工厂供电课程设计

时间：2024.4.13

本科课程设计

题目： 某厂降压变电所的电气设计　　

院（系） 　　　信息科学与工程学院　　　

专业 　　　电气工程及其自动化　　　

届别 　　

学号 　　　　

姓名 　　　　　

指导老师

华侨大学教务处印制

2013年6月15号

第1章概述.................................................................................................................................. 1

第2章负荷计算与负荷等级确定........................................................................................... 4

第3章变压器选择及主接线设计........................................................................................... 7

第4章短路电流计算................................................................................................................. 9

第5章变电所一次设备选择和校验..................................................................................... 12

第6章课设体会及总结........................................................................................................ 20

参考文献：................................................................................................................................. 20

附录.............................................................................................................................................. 21

第1章概述

1.1 工厂供电的意义和要求

供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。电力，是现代工业生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。没有电力，就没有国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。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。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。

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。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，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。

此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

1.2 工厂供电设计的一般原则

按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：

（1）遵守规程、执行政策。

必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。

（2）安全可靠、先进合理。

应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

（3）近期为主、考虑发展。

应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。

（4）全局出发、统筹兼顾。

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。

1.3 工厂供电设计题目及要求

（一）设计题目

南阳防爆厂降压变电所的电气设计

（二）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，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、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定一次回路方案，最后定出设计说明书。

（三）设计依据

1．工厂总平面图，如图（1）所示。

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4000h，日最大负荷持续时间为10h。该厂除铸造车间、锻压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280V。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协议规定，本厂可由附近一条35kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ—120导线为等边三角形排列，线距为1m；干线首端（即电力系统的馈电变电电站）距离本厂约20km，该干线首端所装高压断路器300MVA，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1.5s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度达100km，电缆线路总长度达80km。

4.气象资料本厂所在地区的年最高气温为37 ℃，年平均气温为24℃，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0.8处平均温度为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴是数为20。

5.工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92。

工厂负荷统计资料表（1）

图一见下

第2章负荷计算与负荷等级确定

2.1负荷计算中用到的主要公式：

有功计算负荷：P30=Kd·∑Pe；无功计算负荷：Q30=P30·tg；视在计算负荷：S30=P30/cos；

计算电流：I30=S30/(UN)；总的有功计算负荷：P30=K∑p·∑P30；总的无功计算负荷：Q30=K∑q·∑Q30；总的视在计算负荷：S30= ；总的计算电流；

2.2根据南阳防爆厂工厂负荷统计资料，负荷计算如下：

（一）铸造车间

动力：

=300kw =0.4 =0.7 =1.02

有功计算负荷：=0.4×300kw=120kW

无功计算负荷：=120×1.02=122.4kVar

视在计算负荷：

计算电流：

照明：

=6kw =0.7 =1.0 =0

有功计算负荷：=0.7×6kw=4.2kW

无功计算负荷：=4.2×0=0kVar

视在计算负荷：

计算电流：

小计：

其他车间计算与以上相仿，从略。

表2.1 南阳防爆厂负荷计算表

2.3负荷等级及无功补偿：

由表2.1可知，该厂380V侧的功率因数只有0.76.而供电部门要求该厂35KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.92。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧补偿后功率因素应稍大于0.92，这里取0.95来计算380V侧所需无功功率补偿容量.

要使低压侧功率因数由0.76提高到0.95，低压侧需装设的并联电容器的容量为：

Qc=1138.6（tan arccos0.76-tan arccos0.95）kvar=1138.6（0.8552-0.3287）=599.47kvar

取Qc=600kvar

补偿后低压侧的视在计算负荷：

kV·A=1202 kV·A

变压器的功率损耗为：

ΔPt0.01 =0.011202kV·A =12.02 kw

ΔQt0.05 =0.051202kV·A =60.1 kvar

变电所高压侧的计算负荷：

=1138.6kw+12.02 kw=1150.62kw

=385.3kvar+60.1 kvar=445.4kvar

= kV·A=1233.8kV·A

则补偿后的功率因数为：

/=1150.62/1233.8=0.932

第3章变压器选择及主接线设计

3.1变压器容量，台数，类型的选择：

（1）变压器台数选择原则

考虑到该工厂地区负荷较为集中，且容量相当大，为保证供电的可靠性，避免一台变压器故障或检修时，影响对用户的供电，变电所应装设两台主变压器。

（2）变压器容量选择原则

变压器容量的选择是一个全面、综合性的技术问题，没有一个简单的公式可以表示。变压器容量的选择与负荷种类和特性、负荷率、需要率、功率因数、变压器有功损耗和无功损耗、电价（包括基本电价）、基建投资、（包括变压器价格及安装土建费用和供电贴费）、使用年限、变压器折旧、维护费以及将来的计划等因数有关。
根据《工厂供电》指导要求，对于装有两台主变压器的变电所应满足以下原则：

每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：

1）任一台变压器单独运行时，宜满足：

2）任一台变压器单独运行时，应满足：，即满足全部二、三级负荷需求。

故根据变电所负荷情况，计算如下：

=（0.6~0.7）×1202=（721.2~841.4）

且 =175.6+236.5+75.3=487.4 kvar

考虑到变电所主变压器单台容量上限不宜大于1000，再综合当地的气象情况（年平均气温为），所选变压器的实际容量：，故=（721.2~841.4）/0.96=（751.3~876.5），再适当考虑未来5~10年的负荷发展，故选取=1000 型号：S11-1000/35 ，其主要技术指标如下表所示：

表3.1 S11-1000/35的主要技术指标

（附：外形尺寸长*宽*高（mm）：2490*1350*2750 重量（kg）：4300）

3.2电气主接线设计：

（一）工厂变配电所主结线基本要求：

（1）安全符合国家有关标准和技术规范的要求，充分保证人身和设备的安全

（2）可靠满足电力负荷的可靠性要求

（3）灵活能适应必要的各种运行方式

（4）经济尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，节约电能

（二）主结线方案选择：

降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。

主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。由于南阳防爆厂电源进线为35kv，属于大中型工厂，且计划装有两台主变压器，故设计方案选择如下：

方案Ⅰ：一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路。该方案运行灵活性较好，供电可靠性高，适用于一二级负荷工厂，多用于电源线路较长，检修机会多，变压器不需经常切换的变电所。

方案Ⅱ：一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的降压变电所主电路。同样运行灵活性较好，供电可靠性高，但适用于一二级负荷工厂。该接法也适用于电源线路较短而变电所昼夜负荷变动较大，宜于经济运行需经常切换变压器总降压的变电所。

方案Ⅲ：一、二次侧均采用单母线分段的降压变电所主电路图这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的降压变电所。

方案IV：一、二次侧均采用双母线的降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母线结线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用与电力系统的枢纽变电所。

综上所述，本次设计的南阳防爆厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较长（20km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。故采用一、二侧单母线分段的总降压变电所主结线。

（变电所主接线图见附录图一）

第4章短路电流计算

4.1 绘制短路计算电路

如图4.1所示

图4.1 短路计算电路

4.2 确定短路计算基准值

设，，即高压侧，低压侧，则

4.3 求k-1点的三相短路电流和短路容量

一、计算短路电路中各元件的电抗及总电抗

（1）电力系统的电抗已知=300MVA,故==MVA=4.56Ω

（2）电缆线路 LGJ—120的=0.12Ω/km，而线长20km故=(0.1220)=2.4Ω

（3）绘k-1点短路的等效电路，如图4.2所示，（分子为原件序号，分母为电抗值），总电抗为：

=+=4.56Ω+2.4Ω=6.96Ω

图4.2 k-1等效电路

二、计算三相短路电流和短路容量

（1）三相短路电流的周期分量有效值

==37kv/（Ω）=3.07kA

（2）三相次暂态电流和稳态电流

===3.07kA

（3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

=2.55=2.553.07kA=7.83kA

=1.51=1.513.07kA=4.64kA

（4）三相短路容量

4.4 求k-2点的三相短路电流和短路容量

一、计算短路电路中各元件的电抗及总电抗

（1）电力系统的电抗已知=300MVA,故==MVA=Ω

（2）电缆线路 LGJ—120的

=0.12Ω/km，而线长20km故

（3）电力变压器的电抗

（4）绘k-2点短路的等效电路，如图4.2所示，（分子为原件序号，分母为电抗值），总电抗为：

=++

图4.3 k-2等效电路

二、计算三相短路电流和短路容量

（1）三相短路电流的周期分量有效值

==0.4kv/（Ω）=38.4kA

（2）三相次暂态电流和稳态电流

===38.4kA

（3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

=2.55=2.5538.4kA=97.92kA

=1.51=1.5138.4kA=57.98kA

（4）三相短路容量

以上计算结果综合如表5.1

表4.1 短路的计算表

第5章变电所一次设备选择和校验

电力系统中的各种电气设备，其运行条件不完全一样，选择方法也不完全相同，但对他们的基本要求是相同的。电气设备要能可靠地工作，必须按正常运行条件进行选择，并且按短路条件校验其热稳定和动稳定。

根据电气设备选择的一般原则，按正常运行情况选择设备，按短路情况校验设备。同时兼顾今后的发展，选用性能价格比高，运行经验丰富，技术成熟的设备，尽量减少选用设备的类型，以减少备品备件，也有利于运行、检修等工作。

5.1 一次设备的选择校验原则

（1）按工作电压选则

设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即。而高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。

查表知: =35kV， =40.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。

（2）按工作电流选择

设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即

（3）按断流能力选择

设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。

（4）隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验

a)动稳定校验条件

或

、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值

b)热稳定校验条件

5.2 高压一次设备的初步选定与校验

5.2.1断路器的校验

（1）按工作环境选型：户外式

（2）断路器额定电压及额定电流

=35kV=

(3)动稳定校验

断路器最大动稳试验电流峰值不小于断路器安装处的短路冲击电流值即 =45kA>=7.83A

(4)热稳定校验

要求断路器的最高温升不超过最高允许温度即

即>

(5)断流容量的校验：

断路器的额定断流容量应大于断路器安装处的最大三相短路电流容量即

综上，断路器的选择满足校验条件。

5.2.2隔离开关的校验

（1）按工作环境选型：户外型

（2）隔离开关的额定电压及额定电流=40.5kV=，=630>=20.4A

（3）动稳定校验=50kA>=7.83kA

（4）热稳定校验>

5.2.3电流互感器的校验（高压侧电流互感器）

（1）该电流互感器额定电压安装地点的电网额定电压即

（2）电流互感器一次侧额定电流

（3）动稳定校验

由于该厂品直接给出额定动稳定电流峰值，即=18.8kA>=7.83kA

故动稳定性满足

（4）热稳定性校验

产品直接给出1s短时热电流为7.5A，则=56.25>=9.42

故热稳定性满足

5.2.4 电压互感器的校验

经查表该型号电压互感器额定容量，

所以满足要求

5.2..5 高压熔断器的校验

（1）高压熔断器额定电压大于安装处电网的额定电压

即

(2)断流能力

5.2.6避雷器的校验

避雷器的额定电压大于等于安装处电网的额定电压

5.3 低压一次设备的初步选定与校验

5.3.1低压断路器的选择与校验

（1）按工作环境选型：户外式

（2）断路器额定电压及额定电流

=0.4kV=

5.3.2低压熔断器的校验

（1）低压熔断器额定电压大于安装处电网的额定电压

即

(2)断流能力

5.3.3电流互感器的校验（低压侧电流互感器）

（1）该电流互感器额定电压安装地点的电网额定电压即

（2）电流互感器一次侧额定电流

校验满足

5.4 高低压电力网的导线型号及截面的选择

5.4.1 导线和电缆选择条件

（1）发热条件：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：电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，不应超过其正常的运行是允许的电压损耗。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：35千伏及以上的高压线路及电压在35千伏以下但距离长，电流大的线路，其导线截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，成为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内10千伏以及以下线路，通常不按此原则选择。

（4）机械强度：导线截面不应小于其最小允许截面，对于电缆，不比校验其机械强度，但是需要校验其短路热稳定度。母线也应该校验短路时候的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

5.4.2高压母线选择与校验：

由=20.4A，初选（LMY）母线尺寸：15×3（），铝母线载流量：165A

热稳定校验：

所以满足热稳定要求；

动稳定校验：

带入数据=

所以满足动稳定要求。

5.4.3由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验

现拟采用YJV22-35kv型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆埋地敷设。

a)按发热条件选择

由=20.4A及土壤环境25°，查表得，初选缆线芯截面为50的交联电缆，其=125A>,满足发热条件。

b)校验短路热稳定按式

式中：A-----母线截面积，单位为；

----满足热路稳定条件的最大截面积，单位为；

C为材料热稳定系数；

为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；

短路发热假想时间，单位为s。

本电缆线中=3.07 KA，=0.25s，C=87，把这些数据代入公式中得

因此YJV22-35-3×50电缆满足要求。

5.4.4低压母线选择与校验：

初选（LMY）母线尺寸：125×8（），铝母线载流量：1876A

热稳定校验：

所以满足热稳定要求；

动稳定校验：

带入数据如下：

所以满足动稳定要求

5.4.5 35kV进线选择与校验：

由于高压侧为35kV，故按经济电流密度选择导线和电缆的截面，初步选定为铝质电缆线路，根据年最大负荷利用小时为4000h，查表得：，

故有：

经查表，选择LJ型铝绞线LJ-16,取导线间几何间距D=0.6m

1）校验其发热条件

LJ-16的允许载流量（环境温度为）,因此满足发热条件

2)校验机械强度

35kV电缆铝线的最小截面,故机械强度不满足，综上，应选LJ-35电缆线路。

5.4.6 380V低压侧车间引线选择与校验：

（1）铸造车间

线路拟采用BX-500型铜芯橡皮绝缘线户外明敷，环境温度为

按发热条件选择：

初选铜芯截面为150，，满足发热条件。