某塑料制品厂配电系统

本课题是对某某塑料制品厂供配电的一个设计，对工厂供电方式、主要设备的选择、保护装置的配置及防雷接地系统进行了相应的叙述，其中还包括全厂的负荷计算、短路电流计算、设备选择和校验、配电装置设计、防雷保护设计等。本设计通过计算出的有功、无功率选择变压器的大小和相应主要设备的主要参数，再根据用户对电压的要求，计算补偿功率。根据国家供电部门的相关规定，对该厂的总平面图和主接线图进行勾画。电气主接线对电气设备的选择，配电所的布置，运行的安全性、可靠性和灵活性，对电力工程建设和运行的经济节约等，都有很大的影响。

关键词：变电所  负荷计算  设备选型

1、引言…………………………………………………………………………………1

1.1 课题目的和意义…………………………………………………………………1

1.2 某某塑料制品厂基本情况………………………………………………………1

1.3  工厂平面图……………………………………………………………………2

2  主接线的设计……………………………………………………………………2

2.1  总配电所的主接线设计的原则和意义………………………………………3

2.2  变配电所主接线方案的技术经济指标………………………………………3

2.3  主接线图………………………………………………………………………3

3  负荷计算…………………………………………………………………………4

3.1  负荷计算的意义………………………………………………………………4

3.2  负荷计算的方法……………………………………………………………5

3.3.1  具体数据和负荷计算举例………………………………………………5

3.3.2  变电所车间负荷计算………………………………………………………6

4  功率补偿计算……………………………………………………………………9

4.1  功率补偿计算…………………………………………………………………9

5 短路电流计算……………………………………………………………………10

5.1  短路电流计算方法及意义……………………………………………………10

5.2  短路计算………………………………………………………………………11

5.2.1  短路电流计算等效示意图…………………………………………………11

5.2.2  短路电流及容量的计算……………………………………………………11

6  进线、母线及电器设备的选择…………………………………………………13

6.1  总配电所架空线进线的选择…………………………………………………13

6.2  高压侧与低压侧母线的选择…………………………………………………13

6.3  各变电所进线选择……………………………………………………………13

6.4  变电所低压出线的选择………………………………………………………14

6.5  设备的选择……………………………………………………………………14

6.5.1  高压侧设备的选择…………………………………………………………14

6.5.2  各车间进线设备的选择……………………………………………………15

6.5.3各变电所低压侧出线回路设备选择与校验表………………………………16

7  防雷与接地保护…………………………………………………………………18

7.1  防雷保护………………………………………………………………………18

7.2  接地装置………………………………………………………………………18

8  结论………………………………………………………………………………19

9  参考文献…………………………………………………………………………20

1、引言

1.1 课题目的和意义

通过本课程设计，熟悉供配电系统初步设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范等，锻炼工程设计、技术经济分析比较、工程计算、工具书使用等能力，并了解供电配电系统前沿技术及先进设备。

按照《工厂供电技术》以及所满足的必须原则进行初步设计、技术设计和施工设计等三个阶段去实行。满足所给的负荷条件、供电条件、技术条件和设备的选择的可行性。必须遵守国家的有关规程和标准，执行国家的有关方针，包括节约能源、节约有色金属等技术经济。应做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，应采用效率高、能耗低、性能较先进的电气产品。应根据工程特点、规模和发展规则，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和供电地区的条件等，合理确定设计方案。 

 在塑料工厂里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。例如在机械工业中，电费的开支仅占产品成本的5%左右。因此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。而在于工业生产实现电气自动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的自动化。所以一套完整的现代化供电系统对于一个工厂实现生产自动化、提高成品质量是不可缺少的。

1.2 某某塑料制品厂基本情况

工厂年最高气温39℃，年平均气温23℃，年最低气温-5℃, 年最热月平均最高气温33℃，年最热月平均气温26℃，年最热月地下0.8m处平均温度25℃．主导风向为南风，年雷暴日数52。平均海拔22m，地层以砂粘土为主。

在工厂供电的过程中要切实保证工厂生产和生活的需要，还要做好节能工作，就应该做到以下要求：

可靠：要满足供电可靠性的要求。

安全：要满足在电能的使用中不应发生设备和人身事故。

优质：要保证用户对电能质量的要求。

经济：尽量减少供电系统中不必要的投资，并尽可能地节约电能。

此外，在设计工厂配电系统的时候还要考虑到当地的天气设计防雷接地装置，合理地处理当前和长远的关系，既要节约能源，又要保证工厂生产和生活的需要。

1.3  工厂平面图

图1.1   塑料厂平面布置图

2  主接线的设计

根据本厂与供电部签定的供用电协议，供电电压为从电业部门某60／10千伏变电所用10千伏架空线路向本厂供电，该所在厂南侧l公里，工作电源仅采用10千伏电压一种。总配电所内的10KV母线采用母线不分段，电源进线均用断路器控制。

2.1  总配电所的主接线设计的原则和意义

一次接线图也叫做主接线图，是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。电气一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压电气设备。它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。

对工厂变电所主接线应满足以下几点要求：

安全：应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。

可靠：应满足电力负荷对供电可靠性的要求。

灵活：应能适应必要的各种运行方式，便于操作和检修，且适应负荷的发展。

经济：在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。

2.2  变配电所主接线方案的技术经济指标

设计变配电所主接线，应根据所选主变压器的容量以及负荷对供电可靠性的要求，初步确定2～3个比较合适的主接线方案来进行技术经济比较，择其忧者作为选定的变配电所主接线方案。主接线的基本方式有以下四种：

单母线接线

母线是连接电源和引出线的中间环节，起汇集和分配电能的作用，只有一组母线的接线称为单母线.单母线接线简单明了，操作方便，便于扩建，投资少。

双母线连线

在单母线连线的基础上，设备备用母线，就成为双母线。它在供电可靠性和运行灵活性方面是最好的一种主接线。可投资大，开关电器多，配电装置复杂，占地面积大，不适合一般配电所。

桥式接线

当配电所只有两回路电源进线和两台主变压器时，采用桥式接线用的断路器台数最少，投资低。

线路一变压器组单元接线

当单回路单台变压器供电时，宜采用此进线，所有的电气设备少，配电装置简单，节约建设投资。

2.3  主接线图 

按一台变压器的主接线图为例。

图2.1  装一台变压器的主接线图

3  负荷计算

3.1  负荷计算的意义

计算负荷是供电系统设计计算的基础，为选择变压器台数和容量，选择电气设备，确定测量仪表的量程，选择继电保护装置等提供重要的数据依据。所以负荷计算准确与否直接影响着供电设计的质量。工厂供电系统运行时的实际负荷并不等于所有用电设备额定功率之和。这是因为用电设备不可能全部同时运行，每台设备也不可能全部满负荷，各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。因此，工厂供电系统在设计过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效是指这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。我们按照等效负荷，从满足用电设备发热的条件来选择用电设备，用以计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。通常规定取30分钟(min)平均最大负荷、和作为该用户的“计算负荷”，并用、、和分别表示其有功、无功、视在和电流计算负荷。

计算负荷也称需要负荷或最大负荷，目的是为了合理地选择工厂各级电压供电网络、变压器容量和设备型号等。

3.2  负荷计算的方法

计算负荷的确定是工厂供电设计中很重要的一环，汁算负荷的确定是否合理，直接影响到电气设备选择的合理性、经济性。如果汁算负荷确定的过大，将使电气设备选得过大，造成投资利有色金属的浪费；而计算负荷确定的过小，则电气设备运行时电能损耗增加，并产生过热，使其绝缘过于老化，甚至烧毁、造成经济损失。因此，在供电设计中，应根据不同的情况，选择正确的计算入法来确定汁算负荷。常用的负荷计算方法有需要系数法、二项式法、利用系数法和面积功率法等。在实际工程配电设计中，广泛采用系数法，因其计算方便，多采用方案估算，初步设计和全厂大型车间变电所的施工设计。

按需要系数法确定计算，应从实际每台用电设备开始，逐级向电源推进，一直计算到电源，用每一级的计算负荷为选择该用电器的依据。需用系数法的计算，现在己普遍应用于供配电设计中，其缺点是它未考虑到用电设备中少数容量特大的设备对计算负荷的影响。本设计的情况符合需要系数法，因此本设计中的负荷计算都用需要系数法进行计算。

3.3.1  具体数据和负荷计算举例

表3.1所有变电所负荷计算表

以NO.5变电所车间计算为例，计算过程如下：（在计算各车间变电所负荷合计时，同时系数分别取值：=0.9；=0.95）

锅炉房

有功功率：==200×0.7=140 KW

无功功率：= =140×0.88=123.2 Kvar

视在功率：==140÷0.75=186.67 KV·A

试验室

有功功率：==125×0.25=31.25 KW

无功功率：= =31.25×1.73=54.06 Kvar

视在功率：==31.25÷0.5=62.5 KV·A

辅助材料库

有功功率：==110×0.2=22 KW

无功功率：= =22×1.73=38.06 Kvar

视在功率：==22÷0.5=44 KV·A

油泵房

有功功率：==15×0.65=9.75 KW

无功功率：= =9.75×0.75=7.31 Kvar

视在功率：==9.75÷0.8=12.19 KV·A

加油站

有功功率：==10×0.65=6.5KW

无功功率：= =6.5×0.75=4.88 Kvar

视在功率：==6.5÷0.8=8.13 KV·A

办公楼

有功功率：==15×0.6=9 KW

无功功率：= =9×1.33=11.97 Kvar

视在功率：==9÷0.6=15 KV·A

变电所N0.5的计算负荷：

有功计算负荷：=

              =0.9×（140＋31.25＋22＋9.75＋6.5＋9）

              =196.65 KW

无功计算负荷：=

              =0.95×(123.2＋54.06＋38.06＋7.31＋4.88＋11.97)

              =227.51 Kvar

视在计算负荷：==

              =300.72 KV·A

表3.2  负荷计算结果

4.1  功率补偿计算

供电单位一般对用电用企业要求要求功率因数达到0.9以上，当总功率因数较低时，常采用提高用电设备的自然功率因数的方法提高总平均功率因数。提高负荷的功率因数，可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率，使线损大为降低，而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的输送能力。

本设计采用并联电容器进行无功补偿，它是目前最行之有效且应用最广的无功补偿的措施，它主要用于频率为50Hz的电网中提供功率因数，作为产生无功功率的电源。

下面以NO.5变电所为例计算：

变电所的补偿前功率因数：==196.65÷300.72=0.65

计算电流：===78.46 A

补偿后功率因数：=0.92

需要补偿的功率：==196.65×（1.17-0.43）

                         =145.52 Kvar

补偿电容器的个数：=145.52÷25=5.81

所以实际补偿的功率：=150 Kvar（所以本设计中选用电容器的型号为BKMJ0.4-25-3 ）

补偿后有功计算负荷：==196.65 KW

补偿后无功计算负荷：=-=227.51-150=77.51 Kvar

补偿后视在计算负荷：==211.37 KV·A

补偿后的计算电流：===12.20 A

高压侧功率因数的校检：=0.015=0.015×211.37=3.17 KW

                      =0.06=0.06×211.37=12.68 Kvar

高压侧有功计算负荷：=+=199.82 KW

高压侧无功计算负荷：=+=90.19 KV·A

高压侧视在计算负荷：==219.23 KV·A

高压侧计算电流：===12.66 A

高压侧的功率因数：==0.91>0.9，满足要求。

其他各变电所的计算方法相同，计算结果如表4.1所示：

表4.1  功率补偿计算结果

5.1  短路电流计算方法及意义

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺制法，本设计采用标幺制法。短路电流计算的目的主要是为了正确选择电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。

5.2  短路计算

5.2.1  短路电流计算等效示意图

图5.1  短路等效电路图

5.2.2  短路电流及容量的计算

取基准容量=100MVA，高压侧基准电压 ，低压侧基

高侧基准电流，低压侧基准电流

电力系统的电抗标幺值由=300MVA得：==100÷300=0.33

架空线路的电抗标幺值：由=0.35Ω/km =1km得：

===0.32

电力变压器的电抗标幺值，这里以NO.1为例计算，该变电所选的变压器是S9-1000/10，所以=4.5%：

===4.5

短路等效电路图如图5-1所示，并标明短路计算点。

计算K-1点的短路电路总标幺值及三相短路电流和短路容量：

总电抗标幺值

=+=0.33+0.32=0.65

三相短路电流周期分量有效值

==5.5÷0.65 KA=8.46 KA

其他三相短路电流

===8. KA

=2.55=2.55×8.=22.03 KA

=1.51=1.51×8.=13.06 KA

三相短路容量

===153.85 MV·A

计算K-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量

总电抗标幺值

==0.33+0.32+4.5=5.15

三相短路电流周期分量有效值

===28.03 KA

其他三相短路电流

===28.03 KA

=1.84=1.84×28.03=51.58 KA

=1.09=1.09×28.03=30.55 KA

三相短路容量

===19.42 MV·A

其他各变电所的短路计算与NO.1计算相同，其计算结果如表5.1所示：

表5.1  各变电所的短路计算电路及容量

6.1  总配电所架空线进线的选择

架空线一般按发热条件来确定导线的型号，应该注意的是导线的允许载流量小于通过相线的计算电流，即>

高压侧补偿后的计算电流：===152.04 A 查询相关附录表：根据当地温度的需要选择适宜的导线，因此这里应该选择GJ-35型的铝绞线，该导线的截面积是35mm，机械强度也满足要求。

6.2  高压侧与低压侧母线的选择

母线的选择方法与架空线的选择方法相同，所以计算电流为：

===152.04 A 

查询相关附录表：根据当地温度的需要选择适宜的导线，因此这里应该选择LMY型矩形硬铝母线，选择导线的截面积为50×4mm，其允许载流量为586A。

低压侧与高压侧的母线选择一致，此处省略计算过程。查表得，低压侧母线选用LMY型矩形硬铝母线的截面为125×10mm。

6.3  各变电所进线选择

NO.1 变电所引进线

年最大负荷利用小时在5000h以上的架空线路且材料为铝芯电缆的经济电流密度为1.54A/mm。

回路电流：===51.29 A

所以===33.31mm

查表知：可选择ZLQ20-10000-3×35 mm的三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带凯装防腐电缆，相关参数：在温度为35℃时，允许的载流量是105A，正常允许的最高温度为60℃。

其他变电所均采用ZLQ20-10000型电缆，其选择结果如表6.1所示：

表6.1  各变电所高压进线列表

选择原则:根据计算变电所计算电流大小，来选择线型。

NO.1 变电所

低压侧回路电流：===49.42A

所选母线载流量应大于回路电流，查表可知：矩形硬铝母线LMY—100×6.3,其

放平时的载流量是1371A，能够满足载流要求。其他变电所选择如下表6.2所示：

表6.2  各变电所低压进线列表

选择的原则：所选设备的额定电压U不应小于所在线路的额定电压U,即：U≥U；所选设备的额定电流I不应小于所在电路的计算电流I，即：I≥I；选设备的额定开断电流I或断流容量S不应小于设备分段瞬间的的短路电流有效值I或短路容量D,即：I≥I或S≥D。

6.5.1  高压侧设备的选择

表6.3  高压侧设备列表

各变电所回路电流计算值：

NO.1变电所：回路电流=51.29A，电压=10KV；

NO.2变换所：回路电流=49.14A，电压=10KV；

NO.3变电所：回路电流=22.19A，电压=10KV；

NO.4变电所：回路电流=16.78A，电压=10KV；

NO.5变电所：回路电流=12.66A，电压=10KV。

此处设备器材均以K—1点的短路电流来进行动稳定和热稳定校验，因此各车间变

电所10KV进线回路设备相同。此处只列出第一车间的设备型号，其他车间选用设备型号均相同。

表6.4  高压侧设备列表

NO.1车间变电所：低压侧回路电流A,V

表6.5  NO.1变电所低压侧进线设备

表6.6  NO.2变电所低压侧进线设备

表6.7  NO.3变电所低压侧进线设备

表6.8  NO.1变电所低压侧进线设备

表6.9  NO.5变电所低压侧进线设备

7.1  防雷保护

防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。 

在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设的避雷针。按规定，的避雷针的接地装置接地电阻。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长1～1.5。避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。

7.2  接地装置

电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。

接地电阻是接地线和接地体电阻与接地体流散电阻的总和。接地电阻按其通过电流的性质分为以下两种：

工频接地电阻  工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为工频接地电阻，用表示。

冲击接地电阻  雷电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为冲击接地电阻，用表示。

关于本设计低压TT系统中电气设备外露可导电部分的保护接地电阻，按规定应满足这样的条件，即在接地电流通过时产生的对地电压不应高于安全特低电压50V，因此保护接地电阻为：

如果作为设备单相接壳故障保护的漏电断路器的动作电流取为30mA（安全电流值），则。这一电阻很大，很容易满足要求。一般取，以确保安全。

8  结论

我的题目是某某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计。在本次设计中我翻阅了大量的相关书籍，虽然我们没有开设有关工厂供电的课程，但是经过这次设计让我懂得了许多这方面的知识，为以后从事电气专业方面的工作打下了坚实的基础。本次设计的主要内容有各变电所的负荷计算，功率补偿计算，高低压侧的短路电流计算，设备的选择和防雷接地设计等。

虽然本次设计中遇到了许多问题，例如负荷计算和短路电流计算等。我们根据导师提供的数据，通过这些计算方法计算出相关的数据，再根据这些数据选择适合本设计的设备，选择好设备后我们就可以画出工厂的主接线图和变压器保护图。防雷与接地保护也是本设计的组成部分，虽然我们在这方面的知识很缺乏，但在老师的耐心指导下，我还查阅了很多相关的书籍，让我对之方面的专业知识有了进一步提高了，为以后的工作打了良好基础。

9  参考文献

[1] 熊信银，张步涵合编. 电气工程基础[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2005. 

[2] 何仰赞，温增银合编. 电力系统分析（上、下册）（第三版）[M]. 武汉：华中科技大学出版社，2002. 

[3] 张保会，尹项根合编. 电力系统继电保护[M]. 北京：中国电力出版社，2005. 

[4] 水利电力部西北电力设计院编．电力工程电气设计手册(1)电气一次部分[M]．北京：中国电力出版社，19. 

[5] 能源部西北电力设计院编．电力工程电气设计手册(2)电气二次部分[M]．北京：中国电力出版社，1991. 

[6]刘介才主编．工厂供电[M]．北京：机械工业出版社，2009.

[7] 孙琴梅。工厂供配电技术[Ｍ].北京：化学工业出版社，1995.

[8] 王春江.电线电缆手册[S].北京：机械工业出版社，1999.