车间变电所高、低压线路的选择.docx

克拉玛依职业技术学院课程设计克拉玛依职业技术学院 电子与电气工程系课程设计论文 题 目 机械加工车间的车间变电所及低压配电系统设计专 业 供用电技术 班 级 供电1231 学生姓名 指导教师 胡宏、何银光 完成日期 2015年1月16日 前言本次课程设计是继工厂供电课程之后一个重要的实践性教学环节，通过把理论知识运用于实践，加深对这门课程的理解和掌握其精髓，通过实践巩固理论知识，实现理论与实践的完美结合，为今后解决实际问题打下坚实的基础。同时也加强实践意识，培养迅速把理论知识运用于实践的能力。本次课程设计的题目是机械加工车间的车间变电所及低压配电系统设计。根据该车间所提供的加工车间平面图、设备明细表、供电范围及所取得的电源和用电负荷的实际情况，并适当考虑到该车间所在地区自然条件、供用电协议，根据经济合理，技术可靠的要求，完成为期三周的该车间的车间变电所及低压配电系统设计。本次课程设计过程为先进行负荷计算(本次采用需要系数法)和无功功率补偿，在其基础上讨论高、低压电力网导线型号及截面和敷设方法的选择，其后变压器的选择、变电所主接线方案确定、变电所位置的确定，然后进行短路计算并以此为基础讨论变电所一次设备的选择与校验，最后讲述变电所防雷和接地装置设计的确定，在本文最后还附带了变电所平面图及主接线图。本次课程设计，以参考本学期工厂供电课程为标准，以工厂供电中一次系统知识为指导，仅依据课程知识完成变电所设计，此过程不免会有所片面，对于本次课程设计，我组持学习、完善、纠错的决心，认真完成。因此，错误与疏漏之处在所难免，望老师批评指正！第一章车间负荷计算1 负荷计算1.1 负荷计算的目的计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要数据。计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线的选择是否合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线截面选择过大，造成投资和有色金属的浪费；如计算负荷确定过小，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热，引起绝缘过早老化，甚至烧毁，以至发生事故。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。1.2 负荷计算的方法目前负荷计算常用需要系数法、二项式法和利用系数法、利用各种用电指标的负荷计算方法。前两种方法在国内各电气设计单位的使用最为普遍。1.2.1 需要系数法适用范围：当用电设备台数较多、各台设备容量相差不太悬殊时，特别在确定车间和工厂的计算负荷时，宜于采用。组成需要系数的同时系数和负荷系数都是平均的概念，若一个用电设备组中设备容量相差过于悬殊，大容量设备的投入对计算负荷投入时的实际情况不符，出现不理想的结果。1.2.2 二项式法当用电设备台数较少、有的设备容量相差悬殊时，特别在确定干线和分支线的计算负荷时，宜于采用。1.2.3 利用系数法通过平均负荷来求计算负荷，计算依据是概率论和数理统计，但就算过程较为复杂。1.3 计算负荷公式根据计算法的特点和适用范围我们选取需要系数法来计算负荷。按需要系数法确定计算负荷的公式：有功（Kw）P30=PeKd（3-1）无功（Kvar）Q30=P30tan（3-2）视在（KVA）S30=P302+Q302=P30/cos（3-3）电流（A）I30=S30/3UN（3-4）式中Kd该用电设备组的需用系数；Pe该用电设备组的设备容量总和，但不包括备用设备容量（kW）； P30、Q30、S30该用电设备组的有功、无功和视在计算负荷（kW）；UN额定电压（kV）;tan、cos与运行功率因数角相对应的正切值；I30该用电设备组的计算电流（A）1.3.1 负荷计算1.车床C630MP30=PeKd=10.1250.2=2.025KwQ30=P30tan=2.0251.7303.503KvarS30=P302+Q302=P30/cos=2.025/0.5=4.050KVAI30=S30/3UN=4.05/1.730.38=6.153A2.万能工具磨床P30=PeKd=2.0750.2=0.415KwQ30=P30tan=0.4151.7300.718KvarS30=P302+Q302=P30/cos=0.415/0.500=0.830I30=S30/3UN=0.830/1.7300.38=1.2613.普通车床C620-1P30=PeKd=7.6250.2=1.525KwQ30=P30tan=1.5251.730=2.638KvarS30=P302+Q302=P30/cos=1.525/0.500=3.050KVAI30=S30/3UN=3.050/1.7300.38=4.634A其余计算类似，最后得出整厂的P30、Q30、S30、I30如下表所示序号车间名称设备总容量 KW需要系数 Kdcostan 计算负荷P30 KWQ30 KvarS30 KVAI30 A1车床C630M10.130.200.501.732.033.504.056.152万能工具磨床M5M2.080.200.501.730.420.720.831.263普通车床C620-17.630.200.501.731.532.643.054.634普通车床C620-17.630.200.501.731.532.643.054.635普通车床C620-17.630.200.501.731.532.643.054.636普通车床C620-35.630.200.501.731.131.952.253.427普通车床C6204.630.200.501.730.931.601.852.818普通车床C6204.630.200.501.730.931.601.852.819普通车床C6204.630.200.501.730.931.601.852.8110普通车床C6204.630.200.501.730.931.601.852.8111普通车床C6184.630.200.501.730.931.601.852.8112普通车床C6164.630.200.501.730.931.601.852.8113螺旋套丝机S-81393.130.200.501.730.631.081.251.9014普通车床C6307.630.200.501.731.532.643.054.6315管螺纹车床Q1197.630.200.501.731.532.643.054.6316摇臂钻床Z358.500.200.501.731.702.943.405.1717圆柱立式钻床Z50403.130.200.501.730.631.081.251.9018圆柱立式钻床Z50403.130.200.501.730.631.081.251.90195t单梁吊车10.200.150.501.731.532.653.064.6520立式砂轮1.750.200.501.730.350.610.701.0621牛头刨床B6653.000.200.501.730.601.041.201.8222牛头刨床B6653.000.200.501.730.601.041.201.8223万能铣床X63WT13.000.200.501.732.604.505.207.9024立式铣床X52K9.130.200.501.731.833.163.655.5525滚齿机Y-364.100.200.501.730.821.421.642.4926插床B50324.000.200.501.730.801.381.602.4327弓锯机G721.700.200.501.730.340.590.681.0328立式钻床Z5120.600.200.501.730.120.210.240.3629电极式盐浴电阻炉20.000.800.501.7316.0027.6832.0048.6230井式回火电阻炉24.000.800.501.7319.2033.2238.4058.3431箱式加热电阻炉45.000.800.501.7336.0062.2872.00109.3932车床CW6-131.900.200.501.736.3811.0412.7619.3933立式车床C512-1A35.700.200.501.737.1412.3514.2821.7034卧式镗床J6810.000.200.501.732.003.464.006.0835单臂刨床B101070.000.200.501.7314.0024.2228.0042.54总计388.65124.09219.19251.88382.69机加工二车间、铸造、铆焊、电修车间的负荷计算表序号车间名称设备容量Pe KW计算负荷P30 KWQ30 KVARS30 KVAI30 A1机加工二车间15546.554.471.573.021203642.155.392.3410808.000.342铸造车间1606465.391.433.861405657.179.983.881807273.4102.824.3486.406.400.273铆焊车间1504589.199.824.2117051101113.154.7875.605.600.244电修车间150457890.053.80146446578.493.3110808.000.34总计1406463.13606.64763.211159.58 第二章 车间无功功率补偿计算2 无功功率补偿2.1 无功补偿的作用1.提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率;2.减少电力网络的有功损耗；3.合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；4.在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；5.装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。2.2 无功补偿装置的选择无功补偿装置主要有三种:1. 并联电容器组是一种静态的无功补偿装置。用它进行的补偿称为并联电容补偿。2. 同步调相机。3. 静止无功补偿器。后两者属于动态的无功补偿装置。用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器）作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业内广泛应用的一种补偿装置。2.3 无功补偿方案的选择用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿、低压集中补偿和高压集中补偿三种。1.个别补偿：指在个别功率因数较低的设备旁边装设补偿电容器组；2.高压集中补偿：指将高压电容器组集中装设在总降压变电所610kV母线上；3.低压集中补偿：指将低压电容器组集中装设在车间变电所或建筑物变电所的低压母线上。2.3.1 方案一个别补偿该补偿方式补偿范围最大，效果最好。但投资较大，而且桇被补偿的设备停止运行的话，电容器组也被切除，电容器的利用率低。同时存在小容量电容器的单位价格、电容器易受到机械震动及其他环境条件的影响等缺点。所以这种补偿方式适用于长期稳定运行，无功功率需要较大，或距电源较远，不便于实现其他补偿的场合。2.3.2 方案二高压集中补偿该补偿方式只能补偿总降压变电所610kV母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响，而对无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿，因此补偿范围最小，经济效果较后最差。由于装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较少，且总降压变电所610kV母线停电机会少，因此电容器利用率高。这种方式在一些大中型企业中应用较普遍。2.3.3 方案三低压集中补偿该补偿方式补偿范围介于前两者之间，比高压集中补偿要大，而且该补偿方式能使变压器的视在功率减小，从而使变压器的容量可选得较小，因此比较经济。这种低压电容器补偿屏一般可安装在低压配电室内，运行维护安全方便。该补偿方式在用户中应用相当普遍。综上所述，经过技术经济比较后，最终决定使用低压集中补偿，下面就低压集中补偿进行分析。1. 补偿前变电所低压侧的视在计算负荷为：S30(2)=P302+Q302=587.222+825.832=1013(KV.A)变压器容量的选择SNTS30(2)，因此补偿前主变压器容量应选为1250KVA变电所低压侧的功率因数为：cos=PS=124.09+463.13/1013=0.5792. 低压侧的无功补偿容量。考虑到变压器的无功损耗远大于其有功损耗PT，一般QT=(45)PT,因此在变电所低压侧进行无功补偿，补偿后低压侧功率因数因大于等于0.90（要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0.90）。低压侧无功补偿容量为：Q=P30tanarccos1-tanarccos2Q=(463.13+124.09)tan(arccos0.579)tan(arccos0.95) Q=587.221.08=634.19(kvar)BSMJ0.4-14-3型电容器需要的数量为:n=634.19/14=45个考虑三相均衡分配，应装设48个电容器，每相16个，此时并联电容器的实际补偿容量为Qc=4814=672(Kvar)2.补偿后的主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S30=P302+Q302=587.222+(825.83-672)2 =607(KV.A)变压器损耗为：PT0.015S30=0.015607=9.105(kw)QT0.06S30=0.06607=36.42(kvar)变压器高压侧的计算负荷为:P30(1)= 587.22+9.105=596.33(kw)Q30(1)=(825.83-672)+36.42=190.25(kvar)S30(1)=P302+Q302=596.332+190.252=626(KVA)I30(1)=S301/3UN=626/1.7310=36.18(A)本机械加工车间负荷属于三级负荷，所以用一台主变就可以满足本机械加工车间的供电要求，主变压器可选630KVA但是如果车间超负荷运行时有可能烧毁变压器，为了避免事故的发生主变压器容量可改选为800KVA。补偿后低压侧的功率因数为：cos=P30S30=596.33626=0.95，满足设计要求。因此，共使用48个BSMJ0.4-14-3型电容器进行低压集中无功补偿，使低压侧功率因数为0.95，满足设计要求。第三章 车间变电所变压器选择3 车间主变数量及容量类型的确定3.1 主变台数的选择原则工厂变电所中的主变压器台数，因考虑以下原则(1)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，对只有二级负荷，而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，并在低压侧架设与其他变电所的联络线。(2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的工厂变电所，可考虑采用两台主变压器。(3)一般的三级负荷，只采用一台主变压器。(4)除上述两种情况外，一班车间变电所宜采用一台变压器。但负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台以上变压器。(5) 考虑负荷的发展，留有安装第二台主变压器的空间。3.2 主变压器容量选择要求1.只装一台主变压器的变电所主变压器容量SNT因满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即：SNTS302.装有两台变压器的变电所每台变压器的容量SNT应满足以下两个条件：任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的60%70%，即：SNT=（0.60.7）S30任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即：SNTS30（1+2）3.车间变电所主变压器的台数容量上限车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000KVA,一方面是受低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制，另一方面可以减少低压配电线路的电路损耗、电压损耗和有色金属消耗量。3.3 主变压器的确定1. 供电电源条件:（1）电源由10KV总降压变电所采用电缆线路受电，电线路长300m，线路阻抗为0.38/km。（2）工厂总降压变电所10KV母线上的短路容量按200MVA计。(3)要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0.90。2.根据本车间属于三级负荷和前面视在功率的计算，再根据选择主变压器的原则，在安全可靠供电的情况下从经济角度考虑本设计中选择一台变压器给该车间进行供电。根据补偿后变压器容量S30=626KVA，因此选择额定容量为800KV。SJL1-800变压器型号参数型号额定容量（KVA）低压侧额定电压空载损耗（KW）短路损耗（KW）空载电流（%）阻抗电压（%）连接组轧距mmSJL1-8008000.41.711.51.94.5Y/Y0-12820第四章 车间变电所主接线选择方案4 变电所主接线的选择原则 1. 变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的，连接方式,以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是变电所电气部分的主体,对变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用,并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。 2. 在选择电气主接线时的设计依据 (1) 变电所所在电力系统中的地位和作用。 (2) 变电所的分期和最终建设规模。 (3) 负荷大小和重要性。 (4) 系统备用容量大小。 3. 主接线设计的基本要求 (1) 安全性:安全包括设备安全和人身安全。 (2) 可靠性:可靠就是变电所的主接线应能满足各级负荷对供电可靠性的要求。 (3) 灵活性:灵活就是在保障安全可靠的前提下主接线能够适应不同的运行方式。 (4) 经济性:满足以上要求的前提下,尽量降低建设投资和年运行费用。4.1 变电所主接线方案的选择 母线制是指电源进线与各馈出线之间的连接方式。常用的母线制主 因为只有一台主变，高压侧采用单元接线，低压侧接线方式有以下几种方案：方案：单母线分段。优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。 单母线分段方案：单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。 单母线分段带旁路方案：单母线不分段。优点：接线简单清晰，设备用量少，经济实用，有利于扩建和采用成套配电装置，有利于电源互为备用及负荷间的合理分配。缺点：母线范围内发生故障或母线及母线QS检修时，需停止供电；任一回路QF检修时，该回路停电。 单母线不分段 因为本车间变电所只有一条电源进线和一台主变，且低压侧所带的负荷都属于三级负荷，所以变电所高压侧只能采用线路变压器单元接线，其低压侧采用单母线不分段接线，接线方式如下图所示： 第五章 短路计算与一次设备选择5 短路电流计算的目的及方法 所谓短路就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。 短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。 进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上。只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源而且短路电路也比较简单因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。5.1 短路电流计算 短路电流计算的方法常用的有欧姆法和标幺值法两种。本设计采用欧姆法计算短路电流。1 短路计算公式对无限大容量系统，三相短路电流周期分量有效值可按式（5-1）计算IK(3)=Uav3R2+X2 (5-1)式中Uav短路点的计算电压，一般取Uav=1.05UN,按中国电压标准，Uav有0.4KV、6.3KV、10.5KV、37KV等； Z、R、X短路电路的总阻抗、总电阻和总电抗值。在高压电路的短路计算中，通常总电抗远比总电阻大，所以一般只计电抗，不计电阻；在低压电路的短路计算中，也只有当短路电路的RX3时，才需要考虑电阻。若不计电阻，三相短路周期分量有效值 IK(3)=Uav3X (5-2)两相短路电流可作如下计算IK(2)=32IK(3)=0.866IK(3)短路容量为SK(3)=3UavIK(3)=Uav2X (5-3)1.电力系统的电抗为XS=Uav2Soc (5-4)式中Uav高压馈电线的短路计算电压，也可以直接采用短路点的短路计算电压； Soc系统出口短路器的断流容量。2. 电力变压器的阻抗（1） 变压器的电阻RT可由变压器的短路损耗PK近似地求出RTPK(UavSN)2 (5-5)式中Uav短路点的短路计算电压；SN变压器的额定容量；PK变压器的短路损耗。（2） 变压器的电抗XT可由变压器的短路电压UK%近似地求出XTUK%100Uav2SN (5-6)3. 电力线路的阻抗（1） 线路的电阻RWL,可由线路长度L和已知截面的导线或电缆的单位长度电阻R0求得RWL=R0L (5-7)(2)线路的电抗XWL,可由线路长度L和导线或电缆的单位长度电抗X0求得XWL=X0L (5-8)如果线路的X0数据不详，对于35KV以下高压线路，架空线取X0=0.38/km;电缆取X0=0.08/km；对于低压线路，架空线取X0=0.32/km，电