我的工厂供电

课程设计题目

专 业： 年 级：

学生姓名： 学 号： 导师及职称：

0

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

前言 ............................................................ 错误！未定义书签。 设计任务 ...................................................................................... 3 第一章 负荷计算及功率补偿 ................................................... 4

1、负荷计算的方法.............................................................................................. 4

2、各用电车间负荷计算结果如下表：.............................................................. 4 3、全厂负荷计算.................................................................................................. 5 4、功率补偿.......................................................................................................... 5

第二章 变电所主变压器 ........................................................... 5

1、 主变压器台数的选择.................................................................................... 5 2、 变电所主变压器容量的选择........................................................................ 5

第三章 主结线方案的选择 ....................................................... 6

1、方案选择.......................................................................................................... 6 2、方案确定.......................................................................................................... 9

第四章 短路计算 ..................................................................... 10

1、确定基准值.................................................................................................... 10 2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值................................................ 10 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 ............ 11 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 ............ 11 5、短路电流计算结果：.................................................................................... 12

第五章 导线型号及截面的选择 ............................................. 13

1、导体材料的选择............................................................................................ 13 2、导线绝缘的选择............................................................................................ 13 3、导线截面的选择............................................................................................ 13

第六章 高、低压设备的选择 ................................................. 14

1、工厂变电所高压开关柜母线选择................................................................ 14 2、配电所高压开关柜的选择............................................................................ 14

第七章 变压器的继电保护 ................................................... 14

1、过电流保护.................................................................................................... 14 3、变压器的过电流保护.................................................................................... 15

第八章 防雷与接地 ................................................................. 16

3、确定方案........................................................................................................ 16

结论 ............................................................................................ 17 参考文献： ................................................................................ 18

1

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

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。

我们这次的课程计的题目是：某工厂配电工程总体规划方案设计；作为工厂随着时代进步的推进和未来今年的发展，工厂的设施建设特别是电力设施将提出相当大的挑战。因此，我们做供配电设计工作，要作到未雨绸缪。为未来发展提供足够的空间：这主要表现在电力变压器及一些相当重要的配电线路上，应力求在满足现有需求的基础上从大选择，以避免一台变压器或一组变压器刚服役不到几年又因为容量问题而台而光荣下岗的情况的发生。

关键词：工厂供电 负荷计算 变压器 防雷

2

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

设计任务

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、变电所高、低压侧设备选择 7、继电保护及二次结线设计 8、变电所防雷装置设计

3

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

第一章 负荷计算及功率补偿

1、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： P30 = PE·Kd 无功功率: Q30 = P30 ·tg 视在功率: S30 = P30/Cosφ 计算电流: I30 = S30/3UN

2、各教学楼负荷计算结果如下表：

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 车间名称 数控中心 多功能厅 行政楼 行政楼2 试点本科 体育馆 图书馆 阅览室 公寓楼9 公寓楼（10-13） 教学楼（3-4） 教学楼（1-2） 设备容量 P30(千瓦) 273.85 48.28 0.17 0.12 192.8 47.7 11.14 7.8 6.51 4.56 6.46 4.525 143.9 7.29 27.99 98.3 47.54 25.97 49.73 5.1 19.59 68.84 33.28 18.18 计算负荷 Q30千S30(千乏) 伏安) 33.9644 59.03 0.6624 0.67 28.2896 55.46 3.744 8.65 2.1888 5.06 1.44 4.75 28.056 2.448 7.6572 18.5472 57.1 5.66 21.03 71.3 变压器台数及容量 1*100 1*1 1*100 1*10 1*10 1*10 1*100 1*10 1*100 1*100 1*100 1*100 15.4944 36.7 8.2944 19.98 4

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

3、全院负荷计算

取kp = 0.9; kq = 0.95

根据上表可算出：∑P30i =307.7kW; ∑Q30i = 150.79kvar 则 P30 = kpP30i30i = 0.9×307.7kW = 276.9kW

Q30 = kqQ = 0.95×150.79kvar = 143.3kvar

1/2

S30 = (P30(2)+Q30(2)) ≈311.8KV·A

I30 = S30/3UN ≈ A

COSф = P30/Q30 = 276.9/311.8≈ 0.9

4、功率补偿

设计中要求COSφ≥0.9,而由上面计算可知COSф=0.9=0.9， 因此不需要进行无功补偿。

第二章 变电所主变压器

1、 主变压器台数的选择

由于学院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： ① 任一台单独运行时，ST≥（0.6-0.7）S′30（1） ② 任一台单独运行时，ST≥S′30（Ⅱ） 由于S′30（1）= 7932 KV·A，因为该厂都是上二级负荷所以按条件2 选变压器。

5

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

③ ST≥（0.6-0.7）×7932=（4759.2～5552.4）KV·A≥ST≥S′30（Ⅱ） 因此选5700 KV·A的变压器二台

第三章 主结线方案的选择

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。

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 ，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。

6

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

35kv电源进线WL1QS111QS121WL2QF11QS112QS101QF10QF12QS122QF102QS123T2QF22QS2216-10KVQF113T1QF21QS211QF20

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T1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环行结线时，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。

7

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

35kv电源进线WL1QS111QS121WL2QS101QS102QS112QF11T1QF21QS21QF10QS122T2QF22QS226-10KVQF20

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所

8

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

WL135kv电源进线 QF11WL2QF12QF13T1QF21QF10QF14T2QF2210KVQF20

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。

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（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（即全桥式结线）。

9

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

第四章 短路计算

本设计采用标幺制法进行短路计,下图为电的系统图

K-1电源架空线K-2G10KV380v

1、确定基准值

取 Sd = 100MV·A, UC1 = 60KV, UC2 = 10.5KV 而 Id1 = Sd /3UC1 = 100MV·A/(3×60KV) = 0.96KA

Id2 = Sd/ 3UC2 = 100MV·A/(3×10.5KV) = 505KA

2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

1）电力系统（SOC = 310MV·A）

X1* = 100KVA/310= 0.32 2）架空线路（XO = 0.4Ω/km）

* = 0.4×4×100/ 10.52= 1.52 X23）电力变压器（UK% = 7.5）

* = UK%Sd/100SN = 7.5×100×103/(100×5700) = 1.32 X3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

10

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

1.32K-10.321.521.32K-2 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

***X(K1)= X1＋X2= 0.32 +1.52= 1.84

2)三相短路电流周期分量有效值

)*Ik(31 = Id1/X(K1)= 0.96/1.84 =0.52

3)其他三相短路电流

(3))I``(3) = I = Ik(31 = 0.52KA 3ish = 2.55×0.52KA = 1.33KA

3Ish = 1.51×0.52 KA= 0.79KA

4)三相短路容量

(3)*sk1 = Sd/X(K1) =100MVA/1.84=54.3

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

****X(K2) = X1＋X2＋X3/ X4 =0.32+1.52+1.32/2=2.5

2)三相短路电流周期分量有效值

)*Ik(32 =Id2/X(K2) = 505KA/2.5 = 202KA

3)其他三相短路电流

(3))I``(3) = I = Ik(32 = 202KA

11

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

3ish = 1.84×202KA =372KA

3 =1.09×202KA = 220KA Ish4)三相短路容量

(3)*sk2 = Sd/X(K2) = 100MVA/2.5 = 40MV·A

5、短路电流计算结果：

三相短路电流/KA 3IK 三相短路容量/MVA I 0.52 202 I3 3ish 3Ish 3sk K-1点 K-2点

0.52 202 0.52 202 1.33 372 0.79 220 54.3 40 12

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

第五章 导线型号及截面的选择

1、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。

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，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Ic应不超过导线正常运行时的允许载流量Ial。

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I30 = 76.33A

由课本表 5-3 查得jec=1.65，因此 Aec=76.33/1.65=46.26mm

选择准截面45mm ，既选LGJ—45型铝绞线 校验发热条件和机械强度都合格

2213

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

第六章 高、低压设备的选择

1、工厂变电所高压开关柜母线选择

工厂变电所高压开关柜母线宜采用LMY型硬母线

2、配电所高压开关柜的选择

高压开关柜有固定式和手车式（移可式）两大类型。

10KV电源进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择GG1A-10Q（F）型。

第七章 变压器的继电保护

在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、过负荷保护和瓦斯保护。

1、过电流保护

对于由外部相间短路引起的过电流，保护应装于下列各侧： 1）、对于双线圈变压器，装于主电源侧 2）、对三线圈变压器，一般装于主电源的保护应带两段时限，以较小的时限断开未装保护的断路器。当以上方式满足灵敏性要求时，则允许在各侧装设保护。 各侧保护应根据选择性的要求装设方向元件。 3）、对于供电给分开运行的母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个供电支路上装设保护。 4）、除主电源侧外，其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护，而不要求作为变压器内部故障的后备保护。 5）、保护装置对各侧母线的各类短路应具有足够的灵敏性。相邻线路由变压器作远后备时，一般要求对线路不对称短路具有足够的灵敏性。相邻线路大量瓦斯时，一般动作于断开的各侧断路器。如变压器高采用远后备时，不作具体规定。 6）、对某些稀有的故障类型（例如110KV及其以上电力网的三相短路）允许保护装置无选择性动作。

2、差动保护

变压器差动保护动作电流应满足以下三个条件

应躲过变压器差动保护区外出现的最大短路不平衡电流 应躲过变压器的励磁涌流

在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大符合时，差动保护不应动作

14

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

3、变压器的过电流保护

1.过电流保护动作电流的整定

IL.max =2×5700/(3×60)A = 109.7A

取Krel = 1.3 , Ki = 150/5 = 30 , KW = 1 , Kre = 0.8

因此Iop = Krel×KW×IL.max/(Kr×eKi) = 1.3×1×109.7A/(0.8×30) =5.94A 故动作电流整定为6A。 2．保护动作时间

tt1-△t=2-0.5=1.5S

3.变压器过电流保护的灵敏度

Ik.max = 0.866×7.02×1000× 10/60= 1037A

则：Sp = KW×Ik.min/(Ki×Iop) = 1×1037/(6×30) = 5.761>1.5 满足保护灵敏度的要求

4、变压器的过负荷保护

过负荷保护动作电流的整定

IOP(OL) = 1.3I1N.T/ki = 1.3×104/40A = 3A

动作时间取10～15s

15

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

第八章 防雷与接地

1、确定接地电阻

(60＋35×4)A/350 = 34.3A RE 250V/IE 式中IE的计算为IE = IC = 60×

故： RE 350V/34.3A = 10.2Ω 综上可知，此配电所总的接地电阻应为RE10Ω

2、单根钢管接地电阻

选直径50mm、长2.5m的钢管作接地体查相关资料得土质的ρ = 100Ω•m 单根钢管接地电阻RE(1)  100Ω•m/2.5m = 40Ω 以n = 15和a/l = 2再查有关资料可得ηE 0.66。 因此可得：n = RE(1)/(ηERE) = 40Ω/(0.66×4)Ω 15

3、确定方案

综合上面因素再考虑到接地体的均匀对称布置，选16根直径50mm、长2.5m的

钢管作 地体，用40×4mm2的扁钢连接，环形布置。配电所屋顶及边缘敷设避雷带， 经2根引下线与接地装置相连

16

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

总结

本设计遵循电气设计的一般规律和原则，着重于电气的安全可靠性研究。限于篇幅，对电气设计的适用性和经济性涉及偏少。本设计在学习的基础上，汲取前人的经验和积累，力求贴近实际。但由于电气内容广泛，无法兼顾，许多方面涉及尚浅，设计制图还有很多不足之处。

电气的设计与研究需要丰富的实践经验，更由于其行业的综合性，须要多专业的通力合作，才能设计出实用、经济的方案。

电气设计的基础和依据就是对工厂供电负荷的计算和估测。计算的准确与否，对合理选择设备，安全可靠与经济运行，均起决定性作用。设计详细介绍了负荷计算的方法。在对设备的选择方面更要密切关注市场信息，在满足技术要求的前提下，合理的选择产品，这对工厂的安全稳定运行也是非常重要的，同时还能提高经济性要求，降低投资。

课程设计是检验和锻炼学生实际工程设计能力的一项教学环节。在此次设计中，我综合运用所学知识，认真执行相关规范，理论联系，培养锻炼了独立分析和解决工厂供电方面问题的能力，为将来的工作奠定了基础。

17

红河学院电气工程及其自动化 专业：06电气

参考文献

《工厂供电》刘介才 主编 北京 机械工业出版社2004.5 《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 《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 《工厂供电设计指导》 主编 刘介才 机械工业出版社

18