广西科技大学
题目：机械厂高压供配电系统的电气设计学院：电气学院班级：电气姓名：学号：时间： 111 201100307028 2014年06月
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
目录
1.工厂的负荷计算和无功补偿.................................1 1.1负荷计算.............................................1 1.2 无功补偿.............................................3 2 供电电源.................................................4 2.1 高压35kV供电的特点..................................4 2.2 供电电源计算.........................................4 3 主变压器容量和各车间变电所变压器数量和容量,类型的选择....5 3.1 降压变电所的电气设计.................................5 3.2总平面图及电力布线图.................................6 3.3车间变电所位置和变压器数量的选择.....................7 3.3.1选择变电所主变压器容量...........................7 3.3.2 厂区高压配电线路的计算...........................7 3.4 电力变压器的选择...................................8 4 短路电流计算............................................9 4.1 求各元件电抗（用标幺制法计算）......................9 4.2 d1点三相短路电流计算..............................9 4.3 d2点三相短路电流的计算............................10 5 电气设备选择...........................................11 5.1电气设备选择........................................11 5.3 防雷与接地.........................................12 参考文献.................................................12
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
机械厂高压供配电系统的电气设计
1.工厂的负荷计算和无功补偿
表1.1负荷大小
厂房 名称 一车间 二车间 三车间 锻工车间 工具、机81 1289 496 128.96 539.13 819.12 0.92 0.26 5 27 630 设备台数 70 177 194 37 设备容P30 /KW 量 1419 2223 2511 1755 470 612 735 920 Q30 S30 /KVA /Kvar 183.3 416.16 492.45 276 505.38 746.34 896.34 958.33 I30 cosφ /A 767.85 1134.04 1361.85 1456.03 0.93 0.82 0.82 0.96 0.39 0.68 0.67 0.3 ΔP tanφ /kW 5 7 9 10 ΔQ /kvar 25 37 45 48 变压器 容量 630 800 1000 1000 修车间 空压站、45 1266 854 427 871.43 1324 0.98 0.5 9 44 1000 煤气站 全厂总负604 10463 3882.65 1866.15 4307.84 6545.09 - - - - - 荷
1.1负荷计算：
一车间：
无功计算负荷：Q30 = P30 * tan φ = 470 *0.39 = 183.3 Kvar 视在计算负荷：S30 = P30 / cos φ = 470/ 0.93 = 505.38 kVA 计算电流： I30 = S30 /(3UN) = 505.38/(3*0.38)=767.85 A 有功损耗：△P=0.01S30 =5 KW 无功损耗：△Q=0.05S30 =25 Kvar
二车间：
无功计算负荷：Q30 = P30 * tan φ = 612*0.68=416.16 Kvar
1
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
视在计算负荷：S30 = P30 / cos φ = 612/0.82=746.34 kVA
计算电流： I30 = S30 /(3UN) = 746.34/（3*0.38）=1134.04 A 有功损耗：△P=0.01S30 =7 KW 无功损耗：△Q=0.05S30 =37 Kvar 三车间：
无功计算负荷：Q30 = P30 * tan φ = 735*0.67=492.45 Kvar 视在计算负荷：S30 = P30 / cos φ = 735/0.82=896.34 kVA
计算电流： I30 = S30 /(3UN) =896.34/（3*0.38）=1361.85 A 有功损耗：△P=0.01S30 =9 KW 无功损耗：△Q=0.05S30 =45 Kvar 锻工车间：
无功计算负荷：Q30 = P30 * tan φ= 920*0.3=276 Kvar 视在计算负荷：S30 = P30 / cos φ = 920/0.96=958.33 kVA
计算电流： I30 = S30 /(3UN) = 958.33/（3*0.38）=1456.03 A 有功损耗：△P=0.01S30 =10 KW 无功损耗：△Q=0.05S30 =48 Kvar 工具，机修车间：
无功计算负荷：Q30 = P30 * tan φ = 496*0.26=128.96 Kvar 视在计算负荷：S30 = P30 / cos φ = 496/0.92=539.13 kVA 计算电流： I30 = S30 /(3UN) =539.13/（3*0.38）=819.12 A 有功损耗：△P=0.01S30 =5 KW 无功损耗：△Q=0.05S30 =27 Kvar 空压站，煤气站：
无功计算负荷：Q30 = P30 * tan φ = 854*0.5=427 Kvar 视在计算负荷：S30 = P30 / cos φ = 854/0.98=871.43 kVA
2
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
计算电流： I30 = S30 /(3UN) = 871.43/（3*0.38）=1324.00 A 有功损耗：△P=0.01S30 =9 KW 无功损耗：△Q=0.05S30 =44 Kvar 全厂总负荷：
K∑p取0.95，K∑q取0.97
总的有功计算负荷：P30 = K∑p *∑P30.i = 0.95 * 4087 =3882.65 KW 总的无功计算负荷：Q30 = K∑q*∑P30.i = 0.97 * 1923.87 =1866.15 Kvar 总的视在计算负荷：S30 =P302Q302=3882.6521866.152 =4307.84 kVA 计算电流： I30 = S30 /(3UN) = 4307.84/（3*0.38）=6545.09 A 功率因数 cosφ =P30 /S30 = 3882.65/4307.84 =0.90
1.2 无功补偿
供电部门对功率因数的要求为：当以35kV供电时，cosФ≥0.9 。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此最大负荷功率因素应稍大于0.9，暂取0.92来计算主变压器低压侧所需无功功率补偿容量：
QC =P30(tanφ1-tanφ2) =3882.65 *(tan(arccos0.90)-tan(arccos0.92))= 226.45 kar 取QC =230 kar 低压侧补偿后：
S'30 =3882.65(1866.15230) =4213.30 kVA
22I'30 = S'30 /(3UN) = 4213.30/（3*0.38）=6401.45 A 变压器损耗：
△PT ≈0.01 *4213.30 =42 KW △QT ≈0.05 *4213.30 =210 kar 35kV侧负荷:
P'30（1） =3882.65+42 =3924.65 kw Q'30 （1） =1866.15-230+210=1846.15 kVA S'30（1） =3924.6521846.152=4337.18 kVA
3
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
I'30(1) = S'30(1) /(3UN) = 4337.18/（3*10）=250.41 A
表1.2 无功补偿后工厂的计算负荷
项 目 低压侧补偿前负荷 低压侧无功补偿容量 低压侧补偿后负荷 主变压器功率损耗 35kV侧负荷总计 计算负荷 P30kWcos 0.90 0.92 0.904 Q30kvar S30kVA I30A 3882.65 3882.65 42 3924.65 1866.15 -230 1636.15 210 1846.15 4307.84 4213.30 4337.18 6545.09 6401.45 250.41
2 供电电源
2.1 高压35kV供电的特点
① 供电电压较高，线路的功率损耗及电能损耗小，年运行费用较低； ② 电压损失小，调压问题容易解决；
③ 对cosφ的要求较低，可以减少提高功率因数补偿设备的投资；
④ 需建设总降压配电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占一定的土地面积；
⑤ 根据运行统计数据，35 kV架空线路的故障率比10 kV架空线路的故障率低一半，因而供电可靠性高；
⑥ 有利于工厂进一步扩展。
2.2 供电电源计算
工厂东北方向6km处有一地区降压变电所，以35 kV单回路架空线路供电，由邻厂10 kV电缆线路作为备用电源。根据全厂计算负荷计算情况，S'30 = 4213.30 kV·A，且只有少数负荷为二级负荷，大多数为三级负荷，故厂内总降压变电所装设一台容量为5000 kV·A的变压器，型号为SJL1－5000/35型，电压为35/10 kV，查产品样本，其有关技术参数为：ΔP0=6.9 kW,ΔPK=45 kW,UK%=7,I0%=1.1,
变压器的功率损耗为：
4
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
有功功率损耗
ΔPT≈ΔP0+ΔPK(S'30/SN)2
=6.9+45×(4213.30/5000)*2=43.1(kW) 无功功率损耗
ΔQT≈ΔQ0+ΔQN (S30/SN)2= 336.6(kvar)
35 kV线路功率等于全厂计算负荷与变压器损耗之和。 P30′=P30+ΔPT=4087+43.1=4130.1(kW) Q30′=Q30+ΔQT=1995.6(kvar)
S30′=√（P′230+Q′230）=4587(kvar) cosφ′=P30′/S30′=4130.1/4587=0.90 I30′=S30′/ (√ 3UN)=75.67(A)
考虑到本厂负荷的增长是逐渐的，为了节约有色金属的消耗量，按允许发热条件选择导线截面，而未采用经济电流密度选择导线截面。
查有关手册或新产品样本，选择钢芯铝绞线LGJ－35，其允许电流为170A>I30′=75.67A,满足要求。该导线单位长度电阻R0=0.85 Ω/km,单位长度电抗X0=0.36 Ω/km。
3 主变压器容量和各车间变电所变压器数量和容量,类型的选择
3.1 降压变电所的电气设计
根据运行需要，对总降压变电所提出以下要求：
（1） 总降压变电所装设一台5000 kV·A、35/10 kV的降压变压器，与35 kV架空线路接成
压器组。为便于检修、运行、控制和管理，在变压器高压侧进线处应设置高压断路
器。
（2） 根据规定，备用电源只有在主电源线路解列及变压器有故障或检修时才允许投入，因此，备用10 kV电源进线断路器在正常工作时必须断开。
（3） 变压器二次（10 kV）设置少油断路器，与10 kV备用电源进线断路器组成备用电源自动投入装置（APD）。当工作电源失去电压时，备用电源立即自动投入。
（4） 变压器二次10 kV母线采用单母线分段。变压器二次侧10 kV接在分段Ⅰ上，而10 kV备用电源接在分段Ⅱ上。单母线分段联络开关在正常工作时闭合，重要二级负荷可接在母线分段Ⅱ上。在主电源停止供电时，不至于使重要负荷的供电受到影响。
5
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
（5） 本总降压变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。当主电源停电时，操作电源不至于停电。 3.2总平面图及电力布线图：
根据前面已确定的供电方案，结合本厂厂区平面示意图，考虑到总降压变电所尽量接近负荷中心，且远离人员集中区，不影响厂区面积的利用，有利于安全等因素，拟将总降压变电所设在厂区东北部，如图2.1所示。
2.1总平面图及电力布线图
6
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
3.3车间变电所位置和变压器数量的选择
3.3.1选择变电所主变压器容量时应遵守下列原则：
（1）仅装一台主变压器的变电所主变压器的额定容量SNT应满足全部用电设备总视在计算负荷S30的需要，即SNT≥S30。
（2）装有两台主变压器且为暗备用的变电所所谓暗备用，是指两台主变压器同时运行，互为备用的运行方式。此时，每台主变压器容量SNT应同时满足以下两个条件：
①任一台变压器单独运行时，可承担60%～70%的总视在计算负荷S30，即SNT=（0.6～0.7）S30
② 任一台变压器单独运行时，可承担全部一、二级负荷S30(Ⅰ+Ⅱ),即SNT=S30(Ⅰ+Ⅱ)。 （3）对接有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，可保证一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。
（4） 对只有二级负荷的变电所，如果低压侧有与其他变电所相联的联络线作为备用电源，也可采用一台变压器。
（5） 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的变电所，可采用两台变压器，实行经济运行方式。 （6） 对负荷集中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或两台以上变压器，以降低单台变压器容量。
（7）车间变电所的位置、变压器数量和容量可根据厂区平面布置图提供的车间分布情况和车间负荷的中心位置、负荷性质、负荷大小等，结合各项选择原则，与工艺、土建有关方面协商确定。本厂拟定车间变压器的数量为一台。
另外，在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑未来5～10年负荷的增长。 3.3.2 厂区高压配电线路的计算
为便于管理，实现集中控制，尽量提高用户用电的可靠性，在本总降压变电所馈电线路不多的前提条件下，首先考虑采用放射式配电方式，如图2.1所示。
由于厂区面积不大，各车间变电所与总降压变电所距离较近，厂区高压配电网采用直埋电缆线路。
由于线路很短，电缆截面按发热条件进行选择，然后进行热稳定度校验。 以一车间变电所T1为例，选择电缆截面。
根据提供的一车间视在计算功率S30(1) =504 kV·A，其10 kV的计算电流为
I30(1)=S30(1)/(3UN)= 505.38/(3*10)=29.18 A
7
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
查有关产品样本或设计手册，考虑到为今后发展留有余地，选用ZLQ20－3×25型铝芯纸绝缘铝包钢带铠装电力电缆，在UN=10 kV时，其允许电流值为80 A，大于计算电流值，合格。 因厂区不大，线路很短，线路末端短路电流与始端短路电流相差无几，因此接10 kV母线上短路时（k-2点）的短路电流进行校验,得 Smin=I∞/c√tima=3.32×103/87×√0.7 =18.7 mm2<25 mm2合格
其他线路的电缆截面选择类似，其计算结果（省）
3.4 电力变压器的选择
目前，变电所广泛使用的双绕组三相电力变压器都采用R10容量系列的降压变压器（配电变压器）。这种变压器按调压方式可分为无载调压和有载调压两大类；按绕组绝缘及冷却方式可分为油浸式、干式和充气式（SF6）等，其中油浸式变压器又可分为油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却式等。现场使用的6～10 kV配电变压器多为油浸式无载调压变压器。
近年来，D,yn11联接的配电变压器已开始得到了推广应用。与Y,yn0联接的变压器相比，D，yn11联接的变压器有以下特点：
（1） D,yn11联接变压器的3n次（n为正整数）谐波励磁电流仅在其三角形接线的一次绕组内（高压侧）形成环流，不至注入公共的高压电网中去，这较之Y，yn0联接的变压器更有利于抑制高次谐波电流。
（2） D，yn11联接变压器的零序阻抗较Y，yn0联接变压器的小得多，故低压侧单相接地短路电流比Y，yn0联接变压器大得多，因而有利于低压侧单相接地短路故障的保护和切除。
（3） D，yn11联接变压器承受不平衡负荷的能力远大于Y，yn0联接变压器。Y，yn0联接变压器要求中性线电流不超过二次绕组额定电流的25%，严重制约接用单相负荷的容量，而D，yn11联接变压器低压侧的中性线电流允许达到相电流的75%以上，因此，对负荷不平衡的供电系统来说，优先选用D, yn11联接的变压器。
（4） D, yn11联接变压器一次绕组的绝缘强度是按线电压来设计的，这是因为其一次侧发生单相接地短路时，其他两相电压将升高为线电压，而Y，yn0联接变压器一次绕组的绝缘强度是按相电压来设计的，因此，D，yn11联接变压器的制造成本高于Y，yn0联接变压器。
8
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
4 短路电流计算
4.1效电路图
按照短路电流的标幺制法进行计根据计算电路作出计算短路电流的等效电路图如附图4.1所示
4.1 求各元件电抗（用标幺制法计算） 设基准容量 Sd=100MV·A 基准电压 Ud1=35kv,Ud2=10.5kA
而基准电流 Id1=Sd/ Ud1=100/(3* 35)＝1.65 kA Id2=Sd/ Ud2=100/( 3*10.5)=5.50 kA a、 电力系统电抗
当S(3)X*(3)k,max =1000MV·A时，1.max =Sd/Sk,max =100/1000=0.1 当S(3)*(3)k,min =500MV·A时，X1.min =Sd/Sk,min =100/500=0.2
b、 架空线路电抗
X*22 = 0.36*6*100/35 =0.18
c、 主变压器电抗,查表得UK %=7
X*33 = Uk% Sd/100SN=7*100*10/100*5000=1.4
4.2 d1点三相短路电流计算 系统最大运行方式时，总电抗标幺值
9
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
X*X**(d1)=1.max+X2=0.1+0.18=0.28
系统最小运行方式时，总电抗标幺值
X**(d1) =X*1.min+X2=0.2+0.18=0.38
因此，系统最大运行方式时，三相短路电流及短路容量各为
I(3)
/X*d1 =Id1(d1)=1.65/0.28=5.89kA I(3)= I(3) = I\"(3) d1=5.89kA
i(3)(3)sh = 2.55Id1 = 2.55*5.89 =15.02kA I(3)sh =1.51*5.89 =8.89 kA
S(3)/X*d1=Sd (d1) = 100/0.28=357.14 MV·A
而最小运行方式时，三相短路电流及短路容量各为
I(3)*d1 =Id1/X(d1)=1.65/0.38=4.34 kA I(3)(3) (3) = I\"= Id1=4.34kA
i(3)(3)sh = 2.55Id1 = 2.55*4.34 =11.067kA I(3)sh =1.51*4.34 =6.55 kA
S(3)*d1=Sd /X(d1) = 100/0.38=263.16 MV·A
4.3 d2点三相短路电流的计算 系统最大运行方式时
X***(d2) =X*1.max+ X2 + X3=0.1+0.18+1.4=1.68
系统最小运行方式时
X****(d2) =X1.min+ X2 + X3=0.2+0.18+1.4=1.78
因此,系统最大运行方式时，三相短路电流及短路容量各为
I(3)
*d2 =Id2/X(d2)=5.50/1.68 =3.27 kA I(3)(3) = I\"(3) = Id2 =3.27kA
10
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
(3)(3) ish = 1.84Id2 = 1.84*3.27 =6.02 kA (3) I =1.09*3.27 =3.56 kA
*(3)X Sd=S/ = 100/1.68=59.52 MV·A d 2(d1)因此,系统最小运行方式时，三相短路电流及短路容量各为
*(3)
Id2 =Id2/X(d2)=5.50/1.78 =3.09 kA (3)(3) I = I\"(3) = Id2 =3.09 kA
(3)(3) ish = 1.84Id2 = 1.84*3.09 =5.69 kA (3) I =1.09*3.09 =3.37 kA
*(3) Sd2=Sd /X(d1) = 100/1.78=56.18 MV·A
5 电气设备选择
5.1电气设备选择
(1) 主变压器35 kV侧电气设备。 设备名称及型号 计算数据 U=35kv I30=SN/ UN1=250.41 A (3)Id1=5.89 KA (3)Sd1=357.14 MV·A (3) =15.02 KA ish高压断路器SW2-35/100 35kv 1000A 24.8KA 1500MV·A 63.4KA 隔离开关电压互感电流互感器LCW-35 35kv 300/5 避雷器/（MV·A） 35kv JDJJ-35 器LCW-35 35kv 600A 50KA 35kv
(2) 主变压器10k V侧设备（主变压器低压侧及备用电源进线）该设备分别组装在两套高压开关柜GN6-10T（F）中。其中10 kV母线按经济电流密度选为LMY3（50×5）铝母线，其允许电流740 A大于10 kV侧计算电流288.7 A，动稳定和热稳定均满足要求。10 kV侧设备的布置、排列顺序及用途如图3.17所示
（3） 10 kV馈电线路设备选择。以到一车间的馈电线路为例，10 kV馈电线路设备如表所示，
11
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
该设备组装在11台GN6-10T（F）型高压开关柜中
设备名称及型号 高压断路器SN 计算数据 U=10KV I30=SN/ UN2=36.37 (3)Id2=3.09 KA (3)Sd2=59.52MV·A 隔离开关电流互感器电力电缆10-10I/600 10KV 600A 16A 300MV· 40KA GN6-10T/600 LDC-10/0.5 ZLQ20-10-3*25 10KV 600A 30KA 52KA 10KV 300/5 135/0.3 10KV 80A 18.7mm2 i=6.02 KA
5.3 防雷与接地
(3)sh 为防御直接雷击，在总降压变电所内设避雷针，根据户内配电装置建筑面积及高度设三支避雷针：一支为25 m高的独立避雷针，另两支为置于户内配电装置建筑物边缘的15 m高的附设式避雷针。根据作图计算，三支避雷针可安全保护整个总降压变电所不受直接雷击。 为防止雷电波侵入，在35 kV进线杆塔前设500 m架空避雷线，且在进线断路器前设一组FZ-35型避雷器，在10 kV母线Ⅱ分段上各设一组FS-10阀型避雷器。
总降压变电所接地采用环形接地网，用直径50 mm、长2500 mm钢管作接地体，埋深1 m，用扁钢连接，经计算接地电阻不大于4 Ω，符合要求（计算过程从略）
雷雨季节经常运行的进线路数 避雷器至主变压器的最大电气距离/m
1 15 2 23 3 27 >=4 30 参考文献
1. 刘介才.供配电技术.机械工业出版社.第二版 2000年
2 刘介才.实用供配电技术手册.中国水利水电出版社 第二版2000年
3. 芮静康.供配电系统图集.中国电力出版社.第二版2005.年
4 李尔文.工厂供电.化学工业出版社.第二版2000年
12
广西科技大学工厂供电课程设计说明书
5. 张莹等.工厂供配电技术.电子工业出版社. 第二版2003年 6. 李明慧.工厂供配电设计与设备检修.电力科学出版社.2007年 7. 王建朋.配电站的电气设备.第二卷.燃料工业出版社.20007年
13
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容