機械廠電氣系統(tǒng)設計

1、前 言工廠供電是指工廠所需電能的供應和分配。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很?。ǔ娀I(yè)外）。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。如果工廠的電能供應突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴重的后果。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟建設具有十分重要的戰(zhàn)略意

2、義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟建設，也具有重大的作用。以下以紅星機械廠電氣系統(tǒng)設計為例，簡要說明一下整個系統(tǒng)從電源線路進廠起到高低壓用電設備進線終止的整個電路系統(tǒng)，從各個方面考慮，做到以下要求：（1）安全:在電能的供應、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故和設備事故（2）可靠:應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。 （3）優(yōu)質:應滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求 （4）經(jīng)濟:供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的目錄第1章設計要求11.工廠負荷情況：11. 2供電電源情況11. 3有關情況1第2章負荷計算和無功功率計算及補償32.1負荷計算 ：32

3、.2無功功率的補償及變壓器的選擇82.2.1無功補償計算82.2.2補償后的變壓器容量及功率因數(shù)82.2.3變壓器的選擇92.2.4變壓器的校驗9第3章變電所位置和型式的選擇103.1根據(jù)變配電所位置選擇一般原則：103.2變電所方案103.2.1 變電所主接線方案的選擇和比較11第4章 短路電流的計算134.1 繪制計算電路134.2 確定短路計算基準值134.3 計算短路電路中個元件的電抗標幺值134.3.1電力系統(tǒng)134.3.2架空線路134.3.3電力變壓器144.4 k-1點（10.5kv側）的相關計算144.4.1總電抗標幺值144.4.2 三相短路電流周期分量有效值144.4.3

4、 其他短路電流144.4.4 三相短路容量154.5 k-2點（0.4kv側）的相關計算154.5.1總電抗標幺值154.5.2三相短路電流周期分量有效值154.5.3 其他短路電流154.5.4三相短路容量15第5章變電所一次設備的選擇校驗165.1 10kv側一次設備的選擇校驗165.1.1按工作電壓選則165.1.2按工作電流選擇165.1.3按斷流能力選擇165.1.4 隔離開關、負荷開關和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗165.2 380v側一次設備的選擇校驗185.3 高低壓母線的選擇18第6章變壓所進出線與鄰近單位聯(lián)絡線的選擇196.110kv高壓進線和引入電纜的選擇196.1.110kv

5、高壓進線的選擇校驗196.1.2 由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗196.2熱處理車間380低壓出線的選擇206.2.1車間線路選擇206.2.2生活區(qū)線路選擇206.3作為備用電源的高壓聯(lián)絡線的選擇校驗206.3.1按發(fā)熱條件選擇216.3.2校驗電壓損耗216.3.3短路熱穩(wěn)定校驗21第7章變電所二次回路方案選擇237.1變電所二次回路的選擇23第8章降壓變電所的防雷268.1變電所的防雷保護268.1.1直接防雷保護268.1.2雷電侵入波的防護26第9章設計總結27參考文獻28附錄29第1章設計要求1.工廠負荷情況：本廠車間為兩班制，年最大負荷利用小時為4800小時，日最大負

6、荷持續(xù)時間為6小時，該廠除鑄造車間和鍋爐房屬二級負荷外，其余均屬三級負荷。工廠負荷統(tǒng)計如下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3150.40.752鐵鉚車間動力2700.30.73金工1車間動力2750.40.754金工2車間動力2100.40.75工具車間動力2200.30.76氧氣車間動力2000.30.87熱處理車間動力3150.40.88裝配車間動力2850.30.79機修車間動力2320.30.7510鍋爐房動力750.30.711倉庫動力340.40.712生活用電照明1500.71.0表1-1 紅星機械廠負荷統(tǒng)計資料1. 2供電電源情況按照工廠與供

7、電協(xié)議，本廠由3公里處取得10kv電源進線，干線首端斷路器斷流容量為500mva，此斷路器配備有定時限過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2公里處鄰近單位取得備用電源。1. 3有關情況本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為41度，年平均氣溫為23度，年最低氣溫為 - 8度，年最熱月平均最高氣溫為30度，年最熱月平均氣溫為26度，土壤溫度25度，年雷暴日為20。本廠所在地區(qū)平均海拔500米，底層以砂粘土為主。第2章負荷計算和無功功率計算及補償2.1負荷計算 ：負荷計算的方法有需要系數(shù)法、二項式等幾種，本設計采用需要系數(shù)法確定。主要計算

8、公式有：有功功率： 無功功率:視在功率: 計算電流:注:由車間干線計算負荷直接相加來計算時，取 ，總的有功計算負荷為 ： 總的無功計算負荷為： 總的視在計算負荷為： 總的計算電流為 ： 根據(jù)要求及負荷計算公式，分別計算各車間的,然后列出表格。1鑄造車間動力: 查表1得，2.鐵鉚車間動力：查表1得,3. 金工1車間:動力：查表1得，4.金工2車間：動力：查表1得，5.工具車間：動力：查表1得，6.氧氣車間：動力：查表1得，7.熱處理車間：動力：查表1得，8.裝配車間:動力：查表1得，9機修車間：動力：查表1得，10.鍋爐房：動力：查表1得，11.倉庫：動力：查表1得，12.生活用電：照明：查表1

9、得，此工廠照明屬于單相用電設備,動力屬于三相用電設備,但是照明的容量不超過動力總容量的15%,所以單相設備綜合按三相負荷平衡計算.則所有廠房總的計算負荷：取 通過以上計算得到以下得負荷匯總表2-1負荷計算表編號名稱類別設備容量/kw需要系數(shù)costan計算負荷/kw/kvar/kva/a1鑄造車間動力315040750.88126110.881682602鐵鉚車間動力27003071.028182.62115.711763金工1車間動力275040750.8811096.8146.672204金工2車間動力21004071.028485.681201825工具車間動力22003071.0266

10、67.3294.291436氧氣車間動力20003080.756445751147熱處理車間動力31504080.7512694.5157352408裝配車間動力28503071.0285.587.21122.141869機修車間動力232030750.8869.661.24892.814110鍋爐房動力7503071.0222.522.9532.1448.811倉庫動力340.40.71.0213.613.87219.4293012生活區(qū)照明1500.71.00105010527.56總計動力2431844.2768.08照明150計入=0.95, =0.970.77901.74745.03

11、71169.7017772.2無功功率的補償及變壓器的選擇電力變壓器得功率損耗：有功損耗： 無功損耗：注意： 以上二式中為變壓器二次側的視在計算負荷。并聯(lián)電容器得容量： 并聯(lián)電容器的個數(shù)：2.2.1無功補償計算按規(guī)定，變壓器高壓側的，考慮到變壓器本身得無功功率損耗遠大于其有功功率損耗，因此在變壓器低壓側進行無功功率補償時，低壓側補償后的功率因數(shù)應略高與0.90，取。又要使低壓側功率因數(shù)又0.77提高到0.92，需裝設的并聯(lián)電容器得容量 查工廠供電附錄表4，選用bkmj0.4-25-3的電容器，其參數(shù)為額定容量為25kvar，額定電容為500uf.電容個數(shù)故取2.2.2補償后的變壓器容量及功率因

12、數(shù)補償后的低壓側的視在計算負荷為考慮無功補償后最終確定變壓器：選用型號為s9-1250/10的變壓器，其額定容量為1250kva。2.2.3變壓器的選擇因工廠得總計算視在功率kva，查附錄表5，選用型號為s9-1250/10得變壓器，其參數(shù)為：額定容量為1250kva,高壓10kv，空載損耗為1950w,負載損耗為12kw，空載電流（%）為0.6，阻抗電壓（%）為4.5。2.2.4變壓器的校驗變壓器的功率損耗為： 變壓器高壓側得計算負荷為: 補償后的功率因數(shù)為：這一功率因數(shù)滿足要求。第3章變電所位置和型式的選擇3.1根據(jù)變配電所位置選擇一般原則：1 盡量靠近負荷中心；2 進出線方便；3 靠近電

13、源側；4設備運輸方便；5 不應設在有劇烈震動或高溫的場所；6 不宜設在多塵或有腐蝕性氣體的場所；7 不宜設在廁所、浴室或其他經(jīng)常積水場所的正下方，且不宜與上述場所相貼鄰；8 不應設在有爆炸危險環(huán)境的正上方或正下方，且不宜設在有火災危險環(huán)境的正上方或正下方；9不應設在地勢較洼和可能積水的場所。綜合考慮，變電所的型式為：采用獨立變電所。建在廠內一側，有高、低壓配電室、值班室及變壓器室。值班室有分別通往高、低壓配電室的門，且朝值班室開；變壓器室的門朝外開，室內設通風窗，進風窗設在變壓器室前門的下方，出風窗設在變壓器室的上方;高壓配電室設不能開啟的自然采光窗，窗臺距室外地坪1.8，低壓配電室設能開啟地

14、自然采光窗。3.2變電所方案有原始材料知，該廠除鑄造車間、鍋爐房屬二級負荷外，其余均屬三級負荷，綜合考慮變配電所位置的選擇原則，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考慮有下列兩種可供選擇的方案：a)裝設一臺變壓器 型號為s9型，而容量根據(jù)式，為主變壓器容量，為總的計算負荷。選=1250 kva=1169.708 kva，即選一臺s9-1250/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。b)裝設兩臺變壓器型號為s9型，而每臺變壓器容量根據(jù)式（3-1）、（3-2）選擇，即1169.708 kva=（701.82818.796）kva

15、（3-1）=(168+32.143) kva=200.143kva （3-2）即選兩臺s9-800/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。3.2.1 變電所主接線方案的選擇和比較由于此廠的二級負荷只有二個車間其余車間均為三級負荷，因此選用一個主變壓器可以滿足供電需要，考慮經(jīng)濟造價問題選兩臺主變壓器的造價要比選用一臺主變壓器的高很多；考慮供電可靠性方面兩臺主變壓器要比一臺要好，但是可以再選用一臺主變壓器的情況下加設臨近的高低壓聯(lián)絡線來解決問題，這樣選用一臺主變壓器就比選用兩臺的要合理，此處選用一臺主變壓器。主變壓器的聯(lián)結組為yyn0 。 圖3-

16、1兩臺主變壓器接線圖 圖3-2 一臺主變壓器接線圖第4章 短路電流的計算4.1 繪制計算電路 sn10-10i=500mvak-1k-23km10.5kvs9-12500.4kv(3)(1)系統(tǒng)圖4-1 短路計算電路4.2 確定短路計算基準值設基準容量=100mva，基準電壓=1.05，為短路計算電壓，即高壓側=10.5kv，低壓側=0.4kv，則 （4-1） （4-2）4.3 計算短路電路中個元件的電抗標幺值4.3.1電力系統(tǒng)已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量=500mva，故=100mva/500mva=0.2 （4-3）4.3.2架空線路查附錄表6得線路電抗，而線路長3km，故 （4-4）

17、4.3.3電力變壓器查表得變壓器的短路電壓百分值=4.5，故=3.6 （4-5）式中，為變壓器的額定容量。因此繪制短路計算等效電路如圖4-2所示。k-1k-2圖4-2 短路計算等效電路4.4 k-1點（10.5kv側）的相關計算4.4.1總電抗標幺值=0.2+0.98=1.18 （4-6）4.4.2 三相短路電流周期分量有效值 （4-7）4.4.3 其他短路電流 （4-8） （4-9） （4-10）4.4.4 三相短路容量 （4-11）4.5 k-2點（0.4kv側）的相關計算4.5.1總電抗標幺值=0.2+0.98+3.6=4.78 （4-12）4.5.2三相短路電流周期分量有效值 （4-1

18、3）4.5.3 其他短路電流 （4-14） （4-15） （4-16）4.5.4三相短路容量 （4-17）表4-1短路計算結果短路計算點三相短路電流三相短路容量/mvak-1 4.674.674.6711.97.0584.75k-230.130.130.155.428.820.9第5章變電所一次設備的選擇校驗5.1 10kv側一次設備的選擇校驗5.1.1按工作電壓選則 設備的額定電壓一般不應小于所在系統(tǒng)的額定電壓，即，高壓設備的額定電壓應不小于其所在系統(tǒng)的最高電壓，即。=10kv， =11.5kv，高壓開關設備、互感器及支柱絕緣額定電壓=12kv，穿墻套管額定電壓=11.5kv，熔斷器額定電壓

19、=12kv。5.1.2按工作電流選擇設備的額定電流不應小于所在電路的計算電流，即5.1.3按斷流能力選擇設備的額定開斷電流或斷流容量，對分斷短路電流的設備來說，不應小于它可能分斷的最大短路有效值或短路容量，即或；對于分斷負荷設備電流的設備來說，則為，為最大負荷電流。5.1.4 隔離開關、負荷開關和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗a)動穩(wěn)定校驗條件或、分別為開關的極限通過電流峰值和有效值，、分別為開關所處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值b)熱穩(wěn)定校驗條件 如表5-1所示，由它可知所選一次設備均滿足要求。表5-1 10kv一次側設備的選擇校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其它裝置地點條件參數(shù)數(shù)

20、據(jù)10kv72.265a()4.67ka11.9ka一次設備型號規(guī)格額定參數(shù)高壓少油斷路器sn10-10i/630qf110kv630ka16ka40 ka高壓隔離開關-10/200qs1-qs710kv200a-25.5 ka二負荷 0.6高壓熔斷器rn2-10fu1 fu210kv0.5a50 ka-電壓互感器jdj-10tv110/0.1kv-電壓互感器jdzj-10tv2-電流互感器lqj-10tv210kv100/5a-=31.8 ka=81避雷器fs4-1010kv-5.2 380v側一次設備的選擇校驗同樣，做出380v側一次設備的選擇校驗，如表5-2所示，所選數(shù)據(jù)均滿足要求。 表

21、5-2 380v一次側設備的選擇校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其它裝置地點條件參數(shù)-數(shù)據(jù)380v總1777a30.1ka54.4ka-一次設備型號規(guī)格額定參數(shù)-低壓斷路器dw15-1500/3dqf2380v1500a40ka-低壓斷路器dw15-630qf5380v630a（大于）30ka(一般)-低壓斷路器dw15-200qf6380v200a（大于）35ka-低壓刀開關hd13-1500/30qk1-qk3380v1500a-電流互感器lmzj1-0.5ta5500v1500/5a-電流互感器lmz1-0.5ta6 ta7500v100/5a160/5a-5.3 高低壓

22、母線的選擇查表得到，10kv母線選lmy-3(404mm),即母線尺寸為40mm4mm;380v母線選lmy-3（12010）+806，即相母線尺寸為120mm10mm，而中性線母線尺寸為80mm6mm。 第6章變壓所進出線與鄰近單位聯(lián)絡線的選擇6.110kv高壓進線和引入電纜的選擇6.1.110kv高壓進線的選擇校驗采用lgj型鋼芯鋁絞線架空敷設，接往10kv公用干線。a).按發(fā)熱條件選擇：由=72.626a及室外環(huán)境溫度30，查附表19得，初選lgj-70,其30c時的=206,滿足發(fā)熱條件。b).校驗機械強度：查附錄表14得，非居民區(qū)最小允許截面積=16，而lgj-70滿足要求，故選它。

23、由于此線路很短，故不需要校驗電壓損耗。6.1.2 由高壓配電室至主變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之間埋地敷設。a)按發(fā)熱條件選擇：由=72.626a及土壤環(huán)境25，查附表19得，初選纜線芯截面為50的交聯(lián)電纜，其=125a,滿足發(fā)熱條件。b)校驗熱穩(wěn)定度：按式，a為電纜截面積，單位為；為滿足熱路穩(wěn)定條件的最小截面積，單位為；c為材料熱穩(wěn)定系數(shù)；為一次側 電纜的電流，單位為a；短路發(fā)熱假想時間，單位為s。本電纜線中=4670，=0.5+0.2+0.05=0.75s，終端變電所保護動作時間為0.5s，斷路器斷路時0.2s，c=84，把這些數(shù)據(jù)代入公

24、式中得，滿足發(fā)熱條件。 b）校驗電壓損耗：選擇變電所至熱處理車間的導線截面積, 而查附錄表19得到185的鋁芯電纜的=0.21 （按纜芯工作溫度75計），=0.07，又7號廠房的=126kw, =94.5 kvar，故線路電壓損耗為,滿足發(fā)熱條件。2）校驗機械強度：查附錄表15可得，最小允許截面積amin=10，因此blx-1000-14不滿足機械強度要求。因此選用blx-1000-110。因此決定采用四回blx-1000-110的三相橡皮絕緣線對生活區(qū)供電。6.3作為備用電源的高壓聯(lián)絡線的選擇校驗采用yjl2210000型交聯(lián)聚氯乙烯絕緣的鋁心電纜,直接埋地敷設,與相距約2km的臨近單位變配

25、電所的10kv母線相連。6.3.1按發(fā)熱條件選擇 工廠二級負荷容量共200.143kva，最熱月土壤平均溫度為25。初選纜心截面為25的交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁心電纜，其滿足要求。6.3.2校驗電壓損耗 查附錄表19得纜芯為25的鋁（纜芯溫度按80計），而二級負荷的,，線路長度按2km計，因此 由此可見滿足要求電壓損耗5%的要求。6.3.3短路熱穩(wěn)定校驗 按本變電所高壓側短路電流校驗，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗，可知纜芯25的交聯(lián)電纜是滿足熱穩(wěn)定要求的。而臨近單位10kv的短路數(shù)據(jù)不知，因此該聯(lián)路線的短路熱穩(wěn)定校驗計算無法進行。以上所選變電所進出線和如表 6-1所示。聯(lián)絡線的導線和電纜型號規(guī)格表

26、6-1進出線聯(lián)絡線的導線和電纜型號規(guī)格線 路 名 稱導線或電纜的型號規(guī)格10kv電源進線lgj-70鋁絞線（三相三線架空）主變引入電纜yjl22-10000-3 50型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜（直埋）380v低壓出線至1號廠房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜（直埋）至2號廠房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜（直埋）至3號廠房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜（直埋）至4號廠房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜（直埋）至5號廠房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜（

27、直埋）至6號廠房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜（直埋）至7號廠房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜（直埋）至8號廠房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜（直埋）至9號廠房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜（直埋）至10號廠房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜（直埋）至11號廠房vlv-500-3185+195的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜（直埋）至12號生活區(qū)四回blx-1000-110的鋁芯橡皮絕緣三相線明敷與臨近單位10kv聯(lián)絡線yjl2210000-325型交

28、聯(lián)聚氯乙烯絕緣的鋁心電纜（直埋）第7章變電所二次回路方案選擇7.1變電所二次回路的選擇a)高壓斷路器的操作機構控制與信號回路斷路器采用手動操動機構。b)變電所的電能計量回路變電所高壓側裝設專用計量柜，裝設三相有功電度表和無功電度表，分別計量全廠消耗的有功電能和無功電能，并以計算每月工廠的平均功率因數(shù)。計量柜由上級供電部門加封和管理。c)變電所的測量和絕緣監(jiān)察回路變電所高壓側裝有電壓互感器避雷器柜。其中電壓互感器為3個jdzj10型，組成的接線，用以實現(xiàn)電壓側量和絕緣監(jiān)察。作為備用電源的高壓聯(lián)路線上，裝有三相有功電度表和三相無功電度表、電流表。高壓進線上，也裝上電流表。低壓側的動力出線上，均裝有有功電度表和無功電度表，低壓照明線路上裝上三相四線有功電度。低壓并聯(lián)電容器組線路上，裝上無功電度表。每一回路均裝設電流表。低壓母線裝有電壓表，儀