车间变电所及其低压配电系统的设计.doc

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2009级
工厂供电课程设计

车间变电所及其低压配电系统的设计

姓 名
张勋
学 号
20097353
院、系、部
电气工程系
班 号
方0953-3
完成时间
2012年6月20日

第1章 设计任务
1.1 设计要求
(1)由总降压变电所的配出电压和用电设备的电压要求，参考国际规定的标准电压等级确定车间变电所的电压级别。
(2)计算负荷采用需用的系数法，计算出单台设备支线、用电设备组干线和车间变电所低压母线和进线的计算负荷。
(3)由计算负荷结果，确定补偿方式，计算出补偿容量，选择电容器个数和电容柜个数。
(4)按对负荷可靠性要求，确定车间变电所电气主接线。
(5)按车间变电所低压母线的计算负荷，确定变电器的容量和台数。
(6)导线截面积的选择，支线和干线按发热条件选择，进线电缆按经济电缆密度选择，按允许发热，电压损耗进行校验。
(7)短路电流计算，绘制计算电路和等值电路图，确定短路点，计算出各短路点短路电流值及短路容量。
(8)车间变电所低压母线按发热条件选择，按短路的热合力校验。
(9)按国家规定的标准符号和图符，用CAD画出车间变电所的电气主接线图、车间配电系统和配电平面图。
1.2. 设计条件
1、负荷全部为三级负荷，对供电可靠性要求不高。
2、车间平面布置图如图1所示，车间电气设备明细表如表1所示，外车间低压母线转供负荷如表2所示。

图1 某车间平面布置图
表1 机加车间电气设备明细表如下表所示
设备代号
设备名称
台数
单位容量（kW）
效率
功率因数
启动倍数
1、2、3
普通车床C6140
3
5
0.89
0.81
6
4
工具磨床M6025
1
1.45
0.88
0.83
6
5、16
砂轮机S3SL-300
2
1.5
0.92
0.82
6.5
6
平面磨床M7130
1
7.6
0.88
0.82
6
7、8、9
牛头刨床B6050
3
4
0.87
0.82
6
10、11、12
普通车床C616
3
4.6
0.9
0.81
6
13、14、15
普通车床C620-1
3
7.6
0.89
0.81
6
17、18
单臂龙门刨床B1012
2
67.8
0.86
0.81
2.5
19
龙门刨床B2016
1
66.8
0.86
0.81
2.5
20、21、23
普通车床C630
3
10.125
0.88
0.81
6
22
立式钻床Z535
1
4.625
0.9
0.80
6
24
摇臂钻床Z35
1
8.5
0.87
0.82
5.5
25
吊车5T
1
28.2
0.82
0.65
4.5
26-29
镗床T68
4
9.8
0.86
0.80
5.5
30、31、32
插床B5032
3
4
0.87
0.82
6
33、34
万能圆外磨床M131W
2
6.8
0.86
0.81
5
表2 车转供负荷名细表如下表所示
转供负荷名称
计算负荷
转供距离

P30(kW)
Q30(kvar)
S（kV.A）
I30(A)
Cosφ
金工车间
回路1
30
20
36
54.9
0.83
250
回路2
30
34
45.3
68.9
0.66
回路3
40
44
59.5
90.3
0.67
合计
100
98
140
213
0.71
汽车修理车间
回路1
30
25
39.1
59.3
0.77
100
回路2
22
25
33.3
50.6
0.67
回路3
30
36
46.9
71.2
0.65
合计
82
86
119
181
0.69
备品车间
回路1
28
30
41
62.3
0.68
150
回路2
19
25
31.4
47.7
0.60
回路3
35
40
53.2
80.8
0.66
合计
82
95
125
189
0.61
锅炉房
回路1
23
30
37.8
57.4
0.65
200
回路2
17
20
26.2
39.9
0.45
回路3
15
30
33.5
50.96
0.57
合计
55
80
97.1
147.5
1.0
照明回路（3相）
回路1
17
0
17
25.8
1.0
200
回路2
12
0
12
18.2
1.0
回路3
16
0
16
24.3
1.0
合计
45
0
45
68.4
1.0
已知车间需要系数Kd为0.32，功率因数cosφ为0.6，正切值tanφ为1.33；低压母线有功功率同时系数为0.90，无功功率同时系数为0.95。
3.车间采用三班制。年最大有功负荷利用小时数为5500H。
4.供电电源条件：
从本厂35/10KV总降变电所用架空线引进10KV电源，该变电所距本车间南0.3KM。
供电部门提出的技术要求如下：
工厂总降压变电所10KV配电出线定时限过电流保护装置的整定时间tp=1.3s。
车间最大负荷时功率因数不得低于0.9。
在车间变电所10KV侧进行计量。
5.工厂自然条件。
气象条件。年最高气温38度，年平均气温35度，年最低气温8度，年最热月平均最高温30度，年最热月地下0.7米-1米处平均温度20度，常年主导风向为南风；年雷暴日180天；土壤冻结深度1.1米。
地质水文资料。平均海拔200米，地层以沙质黏土为主，地下水位3米-5米，地耐压力位20吨每平方米。
第2章 车间变电所的电压级别
根据已知车间变电所负荷均为三级负荷，对供电可靠性要求不高，因此可采用线路-变压器接线方式。它的优点是接线简单、使用设备少和建设投资省；其缺点是供电可靠性比较差。当供电线路，变压器及其低压母线上发生短路或任何高压设备检修时，全部负荷均要停止供电。
条件选定为10kV，低压侧额定电压为380V，因此选降压变电器额定电压为10/0.4kV。机加车间低压配电网络接线方式的选择，低压配电网路接线方式有放射式、树干式、环式和链式。低压配电网络接线设计应满足用电设备对供电可靠性和电能质量的要求，同时应注意接线简单，操作安全方便，具有一定灵活性，适应性广和使用上变化及设备检修的需要，配电系统层次一般不超过三级。
根据GB50052-1995《供配电系统设计规范》的规定，由于机加车间的电动机容量不大又集中，对供电可靠性要求不高，因此低压配电网接线可采用树干式或链式接线。车间低压配电网络接线图参考附录表B。

第3章 负荷计算和无功功率补偿
3.1 负荷计算
3.1.1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）
b)无功计算负荷（单位为kvar）
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）
3.1.2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，取0.95
b)无功计算负荷（单位为kvar） =
式中是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，取0.97
c)视在计算负荷（单位为KVA） =
d)计算电流（单位为A） =

表3 车间变电所第一个车间的计算负荷
设备代号
设备名称
单位容量（KW）

需要系数

/kW
/Kvar

/A

/KVA
1-3
普通车床C6140
5
0.2
0.81
0.72
3.37
2.43
0.3
4.15
4
工具磨床M6025
1.45
0.2
0.83
0.67
0.33
0.22
0.7
0.46
5，16
砂轮机S3SL-300
1.5
0.3
0.82
0.7
0.98
0.68
5.47
1.2
6
平面磨床M7130
7.6
0.2
0.82
0.7
1.73
1.2
3.19
2.1
7-9
牛头刨床B6050
4
0.35
0.82
0.7
4.8
3.36
8.9
5.86
10-12
普通车床C616
4.6
0.2
0.81
0.72
3
2.16
5.6
3.7
13-15
普通车床C620-1
7.6
0.2
0.81
0.72
5.1
3.7
9.6
6.3
17、18
单臂龙门刨床B1012
67.8
0.35
0.81
0.72
55
39.6
102.8
67.7
19
龙门刨床B2016
66.8
0.35
0.81
0.72
2.8
2
5.3
3.5
20、21、23
普通车床C630
10.125
0.2
0.81
0.72
6.8
4.9
12.8
2.5
22
立式钻床Z535
4.625
0.4
0.80
0.75
2
1.5
3.8
3.8
24
摇臂钻床Z35
8.5
0.5
0.82
0.7
4.9
3.43
9
6
25
吊车5T
28.2
0.15
0.65
1.2
5
6
12
67.8
26-29
镗床T68
9.8
0.3
0.80
0.75
13.7
10.3
25.8
25.8
30-32
插床B5032
4
0.35
0.82
0.7
4
2.8
7.4
4.9
33、34
万能圆外磨床M131W
6.8
0.4
0.81
0.72
6.33
4.6
11.9
7.87
3.2 无功功率补偿
3.2.1低压母线计算负荷及无功功率补偿
（1）低压母线计算负荷
P30M=K∑p=0.95×（119.84+100+82+82+55+45）=477.85 KW
Q30M=K∑p=0.97×（88.88+98+86+95+80+0）= 445.20 Kvar
S30M
,
由于车间负荷功率因数小于0.92，因此应在变压器低压母线上进行集中无功补偿。集中补偿便于维护和管理，采用电力电容器进行补偿。
(2)无功功率补偿
1）补偿容量的确定
QC=P30（tanφ1-tanφ2）=477.85×(0.93-0.43)=238.9 Kvar
2) 选择补偿装置
选用BCMJ0.4-40-3型电容器并联，额定容量40Kvar
则n=Qc/qc=6 即并联6个电容器。
kW Q=Q-Q=445.20-238.9=206.3Kvar
补偿后变电所低压侧视在计算负荷
选择S9-630/10（6）型变压器，容量为630KV.A比补偿前减少了170KV.A
(3)计算变电所变压器一次侧计算负荷
1）估算变压器功率损耗：

2)估算进线负荷：

第4章 变电所主变压器及主接线方案的选择
4.1 根据负荷性质和电源情况选择变压器台数和容量
因为车间符合全部为三级负荷，对供电可靠性要求不高。装设一台主变压器型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选，查《工厂供电》附录表5选一台S9-800/10/0.4-Yyn0型低损耗配电变压器。Yyn0联结变压器更有利于抑制高次谐波，且Yyn0联结变压器一次绕组的绝缘强度要求比Dyn11联结变压器稍低，因此制造成本较低。
表4 S9型电力变压器技术数据
型 号
额定容量

空载损耗

 负载损耗

 空载电源

 短路阻抗

连接组
别标号
参考价（元/台）
S9—800
800
1.4
7.5
0.8
4.5
Yyn0
91100
按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。
4.2 主接线图设计
4.2.1 车间进线架空线的选择
根据设计任务要求选择总降压变电所到车间变电所的进线为架空线，按经济电流密度选择经济截面积。选择经济电流密度Jec =1.73，已知I30 =37.7A，则。查《工厂供电》刘介才P185页表5-4选LGJ-35线，按发热条件校验：查附录表16允许载流量Ial=137A，故满足要求。
按电压损耗校验：查附录表6得
4.2.2 线路功率损耗、变压器功率损耗的计算
(1)车间进线的功率损耗
查《工厂供电设计指导》P133页表8-1可知，6-10KV的厂区架空线路的档距为35-50m，查《工厂供电设计指导》表8-1课的6-10KV的架空线路在线路档距为35-50m时架空线倒显得最小间距为0.6m，从而查《电力电子装置查》附表16的LJ-50的单位电阻值R1=0.64，单位电抗值X1=0.323

RWL= R1L1=0.64 1.5=0.96（），XWL=X1L1=0.3231.5=0.49（）
(2) 变压器功率损耗和电能损耗：
1）变压器的功率损耗为

2）变压器电能损耗为

5500=78921.21
SN为每台变压器额定容量（kV·A） T为变压器年运行小时数（h）
为最大负荷损耗小时数（h） Kq为功率损耗归算系数，一般取0.1
年最大负荷损耗小时数，取5500

第5章 短路电流的计算
5.1短路电流的计算
短路电流计算目的是为了选择和校验车间变电所高、低压电气设备及提供继电保护整定计算所需要的技术数据。因此应计算在最大运行方式下和最小运行方式下的短路电流值。
1．绘制计算电路（图1）

图5-1 短路计算电路
2．确定基准值 设Sd=100MVA，Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则

3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值
（1）电力系统

（2）架空线路 由LGJ-35的，而线路长1.5km,故

（3）电力变压器 有，故

因此绘等效电路，如图2所示。

图5-2 等效电路
4．计算k-1点（10.5kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值

（2）三相短路电流周期分量有效值

（3）其他短路电流

（4）三相短路容量

5．计算k-2点（0.4kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
（1）总电抗标幺值

（2）三相短路电流周期分量有效值

（3）其他短路电流

（4）三相短路容量

以上计算结果综合如表6所示。

表5 短路计算结果
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MVA

I’’(3)

k－1
5.34
5.34
5.34
13.62
8.06
97.1
k－2
19.8
19.8
19.8
36.4
21.6
13.7

第6章 导线面积的选择
6.1负荷计算和导线截面积选择
由设计任务中的表2设计要求可选择车间的转供负荷计算并见其结果如表6-1所示。
表6-1车间的转供负荷计算结果
转供负荷名称
车间回路号
计算负荷
P30
Q30
S30
I30
cosφ
金工车间
WL4
100
98
199.46
213
0.90
汽车修理车间
WL5
82
86
142.71
181
0.88
备品车间
WL6
82
95
98.11
189
0.87
锅炉
WL7
55
80
203.10
147.5
0.85
照明回路
（三相）
WL8
45
0
36
68.4
1

（1）各支线负荷计算及熔断器和导线截面积选择
以设备序号1为例说明计算过程：
序号1设备单位容量5kw，效率η=0.89，启动倍数Kst=6
计算电流：
启动电流：
1)选择支线熔断器。INFE >I30 =10.54A，INFE>KIST =0.463.2=25.28(A)。式中INFE 为熔体额定电流，K为选择熔体的计算系数，轻载启动取0.25-0.4。选INFE =30A，INFU =50A，查附录表10选择结果为RT0-100。
2)选支线截面积。按允许载流量选择，根据Ial >I30 ，查附录表19，根据实际环境温度，选3根单芯塑料导线穿钢管Sc=15mm埋地敷设。当截面积A=2.5mm2 ，Ө=25o 时，Ial=18A.>I30= 10.52A，选择结果为BLV-32.5-18A-SC15mm(钢管管径)。

表6-2 各支线负荷、熔断器、导线截面积选择结果
设备代号
设备名称
计算电流
单台容量（kW）
启动电流
熔断器选择
导线截面积
允许载流量
穿钢管管径
1、2、3
普通车床C630-1
16..2
7.6
0.4×97.2
RTO-100
2.5
18
15
4
工具磨床M6025
15.1
7.25
0.4×90.6
RTO-100
2.5
18
15
5，16
砂轮机S3SL-300
3.0
1.5
0.4×19.5
RTO-100
2.5
18
15
6
平面磨床M7130
16
7.6
0.48×96
RTO-100
2.5
18
15
7、8、9
牛头刨床B6050
8.5
4
0.4×51
RTO-100
2.5
18
15
10、11、12
普通车床C6140
12.9
6.125
0.4×77.4
RTO-100
2.5
18
15
13、14、15
普通车床C616
9.58
4.6
0.4×57.48
RTO-100
2.5
18
15
17，18
单臂龙门刨床B1012
147.87
67.8
0.4×369.7
RTO-200
95
170
50
19
龙门刨床B2016
145.7
66.8
0.4×364.25
RTO-200
95
170
50
20，21,23
普通车床C630
21.37
10.125
0.4×224.28
RTO-100
4
24
15
22
立式钻床Z535
9.76
4.625
0.4×58.56
RTO-100
2.5
18
15
23，38
立式车床C534J1
176.67
80
0.4×530
RTO-400
120
195
50
24
摇臂钻床Z35
18.10
8.5
0.4×99.55
RTO-100
4
24
15
25
吊车5T8
80.38
28.2
0.4×361.7
RTO-200
35
90
32
26、27、28、29
镗床T68
26.63
9.8
0.4×146.46
RTO-100
6
32
15
30~32
插床B5032
8.73
4
0.4×52.38
RTO-100
2.5
18
15
33`34
万能磨床M131W
14.83
6.8
0.4×74.16
RTO-100
2.5
18
15

表6-3干线负荷计算及截面积选择
车间回路
配电箱
计算负荷
P30
Q30
S30
I30
WL1
AL1 ~AL3
27.73
20.35
34.4
52.3
WL2
AL4~ AL6
74.02
53.06
91.1
138.4
WL3
AL7 、AL8
18.09
15.5
23.8
36.2
按允许发热条件选择车间干线截面积计算如下表所示。各干线选择BV铜芯绝缘导线，埋地敷设。
表6-4 车间干线计算电流及导线截面积选择结果（BV）
回路编号
干线计算电流I30(A)
导线允许载流量Ial（A）
导线截面积A(mm2)
WLI
52.3
58
3×25+1×16
WL2
138.4
142
3×95+1×50
WL3
36.2
44
3×16+1×10
WL4
213
215
3×185+1×95
WL5
181
188
3×150+1×95
WL6
189
215
3×185+1×95
WL7
147.5
163
3×120+1×70
WL8
68.4
71
3×35+1×25
校验电压损耗 铜芯电缆的=2.19 （按缆芯工作温度65°计），=0.29，又金工车间=100kW, =98 kvar，故线路电压损耗为
<=5%。
同理，经过计算到其他车间的干线的电压损耗符合要求。

第7章 车间变电所低压母选择
车间低压母线，可以选择LMY型矩形铝母线，按经济电流密度选择。车间低压的母线计算电流，，，查表8-30可选LMY型硬铝母线。允许载流量在环境温度为时平放。
(1) 对母线作热稳定校验，假设时间为
，则热效应允许最小截面积为
（mm2）
式中 C—热稳定系数。铝母线热稳定系数C=87。
因此所选母线截面积为,，所以热稳定合格。

第8章 变电所一次设备的选择校验
8.1 10kV侧一次设备的选择校验
1.按工作电压选则
设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。
2.按工作电流选择
设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即
3.按断流能力选择
设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即
或
对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。
4.隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验
a)动稳定校验条件 或
、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值
b)热稳定校验条件
对于上面的分析，如表8-1示，由它可知所选一次设备均满足要求。

表8-1 10 kV一次侧设备的选择校验
选择校验项目
电压
电流
断流能力
动稳定度
热稳定度
装置地点条件
参数

数据
10Kv
46.2A ()
5.34kA
8.06kA

一次设备型号规格
额定参数

高压少油断路器DW15-2500
10kV
630A
16kA
40 kA

高压隔离开关GN8-10/200
10kV
200A
-
25.5 kA

高压熔断器RW4-100/75
10kV
0.5A
50 kA
-
-
电流互感器LMZJ1-0.5
10kV
100/5A
-
=31.8 kA

=81

8.2 380V侧二次设备的选择校验
同样，做出380V侧二次设备的选择校验，如表8-2示，所选数据均满足要求
表8-2 380V二次侧设备的选择校验
选择校验项目
电压
电流
断流
能力
动稳定度
热稳定度
装置地点条件
参数

数据
380V
1607.58A
19.8kA
21.6kA

二次设备型号规格
额定参数

低压断路器QF2 DW15-2500
380V
2500A
60kA
-
-
低压断路器QF3 DW15-300
380V
300A
20kA
-
-
低压断路器QF4 DW15-300
380V
300A
25kA
-
-
低压断路器QF5 DW15-200
380V
200A
20kA
-
-
低压断路器QF6 DW15-200
380V
200A
25kA
-
-
低压断路器QF7 DW15-200
380V
200A
20kA
-
-
低压断路器QF8 DW15-200
380V
200A
20kA
-
-
电流互感器LMZJ1-0.5
500V
1500/5A
-
-
-
表8-3 车间低压刀开关选择表
车间回路号
计算电流(A)
刀开关
低压刀开关型号
WL1
52.3
QK2
HR5-100
WL2
138.4
QK3
HR5-200
WL3
36.2
QK4
HR5-100
WL4
213
QK5
HR5-400
WL5
181
QK6
HR5-200
WL6
189
QK7
HR5-200
WL7
146.5
QK8
HR5-200
WL8
68.4
QK9
HR5-100
第9章 降压变电所的防雷
9.1变电所的防雷保护
9.1.1直击雷保护
在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长1～1.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。
9.1.2雷电侵入波的防护
a)在10KV电源进线的终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。引下线采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。
b）在10KV高压配电室内装设有GG—1A（F）—54型开关柜，其中配有FS4—10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。

第10章 设计总结
通过这次的工厂供电课程设计，我有很多的心得体会，该设计涉及到的专业知识，更多的是关于实践与思维之间关系方面的。 在大学里，我们学习了许多专业课，而如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去是我值得深思的问题。
在做课程设计过程中，我在工厂供电理论知识方面学习的不是很扎实，为了让完成自己的设计再次去理解回顾知识，同时也查阅这方面的设计资料。在设计中，我翻阅以前所学的专业课知识，学习的过程很有目的性，其次要有一个清晰的思路和一个完整的的流程图，不能妄想一次就将整个设计好，反复修改的好习惯，这是我做这次课程设计的心得。
在这次课程设计中，曹老师和杨老师给我很多的指导和帮助，在这里特别谢谢两位老师，此外也谢谢很多同学给予我帮助。由于我自身能力有限，设计难免有些失误，敬请老师批评指正。

参考文献
[1] 刘介才. 工厂供电 [M]. 北京：机械工业出版社，2003.
[2] 供配电系统设计规范 [M]. 北京 中国计划出版社，1996
[3] 刘介才. 供电工程师技术手册 [M]. 北京：机械工业出版社，1998
[4] 常用供用电电气标准汇编 [S]. 北京：中国计划出版社，1983　
[5] 机械行业标准JBJ 6-1996机械工厂电力设计规范[S]. 北京：机械工业出版社，1996　

附 录
附录表A：低压配电系统系统的车间供电平面图

表B-1 配电箱及配电箱所接电气设备序号
配电箱编号
配电箱内所接电气设备序号
配电箱编号
配电箱内所接电气设备序号
AL1
1、2、3、4
AL5
9、17、18
AL2
26、27、28、29
AL6
5、6、7、8
AL3
30、31、32、33、34
AL7
20、23、25
AL4
19、21、22、24
AL8
10、11、12、13、14、15、16

附录表B: 车间的动力系统配电图

附录表C:车间变电所及其低压设备主接线图