工厂供电优秀课程设计项目新版说明书.doc

设 计 说 明 书

《工厂供电》课程设计

学 院： 机电工程学院
学 号：
专业（方向）年级： 电气工程及其自动化
学 生 姓 名：

福建农林大学机电工程学院电气工程系
1月 7日

序言
课程设计是教学过程中一个关键步骤，经过课程设计能够巩固本课程理论知识，掌握供配电设计基础方法，经过处理多种实际问题，培养独立分析和处理实际工程技术问题能力，同时对电力工业相关政策、方针、技术规程有一定了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为以后工作奠定基础。
此次课程设计是某机械厂降压变电所电气设计，是一个实际设计课题，能愈加好让我们体会到实际供配电系统是怎么回事。它涵盖了本书几乎全部内容，包含全厂负荷统计，变压器选择，短路电流计算，供电线路选择，供电设备选择，无功赔偿等等，并要求画变电所主接线图。同时课程设计也是教学过程中一个关键步骤，经过设计能够巩固各课程理论知识，了解工厂供电设计基础方法，了解工厂供电电能分配等多种实际问题，培养独立分析和处理实际工程技术问题能力，同时对电力工业相关政策、方针、技术规程有一定了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为以后工作奠定基础。
本设计可分为八部分：负荷计算和无功功率计算及赔偿；变电所位置和形式选择；变电所主变压器台数和容量及主接线方案选择；短路电流计算；变电所一次设备选择和校验；变电所高、低压线路选择；防雷和接地装置确实定；附参考文件。
　　因为设计者知识掌握深度和广度有限，本设计还有不完善地方，敬请老师、同学批评指正！

目录
1负荷计算和无功功率赔偿…………………………………1
2变电所位置和型式选择…………………………………2
3变电所主变压器及主接线方案选择……………………3
4短路电流计算……………………………………………6
5变电所一次设备选择校验………………………………8
6变电所进出线及和邻近单位联络线选择………………9
7变电所防雷保护和接地装置设计……………………13
8变电所主接线电路图…………………………………………14
9参考文件……………………………………………………16

XX机械厂降压变电所电气设计

（一） 负荷计算和无功功率赔偿
1、负荷计算 各厂房和生活区负荷计算如表2所表示。
表2 XX机械厂负荷计算表
编号
名称
类别
设备容量Pe/kW
需要系数 Kd
cosφ
tanφ
计算负荷
P30/KW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
1
铸造车间
动力
200
0.3
0.7
1.02
60
61.2
—
—
照明
5
0.8
1
0.00
4
0.00
—
—
小计
205
—

64
61.2
88.6
134.6
2
锻压车间
动力
300
0.3
0.6
1.33
90
119.7
—
—
照明
8
0.7
1
0.00
5.6
0.00
—
—
小计
308
—

95.6
119.7
153.2
232.8
3
金工车间
动力
400
0.2
0.6
1.33
80
106.4
—
—
照明
10
0.8
1
0.00
8
0.00
—
—
小计
410
—

88
106.4
138.1
209.8
4
工具车间
动力
350
0.3
0.6
1.33
105
139.6
—
—
照明
6
0.8
1
0.00
4.8
0.00
—
—
小计
356
—

109.8
139.6
177.6
269.8
5
电镀车间
动力
200
0.5
0.8
0.75
100
75.0
—
—
照明
10
0.8
1
0.00
8
0.00
—
—
小计
210
—

108
75.0
131.5
199.8
6
热处理车间
动力
200
0.5
0.8
0.75
100
75.0
—
—
照明
5
0.8
1
0.00
4.5
0.00
—
—
小计
205
—

104.5
75.0
128.6
194.5
7
装配车间
动力
100
0.3
0.7
1.02
30
30.6
—
—
照明
5
0.8
1
0.00
4
0.00
—
—
小计
105
—

34
30.6
45.7
69.4
8
机修车间
动力
200
0.2
0.7
1.02
40
40.8
—
—
照明
4
0.8
1
0.00
3.2
0.00
—
—
小计
204
—

43.2
40.8
59.4
90.2
9
锅炉房
动力
50
0.6
0.8
0.75
30
22.5
—
—
照明
1
0.8
1
0.00
0.8
0.00
—
—
小计
51
—

30.8
22.5
38.1
57.9
10
仓库
动力
10
0.4
0.9
0.48
4
1.92
—
—
照明
1
0.8
1
0.00
0.8
0.00
—
—
小计
11
—

4.8
1.92
5.2
7.9
11
生活区
照明
400
0.7
0.9
0.48
280
134.4
310.6
471.9
总计（380侧）
动力
.00

962.7
807.1
—
—
照明
455.00
—
—
计入=0.8, =0.85
0.75

770.2
686.1
1031.5
1567.2

2.无功功率赔偿
由表2可知，该厂380V侧最大负荷时功率原因只有0.72。而供电部门要求该厂10kv进线侧最大负荷时功率原因不应低于0.9。考虑到主变压器无功损耗远大于有功损耗，所以380V侧最大负荷时功率原因应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率赔偿容量：
QC=P30(tan1- tan2)= 770.2 [tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]kvar=370kvar
参考图1，选PGJ1型低压自动赔偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采取其方案1（主屏）1台和方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为84kvar5=420kvar。所以无功赔偿后工厂380V侧和10kV侧负荷计算如表3所表示。

图1 PGJ1型低压无功功率自动赔偿屏接线方案

表3 无功赔偿后工厂计算负荷
项目
cosφ
计算负荷
P30/KW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
380V侧赔偿前负荷
0.75
770.2
686.1
1031.5
1567.2
380V侧无功赔偿容量

-420.00

380V侧赔偿后负荷
0.945
770.2
266.1
814.9
1238.1
主变压器功率损耗

0.015=12
0.06=49

10kV侧负荷总计
0.93
782.2
315.1
843.3
48.69

（二） 变电所位置和型式选择
变电所位置应尽可能靠近工厂负荷中心，工厂负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图下边和左侧，分别作一直角坐标轴和轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点坐标位置，、、分别代表厂房1、2、3...10号功率，设定（1.8，4.1）、（2.8，2.6）、（4.2，0.8）、（3.0，5.0）、（5.0，5.0）、（5.0，3.7）、（5.0，2.5）、（6.9，5.0）、（6.9，3.7）、（6.9，2.5），并设（0.7，0.7）为生活区中心负荷，图2所表示。而工厂负荷中心假设在P(,),其中P=+++=。所以仿照《力学》中计算中心力矩方程，可得负荷中心坐标：
（1-1）
（1-2）
把各车间坐标代入（1-1）、（2-2），得到=3.2，=2.8 。由计算结果可知，工厂负荷中心在7号厂房（锻压车间）东北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在7号厂房东侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。

图2 按负荷功率矩法确定负荷中心
（三） 变电所主变压器及主接线选择
1．变电所主变压器选择
依据工厂负荷性质和电源情况，工厂变电所主变压器考虑有下列两种可供选择方案：
（1）装设一台变压器
型号为S9型，而容量依据式，为主变压器容量，为总计算负荷。选=1000 KVA>=843.3kVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需备用电源，考虑由邻近单位相联高压联络线来负担。
（2）装设两台变压器
型号亦采取S9型，而每台变压器容量依据式（1）、（2）选择，即
843.3kVA=（505.98～590.31）kVA （1）
SN·T≥S30 (Ⅱ)=(88.6+131.5+38.1)=258.2kVA (2)
所以选两台S9-400/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需备用电源，考虑由邻近单位相联高压联络线来负担。
主变压器联结组均为Yyn0 。
2．变电所主接线方案选择
按上面考虑两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：
（1）装设一台主变压器主接线方案 图3所表示
（2）装设两台主变压器主接线方案 图4所表示

3.两种主接线方案技术经济比较 如表4所表示。
表4 主接线方案技术经济比较
比较项目
装设一台主变方案
装设两台主变方案
技术指标
供电安全性
满足要求
满足要求
供电可靠性
基础满足要求
满足要求
供电质量
因为一台主变，电压损耗较大
因为两台主变并列，电压损耗略小
灵活方便性
只有一台主变，灵活性稍差
因为有两台主变，灵活性很好
扩建适应性
稍差部分
愈加好部分
经济指标
电力变压器综合投资额
查得S9-1000/10单价为15.1万元，而变压器综合投资约为其单价2倍，所以综合投资约为2×15.1=30.2万元
查得S9-630/10单价为10.5万元，所以两台变压器综合投资约为4×10.5=42万元，比一台主变方案多投资11.8万元
高压开关柜（含计量柜）综合投资额
查得JYN1-35型柜可按每台10万元计，其综合投资可按设备1.5倍计，所以高压开关柜综合投资约为10×1.5×5=75万元
本方案采取6台JYN1-35柜，其综合投资约为10×1.5×6=90万元，比一台主变方案多投资15万元
电力变压器和高压开关柜年运行费
主变折旧费=30.2万元×0.05=1.51万元；高压开关柜折旧费=75万元×0.06=4.5万元；变配电维修管理费=（30.2+75）万元×0.06=6.31万元。所以主变和高压开关柜折旧和维修管理费=（1.51+4.5+6.31）=12.32万元
主变折旧费=42万元×0.05=2.1万元；高压开关柜折旧费=90万元×0.06=5.4万元；变配电维修管理费=（42+90）万元×0.06=7.92万元。所以主变和高压开关柜折旧和维修管理费=（2.1+5.4+7.92）=15.42万元，比一台主变方案多投资3.1万元
供电贴费
主变容量每kVA为900元，供电贴费=1000kVA*0.09万元/kVA=90万元
供电贴费=2*630kVA*0.09万元=113.4万元，比一台主变多交23.4万元
从上表能够看出，按技术指标，装设两台主变主接线方案略优于装设一台主变主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变主接线方案远优于装设两台主变主接线方案，所以决定采取装设一台主变主接线方案。
（四） 短路电流计算
1.绘制计算电路 图5所表示
400MVA
K-1
K-2
LGJ-150,10km
10.5kV
S9-1000
0.4kV
(2)
(3)
(1)
～
∞系统

图5 短路计算电路
2.确定短路计算基础值
设Sd=100MVA，Ud=Uc=1.05UN，为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则

3.计算短路电路中各元件电抗标幺值
（1）电力系统
已知电力系统出口断路器断流容量=400MVA，故=100MVA/400MVA=0.25
（2）架空线路
查表得LGJ-150线路电抗，而线路长10km，故
（3）电力变压器
查表得变压器短路电压百分值=4.5，故
=4.5
式中，为变压器额定容量
所以绘制短路计算等效电路图6所表示。

k-1
k-2

图6 短路计算等效电路

4. k-1点（10.5kV侧）相关计算
(1)总电抗标幺值
=0.25+3.26=3.51
(2) 三相短路电流周期分量有效值

(3) 其它短路电流

(4) 三相短路容量

5.k-2点（0.4kV侧）相关计算
(1)总电抗标幺值
=0.25+3.26+4.5=8.01
(2)三相短路电流周期分量有效值

(3) 其它短路电流

(4)三相短路容量

以上短路计算结果综合图表5所表示。
表5短路计算结果
短路计算点
三相短路电流
三相短路容量/MVA

k-1
1.56
1.56
1.56
3.98
2.36
28.49
k-2
17.98
17.98
17.98
33.08
19.60
12.48

（五）变电所一次设备选择校验
1. 10kV侧一次设备选择校验 如表6所表示。
表6 10 kV一次侧设备选择校验
选择校验项目
电压
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
其它
装置地点条件
参数

数据
10kV
57.7A
1.56kA
3.98kA
4.38

一次设备型号规格
额定参数

真空断路器ZN10-10/630
10kV
630kA
20kA
50kA
400

高压隔离开关GN6-10/200
10kV
200A
-
25.5 kA
500

高压熔断器RN2-35
35kV
0.5A
17 kA
-
-

电压互感器JDJ-35
35/0.1kV
-
-
-
-

电压互感器JDJJ2-35

-
-
-
-

电流互感器LCZJ-10
35kV
100/5A
-
31.8 kA
81
二次负荷0.6
避雷针FZ-35
35kV
-
-
-
-

户外隔离开关GW4-12/400
12kV
400A
-
25kA
500

表6所选一次设备均满要求
2.380V侧一次设备选择校验 如表7所表示。
表7 380 kV侧一次设备选择校验
选择校验项目
电压
电流
断流
能力
动态
定度
热稳定度
其它
装置地点条件
参数

-
数据
380V
1213.38A
17.98kA
33.08kA
193.97
-
一次设备型号规格
额定参数

-
真空断路器ME2500
380V
2500A
80kA
-
-
-
真空断路器ME630
380V
630A
50KA
-
-
-
塑壳断路器DZX10-200/3
380V
200A
（大于）
40kA
-
-
-
低压刀开关HD13B-1500/30
380V
1500A

电流互感器LMZ2-0.66
660V
1600/5A
-
-
-
-
电流互感器LMZ1-0.66
660V
100/5A
200/5A
300/5A
-
-
-
-
表7所选一次设备均满足要求
3.高低压母线选择 查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（1）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。
（六）变压所进出线和邻近单位联络线选择
1．10kV高压进线和引入电缆选择
（1） 10kV高压进线选择校验 采取TJ型铜绞线架空敷设，接往10kV公用干线。
1) 按发烧条件选择
由==57.7A及室外环境温度33°C，查表得，初选TJ-16,其35°C时=120.62A>,满足发烧条件。
2) 校验机械强度
查表得，最小许可截面积=35，所以按发烧条件选择TJ-16不满足机械强度要求，故改选TJ-35。
因为此线路很短，不需要校验电压损耗。
（2）由高压配电室至主变一段引入电缆选择校验
采取YJ22-10000型交联聚乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。
1)按发烧条件选择
由==57.7A及土壤环境25°，查表得，初选缆线芯截面为25交联电缆，其=116.1A>,满足发烧条件。
2)校验热路稳定
按式计算满足短路热稳定最小截面

式中 C查表为137；按终端变电所保护动作时间0.5s；加断路器断路时间0.1s；再加0.05s计，故=0.65s。
所以YJ22-10000-325电缆满足短路热稳定条件。
2. 380V低压出线选择
（1）馈电给1号厂房（铸造车间）线路采取VV22-1000型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直接埋地敷设。
1）按发烧条件需选择
由=134.6A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选缆芯截面95，其=251.55>，满足发烧条件。
2）校验电压损耗
由图1所表示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为37m，而查表得到95铜芯电缆=0.24 （按缆芯工作温度75°计），=0.07，又1号厂房=64kW, = 61.2kvar，故线路电压损耗为
<=5%。
故满足许可电压损耗要求
3）断路热稳定度校验

不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为150电缆，即选VV22-1000-3150+195四芯聚氯乙烯绝缘铜芯电缆，中性线芯按大于相线芯二分之一选择，下同。
（2）馈电给2厂房（锻压车间）线路,因为锻压车间就在变电所旁边，而且共一建筑物，所以采取聚氯乙烯绝缘铜芯导线BV-1000型5根（包含3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。
1）按发烧条件需选择
由=232.8A及环境温度26，初选截面积120，其=240A>，满足发烧条件。
按要求,N线和PE线也选为120,和相线截面相同,即选择BV-1000-1120塑料导线5根穿内径80mm硬塑管埋地敷设。
2）校验机械强度
查表得最小许可截面积=1，所以上面所选120导线满足机械强度要求。
3) 校验电压损耗
所选穿管线,估量长20m，而查表得=0.22，=0.085，又仓库=95.6kW, =119.7kvar，所以

故满足许可电压损耗要求。
（3 ） 馈电给3号厂房（金工车间）线路，亦采取VV22-1000-3150+195四芯聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（4 ） 馈电给4号厂房（工具车间）线路，亦采取VV22-1000-3150+195四芯聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（5 ） 馈电给5号厂房（电镀车间）线路，亦采取VV22-1000-3150+195四芯聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（6 ） 馈电给6号厂房（热处理车间）线路，亦采取VV22-1000-3150+195四芯聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（7 ） 馈电给7号厂房（装配车间）线路，亦采取VV22-1000-3150+195四芯聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（8 ） 馈电给8号厂房（机修车间）线路，亦采取VV22-1000-3150+195四芯聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（9 ） 馈电给9号厂房（锅炉房）线路，亦采取VV22-1000-3150+195四芯聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（10 ） 馈电给10号厂房（仓库）线路，亦采取VV22-1000-3150+195四芯聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。
（11）馈电给生活区线路 采取BX-1000型铜芯橡皮绝缘线架空敷设。
1) 按发烧条件选择
由=471.9A及室外环境温度（年最热月平均气温）33℃，初选BX-1000-1240，其33℃时≈570A>I30,满足发烧条件。
2) 校验机械强度
查表可得，最小许可截面积=6mm2，所以BX-1000-1240满足机械强度要求。
3) 校验电压损耗
查工厂平面图可得变电所至生活区负荷中心距离64m左右，而查表得其阻抗值和BX-1000-1240近似等值TJ-240阻抗=0.09，=0.30（按线间几何均距0.8m），又生活区=280KW，=134.4kvar，所以

满足许可电压损耗要求。为确保生活用电(照明、家电)电压质量，决定采取二回BX-1000-1240三相架空线路对生活区供电。PEN线均采取BX-1000-170橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。
3. 作为备用电源高压联络线选择校验
采取YJ22—10000型交联聚氯乙烯绝缘铜芯电缆，直接埋地敖设，和相距约2km临近单位变配电所10kV母线相连。
(1)按发烧条件选择
工厂二级负荷容量共258.2kVA，，最热月土壤平均温度为25℃。初选缆心截面为25交联聚乙烯绝缘铜芯电缆，其=116.1A>满足要求。
(2) 校验电压损耗
查得缆芯为25铜（缆芯温度按80℃计），，而二级负荷,，线路长度按2km计，所以

由此可见该电缆满足许可电压损耗要求。
(3)短路热稳定校验
按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆短路热稳定校验，可知缆芯25交联电缆是满足热稳定要求。因为邻近单位10KV短路数据不详，所以该联路线短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。
综合以上所选变电所进出线和联络线导线和电缆型号规格如表8所表示。

表8 进出线和联络线导线和电缆型号规格
线 路 名 称
导线或电缆型号规格
10KV电源进线
LJ-35铝绞线（三相三线架空）
主变引入电缆
YJ22—10000—3×25交联电缆（直埋）
380V
低压
出线
至1号厂房
VV22—1000—3×150+1×95四芯塑料电缆（直埋）
至2号厂房
BV—1000—1×95铜芯线5根穿内径75mm硬塑管
至3号厂房
VV22—1000—3×150+1×95四芯塑料电缆（直埋）
至4号厂房
VV22—1000—3×150+1×95四芯塑料电缆（直埋）
至5号厂房
VV22—1000—3×150+1×95四芯塑料电缆（直埋）
至6号厂房
VV22—1000—3×150+1×95四芯塑料电缆（直埋）
至7号厂房
VV22—1000—3×150+1×95四芯塑料电缆（直埋）
至8号厂房
VV22—1000—3×150+1×95四芯塑料电缆（直埋）
至9号厂房
VV22—1000—3×150+1×95四芯塑料电缆（直埋）
至10号厂房
VV22—1000—3×150+1×95四芯塑料电缆（直埋）
至生活区
二回路，每回路3×BX-1000-1×240+1×BX-1000-1×70橡皮线（三相四线架空线）
和邻近单位10KV联络线
YJ22—10000—3×25交联电缆（直埋）
（七）降压变电所防雷和接地装置设计
1.变电所防雷保护
(1)直击防雷保护
在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线和变电所公共接装置相连。避雷针采取直径20mm镀锌圆钢，避雷带采取25mm×4mm镀锌扁钢。
(2) 雷电侵入波防护
1)在10KV电源进线终端杆上装设FZ-35型阀式避雷器。引下线采取25 mm ×4 mm镀锌扁刚，下和公共接地网焊接相连，上和避雷器接地端栓连接。
2)在10KV高压配电室内装设有JYN1-35-112型开关柜，其中配有FZ-35型避雷器，靠近主变压器。主变压器关键靠此避雷器来保护，防雷电侵入波危害。
3)在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入雷电波。
2.变电所公共接地装置设计
(1)接地电阻要求
此变电所公共接地装置接地电阻应满足以下条件：

且
其中,所以公共接地装置接地电阻 。
(2)接地装置设计
采取长2.5m、50mm钢管16根，沿变电所三面均匀部署，管距5 m，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm×4mm镀锌扁钢焊接相接。变电所变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线和室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采取25 mm ×4 mm镀锌扁刚。
接地电阻验算：

满足接地电阻要求
变电所接地装置平面部署图图7所表示。

图7 变电所接地装置平面部署图
(八)变电所主接线电路图
XX机械厂降压变电所系统主接线电路图，图8所表示。
XX机械厂降压变电所装置式主接线电路图，图9所表示。

(九) 参考文件
[1]刘介才．工厂供电设计指导［M］．第2版．机械工业出版社，．
[2]刘介才．工厂供电［M］．第2版．机械工业出版社，．