工厂供电-电力工程基础说明书

电力工程基础课程设计1 引言工厂供电，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。2 负荷计算和无功功率补偿2.1 负荷计算计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。用电设备组计算负荷的确定，在工程中常用的有需要系数法和二项式法，而前者应用最为普遍。当用电设备台数较多、各台设备容量相差不甚悬殊时，通常都采用需要系数计算法。本次计算就使用该方法。1) 单组用电设备计算负荷的计算公式有功计算负荷： 无功计算负荷：视在计算负荷： 计算电流：2) 多组用电设备计算负荷的计算公式 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 计算电流：下面以铸造车间为例进行计算说明。动力部分： 照明部分： 铸造车间：各厂房和生活区的负荷计算如表2-1。表 2-1 负荷计算表厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/KW需要系数Kd功率因数tan 计算负荷1铸造车间动力2400.340.681.0881.6087.99照明60.7810.004.680.00小计24686.2887.99123.23187.232锻压车间动力2200.240.631.2352.8065.09照明80.7610.006.080.00小计22858.8865.0987.77133.353金工车间动力3300.230.621.2775.9096.05照明70.8110.005.670.00小计33781.5796.05126.01191.464工具车间动力3000.310.621.2793.00117.69照明80.8210.006.560.00小计30899.56117.69154.15234.215电镀车间动力1900.560.790.78106.4082.58照明70.8110.005.670.00小计197112.0782.58139.21211.506热处理车间动力1500.90.780.80135.00108.31照明70.8210.005.740.00小计157140.74108.31177.59269.827装配车间动力1500.350.661.1452.5059.76照明60.8310.004.980.00小计15657.4859.7682.92125.988机修车间动力1700.320.631.2354.4067.06照明30.7810.002.340.00小计17356.7467.0687.84133.469锅炉房动力600.760.750.8845.6040.22照明20.8210.001.640.00小计6247.2440.2262.0494.2610仓库动力200.360.80.757.205.40照明1.60.8510.001.360.00小计21.68.565.4010.1215.3811生活区照明3200.730.940.36233.6084.79248.511129.59负荷类别设备容量/KW需要系数Kd功率因数tan 计算负荷总计(380V侧)动力1830982.72814.91照明375.6计入0.76933.58790.471223.281858.162.2 无功功率补偿由上表可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.76。而供电部门要求该厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量： 选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用方案1（主屏）1台与方案4（辅屏）3台相结合，总共容量84kvar1+112kvar3=420kvar。因此，无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表2-2。表 2-2 无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷380V侧补偿前负荷0.75933.58790.471223.281858.16380V侧无功补偿容量-420.00380V侧补偿后负荷0.93933.58370.471004.41526.03主变压器功率损耗10kV侧负荷总计0.91948.65430.731041.8660.153 变电所位置和形式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定，即在工厂平面图的下边和左侧，任作一直角坐标的x轴和y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如、等。而工厂的负荷中心设在，P为。因此仿照力学中计算重心的力矩方程,可得负荷中心的坐标：按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3-1所示。表 3-1 各负荷点的坐标位置坐标轴12345678910生活区1.851.854.054.054.427.007.007.007.009.900.386.104.606.104.602.657.526.004.402.886.000.20由计算结果可知，X=3.85，Y=4.82,工厂的负荷中心在4号厂房的中心。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在4号厂房的西北修建工厂变电所，其型式为附设式。由于本厂有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10kV公共市电架空进线（中间有电缆接入变电所）；一路引自邻厂高压联络线。设立位置如图3-1所示。图 3-1 变电所设立位置图4 变电所主变压器的选择和主接线方案的选择4.1 变电所主变压器的选择该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷外，其余均属于三级负荷。主变压器型号采用S9型。1)装设一台主变压器主变压器容量应不小于总的计算负荷，即。选，即选一台S9-1250/10型配电变压器。图 4-1 装设一台主变的变电所主接线方案2)装设两台主变压器每台主变压器容量应不小于总的计算负荷的，即同时每台主变压器容量不应小于全部一、二级负荷的计算负荷之和，即每台变压器的容量按上两式选择，即因此选两台S9-630/10型配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻厂相联的高压联络线来承担。图 4-2 装设两台主变的变电所主接线方案三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不超过其低压绕组额定电流25%、且供电系统谐波干扰不甚严重时，三相配电变压器的联结组可选Yyn0。当由单相不平衡负荷引起的中性线电流超过变压器低压绕组额定电流25%时，或供电系统中存在较大的“谐波源”、高次谐波电流比较突出时，三相配电变压器的联结组宜选Dyn11。主变压器的联结组均采用Yyn0。4.3 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下列两种主接线方案：(1)装设一台主变压器的主接线方案，如图4-1所示。 (2)装设两台主变压器的主接线方案，如图4-2所示。(3)两种主接线经济方案的比较(表4-1)。表 4-1 两种主接线经济方案比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便性只一台主变，灵活性较差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额S9-1250/10单价为17.4万元，而由表4-1查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为217.4万元=34.8万元S9-630/10单价为10.5万元，因此两台变压器综合投资为410.5万元=42万元，比一台主变方案多投资7.2万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资源GG-1A(F)型柜可按每台4万元计，而综合投资可按设备价的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约41.54=24万元本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为61.54=36万元，比一台主变方案多投资12万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费=34.8万元0.05=1.74万元；高压开关柜的折旧费=24万元0.06=1.44万元；变配电设备的维修管理费=(34.8+24)万元0.06=3.528万元。因此主变和高压开关设备的折旧和维修管理费=(1.74+1.44+3.528)万元=6.708万元(其余项目从略)主变的折旧费=42万元0.05=2.1万元；高压开关柜的折旧费=36万元0.06=2.16万元；变配电设备的维修管理费=(42+36)万元0.06=4.68万元。因此主变和高压开关设备的折旧和维修管理费=(2.1+2.16+4.68)万元=8.94万元，比一台主变方案多耗资2.232万元交供电部门的一次性供电贴费按主变容量每kVA900元计，供电贴费=1250kVA0.09万元/kVA=112.5万元供电贴费=2630kVA0.09万元/kVA=113.4万元，比一台主变方案多交0.9万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变方案的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案。(说明:如果工厂负荷近期可有较大增长的话，则宜采用装设两台主变的方案。)5 短路电流的计算5.1 绘制计算电路采用两路电源供线，一路为附近一条10kV的干线取得工作电源，知该干线的导线牌号为LJ-95，导线为等边三角形排列，线距0.9m ,该干线首段所装高压断路器的断流容量为250MVA。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量(如图5-1)。图 5-1 短路计算电流5.2 确定短路计算基准值设，。则基准电流：5.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值(1)电力系统 已知,故(2)架空线路 LJ-80的，而线路长8km，故(3)电力变压器 ，故因此绘等效电路，如图5-2。图 5-3 等效电路5.4 计算k-1点(10.5kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量(1)总阻抗标幺值(2)三相短路电流周期分量有效值(3)其他短路电流(4)三相短路容量5.5 计算k-2点(0.4kV侧)的短路电流总电抗及三相短路电流和短路容量(1)总阻抗标幺值(2)三相短路电流周期分量有效值(3)其他短路电流(4)三相短路容量以上短路计算结果综合如表所示。(说明：工程设计说明书中可列出短路计算结果。)表 5-1 短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-11.941.941.944.952.9335.34k-222.422.422.441.2224.4215.556 变电所一次设备的选择校验6.1 10kV侧一次设备的选择校验(表6-1)表 6-1 10kV侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其 他装置地点条件参数数据10kV72.17A1.94kA4.95kA1.941.5=5.65一次设备型号规格额定参数电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-10电流互感器LQJ-1010kV100/5A0.1kA=31.8kA(900.1)1=81二次负荷0.6避雷器FS4-1010kV户外式高压隔离开关 GW4-15G/20015kV200A6.2 380V侧一次设备的选择校验(表6-2)表 6-2 380V侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其 他装置地点条件参数数据380V72.17A22.4kA41.22kA22.40.7=351.23一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA低压断路器DZ20-630380V630A一般30kA低压断路器DZ20-200380V200A一般25kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A 160/5A6.3 高低压侧母线的选择 按88D264电力变压器室布置标准图集的规定，10kV母线选LMY-3(404)，即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选LMY-32(10010)+808,即母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm8mm。7 变压所进出线及邻近单位联络线的选择7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择(1)10kV高压进线的选择校验采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。1) 按发热条件选择由及室外环境温度32C，初选LJ-16，其35C时，满足发热条件。2） 校验机械强度最小允许截面=35mm，因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。由于此线路很短，不需校验电压损耗。(2)由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。1) 按发热条件选择及土壤温度22C，初选缆芯截面为=35mm的交联电缆，满足发热条件。2） 校验短路热稳定计算满足短路热稳定的最小截面式中C值为母线材料的热稳定系数按终端变电所保护动作时间1.5s，加断路器断路时间0.2s，再加0.05s，故。因此YJL22-10000-335电缆满足短路热稳定条件。7.2 380V低压进出的选择(1)馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1） 按发热条件选择 由=187.23A及地下0.8m土壤温度22C，初选缆芯截面95mm，其，满足发热条件。2） 校验电压损耗 由图3-1工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为38m，查得95mm的铝芯电缆（,按缆芯工作温度75C计），又1号厂房的,，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验计算满足短路热稳定的最小截面故改选缆芯截面为400mm的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。(2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上）。（3）馈电给3号厂房（金工车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同上）。（4）馈电给4号厂房（工具车间）的线路由于工具车间在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铜芯导线BV-1000型5根（3根相线，1根中性线，1根保护线）穿硬塑料管埋地敷设。1）按发热条件选择由=234.21A及环境温度（年最热月平均温度）25C，查表知相线截面初选150mm2，其，满足发热条件。按规定，中性线和保护线也选150mm，与相截面相同即选BV-1000-1150mm塑料导线5根穿内径90mm的硬塑管。2) 校验机械强度查表知最小允许截面=1.0mm，因此上面所选150mm相线满足机械强度要求。3) 校验电压损耗所选穿管线，估计长度50m，而查表知，又工具车间=99.56kW，=117.69kvar，因此 满足电压损耗的要求。（5）馈电给5号厂房（电镀车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同上）。（6）馈电给6号厂房（热处理车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同上）。（7）馈电给7号厂房（装配车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同前）。（8）馈电给8号厂房（机修车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同前）。（9）馈电给9号厂房（锅炉房）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同前）。（10）馈电给10号厂房（仓库）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同前）。（11）馈电给生活区的线路采用LMY型涂漆矩形应铝母线架空敷设。1)按发热条件选择 由及室外环境温度为25C，初选LMY-806,其25时的，满足发热条件。2） 校验机械强度最小允许截面积，因此LMY-806满足机械强度要求。 3） 校验电压损耗由图3-1所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约112m，查得LMY-806的，（按线间几何均距0.6m计）又生活区的,，因此由此看来，对生活采用LMY-806架空线路供电是不可行的。为了确保生活用电（照明、家电）的电压质量，决定采用四回LMY-806架空线路对生活区供电，由此满足允许电压损耗要求，中性线选用LG-70铝绞线。7.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距2km的邻近单位变配电所的10kV母线相联。(1)按发热条件选择工厂二级负荷容量共324.48kVA，最热月土壤平均温度22C，查表知初选缆芯截面25mm的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其，满足发热条件。2) 校验电压损耗有表可查得缆芯为25mm的铝芯电缆的（缆芯温度按80计），。二级负荷按线路1km计，因此由此可见该电缆满足允许电压损耗的要求。(3) 短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25mm的交联电缆是满足热稳定的要求。而邻近单位10kV的短路数据不知，因此该联络线的短路热稳定校验计算无法进行，只有缺额。综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表7-1所示。表 7-1 变电所进出线和联络线的型号规格线路名称导线或电缆的型号规格10kV电源进线LJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22-10000-335交联电缆（直埋）380V低压出线至1号厂房VLV22-1000-3400+1200四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV22-1000-3400+1201四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV22-1000-3400+1202四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房BV-1000-1150铜芯线5根内穿90mm硬塑管至5号厂房VLV22-1000-3400+1202四芯塑料电缆（直埋）至6号厂房VLV22-1000-3400+1203四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV22-1000-3400+1204四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV22-1000-3400+1205四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV22-1000-3400+1206四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV22-1000-3400+1207四芯塑料电缆（直埋）至生活区四回路3LMY-806+1LJ-70（三相四线架空）与邻近单位10kV联络线YJL22-10000-325交联电缆（直埋）8 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定8.1 高压断路器的操动机构控制与信号回路 断路器采用手动机构。8.2 变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜，其上装有三相有功电能表和无功电能表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并据此计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由有关供电部门加封和管理。8.3 变电所的测量和绝缘监测回路 变电所高压侧装有电压互感器-避雷器柜，其中电压互感器为3个JDZJ-10型，组成(开口三角)的接线，用以实现电压测量和绝缘监测。作为备用电源的高压联络线上，装有三相有功电能表、三相无功电能表和电流表，其接线如图。高压进线上，亦装有电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电能表和无功电能表。低压照明线路上，装有三相四线有功电能表。低压并联电容器组线路上，装有无功电能表。每一回路均装有电流表。低压母线上装有电压表。仪表的准确度级按规范要求。8.4 变电所的保护装置(1）主变压器的继电保护装置1）装设瓦斯保护 当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当因严重故障产生大量瓦斯时，则动作于跳闸。2）装设反时限过电流保护 采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。过电流保护动作电流的整定 -保护装置的可靠系数，对定时限取1.2，对反时限1.3，；-保护装置的结线系数，对相电流结线取1，对相电流差结线取，；-电流继电器的返回系数，一般取0.8，；-电流互感器的变流比，；-变压器的最大负荷电流，可取为，为变压器一次测额定电流，。因此动作电流为因此过电流保护动作电流整定为10A。（注意：GL15型继电器的过电流保护动作电流只能2-10A,且为整数）过电流保护动作时间的整定 因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间(10倍动作电流动作时间)可整定为最短的0.5s。过电流保护灵敏度系数的检验 利用-在电力系统最小运行方式下，低压母线两相短路电流折合到变压器高压侧的值，;-继电保护动作电流折合到一次电路(即变压器高压侧)的值，因此其保护灵敏系数为满足规定的灵敏度系数1.5的要求。3）装设电流速断保护 利用GL15型继电器的电流速断装置来实现。速断电流的整定 当电流保护的动作时限超过0.5s-0.7s时，应装设电流速断保护。电流速断保护实际上是一种瞬时动作的过流保护。其动作时间为继电器本身固有的动作时间，它的选择性不是依靠时限，而是依靠选择适当的动作电流来解决。利用，-变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值；-可靠系数，对DL型继电器取1.2-1.3，对GL型继电器取1.4-1.5，；-保护装置的结线系数，对相电流结线取1，对相电流差结线取，；-变压器的电压比，；-电流互感器的变流比，；因此速断电流为速断电流倍数整定为(注意:可不为整数，但必须在2-8之间)电流速断保护灵敏度的校验 利用-在电力系统最小运行方式下，变压器高压侧的两相短路电流，；-速断电流折算到一次电路(变压器高压侧)的值，；因此其保护保护灵敏度系数为：按GB500621992规定，电流保护(含电流速断保护)的最小灵敏度系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护满足要求。但按JBJ6-1996H和JGJ/T 16-1992DE 规定，电流速断保护的最小灵敏系数为2，则这里的电流速断保护灵敏系数偏低一些。(2)作为备用电源的高压联络线的继电保护装置1）装设反时限过电流保护 亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线