10KV工厂供电课程设计

PAGE《工厂供电》课程设计说明书 专业名称：电气工程及其自动化 班级：092 学号： 姓名： 指导教师： 日期：2012/12/09——2012/12/21工厂供电课程设计评阅书题目10kv车间变电所设计学生姓名学号指导教师评语及成绩指导教师签名：年月日答辩评语及成绩答辩教师签名：年月日教研室意见总成绩：教研室主任签名：年月日PAGE摘要低压变电所设计是依据国家规范以及二类负荷对供电可靠性要求制定的设计方案及供电措施。在设计中，根据给定的电气基础资料，建立起适合自身生产和发展需要的变电所。在设计中完成了负荷计算、短路电流计算、功率补偿、一次接线设计、二次接线设计、接地装置设计等工作。要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求提交设计计算书及说明书，并运用AUTOCAD制图软件绘制相应设计图。同时在设计中采用并联电容器的方法来补偿无功功率，以减少供电系统的电能损耗和电压损失，同时提高了供电电压的质量。从而使整个供电系统更具有其可靠性和灵活性。按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10KV及以下变电所设计规范》及GB50054-95《低压配电设计规范》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。关键词：变电所；无功补偿；AUTOCAD

目录TOC\o"1-2"\u1课题描述 11.1设计要求 11.2设计依据： 12工厂负荷计算及配电系统的确定 32.1工厂负荷计算和无功补偿计算 32.2各个车间负荷计算结果表 32.3各厂房和生活区的负荷计算表 42.4全厂负荷 52.5功率补偿 53变压器选型 54变电所位置和型式选择 64.1确定变电所位置 64.2负荷中心的确定 65短路电流计算 75.1k-1点短路等效电路图 75.2k-2点短路等效电路图 86.系统主接线图 96.1电气主接线的确定 107.一次设备选择 107.1高压断路器的选择 107.2高压隔离开关的选择 107.3导线和电缆选择 108防雷与接地 118.1防雷设备 118.2架空线的防雷措施 118.3接地与接地装置 11总结 12参考文献 14PAGE11课题描述工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。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。低压变电所设计是依据国家规范以及二类负荷对供电可靠性要求制定的设计方案及供电措施。在设计中，根据给定的电气基础资料，建立起适合自身生产和发展需要的变电所。在设计中完成了负荷计算、短路电流计算、功率补偿、一次接线设计、二次接线设计、接地装置设计等工作。并运用制图软件绘制相应设计图。同时在设计中采用并联电容器的方法来补偿无功功率，以减少供电系统的电能损耗和电压损失，同时提高了供电电压的质量。从而使整个供电系统更具有其可靠性和灵活性。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。1.1设计要求工厂供电中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,并做好节能环保工作,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即连续供电的要求（3）优质应满足用户对电压和频率的要求（4）经济供电系统的投资要少，运营费用要低，并尽可能的节约电能和减少有色金属的消耗。此外，在工厂工作中，应合理地局部和全局、当前和长远的关系，既要照顾当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。在计划用电问题中就不能只考虑一个单位的局部问题，要有全局观点。本课程的设计任务，，就是解决中小型工厂内部的电能分配和供应任务，并讲述电气照明，使我们初步掌握中小型工厂内部供电系统和电气照明系统运行保护及其简单的设计计算所必需的基本理论和基本知识，为今后从事工厂供电技术工作奠定一定的基础。1.2设计依据：1、工厂总平面见附图。2、工厂负荷情况：本厂多数车间为两班制，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所示。图表1.1工厂平面图图表1.2个厂房功率负荷表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2铸造车间动力202-4020.3~0.40.65~0.70照明7~120.7~0.91.03锻压车间动力202~4020.2~0.30.60~0.65照明7~120.7~0.91.04金工车间动力202~4020.2~0.30.60~0.65照明7~120.7~0.91.05工具车间动力202~4020.2~0.30.60~0.65照明7~120.7~0.91.06电镀车间动力152~3020.4~0.60.70~0.80照明7~120.7~0.91.07热处理车间动力102~2020.4~0.60.70~0.80照明7~120.7~0.91.08装配车间动力102~2020.3~0.40.65~0.75照明7~120.7~0.91.09机修车间动力102~2020.2~0.30.60~0.70照明4-70.7~0.91.010锅炉房动力102~2020.4~0.60.60~0.70照明3-40.7~0.91.01仓库动力52~1020.2~0.30.60~0.70照明3-40.7~0.91.0宿舍区照明202~4020.6~0.81.0

2工厂负荷计算及配电系统的确定2.1工厂负荷计算和无功补偿计算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。主要计算公式有：有功功率：无功功率：视在功率：计算电流：变压器功率损耗:按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10KV及以下变电所设计规范》及GB50054-95《低压配电设计规范》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。2.2各个车间符合计算结果表详细计算符合见附页一2.4全厂负荷P30=0.95（120+120+120+120+150+100+52.5+37.5+75+21.25+320+8+8+8+8+8+8+8+8+4.8+2.8+2.8)=1237.5kWQ30=0.97(122.4+159.6+159.6+159.6+112.5+88+69.8+49.9+99.75+28.26)=1018.1kvarS30=I30(1)=I30(2)=编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/kW/kvar/kVA/A1铸造车间动力3000．30．71.029091.8————照明100．81．0080————小计210——9891.8134.32042锻压车间动力3000．30．61.3390119.7————照明100．81．0080————小计310——98119.7154.72357金工车间动力3000．30．61.3390119.7————照明100．81．0080————小计310——98119.7154.72356工具车间动力3000．30．61.3390119.7————照明100．81．0080————小计310——98119.7154.72354电镀车间动力2000．50．71.02100102————照明100．81．0080————小计210——108102148.5225.73热处理车间动力2000．50．71.02100102————照明100．81．0080————小计210——108102148.5225.79装配车间动力2000．40．71.028081.6————照明100．81．0080————小计210——58.881.6120182.310机修车间动力2000．30．71.026061.2————照明60．81．004.80————小计206——64.861.289.135.48锅炉车间动力2000．50．61.33100133————照明40．81．003.20————小计204——103.2133168.3255.85仓库动力800.30.61.332431.9————照明30.81．002.40————小计83——26.431.941.462.911宿舍区照明3000.71.002100210319.1总计动力22191100.4972.6————照明404计入=0.8,=0.850.75880.32876.711207.61834.7图表2.1各厂房和生活区的负荷计算表2.5无功功率补偿无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.7。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：=(tan-tan)=880.32[tan(arccos0.7)-tan(arccos0.92)]=523.08kvar选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为84kvar5=420kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷=（826.71-420）kvar=406.71kvar，视在功率=969.7kVA，计算电流=1473.3A,功率因数提高为cos==0.908。图表2.2无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷/KW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.7880..32826.711207.61843.76.380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.908880..32406.71969.71473.3主变压器功率损耗0.015=150.06=5810KV侧负荷计算0.908895..32464.711008.7583变电所主变压器台数和容量的选择车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000KVA。这一方面是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制；另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路对电能的损耗、电压损耗和有色金属的消耗量。现在我国已能生产一些断流能力更大和短路稳定度更好的新型开关低压电器如：DW15、ME等型低压断路器及其他电器，因此如车间负荷容量较大，负荷集中且运行合理时，也可以选用单台容量为1250-2000KVA的配电变压器。这样可以减少主变压器的台数及高压开关电器和电缆等。根据计算负荷，变压器低压侧进行无功补偿后，视在功率为S’30(1)=。我们选择两台油浸式变压器，单台额定容量为1000KVA型号为：S9-1000/10(6)。4变电所位置和型式选择4.1确定变电所位置：变配电所所址选择的一般原则：（1）尽量接近负荷中心，以降低供电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属损耗量。（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置的运输。（5）不应设在有剧烈震动或高温的场所，无法避免时，应有防震和隔热措施。（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、浴室和其他经常及水的正下方，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，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。当与有爆炸或火灾危险的建筑物毗邻时，应符合现行国家标准GB50058-1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。（9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。4.2负荷中心的确定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。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的轴和轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，、、分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定（1.3，5.3）、（3.5，3.6）、（3.5，5.5）、（4.0，2.6）、（4.2，3.6）、（4.2，5.3）、（4.2，5.5）、（6.7，3.6）、（6.7，5.3）、（6.7，5.5），并设（1.2，1.2）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+++=。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：（4-1） （4-2）把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到=3.61，=3.60。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。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的轴和轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，P1，P2……P10分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定（1.3，5.3）、（3.5，3.6）、（3.5，5.5）、（4.0，2.6）、（4.2，3.6）、（4.2，5.3）、（4.2，5.5）、（6.7，3.6）、（6.7，5.3）、（6.7，5.5），并设（1.2，1.2）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(x，y)。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：解的x=6.07y=3.17变电所位置的选择图图表4.1变电所位置的选定图表4.1变电所位置的选定5短路电流计算5.1k-1点短路等效电路图如下：电力系统电抗的计算已知断路器的额定容量为Soc=500MVAX1=Uc12Soc=(10.5KV)2500MVA=0.22Ω2）电缆线路的电抗X2=X0l=0.35(Ω/KM)×6KM=2.1Ω3）计算其总电抗XK-1=X1+X2=0.22Ω+2.1Ω=2..32Ω计算三相短路电流及短路容量IK-1(3)=Uc1(XK-1)=10.5KV(×2.32Ω)=2.61KAI’’(3)=I(3)∞=IK-1（3）=2.61KAish(3)=2.55I’’(3)=2.55×2.61KA=6.66KAIsh(3)=1.51I’’(3)=1.51×2.61KA=3.94KASK-1(3)=Uc1IK-1(3)=×10.5KV×2.61KA=47.47MVA5.2k-2点短路等效电路图如下：电力系统电抗的计算已知高压断路器的额定容量为Soc=500MVAX1’=Uc22Soc=(0.4KV)2500MVA=3.2×10-4Ω2）电缆线路的电抗X2’=Xol(Uc2Uc1)2=0.35(Ω/KM)×6KM×(0.4KV10.5KV)2=3.05×10-3Ω3)电力变压器的电抗X3=X4≈UK%100×Uc22SN=EQ\F(5,100)EQ×(0.4KV)21000KVA=8×10-3Ω4)计算其总电抗XK-2=X1’+X2’+X3//X4=0.22Ω+2.1Ω+3.05×10-3Ω=5.37×10-3Ω计算三相短路电流及短路容量IK-2(3)=Uc2(XK-2)=0.4KV(×5.37×10-3Ω)=21.8KAI’’(3)=I(3)∞=I(3)K-2=21.8KAish(3)=1.84I’’(3)=1.84×21.8KA=40.1KAIsh(3)=1.09I’’(3)=1.09×21.8KA=23.76KASK-2(3)=Uc2IK-2(3)=×0.4KV×21.8KA=15.15MVA表5-1短路计算表短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVAK-12.62.62.66.633.9347.6K-221.821.821.840.123.7615.156.系统主接线图6.1主接线的基本要求主接线是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。概括地说，对一次接线的基本要求包括安全、可靠、灵活和经济四个方面。安全性：安全包括设备安全及人身安全。一次接线应符合国家标准有关技术规范的要求，正确选择电气设备及其监视、保护系统，考虑各种安全技术措施。可靠性：不仅和一次接线的形式有关，还和电气设备的技术性能、运行管理的自动化程度因素有关。灵活性：用最少的切换来适应各种不同的运行方式，适应负荷发展。经济性：在满足上述技术要求的前提下，主接线方案应力求接线简化、投资省、占地少、运行费用低。采用的设备少，且应选用技术先进、经济适用的节能产品。总之，变电所通过合理的接线、紧凑的布置、简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投资的目的。6.2主接线的方案与分析主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。1单母线接线这种接线的优点是接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置；缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障检修，均需要使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。适用范围：适应于容量较小、对供电可靠性要求不高的场合，出线回路少的小型变配电所，一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。图4单母线不分段主接线2单母线分段主接线当出线回路数增多且有两路电源进线时，可用断路器将母线分段，成为单母线分段接线。母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。在正常工作时，分段断路器可接通也可断开运行。两路电源进线一用一备时，分段断路器接同运行，此时，任一段母线出现故障，分段断路器与故障段进线断路器都会在继电保护装置作用下自动断开，将故障段母线切除后，非故障段母线便可继续工作，而当两路电源同时工作互为备用时，分段断路器则断开运行，此时若任一电源出现故障，电源进线断路器自动断开，分段断路器可自动投入，保证给全部出线或重要负荷继续供电。图5单母线分段主接线单母线分段接线保留了单母线接线的优点，又在一定程度上克服了它的缺点，如缩小了母线故障的影响范围、分别从两段母线上引出两路出线可保证对一级负荷的供电等。6.3电气主接线的确定电源进线为两路，变压器台数为两台。二次侧采用单母线分段接线。两路外供电源容量相同且可供全部负荷，采用一用一备运行方式，故变压器一次侧采用单母线分段接线，而二次侧采用单母线分段接线。该方案中，两路电源均设置电能计量柜，且设置在电源进线主开关之后。变电所采用直流操作电源，为监视工作电源和备用电源的电压，在母线上和备用进线断路器之前均安装有电压互感器。当工作电源停电且备用电源电压正常时，先断开工作电源进线断路器，然后接通备用电源进线断路器，由备用电源供所有负荷。综上分析，选择高低压侧均为单母线分段的变电所主接线方法。主接线图见附页7.一次设备选择7.110KV侧一次设备的选择校验表7.110kv侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度其他装置地点条件参数数据10KV94A2.61KA6.66KA一次设备型号规格额定参数UN高压少油断路器SN10-10I/63010KV630A16KA40KA高压隔离开关GN8-10/20010KV200A-25.5KA高压熔断器RN2-1010KV0.5A50KA-电压互感器JDJ-1010/0.1KV电压互感器JDZJ-10/KV电流互感器LQJ-1010KV100/5A-255××0.1KA=31.8kA二次负荷0.6Ω7.2380侧一次设备的选择校验表7.2380侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度其他装置地点条件参数UNI30数据380V2.61KA21.8KA40.1KA一次设备型号规格额定参数UN低压断路器DW15-1500/3电动380V1500A40KA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A－电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A－电流互感器LMZ1-0.5500V160/5A100/5A－7.3导线和电缆选择变压器一次侧电源进线WL1及WL2计算负荷为S30=1000KVA，（1）选择电缆截面查附录表，得BX-500型导线A=10mm2。在300oC明敷设时的Ial=77A>I=54.99A.因此可选三根BX-500-1×10导线做相线，另选一根BX-500-1×10导线做PEN线（2）校验机械强度查附录知，按明敷在户外绝缘支持条件下，且支持间距为最大时，铜芯线最小截面积为6mm2因此以上所选的BX-500-1×10完全满足机械强度的要求8防雷与接地8.1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。8.2架空线的防雷措施（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3～10KV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，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