工厂供电课程设计——某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计.doc
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1、精品文档,仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程 工厂供电课程设计 题 目 某塑料制品厂全厂总配变电所 及配电系统设计 院 系 电气信息工程学院 专业班级 学生姓名 学生学号 指导教师 年 11月 5 日【精品文档】第 1 页东北石油大学课程设计任务书课程 工厂供电课程设计 题目 某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计 专业 电气工程及其自动化 姓名 学号 主要内容:对中小型工厂的供配电系统进行设计,采用10kV供电电源,在金工车间东侧1020m处有一座10kV配电所,先用1km的架空线路,后改为电缆线路至本厂变电所,将610kV的高压降为一般低压用
2、电设备所需的电压,然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备。其它各项设计,均应根据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、经济合理的要求进行设计。参考资料:1 刘介才.工厂供电 M 北京:机械工业出版社,2003.44-482 王健明,苏文成供电技术 M 西安:电子工业出版社,20043 何仰赞,温增银电力系统分析 M 武汉:华中科技大学出版社,20044 张桂香机电类专业毕业设计指南 M 北京:机械工业出版社,20055 江文,许慧中供配电技术 M 北京:机械工业出版社,2003完成期限 2010.11.5至2009.11.19 指导教师 专业负责人 20
3、10年 11 月 3 日目 录目 录11 设计要求12 工厂负荷计算及配电系统的确定22.1工厂实际情况的介绍22.1.1 工厂平面布置图22.1.2供电协议22.2负荷计算的意义及相关参数的计算32.2.1 负荷计算的意义32.2.2 参数的计算32.2.3 无功补偿的计算53变压器的台数、容量和类型的选择73.1 厂用变压器73.2计算与选择74配电所主结线设计95 高压配电系统设计115.1变电所高压一次设备的选择115.2变电所低压一次设备的选择126 配电系统短路电流计算137继电保护装置的设计168防雷保护178.1 防雷装置178.2 综合防雷措施198.3避雷器的设置21参考文
4、献221 设计要求(1)负荷计算; (2)主变压器的台数及容量选择;(3)配电所主结线设计;(4)厂区高压配电系统设计;(5)配电系统短路电流计算;(6)改善功率因数装置设计;(7)高低压供电系统一次元件的选择及校验;(8) 继电保护装置的设计。2 工厂负荷计算及配电系统的确定2.1工厂实际情况的介绍2.1.1 工厂平面布置图本次设计的塑料制品厂厂区平面布置如图2.1所示。图2.1塑料制品厂厂区平面图2.1.2供电协议(1)从电力系统66/10KV变电站用10kV架空线路向工厂馈电。该变电站南侧1km。(2)系统变电站馈电线路定时限过流保护装置的整定时间t=2s,工厂总配电所保护整定时间不得大
5、于1.5s。(3)在工厂总配电所10kV进线侧计量。(4)工厂最大负荷是功率因数不得低于0.9。(5)供电系统技术数据: 电业部门变电所10千伏母线,为无限大电源系统,其短路容量为200兆伏安。供电系统如图2.2所示。图2.2 供电系统图2.2负荷计算的意义及相关参数的计算2.2.1 负荷计算的意义负荷计算是设计的基础,它决定设备容量的选用,管网系统的规模以及工程总造价等,这是技术人员熟知的事实。但是近几年来用估算的方法替代了负荷计算,给制定方案、工程审核造成一定的困难。本文通过实例,介绍关于负荷计算问题,借此引起设计者进一步的重视。2.2.2 参数的计算全厂总降压变电所的负荷计算,是在车间负
6、荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗,从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。工厂电力负荷的计算方法, 一般常用的有: 逐级法、需要系数法、二项式法以及产值、产量估算法等。其中需要系数法计算比较简单,适用于用电设备台数比较多,各台设备容量差别不十分悬殊的用电场合,特别适用于车间及工厂计算负荷的计算,故本设计拟采用需要系数法。各车间和车间变电所负荷计算表见附录。具体计算过程:(1)有功功率计算 计算公式(kW)=(kW)薄模车间 =14000.6=840kW 原料间 =300.25=7.50kW 生活间 =100.8=8.0kW 成品库1
7、 =250.3=7.50kW 成品库2 =240.3=7.20kW包装材料库 =200.3=6.0kW 总计 (kW)=876.20kW 补偿值 (kW)=0.9(kW)=0.9876.20=788.58 kW (2)无功功率计算 计算公式(kvar)=(kW) 薄模车间 (kvar)=(kW)= 8401.33=1117.2kvar 原料间 (kvar)=(kW)=7.51.73=12.98kvar 生活间 (kvar)=(kW)=8.01.33=10.64kvar 成品库1 (kvar)=(kW)=7.501.73=12.98kvar 成品库2 (kvar)=(kW)=7.201.73=1
8、2.46kvar 包装材料库 (kvar)=(kW)=6.01.73=10.38kvar 总计 (kvar)= 1168.84kvar 补偿值(kvar)=0.95(kvar)=0.951168.84=1110.40 kvar (3)视在功率计算 计算公式 薄模车间 (kVA)=1400kVA 原料间 (kVA)=15.00kVA 生活间 (kVA)=13.31kVA 成品库1 (kVA)= 15.00kVA 成品库2 (kVA)=14.40kVA 包装材料库 (kVA)=12.00kVA 总计 (kVA)=1460.80kVA 补偿值 (kVA)=1361.93 kVA (4)低压额定电流(
9、A) 计算公式,(A)=2069.24A2.2.3 无功补偿的计算在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种;一种是有功功率,一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如:5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能,带动水泵抽水或脱粒机脱粒;各种照明设备将电能转换为光能,供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示,单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈
10、的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外,还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功,才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示,单位为乏(Var)或千乏(kVar)。无功功率对供、用电产生一定的不良影响,主要表现在:(1)降低发电机有功功率的输出。(2)降低输、变电设备的供电能力。(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。(4)造成低功率因数运行和电压下降,使电气设备容量得不到充分发挥。电网中的电力负荷如电动机、变压器等,属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相
11、量间存在着一个相位差,通常用相位角的余弦来表示。称为功率因数,又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为:式中功率因数;P有功功率,kW;Q无功功率,kVar;S视在功率,kVA;U用电设备的额定电压,V;I用电设备的运行电流,A。功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。(1)自然功率因数:是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数,或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质,电阻性负荷(白炽灯、电阻炉)的功率因数较高,等于1,而电感性负荷(电动机、电焊机)
12、的功率因数比较低,都小于1。(2)瞬时功率因数:是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。(3)加权平均功率因数:是指在一定时间段内功率因数的平均值,其计算公式为:提高功率因数的方法有两种,一种是改善自然功率因数,另一种是安装人工补偿装置。具体计算为:=876.20kW/1460.80kV.A= 0.58设计要求,则需要在低压侧安装电容器,取820 kvar容量的电容器选型:BWF-10.5-100-1型并联电容器7台 BWF-10.5-120-1型并联电容器1台。3变压器的台数、容量和类型的选择3.1 厂用变压器厂用变压器
13、大多数采用双绕组无励磁调压辐向分裂方式。因运行环境条件要求,变压器须有较强的抗短路能力。产品设计上采取铁芯级间加装圆木撑条,绕组增加辅助撑条以及内衬硬纸筒保证其刚度。工艺上采取保证高、低压绕组同一高度,轴向可靠压紧,引线出头牢固夹持,垫块密化处理等措施,使其安全可靠。3.2计算与选择计算验证进行补偿后变电所低压侧的视在功率计算负荷为: 根据计算验证拟选择S9-1000/10-1变压器考虑该地区最高温度35,则在最高温度时S9-1000/10-1变压器的出力为: 说明选型不正确,变压器容量不匹配。更换S9-1250/10-1变压器。变压器的功率损耗计算:变压器的高压侧负荷为 :补偿后的功率因数为
14、计算公式满足设计要求 。各车间负荷情况见表2-1。表2-1各车间负荷表序号车间(单位)名称设备容量kW计算负荷车间变电所代号变压器台数及容量kVAkwkvarkVAA1薄膜车间14000.60.601.33840111714002127No.1车变1原料库300.250.501.737.512.915.022.8生活间100.81.01.338.010.613.320.2成品库(一)280.30.501.737.512.915.022.8成品库(二)240.30.501.737.212.414.421.8包装材料库200.30.501.736.010.412.018.2小 计789116914
15、6020692单丝车间13600.60.651.30816106112551907No.2车变1水泵房220.650.800.7514.310.717.927.2小 计7891018128819573注塑车间1920.40.601.3376.8102128194No.3车变2管材车间9000.350.601.33315419525798小 计3724956199404备料车间1400.60.501.7384145168255No.4车变1生活间120.81.09.69.614.6浴室80.81.06.46.49.7锻工车间320.30.651.179.611.214.822.5原料室180.8
16、1.014.414.421.9仓库160.30.501.174.85.69.614.6机修模具车间1100.250.651.7327.547.642.364.3热处理车间1480.60.701.0288.890.6127193柳焊车间1780.30.501.7353.492.4107163小计2603924717155锅炉房2100.70.750.88147129196298No.5车变2实验室1300.250.501.7332.556.26598.8辅助材料库1200.20.501.732441.54872.9油泵房160.650.600.7510.47.817.326.3加油站150.65
17、0.500.759.757.319.529.6办公楼、食堂、招待所600.60.601.333647.96091.2小计(=0.9,=0.95)2342613505324配电所主结线设计变电所主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线,对其主要有以下几个基本要求:(1)安全 主接线的设计应符合国家有关技术规范要求,能充分保证人身和设备安全;(2)可靠 应满足用电单位可靠性的要求;(3)灵活 能适应各种不同的运行方式,操作检修方便;(4)经济 设计简单,投资少,运行管理费用低,考虑节约电能和有色金属消耗量。 由本设计原始资料知:电力系统某110/10KV变电站用一条10KV的架空线路向本厂供电,一
18、次进线长1km,年最大负荷利用小时数为5000h,且工厂属于三级负荷,所以只进行总配电在进行车间10/0.4KV变电,母线联络线采用单母线不分段接线方式。主接线方案图如图3.1所示。图3.1 主接线方案图5 高压配电系统设计5.1变电所高压一次设备的选择(1)按工作电压选则 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压,即,高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压,即。=10kV, =11.5kV,高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV,穿墙套管额定电压=11.5kV,熔断器额定电压=12kV。(2)按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流,即(3)按断流能力选择
19、设备的额定开断电流或断流容量,对分断短路电流的设备来说,不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量,即或对于分断负荷设备电流的设备来说,则为,为最大负荷电流。(4)隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a)动稳定校验条件或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值,、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b)热稳定校验条件 因此,对于上面的分析,10KV侧一次设备选择如表4-1所示。表4-1 高压侧一次设备选择选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数量程10KV146.5A6.38KA16.27KA设备型号规格参数隔离开关GN19-10/40010KV400A31
20、.5KA12.5电流互感器LQJ-10-200/510KV200/5A1600.2=45.25高压断路器ZN2-10/63010KV630A11.6KA30KA高压熔断器RN2-10/0.510KV500A200MVA电压互感器JDZ-10-10000/10010/0.1KV电压互感器JDZJ-10-10000/100/避雷器FS4-1010KV5.2变电所低压一次设备的选择同样根据上面的原则,做出380V低压侧一次设备的选择校验,变电所1为例说明如下表所示,所选数据均满足要求。表4-2 低压侧一次设备选择NO.1变电所装置地点 条件参数量程10KV1468A28.00KA51.52KA172
21、4.8KA备型号规格参数低压断路器DW15-1500/3380V1500A40KA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5-1500/5500V1500/5A6 配电系统短路电流计算对一般工厂来说,电源方向的大型电力系统可看作是无限大容量系统。无限大容量系统的基本特点是其母线电压总维持不变,这里只计算无限大容量系统中的短路计算,短路电流通过电气设备时,设备温度急剧上升,过热会使绝缘加速老化或损坏,同时产生很大的点动力,使设备的载流部分变形或损坏,因此选择设备时要考虑它们对短路电流的稳定性,所以我们以最严重的短路三相短路为例,计算短路电流。图4-1 短路计
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