工厂供电方案设计书

1、工厂供电课程设计设计题目：专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间：目录冃 言3一、负荷计算和无功功率计算及补偿，,，4二、 变电所位置和形式的选择6三、变电所主变压器台数的选择6四、 变电所主接线方案的选择,7五、 短路电流的计算8六、变电所一次设备的选择与校验,10七、 变电所继电保护的设计及整定，,，,15八、 防雷和接地装置的确定18九、 心得和体会19 十、参考文献20附录：（一）东江轧钢降压变电所主接线电气原理图（二）东江轧钢降压变电所电气设备明细表.言本课程设计为东江轧钢降压变电所电气设计。在设计中，为了使论文的思路更加清晰，结构更加紧凑，我们采 取了先叙述理论，然后介绍设计的思路

2、及结果的总体结构。 后者包括 相关的计算、设计、设备的选择及校验。我们知道，课程设计是教学过程中的一个重要环节， 通过课程设 计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法。 通过解决 各种实际问题，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，为今后的工作奠定基础。本设计可分以下几个部分：负荷计算和无功功率计算及补偿； 变 电所位置和形式的选择；变电所主变压器台数和容量及主接线方案的 选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；变电所二次 回路方案选择及继电保护的整定； 防雷和接地装置的

3、确定；心得和体 会；附参考文献。由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地 方，敬请老师、同学批评指正！（一）负荷计算和无功功率计算1.1基本理论及计算公式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。在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算， 并将照明和动 力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。主要计算公式有：有功功率：Ro _巳Ke无功功率：J -视在功率:肝船計踰计算电流：-3 ¥城1.2各车间的计算结果东江轧钢厂各车间负荷计算结果如下表: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COS $tan $

4、P30/kwQ30/kw1原料仓库动力2100.30.651.176373.71照明50.610302燃料车间动力1500.60.80.759067.5照明50.810403办公楼动力450.40.651.171821.06照明120.7108.404冶炼车间动力3600.50.651.17180210.6照明80.9107.205制坯车间动力2400.650.80.75156117照明80.8106.406热轧车间动力4500.60.80.75270202.5照明150.8101207机修车间动力2600.350.71.029192.82照明70.8105.608冷轧车间动力3800.50.

5、651.17190222.3照明100.810809成品仓库动力800.40.80.753224照明90.8107.2010生活区照明2100.650.90.48136.565.52总计1288.31097.01表一：东江轧钢厂负荷计算结果13总负荷的计算取全厂的同时系数为：K5 =0.95 , K =0.97，则全厂的计算负荷为:10P30 = 0.95二 p30（i）= 0.95* 1288.3 = 1223.9kw110Q30 =0.97、q30=0.97*1097.01 =1064.01kvar=1&01 30=.1223.921064.012 =1621.74kV A-621

6、.74 =2464.05A3*0.383*0.381.4无功功率补偿由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为:这时低压侧的功率因数为：cos0.7551621.74为使高压侧的功率因数一 0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，取：cos 0.95。要使低压侧的功率因数由0.755提高到0.95,则低压侧需装设的并联电容器容量为：Qc = 1223.9 (tan arccos 0.755 - tan arccos 0.95) k var = 660.7 k var取:Qc =660 k var则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：S；0(2.-.-'1223.92(1064

7、.01- 660)2 = 1288.89cV A1288.89kV A计电流l 130(2)1958.32AJ3938kV变压器的功率损耗为：R 0.015S30(2) = 0.015 1188.89kV A = 17.83kWQ 0.06S'30(2) =0.06 1188.89kV71.33kvar变电所高压侧的计算负荷为：P0=1223.9kW + 17.83kW=1241.74kWQ30(1) = (1064.01-660)k var 71.33k var = 475.34k varS30=1241.74" 475.342kV A=1329.61kV AI30(1)1

8、329.61kV A3 6kV= 127.95A补偿后的功率因数为： 满足（大于0.90）的要求。1.5年耗电量的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：Wp='卩30年无功电能耗电量：W = - q3o结合本厂的情况，年负荷利用小时数 T为5200h，取年平均有功负荷系数:一 0.75，年平均无功负荷系数 亠0.79。由此可得本厂：年无功耗电量：6wq .-. =0.79 1064.01kvar 5200h = 4.37 10 kW h-o年有功耗电量:Wp /0.75 1223.9kW 5200h=4.77 kW h ；（二）变电所位置和形式的选择

9、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6kV公共电源干线架空进线（中间有电缆接入变电 所）；一路引自邻厂高压联络线。变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定， 根据变 电所位置和形式的选择规定及 GB50053- 1994的规定，结合本厂 的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。（三）变电所主变压器台数和容量的选择3.1变电所主变压器台数的选择变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条 件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节 性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要 负荷的供电安全可靠，故选择两台主

10、变压器。3.2变电所主变压器容量选择。每台变压器的容量Snt应同时满足以下 两个条件：1） 任一台变压器单独运行时，宜满足：Snt =（0.6 0.7） &2） 任一台变压器单独运行时，应满足：Snt-S3O（11O），即满足全部一、 二级负荷需求。由于本厂负荷属于二三级负荷，故选择一台变压 器能够满足要求，且从经济方面考虑，选择一台更好。因此这台 变压器的容量可有以下计算得到：Snt=（o.6o.7）x 1329.6仁（797.77930.73 ） kv*A又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为25 C ）,所选变压器的实际容量：Snt实=（1 -0.08） Snt =920KVA也满

11、足使用要求，同时又考虑到未来510年的负荷发展，初步取SNT=1000kV A。考虑到安全性变压器型号额定容量/kV A额定电压/kV联结组型号损耗/kW空载电流1。短路阻抗Uk%高压低压空载负载SC3-1000/1010010.0.Dy n12.47.41.36054155和可靠性的问题，确定变压器为 SC3系列箱型干式变压器。型号:SC3-1000/10，其主要技术指如下表所示：（附：参考尺寸（mm）:长：1760宽：1025高：1655重量（kg）:3410）（四）变电所主接线方案的选择方案I :高、低压侧均采用单母线分段。优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回

12、路，用两个电路供 电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母 线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电； 当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方 向均衡扩建。方案H :单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点， 在检修断路器时不至中断对用户供电。 缺点：常用于大型电厂和变电 中枢，投资咼。方案皿：高压采用单母线、低压单母线分段。优点：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。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变 电所仍需停电。以上三种方案均能满足

13、主接线要求，采用三方案时虽经济性最 佳，但是其可靠性相比其他两方案差； 采用方案二需要的断路器数量 多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要 求又较经济，故本次设计选用方案I 。根据所选的接线方式，画出主接线图，如下：参见附图一变电所高压电气主接线图。（五）短路电流的计算5.1短路电流计算的目的及方法短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短 路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编 号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验 的电气元件有最

14、大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经 的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路 化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源， 而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即 可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。 短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺 制法（又称相对单位制法）。5.2短路电流的计算图（一）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

15、流和短路容量。本设计采用标幺制法进行短路电流的计算。确定基准值：取 Sd =100MV A，Uc1 =10.5kV，Uc2=0.4kV所以：= 5.500kASd100MV Ad1 3Uc1 3 10.5kV= 144.000kASd100MV A一 3UC2 一 3 0.4kV计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗）1）电力系统的电抗标么值：X* =00MV A =0.167600MV A2）因电线的型号是LGJ-240：查手册得，因此：X* =0.132（/km） 5km 100MV A = 0.60（10.5cV）23）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器

16、的技术参数得5% =6，因此：*X3叽 Sj100 Snt6 100MV A100 1000kV A-6.000可绘得短路等效电路图如图（二）所示计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容 量1）总电抗标么值:XD =X1 X2 = 0.167 0.6 = 0.7672）三相短路电流周期分量有效值：送丄二型竺=7.173Xy（k 书0.7673）其他三相短路电流:iS? = 2.55 7.17 kA 二 18.28 kA1黑=1.51x7.17 kA = 10.83kA4)三相短路容量：Sk?匚 二 100MV A 二 130.39 mv AX&_1)0.767计算k-2

17、点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1）总电抗标么值：= X1 X2 X3 = 0.1670.66 二 6.7672）三相短路电流周期分量有效值：1-总=需=21.沁3）其他三相短路电流：iS3）=1.32 21.28kA=39.12kA|S3)=1.0921.28 kA =23.20 kA三相短路容量：Sd100MV A S< _214.78MV AXg2)6.767这样，短路电流的计算就完成了。（六）变电所一次设备的选择与校验6.1导线机截面选择的基本理论为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，对导线和电缆截面进行选择时必须满足下列条件：发热条件导线和电缆（包括母线）

18、在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产 生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的 高压线路，可不进行电压损耗校验。经济电流密度35KV及以上的高压线路及电压在 35KV以下但距离长电流大的 线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择， 以使线路的年费用 支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年 费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则 选择。机械强度导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对 于电缆，

19、不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应 校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要 求。根据设计经验，一般对高压线路，常按经济电流密度选择，用其 他三种方法校验。对10KV及以下高压线路及低压动力线路， 通常先 按发热条件来选择截面，再由电压损耗和机械强度校验。对低压架空 线路，常按长时允许电流选择，其余校验。对低压照明线路，因其对 电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择， 再发热条 件和机械强度进行校验。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。高压一次设备选取原则：根据以上负荷计算和短路电流计算选择

20、高低 压一次设备。选取母线型号：TMY-3 （ 50 4）; TMY-3 （80 10）+1 （ 60 6）6.2变电所高压一次设备的选择根据轧钢厂所在地区的外界环境及以上电流的计算，初选设备:高压断路器：ZN6-10冋压熔断器：RN2-10/0.5 -50电流互感器：LZZQB6-10-0.5-200/5电压互感器：JDZJ-10接地开关：JN-3-10/25绝缘子型号：ZA-10Y抗弯强度：Fai _3.75kN （户内支柱绝缘子）从高压配电柜引出的 6kV三芯电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电 缆，型号：YJV-3 50，无钢铠护套，缆芯最高工作温度90 C。6.3变电所高压一次设备的校验根据

21、高压一次设备的选择校验项目和条件，在据电压、电流、 断流能力选择设备的基础上，对所选的高压侧设备进行必需的动稳定 校验和热稳定度校验。6.3.1 .设备的动稳定校验1）高压电器动稳定度校验校验条件：i十由以上短路电流计算得iS3）= 18.28kA ; lS3）= 10.83kA。并查找所选设备的数据资料比较得：高压断路器ZN6-10 imax=50kA -18.28kA，满足条件；电流互感器LZZQB6-10-0.5-200/5爲=79从 _ 10.83kA，满足条件;JN-3-10/25 接地开关im a=X63 kA _ 18.28kA，满足条件。2) 绝缘子动稳定度校验校验条件：Fa,

22、Fc 母线采用平放在绝缘子上的方式，贝S：Fc(3) = f 3ish(3)2 10一 N / A 2(其中 a=200mm; i =900mm)。a所以：Fc二.3(18.28kA)2 鸟9 10= N / A2-260.44N 乞 3.75kN 满足要求。 0.2m3) 母线的动稳定校验校验条件：；爲- TMY 母线材料的最大允许应力6i=140MPa。10kV母线的短路电流is3)=1O.83kA ； i!3)=18.28kA三相短路时所受的最大电动力：Fc=.3(18.28kA)20 9m7210 N / A =260.44N0.2m母线的弯曲力矩：Fi M二：260.441 

23、6;.9m-23.44N m1010母线的截面系数：W2h(0.05m)20.004m6 31.67 10 m66母线在三相短路时的计算应力:-c :M23.44N m6 3 =14.04MPaW 1.67 10 m可得，；al =140MPa ；c = 14.04MPa，满足动稳定性要求。6.3.2.高压设备的热稳定性校验1) 高压电器热稳定性校验I2、 2校验条件：-丄味查阅产品资料：高压断路器：It=31.5kA,t=4s;电流互感器：it =44.5kA ,t=1s ;接地开关：lt =25kA,t=4s。取t,m t op t oC0. 7 0.仁0，s8I(3)=7.17kA，将数

24、据代入上式，经计算以上电器均满足热稳定性要求。2）高压母线热稳定性校验校验条件：A _码山=I（3）-竺查产品资料，得铜母线的CC=171 A 仝，取 tma = 0.75S。mm母线的截面：A=50 4mm2 =200mm2允许的最小截面：Amin=7.17kAv0"75S36.32mm2mm从而，A 一 Amin，该母线满足热稳定性要求。3）高压电缆的热稳定性校验校验条件：A入=I（3）半允许的最小截面：J0.75 s2Amin =7.17 kA二 36.32 mmJ s171 A2mm所选电缆YJV-3 50的截面A=50 mm2从而，人一凡山，该电缆满足热稳定性要求。（七）变

25、电所继电保护的设计及整定继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比 较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬 时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置， 装设在变电所高压母线上，动作于信号。继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装 置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接 线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。 型号都采用GL-25/10。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同 时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大

26、大降 低。此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采 用相关断路器实现三段保护。7.1变压器继电保护变电所内装有一台10/0.4KV1000KV*A的变压器。低压母线侧三 相短路电流为，牡鸿L 3邈!脸高压侧继电保护用电流互感器的变比为 200/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整 定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。a）过电流保护动作电流的整定：Kyi - 1.3,Kre = 0.8, Kw =1， Kj = 200/ 5 = 40ILmax =2 2I1NT =4 1000kV A/（一3 10kV） = 230.95A13X1故其动作电

27、流：Iop230.95A=9.38A0.8 汇40动作电流整定为9A。b）过电流保护动作时限的整定由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。c）电流速断保护速断电流倍数整定取 Krel =1.5, Ikma 21.28kA 0.40KV /10kV =851.2 A，故其速断电流为：Iqb 二 1. 851.2 A = 31.92 Aq 40因此速断电流倍数整定为：7.2变压器的瓦斯保护瓦斯保护，又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故 障的一种基本的保护装置。按 GB50062 92规定，800KV?A及以上 的一般油浸式变压器和400KV?A

28、及以上的车间内油浸式变压器，均 应装设瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油 枕之间的联通管上。为了使油箱内产生的气体能够顺畅地通过气体继 电器排往油枕，变压器安装应取1%1.5%的倾斜度；而变压器在制 造时，联通管对油箱顶盖也有 2%4%的倾斜度。当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢 升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面 下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力 矩而降落。这时上触点接通而接通信号回路，发出音响和灯光信号， 这称之为“轻瓦斯动作”。当变压器油箱内部发生严重故障时， 由故障产生的气体很多

29、，带 动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。这大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。这时下触点接通 跳闸回路（通过中间继电器），同时发出音响和灯光信号（通过信号 继电器），这称之为“重瓦斯动作”。如果变压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽。 先是继电器的上油杯下降，发出报警信号，接着继电器内的下油杯下降, 使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。（八）防雷和接地装置的确定8.1防雷基本理论8.1.1.架空线路的防雷措施1）架设避雷线 这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在 66KV 及以上的架空线路上才沿全线装设。35KV的架空线路上，一般只在 进出变配电所的一段线

30、路上装设。 而10KV及以下的线路上一般不装 设避雷线。2）提高线路本身的绝缘水平 在架空线路上，可采用木横担、瓷横 担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架 空线路防雷的基本措施。3） 利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线由于310KV的线路 是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间 隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起 线路断路器跳闸。4）装设自动重合闸装置 线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD ,使断路器经0

31、.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃， 从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。5 ）个别绝缘薄弱地点加装避雷器对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属 杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。变配电所的防雷措施1）装设避雷针 室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果 变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电 所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。2）高压侧装设避雷器 这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波 沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。 为此要 求避雷器应尽量靠近主变压器安装。避

32、雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在 一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线 是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设 阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。3）低压侧装设避雷器这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线 路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保 护间隙。8. 2防雷装置的确定直击雷的防治根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直 击雷保护装置。在进线段的1km长度内进行直击雷保护。防直击雷 的常用设备为避雷针。

33、所选用的避雷器：接闪器采用直径10mm的圆-21-总21页钢；引下线采用直径6mm的圆钢；接地体采用三根2.5m长的50mm 50mm 5mn的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。822雷电侵入波保护由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。对 变电所来说，雷电侵入波保护利用阀式避雷器以及与阀式避雷器相配 合的进线保护段；为了其内部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。8.3接地基本理论电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专 门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直 接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础 等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体， 称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在 故障情况下要通过接地故障电流。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用 接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干 线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接 地网连接。8.4接地装置的确定接地装置为接地线和接地体的组合，结合本厂实际条件选择接地 装置：交流电器