昌盛冶金机修厂供配电专业系统设计.doc

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级
供电技术课程设计

昌盛冶金机修厂供配电系统设计

姓 名

学 号

院、系、部
电气工程系
班 号
方1010-1
完成时间
7月2日

目 录
第1章　设计任务 1
1.1设计要求 1
1.2 设计依据 1
1.2.1工厂负荷情况 1
1.2.2供电电源情况 1
1.2.3其它设计资料 2
第2章 负荷计算和无功功率赔偿 2
2.1 负荷计算公式 2
2.1.1每个车间计算负荷计算公式 2
2.1.2各支路计算负荷计算公式 2
2.1.3低压母线计算负荷计算公式 2
2.2 厂负荷实际计算 3
2.3 无功功率赔偿 4
第3章 变电所主变压器及主接线方案选择 5
3.1　变压器台数确实定 5
3.1.1　主变压器台数选择标准 5
3.1.2　选择一台或两台变压器优缺点 6
3.2　变压器选择 6
3.3　主接线方案 6
第4章　短路计算 8
4.1　短路计算目标 8
4.2　短路计算方法 8
4.3　求各元件电抗标幺值 8
第5章　变电所一次设备选择校验 10
5.1 35kV高压断路器选择 10
5.2　隔离开关选择 10
第6章 工厂电力线路选择和校验 11
6.1　35kV高压进线选择 11
6.2　10kV高压进线选择 12
第7章　降压变电所防雷 12
7.1　雷防护 12
7.2　变电所公共接地装置设计 13
7.3　接地装置设计 13
第8章　设计总结 13
参考文件 14
附录 15

第1章　设计任务
1.1设计要求
依据已知设计依据，合理设计昌盛冶金机修厂供配电系统，确定该厂变电所主变压器台数和容量、类型，选择变电所主接线方案、高低压设备和进出线，确定防雷接地装置，最终按要求写出设计说明书，绘制该厂主接线图，要求该厂功率因数不低于0.9。
1.2 设计依据
1.2.1工厂负荷情况
本厂属于二、三级负荷，厂内车间为三班制，最大负荷利用小时数为6000h。本厂负荷统计情况以下表所表示：
序号
车间名称
设备容量 (kW)

1
铆焊车间
700
0.30
0.55
铸铁车间
300
0.35
0.7
1号水泵房
190
0.75
0.65
2
机修车间
600
0.85
0.65
铸造车间
320
0.3
0.65
2号水泵房
460
0.25
0.60
3
制材场
60
0.75
0.7
综合楼
30
0.75
0.6
3号水泵房
300
0.65
0.65
4
铸钢车间
320
0.60
0.90
仓库
220
0.85
0.8
4号水泵房
290
0.85
0.65
表1-1 各车间负荷情况表

1.2.2供电电源情况
本厂供电电源来自本厂东南方向8KM外220/35kV地域变电站，以35kV双回路架空线引入本厂，一路为主电源，另一路为备用电源，两个电源不能并联运行。
1.2.3其它设计资料
(1)气象及地质资料
年最高平均气温为35℃；年平均温度为24℃，年最高气温为39℃，年最低气温为-5℃，年雷暴雨日数为31天，厂区土壤为砂质粘土，ρ=100Ω/，地下水位为2.8~5.3米。
(2)电力系统参数
35kV侧系统最大运行方法时，其短路容量为320MV·A；35kV侧系统最小运行方法时，其短路容量为160MV·A。
第2章 负荷计算和无功功率赔偿
2.1 负荷计算公式
2.1.1每个车间计算负荷计算公式
有功计算负荷： ，为系数
无功计算负荷：
视在计算负荷：
计算电流： ，为用电设备额定电压
2.1.2各支路计算负荷计算公式
有功计算负荷：,可取0.85～0.95。
无功计算负荷： ，可取0.9～0.97。
视在计算负荷：
计算电流：
2.1.3低压母线计算负荷计算公式
有功计算负荷：,可取0.85～0.95。
无功计算负荷：，可取0.9～0.97
视在计算负荷：
计算电流：

2.2 厂负荷实际计算
本设计共将负荷分为两条支路，其中支路一直接接六个车间，支路二又分为两条支路，一条支路接车间，另一支路经过10KV/0.4KV变压器接低压用电车间。
表2-1 支路一负荷计算表
车间
名称

设备 容量
kW

需要
系数
Kd

功率
因数

计算负荷
/kW
/kvar
/kVA
/A
铆焊车间
700
0.30
0.55
1.52
210
319.20
382.08
580.53
机修车间
600
0.85
0.65
1.17
510
596.70
784.95
1193.65
铸造车间
320
0.30
0.65
1.17
96
112.32
147.76
224.50
铸钢车间
320
0.60
0.90
0.48
192
92.16
212.97
323.59
制材场
60
0.75
0.70
1.02
45.00
45.90
64.28
97.66
表2-2 支路二负荷计算表
车间
名称
设备容量
kW
需要系数
Kd
功率因数

计算负荷
/kW
/kvar
/kVA
/A
一号水泵房
190
0.75
0.65
1.17
142.50
166.73
219.33
333.24
二号水泵房
460
0.25
0.60
1.33
115
152.95
191.36
290.75
三号水泵房
300
0．65
0.65
1.17
195.00
228.15
300.13
456.01
四号水
泵房
290
0．85
0.65
1.17
246.5
288.41
379.39
576.45
仓库
220
0.85
0.80
0.75
187
140.25
233.75
355.16
综合楼
30
0.75
0.60
1.33
22.50
29.93
37.44
56.89
铸铁车间
300
0.35
0.70
1.02
105
107.1
149.98
227.88
表2-3　各支路变压器低压母线总负荷计算表
支路
名称

计算负荷

/kW
/kvar
/kVA
/A
支路一
0.95
0.97
0.66
1.14
1000.35
1131.29
1510.24
87.19
支路二
0.95
0.97
0.62
1.27
932.47
1172.62
1498.18
86.50
低压
支路
0.95
0.97
0.64
1.20
863.08
1034.43
1347.20
1944.52
2.3 　无功功率赔偿
工厂中因为有大量异步电动机、电焊机、电弧炉等感性负荷，还有感性电力变压器，从而使功率因数降低。在充足发挥设备潜力、改善设备运行性能、提升自然功率因数情况下，尚达不到要求厂功率因数，则需要考虑增设无功功率赔偿装置。在供配电系统中普遍采取在感性负载两端并联适宜电容器，本设计即采取并联电容、就地赔偿方法来进行无功赔偿。
（1） 支路一主变压器低压侧功率因数为：
为使高压侧功率因数大于0.90，则低压侧赔偿后功率因数应取0.92，低压侧赔偿电容器赔偿容量为：
=(-)=1000.35[tan(arccos0.66)-tan(arccos0.92)]= 712.53 kvar
取=800 kvar，则赔偿后主变电所低压侧视在计算负荷为：

变压器功率损耗为：

赔偿后变电所高压侧计算负荷为：

赔偿后功率因数为0.93，所以满足要求。
（2） 支路二主变压器低压侧功率因数为：
为使高压侧功率因数大于0.90，则低压侧赔偿后功率因数应取0.92，低压侧赔偿电容器赔偿容量为：
=(-)=1000.35[tan(arccos0.62)-tan(arccos0.92)]= 783.27 kvar
取=800 kvar，则赔偿后主变电所低压侧视在计算负荷为：

变压器功率损耗为：

赔偿后变电所高压侧计算负荷为：

赔偿后功率因数为0.91，所以满足要求。
表2-4 总降压变电所赔偿前后负荷对比表
支路序号

/kW
/kvar
/kVA
/A
赔偿容量/
1
前
0.66
1000.35
1131.29
1510.24
87.19
800
后
0.93
1010.89
387.98
1082.79
62.52
2
前
0.62
932.47
1172.62
1498.18
86.50
800
后
0.91
942,51
422,83
1033.01
59.64
第3章 变电所主变压器及主接线方案选择
3.1　变压器台数确实定
3.1.1　主变压器台数选择标准
(1)应满足用电负荷对供电可靠性要求。对供有大量一、二级负荷变电所，应采取两台变压器。
(2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜采取经济运行方法变电所，也可考虑采取两台变压器。
(3)在考虑变电所变压器台数时，应考虑负荷发展，留有一定余地。
3.1.2　选择一台或两台变压器优缺点
(1)选择两台变压器变电所，当一台变压器发生故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。当负荷大时候，两台变压器又能够配合利用。不过两台变压器投资比较大，运行损耗也较大，增大了运行成本。
(2)选择一台变压器变电所，当变压器发生故障或检修时，那么将出现全场停电严重情况，假如一级负荷碰到了停电那么损失是无法估算，所以一台变压器供电可靠性比较差，不过一台变压器投资小，运行损耗小，降低了运行成本。
总而言之，选择两台变压器即使它有部分缺点，但优点远远大于它缺点。变电所通常为了生产、生活、用电等需要，全部会选择两台变压器，另外选一台车间变压器。
3.2　变压器选择
装有两台变压器变电所，任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷大约60%~70%需要。任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷需要。
由以上计算可得，本厂支路一负荷容量为1510.24，支路二负荷容量为1498.18，低压支路负荷容量为1347.20。考虑到未来负荷增加，故选择两台主变压器容量均别为型号为S92-/35，低压支路选择容量为1600型号为S9-1600/10。
3.3　主接线方案
对工厂变配电所主接线有安全、可靠、优质、经济特点。在此，主变压器采取内桥式接线，10KV侧低压母线采取单母线分段接线，其中一侧母线若出现故障时，可使用另一侧母线进行供电，确保了供电可靠性，同时表现了主接线灵活性。
联接变压器虽在低压侧接用单相不平衡负荷时，要求低压中性线电流不超出低压绕组额定电流25%，所以严重限制了其接用单相负荷容量，影响了变压器设备能力发挥。不过因为联接变压器一次绕组绝缘强度要求比联接变压器稍低，从而制造成本降低，故可采取合理分配单相用电负荷方法，使三相符合尽可能平衡，三台变压器均为方法接线。
主接线图以下所表示：

图3-1　系统主接线图
第4章　短路计算
4.1　短路计算目标
短路是电力系统中最常见和最严重一个故障。所谓短路，是指电力系统正常情况以外一切相和相之间或相和地之间发生通路情况。
引发短路关键原因是电气设备载流部分绝缘损坏。短路后，短路电流会达成很大数值，从而产生热效应和力效应，所以短路带来后果往往是破坏性。所以要进行短路计算。
4.2　短路计算方法
常见短路电流计算方法有欧姆法和标幺制法。欧姆法，又称有名单位制法，因其短路计算中阻抗全部采取有名单位“欧姆”而得名。标幺制法，又称相对单位制法，因其短路计算中相关物理量采取标幺值即相对单位而得名。因为各元件均采取相对值，和短路计算点电压无关，所以电抗标幺值无需进行电压换算，这是标幺制法优于欧姆法之处，所以下面采取标幺制法进行短路电流计算。
4.3　求各元件电抗标幺值
选择基准值

则

(1)电力系统电抗
当初，
当初，
(2)架空线路WL电抗标幺值

(3)主变压器电抗标幺值
=
工厂供电主接线短路计算点简图以下图所表示;

4-1　短路计算点简图

图4-1 短路计算简图

表4-1　短路电流计算汇总表
短路计算点
运行方法
三相短路电流/kA

短路容量/MV·A

最大
2.89
2.89
2.89
7.37
4.36
185.19
最小
1.81
1.81
1.81
4.53
2.73
116.28

最大
2.99
2.99
2.99
7.62
4.51
54.35
最小
2.55
2.55
2.55
6.50
3.83
46.30
第5章　变电所一次设备选择校验
5.1 　35kV高压断路器选择
为了确保电力线路稳定运行，高压设备选择很关键，其中高压断路器选择应该从额定电压，额定电流，热稳定性，动稳定性短路电流等方面来校验，要求：
、、、、
高压断路器选择校验如表5-1：
表5-1　35kV高压断路器选择校验
序号
装设地点电气条件
SW2-35/1000型断路器
项目
数据
项目
数据
结论
1

35kV

35kV
合格
2

34.88A

1000A
合格
3

2.89kA

16.5kA
合格
4

7.37kA

45kA
合格
5

10.86

1089
合格
10kV侧，选SN10-10II型号断路器，经校验满足要求。
5.2　隔离开关选择
（1）隔离开关选择和校验：

（2）
=34.88A =600A
（3）稳定校验
=7.37kA ，kA，
满足。
（4）稳定校验
=
满足
隔离开关选择校验如表5-2：
表5-2　35kV隔离开关选择校验
序号
装设地点电气条件
GW2-35G型隔离开关
项目
数据
项目
数据
结论
1

35kV

35kV
合格
2

34.88A

600A
合格
3

7.37kA

42kA
合格
4

10.86kA

合格
10KV侧，选GN-8-10/600型号隔离开关，经校验满足要求。
第6章 工厂电力线路选择和校验
6.1　35kV高压进线选择
因为主变压器为电压为35kv，年最大负荷利用小时数为6000h，所以架空线截面面积按经济电流密度选择，按发烧条件和机械强度校验。
(1) 选择经济截面

最大负荷利用小时数，查表得，所以

可选标准截面，即LGJ-35型钢芯铝线。
(2)校验发烧条件
当地年最高平均气温为35℃，查表LGJ-35许可载流量。
当地最高温度为39℃，所以温度校正系数为

因为，所以选线满足条件。
(3)校验机械强度
查表得，35KV钢芯铝绞线最小截面积，所以所选LGJ-35型钢芯铝绞线满足机械强度要求。
(4)校验电压损耗
利用A=35查表得LGJ型钢芯铝绞线，电抗（线几何均距按2m计，水平排列），所以线路电压损耗为:

线路电压损耗百分值为

所以所选LGJ-35型钢芯铝线满足许可电压损耗要求。
6.2　10kV高压进线选择
(1) 支路一按发烧条件选择截面积
计算电流：
查得环境温度为35时明敷BLX-500型截面积为16许可载流量。，所以满足发烧条件。所以选择截面积为16BLX型橡皮绝缘导线穿硬塑料管导线。
(2) 支路一按发烧条件选择截面积
计算电流而
查得环境温度为35摄氏度时明敷BLX-500型截面积为16许可载流量，
所以满足发烧条件。所以选择截面积为16BLX型橡皮绝缘导线穿硬塑料管导线。
第7章　降压变电所防雷
7.1　雷防护
在峡谷地域变配电所，能够利用避雷线来防护直击雷。而且，在35kv及以上变配电所架空进线上，架设1-2km避雷线，能够消除一段进线上雷击闪络，避免其引发雷电侵入波对变配电所电气装置危害。
避雷器能够有效预防雷电侵入波对变配电所电气装置尤其是主变压器危害。而且，在变配电所高压侧均应装设阀式避雷器，其接地端和电缆头相连后接地。
7.2　变电所公共接地装置设计
35kV变电所公共接地装置接地电阻查表得：
，

为系统额定电压，L为同一电压含有电联络架空线路。
A

所以，
7.3　接地装置设计
依据,所以初选4根直径50mm，长2.5m钢管作接地体。以n=4和查表得。

考虑到接地体均匀对称部署，选6根直径50mm、长2.5m钢管作接地体，用
扁钢相连，环形部署。
第8章　心得体会
经过这次小学期学习、实践和讨论，我从理论上了解了工厂供电整体概念，也了解了理论和实践之间巨大差异。我做题目是昌盛冶金机修厂供配电系统设计，刚拿到题目标时候认为很简单，就是期末考试各部分组合，不过在实际设计中，多种繁琐问题接踵而来。
负荷计算，各个部分关键元件参数计算和确定，主接线线图整体布局全部需要经过再三思索才能确定。设计中出现公式错误、计算误差、设备校验等问题全部是在和同学一番讨论以后才更正过来。
即使在此次小学期中碰到了很多棘手问题，不过从大一到大三，小学期已经磨练出我对汇报、对设计耐心，无数次讨论和返工，让我对自己设计愈加重视。经过这么数次锻炼，显著感觉到自己完成速度在加紧，真心感觉受益匪。
参考文件
[1] 刘介才. 工厂供电[M] . 北京: 机械工业出版社, .
[2] 刘介才. 工厂供电实用手册[M] . 北京: 中国电力出版社, .
[3] 陈怡. 电力系统分析[M] . 北京: 中国电力出版社, .

附录　昌盛冶金机修厂供配电系统设计主接线图