某轧钢厂供电系统设计

华北科技学院毕业设计 I 摘要 工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去 它 由工厂降压变电所 高压配电线路 车间变电所 低压配电线路及用电设备组成 工 厂总降压变电所及配电系统设计 是根据各个车间的负荷数量和性质 生产工艺对负 荷的要求 以及负荷布局 结合国家供电情况 解决对各部门的安全可靠 经济技术 的分配电能问题 其基本内容有以下几方面 车间负荷计算以及无功功率补偿 导线 类型选择 变配电所位置的电气设计和所址选择 短路电流的计算及继电保护 电气 设备的选择 车间变电所位置和变压器数量 容量 类型的选择等 关键词 短路电流计算 电气设备选择 变压器继电保护 华北科技学院毕业设计 II Abstract The factory power supply system is to decline the electric power of electric power system to press to assign electric power again to go to in each factory premises or the car it is decline by the factory to press a substation the high pressure goes together with electric wire road car substation the low pressure goes together with electric wire road and uses electricity equipments to constitute The factory always declines to press a substation and goes together with an electricity system design is the request which produces a craft to the burden according to burden amount and property of each car and burden layout combine a national power supply circumstance Resolve the safe credibility to each section economy technical llotment electric power problem It the basic contents have several aspects as follows Car burden calculation and have no achievement power compensate lead a line type choice change to go together with electricity to design the electricity of the position and address choice short circuit electric current of calculation and after electricity protection the choice of electricity equipments car the choice of the substation position and transformer amount capacity type etc Keywords The electricity is a part electricity equipments choice the lord changes to protect 华北科技学院毕业设计 III 目录 摘要 I ABSTRACTABSTRACT II 第一章绪论 1 1 1 供电的含义及要求 1 1 2 供电设计一般原则 2 1 3 钢厂负荷性质 2 1 4 本设计的要求 3 第二章负荷计算与无功补偿 5 2 1 负荷计算的意义 5 2 2 负荷计算的方法 5 2 3 计算过程 6 2 4 无功补偿的原理 9 2 5 无功补偿的意义 9 2 6 无功补偿计算 10 2 6 1 1 S侧 10 2 6 2 2 S侧 11 第三章电气主接线设计 13 3 1 电气主接线的概述 13 3 2 电气主接线的设计原则 13 3 3 电气主接线设计的基本要求 14 3 4 电气主接线方案 14 第四章 变压器的选择 16 4 1 变压器台数的确定原则 16 4 2 变压器的分配 16 4 3 变压器容量的确定 16 4 4 动力变压器选择 18 第五章短路电流的计算 20 5 1 短路电流的概述 20 华北科技学院毕业设计 IV 5 2 短路电流产生原因 20 5 3 短路电流危害 21 5 4 短路的类型 21 5 5 短路计算过程 21 第六章电气设备的选择与校验 26 6 1 变压器侧线路的选择及校验 26 6 2 高压侧电气设备的选择与校验 29 6 2 1 变压器电气侧设备选择与校验 29 6 2 2 10kv 母线选择与校验 33 6 3 10KV 侧断路器的选择校验 34 6 4 10KV 侧高压熔断器的选择与校验原则 35 6 5 10kV 侧隔离开关的选择与校验 36 第七章继电保护 37 7 1 继电保护的概述 37 7 2 对继电保护的要求 37 7 3 变压器的继电保护装置 38 7 3 1 装设瓦斯保护 38 7 3 2 电流速断保护 39 7 3 3 过流保护 40 7 3 4 温度保护 41 7 4 整定计算 41 第八章防雷接地装置 44 8 1 雷电的形成 44 8 2 雷电的危害 44 8 3 变配电所的防雷措施 44 8 3 1 装设避雷针 44 8 3 2 避雷器 46 8 3 3 防雷接地设计 47 总结 48 参考文献 49 华北科技学院毕业设计 V 致谢 50 附录 51 附录 1 外文文献及翻译 51 华北科技学院毕业设计 第 1 页 共 63 页 第一章绪论 1 1 供电的含义及要求 在钢厂里 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 电能在工业生产中轧钢厂供电 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 电能的重要性 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 本次设计是轧钢厂供配电系统设计 轧钢厂规模的不断扩大 轧钢产耗电功率越来越高 保障合理配置电力系统再变 华北科技学院毕业设计 第 2 页 共 63 页 配电所的有效利用 提高电能利用率 提高轧钢厂功率因数 现今轧钢产规模扩大对 生产的可靠性要求也十分高 为了能更好的为工业服务 保证生产和生活需要 并做 好节能和环保 根据轧钢厂供电计划 确保供电在工厂中正常运行 配电装置应满足 保证运行可靠按照系统和自然条件以及有关规程要求合理选择电气设备 使选用电气 设备具有正确的技术参数 保证具有足够的安全净距 以保证系统正常运行 便于操 作 巡视和检修配电装置的结构和布置应力求整齐 清晰 便于操作巡视和检修 还 应装设防误操作的闭锁装置及连锁装置 以防带负荷拉合隔离开关 带接地线合闸和 误拉合断路器等情况的出现 1 2 供电设计一般原则 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 1 3 钢厂负荷性质 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 华北科技学院毕业设计 第 3 页 共 63 页 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 例如 重要交通枢纽 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 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 1 4 本设计的要求 本题目是一个实际工程设计项目 要求根据负荷分布及负荷量进行供电系统设计 该厂有 2 路专用 10KV 电源来自城市电网 分别为 101 号 102 号 10KV 0 66KV 0 4KV 变电站供电 该厂粗轧机车间 精轧机车间 中轧机 锅炉房 水泵房 加热炉均为一级负荷 生产准备车间和办公用电分别为 二级和三级负荷 用电设备电压分别为 660V 和 380V 该厂高压侧功率因数应达到 0 9 随着国民经济的不断发展 对电力能源需求也不断增大 致使变电所数量增加 电压等级提高 供电范围扩大及输配电容量增大 采用传统的变电站一次及二次设备 已越来越难以满足变电站安全及经济运行 少人值班或者无人值班的要求 现在已经 华北科技学院毕业设计 第 4 页 共 63 页 大多采用了微机保护 分级保护和常规保护相比 增加了人机对话功能 自控功能 通信功能和实时时钟等功能 因此如果通过电力监控综合自动化系统 可以使变电站 内值班人员或调度中心的人员及时掌握变电站的运行情况 直接对设备进行操作 及 时了解故障情况 并迅速进行处理 达到供电系统的管理科学化 规范化 并且还可 以做到与其他自动化系统互换数据 充分发挥整体优势 进行全系统的信息综合管理 华北科技学院毕业设计 第 5 页 共 63 页 第二章负荷计算与无功补偿 2 1 负荷计算的意义 电力负荷又称负荷 有两种含义 一是指耗用电能的用电设备或用户 如说重要 负荷 一般负荷 动力负荷 照明负荷等 另一种是指用电设备或用户耗用的功率或 电流大小 如说轻负荷 轻载 重负荷 重载 空负荷 空载 满负荷 满载 等 电力负荷的具体含义视具体情况而定 要进行工程的供电设计 必须首先将这些原始 资料变成电力设计所需要的假想负荷 即计算负荷 然后根据计算负荷按允许发热 条件来确定发电机组和变压器的容量 选择供电系统的导线截面 确定提高功率因数 的措施 选择及整定保护设备以及校验供电电压的质量等等 所以 电力负荷的计算 是整个工程供电设计的依据 如负荷计算过低可能使供电元件过热 加速其绝缘损坏 增大电能损耗 影响供电系统的正常工作 甚至影响工程的战时指挥 通信联络等战 时作用的发挥 反之 如果负荷计算过大 将使发电机组和变乐器的容量过大 会使 工程的一次性投资增加 过大的设备在长期负荷率严重不足的情况下运行也不经济 因此 负荷计算的正确与否 将直接关系到工程的供电质量和经济指标 必须认真对 待 2 2 负荷计算的方法 目前 负荷计算的方法主要有 需用系数法 二项式法等 利用系数法 ABC 法 需用系数法是在大量的测量与统计的基础上 给出各类负荷的需用系数和同时系 数 然后把设备功率乘以需用系数和同时系数 直接求出计算负荷 这种方法山于简 单易行 在人防工程设计中被普遍采用 但是 当用电设备台数少而功率相差悬殊时 其计算结果往往偏小 因而这种方法只适用于整个工程的负荷计算 二项式法是把计算负荷看作两个分量组成 一个分量是平均负荷 另一分量是数 台大功率设备工作对负荷影响的附加功率 这种方法虽然也比较简单 但是于过分突 出广大型设备对电气负荷的影响 使计算结果往往偏大 而且方法本身所推荐的公式 和系数 仪限于机械加工工业 与人防工程内负荷情况相差较大 使用起来比较困难 华北科技学院毕业设计 第 6 页 共 63 页 利用系数法是采用利用系数求出最大负荷的平均功率 再考虑设备台数和功率差 异的影响 乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷 这种方法是以概率论和数 理统计作为理论根据的 计算结果比较接近实际 适用范围较广 但囚计算过程繁琐 人防工程中一般不使用 ABC 法是一种较新的负荷计算方法 它把计算负荷看作是平均负荷与计算负荷 对平均负荷参差值的叠加 这个参差值是由没备的容量总平方和的方根表征的 因而 人设备对计算负荷的影响将更接近实际 而且这种方法只需对设备台数进行简单的加 法 不牵扯到设备容量的繁琐计算 比较方便 但目前在人防丁程中平均利用系统的 实测数据不足 故此法尚未被采用 2 3 计算过程 工厂常用的用电设备种类繁多 根据其用途和特点 大致可分为三类 生产加工 机械的拖动设备 照明设备 加热设备 生产加工机械的拖动设备是机械加工类工厂 的主要用电设备 是工厂电力负荷的主要组成部分 设计任务书中已经给出了设备的 容量和需要系数 表 2 1 车间负荷表 计算负荷序 号 用户名称负荷 等级 总容量 kw 需要系数 kd cos tan P30kwQ30kvarS30kv AI30A 1 粗轧机 123000 80 76 2 中轧机 126000 80 76 3 精轧机 127000 80 76 4 水泵房 18300 80 6 5 锅炉房 13000 80 6 6 生产准备 车间 25200 650 56 7 办公用电 335011 8 加热炉 110381 0 6 根据表中数据计算各车间总负荷 粗轧机 华北科技学院毕业设计 第 7 页 共 63 页 有功计算负荷 2300 0 8 1840 kw d kpP 30 无功计算负荷 1840 0 85 1564 tan 3030 PQ 视在计算负荷 2421 KVA 2 30 2 3030 QPS 计算电流 2118 A N U S I 3 30 30 14 1 2414 中轧机 有功计算负荷 2600 0 8 2080 kw d kpP 30 无功计算负荷 2080 0 85 1768 kvar tan 3030 PQ 视在计算负荷 2730 KVA 2 30 2 3030 QPS 计算电流 2395 A N U S I 3 30 30 14 1 2730 精轧机 有功计算负荷 2700 0 8 2160 kw d kpP 30 无功计算负荷 2160 0 85 1836 kvar tan 3030 PQ 视在计算负荷 2835 KVA 2 30 2 3030 QPS 计算电流 A N U S I 3 30 30 2092 14 1 2385 水泵房 有功计算负荷 830 0 8 664 kw d kpP 30 无功计算负荷 664 1 33 883 kvar tan 3030 PQ 视在计算负荷 1105 KVA 2 30 2 3030 QPS 计算电流 1679 A N U S I 3 30 30 658 0 1105 锅炉房 有功计算负荷 300 0 8 240 kw d kpP 30 华北科技学院毕业设计 第 8 页 共 63 页 无功计算负荷 240 1 33 319 kvar tan 3030 PQ 视在计算负荷 399 KVA 2 30 2 3030 QPS 计算电流 607 A N U S I 3 30 30 658 0 399 加热炉 有功计算负荷 1038 1 1038 kw d kpP 30 无功计算负荷 1038 1 33 1381 kvar tan 3030 PQ 视在计算负荷 1278 KVA 2 30 2 3030 QPS 计算电流 2626 A N U S I 3 30 30 658 0 1278 生产准备车间 有功计算负荷 520 0 65 338 kw d kpP 30 无功计算负荷 338 1 18 398 kvar tan 3030 PQ 视在计算负荷 522 KVA 2 30 2 3030 QPS 计算电流 794 A N U S I 3 30 30 658 0 522 办公用电 有功计算负荷 350 1 350 kw d kpP 30 无功计算负荷 0 kvar tan 3030 PQ 视在计算负荷 350 KVA 2 30 2 3030 QPS 计算电流 A N U S I 3 30 30 532 658 0 350 计算负荷表 表 2 2 计算负荷表 计算负荷序 号 用户名称负荷 等级 总容量 kwP30kwQ30kvarS30kv AI30A 华北科技学院毕业设计 第 9 页 共 63 页 1 粗轧机 123001840156424212118 2 中轧机 126002080176827302395 3 精轧机 127002160183628352092 4 水泵房 183066488311051679 5 锅炉房 1300240319399607 6 生产准备 车间 2520338398522794 7 办公用电 33503500350532 8 加热炉 110381038138112782626 总负荷计算 查阅相关资料可以得到有功功率同时系数为 0 85 无功功率同时系 数为 0 9 0 85 1840 2080 2160 664 240 338 350 1038 7404 kw 总 P 0 9 1564 1768 1836 883 319 398 0 1381 7334 kvar 总 Q 10421 kva 22 S 总总总 QP 2 4 无功补偿的原理 电网输出的功率包括两部分 一是有功功率 二是无功功率 直接消耗电能 把电能 转变为机械能 热能 化学能或声能 利用这些能作功 这部分功率称为有功功率 不消耗 电能 只是把电能转换为另一种形式的能 这种能作为电气设备能够作功的必备条件 并 且 这种能是在电网中与电能进行周期性转换 这部分功率称为无功功率 如电磁元件建 立磁场占用的电能 电容器建立电场所占的电能 电流在电感元件中作功时 电流超前于 电压 90 度 而电流在电容元件中作功时 电流滞后电压 90 度在同一电路中 电感电流 与电容电流方向相反 互差 180 度如果在电磁元件电路中有比例地安装电容元件 使两 者的电流相互抵消 使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小 从而提高电能作功的能 力 这就是无功补偿的道理 2 5 无功补偿的意义 1 补偿无功功率 可以增加电网中有功功率的比例常数 华北科技学院毕业设计 第 10 页 共 63 页 2 减少发 供电设备的设计容量 减少投资 例如当功率因数 cos 0 8 增加到 cos4 0 95 时 装 1Kvar 电容器可节省设备容量 0 52KW 反之 增加 0 52KW 对原有设备 而言 相当于增大了发 供电设备容量 因此 对新建 改建工程 应充分考虑无功补 偿 便可以减少设计容量 从而减少投资 3 降低线损 由公式 P 1 cos cos X100 得出其中 cos 为补偿后的功 率因数 cos 为补偿前的功率因数则 cos cos 所以提高功率因数后 线损率也下降了 减少设计容量 减少投资 增加电网中有功功率的输送比例 以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济 效益 所以 功率因数是考核经济效益的重要指标 规划 实施无功补偿势在必行 2 6 无功补偿计算 为了使该厂的 变电所的高压侧 的功率因数不低于 0 9 由于办公用电的功率因 数大于 0 9 所以不需要补偿 可忽略 初步设计在变压器低压侧装设并联电容器进行 补偿 由前面算出该变电所低压侧总的有功计算负荷 无功计算负荷 按着视在功率平 均分进行补偿 则可将粗轧机 中轧机 加热炉和生产准备车间分为一组进行补偿 精轧机 水泵房 锅炉房和办公用电进行补偿 其总的负荷分别为 6810KVA 和 6489KVA 下面分别进行无功补偿计算可设为侧和侧 1 S 2 S 2 6 1 侧 1 S 补偿前容量和功率因数 经计算变压器低压侧的视在计算负荷为 6810KVA 1 S 侧的功率因数是 1 S 1 1 cos s s S P 0 85 1840 2080 338 1038 4501 kw 1s P 0 9 1564 1768 398 1381 5111 kvar 1s Q 6810 kva 2 1 2 11sss QPS 华北科技学院毕业设计 第 11 页 共 63 页 0 66 1 1 cos s s S P 6810 4501 无功补偿容量 按设计的要求 变电所高压侧的 考虑到变压器本身9 0cos 的无功功率损耗 Qt 远大于其有功功率损耗 Pt 因此在变压器低压侧进行无功补偿 时 低压侧补偿后的功率因数应略高于 0 9 这里取 要使低压侧功率因92 0 cos 数由 0 66 提高到 0 92 低压侧需安装的并联电容器容量为 var35 2887var92 0 arccostan66 0 arccostan4501 30 kkQ 取var4000kQc 补偿后4901 KV A 2 30 2 1 1css QQPS 100 0 95 0 92 cos 1 1 s s S P 查设计手册表可选用 BWF10 5 100 1 型电容器 BWF10 5 100 1 型电容型补偿器技术参 数如下表 2 3 表 2 3 BWF10 5 100 1 型电容器参数 BWF 额定电压 KA 额定容量 Kvar 总电容量 uf 额定电流 A 10 5 100 11010059743 3 其个数为 选 42 个 40 100 4000 n 2 6 2 侧 2 S 补偿前容量和功率因数 经计算变压器低压侧的视在计算负荷为 6489KVA 2 S 低压侧的功率因数是 2 S 2 2 cos s s S P 0 85 2160 664 240 350 1038 3784 kw 2s P 0 9 1836 883 319 0 1381 3977 1 kvar 2s Q 6489 kva 2 2 2 22sss QPS 华北科技学院毕业设计 第 12 页 共 63 页 0 69 2 2 cos s s S P 6489 3784 无功补偿容量 按设计的要求 变电所高压侧的 考虑到变压器本身9 0cos 的无功功率损耗 Qt 远大于其有功功率损耗 Pt 因此在变压器低压侧进行无功补偿 时 低压侧补偿后的功率因数应略高于 0 9 这里取 要使低压侧功率因92 0 cos 数由 0 69 提高到 0 92 低压侧需安装的并联电容器容量为 var2427var92 0 arccostan66 0 arccostan3784 30 kkQ 取var3000kQc 补偿后4049KV A 2 30 2 1 1css QQPS 100 0 93 0 92 cos 1 1 s s S P 查设计手册表可选用 BWF10 5 100 1 型电容器 BWF10 5 100 1 型电容型补偿器技 术参数如下 表 2 4BWF10 5 100 1 型电容器参数 BWF 额定电压 KA 额定容量 Kvar 总电容量 uf 额定电流 A 10 5 100 10 41002 8943 3 其个数为 选 33 个 30 100 3000 n 华北科技学院毕业设计 第 13 页 共 63 页 第三章电气主接线设计 3 1 电气主接线的概述 电气主接线主要是指在发电厂 变电所 电力系统中 为满足预定的功率传送和 运行等要求而设计的 表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路 电路 中的高压电气设备包括发电机 变压器 母线 断路器 隔离刀闸 线路等 它们的 连接方式对供电可靠性 运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用 一般在研究主 接线方案和运行方式时 为了清晰和方便 通常将三相电路图描绘成单线图 在绘制 主接线全图时 将互感器 避雷器 电容器 中性点设备以及载波通信用的通道加工 元件 也称高频阻波器 等也表示出来 对一个工厂而言 电气主接线在工厂设计时就根据机组容量 工厂规模及工厂在 电力系统中的地位等 从供电的可靠性 运行的灵活性和方便性 经济性 发展和扩 建的可能性等方面 经综合比较后确定 它的接线方式能反映正常和事故情况下的供 送电情况 电气主接线又称电气一次接线图 3 2 电气主接线的设计原则 1 考虑变电所在电力系统的地位和作用 变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素 变电所不管是枢纽变 电所 地区变电所 终端变电所 企业变电所还是分支变电所 由于它们在电力系统 中的地位和作用不同 对主接线的可靠性 灵活性 经济性的要求也不同 2 考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响 对一级用电负荷 必须有两个独立电源供电 且当一个电源失去后 应保证全部 一级用电负荷不间断供电 对二级用电负荷 一般要有两个电源供电 且当一个电源 失去后 能保证大部分二级用电负荷供电 三级用电负荷一般只需一个电源供电 3 考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响 发 送 变的备用容量是为了保证可靠的供电 适应负荷突增 设备检修 故障 停运情况下的应急要求 电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同 例如 华北科技学院毕业设计 第 14 页 共 63 页 当断路器或母线检修时 是否允许线路 变压器停运 当线路故障时是否允切除线路 变压器的数量等 都直接影响主接线的形式 3 3 电气主接线设计的基本要求 1 安全性 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 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 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 2 可靠性 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 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 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 3 灵活性 变配电所的高低压母线 一般采用单母线或单母线分段接线方式 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 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 变配电所的主接线在满足运行要求的前提下应力求简单 中小型工厂变电所 一般可采用高压少油断路器 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 3 4 电气主接线方案 单母线分段接线 单母线分段接线方式就是双电源分别进线在1 2 段上 通过母联开关联络 每一回路连到一段母线上 并把引出线均分到每段母线上 两段母线用隔离开关 断 路器等开关电器连接形成单母线分段接线 单母线分段便于分段检修母线 减小母线故障影响范围 提高了供电可靠性和灵 华北科技学院毕业设计 第 15 页 共 63 页 活性 这种接线形式适用于双电源进线的比较重要的负荷 第四章 变压器的选择 4 1 变压器台数的确定原则 原则上应满足用电负荷对供电可靠性的要求 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 但是现实工厂中并不是这样的 当一台发生故障时整个工厂甚至都要 停产 采用两回 10KV 电缆组成的线路供电 但是实际情况是 采用两个 10KV 线路 须 占用上级电业局开关站 2 个间隔 须购买两个用电间隔 10KV 线路长度通常以千米计 投入造价较大 还不如按一级负荷采用发电机作第二电源便宜 规范也考虑到这种情 况 所以在供规 GB50052 2009 第 4 0 1 条第二款规定 设置自备电源比从电力系统取 得第二电源经济合理时 用户宜设置自备电源 4 2 变压器的分配 通过查阅相关资料得知 只要车间的总负荷不超过 2000kw 同时电气距离比较接 近时 就可以把这些车间合并在一起用一台变压器供电 如果一类 二类负荷过多就 要单独一台变压器供电 所以我们在这里把所有车间分为 6 台变压器供电 其中粗轧 机 中轧机和精轧机为整流变压器的一类负荷 因此粗轧机和精轧机各用一台变压器 精轧机用两台变压器 水泵房 锅炉房 加热炉为动力变压器一级负荷 生产准备车 间和办公用电为二类和三类负荷我们考虑总负荷不超过 2000kw 的车间可以合并到一起 用一台变压器供电 4 3 变压器容量的确定 粗轧机和中轧机各用一台整流变压器分别为一号和二号变压器 精轧机用两台变 压器为三号和四号变压器 1 号粗轧机变压器选择 2421 KVA 2 30 2 3030 QPS 变压器选择为 ZHSFPZ 10kV 2500kVA 华北科技学院毕业设计 第 16 页 共 63 页 变压器损耗 PT 0 015 S 30 2 28 47 kw QT 0 06 S 30 2 113 88 kvar kw47 1901 30 30 r PPP kavrkQkQQQ rc 2150varvar 30 30 2 30 2 30 30 QPS KVA2207 30 S 补偿后的工厂的功率因数为 符合要求 93 0 cos 30 30 S P 2 号中轧机变压器选择 2730KVA 2 30 2 3030 QPS 变压器选择为 ZHSFPZ 10kV 2500KVA 变压器损耗 PT 0 015 S 30 2 32 34 kw QT 0 06 S 30 2 129 36 kvar kw34 1974 30 30 r PPP kavrkQkQQQ rc 2136varvar 30 30 2 30 2 30 30 QPS KVA2365 30 S 补偿后的工厂的功率因数为 符合要求 96 0 cos 30 30 S P 3 号精轧机变压器选择 2835 KVA 2 30 2 3030 QPS 变压器选择为 两台 ZHSFPZ 10kV 1500KVA 变压器损耗 PT 0 015 S 30 2 22 5 kw QT 0 06 S 30 2 90 kvar kw 5 1562 30 30 r PPP kavrkQkQQQ rc 1776varvar 30 30 华北科技学院毕业设计 第 17 页 共 63 页 2 30 2 30 30 QPS KVA1906 30 S 补偿后的工厂的功率因数为 符合要求 93 0 cos 30 30 S P 4 4 动力变压器选择 加热炉和生产准备车间共用一台变压器为五号变压器 水泵房 锅炉房和办公用 共用一台变压器为六号变压器 五号车间变压器选择 查阅相关资料可以得知 有功同时系数为 0 85 无功同时系数为 0 9 0 85 1038 338 1169 6 kw js P 0 9 1381 398 1601 1 kvar js Q 1983 KVA 22 jsjs QPS 变压器选择用 S9 1250 10 变压器损耗 PT 0 015 S 30 2 18 75 kw QT 0 06 S 30 2 75 kvar kwPPP r 75 1502 30 30 kavrkQkQQQ rc 2 196varvar 30 30 2 30 2 30 30 QPS KVA1796 30 S 补偿后的工厂的功率因数为 符合要求 95 0 cos 30 30 S P 6 号车间变压器选择 查阅相关资料可以得知 有功同时系数为 0 85 无功同时系数为 0 9 0 85 664 240 350 1065 9 kw js P 0 9 883 319 0 1081 9 kvar js Q 华北科技学院毕业设计 第 18 页 共 63 页 1518 9 KV A 22 jsjs QPS 所以变压器选择为 S9 1600 10 变压器损耗 PT 0 015 S 30 2 22 78 kw QT 0 06 S 30 2 91 1kvar kwPPP r 47 1901 30 30 kavrkQkQQQ rc 2043varvar 30 30 2 30 2 30 30 QPS KVA2107 30 S 补偿后的工厂的功率因数为 符合要求 93 0 cos 30 30 S P 表 4 1 所选变压器型号表 变压器损耗车间变 电 所编号 变压器型号无功补偿 kVar 视在功率 kW P kW Q kVar 接法 1ZHSFPZ 10kV 2500kVA QC 1100 kvar18988 47113 88Dy11d0 2ZHSFPZ 10kV 2500KVA QC 1200 kvar215632 34129 36Dy11d0 3ZHSFPZ 10kV 1500KVA QC 1200 kvar225222 590Dy11d0 4ZHSFPZ 10kV 1500KVA QC 1200 kvar225222 590Dy11d0 5S9 1250 10QC 900 kvar119018 7575 Dyn11 华北科技学院毕业设计 第 19 页 共 63 页 6S9 1600 10 无 1518 922 7822 78 Dyn11 第五章短路电流的计算 5 1 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3 些化工厂或沿海地区空气污秽 含有损坏绝缘的气体或固体物质 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 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 华北科技学院毕业设计 第 20 页 共 63 页 5 2 短路电流产生原因 电气设备载流部分的绝缘损坏 造成绝缘损坏的原因有很多 主要有以下几点 1 由于设备长期运行 绝缘自然老化 被正常电压击穿 2 设备质量低劣 绝缘强度不够 被正常电压击穿 3 设备绝缘满足要求 但被过电压击穿 4 设备绝缘受外力损伤 造成短路 像被老鼠咬坏绝缘这类 再有 自然界的各种动物跨接到裸露的载流导体 以及大风 风雪 冰雹 地震 等自然灾害也是引起故障短路的常见因素 5 3 短路电流危害 短路对电力系统的危害有以下几点 1 短路时产生很大的电动力和很高的问题 会使短路电路中的元件受到损坏 很 可能引发火灾事故 2 短路时电路的电压骤降 严重影响电气设备的正常运行 3 短路时保护装置动作 如熔断器的保险丝熔断 将短路电路切除 这会造成停电 而 且短路点越靠近电源 停电范围越大 造成生活的不便和经济上的损失 4 严重的短路会影响电力系统运行的稳定性 可使并列运行的发电机组失去同步 造 成系统解列 5 不对称短路 像单相短路和两相短路 短路电流会产生较强的不平衡交变电磁 场 对附近的通信线路 电子设备等产生电磁干扰 影响其正常运行 有可能引发误动 作 5 4 短路的类型 三相系统中短路的基本类型有 三相短路 两相短路 单相短路 单相接地短路 和两相接地短路 除了上述各种短路以外 变压器或电动机还可能发生一相绕组匝间 或层间短路等 根据运行经验统计 最常见的是单相接地短路 约占故障总数的 60 两相短路约占 15 两相接地短路约占 20 三相短路约占 5 三相短路虽少 但不能 不考虑 因为它毕竟有发生的可能 并且对系统的稳定运行有着十分不利的影响 华北科技学院毕业设计 第 21 页 共 63 页 5 5 短路计算过程 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 标幺值清晰可见 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 5 1 各元件表么值 序 号 元 件 名 称 标幺值有名值 短路功率 MVA 备注 1 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 2 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 3 线 路 2 av d OLdL U S XX OL av X U S 2 K 华北科技学院毕业设计 第 22 页 共 63 页 图 5 1 10kV 侧母线 K1 当由区域变电所供电时线路 5 公里 1 确定标么值基准 KVUMVAS dd 5 10 100 2 KA U S I d d d 5 5 5 103 100 3 2 2 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 电力变压器的电抗标么值 UK 5 X3 4 1250KVA100 100MVA5 当 k 1 点发生短路时 k 1 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 华北科技学院毕业设计 第 23 页 共 63 页 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 0 4kv 母线侧 k 2 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 0 66 kv