工程供电课程设计(总13页)
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工厂供电设计
目录
一、负荷计算和无功功率
二．变电所的位置和型式的选择
三.变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择 四.短路电流计算
五.变电所一次设备的选择与校验 六.变电所高低压线路的选择
七．变电所二次回路方案选择及继电保护整定 八．防雷和接地装置的确定 九.附录参考文献
前言
设计要求：
要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷情况，并适当考虑到工厂生产的发展，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型式，确定变电所主变压器的台数与容量，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求提交设计计算书及说明书，绘出设计图纸。
设计依据：
1、工厂总平面见附图。
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
4800h，日最大负荷持续时间8h。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。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表1所示。
3、供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10Kv的公用电源线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-185,导线为等边三角形排列，线距为；电力系统馈电变电站距本厂6km,该干线首端所装高压断路器的断流容量为，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压或低压联络线由邻近的单位取得备用电源。
4、气象资料：本厂所在地区（泰山区）的年最高气温为40℃，年平均气温为20℃年，年最低气温为℃，年最热月平均最高气温为℃，年最热月平均气温为℃，年最热月地下米处平均温度℃。年主导风向为东风，年雷暴日数。
2
5、地质水文资料：本厂所在地区平均海拔130m，地层以沙粘土为主，地下水位为3m.
6、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。一部分为基本电费，按所装用的主变压器容量来计费。另一部分为电度电费，按每月时机耗用的电能计费。工厂最大负荷时的高压侧功率因数不低于。
大 后厂门桥厂区宿舍区的负荷中心 街 厂房编号 用电单位名称 铸造车间 2 锻压车间 3 4 5 6 7 8 9 10 1 金工车间 工具车间 电镀车间 热处理车间 装配车间 机修车间 锅炉房 仓库 宿舍区 一、负荷计算和无功功率
工厂宿舍区邻厂河 流北厂门公共电源进大 XX机械厂总平面图 线 街 比例1：2000
负荷性质 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 照明 设备容量/kw 202-402 7~12 202~402 7~12 202~402 7~12 202~402 7~12 152~302 7~12 102~202 7~12 102~202 7~12 102~202 4-7 102~202 3-4 52~102 3-4 202~402 需要系数 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 功率因数 ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 3
（1）负荷计算
负荷计算的方法有需要系数法、二项式等几种，本设计采用需要系数法确定。
主要计算公式有： 有功功率： P30 = Pe·Kd 无功功率: Q30 = P30 ·tgφ 视在功率: S3O = P30/Cosφ 计算电流: I30 = S30/√3UN
根据要求及负荷计算公式，分别计算各车间的P30、Q30、S30、I30，然后列出表格。
1）仓库：
动力负荷：Pe=102kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ= P30=Kd•Pe=*102= Q30=P30•tanφ=*= S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
照明负荷: Pe=4kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ=0 P30=Kd•Pe=*4=
Q30=P30•tanφ=*0=0kvar S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
本车间: I′30=+= 2）铸造车间：
动力负荷：Pe=402kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ= P30=Kd•Pe=*402= Q30=P30•tanφ=*= S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
照明负荷: Pe=12kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ=0 P30=Kd•Pe=*12=
Q30=P30•tanφ=*0=0kvar S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
本车间: I′30=+= 3）锻压车间：
动力负荷：Pe=402kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ= P30=Kd•Pe=*402= Q30=P30•tanφ=*= S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
4
照明负荷: Pe=12kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ=0 P30=Kd•Pe=*12=
Q30=P30•tanφ=*0=0kvar S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
本车间: I′30=+=
4）金工车间：
动力负荷：Pe=402kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ= P30=Kd•Pe=*402= Q30=P30•tanφ=*= S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
照明负荷: Pe=12kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ=0 P30=Kd•Pe=*12=
Q30=P30•tanφ=*0=0kvar S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
本车间: I′30=+= 5） 工具车间：
动力负荷：Pe=402kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ= P30=Kd•Pe=*402= Q30=P30•tanφ=*= S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
照明负荷: Pe=12kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ=0 P30=Kd•Pe=*12=
Q30=P30•tanφ=*0=0kvar S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
本车间: I′30=+= 6）电镀车间：
动力负荷：Pe=302kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ= P30=Kd•Pe=*302= Q30=P30•tanφ=*= S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
照明负荷: Pe=12kw Kd= cosφ=
5
tanφ=tanarccosφ=0 P30=Kd•Pe=*12=
Q30=P30•tanφ=*0=0kvar S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
本车间: I′30=+= 7）热处理车间：
动力负荷：Pe=202kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ= P30=Kd•Pe=*202= Q30=P30•tanφ=*= S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
照明负荷: Pe=12kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ=0 P30=Kd•Pe=*12=
Q30=P30•tanφ=*0=0kvar S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
本车间: I′30=+= 8）装配车间：
动力负荷：Pe=202kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ= P30=Kd•Pe=*202= Q30=P30•tanφ=*= S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
照明负荷: Pe=12kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ=0 P30=Kd•Pe=*12=
Q30=P30•tanφ=*0=0kvar S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
本车间: I′30=+= 9）机修车间：
动力负荷：Pe=202kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ= P30=Kd•Pe=*202= Q30=P30•tanφ=*= S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
照明负荷：Pe=7kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ=0 P30=Kd•Pe=*7=
6
Q30=P30•tanφ=*0=0kvar S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
本车间: I′30=+= 10）锅炉房：
动力负荷：Pe=202kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ= P30=Kd•Pe=*202= Q30=P30•tanφ=*= S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
照明负荷：Pe=4kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ=0 P30=Kd•Pe=*4=
Q30=P30•tanφ=*0=0kvar S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
本车间: I′30=+= 11）宿舍区
照明负荷：Pe=402kw Kd= cosφ=
tanφ=tanarccosφ=0 P30=Kd•Pe=*402=
Q30=P30•tanφ=*0=0kvar S30=P30/cosφ== I30=S30/√3UN=
各用电车间负荷计算结果如下表： P30 Q30 厂房编用电单位名负荷号 称 性质 动力 1 仓库 0 照明 动力 2 铸造车间 0 照明 动力 3 锻压车间 0 照明 动力 4 金工车间 0 照明 动力 5 工具车间 照明 0 动力 6 电镀车间 0 照明 动力 7 热处理车间 照明 0 动力 8 装配车间 0 照明 7
I30 I′30 动力 9 机修车间 照明 0 动力 10 锅炉房 照明 0 宿舍区 照明 0 全厂负荷计算 取K∑p = ; K∑q =
根据上表可算出：∑P30i =; ∑Q30i = 则 P30 = K∑P∑P30i = × = Q30 = K∑q∑Q30i = × = S30 = √(P302 +Q302) ≈·A
高压侧: I30(1) = S30/√3UN(1) ≈ 低压侧: I30(2) = S30/√3UN(2) ≈
cosф = P30/S30 =≈
（2）功率补偿
由于本设计中上级要求COSφ≥,而由上面计算可知COSф=<，因此需要进行无功补偿。
综合考虑在这里采用并联电容器进行低压集中补偿。 可选用型的电容器 Qc = ×（－）Kvar = 取Qc=450Kvar
因此，其电容器的个数为： n = Qc/qC =450/15 =30
而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取30个 正好 无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为： S′30（2）=√[+2] =·A 变压器的功率损耗为： △QT = S′30（2）= * = △PT = S′30（2）= * = 变电所高压侧计算负荷为： P′30= + = Q′30= + =
S′30 = √(P30′2+ Q30′2)
≈ KV .A
无功率补偿后，工厂的功率因数为： cosφ′= P30′/ S30′= ≈
则工厂的功率因数为：
cosφ′= P30′/S30′= ≥
因此，符合本设计的要求 二．变电所的位置和型式的选择
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变电所的位置选择应考虑设备运输方便尽量靠近负荷中心，进出线方便，接近电源侧等方面，选择位置如下图标为A的圆圈位置所示：
宿舍区的负荷中心 街 型式的选择：室内型，有值班室，一台变压器
具体情况见附图：变电所平面布置图。
三.变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择 （1） 主变压器台数的选择
该厂的二级负荷不多，可由采用低压联络线由邻近的单位取得的备用电源保证，因为基本电费按所装的主变压器容量来计费，为降低基本电费，宜采用一台变压器。
（2） 变电所主变压器容量的选择
装设一台主变压器的变电所，主变压器的容量ST应满足：≥S′30
一般取S30=（～）S′30（2）＝·A～·A
因此选1600KV·A的变压器一台，型号选S9-1600/10 （3）主结线方案选择
为满足生产要求，按照工厂变配电所主接线要求：安全，可靠，灵活，经济，方案及方案编号参考吕光大主编的《建筑电气安装工程图集》，选择高压.低压主接线方案如下:
因为选择了只装一台主变压器的小型变电所，高压侧采用隔离开关-断路器的变电所主接线图。一路电源进线，低压联络线由邻近的单位取得备用电源。
电压互感器 电源进线 计量专用 引出线 54 11 JL-07 07 一次方案 JD2-335 JD2-316 JD2-324 二次方案 四.短路电流计算 I
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工厂宿舍区A大 后厂门桥厂区河 流北厂门公共电源进邻厂大 XX机械厂总平面图 线 街 比例1：2000（1）确定基准值
取 Sd = 1000MV·A,UC1 =,UC2 =
而 Id1 = Sd /√3UC1 = 1000MV·A/(√3× = Id2 = Sd /√3UC2 = 1000MV·A/(√3× = （2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1）电力系统（SOC = 500MV·A） X1*= 1000 MV·A /500 MV·A = 2 2）架空线路（XO = Ω/km） X2* = Ω/km×6km×1000/2 = 3）电力变压器（UK% = ）
X3* = UK%Sd/100SN = ×1000MV·A/(100× =
（3）求k-1点高压侧的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)总电抗标幺值
X*Σ(K-1) = X1*＋X2* = 2+= 2)三相短路电流周期分量有效值
IK-1(3) = Id1/ X*Σ(K-1)= =
3)其他三相短路电流 I\"(3) = I∞(3) = Ik-1(3) = ish(3) = × = Ish(3)= × = 4)三相短路容量
Sk-1(3) = Sd/X*Σ(k-1)= 1000/ = ·A
(4)求k-2点即高压侧的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)总电抗标幺值
X*Σ(K-2) = X1*＋X2*＋X3* = 2+＋= 2)三相短路电流周期分量有效值 IK-2(3) = Id2/X*Σ(K-2) = = 3)其他三相短路电流 I\"(3) = I∞(3) = Ik-2 ish(3) = × = Ish(3) = × =
10
（3）
=
4)三相短路容量
Sk-2(3) = Sd/X*Σ(k-2) = 1000/= ·A
五.变电所一次设备的选择与校验 （1）高压设备
高压熔断器
选择：2-10-0
校验：最大开断电流85KA＞IK-1(3) = 额定工作电压10KV≥线路电压10KV
额定工作电流可作为电流互感器的短路和过负荷保护设备使用 高压隔离开关
选择：GN19-10、10C/
校验：额定工作电压10KV≥线路计算电压10KV 额定工作电流400A≥线路计算电流
额定动稳定电流峰值≥ ish(3) =
高压断路器比上一级高压断路器过电流保护时限小即 top＝－= tima= tk= top+ toc=+=
4s热稳定电流 KA≥I∞(3)tima=×
高压断路器
选择：ZN28-12-630A/31KA
校验：额定工作电压12KV≥线路电压10KV
额定工作电流630A≥线路计算电流
额定动稳定电流峰值50KA≥ ish(3) = 4s热稳定电流20KA≥I∞(3)tima=×
电流互感器
选择:LAJ2-10 150/5 LQJ-10 150/5 校验:LAJ2-10 150/5
额定工作电压10KV≥线路电压10KV 额定一次电流150A≥线路计算电流
额定动稳定电流峰值≥ ish(3) =
1s短时热稳定电流有效值18KA≥I∞(3)tima=× LQJ-10 150/5
额定工作电压10KV≥线路电压10KV 额定一次电流150A≥线路计算电流
11
额定动稳定电流有效值≥ ish(3) =
1s短时热稳定电流≥I∞(3)tima=×
电压互感器 选择:JSZW-10
校验:额定工作电压10KV≥线路电压10KV 母线
选择:TMY-40×4 (其35OC时Ial=522A> I30(1)=,满足发热条件)
校验: 额定工作电流630A≥线路计算电流
动稳定
M=F(3)l/10 W=b2h/6 热稳定
Amin=I∞(3) √tima/C=√171=
电缆
选择:YJV-10KV-3×50
校验: 额定工作电压10KV≥线路电压10KV
动稳定
M=F(3)l/10 W=b2h/6 热稳定
Amin=I∞(3) √tima/C=√171=
高压开关柜型号 GG-1Z(F) 避雷器型号 FS4-10 变压器型号 S9-1600/10 复合电阻消谐器型号 FRX1 CT7弹簧蓄能操动机构 （2）低压设备
低压熔断器 选择:RT10
校验:额定工作电压380V≥线路电压380V
额定工作电流600A≥线路计算电流
最大分断电流10KA 低压刀开关
选择:HD13BX-400/31
校验:额定工作电压380V≥线路电压380V
额定工作电流400A≥线路计算电流
额定通断能力400A
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低压熔断器
选择: ME(DW17)-2505
校验:额定工作电压380V≥线路电压380V
额定工作电流2505A≥线路计算电流 额定分断能力80KA≥线路短路电流
六.变电所高低压线路的选择
（1）高压线路 1)架空线 LGJ-35 ( 其30OC时Ial=159A>I30(1)=,满足发热条件) 2)电缆 YJV-10KV-3×50 3)母线 TMY-40×4 （2）低压线路
1)仓库 VV-3×35+1×16
2)铸造车间 VV-2(3×120+1×70) 3)锻压车间 VV-2(3×95+1×50) 4)金工车间 VV-2(3×95+1×50) 5)工具车间 VV-2(3×95+1×50) 6)电镀车间 VV-2(3×120+1×70) 7)热处理车间 VV-3×185+1×95 8)装配车间 VV-3×120+1×70 9)机修车间 VV-3×95+1×50 10)锅炉房 VV-2(3×70+1×35)
11)宿舍区 VV-2(3×150+1×70)
七．变电所二次回路方案选择及继电保护整定 （1） 变电所二次回路方案
参考吕光大主编《建筑电气安装工程图集》 二次回路方案编号 电压互感器柜 JD2-335 JD2-316 电源进线柜 JD2-314 JD2-315 计量专用柜 JD2-324 变压器柜 （2）继电保护整定 原则：带时限过电流保护的动作电流Iop,应躲过线路的最大负荷电流；电流速断保护的动作电流即速断电流Iqb应按躲过它所保护线路的末端的最大短路电流来整定。
变压器过电流保护和速断保护
过电流保护 Iop＝KreKi=×1×2×1600/×30= 动作电流整定为10A
速断保护 Iqb＝Ki=×1××30×10= 速断电流倍数整定为 nqb=10A= 高压断路器保护
八．防雷和接地装置的确定
避雷器 FS4-10
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接地开关 JN15-12 九.附录参考文献
《建筑电气安装工程图集》吕光大
《聚氯乙烯绝缘电力电缆 青岛汉河电缆有限公司》 《交联聚乙烯绝缘电力电缆 青岛汉河电缆有限公司》 《常用供配电设备选型手册》王子午 徐泽植 《工厂供电》刘介才
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