【《某化工厂35KV降压变电站的短路电流计算过程案例》4900字（论文）】

某化工厂35KV降压变电站的短路电流计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u234761.1化工厂对用电负荷的需求 2114991.2电力供电系统情况 285771.3化工厂环境条件 24090第2章负荷计算及主变压器的选择 343672.1化工厂变电站负荷计算 3216952.1.1变电站负荷计算的意义与目的 3285642.1.2化工厂用电特性及负荷曲线预测 3320902.1.3负荷计算 318789总有功负荷容量：1889KW；无功负荷量：1506.74Kvar 552772.2降压变电站的无功补偿 5139782.2.1降压变电站负荷的计算 5206422.2.2无功功率的补偿 686422.2.3提高功率因数的意义及无功补偿方法 7131042.3主变压器的设计选择 923472.3.1变压器的容量和台数确定 924156两种方案技术经济分析如下表： 914227表2-3变压器选择技术经济比较表 9181732.3.2主变压器的型号选择 95950第3章短路电流计算 10317253.1短路电流的概述 1068423.2短路的原因 10123373.3短路的危害 10207083.5短路电流计算的方法 11264893.6短路电流计算 1196983.6.1计算各元件电流的标幺值 11244773.6.2计算各元件电抗的标幺值 12第1章化工厂变电站的设计条件1.1化工厂对用电负荷的需求某市为经济建设需要，在本市新建一座化工厂，该化工厂主要生产磷复肥、精细磷化工等产品。该化工厂低压电气设备基本由三相电源进行供电，而每个车间内的电气照明设备均为单相电源进行供电。该化工厂内总共有8个生产车间，各车间的用电负荷情况如下表：车间名称车间额定电压（KV）车间额定容量（KW）负荷特性值正切值输电线长度(m)磷酸一铵车间105000.80.75200聚磷酸铵车间104000.80.75200工具车间103010230磷酸二铵车间107200.80.75250制氢车间106000.80.75300成品车间101300.651.17400溶质车间103000.51.73450照明10100.61.33700表1-1化工厂各车间用电负荷1.2电力供电系统情况该化工厂35KV变电站通过一条长为10公里的架空电力线路与区域电力系统相连接。为避免意外情况，设计了10KV的备用电源，备用电源由3公里外的化工厂所属集团公司A公司引出10KV电源，在工作电源35KV主变压器意外停电或检修断电时，才允许起用备用电源供电。1.3化工厂环境条件本化工厂所在地区最高温度为35℃，最低温度为－3℃，年平均气温为25℃，最大风速5米/秒，海拔高度大约六百米，每年雷电活跃为四十天。本化工厂所在地区平均海拔为35m，土地结构以黄土为主.第2章负荷计算及主变压器的选择2.1化工厂变电站负荷计算2.1.1变电站负荷计算的意义与目的计算用电负载的负荷是设计变电站的第一项任务。只有当用电负荷确定后，设计人员才能选择电力系统电源线的截面积、变压器的型号，以及电气设备的选择，计算用电负荷是设计的重要依据。根据用户负荷的特性和停电后对用户的影响程度，把负荷分为三个等级。1、一级负荷：断电后造成人身伤亡或者给社会造成严重的影响的负荷属于一级，它的恢复时间较长。2、二级负荷：断电后主要给社会或者企业带来较大的经济损失，不会造成严重后果。如停电致使生产设备生活设施损坏，生产过程因停电造成产品大量报废或质量下降或减产，主要是影响经济方面的负荷。3、三级负荷：除一、二级负荷的用户负荷，在短时间内中断供电不会造成严重后果的负荷。根据化工厂的情况，经过比对分析，该化工厂负荷等级为二级负荷。2.1.2化工厂用电特性及负荷曲线预测负荷曲线是某用户某段时间内电力负荷变动情况及规律，用曲线直观地表达出来。设计人员可以通过负荷曲线，能初步预测出该用电单位的负荷变化趋势，为设计变电站提供设计依据。化工生产企业对供电的要求：一是必须保证安全可靠，安全第一，二是能长期稳定运行，不允许停电。该化工厂设备基本上是同时运行，全年生产均衡，用电平稳。因此该化工厂一年不间断的运行，负荷曲线比较平稳，负荷曲线如下图：2.1.3负荷计算1、计算方法（1）需求系数法：计算步骤简单，在配电，以及变电站和主干线需要计算负荷时采用；也适合用电设备数量较多且容量差异很小的工程项目。（2）二项式系数法：很少采用此方法，主要适合设备数量少且容量相差比较大的工程。（3）采用系数法：此计算顺序应该从负载到电源逐步进行计算。此方法的优点是适用于各种负载负荷的计算，缺点是计算过程繁琐复杂，工作量大。经过比较，结合本设计的实际情况，本化工厂的负荷计算一律采用第一种方法即需求系数法。2、计算公式无功功率：：需要系数：有功负荷：设备功率：无功负荷：视在负荷：负荷功率因素：功率因素角的正切值：额定电压功率因素：3、根据各车间情况的10KV侧负荷计算如下：（1）磷酸一铵车间：（2）聚磷酸铵车间：同理可得到其他各个车间的负荷数据，负荷计算结果如下表：表2-1化工厂车间负荷表车间名称设备容量（千瓦）磷酸一铵车间5000.80.80.75400300500聚磷酸铵车间4000.80.80.75320240400工具车间300.81—240磷酸二铵车间7200.750.80.75530397.5662.5制氢车间6000.80.80.75480360600成品车间1300.30.651.173945.6360.026溶质车间3000.30.51.7390155.7179.84照明100.60.61.3367.989.98合计269018891506.74总有功负荷容量：1889KW；无功负荷量：1506.74Kvar2.2降压变电站的无功补偿2.2.1降压变电站负荷的计算同时系数选择范围：0.9～0.95，～0.98。本化工厂变电站的主变压器设计，同时系数的值取：0.95，。1、厂降压站低压侧（10KV）的负荷计算2、主变压器损耗的计算（近似值）有功功率损耗：无功功率损耗：3、主变电站高压侧的负荷计算2.2.2无功功率的补偿在化工厂的供电系统中除了有功功率，还存在额外的无功功率。大量的无功功率会被配电系统损耗掉，导致配电系统的供电性能下降，对配电网络的安全性、稳定性产生巨大影响，并引起下列损害：1、化工厂变电站供电系统中传递的总电流量的增加会导致系统中的无功率也大大增加，这必然会增加了输电电源中电气组件（例如变压器、电气设备、输电电线）的容量，这会让变电站的设备选择带来巨大的困难，这也会使得变电站建设成本费用大大地增加；2、增加化工厂供电系统中输送电线路上的有功功率以及电能的消耗。如果减小设备的功率因数，则当确保提供相同的有功功率时，无功功率将增大。这将不可避免地在传输线上传输更大更多的电流，使得传输线上有功功率的损耗和电能的损耗剧烈增加。3、如果供电系统中无功功率占有的比率越大，那么就能够证明该系统的功率因数值越低，功率因素低导致线路的电压损耗增加，就会造成供电系统的负载侧的电压急剧下降，若系统的负荷侧电压太低，则系统中的电动机等电气设备就不能够正常工作。所以，综上可以提高功率因素、降低损耗是供配电系统中非常重要的事情。一般企业将功率因数提高到0.9以上就行了。2.2.3提高功率因数的意义及无功补偿方法提高功率因数的意义及方法增加功率因数可以减少线路损耗并增加输出功率。它可以减少线路上的电压降并增加端子电压，这有利于提高供电的可靠性。并且能够降低初步设计阶段对配装置的安装成本，增加配电系统的电力储蓄。其常用的三种方法：①在单独每一台负荷装置的一端装设并联电容器方式为就地补偿方式；②在降压变压器低压端和用户配电站点安装并联补偿电容器的方式为分组补偿方式；③而分别在高低压端装设并联电容器组的方式为集中补偿方式。其中第二种方法无功补偿装置主要分为两种类型：串联补偿型装置和并联补偿型装置。而并联补偿设备可以分为几类，例如同步补偿设备，并联电容器补偿设备和静态补偿设备。同步补偿器等效于过励磁期间运行的空载同步电动机。此设备能够向系统提供无级并且可以连续可调的电容性和电感性负载所消耗的无功功率，减少了供电电源由输电线路向感性负荷输送的无功功率，进一步保证了化工厂供电电路的电压稳定。同时同步补偿器能够激发出剧烈的电容性无功功率，从而提高了化工厂供电电路的稳定性。静态补偿器具有减少有功功率损耗，并且能够大大地改善供电的质量，具有提高供电系统的稳定性并且能够减少工频过电压的功能。它的操作方便而且维护简单，但是缺点就是价格相比其他的方法较为昂贵。电容补偿设备若在供电系统中长期运行，其对供电系统的补偿能力也会有所降低，这也可能会增加发生谐振容量变大的几率。电容器设备组在各组容量组合投切时应该尽可能地避开谐振点，为了能够使电容补偿设备长期可靠的运行。通过比较分析三种方式的特点，目前有的电容器能够直接检测无功负荷的变换情况，这就能够及时反馈故障信息，除了以上的功能电容器设备还具有维护更加简单以及维护费用少等优势。综上可知再结合化工厂的实际情况，这次设计选择并联电容器作为无功补偿装置。为了能够让供电系统的接线更加简单方便、运行维护工作更小，无功补偿装置应该使用低压集中补偿的方式，从而提高化工厂供电系统配变利用率和系统整体的经济效益。无功补偿计算根据国家规定，变电站的功率因素cos，取cos。补偿电容器的容量计算公式：由此可知，低压并联电容器的容量为：因此全厂的计算负荷为：无功功率补偿后工厂的功率因数计算为：确定并联电容器的数量：考虑三相均衡分配，因此决定装设6台，每一相2台。这时并联电容器的实际容量为：补偿并联电容器：BWF10.5-120-1W×6台根据上述计算结果，查阅《工厂常用电气设备手册》，选择补偿电容器的型号为BWF10.5-120-1W，使用数量为六台。2.3主变压器的设计选择2.3.1变压器的容量和台数确定1、变压器容量及形式由上述计算可知=2022.63kVA，所以初步取此次设计选用额定容量为2500kVA的S9系列低损耗油浸式绕组变压器。该变压器绕组采用Dyn11连接组。2、确定变压器台数的选择变压器台数选择方案：方法一采用一台主变压器，另从化工厂所属集团公司A公司变电站外接10KV备用电源；方案二设计两台变压器，一用一备。方案一具有节约投资，化工厂充分利用了现有资源等优点，缺点是灵活性较差，也不利于扩展，但基本上能满足工作要求。方案二具有灵活方便、运行可靠等优点，但投资增大。两种方案技术经济分析如下表：表2-3变压器选择技术经济比较表性能比较一台主变压器的方案两台主变压器的方案技术经济指标供电安全性满足要求满足要求电路损耗电压损耗较大电压损耗较小供电可靠性基本满足要求满足要求扩建适应性稍差一些更加好一些灵活方便性灵活性稍差灵活性较好经济性较便宜较贵经过技术经济分析比较，本设计该降压变电站最终方案是采用一台主变压器，为了更加方便，设计的变电站计划从化工厂所属集团公司A公司的变电站引出一条10KV的架空线供电线路作为该化工厂的备用电源。2.3.2主变压器的型号选择综上所述，该化工厂变电站设计所用主变压器的型号为S9-2500/35，容量2500VA，电压等级35KV。S9-2500/35型号变压器的主要技术参数见下表：表2-4S9-2500/35电力变压器技术参数表变压器型号S9-2500/35额定容量2500VA电压组合高压35高压分解范围±5%低压10.5联合组标号Yd11空载损耗3.2kw负载损耗20.87kw第3章短路电流计算3.1短路电流的概述短路电流的定义就是在电力系统运行中电气设备或导体发生某些故障时导致每一相与每一相之间或者是每一相与中性线之间发生非正常连接时线路流过的电流。短路种类可以分为几种，每一种造成的危害程度也各不相同。3.2短路的原因化工厂电力系统产生短路的原因很多，主要有以下几个方面：（1）在变电站的设计中没有设计出合理的方案，以及电力设备的安装和维护不到位；（2）在工厂变电站运行过程中，输电线路的温度由于电流的增大而升高，导致线路绝缘部分老化；（3）工厂运行维护人员操作不当而导致；（4）在某些化工厂，含有损坏绝缘的腐蚀性气体或腐蚀性液体，都会很容易造成设备线路短路。3.3短路的危害化工厂电力系统中短路的危害很多，主要有以下几个方面：（1）短路能够产生的温度足以使得线路上的小容量设备和电路中的其他元件遭到破坏；（2）当短路时电压会迅速减小，严重的时候会影响小容量设备和电路中其他元件的正常运行；（3）短路会造成停电，离电源越近，停电范围越大，对工厂经济的损失越大；3.5短路电流计算的方法本次化工厂变电站供电系统中，为了减少计算过程而方便电力设备的设计因此短路电流的计算采用标幺值近似计算的方法，短路电流计算公式如下所示为：容量标幺值:电压标幺值:电流标幺值:电抗标幺值:为计算方便，通常取基准容量Sj=100MVA基准电流:Ij=基准电抗:Xj=电抗标幺值为:3.6短路电流计算3.6.1计算各元件电流的标幺值①、设基准容量Sj=100MVA，基准电压、，基准电流Ij=②、系统的短路容量UB1d%=10.5UB2d%=6.53.6.2计算各元件电抗的标幺值①、系统电抗的标幺值：②、变压器的标幺值