某工厂车间电气系统供电设计

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1、XXXXXXXXk #裸程筱计课程工厂供电课程设计题 目某机械厂车间电气系统供电设计院 系电气信息工程学院电气工程系专业班级 xxxxx班学生姓名XXX 学生学号 080603140130指导教师 XXX XXX2011年12月4日XXXXXXX大学课程设计任务书课程 工厂供电课程设计题目 某机械厂车间电气系统供电设计专业电气工程及其自动姓名 学号 主要内容：要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂 生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置 和型 式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备 和进出线，确定二

2、次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要 求写出设计说明书，绘出设计图纸。参考资料：1 浣喜明、姚为正.电力工程基础.北京：高等教育出版社，20042 黄俊.半导体变流技术.第二版.北京：机械工业出版社，19803 莫正康.电力系统继电保护技术M.北京：机械工业出版社，19994 叶斌.电力电子应用技术及装置M.北京：中国铁道出版社，19995 王维平.现代电力电子技术及其应用.南京.：东南大学出版社，2000完成期限 2011. 11.28 至 2011. 12.4指导教师 XXXXXXX专业负责人2011年11月23日1设计要求02工厂负荷计算及无功补偿的计算02.1工厂

3、用电情况02. 2负荷计算12.3无功功率补偿23电气设备的选择和校验33. 1 10kV侧一次设备的选择校验33.3高低压母线的选择44变压所进出线与邻近单位联络线的选择54.1 10kV高压进线和引入电缆的选择54.2 380低压出线的选择55变电所继电保护的整定85.1变电所继电保护装置86降压变电所防雷与接地装置的设计106.1变电所的防雷保护106.2变电所公共接地装置的设计107结论12参考文献121设计要求(1) 要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考 虑 到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和 型式。(2) 确定变电所

4、主变压器的台数、容量与类型。(3) 选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线。(4) 确定二次回路方案。(5) 选择整定继电保护。(6) 确定防雷和接地装置。(7) 最后按要求写出设计说明书，绘出设讣图纸。2工厂负荷计算及无功补偿的计算2. 1工厂用电情况2.1.1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4600h，日最大负荷持续时间为6ho 该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负 荷。本厂的负荷 统计资料如表1.1所示。2.1.2供电电源情况按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用 电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工

5、厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ- 15O,导线为等边三角形排列，线距为2m ；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设 的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护， 定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二 级负荷要求，可采用高压联络 线山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。2.1.3气象资料本厂所在地区的年最高气温为38C，年平均气温为23C，年最低气温为-9C，年最热 月平均最高气温为33C，年最热月平均气温为26C,年最热月地 下0.8米处平均气温为 25C。当地主

6、导风向为东北风，年雷暴日数为20。2. 1.4地质水文资本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。表1工厂负荷统计资料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300030 - 7照明508102锻压车间动力350030. 65照明80 - 71. 07金工车间动力4000 - 20 - 65照明100. S1. 06工具车间动力3600306照明70 - 9104电镀车间动力2500 - 508照明50. S1. 03热处理车间动力150060. 8照明5081. 09装配车间动力1800 - 30 - 7照明60. 81. 010机修车间动力

7、16002065照明4081. 08锅炉车间动力500 - 70. 8照明10. S105仓库动力200108照明10810生活区照明3500. 7092. 2负荷计算2. 2. 1单组用电设备计算负荷的计算公式3 ）有功计算负荷（单位为kW）跟二K起，岛为系数b）无功计算负荷（单位为kvar）Qio= P tan（ pc）视在计算负荷（单位为kvA）d）计算电流（单位为A）5穴二一7”为用电设备的额定电压（单位为KV）2. 2. 2多组用电设备计算负荷的计算公式G有功计算负荷（单位为kW）P 30- KA.p 出 3式中工是所有设备组有功计算负荷Pmo之和，KAp是有功负荷同时系数，可取0.

8、 850 95b）无功计算负荷（单位为kv孔）00 一 Kg.g C30 / *工咖是所有设备无功3。之和；K纹是无功负荷同时系数，可取0.90.97C ）视在计算负荷（单位为kVA）&二侦代+ Q*d）计算电流（单位为A）J 一 S30730”-2.3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。山于并联 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2.1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

9、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：Qc = Pyo （taM! - tanA2 ） =810. 8tan （arccosO. 75） - tan （arccosO. 92） = 369. 66 kvar参照图2,选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BWO. 4-14-3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84kvarx5=420kvaro补偿前 后，变压器低压侧的有功讣算负荷基本不变，而无功计算负荷 （） = （ 727. 6420） kvar=307. 6

10、kvar,视在功率 S%=jp：） +Q 耕二 867. 2 kVA,计算电流/;0 一二 1317. 6 A,功率因数提高为 COS0 二 b 二 0. 935。J3U nS30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1000RVA的就足够了。同时 山于计算电流的减少，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3所示。3电气设备的选择和校验3. 1 10kV侧一次设备的选择校验3. 1. 1按工作电压选则设备

11、的额定电压uN.e -般不应小于所在系统的额定电压U” ,即UN.e UN ,高压设 备的额定电压U池应不小于其所在系统的最高电压U”财即S沦匕2 t/.v=10kV, Uma=ll. 5kV,高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压（/.v,=12kV,穿墙套管额定电 压1. 5kV,熔断器额定电压J/.vf=12kVo3. 1.2按工作电流选择设备的额定电流/池不应小于所在电路的计算电流 0,即倡“303. 1. 3按断流能力选择设备的额定开断电流t或断流容量S“，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S怒S0对于分断负荷设备电流的设备来说，则为Ioc

12、 0LU i0Lmax为最大负荷电 流。3.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验R动稳定校验条件几你、仁狄分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，夺、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6J10 kV-次侧设备的选择校验9 I1 V 7 IV V y J IA1 I r/ f ll/ILIII Y 一八”、 | / 1 YI .1 I / * XX. -J I I断流能选择校验项目电压电流动态左度热稳左度、参数装置地点条Sv10kVI、；57. 7A1.96kA/5. OkAF %1.962 xl.9 = 7.3件数据次 设 备 型额定参数高压少油断路器

13、SN10-10I/63010kV630kA/16kAmax40 kAI16*2 = 512号 规 格高压隔离开关10kV200A25. 5 kA1O2x5 = 5OO次负 荷0.63.2同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表6-2所示，所选数据均满足要求。表6-2 380V-次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数36.2数据380V总 1317. 6A19. 7kAkA额尢参数max低压断路器DW15-1500/3380V1500A40kA/？/x nna19.72 x0.7 = 272次 设 备 型 号 规 格低压断路器DW20-630低压断

14、路器DW20-200低压断路HD13-1500/0电流互感器LMZJ1-0.5电流互感器LMZ1-0. 5380V380V380V500V500V630A200A1500A1500/5A100/5A160 5A30Ka(一般)25 kA3.3高低压母线的选择查表得到，10kV母线选LMY-3 (40x 4mm),即母线尺寸为40mmx4mm; 380V母线 选LMY-3(120x10) +80x6，即相母线尺寸为120mmx ”咖，而中性线母线尺寸 为80mmx6mmo4变压所进出线与邻近单位联络线的选择4.1 10kV高压进线和引入电缆的选择4.1.1 10kV高压进线的选择校验采用LGJ型

15、钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。按发热条件选择，由山二5讦57. 7A及室外环境温度33,查表得，初 选LGJ-35,其35 C 时的Z广149AZ30,满足发热条件。b）.校验机械强度查表得，最小允许截面积/1讪二25mm而LGJ-35满足要求，故选它。III于此线路很短，故不需要校验电压损耗。4. 1.2由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。R按发热条件选择，由么产/肿二57. 7A及土壤环境25,查表得，初选缆线芯截面为25 沪的交联电缆，其Ia=149AIi0f满足发热条件。b）校验热路稳定按式为母线截面积

16、，单位为 沪；人叶为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为mm2 ； C 为材料热稳定系数；/丁为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A ； r,fl短路发热假想时间， 单位为s o本电缆线中=1960 ,么二0.5+0. 2+0. 05二0.75s,终端变电所保护动作时间为0. 5s,断路 器断路时间为0.2s, 077,把这些数据代入公式中得 九加二/ ; L = 1960 x = 22 2 /30,满足发热条件。b）校验电压损耗由图1. 1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为288m,而查表得到120加的铝芯电缆的心二0.31G/如?（按缆芯工作温度75计）， Xo 二 0.070/

17、如又1号厂房的心二94k见C30=91. 8 kvar,故 线路电压损耗为应心 + qX) 94AWx (0.31 X0.288) + 91.8/:varx (0.07x0.1)“AO = =23. /VUN0.38223 7R (/% =二_乂 100% = 63% 几 % =5%o380C)断路热稳定度校验Amin = 12)如=19700 x 兰空=224 加C76不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240 mm2的电缆，即选VLV22-1000-3x240+1x 120的 四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。4. 2.2锻压车间馈电给2号厂房（锻压车间）的

18、线路，亦采用VLV22-1000-3x240+1x120的四芯聚氯乙烯绝 缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。4. 2.3热处理车间馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3x 240+1x120的四芯聚氯乙烯 绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。4. 2.4电镀车间馈电给4号厂房（电镀车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3x240+1x120的四芯聚氯乙烯绝 缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。4. 2. 5仓库馈电给5号厂房（仓库）的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑 物，因此采用 聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根（包括3根相线

19、、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋 地敷设。a）按发热条件需选择由Z30=16. 2A及环境温度26乞，初选截面积4mm2, S/d/=19A/30，满足发 热条件。b）校验机械强度查表得，九伽二2.5 沪，因此上面所选的4劝彳的导线满 足机械 强度要求。c) 所选穿管线估计长50m,而查表得心二0.85G/km, Xo二0. 119G/R/”,又 仓库的&二8.8kW,G30=6 kvar,因此匕A “心pR + qX) 8.8kWx (8.55x 0.05) + 6k varx (0.119x0.05)、UNAA7% = xl 00% = 2.63% A,满足发热条件。2 ）效验机械强度

20、查表可得，最小允许截面积因此BLX-1000-1 x 240满足机械强度要求。3）校验电压损耗查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离600m左右，而查表得 其阻抗值与BLX-1000-1 x 240近似等值的LJ-240的阻抗Ro二0. 14G/G”，乂。二0. 30。/加（按 线间儿何均距0. 8m）, 乂生活区的出。二245KW, 03o=1176灯21,因此 “心+AO =245kWx (0.14x0.2) +111.6kvarx (0.3x0.2)1Ty11/0.382=9.4Vo 4 zAt/% = x 100% = 2.5% 满足要求。4. 3. 2短路热稳定校验按本变电所高

21、压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25mm2的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表7-1所示。表7-1进出线和联络线的导线和电缆型号规格线路名称导线或电缆的型号规格10kV电源进线LGJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22100003X25交联电缆（直埋）至1号厂房VLV2210003X240+1X120四芯塑料电缆（直埋）至2号！ /;VLV2210003 X 240+1X120四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV221000

22、3 X 240+1X120四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV2210003 X 240+1X120四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房BLV10001X4铝芯线5根穿内径硬塑管至6号厂房VLV2210003X240+1X120四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV2210003X240+1X120四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV2210003X240+1X120四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV2210003 X 240+1X120四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV2210003 X 240+1X120四芯塑料电缆（直埋）380V低压出线四回路，每回路 3XBLX-1000-1X 120+

23、1 XBLX-1000-1X 75 橡皮线（三全生活区相四线架空线）与临近单位10kV联络线YJL22100003 X 16交联电缆（直埋）5变电所继电保护的整定5.1变电所继电保护装置5. 1. 1主变压器的继电保护装置a）装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号； 当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。b）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去 分流跳闸的操作方式。5. 1.2护动作电流整定其中7/niax = 21 NT =2x1000/04/（x/3 x 1KV） = 2x57.7A = 1154,可靠系数 K

24、 =1.3，接线系数心=1,继 电器返回系数Kre = 0.8，电流互感器的电流比/C. =100/5=20 ,因此动作电流为：因此过电流保护动作电流整定为OAo5. 1. 3过电流保护动作时间的整定因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动 作电流动作时间）可整定为最短的0.5s o5. 2装设电流速断保护利用GL15的速断装置。5. 2. 1速断电流的整定0 = 10/0.4=25, 9maxK, x Kr 其中/.二=19.7M, K = A K = K 严 100/5=209因此速断保护电流为几二上士上xl9700A = 55A的 20x25速断电流倍数整定

25、为Kqb = /o/,=55A/10A=5.5 （注意Kqh不为整数,但必须在2 8之间）5.2.2、电流速断保护灵敏度系数的检验从工厂供电课程设计指导表6-1可知，按GB50062-92规定，电流保护的 最小灵敬度系数为1. 5,因此这里装设的电流速断保护的灵敬度系数是达到要求的。 但按JBJ696和JGJ/T1692的规定，其最小灵墩度为2,则这里装设的电流速断保 护灵敬度系数偏底。5. 3作为备用电源的高压联络线的继电保护装置5. 3.1装设反时限过电流保护。亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作 方式。a）过电流保护动作电流的整定利用式/ =匚顶，eK*

26、 x A,ZA 0(11)+ 530.4530.8)/(v)= (132 +160+44A)kVA/4ix0kV) = 9AA0. 6X52A 二 43. 38A, Kre=3, Kw 二 1, K “二 0.8, Kt 二 50/5 二 10,因此动作电流为：5二二x2xl94A = 63A因此过电流保护动作电流。整定为7Aob）过电流保护动作电流的整定按终端保护考虑，动作时间整定为05so5. 3. 2装设电流速断保护亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变电所联络线到本厂变电所低压母 线的短路数据，无法检验灵敏度系数，也只有从略。5. 3. 3变电所低压侧的保护装置a）低压总开关采用D

27、W15-1500/3型低压短路器，三相均装设过流脱钩器，既 可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路。脱钩器动作 电流的整定可参看参考文献和其它有关手册。b）低任侧所有出线上均采用DZ20型低压短路器控制，其瞬间脱钩器可实现 对线路的短路故障的保护，限于篇幅，整定亦从略。6降压变电所防雷与接地装置的设计6.1变电所的防雷保护6. 1. 1直接防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用包围整个变电所。通常采 用3-6

28、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*TA地下，管顶距地面0.6 mo接地管间用40mmX4mni的镀锌扁 刚焊接相接。引 下线用25 mm X4 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。 6.2雷电侵入波的防护a）在10KY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 X4 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。6.2变电所公共接地装

29、置的设计6. 2.1接地电阻的要求按工厂供电设计指导表9-6。此边点所的公共接地装置的接地电阻应满足以 下条件：Rt 4QRe 120K / IE = 120r / T7A = 4. 4Q因此公共接地装置接地电阻R 40 oE6. 2. 2接地装置的设计采用长2.5m、50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m,垂直 打入地下，管顶离地面0.6 mo管间用40mmX4mm的镀锌扁刚焊接相接。变电所的 变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊 接相连，接地干线均采用25 mm X4 mm的镀锌扁刚。变电所接地装置平面布置图如图9-1所示。接地电阻的验算

30、:PJ100G加/2 5=3.85Q16 x 0.655000图9-1变电所接地装置平而布置7结论1. 变电所应靠近负荷中心并且要尽量使进出线方便，同时也要考虑到扩建时更换大 一级容量变压器的可能，所以本文可确定变电所的位置在金工车间的西南角，且在大路 旁，这样便于变压器的运行、检修和运输，而且变压器投入运行时线路损耗最小。2. 由于本厂年均温度过高，变压器应放在室内，10kV室内变压器的安装，应用附设 式电力变压器室布置，并采用窄面推进式布置。3. 经研究储油柜侧向外为宜，这样便于带电巡视。4. 进线方式应是高任电缆进线，低压母线引出。变压器室的结构形式应采用敞开 式。根据需要，附设式电力变

31、压器采用右边出线、窄面推进的变压器室。5-变压器室应避免遭到“西晒”，因此门应朝南开。参考文献1浣喜明、姚为正.电力工程基础.北京：高等教育出版社，2004黄俊半导体变流技术第二版北京：机械工业出版社，19803 莫正康电力系统继电保护技术M北京：机械工业出版社，19994 叶斌电力电子应用技术及装置M北京：中国铁道出版社，19995 王维平现代电力电子技术及其应用南京：东南大学出版社，20006 黄俊电力系统整定与计算第四版M.北京：机械工业出版社，20007 项根，曾克娥.电力系统继电保护原理与应用M.武汉：华中科技大学出版社，2004.8 吕继绍.继电保护整定计算与实验M 武汉：华中工学

32、院出版社,1983年9 王维俭.电力系统继电保护基本原理M 北京：清华大学出版社，1991.10 Prabha Kunder. Power System Stab订 ity and Control M（影印版）北京：中国电力出版社，1999.11Z Blackburn J L - et al. Applied Protective Relaying M - 2nd Edition - Coral Spring;Westinghouse Electric Corporation , 1982-12 Workgroup of GEC ALTHOM Measurements .Protective

33、elays-ApplicationGuide M 3rd Edition. Stafford;GEC ALTHOM Protection and Control Limited, 1987-xxxxxx大学课程设计成绩评价表课程名称工厂供电课程设计题目名称某机械城车间电气机械设计学生姓名XXX学号080603X40X30指导教XXX师姓名职称教授讲师序号评价项1指标满分评分1工作量、工作 态度和出勤率按期圆满的完成了规定的任务，难易程度和工作量 符合教学要求，工作努力，遵守纪律，出勤率高， 工作作风严谨，善于与他人合作。202课程设计质量课程设讣选题合理，计算过程简练准确，分析问题 思路清晰，结构严谨，文理通顺，撰写规范，45图表完备正确。3创新工作中有创新意识，对刖人工作有 些改进或有 定应用价值。54答辩能正确回答指导教师所提出的问题。30总分评语：指导教师:年月