纺织行业及变电所设计管理知识分析.doc

纺织行业及变电所设计管理知识分析 作者 日期 纺织厂变电所设计 The Design of Textile Mill Substation 2011 届 电 气 工 程 系 专 业 电气工程及其自动化 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2011年5月25日 毕毕业业设设计计成成绩绩单单 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 毕业设计题目纺织厂变电所设计 指导教师姓名张建云 指导教师职称讲师 评 定 成 绩 指导教师 得分 评阅人得分 答辩小 组组长 得分 成绩 院长 主任 签字 年 月 日 毕毕业业设设计计任任务务书书 题 目纺织厂变电所设计 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 承担指导 任务单位 电气工程系 导师 姓名 导师 职称 一 设计内容 1 根据本厂用电负荷 并适当考虑生产的发展 按安全可靠 技术先进 经济合理的要求 确定工厂变电所的位置与型式 2 通过负荷计算 确定额定主变压器台数及容量 进行短路电流计算 选择变电所的主接线 及高 低压电气设备 选择整定继电保护装置 二 基本要求 1 设计计算说明书一份 要求条目清楚 计算正确 文本整洁 2 工厂变电所电气主接线图一张 变电所供电平面图一张 三 设计的主要技术指标及要求 1 供电电源情况 按与供电局协议 本厂可由东南方19km处的城北变电所110 38 5 11kV 50MVA变压器供电 供电电压可任选 另外 与本厂相距5km处的其他工厂可以引入10 kV线路做备用电源 但容量只能满足本厂负荷的30 重要负荷 平时不准投入 只在本厂主要电 源故障或检修时投入 2 气象资料 本厂地区最高温度为38 最热月平均最高气温29 最热月地下0 8m处平均温度为22 年主导风向为东风 年雷暴雨日数为20天 3 地质水文资料 本厂地区海拔60m 底层以砂黏土为主 地下水位为2m 4 电源短路容量 城北变电所 35 kV母线的出线断路器断流容量1500MVA 10 kV母线的出线断路器断流容量350MVA 5 供电局要求的功率因数 当35kV供电时 要求工厂变电所高压侧cos 0 9 当10kV供电时 要求工厂变电所高压侧cos 0 95 6 电费制度 按两部制电费计算 变压器安装容量每1kVA为15元 月 动力电费为0 95元 kWh 照明电费为 0 54元 kWh 7 负荷资料 计算负荷序号车间设备名称安装容量 kW tan 需用系数 d K 功率因数 cos PQ S 纺炼车间 纺丝车间2200 780 80 筒绞机560 750 75 烘干机701 020 75 脱水机180 80 60 通风机2400 750 70 淋洗机220 780 75 变频机9500 700 80 传送机300 700 80 1 小计 2原液车间照明11600 70 75 3酸站照明3100 700 65 4锅炉房照明2700 750 75 5排毒车间照明1400 600 70 6其他车间照明2400 750 70 8全厂计算负荷 总计 8 工厂总平面图 四 应收集的资料及参考文献 1 工厂供电 刘介才主编 机械工业出版社 2004年 2 电力电子变流技术 黄俊主编 机械工业出版社 2004年 3 工厂供电设计指导 刘介才主编 机械工业出版社 4 电力系统课程设计及毕业设计参考资料 曹绳敏主编 中国电力出版社 五 进度计划 1 第 1 2 周 调研 收集材料 2 第 3 4 周 分析 确定方案 3 第5 13 周 设计 计算 绘图 4 第14 15 周 写设计说明书 5 第 16 周 答辩 教研组主任签字时 间 年 月 日 毕毕业业设设计计开开题题报报告告 题 目 纺织厂变电所设计 学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化 一 研究背景 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 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 比 较完善的变电站设计理论 是真正的做到了节约型 集约型 高效型 通过改善优化变电站结构 降低变电站的功率损耗 尽可能地提高变电站的可靠性 尽可能地使变电站的灵活性提高 尽 可能地提高经济性 二 国内外研究现状 近年来一些发达国家的能源不是很丰富 进而导致电力资源不是充足 为了满足国内的需求 减少在网路中的损耗 这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论 比较完善的变电站设计 理论 是真正的做到了节约型 集约型 高效型 发达国家通过改善优化变电站结构 降低变电 站的功率损耗 尽可能地提高变电站的可靠性 尽可能地使变电站的灵活性提高 尽可能地提高 经济性 然而 在国内 变电所的设计仍然存在很多问题 比如可靠性还欠提高我国经济的发展给电 力行业带来了两个问题 一是电力能源的需求持续增长 城市和农村用电量和密度越来越来高 需要更多的深入市区农村的变电站 以减少线路的功率损耗 提高电力系统的稳定性等 然而这 些变电站占地面积大 二是城区地价昂贵 环境要求严格 在稠密的市区选择变电站址相当困难 三 研究方案 通过计算工厂负荷 确定如何提高功利因数的方案 确定设备的主接线方案 变压器的数量 及容量 完成短路电流计算 然后对一次侧 二次侧设备电气设备进行选择 及继电保护的正定 最后要考虑避雷装置及单相接地 本设计还要按要求进行电费预算 四 预期结果 1 完成任务书的要求 设计计算说明书一份 用CAD画出工厂变电所电气主接线图一张和变电 所供电平面图一张 2 工厂的电源采用35kV进行供电 主接线的35kV进线选用外桥的接线方式 10kV侧选用单母 线分段的方式 低压侧选用单母线的方式 每个变电所采用两台变压器 3 通过这次设计 使我巩固了所学的专业知识 了解并掌握了供配电的一般设计方法 具备了 初步的独立设计能力 提高了综合运用所学理论知识独立分析问题解决问题的能力 更好的将理 论与实际相结合 指导教师签字时 间 年 月 日 摘 要 工厂变电所设计 要以电力系统分析 电力工程 继电保护等专业知识为理论 依据 设计步骤主要包括 负荷统计 负荷计算 变电所接线方案比较 供电方式 确定 短路电流计算 电气设备选择与继电保护以及防雷接地等内容 最后按照任 务书的要求 分析比较所得数据 画出主接线图和供电平面布置图 本文重点介绍了继电保护及二次系统在保证一次系统的安全稳定运行中所起着 的作用 特别是当一次系统出现异常状态或发生故障时 急需要继电保护和自动装 置将故障控制在最小范围内 迅速切除 以保证其他设备的正常运行 并在此基础 上 通过系统的计算分析 确定了合适的继电电保护方案 而后 浅谈了二次系统 对变电站的一次电气设备进行控制 测量 监视 操纵 并起到辅助保护作用 保 证电力生产过程的系统稳定 安全 协调 优质供电 关键词 变电所 主接线图 继电保护 二次系统 Abstract The design of factory power supply substation should depend on the knowledge of factory substation power engineering relay protection and other professional ones as the basic theories Design steps would include load statistics load calculation scheme comparison power supply modes short circuit current calculation electrical equipment selection and relay protection setting and lightning proof with grounding etc Finally do complete the project requirements design calculation specifications and draw the main hookup and electricity layout The relay protection takes roles in guaranting the safe and stable operation in the first system especially when the first system appear abnormal state or at fault it needs relay protection and automatic quickly within the least scope of excision device which ensure the normal operation of the other equipments Second system is relative to the first system of transformer substation that controls the first electrical equipment measure mornitoring manipulation and protect auxiliary equipment to ensure the system power production process stably and safely coordinate supply high quality power The second loop or secondary system plays a vital role to the first system quality Keywords Substation Lord wiring Relay Protection Electrical secondary system 目 录 前言 1 第1章 负荷计算 2 1 1 负荷计算 2 1 1 1 计算负荷的定义 2 1 1 2 计算负荷的确定 2 1 2 各车间的负荷计算 4 1 2 1 纺练车间的负荷计算 4 1 2 2 其余各车间负荷计算 6 1 2 3 各车间计算负荷汇总 7 1 2 4 全厂总负荷 7 第2章 变电所位置和型式的选择 9 2 1 变电所位置的选择 9 2 2 本工厂变电所设置 10 2 3 各变电所位置的确定 10 2 4 变电所型式的确定 11 第3章 变电所变压器的选择及无功补偿 12 3 1 变电所变压器台数的确定方法 12 3 1 1 确定原则 12 3 1 2 考虑因素 12 3 2 变压器容量的确定方法 12 3 3 车间变压器台数 容量的选择 13 3 4 总降压变电所主变压器台数 容量选择 16 3 5 无功补偿 17 第4章 变电所主接线的设计 19 4 1 主接线的设计原则 19 4 2 主接线型式 20 4 2 1 单母线接线 20 4 2 2 单母线分段接线 20 4 2 3 双母线接线 21 4 2 4 双母线分段接线 21 4 2 5 桥形接线 22 4 3 本厂主接线的设计 22 第5章 变电所进出线的选择与校验 23 5 1 导线和电缆选择的依据 23 5 2 35KV供电线路截面选择 24 5 3 厂内10KV线路截面选择 25 5 3 1 供电给变电所 的10kV线路 25 5 3 2 供电给变电所 的10kV线路 27 5 3 3 供电给变电所 的10kV线路 28 5 4 10KV联络线路 29 5 5 0 4KV侧线路 30 第6章 短路电流的计算 31 6 1 造成短路的原因 31 6 2 短路电流的计算 31 第7章 变电所一次设备的选择与校验 37 7 1 高压断路器的选择 37 7 2 隔离开关的选择 38 7 3 低压断路器的选择 39 7 4 电流互感器的选择与校验 40 7 5 电压互感器的选择 41 7 6 低压刀开关的选择 42 7 7 高压熔断器的选择 42 7 8 配电所高压开关柜的选择 42 7 9 低压配电屏的选择 43 7 10 母线的选择 43 7 10 1 10kV母线的选择 43 7 10 2 0 4kV母线的选择 44 第8章 继电保护 46 8 1 继电保护的任务和要求 46 8 1 1 继电保护的任务 46 8 1 2 继电保护基本要求 46 8 2 电力变压器继电保护 46 8 3 电力线路的保护 51 8 4 并联电容器组的保护 55 第9章 车间变配电所二次回路设计 56 9 1 二次回路操作电源的选择 56 9 2 绝缘监察装置与测量仪表的选择 56 9 2 1 绝缘监察回路 56 9 2 2 电测量仪表 57 9 2 3 电力测量测量回路 57 9 3 断路器控制回路与信号装置的选择 57 第10章 变电所的防雷保护与公共接地装置的设计 60 10 1 变电所的防雷保护 60 10 1 1 直击雷防护 60 10 1 2 雷电波入侵的防护 60 10 2 变电所公共接地装置的设计 60 10 2 1接地与接地装置定义 60 10 2 2 接地电阻的要求 62 10 2 3 接地装置的设计 62 第11章 两部制电价用户电费计算 64 11 1 两部制电价的收费制度 64 11 2 基本电费 64 11 2 1 按用户自备受电变压器容量计算 64 11 2 2 按最大负荷需求量计算 64 11 3 电度电费 64 第12章 结论与展望 66 12 1 结论 66 12 2 展望 66 致谢 67 参考文献 68 附录 69 附录A 外文资料 69 附录B 设备统计表 80 附录C 系统图 83 前 言 毕业设计 是由学生独立完成的一项综合性 创造行 设计性的大型作业 也 是培养大学生实践能力 创新能力 培养应用型工程技术人才的最重要得实践教学 环节 在提高学生综合实践的能力 奠定从事科研的基础 一级增强学生综合素质 等方面 具有不可替代的作用 通过学习和毕业设计吧我们所学的理论知识以及实际动手综合起来 这样不但 达到了对实际理论知识 温故而知新 的目的 而且也达到了由理论到实践 由实 践到理论的有机结合 下面 我们对纺织厂降压变电所电气进行设计 我做的主要是电气的继电保护及二次回路选择 防雷保护和接地装置的设计 两部制电价用户电费计算 本设计说明书分为12章 按照供电设计程序安排章节的 顺序 并根据安全 经济 可靠 灵活的主导思想来设计 主要内容有 负荷计算 变电所位置和型式的选择 变电所变压器的选择及无功补偿 变电所主结线方案 的设计 短路电流的计算 变电所一次设备的选择与校验 变电所进出线的选择与 校验 变电所继电保护的整定 防雷保护和接地装置的设计 两部制电价用户电费 计算 由于我的水平有限设计中难免有疏忽或错误之处 请各位老师批评指正 第1章 负荷计算 1 1 负荷计算 1 1 1 计算负荷的定义 供电系统要能够在正常条件下可靠运行 开关设备及导线 电缆等都必须选择 得当 除了应满足工作电压和频率的要求外 最重要的就是要满足负荷电流的要求 因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算 通过负荷的统计计 算求出的 来选择供电系统中设备 计算负荷是供电设计计算的基本依据 计算负荷确定得是否正确合理 直接影 响到电器和导线电缆的选择是否经济合理 如计算负荷确定过大 将使电器和导线 选得过大 造成投资和有色金属的消耗浪费 如计算负荷确定过小又将使电器和导 线电缆处子过早老化甚至烧毁 造成重大损失 由此可见正确确定计算负荷重要性 1 1 2 计算负荷的确定 目前负荷计算常用需要系数法 二项式法 和利用系数法 前二种方法在国内设 计单位的使用最为普遍 此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法 单位面 积功率法 变值系数法和ABC法等 常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时 应将性质相同的用电设备划作一组 并根据该组用电设备的类别 查出相应的需用系数 然后按照表一给出的公式求 x K 出该组用电设备的计算负荷 此设计采用的是需用系数法来对电力负荷计算的 因为 需用系数是用设备功 率乘以需用系数和同时系数 直接求出计算负荷 这种方法简便 应用广泛 尤其 适用于配 变电所的负荷计算 采用利用系数法求出最大负荷的平均负荷 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 计算 过程十分繁琐 而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑 单位产品耗 电量法主要适用于某些工业 需要系数法 是把用电设备的总设备容量乘以需要系数和同时系数 直接求出 计算负荷的一种简便方法 需要系数法主要用于工程初步设计及施工图设计阶段 对变电所母线 干线进行负荷计算 当用电设备台数较多 各种设备容量相差不悬 殊时 其供电线路的负荷计算也采用需要技术法 需要技术时一个综合性系数 它是指用电设备组投入运行时 从供电网络实际 取用的功率与用电设备组的设备功率之比 需要系数与用电设备组的运行规律 负 荷率 运行效率 线路的供电效率等因数有关 工程上很难准确确定 只能靠测量 确定 一般工业与民用建筑中的用电负荷主要有单位负荷 如照明负荷 以及三相负 荷 如动力负荷 其供电系统一般分为照明支路及动力支路进行供电 照明支路主要供照明灯具 一般单相插座以及其他额定电压为220V的电气设备 器特点为用电负荷的额定电压均为单相220V求分布在A B C三相 这类负荷也 叫做相负荷 动力支路主要供电梯 水泵 服务行业的厨房饮食设备 电热开水器 工业生 产中的各种加工设备以及其他额定电压为380V的三相用电器等用电 器特点为用电 负荷的额定电压均为380V且都是三相对称负荷 在工业生产中还有一些额定电压为380V的单项负荷 接在两条相线之间 我们 称之为间负荷 线间负荷可用照明支路供电 也可用动力支路供电 各种负荷的供电线路组成如图所示 如果从供电形式的角度来讲 负荷计算可 以分为单相和三相用电设备的负荷计算两种形式 从供电系统中所在的位置角度来 讲 负荷计算可分为一组用电设备 多组用电设备的负荷计算 但无论是那种形式 用需要系数法确定计算负荷都有如表1 1的通用公式 表1 1 公式表 名称公式备注 用电设备组的容量 N PP 用电设备组有功计算负荷 wl L 30 p KK P 需要系数 30 d P P K del wld L KKK PKP d30 无功计算负荷 tan 3030 PQ 设备的额定容量 n P 设备组的同时系数 K 设备组的负荷系数 L K 设备组的平均效率 配电线路的平均效率 wl 对应用电设备组 tan cos 的正切值 续表1 1 视在计算负荷 cos 30 30 P S cos 用电设备组的平均功率因数 计算电流 N U S I 3 30 30 有功负荷的同时系数 90 0 80 0 p K 无功负荷的同时系数 95 0 85 0 q K 总的有功计算负荷 30p 30 PKP 总的无功计算负荷 30 30 QKQ q 总的视在计算负荷 2 30 2 3030 QPS 用电设备组的额定电压 N U 以上参数由用电设备组计 算负荷直接相加来计算时取 1 2 各车间的负荷计算 1 2 1 纺练车间的负荷计算 1 单台机械负荷计算 1 纺丝车间 已知 kW220 P80 0 d K78 0 tan 故 kW1768 0220 d 30 KPP kvar28 13778 0 176tan 3030 PQ 2 筒丝机 已知 kW56 P75 0 d K75 0 tan 故 kW4275 0 56 d 30 KPP kvar 5 3175 0 42tan 3030 PQ 3 烘干机 已知 kW70 P60 0 d K80 0 tan 故 kW80 1060 0 18 d 30 KPP kvar64 8 80 0 8 10tan 3030 PQ 4 通风机 已知 kW240 P80 0 d K75 0 tan 故 kW16870 0 240 d 30 KPP kvar12675 0 168tan 3030 PQ 5 淋洗机 已知 kWP22 75 0 d K78 0 tan 故 kW 5 1675 0 22 d 30 KPP kvar87 1278 0 5 16tan 3030 PQ 6 变频机 已知 kW950 P80 0 d K70 0 tan 故 kW76080 0 950 d 30 KPP kvar53270 0 760tan 3030 PQ 7 传送机 已知 kW30 P80 0 d K70 0 tan 故 kW2480 0 30 d 30 KPP kvar 8 1670 0 24tan 3030 PQ 纺练车间单台机械负荷统计见表1 2 表1 2 纺练车间负荷统计列表 计算负荷 序号车间设备名称安装容 kW d K tan kW Pkvar Q 1纺丝机2200 80 78176137 28 2筒绞机560 750 754231 5 3烘干机700 751 0252 553 55 4脱水机180 60 810 808 64 5通风机2400 70 75168126 续表1 2 6淋洗机220 750 7816 512 87 7变频机9500 80 7760532 8传送机300 80 72416 8 9小计16061249 8918 64 2 车间计算负荷统计 计及同时系数 取同时系数 9 0 P K95 0 Q K kW82 1124 8 12499 0 3030 PKP P kvar71 87264 91895 0 3030 QKQ Q AkV67 142371 87282 1124 222 30 2 3030 QPS 1 2 2 其余各车间负荷计算 1 原液车间照明 已知 kW1160 P75 0 d K70 0 tan 故 kW87075 0 1160 d 30 KPP kvar60970 0870tan 3030 PQ AkV97 1061609870 222 30 2 3030 QPS 2 酸站照明 已知 kW310 P65 0 d K70 0 tan 故 kW 5 20165 0 310 30 d KPP kvar05 14170 0 5 201tan 3030 PQ AkV96 24505 141 5 201 222 30 2 3030 QPS 3 锅炉房照明 已知 kW270 P75 0 d K75 0 tan 故 kW 5 20275 0 270 d 30 KPP kvar88 15175 0 5 202tan 3030 PQ AkV13 25388 151 5 202 222 30 2 3030 QPS 4 排毒车间照明 已知 kW140 P70 0 d K60 0 tan 故 kW9870 0 140 d 30 KPP kvar 8 5860 0 98tan 3030 PQ AkV29 114 8 5898 222 30 2 3030 QPS 5 其他车间照明 已知 kW240 P70 0 d K75 0 tan 故 kW16870 0 240 d 30 KPP kvar12675 0 168tan 3030 PQ AkV210126168 222 30 2 3030 QPS 1 2 3 各车间计算负荷汇总 各车间计算负荷统计见表1 3 表1 3 各车间计算负荷统计列表 序号车间设备名称安装容量kW kW Pkvar QA kV S 1纺练车间16061249 8918 641423 67 2原液车间照明11608706091061 97 3酸站照明310201 5141 05245 96 4锅炉房照明270202 5151 875253 125 5排毒车间照明1409858 8114 29 6其他车间照明240168126210 1 2 4 全厂总负荷 1 在一定的情况下是不可能发生所有的用电设备同时工作的情况 如果按 照全部用电设备的用电负荷之和来计算全厂计算负荷的话 势必会造成 经济不运行 和浪费等 情况 也就是我们常说的大马拉小车 所以计算全厂的计算负荷时 总的计 算负荷要小于每个用电负荷加起来的和 本次课程设计中的全厂有功计算负荷就为 各个设备计算负荷之和的90 全厂无功计算负荷为各个设备计算负荷之和的95 即 全厂有功计算负荷 0 90 纺练车间有功计算负荷 原液车间有功计算负荷 酸站 照明有功计算负荷 锅炉房照明有功计算负荷 排度车间有功计算负荷 其他车间有 功计算负荷 全厂无功计算负荷 0 95 纺练车间无功计算负荷 原液车间无功计算负荷 酸站 照明无功计算负荷 锅炉房照明无功计算负荷 排度车间无功计算负荷 其他车间无功计算负荷 kW82 2510 16898 5 202 5 201870 8 1249 9 09 0 30 PP kvar10 1905 126 8 5888 15105 14160964 918 95 0 95 0 Q30 Q AkV77 315110 190582 2510 222 30 2 3030 QPS A52 353 77 3151 3 30 U S I 2 考虑5年的发展 年增长率按2 计算 全厂计算负荷 kW15 2772 21 82 2510 5 5 P kvar8 32103 21 10 1905Q 5 5 AkV0 834798 321035 12772 2222 QPS 第2章 变电所位置和型式的选择 2 1 变电所位置的选择 变电所位置和数量的选择 实际上就是在整个企业内选择布置供电点 为了使 供电系统合理布局及提高电能质量 必须根据企业负荷类型 负荷大小和分布特点 以及企业内部环境条件及生产工艺上的要求进行全面考虑 配变电所位置选择 应根据下列要求综合考虑确定 1 接近负荷中心 2 进出线方便 3 接近电源侧 4 设备吊装 运输方便 5 不应设在有剧烈震动的场所 6 不宜设在多尘 水雾 如大型冷却塔 或有腐蚀性气体的场所 如无法远 离时 不应设在污源的下风侧 7 不应设在厕所 浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻 8 配变电所为独立建筑物时 不宜设在地势低洼和可能积水的场所 9 高层建筑地下层配变电所的位置宜选择在通风 散热条件较好的场所 10 配变电所位于高层建筑 或其他地下建筑 的地下室时 不宜设在最底 层 当地下仅有一层时 应采取适当抬高该所地面等防水措施 并应避免洪水或积 水从其他渠道淹渍配变电所的可能性 11 装有可燃性油渍电力变压器的变电所 不应设在耐火等级为三 四级的 建筑中 12 在无特殊防火要求的多层建筑中 装有可燃性油的电气设备的配变电所 可设置在底层靠外墙部位 但不应设在人员密集场所的上方 下方 贴邻或疏散 出口的两旁 13 高层建筑的配变电所 宜设在地下层或首层 当建筑物高度超过100米时 也可在高层区的避难层或上技术层内设置变电所 14 大 中城市除居住小区的杆上变电所外 民用建筑中不宜采用露天或半 露天的变电所 如确因需要设置时 宜选用带防护外壳的户外成套变电所 2 2 本工厂变电所设置 根据地理位置及各车间计算负荷大小 决定设立3个车间变电所 各自供电范围 如下 变电所 纺炼车间 锅炉房 变电所 原液车间 变电所 排毒车间 其他车间 酸站 2 3 各变电所位置的确定 工厂变电所的位置确定需要综合考虑技术 经济等因素 一般而言 工厂变电 所的位置应该满足接近负荷中心 进出线方便 接近电源侧 设备运输方便等要求 一般可以采用负荷功率矩法确定负荷中心 按照负荷功率矩法 总降压变电所和各车间变电所的负荷中心可由下式决定 i ii P xP PPP xPxPxP x 321 332211 i ii P yP PPP yPyPyP y 321 332211 上式中 为各车间的有功计算负荷 为各车间负荷中心的横坐标 为各Pxy 车间负荷中心的纵坐标 根据上式 求得总降压变电所和车间变电所的负荷中心如下图2 1所示 图2 1 变电所的负荷中心位置 虽然负荷中心是选择变电所位置的重要因素 但不是唯一因素 需要根据工厂 的实际情况选择变电所具体位置 根据工厂总平面图和工厂的实际环境因素 总降 压变电所设于原液车间东北方向 距离其80m处 车间变电所 设于纺炼车间东东 侧角20m处 车间变电所 设于原液车间东侧50m处 车间变电所 设于酸站东侧20 m处 全厂供电平面见下图2 2 2 4 变电所型式的确定 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 变电所平面布置如下 1 35kV总变电所采用户外的型式进行供电 2 车间变电所采用户内的型式进行配电 图2 2 平面布置图 第3章 变电所变压器的选择及无功补偿 3 1 变电所变压器台数的确定方法 3 1 1 确定原则 1 对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下 变电所以 装设两台变压器为宜 2 对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三 台变压器 3 对于规划只装设两台变压器的变电所 其变压器基础宜按大于变压器容量 的1 2级设计 以便负荷发展时 更换变压器的容量 3 1 2 考虑因素 1 应满足用电负荷对供电的可靠性的要求 对供有大量一 二级负荷的变电 所 宜采用两台变压器 以便当一台变压器发生故障或检修时 另一台能对一 二 级负荷继续供电 2 对于一级负荷的场所 邻近又无备用电源联络线可接 或季节性负荷变化 较大时 宜采用两台变压器 3 是否装设变压器 应视其负荷的大小和邻近变电所的距离而定 当负荷超 过320kVA时 任何距离都应装设变压器 3 2 变压器容量的确定方法 1 只装有一台变压器的变电所 变压器的额定容量应满足全部用电设备计算 负荷的需要 2 装有两台变压器的变电所 每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条 件 任一台变压器单独运行时 应满足全部一 二级负荷的需要 任一台变压器单独运行时 宜满足全部用电容量设备70 的需要 3 变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的为宜 以提高 80 70 运行率 3 3 车间变压器台数 容量的选择 1 变压所I变压器及容量选择 变压所I的供电负荷统计 kW 8 1249 P kvar64 918 Q 变压所I的无功补偿 提高功率因数到0 9以上 无功补偿试取 kvar400 C Q 补偿以后 kvar64 51840064 918 Q 9 092 0 40064 918 8 1249 8 1249 cos 2222 C QQP P kVA14 1353 22 I C QQPS 变电所I的变压器选择 为保证供电的可靠性 选用两台变压器 每台可供电 车间总负荷的70 kVA20 94714 13537 07 0 INT1 SS 查 课程设计一毕业设计指导教程 附表3 2选择变压器型号S9系列 额定容量为1000kVa 两台 采用Yyn0接线 查表得出变压器的各项参数 空载损耗 kW72 1 0 P 负载损耗 kW0 10 k P 阻抗电压 5 4 k U 空载电流 1 1 0 I 计算每台变压器的功率损耗 kVA57 67614 1353 2 1 2 1 I SS kW03 6 1000 57 676 1045 1 1 2 2 N k0T S S P n PnP kvar60 31 1000 57 676 4511 100 1 100 2 2 N k N 0 T S SU n S I nQ 也可用简化经验公式 kW15 1057 676015 0 015 0 T SP kvar 6 4057 67606 0 06 0 T SQ 2 变压所 变压器台数及容量选择 变压所 的供电负荷统计 取同时系数 9 0 P K95 0 Q K kW 2 871988709 0 P 排原 PPKP kvar41 634 5 5860995 0 K Q 排原 QQQ 变压所 得的无功补偿 提高功率因数到0 9以上 无功补偿试取 kvar260 C Q 补偿以后 kvar41 37426041 634 Q 9 092 0 26041 634 2 871 2 871 cos 2222 C QQP P AkV25 948 22 C QQPS 变电所 的变压器选择 为保证供电的可靠性 选用两台变压器 每台可供 电车间总负荷的70 AkV78 66325 9487 07 0 NT SS 查 课程设计一毕业设计指导教程 附表3 2选择变压器型号S9系列 额定容量为800kVA 两台 采用Yyn0接线 查表得出变压器的各项参数 空载损耗 kW45 1 0 P 负载损耗 kW2 7 k P 阻抗电压 5 4 k U 空载电流 2 1 0 I 计算每台变压器的功率损耗 AkV38 71275 1424 2 1 2 1 SS kW07 3 1000 13 474 2 745 1 1 2 2 N k0T S S P n PnP kvar12 21 1000 13 474 4512 100 1 100 2 2 N k N 0 T S SU n S I nQ 也可用简化经验公式 kW11 713 474015 0015 0 T SP kvar45 2813 47406 0 06 0 T SQ 3 变压所 变压器台数及容量选择 变压所 的供电负荷统计 取同时系数 9 0 P K95 0 Q K 572kW202 5 201 5 1680 9 锅酸其 PPPKP P kvar93 418875 15105 14112695 0 锅酸其 QQQKQ Q 变压所 的无功补偿 提高功率因数到0 9以上 无功补偿试取 kvar160 C Q 补偿以后 kvar93 25816093 418 Q 9 092 0 16093 418 572 572 cos 2222 C QQP P AkV88 627 22 C QQPS 变电所 的变压器选择 为保证供电的可靠性 选用两台变压器 每台可供电 车间总负荷的70 AkV52 43988 6277 07 0 NT SS 查 课程设计一毕业设计指导教程 附表3 2选择变压器型号S9系列 额定容量为630kVA 两台 采用Yyn0接线 查表得出变压器的各项参数 空载损耗 kW32 1 0 P 负载损耗 kW0 6 k P 阻抗电压 5 4 k U 空载电流 2 1 0 I 计算每台变压器的功率损耗 kW82 1 1000 94 313 623 1 1 2 2 N k0T S S P n PnP kvar44 16 1000 94 313 4512 100 1 100 2 2 N k N 0 T S SU n S I nQ 也可用简化经验公式 kW71 494 313015 0015 0 T SP kvar84 1894 31306 0 06 0 T SQ 3 4 总降压变电所主变压器台数 容量选择 kW 8 2707 21 28802 62767 438 2 2 PPPP kvar92 1231 03 146 6 26033 209 2 2 QQQQ kW02 243708 27079 0 P PKP kvar32 117092 123195 0 Q QKQ 总降压变10kV侧无功补偿试取 kvar370 C Q 合格95 0 37032 1170 02 2437 02 2437 cos 2222 C QQP P AkV07 2565 37032 1170 02 2437 2222 C QQPS AkV55 179507 25657 07 0 NT SS 选择变压器型号SL7 2000 35 两台 采用Ydn0接线 查表得出变压器的各项参数 空载损耗 kW4 3 0 P 负载损耗 kW 8 19 k P 阻抗电压 5 6 k U 空载电流 1 1 0 I 3 5 无功补偿 建筑供电系统中的变配电设备及建筑物内的用电设备 如电力变压器 电抗器 电动机 日光灯 电焊机 高频炉等大部分都为电感性负载 其功率因数较低 工作时需要较大的无功功率 在线路中生产较大的无功电流 不利于供电系统的高 效率运行 因此 在设计建筑供电系统时 要根据实际情况进行合理的无功补偿 提高供电系统的功率因数 按照我国供电部门的规定 高压供电的用户必须保证功率因数在0 9以上 低压 供电的用户必须在0 85以上 为了使用户注意提高功率因数 供电部门还对大宗用 电单位实行按户月平均功率因数调整电费的办法 调整功率因数标准一般为0 85 大于0 85时给以奖励 低于0 85时便要增收电费甚至罚款 功率因数很低时供电部门 要停止供电 1 通过适当措施提高自然功率因数 据统计 在建筑供电系统的总无功功率 中 电动机和变压器约占80 左右 其余则消耗在输电线路及其他感应设备中 因 此 提高自然功率因数可以通过合理选择感应电动机的容量 使用中减少感应电动 机的空载运行 条件许可时尽量使用同步电动机 以最佳负荷率选择变压器等方法 达到目的 2 并联同步调相机 同步调相机是一种专用于补偿无功功率的同步电动机 通过调节同步调相机的励磁电流可补偿供电系统的无功功率 从而提高系统的功率 因数 同步调相机输出无功功率为无极调节方式 调节的范围较大 并且在端电压 下降10 以内时 无功输出基本不变 当端电压下降10 以上时 可强行励磁增加 无功输出 但是 同步调相机补偿单位无功功率造价高 每输出的无功功率要 var1k 损耗的有功功率 基建安装要求高 不易扩建 运行维护复杂 所以一 3 5 0 般用于电力系统中的枢纽变电站及地区降压变电站 4 并联适当的静电电容器 我们知道 电感性负载并联适当的电容器可以提 高功率因数 所以在建筑供电系统中 同样可以并联适当的静电电容器以提高系统 的功率因数 并联电容安装简单 容易扩建 运行维护方便 补偿单位无功功率的 造价低 有功损耗小 小于0 3 因此广泛用于工厂企业及民用建筑供电系统中 无功补偿使用专用的电力电容器 其规格品种很多 按安装方式分为户内式和 户外式 按相数分为单相和三相 按额定电压分为高压和低压电容器等等 电容器的选择 电容器无功容量的计算 tan tan acANTc i pQ 电容器 柜 台数的确定 需电容器台数 2 NC W nc c U U q Q N 每相所需电容器台数 取其相等或稍大的偶数 因为变电所采用单母线 3 N n 分段式结线 电容器的补偿方式 单独就地补偿方式 分散补偿方式 集中补偿方式 电容器的联接方式 或Y 双Y 优选 因为容量为Y的1 3且电压低 放电1分钟 残压50V以下 1000V以上的电容器应采用电压互感器放电 电容器放电回路中不得装设熔断器或开关 以免放电回路断开 危及人身安全 第4章 变电所主接线的设计 4 1 主接线的设计原则 主接线代表了变电站电气部分主体结构 是电力系统接线的主要组成部分 是 变电站电气设计的首要部分 它表明了变压器 线路和断路器等电气设备的数量和 连接方式及可能的运行方式 从而完成变电 输配电的任务 它的设计 直接关系 着全所电气设备的选择 配电装置的布置 继电保护和自动装置的确定 关系着电 力系统的安全 稳定 灵活和经济运行 由于电能生产的特点是发电 变电 输电 和用电是在同一时刻完成的 所以主接线设计的好坏 也影响到工农业生产和人民 生活 因此 主接线的设计是一个综合性的问题 必须在满足国家有关技术经济政 策的前提下 正确处理好各方面的关系 全面分析有关影响因素 力争使其技术先 进 经济合理 安全可靠 可靠性 供电可靠是电力生产和分配的首要要求 电气主接线也必须满足这个 要求 在研究主接线时 应全面地看待以下几个问题 1 可靠性的客观衡量标准是运行实践 估价一个主接线的可靠性时 应充分 考虑长期积累的运行经验 我国现行设计技术规程中的各项规定 就是对运行实践 经验的总结 设计时应予遵循 2 主接线的可靠性 是由其各组成元件 包括一次设备和二次设备 的可靠 性的综合 因此主接线设计 要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电 的影响 3 可靠性并不是绝对的 同样的主接线对某所是可靠的 而对另一些所则可 能还不够可靠 因此 评价可靠性时 不能脱离变电站在系统中的地位和作用 通常定性分析和衡量主接线可靠性时 均从以下几方面考虑 1 断路器检修时 能否不影响供电 2 线路 断路器或母线故障时 以及母线检修时 停运出线回路数的多少和 停电时间的长短 以及能否保证对重要用户的供电 灵活性 主接线的灵活性要求有以下几方面 调度灵活 操作简便 应能灵活的投入 或切除 某些变压器或线路 调配 电源和负荷 能满足系统在事故 检修及特殊运行方式下的调度要求 检修安全 应能方便的停运断路器 母线及其继电保护设备 进行安全检修 而不影响电力网的正常运行及对用户的供电 扩建方便 应能容易的从初期过渡到最终接线 使在扩建过渡时 在不影响 连续供电或停电时间最短的情况下 投入新装变压器或线路而不互相干扰 且一次 和二次设备等所需的改造最少 经济性 在满足技术要求的前提下 做到经济合理 投资省 主接线应简单清晰 以节约断路器 隔离开关等一次设备投资 要 使控制 保护方式不过于复杂 以利于运行并节约二次设备和电缆投资 要适当限 制短路电流 以选择价格合理的电器设备 在终端或分支变电站中 应推广采用直降 式 110 6 10kV 变压器 以质量可靠的简易电器代替高压断路器 占地面积小 电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件 以便节约用地 和节省构架 导线 绝缘子及安装费用 在运输条件许可的地方 都应采用三相变 压器 电能损耗少 在变电站中 正常运行时 电能损耗主要来自变压器 应经济 合理的选择主变压器的型式 容量和台数 尽量避免两次变压而增加电能损耗 4 2 主接线型式 4 2 1 单母线接线 1 优点 接线简单清晰 设备少 操作方便 便于扩建和采用成套配电装置 2 缺点 不够灵活可靠 任一元件 母线及隔离开关等 故障或检修 均需 使整个配电装置停电 单母线可用隔离开关分段 但当一段母线故障时 全部回路 仍需短时停电 在用隔离开关将故障的母线段分开后 方能恢复非故障段的供电 3 适用范围 6 10kV配电装置出线回路数不超过5回 35 63kV配电装置出线回路数不超过3回 110 220kV配电装置的出线回路数不超过两回 4 2 2 单母线分段接线 1 优点 用断路器把母线分段后 对重要用户可以从不同段引出两个回路 有两个电源供电 当一段母线发生故障 分段短路器自动将故障段切除 保证正常 段母线不间断供电和不使重要用户停电 2 缺点 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时 该段母线的回路都要在 检修期间停电 当出线为双回路时 常使架空线路出现交叉跨越 扩建时需两个方 向均衡扩建 3 适用范围 6 10kV配电装置出线回路数为6回及以上时 35 63kV配电装置出线回路数为4 8回时 110 220kV配电装置的出线回路数为3 4回时 4 2 3 双母线接线 双母线的两组母线同时工作 并通过母线联络断路器并联运行 电源与负荷平 均分配在两