供用电工程课程设计.

1、供用电工程课程设计通用机器厂供用电设计院、部:电气与信息工程学院学生姓名：扌旨导教师：桂友超专 业：电气工程及其自动化班级：电气本1104班学号：11401240430课程设计任务书主要内容：对中小型工厂的供配电系统进行设计，采用 10kV 供电电源，在金工车间东侧 1020m处有一座10kV配电所，先用1km的架空线路，后改为电缆线路至本厂变电 所，将 610kV 的高压降为一般低压用电设备所需的电压，然后由低压配电线路 将电能分送给各用电设备。其它各项设计，均应根据本厂用电负荷的实际情况， 并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求进行 设计。参考资料：1 刘介才.

2、 工厂供电 M 北京：机械工业出版社， 2003.44-482 王健明，苏文成供电技术 M 西安：电子工业出版社，20043 何仰赞，温增银电力系统分析 M 武汉：华中科技大学出版社， 20044 张桂香机电类专业毕业设计指南 M 北京：机械工业出版社， 20055 江文，许慧中供配电技术 M 北京：机械工业出版社，2003目录1设计要求 12工厂负荷计算及配电系统的确定 12.1工厂实际情况的介绍 12.2工厂负荷计算和无功补偿计算 32.3主要车间配电系统的确定 53电气设备选择与电器校验 73.1主要电气设备的选择 73.2电器校验 84继电保护系统的设计 124.1继电保护的选择、整定

3、及计算 124.2防雷与接地 125变电所平面布置设计及设计图样 135.1变配电所平面布置设计 135.2设计图样 14结论15参考文献 161设计要求（1）根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工 厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置 与型式。（2）确定变电所主变压器的台数与容量、类型。（3）选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线。（4）确定二次回路方案。（5）选择整定继电保护装置。（6）确定防雷和接地装置。（7）绘制设计图样。2工厂负荷计算及配电系统的确定2.1工厂实际情况的介绍1. 本次设计的机器厂厂区平面布置如图2.1所示冷作

4、车间金工车间仓库北装配车间 测图2.1通用机器厂长区平面图2. 各车间负荷情况见表2-1 o表2-1各车间负荷表车间P/kWQ /kvar最大电动机/kW冷作10011030装配809022仓库20207.5户外照明20153. 金工车间设备平面布置如图2.2所示4. 供电电源。在金工车间东侧1020m处有一座10kV配电所，先用1km的架空线路，后改 为电缆线路至本厂变电所，其出口断路器是 SN10 10H型，此断路器配备有定 时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1s。5气象资料。年平均气温为23.2C，年最低气温为2 C,年最热月平均气温为346Cnp11 12f

5、11 * 23.27 12S 7.125 7 125 苗9S4 I;图2.2金工车间设备平面布置图6地质资料。本厂所在地区平均海拔450m。土壤电阻率为100欧姆咪7.金工车间设备明细见表2-2。表2-2金工车间设备明细表序号设备名称设备容量/kW台数/台1 3 36 13 36车床7+0.125142325 32344铳床10+2.815 21 35摇臂钻4.5+1.7+0.6+0.12536 7 41 42铳床7+2.848 9铳床7+1.7210砂轮机3.2111 12砂轮机1217 18磨床7+1.7+0.5219磨床10+2.8+1.5120 38磨床10+2.8+0.5222 37

6、车床10+0.125226 27磨床14+1+0.6+0.15230车床20+0.15131摇臂钻10+0.5139 40龙门刨75+4.5+1.7+1.7+1+1+0.5243 44 45铳床7+1.7346镗床6.5+2.8147铳床7+2.8148桥式起重机11+5+5+2.2149 50桥式起重机16+5+5+3.52全厂照明密度为：12W/m.m2.2工厂负荷计算和无功补偿计算根据工艺设计提供的各厂房电力负荷清单，全厂都是三级负荷。按需要系数 法分别计算出各厂房及全厂的计算负荷。注意，用电设备的总容量Pe值不含备用设备容量。2.2.1金工车间负荷计算1 金属切削机床组设备容量Pe=

7、(7.125X 14+12.8+6.925X 3+9.8X 4+8.7X 2+3.2+1 X 2+9.2X 2+14.3+13.3 X 2+10.125X 2+15.75X 2+63+38.7+20.15+10.5+85.4X 2+8.7X 3+9.3+9.8) kW =653.525kW对于大批生产的金属冷加工机床电动机，其需要系数：Kd=0.180.25 取0.25 cos =0.5, tan =1.73有功计算负荷：Pa0=Kd P e= (0.25X653.525) kW=163.38kW无功计算负荷：Q30 = P 30tan = (163.38X 1.73) kVA=282.65k

8、VA2. 桥式起重机容量Pe=PN= (23.2+29.5X 2) kW=82.2kW对于锅炉房和机加、机修、装配等类车间的吊车，其需要系数：Kd=0.10.15 (取 0.15)，tan*=1.73,co =0.5有功计算负荷：P30=KdPe= (0.15X 82.2) kW=12.33kW无功计算负荷：Q30= P 30tan = (12.33X 1.73) kVA=21.33kVA3. 金工车间照明车间面积：60 X 24=1440 (m2 )设备容量：Pe= (12X 1440) W=17280W=17.28kW对于生产厂房及办公室、阅览室、实验室照明，其需要系数：Kd=0.8 1取

9、1 ，ta n =0,cos =1.0 (tan 和cos的值均为白炽灯照明数据) 有功计算负荷：P30=Kd P e= (1X 17.28) kW=17.28kW无功计算负荷：Q30 = P 30tan = (17.28X 0) kVA=0 kVA 2.2.2全厂总负荷1 变压器低压侧：有功计算负荷：P30 2 =0.957 P30=0.95X( 163.38+12.33+17.28+100+80+20+20 kW=392.34kW无功计算负荷：Q30 2 =0.977 Q30=0.97X( 282.65+21.33+110+90+20+15 kVA =522.81kVA视在计算负荷：S30

10、 2 = . 392.342 522.812 kVA=653.65kVA功率因数：cos 2=P3o2 /Q302 =392.34/653.65=0.6SL7型变压器属于低损耗电力变压器，其功率损耗可按简化公式计算。有功损耗：Pt : 0.015S302 = (0.015X 653.65) kW=9.81kW无功损耗： Qt 0.06S302 = (0.06X 653.65) kVA=39.22kVA2 变压器高压侧：有功计算负荷：P301 = P302 + R= (392.34+9.81) kW=402.15kW无功计算负荷：Q301 =Q 30 2 + ：Qt= (522.81+39.22

11、) kVA=562.03kVA视在计算负荷：S301 402.152 562.03 kVA=691.09kVA功率因数：cos /Pq /S301 =402.15/691.09=0.583.无功功率的补偿。由于要求工厂变电所高压侧的功率因数不得低于0.9,而目前只有0.58,因此,需进行无功功率的补偿。提高功率因数的方法分为改善自然功率因数和安装人工补偿装置两种。安装 人工补偿装置的方法既简单见效又快，因此，这里采用在低压母线装设电容屏的 方法来提高功率因数5。考虑到变压器无功功率补偿损耗远大于有功功率损耗。 一般“Qt=( 4-5) : Pt,因此在低压补偿时，低压侧补偿后的功率略高于0.9

12、，这里 取cos=0.92。而补偿前低压侧的功率因数只有0.6,由此可得低压电容屏的容量为：Qc= P 302 (tan -tan )=392.34 tan arccos0.6tan arccos0.92 ：kVA=355.76kVA取 QC=360kVA。4 补偿后变压器容量和功率因数：补偿后变电所低压侧的视在计算负荷：S30(2 = J392.342 +(522.81-360$ kVA=424.78kVA主变压器的功率损耗：.R ： 0.015S30 2 二 0.015 424.78 kW=6.37kWQt ： 0.06S30 2 二 0.06 424.78 kVA = 25.49kVA变

13、压器高压侧的计算负荷：有功计算负荷：P301 = 392.34 6.37 kW 二 398.7kW无功计算负荷：Q301 = 522.81 -360 25.49 kVA =188.3kVA视在计算负荷：S301 = . 398.7 _188.32 kVA=440.9kVA功率因数：cos =P 301 / S301 =398.7/440.94 = 0.904功率因数满足要求。计算电流：l301S301 /、3Un =440.94kVA/ .3 10 k 25.46A全厂变电所负荷计算如表2-3所示。2.3主要车间配电系统的确定工厂的低压配电线路有放射式、树干式和环行三种基本结线方式。放射式结线

14、的特点是：其引出线发生故障是互不影响，供电可靠性较高，而 且便于装设自动装置。但有色金属消耗量较多，采用的开关设备也较多。放射式 结线方式多用于设备容量大或供电可靠性要求较高的设备供电。而树干式结线的 特点正好与放射式结线相反。很适于供电给容量较小而分布较均匀的用电设备。 环行结线供电可靠性较高，但其保护装置及整定配合比较复杂 。因此，根据金工 车间的具体情况，本系统采用放射式和树干式组合的结线方式，能满足生产要求。表2-3全厂变电所负荷计算表设备名称台数/台Pe/kWKdCOStanP30/kWQ 30 /kVAS30 /kVA金工车间冷 加工机床117654.530.250.51.7316

15、3.38282.65起重机382.20.150.51.7312.3321.33车间照明17.2811017.280小计120192.99303.98冷作车间100110装配车间8090仓库2020户外照明2015小计220235变电所低压负荷取K 迟p=0.95K 送q =0.97392.34522.81653.65补偿电容-360补偿后低压负荷392.34162.81424.78配电设计方案1如图2.3所示。配电设计方案2如图2.4所示 方案比较：1 方案1和方案2对金工车间的供电都是可行且都能达到目的。2 方案1和方案2中，方案1中的干线和方案2中的干线 是同样的。对功率较大的靠近变电所的

16、设备采用放射性供电，放射式线路之间互 不影响，因此供电可靠性较高。3 方案1中的干线跨过20多米把设备10、11、12连接，电能损耗大，金 属损耗多，这样既不经济，供电也不可靠 。而方案2中，设备19由一干线树 干式供电，能减少线路的有色金属消耗量，采用的高压开关数量少，投资少，能 弥补以上的缺点。图2.3金工车间配电方案1图2.4金工车间配电方案 24方案1中的干线供电范围中，包括功率较大的设备 30和29。由于其他 设备功率小，这样起动电流大，供电不可靠。方案 2中干线只对13 21、31只 对小功率的设备供电，功率平衡，供电可靠性相对提高。大功率设备30、29直接采用放射式供电。5 方案

17、1中，三台桥式起重机用同一干线，采用树干式供电，若有一台起重机出故障，则三台起重机均不能使用，供电可靠性极差。而对于方案2中，用干线10、11对起重设备49、50和48供电，若一台起重机出故障，至少还有一台 起重机可工作。这样，供电可靠性就提高了。6.方案2中的干线把22 27、3238及1012的设备采用树干式供电， 减少电能损耗，减短导线长度。从经济上看，节省开支，且不影响供电可靠性。结论：经以上比较，从经济性、供电可靠性两方面考虑，方案2比方案1好。因此采用方案2对金工车间供电。3电气设备选择与电器校验3.1主要电气设备的选择3.1.1变压器的选择对于SL7-630kVA变压器，考虑本地

18、年平均气温为 23.2 T，即年平均气温不等 于20E，则变压器的实际容量应计入一个温度校正系数 K8。对室内变压器，其 实际容量为(日魯-20 1(23.2-20、St =KQn = 0.92 $Sn= 0.92 严630kVA = 559.44kVA 100 丿 100 丿559.44kVA大于424.78kVA，因此，变压器的选择满足要求。3.1.2低压补偿柜的选择本系统拟采用无功功率自动补偿屏，装在变电所低压母线侧集中补偿。选用总电容容量为360kVA。电容屏型号选：PGJ12 一台，PGJ13三台。 3.1.3低压配电屏的选择根据前面所确定的车间配电系统及多路额定电流，本设计选用固定

19、式低压配 电屏PGL2型，因为该厂为三级负荷，选用PGL2型即可满足要求。若要更可靠， 则可选用抽屉式GCK或多米诺。3.1.4高压开关柜的选择本次设计中，确定用630kVA的变压器把10kV的高压降到动力设备所需要的 电压0.4kV。若有重要负荷，可靠性要求较高，则可选用手车式开关柜，如JYN、KYN。本厂都是动力设备，无重要负荷，因此，变电所可采用固定式开关柜。这 里选用GG 1A( F) -03，此柜装有GN1910型隔离开关1个，隔离高压电流， 以保证其他电气设备的安全检修。SN10-10H /630500型少油断路器1个10，可 以通断线路正常的负荷电流，也可以进行短路保护。GG 1

20、A ( F) -03除备有以上两种开关外，还有LQJ10型电流互感器2个，分别接仪表和继电器，以满足 测量和保护的不同要求。3.2电器校验3.2.1高压电器的校验高压一次设备的选择，必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作 的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。选择好高压开关柜和柜内的高压设备后，可对选用的电器设备进行校验。1.短路电流的计算要校验高压电器，必须先对线路进行短路计算。0 221D)rvwx0.38QO.002Qzwv旷于厂厂、12?_ 43.2xlO-*Q 5.5xlOQ 232105 0.0144Q/0rwvxrwvsfvvvifrr!图3.2短路

21、等效电路图(1) 求k 1点的三相短路电流和短路容量(U ci=10.5kV)；1) 计算短路电路中各元件的电抗和总电抗：电力系统的电抗：XuCi/Soc =10.52 /5001 =0221 J式中Uc1-短路点的短路计算电压，单位为kV；Soc-系统出口断路器的断流容量，单位为MVA。根据题目给出的出口断路器型号SN10-10II，查相关手册或样本可得。架空线路的电抗：X=0.38/km，又已知L=1km,因此X2=X0L=0.38 1门=0.38 门电缆线路的电抗：X0=0.08/km，又已知L1=0.02km，因此 X3=X0L1=0.08 0.02门=0.0016门计算总电抗：X、心

22、=X1+X2+X3=(0.221+0.38+0.0016)门=0.603 12) 计算k 1点的三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值：I k34 = U d/、3X、* =10.5/(、. 3 0.603)kA=10.06kA三相次暂态短路电流和短路稳态电流：I ；0=| 皐_1)=1 tl=10.06A三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：i s： k=2.251；： =2.25 10.06kA = 25.65kAIs：k=1.51I ；： = 1.51 10.06kA=15.19A三相短路容量：Sk3j WUjIk：3 10.5kV 10.06kA = 182.96MV

23、A(2) 求k 2点的三相短路电流和短路容量(Uc2=0.4kV)；1)计算短路电流时各元件的电抗及总电抗电力系统的电抗：X ； =Uf2/Soc =0.42/500寫=3.2 10叫】架空线路的电抗： X 2 = X0l Uc2/Uc1 =0.38 10.4/10.5 i；寫=5.5 10斗电缆线路的电抗：22八6小_X 3 = X0I (Uc2/Uc1 ) =0.080.02 汇(0.4/10.5 ) 0 =2.32汇10 0电力变压器的电：u K % =4.5 %则X4=UK/100uCz/Sn?二竺 竺 k；r -0.0000114k； - 0.0114100630总电抗：X、2 =X

24、1 X2 X3 X4=(3.2 10,5.5 10鼻 2.32 101.14 10,)=0.012302）计算k2点的三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值:I k3才Uc2/ 、3Xv 2 =0.4/ .3 0.0123 kA=18.82kA三相次暂态短路电流和短路稳态电流：Ik； I ：； z = I 畳 18.82 kA三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：三相短路容量：i )= 1.841；)= 1.848.82kA = 34.63kAI Shh)= 1.091；)= 1.098.82kA = 20.51kAS k3-?3Uc2Ik3J0.4kA 18.82kA=13

25、.04MVA计算结果见表3-14表3-14短路计算表短路计算短路电流/kA短路容量 /MVAI）I”(3)戌）iS3Jk-110.0610.0610.0625.6515.19182.962高压开关柜中高压电器的校验对所选用的高压电器，按各类高压电器的校验项目和条件分别进行校验1）GN1910/400隔离开关的校验见表。表 3-15 GN19 10/400 校验表序号装置地点及电气条件GN19 10T/400结果项目数据项目数据1Us/kV10UN/kV10合格2130/ A25.46I N / A400合格GN19 10型隔离开关的U N、丨max、I 2t的值可查相关手册或产品样本。2）SN

26、10-10II/630500型少油断路器的校验见表。表 3-16 SN10 10 n /630 校验器序号装置地点及电气条件SN10- 10n /630 500 结果项目数据项目数据1U S/kV10Un/汐10合格21 30 / A25.461 N / A630合格3iSh/kA15.19I max/ kA40合格3) LQJ 10型电流互感器的校验见表 3-17。LQJ10电流互感器的Un与I n值可查相关手册或产品样本。表3-17 LQJ 10校验表序号装置地点及电气条件LQJ 10结果项目数据项目数据1U/kV10U/kV10合格2I30/A25.461 N / A30合格3.2.2低

27、压开关柜中低压电器的校验HD131000型刀开关的校验见表 318。HD131000型刀开关的Un、In I max、l2t的值可查相关手册或产品样本。表 3-18 HD131000 校验表序号装置地点及电气条件HD 131000结果项目数据项目数据1u S/kV0.4U N/kV0.4合格21 30/A645.41 n/A1000合格31 S；/kA34.63I max/ kA60合格41 Sima/(kA2Ls)218.82乂1.01 it/(kA2Ls)230 =10-3x50Is丄亠 一_|斗上2具体山 供电邪 门配置SL763010/0.4kV YyOLMY-3(8OxlOMOx4o

28、V 1Qi XV o V nvPGJ2JPGL2T6PGL2-34PGL2-J4PGL2-36PGL2-05图5.1变电所主结线电路图2变电所平面布置图平面布置图如图5.2所示,lQWl3500j:4000用00r 1G80 25I6G80 -rtA9X1000(9000)3,.1000,I匚二匚工二二匚工二二ILTO、,900rd24002320图5.2变电所平面布置图3变电所A A剖面图变电所A A剖面图如图5.3所示图5.3变电所A-A剖面图1-低压开关柜 2-电缆支架3-电缆头支架 4-电缆头5-高压母线支架6-低压母线支架7-电力变压器6结论1 变电所应靠近负荷中心并且要尽量使进出线方便，同时也要考虑到扩建时 更换大一级容量变压器的可能，所以本文可确定变电所的位置在金工车间的西南 角，且在大路旁，这样便于变压器的运行、检修和运输，而且变压器投入运行时 线路损耗最小。2 由于本厂年均温度过高，变压器应放在室内，10kV室内变压器的安装，应 用附设式电力变压器室布置，并采用窄面推进式布置。3.经研究储油柜侧向外为宜，这样便于带电巡视。4 进线方式应是高压电缆进线