工厂供电课程设计

某车间降压变电所的电气设计

    一、设计要求

1.1工厂总平面图 

图1.1  工厂平面图

1.2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4600h，日最大负荷持续时间为6h。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。本厂的负荷统计资料如表1.1所示。

1.3供电电源情况  

按照本车间与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压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为80km，电缆线路总长度为25km。

表1.1车间负荷统计资料

1.4电费制度

本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.5元/Kw.h。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，一次性向供电部门交纳供电贴费：6~10VA为800/kVA。

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。

1.5设计要求

按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10KV及以下变电所设计规范》及GB50054-95《低压配电设计规范》等规范，进行工厂供电设计。做到“安全、可靠、优质、经济”的基本要求。并处理好局部与全局、当前与长远利益的关系，以便适应今后发展的需要，同时还要注意电能和有色金属的节约等问题。

变电所的测量和绝缘监察回路  变电所高压侧装有电压互感器——避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ——10型，组成Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察，其接线图见《工厂供电设计指导》图6-8。作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表，接线图见《工厂供电设计指导》图6-9。高压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按符合要求。

二、  负荷计算

2.1单组用电设备计算负荷的计算公式

a).有功计算负荷（单位为KW）  

P?= ， 为系数

P?== 300*0.3=90  P?= =5*8=40

P?= =400*0.2=80  P?= =600*0.3=18.

b).无功计算负荷（单位为kvar）    

Q?= P? tanψ

Q?= P? tanψ=300*1.02=306

Q?= P? tanψ=400*0.5=200   Q?= P? tanψ=600*0.5=300

c).视在计算负荷（单位为kvA）      

S?= P?／cosψ

S?= P?／cosψ=5/1=5  S?= P?／cosψ=360*0.6=600

 

d).计算电流（单位为A） 

=, 为用电设备的额定电压（单位为KV）

           = = 201  ==280  ==251==360

2.2多组用电设备计算负荷的计算公式

a).有功计算负荷（单位为KW）       P? =

式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95

b).无功计算负荷（单位为kvar）

=，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97

c).视在计算负荷（单位为kvA）        =

d).计算电流（单位为A）           =

经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取380V）

表2.1  各厂房和生活区的负荷计算表

三、  变电所位置与型式的选择

3.1变电所的位置的确定

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。

3.2负荷点的坐标位置的确定

在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的轴和轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，、、分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定（2.5，5.6）、（3.6，3.6）、（5.7，1.5）、（4，6.6）、（6.2，6.6）、（6.2，5.2）、（6.2，3.5）、（8.8，6.6）、（8.8，5.2）、（8.8，3.5），并设（1.2，1.2）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。

3.3负荷点的的相关计算

工厂的负荷中心而假设在P(,),其中P=+++=。因此计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：

        （2-1）

         （2-2）

把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到=5.38，=5.38。

3.4绘制负荷点的坐标图

由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房的西北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。

图3-1   按负荷功率矩法确定负荷中心

四、  变电所主变压器及

        主接线方的选择

  

4.1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：

    a).装设一台变压器

型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1000 KVA>=898.9 KVA，即选一台S9-1000/10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。

    b).装设两台变压器    型号为S9型，而每台变压器容量根据式（4-1）、（4-2）选择，即

898.9 KVA=（539.34~629.23）KVA       （4-1）

=(134.29+165+44.4) KVA=343.7 KVA          （4-2）

因此选两台S9-630/10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 。

4.2 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：

a)  装设一台主变压器的主接线方案

如图4-1所示

图4-1  装设一台主变压器的主接线方案

b)装设两台主变压器的主接线方案   

如图4-2所示

图4-2  装设两台主变压器的主接线方案

4.3  主接线方案的技术经济比较

表4-1   主接线方案的技术经济比较

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由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。

五、  短路电流的计算

5.1绘制计算电路        

图5-1   短路计算电路

5.2确定短路计算基准值

    设基准容量=100MVA，基准电压==1.05，为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则

        

5.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值

a)电力系统   

已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，故          =100MVA/500MVA=0.2                   

b)架空线路

查表得LGJ-150的线路电抗，而线路长8km，故       

c)电力变压器 

查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故

=4.5               

式中，为变压器的额定容量

因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。

图5-2   短路计算等效电路

5.4 k-1点的相关计算

a)总电抗标幺值    =0.2+2.6=2.8   

b) 三相短路电流周期分量有效值

             

c) 其他短路电流                     

        

        

d)三相短路容量               

5.5 k-2点的相关计算

a)总电抗标幺值

=0.2+2.6+4.5=7.3    

b)三相短路电流周期分量有效值

              

c) 其他短路电流                   

        

       

b)三相短路容量

     

以上短路计算结果综合图表5-1所示。

表5-1  短路计算结果

六、   变电所一次设备的选择校验

6.1 10kV侧一次设备的选择校验 

a)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，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV， =11.5kV，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。

b)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

c)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。

d) 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验

(1)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

(2)热稳定校验条件        

对于上面的分析，如表6-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

表6-1  10 kV一次侧设备的选择校验

6.2 380V侧一次设备的选择校验

同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表6-2所示，所选数据均满足要求。

      表6-2  380V一次侧设备的选择校验

6.3高低压母线的选择

查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12010）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。

七、  变压所进出线与邻近单位联络线的选择

7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择

a)10kV高压进线的选择校验   

采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。

(1)按发热条件选择    由==57.7A及室外环境温度33°，查表得，初选LGJ-35,其35°C时的=149A>,满足发热条件。

(2)校验机械强度   查表得，最小允许截面积=25，而LGJ-35满足要求，故选它。

由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。

7.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验   

采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。

a)按发热条件选择     由==57.7A及土壤环境25°，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=149A>,满足发热条件。

b)校验热路稳定    按式，A为母线截面积，单位为；中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=1960，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=77，把这些数据代入公式得<A=25。

因此JL22-10000-3 25电缆满足要求。

7.3.380低压出线的选择

a)铸造车间

馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 

   (1)按发热条件需选择     由=201A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选缆芯截面120，其=212A>，满足发热条件。   

(2)校验电压损耗      由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为288m，而查表得到120的铝芯电缆的=0.31 （按缆芯工作温度75°计），=0.07，又1号厂房的=94kW, =91.8 kvar，故线路电压损耗为

    >=5%。

(3)断路热稳定度校验    

不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。

b)锻压车间

馈电给2号厂房（锻压车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

c)热处理车间

馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

d)电镀车间

馈电给4号厂房（电镀车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

e) 仓库

馈电给5号厂房（仓库）的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根（包括3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。

   (1)按发热条件需选择     

由=16.2A及环境温度26，初选截面积4，其=19A>，满足发热条件。      

(2)校验机械强度       查表得，=2.5，因此上面所选的4的导线满足机械强度要求。

(3)所选穿管线估计长50m，而查表得=0.85，=0.119，又仓库的=8.8kW, =6 kvar，因此

  

<=5%

故满足允许电压损耗的要求。

f)工具车间

馈电给6号厂房（工具车间）的线路  亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

g)金工车间

馈电给7号厂房（金工车间）的线路  亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

h)锅炉房

馈电给8号厂房（锅炉房）的线路  亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

d)装配车间

馈电给9号厂房（装配车间）的线路  亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

l)机修车间

馈电给10号厂房（机修车间）的线路  亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

j)生活区

馈电给生活区的线路   采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。

(1)按发热条件选择  由I₃₀=413A及室外环境温度（年最热月平均气温）33℃，初选BLX-1000-1240，其33℃时I_al≈455A>I₃₀,满足发热条件。

(2)效验机械强度  查表可得，最小允许截面积A_min=10mm²，因此BLX-1000-1240满足机械强度要求。

(3)校验电压损耗  查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离600m左右，而查表得其阻抗值与BLX-1000-1240近似等值的LJ-240的阻抗=0.14，=0.30（按线间几何均距0.8m），又生活区的=245KW，=117.6kvar，因此

<=5%

满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-175橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。

7.4作为备用电源的高压联络线的选择校验 

采用YJL22—10000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敖设，与相距约2Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。

a)按发热条件选择 

工厂二级负荷容量共335.1KVA，，最热月土壤平均温度为25℃。查表《工厂供电设计指导》8-43，初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其满足要求。

b)校验电压损耗 

由表《工厂供电设计指导》8-41可查得缆芯为25的铝

（缆芯温度按80℃计），，而二级负荷的,，线路长度按2km计，因此

       

        

由此可见满足要求电压损耗5%的要求。

c)短路热稳定校验 

按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。

 以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表 7-1所示。

表7-1 进出线和联络线的导线和电缆型号规格

(1)高压断路器的操作机构控制与信号回路    断路器采用手动操动机构，其控制与信号回路如《工厂供电设计指导》图6-12所示。

    (2)变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能表和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。

(3)变电所的测量和绝缘监察回路  变电所高压侧装有电压互感器——避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ——10型，组成Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察。

八、  设计总结

本次课设应该感谢学院的安排，让我们在学习课本知识的同时，能够有这样的机会实践。更应该感谢导老师的细心指导，要不然靠我们自己不可能那么顺利完成。因为认真对待所以感觉学到了东西。

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。

通过这一段时间的课程设计，使我得到了很多的经验，并且巩固和加深以及扩大了专业知识面，锻炼综合及灵活运用所学知识的能力，正确使用技术资料的能力。达到了由学生将向工程技术人员的过渡，为进一步成为技术人员奠定基础。通过课程设计，学生应具有：

1.巩固和加深专业知识面，锻炼综合及灵活运用所学知识的能力。

2.学习怎样查找文献资料，正确使用技术资料。

3.熟悉与“建筑电气工程”相关的工程技术设计规范、国家有关标准手册和工具书、设计程序及方法。

4.通过大量参数计算，锻炼从事工程技术设计的综合运算能力，参数计算尽可能采用先进的计算方法。

5.通过调整资料，达到编写工程技术设计的说明书和国家标准要求的绘制技术图纸的能力。

    本次课设应该感谢学院的安排，让我们在学习课本知识的同时，能够有这样良好的机会实践,加深对所学理论知识的理解,掌握工程设计的方法。通过这次课程设计,我深深懂得要不断的把所学知识学以致用,还需通过自身不断的努力,不断提高自己分析问题,解决问题和编程技术终结报告的能力!

    最后感谢我们的指导老师:xxxxxx老师的细心指导。正是由于老师的辛勤培养,谆谆教导,才使此次课程设计得以圆满完成!

参考文献

①《工厂供电》第一版　　主编　刘学军　中国电力出版社　

②《电力工程综合设计指导书》 主编　卢帆兴 肖清 周宇恒

③《实用供配电技术手册》　　中国水利水电出版社

④《现代电工技术手册》　　　中国水利水电出版社

⑤《电气工程专业毕业设计指南供配电分册 》 中国水利水电出版社
⑥《电气工程专业毕业设计指南继电保护分册》中国水利水电出版社

⑦《电气工程专业毕业设计指南电力系统分册》中国水利水电出版社
⑧《实用电工电子技术手册》实用电工电子技术手册编委会编　机械工业出版社

⑨《工厂供电设计指导》　主编　刘学军 刘畅 王洪希 田伟　　中国电力出版社