电厂电力系统课程设计

1/371前言电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时，为了清晰和方便，通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时，将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。2/372.负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算各厂房和生活区的负荷计算如表2.1编号名称类别设备容量需要系数计算负荷1铸造车间动力3800.40.651.17152177.7233.8355.3照明90.81.007.207.232.7小计389—159.2177.7238.6362.52锻压车间动力3600.20.651.177284.2110.8168.3照明70.81.005.605.625.5小计367—77.684.2114.51743金工车间动力3000.30.651.1790105.2138.5210.4照明80.91.007.207.232.7小计308—97.2105.2143.2217.64工具车间动力3000.30.651.1790105.2138.5210.4照明90.81.007.207.232.7小计309—97.2105.2143.2217.65电镀车间动力2800.60.750.88168148.2224340.3照明70.91.006.306.328.6小计287—174.3148.2228.8335.36热处理车间动力1600.50.750.888070.6106.7162.1照明70.71.004.904.922.3小计167—84.970.6110.4167.77装配车间动力1600.40.71.026465.391.4138.9照明80.91.007.207.232.7小计168—71.265.396.6146.88机修车间动力1600.30.651.174856.173.8112.2照明30.81.002.402.410.9小计163—50.456.175.4114.69锅炉房动力600.60.750.883631.74872.9照明20.81.001.601.67.3小计62—37.631.749.274.810仓库动力150.30.850.624.52.85.38照明20.71.001.401.46.4小计17—5.92.86.59.911生活区照明3000.80.90.48240116.2266.7344.4总计（380V侧）动力21751095.5963.2照明362计入=0.8=0.850.73876.4818.711991821.72.2无功功率补偿由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有0.73。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.91。考虑到主变压器的无功损耗远大3/37于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.91，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Ｑc=P30(21tantan)=871.6×(0.94-0.42)=453.23kvar故选PGJ1型低压自动补偿屏，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）5台相组合，总共容量84kvar×6=504kvar如图所示。图2.1PGJ1型低压自动补偿屏因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2.2所示。项目cosφ计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A4/37380V侧补偿前负荷0.73876.4818.711991821.7380V侧无功补偿容量-504380V侧补偿后负荷0.941876.4314.7931.21414.8主变压器功率损耗0.015S30=140.06S30=55.910kV侧负荷总计0.923890.4370.6964.455.7表2.2无功补偿后工厂的计算负荷3变电所位置和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.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负5/37荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+…=∑Pi.因此仿照《力学》中计算重心的力矩方程,可得负荷中心的坐标:iii321332211P)xP(PPPxPxPxPx(3.1)iii321332211P)yP(PPPyPyPyPy(3.2)图３.1××机械厂总平面图3.1变电所位置的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一条直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间（建筑）和生活区负荷点的坐标位置p1(2.5,5.51)；p2(3.6,3.54)；p3(5.56,1.3)；p4(4,6.7)；p5(6.2,6.7)p6(6.2,5)；p7(6.2,3.4)；p8(8.55,6.7)；p9(8.55,5)；6/37p10(8.55,3.4)；p0(1.2,1.1)（工厂生活区），如图3-1所示：而工厂的负荷中心假设在P（x，y），其中P=P1+P2+P3…=∑Pi。仿照《力学》计算重心的力矩方程，可得负荷中心的坐标如图3-1：112233123159.22.577.63.697.25.5697.24174.36.284.96.271.26.2159.277.697.297.2174.384.971.2PxPxPxxPPP50.48.5537.68.555.98.552401.250.437.65.92404745.94.331095.5112233123159.25.5177.63.5497.21.397.26.7174.36.784.9571.23.4159.277.697.297.2174.384.971.2PyPyPyyPPP50.46.737.655.93.42401.150.437.65.92404573.64.171095.5由计算结果可知，x=4.33y=4.17工厂的负荷中心在2号厂房的东北角。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在2号厂房的东侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。4变电所主变压器和主结线方案的选择4.1变电所主变压器的选择7/37根据工厂的负荷性质和电源情况,工厂变电所的主变压器可有下列两种方案:⑴装设一台主变压器型式采用S9，而容量根据式TNS30S有1000964.4，即选择一台S9-1000/10配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与临近单位相连的高压联络线来承担。⑵装设两台主变压器形式采用S9，而每台容量根据下式选择，即：TNS（0.6～0.7）964.4=（578.64～675.08）KVA而且TNS)21(30S=（238.6+228.8+49.2）kVA=516.6KVA因此选两台S9-800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由与临近单位相联的高压联络线来承担。4.2变电所主结线方案的选择按上面考虑的两种主变压器的方案可设计以下两种主结线方案：（1）装设一台主变的主结线方案,如图4.1所示。（2）装设两台主变的主结线方案,如图4.2所示。图4.1装设一台主变压器的主结线方案图4.2装设两台主变压器的主结线方案（3）两种主结线方案的技术经济比较如下表所示：表４.1两种主接线方案的比较比装装8/37较项目设一台主变的方案设两台主编的方案从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变的主结线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主结线方案远优于装设两台主变的技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便性由于一台主变，灵活性稍差由于两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额由表2-8得S9-1000单价为10.76万元，而由表4-1查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为210.76万元=21.52万元由表2-8得S9-800单价为9.11万元，因此两台综合投资为49.11万元=36.44万元，比一台主变压器方案多投资14.92万元高压开关（含计量柜）的综合投资额查表4-10得GG-1A(F)型柜单价为3.5万元，而由表4-1查得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为41.53.5万元=21万元本方案采用6台GG-1A(F)型柜，因此其综合投资约为61.53.5万元=31.5万元，比一台主变压器方案多投资10.5万元电力变压器和高压开关柜的年运行费参照表4-2计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为4.893万元主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为7.788万元，比一台主变压器方案多耗2.895万元交供电部门的一次性供电贴费按800元/kVA计，贴费为10000.08万元=80万元贴费为28000.08万元=128万元，比一台主变压器方案多交48万元9/37主结线方案，因此决定采用装设两台主变的主结线方案。5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确定基准值设dS=100MVA,CdUU,即高压侧1dU=10.5kV，低压侧2dU=0.4kV，则1dI=31ddUS=kVMVA5.103100=5.5kA2dI=32ddUS=kVMVA4.03100=144kA5.3计算短路电流中各元件的电抗标幺值(1)电力系统*1X=100MVA/400MVA=0.25(2)架空线路查表8-36，得LJ-95的0x=0.36/km，而线路长8km故*2X=（0.368）2)5.10(100kVMVA=2.6(3)电力变压器查表2-8，得ZU%=4.5,故*3X=kVAMVA8001001005.4=5.6，因此得10/37图5.2等效电路5.4算k—1点（10.5kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流的短路容量（1）总电抗标幺值*)1(kX=*1X+*2X=0.25+2.6=2.85（2）三相短路电流周期分量有效值)3(1kI=1dI/*)1(kX=5.5/2.85=1.9KA（3）其他短路电流)3(''I=)3(I=)3(1kI=1.9KA)3(shi=2.55)3(''I=2.551.9=4.9KA)3(shI=1.51)3(''I=1.511.9=2.9KA（4）三相短路容量)3(1kS=dS/*)1(kX=100MVA/2.85=35.09MVA5.5计算k—2点（0.4kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流的短路容量(1)总电抗标幺值*****(2)1234//0.252.62.8kXXXXX=5.65(2)三相短路电流周期分量的有效值)3(2kI=2dI/*)2(kX=144kA/5.65=25.5kA(3)其它短路电流)3(''I=)3(I=)3(1kI=25.5KA)3(shi=1.84)3(''I=1.8425.5=46.9KA)3(shI=1.09)3(''I=1.0925.