供电技术课程设计说明书.doc

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1、第一节 原始资料设计题目： 某塑料制品厂全厂总降压变电所设计一、某塑料制品厂生产任务及车间组成1、本厂生产规模及产品规则年产量为万吨聚乙烯及烃塑料制品。产品有薄膜、单丝、管材和注塑等制品。其原料来源于某石油化纤总厂。2、车间组成本厂设有薄膜、单丝、管材和注塑等四个车间，设备选型全部采用我国最新定型设备。此外还有辅助车间及其它设施。全厂各车间符合统计表（380伏侧）序号车间或用电设备组名称设备容量kW需用系数Kd功率因数cos力率tan计算负荷PcakWQcakvarScakVAIcaA1薄膜车间12000.60.61.332单丝车间10850.60.61.333管材车间6800.350.61.

2、334注塑车间1890.40.61.335成品库（一）250.30.51.736成品库（二）240.30.51.737原料库300.250.51.738包装材料库200.30.51.739水泵房200.650.80.7510生活间100.80.61.3311锅炉房2000.70.780.8812全厂合计二、工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：1、工厂电源从电业部门某35/10kv变电所，用10kv双回架空线路引入本厂，其中一路作为工作电源，一路作为备用电源，两条线路不并行运行，该厂距电源2km。2、电源变电所10kv配出线路定时线路过流保护装置的整定时间为1.5s，要求工厂变电所不大

3、于1.0s。3、在本厂变电所10kv侧计量。本厂变电所高压功率因数值应在0.9以上。4、电源变电所10kv短路数据见下表：运行方式电源变电所10kv母线说明系统最大运行方式SKMax=140MVA系统为无限大容量电源系统最小运行方式SKMin=107MVA三、本厂负荷性质多数车间为二班制，少数车间为一班或三班制，全年为306个工作日，年最大负荷利用小时数为5000小时，属于二级负荷。四、设计范围1、 拟定工厂供电系统及总降压变电所主结线2、 工厂总降压变电所负荷统计3、 工厂总降压变电所无功功率人工补偿4、 工厂总降压变电所主变压器的选择计算5、 工厂总降压变电所10kv架空进线的选择计算6、

4、 工厂总降压变电所高低压侧短路电流计算第二节 工厂负荷计算一、380v侧低压母线计算负荷及功率因数采用需要系数法来计算负荷及功率因数。具体步骤如下：1、薄膜车间 kW kvar kVA A2、单丝车间 kW kvar kVA A由于各个负荷的计算方法、步骤相同且数据都已给出，因此各个负荷的计算结果见表21：序号车间或用电设备组名称设备容量kW需用系数Kd功率因数cos力率tan计算负荷PcakWQcakvarScakVAIcaA1薄膜车间12000.60.61.33720.0957.6119818202单丝车间10850.60.61.33651.0865.8108316463管材车间6800.

5、350.61.33238.0316.5396.0601.74注塑车间1890.40.61.3375.60100.5125.8191.15成品库（一）250.30.51.737.50012.9814.9922.776成品库（二）240.30.51.737.20012.4614.3921.867原料库300.250.51.737.50012.9814.9922.778包装材料库200.30.51.736.00010.3811.9918.229水泵房200.650.80.7513.009.75016.2524.6910生活间100.80.61.338.00010.6413.3120.2211锅炉房2

6、000.70.780.88140.0123.2186.528.3312全厂合计34631874243330754673表21 计算负荷表二、计算变压器的功率损耗当电流通过导线和变压器时，就要引起有功功率和无功功率的损耗，这部分损耗也需要由电力系统供给。因此，在确定企业的计算负荷时，应把这部分功率损耗加进去。变压器具有电阻和电抗，因而功率损耗分为有功和无功损耗两部分。1、变压器的选择1）确定企业总降压变电站变压器台数的原则（1）当企业绝大多数符合输三级负荷，其少量一、二级负荷或由邻近企业取得备用电源时，可以装设一台变压器。（2）如企业的一、二级负荷较多，必须装设两台变压器。两台互为备用，并且当一

7、台出现故障时，另一台应能承担全部一、二级负荷。（3）特殊情况下可装设两台以上变压器。例如分期建设的大型企业，其变电电站个数及变压器台数均可分期投建，从而台数可能较多。再如对引起电网电压严重波动的设备（如大型电弧炉、矿井电力电子传动的大型提升机）可装设专用变压器。2）两台变压器互为备用的方式在供电设计时，选择变压器的台数和容量，实质上就是确定其合理的备用容量的问题，对两台变压器来说，有以下两种备用方式：（1）明备用。两台变压器，每台均按承担100%负荷来选择，其中一台工作，另一台备用。（2）暗备用。正常运行时，两台变压器同时投入工作。每台变压器承担50%计算负荷。但两台变压器的容量均按计算负荷的

8、70%80%。这样，变压器正常运行时的负荷率为基本上满足经济运行要求。这故障情况下，不用考虑变压器过负载能力就能担负起对全部一、二级负荷供电的任务。这是一种比较合理的备用方式。根据上述原则，以及此塑料厂的实际情况，我按全部用电设备组的设备容量将用电设备分为6大组，分别为：1.薄膜车间；2.单丝车间；3.管材车间；4.注塑车间；5.锅炉房；6.成品库（一）、成品库（二）、原料库、包装材料库、水泵房、生活间。按各组的计算负荷选择变压器，具体情况见表22。表22 变压器选择表序号车间或电设备组名称计算负荷Sca (kVA)变压器型号损耗（W）阻抗电压（%）空载电流（%）台数空载负载1薄膜车间1198

9、SL7-1250/102200138004.51.222单丝车间1083SL7-1250/102200138004.51.223管材车间396.0SL7-500/101080690042.124注塑车间125.8SL7-160/10460285042.425锅炉房186.5SL7-250/10640400042.326成品库（一）14.9985.92SL7-125/10370245042.52成品库（二）14.39原料库14.99包装材料11.99水泵房16.25生活间13.31注：所有变压器均为明备用。2、有功功率损耗有功功率损耗又由两部分组成。其一是空载损耗，又称铁损。它是变压器主磁通在铁

10、心中产生的有功损耗。因为变压器主磁通仅与外施电压有关，当外施电压U和频率f恒定时，铁损是常数，与负荷大小无关。另一部分是短路损耗，又称铜损。它是变压器负荷电流在一次线圈和二次线圈电阻中产生的有功损耗，其值与负荷电流的平方成正比。因此，双绕组变压器有功功率损耗可用下试计算：式中 PT变压器空载有功功率损耗，kWPk变压器的短路电流等于额定电流时的有功功率损耗，kWSca计算负荷，kVASN变压器的额定容量，kVA变压器负荷率，= Sca / SN。在数据短缺的情况下还可以进行粗略的估算：PT=2%SN3、无功功率损耗同样，变压器无功功率损耗也有两部分。一部分是变压器空载时，有产生主磁通的激磁电流

11、造成的无功功率损耗。另一部分是有变压器负荷电流在一次绕组和二次绕组电抗上产生的无功功率损耗。 , kvar式中 QT变压器空载无功功率损耗，kvar；, kvar I0%变压器空载电流占额定电流IN的百分数； QkN变压器额定短路无功功率损耗，kvar；, kvar Uk%变压器短路电压占额定电压的百分数。变压器的负荷率。PT、Pk、I0% 、Uk%均可以由变压器产品目录中查得。同样，在数据短缺的情况下也可以进行粗略的估算：QT=8% SN按上述公式及表12计算各个负荷的变压器功率损耗如下：1、薄膜车间： kW var2、单丝车间： kW var其余计算方法与步骤相同，结果见表23。三、10k

12、v侧计算负荷及功率因数在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电所低压母线的计算负荷时，应再记入一个同时系数Ksi。具体计算如下； （i=1，2，36） 取Ksi=0.95 则可求出各个用电组设备的总计算负荷，步骤如下：1、薄膜车间： kW kvar kW kvar kVA其功率因数为：2、单丝车间 kW kvar kW kvar kVA其功率因数为：其余计算方法与步骤相同，结果见表23：表23 分组计算负荷结果序号车间或用电设备组名称PcaikWQcaikvarPcaikWQcaikvarScaikVA

13、cos1薄膜车间684909.7698.9909.811470.60932单丝车间618.5822.5633.4822.610380.61023管材车间226.1300.7231.5300.7379.50.61004注塑车间71.8295.4874.0495.49120.80.61295锅炉房133.0117.0135.9117.0179.30.75796合计组46.7465.7348.2765.7481.560.59187全厂合计17802311182223112946第三节 无功补偿及电容器的选择一、企业供电系统的功率因数企业供电系统的功率因数有以下两种：1、瞬时功率因数瞬时功率因数有功率

14、因数表（相位表）直接读出，或由功率表、电压表和电流表读得并按下试求出：式中 P功率表读出的三项功率读数，kW；U电压表读得的线电压读数，kV；I电流表读得的电流读数，A。瞬时功率因数只用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率变化情况，以便采取适当的补偿措施。2、平均功率因数平均功率因数指某一规定时间内功率因数的平均值，也称加权平均功率因数。平均功率因数按下式计算：式中 AP某一时间内消耗的有功电能，kWh；AQ某一时间内消耗的无功电能，kvarh。我国电业部门每月向企业收取电费，就规定电费要按每月平均功率因数的高低来调整。二、提高功率因数的意义由于一般企业采用了大量的感应电动机和变压器等用

15、电设备，特别近年来大功率电力电子拖动设备的应用，企业供电系统出要供给有功功率外，还需要供给大量无功功率，使发电和输电设备的能力不能充分利用。为此，必须提高用电户的功率因数，减小电源系统的无功需求量。提高功率因数对企业供电系统和电力系统有如下益处：1、提高电力系统的供电能力在发电和输、配电设备的安装容量一定时，提高用户的功率因数相应的减少了无功功率的供给，则在同样设备下，电力系统输出的有功功率可以增加。2、降低网络中的功率损耗有输电线路的有功功率损耗计算公式可知：当线电路额定电压UN和线电路传输的有功功率P及线路电阻R恒定时，则线路中的有功功率损耗与功率因数的平方成反比。3、减少网络中的电压损失

16、，提高供电质量由于用户功率因数的提高，使网络中的电流减少。因此，网络的电压损失减少，网络末端用电设备的电压质量提高。4、降低电能成本由于从发电厂发出的电能有一定的总成本，提高功率因数可减少网络和变压器中的电能损耗。在发电设备容量不变的情况下，供给用户的电能就相应增多了，每度电的总成本就会降低。由于上述原因，提高用户功率因数具有重大经济意义。所以，国家奖励企业提高功率因数。三、提高功率因数的方法1、正确选择电器设备2、电气设备的合理运行3、无功功率人工补偿综合考虑整个工厂的情况选择用人工补偿的方法来提高功率因数。四、功率因数提高的方法1、电容器并联补偿的工作原理在工厂企业中，大部分是电感性和电阻

17、性的负载。因此总的电流将滞后电压一个电角度。如果装设电容器，并与负载并联，则电容器的电流C将抵消一部分电感电流L，从而使无功电流由L减小到，总的电流由减小到，功率因数则由提高到，如图31。 （a） （b）图31 并联电容器的补偿原理（a）接线图；（b）向量图从向量图可以看出，由于增装并联电容器，使功率因数角发生了变化，所以该并联电容器又称移项电容器。如果电容器容量选择得当，可把减小到0，cos提高到1。这就是并联电容器补偿的工作原理。2、补偿容量选择用电容器改善功率因数，可以获得经济效益。但是，电容性负荷过大，会引起电压升高，带来不良影响。所以，在用电容器进行无功功率补偿时，应适当选择电容器的

18、安装容量。通常电容器的补偿容量可按下式确定：式中 QC所需装设的电容器容量，即补偿容量，kvar；tan1补偿前平均功率因数角的正切；tan2补偿后平均功率因数角的正切；Pav一年中最大符合月份的平均有功负荷，kW。当计算电容量时，应考虑实际运行电压可能与额定电压不同，电容器能补偿的实际容量也不同于额定容量。电容器技术数据中的额定容量是额定电压下的无功容量，当电容器实际运行为U时，则电容器实际容量应按下式换算：式中 QC实际运行电压U时的容量，kvar；QCN电容器的额定容量，kvar；UC电容器的额定电压，V。常把tan1- tan2=qc，称为补偿率。在选择计算时可直接查表。综合考虑用第一

19、个公式来计算补偿电容。考虑到供电部门只考察平均功率因数，而前在负荷统计时只计算过Pca，且Pca=Pmax，则在工程计算上取式中 K符合系数，通常取0.750.85。在本计算中取K=0.85，补偿后的功率因数位0.91，则有：1、薄膜车间 kW kvar2、单丝车间 kW kvar利用公式分别计算后结果如表31：表31 补偿容量的计算结果序号车间或用电设备组名称Pav（kW）QC（kvar）1薄膜车间594.1502.32单丝车间538.4453.73管材车间196.81664注塑车间62.9352.465锅炉房115.546.806合计组41.0337.197全厂合计10091258.4根据

20、表中的结果进行电容器的选择，因为选用电容器柜可以省去企业自行安装电容器的麻烦，所以选择GR1型高压静电电容器柜，选择结果见表32：表32 GR1型高压静电电容器柜一次方案编号电容器柜互感器柜0103一次方案额定电压（kV）10柜内主要元件名称数量数量电容器YL10.5-30-112熔断器RN1-10/312电压互感器JSJB-10（1000/100）1电压表1T1-V.0-12000/100V1ZSD-38信号灯交流电110V（红色）3台数41综合上节与本节的内容，得出最终计算负荷表33。第四节 工厂供电系统拟定在第二、第三节工厂的计算负荷已经算出，并已经选出了变压器和电容器柜。由于充分考虑了

21、此工厂供电系统的安全性，所以我选择的变压器的容量均高于各组负荷的总容量，且均为明备用，每台变压器也有一定的过载能力，所以对于变压器就不用进行校验了。在选择电容器的时候考虑到使用电容器柜省去了工厂自行安装电容器的麻烦，可以买回来就直接使用，而且同时也充分考虑了安全性，其容量均大于计算所得出的补偿容量，所以也不用进行校验了，应该完全符合要求。高压开关柜属于成套配电装置。它是由制造厂按一定的接线方式将统一回路的开关电器、母线、测量仪表、保护电器和辅助设备等都装配在一个金属柜中，成套供应用户。这种设备结构紧凑，使用方便。在工矿企业广泛用于控制和保护变压器，高压线路及高压电动机等，因此本设计采用高压开关

22、柜，可以省去很多安装上的麻烦，也便于变电所的统一控制。由原始资料得知此工厂属于二级负荷，所以为了保证供电的可靠性，必须采用双回路受电，并需要设置两台低压动力变压器。10kV电源使用架空线，投资少且维修方便。初步拟定采用高压侧无母线结线，当任一变压器或任一电源停电检修或发生故障时，该变电所可通过闭合低压母线分段开关迅速恢复对整个变电所的供电。首先应当把母线引进变电所，并用断路器控制，二级负荷由左、右两段低压母线分别引出的双回路供电；其次，容量较大的五组分别用有隔离开关的断路器控制，便于检修控制；第六组为三级负荷，用另一个断路器控制；为了提高车间变电所负荷的功率因数，可设置低压电容器室，分两组接于

23、左、右两段母线上，并由断路器控制；在双回路分别接一个变压器用于变电所自己用电（如照明）；因高压断路器有保护的需要，故应在左、右两段母线上分别接一个电压互感器；当然，两段母线应当由适当的断路器连接控制；最后，还应有避雷器，保护各个电器设备不受雷电的影响。 假设变电所到各个负荷的距离如下：薄膜车间 500m单丝车间 300m管材车间 400m注塑车间 200m锅炉房 100m合计组 300m第五节 电气设备选择电气的选择是根据环境条件和供电要求确定其形式和参数，保证电气正常运行时安全可靠，故障时不致损坏，并在技术合理的情况下注意节约。还应根据产品生产情况与供应能力统筹兼顾，条件允许时优先选用先进设

24、备。一、按正常工作条件选择1、环境条件电气产品在制造上分户内、户外两大类。户外设备的工作条件较恶劣，故各方面要求较高，成本也高。户内设备不能用于户外；户外设备虽可用于户内，但不经济。此外选择电器时，还应根据不同环境条件考虑防水、防火、防腐、防尘、防爆以及高海拔区与湿热带地区等方面的要求。2、按电网电压选电器可在高于10%15%UN的情况下长期安全运行。故所选设备的额定电压UN应不小于装设出电网的额定电压U，即UNU我国普通电器额定电压标准是按海拔1000m设计的。如果使用在高海拔地区，应选用高海拔产品，或采取某些必要的措施增强电器的外绝缘，方可应用。3、按常识工作电流选电器的额定电流IN时只周

25、围环境温度为时，电器长期允许通过的最大电流。它应大于负载的长时最大工作电流（即30min平均最大负荷电流，以I表示），即INI由产品生产厂家规定。我国普通电器的额定电流所规定的环境温度为+40。如果设备周围最高环境温度与规定值不符时，应对原有的额定电流值进行修正。方法如下：当环境最高温度低于规定的时，每低1在流量可提高0.5%，但总提高量不得超过20%。当环境最高温度高于，但不超过60时，长时允许电流按下式修正：式中 设备允许最高温度，；环境最高温度，取月平均最高温度，；Ial修正后的长时允许电流。修正后的尝试允许电流应大于或等于回路的长时工作电流，即二、按故障进行校验按正常情况下选择的电器是

26、否能经受住短路电流电动力与热效应的考验，还必须进行校验。技术规范规定对下列情况不进行动、热稳定性的校验。（1） 用熔断器保护的电器；（2） 用限流电阻保护的电器及导体；（3） 架空电力线路。在选择电器时，除按一般条件选择外，还应根据它们的特殊工作条件提出附加要求。三、电气设备的选择及校验原则1、高压开关柜的选择为了适应不同界限系统的要求，配电柜一次回路由隔离开关、负荷开关、断路器、熔断器、电流互感器、电压互感器、避雷器、电容器及所用电变压器等组成多种一次接线方案。各配电柜的二次回路则根据计量、保护、控制、自动装置与操动机构等各方面的不同要求也组成多种二次接线方案。为了选用方便，一、二接线方案均

27、有其固定的编号。选择高压开关柜首先应根据装设地点、环境选型，并按系统电压及一次接线选一次编号。因此，根据此厂的情况，选择GG-1A型高压开关柜，方案号分别为03、07 、54、11、95、25、101等。所以各个电器的型号如下：03方案：GN8-10型隔离开关，CS6-1型操动机构，SN10-10型油断路器，CS2或CD10操作机构，LDC-10型电流互感器； 07方案：GN8-10型隔离开关，GN6-10型隔离开关，CS6-1型操动机构，SN10-10型油断路器，CS2或CD10操动机构，LDC-10电流互感器；11方案：GN8-10型隔离开关，CS6-1型操动机构，SN10-10型油断路器

28、，LDC -10电流互感器，CS2或CD10操动机构；25方案：GN2-10型隔离开关，CS7型操动机构，SN3-10型油断路器，CD3型操动机构，LMC-10型电流互感器；54方案：GN8-10型隔离开关，CS6-1型操动机构，RN2(DSH-10)型熔断器，JSJB型电压互感器，FS避雷器；95方案：GN6-10型隔离开关，CS6-1型操动机构；101方案：GN8-10型隔离开关，CS6-1型操动机构，RN1(DS-10)型熔断器，LQG-0.5型电流互感器，SJ型电力变压器，DZ1-50型空气开关。为此需对高压开关柜内的各个电气设备进行校验，以保证电路的安全性。2、高压断路器的选择与校验

29、选择高压断路器时，除按电气设备一般原则选择外，由于断路器还要切断短路电流，因此必须校验断流容量（或开断电流）、热稳定及动稳定等各项指标。（1）按工作环境选型根据使用地点的条件选择，如户内式、户外式，若工作条件特殊，尚需选择特殊形式（如隔爆型）。本设计选择户内式。因为所有的电器都在变电所内。（2）按额定电压选择高压断路器的额定电压，应等于或大于所在电网的额定电压，即式中 UN断路器的额定电压； U高压断路器所在电网的额定电压。（3）按额定电流选择高压断路器的额定电流，应等于或大于负载的长时最大工作电流，即式中 IN断路器的额定电流；Iar.m负载的长时最大工作电流。（4）校验高压断路器的热稳定高

30、压断路器的热稳定校验要满足下式要求：或式中 断路器的热稳定电流；断路器热稳定电流所对应的热稳定时间；短路电流稳定值；作用下的假象时间。断路器通过短路电流的持续时间按下式计算：式中 断路器通过短路电流的持续时间；断路器保护动作时间；断路器的分闸时间。断路器的分闸时间，tbr包括断路器的固有分闸时间和燃弧时间，一般可由产品样本中查到或按下列数值选取。对快速动作的断路器，tbr可取0.110.16s；对中、低速动作的断路器，tbr可取0.180.25s。（5）校验高压断路器的动稳定高压断路器的动稳定是指承受短路电流作用引起的机构效应的能力，在校验时，需用短路电流的冲击值或冲击电流有效值与制造厂规定的

31、最大允许电流进行比较，即式中 imax、Imax设备极限通过的峰值电流及其有效值；ish、Ish短路冲击电流及其有效值。（6）校验高压断路器的断流容量高压断路器能可靠地切除断路故障的关键参数是它的额定断流容量（或额定开断电流）。因此，它所控制回路的最大短路容量应小于或等于其额定断流容量，否则断路器将受到损坏；严重时电弧难以熄灭，使事故继续扩大，影响系统的安全运行。断路器的额定短路容量（SN.oc）按下式进行校验：（或）式中 所控制回路在0.2s（或零秒）时的最大短路容量，MVA在不同的操作循环下，断路器的断流容量也不同，校验时应按相应的操作循环的断流容量进行校验。3、隔离开关的选择及校验它的主

32、要作用是隔离电源，保证电气设备与线路在检修时与电源有明显的断口。隔离开关无灭弧装置，和断路器配合使用时，合闸操作应先合隔离开关，后合断路器，分找操作应先断开断路器，后断开隔离开关。隔离开关与熔断器配合使用，可作为180kVA及以下容量变压器的电源开关。隔离开关按电网电压，长时最大工作电流及环境条件选择，按短路电流校验其动、热稳定性。4、高压熔断器的选择及校验高压熔断器是一种过流保护元件，又熔件与熔管两部分组成。当过载或短路时，电流增大，熔件熔断，达到切除故障保护设备的目的。熔件通过的电流越大，其熔断时间越短。电流与熔断时间的关系曲线叫熔件的安-秒特性曲线。在选择熔件时。除保证在正常工作条件下（

33、包括设备的启动）熔件不熔断外，为了使保护具有选择性，还应是其安-秒特性符合保护选择性的要求。高压熔断器除按工作环境条件、电网电压、负荷电流（对保护电压互感器的熔断器不考虑负荷电流）选择型号外，还必须校验熔断器的断流容量，即对具有限流作用的熔断器，不能用在低于额定电压等级的电网上（如10kV熔断器不能用于6kV电网），以免熔件熔断时弧电阻过大而出现过电压。容器选择的主要指标是选择熔件和熔管的额定电流，熔断器额定电流按下式选取式中 IN.Fu熔管额定电流（即熔断器额定电流）；IN.Fe熔件额定电流；I通过熔断器的长时最大工作电流。所选熔件应在长时最大工作电流及设备启动电流的作用下不熔断，在短路电流作用下可靠熔断；要求熔断器特性应与上级保护装置的动作时限相配合（即动作要有选择性），以免保护装置越级动作，造成停电范围的扩大。对保护变压器的熔件，其额定电流克按变压器额定电流的1.52倍选取。四、对所选电器设备的校验