课程设计任务书
2014 —2015 学年第1 学期
自动化系电气工程及其自动化专业 2 班级
课程设计名称：供配电技术课程设计
设计题目：石河子机械厂供电系统设计
完成期限：自2015 年1 月12 日至2015 年 1 月16 日共 1 周设计依据、要求及主要内容：
一、设计题目
石河子机械厂供电系统设计
二、主要内容：
1．阅读相关科技文献，查找相关图纸资料。
2. 熟悉工业与民用建筑电气设计的相关规范和标准。
3. 熟悉建筑供配电系统设计的方法、步骤和内容。
4．熟练掌握整理和总结设计文档报告。
5．熟悉掌握如何查找设备手册及相关参数并进行系统设计。
三、设计要求
1、制定设计方案，确定电源电压、负荷等级及供配电方式。
2、确定方案后，绘制各用电设备等布置平面图，绘制高、低压系统图。
3、进行设计计算，选择设备容量、整定值、型号、台数等。
4、编写设计计算书。
5、编制设计说明书。
四、已知参数
2.工厂负荷情况：本厂工作制为三班制，年最大负荷利用小时5600小时，日最大负荷持续时间为24小时，本厂低压动力设备均为三相，额定电压为380V。照明用电器均为单相，额定电压为220V。
3.供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供电协议规定，本厂可由附近两条10KV公共用电源干线供电。
4.系统短路数据：干线首端所装设高压断路器断流容量为400MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护正定的动作时间为3S。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。
5.电业部门对功率因数要求值：工厂最大负荷时的功率因数不低于0.90.
6.当地气象地质条件：本厂所在地区的年最高气温为40o C,年平均气温为20o C,年最低气温为-8 o C,年最热月平均最高气温为30 o C,年最热月地下0.8m处平均温度为25 o C。年雷暴日数为32天，土壤性质以砂质粘土为主。
5.本厂与供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费只缴纳电费。
五、主要参考资料
1.供配电工程设计指导，机械工业出版社，翁双安，2004
2.现代建筑电气供配电设计技术，中国电力出版社，李英姿等，2008
3..供配电系统设计规范，GB50054-2009
4.民用建筑电气设计规范，GBJGJ_T16-2008
5.工业与民用配电设计手册中国电力出版社中国航空工业给画设计院主编2005
6. 《工厂供电》刘介才
7.《供配电技术》唐治平
指导教师（签字）：
系主任（签字）：
批准日期：2015年1月16 日
第一章负荷计算及其无功补偿
2.1.1计算方法
首先计算出各车间单组用电设备的计算负荷，再通过取同时系数，利用多组用电设备计算负荷的计算公式计算出整个车间的计算负荷。
低压侧负荷计算
（1）有功计算负荷（单位为KW ）
∑==∑n
i Pci p c K P 1
2
即：
5.479795.0*)440450420380560650590760800(2=++++++++=c P
（2）无功计算负荷（单位为kvar ）
∑=∑=
n
i Qci q c K Q 1
2
即：
8.178497.0*)180240330120170230190180200(2=++++++++=Qc
（3）视在计算负荷（单位为kvA ）
74.511822222=+=
c c c Q P S
（4）计算电流（单位为A ）
67663==
N
c
c U S I
高压侧功率因数计算
（1）有功计算负荷（单位为KW ）
46.4869015.0*5.47975.4797221=+=?+=c c c P P P
（2）无功计算负荷（单位为kvar ）
888.1891060.0*8.17848.1784221=+=?+=c c c Q Q Q
（3）视在计算负荷（单位为kvA ）
07.522422111=+=c c c P Q S
（4）功率因数的计算
932.0cos 1
1
==c c S P ?
满足要求最大负荷时功率因数大于0.90所以不需要无功补偿。 (5) 电流计算 （单位A ）
61.30131
1==N
c c U S I
满足要求最大负荷时功率因数大于0.90所以不需要无功补偿。
第二章 供配电方案选择
由负荷计算可以看出，低压侧（即380V 侧） 电流为6766A ，电流过大，而高压侧（即10KV 侧），电流为301.61A ，通过相应导线和负荷的考虑给出以下两种供配电选择：
（1）10KV 电压直接引入各个车间，再通过变压和分配直接提供给车间。
（2）10KV进线通过桥试连接的变压器2台，输出端为380V电压，但由于车间需求的电流很大，所以需要引入多组三相电缆。
选择方案一，可以尽量避免高电流不好找到相应线缆的问题，但从实际情况来看，这样的方式需要很多变压器及变配电室。还需要很多的工作人员，不符合实际操作需求。
选择方案二，主要的问题在于如何选取电缆的强度，并且需要很多车间电缆进线。但优点在于人员投入少，变压器用量少，易于检修和维护，前期投入较少。
综合以上情况，本次设计选择方案二
以下为方案二中各个车间所需负荷及需求电流的情况：
2
第三章变压所位位置的选择
变压所所址的选择原则
变压所所址的选择，应根据以下要求并经技术经济分析比较后确定：
（1）尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗，电压损耗和有色金属消耗量。
（2）进出线方便，特别是要便于架空进出线。
（3）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。
（4）设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装臵的运输。
（5）不应设在有剧烈运动或高温的场所，无法避开时，应有防振和隔热的措施。
（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧。
（7）不应设在厕所、浴室和其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。
（8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾环境的正上方或正下方。当有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058-1992《爆炸和火灾环境电力装臵设计规范》的规定。
（9）不应设在地势低洼和有可能积水的场所。
第四章变电所主变压器及主接线方案的选择
3.1变电所主变压器的选择
根据工厂的负荷性质和电源情况以及对现实状况实的际考虑工厂变电所的变压器做出以下选择：主备用变压器由于要符合二级符合要求，其负载端可能出现二，三级负荷混联的状况，所以根据容量（380V侧的总容量为5118.74KVA,10KV
侧总容量为522.07KVA。），以及日后厂区扩建和设备的增添。综合选择总容量为8000KVA的变压器，型号为S10-800 10000±5% 230/400.
因此可以考虑选两台S10-/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Dyn11。
相比于Yyno来说，Dyn11联结有下列优点：
（1）对于Dyn11联结变压器来说，其3n次（n为正整数）谐波电流在其三角形接线的一次绕组内形成环流，从而不致注入公共的高压电网中去，这较之一次绕组接成星形接线的Yyn0联结变压器跟有利于抑制高次谐波电流。
（2）Dyn11连结变压器的零序阻抗较之Yyn0连结变压器的零序阻抗小得多，从而更有利于低压单相接地短路故障保护的动作和故障的切除。
（3）当低压侧接用不平衡负荷时，由于Yyn0联结变压器要求低压中性线电流不超过低压绕组额定电流的25%，因而严重限制了其借用单相负荷的容量，影响了变压器设备能力的发挥。为此，GB50052-1995《供配电系统设计规范》规定，低压为TN及TT系统时，宜采用Dyn11联结变压器。Dyn11联结变压器的低压侧中性线电流允许达到低压绕组额定电流的75%以上，其承受单相不平衡负荷的能力远比Yyn0联结变压器大。这在现代供配电系统中单相负荷急剧增长的情况下，推广应用Dyn11联结变压器就显得更有必要。
综合考虑以上因素，采用Dyn11联结更有优势。
3.2变电所主接线方案的选择
按上面考虑的两种主变压器方案可设计主接线方案如下：
第五章 线型的选择
为保证供电系统安全、可靠、优质、经济的运行，选择导线和电缆截面时必须满足下列条件：
发热条件。导线和电缆再通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。
电压损耗条件。导线和电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。
经济电流密度。35KV 及以上的高电压线路及35KV 以下的长距离，大电流线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年运行费用支出最小。 机械强度 导线截面不应小于其最小允许截面，对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线则应校验其短路对的动稳定度和热稳定度。 对于绝缘单线和电缆，还应满足工作电压的要求。
由于当地气象地质条件：本厂所在地区的年最高气温为40o C,年平均气温为20o C,年最低气温为-8 o C,年最热月平均最高气温为30 o C,年最热月地下0.8m 处平均温度为25 o C 。年雷暴日数为32天，土壤性质以砂质粘土为主。且根据规定，10KV 及其以下的系统不需要进行经济电流密度的计算。所以线路的敷设方式选择为埋地敷设。
根据公式计算线路电流如下
p
e C C K K K I I θ2
>
由查表得出05.1=θK ,96.0=e K ，85.0=p K 。
各车间线路电缆埋地后实际电流需求表
线型选择如下表：
各车间线型及数量选择表
第六章 短路电流的计算
根据电路的进线可得短路电流计算线路图如下：
由上图课画出等效电路图如下：
确定短路计算基准值如下；
设标准容量MVA S d 100=,基准电压N c d U U U 05.1==，c U 为短路计算电压，即高压侧KV U c 5.101=，低压侧KV U c 4.02=，则：
KA U S I c d
d 5.5311==
KA U S I N
d
d 34.14432==
图5-1 短路计算电路
5.2确定短路计算基准值
设基准容量d S =100MVA ，基准电压d U =c U =1.05N U ，c U 为短路计算电压，
即高压侧1d U =10.5kV ，低压侧2d U =0.4kV ，则
kA kV
MVA
U S I d d d 50.55.103100311=?=
=
（5-1）
kA kV
MVA
U S I d d d 34.1444.0310032
2=?=
=
（5-2）
5.3计算供电系统中各主要元件的电抗标幺值
5.3.1电力系统
由电力系统出口断路器的断流容量oc S =500MVA 可知
*1X =100MVA/500MVA=0.2 （5-3）
5.3.2架空线路
查表得LGJ-150的线路电抗km x /35.00Ω=，而线路长8km ，故
54.2)
5.10(100)835.0(2202=?Ω?==*kV MVA
U S l
x X c d （5-4）
5.3.3电力变压器
查表得变压器的短路电压百分值%k U =4.5，故
kVA
MVA
S S U X N d k 10001001005.4100%3?==
*
=4.5
（5-5）
式中，N S 为变压器的额定容量
因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。
图5-2 短路计算等效电路
5.4 k-1点（10.5kV 侧）的计算
5.4.1总电抗标幺值
*2*1)1(X X X k +=*-∑=0.2+2.54=2.74
（5-6）
5.4.2 三相短路电流周期分量有效值
kA kA
X
I I k d k 01.274
.25.5*
)
1(1*1==
=
-∑= （5-7）
5.4.3 其他短路电流
kA I I I k 01.2)
3(1)3()3(''===-∞
（5-8）
kA kA I i sh 12.501.255.255.2)3('')3(=?== （5-9） kA kA I I sh 03.301.251.151.1)3('')3(=?== （5-10）
5.4.4 三相短路容量
MVA MVA
X S S k d
k 50.3674
.2100*
)
1()3(1==
=
-∑- （5-11）
5.5 k-2点（0.4kV 侧）的相关计算
5.5.1总电抗标幺值
*3*2*1)1(X X X X k ++=*-∑=0.2+2.54+4.5=7.24 （5-12）
5.5.2三相短路电流周期分量有效值
kA kA
X I I k d k 94.1924
.734.144*
)
2(2
*2==
=
-∑= （5-13）
5.5.3 其他短路电流
kA I I I k 94.19)
3(1)3()3(''===-∞
（5-14）
kA kA I i sh 68.3694.1984.184.1)3('')3(=?== （5-15） kA kA I I sh 73.2194.1909.109.1)3('')3(=?== （5-16）
5.5.4三相短路容量
MVA MVA
X
S S k d k 81.1324
.7100*
)
2()3(2==
=
-∑- （5-17）
将计算结果绘成表格可得表5-1
表5-1 短路计算结果