工厂供电课程设计指导书

1工厂供电课程设计指导书代礼奎编宋乐鹏审重庆科技学院电子信息工程学院自动化教研室2目录1、课程设计目的――――――――――――――――――――――――12、课程设计要求――――――――――――――――――――――――13、课程设计时间及进度安排―――――――――――――――――――14、课程设计内容―――――――――――――――――――――――24.1负荷计算和无功功率补偿――――――――――――――――—24.2变电所主变压器台数和容量的选择――――――――――――—44.3变配电所位置的选择―――――――――――――――――――—44.4变配电所主结线方案的设计―――――――――――――――――54.5短路电流的计算―――――――――――――――――――――64.6变电所一次设备的选择与校验―――――――――――――――84.7供电系统的过电流保护――――――――――――――――――94.8二次回路接线的设计与安装――――――――――――――――144.9供配电线路的设计计算―――――――――――――――――――144.10防雷保护设计――――――――――――――――――――――155设计报告要求―――――――――――――――――――――――――1731、课程设计目的工厂供电课程设计作为独立的教学环节，是自动化及相关专业集中实践性环节系列之一，是学习完《供配电技术》课程后，进行的一次综合设计。其目的在于加深对供配电技术的理解，掌握工厂供配电技术初步的工程设计能力和分析解决供配电技术问题的能力；提高学生在供配电技术应用方面的实践技能和科学作风；培育学生综合运用理论知识解决问题的能力，力求实现理论结合实际，学以致用的原则。学生通过查阅资料、负荷计算及无功补偿、变电所主变压器选择及主结线方案的确定、短路电流的计算和电气设备的选择与校验、防雷接地设计、资料整理等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能；熟悉开展科学实践的程序和办法，为今后从事生产技术工作打下必要的基础；学会灵活运用已经学过的知识，并能不断接受新的知识，大胆发明创造的设计理念。2、课程设计要求课程设计应充分体现“教师指导下的以学生为中心”的教学模式，以学生为认知主体，充分调动学生的积极性和能动性，重视学生自学能力的培养。根据课程设计具体课题安排时间，分小组进行。根据合理的进度安排，一步一步、踏踏实实地开展课程设计活动，按时完成每部分工作。课程设计集中在教室进行，每天由班长负责考勤，指导教师抽查。在课程设计过程中，坚持独立完成，实现课题规定的各项指标，并写出设计报告。3、课程设计时间及进度安排课程设计集中在二周（10天）进行。为保证达到预计的教学任务及目的，以小组为单位分别进行资料的收集、方案论证、负荷计算及无功补偿、变电所主变选择及主结线方案的确定、短路电流的计算和电气设备的选择与校验、防雷接地设计。具体进度及要求安排如下：时间内容第1天布置课题，准备设计资料及熟悉课题第2天方案论证、分析、讨论第3天确定车间的计算负荷第4天确定车间变电所的变压器台数、容量及主结线方案及短路电流计算第5天高低压电气设备和导线的选择及防雷设计第6天确定车间配电支干线、干线及配电箱的计算负荷第7天选择导线的截面和型号4第8天绘制车间配电系统图及平面图第9天整理资料、写课程设计报告第10天递交课程设计报告、总结4、课程设计内容课程设计的主要内容有：负荷计算和无功功率补偿、变电所主变压器台数和容量的选择、变电配所位置的选择、变配电所主结线方案的设计、短路电流的计算、变电所一次设备的选择与校验、供电系统的过电流保护、二次回路接线的设计与安装、供配电线路的设计计算、防雷保护设计。4.1负荷计算和无功功率补偿计算负荷是用来按条件选择供电系统中的各元件的负荷值。用电设备组计算负荷的确定，在工程中常用的有需要系数法和二项式系数法，而前者应用最为普遍。当用电设备台数较多，各台设备容量相差不甚悬殊时，通常都采用需要系数法计算。当用电设备台数较少而容量相差悬殊时，通常都采用二项式系数法计算。无论采用何种计算方法，首先要正确判别用电设备的类别和工作性质，准确地分组。4.1.1按需要系数法确定计算负荷（1）单组电设备计算负荷的计算公式P30=Kd·PeQ30=P30·tgФS30=P30／S30cosФI30=S30／3UN单位：P—KWQ—KVarS—KV·AI—AU—KV（2）多组电设备计算负荷的计算公式P30=K∑P·∑P30·iQ30=K∑q·∑Q30·iS30=230230QPI30=S30／3UN4.1.2按二项式系数法确定计算负荷适用于设备台数较少，而容易量相差大的场合。（1）单组电设备计算负荷的计算公式P30=b.Pe+c.Px（一组用电设备）5其余Q30,S30,I30同需要系数法。（2）多组用电设备计算负荷的确定。P30=∑(b.Pe)I+(c.Px)maxQ30=∑(bPetgФ)I+(c.Px)max.tgФmaxS30和I30仍分别按式需要系数时方法。4.1.3工厂计算负荷的确定（1）逐级计算法确定工厂的计算负荷工厂的计算负荷除了计算出用电设备组的计算负荷外还需要逐级计入有关线路和变压器的功率损耗（包括有功和无功）（2）需要系数法P30=Kd·PePe—全厂用电设备的总容量（不含备用设备）Kd—工厂的需要系数。Q30,S30,I30计算方法同前。（3）按年产量估算Wa=A·aA—工厂年产量a—单位产品的耗电量P30=Wa／Tmax4.1.4无功功率补偿按水利电力部1983年制订的《全国共用电规则》规定：高压供电的工业用户，功率因数不得低于0.9；其它情况，功率因数不得低于0.85。如果达不到上述要求，则需要增设无功功率的人工补偿装置。工厂中普遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功功率，其计算方法是：补偿容量：QC=Q30－Qˊ30=P30（tgФ－tgФˊ）或：QC=△qc·P30式中△qc=（tgФ－tgФˊ）称为无功补偿率。单位：KVar∕kw.可查附录表5。电容器的个数确定：n=QC∕qc常用的BW系列并联电容器的主要参数。可参考附录表6。注意：如果采用的是单相电容，应取3的倍数个电容器，以便三相均平衡分配。无功补偿后工厂的计算负荷：Qˊ30=Q30－QCSˊ30=2'30230QP同样：Iˊ30=Sˊ30∕3UN64.2变电所主变压器台数和容量的选择4.2.1变电所主变压器台数的选择（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供用大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器以便当一台故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但在低压侧应敷设与其他变电所相联的联络先作为备用电源。（2）对季节负荷或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。（3）除上述情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器，但集中负荷较大者，虽为三级负荷，也可采用两台及以上变压器。（4）在确定变电所主变压器台数时，应考虑负荷的发展留有一定余地。4.2.2变电所主变压器容量的选择（1）只装有一台主变压器的变电所ST≧S30（2）装有两台变压器的变电所任一台单独运行时：ST≈（0.6～0.7）S30任一台单独运行时，应满足全部一、二级负荷S30（Ⅰ+Ⅱ）的需要：ST≧S30（Ⅰ+Ⅱ）（3）车间变电所主变压器的容量上限车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000KVA。其一是可以使变压器接近负荷中心，减少低压配电系统的电能损耗；其二是低压侧开关设备的断流能力比较容易满足要求。（4）适当考虑负荷的发展应适当考虑今后5～10年负荷的发展，留有一定的余地，但同时也要顾及变压器的正常过负荷能力。最后还必须指出，变电所主变压器台数和容量的最后确定，应结合变电所主结线方案的选择。作几个较合理的方案的技术经济比较，择优而定。4.2.3电力变压器并列运行的条件（1）所有并列变压器的额定一次电压和二次电压必须对应相等。（2）所有并列变压器的阻抗电压（即短路电压）必须相等。（3）所有并列变压器的联结组别必须相同。（4）并列运行的变压器容量最好相同或相近，一般不超过3：1。4.3变配电所位置的选择选择工厂变配电所的所址，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：（1）接近负荷中心。7（2）进出线方便。（3）接近电源侧。（4）设备运输方便。（5）不应设在有剧烈震动或高温的场所。（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧。（7）不应设在厕所，浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。（8）不应设在有爆炸危险的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标GB50058－92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。（9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。（10）高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。4.4变配电所主结线方案的设计4.4.1变配电所主结线方案的设计原则与要求变配电所的主结线，应根据变配电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活、经济等要求。（1）安全性①在高压断路器侧的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。②在低压断路器侧的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关。③在装设高压熔断器－负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。④35KV及以上的线路末端，应装设与隔离开关连锁的接地刀闸。⑤变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器，宜与电压互感器共用一组隔离开关。接于变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。（2）可靠性①变配电所的主结线方案，必须与其负荷级别相适应。对一级负荷，应由两路电源电。对二级负荷，应由两路或者一回路6KV及以上专用架空线或电缆供电。②变电所的非专用电源进线侧，应装设带短路保护的断路器或负荷开关（串熔断器）。当双电源供多个变电所时，宜采用环网供电方式。③对一般生产区的车间变电所，宜由工厂总降压变电所采用放射式高压配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区及生活区的变电所，可采用树干式配电。④变电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧的总开关和低压母线分段开关，均采用低压断路器。（3）灵活性①变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段结线。8②35KV及以上电源进线为双回路时，宜采用桥形结线或线路变压器组结线。③需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关。④主结线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。⑤主结线方案应考虑到今后可能的扩展。（4）经济性①主结线方案在满足运行要求的前提下，应力求简单，变电所高压侧宜采取断路器较少或不用断路器的结线。②变配电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产品，不得选用国家明令淘汰的产品。③中小型工厂变电所一般采用高压少油断路器；在需频繁操作的场合，则应采用真空断路器或SF6断路器。④工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电度表用。⑤应考虑无功功率的人工补偿，使最大负荷时功率因数达到规定的要求。4.4.2变配电所主结线方案的技术经济指标设计变配电所主结线，应按所选主变压器的台数和容量以及负荷对供电可靠性的要求，初步确定2～3个比较合理的主结线方案来进行技术经济比较，择其优者作为选定的变配电所主结线方案。（1）主结线方案的技术指标①电的安全性。主结线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况。②供电的可靠性。主结线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应性方面的情况。③供电的电能质量。主要是指电压质量，包括电压偏差、电压波动及高次谐波等方面的情况。④运行的灵活性和运行维护的方便性。⑤对变配电所今后增容扩建的适应性。（2）主结线方案的经济指标①线路和设备的综合投资额。包括线路和设备本身的价格、运输费、管理费、基建安装费等。②变