10KV工厂供配电系统设计.doc

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1、10KV工厂供配电系统设计重庆大学网络教育学院毕 业 设 计（论 文）题目10KV配电系统设计学生所在校外学习中心 济南 批次 层次 专业 201501 专科起点本科电气工程及其自动化 学 号 W13203337 学 生 孙潇 指 导 教 师 朱学贵 起 止 日 期 2015.1.28-2015.4.10 摘 要 随着工厂自动化程度的提高，合理的工厂供电系统变得越来越重要，不仅可以保证工厂的正常生产，还能大大的节约电能降低产品的成本，提高生产效率。 本设计为纺织厂供配电系统设计，主要包括电力负荷计算、变电站主接线的设计、电源进线及工厂高压配电线路的设计、短路计算、高低压电气设备选择以及变电站继

2、电保护规划设计和防雷与接地。 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。关键词：电源进线 短路计算 电气设备选择 继电保护 目录引言.41. 设计任务.51.1设计题目.51.2设计目的.5 1.3设计任务与要求.52设计内容.7 2.1.负荷计算和无功功率补偿.7 2.1.1.负荷计算.7 2.1.2.无功功率的补偿.12 2.2.变压器的选择.13 2.2.1.变压器台数的选择.13 2.2.2.变压器容量的选择.13 2.2.3.变压器类型的选择.14 2.3.导线与电缆的选择.

3、14 2.3.1高压进线和引入电缆的选择.14 2.3.2 380v低压出线的选择.14 2.4.电气设备的选择.15 2.4.1. 高压侧一次设备的选择.15 2.4.2. 低压侧一次设备的选择15 2.4.3. 继电保护及二次结线设计.15 3防雷与接地装置的设置.16 3.1.直接防雷保护 .16 3.2.雷电侵入波的防护.16 3.3接地装置的设计. 17 4 结论.185 参考文献.19引言本设计为电气工程及其自动化专业的毕业设计，以供电技术为主线，综合考查学生对本专业各科知识的掌握程度，培养对本专业各科知识进行综合运用的能力，同时也检验了本专业学习四年以来的成果。1. 工厂供电的意

4、义和要求工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配。除某些特殊的大型工业企业带有自备发电站以外，工厂都是由电力系统的终端降压变配电所，即总降（配）变电所提供电能。总降（配）变电所、供电线路和用电设备构成了一个完整的工厂供电系统。供电系统一旦确定，就决定了用户内部用电负荷的供电可靠性和供电质量。电能易于转换，易于传输，分配简单经济，便于调节、控制和测量等特点，使得电能成为了工业生产的主要能源。能否保证供电的可靠性和电能质量直接影响到工业生产能否正常进行，能否做到合理用电、节约用电、高质量用电成为决定工厂生产力和企业效益的重要因素。因此，设计符合工厂具体负荷情况的供电系统是工业生产的必备条件。做好工

5、厂供电工作对发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。工厂企业是国家电力的主要用户，完善工厂供电系统的配置对节约能源、支援国家经济建设也有很大的促进作用。为了使工厂供电工作能够切实为工业生产服务，要求做到以下几点：（1） 安全 在电能的供应、分配和使用过程中，不应发生人身事故和设备事故。（2） 可靠 不同级别的负荷对供电可靠性的要求不同，工厂供电系统必须满足相应负荷的要求。（3） 优质 供电系统提供的电能应该满足电力用户对电压、频率等电能质量的要求。（4） 经济 在保证供电可靠性的情况下，供电系统的投资要尽量少，运行费用要尽量低，并尽可能的节约电能和减少有色金属的消耗量。2. 工厂供电

6、设计的一般原则工厂供电设计必须以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程的实际情况进行。按照国家标准GB50052-95供配电系统设计规范、GB50053-9410kv及以下设计规范、GV50054-95低压配电设计规范、全国通用建筑标准设计.电气装置标准图集等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：(1)遵守规程、执行政策；必须遵守国家有关规定及标准，执行国家有关方针和政策，包括 节约能源，节约有色金属等技术经济政策。(2）安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

7、(3)近期为主、考虑发展应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。(4)全局出发、统筹兼顾按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，综合考虑，确定合理的设计方案。3. 设计的内容及步骤工厂供电系统的设计是根据电力用户所处地理环境、生产工艺对负荷的要求、各个车间的负荷数量和性质、负荷布局以及地区供电条件进行的。要求设计成果能应用于生产实际，能够让该供电系统安全、可靠、经济的分配电能，满足工业生产的需要。设计的具体步骤如下： （1）按照厂区用电设备的资料和其他具体情况，计算负荷。（2）根据负荷等级和计算负荷，选定供电电源、电压等级和供

8、电方式。（3）根据环境和计算负荷，选择变电所的位置、变压器数量和容量。（4）为变配电所选择安全、可靠、灵活、经济的主接线，选择合理的户外高压配电方案。（5）用标幺值进行短路电流的计算。（6）根据短路电流的计算结果，按照正常工作条件、短路时的工作条件、电气设备自身特点进行电气设备的选择和校验，用主接线图表达设计成果。（7）主变压器和馈线电路保护装置的设计及整定，包括保护方式的确认、保护值的整定、保护装置的选择以及灵敏度校验。 （8）变电所的防雷和接地设计，总降的电照设计。（9）需要核算建设所需器材与总投资。1.设计任务 1.1设计题目：10KV工厂供配电系统设计 1.2设计目的 通过本课程设计：

9、熟悉供配电系统初步设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范等，锻炼工程设计、工程计算、工具书使用等能力，并了解供电配电系统前沿技术及先进设备。让我们了解设计工厂配电的一般流程，对工厂的布局有个大致的概念，对电力系统的接线方式有一定的了解。 1.3设计任务与要求 机械厂的地理位置及负荷分布如下图：机械厂负荷统计表厂房负荷类型设备容量(kW)需要系数功率因数铸造车间23000.30.7电镀车间22500.30.6仓库3200.60.8热处理车间31200.40.7锻压车间33000.50.65金工车间33000.30.6工具车间33500.20.81、确定全厂计算负荷，编制负荷总表。2、合

10、理确定变压器台数及容量，选择其规格型号。3、拟定高压配电所主接线方案，并选择元件和设备的型号规格。4、拟定车间变电所主接线方案，并选择元件和设备的型号规格。5、合理确定无功补偿。6、选择各线路的导线型号规格。7、选择高压、低压一次设备时。2.设计内容 2.1.1负荷计算 2.1.1.1 电力负荷计算的内容 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼

11、夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.1.1.2 电力负荷的表达式 电力负荷根据其对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度，可分为三级：一级负荷、二级负荷、三级负荷。2.1.1.2.1 年最大负荷就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最多的半小时平均负荷。年最大负荷利用小时，是假设电力负荷按年最大符合持续运行时，在次时间内电力负荷所好用的电能恰与电力负荷全年实际所耗用的电能相等。按下式计算： （h）（h） (1-1)其中为全年消耗的电量（） 有功电量 无功电量2.1.2.1.2 平均消耗的功率就是电力负荷在

12、一定时间t内平均消耗的功率，即： （kW） (1-2) 年平均负荷，就是电力负荷全年平均耗用的功率，t取8760（h），即： (1-3)2.1.2.1.3 负荷系数最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比，称为负荷系数。用、分别表示有功、无功负荷系数，其关系式为： (1-4)2.1.2.1.4 单个三相用电设备组的计算负荷需要系数法确定三相用电设备组计算负荷：在供配电系统设计和运行中，常使用需要系数，其定义为： (1-5)式中 用电设备组负荷曲线上最大的有功负荷（）； 用电设备组设备容量（）；其物理意义为： （1-6) 同期系数。负荷系数。线路供电率。 用电设备在实际运行功率时的效率。1。用电设备

13、组有功计算负荷： () (1-7)用电设备的无功计算负荷：（kvar） (1-8)用电设备组的视在计算负荷为：=（kVA） (1-9)用电设备组的计算电流为：（A） (1-10)按二项式发确定三相用电设备组计算负荷.同一工作制单组用电设备有功计算负荷为 无功计算负荷为 （kvar） 式中 b、c为二项式系数，对于不同类型的设备取值不同。2.1.2.1.5 多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因数。因此在确定多组用电设备时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别记入一个同期系数和。对车间干线取： 0.85

14、0.950.900.97 对低压母线，分两种情况由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取：0.800.900.850.95 由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取：0.900.950.930.97 需要系数法确定计算负荷总的有功计算负荷为 (1-11)总的无功计算负荷为 (1-12)则视在计算负荷为 (kVA) (1-13)总的计算电流为 (1-14)工厂的计算负荷，应该是在高压母线上所有高压配电线路计算负荷之和，在乘以一个同时系数。高压配电线路的计算负荷，应该是该线路所供车间变电所低压侧计算负荷，加上变压器的功率损耗，如此逐级计算即可求得供电系统所有元件的计算负荷。但对一般工厂供电系统来说，

15、由于高低压配电线路一般不很长，其损耗较小，因此在确定其计算负荷时往往不计线路损耗。在负荷计算中，电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算：有功损耗： 无功损耗： 2.1.1.3 负荷计算本设计是为工厂设计一座高压配电系统，带有二级负荷、三级负荷。二级负荷也属于重要负荷，供电变压器可由一台或者两台变压器。当只有一台变压器的时候可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源以满足二级负荷的要求，工厂不致中断供电。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路10kV及以上的专用架空线路供电。这是考虑架空线发生故障时易于发现且易于检查和修复。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电

16、缆应能承受全部二级负荷。工厂负荷计算及无功补偿计算公式： 有功功率 P30= Pe*Kx(kW) 无功功率 Q30= P30*Tan(kVar) 视在功率 S30= P30/ Cos(KVA) 计算电流 I30= S30/（3*UN)(A)式中，kx为需要系数；Cos为功率因素；Tan为功率因素的正切值；UN为用电设备组的额定电压；31.732。(1)铸造车间： P30= Pe*Kx=0.3*300=90kw Q30= P30*Tan=90*1.01=91.8kvar S30= P30/ cos=90/0.7=128.6KVA I30= S30/3*UN=128.6/(1.732*0.38）=

17、195.4A（2）电镀车间：P30= Pe*Kx=0.3*250=75kw Q30= P30*Tan=75*0.75=56.25kvar S30= P30/ cos=75/0.6=125KVA I30= S30/3*UN=125/（1.732*0.38）=189.9A（3）仓库： P30= Pe*Kx=0.6*20=12kw Q30= P30*Tan=12*0.75=9kvar S30= P30/ cos=12/0.8=15KVA I30= S30/3*UN=15/（1.732*0.38）=22.8A(4)热处理车间：P30= Pe*Kx=0.4*120=48kw Q30= P30*Tan=4

18、8*1.01=48.48kvar S30= P30/ cos=48/0.7=33.6KVA I30= S30/3*UN=33.6/（1.732*0.38）=51 A(5)锻压车间： P30= Pe*Kx=0.5*300=150kw Q30= P30*Tan=150*1.17=175.5kvar S30= P30/ cos=150/0.65=230.8KVA I30= S30/3*UN=230.8/（1.732*0.38）=350.7A（6）金工车间：P30= Pe*Kx=0.3*300=90kw Q30= P30*Tan=90*1.33=119.7kvar S30= P30/ cos=90/0

19、.6=150KVA I30= S30/3*UN=150/（1.732*0.38）=227.9A （7）工具车间：P30= Pe*Kx=0.2*350=70kw Q30= P30*Tan=70*0.75=52.5kvar S30= P30/ cos=70/0.8=87.5KVA I30= S30/3*UN=87.5/（1.732*0.38）=132.9A机械厂负荷统计表车间名称额定容量(kW)需要系数(K)工作电压(kV)功率因数cos计算有功(kW)计算无功kvar视在功率KVA计算电流（A）铸造车间3000.30.380.79091.8128.6195.4电镀车间2500.30.380.67

20、556.25125189.9仓库200.60.380.81291522.8热处理车间1200.40.380.74848.4833.651 锻压车间3000.50.380.65150175.5230.8350.7金工车间3000.30.380.690119.7150227.9工具车间3500.20.380.87052.587.5132.9总计164010701106.46770.51170.62.1.2.无功功率的补偿 设计要求达到的功率因数为0.9以上，显然不符合要求，需要进行无功补偿。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

21、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。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0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量： =(tan - tan)=972tan(arccos0.724）tan(arccos0.92) =512.01kvar选择低压单相并联电容器BWF 0.4-75-1/3，单个容量为75kvar。 式中：为电容器铭牌上的额定容量，Kvar ； 为电容器在实际运行电压下的容量，Kvar； 为电容器的额定电压，kV； U为电容器实际运行电压，kV；每个电容器的实际无功容量为 =75（380/

22、400)=67.69kvar实际应选用的电容器的个数为 =512.01/67.698（个）2.2.变压器的选择在进行负荷统计及无功补偿后，就可根据补偿后的容量进行变压器的选择。 变压器的选择包括容量、台数、类型的选择。 2.2.1.变压器台数的选择原则：在供配电系统中，变压器台数的选择与供电范围内用电负荷大小、性质，重要程度有关。选择原则：如果有下列情况考虑选择2台。 1有大量的一、二级负荷； 2季节性负荷或昼夜负荷变动大宜采用经济运行方式； 3负荷集中且容量大(1250KVA以上)的三级负荷； 4考虑负荷发展可能。 其它情况选择l台，三级负荷一般选择1台。2.2.2.变压器容量的选择原则：

23、1. 选择1台变压器时容量应满足： 2. 选择2台变压器时每台容量应同时满足： 式中，为变压器低压侧负荷计算容量，为所要选择的变压器容量，为部的一二级负荷和。 3选择l台配电变压器容量时应考虑容量上限，一般不超过1250一2000KVA。 4适当考虑负荷的发展。2.2.3.变压器类型的选择原则： 1一般情况选择双绕组三相变压器，并选用SL7、S7、S9等低损耗电力变压器251。2多尘或腐蚀场所选择防尘防腐型变压器如SLl4等系列全密封式变压器。3高层建筑选用不燃或难燃型变压器如SCL系列环氧树脂浇注干式变压器或SF6型变压器。4多雷地区宜选用防雷型变压器如Sz变压器。5电压偏移大的电压质量要求

24、高的场所选用有载调压型变压器如SZL7、 Sz9系列变压器。 综合以上考虑，选择2台接线方式为Yyn0的S9-1000 10/0.4kV变压器，每台可分的负荷是700KVA，满足变压器的选择规则。2.3.导线与电缆的选择 为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济的运行，进行导线和电缆截面时必须满足一些条件:（1）发热条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。（2）电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗检验。（3）机械强度导线

25、（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需要检验其短路热稳定性。母线也应检验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。 根据设计要求和有关资料的考证，10kv电路，通常先按发热条件来选择截面，在校验电压损耗和机械强度。低压照明线路，因为其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。2.3.1高压进线和引入电缆的选择 10kv高压进线的选择与校验采用LJ性铝绞线，架空敷设，接往10kv公用干线。查相关资料，10kv铝及铝合金最小截面为35平方毫米，不满足机械强度的要求，故选LJ-35型铝绞线。由于此线

26、路很短，不需要校验电压损耗。2.3.2 380v低压出线的选择查找资料，馈电给用电厂房的线路选择采用VLV22-1000型聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。2.4.电气设备的选择 2.4.1.高压侧一次设备的选择 有真空断路器、高压熔断器、电压互感器、电流互感器、避雷器、接地开关电压互感器等。 2.4.2.低压侧一次设备的选择有低压断路器、电流互感器、开关刀、等。 2.4.3.继电保护及二次结线设计为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数

27、。设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。3防雷与接地装置的设置 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沿着电路侵入变配电所或其他建筑物内，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

28、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。3.1.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。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻（表9-6）。通常采用3-6根长2.5 m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5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm4mm 的镀锌扁刚

29、焊接相接。引下线用25 mm 4 mm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11.5。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。3.2.雷电侵入波的防护 （1)在10KV电源进线的终端杆上装设FS410型阀式避雷器。引下线采用25 mm 4 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。 （2）在10KV高压配电室内装设有GG1A（F）54型开关柜，其中配有FS410型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。 （3）在380V低压架空线

30、出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。3.3接地装置的设计 采用长2.5m、50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm4mm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25 mm 4 mm的镀锌扁刚。结论本次毕业是对工厂供配电系统的设计，通过完成负荷计算 、主接线设计、电源进线及工厂高压配电线路的设计、短路计算、高低压电气设备选择、变电站几点保护和防雷接地，使得一个完成的工厂供配电系统呈现在我们的面前。这一学期

31、的毕业设计，由于本人个人水平限制原因，我对这个设计还不是很深入，论文本身还存在诸多欠妥之处，恳请老师给我提出宝贵的意见，只有发现问题面对问题才能解决问题，不足和遗憾不会给我打击指挥更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新方案的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，保持“不放弃努力本是我的任务，在现在的基础上争取更是我的职责。” 参考文献1、西北电力设计院.电力工程电气设计手册1.北京中国电力出版社,19962、郑新才.10kV配电网络无功补偿设计，电力系统及其自动化学报，20083、李光琦.电力系统暂态分析（第3版）.北京中国电力出版社,2007 4、朱学军.配电网接线方式影响供电可靠性

32、j.广东科技,2008.5、焦留成.实用供配电技术手册.机械工业出版社.2001.96、张朝英.供电技术.机械工业出版社.2005.87、居容.供配电技术.化学工业出版社.2005.28、唐志平.供配电技术.电子工业出版社.2005.19、余建明.供电技术（第三版）.机械工业出版社.1998.510、卓乐友.电力工程电气设计手册（第一版）.水利水电出版社.1991.811、熊信银.发电厂电气部分（第三版）.中国电力出版社.2004.812、戈东方.电力工程电气设计手册.水利水电出版社.199013、王晋生.新标准电气制图.中国电力出版社.2003.314、上海市电子电器技术协会.常用高低压电器手册.上海科学技术出版社.199215、王子五. 高压成套开关设备.煤炭工业出版社.199816、能源部电力机械局.电站配套设备产品手册（第九册）.水利电力出版社.1993.617、文峰.发电厂及变电所的控制（二次部分）.中国电力出版社.1998.718、贺家李.电力系统继电保护原理（第三版）.中国电力出版社.199819、电气制图国家标准汇编S. 北京：中国计划出版社，2001.