常州大学工厂供电专业课程设计.doc

工厂供配电
课 程 设 计

专 业 ： 电气工程及其自动化
年 级 ： 电气102
学生姓名 ： 郭凯
学 号 ： 10463212
导师及职称： 史兵 讲师

前言 3
设计任务 4
第一章 负荷计算及功率补偿 5
1、负荷计算办法 5
2、各用电车间负荷计算成果如下表： 15
3、全厂负荷计算 15
4、功率补偿 15
第二章 变电所主变压器 16
1、主变压器台数选取 16
2、变电所主变压器容量选取 16
第三章 主结线方案选取 17
1、方案选取 18
2、方案拟定 22
第四章 短路计算 22
1、拟定基准值 22
2、计算短路电路中各重要元件电抗标幺值 23
3、求k-1点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 23
4、求k-2点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 24
第五章 导线型号及截面选取 25
1、导体材料选取 25
2、导线绝缘选取 25
3、导线截面选取 25
第六章 高、低压设备选取 26
1、工厂变电所高压开关柜母线选取 26
2、配电所高压开关柜选取 26
第七章 变压器继电保护 26
1、过电流保护 27
3、变压器过电流保护 27

参照文献： 29

前言
供配电技术，就是研究电力供应及分派问题。电力，是当代工业生产、民用住宅、及企事业单位重要能源和动力，是当代文明物质技术基本。没有电力，就没有国民经济当代化。当代社会信息化和网络化，都是建立在电气化基本之上。因而，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门导致严重和深远影响。故，作好供配电工作，对于保证正常工作、学习、生活将有十分重要意义。
供配电工作要较好为用电部门及整个国民经济服务，必要达到如下基本规定：
（1） 安全——在电力供应、分派及使用中，不发生人身事故和设备事故。
（2） 可靠——应满足电力顾客对供电可靠性和持续性规定。
（3） 优质——应满足电力顾客对电压质量和频率质量规定。
（4） 经济——应使供配电系统投资少，运营费用低，并尽量节约电能和减少有色金属消耗量。
。
核心词：工厂供电 负荷计算 变压器

设计任务

1、工厂负荷计算及功率补偿，列出负荷计算表、表达计算成果。

2、工厂总降压变电所位置和主变压器台数及容量选取

3、工厂总降压变电所主结线设计

4、工厂供、配电系统短路电流计算

5、导线型号及截面选取

6、变电所高、低压侧设备选取

7、继电保护及二次结线设计
序号
车间名称
金属切削机床
（三相）
通风机
（三相）
电阻炉
（三相）
电热干燥箱
（220V单相）
对焊机
（380V单项）

1
原料车间

6KW*3
4KW*3
10KW*4

2
电加工车间
15KW*5
5KW*2
4KW*2
20KW*2
15KW*4
3
锻造车间
55KW*5
6KW*2
4KW*5
20KW*4

4
锅炉车间

10KW*2
4KW*5

10KW*4

第一章 负荷计算及功率补偿
1、负荷计算办法
负荷计算办法有需要系数法、运用系数法及二项式等几种。
本设计采用需要系数法拟定。
重要计算公式有： 有功功率： = ·
无功功率： = ·tg
视在功率： = /Cosφ
计算电流： = /
2、 计算过程
<1>原料车间计算负荷：
（1） 通风机（三相） 查附录表1，取=0.8，Cosφ=0.8，tg=0.75 故 =6KW*3*0.8=14.4 KW =14.4*0.75=10.8 Kvar
（2） 电阻炉（三相） 查附录表1，取=0.7，Cosφ=1，tg=0 故 =4KW*3*0.7=8.4 KW =0
（3） 电热干燥箱（220V 单相）
其中2台接与A相，1台接与B相，1台接与C相 查附录表1得=0.7，Cosφ=1，tg=0 A相： =10KW*2*0.7=14 KW B相： =10KW*0.7=7 KW C相： =10KW*0.7=7 KW 总等效三相负荷： =3*14KW=42KW =0 总计算负荷：
取 = 0.95； = 0.97
=（14.4KW+8.4+42KW）*0.95=61.65 KW
=(10.8 Kvar +0+0)*0.97=10.48 Kvar
= =62.53 KV·A
=/=95.00 A
<2>电加工车间计算负荷：
（1）金属切削机床（三相）
查附录表1，取=0.2，Cosφ=0.5，tg=1.73
故 =15KW*5*0.2=15 KW =15*1.73=25.95 Kvar

（2）通风机（三相）
查附录表1，取=0.8，Cosφ=0.8，tg=0.75
故 =5KW*2*0.8=8 KW =8*0.75=6 Kvar
（3）电阻炉（三相） 查附录表1，取=0.7，Cosφ=1，tg=0 故 =4KW*2*0.7=5.6 KW =0
（4）电热干燥箱（220V 单相）
1台接与A相，1台接与B相 查附录表1得=0.7，Cosφ=1，tg=0 A相： =20KW*0.7=14 KW B相： =20KW*0.7=14 KW
（5）对焊机(380V 单相)
其中2台接与AB相间，1台接与BC相间，1台接与CA相间
查附录表1得=0.35，Cosφ=0.7，tg=1.0 2；再由P40表2-3查得Cosφ=0.7时功率换算系数===0.8，===0.2，===0.22，===0.8。因而对焊机换算到各组有功和无功设备容量为：
A相
=0.8*2*15+0.2*15=27 KW
=0.22*2*15+0.8*15=18.6 Kvar
B相
=0.8*15+0.2*2*15=18 KW
=0.22*15+0.8*2*15=27.3 Kvar
C相
=0.8*15+0.2*15=15 KW
=0.22*15+0.8*15=15.3 Kvar
各相有功和无功计算负荷为：
A相
=0.35*27KW=9.45 KW
=0.35*18.6Kvar=6.51 Kvar
B相
=0.35*18KW=6.3 KW
=0.35*27.3Kvar=9.56 Kvar
C相
=0.35*15KW=5.25 KW
=0.35*15.3Kvar=5.36 Kvar
各相总有功和无功计算负荷为：
A相
=+=14KW+9.45KW=23.5 KW
==6.51 Kvar
B相
=+=7KW+6.3KW=13.3 KW
==9.56 Kvar
C相
==5.25 KW
==5.36 Kvar
总等效三相计算负荷：
=3=3*23.5KW=70.5 KW
=3=3*9.56Kvar=28.68 Kvar
总计算负荷：
取 = 0.95； = 0.97
=（15KW+8KW+5.6+70.5KW）*0.95=94.15 KW
=(25.95 Kvar +6 Kvar +0+28.68)*0.97=58.81 Kvar
= =111.02 KV·A
=/=168.68 A

<3>锻造车间计算负荷：
（1）金属切削机床（三相）
查附录表1，取=0.2，Cosφ=0.5，tg=1.73
故 =55KW*5*0.2=55 KW =55*1.73=95.15 Kvar

（2）通风机（三相） 查附录表1，取=0.8，Cosφ=0.8，tg=0.75 故 =6KW*2*0.8=9.6 KW =9.6*0.75=7.2 Kvar
（3）电阻炉（三相） 查附录表1，取=0.7，Cosφ=1，tg=0 故 =4KW*5*0.7=14 KW =0
（4）电热干燥箱（220V 单相）
其中2台接与A相，1台接与B相，1台接与C相 查附录表1得=0.7，Cosφ=1，tg=0 A相： =20KW*2*0.7=28 KW B相： =20KW*0.7=14 KW C相： =20KW*0.7=14 KW 总等效三相负荷： =3*28KW=84 KW =0
总计算负荷：
取 = 0.95； = 0.97
=（55KW+9.6KW+14KW+84KW）*0.95=154.47 KW
=(95.15Kvar+7.2Kvar+0+0)*0.97=99.28 Kvar
= =183.62 KV·A
=/=278.98 A

<4>锅炉车间负荷计算：
（1）通风机（三相） 查附录表1，取=0.8，Cosφ=0.8，tg=0.75 故 =10KW*2*0.8=16 KW =16*0.75=12 Kvar
（2）电阻炉（三相） 查附录表1，取=0.7，Cosφ=1，tg=0 故 =4KW*5*0.7=14 KW =0
（3）对焊机(380V 单相)

其中2台接与AB相间，1台接与BC相间，1台接与CA相间
查附录表1得=0.35，Cosφ=0.7，tg=1.0 2；再由P40表2-3查得Cosφ=0.7时功率换算系数===0.8，===0.2，===0.22，===0.8。因而对焊机换算到各组有功和无功设备容量为：
A相
=0.8*2*10+0.2*10=18 KW
=0.22*2*10+0.8*10=12.4 Kvar
B相
=0.8*10+0.2*2*10=12 KW
=0.22*10+0.8*2*10=18.6 Kvar
C相
=0.8*10+0.2*10=10 KW
=0.22*10+0.8*10=10.2 Kvar
各相有功和无功计算负荷为：
A相
=0.35*18KW=6.3 KW
=0.35*12.4Kvar=4.34 Kvar
B相
=0.35*12KW=4.2 KW
=0.35*18.6Kvar=6.51 Kvar
C相
=0.35*10KW=3.5 KW
=0.35*10.2Kvar=3.57 Kvar
总等效三相负荷：
=3*6.3KW=18.9 KW =3*6.51Kvar=19.53 Kvar
锅炉车间总计算负荷：
取 = 0.95； = 0.97
=（16KW+14KW+18.9KW）*0.95=47.43 KW
=(7.2Kvar+12Kvar+19.53Kvar)*0.97=37.57 Kvar
= =60.51 KV·A
=/=91.94 A

序号
车间名称
设备容量
计算负荷
(安)
(千瓦)
(千乏)
(千伏安)
1
原料车间
70
95.00
61.65
10.48
62.53
2
电加工车间
173
168.68
94.15
58.81
111.02
3
锻造车间
387
278.98
154.47
99.28
183.62
4
锅炉车间
80
91.94
47.43
37.57
60.51
3、全厂负荷计算
取 = 0.9； = 0.95
依照上表可算出：∑ =357.7 kW； = 206.14 kvar
则 = = 0.9×357.7 kW =321.93 kW
= = 0.95×206.14kvar =195.83 kvar
= ≈376.81 KV·A
= / ≈ 572.51 A
COSф = / = 321.93/376.81≈ 0.85
4、功率补偿

设计中规定COSφ≥0.9,而由上面计算可知COSф=0.85<0.9，
因而需要进行无功补偿。
综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿。
可选用BCMJ0.4-8-3型电容器，其额定电容为200μF
= 321.93×（tanarc cos0.85－tanarc cos0.92）Kvar
=62.37Kvar 取Qc=63 Kvar
因而，其电容器个数为： n = / = 63/8 =7.88
而由于电容器是单相，因此应为3倍数，取9个正好
无功补偿后，变电所低压侧计算负荷为：
′= =376.81KV·A
变压器功率损耗为：
△QT = 0.06′= 0.06 * 376.81 = 22.61 Kvar
△PT = 0.015 ′= 0.015 * 376.81= 5.65 Kw
变电所高压侧计算负荷为：
′= 321.93+5.65 = 327.58 Kw
′= (195.83-63 )+22.61= 155.44 Kvar
′ = = 362.59 KV .A
无功率补偿后，工厂功率因数为：
cosφ′= ′/ ′= 327.58 / 362.59= 0.9
则工厂功率因数为：
cosφ′= ′/′= 0.9≥0.9
因而，符合设计规定
第二章 变电所主变压器
1、主变压器台数选取
由于该厂负荷属于二级负荷，对电源供电可靠性规定较高，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选取
装设两台主变压器变电所，每台变压器容量ST应同步满足如下两个条件：
① 任一台单独运营时，ST≥（0.6-0.7） S′30（1）
② 任一台单独运营时，ST≥ S′30（Ⅱ）
由于S′30（1）= 376.81 KV·A，由于该厂都是上二级负荷因此按条件2 选变压器。
③ ST≥（0.6-0.7）× 376.81=（226.08～263.77）KV·A≥ST≥S′30（Ⅱ）
因而选S9-315/10(6)型号变压器二台，额定容量为315 KV·A

第三章 主结线方案选取

对于电源进线电压为35KV及以上大中型工厂，普通是先经工厂总降压变电所降为6—10KV高压配电电压，然后经车间变电所，降为普通低压设备所需电压。
1、方案选取
1、一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段总降压变电所主电路图如下这种主结线，其一次侧QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF11和QF12内侧，接近变压器，因而称为内桥式结线。这种主结线运营灵活性较好，供电可靠性较高，合用于一、二级负荷工厂。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11 ，投入QF10 （其两侧QS先合），即可由WL2恢复对变压器T1供电，这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修机会较多、并且变电所变压器不需要经常切换总降压变电所。

2、一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段总降压变电所主电路图(下图)，这种主结线，其一次侧高压断路器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF11 和QF12外侧，接近电源方向，因而称为外桥式结线。这种主结线运营灵活性也较好，供电可靠性同样较高，合用于一、二级负荷工厂。但与内桥式结线合用场合有所不同。如果某台变压器例如T1停电检修或发生故障时，则断开QF11 ，投入QF10 （其两侧QS先合），使两路电源进线又恢复并列运营。这种外桥式合用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、合用经济运营需经常切换总降压变电所。当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网穿越功率不通过进线断路器QF11 、QF12 ，这对改进线路断路器工作及其继电保护整定都极为有利。

3、一、二次侧均采用单母线分段总降压变电所主电路图
这种主结线图兼有上述两种桥式结线运营灵活性长处，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，合用于一、二次侧进出线较多总降压变电所

4、一、二次侧均采用双母线总降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母线结线，供电可靠性和运营灵活性大大提高，但开关设备也大大增长，从而大大增长了初投资，因此双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用重要用与电力系统枢纽变电所。
2、方案拟定
由上面4种分析懂得：电机修造厂是持续运营，负荷变动较小，电源进线较短（2.5km）,主变压器不需要经常切换，此外再考虑到此后长远发展,采用一、二侧单母线分段总降压变电所主结线（即全桥式结线）。

第四章 短路计算

本设计采用标幺制法进行短路计,下图为电系统图

1、拟定基准值
取 = 100MV·A， = 10.5KV， =0.4KV
而 = / = 100MV·A/(×10.5KV) = 5.50KA
= / = 100MV·A/(×0.4KV) = 144KA
2、计算短路电路中各重要元件电抗标幺值
1）电力系统（ = 500MV·A）
= 100MV·A/500MV·A= 0.2
2）架空线路（XO = 0.35Ω/km）
= 0.35×5×100/= 1.59
3）电力变压器（ = 4）
= /100 = 4×100×/(100×315) = 12.7
等效电路图如下图，图上标出个元件电抗标幺值，并标明短路计算点

3、求k-1点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1)总电抗标幺值
= ＋= 0.2 +1.59= 1.79
2)三相短路电流周期分量有效值
= /= 5.50/1.79 =3.07KA
3)其她三相短路电流
= = = 3.07KA
= 2.55×3.07KA = 7.83KA
= 1.51×3.07 KA= 4.62KA
4)三相短路容量
= / =100MVA/1.79=55.9
4、求k-2点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1)总电抗标幺值
= ＋＋// =0.2+1.59+12.7/2=8.14
2)三相短路电流周期分量有效值
=/ = 144KA/8.14 = 17.7KA
3)其她三相短路电流
= = = 17.7KA
= 1.84×17.7KA =32.6KA
=1.09×17.7KA = 19.3KA
4)三相短路容量
= / = 100MVA/8.14 = 12.3MV·A

5、短路电流计算成果：

三相短路电流/KA
三相短路容量/MVA

K-1点
3.07
3.07
3.07
7.83
4.62
55.9
K-2点
17.7
17.7
17.7
32.6
19.3
12.3

第五章 导线型号及截面选取
1、导体材料选取
从节能角度，为了减少电能传播时引起线路上电能损耗，规定减少导体电流阻抗则使用铜比铝好。故，本设计中所有导线电缆所有选用铝绞线。
2、导线绝缘选取
交联聚乙烯、绝缘聚氯乙烯护套电力电缆：其制造工艺简朴，没有敷设高差限制。重量较轻，弯曲性能好，具备内铠装构造，使铠装不易腐蚀。能耐油和酸碱性腐蚀，并且还具备不延燃特性，可合用于有火灾发生环境。同步，该电缆还具备不吸水特性，合用用于潮湿、积水或水中敷设。
3、导线截面选取
电流通过导线时，要产生电能损耗，使导线发热，若绝缘导线和电缆温度过高时，可使绝缘损坏，甚至引起火灾。当裸导线温度过高时，会使其接头处氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化，如此恶性循环，甚至可发展到断线。因而规定了不同材料和绝缘导线容许载流量。在这个容许载流量范畴内运营，导线升温不会超过容许值。选取导线截面使通过相线电流Ic应不超过导线正常运营时容许载流量Ial。
对长距离大电流及35KV以上高压线路，则可先按经济电流密度拟定经济截面，再校验其他条件。架空进线选取按发热条件选取导线截面
已知 =572.51A
由课本表 5-3 查得jec=1.65，因而
Aec=572.51/1.65=346.97
选取准截面40×10铝绞线
校验发热条件和机械强度都合格
第六章 高、低压设备选取
1、工厂变电所高压开关柜母线选取
工厂变电所高压开关柜母线宜采用LMY型硬母线
2、配电所高压开关柜选取
高压开关柜有固定式和手车式（移可式）两大类型。
10KV电源进线，则可选用较为经济固定式高压开关柜，这里选取GG1A-10Q（F）型。
第七章 变压器继电保护
在本设计中，依照规定需装设过电流保护、电流速断保护、过负荷保护和瓦斯保护。
1、过电流保护
对于由外部相间短路引起过电流，保护应装于下列各侧：
1）、对于双线圈变压器，装于主电源侧
2）、对三线圈变压器，普通装于主电源保护应带两段时限，以较小时限断开未装保护断路器。当以上方式满足敏捷性规定期，则容许在各侧装设保护。
各侧保护应依照选取性规定装设方向元件。
3）、对于供电给分开运营母线段降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个供电支路上装设保护。
4）、除主电源侧外，其她各侧保护只规定作为相邻元件后备保护，而不规定作为变压器内部故障后备保护。
5）、保护装置对各侧母线各类短路应具备足够敏捷性。相邻线路由变压器作远后备时，普通规定对线路不对称短路具备足够敏捷性。相邻线路大量瓦斯时，普通动作于断开各侧断路器。如变压器高采用远后备时，不作详细规定。
6）、对某些稀有故障类型（例如110KV及其以上电力网三相短路）容许保护装置无选取性动作。
2、差动保护
变压器差动保护动作电流应满足如下三个条件
应躲过变压器差动保护区外浮现最大短路不平衡电流
应躲过变压器励磁涌流
在电流互感器二次回路端线且变压器处在最大符合时，差动保护不应动作
3、变压器过电流保护
1.过电流保护动作电流整定
IL.max =2×315/(×10.5)A = 34.64A
取Krel = 1.3 ， Ki = 150/5 = 30 ，KW = 1 ，Kre = 0.8
因而Iop = Krel×KW×IL.max/(Kr×eKi) = 1.3×1×34.64A/(0.8×30) =1.88A
故动作电流整定为1.88A。
2．保护动作时间
tt1-△t=2-0.5=1.5S
3.变压器过电流保护敏捷度
Ik.max = 17.7×10/0.4= 442.5A
则：Sp = KW×Ik.min/(Ki×Iop) = 1×442.5/(1.88×30) = 7.85>1.5
满足保护敏捷度规定
4、变压器过负荷保护
过负荷保护动作电流整定
= 1.3/ = 1.3×315/30A = 13.65A
动作时间取10～15s

总结
在工厂供电课程结束时候，本学期课程设计也开始了，作为一名电气专业学生，仅仅会做题目是不行，因而我就得，这个课程设计很故意义，它把工厂供电整本书所学知识进行了一次大综合，在短短两周课程设计里，遇到过难题，困难，CAD画图更是要从头学起，遇到问题和同窗一起讨论解决，感觉自己就是一种工程师，当课程设计结束那一刻，心里布满了自豪感，在本次设计中，我综合运用所学知识，认真执行有关规范，理论联系，培养锻炼了独立分析和解决工厂供电方面问题能力，为将来工作奠定了基本。

参照文献
《工厂供电》刘介才 主编 北京 机械工业出版社
《工厂供电设计指引》　主编　刘介才　　机械工业出版社