工厂供电机械制造厂供配电设计x

1、 前 言 众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。 电能既易于由其它形式的能量转换而来， 又易于转换为其它形式的能量以供应用； 电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。 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

2、产过程自动化。 从另一方面来说，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。 工厂供电工作要很好地为工业生产务， 切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求： （ 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

3、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消耗量。 此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 叮叮小文库 目 录 前 言 一、设计任务 . 3 题目 2：机械制造厂供配电设计 .1.1 生产任务及车间组成 .1.2 设计依据 .1.3 工厂的自然条件 .二、负荷统计计算及无功功率补偿.2.1 负荷计算 . 5 2.1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式 . 5 2.1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式 . 6 2.2 无功

4、功率补及变压器的选择 . 8 2.2.1 补偿前的变压器容量和功率因数 . 8 2.2.2 无功补偿容量 . 8 2.2.3 补偿后的变压器容量和功率因数 .三、变电所位置的选择和形式的选择. 9 四、变压器及主接线的选择 . 4.1 变压器的选择 . 4.2 主接线选择 . 11 五、短路电流计算 . 5.1 架空线的选择 . 5.2 确定短路基准容量 . 5.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 . 5.4 k-1 点（ 10.5kV 侧）的相关计算 . 5.5 k-2 点（ 0.4kV 侧）的相关计算 . 六、变电所一次设备的选择校验. 6.1 10kV 侧一次设备的选择校验 . 15

5、6.1.1 高压断路器和隔离开关的选择 . 15 6.1.2 高压熔断器的选择校验 . 16 6.1.3 高压隔离开关的选择校验 . 16 6.1.4 电流互感器的选择校验 . 17 6.1.5 电压互感器的选择校验 . 18 6.1.6 避雷器的选择 . 18 七、变电所线路选择 . 7.1 10kV 母线选择 . 7.2 10kV 高压进线的选择校验 . 19 7.3 高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 . 19 八、心得体会 . 21 参考文献 . 22 - 2 叮叮小文库 一、设计任务 题目 2：机械制造厂供配电设计 1.1 生产任务及车间组成 工厂负荷情况：本厂多数车间为两班制

6、，年最大负荷利用小时为 4800h，日最大负荷持续时间 8h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其 余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为 380V。照明及家用电器均为单相，额定电压为 220V。本厂的负荷统计资料如表 1 所示。 1.2 设计依据 1.2.1 设计总平面布置图 1.2.2 全厂各车间负荷计算表如下： XX 机械厂总平面图（比例 1：4000）附表 1 XX 机械厂负荷统计资料 厂房编号 用电单位名称 负荷 设备容量 /kw 需要系数 功率因数 （N+i ） 性质 N 为学号个位数 - 3 叮叮小文库 4 铸造车间 动力 445 0.35 0.70 照明

7、50 0.7 1.5 锻压车间 动力 270 0.2 0.65 照明 90 0.8 1.6 金工车间 动力 445 0.2 0.50 照明 60 0.7 1.7 工具车间 动力 260 0.3 0.60 照明 50 0.9 1.8 电镀车间 动力 260 0.4 0.80 照明 65 0.9 1.9 热处理车间 动力 410 0.4 0.50 照明 70 0.75 1.10 装配车间 动力 285 0.35 0.65 照明 50 0.7 1.1 机修车间 动力 1300 0.2 0.60 照明 29 0.75 1.2 仓库 动力 80 0.2 0.60 照明 6 0.7 1.3 原料库 动力

8、50 0.3 0.60 照明 6 0.7 1.11 宿舍住宅区 310 户，每户 自查 0.85 按平均 4KW计 算。 厂房编号说明： N 为学生分配编号， N+i 10，编号取 N+i( 计算后的阿拉伯数字 ) ；N+ i 10 ，编号取 N+ i -10( 计算后的阿拉伯数字 ) 1.2.3 供用电协议 工厂与电业部门所签订的供电协议主要内容如下： （1）工厂电源从电业部门某 220/35/10 千伏变电所，用 10 千伏双回路架空 线引入本厂，其中一个作为工作电源， 另一个作为备用电源， 两个电源并列运行， 该变电所距厂东侧 8 公里。 - 4 叮叮小文库 （2）供电系统短路技术数据

9、附表 3 区域变电所 35 千伏母线短路数据如下： 系统运行方式 短路容量 说明 最大运行方式 （ ） kmax =600MV A S 3 最小运行方式 S（ 3） kmin =275MV A 1.3 工厂的自然条件 1.3.1 气象条件 （1）最热月平均最高温度为 30； （2）土壤中 0.7-1 米深处一年最热月平均温度为 25； （3）年雷暴日为 31 天； （4）土壤冻结深度为 1.10 米； （5）夏季主导风向为南风。 1.3.2 地质及水文条件 根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以沙质粘 土为主，地质条件较好，地下水位为 2.8-5.3 米。地耐压力为 20

10、 吨/平方米。 二、负荷统计计算及无功功率补偿 2.1 负荷计算 2.1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式 a) 有功功率计算负荷（单位 kW） P30 K d Pe ， K d 为需要系数 b) 无功计算负荷（单位为 kvar ） Q30 P30 tan c) 视在计算负荷（单位为 kV ? A ） - 5 S30 叮叮小文库 P30 cos d) 计算电流（单位为 A） I 30 S30 ， U n 为用电设备的额定电压（单位为 kV） 3U n 2.1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式 a) 有功计算负荷（单位为 kW） P30 K p P30?i式中 P30?i 是所有设备组有功计

11、算负荷 P30 之和， K P 是有功负荷同时系 数，对车间干线 K P 取 0.85 0.95 。 b) 无功计算负荷（单位为 kvar ） Q30 K q Q30?i式中 Q30?i 是所有设备组无功计算负荷 Q30 之和， K q 是无功负荷同时系 数，对车间干线 K q 取 0.90 0.97。 c) 视在计算负荷（单位为 kV ? A ） S30 = P302 Q302 d) 计算电流（单位为 A） I 30 = S30 3U N 经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表 2-1 所示 表 2-1 序 计算负车间名称 容量（ kW） 号 P30（kW） Q30（kvar ） S

12、30（kVA） I 30（ A） 动 1300 260 345.8 433.3 656.5 机修车 力 1 间 照 29 21.75 0 21.75 57.1 明 - 6 叮叮小文库 动 80 16 21.28 26.7 40.57 力 2 仓库 照 6 4.2 0 4.2 11.02 明 动 50 15 19.95 25 37.98 力 3 原料库 照 6 4.2 0 4.2 11.02 明 动 445 155.75 158.87 222.5 338.06 铸造车 力 4 间 照 50 35 0 35 91.85 明 动 270 54 63.18 83.08 126.23 锻压车 力 5 间

13、 照 90 72 0 72 188.97 明 动 445 89 154.15 178 128.46 金工车 力 6 间 照 60 42 0 42 110.22 明 动 260 78 103.74 138 209.68 工具车 力 7 间 照 50 45 0 45 118.1 明 动 260 104 78 130 197.52 电镀车 力 8 间 照 65 58.5 0 58.5 153.53 明 动 410 164 283.72 328 137.78 热处理 力 9 车间 照 70 52.5 0 52.5 137.78 明 动 285 99.75 116.71 153.46 233.17 装配

14、车 力 10 间 照 50 35 0 35 91.85 明 11 宿舍住 1240 868 538.16 1021.18 2679.98 宅区 取 12 K p 0.85 1932.6 1643.9 2537.19 3855 总结 K q 0.90 - 7 叮叮小文库 2.2 无功功率补及变压器的选择 2.2.1 补偿前的变压器容量和功率因数 变压器低压侧的视在计算负荷 S30(2) 1932.62 1643.92 2537.19kV ? A 主变压器容量选择条件为 SN ?T S30( 2 ) ，因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为 3150 kV ? A 。 这时变压器低压侧的功率因数

15、为 P30 1932.6 cos ( 2) 0.76 S30 2537.19 2.2.2 无功补偿容量 按规定，变压器高压侧的 cos 0.9 ，考虑到变压器本身得无功功率损耗QT 远大于其有功功率损耗 PT ，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 cos 0.92 。 要使低压侧功率因数有 0.76 提高到 0.92 ，低压侧需装设的并联电容器容量 为 Qc=1932.6(tan arccos0.76-tan arccos0.92)kvar =831kvar 取 Qc=840 kvar 因此查工厂供电附录表 4，选用 BKF0.4-20-1

16、的电容器，其参数为额定 840 14 ，所以选该型号的电 容量为 20Kvar，额定电容为 398uF.电容个数 n 3 20 容器 14 个就可以满足了。 2.2.3 补偿后的变压器容量和功率因数 补偿后的低压侧的视在计算负荷为 S30( 2)1932.62 (1643.9 840) 2 2093kV ? A 因此主变压器容量可改选为 2500 kV ? A 。比补偿前容量减少了 650 kV ? A 。 变压器的功率损耗为 - 8 叮叮小文库 PT 0.01S30(2) 0.01 2093kV ? A 20.93kV ? A QT 0.05S30( 2 ) 0.05 2093k var 1

17、04.65k var 变压器高压侧的计算负荷 P30(1) 1932.6kW 20.93kW 1953.53kW Q30(1 ) (1643.9 840)k var 104.85k var 908.55k var S30(1) 1953.532 908.552 2154.5kV ? A 补偿后的工厂的功率因数为 P30( 1) 1953.53 cos 0.908 S30(1) 2154.5 这一功率因数满足要求。 三、变电所位置的选择和形式的选择 变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩 法来确定。 P1 、 P2 、 P3 P11 分别代表厂房 1、2、3.11 号的

18、功率，设定 P1（1.6， 4.7）、 P2 （ 1.6， 3.1）、 P3 （3.9，5.5）、 P4 （4，3.6）、 P5 （3.1， 1.8）、 P6 （5.9， 4.6）、 P7 （ 5.9，3.1）、 P8 （ 5.4，1.4）、 P9 （8，3）、 P10 （8，1.5）、 P11（ 8，4.6）， 如图 3-1 所示。而工厂的负荷中心假设在 P( x , y ),其中 P= P1 + P2 + P3 + P11 = Pi 。 因此仿照力学中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标： P1 x1 P2 x2 P3 x3 P11 x11 ( Pi xi ) x P2 P3 P Pi

19、P 1 11 P1 y1 P2 y2 P3 y3 P11 y11 (Pi yi ) y P2 P3 P11 Pi P1 把各车间的坐标代入，得到 x =6.09， y =3.92 。由计算结果可知，工厂的负荷中 心在 7 号厂房（工具车间）的北侧。考虑到周围环境及进出线方便，决定在 7 号厂房的北侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。 - 9 6 5 4 3 2 1 0 0 叮叮小文库 按负荷功率矩法确定负荷中心 P1 P3 P2 P1 P6 P11 P3 P4 P P5 P4 P2 P7 P9 P6 P5 P7 P8 P10 P8 P9 P10 2 4 6 8 10 P11 P 图 3-

20、1 按负荷功率矩法确定负荷中心 四、变压器及主接线的选择 4.1 变压器的选择 根据工厂的符合性质和电源情况， 该工厂除铸造车间、 电镀车间属二级负荷外，其余均属三级负荷， 所以应采用两台变压器， 以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。 对于两台变压器来说，每台变压器的容量 SN ?T 应同时满足两个条件： SN?T (0.6 0.7)S30 (0.6 0.7) 2154.5kV ? A (1292.7 1508.15)kV ? A SN ?T S( ) (222.5 35 130 58.5)kV ? A 446kV ? A一次选两台 S9-1600/10 型

21、低损耗配电变压器就可以。如表 4-1 所示。 - 10 叮叮小文库 表 4-1 S9-2500/10 型变压器参数 额定容 额定电压 /kV 联结组 损耗 /W 空载电 阻抗压 型号 量 一次 二次 标 号 空载 负载 流（ %） 降（ %） kV ? A S9-1600/10 1600 10.5 0.4 Yyn0 2400 14500 0.6 4.5 4.2 主接线选择 根据变压器选择为两台 S9-1600/10 型低损耗配电变压器，所以主接线如图 4-2 所示。 图 4-2 主接线图 - 11 叮叮小文库 五、短路电流计算 图 5-1 短路计算 5.1 架空线的选择 5.1.1 选择经济截

22、面 S30 2154.5kV ? A I 30 3 124.4 A 3U n 10kV 查经济电流密度 jec 1.15 A / mm2 ，故 Aec 124.4A 108.2mm2 1.15A / mm2 2 即选 LGJ-120 型钢芯铝线。 选标准截面 120mm, 5.1.2 校验发热条件 查 表 可 知 LGJ-120 的 允 许 载 流 量 （ 环 境 温 度 为 30o C ） I al 357 A I 30 124.4A ，因此满足发热条件。 5.1.3 机械强度校验 查表得 10kV 架空钢芯铝线的最小截面 Amin 25mm2 A 120mm2 ，因此所 选 LGJ-120

23、 型钢芯铝线也满足机械强度要求。 - 12 叮叮小文库 5.2 确定短路基准容量 设基准容量 Sd =100MVA，基准电压 U d =U c =1.05U N ，U c 为短路计算电压， 即高压侧 U d 1 =10.5kV，低压侧 U d 2 =0.4kV，则 Sd 100MVA I d 1 3 5.5kA 3U d1 10.5kV Sd 100MVA I d 2 3 144kA 3U d 2 0.4kV 5.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 5.3.1 电力系统 已知电力系统出口断路器的断流容量 Soc =600MVA，故 X1 100MVA 0.17 5.3.2 600MV架空线路

24、 查 LGJ-120 的线路电抗 X o 0.37 / km ，线路全长 8km，故 X 2 xol Sd 0.37 8 100MVA 2.7 U n2 10.52 kV 5.3.3 电力变压器 查表得变压器的短路电压百分值 U k % =6，故 U k % Sd 6 100MVA X 3 100 2.8 100SN 1600kVA 式中， SN 为变压器的额定容量 因此绘制短路计算等效电路如图 5-2 所示。 - 13 叮叮小文库 图 5-2 短路计算等效电路 5.4 k-1 点（ 10.5kV 侧）的相关计算 5.4.1 总电抗标幺值 X ( k 1) X 1* X 2* 0.17 2.7

25、 2.87 5.4.2 三相短路电流周期分量有效值 I k* 1 I d1 5.5kA 2kA X * (k 1) 2.87 5.4.3 其他短路电流 I (3 ) I ( 3) I k(3)1 2kA i sh(3) 2.55I I sh(3) 1.51I (3 ) (3) 2.552kA 5.1kA 1.51 2kA 3.02kA 5.4.4 三相短路容量 Sk(3)1 Sd 100MVA 34.8MVA X * (k 1) 2.87 5.5 k-2 点（ 0.4kV 侧）的相关计算 5.5.1 总电抗标幺值 X (k 1) X1* X 2* X 3* 0.17 2.7 2.8 4.27

26、5.5.2 三相短路电流周期分量有效值 - 14 叮叮小文库 I k* 2 I d 2 144kA 33.7kA X * (k 2 ) 4.27 5.5.3 其他短路电流 I (3) I (3 ) I k(3)1 33.7kA ish(3 ) 1.84 I (3) 1.84 337kA 62kA I sh(3) 1.09I (3) 1.09 33.7kA 36.7k5.5.4 三相短路容量 Sk( 3)2 Sd 100MVA 23.4MVA X * (k 2) 4.27 以上短路计算结果综合图表 5-1 所示。 表 5-1 短路计算结果 三相短路电流 三相短路容量 /MVA 短路计算点 I k

27、(3) I ( 3) I (3 ) i sh(3) I sh(3) Sk(3) k-1 2 2 2 5.1 3.02 34k-2 33.7 33.7 33.7 62 36.7 23.4 六、变电所一次设备的选择校验 6.1 10kV 侧一次设备的选择校验 6.1.1 高压断路器和隔离开关的选择 如表 6-1 所示，由它可知所选高压断路器和隔离开关均满足要求 表 6-1 高压断路器和隔离开关的选择校验 安装地点的电气条件 所选设备的技术数据 项目 数据 项目 ZN3 10 GN8-10 结论 - 15 叮叮小文库 U N 10kV U N 10kV 10kV I 30 124.4A I N 63

28、0A 200A I k 3 2kA I oc 8kA - ish3 5.1kA i max 20kA 25.5kA I 3 t ima 5.12 (1.1 0.1) 31.2 I t2 t 82 4 256 102 5 500 合格 6.1.2 高压熔断器的选择校验 选 RN2-10型高压熔断器，如表 6-2 。 表 6-2 RN2-10 高压熔断器参数技术参数 型号 额定电压 额定电流 最大开断 开断容量 过电压倍 （ kV） （ A） 电流（ kV） （ MV ? A ） 数 RN2-10 10 0.5 50 1000 2.5 校验 额定电压： U N =10kV 额定电流：熔断器主要用于

29、互感器的一次侧短路保护， 其额定电流不小于它所装 的熔体电流即可。 断流能力： I oc I 3 I k 3 ， I oc 50kA I k 3 2kA ，所以符合要求。 6.1.3 高压隔离开关的选择校验 如表 6-3 所示 表 6-3 高压隔离开关参数 型号 技术参数 - 16 叮叮小文库 额定电压 额定电流（A） 动稳定电流 5s 热稳定电流 （kV） 峰值（ kA） （kA） GN8-10/200 10 200 25.5 10 校验 动稳定校验 I oc 25.5kA I k 3 2kA 热稳定校验 I t2t 102 5 500 I 3 tima 31.2 ，所以符合要求。 6.1.

30、4 电流互感器的选择校验 如表 6-3 所示 表 6-3 电流互感器参数 技术参数 型号 额定电压 额定电流 次级组合 准确级次 1s 热稳定 动 （kV） （A） 倍数 倍数 LQJ-10 10 200 0.5/3 0.5 75 160 校验 动稳定 K es 2I 1Ni sh 160 2 0.2 45.25kA 5.1kA 热稳定 K t I 1N I 3 tima ，tima=1s 75 0.2 15kA 2kA 符合要求。 - 17 叮叮小文库 6.1.5 电压互感器的选择校验 如表 6-4 所示 表 6-4 电压互感器参数 技术参数型号 额定电压（ kV） 试验电压（ kV） 最大

31、容量（ VA） 二次负荷（ VA） JDJ-10 10/0.1 42 640 80 JDJ1-10 10 / 0.1 / 0.1 400 50 3 3 3 电压互感器满足一次侧额定电压 U N =10kV，二次负荷的准确级不低于 0.5 级， 符合要求。 6.1.6 避雷器的选择 如图 6-5 所示 图 6-5 避雷器参数技术参数 型号 工频放电电压有效值 冲击放电 泄 漏额定电压 （kV） 电压峰值 导 电 电 （kV） kV 不大于 不大于 不小于 流（ A ） （kV） FS4-10 10 12.7 26 31 50 5 10kV 级以下的配电系统，电缆终端盒选择 FS 型避雷器，本设计

32、是 10kV 一次 侧，所以选用 FS4-10 型避雷器，符合设计要求。 - 18 叮叮小文库 七、变电所线路选择 7.1 10kV 母线选择 10kV 母线选择 LMY-3（40 4），即母线尺寸为 40mm4mm。 校验：该型母线载流为 480A，大于 10kV 侧计算电流 124.4A。 热稳定校验 : S min 1 Qk 1 2 2 1 .2 10 6 22 .13 mm C 99 实际的导体截面积 : S 40 4 160mm 22.13mm可见实际面积大于热稳定的最小面积，所以满足热稳定要求。 所以符合要求。 7.2 10kV 高压进线的选择校验 7.2.2 按发热条件选择 由

33、I 30 I 其 30时的 I N ?T 124.4 A 及最热月平均最高温度为 30，查表初选 LGJ-12al 357 I 30 ，满足发热条件。 7.2.3 校验机械强度 查表可知，最小允许截面 Amin 25mm2 ，因此 LGJ-120 满足机械强度要求，故改选 LJ-35 。 由于此线路很短，不需要校验电压损耗。 7.3 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铜芯电缆直接埋地敷设。 7.3.1 按发热条件选择 由 I 30 I N ?T 124.4 A 及土壤中 0.7-1 米深处一年最热月平均温度为 25，查 表初选缆芯为 50 mm2 的交联电缆，其 I al 125 I 30