XX企业35KV降压变电所的设计及高压配电装置.doc
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1、第一章 前 言1.1 选题背景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。工厂厂区供电设计是整个工厂建设设计中的重要组成部分。供电设计质量, 会直接影响到日后工厂的生产与发展。尤其对那些工业生产自动化程度很高的大型现代化工厂, 如果能有一个高质量的供电系统, 那么, 就有利于企业的快速发展。稳定可靠的供电系统, 有助于工厂增加产品产量, 提高产品质量, 降低生产成本, 增加企业经济效益。如果供电系
2、统设计质量不高, 将会给企业, 给国家造成不可估量的损失 1 。1.2 供电系统设计的原则工厂供电系统设计必须遵循以下原则:1) 工厂供电设计必须遵循国家的有关法令、标准和规范,执行国家的有关方针、政策,包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。2) 工厂供电设计应做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理,设计中应采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。3) 工厂供电设计必须从全局出发,统筹兼顾,按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件,合理确定设计方案。4) 工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展计划,正确处理近期建设与远期发展的关系,
3、做到远、近期结合,以近期为主,适当考虑扩建的可能性。1.3 供电系统设计的意义在工厂里,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。本文中的设计是对全厂总配电所及配电系统
4、的设计,通过对各部分的计算,最终选定厂中所需各种设备 2 。1.4 工厂简介及设计要求(1) 工厂总平台布置图(图1)。(2) 工厂生产任务、规模及产品规格:本厂承但某大型钢铁联合企业各附属厂的大型电机,变电器、锅炉配件制造任务。年生产规模为制造大型电机配件7500台,总容量为45万KW,制造电机总容量6万KW,制造电机最大容量为5520KV.A;生产电气器件60万件。本厂为某大型钢铁联合企业重要组成部分。(3) 工厂各车间负荷情况及转供负荷情况如表1所示。表1 工厂各车间负荷情况及转供负荷情况车间变电所序号车间名称设备容量(kW)需要系数计算负荷KdcostanPc(KW)Qc(kvar)S
5、c(kv.A)1电机修理车间225011906500.250.20.350.770.530.550.821.581.51 2机械加工车间5205708800.60.350.250.60.80.50.850.781.61 3新产品试验车间3003401606500.750.560.570.560.750.750.740.840.880.880.900.64 4原料车间57023000.650.300.780.800.800.75 5备件车间7005280.640.350.760.760.850.85 6锻造车间36000.800.800.78 (4) 供电协议:1) 当地供电部门提供两个供电电源
6、,供设计者选用。从某220/35kV区域变电所提供电源,该变电所距厂南10km。从某220/35KV区域变电所提供电源,该变电所距厂南侧5km。2) 电力系统短路数据如表2所示。表2 电力系统短路数据电源编码电源来源母线电压短路容量距离l(km)继电保护整定时间tp(s)U(KV)Sd.maxSd.minA区域变电所35600280101.8B某变电所3525015051.1 3) 供电部门提出的技术要求:a 区域变电所35KV馈出线定时限过电流保护整定时间为1.8s,某变电所10KV馈出线过电流保护整定时间为1.1s。b 工厂最大负荷时功率因素不得低于0.9。c 在总降压变电所35KV侧进行
7、计量。d 供电贴费为700元/(KW.A),每月电费按两部电价制:基本电费为18元/(KV.A),动力电费为0.4元/(KW.h),照明电费为0.5元/(KW.h)。e 工厂负荷性质。本厂大部分车间为一班制,少数车间为两班制或三班制,年最大有功负荷利用小时数为2300h。锅炉房供生产用高压蒸汽,停电会使锅炉发生危险,又由于该厂距离市区较远,消防用水需要厂方自备。锅炉房供电要求有较高的可靠性,其中60%为一、二级负荷。f 工厂自然条件:气象资料。年最高温度31,年平均温度20,年最低温度-27,年最热月平均最高温度31。年最热月地下土壤中0.71m出平均温度20,常年主导风向为南风。年雷暴雨37
8、天。地质水文资料。平均海拔31m,地层以沙质黏土为主且可耕地,自然接地电阻10,地下水位35m,地耐压为20t/m。第二章 负荷计算及功率因数补偿计算2.1 负荷计算2.1.1 负荷计算的意义工厂进行电力设计的基本原始资料是工艺部门提供的用电设备安装容量,但是这种原始资料要变成电力设计所需要的假想负荷称为计算负荷,从而根据计算负荷按照允许发热条件选择供电系统的导线截面,确定变压器容量,制订提高功率因数的措施,选择及整定保护设备以及校验供电电压的质量等,是一件较为复杂的事。电力装备设计部门对机械设备进行电气配套设计时总有一定的裕度,即使电动机功率完全门分机械计算的配套要求。在工厂中使用的情况不同
9、,也会影响到电力负荷的大小,但是这种电气计算负荷还必须认真地确定因为它的浓度程度,直接影响整个工厂供电设计的质量 3 。如计算过高,将增加供电设备的容量,浪费有色金属,增加初投资。计算过低则可能使供电元件过热,加速其绝缘损坏增大电能影响供电系统的正常运行。还会给工程扩建将来很大的困难。更有甚者,由于工厂企业是国家电力的主要用户,以不合理的工厂计算负荷为基础的国家电力系统的建设,将给国民经济带来很大的浪费和危害,而且使电力系统的建设和运行受到影响,给国民经济带来很大损失。所以对于本设计来说,负荷计算尤其重要。2.1.2 负荷计算的方法常用负荷计算的方法:(1) 需要系数法(2) 二项式系数法(3
10、)形状系数法。在此次设计中,设备台数较多,各台设备容量相差不太悬殊,所以考虑采用需要系数法。需要系数法的主要步骤:(1)将用电设备分组,求出各组用电设备的总额定容量。(2)查出各组用电设备相应需要系数及对应的功率因数。(3)用需要系数法求车间或全厂的计算负荷时,需要在各级配电点乘以同期系数K。负荷计算的主要公式有:(1) 有功计算负荷(单位为KW)(2) 无功计算负荷(单位为KVar)(3) 视在计算负荷(单位为KVA)(4) 计算电流(单位为A)Un为车间或工厂的用电设备配电电压(单位为KV)车间变电所序号车间名称设备容量(kW)需要系数计算负荷KdcostanPc(KW)Qc(kvar)S
11、c(kv.A)1电机修理车间225011906500.250.20.350.770.530.550.821.581.51562.5238.0227.5461.3376.0352.6730.5449.1413.62机械加工车间5205708800.60.350.250.60.80.50.850.781.61312.0199.5220.0 265.2155.6354.2520.0249.4440.03新产品试验车间3003401606500.750.560.570.560.750.750.740.840.880.880.900.64225.0190.491.2364.0198.0167.682.1
12、233.0300.0253.9123.2433.34原料车间57023000.650.300.780.800.800.75370.5690.0296.4517.5475.0862.55备件车间7005280.640.350.760.760.850.85448.0184.8380.8157.1589.5234.26锻造车间36000.800.800.782880.02246.43600.0 Kp=0.9 Kq=0.950.727202.46243.89532.02.2 功率因数补偿计算2.2.1 功率因数对供电系统的影响在工厂供电系统中输送的有功功率维持恒定的情况下,无功功率增大,即供电系统的功
13、率因数降低将会引起: (1) 系统中输送的总电流增加,使得供电系统中的电气元件,如变压器、电器设备、导线等容量增大,从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大,因而增大了投资费用;(2) 由于无功功率的增大而引起的总电流的增加,使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大;(3) 由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流,因此总电流增大,就使的供电系统中的电压损失增加,使得调压困难;(4)对电力系统的发电设备来说,无功电流的增大,使发电机转子的去磁效应增加,电压降低,过度增大激磁电流,从而使转子绕组的温升超过允许范围,为了保证转子绕组的正常工作,发电机就不能达到预定的效果。无功功
14、率对电力系统及工厂内部的供电系统都有不良的影响。因此,供电单位和工厂内部都有降低无功功率需要量的要求,无功功率的减少就相应地提高了功率因数。2.2.2 功率因数的补偿供电单位在工厂进行初步设计时对功率因数都要提出一定的要求,它是根据工厂电源进线、电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的。根据全国供用电规则的规定,本设计要求用户的功率因数cos 0.9。供电单位对工厂功率因数这样高的要求,仅仅依靠提高自然功率因数的办法,一般不能满足要求。因此,工厂便需要装设无功补偿装置,对功率因数进行人工补偿。由上表可知,可知该厂220V侧最大负荷时的功率因数只有0.72,而要求该厂35KV进线侧最大负
15、荷时功率因数不低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗,因此220V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90,选取0.92来计算220V侧所需的无功功率补偿容量:需装设的并联电容器容量为:取Qc=3170KVA3)补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为:变压器的功率损耗为:变电所高压侧的计算负荷为补偿后工厂的功率因数为采用PGJ1型补偿屏,并联电容器为BWF10.5-120-1W型采用其方案一(主屏)1台与方案3(辅屏)4台相组合,总共容量 120*6kvar*5=3600kvar。因此无功补偿后工厂220V侧和35KV侧的负荷计算如下表所示:项目 COS计算负荷 Pc(KW)Qc(kva
16、r)Sc(kv.A)/A220V侧补偿前负荷0.727202.46243.89532.014229.2 220V侧无功补偿容量-3600220V侧补偿后负荷0.9296906.383074.911280主变压器功率损耗35kv侧负荷计算0.904292.3 变压器的选择2.3.1主变压器台数的选择由于该厂的负荷属于二级负荷,对电源的供电可靠性要求较高,且集中负荷较大,宜采用两台变压器,以便当一台变压器发生故障后检修时,另一台变压器能对一、二级负荷继续供电,故选两台变压器 。2.3.2变电所主变压器容量的选择计算无功补偿容量 根据功率因数考核基准值0.9的要求,应将本站功率因数补偿至0.9。 所
17、以补偿电容值为 选用的补偿电容型号及台数:TBB10.5-2250/25 两套 装有两台主变压器的变电所每台容量不应小于总的计算负荷的60%,最好为总计算负荷的70%左右,即=(0.6-0.7)同时每台主变压器容量不应小于全部一、二级负荷之和,即(0.6-0.7) ; (不应小于全部一、二级负荷之和)=(0.6-0.7)=(4879-5692)KVA因此选两台SL7-6300/35型低损耗配电变压器。工厂二级的备用电源亦由与邻近单位相连的高压联络线来承担。主变压器的链接组别均采用Y/d-11.2.3.3车间变电所变压器选择车间变电所位置一般按下述原则确定:分散设置并接近负荷中心;便于低压网络的
18、备用联络,节省变压器及开关等设备的投资。根据厂区平面布置图提供的车间分布情况及各车间负荷的性质及大小,本厂拟设置六个车间变电所,由于主要车间的负荷均属于类负荷,故每个车间变电所均设置两台变压器。每台变压器的容量按能担负全部车间负荷来选择 6 。车间变电所的名称、位置、型式以及变压器的容量和台数如下表所示:第三章 总配电所主结线方案的设计设计依据:变电所主接线(一次接线)表示变电所接受、变换和分配电能的路径。它由各种电力设备(隔离开关、避雷器、断路器、互感器、变压器等)及其连接线组成。通常用单线图表示。主接线是否合理,对变电所设备选择和布置,运行的灵活性、安全性、可靠性和经济性,以及继电保护和控
19、制方式都有密切关系.它是供电设计中的重要环节. 在图上所有电器均以新的国家标准图形符号表示,按它们的正常状态画出。所谓正常状态,就是电器所处的电路中既无电压,也无外力作用的状态。对于图中的断路器和隔离开关,是画出它们的断开位置。在图上高压设备均以标准图形符号代表,一般在主接线路图上只标出设备的图形符号,在主接线的施工图上,除画出代表设备的图形符号外,还应在图形符号旁边写明设备的型号与规范。从主接线图上我们可了解变电所设备的电压、电流的流向、设备的型号和数量、变电所的规模及设备间的连接方式等,因此,主接线图是变电所的最主要的图纸之一。3.2 电气主接线的设计原则和要求3.2.1 电气主接线的设计
20、原则(1) 考虑变电所在电力系统的地位和作用变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所,由于它们在电力系统中的地位和作用不同,对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。(2) 考虑近期和远期的发展规模变电所主接线设计应根据五到十年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小及分布负荷增长速度和潮流分布,并分析各种可能的运行方式,来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。(3) 考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响对一级用电负荷,必须有两个独立电源供电,且当一个电源失去后,应保证全部一级用电负荷不
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