机械厂供配电设计

机械厂供配电设计 Modified by JACK on the afternoon of December 26, 2020

课程设计（论文）

题目某机械厂供配电系统设计

学院机电与车辆工程学院

专业电气工程与自动化

学生

学号 0205

指导教师

2016 年

前言

电能是现代工业生产的主要能源和动力，电能不仅易于转换为其他形式的能量加以运用，而且容易从其他形式的能量转换而来：电能的输送有利于实现生产过程自动化，因为它的分配十分简单经济，便于控制，调节和测量。

在工厂里面，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是他在生产成本中占得比重却不是很大。电能在工业生产中十分重要，这并不能从它在产品成本或投资总额中所占比重看出来，而在于工业中实现电气化以后可以大大增加生

产，提高产量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动程度，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，则可对工业生产带来严重的损失。

那么，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化十分重要。由于能源节约是工厂供电工作中一个重要项目，而能源节约对于一个国家的能源建设也是具有十分重要的战略意义的。因此，做好工厂供电工作，对于节约能源，支援国家经济建设，也具有十分重大的作用。

为了让工厂供电工作很好的为工业生产服务，切实保证工业生产和生活用电的需求，我们需努力使其达到安全，可靠，优质，经济这四个要求。此外，在供配电工作中，应合理的处理局部和全局，当前和长远等关系，既要照顾局部的当前利益，又要有全局观念，顾全大局，适应发展。

第一章选题背景

电能在我们生活中都可以随处可见，它不仅在生活发挥着重要的作用，在工业生产上也必不可少。随着我国经济的飞速发展，电能的使用已经成为制约经济发展的一个重要因素。为保证正常的供电需求，各地都在兴建一系列供电装置，国家也投入大规模人力物力修建供电系统，例如三峡大坝水力供电等。在工业现代化迅速发展的今天，工厂的发展给国家带来巨大利益的同时，其用电负荷也越来越大，特别是负荷容量大、用电设备多。我们这里的设计针对某机械厂的10Kv供配电系统。所以本设计主要围绕10Kv的供配电系统的设计思路、设计步骤等进行阐述，并进行了相关设备的计算和检验。此外，介绍了变电所的主接线是其中的一个至关重要的因素，它决定变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。所以在熟悉变电所的设计要求和设计过程，对从事电力过程设计，故障分析和判断是很有帮助的。

设计的意义：通过设计，不仅可以系统的复习、巩固工厂供配电的知识，而且提高了我们的设计能力和创新思维能力，并能对在设计过程中出现的问题学会了分析和处理，为我们今后在工作和学习中提供了极其重要的帮助。

第二章系统总体方案设计

设计内容及步骤

1、确定全厂计算负荷，编制负荷总表；合理确定无功补偿。要求

10Kv侧.

2、拟定供配电方案，确定变配电所位置。

3、合理确定变压器台数及数量，选择其规格型号。

4、拟定变电所主接线方案，并选择元件和设备的型号规格。

5、短路电流的计算。

6、变电所一次设备的选择及检验。

7、变压所进出线与邻近单位联络线的选择。

8、变电所防雷与接地装置的设计。

第三章 负荷计算

计算负荷及无功功率补偿

确定计算负荷的方法有很多，如二项式法、需要系数法等。这里我们采用需要系数法确定计算负荷。 其公式如下： 有功功率：

e d p k P =30

无功功率：

?tan 3030p Q =

视在功率：

30S =

计算电流：

30I =

式中：d k ——该用电设备组的需要系数 e p ——该用电设备组的容量 tan ?——功率因数角的正切值

N U —— 用电设备的额定电压，单位KV 所以本厂的负荷计算方法如下（以铸造车间为例）： 有功计算负荷：

30d e P k p ===60KW

无功计算负荷:

3030tan Q p ?===

视在计算负荷：

30S =

计算电流：

30I

=

== 各车间及生活区负荷计算如表

表 电力负荷计算表

全厂负荷计算：

取P

K

∑=，Q

K

∑=

根据上表可以算出

30.i

P

∑ =，30.i Q ∑=

30.i

S

∑=

式中, 30.i P ∑是所有设备组的有功计算负荷30P

之和，30.i Q ∑是所有设备的无功计算负荷30Q 之和。

因此可以求出全厂的总计算负荷为：

30P =P

K

∑30.i

P

∑=?30Q Q

K

∑30.i

Q

∑?30S =30I =

= cos ?=

30.30.i i

P S

∑∑=

787.5

1145.9

= 要使低压侧功率从提高到，低压侧需要并联电容器，其大小为：

3012(tan tan )C Q P ??=-= []tan(arccos0.76)tan(arccos0.92)-

= ?（） = 取C Q =350Kvar

经考虑，可选用3-10-4.0B GMJ 的电容器，其额定电容为198uF 。因此，电容个数3510

350

q Q n c c ===，因为电容是单相的，所以取3的倍数，即最后取n=36个，

补偿后低压侧的视在计算功率为

kvA 34.722350-02.66495.787S 22230=+=）（）

（‘

变压器的功率损耗：

kW 22.734.72201.0S 01.0P 230T =?=≈?）（‘

kW 11.3634.72205.0S 05.0Q 230T =?=≈?）

（‘ 变电所高压侧的计算负荷为：

kvA 84.86813.35017.795S kvar 13.35011.36kvar 350-02.664Q kW 17.795kW 22.7kW 95.787P 22130130130=+==+==+=）

（‘）

（’‘

）（）（ 补偿后的功率因数为：

916.084

.86817

.795cos ==

?‘

，满足要求

第四章 变电所位置和型式的选择

变电所位置的选择，应该根据要求并经济技术和经济性分析比较后得出的变配电所选址的一般原则来确定。总的来说，变电所的选址应该尽量靠近负荷中心。关于工厂的负荷中心，可用负荷指示图或者负荷功率矩法来近似的确定。这里我们采用负荷功率矩法来确定负荷中心的位置。

在工厂平面图的左下角，作一直角坐标的X 轴和Y 轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的位置坐标，例如),(),,(),,(332211y x P y x P y x P 等，其中

321,,P P P 等代表厂房1、2、3…10号的功率，工厂的负荷中心假设在位置

),(y x P ,则总负荷∑=+++=i 321P ...n P P P P P 。仿照力学中求重心的力矩方程可

得

∑∑∑∑

=

=

i

i i i i i P

x P y P x P x ）（）（

按照比例K 在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置如下表所示：

表 各车间和宿舍区的负荷点的坐标位置

的一般原则和进出线和周围的环境，决定在2号厂房的东北方向建立工厂变电所，其型式选择车间附设变电所（即附设式），参考如下图所示：

图

第五章 变电所变压器和主接线方案设计

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：

装设一台变压器，型号为S11型，而容量根据式子30T -N S S >，T -N S 为主变压器容量，30S 为总的计算负荷。选取T -N S ，A kv 43.1030S A kv 125030?=>?=即选择了一台10/1250-S11型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由临近单元相连的高压联络线来承担。

变电所主接线方案的选择

一般大中型企业采用35-110kv 电源进线时都设置总降压变电所，将电压降至6-10kv 后分配给各车间变电所。总降压变电所主接线一般有线路——变压器组，单母线，内桥线，外桥线等几种接线方式。按上面考虑可设计这个主接线方案。

装设一台主变压器的主接线方案

这种主接线由于采用了高压断路器，因此变电所的停送电操作十分方便，而且在发生短路故障时，过电流保护装置动作，断路器自动跳闸，如果短路故

障已经消除，则可立即合闸恢复供电。如果配备自动重合闸装置，则供电可靠性更高。但如果变电所只此一路电源进线时，一般也只用三级负荷：但如果变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时，或另有备用电源时，则可用二级负荷。如果变电所有两路电源进线，如下图所示，则供电可靠性相应提高，可供二级负荷或少量一级负荷。

图装设一台主变压器的选择方案

主接线方案的选择

车间的一，二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，则应装设两台变压器。每台变压器均能承担对全部一，二级负荷的供电任务。如果与相邻车间有联络线时，当车间变电站出现故障时，其一二级负荷可通过联络线保证继续供电，因此选用一台主变压器的主接线方案。

第六章 短路电流的计算

确定短路计算基准值

图 短路计算电路

取基准容量d S =100MVA ，基准电压d U =c U =N U ,c U 为短路计算电压，即高压侧1c U =,低压侧2c U =，则：

1d I

d

2d I

d

=144kA 计算短路电路中各元件的电抗标幺值

（1）.电力系统的电抗标幺值

已知电力系统的高压断路器断流容量为500MVA ，则：

*1X =

100500MVA

MVA

=

（2）.架空线路的电抗标幺值

查表得LGJ-150的线路电抗0X =Ω/km ，且架空线路总线路为3km ，则：

10kV

500MVA （3）

（2）（1）系统

8

~380V

S11-1250/10

K-2

K-1

LGJ-150,3km

*2X =

2

100

10.5= （3）.电力变压器的电抗标幺值

查表得变压器的短路电压百分值k U %=，则

*3X =

4.51001001250MVA

kVA

??=

图 短路计算等效电路

K-1点（侧）的相关计算

（1）.总电抗标幺值

*1k X -=+=

（2）.三相短路电流周期分量有效值

(3)1k I -=1*1

d k I X -==

（3）.其他三相短路电流

(3)n I =(3)

I ∞=(3)1k I -= kA (3)

sh i = (3)n I = kA

(3)sh I =(3)n I = kA

（4）.三相短路容量

(3)1k S -=

*

1

d k S X -=1001.15MVA

= MVA

K-2点（侧）的相关计算

（1）.总电抗标幺值

*2K X -=++=

（2）.三相短路电流周期分量有效值

(3)

2K I -=

2

*

2

d K I X -=144/= kA （3）.其他三相短路电流

(3)n I =(3)

I ∞=(3)2k I -= kA

(3)

sh i =(3)n I = kA (3)sh I (3)n I = kA

（4）.三相短路容量

(3)2k S -=

*2

d

k S X -=100MVA/= MVA

第七章 变电所一次设备的选择校验

10kv 侧一次设备的选择校验

按工作电压选择

设备的额定电压Ne U 一般不应小于所在系统的额定电压 N U ，即

N Ne U U ≥，高压设备的额定电压Ne U 应不小于其所在系统的最高电压max U ，即max Ne U U ≥。kv 10U N =，，kv 5.11U max =高压开关设备，互感器及支柱绝缘额定电

压，kv 12U Ne =穿墙套管额定电压Ne U =，熔断器额定电压kv 12U Ne =。

按照工作电流选择

设备的额定电流Ne I 不应小于所在电流的计算电流30I ，即

30Ne I I ≥

按断流能力选择

设备的额定开断电流oc I 或者断流容量oc S ，对分断流电流的设备来说，不

应小于它可能分断的最大短路有效值k 3I ）

（或者短路容量）

（3k

S ，即

）（3k oc I I ≥或者）

（3k oc S S ≥

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为

OLmax oc I I ≥，

OLmax I 为最大负荷电流。

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：

）

（3sh

max i i ≥或者）

（3sh max I I ≥

max max I i ，分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，）

（）

（，3sh

3sh i i 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：

ima 2

32t t I t I ）（∞

=

短路动稳定度的校验条件

（1）断路器，负荷开关，隔离开关，电抗器的动稳定电流的峰值m ax i 应不小于可能的最大的短路冲击电流sh i ，或其动稳定电流有效值m ax I 应不小于可能的最大的短路冲击电流sh I ，即sh max sh max I I i i ≥≥，。 （2）电流互感器大多数给出动稳定倍数iN max

et I 2i K =，其动稳定度校验条件

sh 1N es i I 2K ≥?，式中，1N I 为电流互感器的额定一次电流。

断路器，负荷开关，隔离开关，电抗器的热稳定度校验