某电机制造厂总降压变电所及高压配电系统设计

课程设计说明书

（2015 /2016 学年第 一 学期）

课程名称 企业供电系统工程设计 题 目 ：某电机制造厂总降压变电所及高压配电系统设计 专业班级 ： 自动化1224班 学生姓名 ： 李祥益 学 号： 120412435 指导教师 ： 王静爽 苗敬利 王书强 设计周数 ： 1周 设计成绩 ：

2016年 1月 15日

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目录

一、原始数据及主要任务 ....................................... 1

1、工厂负荷情况....................................................... 1 2、供电电源情况....................................................... 2 3、气象资料........................................................... 2 4、根据课题的原始资料................................................. 2

二、技术要求 ................................................. 2 三、确定负荷等级 ............................................. 2 四、负荷统计计算表 ........................................... 3 五、无功功率补偿 ............................................. 5 六、高低压配电系统 ........................................... 6 七、变压器台数、容量、型号选择 ............................... 7 八、变电所主接线图 ........................................... 8 九、短路电流计算 ............................................. 9 十、高压设备器件的选择及校验 ................................ 11 十一、课程设计心得 .......................................... 12

2

一、课程设计原始数据及主要任务

1、工厂负荷情况：

本工厂大部分车间为一班制，少数车间为两班或三班制，年最大负荷利用小时数为2500小时，日最大负荷持续时间为6小时。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。

车变代号B1

B2

B3

B4 B5 序号 1 2 3 4 5

车间名称 锻压车间 工具车间 加工车间 供应车间 焊接车间 修理车间 机加车间

装配车间 仓库 锅炉房

水泵房

车间名称 空压车间 模具车间 溶质车间 磨抛车间 锅炉房

设备容量KW 1000 200 1800 200 1200 100 400 300 100 320 80

设备容量KW 500 560 600 400 2000

3

需要系数Kd 0.3 0.3 0.7 0.2 0.3 0.25 0.85 0.35 0.3 0.7 0.75

需要系数Kd 0.7 0.85 0.8 0.87 0.75

功率因数cosα

0.6 0.65 0.75 0.6 0.45 0.65 0.75 0.6 0.65 0.85 0.8

功率因数cos

0.8 0.8 0.9 0.82 0.8

2、供电电源情况

本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。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1.3s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由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。 3、气象资料

本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-9℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8米处平均气温为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。 4、根据课题的原始资料

①确定负荷等级 ②拟定高低压供配电系统 ③正确建立负荷统计计算表 ④变压器台数、容量、型号选择 ⑤设计变电所主接线图

⑥计算短路电流以及主要高压设备器件的选择及校验 ⑦CAD绘制供配电体统图 ⑧写一份完整的设计说明书

二、技术要求

（1）符合供配电系统设计规范要求；功率因数>0.9；电压损失<5%； （2）满足煤矿对供电的要求；

三、确定负荷等级

1、负荷分级及供电要求

电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失及影响的程度分为一级、二级、三级负荷。独立于正常电源的发电机组，供电网络中独立于正常的专用馈电线路，以及蓄电池和干电池可作为应急电源。二级负荷的供电系统，应由两线路供电。必要时采用不间断电源（UPS）。

2.、一级负荷

4

一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或将在政治上，经济上造成重大损失者；或中断将影响有重大政治经济意义的用电单位的正常工作者。 就电机制造厂供配电这一块来讲，现没有一级用电负荷。

3、二级负荷

二级负荷为中断供电将在政治上，经济上产生较大损失的负荷，如主要设备损坏，大量产品报废等；或中断供电将影响重要的用电单位正常的工作负荷，如交通枢纽、通信枢纽等；或中断供电将造成秩序混乱的负荷等。 在本次毕业设计中：电机制造厂现有的二级负荷有：铸造车间、电镀车间和锅炉房。

4、 三级负荷

三级负荷为不属于前两级负荷者。对供电无特殊要求。 电机制造厂除了前面罗列的二级负荷外，全为三级负荷。

四、负荷统计计算表

表1

功率因

车变代车间名号

称 锻压车间 工具车B1

间 补偿容量 小计 加工车间 B2

供应车间 补偿容量

计算负荷

tg'

Pjs/KW

Qjs/KVAR 399

Sjs/KVA 500

设备容量KW

需要系数Kd

数cos' 0.6

1000 0.3 1.33 300

200 0.3 0.65 1.77 60 70.2 92.3

360k·var 1200 1800

0.7

0.75

0.88

360 1260

469.2

592.3

1108.8 1680

200 0.2 0.6 1.33 40 53.2 66.67

752.6k·var

5

小计 焊接车间 修理车B3

间 补偿容量 小计 机加车间 装配车B4

间 仓库 补偿容量 小计

锅炉房 水泵房 B5

补偿容量 小计

表2

序号

车间名称 1 空压车间 2

模具车

2000 1200 100 1300 400

300 100

800

320 80 400

设备容量KW

500 560

0.3 0.25 0.85

0.35 0.3

0.7 0.75

需要系数Kd

0.7 0.85

0.45 0.65 0.75

0.6 0.65

0.85 0.8

功率因

数cos' 0.8 0.8

6

1300 1162

1746.47 1.98 360 712.8

800

1.17 25 29.25 800

616k·var 385 742.05 834.47 0.88

340

299.2

453.3

1.33 105 139.65 175 1.17

30

35.1

46.15

372.8k·var 475 473.95 674.45 0.62 224 138.88 263.53 0.75

60

45

75

89.7k·var

284

183.88 338.53

计算负荷

tg'

Pjs/KW

Qjs/KVSjs/KVAR A 0.75 350 262.5 437.5 0.75

476

357

595

间

3

溶质车间 磨抛车间

600

0.8

0.9

0.48

480

357

533.3

4 5

400 0.87 0.75

0.82 0.8

0.7 0.75

384 1500

243.6 1125

424.4 1875

锅炉房 2000 补偿容

量 小计

1160.7k·var 4060

3154

2218.5 3865.2

全厂的同期系数为：K=0.9，则全厂的计算负荷为

P30=0.9×∑P30=0.9×5958kw=5362.2kw

Q30=0.9×∑Q30=0.9×5249.58kw=4724.622k·var

22=7146.69kv·A S30=P30Q30I30=

S303UN

=10.86KA

五、无功功率补偿

由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：S30=7146.69kv·A

P30这时低压侧的功率因数为：cos='=0.75，为使高压侧的功率因数0.90，则

S30'低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，取cos'0.95 。要使低压侧的功率因数

由0.75提高到0.92，则低压侧需装设的并联电容器容量为：

QC=Q30(tan1- tan2)=4724.622×[tan(arccos0.75) -

tan(arccos0.95) ] =2613.8k·var

取:QC=3000kvar则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：

'S302'2P30Q30=5632.7kv·A

7

计算电流I'30'S303UN=8558.3A

变压器的功率损耗为：

△Pt≈0.02S30’=112.65kw △Qt≈0.06S30’=337.9kvar 变电所高压侧的计算负荷为： P30’=5362.2kw+112.65kw=5474.85kw

Q30’=（4724.622-3000）kvar+337.9kvar=2062.5kvar

'S302'2P30Q30=5850.47kv·A

I'30'S303UN=5132.3A

'P30补偿后的功率因数为：cos='=0.936满足（大于0.90）的要求。

S30六、高低压供配电系统

为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。

根据设计经验：一般10KV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。

（一）高压线路导线的选择

架空进线后接铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢铠护套电力电缆BLV-95。

（二）低压线路导线的选择

由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用LGJ-185型钢芯铝线电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。其中导线和电缆的截面选择满足条件： 1) 相线截面的选择以满足发热条件即，IalI30；

8

2) 中性线（N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足A00.5A； 3) 保护线（PE线）的截面选择

一、A35mm2时，APE0.5A； 二、A16mm2时，APEA

三、16mm2A35mm2时，APE16mm2

4) 保护中性线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。 另外，送至各车间的照明线路采用：铜芯聚氯乙烯绝缘导线BV型号。

七、变压器台数、容量、型号选择

（一）主变压器台数的选择

变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。

（二）变电所主变压器容量的选择

每台变压器的容量SNT应同时满足以下两个条件：

1、暗备用条件：任一台变压器单独运行时，宜满足：SNT(0.6~0.7)S30 2、明备用条件：任一台变压器单独运行时，应满足：SNTS30(III)，即满足全部一、二级负荷需求。代入数据可得：

SNT=（0.6~0.7）×5850.47kVA=（3510.282~4095.329）kVA。

考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取SNT=5000kVA 。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为S9系列10kv配电变压器。 （三）型号的选择

S9-5/10 ，其主要技术指标如下表所示：

型号

额

联

空负空阻载载载抗损损电电

9

定电 压 组 结容合

组

重量（kg）

轨距（mm）

外形尺寸（mm）

量标 耗耗流压(号

k((((Vkk%

%

AW

W

) )

)

) )

高高压低压分压

接

(范(

油k围k重

V V)

(%)

)

S96 -6Y00255

.

±

0.y.../3 5 4 n

0

1

8

4 43

11o 4 8 5

0

0

八、变电所主接线图

装设两台主变压器的主接线方案，如下图所示： 10

器 身总重

重5

12

0 5

长 宽 高

748

5

850

0 0

400×400

九、短路电流的计算

本厂的供电系统简图如下图所示。采用两路电源供线，一路为距本厂8km的馈电变电站经LGJ-150架空线（系统按∞电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为500MVA；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。

图（一）

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下面采用标么制法进行短路电流计算。 （一）确定基准值：

取Sd100MVA，Uc110.5kV，Uc20.4kV 则：Id1Sd3Uc1Sd3Uc2100MVA5.500kA

310.5kV100MVA144.000kA

30.4kVId2（二）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：

*1) 电力系统的电抗标么值： X1100MVA0.200

500MVA*0.35(/km)8km100MVA2.5387 2) 架空线路的电抗标么值：X2(10.5kV)23）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得Uk%6，因此：

*X* X346100MVA3.000

1002000kVA短路等效电路图如图（二）所示:

图（二）

 计算k-1点的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：X(k1)X1X20.2002.53872.7387

2) 三相短路电流周期分量有效值： Ik(3)1Id1X(k1)5.50kA2.008kA

2.7387(3)3) 其他三相短路电流：IIk(3)12.008kA

(3)(3) ish2.552.008kA5.120kA Ish1.512.0kA083.kA 032 12

4) 三相短路容量：Sk(3)1SdX(k1)100MVA36.514MVA

2.7387 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：X(k2)X1X2(X3||X4)0.2002.73873/24.4387

2) 三相短路电流周期分量有效值：Ik(3)2Id2X(k2)144kA32.442kA

4.4387(3)(3)3) 其他三相短路电流：IIk232.442kA

(3)(3) ish1.8432.442kA59.693kA Ish1.0932.kA442 3623kA5.4) 三相短路容量：Sk(3)2SdX(k2)100MVA22.529MVA

4.4387十、主要高压设备器件的选择与校验

（一）变电所高压侧一次设备的选择

根据机械厂所在地区的外界环境，高压侧采用JYN2-10（Z）型户内移开式交流金属封闭开关设备。此高压开关柜的型号：JYN2-10/4ZTTA（说明：4：一次方案号；Z：真空断路器；T：弹簧操动；TA ：干热带）。其内部高压一次设备根据本厂需求选取：

高压断路器： ZN2-10/600 高压熔断器：RN1-10/150 电流互感器：LQJ-10/5 电压互感器：JDZJ-10 高压隔离开关：GN6-10/200 （二）变电所高压侧一次设备的校验

校验项目 电压 kV 装设点条件 参数 数据 电流 A 动稳定电流 kA 热稳定电流 4s 断流能力 kA imaUNINish Ish I(3)2t I(3)k 0.38 115.29 5.120 3.032 2.0082416 2.008 一次设备

额定参数 UN.e IN.e imax Imax I2tt Ioc 高压断路器 10 600 30 — 11.624538 11.6 13

ZN2-10/600 高压熔断器 RN1-10/150 电流互感器LQJ-10-200/5 10 200/5 22520.263.64(900.2)21324 10 150 — — — 12 — 电压互感器 JDZJ-10 1010.1//333— — — — — 高压隔离开关GN6-10/200 由上表知高压侧所选一次设备的额定电压、额定电流、动稳定、热稳定均满足要求。

10 200 25.5 — 1024100 — 十一、课程设计心得

通过本次课程设计，不同的企业对供电系统的设计要求不同，但不同的供电系统的设计流程却基本一致，即有一套成熟的设计理论。当然设计过程中可以创新，但是对于工程设计，如果新方案没有得到充分地论证、实践，最好还是选择成熟的设计的方案，不要一味地追求标新立异，增加设计风险，甚至酿出事故。当然任何事情都不是绝对的，具体问题具体分析。程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，掌握了不少东西。整个设计通过了软件和硬件上的调试。我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。

一切问题必须要靠自己一点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在飞速的提升。对于教材管理系统，其程序是比较简单的，主要是解决程序设计

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中的问题，而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力，它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对系统的结构很熟悉。因此可以说系统的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。

因此非常感谢老师的教导。通过这次设计我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉得作为一名自动化专业的学生，这次课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。

通过对其中总降压变电所的电气部分设计包括负荷计算、电气主结线选择、短路电路、电气设备选择、继电保护及防雷装置设计以及厂区高压配电系统设计等的深入研究，进一步巩固了自己的工厂供电的基础知识，并学会了如何将这些课本知识运用到实际。在此过程中遇到了许多的难题及很多的疑惑，但最后都通过各种手段得以解决，特别是在查阅相关资料这一方面。达到了由学生将向工程技术人员的过渡，为进一步成为技术人员奠定基础。

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课程设计 评语 课程设计 成绩 指导教师 （签字） 年 月 日 16