工廠供電機(jī)械制造廠供配電設(shè)計(jì)

1、前 言 眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來(lái)，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測(cè)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。 在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小（除電化工業(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(shí)現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。從另

2、一方面來(lái)說(shuō)，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對(duì)工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。因此，做好工廠供電工作對(duì)于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)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(gè)重要方面，而能源節(jié)約對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對(duì)于節(jié)約能源、支援國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)務(wù)，切實(shí)保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達(dá)到以下基本要求： （1） 安全 在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。 （2） 可靠 應(yīng)滿足電能用戶對(duì)供電可靠性的要求。 （3） 優(yōu)質(zhì) 應(yīng)滿足電能用戶對(duì)電壓和頻率等質(zhì)量的要求 （

3、4） 經(jīng)濟(jì) 供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。 此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。目 錄前 言一、設(shè)計(jì)任務(wù)3題目2：機(jī)械制造廠供配電設(shè)計(jì)31.1 生產(chǎn)任務(wù)及車間組成31.2 設(shè)計(jì)依據(jù)31.3 工廠的自然條件5二、負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算及無(wú)功功率補(bǔ)償52.1 負(fù)荷計(jì)算52.1.1 單組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式5多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式62.2 無(wú)功功率補(bǔ)及變壓器的選擇82.2.1 補(bǔ)償前的變壓器容量和功率因數(shù)82.2.2 無(wú)功補(bǔ)償容量82.2.3 補(bǔ)償后的變壓器容量

4、和功率因數(shù)8三、變電所位置的選擇和形式的選擇9四、變壓器及主接線的選擇104.1 變壓器的選擇104.2 主接線選擇11五、短路電流計(jì)算125.1 架空線的選擇125.2 確定短路基準(zhǔn)容量125.3 計(jì)算短路電路中個(gè)元件的電抗標(biāo)幺值135.4 k-1點(diǎn)（10.5kV側(cè)）的相關(guān)計(jì)算145.5 k-2點(diǎn)（0.4kV側(cè)）的相關(guān)計(jì)算14六、變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)156.1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)156.1.1 高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇156.1.2 高壓熔斷器的選擇校驗(yàn)156.1.3 高壓隔離開關(guān)的選擇校驗(yàn)166.1.4 電流互感器的選擇校驗(yàn)166.1.5 電壓互感器的選擇校驗(yàn)176.1.6

5、 避雷器的選擇18七、變電所線路選擇187.1 10kV母線選擇187.2 10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗(yàn)197.3 高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗(yàn)19八、心得體會(huì)21參考文獻(xiàn)22一、設(shè)計(jì)任務(wù)題目2：機(jī)械制造廠供配電設(shè)計(jì)1.1 生產(chǎn)任務(wù)及車間組成 工廠負(fù)荷情況：本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時(shí)為4800h，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間8h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬三級(jí)負(fù)荷。低壓動(dòng)力設(shè)備均為三相，額定電壓為380V。照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如表1所示。 1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)  設(shè)計(jì)總平面布置圖  全廠各車間負(fù)

6、荷計(jì)算表如下：XX機(jī)械廠總平面圖（比例1：4000）附表1 XX機(jī)械廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料廠房編號(hào)（N+i）用電單位名稱負(fù)荷性質(zhì)設(shè)備容量/kwN為學(xué)號(hào)個(gè)位數(shù) 需要系數(shù)功率因數(shù)4鑄造車間動(dòng)力4450.350.70照明500.71.05鍛壓車間動(dòng)力2700.20.65照明900.81.06金工車間動(dòng)力4450.20.50照明600.71.07工具車間動(dòng)力2600.30.60照明500.91.08電鍍車間動(dòng)力2600.40.80照明650.91.09熱處理車間動(dòng)力4100.40.50照明700.751.010裝配車間動(dòng)力2850.350.65照明50 0.71.01機(jī)修車間動(dòng)力13000.20.60照明29

7、0.751.02倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力800.20.60照明60.71.03原料庫(kù)動(dòng)力500.30.60照明60.71.011宿舍住宅區(qū)310戶，每戶按平均4KW計(jì)算。自查0.85 廠房編號(hào)說(shuō)明：N為學(xué)生分配編號(hào)，N+i10，編號(hào)取N+i(計(jì)算后的阿拉伯?dāng)?shù)字) ；N+ i >10，編號(hào)取N+ i -10(計(jì)算后的阿拉伯?dāng)?shù)字)1.2.3 供用電協(xié)議 工廠與電業(yè)部門所簽訂的供電協(xié)議主要內(nèi)容如下：（1）工廠電源從電業(yè)部門某220/35/10千伏變電所，用10千伏雙回路架空線引入本廠，其中一個(gè)作為工作電源，另一個(gè)作為備用電源，兩個(gè)電源并列運(yùn)行，該變電所距廠東側(cè)8公里。（2）供電系統(tǒng)短路技術(shù)數(shù)據(jù)附表3 區(qū)域變電

8、所35千伏母線短路數(shù)據(jù)如下：系統(tǒng)運(yùn)行方式短路容量說(shuō)明最大運(yùn)行方式S（3）kmax=600MVA最小運(yùn)行方式S（3）kmin=275MVA1.3 工廠的自然條件1.3.1 氣象條件（1）最熱月平均最高溫度為30；（2）土壤中0.7-1米深處一年最熱月平均溫度為25；（3）年雷暴日為31天；（4）土壤凍結(jié)深度為1.10米；（5）夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)。1.3.2 地質(zhì)及水文條件根據(jù)工程地質(zhì)勘探資料獲悉，廠區(qū)地址原為耕地，地勢(shì)平坦，地層以沙質(zhì)粘土為主，地質(zhì)條件較好，地下水位為2.8-5.3米。地耐壓力為20噸/平方米。二、負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算及無(wú)功功率補(bǔ)償2.1 負(fù)荷計(jì)算2.1.1 單組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公

9、式a)有功功率計(jì)算負(fù)荷（單位kW），為需要系數(shù)b)無(wú)功計(jì)算負(fù)荷（單位為kvar）c)視在計(jì)算負(fù)荷（單位為）d)計(jì)算電流（單位為A），為用電設(shè)備的額定電壓（單位為kV）2.1.2多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式a)有功計(jì)算負(fù)荷（單位為kW） 式中是所有設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷之和，是有功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，對(duì)車間干線取0.850.95。b)無(wú)功計(jì)算負(fù)荷（單位為kvar） 式中是所有設(shè)備組無(wú)功計(jì)算負(fù)荷之和，是無(wú)功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，對(duì)車間干線取0.900.97。c)視在計(jì)算負(fù)荷（單位為）=d)計(jì)算電流（單位為A） =經(jīng)過計(jì)算，得到各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計(jì)算表，如表2-1所示表2-1序號(hào)車間名稱容量（kW）計(jì)算負(fù)荷P30

10、（kW）Q30（kvar）S30（kVA）I30（A）1機(jī)修車間動(dòng)力1300260345.8433.3656.5照明2921.75021.7557.12倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力801621.2826.740.57照明64.204.211.023原料庫(kù)動(dòng)力501519.952537.98照明64.204.211.024鑄造車間動(dòng)力445155.75158.87222.5338.06照明503503591.855鍛壓車間動(dòng)力2705463.1883.08126.23照明9072072188.976金工車間動(dòng)力44589154.15178128.46照明6042042110.227工具車間動(dòng)力26078103.74

11、138209.68照明5045045118.18電鍍車間動(dòng)力26010478130197.52照明6558.5058.5153.539熱處理車間動(dòng)力410164283.72328137.78照明7052.5052.5137.7810裝配車間動(dòng)力28599.75116.71153.46233.17照明503503591.8511宿舍住宅區(qū)1240868538.161021.182679.9812總結(jié)取1932.61643.92537.1938552.2 無(wú)功功率補(bǔ)及變壓器的選擇 補(bǔ)償前的變壓器容量和功率因數(shù)變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷 主變壓器容量選擇條件為，因此未進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，主變壓器容量應(yīng)選

12、為3150 。 這時(shí)變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)為2.2.2 無(wú)功補(bǔ)償容量 按規(guī)定，變壓器高壓側(cè)的，考慮到變壓器本身得無(wú)功功率損耗遠(yuǎn)大于其有功功率損耗，因此在變壓器低壓側(cè)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償時(shí)，低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)略高與0.90，取。 要使低壓側(cè)功率因數(shù)有0.76提高到0.92，低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為Qc=1932.6(tan arccos0.76-tan arccos0.92)kvar =831kvar取 Qc=840 kvar 因此查工廠供電附錄表4，選用BKF0.4-20-1的電容器，其參數(shù)為額定容量為20Kvar，額定電容為398uF.電容個(gè)數(shù)，所以選該型號(hào)的電容器14個(gè)就可以滿足了

13、。 補(bǔ)償后的變壓器容量和功率因數(shù)補(bǔ)償后的低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為因此主變壓器容量可改選為2500。比補(bǔ)償前容量減少了650。變壓器的功率損耗為變壓器高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷補(bǔ)償后的工廠的功率因數(shù)為這一功率因數(shù)滿足要求。三、變電所位置的選擇和形式的選擇 變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心，工廠的負(fù)荷中心按負(fù)荷功率矩法來(lái)確定。、分別代表廠房1、2、3.11號(hào)的功率，設(shè)定（1.6，4.7）、（1.6，3.1）、（3.9，5.5）、（4，3.6）、（3.1，1.8）、（5.9，4.6）、（5.9，3.1）、（5.4，1.4）、（8，3）、（8，1.5）、（8，4.6），如圖3-1所示。而工廠的負(fù)荷中心假設(shè)在P

14、(,),其中P=+=。因此仿照力學(xué)中計(jì)算中心的力矩方程，可得負(fù)荷中心的坐標(biāo)： 把各車間的坐標(biāo)代入，得到=6.09，=3.92 。由計(jì)算結(jié)果可知，工廠的負(fù)荷中心在7號(hào)廠房（工具車間）的北側(cè)?？紤]到周圍環(huán)境及進(jìn)出線方便，決定在7號(hào)廠房的北側(cè)緊靠廠房建造工廠變電所，器型式為附設(shè)式。圖3-1 按負(fù)荷功率矩法確定負(fù)荷中心四、變壓器及主接線的選擇4.1 變壓器的選擇 根據(jù)工廠的符合性質(zhì)和電源情況，該工廠除鑄造車間、電鍍車間屬二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬三級(jí)負(fù)荷，所以應(yīng)采用兩臺(tái)變壓器，以便當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障或檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器能對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷繼續(xù)供電。 對(duì)于兩臺(tái)變壓器來(lái)說(shuō)，每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)同時(shí)滿足兩個(gè)條件：

15、一次選兩臺(tái)S9-1600/10型低損耗配電變壓器就可以。如表4-1所示。表4-1 S9-2500/10型變壓器參數(shù)型號(hào)額定容量額定電壓/kV聯(lián)結(jié)組 標(biāo) 號(hào)損耗/W空載電流（%）阻抗壓降（%）一次二次空載負(fù)載S9-1600/10160010.50.4Yyn02400145000.64.54.2 主接線選擇 根據(jù)變壓器選擇為兩臺(tái)S9-1600/10型低損耗配電變壓器，所以主接線如圖4-2所示。圖4-2 主接線圖五、短路電流計(jì)算圖5-1 短路計(jì)算 5.1 架空線的選擇5.1.1選擇經(jīng)濟(jì)截面查經(jīng)濟(jì)電流密度，故選標(biāo)準(zhǔn)截面120mm2,即選LGJ-120型鋼芯鋁線。5.1.2校驗(yàn)發(fā)熱條件 查表可知LGJ-

16、120的允許載流量（環(huán)境溫度為），因此滿足發(fā)熱條件。5.1.3機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn) 查表得10kV架空鋼芯鋁線的最小截面，因此所選LGJ-120型鋼芯鋁線也滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。5.2 確定短路基準(zhǔn)容量設(shè)基準(zhǔn)容量=100MVA，基準(zhǔn)電壓=1.05，為短路計(jì)算電壓，即高壓側(cè)=10.5kV，低壓側(cè)=0.4kV，則5.3 計(jì)算短路電路中個(gè)元件的電抗標(biāo)幺值5.3.1 電力系統(tǒng) 已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量=600MVA，故5.3.2 架空線路 查L(zhǎng)GJ-120的線路電抗，線路全長(zhǎng)8km，故5.3.3電力變壓器查表得變壓器的短路電壓百分值=6，故式中，為變壓器的額定容量因此繪制短路計(jì)算等效電路如圖5-2所示。圖

17、5-2短路計(jì)算等效電路5.4 k-1點(diǎn)（10.5kV側(cè)）的相關(guān)計(jì)算5.4.1總電抗標(biāo)幺值5.4.2 三相短路電流周期分量有效值 5.4.3 其他短路電流 5.4.4 三相短路容量 5.5 k-2點(diǎn)（0.4kV側(cè)）的相關(guān)計(jì)算5.5.1總電抗標(biāo)幺值 5.5.2三相短路電流周期分量有效值 5.5.3 其他短路電流 5.5.4三相短路容量 以上短路計(jì)算結(jié)果綜合圖表5-1所示。表5-1短路計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流三相短路容量/MVAk-12225.13.0234.8k-233.733.733.76236.723.4六、變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)6.1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)6.1.1 高壓斷路

18、器和隔離開關(guān)的選擇如表6-1所示，由它可知所選高壓斷路器和隔離開關(guān)均滿足要求表6-1 高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇校驗(yàn)安裝地點(diǎn)的電氣條件所選設(shè)備的技術(shù)數(shù)據(jù)項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目GN8-10結(jié)論10kV10kV10kV合格124.4A630A200A合格2kA8kA-合格5.1kA20kA 25.5kA合格合格6.1.2 高壓熔斷器的選擇校驗(yàn)選RN2-10型高壓熔斷器，如表6-2。表6-2 RN2-10高壓熔斷器參數(shù)型號(hào)技術(shù)參數(shù)額定電壓（kV）額定電流（A）最大開斷電流（kV）開斷容量（）過電壓倍數(shù)RN2-10100.55010002.5校驗(yàn)額定電壓：=10kV額定電流：熔斷器主要用于互感器的一次側(cè)短路保護(hù)

19、，其額定電流不小于它所裝 的熔體電流即可。斷流能力：，所以符合要求。6.1.3 高壓隔離開關(guān)的選擇校驗(yàn)如表6-3所示表6-3 高壓隔離開關(guān)參數(shù)型號(hào)技術(shù)參數(shù)額定電壓（kV）額定電流（A）動(dòng)穩(wěn)定電流峰值（kA）5s熱穩(wěn)定電流（kA）GN8-10/2001020025.510校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)熱穩(wěn)定校驗(yàn)，所以符合要求。 電流互感器的選擇校驗(yàn)如表6-3所示表6-3 電流互感器參數(shù)型號(hào)技術(shù)參數(shù)額定電壓（kV）額定電流（A）次級(jí)組合準(zhǔn)確級(jí)次1s熱穩(wěn)定倍數(shù)動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)LQJ-10102000.5/30.575160校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定 熱穩(wěn)定，tima=1s符合要求。 電壓互感器的選擇校驗(yàn)如表6-4所示表6-4 電壓互感器

20、參數(shù)型號(hào)技術(shù)參數(shù)額定電壓（kV）試驗(yàn)電壓（kV）最大容量（VA）二次負(fù)荷（VA）JDJ-1010/0.14264080JDJ1-1040050 電壓互感器滿足一次側(cè)額定電壓=10kV，二次負(fù)荷的準(zhǔn)確級(jí)不低于0.5級(jí)，符合要求。 避雷器的選擇如圖6-5所示圖6-5 避雷器參數(shù)型號(hào)技術(shù)參數(shù)額定電壓（kV）kV工頻放電電壓有效值（kV）沖擊放電電壓峰值不大于（kV）泄漏或?qū)щ婋娏鳎ǎ┎淮笥诓恍∮贔S4-101012.72631505 10kV級(jí)以下的配電系統(tǒng)，電纜終端盒選擇FS型避雷器，本設(shè)計(jì)是10kV一次側(cè)，所以選用FS4-10型避雷器，符合設(shè)計(jì)要求。七、變電所線路選擇7.1 10kV母線選擇 1

21、0kV母線選擇LMY-3（404），即母線尺寸為40mm4mm。 校驗(yàn)：該型母線載流為480A，大于10kV側(cè)計(jì)算電流124.4A。 熱穩(wěn)定校驗(yàn): 實(shí)際的導(dǎo)體截面積: 可見實(shí)際面積大于熱穩(wěn)定的最小面積，所以滿足熱穩(wěn)定要求。所以符合要求。7.2 10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗(yàn)7.2.2 按發(fā)熱條件選擇 由及最熱月平均最高溫度為30，查表初選LGJ-120，其30時(shí)的，滿足發(fā)熱條件。7.2.3 校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度 查表可知，最小允許截面，因此LGJ-120滿足機(jī)械強(qiáng)度要求，故改選LJ-35。 由于此線路很短，不需要校驗(yàn)電壓損耗。7.3 高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗(yàn) 采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的銅芯電纜直接埋地敷設(shè)。7.3.1 按發(fā)熱條件選擇 由及土壤中0.7-1米深處一年最熱月平均溫度為25，查表初選纜芯為50的交聯(lián)電纜，其，滿足發(fā)熱條件。7.3.2 按短路熱穩(wěn)定 計(jì)算短路熱穩(wěn)定的最小截面 A為母線截面積，單位；為滿足熱短路穩(wěn)定條件的最大截面積，單位為A；C為材料熱穩(wěn)定系數(shù)；為母線通過的三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為A；短路發(fā)熱假想時(shí)間，單位為s。本電纜線中，=0.5+0.5+0.05=0.75s，最終端變