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1、供电技术课程设计华 北 电 力 大 学某柴油机厂全厂总配变电所及配电系统设计院系：电力工程系专业：农业电气化与自动化2012年6月4日2012年6月15日目 录前言-1第一章 柴油厂全厂基本情况的介绍-2一、柴油厂的基础资料-2二、设计任务-4第二章 负荷计算和无功功率补偿-6一、负荷计算的目的及意义-6二、全厂负荷初步计算-6三、无功功率补偿-8四、各个变电所变压器容量的确定-10第三章 总配及各个变电所主接线-13一、配电所主接线方案的设计-13二、电气主接线-14三、总配位置的选择-14第四章 短路电流计算-16一、短路电流计算公式和原则-16二、短路电流计算的部分计算过程-17三、短路
2、计算计算结果汇总-19第五章 主要电气设备选择-21一、母线和电缆的选择和校验原则-21二、进线铝芯电缆的选择-22三、各个变电所10kV电缆型号及截面的选择-23四、各个变电所0.4KV及6KV母线和绝缘子的选择-24五、各个车间0.4kV及6KV电缆型号及截面的选择-25六、高低压电气设备的选择和校验-25七、设备选择汇总表-29第六章 主要设备继电保护设计-38一、继电保护的任务与要求-38二、配电变压器保护整定计算-38三、进线保护整定计算-41第七章 配电装置设计-42一、配电装置-42二、配电装置布置形式的选择-42第八章 防雷和接地设计-43一、直击雷保护-43二、行波保护-43
3、三、接地电阻计算和接地网的设计-44第九章 附图-46前言在本次课程设计中，通过对柴油机全厂总配变电所及配电系统设计，我们可以更加清楚的了解到现实中可能出现的各种各样的问题，学习问题的解决方法，以及细节的把握，在本次课程设计中遇到多种问题，在遇到问题后能够全组团结合作，共同解决问题，有不会的及时请教老师。在具体设计中采用需要系数法计算各车间变电所的计算负荷，总配电变电所及配电系统设计，其中包括主接线设计、短路电流计算、主要电气设备选择、主要设备继电保护设计、配电装置设计、防雷接地设计。课程设计是学习到实践的一个重要环节，是我们日后工作所必需的过程。同时这也是我们进入农电专业以来第一次全面的自主
4、进行供电设计能力的训练。在这个为期两周的过程里，我们紧张过、茫然过、也喜悦过。通过课程设计实践，让我们树立了正确的设计思想，增强了创新意识，培养了供电技术和其他课程的综合应用，以及提高了我们用理论与实际知识分析和解决设计问题的能力。关键词：计算负荷，配电变电所设计，配电系统设计，主接线设计，短路电流计算，继电保护设计，配电装置设计，防雷接地设计第一章 柴油厂全厂基本情况的介绍一、柴油厂的基础资料1、生产任务及车间组成：（1）、本厂生产规模及产品规格：年产量4160型柴油机5000台工厂各车间电器设备及变电所负荷计算表(380伏负荷)（2）、本厂负荷性质：本厂为二班工作制，小时。属于二级负荷。（
5、3）、本厂的负荷统计情况如下表所示序号车间或用电单位名称设备容量(kW)需要系数变电所1热处理车间90.60.71.02NO.12工具车间470.30.651.173机修车间250.250.651.174冲焊车间2330.30.51.735机加一车间15500.30.651.17NO.26机动二车间12200.30.651.177装配车间2910.30.651.178铸造车间16120.40.71.02NO.39熔化车间12810.60.71.02NO.410锅炉房700.750.80.75NO.511空压站(低压)200.850.80.7512锻工车间352.70.30.651.1713产品
6、试验室1500.60.80.7514理化试验室56.780.60.80.7515厂区照明20116木工车间53.10.350.61.3317备料库50.120.30.651.1718中央计量室100.650.80.7519空压站(高压)2600.850.750.88NO.620熔化车间电炉6500.60.71.02NO.7说明：NO.1、NO.2变电所电所建议设置两台变压器外，其余皆设置一台变压器。 空压机站所需6kV电压，由总配变电所设置的10/6kV中间变压器供电。（4）、柴油厂全厂平面布置图冲焊机修工具NO.1装配机加一机加二NO.2清理制芯有色铸造NO.3砂理造型NO.4NO.7熔化N
7、O.5NO.6锻工车间产品试验室理化试验室木工车间空压站锅炉房备料库2、供用电协议（1）从电业部门某60/10kV变电所，用10kV电缆引入本厂，因供电可靠性要求，采用两回路供电 ，其中一回路为备用。该所在厂东北角1.5km。（2）该变电所10kV配出线路过电流保护装置的整定时间为1.5秒，该设计要求配电所不大于0.8秒。（3）在总配变电所10kV侧计量。（4）功率因数值应在0.9以上。（5）系统短路数据：变电所10kV侧短路容量：系统最大运行方式时：系统最小运行方式时： 3、本厂自然条件(1)气象条件：最热月平均最高温度为土壤中0.71米深处一年中最热月平均温度为土壤冻结深度为1.10米夏季
8、主导风向为南风年雷暴日数30日(2)地质及水文条件：厂区地表面比较平坦，地层以积土及砂质粘土为主，厚度为1.6-7米不等。地下水位为0.7米，地耐压力为20吨/平方米。二、设计任务：1、设计要求：根据本厂所能取得的电源及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，变压器的台数、容量及类型，选择变电所主要接线方案及高低压设备进出线，选择整定继电器保护装置，确定防雷和接地保护装置。2、设计内容：（1）全厂负荷计算：采用需要系数法计算各变电所电所的计算负荷。（2）总配电变电所及配电系统设计：主接线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据
9、，列出技术上可能实现的多个方案，经过概略分析比较，留下2-3个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较 (在经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标)，确定最优方案。短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算列出汇总表。主要电气设备选择：包括断路器、隔离开关、互感器、导线、绝缘子等设备的选择及校验。列出选用设备型号、数量、汇成设备一览表。主要设备继电保护设计：包括配电变压器、配电所进线段等元件的保护方式选择和整定计算。配电装置设计：包括配电装置布置形式的选择、设备布置图。防雷、接地设计：包括直击雷保护、行波保护和接地网设计。3、变电所设计： 根据
10、所给资料，选择低压配电系统接线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。第二章 负荷计算和无功功率补偿一 、负荷计算的目的及意义：负荷计算是正确选择供配电系统中导线、电缆、开关电器、变压器等电气设备的基础，也是保障供配电系统安全可靠运行必不可少的环节。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。根据负荷统计计算求出的各项数据来选择供电系统中的电气设备。二、全厂负荷初步计算：利用需要系数法计算负荷：以车间1为例：有功功率：=0.6=5.4kW；无功功率：=5.41.02=5.508kWAR；视在功率：；同理：得到全厂各个车间的计算负荷数据如下：表1 全厂各个车间的计算负荷序号车间或用
11、电单位名称设备容量(kW)需要系数计 算 负 荷变电所(kW)(kWAR)(kVA)1热处理车间90.60.71.025.45.5087.71412工具车间470.30.651.1714.116.49721.69213机修车间250.250.651.176.257.3139.61514冲焊车间2330.30.51.7369.9120.92139.815机加一车间15500.30.651.17465544.05715.3826机动二车间12200.30.651.17366428.22563.0827装配车间2910.30.651.1787.3102.141134.30828铸造车间16120.4
12、0.71.02644.8657.696921.14339熔化车间12810.60.71.02768.6783.972109.8410锅炉房700.750.80.7552.539.37565.625511空压站(低压)200.850.80.751712.7521.25512锻工车间352.70.30.651.17105.81123.798162.785513产品试验室1500.60.80.759067.5112.5514理化试验室56.780.60.80.7534.06825.55142.585515厂区照明20120020516木工车间53.10.350.61.3318.58524.71830
13、.975517备料库50.120.30.651.1715.03617.59223.132518中央计量室100.650.80.756.54.8758.125519空压站(高压)2600.850.750.88221194.48294.67620熔化车间电炉6500.60.71.02390397.8557.1437三、无功功率补偿：1、无功补偿的作用：（1）提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率; （2）减少电力网络的有功损耗； （3）合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力； （4）在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以
14、改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性； （5）装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。 2无功补偿补偿方案的选择：根据该工厂的负荷特点，我们采取的无功补偿方式是低压集中补偿。做好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，而且可提高配电变压器的利用率，改善功率因数和电压质量，并能有效的降低电能损失。3、无功补偿的计算及无功补偿装置的选择按照供电协议的功率因数要求，各个补偿的容量计算如下：（1）计算补偿前各个变电所低压侧总的有功、无功、视在功率、功率因数：（注
15、：取各个变电所低压侧有功同期系数，无功同期系数）以变电所NO.1为例进行说明：将变电所NO.1所包含的各车间相应量相加再乘以同期系数得到补偿前各个变电所低压侧总的有功、无功、视在功率及功率因数。有功：=（5.4+14.1+6.25+69.9）0.9=86.085kA无功：视在：=功率因数：（2）确定补偿后功率因数为0.93，计算要补偿的无功量（3）根据要补偿的无功量选择合适容量的电容器进行补偿。以变电所NO.1为例：选择BW0.4-13-3的电容器9台，因此，实际补偿容量为117kvar。同理，七个变电所计算数据如下表：表2 各变电所无功补偿的计算结果及无功补偿装置选择变电所序号低压侧(kW)
16、低压侧补偿前（kvar）低压侧补偿前（kVA）补偿量（kvar）实际补偿量（电容器台数）（kvar）电容器型号NO.186.085142.726166.677108.705117（9）BW0.4-13-3NO.2826.471020.691313.34694.069702（54）BW0.4-13-3NO.3580.32624.811852.737395.469396（33）BW0.4-12-3NO.4691.742744.7731016.46471.397476（34）BW0.4-14-3NO.5323.549300.351441.469172.484180（15）BW0.4-12-3NO.6
17、198.9184.756271.47106.151110（5）BWF6.3-22-3NO.7351377.91515.768239.195247（19）BW0.4-13-3（4）各个变电所经过补偿之后低压侧的相应量以变电所为例计算补偿后变电所1低压侧的实际无功功率及视在功率=（注：补偿前后，变电所低压侧的有功几乎不变，即86.085kA）同理，可以求得变电所2到7低压侧经过补偿后的无功功率和视在功率，所有的数据现汇总如下表：表3 各变电所补偿后的无功功率和视在功率变电所补偿后低压侧的量（kvar）补偿后低压侧视在功率（kVA）NO.125.72689.84684NO.2318.69885.78
18、55NO.3228.811623.7995NO.4268.773742.1226NO.5120.351345.2076NO.674.756212.4845NO.7130.91374.6177四、各个变电所变压器容量的确定：1、变电所电所的变压器台数和容量的确定原则：（1）只装一台主变压器时 主变压器的额定容量应满足全部用电设备总的计算负荷的需要，且留有少量余量即可： （2）装有两台变压器时 每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件： 0.7其中计算负荷中的全部一、二级负荷。2、变电所电所的变压器台数和容量的计算过程：（1）变电所1的变压器容量的选择，两台变压器采用暗备用方式。变电所1变压器损
19、耗计算：=5=5=2+=1.37288=2+=11.29159变电所2有两台变压器，采用暗备用方式，损耗计算同理。（2）变电所3到7容量根据 可选出将各个变电所的变压器型号及有功和无功损耗汇总如下：表4 各变电所的变压器型号及有功和无功损耗变电所变压器型号变压器容量（kVA）P变压器有功损耗（kW）Q变压器无功损耗（kVAR）NO.1-125101.3728811.29159NO.2-6301010.6062965.822NO.3-630106309.24134346.6947NO.4-8001080010.0593550.97946NO.5-400104005.2398524.71683NO
20、.6-630102502.22142222.12498NO.7400104006.00726826.83384计算各个变电所高压侧有功功率、无功功率、视在功率及功率因数以变电所1为例：=87.45788=37.01759=94.96938=0.920906同理：补偿后最终各变电所高压侧相关计算数据如下：表5 补偿后最终各变电所高压侧计算结果变电所P高压侧Q高压侧S高压侧cosNO.187.4578837.0175994.969380.920906NO.2837.0763366.512913.79850.91604NO.3589.5613275.5057650.7580.905961NO.470
21、1.8014291.7525760.02940.923387NO.5328.7889145.0678359.370.914903NO.6201.121495.4564222.62470.90341NO.7357.0073152.7438388.31030.919387第三章、总配及各个变电所主接线一、配电所主接线方案的设计：1、对电气主接线的基本要求：主接线代表了发电厂和变电所电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它对电气设备选择、配电装置的布置及运行的可靠性和经济性等都有重大的影响，因此，电气主接线应满足以下基本要求。根据系统和用户的要求，保证必要的供电可靠性和电能质量。因事
22、故被迫停电的机会越少，事故后影响的范围越小，主接线的可靠性越高。应具有一定的灵活性，以适应各种运行状态。主接线的灵活性 表现在：能满足调度的灵活性，操作方便的基本要求，可以方便地投入或切除某些机组、变压器或线路，还能满足系统在事故检修及特殊运行方式下的调度要求，不致过多影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。接线应尽可能简单明了，以便减小道闸操作且维护检修方便。在满足上述要求后，应使接线的投资和运行费达到最经济。在设计主接线时应考虑留有发展的余地。发电厂和变电所的电气主接线是整个电力系统的一部分，因此不应将上述基本要求看成是绝对的、彼此孤立的，应根据电力系统和电厂或变电站的具体情况，全面分析有关
23、影响因素，经过技术、经济比较，才能使各项要求得到全面和恰当的满足。2、配电所常用的主接线形式及其特点和适用范围：配电所常用的主接线形式有：单母线接线方式、单母线分段接线方式、单母线分段带旁路接线方式、双母线接线方式等。单母线接线：单母线接线的主要优点是:接线简单，清晰；设备少，操作方便；隔离开关仅在检修设备时作隔离电压的作用，不担任其他任何操作 ，使误操作的可能性减少；此外，投资少，便于扩建。主要缺点是：由于电源和引出线都接在同一母线上，当母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开接在母线上的全部电源，与之相接的整个电力装置在检修期间全部停止工作。此外，在检修出线断路器时，该回路必须停止工作。单
24、母线分段接线：单母线分段优点：母线发生故障或检修时，停电的范围可缩小一半：当其中的一段故障或检修时，分段断路器断开，另一段母线可正常工作。对重要用户，可以从不同段用两回线供电，当一段母线发生故障时，仍可由另一段母线继续供电。缺点：母线数分段得愈多，停电的范围愈小，但将增多断路器等设备的数量化，使配电装置复杂，花费较高。单母线分段带旁路接线 兼旁路母线的主要优点检修断路器的时候可以不中断该回路的供电，从而提高了供电的可靠性。这种接线广泛的用于出线较多的110kv及以上的高压配电装置中。主要缺点：工程造价比较高。3、配电所主接线方案的确定：本题方案采用单母线分段供电方式，采用单母线分段提高了变电所
25、供电的可靠性，同时相对与单母线兼旁路节省了大量的开关，降低了成本，可靠性与经济性都得到了保证，因此被采纳为设计最终方案。二、电气主接线（附图）：图3-10 变电所进线侧线路定时限过电流保护的原理电路图图3-11 变压器瓦斯保护的接线图三、总配位置的选择：总配电所的地点应尽量接近工厂的负荷中心，进出线方便靠近电源侧，设备运输方便，不应设在有剧烈震荡和高温的场所以及厕所，浴室等经常积水场所的正下方且不应设在有爆炸危险或腐蚀性气体的场所周围。工厂的负荷中心按负荷距法来确定。 将各个变电所的几何中心看做该变电所的质点，在平面上建立坐标系以及测量各这变电所见图：NO.1(0.626,1.5) NO.2(
26、4.07,2.894)NO.3(8.152,0)NO.4(7.854,4.524)NO.5(4.07,0.4)NO.6(5.644,0.4)NO.7(9.474,4.55)负荷：NO.1 86.085KWNO.2 826.47KWNO.3 580.32KWNO.4 691.742KW NO.5 323.549KWNO.6 198.9KWNO.7 351KW=3058.066=19346.142=7456.402X=6.326Y=2.438第四章 短路电流计算一、短路电流计算公式和原则：1、各阻抗计算公式：注：取=150MVA;分别可以取10.5kV、0.4 kV ；6.3 kV；（1） 电力系
27、统的电抗标幺值（电阻忽略不计）X=短路点计算电压，取为比所在电网电压高5%电力系统的出口短路的短路容量（2）电力线路的阻抗标幺值电阻R=RL电抗X=XL（3）电力变压器的阻抗标幺值单位： S-变压器的额定容量 KvAU-短路计算点计算电压kV-单位取MVA2、计算短路电流：分别对各短路点计算其三相短路电流周期分量、短路次暂态短路电流 、短路稳态电流、短路冲击电流及短路后第一个周期的短路全电流有效值（又称短路冲击电流有效值：）三相短路电流： （注：当时，可不计电阻在无限大容量系统下 ）高压电路短路冲击电流及其有效值 低压电路的短路冲击电流及其有效值 短路容量： 二、短路电流计算的部分计算过程：1
28、、各变电所的短路电流计算：以NO.1为例max运行方式： min运行方式： NO2-NO7短路电流计算同理。2、10KV母线上的短路计算：取电缆截面120mm，则：R=0.294 X=0.078 I=8.248kAmax运行方式：Z=0.891I=9.257KAi=2.55 I=23.605KAI=1.51 I=13.978KAS=168.35min运行方式：Z=1.305I=KAI=2.55 I=16.116 KAI=1.51 I=9.543 KAS=114.94 MVA三 短路计算计算结果汇总：1、高压侧短路计算、数值汇总：（1）最大运行方式下，短路电流，冲击电流峰值，冲击电流有效值，短路
29、容量表6-1 最大运行方式下短路电流计算数值短路点I（KA）i（KA）I（KA）S（MVA）10KV母线9.25723.60513.978168.35（2）最小运行方式下，短路电流，冲击电流峰值，冲击电流有效值，短路容量表6-2 最小运行方式下短路电流计算数值短路点I（KA）i（KA）I（KA）S（MVA）10KV母线6.3216.1169.543114.942、低压侧短路计算，数据汇总：（1）最大运行方式下，短路电流，冲击电流峰值，冲击电流有效值，短路容量表7-1 最大运行方式下短路电流、冲击电流峰值、冲击电流有效值、短路容量计算短路点I（KA）i（KA）I（KA）S（MVA）车间所18.7
30、7715816.149979.5671026.081172车间所235.8088765.8883239.0316724.80984车间所319.009434.977320.7202513.17049车间所423.7487643.6977125.8861516.4541车间所513.8157825.4210315.05929.572132车间所61.2670013.2308521.91317113.17049车间所713.8157825.4210315.05929.572132（2）最小运行方式下，短路电流，冲击电流峰值，冲击电流有效值，短路容量表7-2 最小运行方式下短路电流、冲击电流峰值、冲
31、击电流有效值、短路容量计算短路点I（KA）i（KA）I（KA）S（MVA）车间所18.60282415.82929.3770795.960386车间所233.0852260.876836.0628922.92278车间所318.2109733.5081919.8499612.6173车间所422.5163441.4300724.5428115.60024车间所513.3888824.6355414.593889.27636车间所61.2137853.0951511.83281512.6173车间所713.3888824.6355414.593889.27636第五章 主要电气设备选择一、母线和
32、电缆的选择和校验原则：1、母线和绝缘子的选择和校验原则：（1）按经济电流密度选择10KV母线的面积 (注：经查表得铝芯电缆和铝母线的经济电流密度为，电缆：J=1.73A/,母线：J=1.15A/)所以选取的母线规格：hb=405=200mm 矩形铝导线（2）按允许载流量校验:,即475A195.68A ，校验满足。（3）热稳定校验: (注： 工作温度为70时 C=87)（4）动稳定校验：（注：母线绝缘子间档距取1m； ：两母线轴线间距离，取为0.2m b：母线水平宽度，单位m h：母线的高度，单位m ）用公式校验 （注：、） （注：单位A、） （5）工厂总配进线的具体计算：（注：单位用kA）因
33、此，可知校验满足动稳定要求。2、10KV母线绝缘子和穿墙套管选择和校验：绝缘子选择ZA-10Y，破坏负荷为375公斤，用公式0.6校验其动稳定性：得0.6= ，故而满足动稳定。穿墙套管选择CLB-10/250，破坏负荷为750公斤，用公式0.6校验其动稳定性：得0.6= ，故而满足动稳定。二、进线铝芯电缆的选择：已知进线上相关量 （1）10kV进线的选择 选择ZLQ-120电缆（2）热稳定校验： 注：单位A（注：10kV电压等级下取60工作温度，则C=95）计算得：满足，热稳定满足要求。（3）电压损失校验: 1.5%5%三、各个变电所10kV电缆型号及截面的选择：以变电所1高压侧电缆的选择为例：已知： 取，长期工作允许的最高温度为，标准工作温度为热稳定校验： 选择ZLQ-95电缆同理，N02到NO7每个车间都选择ZLQ-95电缆。四、各个变电所低压侧母线和绝缘子的选择：1、各个变电所低压侧母线的选择：以变电所1低压侧的母线和绝缘子的选择和校验为例来说明方法（注：以下均为35环境温度，最高允许温度为70下的载流量）NO.1： （1）选取取304铝制母线 根据 （2）热稳定校验： （3）动稳定校验：P由于，因此，校验合格同理，的以下铝制母线的规格： NO.2 NO.3 806 NO.4 100
