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我的工厂供电附件 1 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 课程设计题目 专 年 业： 级： 学生姓名： 学 号： 导师及职称： 0 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 前言 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 设计任务 3 第一章 负荷计算及功率补偿 4 1、负荷计算的方法 4 2、各用电车间负荷计算结果如下表： 4 3、全厂负荷计算 5 4、功率补偿 5 第二章 变电所主变压器 5 1、 主变压器台数的选择 5 2、 变电所主变压器容量的选择 5 第三章 主结线方案的选择 6 1、方案选择 6 2、方案确定 9 第四章 短路计算 10 1、确定基准值 10 2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 10 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 11 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 11 5、短路电流计算结果： 12 第五章 导线型号及截面的选择 13 1、导体材料的选择 13 2、导线绝缘的选择 13 3、导线截面的选择 13 第六章 高、低压设备的选择 14 1、工厂变电所高压开关柜母线选择 14 2、配电所高压开关柜的选择 14 第七章 变压器的继电保护 14 1、过电流保护 14 3、变压器的过电流保护 15 第八章 防雷与接地 16 3、确定方案 16 结论 17 参考文献： 18 1 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 摘要 供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。电力，是现代工业生产、 民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。没有 电力，就没有国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气 化的基础之上的。因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重 的和深远的影响。故，作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有 十分重要的意义。 供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务， 必须达到以下的基本 要求： （1） 安全在电力的供应、 分配及使用中， 不发生人身事故和设备事故。 （2） 可靠应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。 （3） 优质应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。 （4） 经济应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能 和减少有色金属消耗量。 另外，在供配电工作中，还应合理的处理局部和全局，当前与长远的关系， 即要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，能照顾大局，适应发展。 我们这次的课程计的题目是：某工厂配电工程总体规划方案设计；作为工厂 随着时代进步的推进和未来今年的发展， 工厂的设施建设特别是电力设施将提出 相当大的挑战。因此，我们做供配电设计工作，要作到未雨绸缪。为未来发展提 供足够的空间：这主要表现在电力变压器及一些相当重要的配电线路上，应力求 在满足现有需求的基础上从大选择， 以避免一台变压器或一组变压器刚服役不到 几年又因为容量问题而台而光荣下岗的情况的发生。 关键词：工厂供电 负荷计算 变压器 防雷 2 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 设计任务 1、工厂负荷计算及功率补偿，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 3、工厂总降压变电所主结线设计 4、工厂供、配电系统短路电流计算 5、导线型号及截面的选择 6、变电所高、低压侧设备选择 7、继电保护及二次结线设计 8、变电所防雷装置设计 3 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 第一章 负荷计算及功率补偿 1、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： P30 = PE K d 无功功率: Q30 = P30 tg 视在功率: S30 = P30 /Cos 计算电流: I 30 = S30 / 3 U N 2、各教学楼负荷计算结果如下表： 、 教学楼负荷计算结果如下表： 负荷计算结果如下表 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 车间名称 数控中心 多功能厅 行政楼 行政楼2 试点本科 体育馆 图书馆 阅览室 公寓楼9 公 寓 楼 （10-13） 教 学 楼 （3-4） 教 学 楼 （1-2） 设 备 容量 P30( 千 瓦) 273.85 48.28 0.17 0.12 192.8 47.7 11.14 7.8 6.51 4.56 6.46 4.525 143.9 7.29 27.99 98.3 47.54 25.97 49.73 5.1 19.59 68.84 33.28 18.18 计算负荷 Q30 千 乏) 33.9644 0.6624 28.2896 3.744 2.1888 1.44 28.056 2.448 7.6572 18.5472 变压器台数 S30( 千 及容量 伏安) 59.03 1*100 0.67 1*1 55.46 1*100 8.65 1*10 5.06 1*10 4.75 1*10 57.1 5.66 21.03 71.3 1*100 1*10 1*100 1*100 1*100 1*100 15.4944 36.7 8.2944 19.98 4 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 3、全院负荷计算 、 取 k p = 0.9; k q = 0.95 根据上表可算出： P30i =307.7kW; Q30i = 150.79kvar 则 P30 = k p Q30 = k q P 30 i 30 i = 0.9307.7kW = 276.9kW Q = 0.95150.79kvar = 143.3kvar 1/2 S30 = ( P30( 2) + Q30 ( 2) ) 311.8KVA A I 30 = S30 / 3 U N COS = P30 / Q30 = 276.9/311.8 0.9 4、功率补偿 、 设计中要求COS0.9,而由上面计算可知COS=0.9=0.9， 因此不需要进行无功补偿。 第二章 变电所主变压器 1、 主变压器台数的选择 、 由于学院的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压 器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续 供电，故选两台变压器。 2、 变电所主变压器容量的选择 、 装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件： 任一台单独运行时，ST（0.6-0.7）S30（1） 任一台单独运行时，STS30（） 由于S30（1）= 7932 KVA，因为该厂都是上二级负荷所以按条件2 选变压器。 5 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 ST（0.6-0.7）7932=（4759.25552.4）KVASTS30（） 因此选5700 KVA的变压器二台 第三章 主结线方案的选择 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、方案选择 、 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 下这种主结线，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。这种主结线 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。 6 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 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。 7 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 3、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 8 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 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。 2、方案确定 、 由上面4种分析知道：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） 。 9 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 第四章 短路计算 本设计采用标幺制法进行短路计,下图为电的系统图 本设计采用标幺制法进行短路计 下图为电的系统图 1、确定基准值 、 取 S d = 100MVA, U C1 = 60KV, U C 2 = 10.5KV 而 I d 1 = S d / 3 U C1 = 100MVA/( 3 60KV) = 0.96KA I d 2 = Sd / 3 U C 2 = 100MVA/( 3 10.5KV) = 505KA 2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 、 1）电力系统（ S OC = 310MVA） X 1* = 100KVA/310= 0.32 2）架空线路（XO = 0.4/km） * X 2 = 0.44100/ 10.52= 1.52 3）电力变压器（ U K % = 7.5） * X 3 = U K % S d /100 S N = 7.5100103/(1005700) = 1.32 等效电路图如下图，图上标出个元件的电抗标幺值，并标明短路计算点 10 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 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) = X 1* X 2 = 0.32 +1.52= 1.84 2)三相短路电流周期分量有效值 * I k(3)1 = I d 1 / X ( K ?1) = 0.96/1.84 =0.52 ? 3)其他三相短路电流 ( I ( 3) = I 3) = I k(3)1 = 0.52KA ? 3 i sh = 2.550.52KA = 1.33KA = 1.510.52 KA= 0.79KA 3 I sh 4)三相短路容量 ( * sk3)1 = S d / 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) = * * * X 1* X 2 X 3 / X 4 =0.32+1.52+1.32/2=2.5 2)三相短路电流周期分量有效值 * I k( 3)2 = I d 2 / X ( K ? 2) = 505KA/2.5 = 202KA ? 3)其他三相短路电流 ( I ( 3) = I 3) = I k( 3)2 = 202KA ? 11 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 3 i sh = 1.84202KA =372KA =1.09202KA = 220KA 3 I sh 4)三相短路容量 ( * sk3)2 = S d / X ( K ? 2) = 100MVA/2.5 = 40MVA ? 5、短路电流计算结果： 、短路电流计算结果： 三相短路电流/KA 3 IK 三相短路容量 /MVA I 0.52 202 I3 0.52 202 3 ish 3 I sh s 3 k K-1点 K-2点 0.52 202 1.33 372 0.79 220 54.3 40 12 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 第五章 导线型号及截面的选择 1、导体材料的选择 、 从节能角度，为了减少电能传输时引起的线路上电能损耗，要求减少导体的电流阻抗 则使用铜比铝好。故，本设计中所有导线电缆全部选用铝绞线。 2、导线绝缘的选择 、 交联聚乙烯、绝缘聚氯乙烯护套的电力电缆：其制造工艺简单，没有敷设高差的 限制。重量较轻，弯曲性能好，具有内铠装结构，使铠装不易腐蚀。能耐油和酸 碱性的腐蚀，而且还具有不延燃的特性，可适用于有火灾发生的环境。同时，该 电缆还具有不吸水的特性，适用用于潮湿、积水或水中敷设。 3、导线截面的选择 、 电流通过导线时，要产生电能损耗，使导线发热，若绝缘导线和电缆的温度 过高时，可使绝缘损坏，甚至引起火灾。当裸导线的温度过高时，会使其接头处 的氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化，如此恶性循环，甚至可发展到断 线。因此规定了不同材料和绝缘导线的允许载流量。在这个允许载流量范围内运 行，导线的升温不会超过允许值。选择导线截面使通过相线的电流 Ic 应不超过 导线正常运行时的允许载流量 Ial。 对长距离大电流及 35KV 以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校 验其它条件。架空进线的选择按发热条件选择导线截面 已知 I 30 = 76.33A 由课本表 5-3 查得 jec=1.65，因此 Aec=76.33/1.65=46.26 mm 选择准截面 45 mm 2 2 ，既选 LGJ45 型铝绞线 校验发热条件和机械强度都合格 13 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 第六章 高、低压设备的选择 1、工厂变电所高压开关柜母线选择 、 工厂变电所高压开关柜母线宜采用 LMY 型硬母线 2、配电所高压开关柜的选择 、 高压开关柜有固定式和手车式（移可式）两大类型。 10KV 电源进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择 GG1A-10Q（F）型。 第七章 变压器的继电保护 在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、过负荷保护和瓦斯保护。 1、过电流保护 、 对于由外部相间短路引起的过电流，保护应装于下列各侧： 1） 、对于双线圈变压器，装于主电源侧 2） 、对三线圈变压器，一般装于主电源的保护应带两段时限，以较小的时限断开未装保护 的断路器。当以上方式满足灵敏性要求时，则允许在各侧装设保护。 各侧保护应根据选择性的要求装设方向元件。 3） 、对于供电给分开运行的母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个供 电支路上装设保护。 4） 、除主电源侧外，其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护，而不要求作为变压器 内部故障的后备保护。 5）保护装置对各侧母线的各类短路应具有足够的灵敏性。 、 相邻线路由变压器作远后备时， 一般要求对线路不对称短路具有足够的灵敏性。 相邻线路大量瓦斯时， 一般动作于断开的各 侧断路器。如变压器高采用远后备时，不作具体规定。 6） 、对某些稀有的故障类型（例如110KV 及其以上电力网的三相短路）允许保护装置无 选择性动作。 2、差动保护 、 变压器差动保护动作电流应满足以下三个条件 应躲过变压器差动保护区外出现的最大短路不平衡电流 应躲过变压器的励磁涌流 在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大符合时，差动保护不应动作 14 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 3、变压器的过电流保护 、 1.过电流保护动作电流的整定 IL.max =25700/( 3 60)A = 109.7A 取 Krel = 1.3 , Ki = 150/5 = 30 , KW = 1 , Kre = 0.8 因此 Iop = KrelKWIL.max/(KreKi) = 1.31109.7A/(0.830) =5.94A 故动作电流整定为6A。 2保护动作时间 t t1-t=2-0.5=1.5S 3.变压器过电流保护的灵敏度 Ik.max = 0.8667.021000 10/60= 1037A 则：Sp = KWIk.min/(KiIop) = 11037/(630) = 5.7611.5 满足保护灵敏度的要求 4、变压器的过负荷保护 、变压器的过负荷保护 过负荷保护动作电流的整定 I OP (OL) = 1.3 I1N .T / ki = 1.3104/40A = 3A 动作时间取1015s 15 红河学院电气工程及其自动化 专业：06 电气 第八章 防雷与接地 1、确定接地电阻 、 RE 250V/IE 式中 IE 的计算为 I E = I C = 60(60354)A/350 = 34.3A 综上可知， 此配电所总的接地电阻应为 RE 10 故： RE 350V/34.3A = 10.2 2、单根钢管接地电阻 、 选直径 50mm、长 2.5m 的钢管作接地体查相关资料得土质的 = 100 ?m 单根钢管接地电阻 RE (1) 1