供配电工程课程设计重点.docx
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供配电工程课程设计重点
湖北理工学院
电气与电子信息工程学院
供配电工程课程设计报告
设计题目:
某橡胶厂供配电系统电气部分初步设计
姓
名:
专
业:
班
级:
学
号:
起止时间:
地
占:
八、、•
指导教师:
完成时间:
供配电工程课程设计任务书(17)
一、设计题目
某橡胶厂供配电系统电气部分初步设计
二、设计目的及要求
通过本课程设计:
熟悉供配电系统初步设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设计规范等,锻炼工程设计、技术经济分析比较、工程计算、工具书使用等能力,并了解供电配电系统前沿技术及先进设备。
要求根据用户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,选择配变电所主接线方案、高压配电线路接线方式、高低压设备和进出线,确定车间变电所主变压器的台数与容量、类型。
最后按要求写出设计说明书,绘出设计图样。
三、设计依据
1、负荷情况
该厂是道路桥梁工程配套产品的专业生产厂家。
公司占地面积36000平方米,建筑
面积16000平方米。
生产车间由机加工车间、组装车间、伸缩装置车间、橡胶制品车间、炼胶车间五个生产车间组成。
主要产品有:
板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球型支座、桥梁伸缩装置、橡胶止水带等五大系列。
该公司大部分车间为三班制,年最大有功负荷利用小时数为5100h。
车间负荷情况见
下表。
按二级负荷设计。
2、供电电源情况
按照工厂与当地电业部门签订的供用电协议规定,本厂可从某35/10kV地区变电站10kV
分段单母线取得工作电源。
该35/10kV地区变距离本厂约为6km,10kV母线短路数据:
Sk3maxR50MVA、Sk3min=130MVA。
要求该厂:
①过电流保护整定时间不大于1.0s:
②在工厂10kV电源侧进行电能计
量;③功率因数应不低于0.92。
3•工厂自然条件
年最高气温39C,年平均气温23C,年最低气温-5C,年最热月平均最高气温33C,
年最热月平均气温26C,年最热月地下0.8m处平均温度25C.主导风向为南风,年雷
暴日数52。
平均海拔22m,地层以砂粘土为主。
4.电费制度
按两部电价制交纳电费,基本电价20元/千伏•安/月,电度电价0.5元/度。
四、设计任务
设计内容包括:
选择高压配电所位置、配变电所的负荷计算及无功功率的补偿计算,车间变压器台数和容量、型式的确定,变配电所主接线方案的选择,高压配电线路接线方式的选
择,高低压配电线路及导线截面选择,短路计算和开关设备的选择,继电保护的整定计算防雷保护与接地装置设计*等。
编号
厂房名称
设备容量/kW
需要系数
功率因数
1
机加工车间
540
0.20
0.65
2
伸缩装置车间
350
0.50
0.70
3
组装车间
180
0.40
0.75
4
橡胶制品车间
670
0.45
0.80
5
炼胶车间
490
0.80
0.80
6
仓库
40
0.30
0.50
7
食堂
40
0.75
0.80
8
锅炉房
110
0.75
0.80
9
水泵房
60
0.75
0.80
10
综合办公楼
55
0.70
0.90
11
生活区
280
0.7
0.90
摘要
电能在现代工业生产及国民经济生活中是不可或缺的,因此,供配电技术显得
尤为重要。
通过对供配电系统中变电所的设计,可以加深变电所在电力系统中的作用及电力系统设备功能及选择原则等方面的了解和认识。
本设计根据厂内各车间负荷表进行负荷计算,然后选取车间变压器及主变压器型号、计算输电线截面并选择厂内架空线路型号。
确定系统主接线,通过等效图进行短路计算,根据短路计算的结果选择断路器、互感器等高低压电气设备并进行校验。
最后设置继电保护装置并进行整定计算。
本设计主要依据相关设计手册的规定,通过计算分析,合理的选择各种设备。
关键词负荷计算短路计算电气设备选择继电保护
Abstract
Powerinthemodernindustrialproductionandnationaleconomiclifeisindispensable,therefore,distributiontechnologyisparticularlyimportant.Throughtothesubstationdesigninpowersupplysystem,itcandeepenunderstandingofthesubstationinpowersystemandtheroleofthepowersystemequipmentfunctionandselectionprinciples.
Thisdesigngivenbythefactoryworkshopsubstationloadtablesforloadcalculation,andthenfollowthecomputationalloadoftransformersubstationmaintransformerandtheworkshopareselectedmodels.Accordingtocalculationoftransmissionlinecross-sectionalareaselectsmodelsofoverheadlines.Drawthewiringdiagramofthepowersupplysystem.Andthentheshort-circuitpointsetforthecalculationofshort-circuitcurrent,andselectdifferentvariablepressuresideoftheelectricalequipmentandcheck.Thelast,setrelayprotectiondeviceandsettingcalculation.Thisdesignisthemainbasisoftheprovisionsoftherelevantdesignmanual,throughcalculationandanalysis,reasonableselectionofallkindsofequipment.
Keywordsloadcalculationshort-circuitcalculationelectricalequipmentchoice
relayprotection
1前言1
2.负荷计算、无功补偿计算、变压器选择及初步方案的确定……2
2.1车间计算负荷确定2
2.2车间变电所计算负荷确定2
2.3无功功率补偿计算3
2.4车间变电所变压器选6
2.5全厂负荷计算6
3主接线方案的选择8
3.1变配电所主接线方案的设计原则与要求8
3.2高压侧主接线方案8
4短路电流计算10
4.1短路电流的计算方法10
4.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值10
4.3计算k-1点(10kV侧)的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量12
4.4计算k-2点(0.4kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和
短路容量13
5电气设备选择与校验14
5.1高压侧导线选择14
5.2高压侧设备校验15
5.3低压导线的选择16
5.4低压侧设备校验16
6继电保护16
7防雷与接地18
8课程设计心得18
参考资料19
1.前言
电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来,又易于转换为其它形式的能量以供应用;电能的输送的分配既简单经济,又便于控制、调节和测量,有利于实现生产过程自动化。
因此,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的比重一般很小(除电化工业外)。
电能在工业生产中的重要性,并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少,而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量,提高产品质量,提高劳动生产率,降低生产成本,减轻工人的劳动强度,改善工人的劳动条件,有利于实现生产过程自动化。
从另一方面来说,如果工厂的电能供应突然中断,则对工业生产可能造成严重的后果。
因此,做好工厂供电工作对于发展工业生产,实现工业现代化,具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面,而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义,因此做好工厂供电工作,对于节约能源、支援国家经济建设,也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务,切实保证工厂生产和生活用电的需要,并做好节能工作,就必须达到以下基本要求:
1.安全在电能的供应、分配和使用中,不应发生人身事故和设备事故。
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.经济供电系统的投资要少,运行费用要低,并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外,在供电工作中,应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系,既要照顾局部的当前的利益,又要有全局观点,能顾全大局,适应发展。
2.负荷计算、无功补偿计算、变压器选择及初步方案的确定2.1车间计算负荷确定
按车间、工厂的需要系数计算:
Pc二KdR
计算结果见表2—1.
表2-1各车间电力负荷计算结果表
编号
厂房名称
设备容
量/kW
需要系
数/Kd
功率因
数/cos
©
tan©
计算负荷
Pc/kW
Qc/kvar
Sc/kv•A
Ic/A
1
机加工车间
540
0.2
0.65
1.06
108.00
114.48
166.15
252.44
2
伸缩装置车间
350
0.5
0.7
1.02
175.00
178.54
250.00
379.84
3
组装车间
180
0.4
0.75
0.88
72.00
63.50
96.00
145.86
4
橡胶制品车间
670
0.45
0.8
0.75
301.50
226.13
376.88
572.60
5
炼胶车间
490
0.8
0.8
0.75
392.00
294.00
490.00
744.48
6
仓库
40
0.3
0.5
1.73
12.00
20.78
24.00
36.46
7
食堂
40
0.75
0.8
0.75
30.00
22.50
37.50
56.98
8
锅炉房
110
0.75
0.8
0.75
82.50
61.88
103.13
156.68
9
水泵房
60
0.75
0.8
0.75
45.00
33.75
56.25
85.46
10
综合办公楼
55
0.7
0.9
0.48
38.50
18.65
42.78
64.99
11
生活区
280
0.7
0.9
0.48
196.00
94.93
217.78
330.88
2.2车间变电所计算负荷确定
按负荷分布情况确定车间变电所的数量。
1•车间变电所的数量
由于工厂属于三级负荷,并且取10kV母线作为电源,综合考虑工厂负荷分布情况及厂区情况,选用5个10kV/0.38kV直降变电所,具体分配如下:
车间变电所1#:
机加工车间、伸缩装置车间、组装车间、仓库共用;
车间变电所2#:
食堂、锅炉房、水泵房、综合办公室共用;
车间变电所3#:
橡胶制品车间;
车间变电所4#:
炼胶车间;
车间变电所5#:
生活区。
2、车间变电所的计算负荷
车间变电所的计算负荷视具体情况进行计算
(1)只供一个车间,即是2-1计算结果。
(2)
供电给多个车间,求和并适当考虑同时系数即可(如车变电所1#):
5=0.95,
K百=0.95。
计算结果见表2—2
表2—2各车间变电所电力负荷计算结果表(补偿前)
车间变电
所
所供车间
计算负荷
名称
Pc/kW
Qc/kvar
Sc/kv•A
Ic/A
cos$
1#
机加工车间伸缩装置车间组装车间、仓库
348.65
369.63
508.12
772.00
0.69
2#
橡胶制品车间
301.50
226.13
376.88
572.60
0.80
3#:
炼胶车间
392.00
294.00
490.00
744.48
0.80
4#
食堂、锅炉房、
水泵房、综合办
公楼
186.20
129.93
227.05
344.97
0.82
5#
生活区
196.00
94.93
217.78
330.88
0.90
2.3无功功率补偿计算
我国《供电营业规则》规定,除电网有特殊要求的用户外,用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列要求:
100千伏安及以上高压供电的用
户功率因数为0.90以上。
其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业,功率因数为0.85以上。
农业用电,功率因数为0.80。
用户普遍采用并联电容器作为无功补偿装置。
这里我们用的低压集中补偿。
并联电容器装设在变配电所的低压配电室或低压电容器室内
1并联电容器选择计算
(1)无功补偿容量计算(以车间变电所2#为例)
Q=Q_Q=P』tan,—tan'
在变压器低压侧补偿时,要使变电所高压侧功率因数达到0.90以上,考虑到变压
器的无功功率损耗Qr远大于有功功率损耗Pt,低压侧补偿后的功率因数应高于
0.90,根据设计要求:
功率因数应不低于0.92。
(2)并联电容器个数选择
确定了总的补偿容量后,根据所选并联电容器单台容量qc来确定电容器的个数n,即
n/qc
由上式计算所得电容器台数n,对于单相电容器(电容器全型号后面标“1者)来
说,应取3的倍数,以便三相均衡补偿。
2低压电容器柜(屏)的选择
低压集中补偿一般采用低压电容器柜。
这里我们选用GCS系列低压电容器柜
数据见表2—3:
B
C
■■.■'
150
汕
:
:
1il
1
2■1
S4
°
24
IK
l■■
忑•/
TnT
IG
Ifl
*'J|
1
汕
H
10
A
[jff
蟹
£
1
表2—3GCS系列低压电容器柜
主电路方案
£
—
II川
电二7
无功卄偿(左柜}
占用小宝髙明!
胸1—
;J服询離轉爛轻~m|
4
无功Hh轴柜)
无功补偿容量与电容器柜选型见表2-4:
表2-4无功补偿容量与电容器柜选型表
变电所序号
供电车间
tan?
tan?
'
所需无功补偿容量
/kvar
低压电容器
柜规格序号
电容器柜台数
实际无功补
偿容量/kvar
1#
机加工车间伸缩装置车间、组装车间、仓库
1.06
0.36
244.12
B
2
256
2#
橡胶制品车间
0.75
0.36
117.59
B
1
128
3#
炼胶车间
0.75
0.36
152.88
A
1
160
4#
食堂、锅炉房、水泵房、综合办公楼
0.70
0.36
62.90
C
1
96
3无功补偿后车间变电所的计算负荷
用户装设了无功补偿装置以后,则在确定补偿装置装设地点以前的总计算负荷时,应扣除无功补偿的容量,即补偿后总的视在计算负荷
S=尼+(Q-QC)2
无功补偿的容量Q应该为选定并联电容器后的实际补偿容量。
计算结果见表2—5
表2—5无功补偿后车间变电所的计算负荷(变压器低压侧)
车间变电所
名称
实际补偿
量kvar
有功计算负荷
Pc/kW
无功计算负荷
Qc/kvar
视在计算负荷
Sc/kV•A
计算电流
Ic/A
功率因数
cos©
1#
机加工车间伸缩装置车间、组装车间、仓库
256
348.65
113.63
376.60
572.18
0.93
2#
橡胶制品车
间
128
301.50
98.12
302.98
460.33
1.00
3#
炼胶车间
160
392.00
134.00
392.86
596.89
1.00
4#
食堂、锅炉房、水泵房、综合办公楼
96
186.20
33.93
196.27
298.20
0.95
5#
生活区
0
196.00
94.93
217.78
330.88
0.90
2.4车间变电所变压器选择
一般情况下应首先考虑选择一台变压器。
变压器容量应满足全部用电设备总计算负荷的需要,即
Sn.T-S30
因为10kV侧五个变电所的视在负荷分别为376.60kV・A、302.98kV・A、392.86kVA、
196.27kVA196.00kV-A,又考虑到工厂以后的发展,所以选用5台10(1±5%)0.4kV
S11型变压器,具体参数见表2-6:
表2-6变压器选型及参数
变压器
序号
型号
额定容量/
kV-A
空载损耗
AP0/kW
短路损耗
APk/kW
空载电
流/10%
短路阻
抗Uk/%
1
S11-M-400/10
400
0.80
4.3
1.3
4.0
2
S11-M-315/10
315
0.67
3.8
1.4
4.0
3
S11-M-400/10
400
0.80
4.3
1.3
4.0
4
S11-M-200/10
200
0.48
2.7
1.5
4.0
5
S11-M-250/10
250
0.56
3.1
1.4
4.0
2.5全厂负荷计算
按逐级计算法计算:
在供配电系统设计中进行设备选择时,应采用的计算方法,该方法是从供配电系统最终端即用电设备开始计算起,逐级往上计算到用户电源进线,涉及供配电系统各个环节。
1.车间变电所高压侧负荷计算
将车间变电所低压侧计算负荷加上变压器的功率损耗,即得变压器高压侧计算负荷,计算式为
PC3)=PC
(2)+Q(3)=0x2)+也Q
式中,Pt为变压器的有功功率损耗;Qr为变压器的无功功率损耗。
若变压器
已选定,可以查表。
变压器的功率损耗也可根据下式进行近似计算:
有功损耗.Pt:
0.01Sc
无功损耗;Qr:
0.05Sc
式中,Sc为变压器的低压侧计算负荷。
计算结果见表2-7
表2-7车间变电所变压器高压侧的计算负荷(无功补偿后)
车间变
电所
△PT
/kW
△Q
/kvar
有功计算负
荷Pc/kW
无功计算负
荷Qc/kvar
视在计算
负荷Sc/kV-A
计算
电流
功率因数
cos©
1#
3.77
18.83
352.42
132.46
376.49
21.74
0.94
2#
3.03
15.15
304.53
113.27
324.91
18.76
0.94
3#
3.93
19.64
395.93
153.64
424.69
24.52
0.93
4#
1.96
9.81
188.16
43.75
193.18
11.15
0.97
5#
2.19
10.94
198.19
9.86
198.43
11.46
1.00
2•高压配电所(HDS计算负荷(即全厂)
高压配电所计算负荷应该是高压母线上所有高压配电线计算负荷之和(包括高压
电动机),再乘上一个同时系数K、•,即
同时系数心可取0.95〜1
注:
这里没有考虑高压配电线的功率损耗
系数K、•此处取0.95
则:
FC(4)=K送送出2)」=1353.13
Q(4)=勺为乐?
)」=359.68
3变配电所主接线方案的设计
3.1变配电所主接线方案的设计原则与要求
应根据变配电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定。
并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。
1.安全性
为保障设备安全及人身安全,主接线应符合国家标准有关技术规范的要求,正确选择电气设备及其监视、保护系统,考虑各种安全技术措施。
2.可靠性
(1)主接线应符合电力负荷特别是一、二级负荷对供电可靠性的要求。
一级负荷
要求由两个电源供电,二级负荷,要求由两回路供电或一回路6kV及以上的专用架空线路或电缆供电。
(2)变电所的非专用电源进线侧,应装设带短路保护的断路器或负荷开关(串熔断器)。
当双电源供多个变电所时,宜采用环网供电方式。
(3)对一般生产区的车间变电所,宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电,以确保供电可靠性,但对辅助生产区及生活区的变电所一可采用树干式配电。
(4)变电所低压侧的总开关,宜采用低压断路器。
当有继电保护或自动切换电源要求时,低压侧总开关和低压母线分段开关,均应采用低压断路器。
3.灵活性
主接线应能适应供配电系统各种不同的运行方式(如变压器经济运行方式、电源线路备用方式等),倒闸切换操作简便;检修操作,也应保证供电可靠性的条件。
4.经济性
在满足上述技术要求的前提下,一次接线应尽量做到投资省、占地少、电损小。
因为工厂是三级负荷且考虑到经济因素,选择单母线接线方式。
单母线接线方式的优点:
简单、清晰、设备少、运行操作方便且有利于扩建。
3.2高压侧主接线方案
根据设计分组要求,本组高压侧选取KYN系列高压开关柜,结合所给柜型资料,考虑到高压侧接线尽量简单,设计KYN28-12(Z)系列高压开关柜高压侧主接线如图3-1:
柜列编号
用途
方案编号
图3-1高压侧主接线
NO.1
N0.2
NO.3
NO.4
NO.5
NO.6
NO.7
NO.8
进线开关
电能计量
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