供配電課程設(shè)計正文

湖北理工學(xué)院課程設(shè)計報告PAGEPAGE161．前言電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小（除電化工業(yè)外）。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強(qiáng)度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達(dá)到以下基本要求：1.安全在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。2.可靠應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。3.優(yōu)質(zhì)應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求.4.經(jīng)濟(jì)供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。2、負(fù)荷計算、無功補(bǔ)償計算、變壓器選擇及初步方案的確定2.1、全廠負(fù)荷統(tǒng)計負(fù)荷計算是指導(dǎo)體通過一個等效負(fù)荷時，導(dǎo)體的最高溫升正好和通過實際的變動負(fù)荷時其產(chǎn)生的最高溫升相等，該等效負(fù)荷就稱為計算負(fù)荷。工業(yè)企業(yè)電力負(fù)荷計算的主要目的是：(1).全廠在工程設(shè)計的可行性研究階段要對全廠用電量作出估算以便確定整個工程的方案。(2).在設(shè)計工廠供電系統(tǒng)時，為了正確選擇變壓器的容量，正確選擇各種電氣設(shè)備和配電網(wǎng)絡(luò)，以及正確選擇無功補(bǔ)償設(shè)備等，需要對電力負(fù)荷進(jìn)行計算。確定負(fù)荷計算的方法有多種，包括估算法、需要系數(shù)法、二項式法和單相復(fù)合的計算，在這里我們采用需要系數(shù)法。對于單組用電設(shè)備的計算負(fù)荷公式如下：有功功率：無功功率：視在功率：計算電流：式中：——該用電設(shè)備組的需要系數(shù)——功率因數(shù)角的正切值——該用電設(shè)備組的額定電壓，單位是kV所以本廠的負(fù)荷統(tǒng)計如下（以金工車間為例）：有功計算負(fù)荷：無功計算負(fù)荷：視在計算負(fù)荷：計算電流：其他車間的負(fù)荷計算和以上的一樣，見表2.1：表2.1車間負(fù)荷計算表序號車間名稱設(shè)備容量/kW計算容量計算電流/A有功計算負(fù)荷/kW無功計算負(fù)荷/kvar視在計算負(fù)荷/1金工車間645225.75263.93347.31527.682裝配車間760342348.91488.57742.313臥式裝配車間540243284.10373.855684鋸條車間356178181.60254.29386.355鈑金車間425148.75173.91228.85347.76噴漆車間21596.7585.331291967辦公樓22016579.91183.33278.5412合計31611399.251417.69--2.2、車間變電所的數(shù)量、類型和所址的確定由于工廠屬于三級負(fù)荷，并且取10kV母線作為電源，綜合考慮工廠負(fù)荷分布情況及廠區(qū)情況，選用5個10kV/0.38kV直降變電所，具體分配如下：金工車間、裝配車間、臥式裝配車間分別裝配車間變電所1、車間變電所2、車間變電所3，鋸條車間、鈑金車間和噴漆車間共用一個車間變電所4，辦公樓用一個變電所5。2.3、無功功率補(bǔ)償計算（以金工車間為例）（1）求補(bǔ)償前的視在計算負(fù)荷及功率因數(shù)視在計算負(fù)荷功率因數(shù)（2）確定無功補(bǔ)償容量（3）低壓電容器柜的選擇選擇GGJ-01（A）型低壓無功功率補(bǔ)償柜，BCMJ0.4-16-3電容器，所需安裝的組數(shù)，所需柜數(shù)2臺。其余車間的計算與金工車間類似，無功補(bǔ)償容量與電容器柜選型見表2-2：表2-2無功補(bǔ)償容量與電容器柜選型表車間名稱所需無功補(bǔ)償容量/kvar低壓電容器柜型號電容器柜臺數(shù)實際無功補(bǔ)償容量/kvar金工車間167.96WZJ0.4-180/9-J1180裝配車間203.15WZJ0.4-120/6-J2240臥式裝配車間180.8WZJ0.4-200/10-J1200鋸條車間+鈑金車間+噴漆車間250.65WZJ0.4-50/4-J6300辦公樓9.6WZJ0.4-30/2-J1302.4、補(bǔ)償后用戶的計算負(fù)荷主變壓器的功率損耗：因此，補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和10kV側(cè)的負(fù)荷計算如表2-3所示：表2-3變電所的補(bǔ)償方案序號功率因數(shù)變電所1380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.65225.75263.93347.31527.68380V側(cè)無功補(bǔ)償容量180380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.9318225.7583.93240.85365.934變電所2380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.70342348.91488.57742.31380V側(cè)無功補(bǔ)償容量240380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.9246342108.91358.9225545.33變電所3380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.65243284.10373.85568380V側(cè)無功補(bǔ)償容量200380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.935124384.10257.142390.69變電所4380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.69402.325427.6051587.12892.04380V側(cè)無功補(bǔ)償容量300380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.9198402.325127.6051422.76641.28變電所5380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.9016579.91183.33278.54380V側(cè)無功補(bǔ)償容量30380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.932516549.91176.94261.91主變壓器功率損耗14.045870.22910kV側(cè)負(fù)荷總計0.92651329.3453.661404.5881.102.5、變電所變壓器選擇因為10kV側(cè)五個變電所的視在負(fù)荷分別為240.85kV·A、358.9225kV·A、257.142kV·A、422.76kV·A、176.94kV·A，又考慮到工廠以后的發(fā)展，所以選用5臺10(1±5%)0.4kVS11型變壓器，具體參數(shù)見表2-4：表2-4變壓器選型及參數(shù)變壓器序號型號額定容量/kV·A空載損耗短路損耗短路阻抗/%空載電流/%1S11-M-250/102500.43.054.01.22S11-M-400/104000.574.34.01.03S11-M-315/103150.483.654.01.14S11-M-500/105000.685.154.01.05S11-M-200/102000.342.64.01.33、主接線方案的選擇因為工廠是三級負(fù)荷且考慮到經(jīng)濟(jì)因素，選擇單母線接線方式。單母線接線方式的優(yōu)點(diǎn)：簡單、清晰、設(shè)備少、運(yùn)行操作方便且有利于擴(kuò)建。3.1、高壓側(cè)主接線方案根據(jù)設(shè)計分組要求，本組高壓側(cè)選取HXGN系列高壓開關(guān)柜，結(jié)合所給柜型資料，考慮到高壓側(cè)接線盡量簡單，設(shè)計高壓側(cè)主接線如圖3-1：圖3-1高壓側(cè)主接線3.2低壓側(cè)主接線方案根據(jù)設(shè)計分組要求，本低壓側(cè)選取GGD系列高壓開關(guān)柜，設(shè)計低壓側(cè)主接線如下（以金工車間即1號車間變電所為例）：圖3-2低壓側(cè)主接線4、短路電流計算短路電流計算的目的是為了正確選擇和校驗電氣設(shè)備，以及進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的整定計算。短路計算點(diǎn)要選擇得使需要進(jìn)行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。對于工廠供電系統(tǒng)來說，常將電力系統(tǒng)當(dāng)作無限大容量電源。常用的計算方法有歐姆法（有稱有名單位值法）和標(biāo)幺值法（又稱相對單位值法）。在本設(shè)計中取三個短路點(diǎn)，分別是：主變壓器高壓側(cè)，變壓器低壓側(cè)以及10kV線路末端。計算方法采用標(biāo)幺值法。4.1、短路電流的計算方法基準(zhǔn)電流：基準(zhǔn)電抗：三相短路電流周期分量有效值：三相短路容量的計算公式：繪制短路計算圖如圖4-1所示：圖4-1短路計算圖確定基準(zhǔn)值：取，，即高壓側(cè)，低壓側(cè)，架空線，則，.4.2、計算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值①電力系統(tǒng)最大電抗標(biāo)幺值最小電抗標(biāo)幺值②架空線路③電力變壓器電力變壓器的電抗標(biāo)幺值表4-1變壓器電抗標(biāo)幺值表變壓器序號型號額定容量/kV·A電抗標(biāo)幺值1S11-M-250/102502S11-M-400/104003S11-M-315/103154S11-M-500/105005S11-M-200/10200繪制等效電路如圖4-2所示：圖4-2等效電路4.3、計算k-1點(diǎn)（10kV側(cè)）的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量①總電抗標(biāo)幺值最大總電抗標(biāo)幺值最小總電抗標(biāo)幺值②三相短路電流周期分量有效值最大值最小值③其他三相短路電流④三相短路容量4.4、計算k-2點(diǎn)（0.4kV側(cè)）的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量五個變壓器分列運(yùn)行，取其中一個作為例子計算，其他四個相似①總電抗標(biāo)幺值最大總電抗標(biāo)幺值最小總電抗標(biāo)幺值②三相短路電流周期分量有效值最大值最小值③其他三相短路電流④三相短路容量作出短路計算表如下：表4-2最大運(yùn)行方式下的短路計算表變壓器短路計算點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值三相短路電流/kA三相短路容抗/S11-M-250/10k-12.4232.272.272.275.78853.427741.271k-218.4237.8357.8357.83517.7110.2645.428S11-M-400/10k-12.4232.272.272.275.78853.427741.271k-212.42311.6211.6211.6226.2615.2228.05S11-M-315/10k-12.4232.272.272.275.78853.427741.271k-215.1239.5449.5449.54421.5712.5036.612S11-M-500/10k-12.4232.272.272.275.78853.427741.271k-210.42313.8513.8513.8531.318.149.594S11-M-200/10k-12.4232.272.272.275.78853.427741.271k-222.4236.446.446.4414.558.4334.46表4-3最小運(yùn)行方式下的短路計算表變壓器短路計算點(diǎn)總電抗標(biāo)幺值三相短路電流/kA三相短路容抗/S11-M-250/10k-11.9232.862.862.867.2934.318652.002k-217.9238.0538.0538.05318.2010.555.58S11-M-400/10k-11.9232.862.862.867.2934.318652.002k-211.92312.10612.10612.10627.3615.8598.39S11-M-315/10k-11.9232.862.862.867.2934.318652.002k-214.6239.8719.8719.87122.30812.9316.839S11-M-500/10k-11.9232.862.862.867.2934.318652.002k-210.42314.54614.54614.54632.87419.05510.078S11-M-200/10k-11.9232.862.862.867.2934.318652.002k-221.9236.5846.5846.58414.888.6254.5615、電氣設(shè)備選擇與校驗5.1、高壓側(cè)導(dǎo)線選擇10kV導(dǎo)線選擇圖5-1高壓側(cè)線路長度和負(fù)荷情況1)先按電壓損失條件選擇導(dǎo)線截面初選YJV型銅電纜，對10kV架空線取，則有：于是可得選取導(dǎo)線，查表知代入?yún)?shù)計算可得：可見滿足電壓損失要求。2)按發(fā)熱條件選擇電纜截面查附表，知截面的YJV型電纜在的載流量為172A，大于。綜上高壓側(cè)導(dǎo)線選用型電纜。5.2、高壓側(cè)設(shè)備校驗根據(jù)此次設(shè)計分組要求，本小組選用HXGN系列高壓開關(guān)柜，內(nèi)部主要有以下高壓電器設(shè)備：GN30-10/400-12.5型隔離開關(guān)、ZN63-12型真空斷路器、LZZJ-10型電流互感器、JDZX10-10E型電壓互感器、XRNP-12型高壓熔斷器、HY5W-17/45型避雷器等。表5-110kV電源進(jìn)線側(cè)一次設(shè)備選擇與校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度結(jié)論安裝地點(diǎn)的電氣條件參數(shù)數(shù)據(jù)10kV82．83A2.86kA7.293kA設(shè)備型號規(guī)格參數(shù)真空斷路器ZN63-1212kV630A20kA50kA合格隔離開關(guān)GN30-10/400-12.512kV400A-31.5kA合格高壓熔斷器XRNT1-1212kV12531.5kA--合格電流互感器LZZJ-1010kV300A45kA110kA合格電壓互感器JDZX10-10E12kV合格由上表可得，高壓側(cè)設(shè)備校驗結(jié)果全部合格。5.3、低壓導(dǎo)線的選擇因工廠內(nèi)部具體車間位置不明確，無法分配低壓線路。只能根據(jù)表1-4，補(bǔ)償后低壓側(cè)計算電流大致選擇低壓配電室配電導(dǎo)線。5.4、低壓側(cè)設(shè)備校驗根據(jù)此次設(shè)計分組要求，本小組選用GGD2系列低壓開關(guān)柜，對GGD2整套設(shè)備校驗如表5-2所示（以計算負(fù)荷最大的變電所4為例）：表5-2GGD2低壓開關(guān)柜校驗(取高壓側(cè)據(jù)點(diǎn)保護(hù)時間為1.0S)序號低壓側(cè)側(cè)的電氣條件GGD2低壓開關(guān)柜項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)結(jié)論1380V380V合格2664.56A1000A合格313.85kA15kA合格431.3kA63kA合格5合格6、繼電保護(hù)對于該工廠采用帶時限過電流保護(hù)。進(jìn)出線示意圖如圖6-1：圖6-1工廠進(jìn)出線示意圖QF1處的動作時間為1.5S，QF2處的動作時間為1.0S，QF3處的動作時間為0.5S。以1號變電所即金工車間為例，進(jìn)行繼電保護(hù)的計算整定k-1處的定時限過電流保護(hù)動作電流取，，，查附表，選用DL-31/6型電磁式電流繼電器，動作電流整定為4.5A整定k-2的定時限過電流保護(hù)動作電流取,，，故查附表，選用DL-31/10型電流型繼電器，動作電流整定為9A整定k-3處定時限過電流保護(hù)動作電流根據(jù)具體的用電設(shè)備計算整定電流。定時限過電流靈敏度校驗①