某柴油机厂全厂总配变电所及配电系统设计.doc

燕山大学课程设计说明书

燕山大学
课 程 设 计 说 明 书

题目： 某柴油机厂全厂总配变电所及配电系统设计

学院（系）： 电气工程学院
年级专业： 10级电力系统及其自动化
学 号： 100103030157
学生姓名：
指导教师： 钟嘉庆 王云静
教师职称： 副教授 讲师

电气工程学院《课程设计》任务书
课程名称： 供电系统课程设计
基层教学单位：电力工程系 指导教师：钟嘉庆、王云静
学号
100103030157
学生姓名

（专业）班级
电力系统及其自动化3班
设计题目
题目4：某柴油机厂全厂总配变电所及配电系统设计
设
计
技
术
参
数

1、 全厂生产任务及车间组成；
2、全厂各车间负荷计算表；
3、供用电协议；
4、供电系统短路技术数据。

设
计
要
求
课程设计应提交设计计算说明书一份（B5纸）。说明书应包含完整的电气接线图、计算的原始公式、详细的计算过程；计算数据汇总表；设备技术参数汇总表。
参
考
资
料

1、《电力工程电气设备手册》
2、《电力工程电气设计手册》
3、《工厂供电》（第2版），陕西工业学院 苏文成编 机械工业出版社
4、《供电技术》（第3版），西安理工大学 余建明等编 机械工业出版社
5、《工厂供电系统设计指导》，刘介才编

周次
第一周

完
成
内
容
完成设计要求

指导教
师签字

基层教学单位主任签字

说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。
2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。

23

前 言

课程设计是学习到实践的一个重要环节，是我们日后工作所必需的过程。同时这也是我们进入农电专业以来第一次全面的自主进行供电设计能力的训练。工厂供电是指工厂所需电能的供应和分配，本次课程设计的任务，主要是设计工厂内部电能供应和分配问题，帮助我们复习工厂供电系统和电气照明运行维护和简单设计计算所必需的基本理论和基本知识，为今后从事工厂供电技术工作奠定一定的基础。
在具体设计中采用需要系数法计算各车间变电所的计算负荷，总配电变电所及配电系统设计，其中包括主接线设计、短路电流计算、主要电气设备选择、主要设备继电保护设计、配电装置设计、防雷接地设计。

目 录

第一章 原始资料分析
一、某柴油机厂生产及车间组成…………………………………5
二、供用电协议……………………………………………………6
三、本厂自然条件…………………………………………………7
第二章 负荷计算和无功功率补偿
一、全厂负荷的计算………………………………………………7
二、功率因数的调节与电容器的选择……………………………9
三、各变电所变压器的选择………………………………………10
四、工厂主接线图………………………………………………11
第三章 系统短路分析及计算
一、系统等效阻抗图………………………………………………12
二、系统短路电流计算……………………………………………12
第四章 主要电气设备选择与校验
一、电缆的选择与校验……………………………………………16
二、断路器的选择与校验…………………………………………17
三、隔离开关的选择与校验………………………………………17
四、熔断器的选择与校验…………………………………………18
第五章 主要设备的继电保护
一、电流速断保护整定……………………………………………20
二、过电流保护整定………………………………………………20
三、过负荷保护整定………………………………………………21
四、电流保护的二次系统图………………………………………21
第六章 心得体会
参考文献

第一章 原始资料分析

一、某柴油机厂生产及车间组成
1、本厂生产规模和产品规格
年产4160型柴油机5000台/8500吨。
2、本厂各车间的组成及生产任务
（1）机械加工一车间
①本车间承担的主要任务有：柴油机的备件和零部件18种。
②工作制度为两班制，全年工作时数为4600小时。
③工段组成：自动线工程、气缸工程、曲轴工程、凸轮工程、连杆工程、杂件工段及辅助工段组成。
（2）机械加工二车间
①本车间承担柴油机的全部中小零件生产。
②工作制度为二班制，工作时数为4600小时。
（3）装配车间
①本车间承担年生产4160型柴油机5000台/8500吨的组装。
②工作制度为一班制，全年工作时数为2440小时。
（4）产品试验室
①本室承担产品试验工作
②工作制度为一班制，全年工作时数为2150小时。
（5）铸造车间
①本车间承担柴油机所需的铸造件
②工作制度为一班制，全年工作时数为2150小时。
（6）冲焊车间
①本车间承担4160型柴油机冲压零件的备料、焊接和涂漆工作。
②工作制度为二班制，全年工作时数为4600小时。
（7）锻工车间
①本车间承担4160型柴油机全部锻件以及全厂工具机修自用锻件的备料、锻件第一热处理。
②工作制度为一班制，全年工作时数为2150小时。
（8）热处理车间
①本车间承担4160型柴油机零件的第二热处理和零件表面的法兰处理，全厂工具模具及机修件的处理。
②工作制度为二班制，全年工作时数为4600小时。
（9）工具车间
①本车间承担本厂所有产品正常生产及产品技术改造所需的专用工具夹量具、部分标准工具的制造。
②工作制度为二班制，全年工作时数为4600小时。
（10）机修车间
本车间承担全厂机械动力设备的大修。
（11）木工车间
①承担铸件的制模。
②工作制度为一班制，全年工作时数为2440小时。
（12）备料车间
①本车间属于金属材料库。
②工作制度为二班制，全年工作时数为4600小时。
（13）理化实验室
①承担产品理化试验
②工作制度为一班制，全年工作时数为2440小时。
（14）中央计量室
①承担全厂标准量块的保管和定期巡检、检定，保证全厂量度的统一。
②工作制度为一班制，全年工作时数为2400小时。

二、供用电协议
工厂与电业部门所签订的供电协议主要内容如下：
（1）从电业部门某110/10kV变电所，用10kV电缆线路向本厂供电，因供电可靠性要求，采用双回路供电，变电所距离厂东北角1.5公里；
（2）供电部门提出的技术要求：
① 变电所10kV配出线路过电流保护装置的整定时间为1.5秒，工厂配电所应不大于0.8秒；
② 在总配电所10kV侧计量；
③ 本厂的功率因数值应在0.9以上。
（3） 系统短路数据：供电部门变电所10kV侧短路容量为：
系统最大运行方式时、200MVA 、系统为无限大容量
系统最小运行方式时、100MVA 、系统为无限小容量

三、 自然条件

本厂为两班制，年最大负荷利用时数为4600小时，为二级负荷。
设土壤中0.7~1米深处一年中最热月平均温度为

第一章 负荷计算和无功功率补偿

一、全厂负荷的计算
1.负荷计算：
利用需要系数法计算负荷：
以车间1为例：
有功功率：==0.6=444.54kW；
无功功率：=444.541.02=453.43kWAR；
视在功率：；
其余各车间功率如下表：
表1 全厂各车间变电所负荷计算如下表：
序号
车间或用电
单位名称
设备容量(kW)

计算负荷
P30
(kW)
Q30
(kvar)
S30
(kVA)
（1）No.1 变电所
1
热处理车间
740.9
0.6
0.7
1.02
444.5400
453.4308
635.0571
2
工具车间
47
0.3
0.65
1.17
14.1000
16.4970
21.6923
3
机修车间
252
0.25
0.65
1.17
63.0000
73.7100
96.9231
4
冲焊车间
233
0.3
0.6
1.33
69.9000
92.9670
116.5000
5
小计

532.3860
604.7746
805.7215
（2）No.2 变电所
1
机加一车间
1550
0.3
0.65
1.17
465.0000
544.0500
715.3846
2
机动二车间
1220
0.3
0.65
1.17
366.0000
428.2200
563.0769
3
装配车间
291
0.3
0.65
1.17
87.3000
102.1410
134.3077
4
小计

826.4700
1020.6905
1309.5273
（3）No.3 变电所
1
铸造车间
1612
0.4
0.7
1.02
644.8000
657.6960
921.1429
2
小计

580.3200
624.8112
852.7370
（4）No.4 变电所
1
熔化车间
1281
0.6
0.7
1.02
580.3200
624.8112
852.7370
3
小计

691.7400
744l.7734
1016.4604
（5）No.5 变电所
1
锅炉房
70
0.75
0.8
0.75
52.5000
39.3750
65.6250
2
空压站
20
0.85
0.8
0.75
17.0000
12.7500
21.2500
3
锻工车间
352.7
0.3
0.65
1.17
105.8100
123.7977
162.7846
4
产品实验室
150
0.6
0.8
0.75
90.0000
67.5000
112.5000
5
理化实验室
56.87
0.6
0.8
0.75
34.1220
25.5915
42.6525
6
厂区照明
20
1

20.0000
0.0000
0.0000
7
木工车间
53.1
0.35
0.6
1.33
18.5850
24.7181
30.9750
8
备料库
50.12
0.3
0.65
1.17
15.0360
17.5921
23.1323
9
中央计量室
10
0.6
0.8
0.75
6.0000
4.5000
7.5000
10
小计

323.1477
300.0332
440.9584
（6）No.6变电所
1
空压站（6 kV）
260
0.85
0.75
0.88
221.0000
194.4800
294.6667
全厂合计
1
全厂合计
P30
(kW)
Q30
(kvar)
S30
(kVA)
2
乘以同期系数 (0.9、0.95)
2857.5573
3315.0847
4376.6906

二、功率因数的调节与电容器的选择
NO.1变电所：
总有功功率 ∑P = 532.39kw
总无功功率 ∑Q = 604.77kvar
总视在功率 ∑S = 805.72 KV·A
全厂功率因数 =0.66<0.9
所以要进行无功补偿
kvar
取400kvar
低压侧补偿后的视在功率：
根据补偿后的视在功率选择变压器容量：SN=2*500KVA
变压器损耗：

kvar
高压侧有功功率：
kw
高压侧无功功率：
kvar
补偿后的功率因数： > 0.9
同理可得其他变电所参数。
变电所
序号

低压侧(kW)

低压侧补偿前（kvar）

低压侧补偿前（kVA）

补偿量（kvar）
实际补偿量（kvar）
电容器型号
补偿后低压侧视在功率（kVA）
NO.1
532.39
604.77
805.72
394.38
25-16
BWF0.4-25-3
570.41
NO.2
826.47
1020.69
1309.53
694.07
25-28
BWF0.4-25-3
886.51
NO.3
580.32
624.81
852.74
395.47
25-16
BWF0.4-25-3
622.34
NO.4
691.74
744.77
1016.46
471.40
25-19
BWF0.4-25-3
742.48
NO.5
321.15
300.03
440.96
172.33
20-9
BW0.4-20-3
342.85
NO.6
221.00
194.48
294.67
107.14
20-6
BW0.4-20-3
233.22
表2 各变电所无功补偿的计算结果及无功补偿装置选择

三、 各变电所变压器的选择

表3 各变电所的变压器型号及有功和无功损耗
变电所
变压器型号
变压器容量（kVA）
△P变压器有功损耗
（kW）
△Q变压器无功损耗
（kVAR）
NO.1
-MR-500
2*500
5
25
NO.2
-MR-630
2*630
6.3
31.5
NO.3
-MR-630
630
6.3
31.5
NO.4
-800／10
800
8
40
NO.5
-MR-400
400
4
20
NO.6
-MR-250
250
2.5
12.5

表4 补偿后最终各变电所高压侧计算结果
变电所
有功功率
无功功率
视在功率
功率因数
NO.1
547.39
229.77
593.66
0.922
NO.2
832.77
352.19
904.18
0.921
NO.3
586.62
256.31
640.17
0.916
NO.4
699.74
309.77
765.24
0.914
NO.5
325.15
140.03
354.02
0.918
NO.6
223.5
86.98
239.83
0.932
`

四、工厂主接线图

第三章 系统短路分析及计算

一、系统等效阻抗图

二、系统短路电流计算
取

1. 当系统处于最大运行方式时：
无穷大系统电源电压保持不变，电源相电压标幺值为1.0
(1)当K1点发生短路

所以

(2)当K2点发生短路

所以

(3)当K3点发生短路

所以

(4)当K4点发生短路

所以

(5)当K5点发生短路

所以

(6)当K6点发生短路

所以

2. 当系统处于最小运行方式时：
无穷大系统电源电压保持不变，电源相电压标幺值为1.0
(1)当K1点发生短路

所以

(2)当K2点发生短路

所以

(3)当K3点发生短路

所以

(4)当K4点发生短路

所以

(5)当K5点发生短路

所以

(6)当K6点发生短路

所以

表5 系统在最大最小运行方式下的短路电流和冲击电流

最大运行方式
最小运行方式
短路点
I''（KA）
ish（KA）
I''（KA）
ish（KA）
K1
11.55
29.40
8.61
21.92
K2
19.88
50.61
19.45
49.51
K3
24.78
63.08
24.78
63.08
K4
30.75
78.28
29.73
75.68
K5
19.88
50.61
19.45
49.51
K6
9.11
23.19
9.11
23.19

第四章 主要电气设备选择与校验

一、电缆的选择和校验
1.电缆的选择：
在厂内所有电缆中，最大工作电流为：
故取所选电缆的长期允许工作电流，最高允许温度为900C （其中）
2. 电缆的校验：
长时允许电流：
线路承受的最大负荷电流就为符合要求。

二、断路器的选择和校验
1.断路器的选择：

选取断路器型号为ZN-10/1600-31.5
断路器参数如下：
额定电压：10KV
额定电流：1600A
额定开断电流：31.5KA
动稳定电流：80KA
热稳定电流：31.5KA(2S)
固有分闸时间：0.06S
燃弧时间：0.3S
2. 断路器的校验：
冲击电流
短路电流热效应
断路器校验：
动稳定校验：
热稳定校验：

三、 隔离开关的选择和校验
1.隔离开关的选择：

选取隔离开关型号：GN1-10/400
隔离开关参数如下：
额定电压：10KV
额定电流：400A
动稳定电流：50KA
热稳定电流：14KA(5S)
2.隔离开关的校验：
冲击电流
短路电流热效应
动稳定校验：
热稳定校验：

四、 熔断器的选择和校验
1.熔断器的选择
一般的高压熔断器，其额定电压UN必须大于或者等于电网的额定电压USN.熔断器的额定电流要大于回路中的最大负荷电流。
各变电所高压侧最大负荷电流如下：
NO.1变电所：
NO.2变电所：
NO.3变电所：
NO.4变电所：
NO.5变电所：
NO.6变电所：

根据最大负荷电流可选择熔断器型号如下：

表6 变压器高压侧熔断器型号选择
变电所
型号
额定电压(KV)
额定电流(A)
最大开断电流(KA)
NO.1
RN2-10/75
10
75
50
NO.2
RN2-10/75
10
75
50
NO.3
RN1-10/40
10
40
50
NO.4
RN1-10/50
10
50
50
NO.5
RN1-10/30
10
30
50
NO.6
RN1-10/20
10
20
12

2.熔断器的校验：
例：使用开断电流进行校验：
NO.1变电所：INbr=50KA > Ish=30.75KA ； 校验合格

第五章 主要设备的继电保护

选取一条线路NO.3变电所做继电保护整定：
变压器参数：SN=630KVA
变压器额定电流:
电流互感器的接线方式: Y
电流互感器一次电流:
电流互感器型号:LA-10,200/5
电流互感器变比:200/5=40
二次回路额定电流:62.99/40=1.57A
一、电流速断保护的动作电流整定

其中为可靠系数：取=1.3；
为接线系数z=1
为变压器低压侧母线三相短路时最大短路电流;
为电流互感器变比。
取，
I段灵敏度校验：
原则：按保护安装处的最小运行下两相短路电流校验；

符合要求。
二、过电流保护的动作电流整定
按照躲过最大负荷电流整定计算来得到电流继电器的整定值

其中： 为电机的自动启动系数。
整定值为2.5A，动作时限t=2.0S
根据小运行方式下，被保护线路末端发生短路的情况进行校验
Ⅱ段灵敏度校验：

其中：为折算到高压侧的低压侧两相短路电流最小短路电流值。
故符合要求。
三、过负荷保护
动作于发出信号，时限一般取4~15s。动作电流按下式整定：

式中——可靠系数，视变压器过负荷能力而定，可取1.05~1.15；
——继电器返回系数，取0.8~0.85；
——变压器额定电流。

四、 电流保护的二次系统图

图3-10 变电所进线侧线路定时限过电流保护的原理电路图

第六章 心得体会

这次课程设计历一个星期左右，通过这一个星期的学习，我收获很大。
通过这次课程设计，我加深了对工厂供电相关知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所需的步骤，如总降压变电所的设计，我由课题分析、查资料着手，然后进行设计、整理说明书直至最后完成整个设计。作为大学阶段一次重要的学习经历，我受益匪浅，深深感觉到我自主学习、独立思考、分析问题解决问题的能力得到了提高。
在设计之前，我所学的知识是比较离散的，只是有些模糊的概念而已，通过这次设计，我对工厂供电系统的设计以及所涉及的相关知识有了一个较为全面和深入的理解，也加深了对电气设备选择的了解。这次设计有很多需要计算的地方，如容量、负荷的计算等，我查阅相关书籍，仔细分析，相互讨论，认真思考，最终完成了计算。
课本上学到的多是计算方法和理论知识。通过电厂的设计，使我对变电所运行的原理有了更深等次的了解，对课本中的方法也有了实践的经验，进一步验证了课本的知识。通过对设计的电厂进行短路计算和动热稳定校验，在实践认识到了作为电力工作者最需要一个严谨的态度，因此作为一个电力工作者，在今后的工作中更要十分谨慎。
最后还要谢谢指导老师的耐心教导，在原则性问题上面他们很严格，对每个人都很公平，当我遇到困难的时候他们很耐心的帮助我解决，给我们营造了一个良好的学习环境。

参考文献

1、《电力工程电气设备手册》

2、《电力工程电气设计手册》

3、《工厂供电》（第5版），刘介才主编 机械工业出版社

4、《工厂供电》（第2版），苏文成主编 机械工业出版社

5、《供电技术》（第4版），余建明、苏文成主编 机械工业出版社

6、《工厂供电设计指导》，刘学军等主编，中国电力出版社

7、《工厂供电系统设计指导》，刘介才编