某机修厂机加工车间低压配电系统设计报告(终版)

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方向设计学生日志
某机修厂机加工车间低压配电系统设计摘要:本文详细的介绍了某机修厂机加工车间低压配电系统设计的设计方案，该方案接入10KV的高电压经变压器变压为380V，接入配电箱对生产设备供电，主要涉及车间电力负荷计算及无功补偿，短路电流及其计算，车间变电所一次设备，工厂电力线路，工厂供电系统的过电流保护等方面，按照国家的一些技术标准完善供电系统设计，降低工厂的基本建设投资、运行费用和有色金属消耗量，提高工厂供电的可靠性和工厂的安全生产。

关键词: 计算负荷低压配电变电所
Low-voltage distribution system design of a Machine shop in Mechanical repair plant
Abstract:This paper introduced a design scheme of A repair workshop processing a workshop of low-voltage distribution system which passes through a transformer voltage from 10KV to 380V and tnen connect to the distribution box for Power supply to production equipment.This scheme mainly involves workshop Calculation of power load and wattless power compensation , the short circuit current and its calculation, workshop substation equipment, factory electric power line, the over current protection of factory power supply system etc，according to national technology standards improve power supply system design to reduce the investment in capital construction, operation cost and non-ferrous metal consumption and improve power supply reliability and plant safety.
Key words:Computational load Low-voltage distribution Substation
目录
1 设计目的和意义 (6)
2 基础资料 (7)
2.1 车间平面布置图 (7)
2.2 车间设备明细表 (7)
2.3 车间负荷性质 (8)
2.4 供电电源条件 ..................................................................................................................... (8)
2.5 车间自然条件 (9)
3 设计方案 (9)
3.1 车间配电箱布置 (9)
3.2 车间负荷计算及无功补偿 (9)
3.3 机加一车间低压设备终端断路器和电线的选择 (15)
3.4 高低压母线的选择 (17)
3.5 车间变电站一次设备的选择 (18)
4 设计图纸 (20)
4.1 车间变电所主接线图 (20)
4.2 车间低压平面布线图 (20)
5 结束语 (21)
参考文献 (21)
设计目的和意义
电能是工业生产的主要动力能源。

工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输、变换，分配到工厂车间中每一个用电设备上。

随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等的要求也日益提高。

供电设计是否完善，不仅影响工厂的基本建设投资、运行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂供电的可靠性和工厂的安全生产上。

它与企业的经济效益、设备和人生安全等是密切相关的。

工厂厂区供电设计是整个工厂建设设计中的重要组成部分。

供电设计质量，会直接影响到日后工厂的生产与发展。

尤其对那些工业生产自动化程度很高的大型现代化工厂，如果能有一个高质量的供电系统，那么，就有利于企业的快速发展。

稳定可靠的供电系统，有助于工厂增加产品产量，提高产品质量,降低生产成本，增加企业经济效益。

如果供电系统设计质量不高，将会给企业，给国家造成不可估量的损失。

本次专业方向设计针对某机修厂机加工一车间低压配电系统设计，涉及到工厂电力负荷及其计算，短路电流及其计算，车间变电所一次设备，工厂电力线路，工厂供电系统的过电流保等方面入手按照国家的一些技术标准设计。

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，也具有重大的意义。

1基础资料
2.1 车间平面布置图
图2-1 车间平面布置图2.2 车间设备明细表
设
备代号设备名称型号
台
数
单台容
量（kW）
总容量
（kW)
设备
代号
设备名称型号台数
单台容
量（kW）
总容量
（kW)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18车床C630M
万能工具磨床M5M
普通车床C620-1
普通车床C620-1
普通车床C620-1
普通车床C620-3
普通车床C620
普通车床C620
普通车床C620
普通车床C620
普通车床C618
普通车床C616
螺旋套丝机S-8139
普通车床C630
管螺纹车床Q119
摇臂钻床Z35
圆柱立式钻床Z5040
圆柱立式钻床Z5040
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
10.125
2.075
7.625
7.625
7.625
5.625
4.625
4.625
4.625
4.625
4.625
4.625
3.125
10.125
7.625
8.5
3.125
3.125
10.125
2.075
7.625
7.625
7.625
5.625
4.625
4.625
4.625
4.625
4.625
4.625
3.125
10.125
7.625
8.5
3.125
3.125
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
5t单梁吊车
立式砂轮
牛头刨床B665
牛头刨床B665
万能铣床X63WT
立式铣床X52K
滚齿机Y-36
插床B5032
弓锯机G72
立式钻床Z512
电极式盐浴电阻
炉
并式回火电阻炉
箱式加热电阻炉
车床CW6-1
立式车床C512-1A
卧式镗床J68
单臂刨床B1010
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
10.2
1.75
3
3
13
9.125
4.1
4
1.7
0.6
20
（单相
380V）
24
45
31.9
35.7
10
70
10.2
1.75
3
3
13
9.125
4.1
4
1.7
0.6
20
24
45
31.9
35.7
10
70
表
2-2 机加二车间和铸造、铆焊等车间的负荷计算表
序号车间名称供电回路代号设备容量
（kW）
计算负荷
P30(kW)Q30(kvar)S30(kVA)I30(A)
1机加工二
车间
No.1 供电回路15546.554.4
No.2 供电回路1203642.1
No.3 供电回路1080
2铸造车间
No.4 供电回路1606465.3
No.5 供电回路1405657.1
No.6 供电回路1807273.4
No.7 供电回路8 6.40
3铆焊车间
No.8 供电回路1504589.1
No.9 供电回路17051101
No.10供电回路7 5.60
4电修车间
No.11供电回路1504578
No.12供电回路1464465
No.13供电回路1080
2.3 车间负荷性质
车间为三班工作制，年最大有功负荷利用小时数为3500h，属于三级负荷。

2.4 供电电源条件
(1)本车间变电所从本厂35/10kV，降压变电所用架空线路引进10kV电源，如图所示。

架空线路长300m。

图2-2 供电电源
(2)工厂总降压变电所10kV母端上的短路容量按200MVA计。

(3)工厂总降压变电所10kV配电出线定时限过流保护装置的整定时间top＝1.7s。

(4)要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0.9。

(5)要求在车间变电所10kV侧计量。

2.5 车间自然条件
(1) 气象资料
● 车间内最热月的平均温度为30℃。

● 地中最热月的平均温度为20℃。

● 土壤冻结深度为1.10m 。

● 车间环境，属正常干燥环境。

(2) 地质水文资料 车间原址为耕地、地势平坦。

地层以沙粘土为主，地下水位为2.8～5.3m 。

2 设计方案
3.1 车间配电箱布置
由车间平面布置图，按照容量接近和设备接近的原则，可把一车间的设备分成5组，分组如下：
NO.1：29、30、31 配电箱的位置：D-②靠墙放置 NO.2：14——28 配电箱的位置：C-③靠墙放置 NO.3：1、32、33、34、35 配电箱的位置：C-○9靠柱放置 NO.4：6、7、11、12、13 配电箱的位置：B-○7靠柱放置 NO.5：2、3、4、5、8、9、10 配电箱的位置：B-○8靠柱放置
3.2 车间负荷计算及无功补偿
3.2.1单组用电设备计算负荷的计算公式
(1)有功计算负荷（单位为kW ）
e d P K P 30 （3-1）
K d 为系数。

(2)无功计算负荷（单位为kvar ）
ϕtan 3030P Q = （3-2） (3)视在计算负荷（单位为kVA ）
ϕcos 3030P S = （3-3）
(4)计算电流（单位为A ）
N
U S I 330
30=
（3-4） U N 为用电设备的额定电压（单位为kV ）
3.2.2多组用电设备计算负荷的计算公式
(1)有功计算负荷（单位为kW ）
i
P P k P ⋅⋅∑∑=3030 （3-5）
式中∑P 30·i 是所有设备组有功计算负荷P 30之和，K ∑·P 是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95。

(2)无功计算负荷（单位为kvar ）
i
P Q k Q ⋅⋅∑∑=3030 （3-6）
∑Q 30·i 是所有设备无功Q 30之和，K ∑·P 是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97。

(3)视在计算负荷（单位为kVA ）
230
23030Q P S +=
（3-7）
(4)计算电流（单位为A ）
N U S I 330
30=
（3-8）
3.2.3无功功率计算（单位为kvar ）
电容器的补偿容量为：
()213030tan tan φφ-=P Q （3-9）
注：根据建筑电气工厂企业用电设备组需要系数和功率因数查表可得：d k =0.2，tan φ=1.73，cos φ=0.5，p k .∑=0.9。

3.2.4机加工一各组设备的有功功率计算负荷、无功功率计算负荷、视在功率计算负荷、计算电流
c d 3030P k P P ⋅=：，各设备容量∑=c P
NO.1：17.8kW NO.2：16.595kW NO.3：31.545 kW NO.4：4.525kW NO.5：7.765 kW
tan φP ：Q
Q 3030
30⋅=
NO.1：30.794 kW NO.2：28.709 kW NO.3：54.573 kW NO.4：7.828 kW NO.5：13.433 kW
cos φP ：S
S c c
c =
NO.1：35.568 kW NO.2：33.16 kW NO.3：63.034 kW NO.4：9.042 kW NO.5：15.516 kW
()N c c
c U 1.732S ：I
I ⋅=
NO.1： 54.04A NO.2:50.38A NO.3：96.18A NO.4：13.74A NO.5：23.6A
3.2.5机加工二、车间、铸造、电修四个车间计算所得结果
表3-1 机加工二、车间、铸造、电修负荷计算表
3.2.6机加工一，机加工二、车间、铸造、电修五个车间计算所得结果
表3-2 总车间负荷计算表
3.2.7无功功率补偿
由计算597.0232
.853157
.509cos 3030===
S p θ可知： 该厂380V 侧最大负荷时的功率因素只有0.0.597。

而供电部门要求该厂10KV 进线最大负荷时的功率因素不应地于0.90。

考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V 侧最大负荷时的功率因素应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V 侧所需无功功率补偿容量：
Q c =P30(tan Φ1- tan Φ2)=509.157[tan(arccos0.597)-
tan(arccos0.92)]kvar=461.98kvar
选电容器为BWF11-100-3W 型，采用5台，总容量100kvar ×5=500kvar 。

因此无功补偿后工厂380V 侧和10kV 侧的负荷计算如表3-3。

表3-3 无功补偿后工厂的计算负荷
目
380V 侧补偿后
负荷 0.94 509.157 184.663 541.61
822.915
主变压器功率
损耗 0.015S30=8.124 0.06S30=32.497
10kV 侧负荷总
计
0.922
517.281
217.16
561.02
30.85
3.2.8车间变电所主变压器的选择
装设一台主变压器，型式采用S9，而容量根据SN 。

T=630kVA>S 30=561.02kVA 选择，即选一台S9-630/10型低损耗配电变压器。

至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

3.2.9短路电流的计算
图3-1 短路电流的计算示意图
(1) 确定基准值：
设S d =100MVA ，U d1=10kV ，低压侧U d2=0.4kV ，则
kV k MVA 5.5V 10.53100311=⨯=
=
d d U I d
S
kA kV
MVA 1444.0310032
2=⨯==
d d
d U S I
(2) 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 a) 电力系统
5.0200/100*1==MVA MVA X
b) 架空线路x 0=0.38Ω/km ，而线路长0.3km,故
()103.01003.038.0=⨯
Ω⨯=*MVA
X
c) 电力变压器 有U z %=4，故
35.66301001004*3=⨯=
KVA MVA X
因此绘等效电路，如图3-2所示。

图3-2 等值电路
(3) 计算k-1点（10kV 侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 a) 总电抗标幺值
603.0103.05.021)1(=+=+=*
**-∑X X X k
b) 三相短路电流周期分量有效值
()kA kA 9.12
/0.6035.511)3(1===*
-∑-k d K X I I c) 其他短路电流
kA 12.9)
3(1)3(''===-∞K I I I kA 26.2312.955.255.2'')
3(=⨯==I i sh kA 77.1312.951.151.1'')3(=⨯==I I sh
d) 三相短路容量
()MVA MVA 84.165603.0/1001)3(1===*
-∑-k d K X S S
(4) 计算k-2点（0.4kV 侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 a) 总电抗标幺值
953.635.6103.05.0321)2(=++=++=****-∑X X X X k
b) 三相短路电流周期分量有效值
kA kA 71
.20953.144)1(2)3(2===*
-∑-k d k X I I c) 其他短路电流
kA 71.20)
3(2)3(''===-∞K I I I kA 11.3871.2084.184.1'')
3(=⨯==I i sh kA
57.2071.2009.109.1'')3(=⨯==I I
d) 三相短路容量
()MVA MVA 17.15593.6/1002)3(2===*-∑-k d K S S
计算所得结果记录于表3-4：
表3-4 短路计算结果汇总表
3.3 机加一车间低压设备终端断路器和电线的选择
动力配电箱参数选择计算举例（以No.4号干线设备编号为6的参数选择计算举例）： (a)设备的计算负荷
No.1设备容量P e ＝5.625kW 。

则其计算电流为
()A
KW
09.175.03803625.5cos 330=⨯⨯==
φ
N e
U P I
其起动电流：
()e e qd qd I I K I ～75=⨯=
(3-10)
A 63.11909.1777取30=⨯=≈I I qd
A 85.475.263.119=÷=a I qd
查建筑电气设计手册332页表15-3为了计算方便故选取a 值为2.5。

下面计算取值相同。

(b)选择电线截面和型号
根据允许温升选择截面，则应满足：
A
09.1730=≥I I ax
查《工业与民用配电技术手册》且选择温度为300C，选取电线为BV-500,4⨯4。

以上面相同的方式确定机加工一车间每条线路的断路器和电缆截面面积并记录于表3-5。

表3-5 机加一车间设备低压终端断路器和电线的选择
3.4 高低压母线的选择
高压母线的选择与校验：母线的选择内容包括(确定母线的材料、截面形状、布置方式；选择母线的截面积；检验母线的热稳定和动稳定)。

(1)温度修正系数
11
1θθθθθ--=
a a K (3-11)
1a θ—母线最高长期允许温度，1θ—规定的标准环境温度，0θ—母线运行的实际温度 (2)按照经济电流密度计算经济截面积
J
I S e max
=
=26.832mm 由于所给条件线路工作3500小时，查《电力工程基础》表5-4可知J =1.15 (3)母线的热稳定校验
在导体短路时最高温度k θ刚好等于短路时材料最高允许温度，从《电力工程基础》表5-5中可以查得工作在30摄氏度下C=99。

C
Q A A Q S K L K K
=
-=
min (3-12)
L K A A C -= (3-13)
低压母线的选择与高压侧母线计算方法相同。

根据《工业与民用配电技术手册》查表得，10KV 母线选LMY －40×4，即母线尺寸为40mm×4mm；380V 母线选LMY －4（40×4），即相母线尺寸为40mm×4mm ，满足条件。

3.5 车间变电站一次设备的选择
(1) 10kV 侧一次设备的选择校验（结果记录于表3-6）
表3-6 10kV 侧一次设备的选择校验
(2)380侧一次设备的选择校验（结果记录于表3-7）
表3-7 380V侧一次设备的选择校验
LMZJ1－
0.5
电流互感
器LMZ1－
0.5500V
160/5A
100/5A
－1
3设计图纸
4.1 车间变电所主接线图
图4-1 车间变电所主接线图
4.2 车间低压平面布线图
图4-2 车间低压平面布线图
4结束语
通过这次设计，让我了解了进行一个设计项目的过程和要注意的事项，设计是一个比较繁琐的过程，许多的细节问题还要联系实际情况来考虑，当外部条件变化时，有一些相应的参数值将跟着变化，这就对我们的设计的精密度提出了更高的要求。

回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从拿到题目时的不知所措到定稿绘图，从理论到实践，在短短的两个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，毕竟是一次理论与实际相结合的体验，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

通过本次课程设计，让我对工厂供电的原理也有了更多的了解，对工厂供电的整体布局和设备等有了更深刻的了解。

除此之外，它让我对课本知识进行了融会贯通，毕竟，
要设计一个完整的
车间低压配电系统及车间变电所的设计，单靠某一章节或某一部分的知识是不够的，要在整本书中找自己需要的东西，简单的说，就要做到学以致用。

在考虑问题时，不要指望一次就能把问题考虑成熟，要做好不断否定并不断修改的准备。

有了这一次的方向设计，我的专业知识应用能力得到了提高，且进一步锻炼了自己的逻辑思维能力，并从中总结出宝贵的经验。

参考文献
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[2]韩笑.电力系统继电保护[M].机械工业出版社，2011.8
[3]刘介才.工厂供电[M].机械工业出版社，2003
[4]段春丽.建筑电气[M].机械工业出版社，2006.6（2013.1重印）
[5]温步瀛.电力工程基础[M].中国电力出版社，2006
[6]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].水利电力出版社，1995.12
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