工廠供電課程設計.doc

河北建筑工程學院課程設計任務書課程名稱： 供配電和照明工程 系 別： 電氣工程系 專 業(yè)： 建筑電氣與智能化 班 級： 電智09 學 號： 學生姓名： 指導教師： 于 職 稱： 講 師 2012年 5 月 28 日供配電及照明工程課程設計任務書一、目的 通過課程設計，系統(tǒng)地復習、鞏固工廠供電的基本知識，提高設計計算能力和綜合分析能力，培養(yǎng)學生查閱資料和規(guī)范樣本的能力，為今后的工作奠定初步的基礎。二、任務某機械廠降壓變電所的電氣設計 三、基本要求 按照國家標準GB50052供配電系統(tǒng)設計規(guī)范、GB5005310KV及以下變電所設計規(guī)范、GB50055通用用電設備配電設計規(guī)范、GB50057建筑物防雷設計規(guī)范、GB5006166KV及以下架空線電力線路設計規(guī)范及GB50054低壓配電設計規(guī)范等規(guī)范，工業(yè)與民用配電設計手冊、民用建筑電氣設計與施工圖集（08D0018）等進行工廠供電設計。做到“安全、可靠、優(yōu)質、經(jīng)濟”的基本要求。并處理好局部與全局、當前與長遠利益的關系，以便適應今后發(fā)展的需要，同時還要注意電能和有色金屬的節(jié)約等問題。四、設計依據(jù)所給條件供四個班同學選擇使用，選擇說明：a) 工廠負荷選擇表中紅字部分為待選項，同一班的同學不能相同，同一班班的學生按學號前后對應任務書表1所給數(shù)據(jù)中的前后順序遞增或遞減（動力負荷公差為10，照明負荷公差為1），如一班001號同學選鑄造車間負荷為動力650 照明55，一班002號同學應選鑄造車間負荷為動力640 照明54。b) 其它條件中括號內均給出四個數(shù)子，按1、2、3、4班順序對應括號內前后數(shù)字順序，每個班為一個數(shù)據(jù)，即同一個班的同學相同。c) 四個工程圖紙按數(shù)字順序選擇即一班同學選擇標號為1的工程圖。1、工廠總平面圖（另附）。2. 工廠負荷情況 本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負荷利用小時為4000h，日最大負荷持續(xù)時間為6h。該廠除鑄造車間和電鍍車間屬二級負荷外，其余均屬三級負荷。本廠的負荷統(tǒng)計資料如表1所示。表1 工廠負荷統(tǒng)計資料廠房編號廠房名稱負荷類別設備容量/KW需要系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動力6000.250.40.650.7照明500.70.91.02鍛壓車間動力2500.20.40.600.7照明100.70.91.03金工車間動力2500.200.40.600.7照明550.70.91.04工具車間動力6000.30.450.650.7照明70.70.91.05電鍍車間動力3500.250.40.650.7照明100.70.91.06熱處理車間動力2500.350.450.650.7照明500.70.91.07裝配具車間動力7500.250.40.650.7照明150.70.91.08機修車間（動力為吊車=15%）動力6000.300.50.650.7照明500.70.91.09鍋爐房動力1500.60.90.650.7照明60.70.91.010倉庫動力1500.50.70.650.7照明390.70.91.0生活區(qū)照明6000.650.90.913供電電源情況 按照工廠與當?shù)毓╇姴块T簽訂的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條10KV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導線牌號為LGJ-150，導線為等邊三角形排列，線距為2.5m；干線首端距離本廠約11Km。干線首端所裝設的高壓斷路器斷流容量400MVA。此斷路器配備有定時限過電流保護和電流速斷保護，定時限過電流保護整定的動作時間為1.7s。為滿足工廠二級負荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡線由鄰近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側有電氣聯(lián)系的架空線路總長度為80Km，電纜線路總長度為60Km。4氣象資料 本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為37oC，年平均氣溫為25oC，年最低氣溫為-5oC，年最熱月平均最高氣溫為30oC，年最熱月平均氣溫為30oC，年最熱月地下0.8m處平均溫度為30oC。當?shù)刂鲗эL向為東北風，年雷暴日數(shù)為40。5地質水文資料 本廠所在地區(qū)平均海拔1000m，地層以砂質粘土為主，地下水位4m。6工廠功率因數(shù)本廠與當?shù)毓╇姴块T達成協(xié)議，在本廠變電所高壓側計量電能，設專用計量柜，工廠最大負荷時的功率因數(shù)不低于0.90。五、設計任務1. 設計說明書（需包括）：1) 前言。2) 目錄。3) 負荷計算和無功功率補償。4) 變電所位置和型號的選擇。5) 變電所主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇。6) 變電所主結線方案的設計。7) 短路電流的計算。8) 變電所一次設備的選擇與校驗。9) 變電所進出線的選擇和校驗。10) 防雷保護和接地裝置的設計。11) 附錄參考文獻。2. 設計圖樣（需包括）：1) 變電所主接線圖、系統(tǒng)圖。2) 變電所平面圖。3) 變電所防雷、接地平面圖六、設計成果要求：1、計算書要求手寫，統(tǒng)一紙張為A4，要求書寫清楚，計算準確，說明條理清晰，計算有過程，有公式。2、圖紙要求打印，圖紙紙張大小以能看清楚所畫內容及文字為主要依據(jù)。七、設計時間2012年5月28日至2011年6月10日（2周）一、 負荷計算及無功功率補償1、負荷計算 各廠房和生活區(qū)的負荷計算如下表1-1機械廠負荷計算表 表1-12、無功功率補償 由表1-1可知，將前五個車間和生活區(qū)由一臺變壓器供電，該廠380V側最大負荷時的功率因素只有0.83。而供電部門要求該廠10KV進線側最大負荷時功率因素不應低于0.90。考慮到主變壓器的無功損耗遠大于有功損耗，因此380V側最大負荷時功率因素應稍大于0.90，暫取0.92來計算380V側所需無功功率補償容量。Qc=P30(tan1-tan2)=1008.5tan(arccos0.83)-tan(arccos0.92)KVar=248KVar參照資料，選PGJ1型低壓自動補償屏，屏寬800mm，并聯(lián)電容器BW0.4-42-3型，它的組合方式為PGJ1-1，PGJ1-3，PGJ1-3。采用其方案1（主屏）1臺與方案3（輔屏）2臺組合，總容量為252Kvar。因此無功補償后工廠380V側和10KV側的負荷計算如下表1-2所示。無功補償后工廠的計算負荷表1-2無功補償后工廠的計算負荷前六個車間COS計算負荷P30/kwQ30/kvarS30/KV AI30/A380v側補償前負荷0.831008.5671.31211.51841380V無功補償容量-252380V側補償后負荷0.921008.5419.31092.21659主變壓器功率損耗0.015S30=16.40.06S30=65.510KV側負荷計算0.91025485113465.5將后五個車間由一臺變壓器供電，該廠380V側最大負荷時的功率因素為0.83。而供電部門要求該廠10KV進線側最大負荷時功率因素不應低于0.90。考慮到主變壓器的無功損耗遠大于有功損耗，因此380V側最大負荷時功率因素應稍大于0.90，暫取0.92來計算380V側所需無功功率補償容量。Qc=P30(tan1-tan2)=1063tan(arccos0.83)-tan(arccos0.92)KVar=262KVar參照資料，選PGJ1型低壓自動補償屏，屏寬1000mm，并聯(lián)電容器BW0.4-42-3型，它的組合方式為PGJ1-2，PGJ1-4，PGJ1-4。采用其方案2（主屏）1臺與方案4（輔屏）2臺組合，總容量為335Kvar。因此無功補償后工廠380V側和10KV側的負荷計算如下表1-3所示。無功補償后工廠的計算負荷表1-3無功補償后工廠的計算負荷后五個車間COS計算負荷P30/kwQ30/kvarS30/KV AI30/A380v側補償前負荷0.831063716.91282.31948380V無功補償容量-335380V側補償后負荷0.937106338211301717主變壓器功率損耗0.015S30=170.06S30=6810KV側負荷計算0.921080450117068二、 變電所位置和形式的選擇 變電所的位置應盡量接近負荷中心。工廠的負荷中心按功率矩法來確定，計算公式為由表1-1負荷計算知各個車間的負荷：計算結果如下表2-1所示：表2-1負荷中心的確定項目坐標有功負荷PiXiPiYiXYP1-539359-56400220-118658980-12408000P2-536749-2578083-44550167-2139740P3-5072461784119-60362274212296P4-480315-71137245.6-117965364-17471247P5-480655-51647113-54314015-5836111P6-481448-29725140-67402720-4161500P7-482506-8859237-114353922-2099583P8-443298-71905225.904-100142791.4-16243627P9-438852-50425124.8-54768729.6-6293040P10-4274621824121.2-51808394.4221068.8P11-5528828962480-2653833604301760總計2109.504XPiYPi-1049710717-61917724X-497610.2048Y-29351.79242負荷中心表示在平面圖中三、 變電所主變壓器和主接線方案的選擇1.變電所主變壓器的選擇 根據(jù)工廠的負荷性質和電源情況，工廠變電所的主變壓器可選下列方案:.裝設兩臺主變壓器 由無功補償后工廠的計算負荷表1-2,1-3 可知10KV側負荷容量為：S30（1）=1134KVA；S30（2）=1170KVA，取大者進行主變壓器的選擇取S30=1170KVA（1）.任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總計算負荷S30的大約60%70%的需要，即SN,T=(0.6-0.7)S30=(0.6-0.7)1170KV A=(702-819)KV A而且 (2).任一臺變壓器單獨運行時，應滿足全部一、二級負荷的需求，即SN,TS30（+）=304.6+166.9=471.5KV A因此選擇兩臺S9-800/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷的備用電源由與鄰近單位相連的高壓聯(lián)絡線來承擔。聯(lián)結組別均采用Dyn11聯(lián)結四、 短路電流的計算1. 繪制電路計算電路圖圖4-1 短路計算電路2. 確定基準值設Sd=100MVA Ud= Uc ，即高壓側 Ud1=10.5KV 低壓側 Ud1=0.4KV ，則 3. 計算短路中各元件的電抗標幺值（1）.電力系統(tǒng)(2).架空線路已知架空線牌號為LGJ-150，導線為等邊三角形排列，線矩為2.5m。查表得線路每相電抗為X0=0.37。因此(3).電力變壓器查變壓器的主要數(shù)據(jù)表得S9800/10型Dyn11聯(lián)接的U%=5,因此繪制等效電路，如圖4-2所示圖4-2 等效電路4. 計算K1點（10KV側）的短路電路總阻抗及三相短路電流和短路容量（1）.總阻抗標幺值(3).其它短路電流(4).三相短路容量5. 計算K2點（380V側）的短路電路總阻抗及三相短路電流和短路容量（1）.總阻抗標幺值(3).其它短路電流(4).三相短路容量以上計算結果綜合如表4-1所示短路計算點三相短路電流/KA三相短路容量/MVAI(3)KI(3)I(3)i(3)ShI(3)ShS(3)K-11.41.41.43.572.1125.3K-21414142615.39.8五、 變電所一次設備的選擇校驗1.10KV一次側設備的選擇校驗 查樣本，校驗表如表5-1所示，高壓斷路器選用江蘇長江電器股份有限公司的ZN68A-12/630-20；戶內高壓隔離開關選用山東帥信電氣公司的CN19-12/400-12.5；戶外高壓隔離開關選用浙江麥格電氣有限公司的GW9-12W/400；高壓熔斷器選用佛山市廣明熔斷器有限公司的RN2-10，該高壓熔斷器用于保護電壓互感器。避雷器選用閥式FS4-10避雷器。電流互感器和電壓互感器都選用山東帥信電氣有限公司出產(chǎn)的，其型號規(guī)格如表5-1所示。表5-1所選設備均滿足要求。 2.380V側一次設備的選擇校驗同樣查樣本，校驗表如5-2所示，低壓斷路器選用上海低壓電器開關廠生產(chǎn)的DW15-2500/3D，分斷能力為40KA和東清市陸成工控電氣公司生產(chǎn)的DZ20Y-400/3斷路器，它的斷流能力為35KA。低壓刀開關選用樂清市鎮(zhèn)西仁宕工業(yè)的HD13BX-2500/31。電流互感器和電壓互感器都選用山東帥信電氣有限公司出產(chǎn)的，其型號規(guī)格如表5-2所示。表5-2所選設備均滿足要求。3. 高低母線的選擇參照工廠供電設計指導書中的表5-25,10KV高壓母線選擇LMY-3（404），即母線尺寸為40mm4mm；380V母線選用LMY-3（1008）+606，即相母線尺寸為100mm8mm，中性母線尺寸為60mm6mm。六、 變電所進出線和與鄰近單位聯(lián)絡線的選擇1. 10KV高壓進線和引入電纜的選擇（1）. 10KV高壓進線的選擇校驗 采用LJ型鋁絞線架空敷設，接往10KV公用干線。1）. 按發(fā)熱條件選擇由I30=I1N.T=46A及室外環(huán)境溫度30，查工廠供電設計指導的表8-35，初選LJ-16其30時Ial=98.7AI30，滿足發(fā)熱條件。2）.校驗機械強度 查工廠供電設計指導的表8-33，最小允許截面Amin=35mm，因此LJ-16不滿足機械強度要求，故改選LJ-35.3）.電壓損耗校驗 由干線引電到變電所處的線路長350m=0.35km。查表得鋁絞線線路電阻為0.96/km，電抗0.41/km。因此線路的電壓損耗為因此所選的LJ-35型鋁絞線滿足電壓損耗要求。（2）.由高壓配電室至主變壓器的一段引入電纜的選擇校驗采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設。1）.按發(fā)熱條件選擇 由I30=I1N.T=46A及土壤溫度30，查工廠供電設計指導的表8-43，初選纜芯為25mm2的交聯(lián)電纜，其90時Ial=90AI30，滿足發(fā)熱條件。2）.校驗短路熱穩(wěn)定度按下式計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面C查工廠供電技術指導表5-12得77As/mm2 因此YJL22-1000-325電纜滿足要求。2. 380V低壓出線的選擇（1）.饋電給1號鑄造車間的線路采用VL22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。1）.按發(fā)熱條件選擇 由I30=463A及地下0.8m土壤溫度為30，查工廠供電設計指導的表8-42，初選兩根截面為240mm2，載流量為319A的電纜,對溫度進行修正，修正系數(shù)為0.94。I al =0.94319A=300A，兩根電纜相互接觸平行排列修正系數(shù)為0.79，它們總的載流量為300A0.792=474A463A。2）.校驗電壓損耗 由平面圖量得變電所至1號車間的距離約為250m=0.25km，由工廠供電設計指導的表8-41查的150mm2的鋁芯電纜的R0=0.16/km (按纜芯工作溫度75計)， X0=0.07/km，已知1號車間的P30=220KW,Q30=210.6Kvar,由于用兩根電纜供電，因此負荷要減半P30=110KW,Q30=105.3Kvar,按下式得線路的電壓損耗為 滿足允許電壓損耗5%的要求。3）.短路熱穩(wěn)定度校驗按下式求滿足短路熱穩(wěn)定度的最小截面 式中 tima變電所高壓側過電流保護動作時間按0.5s整定（終端變電所），再加上斷路器斷路時間0.2S，在加0.05s。所以選擇240mm2的截面滿足要求。故選2（VLV22-1000-3240+1120）的四芯電纜（中性線芯按不小于相線芯的一半選擇，下同）。（2）.饋電給2號鍛壓車間的線路亦采用VL22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。用同上的方法計算取纜芯240mm2,即VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜。（3）.饋電給3號金工車間的線路亦采用VL22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。用同上的方法計算取纜芯240mm2,即VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜。（4）.饋電給4號工具車間（1）.饋電給1號鑄造車間的線路采用VL22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。1）.按發(fā)熱條件選擇 由I30=567A及地下0.8m土壤溫度為30，查工廠供電設計指導的表8-42，初選四根截面為240mm2，載流量為319A的電纜,對溫度進行修正，修正系數(shù)為0.94。I al =0.94319A=300A，四根相互接觸的電纜平行排列修正系數(shù)為0.63，它們總的載流量為300A0.634=756A567A。2）.校驗電壓損耗 由平面圖量得變電所至4號車間的距離約為200m=0.20km，由工廠供電設計指導的表8-41查的240mm2的鋁芯電纜的R0=0.16/km (按纜芯工作溫度75計)，X0=0.07/km，已知1號車間的P30=220KW,Q30=210.6Kvar,由于用兩根電纜供電，因此負荷要減4倍，P30=55KW,Q30=53Kvar,按下式得線路的電壓損耗為 滿足允許電壓損耗5%的要求。3）.短路熱穩(wěn)定度校驗按下式求滿足短路熱穩(wěn)定度的最小截面 式中 tima變電所高壓側過電流保護動作時間按0.5s整定（終端變電所），再加上斷路器斷路時間0.2S，在加0.05s。所以選擇240mm2的截面滿足要求。故選4（VLV22-1000-3240+1120）的四芯電纜。（5）. 饋電給5號電鍍車間的線路亦采用VL22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。用同上的方法計算取纜芯240mm2,即VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜。（6）.饋電給生活區(qū)的線路采用LJ型鋁絞線架空敷設。1）.按發(fā)熱條件選擇 由I30=729A及室外溫度為30，查工廠供電設計指導的表8-35，初選LJ-240,采用三根架空線水平排列敷設，其Ial=353A3=1719AI30；滿足發(fā)熱條件。2）.校驗機械強度查工廠供電設計指導的表8-33，最小允許截面Amin=16mm2，因此LJ-240滿足機械強度要求。3）.校驗電壓損耗由平面圖量得變電所至生活區(qū)負荷中心距離約為340m=0.34km。同樣查表8-35得LJ-240的R0=0.14/km, X0=0.28/km(按線間幾何均距為0.6m計算)，又生活區(qū)P30=480KW,Q30=0Kvar，因此滿足要求，中性線采用LJ-120鋁絞線。（7）.饋電給6號熱處理車間的線路 由于該車間就在變電所旁邊，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯絕緣鋁芯導線BLV-1000型見工廠供電設計指導的表8-295根（3根相線、1根中性線、1根保護線）穿硬塑料管埋地敷設。1）.按發(fā)熱條件選擇 由I30=277A及環(huán)境溫度30，查表8-40，選用兩回路，相線截面初選150mm2，其Ial=172A2=344AI30，滿足發(fā)熱條件。按規(guī)定，中性線和保護線也選150 mm2,與相線截面相同，即選用（BLV-1000-1150 mm2）塑料導線5根穿內徑90 mm的硬塑料管。2）.校驗機械強度 查表8-34，最小允許截面Amin=2.5mm2,因此上面所選150mm2 的相線滿足機械強度要求。3）.校驗電壓損耗所選穿管線，估計長度50m，而又表8-38查得R0=0.23/km, X0=0.082/km，又車間的P30=140KW,Q30=117Kvar，因此滿足允許電壓損耗5%的要求。即選用2（BLV-1000-3150 mm2+1150 mm2+1150 mm2），穿90mm的硬塑料管。（8）.饋電給7號裝配具車間的線路亦采用VL22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。用同上的方法計算取纜芯240mm2,即4（VLV22-1000-3240+1120）的四芯電纜。（9）.饋電給8號機修車間 亦采用VL22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。用同上的方法計算取纜芯240mm2,即4（VLV22-1000-3240+1120）的四芯電纜。（10）.饋電給9號鍋爐房亦采用VL22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。用同上的方法計算取纜芯240mm2,即VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜。（11）.饋電給10號倉庫的線路亦采用VL22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。用同上的方法計算取纜芯240mm2,即VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜。3. 作為備用電源的高壓聯(lián)絡線的選擇校驗采用YJL22-1000交聯(lián)聚氯乙烯絕緣的鋁電纜，直接埋地敷設，與相距約2km的鄰近單位變配電所的10KV母線相聯(lián)。（1）.按發(fā)熱條件選擇工廠二級負荷容量共472KVA，,最熱月土壤平均溫度30，因此查表8-43，初選纜芯截面25mm2的交聯(lián)聚乙烯絕緣鋁芯電纜，其Ial=90AI30，滿足發(fā)熱條件。（2）.校驗電壓損耗由表8-41可查得纜芯為25mm2的鋁心電纜的R0=1.54/km, X0=0.12/km，而二級負荷的P30=(220+113)