工厂供电：机械制造厂供配电设计

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。

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目 录

前 言

一、设计任务 ................................................................................................................................... 3 题目2：机械制造厂供配电设计 .................................................................................................... 3

1。1 生产任务及车间组成 ..................................................................................................... 3 1。2 设计依据 ......................................................................................................................... 3 1。3 工厂的自然条件 ............................................................................................................. 4 二、负荷统计计算及无功功率补偿 ............................................................................................... 5

2。1 负荷计算 ......................................................................................................................... 5

2.1。1 单组用电设备计算负荷的计算公式 ................................................................. 5 2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式 .................................................................... 5 2。2 无功功率补及变压器的选择 ......................................................................................... 7

2.2。1 补偿前的变压器容量和功率因数 ................................................................... 7 2。2。2 无功补偿容量 ................................................................................................... 7 2.2。3 补偿后的变压器容量和功率因数 ................................................................... 7

三、变电所位置的选择和形式的选择 ........................................................................................... 8 四、变压器及主接线的选择 ........................................................................................................... 8

4.1 变压器的选择 ................................................................................................................... 8 4。2 主接线选择 ..................................................................................................................... 8 五、短路电流计算 ........................................................................................................................... 9

5。1 架空线的选择 ................................................................................................................. 9 5.2 确定短路基准容量 ........................................................................................................... 9 5.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 ......................................................................... 9 5。4 k—1点（10.5kV侧）的相关计算 ............................................................................... 9 5。5 k-2点（0.4kV侧)的相关计算 ................................................................................... 10 六、变电所一次设备的选择校验 ................................................................................................. 10

6.1 10kV侧一次设备的选择校验 ........................................................................................ 10

6。1。1 高压断路器和隔离开关的选择 ..................................................................... 10 6。1.2 高压熔断器的选择校验 ................................................................................... 11 6.1。3 高压隔离开关的选择校验 ............................................................................... 11 6。1。4 电流互感器的选择校验 ................................................................................. 12 6.1.5 电压互感器的选择校验 ..................................................................................... 12 6。1。6 避雷器的选择 ................................................................................................. 12

七、变电所线路选择 ..................................................................................................................... 13

7。1 10kV母线选择 .............................................................................................................. 13 7。2 10kV高压进线的选择校验 .......................................................................................... 13 7.3 高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 ......................................................... 13 八、心得体会 ................................................................................................................................. 14 参考文献......................................................................................................................................... 15

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一、设计任务

题目2：机械制造厂供配电设计

1。1 生产任务及车间组成

工厂负荷情况：本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4800h，日最大负荷持续时间8h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外,其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表1所示. 1。2 设计依据

1.2。1 设计总平面布置图

1.2.2 全厂各车间负荷计算表如下：

XX机械厂总平面图（比例1：4000） 附表1 XX机械厂负荷统计资料

厂房编号(N+i） 4 铸造车间 用电单位名称 负荷 性质 动力 照明 5 锻压车间 动力 照明 6 金工车间 动力 照明 7 工具车间 动力 照明 8 电镀车间 动力 照明 9 热处理车间 动力 照明

设备容量/kw N为学号个位数 需要系数 功率因数 445 50 270 90 445 60 260 50 260 65 410 70 3

0.35 0。7 0.2 0.8 0。2 0。7 0。3 0.9 0.4 0。9 0。4 0。75 0。70 1。0 0.65 1.0 0。50 1。0 0。60 1.0 0.80 1.0 0。50 1.0 10 装配车间 动力 照明 285 50 1300 29 80 6 50 6 310户，每户按平均4KW计算. 0.35 0。7 0。2 0.75 0.2 0.7 0.3 0.7 自查 0.65 1.0 0。60 1.0 0.60 1.0 0。60 1。0 0.85 1 机修车间 动力 照明 2 仓库 动力 照明 3 原料库 动力 照明 11宿舍住宅区 厂房编号说明:N为学生分配编号,N+i≤10，编号取N+i（计算后的阿拉伯数字） ;N+ i 〉10，编号取N+ i -10（计算后的阿拉伯数字)

1。2.3 供用电协议

工厂与电业部门所签订的供电协议主要内容如下：

(1）工厂电源从电业部门某220/35/10千伏变电所，用10千伏双回路架空线引入本厂，其中一个作为工作电源，另一个作为备用电源，两个电源并列运行，该变电所距厂东侧8公里.

（2)供电系统短路技术数据

附表3 区域变电所35千伏母线短路数据如下:

系统运行方式 最大运行方式 最小运行方式 短路容量 S（3)说明 kmax=600MVA S(3)kmin=275MVA 1.3 工厂的自然条件

1.3.1 气象条件

（1)最热月平均最高温度为30℃；

（2)土壤中0.7—1米深处一年最热月平均温度为25℃； (3）年雷暴日为31天；

（4）土壤冻结深度为1。10米；

4

（5）夏季主导风向为南风。 1。3.2 地质及水文条件

根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地,地势平坦，地层以沙质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2。8—5。3米。地耐压力为20吨/平方米.

二、负荷统计计算及无功功率补偿

2。1 负荷计算

2.1。1 单组用电设备计算负荷的计算公式 a)有功功率计算负荷（单位kW）

，为需要系数

b)无功计算负荷（单位为kvar） c）视在计算负荷(单位为)

d）计算电流（单位为A）

， 为用电设备的额定电压（单位为kV） 2。1.2多组用电设备计算负荷的计算公式

a）有功计算负荷（单位为kW)

式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，对车间干线取0.85～0。95。

b）无功计算负荷（单位为kvar）

式中是所有设备组无功计算负荷之和，是无功负荷同时系数，对车间干线取0。90~0.97。

c)视在计算负荷（单位为）

=

d)计算电流（单位为A）

= 经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2-1所示

表2-1

序号 计算负荷 车间名称 容量（kW) P30（kW） Q30（kvar） S30（kVA） I30（A） 5

1 机修车间 2 仓库 3 原料库 4 铸造车间 5 锻压车间 6 金工车间 7 工具车间 8 电镀车间 9 热处理车间 10 装配车间 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 1300 29 80 6 50 6 445 50 270 90 445 60 260 50 260 65 410 70 285 50 1240 取 260 21。75 16 4。2 15 4。2 155.75 35 54 72 42 78 45 104 58。5 1 52。5 99.75 35 868 1932.6 6

345.8 0 21。28 0 19.95 0 158。87 0 63。18 0 154.15 0 103。74 0 78 0 283.72 0 116.71 0 538。16 13.9 433。3 21。75 26。7 4.2 25 4。2 222.5 35 83。08 72 178 42 138 45 130 58.5 328 52.5 153。46 35 656。5 57.1 40。57 11.02 37.98 11。02 338。06 91.85 126。23 188。97 128.46 110.22 209.68 118.1 197。52 153。53 137。78 137.78 233。17 91。85 宿舍住宅 区 12 总结 11

1021.18 2679。98 2537.19 3855 2。2 无功功率补及变压器的选择 2。2.1 补偿前的变压器容量和功率因数 变压器低压侧的视在计算负荷

主变压器容量选择条件为，因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为3150 。

这时变压器低压侧的功率因数为

2.2。2 无功补偿容量

按规定，变压器高压侧的，考虑到变压器本身得无功功率损耗远大于其有功功率损耗，因此在变压器低压侧进行无功功率补偿时,低压侧补偿后的功率因数应略高与0。90，取。

要使低压侧功率因数有0.76提高到0。92，低压侧需装设的并联电容器容量为

Qc=1932.6ⅹ(tan arccos0。76-tan arccos0。92）kvar

=831kvar

取 Qc=840 kvar

因此查《工厂供电》附录表4，选用BKF0.4—20—1的电容器，其参数为额定容量为20Kvar，额定电容为398uF.电容个数,所以选该型号的电容器14个就可以满足了.

2.2.3 补偿后的变压器容量和功率因数 补偿后的低压侧的视在计算负荷为

因此主变压器容量可改选为2500。比补偿前容量减少了650。 变压器的功率损耗为 变压器高压侧的计算负荷 补偿后的工厂的功率因数为 这一功率因数满足要求.

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三、变电所位置的选择和形式的选择

变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。、、分别代表厂房1、2、3...11号的功率，设定（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），如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(，),其中P=+++=。因此仿照力学中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标: 把各车间的坐标代入,得到=6.09，=3。92 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在7号厂房（工具车间)的北侧。考虑到周围环境及进出线方便，决定在7号厂房的北侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式.

图3-1 按负荷功率矩法确定负荷中心

四、变压器及主接线的选择

4.1 变压器的选择

根据工厂的符合性质和电源情况，该工厂除铸造车间、电镀车间属二级负荷外，其余均属三级负荷，所以应采用两台变压器,以便当一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器能对一、二级负荷继续供电.

对于两台变压器来说，每台变压器的容量应同时满足两个条件：

一次选两台S9—1600/10型低损耗配电变压器就可以。如表4-1所示。

表4—1 S9—2500/10型变压器参数 型号 额定容量 额定电压/kV 一次 10.5 二次 0.4 联结组 标 号 空载 Yyn0 2400 损耗/W 负载 14500 空载电阻抗压流（%） 降（％) S9-1600/10 1600 0.6 4.5 4.2 主接线选择

根据变压器选择为两台S9—1600/10型低损耗配电变压器,所以主接线如图4-2所示。

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图4-2 主接线图

五、短路电流计算

图5—1 短路计算

5.1 架空线的选择 5.1.1选择经济截面 查经济电流密度,故

选标准截面120mm2,即选LGJ—120型钢芯铝线。 5。1。2校验发热条件

查表可知LGJ-120的允许载流量（环境温度为）,因此满足发热条件。 5。1.3机械强度校验

查表得10kV架空钢芯铝线的最小截面，因此所选LGJ-120型钢芯铝线也满足机械强度要求. 5.2 确定短路基准容量

设基准容量=100MVA，基准电压==1.05,为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，

低压侧=0.4kV，则

5.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值

5.3。1 电力系统

已知电力系统出口断路器的断流容量=600MVA，故 5.3。2 架空线路

查LGJ-120的线路电抗，线路全长8km,故 5。3.3电力变压器

查表得变压器的短路电压百分值=6，故 式中，为变压器的额定容量

因此绘制短路计算等效电路如图5—2所示。

图5—2短路计算等效电路 5。4 k—1点（10。5kV侧）的相关计算 5.4.1总电抗标幺值

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5。4.2 三相短路电流周期分量有效值 5。4。3 其他短路电流 5.4.4 三相短路容量

5.5 k-2点(0。4kV侧)的相关计算 5.5。1总电抗标幺值

5。5。2三相短路电流周期分量有效值 5。5.3 其他短路电流 5.5.4三相短路容量

以上短路计算结果综合图表5-1所示.

表5—1 短路计算结果 三相短路电流 短路计算点 k-1 k—2 2 33.7 2 33。7 2 33.7 5.1 62 3.02 36.7 34.8 23。4 三相短路容量/MVA 六、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 6.1。1 高压断路器和隔离开关的选择

如表6-1所示，由它可知所选高压断路器和隔离开关均满足要求

表6-1 高压断路器和隔离开关的选择校验

安装地点的电气条件 项目 所选设备的技术数据 项目 数据 10kV 124。4A 10kV 630A GN8—10 结论 10kV 200A 合格 合格 10

2kA 5.1kA 8kA 20kA - 25。5kA 合格 合格 合格 6。1。2 高压熔断器的选择校验

选RN2—10型高压熔断器,如表6—2.

表6—2 RN2—10高压熔断器参数 技术参数 型号 额定电压(kV） 10 额定电流(A） 0.5 最大开断电开断容量（） 过电压倍数 流(kV) 50 1000 2.5 RN2-10 校验 额定电压：=10kV

额定电流:熔断器主要用于互感器的一次侧短路保护,其额定电流不小于它所装

的熔体电流即可。

断流能力：，，所以符合要求. 6。1。3 高压隔离开关的选择校验 如表6—3所示

表6—3 高压隔离开关参数

技术参数 型号 额定电压（kV） 10 额定电流(A) 200 动稳定电流5s热稳定电流峰值（kA） （kA) 25.5 10 GN8—10/200 校验 动稳定校验 热稳定校验

，所以符合要求。

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6.1。4 电流互感器的选择校验 如表6-3所示

表6-3 电流互感器参数

技术参数 型号 额定电压（kV) 10 额定电流（A） 200 次级组合 准确级次 0。5/3 0。5 1s热稳定倍数 75 动稳定倍数 160 LQJ—10 校验 动稳定 热稳定

,tima=1s

符合要求.

6。1.5 电压互感器的选择校验 如表6-4所示

表6—4 电压互感器参数

技术参数 型号 额定电压(kV） 试验电压（kV） 最大容量（VA） 二次负荷（VA) JDJ—10 JDJ1—10 10/0。1 42 0 400 80 50 电压互感器满足一次侧额定电压=10kV，二次负荷的准确级不低于0。5级，符

合要求。

6。1。6 避雷器的选择 如图6-5所示

图6—5 避雷器参数

技术参数 12

型号 额定电压（kV） kV 工频放电电压有效值（kV) 不大于 不小于 31 冲击放电电压峰值不大于(kV） 50 泄漏或导电电流(） FS4-10 10 12。7 26 5 10kV级以下的配电系统，电缆终端盒选择FS型避雷器,本设计是10kV一次侧，所以选用FS4—10型避雷器，符合设计要求。

七、变电所线路选择

7。1 10kV母线选择

10kV母线选择LMY-3(40ⅹ4），即母线尺寸为40mmⅹ4mm。 校验：该型母线载流为480A，大于10kV侧计算电流124.4A. 热稳定校验: 实际的导体截面积:

可见实际面积大于热稳定的最小面积，所以满足热稳定要求。

所以符合要求。

7.2 10kV高压进线的选择校验 7.2.2 按发热条件选择

由及最热月平均最高温度为30℃,查表初选LGJ-120，其30℃时的，满足发热条件。

7。2。3 校验机械强度

查表可知，最小允许截面，因此LGJ—120满足机械强度要求，故改选LJ-35。 由于此线路很短,不需要校验电压损耗. 7。3 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铜芯电缆直接埋地敷设。 7。3。1 按发热条件选择

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由及土壤中0。7—1米深处一年最热月平均温度为25℃，查表初选缆芯为50的交联电缆，其，满足发热条件。 7.3.2 按短路热稳定

计算短路热稳定的最小截面

A为母线截面积，单位；为满足热短路稳定条件的最大截面积，单位为A；C为材料热稳定系数；为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A;短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中，=0。5+0.5+0.05

=0.75s，最终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器短路时间0。2s,C=77，所以

因此YJL22-10000-3ⅹ50电缆满足要求.

表7-1进出线和联络线的导线和电缆规格

线路名称 导线或电缆的型号规格 10kV电源进线 LGJ—35 铝绞线（三相三线架空） 主变引入电缆 YJL22-10000—3ⅹ50交联电缆（直埋) 八、心得体会

经过这次课程设计，我将所学的知识都运用到这次课程设计当中，使我受益匪浅.在具体设计过程中,真正做到了学以致用，通过实践来运用理论知识.我觉得在这次课程设计中我还有些问题存在.以下是我这些方面的总结。

1。在这次设计中还是对理论知识运用不够灵活，对一些公式不太理解，刚开始计算是没有头绪，通过对书中例题的分析才慢慢地打开思路，可见还是平时对理论知识学习不到位。

2.在对器件选择及校验不太熟悉，有些器件的选型参数和校验不太熟悉，通过大量的书籍查找，最终学会了这一类器件的选型及校验，理解并运用书上的内容，收获很多。

3。在平时还是对知识积累的太少了，运用知识的过程中有些吃力,对知识理解不到位，在今后的学习中应注意这样的问题，不断进步.

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以上是我在这次课程设计中所遇到的问题，通过这些问题来不断的改正,不断的学习，能有更大的进步。

参考文献

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［5]刘涤尘.电气工程基础。武汉理工大学出版社。2002。1

［6］弋东方.电力工程电气设备手册。中国电力出版社。1998.10 ［7]王玉华。工厂供配电。北京大学出版社.2006.

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