工厂供电课程设计(DOC30页).doc

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1、江西理工大学应用科学学院课程设计1 设计任务1.1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，并适当考虑到工厂的发展，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形式，确定变电所主要变压器的台数与容量，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，选择整定继电保护装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。1.2设计依据1.2.1工厂总平面图：图1.1 工厂平面图1.2.2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4600h，日最大负荷持续时间为6h。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

2、料如表1.1所示。表1.1工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000307照明608102锻压车间动力35003065照明807107金工车间动力40002065照明1008106工具车间动力3600306照明709104电镀车间动力2500508照明508103热处理车间动力1500608照明508109装配车间动力18003070照明6081010机修车间动力16002065照明408108锅炉车间动力500708照明108105仓库动力200408照明10810生活区照明35007091.2.3气象资料 本厂所在地区的年最高气温为38，年

3、平均气温为23，年最低气温为-9，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下0.8米处平均气温为25。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。 1.2.4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LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；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

4、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。1.2.5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，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.5元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：610VA为800/kVA。1.2.6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2m。2 负载计算和无功功率补偿2.1负荷计算2.1.1单组用电设备计算负荷的

5、计算公式主要计算公式有： 有功功率（单位KW）P30= PeKd, Kd为系 （2-1） 无功功率（单位Kvar) Q30 = P30 tan （2-2） 视在功率(单位KvA) S3O = P30/cos （2-3） 计算电流(单位A) I30 = S30/3Un,Un为用电设备的额定电压（单位为Kv） （2-4）2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式主要计算公式有：有功功率（单位KW） P30=KpP30i （2-5）式中的P30i是所有用电设备有功计算负荷P30之和，Kp是有功负荷计算系数，可取0.850.95.无功功率（单位Kvar) ， Q30=KqQ30.i （2-6）式中的Q3

6、0是所有用电设备无功计算负荷Q30之和，Kq是无功负荷计算系数，可取0.90.97. 视在功率(单位KvA) S30=(P30+Q30) （2-7） 计算电流(单位A) I30=S30/(1.732Un) （2-8）经计算，各厂区及生活区的负荷计算表如下表2.1所示（额定电压取380V)表2.1 机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量Pe/kw需要系数Kdcostan计算负荷P30/kwQ30/kwS30/kvaI30/A1铸造车间动力3000.30.71.029091.8照明60.81.004.80小计30694.891.81322002锻压车间动力3500.30.651.17105123照明

7、80.71.005.60小计358110.61231652513热处理车间动力1500.60.80.759067.5照明50.81.0040小计155-9467.51161764电镀车间动力2500.50.80.7512593.8照明50.81.0040小计25512993.81592425仓库动力200.40.80.7586照明10.81.000.80小计218.8610.716.26工具车间动力3600.30.61.33108143.6照明70.91.006.30367114.3143.61842807金工车间动力4000.20.651.178093.6照明100.81.0080小计310

8、8893.61281958锅炉房动力500.70.80.753526.3照明10.81.000.80小计5135.826.344.4679装配车间动力1800.30.71.025455.1照明60.81.004.80小计18658.855.180.612210机修车间动力1600.20.651.173237.4照明40.81.003.20小计16435.237.451.47811生活区照明3500.70.90.48245117.6272413总计（380V侧）动力22201015.3856.1照明402计入Kp =0.8Kq =0.850.75812.2727.6109016562.2无功功率

9、补偿 由上表可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数是0.77，而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷时因数不应低于0.90.考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率耗损、稳定电压和提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。Qc=P30(tan1- tan2)=812.2tan(arccos0.77)-tan(arccos0.92)Kvar即Qc=370Kvar选PGJ1型低压自动补偿屏（如图2.

10、1所示），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台相组合，总共容量84kvar*5=420kvar。变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷=（727.6-420）kvar=307.6 kvar，视在功率=868.5 kVA，计算电流=1320 A,功率因数提高为cos=0.935。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如下表所示：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/kvaI30/A380v侧补偿前负荷0.77811.4727.610901656380v侧无功补偿容量-420380v

11、侧补偿后负荷0.935812.2307.6868.51320主变压器功率损耗0.015S30=130.06S30=5210kv侧负荷计算0.92825.2359.690052集中补偿与分散补偿相结合，以分撒补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；调压与降压相结合；并且与配电网建设改造工程同步规划、设计、施工、同步投运。无功补偿的主要作用具体体现在： 提高电压质量； 降低电能损耗； 提高发供电设备运行效率；减少用户电费支出。 无功功率补偿装置：一般用并联电容器的方法来进行功率补偿。图2.1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方式3 变电所位置和型式的选择我们的工厂是10kv以下，

12、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。以3号厂房负荷中心为原点，建立直角坐标系，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，p1、p2、p3p10分别代表厂房1、2、310号的功率，设定p1、p2p10并设定p11为生活区的中心负荷，测出其坐标分别是（0，3.2）、（0，1.6）、（0,0）、（2.4，4.8）、（2.4，3.2）、（2.4，1.6）、（2.4，0）、（6.2，3.4）、（5.6，1.9）、（5，0.4）、（8，5.4）如图3-1所示。而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标： （3-1） （3-2）把各车间的坐标带入（3-1） （

13、3-2），得到x=3.1，y=2.3由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房的东北角。考虑到周围环境和进出线方便，决定在5号厂房的东侧仅靠厂房建造工厂变电所，器型为附设式。图3.1 按负荷功率矩法确定负荷中心4 变电所主变压器台数、容量与类型的选择4.1变电所主变压器的选择根据工厂的负荷情况和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：1、 装设一台变压器 型号为S9型，由容量根据式，为主变压器容量，S30为总的计算负荷。SN.T=1000KVAS30=861.1KVA,即选一台型号为S9-1000/10型低损耗电变压器。至于工厂的二级负荷所需的备用电源，考虑用临近单位相连的高

14、压联络线来供电。2、 装设二台变压器 型号为S9型，容量根据式由下式选择，即 900kVA=（540630）kVA （4-1）=(132+160+44.4) kVA=336.4kVA （4-2）因此选择两台S9-630/10型低损耗配电变压器。至于工厂的二级负荷所需的备用电源，考虑用临近单位相连的高压联络线来供电。主变压器的联结组号都为Yyn0. 4.2变电所主接线方案的选择根据上面考虑的两种主变压器方案可设计出下列两种主接线方案.4.2.1装设一台主变压器的主接线方案 图4-1 装设一台主变压器的主接线方案4.2.2装设两台主变压器的主接线方案图4-2 装设两台主变压器的主接线方案4.3主接

15、线方案的技术经济比较表4-1 主接线方案技术经济比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗较小灵活方便性只有一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额查得S9-1000/10的单价为15.1万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2*15.1=30.2万元查得S9-630/10的单价为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，比一台主变方案多投资11.8万元高压开关柜

16、（含计量柜）的综合投资额查得GG-1A(F)型柜可按每台4万元计，其综合投资可按设备的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*4=24万元本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为6*1.5*4=36万元，比一台主变方案多投资12万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费=30.2万元*0.05=1.51万元；高压开关柜的折旧费=24万元*0.06=1.44万元；变配电的维修管理费=（30.2+24）万元*0.06=3.25万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）=6.2万元主变的折旧费=42万元*0.05=2.1万元；高压开关柜的

17、折旧费=36万元*0.06=2.16万元；变配电的维修管理费=（42+36）万元*0.06=4.68万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（2.1+2.16+4.68）=8.94万元，比一台主变方案多投资2.74万元供电贴费主变容量每KVA为800元，供电贴费=1000KVA*0.08万元/KVA=80万元供电贴费=2*630KVA*0.08万元=100.8万元，比一台主变多交20.8万元从上表可以看出，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，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。5 短

18、路电流的计算5.1绘制计算电路图5-1 短路计算电路5.2确定短路电流的计算基准设基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=Uc=1.05UN。UC为短路计算电压，即高压侧Ud1=10.5kv，Ud2=0.4kv，则 （5-1） （5-2）5.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值5.3.1电力系统以知电力系统出口断路器的断流容量SOC=500MVA,故 =100MVA/500MVA=0.2 （5-3）5.3.2架空线路查表得LGJ-150线路的电抗X0=0.36/KM,而线路长8km,故 （5-4）5.3.3电力变压器 查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故=4.5 （5-5）式中，为变压器的

19、额定容量 因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。图5-2 短路计算等效电路5.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算5.4.1总电抗标幺值=0.2+2.6=2.8 （5-6）5.4.2 三相短路电流周期分量有效值 （5-7）5.4.3 其他短路电流 （5-8） （5-9） （5-10）5.4.4 三相短路容量 （5-11）5.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算5.5.1总电抗标幺值=0.2+2.6+4.5=7.3 （5-12）5.5.2三相短路电流周期分量有效值 （5-13）5.5.3 其他短路电流 （5-14） （5-15） （5-16）5.5.4三相短路容量 （5-17）以上短路计

20、算结果综合图表5.1所示。表5.1短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk-11.961.961.965.02.9635.7k-219.719.719.736.221.513.76 变电所一次设备的选择6.1 10kV侧一次设备的选择校验6.1.1按工作电压选则 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。6.1.2按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即6.1.3按

21、断流能力选择设备的额定开断电流或断流容量，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或短路容量，即或 （6-1）对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。6.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件或 （6-2）、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b)热稳定校验条件 （6-3）对于上面的分析，如表6.1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。表6.1 10 kV一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kV57.7A ()1.96kA5.

22、0kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630kA16kA40 kA高压隔离开关-10/20010kV200A25.5 kA二次负荷0.6高压熔断器RN2-1010kV0.5A50 kA电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-10电流互感器LQJ-1010kV100/5A=31.8 kA=81避雷针FS4-1010kV户外隔离开关GW4-12/40012kV400A25kA6.2 380V侧一次设备的选择校验同样，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6.2 380V一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电

23、流断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数数据380V总1317.6A19.7kA36.2kA一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA低压断路器DW20-630380V630A（大于）30Ka(一般)低压断路器DW20-200380V200A（大于）25 kA低压断路HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A6.3高低压母线的选择查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（1201

24、0）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。7 变压所进出线与邻近单位联络线的选择7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择7.1.1 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。a).按发热条件选择 由=57.7A及室外环境温度33，查表得，初选LGJ-16,其35C时的=93.5A,满足发热条件。b).校验机械强度查表得，最小允许截面积=25，而LGJ-16不满足要求，故改选LGJ-35。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。7.1.2 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

25、绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。a)按发热条件选择由=57.7A及土壤环境25，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=90A,满足发热条件。b)校验热路稳定按式，A为母线截面积，单位为；为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为；C为材料热稳定系数；为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=1960，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=77，把这些数据代入公式中得，满足发热条件。 b）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号厂房距离约为100m，而查表得到120的铝芯电缆的=0

26、.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又1号厂房的=94.8kW, =91.8 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件。b）校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至2号厂房距离约为70m，而查表得到185的铝芯电缆的=0.21 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又2号厂房的=110.6kW, =123 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件。b）校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至3号厂房距离约为77.2m，而查表得到95的铝芯电缆的=0.4 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又3号厂房的=94kW, =67.5 kvar，故线路电压损耗为，满足发热

27、条件。b）校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至4号厂房距离约为40m，而查表得到185的铝芯电缆的=0.21 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又4号厂房的=129kW, =93.8 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件。按规定，N线和PE线也都选为4，与相线截面相同，即BLV-1000-14塑料导线5根穿内径25mm的硬塑料管埋地敷设。b）校验机械强度查表得，=2.5，因此上面所选的4的导线满足机械强度要求。c) 校验电压损耗所选穿管线估计长50m，而查表得=0.85，=0.119，又仓库的=8.8kW, =6 kvar，因此，满足发热条件。b）校验电压损耗由图1.1所

28、示的工厂平面图量得变电所至6号厂房距离约为75m，而查表得到240的铝芯电缆的=0.16 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又4号厂房的=114.3kW, =144 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件。b）校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至7号厂房距离约为100m，而查表得到120的铝芯电缆的=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又4号厂房的=88kW, =93.6 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件。b）校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至8号厂房距离约为50m，而查表得到70的铝芯电缆的=0.54 （按缆芯工作温度75计），=0.0

29、7，又8号厂房的=35.8kW, =26.3 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件。b）校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至9号厂房距离约为60m，而查表得到50的铝芯电缆的=0.76 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又9号厂房的=58.8kW, =55.1 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件。b）校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至10号厂房距离约为55m，而查表得到185的铝芯电缆的=1.51 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又10号厂房的=35.2kW, =37.4 kvar，故线路电压损耗为I30,满足发热条件。2）效验机械强度 查表可

30、得，最小允许截面积Amin=10mm2，因此BLX-1000-1240满足机械强度要求。3）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-1000-1240近似等值的LJ-240的阻抗=0.14，=0.30（按线间几何均距0.8m），又生活区的=245KW，=117.6kvar，因此=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。PEN线均采用BLX-1000-175橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。7.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL2210000型交联聚氯乙烯绝缘的铝

31、心电缆，直接埋地敖设，与相距约2Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。7.3.1按发热条件选择 工厂二级负荷容量共335.1KVA，最热月土壤平均温度为25。查表工厂供电设计指导8-43，初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其满足要求。7.3.2校验电压损耗 由表工厂供电设计指导8-41可查得缆芯为25的铝（缆芯温度按80计），而二级负荷的,，线路长度按2km计，因此 由此可见满足要求电压损耗5%的要求。7.3.3短路热稳定校验 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25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