某自来水厂供电设计方案.doc

自来水厂供电系统设计汇报书

学 院 ： 信息科学与工程学院
专业班级 ：电气试验班
学 号 : 05
姓 名 ： 李鑫
指导老师 ： 粟梅
完毕日期 ： -2-20

目 录

一、 课程设计目与任务-------------------------------------3

二、 原始资料-------------------------------------------------3

三、 设计规定内容---------------------------------------------4

四、 负荷计算------------------------------------------------4

五、 主变压器选择和无功功率赔偿----------------------------10

六、 一次侧主接线图选择------------------------------------13

七、 短路电流计算 -----------------------------------------15

八、 导线和电缆截面选择------------------------------------18

九、保护器件选择和校验------------------------------------21

十、年耗电量计算------------------------------------------24

十一、设计总结----------------------------------------------25

参照文献

附图

一、课程设计目与任务
供电系统与电气控制是自动化专业专业课，具有很强实践性和工程背景，供电系统与电气控制课程设计目在于培养学生综合运用供电系统与电气控制知识和理论分析和处理供电系统设计问题，使学生建立对设计思想，掌握工程设计一般程序、规范和措施，提高学生调查研究、查阅文献及对使用技术资料、原则、手册等工具书能力，理解分析、制定设计方案能力，设计计算和绘图能力，试验研究及系统调试能力，编写设计阐明书能力。
二、原始资料
（1） 自来水厂用电设备一览表（附表2）
（2） 自来水厂平面布置图（附图5）
（3） 自来水厂机修车间平面布置图（附图6）
（4） 该厂年最大有功负荷运用小时数
Tmax=8000小时
（5） 该厂一、二泵房为二级负荷，机修及办公室为三级负荷。
（6） 电源条件：
距该厂8公里处，有一地区变电所，地区变电所可分别从两段35kV母线上各提供一回电源，这两段母线短路容量皆为：

（7） 气象及其他有关资料
a) 规定车间变电所低压侧功率因数为0.85。高压侧功率因数为0.95。
b) 年平均温度及最高温度
最热月平均最高温度
年平均温度
最热月土壤平均温度
35℃
18℃
30℃
地区变点所
Up=35KV
总降压变电所
Ue=10KV
去自来水厂
去自来水厂
d(3)
d(3)
l=5km =0.4Ω/km
（同上）
B1（同上）
Se,b=20,000KVA
B1
图二 课题（2）电力系统构造图

三、设计规定内容：
（1） 计算自来水厂、机修车间总计算负荷。并确定为提高功率因数所需赔偿容量。
（2） 选择该自来水厂总降压变电所、机修车间变电所变压器台数及额定容量。
（3） 选择和确定自来水厂高压供电系统（包括供电电压，总降压变电所一次接线图，场内高压电力网接线）。
（4） 选择高压电力网导线型号及截面。
（5） 选择和校验总降压变电所一次电气设备。
（6） 确定机修车间供电系统一次接线图（包括车间变电所一次接线及车间低压电力网接线）。
（7） 选择机修车间低压电力网导线型号及截面。
（8） 选择和校验机修车间供电系统一次电气设备（包括各支线上开关及熔丝）。
四、负荷计算
用电设备如下表所示：
序号
用电设备名称
数量
（台）
单台设备额定参数
Pe(KW)
Ie(A)
cosφ
tanφ
Kd
一
一泵房

高压异步电动机
5
380
44A
0.83
2.5
0.8
变压器SJ2-50/6
1
50KVA

0.85

二
二泵房

高压异步电动机
3
440
47.6A
0.89
6.8
0.8
高压同步电动机
3
1000
114A
0.84
3
0.8
变压器SJL-180/6
2
180KVA

0.85

三
机修间（所有设备Ve=0.38KV）

*车床（C620）
2
7.6
*Ie=15.4
0.75

0.2
*车床（C616）
2
3.3
*Ie=6.8
0.74

0.2
*铣床
2
2.5
Ie=5.95
0.64

0.2
*刨床
2
4
Ie=10.1
0.6

0.2
*刨床
2
3
Ie=7.8
0.584

0.2
*钻床
2
1.5
Ie=3.4
0.67

0.2
*砂轮机
2
1.5
Ie=3.2
0.71

0.2
吊车（5吨）
2
11.4
Ijs=19.7
0.8

0.2
电焊机
2
2KVA
56
0.5

电阻炉
2
12

1

办公室，化验室及车间照明

16

0.85/1

四
所用电变压器，SJ2-20/6
2
20KVA

0.8

阐明：各机床Ie及尖峰电流Ijf仅作参照，可将变压器额定容量作计算负荷
总负荷计算：
(一) 一泵房负荷计算
在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算。详细环节如下。
1.高压异步电动机5台：
1、
；
；
2、变压器SJ2-50/6 （一台）：

取同步系数为0.9。可以计算出一泵房总计算负荷：

(二) 二泵房负荷计算
1、高压异步电动机组1（三台）：

；
2、高压异步电动机组2（三台）

；
；
2、 变压器SJL-180/6组（两台）

取同步系数为0.9。可以计算出二泵房总计算负荷：

(三) 机修车间负荷计算
1、车床（C620）组（两台）：

；
2、车床（C616）组（两台）：

；
3、铣床组（两台） ：

；
4、刨床组1（两台）：

5、刨床组2（两台）：

6、钻床组（两台）：

7、砂轮机组（两台）：

8、 吊车组（两台）：

9、 电焊机组（两台）：

10、电阻炉组（两台）：

；
11、工厂照明，。
12. 变压器SJ2-20/6

取同步系数为0.9。可以计算出机修车间总计算负荷：

五、主变压器选择和无功功率赔偿
1.选用变压器台数
由上面计算可以看出，一泵房和二泵房用电设备均为6KV一级和二级负荷设备，机修车间为0.38KV三级负荷。因此可以选择两台35KV/6KV变压器和一台6KV/3KV变压器。
2.无功功率赔偿
对于6KV/0.4KV变压器：
低压侧功率因数87.94/89.2=0.985满足了设计规定，不需要进行无功赔偿。
高压侧功率因数：变压器损耗：

因此89.278/103.7=0.86不满足高压侧0.95以上功率因数规定。需要进行功率赔偿，可以选定功率赔偿后功率因数为0.96。则可以计算出需要赔偿无功功率为：。此时机修车间计算负荷为：

对于35KV/6KV变压器：
取同步系数为0.9。可以计算出全厂总计算负荷：

低压侧功率因数5282/6711=0.787不满足规定。假定功率赔偿后功率因数为0.9。计算出需要赔偿无功功率为：

赔偿后计算负荷为：
变压器损耗：

高压侧功率因数5370/6108=0.88，不满足设计功率因数不小于0.95规定。假设功率赔偿后功率因数为0.96.可计算出需要赔偿无功功率为：

赔偿后计算负荷为：
3.主变压器容量选择

每台变压器容量应同步满足下列两个条件：
1. 一台变压器单独运行时，宜满足计算负荷大学百分之六十到百分之七十需要，即
2. 任一台变压器单独运行时，应满足所有一二级负荷需要，即

3. 车间变电所主变压器单台容量上限
车间变电所主变压器单台容量，一般宜不小于1000KV.A(或1250KV.A)。这首先是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度规定限制;另首先也是考虑到可以是变压器更靠近于车间负荷中心，以减少低压配电线路电能损耗，电影损耗和有色金属消耗量。
4） 合适考虑负荷发展
应合适考虑进货5~电力负荷增长，留有一定得余地。
这里必须指出：电力变压器额定容量是在一定温度条件下持续最大输出容量。假如安装地点年平均气温时，则年平均气温每高出1摄氏度，变压器容量对应减小百分之一。因此户外变压器实际容量为：

对于户内变压器，由于散热条件较差，一般变压器室出风口与进风口间约15摄氏度温差，从而使处在室中间变压器环境温度要比室外变压器环境温度高出大概8°C，因此户内变压器实际容量较之上式所计算容量还要减小百分之八。
最终还必须指出：变电所主变压器台数和容量最终确定，应结合主接线方案，经技术经经济比较择优而定。

年平均温度及最高温度
最热月平均最高温度
年平均温度
最热月土壤平均温度
35℃
18℃
30℃
由于变压器都用在室内，故取高于室外8摄氏度 (取其系数为0.7)

工厂总降压变电所变压器选择：
选择两个变压器供电：
基于其为二级负荷，以便当一台发生故障时，此外一台变压器能对一二级负荷供电。

即可满足规定。 因此可以选择SL7-5000/35型主变压器。
六、一次侧主接线图选择
一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段总降压变电所主接线图：
这种主接线，其一次侧高压断路器QF10跨接在两路电源进线之间，如同一架桥梁，并且处在线路断路器QF11和QF12内侧，靠近变压器，因此成称为内桥式接线。这种主接线运行灵活性很好，供电可靠性较高，合用一二级负荷工厂。假如某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF12（其两侧QS先合），即可由WL2答复对变压器T1供电。这种内桥式接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，并且变压器不需常常切换总降压变电所。如下图：

35KV电源进线

WL2
WL1

QS111 QS121
QF12

QS122
QS112

QF10
QF102
QS101
QF11

QS123
QS113

T2
T1

QS221
QS211
QF22
QF21

6~10KV

QF20

采用内桥式接线总降压变电所主接线图
主接线方案选择：
方案一：单母线接线
特点就是整个配电装置只有一组母线，每个电源和引出线都通过开关电器接到同一组母线上 ，如下图：

其长处为接线简朴、清晰、采用电气设备少，比较经济，操作简朴以便，便于扩建，缺陷是母线和隔离开关检修或发生故障时，必须断开所有电源，是整个配电装置停电。
方案二：单母线分段
为了克服一段单母线接线存在缺陷提高供电可靠性、灵活性、可把单母线提成几段，在单母线每段之间装设一种分段断路器Dlf和两个隔离开关，其最大长处是当母线故障或检修时，停电局限于一段母线上，非故障母线保持正常供电，缺陷是：
1.任何一段母线故障或检修时，必须断开连接在该段上电源，故减少了发电量或供电量，并使单独由该段母线供电顾客停电。
2.检修任意出线断路器时，该出线必须停电
方案三：单母线带旁路母线
即出线侧带有旁路母线，装置正常运行时，旁母不带电，当检修母线时，而运用旁母，使各出线不停电，其可用在电压等级较高如110kV，出线较多变电所，接线如下：

根据上诉三种方案比较，则考虑其为110kV常规变电所，出线较多，又考虑其经济性，且电压等级高，和可靠性，选择方案二，即单母线带旁路母线。
七、短路电流计算
下面采用标么制法进行短路电流计算。
低压侧：
(一) 确定基准值：
取，，
因此：
(二) 计算短路电路中各重要元件电抗标么值：（忽视架空线至变电所电缆电抗）
1) 电力系统电抗标么值：
2) 架空线路电抗标么值：查手册得，因此：

3）电力变压器电抗标么值：由所选变压器技术参数得，因此：

可绘得短路等效电路图
如下图（二）

图（二）
(三) 计算k-1点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
1) 总电抗标么值：
2) 三相短路电流周期分量有效值：
3) 其他三相短路电流：

4) 三相短路容量：
(四) 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
1) 总电抗标么值：三相短路电流周期分量有效值：
2) 其他三相短路电流：

三相短路容量：
高压侧：
(五) 确定基准值：
取，，
因此：

(六) 计算短路电路中各重要元件电抗标么值：（忽视架空线至变电所电缆电抗）
3) 电力系统电抗标么值：
4) 架空线路电抗标么值：查手册得，因此：

3）电力变压器电抗标么值：由所选变压器技术参数得，因此：

可绘得短路等效电路图
如下图（二）
0.286

图（二）
(七) 计算k-1点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
5) 总电抗标么值：
6) 三相短路电流周期分量有效值：
7) 其他三相短路电流：

三相短路容量：
(八) 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
3) 总电抗标么值：
4) 三相短路电流周期分量有效值：
5) 其他三相短路电流：

三相短路容量：
八、导线和电缆截面选择
导线和电缆选择原则：
　　 导线和电缆选择是工业企业供电网络设计中一种重要构成部分，由于它们是构成供电网络重要元件，电能必须依托它们来输送分派。在选择导线和电缆型号及 截面时，既要保证工业企业供电安全可靠，又要充足运用导线和电缆负载能力。由于导线或电缆所用有色金属(钢、铜、铝等)都是国家经济建设需用量很大 物资，因此，对地选择导线和电缆型号及截面，节省有色金属，是有重要意义。
1、35kV进线导线选择
由于架空线与电缆线路相比有较多长处，如成本低、投资少、安装轻易，维护和检修以便，易于发现和排除故障等，因此这里选择钢芯铝绞线架空敷设。导线截面按照经济电流密度来选择，然后按照发热条件来校验。
1)选择经济截面
此工厂年最大有功负荷运用小时数，查表得经济电流密度为。由于计算所得计算电流
。因此其经济截面为

选择原则截面，即选择LGJ-120型钢芯铝绞线。
2)校验发热条件
查表得，LGJ-120型钢芯铝绞线70℃时容许载流量为，导线额定负荷时最高容许温度为90℃，当地最热月平均温度为35℃。因此其温度校正系数为

因此在当地环境温度下，导线容许载流量为

因此此导线满足发热条件。
3)校验机械强度
查表得35kV架空钢芯铝绞线最小截面，因此所选LGJ-120型钢芯铝绞线也满足机械强度规定。
因此LGJ-120型钢芯铝绞线符合规定。
2.对于一泵房：
赔偿后视在功率为：500Kvar，根据经济电流密度选择导线和电缆截面，有：，由设计原始资料可知：
年最大负荷运用小时数小时，进线选架空线路 ，故选择经济电流密度为：，因此，选择原则截面，即选择LJ-150型铝绞线
对其进行发热条件校验：
LJ-150型铝绞线(室外时) ，因此满足发热条件。
对其进行机械强度校验：
LJ-150型铝绞线最小截面因此LJ-150型铝绞线满足机械强度规定。
3.对于二泵房
赔偿后视在功率为：，根据经济电流密度选择导线和电缆截面，有：，由设计原始资料可知：
年最大负荷运用小时数小时，进线选架空线路 ，故选择经济电流密度为：，因此，选择原则截面，即，选择LJ-450型铝绞线
对其进行发热条件校验：
LJ-450型铝绞线(室外时) ，因此满足发热条件。
对其进行机械强度校验：
LJ-450型铝绞线最小截面因此LJ-300型铝绞线满足机械强度规定。

3、对于机修车间
此车间用电设备均为低压用电设备，其中导线和电缆截面选择满足条件：
1) 相线截面选择以满足发热条件即，；
2) 中性线（N线）截面选择，这里采用为一般三相四线，满足；
3) 保护线（PE线）截面选择
一、 时，；
二、 时，
三、 时，
4) 保护中性线（PEN）选择，取（N线）与（PE）最大截面。
按照发热条件选择导线，采用BLX-500型铝芯橡皮导线明敷。可以用三条导线作为相线，再选中性线(N线)和保护线(PE线)。所选线路导线型号规格：

导线截面选择成果如下
序
号
用电设备名称
数量N
计算负荷
BLX-500型导线截面/
/kW
/kvar
/kVA
/A
相线
PE线
N线
1
车床C620
2
0.66
0.6
0.89
1.35
2.5
2.5
2
2
车床C616
2
0.5
0.6
0.78
1.18
2.5
2.5
2
3
铣床
2
0.8
1.05
1.32
2
2.5
2.5
2
4
刨床
2
0.6
0.84
1.02
1.56
2.5
2.5
2
5
刨床
2
0.6
0.84
1.02
1.56
2.5
2.5
2
6
刨床
2
0.3
0.34
0.45
0.68
2.5
2.5
2
7
钻床
2
0.6
0.59
0.85
1.3
2.5
2.5
2
8
砂轮机
2
1.71
1.28
2.14
3.25
2.5
2.5
2
9
吊车
2
0.7
1.21
1.4
2.12
2.5
2.5
2
10
电阻炉
2
8.4
0
8.4
12.78
2.5
2.5
2
11
照明线路

16
0
16
24
4
4
2

九、一次侧保护设备选择与校验
1.断路器选择和校验
35kV断路器选择及校验
高压断路器指标重要有额定电压、额定电流、断流容量。在进行设备选择时我们重要考虑也是这三者。
⑴ 高压断路器额定电压须不小于等于工作电网电压。
⑵ 高压断路器额定遮断容量必须不小于或等于其安装处短路容量。

⑶ 其额定断流能力必须不小于或等于其安装处最大短路电流。

⑷ 如坚决路器装在较其额定电压低电路中，其遮断容量也对应减少。

注：：电网电压；：断路器额定电压。
高压断路器校验。
⑴ 动稳定度校验。按三相短路冲击电流校验。
⑵ 热稳定度校验。按三相短路稳态电流和短路发热假想时间校验。

序号
装设地点电气条件
DW8-35
项目
数据
项目
数据
结论
1

35KV

35KV
合格
2

92.3A

1000A
合格
3

3.756KA

16.5KA
合格
4

9.5KA

41KA
合格
5

55KA
合格

35kV出线上断路器选择与35kV侧断路器选择相似。
6V侧断路器选择及校验
选择措施和35KV一致。选择QW1-10即可满足规定。
2.离开关选择与校验
6kV侧出线隔离开关选择与校验

选择屋外GN6—10T/600型隔离开关
型号
额定电压
额定电流
极限通过电流
10s热稳定电流
合闸时间
分闸时间
峰值
有效值
GN6—10T/600
10KV
600A

52KA
36KA
0.06s
0.1s
同理：经校验符合动热稳定规定。
35kV侧进线隔离开关选择与校验
(1) 根据上面断路器选择有关数据和已知条件，选择屋外GW5-35GD/1000型隔离开关。

型号

额定电压
额定电流
极限通过电流
5s热稳定电流
合闸时间
分闸时间
峰值
有效值
GW5-35GD/1000
35KV
1000A

29KA
14kA
0.06s
0.1s
同理：经校验符合动热稳定规定。
35kV侧出线隔离开关选择与校验
根据上面断路器选择有关数据和已知条件，选择屋外GW5-35GD/600型隔离开关。
型号
额定电压
额定电流
极限通过电流
5s热稳定电流
合闸时间
分闸时间
峰值
有效值
GW5-35GD/600
35KV
600A

29KA
14KA
0.06s
0.1s
同理：经校验符合动热稳定规定。
3.熔断器选择
(1) 保护35kV侧所用变熔断器选择
=1.05=1.05×=0.82A
=×=1.5×=1.17A
由于交流高压跌落式熔断器切断短路电流能力是用额定容量来表达，因此应计算短路容量，短路电流采用冲击电流有效值。
==×37×1.52×3.239=316MVA
RW5–35/100–400型户外跌落式熔断器参数
型 号
额定电压（kV）
额定电流（A）
切断电流（kA）
切断容量（MVA）
RW5–35/100–400
35
100
100

熔件电流规格化可选用 =50A
额定电流为 =100A>=50A>=0.82A
因此满足额定电流选择条件。
额定切断容量 =500MVA>=316MVA
因此满足额定断流容量选择条件。
保护6kV侧所用变熔断器选择
型 号
额定电压（kV）
额定电流（A）
切断电流（kA）
切断容量（MVA）
RN1–10
10
40
12
200
额定电流为 =40A==20A>=2.89A
同理：满足额定电流选择条件。
额定切断容量=200MVA>=51.17MVA
因此满足额定断流容量选择条件。 保护35kV侧电压互感器熔断器选择
三相短路容量 ==×37×1.52×3.239=316MVA
因此选择RW10-35/0.5型户外高压熔断器，
型 号
额定电压（kV）
额定电流（A）
切断电流（kA）
切断容量
RW10–35/0.5
35
0.5
8
400
同理：满足额定电流选择条件。
额定切断容量=400MVA>=316MVA
保护6~10kV侧电压互感器熔断器选择
三相短路容量 =，=×10.5×1.52×1.851=51.17MVA
型 号
额定电压（kV）
额定电流（A）
切断电流（kA）
切断容量（MVA）
RN2–10
10
7
20
200
额定切断容量 =200MVA>=51.17MVA
设备额定开断电流不小于次暂态短路电流有效值
同理：因此满足选择规定。
保护电力电容熔断器选择：
电力电容器在合闸时产生冲击电流，此时熔断器熔件不应熔断，保证正常工作。熔件额定电流应按如下计算：
--系数 取1.3—1.8
--电力电容器额定电流
===17.3A
=×=1.5×17.3=25.95A
RN1-10型户内高压熔断器
型 号
额定电压（kV）
开断电流（kA）
额定电流（A）
切断容量（MVA）
RN1-10
10
40
250
200
熔断器额定电流>
因此熔断器满足规定。
十、年耗电量计算
工厂年耗电量较精确计算，可以运用工厂有功功率和无功功率计算负荷和，即：
年有功电能消耗量：
年无功电能消耗量：
其中为年平均有功负荷系数，一般取；为年平均无功负荷系数，一般取；为实际工作小时数。由题目资料可知，，在此取；则可以计算出自来水厂年用电量：
年有功电能消耗量：
年无功电能消耗量：

十一、设计心得体会
通过这次设计，我们加深了对工厂供电知识理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历环节。我与其他同学一起进行课题分析、参照窑头、查资料，进行设计，整顿阐明书到最终完毕整个设计。作为大学阶段一次重要学习经历我们都感觉到自己受益非浅，同步深深感觉自己学习能力在不停提高，
这次设计使我们对工厂供电有了新认识，对降压变电所设计由一无所知到目前一定程度掌握，起到了非常重要作用。实际上这次设计对我们锻炼是多方面，除了对设计过程熟悉外，我们还深入提高了工程制图，Auto CAD使用，阐明书编辑，多种信息查找与分析，对WORD文档和EXCEL表格使用等多方面能力。更重要是这次设计是以小组为单位，这使得我们团结合作、互相配合能力有了很大提高。而这种能力对我们后来走向社会和工作岗位是非常重要。
总之，这次难得设计机会，让我们学到了诸多东西，得到了锻炼，能力有了提高，实在是受益匪浅啊。

参 考 文 献
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【1 】仰赞. 电力系统分析. 理工大学出版社
【2 】刘介才 工厂供电 .5 机械工业出版社
【3 】丁毓山. 变电所设计. . 辽宁科学技术出版社