某工厂供配电系统设计.doc.deflate

目 录

一 设计任务书 ......................................................................................................................................... 2 二 负荷计算和无功功率补偿 .................................................................................................................. 3 三 变电所主变压器和主结线方案的选择 .............................................................................................. 7 四 短路电流的计算 ................................................................................................................................. 8 五 电费计算 ........................................................................................................................................... 11 六 铸造车间进线的选择校验 ................................................................................................................ 12

一 设计任务书

1 设计题目

某工厂供配电系统设计 2 设计要求

要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，按照安全、可靠、优质、经济的要求，确定变电所主变压器的台数、容量、类型，选择变电所主接线方案，进行电费计算，估算铸造车间进线线径。 3 设计依据

3.1.工厂负荷情况：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。电气照明为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表1所示。

表1 工厂负荷统计资料 厂房编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 厂房名称 铸造车间 锻压车间 金工车间 工具车间 电镀车间 热处理车间 机修车间 锅炉房 仓库 负荷类别 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 设备容量/kw 400 8 200 8 300 8 280 8 180 8 150 8 150 3 80 2 10 2 需用系数 0.4 0.9 0.2 0.9 0.3 0.9 0.3 0.9 0.5 0.9 0.5 0.9 0.25 0.9 0.6 0.9 0.3 0.9 功率因数 0.70 1.0 0.60 1.0 0.6 1.0 0.6 1.0 0.7 1.0 0.75 1.0 0.6 1.0 07 1.0 0.8 1.0 3.2.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的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线型号为LGJ-150,干线首端距离本厂约10km.干线首端所装设的高压断路器断流容量为600MVA，为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。 3.3.气象条件：

本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为25℃，年最低气温为-10℃。 3.4.电费制度：

本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费交电费。每月基本电费按主变压器容量计为20元/KVA，动力电费为0.3元/kwh，照明电费为0.5元/kwh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9.此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交供电贴费：6~10KV为900元/KVA。

4 设计任务

要求在规定时间内独立完成下列工作量：

4.1负荷计算和无功功率补偿（要求有计算过程，并列成表格形式，同时系数均需按0.9计算） 4.2变电所主变压器台数、容量、类型的选择（要求采用一台主变、两台主变分别进行计算） 4.3变电所主接线方案设计（要求画出主接线图，并说明其接线方式） 4.4短路电流计算（要求列写完整的计算过程）

4.5电费计算（清晰描述两部电费制，自行查找资料完成电费计算）

4.6估算铸造车间进线导线线径（绝缘导线载流量与截面的倍数关系需用上网或电工手册查找）

提示：根据设备容量计算出计算负荷，分别选择铝导线和铜导线计算线径。 一般铜导线的安全载流量为5～8A/mm，铝导线的安全载流量为3～5A/mm。 绝缘导线载流量估算歌诀： 二点五下乘以九，往上减一顺号走。 三十五乘三点五，双双成组减点五。 条件有变加折算，高温九折铜升级。 穿管根数二三四，八七六折满载流。

2

2

二 负荷计算和无功功率补偿

1.负荷计算公式

1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式 1.1.1 有功计算负荷（单位为kW） P30=KdPe , Kd为同时系数 1.1.2 无功计算负荷（单位为kvar） Q30= P30tanφ

1.1.3 视在计算负荷（单位为kvA）

S30= P30/cosφ

1.1.4 计算电流（单位为A）

I=S30 /（√3×UN），UN为用电设备的额定电压，单位为kV 1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式 1.2.1 有功计算负荷（单位为kW）

P30=K∑p∑P30d , ∑P30d是所有设备组有功计算负荷P30之和， K∑p是有功负荷同时系数 1.2.2 无功计算负荷（单位为kvar）

Q30=K∑q∑Q30d , ∑Q30d是所有设备组无功计算负荷P30之和， K∑q是无功负荷同时系数 1.2.3 视在计算负荷（单位为kvA）

S30=

P230Q230

1.2.4 计算电流（单位为A）

I=S30 /（√3×UN），UN为用电设备的额定电压，单位为kV

2 负荷计算

在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。具体步骤如下。 2.1、铸造车间：

动力部分：P30=400×0.4=160kW； Q30=160×1.02=163.2kvar S30= 160/0.7=228.6kVA； I30=228.6 /（√3×0.38）=347.3A 照明部分：P30=8×0.9=7.2kW； Q30=0kvar S30= 7.2/1=7.2kVA； I30=7.2/（√3×0.22）=18.9A 2.2、锻压车间：

动力部分：P30=200×0.2=40kW； Q30=40×1.33=53.2kvar S30=40/0.6=66.7kVA； I30=66.7/（√3×0.38）=101.3A 照明部分：P30=8×0.9=7.2kW； Q30=0kvar S30= 7.2/1=7.2kVA； I30=7.2/（√3×0.22）=18.9A 2.3、金工车间：

动力部分：P30=300×0.3=90kW； Q30=90×1.33=119.7kvar S30=90/0.6=150kVA； I30=150 /（√3×0.38）=227.9A 照明部分：P30=8×0.9=7.2kW； Q30=0kvar S30= 7.2/1=7.2kVA； I30=7.2/（√3×0.22）=18.9A 2.4、工具车间：

动力部分：P30=280×0.3=84kW； Q30=84×1.33=111.7kvar S30=84/0.6=140kVA； I30=140/（√3×0.38）=212.7A 照明部分：P30=8×0.9=7.2kW； Q30=0kvar S30= 7.2/1=7.2kVA； I30=7.2/（√3×0.22）=18.9A 2.5、电镀车间：

动力部分：P30=180×0.5=90kW； Q30=90×1.02=91.8kvar S30=90/0.7=128.6kVA； I30=128.6 /（√3×0.38）=195.4A 照明部分：P30=8×0.9=7.2kW； Q30=0kvar S30= 7.2/1=7.2kVA； I30=7.2/（√3×0.22）=18.9A 2.6、热处理车间：

动力部分：P30=150×0.5=75kW； Q30=75×0.78=58.5kvar S30= 75/0.75=100kVA； I30=100 /（√3×0.38）=151.9A 照明部分：P30=8×0.9=7.2kW； Q30=0kvar S30= 7.2/1=7.2kVA； I30=7.2/（√3×0.22）=18.9A 2.7、机修车间：

动力部分：P30=150×0.25=37.5kW； Q30=37.5×1.33=49.9kvar S30=37.5/0.6=62.5kVA； I30=62.5 /（√3×0.38）=95A

照明部分：P30=3×0.9=2.7kW； Q30=0kvar S30= 2.7/1=2.7kVA； I30=2.7/（√3×0.22）=7.1A 2.8、锅炉房：

动力部分：P30=80×0.6=48kW； Q30=48×1.02=49kvar S30=48/0.7=68.6kVA； I30=68.6 /（√3×0.38）=104.2A 照明部分：P30=2×0.9=1.8kW； Q30=0kvar S30=1.8/1=1.8kVA； I30=1.8/（√3×0.22）=4.7A 2.9、仓库：

动力部分：P30=10×0.3=3kW； Q30=3×0.75=2.3kvar S30=3/0.8=3.8kVA； I30=3.8 /（√3×0.38）=5.8A 照明部分：P30=2×0.9=1.8kW； Q30=0kvar S30=1.8/1=1.8kVA； I30=1.8/（√3×0.22）=4.7A 3 所有车间的照明负荷： P’30=55KW

4 取全厂的同时系数为：K∑p= K∑q=0.9，则全厂的计算负荷为： P30=0.9×(677+55)=658.8 KW P30=0.9×699.3=629.4 kvar S30=658.82629.42=911.1 kVA I30=911.1/（√3×0.38）=1384.3A

5 经过计算，得到各车间的负荷计算如表2所示

表2 某工厂负荷计算表 编号 名称 类别 设备容量 需要系数 cosφ tanφ 动力 铸造 照明 车间 小计 动力 锻压 照明 车间 小计 动力 金工 照明 车间 小计 动力 工具 照明 车间 小计 动力 电镀 照明 车间 小计 400 8 408 200 8 208 300 8 308 280 8 288 180 8 188 150 0.4 0.9 - 0.2 0.9 - 0.3 0.9 - 0.3 0.9 - 0.5 0.9 - 0.5 0.70 1.0 - 0.60 1.0 - 0.60 1.0 - 0.60 1.0 - 0.70 1.0 - 0.75 1.02 0 - 1.33 0 - 1.33 0 - 1.33 0 - 1.02 0 - 0.78 计算负荷 P30/Kw Q30/Kvar S30/KVA 160 7.2 167.2 40 7.2 47.2 90 7.2 97.2 84 7.2 91.2 90 7.2 97.2 75 163.2 0 163.2 53.2 0 53.2 119.7 0 119.7 111.7 0 111.7 91.8 0 91.8 58.5 228.6 7.2 235.8 66.7 7.2 73.9 150 7.2 157.2 140 7.2 147.2 128.6 7.2 135.8 100 I30/A 347.3 18.9 366.2 101.3 18.9 120.2 227.9 18.9 246.8 212.7 18.9 231.6 195.4 18.9 214.3 151.9 1 2 3 4 5 6 热处理 动力

编号 名称 类别 设备容量 需要系数 cosφ tanφ 车间 照明 小计 7 机修 动力 车间 照明 小计 动力 8 锅炉房 照明 小计 动力 9 仓库 照明 小计 总计 (380V侧) 动力 照明 8 158 150 3 153 80 2 82 10 2 12 1750 55 0.9 - 0.25 0.9 - 0.6 0.9 - 0.3 0.9 - - 1.0 - 0.60 1.0 - 0.70 1.0 - 0.8 1.0 - - 0.72 0 - 1.33 0 - 1.02 0 - 0.75 0 - - - 计算负荷 P30/Kw Q30/Kvar S30/KVA 7.2 82.2 37.5 2.7 40.2 48 1.8 49.8 3 1.8 4.8 677 658.8 0 58.5 49.9 0 49.9 49 0 49 2.3 0 2.3 699.3 629.4 7.2 107.2 62.5 2.7 65.2 68.6 1.8 70.4 3.8 1.8 5.6 998.3 911.1 I30/A 18.9 170.8 95 7.1 102.1 104.2 4.7 108.9 5.8 4.7 10.5 1571.4 1384.3 计入KΣp=0.9 KΣq=0.9

3 无功功率补偿

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、有功损耗小及组装灵活、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。

由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：S30=658.82629.42=911.1 kVA 这时低压侧的功率因数为：cosφ=658.8/911.1=0.72

而根据设计要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。考虑到主变电器的无功损耗远大于有功损耗，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：

Qc=P30(tanφ1-tanφ2)=658.8[tan(arccos0.72)-tan(arccos0.92)]=354.3 kvar 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为： S’30（2）=658.82(629.4354.3)2=713.9 kVA 计算电流I’30（2）=713.9/（√3×0.38）=1084.7A 变压器的功率损耗为：

△Pr≈0.015 S’30（2）=0.015×713.9=10.7KW △Qr≈0.06 S’30（2）=0.06×713.9=42.8 kvar 变电所高压侧的计算负荷为： P’30（1）=658.8+10.7=669.5KW

Q’30（1）=(629.4-354.3)+42.8=317.9 kvar S’30（1）=669.52317.92=741.1 kVA

I’30（1）=741.1/（√3×10）=42.8A

补偿后的功率因数为：cosφ=669.5/741.1=0.903满足（大于0.90）的要求。

表3 无功功率补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表所示 cosφ 计算负荷 项目 P30/KW Q30/kvar S30/KVA 380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 380V侧补偿后负荷 主变压器功率损耗 10KV侧负荷总计 0.72 - 0.92 - 0.90 658.8 - 658.8 0.015S30=10.7 669.5 629.4 -354.3 275.1 0.06S30=42.8 317.9 911.1 - 713.9 - 741.1 I30/A 1384.3 - 1084.7 - 42.8 三 变电所主变压器和主结线方案的选择

1 变电所主变压器的选择

根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案： 1.1 装设一台主变压器 型式采用S9，而容量根据式SN.T≥S’30，一般取

S30=(0.85~0.9)S’30(1)=(629.9~667)kVA，

因此选一台S9-800/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

1.2 装设两台主变压器 型号亦采用S9，二每台容量按式SN*T≈(0.6-0.7)S30和SN.T≥S30(Ⅰ+Ⅱ)，即SN.T≈（0.6-0.7）×741.1kVA=（444.7-518.8）kVA≥S30(Ⅰ+Ⅱ)

因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

主变压器的联结组别均采用Dyn11

表4变压器参数 额定容量 变压器型号 KVA S9-800/10 S9-630/10 800 630 高压 10.5 10.5 低压 0.4 0.4 型号 空载 负载 额定电压/kV 联结组 损耗/W 空载电流 短路阻抗 I0% 0.8 0.9 UK% 4.5 4.5 Dyn11 1400 7500 Dyn11 1200 6200 2变电所主结线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结线方案： 2.1装设一台主变压器的主结线方案 如图1所示 2.2装设两台主变压器的主结线方案 如图2所示

图1装设一台主变压器的主接线方案

图2装设两台主变压器的主接线方案

四 短路电流的计算

1 装设一台主变压器时 1.1.绘制计算电路

(1)(2)∞系统(3)

1.2.确定基准值 设Sd=100MVA，Ud=Uc,即高压侧Ud1=10.5KV，低压侧Ud2=0.4KV，则

Id1S3Udd2100MVA5.5kA310.5kv 100MVA144kA30.4kvId2Sd3Ud21.3. 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 1.3.1电力系统

X*.1100MVA/600MVA0.17kA

1.3.2架空线路 查表得LGJ-150的x0=0.389Ω/km，而线路长10km，故

X*.2(0.38910)100MVA3.5 2(10.5KV)1.3.3电力变压器 查表2-8，得UZ%=4.5,故

X*.34.5100MVA5.6 100800KVA因此绘等效电路图，如图所示

1.4. 计算k-l点(10.5kv侧)的短路总电抗及三相短路电流和短路容量 1.4.1总电抗标幺值

X*(k1)X*.1X*.20.173.53.67

1.4.2三相短路电流周期分量有效值

)* Ik(31Id1X(k1)5.5kA3.671.5kA1.4.3其他短路电流

(3)(3)I(3)IIk11.5kAi(3)2.55I(3)3.8kA(3)Ish1.51I(3)2.3KA

1.4.4三相短路容量

)*Sk(3MVA3.6727.2MVA 1SdX(k1)1001.5. 计算k-2点(0.4KV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 1.5.1总电抗标幺值

**** X(k2)X1X2X30.173.55.69.271.5.2三相短路电流周期分量有效值

)*Ik(3kA9.2715.5kA 2Id2X(k2)1441.5.3其它短路电流

(3)) I(3)IIk(3215.5kA(3)ish1.84I(3)1.8415.5kA28.5kA (3)Ish1.09I(3)1.0915.5kA16.9kA1.5.4三相短路容量

(3)*Sk.8MVA 2SdX(k2)102 装设两台主变压器时 2.1.绘制计算电路

(1)(2)∞系统(3)

2.2.确定基准值 设Sd=100MVA，Ud=Uc,即高压侧Ud1=10.5KV，低压侧Ud2=0.4KV，则

Id1Id2S3Udd2100MVA5.5kA310.5kv 100MVA144kA30.4kvSd3Ud22.3. 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 2.3.1电力系统

X*.1100MVA/600MVA0.17kA

2.3.2架空线路 查表得LGJ-150的x0=0.389Ω/km，而线路长10km，故

X*.2(0.38910)100MVA3.5 2(10.5KV)2.3.3电力变压器 查表得UZ%=4.5,故

X*.34.5100MVA4.5100MVA//5.6//5.62.8 100800KVA100800KVA因此绘等效电路图，如图所示

2.4. 计算k-l点(10.5kv侧)的短路总电抗及三相短路电流和短路容量 2.4.1总电抗标幺值

X*(k1)X*.1X*.20.173.53.67

2.4.2三相短路电流周期分量有效值

)* Ik(31Id1X(k1)5.5kA3.671.5kA2.4.3其他短路电流

(3)(3)I(3)IIk11.5kAi(3)2.55I(3)3.8kA(3)Ish1.51I(3)2.3KA

2.4.4三相短路容量

)*Sk(3MVA3.6727.2MVA 1SdX(k1)1002.5. 计算k-2点(0.4KV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 2.5.1总电抗标幺值 **** X(k2)X1X2X30.173.52.86.472.5.2三相短路电流周期分量有效值 )*Ik(3kA6.4722.3kA 2Id2X(k2)1442.5.3其它短路电流

(3)) I(3)IIk(3222.3kA(3)ish1.84I(3)1.8422.3kA41.0kA

I(3)sh1.09I(3)1.0922.3kA24.3kA2.5.4三相短路容量

(3)*Sk.8MVA 2SdX(k2)103以上计算结果综合如表5所示.

表5 短路计算结果 三相短路电流/KA 接线方式 短路计算点 k-1 k-2 k-1 k-2 (3) IK三相短路容量/MVA (3) Iih(3) Sk3） I（1.5 15.5 1.5 22.3 (3)I (3) ish一台主变 两台主变 1.5 15.5 1.5 22.3 1.5 15.5 1.5 22.3 3.8 28.5 3.8 41.0 2.3 16.9 2.3 24.3 27.2 10.8 27.2 10.8 五 电费计算

本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费交电费。每月基本电费按主变压器容量计为20元/KVA，动力电费为0.3元/kwh，照明电费为0.5元/kwh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9.此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交供电贴费：6~10KV为900元/KVA。

供电贴费：主变压器容量为每KVA900元，供电贴费为1000KVA*0.09万元/ KVA =90万元。 月基本电费按主变压器容量计为20元/KVA，故每年电费为1000*20*12=24万元。 根据年最大负荷利用小时T可求得： 动力费用：627.5*T*0.3

照明费用：31.3*T*0.5

六 铸造车间进线的选择校验

1导线线径一般按如下公式计算：

铜线： S= I*L / 54.4*U` 铝线： S= I*L / 34*U`

式中：I——导线中通过的最大电流（A） L——导线的长度（M） U`——充许的电源降（V） S——导线的截面积（MM2）

说明： 1）、U`电压降可由整个系统中所用的设备（如探测器）范围分给系统供电用的电源电压额定值综合起来考虑选用。 2）、计算出来的截面积往上靠.

根据经验可得1平方的铜导线安全载流量为5-8A;铝导线的安全载流量为3~5A. 2 计算导线所需载流量

2.1先根据功率的大小计算出单相电流，

照明： 电流（A）＝设备功率(W)÷额定电压(V) =32.7A

动力：相电流（A）＝设备功率(W)÷［√3×额定电压(V）］=243.1A

2.2根据计算出的电流，乘以系数1.3（主要是考虑过电流），得出要选取导线的电流值，从《电工手册》查出要用导线的截面值。

I=（243.1+32.7）×1.3=358.5A

查电工手册可得，铝芯电缆选取240mm2，铜芯电缆选取150mm2

2.3 根据经验口诀选取

经验口诀:

二点五下乘以九，往上减一顺号走; 三十五乘三点五，双双成组减点五; 条件有变加折算，高温九折铜升级;

穿管根数二三四，八七六折满载流。

其中，从50mm’及以上的导线，其载流量与截面数之间的倍数关系变为两个两个线号成一组，倍数依次减0．5。即50、70mm’导线的载流量为截面数的3倍；95、120mm”导线载流量是其截面积数的2．5倍，依次类推。上述口诀是铝芯绝缘线、明敷在环境温度25℃的条件下而定的。若铝芯绝缘线明敷在环境温度长期高于25℃的地区，导线载流量可按上述口诀计算方法算出，然后再打九折即可；当使用的不是铝线而是铜芯绝缘线，它的载流量要比同规格铝线略大一些，可按上述口诀方法算出比铝线加大一个线号的载流量。

可得，铝芯电缆选取240mm2，铜芯电缆选取185mm2