工廠供電課程設計--通用機器廠供配電系統(tǒng)的電氣設計

1、<p><b>　　目 錄：</b></p><p><b>　　1 設計要求1</b></p><p>　　2 工廠負荷計算及配電系統(tǒng)的確定1</p><p>　　2.1 工廠實際情況的介紹1</p><p>　　2.2 工廠負荷計算和無功補償計算3</p><

2、;p>　　2.3 主要車間配電系統(tǒng)的確定5</p><p>　　3 電氣設備選擇與電器校驗7</p><p>　　3.1 主要電氣設備的選擇7</p><p>　　3.2 電器校驗8</p><p>　　4 繼電保護系統(tǒng)的設計12</p><p>　　4.1 繼電保護的選擇、整定及計算12</p

3、><p>　　4.2 防雷與接地12</p><p>　　5 變電所平面布置設計及設計圖樣13</p><p>　　5.1 變配電所平面布置設計13</p><p>　　5.2 設計圖樣14</p><p><b>　　結 論15</b></p><p><b&

4、gt;　　參考文獻16</b></p><p>　　2.2 工廠負荷計算和無功補償計算</p><p>　　根據工藝設計提供的各廠房電力負荷清單，全廠都是三級負荷。按需要系數法分別計算出各廠房及全廠的計算負荷。注意，用電設備的總容量P值不含備用設備容量。</p><p>　　2.2.1金工車間負荷計算</p><p>　　1．金

5、屬切削機床組設備容量</p><p>　　P=（7.125×14+12.8+6.925×3+9.8×4+8.7×2+3.2+1×2+9.2×2+14.3+13.3×2+10.125×2+15.75×2+63+38.7+20.15+10.5+85.4×2+8.7×3+9.3+9.8）kW</p>

6、<p>　　=653.525kW</p><p>　　對于大批生產的金屬冷加工機床電動機，其需要系數：</p><p>　　K=0.18—0.25=0.5，tan=1.73</p><p>　　有功計算負荷：P=K=（0.25×653.525）kW=163.38kW</p><p>　　無功計算負荷：Q=tan=（16

7、3.38×1.73）kVA=282.65kVA</p><p><b>　　2.橋式起重機容量</b></p><p>　　P=P=（23.2+29.5×2）kW=82.2kW</p><p>　　對于鍋爐房和機加、機修、裝配等類車間的吊車，其需要系數：</p><p>　　K=0.1—0.15（取0

8、.15），tan=1.73,cos=0.5</p><p>　　有功計算負荷：P=KP=（0.15×82.2）kW=12.33kW</p><p>　　無功計算負荷：Q=tan=（12.33×1.73）kVA=21.33kVA</p><p><b>　　3.金工車間照明</b></p><p>　　

9、車間面積：60×24=1440（m）</p><p>　　設備容量：P=（12×1440）W=17280W=17.28kW</p><p>　　對于生產廠房及辦公室、閱覽室、實驗室照明，其需要系數：</p><p>　　K=0.8—1，tan=0,cos=1.0（tan和cos的值均為白熾燈照明數據）</p><p>　　

10、有功計算負荷：P=K=（1×17.28）kW=17.28kW</p><p>　　無功計算負荷：Q=tan=（17.28×0）kVA=0 kVA</p><p>　　2.2.2全廠總負荷</p><p><b>　　1．變壓器低壓側：</b></p><p>　　有功計算負荷：P=0.95P</

11、p><p>　　=0.95×（163.38+12.33+17.28+100+80+20+20）kW</p><p><b>　　=392.34kW</b></p><p>　　無功計算負荷：Q=0.97Q</p><p>　　=0.97×（282.65+21.33+110+90+20+15）kVA<

12、/p><p>　　=522.81kVA</p><p>　　視在計算負荷：S=kVA=653.65kVA</p><p>　　功率因數：cos=P/Q=392.34/653.65=0.6</p><p>　　SL7型變壓器屬于低損耗電力變壓器，其功率損耗可按簡化公式計算。</p><p>　　有功損耗：P0.015S=（0

13、.015×653.65）kW=9.81kW</p><p>　　無功損耗：Q0.06S=（0.06×653.65）kVA=39.22kVA</p><p><b>　　2．變壓器高壓側：</b></p><p>　　有功計算負荷：P=+=（392.34+9.81）kW=402.15kW</p><p>

14、;　　無功計算負荷：Q=Q+Q=（522.81+39.22）kVA=562.03kVA</p><p>　　視在計算負荷：S=kVA=691.09kVA</p><p>　　功率因數：cos=P/S=402.15/691.09=0.58</p><p>　　3．無功功率的補償。</p><p>　　由于要求工廠變電所高壓側的功率因數不得低于0

15、.9，而目前只有0.58，因此，需進行無功功率的補償。</p><p>　　提高功率因數的方法分為改善自然功率因數和安裝人工補償裝置兩種。安裝人工補償裝置的方法既簡單見效又快，因此，這里采用在低壓母線裝設電容屏的方法來提高功率因數[5]?？紤]到變壓器無功功率補償損耗遠大于有功功率損耗。一般Q=（4-5）P,因此在低壓補償時，低壓側補償后的功率略高于0.9，這里取cos=0.92。而補償前低壓側的功率因數只有0.6

16、，由此可得低壓電容屏的容量為：</p><p>　　Q=（tan-tan）</p><p>　　=kVA=355.76kVA</p><p>　　取Q=360kVA。</p><p>　　4．補償后變壓器容量和功率因數：</p><p>　　補償后變電所低壓側的視在計算負荷：</p><p>　

17、　S=kVA=424.78kVA</p><p>　　主變壓器的功率損耗：</p><p>　　變壓器高壓側的計算負荷：</p><p><b>　　有功計算負荷：P</b></p><p><b>　　無功計算負荷：Q</b></p><p>　　視在計算負荷：SkVA=4

18、40.9kVA</p><p>　　功率因數：cos=P</p><p><b>　　功率因數滿足要求。</b></p><p><b>　　計算電流：I</b></p><p>　　全廠變電所負荷計算如表2-3所示。</p><p>　　2.3 主要車間配電系統(tǒng)的確定<

19、;/p><p>　　工廠的低壓配電線路有放射式、樹干式和環(huán)行三種基本結線方式。</p><p>　　放射式結線的特點是：其引出線發(fā)生故障是互不影響，供電可靠性較高，而且便于裝設自動裝置。但有色金屬消耗量較多，采用的開關設備也較多。放射式結線方式多用于設備容量大或供電可靠性要求較高的設備供電。而樹干式結線的特點正好與放射式結線相反。很適于供電給容量較小而分布較均勻的用電設備。環(huán)行結線供電可靠性較

20、高，但其保護裝置及整定配合比較復雜[6]。因此，根據金工車間的具體情況，本系統(tǒng)采用放射式和樹干式組合的結線方式，能滿足生產要求。</p><p>　　表2-3 全廠變電所負荷計算表</p><p>　　配電設計方案1如圖2.3所示。配電設計方案2如圖2.4所示。</p><p><b>　　方案比較：</b></p><p&

21、gt;　　1．方案1和方案2對金工車間的供電都是可行且都能達到目的。</p><p>　　2．方案1和方案2中，方案1中的干線⑤⑥⑧③和方案2中的干線⑤⑥⑦③是同樣的。對功率較大的靠近變電所的設備采用放射性供電，放射式線路之間互不影響，因此供電可靠性較高。</p><p>　　3．方案1中的干線①跨過20多米把設備10、11、12連接，電能損耗大，金屬損耗多，這樣既不經濟，供電也不可靠[7

22、]。而方案2中，設備1—9由一干線樹干式供電，能減少線路的有色金屬消耗量，采用的高壓開關數量少，投資少，能彌補以上的缺點。</p><p>　　圖2.3金工車間配電方案1</p><p>　　圖2.4金工車間配電方案2</p><p>　　4．方案1中的干線②供電范圍中，包括功率較大的設備30和29。由于其他設備功率小，這樣起動電流大，供電不可靠。方案2中干線②只對

23、13—21、31只對小功率的設備供電，功率平衡，供電可靠性相對提高。大功率設備30、29直接采用放射式供電。</p><p>　　5．方案1中，三臺橋式起重機用同一干線⑦，采用樹干式供電，若有一臺起重機出故障，則三臺起重機均不能使用，供電可靠性極差。而對于方案2中，用干線10、11對起重設備49、50和48供電，若一臺起重機出故障，至少還有一臺起重機可工作。這樣，供電可靠性就提高了。</p><

24、;p>　　6．方案2中的干線④把22—27、32—38及10—12的設備采用樹干式供電，減少電能損耗，減短導線長度。從經濟上看，節(jié)省開支，且不影響供電可靠性。</p><p>　　結論：經以上比較，從經濟性、供電可靠性兩方面考慮，方案2比方案1好。因此采用方案2對金工車間供電。</p><p>　　3 電氣設備選擇與電器校驗</p><p>　　3.1 主要電

25、氣設備的選擇</p><p>　　3.1.1變壓器的選擇</p><p>　　對于SL7-630kVA變壓器，考慮本地年平均氣溫為23.2℃，即年平均氣溫不等于20℃，則變壓器的實際容量應計入一個溫度校正系數K[8]。對室內變壓器，其實際容量為</p><p>　　559.44kVA大于424.78kVA，因此，變壓器的選擇滿足要求。</p><

26、p>　　3.1.2低壓補償柜的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)擬采用無功功率自動補償屏，裝在變電所低壓母線側集中補償。</p><p>　　選用總電容容量為360kVA。電容屏型號選：PGJ1—2一臺，PGJ1—3三臺。</p><p>　　3.1.3低壓配電屏的選擇</p><p>　　根據前面所確定的車間配電系統(tǒng)及多路額定電流，本設

27、計選用固定式低壓配電屏PGL2型，因為該廠為三級負荷，選用PGL2型即可滿足要求[9]。若要更可靠，則可選用抽屜式GCK或多米諾。</p><p>　　3.1.4高壓開關柜的選擇</p><p>　　本次設計中，確定用630kVA的變壓器把10kV的高壓降到動力設備所需要的電壓0.4kV。若有重要負荷，可靠性要求較高，則可選用手車式開關柜，如JYN、KYN。本廠都是動力設備，無重要負荷，因

28、此，變電所可采用固定式開關柜。這里選用GG—1A（F）--03，此柜裝有GN19—10型隔離開關1個，隔離高壓電流，以保證其他電氣設備的安全檢修。SN10--10Ⅱ/630—500型少油斷路器1個[10]，可以通斷線路正常的負荷電流，也可以進行短路保護。GG—1A（F）--03除備有以上兩種開關外，還有LQJ—10型電流互感器2個，分別接儀表和繼電器，以滿足測量和保護的不同要求。</p><p><b>

29、;　　3.2 電器校驗</b></p><p>　　3.2.1高壓電器的校驗</p><p>　　高壓一次設備的選擇，必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下工作的要求，同時設備應工作安全可靠，運行維護方便，投資經濟合理。</p><p>　　選擇好高壓開關柜和柜內的高壓設備后，可對選用的電器設備進行校驗。</p><p>&l

30、t;b>　　1.短路電流的計算</b></p><p>　　要校驗高壓電器，必須先對線路進行短路計算。</p><p>　　畫短路計算電路圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1短路計算電路圖</p><p>　　畫出短路等效電路圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2短路等效電路圖&

31、lt;/p><p>　?。?）求k—1點的三相短路電流和短路容量（=10.5kV）；</p><p>　　1)計算短路電路中各元件的電抗和總電抗：</p><p>　　電力系統(tǒng)的電抗：X/S=10.5/500=0221</p><p>　　式中U--短路點的短路計算電壓，單位為kV；</p><p>　　S--系統(tǒng)出口斷路

32、器的斷流容量，單位為MVA。根據題目給出的出口斷路器型號SN10--10II，查相關手冊或樣本可得。</p><p>　　架空線路的電抗：X=0.38/km，又已知L=1km，因此</p><p>　　X=XL=0.381=0.38</p><p>　　電纜線路的電抗：X=0.08/km，又已知L=0.02km，</p><p>　　因此X=

33、XL=0.080.02=0.0016</p><p>　　計算總電抗：X==X+X+X=（0.221+0.38+0.0016）=0.603</p><p>　　2)計算k—1點的三相短路電流和短路容量</p><p>　　三相短路電流周期分量有效值： </p><p>　　=/=10.5/（）kA=10.06kA</p><

34、;p>　　三相次暫態(tài)短路電流和短路穩(wěn)態(tài)電流：</p><p><b>　　===10.06A</b></p><p>　　三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值：</p><p>　　i=2.25I=2.25</p><p>　　I=1.51I=1.5110.06kA=15.19A</p>&l

35、t;p><b>　　三相短路容量：S</b></p><p>　?。?）求k—2點的三相短路電流和短路容量（U）；</p><p>　　1）計算短路電流時各元件的電抗及總電抗</p><p><b>　　電力系統(tǒng)的電抗：</b></p><p>　　架空線路的電抗：=0.38</p>

36、;<p><b>　　電纜線路的電抗：</b></p><p>　　電力變壓器的電：﹪=4.5﹪則</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　總電抗：</b></p><p><b>　　=（3.2）</b><

37、/p><p><b>　　=0.0123</b></p><p>　　2）計算k—2點的三相短路電流和短路容量</p><p>　　三相短路電流周期分量有效值：</p><p><b>　　I</b></p><p>　　三相次暫態(tài)短路電流和短路穩(wěn)態(tài)電流：</p>

38、<p><b>　　I</b></p><p>　　三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值：</p><p><b>　　i</b></p><p><b>　　I</b></p><p><b>　　三相短路容量：</b></p&g

39、t;<p>　　計算結果見表3-14。</p><p>　　表3-14 短路計算表</p><p>　　2.高壓開關柜中高壓電器的校驗</p><p>　　對所選用的高壓電器，按各類高壓電器的校驗項目和條件分別進行校驗。</p><p>　　1）GN19—10/400隔離開關的校驗見表。</p><p&g

40、t;　　表3-15 GN19—10/400校驗表</p><p>　　GN19—10型隔離開關的、I、的值可查相關手冊或產品樣本。</p><p>　　2）SN10--10II/630—500型少油斷路器的校驗見表。</p><p>　　表3-16 SN10—10Ⅱ/630校驗器</p><p>　　LQJ—10型電流互感器的校驗見表

41、3-17。</p><p>　　LQJ—10電流互感器的U與I值可查相關手冊或產品樣本。</p><p>　　表3-17 LQJ—10校驗表</p><p>　　3.2.2低壓開關柜中低壓電器的校驗</p><p>　　HD13—1000型刀開關的校驗見表3—18。</p><p>　　HD13—1000型刀開關的U

42、、I、I、I的值可查相關手冊或產品樣本。</p><p>　　表3-18 HD13—1000校驗表</p><p>　　DW10型低壓斷路器的校驗表。</p><p>　　DW10型斷路器的U、I、I的值可查相關手冊或產品樣本。</p><p>　　表3-19 DW10—1000校驗表</p><p>　　由于高壓

43、計量柜是由電力部門統(tǒng)一規(guī)定的，所以柜中的設備留給電力部門配置。</p><p>　　3.2.3導線的校驗</p><p><b>　　校驗舉例如下：</b></p><p>　　1.2號分干線的檢驗：</p><p><b>　　導線明敷設校驗：</b></p><p>　　

44、根據而小于滿足發(fā)熱要求。</p><p>　　根據A=2.5mm小于16mm，滿足機械強度要求。</p><p>　　熔斷器與導線的配合：RTO—100/80則I，=73A</p><p><b>　　K則小于K</b></p><p><b>　　滿足配合要求。</b></p>&l

45、t;p><b>　　穿管的導線的校驗：</b></p><p>　　根據，30=68.08A小于al=81A，滿足發(fā)熱要求。</p><p>　　根據Amin=2.5mm2小于35mm2，滿足機械強度要求。</p><p>　　KalIal=2.581A=202.5A，則小于KalIal</p><p><b

46、>　　滿足配合要求。</b></p><p>　　例如，干線1的電壓損耗校驗。</p><p>　　干線1截面為25mm2，cos=0.5，電壓損失為0.419﹪Akm，l=70m=0.07km，30=90.98A。</p><p>　　UK﹪1=0.419﹪小于5﹪</p><p><b>　　滿足要求。<

47、/b></p><p>　　導線穿管 ：l=6m=0.006km</p><p>　　對于截面為70mm2，cos=0.5，電壓損失為0.146﹪Akm，有</p><p>　　UK﹪2=0.419﹪</p><p>　　UK﹪1+UK﹪2=2.67﹪+0.69﹪=3.36﹪小于5﹪</p><p>　　干線1的

48、電壓損耗滿足要求。</p><p>　　4 繼電保護系統(tǒng)的設計</p><p>　　4.1 繼電保護的選擇</p><p>　　對于中小型工廠供電系統(tǒng)來說，繼電保護以簡單經濟為宜，因此使用反時限過電流保護。</p><p><b>　　4.2 防雷與接地</b></p><p>　　為防止雷電產生

49、的過電壓波沿線路侵入變配電所而危及主變壓器等電氣設備的絕緣，本次設計在高壓開關柜中沒有裝設避雷器。在10kV架空進線的最后一個電線桿中裝設一組HY5W4型避雷器。這種避雷器內部無空腔，不存在內外氣體互相滲漏問題，安裝運輸無破損，可靠性很高。</p><p>　　凡是與架空線路相連的進出線，在入戶處的電線桿進行接地，可以達到重復接地的目的，每個電纜頭均要接地。</p><p>　　按規(guī)定10

50、kV配電裝置的構架，變壓器的380V側中性線及外殼，以及380V電氣設備的金屬外殼等都要接地，其工頻接地電阻要求R小于4。根據土壤電阻率=100/m及R小于4，因此可采用6根直徑50mm的鋼管作接地體，用40mm4mm的扁鋼連接在距變電所墻腳2m處，打入一排=50mm、長2.5m的鋼管接地體。每隔5m打入一根，管間用40mm4mm的扁鋼連接。接地體所用材料見表4-1。</p><p>　　5 變電所平面布置設計及

51、設計圖樣</p><p>　　5.1 變配電所平面布置設計</p><p>　　根據變電所應靠近負荷中心及進出線方便的原則，也考慮到擴建時更換大一級容量變壓器的可能，可確定變電所的位置在金工車間的西南角，且在大路旁，這樣便于變壓器的運行、檢修和運輸，而且變壓器投入運行時線路損耗最小。</p><p>　　本廠的環(huán)境溫度為月最高平均氣溫34.6℃，變壓器放在室內，根據

52、10kV室內變壓器的安裝要求[13]，采用附設式電力變壓器室布置，并采用窄面推進式布置。同時，儲油柜側向外，便于帶電巡視。變壓器外殼距門不應小于1.0m，距墻不應小于0.8m。</p><p>　　附設式電力變壓器的主結線采用方案2，它的容量是200—630kVA。進線方式是高壓電纜進線，低壓母線引出。變壓器室結構型式采用敞開式。</p><p>　　根據需要，附設式電力變壓器采用右邊出線

53、、窄面推進的變壓器室。變壓器室應避免遭到西曬，因此門應朝南開。</p><p>　　由于在本設計中只采用兩臺高壓開關柜，根據高壓開關柜的型號、數量及其安裝特點，所以高壓室的尺寸可以考慮為4000mm4000mm。其門向外開，寬度為1500mm。</p><p>　　由于低壓配電屏有9臺，查該產品樣本知低壓配電屏的尺寸為；寬深高為1000mm，采用單列布置有9m長，根據長度大于7m時，應設兩

54、個安全出口，并應設在柜的兩端的原則，出口寬度為800mm，考慮墻的厚度為240mm，所以低壓室的長度應考慮11m，該種型號的開關柜其柜后應留1000mm，柜前至少應留有1500mm，為了跟變壓器室對齊[14]，低壓室寬度可以取4000mm。在配電室的兩端各設一個門，且門都向外開，利于緊急情況時，人員外出和處理事故。</p><p><b>　　5.2 設計圖樣</b></p>

55、<p>　　1.變電所主結線電路圖</p><p><b>　　主接線電路圖如下</b></p><p>　　圖5.1變電所主結線電路圖</p><p>　　2.變電所平面布置圖</p><p>　　平面布置圖如圖5.2所示。</p><p>　　圖5.2變電所平面布置圖</p&g

56、t;<p>　　3.變電所A—A剖面圖</p><p>　　變電所A—A剖面圖如圖5.3所示。</p><p>　　圖5.3變電所A-A剖面圖</p><p>　　1-低壓開關柜 2-電纜支架 3-電纜頭支架 4-電纜頭</p><p>　　5-高壓母線支架 6-低壓母線支架 7-電力變壓器</p><

57、p><b>　　6 結 論</b></p><p>　　1．變電所應靠近負荷中心并且要盡量使進出線方便，同時也要考慮到擴建時更換大一級容量變壓器的可能，所以本文可確定變電所的位置在金工車間的西南角，且在大路旁，這樣便于變壓器的運行、檢修和運輸，而且變壓器投入運行時線路損耗最小。</p><p>　　2．由于本廠年均溫度過高，變壓器應放在室內，10kV室內變壓器的

58、安裝，應用附設式電力變壓器室布置，并采用窄面推進式布置。</p><p>　　3．經研究儲油柜側向外為宜，這樣便于帶電巡視。</p><p>　　4．進線方式應是高壓電纜進線，低壓母線引出。變壓器室的結構形式應采用敞開式。根據需要，附設式電力變壓器采用右邊出線、窄面推進的變壓器室。</p><p>　　5．變壓器室應避免遭到“西曬”，因此門應朝南開。</p&g

59、t;<p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 劉介才.工廠供電 [M] ．北京：機械工業(yè)出版社，2003.44-48</p><p>　　[2] 王健明，蘇文成．供電技術 [M] ．西安：電子工業(yè)出版社，2004．</p><p>　　[3] 何仰贊，溫增銀．電力系統(tǒng)分析 [M] ．武漢：華中科技大學出版社

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