工厂供电课程设计

广州大学松田学院

《工厂供电》课程设计2

班    级：    12电气（1）班     

姓    名：    李涛      陈哲楷   

    蒋权      陈锦湘  

    何齐盛            

学    号： 1207020134 1207020135

 1207020137 1207020138

 1207020139           

指导教师：    陈世和             

撰写日期：    2014.11.16         

设计说明书... 1

第一章 负荷计算... 6

第二章 工厂总降压变电所主变压器的台数及容量选择... 9

第三章 工厂总降压变电所主接线设计... 12

第四章 短路电流的计算... 16

第五章 继电保护及二次接线设计... 19

参考文献... 22

设计说明书

一、   设计原则

工厂供电工作要切实保证工厂生活和生活用电的需要，搞好能源节约，遵循国家标准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》等规定标准，从安全、可靠、优质、经济等考虑角度出发，合理地处理局部、当前和长远等关系，既要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

二、   设计要求

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，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压断路器设备和进线，选择整定继电保护装置，最后写出设计说明书。

三、   设计依据

1、工厂总平面图

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数为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所示。

3、供电电源情况：

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的断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由临近的单位取得备用电源。已知本厂高压侧由电气联系的架空线路总长度为80Km，电缆线路总长度为25Km。

4、气象资料：

本厂所在地区的年最高气温为38度，年平均气温为23度，年最低气温为－8度，年最热月平均最高气温为33度，年最热月平均气温为26度，年最热月地下0.8m处平均气温为25度。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。

5、地质水文资料：

本厂所在地区平均海拔500米，地层以砂粘土为主，地下水位为1米。

6、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计为18元/KVA，动力电费为0.2元/KWh，照明电费为0.5元/KWh。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，一次性的向供电部门交纳供电贴费：6～10KV为800元/KVA。

四、   设计内容

工厂供电设计主要内容包括工厂变配电所设计、工厂高压配电线路设计、车间低压配电线路设计及电气照明设计等。其基本内容如下：

1、 负荷计算

全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。

2、 工厂总降压变电所主变压器的台数及容量选择

参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。

3、 工厂总降压变电所主接线设计

根据变电所配电回路，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，既要安全可靠又要灵活经济，安装容易、维修方便。

4、 短路电流的计算

工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两项短路电流。

5、 继电保护及二次接线设计

为了监视、控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移向电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操控电源和控制电缆组成的变电所二次接线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。

 第一章 负荷计算

一、负荷计算的意义

负荷计算是根据已知工厂的用电设备安装容量来确定预期不变的最大假想负荷。它是按发热条件选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据，所以非常重要。如估算过高，将增加供电设备的容量，使工厂电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量。特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。但是如果估算过低，又会使工厂投入生产后，供电系统的线路及电器设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。

二、负荷计算的方法

    常用负荷计算的方法有(1)需要系数法(2)二项式系数法(3)形状系数法。

在该设计中，设备台数较多，各台设备容量相差不太悬殊，所以采用需要系数法。

需要系数法的主要步骤：   

（1）将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。

（2）查出各组用电设备相应需要系数及对应的功率因数。    

（3）用需要系数法求车间或全厂的计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数K。 

需要系数法的计算过程：先从用电端起逐级往电源方向计算，即：首先按需要系数法求得各车间低压侧有功及无功计算负荷，加上本车间变电所的变压器有功及无功功率损耗，即得车间变电所高压侧计算负荷；其次是将全厂各车间高压则负荷相加同时加上厂区配电线路的功率损耗，再乘以同时系数。便得出工厂总降压变电所低压侧计算负荷；然后再考虑无功功率的影响和总降压变电所主变压器的功率损耗，其总和就是全厂计算负荷。

在已知三相用电设备组或用电单位（工厂、车间）的设备容量及功率因数的情况下，求计算负荷时，采用以下计算公式进行计算：

有功计算负荷：P₃₀=K_d P_e

无功计算负荷：Q₃₀=P₃₀tanφ

视在计算负荷：S₃₀=P₃₀/cosφ

计算电流：I₃₀=S₃₀/√3U_N

计算结果如表1.1所示。

 
表1.1工厂负荷计算表

 第二章 工厂总降压变电所主变压器的台数及容量选择

一、变电所位置与型式的选择

用户变配电所分：35～110/10kV总降压变电所、10kV配电所、10/0.38kV变电所及35/0.38kV直降变电所。10/0.38kV变电所在工业企业内又称车间变电所 ，用户10kV配电所通常和某个10/0.38kV变电所合建又称为变配电所。

    变配电所的位置应接近负荷中心以减小低压供电半径、降低电缆投资、节约电能损耗、提高供电质量，同时还要考虑进出线方便、设备运输方便、接近电源侧，并注意防尘、防腐、防水、防火、防爆等。影响变配电所位置选择的因素很多，应根据上述要求经技术经济比较后确定。

用户10/0.38kV变电所大多为室内变电所或组合式成套变电站。室内变电所又分独立变电所、附设变电所、车间内变电所、地下变电所等几种类型。

二、变电所主变压器台数的选择

变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到本厂中存在二级负荷，故必须装设两台变压器。初步选择S9-1000/10型油浸式铜线电力变压器。

三、变电所主变压器容量选择

   每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：

a.  任一台变压器单独运行时，宜满足：S_N.T=（0.6~0.7）S₃₀

b.  任一台变压器单独运行时，应满足：S_N.T≥S_30（I+II），即满足全部一、二级负荷需求。

代入数据可得：S_N.T =（0.6~0.7）×1090.4=（654.24~763.28）KVA。

又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为23度），所选变压器的实际容量：S_T=（1-0.03）*1000kVA=970kVA满足使用要求。

而该厂的所有的一、二级负荷的总视在功率S_30（I+II）=（133.4+160.3+44.6）kVA=238.3KVA同时又考虑到未来5~10年的负荷发展，确定取S_N.T=1000kVA。主变压器的联结组别采用Yyn0。主接线方案如图2.1所示：

图2.1 变压器主接线方案

第三章 工厂总降压变电所主接线设计

一、主接线的总体分类

a. 单母线接线

1)接线方法如图3.1。

图3.1单母线接线图

⑴主母线的作用：母线起汇集和分配电能的作用。                             

⑵开关电器的配置：每一条进出线回路都组成一个接线单元，每个接线单元都与母线相连。

⑶操作程序“先通后断”原则

通电：；

断电：。

2)特点

⑴优点：简单、经济。

①接线简单（设备少）、清晰、明了；

②布置、安装简单，配电装置建造费用低；

③断路器与隔离开关间易实现可靠的防误闭锁，操作安全、方便，母线故障的几率低；

④易扩建和采用成套式配电装置。

⑵缺点：不够灵活可靠。

①主母线、母隔故障或检修，全厂停电；

②任一回路断路器检修，该回路停电。

b. 双母线接线

1）接线方法如图3.2。

图3.2 双母线接线图

2)特点：

⑴优点：灵活可靠。

①可轮流检修母线而不影响正常供电；

②检修任一母线侧隔离开关时，只影响该回路供电；

③工作母线发生故障后，所有回路短时停电并能迅速恢复供电；

④可利用母联断路器代替引出线断路器工作；

⑤便于扩建；

⑵优点：接线复杂，价格较高，易引起误操作

由于双母线接线的设备较多，配电装置复杂，运行中需要用隔离开关切换电路，容易引起误操作；同时投资和占地面积也较大。

二、主接线方案的选择

6～10kV配电装置出线回路数目为6回及以上时，可采用单母线分段接线。而双母线接线一般用于引出线和电源较多，输送和穿越功率较大，要求可靠性和灵活性较高的场合。110kV终端变电站的10 kV部分一般采用单母线分段，互为备用。

根据设计的内容，对两种主接线方案进行综合对比，见表3.1。

表3.1主接线方案比较

对比两种接线方案，方案I的经济性更好，且调度和灵活性也足以保证供电的可靠性。故选择单母线接线方式。

第四章 短路电流的计算

一、绘制计算电路

图4-1 短路计算电路

二、确定基准值

取S_d=100MVA，U_c1=10.5kV，U_c2=0.4kV

I_d1=S_d/√3U_c1=100MVA/（√3*10.5）kV=5.5kA

I_d2= S_d/√3U_c2=100MVA/（√3*0.4）kV=144kA

三、计算短路电路中各主要元件的电抗标么值

1、电力系统的电抗标幺值

查表得Soc=500MVA，因此

           X₁^*=100MVA/500MVA=0.2

2、架空线路的电抗标幺值

查表得X₀=0.35Ω/km，因此

           X₂^*=0.35（Ω/km）* 8km*100MVA/（10.5kV）²=2.5

3、电力变压器的电抗标幺值

查表得U_Z%=5，因此

           X₃^*= X₄^*=（5*100MVA）/（100*1000kVA）=5.0

绘短路等效电路图如下图所示。

图4-2 短路等效电路图

四、计算k-1点的短路电路的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

           X^*_∑（k-1）=X₁^*+X₂^*=0.2+2.5=2.7

2、三相短路电流周期分量有效值

           I^（3）_k-1=I_d1/ X^*_∑（k-1）=5.5kA/2.7=2.03kA

3、其他三相短路电流

           I’’=I_∞^（3）= I^（3）_k-1=2.03kA

           i_sh^（3）=2.55*2.03kA=5.18kA

          I_sh^（3）=1.51*2.03kA=3.07kA

4、三相短路容量

          S^（3）_k-1=S_d/ X^*_∑（k-1）=100MVA/2.7=37.0MVA

五、计算k-2点的短路电路的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

           X^*_∑（k-2）=X₁^*+X₂^*+X₃^*// X₄^*=0.2+2.5+5/2=5.2

2、三相短路电流周期分量有效值

           I^（3）_k-2=I_d2/ X^*_∑（k-2）=144kA/5.2=27.69kA

3、其他三相短路电流

           I’’=I_∞^（3）= I^（3）_k-2=27.69kA

           i_sh^（3）=1.84*27.69kA =50.95kA

           I_sh^（3）=1.09*27.69kA =29.53kA

4、三相短路容量

          S^（3）_k-2=S_d/ X^*_∑（k-2）=100MVA/5.2=19.2MVA

表4-1 短路电流计算表

第五章 继电保护及二次接线设计

一、主变压器的继电保护

1、装设瓦斯保护。 当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。

2、装设反时限过电流保护。高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，采用GL—15/10型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。

（1）过电流保护动作电流的整定

取K_rel=1.4，而K_W=1，K_re=0.8，K_i=200/5=40，而

           I_L.max=2*2I_1N.T=2*2*1000kV.A/（√3*10kV）=230.94A

故其动作电流

           I_op=（1.4*1）/（0.8*40）*230.94=10.1A

根据GL—15/10型继电器的规格，动作电流整定为10A。

（2）过电流保护动作时间的整定

考虑到车间变电所为电力系统的终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。

（3）电流速断保护速断电流倍数的整定

取K_rel=1.5，而I_k.max=29.53*0.4kV/10kV=1.18kA=1180A，故其速断电流

           I_qb=（1.5*1/40）*1180A=44.25A

因此其速断电流倍数整定为

           n_qb=44.25 A/10A=4.4

二、二次接线设计

1、二次回路电源选择

二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。

蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。

考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。

2、高压断路器的控制和信号回路

高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。

3、电测量仪表与绝缘监视装置

根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。

①10KV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。

②变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。

③电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。

④380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。

⑤低压动力线路：装设电流表一只。

三、电测量仪表与绝缘监视装置

在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备用电源自动投入装置（APD）。

参考文献

·                    刘介才，工厂供电（第5版），机械工业出版社，2009

·                    李斌,隆贤林. 电力系统继电保护及自动装置. 中国水利水电出版社，2008

·                    翁双安. 供配电工程设计指导. 机械工业出版社，2008