机械零件工厂供配电设计

1、 华北理工大学轻工学院Qing Gong College North China University of Science and Technology供配电技术课程设计报告 设计题目： 机械零件工厂供配电设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 学 院： 指导教师： 2017年6月20日摘 要工厂供电，是指工厂所需的电能的供应与分配，也称工厂配电。本次任务是机械零件加工厂关于负荷等的计算，涉及10KV变电站的主接线设计、变压器以及一系列设备的选择，变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。在经济角度上要考虑周全，尽量

2、以最少的投资获得最佳方案。按照要求选择合适的高低压设备。短路电流计算，对变电站系统中的各个电压等级下的母线发生三相短路时，所流过的短路电流进行了分别计算。电气设备动、热稳定校验，电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备所需要满足的基本条件，即按正常工作条件选择，并按短路状态校验动、热稳定，二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目，主要是电气设备型号及参数的确定，无功补偿方案设计等，使电力系统中变电站的设计变得更加详细。通过本次课程设计，旨在熟悉变电所中供电系统的负荷计算，掌握变电所中二次回路的基本原理，在此基础上对供电系统中的变电所二次接线进行了设计和保护，最后根据机体环境条件对电

3、气设备进行校验，使本次设计的内容更加完善。关键词：工厂 短路电流 负荷计算 无功补偿 二次接线ABSTRACTFactory power is the supply and distribution of the power required by the factory, also known as the distribution of factories .The mission is about load calculation, such as mechanical parts factory, involving 10 kv transformer substation

4、main wiring design and the choice of a series of equipment, substation main electrical wiring design is based on the highest voltage level of substation and the nature of the substation, the choice a and substation match the position and function in the system the connection mode In the economic poi

5、nt of view to consider, as far as possible with minimal investment to obtain the best solutions Asked to choose the appropriate short-circuit current calculation, high and low voltage equipment in substation system under the different voltage grade of busbar three phase short circuit occurs, the flo

6、w through the short circuit current calculation is made.Dynamic thermal stability check of the electrical equipment, electrical equipment selection criteria include two parts: one is the electrical equipment needed to meet the basic conditions, namely the choice according to the normal working condi

7、tions, and according to the state of short circuit check of dynamic thermal stability, the second is based on the characteristics of different electrical equipment selection and calibration of projects, mainly electrical equipment models and determination of parameters for reactive power compensatio

8、n scheme design, etc., make the design of the substation in the power system becomes more detailed.Keywords: factory , short circuit current , load calculation , reactive power compensation , secondary connection目 录摘 要IABSTRACTII目 录III第1章绪论11.1.供配电设计应遵循的原则1第2章负荷计算22.1.负荷分级及供电电源措施22.1.1.工厂电力负荷的级别22.2

9、.参数的计算22.3.车间变电所计算符合确定42.3.1.车间变电所的数量42.3.2.车间变电所的计算负荷4第3章无功功率补偿及变压器的选择63.1.无功补偿装置的选择及补偿后的计算负荷63.1.1.低压侧无功补偿装置的选择63.1.2.无功补偿后车间变电所的计算负荷63.2.车间变电所变压器的选择73.2.1.变电所主变压器容量的选择73.3.变压所所址的选择原则83.4.变电所主变压器的选择83.5.全厂负荷计算93.5.1.车间变电所变压器高压侧负荷计算9第4章 供电系统主接线方案设计114.1.电气主接线的意义及重要性114.2.主要接线方案11第5章短路电流135.1.计算短路电流

10、的目135.2.用标么值法计算短路电流135.2.1.确定基准值135.2.2.供电系统中各主要元件电抗标幺值135.2.3.短路计算点选择145.2.4.三相短路电流计算15结 论18附录1 设计心得及收获（一）201.无功功率补偿及变压器的选择20附录2 设计心得及收获（二）21 第1章 绪论1.1. 供配电设计应遵循的原则供配电设计应根据上级批文的内容，依据建设单位的具体设计要求和工艺设计所提出的具体条件进行，并遵循以下原则：（1）依照方针、执行政策。 按照国家标准GB50052-95供配电系统设计规范, GB50053-9410kv及以下变电所设计规范及GB50054-95低

11、压配电设计规范等规范,进行工厂供电设计.做到"安全,可靠,优质,经济"的基本要求.并处理好局部与全局,当前与长远利益的关系,以便适应今后发展的需要,同时还要注意电能和有色金属的节约等问题. （2）安全第一、合理安排。 应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。（3）近期为主、综合考虑。 应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。（4）全局出发、统筹兼顾。 按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。供配电设计是整个用户设计中

12、的重要组成部分。用户供电设计的质量直接影响到用户的生产及发展。作为从事供配电工作的人员，有必要了解和掌握供配电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。第2章 负荷计算1.2.2.1. 工厂实际情况介绍 1.本次设计的机器厂厂区平面布置如图2.2. 负荷分级及供电电源措施2.2.1. 工厂电力负荷的级别工厂的电力负荷，根据对供电可靠性及中断供电在政治、经济上造成的损失，或影响的程度进行分级负荷可以分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。 一级负荷 符合下列条件之一的，为一级负荷1）中断供电，将造成人身伤亡的负荷；2）中断供电，将在政治、经济上造成重大损失的负荷；3）中断供电，将影响有重大政治、经济意义

13、的用电单位的正常工作的负荷。 在一级负荷中，当中断将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断的负荷，应视为特别重要的负荷。 二、二级负荷 符合下列条件之一的，为二级负荷1）中断供电，将在政治上、经济上造成较大损失的负荷；2）中断供电，将影响重要用电单位的正常工作的负荷。2.3. 参数的计算目前，对工厂的电力负荷计算主要采用三种方法：单位容量法、需要系数法、用系数法。在本设计中采用的是需要系法来进行负荷计算。（一）一组用电设备的计算负荷主要计算公式有：有功计算负荷(单位为KW)： 无功计算负荷（单位为kvar）： 视在计算负荷(单位为kva)：计算电流（单位为A）：式中为用电

14、设备组的需要系数值；为用电设备组的平均功率因数；为功率因数的正切值；为用电设备组的额定电压。（二）多组用电设备的计算负荷 在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数K。 对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取KP=0.8-0.9, KQ =0.85-0.95。由干线负荷直接相加来计算时，可取KP=0.95, KQ =0.97。其计算公式如下： 由此确定编织厂各车间变电所总的电力负荷。以模型车间车间为例计算有功计算负荷Pc、无功计算负荷Qc、视在计算负荷Sc 和计算电流Ic。 P30=Kd*Pe=0.35*250=87.5kW

15、Q30=P30*tan=87.5*1.33=116.4KVar S30=P30/cos=87.5/0.60=145.8KVA I30=S30/3Un=145.8/3*0.38=221.5A由该工厂车间负荷表可确定编织厂各车间变电所电力负荷计算表，分别如下表：编号车间名称设备容量/kW需要系数/Kd功率因数/costanPc/Kw Qc/KVarSc/KVAIc/A1模型车间2500350601.3387.5116.4145.8221.52砂库1200700601.3384112140212.663锻压车间3300350551.52115.5175.6210319.064电镀车间20005008

16、00.7510075125189.95金工车间9560200651.17191223.47293.8446.386机修车间1900200651.173844.558.584.137热处理车间1900600601.33114152190288.618食堂、锅炉房350600601.332127.93553.189仓库150300850.624.52.785.298.0410料场500300601.331519.92537.9811办公区200800800.7516122030.38表2-1 某工厂供配电系统车间负荷计算表2.4. 车间变电所计算符合确定按负荷分布情况确定车间变电所的数量。2.4.

17、1. 车间变电所的数量一般情况下每个车间均单独设立自己变电所，对负荷不大的车间是否设立自己变电所，应视负荷大小与邻近可向其供电的车间的距离而定。（1）负荷容量315 kVA，不论距离远近，均应单独设立变电所；（2）共设变电所情况： 负荷容量在160 kVA以下，从供电点到负荷中心的最大距离不超过300m； 负荷容量在160250 kVA之间，从供电点到负荷中心的最大距离不超过230m； 负荷容量在250315 kVA之间，从供电点到负荷中心的最大距离不超过175m2.4.2. 车间变电所的计算负荷车间变电所的计算负荷视具体情况进行计算。（1）只供一个车间，即是2.1计算结果。（2）供电给多个车

18、间，求和并适当考虑同时系数即可。 按负荷分布情况确定车间变电所的数量：本实验选取4个车间变电所，同时系数选取为：， 以车间变电所1为例，计算如下： 有功计算负荷： P30=Kp*p30.i=0.95*(87.5+84+115.5)=272.65KW无功计算负荷： Q30=KqQ30.i=0.97*(116.4+112+175.6)=391.88KVAR视在计算负荷：=447.4kva计算电流：I30=S30/3*Un=447.21/(3*0.38)=725.33A 功率因素：表2-2：车间变电所负荷计算情况(补偿前)车间变电所所供车间名称 计算负荷cosP30/kWQ30/kvarS30/kv

19、·AI30/A1模型车间0.61272.65391.88447.40 725.33砂库锻造车间2食堂、锅炉房0.6549.458.0076.19115.75料场办公区3电镀车间0.57280.73411.37498.03 756.68金工车间仓库4机修车间0.61152.38 195.07246.37374.32污水处理热处理车间第3章 无功功率补偿及变压器的选择我国供电营业规则规定，除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列要求：100千伏安及以上高压供电的用户功率因数为0.90以上。其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因

20、数为0.85以上。农业用电，功率因数为0.80。用户普遍采用并联电容器作为无功补偿装置。并联电容器无功补偿方式有三种：（1）高压集中补偿。并联电容器装设在变配电所的高压电容器室内，与高压母线相联。（2）低压集中补偿。并联电容器装设在变配电所的低压配电室或低压电容器室内。（3）低压分散补偿。并联电容器装设在低压配电箱旁或与用电设备并联。3.3.1. 无功补偿装置的选择及补偿后的计算负荷3.1.1. 低压侧无功补偿装置的选择低压集中补偿采用是的低压电容器柜，选择的低压补偿柜为GCS系列。补偿的规格序号分为A、B、C三种，最大补偿量分别对应为160kvar、128kvar、96kvar。在变压器低压

21、侧补偿时，要使变电所高压侧功率因数达到0.92以上，考虑到变压器的无功功率损耗远大于有功功率损耗，低压侧补偿后的功率因数应高于0.92，在计算时选取0.95进行计算。3.1.2. 无功补偿后车间变电所的计算负荷用户装设了无功补偿装置以后，则在确定补偿装置装设地点以前的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量，即补偿后总的视在计算负荷注意无功补偿的容量应该为选定并联电容器后实际的补偿容量。在这里以车间变电所1为例进行计算：无功补偿容量：=252.7×（tanarccos0.57tanarccos0.95）kvar=281.01var补偿容量为,故选择GCS中的34号方案中的A和B各一台进行无

22、功补偿。用户装设了无功补偿装置以后，则在确定补偿装置装设地点以前的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量，即总的无功计算负荷.无功补偿后总的视在计算负荷为： = 计算电流为：=400.97A补偿后的功率因素：=252.7/263.91=0.958表3-1车间变电所所供车间名称计算补偿容量Qc实际补偿容量Pc/kwQc/kVarSc/kVAcos1号模型车间砂库锻造车间281.01 288.00 252.7076.11263.910.96 2号食堂、锅炉房料场办公区36.710.00 43.7050.4466.730.65 3号电镀车间金工车间仓库199.89 224.00 289.2874.193

23、07.280.94 4号机修车间污水处理热处理车间145.97 160.00 150.4835.07154.510.97 3.2. 车间变电所变压器的选择电力变压器是供电系统中的关键设备，其主要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、分配和使用，对变电所主接线的形式及其可靠性与经济性有着重要影响。所以，正确合理地选择变压器的类型、台数和容量，是主接线设计中一个主要问题。1.2.3.3.1.3.2.3.2.1. 变电所主变压器容量的选择1）只装一台主变压器的变电所主变压器的容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要. 2）装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量SN.T应同时满足以下两个

24、条件：任一台单独运行时，SN.T（0.60.7）S30任一台单独运行时，SN.TS30（+）3.3. 变压所所址的选择原则变压所所址的选择，应根据以下要求并经技术经济分析比较后确定：（1）尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗，电压损耗和有色金属消耗量。（2）进出线方便，特别是要便于架空进出线。（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）设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装臵的运输。（5）不应设在有剧烈运动或高温的场所，无法避开时，应有防振和隔热的措施。（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧。（7）不应设在厕所、浴室和

25、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，且不宜设在有火灾环境的正上方或正下方。当有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家11 标准GB50058-1992爆炸和火灾环境电力装臵设计规范的规定。（9）不应设在地势低洼和有可能积水的场所。3.4. 变电所主变压器的选择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30SSTN³，TNS为主变压器容量，30S为总的计算负荷。选TNS=1000 KVA>30S=900.00K

26、VA，即选一台S9-1000/10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（4-1）、（4-2）选择，即)7.06.0(TNS907.63KVA=（544.59-635.34）KVA  （4-1）30CSSTN=(131.40+159.47+44.39) KVA=335.26 KVA （4-2）因此可以考虑选两台S9-630/10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。主变压器的联结组均为Dyn1

27、1。13相比于Yyno来说，Dyn11联结有下列优点：（1）对于Dyn11联结变压器来说，其3n次（n为正整数）谐波电流在其三角形接线的一次绕组内形成环流，从而不致注入公共的高压电网中去，这较之一次绕组接成星形接线的Yyn0联结变压器跟有利于抑制高次谐波电流。（2）Dyn11连结变压器的零序阻抗较之Yyn0连结变压器的零序阻抗小得多，从而更有利于低压单相接地短路故障保护的动作和故障的切除。（3）当低压侧接用不平衡负荷时，由于Yyn0联结变压器要求低压中性线电流不超过低压绕组额定电流的25%，因而严重限制了其借用单相负荷的容量，影响了变压器设备能力的发挥。为此，GB50052-1995供配电系统

28、设计规范规定，低压为TN及TT系统时，宜采用Dyn11联结变压器。Dyn11联结变压器的低压侧中性线电流允许达到低压绕组额定电流的75%以上，其承受单相不平衡负荷的能力远比Yyn0联结变压器大。这在现代供配电系统中单相负荷急剧增长的情况下，推广应用Dyn11联结变压器就显得更有必要。 综合考虑以上因素，采用Dyn11联结更有优势3.5. 全厂负荷计算3.5.1. 车间变电所变压器高压侧负荷计算将车间变电所低压侧计算负荷加上变压器的功率损耗，即得变压器高压侧计算负荷，计算式为： 式中，为变压器的有功功率损耗，为变压器的无功功率损耗。下面以整车车间车间变电所1#为例进行计算:式中， ，为

29、变压器的低压侧计算负荷。计算结果列表表3-2车间变电所变压器高压侧的计算负荷（无功补偿后）车间变电所所供车间名称Pc/kwQc/kVarSc/kVAcosIc/A变压器变压器型号PTQT1号模型车间砂库锻造车间255.3489.31270.510.94 15.62400*1S11-M-400/102.64 13.20 2号食堂、锅炉房料场办公区44.3753.6069.330.64 4.01100*1S11-M-100/100.67 3.34 3号电镀车间金工车间仓库292.3589.55305.760.96 17.65400*1S11-M-400/103.07 15.36 4号机修车间污水处

30、理热处理车间152.0342.80157.870.96 9.11250*1S11-M-250/101.55 7.73 2.3.3.1.3.2.3.3.第4章 供电系统主接线方案设计4.4.1. 电气主接线的意义及重要性电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时,为了清晰和方便,通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时,将

31、互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。对一个电厂而言,电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等,从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面,经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。电气主接线应满足以下几点要求：（1）运行的可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性,特别是保证对重要负荷的供电。运行的灵活性：（2）主接线系统应能灵活地适应各种工作情况,特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时,能够通过倒换开关的运行方式,做到

32、调度灵活,不中断向用户的供电。（3）在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下,做到经济合理,尽量减少占地面积,节省投资。4.4.1.。4.2. 主要接线方案由于本设计工作电源由3510kV地区变电站取得，该厂又属于三级负荷，故需有两路进线，高压配电所采用采用单母线分段接线。各车间变电所均需选用一台变压器，故可采用单母线接线方式。 图 1单母线接地方式 第5章 变电所的防雷保护与接地装置的设计4.3. 防雷设备防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称

33、为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。4.4. 防雷措施4.4.1. 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路上装设。而10KV及以下的

34、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0.5s或稍长一点时间后自动重合闸

35、，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。4.4.2. 变电所的防雷保护 一般35KV及以下变、配电所的直击雷需用独立避雷针保护。独立避雷针的设置要求： （1）独立避雷针与被保护物之间应保持一定的距离，以免避雷针上落雷时造成对保护物的反击。避雷针对被保护物不发生反击的最小距离Sa应满足下式的要求：式中，Rsh为独立避雷针的冲击接地电阻；h为独立避雷针校验高度； （2）独立避雷针

36、宜装设独立的接地电阻，工频接地电阻不宜大于10。独立避雷针的接地装置与被保护物的接地间最小允许的距离式中，Se为地中距离，一般不应小于3m。 （3）独立避雷针不宜设在人经常通行的地方。4.5. 设计中采用的防雷及接地系统 配电所防雷分为对直接雷击的防护与对雷电冲击波的的防护.对直接雷击的防护采用避雷针,避雷针由接闪器,引入线及接地装置三部分组成。对雷击冲击波的防护采用避雷器。利用阀型避雷器以及与阀型避雷器相配合的进线保护段作为配电所配电装置,电器设备绝缘不致被沿供电线路传来的雷电冲击波击穿。阀式避雷器型号选择FS4-10GY。变电所防雷要求与配电所基本一致。变电所避雷器型号选择分为高压部 分和低压部分。高压部分选择FS4-10GY型阀式避雷器低压部分选择FS-0.38型低压阀式避雷器。 本设计中配电系统的接地采用TN-C系统，整个系统中的中性线N与保护线PE是合一的，如下图所示，在这种系统中由于电气设备的外壳接到保护中性线PEN上，当一相绝缘损坏与外壳相连，则由该相线，设备外壳，保护中性线形成闭合回路。这时，电流值一般说是比较大的，从而引起保护电器