某工厂供配电系统的设计 毕业论文.doc

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肇莅薇袁膀膈蒃羀衿莃荿罿羂膆蚈羈肄莁蚄羇芆膄薀羇羆蒀蒆羆肈节螄羅膁蒈蚀羄芃芁薆肃羃蒆蒂蚀肅艿莈虿膇蒄螇蚈羇芇蚃蚇聿薃蕿蚆膁莆蒅蚅芄膈螃蚅羃莄虿螄肆膇薅螃膈莂蒁螂袈膅莇螁肀莀螆螀膂芃蚂蝿芅葿薈蝿羄节蒄螈肇蒇莀袇腿芀蚈袆衿蒅羇芈蒄蚁羃芇薆羆衿芆蚈蝿膈芅莈薂肄芄蒀螇羀芄薂薀袆莃节螆螂莂莄薈肀莁薇螄肆莀虿蚇羂荿荿袂袈莈蒁蚅膇莈薃袁肃蒇蚆蚃罿蒆莅衿袅肂蒈蚂螁肁蚀袇腿肁莀螀肅肀蒂羅羁聿薄螈袇肈蚆薁膆肇莆螆肂膆蒈蕿羈膅薁螅袄膅芀薈袀膄蒃袃腿膃薅蚆肅膂蚇袁羁膁莇蚄袇膀葿袀螃艿薂蚂肁艿芁袈羇芈蒄蚁羃芇薆羆衿芆蚈蝿膈芅莈薂肄芄蒀螇羀芄薂薀袆莃节螆螂莂莄薈肀莁薇螄肆莀虿蚇羂荿荿袂袈莈蒁蚅膇莈薃袁肃蒇蚆蚃罿蒆莅衿袅肂蒈蚂螁肁蚀袇腿肁莀螀肅肀蒂羅羁聿薄螈袇肈蚆薁膆肇莆螆肂膆蒈蕿羈膅薁螅袄膅芀薈袀膄蒃袃腿膃薅蚆肅膂蚇袁羁膁莇蚄袇膀葿袀螃艿薂蚂肁艿芁袈羇芈蒄蚁羃芇薆羆衿芆蚈蝿膈芅莈薂肄芄蒀螇羀芄薂薀袆莃节螆螂莂莄薈肀莁薇螄肆莀虿蚇羂荿荿袂袈莈蒁蚅膇莈薃袁肃蒇蚆蚃罿蒆莅衿袅肂蒈蚂螁肁蚀袇腿肁莀螀肅肀蒂羅羁聿薄螈袇肈蚆薁膆肇莆螆肂膆蒈蕿羈膅薁螅袄膅芀薈袀膄蒃袃腿膃薅蚆肅膂蚇袁羁膁莇蚄袇膀葿袀螃艿薂蚂肁艿芁袈羇芈蒄蚁羃芇薆羆衿芆蚈蝿膈芅莈薂肄芄蒀螇羀芄薂薀袆莃节螆螂莂莄薈肀莁薇螄肆莀虿蚇羂荿荿袂袈莈蒁蚅膇莈薃袁肃蒇蚆蚃罿蒆莅衿袅肂蒈蚂螁肁蚀袇腿肁莀螀肅肀蒂羅羁聿薄螈袇肈蚆薁膆肇莆螆肂膆蒈蕿羈膅薁螅袄膅芀薈袀膄蒃袃腿膃薅蚆肅膂蚇袁羁膁莇蚄袇膀葿袀螃艿薂蚂肁艿芁袈羇芈蒄蚁羃芇薆羆衿芆蚈蝿膈芅莈薂肄芄蒀螇羀芄薂薀袆莃节螆螂莂莄薈肀莁薇螄肆莀虿蚇羂荿荿袂袈莈蒁蚅膇莈薃袁肃蒇蚆蚃罿蒆莅衿袅肂蒈蚂螁肁蚀袇腿肁莀螀肅肀蒂羅羁聿薄螈袇肈蚆薁膆肇莆螆肂膆蒈蕿羈膅薁螅袄膅芀薈袀膄蒃袃腿膃薅蚆肅膂蚇袁羁膁莇蚄袇膀葿袀螃艿薂蚂肁艿芁袈羇芈蒄蚁羃芇薆羆衿芆蚈蝿膈芅莈薂肄芄蒀螇羀芄薂薀袆莃节螆螂莂莄薈肀莁薇螄肆莀虿蚇羂荿荿袂袈莈蒁蚅膇莈薃袁肃蒇蚆蚃罿蒆莅衿袅肂蒈蚂螁肁蚀袇腿肁莀螀肅肀蒂羅羁聿薄螈袇肈蚆薁膆肇莆螆肂膆蒈蕿羈膅薁螅袄膅芀薈袀膄蒃袃腿膃薅蚆肅膂蚇袁羁膁莇蚄袇膀葿袀螃艿薂蚂肁艿芁袈羇芈蒄蚁羃芇薆羆衿芆蚈蝿膈芅莈薂肄芄蒀螇羀芄薂薀袆莃节螆螂莂莄薈肀莁薇螄肆莀虿蚇羂荿荿袂袈莈蒁蚅膇莈薃袁肃蒇蚆蚃罿蒆莅衿袅肂蒈蚂螁肁蚀袇腿肁莀螀肅肀蒂羅羁聿薄螈袇肈蚆薁膆肇莆螆肂膆蒈蕿羈膅薁螅袄膅芀薈袀膄蒃袃腿膃薅蚆肅膂蚇袁羁膁莇蚄袇膀葿袀螃艿薂蚂肁艿芁袈羇芈蒄蚁羃芇薆羆衿芆蚈蝿膈芅莈薂肄芄蒀螇羀芄薂薀袆莃节螆螂莂莄薈肀莁薇螄肆莀虿蚇羂荿荿袂袈莈蒁蚅膇莈薃袁肃蒇蚆蚃罿蒆莅衿袅肂蒈蚂螁肁蚀袇腿肁莀螀肅肀蒂羅羁聿薄螈袇肈蚆薁膆肇莆螆肂膆蒈蕿羈膅薁螅袄膅芀薈袀膄蒃 毕业设计 某工厂供配电系统的设计 学生姓名学号自动化 系 部： 自动化 专 二一一年六月 诚信申明 本人申明：本人所提交的毕业论文某工厂供配电系统的设计的所有材料是本人在指导教师指导下独立研究、写作、完成的成果。特此申明。 本人签名： 2010 年 日 月 毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目： 某工厂供配电系统的设计系部： 自动化系 专业： 自动化 班级：学生： 指导教师（含职称）： ）专业负责人：1设计（论文）的主要任务及目标根据分析原始资料，进行工厂负荷计算；确定补偿容量，确定车间变电所的型式、数量；确定车间变压器的数量、容量；进行短路电流计算和电气设备选择，画出该工厂的电气接线图。通过论文设计，加深对工厂供电的认识，能独立设计工厂的电气主接线，会选择和校验电气设备，熟悉运用电气cad进行电气图的绘制。2设计（论文）的基本要求和内容原始资料分析工厂负荷计算；确定补偿容量车间变电所接线形式的确定配电系统设计短路电流计算，高低压电器设备选择用电气cad画出主接线图3主要参考文献1 温步瀛.电力工程基础m.北京：中国电力出版社,2006.2 苏文成.工厂供电(第2版)m.北京：机械工业出版社,1999.3 刘增良.刘国亭.电气工程cadm.北京：中国水利水电出版社,2003.4进度安排 摘 要电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制，调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。本设计首先根据厂方给定的全厂各车间电气设备及车间变电所负荷表进行电力负荷计算，然后根据计算负荷选定了主变压器和各车间变电所的变压器型号及其联接组别，在设计中根据本厂供电电源和厂供电要求进行了架空线路的选择，根据电力部门对工厂功率因数的要求计算出需要补偿的无功功率并以此选择相应的补偿电容器。然后对线路设定短路点进行短路电流的计算，并选出不同变压侧的电气设备。画出全厂供电系统的主接线图。关键词：主接线，电力负荷计算，无功补偿，短路电流计算，高低压设备 太原工业学院毕业设计abstractthe electrical energy is the modern industry production primary energy and the power. power is easy to be converted to other forms of energy, yet easy to convert to other forms of energy for the purpose of the application; transmission of electric energy distribution is simple economic and easy to control, adjustment and measurement, conducive to the realization ofproduction process automation. therefore , electric energy in modern industrial production and the entire national economy and life in an extremely broad application.this design given first by the manufacturer of electrical equipment for the workshop and the factory workshop substation load tables for load calculations, and then follow the computational load of transformer substation main transformer and the workshop are selected model and join groups, in the design of power supply, according to our factory for the power supply and factory overhead lines choice, according to power department of the requirements of the factory power factor compensation calculated need of reactive power and to select the corresponding compensation capacitor. and then the line short-circuit point set for the calculation of short-circuit current, and select different variable pressure side of the electrical equipment. draw the lord the wiring diagram of the power supply system.key words: the lord wiring, electric power load calculation, the reactive power compensation, short-circuit current calculation, high and low voltage equipments ii太原工业学院毕业设计目 录第1章 前言 . 1第2章 设计任务 . 22.1 原始资料 . 22.1.1 工厂平面图 . 22.1.2 工厂的供电电源 . 22.1.3工厂的负荷情况 . 22.2 设计要求 . 4第3章 全厂负荷计算和无功功率补偿 . 53.1 负荷计算 . 53.2 无功功率补偿 . 6第4章 变电所高压电器设备选型 . 84.1 主变压器的选择 . 84.2 各个车间变压器的选择 . 84.3 35kv架空线的选择 . 9第5章 短路电流的计算 . 105.1 短路的原因 . 105.1.1 短路的基本概念 . 105.1.2 短路的原因 . 105.2 短路的后果 . 105.3 三相短路电流计算的目的 . 115.4 短路电流的计算 . 11第6章 变电所的设备选择和校验 . 146.1 35kv侧设备的选择和校验 . 146.2 10kv侧的设备选择和校验 . 17第7章 主变压器继电保护 . 227.1保护作用 . 227.2保护装置及整定计算 . 22第8章 变电所的设计说明 . 248.1概述 . 24 i太原工业学院毕业设计8.2室内布置 . 248.3室外布置 . 24参考文献 . 25致谢 . 26附录一 主接线图 . 27 ii太原工业学院毕业设计第1章 前言 电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，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（除电化工业外）。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，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。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，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。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：(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 色金属的消耗量。 1太原工业学院毕业设计第2章 设计任务 2.1 原始资料2.1.1 工厂平面图工厂平面图如图2.1所示： 图2.1 工厂平面图1-纺炼车间 2-原液车间 3-酸站 4-排毒机房 5-锅炉房 6-仓库 7-试验车间 8-动力车间 9-办公大楼 10-饭厅 11-技校 12-宿舍 13-扩建年产量500吨长丝工程纺炼车间2.1.2 工厂的供电电源按照工厂和当地的供电部门的供电用电协议规定，该厂由距离9km外有一地区变电所，供电部门要求从该变电所以35kv架空线路为本厂供电。电业部门变电所配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为2秒，工厂配电所应不大于1.5秒，工厂的功率因数值要求在0.9以上。35kv侧系统最大三相短路容量为200mva。2.1.3工厂的负荷情况该厂多数车间为两班制，年最大负荷小时数为4500h。该厂除原料车间、其它 2太原工业学院毕业设计附属车间二级负荷外，其余为一级负荷。该厂的负荷统计资料如表2.1，表2.2所示：表2.1 各车间负荷情况各车间负荷情况原液车间 酸站锅炉房排毒机房其它附属车间 3太原工业学院毕业设计表2.2 各个车间用电表2.2 设计要求(1)全厂负荷计算，确定无功补偿容量。 (2)草拟全厂供电系统草图。 (3)短路电流的计算。(4)选择35kv供电线路和高低压电器设备的选择。 4太原工业学院毕业设计第3章 全厂负荷计算和无功功率补偿 3.1 负荷计算我们在计算全厂负荷时，由于酸站，锅炉房，排毒机房设备容量小，用电量也小，从每个车间的变压器和全厂的平面图可以把这三个车间看成一个车间。则我们可以把全厂的平面简化成如图3.1所示： 图3.1工厂平面简化图采用需要系数法对各个车间进行计算，应该将照明的和动力部分分开算具体的情况如下：(1)纺炼车间：动力：p30(11)=1440.8+51.60.8+720.7+3.70.8+140.5+2320.75+11.80.75+280.75+8000.8=1055.53kw q30(11)=808.7kvars30(11)=1329.8kva i30(11)=0.38=2021a照明：p30(12)=94.5kw q30(12)=0则放炼车间s30(11)=1407kva(2)原料车间：动力： 5太原工业学院毕业设计p30(21)=21.70.7+266.40.75+1000.7+708.30.75=816.3kwq30(21)=624.3kvars30(21)=1028kva i30(21)=照明： 0.38=1562ap30(22)=14.4kw q30(22)=0则原料车间s30(21)=1040kva(3)酸站 锅炉房 排毒机房：动力：p30(31)=205.50.6+204.20.75+2000.75=426.5kwq30(31)=395kvars30(31)=582kva i30(31)=照明：p30(32)=6kw q30(32)=0则酸站 锅炉房排毒机房s30(31)=592kva(4)仓库 办公大楼 试验车间等其他附属车间：动力：p30(41)=1500.7=105kwq30(41)=131.25kvars30(41)=168kva i30(41)=照明：p30(42)=19.8kw q30(42)=0则其他附属车间的s30(41)=182kva取全厂的同时系数为：k=0.9 kq=0.95 则全厂的计算负荷为： pp30(1)=2284+37=2321kw q30(1)=1862-900+147=1109kvar 0.38=885a 0.38=256as30=2947kva i30=0.38=4478a3.2 无功功率补偿由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：s30=2947kva这时的功率因素为：cosq=22842947=0.7750.9，因此要进行无功功率补偿。由于在变压器的无功消耗大于有功消耗，所以在计算无功功率补偿的时候取cosq=0.92，这样我们无功补偿的qc为：6太原工业学院毕业设计qc=2284tan(arccos0.775)-tan(arccos0.92)=890kvar则取qc=900kvar，采用9个bwf10.5-100-1并联电容器进行补偿，总共补偿容量：100kvar9=900kvar(1)补偿后的变压所的低压侧视在计算负荷为： s30(2)=2446kva电流i30=0.38=3717a变压所的功率损耗为： dpt=0.015s30(2)=0.0152446=37kvardqt=0.06s30(2)=0.062446=147kvar(2)变电所的高压侧的计算负荷为：p30(1)=2284+37=2321kw q30(1)=1862-900+147=1109kvars30(2)=2573kva电流i30(1)=0.38=3910a(3)补偿后的功率因素：cosq=2573=0.902(大于0.9)符合要求。 7太原工业学院毕业设计第4章 变电所高压电器设备选型 4.1 主变压器的选择年损耗的电量的计算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到(1)年有功电能消耗量：wpa=ap30ta (式4.1)(2)年无功电能耗电量：wqa=bq30ta (式4.2) 结合本厂的情况，年负荷利用小时数ta为4500h，取年平均有功负荷系数a=0.72，年平均无功负荷系数b=0.78。由此可得本厂：(1)年有功耗电量：wpa=0.722284kw4500h=7.4106kwh(2)年无功耗电量：wqa=0.781862kvar4500h=6.54106kwh从全厂的视在计算负荷和全厂要求上看，该厂负荷属于二级负荷，对电源的供电的可靠性要求比较高，则采用两台变压器进行工作，以便当一台变压器出现故障或者维修时，另一台变压器可以来承担各个车间的负荷继续供电，故选两台变压器，每台变压器的容量：sn.t0.72446=1712kva考虑到将来厂子的变大可以把变压器的容量按2000kva来选，因此选两台s9-2000/35型低损耗配电变压器，其连接组别采用yyn0。4.2 各个车间变压器的选择(1)纺炼车间安装两台变压器，其容量按：sn.t0.71407=984.9kva因此选两台s9-1000/10型低损耗配电变压器，其连接组别采用yyn0。(2)原料车间安装两台变压器，其容量按：sn.t0.71040=728kva因此选两台s9-800/10型低损耗配电变压器，其连接组别采用yyn0。(3)酸站 锅炉房 排毒机房安装两台变压器，其容量按：sn.t0.7592=414.4kva因此选两台s9-500/10型低损耗配电变压器，其连接组别采用yyn0。(4)其他附属车间安装两台变压器，其容量按：sn.t0.7182=127.4kva8太原工业学院毕业设计因此选两台s9-160/10型低损耗配电变压器，其连接组别采用yyn0。则各个变压器的变压器和数据如表4.1所示表4.1 各个变压器的型号和数据4.3 35kv架空线的选择由于本厂是由电业部门某一35kv变电所供电且有两台变压器互相暗备用，所以架空线也选着两条备用按照经济电流密度选择导线截面积 线路在正常工作时的最大的工作电流为： ig=35=42.4a该生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用时数为4500小时，属于三级负荷。其钢芯铝线的电流密度j=0.9所以导线的经济截面面积：sj=igj=0.9=47.11mm2考虑到考虑到线路投入使用的长期发展远景，选用截面积为50 mm2的导线，所以35kv架空线为lgj-50的导线，长度为9km。 按长时允许电流校验导线截面积查表得lgj-50型裸导线的长时允许电流iy=220a(25)当坏境温度为35度时，导线最高工作温度为70度，则长时允许电流为：ia=194.02a当一台变压器满载，一条输电线检修时导线负荷最大，这时的负荷电流为：ie=由于ieia，所以符合要求。 935=33a太原工业学院毕业设计第5章 短路电流的计算5.1 短路的原因5.1.1 短路的基本概念所谓短路，就是由电源通向用电设备（也称负载）的导线不经过负载（或负载为零）而相互直接连接的状态，也称为短路状态。5.1.2 短路的原因工厂供配电系统要求安全、可靠、不间断地供电，以保证生产和生活的需要。但是由于各种原因，难免出现故障，系统中最严重的故障就是短路。所谓短路，是指供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的“短接”。短路发生的原因是多种多样的，主要有：(1)电气设备存在隐患。如设备的绝缘材料自然老化、绝缘机械损伤、设备缺陷未发现和消除、设计安装有误等。(2)运行、维护不当。如不遵守操作规程而发生误操作，技术水平低，管理不善等。(3)自然灾害。如雷电过电压击穿设备绝缘，特大的洪水、大风、冰雪、地震等引起的线路倒杆、断线，鸟、老鼠及蛇等小动物跨越在裸露的导体之间等。5.2 短路的后果由于短路后，电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，因此短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达几万安培甚至几十万安培。在电流急剧增加的同时，系统中的电压将大幅度下降。所以短路后果往往都是破坏性的，其主要危害大致有如下几方面：(1)短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏；(2)短路时电压要骤降，严重影响电气设备的正常运行；(3)短路时要造成停电事故，而且越靠近电源，短路引起停电的范围越大，给国民经济造成的损失也越大；(4)严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列；(5)单相对地短路，其电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通信线路、信 10太原工业学院毕业设计号系统及电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。由此可见，短路的后果是非常严重的。为保证电气设备和电网安全可靠地运行，首先应设法消除可能引起短路的一切原因。其次在发生短路后应尽快切除故障部分和快速恢复电网电压。为此，可采用快速动作的继电保护装置，以及选用限制短路电流的电气设备(如电抗器)等。5.3 三相短路电流计算的目的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为了保证电力系统安全运行，择电气设备时，要用流过该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和点动力的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。对于工厂供电系统来说，常将电力系统当作无限大容量电源。所以短路电流的计算对电器设备的选择和校验都有很大的作用。5.4 短路电流的计算常用的计算短路电流的方法有欧姆法和标幺值法，这里我们用的是标幺值法，在本设计中35kv侧系统最大三相短路容量为200mva，35kv侧系统最小三相短路容量为175mva。我们就按照最大短路容量的去计算短路电流，本厂的供电系统简图如下图所示。采用两路电源供线，一路为距本厂9km的馈电变电站经lgj-50架空线（系统按电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为175mva本电厂的供电简略图5.1所示图5.1 工厂供电简略图 11太原工业学院毕业设计(1)确定基准值：取sd=100mva，uc1=37kv，uc2=10.5kv，uc3=0.4kv则有id1=sdc1=37=1.56ka，id2=sdc2=10.5=5.51ka，id3=sdc3=0.4=144.34ka(2)计算短路电流中各主要元件的电抗标幺值： 电力系统的电抗标幺值：由于soc=200mva，因此有x=sdsoc=200=0.5 架空线路的电抗标幺值：由于架空线是lgj-50型，取电抗xo=0.374则架空线路的电抗标幺值：x1=0.3749372=0.246 电力变压器的电抗标幺值：由变压器的型号可以得出uk%=6.5因此变压器的电抗标幺值： x2=6.52=3.25 各个车间的变压器的电抗标幺值： 放炼车间：x3=4.51=4.5 原料车间：x4=4.50.8=5.625酸站 锅炉 排毒机房：x5=40.5=8 其他附属车间：x6=40.16=25计算短路电流的系统供电的等效图5.2所示： 图5.2 系统供电等效图(3)计算k1点的短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：xk1=0.5+2=0.623 12太原工业学院毕业设计(3) 三相短路电流周期分量的有效值：ik1=id1xk1=2.51ka (3)(3)(3) 其他三相短路电流：i(3)=i =ik1=2.51ka，ish=2.552.51=6.41ka，(3)ish=1.512.51=3.79ka(3) 三相短路容量：sk1=sdxk1=160.52mva(4)计算k2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：xk2=xk1+2=2.248(3)