供配电系统电气部分设计

毕业设计（论文）题目： 某电器公司供配电系统电气部分设计 教学院：大连海洋大学职业技术学院 专业班级：供用电技术11班 学生姓名 骆满昌

学 号： 20110415 指导教师：

1．毕业设计（论文）的主要内容

根据提供的用电单位负荷资料及当地电源情况（见附录），完成下列设计内容： 1、工厂的负荷计算及无功补偿，确定各车间变电所变压器型式、容量和数量。 2、设计和论证变配电所的主接线，并作图。 3、短路计算，并选择校验一次设备。

4、选择并校验电源进线及工厂高压配电线路。 5、变配电所继电保护设计，作保护接线图。 6、变配电所防雷保护设计及接地装置的设计。 7、作电气平面总布置图。 2．毕业设计（论文）的要求

通过本工程设计：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，技术经济分析比较、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。

（1）认真阅读毕业设计流程，熟悉毕业设计相关规范。

（2）按设计内容，遵照毕业设计（论文）规范化要求，认真完成设计（论文）任务。设计成品包括：

①设计说明书（论文）；

②绘制设计图纸：配电所的电气主接线图；配电所的平面布置图；继电保护原理接线图；配电所绝缘监察及电压互感器接线。

③设备清单：配电网路的导线或电缆清单；电气设备清单。

（3）要求自学OUTCAD制图软件，用该软件绘制电气主接线、平面布置图等。 （4）严格遵守学习纪律，定期反馈信息（2周一次）。要经常主动地与指导教师保持联系，在外实习可以采用电话、电子邮件、QQ等方式与指导教师保持联系。

（5）在外实习期间，严格遵守实习单位规章制度，认真撰写《毕业实习报告》。 （7）不得弄虚作假，不得抄袭他人成果。

1前言

1.1工厂供电的意义和要求

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（电化工业除外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：

（1） 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 （2） 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 （3） 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求

（4） 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

1.2设计内容及步骤

1、负荷计算

2、车间变电所的选择 3、改善功率因数装置设计

4、工厂供、配电系统短路电流计算 5、变电所高、低压侧设备选择 6、变电所高、低压侧设备的校验

7、工厂供、配电系统一次接线

8、工厂供、配电系统继电保护及二次回路和自动装置 9、工厂供、配电系统防雷与接地

2 负荷计算

2.1负荷计算的意义及方法

通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷（calculated load）。

计算负荷应该是电器元件连续运行时能够承受的最大负荷。

目前，对工矿企业的电力负荷计算主要采用三种方法：单位容量法、需要系数法、用系数法。在本设计中采用的是需要系法来进行负荷计算。 （一）一组用电设备的计算负荷 主要计算公式有：

有功计算负荷：Pc= KdPe (2-1) 无功计算负荷：Qc= Pctan? (2-2) 视在计算负荷：Sc=Pc/cos? (2-3) 计算电流： Ic=Sc/3UN (2-4) 式中Kd为用电设备组的需要系数值；cos?为用电设备组的平均功率因数； tan?为功率因数cos?的正切值；UN为用电设备组的额定电压。 （二）多组用电设备的计算负荷 对于干线，可取K?P=0.850.95, K?q=0.900.97。

对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取K=0.80.9,K=0.850.95。由干线负荷直接相加来计算时，可取K=0.90.95,K=0.930.97。 主要计算公式有： 总的有功计算负荷：Pc= K?P?P

c 总的无功计算负荷：Qc = K?q?Qc

总的视在计算负荷：Sc?式中K?PP2c?Q c2、K?q 称为参差系数或综合系数。

2.2各车间的计算负荷

以该工厂变电所A中的钣金车间的计算为例。

Pc= KdPe=890×0.8=712 kW Qc= Pctan?=712 kW×0.62=441kvar Sc=Pc/cos? =712 kW /0.85=837.5kV?A Ic=Sc/3UN=837.5 kVA/（3×0.38kV）=1273A 其他车间按照该计算方法计算负荷，所得结果可统计如表2-2。

2.3各车间变电所的计算负荷

以该工厂挤压车间和冲压车间计算B的计算负荷为例，来计算各个车间变电所的计算负荷。

取K?p= 0.95; K?q = 0.97

根据表2-2可算出：?Pc = 195kW; ?Qc=214.58 kvar 则Pc= K?P?P = 0.95×195kW =185.25kW

ccQc = K?q2c?Q = 0.97×214.58kvar = 208.14kvar

2Sc?P?Q=185.252?208.142=278.63kV?A

cIc?Sc3UN=278.63/1.732*0.38=423.85A

COS??PcSc=185.25/278.63=0.66

车间负荷计算结果： 表2-1是工厂的负荷情况

序号 1 2 车间名称 设备容量kW 需要系数Kd 功率因数cos? 车间变电所代号 （参考） A B 钣金车间 挤压车间 890 300 0.80 0.30 0.85 0.70

3 4 5 6 7 8 9 10 11 冲压车间 焊接车间 打磨车间 喷塑车间 热处理车间 原料间 仓库 办公楼 生活区 350 678 156 205 150 15 15 78 300 0.30 0.30 0.60 0.30 0.60 0.30 0.40 0.55 0.50 0.65 0.50 0.85 0.70 0.80 0.90 0.80 0.85 E 0.90 D C 下表2-2是车间负荷的计算情况 表2-2 车间变电所负荷计算情况

编号 车间名称 钣金车间 挤压车间 冲压车间 焊接车间 热处理车间 原料间 仓库 办公楼 生活区 设备容量kW 890 300 350 678 150 15 15 78 300 计算负荷 Pc/kW 712 90 105 203.4 90 4.5 6 42.9 150 Qc/kvar Sc/kV?A 441 91.8 122.85 117.97 67.5 4.05 4.5 26.6 72.9 206.72 314.45 E 837.65 267.46 406.44 计算电流 I/A 1273 406.86 618.25 车间变电所代号 A B C D 1 2 3 4 10 12 13 14 15 2.4车间变压器的选择

（1）变电所主变压器台数的选择

选择主变压器台数时应考虑下列原则：

1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。

2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所。 3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。

4）在确定变电所主变压器台数时，应当考虑负荷的发展，留有一定的余量。 （2）变电所主变压器容量的选择

1）只装一台主变压器的变电所

主变压器的容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即 SN.T≥S30 （2-5） 2）装有两台主变压器的变电所

每台变压器的容量SN.T应同时满足以下两个条件：

①任一台单独运行时，SN.T≥（0.6～0.7）S30 （2-6） ②任一台单独运行时，SN.T≥S30（Ⅰ+Ⅱ） （2-7） 由于车间的负荷容量的不是很大，因此每一变电所选一台变压器。 所根据表2-2计算可选择变压器如下:

（1）No.1车间变电所。由计算负荷表2-3知，该车间变电所Sc=837.65kV?A，按要求SN.T＞SC，则设一台变压器容量Sc=1000kV?A，所以选择容量为1000kV?A的SC（B）10型变压器一台。

（2）同理可选择变压器如下表2-3。

根据计算结果选择变压器的台数和容量，结果如下表2-3

表2-3 车间变电所变压器的台数、容量和型号

编号 1 2 3 4 原料间 车间名称 钣金车间 挤压车间 冲压车间 焊接车间 SC/kV?A 837.5 267.46 406.44 92.83 206.72 变压器台数及容量 1×1000 1×315 1×500 1×160 1×250 变压器型号 SC（B）10 SC（B）10 SC（B）10 SC（B）10 SC（B）10 车间变电所代号 STS1 STS2 STS3 STS6 STS7 10 热处理车间 13 14 15 仓库 办公楼 生活区 2.5功率补偿

根据电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿，低压成组补偿和低压补偿三种方式。

由于本设计中上级要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9,而由上面计算可知COS?=0.66<0.9，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。 以钣金车间为例,计算它的功率补偿

QN.C= 712×（tanarc cos0.85－tanarc cos0.92）kvar=135.28 kvar 查附录表10,初选BSMJ0.4-30-3,每组容量qn?QN.CN.C=30 kvar,则需要安装的电容组数为

qN.C=135.28 kvar/30 kvar=4.5?5

无功补偿后，变电所低压侧的视在计算负荷为：

P2c??Qc?QN.C?2?7122??441.26?150??769.27kV?A

2COS??PcSc?712kW769.27kVA=0.926

所以钣金车间选择SN.T?1000kVA的SCB10-1000/10型变压器 所以变压器的功率损耗为：

ΔPT=0.01Sc=0.01×837.5=8.38kW

ΔQT=0.05Sc=41.88kvar 变电所高压侧计算负荷为：

Pc'.1= PC +ΔPT =720.38kW Qc'.1= QC-QN.C+ΔQT =331.88 kvar

'222S'c.1?Pc'2.1?Qc.1= 720.38?331.88=791.152kV?A

补偿后的功率因素

''Cosφ=Pc.1/Sc.1=0.91

各个车间的补偿结果如下表2-5

表2-5 功率补偿结果计算（低压侧） 车间变电所代号 STS1 无功功率补偿前 功率变压Qc/kvarSc/kV?A因素 器容 量 441 837.5 0.85 1*1000 0.66 1*315 STS2 208.14 278.63 电无功功率补偿后 容补个 功率计算偿数Qc/kvarSc/kV?A 因素 电流 容组 量 15 291 769.17 0.92116856 .95 0 15 58.1194.16 0.95295.54 4 08 0 变压器容量 1*1000 1*250

STS3 351.88 406.44 STS4 188.07 279.47 STS5 236.15 STS6 68.880 92.830 STS7 95.640 206.72 343.45 0.50 1*500 310 51.808 0 209.90 0.969 217.64 0.950 263.84 0.945 62.86 0.989 194.66 0.941 319.00 330.76 400.97 95.53 298.84 1*315 0.74 1*3114 68.05 27 0 0.73 1*400 0.67 1*160 0.89 1*250 15 86.155 0 62 8.88 0 31 65.60 4 1*315 1*315 1*160 1*250

由计算,可以算出在变压器的高压侧无功补偿后的结果,见下表2-6

表2-6 功率补偿后结果（高压侧） 车间变电所代号 STS1 STS2 STS3 STS4 STS5 STS6 STS7 ?PT ?QTPcQcScIcCOS? （kW） （kvar） （kW） （kvar） （kVA） 8.375 41.875 720.375 332.875 793.57 2.786 13.930 188.036 72.07 201.37 4.060 20.300 207.46 72.18 219.66 2.790 13.950 209.51 82.02 225.00 3.430 17.150 252.81 103.3 273.10 0.930 4.650 63.16 13.53 64.59 2.060 10.300 185.32 75.94 200.28 （A） 45.82 11.63 12.68 12.99 15.77 3.73 11.56 0.907 0.934 0.944 0.931 0.926 0.978 0.926 补偿后总的有功计算负荷：Pc= k?P?Pc.i=0.95*1826.67=1735.34kW

总的无功计算负荷：Qc = K?q?Qc = 0.97×751.92=729.36kvar

总的视在计算负荷：Sc= Pc2?Qc2= 1882.38kV.A Cosφ=Pc/Sc=0.922

Ic=Sc/ 3UN=108.81A

由表和计算可得各变电所折算到高压侧的功率因数均大于0.9,整个工厂的功率因数为0.922，即功率补偿的电容选择合理, 符合本设计的要求。

3 主接线方案的选择

3.1主接线方式

变配电所的电气主接线是一电源进线和引出线为基本环节，以母线为中间环节的电能输配电路。其基本形式按有母线接线和无母线接线。母线又称汇流排，起着汇集电能的作用。在拥护的变配电所中，有母线的主接线按母线的设置不同，又有单母线接线，单母线分段接线，双母线接线。

3.2主接线方案的选择

该机械厂本厂可由附近35/10kV地区变电站取得工作电源，所以直接经车间变电所，降为一般低压用电设备所需的电压如380V、220V。

该机械厂属于二级负荷，直接引入10kV的高压电，选择两路电源进线的接线。 （1）单母线接线

又称典型单母线接线，图3－1所示。所有电源和引出线回路都连接在同一母线上，优点是简单，清晰，设备少，运行操作方便且有利于扩建。

（2）单母线分段接线

如图3－2所示。当一组母线故障或检修时，重要用户仍可通过正常段母线继续供电，其可靠性和灵活性与典型单母线相比有所提高。

图3－1 单母线接线

图3-2 单母线分段接线

通过综合比较,本方案一次侧选择单母线接线,二次侧选择单母线分段 的接线方式。

4 短路电流及计算

4.1短路电流计算的目的和方法

短路电流计算的目的：是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。

短路电流计算的方法：常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。绘制短路电路图如图5-1

K—1 K—2 G S10 图4-1 短路计算电路

4.2本设计采用标幺制法进行短路计算

1.在最大运 行方式下:

高压熔断器√ RN2-10 电流互感器√ √ √ √ √ LZZJ-10 电压互感器√ － √ √ √ JDZ或JDZJ － － 设备的最大－ － 设备的额定选择校验的条件 电压应不小于装置地点的额定电压 设备的额定电压应不小于通过设备的计算电流 开断（或功按三相短路率）应不小于冲击电电流它可能开断和流校验 的最大电流（或功率） 按三相短路稳态短路发热假象时间校验

5.1主要设备的选择校验

在本设计中所用到的10kV的高压成套设备为XGN2型固定式开关设备。该设备是三相交流50Hz单母线及单母线带旁路系统的户内成套设备，具有安全连锁、防误性能、运行安全可靠、真空灭弧室免维护等特点。在该设计的总降压变电所内用到该系列的开关柜有如下器件：

电流互感器LZZJ-10，真空断路器ZN28A-12/630-20，1000-20.熔断器RN2-10，电压互感器JDZ-12，高压隔离开关GN30-10/630-20。 （1）电流互感器LZZJ-10的选择和校验

电流互感器应按装设 地点条件及额定电压，一次电流，二次电流（一般为5A），准确级等进行选择，并应校验其短路动稳态和和热稳态。校验结果见表5-2;

表5-2 LZZJ-10校验 安装地点的电气条件 序号 项目 1 2 UN IC 数据 10kV 108.81A 项目 UN 11.5kV) IN 630A 合格 数据 10kV(最高合格 LZZJ-10 结论

3 4 5 IKi(3) 3.25kA 10.57kA (10.57kA)×2IK ish It 2- 50kA 446.25kA.S 2合格 合格 合格 (3)sh ItIMA 21.5S=167.59kA.S 2 （2）RN2-10高压熔断器的选择校验，见下表5-3

表5-3 RN2-10高压熔断器的选择校验表 序 号 1 2 3 安装地点的电气条件 项目 数 据 10kV 108.81A 4．846KA 项目 RN2-10高压熔断器 数 据 12kV 200A 31.5kA 结论 合格 合格 合格 UN Ic (3) IKUN Ic IK

（3）厂区配电线路的选择与校验(以STS1变电所为例)

表5- 4 厂区配电线路器件的校-验

选择校验项目 参数 电压 UN 电流 IC 断流能力 动稳定度 IK (3)热稳定度 结论 ItIMA 2 2安装地点的电气条件 i(3)sh 数据 参数 真空断路器 10kV UN 108.81A IN (3.25kA )×1.5S = 3.25kA 10.57kA 15.84 kA2.S IK ish It (20kA) ×4S= 22 合格 合格 设备型号规格 ZN28A-12/630-20，1000-20 合格 12kV 12kV 630A - 20kA - 50kA - 1600kA.S - (31.5kA)×4S=3969 2kA.S 22电压互感器JDZ-12 隔离开关 GN30-10/630-20 合格 合格 10kV 630A 31.5 kA 80kA 5.2 导线，电缆的选择校验

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面时必须满足下列条件: 1.发热条件

导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，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，可不进行电压损耗校验。 3.经济电流密度

35kV及以上的高压线路及电压在35kV以下但距离长电流大的线路，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10kV及以下线路，通常不按此原则选择。 4.机械强度

导线（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，但需校验其短路热稳定度。

母线的选择：按发热条件来选择，即满足母线容许载流量I﹥Ic(计算电流)，即选择TMY-3(50×5).

10V的架空线的截面选择

(3)A≥Amin?I?timaC=3.25×1031.587?45.75mm2

所选母线满足条件

厂区不大,线路很短,线路末端短路电流与始端电流相差不大,因此以10KV母线上短路时的短路电流进行校验，电力电缆截面选择

(3)A≥Amin?I?tima==3.25×1031.5143=27.84mm2<35mm2

C其满足条件.

其它线路的电缆截面选择相同,其结果见表5-5:

表5-5 电缆截面选择

计算负荷 线路序号 线路用途 PcQcIc 选择截面 2 S/mmL-1 L-2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 （kW） 720.375 188.036 207.46 209.51 252.81 63.16 185.32 （kvar） 332.875 72.07 72.18 82.02 103.3 13.53 75.94 （A） 45.82 11.63 12.68 12.99 15.77 3.73 11.56 35 35 35 35 35 35 35 5.3低压设备的选择与校验

低压一次设备的选择校验项目和条件如表5-6

表5-6 低压一次设备的选择校验项目和条件

短路电流 设备名称 低压断路器 隔离开关关 低压熔断器 额定电压 √ √ √ 额定电流 热稳定 √ √ √ √ √ － 动稳定 √ √ － √ √ √ 开断能力/kA 低压设备进线设备的选择与校验（以STS1）为例

表5-7低压一次侧进线备的选择校验

选择校验项目 按装 地点的电气条件 参数 电压 电流 断流能力 (3) IK动稳定度 (3)ish 热稳定度 2I?tima UN Ic 数据 1168.0.38kV 95A 17.95kA 40.57kA 1.5S*(17.95kA)=483.30 2kA.S 2参数 设备型号规格 HD13 UN.QF 0.66 IN.QF 1000A IOC imax It2t 1S*(50kA)=2500kA.S 2250kA 100kA DW15 0.66 LMZ3-0.66 1000A 1000A 40kA 40kA 80kA 63kA 1S*(40kA)=1600kA.S 0.5S*(40kA)=800kA.S 22220.66 6 小结

本次供电工程课程设计，可以说是对我们所学理论知识整体的综合性运用，设计的内容贯穿课本各章节始终，对我们从整体上把握供电工程学科有了很高的要求。 我清楚的记得，课程设计刚开始的时候我们每个人都会拿出自己的方案，但是每个小组最后只有一个方案，所以在确定方案的时候，我们也会有分歧，经过激烈的讨论，我们确定了大家都认可的方案。到了具体选用元器件的时候，大家又有了不同的见解，又会争论一番，总之争论贯穿整个过程。虽然之前我们会为了某个问题而争论不休，但是我们只有一个共同的目标，那就是把课程设计做好.所以在老师的帮助指导下，我们设计做好了之后，都是同样的高兴。我也从中学到了些许的课外知识：同学之间团结合作不容忽视，分工协作查找资料在这样的活动中发挥着重要的作用；充分的利用网络、书籍以及重要的数学软件在本次设计中有着举足轻重的地位。同时通过本次课程设计，我也从中发现了自己的缺点和不足，体现在对知识的掌握不够扎实，对知识的理解不透彻，对概念的认识较模糊，知识面还不够广等问题。

总之，本次课程设计虽然只有短暂的两周，但它让我受益匪浅。同时也让我意识到学习的重要性以及今后学习的紧迫性，更坚定了我今后学习的积极性，进一步的明

确了今后奋斗的目标。 参考文献

【1】

附录1：

2

变压器二次侧电气主接线图

附录

变压器 SCB10 HD13 -1000 DW15 HD13 HD13 HD13 DW15 低压进线 无功补偿 低压出线 低压出线 LMZ3-0.66 DW15 LMZ3-0.66 NT0-500 CJ400/3 LMZ3-0.66 LMZ3-0.66

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7088.html