工厂供电课程设计说明书

设 计 说 明 书

《工厂供电》课程设计

学 院： 机电工程学院

学 号：

专业（方向）年级： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名：

福建农林大学机电工程学院电气工程系

2011年 1月 7日

前言

课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。

此次课程设计是某机械厂降压变电所的电气设计，是一个实际的设计课题，能更好的让我们体会到实际的供配电系统是怎么回事。它涵盖了本书几乎所有的内容，包括全厂负荷统计，变压器的选择，短路电流的计算，供电线路的选择，供电设备的选择，无功补偿等等，并要求画变电所主接线图。同时课程设计也是教学过程中的一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，了解工厂供电设计的基本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为以后工作奠定基础。

本设计可分为八部分：负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；变电所高、低压线路的选择；防雷和接地装置的确定；附参考文献。

由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正！

目录

1负荷计算和无功功率补偿…………………………………1 2变电所位置和型式的选择…………………………………2 3变电所主变压器及主接线方案的选择……………………3 4短路电流的计算……………………………………………6 5变电所一次设备的选择校验………………………………8 6变电所进出线及与邻近单位联络线的选择………………9 7变电所的防雷保护与接地装置的设计……………………13

8变电所主接线电路图…………………………………………14

9参考文献……………………………………………………16

XX机械厂降压变电所的电气设计

（一） 负荷计算和无功功率补偿

1、负荷计算 各厂房和生活区的负荷计算如表2所示。

表2 XX机械厂负荷计算表 计算负荷 编设备容需要系tanφ P30/KW Q30/kvar S30/kVA I30/A 号 名称 类别 量Pe/kW 数 Kd cosφ 动力 200 0.3 0.7 1.02 60 61.2 — — 5 0.8 1 0.00 4 0.00 — — 铸造照明 1 车间 小计 205 — 64 61.2 88.6 134.6 动力 300 0.3 0.6 1.33 90 119.7 — — 8 0.7 1 0.00 5.6 0.00 — — 锻压照明 2 车间 小计 308 — 95.6 119.7 153.2 232.8 动力 400 0.2 0.6 1.33 80 106.4 — — 10 0.8 1 0.00 8 0.00 — — 金工照明 3 车间 小计 410 — 88 106.4 138.1 209.8 动力 350 0.3 0.6 1.33 105 139.6 — — 6 0.8 1 0.00 4.8 0.00 — — 工具照明 4 车间 小计 356 — 109.8 139.6 177.6 269.8 动力 200 0.5 0.8 0.75 100 75.0 — — 10 0.8 1 0.00 8 0.00 — — 电镀照明 5 车间 小计 210 — 108 75.0 131.5 199.8 200 0.5 0.8 0.75 100 75.0 — — 热处动力 5 0.8 1 0.00 4.5 0.00 — — 理车照明 6 间 小计 205 — 104.5 75.0 128.6 194.5 动力 100 0.3 0.7 1.02 30 30.6 — — 5 0.8 1 0.00 4 0.00 — — 装配照明 7 车间 小计 105 — 34 30.6 45.7 69.4 动力 200 0.2 0.7 1.02 40 40.8 — — 4 0.8 1 0.00 3.2 0.00 — — 机修照明 8 车间 小计 204 — 43.2 40.8 59.4 90.2 动力 50 0.6 0.8 0.75 30 22.5 — — 1 0.8 1 0.00 0.8 0.00 — — 锅炉照明 9 房 小计 51 — 30.8 22.5 38.1 57.9 动力 10 0.4 0.9 0.48 4 1.92 — — 照明 1 0.8 1 0.00 0.8 0.00 — — 10 仓库 小计 11 — 4.8 1.92 5.2 7.9 生活400 0.7 0.9 0.48 280 134.4 310.6 471.9 11 区 照明 动力 2010.00 — — 962.7 807.1 总计（380照明 455.00 — — 侧） 计入K??p=0.8, K??q=0.85 0.75 1

770.2 686.1 1031.5 1567.2

2.无功功率补偿

由表2可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.72。而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷时功率因素不应低于0.9。考虑到主变压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素应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

QC=P30(tan?- tan?)= 770.2 [tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]kvar=370kvar

1

2

参照图1，选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为84kvar?5=420kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表3所示。

主屏辅屏C1#方案6支路2#方案8支路C3#方案6支路4#方案8支路C图1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案

表3 无功补偿后工厂的计算负荷 项目 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 cosφ 计算负荷

P30/KW 770.2 770.2 Q30/kvar 686.1 -420.00 266.1 S30/kVA I30/A 1031.5 814.9 843.3 1567.2 1238.1 48.69 0.75 0.945 0.93 0.015S30=12 0.06S30=49 782.2 315.1 （二）

变电所位置和型式的选择

变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的x轴和y轴，然后测出各

2

车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，P1、P2、P3?P10分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定P1（1.8，4.1）、P2（2.8，2.6）、P3（4.2，0.8）、P4（3.0，5.0）、P5（5.0，5.0）、P6（5.0，3.7）、P7（5.0，2.5）、P8（6.9，5.0）、P9（6.9，3.7）、P10（6.9，2.5），并设P11（0.7，0.7）为生活区的中心负荷，如图2所示。而工厂的负荷中心假设在P(

x,y),其中P=P1+P2+P3?+P11=?Pi。因此仿照《力

学》中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：

x?P1x1?P2x2?P3x3??P11x11P1?P2?P3??P11??(Px?Piiiii) （1-1）

y?P1y1?P2y2?P3y3??P11y11P1?P2?P3??P11??(Py?Pi)

（1-2）

把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到x=3.2，y=2.8 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在7号厂房（锻压车间）的东北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在7号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。

6543210012345678P11P3P1P2PP4P5P6P7P8P9yP10

图2 按负荷功率矩法确定负荷中心

（三） 变电所主变压器及主接线的选择

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考虑有下列两种可供选择的方案：

（1）装设一台变压器

型号为S9型，而容量根据式SN?T?S30，SN?T为主变压器容量，S30为总的计算负荷。选SN?T=1000 KVA>S30=843.3kVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。

（2）装设两台变压器

型号亦采用S9型，而每台变压器容量根据式（1）、（2）选择，即

3

SN?T?(0.6~0.7)?843.3kVA=（505.98～590.31）kVA

（1）

SN·T≥S30 (Ⅱ)=(88.6+131.5+38.1)=258.2kVA (2)

因此选两台S9-400/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。

主变压器的联结组均为Yyn0 。 2．变电所主接线方案的选择

按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案： （1）装设一台主变压器的主接线方案 如图3所示 （2）装设两台主变压器的主接线方案 如图4所示

3.两种主接线方案的技术经济比较 如表4所示。

表4 主接线方案的技术经济比较 技术

比较项目 供电安全性 供电可靠性 装设一台主变的方案 满足要求 基本满足要求 4

装设两台主变的方案 满足要求 满足要求 指标 供电质量 灵活方便性 扩建适应性 由于一台主变，电压损耗较大 只有一台主变，灵活性稍差 稍差一些 查得S9-1000/10的单价为电力变压器的15.1万元，而变压器综合投资综合投资额 约为其单价的2倍，因此综合投资约为2×15.1=30.2万元 查得JYN1-35型柜可按每台本方案采用6台JYN1-35柜，其高压开关柜10万元计，其综合投资可按设综合投资约为10×1.5×6=90万（含计量柜）备的1.5倍计，因此高压开关元，比一台主变方案多投资15万的综合投资额 柜的综合投资约为元 10×1.5×5=75万元 经主变的折旧费=30.2万元主变的折旧费=42万元济×0.05=1.51万元；高压开关×0.05=2.1万元；高压开关柜的指柜的折旧费=75万元折旧费=90万元×0.06=5.4万标 电力变压器和×0.06=4.5万元；变配电的维元；变配电的维修管理费=高压开关柜的修管理费=（30.2+75）万元（42+90）万元×0.06=7.92万元。年运行费 ×0.06=6.31万元。因此主变因此主变和高压开关柜的折旧和和高压开关柜的折旧和维修维修管理费=（2.1+5.4+7.92）管理费=（1.51+4.5+6.31）=15.42万元，比一台主变方案多=12.32万元 投资3.1万元 主变容量每kVA为900元，供供电贴费=2*630kVA*0.09万元供电贴费 电贴费=1000kVA*0.09万元=113.4万元，比一台主变多交/kVA=90万元 23.4万元 从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远优于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。 （四） 短路电流的计算

1.绘制计算电路 如图5所示

(1) ～ ∞系统 400MVA (2) LGJ-150,10km 10.5kV S9-1000 0.4kV

图5 短路计算电路

由于两台主变并列，电压损耗略小 由于有两台主变，灵活性较好 更好一些 查得S9-630/10的单价为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4×10.5=42万元，比一台主变方案多投资11.8万元 K-1 (3) K-2 2.确定短路计算基础值 设Sd=100MVA，Ud=Uc=1.05UN，侧

Ud2Uc为短路计算电压，即高压侧

Ud1=10.5kV，低压

=0.4kV，则

Sd3Ud1Sd3Ud2?100MVA3?10.5kV100MVA3?0.4kV?5.5kA

Id1?

Id2???144kA

5

3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值 （1）电力系统

已知电力系统出口断路器的断流容量

（2）架空线路

查表得LGJ-150的线路电抗x0?0.36?/km，而线路长10km，故

X2?x0l?Soc=400MVA，故X1?=100MVA/400MVA=0.25

SdUc2?(0.36?10)??100MVA(10.5kV)2?3.26

（3）电力变压器

查表得变压器的短路电压百分值Uk%=4.5，故

X3?SN?Uk%Sd100SN?4.5100?100MVA1000kVA=4.5

式中，为变压器的额定容量

10.2523.26因此绘制短路计算等效电路如图6所示。

k-1

34.5

k-2

图6 短路计算等效电路

4. k-1点（10.5kV侧）的相关计算 (1)总电抗标幺值

X?(k?1)?X1?X2=0.25+3.26=3.51

?**

(2) 三相短路电流周期分量有效值

Ik?1?*Id1X*?(k?1)?5.5kA3.51?1.56kA

(3) 其他短路电流

I(3)''(3)?I?(3)?Ik?1?1.56kA(3)

ish?2.55I(3)''(3)?2.55?1.56kA?3.98kA''(3)Ish?1.51I?1.51?1.56kA?2.36kA(4) 三相短路容量

Sk?1?(3)SdX?(k?1)*?100MVA3.51?28.49MVA

5.k-2点（0.4kV侧）的相关计算 (1)总电抗标幺值

X?(k?1)?X1?X2?X3=0.25+3.26+4.5=8.01

6

?***(2)三相短路电流周期分量有效值

Ik?2?*Id2X*?(k?2)?144kA8.01 ?17.98kA

(3) 其他短路电流

I(3)''(3)?I?''(3)''(3)(3)?Ik?1?17.98kA

(3)

ish?1.84IIsh?1.09I(3)?1.84?17.98kA?33.08kA?1.09?17.98kA?19.60kA(4)三相短路容量

Sk?2?(3)SdX*?(k?2)?100MVA8.01?12.48MVA

以上短路计算结果综合图表5所示。

表5短路计算结果 三相短路电流 短路计算点 k-1 k-2 Ik (3)三相短路容量/MVA ish (3)I''(3) I? (3)Ish (3)Sk(3) 1.56 17.98 1.56 17.98 1.56 17.98 3.98 33.08 2.36 19.60 28.49 12.48 （五）变电所一次设备的选择校验

1. 10kV侧一次设备的选择校验 如表6所示。

表6 10 kV一次侧设备的选择校验

选择校验项目 参数 数据 电压 UN 电流 IN 断流能力 Ik (3)动稳定度 ish (3)热稳定度 I?(3)2其他 装置地点条件 ?tima 10kV UN?e57.7A IN?e 1.56kA Ioc 3.98kA imax 4.38 It?t 2额定参数 真空断路器 一次设备型号规格 ZN10-10/630 10kV 10kV 35kV 35/0.1kV 35kV30.1kV30.1kV3630kA 200A 0.5A - 20kA - 17 kA - 50kA 25.5 kA - - 400 500 - - 高压隔离开关GN6-10/200 高压熔断器RN2-35 电压互感器JDJ-35 电压互感器JDJJ2-35 电流互感器

//- - - - 35kV 100/5A 7

- 31.8 kA 81 二

接相连，接地干线均采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚。 接地电阻的验算：

RE?RE(1)n???/ln??100??m/2.5m16?0.65?3.85?

满足RE?4?的接地电阻要求

变电所接地装置平面布置图如图7所示。

图7 变电所接地装置平面布置图

(八)变电所主接线电路图

XX机械厂降压变电所系统主接线电路图，如图8所示。 XX机械厂降压变电所装置式主接线电路图，如图9所示。

13

14

15

(九) 参考文献

[1]刘介才．工厂供电设计指导［M］．第2版．机械工业出版社，2010． [2]刘介才．工厂供电［M］．第2版．机械工业出版社，2010．

16

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