供配电技术

《建筑供配电课程设计》任务书

设计题目 工厂配电系统设计 学 院 电气工程学院 班 级 姓 名 学 号 指导教师

时 间 2013-6-24~2013-6-28

一、课程设计任务

1、变电所设计

变电所设计包括以下基本内容：

1） 负荷计算及无功功率补偿计算。 2） 变配电所所址和型式的选择。

3） 变电所主变压器的台数、容量及类型的选择。 4） 变配电所主接线方案的设计。 5） 短路电流的计算。

6） 变配电所一次设备的选择。 2、高压配电线路的设计

高压配电线路设计包括以下基本内容： 1） 高压配电系统方案的确定。 2） 高压配电线路的负荷计算。

3） 高压配电线路的导线和电缆的选择。

3、低压配电线路设计

低压配电线路设计包括以下基本内容： 1） 低压配电系统方案的确定。 2） 低压配电线路的负荷计算。

3） 低压配电线路的导线和电缆的选择。 4） 低压配电设备和保护设备的选择。

二、原始资料

1、负荷状况：参照相关规范，确定车间用电负荷 2、供电电源：

电源进线为10KV电缆线路，经高压配电室，引至各车间变电所，上级断路器开断容量400MVA。 厂区中10KV的龙门吊、水泵为高压直供，其余为车间变电所220/380V供电。配电室配备备用电源。 3气象、土壤等资料： 1） 海拔高度12.5m。

2） 年最热月温度，平均28.2℃,平均最高32℃。 3） 极端最高温度40.7℃，极端最低-14℃。 4） 年雷暴日数T=36.4.

5） 最热月地面下0.8m处土壤平均温度27.7℃。 6） 土壤电阻率p=100Q.m。

三、设计内容

1、确定该厂的各级计算负荷及各负荷的等级

电源进线为YJV-10kV，经高压配电室，引至各车间变电所，上级断路器开断容量400MVA。 厂区中10kV的龙门吊，水泵为高压直供，其余为车间变电所220/380V供电。车间1旁设车间 变电所一个，距总高压配电室800m，供车间1使用；车间2旁设车间变电所一个，距总高压配 电室1100m，供车间2使用； 2、确定该厂配电系统的接线方式

根据供电要求，划分供电回路，确定整个工厂的电气主接线，画出主接线图。 3、电气设备的选择及导线电缆的选择与校验

根据计算结果，选择开关设备、电缆等。

各班学号为单号的同学，配电房母线采用铝母线。 各班学号为双号的同学，配电房母线采用铜母线。 4、短路电流的计算和电气设备的校验

根据计算结果，校验开关设备，电缆等。 5、保护装置的整定和计算（10kV干线，变压器）。

计算负荷表

四.负荷计算

1.龙门吊450T: Kd1=1,cos1=0.5,tan1=1.73 Pc1=Kd1*Pe1=2828.42kw Qc1=Pc1*tan1=4893.17kvar Sc1= 5651.82kva

2.龙门吊600T: Kd2=0.2,cos2=0.5,tan2=1.73 Pc2=Kd2*Pe2=1018.23kw Qc2=Pc2*tan2=1761.54kvar Sc2=2034.65kva

3.龙门吊750T: Kd3=1,cos3=0.5,tan3=1.73

Pc3=Kd3*Pe3=4242.64kw Qc3=Pc3*tan3=7339.77kvar Sc3=8447.75kva

4.龙门吊900T: Kd4=1,cos4=0.5,tan4=1.73

Pc4=Kd4*Pe4=5656.85kw Qc4=Pc4*tan4=9786.35kar Sc4=11303.65kva

5.水泵: Kd5=0.8,cos5=0.8,tan5=0.75 Pe5=140*3=420kw Pc5=Kd5*Pe5=336kw Qc5=Pc5*tan5=252kvar Sc1=420kva

6、判断车间1、2的单相总容量占三项总容量的比例 1）车间1：

三相总容量：Pe1=50*7+45*10+15*15+10*10+8*15+5*5+0.4*100+2.5*25+120*2+122*4=2100.5kw 单相总容量：Pe2=15*15+10*10+8*15+5*5+0.4*100+2.5*25=572.5kw Pe2/Pe1=0.273>0.15 2）车间2：

三相总容量：Pe1=30*10+122*4+25*6+10*6+8*20+5*4+0.4*70+50*3+15*4+2.5*25=1478.5kw 单相总容量：Pe2=10*6+8*20+5*4+0.4*70+15*4+2.5*25=390.5kw Pe1/Pe2=0.264>0.15 7、车间1计算负荷：

1）单相设备组的等效三相计算负荷：

a:当cos=0.5，则tan=1.73 b:当cos=0.6，则tan=1.33 c:当cos=0.75，则tan=0.88 d:当cos=0.8，则tan=0.75

令A:大批金属冷加工机床 B：电焊机（10台） C:电焊机（15台） D:皮带传送机 E:照明 F:通风机 A相：A取5台（Kd=0.2）； B取3台（Kd=0.35）； C取5台（Kd=0.35）；D取2台（Kd=1） ； E取34台（Kd=0.8）；F取8台（Kd=0.8）。

Pca=0.2*5*15+0.35*3*10+5*0.35*8+1*2*5+0.8*34*0.4+0.8*8*2.5=76.38kw Qca=98.157kvar

B相：A取5台（Kd=0.2）； B取3台（Kd=0.35）； C取5台（Kd=0.35）；D取2台（Kd=1） ； E取33台（Kd=0.8）；F取9台（Kd=0.8）。

Pcb=0.2*5*15+0.35*3*10+5*0.35*8+1*2*5+0.8*33*0.4+0.8*9*2.5=78.06kw Qcb=90.3kvar

C相：A取5台（Kd=0.2）； B取4台（Kd=0.35）； C取5台（Kd=0.35）；D取1台（Kd=1） ； E取33台（Kd=0.8）；F取8台（Kd=0.8）。

Pcc=0.2*5*15+0.35*4*10+5*0.35*8+1*5+0.8*33*0.4+0.8*8*2.5=74.56kw Qcc=79.59kvar

Pcm=Pcb=78.06kw Qcm= Qca=98.16kvar

单相设备组的等效三相计算负荷为：Pc1=3Pcm=3*78.06kw=234.18kw

Qc1=3Qcm=3*98.16kvar=294.42kvar 2）对于车间1的三相设备计算负荷。则

大批金属冷加工机床： Kd=0.2 cos=0.5 tan=1.73

A:Pc2=Kd*50*7=70kw Qc2=Pc2* tan=121.1kvar B:Pc3=Kd*45*10=90kw Qc3=Pc3* tan=155.7kvar 大型液压机：Kd=1 cos=0.6 tan=1.33

Pc4=Kd*120*2=240kw Qc4=Pc4* tan=319.2kvar 车间内吊车：Kd=0.2 cos=0.5 tan=1.73

Pc5=Kd*164*4=97.6kw Qc5=Pc5* tan=168.85kvar 所以车间1的总计算负荷，取共同系数为0.95。 Pc=KSc=

(Pc1+Pc2+Pc3+Pc4+Pc5)=685.635kw Qc=K( Qc1+Qc2+Qc3+Qc4+Qc5)=1117.95kvar

Pc2Qc2

=1311.46KVA Cosφ=

PCSC

=0.52

8、车间2计算负荷：

1）单相设备组的等效三相计算负荷：

a:当cos=0.5，则tan=1.73 b:当cos=0.6，则tan=1.33 c:当cos=0.75，则tan=0.88 d:当cos=0.8，则tan=0.75

令A:电焊机（6台） B:电焊机（20台） C:皮带传送机 D:照明 E:电动喷漆机 F:通风机

则A相：A取2台（Kd=1）； B取6台（Kd=0.35）； C取2台（Kd=1）；D取24台（Kd=0.8） ； E取2台（Kd=1）；F取5台（Kd=0.8）。

Pca=1*2*10+0.35*6*8+1*2*5+0.8*24*0.4+0.8*5*2.5=94.48kw Qca=106.23kvar

B相：A取2台（Kd=1）； B取7台（Kd=0.35）； C取1台（Kd=1）；D取23台（Kd=0.8） ； E取1台（Kd=1）；F取10台（Kd=0.8）。

Pcb=1*2*10+0.35*7*8+1*1*5+0.8*23*0.4+1*1*15+0.8*10*2.5=86.96kw Qcb=98.00kvar

C相：A取2台（Kd=1）； B取7台（Kd=0.35）； C取1台（Kd=1）；D取23台（Kd=0.8） ； E取1台（Kd=1）；F取10台（Kd=0.8）。

Pcc=1*2*10+0.35*7*8+1*1*5+0.8*23*0.4+1*1*15+0.8*10*2.5=86.96kw Qcc=98.00kvar

Pcm=Pca=94.48kw Qcm= Qca=106.23kvar

单相设备组的等效三相计算负荷: Pc1=3Pcm=3*94.48kw=283.44kw Qc1=3Qcm=3*106.23kvar=318.69kvar 2）对于车间2的三相设备计算负荷。则

小批金属冷加工机床：A:Kd=0.2 cos=0.5 tan=1.73

Pc2=Kd*30*10=60kw Qc2=Pc2* tan=103.8kvar 车间内吊车：A:Kd=0.2 cos=0.5 tan=1.73

Pc3=Kd*164*4=127.6kw Qc3=Pc3* tan=220.75kvar B:Kd=0.2 cos=0.5 tan=1.73

Pc4=Kd*25*6=30kw Qc4=Pc4* tan=51.9kvar 空气压缩机：:Kd=0.8 cos=0.6 tan=1.33

Pc5=Kd*50*3=120kw Qc5=Pc5* tan=159.6kvar 所以车间2的总计算负荷 取共同系数为0.95。 Pc=KSc=

(Pc1+Pc2+Pc3+Pc4+Pc5)=464.115kw Qc=K( Qc1+Qc2+Qc3+Qc4+Qc5)=642.58kvar

Pc2Qc2

=792.66KVA Cosφ=

PCSC

=0.586

五.计算负荷和功率补偿

1、450T龙门吊固定补偿：选BWF 10.5-100-1W型电容器30台 补偿容量Qc.c=30*100=3000kvar 线损：有功 Pwl=57.27kw 无功：Qwl=76.84kar

补偿后功率因素=0.906＞0.9 满足要求。

2、600T龙门吊固定补偿：选BWF10.5-50-1w型电容器18台 补偿容量Qc.c=18*50=900kvar 线损：有功 Pwl=4.24kw 无功：Qwl=0.39kar

补偿后功率因素=0.916＞0.9 满足要求。

3、750T龙门吊固定补偿：选BWF10.5-50-1W型电容器87台 补偿容量Qc.c=50*87=4350kvar 线损：有功 Pwl=34.34kw 无功：Qwl=7.97kar

补偿后功率因素=0.912＞0.9 满足要求。

4、900T龙门吊固定补偿：选BWF10.5-120-1w型电容器51台 补偿容量Qc.c=120*51=6120kvar 线损：有功 Pwl=50.21kw 无功：Qwl=20.08kar

补偿后功率因素=0.904＞0.9 满足要求。

5、水泵固定补偿：选BWF10.5-30-1W型电容器3台 补偿容量Qc.c=30*3=90kvar 线损：有功 Pwl=1.086kw 无功：Qwl=0.10kar

补偿后功率因素=0.907＞0.9 满足要求。 6、车间1进行补偿 低压侧补偿到0.95 Qc.c=937.89kvar

选BWF-10.5-50-1W n=21台 补偿后低压侧： P=685.635kw

Q=Qc-n*Qn.c=67.954kvar S=688.99kva ΔP=0.015S

ΔQ=0.06S 补偿后高压侧： P’=ΔP+P=695.965kw Q'=ΔQ+Q=109.294kvar S'=704.49KVA

Cosφ=0.924>0.9 满足要求 （1）变压器1T选择：

装单台变压器时，其额定容量SN应能满足全部用电设备的计算负荷Sc，考虑负荷发展应留有一定的容量裕度，并考虑变压器的经济运行，即 SN≥（1.15~1.4）Sc

所以，Sn>=(1.15~1.4)*704.49=810.16~986.28KVA 故1T型号为 S9-1000/10

7、车间2进行补偿 低压侧补偿到0.95 Qc.c=520.35kvar

选BWF-10.5-50-1W n=12 补偿后低压侧： P=464.115kw

Q=Qc-n*Qn.c=42.58kvar S=466.06kva ΔP=0.015S ΔQ=0.06S 补偿后高压侧： P’=ΔP+P=570.55kw Q'=ΔQ+Q=258.94kvar S'=626.56KVA

Cosφ=0.932>0.9 满足要求 （1）变压器2T选择：

装单台变压器时，其额定容量SN应能满足全部用电设备的计算负荷Sc，考虑负荷发展应留有一定的容量裕度，并考虑变压器的经济运行，即 SN≥（1.15~1.4）Sc

所以，Sn>=(1.15~1.4)*481.81=554.12~674.53KVA 故1T型号为 S9-800/10

六、导线选择（铜芯）：

选交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆10kv,3芯（最高允许温度90度）且都 ，按经济电流密度选择导线截面 高配到450T龙门吊：Ic=Sc1

高配到600T龙门吊：Ic=Sc2

高配到750T龙门吊：Ic=Sc3

高配到900T龙门吊：Ic=Sc4

高配到水泵：Ic=Sc5

/

高配到车变1：

高配到车变2：

查表6-1得：jec=2.25A

（1）高配到450T龙门吊： 查表A-13-2 选择标准截面25 Ial=152.88A>133.37A

选择交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套，芯线截面为16mm

(2)高配到600T龙门吊: 查表A-13-2 选择标准截面16 Ial=119.21>33.13A

选择交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套，芯线截面为16mm

(3)高配到750T龙门吊: 查表A-13-2 选择标准截面50 Ial=219.31A>203.64A

选择交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套，芯线截面为50mm

(4)高配到900T龙门吊： 查表A-13-2 选择标准截面95 Ial=310.31A>264.07A

选择交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套，芯线截面为95mm

(5)高配到水泵：

查表A-13-2 选择标准截面16 Ial=119.21A>15.91A

选择交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套，芯线截面为16mm

(6)高配到车变1：

查表A-13-2 选择标准截面16 Ial=119.21A>40.67A

选择交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套，芯线截面为16mm

(7)高配到车变2：

查表A-13-2 选择标准截面16 Ial=119.21A>27.82A

选择交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套，芯线截面为16mm

2 2 2 2 2 2 2

综上所述：导线截面选取如下

高配到450T龙门吊，高配到水泵的电缆可选交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯 10kv，芯数*截面=3X16 高配到600T龙门吊的电缆可选交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯 10kv，芯数*截面=3X50 高配到750T龙门吊的电缆可选交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯 10kv，芯数*截面=3X95 高配到900T龙门吊的电缆可选交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯 10kv，芯数*截面=3X16 高配到水泵的电缆可选交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯 10kv，芯数*截面=3X16 高配到车变1的电缆可选交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯 10kv，芯数*截面=3X16 高配到车变2的电缆可选交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铜芯 10kv，芯数*截面=3X16

七、母线选择

高配母线选择： Pc1= K

n



i1

Pci=18489.36kw

Qc1= K



i1

n

Qci=1275.33kvar

Ic=Sc1

/

查表A-11-2 选择铜母线（TMY） 50X6 环境25℃时，Ial=955A.最高允许温度70℃则

Kθ=0.964 实际载流量Ial’=Kθ*Ial=920.62A>866.62A 故所选母线满足允许载流量要求。

八、短路电流计算的目的及方法

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

短路计算等效电路图如下图：取基准容量Sd==100MVA,基准电压Ud=Uav,2个电压等级的基准电压分别为Ud1=10.5kv,Ud2=0.4kv,相应的基准电流分别为Id1,Id2

下图为变压器线路的等效电路图，龙门吊，水泵的等效电路图取下图K1点之前的部分

❶各元件电流电抗标幺值:

系统S X1*=Sd/Soc=0.25

1200m的450T龙门吊线路1wl X2*=Xo*1*Sd/(Ud1*Ud1)=0.087 900m的600T龙门吊线路 1w2X2*=Xo*1*Sd/(Ud1*Ud1)=0.065 600m的750T龙门吊线路 1w3 X2*=Xo*1*Sd/(Ud1*Ud1)=0.044 1500的900T龙门吊线路 1w4，X2*=Xo*1*Sd/(Ud1*Ud1)=0.109 1000m的水泵线路 1w5X2*=Xo*1*Sd/(Ud1*Ud1)=0.073 变压器1T线路 1w6X2*=Xo*1*Sd/(Ud1*Ud1)=0.058 变压器2T线路 1w6X2*=Xo*1*Sd/(Ud1*Ud1)=0.080 变压器 1T 、2T X3*=Uk%/100*Sd/Sn=4.5

❷450T龙门吊线路K1点三相短路时的短路电流和容量 1， 计算短路电路总阻抗标幺值

Xk1*=X1’+X2’=0.337

2,K1点所在电压等级的基准电流

3,计算K1点短路电流各量 Ik1*=1/Xk1*=2.97KA Ik1=Id1*Ik1*=16.335KA Ish.k1=2.55*16.445=41.654KA Sk1=Sd/Xk1*=100*2.99=297MVA 断路器选择SN10-10II Soc=500MVA>Sk.max=297MVA Ioc=31.5KA>Ik.max=16.335KA 高压隔离开关选择GN-10T/600

❸600T龙门吊线路K1点三相短路时的短路电流和容量 1．计算短路电路总阻抗标幺值

Xk1*=X1’+X2’=0.315

2．K1点所在电压等级的基准电流

3．计算K1点短路电流各量 Ik1*=1/Xk1*=3.175KA Ik1=Id1*Ik1*=17.463KA Ish.k1=2.55*17.463=44.529KA Sk1=Sd/Xk1*=100*3.12=317.5MVA 断路器选择SN10-10II Soc=500MVA>Sk.max=317.5MVA Ioc=31.5KA>Ik.max=17.463KA 高压隔离开关选择GN-10T/w3w Ic=31.56A

❹750T龙门吊线路K1点三相短路时的短路电流和容量 1．计算短路贿赂总阻抗标幺值

Xk1*=X1’+X2’=0.294

2．K1点所在电压等级的基准电流3．计算K1点短路电流各量 Ik1*=1/Xk1*=3.401KA Ik1=Id1*Ik1*=18.707KA Ish.k1=2.55*18.707=47.704KA Sk1=Sd/Xk1*=100*3.401=340.1MVA 断路器选择SN10-10II Soc=500MVA>Sk.max=340.1MVA Ioc=31.5KA>Ik.max=18.707KA 高压隔离开关选择GN-10T/600 Ic=111.97A

❺900T龙门吊线路K1点三相短路时的短路电流和容量 1． 计算短路贿赂总阻抗标幺值

Xk1*=X1’+X2’=0.359

2．K1点所在电压等级的基准电流

3．计算K1点短路电流各量 Ik1*=1/Xk1*=2.786KA Ik1=Id1*Ik1*=15.32KA Ish.k1=2.55*15.99=39.07KA Sk1=Sd/Xk1*=100*2.907=278.6MVA 断路器选择SN10-10II Soc=500MVA>Sk.max=278.6MVA Ioc=31.5KA>Ik.max=15.32KA 高压隔离开关选择GN-10T/600 Ic=251.50A

❻水泵线路K1点三相短路时的短路电流和容量 1， 计算短路贿赂总阻抗标幺值

Xk1*=X1’+X2’=0.323

2,K1点所在电压等级的基准电流3,计算K1点短路电流各量 Ik1*=1/Xk1*=3.1KA Ik1=Id1*Ik1*=17.028KA Ish.k1=2.55*15.714=43.421KA Sk1=Sd/Xk1*=100*2.857=310.0MVA 断路器选择SN10-10II Soc=500MVA>Sk.max=310MVA Ioc=31.5KA>Ik.max=17.028KA 高压隔离开关选择GN-10T/600

❼变压器1T线路K1点三相短路时的短路电流和容量 1， 计算短路贿赂总阻抗标幺值

Xk1*=X1’+X2’=0.308

2,K1点所在电压等级的基准电流3,计算K1点短路电流各量 Ik1*=1/Xk1*=3.247KA Ik1=Id1*Ik1*=17.858KA Ish.k1=2.55*16.517=45.538KA Sk1=Sd/Xk1*=100*3.003=324.7MVA

断路器选择SN10-10II Soc=500MVA>Sk.max=324.7MVA Ioc=31.5KA>Ik.max=17.858KA 高压隔离开关选择GN-10T/600 Ic=38.74A

变压器1T在K2点三相短路时的短路电流和容量 1， 计算短路回路总阻抗标幺值 Xk2*=X1*+X2*+X3*=4.817 2， K2点所在电压级的基准电流 Id2=Sd/

3， 计算k2点短路电流各量

Ik2*=1/Xk2*=0.208 Ik2=Id2*Ik2*=30KA Ish.k2=1.84*Ik2=55.2KA Sk2=Sd/Xk2*=20.8MVA 断路器选择SN10-10II Soc=500MVA>Sk.max=20.8MVA Ioc=31.5KA>Ik.max=30KA 高压隔离开关选择GN-10T/1000

❽变压器2T线路K1点三相短路时的短路电流和容量 2， 计算短路贿赂总阻抗标幺值

Xk1*=X1’+X2’=0.348

2,K1点所在电压等级的基准电流3,计算K1点短路电流各量 Ik1*=1/Xk1*=2.87KA Ik1=Id1*Ik1*=15.8KA Ish.k1=2.55*17.858=40.3KA Sk1=Sd/Xk1*=100*2.87=287MVA 断路器选择SN10-10II Soc=500MVA>Sk.max=287MVA

Ioc=31.5KA>Ik.max=15.8KA 高压隔离开关选择GN-10T/600

变压器2TK2点三相短路时的短路电流和容量 4， 计算短路回路总阻抗标幺值 Xk2*=X1*+X2*+X3*=4.848 5， K2点所在电压级的基准电流 Id2=Sd/

6， 计算k2点短路电流各量

Ik2*=1/Xk2*=0.207 Ik2=Id2*Ik2*=29.88KA Ish.k2=1.84*Ik2=54.98KA Sk2=Sd/Xk2*=20.7MVA 断路器选择SN10-10II Soc=500MVA>Sk.max=20.8MVA Ioc=31.5KA>Ik.max=30KA 高压隔离开关选择GN-10T/1000

Ic=144.33A

九、变电所位置和形式的选择

由于工厂是二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10k公共电源电缆接入变电所，另一路引自邻近高压环网箱。

变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和形式的选择规定》及GB50053－1994的规定，结合工厂的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。

十、变电所继电保护的设计

1)、继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。

2）、由于本设计高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。

继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。

此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。

十一.电路设计