某厂车间变电所及低压配电系统设计

西南科技大学城市学院本科生毕业论文 某厂车间变电所及低压配电系统设计 摘要 本次设计是针对车间变电所和车间低压配电系统的设计 所以设计中采用 10KV 电源进线 然后经过车间变电所降为一般低压用电设备所需的电压 220 380V 设计过程中先计算车间的总负荷和无功功率补偿 确定变压器容量及型 号 再考虑的建设方案 变电所主接线方案的选择 高压一次设备的选择 低压一 次设备的先择 进出线的先择 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 防雷保护及接零的设计 变电所电气照明的设计等 关键词 变电所 低压配电系统 负荷计算 短路计算 电气设备选择 主接 线 防雷保护 电气照明等 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 I Abstract The workshop is designed for low voltage substation and distribution system design workshops design 10KV power line used and then reduced to low pressure through the plant substation voltage electrical equipment required 220 380V design processthe first workshop in the calculation of total load and reactive power compensation determine the transformer capacity and model consider the construction plan selection of substation main wiring scheme a high voltage equipment selection equipment first choose a low voltage inlet and outlet of thefirst choice short circuit calculations and switching equipment selection determination and the secondary circuit program selection and setting of relay protection lightning protection and access to zero design lightingdesign electricalsubstation Keywords substation low voltage distribution systems load calculations short circuit calculations electrical equipment selection the main wiring lightning protection electrical lighting etc 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 II 目录 第一章 绪论 1 1 1 变电所的发展概况及其前景展望 1 1 2 设计内容及依据 1 1 2 1 设计内容 1 1 2 2 设计依据 2 第二章 变电所的设计 6 2 1 变电所的负荷计算 6 2 1 1 变电所的负荷分级 6 2 1 2 负荷计算的目的 6 2 1 3 负荷计算方法的选择 7 2 1 4 变电所各车间的负荷计算 8 2 2 变电所的无功功率补偿计算 16 2 2 1 无功功率补偿的目的 16 2 2 2 无功功率补偿的计算 16 2 2 3 无功补偿方案的选择 17 2 3 车间变电所位置和型式的选择 18 2 3 1 变配电所所址的选择原则 18 2 3 2 变电所型式的选择 18 2 4 供电电压选择 变电所主变压器容量和台数的确定 19 2 4 1 供电电压的选择 19 2 4 2 变电器台数和容量的选择 20 2 5 变压器联结组标号的选择 21 2 6 变电所主接线方案的设计 22 2 6 1 只装有一台主变压器的小型变电所常见主接线图 22 2 6 2 主接线图的选择 23 2 7 短路电流的计算 23 2 7 1 短路计算的目的 23 2 7 2 短路电流计算 24 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 III 2 8 变电所一次设备的选择与校验 27 2 8 1 电气设备的选择原则 27 2 8 2 变电所一次设备的选择校验 27 2 8 3 变压所高低压进出线的选择 31 2 8 4 导线和电缆的选择校验 34 2 9 变电所二次回路的设计及保护 36 2 9 1 变电所高低压侧常见二次回路及设备 36 2 9 2 变电所二次回路的保护和整定校验计算 38 2 10 变电所的防雷接地保护 41 2 10 1 防雷保护设计 41 2 10 2 公共接地装置设计 41 第三章 低压配电系统的设计 44 3 1 车间低压配电系统的布线方案 44 3 1 1 低压配电系统常用接线方式 44 3 1 2 车间配电系统接线方案的选择 45 3 2 低压配电设备和保护设备的选择 46 3 2 1 一号加工车间配电箱设置方案的确定 46 3 2 2 各用电设备连接导线和配电保护设备的选择 46 3 3 配电线路敷设方式 49 3 4 加工一车间照明系统的设计 50 3 4 1 电光源 灯具及其布置初方案的选择 50 3 4 2 照明设计计算 利用系数法 50 3 4 3 配电照明线截面的选择 51 3 5 低压配电系统接地保护和等电位联结 52 3 5 1 低压配电系统接地保护的选择 52 3 5 2 等电位联结 52 结束语 53 结束语 53 致谢 54 参考文献 55 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 0 第一章 绪论 1 1 变电所的发展概况及其前景展望 随着国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高带来了电力负荷的高速增 长 尤其是近两 三年来 由于电力负荷增长迅猛 而发电装机容量和输配电能力 不足 造成全国近20个省市电力 供应紧张 部分省市出现限电拉闸 与此同时 随 着电力市场的开放 电力用户对电能质量和管理的要求也在提高 电力生产与供应 企业也比以往任何时候都重重视电力系统的运行的经济性和安全性 电气化程度是衡量一个国家现代化水平的一个重要标志 随着电力系统自动化 水平的提高 变电所综合自动化系统得到了发展 厂站综合自动化是集网络技术 通信技术 电力技术多学科多领域为一体 而形成的完整 安全可靠的综合自动化 系统 自20世纪80年代末至今 我国变电所在新技术的运用上得到了飞速发展 如 变电所监控技术 可通过远程监测 遥控和数据采集等来实时跟踪和采集变电所运 行情况 反馈状态信息 达到及时控制各种危险事故 同时仿真技术也在变电所得 到广泛的应用 对变电所电力设备实物 一次设备和二次设备接线图进行仿真 在 变电所运行人员的培训中起到重要作用 提高了培训效率 缩短了培训周期 也进 一步提高了运行人员的正确判断和处理事故的能力 防止事故扩大化和缩缩短事故 处理埋单 从而确保电网安全 可靠 经济运行 另输电技术也得到更新如FACTS 技术 紧凑型技术 导线能改善等技术的结合 主要有 1 串并联补偿 2 紧凑型线路 3 动态无功补偿技术 4 大截面耐热导线等 综合我国变电所 的现状是老设备向新型设备转变 有人值班向无人值班变电所转变 交流传输向直 流输出转变 国外主要是交流输出向直流输出转变 1 2 设计内容及依据 1 2 1 设计内容 电能是现代化工业生产的主要能源和动力 随着现代文明的发展与进步 社会 生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求 而工厂供电系统的核 心部分是变配电所 因此 设计和建造一个安全 经济 高质量的变电所是极为重 要的 本次设计是针对某机械厂车间的变电所和一号车间低压配电系统的设计 要求 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 1 为该厂设计10 0 4kv车间降压变配电所及一号车间的低压配电系统设计 同时为二号 加工车间 铸造车间和电修车间提供电源配给 1 2 2 设计依据 一 一 机加工一车间的生产任务 本车间承担机修厂修理的配件生产 二 设计依据 车间平面及设备布置图 表1 1 本车间承担机修厂修理的件生产 车间用电设备明细表 表1 2 1 3 车间变电所配电范围 车间变电所设在车间东南角 除为机械加工一车间配电外 还要为机械加工二 车间 铸造 铆焊 电修车间配电 其用电设备明细表 附3 机械加工二车间要求车间变电所低压侧提供三路电源 其中一回路为照明回路 铸造车间要求车间变电所低压侧提供四路电源 其中一回路为照明回路 铆焊 车间要求车间变电所低压侧提供三路电源 其中一回路为照明回路 电修车间要 求车间变电所低压侧提供三路电源 其中一回路为照明回路 负荷性质 三班工作制 年最大负荷利用小时数为3500h 三级负荷 供电电源条件 1 电源由35 10KV总降压变电所采用架空线路受电 线路长300M 2 工厂总降压变电所10KV母线上的短路容量按200MVA计 3 工厂总降压变电所10KV配电出线定时限过流保护装置的整定时间top 2s 4 要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0 9 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 2 5 要求在车间变电所10KV侧进行计量 车间自然条件 气温 历年最高气温 40 6 历年最低气温 7 7 一月最低气温 5 3 七月最高气温 29 6 车间内计算气温 35 C 地质水文 平均海拔500m 地层以砂粘土为主 地下水位为2m 表表 1 1 表表 1 2 3 机加工一车间设备明细表机加工一车间设备明细表 附表附表 1 2 设备代 号设备名称代号 台 数单台容量 KW 总容量 KW 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 3 1冷墩机 GB 315555 2冷墩机 GB 315555 3普通车床 C620 117 6257 625 4普通车床 C620 117 6257 625 5普通车床 C620 117 6257 625 6立式车床 C512 1A135 735 7 7普通车床 C62014 6254 625 8普通车床 C62014 6254 625 9普通车床 C62014 6254 625 10普通车床 C62014 6254 625 11普通车床 C62014 6254 625 12普通车床 C61614 6254 625 13螺丝套丝机 S 813913 1253 125 14普通车床 C630110 12510 125 15管螺纹车床 Q11917 6257 625 16摇臂钻床 Z3518 58 5 17立式钻床 Z504013 1253 125 18立式钻床 Z504013 1253 125 195 吨吊车110 210 2 20立式车床 C512 1A135 735 7 21立式车床 C512 1A135 735 7 22刨床 B665133 23万能铣床 X63WT11313 24立式铣床 X52K19 1259 125 25滚齿机 Y 3614 14 1 26插床 B5032144 27弓锯机 G72 11 71 7 28立式钻床 Z51210 6O 6 29电阻炉120 380V 20 30电阻炉12424 31电阻炉14545 32车床 CW6 1131 931 9 33立式车床 C512 1A135 735 7 34卧式镗床 J6811010 35单臂刨床 B101017070 机加工二车间 铆焊 电修车间的负荷计算机加工二车间 铆焊 电修车间的负荷计算 附表附表 1 3 设备容 量 计算负荷 序号车间名称供电回路代号 KW P30 K W Q30 Kva r S30 K VA I30 A 1机加工二车间No 1 供电回路15546 554 4 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 4 No 2 供电回路1203642 1 No 3 照明回路1080 No 4 供电回路1606465 3 No 5 供电回路1405657 1 No 6 供电回路1807273 4 2铸造车间 No 7 照明回路86 40 No 8 供电回路1504589 1 No 9 供电回路17051101 3铆焊车间 No 10 照明回路75 60 No 11 供电回路1504578 No 12 供电回路1464465 4电修车间 No 13 照明回路1080 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 5 第二章 变电所的设计 2 1 变电所的负荷计算 2 1 1 变电所的负荷分级 按照GB50052 1995 供配电系统设计规范 规定 电力负荷根据其对供电可 靠性的要求及中断供电造成的损失或影响分为三级 1 一级负荷 first order load 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 如重大设备损失 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长时间才能恢复等 因此一级负荷中 断供电造成的后果是非常严重的 所以要求由两个电源供电 当中其中一个电源发 生故障时 另一个电源应不致同时受到损失 2 二级负荷 second order load 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较长时间才能恢复 重点企业大量减产等 因 二级负荷也属于重要负荷 要求由两回路供电 供电变电压器也应有两台 在其中 一回路或一台变压器发生常见故障时 二级负荷应不致中断供电 或中断后能迅速 恢复供电 3 三级负荷 third order load 三级负荷为一般电力负荷 指所有不属于上述一 二级负荷者 对供电电源无 特殊要求 2 1 2 负荷计算的目的 供电系统要能够可靠正常运行 就必须正确地选择系统中的所有元件 包括电 力变压器 开关设备和导线电缆等 元件除应满足工作电压和频率的要求外 最重 要的是满足负荷电流的要求 因此有必要对系统中各个环节的电力负荷进行统计计 算 计算负荷是供电设计的基本依据 计算负荷确定的是否正确合理 直接影响到 电气设备和导线电缆的选择是否经济合理 如果计算负荷确定过大 将使电气 设备和导线电缆选得过大 造成浪费 如果计算负荷确定过小 又将使电气设 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 6 备和导线电缆处于过负荷下运行 不只增加了电能损耗 更危险的是产生过热 导 致绝缘过早老化甚至烧毁 引发火灾 由此可见 正确确定计算负荷意义重大 2 1 3 负荷计算方法的选择 我国普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法 主要是需要系数法和二项式 法 需要系数法是国际上通用的确定计算负荷的方法 最为简便实用 二项式的应 用局限性较大 但在确定设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时 较之需要系数法合理 且计算也较简便 实践证明 生产的产品质量和劳动生产率与照明质量有密切的关系 良好的照 明是保证安全生产 提高劳动生产率和产品质量 保障职工视力健康的必要措施 因此我对电气照明系统的设计和安装都进行了严格的规范 而车间一般照明的总的 安装容量可以根据刘介才编著 工厂供电 附录表35查得照明的比功率 然后通过 公式计算 030 PAP 负荷计算公式及参数列表 表负荷计算公式及参数列表 表 2 1 名称公式备注 用电设备组的容量 PPne 用电设备组有功计算负 荷 p KK P e wle L 30 需要系数 P P K e d del 30 wle LdKKK PKPed 30 无功计算负荷 tan 30 30 P Q 视在计算负荷 cos 30 30 P S 计算电流 U S I N 3 30 30 有功负荷的同时系数 90 0 80 0 Kp 无功负荷的同时系数 95 0 85 0 Kq 设备的额定容量 Pn 设备组的同时系数 K 设备组的负荷系数 KL 设备组的平均效率 e 配电线路的平均效率 wl 对应用电设备组 tan 的正切值 cos 用电设备组的平 cos 均功率因数 用电设备组的额定电 UN 压 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 7 总的有功计算负荷 PKPip 30 30 总的无功计算负荷 Q KQ i q 30 30 总的视在计算负荷 2 30 2 30 30QPS 以上参数由用电设备 组计算负荷直接相加来计 算时取 2 1 4 变电所各车间的负荷计算 2 1 4 1一号机械加工车间负荷计算 1 一号加工车间的设备负荷统计见下表2 2 一号机械加工车间设备明细 表一号机械加工车间设备明细 表 2 2 设备代 号设备名称代号 台 数单台容量 KW 总容量 KW 1冷墩机 GB 315555 2冷墩机 GB 315555 3普通车床 C620 117 6257 625 4普通车床 C620 117 6257 625 5普通车床 C620 117 6257 625 6立式车床 C512 1A135 735 7 7普通车床 C62014 6254 625 8普通车床 C62014 6254 625 9普通车床 C62014 6254 625 10普通车床 C62014 6254 625 11普通车床 C62014 6254 625 12普通车床 C61614 6254 625 13螺丝套丝机 S 813913 1253 125 14普通车床 C630110 12510 125 15管螺纹车床 Q11917 6257 625 16摇臂钻床 Z3518 58 5 17立式钻床 Z504013 1253 125 18立式钻床 Z504013 1253 125 195 吨吊车110 210 2 20立式车床 C512 1A135 735 7 21立式车床 C512 1A135 735 7 22刨床 B665133 23万能铣床 X63WT11313 24立式铣床 X52K19 1259 125 25滚齿机 Y 3614 14 1 26插床 B5032144 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 8 27弓锯机 G72 11 71 7 28立式钻床 Z51210 6O 6 29电阻炉1 20 380V 20 30电阻炉12424 31电阻炉14545 32车床 CW6 1131 931 9 33立式车床 C512 1A135 735 7 34卧式镗床 J6811010 35单臂刨床 B101017070 2 一号车间干线及设备分配 一号车间分为WL1 WL2 WL3 WL4四号电源干线 WL1干线有13台金属冷加工机床组 分别分配给3个配电箱AP 1 1 AP 1 2 AP 1 3 其中AP 1 1供配2 3 4 5 6号设备机床 对应表1设备代号 AP 1 2 供配8 9 10 11 12 13号设备机床 AP 1 2供配35号设备机床 WL2干线有3台电阻炉设备 29 30 31号设备 对应配电箱AP 2 1 WL3干线有18台金属冷加工机床组 分别分配给3个配电箱AP 3 1 AP 3 2 AP 3 3 其中AP 3 1供配1 14 15 16 17 18 32 33号设备机床 AP 3 2供 配19 20 21 22 23 24 34号设备机床 AP 3 3供配25 26 27 28号设备机 床 WL4干线供配一号加工车间的照明系统 3 一号加工车间的负荷计算 本次一号车间的负荷计算 根据设备容量及一号车间VL1 VL2 VL3干线的设 备分配可知此三条干线按需要系数法计算 而VL4干线照明系统的负荷则按面积计 算法 VL1号干线的负荷计算 VL1号干线有13台 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 35 金属冷加工机 床组Pe 55 7 625 3 35 7 4 625 6 3 125 70 214 45 kw 查刘介才编著 工厂供电 附录表1 用电设备组的需要系数 二项式系数及功 率因数值 取Kd 0 2 cos 0 5 tan 1 73 故 P30 L1 0 2 214 45 42 89 kw Q30 L1 42 89 1 73 74 2 kvar 因此VL1总的负荷计算 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 9 S30 L1 85 7 kV A I30 L1 130 2 A 2 VL2号干线的负荷计算 VL2号干线有3台电阻炉 29 30 31号设备 Pe 20 24 45 89 kw 查刘介才编著 工厂供电 附录表1取Kd 0 7 cos 1 tan 0 故 P30 L2 0 7 89 62 3 kW Q30 L2 17 8 0 0 kvar 因此VL2总的负荷计算 S30 L2 62 3 kV A I30 L2 94 7 A 3 3号干线计算负荷 1 18台 1 14 15 16 17 18 32 33 19 20 21 22 23 24 34 25 26 27 28 号设备 金属冷加工机床组 Pe 55 10 125 7 625 3 125 2 31 9 35 7 3 10 2 3 13 9 125 10 4 1 4 1 7 0 6 272 025 kw 查刘介才编著 工厂供电 附录表1 取Kd 0 2 cos 0 5 tan 1 73 故 P30 0 2 272 025 54 405 kW Q30 54 405 1 73 94 12 kvar 2 吊车计算负荷 查刘介才编著 工厂供电 附录表1 取Kd 0 15 5 0cos 73 1 tan KWx N Ne pp 2 1012 102 P30 0 15 10 2 1 53kw Q30 1 53 1 73 2 64kvar 因此VL3总的负荷计算 P30 L3 0 95 54 405 1 53 53 138 kW Q30 L3 0 97 94 12 2 64 93 857kvar S30 L3 107 86 kV A I30 L3 163 87 A 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 10 4机加工一车间照明负荷 车间照明的安装容量 由车间工艺平面图可知车间 照明总面积约为1080m2 查刘介才编著 工厂供电 附录表35可知单位面积安 装功率P0 6w m2 计算高度4 6 m 则车间均匀布置的一般照明负荷为 P30 A P0 1080 0 006kw 6 48kw 其它部分的照明负荷见表2 3 其他部分的照明负荷 表 2 3 单独使用一般照明照度 lx 面积 m2 安装功率 w 工具室303x6120 工艺室303x6120 低压配电室303x7 5120 变压器室203x3 7575 高压室303x3 75100 总计 535 VL4的总照明负荷 P30 L4 6 48 0 535 7 015kw 考虑到 一号加工车间的照明系统日后的安装和整改 所以一号车间的照明设 备总容量取10kw 现有功功率取8kw 综上所述一号加工车间总的负荷计算 如下 由于车间干线计算负荷直接相加来计算时取 K P 0 90 0 95 K q 0 93 0 97 一号加工车间总的负荷计算 Pe 1 214 45 89 282 225 10 595 675kw P30 1 K P P30 0 95 42 89 62 3 53 138 8 158 012kw Q30 1 K q Q30 0 97 74 2 0 93 857 0 163 015kvar S30 1 227 028 2 30 2 30 Q P 22 015 163012 158 I30 1 334 93A N U S 3 30 38 0 3 028 227 所以得 一号车间各干线负荷计算表2 4 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 11 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 12 2 1 4 2机加工二号车间 铆焊 电修车间的负荷计算 1 机加工二号车间 铆焊 电修车间的负荷统计表2 5 设备容 量 计算负荷 序 号 车间名称供电回路代号 KW P30 K W Q30 Kva r S30 K VA I30 A No 1 供电回路15546 554 4 No 2 供电回路1203642 1 2机加工二车间 No 3 照明回路1080 No 4 供电回路1606465 3 No 5 供电回路1405657 1 No 6 供电回路1807273 4 3铸造车间 No 7 照明回路86 40 No 8 供电回路1504589 1 No 9 供电回路17051101 4铆焊车间 No 10 照明回路75 60 No 11 供电回路1504578 No 12 供电回路1464465 5电修车间 No 13 照明回路1080 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 13 由表2 5可计算二号加工车间 铸造车间 铆焊车间 电修车间的负荷 二号加工车间的负荷计算 Pe 2 155 120 10 285kw P30 2 46 5 36 8 90 5kw Q30 2 54 4 42 1 0 96 5kvar 铸造车间的负荷计算 Pe 3 160 140 180 8 488kw P30 3 64 56 72 6 4 198 4kw Q30 3 65 3 57 1 73 4 0 195 8kvar 铆焊车间的负荷计算 Pe 4 150 170 7 327kw P30 4 45 51 5 6 101 6kw Q30 4 89 1 101 0 190 1kvar 电修车间的负荷计算 Pe 5 150 146 10 306kw P30 5 45 44 8 97kw Q30 5 78 65 0 143kvar 2 1 4 3 机械厂变电所总的负荷计算 经上述计算可得机械加工一号车间 二号车间 铸造车间 铆焊车间 电修车 间的总容量 有功计算负荷 无功计算负荷 计算电流 因此可以计算出机械厂总的负荷如下 总容量 Pe Pe 1 Pe 2 Pe 3 Pe 4 Pe 5 595 675 285 488 327 306 2001 675kw 有功计算负荷 P30 P30 1 P30 2 P30 3 P30 4 P30 5 42 89 62 3 53 138 8 90 5 198 4 101 6 97 653 828kw 无功计算负荷 Q30 Q30 1 Q30 2 Q30 3 Q30 4 Q30 5 74 2 0 93 857 0 96 5 195 8 190 1 143 793 457 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 14 变压器低压侧 380v侧 总负荷计算 在确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时 应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素 因此在确定多组用电设备的计 算负荷时 应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数 又称 参差系数或综合系数 K P和K q 由于车间干线计算负荷直接相加来计算时取 K P 0 90 0 95 K q 0 93 0 97 P30 K P P30 0 95 653 828 621 14kw Q30 K q Q30 0 97 793 457 769 65kvar S30 989 0KV A 2 30 2 30 Q P 22 65 76914 621 I30 1 1502 7A N U S 3 30 38 0 3 0 989 变电所各车间负荷计算表2 6 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 15 2 2 变电所的无功功率补偿计算 2 2 1 无功功率补偿的目的 在生产过程中 如果功率因数过低将导致系统中输送的总电流增加 使得供电 系统中的电气元件 容量增大 从而使工厂内部的起动控制设备 测量仪表等规格 尺寸增大 因而增大了初投资费用 而且增加电力网中输电线路上的有功功率损耗 和电能损耗 从而影响负荷端的异步电动机及其它用电设备的正常运行 使电力系 统内的电气设备容量不能充分利用 综上可知电力系统功率因数的高低是十分重要的问题 因此无功补偿可以提高 电力网中各种有关部分的功率因数 保证电压质量 减少网络中的有功功率的损耗 和电压损耗 同时对增强系统的稳定性有重要意义 2 2 2 无功功率补偿的计算 1 补偿前的变压器容量和功率因数的计算 变压器低压侧的视在计算负荷为 S kV A 989 kV A 2 30 22 769 7621 1 主变压器容量选择条件为 SS 因此未进行无功补偿时 主变压器容 NT 2 30 量应选为了1000 kV A 参考刘介才编著 工厂供电 附录表8 这时变电所低压侧的功率因数为 cos 621 989 0 63 2 2 无功补偿容量 按规定 变电所高压侧的cos0 9 考虑到变压器本身的无功功率损耗 Q 远大于其有功功率损耗 P 一般 Q 4 5 P 因此在变压器低压侧进行 TTTT 无功补偿时 低压侧补偿后的功率因数应略高于0 90 这里取 cos 0 92 要使低压侧功率因数由0 63提高到0 92 低压侧需装设的并联电容器容量为 Q 621 tanarccos0 63 tanarccos0 92 kvar c 502 kvar 取 Q 540 kvar c 3 补偿后的变压器容量和功率因数 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 S kV A 662 2 kV A 2 30 22 540 769 7621 1 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 16 因此主变压器容量可改选为800 kV A 比补偿前容量减少200 kV A 变压器的功率损耗为 P 0 015S 0 015 662 2 kV A 9 9 kW T 2 30 Q 0 06S 0 06 662 2 kV A 39 7 kvar T 2 30 变电所高压侧的计算负荷为 P 621 1 kW 9 9 631 kW 1 30 769 7 540 kvar 39 7 kvar 269 4 kvar 1 30 631 2 269 4 2 1 2 kV A 686 1 kV A 1 30 补偿后工厂的功率因数为 cos P S 631 686 1 0 92 1 30 1 30 这一功率因数满足规定 0 9 要求 4 无功补偿前后比较 1000 800 200KV A TNTN SS 主变压器容量在补偿后减少了200KV A 不仅会减少基本电费开支 而且由于 提高了功率因数 还会减少电度电费开支 无功功率补偿计算表无功功率补偿计算表 2 7 计算负荷 项目 cos KW 30 P kvar 30 Q kVA 30 S A 30 I 380V 侧补偿前负荷0 63621 1769 7989 01502 7 380V 侧无功补偿容量540 380V 侧补偿后负荷0 92 621 1229 7662 21006 1 主变压器功率损耗9 939 7 10KV 侧负荷计算631 0269 4686 139 6 2 2 3 无功补偿方案的选择 1 无功补偿装置类型的选择 无功补偿装置可分为两大类 串联补偿装置和并联补偿装置 目前常用的补偿装置有 静止补偿器 同步调相机 并联电容器 本次设计应采用并联电容器的低压集中补偿方式 2 电容器个数的计算 在本次设计中选择电容器额定容量10Kvar 额定电容200uF 型号BCMJ0 4 10 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 17 3 所以电容器个数N计算如下 N 540 15 36 台 c C Q q 3 无功补偿选择方案见表2 8 无功补偿 补偿容量540kvar 总无功电流值779A 投切步组合1 1 2 2 2 电容器 VarPlus安装组合 15kvar 2 2 15Kvar 4 8 Varlogic NR6 Varlogic NR12 功率因数控制器程序选择OPTIM 断路器2 NS630 3 NS400 80A3 2 熔断器160A3 8 LC1 DPK12M7C2 接触器 LC1 DWK12M7C8 推荐柜宽 mm 2 900 推荐柜深 mm 2 1000 Blokset推荐柜高 mm 2200 2 3 车间变电所位置和型式的选择 变配电所担负着从电力系统受电 经过变压 然后分配电能的任务 变配电所 是工厂供电系统的枢纽 在工厂中占有特殊重要的地位 2 3 1 变配电所所址的选择原则 1 尽量靠近负荷中心 以降低配电系统的电能损耗 电压损耗和有色金属消耗 量 2 进出线方便 特别是要考虑便于架空线出线 3 靠近电源侧 特别是在选择工厂总变配电所进要考虑这一点 4 设备运输方便 以便运输电力变压器和高低压开关柜等大型设备 5 不应设在有剧烈振动或高温以及多尘或有腐蚀性气体的场所 6 不应设在厕所 浴室或其它经常积水场所的正下方 7 不应设在有爆炸危险或火灾危险环境的正上方或正下方 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 18 2 3 2 变电所型式的选择 因为此机械加工厂规模较小 生产面积比较紧凑和生产流程要经常调整 设备 也要相应变动的生产车间 所以宜采用附设变电所的型式 至于是采用内附式还是 外附式 要依具体情况而定 经考虑本次变电所设计采用外附式 因为外附式不占 或少占生产面积 而且变压器室处在车间的墙外方便输电力变压器和高低压柜等大 型设备的运输 图图 2 1 10KV 配电所及附设车间变电所布置方案示例配电所及附设车间变电所布置方案示例 1 10V 电缆进线 2 10KV 高压开关柜 3 10 0 4KV 配电变压器 4 380V 低压配电屏 2 4 供电电压选择 变电所主变压器容量和台数的确定 2 4 1 供电电压的选择 负荷性质 三班工作制 年最大负荷利用小时数为3500h 三级负荷 供电条件 1 电源由35 10KV总降压变电所采用架空线路受电 线路长300M 2 工厂总降压变电所10KV母线上的短路容量按200MVA计 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 19 图图 2 2 架空线短路示意图架空线短路示意图 3 工厂总降压变电所10KV配电出线定时限过流保护装置的整定时间top 2s 4 要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0 9 2 4 2 变电器台数和容量的选择 2 4 2 1变电器台数选择原则 对供有大量一 二级负荷的变电所 应采用两台变压器 以便一台变压器发生 故障或检修时 另一台变压器能对一 二级负荷继续供电 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所 也可考 虑采用两台变压器 除上两种情况外 一般车间变电所宜采用一台变压器 但是负荷集中而容量相 当大的变电所 虽为三级负荷 也可采用两台或多台变压器 在确定变电所主变压器台数时 应适当考虑负荷的发展 留有一定的余地 2 4 2 2变压器台数和容量的选择 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 压器可以有下列两种方案 1 装设一台主变压器 型式采用S9系列油浸式铜线电力变压器 而容量根据 SN T 800KVA S30 662 2KV A选择 但为工厂今后五年的发展和扩建 所以可选一 台S9 800 10型油浸式铜线低损耗配电变压 至于工厂二级负荷的备用电源 由与邻 近单位相联的高压 联络线来承担 2 装设两台主变压器 型式也采用S9 每台容量按式SN T 0 6 0 7 S30 选择 即 SN T 0 6 0 7 662 2kVA 397 32 463 54 kVA 因此选两台S9 400 10型低损耗配电变压器 3 变电所变压器台数的技术参数和经济性比较 表2 9 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技 术 指 标 供电可靠性基本满足要求满足要求 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 20 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 灵活性稍差 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 电力变压器的 综合投资额 查得 S9 800 10 的单价为 91100 元 而变压器综合投 资约为其单价的 2 倍 因 此综合投资约为 2 91100 18 22 万元 由表 2 8 查得 S9 400 的 单价为 5 31 万元 因此 两台综合投资为 4 5 31 万元 21 24 万元 比一 台主变方案多投资 6 3 万 元 高压开关柜 含计 量柜 的综合投资 额 查得 5 15 得 JYN2 10 型柜 可按每台 4 5 万元计 其综 合投资可按设备的 1 3 倍计 因此高压开关柜的综合投 资约为 4 1 3 4 5 23 4 万元 本方案采用 6 台 GG 1A F 柜 其综合投资约 为 6 1 5 3 5 万元 31 5 万元 比一台主 变方案多投资 10 5 万元 电力变压器和高压 开关柜的年运行费 查表 3 2 主变和高压开关 柜的折旧和维修管理费每 年 18 22 0 11 2 0042 万元 23 4 0 12 2 808 万元 总计 4 8122 万元 主变和高压开关柜的折 旧和维修管理费每年为 6 752 万元 比一台主变 方案多耗 3 046 万元 经 济 指 标 交供电部门的一次 性 供电贴费 主变容量每 KVA 为 800 元 供电贴费 800KVA 0 8 万 元 KVA 640 万元 贴费为 2 400 0 08 万 元 64 万元 比一台主 变方案多交 13 6 万元 从上表可以看出 按技术指标 以上两种方案均可承受三级至二级负荷性质的 工厂供配电 但也可看出装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变的主结线 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 而且此 变压器容量略大于选定容量 对工厂日后的发展有一定的可扩展性 因此决定采用 装设一台主变的方案 2 5 变压器联结组标号的选择 变压器联结有Dyn11和Yyn0两种组别 1 Dyn11结线 具有输出电压质量高 中性点不漂移 防雷性能好等特点 在箱变低压侧三相负荷不平衡时 由于零序电流和三次谐波电流可以在高压绕阻的 闭合回路内流通 每个铁心柱上的总零序磁势和三次谐波磁势几乎等于零 所以低 压中性点电位不漂移 各项电压质量高 同样由于雷电流也可以在高压绕阻的闭合 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 21 回路内流通 雷电流在每个铁心柱上的总磁势几乎等于零 消除了正 逆变换过电 压 所以防雷性能好但存在非全相运行问题 可在低压主开关加装欠压保护装置 2 Yyn0接线 当高压熔丝一相熔断时 将会出现一相电压为零 另两相电压 没变化 可使停电范围减少至1 3 这种情况对于低压侧为单相供电的照明负载不会 产生影响 若低压侧为三相供电的动力负载 一般均配置缺相保护 故此不会造成 动力负载因缺相运行而烧毁 由可知Yyn0接线在生产过程中 不易出现大范围断电 对工厂生产不会产生无 法弥补的经济损失 因此本次设计中变压器联结选用Yyn0型接线 2 6 变电所主接线方案的设计 电气设备的选择 配电装置的结构 今后供电的可靠性以及经济运行都与变电所 主接线有着密切的关系 在本次设计中 由上述可知三级负荷车间变电所采用的是 一台S9 800 10型号变压器 因此变电所主接线在满足安全 可靠供电的前提下 尽可 能使接线简单经济 并考虑工厂今后5 10年的发展 2 6 1 只装有一台主变压器的小型变电所常见主接线图 图图 2 3 a 高压侧采用隔离开关与熔断器或户外跌落式熔断器高压侧采用隔离开关与熔断器或户外跌落式熔断器 b 高压侧采用负荷开关与熔断器 c 高压侧采用隔离开关与断路器 1 高压侧采用隔离开关 熔断器或户外式跌开式熔断器的变电所主接线图 如图2 3 a 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 22 缺点 1 受隔离开关和跌开式熔断器切断空载变压器容量的限制 一般只用于500KV A 及以下容量的变电所中 2 供电可靠性不高 易发生事故 造成变电所停电 优点 只适用于三级负荷的小型变电所 2 高压侧采用负荷开关 熔断器的变电所主接线图 如图2 3 b 缺点 1 在发生短路故障时 仍是熔断器熔断 因此供电可靠性不高 优点 1 由于负荷开关能带负荷操作 从而使变电所停电和送电的操作比上述主接线 图2 3 a 要简便灵活得多 也不存在带负荷拉闸的问题 2 在发生过负荷时 负荷开关可能有热脱扣进行保护 使开关跳闸 3 适用于三级负荷的小型变电所 3 高压侧采用隔离开关 断路器的变电所主接线图 如图2 3 c 缺点 无明显缺点 除只适用于三级负荷的变电所 但供电容量较大 优点 1 变电所的停 送电操作十分灵活方便 2 高压断路器者配有继电保护装置 在变电所发生短路或过负荷时均能自动跳 闸 而且在故障和异能性况消除后 又可直接迅速合闸 从而使恢复供电时间大大 缩短 2 6 2 主接线图的选择 通过上述几种常见三级负荷一台变压器主接线图的比较 高压侧采用隔离开关 断路器的变电所主接线图适用于三级负荷且具有明显优示 其两路电源进线 具有更高的可靠性 可供二级负荷 如果低压侧还有联络线与其他变电所相连 甚 至还可供少量一级负荷 但是本次变电所为三级负荷性质 而且从经济角度考虑 单路电源进线隔离开关 断路器的变电所主接线方案完全能满足设计需要 因此本次变电所采用三级负荷S9 800 10型变压器单回路电源进线隔离开关 断路器的变电所主接线方案设计 图2 3 c 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 23 2 7 短路电流的计算 2 7 1 短路计算的目的 工厂供电系统要求正常地不简断地用电负荷供电 以保证工厂生产和生活的正 常进行 但是由于种种原因 也难免出现故障 而使系统的正常运行遭到破坏 系 统中最常见的故障就是短路 短路就是指不同电位的导电部分之间的低阻性短接 短路后 短路电流比正常电流大得多 在大电力系统中 短路电流可达几万安甚至 几十万安 如此大的电流可对供电系统产生极大的危害 因此必须尽力设法消除可 能引起短路的一切因素 同时需要进行短路电流的计算 以便正确的选择电气设备 使设备具有足够的动稳定性和热稳定性 以保证在发生可能有的最大电流时不致损 坏 为了选择切除短路故障的开关电器 整定短路保护的继电保护装置和选择限制 短路电流的元件等 也必须计算短路电流 2 7 2 短路电流计算 绘制计算电路图2 4 在工程中 短路电流的计算方法有两种 欧姆法和标的幺值法 由于各元件电抗 均采用标幺值 与短路计算点的电压无关 因此无需进行电压换算 这也是工程上 为什么短路计算图表都按标幺值编制的原因 此次设计中就采用标幺制法进行三相短路计算 1 确定基准值 取 S 100 MV A U 10 5 kV U 0 4 kV d1c2c 而 I 5 5 kA 1d Uc d S 1 3kV AMV 5 103 100 144 kA 2d I Uc d S 2 3kV AMV 4 03 100 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 西南科技大学城市学院本科生毕业论文 24 电力系统的电抗标幺值 由附录表8查得 200 MV A 因此 oc S 0 5 1 X AMV AMV 200 100 电缆线路的电抗标幺值 表表 2 10 电力线路每相的单位长度电抗平均值 单位 电力线路每相的单位长度电抗平均值 单位 km 线 路 电 压 线路结构 6 10KV220 380V 架空线路0 350 32 电缆线路0 080