1、 湖北理工学院湖北理工学院 电气与电子信息工程学院电气与电子信息工程学院 供配电工程供配电工程课程设计报告课程设计报告 名名 称：称： 供配电工程供配电工程课程设计课程设计 专业班级：专业班级：电气工程及其自动化电气工程及其自动化 2012016 6 专升本专升本（2 2）班）班 学学 号：号： 201620210235201620210235 姓姓 名：名： 张贤哲张贤哲 指导教师：指导教师： 杨毅杨毅 陈学珍陈学珍 设计时间：设计时间： 2017 年年 5 月月 8 日日2017 年年 5 月月 19 日日 设计地点：设计地点： K2414 供配电工程课程设计任务书供配电工程课程设计任务书
2、 一、设计题目一、设计题目 某某塑料五金制品厂塑料五金制品厂供配电系统供配电系统电气部分设计电气部分设计 二、设计目的及要求二、设计目的及要求 通过本课程设计：熟悉供配电系统初步设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、 设计规范等，锻炼工程设计、技术经济分析比较、工程计算、工具书使用等能力，并了解供 电配电系统前沿技术及先进设备。 要求根据用户所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的 发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，选择配变电所主接线方案、高压配电线 路接线方式、高低压设备和进出线，确定车间变电所主变压器的台数与容量、类型。最后按 要求写出设计说明书，绘出设
3、计图样。 三、设计依据三、设计依据 1 1、总平面图如附图、总平面图如附图。 2 2、负荷情况、负荷情况 该厂由注塑车间、挤出车间、锻工车间、模具车间、热处理车间、铆焊车间、五金装 配车间等组成，主营产品有五金配件、门窗密封胶条、折叠门塑料配件、家私装饰条、各种 挤出异型材、精密注塑加工、代客开模、玻璃垫片等。 工厂部分车间负荷情况见附表。该厂大部分车间为两班或三班制，年最大有功负荷利 用小时数为 5100h。该厂属于二级负荷。 2 2、供电电源情况、供电电源情况 按照工厂与当地电业部门签订的供用电协议规定， 本厂可由从某3510kV地区变电站 取得工作电源。 该3510kV地区变距离本厂约为
4、1km， 10kV母线短路数据： MVASk500 3 max. 、 MVASk200 3 min. 。 要求该厂：过电流保护整定时间不大于 1.0s；在工厂 10kV 电源侧进行电能 计量；功率因数应不低于 0.92。 3 3工工厂自然条件厂自然条件 年最高气温 39，年平均气温 23，年最低气温-5, 年最热月平均最高气温 33，年最热月平均气温 26，年最热月地下 0.8m 处平均温度 25主导风向为南 风，年雷暴日数 52。平均海拔 22m，地层以砂粘土为主。 4 4电费制度电费制度 按两部电价制交纳电费,基本电价 20 元/千伏安/月，电度电价 0.5 元/度。 四、设计任务四、设计
5、任务 设计内容包括：配变电所的负荷计算及无功功率的补偿计算，车间变压器台数和容量、 型式的确定，变配电所主接线方案的选择，高压配电线路接线方式的选择，高低压配电线路 及导线截面选择，短路计算和开关设备的选择，继电保护的整定计算 *，防雷保护与接地装 置设计 *等。 附表：附表： 编号 厂房名称 设备容量/kW 需要系数 功率因数 备注 1 注塑车间 489 0.40 0.65 NO.1 车间 变电所 2 备料车间 238 0.60 0.65 3 压铸车间 520 0.40 0.75 4 模具车间 450 0.35 0.65 NO.2 车间 变电所 5 五金装配车间 610 0.40 0.75
6、6 机加工车间 430 0.35 0.65 NO.3 车间 变电所 7 锅炉房 200 0.70 0.75 8 试验室 125 0.35 0.75 9 材料库 110 0.25 0.75 10 油泵房 15 0.65 0.70 11 办公、食堂 215 0.70 0.85 摘 要 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。 负荷计算是设计的基础,它决定设备容量的选用,管网系统的规
7、模以及工程总 造价等,这是技术人员熟知的事实。通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条 件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷（calculated load）。 在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率,一种是无 功功率。 无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设 备中建立和维持磁场的电功率。 短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装 置的整定计算。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源， 而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化 简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路
8、容量。 电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送 和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电 路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线 路等。 它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作 用。 供电系统的电气设备主要有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、 互感器、母线装置及成套配电设备等。电气设备选择的一般要求必须满足一次电 路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方 便，投资经济合理。 导线和电缆截面的选择与校验。对 10kV 及以下的高压线路和低压动
9、力线路， 通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压损失、机械强度、短路 热稳定等条件 目目 录录 1.设计概要设计概要1 1.1 工厂供电的意义和要求1 1.2 选题的背景和意义1 2.2.负荷计算的意义及相关参数的计算负荷计算的意义及相关参数的计算2 2.1 负荷计算的意义2 2.2 参数的计算2 2.3 车间负荷计算结果3 2.4 无功补偿的计算4 3.3.变压器的台数、容量和类型的选择变压器的台数、容量和类型的选择8 3.1 车间变压器的选择原则8 3.2 选择车间变压器的台数、容量和类型8 4 4. .电气主接线电气主接线10 4.1 电气主接线的意义及重要性10 4.2 电
10、气主接线的设计10 5 5. .短路电流的计算短路电流的计算12 5.1 产生短路电流的原因、危害及计算方法12 5.2 短路电流点的计算16 6 6. .高、低压电气一次设备的选择高、低压电气一次设备的选择17 6.1 电气设备的选择对工厂企业的意义17 6.2 电气设备的选择及其校验理论17 6.3 主要设备的选择校验18 6.4 电线电缆的选择与校验20 7 7. .防雷与接防雷与接地地23 7.1 防雷接地的理论基础23 7.2 防雷接地的保护措施24 8 8. .总结总结25 参考文献参考文献26 1 1 1. .设计概要设计概要 1.1 1.1 工厂供电的意义和要求工厂供电的意义和
11、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。 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
12、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，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。 1.21.2 选题的背景和意义选题的背
13、景和意义 本课题应用供配电设计的基本原则和方法进行塑料五金厂供配电系统电气 部分设计。通过本课程设计,培养学生综合运用所学的理论知识、基本技能和专 业知识分析和解决实际问题的能力,培养学生独立获取新知识、新技术和新信息 的能力,使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路,学生能够理解“安全、可 靠、优质、经济”的设计要求,掌握工厂供电系统设计计算和运行维护所必须的 基本理论和基本技能。 2 2 2. .负荷计算的意义及相关参数的计算负荷计算的意义及相关参数的计算 2.12.1 负荷计算的意义负荷计算的意义 负荷计算是设计的基础,它决定设备容量的选用,但是近几年来用估算的方 法替代了负荷计算,给制定
14、方案、工程审核造成一定的困难。 通过负荷的统计计算求出的、 用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷 值，称为计算负荷（calculated load） 2.2 2.2 参数的计算参数的计算 目前，对工矿企业的电力负荷计算主要采用三种方法：单位容量法、需要系 数法、用系数法。在本设计中采用的是需要系法来进行负荷计算。 （一）一组用电设备的计算负荷 主要计算公式有： 有功计算负荷： c P= d K e P (2-1) 无功计算负荷： c Q= c Ptan (2-2) 视在计算负荷： c S= c P/cos (2-3) 计算电流： c I= c S/3 N U (2-4) 式中 d K为用电
15、设备组的需要系数值；cos为用电设备组的平均功率因数； tan为功率因数cos的正切值； N U为用电设备组的额定电压。 （二）多组用电设备的计算负荷 在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和 无功计算负荷计入一个同时系数 K。 图图 2 2- -1 1 多组用电设备的计算负荷多组用电设备的计算负荷 0.38kV Pc , Qc Sc , Ic Pc1 , Qc1 Pc2 , Qc2 Pci, Qci 0.38kV Pc , Qc Sc , Ic Pc1 , Qc1 Pc2 , Qc2 Pci, Qci 3 对于干线，可取 KP=0.85-0.95;KQ=0.90-0
16、.97 对于低压母线，由用电设 备计算负荷直接相加来计算时，可取 KP=0.8-0.9, KQ =0.85-0.95。由干线 负荷直接相加来计算时，可取 KP=0.95, KQ =0.97。 其计算公式如下： (2-5) (2-6) 由此确定五金厂各车间变电所总的电力负荷。 2.3 2.3 车间负荷计算结果车间负荷计算结果 由该工厂车间负荷表可确定五金厂各车间变电所电力负荷计算表，分别如下表： 表表 2 2- -1 1 工厂的负荷情况工厂的负荷情况 编号 厂房名称 设备容量/kW 需要系数 功率因数 车间变电所代号 1 注塑车间 489 0.40 0.65 STS1 2 备料车间 238 0.
17、60 0.65 3 压铸车间 520 0.40 0.75 4 模具车间 450 0.35 0.65 STS2 5 五金装配车间 610 0.40 0.75 6 机加工车间 430 0.35 0.65 STS3 7 锅炉房 200 0.70 0.75 8 试验室 125 0.35 0.75 9 材料库 110 0.25 0.75 10 油泵房 15 0.65 0.70 11 办公、食堂 215 0.70 0.85 cpc.i PKP cqc.i QKQ 22 ccc SPQ c c N 3 S I U 4 表表 2 2- -2 2：各车间变电所负荷计算情况：各车间变电所负荷计算情况 某塑料五金制
18、品厂 NO.1 车间变电所电力负荷计算表 编号 厂房名称 Pe(kW) Kd cosa tana Pc(kw) Qc(kvar) Sc(kV.A) Ic(A) 1 注塑车间 489 0.4 0.65 1.17 195.60 228.68 300.92 791.90 2 备料车间 238 0.6 0.65 1.17 142.80 166.95 219.69 578.14 3 压铸车间 520 0.4 0.75 0.88 208.00 183.44 277.33 729.82 合计 1247 1.4 2.05 3.22 519.08 579.07 KP=0.95; KQ=0.97 0.65 546
19、.40 561.70 764.82 1162.03 某塑料五金制品厂 NO.2 车间变电所电力负荷计算表 厂房名称 Pe(kW) Kd cosa tana Pc(kw) Qc(kvar) Sc(kV.A) Ic(A) 4 模具车间 450 0.35 0.65 1.17 157.50 184.14 242.31 637.65 5 五金装配车间 610 0.4 0.75 0.88 244.00 215.19 325.33 856.14 合计 1060 0.75 1.40 2.05 401.50 399.33 KP=0.95; KQ=0.97 0.67 381.43 387.35 543.62 82
20、5.94 某塑料五金制品厂 NO.3 车间变电所电力负荷计算表 厂房名称 Pe(kW) Kd cosa Tana Pc(kw) Qc(kvar) Sc(kV.A) Ic(A) 6 机加工车间 430 0.35 0.65 1.17 150.50 175.95 231.54 609.31 7 锅炉房 200 0.7 0.75 0.88 140.00 123.47 186.67 491.23 8 试验室 125 0.35 0.75 0.88 43.75 38.58 58.33 153.51 9 材料库 110 0.25 0.75 0.88 27.50 24.25 36.67 96.49 10 油泵房
21、 15 0.65 0.70 1.02 9.75 9.95 13.93 36.65 11 办公、食堂 215 0.7 0.85 0.62 150.50 93.27 177.06 465.94 合计 1095 3 4.45 5.45 522.00 465.48 KP=0.95; KQ=0.97 0.70 495.90 451.51 670.66 1018.96 5 2.42.4 无功补偿的计算无功补偿的计算 在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种； 一种是有功功率,一种是无 功功率。 无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设 备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而
22、是转变为其他形式的能量。由 于它不对外做功,才被称之为“无功”。 无功功率的符号用 Q 表示,单位为乏(Var) 或千乏(kVar)。从发电机和高压输电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需 要,所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户对无功 功率的需要,这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补 偿装置的道理。 根据电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿，低压成组补 偿和低压补偿三种方式。 由于本设计中上级要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于 0.92,而由上面计 算可知COS=0.6=/r0=6.40mm 2 选取 LJ-16 型导线,并查得其
23、 r0=2.054/km,x0=0.390/km,算得UAC%5。 可见 LJ-16 导线满足电压损失要求。再对该导线做发热条件校验，因为导线最大 负荷电流为 61.6A,而查附录表 29， 得 LJ-16 导线在 35下载流量为 92A,满足发 热条件要求,接着做机械强度校验根据相关规定,10kV 架空线路铝绞线的最小截 面为 35 mm 2，因此所选 LJ-35 型是满足机械强度要求的。 2）母线的选择： 对于 10kV 母线初选 TMY-3X(40X4)允许载流量为 625A64.70A 符合条件，而据 (7-4)得 Amin=74.05 2 A=160 2Amin 符合热稳定的条件 其
24、他条件不做考 虑。对线路中低压母线也初步选定该母线。 3）进出线电缆的选择： 考虑高压侧进线的电缆选定 YJV8.7/10kV-3型电缆允许载流量为 235A64.70A （而出线相对电流要小一些也可选择考虑到经济效益从略，也选择此电缆）据 (6-4)也可求得 A=95 2Amin=88.6 2均符合条件。 23 7.7.防雷接地防雷接地 7 7.1.1 防雷接地的理论基础防雷接地的理论基础 1、雷击电磁脉冲（代号 LEMP）是一种电磁干扰源，它是在建筑物防雷装置和附 近遭受直击雷击的情况下，由雷电的强大闪电流引起的静电场、电磁场和电磁 辐射等所产生的效应。为了保障信息系统的防雷安全，必须对雷
25、击电磁脉冲采 取必要的防护措施，以便在建筑物内实现良好的电磁兼容性（代号 EMC）。对 于建筑物内的信息系统来说，屏蔽、接地和等电位连接可以控制不同防雷区雷 击电磁环境，达到人为控制雷击电磁脉冲干扰程度的作用。 2、过电压的概念 雷电过电压。由大气中的雷云对地面放电而引起的。雷电过电压的持续时 间约为几十微秒，具有脉冲的特性，故常称为雷电冲击波。雷闪击中带电 的导体 ，如架空输电线路导线，称为直接雷击。雷闪击中正常情况下处于 接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放 电称为反击。直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引 起短路接地故障。感应雷过电压是雷闪击中
26、电工设备附近地面，在放电过 程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备（包括二 次设备、通信设备）上感应出的过电压。因此，架空输电线路需架设避雷 线和接地装置等进行防护。通常用线路耐雷水平和雷击跳闸率表示输电线 路的防雷能力。 3、接地与接地装置 1)接地电流与对地电压 24 接地是指电气设备为达到安全和功能需要为目的， 将其某一部分与大地之间作 良好的电气连接。 埋入地中并与土壤作良好接触的金属导体称为接地体或称接地 极。 电气设备在发生接地故障时，电流将通过接地体以半球形向大地中散开。 在距 离接地体越远的地方，半球的球面积越大，其散流电阻越小，相对于接地点处的 电位就越低。
27、 2)接地类型 1. 功能性接地为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接地，又 称工作接地。 2. 保护性接地为了保证电网故障时人身和设备的安全而进行的接地。 3. 功能性与保护性合一的接地(如屏蔽接地) 7 7.2.2 防雷接地的保护措施防雷接地的保护措施 防雷设备由接闪器、引下线、接地装置等组成。接闪器是专门用来接受直接雷 击的金属物体。接闪器包括金属杆状的避雷针，金属线状的避雷线，金属带状或 网状的避雷带、避雷网等。 防雷引下线应优先利用自然引下线，还宜利用建筑物的钢柱、消防梯、金属烟 囱等作为自然引下线，但其各部分之间均应连成电气通路。引下线的数量及间距 应按规范要求设置。
28、采用多根引下线时，宜在各引下线距地面 0.3m 至 1.8m 之间设置断接卡。当利 用混凝土柱或剪力墙中的主钢筋作为自然引下线并同时采用基础接地体时， 可不 设断接卡，但应在适当地点设置若干连接板，以便于接地电阻的测量，以及补打 人工接地体和作等电位体联结用。 避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理配合，并且避雷器的 残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。 避雷器应尽可能靠近变压器安装。 避雷器接地线应与变压器低压侧接地中性线及 金属外壳连在一起接地。 接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。当采用共用接地装置 时，其接地电阻应按各系统中最小值要求设置。若接地电阻达不到
29、要求，应加接 人工接地体 25 该工厂得自然条件为年最高气温39， 年平均气温 23， 年最低气温-5, 年最热月平均最高气温 33，年最热月平均气温 26，年最热月地下 0.8m 处平均温度 25主导风向为南风，年雷暴日数 52。平均海拔 22m，地层 以砂粘土为主。因此必须设定相应得接地与防雷。本设计中有的开关柜也带 有相应得防雷与接地设备以防止线路设备损坏，保持电网和操作人员的安全，使 得用户能够安全得用电。 8.8.总总结结 在这次的课程设计实践，历时两个星期，是我们接受专业培养的一个教学环 节，也是对我们学生的知识、能力和素质的一次培养训练和检验。不仅使我们熟 悉了用户供配电系统初步
30、设计必须遵循的原则、 基本内容、 设计程序、 设计规范， 更锻炼了我们对于工程设计、技术经济分析比较、工程计算、工具书使用等的能 力，并使我们了解到了供电配电系统前沿技术及先进设备。 通过这两个星期对于某塑料五金制品厂供配电系统的电气部分设计， 我发现 了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，更看到了自己的实践经验还是比较缺 乏， 理论联系实际的能力还有待提高。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，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能 力和独立思考的能力。这次的课程设计，也切切实实的提高了我
31、分析问题、解决 问题的能力。 这次的课程设计也让我看到了团队的力量， 我认为我们的工作是一个团队的 工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。刚开始的 时候，大家就分配好了各自的任务，有的负责计算，有的负责设计主接线图，有 的就主要负责画图，而有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案 的可行性。在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知 道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一 项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 26 对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加让我高兴，让我知道了
32、 学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山， 一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。 参考文献参考文献 【1】 翁双安. 供电工程.机械工业出版社，2004.5 【2】 苏文成. 工厂供电. 北京：机械工业出版社，2001.3 【3】 刘介才. 工厂供电（第四版）. 北京：机械工业出版社，2005.7 【4】 周瀛，李鸿儒. 工业企业供电（第二版）. 北京：冶金工业出版社， 2002. 【5】 余健明.供电技术（第三版）.北京：机械工业出版社，2001 【6】 刘涤尘.电气工程基础.武汉.武汉理工大学出版社，2002 【7】 刘建，倪健立，邓永辉主编著.配电自动化系
33、统(第二版).北京：中 国水力电力出版社，2003 【8】 焦留成主编.供电设计手册.北京：中国计划出版社，1999 【9】 部分参照.中国工控网 27 配电工程配电工程课程设计成绩评定表 姓 名 张贤哲 学号 201620210235 专业班级 电气工程及其自动化专升本(2)班 课程设计题目： 某塑料五金制品厂供配电系统电气部分设计 课程设计答辩记录： 无功补偿的原理: 电流在电感元件中作功时,电流超前于电压 90.而电流在电容元件中作功时,电 流滞后电压 90.在同一电路中,电感电流与电容电流方向相反,互差 180.如果在电 磁元件电路中有比例地安装电容元件,使两者的电流相互抵消,使电流的
34、矢量与电压 矢量之间的夹角缩小,从而提高电能作功的能力。 短路电流计算的目的和意义是什么? 选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。 选择和整定继电保护装置，使之能正确的切除短路故障。 确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。 保护电力系统的电气设备在最严重的短路状态下不损坏，尽量减少因短路故障产 生的危害。 短路电流计算的意义可以用于熔断器的选型，防止设备烧坏。 为系统设计，新建站 设备选型，运行方式制定，继电保护整定等环节提供依据。 28 成绩评定及依据： 1. 课程设计考勤情况（20%）： 2. 课程设计答辩情况（30%）： 3. 完成设计任务报告规范性（50%）： 最终评定成绩： 指导教师签字：
