工厂供电系统设计

1 工厂供配电课程设计 课程设计 报告书 题题 目 目 姓姓 名 名 学学 号 号 专业班级 专业班级 完成日期 完成日期 1 前前 言言 供配电技术就是研究电能的供给与分配问题 电能是现代工业生产 民用住 宅及企事业单位的主要能源和动力 是现代物质文明的基础 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 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 在企事业单位 信息化 网络化都是建立在电气化的基础上 高校是人才培 养的基地 是人群居住较密集的地方 电力供应如果突然中断 将造成校园秩序 的严重混乱 因此做好学校供配电设计 对于保证正常的工作 生活 学习具有 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 工厂供电工作要很好地为工业生产 企事 业单位服务 切实保证生产和生活用电的需要 并做好节能工作 本课程设计任务是 供配电设计 1 目录目录 摘要摘要 5 Abstract 6 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 工厂供电的含义和要求工厂供电的含义和要求 1 1 21 2 工厂供电设计的一般原则工厂供电设计的一般原则 1 1 3 工厂负荷性质工厂负荷性质 2 1 1 4 4 工工厂厂供供配配电电系系统统 3 1 4 11 4 1 总降压变电所总降压变电所 3 1 4 21 4 2 车间变电所车间变电所 3 1 4 31 4 3 配电线路配电线路 3 1 51 5 供电半径供电半径 4 1 6 功率因数功率因数 4 第二章第二章 工厂供电设计内容工厂供电设计内容 5 2 1 变配电所设计变配电所设计 5 2 2 配电线路的设计配电线路的设计 5 2 3 电气照明设计电气照明设计 6 第三章第三章 负荷计算及功率补偿负荷计算及功率补偿 7 3 13 1 负荷计算负荷计算 7 3 23 2 负荷计算的内容和目的负荷计算的内容和目的 7 3 33 3 负荷计算的方法负荷计算的方法 7 3 43 4 各用电车间负荷计算结果如下表 各用电车间负荷计算结果如下表 8 3 4 1 车间一的计算负荷车间一的计算负荷 8 3 4 2 车间二的计算负荷车间二的计算负荷 9 3 4 3 车间四计算负荷车间四计算负荷 9 3 4 5 生活区的计算负荷生活区的计算负荷 10 3 4 6 车间三 高压电机 计算车间三 高压电机 计算 10 3 5 交配电所所址和型式的选择交配电所所址和型式的选择 11 3 5 1 交配电所所址选择的一般原则交配电所所址选择的一般原则 11 3 6 负荷中心的确定负荷中心的确定 11 3 7 变压器的选择变压器的选择 12 3 8 车间变电所变压器的确定及补偿电容器的选择车间变电所变压器的确定及补偿电容器的选择 13 3 9 主变压器的确定主变压器的确定 13 1 3 9 1 主变压器台数的确定主变压器台数的确定 13 3 9 2 所选变压器型号及参数所选变压器型号及参数 14 第四章第四章 变配电所主接线方案设计变配电所主接线方案设计 15 4 1 设计原则和要求设计原则和要求 15 4 2 主接线方案确定主接线方案确定 17 第五章第五章 短路电流计算短路电流计算 18 5 1 短路电流的概述短路电流的概述 18 5 2 短路回路参数的计算短路回路参数的计算 19 5 2 1 标么值法标么值法 19 5 2 2 短路计算过程短路计算过程 20 第六章第六章 电气设备选择和校验电气设备选择和校验 24 6 1 高压电器选择的一般原则高压电器选择的一般原则 24 6 2 设备的选择和校验计算设备的选择和校验计算 24 6 2 1 导线的选择导线的选择 25 6 2 2 35KV 一次设备选择一次设备选择 26 6 2 3 10KV 一次设备选择一次设备选择 27 第七章第七章 防雷接地防雷接地 28 7 1 防雷保护装置防雷保护装置 28 7 2 防雷接地设计防雷接地设计 28 7 3 过电压接地保护过电压接地保护 29 参考文献参考文献 31 致谢致谢 31 1 0 第一章第一章 绪论绪论 一 工厂供电的含义和要求一 工厂供电的含义和要求 工厂供电 plant power supply 就是指工厂所需电能的供应和分配 也称工 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 二 工厂供电设计的一般原则二 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 3 工厂电力负荷的分级工厂电力负荷的分级 工厂的电力负荷 按 GB50052 5 供配电系统设计规范 规定 根据电力系 统对供电可靠性的要求及中断供电在政治经济上所造成的损失或影响程度 电 力负荷分为以下三级 一级负荷 中断供电将造成人身伤亡 中断供电将在政治 经济上造成重 大损失时 例如 重大设备损坏 重大产品报废 用重要原料生产的产品大 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 中断供电将影响有重大政治 经济意义的用电单位的正常工作 例 交通 枢纽 重要通信枢纽 重要宾馆 大型体育场馆 经常用于国际活动的大量 人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷 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 以及特别重要场所的不允许中 断供电的负荷 应视为特别重要的负荷 二级负荷 中断供电将在政治 经济上造成较大损失时 例如 主要设备 损坏 大量产品报废 连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复 重点企业 大量减产等 中断供电将影响重要用电单位的正常工作 例如 交通枢纽 通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷 以及中断供电将造成大型影剧院 大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱 三级负荷 不属于一级和二级负荷者应为三级负荷 四四 各各级级电电力力负负荷荷对对供供电电电电源源的的要要求求 对一级负荷一律应由两个独立电源供电 二级负荷较重要的电力负荷 对该类负荷供电的中断 将造成工农业大量减产 工矿交通运输停顿 生产 率下降以及市人民正常生活和业务活动遭受重大影响等 一般大型工厂企 业 科研院校等都属于二级负荷 三级负荷 不属于上述一 二级的其他电力负荷 如附属企业 附属车 间和某些非生产性场所中不重要的电力负荷等 五五 工工厂厂供供配配电电系系统统 工厂供配电系统由总降压变电所 高压配电所 高压配电线路 车间变电所 低压配电线路及用电设备组成 下面分别介绍几种不同类型的供配电系统 1 1 总降压变电所 总降压变电所 总降压变电所负责将 35 110kV 的外部供电电压变换为 6 10kV 的厂 区 高压配电电压 给厂区各车间变电所或高压电动机供电 2 2 车间变电所 车间变电所 车间变电所将 6 10kV 的电压降为 380 220V 再通过车间低压配电线 路 给车间用电设备供电 3 3 配电线路 配电线路 配电线路分为厂区高压配电线路和车间低压配电线路 六 学校的负荷等级六 学校的负荷等级 学校属于三学校属于三级负级负荷荷 学校的电源进线有两处 红旗变电所 文化路上的环网柜 当有一进 线电源断电后 虽然仍然可以供电 可以认为是二级负荷 但当全面停电后 对学校的经济造成的损失仅在食堂和用电器的使用 没有对学校造成重大 损 失 所以从理论上的定义为 三级负荷 第二章第二章 工厂供电设计内容工厂供电设计内容 一 变配电所设计一 变配电所设计 无论工厂总降压变电所或车间变电所 设计的内容都基本相同 工厂高雅配 电所 则除了没有主变压器的选择外 其余的设计内容也与变电所设计基本相同 变配电所的设计内容应包括 变配电所复核的计算和无功功率的补偿 变配电所 所址的选择 变电所主变压器台数和容量 型式的确定 变配电所主结线方案的 选择 进出线的选择 短路计算及开关设备的选择 二次回路方案的确定及继电 保护的选择与整定 防雷保护欲接地和接零的设计 变配电所电气照明的设计等 最后需编制设计说明书 设备材料清单及工程概 预 算 绘制变配电所主电路图 平剖面图 二次回路及其它施工图纸 二 配电线路的设计二 配电线路的设计 工厂配电线路设计分厂区配电线路设计和车间配电线路设计 厂区配电线路设计 包括厂区高压供配电线路设计及车间外部低压配电线 路设计 其设计能容应包括 配电线路路径及线路结构型式的确定 负荷的计算 导线或电缆及配电设备和保护设备的选择 架空线路杆位的确定及电杆与绝缘 子 金具的选择 防雷保护与接地和接零的设计 最后需编制设计说明书 设备 材料清单及工程概 预 算 绘制厂区配电线路系统图和平面图 电杆总装图及其 它施工图纸 车间配电线路设计 包括车间配电线路布线方案确定 负荷计算 线路导线 及配电设备和保护设备的选择 线路敷设设计等 最后也需编制设计说明书 设 备材料清单及工程概 预 算 绘制车间配电线路系统图 平面及其它施工图纸 三 电气照明设计三 电气照明设计 工厂电气照明设计 包括厂区室外照明系统设计和车间 建筑 内照明系统 设计 无论是厂区室外照明设计还是车间内照明设计 其内容均应包括 照明光 源和灯具的选择 灯具布置方案的确定和照度的计算 照明负荷计算及导线的选 择 保护与控制设备的选择等 最后编制设计说明书 设备材料清单及工程概算 绘制照明系统图 平面图及其它施工图纸 第三章第三章 设计原始资料及任务书设计原始资料及任务书 一 设计原始资料一 设计原始资料 是省属公办高职院校 学院设有 6 系 部 2008 年 投入使用的新校区地处九省通衢的湖北省武汉市 占地面积 540 多亩 学校目前 供电对象主要有 1 教学楼 综合楼及 3 教学楼 六栋学生公寓 长江食堂 体育 馆等场所 学校主供电电源取自距学校 2 公里远红旗变电站 备用电源引自纸坊 城市环网电源 电压等级为 10KV 该地区年最高气温 38 度 雷电活动为中雷区 工厂供配电课程设计 的任务是要求学生通过课程设计的形式 利用所学 的供配电方面的知识来设计工厂及企事业单位的配电系统 从而进一步掌握供 配电知识 熟悉供配电的设计方法 加深对保配电系统的认识 掌握主要以一次 设备及二次设备图形符号 文字符号及原理图 展开图的绘制方法 通过课程设 计的实训 了解工程项目的设计步骤及方法 完成所给题目的设计任务 在规定 的时间内提交设计成果 包括设计说明书计算书及设计图纸 本课程设计是利用所学的配电的有关知识进行供配电的设计 要求能清楚 的供配电设计的步骤以及如何查阅资料及使用设计手册 设计成果包括 1 设计报告一份 含说明书与计算书 2 配电系统图 学校设备容量安装表学校设备容量安装表 计算负荷 序号负荷名称 安装容量 KW d K cos tg 30 kw 30 Q kvar 30 S kV A 30 I A 供电距 离 KM 11 教学楼3600 700 820 70 22 教学楼3600 700 810 72 3综合楼4820 830 830 67 4长江食堂5000 850 850 62 52 宿舍2000 550 790 78 63 宿舍2000 550 800 75 74 宿舍2000 550 750 88 85 宿舍2000 550 820 70 96 宿舍2000 550 770 83 107 宿舍2000 550 840 65 11体育馆1000 850 750 88 第四章第四章 负荷计算及功率补偿负荷计算及功率补偿 一 负荷计算一 负荷计算 供电系统要能安全可靠地正常运行 其中各个元件 包括 电力变压器 开 关设备及导线 电缆等 都必须选择得当 除了满足工件电压和频率的要求外 最重要的就是要满足负荷电流的要求 因此有必要对供电系统中各个环节的电 力负荷进行统计计算 通过负荷的统计计算求出的 用来按发热条件选择供电系统中各元件的负 荷值 称为计算负荷 根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆 如果以计算 负荷连续运行 其发热温度不会超过允许值 二 负荷计算的内容和目的二 负荷计算的内容和目的 计计算算负负荷荷又称需要负荷或最大负荷 计算负荷是一个假想的持续性的负荷 其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等 在配电设计中 通常采用 30 分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据 尖峰尖峰电电流流指单台或多台用电设备持续 1 秒左右的最大负荷电流 一般取启 动电流上午周期分量作为计算电压损失 电压波动和电压下降以及选择电器和 保护元件等的依据 在校验瞬动元件时 还应考虑启动电流的非周期分量 平均平均负负荷荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比 常选用最 大负荷班 即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班 的平均负荷 有时 也计算年平均负荷 平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量 三 全厂的负荷计算三 全厂的负荷计算 负荷计算公式 负荷计算公式 有功功率 有功功率 P30P30 Pe KdPe Kd 无功功率 无功功率 Q30Q30 P30P30 tg tg 视在功率 视在功率 S3OS3O P30 cos P30 cos 计算电流 计算电流 I30I30 S30 3US30 3UN N 其中 其中 Kd 为需要系数 即用电设备组的需要系数 为用电设备组的半小时最大负荷与为需要系数 即用电设备组的需要系数 为用电设备组的半小时最大负荷与 其其 设备容量的比值设备容量的比值 cos 为用电设备组的平均功率因数为用电设备组的平均功率因数 Un 为用电设备组的额定电压为用电设备组的额定电压 Pe 为设备容量 为设备容量 4 学校各用区域负荷计算结果如下表所示 学校各用区域负荷计算结果如下表所示 按照原始数据资料 负荷数据如下 一年按 365 天计算 T 365 24 8760h P30 K P T t Q30 P30 tan P30 cos cos 1 2 S30 cos 30 P 10 计算出计算负荷表计算出计算负荷表 计算负荷 序号负荷名称 30 kw 30 Q kvar 30 S kV A 30 I A 供电距离 KM 11 教学楼 22 教学楼 3综合楼 4长江食堂 52 宿舍 63 宿舍 74 宿舍 85 宿舍 96 宿舍 107 宿舍 11体育馆 第五章第五章 主接线方案设计主接线方案设计 一 一 概述概述 主要线图即主要电路图 是表示供电系统中电能输送和分配路线的电路图 亦称一次电路图 而用来控制 指示 监测 测量和保护一次电路及其设备运 行的电路图 则称二次电路图 或二次接线图 通称二次回路图 二次路一般 是通过电流互感器和电压互感器与主电路相联系的 1 对工厂变配电所主接线有下列基本要求 11 安全性安全性 应符合有关国家标准和技术规范的要求 能充分保证人身 设备的安全 1 在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧 必须装设高压隔离 开关 2 在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧 必须装设低压刀开关 3 在装设高压熔断器的 负荷开关的出线柜母线侧 必须装设高压隔离开关 4 交配电所高压母线上及架空线路末端 必须装设避雷器 装于母线上的避 雷器 宜与电压互感器共用一组隔离开关 接于变压器引出线上的避雷器 不宜装设隔离开关 2 可靠性 1 变配电所的主接线方案 必须与其负荷级别相适应 对一级负荷 应 由两个电源供电 对二级负荷 应由两回路或一回 6KV 以上专用架空线或电 缆线供电 其中采用电缆供电时 应采用两根电缆并联供电 且每根电缆应能 承受 100 的二级负荷 2 变配电所的非专用电源进线侧 应装设带保护短路的断路器或负荷开 关 熔断器 3 对一般生产区的车间变电所 宜由工厂总变电所采用放射式的高压配 电 以确保供电可靠性 但对辅助生产区及生活区的变电所 可采用树干式 配电 4 变电所低压侧的总开关 宜采用低压熔断器 当低压侧为单母线分段 且有自动切换电源要求时 低压总开关和低压母线分段开关 均应采用低压 熔断器 3 灵活性 1 变配电所的高低压母线 一般采勇单母线或单母线分段接线方式 2 35KV 及以上电源进线为双回路时 宜采用桥式接线和线路 变压器 3 变配电所的主接线方案应与主变压器的经济运行要求相适应 4 经济性 1 变配电所的主接线在满足运行要求的前提下应力求简单 2 中小型工厂变电所 一般可采用高压少油断路器 12 3 工厂的电源进线上应装设专用的计量柜 其中的电流 电压互感器只 供计费的电能表用 画图 高压配电所的主接线图 13 变电站主接线的设计要求 根据变电站在电力系统中的地位 负荷性质 出线回 路数等条件和具体情况确定 通常变电站主接线的高压侧 应尽可能采用短路器数目教少的接线 以 节省投资 随出线数目的不同 可采用桥形 单母线 双母线及角形接线等 如果变电站电压为超高压等级 又是重要的枢纽变电站 宜采用双母线带旁 母接线或采用一台半断路器接线 变电站的低压侧常采用单母分段接线或双 母线接线 以便于扩建 6 10KV 馈线应选轻型断路器 如 SN10 型少油断路 器或 ZN13 型真空断路器 若不能满足开断电流及动稳定和热稳定要求时 应采用限流措施 在变电站中最简单的限制短路电流的方法 是使变压器低 压侧分列运行 若分列运行仍不能满足要求 则可装设分列电抗器 一般尽可 能不装限流效果较小的母线电抗器 故综合从以下几个方面考虑 1 断路器检修时 是否影响连续供电 2 线路能否满足 类负荷对供电的要求 3 大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素 主接线方案的拟定 对本变电所原始材料进行分析 结合对电气主接线的可靠性 灵活性及 经济性等基本要求 综合考虑 在满足技术 经济政策的前提下 力争使其技 术先进 供电可靠 经济合理的主接线方案 此主接线还应具有足够的灵活 性 能适应各种运行方式的变化 且在检修 事故等特殊状态下操作方便 调 度灵活 检修安全 扩建发展方便 4 2 主接线方案确定主接线方案确定 变电所的接线应从安全 可靠 灵活 经济出发 本次设计工厂 35KV 总降变电所 地位较为重要 应尽量保证供电的可靠性 又由于是总降变电所 从经济性来考虑主接线 不宜复杂 1 只装有一台主变压器的总降变电所主接线 14 通常采用一次侧无母线 二次侧为单母线的主接线 一次侧采用断路器为主开关 其特点 是简单经济 但供电可靠性不高 只适用于三级负荷 2 一次侧为内桥式接线的总降变电所主接线 这种主接线的运行灵活性较好 供电可靠性较高 适用于一 二级负荷 这种内桥式 接线多用于电源线路较长而主变压器不须经常切换的总降压变电所 3 一次侧为外桥式接线的总降变电所主接线 这种主接线也适用于一 二级负荷 这种外桥式接线多用于电源线路不长而主变压器 需经常切换以适应经济运行的总降压变电所 4 一 二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线 这种主接线兼有上述内桥式和外桥式两种接线的运行灵活性的优点 但所用高压开关 设备较多 投资较大 可供一 二级负荷 适用于一 二次侧进出线较多的情况 5 一 二次侧均采用双母线的总降压变电所主接线 采用双母线接线较之采用单母线接线 供电可靠性和运行灵活性大大提高 但开关设 备也大大提高 从而大大增加了初投资 所以双母线接线在企业中少用 主要用于电力系 统中 综合上述的主接线方案的比较 一次侧选用线路 变压器组接线方式 即采用两台变压器分列 运行 二次侧采用单母分段接线方式 3 5 1 交配电所所址选择的一般原则交配电所所址选择的一般原则 选择工厂变 配电所的所址 应根据下列要求并且经技术 经济比较后择优确定 接近负荷中心 进出线方便 接近电源侧 设备吊装和运输方便 不应设在有剧烈振动和高温的场所 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所 当无法远离时 不应设在污染源的下风侧 3 7 变压器的选择变压器的选择 为保证供电的可靠性 避免一台主变故障或检修时影响供电 变电所一般装设两台主 变压器 但一般不超过两台变压器 当只有一个电源或变电所的一级负荷另有备用电源保 证供电时 可装设一台主变压器 15 对于大型超高压枢纽变电所 装设两台大型变压器 当一台发生故障时 要切断大量 负荷是很困难的 因此 对大型枢纽变电所 根具工程具体情况 应安装 2 4 台主变压器 这种装设方法可以提高变电所的供电可靠性 变压器的单台容量以及安装的总容量皆可有 所节约 且可根据负荷的实际增长的进程 分别逐台装设变压器 而不致积压资金 当变 电所装设两台以及以上的主变时 每台容量的选择应按照其中任一台停运时 其余变压器 容量至少能保证所供的一级负荷或为变电所全部负荷的 60 75 通常一次变电所采 用 75 二次变电所采用 60 本次设计的是线变阻 选择按备用要求 每台按变压器的最大负荷选择 正常情况下 两台变压器都参加工作 这时 每台变压器均承受 50 最大负荷 这种备用及能满足正常 工作时经济运行的要求 又能在故障情况下承担全部负荷 是比较合理的备用方式 3 8 车间变电所变压器的确定及补偿电容器的选择车间变电所变压器的确定及补偿电容器的选择 变电所对功率因数有这样高的要求 仅仅依靠提高自然功率因数的办法 一般不能满 足要求 因此 变电所需装设无功补偿装置 对功率因数进行人工补偿 按照我国原电力 工业部 1996 年颁布实施的 供电营业规则 规定 用户应在提高用电自然功率因数的基础 上 按有关标准设计和安装无功补偿设备 并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除 防止无功电力倒送 除电网有特殊要求的用户外 用户在当地供电企业规定的电网高峰负 荷时的功率因数 应达到以下规定 100KVA 及以上高压供电的用户 功率因数为 0 9 以 上 其他电力用户和大 中型电力排灌站 功率因数为 0 85 以上 在本课程设计中 采用 并联电容的方法进行无功功率的补偿 各车间变压器及主变压器的容量及型号根据计算负荷数据 选择变压器时应注意有 10 的 余量 以保证变压器稳定 安全的运行 3 9 主变压器的确定主变压器的确定 装有两台主变压器的变电所每台主变压器的容量 SNT不应小于总负荷的 60 70 SNT 0 6 0 7 S30 同时每台主变压器的容量 SNT不应小于全部一 二级负荷 之和 30 S 本次设计计算数据可由 1 3 负荷计算数据得到 S30 0 95 228 2 185 356 573 8 457 737 63 337 1443 KW 0 97 225 8 77 64 271 59 220 5 3 764 774 9 kvar Q S30 1629 kVA 22 QP SNT 0 67 1629 1059 kV A 200 9 507 9 340 6 1049 kVA 30 S 取两台主变压器的容量为 1250KVA 并联运行时可以满足要求 16 3 9 1 主变压器台数的确定主变压器台数的确定 主变压器台数的应根据负荷特点和经济运行的要求进行选择 当符合下列条件之一时 宜安装两台以上的主变压器 1 有大量一级负荷或二级负荷 2 季节性负荷变化大 适于采用经济运行方式 3 集中负荷大 列如大于 1250kVA 时 SNT 100 S30 0 95 5 1 30 1 S 0 95 228 2 185 356 573 8 457 737 63 337 1443 kW 0 97 225 8 77 64 271 59 220 5 3 764 774 9 kvar Q SNT 1629 kV A 22 QP 22 744 91443 0 8797 cos NT S P 功率因数提高到 0 92 QC 1443 tanarccos0 8797 tanarccos0 92 164 2 kvar S 30 2 1555 4 kVA 22 1709 7741433 因此主变压器选择 S9 2000 10 型号 PT 0 015 S 30 2 23 33 kw QT 0 06 S 30 2 93 324 kvar P 30 1 1433 23 33 1456 33 kW Q 30 1 774 9 170 93 324 698 22 kvar S 30 1 1615 1 kVA 0 902 cos 1615 1 1456 33 因此校验合格 但 SNT 1250 不符合设计要求 宜选用两台主变压器 3 9 2 所选变压器型号及参数所选变压器型号及参数 表表 3 2 变压器型号及容量变压器型号及容量 额定电压 KV 数据 型号 额定容 量 KV A 台 数 高压低压 补偿容量 QC kvar 功率因数 cos 连接组标 号 阻抗电 压 T1 T2 S9 1250 101250 2 35 10 1700 902Ydn115 1 变压器 S9 250 10 250 2 1100 9154 2 变压器 S9 630 10 630 2 11 10 5 3500 901 Dyn11 5 17 3 变压器 S9 800 10 800 1 1150 9045 4 变压器 S9 80 10 80 1 10 6 3 6 0 4 不补偿14 说明 T1 T2是两台主变压器 1 2 3 4 变压器分别装设在车间变电所 1 车间变电所 2 车间变电所 4 和生活区 车间 1 2 为一级负荷应装设两台变压器 为补偿后工厂的功率因数 cos 第四章第四章 变配电所主接线方案设计变配电所主接线方案设计 第五章第五章 短路电流计算短路电流计算 5 1 短路电流的概述短路电流的概述 电气设备或导体发生短路故障时通过的电流为短路电流 在工业企业供电系统的设计 和运行中 不仅要考虑到正常工作状态 而且还要考虑到发生故障所造成的不正常状态 根据电力系统多年的实际运行经验 破坏供电系统正常运行的故障一般最常见的是各种短 路 所谓短路是指相与相之间的短接 或在中性点接地系统中一相或几相与大地相接 接 地 以及三相四线制系统中相线与中线短接 当发生短路时 短路回路的阻抗很小 于是 在短路回路中将流通很大的短路电流 几千甚至几十万安 电源的电压完全降落在短路回 路中 发生短路的主要原因是由于电力系统的绝缘被破坏 在大多数情况下 绝缘的破坏 多数是由于未及时发现和未及时消除设备中的缺陷 以及设计 安装和运行维护不当所 例如 过电压 直接雷击 绝缘材料的陈旧 绝缘配合不好 机械损坏等 运行人员的错 18 误操作 如带负荷拉开隔离开关 或者检修后未拆接地线就接通断路器 在长期过负荷元 件中 由于电流过大 载流导体的温度升高到不能容许的程度 使绝缘加速老化或破坏 在小接地电流系统中未及时或消除一相接地的不正常工作状态 此时 其它两相对地电压 升高倍 造成绝缘损坏 在某些化工厂或沿海地区空气污秽 含有损坏绝缘的气体或3 固体物质 如不加强绝缘 经常进行维护检修或者采取其他特殊防护措施等 都很容易造 成短路 此外 在电力系统中 某些事故也可能直接导致短路 如杆塔塌导线断线等 动 物或飞禽跨接载流导体也会造成短路事故 短路电流所产生的电动力能形成很大的破坏应 力 如果导体和它们的支架不够坚固 则可能遭到严重破坏 短路电流越大 通过的时间 越长 对故障元件破坏的程度也越大 由于短路电流很大 即使通过的时间很短 也会使 短路电流所经过的元件和导体收起不能容许的发热 从而破坏绝缘甚至使载流部分退火 变形或烧毁 既然发生短路时流通很大的短路电流 超过额定电流许多倍 这样大的短路 电流一旦流经电气设备的载流导体 必然要产生很大的电动力和热的破坏作用 随着发生 短路地点和持续时间的长短 其破坏作用可能局限于一小部分 也可能影响整个系统 5 2 短路回路参数的计算短路回路参数的计算 在进行短路电流计算时 首先需要计算回路中各元件的阻抗 各元件阻抗的计算通常 采用有名值和标么值两种计算方法 前一种计算方法主要适用于 1KV 以下低压供电系统的 网路中 后一种计算方法多用在企业高压供电系统以及电力系统中 5 2 1 标么值法标么值法 标么值一般又称为相对值 是一个无单位的值 通常采用带有 号的下标以示区别 标 么值乘以 100 即可得到用同一基准值表示的百分值 在标么值计算中 首先要选定基准 值 虽然基准值可以任意选取 但实际计算中往往要考虑计算的方便和所得到的标么值清 晰可见 如选取基值功率为 100MVA 和短路点所在网路的平均额定电压为基准电压 尚须 指出 在电路的计算中 各量基准值之间必须服从电路的欧姆定律和功率方程式 也就是 说在三相电路中 电流 电压 阻抗 和功率这四个物理量的基准值之间应满足下列关系 表表 5 1 标么值换算公式标么值换算公式 序 号 元 件 名 称 标幺值有名值 短路功率 MVA 备注 19 1 发 电 机 或 电 动 机 dg X NG dg S X Sd NG NG G S U X 2 100 G NT K X S S 2 变 压 器 NT dK dT S SU X 100 100 K dT U X NT NR S U RT 2 2 NR NR S PU XT NR NRK S UU 100 2 100 K NT K U S S 3 电 抗 器 NR av av NRR R I I U UX X 100 NR NRR R I UX X 3 100 NRR NR K UX UavI S 3100 4 线 路 2 av d OLdL U S XX OL av X U S 2 K SNG G X 发电机 的额定容 量 MAV 及其次暂 态电抗 SNT UK 变压器 的额定容 量 MAV 及其短路 电压的 百 分值 UNR INR XR 电抗器的 额定电压 额定电流 及电抗百 分值 Uav 电抗 器或线所 在网路的 平均额定 电压 PT 变 压器短路 损耗 KW 表表 5 2 电力线路每相的单位长度电抗平均值电力线路每相的单位长度电抗平均值 线路电压线路结构 35KV 以上6 10KV220 380V 架空线路 电缆线路 0 4 0 12 0 35 0 08 0 32 0 066 20 5 2 2 短路计算过程短路计算过程 图图 5 1 短路等效电路图短路等效电路图 1 当由区域变电所供电时 架空线路为 4 5km UC1 36 75KV UC2 10 5KV 取基准值 Sd 100MVA SOC 1000MVA Id1 1 57 KA 1 d 3 c U s 75 363 100 Id2 5 5 KA 2 3 c d U S 5 103 100 电力系统的电抗标么值 X1 0 1 1000KVA 100KVA 架空线路的电抗标么值 查表的到 X0 0 4 km X2 X0L 0 4 4 5 0 133 2 36 75 100 电力变压器的电抗标么值 UK 5 X3 4 1250KVA100 100MVA5 1 当 k 1 点发生短路时 图图 5 2 k 1 点短路等效电路图点短路等效电路图 总电抗 0 1 0 133 0 233 1 X k 三相短路电流周期分量有效值 6 738 KA 3 1 k I 0 233 KA57 1 233 0 I 1d 其他三相短路电流 I 3 6 738 KA 3 I 3 1 k I 21 2 55 2 55 6 738 17 182 KA 3 sh i 3 1 k I 1 51 10 174 KA 3 sh I 3 1 k I 三相短路容量 429 18 MVA 3 1 k S 1 k d X S 233 0 100 2 当 k 2 点发生短路时 图图 5 3 k 2 点短路等效电路图点短路等效电路图 总电抗 0 1 0 133 2 233 2 X k 2 4 三相短路电流周期分量有效值 2 463 KA 3 2 k I 2 233 5KA5 233 2 I 2d 其他三相短路电流 I 3 2 463 KA 3 I 3 2 k I 2 55 2 55 2 463 6 281 KA 3 sh i 3 2 k I 1 51 3 719 KA 3 sh I 3 2 k I 三相短路容量 44 78 MVA 3 2 k S 2 k d X S 233 2 100 表表 5 3 短路电流计算表短路电流计算表 三相短路电流 KA 三相短路容量 MVA短路计算点 3 k I 3 I 3 I 3 sh i 3 sh I 3 k S k 16 7836 7836 78317 18210 174 429 18 k 22 4632 4632 4636 2813 719 44 78 2 当由火力发电产供电时 架空线路为 17km UC1 36 75KV UC2 10 5KV 取基准值 Sd 100MVA SOC 1000MVA 22 Id1 1 57 KA 1 d 3 c U s 75 363 100 Id2 5 5 KA 2 3 c d U S 5 103 100 电力系统的电抗标么值 X1 0 1 1000KVA 100KVA 架空线路的电抗标么值 查表的到 X0 0 4 km X2 X0L 0 4 17 0 5 2 36 75 100 用标么值的方法按上计算方法可得 k 1 和 k 2 点的短路电流 1 当 k 1 点发生短路时 总电抗 0 1 0 5 0 6 1 X k 三相短路电流周期分量有效值 2 617KA 3 1 k I 0 6 KA57 1 6 0 I 1d 其他三相短路电流 I 3 2 617 KA 3 I 3 1 k I 2 55 2 55 2 617 6 673 KA 3 sh i 3 1 k I 1 51 4 036 KA 3 sh I 3 1 k I 三相短路容量 166 7 MVA 3 1 k S 1 k d X S 6 0 100 2 当 k 2 点发生短路时 总电抗 0 1 0 5 2 6 2 X k 2 4 三相短路电流周期分量有效值 2 115 KA 3 2 k I 2 6 5KA5 6 2 I 2d 其他三相短路电流 I 3 2 115 KA 3 I 3 2 k I 2 55 2 55 2 115 5 393 KA 3 sh i 3 2 k I 1 51 3 194 KA 3 sh I 3 2 k I 三相短路容量 38 46 MVA 3 2 k S 2 k d X S 6 2 100 表表 5 4 短路电流计算表短路电流计算表 三相短路电流 KA 三相短路容量 MVA 23 短路计算点 3 k I 3 I 3 I 3 sh i 3 sh I 3 k S k 12 6172 6172 6176 6734 036 166 7 k 22 1152 1152 1155 3933 194 38 46 第六章第六章 电气设备选择和校验电气设备选择和校验 6 1 高压电器选择的一般原则高压电器选择的一般原则 为了保证一次设备安全可靠地运行 必须按下列条件选择和校验 1 按正常工作条件包括电压 电流 频率及开断电流等选择 2 按短路条件包括动稳定度和热稳定度进行校验 3 考虑电气设备运行的环境条件如温度 湿度 海拔高度以及有无防尘 防腐 防火 防 爆等要求 4 按各类设备的不同特点和要求如断路器的操作性能 互感器的二次负荷和准确度级等进 行选择 高压电器选择的主要任务是选择满足变电所及输 配电线路正常和故障状态下工作要 求的合理的电器 以保证系统安全 可靠 经济的运行条件 要使企业供电系统的安全可 靠 必须正确合理的选择各种电气设备 选择企业供电系统中高压电气设备的一般原则 除按正常运行下的额定电压 额定电流等条件外 还应按短路情况下进行校验 但各种电 气设备的选择与校验项目也不尽一样 见下表 6 1 表6 1 高压设备选择和校验的项目高压设备选择和校验的项目 24 选择项目校验项目 短路电流 设备名称 额 定 电 压 KV 额 定 电 流 KV 装置 类型 户内 户外 准 确 度 级 电抗 百分 数 x 热 稳 定 动 稳 定 开断 能力 二次 容量 剩余 电压 高压短路器 负荷开关 隔离开关 熔断器 电流互感器 电压互感器 母线 电缆 说明 需要选择的项目 需要校验的项目 6 2 设备的选择和校验计算设备的选择和校验计算 校验的基本原则 1 设备的额定电压 UN e一般不小于所在系统的额定电压 UN即 UNe UN 2 设备的 额定电流 IN e不小于所在电路的计算电流 I30 即 IN e I30 3 设备的额定开断电流 I引下线可用直径为 6mm 的圆钢 接地体一般可用三根 2 5m 长的 40mm 40mm 4mm 的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接 所谓避雷针的保护范围是植被保护物再次空间范围内不致遭受雷击而言 它是在实验中 用冲击电压下小模型的放电结果求出的 由于它与近似直流电压的雷云对空间极长间隙下的 放电有很大差异 所以这一保护范围并未得到科学界的公认 但我们可以把它看成一种用以决 定避雷针的高度与数目的工程办法 2 避雷器 避雷器共有三种形式 即保护间隙 管形避雷器和阀式避雷器 变电所通常采用阀式 避雷器 阀式避雷器一般用来保护交 直流系统中的变压器和电气设备的绝缘 以免由于过电 29 压而损坏 它主要由火花间隙和非线性电阻 阀片 组成 当发生大气过电压时 火花间 隙放电 使雷电流流入大地 从而降低过电压幅值 使其在设备的绝缘可以承受的水平以 下 当过电压过去以后 避雷器通过阀片电阻的非线性特性和间隙灭弧的作用 自行将工 频续流切断 7 2 防雷接地设计防雷接地设计 接地是指电气设备的带电部分或不带电部分与大地连接 接地可分为故障接地 工作 接地 保护接地和重复接地 1 接地的一般要求 在供电系统的某些部位 由于工作的需要或安全的需要而和大地进行直接连接 这就 是接地 为了保证达到接地的目的 接地装置必须正确设置 包括