1、兰 州 交 通 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- I -摘 要机械工厂供电的目的是从电力系统取得电能，经过合理的传输，变换，分配到机械工厂车间中的每一个用电设备上以供使用。随着机械工业电气自动化技术的发展以及工厂用电量的迅速增长，使工厂对电能的质量，供电的可靠行以及技术经济指标等要求也日益提高。工厂供电系统是由工厂总降压变电所（高压变电所），高压配电系统，车间变电所，低压配电系统及用电设备组成。本设计对一个大型机械工厂的供电系统进行设计，主要包括进线电压等级的选择；总降压变电所主接线的设计；通过负荷计算确定主变压器及各车间配电变压器的型号；用标幺值法及有欧姆法进行了短路计算，进而对总降
2、压变电所、高压配电线路、车间变电所及低压配电线路中的电气设备进行选择与校验，例如断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器。本文也对二次保护回路进行了简单设计。本设计在确定高压侧接线方案及对高压侧设备选择时进行了较为详细的技术经济比较，力求达到经济合理可靠。因为供电设计是否完善，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、设备和人身安全等是密切相关的。关键词：变电所；主接线；设备选择；二次继电保护兰 州 交 通 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- II -AbstractThe power supply syst
3、em of the machinery factory aims to obtain the power from the power system, and distributing the power to each of the electrical equipments in machinery factory through reasonable transformation and transmission. With the development of machinery industrials electrical automation and the rapid growt
4、h of electricity consumption, power quality and the reliability of power supply are required increasing by the factory, so was the techno-economic indicators.The factory power supply system is consist of the total substation (high-voltage substation), high voltage distribution system, workshop subst
5、ations, low voltage distribution system and electric equipment. The design of a large machinery factory power supply system was introduced in this paper, including choosing the voltage level of the incoming line; designing the main connection of the total substation; selecting the type of the main t
6、ransformer and wokshop distribution transformers through the load calculation; performing the calculation of short current use per-unit value method and ohms method, then choosing the equipments for the factory power supply system, such as circuit breakers, disconnectors, current and voltage sensors
7、 and so on. It also introduces the design of secondary relay protection circuit simply.Detailed technical and economic comparison about high voltage side scheme of connection and equipments selection was introduced in this paper, striving to achieve economic reasonable and reliable. Whether the powe
8、r supply system is designed perfect or not, not only affects the factorys construction investment, operating costs and non-ferrous metal consumption, but also reflects the reliability of the power supply for the factory and production safety, it has close relationship with the economic efficiency, e
9、quipments and personal safety of enterprises.Key words：Substation ，Equipment selection，Main connection ，Relay protection兰 州 交 通 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- III -目 录摘 要 .IAbstract .II1 绪论.11.1 课题的意义.11.2 课题研究概述.11.3 本课题的设计任务与目标.22 负荷计算及功率补偿.42.1 负荷调查.42.1.1 工厂总平面图.42.1.2 工厂负荷情况.42.1.3 供电电源情况.52.1.4 工厂自然条件.5
10、2.1.5 电费制度.52.2 按需要系数法确定计算负荷.62.2.1 基本公式.62.2.2 多组用电设备计算负荷的确定.72.3 无功功率补偿.92.3.1 无功功率补偿的意义.92.3.2 无功功率的补偿方式.92.3.3 无功功率补偿计算.103 供电电压及总降压变电所主电路的确定.133.1 总降压变电所主电路.133.1.1 总降压变电所主电路的分类.133.1.2 供电电源及总降压变电所主接线方案.153.2 经技术经济比较确定总降压变电所主接线方案.163.2.1 三个方案的优缺点分析.163.2.2 三个方案 35kV 高压线路的选择及电压损耗计算 .163.2.3 方案的技
11、术经济分析.193.3.4 总降压变电所电气主接线的设计.214 高压电气设备的选择及二次回路设计.224.1 短路计算.22兰 州 交 通 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- IV -4.1.1 短路计算的意义和类型.224.1.2 短路计算.244.2 总降压变电所及高压配电系统电气设备的选择.284.2.1 高压电气设备选择的一般原则.284.2.2 35kV 侧电气设备的选择 .304.2.3 10kV 侧电气设备的选择 .314.2.4 10kV 母线的选择 .324.3 总降压变电所二次回路的设计.334.3.1 二次回路概述.334.3.2 操作电源的设计.344.3.3
12、电测量仪表的设计.364.3.4 中央信号装置.374.4 主变压器继电保护的选择与整定.384.4.1 继电保护装置的基本要求.384.4.1 主变压器的继电保护.404.5 总降压变电所所址的选择.434.5.1 所址的选择.435 工厂车间变电所的设计.445.1 车间变电所的位置及变压器的选择.445.1.1 车间变电所的位置.445.1.2 各车间变电所的负荷计算及变压器的选择.445.2 短路计算及车间变电所设备的选择.455.2.1 短路计算.455.2.2 车间低压配电屏的选择.485.2.3 车间进线电缆的选择.495.2.4 车间低压母线的选择.515.2.5 车间干线的选
13、择.55结 论.56致 谢.57参 考 文 献.58附录 A 总降压变电所主接线 .59附录 B 二号车间变电所主接线 .60兰 州 交 通 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）1 绪论1.1 课题的意义众所周知，电能是机械工厂生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，也易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。在机械工业中，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小，电费开支仅占产品成本的 5%左右，从投资额来看，一般机械工厂在供电设备上的投资也仅占总投资额的 5%左右。因此
14、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，而是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，如果工厂的电力供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。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。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，
15、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，也具有重大的作用。机械工厂变配电所是工厂供电系统的枢纽及核心，所以经过技术经济比较设计好工厂变配电所的主接线及其设备选型，对机械工厂供电具有十分重要的意义 。11.2 课题研究概述工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的运输、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
16、全生产上，它与企业的经济效益、设备和人身安全等是密切相关的。现在除个别大型工业联合企业有自备电厂外，绝大多数工厂都是从国家电力系统取得电能的。因此，工厂工业负荷是电力系统的主要用户，工厂供电系统也是电力系兰 州 交 通 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- 2 -统的一个组成部分，保证企业安全供电和经济运行，不仅关系到企业的利益，也关系到电力系统的安全和经济运行以及合理利用能源 。45工厂供电系统是由工厂总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。一般中型工厂的电源是 610kV。电能先经高压配电所，由高压配电线路将电能分送至各个车间变电所。车间变电所内装设有电力变
17、压器，将 610kV 的高压降为一般低压用电设备所需的电压，通常降为 220/380V（220V 为三相电路相电压，380V 为其线电压）。如果工厂有 610kV 的高压用电设备，则由高压配电所直接对其进行配电。对于大型工厂及某些进线电压为 35kV 及以上的中型工厂，通常经过两次降压，也就是电源进厂以后，先经总降压变电所，其中装有较大容量的电力变压器，将 35kV 及以上的电源电压降为 610kV 的配电电压，然后经过 610kV 高压配电线路将电能送到各个车间变电所，也有的经高压配电所再送到车间变电所，最后经车间变电所的配电变压器降为一般低压设备所需的电压。有的 35kV 进线的工厂，只经
18、一次降压，即 35kV 线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所，经车间变电所的变压器直接降为低压用电设备所需的电压。这种供电方式，称为高压深入负荷中心的直配方式。这种直配方式，可以省去一级中间变压，从而简化了供电系统，节约了有色金属，降低了电能损耗和电压损耗，提高供电质量。然而这要根据厂区的环境条件是否满足 35kV 架空线路深入负荷中心的 “安全走廊”而定，否则不宜采用，以确保供电安全。配电所的任务是接受电能和分配电能，不改变电压，而变电所的任务是接受电能，变换电压和分配电能。以上所讲的工厂供电系统，是指从电源进线进厂起到高低压用电设备进线端止的整个电路系统，包括厂内的变、配电所和所有高低压配
19、电线路 。45工厂供电工作要很好地为工业生产服务，就必须遵循国家的各项方针政策，设计方案必须符合国家标准中的有关规定，同时应满足以下几项基本要求：（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即连续供电的要求。（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消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展 。 8兰 州 交 通 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）1.3
20、 本课题的设计任务与目标机械工厂供配电系统设计的任务包括：（1）供电电压的选择根据供电部门提供的资料，选择本厂最优供电电压等级。（2）总降压变电站的设计 主接线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，经过概略分析比较，留下 23 个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，确定最优方案。 短路计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。 无功补偿：求出工厂平均功率因数，确定补偿方式，选出相应的补偿设备。 主要电气设备的选择：包括断路器、隔离开关、互感器、导线等设备的选择及校验。选用设备型号、数量并汇成设备一览表
21、。 主要设备继电保护设计：主要为主变压器的保护方式进行选择和整定计算。 总降压变电所二次回路的设计：主要包括对操作电源及电测量仪表的设计。（3）厂区 10kV 配电系统的设计配电装置的选择：包括配电装置如高压开关柜、线路的选择。（4）车间变电所的设计 主接线设计：根据所给资料，选择车间变电所的台数、容量并设计主接线。 配电装置的选择：包括配电装置如低压配电屏、线路的选择。兰 州 交 通 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- 4 -2 负荷计算及功率补偿2.1 负荷调查2.1.1 工厂总平面图厂门生活区1 号车间2 号车间4 号车间1 0 号车间3 5 k V 电源进线1 1 号车间3号车间
22、6号车间5 号车间7号车间8号车间9 号车间邻厂 1 0 k V 备用电源1 0 k V 电源进线车间变电所总降压变电所高压配电线高压配电所高压电源进线 低压配电线总降压变电所2.1 某机械工厂总平面图兰 州 交 通 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）2.1.2 工厂负荷情况本厂多数车间为三班制，年最大负荷利用小时数为 ，全年实际工作小时数560h为。该厂除铸造车间、电镀车间、空气压缩车间、锅炉房属于二级负荷外，其余690h均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表 2.1 所示：表 2.1 工厂负荷统计资料车间编号 车间名称 设备容量（kW ） 需要系数 功率因数1 铸造车间 500 0.3
23、0.72 空气压缩车间 740 0.7 0.83 锻压车间 550 0.3 0.654 金工车间 580 0.2 0.655 工具车间 570 0.3 0.66 电镀车间 420 0.5 0.87 热处理车间 260 0.6 0.88 装配车间 300 0.3 0.79 机修车间 280 0.2 0.6510 锅炉车间 220 0.7 0.811 配料车间 310 0.4 0.812 生活区 480 0.7 0.82.1.3 供电电源情况当地供电部门提供两个供电电源，供设计者选用。从某 区域变电所提供1035kV电源，该变电所距厂南 。从某 区域变电所提供电源，该变电所距厂西南10km10kV
24、侧 。该厂可通过高压联络线由距该厂 的邻近单位取得 备用电源。10km22.1.4 工厂自然条件（1）气象资料：年最高气温 ，年平均气温 ，年最低气温 ，年最35C 4C 30C热月平均最高气温 。年最热月地下土壤中 处平均温度为 ，常年主导30 0.71m2风向为南风。年雷暴日 天。1（2）地质水文资料：平均海拔 ，地层以沙质黏土为主，地下水位 ，46 .85m地耐压力为 。2tm兰 州 交 通 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ）- 6 -2.1.5 电费制度本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费为 元/ ，动力电费为 元
25、/ 。此外，18kVA0.4kVA电力用户需按新装变压器的容量，一次性向供电部门交纳供电贴费为 元/ 。72.2 按需要系数法确定计算负荷 2.2.1 基本公式用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷 。30P用电设备组的设备容量 ，是指用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容量eP之和，即 。而设备的额定容量 ，是设备在额定条件下的最大输出功率。NPeN=NP但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不太可能都满负荷，同时设备本身有功率损耗，配电线路也有功率损耗，因此用电设备组的有功计算负荷应为（2.1）XL30ewKP式中， 为设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部容量之XK比； 为设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行的设备容量之L比； 为设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时的输出功率与取用功率之比；e为配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率（亦即设备组的取用wL功率）与首端功率（亦即计算负荷）之比。令上式中的 ，这里的 称为需要系数。由上式可知需要系数的定XLewd=KdK义式为（2.2）30deP即用电设备组的需要系数，是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量的比值。由此可得按需要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为（2.3）30dePK
