1、 供用電工程課程設(shè)計說明書 某銅業(yè)公司變配電所電氣部分設(shè)計 系 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱 講師 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 班 級： 完成時間： 2013/12/12 供用電工程課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計意義通過本課程設(shè)計，熟悉現(xiàn)行國家標準和設(shè)計規(guī)范，樹立起技術(shù)與工程經(jīng)濟相統(tǒng)一的辨證觀點；培養(yǎng)綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識分析解決工程實際問題的能力；掌握電氣工程設(shè)計計算的方法，為今后從事電力工程設(shè)計、建設(shè)、運行及管理工作，打下必要的基礎(chǔ)。二、設(shè)計名稱某銅業(yè)公司變配電所電氣部分設(shè)計三、設(shè)計任務(wù)1、負荷計算的意義及相關(guān)參數(shù)的計算。2、無功補償?shù)挠嬎恪?、變壓器的臺數(shù)、容量和型

2、式的確定。4、電氣主接線方案選擇。5、短路電流的計算。6、一次設(shè)備的選擇。7、電線電纜選擇*。8、總的一次接線圖。四、設(shè)計依據(jù)該公司是一個集設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的專業(yè)水暖器材成套系列產(chǎn)品生產(chǎn)廠家，廠區(qū)占地50000平方米，產(chǎn)品主要包括地漏系列、管件系列、法蘭系列、水表殼系列、低壓閥系列、潔具系列等六大類產(chǎn)品，一千多個品種。公司下設(shè)模具車間、鑄造車間、機加工車間、拋光車間、電鍍車間及裝配等六大車間，還有設(shè)計室、化驗中心、檢測中心、研發(fā)中心等科研機構(gòu)。 1、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數(shù)為4500小時，日最大負荷持續(xù)時間6小時。負荷統(tǒng)計資料如表1所示。按二級負荷設(shè)計

3、。表1負荷統(tǒng)計資料車間名稱設(shè)備容量kW需要系數(shù)功率因數(shù)模具車間8300.450.65鑄造車間12200.500.60機加工車間6400.350.65拋光車間4400.450.75電鍍車間5450.460.75裝配車間4580.350.65綜合樓3600.750.852、供電電源情況按照工廠與當?shù)仉姌I(yè)部門簽訂的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可從某3510kV地區(qū)變電站取得工作電源。該3510kV地區(qū)變距離本廠約為5km，10kV母線短路數(shù)據(jù)：、，其出口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1.5s。工廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低于0.90。3氣象資料本廠所在地區(qū)的年最

4、高氣溫為37，年平均氣溫為25，年最低氣溫為2，年最熱月平均最高氣溫為33，年最熱月平均氣溫為26，年最熱月地下0.8m處平均溫度為25。當?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)，年雷暴日數(shù)為52.2天。4電費制度當?shù)噩F(xiàn)行銷售電價。本廠與當?shù)毓╇姴块T達成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計量電能，設(shè)專用計量柜，按兩部電價制交納電費。五、參考文獻1、應(yīng)敏華，程乃蕾主編，供用電工程，中國電力出版社，2010.122、周瀛，李鴻儒. 工業(yè)企業(yè)供電（第二版）. 北京：冶金工業(yè)出版社，2002.3、余健明.供電技術(shù)（第三版）.北京：機械工業(yè)出版社，20014、劉滌塵.電氣工程基礎(chǔ).武漢.武漢理工大學(xué)出版社，20025、劉建，倪健立，

5、鄧永輝主編著.配電自動化系統(tǒng)(第二版).北京：中國水力電力出版社，2003目 錄1 負荷計算的意義及相關(guān)參數(shù)的計算 1.1負荷計算的意義及參數(shù)計算 1.2車間負荷計算結(jié)果2 無功補償?shù)挠嬎?2.1 無功補償計算方法 2.2 各個車間的補償結(jié)果3 變壓器的臺數(shù)、容量和類型的選擇 3.1 變電所主變壓器臺數(shù)的選擇 3.2 變電所主變壓器容量的選擇4 電氣主接線方案選擇 4.1 電氣主接線的意義及重要性 4.2 電氣主接線的設(shè)計5 短路電流的計算 5.1 產(chǎn)生短路電流的原因、危害及計算方法 5.2 短路電流點的計算6 一次設(shè)備的選擇7 電線電纜選擇8 總的一次接線圖9 致謝10 參考文獻1 負荷計算

6、的意義及相關(guān)參數(shù)的計算1.1 負荷計算的意義及參數(shù)計算負荷計算是設(shè)計的基礎(chǔ),它決定設(shè)備容量的選用,管網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)模以及工程總造價等,這是技術(shù)人員熟知的事實。但是近幾年來用估算的方法替代了負荷計算,給制定方案、工程審核造成一定的困難。通過負荷的統(tǒng)計計算求出的、用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負荷值，稱為計算負荷（calculated load）。13目前，對工礦企業(yè)的電力負荷計算主要采用三種方法：單位容量法、需要系數(shù)法、用系數(shù)法。在本設(shè)計中采用的是需要系法來進行負荷計算。（一）一組用電設(shè)備的計算負荷主要計算公式有：有功計算負荷：= (2-1)無功計算負荷：= (2-2)視在計算負荷：=/ (2

7、-3)計算電流： =/ (2-4)式中為用電設(shè)備組的需要系數(shù)值；為用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)； 為功率因數(shù)的正切值；為用電設(shè)備組的額定電壓。1.2 車間負荷計算結(jié)果表1車間負荷計算結(jié)果序號車間名稱設(shè)備容量/Kw需要系數(shù)/Kd功率因數(shù)/cos計算負荷tanPc/kWQc/kvarSc/kv·AIc/A1模具車間8300.450.651.1691373.5436.66989574.61538873.03782鑄造車間12200.50.61.3333610813.333331016.66671544.6653機加工車間6400.350.651.1691224261.88502344.6153

8、8523.58894拋光車間4400.450.750.8819198174.61959264401.10655電鍍車間5450.460.750.8819250.7221.09662334.26667507.86576裝配車間4580.350.651.1691160.3187.41147246.61538374.69337綜合樓3600.350.651.1691126147.31032193.84615294.51882 無功補償?shù)挠嬎?.1無功補償?shù)挠嬎惴椒ㄔ诮涣麟娐分?由電源供給負載的電功率有兩種；一種是有功功率,一種是無功功率。根據(jù)電容器在工廠供電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置，有高壓集中補償，低壓成組

9、補償和低壓補償三種方式。 無功補償?shù)挠嬎?方法由于本設(shè)計中上級要求工廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低于0.92,而由上面計算可知=0.6<0.9，因此需要進行無功補償。綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進行低壓集中補償。以NO1(STS1)車間變電所為例,計算它的功率補償QN.C = 436.67×（tanarc cos0.75993tanarccos0.93）kvar=289.05kvar根據(jù)補償柜的規(guī)格要求,初選WZ0.4-100-J,每組容量qN.C =100kvar,則需要安裝的電容組數(shù)為n= QN.C /qN.C =3 無功補償后，變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為：Pc=373.5

10、kvarSc=397.71963kV.A cosa=0.9391又考慮到變壓器的功率損耗為： (3-1) (3-2)簡化公式有： PT=0.01Sc，QT=0.05Sc (3-3)變電所高壓側(cè)計算負荷為：= + =377.5kW= -QN.C + =156.6kvar=408.65補償后的功率因數(shù)為：Cos=0.92372.2各個車間的補償結(jié)果表2功率補償計算結(jié)果（低壓側(cè)）車間變電所代號無功功率補償前補償容量（kvar)無功功率補償后Qc(kvar)Sc(kV.A)功率因數(shù)Qc(kvar)Sc(kV.A)功率因數(shù)I(KA)STS1436.67574.620.75993300373.5397.7

11、1960.939104604.272STS2813.3331016.70.8580610653.10370.934002992.288STS3657.60111870.554340833894.16010.9316011358.54STS4147.31193.850.75993520126134.58930.936182204.487由計算,可以算出在變壓器的高壓側(cè)無功補償后的結(jié)果,見下表3表3 功率補償后結(jié)果（高壓側(cè)）車間變電所代號Pc(kW)Qc(kvar)Sc(kV.A)Ic(A)cosaSTS1377.477156.56408.65523.590.924STS2616.531265.9

12、9671.46138.770.918STS3841.942369.72919.54353.090.916STS4127.34654.04138.3387.9870.921電容補償方案：采用WZ系列無功補償柜：表4 電容補償柜選取方案車間變電所代號目標補償容量（KVA）補償電容型號組數(shù)STS1300WZ0.4-100-J3STS2600WZ0.4-200/10-J3STS3520WZ0.4-200/10-J WZ0.4-120/10-J21STS4100WZ0.4-100/7-J13 變壓器的臺數(shù)、容量和類型的選擇3.1 變電所主變壓器臺數(shù)的選擇選擇主變壓器臺數(shù)時應(yīng)考慮下列原則：應(yīng)滿足用電負荷對

13、供電可靠性的要求。1） 對季節(jié)性負荷或晝夜負荷變動較大而宜于采用經(jīng)濟運行方式的變電所。2） 除上述兩種情況外，一般車間變電所宜采用一臺變壓器。3） 在確定變電所主變壓器臺數(shù)時，應(yīng)當考慮負荷的發(fā)展，留有一定的余量。3.2 變電所主變壓器容量的選擇1）只裝一臺主變壓器的變電所主變壓器的容量SN.T應(yīng)滿足全部用電設(shè)備總計算負荷S30的需要，即SN.TS30 2）裝有兩臺主變壓器的變電所每臺變壓器的容量SN.T應(yīng)同時滿足以下兩個條件：任一臺單獨運行時，SN.T（0.60.7）S30 任一臺單獨運行時，SN.TS30（+） 由于鑄造車間要求較高，故設(shè)置兩臺變壓器，負荷率為70%。另考慮到綜合樓設(shè)備的使用

14、安全，特單獨設(shè)置一變壓器。4 電氣主接線方案選擇4.1 電氣主接線的意義及重要性電氣主接線主要是指在發(fā)電廠、變電所、電力系統(tǒng)中,為滿足預(yù)定的功率傳送和運行等要求而設(shè)計的、表明高壓電氣設(shè)備之間相互連接關(guān)系的傳送電能的電路。電路中的高壓電氣設(shè)備包括發(fā)電機、變壓器、母線、斷路器、隔離刀閘、線路等。    對一個電廠而言,電氣主接線在電廠設(shè)計時就根據(jù)機組容量、電廠規(guī)模及電廠在電力系統(tǒng)中的地位等,從供電的可靠性、運行的靈活性和方便性、經(jīng)濟性、發(fā)展和擴建的可能性等方面,經(jīng)綜合比較后確定。它的接線方式能反映正常和事故情況下的供送電情況。電氣主接線又稱電氣一次接線圖。 電氣主接線

15、應(yīng)滿足以下幾點要求： 1）運行的可靠性：主接線系統(tǒng)應(yīng)保證對用戶供電的可靠性,特別是保證對重要負荷的供電。 2）運行的靈活性：主接線系統(tǒng)應(yīng)能靈活地適應(yīng)各種工作情況,特別是當一部分設(shè)備檢修或工作情況發(fā)生變化時,能夠通過倒換開關(guān)的運行方式,做到調(diào)度靈活,不中斷向用戶的供電。在擴建時應(yīng)能很方便的從初期建設(shè)到最終接線。 3）主接線系統(tǒng)還應(yīng)保證運行操作的方便以及在保證滿足技術(shù)條件的要求下,做到經(jīng)濟合理,盡量減少占地面積,節(jié)省投資。4.2電氣主接線的設(shè)計變配電所的電氣主接線是一電源進線和引出線為基本環(huán)節(jié)，以母線為中間環(huán)節(jié)的電能輸配電路。其基本形式按有母線接線和無母線接線。母線又稱匯流排，起著匯集電能的作用。

16、在擁護的變配電所中，有母線的主接線按母線的設(shè)置不同，又有單母線接線，單母線分段接線，雙母線接線。（1）單母線接線典型的單母線接線形式如圖1，圖a為一路電源進線的情況，圖b為兩路電源進線一用一備的情況。單母線接線優(yōu)點是簡單、清晰、設(shè)備少、運行操作方便且有利于擴建。（2）單母線分段接線單母線分段接線保留了單母線接線的優(yōu)點，又在一定程度上克服了他的缺點，如縮小了母線故障的影響范圍、分別從兩段母線上引出兩路出現(xiàn)可保證對一級負荷的供電等。5 短路電流的計算5.1 產(chǎn)生短路電流的原因、危害及計算方法短路電流產(chǎn)生的原因：（1）設(shè)備絕緣損壞。老化、污閃、霧閃、鹽堿擊穿。（2）外力破壞。雷擊、鳥害、動物接觸、人

17、員或植物距離太近。（3）設(shè)備機械損傷。疲勞嚴重、斷線、倒塔、倒桿、電動力太大拉斷導(dǎo)線。（4）運行人員誤操作、帶地線合隔離開關(guān)、帶負荷拉隔離開關(guān)。（5）其他原因。短路電流產(chǎn)生的主要危害：（1）短路電流的弧光高溫直接燒壞電氣設(shè)備。（2）短路電流造成的大電動力破壞其它設(shè)備，造成連續(xù)的短路發(fā)生。（3）電壓太低影響用戶的正常供電。短路電流計算的方法：常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標幺制法（又稱相對單位制法）。5.2 短路電流點的計算本設(shè)計采用標幺制法進行短路計算1.在最大運行方式下: 以STS2變電所為例Sk.max=200(1)確定基準值 取Sd=100 =10.5kV =0.4kV而（2）計算

18、短路電路中各主要元件的電抗標幺值電力系統(tǒng)：=100 /200=0.5架空線路：= L / =1.5873電力變壓器=4.5繪制等效電路如圖1，圖上標出各元件的序號和電抗標幺值，并標出短路計算點。圖1 等效電路(3)求k-1點的短路電路總阻抗標幺值及三相短路電流1）總電抗標幺值=2.092）三相短路電流周期分量有效值=2.63kA3)其他三相短路電流=2.63kA=6.72kA=3.9kA4)三相短路容量=/=47.9（4）求k-2點的短路總電抗標幺值及短路電流1）總電抗標幺值=+=6.592）三相短路電流周期分量有效值=21.91KA3)其他三相短路電流=21.91kA=40.31kA=23.

19、88kA6 一次設(shè)備的選擇供電系統(tǒng)的電氣設(shè)備主要有斷路器、負荷開關(guān)、隔離開關(guān)、熔斷器、電抗器、互感器、母線裝置及成套配電設(shè)備等。電氣設(shè)備選擇的一般要求必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下的工作要求，同時設(shè)備應(yīng)工作安全可靠，運行方便，投資經(jīng)濟合理。對于高壓設(shè)備器件的校驗項目見表5：表5 高壓設(shè)備器件的校驗項目電器設(shè)備名稱電壓/kV電流/A斷流能力/kA短路電流校驗短流能力熱穩(wěn)定度真空斷路器旋轉(zhuǎn)式隔離開關(guān)高壓熔斷器電流互感器電壓互感器選擇校驗的條件設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于裝置地點的額定電壓設(shè)備的額定電流應(yīng)不小于通過設(shè)備的計算電流設(shè)備的最大開斷（或功率）應(yīng)不小于它可能開斷的最大電流（或功率）按三

20、相短路沖擊電電流和過流校驗按三相短路穩(wěn)態(tài)短路發(fā)熱假想時間校驗電氣設(shè)備按考慮電氣裝置的環(huán)境條件和電氣要求。環(huán)境條件是指電氣裝置所處的位置（室內(nèi)或室外）、環(huán)境溫度、海拔高度以及有無防塵、防腐、防火、防爆等要求。電氣要求是指電氣裝置對設(shè)備的電壓、電流、頻率（一般為50Hz）等的要求；對一些斷流電器如開關(guān)、熔斷器等，應(yīng)考慮其斷流能力。7 電線電纜選擇 選擇依據(jù)（1）發(fā)熱條件（2） 電壓損失條件（3）經(jīng)濟電流密度條件（4） 機械強度條件 (5)短路熱穩(wěn)定條件 對電力電纜不必校驗機械強度。其具體校驗條件如下：a 按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線和電纜截面按發(fā)熱條件選擇三相系統(tǒng)中的相線截面時，應(yīng)使其允許載流量Ial大于通過相線的計算電流Ic，即 Ial Ic 所謂導(dǎo)線和電纜的允許載流量，就是在規(guī)定的環(huán)境溫度條件下，導(dǎo)線能夠連續(xù)承受而不致使其穩(wěn)定溫度超過允許值的最大電流。影響導(dǎo)線和電纜的允許載流量的主要因素：導(dǎo)線和電纜的導(dǎo)體材料與絕緣材料、導(dǎo)線和電纜的環(huán)境溫度、導(dǎo)線和電纜的敷設(shè)方式、導(dǎo)線和電