供配电设计1.doc

工厂供电课程设计

课题：某机械制造厂降压变电所的电气设计

系 别： 工学院
专 业： 电气工程及其自动化
姓 名：
学 号：
指导教师：

目录

1. 设计题目 - 3 -
2．设计的具体任务与要求 - 3 -
3. 设计依据 - 3 -
3.1工厂负荷情况 - 3 -
3.2供电电源条件 - 4 -
3.3电费制度 - 4 -
3.4 气象资料 - 4 -
4 设计时间 - 4 -
5.负荷计算 - 4 -
5.1计算公式如下， - 4 -
5.2 无功功率补偿 - 5 -
5.3 主变压器的选择 - 6 -
6. 变电所位置和型式的选择 - 7 -
7. 短路电流的计算 - 9 -
8. 电所的一次设备的选择校验 - 9 -
8.1对于高压设备器件的校验 - 10 -
8.2主要设备的选择校验 - 11 -
8.3 导线与电缆的选择与校验 - 12 -
9.小结 - 12 -
10.参考文献： - 12 -

1. 设计题目
Xxx机械制造厂降压变电所得设计。
2．设计的具体任务与要求
1 车间的负荷计算及无功补偿
2确定车间变电所的地址和形式
3确定车间变电所主变压器形式、容量而后数量及主接线方案
4短路计算，并选择一次设备
3. 设计依据
3.1工厂负荷情况
本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为2500h，日最大负荷持续时间为5h。该厂除铸造车间、电镀车间、锅炉房属于二级负荷外，其余均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380v。电气照明及家用电器均属于单相，额定电压为220v。本厂的负荷统计资料如表1所示

表1 工厂负荷统计资料
厂房编号
厂房名称
负荷类型
设备容量(Pe)/KW
需要系数Kd
功率因数
1
铸造车间
动力
235
0.3~0.4
0.65~0.7
照明
8
0.7~0.9
1
2
金工车间
动力
350
0.2~0.3
0.60~0.65
照明
8
0.7~0.9
1
3
工具车间
动力
350
0.25~0.35
0.60~0.65
照明
1
0.7~0.9
1
4
电镀车间
动力
275
0.4~0.6
0.7~0.8
照明
10
0.7~0.9
1
5
装配车间
动力
165
0.3~0.4
0.65~0.75
照明
7
0.7~0.9
1
6
锅炉房
动力
70
0.6~0.8
0.7~0.8
照明
1
0.7~0.9
1
7
仓库
动力
12
0.3~0.4
0.8~0.9
照明
1
0.7~0.9
1

3.2供电电源条件
本厂可由附近一条10Kv的公共电源干线取得工作电源。线距为1.5m；干线首端距离本厂5Km。干线首端装设的高压断路器断流容量为500MVA。次断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。
3.3电费制度
与当地供电部门达成协议，每月基本电费按主变压器容量计为15元/KVA，动力电费为0.2元/kW.h,照明电费为0.5元/kW.h。工厂最大负荷时功率因数不低于0.9。
3.4 气象资料
年平均气温18.6℃，无霜期337天，年降雨量815.8毫米，年均日照时数2234小时。
4 设计时间
2010年12月
5.负荷计算
5.1计算公式如下，
有功计算负荷：P30=Kd*Pe
无功计算负荷：Q30=P30*tanφ
视在计算负荷：S30=√Pc2+Qc2
计算电流：Ic=Sc/√3*UN

各厂房生活区的负荷计算如表2所示
表2：负荷计算
厂房编号
厂房名称
负荷类型
设备容量(Pe)/KW
需要系数Kd
功率因数
tanφ
P30
(kW)
Q30
(k*var)
S30
(KVA)
I30
(KA)
1
铸造车间
动力
235
0.3
0.65
1.17
70.5
82.485
108.51

照明
8
0.7
1
0
5.6
0
5.6

2
金工车间
动力
350
0.2
0.6
1.33
70
93.1
116.48

照明
8
0.7
1
0
5.6
0
5.6

3
工具车间
动力
350
0.25
0.6
1.33
87.5
116.38
145.6

照明
0
0.7
1
0
0
0
0

4
电镀车间
动力
275
0.4
0.7
1.02
110
112.2
157.13

照明
10
0.7
1
0
7
0
7

5
装配车间
动力
165
0.3
0.65
1.17
49.5
57.915
76.187

照明
7
0.7
1
0
4.9
0
4.9

6
锅炉房
动力
70
0.6
0.7
1.02
42
42.84
59.994

照明
1
0.7
1
0
0.7
0
0.7

7
仓库
动力
12
0.3
0.8
0.75
3.6
2.7
4.5

照明
1
0.7
1
0
0.7
0
0.7

8
合计

0.66

457.6
507.62
692.901

1.052

5.2 无功功率补偿
由于低压侧最大负荷时的功率因数低于电厂要求的0.9，故需采用无功功率补偿。考虑到变压器自身无功损耗远大于有功损耗，所以这里补偿后的功率因数取0.92。
已知 补偿前 cosφ1=0.66;
补偿后 cosφ2=0. 92
低压侧需装设的并联电容器容量为：
Q30=P30(tanarccos0.66-tanarccos0.92)kvar
=457.6*0.712=325.811 kvar

取 Q30=350 kvar
补偿后的变压器容量和功率因数：
S30（2）=√457.62+(507.62-350)2=483.986kvA
因此变压器容量可选为500kvA。
变压器的功率损耗为:
△P’=0.015 S（30）2=0.015*483.986=7.3kw
△Q’=0.06 S（30）2=0.06*483.986=29kvA
变压器高压侧的计算负荷为
P30=Pc+△P’=457.6+7.3=464.9kw
Q30’=( Qc- Qcc’)+△Q’=（507.62- 325.811）= 211kvar
S30=√P30’2+Q30’2= 510.542
cosφ2’= P30/ S30=0.91
满足设计要求。
可见，补偿前车间变电所变压器容量应选700kvA，补偿后选500kvA即满足要求
表3 补偿功率计算对照表：
无功功率补偿
Pc/kW
Qc/kvar
Sc/kVA
功率因数
补偿前
457.6
507.62
692.901
0.66
补偿

350

补偿后
464.9
211
510.542

0.91

5.3 主变压器的选择
根据工厂符合性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可以有以下两种方案：
5.3.1 装设单台主变压器
其额定容量Sn应满足全部用电设备的计算负荷Sc，考虑留有一定的容量裕度 ，并考虑变压器的经济运行，即
Sn≥(1.15~1.4)S30=(587-714)kvA
于是可选择一台容量为800KVA的变压器，型号为S9-800/10型低损耗配电变压器，备用电源通过与邻近单位相联的高压联络线来承担。
5.3.2装设两台主变压器
装有两台主变压器时，任一台变压器单独运行需满足总计算负荷的60%~70%的要求，即
Sn=(0.6~0.7)*S30=415.7406~485.0307kva
已知二级负荷的计算负荷∑S=338.934kva 没有一级负荷 满足
Sn>∑S (2)= 338.934kva
于是可选两台容量均为500KVA的变压器，具体型号为S9-500/10。备用电源通过与邻近单位相联的高压联络线来承担。

对主变压器台数的选择方案，通过表5对比

从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案远优于两台主变的方案，且大多数为三级负荷，二级负荷较少，因此决定采用装设一台主变的方案.
注：表5见下页

表5 两种主结构方案的比较
比较项目
装设一台主变压器的方案
装设两台主变压器的方案
技术指导
供电安全性
满足要求
满足要求
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
供电质量
由于一台主变，电压损耗率略大
由于两台主变并列，电压损耗略小
灵活方便性
灵活性稍差
灵活性较好
扩建适应性
稍差
略好

变压器综合投资
查表得S9-800单价9.11万元，变压器综合
S9-500单价6.33万元，两台变压器综合投资

综合投资约为
2X6.33=12.66万元，比一台多投资

9.11万元
3.55万元
经
高压开关柜综合投资
查表得GG-1A(F)型柜按每台3.5万元计，查
采用6台GG-1A(F)型柜，其综合投资额约为
济
表得其综合投资按设备1.5万计因此综合投资
6X1.5X3.5=31.5万元比一台主变多投资
指
约为4X1.5X3.5=21万元
10.5万元
标
变压器和开关柜年运行费
参表计算主变和开关柜折旧和维修管理费每
主变和开关柜折旧和维修管理费每年7.067

年4.893万元
万元比一台主变多投资2.174万元

交供电部门一次性供电贴费
按800/KVA计，贴费为1000X0.08万元
贴费=100.8万元，比一台主变多交

共80万元
20.8万元
6. 变电所位置和型式的选择
1变电所的地址选择因该根据下列要求经技术，经济比较后确定。
(1)接近负荷中心，进出线方便，接近电源侧，设备搬运方便
(2)不因设在又剧烈震动或高温，多尘，腐蚀性气体，积水等的场所
(3)不应设在有，爆炸危险及相近的地方，并应设法远离
（4）其他不能设设的原因和地方
变电所的位置选择应考虑设备运输方便尽量靠近负荷中心，接近电源侧等方面，进出线方便、设备运输方便，应避免有剧振动或高温、有污染源、经常积水或漏水、易燃易爆等区域。可根据上述要求，经技术经济比较后确定最佳地点。
本设计中选择位置如下图标为A的圆圈位置所示：

2因为工厂主要是三级负载且考虑到经济因素，故选择单母线接线方式
单母线接线方式的优点：简单、清晰、设备少、运行操作方便且有利于扩建。
如下图所示

7. 短路电流的计算
基准电流
基准电压
三相短路电流周期分量有效值
三相短路容量的计算公式

绘制计算电路图：

图4-1 计算电路
确定基准值 设Sd=100MVA，Ud=Uo，即高压侧Ud1=10.5kV,低压侧Ud2=0.4kV，则

8. 电所的一次设备的选择校验
供电系统的电气设备主要有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。电气设备选择的一般要求必须满足一次电
路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。
电气设备按在正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电气装置所处的位置（室内或室外）、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。电气要求是指电气装置对设备的电压、电流、频率（一般为50Hz）等的要求；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑其断流能力。
8.1对于高压设备器件的校验
8.1.1高压设备器件的校验项目
表5-1 高压设备器件的校验项目
电器设备名称
电压/kV
电流/A
断流能力/kA
短路电流校验
短流能力
热稳定度
真空断路器
√
√
√
√
√
旋转式隔离开关
√
√
－
√
√
高压熔断器
√
√
√
－
－
电流互感器
√
√
－
√
√
电压互感器
√
－
－
－
－
选择校验的条件
设备的额定电压应不小于装置地点的额定电压
设备的额定电压应不小于通过设备的计算电流
设备的最大开断（或功率）应不小于它可能开断的最大电流（或功率）
按三相短路冲击电电流和流校验
按三相短路稳态短路发热假象时间校验

8.1.2主要设备的校验项目
一次设备
额定电压
额定电流
开断电流
短路电流校验
环境条件
其他
动稳定
热稳定
高低压熔断器
1
1
1
0
1
1

高压隔离开关
1
1
0
1
1
1
操作性能
高压负荷开关
1
1
1
1
1
1
操作性能
高压断路器
1
1
1
1
1
1
操作性能
低压刀开关
1
1
1
0
0
1
操作性能
低压负荷开关
1
1
1
0
0
1
操作性能
低压断路器
1
1
1
0
0
1
操作性能
电流互感器
1
1
0
1
1
1
二次负载准确级
电压互感器
1
0
0
0
0
1
二次负载准确级
并联电容器
1
0
0
0
0
1
额定容量
母线
0
1
0
1
1
1

电缆
1
1
0
0
1
1

支柱绝缘子
1
0
0
1
0
1

备注
表中“1”为必须校验项目，“0”为不必校验项目
8.2主要设备的选择校验
8.2.1电流互感器LZZJ-10和高压熔断器RN2-10的选择和校验
电流互感器额定电压，一次电流，二次电流（一般为5A），准确级等进行选择，并应校验其短路动稳态和和热稳态

序号
安装地点的电气条件

LZZJ-10

结论
项目
数据
项目
数据
1
UN
10kV
UN
10kV(最高11.5kV)
合格
2
IC
135.98
IN
630A
合格
3

2.63

-
合格
4

6.71

50kA
合格
5

67.54 kA2.S

446.25kA2.S
合格

RN2-10高压熔断器
1

10kV

12kV
合格
2

135.98

200A
合格
3

2.63
IK
31.5kA
合格

8.2.2 其他项目的校验
真空断路器 ZN28A-12/630-20，1000-20、电压互感器JDZ-12、
隔离开关 GN30-10/630-20
表5-4其他校验项目
选择校验项目
电压
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
结论
安装地点的电气条件
参数
UN
IC
IK(3)
i(3)sh
I2tIMA
数据
10kV
135.98
2.63
6.71
67.54 kA2.S
合
格

参数
UN
IN
IK
ish
I2t
合格
设备型号规格
真空断路器 ZN28A-12/630-20，1000-20
12kV
630A
20kA
50kA
(20kA)2 ×4S=
合格
1600kA2.S
电压互感器JDZ-12
12kV
-
-
-
-
合格
隔离开关 GN30-10/630-20
10kV
630A
31.5 kA
80kA
(31.5kA)2×4S=3969 kA2.S
合格

8.3 导线与电缆的选择与校验
导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。
母线的选择：按发热条件来选择，即满足母线容许载流量I﹥Ic(计算电流)，即选择TMY-3(50×5).
10kV的架空线的截面选择：

厂区不大,线路很短,线路末端短路电流与始端电流相差不大,因此以10KV母线上短路时的短路电流进行校验，电力电缆截面选择：

9.小结
本次供电工程课程设计，可以说是对我们所学理论知识整体的综合性运用，设计的内容贯穿课本各章节始终，对我们从整体上把握供电工程学科有了很高的要求。

10.参考文献：
刘介才. 《工厂供电》（第三版），北京 .工业出版社 1998
刘介才.《工厂供电设计指导》（第一版），北京. 机械出版社 2003

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