化纤厂总配电所及配电系统设计.doc

兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 1 课程设计题目 化纤厂变电所配电系统设计课程设计题目 化纤厂变电所配电系统设计 1 设计依据设计依据 1 全厂各车间变电所负荷表 变电所 1 序号车间设备容量 KW Kx cos tg 计算负荷 1制条车间3400 80 80 75 2纺纱车间3400 80 80 75 3软水站86 10 650 80 75 4锻工车间36 90 30 651 17 5机修车间296 20 30 51 73 6托儿所12 80 60 61 33 7仓库37 960 30 51 17 变电所 2 1织造车间5250 80 80 75 2染整车间4900 80 80 75 3浴室1 880 81 4食堂20 630 750 80 75 5单身宿舍200 81 变电所 3 1锅炉房1510 750 80 75 2水泵房1180 750 80 75 3化验室500 750 80 75 4卸油泵房280 750 80 75 与电业部门供电协议 1 从电业部门某 35 10KV 变电所 用 10KV 双回架空线路向本厂配电 变电所在厂南侧 0 5 公里 2 该变电所 10KV 配出线路定时限过电流装置的整定时间为 1 5S 要求配电所不大于 1 0S 3 在总配电所 10KV 侧计量 4 功率因数在 0 9 以上 5 配电系统技术数据 运行方式电源 10KV 母线短路容量说明 系统最大运行方式MVASd187 3 max 系统为无限大容量 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 2 系统最小运行方式MVASd107 3 min 2 本厂负荷性质本厂负荷性质 多数车间为三班制 少数车间为一班或两班制 全年 306 个工作日 年最大负荷利用小时数为 6000 小时 属于二级负荷 3 设计范围设计范围 1 高压供电系统设计 根据资料 选择本厂最优供电电压等级 2 总降变电站设计 1 主接线设计 2 短路电流计算 3 主要电气设备选择 4 主要设备继电保护设计 5 配电装置设计 6 防雷 接地设计 3 车间变电所设计 根据车间负荷情况 选择车间变压器的台数 容量 以及变电所位置的原则考虑 4 设计成果 设计成果 设计说明书 包括对各种设计方案分析比较的扼要论述 并附有必要的计算及表格 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 3 目目 录录 摘要摘要 5 第第 1 1 章章 工厂电气设计总则工厂电气设计总则 5 1 1 工厂供电的意义和要求 5 1 2 研究大型工厂供电系统背景 6 1 3 工厂供电设计的一般原则 7 第第 2 2 章章 工厂供电设计的要求工厂供电设计的要求 7 2 1 负荷类型 7 2 2 设计内容及步骤 7 2 4 电源情况 10 第三章第三章 负荷计算及功率因数补偿负荷计算及功率因数补偿 10 3 1 电力负荷定义及分级 10 3 2 计算负荷定义及相关计算 11 3 3 功率因数补偿计算 18 3 4 变压器的选择 23 第第 4 4 章章 短路电流概念及计算短路电流概念及计算 25 4 1 短路电流的相关概念 25 4 2 短路电流的计算 26 第第 5 5 章章 总配电所主接线方案的设计总配电所主接线方案的设计 29 5 1 概述 29 5 2 总配电所主结线的设计 30 第第 6 6 章章 工厂电力线路的设计工厂电力线路的设计 33 6 1 架空线路的设计 33 6 2 导线截面的选择 34 第第 7 7 章章 主要电气设备的选择与校验主要电气设备的选择与校验 36 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 4 7 1 概述 36 7 2 按短路情况校验电器的稳定性 37 7 3 电气设备的选取 38 第第 8 8 章章 供电系统的保护供电系统的保护 40 8 1 概述 40 8 2 变压器保护 40 第第 9 9 章章 防雷与接地防雷与接地 42 9 1 概 述 42 9 2 防 雷 42 9 3 接地 44 致谢致谢 44 参考文献参考文献 45 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 5 摘要摘要 电力行业是国民经济的基础工业 它的发展直接关系到国家经济建设的兴 衰成败 它为现代工业 农业 科学技术和国防提供必不可少的动力 以发电 厂电气部分 高电压技术 继电保护等专业知识为理论依据 电能是现代工业 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 工厂供电系统的核心部分是变电所 因此 设计和建造一个安全 经济的变电所 是极为重要的 第第 1 1 章章 工厂电气设计总则工厂电气设计总则 1 1 工厂供电的意义和要求 工厂供电 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 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 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 6 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 1 2 研究大型工厂供电系统背景 我国的电力工业已居世界前列 但与发达国家相比还是有一定的差距 我 们人均电量水平还很低 电力工业分布也不均匀 还不能满足国民经济发展的 需要 电力市场还未完善 管理水平 技术水平都有待提高 为了使我国电力工业赶上世界电力技术的发展水平 丛 21 世纪一开始 我 国就进一步加强在电网安全 稳定 经济运行 电力系统的自动化调度与管理 电力通信 网络技术 继电保护等领域开展研究 尤其注意完善电力市场 研 究电力市场的技术支持系统 促进我们的电力工业不断前进 工厂供电就是指工厂所需电能的供应和分配 我们知道 电能是现代工业生 产的主要能源和动力 工业生产应用电能和实现电气化以后 能大大增加产量 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 改善工人的 劳动条件 有利于实现生产过程自动化 但是 工厂的电能供应如果突然中断 则 将对工业生产造成严重的后果 甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事 故 由此可见 搞好工厂供电工作对于工业生产的正常进行和实现工业现代化 具有十分重大的意义 工业企业生产所需电能 一般是由外部电力系统供给 经企业内各级变电 所变电压后 分配到各用电设备 工业企业变电所是企业电力供应的纽约 所 处地位十分重要 所以正确计算选择各级变电站的变压器容量及其他设备是实 现安全可靠供电的前提 进行企业电力负荷计算的目的就是为正确选择企业各 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 7 级变电站的变压器容量 各种电气设备的型号 规格以及供电网络所用导线型 号等提供科学的依据 1 3 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 第 2 章 工厂供电设计的要求 2 1 负荷类型 多数车间为三班制 少数车间为一班或两班制 本厂绝大部分用电设备属 长期连续负荷 要求不间断供电 全年为 306 个工作日 年最大负荷利用小时 为 6000 小时 属于二级负荷 2 2 设计内容及步骤 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 8 全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 经济的分配电能问题 其基本内容有以下几方面 1 负荷计算 全厂总降压变电所的负荷计算 是在车间负荷计算的基础上进行的 考虑车间 变电所变压器的功率损耗 从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功 率因数 列出负荷计算表 表达计算成果 2 工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择 参考电源进线方向 综合考虑设置总降压变电所的有关因素 结合全厂计算负 荷以及扩建和备用的需要 确定变压器的台数和容量 3 工厂总降压变电所主结线设计 根据变电所配电回路数 负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台 数 确定变电所高 低接线方式 对它的基本要求 即要安全可靠有要灵活经 济 安装容易维修方便 4 厂区高压配电系统设计 根据厂内负荷情况 从技术和经济合理性确定厂区配电电压 参考负荷布局及 总降压变电所位置 比较几种可行的高压配电网布置方案 计算出导线截面及 电压损失 由不同方案的可靠性 电压损失 基建投资 年运行费用 有色金 属消耗量等综合技术经济条件列表比值 择优选用 按选定配电系统作线路结 构与敷设方式设计 用厂区高压线路平面布置图 敷设要求和架空线路杆位明 细表以及工程预算书表达设计成果 5 工厂供 配电系统短路电流计算 工厂用电 通常为国家电网的末端负荷 其容量运行小于电网容量 皆可按无 限容量系统供电进行短路计算 由系统不同运行方式下的短路参数 求出不同 运行方式下各点的三相及两相短路电流 6 改善功率因数装置设计 按负荷计算求出总降压变电所的功率因数 通过查表或计算求出达到供电部门 要求数值所需补偿的无功率 由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和 数量 并选用合适的电容器柜或放电装置 如工厂有大型同步电动机还可以采 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 9 用控制电机励磁电流方式提供无功功率 改善功率因数 有谐波影响 还要考 虑串联调谐电抗器 7 变电所高 低压侧设备选择 参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值 选择变电所高 低压侧电器设备 如隔离开关 断路器 母线 电缆 绝缘子 避雷器 互感 器 开关柜等设备 并根据需要进行热稳定和力稳定检验 用总降压变电所主 结线图 设备材料表和投资概算表达设计成果 8 继电保护及二次结线设计 为了监视 控制和保证安全可靠运行 变压器 高压配电线路移相电容器 高 压电动机 母线分段断路器及联络线断路器 皆需要设置相应的控制 信号 检测和继电器保护装置 并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数 设计包括继电器保护装置 监视及测量仪表 控制和信号装置 操作电源和控 制电缆组成的变电所二次结线系统 用二次回路原理接线图或二次回路展开图 以及元件材料表达设计成果 35kv 及以上系统尚需给出二次回路的保护屏和控 制屏屏面布置图 9 变电所防雷装置设计 参考本地区气象地质材料 设计防雷装置 进行防直击的避雷针保护范围计算 避免产生反击现象的空间距离计算 按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的 避雷器的规格型号 并确定其接线部位 进行避雷灭弧电压 频放电电压和最 大允许安装距离检验以及冲击接地 电阻计算 10 总降压变电所变 配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果 参照国 家有关规程规定 进行内外的变 配电装置的总体布置和施工设计 2 3 供用电协议 本厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下 1 电业部门某 35 10 千伏变电所 用 10 千伏双回架空线路向本厂供电 该所在厂南侧 1 0 公里 2 该变电所千伏配出线路定时限过流保护装置的整定时间为 1 5 秒 要求 配电所不大于 1 0 秒 3 在总配变电所 10 千伏则计量 4 要求本厂的功率因数值在 0 9 以上 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 10 5 配电系统技术数据 变电所 10 千伏母线短路数据如表 2 1 表 2 1 变电所 10 千伏母线的数据 运 行 方 式电源 10 千伏母线短路容量说 明 系统最大运行方式时S 3 dmax 187 兆伏安 系统最小运行方式时S 3 dmin 107 兆伏安 系统为无限大容量 2 4 电源情况 本厂拟从电业部门某 35 10 千伏变电所 用 10KV 双回路架空线路向本厂 配电 该变电所在厂南侧 0 5 公里 其中一回为备用电源 系统要求 只有在 工作电源停电时 才允许备用电源供电 详见供电系统图 2 1 图 2 1 供 电 系 统 图 第三章第三章 负荷计算及功率因数补偿负荷计算及功率因数补偿 3 1 电力负荷定义及分级 在电力系统中 电气设备所需用的电功率称为负荷或电力 W 或 KW 由于 电功率分为视在功率 有功功率和无功功率 一般用电流表示的负荷 实际上 是对应视在功率而言 目前供电部门所分配的负荷指标 主要是指小时平均的 有功负荷指标 而不是视在功率和无功功率 电力负荷又称电力负载 它有两种含义 一是指耗用电能的用电设备或用 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 11 电单位 如说重要负荷 不重要负荷 动力负荷 照明负荷等 另一种是指用 电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小 如说轻负荷 轻载 重负荷 重载 空负荷 空载 满负荷 满载 等 电力负荷的分级按用户电力负荷的重要性及要求对其供电连续性和可靠性 程度的不同 一般将电力负荷分三等级 1 一级负荷 重要的电力负荷 对该类负荷供电的中断 将招致人的生 命危险 设备损坏 重要的产品报废 使生产过程长期紊乱 给国民经济带来 重大损失或超成社会秩序混乱 属于这类负荷的有冶金 电炉炼钢企业 重要 的国防工业和科研机构 医院手术室 铁路与交通的电力牵引和铁路铁路枢纽 行车信号与集中闭塞负荷等 对一级负荷一律应由两个独立电源供电 2 二级负荷 较重要的电力负荷供电的中断 将超成工农业大量减产 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 3 三级负荷 不属于一 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 各级电力负荷对供电电源的要求 1 一级负荷对供电电源的要求 要求应有两个供电电源 当一个电源发生故障时 另一个电源不致同时受 到损坏 对一级负荷特别重要的负荷 除要求有上述两个电源外 还要求增设 应急电源 常用的应急电源有 1 独产于正常电源的发电机组 2 干电池 3 蓄电池 4 供电系统中有效地独立于正常电源的专门供电线路 2 二级负荷对电源的要求 要求做到当发生电力变压器故障时不致中断供电 或中断后能迅速恢复供 电 通常要求两回路供电 供电变压器也应有两台 3 三级负荷对供电电源的要求 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 12 由于三级负荷为不重要的一般负荷 因此它对电源无特殊要求 3 2 计算负荷定义及相关计算 计算负荷 是通过统计计算求出的 用来按发热条件选择供电系统中的各 元件的负荷值 计算负荷是供电设计的基本依据 通常取半小时平均最大负荷 P30 亦即年最大负荷 作为计算负荷 但是由于负荷情况复杂 影响计算负荷 的因素很多 实际上 负荷也不可能是一成不变的 它与设备的性能 生产的 组织以及能源供应的状况等多种因素有关 因而负荷计算也只能力求实际 电力负荷的确定 为选择变压器容量 电气主接线 电气设备以及供电网 络接线和导线型号等提供依据 负荷确定得是否正确合理 直接影响到电气设 备和导线的选择是否经济合理 若负荷确定得过大 将使电器和导线过大 造 成投资增大和有色金属的浪费 若负荷确定得过小 又将使电器和导线运行时 增加电能损耗 并产生过热 加速电气设备的绝缘老化 降低设备的使用寿命 影响供电系统的安全性 可靠性 因而必须正确进行电力负荷的计算 其计算方法有 需要系数法 二项式系数法 单耗法 1 需要系数法确定计算负荷 需要系数法是将电力设备的额定容量加起来 再乘以需要系数 就得到计 算负荷 由于需要系数法的需要系数值是根据设备台数较多 容量差别不是很 大的一般情况来确定的 未考虑设备容量相差悬殊时少数大容量设备对计算机 负荷的影响 因此此法较适用于设备台数较多的车间及全厂范围额的计算负荷 的确定 相关计算 变电所 1 制条车间 查表得 kwPKP ex 2723408 0 1 30 var20475 0 272tan 1 30 1 30 kPQ Akv P S 340 8 0 272 cos 1 30 1 30 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 13 A U S I N 517 38 0 732 1 340 3 30 1 30 纺纱车间 kwPKP ex 2723408 0 2 30 var20475 0 272tan 1 30 2 30 kPQ Akv P S 340 8 0 272 cos 2 30 2 30 A S I517 38 0 732 1 340 cos 30 2 30 饮水站 1 8665 0 3 30eXP KPkw56 var4275 0 56tan 3 30 3 30 kPQ Akv P S 70 8 0 56 cos 3 30 3 30 A U S I N 106 38 0 732 1 70 3 3 30 3 30 锻工车间 4 30 PkwPK eX 07 11 9 363 0 var95 1217 1 07 11tan 4 30 4 30 kPQ Akv P S 17 65 0 07 11 cos 4 30 4 30 A U S I N 83 25 38 0 732 1 17 3 30 4 30 机修车间 kwPKP eX 86 88 2 2963 0 5 30 var73 15373 186 88tan 5 30 5 30 kPQ Akv P S 72 177 5 0 86 88 cos 5 30 5 30 A U S I N 270 38 0 732 1 72 177 3 30 5 30 托儿所 kwPKP eX 68 7 8 126 0 6 30 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 14 var21 1033 1 68 7 tan 6 30 6 30 kPQ Akv P S 8 12 6 0 68 7 cos 6 30 6 30 A U S I N 45 19 38 0 3 8 12 3 30 7 30 仓库 kwPKP eX 388 1196 373 0 7 30 var32 1317 1 388 11tan 7 30 7 30 kPQ Akv P S 776 22 5 0 388 11 cos 7 30 7 30 A U S I N 6 34 38 0 732 1 776 22 3 7 30 7 30 变电所 2 织造车间 kwPKP eX 4205258 0 1 30 var31575 0 420tan 1 30 1 30 kPQ Akv P S 525 8 0 420 cos 1 30 1 30 A U S I N 7 797 38 0 732 1 525 3 30 1 30 染整车间 kwPKP eX 4205258 0 2 30 tan 2 30 2 30 PQ var29475 0 392k Akv P S 490 8 0 392 cos 2 30 2 30 A U S I N 5 744 38 0 732 1 490 3 2 30 2 30 浴室 kwPKP eX 504 1 88 1 8 0 3 30 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 15 tan 3 30 3 30 PQ Akv P S 504 1 1 504 1 cos 3 30 3 30 A U S I N 28 2 38 0 732 1 504 1 3 3 30 3 30 食堂 kwPKP eX 47 1563 2075 0 4 30 var 6 1175 0 47 15tan 4 30 4 30 kPQ Akv P S 34 19 8 0 47 15 cos 4 30 4 30 A U S I N 38 29 38 0 732 1 34 19 3 4 30 4 30 单身宿舍 kwPKP eX 16208 0 5 30 tan 5 30 5 30 PQ Akv P S 16 1 16 cos 5 30 5 30 A U S I N 31 24 38 0 3 16 3 5 30 5 30 变电所 3 锅炉房 kwPKP eX 25 11315175 0 1 30 var9375 8475 0 25 113tan 1 30 1 30 kPQ Akv P S 56 141 8 0 25 113 cos 1 30 1 30 A U S I N 08 215 38 0 732 1 56 141 3 30 1 30 水泵房 kwPKP eX 5 8811875 0 2 30 tan 2 30 2 30 PQ var375 6675 0 5 88k 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 16 Akv P S 625 110 8 0 5 88 cos 2 30 2 30 A U S I N 08 168 38 0 3 625 110 3 2 30 2 30 化验室 kwPKP eX 5 375075 0 3 30 var125 2875 0 5 37tan 3 30 3 30 kPQ Akv P S 875 46 8 0 5 37 cos 3 30 3 30 A U S I N 2 71 38 0 732 1 875 46 3 3 30 3 30 卸油泵房 kwPKP eX 212875 0 4 30 var75 1575 0 21tan 4 30 4 30 kPQ Akv P S 25 26 8 0 21 cos 4 30 4 30 A U S I N 88 39 38 0 732 1 25 26 3 4 30 4 30 变电所 设定 95 0 P K95 0 q K 变电所 1 kwP048 683 388 1168 7 86 8807 1156272272 95 0 30 var21 640 32 1321 1073 15395 1242204204 95 0 30 kQ AkvQPS 17 93621 640048 683 22 2 30 2 3030 A U S I N 28 1351 4 0732 1 17 936 3 30 30 变电所 2 kwP73 802 1647 15504 1 392420 95 0 30 var57 589 6 11294315 95 0 30 kQ 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 17 AkvQPS 97 99557 58973 802 22 2 30 2 3030 A U S I N 6 1437 4 0732 1 97 995 3 30 30 变电所 3 kwP34 247 21 5 37 5 8825 113 95 0 30 var43 185 75 15125 28375 669375 84 95 0 30 kQ AkvQPS 13 30943 18534 247 22 2 30 2 3030 A U S I N 2 446 4 0732 1 13 309 3 30 30 表 3 1 各车间和车间变电所负荷计算表 各车间和车间变电所负荷计算表 380V 计算容量 序号 车间 单位 名 称 设备容 量 KW 需用 系数 Kd 功率因 数 cos 功率因 数角正 切 tan P30 K W Q30 Kv ar S30 KV A I30 A 车变所代号 1 No 1 变电所 制条车间340 0 8 0 8 0 75 272204340 517 纺纱车间340 0 8 0 8 0 75 272 204 340 517 软水站86 10 65 0 8 0 75 56 42 70 106 锻工车间36 90 3 0 65 1 17 11 07 12 9517 25 83 机修车间296 2 0 3 0 5 1 73 88 86 153 73 177 72270 托二所12 8 0 6 0 6 1 33 7 68 10 21 12 80 19 45 仓库37 96 0 3 0 5 1 1711 388 13 32 22 776 34 6 小计 719640 1 同期系数 K 0 95 683 04 8 640 21 936 17 1351 28 NO 1 2 No 2 变电所 织造车间525 0 8 0 8 0 75 420 315 525797 7 染整车间490 0 8 0 8 0 75 392 294490 744 5 浴室1 880 8 1 0 1 5041 504 2 28 食堂20 630 75 0 8 0 75 15 47 11 6 19 34 29 38 单身宿舍20 0 81 0 16 0 16 0 24 31 小计 829620 6 2 同期系数 K 0 95 802 73 589 7 995 97 1437 6 NO 2 3 No 3 变电所 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 18 锅炉房1510 75 0 8 0 75 113 25 84 94 141 56 215 08 水泵房118 0 75 0 8 0 75 88 5 66 38 110 63 168 09 化验室50 0 75 0 8 0 75 37 5 28 13 46 88 25 65 卸油泵房28 0 75 0 8 0 75 21 15 75 26 25 39 88 小计344 258193 51 322 5 3 同期系数 K 0 95 309 6 247 34 185 43 309 13 446 2 NO 3 变压器 1 的损耗 kwSPT04 14015 0 17 936015 0 30 var1702 5617 93606 0 06 0 30 kSQT T SkwQP TT 84 571702 5604 14 22 22 A U S I N T T 49 83 4 0732 1 84 57 3 变压器 2 的损耗 kwSPT94 14015 0 97 995015 0 30 var76 5997 99506 0 06 0 30 kSQT T SkwQP TT 60 6176 5994 14 22 22 A U S I N T T 91 88 4 0732 1 60 61 3 变压器 3 的损耗 kwSPT64 4 13 309015 0 015 0 30 var55 1813 30906 0 06 0 30 kSQT AkvQPS TTT 12 1955 1864 4 22 22 A U S I N T T 6 27 4 0732 1 12 19 3 3 3 功率因数补偿计算 在工厂供电系统中 绝大多数用电设备都具有电感的特性 这些设备不仅 需要从电力系统吸收有功功率 还要吸收无功功率以产生这些设备正常工作所 必需的交变磁场 然而在输送有功功率一定的情况下 无功功率增大 就会降 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 19 低供电系统的功率因数 因此 功率因数是衡量工厂供电系统电能利用程度及 电器设备使用状况的一个具有代表性的重要指标 功率因数的降低产生的不良影响 1 系统中输送的总电流增加 使得供电 系统中的电气元件 如变压器 电器设备 导线等容量增大 从而使工厂内部 的启动控制设备 测量仪表等规格尺寸增大 因而增大了初投资费用 2 由于 无功功率的增大而引起的总电流的增加 使得设备及供电线路的有功功率损耗 相应地增大 3 由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流 因此总 电流增大 就使的供电系统中的电压损失增加 使得调压困难 4 对电力系统 的发电设备来说 无功电流的增大 使发电机转子的去磁效应增加 电压降低 过度增大激磁电流 从而使转子绕组的温升超过允许范围 为了保证转子绕组 的正常工作 发电机就不能达到预定的出力 无功功率对电力系统及工厂内部的供电系统都有不良的影响 因此 供电 单 位和工厂内部都有降低无功功率需要量的要求 无功功率的减少就相应地提高 了功率因数 供电单位在工厂进行初步设计时对功率因数都要提出一定的要求 它是根 据工厂电源进线 电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的 根 据 全国供用电规则 的规定 本设计要求用户的功率因数 9 0cos 供电单位对工厂功率因数这样高的要求 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 工厂便需要装设无功补偿装置 对功率因数进 行人工补偿 按相关规定 补偿后变电所高压侧的功率因数不应低于 0 9 即 9 0cos 考虑到变压器的无功损耗远大于有功功率损耗 所以低压侧补偿后的功率因数 应略大于 0 9 取 0 95 补偿容量可按下式确定 302130 tan tanPqPQ CC cC qQn 式中 补偿前自然平均功率因数对应的正切值 1 tan 1 cos 补偿后自然平均功率因数对应的正切值 2 tan 2 cos 补偿率 c qkwk var 设计时求得的平均负荷 单位为 30 Pkw 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 20 单个电容器的容量 c qvark 并联电容器的个数n 补偿计算 变压器总 1 kwP088 69704 14048 683 3 30 var38 6961702 5621 640 3 30 kQ AkvS 33 98538 696088 697 22 3 30 A U S I N 24 1422 4 0732 1 33 985 3 3 30 3 30 无功补偿 7 0 985 697 cos 30 30 2 S P var482 95 0 arccostan7 0arccos tan tan tan 30 21301 2 k P PQC 取整 490 AkvS 727 490696 697 22 2 30 补偿后选 800Akv kwSPT9 10727015 0015 0 2 30 var 6 4372706 0 06 0 2 30 kSQT kwPPP T 708 9 10697 2 30 1 30 var251 6 43490696 1 30 kQ AkvS 751251700 22 1 30 9 094 0 751 708 cos 变压器 2 kwP67 81794 1473 802 3 30 var17 65160 6157 589 3 30 kQ AkvS 28 104517 65167 817 22 3 30 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 21 A U S I N 78 1508 4 0732 1 28 1045 3 3 30 3 30 无功补偿 78 0 1045 818 cos 2 var350 95 0 arccostan78 0 arccos tan tan tan 230 21302 2 k P PQC AkvS 872 350651 818 22 2 30 补偿后选 1000Akv kwSPT08 13872015 0 015 0 2 30 var32 5287206 0 06 0 2 30 kSQT kwP81308 81308 13818 1 30 var31732 52350651 1 30 kQ AkvS 873317813 22 1 30 9 093 0 873 813 cos 变压器 3 kwP98 25164 4 34 247 3 30 var98 20355 1843 185 3 30 kQ AkvS 19 32498 20398 251 22 3 30 A U S I N 94 467 4 0732 1 19 324 3 3 30 3 30 无功补偿 78 0 324 252 cos 2 var118 95 0 arccostan78 0 arccos tan tan tan 3 33 30 2130 k P PQC 取整 120vark AkvS 266 120204 252 22 2 30 补偿后选 300Akv kwSPT4266015 0 015 0 2 30 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 22 var1626606 0 06 0 2 30 kSQT kwP2564252 1 30 var10016120204 1 30 kQ AkvS 275100256 22 1 30 9 093 0 275 256 cos 补偿前各变电所功率因数如下表 3 2 所示 表 3 2 补偿前各变电所的功率因数 设计中考虑到经济实用的原则采用低压集中补偿方式 其特点是能补偿低 压母线以前的无功功率 可使变压器的无功功率得到补偿 从而有可能改变变 压器容量 且运行维护也较方便 适用于中小型工厂或车间变电所低压侧无功 功率的补偿 并联电容器采用我国生产的 BW 0 4 14 3 系列静电电容器 其单台静电 电容器发出的无功功率少 14 容易组成所需的补偿容量 并且安装 c qvark 拆卸方便 对于放电电阻采用 6 只 220V 25W 白炽灯泡星形连接 即可满足要 求 但必须注意以下特点 1 静电电容器的周围空气极限温度是 40 40 因此电容器室应有良好的通风 当周围空气温度达到 35 时 应将电容器从电网 中切除 2 电容器对电压较敏感 运行时要严格监视其电压 3 电容器从电 网上切除时 电容器上有残余电量 危及工作人员安全 必须加接放电电阻 经查表得 根据以上公式求得各变电所所需的电容器个数 列于下表 C q 表 3 3 各变电所所需的电容器个数 NO 1NO 2NO 3 C q 0 710 470 47 C Q459 4350118 n33216 序 号NO 1NO 2NO 3 COS 0 690 780 78 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 23 补偿后各变电所的计算负荷如下表所示 表 3 4 补偿后各变电所的计算负荷 3 4 变压器的选择 变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电器设备 它的作用就是 升高和降低电压 车间变电站变压器台数的选择原则 1 对于一般的生产车间尽量装设一台变压器 2 如果车间的一 二级负荷所占比重较大 必须两个电源供电时 则应 装设两台变压器 每台变压器均能承担对全部一 二级负荷的供电任务 如果 与相邻车间有联络线时 当车间变电站出现故障时 其一 二级负荷可通过联 络线保证继续供电 则亦可以只选用一台变压器 3 当车间负荷昼夜变化较大时 或由独立 公用 车间变电站向几个负 荷曲线相差悬殊的车间供电时 如选用一台变压器在技术经济上显然是不合理 的 则亦装设两台变压器 变压器容量的选择 1 变压器的容量 ST 可近似地认为是其额定容量 SN T 应满足车间内 所有用电设备计算负荷 S30 的需要 即 ST S30 2 低压为 0 4Kv 的主变压器单台容量一般不宜大于 1000KV A JGJ T16 92 规定 或 1250 KV A GB50053 94 规定 如果用 电设备容量较大 负荷集中且运行合理时 亦可选用较大容量的变压器 这样 选择的原因 一是由于一般车间的负荷密度 选用 1000 1250 KV A 的变压器 更接近于负荷中心 减少低压配电线路的电能损耗 电压损耗和有色金属消耗 量 另一是限于变压器低压侧总开关的断流容量 低压为 230 400V 的配电变压器联结组别的选择 1 选择 Yyn0 联结组别的几种情况 计算负荷序 号有功 千瓦 无功 千乏 视在 千伏安 功率因数 COS NO95 NO 28133178730 95 NO 32561002750 95 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 24 三相负荷基本平衡 其低压中性线电流不致超过低压绕组额定电流 25 时 供电系统中高次谐波干扰不严重时 低压单相接地短路保护的动作灵敏度达到要求时 2 选择 Dyn11 联结组别的几种情况 由单相不平衡负荷引起的中性电流超过变压器低压绕组额定电流 25 时 供电系统中存在较大的 谐波源 三次及以上高次次谐波电流比较突 出时 需要增大单相短路电流值 以确保低压单相接地短路保护的动作灵敏度 综合考虑以上因素和技术经济比较 从本厂每个车间变电所的计算负荷来 看 每个车间变电所选择 1 个变压器是最为经济可靠的 其变压器的额定容量 应满足全部用电设备的计算负荷 留有裕量 并考虑变压器的经济运行 NT S 30 S 30 4 115 1 SSnt 单台变压器容量 NT S 变电所总的计算负荷 30 S 变压器损耗 SL 等型低损耗变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算 有功 KW NTT SP015 0 无功 Kvar NTT SQ06 0 根据以上选择条件选出各变电所变压器 见下表 表 3 5 各变电所变压器型号 变压器损耗 序号变压器型号 变压器 容量 KVA 变压器 联结组别 变压器 阻抗电压 有功损耗 千瓦 无功损耗 千乏 NO 1SJL1 800 10800Y Y0 125 514 0456 17 NO 2 SJL1 1000Y Y0 125 514 9461 6 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 25 全厂总负荷见下表 表 3 6 全厂的总负荷 这时全厂的功率因数小于 0 9 由于题目要求本厂的功率因数值在 0 9 以 上 所以再进行一次高压集中补偿 将功率因数补偿到 0 95 经过这次补偿后全厂负荷如下表所示 表 3 7 补偿后全厂的负荷 计算负荷 项目 有功 千瓦 无功 千乏 视在 千伏安 全厂负荷总4 高低压电容器柜的选择 高低压电容器柜分为可自动调节的和不可自动调节的两大类 在负荷或电 压昼夜变动较大的情况下 低压电容器组尽可能地采用自动调节装置 电能需求量的计算 工厂年有功电能消耗量 aa TaPW 30 工厂年无功电能消耗量 ara TaQW 30 因为本工厂为三班制 经查表得 当S 时6000 T 8 0 85 0 7069296600077 14728 0HKWWa 3021360600045 6298 0HKVarWra 第 4 章 短路电流概念及计算 4 1 短路电流的相关概念 1000 10 NO 3SJL1 315 10315Y Y0 1244 6418 55 计算负荷 项目 有功 千瓦 无功 千乏 视在 千伏安 总计1766 741551 532351 3 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 26 工厂供电系统要求正常地不间断地对用电符合供电 以保证工厂生产和生 活的正常进行 但是由于各种原因 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 短路就是不同电位的导电部分之间的 短接 造成短路的主要原因 是电气设备载流部分的绝缘损坏 这种损坏可能 是由于设备长期运行 绝缘老化 或由于设备本身不合格 绝缘强度不够而被 正常电压击穿 或设备绝缘正常而被过电压击穿 或者是设备绝缘受到外力损 伤而造成短路 在供电系统的设计与运行中 不仅要考虑正常工作状态 还要 考虑可能发生的故障以及不正常运行情况 对供电系统危害最大的是短路故障 短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等 因此短路电流是电 气主结线的方案比较 电气设备及载流导体的选择 接地计算以及继电保护选 择和整定的基础 由于短路后 电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小的多 所以短路电流 比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍 在大的电力系统中 短路电流可达几 万安培甚至几十万安培 这样大的短路电流对供电系统将产生极大的危害 1 短路时要产生很大的电动力和很高的温度 而使故障元件和短路电路 中的其它元件损坏 2 短路时电压要骤降 严重影响电气设备的正常运行 3 短路时要造成停电事故 而且越靠近电源 短路引起的停电的范围越 大 给国民经济造成的损失也越大 4 严重的短路要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 但相对地短路 其电流将产生较强的不平衡磁场 对附近的通讯线路 信号系统及电子设备等产生干扰 影响其正常运行 甚至使之发生误动作 由此可见 短路的后果时非常严重的 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计算 以便正确地选择电气设备 使电 气设备具有足够的动稳定性和热稳定 以保证在发生可能有的最大短路电流时 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 4 2 短路电流的计算 对于工厂供电系统 短路电流的计算一般采用近似的方法 计算中假定 兰州理工大学技术工程学院电力工程课程设计 27 1 供电电源是无限大功率系统 2 认为短路回路的元件的电抗为常数 3 元件的电阻 一般略去不计 只有在短路电阻中总电阻 R 大于总电 抗的三分之一时才考虑电阻 否则认为 Z X 短路计算常用的两种方法是 有名值法和标幺值法 本设计中用有名值法进 行短路计算 根据题目给定条件可知电力系统出口断路器的断流容量最大为 187MVA 根据主结线图绘制如下的短路计算电路图 图 4 1 短 路计算电路图 求 k 1 点的三相短路电流和短路容量 Uc1 10 5KV 1 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 经查表得架空线路的电抗 高 压低 压 kmX 38 0 0 km 32 0 0 X 1 电力系统的电抗 59 0 187 5 10 2 2 11 MVAKVSUX OCC 2 架空线路的电抗 38 0 138 0 02 LXX 3 绘制 K 1