某车间变电所供配电设计.doc

信息与电子工程系供配电毕业设计说明书某 车间变电所供配电设计及保护45摘 要 本设计系统地介绍了供配电系统的构成、分析计算和基本的工程设计方法。首先概要地介绍工厂供电的有关基础知识，接着系统地讲述工厂的电力负荷及其计算，短路电流及其计算，工厂变配电所及其一次系统，工厂的电力线路，工厂供电系统的过电流保护，最后讲述工厂的电气安全问题。关键词 系统设计；短路计算；电气设备的选型及稳定性校验目 录第一章 概述51.1 工厂供电的意义和要求51.2 工厂供电设计的一般原则61.3 设计内容及步骤6第二章 工厂的电力负荷及其计算72.1电力负荷72.2 用电设备组计算负荷的确定82.3 工厂的计算负荷以及年消耗量的计算122.4尖峰电流及计算15第三章工厂变配电所的所址和型式163.1变配电所所址选择的一般原则163.2 车间变电所类型16第四章 主变压器的选择及主接线方案和低压线路的确定184.1.变电所主变压器的选择184.2 主接线方案的确定194.3 低压线路的确定方式21第五章 短路电流及其变压器的整定保护235.1概述235.2 三相短路电流的计算235.3 变压器的整定保护计算26第六章 低压一次设备的选择和校验316.1 概述316.2 断路器种类和型式的选择316.3接触器的选择346.4 电流互感器的选择和校验356.5 工厂电力线路的选择与校验36结 束 语40参考文献42致 谢43第一章 概述本章概述工厂供电有关的基本知识和基本问题。简介工厂供电的意义，工厂供电设计的一般原则以及本设计的步骤和任务。1.1 工厂供电的意义和要求工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。众所周知，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有色金属的消耗量。 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。 1.2 工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、GB50053-94 10kv及以下设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1）遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。（2）安全可靠、先进合理；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，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。（3）近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。（4） 全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。1.3 设计内容及步骤全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。其基本内容有以下几方面。1、全厂负荷的分析和计算；2、无功负荷的分析和补偿计算；3、6/0.4/0.23kV变电所所址、型式的确定；4、变压器台数、容量、型号的选择确定；5、0.4/0.23kV变电所主接线方案的确定；6、短路电流及变压器、在电机的保护整定计算；7、变电所主要设备的选择；8、全厂配电系统及主接线图。第二章 工厂的电力负荷及其计算本章内容讨论和计算供电系统正常状态下的运行负荷。首先简介工厂电力负荷分级对供电电源的要求及有关概念，然后重点介绍用电设备组计算负荷和工厂计算负荷的确定。 在电力系统中，电力负荷通常指用电设备或用电单位(用户)，也可以指用电设备或用电单位所消耗的功率或电流(用电量)。2.1电力负荷2.1.1电力负荷的分类电力负荷按照用户的性质分为工业负荷、农业负荷、交通运输负荷和生活用电负荷等。按用途分为动力负荷和照明负荷。动力负荷多数为三相对称的电力负荷，照明负荷为单相负荷。按用电设备的工作制分为连续(或长期)工作制、短时工作制和断续周期工作制(或反复短时工作制)三类。这里主要介绍按用电设备工作制分类： (1)连续工作制 这类设备长期连续运行，负荷比较稳定。如通风机、空气压缩机、各类泵、电炉、机床、电解电镀设备、照明设备等。 (2)短时工作制 这类设备的工作时间较短，而停歇时间相对较长。如机床上的某些辅助电动机、水闸用电动机等。这类设备的数量很少，求计算负荷时一般不考虑短时工作制的用电设备。 (3)断续周期工作制 这类设备周期性地工作停歇工作，如此反复运行，而工作周期不超过10min。如电焊机和起重机械等。通常用负荷持续率(或暂载率)来表示其工作特征。负荷持续率为一个工作周期内的工作时间与整个工作周期的百分比值。即 (2-1)式中，为工作周期；为工作时间；为停歇时间。对断续周期工作制的设备来说，其额定容量是对应于一定的负荷持续率的。所以，在进行工厂电力负荷计算时，对不同工作制的用电设备的容量需按规定进行换算。2.1.2电力负荷的分级及对供电电源的要求 工厂的电力负荷，按GB50052-1995规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电所造成的损失或影响程度，分为以下三级： (1)一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、大量产品报废、用重要原材料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要的场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。一级负荷属于重要负荷，是绝对不允许断电的。因此，要求有两路独立电源供电。当其中一路电源发生故障时，另路电源能继续供电。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两路电源外，还必须增设应急电源。常用的应急电源有：独立于正常电源的发电机组；供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路；蓄电池；干电池等。(2)二级负荷二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复、重点企业大量减产等。二级负荷也属于重要的负荷，要求两回路供电，供电变压器通常也采用两台。在其中一回路或一台变压器发生故障时，二级负荷不致断电，或断电后能迅速恢复供电。(3)三级负荷三级负荷为一般电力负荷，所有不属于一、二级负荷者均属三级负荷。三级负荷对供电电源没有特殊要求，一般由单回电力线路供电。 本设计中电力负荷的等级大多为二级负荷。2.2 用电设备组计算负荷的确定2.2.1 概述计算负荷,是通过统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中的各元件的负荷值。按计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如以计算负荷持续运行，其发热温度不致超出允许值，因而也不会影响其使用寿命。由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约为(34)，为发热时间常数。而截面在16mm2及以上的导体的约为10min以上，故载流导体约经30min后可达到稳定温升值。因此计算负荷通常取半小时最大负荷。本书用半小时最大负荷来表示有功计算负荷，用、和分别表示无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流。 计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。计算负荷确定过大，将增加供电设备的容量，造成投资和有色金属的浪费；计算负荷确定过小，设计出的供电系统的线路和电气设备承受不了实际的负荷电流，使电能损耗增大，使用寿命降低，甚至影响到系统正常可靠的运行。因此正确确定计算负荷具有重要的意义。但是由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但准确确定计算负荷却十分困难。实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织以及能源供应的状况等多种因素有关，因此负荷计算也只能力求接近实际。 我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法，主要是简便实用的需要系数法和二项式系数法。由于本设计车间中设备台数较多、总容量足够大、没有特大型用电设备，故采用需要系数法。2.2.2 需要系数法 1.单组用电设备组的计算负荷确定 (2-2) (2-3) (2-4) (2-5) (1)的含义 用电设备的设备容量是指输出容量，它与输入容量之间有一个平均效率；用电设备不一定满负荷运行，因此引入负荷系数；供电线路有功率损耗，所以引入一个线路平均效率；用电设备组的所有设备不一定同时运行，故引入一个同时系数。故需要系数表达为 (2-6)实际上需要系数还与操作人员的技能及生产等多种因素有关。附表6中列出了各种用电设备的需要系数值，供计算参考。必须注意：附表6所列需要系数值是按车间范围内设备台数较多的情况来确定的，所以需要系数值一般都比较低。因此需要系数法较适用于确定车间计算负荷。如果采用需要系数法来计算分支干线上的用电设备组的计算负荷，则附表中的需要系数往往偏小，宜适当选大。只有12台设备时，可认为=1，则。对于电动机，由于它本身功率损耗较大，因此当只有一台电动机时，其，这里为电动机额定容量，为电动机效率。在适当取大时，也宜适当取大。还需指出：需要系数值与用电设备类别和工作状态关系极大，因此在计算时首先要正确判明用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。例如机修车间的金属切削机床电动机，应属小批生产的冷加工机床电动机，因为金属切削就是冷加工，而机修不可能是大批生产。又如压塑机、拉丝机和锻锤等，应属热加工机床。再如起重机、行车、电葫芦、卷扬机等，实际上属于吊车类。以本设计中1#空气压缩机为例，该空气压缩机的单台容量为200KW查附录1，取=0.8 cos=0.8 tan=0.75故 P= 0.8200KW=160KW =160KW0.75=120Kvar2.多组用电设备组的计算负荷确定 在计算多组用电设备的计算负荷时，应先分别求出各组用电设备的计算负荷，并且要考虑各用电设备组的最大负荷不一定同时出现的因素，计入一个同时系数，该系数的取值见表2.1。 总的有功计算负荷为 (2-7) 总的无功计算负荷为 (2-8)总的视在计算负荷为 (2-9)总的计算电流为 (2-10)式中，为用电设备组的组数，为同时系数，见表2.1。表2.1 同时系数应用范围车间干线0850.950.900.97低压母线由用电设备组计算负荷直接相加0.800.900.850.95由车间干线计算负荷直接相加0.900.950.930.97注意：由于各组的功率因数不一致，因此总的计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少，各组的计算负荷均按附表6所列计算，而不必考虑设备台数少而适当增大 和值的问题。本设计各用电设备组的负荷计算、总的有功计算负荷、总的无功计算负荷、总的视在计算负荷以及总的计算电流详见表2.2表2.2主要用电设备明细表 车 间序号设 备名 称型 号规 格用电设备单台容量（KW）总台数功率因数需要系数计 算 负 荷P30Q30S30I30kwkvarkVAA 氨11#空气压缩机K-21A0120080.80.8160*4120*4200303.922#空气鼓风机K-21B0118510.80.8148111185281.2氧31#空气过滤器N-21A031.510.80.81.20.91.52.284冷冻水泵P-21014510.80.836274568.4化51#脱盐水泵P-21A021510.80.81291522.862#脱盐水泵P-21B027.510.80.864.57.511.4站7锅炉给水泵P-21031510.80.81291522.8羟1氨吸塔循环泵P-22012210.80.817.613.22233.42氨水泵P-22021110.80.88.86.61116.73碳铵塔循环泵P-22037510.80.860457511441#碳铵泵P-22A04 2210.80.817.613.22233.4352#碳铵泵P-22B04 7.510.80.864.57.511.46 1#亚铵塔循环泵P-22A05 13220.80.8105.6*279.2*2132200.67 2#亚铵塔循环泵P-22B05 9010.80.8725490136.8胺8亚铵泵P-2206 1110.80.88.86.61116.729亚铵泵P-2207 18.510.80.814.811.118.528.1101#二盐塔循环泵P-22A08 20020.80.8160*2120*2200304112#二盐塔循环泵P-22B08 9010.80.8725490136.8121 2 3 #羟胺泵P-2209 1120.80.88.8*26.6*21116.7131#尾吸塔循环泵P-22A10 3010.80.824183045.6142#尾吸塔循环泵P-22B10 1110.80.88.86.61116.7站151#亚铵塔加料泵P-22A11 2210.80.817.613.22233.43162#亚铵塔加料泵P-22B11 7.510.80.864.57.511.417亚硫酸氨铵泵P-22143010.80.824183045.6车间总计17641321.5取=0.95 =0.971675.81281.92109.853209.382.3 工厂的计算负荷以及年消耗量的计算2.3.1 工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷1.工厂的功率因数功率因数是供用电系统的一项重要的技术经济指标，它反映了供用电系统中无功功率消耗量在系统总容量中所占的比重，反映了供用电系统的供电能力。根据测量方法和用途的不同，工厂的功率因数常有以下几种： (1)瞬时功率因数可由功率因数表直接测量，也可由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出(间接测量)： (2-11) 式中，为功率表测出的三相功率读数()；为电流表测出的电流读数()；为电压表测出的线电压读数()。 瞬时功率因数是用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率变化的情况，以便采取适当的补偿措施。 (2)平均功率因数又称加权平均功率因数，按下式计算： (2-12)式中，为某一时间内消耗的有功电能，由有功电能表读出；为某一时间内消耗的无功电能，由无功电能表读出。 我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数的高低来调整。一般0.85时，适当少收电费；2(满足要求)5. 时限取0秒5.3.2过流保护变压器过流保护的整定计算如下：=-可靠系数取，1.2到1.3；-变压器过流保护安装侧可能出现的最大负荷电流；因此计算如下：=2.35kA 灵敏度校验：= -变压器二次出口处发生三相短路时，流过变压器一次侧的最小三相短路电流； -过电流保护一次侧的动作值；K-和变压器接线组别及保护接线方式相关的系数，对本设计接线的变压器的K取。因此计算如下；=8.61.5(满足要求)5.3.3 过负荷计算= 式中 -可靠系数取1.2; -接线系数，差接线=； -电动机的额定电流； -电流互感器之比； -返回系数取0.8. =2.4A5.3.4 瓦斯保护装设原则：对于1000 kVA及以上户外变压器和室内的320 kVA及以上的变压器要装设瓦斯保护，因此本设计也要装设瓦斯保护。5.3.5 变压器高压侧零序保护装设原则：当变压器高压侧用电缆接至10到35kV电压主母线上，而当主母线上接有装设单相接地保护的馈线时，则变压器也装设单相接地保护，使有选择地指示厂用变压器高压侧单相接地故障。本设计设置变压器高压侧接地保护，以6kV压变开口三角电压信号及本线路零序电流值作为判据，保护动作于发信，具体定值不在本设计范围内。5.3.6 低压侧零序保护装设原则：一般低压厂变均属Y/型接线，当变压器低压侧（即侧）接地时，接地阻抗相当大，使当变压器低