某厂降压变电所电气部分设计

中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第1页共22页1前言1.1工厂供电的意义和要求工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。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。工厂供电工作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有色金属的消耗量。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，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。1.2工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kv中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第2页共22页及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1）遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。（2）安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。（3）近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。（4）全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。2.负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。单组用电设备计算负荷的计算式:有功计算负荷deKPP无功计算负荷tanPQ视在计算负荷cosPS计算电流NUSI3运用公式对各车间进行负荷计算，结果如表2.1所示。表2.1机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量ePkW需要系数dKcostan计算负荷30PkW30varQk30SkVA30IA1铸造车间动力2600.30.651.177891.26照明80.81.006.40中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第3页共22页小计26884.491.26124.30188.852锻压车间动力3200.20.651.176474.88照明80.71.005.60小计32869.674.88102.23155.323金工车间动力3700.30.651.17111129.87照明70.81.005.60小计307116.6129.87174.51265.144工具车间动力3000.350.651.17105122.85照明90.91.008.10小计309113.1122.85166.98253.705电镀车间动力3000.520.750.88156137.28照明80.71.005.60小计308161.6137.28212.04322.166热处理车间动力1300.60.750.887868.64照明60.91.005.40小计13683.468.64108.01164.107装配车间动力1300.30.701.023939.78照明70.81.005.60小计13744.639.7859.7690.808机修车间动力1600.250.651.174046.8照明40.71.002.80小计16442.846.863.4296.369锅炉房动力780.80.750.8862.454.91照明20.71.001.40小计8063.854.9184.18127.9010仓库动力250.40.800.75107.5照明10.71.000.70小计2610.77.513.0719.8611生活区照明3400.80.900.48272130.56301.71458.40总计（380V侧）动力20731062.6904.33照明400计入pK=0.9qK=0.90.760.85956.34813.901410.211953.742.2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0.76.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0.92。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.92，暂取0.93来计算380V侧所需无功功率补偿容量：中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第4页共22页故选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）4台相组合，总共容量84kvar5=420kvar。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。表2.2无功补偿后工厂的计算的负荷项目cos计算负荷30PkW30varQk30SkVA30IA380V侧补偿前负荷0.76956.34813.901410.211953.74380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.93956.34393.901034.281571.43主变压器功率损耗11.684710kV侧负荷总计0.92741.68317806.6746.572.3年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量：pWPT年无功电能耗电量：qWQT结合本厂的情况，年最大负荷利用小时数T为4800h，取年平均有功负荷系数0.72，年平均无功负荷系数0.78。由此可得本厂：年有功耗电量：60.72960.5348003.3210pWkWhkWh；年无功耗电量：60.78451.91var48001.6910qWkhkWh。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。工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算公式为式（3.1）和（3.2）。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:中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第5页共22页iii321332211P)xP(PPPxPxPxPx(3.1)iii321332211P)yP(PPPyPyPyPy(3.2)图3.1机械厂总平面图按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示表3.1各车间和宿舍区负荷点的坐标位置坐标轴12345678910生活区X(㎝)1.31.33.53.54.26.66.66.66.69.40.7Y(㎝)5.33.75.33.71.86.44.83.21.54.80.4由计算结果可知，x=3.3y=3.7工厂的负荷中心在6号厂房的西南角。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在4号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第6页共22页4变电所主变压器的选择和主结线方案的选择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：（1）装设一台主变压器型式采用S9型，而容量根据式.30NTSS，选,301000NTSkVAS806.67kVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。（2）装设两台主变压器型号亦采用S9，而每台变压器容量按式iiipyyp和式.3012NTSS选择，即,(0.6~0.7)806.67(484~565.7)NTSkVAkVA。因此选两台S9630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用Yyn0。4.2变压器主接线方案的选择按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：（1）装设一台主变压器的主接线方案，如图4.1所示（2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4.2所示中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第7页共22页图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中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第8页共22页4.3两种主结线方案的技术经济比较。表4.1两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案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，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗小灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，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由手册查得S9—1000单价为10.76万元，而由手册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=21.52万元由手册查得S9—630单价为7.47万元，因此两台综合投资为4×7.47万元=29.88万元，比一台变压器多投资8.36万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查手册得GG—A（F）型柜按每台3.5万元计，查手册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=21万元本方案采用6台GG—A（F）柜，其综合投资额约为6×1.5×3.5=31.5万元，比一台主变的方案多投资10.5万元电力变压器和高压开关柜的年运行费参照手册计算，主变和高压开关柜的折算和维修管理费每年为4.893万元（其余略）主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为7.067万元，比一台主变的方案多耗2.174万元供电贴费按800元/KVA计，贴费为1000×0.08=80万元贴费为2×630×0.08万元=100.8万元，比一台主变的方案多交20.8万元从表4.1可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，因此决定采用装设两台主变的方案。中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第9页共22页5短路电流的计算5.1绘制计算电路如图5.1所示图5.1短路计算电路5.2确定短路计算基准值设100dSMVA，1.05dcNUUU，即高压侧110.5dUkV，低压侧20.4dUkV，则111005.53310.5dddSMVAIkAUk