《工廠供電》課程設計某機械廠供配電系統(tǒng)的設計

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1、 《工廠供電》課程設計 題目： 某機械廠供配電系統(tǒng)的設計 學 號： 姓 名： 成 員： 專業(yè)名稱： 電氣工程及其自動化 班級名稱： 08電師2班 日 期： 2011-07-05 目 錄 前 言 3 一．低壓部分 4 二．高壓部分 5 三.短路計算 7 四．電源進線,架空線路選擇方案： 8 五.負荷饋線 10 六.變電所二次回路方

2、案選擇及繼電保護的整定 12 七．變電所高、低壓電氣圖 17 八．實訓心得 19 九．附錄參考文獻 19 前 言 課程設計是教學過程中的一個重要環(huán)節(jié)，通過課程設計可以鞏固本課程理論知識，掌握供配電設計的基本方法，通過解決各種實際問題，培養(yǎng)獨立分析和解決實際工程技術問題的能力，同時對電力工業(yè)的有關政策、方針、技術規(guī)程有一定的了解，在計算、繪圖、設計說明書等方面得到訓練，為今后的工作奠定基礎。 本設計可分為九部分：負荷計算和無功功率計算及補償；變電所位置和形式的選擇；變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇；短路電流的計算；變電所一次設備的選擇與校驗；變電所高、低壓線路的選擇

3、；變電所二次回路方案選擇及繼電保護的整定；心得和體會；附參考文獻。 另外有設計圖紙4張（以附圖的形式給出），分別是：附圖一《廠區(qū)供電線纜規(guī)劃圖》；附圖二《變電所平面布置圖》；附圖三《變電所高壓電氣主接線圖》；附圖四《變電所低壓電氣主接線圖》。 由于設計者知識掌握的深度和廣度有限，本設計尚有不完善的地方，敬請老師、同學批評指正！ 統(tǒng)計負荷量 某機械廠變電所負荷統(tǒng)計資料 廠房編號 用電單位名稱 負荷性質 設備容量/kw 需要系數(shù) 功率因數(shù) 一車間機修車間負荷 金屬切削機床組 90.5 0.2 1.73 0.5 通風機 3 0.8 0.75 0.

4、8 2 車間 計算負荷 65 0.3 0.6 3 車間 計算負荷 56 0.4 0.6 4 車間 計算負荷 40 0.4 0.7 5 車間 計算負荷 72 0.3 0.7 6 生活區(qū) 計算負荷 300 0.5 0.8 高壓負荷 計算負荷 200 0.6 0.6 計算負荷 180 0.5 0.6 (一) 負荷計算和無功功率計算 在負荷計算時，采用需要系數(shù)法對各個車間進行計算，并將照明和動力部分分開計算，照明部分最后和宿舍區(qū)照明一起計算。具體步驟如下。 一．低壓部分 1. 一車間機修車

5、間負荷 （1）. 金屬切削機床組 P30(11)=90.50.2=18.1KW ; Q30(11)=18.11.73=31.313 KVar （2）.通風機組 查附錄表，去Kd=0.8,cosA=0.8,tanA=0.75 P30(12)=0.823=4.8KW; Q30(12)=4.80.75=3.6Kvar; 因此第一車間線路總計算負荷為 P30=18.1+4.8=18.7KW; Q30=31.313+3.6=32.4Kvar; S30=(22.9+34.913)=37.4kv.A ; I30=41.75KV.A/(30.38kv)=56.8A; 2.二

6、車間計算負荷 P30(2)=0.365KW=19.5KW; Q30（2）=19.5tan(arccos0.6)=19.51.33=25.9Kvar; S30(2)=19.5/0.6=32.5KV.A; I30(2)=32.5/(30.38)=49.38A; 3.三車間計算負荷 P30（3）=0.456KW=22.4KW; Q30(3)=22.4tan(arccos0.6)=22.41.33=29.87Kvar ; S30(3)=22.4/0.6=37.33KV.A ; I30（3）=37.33/(30.38)=56.72A ; 4.四車間計算負荷 P30(4

7、)=0.440KW=16KW; Q30（4）=16tan(arccos0.7)=161.02=16.32Kvar; S30(4)=16/0.7=22.86KV.A; I30(4)=22.86/(30.38)=34.73A; 5. 五車間計算負荷 P30(5)=0.372KW=21.6KW; Q30（5）=21.6tan(arccos0.7)=21.61.02=22.03Kvar; S30(5)=21.6/0.7=30.86KV.A; I30(5)=30.86/(30.38)=46.89A; 6.生活區(qū)計算負荷 P30(6)=0.5300KW=150K

8、W; Q30（6）=150tan(arccos0.8)=1500.75=112.5Kvar; S30(6)=150/0.8=187.5KV.A; I30(6)=187.5/(30.38)=284.9A; 因此380V線路上的總計算負荷為（取KΣp=0.95,KΣq=0.97）; P30=0.95（22.9+19.5+22.4+16+21.6+150）=239.78KW; Q30=0.97（34.913+26+29.87+16.32+22.03+112.5）=234.38Kvar; S30=(239.78+234.38)=335.3KV.A; I30=335.3/(0.38

9、3)=509.44A; 二．高壓部分 1.高壓負荷計算1 P30（7）=0.6200=120KW; Q30（7）=120tan(arccos0.6)=1201.33=159.6Kvar; S30(7)=120/0.6=200KV.A; I30(7)=200/(103)=11.55A; 2. 高壓負荷計算2 P30（8）=0.5180=90KW; Q30（8）=90tan(arccos0.6)=901.33=119.7Kvar; S30(8)=90/0.6=150KV.A; I30(8)=150/(103)=8.7A; 因此低壓側總計算負荷為（取KΣp=0.9

10、5,KΣq=0.97）; P30=0.95（18.7+19.5+22.4+16+21.6+150）=235.8KW; Q30=0.97（32.4+25.9+29.8+16.3+22+112.5）=231.7Kvar; S30=(235.8+231.7)=330.6KV.A; I30=330.6/(0.43)=502.3A; 變壓器損耗： △PT=0.015330.6=5.01KW; △QT=0.06330.6=19.8KVAR; 高壓側總計算負荷為： P30=235.8+5=240.8KW; Q30=231.7+19.8=251.5Kvar; 即可得總的計算負

11、荷為（取KΣp=0.95,KΣq=0.97）; P30=0.95（120+90+240.8）=428.3KW; Q30=0.97（159.6119.7251.5）=514.9Kvar; S30=(428.3+514.9)=669.7KV.A; cosA428.3/669.7=0.64; 進行無功補償: (1).高壓集中補償 要使cosA>=0.9 P30=428.3KW; Qc=428.3［tan(arccos0.64)- tan(arccos0.9)］=306.8Kvar; 取Qc=306.8Kvar; S30=［428.3+208.1］=476.2KV.A; I

12、30=476.2/(103)=27.5A; 3.變電所主變壓器容量的選擇 每臺變壓器的容量應同時滿足以下兩個條件： （1）任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足： （2）任一臺變壓器單獨運行時，應滿足：，即滿足全部一、二級負荷需求。 代入數(shù)據(jù)可得：=（0.6~0.7）476.2=（285.7~333.3）。而333.3*0.8=267，故每臺變壓器的容量選為315 ,。 考慮到安全性和可靠性的問題，確定變壓器為SC9系列樹脂澆注干式銅線電力變壓器。型號：SC9-315/10 ，其主要技術指標如下表所示： 變壓器 型號 額定 容量 / 額定 電壓 /kV 聯(lián) 結 組

13、型 號 損耗/W 空載 電流 % 短路 阻抗 % 高壓 低壓 空載 負 載 SC9-315/10 315 10 0.4 Dyn11 650 3200 1.2 4 這個單位變電所雖然是三級負荷但是考慮到現(xiàn)實生活中的實際情況，結合實際用電情況仍然采用兩臺變壓器 三.短路計算 （圖1） 采用標幺值計算: SN10-10I1630 選定其準容量Sd=100MVA 其準電壓Ud1=Uc1=10.5KV 其準電壓Ud2=Uc2=0.4KV Id1=Sd/(3Ud1)=5.5KA Id2=100/(30.4)=144.3KA

14、查表Soc=300MVA 電力系統(tǒng)電標標幺值： X*1=Sd/Soc=100/300=0.3 架空線路電纜 Xo1=0.35Ωkm Xo2=0.08Ωkm X*2= Xo1Sd/Soc=(0.356+0.081) 100/10.5=2.0 變壓器電標標幺值： X*3 =X*4=Uk%Sd/100SN=12.7 等效電路圖 k-1點三相短路和短路容量 X*(k-1)=X*1+X*2=0.3+2.0=2.3 I(3)k-1=Id1/ X*(k-1)=5.5/2.3=2.4KA I” (3)=I (3)∞=I (3)k-1=2.4KA i(3)sh=2.55 I”

15、(3)=2.552.4=6.1KA I(3)sh=1.51 I” (3)=1.512.4=3.6KA I(3)k-1= Sd/ X*(k-1)=100/2.3=43.5MVA k-2點三相短路和短路容量 X(3)Σ(k-2)=X*1+X*2+X*3+X*4//X5=0.3+2.0+12.7/2=8.7 (2)計算三相短路電流和短路容量 1）三相短路電流周期分量有效值 Ik-2(2)=Uc2/(3XΣ(k-2))=40/(1.44.33)=16.6KA 2)三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流有效值 I” (3)= I(3)∞=I(3)k-2=16.6KA 3)三相

16、短路沖擊電流及其有效值 i(3)sh=1.84 I” (3)=1.8415.5A=30.5KA I(3)sh=1.0915.5KA=18.1KA 4)三相短路容量 S(3)k-2=3Uc2 I(2)k-2=30.415.5=11.5MV.A 四．電源進線,架空線路選擇方案 1．選擇線路截面 GGD2型低壓開關柜，所選擇的主要低壓一次設備參見附圖四《變電所低壓電氣主接線圖》。部分初選設備： 低壓斷路器：DW16-200能萬能斷路器、DW16-400智能斷路器 低壓熔斷器：NT系列 電壓互感器：JDZ1系列 電流互感器：LMZJ1 、LMZ1 系列

17、 母線型號： TMY-3（8010）+1（606） 絕緣子型號：ZA-6Y抗彎強度：3.75kN（戶內(nèi)支柱絕緣子） 另外，無功補償柜選用2個GCJ1-01型柜子，采用自動補償，滿足補償要求。 由表5-8查得jec=1.15A/mm,因此 Aec=19.5/1.15=17mm 選截面為25mm,因此即選LJ-25型鋁絞線 2．校驗發(fā)熱條件 查附錄表20-1得LJ-25的允許截流量Ial=135A>I30=19.5A,因此滿足發(fā)熱條件 3．校驗機械強度 查附錄表18得10KV架空線路鋁絞線的最小允許截面Amin=25mm,因此所選LJ-25也是滿足機械強度的要求的。 高壓

18、電纜： 由表5-8查得jec=1.73A/mm,因此 Aec=19.5A/1.73A/mm=11.27mm 選截面為16mm BLV-10000-116 4.校驗發(fā)熱條件 查附錄表20-1得16mm的高壓電纜的允許截流量Ial=42A>I30=19.5A,因此滿足發(fā)熱條件BLV-10000-125 5.校驗機械強度 查附錄表18，得10KV的高壓電纜線的最小允許截面Amin=25mm.因此所選的截面不能滿足機械強度的要求。改選截面為25mm的高壓電纜 高壓母線 Ic=529A （1） 按經(jīng)濟截面選擇 Sec=Ic/jec=529/1.15=460mm 查表選擇LYM

19、-806 （2） 母線動穩(wěn)定校驗。三相短路電動力 Fc(3)=3Kfish(2)l/(a107)=23.2N 彎曲力矩按大于2檔計算，即 M=Fc(3)/10=2.1Nm W=bh/6=0.050.004/6=1.710-6m 計算應力為e=M/V=1251000/6.4=1.2MPa av=140MPa>e 故母線滿足穩(wěn)定的要求 母線熱穩(wěn)定校驗; 設短路假想時間為1.2S C=171As/mm2 Tima=0.75s A=504=200mm2 A>Amin=I(3)∞tima/C=2.40.75/171=12.0mm 母線實際截面為A=200mm>Amin=1

20、2.0mm 故母線也滿足熱穩(wěn)定的要求。 (3)高壓電纜的熱穩(wěn)定性校驗 校驗條件： A= 允許的最小截面： A>Amin=I(3)∞tima/C=2.40.75/171=12.0mm 所選電纜YJV-350的截面 A=18從而，，該電纜滿足熱穩(wěn)定性要求 。 (4)低壓母線 ①按經(jīng)濟截面選擇 TMY母線 A=8010=800 Sec=Ic/jec=509.44/1.15=443mm 查表選擇 Fc(3)=580.0N 彎曲力矩按大于2檔來計算，即 M=52.2N.m W=1.110-5m 計算應力為=5.0MPa al=140MPa> n 故母線滿足動穩(wěn)定的要求

21、 ② 母線熱穩(wěn)定校驗，設短路假想時間為1.2S C=171As/mm2 Tima=0.75s A=504=200mm2 A>Amin=I(3)∞tima/C=16.60.75/171=84.1mm 故母線也滿足熱穩(wěn)定的要求 五.負荷饋線 1. 第一車間導線和電纜的計算 考慮到工作環(huán)境等各方面因素，現(xiàn)擬用BLV-500型鋁芯塑料線明敷 （1） 相線截面選擇 查附錄表23-1得環(huán)境溫度為30℃時明敷的BLV-500型鋁芯塑料線為16mm的Ial=74A>I30=63.43A,滿足發(fā)熱條件，因此相線截面選 16mm （2） N線截面選擇 按A0≥0.5Aa，選A0=1

22、0mm （3） PE線截面選擇 由于Aa=16mm，按規(guī)定Ape≥16mm，綜合考慮選A=16mm （4） 校驗機械強度 查附錄表19知，按明敷在絕緣支持件上，且支持的間距按最大來考慮，其最小允許截面積為10mm，因此滿足機械強度要求 （5） 校驗電壓損耗 按A=16MM查附錄表3，得明敷的鋁芯絕緣線R0=2.21Ω/km，Y0=0.265Ω/KM,因此線路的電壓損耗為 △U=（P30R0L+Q30X0L）/Un=15.75V △U%=△U/n100%=4.1%<△Ual%=5%因此也滿足電壓損耗要求 故所選電纜為BLV-500-（316+110+PE16） 2. 第2車間

23、導線和電纜計算 按照第1車間的方法可算得的數(shù)據(jù)選擇電纜為BLV-510-（310+110+PE16） 第3車間導線和電纜計算 按照第1車間的方法可算得的數(shù)據(jù)選擇電纜為 BLV-510-（310+110+PE16） 4.第4車間導線和電纜計算 按照第1車間的方法可算得的數(shù)據(jù)選擇電纜為 BLV-510-（316+110+PE16） 5.第5車間導線和電纜計算 按照第一車間的方法可算得的數(shù)據(jù)選擇電纜為 BLV-500-(325+116+PE16) 6.生活區(qū)導線和電纜選擇 按照第一車間的方法可算得的數(shù)據(jù)選擇電纜為 BLV-500-(3150+195+PE16) 高壓負荷1

24、電纜計算 （1） 由表5-8，查得jec=1.73A/mm,因此 Aoc=11.55/1.73=6.8mm 選最接近標準的截面25mm，即選BLV-10000-125 (2)校驗發(fā)熱條件 查附錄表22得BLV-10000-125的允許截流量 Ial=100A>I30=11.55A,因此滿足發(fā)熱條件。 (3)校驗機械強度 （1） 查附錄表19得最小允許截面積10mm,因而滿足機械強度要求 （2） 校驗電壓損耗 按A=25mm，當附錄表3得R0=1.36，X0=0.277， 因此線路電壓損耗為△U=20.74V

25、 △U%=0.207%<△Ual%=5%故滿足要求 高壓負荷2電纜計算 根據(jù)高壓負荷1電纜的校驗方法算出的數(shù)據(jù) 就可以得知高壓負荷2滿足要求 高壓設備的選擇 1. 高壓斷路器的選擇 由I30=529A,Un=10KV，iSH（3）=4.72KA,試選SW2-35/1000型少油戶外高壓斷路器,又按計算所得的ish(3),I30,Ik(3) ish(3)進行校驗其選擇校驗表如下，斷路器數(shù)據(jù)由附錄表12查得 2.高壓熔斷器 I=19.5A U=10KV SOC=100MV.A 故選RW4-10/100 3.高壓隔離開關 由I30=529A,Un=10KV，ish（3

26、）=4.72KA,I∞=1.85KA 選GN19-10/630 4.電壓互感器 由U=10KV Soc=100MV.A 故選JD2-10 低壓設備選擇 第一車間選DW15-200(QF) RM10-100(FU) 第二車間選 DW15-200（QF） RM10-60（FU） 第三車間選 DW15-200（QF） RM10-60 第四車間選 DW15-200（QF） RM10-60（FU） 第五車間選 DW15-200（QF） RM10-60（FU） 生活區(qū)選 DW15-400（QF） RM10-350（FU） 六.變電所二次回路方案選擇及

27、繼電保護的整定 （1） 二次回路電源選擇 二次回路操作電源有直流電源，交流電源之分。 蓄電池組供電的直流操作電源帶有腐蝕性，并且有爆炸危險；由整流裝置供電的直流操作電源安全性高，但是經(jīng)濟性差。 考慮到交流操作電源可使二次回路大大簡化，投資大大減少，且工作可靠，維護方便。這里采用交流操作電源。 （2） 高壓斷路器的控制和信號回路 高壓斷路器的控制回路取決于操作機構的形式和操作電源的類別。結合上面設備的選擇和電源選擇，采用彈簧操作機構的斷路器控制和信號回路。 （3） 電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置 這里根據(jù)GBJ63-1990的規(guī)范要求選用合適的電測量儀表并配用相應絕緣監(jiān)視裝置。 a

28、) 10KV電源進線上：電能計量柜裝設有功電能表和無功電能表；為了解負荷電流，裝設電流表一只。 b) 變電所每段母線上：裝設電壓表測量電壓并裝設絕緣檢測裝置。 c) 電力變壓器高壓側：裝設電流表和有功電能表各一只。 d) 380V的電源進線和變壓器低壓側：各裝一只電流表。 e) 低壓動力線路：裝設電流表一只。 （4） 電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置 在二次回路中安裝自動重合閘裝置（ARD）（機械一次重合式）、備用電源自動投入裝置（APD）。 （二）繼電保護的整定 繼電保護要求具有選擇性，速動性，可靠性及靈敏性。 由于本廠的高壓線路不很長，容量不很大，因此繼電保護裝置比較簡單

29、。對線路的相間短路保護，主要采用帶時限的過電流保護和瞬時動作的電流速斷保護；對線路的單相接地保護采用絕緣監(jiān)視裝置，裝設在變電所高壓母線上，動作于信號。 繼電保護裝置的接線方式采用兩相兩繼電器式接線；繼電保護裝置的操作方式采用交流操作電源供電中的“去分流跳閘”操作方式（接線簡單，靈敏可靠）；帶時限過電流保護采用反時限過電流保護裝置。型號都采用GL-25/10 。其優(yōu)點是：繼電器數(shù)量大為減少，而且可同時實現(xiàn)電流速斷保護，可采用交流操作，運行簡單經(jīng)濟，投資大大降低。 此次設計對變壓器裝設過電流保護、速斷保護裝置；在低壓側采用相關斷路器實現(xiàn)三段保護。 1)變壓器繼電保護 變電所內(nèi)裝有兩臺10/

30、0.4315的變壓器。低壓母線側三相短路電流為I(3)k=16.6KA，高壓側繼電保護用電流互感器的變比為200/5A，繼電器采用GL-25/10型，接成兩相兩繼電器方式。下面整定該繼電器的動作電流，動作時限和速斷電流倍數(shù)。 a)過電流保護動作電流的整定： ， 故其動作電流： 動作電流整定為3A。 b)過電流保護動作時限的整定 由于此變電所為終端變電所，因此其過電流保護的10倍動作電流的動作時限整定為。 c)電流速斷保護速斷電流倍數(shù)整定 取，故其速斷電流為： 因此速斷電流倍數(shù)整定為：。 2）10KV側繼電保護 在

31、此選用GL-25/10型繼電器。由以上條件得計算數(shù)據(jù)：變壓器一次側過電流保護的10倍動作時限整定為0.5s；過電流保護采用兩相兩繼電器式接線；高壓側線路首端的三相短路電流為2.4kA；變比為200/5A保護用電流互感器動作電流為9A。下面對高壓母線處的過電流保護裝置進行整定。（高壓母線處繼電保護用電流互感器變比為200/5A） 整定的動作電流 取，，，故 ， 根據(jù)GL-25/10型繼電器的規(guī)格，動作電流整定為3A 。 整定的動作時限： 母線三相短路電流反映到中的電流： 對的動作電流的倍數(shù)，即： 由《反時限過電流保護的動作時限的整定曲線》確定的實際動作時間：=0.6s。

32、的實際動作時間： 母線三相短路電流反映到中的電流： 對的動作電流的倍數(shù)，即： 所以由10倍動作電流的動作時限曲線查得的動作時限：。 3）0.38KV側低壓斷路器保護 整定項目： (a)瞬時過流脫扣器動作電流整定： 滿足 ：對萬能斷路器取1.35；對塑殼斷路器取2～2.5。 (b)短延時過流脫扣器動作電流和動作時間整定： 滿足: 取1.2。 另外還應滿足前后保護裝置的選擇性要求，前一級保護動作時間比后一級至少長一個時間級差0.2s(0.4s,0.6s)。 (c)長延時過流脫扣器動作電流和動作時間整定： 滿足： 取1.1。 (d)過流脫扣器與被保護線路配合要

33、求： 滿足： ：絕緣導線和電纜允許短時過負荷倍數(shù)(對瞬時和短延時過流脫扣器，一般取4.5；對長延時過流脫扣器，取1.1～1.2)。 (e)熱脫扣器動作電流整定： 滿足： 取1.1，一般應通過實際運行進行檢驗。 可根據(jù)以上整定要求，參考相關產(chǎn)品資料對低壓側的NA1和TMS30系列低壓斷路器進行整定，在此不詳述。 七．變電所高、低壓電氣圖 八．實訓心得 通過本次的工廠供配電課程設計，自己在多方面都有很大的提高，比如專業(yè)知識的系統(tǒng)鞏固、CAD軟件的使用和查閱相關書籍、資料的能力等

34、等，把理論知識和實際工廠設計要求緊密聯(lián)系起來。 課程設計過程中，注重的是理論知識的系統(tǒng)化能力訓練。剛開始時因為不熟悉以前學習過得知識，一些計算的細節(jié)總會忽視，導致計算錯誤而不得不重復計算多次，所以前兩天進度非常緩慢，停留于負荷的計算。隨著對以前知識的回憶加深，后面的一些計算如無功補償、短路電流計算就少走了不少彎路。 完成計算后就是供電線路的系統(tǒng)圖繪制，其中涉及后CAD軟件及其他一些繪圖工具，期間也有不少問題不懂的則查閱相關書籍或上網(wǎng)搜索資料如筑龍網(wǎng)等等。在本次的課程設計中，自學能力也提高不少，思考問題、解決問題。 總的來說工廠供電課程設計的完成使我收益匪淺，無論是理論知識、解決問題的能力

35、，對以后的學習、生活都有很大的提高。 九．附錄參考文獻 1. 《工廠供電》 2005年7月第4版　 機械工業(yè)出版社　 劉介才 編 2. 《中小型變電所實用設計手冊》 2000年5月第1版 中國水利水電出版社 雷振山 編 3. 《實用供配電技術手冊》 2002年1月第一版 中國水利水電出版社 劉介才 編 4. 《常用供配電設備選型手冊 》1998年2月第一版煤炭工業(yè)出版社 王子午 徐澤植 編 5. 《10kV及以下供配電設計與安裝圖集》中冊 2002年1月第一版 煤炭工業(yè)出版社 王子午 陳昌 編 6. 《工廠常用電氣設備手冊下冊補充本（一），（二）》 2003年二月第一版 中國電力出版社 7. 《建筑工程常用材料設備產(chǎn)品大全》 1992年10月第一版 中國建筑工業(yè)出版社 8. 《工業(yè)與民用配電設計手冊第二版》 1994年12月第一版 中國電力出版社 9. 《現(xiàn)代建筑電氣設計實用指南》 2000年1月第一版 中國水利水電出版社 10. 《建筑電氣設計與施工》 2000年9月第一版 中國建筑工業(yè)出版社 20