20工厂供电课程设计

-1-前言众所周知，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。本次设计根据课题提供的某机械制造厂的用电负荷和供电条件，并适当考虑生产的发展，按照国家相关标准、设计准则，本着安全可靠、技术先进、经济合理的要求确定本厂变电所的位置和形式。通过负荷计算，确定主变压器的台数和容量。进行短路电流计算，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线,最后按要求写出设计说明书。具体过程和步骤:根据工厂总平面图,工厂负荷情况,供电电源情况,气象资料和地区水文资料等,先计算电力负荷,判断是否要进行无功功率补偿,接着进行变电所位置和型式选择,并确定变电所变压器台数和容量,主接线方案选择,最后进行短路电流的计算,并对变电所一次设备选择和校验和高低压线路的选择。-2-某工厂降压变电所的电气设计一、设计目的1、通过该变电所的设计培养学生综合运用所学的基础理论知识、基本技能和专业知识进行分析和解决实际问题的能力2、掌握中小型工厂供电系统设计计算和运行维护所必须的基本理论和基本技能3、掌握供配电设计的基本原则和方法，深刻理解“安全、可靠、优质、经济”的设计要求，为今后从事工厂供配电技术工作奠定一定的基础。二、设计依据2.1工厂负荷情况本厂大多数车间为两班制，年最大负荷利用小时数3500h，日最大负荷持续时间为6h，该工厂铸造车间、电镀车间属于二级负荷，其余为三级负荷。低压动力负荷为三相，额定电压为380V；电气照明为单相，额定电压为220V。2.2供电电源情况本厂从附近一条10KW的公用电源干线取得工作电源，干线导线型号LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距1m，干线首端（电力系统的馈电变电站）距离本厂8km。干线首段断路器容量为400MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过电流保护动作时间为1.7S。为满足工厂二级负荷要求，采用长度为20Km架空线路取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长为80Km，电缆线路总长度为25Km。变电所最大负荷时功率因数不低于0.9。2.3气象资料年最高气温38℃，年最低气温-8℃,年平均气温23℃，年最热月平均气温33℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃年雷暴日数为20日。2.4工厂负荷统计资料序号厂房名称负荷类别设备容量/KW需用系数功率因数1锻压车间动力3500.30.65照明80.71.02工具车间动力3600.30.6照明70.91.03锅炉房动力500.70.8照明10.81.04金工车间动力4000.20.65照明100.81.0-3-5装配车间动力1800.30.7照明60.81.06仓库动力200.40.8照明10.81.07热处理车间动力1500.50.8照明60.71.08铆焊车间动力1000.60.8照明50.71.09烘房动力500.80.8照明20.71.010生活区照明照明2000.80.9表2.1工厂负荷统计资料三、负荷计算和无功功率补偿3.1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW）30P=dKeP，dK为系数b)无功计算负荷（单位为kvar）30Q=30Ptanc)视在计算负荷（单位为kvA）30S=cos30Pd)计算电流（单位为A）30I=NUS3303.2多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW）30P=ipPK30b)无功计算负荷（单位为kvar）30Q=iqQK30c)视在计算负荷（单位为kvA）30S=230230QP-4-d)计算电流（单位为A）30I=NUS330经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取380V）编号名称类别设备容量eP/kW需要系数dKcostan计算负荷30P/kW30Q/kvar30S/kVA30I/A1锻压车间动力3500．30.651.17105122.8————照明80.7105.60————2工具车间动力3600.30.61.33108143.7————照明70.9106.30————3锅炉房动力500.70.80.753526.2————照明10.8100.80————4金工车间动力4000.20.651.178093.6————照明100.81080————5装配车间动力1800.30.71.025455.08————照明60.8104.80————6仓库动力200.40.80.7586————照明10.8100.80————7热处理动力1500.50.80.757556.3————照明60.7104.20————8车间动力1000.60.80.756045————照明50.7103.50————9铆焊车间动力500.80.80.754030————照明20.7101.40————10照明2000.80.90.4816076.8177.8269.7总计动力1660565734.8————照明246计入pK=0.8,qK=0.850.75760624.61027.51261.2表3.1各厂房和生活区的负荷计算表3.3无功功率补偿无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。由表3.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补-5-偿容量：CQ=30P(tan1-tan2)=760.4[tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]=342.18kvar选用并联的电容器为BW0.4-14-3型，总共容量为84kvar5=420kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷'30Q=（624.6-420）kvar=204.6kvar，视在功率2'30230'30QPS=787.4kVA，计算电流NUSI3'30'30=1196.4A,功率因数提高为cos'='3030SP=0.966。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。四、变电所主变压器及主接线方案的选择4.1变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所装设两台变压器，型号为S9型，而每台变压器容量根据式（4-1）、（4-2）选择，即)7.0~6.0(TNS898.9KVA=（539.34~629.23）KVA)(30SSTN=(134.29+165+44.4)KVA=343.7KVA因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0。4.2变电所主接线方案的选择装设两台主变压器的主接线方案，如图4-1-6-图4-1装设两台主变压器的主接线方案Y0Y0220/380VS9-630GG-1A(F)GG-1A(F)-0710/0.4kVS9-63010/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GG-1A(F)-113、11GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-01GG-1A(F)-113GG-1A(F)-11GG-1A(J)-01GG-1A(F)-96GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54主变主变联络（备用）高压柜列-96-7-五、短路电流的计算5.1绘制计算电路图5-1短路计算电路5.2确定短路计算基准值设基准容量dS=100MVA，基准电压dU=cU=1.05NU，cU为短路计算电压，即高压侧1dU=10.5kV，低压侧2dU=0.4kV，则kAkVMVAUSIddd5.55.103100311kAkVMVAUSIddd1444.031003225.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量ocS=500MVA，故1X=100MVA/500MVA=0.2架空线路查表得LGJ-150的线路电抗kmx/36.00，而线路长8km，故6.2)5.10(100)836.0(2202kVMVAUSlxXcd电力变压器查表得变压器的短路电压百分值%kU=4.5，故kVAMVASSUXNdk10001001005.4100%3=4.5式中，NS为变压器的额定容量因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。图5-2短路计算等效电路2.01k-1k-26.215.41500MVAK-1K-2LGJ-150,80km10.5kVS9-10000.4kV(2)(3)(1)～∞系统-8-5.4k-1点（10.5kV侧）的相关计算总电抗标幺值*2*1)1(XXXk=0.2+2.6=2.8三相短路电流周期分量有效值kAkAXIIkdk96.18.25.5*)1(1*1其他短路电流kAIIIk96.1)3(1)3()3(''kAkAIish0.596.155.255.2)3('')3(kAkAIIsh96.296.151.151.1)3('')3(三相短路容量MVAMVAXSSkdk7.358.2100*)1()3(15.5k-2点（0.4kV侧）的相关计算总电抗标幺值*3*2*1)1(XXXXk=0.2+2.6+4.5=7.3三相短路电流周期分量有效值kAkAXIIkdk7.193.7144*)2(2*2其他短路电流kAIIIk7.19)3(1)3()3(''kAkAIish2.367.1984.184.1)3('')3(kAkAIIsh5.217.1909.109.1)3('')3(三相短路容量MVAMVAXSSkdk7.133.7100*)2()3(2以上短路计算结果综合图所示如下短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVA)3(kI)3(''I)3(I)3(shi)3(shI)3(kSk-11.961.961.965.02.9635.7k-219.719.719.736.221.513.7-9-六、变电所一次设备的选择校验6.110kV侧一次设备的选择校验6.1.1按工作电压选则设备的额定电压eNU一般不应小于所在系统的额定电压NU，即eNUNU，高压设备的额定电压eNU应不小于其所在系统的最高电压maxU，即eNUmaxU。NU=10kV，maxU=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压eNU=12kV，穿墙套管额定电压eNU=11.5kV，熔断器额定电压eNU