工厂供电课程设计081221.docx
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工厂供电课程设计081221
广东水利电力职业技术学院
课程:
工厂供电课程设计
任务:
某机械厂供配电系统设计
系别:
自动化工程系
专业:
电气自动化技术
班别:
10电气1班
小组成员:
张添瑞100216151张伟涛100216152
张劲100216150指导教师:
韩琳
时间:
2012年07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。
-1-
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
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
-2-
第一章设计任务
1.1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,确定变电所的位置和型式,确定变电所主变压器的台数、容量与类型,选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线,确定二次回路方案,选择整定继电保护,确定防雷和接地装置。
最后按要求写出设计说明书,绘出设计图纸。
1.2设计依据
1.2.1工厂总平面图
(4)(5)(8)
(1)
(6)(9)
(2)
(7)(10)
(3)
图1.1
工厂平面图
1.2.2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
4600h,日最大负荷持续时间为6h。
该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外,其余均属三级负荷。
本厂的负荷统计
资料如表1.1
所示。
厂房编号
厂房名称
负荷类别
设备容量/kW
需要系数
功率因数
1
铸造车间
动力
300
0.3
0.7
照明
5
0.8
1.0
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
照明
8
0.7
1.0
7
金工车间
动力
400
0.2
0.65
照明
10
0.8
1.0
6
工具车间
动力
360
0.3
0.6
照明
7
0.9
1.0
4
电镀车间
动力
250
0.5
0.8
照明
5
0.8
1.0
-3-
3
热处理车间
动力
150
0.6
0.8
照明
5
0.8
1.0
9
装配车间
动力
180
0.3
0.7
照明
6
0.8
1.0
10
机修车间
动力
160
0.2
0.65
照明
4
0.8
1.0
8
锅炉车间
动力
50
0.7
0.8
照明
1
0.8
1.0
5
仓库
动力
20
0.4
0.8
照明
1
0.8
1.0
生活区
照明
350
0.7
0.9
表1.1
工厂负荷统计资料
1.2.3供电电源情况
按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定,本厂可由附近一条10kV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-150,导线为等边三角形排列,线距为2m;干线首端距离本厂约8km。
干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。
此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护,定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。
为满足工厂二级负荷要求,可采用高压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为80km,电缆线路总长度为25km。
1.2.4气象资料
本厂所在地区的年最高气温为38℃,年平均气温为23℃,年最低气温为-9℃,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米处平均气温为25℃。
当地主导风向为东北风,年雷暴日数为20。
1.2.5地质水文资料
本厂所在地区平均海拔500m,地层以砂粘土为主,地下水位为2m。
1.2.6电费制度
本厂与当地供电部门达成协议,在工厂变电所高压侧计量电能,设专用计量柜,按两
部电费制交纳电费。
每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA,动力电费为0.9元/Kw.h,照明电费为0.5元/Kw.h。
工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9,此外,电力用户需按新装变压器容量计算,一次性向供电部门交纳供电贴费:
6~10VA为800/kVA。
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)
P30=KdPe,Kd为系数
b)无功计算负荷(单位为kvar)
Q30=P30tan
-4-
c)视在计算负荷(单位为kvA)
S30=P30
cos
d)计算电流(单位为A)
S30,
UN
为用电设备的额定电压(单位为
)
I30=
KV
3UN
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)
P30=K
pP30i
式中
P30i是所有设备组有功计算负荷
P30之和,K
p是有功负荷同时系数,可取
0.85~0.95
b)无功计算负荷(单位为kvar)
Q30=KqQ30i,
Q30i是所有设备无功Q30
之和;Kq是无功负荷同时系数,可取
0.9~0.97
c)视在计算负荷(单位为kvA)
S30=P302
Q302
d)计算电流(单位为A)
S30
I30=
3UN
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
设备容量
需要系数
计算负荷
名称
类别
cos
tan
号
Pe/kW
Kd
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
铸造
动力
300
0.3
0.7
1.02
90
91.8
——
——
1
照明
5
0.8
1.0
0
4.0
0
——
——
车间
小计
305
——
94
91.8
132
201
锻压
动力
350
0.3
0.65
1.17
105
123
——
——
2
照明
8
0.7
1.0
0
5.6
0
——
——
车间
小计
358
——
110.6
123
165
251
金工
动力
400
0.2
0.65
1.17
80
93.6
——
——
7
照明
10
0.8
1.0
0
8
0
——
——
车间
小计
410
——
88
93.6
128
194
工具
动力
360
0.3
0.6
1.33
108
144
——
——
6
照明
7
0.9
1.0
0
6.3
0
——
——
车间
小计
367
——
114.3
144
184
280
电镀
动力
250
0.5
0.8
0.75
125
93.8
——
——
4
照明
5
0.8
1.0
0
4
0
——
——
车间
小计
255
——
129
93.8
160
244
3热处理
动力
150
0.6
0.8
0.75
90
67.5
——
——
-5-
车间
照明
5
0.8
1.0
0
4
0
——
——
小计
155
——
94
67.5
116
176
装配
动力
180
0.3
0.7
1.02
54
55.1
——
——
9
照明
6
0.8
1.0
0
4.8
0
——
——
车间
小计
186
——
58.8
55.1
80.6
122
机修
动力
160
0.2
0.65
1.17
32
37.4
——
——
10
照明
4
0.8
1.0
0
3.2
0
——
——
车间
小计
164
——
35.2
37.4
51.4
78
锅炉
动力
50
0.7
0.8
0.75
35
26.3
——
——
8
照明
1
0.8
1.0
0
0.8
0
——
——
车间
小计
51
——
35.8
26.3
44.4
67
动力
20
0.4
0.8
0.75
8
6
——
——
5
仓库
照明
1
0.8
1.0
0
0.8
0
——
——
小计
21
——
8.8
6
10.7
16.2
11
生活区
照明
350
0.7
0.9
0.48
245
117.6
272
413
动力
2219
1013.5
856.1
——
——
照明
403
总计
计入K
p=0.8,K
q=0.85
0.75
810.8
727.6
1089
1655
2.2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。
而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。
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0.9,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:
QC=P30(tan1-tan2)=810.8[tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]=369.66kvar
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84kvar5=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
Q30'=(727.6-420)kvar=307.6kvar,
视在功率S30'
P302
Q30'2=867.2kVA,计算电流I30'
S30'
=1317.6A,功率因数提高为
3UN
30
cos'=P'=0.935。
S30
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。
-6-
主屏辅屏
CCC
1#方案3#方案
6支路6支路
2#方案4#方案
8支路8支路
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
计算负荷
项目
cos
P30/KW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.75
810.8
727.6
1089
1655
380V侧无功补偿容量
-420
380V侧补偿后负荷
0.935
810.8
307.6
867.2
1317.6
主变压器功率损耗
0.015S30=13
0.06S30=52
10KV侧负荷计算
0.935
823.8
359.6
898.9
52
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,P1、P2、P3P10分别代表厂房1、2、3...10号的功率,设
定P1(2.5,5.6)、P2(3.6,3.6)、P3(5.7,1.5)、P4(4,6.6)、P5(6.2,6.6)、P6(6.2,5.2)、P7(6.2,3.5)、P8(8.8,6.6)、P9(8.8,5.2)、P10(8.8,3.5),并设P11(1.2,1.2)
为生活区的中心负荷,如图3-1所示。
而工厂的负荷中心假设在P(x,y),其中
P=P+P+P
+P=Pi
。
因此仿照《力学》中计算中心的力矩方程,可得负荷中心的坐
1
2
3
11
标:
P1x1
P2x2
P3x3
P11x11
(Pixi)
x
P1P2
P3
P11
(3-1)
Pi
-7-
P1y1
P2y2
P3y3
P11y11
(Piyi)
y
P1P2
P3
P11
(3-2)
Pi
把各车间的坐标代入(
1-1)、(2-2),得到x=5.38,y=5.38。
由计算结果可知,工厂的负
荷中心在6号厂房(工具车间)的西北角。
考虑到周围环境及进出线方便,决定在
6号厂
房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所,器型式为附设式。
y
P4P5P8
P1P
P6P9
P2
P7P10
PP3
11
x
图3-1按负荷功率矩法确定负荷中心
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
,
为主变压器容量,S
型号为S9型,而容量根据式SNTS30SNT
30
为总的计算负荷。
选SNT=1000KVA>S30=898.9KVA,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,考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。
b)装设两台变压器
型号为S9型,而每台变压器容量根据式(
4-1)、(4-2)选择,
即
SNT
(0.6~0.7)898.9KVA=(539.34~629.23)KVA
(4-1)
SNT
S30(
)=(134.29+165+44.4)KVA=343.7KVA
(4-2)
因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。
工厂二级负荷所需的备用电源,考虑由邻近
单位相联的高压联络线来承担。
主变压器的联结组均为Yyn0。
4.2变电所主接线方案的选择
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:
4.2.1装设一台主变压器的主接线方案如图4-1所示
-8-
10k
FS4-1
GW口-10
GG-1A(J)-0
GG-1A(F)-5
GG-1A(F)-0
GG-1A(F)-0
Y0
Y0
联
络
(备用电源)
S9-100
10/0.4k
220/380
高压柜
GG
GG
GG
GG
1A(J
1A(F
1A(F
1A(F
-0
-5
-0
-0
主联络(备用)
图4-1装设一台主变压器的主接线方案
4.2.2装设两台主变压器的主接线方案如图4-2所示
-9-
10kV
FS4-10GW口-10
GG-1A(F)-113、11
GG-1A(J)-01
GG-1A(F)-07
GG-1A(F)-54
GG-1A(F)
-96
Y
Y
0
联络线
0
S9-630
S9-630
10/0.4kV
10/0.4kV(备用电源)
220/380V
高压柜列
GG-
GG-
GG-
GG-
GG-
GG-
1A(F)
1A(F)
1A(J)
1A(F)
1A(F)
1A(F)
-113
-11
-01
-96
-07
-54
主主联络
变变(备用)
图4-2装设两台主变压器的主接线方案
4.3
主接线方案的技术经济比较
表4-1主接线方案的技术经济比较
比较项目
装设一台主变的方案
装设两台主变的方案
技
供电安全性
满足要求
满足要求
术
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
指
供电质量
由于一台主变,电压损耗较大
由于两台主变并列,电压损耗较
标
小
-10-
灵活方便性
只有一台主变,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
查得S9-1000/10的单价为
查得S9-630/10的单价为10.5万
电力变压器的
15.1万元,而变压器综合投资
元,因此两台变压器的综合投资
综合投资额
约为其单价的2倍,因此综合
约为4*10.5=42万元,比一台主
投资约为2*15.1=30.2万元
变方案多投资11.8万元
查得GG-1A(F)型柜可按每台4
高压开关柜
万元计,其综合投资可按设备
本方案采用6台GG-1A(F)柜,其
(含计量柜)
的1.5倍计,因此高压开关柜
综合投资约为6*1.5*4=36万元,
的综合投资额
的综合投资约为4*1.5*4=24
比一台主变方案多投资12万元
经
万元
主变的折旧费=42万元*0.05=2.1
济
主变的折旧费=30.2万元
万元;高压开关柜的折旧费=36
指
*0.05=1.51万元;高压开关柜
万元*0.06=2.16万元;变配电的
标
的折旧费=24万元*0.06=1.44
维修管理费=(42+36)万元
电力变压器
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