《企业供电系统》课程设计

《企业供电系统》课程设计
科信学院
课程设计说明书（2014 /2015学年第⼀学期）
课程名称：《企业供电系统》课程设计
题⽬：某电机制造⼚总降压变电所及⾼压配电系统设计专业班级：11级⾃动化2班
学⽣姓名：马凯
学号：110412217
指导教师：苗敬利王⽴国
设计周数：1周
设计成绩：
2015 年1 ⽉4⽇
⼀、原始数据及主要任务
1、⼯⼚负荷情况：
本⼯⼚⼤部分车间为⼀班制，少数车间为两班或三班制，年最⼤负荷利⽤⼩时数为2500⼩时，⽇最⼤负荷持续时间为6⼩时。

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。

本⼚的负荷统计资料如表1.1所⽰。

2、供电电源情况
本⼚可由附近⼀条10kV的公⽤电源⼲线取得⼯作电源。

⼲线⾸端距离本⼚约8km。

⼲线⾸端所装设的⾼压断路器断流容量为500MVA。

此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为 1.3s。

为满⾜⼯⼚⼆级负荷要求，可采⽤⾼压联络线由邻近的单位取得备⽤电源。

已知与本⼚⾼压侧有电⽓联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。

3、⽓象资料
本⼚所在地区的年最⾼⽓温为38℃，年平均⽓温为23℃，年最低⽓温为-9℃，年最热⽉平均最⾼⽓温为33℃，年最热⽉平均⽓温为26℃，年最热⽉地下0.8⽶处平均⽓温为25℃。

当地主导风向为东北风，年雷暴⽇数为20。

4、根据课题的原始资料
①确定负荷等级
②拟定⾼低压供配电系统
③正确建⽴负荷统计计算表
④变压器台数、容量、型号选择
⑤设计变电所主接线图
⑥计算短路电流以及主要⾼压设备器件的选择及校验
⑦CAD绘制供配电体统图
⑧写⼀份完整的设计说明书
⼆、技术要求
（1）符合供配电系统设计规范要求；功率因数>0.9；电压损失<5%；
（2）满⾜煤矿对供电的要求；
三、确定负荷等级
1、负荷分级及供电要求
电⼒负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失及影响的程度分为⼀级、⼆级、三级负荷。

独⽴于正常电源的发电机组，供电⽹络中独⽴于正常的专⽤馈电线路，以及蓄电池和⼲电池可作为应急电源。

⼆级负荷的供电系统，应由两线路供电。

必要时采⽤不间断电源（UPS）
2.、⼀级负荷
⼀级负荷为中断供电将造成⼈⾝伤亡者；或将在政治上，经济上造成重⼤损失者；或中断将影响有重⼤政治经济意义的⽤电单位的正常⼯作者。

就电机制造⼚供配电这⼀块来讲，现没有⼀级⽤电负荷。

3、⼆级负荷
⼆级负荷为中断供电将在政治上，经济上产⽣较⼤损失的负荷，如主要设备损坏，⼤量产品报废等；或中断供电将影响重要的⽤电单位正常的⼯作负荷，如交通枢纽、通信枢纽等；或中断供电将造成秩序混乱的负荷等。

在本次毕业设计中：电机制造⼚现有的⼆级负荷有：铸造车间、电镀车间和锅炉房。

4、三级负荷
三级负荷为不属于前两级负荷者。

对供电⽆特殊要求。

电机制造⼚除了前⾯罗列的⼆级负荷外，全为三级负荷。

四、负荷统计计算表
表1
表2
全⼚的同期系数为：K=0.9，则全⼚的计算负荷为 P30=0.9×∑P30=0.9×5958kw=5362.2kw Q30=0.9×∑Q30=0.9×5249.58kw=4724.622k·var
30S =2
30
230Q P +=7146.69kv ·A 30I =
N
U S 330=10.86KA
五、⽆功功率补偿
由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：S30=7146.69kv ·A
这时低压侧的功率因数为：cos '
='30
30
S P =0.75，为使⾼压侧的功率因数≥0.90，则低压侧补
偿后的功率因数应⾼于0.90，取'
c o s
0.95φ=。

要使低压侧的功率因数由0.75提⾼到0.92，
则低压侧需装设的并联电容器容量为：
C Q =Q30(tan 1?- tan 2?)=4724.622×[tan(arccos0.75) - tan(arccos0.95) ]
=2613.8k·var
取:C Q =3000var k 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：
2
'30230'
30Q P S +=
=5632.7kv ·A
计算电流N
U S I
3'30
'30
=
=8558.3A
变压器的功率损耗为：
△Pt ≈0.0230S ’=112.65kw △Qt ≈0.0630S ’=337.9var k 变电所⾼压侧的计算负荷为：
P30’=5362.2kw+112.65kw=5474.85kw
Q30’=（4724.622-3000）var k +337.9var k =2062.5var k
2
'30230'30Q P S +=
=5850.47kv ·A
N
U S I 3'30
'30
=
=5132.3A
补偿后的功率因数为：cos '
='30
30
S P =0.936满⾜（⼤于0.90）的要求。

六、⾼低压供配电系统
为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满⾜下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。

根据设计经验：⼀般10KV 及以下的⾼压线路和低压动⼒线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截⾯，再校验其电压损耗和机械强度。

对于低压照明线路，因对电压⽔平要求较⾼，通常先按允许电压损耗进⾏选择，再校验其发热条件和机械强度。

（⼀）⾼压线路导线的选择
架空进线后接铜芯交联聚氯⼄烯绝缘钢铠护套电⼒电缆BLV-95。

（⼆）低压线路导线的选择
由于没有设单独的车间变电所，进⼊各个车间的导线接线采⽤TN-C-S 系统；从变电所到各个车间及宿舍区⽤埋地电缆供电，电缆采⽤LGJ-185型钢芯铝线电缆，根据不同的车间负荷采⽤不同的截⾯。

其中导线和电缆的截⾯选择满⾜条件： 1) 相线截⾯的选择以满⾜发热条件即，30al I I ≥；
2) 中性线（N 线）截⾯选择，这⾥采⽤的为⼀般三相四线，满⾜00.5A A ?≥；
3) 保护线（PE 线）的截⾯选择
⼀、 2
35A mm ?>时，0.5PE A A ?≥；⼆、 2
16A mm ?≤时，PE A A ?≥
三、 2
2
1635mm A mm ?<≤时，2
16PE A mm ≥
4) 保护中性线（PEN ）的选择，取（N 线）与（PE ）的最⼤截⾯。

另外，送⾄各车间的照明线路采⽤：铜芯聚氯⼄烯绝缘导线BV 型号。

七、变压器台数、容量、型号选择
（⼀）主变压器台数的选择
变压器台数应根据负荷特点和经济运⾏进⾏选择。

当符合下列条件之⼀时，宜装设两台及以上变压器：有⼤量⼀级或⼆级负荷；季节性负荷变化较⼤；集中负荷较⼤。

结合本⼚的情况，考虑到⼆级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。

（⼆）变电所主变压器容量的选择
每台变压器的容量N T S ?应同时满⾜以下两个条件：
1、暗备⽤条件：任⼀台变压器单独运⾏时，宜满⾜：30(0.6~0.7)N T S S ?=?
2、明备⽤条件：任⼀台变压器单独运⾏时，应满⾜：30()N T I II S S ?+≥，即满⾜全部⼀、⼆级负荷需求。

代⼊数据可得：N T S ?=（0.6~0.7）×5850.47kV A ?=（3510.282~4095.329）kV A ?。

考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取N T S ?=5000kV A ? 。

考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为S9系列10kv 配电变压器。

（三）型号的选择
S9-5/10 ，其主要技术指标如下表所⽰：
⼋、变电所主接线图
装设两台主变压器的主接线⽅案，如下图所⽰：
九、短路电流的计算
本⼚的供电系统简图如下图所⽰。

采⽤两路电源供线，⼀路为距本⼚8km的馈电变电站经LGJ-150架空线（系统按∞电源计），该⼲线⾸段所装⾼压断路器的断流容量为
；⼀路为邻⼚⾼压联络线。

下⾯计算本⼚变电所⾼压10kV母线上k-1点短路和500MV A 低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。

图（⼀）
下⾯采⽤标么制法进⾏短路电流计算。

（⼀）确定基准值：
取100d S MV A =?，110.5c U kV =，20.4c U kV =
则：1 5.500d I kA =
=
=
2144.000d I kA =
=
=
（⼆）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：
1) 电⼒系统的电抗标么值： 1
100*0.200500MV A
X MV A
==
2) 架空线路的电抗标么值：2
2
100*0.35(/)8 2.5387(10.5)
MV A
X km km kV ?=Ω??= 3）电⼒变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得%6k U =，因此：34
6100** 3.0001002000MV A
X X kV A
===
短路等效电路图如图（⼆）所⽰:
图（⼆）
计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
1) 总电抗标么值：*(1)120.200 2.5387 2.7387k X X X **
∑-=+=+=
2) 三相短路电流周期分量有效值： (3)1
1(1)
5.50 2.0082.7387
d k
k I kA
I kA X -*∑-=
=
=
3) 其他三相短路电流：(3)(3)
1 2.008k I I kA ∞-==
(3) 2.55 2.008 5.120sh i kA kA =?= (3) 1.51 2.008
3.0
32sh I kA kA =?= 4) 三相短路容量：(3)1(1)
10036.5142.7387
d
k
k S MV A
S MV A X -*∑-?=
=
=?
计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
1) 总电抗标么值：*(2)1234(||)0.200 2.73873/2 4.4387k X X X X X ****∑-=++==++=
2) 三相短路电流周期分量有效值：(3)
2
2(2)
14432.4424.4387
d k
k I kA
I kA X -*∑-=
=
=
3) 其他三相短路电流：(3)(3)
232.442k I I kA ∞-==
(3) 1.8432.44259.693sh i kA kA =?= (3) 1.09
32.44235.362
sh I kA kA =?= 4) 三相短路容量：(3)2(2)
10022.5294.4387
d
k
k S MV A
S MV A X -*∑-?=
=
=?
⼗、主要⾼压设备器件的选择与校验
（⼀）变电所⾼压侧⼀次设备的选择
根据机械⼚所在地区的外界环境，⾼压侧采⽤JYN2-10（Z ）型户内移开式交流⾦属封闭
开关设备。

此⾼压开关柜的型号：JYN2-10/4ZTTA（说明：4：⼀次⽅案号；Z：真空断路器；T：弹簧操动；TA ：⼲热带）。

其内部⾼压⼀次设备根据本⼚需求选取：
⾼压断路器：ZN2-10/600 ⾼压熔断器：RN1-10/150
电流互感器：LQJ-10/5 电压互感器：JDZJ-10
⾼压隔离开关：GN6-10/200
（⼆）变电所⾼压侧⼀次设备的校验
由上表知⾼压侧所选⼀次设备的额定电压、额定电流、动稳定、热稳定均满⾜要求
⼗⼀、⼼得
通过本次课程设计，把所学理论知识和⽣产实际很好的联系起来,真正做到了学以致⽤，不同的企业对供电系统的设计要求不同，但不同的供电系统的设计流程却基本⼀致，即有⼀套成熟的设计理论。

当然设计过程中可以创新，但是对于⼯程设计，如果新⽅案没有得到充分地论证、实践，最好还是选择成熟的设计的⽅案，不要⼀味地追求标新⽴异，增加设计风险，甚⾄酿出事故。

当然任何事情都不是绝对的，具体问题具体分析。