工厂供配电系统课程设计

供配电技术设计报告

课程名称：供配电技术

实验项目：工厂供配电系统设计

实验班级：

指导教师：周卫

姓名学号：

自动化学院西校区实验室

二〇一三年六月三十日

目录

前言 (4)

一、负荷计算和无功功率计算及补偿 (5)

（一）负荷计算和无功功率计算 (5)

1、第一车间负荷计算 (5)

2、第二车间负荷计算 (5)

3、第三车间负荷计算 (6)

4、第四车间负荷计算 (6)

5、第五车间负荷计算 (6)

6、生活区负荷计算 (6)

（二）变压器低压侧的有功负荷和视在负荷 (7)

（三）年耗电量的估算 (8)

二、变电所位置和形式的选择 (9)

三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择 (10)

（一）变电所主变压器台数的选择 (10)

1、变电所主变压器容量选择 (10)

2、变电所主接线方案的选择 (11)

四、短路电流的计算 (13)

（一）采用标么制法进行短路电流计算 (13)

1、确定基准值 (13)

2、计算短路电路中各主要元件的电抗标么值 (13)

五、变电所一次设备的选择与校验 (15)

（一）一次高压设备的选择 (15)

1、变电所一次高压设备的选择 (15)

2、所一次高压隔离开关的选择 (16)

3、电所一次高压熔断器的选择 (16)

4、电所一次高压电流互感器的选择 (16)

5、电所一次高压电压互感器的选择 (17)

6、电所一次高压母线的选择 (17)

7、柱绝缘子选择 (17)

六、变电所二次设备的选择与校验 (18)

（一）低压断路器的选择 (18)

1、瞬时脱扣器额定电流选择和动作电流整定 (18)

2、长严时过电流脱扣器动作电流整定 (18)

3、断路器额定电流选择 (18)

4、灵敏度校验 (19)

（二）低压熔断器的选择 (19)

1、选择熔体及熔断器额定电流 (19)

2、校验熔断器能力 (19)

七、变电所高、低压线路的选择 (20)

（一）高压线路导线的选择 (20)

（二）低压线路导线的选择 (20)

八、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定 (22)

（一）二次回路方案选择 (22)

1、二次回路电源选择 (22)

2、高压断路器的控制和信号回路 (22)

3、电测量仪表与绝缘监视装置 (22)

4、电测量仪表与绝缘监视装置 (22)

（二）继电保护的整定 (23)

1、变压器继电保护 (23)

2、0.38KV侧低压断路器保护 (25)

九、防雷和接地装置的确定 (26)

（一）装设避雷针 (26)

(二)接地及其装置 (26)

1、确定接地电阻 (26)

2、接地装置初步方案 (27)

3、计算单根钢管接地电阻 (27)

4、确定接地钢管数和最后的接地方案 (27)

十、心得体会 (28)

前言

课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，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、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。

变电所是接受电能、变换电压、分配电能的环节，是供配电系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行。电力系统是由发电机，变压器，输电线路，用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备。电力系统中的这些互联元件可以分为两类，一类是电力元件，它们对电能进行生产（发电机），变换（变压器，整流器，逆变器），输送和分配（电力传输线，配电网），消费（负荷）；另一类是控制元件，它们改变系统的运行状态，如同步发电机的励磁调节器，调速器以及继电器等。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。

本设计可分为九部分：负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；变电所高、低压线路的选择；变电所二次回路方案选择及继电保护的整定；防雷和接地装置的确定；心得和体会；附参考文献。

另外有设计图纸4张（以附图的形式给出），分别是：附图一《厂区供电线缆规划图》；附图二《变电所平面布置图》；附图三《变电所高压电气主接线图》；附图四《变电所低压电气主接线图》。

由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正！

一、负荷计算和无功功率计算及补偿

（一）负荷计算和无功功率计算

1、第一车间负荷计算

查表A-1-1中的小批量的金属切削机床项，可得Kd=0.18, cos ?=0.5, Q tan =1.73

所以 ==11e d c P K P 0.18×(7.5×3+4×8+3×7+1.5×10)=16.29kw ==Q c c P Q tan 1116.29×1.73=28.18kvar

查表A-1-1中的通风机项，可得Kd=0.8, cos ?=0.8, Q tan =0.75

所以 22e d c P K P ==0.8×2×3=4.8kw, Q c c P Q tan 22==4.8×0.75=3.6kvar; 则第一车间的总负荷：设同时系数∑p K ,∑q K 均为0.9， ∑∑==2

110i ci P C P K P =0.9×(16.29+4.8)=18.98KW

∑∑==2

1

10i ci c Q q K Q =0.9×(28.18+3.6)=28.6kvar

10210210c c c Q P S +==2.1178=34.33KVA N C c U S I 3/1010==3/(33.34×0.38)=52.2A

2、第二车间负荷计算

220c d c P K P ==65×0.3=19.5kw

Q c c P Q tan 2020==19.5×4/3=26kvar 20220220c c C Q P S +==25.1056=32.5KVA

N c c U S I 3/2020==3/(5.32×0.38)=49.4A

3、第三车间负荷计算

330c d c P K P ==56×0.4=22.4kw

Q c c P Q tan 3030==22.4×4/3=29.87kvar 30230230c c C Q P S +==9769.1393=37.3KVA

N c c U S I 3/3030==3/(3.37×0.38)=56.73A

4、第四车间负荷计算

440c d c P K P ==40×0.4=16kw

Q c c P Q tan 4040==16×7/51=16.32kvar 40240240c c C Q P S +==3434.522=22.855KVA

N c c U S I 3/4040==3/(855.22×0.38)=34.72A

5、第五车间负荷计算

550c d c P K P ==72×0.3=21.6kw

Q c c P Q tan 5050==21.6×7/51=22kvar 50250250c c C Q P S +==56.950=30.83KVA

N c c U S I 3/5050==3/(83.30×0.38)=46.84A

6、生活区负荷计算

660c d c P K P ==300×0.5=150kw

Q c c P Q tan 6060==150×3/4=112.5kvar 26026060c c c Q P S +==25.35156=187.5KVA

N c c U S I 3/6060==3/(5.187×0.38)=284.88A

取全厂的同时系数为：0.95p K ∑=，0.97q K ∑=，则全厂的计算负荷为：

∑∑==6

10

i ci p P K P =0.95×(18.98+19.5+22.4+16+21.6+150)=236.056kw

∑∑==6

10

i ci q Q K Q =0.97×(28.6+26+29.87+16.32+22+187.5)=300.98kvar

22Q P S +==178.146312=382.5KVA N U S I 3/==581.2A

（二）变压器低压侧的有功负荷和视在负荷

变压器低压侧的有功负荷和视在负荷分别为P=236.056kw,S=382.5KVA

这时低压侧的功率因数为：Q COS =P/S=0.617

为使高压侧的功率因数≥0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90。 取1Q COS =0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为： c Q =))95.0tan(arccos )617.0s (tan(arcco -P =223.5kvar

查表A-2选BW0.4-25-3型电电容器，需要的数量为n=c Q /C N Q .=223.5/25=9 实际补偿容量为 c Q =25×9=225kvar 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：

22)((c c Q Q P S -+==3955.61495=248KVA

计算电流:N c c U S I 3/==376.8A

此时变压器的功率损耗为:ΔT P =0.015c S =3.72kw ΔT Q =0.06c S =14.88kvar 变电所高压侧总的计算负荷为

+=P P c 1ΔT P =236.056+3.72=239.776kw 1c Q =Q-c Q +ΔT Q =300.98-225+14.88=90.86kvar 21211(c c c Q P S +==1925.65745=256.4KVA 1113/U S I c c ==310/4.256=14.8A

补偿后的功率因数为1cos Q =1/1c c S P =0.935满足（大于0.90）的要求。

（三）年耗电量的估算

年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到： 年有功电能消耗量： a a P aPT W =- 年无功电能耗电量： a a q bQT W =-

结合本厂的情况，年负荷利用小时数a T 为4800h ，取年平均有功负荷系数a=0.72,年平均无功负荷系数b=0.78。由此可得本厂：

年有功耗电量： a a P aPT W =-=0.72×236.056×4800=815809.536kw.h 年无功耗电量： a a q bQT W =-=0.78×300.98×4800=1126869.12kw.h

二、变电所位置和形式的选择

由于本单位是三级重要负荷，一般采用一条进线，系统电源由地区变电所经6km、10kv高压架空线而后经1km、10kv高压电缆送入本单位变电所。

变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和形式的选择规定》及GB50053－1994的规定，结合本单位的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。其设立位置参见附图一《厂区供电线缆规划图》。内部布置形式参见附图二《变电所平面布置图》。

三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择

（一）变电所主变压器台数的选择

这个单位变电所虽然是三级负荷，但是考虑到现实当中的实际情况，结合实际的用电情况，仍然采用两台变压器，一台负责第一到第五车间供电，另一台变压器负责生活区的供电。这样，即使其中一台变压器出现了故障，因有另一台变压器正常工作，可为另一负荷提供电源。

1、变电所主变压器容量选择

每台变压器的容量N T S ?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：S S T N )7.0~6.0(=-

（2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷需求。即)(II I T N S S +-≥

代入数据可得：N T S ?=（0.6~0.7）×382.5=229.5~267.75KVA 查表A-3得，可选两台容量为315KVA 的变压器，型号为S9-315/10。 其主要技术指标如下表所示：

2、变电所主接线方案的选择

（1）一次侧单母线不分段，二次侧单母线分段主接线

因为在三级负荷中采用单电源进线，独立变电所装两台变压器，应采用一次侧单母线不分段，二次侧单母线分段主接线比较合适。优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。

根据所选的接线方式，画出主接线图，参见附图三《变电所高压电气主接线图》。

如下图所示：

四、短路电流的计算

本单位的供电系统简图如图（一）所示。采用一路电源供线，一路为距本厂7km 的馈电变电站经LGJ-185架空线6KM （系统按∞电源计），在经过1KM 的高压电缆线接入本单位的变电所。该干线首段所装高压断路器的断流容量为100MV 。A 。下面计算本厂变电所高压10kV 母线上k-1点短路和低压380V 母线上k-2点和K-3点短路的三相短路电流和短路容量。

图（一）

（一）采用标么制法进行短路电流计算

1、确定基准值

取100d S MV A =?，110.5c U kV =，20.4c U kV =

所以：1 5.500d I kA =

=

=

2144.000d I kA ===

2、计算短路电路中各主要元件的电抗标么值

电力系统的电抗标么值： A

MV A

MV X .100.1001=

=1

架空线路1WL 的电抗标么值： 2

1025.10100

638.0??==d

d U S L X X = 2.058

电缆线2WL 的电抗标么值： 22035

.10100

108.02'??==d d S L X X =0.0726 电力变压器T1，T2的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得k U %=4，因此，

315

.0100

1004100%54?

=?=

=N d k S S U X X =12.698 可绘得短路等效电路图如图（二）所示。

图（二）

（1）计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

总电抗标么值：=++=321X X X X 1+2.058+0.0726=3.1306 k-1点所在电压级的基准电流: 5

.103100

31?==

-d d d U S I =5.5KA k-1点短路电流和短路容量各量： ===

-1306

.311'1X I k 0.319 ==---'111k d k I I I 5.5×0.319=1.755KA 11.55.2--=k k sh I i =4.475KA 1306

.3100

1=

=

-X S S d K =31.94MVA (4) 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

总电抗标么值:=+++=4321X X X X X 1+2.058+0.0726+12.698=15.8286

k-2点所在电压级的基准电流: 4

.03100

32?==

-d d d U S I =144.337KA k-2点短路电流和短路容量各量：

0632.08286

.1511'2===

-X I k ==---'222k d k I I I 144.337×0.0632=9.12KA 22.84.1--=k k sh I i =16.781KA 8286

.15100

2=

=-X S S d K =6.318MVA

五、变电所一次设备的选择与校验

（一）一次高压设备的选择

1、变电所一次高压设备的选择

由短路计算可得，5.103315

3?=

=d N N U S I =17.32A ===

-1306

.311'1X I k 0.319 ==---'111k d k I I I 5.5×0.319=1.755KA 11.55.2--=k k sh I i =4.475KA KV U M W 10.=

查表A-4，选择SN10—10I/630型少油断路器。

高压一次断路器选择校验表

经校验所选SN10—10I/630型少油断路器合格。

2、所一次高压隔离开关的选择

根据1、给的电气条件，查表A-5，选择200/1068T GN -型高压隔离开关。

高压隔离开关选择校验表

经校验所选200/1068T GN -型高压隔离开关合格。

3、电所一次高压熔断器的选择

根据变压器一次侧高压额定电压10KV ，额定电流17.32A ，查表A--6-2，选择RN2-10/0.5-50型高压熔断器。

4、电所一次高压电流互感器的选择

根据变压器一次侧高压额定电压10KV ，额定电流17.32A ，查表A--7，选变比为100/5A 的LQJ-10型电流互感器。Kes=225, Kt=90, t=1s, 0.5级二次绕组的N Z 2=0.4Ω。

动稳定性校验：N es I K 12?=225×2100=31.82KA ? 4.475KA ，满足动稳定性要求。

热稳定性校验：t I K N t 21)(=1296S KA 2 ? 3.696S KA 2，满足热稳定性要求。 所以选变比为100/5A 的LQJ-10型电流互感器满足要求。

5、电所一次高压电压互感器的选择

根据变压器一次侧高压额定电压10KV ，额定电流17.32A ，查表A--8，选 JDZJ-10型电压互感器电压比为10000/3：100/3：100/3，0.5 0.5级二次绕组额定负荷为50VA 。

6、电所一次高压母线的选择

根据1113/U S I c c ==310/4.256=14.8A ，选择TML-1×40×4 校验条件： al c σσ≥ TMY 母线材料的最大允许应力al σ=140MPa

10kV 母线的短路电流(3)sh I =1.755KA ；(3)

sh i =4.475KA 三相短路时所受的最大电动力：

(3)c F ==??

-272/102

.09

.0)475.4(3A N KA 15.6N 母线的弯曲力矩： 109

.06.1510)3(?=

L c F M =1.404N 。M 母线的截面系数： 6

004

.004.0622?==h b W =61006.1-? 母线在三相短路时的计算应力：c σ=

6

10

06.1404

.1-?=W M =1.32Mpa 可得，al σ=140MPa ≥c σ=1.32Mpa ，满足动稳定性要求。 同理，低压母线选择TML-3×40×4。

7、柱绝缘子选择

绝缘子型号：ZA-10Y 抗弯强度：al F ≥3.75kN （户内支柱绝缘子）

校验条件： (3)al c F F ≥ 母线采用平放在绝缘子上的方式，则：

(3)(3)(3)27210/c l F F N A a

-==??（其中a =200mm ；l =900mm ）

。 所以：(3)c F = =??-272/102

.09

.0)475.4(3A N KA 15.6N 3.75kN ≤满足要求。

穿墙套管选择CWL-10/6000型

六、变电所二次设备的选择与校验

（一）低压断路器的选择

第一车间低压断路器的选择DW15-200

1、瞬时脱扣器额定电流选择和动作电流整定

A I I C OR N 2.52.=≥，故选取A I OR N 100.=脱扣器 pk rel op I k I ≥)0(=1.35×3×52.2=216.4A

查表A-9-5的整定倍数，选择3倍整定倍数瞬时脱扣器，则动作电流整定为3×100=300A ?216.4A 与保护线路的配合

A I A I a op 7561685.45.43001)0(=?=≤= 故满足要求。

2、长严时过电流脱扣器动作电流整定

动作电流整定：c rel op I k I ≥)1(=1.1×52.2=57.42A

查表A-9-5，选择60-100中整定电流为60A 的脱扣器，则)1(op I =60A 与保护线路的配合 A I A I a op 168601()=≤= 故满足要求。

3、断路器额定电流选择

OR N QF N I I ..≥=100A

查表A-9-4，选择200A DW15系列断路器，oc I =50KA

断流能力校验

oc I =50KA ?22.84.1--=k k sh I i =16.781KA

故满足要求。

4、灵敏度校验

3.1350

3005000m in .?===

op k s I I K 故满足要求。

所以选低压断路器为DW15-200，过电流脱扣器额定电流为100A 。

同理，第二车间低压断路器选择DW15-200，过电流脱扣器额定电流为100A 。

第三车间低压断路器选择DW15-200，过电流脱扣器额定电流为100A 。 第四车间低压断路器选择DW15-200，过电流脱扣器额定电流为100A 。 第五车间低压断路器选择DW15-200，过电流脱扣器额定电流为100A 。 生活区低压断路器选择DW15-400，过电流脱扣器额定电流为300A 。

（二）低压熔断器的选择

第一车间低压熔断器的选择：

1、选择熔体及熔断器额定电流

C FE N I I ≥.=52.2A ， PK FE N KI I ≥.=0.4×3×52.2=62.6A

根据两式计算结果查表A-10，选FE N I .=80A 。选RT0-100型熔断器，其熔体额定电流为80A ，熔断器额定电流为100A ，最大断流能力为50KA 。

2、校验熔断器能力

oc I =50KA ? 22.84.1--=k k sh I i =16.781KA 断流能力满足要求。

所以选低压熔断器为RT0-100，其熔体额定电流为80A ，熔断器额定电流为100A ，最大断流能力为50KA 。

同理，第二车间低压熔断器选择为RT0-100，其熔体额定电流为60A ，熔断器额定电流为100A ，最大断流能力为50KA 。

第三车间低压熔断器选择为RT0-100，其熔体额定电流为80A ，熔断器额定电流为100A ，最大断流能力为50KA 。

第四车间低压熔断器选择为RT0-100，其熔体额定电流为60A ，熔断器额定电流为100A ，最大断流能力为50KA 。

第五车间低压熔断器选择为RT0-100，其熔体额定电流为60A ，熔断器额定电流为100A ，最大断流能力为50KA 。

生活区低压熔断器选择为RT0-400，其熔体额定电流为300A ，熔断器额定电流为400A ，最大断流能力为50KA 。

七、变电所高、低压线路的选择

为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。

根据设计经验：一般10KV 及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。

（一）高压线路导线的选择

架空进线后接了一段交联聚乙烯绝缘电力电缆YJV-3?50做引入线（直埋），高压主接线如附图三所示。

高压侧计算电流1113/U S I c c ==310/4.256=14.8A 所选电缆的允许载流量：

1188C al I A I ?==14.8A ，满足发热条件。

（二）低压线路导线的选择

由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S 系统；