某化工厂总降压变电所电气部分设计

信息与电气工程学院 课程设计说明书课程设计说明书 2015 2016 学年第一学期 课程名称 企业供电系统工程设计 题 目 某化工厂总降压变电所 电气部分设计 专业班级 学生姓名 学 号 指导教师 设计周数 1 周 设计成绩 2016 年 1 月 14 日 1 目录 一 原始数据及设计任务 2 二 技术要求 3 三 负荷统计计算表 3 四 无功功率补偿 6 五 高低压供配电系统 6 5 1 高压线路导线的选择 7 5 2 低压线路导线的选择 7 六 变压器台数 容量 型号选择 7 6 1 主变压器台数的选择 7 6 2 变电所主变压器容量的选择 7 6 3 型号的选择 9 七 变电所主接线图 10 八 短路电流的计算 10 九 主要高压设备器件的选择与校验 12 9 1 变电所高压侧一次设备的选择 12 2 9 2 变电所高压侧一次设备的校验 13 十 学习心得与体会 13 十一 参考文献 14 一 原始数据及设计任务一 原始数据及设计任务 1 工厂负荷情况 2 全厂负荷情况 该厂主要车间及辅助设施均为 类负荷 3 班工作制 最大负荷利 用小时数 Tmax 5800h 全厂各车间负荷情况见表 1 和表 2 注 同期系数为 0 9 表 1 各车间 380V 负荷 3 车变代号车间名称设备容量 KW需要系数 Kd功率因数 cos 锻压车间 10000 30 6 B1 工具车间 2000 30 65 加工车间 18000 70 75 B2 供应车间 2000 20 6 焊接车间 12000 30 45 B3 修理车间 1000 250 65 机加车间 4000 850 75 装配车间 3000 350 6B4 仓库 1000 30 65 锅炉房 3200 70 85 B5 水泵房 800 750 8 序号车间名称设备容量 KW需要系数 Kd功率因数 cos 1 空压车间 5000 70 8 2 模具车间 5600 850 8 3 溶质车间 6000 80 9 4 磨抛车间 4000 870 82 5 锅炉房 20000 750 8 4 3 供电电源情况 1 工作电源 工厂电源从距该厂 10km 的某 220 35KV 区域变电所取得 以一回架空 线向工厂供电 2 备用电源 由正北方向其他工厂引入 10kV 电缆作为备用电源 平时不准投入 仅 在该厂的主电源发生故障或检修时才允许备用电源供电 3 功率因素值应在 0 9 以上 4 区变 35KV 母线短路容量 Smax 3 400MVA Smin 3 345MVA 5 电能计量在变电所 35kV 侧进行 6 区域变电所出线定时限过电流保护动作时限 t 2s 4 设计任务 1 确定主接线 根据设计任务书 分析原始资料与数据 列出技术上可能实现的 2 3 个方案 经过技术经济比较 确定最优方案 2 选择主变压器 选择变压器的容量 台数 型号等 3 短路电流计算 根据电气设备选择和继电保护整定的需要 选择短路计算点 绘 制等值网 络图 计算短路电流 并列表汇总 4 电气设备选择与校验 5 主变压器继电保护方案配置 二 技术要求二 技术要求 1 保证供电安全 可靠 经济 2 功率因数达到 0 9 及以上 5 三 负荷统计计算表三 负荷统计计算表 表 1 各车间 380V 负荷 计算负荷 车变代 号 车间名 称 设备容 量 KW 需要系 数 Kd 功率因 数 cos tg Pjs KW Qjs KVA R Sjs KVA 锻压车 间 10000 30 61 33300399500 工具车 间 2000 30 651 776070 292 3 补偿容 量 360k var B1 小计 1200360469 2592 3 加工车 间 18000 70 750 8812601108 81680 供应车 间 2000 20 61 334053 266 67 补偿容 量 752 6k var B2 小计 2000130011621746 47 焊接车 间 12000 30 451 98360712 8800 B3 修理车 1000 250 651 172529 25800 6 间 补偿容 量 616k var 小计 1300385742 05834 47 机加车 间 4000 850 750 88340299 2453 3 装配车 间 3000 350 61 33105139 65175 仓库 1000 30 651 173035 146 15 补偿容 量 372 8k var B4 小计 800475473 95674 45 锅炉房 3200 70 850 62224138 88263 53 水泵房 800 750 80 75604575 补偿容 量 89 7k var B5 小计 400284183 88338 53 表 2 各车间 10KV 高压负荷 计算负荷 序号 车间名 称 设备容 量 KW 需要系 数 Kd 功率因 数 cos tg Pjs KW Qjs KVA R Sjs KVA 1 空压车 5000 70 80 75350262 5437 5 7 间 2 模具车 间 5600 850 80 75476357595 3 溶质车 间 6000 80 90 48480357533 3 4 磨抛车 间 4000 870 820 7384243 6424 4 5 锅炉房 20000 750 80 75150011251875 补偿容 量 1160 7k var 小计 406031542218 53865 2 全厂的同期系数为 K 0 9 则全厂的计算负荷为 P30 0 9 P30 0 9 5958kw 5362 2kw Q30 0 9 Q30 0 9 5249 58kw 4724 622k v ar 7146 69kv A 10 86KA 30 S 2 30 2 30 QP 30 I N U S 3 30 四 无功功率补偿四 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 7146 69kv A 这时低压侧 的功率因数为 cos 0 75 为使高压侧的功率因数0 90 则低压侧补偿后的功 30 30 S P 率因数应高于 0 90 则取 要使低压侧的功率因数由 0 75 提高到 0 95 则 cos0 95 低压侧需装设的并联电容器容量为 Q30 tan tan C Q 1 2 4724 622 tan arccos0 75 tan arccos0 95 2613 8k var 取 3000 C Q 8 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 vark 5632 7kv A 计算电流 8558 003A 2 30 2 30 30 QPS N U S I 3 30 30 变压器的功率损耗为 Pt 0 02 112 65kw 30 S Qt 0 06 337 96 30 Svark 则变电所高压侧的计算负荷为 P30 5362 2kw 112 65kw 5474 85kw Q30 4724 622 3000 337 96 2062 58 varkvarkvark 5850 49kv A 5132 3A 则补偿后的功率因数为 cos 2 30 2 30 30 QPS N U S I 3 30 30 0 936 满足 大于 0 90 的要求 30 30 S P 五 高低压供配电系统五 高低压供配电系统 为了保证供电的安全 可靠 优质 经济 选择导线和电缆时应满足下列条件 发热 条件 电压损耗条件 经济电流密度 机械强度 根据设计经验 一般 10KV 及以下的高压线路和低压动力线路 通常先按发热条件选择 导线和电缆截面 再校验其电压损耗和机械强度 对于低压照明线路 因对电压水平要求 较高 通常先按允许电压损耗进行选择 再校验其发热条件和机械强度 5 1 高压线路导线的选择高压线路导线的选择 架空进线后接铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢铠护套电力电缆 BLV 95 9 5 2 低压线路导线的选择低压线路导线的选择 由于没有设单独的车间变电所 进入各个车间的导线接线采用 TN C S 系统 从变电所 到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电 电缆采用 LGJ 185 型钢芯铝线电缆 根据不同的车 间负荷采用不同的截面 其中导线和电缆的截面选择满足条件 1 相线截面的选择以满足发热条件即 30al II 2 中性线 N 线 截面选择 这里采用的为一般三相四线 满足 0 0 5AA 3 保护线 PE 线 的截面选择 一 时 2 35Amm 0 5 PE AA 二 时 2 16Amm PE AA 三 时 22 1635mmAmm 2 16 PE Amm 4 保护中性线 PEN 的选择 取 N 线 与 PE 的最大截面 另外 送至各车间的照明线路采用 铜芯聚氯乙烯绝缘导线 BV 型号 六 变压器台数 容量 型号选择六 变压器台数 容量 型号选择 6 1 主变压器台数的选择主变压器台数的选择 变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择 当符合下列条件之一时 宜装设两 台及以上变压器 有大量一级或二级负荷 季节性负荷变化较大 集中负荷较大 结合本 厂的情况 考虑到二级重要负荷的供电安全可靠 故选择两台主变压器 6 2 变电所主变压器容量的选择变电所主变压器容量的选择 每台变压器的容量应同时满足以下两个条件 N T S 10 1 暗备用条件 任一台变压器单独运行时 宜满足 30 0 6 0 7 N T SS 2 明备用条件 任一台变压器单独运行时 应满足 即满足全部一 30 N TIII SS 二级负荷需求 代入数据可得 0 6 0 7 5850 49 3510 294 4095 343 N T S kV A kV A 考虑到未来 5 10 年的负荷发展 初步取 5000 考虑到安全性和可靠性的N T S kV A 问题 确定变压器为 S9 系列 10kv 配电变压器 11 6 3 型号的选择型号的选择 S9 5 10 其主要技术指标如下表所示 型 号 额 定 容 量 k V A 电 压 组 合 联 结 组 标 号 空 载 损 耗 k W 负 载 损 耗 k W 空 载 电 流 阻 抗 电 压 重量 kg 外形尺寸 mm 轨距 mm 12 高 压 k V 高 压 分 接 范 围 低 压 k V 油 重 器 身 重 总 重 长 宽 高 S 9 5 1 0 5 6 6 3 1 0 5 0 4 Y y n o 0 0 4 0 1 8 2 8 5 443 5 0 12 5 7 8 0 4 5 0 850 400 400 七 变电所主接线图七 变电所主接线图 装设两台主变压器的主接线方案 如下图所示 13 八 短路电流的计算八 短路电流的计算 本厂的供电系统简图如图 一 所示 采用两路电源供线 一路为距本厂 8km 的馈电 变电站经 LGJ 150 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 一路为邻厂高压联络线 500MV A 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 图 一 14 下面采用标么制法进行短路电流计算 一 确定基准值 取 100 d SMV A 1 10 5 c UkV 2 0 4 c UkV 则 1 1 100 5 500 33 10 5 d d c SMV A IkA UkV 2 2 100 144 000 330 4 d d c SMV A IkA UkV 二 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值 1 电力系统的电抗标么值 1 100 0 200 500 MV A X MV A 2 架空线路的电抗标么值 2 2 100 0 35 82 5387 10 5 MV A Xkmkm kV 3 电力变压器的电抗标么值 由所选的变压器的技术参数得 因此 6 k U 34 6 100 3 000 100 2000 MV A XX kV A 短路等效电路图如图 二 所示 图 二 计算 k 1 点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量 15 1 总电抗标么值 1 12 0 2002 53872 7387 k XXX 2 三相短路电流周期分量有效值 3 1 1 1 5 50 2 008 2 7387 d k k IkA IkA X 3 其他三相短路电流 3 3 1 2 008 k IIkA 3 2 55 2 0085 120 sh ikAkA 3 1 51 2 0083 032 sh IkAkA 4 三相短路容量 3 1 1 100 36 514 2 7387 d k k SMV A SMV A X 计算 k 2 点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量 1 总电抗标么值 2 1234 0 2002 73873 24 4387 k XXXXX 2 三相短路电流周期分量有效值 3 2 2 2 144 32 442 4 4387 d k k IkA IkA X 3 其他三相短路电流 3 3 2 32 442 k IIkA 3 1 84 32 44259 693 sh ikAkA 3 1 09 32 44235 362 sh IkAkA 4 三相短路容量 3 2 2 100 22 529 4 4387 d k k SMV A SMV A X 九 主要高压设备器件的选择与校验九 主要高压设备器件的选择与校验 9 1 变电所高压侧一次设备的选择变电所高压侧一次设备的选择 根据机械厂所在地区的外界环境 高压侧采用 JYN2 10 Z 型户内移开式交流金属封闭 开关设备 此高压开关柜的型号 JYN2 10 4ZTTA 说明 4 一次方案号 Z 真空断路器 T 弹簧操动 TA 干热带 其内部高压一次设备根据本厂需求选取 16 高压断路器 ZN2 10 600 高压熔断器 RN1 10 150 电流互感器 LQJ 10 5 电压互感器 JDZJ 10 高压隔离开关 GN6 10 200 9 2 变电所高压侧一次设备的校验变电所高压侧一次设备的校验 动稳定电流热稳定电流断流能力校验项目电压 kV 电流 AkA4skA 参数 NUNIshishI 3 2 imatI 3 kI 装设点条件 数据 0 38115 29 5 1203 0322 2 008416 2 008 额定参数 N eU N eImaximaxI 2 t t I ocI 高压断路器 ZN2 10 600 1060030 2 11 64538 11 6 高压熔断器 RN1 10 150 10150 12 一次设备型号规格 电流互感器 LQJ 10 200 5 10200 5 22520 2 63 64 2 90 0 2 1 324 17 电压互感器 JDZJ 10 1010 1 333 高压隔离开关 GN6 10 200 1020025 5 2 104100 由上表知高压侧所选一次设备的额定电压 额定电流 动稳定 热稳定均满足要求 十 学习心得与体会十 学习心得与体会 通过本次课程设计 我把所学理论知识和生产实际很好的联系起来 真正做到了学以 致用 方才觉着自己几年毕竟没白学 能切切实实地解决一些实际问题了 从设计之初的 模糊 困惑到设计完成之后的豁然开朗 真正地可谓是脱胎换骨