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1、中北大学信息商务学院电力工程基础课程设计说明书1前言1.1 工厂供电的意义和要求工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大
2、大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（1） 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人
3、身事故和设备事故。（2） 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3） 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求（4） 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。1.2 工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、GB50053-94 10kv及以下设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1） 遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标
4、准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。（2） 安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。（3） 近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。（4） 全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应
5、设计工作的需要。2. 负荷计算和无功功率补偿2.1 负荷计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。单组用电设备计算负荷的计算式: 有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流运用公式对各车间进行负荷计算，结果如表2.1所示。表2.1 机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量需要系数计 算 负 荷1铸造车间动力3700.40.651.177891.26照明80.91.006.40小计26884.491.26124.30188.852锻压车间动力3800.30.601.176474.88照明70.71.005.60小计328
6、69.674.88102.23155.323金工车间动力3900.30.651.17111129.87照明60.91.005.60小计307116.6129.87174.51265.144工具车间动力3600.350.651.17105122.85照明80.91.008.10小计309113.1122.85166.98253.705电镀车间动力2500.40.750.88156137.28照明90.91.005.60小计308161.6137.28212.04322.166热处理车间动力1700.40.750.887868.64照明100.91.005.40小计13683.468.64108.
7、01164.107装配车间动力1900.30.701.023939.78照明60.91.005.60小计13744.639.7859.7690.808机修车间动力1700.20.701.174046.8照明50.81.002.80小计16442.846.863.4296.369锅炉房动力800.70.750.8862.454.91照明20.91.001.40小计8063.854.9184.18127.9010仓库动力150.40.850.75107.5照明20.81.000.70小计2610.77.513.0719.8611生活区照明3900.70.950.48272130.56301.714
8、58.40总计（380V侧）动力20731062.6904.33照明400计入=0.9=0.90.760.85956.34813.901410.211953.742.2 无功功率补偿 由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有0.76.而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.92。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.92，暂取0.93来计算380V侧所需无功功率补偿容量：故选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相组合，总共容量。因此无功补偿后
9、工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2.2所示。表2.2 无功补偿后工厂的计算的负荷项 目计算负荷380V侧补偿前负荷0.76956.34813.901410.211953.74380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.93956.34393.901034.281571.43主变压器功率损耗11.684710kV侧负荷总计0.92741.68317806.6746.572.3 年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量： 年无功电能耗电量： 结合本厂的情况，年最大负荷利用小时数为4800h，取年平均有功负荷系数，年平均无功负荷系数。由此可
10、得本厂：年有功耗电量： ；年无功耗电量：。3 变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算公式为式（3.1）和（3.2）。变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心.工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+=Pi.因此仿照力学中计算重心的力矩方程,可得负荷中心的坐标: (3.1) (3.2) 图3.1 机械厂总平面图按比例K在工厂平面图中
11、测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示表3.1 各车间和宿舍区负荷点的坐标位置坐标轴12345678910生活区X()1.31.33.53.54.26.66.66.66.69.40.7Y()5.33.75.33.71.86.44.83.21.54.80.4由计算结果可知，x=3.3 y=3.7工厂的负荷中心在6号厂房的西南角。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在4号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。4 变电所主变压器的选择和主结线方案的选择4.1 变电所主变压器的选择 根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：（1）装设一台主变压
12、器型式采用S9型，而容量根据式，选，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。（2）装设两台主变压器 型号亦采用S9，而每台变压器容量按式和式选择，即。因此选两台S9630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用Yyn0。4.2 变压器主接线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：（1）装设一台主变压器的主接线方案，如图4.1所示 （2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4.2所示 图4.1 装设一台主变压器的主结线方案
13、 图4.2 装设两台主变压器的主结线方案4.3 两种主结线方案的技术经济比较。表4.1 两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗小灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资由手册查得S91000单价为10.76万元，而由手册查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为210.76万元=21.52万元由手册查得S9630单价为7.47万元，因此两台综合投资为47.47万元=
14、29.88万元，比一台变压器多投资8.36万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查手册得 GGA（F）型柜按每台3.5万元计，查手册得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为41.53.5=21万元本方案采用6台GGA（F）柜，其综合投资额约为61.53.5=31.5万元，比一台主变的方案多投资10.5万元电力变压器和高压开关柜的年运行费参照手册计算，主变和高压开关柜的折算和维修管理费每年为4.893万元（其余略）主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为7.067万元，比一台主变的方案多耗2.174万元供电贴费按800元/KVA计，贴费为10000.08=80万元贴费为26300.0
15、8万元=100.8万元，比一台主变的方案多交20.8万元 从表4.1可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，因此决定采用装设两台主变的方案。5 短路电流的计算 5.1 绘制计算电路 如图5.1所示图5.1 短路计算电路5.2 确定短路计算基准值设，即高压侧，低压侧，则 5.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统 已知，故（2）架空线路 查表8-37，得LJ-150的，而线路长12km，故（3）电力变压器 查表2-8，得，故因此绘短路计算等效电路如图5.2所示。 图5.2 等效电路5.4 10KV侧三相短路电流和短路容量（1） 总电抗标幺值（2）
16、三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量5.5 380KV侧三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量以上计算结果综合如表5.1表5.1 短路的计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-11.831.831.834.672.7633.3k-221.921.921.940.2923.8715.276 变电所一次设备的选择校验6.1 10kV侧一次设备的选择校验 如表6.1所示。表6.1 10kV侧一次设备的选择校验选择校验项目电 压电 流断 流能 力动 稳定 度热 稳定 度其 他装置地点条件
17、参数数据1046.571.834.673.866.36一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA512高压隔离开关GN-10/20010kV200A25.5Ka500高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-10电流互感器LQJ-1010Kv100/5A31.8Ka81二次负荷0.6避雷器FS4-1010kV户 外 式 高 压隔离开关GW4-15G/20012kV400A25Kv500表6.1所选一次设备均满足要求。6.2 380V侧一次设备的选择校验 如表6.2所示。表6.2 3
18、80V侧一次设备的选择校验选择校验项目电 压电 流断 流能 力动 稳定 度热 稳定 度其 他装置地点条件参数数据380118321.940.29335.7一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kV低压断路器DZ20-630380V630A30kA低压断路器DZ20-200380V200A25kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5160/5避雷器户外隔离开关表6.2所选一次设备均满足要求。6.3 高低压母线的选择 参照表528，10kV母线选L
19、MY-3（），即母线尺寸为；380V母线选LMY-3,即母线尺寸为，而中性线母线尺寸为。7 变电所进出线以及邻近单位联络线的选择7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择（1）10kV高压进线的选择校验 采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。1) 按发热条件选择 由及室外环境温度，查资料，初选LJ-16，其时的满足发热条件。2）校验机械强度 最小允许截面，因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。由于此线路很短，不需校验电压损耗。（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。 1）按发热条件
20、选择 由及土壤温度查表8-44，初选缆芯截面为的交联电缆，其，满足发热条件。2）校验短路热稳定 按式计算满足短路热稳定的最小截面 因此YJL22-10000-325电缆满足短路热稳定条件。7.2 380V低压出线的选择（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路 采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度，查表资料，初选缆芯截面，其，满足发热条件。2）校验电压损耗 由图11-4所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为70m，而由资料查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又1号厂房的，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度
21、校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。按发热条件择 查资料，初选缆芯截面的四芯电缆。（3）馈电给3号厂房（精工车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。（4）馈电给4号厂房（工具车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。1）按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度和环境温度，查表资料，应选的四芯电缆。（5）馈电给5号厂房（电镀车间）
22、的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（6）馈电给6号厂房（热处理车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。（7）馈电给7号厂房（装配车间）的线路 亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。（8）馈电给8号厂房（机修车间）9号厂房（锅炉房）10号厂房（仓库）的线路 都亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。（9）馈电给生活区的线路 采用LG型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1）按发热条件选择 由及室外环境温度为，查表初选其时的，满足发热条件。2）校验电压损耗 由图11-3所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约150m，而由表查得LJ-240的阻抗,，又生活区的
23、,，因此满足允许电压损耗要求。7.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10kV母线相联。（1） 按发热条件选择 工厂二级负荷容量420KVA,而最热月土壤平均温度为,因此查表初选缆芯截面为的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆（注：该型电缆最小芯线截面积为），其,满足发热条件。（2）校验电压损耗 由表8-42可查得缆芯为25mm的铝芯电缆的 (缆芯温度按计)，而二级负荷的，线路长度按2km计，因此由此可见该电缆满足允许电压损耗要求。（3）短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳
24、定校验，可知缆芯的交联电缆是满足短路热稳定要求的。综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表7.1所示。表7.1 所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号线路名称导线或电缆的型号规格10kV电源进线LJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22-10000-325交联电缆（直埋）380V低压出线至1号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV22-1000-3300+170 四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV22-1000-3300+195 四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至
25、5号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至6号厂房VLV22-1000-3300+1185四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV22-1000-3300+1185四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV22-1000-3300+170 四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV22-1000-3300+195 四芯塑料电缆（直埋）至生活区单回路，回路线3LJ-240+1LJ-120（架空）与邻近单位10kV联络线YJL22-10000-325交联电缆（直埋）8 变压所的防雷保护8.1 变压所的防雷保护（1）
26、直击雷防护 在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。避雷针采用直径20mm的镀银圆钢，避雷带采用的镀锌扁钢。 （2）雷电侵入波的防护1）在10kV电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器。其引下线采用的镀锌扁钢，下面与公共接地网焊接相联，上面与避雷器接地端螺栓连接。2）在10kV高压配电室内装设的GG-1A（F）-54型高压开关柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来防护雷电侵入波的危害。3)在380V低压架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入雷电波。8.2 变电所公共接地装置的设计（
27、1）接地电阻的要求 按表9-23，本变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： 且 式中 因此公共接地装置接地电阻应满足（2）接地装置的设计 采用长2.5m、50mm的镀锌钢管数，按式（9.24）计算初选16根，沿变电所三面均匀布置（变电所前面布置两排），管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。管间用的镀锌扁钢焊接相连。变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地线与室外公共接地装置焊接相连。接地干线均采用采用的镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置图如图11-9所示。接地电阻的演算：满足的要求。9心得体会本次的课程设计，我主要负责的是负荷计算及无功功率计算和补偿、变电所位置选择等。在设
28、计初期，曾遇到了一些问题，现将各问题及解决方案简述如下：一在负荷计算时，我曾为同级系数的问题焦虑了很久，还以为只是要最后计算总的S时才乘以同级系数，但查阅资料之后，才明白每条母线的有功、无功功率都要乘上同级系数。二在计算照明和动力负荷时，开始准备分别计算视在功率S及电流I，后考虑实际情况及设计要求，决定先计算各车间总的有功功率及无功功率，再计算每个车间的视在功率和计算电流。三、在选择静电电容器时，曾试想选用两台BWM10.5-334型两台，但考虑到电容器容量的充分利用，最终选定了5台BWF63-100型，这样既使电容器容量得到充分利用，也使功率因数也达到了补偿要求。通过电力系统课程设计，我不仅
29、加深了对电力系统基础和分析的理解，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人生成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。对我来说学到的不仅是那些知识，更多的是团队和合作。现在想来，课程设计有着它更深层的意义，它让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，作为一
30、名电气专业的大三学生，我觉得做电力系统课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在这次课程设计中，我们运用到了这学期所学的专业课知识。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这两个星期的学习，在老师的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐
31、产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。最后我要感谢在这次设计中所有帮助过我的老师和同学们。这次设计也为我今后学习兴趣奠定了基础，产生了积极的影响。其次，这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性，只有分工明确而又协作合作才能保证整个项目的有条不絮。在课程设计的过程中，当我们碰到许多不明白的问题时，通过查找资料及请教指导老师，给了我们以很大的帮助，使我们获益匪浅。另外，课堂上很多不清楚的知识点，很多都在这次设计中得到了解决，这样边
32、学边做，边做边学，巩固了所学知识，这也是我作本次课程设计的最大收获。由此我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。参考文献1 刘介才.工厂供电设计指导M.2版.北京：机械工业出版社，1998.2 刘介才.工厂供电M.4版.北京：机械工业出版社，2004.3 刘介才.供配电技术M.2版.北京：机械工业出版社，2005.4 刘介才.工厂供电简明技术手册M.北京：机械工业出版社，1993.5 刘介才.供电工程师技术手册M.北京：机械工业出版社，1998.6 刘介才.实用供配电技术手册M.北京：机械工业出版社，2002.7 苏文成.工厂供电M.2版.北京：中国水利水电出版社，1990.8 李宗纲
33、，等.工厂供电设计M.长春:吉林科学技术出版社，1985.9 中国航天工业规划设计研究院组编.工业与民用配电设计手册M.3版.北京:中国电力出 出版设，2005.10 电气简图用图形符号过肩标准汇编S.北京：中国标准出版社，2001.11 电气制图国家标准汇编S.北京:中国计划出版社，200112 电气标准规范汇编S.北京：中国计划出版社，2006.13 机械工厂电力设计规范(JBJ6-1996)S.北京：14 民用建筑电气设计规范（JGJ/T 16-1992）S.北京：中国计划出版社，1994.15 吕光大.建筑电气安装工程图集M.北京：水利电力出版社，1987.16 刘介才.三相交流相序代号问题的商榷J.电工设计杂志，19979(3).17 刘介才.接地电阻简化计算公式辨析J.建筑电气季刊，1998（2）.18 刘介才.供电设计中若干问题的探讨D.四川省电工技术学会优秀论文集(1),1990.附 录某厂降压变电所主接线电路图 第 23 页 共 22页