南阳防爆厂降压变电所的电气设计

华侨大学课程：工厂供电课程设计任务：南阳防爆厂降压变电所的电气设计专业：电气工程及其自动化班别：10电气1班学生：时间：2013年05月绪论本课程设计检验我们本学期学习的情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定。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比例一般很小（除电化工业）。电能在工业生产中的重要性，并不在于在产品成本或投资总额所占比重多少，而在于工业生产实现电气化后可以大大增加产量，减轻工人劳动强度，降低生产成本，提高产品质量，提-1-高劳动生产率，改善工作条件，有利于实现生产过程自动化。另一方面，如果工厂电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重后果。因此做好工厂供电工作对发展工业生、实现工业现代化都具有极其重要的意义，对于节约能源、支援国家经济建设同样也具有重大意义。本设计为工厂变电所设计，对在工厂变电所设计中的若干问题如负荷计算，三相短路分析，短路电流计算，高低压设备的选择与校验，防雷与接地，变电所的过电压保护，计量无功补偿等几方面的设计进行了阐述。工厂供电工作要很好为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，同时做好节能工作，要从以下基本要求做起:（1）安全在电能的供应、分配和利用过程中，不应发生人生事故及设备事故。（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。（4）经济供电系统投资要尽量少，运行费要低，尽可能节约电能和减少有色金属消耗。此外，在供电工作中，要合理处理局部和全局、当前和长远等关系，要做到局部与全局协调，顾全大局，适应可持续发展要求。目录第一章设计任务第二章负荷计算和无功功率补偿第三章变电所位置与型式的选择第四章变电所主变压器及主接线方案的选择-2-第五章短路电流的计算第六章变电所一次设备的选择校验第七章变压所进出线与邻近单位联络线的选择第八章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定第九章降压变电所防雷与接地装置的设计第十章机械厂变电所主接线电气原理图第十一章课程设计总结心得体会参考文献-3-（一）设计题目南阳防爆厂降压变电所的电气设计（二）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，并适当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，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定一次回路方案，最后定出设计说明书。（三）设计依据1．工厂总平面图，如图（1）所示。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4000h，日最大负荷持续时间为10h。该厂除铸造车间、锻压车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表（1）所示。3．供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用协议规定，本厂可由附近一条35kV的公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—120导线为等边三角形排列，线距为1m；干线首端（即电力系统的馈电变电电站）距离本厂约20km，该干线首端所装高压断路器300MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用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达100km，电缆线路总长度达80km。4.气象资料本厂所在地区的年最高气温为37℃，年平均气温为24℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8处平均温度为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴是数为20。5.工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.92。主要参考资料1刘介才主编供配电技术北京：机械工业出版社2张华主编电类专业毕业设计指导北京：机械工业出版社3王荣藩编著工厂供电设计与指导天津：天津大学出版社工厂负荷统计资料表（1）厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000.40.7照明60.71.02锻压车间动力5000.30.65照明80.71.03金工车间动力5000.30.65照明90.71.04工具车间动力3000.30.6照明70.71.05电镀车间动力3000.60.8照明70.71.06热处理车间动力2000.60.8照明80.71.07装配车间动力1000.40.7照明70.71.0-4-8焊接车间动力2000.30.65照明40.71.09锅炉房动力800.60.65照明20.71.0生活区照明2000.71.0第二章负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算2.1.1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=NUS330,NU为用电设备的额定电压（单位为KV）-5-2.1.2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30式中iP30是所有设备组有功计算负荷30P之和，pK是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95b)无功计算负荷（单位为kvar）30Q=iqQK30，iQ30是所有设备无功30Q之和；qK是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97c)视在计算负荷（单位为kvA）30S=230230QP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）表2.1各厂房和生活区的负荷计算表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铸造车间动力3000．40．71.02120122.4————照明60．71．004.20————小计306——124.2122.4174.4264.92锻压车间动力5000．30．651.17150175.5————照明80．71．005.60————小计508——155.6175.5234.5356.43金工车间动力5000．30．651.17150175.5————照明90．71．006.30————小计509——156.3175.52353574工具车间动力3000．30．61.3390119.7————照明70．71．004.90————小计307——94.9119.7152.8232.15电镀车间动力3000．60．80.75180135————照明70．71．004.90————小计307——184.9135228.9347.86热处理车间动力2000．60．80.7512090————照明80．71．005.60————小计208——125.690154.5234.87装配车间动力1000．40．71.024040.8————照明40．71．002.80————小计104——42.840.859.189.88焊接车间动力2000．30．651.176070.2————照明40．71．002.80————-6-小计204——62.870.294.2143.19锅炉车间动力800．60.651.174856.2————照明20．71．001.40————小计51——49.456.274.8113.710生活区照明2000.71.001400140212.7总计动力24801138.6985.3————照明255计入pK=0.95,qK=0.970.751081.7955.71443.421932.2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2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而要求该厂进线侧最大负荷时功率因数不低于0.90。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0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：CQ=30P(tan1-tan2)=1081.7[tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]=493.3kvar参照图2，选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，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=（955.7-493.3）kvar=462.4kvar，视在功率2'30230'30QPS=1176.4kVA，功率因数提高为cos'='3030SP=0.92。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。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表3所示。图2.1PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案表2.2无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷30P/KW30Q/kvar30S/kVA30I/A380V侧补偿前负荷0.751081.7955.71443.42193380V侧无功补偿容量493.3380V侧补偿后负荷0.951081.7462.41176.41787.4主变压器功率损耗0.01530S=17.60.0630S=70.635KV侧负荷计算0.931099.35331221.720.2-7-第三章变电所位置与型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，1P、2P、3P10P分别代表厂房1、2、3...9号及生活区的功率，设定1P（2.3，3.5）、2P（2.7,5.9）、3P（4.9,8.2）、4P（7.2,2.5）、5P（7.6,4.5）、6P（8，6.3）、7P（8.4,8.3）、8P（11.4，2.6）、9P（11.8，3.6）、10P（0.9，9.1），如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(x,y),其中P=1P+2P+3P+11P=iP。因此仿照《力学》中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：iiiPxPPPPPxPxPxPxPx)(113211111332211（3-1）iiiPyPPPPPyPyPyPyPy)(113211111332211（3-2）把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到x=5.5，y=6.7。由计算结果可知，工厂的负荷中心在3号厂房（热处理车间）的东南角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在3号厂房的东南侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。图3-1按负荷功率矩法确定负荷中心-8-第四章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，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：a)装设一台变压器型号为S9型，而容量根据式30SSTN，TNS为主变压器容量，30S为总的计算负荷。选TNS=1600KVA30S=1221.7KVA，即选一台S9-1250/35型低损耗配电变压器。但考虑到该地区年平均气温为24℃,2420(1)*12501200100TS122.7。且单台变压器容量不宜大于1