某机械厂降压变电所电气初步设计

[摘要]：电能是工业生产的主要能源和动力，做好工厂供电设计对于发展工业生产、实现工业现代化，具有重要意义。工厂供电首先要能满足工厂生产和生活用电的需要，其次要供电安全，供电可靠，技术先进和经济合理，并做好节能。本设计根据某机械厂所取得的电源和该厂用电负荷的实际情况，同时参考该工厂平面图，适当考虑了生产的发展，按工厂的基本要求，对各车间进行了负荷计算和无功补偿；确定了变电所的位置与型式及变电所主变压器的台数、容量和类型；计算了短路电流；选择了变电所主接线及高低压设备和进出线；配置了继电保护装置、防雷装置和接地装置；绘出了设计图样，完成了该机械厂的降压设计。[关键词]：计算负荷，无功补偿，变压器，短路电流目录第一章绪论1.1、工厂供电的概念工厂供电（electricpowersupplyforindustrialplants）,就是指工厂所需电能的供应和分配，亦成为工厂配电。工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配分配到各个厂房或者车间当中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。工厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间负荷数量和性质，生产工艺对符合的要求，以及符合布局，结合国家供电情况解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能问题。其基本内容有以下几个方面：进线电压选择；变电所位置的电气设计；短路电流的计算及继电保护；电器设备的选择；车间变电所位置和变压器数量、容量的选择；防雷接地装置设计等。1.2、工厂供电的意义众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能转换而来，也易于转换成为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化，而且现代社会的信息技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用基础之上的。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用及为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很少（除电化学加工等工业外）。例如在机械工业中，电费开支仅占成本的5%左右。从投资额来看，一般机械工厂在供电设备上的投资，也仅占总投资的5%左右。因此，电能在工业生产中的重要性，并不在于它在在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而是在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，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。从另一个方面说，如果工厂供电突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备的损坏，或者引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人生事故，给国家和人民带来经济上或生态环境上甚至政治上的重大损失。因此，做好工厂供电对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。工厂供电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需要，并做好节能和环保工作，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即连续供电的要求。（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由色金属的消耗量。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，既要照顾局部和当前利益，有要有全局观点，能顾全大局，适应发展。例如计划用电问题，就不能只开率一个单位的局部利益，更要有全局观点。第二章、设计任务2.1、设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线及高低压设备和进出线，最后按要求写出设计说明，绘出设计图样。2.2、设计依据2.2.2、工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为5000h，日最大负荷持续时间为8h。该厂铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。全厂负荷情况如下表所示。表1工厂负荷统计资料工厂编号厂房名称负荷类型设备容量∕kw需要系数功率因素1铸造车间动力6000.40.70照明200.81.002锻造车间动力4000.20.65照明150.81.003金工车间动力4000.20.65照明150.71.004工具车间动力3500.20.60照明100.81.005电镀车间动力3000.50.80照明100.71.006热处理室动力3000.50.75照明100.71.007装配车间动力2000.40.70照明50.81.008机修车间动力2000.30.60照明40.71.009锅炉房动力600.70.80照明20.91.0010仓库动力300.40.80照明20.91.0011生活区动力4000.81.002.2.5、供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kv的功用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图，该干线的导线牌号为LGJ—185，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约10km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA，此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.2s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为100km，电缆线路总长度为25km。第三章负荷计算和无功功率补偿3.1、负荷计算的目的、意义及原则(1)、供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元件（包括电力变压器、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店里负荷进行统计计算。(2)、工厂计算负荷是选择工厂电源进线及主要电气设备包括主变压器的基本依据，也是计算工厂功率因素及无功补偿容量的基本依据。计算负荷确定得是否合理，直接导致电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定得过大，将使电器和导线电缆的选择过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定得过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，同样会造成更大的损失。有此可见，正确确定计算负荷意义重大。(3)、计算负荷又成为需要负荷或者最大负荷。计算负荷是一个假象的持续性负荷，热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。(4)、平均负荷为一端时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。(5)、尖峰电流单台或者多台用电设备持续一秒钟左右的最大负荷电流。一班取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件的一句。在校验瞬动元件时，还应该考虑启动电流的非周期分量。3.2、全厂负荷计算及表示方法我国目前普遍采用的确定用电设备计算负荷的方法，有需要系数法和二项式法。但是，综合本设计的实际情况，在这里采用需要系数法来确定。主要计算公式有：有功功率：deKPP30无功功率：tan3030PQ视在功率：cos3030PS计算电流：NUSI330301、铸造车间计算（pK=0.95,97.0qK）1)、动力计算负荷deKPP30=600kw0.4=240KWtan3030PQ=240kw1.02=244.8kvar2）、照明计算负荷deKPP30=20kw0.8=16KWtan3030PQ16kw0=0kvar由以上式子可求得:30P240kw+16kw256KW30Q244.8kvar+0kvar244.8kvar3)、铸造车间总的有功和无功计算负荷：3030PKPp0.95256kw243KW3030QKQq0.97244.8kw238KW通过以上所求得的数据，再根据公式可求得铸造车间总的视在计算负荷30S和总的计算电流30I：23023030QPS22104.3175.951129KVANUSI330301290.33kVAKV113A2、其余车间计算负荷按照需要系数法计算出其余车间的计算负荷，见下表。计算方法如铸造车间的计算方法（计算过程略）。编号名称类别设备容量需要系数Kdcostan计算负荷KwP/30KwQ/30KVAS/30AI/301铸造车间动力6000.40.71.02240244.8－－照明200.81.00160－－小计620－256244.83595462锻压车间动力4000.20.651.178093.6－－照明150.81.00120－－小计415－9293.61352053金工车间动力4000.20.651.178093.6－－照明150.71.0010.50－－小计415－90.593.6133.52034工具车间动力3500.20.61.337093－－照明100.81.0080－－小计360－7893124.7189.55电镀动力3000.50.80.75150112.5－－车间照明100.71.0070－－小计310－157112.5194.5295.56热处理车间动力3000.50.750.88150132－－照明100.71.0070－－小计310－157132207314.57装配车间动力2000.40.71.028081.6－－照明50.81.0040－－小计205－8481.61181798机修车间动力2000.30.61.336079.8－－照明40.71.002.80－－小计204－62.879.8102.81569锅炉房动力600.70.80.754231.5－－照明20.91.001.80－－小计62－43.831.554.382.510仓库动力300.40.80.75129－－照明20.91.001.80－－小计32－13.8916.825.511生活区动力4000.81.003200320486总计（380V侧）动力32401355971.4－－照明938.0KP0.81287.2942.3159524333.3无功功率补偿1、通过上表的数据可计算出：补偿前变电所低压侧的功率因数：3030cosSP8.0.15952.1287AKVKW低压侧所需装设的并联电容器容量为：)'arccostanarccos(tan30PQc)96.0arccostan8.0arccos(tan2.1287r592kva补偿后变压器低压侧视在计算负荷：23023030)(cQQPS2235078.7022.857）（782KW变压器有功损耗：KWSPT82.701.030变压器无功损耗：var1.3905.030KSQT变电所高压侧的计算负荷为：KWPPPT02.86582.72.857'3030KvaPQQQTC3921.3935078.702'3030kvakvaQPS9506965.9491536646004.748295'''23023030补偿后工厂的功率因数为：91.0'''303030QPS85.0Kq2、由以上计算可知，该厂380V侧最大负荷是时的功率因数是0.77，而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是的功率因数不应低于0.9.考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗,因此380V侧最大负荷因数时功率因数应稍大于0.90，在这