工厂供电课程设计报告

工厂供电课程设计

题目：某机修厂供配电系统设计

学院：信息科学与工程学院

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第一章绪论

一、工厂供电的意义和要求

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。

众所周知，电能是生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供；电能的输送的分配既简单，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本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投资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。

因此，做好工厂供电工作对于工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：

（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应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的要求。

（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求

（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

二、工厂供电设计的一般原则

按照国家标准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》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：

（1）遵守规程、执行政策；

必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。

（2）安全可靠、先进合理；

应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

（3）近期为主、考虑发展；

应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。

（4）全局出发、统筹兼顾。

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。

三、工厂简介及设计要求

1．工厂总平面布置图如下：

图1 工厂总平面布置图

2.工厂的生产任务、规模及产品规格：本厂承担某大型钢铁联合企业各附

属厂的电机、变压器修理和制造任务。年生产规模为修理电机7500台，总容量为45万kW；制造电机总容量为6万kW，制造单机最大容量为5000kW；修理变压器500台；生产电气备件为60万件。本厂为某大型钢铁联合企业的重要组成部分。

3.工厂各车间的负荷情况及各车间预计配置变压器台数如表1所示。

表1 工厂各车间负荷情况及各车间变电所容量

4.供电协议：

（1）当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选择：1）从某

220/35kV 区域变电站提供电源，此区域变电站距工厂南侧。2）从某35/10kV 变电所，提供10kV 备用电源，此变电所距工厂南侧约4km 。 （2）电力系统的短路数据，如表2，其供电系统图，如图2。

表2 区域变电站35kV 母线短路数据

图2 供电系统图

（3）供电部门对工厂提出的技术要求：1）区域变电站35kV 馈电线的过

电流保护整定时间s t op 8.1=，要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于。2）在工厂35kV 电源侧进行电能计量。3）工厂最大负荷

时功率因数不得低于。

（4）电费制度：每月基本电费按主变压器容量计为18元/kVA，电费为元/kW·h。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6～10kV为800元/kVA。

5.工厂负荷性质：本厂大部分车间为一班工作制，少数车间为两班或三班

工作制，工厂的年最大有功负荷利用小时数为2300h。

锅炉房供应生产用高压蒸汽，其停电将使锅炉发生危险。又由于工厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。因此锅炉房供电要求有较高的可靠性。

6.工厂自然条件：

（1）气象资料：本厂所在地区的年最高气温为38o C，年平均气温为23o C，年最低气温为－8 o C，年最热月平均最高气温为33 o C，年最热月平均气温为26o C，年最热月地下处平均温度为25o C。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。

（2）地质水文资料：本厂地区海拔60m，底层以砂粘土为主，地下水位为2m。

四．设计任务

1．高压供电系统设计

主要任务是工厂内部高压供电等级选择，需考虑供电的经济性（设备及损耗费用）和技术要求（线路电压损耗、以及供电电源变压器的断路器出线容量等）。

2．总降压变电站设计

（1）主结线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，经过概略分析比较，留下2～3个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。

（2）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。

（3）主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号等设备的选择及校验。选用设备型号、数量、汇成设备一览表。

（4）主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。

（5）配电装置设计：包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。

（6）防雷、接地设计：包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。3．车间变电所设计

根据车间负荷情况，选择车间变压器的型号。

4．厂区10KV配电系统设计

根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。

五、设计及步骤

全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。解决对各部

门的安全可靠，经济的分配电能。其基本内容有以下几方面。

1、负荷

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的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压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、工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择

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结线设计

根据变电所配电回路数，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，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。

4、厂区高压配电系统设计

根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。

5、工厂供、配电系统短路电流计算

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相短路电流。

6、改善功率因数装置设计

按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。

7、变电所高、低压侧设备选择

参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。

8、继电保护及二次结线设计

为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、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，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，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。35kv及以上系统尚需给出二次回路

的保护屏和控制屏屏面布置图。

9、变电所防雷装置设计

参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。

11、总降压变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。

第二章负荷计算及功率补偿

一、负荷计算的内容和目的

（1）计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。

（2）尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。

（3）平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平

均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量

二、负荷计算的

负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。

本设计采用需要系数法确定。

主要计算公式有：有功功率：P30 = Pe·Kd

无功功率: Q30 = P30 ·tgφ

视在功率: S3O = P30/Cosφ

计算电流: I30 = S30/√3UN

三、各用电车间负荷计算结果如下表：

四、全厂负荷计算

取K∑p = ; K∑q =

根据上表可算出：∑P30i = 6520kW; ∑Q30i = 5463kvar 则P30 = K∑P∑P30i = ×6520kW = 5999kW

Q30 = K∑q∑Q30i = ×5463kvar = 5190kvar

S30 = (P

302+Q

30

2)1/2≈7932KV·A

I30 = S

30/√3U

N

≈

COSф = P

30 /S

30

= 5999/7932≈

五、功率补偿

由于本设计中上级要求COSφ≥,而由上面计算可知COSф=<，因此需要进行无功补偿。

综合考虑在这里采用并联电容器进行低压侧集中补偿。

可选用型的电容器，其额定电容为μF

Qc = 5999×（tanarc －tanarc ）Kvar

=2724Kvar 取Qc=2700 Kvar

因此，其电容器的个数为： n = Qc/qC = 2700/100 =27而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取27个正好无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：

S30（2）′= [59992+(5463-2700) 2] 1/2=6564KV·A

变压器的功率损耗为：

△QT = S30′= * 6564 = Kvar

△PT = S30 ′= * 6564= Kw

变电所高压侧计算负荷为：

P30′= 5999+ = 6098 Kw

Q30′= (5463-2700 )+ = 3057 Kvar

S30′ = (P302 + Q302) V

= 6821 kV .A

无功率补偿后，工厂的功率因数为：

cosφ′= P30′/ S30′= 6098 / 6821=

则工厂的功率因数为：

cosφ′= P30′/S30′= ≥

因此，符合本设计的要求

第三章供电电压的方案确定

供电电压的方案论证

根据系统的电源情况，供电电压有两个方案可供选择：

方案 1：工作电源与备用电源均为 10kV，母线采用单母线分段，电源进线均采

用断路器控制。

方案 2：工作电源是 35kV，备用电源为 10kV，由架空线引入电源，场内总降

压变电所内装设有两台主变压器，变压器高压侧装设断路器，备用电源接在总降压

变电所内的 10kV 母线上。

供电电压方案的技术比较

方案 1：工作电源与备用电源均为 10kv

用 10kv 电压供电，厂内不设有主变压器，无主变压器损耗。

计算负荷

S30 = 6821 KVA

线路电流：

I30=394A

选用导线：按满足发热条件选择导线截面即I al ≥ I 30 则选择导线LGJ-185，满足

要求，并查表得每相电阻r0 = Ω / km ，每相电抗为x0 = Ω / km 。线路电压损失为：

其中 L 为线路首端到各负荷点的线路长度。可得

1

ΔU % = % 。

方案 2：

工作电源是 35kV，备用电源为 10kV。

正常运行时以 35kV 单回路供电，另设一条 10kV 线路作为备用电源，根据计

算负荷情况，厂内总降压变电所设两台台容量为 3150KVA 的变压器，型号为

S9-3150/35，技术数据如表 4-3。

表 4-3 S9-3150/35 技术数据

变压器有功功率损耗

ΔPT ≈ = 。

变压器无功功率损耗：

ΔQT ≈ S30 = 189k var 。

补偿后变压器低压侧的负荷为：

有功负荷为：

P30 = 6098kw 。

无功负荷为：

Q30 = 3057k var 。

视在功率为：

S30 = P30 2 + Q30 2 = 6821KVA 。

线路电流为：

I30=

选用导线：对于 35kv 及以上的线路按经济电流密度选择导线截面：

查表得 jec = A / mm 。则可选导线截面为，选择最近的标准截面，查表可知 LGJ-70 的允许载流量足够，满足发热条件，同 35KV 架空线路铝绞线的最小允许面积为 35。因此机械强度也是满足

的。因此导线 LGJ-70满足要求，并查表得每相电阻r0 = Ω / km ，每相电抗为

x0 = Ω / km 。

线路电压损失可利用式 4-1。则：

ΔU % = % 。

10KV 备用线路仅考虑一二级负荷之用。计算负荷为 6821KVA。

线路电流为：

I 30 =393A

按发热条件选择截面为 LJ-185，并查表

得每相电阻r0 = Ω / km ，每相电抗为x0 = Ω / km

线路电压由式 4-1 计算得出。则：

ΔU % =21%

因此，系统不能长期工作在备用电源下。

比较方案一和二，方案二电压损耗下，符合设计准则，故选择方案二。

第四章变压器的选择

1）主变压器台数的选择

由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。

（2）变电所主变压器容量的选择

装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件：

≥（）S′30（1）

① 任一台单独运行时，S

T

② 任一台单独运行时，S

≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）

T

由于S′30= 6821 KV·A，因为该厂都是二三级负荷所以按条件1选变压器。

③ ST≥（）×6821=（4092～4775）kV·A≥ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）

又此地年平均气温为23度，高于20度。且变压器为户内安装，

所以 ST=(1-(23-20)/SNT Snt>5365KVA

因此选容量为6300 KV·A的S9-6300/35的变压器二台。

(3)各车间变电所变压器选择

根据车间变电所的计算负荷可得各变电所变压器的容量，根据各变电所变压器: