供配电系统设计毕业设计

届毕业生毕业设计说明书

题目：某机械厂供配电系统设计

院系名称：电气工程学院专业班级：

学生姓名：学号：

指导教师：教师职称：讲师

20年6月6日

目次

1 2 3 4 5 6 7结概述 (1)

1.1 国内外发展现状 (1)

1.2 供配电系统的研究意义 (1)

1.3 研究的内容 (2)

负荷计算及无功补偿 (3)

2.1 电力负荷的类型 (3)

2.2 负荷计算 (3)

2.3 无功功率补偿 (8)

变电所主变压器选择和主接线方案选择 (10)

3.1 变电所主变压器的选择 (10)

3.2 主接线方案设计 (10)

3.3 厂区规划图 (12)

短路电流的计算 (14)

4.1 短路电流计算的基本公式 (14)

4.2 电抗标幺值的计算公式 (14)

4.3 确定基准值、计算电抗标幺值 (15)

高、低压电气设备的选择与校验 (18)

5.1 高压设备的选择与校验 (18)

5.2 低压设备的选择与校验 (20)

5.3 母线的选择 (20)

5.4 导线的选择 (21)

继电保护的整定与计算 (22)

6.1 高压线路的继电保护 (22)

6.2 电力变压器的继电保护 (23)

防雷和接地装置 (24)

7.1 防雷 (24)

7.2 接地装置 (24)

7.3 防雷措施 (25)

论 (26)

致谢 (27)

参考文献 (28)

附录A 电气主接线图 (30)

1 1.1概述

国内外发展现状

现代大中型工厂供配电系统的电气主接线和运行方式都比较复杂，各种电

气设备的数量和种类也比较多，随着经济和现代工业建设的迅速发展，供电系统的设计越来越全面、系统，工厂用电量迅速增长，对电能质量、技术经济状况、供电的可靠性指标也日益提高，因此对供电设计也有了更高、更完善的要求。

供配电系统是电力系统的电能用户，也是电力系统的重要组成环节。它由总降压变电所、高压配电所、车间变电所、配电线路以及用电设备组成。在小型工厂中，电能先经过高压配电所，然后经过变压器降压，低压配电线路将车间变电所的电能送到各低压用电设备。

在我国，供配电的建设未能得到重视，资金短缺，技术性能落后，另外供配电技术环节形成电力需求与供配电设施不协调的局面。随着人们生产活动的日渐增多，工厂对电能的需求也在日益增加，作为评估电能质量的相关指标，例如电能的可靠性、电能的经济状况、电能的质量等指标也随之有待提高。

1.2供配电系统的研究意义

现如今，电能已经成为人们生活中不可或缺的能源和生活工具，其在工业

生产，生活的各个领域中获得了广泛应用，为人们提供更加舒适便捷的工作环境和生活环境创造了条件。电力是现代事业发展的主要能源和动力，没有电力可以说就没有国有经济的现代化。现代的生活都离不开电力，都是建立在电气的基础上。因此，电力供应如果中断，将会给现代的发展带来严重的影响。譬如那些对可靠性有有很高要求的企业，即使工厂中设备停电的时间极短，也能引起工厂中严重的事故发生，轻则把电气设备烧坏，重则威胁到人身安全，故而，必须认真做好达到系统供电要求，切实保证电力系统的正常运行，更好地发展生产，实现过程的全部自动化。

要切实保障生产和日常社会生活的需求，就必须做好工厂供电系统的工作，在确保可靠供电的前提下，考虑并努力做好节能减排工作，实现高效，优质供电供电部门必须做到以下几点：

（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不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即连续供电的要求。

（3）优质应满足电能用户对电压质量和频率质量等的要求。

（4）经济供电系统的投资要少，运行费用低，尽可能的节约能源和减少有

色金属消耗量。

当然，除了上述基本要求，想高质量的做好工厂供电工作，还要学会合理地做好工厂供电长远发展的规划安排，既考虑到局部利益，又要有长远的目光和见识，做到适应长期发展目标的要求。

1.3研究的内容

本次设计主要研究的是某机械厂供配电系统，从获得的原始资料开始着手

相关资料的查询以及分析计算，主要完成了以下几个方面：负荷计算及无功补偿，确定变电所的所址、型式以及变电所的主接线方案，按需要系数法进行短路计算，选择高、低压设备并进行校验，变电所防雷保护及接地装置的设计以及用CAD软件绘制电气原理图。小型的机械厂供电负荷等级一般为二级负荷，考虑到生产加工，应急照明对电力要求高的方面，避免因停电造成不必要的损失，因此在本次设计中应该从各个方面综合实际情况考虑，做到经济，可靠，完善。由于供电部门对厂区用电有功率因数方面的要求必须达到0.9以上，所以降压变电所采用并联电容器进行无功功率补偿。通过短路电流的计算，对供配电系统的继电保护进行整定与计算，最后对本厂进行防雷与接地保护。

2

2.1

负荷计算及无功补偿

电力负荷的类型

按照电力负荷对供电可靠性的要求，电力负荷分为一级负荷、二级负荷、 三级负荷。在本次机械厂供配电系统设计中，大多数负荷属于二级负荷，且主 要对动力负荷和照明负荷进行分析，并完成负荷计算。

2.2 负荷计算

在工厂中，为了防止造成电气设备资源的浪费，保证电气设备的安全运 行，需要进行负荷计算。负荷计算的方法有很多，如需要系数法，利用系数 法，单位指标法等。在这次设计中，按需要系数法确定三相用电设备组有功计 算负荷，最基本的负荷计算公式为：

P 30

K d P e

（2-

1）

其中 P 30 为全厂的有功计算负荷， P e 为全厂用电设备的总容量， K d 为需要 系数。

2.2.1 基本公式

无功计算负荷

Q 30

P 30 tan

（2-

2）

视在计算负荷

S 30

P 30 cos

（2-

3）

计算电流

I 3

S 30 3U n

（2-

4）

2.2.2 多组用电设备计算负荷的确定

2

5）

无功计算负荷 Q 30 K

q

Q 30

（2-

6）

以上两式中的 P 30、 Q 30 分别为各组用电设备的有功和无功计算负荷之 和， K p 、 K q 分别为同时系数。

视在计算负荷

S 30

P

30

Q

30

（2-

7）

计算电流

I 30

S 30 3U n

（2-8）

2.2.3 工厂负荷情况

该厂每天的工作时间为十小时，一年当中有十个月正常生产，最大负荷时 生产的小时为 3500 小时，年耗电量约为 2500 KW

h ，本厂多数车间为二级负

荷，本厂的负荷统计资料如下表 2-1 所示，并进行负荷计算。

下面对原始资料进行负荷计算： 1、金工车间：

2 2

动力部分：

P30K d P e 0.2500100kW

Q 30 P30 tan 100 1.73173k var

S 30

200kVA cos

0.5

I30

303.87A 3U n 30.38

照明部分：

P 30 K d P e 0.897.2k W

Q 30 P30 tan 7.2

00k var

S 30

7.2k VA cos 1.0

I30 18.82A

3U n 30.22

2、铸造车间

动力部分：

P 30 K d P e 0.235070kW

Q 30 P30 tan 70 1.73121.10k var

S 30

242.20kVA cos

0.5

I30 368.42A

3U n 30.38

照明部分：

P 30 K d P e 0.94 3.6kW

Q 30 P30tan 3.6

00k var

S 30

3.6kVA cos 1.0

P 100

30

S 200

30

P 7.2

30

S 7.2

30

P 121.10

30

S 242.20

30

P 3.6

30

I 30

9.45 A

3U n

3 0.22

3、热处理车间

动力部分：

P 30 K d P e 0.6 100 60kW Q 30 P 30 tan

60 0.75 45k var

S 30

56.25kVA cos 0.8

I 30

85.07 A

3U n

3 0.38

照明部分：

P 30

K d P e

0.8 5 4k W

Q 30

P 30

tan

4

0 0k var

S

30

4k VA

cos 1.0

I 30

10.45 A

3U n

3 0.22

4、锻压车间

动力部分：

P 30

K d P e

0.3

400 120kW

Q 30

P 30 tan

120 1.17 140.40k var

S 30

184.62k VA cos 0.65

I 30 279.22 A

3U n

3 0.38

照明部分：

P 30

K d P e

0.8 7 5.6kW

S 3.6 30 P 45 30 S 56.25 30 P 4 30 S 4

30 P 120 30 S 184.62 30

Q 30

P 30 tan

5.6

0 0k var

S 30

5.6kVA

cos 1.0

I 30

14.63 A

3U n

3 0.22

5、电镀车间

动力部分：

P 30

K d P e

0.5

300 150kW

Q 30

P 30 tan 150 0.75 112.50k var

S 30

140.63kVA cos

0.8

I 30

212.69 A

3U n

3 0.38

照明部分：

P 30 K d P e 0.9 4 3.6kW Q 30

P 30 tan 3.6

0 0k var

S 30

3.6kVA

cos 1.0

I 30

9.40 A

3U n

3 0.22

6、生活区

P 30

K d P e 0.7 300 210kW

Q 30

P 30 tan

210 0.48 100.8k var

S 30

233.3kVA

cos

0.9

I 30

612.3 A

3U n

3 0.22

P 5.6 30 S 5.6 30 P 112.50 30 S 140.63 30 P 3.6 30 S 3.6 30 P 210 30 S 233.3 30

7、取全厂的同时系数 K p 、 K

q 均为 0.9，则全厂总的计算负荷分别为

P 30

K p

P 300.9 734 660.6k W

Q 30

K

q

Q 30 0.9 692.80 623.52k var

S 30

P

30

Q

30

660.6 623.52

908.39k VA

I 30

S 30 3U

n

908.39 3 0.38

1380.16 A

在设计中，为了使人一目了然，我采用计算表格的形式对各车间负荷计算 值进行统计，如下表 2-2 所示。

cos

tan

2 2 2 2

计入同时系数K

p

、K q 分别为0.9

2.3无功功率补偿

机械厂中由于有大量感性负荷，还有感性的电力变压器，从而使功率因数

降低。根据供电部门对本厂用电的要求，功率因数要达到0.90以上，由上述负荷计算可知cos0.680.9，则要考虑增设无功功率补偿装置，降低电能损耗。在此次设计中暂取0.92来计算无功功率补偿容量。

装设的无功补偿装置（并联电容器），其容量为

Q c Q 30 Q30 P30(tan tan)（2-9）要使功率因数由0.68提高到0.92，低压侧需装设的并联电容器容量为Q c

660.6(tan arccos0.68tan arccos0.92)k var430.71k var 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为

S'

30(2)

P30 (Q30 Q c)2660.6 (623.52430.71) kVA688.16kVA 变压器的功率损耗为

P T0.01S'30(2)0.01688.16kVA7k W

Q T0.05S'30(2)0.05688.16kVA34k var

变电所高压侧的计算负荷为

P30(1)660.6kW 7kW667.6kW

Q30(1) 192.81k var34k var 226.81k var

S'

30(1)

667.6 226.81 kVA705.08kVA

I'

30(1)

705.08

310

40.71A ''

222

'

'

22

补偿后机械厂的功率因数为

cos

P

30 (1) S 30 (1)

667.6 705.08

0.94 ，这一功率因数满足要求。 3

3.1

变电所主变压器选择和主接线方案选择

变电所主变压器的选择

在工厂中，要使供电系统正常的运行，正确的选择主变压器是十分重要 的。变压器一般有升压变压器和降压变压器，而本次设计的某机械厂供配电系 统设计主要考虑降压变压器即可。变压器的合理选择对系统供电可靠性具有十 分重要的意义，因此，合理地选择变压器的容量、台数、接线形式等参数可以 有效的降低系统发生停电事故的概率，主变压器容量不宜选择过小，这样会造 成主变压器过载运行，因此要考虑负荷的发展，在做到满足供电可靠性的要求 下，使供电系统经济运行。提高系统供电的可靠性，有利于实现供电的经济 性。

3.1.1 主变压器台数的选择

变压器台数选择的一般原则：

① 必须满足供电可靠性的要求，为实现连续供电，选用两台变压器供电。 ② 对于昼夜温差变动较大的负荷或者是具有明显季节性特点的负荷，在考

虑经济运行的前提下，也可以依据实际情况用两台变压器供电。

③ 一般要求车间变电所用一台变压器供电，但如果出现负荷集中并且变电

所需要容量很大时，可以选用两台或者两台以上变压器供电。

结合该机械厂供电系统的设计要求，我选用两台变压器来为系统供电。 3.1.2 主变压器容量的选择

对装有两台主变压器的变电所，变压器的容量应同时满足下列两个条件：

' ' '

S N.T (0.6~0.7)S

30

（3-

S N.T S 1）

30()

（3-2）

其中S

30

()

为全部一、二级负荷。

有S

N.T (0.6~0.7)S

30

(0.6~0.7)972.9k VA (613.74~681.03)k VA

根据我国电力变压器容量等级，可选择两台容量为800kVA的变压器，型号

为S9-800/10。

3.2主接线方案设计

3.2.1 主接线方案的设计

根据主接线方案设计的原则，首先要保证人身和设备的安全，满足供电的可靠性，其次主接线要简单，经济，做到容易切换操作和检修。经过对本厂原始资料的分析，本次设计的主接线方案有以下两种。

方案一

高压单母线不分段、低压单母线分段的主接线方式。这种主接线的运行灵活性也较高，有较高的供电可靠性。当任一主变压器发生故障进行检修时，通过切换操作，即可迅速恢复供电。但在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所将会停电。

方案二

高低压侧均为单母线分段的主接线方式。这种主接线的运行非常灵活，供电可靠性也很高。两段高压母线，可以接通运行，也可以分段运行。任一主变压器或任一电源进线发生故障停电检修时，通过切换操作，均可迅速恢复供电。

3.2.2 主接线方案的比较

考虑到机械厂系统的经济运行，灵活性，操作的难易，这次设计中我提出的主接线方案是方案二，高低压侧均为单母线分段的主接线方式。相较于方案一，方案二的供电可靠性又高，方案一中，如果高压母线发生故障，则会导致

变电所停电，这会造成机械厂工作暂停，降低工作质量。电气主接线图如图3.1所示，当高压侧母线发生故障时，会造成暂时停电，但检测故障后，拉开隔离开关，则正常工作的那段母线即可迅速恢复供电。当低压侧其中一段母线发生故障，断路器自动工作，将故障段隔离保证另一段母线正常工作，不影响机械厂的正常运行。

图3.1电气主接线图

3.3厂区规划图

该厂区的总体规划图如图3.2所示。距离工厂4km处有一总降压变电所，有两条电源进线引入，其中一条进线为备用电源，当工厂发生故障需要进行检修时，一些重要负荷及照明的用电设备由备用电源提供。

图3.2厂区总体规划图

4

短路电流的计算

短路故障是电气设备最严重的故障，对电气设备以及供电系统产生极大的 危害，因此采取相应的措施来预防或减轻其危害程度。本次设计采用标幺值法 进行短路电流计算，根据供电系统的等值电出系统的三相短路冲击电流幅值和 有效值以及三相短路周期分量幅值和有效值，由计算出的三相短路电流值对供 电系统电气设备的选型提供参考依据，即由三相短路电流计算结果来校验所选 电气设备的动稳定性和热稳定性。

4.1 短路电流计算的基本公式

基准容量，工程设计中通常取 S d

100 MVA

基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取U

d

U

c

1.05U

n

基准电流

I d

S d S d 3U d

3U c

（4-

1）

基准电抗

X

d

U d U c 3I d S d

（4-

2）

4.2

电抗标幺值的计算公式

电力系统的电抗标幺值

X

s

U c

X s

S oc S d X d

U c S oc

S d

（4-

2

2

2

13

电力变压器的电抗标幺值

X

T

X T

U k % X d

100

U c S N

U c S d

U k

% S d 100 S N

（4-

4）

电力线路的电抗标幺值

X WL

2

X 0l

X d

U c

S d S d U c

（4-

5）

三相短路电流电流周期分量有效值的标幺值

I

(3) k

(3)

k I d

U c 3 X S d 3U c U c 1 S d X

X

（4-6）

由此可求得三相短路电流周期分量有效值

I (3) k

I k I d

I d X

（4-7）

对高压系统来说

''(3)

I I I i sh

2.55

I

(3) k

（4-8）

（4-9）

I s h 1.51I

''(3)

（4-10）

对低压系统来说

i sh 1.84 I

''(3)

（4-11）

I (3)

sh 1.09 I ''(3)

（4-12）

三相短路容量

S (3) k 3I k U c

3I d U c S d

（4-13）

4.3 确定基准值、计算电抗标幺值

该机械厂的供电系统简图如图 4.1 所示，一为距本厂 4km 的馈电变电站经

2

2

X X l

WL

0 2

I 2

(3)

''(3)

(3)

(3)

(3)

(3) (3) X X

14