某纺织厂供配电系统设计

某纺织厂供配电系统设计一丶设计对象简介变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。其中，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装2～3台主变压器；330千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入5～10年的预期负荷选择。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求。变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。二丶原始资料1.工厂负荷数据：工厂多数车间为2班制，年最大负荷利用小时数4600小时。工厂负荷统计资料见表1。设计需要考虑工厂5年发展规划负荷（工厂负荷年增长率按2%）。表1：化纤厂负荷情况表序号车间及设备安装容量(kW)需要系数dKtg1纺练车间纺丝机2000.800.78筒绞机300.750.75烘干机850.751.02脱水机120.600.80通风机1800.700.75淋洗机60.750.78变频机8400.800.70传送机400.800.702.供电电源请况：按与供电局协议，本厂可由16公里处的城北变电所（110/38.5/11kV），90MVA变压器供电，供电电压可任选。另外，与本厂相距5公里处的其他工厂可以引入10kV电缆做备用电源，但容量只能满足本厂负荷的20%（重要负荷），平时不准投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。3.电源的短路容量（城北变电所）：35kV母线的出线断路器断流容量为400MVA；10kV母线的出线断路器断流容量为350MVA。4.电费制度：按两部制电费计算。变压安装容量每1kVA为18元/月，电费为0.5元/kW·h。5.气象资料：本厂地区最高温度为38度，最热月平均最高气温为30度。6.地质水文资料：本厂地区海拔60m，底层以砂粘土为主，地下水位为2m。二．设计内容1．总降压变电站设计（1）负荷计算（2）主结线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，根据改方案初选主变压器及高压开关等设备，经过概略分析比较，留下2～3个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。（3）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确2原液车间照明10400.750.703酸站照明2600.650.704锅炉房照明3200.750.755排毒车间照明1600.700.606其他车间照明2400.700.75定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。（4）主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号、绝缘子等设备的选择及校验。选用设备型号、数量、汇成设备一览表。（5）主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。（6）配电装置设计：包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。（7）防雷、接地设计：包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。2．车间变电所设计根据车间负荷情况，选择车间变压器的台数、容量，以及变电所位置的原则考虑。3．厂区380V配电系统设计根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。三丶接入系统设计1、计算厂总降压变负荷（1）.计算负荷方法目前负荷计算常用需要系数法、二项式法、和利用系数法,前二种方法在国内设计单位的使用最为普遍。此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和ABC法等.常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时，应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需用系数xK，然后按照表一给出的公式求出该组用电设备的计算负荷。此设计采用的是需用系数法来对电力负荷计算的。用需要系数法确定计算负荷都有如表2的通用公式：2、设备的功率因素按照我国供电部门的规定，高压供电的用户必须保证功率因数在9.0以上，低压供电的用户必须在85.0以上。为了使用户注意提高功率因数，供电部门还对大宗用电单位实行按户月平均功率因数调整电费的办法。调整功率因数标准一般为85.0，大于85.0时给以奖励，低于85.0时便要增收电费甚至罚款，功率因数很低时供电部门要停止供电。(1).提高功率因数方法1.通过适当措施提高自然功率因数。提高自然功率因数可以通过合理选择感应电动机的容量、使用中减少感应电动机的空载运行、条件许可时尽量使用同步电动机、以最佳负荷率选择变压器等方法达到目的。2.并联同步调相机。同步调相机是一种专用于补偿无功功率的同步电动机，通过调节同步调相机的励磁电流可补偿供电系统的无功功率，从而提高系统的功率因数。同步调相机输出无功功率为无极调节方式，调节的范围较大，并且在端电压下降10%以内时，无功输出基本不变，当端电压下降10%以上时，可强行励磁增加无功输出。但是，同步调相机补偿单位无功功率造价高。每输出1vark的无功功率要损耗0.5%~3%的有功功率，基建安装要求高、不易扩建、运行维护复杂，所以一般用于电力系统中的枢纽变电站及地区降压变电站。3.并联适当的静电电容器。并联电容安装简单、容易扩建、运行维护方便，补偿单位无功功率的造价低、有功损耗小（小于0.3%），因此广泛用于工厂企业及民用建筑供电系统中。3、动力支路负荷计算在采用需要系数法进行动力支路负荷计算时，应将计算范围内的用电设备分组，分别进行各个组内的负荷计算并将计算结果相加得到总的计算负荷，然后根据用电设备的台数和容量的大小以及用电设备的性质乘以一个同时系数，得到计算结果。每个组内的负荷计算可以采用通用计算公式进行，动力支路的负荷计算采用下式进行：在使用上述公式时要注意：1.分组的原则：用电设备的性质相同、功率因数相同、需要系数相同的分一组。2.有功、无功同时系数的概念和数值是不同的，通常对于同一组用电设备组无功同时系数的值比有功同时系数要大。通常情况下有功同时系数的范围(0.8~0.97)、无功同时系数范围(0.8~1.0)。4、各车间的负荷计算（1）.纺练车间：全厂负荷的计算：计算全厂的计算负荷时，总的计算负荷要小于每个用电负荷加起来的和，我们在通常情况下取的全部用电负荷之和的95%。取全部用电负荷之和的90%，这样在一定程度上就避免了大马拉小车情况的发生,提高了运行效率,符合了经济生产、生活的需要。因此，本次课程设计中的全厂计算负荷就为各个设备计算负荷之和的95%即：全厂计算负荷=0.90(纺练车间计算负荷+原液车间计算负荷+酸站照明计算负荷+锅炉房照明计算负荷+排度车间计算负荷+其他车间计算负荷)四丶车间供电系统设计1、变电所所址的选择变电所所址的选择是否合理,直接影响供配电系统的造价和运行。工厂变配电所所址的选择,应考虑以下原则:1.尽量靠近负荷中心,以便减少电压损耗、电能损耗和有色金属消耗量。2.节约用电,不占或少占耕地及经济效益高的土地。3.与城乡或工矿企业规划相协调,便于架空线路和电缆线路的引入和引出。4.交通运输方便。5.尽量避开污染源或选择在污染源的上风侧。6.应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。7.尽量不设在低洼积水场所及其下方。8.应远离易燃易爆等危险场所。2、车间变电所位置的确定根据地理位置及各车间计算负荷大小，决定设立3个车间变电所，各自供电范围如下：变电所Ⅰ：纺炼车间、锅炉房。变电所Ⅱ：原液车间。变电所Ⅲ：排毒车间、其他车间、酸站。2、变电所变压器台数的确定1.确定原则（1）.对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。（2）.对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。（3）础宜按大于变压器容量的1—2级设计，以便负发展时，更换变压器的容量。2.选择变压器台数时,应考虑以下因素:（1）.应满足用电负荷对供电的可靠性的要求，对供有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。（2）.对于一级负荷的场所，邻近又无备用电源联络线可接,或季节性负荷变化较大时,宜采用两台变压器。（3）.是否装设变压器，应视其负荷的大小和邻近变电所的距离而定。当负荷超过320KVA时，任何距离都应装设变压器。3.变压器绝缘结构的选择根据绝缘结构方式不同，一般有矿物油变压器、硅油变压器、六氟化硫变压器、干式变压器及环氧树脂浇变压器等。多层或高层主体建筑内变电所，一般选用不燃或难燃型变压器.在多尘或有腐蚀性气体严重影响安全运行的场所内，应选用防尘型或防腐型变压器。4.变电所选择一台或两台变压器各有其优点和缺点：1.选用两台变压器的变电所，当一台变压器发生故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。当负荷大时候，两台变压器又可以配合运用。但是两台变压器的投资比较大，一般小的变电所甚至承担不起这样的消耗,运行损耗也比较大，它工作时候两个铁心同时运行,这样势必增大了运行成本。2.选用一台变压器的变电所，当变压器发生故障或检修时，那么将会出现全厂停电的严重情况，如果一级负荷遇到了停电情况,那么损失将会是无法估算的，因此一台变压器的供殿可靠性比较差，但是一台变压器的投资小、运行损耗小，因为太工作时只要一个铁心在工作，这样势必减少了运行成本。变电缩通常为了生产、生活、用电等的需要，都会选用两台变压器，因为它的优点太明显了，而且非常的多。4、变压器容量的确定Ⅰ.变压器容量选择时应遵循的原则1.只装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要。2.装有两台变压器的变电所，每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件：a.任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要；b.任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备70%的需要。3.变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的70%~80%为宜，以提高运行率。五丶短路电流计算工厂供电系统要求正常地不简断地用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于种种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。1、短路的种类及计算（1）.短路：供电系统中不等电位的点没有经过用电器而直接相连通。（2）类型：三相、两相、两相接地、单相、单相接地。分对称性短路和非对称性短路。最关键的两个短路电流：最大短路电流---选择设备、导线，最小短路电流---继电保护装置校验短路的电压与电流的相位差较正常时增大，接近于90度。单相短路只发生在中性点直接接地系统或三相四线制系统中。其他：层间、层间短路。主要指电动机、变压器和线圈等。造成短路原因：绝缘损坏、设备老化、使用不当、外力作用、误操作、鸟兽触及等。短路电流的计算见表7。六丶继电保护配置1、继电保护的任务(1).供电系统需迅速地切断故障，并保护系统无故障部分继续运行。(2).当系统出现非正常工作状态时，要给值班人员发出信号，使值班人员及时进行处理，以免引起设备故障。2、继电保护装置继电保护装置使之能够反映设备发射故障或不正常工作状态而作用于开关跳闸或发出信号的自动装置，它是由各种继电器组成，继电保护装置与供电系统中注意提高预防事故或三相事故范围来提高系统运行的可靠性。3、主变压器保护根据规程规定400kVA变压器应设下列保护；(1).瓦斯保护防御变压器内部短路和油面降低，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。(2).电流速断保护防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。(3).过电流保护防御外部相同短