1、xx大学 供配电系统设计报告 课 题 某加工厂供配电系统设计 专业班级 自动化* 姓 名 * 学 号 0909* 指导老师 完成时间 201*年*月*日 任务书一负荷情况 某厂变电所担负三个车间、一个办公楼和一个食堂的供电任务，负荷均为380/220V负荷。各部门电气设备、负荷情况如下：（一）一号车间一号车间接有下表所列用电设备编号用电设备名称数量铭牌上额定功率需要系数功率因数备注1冷加工机床20合计45KW0.14 0.160.52吊车组110.5KW0.120.5FC=25%3电焊机122KVA0.50.6FC=60%4电焊机28.95KVA0.50.6FC=100%（二）二号车间二号车间
2、接有下表所列用电设备编号用电设备名称数量铭牌上额定功率需要系数功率因数备注1电加热设备24KW0.812吊车组110.5KW0.20.5FC=25%3电焊机122KVA0.50.6FC=60%4电焊机14.5KVA0.50.6FC=100%（三）三号车间三号车间接有下表所列用电设备编号用电设备名称铭牌上额定功率需要系数功率因数备注1装载车间起重机7.5KW0.150.52各类装备用电器7.5KW0.80.83照明2.5KW0.80.8（四）办公楼办公楼接有下表所列用电设备负荷编号用电设备名称铭牌上额定功率需要系数功率因数备注1照明20KW0.80.82空调及通风设备75KW0.80.83电梯1
3、0KW0.60.7（五）食堂食堂接有下表所列用电设备负荷编号用电设备名称铭牌上额定功率需要系数功率因数备注1风机、空调机、照明8.8KW0.80.82食品加工机械3.0KW0.70.83电饭锅、电烤箱、电炒锅9.0KW0.81.04电冰箱1.5KW0.70.7二、供用电协议（1）从电力系统的某66/10KV变电站，用10KV架空线路向工厂馈电。该变电站在工厂南侧1km。（2）系统变电站馈电线的定时限过电流保护的整定时间，工厂总配变电所保护整定时间不得大于1.5s。（3）在工厂总配电所的10KV进线侧进行电能计量。工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。（4）系统变电站10KV母线出口断路器的断流
4、容量为200MVA。其配电系统图如图1。（5）供电贴费和每月电费制：每月基本电费按主变压器容量计为18元/kVA，动力电费为0.2元/kWh，照明电费为0.5元/kWh。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：610kV为800元/kVA。图1 配电系统图三工厂负荷性质生产车间大部分为一班制，少部分车间为两班制，年最大有功负荷利用小时数为4000h，工厂属级负荷。四工厂自然条件（1）气象资料：本厂所在地区的年最高气温为38oC，年平均气温为23 oC，年最低气温为8 oC，年最热月平均最高气温为33 oC，年最热月平均气温为26 oC，年最热月地下0.8m处平均温
5、度为25 oC。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。（2）地质水文资料：本厂地区海拔60m，底层以砂粘土为主，地下水位为2m。五设计任务书1计算车间、办公楼、食堂用电计算负荷2计算全厂的计算负荷3确定厂变电所变压器台数、各变压器容量4供电方式及主接线设计5短路计算及设备选择6高压配电系统设计7保护及接地防雷系统设计六设计成果1设计说明书（设计报告），包括全部设计内容，并附有必要的计算及表格。2电气主接线图（3号图纸）。3继电保护配置图（3号图纸）。4总降压变电所平面布置图（3号图纸）。 目 录第一章 负荷计算和无功补偿51.1负荷计算的目的和方法51.2全厂负荷计算的过程51.3 无功功率
6、补偿9第二章 变电所的选择及主变压器的选择92.1 变电器容量的选择92.2变压器台数与型号的选择 。2.3 总降压变电所电气主接线设计 。第三章 短路电路的计算 。3.1 短路的形式 。3.2 短路的原因 。3.3 短路的危害 。3.4 三项短路电流的计算14第四章 导线型号及截面的选择17第五章 高低压电气一次设备的选择 。5.1 电气设备选择原则185.2 高压一次设备的选择205.3变电所低压一次设备的选择21第六章 接地与防雷设计6.1防雷保护的措施 226.2防雷装置的接地23第七章 变电所二次回路方案选择及继电保护整定247.1 二次回路方案选择247.2 主变压器的继电保护装置
7、24总 结 。附录 。参考文献 。第一章 负荷计算和无功补偿1.1负荷计算的目的和方法1、负荷计算的内容和目的（1）求计算负荷，是选择确定建筑物报装容量、变压器容量的依据；（2）求计算电流，是选择缆线和开关设备的依据；（3）求有功计算负荷和无功计算负荷，是确定静电电容器容量的依据。2、负荷计算的方法（1）需要系数法用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。用于设备数量多，容量差别不大的工程计算，尤其适用于配、变电所和干线的负荷计算。（2）二项式系数法应用局限性较小大，主要适用于设备台数较少且容量差别较悬殊的的场合。（3）利用系数法采用利用系数求出最大负荷区间内的平均负荷，再考虑设备台
8、数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数，得出计算负荷。适用于各种范围的负荷计算，但计算过程稍繁。1.2全厂负荷计算的过程本设计各车间计算负荷采用需要系数法确定。主要计算公式有： 有功计算负荷（kW）：无功计算负荷（kvar）：视在计算负荷（kVA）：计算电流（A）：1.3设计原则与要求1、工厂供电设计必须遵守国家的相关法令，标准和规范，执行国家的有关方针、政策，以保证做到节约能源、节约有色金属等经济政策。2、工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照不同的负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定不同的设计方案。3、工厂供电设计要做到安全、可靠、经济、优质。应采用符合国家现
9、行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气设备。工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。4、工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设和长远发展的关系，做到远近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。关于负荷性质，按照GB50052-95供电系统设计规范规定，根据电力负荷对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响程度，电力负荷分为以下三个等级（1）一级负荷 中断供电将造成人身伤亡，将在政治、经济上造成重大损失者，例如重要交通枢纽，大型体育场等。（2）二级负荷 中断供电将在政治、经济上造成较大损失
10、者，例如主要设备损坏、大量产品报废、重点企业大量减产等，例如交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要负荷。（3）三级负荷 不属于一、二级的电力负荷。 对于一级负荷和二级负荷，因为其再政治经济上的特殊性，应该有两个供电电源，当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除有两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。对于二级负荷，应该有两回路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回路6KV及以上专用架空线或电缆线供电。当采用架空线时候，可为一回路架空线供电。当采用电缆线时，当由两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级
11、负荷。1.4各部门负荷计算按照需要系数法计算各部门的有功计算负荷（P30）、无功计算负荷（Q30）、视在计算负荷（S30）和计算电流（I30）。（1）一号车间将负载尽可能均衡的分配到三相电线上，（2）二号车间将负载尽可能均衡的分配到三相电线上，（3）三号车间将负载尽可能均衡的分配到三相电线上，（4）办公楼办公楼电气设备用电为220V单相交流电。（5）食堂得到各部门负荷计算表如下：序 号部门名称负荷类型计算负荷P30 / KWQ30 / KvarS30 / KVAI30 / A1一号车间32.3243.0953.8681.832二号车间25.5634.0742.5964.713三号车间18.02
12、4.030.045.584办公楼73.8059.9695.11249.605食堂15.657.5317.3745.581.5工厂总负荷各部门总负荷的计算1.6无功补偿计算 按照2.2计算结果，未进行无功补偿时，工厂总功率因数题目要求工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。根据有关规，配电电压为6-10KV时，要求总功率因素不低于0.95.故需要在低压侧并联电容器进行无功功率补偿，使功率因数提高到0.95。并联的电容器总容量计算如下：第二章 变电所的选择及主变压器的选择2.1变压器容量的选择 变压器容量不应小于补偿后的总视在计算负荷SC=156.70KVA事实上，考虑变压器应有一定的过载能力，以及
13、应对工厂未来510年可能的电力负荷增长。此外，温度高出平均气温，变压器容量也会减小。所以变压器容量的选择应留有余量，常取S=1.3,SC=203.7KVA,及变压器总容量可取为200KVA.2.2变压器台数与型号的选择2.2.1变压器类型选择联结组别： Yyn0接线方式的电力变压器一相高压熔丝融化时另两相电压基本不受影响，可减小故障时的停电范围；Dyn11接线：具有输出电压质量高、中性点不漂移、防雷性能好等特点。工厂为三级负荷，允许短时停电，故选择Dyn11联结组别更好。注：并行的电力变压器联结组别应当相同绝缘与冷却方式： 常见有油浸式、干式、充气式等。考虑控制成本、方便维护和变压器应具有一定
14、的过载能力，本项目选择油浸式变压器2.2.2 变压器台数选择变压器台数选择原则 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所应采用两台变压器，对只有二级负荷，而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，并在低压侧架设与其他变电所的联络线。 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的工厂变电所，可考虑采用两台主变压器。 一般的三级负荷，只采用一台主变压器。 考虑负荷的发展，留有安装第二台主变压器的空间。 车间变电所中，单台变压器容量不宜超过1000kVA具体到本项目，提出两种方案：方案一：使用一台江苏彭变S9-M-200-10/0.75三相电力油浸式变压器给工厂所有单位供电。变压器价格
15、为：18600（商品信息来自阿里巴巴）方案二：使用两台江苏彭变s9-m-160 10KV/0.4三相电力油浸式变压器分别给工厂不同单位供电。两条低压供电线通过断路器连接，其中一条线路检修或发生故障时，另一条线路可以短时单独给全厂供电。变压器价格为：14800两方案变压器采购价格相差11000元，若考虑一次设备与线路施工成本，则方案二较方案一建设费用明显高出，且维护成本更高。由于工厂属三级负荷，故对备用电源无硬性要求，故选用方案一更为经济、合理，且能基本满足工厂日常运行的电力需求。2.3供电方式及主接线设计2.3.1 供电、用电情况分析(1)供电概况根据题示信息，从电力系统的某66/10KV变电
16、站，用10KV架空线路向工厂馈电。该变电站在工厂南侧1km(2)年用电费估计：在一次侧计算用电量，其中，为变压器损耗功率，按0.06计，为年最大负荷利用小时，忽略变压器空载损耗和线路损耗。代入数据有，W664408KW另一部分电费为每月按主变压器容量收取的费用。计算年电费估计值为：即估计一年电费为37.54万元2.3.2主接线方案(1)主接线设计原则主接线图即主电路图，是表示系统中电能输送和分配路线的电路图，亦是一次电路图。而用来控制指示检测和保护一次设备运行的电路图，则称二次电路图，或二次接线图，通称二次回路。二次回路是通过电流互感器饿电压互感器与主电路相联系的。具体要求如下1、安全 符合有
17、关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全2、可靠 应满足电力负荷特别是期中一二级负荷对供电系统的可靠性的要求。3、灵活 应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应符合的发展。4、经济 在满足上述要求的前提下，应尽量是主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。(2)变配电所主结线的选择原则当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。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。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。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
18、运行。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。610KV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。采用610 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。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）。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。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
19、两侧，宜装设刀开关或隔离触头。2.3.3 备用电源的选择工厂为三级负荷，从经济角度考虑，多数不需要备用电源。但按照规定，办公楼内电梯应装设备用电源，发生电力系统故障时，电源能及时启动，维持电梯正常运行，不发生安全事故。此外，工厂内人流密集，应装设应急照明设备，避免安全事故。第三章 短路电流计算3.1短路的形式 在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选择检验电气设备用的短路计算中，以三
20、相短路计算为主。三相短路用文字符号k(3)表示。3.2 短路的原因工厂供电系统要求正常地不简短地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于各种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路。所谓短路，就是指一切不正常的相与相之间或相与地之间发生通路的情况。产生短路的原因很多，主要有以下几个方面：（1）元件损坏，例如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良带来的设备缺陷发展成短路等；（2）气象条件恶化，例如雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等；（3）人为事故，例如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后为拆除接地线就加
21、上电压等；（4）其它，例如挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。3.3 短路的危害短路后，短路电流比正常电流大得多；在大电力系统中，短路电流可达几万甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害，即:（1）短路是要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏；（2）短路时电压要骤降，严重影响电气设备的正常运行；（3）短路可造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成的损失也越大；（4）严重的短路要影响电流系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列；（5）单相短路，其电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设备等产
22、生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。由此可见，短路的后果是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流计算，以便正确地选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能的最大短路电流时不致损坏。为了选择切除短路故障懂得开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件（如电抗器）等，也必须计算短路电流。3.4 三相短路电流的计算标幺制法，即相对单位制算法，因其短路计算中的有关物理量是采用标幺值（相对单位）而得名。按标幺制法进行短路计算时，一般是先选定基准容量S d和基准电压Ud。基准容量，工程设计中通常取Sd=100MVA。基准
23、电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取Ud=Uc。选定了基准容量Sd和基准电压Ud以后，基准电流Id按下式计算 基准电抗Xd则按下式计算 供电系统中各主要元件的电抗标幺值的计算（取Sd=100MVA,Ud=Uc）。（1）电力系统的电抗标幺值 （2）电力变压器的电抗标幺值 （3）电力线路的电抗标幺值 短路电路中各主要元件的电抗标幺值求出以后，即可利用其等效电路图进行电路化简，计算其总电抗标幺值X*。由于各元件电抗均采用相对值，与短路计算点的电压无关，因此无须进行电压换算，这也是标幺值法较之欧姆法优越之处。三相短路电流周期分量有效值 其他三相短路电流 3.5标幺值法计算电路短路电流 3.5.1
24、 短路计算电路k-1 0.4KV k-2 电源 Soc=200MVA l=1km,x0=0.4/km S9-200 /10,Dyn11 10KV S1=200KVA, DU=4%3.5.2确定短路计算基准值取取Uc1=10.5KV则 =100MVA/(*10.5KV)=5.50KA取 则 =144KA3.5.3计算短路电路中某个元件的电抗标幺值电力系统:已知电力系统出口断路器的遮断容量=200MVA，故X1* =1OOMVA/200MVA=0.5架空线路:X2* =(0.4*1)*100MVA/(10.5KVA)2=0.36电力变压器查表得：S9-160/10变压器的短路电压百分值=4故 X3
25、* = 0.04*(100MVA/200KVA) = 20式中，为变压器的额定容量因此绘制短路计算等效电路如图3.1所示。 X1=0.5 X2=0.36 k-1 X3=20 k-2 图3.1 短路计算等效电路1.k-1点（10.5kV侧）的相关计算总电抗标幺值=0.5+0.36=0.86 三相短路电流周期分量有效值 I(k-1) =5.5KA/0.86=6.40KA 其他短路电流i(sh)=2.55*6.40KA=16.32KAI(sh)=1.51*6.40KA=9.66KA 三相短路容量S(k-1)=100MVA/0.86=116.28MVA2.k-2点（0.4kV侧）的相关计算总电抗标幺值
26、=0.5+0.36+20=20.86 三相短路电流周期分量有效值 I(k-2)=144KA/20.86=6.91KA 其他短路电流 i(sh)=2.55*6.91KA=17.62KA I(sh)=1.51*6.91KA=10.43KA 三相短路容量 S(k-2)=100MVA/20.86=4.79MVA 以上短路计算结果综合图表3.2所示。表3.2短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk-16.406.406.4016.329.66116.28k-26.91 6.916.9117.6210.434.79电气设备、电缆、母线的选择第四章 导线型号及截面选择4.1 导线型号及截面选择 1. 10KV高压母线的选择及检验(1)选择经济截面 变压器一次侧计算电流:=156.70/1.73*10=9.05A按经济电流密度选择导线截面，因年最大负荷利用小时为4000h，查表得:Jec=1.15(
