工厂供配电课程设计.doc

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1、 工厂供配电课 程 设 计专 业 ： 电气工程及其自动化 年 级 ： 学生姓名 ： 学 号 ： 导师及职称： 第 1 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 目录摘要 .设计任务书 .第一章 负荷计算及功率补偿1、负荷计算2、各用电车间负荷计算结果3、全厂负荷计算4、功率补偿第二章 变电所主变压器1、 主变压器台数的选择2、 变电所主变压器容量的选择第三章 主结线方案的选择1、方案选择2、方案确定第四章 短路计算1、确定基准值2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值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5

2、、短路电流计算结果：第五章 导线型号及截面的选择1、导体材料的选择2、导线绝缘的选择3、导线截面的选择参考文献： .第 2 页 共 27 页 摘要 供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。电力，是现代工业生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。没有电力，就没有国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。故，作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。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

3、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。另外，在供配电工作中，还应合理的处理局部和全局，当前与长远的关系，即要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，能照顾大局，适应发展。关键词：工厂供电负荷计算变压器第 3 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 工厂供配电课程设计任务书一、目的通过设计,系统地复习,巩固工厂供电的基本知识,提高设计计算能力和综合分析能力,为今后的工作奠定初步的基础.二、任务某机械

4、厂供配电系统设计 ,具体数据如下:序 车间名称 金属切削 通风机 电阻炉 电 热 干 对焊机号机床 （三相） （三相）燥箱 （ 380V（三相） （ 220V 单项）单相）1 原料车间6KW*3 4KW*3 10KW*4 20KW*45KW*2 4KW*2 20KW*2 15KW*42电加工车间3 锻造车间 55KW*5 6KW*2 4KW*54 铣磨车间 50KW*3 10KW*210KW*415KW*4注：各单相设备尽量平衡接入系统，负荷持续率均已经换算为100。三、基本要求按照国家标准GB50052-95供配电系统设计规范, GB50053-9410kv及以下变电所设计规范及GB5005

5、4-95低压配电设计规范等规范,进行工厂供电设计.做到安全,可靠,优质,经济的基本要求.并处理好局部与全局,当前与长远利益的关系,以便适应今后发展的需要,同时还要注意电能和有色金属的节约等问题.四、设计内容及步骤1、工厂负荷计算及功率补偿，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3、工厂总降压变电所主结线设计4、工厂供、配电系统短路电流计算5、导线型号及截面的选择6、合理确定无功补偿.要求10kv侧cos=0.92.第 4 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 五、编写设计说明书的具体要求1、设计说明书应包括设计题目,方案论证,负荷计算,设备

6、及导线的选择,动稳定度,热稳定度和断流能力校验等.2、设计说明书要求方案可行,计算方法正确,图纸规范无误,条理清楚,语言通顺.有关说明:1、电源:工厂东北方向2公里有一降压变电所110/35/10kv,12150kva变压器一台作为工厂的主电源,允许用35kv或10kv中的一种电压,以单回架空线向工厂供电.此外,由正北方向其他工厂引入 10kv电缆作为备用电源,平时不准投入,只在该厂的主电源发生故障或检修时提供照明及部分重要负荷用电 ,输送容量不得超过全厂计算负荷的20%.2、负荷类型:本厂除三车间和五车间有部分二级负荷外,其余均为三级负荷.3、工厂为两班制,全年工作时数为4500h,最大负荷

7、利用时数为4000h.(参考值)第 5 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 一、负荷计算及功率补偿1负荷计算各用电车间计算负荷a原料车间通风机组查表得：Kd=0.8,cosf=0.8, tan=0.75fPe=6kw*3=18kwP=Kd*Pe=0.8*18kw=14.4kw30(1)Q =P *tanf=0.75*14.4kw=10.8kvar(1)3030(1)电阻炉组查表得：Kd=0.7,cosf=1.0.tan=0fPe=4kw*3=12kwP=Kd*Pe=0.7*12kw=8.4kw30(2)Q =P *tanf=03030(2)(2)电热干燥箱组查表得：Kd=0.7,c

8、osf=1.0.tan=0f有四台电热干燥箱，2 台接于 AN 相间，1 台接于 BN 相间，1 台接于CN相间A相：P =0.7*20kw=14kw30.A第 6 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 B相：P =0.7*10kw=7kw30.BC相：P =0.7*10kw=7kw30.C对焊机组查表得：Kd=0.35,cosf=0.7，tanf=1.02再查表，查得 Cos=0.7 时的功率转换系数 P =P =P =0.8,AB-A BC-BCA-CP =P =P =0.2,q =q =q =0.22，q =q=q =0.8.CA-AAB-A BC-B CA-CAB-B BC-

9、CAB-BBC-CCA-A有四台单相对焊机,AC 相间接1台,BC 相间接2台, CA相间接 1台A 相：P =0.8*20kw+0.2*20kw=20kwAQ =0.22*20kvar+0.8*20kvar=20.4kvarAB 相：P =0.8*40kw+0.2*20kw=36kwBQ =0.22*40kvar+0.8*20kvar=24.8kvarBC 相：P =0.8*20kw+0.2*40kw=24kwCQ =0.22*20kvar+0.8*40kvar=36.4kvarC各相有功无功计算负荷为A 相P =0.35*20kw=7kw30.A第 7 页 共 27 页 常州大学 工厂供配

10、电课程设计 Q =0.35*20.4kvar=7.14kvar30.AB 相P =0.35*36kw=12.6kw30.BQ =0.35*24.8kvar=8.68kvar30.BC 相P =0.35*24kw=8.4kw30.CQ =0.35*36.4kvar=12.74kvar30.CP =3*(14kw+7kw)=63kw30(3)Q =3*7.14kvar=21.42kvar30(3)取K =0.95 K =0.97Pq整个车间总的计算负荷为P = K ( P + P + P )30P30(1)30(2)30(3)=0.95*（14.4kw+8.4kw+63kw）=81.51kwQ =

11、K ( Q + Q + Q )q3030(1)30(2)30(3)=0.97(10.8kvar+0+21.42kvar)=31.25kvarb电加工车间通风机组查表得：Kd=0.8,cosf=0.8, tan=0.75f第 8 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 Pe=5kw*2=10kwP=Kd*Pe=0.8*10kw=8kw30(1)Q =P *tanf=0.75*8kw=6kvar(1)3030(1)电阻炉组查表得：Kd=0.7,cosf=1.0.tan=0fPe=4kw*2=8kwP=Kd*Pe=0.7*8kw=5.6kw30(2)Q =P *tanf=03030(2)(2

12、)电热干燥箱组查表得：Kd=0.7,cosf=1.0.tan=0f有2台电热干燥箱，1台接于AN相间，1台接于BN相间A相：P =0.7*20kw=14kw30.AB相：P =0.7*20kw=14kw30.BC相：P =0.7*0kw=0kw30.C对焊机组查表得：Kd=0.35,cosf=0.7，tanf=1.02再查表，查得 Cos=0.7 时的功率转换系数 P =P =P =0.8,AB-ABC-BCA-C第 9 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 P =P =P =0.2,q =q =q =0.22，q =q =q =0.8.AB-A BC-B CA-CAB-B BC-C

13、CA-AAB-BBC-CCA-A有四台单相对焊机,AC 相间接1台,BC 相间接1台, CA相间接 2台A 相：P =0.8*15kw+0.2*30kw=18kwAQ =0.22*15kvar+0.8*30kvar=27.3kvarAB 相：P =0.8*15kw+0.2*15kw=15kwBQ =0.22*15kvar+0.8*15kvar=15.3kvarBC 相：P =0.8*30kw+0.2*15kw=27kwCQ =0.22*30kvar+0.8*15kvar=18.6kvarC各相有功无功计算负荷为A 相P =0.35*18kw=6.3kw30.AQ =0.35*27.3kvar=

14、9.56kvar30.AB 相P =0.35*15kw=5.25kw30.BQ =0.35*15.3kvar=5.36kvar30.BC 相P =0.35*27kw=9.45kw30.CQ =0.35*18.6kvar=6.51kvar30.C第 10 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 P =3*(14kw+6.3kw)=60.9kw30(3)Q =3*9.56kvar=28.68kvar30(3)取K =0.95 K =0.97Pq整个车间总的计算负荷为P = K ( P + P + P )30P30(1)30(2)30(3)=0.95*（8kw+5.6kw+60.9kw）=7

15、0.78kwQ =K ( Q + Q + Q )q3030(1)30(2)30(3)=0.97(6kvar+0+28.68kvar)=33.64kvarc锻造车间金属切削机床组查表得：Kd=0.2,cosf=0.5, tan=1.73fPe=55kw*5=275kwP =Kd*Pe=0.2*275kw=55kw30(1)Q =P *tanf=1.73*55kw=95.15kvar(1)3030(1)通风机组查表得：Kd=0.8,cosf=0.8，tanf=0.75Pe=6kw*2=12kwP=Kd*Pe=0.8*12kw=9.6kw30(2)Q =P *tanf=9.6kw*0.75=7.2k

16、var3030(2)(2)第 11 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 电阻炉组查表得：Kd=0.7,cosf=1.0,tan=0fPe=4kw*5=20kwP=Kd*Pe=0.7*20kw=14kw30(3)Q =P *tanf=03030(3)(3)对焊机组查表得：Kd=0.35,cosf=0.7，tanf=1.02再查表，查得 Cos=0.7 时的功率转换系数 P =P =P =0.8,AB-A BC-BCA-CP =P =P =0.2,q =q =q =0.22，q =q =q =0.8.AB-A BC-BCA-CAB-B BC-CCA-AAB-BBC-CCA-A有四台单相

17、对焊机,AC 相间接1台,BC 相间接2台, CA相间接 1台A 相：P =0.8*10kw+0.2*10kw=10kwAQ =0.22*10kvar+0.8*10kvar=10.2kvarAB 相：P =0.8*20kw+0.2*10kw=18kwBQ =0.22*20kvar+0.8*10kvar=12.4kvarBC 相：P =0.8*10kw+0.2*20kw=12kwCQ =0.22*10kvar+0.8*20kvar=18.2kvarC第 12 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 各相有功无功计算负荷为A 相P =0.35*10kw=3.5kw30.AQ =0.35*1

18、0.2kvar=3.57kvar30.AB 相P =0.35*18kw=6.3kw30.BQ =0.35*12.4kvar=4.34kvar30.BC 相P =0.35*12kw=4.2kw30.CQ =0.35*18.2kvar=6.37kvar30.CP =3*6.3kw=18.9kw30(4)Q =3*4.34kvar=13.02kvar30(4)取K =0.95 K =0.97Pq整个车间总的计算负荷为P = K ( P + P + P + P )30P30(1)30(2)30(3)30(4)=0.95*（55kw+9.6kw+14kw+18.9kw）=92.63kwQ =K ( Q

19、+ Q + Q + Q )q3030(1)30(2)30(3)30(4)=0.97(95.15kvar +7.2kvar+0+13.02kvar)第 13 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 =111.91kvard.铣磨车间金属切削机床组查表得：Kd=0.2,cosf=0.5, tan=1.73fP =Kd*Pe=0.2*150kw=30kwPe=50kw*3=150kw30(1)Q =P *tanf=1.73*30kw=51.9kvar(1)3030(1)通风机组查表得：Kd=0.8,cosf=0.8，tanf=0.75Pe=10kw*2=20kwP=Kd*Pe=0.8*20k

20、w=16kw30(2)Q =P *tanf=16kw*0.75=12kvar3030(2)(2)电热干燥箱组查表得：Kd=0.7,cosf=1.0.tan=0f有4 台电热干燥箱，2台接于AN 相间，1台接于BN 相间，1台接于CN相间A相：P =0.7*30kw=21kw30.AB相：第 14 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 P =0.7*15kw=10.5kw30.BC相：P =0.7*15kw=10.5kw30.CP =3*21kw=63kw30(3)Q =3*0kvar=0kvar30(3)取K =0.95 K =0.97Pq整个车间总的计算负荷为P = K ( P +

21、 P + P )30P30(1)30(2)30(3)=0.95*（30kw+16kw+63kw）=103.55kwQ =K ( Q + Q + Q )q3030(1)30(2)30(3)=0.97(51.9kvar +12kvar+0kvar)=61.98kvar第 15 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 2. 各用电车间负荷计算结果如下表：序车间名称 设备容量(千瓦) 计算负荷 号 P (千瓦) Q (千乏) S (千伏安) 3030301 原料车间 289 242 377 350 82 71 93 32 34 88 79 2 3 电加工车间 锻造车间 112 62 146 1

22、21 4 铣磨车间 104 3.全场负荷计算： = 0.9; = 0.95k p k q取根据上表可算出：P =350kw ;30i= 240kvarQ30i 则 =30= 0.9=350kw = 315kw= 0.95240kvar = 228kvar389kVAP k p P30i =Q k q Q3030i2=SP 2+Q303030= /( ) 591AS 3U30NI30SCOS = / = 315/389 0.8130P304.功率补偿：设计中要求COS0.92,而由上面计算可知COS=0.810.92P30S30因此，符合设计的要求第 17 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电

23、课程设计 二、变电所主变压器1、 主变压器台数的选择由于该厂的负荷属于二级、三级负荷，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选择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： 任一台单独运行时，S （0.6-0.7）S30N.T 任一台单独运行时，S S30（）N.T由于S30= 342 kVA，因为该厂都是二级、三级负荷所以按条件2选变压器。S （0.6-0.7）342 kVA =（205240）kVAS S30N.TN.T（）因此选250 kVA的变

24、压器二台第 18 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 三、工厂总降压变电所主结线设计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610KV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。1、方案选择1、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图如下这种主结线，其一次侧的QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。这种主结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11

25、，投入QF10 （其两侧QS先合），即可由WL2恢复对变压器 T1的供电，这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。第 19 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 2、 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图(下图)，这种主结线，其一次侧的高压断路器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF11 和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式结线。这种主结线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式结线适用的场合有所不同。如果某台变压器例如T

26、1停电检修或发生故障时，则断开QF11 ，投入QF10 （其两侧QS先合），使两路电源进线又恢复并列运行。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用行环第 20 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器QF11 、QF12 ，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。3、一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主电路图这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电

27、所第 21 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 4、一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母线结线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用与电力系统的枢纽变电所。第 22 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 2、方案确定由上面4种分析知道：电机修造厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较短（2km）,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（即全桥式结线）。四、工厂供、配电系统短路电流计算本设计采

28、用标幺制法进行短路计,下图为电的系统图 1、确定基准值取 = 100MVA, =10.5KV,= 0.38KVSUUC 2dC1而 = / = 100MVA/( 310.5KV) = 5.50KAI S 3 Ud1dC1= /= 100MVA/( 30.38KV) = 151.9KAI S 3 UC 2d2d第 23 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1）电力系统（S = 500MVA）OC= 100MV.A/500MVA =0.2X *12）架空线路（X = 0.32/km）O= 0.32/km2KM100MVA / (10.5kVA )

29、2kVA = 0.58X *23）电力变压器（U % = 4）KX * = U % S /100S = 4100MVA *1000/(100MVA250) = 163KdN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+0.58 = 0.78X *E(K -1)X X*1*22)三相短路电流周期分量有效值= / = 5.50KA /0.78 =7.05KAI(3) I X *E(K -1)k-1d13)其他三相短路电流= = = 7.05KAk-1I(3)I I(3)(3)= 2.557

30、.05KA = 17.98KA= 1.517.05 KA= 10.65KAi3shI3sh4)三相短路容量= / =100MVA/0.78=128.2MVAs(3) S X *E(K -1)k-1d第 24 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 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= / =0.2+0.58+16/2=8.781X *E(K -2)X X X X*2*3*42)三相短路电流周期分量有效值= / = 151.9KA /8.78 = 17.3KAI(3) I X *E(K -2)k-2d23)其他三相短路电流= = = 17.3K

31、AI(3)I(3)I(3)k-2= 1.8417.3KA =31.8KA=1.0917.3KA = 18.9KAi3shI3sh4)三相短路容量= / = 100MVA /8.78 = 11.4MVAs(3) S X *E(K -2)k-2d5、短路电流计算结果：短路 三相短路电流/KA 三相短路容量/MVA 计算点 iI3shI3s 3k3sh I3 I3KK-1点 7.05 7.05 7.05 17.98 10.65 128.2 11.4 K-2点 17.3 17.3 17.3 31.8 18.9 第 25 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 五、导线型号及截面的选择1、导体材

32、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。2、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。3、导线截面的选择电流通过导线时，要产生电能损耗，使导线发热，若绝缘导线和电缆的温度过高时，可使绝缘损坏，甚至引起火灾。当裸导线的温度过高时，会使其接头处的氧化加剧，增大接触电阻

33、，使之进一步氧化，如此恶性循环，甚至可发展到断线。因此规定了不同材料和绝缘导线的允许载流量。在这个允许载流量范围内运行，导线的升温不会超过允许值。选择导线截面使通过相线的电流I应不超过导线正常运行时c的允许载流量I 。al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。已知I =591A30由课本表 5-3查得jec=1.65，因此Aec=591A /1.65=358mm 2选择准截面4010mm 2的铝绞线。校验发热条件和机械强度都合格。 第 26 页 共 27 页 常州大学 工厂供配电课程设计 参考文献 工厂供电刘介才 主编 北京 机械工业出版社工厂供电设计指导 主编 刘介才 机械工业出版社电气工程专业毕业设计指南继电保护分册中国水利水电出版社工厂供电设计李宗纲、刘玉林、施慕云、韩春生 主编电气工程专业毕业设计指南供配电分册 中国水利水电出版社第 27 页 共 27 页