.5139 40龍門刨75+4.5+1.7+1.7+1+1+0.5243 44 45銑床7+1.7346鏜床6.5+2.8147銑床7+2.8148橋式起重機11+5+5+2.2149 50橋式起重機16+5+5+3.52全廠照明密度為：12W/m.m2.2 工廠負荷計算和無功補償計算根據(jù)工藝設計提供的各廠房電力負荷清單，全廠都是三級負荷。按需要系數(shù)法分別計算出各廠房及全廠的計算負荷。注意，用電設備的總?cè)萘縋值

7、不含備用設備容量。2.2.1金工車間負荷計算1金屬切削機床組設備容量P=（7.125×14+12.8+6.925×3+9.8×4+8.7×2+3.2+1×2+9.2×2+14.3+13.3×2+10.125×2+15.75×2+63+38.7+20.15+10.5+85.4×2+8.7×3+9.3+9.8）kW=653.525kW對于大批生產(chǎn)的金屬冷加工機床電動機，其需要系數(shù)：K=0.180.25=0.5，tan=1.73有功計算負荷：P=K=（0.25×653.525）kW

8、=163.38kW無功計算負荷：Q=tan=（163.38×1.73）kVA=282.65kVA2.橋式起重機容量P=P=（23.2+29.5×2）kW=82.2kW對于鍋爐房和機加、機修、裝配等類車間的吊車，其需要系數(shù)：K=0.10.15（取0.15），tan=1.73,cos=0.5有功計算負荷：P=KP=（0.15×82.2）kW=12.33kW無功計算負荷：Q=tan=（12.33×1.73）kVA=21.33kVA3.金工車間照明車間面積：60×24=1440（m）設備容量：P=（12×1440）W=17280W=17.28

9、kW對于生產(chǎn)廠房及辦公室、閱覽室、實驗室照明，其需要系數(shù)：K=0.81，tan=0,cos=1.0（tan和cos的值均為白熾燈照明數(shù)據(jù)）有功計算負荷：P=K=（1×17.28）kW=17.28kW無功計算負荷：Q=tan=（17.28×0）kVA=0 kVA2.2.2全廠總負荷1變壓器低壓側(cè)：有功計算負荷：P=0.95P=0.95×（163.38+12.33+17.28+100+80+20+20）kW=392.34kW無功計算負荷：Q=0.97Q=0.97×（282.65+21.33+110+90+20+15）kVA=522.81kVA視在計算負荷：S

10、=kVA=653.65kVA功率因數(shù)：cos=P/Q=392.34/653.65=0.6SL7型變壓器屬于低損耗電力變壓器，其功率損耗可按簡化公式計算。有功損耗：P0.015S=（0.015×653.65）kW=9.81kW無功損耗：Q0.06S=（0.06×653.65）kVA=39.22kVA2變壓器高壓側(cè)：有功計算負荷：P=+=（392.34+9.81）kW=402.15kW無功計算負荷：Q=Q+Q=（522.81+39.22）kVA=562.03kVA視在計算負荷：S=kVA=691.09kVA功率因數(shù)：cos=P/S=402.15/691.09=0.583無功功率

11、的補償。由于要求工廠變電所高壓側(cè)的功率因數(shù)不得低于0.9，而目前只有0.58，因此，需進行無功功率的補償。提高功率因數(shù)的方法分為改善自然功率因數(shù)和安裝人工補償裝置兩種。安裝人工補償裝置的方法既簡單見效又快，因此，這里采用在低壓母線裝設電容屏的方法來提高功率因數(shù)5?？紤]到變壓器無功功率補償損耗遠大于有功功率損耗。一般Q=（4-5）P,因此在低壓補償時，低壓側(cè)補償后的功率略高于0.9，這里取cos=0.92。而補償前低壓側(cè)的功率因數(shù)只有0.6，由此可得低壓電容屏的容量為：Q=（tan-tan）=kVA=355.76kVA取Q=360kVA。4補償后變壓器容量和功率因數(shù)：補償后變電所低壓側(cè)的視在計算

12、負荷：S=kVA=424.78kVA主變壓器的功率損耗：變壓器高壓側(cè)的計算負荷：有功計算負荷：P無功計算負荷：Q視在計算負荷：SkVA=440.9kVA功率因數(shù)：cos=P功率因數(shù)滿足要求。計算電流：I全廠變電所負荷計算如表2-3所示。2.3 主要車間配電系統(tǒng)的確定工廠的低壓配電線路有放射式、樹干式和環(huán)行三種基本結(jié)線方式。放射式結(jié)線的特點是：其引出線發(fā)生故障是互不影響，供電可靠性較高，而且便于裝設自動裝置。但有色金屬消耗量較多，采用的開關設備也較多。放射式結(jié)線方式多用于設備容量大或供電可靠性要求較高的設備供電。而樹干式結(jié)線的特點正好與放射式結(jié)線相反。很適于供電給容量較小而分布較均勻的用電設備。

13、環(huán)行結(jié)線供電可靠性較高，但其保護裝置及整定配合比較復雜6。因此，根據(jù)金工車間的具體情況，本系統(tǒng)采用放射式和樹干式組合的結(jié)線方式，能滿足生產(chǎn)要求。表2-3 全廠變電所負荷計算表設備名稱臺數(shù)/臺P/kWKcostanP/kWQ/kVAS/kVA金工車間冷加工機床117654.530.250.51.73163.38282.65起重機382.20.150.51.7312.3321.33車間照明17.2811017.280小計120192.99303.98冷作車間100110裝配車間8090倉庫2020戶外照明2015小計220235變電所低壓負荷取K=0.95K=0.97392.34522.81653

14、.65補償電容-360補償后低壓負荷392.34162.81424.78配電設計方案1如圖2.3所示。配電設計方案2如圖2.4所示。方案比較：1方案1和方案2對金工車間的供電都是可行且都能達到目的。2方案1和方案2中，方案1中的干線和方案2中的干線是同樣的。對功率較大的靠近變電所的設備采用放射性供電，放射式線路之間互不影響，因此供電可靠性較高。3方案1中的干線跨過20多米把設備10、11、12連接，電能損耗大，金屬損耗多，這樣既不經(jīng)濟，供電也不可靠7。而方案2中，設備19由一干線樹干式供電，能減少線路的有色金屬消耗量，采用的高壓開關數(shù)量少，投資少，能彌補以上的缺點。圖2.3金工車間配電方案1圖

15、2.4金工車間配電方案24方案1中的干線供電范圍中，包括功率較大的設備30和29。由于其他設備功率小，這樣起動電流大，供電不可靠。方案2中干線只對1321、31只對小功率的設備供電，功率平衡，供電可靠性相對提高。大功率設備30、29直接采用放射式供電。5方案1中，三臺橋式起重機用同一干線，采用樹干式供電，若有一臺起重機出故障，則三臺起重機均不能使用，供電可靠性極差。而對于方案2中，用干線10、11對起重設備49、50和48供電，若一臺起重機出故障，至少還有一臺起重機可工作。這樣，供電可靠性就提高了。6方案2中的干線把2227、3238及1012的設備采用樹干式供電，減少電能損耗，減短導線長度。

16、從經(jīng)濟上看，節(jié)省開支，且不影響供電可靠性。結(jié)論：經(jīng)以上比較，從經(jīng)濟性、供電可靠性兩方面考慮，方案2比方案1好。因此采用方案2對金工車間供電。3 電氣設備選擇與電器校驗3.1 主要電氣設備的選擇3.1.1變壓器的選擇對于SL7-630kVA變壓器，考慮本地年平均氣溫為23.2，即年平均氣溫不等于20，則變壓器的實際容量應計入一個溫度校正系數(shù)K8。對室內(nèi)變壓器，其實際容量為559.44kVA大于424.78kVA，因此，變壓器的選擇滿足要求。3.1.2低壓補償柜的選擇本系統(tǒng)擬采用無功功率自動補償屏，裝在變電所低壓母線側(cè)集中補償。選用總電容容量為360kVA。電容屏型號選：PGJ12一臺，PGJ13

17、三臺。3.1.3低壓配電屏的選擇根據(jù)前面所確定的車間配電系統(tǒng)及多路額定電流，本設計選用固定式低壓配電屏PGL2型，因為該廠為三級負荷，選用PGL2型即可滿足要求9。若要更可靠，則可選用抽屜式GCK或多米諾。3.1.4高壓開關柜的選擇本次設計中，確定用630kVA的變壓器把10kV的高壓降到動力設備所需要的電壓0.4kV。若有重要負荷，可靠性要求較高，則可選用手車式開關柜，如JYN、KYN。本廠都是動力設備，無重要負荷，因此，變電所可采用固定式開關柜。這里選用GG1A（F）-03，此柜裝有GN1910型隔離開關1個，隔離高壓電流，以保證其他電氣設備的安全檢修。SN10-10/630500型少油斷

18、路器1個10，可以通斷線路正常的負荷電流，也可以進行短路保護。GG1A（F）-03除備有以上兩種開關外，還有LQJ10型電流互感器2個，分別接儀表和繼電器，以滿足測量和保護的不同要求。3.2 電器校驗3.2.1高壓電器的校驗高壓一次設備的選擇，必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下工作的要求，同時設備應工作安全可靠，運行維護方便，投資經(jīng)濟合理。選擇好高壓開關柜和柜內(nèi)的高壓設備后，可對選用的電器設備進行校驗。1.短路電流的計算要校驗高壓電器，必須先對線路進行短路計算。畫短路計算電路圖如圖3.1所示。圖3.1短路計算電路圖畫出短路等效電路圖如圖3.2所示。圖3.2短路等效電路圖（1）求k1點的

19、三相短路電流和短路容量（=10.5kV）；1)計算短路電路中各元件的電抗和總電抗：電力系統(tǒng)的電抗：X/S=10.5/500=0221式中U-短路點的短路計算電壓，單位為kV；S-系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量，單位為MVA。根據(jù)題目給出的出口斷路器型號SN10-10II，查相關手冊或樣本可得。架空線路的電抗：X=0.38/km，又已知L=1km，因此X=XL=0.381=0.38電纜線路的電抗：X=0.08/km，又已知L=0.02km，因此X=XL=0.080.02=0.0016計算總電抗：X=X+X+X=（0.221+0.38+0.0016）=0.6032)計算k1點的三相短路電流和短路容量三相

20、短路電流周期分量有效值： =/=10.5/（）kA=10.06kA三相次暫態(tài)短路電流和短路穩(wěn)態(tài)電流：=10.06A三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值：i=2.25I=2.25I=1.51I=1.5110.06kA=15.19A三相短路容量：S（2）求k2點的三相短路電流和短路容量（U）；1）計算短路電流時各元件的電抗及總電抗電力系統(tǒng)的電抗：架空線路的電抗：=0.38電纜線路的電抗：電力變壓器的電：=4.5則=總電抗：=（3.2）=0.01232）計算k2點的三相短路電流和短路容量三相短路電流周期分量有效值：I三相次暫態(tài)短路電流和短路穩(wěn)態(tài)電流：I三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有

21、效值：iI三相短路容量：計算結(jié)果見表3-14。表3-14 短路計算表短路計算短路電流/kA短路容量/MVAIIIiIk-110.0610.0610.0625.6515.19182.962.高壓開關柜中高壓電器的校驗對所選用的高壓電器，按各類高壓電器的校驗項目和條件分別進行校驗。1）GN1910/400隔離開關的校驗見表。表3-15 GN1910/400校驗表序號裝置地點及電氣條件GN1910T/400結(jié)果項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)1U10U10合格2I25.46I400合格GN1910型隔離開關的、I、的值可查相關手冊或產(chǎn)品樣本。2）SN10-10II/630500型少油斷路器的校驗見表。表3-16 S

22、N1010/630校驗器序號裝置地點及電氣條件SN1010/630500結(jié)果項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)110U10合格2I25.46I630合格3I15.19I40合格3） LQJ10型電流互感器的校驗見表3-17。LQJ10電流互感器的U與I值可查相關手冊或產(chǎn)品樣本。表3-17 LQJ10校驗表序號裝置地點及電氣條件LQJ10結(jié)果項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)1U/kV10U/kV10合格2I25.46I30合格3.2.2低壓開關柜中低壓電器的校驗HD131000型刀開關的校驗見表318。HD131000型刀開關的U、I、I、I的值可查相關手冊或產(chǎn)品樣本。表3-18 HD131000校驗表序號裝置地點及電氣條件HD

23、131000結(jié)果項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)10.40.4合格2645.41000合格334.6360合格418.8230合格518.82/kA1000合格DW10型低壓斷路器的校驗表。DW10型斷路器的U、I、I的值可查相關手冊或產(chǎn)品樣本。表3-19 DW101000校驗表序號裝置地點及電氣條件DW101000結(jié)果項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)10.40.4合格2645.41000合格318.82/kA20合格由于高壓計量柜是由電力部門統(tǒng)一規(guī)定的，所以柜中的設備留給電力部門配置。3.2.3導線的校驗校驗舉例如下：1.2號分干線的檢驗：導線明敷設校驗：根據(jù)而小于滿足發(fā)熱要求。根據(jù)A=2.5mm小于16mm，滿足機械強度

24、要求。熔斷器與導線的配合：RTO100/80則I，=73AK則小于K滿足配合要求。穿管的導線的校驗：根據(jù)，30=68.08A小于al=81A，滿足發(fā)熱要求。根據(jù)Amin=2.5mm2小于35mm2，滿足機械強度要求。KalIal=2.581A=202.5A，則小于KalIal滿足配合要求。例如，干線1的電壓損耗校驗。干線1截面為25mm2，cos=0.5，電壓損失為0.419Akm，l=70m=0.07km，30=90.98A。UK1=0.419小于5滿足要求。導線穿管 ：l=6m=0.006km對于截面為70mm2，cos=0.5，電壓損失為0.146Akm，有UK2=0.419UK1+UK

25、2=2.67+0.69=3.36小于5干線1的電壓損耗滿足要求。4 繼電保護系統(tǒng)的設計4.1 繼電保護的選擇對于中小型工廠供電系統(tǒng)來說，繼電保護以簡單經(jīng)濟為宜，因此使用反時限過電流保護。4.2 防雷與接地為防止雷電產(chǎn)生的過電壓波沿線路侵入變配電所而危及主變壓器等電氣設備的絕緣，本次設計在高壓開關柜中沒有裝設避雷器。在10kV架空進線的最后一個電線桿中裝設一組HY5W4型避雷器。這種避雷器內(nèi)部無空腔，不存在內(nèi)外氣體互相滲漏問題，安裝運輸無破損，可靠性很高。凡是與架空線路相連的進出線，在入戶處的電線桿進行接地，可以達到重復接地的目的，每個電纜頭均要接地。按規(guī)定10kV配電裝置的構(gòu)架，變壓器的380

26、V側(cè)中性線及外殼，以及380V電氣設備的金屬外殼等都要接地，其工頻接地電阻要求R小于4。根據(jù)土壤電阻率=100/m及R小于4，因此可采用6根直徑50mm的鋼管作接地體，用40mm4mm的扁鋼連接在距變電所墻腳2m處，打入一排=50mm、長2.5m的鋼管接地體。每隔5m打入一根，管間用40mm4mm的扁鋼連接。接地體所用材料見表4-1。5 變電所平面布置設計及設計圖樣5.1 變配電所平面布置設計根據(jù)變電所應靠近負荷中心及進出線方便的原則，也考慮到擴建時更換大一級容量變壓器的可能，可確定變電所的位置在金工車間的西南角，且在大路旁，這樣便于變壓器的運行、檢修和運輸，而且變壓器投入運行時線路損耗最小。

27、本廠的環(huán)境溫度為月最高平均氣溫34.6，變壓器放在室內(nèi)，根據(jù)10kV室內(nèi)變壓器的安裝要求13，采用附設式電力變壓器室布置，并采用窄面推進式布置。同時，儲油柜側(cè)向外，便于帶電巡視。變壓器外殼距門不應小于1.0m，距墻不應小于0.8m。附設式電力變壓器的主結(jié)線采用方案2，它的容量是200630kVA。進線方式是高壓電纜進線，低壓母線引出。變壓器室結(jié)構(gòu)型式采用敞開式。根據(jù)需要，附設式電力變壓器采用右邊出線、窄面推進的變壓器室。變壓器室應避免遭到西曬，因此門應朝南開。由于在本設計中只采用兩臺高壓開關柜，根據(jù)高壓開關柜的型號、數(shù)量及其安裝特點，所以高壓室的尺寸可以考慮為4000mm4000mm。其門向外

28、開，寬度為1500mm。由于低壓配電屏有9臺，查該產(chǎn)品樣本知低壓配電屏的尺寸為；寬深高為1000mm，采用單列布置有9m長，根據(jù)長度大于7m時，應設兩個安全出口，并應設在柜的兩端的原則，出口寬度為800mm，考慮墻的厚度為240mm，所以低壓室的長度應考慮11m，該種型號的開關柜其柜后應留1000mm，柜前至少應留有1500mm，為了跟變壓器室對齊14，低壓室寬度可以取4000mm。在配電室的兩端各設一個門，且門都向外開，利于緊急情況時，人員外出和處理事故。5.2 設計圖樣1.變電所主結(jié)線電路圖主結(jié)線電路圖如下圖5.1變電所主結(jié)線電路圖2.變電所平面布置圖平面布置圖如圖5.2所示。圖5.2變電所平面布置圖3.變電所AA剖面圖變電所AA剖面圖如圖5.3所示。圖5.3變電所A-A剖面圖1-低壓開關柜 2-電纜支架 3-電纜頭支架 4-電纜頭5-高壓母線支架 6-低壓母線支架 7-電力變壓器6 結(jié) 論1變電所應靠近負荷中心并且要盡量使進出線方便，同時也要考慮到擴建時更換大一級容量變壓器的可能，所以本文可確定變電所的位置在金工車間的西南角，且在大路旁，這樣便于變壓器的運行、檢修和運輸，而且變壓器投入運行時線路損耗最小。2由于本廠年均溫度過高，變壓器應放在室內(nèi)，10kV室內(nèi)變壓器的安裝，應用附設式電力變壓器室布置，并采用窄面推進式