本科課程設計題目：院（系）信息科學與工程學院專業電氣工程及其自動化屆別學號姓名指導老師華僑大學教務處印制2023年4月21號目錄第1章概述 1第2章負荷計算與負荷等級擬定 4第3章變壓器選擇及主接線設計 7第4章短路電流計算 10第5章電氣設備選擇 17第6章課設體會及總結 20參考文獻 21附錄 22第1章概述通過這個供配電系統的設計，能對工廠供電的知識有一個系統的結識和更進一步的了解，對書中的很多理論知識能更進一步了解，能將書中的知識都系統化。本次課程設計是對南陽防爆廠降壓變電所的電氣設計，設計的重要內容涉及：負荷計算與負荷等級擬定；變壓器選擇與主接線設計；短路電流計算；電氣設備選擇；后有本次課程設計的體會及總結和參考文獻.由于設計者知識掌握的深度和廣度有限，很多知識都只能參考網上知識，所以本設計尚有不完善的地方，敬請老師批評指正！設計任務如下：（一）設計題目南陽防爆廠降壓變電所的電氣設計（二）設計規定規定根據本廠所能取得的電源及本廠用電負荷的實際情況，并適當考慮到工廠生產的發展，按照安全可靠、技術先進、經濟合理的規定，擬定變電所的位置與型式，擬定變電所主變壓器的臺數與容量、類型，選擇變電所主結線方案及高低壓設備和進出線，擬定一次回路方案，最后定出設計說明書。（三）設計依據1．工廠總平面圖，如圖（1）所示。2．工廠負荷情況：本廠多數車間為兩班制，年最大負荷運用小時為4000h，日最大負荷連續時間為10h。該廠除鑄造車間、鍛壓車間和鍋爐房屬二級負荷外，其余均屬三級負荷。低壓動力設備均為三相，額定電壓為380V。照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V。本廠的負荷記錄資料如表（1）所示。3．供電電源情況：按照工廠與本地供電部門簽訂的供用協議規定，本廠可由附近一條35kV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導線牌號為LGJ—120導線為等邊三角形排列，線距為1m；干線首端（即電力系統的饋電變電電站）距離本廠約20km，該干線首端所裝高壓斷路器300MVA，此斷路器配備有定期限過電流保護和電流速斷保護，其定期限過電流保護整定的動作時間為1.5s。為滿足工廠二級負荷的規定，可采用聯絡線由鄰近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側有電氣聯系的架空線路總長度達100km，電纜線路總長度達80km。4.氣象資料本廠所在地區的年最高氣溫為37

℃，年平均氣溫為24℃，年最低氣溫為-8℃，年最熱月平均最高氣溫為33℃，年最熱月平均氣溫為26℃，年最熱月地下0.8處平均溫度為25℃。本地主導風向為東北風，年雷暴是數為20。5.工廠最大負荷時的功率因數不得低于0.92。主要參考資料1劉介才主編供配電技術北京：機械工業出版社2張華主編電類專業畢業設計指導北京：機械工業出版社3王榮藩編著工廠供電設計與指導天津：天津大學出版社工廠負荷記錄資料表（1）廠房編號用電單位名稱負荷性質設備容量kW需要系數功率因數1鑄造車間動力3000.40.7照明60.71.02鍛壓車間動力5000.30.65照明80.71.03金工車間動力5000.30.65照明90.71.04工具車間動力3000.30.6照明70.71.05電鍍車間動力3000.60.8照明70.71.06熱解決車間動力2000.60.8照明80.71.07裝配車間動力1000.40.7照明70.71.08焊接車間動力2000.30.65照明40.71.09鍋爐房動力800.60.65照明20.71.0生活區照明2000.71.0第2章負荷計算與負荷等級擬定2.1各車間負荷計算在負荷計算時，采用需要系數法對各個車間進行計算，并將照明計算，重要涉及的計算公式如下：有功功率計算：無功功率計算:視在功率計算:計算電流：下面以鑄造車間為例計算：動力部分的計算：kvar照明部分的計算：小計：計算各車間的動力和照明計算負荷如表2-1所示。表2-1各車間參數和計算負荷廠房編號編號名稱負荷性質設備容量kW需要系數功率因數Tan計算負荷P30(kw)Q30(kvar)S30(KVA)I30（A)1鑄造車間動力3000.40.71.02120122.4171.4260.4照明60.71.004.204.26.3812車間鍛壓動力5000.30.651.17150175.4230.8350.7照明80.71.005.605.68.5083金工車間動力5000.30.651.17150175.4230.8350.7照明90.71.006.306.39.5724工具車間動力3000.30.61.3390120150227.9照明70.71.004.904.97.4455電鍍車間動力3000.60.80.75180135225341.9照明70.71.004.904.97.4456熱解決車間動力2000.60.80.7512090150227.9照明80.71.006.406.49.7247裝配車間動力1000.40.71.024040.8157.1486.82照明70.71.004.904.97.4458焊接車間動力2000.30.651.176070.1592.31140.3照明40.71.002.802.84.2549鍋爐房動力800.60.651.174856.1273.85112.2照明20.71.001.401.42.127生活區照明2000.71.001400140212.72.2全廠負荷計算用需要系數法計算全廠負荷。取同時系數=0.90。動力部分：120+150+150+90+180+120+40+60+48=958KW照明部分：4.2+5.6+6.3+4.9+4.9+5.6+4.9+2.8+1.4+140=180.6KW全廠有功功率：0.9×(958+180.6)=1024.74KW全廠無功功率：=0.95x(122.4+175.4+175.4+120+135+90+40.81+70.15+56.12)=936.02KVAR無功補償計算：由以上計算可得變壓器低壓側的視在計算負荷為：這時低壓側的功率因數為:為使高壓側的功率因數，則低壓側補償后的功率因數應高于0.92，取：,要使低壓側的功率因數由0.769提高到0.95，則低壓側需裝設的并聯電容器容量為：取:=600則補償后變電所低壓側的視在計算負荷為： 變壓器的功率損耗為：補償后高壓側的計算負荷為： 補償后高壓側的功率因數為，滿足規定。2.3年耗電量的估算年有功電能消耗量及年無功電能耗電量可由下式計算得到：年有功電能消耗量：年無功電能耗電量：結合本廠的情況，年負荷運用小時數為4000h，取年平均有功負荷系數，年平均無功負荷系數。由此可得本廠：年有功耗電量：年無功耗電量：2.4負荷等級擬定根據用電設備在工藝生產中的作用，以及供電中斷對人身和設備安全的影響，電力負荷通常可分為三個等級：一級負荷：為中斷供電將導致人身傷亡，或重大設備損壞難以修復帶來極大的政治經濟損失者。一級負荷規定有兩個獨立電源供電。本礦屬于國有能源部門，其中斷供電將有也許導致人員傷亡及重大經濟損失，屬于一級負荷。二級負荷：為中斷供電將導致設備局部破壞或生產流程紊亂且需較長時間才干恢復或大量產品報廢，重要產品大量減產導致較大經濟損失者。二級負荷應由兩回線路供電，但當兩回線路有困難時（如邊遠地區）允許由一回架空線路供電。三級負荷：不屬于一級和二級負荷的一般電力負荷，三級負荷對供電無特殊規定，允許長時間停電，可用單回線路供電。該廠的鑄造車間、鍛壓車間和鍋爐房屬于二級負荷，其余的均為三級負荷。二級負荷的計算：可見二級負荷所占的比例較大。第3章變壓器選擇及主接線設計3.1變電所主變壓器臺數的選擇變壓器臺數的選擇應考慮一下原則：應滿足用電負荷對供電可靠性的規定。對供有大量一、二級負荷的變電所，應采用兩臺變壓器，以便當一臺變壓器法傷故障或者檢修時，另一臺變壓器能對一二級負荷繼續供電。對職業二級而無一級負荷的變電所，也可以采用一臺別有情趣，但必須在低壓側敷設與其他變電所相連的聯絡線作為備用電源，或另有自備電源。對季節貨晝夜負荷變動較大而宜于采用經濟運營方式的變電所，也可以考慮采用兩臺變壓器。除上述兩種情況外，一般車間變電所宜采用一臺變壓器。但是負荷集中且容量相對較大的變電所，雖為三級負荷，也可以采用兩臺或多臺變壓器。在擬定變電所主變壓器臺數時，應適當考慮負荷的發展，留有一定的余地。結合本廠的情況，通過上面的計算可知，二級負荷所占的比例較大，考慮到二級重要負荷的供電安全可靠，故選擇兩臺主變壓器。3.2變電所主變壓器容量選擇每臺變壓器的容量應同時滿足以下兩個條件：（1）任一臺變壓器單獨運營時，宜滿足：（2）任一臺變壓器單獨運營時，應滿足：，即滿足所有一、二級負荷需求。所以，該廠的鑄造車間、鍛壓車間和鍋爐房屬于二級負荷，其余的均為三級負荷，經計算，該廠的二級負荷為447.5KVA故，滿足所有一、二級負荷。所以變壓器的時機容量取最大，為滿足使用規定，同時又考慮到未來5~2023的負荷發展，初步取考慮到安全性和可靠性的問題，擬定變壓器為SC9系列樹脂澆注干式變壓器。型號：S9-1000/35，其重要技術指標如下表所示：變壓器型號額定容量/額定電壓/kV聯結組型號損耗/kW空載電流I%短路阻抗U%高壓低壓空載負載S9-1000/351000350.4Yyn01.4512.151.46.53.3變電所主接線設計方案一單母線不分段接線如圖3-1所示。圖3-1電氣主接線方案一方案二單母線分段接線如圖3-2所示圖3-2電氣主接線方案二方案一種采用單母線不分段接線，雖然簡樸，但其可靠性不高。當母線需要檢修或者發生故障時，會導致所有用電設備停電。且變電所的負荷大部分均為Ⅰ類、Ⅱ類負荷，因此方案一中的單母線不分段接線不能滿足Ⅰ類、Ⅱ類負荷供電可靠性的規定。方案二中采用單母線分段接線的兩段母線可當作是兩個獨立的電源，提高了供電的可靠性。可以保證當任一母線發生故障或檢修時，都不會中斷對Ⅰ類負荷的供電。綜合比較本礦的35kv側采用全橋形式的主接線，全橋型接線靈活可靠。380V側則選用單母線分段接線。3.4變電所位置的選擇變電所的位置選擇應根據選擇原則，經技術、經濟比較后擬定。變電所位置的選擇原則：盡也許接近負荷中心，以減少配電系統的電能損耗、電壓損耗和有色金屬消耗量；考慮電源的進線方向，偏向電源側；進出線方便；不應妨礙公司的發展，考慮擴建的也許性；設備運送方便；盡量避開有腐蝕氣體和污穢的地段；變電所屋外配電裝置與其他建筑物之間的防火間距符合規定；變電所建筑物、變壓器及屋外配電裝置應與附近的冷卻塔或噴水池之間的距離負荷規定。負荷中心的擬定用負荷功率矩法擬定負荷中心。如圖3-1所示為銅冶煉廠平面圖選直角坐標系如圖所示，假設各車間負荷分布均勻，則各車間的負荷中心即為車間平面幾何中心，在所選直角坐標系中擬定各車間負荷中心坐標，計算總廠負荷中心。各車間的總的有功功率及負荷中心坐標12345功率Pi/w124.2155.6156.394.9184.9坐標(x,y)(2.3,3.5)(2.7,5.8)(4.8,8.2)(7.2,2.4)(7.7,4.5)678910(生活區)功率Pi/w125.644.962.849.4140坐標(x,y)(8.1,6.5)(8.6,8.4)(11.4,2.7)(11.9,4.5)(0.9,9)則負荷中心坐標為：第4章短路電流計算供電系統應當正常地不間斷地可靠供電，以保證生產和生活的正常進行。但供電系統的正常運營經常由于發生短路故障而遭到破壞。短路就是供電系統中一相或多相載流導體接地或互相接觸并產生超過規定值的大電流。短路電流通過電氣設備時，設備溫度急劇上升，過熱會使絕緣加速老化或損壞，同時產生很大的點動力，使設備的載流部分變形或損壞，因此選擇設備時要考慮它們對短路電流的穩定性，所以我們以最嚴重的短路——三相短路為例，計算短路電流。本廠的供電系統簡圖如圖4-1所示。本廠采用兩路電源進線供電，一路由附近一條35kV的公用電源干線取得工作電源。該干線的導線牌號為LGJ—120導線為等邊三角形排列，線距為1m；干線首端（即電力系統的饋電變電電站）距離本廠約20km，該干線首端所裝高壓斷路器1000MVA，此斷路器配備有定期限過電流保護和電流速斷保護，其定期限過電流保護整定的動作時間為1.5s；另一路為與本廠高壓側有電氣聯系的架空線路總長度達100km，電纜線路總長度達80km。下面計算本廠變電所高壓10kV母線上k-1點短路和低壓380V母線上k-2點短路的三相短路電流和短路容量。圖4-1供電系統簡圖下面采用標幺值法進行短路電流計算。4.1.擬定基準值取，， 所以有：4.2計算短路電路中各重要元件的電抗標么值：（忽略架空線至變電所的電纜電抗）電力系統的電抗標么值：架空線路的電抗標么值：查手冊得，因此：3）電力變壓器的電抗標么值：由所選的變壓器的技術參數得.5，因此：可繪得短路等效電路圖如圖4-2所示。圖4-2短路等效電路圖1.計算k-1點的短路電路總電抗標么值及三相短路電流和短路容量總電抗標么值：三相短路電流周期分量有效值：其他三相短路電流：三相短路容量：2.計算k-2點短路電路總電抗標么值及三相短路電流和短路容量總電抗標么值;三相短路電流周期分量有效值：其他三相短路電流：三相短路容量：短路計算結果短路計算點三相短路電流/KA三相短路容量/MVAk-12.2795.8113.441146.1k-236.6867.4939.9825.42第5章電氣設備選擇5.1一次設備選擇的原則供配電系統中的一次設備是在一定的電壓、電流、頻率和工作環境條件下工作的，一次設備的選擇，除了應滿足在正常工作時能安全可靠運營之外，還應滿足在短路故障時不至損壞的條件，開關電器還必須具有足夠的斷流能力，并能適應所處的位置、環境溫度、海拔高度。以及防塵、防火、防腐、防爆等環境條件。一次設備的選擇應遵循以下3個原則。按工作環境及正常工作條件選擇電氣設備；按短路條件校驗電氣設備的動穩定和熱穩定；開關電器斷流能力校驗。5.2變電所高壓一次設備的選擇⑴高壓母線1）選擇母線型號：TMY-3（504）2）高壓母線熱穩定性校驗校驗條件：A=查產品資料，得銅母線的C=171，取。母線的截面：A=504=200允許的最小截面：從而，，該母線滿足熱穩定性規定。高壓電纜1）選擇電纜型號：YJV-3502)高壓電纜的熱穩定性校驗校驗條件：A=允許的最小截面：所選電纜YJV-350的截面A=50從而，，該電纜滿足熱穩定性規定。（3）高壓斷路器高壓側計算電流=18.91A，戶內變電所，故選擇戶內少油型斷路器——ZN12-35/1250型，其有關技術參數及裝設地點的電氣條件和計算結果列于表5-1中，從中可以看出斷路器的參數均大于裝設地點的電氣條件，故所選斷路器合格。表7-1高壓斷路器選擇校驗表序號SN10-10I/630選擇規定裝設地點電氣條件結論項目數據項目數據135KV35KV合格21250AI3018.91A合格331.5KA2.279KA合格463KA5.811KA合格5合格（4）高壓熔斷器熔斷器沒有觸頭，并且分斷短路電流后熔體熔斷，故不必校驗動穩定和熱穩定。僅需校驗其斷流能力。高壓側需要保護電力變壓器和保護電壓互感器的熔斷器。保護電力變壓器的熔斷器選擇考慮到變壓器的正常過負荷能力（20%左右）、變壓器低壓側尖峰電流及變壓器空載合閘時的勵磁涌流，熔斷器熔體額定電流應滿足==16.50A所以可取100A，又熔斷器額定電流應不小于熔體的額定電流，所以選RW5-35/100~400型高壓熔斷器。校驗：最大斷開電流=12KA=2.279KA保護電壓互感器的熔斷器選擇由于電壓互感器二次側電流很小，故選擇RN2-10/0.5型專用熔斷器做電壓互感器短路保護。其熔體額定電流為0.5A，可作為電流互感器的短路和過負荷保護設備使用。校驗：最大斷開電流=85KA=2.279KA⑶高壓隔離開關由于隔離開關重要是用于電氣隔離而不能分斷正常負荷電流和短路電流，因此，只需要選擇額定電壓和額定電流，校驗動穩定和熱穩定。查附表選擇GN2-35T/400型高壓隔離開關。其有關技術參數及裝設地點的電氣條件和計算結果列于表5-2中，從中可以看出高壓隔離開關的參數均大于裝設地點的電氣條件，故所選高壓隔離開關合格。表5-2高壓隔離開關選擇校驗表序號GN2-35T/400選擇規定裝設地點電氣條件結論項目數據項目數據135KV35kV合格2400AI3018.91A合格314KA2.279KA合格452KA5.811KA合格5合格（5）電流互感器根據安裝地點和工作規定選擇LCW-35-50/5型電流互感器。=160。有關技術參數及裝設地點的電氣條件和計算結果列于表5-3中，從中可以看出電流互感器的參數均大于裝設地點的電氣條件，故所選電流互感器合格。表5-3電流互感器選擇校驗表序號LCW-35-50/5選擇規定裝設地點電氣條件結論項目數據項目數據135KV35KV合格250/5AI3018.91A合格3=11.3KA5.811KA合格4合格（6）電壓互感器電壓互感器的一、二次側均有熔斷器保護，所以不需要校驗短路動穩定和熱穩定。按裝設地點環境及工作規定選擇JSJW-35型電壓互感器。（7）高壓開關柜高壓開關柜是成套設備柜內有斷路器、隔離開關、互感器設備等。高壓開關柜重要選擇開關柜的型號和回路方案號。因廠區有二級負荷，選擇KYN-35型移開式開關柜。其額定電壓、額定電流等均滿足規定。（8）變壓器型號在第3章已選，型號為SC9-1000/35。（9）避雷器型號由高壓開關柜決定，避雷器型號為FCD3-35。5.3變電所低壓一次設備的選擇⑴低壓熔斷器低壓熔斷器通常接在被保護的設備前或接在電源引出線上。當被保護區出線短路故障或過電流時，熔斷器熔體熔斷，使設備與電源隔離，免受過電流損壞。以鑄造車間為例選擇動力和照明干線的低壓熔斷器。動力線路選擇RT0-400/300型低壓熔斷器。校驗：額定工作電壓380V線路電壓380V；額定工作電流300A線路計算電流260.4A；最大分段電流50KA。照明線路選擇RM10-15/10型低壓熔斷器。校驗：額定工作電壓380V線路電壓220V；額定工作電流10A線路計算電流6.381A；最大分段電流1.2KA。各車間選擇原則同上，低壓熔斷器型號見表5-4。表5-4各車間低壓熔斷器型號編號名稱類別I30(A)額定電流（A）低壓熔斷器型號熔斷器熔體1鑄造車間動力260.4400300RT0-400/300照明6.3811510RM10-15/102鍛壓車間動力350.7600400RT0-600/400照明8.5081515RM10-15/153金工車間動力350.7600400RT0-600/400照明9.5721515RM10-15/154工具車間動力227.9400300RT0-400/300照明7.4451515RM10-15/155電鍍車間動力341.9400400RT0-400/400照明7.4451515RM10-15/156熱解決車間動力227.9300250RT0-300/250照明9.7241515RM10-15/157裝配車間動力86.82200100RT0-200/100照明7.4451515RM10-15/158機修車間動力140.3200150RT0-200/150照明4.2541510RM10-15/109鍋爐車間動力112.2200150RT0-200/150照明2.127156RM10-15/6生活區照明212.7400250RM10-400/250⑵低壓斷路器①低壓斷路器選擇的一般原則：低壓斷路器的型號及操作機構形式應符合工作環境、保護性能等方面的規定；低壓斷路器的額定電壓應不低于裝設地點線路的額定電壓；低壓斷路器的額定電流應不小于它所能安裝的最大脫扣器的額定電流。②下面以鑄造車間為例選擇動力和照明干線的低壓斷路器。動力線路選擇DW15-400/300型低壓斷路器。校驗：額定工作電壓380V線路電壓380V；脫扣器額定電流電流300A線路計算電流260.4A；低壓斷路器額定電流400A脫扣器額定電流300A額定運營斷路分斷能力25KA。照明線路選擇DZ20-100/20Y型低壓斷路器。校驗：額定工作電壓380V線路電壓220V；脫扣器額定電流電流20A線路計算電流6.381A；低壓斷路器額定電流100A脫扣器額定電流20A額定運營斷路分斷能力14KA。各車間選擇原則同上，低壓斷路器型號見表5-5。表5-5各車間低壓斷路器的型號編號名稱類別(A)額定電流（A）低壓熔斷器型號斷路器脫扣器1鑄造車間動力260.4400300DW15-400/300照明6.38110020DZ20-100/20Y2鍛壓車間動力350.7600400DW15-600/400照明8.50810020DZ20-100/20Y3金工車間動力350.7600400DW15-600/400照明9.57210020DZ20-100/20Y4工具車間動力227.9400300DW15-400/300照明7.44510020DZ20-100/20Y5電鍍車間動力341.9600400DW15-600/400照明7.44510020DZ20-100/20Y6熱解決車間動力227.9400300DW15-400/300照明9.7241