某机修厂供配电系统设计.doc

目录设计的意义和目的2第一章：设计任务4一、系统设计4二、工厂供电设计的一般原则4三、 设计内容及步骤5第二章  负荷计算及功率补偿7一、 负荷计算的内容和目的 7二、负荷计算的方法7三、全厂负荷计算 8四 功率补偿 9五 主结线方案的选择9六 短路计算 11参考文献 15某机修厂供配电系统设计设计的意义和目的电能是工业生产的主要动力能源。电能既易于由其它形式的能量转化而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用，电能的输送和分配简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于生产自动化小型化变电所的建设方案，是在总结国内外变电所设计运行经验的基础上提出的，与过去建设的常规变电所和简陋变电所有明显区别。无论是主接线方式、设备配置及选型、总体布置还是保护方式，都形成了一种新的格局，从而使小型化变电所无法按已有规程进行设计。机修厂的电力系统由变电，输电，配电三个环节组成，由此也决定了此电力系统的特殊性，在确保供电正常的前提下，这三个环节环环相扣。工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输、变换，分配到工厂车间中每一个用电设备上。随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等的要求也日益提高。供电设计是否完善，不仅影响工厂的基本建设投资、运行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂供电的可靠性和工厂的安全生产上。它与企业的经济效益、设备和人生安全等是密切相关的。工厂厂区供电设计是整个工厂建设设计中的重要组成部分。供电设计质量,会直接影响到日后工厂的生产与发展。尤其对那些工业生产自动化程度很高的大型现代化工厂,如果能有一个高质量的供电系统,那么,就有利于企业的快速发展。稳定可靠的供电系统,有助于工厂增加产品产量,提高产品质量降低生产成本,增加企业经济效益。如果供电系统设计质量不高,将会给企业给国家造成不可估量的损失。车间供电设计是整个工厂设计的重要组成部分，车间供电设计的质量直接影响到的产品生产及公司的发展。本次课程设计针对某机修厂配电系统及车间变电所设计，涉及到工厂电力负荷及其计算，短路电流及其计算，工厂配电所及其一次设备，工厂电力线路，工厂供电系统的过电流保护和二次回路还有电气照明等方面入手按照国家的一些技术标准设计。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，也具有重大的意义。1.车间供电设计的任务： 车间供电设计的任务是保障电能从电源安全、可靠、经济、优质地送到车间的各个用电部门。 （1） 安全。在电能供应分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2） 可靠。根据可靠性的要求，工厂内部的电力负荷分为一级负荷、负荷、三级负荷三种。一级负荷为因突然停电会造成设备损坏或造成人身伤亡，因此必须有两个独立源供电；二级负荷突然停电会造成经济上的较大损失或会造成社会秩序的混乱，因此必须有两回路供电，但当去两回线路有困难时，可容许有一回专用线路供电；三级负荷由于突然停电造成的影响或损失不大，对供电电源工作特殊要求。  （3） 优质。应满足用户对电压、频率、波形不畸变等电能质量要求。  （4） 经济。在满足以上要求的前提下，供电系统尽量要接线简单，投资要少，运行费用要低，并考虑尽可能地节约点能和有色金属的消耗量。 2.车间供电设计应遵循的一般原则： （1）车间供电设计必须严格遵守国家的有关法令、法规、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，如节约有色金属，以铝代铜，采用低能耗设备以节约能源等。 （2）必须从全局出发，按照负荷的等级、用电容量、工程特点和地区供电规划统筹规划，合理确定整体设计方案。 （3）车间供电设计应做到供电可靠、保证人身和设备安全。要求供电电能质量合格、优质、技术先进和经济合理。设计采用符合国家现行标准的效率高、能耗低、性能先进的设备。 （4）应根据整个工程的特点、规模和发展规划，正确处理工程的近、远期的建设发展关系，以近期为主，远近结合，适当考虑扩建的可能性。 工厂供电系统是电力系统的一个组成部分，必然受到电力系统工况的影响和制约，因此供电系统应该遵守电力部门制定的法规，评价分析可以应用电力系统中采用的分析、计算方法。第一章：设计任务一、系统设计1高压供电系统设计主要任务是工厂内部高压供电等级选择，需考虑供电的经济性（设备及损耗费用）和技术要求（线路电压损耗、以及供电电源变压器的断路器出线容量等）。2总降压变电站设计（1）主结线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，经过概略分析比较，留下23个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。（2）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。（3）主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号等设备的选择及校验。选用设备型号、数量、汇成设备一览表。（4）主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。（5）配电装置设计：包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。3车间变电所设计根据车间负荷情况，选择车间变压器的型号。4 厂区10KV配电系统设计根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。二、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。三、 设计内容及步骤  全厂总降压变电所及配电系统设计，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、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、表达计算成果。  2、工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择 参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。3、工厂总降压变电所主结线设计 根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。  4、厂区高压配电系统设计 根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书面表达设计成果。5、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三相及两相短路电流。5、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三相及6、改善功率因数装置设计 按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需 移相 电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。  7、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。8、继电保护及二次结线设计 为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。 设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。35kv及以上系统尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置图。  9、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冲击接地 电阻计算。10、专题设计  11、总降压变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。第二章  负荷计算及功率补偿  一、 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。一般取启动电流上半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。  二、负荷计算的方法  负荷计算的方法有需要系数法、形状系数法、附加系数法、负荷曲线法等几种。 本设计采用需要系数法确定。 主要计算公式有： 有功功率： Pc = PN·Kd 无功功率: Qc = Pc·tan 视在功率: Sc = Pc/Cos 计算电流: I30 = Sc/3Un汽修厂负荷计算序号车间名称设备容量(kW)需要系数计算负荷车间变电所代号变压器台数Pc(kw)Qc(kvar)Sc(kvA)1电机修造车间25050.240.82609500788No.112机械加工车间8860.181.58163258305No.213新品试制车间6340.351.51222336403No.314原料车间5140.60.59310183360No.415备件车间5620.350.79199158254No.516锻造车间1500.241.6365868No.617锅炉房2690.730.87197172262No.718空压站3220.560.88181159241No.819汽车库530.570.9302740No.9110大线圈车间3350.560.63187118221No.10111半成品试验站12170.30.79365287464No.11112成品试验站22900.280.75640480800No.12113加压站（10kV专供负荷）2560.640.85163139214114设备处仓库（10kV专供负荷）5600.60.85338288444115成品试验站内大型集中负荷36000.80.8288023002300主要为35kV高压整流装置，要求专线供电。三、全厂负荷计算  取Kp = 0.92; Kq = 0.95 根据上表可算出：Pci = 6520kW; Qci = 5463kvar 则 Pc = KPPci = 0.9×6520kW = 5999kW;Qc = KqQci = 0.95×5463kvar = 5190kvar; Sc = (Pc2+Qc2)1/2 7932KV·A I30 = Sc/3UN  94.5A COS = Pc / Sc = 5999/7932 0.75四 功率补偿由于本设计中上级要求COS0.9,而由上面计算可知COS=0.75<0.9，因此需要进行无功补偿。 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BWF6.3-100-1W型的电容器，其额定电容为2.89F Qc = 5999×（tanarc cos0.75tanarc cos0.92）Kvar =2724Kvar 取Qc=2800 Kvar 因此，其电容器的个数为： n = Qc/qC = 2800/100 =28 而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取28个 正好  无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：Sc（2）= 59992+(5463-2800) 2 1/2 =6564KV·A 变压器的功率损耗为： QT = 0.06 S30= 0.06 * 6564 = 393.8 Kvar  PT = 0.015 S30 = 0.015 * 6564= 98.5 Kw 变电所高压侧计算负荷为： P30= 5999+ 98.5 = 6098 Kw Qc=(5463-2800)+393.8=3057Kvar Sc=(Pc2+Qc2)V = 6821kV.A 无功率补偿后，工厂的功率因数为 cos=Pc/Sc=6098/6821=0.9  则工厂的功率因数为：cos= Pc/Sc= 0.90.9  因此，符合本设计的要求五 主结线方案的选择一、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610 KV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。二、主接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、一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图如下这种主接线，其一次侧的QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11 ，投入QF10 （其两侧QS先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电，这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。  2、 一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图(下图)，这种主结线，其一次侧的高压断路器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF11 和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式结线。这种主结线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式结线适用的场合有所不同。如果某台变压器例如T1停电检修或发生故障时，则断开QF11 ，投入QF10 （其两侧QS先合），使两路电源进线又恢复并列运行。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器QF11 、QF12 ，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。3、一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主电路图（见下图） 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  4、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）。六 短路计算  一、短路电流计算的目的及方法 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，首先要绘制计算电路图。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。  接着，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。最后计算短路电流和短路容量。  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（又称相对称单位制法）。  二、本设计采用标幺制法进行短路计算1. 在最小运行方式下：  （1）确定基准值 取 Sd = 100MV·A,UC1 = 60KV,UC2 = 10.5KV 而 Id1 = Sd /3UC1 = 100MV·A/(3×60KV) = 0.96KA Id2 = Sd /3UC2 = 100MV·A/(3×10.5KV) = 505KA   （2） 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值（3）  1）电力系统（Soc = 310MV·A） X1* = 100KVA/310= 0.32 2）架空线路（XO = 0.4/km） X2* = 0.4×4×100/ 10.52= 1.52 3）电力变压器（UK% = 7.5）X3* = UK%Sd/100SN = 7.5×100×103/(100×5700) = 1.32 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)求k-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*(K-1)= X1*X2*= 0.32+1.52= 1.84 三相短路电流周期分量有效值 IK-1(3) = Id1/X*(K-1)= 0.96/1.84 =0.52 3)其他三相短路电流 I"(3) = I(3) = Ik-1 (3) = 0.52KA ish(3) = 2.55×0.52KA = 1.33KA Ish(3) = 1.51×0.52 KA= 0.79KA 4)三相短路容量 Sk-1(3) = Sd/X*(k-1) =100MVA/1.84=54.3(4)求k-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*(K-2) = X1*X2*X3*/ X4* =0.32+1.52+1.32/2=2.5 2)三相短路电流周期分量有效值 IK-2(3) = Id2/X*(K-2) = 505KA/2.5 = 202KA 3)其他三相短路电流 I"(3) = I(3) = Ik-23) = 202KA ish(3) = 1.84×202KA =372KA Ish(3) =1.09×202KA = 220KA4)三相短路容量 Sk-2(3) = Sd/X*(k-1) = 100MVA/2.5 = 40MV·A 在最大运行方式下： (1)确定基准值取 Sd = 1000MV·A,UC1 =60KV,UC2 = 10.5KV 而 Id1 = Sd /3UC1 = 1000MV·A/(3×60KV) =9.6 Id2 = Sd /3UC2 = 1000MV·A/(3×10.5KV) = 55KA（1）确定基准值 取 Sd = 1000MV·A,UC1 =60KV,UC2 = 10.5KV 而 Id1 = Sd /3UC1 = 1000MV·A/(3×60KV) =9.6 Id2 = Sd /3UC2 = 1000MV·A/(3×10.5KV) = 55KA（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 = 1338MV·A）X1*= 1000/1338= 0.75 2）架空线路（XO = 0.4/km） X2* = 0.4×4×1000/602 =0.45 3）电力变压器（UK% = 4.5） X3* = X4* = UK%Sd/100SN = 7.5×1000×103/(100×5700) = 13.2 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)求k-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* = 0.75+0.45= 1.2 2)三相短路电流周期分量有效值 IK-1(3) = Id1/ X*(K-1)= 9.6KA/1.2 = 8KA 3)其他三相短路电流 I"(3) = I(3) = Ik-1(3) = 8KA ish(3) = 2.55×8KA = 20.4KA Ish(3) = 1.51×X*(K-1)8KA = 12.1KA 4)三相短路容量 Sk-1(3) = Sd/X*(k-1)= 1000/1.2 = 833MVA (4)求k-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 K 1)总电抗标幺值 X*(K-2) = X1*X2*X3*X4* = 0.750.4513.2/2 = 7.8 2)三相短路电流周期分量有效值 IK-2(3) = Id2/X*(K-2) = 55KA/7.8 = 7.05KA3)其他三相短路电流 I"(3) = I(3) = Ik-2（3） = 7.05KA ish(3) = 2.55×7.05KA =17.98KA Ish(3) = 1.51×7.05KA = 10.65KA 4)三相短路容量 Sk-2(3) = Sd/X*(k-2) = 1000/7.05= 141.8MV·A三.短路电流计算结果：  1.最大运行方式 三相短路电流/kA三相短路容量/MVAIIk-188820.412.1833k-27.057.057.0517.9810.65141.82最小运行方式三相短路电流/kA三相短路容量/MVAIIk-10.520.520.521.330.7954.3k-220220220237222040 参考文献1 苏文成主编. 工厂供电. 北京： 机械工业出版社， 1999