工厂供电_课程设计

1、物理与电子工程学院课程设计报告课 程 工厂供电 题 目 降压变电所的电气设计 专 业 电气工程及其自动化 学 号 1109040327 姓 名 唐玉春 指 导 教 师 刘刚 学 期 2013-2014-2 目录绪论11、课程设计内容2、原始资料2课程设计内容3课程设计的要求32、负荷计算33、负荷中心的确定8交配电所所址选择的一般原则8负荷中心的确定94、导线的选择105、短路电流计算10标么值法10短路计算过程116、高、低压开关选择及校验13高压电器选择的一般原则13设备的选择和校验计算14设备选择146.3.1 10KV一次设备选择147、保护装置15防雷保护装置15防雷接地设计15过电

2、压接地保护168、设计图纸16总结错误！未定义书签。参考文献错误！未定义书签。致谢错误！未定义书签。附录17绪论工厂供电，即指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电.电能是现代工业生产的主要能源和核心动力。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。在企业工厂里，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

3、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。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。 可见，做好工厂供电工作对于发展工业自动化生产，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服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并确实做好节能环保工作，就必须达到以下基本要求：（1）

4、 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，适应社会的发展。为了保证工厂供电的正常运转，就必须要有一套完整的保护，监视和测量装置。目前多以采用自动装置，将计算机应用到工厂配电控制系统中去。工厂供电设计的一般原则：按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、

5、GB50053-94 10kv及以下设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：(1) 遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。(2) 安全可靠、先进合理；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、考虑发展；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

6、定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。本次课程设计是对工程总降变电所而言。通过课程设计的教学实践活动达到：(1) 巩固“电气部分”课程的理论知识；(2)掌握变电所电气部分的设计基本方法；(3)培养独立分析和解决问题的能力，增强实际工程设计技能。1、课程设计内容1.1、原始资料工厂负荷统计资料 表（1）厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量kW需要系数功率因数1热处理车间动力200照明82装配车间动力200照明73机修车间动力200照明44锅炉房动力80照明25仓库动力50照明2生活区照明2001工厂总平面图，如图（1）所示。2工厂负

7、荷情况：本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为5500h，日最大负荷持续时间为8h。该厂除铸造车间、金工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。 3供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用协议规定，本厂可由附近一条35kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ120导线为等边三角形排列，线距为1m；干线首端（即电力系统的馈电变电电站）距离本厂约10km，该干线首端所装高压断路器1000MVA，此断路器配备有定时限过电流

8、保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为2s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度达100km，电缆线路总长度达80km。4.气象资料 本厂所在地区的年最高气温为36  ，年平均气温为20，年最低气温为-8，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26。当地主导风向为东北风，年雷暴是数为20。5.地质水文资料 本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为1m。6.电费制度：本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制缴纳电费。每月基本

9、电费按主变压器容量为0.5元/动力电费为0.4元/(kW·h),照明（含家电）电费为0.6元/(kW·h)，工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92。课程设计应根据设计任务书，遵循国家标准，执行国家的技术经济政策，做到安全可靠供电，近期为主，考虑发展，统筹兼顾，厉行节约。说明书、设计图：要求文字说明简明扼要，有分析论证、提出问题、解决问题，设计图纸做到内容完整，清晰整齐。2、负荷计算一年按365天计算: P30=KPPN 取KP=0.95,Kq（1）车间一计算负荷：有功计算负荷：P30800=406 kw无功计算负荷：Q30= P30tan=406=4060.43=172.

10、96 kvar视在计算负荷：S30 = KV·A计算电流： I30=由于车间一的功率因数为0.92>0.9，所以不需要再在变压器的低压侧安装电容补偿。因此变压器的容量可以选500 KV·A。型号：S9-500/10由于该车间为二级负荷，故选择该两台变压器。（2）车间二的计算负荷：有功计算负荷：P30200=120 kw无功计算负荷：Q30= P30tan=120=1200.8=96.27 kvar视在计算负荷：S30 = KV·A计算电流： I30=233.75 A按照规定，变电所高压侧的0.9，考虑到变压器本身的无功功率损耗QT远大于其有功功率损耗PT，一

11、半QT =(45) PT ，因此在变压器的低压侧进行无功补偿时，低压侧的功率因数应略高于0.90，这里取=0.92。要使低压侧功率因数由0.78提高到0.92，低压侧需装设的并联电容器容量为：QC=120×(tanacrcos0.78tanacrcos0.92)45.15 kvar取 QC=50 kvar补偿后的变压器容量和功率因数： S30(2)=128.61 KV·A为了长远发展，留有百分之十的裕量。因此变压器的容量可以选160 KV·A。型号：S9-160/10 由于该车间为一级负荷，故选择该两台变压器。变压器的损耗：PT ×S30(2)=1.93

12、 kwQT ×S30(2) =7.72 kw高压侧的计算负荷： P30(1) = P30+PT =120+1.93=121.93 KW Q30(1) = Q30QC+QT =96.2750+7.72=53.99 kvar S30(1) = =133.35 KV·A 补偿后的功率因数： = 这一功率因数满足要求。（3）车间三的计算负荷： 根据车间二的步骤，计算车间三的数据如下：有功计算负荷：P30650=390.32 kw无功计算负荷：Q30= P30tan视在计算负荷：S30 = KV·A计算电流： I30=912.38 A低压侧需装设的并联电容器容量为： QC&

13、#215;(tanacrcos0.65tanacrcos0.92)290 kvar取 QC=320 kvar 时， S30(2)=413.45 KV·A为了长远发展，留有百分之十的裕量。因此变压器的容量可以选500KV·A。型号：S9-500/10 由于该车间为二级负荷，故选择该两台变压器。变压器的损耗：PT ×S30(2)=6.2 kwQT ×S30(2) =24.8 kvar高压侧的计算负荷： P30(1) = P30+PT =396.52 KW Q30(1) = Q30QC+QT =320-160+19.32=161.34 kvar S30(1)

14、= =428.1 KV·A 补偿后的功率因数： =这一功率因数满足要求。（4） 车间四计算负荷： 有功计算负荷：P30450=268.41 kw无功计算负荷：Q30= P30tan0.62=166 kvar视在计算负荷：S30 = KV·A计算电流： I30=低压侧需装设的并联电容器容量为： QC×(tanacrcos0.85tanacrcos0.92)51 kvar取 QC=60 kvar 时， S30(2)=288.71 KV·A为了长远发展，留有百分之十的裕量。因此变压器的容量可以选400KV·A。型号：S9-400/10 由于该车间为一

15、级负荷，故选择该两台变压器。变压器的损耗：PT ×S30(2)=4.33 kwQT ×S30(2) =17.32 kvar高压侧的计算负荷： P30(1) = P30+PT =272.74 KW Q30(1) = Q30QC+QT =166.3560+17.32=123.67 kvar S30(1) = =299.47 KV·A 补偿后的功率因数： =这一功率因数满足要求。（5）生活区的计算负荷：有功计算负荷：P302500×无功计算负荷：Q30= P30tan=0 kvar视在计算负荷：S30 =KV·A计算电流： I30=由于生活区的功率因

16、数已经为1了，所以不需要再在变压器的低压侧安装电容补偿。因此变压器的容量可以选125 KV·A。型号：S9-125/10 （6）全厂总的计算负荷：有功负荷： P30= 0.95(406+120+390.32+268.41+109.66)=1277.77 kw无功负荷： Q30=0.97(172.96+85.03+346.78+166.35)=747.99 kvar视在负荷： S30=1449.84 KV·A计算电流： I30=功率因数： =低压侧需装设的并联电容器容量为： QC×(tantan)392.89 kvar取 QC=440 kvar 时， S30(2)=

17、1265.81 KV·A为了长远发展，留有百分之十的裕量。因此变压器的容量可以选1600KV·A。型号：S9-1600/10 变压器的损耗：PT ×S30(2)=18.99 kwQT ×S30(2) =75.95 kvar高压侧的计算负荷： P30(1) = P30+PT =1246.76 KW Q30(1) = Q30QC+QT =383.94 kvar S30(1) = =1304.54 KV·A 补偿后的功率因数： =这一功率因数满足要求。通过以上计算可知全厂的负荷计算见表2-1。由表2-1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数为0.9

18、2。而供电部门要求该厂10KV进线侧的最大负荷是的功率因数也不应低于0.90。所以通过以上计算可知无功补偿后工厂的计算负荷见表2-2。通过负荷计算可以给全厂进行变压器选择见表2-3。表2-1 厂负荷计算表名称设备容量PN/KWcostan计算负荷P30/kwQ30/KvarS30/KVAI30/A一车间800406二车间200120三车间650四车间450生活区25000总计2350KPKq表2-2 无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷P30/kwQ30/KvarS30/KVA一车间二车间406三车间四车间生活区1全厂表2-3 变压器选择表序号车间变压器型号变压器台数变压器容量/KVA1

19、2一车间二车间S9-500/10S9-160/102250016034三车间四车间S9-500/10S9-400/10225004005生活区S9-125/1011256全厂S9-1600/10216003、负荷中心的确定选择工厂变、配电所的所址，应根据下列要求并且经技术、经济比较后择优确定。接近负荷中心；进出线方便；接近电源侧；设备吊装和运输方便；不应设在有剧烈振动和高温的场所；不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源的下风侧；不应设在厕所、浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；不应设在有爆炸危险环境、有火灾危险环境的正上方或正下方；当与有爆炸或火灾危

20、险的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB 50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范；不应设在地势低洼和可能积水的场所；高压配电所尽量与邻近车间变电所或有大量高压设备的厂房合建在一起。负荷中心虽然是选择变电所位置的重要因素，但是不是唯一因素。因此负荷中心的计算不必要求十分精确。变配电所的所址，必须全面分析比较后择优选择。利用负荷功率距法确定负荷中心：在工厂平面图的下方和左侧，分别作为一直角坐标的X轴和Y轴，然后测出个车间（建筑）和生活区负荷点的坐标位置，例如P1(x1,y1), P2(x2,y2), P3(x3,y3), P4(x4,y4)， P5(x5,y5)。而工厂的负荷中心假

21、设为P(x, y),其中P=P1+ P2 +P3+ P4+ P5；可得负荷中心的坐标。各车间和生活变电所的地理位置图，比列：1公分（格）=200米以此图建立x, y轴坐标：以左下表格边间为坐标原点，可以得出各点坐标大概数字如下：P1（2，9）P2（2，5）P3（12.5，1）P4（7， 9）P5（15，9）所以负荷中心的坐标为：P(，)代入数据得： P(7,9.69)换算知：P在表中占得格子数为：X=7格,Y=6格。由计算可以知道，工厂的负荷中心在河的边缘，根据交配电所所址选择原则，必须避开有积水的地方，并且高压配电所尽量与邻近车间变电所或有大量高压设备的厂房合建在一起。可以择优选择一个坐标做

22、为负荷中心。负荷中心见图3-1。14523图3-1负荷中心图（图中：车间变电所 生活变电所 高压电机 总降变电所 电源进线 低压配电线）4、导线的选择导线应具有较好的导电性能，较好的机械强度和耐腐蚀等特点。导线的种类有铝绞线，铜芯铝绞线，铜绞线，电力电缆，低压塑料线，低压橡胶线等。极大部分的高，低压电力线路裸铝线，钢芯铝绞线。高压绝缘线主要用在城镇街道上，以提高线路的运行安全和降低线路损耗。（1）380V以下的低压线路，一般多采用塑料C橡皮绝缘线或塑料地理电力线。允许载流量不小于通过相线的计算电流IalI30；线路计算见表4-1。表4-1线路计算电流表项目车间1车间2车间3车间4生活区10KV

23、35KV/KVA406120/A车间1线路，车间2线路，车间3线路，车间4线路，生活区线路母线允许载流量分别不小于通过相线的计算电流。（2）10kv母线选择：最大长期工用电流=1.05=74.43 (A)因为最大利用小时数：(h/a)>5000h/a取J=0.9×106A/m2=82.7(mm2)查=25时母线载流量表选取截面为95mm2钢芯铝绞线LGJ-95。5、短路电流计算在电路的计算中，各量基准值之间必须服从电路的欧姆定律和功率方程式，也就是说在三相电路中，电流、电压、阻抗、和功率这四个物理量的基准值之间应满足表5-1关系：表5-1标么值换算公式序号元件名称标幺值有名值（

24、）短路功率（MVA）备注1发电机（或电动机）=SNG、发电机的额定容量，MAV及其次暂态电抗SNT、UK%变压器的额定容量MAV及其短路电压的 百分值UNR、INR、XR%电抗器的额定电压、额定电流及电抗百分值Uav电抗器或线所在网路的平均额定电压PT变压器短路损耗KW2变压器RT=XT=3电抗器4线路 5-1短路计算电路图1.当由区域变电所供电时，架空线路为4.5km。UC1=36.75KV, UC2=10.5KV,取基准值Sd=100MVA ,SOC=1000MVA Id1= =1.57 KA , Id2=5.5 KA电力系统的电抗标么值：X1*=架空线路的电抗标么值，查表的到，X0 X2

25、*= X0××电力变压器的电抗标么值：UK%=5 , X3*=1)当k-1点发生短路时 总电抗 三相短路电流周期分量有效值 =6.738 KA其他三相短路电流I”(3)= = =6.738 KA ××6.738=17.182 KA ×=10.174 KA三相短路容量 =429.18 MVA2)当k-2点发生短路时总电抗 =0.1+0.133+三相短路电流周期分量有效值 =3.06 KA 其他三相短路电流I”(3)= = =3.06 KA ××3.06=7.803 KA ×=4.621 KA三相短路容量 =55.68

26、 MVA表5-2短路电流计算表短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量 /MVAk-1k-26、高、低压开关选择及校验为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列条件选择和校验：1）按正常工作条件包括电压，电流，频率及开断电流等选择；2）按短路条件包括动稳定度和热稳定度进行校验；3）考虑电气设备运行的环境条件如温度，湿度，海拔高度以及有无防尘，防腐，防火，防爆等要求；4）按各类设备的不同特点和要求如断路器的操作性能，互感器的二次负荷和准确度级等进行选择；高压电器选择的主要任务是选择满足变电所及输、配电线路正常和故障状态下工作要求的合理的电器，以保证系统安全、可靠、经济的运行条件。要使企业供电系统

27、的安全可靠，必须正确合理的选择各种电气设备，选择企业供电系统中高压电气设备的一般原则，除按正常运行下的额定电压、额定电流等条件外，还应按短路情况下进行校验，但各种电气设备的选择与校验项目也不尽一样，见下表6-1：表6-1高压设备选择和校验的项目设备名称选择项目校验项目额定电压KV额定电流KV装置类型户内户外准确度级电抗百分数x%短路电流开断能力二次容量剩余电压热稳定动稳定高压短路器×××*负荷开关×××*隔离开关×××*熔断器×××*电流互感器××

28、5;×*电压互感器×××*母线××*电缆××* 说明：×需要选择的项目 *需要校验的项目校验的基本原则：N即：UN。e>UN；2)设备的额定电流I不小于所在电路的计算电流I30，即I>I30；3)设备的额定开断电流I&不应小于它的最大短路电流有效值即I&>；4)按短路条件校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳定。6.3.1 10KV一次设备选择短路点产生短路电流时，有一个短路冲击电流，它是短路电流的2.55倍。由于电流突然升高，对设备的伤害很大，所以选择一次设备的时候应该满

29、足断流能力。设备参数见表6-2。表6-2 10kv设备参数选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数UN(KV)IN（A）IK(3)ish(3)I&(3).tima数据1049额定参数UII&imaxIT2.t高压断路器SN10-10I/630106301640(162)高压隔离开关GN19-10/20010200(102)5高压熔断器RN2-10105电压互感器JDZ-1010电流互感器LQJ-1010400/5900避雷器FS4-1010户外隔离开关GW4-12/40012400251025=5007、保护装置(1)避雷针和避雷线防直击雷最常用的措施是装设

30、避雷针,它是由金属制成,比被保护设备高,具有良好接地的装置,其作用是将雷吸引到自己身上并安全导入地中,从而保护了附近比它矮的设备、建筑免受雷击。×40mm×4mm的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。所谓避雷针的保护范围是植被保护物再次空间范围内不致遭受雷击而言.它是在实验中用冲击电压下小模型的放电结果求出的,由于它与近似直流电压的雷云对空间极长间隙下的放电有很大差异,所以这一保护范围并未得到科学界的公认,但我们可以把它看成一种用以决定避雷针的高度与数目的工程办法。(2) 避雷器避雷器共有三种形式，即保护间隙、管形避雷器和阀式避雷器。变电所通常采用阀式避雷器。阀式避雷器一般用来保护交、直流系统中的变压器和电气设备的绝缘，以免由于过电压而损坏。它主要由火花间隙和非线性电阻（阀片）组成。当发生大气过电压时，火花间隙放电，使雷电流流入大地，从而降低过电压幅值，使其在设备的绝缘可以承受的水平以下。当过电压过去以后，避雷器通过阀片电阻的非线性特性和间隙灭弧的作用，自行将工频续流切断。接地是指电气设备的带电部分或不带电部分与大地连接。接地可分为故障接地、工作接地、保护接地和重复接地。(1)接地的一般要求 在供电系统的某些部位，由于工作的需要或安全的需要而和大地进行直接连接，这就是接地。为了保证达到接地的目的，接地装置必须正确设置（包