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工厂供配电系统设计

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2020年4月19日
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杭州电子科技大学
电气工程课程设计报告

题 目
工厂供配电的系统设计
学 院
信息工程学院
专 业
电气工程及其自动化
姓 名
魏佳健
班 级
一班
学 号
15907222
指导教师
高慧敏

工厂供电题目五
设计依据如下：
（1）工厂总平面图如图1.1所示。
（2）工厂负荷情况：本厂多数车间为三班制，年最大负荷利用小时数4600h,日最大负荷持续时间为6h。该厂处铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。全厂的负荷表见表1.1。
（3）供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得电源。该干线走向参看工厂总平面图。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km,电缆线路总长度为25km。
（4）气象资料：本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均最高气温为33℃，最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃.当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20天。
（5）地质水文资料：本厂所在地区平均海拔500m,地层以砂粘土为主，地下水位2m.。
（6）电费制度：本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变容量计为18元/(kVA),动力电费为0.20元/(kw.h)，照明电费为0.50元/(kw.h)。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。另外，电力用户按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：6 10kV为800元/(kVA)。
1. 任务
（1）计算电力负荷和无功功率补偿；
（2）选择本变电所主变的台数、容量和类型；
（3）设计本变电所的电气主接线；
（4）进行必要的短路电流计算；
（5）选择和校验变电所一次设备及进出线；；

图1.1 工厂总平面图

表1.1全厂负荷表
厂房编号
厂房名称
负荷类别
设备容量/Kw
需要系数
功率因数
1
铸造车间
动力
300
0.3
0.70
照明
6
0.8
1.0
2
锻压车间

动力
350
0.3
0.65
照明
8
0.7
1.0
7
金工车间
动力
400
0.2
0.65
照明
10
0.8
1.0
6
工具车间
动力
360
0.3
0.60
照明
7
0.9
1.0
4
电镀车间
动力
250
0.5
0.8
照明
5
0.8
1.0
3
热处理车间
动力
150
0.6
0.80
照明
5
0.8
1.0
9
装配车间
动力
180
0.3
0.70
照明
6
0.8
1.0
10
机修车间
动力
160
0.2
0.65
照明
4
0.8
1.0
8
锅炉房
动力
50
0.7
0.80
照明
1
0.8
1.0
5
仓库
动力
20
0.4
0.8
照明
1
0.8
1.0
生活区
照明
350
0.7
0.9

1. 电力负荷和无功功率补偿
电力负荷计算

单组用电设备计算负荷的计算公式
a)有功计算负荷（单位为KW）
= ， 为系数
b)无功计算负荷（单位为kvar）
= tan
c)视在计算负荷（单位为kvA）
=
d)计算电流（单位为A）
=, 为用电设备的额定电压（单位为KV）

多组用电设备计算负荷的计算公式
a)有功计算负荷（单位为KW） =
式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95
b)无功计算负荷（单位为kvar）
=，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97
c)视在计算负荷（单位为kvA） =
d)计算电流（单位为A） =
经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表1.1所示（额定电压取380V）

编号
名称
类别
设备容量/kW
需要系数

cos
tan
计算负荷
/kW
/kvar
/kVA
/A
1
铸造
车间
动力
300
0．3
0.7
1.02
90
91.8
128.6
195.4
照明
6
0．8
1．0
0
4.8
0
4.8
7.3
小计
306
——

94.8
91.8
133.4
202.7
2
锻压
车间
动力
350
0．3
0.65
1.17
105
122.9
161.5
245.4
照明
8
0.7
1．0
0
5.6
0
5.6
8.5
小计
358
——

110.6
122.9
167.1
253.9
3
热处理
车间
动力
150
0.6
0.8
0.75
90
67.5
112.5
170.9
照明
5
0.8
1．0
0
4
0
4
6.1
小计
155
——

94
67.5
116.5
177
4
电镀
车间
动力
250
0.5
0.8
0.75
125
93.8
156.3
237.4
照明
5
0.8
1．0
0
4
0
4
6.1
小计
255
——

129
93.8
159.3
243.5
5
仓库
动力
20
0．4
0．8
0.75
8
6
10
15.2
照明
1
0．8
1．0
0
0.8
0
0.8
1.2
小计
21
——

8.8
6
10.8
16.4
6
工具 车间
动力
360
0.3
0.6
1.33
108
144
180
273.5
照明
7
0.9
1．0
0
6.3
0
6.3
9.6
小计
367
——

114.3
144
186.3
283.1
7
金工
车间
动力
400
0.2
0.65
1.17
80
93.6
123.1
187
照明
10
0.8
1．0
0
8
0
8
12.2
小计
410
——

88
93.6
131.1
199.2
8
锅炉
车间
动力
50
0.7
0.8
0.75
35
26.3
43.8
66.5
照明
1
0．8
1．0
0
8
0
8
12.2
小计
51
——

43
26.3
51.8
78.7
9
装配
车间
动力
180
0.3
0.7
1.02
54
55.1
77.1
117.2
照明
6
0．8
1．0
0
4.8
0
4.8
7.3
小计
186
——

58.8
55.1
81.9
124.5
10
机修
动力
160
0.2
0.65
1.17
32
37.4
49.2
74.8
照明
4
0．8
1．0
0
3.2
0
3.2
4.9
小计
164
——

35.2
37.4
52.4
79.7
11
生活区
照明
350
0.7
0.9
0.48
245
117.6
272.2
413.6
总计（380V侧）
动力
2220

1021.5
856
——
——
照明
403
计入=0.85, =0.9
0.75

868.3
770.4
1160.8
1763.7
表1.1 各厂房和生活区的负荷计算表
无功功率补偿:

无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。

由表1.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
=(tan - tan)=868.3[tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) ] = 395.0kvar
=-*0.05=770.4-770.4*0.05=731.88kvar
参照图2，选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BWF10.5_100_1型，采用其方案1
（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为100kvar5=500kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷=（731.88-500）kvar=231.88kvar，视在功率=898.7kVA，计算电流=1365.5A,功率因数提高为cos==0.967。

在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表1.2所示。

图2 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案

表1.2 无功补偿后工厂的计算负荷
项目
cos
计算负荷
/KW
/kvar
/kVA
/A
380V侧补偿前负荷
0.75
868.3
770.4
1160.8
1763.7
380V侧无功补偿容量

-500

380V侧补偿后负荷
0.967
868.3
270.4
898.7
1365.5
主变压器功率损耗

0.01=11.6
0.05=58.04

10KV侧负荷计算
0.92
879.9
328.44
939.2
1427

2.变电所主变压器及主接线方案的选择

变电所主变压器的选择
根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：
a)装设一台变压器型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1000 KVA>=900KVA，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的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。
b)装设两台变压器型号为S9型，即：
900 KVA=（540~630）KVA
而且 Snt>=（1+2）=（158+191.5+74）KVA=423.5KVA
因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0 。
变电所主接线方案的选择
按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：

1.装设一台主变压器的主接线方案

Y0
Y0
S9-1000
GG-1A(F)-07
10/0.4kV
联络线
（备用电源）
GG-1A(F)-54
GW口-10
10kV
FS4-10
GG-1A(J)-03
GG-
1A(J)
-03
GG-1A(F)-07
GG-
1A(F)
-54
GG-
1A(F)
-07
GG-
1A(F)
-07
主变
联络（备用）
220/380V
高压柜列

图2.1 装设一台主变压器的主接线方案

2.装设两台主变压器的主接线方案

Y0
Y0
220/380V
S9-630
GG-1A(F)
GG-1A(F)-07
10/0.4kV
S9-630
10/0.4kV
联络线
（备用电源）
GG-1A(F)-54
GG-1A(F)-113、11
GW口-10
10kV
FS4-10
GG-1A(J)-01
GG-
1A(F)
-113
GG-
1A(F)
-11
GG-
1A(J)
-01
GG-
1A(F)
-96
GG-
1A(F)
-07
GG-
1A(F)
-54
主
变
主
变
联络
（备用）
高压柜列
-96

图2.2 装设两台主变压器的主接线方案