塑料制品厂总配变电所及高压配电系统设计

供配电课程设计供配电课程设计 实践名称 塑料制品厂总配变电所及高压配电系统设计 专业班级 11 自动化 B 班 姓 名 卢伟健 学 号 50 指导教师 许先锋 实践时间 2014 年 12 月 22 24 日 实践单位 机电工程学院 教学单位 机电工程学院 前言前言 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有 色金属的消耗量 一 赋值参数的设计任务书一 赋值参数的设计任务书 根据实际需要 塑料制品厂欲新建一所变配电所 请结合实际情况进行设 计 图 1 配电系统图 作为设计依据的原始资料有 1 工厂总平面布置图 图 1 2 工厂生产任务 规模及产品规格本厂年产 10000t 聚乙烯及烃塑料制品 产 品品种有薄膜 单丝 管材和注射用等制品 其原料来源于某石油化纤总厂 3 工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量 表 1 表 1 各车间和车间变电所负荷计算表 380V 计算负荷 序 号 车间名称 设备 容量 kW KdCos tan P30 k w Q30 kvar S30 kVA I30 A 车 间 变 电 所 代 号 变压 器及 容量 kVA 薄膜车间 1400 0 60 60 原料库 30 0 250 50 生活间 10 0 81 0 成品库 一 25 0 30 50 成品库 二 24 0 30 50 包装材料库 20 0 30 50 小计 K 0 9 管材车间 880 0 350 80 1 小计 K 0 9 No 1 车 变 1 x S9 1600 备料车间 138 0 60 50 生活间 10 0 81 0 浴室 5 0 81 0 锻工车间 30 0 30 65 原料车间 15 0 81 0 仓库 15 0 30 50 机修模具车间 100 0 250 65 热处理车间 150 0 60 70 铆焊车间 180 0 30 50 2 小计 K 0 87 No 2 车 变 1 x S9 800 4 供用电协议 1 从电力系统的某 35 10kV 变电站 用双回 10kV 架空线路向工厂馈电 变电站在厂南 0 5km 2 系统变电站馈电线的定时限过流保护装置的整定时间 Iop 1 5s 要求工 厂总配电所的保护整定时间不大于 1 0s 3 在工厂总配电所的 10kV 进线侧计量 工厂最大负荷时功率因数不得低于 0 9 4 电力系统短路数据 如图 2 所示 其配电系统图如图 1 所示 5 工厂负荷性资本厂多数车间为三班制 少数车间为一班或两班制 年最 大负荷利用小时数为 6000h 本厂属三级负荷 2 2 负荷计算和无功功率补偿负荷计算和无功功率补偿 1 1 负荷计算负荷计算 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 由于载 流道题一般通电半小时 30min 后即可达到稳定的温升值 因此通常取 半小时最大负荷 作为按发热条件选择电气元件的计算负荷 有功计算 负荷表示为 无功计算负荷表示为 视在计算负荷表示为 而计 30 P 30 Q 30 S 算电流表示为 30 I 用电设备组计算负荷的确定 在程中常用的有需要系数法和二项式法 车间和工厂的计算负荷 通常采用需要系数法来确定 作为近似的负荷估 算 亦可采用单位产品耗电法 单位面积耗电法或单位用电指标法 按需要系数法确定计算负荷 1 有功计算负荷 单位为 kW 的计算公式 edP KP 30 式中 车间或工厂用电设备总容量 不含备用设备容量 单位为 e P kW 车间或工厂的需要系数 参看表一 d K 2 无功计算负荷 单位为 kvar 的计算公式 tan 3030 PQ cos cos1 tan 2 式中 对应于车间或工厂平均功率功率因素的正切值 tan cos 参看表一 3 视在计算负荷 单位为 kVA 的计算公式 cos 30 30 P S 4 计算电流 单位为 A 的计算公式 N U S I 3 30 30 式中 车间或工厂的用电设备配电电压 单位为 kV N U 所以本厂的负荷计算如下 薄膜车间 正切值 33 1 6 0 6 0 1 cos cos1 tan 22 有功计算负荷 kWPKP ed 8406 01400 30 无功计算负荷 var2 111733 1840tan 3030 kPQ 视在计算负荷 kVA P S1400 6 0 840 cos 30 30 计算电流 30 30 1400 2020 7 330 4 N S IA U 负荷计算如上述所示 经计算得表 1 1 表 1 1 各车间 tan 及计算负荷数值 计算负荷序 号 车间名称 tan P30 kw Q30 kvar S30 kVA I30 A 薄膜车间 1 338401117 21400439 5 原料库 1 737 512 9571521 7 生活间 080811 5 成品库 一 1 737 512 97525 9537 5 成品库 二 1 737 212 45624 9136 0 包装材料库 1 73610 3820 7630 0 小计 K 0 9 778 581049 39 管材车间 0 75308231385555 7 1 小计 K 0 9 277 2207 9 备料车间 1 7382 8143 244165 6239 0 生活间 080811 5 浴室 04045 8 锻工车间 1 17910 5313 8520 0 原料车间 01201217 3 仓库 1 734 57 785913 0 机修模具车间 1 172529 2538 4655 5 热处理车间 1 029091 8128 57185 6 铆焊车间 1 735493 42108155 6 2 小计 K 0 87 251 7327 12 2 2 无功补偿无功补偿 无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种 由于 并联电容器具有安装简单 运行维护方便 有功消耗小以及组装灵活 扩 容方便等优点 因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍 1 无功功率补偿容量 单位为 kvar 的计算 302130 tan tanPqPQ CC 式中 工厂的有功计算负荷 单位为 kW 30 P 对应于补偿前功率因素的正切 1 tan 1 cos 对应于补偿后应达到的功率因数的正切 2 tan 2 cos 无功补偿率 单位为 kvar kW C q 21 tantan 由负荷统计表可知道 NO 1 车变的有功功率 NO 1 车变的无功功率kWPP2 11843082 876 301 30 取同时使用系数 var986 1396231986 1165 1 30 kQ 9 0 K 则 NO 1 车变的无功补偿计算如下 有功功率 kWPKP78 1065 2 11849 0 30 1 30 无功功率 r1257 29kva 986 13969 0 30 1 30 QKQ 视在功率 kVAQPS23 164829 125778 1065 22 2 1 30 2 1 30 1 30 则此时的功率因数为 65 0 23 1648 78 1065 cos 1 30 1 30 1 S P 取补偿后的功率因数为 0 93 则补偿电容为 var62 8528 078 1065 93 0 tan arccos 65 0 s tan arcco 1 301 k PQc 2 并联电容器个数计算 c C q Q n 式中 单个电容器的容量 单位为 kvar c q 补偿电容采用的并联电容器选择 其工作电压为 WBWF11003 6 6 3KV 额定容量为 100kvar 额定电容为 8 0uF 补偿电容个数 取 9 个 每相装设 3 个 此时实际补偿 53 810062 852 1 个 cc qQn 电容 var9001009k 由负荷统计表可知道 NO 2 车变的有功功率 NO 2kWP3 289 2 30 车变的无功功率 取同时使用系数 var029 376 2 30 Q87 0 K NO 2 车变的无功补偿计算同 NO 1 得 有功功率 kWPKP69 251 3 28987 0 302 30 无功功率 327 15kvar 029 37687 0 30 2 30 QKQ 视在功率 kVAQPS77 41215 32769 251 22 2 2 30 2 2 30 2 30 则此时的功率因数为 61 0 77 412 69 251 cos 2 30 2 30 2 S P 取补偿后的功率因数为 0 93 则补偿电容为 230 2 tan arccos0 61 tan arccos0 93 251 690 9226 521 var c QP k 补偿电容采用的并联电容器选择 其工作电压为 WBWF11003 6 6 3KV 额定容量为 100kvar 额定电容为 8 0uF 补偿电容个数 取 3 个 每相装设 1 个 此时实际补偿 27 2 100521 226 2 个 cc qQn 电容 var3001003k 计算负荷 项目 cos 30 PkW 30 varQk 30 SkVA 30 IkA 380V 侧补偿前负荷 NO 1 0 651065 781257 291648 232 38 380V 侧无功补偿容量 NO 1 900 380V 侧补偿后负荷 NO 1 0 931065 78357 29793 71 12 380V 侧补偿前负荷 NO 2 0 61251 69327 15412 770 60 380V 侧无功补偿容量 NO 2 300 380V 侧补偿后负荷 NO 2 0 93251 6927 15253 150 37 380V 侧补偿后负荷小 计 1317 47384 441046 831 49 主变压器功率损耗 0 015 15 7 30 S 总 0 06 62 8 30 S 总 10kV 侧负荷总计 0 931301 77321 61340 90 0774 3 3 变电所位置和型式的选择变电所位置和型式的选择 1 1 变配电所所址的一般原则变配电所所址的一般原则 选择工厂变 配电所的所址 应根据下列要求并经技术 经济比较后择优确定 1 接近负荷中心 2 进出线方便 3 接近电源 4 设备吊装和运输方便 5 不应设在有剧烈振动或高温的场所 6 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 7 不应设在厕所 浴室或其他经常积水场所的正下方 且不宜设在有火灾危 险环境的正上方 8 不应设在有爆炸危险的环境的建筑物毗连时 应符合现行国家标准 GB 50058 1992 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 的规定 9 不应设在地势低洼和可能积水的场所 10 高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在 一起 2 2 负荷中心的确定方法负荷中心的确定方法 1 利用以负荷园表示的负荷指示图来判定负荷中心 在工厂总平面图上 按适当的比例 K KW mm2 绘出个车间 建筑 及 宿舍区 0 的负荷园 负荷园的圆心一般选在车间或宿舍区的中央 负荷园 的半径 单位为 mm 为 K P r 30 式中 车间 建筑 或宿舍区的计算负荷 单位为 kW 30 P 2 利用负荷功率矩法确定负荷中心 在工厂平面图的下边和左侧 分别作一直角坐标的 x 轴和 y 轴 然后 测出各车间 建筑 和宿舍区负荷点的坐标位置 而工厂的负荷中心假设 在 P x y 其中 因此仿照 力学 中 i PPPPP 321 计算重心的力矩方程 可得负荷中心的坐标 i ii P xP PPP xPxPxP x 321 332211 i ii P yP PPP yPyPyP y 321 332211 负荷中心虽是选择变配电所位置的重要因素 但不是唯一因素 因此 负荷中心的计算不必要求十分精确 变配电所的所址 必须全面分析比较 后择优确定 3 3 变电所主变压器的选择变电所主变压器的选择 无功补偿后的全厂总视在功率 kVA 41 1372 120044 1584 47 1317 22 2 30 2 3030 总总总总c QQPS 根据变压器的工作环境 电压等级 容量选择主变压器的型号是 S9 1600 35 其主要数据参数见表 1 2 表 1 2 变压器数据参数表 损耗 kW额定 容量 KVA 高 压 KV 高压分接 范围 低 压 KV 连接组 标号 空载负载 空载电 流 阻抗 电压 160010 2 2 5 10Yyn02 414 02 56 4 4 变电所主变压器台数 容量及主结线方案的选择变电所主变压器台数 容量及主结线方案的选择 1 变电所主变压器的选择 根据工厂的负荷性质和电源情况 工厂变电所的主变压器考虑有两种可能 供选择的方案 1 装设一台主变压器 型号采用 S9 型 而容量根据 选 30N T SS A30 16001372 41 N T SkVASkVA A 即选一台 S9 1600 10 型低压损耗配电变压器 2 装设两台主变压器 型号亦用 S9 型 而每台变压器容量根据 30 0 6 0 7 N T SS A 选择 即 30 N T SS A 0 6 0 7 1372 4 823 960 N T SkVAkVA A 因此选两台 S9 1000 10 型低损耗配电变压器 工厂本身属于三级负荷 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 主变压器 的联结组均采用 Dyn11 3 两种主接线方案的技术经济比较 如表 4 所示 表 4 两种主接线方案的比较 比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案 供电安全性满足要求满足要求 供电可靠性基本满足要求满足要求 供电质量由于一台主变 电压损耗较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 灵活性稍差由于两台主变 灵活性较好 技术指标 扩建适应性稍差一些更好一些 电力变压器 的综合投资 额 S9 1600 10 的单价约为 21 3 万元 变 压器综合投资约为其单价的 2 倍 因此 其综合投资约为 2 21 3 万元 42 6 万 元 S9 1250 10 的单价约为 17 4 万元 因 此两台变压器的综合投资约为 4 17 4 69 6 万元 比一台主变方案 多投资 27 万元 经济指标 高压开关柜 含计量柜 的综合投资 额 GG 1A F 型柜可按每台 4 万元 其综 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为 5 1 5 4 万 元 30 万元 本方案采用 7 台 GG 1A F 柜 其综合 投资约为 7 1 5 4 42 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 30 2 万元 0 05 1 51 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 30 2 24 万元 0 06 3 25 万元 因此主变和高压开关设备的折旧 和维修管理费 1 51 1 44 3 25 万 元 6 2 万元 主变的折旧费 51 2 万元 0 05 2 56 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 56 2 16 4 68 万元 9 4 万元 比一台主变方案多耗资 9 4 万元 经济指标 供电贴费 按主变容量每 kVA900 元计 供电贴费 1600kVA 0 09 kVA 144 万元 供电贴费 2 1000kVA 0 09 万元 180 万元 比一台主变方案多交 36 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 台主变的主接线方案 但经济指标 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 5 5 短路电流的计算 短路电流的计算 1 绘制计算电路 如图 2 所示 图 2 短路计算电路 2 确定短路计算基准值 设 即高压侧 100 d SMVA 1 05 dcN UUU 1 10 5 d UkV 低压侧 则 2 0 4 d UkV 1 1 100 5 5 33 10 5 d d d SMVA IkA UkV 2 2 100 144 330 4 d d d SMVA IkA UkV 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 200 oc SMVA 0 100 2000 5XMVAMVA 2 架空线路 而线路长 1km 故 0 0 4 xkm 12 2 200 0 4 1 0 73 10 5 MVA XX kV 3 电力变压器 故 10 z U 3 10200 10 1002000 MVA X kVA 因此绘短路计算等效电路如图 3 所示 图 3 短路计算等效电路 4 计算 k 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 总电抗标幺值 012 0 50 360 86 k XXXX A 2 三相短路电流周期分量有效值 3 1 5 5 6 39 0 86 d k k I IkA X 3 其他短路电流 3 3 3 6 39 kk IIIkA 3 3 2 552 55 6 3916 3 shk iIkAkA 3 3 1 511 51 6 399 65 shk IIkAkA 4 三相短路容量 3 100 116 0 86 d k k SMVA SMVA X 5 计算 k 2 点 0 4kV 侧 的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 1 总电抗标幺值 2 123 0 50 36 1010 86 k XXXX 2 三相短路电流周期分量有效值 3 2 2 2 144 13 3 10 86 d k k IkA IkA X 3 其他短路电流 3 3 3 2 3 3 3 3 13 3 1 841 84 13 324 5 1 091 09 13 314 5 k sh sh IIIkA iIkAkA IIkAkA 4 三相短路容量 3 2 2 100 9 2 10 86 d k k SMVA SMVA X 以上短路计算结果综合如表 5 所示 表 5 短路计算结果 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 sh S K 16 396 396 3916 39 65116 K 213 313 313 324 514 59 2 6 6 变电所一次设备的选择校验变电所一次设备的选择校验 1 10kV 侧一次设备的选择校验 如表 6 所示 表 6 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 N U N I 3 k I 3 sh i 3 2 ima It A 数据 10kV 77 4 1N T I A 16 3kA6 39kA 2 6 392 290 额定参数 N e U A N e I A oc I max i 2 t It A 高压少油断路器 SN10 10I 630 10kV630A16kA40kA 2 162512 高压隔离开关 10 200 6 8 GN 10kV200A 一 25 5kA 2 105500 高压熔断器 RN2 10 10kV0 5A50kA 一一 电压互感器 JDJ 10 10 0 1kV 一一一一 电压互感器 JDZJ 10 100 1 0 1 333 kV 一一一一 电流互感器 LQJ 10 10kV100 5A 一 225 2 0 1kA 31 8 kA 2 90 0 1 1 81 二次 负荷 0 6 避雷器 FS4 10 10kV 一一一 一次设备型号规格 户外隔离开关 GW4 12 400 12kV400A 一 25kA 2 105 500 上表所选一次设备满足要求 2 380V 侧一次设备的选择校验 如表 7 所示 表 7 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 参数 N U 30 I 3 k I 3 sh i 3 2 ima It A一 装置地点 条件 数据 380V1 49kA13 3kA24 5kA 2 13 32 2 389 2 一 一次 设备 型号 规格 额定参数 N e U A N e I A oc I max i 2 t It A一 低压断路器 DW15 1500 3D 380V1500A40kA 一一一 低压断路器 DZ20 630 380V 630A 大于 30 I 30kA 一般 一 一 低压断路器 DZ20 200 380V 200A 大于 30 I 25kA 一般 一一一 抵押刀开关 HD13 1500 30 380V1500A 一一一一 电压互感器 LMZJ1 0 5 500V1500 5A 一一一一 电流互感器 LMZ1 0 5 500V 100 5A 160 5A 一一一一 上表所选一次设备均满足要求 3 高低压母线的选择 10kV 母线选 LMY 3 40 4 即母线尺寸为 40mm 4mm 380V 母线选 LMY 3 120 10 80 6 即相母线尺寸为 120mm 10mm 而中性线母线尺寸 为 80mm 6mm 7 7 变电所高 低压线路的选择变电所高 低压线路的选择 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 接住 10kV 公用干线 1 按发热条件选择 由及室外环境温度 初选 LJ 16 其时的 301 77 4 N T IIA A 33 C 35 C 满足发热条件 130 93 5 a IAI 2 校验机械强度 最小允许横截面 因此按发热条件选择的 LJ 16 不满足机械强 2 min 35Amm 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 由及土壤温度 初选缆芯截面为的交联电缆 301 77 4 N T IIA A 25 C 2 25mm 其 满足发热条件 130 90 a IAI 2 校验短路热稳定 计算满足短路热稳定的最小截面 min 3 222 min 0 75 63907225 77 t AImmmmAmm C 不满足 因此 YJL22 10000 3 95 电缆满足短路热稳定条件 2 380V 低压出线的选择 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 由及地下 0 8m 土壤温度为 初选缆芯面 120 其 30 239IA 25 C 2 mm 满足发热条件 130 273 a IAI 2 校验电压损耗 由图 1 所示工厂平面图量得变电所至 NO 2 车变距离约为 1km 而 120 的铝芯电缆的 按缆芯工作温度计 2 mm 0 0 31 Rkm 75 C 又备料车间的 因此得 0 0 07 Xkm 30 83PkW 30 14v r3aQk 83 0 31 143 var 0 07 89 35 0 4 kWk UV kV 89 35 100 2 23 5 0 4 al V UU kV 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 min 3 222 min 0 75 12800146120 76 t AImmmmAmm C 由于前面按发热条件所选的 120的缆芯截面小于 不满足短路热稳定 2 mm min A 要求 故改选缆芯截面为 240的电缆 即选 2 mm 型四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设 22 10003 240 1 120VLV 中性线芯按不小于相线芯的一半选择 馈电给生活区的线路采用 BLX 1000 1 120 的三相架空线路对生活区供电 PEN 线均采用 BLX 1000 1 70 橡皮绝缘线 3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用