某工厂车间电气系统供电设计

XXXXXXXX 大学课 程 设 计XXXXXXX 大学课程设计任务书课程 工厂供电课程设计题目 某机械厂车间电气系统供电设计专业 电气工程及其自动 姓名 XXX 学号 XXXXXXXX主要内容：要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况， 并适当考虑到厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、 容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。参考资料：浣喜明、姚为正.电力工程基础. 北京：高等教育出版社，2004黄俊.北京：机械工业出版社，1980电力系统继电保护技术[M].北京：机械工业出版社，1999叶斌电力电子应用技术及装置 [M].北京：中国铁道出版社，1999王维平现代电力电子技术及其应用 .南京东南大学出版社，2000目录1...2工厂负荷计算及无功补偿的计算 ..2.1工厂用电情况2 ...2.3 无功功率补偿3电气设备的选择和校验3.110kV侧一次设备的选择校验 3 高低压母线的选择..变压所进出线与邻近单位联络线的选择 10kV高压进线和引入电缆的选择 5 变电所继电保护的整定1变电所继电保护装置..6降压变电所防雷与接地装置的设计 1变电所的防雷保护6.2 变电所公共接地装置的设计 71工厂供电课程设计（报告）工厂供电课程设计（报告）PAGEPAGE设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考的位置和型式。确定变电所主变压器的台数、容量与类型。选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线。确定二次回路方案。选择整定继电保护。确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。工厂负荷计算及无功补偿的计算工厂用电情况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 日最大负荷持续间为。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。本厂的负荷统计资料如表 1.1所示。供电电源情况按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条 10kV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导线为等边三角形排列，线距为干线首端距离本厂约 8km干线首端所装设的高压断路器断流容量为 500MVA此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为 1.7s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压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为 80km，电缆线路总长度为 25km。气象资料本厂所在地区的年最高气温为 年平均气温为年最低气温为年最热月平均最高气温为 33℃，年最热月平均气温为 年最热月地下 0.8米处平均气温为 。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为 20。地质水文资本厂所在地区平均海拔 地层以砂粘土为主，地下水位为 2m。表1.1 工厂负荷统计资料动力3000．30动力3000．30．7照明50．81．0动力3500．30．65照明80．71．0动力4000．20．65照明100．81．0动力3600．30．6照明70．91．0动力2500．50．8照明50．81．0动力1500．60．8照明50．81．0动力1800．30．7照明60．81．0动力1600．20．65照明40．81．0动力500．70．8照明10．81．0动力200．40．8照明10．81．0照明3500．70．9铸造车间锻压车间7 金工车间6 工具车间4 电镀车间3 热处理车间装配车间机修车间8 锅炉车间5 仓库生活区2 负荷计算单组用电设备计算负荷的计算公式有功计算负荷（单位为 kW）=Kd，无功计算负荷（单位为 kvar）

Kd为系数Q30视在计算负荷（单位为 kvA）S30=

P30tancos计算电流（单位为 A）I30错误！未找到引用源。UN为用电设备的额定电压（单位为 多组用电设备计算负荷的计算公式有功计算负荷（单位为 kW）错误！未找到引用源。

=0i式中 0

是所有设备组有功计算负荷 错误！未找到引用源。 之和，K p是有功负荷同时系数，可取 0.85~0.95无功计算负荷（单位为 kvar）Q30=KQ30i，Q30i

是所有设备无功

Q30

q是无功负荷同时系数，可取 0.9~0.97Q30视在计算负荷（单位为 kVA）Q30P2S30= 30P2

2 错误！未找到引用源。计算电流（单位为 A）2.3 无功功率补偿

I30

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 0.75。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 。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于 暂取来计算380V侧所需无功功率补偿容量：kvar

QC=

(tan 1 - tan 2)=810.8[tan(arccos0.75)- tan(arccos0.92)] = 369.66参照图2，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（辅屏4台相结合总共容量为r 。Q=30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 'Q=30S30（视在功率 'S30S'

2 '2PQ30 PQP30

=867.2，计算电流I' 30I303UN

=1317.6功率因数提高为cos '

' 。30在无功补偿前，该变电所主变压器 T的容量为应选为 1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器 T的容量选为的就足够了同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂 380V 侧10kV侧的负荷计算如表 3所示。电气设备的选择和校验10kV 侧一次设备的选择校验按工作电压选则设备的额定电压

UNe

UN，即UN

UN，高压设备的额定电压

UNe

Umax，即UNe

Umax。UN=10kV

U

=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压UNe=12kV按工作电流选择

UNe=11.5kV

UNe=12kV。设备的额定电流

INe

I30

IN

I30按断流能力选择设备的额定开断电流

Ioc

Soc，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值I

I(3)或短路容量kI(3)S(3)k

S(3)，即kS(3)koc k oc k对于分断负荷设备电流的设备来说，则为流。

I

IOL

IOLmax为最大负荷电隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验动稳定校验条件imax

(3)i i

(3)IImax shIIi 、I 分别为开关的极限通过电流峰值和有效值

i(3)、I(3)分别为开关max

max

sh sh所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值热稳定校验条件tI2tt

(3)2I I 表6-1 10kV一次侧设备的选择校验断流能 其选择校验项目 电压 电流力

动态定度 热稳定度它装置地点条 参数 UN

(3)IIN kII

(3)IshI

I(3)2

tima件数据 10kV 57.7A 1.96kA 5.0kA

1.96

It2It2

7.3一 额定参次

UNe

UNe

Ioc

imax t高压少油断路器设 SN10-10I/630备型

10kV 630kA 16kA 40kA

162 2

512二次号高压隔离开关 10kV 200A - 25.5kA规格380V侧一次设备的选择校验

102 5

500

负荷0.6同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表6-2所示，所选数据均满足要求。表6-2380V 一次侧设备的选择校验选择校验项目 电压 电流

断流 动态能力 定度

热稳定度 其它参数 UN装置地点

(3)IIN kII

(3)IshI

I(3)2

tima -条件 数据 380V 总1317.6A 19.7kA 36.2kA

19.7

272 -额定参数

UNe

UNe

Ioc

imax tIt-2低压断路器It-2DW15-1500/3一 D次低压断路器

380V 1500A 40kA - - -630A 30Ka设DW20-630备低压断路器

380V

200A

一般)

- - -型DW20-200号

380V

25kA - - -规 低压断路格 HD13-1500/0电流互感器LMZJ1-0.5电流互感器

380V 1500A - - - -500V 1500/5A - - - -100/5ALMZ1-0.5

500V

160/5A

- - - -高低压母线的选择查表得到，10kV母线选LMY-3(40 即母线尺寸为40mm 母线选LMY-3（120 6，即相母线尺寸为 120mm 而中性线母线尺寸为80mm 6mm。变压所进出线与邻近单位联络线的选择10kV 高压进线和引入电缆的选择10kV 高压进线的选择校验采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往 10kV公用干线。按发热条件选择，由 I30=I1NT=57.7A及室外环境温度 33°，查表得，初C

Ial

I30满足发热条件。校验机械强度 查表得，最小允许截面求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。

Amin

=25mm，而LGJ-35满足要由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。按发热条件选择，由 I30=IT=57.7A及土壤环境 查表得，初选缆线芯截面为25mm2校验热路稳定

Ial=149A>I30,满足发热条件。按式A

I(

timaC为母线截面积，单位为

m

Amin为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为m；C为材料热稳定系数； I(3)为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；tima

短路发热假想时间，单位为 s。本电缆线

I(3

=1960，tima终端变电所保护动作时间为 断路器断路时间把这些数据代入公式中得Amin

I(3

timaC

1960

0.7577

m因此JL22-10000-3 25电缆满足要求。380 低压出线的选择铸造车间馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用 VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝电缆直接埋地敷设。按发热条件需选择，由I30=201A0.8m土壤温度为初选缆芯截面120mm2

Ial=212A>I30，满足发热条件。校验电压损耗 由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至 1号厂房距mm离约为而查表得到 120 2的铝芯电缆mm

/

（按缆芯工作75°计X0路电压损耗为

/km1

Q30=91.8kvar，故线(U

qX

(0.31

(

23.78VUNU% 23.78380

100%

0.38kVUal。

(3)

tima

2I

19700C 76

224mm不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为

m

的电缆，即选VLV22-1000-3 240+1 120相线芯一半选择，下同。锻压车间馈电给2号厂房（锻压车间）的线路，亦采用 VLV22-1000-3 240+1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略） 。热处理车间馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3 240+1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略） 。电镀车间馈电给4号厂房（电镀车间）的线路，亦采用 VLV22-1000-3 240+1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略） 。仓库馈电给5号厂房（仓库）的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线 BLV-1000型5根（包括3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。a）按发热条件需选择30由I =16.2A及环境温度26C，初选截面积 4，30min发热条件。min

Ial

I30，满足b）校验机械强度查表得，足机械强度要求。

A =2.5mm2，因此上面所选的 4m的导线满所选穿管线估计长 50m，而查表

/km，X0

/km，又仓库的

Q30=6kvar，因此(U

qX

(0.119

10VU% 10380

UN100%

2.63%<

U

0.38kV=5% 故满足允许电压损耗的要求。工具车间馈电给6号厂房（工具车间）的线路亦采用 VLV22-1000-3 240+1 120四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。金工车间馈电给7号厂房（金工车间）的线路亦采用 VLV22-1000-3 240+1 120四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略） 。生活区馈电给生活区的线路 采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。按发热条件选择 由I30=413A及室外环境温度（年最热月平均气温）初选BLX-1000-1 ，其℃时I≈I满足发热条件。2）效验机械强度 查表可得，最小允许截面积 AminBLX-1000-1 240满足机械强度要求。2

，因此校验电压损耗 查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离 600m左右，而查表得其阻抗值与 BLX-1000-1 240近似等值的 LJ-240 的阻抗

/km，

X0

/

（按线间几何均距 0.8m又生活区的=245KWQ30(U

qX

(0.14

9.4VUN U% 9.4380

100%

2.5%

U

%=5%满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。线均采用BLX-1000-175完全合格。4.3作为备用电源的高压联络线的选择校验YJL22100002Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。按发热条件选择工厂二级负荷容量共 335.1KVA

I

A，最热月土壤平均温度为 查《工厂供电设计指导》8-43初选缆心截面为 25mm2的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其短路热稳定校验

Ial

90A

I30满足要求。按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25mm2的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表7-1所示。表7-1进出线和联络线的导线和电缆型号规格线路名称 导线或电缆的型号规格10kV电源进线 LGJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆 YJL22—交联电缆（直埋）至1号厂房 VLV22—四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房 VLV22—四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房 VLV22—四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房 VLV22—四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房 BLV—铝芯线5根穿内径 25硬塑管

至6号厂房 VLV22—四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房 VLV22—四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房 VLV22—四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房 VLV22—四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房 VLV22—四芯塑料电缆（直埋）四回路，每回路 75橡皮线（三至生活区

相四线架空线）与临近单位 10kV联络线 YJL22—10000—3×16交联电缆（直埋）变电所继电保护的整定变电所继电保护装置主变压器的继电保护装置动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。装设反时限过电流保护。采用 GL15型感应式过电流继电器，两相两电器式结线，去分流跳闸的操作方式。

I Krel Kw Iop LmaxKre KiIL

2I1N

2 1000KVA

3 10KV

2

115A，可靠系数Krel

=1.3

Kw

1，继电器返回系数

Kre

0.8，电流互感器的电流比Ki=100/5=20，因此动作电流为：IOP

1.3

115

9.3A0.8 20因此过电流保护动作电流整定为 10A。过电流保护动作时间的整定因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（ 10的动作电流动作时间）可整定为最短的 0.5s。5.2 装设电流速断保护利用GL15的速断装置。速断电流的整定利用式

Iqb

Krel KKi KT

Ikmax其中I

I(3)

19.7kA，K

=1.4

K =1 K=100/5=20 K =10/0.4=25，kmax k2

rel

， w ， i ， T因此速断保护电流为

I

1.4 120

19700

55A速断电流倍数整定为在2～8之间)

Kqb

Iqb/Iop

Kqb但必须、电流速断保护灵敏度系数的检验从《工厂供电课程设计指导》表 6-1可知，按92规定，电流保护的最小灵敏度系数为 因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。但按和的规定，其最小灵敏度为则这里装的电流速断保护灵敏度系数偏底。5.3 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置装设反时限过电流保护。亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。过电流保护动作电流的整定IopKrelKreKwKiILmax8)/(其中1N)IL.max=2I30，I30( ) (S30.116044.4)kVA/(3 10kV) 19.4A6A，Krel=1.3，Kw =1，Kre=0.，Ki =50/5=1，因此动作电流为：I1.3 1op0.8102 19.4A 6.3A因此过电流保护动作电流

Iop7A。过电流保护动作电流的整定按终端保护考虑，动作时间整定为 。装设电流速断保护亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变电所联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，也只有从略。变电所低压侧的保护装置低压总开关采用DW15—1500/3动作电流的整定可参看参考文献和其它有关手册。低压侧所有出线上均采用DZ20现对线路的短路故障的保护，限于篇幅，整定亦从略。降压变电所防雷与接地装置的设计变电所的防雷保护直接防雷保护在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时， 则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。通常采用3-6根长2.5m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面 6m。接地管间用×m 的镀扁刚焊接相接。引下线用 25mmmm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接， 上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长1～1.5独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。雷电侵入波的防护在10KV电源进线的终端杆上装设 型阀式避雷器引下线采用mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。变电所公共接地装置的设计接地电阻的要求按《工厂供电设计指导》表 9-6。此边点所的公共接地装置的接地电阻应足以下条件：4RE因此公共接地装置接地电阻接地装置的设计

/I4

。

27A

4.4采用长2.5m、 50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距 5垂直打入地下，管顶离地面 0.6。管间用4mm的镀锌扁刚焊接相接。变电所的变压器室有两条接地干线、 高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用 25mm×4mm的镀锌扁刚。变电所接地装置平面布置图如图 9-1所示。接地电阻的验算：REn

/l 100n 16

m/

3.8591变电所接地装置平面布置结论变电所应靠近负荷中心并且要尽量使进出线方便，同时也要考虑到扩建南角，且在大路旁，这样便于变压器的运行、检修和运输，而且变压器投入运行时线路损耗最小。由于本厂年均温度过高，变压器应放在室内， 10kV室内变压器的安装应用附设式电力变压器室布置，并采用窄面推进式布置。经研究储油柜侧向外为宜，这样便于带电巡视。进线方式应是高压电缆进线，低压母线引