工厂配电设计

1、. 山 东 理 工 大 学设计题目：某机械厂降压变电所的电气设计学院：电气与电子工程学院班级：自动化0803姓名： 学号：0812104055电气与电子工程学院2011-11-28目录 前言一、 负荷计算和无功功率补偿二、 变电所位置和型式的选择三、 变电所主变压器台数和容量及主接线方案的确定四、 短路电流计算五、 变电所一次设备的选择与校验六、 变电所所址选择及平面布置图七、 变压器继电保护整定计算参考文献前言工厂供电是一门比较实用的课程，很好的掌握这门课程对以后的工作很有帮助。课程设计可以巩固本课程理论知识掌握，还可以使我门对这门课程有一个整体的认识。掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种

2、实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练。本设计根据设计任务书大体可分为理论分析与计算部分、变电所设计部分、电气设计图部分。理论分析与计算部分包括负荷计算、无功功率及补偿计算、短路电流的计算、设备选择及校验计算、配电变压器保护定值计算；变电所设计部分包括变电所位置和形式选择、变电所主接线设计、变电所主变压器台数和容量、变电所一次设备的选择与校验、变电所高、低压线路设计、变电所二次回路设计及继电保护的整定、防雷和接地装置设计；电气设计图包括变电所平面布置图、厂区供电线路规划图、变电所高压配电主

3、接线图、变电所低压配电主接线图、变电所变压器保护二次回路图。由于本人水平有限，设计中错漏难免，敬请老师批评指正！ 一、 负荷计算和无功功率补偿 1、负荷计算（负荷的计算需要系数法、利用系数法、二项式等几种）1）厂区各用电车间的计算负荷，用需要系数法计算公式如下：（3）用电车间负荷计算公式：（4）计算各车间负荷1）铸造车间动力：92kW =107.56kVar; 照明： =7.79kW; =0kVar;2）以上方法计算出各车间的负荷，结果如下表：序号用电名称负荷性质设备容量kW需要系数功率因数计算负荷1铸造车间动力2300.40.6592107.56141.5174照明50.917.790.07

4、.7935.4小计99.79107.56146.82232锻压车间动力3000.30.690120150228照明60.919.350.09.3542.5小计99.35120155.8236.83金工车间动力2400.30.67296120182.3照明60.919.350.09.3542.5小计81.3596125.8191.24工具车间动力2000.40.680106.67133.4202.7照明50.917.790.07.7935.4小计87.79106.67138.2210.05电镀车间动力3200.60.7192256320486.2照明60.919.350.09.3542.5小计2

5、01.35256325.7494.96热处理车间动力1800.60.7108110.18154.3234.4照明50.917.790.07.7935.4小计115.79110.18159.8242.87装配车间动力1200.40.654856.1273.8112.1照明50.917.790.07.7935.4小计57.7956.1280.6122.58机修车间动力1300.30.639526598.8照明40.916.240.06.2428.2小计45.245268.9104.79锅炉房动力800.60.6486480121.5照明20.913.120.03.1214.2小计51.126481

6、.9124.510仓库动力250.30.67.51012.519照明10.911.560.01.567.1小计9.061013.522.311宿舍照明2000.81277.130.0277.13421.1总计动力1125.76978.561580.132393.8照明取；1013.2929.613752089.12、无功功率补偿计算1）、变压器低压侧的视在计算负荷 有计算负荷表知；1125.76kW；978.56kVar;1580.13kVA; 2393.8A2）低压侧功率因数0.713）无功补偿容量为使高压侧的功率因数0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，取： 。要使低压侧的功率

7、因数由0.71提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：746.5kVar取为750 kVar；则补偿后变电所的视在计算负荷为：=1125.76kW228.56kWar1148.7kVA4)变压器的功率损耗 有功损耗：17.23kW 无功损耗：68.92kvar5）变电所高压侧的计算负荷 1142.99kW 297.48kvar 1181.07kVA 1794.45A补偿后的功率因数为：0.970.90, 满足要求。6)年耗电量估算 年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量： 年无功电能耗电量： 综合本厂情况，年负荷利用小时数为4000h，取年平均有功负荷系

8、数为0.72，取年平均无功系数为0.78。由此可得： 年有功耗电量： 年无功耗电量： 三、变电所的位置和形式选择由于本厂有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10kV公共市电架空进线（中间有电缆接入变电所），另一路引自邻厂高压联络线。1、变电所选址的一般原则（1）尽量接近负荷中心，以降低低压配电系统的电能损耗，电压损耗和有色金属消耗量。（2）仅出现方便，特别是要便于架空线进出线。（3）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。（4）设备运行方便，贴别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输(5)不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场合，无法远离时，不宜设在污染源的下

9、风侧。（6）不宜设在有剧烈震动或高温的场所，无法避免时，应有防震和隔热的措施。（7）不宜设在厕所、浴室或其他积水场所的正下方，且不易于上述场所相贴临。（8）不宜设在有爆炸危险的环境中。（9）不宜设在地势低洼和可能积水的场所。2、按负荷功率矩法确定负荷中心综上所述，变电所位置如下图所示某机械厂总平面图四、变电所主变压器的台数和容量 （1）变电所主变压器台数的选择 由主变压器选择的原则：1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所，可考虑采用两台变压器。 综合本厂的情况，考虑到二级负荷的供电安全可靠，故选择两台变压器。 （2）变电所主变压器容

10、量的选择 每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：1) 任一台变压器单独运行时，以满足总计算负荷的大约60%70%的需要，即：=（0.60.7）2) 任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要。即 代入数据可得：=（0.60.7）1181.07=(708.64826.85)由于二级负荷为556.2=556.2因此初步确定每台主变压器容量为800。另外，考虑到本厂的气象资料（年平均气温为），所选变压器的实际容量：也满足使用要求，同时 又考虑到未来510年的负荷发展，初步取=1000。 综上，我们选择的变压器型号为，其主要技术指标如下表：变压器型号额定容量/。额定电压连接组型号损耗/kW

11、空载电流(%)短路阻抗高压低压空载负载1000100.4Dyn11170092001.75备注五、变电所主接线选择 工厂变配电所主接线有以下基本要求：安全，可靠，经济，灵活。装有两台主变压器的小型变电所主接线选择主要有以下三种（1）高压无母线、低压单母线分段的变电所主接线图（图1） 这种主接线的供电可靠性高，当任一主变压器或任一电源进线停电检修或发生故障时，该变电所通过闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电。如果两台主变压器高压侧断路器装设互为备用的备用电源自动投入装置，则任一主变压器高压侧断路器因电源断电（失压）而跳闸时，另一主变压器高压侧的断路器在备用电源自动投入装置作用下自

12、动合闸，恢复整个变电所的供电。这时该变电所可供一二级负荷。（2）高压采用单母线、低压单母线分段的变电所主变压器（图2） 这种主接线适用于装有两台及以上主变压器或具有多路高压出线的变电所，其供电可靠性也较高。任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。但在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍要停电。这时只能供电给三级负荷。如果有与其他变电所相连的高压或低压联络线时，则可供一、二级负荷。（3）高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图（图3） 这种主接线的两段高压母线，在正常时可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任一电源进线停电检修或发生故障时

13、，通过切换操作，均可以迅速恢复整个变电所供电。因此，其供电可靠性相当高，可供一、二级负荷。 以上三种方案均能满足主接线要求，但考虑到主接线安全，可靠，经济，灵活基本要求。采用第二种方案。六、短路电流的计算 本厂的供电系统简图如图（一）所示。采用两路电源供线，一路为距本厂8km的馈电变电站经LGJ-95（额定载流27566.32 A）架空线（系统按电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压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，如图1所示短路点。1、 求k-1点的三相短路电流和短路容量（=10.5kV）

14、 （1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 1）电力系统的电抗：由条件知高压断路器的断流容量为。 因此： 2）架空线路的电抗由表知 ，因此 3）绘k-1点短路的等效电路，如图3-6a所示，图中标出各元件的序号（分子）电抗值（分母），并计算其总电抗为 (2)计算三相短路电流和短路容量 1）三相短路电流在周期分量有效值2）三相短路次暂态电流和稳态电流3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值4）三相短路容量2、求k-2点的短路电流和短路容量（）（1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗1）电力系统的电抗2）架空线路的电抗3）电力变压器的电抗：有附录表5查的，因此4）绘k-2点短路的等效电路图如

15、图所示，计算其总电抗为（2）计算三相短路电流和短路容量 1）三相短路电流在周期分量有效值 2）三相短路次暂态电流和稳态电流3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值4）三相短路容量八、 变电所一次设备的选择与校验1、 变电所高压一次设备的选择一次设备按功能分主要有以下几类：（1）变换设备 电力变压器、电压互感器、电流互感器、变频机。（2）控制设备 高低压开关设备（3）保护设备 熔断器、避雷器（4）补偿设备 电容器（5）成套设备 高压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱。2、变电所高压一次设备的校验 1）设备的动态稳定校验（1）一般电器的动稳定度校验校验条件：由以上短路电流计算得。并查找所

16、选设备的数据资料比较的：高压断路器 ，满足条件；电流互感器 LZZQB6_10-0.5-200/5 ，满足条件； JN-3-10/25接地开关 ，满足条件。（2）绝缘子动态稳定度校验校验条件：（为绝缘子的最大允许负荷，三相短路时作用与绝缘子上的力）母线采用平放在绝缘子上，则：（其中a=200mm;l=900mm）,a为两导体间的轴线距离；l为导体的两相邻支点间距离。所以：3.75kN满足要求。（3）母线的动稳定度校验校验条件： 式中，为母线材料的最大允许应力（Pa），硬铜母线（TMY），=140MPa，硬铝母线（LMY），=70MPa；10kV母线短路电流三相短路时所受的最大电动力：母线的弯曲

17、力度：母线截面系数：母线在三相短路时的计算应力：可得，满足动稳定性要求。2）高压设备的热稳定度校验（1）一般电器的热稳定度校验校验条件： 式中， 为电器的热稳定电流；t为电器的热稳定试验时间。常用高压断路器的和t可查附录表8。高压断路器：=20kA,t=4s;接地开关：=25kA，t=4s。2.01kA，将数据代入上式，经计算以上电器均满足热稳定性要求。（2）高压母线热稳定度校验校验条件：查产品资料，的铜母线的,取=0.75s。母线截面：A=504=200允许的最小截面积：从而，该母线满足热稳定性要求。（3）高压电缆的热稳定度校验校验条件：允许的最小截面积：所选电缆YJV-350的截面A=50

18、 从而，该电缆满足热稳定性要求。3)变电所电压一次设备的选择低压侧采用的也是天津长城电器有限公司生产的GGD2型低压开关柜，所选择的主要低压一次设备参见附图四变电所低压电气主接线图。部分初选设备：低压断路器：NA1 型智能万能断路器、TMS30型塑壳无飞弧智能断路器 低压熔断器：NT系列电压互感器：JDZ1系列电流互感器：LMZJ1 、LMZ1 系列 母线型号： TMY-3（8010）+1（606）绝缘子型号：ZA-6Y抗弯强度：3.75kN（户内支柱绝缘子）另外，无功补偿柜选用2个GCJ1-01型柜子，采用自动补偿，满足补偿要求。4）变电所低压一次设备的校验由于根据低压一次设备的选择校验项目和条件进行的低压一次侧设备选择，不