某中控柜架公司供配电系统电气部分初步设计.doc

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1、黄石理工学院电气与电子信息工程学院供配电工程课程设计报告设计题目：姓 名： 专 业： 班 级： 学 号： 起止时间： 地 点： 指导教师： 完成时间： 年 月 日供配电工程课程设计任务书（8）一、设计题目某中控柜架公司供配电系统电气部分初步设计二、设计目的及要求通过本课程设计，熟悉现行国家标准和设计规范，树立起技术与工程经济相统一的辨证观点；培养综合应用所学理论知识分析解决工程实际问题的能力；掌握电气工程设计计算的方法，为今后从事电力工程设计、建设、运行及管理工作，打下必要的基础。要求根据用户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

2、要求，确定配电所及车间变电所的位置与型式，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定车间变电所主变压器的台数与容量、类型，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。三、设计依据1、工厂负荷情况该公司是一家专业制造GCS、GCK、MNS、GGD等低压及XGN、GZSI、HXGN、KYN、GGIA等高压开关柜柜体的技术密集型企业，下设有数控剪板车间、数控锻冲车间、数控折弯车间、全自动型材流水线车间、高精度专业电焊车间、全密闭喷涂磷化车间、自动化组装车间、智能式检验侯审车间等。该公司多数车间为两班制，年最大负荷利用小时数为4500小时，日最大负荷持续时间6小时。按二级负荷设计。该公司负荷统计资料如

3、表所示。表 负荷统计资料编号厂房名称设备容量/kW需要系数功率因数1剪板车间8500.550.702锻冲车间7300.500.753折弯车间5800.500.754型材车间4400450755电焊车间3900.500.756喷涂磷化车间3000.450.707组装车间2400.450.708检验车间1400.550.809综合楼2300.800.852、供电电源情况按照工厂与当地电业部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近35/10kV地区变电站取得工作电源，距厂约为5km。10kV母线短路数据：、，其出口断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。要求

4、工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。3气象资料本厂所在地区的年最高气温为40，年平均气温为25，年最低气温为2，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0.8m处平均温度为25。当地主导风向为东南风，年雷暴日数为52.2天。4地质水文资料本厂所在地区平均海拔200m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。5电费制度本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电价制交纳电费。基本电价20元/千伏安/月，电度电价0.5元/度。四、设计任务设计内容包括：负荷计算及无功功率的补偿计算，高压配电所所址的选择，变配电所主接线方案的选择，车间变压器位

5、置、台数和容量的确定，高低压配电线路及导线截面选择，短路计算和开关设备的选择，保护配置及整定计算*，防雷保护与接地装置设计*等。2.负荷计算2.1 三相用电设备组负荷计算的方法 有功计算负荷（kW） 无功计算负荷（kvar） 视在负荷计算（kVA） 计算电流（A） 2.2 计算负荷及无功功率补偿(1) 对铸铝车间计算：有功计算负荷（kW） =8900.8=712KW.无功计算负荷（kvar） =712tan(arccos0.85)=441.44KW视在负荷计算（kVA） =712/0.85=837.65 KW计算电流 = =1272.7A故同上计算方法可得到各厂房及生活区的负荷计算如表1-11

6、-1电力负荷计算表车间变电所序号厂房名称设备容量/kW需要系数/Kd功率因数/costan计算负荷Pc/kWQc/kvarSc/kvAIc/A11剪板车间8500.550.701.02467.5476.9667.91015.1 22锻冲车间7300.500.750.88365.0321.9486.7739.7 33折弯车间5800.500.750.88290.0255.8386.7587.7 44型材车间4400450750.88198.0174.6264.0401.3 55电焊车间3900.500.750.88195.0172.0260.0395.2 66喷涂磷化车间3000.450.701

7、.02135.0137.7192.9293.1 67组装车间2400.450.701.02108.0110.2154.3234.5 68检验车间1400.550.800.7577.057.896.3146.3 79综合楼2300.800.850.62184.0114.0216.5329.0 (2) 无功功率补偿考虑到每个车间的功率不同，现如下分配：1、2、3、4、5号车间单独设一个车间变电所，分别为STS1,STS2,STS3,STS4,STS5;6、7、8分为一个变电所为STS6；9为单独设为一个变电所；一共有七个车间变电所，每个车间选用型式并且选用的自愈式低压并联电力电容器BSMJ0.4-

8、12-3进行无功补偿。并采用低压集中补偿方式。补偿之前对每个车间变电所所供应的车间进行有功和无功求和，再算出其视在功率和功率因素。 表1-2补偿之前各车间变电所低压侧计算负荷编号车间变电所有功Pc/KW无功Qc/KW视在功率Sc/kVA功率因数计算电流/A1STS1467.5476.9667.90.701015.1 2STS2365.0321.9486.70.75739.7 3STS3290.0255.8386.70.75587.7 4STS4198.0174.6264.00.75401.3 5STS5195.0172.0260.00.75395.2 6STS6320.0305.7443.50

9、.72673.87STS7184.0114.0216.50.83475.3而供电局要求该厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不得低于0.9，380V侧最大负荷时功率因数不得大于0.92。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380侧最大功率因数因大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量。对变电所STS1有 Qc=Pc(tan1-tan2)=467.5tan(arccos0.7)-tan(arccos0.92)kvar=277.79kvar.故选择GGJ1-01型低压无功补偿柜（BSMJ0.4-12-3），所需安装的组数 n=Qc/12=277.79/1223。所需柜数2

10、台。所以实际补偿为1224=288Kvar.则补偿之后总的无功计算负荷为Qc=476.9-288=188.9Kvar.则补偿之后的总的视在功率为477.9KW.功率因素=467.5/477.9=0.97.计算电流为726.1A则同理按照上面的计算方法可得如下表：1-3。其中功率补偿都选用GGJ1-01型低压无功补偿柜（BSMJ0.4-12-3），依次选用的是2台，2台，1台，1台，1台，2台,1台。表1-3补偿之后各车间变电所低压侧计算负荷编号车间变电所有功Pc/KW无功Qc/KW实际补偿KW视在功率Sc/kVA功率因数计算电流/A1STS1467.5188.9288477.90.97726.

11、12STS2365.0153.9168375.30.97570.23STS3290.0111.8144298.90.97454.14STS4198.078.696200.80.98305.15STS5195.07696196.00.99297.86STS6320.0113.7192329.40.97500.57STS7184.06648184.90.98280.9 考虑到车间变电所低变压器压侧折算到高压侧有损耗，即有变压器的功率损耗为：对变电所STS1高压侧有= +PT =+0.01Sc=467.5+0.01477.9=472.279KW=+QT =+0.05Sc=188.9+0.05477.

12、9=212.795 Kvar对其他变电所高压侧计算有有:STS2:=368.753KW, =172.665KvarSTS3:=292.989KW.=126.745KvarSTS4:=200.008KW, =88.64KvarSTS5:=196.96KW,=85.8KvarSTS6: =323.294KW,=130.17KvarSTS7: =323.294KW,=130.17Kvar则=2040.132KW, =892.06Kvar.Sc2 =2226.6KVA无功率补偿后，工厂的功率因数为：cos= / Sc2= 0.920.90因此，符合本设计的要求。2.3车间变电所的所址和型式由于工厂属二

13、级负荷，并且取得10kV母线作为电源，所以变电所选用10kV/0.38kV直降变电所。综合考虑以下几种因素后：1、便于维护与检查；2、便于进出线；3、保证运行安全；4、节约土地与建筑费用；5、适应发展要求。2.4 变电所主变压器和主接线方案选择因为10kV侧7个变电所的视在负荷分别为：477.9，375.3，298.9，200.8，196.0，329.4，184.9。都选一台变压器又考虑到工厂以后的发展，所以选用7台S11-M-301600/10全密封系列变压器，其中第一个车间变压器容量为500 kVA，第二个和第六个车间变压器容量为400 kVA，三、四、五、七车间各为315 kVA。具体参

14、数如表2-6所示表2-6变压器参数额定容量/kVA空载损耗P0/W短路损耗Pk/W阻抗电压Uk%空载电流I0%31548036504.01.140057043004.01.050068051004.01.03.主接线方案的选择因为工厂是二级负载且考虑到供电可靠性因素，故选择双回母线进线单母线分段接线方式单母线接线方式的优点：简单、清晰、设备少、运行操作方便且有利于扩建。如图3-1和表3-1所示4.短路电流的计算 4.1 短路电流的计算方法基准电流 基准电抗 三相短路电流周期分量有效值 三相短路容量的计算公式 绘制计算电路 图4-1 确定基准值 设Sd=100MVA，Ud=Uo，即高压侧Ud1=

15、10.5kV,低压侧Ud2=0.4kV，则 4.2 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统 最大电抗标幺值 最小电抗标幺值 架空线路 电力变压器因此绘制等效电路 如图4-2 图4-2 等效电路计算k-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容抗总电抗标幺值最大总电抗标幺值 最小总电抗标幺值 三相短路电流周期分量有效值 最大值最小值其他短路电流三相短路容量 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六台变压器分列运行，取其中一个作为计算例子（第一个车间变电所STS1），其他五个相同总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他短路电流 在10/0.4kV变压器二次

16、侧低压母线发生三相短路时，一般，可取，因此，则：三相短路容抗将以上数据列成短路计算表,如表4-1和4-2所示：表4-1 最大运行方式下短路计算点总电抗标幺值三相短路电流/kA三相短路容抗/MVAK-12.52.632.632.636.74.047.85K-26.522.222.222.250.1725.0916.42表4-2 最小运行方式下短路计算点总电抗标幺值三相短路电流/kA三相短路容抗/MVAK-12.092.22.22.25.63.340K-26.0923.723.723.753.5626.7815.385.变电所的一次设备的选择校验供电系统的电气设备主要有断路器、负荷开关、隔离开关、

17、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。电气设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。电气设备按在正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电气装置所处的位置（室内或室外）、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。电气要求是指电气装置对设备的电压、电流、频率（一般为50Hz）等的要求；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑其断流能力。5.1 高压设备器件的校验对于高压设备器件的校验项目见表5-1：表5-1 高压设备器件的校验项目电器设备名称额定电压/kV额定

18、电流/A断流能力/kA短路电流校验动稳定热稳定真空断路器旋转式隔离开关电缆、绝缘导线高压熔断器电流互感器电压互感器选择校验的条件设备的额定电压应不小于装置地点的额定电压设备的额定电压应不小于通过设备的计算电流设备的最大开断（或功率）应不小于它可能开断的最大电流（或功率）按三相短路冲击电电流和流校验按三相短路稳态短路发热假象时间校验5.2 主要设备的选择校验在本设计中所用到的10kV的高压成套设备为XGN2-12型箱型固定式交流金属封闭开关设备。该设备是三相交流50Hz单母线及单母线带旁路系统的户内成套设备，具有安全连锁、防误性能、运行安全可靠、真空灭弧室免维护等特点。在该设计的总降压变电所内用

19、到该系列的开关柜有如下器件：（1）电流互感器LZZJ-10的选择和校验电流互感器应按装设 地点条件及额定电压，一次电流，二次电流（一般为5A），准确级等进行选择，并应校验其短路动稳态和和热稳态。LZZJ-10校验如表5-2所示： 表5-2 LZZJ-10校验序号安装地点的电气条件LZZJ-10结论项目数据项目数据1UN10kVUN10kV(最高11.5kV)合格2IC116.3IN630A合格33.25-合格44.9150kA合格511.62kA2.S446.25kA2.S合格（2）高压熔断器RN2-10的选择和校验在335kV的电站和变电所常用的高压熔断器有户内高压限流熔断器， 最高额定电压

20、能达40.5kV，常用的型号有RN 1、RN 3、RN 5、XRNM 1、XRN T 1、XRN T 2、XRN T3 型， 主要用于保护电力线路、电力变压器和电力电容器等设备的过载和短路；RN2和RN 4型额定电流均为0.5A ， 为保护电压互感器的专用熔断器。RN2-10高压熔断器的选择校验如表5-3所示：表5-3 RN2-10高压熔断器的选择校验表序号安装地点的电气条件RN2-10高压熔断器项目数 据项目数 据结论110kV12kV合格2116.3200A合格33.25IK31.5kA合格（3）其他项目的校验其他项目校验包括：真空断路器 ZN28A-12/630-20，1000-20、电

21、压互感器JDZ-12、隔离开关 GN30-10/630-20 如表5-4所示。表5-4其他校验项目选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度结论安装地点的电气条件参数UNICIK(3)i(3)shI2tIMA数据10kV116.33.258.2911.62kA2.S合格参数UNINIKishI2t合格设备型号规格真空断路器 ZN28A-12/630-20，1000-2012kV630A20kA50kA(20kA)2 4S=合格1600kA2.S电压互感器JDZ-1212kV-合格隔离开关 GN30-10/630-2010kV630A31.5 kA80kA(31.5kA)24S=3969 kA

22、2.S合格导线和电缆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。5.3导线与电缆的选择与校验导线（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。 母线的选择：按发热条件来选择，即满足母线容许载流量IIc(计算电流)，即选择TMY-3(505).10kV的架空线的截面选择：由于线路很短,线路末端短路电流与始端电流相差不大,因此以10KV母线上短路时的短路电流进行校验，电力电缆截面选择：5.4 低压设备的选择与校验低压一次设备的选择校验项目和条件如表

23、5-5、5-6所示表5-5低压一次设备校验设备名称额定电压额定电流短路电流开断能力/kA热稳定动稳定低压断路器隔离开关关低压熔断器表5-6 低压一次侧进线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按装 地点的电气条件参数数据0.38kV1163A17.95kA40.57kA1.0S*(40.57kA)2=1645.9 kA2.S设备型号规格参数HD130.661000A50kA100kA1S*(50kA)2=2500kA2.SDW150.661000A40kA80kA1S*(40kA)2=1600kA2.SLMZ3-0.660.661000A40kA63kA0.5S*(40kA)

24、2=800kA2.S5.3电力变压器继电保护整定计算电力变压器的继电保护1.反时限过电流保护（1） 整定动作电流 变压器的最大负荷电流是 A取Krel=1.3 Kre=0.8 Ki=250/5=50 ,故反时限过电流保护的动作电流为 A查附录表，选用GL-15/10型继电器，动作电流整定为8A(2)检验灵敏度变压器低压母线两相短路电流反映到高压侧的电流值为反时限过电流保护的灵敏度为满足灵敏度要求。2.电流速断保护（1）整定速断电流 变压器低压母线三相短路电流反映到高压侧的电流值为电流速断保护的动作电流（速断电流）为因反时限过电流保护的，故速断电流倍数为（2） 灵敏度的校验取变压器高压侧的两相短

25、路电流，即故电流速断保护灵敏度为满足保护灵敏度的要求。6.小结本次供电工程课程设计，可以说是对我们所学理论知识整体的综合性运用，设计的内容贯穿课本各章节始终，对我们从整体上把握供电工程学科有了很高的要求。我清楚的记得，课程设计刚开始的时候我们每个人都会拿出自己的方案，但是每个小组最后只有一个方案，所以在确定方案的时候，我们也会有分歧，经过激烈的讨论，我们确定了大家都认可的方案。到了具体选用元器件的时候，大家又有了不同的见解，又会争论一番，总之争论贯穿整个过程。虽然之前我们会为了某个问题而争论不休，但是我们只有一个共同的目标，那就是把课程设计做好.所以在老师的帮助指导下，我们设计做好了之后，都是

26、同样的高兴。我也从中学到了些许的课外知识：同学之间团结合作不容忽视，分工协作查找资料在这样的活动中发挥着重要的作用；充分的利用网络、书籍以及重要的数学软件在本次设计中有着举足轻重的地位。同时通过本次课程设计，我也从中发现了自己的缺点和不足，体现在对知识的掌握不够扎实，对知识的理解不透彻，对概念的认识较模糊，知识面还不够广等问题。总之，本次课程设计虽然只有短暂的两周，但它让我受益匪浅。同时也让我意识到学习的重要性以及今后学习的紧迫性，更坚定了我今后学习的积极性，进一步的明确了今后奋斗的目标。参考文献1、翁双安. 供电工程.机械工业出版社，2004.52、苏文成. 工厂供电. 北京：机械工业出版社，2001.33、刘介才. 工厂供电（第4版）. 北京：机械工业出版社，2005.7周瀛，李鸿儒. 工业企业供电（第二版）. 北京：冶金工业出版社，2002附录附录1 低压侧接线变压器低压进线低压出线低压出线Sc(B)10HD13HD13HD13DW15DW15DW15LMZ3-0.66LMZ3-0.66LMZ3-0.66附录2 高压侧接线设备编号AH1AH2AH3AH3AH5AH6设备型号XGN2-12箱型固定式交流金属封闭开关柜用途电源引入隔离电能计量电压测量+主进变压器保护变压器保护电压器保护成 绩 评 定 评定项目评 语成绩设计过程设计报告答 辩总 分折算等级指导教师签 字年 月 日