供配电课程设计1.doc

常州大学

、
工厂供电课程设计

专 业： 电气091
年 级： 2009级
学 生 姓 名 徐善荣
学 号： 09463106
导师及职称：

前言 2
设计内容及步骤 3
第一章 负荷计算及功率补偿 4
1、负荷计算的内容和目的……………………………………………………..4
2、负荷计算的方法 5
3、各用电车间负荷计算结果 5
4、全厂负荷计算 10
5、功率补偿 10
第二章 变电所主变压器 12
1、 主变压器台数的确定 12
2、 变电所主变压器容量的确定 12
第三章 主结线方案的选择 13
1、选择原则 13
2、方案确定 14
第四章 短路计算 16
1、确定基准值 16
2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 16
3、求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 17
4、求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 17
5、短路电流计算结果 18
第五章 导线型号及截面的选择 19
1、概述………………………………………………………………………….19
2、导体截面的选择 20
3、导线材料的选择 20
4、导线绝缘的选择 20
总结 21
参考文献： 22

摘要
本课题设计了一个机械厂的供配电系统，在满足工厂供电设计中安全、可靠、优质、经济的基本要求的前提下，本文首先根据全厂和车间的用电设备情况和生产工艺要求，进行了负荷计算，通过功率因数的计算，进行无功补偿设计（包括无功补偿容量计算和补偿设备选择、校验），确定了机加工厂的供电方案，通过技术经济比较，确定了供电系统的主接线形式，选择了主变压器的台数和容量。其次，本文设计了厂区供电和配电网络，按照经济电流密度法，选择了合适的导线和电缆，通过合理设置短路点，进行正确的短路电流计算，进行了主要电气设备的选型和校验。最后，本文还进行了主变电压器和主要电力线路的继电保护设计。通过上述设计，基本确定了某机加工厂内部的供配电系统，并且在本设计中，尽可能选择低损耗电气设备，以节约电能，体现了节能环保的设计思想。

供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求：
（1） 安全——在电力的供应、分配及使用中，不发生人身事故和设备事故。
（2） 可靠——应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。
（3） 优质——应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。
（4） 经济——应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。

通过课程设计可以巩固各课程理论知识，了解工厂供电设计的基本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程问题的能力，为以后的工作奠定基础。

关键词：工厂供电 主接线 负荷计算 变压器

设计内容及步骤

1、工厂负荷计算及功率补偿
全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。

2、工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择
参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。

3、工厂总降压变电所主结线设计
根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。

4、工厂供、配电系统短路电流计算
工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短 路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。

5、导线型号及截面的选择
导线截面导线的截面通常是由发热条件、机械强度、经济电流密度、电压损失和导线长期允许安全载流量等因素决定的。按照这些原则选定导线型号及截面。

第一章 负荷计算及功率补偿
一、 负荷计算的内容和目的

（1） 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。

（2） 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。

（3） 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。
计算对象：
某机械厂供配电系统设计 ,具体数据如下:

序号
车间名称
金属切削机床
（三相）
通风机
（三相）
电阻炉
（三相）
电热干燥箱
（220V单相）
对焊机
（380V单项）

1
原料车间

6KW*3
4KW*3
10KW*4
20KW*4
2
锻造车间
55KW*5
6KW*2
4KW*5
20KW*4

3
铣磨车间
50W*3
10KW*2
4KW*2

15KW*4
4
锅炉车间

10KW*2
4KW*5
20KW*4
10KW*4

二、负荷计算的方法
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。
本设计采用需要系数法确定。

主要计算公式有： 有功功率： = ·
无功功率: = ·tg
视在功率: = /Cosφ
计算电流: = /

三、各用电车间负荷计算
原料车间：

对单相电热干燥箱的各相计算负荷。查表，=0.7, Cosφ=1.0, tg=0。
A相： A(1)= ·A=2*0.7*10KW=14KW
B相： B(1)= ·B=2*0.7*10KW=14KW
C相： C(1)=0

对焊机的各相计算负荷。查表，=0.35, Cosφ=0.7, tg=1.02。
再查表，查得Cosφ=0.7时的功率转换系数PAB-A、PBC-B、PCA-C=0.8, PAB-B、PBC-C、PCA-A=0.2,qAB-A、qAB-A 、qAB-A=0.22，qAB-B、qBC-C 、qCA-A=0.8.
A相： PA=0.8*2*20KW+20*0.2=36KW
QA=0.22*2*20KW+0.8*20=24.8kvar
A(2)=0.35*36=12.6kw
Q30A(2)=0.35*24.8=8.68kvar
B相： PB=20*2*0.8+0.2*20=36KW
QB=20*2*0.22+20*0.8=24.8kvar
B(2)=12.6KW
Q30B(2)=8.68kvar
C相： Pc=20*0.8+20*0.2=20kw
Qc=20*0.8+0.22*20=20.4kvar
C（2)=7 kw
Q30C(2)=7.14kvar

各相总的有功和无功计算负荷：
A相： P30A=P30A(1)+P30A(2)=26.6 KW
Q30A=8.68kvar

B相： P30B=P30B(1)+P30B(2)=26.6KW
Q30B=8.68kvar

C相： P30C=7KW
Q30C=7.14kvar
总的等效三相计算负荷：
=3 P30A=79.8kw
Q30=3 Q30B=26.04kvar
通风机：=0.8，Cosφ= 0.8, tg=0.75
P30（1）=0.8*6kw*3=14.4kw
Q30(1)=14.4kw*0.75=10.8kvar
电阻炉：=0.7，Cosφ= 1, tg=0
P30（2）=0.7*4*3=8.4kw
Q30 (2)=0kvar
总的计算负荷：（ = 0.95; = 0.97）
P30=0.95*(8.4+14.4+79.8)=97.47KW
Q30=0.97*(26.04+10.8)=35.73kvar
S30==103.81KVA

锻造车间：

同理可算出总的计算负荷：（ = 0.95; = 0.97）
P30=0.95*(55+9.6+14+84)=154.47KW
Q30=0.97*(7.2+95.15)=99.28kvar
S30==183.6KVA

铣磨车间：

同理可算出总的计算负荷：（ = 0.95; = 0.97）
P30=0.95*(28.35+30+16+5.6)=75.95KW
Q30=0.97*(51.9+28.665+12)=89.78kvar
S30==117.60KVA

锅炉车间:

同理可算出总的计算负荷：（ = 0.95; = 0.97）
P30=0.95*(14+16+94.5)=118.275KW
Q30=0.97*(12+54.6)=64.6kvar
S30==134.77KVA

2、各用电车间负荷计算结果如下表：

序号
车间名称
设备容量
计算负荷
变压器台数及容量
P30(千瓦)
Q30千乏)
S30(千伏安)
1
原料车间
150
97.47
35.73
103.81
1*
2
锻造车间
387
154.47
99.28
183.6
1*
3
铣磨车间
238
75.95
89.78
117.6
1*200
4
锅炉车间
160
118.275
64.6
134.77
1*250

四、全厂负荷计算
取 = 0.95; = 0.97
根据上表可算出：∑ =443.165kW; = 289.39kvar
则 = = 0.95×443.165kW = 421.01kW
= = 0.97×289.39kvar = 280.71kvar
= ≈506.01KV·A
= / ≈ 768.80A
COSф = / = 421.01/506.01≈0.83

五、功率补偿
设计中要求COSφ≥0.92,而由上面计算可知COSφ=0.83<0.92，
因此需要进行无功补偿。

综合考虑采用并联电容器进行高压集中补偿。
可选用BKMJ0.4-30-1/3型的电容器，其额定电容为600μF
= 421.01×（tanarc cos0.83－tanarc cos0.92）Kvar
=103.57Kvar
因此，其电容器的个数为： n = / = 103.75/30 =3.45，取n的值为4
无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：
′= =382.21KV·A
变压器的功率损耗为：
△QT = 0.06′= 0.01×382.21= 3.8221 Kvar
△PT = 0.015 ′= 0.05 ×382.21= 19.11Kw
变电所高压侧计算负荷为：
′= 421.01 KW+3.8221KW=424.83KW
′= (280.71-103.57) Kvar +19.11 Kvar = 196.25Kvar
′ = = 467.96KV .A
无功率补偿后，工厂的功率因数为：
cosφ′= ′/ ′= 424.83 / 467.96 = 0.907
则工厂的功率因数为：
cosφ′= ′/′= 0.907≥0.9
因此，符合设计的要求

第二章 变电所主变压器
1、 主变压器台数的确定
确定原则：

（1） 对于大城市郊区的一次变压所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所一装设两台变压器为宜。
（2） 对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。
（3） 对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。

由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。

2、 变电所主变压器容量的确定
装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件：
（1） 任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要；
（2） 任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备的70%的需要；
（3） 变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的70%-80%为宜，以提高运行率。
第三章 主结线方案的选择
一、变配电所主结线的选择原则

1 .当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。
2.当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。
3.当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。
4.为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。
5.接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。
6.6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。
7.采用6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。
8.由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。
9.变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。
10.当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。

二、主结线方案的确定

对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6—10KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。
机械厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较短（2.5km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展,采用一、二侧单母线分段的总降压变电所主结线。这种主结线图兼有一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路和一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路节线运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，所以适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。
实际结线图如下：

第四章 短路计算

本设计采用标幺制法进行短路计,下图为电力系统图：

-1000
L=5km

1、确定基准值
取 = 100MV·A, = 10.5KV, = 0.4KV；
而 = / = 100MV·A/(×10.5KV) = 5.50KA
= / = 100MV·A/(×0.4KV) = 144KA
2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
1）电力系统（ = 500MV·A）
= 100KV·A/500MV·A = 0.2
2）架空线路（= 0.38Ω/km）
= 0.38×5×100/ = 1.72
3）电力变压器（ = 4.5）
= ·/100 = 4.5×100×/(100×1000) = 4.5
等效电路图如下图，图上标出个元件的电抗标幺值，并标明短路计算点:

3、求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1)总电抗标幺值
= ＋= 0.2 +1.72=1.92
2)三相短路电流周期分量有效值
= /= 5.5/1.92=2.86KA
3)其他三相短路电流
= = = 2.86KA
= 2.55×2.86KA = 7.29KA
= 1.51×2.86KA= 4.32KA
4)三相短路容量
= / =100MVA/1.92=52.0 MV·A
4、求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1)总电抗标幺值
= ＋＋/ 2=0.2 +1.72 +4.5/2= 4.17
2)三相短路电流周期分量有效值
=/ = 144KA/ 4.17 = 34.5KA
3)其他三相短路电流
= = = 34.5KA
= 1.84×34.5KA = 63.48KA
=1.09×34.5KA = 37.61KA
4)三相短路容量
= / = 100MVA/4.17 = 24.0MV·A

5、短路电流计算结果：

三相短路电流/KA
三相短路容量/MVA

I

K-1点
2.86
2.86
2.86
297.
4.32
52.0
K-2点
34.5
34.5
34.5
63.48
37.61
24.0
第五章 导线型号及截面的选择

一、概述

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线截面时必须满足下列条件:
1、发热条件
导线(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

2.电压损耗条件
导线在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

3.经济电流密度
35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。

4.机械强度
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。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

二、导线截面的选择
根据设计经验，一般10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。
架空进线的选择按发热条件选择导线截面
补偿功率因素后的线路计算电流
1)已知I30 = 76.33A
由课本表 5-3 查得jec=1.65，因此
Aec=76.33/1.65=46.26mm2
选择准截面45mm2 ，既选LGJ—45型铝绞线
校验发热条件和机械强度都合格

三、导体材料的选择
从节能角度，为了减少电能传输时引起的线路上电能损耗，要求减少导体的电流阻抗则使用铜比铝好。故，本设计中所有导线电缆全部选用铝绞线。
四、导线绝缘的选择
交联聚乙烯、绝缘聚氯乙烯护套的电力电缆：其制造工艺简单，没有敷设高差的限制。重量较轻，弯曲性能好，具有内铠装结构，使铠装不易腐蚀。能耐油和酸碱性的腐蚀，而且还具有不延燃的特性，可适用于有火灾发生的环境。同时，该电缆还具有不吸水的特性，适用用于潮湿、积水或水中敷设。

总结
通过这次设计，我加深了对工厂供电知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，我与其他同学一起进行课题分析、查资料，进行设计，整理说明书到最后完成整个设计。作为大学阶段一次重要的学习经历我感觉自己受益非浅，同时深深的感觉的自己的学习能力在不断提高。非常高兴能有这样一个学习机会。 这次的设计让我:

(1)巩固和加深专业知识面，锻炼综合及灵活运用所学知识的能力；

(2)学习了怎样查找文献资料，正确使用技术资料的方法；

(3)熟悉了与“建筑电气工程”相关的工程设计规范、国家有关标准手册和工具书、设计程序及方法；

(4)通过大量的参数计算，锻炼从事工程技术设计的综合运算能力；

(5)设计过程应该严肃认真，培养自己一丝不苟和实事求是的工作作风，从而尽快实现从学生到一个合格的工程技术人员的过渡。

参考文献
《工厂供电》刘介才 主编 北京 机械工业出版社2009.12

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