工厂供电系统设计.doc

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1、毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目： 工厂供电设计 姓 名： 李保保 编 号： 平顶山工业职业技术学院2012年 5 月 20 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 李保保 专业 矿山机电 任 务 下 达 日 期 2012 年 2 月 20 日设计（论文）开始日期 2012 年 2 月 26 日设计（论文）完成日期 2012 年 5 月 20 日设计（论文）题目： 工厂供电设计 A 编制设计 B 设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 李全胜 系(部)主 任 年 月 日 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 电力工程 系 矿山机电 专业，学生

2、李保保 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 工厂供电设计 专题（论文）题目： 指导老师： 李全胜 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 李保保 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 李保保 专业 矿山机电 年级 09 毕业设计（论文）题目： 工厂供电设计 评 阅 人： 指导教师： 李全胜 （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年

3、月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）工厂供电设计摘要本文是郑州瑞恒机械制造有限公司供电系统的设计说明。设计的目的是通过对该电力用户所处的地理环境、地区供电条件、生产工艺和公用工程等用电负荷资料的分析，为该工厂寻找完善的供配电系统设计方案。电能是工业生产的主要能源，对整个工厂的正常生产起着举足轻重的作用，因此如何进行合理用电、安全用电、节约用电、高质量用电已经成为工厂建设和运行的主要问题之一。工厂的安全正常生产、节电节能、提高劳动生产率，都必须有一个安全、可靠、经济、合理供配电能和使用电能的系统作保障，才能实现企业利润的最大化。关键词：工厂供电；总降压

4、（总配）变电所；电气主接线 目 录摘要1第一章 概 述31.1 工厂简介31.2 供配电的意义和要求31.3设计中的工厂供电的步骤及基本情况4第二章 负荷的计算和补偿62.1各车间负荷计算62.2 功率因数的补偿及变压器的选择82.3电容补偿柜的选择：9第三章 全厂电力系统的确定113.1变电所的主接线113.2电缆的选择及电缆敷设的选择113.3电缆截面积的选择及需要长度的确定12第四章 成套配电装置的选择164.1高压开关柜的选择164.2低压配电柜的选择17第五章 高、低压电器的校验205.1短路电流的基本知识205.2短路电流的计算205.3高低压电器的校验24第六章 电力变压器的保护

5、266.1变压器保护的措施及其特点26第七章 防雷与接地307.1大气过电压的危害及种类307.2接地的分类及作用32致谢33参考文献34第一章 概 述1.1 工厂简介郑州瑞恒机械制造有限公司是全国知名的复合肥、生物有机肥、粪便前处理、煤炭化工、回转窑等设备专业生产厂家，全面推行ISO9001-2000质量保证体系管理模式。以保品牌、质量是企业命脉为宗旨，具备雄厚的技术、冷热加工能力、高素质的员工队伍和CAD设计中心（中心有机肥料设备研究所），完善的售前、售后服务水平为客户提供工艺设计、设备制作、安装、调试、人员培训一条龙服务。产品并出口国外。 主要生产1-20万吨复混肥生产线，BB肥成套设备

6、无干燥挤压一次成型设备，鸡粪等高湿物料烘干发酵设备，为有机、无机生物肥料厂，垃圾、污水处理厂，开辟了有机废弃物无害处理的先河。自行开发多功能复合肥成套设备，具有结构紧凑占地少，运行可靠粉尘夹带最低等特点。 企业宗旨：坚特以市场为导向，以创新求发展，以质量求生存，以完善的售后服务深得广大用户的一致好评。1.2 供配电的意义和要求供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。电力，是现代工业生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。没有电力，就没有国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成

7、严重的和深远的影响。故，作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。1.供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求：1)安全供电安全具有两个方面的意义，即防止人身触电和防止由于电气设备的损坏和故障引起的事故。2)可靠供电可靠就是要求不间断供电。供电中断时不仅会影响工厂的产量，而且可能损坏设备，甚至发生人身事故。3)优质应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。4)经济应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。2.另外，在供配电工作中，还应合理的处理局部和全局，当前与长远的关系，即要照顾局部和当前利益，又要有全局观

8、点，能照顾大局，适应发展。1.3设计中的工厂供电的步骤及基本情况1.既然工厂供电有如此现实的意义，那么我们在实际设计中应该怎么做呢？一般来讲，工厂供电设计是按照国家对工厂规定的产品纲领，根据工艺，公用所提供的资料进行设计的，一般可分为两个阶段，即：扩大初步设计阶段及施工设计阶段。扩大初步设计的主要内容有： 1）按照工艺，公用设计所提供的资料，计算车间及全厂的计算负荷； 2）根据车间环境及计算负荷数字，选择车间变电所位置及变压器容量，数量； 3）根据负荷等级，全厂计算负荷，选定供电电源，电压等级及供电方式；4）确定提高功率因数的补偿措施；5）选择总降压变电所位置，变压器台数及容量； 6）确定总降

9、压变电所接线方案和厂区内高压配电方案；7）选择高压电气设备及配电网路载流量导体的截面，必要时进行短路条件下的动稳定及热稳定的校验； 8）选择继电保护及供电系统的自动化方式，进行参数的整定计算； 9）提出变电所和工厂建筑物的防雷措施，接地方式；2.工厂分四个车间分别是：冷作车间、机械加工车间、装配车间和仓库。工厂长为150m、宽70m，各个车间长为60m、宽为24m。四个车间中间设计的是工厂的标志。 冷作车间机械加工车间仓储中心装配车间 图1-1工厂设计平面第二章 负荷的计算和补偿2.1各车间负荷计算根据工艺设计提供的各厂房的负荷清单，全厂都是三级负荷。按需用系数法分别计算出各厂房的及全厂的计算

10、负荷。 负荷如表：表（2-1）1. 机械加工车间：图2-1负荷分配图设备容量pe1=（214）+（97）+（131）+（41）+（153）+（53）+（84）+（101）+（201）+（31）+（76）=275kw 查工厂供电附表中“大批量生产设备的机械加工机床电动机”项可得：需用系数 Kd=0.3-0.35 (取0.35)，功率因数cos=0.65,tan=1.169有功功率 Pca1= KdPe1=(0.35275) kw=96.25kw无功功率 Qc1=Pca1tan=96.251.169=112.5KW2.冷作车间、装配车间：Pe2=(200+50)kw=250kw查工厂供电附表中“锅

11、炉和机加、机修、装配等类车间的的起重机”可得：需用系数 Kd=0.15功率因数cos=0.5,tan=1.50有功功率 Pca2= KdPe2 =2500.15=37.5kw无功功率 Qc2=Pca2.tan= 37.51.5=56.25 kw3.天车类：Pe3=29.52=59 kw查工厂供电附表中“天车类”得：需用系数 Kd=0.2 功率因数cos=0.5有功功率 Pca3= KdPe3 =59 kw0.2=11.8 kw4.照明类：设备容量 Pe4=（35+5+8）KW=28KW查工厂供电附表中“生产厂房及办公室照明”得：需用系数 Kd=0.8-1(取1)，tan=0，cos=1.0有功

12、功率 Pca4= KdPe=（128）KW=28 KW无功功率 Qc4=0 5.全厂总负荷（取有功同时系数K=0.95，无功同时K=0.96），全厂负荷统计表：如表（1-1），全厂负荷计算表：如表（1-2）。1)有功计算负荷：P=0.95(Pca1+Pca2+Pca3+ Pca4) =（96.25+37.5+11.8+28）0.95=164.87KW2)无功计算负荷：Q=( Qc1+Qc2 + Qc4 )0.96=(112.5+56.25+0) 0.96=162KW3)视在计算负荷：S1=231.1KVA Error! No bookmark name given.功率因数: cos=P/ S

13、1=164.87/231.1=0.7092.2 功率因数的补偿及变压器的选择 1.由于工厂采用大功率用电设备，供电系统除供给有功功率外，还需供给大量无功功率，为此，必须提高工厂的功率因数。提高功率因数对工厂的实际意义：1)提高电力系统的供电能力。2)减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。3)降低供电网络中的功率损耗。4)降低企业产品的成本。由于要求工厂的功率因数不的低于0.9。而目前只有0.709，因此要进行无功功率的人工补偿。在低压母线上装电容评进行补偿，考虑到变压器的无功功率补偿 损耗远大于有功功率损耗。一般我们在补偿后的功率因数取0.95。由公式：tan=/ cos得QC=P( tan

14、- tan)=164.87=110.6kVA补偿后变电所低压侧的视在功率负荷：S2）= =172.28KVA功率因数: cos= P/ S2 =0.96此功率因数满足要求。2. 变压器的选择变压器的功率损耗： P=0.015 P=(0.015164.87)KVA=2.47KVAQ=0.06 Q=(0.06162)KVA=13.869KVA因为算出的变压器的损耗相比其功率很小,此设计中忽略其损耗选变压器1) I= S1/cos=231.1KVA/()v=357.8A变压器的选择：根据S1的选择可选320KVA。考虑到今后的发展的要求：又因我们的厂的饿负荷是三类负荷没有重要的设备，因此不用双台的变

15、压器，采用单电源供电，所以选S9-400KVA变压器一台2)变压器地理位子的选择注意事项：(1)变压器位置应尽量靠近负荷中心。(2)具有适宜的地质条件，有防止地下水、雨水和洪水浸淹措施。(3)远离震动大的设备和易燃易爆场所，应尽量避开污染源采取防污措施(4)应留有扩建余地，不妨碍工厂或车间的发展。因此经过综合考虑，本设计的变压器放置在工厂的东北角。2.3电容补偿柜的选择：因为此厂的电压为低压，而补偿量不大，因此采用在变压器的低压侧集中补偿电容柜的选择：（总台数）N=Q/Qn.c(U10/Un.c)（U10/Un.c ）=110.6/201=6，其中（U10=Un.c=380v）。 因此选电容柜

16、的台数为：n=6/3=2台。 表（2-1） 全厂负荷统计表设备名称设备容量kw台数机械加工车间（四个区）27510677冷作车间200装配车间50天车59照明28 表2-2 全厂负荷计算表设备名称台数Pe/KWKdcostanPca/KWQc/KWS/KVA机械加工车间302750.350.651.16996.25112.5冷作车间装配车间照明类20050280.150.1510.50.511.51.537.52856.25变电所低压负荷取K=0.95K=0.97164.87162231.1补偿电容110.6补偿后低压负荷164.8750172.28第三章 全厂电力系统的确定3.1变电所的主接

17、线 变电所的主接线包括一次接线、二次母线、及配出线的接线。变电所主接线方案的确定与电源进线回路负荷大小的级别、电源的供电距离和主变压器的台数与容量有关。1.一次接线变电所一次接线分为以下几种：1)线路变压器组接线2)桥式接线3)单母线分段式接线本设计采用的是线路变压器主接线并且进线开关为短路器。2.二次母线二次母线分三种形式：1)单母线接线2)双母线接线3)单母线分段式接线本设计采用的是单母线接线。3.2电缆的选择及电缆敷设的选择1.电缆的分类：1）电缆按绝缘材料分为：纸绝缘电缆、橡胶绝缘电缆、塑料绝缘电缆三种。2）电缆按导线芯材料分：铜线芯电缆、铝线芯电缆本设计采用的是橡套铜芯电缆。2.电缆

18、的敷设方式：1)直接埋地敷设2)在电缆沟内敷设3)架空线与沿墙敷设4)电缆隧道敷设5)排管敷设本设计采用电缆沟敷设方式。3.3电缆截面积的选择及需要长度的确定为了保证供电的安全、可靠、经济合理和供电质量的要求，必须合理地选择导线的截面和长度。1.电缆截面积的选择1)按长时允许电流选择2)按允许电压损失选择3)按经济电流密度选择4)按机械强度选择5)按短路时的热稳定条件选择本设计采用按长时允许电流选择。2.以机械加工车间为例：机械加工车间：由Pe=UI cos得：导线的长时允许电流应不小于实际流过导线的最大长时工作电流。由Ica=Kdepn103/UnCOSo=0.35275103/3800.8

19、=607.9A由楼宇智能供电书145页表5-10查出有：选择BX-500(350+125)。其余三个车间均按照以上方法选择电缆截面积，如表（3-2）。其他车间同上方法计算得I1=607.9AI2=643AI3=7.6AI4=152A通过以上计算，本设计选择了九根电缆，如表：（3-1）。依次方法可得个干线电流如表:表3-1 各干线的电流选择干线号电流(A)干线号电流(A)1199.606201.622186.507223.733209.2081524223.565219.95 因此有如图：图3-1全厂电力系统分配 表3-2 各干线的面积选择 干线号面积（mm2）干线号面积（mm2）1505502

20、50650350720450820各干线所连接的设备编号1号干线所接设备(01、02、03、05、06、07)号设备； 2号干线所接设备(08、09、10、11、12、13)号设备； 3号干线所接设备(15、17、18、19、20、21、22、23、24)号设备； 4号干线所接设备(04、14、16、25、26、27、28、29、30)号设备； 5号干线所接冷作车间的设备； 6号干线所接冷作车间的设备； 7号干线所接冷作车间的设备； 8号干线所接设备装配车间的设备及仓库的设备；表3-3 全厂干线的型号及规格干线号电流（A）干线型号1182.56BX-500(350+125)2190.33BX-

21、500(350+125)3218.29BX-500(350+125)4243.56BX-500(350+135)5229.95BX-500(350+125)6199.62BX-500(350+125)7199.62BX-500(350+125)8223.73BX-500(320+125)9173.21BX-500(320+125)3.车间需要电缆的长度的确定： 以冷作车间为例：由图（1-1）全厂的长、宽，车间的长、宽，可得： 冷作车间需电缆长度：L=60+（150-60-60）(1+1.15%) =91.04m注：电缆的弯曲系数为：1.15%。其余几个车间均按以上方法计算出所需要电缆的长度如下

22、：机械加工车间：L=24.3m装配车间：L=46.53m仓库：L=161.84m第四章 成套配电装置的选择 成套配电装置是将各种有关的开关电器、测量仪表、保护装置和其他辅助设备按照一定的方式组装在统一规格的箱体中，组成一套完整的配电设备。使用成套配电装置，可以使变电所布置紧凑、整齐美观，操作和维护方便并可加快安装速度。 1.成套配电装置分一次电路方案和二次电路方案。 成套配电装置按电压及用途分，可分为高压开关柜、低压配电屏及动力、照明配电箱等。2.成套配电装置的选择成套配电装置包括高压、低压两种，其选择主要是确定装置的型号、一次电路方案及电气参数的选择与校验。4.1高压开关柜的选择 1.高压开

23、关柜型号的选择1)高压开关柜按电气元件安装方式不同，可分为固定式和移开式两种。固定式维护检修不方便，但价格较低；移开式虽价格高，但灵活性好，有便维护检修，适用于大型变电所或可靠性较高的变电所按开关柜的安装方式和维护要求又分靠墙或不靠墙安装、单面或双面维护。双面维护的开关柜只能离墙安装，单面维护、电缆出线时可靠墙安装。2)在高压开关柜中大都装设少油短路器，对于频繁通断或短路故障较多的线路，要选用选用装有真空断路器的开关柜。选择高压开关柜时还应考虑其操作机构，手动式用小型变电所，电磁式用大中型变电所。由以上可知应选用手车式开关柜如：JYN、KYN型系列。本设计选用KYN型金属铠装封闭移开式高压开关

24、柜该开关柜的移开式即手车式,它是把断路器.电压互感器.避雷器等需要经常检修的电气元件都安装在一个有滚轮的小车上,小车可以从箱体中拉出柜外进行检修或小车整体更换.本开关柜具有“五防”功能，所谓“五防“即(1) 防止误操作断路器(2) 防止带负荷分合隔离开关(3) 防止带电挂接地线(4) 防止带地线合闸(5) 防止误入带电间隔 该开关的组成:手车、柜体、仪表继电器室、接地及接地开关、加热器及连锁装置。2.高压开关柜一次电路方案的选择 1)高压开关柜一次电路方案的确定应考虑以下几个因数：(1) 开关柜的用途(2) 负荷的情况(3) 开关柜之间的组合情况(4) 进出线及安装布置情况 本设计采用KYN-

25、10型的高压开关柜 2)工厂变配电所高压开关柜上面的高压母线的选择 (1)母线的材料有铜、铝、钢等在选择母线时,应彻“以铝代铜“的技术政策,除规程采用铜的特殊环境，外均采用铝母线 钢只用于负荷电流很小、年利用小时少的地方。(2)母线形状有矩形、管形和多股绞线形等种类。室内在35KV以下，通常采用矩形母线。母线一般涂以不同的颜色，三相交流母线U相涂以黄色，V相涂以绿色，W相涂以红色。本设计采用矩形铝母线。工厂变配电所高压开关柜上面的高压母线，通常采用LMY型硬铝母线(3)母线截面积的选择一般按最大长时工作电流选择，按短路件校验其动、热稳定性来选。本设计按最大长时工作电流(IP)选择来选择母线的截

26、面。由第二章计算出得到：I=357.8A IPI因此由矿山供电书100页表4-3可查得：采用LMY-404的规格。本配电所变压器693.3KVA，因此可采用LMY-3（404）的高压母线它是三相交流3-10KV中性点不接地单母线。4.2低压配电柜的选择低压配电屏有开启式低压配电屏和封闭式低压配电屏两种。开启式低压配电屏的 电气元件采用固定安装、固定接线；封闭式低压配电屏的 元件有固定安装式、抽出式（抽屉式和手车式）与固定插入混合式几种。1.低压开关柜型号的确定目前我国生产的低压配电柜常用的有：PGL系列低压配电屏；BFC系列抽屉式低压配电柜；GGK1系列电机控制中心；GCL1系列动力中心；GG

27、D低压配电柜和XL类动力配电箱与XM类照明配电箱；多米诺组合式开关柜等等。 为了供电的可靠性及设备出故障时维修方便本设计采用PGL系列固定式低压开关柜PGL系列固定式低压开关柜特点：1)该产品户内安装的具有开启式双面维护的低压配电装置，其基本结构采用薄钢板及角钢焊接而成，结构简单，维护方便2)柜与柜之间加装油钢板弯制而成的隔板，降低了由于一单柜内故障引起事故扩大的可能； 3)柜架上与主母线安装与绝缘框上，并装有母线护罩，以上方坠落金属造成母线短路事故2.低压配电柜一次接线方案的选择电压配电柜一次界限方案的选择应考虑以下几点：1)保证对重要用户供电的可靠性2)恰当地确定配电屏出线的控制保护方案3

28、)恰当地确定配电屏进线的控制保护方案I30=172.28KVA/()v=284.2A。查工厂供电设计指导132页有低压开关柜的选择，选其接线的26号方案接线图。选择PGL-1型的此型的开关柜，按26好接线方案他每个开关柜有两路因此选6屏即可。表4-1 各屏所干线备及编号开关柜编号所接干线号开关柜编号所接干线号116622773388449955到此低压配电屏选择完毕。所有的 低压配电屏一共8屏包括1台电容补偿屏一台总低压屏和6屏配电屏。第五章 高低压电器的校验 短路是电力系统中最常见的同时后果非常严重的一种故障。系统发生短路时，电压急剧下降，短路回路中的电流大大增加，能导致电力系统的稳定运行遭

29、到破坏和电气设备损坏。因此必须正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定和热稳定，以保证系统在正常运行或发生故障时，电气设备都能可靠地工作而不致损坏。5.1短路电流的基本知识1.短路的类型所谓“短路”是指三相系统中相与相之间的非正常连接，这种不正常连接可能是通过小阻抗回路形成的，也可能是以电弧的形成形成的；此外，在中性点直接接地系统或三相四相线系统中，还指单相或多相接地。短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。2.在供电系统中发生短路将产生以下破坏性后果 1)电流的热效应 2)电流的电动力效应 3)电流的电磁效应 4)电流产生的压降3.计算短路电流的目的计算短路电流是

30、为了使供电系统安全、可靠运行，减小短路所带来的损失和影响用于解决下列技术问题：1)选择校验电气设备2)选择和整定继电保护装置3)选择限流装置4)选择供电系统的接线和运行方式5.2短路电流的计算画短路计算电路图如图51所图示： 画短路等效电路图如图52 所示：1.求K2点的三相短路电流和短路容量：（Uc1=10.5KV）1)电力系统的电抗：X1=U c2/Soc =（10.5）2 /500=0.221式中：UC1 短路点的短路计算电压;Soc 系统出口断路器的断流容量,根据题目给出的出口断路器型号SN1010查工厂供电附录表可得。通过折算得： X1#= X1 (U c1/UC)2=0.221(0

31、.4/10.5)2=0.00042)架空线路的电抗：由工厂供电表31得X 0 =0.38/Km,又已知L=3Km,因此 X2 = x 0L =0.38 3 =1.14电阻： R2=r0L=0.8543=2.56通过折算得: X2#= X2 (U c1/UC)2=1.140.0016=0.0018 R2#= R2(U c1/UC)2=2.560.0016=0.00413)电缆线路的电抗：由工厂供电表31得x1 = 0.08/Km,又已知L1=0. 2Km,因此 X3 = x1L1 =0.08 0.2 =0.016电阻： R3=r1L1=0.6390.2=0.134)电力变压器的电抗:由工厂供电表

32、4得 ；UK%=4.5 X4= (UK% /100). (Uc22/ SN) =0.00114R4=0.0015)计算总电抗：X= X1#+ X2# + X3+X4 = 0.0004+0.0018+0.016+0.00114=0.02计算总电阻：R=R2#+ R3+ R4=0.0041+0.13+0.001=0.14 因此有： Z= =0.146)计算K-2点的三相短路电流和短路容量 K-2点三相短路电流有效值: I(3)K-2=UC1/ Z=0.4/(0.14)=1.65KA三相次暂态短路电流及短路稳定态电流:I1(3)K-2= I2(3)K-2= I(3)K-2=1.65KA三相短路冲击电

33、流及两相短路电流:I (3)SH =1.84 I(3)K-2=1.841.65=3.04KAI（2）SH =0.866 I(3)K-2=0.8661.65=1.43KA三相短路容量:S(3)K-2 = Uc1 I(3)K-2= 0.41.65=1.14MVA2.求K1点的三相短路电流和短路容量：（Uc=10.5KV）1)计算短路电路中各元件的电抗和总电抗计算总电抗：X= X1 +X2 + X3 = 0.221+1.14+0.016 =1.38计算总电阻：R=R2+ R3 =2.56+0.13=2.69Z= =3.022)计算K-1点的三相短路电流和短路容量K-1点三相短路电流有效值:I(3)K-1= UC /Z=10.5/(3.02)=2.01KA三相次暂态短路电流和短电流和短路稳态电流：I1(3)K-1 = I2(3)K-1 = I(3)K-1 =2.01KA三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：I(3)sh（K-1）=2.55I (3)K-1 =2.552.01=5.13 KAI(2)sh（K-1）=0.866I (3)K-1 =0.8662.01=1.74KA三相短路容量:S(3)K-1 = Uc I(3)K-1= 10.5KV2.01=36.6MVA表5-1 短路电流计算 短路计算短路电流/KA短路容量/MVA