机械厂电气系统设计

1、前 言工厂供电是指工厂所需电能的供应和分配。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。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

2、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。以下以红星机械厂电气系统设计为例，简要说明一下整个系统从电源线路进厂起到高低压用电设备进线终止的整个电路系统，从各个方面考虑，做到以下要求：（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目录第1章设计要求11.工厂负荷情况：11. 2供电电源情况11. 3有关情况1第2章负荷计算和无功功率计算及补偿32.1负荷计算 ：32

3、.2无功功率的补偿及变压器的选择82.2.1无功补偿计算82.2.2补偿后的变压器容量及功率因数82.2.3变压器的选择92.2.4变压器的校验9第3章变电所位置和型式的选择103.1根据变配电所位置选择一般原则：103.2变电所方案103.2.1 变电所主接线方案的选择和比较11第4章 短路电流的计算134.1 绘制计算电路134.2 确定短路计算基准值134.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值134.3.1电力系统134.3.2架空线路134.3.3电力变压器144.4 k-1点（10.5kv侧）的相关计算144.4.1总电抗标幺值144.4.2 三相短路电流周期分量有效值144.4.3

4、 其他短路电流144.4.4 三相短路容量154.5 k-2点（0.4kv侧）的相关计算154.5.1总电抗标幺值154.5.2三相短路电流周期分量有效值154.5.3 其他短路电流154.5.4三相短路容量15第5章变电所一次设备的选择校验165.1 10kv侧一次设备的选择校验165.1.1按工作电压选则165.1.2按工作电流选择165.1.3按断流能力选择165.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验165.2 380v侧一次设备的选择校验185.3 高低压母线的选择18第6章变压所进出线与邻近单位联络线的选择196.110kv高压进线和引入电缆的选择196.1.110kv

5、高压进线的选择校验196.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验196.2热处理车间380低压出线的选择206.2.1车间线路选择206.2.2生活区线路选择206.3作为备用电源的高压联络线的选择校验206.3.1按发热条件选择216.3.2校验电压损耗216.3.3短路热稳定校验21第7章变电所二次回路方案选择237.1变电所二次回路的选择23第8章降压变电所的防雷268.1变电所的防雷保护268.1.1直接防雷保护268.1.2雷电侵入波的防护26第9章设计总结27参考文献28附录2930红星机械厂电气系统设计第1章设计要求1.工厂负荷情况：本厂车间为两班制，年最大负荷利用小

6、时为4800小时，日最大负荷持续时间为6小时，该厂除铸造车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。工厂负荷统计如下厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kw需要系数功率因数1铸造车间动力3150.40.752铁铆车间动力2700.30.73金工1车间动力2750.40.754金工2车间动力2100.40.75工具车间动力2200.30.76氧气车间动力2000.30.87热处理车间动力3150.40.88装配车间动力2850.30.79机修车间动力2320.30.7510锅炉房动力750.30.711仓库动力340.40.712生活用电照明1500.71.0表1-1 红星机械厂负荷统计资料1.

7、2供电电源情况按照工厂与供电协议，本厂由3公里处取得10kv电源进线，干线首端断路器断流容量为500mva，此断路器配备有定时限过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1.7s，为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由2公里处邻近单位取得备用电源。1. 3有关情况本厂所在地区的年最高气温为41度，年平均气温为23度，年最低气温为 - 8度，年最热月平均最高气温为30度，年最热月平均气温为26度，土壤温度25度，年雷暴日为20。本厂所在地区平均海拔500米，底层以砂粘土为主。第2章负荷计算和无功功率计算及补偿2.1负荷计算 ：负荷计算的方法有需要系数法、二项式等几种，本设计采

8、用需要系数法确定。主要计算公式有：有功功率： 无功功率:视在功率: 计算电流:注:由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取 ，总的有功计算负荷为 ： 总的无功计算负荷为： 总的视在计算负荷为： 总的计算电流为 ： 根据要求及负荷计算公式，分别计算各车间的,然后列出表格。1铸造车间动力: 查表1得，2.铁铆车间动力：查表1得,3. 金工1车间:动力：查表1得，4.金工2车间：动力：查表1得，5.工具车间：动力：查表1得，6.氧气车间：动力：查表1得，7.热处理车间：动力：查表1得，8.装配车间:动力：查表1得，9机修车间：动力：查表1得，10.锅炉房：动力：查表1得，11.仓库：动力：查表1得，1

9、2.生活用电：照明：查表1得，此工厂照明属于单相用电设备,动力属于三相用电设备,但是照明的容量不超过动力总容量的15%,所以单相设备综合按三相负荷平衡计算.则所有厂房总的计算负荷：取 通过以上计算得到以下得负荷汇总表2-1负荷计算表编号名称类别设备容量/kw需要系数costan计算负荷/kw/kvar/kva/a1铸造车间动力315040750.88126110.881682602铁铆车间动力27003071.028182.62115.711763金工1车间动力275040750.8811096.8146.672204金工2车间动力21004071.028485.681201825工具车间动力

10、22003071.026667.3294.291436氧气车间动力20003080.756445751147热处理车间动力31504080.7512694.5157352408装配车间动力28503071.0285.587.21122.141869机修车间动力232030750.8869.661.24892.814110锅炉房动力7503071.0222.522.9532.1448.811仓库动力340.40.71.0213.613.87219.4293012生活区照明1500.71.00105010527.56总计动力2431844.2768.08照明150计入=0.95, =0.970.7

11、7901.74745.0371169.7017772.2无功功率的补偿及变压器的选择电力变压器得功率损耗：有功损耗： 无功损耗：注意： 以上二式中为变压器二次侧的视在计算负荷。并联电容器得容量： 并联电容器的个数：2.2.1无功补偿计算按规定，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与0.90，取。又要使低压侧功率因数又0.77提高到0.92，需装设的并联电容器得容量 查工厂供电附录表4，选用bkmj0.4-25-3的电容器，其参数为额定容量为25kvar，额定电容为500uf.电容个数故取2.2.2

12、补偿后的变压器容量及功率因数补偿后的低压侧的视在计算负荷为考虑无功补偿后最终确定变压器：选用型号为s9-1250/10的变压器，其额定容量为1250kva。2.2.3变压器的选择因工厂得总计算视在功率kva，查附录表5，选用型号为s9-1250/10得变压器，其参数为：额定容量为1250kva,高压10kv，空载损耗为1950w,负载损耗为12kw，空载电流（%）为0.6，阻抗电压（%）为4.5。2.2.4变压器的校验变压器的功率损耗为： 变压器高压侧得计算负荷为: 补偿后的功率因数为：这一功率因数满足要求。第3章变电所位置和型式的选择3.1根据变配电所位置选择一般原则：1 尽量靠近负荷中心；

13、2 进出线方便；3 靠近电源侧；4设备运输方便；5 不应设在有剧烈震动或高温的场所；6 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；7 不宜设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；8 不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方；9不应设在地势较洼和可能积水的场所。综合考虑，变电所的型式为：采用独立变电所。建在厂内一侧，有高、低压配电室、值班室及变压器室。值班室有分别通往高、低压配电室的门，且朝值班室开；变压器室的门朝外开，室内设通风窗，进风窗设在变压器室前门的下方，出风窗设在变压器室的上方;高压配电室设不能开启的自然采光窗，窗台距室外地坪1

14、.8，低压配电室设能开启地自然采光窗。3.2变电所方案有原始材料知，该厂除铸造车间、锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷，综合考虑变配电所位置的选择原则，根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：a)装设一台变压器 型号为s9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1250 kva=1169.708 kva，即选一台s9-1250/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。b)装设两台变压器型号为s9型，而每台变压器容量根据式（3-1）、（3-2）选择，即1169.708 kva=（701.

15、82818.796）kva（3-1）=(168+32.143) kva=200.143kva （3-2）即选两台s9-800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。3.2.1 变电所主接线方案的选择和比较由于此厂的二级负荷只有二个车间其余车间均为三级负荷，因此选用一个主变压器可以满足供电需要，考虑经济造价问题选两台主变压器的造价要比选用一台主变压器的高很多；考虑供电可靠性方面两台主变压器要比一台要好，但是可以再选用一台主变压器的情况下加设临近的高低压联络线来解决问题，这样选用一台主变压器就比选用两台的要合理，此处选用一台主变压器。主变压器的联

16、结组为yyn0 。 图3-1两台主变压器接线图 图3-2 一台主变压器接线图第4章 短路电流的计算4.1 绘制计算电路 sn10-10i=500mvak-1k-23km10.5kvs9-12500.4kv(3)(1)系统图4-1 短路计算电路4.2 确定短路计算基准值设基准容量=100mva，基准电压=1.05，为短路计算电压，即高压侧=10.5kv，低压侧=0.4kv，则 （4-1） （4-2）4.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值4.3.1电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量=500mva，故=100mva/500mva=0.2 （4-3）4.3.2架空线路查附录表6得线路电抗，而线

17、路长3km，故 （4-4）4.3.3电力变压器查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故=3.6 （4-5）式中，为变压器的额定容量。因此绘制短路计算等效电路如图4-2所示。k-1k-2图4-2 短路计算等效电路4.4 k-1点（10.5kv侧）的相关计算4.4.1总电抗标幺值=0.2+0.98=1.18 （4-6）4.4.2 三相短路电流周期分量有效值 （4-7）4.4.3 其他短路电流 （4-8） （4-9） （4-10）4.4.4 三相短路容量 （4-11）4.5 k-2点（0.4kv侧）的相关计算4.5.1总电抗标幺值=0.2+0.98+3.6=4.78 （4-12）4.5.2三相短路电

18、流周期分量有效值 （4-13）4.5.3 其他短路电流 （4-14） （4-15） （4-16）4.5.4三相短路容量 （4-17）表4-1短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/mvak-1 4.674.674.6711.97.0584.75k-230.130.130.155.428.820.9第5章变电所一次设备的选择校验5.1 10kv侧一次设备的选择校验5.1.1按工作电压选则 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kv， =11.5kv，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kv，穿墙套管额定电压=1

19、1.5kv，熔断器额定电压=12kv。5.1.2按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即5.1.3按断流能力选择设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或；对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。5.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b)热稳定校验条件 如表5-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。表5-1 10kv一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳

20、定度其它装置地点条件参数数据10kv72.265a()4.67ka11.9ka一次设备型号规格额定参数高压少油断路器sn10-10i/630qf110kv630ka16ka40 ka高压隔离开关-10/200qs1-qs710kv200a-25.5 ka二负荷 0.6高压熔断器rn2-10fu1 fu210kv0.5a50 ka-电压互感器jdj-10tv110/0.1kv-电压互感器jdzj-10tv2-电流互感器lqj-10tv210kv100/5a-=31.8 ka=81避雷器fs4-1010kv-5.2 380v侧一次设备的选择校验同样，做出380v侧一次设备的选择校验，如表5-2所示

21、，所选数据均满足要求。 表5-2 380v一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其它装置地点条件参数-数据380v总1777a30.1ka54.4ka-一次设备型号规格额定参数-低压断路器dw15-1500/3dqf2380v1500a40ka-低压断路器dw15-630qf5380v630a（大于）30ka(一般)-低压断路器dw15-200qf6380v200a（大于）35ka-低压刀开关hd13-1500/30qk1-qk3380v1500a-电流互感器lmzj1-0.5ta5500v1500/5a-电流互感器lmz1-0.5ta6 ta7500v100/5a1

22、60/5a-5.3 高低压母线的选择查表得到，10kv母线选lmy-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380v母线选lmy-3（12010）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。 第6章变压所进出线与邻近单位联络线的选择6.110kv高压进线和引入电缆的选择6.1.110kv高压进线的选择校验采用lgj型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kv公用干线。a).按发热条件选择：由=72.626a及室外环境温度30，查附表19得，初选lgj-70,其30c时的=206,满足发热条件。b).校验机械强度：查附录表14得，非居民区最小允许截面积=16，而lg

23、j-70满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。6.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用yjl22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。a)按发热条件选择：由=72.626a及土壤环境25，查附表19得，初选缆线芯截面为50的交联电缆，其=125a,满足发热条件。b)校验热稳定度：按式，a为电缆截面积，单位为；为满足热路稳定条件的最小截面积，单位为；c为材料热稳定系数；为一次侧 电缆的电流，单位为a；短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=4670，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时0.2s，

24、c=84，把这些数据代入公式中得，满足发热条件。 b）校验电压损耗：选择变电所至热处理车间的导线截面积, 而查附录表19得到185的铝芯电缆的=0.21 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又7号厂房的=126kw, =94.5 kvar，故线路电压损耗为,满足发热条件。2）校验机械强度：查附录表15可得，最小允许截面积amin=10，因此blx-1000-14不满足机械强度要求。因此选用blx-1000-110。因此决定采用四回blx-1000-110的三相橡皮绝缘线对生活区供电。6.3作为备用电源的高压联络线的选择校验采用yjl2210000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆,直接埋地敷设,与

25、相距约2km的临近单位变配电所的10kv母线相连。6.3.1按发热条件选择 工厂二级负荷容量共200.143kva，最热月土壤平均温度为25。初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其满足要求。6.3.2校验电压损耗 查附录表19得缆芯为25的铝（缆芯温度按80计），而二级负荷的,，线路长度按2km计，因此 由此可见满足要求电压损耗5%的要求。6.3.3短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10kv的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行。以上所选变电所进出线和如表 6-1所示。联

26、络线的导线和电缆型号规格表6-1进出线联络线的导线和电缆型号规格线 路 名 称导线或电缆的型号规格10kv电源进线lgj-70铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆yjl22-10000-3 50型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）380v低压出线至1号厂房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）至2号厂房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）至3号厂房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）至4号厂房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）至5号厂房vlv-500-3185+195的四

27、芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）至6号厂房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）至7号厂房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）至8号厂房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）至9号厂房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）至10号厂房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）至11号厂房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆（直埋）至12号生活区四回blx-1000-110的铝芯橡皮绝缘三相线明敷与临近单位10kv联络线yjl

28、2210000-325型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆（直埋）第7章变电所二次回路方案选择7.1变电所二次回路的选择a)高压断路器的操作机构控制与信号回路断路器采用手动操动机构。b)变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。c)变电所的测量和绝缘监察回路变电所高压侧装有电压互感器避雷器柜。其中电压互感器为3个jdzj10型，组成的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察。作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表。高压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表，