电力工程课程设计聚乙烯参考报告.docx
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电力工程课程设计聚乙烯参考报告
目录
摘要-2-
聚乙烯工厂变电所供配电课程设计书-3-
一、原始资料-4-
二、变压器的选择-6-
2.1补偿容量的计算-6-
2.2主变压器的选择-7-
2.3各个车间变压器的选择-8-
2.4架空线路的选择-9-
三、短路电流的计算-10-
四、继电保护-12-
五、变电所的设计说明-15-
六、高、低压开关选择及校验-17-
七、降压变电所防雷与接地装置-20-
八、确定供电系统主接线方案并绘图-22-
九、课程设计心得体会-28-
摘要
本次课程设计主要是对一个年产量为万吨聚乙烯的工厂全厂总配变电所及配电系统的设计。
根据所给定的全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表进行电力负荷计算,然后根据对计算负荷的分析选定主变压器和各车间变电所的变压器型号及其联接组别,在设计中根据本厂供电电源和厂供电要求进行架空线路的选择,根据电力部门对工厂功率因数的要求计算出需要补偿的无功功率并以此选择相应的补偿电容器。
然后对线路设定短路点进行短路电流的计算作为各设备的选型依据。
考虑到对变压器的保护在设计中对主变压器设置了以下继电保护:
瓦斯保护、过电流保护和电流速断保护。
电力工程课程设计任务书
聚乙烯工厂变电所供配电设计
设计任务
设计目的
通过电力工程课程设计,熟悉电力设计的相关规程、规定,树立可靠供电的观点,了解电力系统,电网设计的基本方法和基本内容,熟悉相关电力计算的内容,巩固和加深对课程学习的理论知识的理解,学习撰写工程设计说明书,对变电所区域设计有初步的认识,培养分析问题和独立解决实际问题的能力,理论联系实际的能力,懂得技术与经济问题全面考虑的能力。
设计要求
(1)通过对相应文献的收集、分析以及总结,给出相应项目分析,需求预测说明。
(2)通过课题设计,掌握电力系统设计的方法和设计步骤。
(3)学习按要求编写课程设计报告书,能正确阐述设计方法和计算结果。
(4)学生应抱着严谨认真的态度积极投入到课程设计过程中,认真查阅相应文献以及实现,给出个人分析、设计以及实现。
设计任务
(一)设计内容
1.总降压变电站设计
(1)负荷计算
(2)主结线设计:
选主变压器及高压开关等设备,确定最优方案。
(3)短路电流计算:
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:
电气主接线、主要电气设备选择及校验:
断路器、隔离开关、母线、限流电抗器、电流互感器、电压互感器等,电气设备的发热与电动力的计算。
选用型号、数量、汇成设备一览表。
(5)系统运行:
有功与频率;无功与电压;经济运行;电力系统运行的稳定性
一、原始资料
1.1设计原始资料
(1)本厂设有薄膜、单丝、管材、注射等四个车间,设备选型全部采用我国新定型设备其外还有辅助车间及其它设施。
(2)全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表(380伏侧)。
(3)该厂由处于厂南侧一公里的110/35千伏变电所用35千伏架空线路向其供电,电业部门变电所配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为2秒,工厂配电所应不大于1.3秒,工厂的功率因数值要求在0.9以上。
(4)生产车间为三班制,部分车间为单班或两班制,全年最大负荷利用时间为5000小时,属于三级负荷。
(5)本地区最热月平均最高温度为35摄氏度,土壤中0.7—1深处一年最热月平均温度为20摄氏度,年暴雷日为30天,土壤冻结深度为1.10米,主导风向夏季为南风。
(6)本厂地表面比较平坦,土壤主要成分为积土及砂质粘土,层厚为1.6—7米不等,地下水位一般为0.7米,地耐压力为20吨/平方米。
表1各车间380V负荷计算表
序号
车间(单位)
名称
设备
容量
/kW
Kd
计算负荷
车间
变电所
代号
变压器台数及容量/kVA
P30
/kW
Q30
/kvar
S30
/kVA
I30
/A
1
薄膜车间
1400
0.6
0.60
1.33
840
1117.2
1442.1
2191
No.1车变
1×1250
成品库
(二)
24
0.3
0.5
1.73
7.2
12.5
14.4
21.8
包装材料库
29
0.3
0.5
1.73
8.7
15.1
17.4
26.4
小计(KΣ=0.95)
1453
813.1
1087.6
1357.9
2063.1
2
单丝车间
1385
0.6
0.65
1.169
831
971.439
1278.4
1942
No.2车变
1×1000
水泵房
20
0.65
0.80
0.75
13
9.75
16.3
24.8
小计(KΣ=0.95)
1405
801.8
932.1
1229.5
1868
3
注塑车间
189
0.4
0.60
1.33
75.6
100.5
125.8
191
No.3车变
2×100
4
备料车间
138
0.6
0.50
1.73
82.8
143.2
165.4
251.3
No.4车变
1×125
生活间
10
0.8
1.0
0
8
0
8
12.2
浴室
5
0.8
1.0
0
4
0
4
6.1
小计(KΣ=0.87)
153
82.5
124.6
149.4
227
5
锅炉房
200
0.7
0.75
0.88
140
123.2
186.5
283.4
No.5车变
2×160
加油站
12
0.65
0.50
1.73
7.8
13.5
15.6
23.7
办公楼、
食堂招待所
50
0.6
0.60
1.33
30
39.9
49.9
75.8
小计(KΣ=0.9)
262
160
158.9
225.5
342.6
根据公式:
P30=Kd.Pe
Q30=P30.tanφ
S30=P30/cosφ
I30=S30/√3Un
分别计算出车间的有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷和用电设备组的计算电流,将数据填入表格1中。
低压侧母线负荷计算:
P=3462kwP30=1933kwQ30=2403.7Kvar
S30=
=3084.5KV.A
无功补偿后工厂的计算负荷
项目
cosΦ
计算负荷
P30/KW
Q30/Kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.63
1933
2403.7
3084.5
4686.4
380V侧无功补偿容量
-1560
380V侧补偿后负荷
0.92
1933
843.7
2109.1
3204.4
主变压器功率损耗
14.7
71
10KV侧负荷总计
0.91
1947.7
914.7
2151.8
124.2
二、变压器的选择
2.1补偿电容器选择
全厂自然功率因数:
=
≈0.63<0.9
由于本设计中上级要求
≥0.9,也即高压侧功率因数不低于0.9,由于自然功率因数:
≈0.63<0.9,因此需要进行无功补偿。
考虑到主变压器的无功损耗远大于有功功率损耗,可按低压侧补偿后的功率因数为0.92来计算补偿容量。
因此,需装设的电容器容量为:
通过查表,选BWF6.3—40—1W电容器进行补偿。
则所需电容器个数为n=
/
=38.985故取n=39,采用39个BWF6.3—40—1W并联电容器进行补偿。
因此,实际补偿容量为:
=39×40=1560Kvar
故,补偿后低压母线侧的视在功率为:
=
≈2109.1KV.A
补偿后功率因数:
COS
≈0.92>0.9,满足条件。
无功功率补偿在电路中的作用:
①提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率;
②减少电力网络的有功损耗;
③合理地控制电力系统的无功功率流动,从而提高电力系统的电压水平,改善电能质量,提高了电力系统的抗干扰能力;
④在动态的无功补偿装置上,配置适当的调节器,可以改善电力系统的动态性能,提高输电线的输送能力和稳定性;
⑤装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。
对电容器、电缆、电机、变压器等,还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。
2.2主变压器的选择
由于该厂的负荷属于三级负荷,并且生产车间为一班制,对电源的供电可靠性要求较不高,因此只需要采用一台变压器既可。
故,主变压器的容量
应该同时满足全部用电设备总计算负荷
的需要,即:
≥0.7×
=1476.4KV.A
所以选用一台型号为S9—1600/10变压器,联结组别为yyno
参数为:
△
=2.4KW△
=14.5KW
%=0.6
%=4.5
=
≈0.92
故变压器的损耗为:
△
:
△
+
△
=2.4+0.92
×14.5≈14.7KW
△
=
×(
%+
%)=16×(0.6+0.92
×4.5)≈71Kvar
则高压侧:
P30
,=1933+14.7=1947.7KW
Q30,=2403.7-1560+71=914.7Kvar
S30,=2151.8KV.A
≈0.91>0.9满足要求。
2.3各个车间变压器选择:
NO.1车间变压器选择:
由于变压器台数为一台因此
故选择一台S9-1250/10变压器
NO.2车间变压器选择:
由于变压器台数为一台因此
故选择一台S9-1000/10变压器
NO.3车间变压器选择:
由于变压器台数为两台因此
故选择两台S9-100/10变压器
NO.4车间变压器选择:
由于变压器台数为一台因此
故选择一台S9-125/10变压器
NO.5车间变压器选择:
由于变压器台数为两台因此
故选择一台S9-160/10变压器
变压器选择列表
型号
额定电压/KV
连接组别
损耗/KW
空载电流%
阻抗电压%
高压
低压
空载
负载
主变压器一台
S9-1600/10
10
0.4
Yyn0
2.4
14.5
0.6
4.5
NO.1一台
S9-1250/10
10
0.4
Yyn0
1.95
12
0.6
4.5
NO.2一台
S9-1000/10
10
0.4
Yyn0
1.7
10.3
0.7
4.5
NO.3两台互为暗备用
S9-100/10
10
0.4
Yyn0
0.29
1.5
1.6
4
NO.4一台
S9-125/10
10
0.4
Yyn0
0.34
1.8
1.5
4
NO.5两台互为暗备用
S9-160/10
10
0.4
Yyn0
0.4
2.2
1.4
4
2.4架空线路的选择
(1)由于本厂从电力系统的66/10KV变电站用10KV架空线路向工厂馈电并且由负荷性质仅采用一台变压器,因此架空线可只需要采用一条。
(2)架空线面积选择
线路在工作时的最大工作电流为:
Ig=
=
≈124.2A
由于生产车间为一班制,年最大有功负荷利用小时数为1500h,查参考数可得:
jec=1.65A/mm2
1因此案经济电流密度选择导线截面有:
Aec=
≈75.3mm2
选择最接近而又偏小一点的标准导线截面这样可以节省初投资和有色金属消耗量,故选用标准截面为70mm2的LGJ—70钢芯铝绞线,允许载流量为275A.
2按发热条件选择导线面积有:
Ial>I30
又导线的温度校正系数K=
al:
导线材料最高允许温度
0:
导线允许载流量所采用的环境温度
0,:
导线铺设地点的实际环境温度
由于导线在室外因此环境温度一般取当地最热月每日最高气温的月平均值,即26οC
因此,K=0.94
而LGJ-70型铝绞线允许载流量为:
Ial=0.94×271A=258.5A故满足发热条件。
3校验机械强度
由规定得知6-10KV线路非居民区钢芯铝绞线最小允许导线截面为16mm2
因此所选LGJ-70钢芯铝绞线满足机械强度要求。
三、短路电流计算
3.1短路电流的计算目的
为了保证电力系统安全运行,择电气设备时,要用流过该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验,以保证设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和点动力的巨大冲击。
同时,为了尽快切断电源对短路点的供电,继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸。
继电保护装置的整定和断路器的选择,也需要短路电流数据。
3.2短路电流计算的相关公式
①Id=
②
=(UK%/100)×(Sd/SN)
③Sd=
④X*WL=
⑤ish=2.55IP
⑥Ish=1.51Ip
3.3计算:
(1)设定标幺值
取Sd=100mv.AUd=10.5KVId=
(2)计算各元件的电抗标幺值:
电力系统:
X*s=
=
=0.5
输电线路:
X*WL=
=X1l
=0.4×
≈0.36
变压器:
X*T=
×
=
×
≈2.8
(3)画等效电路图如下图所示:
(4)求K1点的总等效电抗标幺值以及三相短路电流及短路容量
X*Z1=X*S=0.5
IK1=
=
=11KA
Ish=2.55IK1=2.55×11=28.05KA
ISH=1.51IK1=1.51×11=16.61KA
而且I”=I∞=IP=IK1=11KA
(5)、求K2点的总等效电抗标幺值以及三相短路电流及短路容量
取Sd=100mv.AUd=0.4KVId=
=144KA
同理可得
因此列表可得
短路计算结果
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MVA
I’’(3)
k-1
11
11
11
28.05
16.61
200
k-2
40
40
40
73.6
43.6
27.3
四、继电保护
1、工厂电力线路的常见故障和保护配置
常见的故障主要有相间短路、单相接地、过负荷。
工厂电力线路装设带时限的过电流保护,保护动作于断路器跳闸,
作为相间短路的保护。
工厂电力线路装设绝缘监视装置(零序电压保护)或单相接地保护(零序电流保护),保护动作于信号,作为单相接地故障保护。
可能经常过负荷的电缆线路,装设过负荷保护,动作于信号。
2、工厂变压器的常见故障和保护配置
箱内故障:
绕组的相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯烧损;
箱体外故障:
套管及其引出线的相间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路;
外部故障:
外部因素引起的过电流、过电压、过负荷、过励磁等;
非电气故障:
油位下降、油温升高、箱体内压力升高和冷却系统故障。
保护配置的一般原则:
(1)、针对变压器内部的各种短路及油面下降应该装设瓦斯保护,其中轻瓦斯保护动作与信号,重瓦斯保护作用于瞬时断开保护测断路器
(2)、应该装设反映变压器绕组和引出线的多相短路及绕组匝间短路的纵联差动保护或者是电流速断保护作为主保护瞬时断开各侧断路器
(3)对于外部相间短路引起的变压器过电流更具变压器的容量和运行情况的不同以及对外界变压器灵敏度的要求不同可采用过电流保护复合电压启动的过电流保护、负序电流和单相式低电压启动的过电流保护或阻抗保护作为后备保护,带时限动作与跳闸
(4)对于110KV及以上中性点直接接地的电力网,应根据变压器中性点接地运行方式的具体情况和变压器的绝缘情况装设零序电流保护,带时限动作与跳闸
(5)为预防长时间的过负荷对设备的损坏,应根据可能的过负荷情况装设过负荷保护,带时限动作与信号
(6)对变压器温度身高和冷却系统的故障,应根据变压器的标准规定装设作用于信号或动作于跳闸的装置。
3、对于本设计中高压侧为10KV的工厂总降压变电所主变压器来说,应装设有瓦斯保护、过电流保护和电流速断保护。
变压器的保护装置及整定计算
瓦斯保护
采用FJ-80型开口杯挡板是气体继电器
装设反时限过电流保护
采用GL15型感应式过电流继电器,两相两继电器式接法,去分流跳闸的操作方式。
电流互感器的选择
高压侧:
由于之前变压器接线为Yyn0方式,因此此处电流互感器采用三角形接法。
计算电流互感器变比:
选择电流互感器型号为LAJ-10
互感器选择标准变比为:
K=200/5=40;
变压器的过电流及电流速断保护:
过电流的整定计算:
过电流保护
动作电流整定计算:
动作时间整定计算:
因此过电流保护电流动作时间可定为最小0.5s。
过电流保护灵敏系数的校验
电流速断保护整定
动作电流整定计算
灵敏度校验
由此可知,满足条件。
五、变电所的设计说明
1、概述
本设计为10KV地面变电所一次设计,该变电所是针对全厂全年生产能力为万吨聚乙烯及烃塑料制品的设计,变电所内一次设备主要有:
一台主要变压器(S9—1600)和多油断路器,隔离开关,电源变压器,所用变压器,避雷针,高压开关柜进线柜等。
根据供电部门的协议,决定厂内设高压配电所,配电所得主线也称一次接线。
它的含义是指由各种开关电气、电力变压器,母线电力电缆及电抗器、避雷针、电容器等电气设备按一定次序连接起来的,接受和分配电能的电路,而主接线图是指该种电路的接线方法。
电气主接线的作用如下:
电气主接线是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据,因此电气运行人员必须熟悉变电所中电气主接线,了解电路中各设备用途、性能及维护检查项目和运行操作步骤等。
电气主接线表明了变压器、断路器、和线路等电气设备数量、规格、连接方式及可能运行方式。
电气主接线直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置布置、继电保护和自动装置的确定。
是变电所电器部分投资大小的决定因素。
由电能生产特点是:
发电、变电、输电和用电是是同一时刻完成的,所以主接线的好坏直接关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行,也直接影响到工农业生产和人民生活。
电气主接线对电气设备的选择,配电所得布置,运行的可靠性灵活性,操作和检修安全以及今后扩建,对电力工程建设和运行经济节约等,都有很大影响。
2、进行工厂变电所主接线设计时,应满足以下几点要求:
a、安全。
设计应符合有关国家标准和技术规范的要求,能充分保证人身安全和设备的安全。
b、可靠。
应满足电力负荷特别其中一、二级负荷对供电可靠性要求。
c、灵活。
应能适应必要的各种运行方式,便于切换操作检修,且适应负荷发展。
d、经济。
力求要使主接线结构简单,投资少,运行费用低。
3、电气主接线的基本方式
(1)单母线接线
母线是连接电源盒引出线的中间环节,起汇集和分配电能的作用,只有一组母线的接线称为单母线。
单母线接线简单明了,操作方便,便于扩建,投资少。
(2)双母线连线
在单母线连线基础上,设备备用母线,就成双母线。
它在供电可靠性和运行灵活性方面是最好的一种接线。
可投资大,开关器多,配电装置复杂,占地面积大,不适合一般变电所。
(3)桥式接线
当配电所只有两回路电源进线和两台主变压器时,采用桥式接线用的断路器台数最少,投资低。
(4)线路——变压器组单元接线
当单回路单台变压器供电时,宜用此进线,所有电电气设备少,配电装置简单,节约建设投资。
4、室内布置
整个主控制室内和高压配电室坐南朝北,这样便于控制室采光,变电所房屋建筑见室内平面图。
设有低位配电屏,主变保护屏中央信号,中央信号继电器及电度表屏,主变保护控制屏,中央信号布置北侧,正对值班人员。
母线的配电装置可以设在一个单独的房间。
5、室外布置
10KV电源线由变电所的东部引进,配电装置采用低式布置,避雷器,电源变压器及它的保护用的熔断器,低式布置在母线的俩端,避雷器,电源变压器布置在主控制器的东侧。
6、变电所位置形式的选择
变电所位置选择,应根据下列要求及技术、经济比较确定:
1、接近负荷中心;
2、进出线方便;
3、接近电源侧;
4、设备运输方便;
5、不应设在有剧烈震动或高温的场所;
6、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所,当无法远离时,不应设在污染源盛行风向的下风口;
7、不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方,且不宜与上述场所相贴邻;
8、不应设在有爆炸危险的正上方或正下方,且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方,当与爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时,应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定;
9、不应设在地势低洼和可能积水的场所。
六、高、低压开关选择及校验
高压一次设备的选择,应满足一次电路正常条件下和短路条件下工作的要求;同时应工作安全可靠,运行维护方便,投资经济合理。
1、按正常工作条件选:
即应满足电气装置的环境条件和电气要求;
环境条件—指电气装置所处位置(室内室外),环境温度,海拔及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。
电气要求—指电气装置对设备的电压、电流、频率等方面的要求;对一些断流电器(开关、熔断器等),还应考虑其断流能力。
2、短路条件:
即设备应按最大可能的短路故障时的动稳定和热稳定度进行校验(熔断器或装有熔断器的电流互感器及电力电缆不必进行动稳定校验)。
变电所主变压器台数和容量的选择
1、选择台数的原则:
1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求
一、二级负荷应选两台;只有二级负荷时,可选一台变压器,但必须在低压侧引进来自其他变电所的备用电源,或另有备用电源;
2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所,也可考虑采用两台变压器;
3)除上述两种情况外,一般车间变电所宜采用一台变压器;(但负荷集中且容量相当大的变电所也可采用两台或多台变压器)
4)在确定变电所主变压器台数时,应适当考虑负荷的发展,留有一定的裕量。
对于本设计所要求的工厂负荷,由于S30=2109.1KVA并且属于三级负荷一班制工作方式所以主变电所台数为一台,容量为1600KVA,型号为:
S9—1600/10(4).
低压一次设备的选择与高压一次设备的选择一样,必须满足正常条件和短路故障条件下工作要求,同时应保证工作安全可靠,运行维护方便,投资经济合理。
高压一次设备的选择校验项目表
高压一次设备的选择校验项目和条件
电气设备名称
电压/kv
电流/A
断流能力/KA
短路电流校验
动稳定度
热稳定度
高压熔断器
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高压隔离开关
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高压负荷开关
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高压断路器
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电流互感器
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电压互感器
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高压电容器
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母线
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电缆
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低压一次设备的选择校验项目和条件
电气设备名称
电压/v
电流/A
断流能力/KA
短
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