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1、工厂供电课程设计任务书一、设计题目某塑料五金制品厂供配电系统电气部分设计二、设计目的及要求通过本课程设计：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，锻炼工程设计、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。要求根据用户所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，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，选择配变电所主接线方案、高压配电线路接线方式、高低压设备和进出线，确定车间变电所主变压器的台数与容量、类型。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。三、设计依据1. 工厂负荷情况工厂各车间负荷情况及车间变电
2、所的容量见表1。表1 各车间和车间变电所负荷计算表（380 V）序号车间名称设备容量kW计算负荷车间变电所代号kWkvarkVAA1薄膜车间3000.750.6No.1原料库500.350.5生活间150.81.0成品库（一）150.350.5成品库（一）170.350.5材料库100.350.5小计（k=0.95）2单丝车间1850.60.65No.2水泵房600.650.8小计（k=0.98）3注塑车间1890.40.6No.3管材车间1600.350.6小计（k=0.98）4备料车间1380.60.5No.4生活间100.81.0浴室50.81.0锻工车间300.30.65原料间150.
3、81.0仓库150.30.5机修车间970.250.65热处理车间1650.60.7铆焊车间1800.30.5小计（k=0.87）5锅炉房1350.70.75No.5试验室750.250.5辅助材料室500.20.5油泵房150.650.6加油站120.650.5办公楼500.60.6小计（k=0.9）2. 供用电协议1）从电力系统的某35/10kV的变电站用10kv架空线路向工厂馈电。变电站在厂南1.5km。2）系统变电站馈电线的定时限过流保护装置的整定时间为2s，要求工厂总配电所的保护整定时间不大于1.5s。3）在工厂总配电所的10kv进线侧计量。工厂最大负荷时功率因数不得低于0.93。4
4、）电力系统短路数据，如下表所示。电力系统10kv母线的短路数据系统运行方式10kv母线短路容量备注系统最大运行方式时200MVA电力系统可视为无限大容量系统最小运行方式时115MVA5）工厂负荷性质 本厂属三级负荷。6）气象资料本厂所在地区的年最高气温为38，年平均气温为23，年最低气温为-8，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下0.8m处平均温度为25。摘 要众所周知，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
5、现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。负荷计算是设计的基础,它决定设备容量的选用,管网系统的规模以及工程总造价等,这是技术人员熟知的事实。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）。在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率,一种是无功功率。无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。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。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般
6、只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。供电系统的电气设备主要有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。电气设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。导线和
7、电缆截面的选择与校验。对10kV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压损失、机械强度、短路热稳定等条件关 键 词 负荷计算 无功补偿 短路电流计算 电气主接线 电气设备选择目 录摘要1.前言11.1 工厂供电的意义和要求11.2 选题的背景和意义12.负荷计算的意义及相关参数的计算22.1 负荷计算的意义22.2 参数的计算22.3 车间负荷计算结果33.无功补偿的计算44.变压器的台数、容量和类型的选择84.1 车间变压器的选择原则84.2 选择车间变压器的台数、容量和类型85.电气主接线105.1 电气主接线的意义及重要性105.2 电气主接线的
8、设计106.短路电流的计算126.1 产生短路电流的原因、危害及计算方法126.2 短路电流点的计算127.高、低压电气一次设备的选择167.1 电气设备的选择对工厂企业的意义167.2 电气设备的选择及其校验理论167.3 主要设备的选择校验177.4 电线电缆的选择与校验199.小结23参考文献24附录241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。
9、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（除电化工业外）。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
10、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选题的背景和意义本课题应用供配电设计的基本原则和方法进行塑料五金厂供配电系统电气部分设计。通过本课程设计,培养学生综合运用所学的理论知识、基本技能和专业知识分析和解决实际问题的能力,培养学生独立获取新知识、新技术和新信息的能力,
11、使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路,学生能够理解“安全、可靠、优质、经济”的设计要求,掌握工厂供电系统设计计算和运行维护所必须的基本理论和基本技能。2负荷计算及无功功率补偿计算2.1负荷计算的意义负荷计算是设计的基础,它决定设备容量的选用,管网系统的规模以及工程总造价等,这是技术人员熟知的事实。但是近几年来用估算的方法替代了负荷计算,给制定方案、工程审核造成一定的困难。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）2.2 参数的计算目前，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
12、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：= (2-1)无功计算负荷：= (2-2)视在计算负荷：=/ (2-3)计算电流： =/ (2-4)式中为用电设备组的需要系数值；为用电设备组的平均功率因数； 为功率因数的正切值；为用电设备组的额定电压。（二）多组用电设备的计算负荷在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无功计算负荷计入一个同时系数K。 图2-1 多组用电设备的计算负荷 对于干线，可取KP=0.85-0.95;KQ=0.90-0.97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KP=0.8-0.9,
13、KQ =0.85-0.95。由干线负荷直接相加来计算时，可取KP=0.95, KQ =0.97。 其计算公式如下：(2-5) (2-6) 由此确定五金厂各车间变电所总的电力负荷。2.3 车间负荷计算结果由该工厂车间负荷表可确定五金厂各车间变电所电力负荷计算表，分别如下表：表1 各车间和车间变电所负荷计算表（380 V）序号车间名称设备容量kW计算负荷车间变电所代号kWkvarkVAA1薄膜车间3000.750.6225375No.1原料库500.350.517.535生活间150.81.01212成品库（一）150.350.55.2510.5成品库（一）170.350.55.95材料库100.
14、350.53.5小计（k=0.95）2单丝车间1850.60.65111No.2水泵房600.650.839小计（k=0.98）3注塑车间1890.40.675.6No.3管材车间1600.350.656小计（k=0.98）4备料车间1380.60.581.6No.4生活间100.81.08浴室50.81.04锻工车间300.30.659原料间150.81.012仓库150.30.54.5机修车间970.250.6524,25热处理车间1650.60.799铆焊车间1800.30.554小计（k=0.87）5锅炉房1350.70.7594.5No.5试验室750.250.518.75辅助材料室
15、500.20.525油泵房150.650.69.75加油站120.650.57.8办公楼500.60.630小计（k=0.9） 表2-2：各车间变电所负荷计算情况某塑料五金制品厂NO.1车间变电所电力负荷计算表编号厂房名称Pe(kW)KdcosatanaPc(kw)Qc(kvar)Sc(kV.A)Ic(A)1注塑车间1890.40.61.3375.6100.55125.8191.192备料车间1380.60.51.7382.8143.24165.45251.443锻工车间200.40.80.75861015.24模具车间1000.250.651.172529.2538.4858.485热处理间
16、1500.60.71.029091.8128.56195.386铆焊车间1800.30.51.735493.42107.9163.987生活间200.8101601624.328仓库150.30.51.734.57.79913.68总计/355.9472.05/913.67KP=0.95;KQ=0.970.59/338.11458.52569.70864.79某塑料五金制品厂NO.2车间变电所电力负荷计算表厂房名称Pe(kW)KdcosatanaPc(kw)Qc(kvar)Sc(kV.A)Ic(A)9挤出车间4500.50.61.33225300375569.810原料库3500.30.651
17、.17105122.85161.61245.6111包装库200.30.51.73610.3811.9918.2212成品库500.30.51.731525.9529.9745.5513生活间100.81080812.1614水泵房200.650.80.75139.7516.2524.7总计417468.83916.04KP=0.95;KQ=0.970.61353.4454.8575.96883.95某塑料五金制品厂NO.3车间变电所电力负荷计算表厂房名称Pe(kW)KdcosaTanaPc(kw)Qc(kvar)Sc(kV.A)Ic(A)15装配车间4100.20.750.888272.16
18、109.2316616加工车间2300.20.61.334661.1876.54116.3217锅炉房2000.70.750.88140123.2186.7283.718试验室1250.250.51.7331.2554.0662.4494.919材料库1100.20.51.732238.0643.9666.820油泵房150.650.80.759.757.3112.0418.321加油站100.650.80.756.54.888.1312.3622办公食堂150.60.61.33911.9715.7523.94总计346.5372.82782.3KP=0.95;KQ=0.970.67329.1
19、8362.37489.56742.983无功补偿的计算在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率,一种是无功功率。无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。由于它不对外做功,才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示,单位为乏(Var)或千乏(kVar)。从发电机和高压输电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需要,所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户对无功功率的需要,这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。根据电容器在工厂供电系统中的
20、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0.93,而由上面计算可知=0.60.9，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NO1(STS1)车间变电所为例,计算它的功率补偿QN.C = 338.11（tanarc cos0.59tanarccos0.92）kvar=318.66kvar根据补偿柜的规格要求,初选BCMJ0.4-16-3,每组容量qN.C =16kvar,则需要安装的电容组数为n= QN.C /qN.C =318.66 kvar/16 kvar=19.9120 无功补偿后，变电所低
21、压侧的视在计算负荷为：Pc=338.11 Qc=(458.52-320)kvar=138.52kvarSc=365.38kV.A cosa=0.925又考虑到变压器的功率损耗为： (3-1) (3-2)简化公式有： PT=0.01Sc，QT=0.05Sc (3-3)即： PT=0.01Sc=3.65kWQT=0.05Sc=18.27kvar变电所高压侧计算负荷为：= + =341.74kW= -QN.C + =156.79kvar=374.42补偿后的功率因数为：Cos=0.91各个车间的补偿结果如下表3-1表3-1 功率补偿结果计算（低压侧）车间变电所代号无功功率补偿前电容个数组无功功率补偿
22、后Qc(kvar)Sc(kV.A)功率因素变压器容量补偿容量(kvar)Qc(kvar)Sc(kV.A)功率因素计算电流(A)STS1458.5569.70.5963032016138.5365.30.92555.1STS2454.8575.90.6163032016134.8378.20.93574.7STS3362.37489.50.6763024012122.3351.20.93533.6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3-2表3-2功率补偿后结果（高压侧）车间变电所代号Pt(kW)Qt(kvar)Pc(kW)Qc(kvar)Sc(kV.A)Ic(A)cosaST
23、S13.618.3341.74156.79374.4221.610.91STS23.515.5356.90150.25387.2422.360.92STS33.113.9332.30136.24359.1420.700.93考虑到低压母线的同时系数：由式（2-5）(2-6)式及表3-2可确定：补偿后总的有功计算负荷： =979.08kW总的无功计算负荷： = 426.52总的视在计算负荷：= =1067.95kV.ACos=/= 0.92=/ = 64.70A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0.92,整个工厂的功率因数为0.92即功率补偿的电容选择合理, 符合本设计的要求。按
24、两部电价制交纳电费,基本电价20元/千伏安/月，电度电价0.5元/度,该工厂采取补偿可节约能量为S1+S2+S3=（630-500）3kV.A=390 kV.A采取无功补偿后该工厂每月可节约20390=7800元我国供电营业规则规定：容量在100kVA及以上高压供电用户,最大负荷使得功率因数不得低于0.9，如果达不到要求，则必须进行无功补偿。因此，在设计时，可用此功率因数来确定需要采用无功补偿得最大容量。由两部电费制度可知采用无功补偿为工厂节约了资金。4变压器的台数、容量和类型的选择4.1 车间变压器的选择原则（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
25、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.TS30 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：任一台单独运行时，SN.T（0.60.7）S30 任一台单独运行时，SN.TS30（+） 4.2 选择车间变压器的台数、容量和类型1、根据表4-1选择变压器的台数、容量和
26、类型。对于三个车间变电站STS1、 STS2 、STS3的容量分别为：365.3kVA、387.2 kVA、351.2 kVA 。本工厂属于二级负荷但是考虑到相应得精进基础和技术参数，在节能和留有余量方面负荷率为70%-80%，选定三台SC（B）10其额定容量为500kVA,从而保证工厂得负荷正常得运行。2、该工厂得自然条件为;年最高气温39，年平均气温23，年最低气温-5, 年最热月平均最高气温33，年最热月平均气温26，年最热月地下0.8m处平均温度25主导风向为南风，年雷暴日数52。平均海拔22m，地层以砂粘土为主。考虑到土壤电阻率较高，和防雷要求得提高选用此型别为sc(B)10型变压器
27、（见附录） 初步选定变压器得容量型号如下表：表4-1 车间变电所变压器的台数、容量和型号编号厂房名称Sc/kVA变压器台数及容量变压器型号车间变电所代号1注塑车间1261500SC（B）10STS12备料车间165.63锻工车间104模具车间38.55热处理车间128.66铆焊车间1087生活间168仓库99挤出车间3751500SC（B）10STS210原料库161.511包装材料库1212成品库3013生活间814水泵房16.2515五金装配车间109.31500SC（B）10STS316机加工车间76.717锅炉房186.718试验室62.519材料库4420油泵房12.221加油站8.
28、1322办公、食堂155电气主接线方案选择5.1 电气主接线的意义及重要性电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时,为了清晰和方便,通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时,将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。 对一个电厂而言,电气主接线在电厂设计时就根据机组
29、容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等,从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面,经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。 电气主接线应满足以下几点要求： 1）运行的可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性,特别是保证对重要负荷的供电。 2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况,特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时,能够通过倒换开关的运行方式,做到调度灵活,不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。 3）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下
30、,做到经济合理,尽量减少占地面积,节省投资。5.2 电气主接线的设计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。1、主接线方式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。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。该工厂属于二级负荷，直接引入10kV的高压电，选择二路电源进线的接线。采用冷备用的工作方式。（见附录）（1）单母线
31、接线又称典型单母线接线，图5-1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）各车间变点站相互独立如图5-2所示。由于该工厂为二级负荷，对供电的可靠性要求不是很高，采用如图所示的接线方式具有接线简单，操作方便，设备少，投资小等优点。图51 单母线接线 图5-2各变电站低压侧相互独立 通过综合考虑,本方案一次侧选择单母线分段接线,二次侧各变电站相互独立接线方式。（见附录）6短路电流的计算6.1产生短路电流的原因、危害及计算方法短路电流产生的原因：（1）设备绝缘损坏。老化、污闪、雾闪、盐碱击穿。（2）外力破坏。雷击、鸟害、动物接触、人员或植
32、物距离太近。（3）设备机械损伤。疲劳严重、断线、倒塔、倒杆、电动力太大拉断导线。（4）运行人员误操作、带地线合隔离开关、带负荷拉隔离开关。（5）其他原因。短路电流产生的主要危害：（1）短路电流的弧光高温直接烧坏电气设备。（2）短路电流造成的大电动力破坏其它设备，造成连续的短路发生。（3）电压太低影响用户的正常供电。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6-1如图图6-1 短路计算电路6.2短路电流点的计算本设计采用标幺制法进行短路计算1.在最大运行方式下:以STS1变电所为例Sk.max=500(1)确定基准值 取Sd=100 =1
33、0.5kV =0.4kV而（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值电力系统：=100 /500=0.2架空线路：= L / =0.332电力变压器（由附录表6）=41001000/100500=8绘制等效电路如图6-2，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。图6-2 等效电路(3)求k-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流1）总电抗标幺值=0.2+0.332=0.5322）三相短路电流周期分量有效值=5.5kA/0.532=10.34kA3)其他三相短路电流=10.34kA=2.55*5.73kA=26.36kA=1.51*5.73kA=15.61kA4)三相短路容量=/=
34、100 /0.532=187.97（4）求k-2点的短路总电抗标幺值及短路电流1）总电抗标幺值=+=0.2+0.332+8=8.5322）三相短路电流周期分量有效值=144.34kA/8.532=16.92kA3)其他三相短路电流=16.92kA=2.2616.92kA=38.24kA=1.3116.92kA=19.12kA4)三相短路容量=100/8.532=11.72短路计算结果表见表6-1其它车间K-1点即变压器高压侧短路时的短路电流和短路容量是相同的,只需计算K-2点变压器低压侧短路时的短路电流和短路容量;根据相同的方法可计算其它车间K-2点短路电流和短路容量。表6-1 STS1短路计
35、算短路计算点总电抗标幺值三相短路电流/kA三相短路容量xk-10.53210.3410.3410.3426.3615.61187.97k-28.53216.9216.9216.9238.2419.1211.722最小方式运行情况下:以STS1为例计算Sk.min=200MVA(1)确定基准值 取=100 =10.5kV =0.4kV而=100/（*10.5kV）=5.50kA=100/( *0.4kV)=144.34kA(2)计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1）电力系统 = / =100 /200 =0.52）架空线路= L / =0.35 /km1km100 / =0.3323)电力变压
36、器= % /100 =4100 /100200 =8(3)求k-1点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= + =0.5+0.332=0.8322）三相短路电流周期分量有效值 =5.5kA/0.832=6.61kA3)其他三相短路电流=6.61kA=2.556.61kA=16.86kA=1.516.61kA=9.98kA4)三相短路容量=100 /0.832=120.19(4)求k-2点的短路电路总电抗标幺值三相短路电流的短路容量1）总电抗标幺值= =0.5+8=8.8322）三相短路电流周期分量有效值= /=144.34KA/8.832=16.34kA3)其他三相短路电流=16.34kA=2.2616.34kA=36.93kA=1.3116.34kA=21.41kA4)三相短路容量=100/8.832=11.32其短路计算表如下：表6-2 STS1短路计算短路计算点总电抗标幺值三相短路电