1、工厂供电课程设计课题：某化纤厂总配电所及配电系统设计班 级： 学 号： 学生姓名： 指导老师： 完成日期： 目录第1章 设计题目*2第2章 工厂电气设计总则*5第3章 负荷计算及功率因数补偿*8第4章 短路电流概念及计算*24第5章 总配电所主接线方案的设计*29第6章 工厂电力线路的设计*33第7章 主要电气设备的选择与校验*37第8章 继电保护装置*41第9章 防雷与接地*45课程设计收获与感想*48第1章 设计题目题目8某化纤厂供配电系统设计一.原始资料1工厂的总平面布置图图1 工厂总平面布置图2.工厂的生产任务、规模及产品规格：本厂生产化纤产品，年生产能力为2.3106m，其中：厚织物
2、占50%，中厚织物占30%，薄织物占20%。全部产品中以腈纶为主体的混纺物占60%，以涤纶为主体的混纺物占40%。3.工厂各车间的负荷情况及变电所的容量：如表1。表1 各车间380V负荷计算表序号车间（单位）名称设备容量/kWKd计算负荷车间变电所代号变压器台数及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1制条车间3400.80.80No.1车变1 纺纱车间3400.80.80饮水站860.650.80锻工车间370.20.65机修车间2960.30.50幼儿园12.80.60.60仓库380.30.50小计（K=0.9）2织造车间5250.80.80No.2车变1 染整
3、车间4900.80.80浴室、理发室50.81.0食堂400.750.80单身宿舍500.81.0小计（K=0.9）3锅炉房1510.750.80No.3车变1 水泵房1180.750.80化验室500.750.80油泵房280.750.80小计（K=0.9）4.供用电协议：（1）从电力系统的某35/10KV变电站，用双回10KV架空线路向工厂馈电。系统变电站在工厂南0.5km。（2）系统变电站馈电线的定时限过电流保护的整定时间，要求工厂总配变电所的保护整定时间不大于1s。（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）电力系统的短路数据，如表2所
4、示。其配电系统图如图2。表2 电力系统10KV母线的短路数据系统运行方式10KV母线短路容量备注最大运行方式=187MVA电力系统可视为无限大容量最小运行方式=107MVA图2 配电系统图（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，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。5工厂负荷性质：本厂多数车间为三班制，少数车间为一班或两班制，年最大有功负荷利用小时数为6000h。本厂属二级负荷。6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
5、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。二设计内容31总降压变电站设计（1）负荷计算（2）主结线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，根据改方案初选主变压器及高压开关等设备，经过概略分析比较，留下23个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。（3）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短
6、路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。（4）主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号、绝缘子等设备的选择及校验。选用设备型号、数量、汇成设备一览表。（5）主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。（6）配电装置设计：包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。（7）防雷、接地设计：包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。2车间变电所设计根据车间负荷情况，选择车间变压器的台数、容量，以及变电所位置的原则考虑。3 厂区380V配电系统设计根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。三设计成果
7、1设计说明书，包括全部设计内容,负荷计算，短路计算及设备选择要求列表2电气主接线图（三号图纸）3继电保护配置图（三号图纸）第2章 工厂电气设计总则2.1工厂供电的意义和要求工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的
8、重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，
9、并做好节能工作，就必须达到以下基本要求： （1） 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 （2） 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 （3） 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 （4） 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。2.2 研究大型工厂供电系统背景我国的电力工业已居世界前列，但与发达国家相比还是有一定的差距，我们人均电量水平还很低，电力工业分布也不均匀，还不能满足国民经济发展的需
10、要。电力市场还未完善，管理水平、技术水平都有待提高。为了使我国电力工业赶上世界电力技术的发展水平,丛21世纪一开始，我国就进一步加强在电网安全、稳定、经济运行、电力系统的自动化调度与管理、电力通信、网络技术、继电保护等领域开展研究，尤其注意完善电力市场，研究电力市场的技术支持系统，促进我们的电力工业不断前进。工厂供电就是指工厂所需电能的供应和分配。我们知道,电能是现代工业生产的主要能源和动力，工业生产应用电能和实现电气化以后,能大大增加产量,提高产品质量,提高劳动生产率,降低生产成本,减轻工人的劳动强,改善工人的劳动条件,有利于实现生产过程自动化。但是,工厂的电能供应如果突然中断,则将对工业生
11、产造成严重的后果,甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事故；由此可见,搞好工厂供电工作对于工业生产的正常进行和实现工业现代化,具有十分重大的意义。工业企业生产所需电能，一般是由外部电力系统供给，经企业内各级变电所变电压后，分配到各用电设备。工业企业变电所是企业电力供应的纽约，所处地位十分重要，所以正确计算选择各级变电站的变压器容量及其他设备是实现安全可靠供电的前提。进行企业电力负荷计算的目的就是为正确选择企业各级变电站的变压器容量，各种电气设备的型号，规格以及供电网络所用导线型号等提供科学的依据。2.3 工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、GB500
12、53-94 10kv及以下设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1） 遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。（2） 安全可靠、先进合理应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。（3） 近期为主、考虑发展应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。（4） 全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案
13、。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。第3章 负荷计算及功率因数补偿3.1电力负荷定义及分级在电力系统中，电气设备所需用的电功率称为负荷或电力（W或KW）。由于电功率分为视在功率、有功功率和无功功率， 一般用电流表示的负荷，实际上是对应视在功率而言。目前供电部门所分配的负荷指标，主要是指小时平均的有功负荷指标， 而不是视在功率和无功功率。电力负荷又称电力负载。它有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用电单位，如说重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负
14、荷等。另一种是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。电力负荷的分级按用户电力负荷的重要性及要求对其供电连续性和可靠性程度的不同，一般将电力负荷分三等级：（1）一级负荷 重要的电力负荷。对该类负荷供电的中断，将招致人的生命危险、设备损坏、重要的产品报废，使生产过程长期紊乱，给国民经济带来重大损失或超成社会秩序混乱。属于这类负荷的有冶金、电炉炼钢企业、重要的国防工业和科研机构、医院手术室、铁路与交通的电力牵引和铁路铁路枢纽、行车信号与集中闭塞负荷等。对一级负荷一律应由两个独立电源供电。（2）二级负荷 较重要的电力负荷供电
15、的中断，将超成工农业大量减产、工矿交通运输停顿、生产率下降以及市人民正常生活和业务活动遭受重大影响等。一般大型工厂企业、科研院校等都属于二级负荷。（3）三级负荷 不属于一、二级的其他电力负荷，如附属企业、附属车间和某些非生产性场所中不重要的电力负荷等。各级电力负荷对供电电源的要求：（1）一级负荷对供电电源的要求要求应有两个供电电源，当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏。对一级负荷特别重要的负荷，除要求有上述两个电源外，还要求增设应急电源。常用的应急电源有：1） 独产于正常电源的发电机组2） 干电池3） 蓄电池4） 供电系统中有效地独立于正常电源的专门供电线路。（2）二级负荷对电源的
16、要求要求做到当发生电力变压器故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。通常要求两回路供电，供电变压器也应有两台。（3）三级负荷对供电电源的要求由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对电源无特殊要求。3.2计算负荷定义及相关计算计算负荷，是通过统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中的各元件的负荷值 计算负荷是供电设计的基本依据。通常取半小时平均最大负荷P30（亦即年最大负荷）作为计算负荷。但是由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能，生产的组织以及能源供应的状况等多种因素有关，因而负荷计算也只能力求实际。电力负荷的确定，为选择变压器容量、
17、电气主接线、电气设备以及供电网络接线和导线型号等提供依据。负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线的选择是否经济合理。若负荷确定得过大，将使电器和导线过大，造成投资增大和有色金属的浪费；若负荷确定得过小，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热，加速电气设备的绝缘老化，降低设备的使用寿命，影响供电系统的安全性、可靠性。因而必须正确进行电力负荷的计算。其计算方法有：需要系数法、二项式系数法、单耗法（1）需要系数法确定计算负荷需要系数法是将电力设备的额定容量加起来，再乘以需要系数，就得到计算负荷。由于需要系数法的需要系数值是根据设备台数较多、容量差别不是很大的一般情况来确定的，未考虑
18、设备容量相差悬殊时少数大容量设备对计算机负荷的影响，因此此法较适用于设备台数较多的车间及全厂范围额的计算负荷的确定。相关计算：变电所1制条车间 查表得 纺纱车间 饮水站 锻工车间 机修车间 幼儿园 仓库 变电所2织造车间 染整车间 浴室、理发室 食堂 单身宿舍 =0 变电所3锅炉房 水泵房 化验室 卸油泵房 变电所 设定 变电所1变电所2变电所3表3-1各车间和车间变电所负荷计算表表1 各车间380V负荷计算表序号车间（单位）名称设备容量/kWKd计算负荷车间变电所代号变压器台数及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1制条车间3400.80.800.75272204
19、340517No.1车变331000纺纱车间3400.80.800.75272204340517饮水站860.650.800.75564270106锻工车间370.20.651.1711.112.991725.83机修车间2960.30.501.7388.8153.62177.2269.2幼儿园12.80.60.601.337.6810.2112.819.45仓库380.30.501.1711.413.322.834.6小计（K=0.9）647.082576.108866.321316.2442织造车间5250.80.800.75420315525797.7No.2车变261000染整车间49
20、00.80.800.75392294490744.5浴室、理发室50.81.004046.08食堂400.750.800.753022.537.557单身宿舍500.81.004004060.8小计（K=0.9）797.4568.35979.221487.773锅炉房1510.750.800.75113.2584.94141.56215.08No.3车变9315 水泵房1180.750.800.7588.566.375110.625168.08化验室500.750.800.7537.528.12546.87571.2油泵房280.750.800.752115.7526.2539.88小计（K=
21、0.9）234.22175.67292.78444.83变压器1的损耗 变压器2的损耗 变压器3的损耗 3.3功率因数补偿计算在工厂供电系统中，绝大多数用电设备都具有电感的特性。这些设备不仅需要从电力系统吸收有功功率，还要吸收无功功率以产生这些设备正常工作所必需的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，就会降低供电系统的功率因数。因此，功率因数是衡量工厂供电系统电能利用程度及电器设备使用状况的一个具有代表性的重要指标。功率因数的降低产生的不良影响：(1)系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等
22、规格尺寸增大，因而增大了初投资费用；(2)由于无功功率的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大；(3)由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，就使的供电系统中的电压损失增加，使得调压困难；(4)对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，使发电机转子的去磁效应增加，电压降低，过度增大激磁电流，从而使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，发电机就不能达到预定的出力。无功功率对电力系统及工厂内部的供电系统都有不良的影响。因此，供电单位和工厂内部都有降低无功功率需要量的要求，无功功率的减少就相应地提高了功率因数。供电单位在工厂进行
23、初步设计时对功率因数都要提出一定的要求，它是根据工厂电源进线、电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的。根据全国供用电规则的规定，本设计要求用户的功率因数。供电单位对工厂功率因数这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，一般不能满足要求。因此，工厂便需要装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿。按相关规定，补偿后变电所高压侧的功率因数不应低于0.9，即。考虑到变压器的无功损耗远大于有功功率损耗，所以低压侧补偿后的功率因数应略大于0.9，取0.95。补偿容量可按下式确定：，式中， 补偿前自然平均功率因数对应的正切值；补偿后自然平均功率因数对应的正切值；补偿率设计时求得的平均负荷，单位为 ； 单个电容器的容量 并联电容器的个数补偿计算：变压器总1 无功补偿 取整490
