电气工程其自动化课程设计

1、前言工厂供电的意义和要求工厂供电，就是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动力。电能既易于由其余形式的能量变换而来，又易于变换为其余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、调理和丈量，有益于实现生产过程自动化。所以，电能在现代工业生产及整个公民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能固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，其实不在于它在产品成本中或投资总数中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化今后可以大大增添产量，提升产质量量，提升劳动生产率，降低生产成本，减少工人

2、的劳动强度，改进工人的劳动条件，有益于实现生产过程自动化。从另一方面来说，假如工厂的电能供应忽然中断，则对工业生产可能造成严重的结果。做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，拥有十分重要的意义。因为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拥有十分重要的战略意义，所以做好工厂供电工作，对于节约能源、增援国家经济建设，也拥有重要的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，的确保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就一定达到以下基本要求：1）安全:在电能的供应、分配和使用中，不该发生人身事故和设备事故。2）靠谱:应满足电能用户对供电靠谱性的要求。3）优良:应

3、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，运转花费要低，并尽可能地节约电能和减罕有色金属的耗费量。其余，在供电工作中，应合理地办理局部和全局、当前和长远等关系，既要照料局部的当前的利益，又要有全局看法，能顾全全局，适应发展。工厂供电设计的一般原则依据国家标准GB50052-95供配电系统设计规范、GB50053-9410kv及以下设计规范、GB50054-95低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计一定依据以下原则：1）遵守规程、执行政策；2）安全靠谱、先进合理；3）近期为主、考虑发展；4）全局出发、兼备兼备。2负荷计算和无功功率赔偿负荷计算单组用电设备计算负荷的计算

4、式:有功计算负荷P30PeKd无功计算负荷Q30P30tan视在计算负荷S30P30S30cos计算电流I303UN单组用电设备计算负荷的计算式：有功计算负荷P30(bPe)i(cPx)max无功计算负荷Q30(bPetan)i(cPx)maxtanmax视在计算负荷S30P302Q302计算电流I30S303UN3）各厂房和生活区的负荷计算如表3表机械厂负荷计算表设需备要编容系名类数costan号量称别KdPekW动30力0铸1造车照0间明小计动28力0锻2压车照07间明小28计7动30力0金照903工车明间30小计9动34力0工照04具车明间小计动17力5电照85镀车明间28小计3动14热

5、5力6办理照0车间明计算负荷P30kWQ30kvarS30kVAI30A4小计动15装力0照7配车0明间小计动15机力5照修车0明间小计动75力9锅照0明炉房小计动20力1仓照00库明小计1生照321活区明0动19力40总计照（38明0V侧）计入Kp=Kq=无功功率赔偿由表可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有.而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不该该低于。考虑到主变压器的无功消耗远大于有功消耗，因此380V侧最大负荷是功率要素应稍大于，暂取来计算380V侧所需无功功率赔偿容量：QcP30(tan1tan2)766.29（tanarccos0.75tanarccos0.9

6、2)349kvar应选PGJ1型低压自动赔偿屏，并联电容器为型，采纳其方案1（主屏）1台与方案53（辅屏）4台相组合，总合容量侧的负荷计算如表所示。项目cos380V侧赔偿前负荷380V侧无功赔偿容量5=360kvar。所以无功赔偿后工厂380V侧和10KV表负荷计算表计算负荷P30kWQ30kvarS30kVAI30A-360380V侧赔偿后负荷主变压器功率损1250耗10kV侧负荷总计859506变电所地址和型式的选择变电所的地址应尽量凑近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按功率矩法来确立，计算公式为式（）和（）。变电所的地址应尽量凑近工厂的负荷中心.工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确立.即在工

7、厂平面图的下面和左边,任作向来角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标地址,比方P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+=Pi.所以模拟力学被骗算重心的力矩方程,可得负荷中心的坐标:Px1PxPx3(Px)1223iixPPPP123iPyPyPy3(Py)11223iiyP1P2P3Pi工厂生活区4大生活区的公共电源干线后厂门负荷中心街大街158厂区负荷中心269邻厂10北37机械厂总平面图大街比率1：2000图XX机械厂总平面图按比率K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标地址表所示7表负荷点的坐

8、标地址表坐1234567891生标轴0活区X(6)Y(6)由计算结果可知，x=y=工厂的负荷中心在6号厂房的西南角。考虑的方便进出线及四周环境状况，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。8变电所主变压器的选择和主结线方案的选择变电所主变压器的选择依据工厂的负荷性质和电源状况，工厂变电所的主变压器考虑有以下两种可供选择的方案：（1）装设一台主变压器型式采纳S9型，而容量依据式SN.TS30，选sNT=1000S30=859kva，即选一台S9-1000/10型低消耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与周边单位相联的高压联系线来担当。（2）装设两台主变压器型号

9、亦采纳S9，而每台变压器容量按式ypiyi和式piSNTS30()选择，即SNT=）S30=（）859=515kva601kva且SNTS30()=+=所以选两台S9630/10型低消耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与周边单位相联的高压联系线来担当。主变压器的联系组均采纳Yyn0。变压器主接线方案的选择按上边考虑的两种主变压器方案可设计以下两种主接线方案：（1）装设一台主变压器的主接线方案，以以下图（2）装设两台主变压器的主接线方案，以以下图9图装设一台主变压器的主结线方案图装设两台主变压器的主结线方案两种主结线方案的技术经济比较如表所示。10表两种主接线方案的比较比较项目装设一台

10、主变的方案装设两台主变的方案技供电安全性满足要求满足要求术供电靠谱性基本满足要求满足要求指供电质量因为一台主变，电压消耗较因为两台主变并列，电压损标大耗小灵巧方便性只一台主变，灵巧性稍差因为有两台主变，灵巧性较好扩建适应性稍差一些更好一些由手册查得S91000单价由手册查得S9630单价电力变压器的为万元，而由手册查得变压器为万元，所以两台综合投资为4综合投资综合投资约为其单价的2倍，万元=42万元，比一台变压器所以其综合投资为2万元=万多投资万元元经高压开关柜查手册得GGA（F）型柜本方案采纳6台GGA（F）（含计量柜）的综按每台万元计，查手册得其综柜，其综合投资额约为6=济合投资按设备价倍

11、计，所以其万元，比一台主变的方案多投合投资额综合投资约为4=21万元资万元指参照手册计算，主变和高压主变和高压开关柜的折旧电力变压器和开关柜的折算和维修管理费每费和维修管理费每年为万元，标年为万元（其余略）比一台主变的方案多耗万元高压开关柜的年运行费供电贴费按800元/KVA计，贴费为贴费为2630万元=万1000=80万元元，比一台主变的方案多交万元从表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案。11短路电流的计算绘制计算电路以以下图图短路计算电路确立短路计算基准值设Sd100MVA，UdUc1.05UN，即高压侧Ud110.5kV，低压侧Ud20.4kV，

12、则Id1Sd100MVA5.5kA3Ud1310.5kVId2Sd100MVA144kA3Ud230.4kV计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1)电力系统已知故X1=100MVA/500MVA=Soc=500MVA,（2)架空线路LJ-120的X0故X2=100=/km，而线长12km10.524.5100=（3)电力变压器UZ%=,故X3=1001000所以绘短路计算等效电路以以下图12图等效电路10KV侧三相短路电流和短路容量（1)总电抗的标幺值X(K1)=X1X2=+=（2)三相短路电流周期重量有效值IK31Id1=5.5=XK14.0（3)短路次暂态短路电流I3=IK31=（4)短路稳

13、态电流I(3)IK(3)1=（5)短路冲击电流ish(3)2.55I(3)=短路后第一个周期的短路电流有效值(3)1.51I(3)=三项短路容量(3)Sd=100IshSK1X(K=25MVA1)4.0380KV侧三相短路电流和短路容量（1）总电抗的标幺值X(K2)=X1X2=+=（2）三相短路电流周期重量有效值IK32Id1=144=XK28.5（3）短路次暂态短路电流I3=IK32=（4）短路稳态电流I(3)IK(3)2=（5）短路冲击电流ish(3)1.84I(3)=短路后第一个周期的短路电流有效值Ish(3)1.09I(3)=三项短路容量SK(3)2Sd=100=X(K2)8.513以

14、上计算结果综合如表表短路的计算结果三相短路电流/kA三相短路计算短路容量点/MVAIk(3)I(3)I(3)ish(3)Ish(3)UNk-125l-214变电所一次设备的选择校验10kV侧一次设备的选择校验如表所示表10kV侧一次设备的选择校验选择校验项目电电断动热其压流流稳稳他能定定力度度装置地址参UNINIK(3)ish(3)I(3)2tima条件数数10据额定参数高压少油断10kV630A16kA40kA512路器SN10-10I/630一高压隔走开10kV200A500次关GN-10/200设高压熔断器10kV50kA备RN2-10型电压互感器10/号JDJ-10规电压互感器格JDZ

15、J-10电流互感器10Kv100/81二LQJ-105A次负荷避雷器10kVFS4-10户外式高12kV400A25Kv500压隔走开关GW4-15G/200表所选一次设备均满足要求。380V侧一次设备的选择校验如表所示。15表380V侧一次设备的选择校验选择校验项目电电断动热其压流流稳稳他能定定力度度装置地址参UNI30IK(3)ish(3)I(3)2tima条件数数380据额定参数低压断路器380V150040kVDW15-1500/3DA一低压断路器380V630A30kA次DZ20-630设低压断路器380V200A25kA备DZ20-200型低压刀开关380V1500号HD13-15

16、00/30A规电流互感器500V1500格/5A电流互感器500V100/5160/5避雷器户外隔走开关表所选一次设备均满足要求。高低压母线的选择参照表528，10kV母线选LMY-3（404），即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选LMY-（312010）806,即母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。16变电所进出线以及周边单位联系线的选择10kV高压进线和引入电缆的选择（1）10kV高压进线的选择校验采纳LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。I30I1NT57.7A1)按发热条件选择由及室外环境温度32C，查表8-36，初选LJ-16，其35C时的Ia

17、l93.5AI30满足发热条件。2）校验机械强度查表8-34，最小同意截面Amin35mm2，所以按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。因为此线路很短，不需校验电压消耗。（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采纳YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择由I30I1NT57.7A及土壤温度25C查表8-44，初选缆芯截面为Amin25mm2的交联电缆，其Ial90AI30，满足发热条件。2）校验短路热稳固按式CM计算满足短路热稳固的最小截面WAminI(3)15800.75mm218mm225mm277式中C值由表5-1

18、3差得；tima按终端变电所保护动作时间，加断路器断路时间，再加计，故tima0.75s。所以YJL22-10000-325电缆满足短路热稳固条件。380V低压出线的选择（1）馈电给1号厂房（锻造车间）的线路采纳VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择由I30254A及地下土壤温度25C，查表8-43，初选缆芯截面185mm2，其Ial273AI30，满足发热条件。2）校验电压消耗由图11-3所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为100m，17而由表8-42查得185mm2的铝芯电缆R00.21/km（按缆芯工作温度75C计），X00.07km，又1号厂房

19、的P30=，Q30=，所以按式UpRqX得：UN117.2kW(0.210.1)119.7kvar(0.070.1)U0.38kV8.68vU%8.68VUal%5%100%2.3%380故满足同意电压消耗的要求。短路热稳固度校验按式CM计算满足短路热稳固的最小截面WAminI(3)tima170000.75mm2193.7mm2C76因为前面按发热条件所选185mm2的缆心截面小于Amin，不满足短路热稳固要求，故改选缆芯截面为240mm2的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。（2）馈电给2、3、4、5、6、7、8、

20、9号厂房的线路都比10号的小，亦采纳VLV-22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。3）馈电给10号厂房（库房）的线路因为库房就在变电所旁边，并且共一建筑物，所以采纳的聚氯乙烯绝缘的铝芯导线BLV-1000型（见表8-30）5根（包含3根相线、一根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。1）按发热条件选择由I307.6A及环境温度（年最热月均匀气温）32C，查表8-41，相线截面初选4mm2，其Ial31AI30,满足发热条件。按规定，N线和PE线也都选为4mm2，与相线截面同样，即采纳BLV-1000-14mm2塑料导线5根穿内径25mm的硬塑管埋地敷设。2）校

21、验机械强度查表8-35，最小同意截面积Amin2.5mm2,所以上边所选4mm2的导线满足机械强度要求。3)校验电压消耗所穿选管线，预计长44m，而由查8-39查得18R0=13.8km,X0=0.127km,又库房的P30=4.8kW,Q30=1.4kvar,所以4.8kW(13.80.04)1.4kvar(0.1270.04)U0.38kV7.64V7.64V100%2%Ual%5%U%380V故满足同意电压消耗的要求。（4）馈电给生活区的线路采纳BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1）按发热条件选择由I30383.85A及室外环境温度为33C，查表8-40，初选BLX-1000-1

22、240,其33C时的Ia1=455AI30,，满足发热条件。2）校验机械强度查表8-35，最小同意截面积Amin10mm2，所以BLX-100-1240满足机械强度要求。3）校验电压消耗由图11-3所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约160m，而由表8-36查得其阻抗与BLX-100-1240近似等值的LJ-185的阻抗R0=0.14/km，X00.3/km,又生活区的P30240kW,Q3078.8kvar,所以240kW(0.140.2)78.8kvar(0.30.2)U0.38kV=30.1V100%=%Ua1=5%U%380不满足同意电压消耗要求。所以采纳BLK-1000-1

23、120的三相架空线路，PEN均采用BLK-1000-175绝缘线。作为备用电源的高压联系线的选择校验采纳YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的周边单位变配电所的10kV母线相联。（1）按发热条件选择工厂二级负荷容量共362kVA，362kVA/310=而最热月土壤均匀温度为25C,所以查表8-44，初选缆芯截面为25mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆（注：该型电缆最小芯线截面积为25mm2），其Ial90AI30,满足发热条件。19（2）校验电压消耗由表8-42可查得缆芯为25mm2的铝芯电缆的R0=1.54km(缆芯温度按80C计)，X0=0.12km，

24、而二级负荷的P30=，Q30=线路长度按2km计，所以264.6kW(1.542)242.9kvar(0.122)U=10kV87.3V100%=%Ua1%=5%U%10000V因而可知该电缆满足同意电压消耗要求。（3）短路热稳固校验按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳固校验，可知缆芯25mm2的交联电缆是满足短路热稳固要求的。综合以上所选变电所进出线和联系线的导线和电缆型号规格如表所示。表型号规格表线路名称导线或电缆的型号规格10kV电源进线LJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22-10000-325交联电缆（直埋）至1号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）3至3号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）80至4号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）V至5号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）低至6号厂房VLV22-1000-3300+1185四芯塑料电缆（直埋）压至7号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）出至8号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）线至9号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯