某柴油机厂全厂总配变电所及配电系统设计.doc

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1、燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目： 某柴油机厂全厂总配变电所及配电系统设计 学院（系）： 电力工程系 年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 目录电气工程学院课程设计任务书3第一章 负荷计算和无功补偿91.1基本概念：91.2全厂负荷计算：91.3无功功率补偿：111.4各个变电所变压器容量的确定：13第二章 变电所主接线设计162.1电气主接线的概念：162.2配电所主接线方案的确定：162.3电气主接线基本结构图如下（主接线见附图）：172.4总配位置的选择：17第三章 短路电流计算203.1短路电流计算相关概念：203.2短路电流计算的部分计算过程：22第四章 电

2、气设备选择264.1母线和电缆的选择和校验：264.2进线铝芯电缆的选择：264.3各个变电所10kV电缆型号及截面的选择：274.4各个变电所低压侧母线和绝缘子的选择：274.5各个车间0.4kV电缆型号及截面的选择：284.5高低压电气设备的选择和校验：294.7设备选择汇总表：32第五章 继电保护设计385.1继电保护装置概念：385.2配电变压器的保护方式选择与整定计算：39附图141附图242附图343心得体会44参考文献45电气工程学院课程设计任务书课程名称： 供电系统课程设计 基层教学单位：电力工程系 指导教师： 学号学生姓名（专业）班级设计题目题目4：某柴油机厂全厂总配变电所及

3、配电系统设计设计技术参数1、全厂生产任务及车间组成；2、全厂各车间负荷计算表；3、供用电协议；4、供电系统短路技术数据。设计要求课程设计应提交设计计算说明书一份（B5纸）。说明书应包含完整的电气接线图、计算的原始公式、详细的计算过程；计算数据汇总表；设备技术参数汇总表。参考资料1、电力工程电气设备手册2、电力工程电气设计手册3、工厂供电（第2版），陕西工业学院 苏文成编 机械工业出版社 4、供电技术（第3版），西安理工大学 余建明等编 机械工业出版社 5、工厂供电系统设计指导，刘介才编周次第一周完成内容完成设计要求指导教师签字基层教学单位主任签字说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教

4、务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。电气工程学院 教务科设计题目4：某柴油机厂全厂总配变电所及配电系统设计一、某柴油机厂生产及车间组成1、本厂生产规模和产品规格年产4160型柴油机5000台/8500吨。2、本厂各车间的组成及生产任务（1）机械加工一车间本车间承担的主要任务有：柴油机的备件和零部件18种。工作制度为两班制，全年工作时数为4600小时。工段组成：自动线工程、气缸工程、曲轴工程、凸轮工程、连杆工程、杂件工段及辅助工段组成。（2）机械加工二车间本车间承担柴油机的全部中小零件生产。工作制度为二班制，工作时数为4600小时。（3）装配车间本车间承担年生产4160型柴

5、油机5000台/8500吨的组装。工作制度为一班制，全年工作时数为2440小时。（4）产品试验室本室承担产品试验工作工作制度为一班制，全年工作时数为2150小时。（5）铸造车间本车间承担柴油机所需的铸造件工作制度为一班制，全年工作时数为2150小时。（6）冲焊车间本车间承担4160型柴油机冲压零件的备料、焊接和涂漆工作。工作制度为二班制，全年工作时数为4600小时。（7）锻工车间本车间承担4160型柴油机全部锻件以及全厂工具机修自用锻件的备料、锻件第一热处理。工作制度为一班制，全年工作时数为2150小时。（8）热处理车间本车间承担4160型柴油机零件的第二热处理和零件表面的法兰处理，全厂工具模

6、具及机修件的处理。工作制度为二班制，全年工作时数为4600小时。（9）工具车间本车间承担本厂所有产品正常生产及产品技术改造所需的专用工具夹量具、部分标准工具的制造。工作制度为二班制，全年工作时数为4600小时。（10）机修车间本车间承担全厂机械动力设备的大修。（11）木工车间承担铸件的制模。工作制度为一班制，全年工作时数为2440小时。（12）备料车间本车间属于金属材料库。工作制度为二班制，全年工作时数为4600小时。（13）理化实验室承担产品理化试验工作制度为一班制，全年工作时数为2440小时。（14）中央计量室承担全厂标准量块的保管和定期巡检、检定，保证全厂量度的统一。工作制度为一班制，全

7、年工作时数为2400小时。二、设计依据1、全厂各车间变电所负荷计算如下表：序号车间或用电单位名称设备容量(kW)计算负荷变压器台数及容量P30(kW)Q30(kvar)S30(kVA)（1）No.1 变电所1热处理车间740.90.60.71.022工具车间470.30.651.173机修车间2520.250.651.174冲焊车间2330.30.61.335小计6乘以同期系数 (=0.9,=0.95) （2）No.2 变电所1机加一车间15500.30.651.172机动二车间12200.30.651.173装配车间2910.30.651.174小计5乘以同期系数 (=0.9,=0.95)（

8、3）No.3 变电所1铸造车间包括清理、制芯、有色铸造16120.40.71.022小计3乘以同期系数(=0.9,=0.95)（4）No.4 变电所1熔化车间包括砂理、造型12810.60.71.022小计3乘以同期系数(=0.9,=0.95)（5）No.5 变电所1锅炉房700.750.80.752空压站200.850.80.753锻工车间352.70.30.651.174产品实验室1500.60.80.755理化实验室56.870.60.80.756厂区照明2017木工车间53.10.350.61.338备料库50.120.30.651.179中央计量室100.60.80.7510小计11

9、乘以同期系数 (=0.9,=0.95)（6）No.6变电所1空压站（6 kV）2600.850.750.88全厂合计1全厂合计P30(kW)Q30(kvar)S30(kVA)2乘以同期系数 全厂合计()2、供用电协议工厂与电业部门所签订的供电协议主要内容如下：（1）从电业部门某110/10kV变电所，用10kV电缆线路向本厂供电，因供电可靠性要求，采用双回路供电，变电所距离厂东北角1.5公里；（2）供电部门提出的技术要求： 变电所10kV配出线路过电流保护装置的整定时间为1.5秒，工厂配电所应不大于0.8秒； 在总配电所10kV侧计量； 本厂的功率因数值应在0.9以上。（3）系统短路数据。供电

10、部门变电所10kV侧短路容量为：运行方式电源10kV母线短路容量说明系统最大运行方式时MVA系统为无限大容量系统最小运行方式时MVA供电系统如下图所示。三、负荷性质本厂为两班制，年最大负荷利用时数为4600小时，为二级负荷。四、设计内容1、厂用负荷计算与各车间变压器容量、电压等级的确定。2、工厂总配电所及配电系统主接线的设计：包括选择主接线形式，主变压器容量(型号)及数量，厂区内配电线路型号、长度。3、短路电流的计算及无功补偿容量的确定。4、主要电气设备的选择与动、热稳定校验（断路器、隔离开关、熔断器）。5、主线路保护原理设计：包括保护方式的选择，整定值计算及灵敏度校验。第一章 负荷计算和无功

11、补偿1.1基本概念：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。对于无功功率不符合要求的场合，需进行必要的无功补偿，满足运行要求。1.2全厂负荷计算：利用需要系数法计算负荷：以热处理车间为例：有功功率：=0.6=444.54kW；无功功率：=444.541.02=453.43kVAR；视在功率：；可得到全厂各个车间的计算负荷数据如下：表1-1 全厂各个车间的计算负荷序号车间或用电单位名称设备容量(kW)计算

12、负荷P30Q30S30(kW)(kvar)(kVA)1热处理车间740.90.60.71.02444.54453.4308635.05714工具车间470.30.651.1714.116.49721.6923083机修车间2520.250.651.176373.7196.9230774冲焊车间2330.30.61.3369.992.967116.55小计591.54636.6048870.172536乘以同期系数 =0.9, =0.95532.386604.77456805.721机加一车间15500.30.651.17465544.05715.384622机动二车间12200.30.651.

13、17366428.22563.076923装配车间2910.30.651.1787.3102.141134.307694小计918.31074.4111412.76925乘以同期系数 =0.9, =0.95826.471020.69051313.341铸造车间16120.40.71.02644.8657.696921.142862小计3乘以同期系数 =0.9, =0.95580.32624.8112852.731熔化车间12810.60.71.02768.6783.97210982小计3乘以同期系数 =0.9, =0.95691.74744.77341016.451锅炉房700.750.80.

14、7552.539.37565.6252空压站200.850.80.751712.7521.253锻工车间352.70.30.651.17105.81123.7977162.784624产品实验室1500.60.80.759067.5112.55理化实验室56.870.60.80.7534.12225.591542.65256厂区照明201112020207木工车间53.10.350.61.3318.58524.7180530.9758备料库50.120.30.651.1715.03617.5921223.1323089中央计量室100.60.80.7564.57.510小计359.053335

15、.82437486.4194211乘以同期系数 =0.9, =0.95323.1477319.03315454.0991空压站（6 kV）2600.850.750.88221194.48294.666671全厂合计P30(kW) Q30(kvar)S30(kVA)2乘以同期系数 全厂合计()2857.5573333.1334390.3771.3无功功率补偿：1、无功补偿的原因：工厂中由于有大量的异步电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数时，则需考虑增设

16、无功功率补偿装置。 2、无功补偿方案：根据该工厂的负荷特点，采取的无功补偿方式是在低压侧补偿。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（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：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1为例进行计算：计算步骤及公式如下：有功功率：=（444.54+14.1+63+69.9）0.9=532.39kW无功功率：视在功率：=功率因数：可见：功率因数不符合要求，需进行无功功率补偿（2）10KV线路确定补

17、偿后功率因数为0.95，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。变电所1：选择BZMJ0.4-50-3，因此，实际补偿容量为450。同理，六个变电所得数据如下表：表1-2 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)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.1532.39604.77805.72431.02450(9)BZMJ0.4-50-3NO.2826.471020.691313.34747.13750(15)BZMJ0.4-50-3NO.3580.32624.

18、81852.74434.99450(9)BZMJ0.4-50-3NO.4691.74744.771016.46518.51540(9)BGMJ0.4-60-3NO.5323.15319.03454.10214.30240(8)BGMJ0.4-30-3NO.6221194.48294.67122.26132(6)BWF6.3-22-3（4）各个变电所经过补偿之后低压侧的相应量以变电所1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=同理，可以求得变电所2到6低压侧经过补偿后的功率见下表：表1-3 各变电所无功补偿后的计算结果变电所补偿后低压侧的量（kvar）补偿后低压侧视在功率（kVA）N

19、O.1174.445560.51NO.2276.867870.567NO.3190.585610.576NO.4228.274727.803NO.5115.45339.697NO.672.506232.5011.4各个变电所变压器容量的确定：1、变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，即： （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： 任意一台变压器单独运行时：（0.6 0.7）其中计算负荷中的全部一、二级负荷。2、变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,根据 可

20、选出。 变电所1变压器损耗近似计算结果为： =0.015=9.45KW=0.06=37.8KVAR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1-4 各变压器型号和容量选择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.1-630106309.4537.8NO.2-100010100015.060.0NO.3-630106309.4537.8NO.4-8001080012.048.0NO.5-400104006.024.0NO.6-630106309.4537.8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：=5

21、41.84KW=212.245KVAR=581.927KVA=0.9311同理：补偿后最终各变电所高压侧相关计算数据如下：表1-5 补偿后最终各变电所高压侧计算结果变电所高压侧P(KW)高压侧Q(KVAR)高压侧S(KVA)cosNO.1541.84212.245581.9270.9311NO.2841.47336.867842.2770.9990NO.3589.77228.385632.4460.9352NO.4703.74276.274756.0270.9308NO.5329.15139.45357.4720.9208NO.6230.45110.306255.4890.90199第二章 变

22、电所主接线设计2.1电气主接线的概念：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。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。主接线要有足够的灵活性，且要便于检修维护。 2.2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

23、案。2.3电气主接线基本结构图如下（主接线见附图）： 2.4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。工厂的负荷中心按负荷功率距法来确定。 即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变电所坐标见图：NO.1(0.45,1.00)NO.2(1.05,1.00)NO.3(2.05,1.05)NO.4(2.05,1.35)NO.5(0.75,0.65)NO.6(1.75,0.65)坐标位置： 负荷量NO.1532.39KWNO.2826.47KWNO.3580.32KWNO.4691.74KWNO.5323.15KWNO

24、.6221KW=3175.07KW=4344.2045=3255.7425X=1.3682Y=1.0254即 负荷中心在厂区内部，符合要求。第三章 短路电流计算3.1短路电流计算相关概念：1、阻抗计算：取=100MVA;分别可以取10.5kV； 6.3 kV ； 0.4 kV；其中：10.5kV的基准电流为6.3 kV的基准电流为0.4 kV的基准电流为（1） 电力系统的电抗标幺值（电阻忽略不计）X=其中：最大运行方式下：最小运行方式下：（2）电力线路的阻抗标幺值（）电阻R=RL电抗X=XL其中：R=RL=X=XL=（3）电力变压器的阻抗标幺值单位： S（KVA），U （kV），（MVA）其中

25、：同理2、短路电流计算：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冲击电流有效值：。三相短路电流： （在无限大容量系统下 ）高压电路三相短路冲击电流及其有效值 在1000KVA及以下的电力变压器和低压电路的短路冲击电流及其有效值 短路容量： 3.2短路电流计算的部分计算过程：1、各变电所的短路电流计算：等效的系统阻抗图为：以NO.1为例最大运行方式下： 最小运行方式下： 其余变电所短路电流计算同理。低压侧短路计算，数据汇总：（1）最大运行方式下表3-1 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（K

26、A）I（KA）S（MVA）NO.118.55134.13320.220312.8523NO.228.04451.60130.56819.430NO.318.55134.13320.220312.8523NO.423.03142.37825.10415.957NO.513.57524.97714.7969.405NO.61.1782.1671.28412.852（2）最小运行方式下表3-2 最小运行方式下短路电流、冲击电流峰值、冲击电流有效值、短路容量计算短路点I（KA）i（KA）I（KA）S（MVA）NO.118.15533.40519.78912.578NO.227.15249.95929.

27、59518.811NO.318.15533.40519.78912.578NO.415.53828.58916.93615.538NO.513.36124.58414.5639.257NO.61.15272.1211.25612.5782、10KV母线上的短路计算：取电缆的单位电阻、电抗值为：R=0.35 X=0.08 I=5.499kA最大运行方式：Z=0.8124I=6.7688KAi=2.55 I=17.2605KAI=1.51 I=10.2209KAS=123.0921MVA最小运行方式：Z=0.8992I=KAi=2.55 I=15.4526 KAI=1.51 I=9.1503KAS

28、=111.2096 MVA高压侧短路计算、数值汇总：（1）最大运行方式下表3-3 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6.768817.260510.2209123.0921（2）最小运行方式下表3-4 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6.059815.45269.1503111.2906第四章 电气设备选择4.1母线和电缆的选择和校验：导线截面越大，电能损耗越小，但是线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量都要增加。因此从经济方面考虑，可选择一个比较合理的导线截面，既使电能损耗小，又

29、不致过分增加线路投资、维修管理费用和有色金属损耗量。1、母线选择和校验原则：（1）按经济电流密度选择10KV母线的面积 ( 经查得经济电流密度为，电缆：J=1.73A/,母线：J=1.15A/)173.16所以选取的母线规格：LGJ-150 矩形铝导线（2）按允许载流量校验:,即418A173.16A ，校验满足。（3）热稳定校验: 4.2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LGJ-120电缆（2）热稳定校验： （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。4.3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

30、择为例： （1）选取取25铝制母线 根据 同理，N02到NO6每个车间都选择LGJ-25电缆。4.4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）选取取铝制母线,载流量为1150A（2）热稳定校验： 同理，的以下铝制母线的规格：NO.1LGJK-800NO.2LGJK-1250NO.3LGJK-750NO.4LGJK-1000NO.5LGJ-200NO.6LGJ-25（注：低压侧为6KV） 4.5各个车间0.4kV电缆型号及截面的选择：以热处理车间为

31、例：已知： 选择LGJ-500其余电厂的型号选择为NO.1LGJ-500NO.2 LGJK-800NO.3 LGJK-630NO.4 LGJK-630NO.5 LGJ-300NO.6 LGJ-254.5高低压电气设备的选择和校验：1、 断路器：高压断路器时供电系统中最重要的开关之一。所以在选择高压断路器时，除了考虑其额定电压，额定电流及动稳定和热稳定等因素外，还应校验其断流容量，即：（1）按正常工作条件选择断路器U（2）动稳定校验i,热稳定校验2、隔离开关：隔离开关因无切断故障电流的要求，所以它只根据一般条件进行选择，并按照短路情况下进行热稳定和动稳定的校验，即U动稳定校验i,热稳定校3、电流

32、互感器：电流互感器的额定电压应大于或等于安装地点的电网额定电压。电流互感器一次侧的额定电流应大于或等于线路最大工作电流的1.2-1.5倍。电流互感器的测量精度与它的二次侧所接的负荷大小有关，即与它接入的阻抗Z的大小有关。、动稳定校验K=，热稳定校验注：-动稳定倍数；-热稳定倍数； -电流互感器额定一次电流；t-热稳定试验时间，取1s，则热稳定校验条件为4、电压互感器：其额定电压要与供电电网的额定电压相同。应根据电压互感器的测量精度要来确定二次侧允许接入的负荷。即：S由于电压互感器两侧均装有熔断器，故不需要进行短路条件下的动稳定和热稳定校验10KV进线电气设备选择:高压断路器:选择SN10-10

33、I 动稳定校验: 热稳定校验: 断流容量的校验：S=300MVA=163.934MVA高压隔离开关：选择GN6-10T/200动稳定校验: 热稳定校验: 电流互感器：选择LA-10，额定电流比300/5动稳定校验：热稳定校验: 10KV母线的电压互感器:选择JSJW-10，加设的熔断器选择RN1-10/200。其余各变电所各车间设备选择校验同理。各车间高低压侧电气设备选择：以变电所1为例:10KV侧:高压断路器:选择SN10-10/630-16动稳定校验: 热稳定校验: 断流容量的校验：S=300MVA=12.8523MVA高压隔离开关:选择GN17-10/400动稳定校验热稳定校验: 电流互

34、感器：计算电流=33.54A，选择LFZ1-10，电流比为10/5各车间电气设备选择:以热处理车间为例：低压断路器：选择DZ20Y-100断流容量校验：刀开关：选择HD11-200(杠杆式) 动稳定校验热稳定校验: 其余各变电所各车间设备选择校验同理。4.7设备选择汇总表：表4-1 电气设备选择汇总表10KV进线电压等级设备型号计算电流（额定电流）A（kA）（额定断流能力）（kA）冲击电流峰值热稳定电流10kV进线计算值-195.689.25723.605高压断路器SN10-10I6301640高压隔离开关GN6-10T/2002001025.5电流互感器LA-10300/5-表4-2 电气设

35、备选择汇总表变电所1高压侧（高压侧设备在总配到各变电所出线处）电压等级设备型号计算电流（额定电流）A（kA）（额定断流能力）（kA）冲击电流峰值热稳定电流NO.110Kv侧计算值-33.5418.55134.133高压断路器SN10-10/630-162001640高压隔离开关GN17-10/4002001452电流互感器LFZ1-1010/5-表4-3 电气设备选择汇总表变电所2高压侧（高压侧设备在总配到各变电所出线处）电压等级(设备型号)电压等级）计算电流（额定电流）A（kA）（额定断流能力）（kA）冲击电流峰值热稳定电流NO.210Kv侧计算值-48.6328.04451.60高压断路器

36、SN10-10/630-162001640高压隔离开关GN17-10/4002001452电流互感器LFZ1-1075/5-表4-4 电气设备选择汇总表变电所3高压侧（高压侧设备在总配到各变电所出线处）电压等级(设备型号)电压等级）计算电流（额定电流）A（kA）（额定断流能力）（kA）冲击电流峰值热稳定电流NO.310Kv侧计算值-36.5118.55134.133高压断路器SN10-10/630-162001640高压隔离开关GN17-10/4002001452电流互感器LFZ1-1040/5-表4-5 电气设备选择汇总表变电所4高压侧（高压侧设备在总配到各变电所出线处）电压等级(设备型号)电压等级）计算电流（额定电流）A（kA）（额定断流能力）（kA）冲击电流峰值热稳定电流NO.410K