1、 东 北 石 油 大 学 课 程 设 计 年 11月 5 日课 程 工厂供电课程设计 题 目 某 塑料制品厂全厂总配变电所 及配电系统设计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 东北石油大学 课程设计任务书 课程 工厂供电课程设计 题目 某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计 专业 电气工程及其自动化 姓名 学号 主要内容： 对 中小型工厂 的供配电系统进行设计 ，采 用 10kV 供电电源，在金工车间东侧1020m 处有一座 10kV配电所，先用 1km 的架空线路，后改为电缆线路至本厂变电所，将 610kV 的高压降为一般低压用电设备所需的电压，然后由低压配电
2、线路将电能分送给各用电设备。其它各项设计，均应根据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、经济合理的要求进行设计。 参考资料： 1 刘介才 .工厂供电 M 北京：机械工业出版社， 2003.44-48 2 王健明，苏文成供电技术 M 西安：电子工业出版社， 2004 3 何仰赞，温增银电力系统分析 M 武汉：华中科技大学出版社， 2004 4 张桂香机电类专业毕业设计指南 M 北京：机械工业出版社， 2005 5 江文，许慧中供配电技术 M 北京：机械工业出版社， 2003 完成期限 2010.11.5 至 2009.11.19 指导教师 专业负责人 201
3、0 年 11 月 3 日 1 目 录 目 录 1 1 设计要求 2 2 工厂负荷计算及配电系统的确定 2 2.1 工厂实际情况的介绍 2 2.1.1 工厂平面布置图 2 2.1.2 供电协议 3 2.2 负荷计算的意义及相关参数 的计算 3 2.2.1 负荷计算的意义 3 2.2.2 参数的计算 4 2.2.3 无功补偿的计算 5 3 变压器的台数、容量和类型的选择 7 3.1 厂用变压器 7 3.2 计算与选择 7 4 配电所主结线设计 9 5 高压配电系统设计 11 5.1 变电所高压一次设备的选择 11 5.2 变电所低压一次设备的选择 12 6 配电系统短路电流计算 13 7 继电保护
4、装置的设计 16 8 防雷保 护 17 8.1 防雷装置 17 8.2 综合防雷措施 19 8.3 避雷器的设置 21 参考文献 22 2 1 设计要求 （ 1） 负荷计算； （ 2）主变压器的台数及容量选择； （ 3） 配电所主结线设计； （ 4）厂区高压配电系统设计； （ 5）配电系统短路电流计算； （ 6）改善功率因数装置设计； （ 7）高低压供电系统一次元件的选择及校验； （ 8） 继电保护装置的设计。 2 工厂负荷计算及配电系统的确定 2.1 工厂实际情况的介绍 2.1.1 工厂 平面布置图 本次设计的 塑料制品厂 厂区平面布置如图 2.1 所示 。 图 2.1 塑料制品厂厂 区平面
5、图 3 2.1.2 供电协议 （ 1）从电力系统 66/10KV 变电站用 10kV 架空线路向工厂馈电。该变电站南侧 1km。 （ 2）系统变电站馈电线路定时限过流保护装置的整定时间 t=2s，工厂总配电所保护整定时间不得大于 1.5s。 （ 3）在工厂总配电所 10kV 进线侧 计量。 （ 4）工厂最大负荷是功率因数不得低于 0.9。 （ 5）供电系统技术数据： 电业部门变电所 10 千伏母线，为无限大电源系统，其短路容量为 200 兆伏安。供电系统如 图 2.2 所示 。 图 2.2 供电系统图 2.2 负荷计算的意义及相关参数的计算 2.2.1 负荷计算的意义 负荷计算是设计的基础，它
6、决定设备容量的选用，管网系统的规模以及工程总造价等，这是技术人员熟知的事实。但是近几年来用估算的方法替代了负荷计算，给制定方案、工程审核造成一定的困难。本文通过实例， 介绍 关于负荷计算4 问题，借此引起设计者进一步的重视 。 2.2.2 参数的计算 全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。 列出负荷计算表、表达计算成果。 工厂电力负荷的计算方法 , 一般常用的有 : 逐级法、需要系数法、二项式法以及产值、产量估算法等。其中需要系数法计算比较简单，适用于用电设备台数比较多，各台设备容量差别不
7、十分悬殊的用电场合，特别适用于车间及工厂计算负荷的计算，故本设计拟采用需要系数 法 。各车间和车间变电所负荷计算表见附录。 具体计算过程： (1)有功功率计算 计算公式 jsP (kW)= eP (kW) pK 薄模车间 js e pP P K =1400 0.6=840kW 原料间 js e pP P K =30 0.25=7.50kW 生活间 js e pP P K =10 0.8=8.0kW 成品库 1 js e pP P K =25 0.3=7.50kW 成品库 2 js e pP P K =24 0.3=7.20kW 包装材料库 js e pP P K =20 0.3=6.0kW 总
8、计 jsP (kW)=876.20kW 补偿值 pK jsP (kW)=0.9jsP (kW)=0.9 876.20=788.58 kW (2)无功功率计算 计算公式 jsQ (kvar)=tan jsP (kW) 薄模车间 jsQ (kvar)=tan jsP (kW)= 840 1.33=1117.2kvar 原料间 jsQ (kvar)=tan jsP (kW)=7.5 1.73=12.98kvar 生活间 jsQ (kvar)=tan jsP (kW)=8.0 1.33=10.64kvar 成品库 1 jsQ (kvar)=tan jsP (kW)=7.50 1.73=12.98kva
9、r 成品库 2 jsQ (kvar)=tan jsP (kW)=7.20 1.73=12.46kvar 包装材料库 jsQ (kvar)=tan jsP (kW)=6.0 1.73=10.38kvar 总计 jsQ (kvar)= 1168.84kvar 补偿值 qK jsQ (kvar)=0.95 jsQ (kvar)=0.95 1168.84=1110.40 kvar 5 (3)视在功率计算 计算公式 22js js jsS P Q薄模车间 jsS (kVA)=1400kVA 原料间 jsS (kVA)=15.00kVA 生活间 jsS (kVA)=13.31kVA 成品库 1 jsS (
10、kVA)= 15.00kVA 成品库 2 jsS (kVA)=14.40kVA 包装材料库 jsS (kVA)=12.00kVA 总计 jsS (kVA)=1460.80kVA 补偿值 jsS (kVA)=1361.93 kVA (4)低压额定电流 jsI (A) 计算公式0.38 3jsjs SI ， jsI (A)=2069.24A 2.2.3 无功补偿的计算 在交流电 路中，由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率，一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量 (机械能、光能、热能 )的电功率。比如： 5.5 千瓦的电动机就是把5.5 千
11、瓦的电能 转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。有功功率的符号用 P 表示，单位有瓦 (W)、千瓦 (kW)、兆瓦 (MW)。 无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如 40 瓦的日光灯，除需 40 多瓦有功功率 (镇流器也需消耗一部分有功功率 )来发光外，还需 80 乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之 为“无功”。无功功率的符号用 Q 表示，单位为乏
12、(Var)或千乏 (kVar)。 无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在： (1)降低发电机有功功率的输出。 (2)降低输、变电设备的供电能力。 6 (3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。 (4)造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。 电网中的电力负荷如电动机、变压器等，属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差，通常用相位角的余弦 cos 来表示 。 cos 称为功率因数，又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为： 22c o s 3P
13、P PS UIPQ 式中 cos 功率因数； P 有功功率， kW； Q 无功功率 ， kVar； S 视在功率 ， kVA； U 用电设备的额定电压 ， V； I 用电设备的运行电流 ， A。 功率因数分为自然功率因 数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。 (1)自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数，或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质，电阻性负荷 (白炽灯、电阻炉 )的功率因数较高，等于 1，而电感性负荷 (电动机、电焊机 )的功率因数比较低，都小于 1。 (2)瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功
14、率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。 (3)加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值，其计算公式为： 22c o s 有 功 电 能有 功 电 能 无 功 电 能 提高功率因数的方法有两种，一种是改善自然功率因数，另一种是安装人工补偿装置 。 具体计算为： c o s 3 0 k W / k V Ajs jsPS =876.20kW/1460.80kV.A= 0.58 7 设计要求 cos 0.9 ， 则需要在低压侧安装电容器 ， 取 820 kvar 容量的电容器选型 :BWF-10.5-100-1 型并联电容器 7 台 BWF-10.5-120-1
15、型并联电容器 1 台 。 3 变压器的台数、容量和类型的选择 3.1 厂用变压器 厂用变压器大多数采用双绕组无励磁调压辐向分裂方式。因运行环境条件要求，变压器须有较强的抗短路能力。 产品设计上采取铁芯级间加装圆木撑条，绕组增加辅助撑条以及内衬硬纸筒保证其刚度。工艺上采取保证高、低压绕组同一高度，轴向可靠压紧，引线出头牢固夹持，垫块密化处理等措施，使其安全可靠。 3.2 计算与选择 计算验证进行补偿后变电所低压侧的视在功率计算负荷为 : 22 8 6 9 .7 1 k V .Ajs js jsS P Q 根据计算验证拟选择 S9-1000/10-1 变压器 考虑该地区最高温度 35 ,则在最高温
16、度时 S9-1000/10-1 变压器的出力为 : 1 20 / 10 0 1 35 20 / 1 00 1 00 0 85 0 kV . At av ntS Q S 8 5 0 k V .A S 8 6 9 . 7 1 k V .At jsS 说明选型不正确，变压器容量不匹配。更换 S9-1250/10-1 变压器。 变压器的功率损耗计算 ： 0 . 0 1 5 8 6 9 . 7 1 1 3 . 0 5 k v a rtP 0 . 0 6 8 6 9 . 7 1 5 2 . 1 8 k v a rtQ 变压器的高压侧负荷为 ： 1 k W 7 8 8 . 5 8 1 3 . 0 5 8 0
17、 1 . 6 3 k Wjs js tP P P 1 k v a r 1 1 1 0 . 4 0 8 0 2 . 2 0 5 2 . 1 8 3 6 1 . 3 8 k v a rjs js tQ Q Q 1 8 7 9 .3 2 K V .AjsS 补偿后的功率因数为 cos 1 计算公式 c o s 3 0 k W / k V Ajs jsPS 8 c o s 1 = 1 / 1 8 0 1 . 6 k W /8 7 9 . 3 2 k V A = 0 . 9 1 1 0 . 9js jsPS 满足设计要求 。 各车间负荷情况见表 2-1。 表 2-1 各车间负荷表 序号 车间（单位）名称
18、 设备容量 kW dk cos tan 计算负荷 车间变电所代号 变压器台数及容量kVA jsP kw jsQ kvar jss kVA jsI A 1 薄膜车间 1400 0.6 0.60 1.33 840 1117 1400 2127 No.1车变 1 原料库 30 0.25 0.50 1.73 7.5 12.9 15.0 22.8 生活间 10 0.8 1.0 1.33 8.0 10.6 13.3 20.2 成品库（一） 28 0.3 0.50 1.73 7.5 12.9 15.0 22.8 成品 库（二） 24 0.3 0.50 1.73 7.2 12.4 14.4 21.8 包装材料
19、库 20 0.3 0.50 1.73 6.0 10.4 12.0 18.2 小 计 789 1169 1460 2069 2 单丝车间 1360 0.6 0.65 1.30 816 1061 1255 1907 No.2车变 1 水泵房 22 0.65 0.80 0.75 14.3 10.7 17.9 27.2 小 计 789 1018 1288 1957 3 注塑车间 192 0.4 0.60 1.33 76.8 102 128 194 No.3车变 2 管材车间 900 0.35 0.60 1.33 315 419 525 798 小 计 372 495 619 940 4 备料车间 14
20、0 0.6 0.50 1.73 84 145 168 255 No.4车变 1 生活间 12 0.8 1.0 9.6 9.6 14.6 浴室 8 0.8 1.0 6.4 6.4 9.7 锻工车间 32 0.3 0.65 1.17 9.6 11.2 14.8 22.5 原料室 18 0.8 1.0 14.4 14.4 21.9 仓库 16 0.3 0.50 1.17 4.8 5.6 9.6 14.6 机修模具车间 110 0.25 0.65 1.73 27.5 47.6 42.3 64.3 热处理车间 148 0.6 0.70 1.02 88.8 90.6 127 193 柳焊车间 178 0.3 0.50 1.73 53.4 92.4 107 163 小计 260 392 471 715 5 锅炉房 210 0.7 0.75 0.88 147 129 196 298 No.5车变 2 实验室 130 0.25 0.50 1.73 32.5 56.2 65 98.8 辅助材料库 120 0.2 0.50 1.73 24 41.5 48 72.9
