某冶金机械厂降压变电所的电气设计.doc

_* 某冶金机械厂降压变电所的电气设计 1. 设计资料 1. 1.1 工厂总平面图 工厂总平面图如图1所示 图1 工厂总平面图 1.2 工厂负荷情况 该厂多数车间为两班制，年最大负荷小时数为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处，其余为三级负荷。 该厂的负荷统计资料如下表1。 表1 工厂各车间负荷情况 厂房编号 厂房名称 负荷类别 设备容量（kW） 需要系数Kd 功率因数cos tan 1 铸造 车间 动力 520 0.4 0.7 1.02 照明 10 0.9 1.0 0 2 锻压 车间 动力 240 0.3 0.65 1.17 照明 10 0.9 1.0 0 3 金工 车间 动力 390 0.32 0.65 1.12 照明 10 0.9 1.0 0 4 工具 车间 动力 290 0.35 0.65 1.33 照明 10 0.9 1.0 0 续表1 厂房编号 厂房名称 负荷类别 设备容量（kW） 需要系数Kd 功率因数cos tan 5 电镀 车间 动力 450 0.6 0.80 0.75 照明 10 0.9 1.0 0 6 热处理 车间 动力 260 0.62 0.82 0.82 照明 10 0.9 1.0 0 7 装配 车间 动力 170 0.4 0.75 1.02 照明 10 0.9 1.0 0 8 机修 车间 动力 100 0.3 0.7 1.17 照明 5 0.9 1.0 0 9 锅炉 车间 动力 115 0.8 0.8 1.05 照明 3 0.9 1.0 0 10 仓库 动力 50 0.4 0.9 0.75 照明 2 0.9 1.0 0 11 生活区 照明 400 0.8 1.0 0.48 1.3 供电电源情况 按照工厂与当地供电部门登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LGT-150(0.36 )，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。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。 1.4 气象资料 本地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。主导风向为东北风，年暴雨日数为20天。 1.5 地质水文资料 本地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。 2. 负荷计算和无功功率补偿 2.1 负荷计算的目的和方法 负荷计算的内容和目的 （1）求计算负荷，是选择确定变压器容量的依据； （2）求计算电流，是选择缆线和开关设备的依据； （3）求有功计算负荷和无功计算负荷，是确定静电电容器容量的依据。 负荷计算的方法: （1）需要系数法——用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。用于设备数量多，容量差别不大的工程计算，尤其适用于配、变电所和干线的负荷计算。 （2）利用系数法——采用利用系数求出最大负荷区间内的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数，得出计算负荷。适用于各种范围的负荷计算，但计算过程稍繁。 2.2 全厂负荷计算的过程 本设计各车间计算负荷采用需要系数法确定。 主要计算公式有 有功计算负荷（kW）： （2-1） 无功计算负荷（kvar）： （2-2） 视在计算负荷（kVA）： （2-3） 计算电流（A）： （2-4） 具体车间计算负荷如附录A表2-1和表2-2所示。 从附录I表2.1和表2.2中可知 有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 再乘以同时系数 , 此时 功率因素 , 所以要进行无功功率补偿。 2.3 无功功率补偿 由于本设计中，此需要进行功率补偿。 由公式可知： （2-5） 式中， ——补偿前的自然平均功率因数对应的正切值。 ——补偿后的功率因数对应的正切值。 采用低压侧集中补偿的方法，为使高压侧功率因数达到0.9，则补偿后的低压功率因数应达到0.92。 校正前 校正后 本次设计采用低压无功功率自动补偿屏，无功补偿总容量取650kvar 无功补偿后无功负荷为： 补偿后的功率因数为： 满足要求 补偿后的负荷如附录B表2-3所示。 3. 变电所的选择及主变压器的选择 3.1 变电所的位置与型式选择 按负荷功率矩法确定负荷中心 工厂是10kV以下，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。在工厂的平面图下侧和左侧，分别作一条直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，P1，P2，…，P10分别代表厂房1、2、3…10号的功率，设定P1, P2,…,P10并设定P11为生活区的中心负荷，如图3-1所示。 图3-1 负荷矩阵法确定负荷中心 而工厂的负荷中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标： （3-1） （3-2） 把各车间的坐标带入上述2个公式，得到x=5.38，y=5.38.由计算结果可知，工厂的负荷中心在1号厂房的东北角。考虑到周围环境和进出线方便，所以变电所设在1号车间的右方。负荷中心位置如图3-2所示 图3-2 负荷中心位置 3.2 主变压器的类型、台数与容量的选择 （1）考虑到变压器在车间建筑内，故选用10/0.4kV三相干式双绕组电力变压器。变压器采用无载调压方式，分接头，联接组别Dyn11。 （2）由于工厂总负荷容量较大，且存在多个二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对二级负荷继续供电，故选两台变压器。 （3）变压器容量是根据无功补偿后的计算负荷确定的。补偿后的总计算负荷为，每台变压器的容量,工厂二级负荷为620.109， ，故每台变压器的容量为。 4. 变电所主要结线方案的设计 在前面选择变压器时选择2台主变压器，且本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源；为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。所以采用一用一备的运行方式，故变压器高压侧采用单母线接线，而低压侧采用单母线分段接线。 该方案根据当地供电部门的要求，两路电源均设置电能计量柜，且设置在电源进线主开关后。变电所采用直流操作电源，为监视工作电源和备用电源的电压，在母线上和备用进线断路器之前均安装有电压互感器。当工作电源停电且备用电源电压正常时，先断开工作电源进线断路器，然后接通备用电源进线断路器，由备用电源提供所有负荷。备用电源的投入方式可采用手动投入，也可采用自动投入。进线柜和出线柜均采用电缆进线和电缆出线。 结合短路电流计算选择相关器件型号见附录B表4。电气主接线图见附录C图4。 5. 短路电流的计算 5.1 短路及其原因、后果 短路：指供电系统中不同电位的导电部分（各相导体、地线等）之间发生的低阻性短接。短路是电力系统最常见的一种故障，也是最严重的一种故障。 短路主要原因：电气设备载流部分的绝缘损坏，其次是人员误操作、鸟兽危害等。 短路后果：短路电流产生的热量，使导体温度急剧上升，会使绝缘损坏；短路电流产生的电动力，会使设备载流部分变形或损坏；短路会使系统电压骤降，影响系统其他设备的正常运行；严重的短路会影响系统的稳定性； 短路还会造成停电；不对称短路的短路电流会对通信和电子设备等产生电磁干扰等。 5.2 高压电网短路电流的计算 利用标幺值法计算 由于采用10KV电压供电，故线路电流 由设计要求中可知：工厂使用干线的导线牌号为LGT-150(0.36 )，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电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。查表得, （1）确定基准值 取 而 （2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1）电力系统（） X1*= =100/500=0.2 2）架空线路（ = 0.358Ω/km） 3）电力变压器 （3）在k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)电源至短路点的总电抗标幺值 2)三相短路电流周期分量有效值 3)其他三相短路电流 4)三相短路容量 k-1节点短路计算结果如表5-1所示 表5-1 k-1点短路计算结果 短路计算点 总电抗 标幺值 三相短路电流(kA) 三相短路容量Sk/MVA k-1点 2.80 1.97 1.97 1.97 5.01 1.51 35.74 6. 设计小节 经过这次的设计，我终于完成了某冶金机械厂降压变电所的设计。从开始接到课程设计要求到任务的完成，再到课程设计说明书的完成，每一步对我来说都是新的的尝试与挑战。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，当然设计过程中也遇到了许许多多的困难，但老师的讲解，同学的讨论，通过上网和去图书馆查看相关的资料和书籍，让自己头脑模糊的概念逐渐清晰，使自己逐步设计下来，每一次设计出来的结果都是我学习的收获，当最后设计结束时，我真是感到莫大的欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的结果。 在这周的课程设计中，总体上来说是获益匪浅。通过本次设计，所学理论知识很好的运用到了实际的工程当中，在具体的设计过程中，将所学知识很好的系统了一遍，体会到了学以致用的乐趣，事自己的实际工程能力得到了很大的提高，主要体现在以下几个方面。 1) 将知识系统化的能力得到提高 由于设计过程中要运用很多的知识，且做好设计的前提也是掌握足够多的系统理论知识，对于已经一个学期没有接触这门课程的我们来说，无疑是一件很困难的事情，所以每天都必须复习曾经学的知识，并巩固知识，努力将知识系统化就是这次课程设计的关键。如本设计中用到的单层厂房供配电的绝大多数的基础理论和设计方案，因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养，为今后的工作打下了很好的理论基础。 2) 计算准确度，绘图能力得到提高 由于本次设计包含了大量的计算和绘图，因此要求要很好的计算和绘图能力。通过本次的锻炼，使自己的一次计算准确度有了进步；绘图方面，使我自己对autaCAD软件的掌握更加的熟练。 这次课程设计的经历也会使我终身受益，我感受到做课程设计是要用心去做的一件事，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破。通过这次课程设计，我在张老师的精心指导和严格要求已经同学的指导和帮助下获得了丰富的理论知识，极大地提高了实践能力，这对我今后进一步学习供配电方面的知识有了极大的帮助。 最后，感谢在设计过程中老师的讲解，也感谢同学们的帮忙，在你们的帮助下，我才设计出最终的结果。此次课程设计已经结束，但我相信在这周的课程设计中学到的知识是我未来踏入社会的利剑。 参考文献 [1] 刘介才.工厂供电[M].北京:机械工业出版社,2004.5:64-68. [2] 文远芳.高电压技术[M].武汉:华中科技大学出版社,2001.1:56-58. [3] 熊信银.发电厂电气部分[M].北京:中国电力出版社,2009.7:42-46 [4] 何仰赞,温增银.电力系统分析[M].武汉:华中科技大学出版社,2002.1:106-109. [5] 鞠平,马宏忠,卫志农,等.电力工程[M]. 北京:机械工业出版社,2014.7:114-115. 附录A 表2-1 负荷计算 车间 设备 容量 Pe /kW 需要 系数 Kd 功率 因数cosφ 功率因数角的正切tanφ 有功计算负荷Pc /kW 无功计算负荷Qc /kvar 视在计算负荷Sc /kVA 铸造 动力 520 0.4 0.7 1.02 208 212.16 297.113 锻压 动力 240 0.3 0.65 1.17 72 84.24 110.817 金工 动力 390 0.32 0.65 1.12 124.8 139.776 187.383 工具 动力 290 0.35 0.65 1.33 101.5 134.995 168.896 电镀 动力 450 0.6 0.8 0.75 270 202.5 337.5 热处理 动力 260 0.62 0.82 0.82 161.2 132.184 208.466 装配 动力 170 0.4 0.75 1.02 68 69.36 97.133 机修 动力 100 0.3 0.7 1.17 30 35.1 46.174 锅炉 动力 115 0.8 0.8 1.05 92 96.6 133.4 仓库 动力 50 0.4 0.9 0.75 20 15 25 铸造 照明 10 0.9 1.0 0 9 0 9 锻压 照明 10 0.9 1.0 0 9 0 9 金工 照明 10 0.9 1.0 0 9 0 9 工具 照明 10 0.9 1.0 0 9 0 9 电镀 照明 10 0.9 1.0 0 9 0 9 热处理 照明 10 0.9 1.0 0 9 0 9 装配 照明 10 0.9 1.0 0 9 0 9 机修 照明 5 0.9 1.0 0 4.5 0 4.5 锅炉 照明 3 0.9 1.0 0 2.7 0 2.7 仓库 照明 2 0.9 1.0 0 1.8 0 1.8 生活区 照明 400 0.8 1.0 0.45 320 144 350.907 表2-2 总负荷及功率因数计算 有功计算负荷Pc/kW 无功计算负荷Qc/kW 视在计算负荷(Sc/kW) 总计 1539.5 1265.915 2034.789 同时系数=0.95 1462.525 1202.619 1933.05 功率因数（） 0.757 附录B 表2-3 补偿前后负荷变化 序号 名称 规格型号 数量 1 变压器 S9-1200/10 2 2 电源干线 LGT-150 2 3 高压断路器 CN2-10/600 -- 4 隔离开关 GW4-10/200 -- 5 电压互感器 JDJJ10 -- 6 电流互感器 LJM-10 -- 7 避雷器 FZ10 -- 8 高压断路器 ZN3-10 -- 9 隔离开关 GN1-10/200 -- 10 电流互感器 LDC-10/0.5 -- 全厂负荷 有功功率Pc/kW 无功功率Qc/kvar 视在计算负荷(Sc/kVA) 补偿前 1539.5 1265.915 2034.789 无功补偿 -650 补偿后 1539.5 615.915 1658.135 补偿后功率因数（） 0.928 表4 主要电气设备明细 附录C 图4 冶金机械厂变电所主接线电路图