某纺织厂供配电系统设计.doc
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某纺织厂供配电系统设计
班级:
15电气二班
学号:
姓名:
2017年月日
目录
序、题目 3
一、各车间的负荷计算 5
二、供电电压和初步方案确定 7
三、车间供电系统的设计 9
四、变电所主变压器的选择及主接线说明 12
五、短路电流的计算 13
六、设备的选择与校验 18
七丶导线的选择 22
八、主接线图及器件汇总 23
题目2某纺织厂供配电系统设计
一.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
1
纺
练
车
间
纺丝机
200
0.80
0.78
筒绞机
30
0.75
0.75
烘干机
85
0.75
1.02
脱水机
12
0.60
0.80
通风机
180
0.70
0.75
淋洗机
6
0.75
0.78
变频机
840
0.80
0.70
传送机
40
0.80
0.70
2
原液车间照明
1040
0.75
0.70
3
酸站照明
260
0.65
0.70
4
锅炉房照明
320
0.75
0.75
5
排毒车间照明
160
0.70
0.60
6
其他车间照明
240
0.70
0.75
2.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。
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.设计成果
1.设计说明书,包括全部设计内容,负荷计算,短路计算及设备选择要求列表;
2.电气主接线图(三号图纸);
答疑地点:
13-15周周五上午:
9;00-11;00,下午:
3:
00-17;00,机电实验大楼A226
参考文献:
1、翁双安主编,《供配电工程设计指导》[M],机械工业出版社
2、刘介才,工厂供电设计指导[M],机械工业出版社
一、各车间的负荷计算
1.纺练车间
①纺丝机:
②筒绞机:
③烘干机:
④脱水机:
⑤通风机:
⑥淋洗机:
⑦变频机:
⑧传送机:
车间总计算负荷对于车间负荷系数取K∑P=0.95K∑q=0.97
2.原液车间照明:
总的计算负荷
3.酸站照明:
总的计算负荷,
4.锅炉房照明:
总的计算负荷,
5.排毒车间照明:
总的计算负荷,
6.其他车间照明:
总的计算负荷,
(注:
最后一页附表1为各车间计算负荷统计)
对于全厂负荷系数,取K∑P=0.90K∑q=0.95
考虑5年的发展,年增长率按2%计算,全厂计算负荷
二、供电电压和初步方案确定
①电压等级的确定
工厂供电的电压,主要取决于当地电网的供电等级,同时也要考虑工厂用电设备的电压、容量和供电距离等因素。
题目提供了三个电压等级:
110/38.5/11kV。
由计算可知五年后工厂的最大功率为2486.7kW,且输送距离为16km。
查《工厂供电》表1-3可知,选用线路电压35kV,输送功率2000~10000kW,输送距离在20~50km。
然后再从与本厂相距5公里处的其他工厂引入10kV电缆做备用电源。
②供电方式的确定
初步确定为两种方案:
(1)如果当地电网供电电压为35kV,而厂区环境条件又允许采用35kV架空线和较经济的35kV电气设备时,可考虑采用35kV作为高压配电电压深入工厂各车间负荷中心,并经车间变电所直接降为低压用电设备所需电压。
(2)设立一个主降压变电,工作电源采用35kV,由变电所引入一回架空线路,备用电源采用10kV电压,由其他工厂引入一回架空线路。
对于只有二级负荷而无一级负荷的变电所,可以只采用一台变压器,但必须另有备用电源,所以仅需一台主变压器即可,10kV侧仍采用单母线分段的主接线,正常时由主变压器供电,故障时由10kV备用电源供电。
方案一
优点:
供电电压高,线路功率损耗少。
电压损失小,调压问题容易解决。
要求的功率因数值低,所需补偿容量小,可减少投资。
缺点:
需要的厂区环境比较严格
方案二
优点:
方案既能满足供电可靠性的要求,投资也相对较少;设立了总变电所,便于工厂供电系统的集中管理和调度
缺点:
设立总变电所,占地面积较多。
且所需的主变压器容量太大,可考虑用两台容量低的变压器并列运行(注:
技术发展,现在支持大容量的变压器)
③选择方案二
正常时以35kV单回架空线路供电,由于工厂的计算负荷(以五年后计算),考虑设一台变压器,选取主变压器容量为,型号为SL7-3150/35。
其电压比为,主要技术参数如下:
,,。
正常运行时变压器的负荷率为:
则主变压器的有功功率为:
无功功率为:
工厂进线的计算负荷:
功率因数不满足要求,需要进行补偿
选用BWF10.5-100-1W的并联电容进行补偿,则所需的电容个数:
,为保持三相平衡,n=12所以无功功率补偿后的计算负荷:
功率因数满足要求
35kV供电线路架空线截面积的选择
负荷电流
A)按经济电流密度选取导线
本厂地区最高温度为38度,最热月平均最高气温为30度。
环境温度一般取当地最热月平均最高气温,故选择为30度。
计算其经济截面:
查《工厂供电》表5-3,年最大负荷利用小时数4600小时,jec=1.15A/mm2
选取与其接近的标准截面面积,即LGJ-50型铝绞线。
B)校验发热条件
,因此满足发热条件
C)校验机械强度
查《工厂供电》附录表14,可知35KV架空钢芯铝绞线最小截面积,满足机械强度。
D)校验电压损耗
查《工厂供电设计指导》表8-3架空线路的档距,城区35KV高压线路为60~100m。
查《工厂供电设计指导》表8-4,架空线路导线间最小距离,采用悬式绝缘子的35KV线路,导线水平排列。
导线间最小距离为1.5m。
初步采用导线间距1.6m。
aav=1.26×1.6=2m
查《工厂供电》附录表6,R0=0.68Ω/km,X0=0.39Ω/km
线路电压损耗为
满足电压损耗要求
④当工作电源出现故障时,采用10kV的备用电源,其容量满足全部负荷的20%的需要,即
,,
10kV供电线路电缆线截面积的选择
负荷电流
A)按经济电流密度选取导线
本厂地区最高温度为38度,最热月平均最高气温为30度。
环境温度一般取当地最热月平均最高气温,故选择为30度。
计算其经济截面:
查《工厂供电》表5-3,年最大负荷利用小时数4600小时,jec=1.73A/mm2
选取与其接近的标准截面面积,查《工厂供电》附录表18,采用截面积为25mm2不滴流纸绝缘电力电缆,铺设在空气中。
B)校验发热条件
载流量较正系数为1.18
,因此满足发热条件
C)校验电压损耗
查《工厂供电》附录表6,R0=1.41Ω/km,X0=0.098Ω/km
线路电压损耗为
满足电压损耗要
三、车间供电系统的设计
①变配电所的选择
根据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:
纺炼车间照明、锅炉房照明。
变电所Ⅱ:
原液车间照明
变电所Ⅲ:
排毒车间照明、其他车间照明、酸站照明。
②变压器的选择
(1)变电所Ⅰ纺炼车间照明、排毒车间照明
取K∑P=0.90K∑q=0.95
所以必须进行补偿
选用BWF10.5-50-1W的并联电容进行补偿,则所需的电容个数:
,为保持三相平衡,取n=9所以无功功率补偿后的计算负荷:
为保证供电的可靠性,选取两台变压器,所以选取的变压器容量应满足:
选取S9-1000/10型号的变压器两台,变比为10/0.4kV,为Yyn0联结方式
,,
负荷率:
有功功率损耗为:
无功功率损耗为:
变压器一次侧的计算负荷为:
(2)变电所Ⅱ原液车间照明
所以必须进行补偿
选用BWF10.5-50-1W的并联电容进行补偿,则所需的电容个数:
,为保持三相平衡,取n=6所以无功功率补偿后的计算负荷:
符合要求
为保证供电的可靠性,选取两台变压器,所以选取的变压器容量应满足:
选取S9-630/10型号的变压器两台,变比为10/0.4kV,为Yyn0联结方式
,,
负荷率:
有功功率损耗为:
无功功率损耗为:
变压器一次侧的计算负荷为:
(3)变电所Ⅲ排毒车间照明、其他车间照明、酸站照明。
取K∑P=0.90K∑q=0.95
所以必须进行补偿
选用BWF10.5-50-1W的并联电容进行补偿,则所需的电容个数:
,为保持三相平衡,取n=3所以无功功率补偿后的计算负荷:
为保证供电的可靠性,选取两台变压器,所以选取的变压器容量应满足:
选取S9-315/10型号的变压器两台,变比为10/0.4kV,为Yyn0联结方式
,,
负荷率:
有功功率损耗为:
无功功率损耗为:
变压器一次侧的计算负荷为:
汇总到10kv母线侧
取K∑P=0.90K∑q=0.95
满足要求
四、变电所主变压器的选择及主接线说明
①主变压器的选择
变电所主变压器台数的选择应根据负荷大小,负荷对供电可靠性的要求、经济性及用电发展规划等因素综合考虑确定。
变压器的台数越多,供电的可靠性就越高,但是设备投资大,运行费用高,因此,在满足供电可靠的前提下,变压器的台数越少越好。
在确定变压器台数时,还用适当考虑负荷的发展,留有一定的余地。
本变电所为一回35kV工作电源进线,及一回10kV备用电源,仅需一台主变压器即可,主变压器的容量选择:
,即主变压器选择SL7-3150/35型变压器
②车间变电所变压器的选取
对有大量一、二级负荷的变电所,应满足电力负荷对供电可靠性的要求,应采用两台变压器。
对只有二级负荷而没有一级负荷的变电所,且能从邻近车间变电所取得低压备用电源时,可以采用一台变压器。
对季节性负荷或昼夜负荷变化较大时,应使变压器在经济运行状态下运行,可用两台变压器供电,以便再低谷时切除一台变压器。
除上述情况外,车间变电所可采用一台变压器。
但是,当集中负荷较大时,虽是三级负荷,也可以采用两台或者多台变压器。
根据本厂的各车间负荷计算,得出各车间变电所所需的变压器台数及其容量,如下表所示
序号
型号
台数
主变压器
SL7-3150/35
1
变电所Ⅰ
S9-1000/10
2
变电所Ⅱ
S9-630/10
2
变电所Ⅲ
S9-315/10
2
③主接线说明
本次设计根据前面的技术、经济比较选择方案三:
正常运行时采用35KV供,35KV供电系统故障或检修时,采用10KV备用电源系统供电。
10KV配电系统采用单线分段接线
1)总降压变电所设一台主变压器,型号为SL7-3150/35,以35KV架空线从电力网中经隔离开关引入作为工作电源。
经在变压器的高压侧装设一台SW2-35/1000型真空断路器,便于变电所的控制和检修。
2)主变压器低压侧SN-10-10Ⅰ/630经真空断路器再经隔离开关接在10KVI段母线上。
10KV备用电源经电缆线路引入经SN-10-10Ⅰ/630型真空断路器再经隔离开关接在10KVII段母线上,I、II段之间设母联断路器,隔离开关。
3)总降压变电所的10KV侧采用单母线分段接线,各车间的二级负荷都由两段母线供电,提高了供电的可靠性。
4)根据规定,10KV备用电源只有在35KV主电源停运及主变压器故障或检修时,才能投入使用。
因此,在正常运行方式下,主变压器两侧开关合上,10KV母线分段开关合上,备用电源开关断开。
在备用电源开关上装设备用电源自动投入装置(APD),当工作电源故障时,自动投入备用电源,保证一级负荷车间的正常供电。
5)当主变压器检修时,只需合上10KV备用电源进线开关就可以实现一级负荷车间的正常供电。
五、短路电流的计算
①工厂总降压变母线短路电流(k-1点,k-2点)
(1)确定标幺值基准:
取,,
(2)计算短路电路中个主要元件的电抗标幺值
2)电力系统电抗
3)架空线路查《工厂供电设计指导》表8-36,得LGJ-50型的,又线路长为16m
4)电力变压器查《工厂供电设计指导》表2-8,得,故
绘制等效电路,如下图所示
(3)计算k-1点(37kV侧)的短路电流总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1)总阻抗标幺值
2)三相短路电流周期分量有效值
3)其他短路电流
4)三相短路容量
(4)计算k-2点(10kV侧)的短路电流总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1)总阻抗标幺值
2)三相短路电流周期分量有效值
3)其他短路电流
4)三相短路容量
②工厂车间短路电流(k-3点,k-4点,k-5点)
(1)确定标幺值基准:
取,,
(2)计算短路电路中个主要元件的电抗标幺值
1)电力系统电抗
2)架空线路查《工厂供电设计指导》表8-36,得LGJ-50型的,又线路长为16m
3)电力变压器(SL7-3150/35)查《工厂供电设计指导》表2-8,得,故
4)10kV厂内架空线路电抗(给变电所Ⅰ、变电所Ⅱ、变电所Ⅲ供电)
因这段架空线路很短,电抗可不计
5)电力变压器(S9-1000/10、S9-630/10、S9-315/10)查《工厂供电》附表5,得
4),故
绘制等效电路,如下图所示
(3)计算k-3点(变电所Ⅰ侧)的短路电流总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1)总阻抗标幺值
3)三相短路电流周期分量有效值
3)其他短路电流
4)三相短路容量
(4)计算k-4点(变电所Ⅱ侧)的短路电流总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1)总阻抗标幺值
4)三相短路电流周期分量有效值
3)其他短路电流
4)三相短路容量
(5)计算k-5点(变电所Ⅲ侧)的短路电流总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1)总阻抗标幺值
5)三相短路电流周期分量有效值
3)其他短路电流
4)三相短路容量
③备用电源母线短路电流(k-6)
(1)确定标幺值基准:
取,
(2)计算短路电路中个主要元件的电抗标幺值
1)电力系统电抗
2)电缆线路查《工厂供电设计指导》表8-41,得,又线路长为5km
绘制等效电路,如下图所示
3)计算k-6点的短路电流总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1)总阻抗标幺值
6)三相短路电流周期分量有效值
3)其他短路电流
4)三相短路容量
以上结果综合如下表
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MVA
K-1
2.18
2.18
2.18
5.60
3.29
140.8
K-2
1.97
1.97
1.97
5.02
2.97
34.1
K-3
27.86
27.86
27.86
51.26
30.37
19.3
K-4
22.21
22.21
22.21
40.87
24.21
15.38
K-5
15.55
15.55
15.55
28.61
16.95
10.78
K-6
7.97
7.97
7.97
20.32
12.03
144.9
六、设备的选择与校验
(一)高压器件的选择
高压断路器的选择
1、按工作电压选择设备的额定电压UN.e不应小于所在线路的额定电压UN,即UN.e≥UN。
2、按工作电流选择设备的额定电流IN.e不应小于所在电路的计算电流I30,即IN.e≥I30。
3、按断流能力选择设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc不应小于设备封端瞬间的短路电流有效值 Ik或短路 容量Sk,即Ioc≥Ik或Soc≥Sk。
4、按短路条件校验就是校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳定。
高压隔离开关的选择
1、按工作电压选择设备的额定电压UN.e不应小于所在线路的额定电压UN,即UN.e≥UN。
2、按工作电流选择设备的额定电流IN.e不应小于所在电路的计算电流I30,即IN.e≥I30。
3、按短路条件校验就是校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳定。
(注查《工厂供电设》及查《工厂供电设计指导》,都未找到额定电压35kV的高压隔离开关,型号待定)
①主变35kV侧
主变35kV侧的计算电流为
安装地点的电气条件
所选设备的技术参数
项目
数据
项目
SW2-35/1000
35
35
44.47
1000
2.84
16.5
5.6
45
16.52×4=1089
所以选择高压断路器SW2-35/1000型,参数如下表
②主变10kV侧
主变10kV侧的计算电流为
所以选择高压断路器SN-10-10Ⅰ/630型,隔离开关选取GN19-10/400型,参数如下表
安装地点的电气条件
所选设备的技术参数
项目
数据
项目
SN-10-10Ⅰ/630
GN19-10/400
10
10
10
126.7
300
400
1.97
16
5.02
40
31.5
162×4=1024
12.52×4=625
③备用电源10kV侧
备用电源10kV侧的计算电流为
所以选择高压断路器SN-10-10Ⅰ/630型,隔离开关选取GN19-10/400型,参数如下表
安装地点的电气条件
所选设备的技术参数
项目
数据
项目
SN-10-10Ⅰ/630
GN19-10/400
10
10
10
31.9
300
400
7.97
16
20.32
40
31.5
162×4=1024
12.52×4=625
(二)低压器件的选择
低压断路器的选择
一)低压断路器过电流脱扣器的选择
1、脱扣器额定电流IN.OR应不小于所在线路的计算电流I30,即IN.OR≥I30。
2、瞬时和短延时过电流脱扣器动作电流Iop应躲过线路的尖峰电流Ipk,即Iop≥KrelIpk。
二)低压断路器电压、电流规格的选择与校验
1、断路器的额定电压UN.QF应不低于所在线路的额定电压UN,即UN.QF≥UN。
2、断路器的额定电流IN.QF应不小于所在线路的额定电流IN,即IN.QF≥IN。
3、断路器断流能力的校验条件对于DZ型,为Ioc≥Ish(3)
对于DW型,为Ioc≥Ik(3)
变电所Ⅰ
选择DW16-2000型号,脱扣器额定电流2000A。
单台用电设备的尖峰电流Ipk=KstIN
多台用电设备的线路上的尖峰电流Ipk=I30+(Ist-IN)max
(Ist-IN)max为用电设备中各台设备启动电流与额定电流之差的最大值,此处未知,故取Ipk≈I30
对于DW型断路器,Krel可取1.35
瞬时脱扣电流整定为Iop(0)=4800A>KrelIpk=1785A满足躲过尖峰电流的要求。
低压断路器选择DW16-2000型号,低压刀开关选择HD13-1500/31型刀开关,参数如下表
安装地点的电气条件
所选设备的技术参数
项目
数据
项目
DW16-2000
HD13-1500/31
380
380
380V
1345.3
1600
1500
27.86
50
1816.2
4800
变电所Ⅱ
选择DW16-1000型号,脱扣器额定电流1000A。
单台用电设备的尖峰电流Ipk=KstIN
多台用电设备的线路上的尖峰电流Ipk=I30+(Ist-IN)max
(Ist-IN)max为用电设备中各台设备启动电流与额定电流之差的最大值,此处未知,故取Ipk≈I30
对于DW型断路器,Krel可取1.35
瞬时脱扣电流整定为Iop(0)=3000A>KrelIpk=1350A满足躲过尖峰电流的要求。
低压断路器选择DW16-1000型号,低压刀开关选择HD13-1000/31型刀开关,参数如下表
安装地点的电气条件
所选设备的技术参数
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