工廠供電答案.doc
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1、江西理工大學應用科學學院 第一章 設計任務 1.1設計要求 要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負荷的實際情況,并適當考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展,按照安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理的要求,確定變電所的位置和型式,確定變電所主變壓器的臺數(shù)、容量與類型,選擇變電所主接線方案及高低壓設備和進出線,確定二次回路方案,選擇整定繼電保護,確定防雷和接地裝置。最后按要求寫出設計說明書,繪出設計圖紙。 1.2 設計依據(jù) 1.2.1工廠總平面圖 圖1.1 工廠平面圖 1.2.2 工廠負荷情況 本廠多數(shù)車間為兩班制,年最大負荷利用小時為4600h,日最大負荷持續(xù)時間為6h。
2、該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級負荷外,其余均屬三級負荷。本廠的負荷統(tǒng)計資料如表1.1所示。 1.2.3 供電電源情況 按照工廠與當?shù)毓╇姴块T簽定的供用電協(xié)議規(guī)定,本廠可由附近一條10kV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導線牌號為LGJ-150,導線為等邊三角形排列,線距為2m;干線首端距離本廠約8km。干線首端所裝設的高壓斷路器斷流容量為500MVA。此斷路器配備有定時限過流保護和電流速斷保護,定時限過流保護整定的動作時間為1.7s。為滿足工廠二級負荷要求,可采用高壓聯(lián)絡線由鄰近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側有電氣聯(lián)系的架空線路總長度
3、為80km,電纜線路總長度為25km。 1.2.4 氣象資料 本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為34℃,年平均氣溫為20℃,年最低氣溫為-10℃,年最熱月平均最高氣溫為31℃,年最熱月平均氣溫為23℃,年最熱月地下0.8米處平均氣溫為21℃。當?shù)刂鲗эL向為東北風,年雷暴日數(shù)為10。 1.2.5 地質(zhì)水文資料 本廠所在地區(qū)平均海拔400m,地層以紅土為主,地下水位為2m。 表1.1 工廠負荷統(tǒng)計資料 廠房編號 廠房名稱 負荷類別 設備容量/kW 需要系數(shù) 功率因數(shù) 1 鑄造車間 動力 300 0.3 0.7 照明 6 0.8 1.0 2 鍛
4、壓車間 動力 350 0.3 0.65 照明 8 0.7 1.0 7 金工車間 動力 400 0.2 0.65 照明 10 0.8 1.0 6 工具車間 動力 360 0.3 0.6 照明 7 0.9 1.0 4 電鍍車間 動力 250 0.5 0.8 照明 5 0.8 1.0 3 熱處理車間 動力 150 0.6 0.8 照明 5 0.8 1.0 9 裝配車間 動力 180 0.3 0.7 照明 6 0.8 1.0 10 機修車間 動力 160 0.2 0.65
5、照明 4 0.8 1.0 8 鍋爐車間 動力 50 0.7 0.8 照明 1 0.8 1.0 5 倉庫 動力 20 0.4 0.8 照明 1 0.8 1.0 生活區(qū) 照明 350 0.7 0.9 1.2.6 電費制度 本廠與當?shù)毓╇姴块T達成協(xié)議,在工廠變電所高壓側計量電能,設專用計量柜,按兩部電費制交納電費。每月基本電費按主變壓器容量為18元/kVA,動力電費為0.9元/Kw.h,照明電費為0.5元/Kw.h。工廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低于0.9,此外,電力用戶需按新裝變壓器容量計算,一次性向供電部門交納供電貼費:6~10VA為
6、800/kVA。 第二章 負荷計算和無功功率補償 2.1 負荷計算 2.1.1單組用電設備計算負荷的計算公式 a)有功計算負荷(單位為KW) = , 為系數(shù) b)無功計算負荷(單位為kvar) = tan c)視在計算負荷(單位為kvA) = d)計算電流(單位為A) =, 為用電設備的額定電壓(單位為KV) 2.1.2多組用電設備計算負荷的計算公式 a)有功計算負荷(單位為KW) = 式中是所有設備組有功計算負荷之和,是有功負荷同時系數(shù),可取0.85~0.95 b)無功計算負荷(單位為kvar) =,是所有設備無功之和
7、;是無功負荷同時系數(shù),可取0.9~0.97 c)視在計算負荷(單位為kvA) = d)計算電流(單位為A) = 經(jīng)過計算,得到各廠房和生活區(qū)的負荷計算表,如表2.1所示(額定電壓取380V) 表2.1 各廠房和生活區(qū)的負荷計算表 編號 名稱 類別 設備容量/kW 需要系數(shù) cos tan 計算負荷 /kW /kvar /kVA /A 1 鑄造 車間 動力 300 0.3 0.7 1.02 90 91.8 —— —— 照明 6 0.8 1.0 0 4.8 0 —— —— 小計 306 ——
8、 94.8 91.8 131.9 200.5 2 鍛壓 車間 動力 350 0.3 0.65 1.17 105 123 —— —— 照明 8 0.7 1.0 0 5.6 0 —— —— 小計 358 —— 110.6 123 165 251 7 金工 車間 動力 400 0.2 0.65 1.17 80 93.6 —— —— 照明 10 0.8 1.0 0 8 0 —— —— 小計 410 —— 88 93.6 128 194 6 工具 車間
9、動力 360 0.3 0.6 1.33 108 144 —— —— 照明 7 0.9 1.0 0 6.3 0 —— —— 小計 367 —— 114.3 144 184 280 4 電鍍 車間 動力 250 0.5 0.8 0.75 125 93.8 —— —— 照明 5 0.8 1.0 0 4 0 —— —— 小計 255 —— 129 93.8 160 244 3 熱處理車間 動力 150 0.6 0.8 0.75 90 67.5 —— —— 照明
10、 5 0.8 1.0 0 4 0 —— —— 小計 155 —— 94 67.5 116 176 9 裝配 車間 動力 180 0.3 0.7 1.02 54 55.1 —— —— 照明 6 0.8 1.0 0 4.8 0 —— —— 小計 186 —— 58.8 55.1 80.6 122 10 機修 車間 動力 160 0.2 0.65 1.17 32 37.4 —— —— 照明 4 0.8 1.0 0 3.2 0 —— —— 小計 164
11、—— 35.2 37.4 51.4 78 8 鍋爐 車間 動力 50 0.7 0.8 0.75 35 26.3 —— —— 照明 1 0.8 1.0 0 0.8 0 —— —— 小計 51 —— 35.8 26.3 44.4 67 5 倉庫 動力 20 0.4 0.8 0.75 8 6 —— —— 照明 1 0.8 1.0 0 0.8 0 —— —— 小計 21 —— 8.8 6 10.7 16.2 11 生活區(qū) 照明 350 0.7 0.9
12、 0.48 245 117.6 272 413 總計 動力 2219 1014.2 856.1 —— —— 照明 404 計入=0.8, =0.85 0.75 811.4 727.6 1089.8 1655 2.2 無功功率補償 無功功率的人工補償裝置:主要有同步補償機和并聯(lián)電抗器兩種。由于并聯(lián)電抗器具有安裝簡單、運行維護方便、有功損耗小以及組裝靈活、擴容方便等優(yōu)點,因此并聯(lián)電抗器在供電系統(tǒng)中應用最為普遍。 由表2.1可知,該廠380V側最大負荷時的功率因數(shù)只有0.75。而供電部門要求該廠10KV進線側最大負荷時功率因數(shù)不低于
13、0.9??紤]到主變壓器的無功損耗元大于有功損耗,因此380V側最大負荷時功率因數(shù)應稍大于0.9,暫取0.92來計算380V側所需無功功率補償容量: =(tan - tan)=811.4[tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) ] = 369.93 kvar 參照圖2,選PGJ1型低壓自動補償評屏,并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3型,采用其方案1(主屏)1臺與方案3(輔屏)4臺相結合,總共容量為84kvar5=420kvar。補償前后,變壓器低壓側的有功計算負荷基本不變,而無功計算負荷=(727.6-420)kvar=307.6 kvar,視在功率=867.7 k
14、VA,計算電流=1318.3 A,功率因數(shù)提高為cos==0.935。 在無功補償前,該變電所主變壓器T的容量為應選為1250kVA,才能滿足負荷用電的需要;而采取無功補償后,主變壓器T的容量選為1000kVA的就足夠了。同時由于計算電流的減少,使補償點在供電系統(tǒng)中各元件上的功率損耗也相應減小,因此無功補償?shù)慕?jīng)濟效益十分可觀。因此無功補償后工廠380V側和10kV側的負荷計算如表3所示。 圖2.1 PGJ1型低壓無功功率自動補償屏的接線方案 表2.2 無功補償后工廠的計算負荷 項目 cos 計算負荷 /KW /kvar /kVA /A 380V側補償前負荷 0
15、.75 811.4 727.6 1089.8 1655.8 380V側無功補償容量 -420 380V側補償后負荷 0.935 811.4 307.6 867.7 1318.3 主變壓器功率損耗 0.015=13 0.06=52 10KV側負荷計算 0.935 824.4 359.6 899.4 52 第三章 變電所位置與型式的選擇 變電所的位置應盡量接近工廠的負荷中心,工廠的負荷中心按負荷功率矩法來確定。在工廠平面圖的下邊和左側,分別作一直角坐標的軸和軸,然后測出各車間(建筑)和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置,、、分
16、別代表廠房1、2、3...10號的功率,設定(1.3,5.3)、(1.3,3.6)、(3.5,5.2)、(3.5,3.6)、(4.2,1.7)、(6.7,6.4)、(6.7,4.7)、(6.7,3.1)、(6.7,1.5)、(9.5,4.7),并設(1.2,1.2)為生活區(qū)的中心負荷,如圖3-1所示。而工廠的負荷中心假設在P(,),其中P=+++=。因此仿照《力學》中計算中心的力矩方程,可得負荷中心的坐標: (3-2) 把各車間的坐標代入(1-1)、(2-2),得到=3.61,=3.60 。由計算結果可知,工廠的負荷中心在6號廠房(工具車間)的西北角。考慮到周圍環(huán)境及進出線方
17、便,決定在6號廠房的西側緊靠廠房建造工廠變電所,器型式為附設式。 圖3-1 按負荷功率矩法確定負荷中心 第四章 變電所主變壓器及主接線方案的選擇 4.1 變電所主變壓器的選擇 根據(jù)工廠的負荷性質(zhì)和電源情況,工廠變電所的主變壓器考慮有下列兩種可供選擇的方案: a)裝設一臺變壓器 型號為S9型,而容量根據(jù)式,為主變壓器容量,為總的計算負荷。選=1000 KVA>=898.9 KVA,即選一臺S9-1000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負荷所需的備用電源,考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。 b)裝設兩臺變壓器 型號為S9型,而每臺
18、變壓器容量根據(jù)式(4-1)、(4-2)選擇,即 899.4 KVA=(539.64~629.58)KVA (4-1) =(131.9+160+44.4) KVA=336.3 KVA (4-2) 因此選兩臺S9-630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷所需的備用電源,考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。主變壓器的聯(lián)結組均為Yyn0 。 4.2 變電所主接線方案的選擇 按上面考慮的兩種主變壓器方案可設計下列兩種主接線方案: 4.2.1裝設一臺主變壓器的主接線方案 如圖4-1所示 Y0 Y0 S9-1000 GG-1A(F)-07 10/0.4kV 聯(lián)絡線
19、 (備用電源) GG-1A(F)-54 GW口-10 10kV FS4-10 GG-1A(J)-03 GG- 1A(J) -03 GG-1A(F)-07 GG- 1A(F) -54 GG- 1A(F) -07 GG- 1A(F) -07 主變 聯(lián)絡(備用) 220/380V 高壓柜列 圖4-1 裝設一臺主變壓器的主接線方案 4.2.2裝設兩臺主變壓器的主接線方案 如圖4-2所示 Y0 Y0 220/380V S9-630 GG-1A(F) GG-1A(F)-07 10/0.4kV S9-630 10/0.4kV 聯(lián)
20、絡線 (備用電源) GG-1A(F)-54 GG-1A(F)-113、11 GW口-10 10kV FS4-10 GG-1A(J)-01 GG- 1A(F) -113 GG- 1A(F) -11 GG- 1A(J) -01 GG- 1A(F) -96 GG- 1A(F) -07 GG- 1A(F) -54 主 變 主 變 聯(lián)絡 (備用) 高壓柜列 -96 圖4-2 裝設兩臺主變壓器的主接線方案 4.3 主接線方案的技術經(jīng)濟比較 表4-1 主接線方案的技術經(jīng)濟比較 比較項目 裝設一臺主變的方案 裝設
21、兩臺主變的方案 技術指標 供電安全性 滿足要求 滿足要求 供電可靠性 基本滿足要求 滿足要求 供電質(zhì)量 由于一臺主變,電壓損耗較大 由于兩臺主變并列,電壓損耗較小 靈活方便性 只有一臺主變,靈活性稍差 由于有兩臺主變,靈活性較好 擴建適應性 稍差一些 更好一些 經(jīng)濟指標 電力變壓器的綜合投資額 查得S9-1000/10的單價為15.1萬元,而變壓器綜合投資約為其單價的2倍,因此綜合投資約為2*15.1=30.2萬元 查得S9-630/10的單價為10.5萬元,因此兩臺變壓器的綜合投資約為4*10.5=42萬元,比一臺主變方案多投資11.8萬元 高壓開關
22、柜(含計量柜)的綜合投資額 查得GG-1A(F)型柜可按每臺4萬元計,其綜合投資可按設備的1.5倍計,因此高壓開關柜的綜合投資約為4*1.5*4=24萬元 本方案采用6臺GG-1A(F)柜,其綜合投資約為6*1.5*4=36萬元,比一臺主變方案多投資12萬元 電力變壓器和高壓開關柜的年運行費 主變的折舊費=30.2萬元*0.05=1.51萬元;高壓開關柜的折舊費=24萬元*0.06=1.44萬元;變配電的維修管理費=(30.2+24)萬元*0.06=3.25萬元。因此主變和高壓開關柜的折舊和維修管理費=(1.51+1.44+3.25)=6.2萬元 主變的折舊費=42萬元*0.05=2
23、.1萬元;高壓開關柜的折舊費=36萬元*0.06=2.16萬元;變配電的維修管理費=(42+36)萬元*0.06=4.68萬元。因此主變和高壓開關柜的折舊和維修管理費=(2.1+2.16+4.68)=8.94萬元,比一臺主變方案多投資2.74萬元 供電貼費 主變?nèi)萘棵縆VA為800元,供電貼費=1000KVA*0.08萬元/KVA=80萬元 供電貼費=2*630KVA*0.08萬元=100.8萬元,比一臺主變多交20.8萬元 從上表可以看出,按技術指標,裝設兩臺主變的主接線方案略優(yōu)于裝設一臺主變的主接線方案,但按經(jīng)濟指標,則裝設一臺主變的主接線方案遠由于裝設兩臺主變的主接線方案,因此決
24、定采用裝設一臺主變的主接線方案。 第五章 短路電流的計算 5.1 繪制計算電路 500MVA K-1 K-2 LGJ-150,8km 10.5kV S9-1000 0.4kV (2) (3) (1) ~ ∞系統(tǒng) 圖5-1 短路計算電路 5.2 確定短路計算基準值 設基準容量=100MVA,基準電壓==1.05,為短路計算電壓,即高壓側=10.5kV,低壓側=0.4kV,則 (5-1) (5-2) 5.3 計算短路電路中個元件的電抗標
25、幺值 5.3.1電力系統(tǒng) 已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量=500MVA,故 =100MVA/500MVA=0.2 (5-3) 5.3.2架空線路 查表得LGJ-150的線路電抗,而線路長8km,故 (5-4) 5.3.3電力變壓器 查表得變壓器的短路電壓百分值=4.5,故 =4.5 (5-5) 式中,為變壓器的額定容量 因此繪制短路計算等效電路如圖5-2所示。 k-1 k-2 圖5-2 短路計算等效電路 5.4 k-1點(10.5kV側)的相關計算 5.4.1總電抗標幺值 =0.2
26、+2.6=2.8 (5-6) 5.4.2 三相短路電流周期分量有效值 (5-7) 5.4.3 其他短路電流 (5-8) (5-9) (5-10) 5.4.4 三相短路容量 (5-11) 5.5 k-2點(0.4kV側)的相關計算 5.5.1總電抗標幺值 =0.2+2.6+4.5=7.3 (5-12) 5.5.2三相短路電流周期分量有效值 (5-13) 5.5.3 其他短路電流 (5-14) (5-
27、15) (5-16) 5.5.4三相短路容量 (5-17) 以上短路計算結果綜合圖表5-1所示。 表5-1 短路計算結果 短路計算點 三相短路電流 三相短路容量/MVA k-1 1.96 1.96 1.96 5.0 2.96 35.7 k-2 19.7 19.7 19.7 36.2 21.5 13.7 第六章 變電所一次設備的選擇校驗 6.1 10kV側一次設備的選擇校驗 6.1.1按工作電壓選則 設備的額定電壓一般不應小于所在系統(tǒng)的額定電壓,即,高壓設備的額定電壓應不小于其所在系統(tǒng)的最高
28、電壓,即。=10kV, =11.5kV,高壓開關設備、互感器及支柱絕緣額定電壓=12kV,穿墻套管額定電壓=11.5kV,熔斷器額定電壓=12kV。 6.1.2按工作電流選擇 設備的額定電流不應小于所在電路的計算電流,即 6.1.3按斷流能力選擇 設備的額定開斷電流或斷流容量,對分斷短路電流的設備來說,不應小于它可能分斷的最大短路有效值或短路容量,即 或 對于分斷負荷設備電流的設備來說,則為,為最大負荷電流。 6.1.4 隔離開關、負荷開關和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗 a)動穩(wěn)定校驗條件 或 、分別為開關的極限通過電流峰值和有效值,、分別為開關所處的三相短路沖擊電流瞬時
29、值和有效值 b)熱穩(wěn)定校驗條件 對于上面的分析,如表6-1所示,由它可知所選一次設備均滿足要求。 表6-1 10 kV一次側設備的選擇校驗 選擇校驗項目 電壓 電流 斷流能力 動態(tài)定度 熱穩(wěn)定度 其它 裝置地點條件 參數(shù) 數(shù)據(jù) 10kV 57.7A () 1.96kA 5.0kA 一次設備型號規(guī)格 額定參數(shù) 高壓少油斷路器SN10-10I/630 10kV 630kA 16kA 40 kA 高壓隔離開關-10/200 10kV 200A - 25.5
30、kA 二次負荷0.6 高壓熔斷器RN2-10 10kV 0.5A 50 kA - - 電壓互感器JDJ-10 10/0.1kV - - - - 電壓互感器JDZJ-10 - - - - 電流互感器LQJ-10 10kV 100/5A - =31.8 kA =81 避雷針FS4-10 10kV - - - - 戶外隔離開關GW4-12/400 12kV 400A - 25kA 6.2 380V側一次設備的選擇校驗 同樣,做出380V側一次設備的選擇校驗,如表6-2所示,所選數(shù)據(jù)均
31、滿足要求。 表6-2 380V一次側設備的選擇校驗 選擇校驗項目 電壓 電流 斷流 能力 動態(tài) 定度 熱穩(wěn)定度 其它 裝置地點條件 參數(shù) - 數(shù)據(jù) 380V 總1317.6A 19.7kA 36.2kA - 一次設備型號規(guī)格 額定參數(shù) - 低壓斷路器DW15-1500/3D 380V 1500A 40kA - - - 低壓斷路器DW20-630 380V 630A (大于) 30Ka (一般) - - - 低壓斷路器DW20-200 380V 200A
32、(大于) 25 kA - - - 低壓斷路HD13-1500/30 380V 1500A - - - - 電流互感器LMZJ1-0.5 500V 1500/5A - - - - 電流互感器LMZ1-0.5 500V 100/5A 160/5A - - - - 6.3 高低壓母線的選擇 查表得到,10kV母線選LMY-3(404mm),即母線尺寸為40mm4mm;380V母線選LMY-3(12010)+806,即相母線尺寸為120mm10mm,而中性線母線尺寸為80mm6mm。 第七章 變壓所進出線與鄰近單位聯(lián)絡線的選擇 7.1 1
33、0kV高壓進線和引入電纜的選擇 7.1.1 10kV高壓進線的選擇校驗 采用LGJ型鋼芯鋁絞線架空敷設,接往10kV公用干線。 a).按發(fā)熱條件選擇 由==57.7A及室外環(huán)境溫度31,查表得,初選LGJ-35,其35C時的=149A>,滿足發(fā)熱條件。 b).校驗機械強度 查表得,最小允許截面積=25,而LGJ-35滿足要求,故選它。 由于此線路很短,故不需要校驗電壓損耗。 7.1.2 由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗 采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜之間埋地敷設。 a)按發(fā)熱條件選擇 由==57.7A及土壤環(huán)境21,查表得,初選纜線
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