厂区供配电设计.docx

编 号： 审定成绩： XXXX大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：厂区供配电设计学 院 名 称 ：xxxxxx学院学 生 姓 名 ：专 业 ：电气工程与自动化班 级 ：学 号 ：指 导 教 师 ：答辩组 负责人 ：填表时间： 2011 年 6 月xxxxxxxx大学教务处制摘 要工厂供电就是将从电力系统中得到的电能经过合理的传输变换，然后分配到工厂的用电设备上。伴随着社会的发展，工厂对电能的质量，经济性以及供电可靠性等要求也越来越高。工厂供电设计是否完善不仅影响工厂的安全生产，还反映到工厂供电的可靠性上，它与企业的经济效益，设备安全运行以及工人的人身安全密切相关。工厂供电系统就是将电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂总降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路，保护措施以及用电设备组成。工厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对各个部门的安全可靠，经济技术的分配问题。本厂是由10kV的电缆进线，通过母线及高压开关柜将电能馈送到变电所的系统。其基本内容有以下几个方面：工厂进线电压，变电所及全厂的负荷计算，无功功率补偿，短路电流计算和高压配电所的主接线图设计，电气设备的选择，母线以及各馈电线的选择及校验和防雷系统设计等。【关键词】进线电压 负荷计算 无功功率补偿 短路电流 防雷ABSTRACTFactory power supplies are gained from the power system of power a reasonable amount of propagation, and assign it to the factory of electrical devices. With the development of society, factories on electric energy quality, economy and reliability requirements are also getting higher and higher. Factory power supply design is perfect not only affects the safety production of the factory, also reflected in the factory on the reliability of electricity supply, it and the economic efficiency of enterprises, safe operation of the equipment and personal safety are closely related. Power system of the factory is to step down power and then to distribute the power to the factories and workshops. It consists of total step-down substation, high voltage distribution lines, substation of workplace, low-voltage distribution lines, measure of protection and power devices. The total step-down substation plant and design of distribution system, which is to resolve the security and the distribution of economic and technological problems, is based on the number and nature of each workshop, the production process on the load requirements, and as well as, the load distribution. The factory is a system, with entrance cables of 10kv, distributing the electricity to substations through bus and high voltage switchgear. Its basic content has the following areas: factory incoming line voltage, and plant-load calculation in substation, reactive power compensation and calculation of short circuit current and high voltage distribution of main wiring design, selection of electrical equipment, bus and the selection and verification of the feeder and lightning design.【Key words】incoming line voltage loads counting reactive power compensation short circuit current calculation lightning protection 目 录前 言1第一章 负荷计算及无功功率补偿2第一节 进线电压的选择2第二节 荷计算方法2一、按需要系数法计算负荷2二、工厂的功率因数4第三节 车间的负荷计算及无功功率补偿4一、实训工厂的负荷计算4二、实训工厂的无功功率补偿11第四节 无功功率补偿的措施13一、无功功率补偿13第五节 本章小结14第二章 变电所和变压器的选择15第一节 变电所位置选择15一、变电所的位置选择15第二节 总降压变电所主变压器台数15和容量的确定15一、通过实训工厂的设备容量计算所需的变压器15二、选择变压器的主接线图16第四节 本章小结18第三章 短路电流计算19第一节 短路电流介绍19一、用标幺制法进行短路计算19第二节 短路电流计算20一、短路基准值计算20二、点三相短路时的短路电流和容量的计算21三、计算点三相短路时的短路电流22第三节 本章小结23第四章 高压侧一次设备选择24第一节 高压一次设备选择24一、概述24二、高压一次设备介绍24三、高压一次设备选择条件25第二节 高压侧一次设备选择26一、高压计量柜及一次设备的选择26二、高压开关柜及一次设备的选择27第三节 本章小结29第五章 低压侧一次设备选择30第一节 断路器30一、断路器的选择原则30二、断路器的校验30第二节 熔断器的选择31一、熔断器的选择31二、保护电力线路的熔体电流的选择31三、熔断器断流能力校验32第三节 低压侧一次设备选择和校验32一、低压熔断式刀开关的选择32二、 低压断路器的选择32三、电流互感器的选择33第四节 本章小结34第六章 电力线和电缆桥架的选择35第一节 高低压侧电力线的选择35一、导线选择方法35二、10kV侧母线的校验36三、380V侧母线导线选择37第二节 380V低压电出线38一、馈电给物理加工中心的线路38二、馈电给流程控制实训室的线路38三、馈电给特殊加工实训室的线路39四、馈电给先进技术实训室合办公室的线路39五、馈电给电磁兼容实训室的线路39六、馈电给电力系统实训室的线路40七、馈电给SMT贴片实训室线路40八、馈电给PCB实训室的线路41九、馈电给走廊照明系统的线路41第三节 空气开关和低压配电箱选择41一、空气开关的主要功能42二、空气开关的的选择参数42三、低压配电箱43第四节 电力设备电力进线和的选择44一、设备电力线缆的选择44二、空气开关的选择44第五节 电缆桥架49一、电缆桥架尺寸的选择和计算49第六节 电缆穿管最小管径的计算49一、电缆保护管的种类49二、电线电缆穿管管径的计算50第七节 本章小结50第七章 防雷和接地51第一节 防雷保护装置51一、防雷基本知识简介51二、防雷装置51三、避雷针保护范围的计算52第二节 接地52一、接地与接地装置52二、确定此配电所公共接地装置53第三节 本章小结53结 论54致 谢55参考文献56附 录57一、英文原文57二、英文翻译61三、工程设计图纸64 工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，同时也称工厂配电。电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换，又易于转换为其它形式的能量；电能的输送和分配不仅简单经济，而且便于控制、调节和测量，还有利于实现生产过程自动化。而且现代社会的信息技术和其他高新技全部是建立在电能应用的基础上的。因此电能在整个现代工业生产和国民经济生活中拥有极为重要的地位。在工厂企业里，虽然工业生产的主要能源和动力是电能，但是它一般在产品成本中的比重却占的很小。电能体现在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中的比重所占的多少，而是在于实现工业生产电气自动化以后可以降低生产成本，提高劳动生产率，保证产品质量，大大增加产量，改善工人的劳动条件，减轻工人的劳动强度。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则可能对工业生产造成严重的后果。 因此，做好工厂供电工作对于发展工业自动化，实现工业现代化，具有十分重要的意义。同时工厂供电工作的一个重要方面是能源的节约，因为能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作就是要很好的服务于工业生产，同时工厂生产和生活用电的需要要确实得到保证，并做好节能环保工作。工厂供电系统设计还要根据负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计不仅是整个工厂设计中的重要组成部分，而且工厂供电设计的质量还会直接影响到工厂的生产及发展。选择厂区供配电系统设计这个课题，主要是检验我们所学专业知识的一个综合。通过毕业设计可以锻炼我们的综合能力提高自己在分析材料和实际动手的能力。这次毕业设计使我对厂区供配系统有了更深的认识，不仅学到了厂区供配电设计的知识，我还进一步提高了我独立思考、发现问题和解决问题等方面的能力，同时也提高了作图和各种信息的分析的能力，为自己的将来工作打个良好的基础1。第一节 进线电压的选择根据学校实训工厂所能取得的电源为学校变压器连接的公用电网并且在实训工厂周围没有其他更高规格的电网，学校实训工厂用电总容量不大并且没有超大型的用电设备。并适当考虑到实训工厂未来的发展，按照安全可靠，技术先进，经济合理的要求1，在学校实训工厂的进线电压选择为10KV的电缆进线电压。为了能在工厂主电源在故障，检修和维护期间工厂的用电设备能正常运行，综合考虑在附近工厂备用一条380V电压电源，平时不投入，只有在该厂的主供电源发生故障或检修时提供部分重要负荷及照明用电2。第二节 荷计算方法一、按需要系数法计算负荷1、需要系数法的基本公式 图1.1 计算负荷说明需要系数法确定三相用电设备的有功功率计算负荷的计算公式为： (1.1)求出有功功率计算负荷后，根据下列各式求出其余的计算负荷。无功功率计算负荷为： (1.2)式中，是用电设备的正切值。视在功率计算负荷为： (1.3)式中，是用电设备的平均功率因数。计算电流为： (1.4)式中，为用电设备的额定电压。负荷计算常用单位有：有功功率为“千瓦”(kW)，无功功率为“千乏”()，视在功率为“千伏安”()，电流为“安”(A)，电压为“千伏”(kV)10。2、多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组用电设备的干线上或低压母线上的计算负荷时，应该考虑各组用电设备的最大负荷不可能同时出现的因素。所以在确定多组用电设备的计算负荷时，应该结合具体情况对其有功功率负荷和无功功率负荷分别计入一个同时系数和：总的有功功率计算负荷为： (1.5)总的无功功率计算负荷为： (1.6)总的视在功率计算负荷为： (1.7)总的计算电流为： (1.8)由于各组设备的功率因数不一定相同，所以总的视在功率计算负荷和计算电流一般不能用各组视在功率计算负荷或计算电流之和来计算，总的视在功率计算负荷也不能按式(1.5)计算10。二、工厂的功率因数最大负荷时的功率因数就是负荷计算中按有功功率计算负荷和视在功率计算负荷计算而得的功率因数，即： (1.9)供电营业规则规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应该达到下列规定：100kVA及以上高压供电用户功率因数应该达到0.90以上。其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数应该达到0.85以上。农业用电，功率因数应达到0.80。凡功率因数没有达到上述规定的新用户，供电企业可以拒绝供电。对已送电的用户，供电企业应该督促和帮助用户采取措施，提高功率因数。对凡是在规定期限内仍未采取措施达到上述规定要求的用户，供电企业可以终止或限制供电3。第三节 车间的负荷计算及无功功率补偿一、实训工厂的负荷计算1、实训工厂房间号-负荷计算见表1.1到表1.9表1.1 房间计算负荷 物理加工中心设备功率/ kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A1 数控车床9.520.30.51.735.79.86111.42 加工中心3810.350.51.7313.32326.63 平面磨床7.9810.30.51.732.44.144.84 滚齿机6.0810.30.51.731.8243.153.6455 电脑0.310.50.651.170.150.1760.23 续表1.1 物理加工中心设备功率/ kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A6 （照明）0.15100.90.51.731.352.342.707 （插座）280.250.61.3345.326.67小计28.7247.9956.05表1.2 房间计算负荷 流程控制实训室设备功率/ kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A1 流程控制系统3010.50.61.331519.95252 电脑0.310.50.651.170.150.1760.233 （照明）0.1580.90.51.731.081.872.164 （插座）280.250.61.3345.326.67小计20.2327.3234.06表1.3 房间计算负荷 特殊加工实训室设备功率/ kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A1 电火花线切割机2.810.20.51.730.560.971.122 电火花成型机410.20.51.730.81.3841.6 续表1.3 特殊加工实训室设备功率/ kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A3 激光外雕机2.5510.20.51.730.510.8821.024 激光内雕机510.20.51.7311.7325 数控压力机1.510.20.51.730.30.520.66 板料折弯机5.510.20.51.731.11.9032.27 机械装备生产线410.750.80.7532.253.758 （照明）0.15180.90.51.732.434.204.869 （插座）2120.250.61.3367.9810小计15.721.8227.15表1.4 房间计算负荷 先进技术实训室和办公室设备功率/ kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A1 电脑0.3420.50.651.176.37.379.692 打印机0.2560.20.51.730.30.5190.63 空调1.520.80.80.752.41.834 （照明）0.15100.90.51.731.352.342.705 （插座）2100.250.61.3356.658.33小计15.3518.6824.32表1.5 房间计算负荷 电磁兼容实训室设备功率 kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A1 射频放射及检测系统1010.50.651.1755.857.692 电脑0.310.50.651.170.150.5850.233 空调2.27520.80.80.753.642.734.553 （照明）0.1580.90.51.731.081.872.164 （插座）280.250.61.3345.326.67小计13.8716.3621.3表1.6 房间计算负荷 电力系统实训室设备功率/ kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A1 空调2.27520.80.80.753.642.734.552 微机自保装置1.110.70.80.750.770.5780.9633 线路保测系统1.120.70.80.751.541.1551.9254 微机变压器1.120.70.80.751.541.1551.9255 电脑0.310.50.651.170.150.1760.236（照明）0.15100.90.51.731.352.342.707 （插座）280.250.61.3345.326.67小计12.9913.4618.96表1.7 房间计算负荷 SMT贴片实训室设备功率/ kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A1 半自动丝网印刷机0.310.30.61.330.090.120.152 全自动贴片机0.34510.30.61.330.1040.140.1733 半自动贴片机0.31810.30.61.330.0950.130.164 热回流炉1010.350.71.023.53.5755 飞针在线测试仪2.510.250.61.330.6250.831.046 返修工作站0.43810.250.61.330.110.1460.1837 空调2.27520.80.80.753.642.734.557 （照明）0.1580.90.51.731.081.872.168 （插座）280.250.61.3345.326.67小 计13.2514.8620.09表1.8 房间计算负荷 PCB实训中心设备功率/ kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A1 空调2.27520.80.80.753.642.734.552 自动脱膜机2.210.750.80.751.651.242.063 光绘机2.210.750.80.751.651.242.064 腐蚀机2.210.750.80.751.651.242.06 续表1.8 PCB实训中心设备功率/ kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A5 电脑0.330.50.651.170.450.5270.6926 电热烘箱6.610.7104.6204.627 烘干机1.220.7101.6801.688 自动显影机2.210.750.80.751.651.242.069 电镀设备0.220.250.61.330.10.1330.1710 孔金属化0.0920.250.61.330.0450.060.07511 激光雕刻机0.810.250.61.330.20.2660.3312 乐普物理制板仪2.510.250.61.330.6250.8311.0413 （照明）0.15320.90.51.734.327.478.6414 组装线310.250.61.330.7511.2515 （插座）2160.250.61.33810.6413.34小计31.0328.6244.63表1.9 房间计算负荷 走廊照明设备功率/ kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A走廊照明10.0260.90.51.730.1080.1870.216 续表1.9 走廊照明设备功率/ kW该设备台数需要系数计算负荷/ kW/ kV.A/A走廊照明10.0260.90.51.730.1080.1870.216走廊照明20.0280.90.51.730.1440.2490.288走廊照明30.0260.90.51.730.1080.1870.216楼梯照明0.0260.90.51.730.1080.1870.216厕所照明0.0260.90.51.730.1080.1870.216大厅照明0.0280.90.51.730.1440.2490.288小计0.721.2461.442、实训工厂无功补偿前总负荷计算见表1.10表1.10 工厂无功补偿前总负荷计算房间序号计算负荷/kW/kV.A/A28.7247.9956.0520.2327.3234.0615.721.8227.1515.3518.6824.3213.8716.3621.312.9913.4618.9613.2514.8620.0931.0328.6244.630.721.2461.44小计151.86190.356243.51369.98取=0.9=0.95136.674180.84226.68344.40二、实训工厂的无功功率补偿1、补偿前的变压器低压侧的视在计算负荷为：所以在未进行无功补偿时，总变压器容量应选为226.86。因此变压器低侧的功率因数为：2、无功补偿容量的规定无功功率补偿容量根据规定变电所高压侧的计算所得，同时考虑到变压器本身的无功功率损耗大于其有功功率损耗，因此一般选择，在变压器低压侧进行无功功率补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.904。这里取11。要使低压侧功率因数由0.603提高到0.93，低压侧所需装设的联电容器容量为： 取：3、补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：变压器的功率损耗为：变电所高压侧的计算负荷为：补偿后工厂的功率因数为：4、无功功率补偿后的总负荷见表1.11表1.11 无功功率补偿后的总负荷房间序号计算负荷/kW/kV.A/A28.7247.9956.0520.2327.3234.0615.721.8227.1515.3518.6824.3213.8716.3621.312.9913.4618.9613.2514.8620.0931.0328.6244.630.721.2461.44小计151.86190.356243.51369.98取=0.9=0.95136.674180.84226.68344.40380V侧补偿前负荷容量136.674180.84226.68344.40380V侧无功补偿容量127136.67453.84146.90223.19变压器损耗功率2.2048.814138.87862.654152.368.80第四节 无功功率补偿的措施一、无功功率补偿1、无功补偿的方法因为工厂中存在有大量的感应电焊机、电动机及气体放电灯等感性负荷，从而使功率因数降低。如果在改善设备运行性能、充分发挥设备潜力、提高其自然功率因数的情况下，还不能达到国家规定的功率因数要求时，这时就要考虑人工补偿6。要使功率因数从提高到，必须装设备的无功功率补偿装置，无功功率补偿装置的容量为： 或 式中，称为无功补偿率，或补偿容量。这时无功补偿率表示的是要使1kW的有功功率由 提高到 所要求的无功补偿功率容量值，其单位为 “” 6。在确定了总的无功功率补偿容量后，就可以根据所选并联电容器的单个容量来确定电容器个数的选择型号。2、母线上的无功功率补偿TSC系列可控硅动态无功功率补偿器采用全智能控制,由控 制器,双向可控硅,放电电阻, 电容器,电抗器,保护元件组成。 控制器实时跟踪测量负荷的功率因数,无功电流,与预先设定的给定值进行比较,动态控制投切不同组数的电容器,以保证功率 因数始终满足设定要求。整个测量执行过程在一个周波内完成(时间20ms),控制器确保可控硅过零触发。确保投切电容无冲击,无涌流,无过渡过程。既动态快速跟踪负荷变化,又克服了传统无功补偿器对电容器所产生的危害和自身固有的缺陷。在上面的计算中计算出所需要补偿的无功功率为127，通过查询TSC的产品表格所得选择TSC-A/135。其性能如表1.12所示：表1.12 TSC产品参数产品型号额定补偿容量最大级别外形尺寸TSC-A / 135135310006002200第五节 本章小结通过对学校实训工厂用电设备的数据整理，再查找不同设备的需要系数和平均功率因数，按照需要系数法计算出工厂各个房间和全厂总的有功计算负荷、无功计算负荷和视在计算负荷，计算出全厂的功率因数，根据供电营业规则算出工厂需要补偿的无功功率负荷，按照需要补偿的无功功率大小选择相应大小的补偿电容器。第一节 变电所位置选择一、变电所的位置选择 变电所应该最大限度的接近负荷中心，这样可以降低配电系统过程中的电能和电压损耗以及有色金属消耗量。 考虑电源的进线方向，理论上应该偏向电源一侧。 进出线应该尽量方便。 不应该妨碍企业的发展，要考虑以后可能的扩建。要设备的运输提供方便。 尽量避开污秽地面和有腐蚀性气体的地段，如果实在无法避免，则应该位于污源的上侧。 变电所屋外配电装置以及和其他建筑物、构筑物之间的防火间距也应该该符合规定。变电所建筑物、变压器以及屋外配电装置应该与附近的冷却塔或者喷水池之间的距离应该符合规定。 变电所不应该设在地势低洼以及有可能积水的场所。 高压配电所应该尽量与临近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房建在一起1。变电所的位置选择应该根据选择原则，并且还要通过经济、技术比较后确定。根据变电所要接近负荷中心，偏向电源侧的选择方法。本设计采用独立式的变电所。在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器。高损耗变压器已被淘汰，不再采用。因此，本设计选择S9系列三相油浸自冷电力变压器。第二节 总降压变电所主变压器台数和容量的确定一、通过实训工厂的设备容量计算所需的变压器通过实训工厂的负荷计算选择变压器为：由计算可知变压器容量选择250kV.A，但是考虑到以后实训工厂的长远发展等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应社会的发展2。综上变压器选择S9-315/10，变压器参数见表2.1：表2.1 变压器参数二、选择变压器的主接线图 工厂供配电系统设计中，有两种主接线方式方式：一是一台变压器主接线方式；二是，两台变压器主接线方式。如图