工厂供电课程设计明园小区供配电系统设计.doc

新 疆 大 学工厂供电课程设计课 程 工厂供电课程设计 题 目 明园小区供配电系统设计 院 系 电气工程学院 专业班级 自动化082 学生姓名 学生学号 指导教师 娄 毅 赵克刚 前 言工厂供电，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。 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。目 录一、 设计内容及步骤1二、负荷计算及功率补偿11、负荷计算的内容和目的12、负荷计算的方法23、全厂负荷计算24、 功率补偿25、变压器的选择3三、主结线方案的选择41、变配电所主结线的选择原则42、主结线方案选择4四、 短路计算51、短路电流计算的目的52、短路电流计算的方法6五、高低压电气设备的选择8六、思考题. 11 七 、小 结.12八、主要参考文献12 一、 设计内容及步骤1.设计题目：明园生活小区供配电系统设计2.设计原始资料：离小区7公里处有10KV变电所一座，可向小区提供一回路10KV电力线路，该变电所10KV母线： Wdmax=500MVA Wdmin=300MVA3.设计任务及要求 1）确定10/0.4KV变电所的负荷计算。 2）确定高低压接线方式（两路出现） 3）变电所变压器为单台及容量选择计算。 4）短路电流计算。 5）高低压电气设备初步选择。4.设计任务具体要求： 1）编制设计计算说明书一份 2）出图：高低压电气设备布置图一张5.负荷分配表：次序用户名称P30（KW）Cos备注11#楼1150.8522#楼1250.8533#楼850.8544#楼1100.8555#楼1000.8566#楼950.8577#楼1200.8588#楼1230.8599#楼110.85单回路进线，两路出线二、负荷计算及功率补偿1、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。2、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。本设计采用需要系数法确定。主要计算公式：有功功率： P30 = Pe·Kd 无功功率: Q30 = P30 ·tg 视在功率: S3O = P30/Cos 计算电流: I30 = S30/3UN3、负荷计算 由Cos=0.85可推出tan=0.62根据上表可算出：P30i = 884kW; Q30i =884×0.62=548.1Kvar由计算负荷直接相加计算时，取KP=0.900.95 Kq=0.930.97取 KP=0.92 Kq=0.95则 P30 = KPP30i = 0.92×884kW = 813.3kWQ30 = KqQ30i = 548.1×0.95=520.7kvarS30 =(P30²+Q30²)=965.7KV·AI30 = S30/3UN =687.3/(3 ×0.4)=1394ACOS = P30/S30 =0.84(不能满足电网要求的功率因数)因此要进行功率补偿4、 无功补偿 变压器高压侧的，考虑到变压器本身得无功功率损耗远大于其有功功率损耗，因此在变压器低压侧进行无功功率补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90，取COS=0.95而由上面计算可知COS=0.84。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BWF10.5-40-1W型的电容器，其额定电容为qc=40Kvar Qc = P30×（tanarc cos0.84tanarc cos0.95）Kvar =268.4Kvar因此，其电容器的个数为： n = Qc/qc= 268.4/40 =7取Qc=7×40=280 Kvar无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为： S30（2）= 813.3²+（520.7-280）² =848.2KV·A补偿后低压侧功率因数COS=P30/ S30（2）=0.96因此满足要求变压器的功率损耗为： PT = 0.01 S30= 0.01×848.2 =8.48 Kvar QT = 0.05 S30= 0.05×848.2=42.4 Kw所以，变电所高压侧计算负荷为： P30= P30+PT =821.8 Kw Q30= Q30+QT =283.1 Kvar S30=(P30²+Q30²)= 869.2 KV·A则工厂的功率因数为：cos= P30/S30= 0.95因此，符合本设计的要求无功补偿后计算负荷表：P30（KW）Q30(Kvar)S30（KV·A）I30（A）COS低压侧813.3240.7848.212240.95高压侧821.8283.1869.250.20.965、变压器的选择 5.1.变电所变压器的选择原则(1）. 变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器： 1）、有大量一级或二级负荷； 2）、季节性负荷变化较大； 3）、集中负荷较大。(2) 装有两台及以上变压器的变电所，当其中任一台变压器断开时，其余变压器的容量应满足一级负荷及二级负荷的用电。(3) 变电所中单台变压器（低压为0.4kV）的容量不宜大于1250kVA。当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，可选用较大容量的变压器。(4) 在一般情况下，动力和照明宜共用变压器。当属下列情况之一时，可设专用变压器： 1）、当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设照明专用变压器； 2）、单台单相负荷较大时，宜设单相变压器； 3）、冲击性负荷较大，严重影响电能质量时，可设冲击负荷专用变压器。 4)、在电源系统不接地或经阻抗接地，电气装置外露导电体就地接地系统（IT系统）的低压电网中，照明负荷应设专用变压器。(5) 多层或高层主体建筑内变电所，宜选用不燃或难燃型变压器。(6) 在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用防尘型或防腐型变压器。5.2.变压器容量的选择 本设计要求选择装设一台变压器，变压器的容量ST应满足以下条件：STS30 由于S30（1）= 869.2 KV·A 因此选1000KV·A的变压器一台 型号为S9-1000/10（6） 三、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）610KV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610KV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610KV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、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2）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）。主接线电路图：四、 短路计算1、短路电流计算的目的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。进行短路电流计算的步骤如下：1）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。2）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。3）计算短路电流和短路容量。2、短路电流计算的方法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）。本设计采用标么制法进行短路计算。求变电所高压10Kv母线上K-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。如下图所示： 2.1在最小运行方式下：（1）确定基准值 取 Sd = 100MV·A,UC1 = 10.5KV,UC2 = 0.4KV 而 Id1 = Sd /3UC1 = 100/3 =5.50 KA Id2 = Sd /3UC2 = 144KA （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 = 300MV·A） X1* = 100MVA/300= 0.332）架空线路（XO = 0.4/km，线长为7km）X2* = 0.4×7×Sd / Uav2= 2.543）电力变压器（Uk% = 5）X3* = Uk%Sd/100SN = 5×100×1000/(100×1000) = 5.0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) A 求（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总电抗标幺值X*(1)= X1*X2*= 0.33+2.54= 2.87三相短路电流周期分量有效值I1(3) = Id1/X*(1)=2.87KA3)其他三相短路电流 I"(3) = I(3) = I1 (3) =2.87KAish(3) = 2.55×2.87KA =7.32KAIsh(3) = 1.51×2.87 KA= 4.33KA4)三相短路容量S1(3) = Sd/X*(k-1) =100 MVA/2.87=34.84 MV·AB 求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*(2) = X1*X2*X3* =2.87+5.0=7.872)三相短路电流周期分量有效值 Id2(3) = Id2/X*(2) = 144KA/7.87 = 18.30KA3)其他三相短路电流 I"(3) = I(3) = Ik-23) = 18.30KAish2(3) = 1.84×I(3)KA =33.67KAIsh2(3) =1.09×I(3)KA = 1.09×18.30=19.95KA4)三相短路容量S2(3) = Sd/X*(k-1) = 100MVA/7.87= 12.71MV·A短路计算结果：短路计算点 三相短路电流/KA短路容量MV.AK-12.872.872.877.324.3334.84K-218.318.318.333.6719.9512.712.2 在最大运行方式下：（1）确定基准值 取 Sd = 100MV·A,UC1 =10.5KV,UC2 = 0.4KV 而 Id1 = Sd /3UC1 = 100MV·A/(3×10.5KV) =5.50 Id2 = Sd /3UC2 = 100MV·A/(3×0.4KV) = 144KA（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 = 500MV·A） X1*= 100/500= 0.22）架空线路（XO = 0.4/km,取线长为7M）X2* = 0.4×7×100/(10.5×10.5) =2.543）电力变压器（UK% = 5）X3* = X4* = UK%Sd/100SN = 5×100×1000(100×1000) = 5.0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)A、求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*(K-1) = X1*X2* = 0.2+2.54= 2.742)三相短路电流周期分量有效值 IK-1(3) = Id1/ X*(1)= 5.50KA/2.74= 2.0KA3)其他三相短路电流 I"(3) = I(3) = I1(3) = 2.0KAish(3) = 2.55×I(3)KA =5.1KAIsh(3) = 1.51×I(3)KA =3.02KA4)三相短路容量S1(3) = Sd/X*(1)= 100/2.74= 36.50MVAB、求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*(2) = X1*X2*X3* = 2.745.0= 7.742)三相短路电流周期分量有效值 IK-2(3) = Id2/X*(2) = 18.60KA3)其他三相短路电流 I"(3) = I(3) = I2（3） = 18.60KAish(3) = 1.84×I(3) KA =34.22KAIsh(3) = 1.09×I(3) KA =20.27KA4)三相短路容量Sk-2(3) = Sd/X*(k-2) = 100/7.74= 12.92MV·A短路计算结果：短路计算点 三相短路电流/KA短路容量MV.AK-12.02.02.05.13.0236.50K-218.6018.6018.6034.2220.2712.92五、高低压电气设备的选择1. 导线的选择原则为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，对导线和电缆截面选择时必须满足下列条件：1）.发热条件 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发热温度，不应超过其正常运行允许的电压损耗，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4）.机械强度2. 选择高低压母线及电源进线 1）无功补偿后低压侧电流大小为：I30（2） = S30（2）/3UN=1224A因此根据发热条件IalI30，及中性线截面A0硬不小于相线截面的50%，即A00.5A，查附录表17，选择低压母线型号为LMY-3（80×8）+60×6硬铝母线。2）高压侧电流大小为I30（1）=50.2A，查附录表17，选择高压侧母线为LMY-3（40×4）硬铝母线。3）10KV高压进线的选择：采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10KV公用干线。按发热条件选择，IalI30（1）=50.2A电压损耗校验，U=（Pr+Qx）/UN，U%=U/UN，要求电压损耗百分比U%<5%。查附录表6，LGJ-70型钢芯铝绞线r=0.53，x=0.37，经计算U=（821.8×0.53+283.1×0.37）×7/10=378VU%=378V/10KV×100%=3.8%<5% 满足要求因此选定电源进线为LGJ-70型钢芯铝绞线。3.高低压开关及其他设备的选择在此次设计中，我们采用箱式变电站，下面选择箱变的高低压侧电气设备。3.1.高压电气设备的选择1） 高压开关柜的选择高压侧可选择YB27-12系列预装式变电站。此变电站广泛应用于城市电网改造、住宅小区等各类公共场合以及厂矿、宾馆、机场、铁路、码头、高速公路等户内外场所。2）带电显示器DXN显示装置由电压传感器和显示器两部分组成，两部分经安装连线组成了电压显示装置。电压传感器为环氧树脂浇注型的支柱绝缘子，10kV的高压经电压传感器取出70V的电压信号。作用：用以显示装置处高压回路电源有电和无电的情况。3）电磁锁DSNDSN型系列户内电磁锁是一种防止高压开关设备误操作的电控机构连锁装置。用于户内高压开关设备的前后柜门，防止误操作的发生，是发电和供电部门不可缺少的闭锁装置。作用：防止误操作。4）、环网负荷开关柜的选择运用于10Kv环网供电，双电源供电和终端供电系统，可用于箱式变电站KKR,KK金绝缘可扩展环网柜的组合方式有K，R,KK ,KR,FK,FR,KKK，KK.KKKKR，KKRR，KRRR，等13种形式 金绝缘不可扩展环网柜的组合方式KKK，KKR，KRR，KKKR，KKRR，KRRR等六种，其中K表示负荷柜R表示熔断器柜，F表示电缆进线柜在本设计中 环网柜选用霍斯通的FTR。5）.高压负荷开关+熔断器FN12-12/630负荷开关为油浸式、三相联动开关、弹簧操作机构；可带负荷分闸操作，其分和速度与操作力大小无关，形式是二工位、四工位T型、四工位V型等可供选择。作用：接通和切断额定电压和额定电流下的电路，并造成可见的空气间隔，不能切断短路电流，与高压熔断器串联使用，用负荷开关切断负荷电流，高压熔断器切断短路及过载电流负荷开关技术参数如下：额定参数计算参数12Kv10.5Kv630A50.2A12.5KA2.0KA 400MVA36.50MVA31.5KA5.1KA6）.FU熔断器由于高压负荷开关只能切断负荷电流，当遇到短路和过载情况时，电流变大，负荷开关就不能切断此时的电流，遇到大电流，则由熔断器来切断大电流。额定参数计算参数12Kv10.5Kv630A50.2A40KA2.0KA400MVA36.50MVA50KA5.1KA7）、电流互感器的选择对非重要的测量允许使用3.0级，根据上述条件和短路电流计算结果。选LZZBJ-10（L：电流互感器，Z：支柱式，Z：浇注绝缘，B：保护作用，10：额定工作电压（KV）型，3.0级）8）、电压互感器选择额定电压Uin=10KV，U2n=0.1KV.准确等级为3.0级，额定变比为10/0.1KV根据上述条件则涉及用型号为JDZ-10的电压互感器。9）、避雷器的选择根据上述算出的参数。可以选择型号为HYSW-10的避雷器3.2 0.4KV低压电器设备的选择1）、低压开关柜的选择根据技术指标选择使用固定式开关柜（使用GGD柜并装固定式开关）2）、断路器的选择选择QF低压断路器DW15-2500/3型。低压断路器，又称低压自动开关，是一种带保护装置的开关，当负荷电路发生过载、短路及欠压故障时，能自动切断电路，也可用于不频繁启动电动机或接通、分断电路。常用的低压断路器有框架式断路器（万能式）、塑料外壳式短路器（装置式）、智能型断路器、快速断路器和限流式断路器。QF低压断路器DW15-2500/3型断路器技术参数如下：型号DW15-2500/3计算数据Un0.4Kv>=Un0.4KVIn2500A>=Imax1394AIdn80KA>=I18.6KAish50KA>=ish34.22KA3）、隔离开关的选择QS隔离开关HD13BX-2000/31型型号HD13BX-2000/31计算数据Un0.4Kv>=Un0.4KVIn2000A>=Imax1394AIdn35KA>=I18.6KAish50KA>=ish34.22KA六、思考题 39.低压电器的选择应符合哪些基本要求？ 答：设计选用得低压电器应符合国家现行的有关标准，并应符合下列要求：1. 按正常条件选择：电器的额定电压应与所在回路标称电压相适应。电器的额定电流不应小于所在回路的计算电流。电器的额定频率应与所在回路的频率相适应。保护电器还应按保护特性选择。某些电器还应按有关的专门要求选择。2按短路工作条件选择：1）电器应满足短路条件下的动稳定和热稳定的要求。2）用于断开短路电流的电器，应满足短路条件下的通断能力。3）按使用环境条件选择：电器产品的选择应适应所在场所的环境条件。七、 小 结 通过这次工厂供电的学习，发现了自己的很多不足，无论是对知识的理解还是实践能力以及理论联系实际的能力还急需提高。 这次的课程设计也让我看到了团队的力量，设计工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。在课程设计中只有一两个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 经过这次的工厂供电实习，我对供配电这一块有更具体更感性的识。在实习过程中，通过查资料，锻炼了我们搜集信息，整理信息的能力。对供配电，输电电路，高低压配电等方面有了更为清楚的认识。电能即易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用；并且做好工厂供电工作，对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。所以学好这些对于今后可能从事的供配电，供电建设等工作，都很有帮助。八、主要参考文献工厂供电刘介才 主编 工厂供电设计李宗纲、刘玉林、施慕云、韩春生 主编工厂供电苏文成 主编