汾西礦業(yè)集團水泥廠地面變電所的設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】

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摘 要 本設(shè)計根據(jù)汾西礦業(yè)集團下屬某水泥廠的電力負荷資料，做出了該水泥廠的35KV變電所的整體設(shè)計，包括負荷計算及無功補償、系統(tǒng)主接線方案的選擇、高壓電氣設(shè)備的選擇、短路電流的計算及對所選的高壓電氣設(shè)備的校驗、繼電保護的設(shè)計、防雷及接地的設(shè)計等。本設(shè)計以實際負荷為依據(jù)，以變電所最佳運行方式為基礎(chǔ)，按照有關(guān)規(guī)定和規(guī)范，做出了滿足該水泥廠生產(chǎn)需求的設(shè)計。 設(shè)計中先對負荷進行了統(tǒng)計與計算，選出了所需的主變壓器型號，然后根據(jù)負荷性質(zhì)及對供電可靠性要求擬定主接線設(shè)計，考慮到短路對系統(tǒng)的嚴重影響，設(shè)計中進行了短路電流計算。設(shè)計中還對主要高壓電氣設(shè)備做出了選擇與計算，如斷路器、隔離開關(guān)、低壓開關(guān)柜等。此外還進行了繼電保護以及防雷保護的設(shè)計和計算，提高了整個變電所的安全性。 關(guān)鍵詞：35KV變電所 負荷計算 主接線 短路電流 電氣設(shè)備 I ABSTRACT This is an overall 35KV substation design of a cement plant, which is affiliated to the FenXi Mining Group. And the design is based on the statistics of the cement factory. The design includes load calculation and reactive power compensation, the choice of system main wiring scheme, selection of high voltage electrical equipment, the calculation of short-circuit current and high voltage electrical equipment of the selected calibration, the relay protection design, the lightning protection and grounding design and so on. This design based on the actual load, the substation optimal operation mode, the relevant regulations and norms, is in accordance with the demand of the cement production. Firstly, I collect the statistics and make calculation. Based on the calculation result, I choose the main transformer model. Secondly, according to the nature of the load and the power supply reliability requirements to formulate the main wiring design, considering the influence of short circuit on the system, and in the design of the short circuit current calculation. Besides, in the design of the main high voltage electrical equipment has made the selection and calculation, such as circuit breaker, disconnecting switch, low-voltage switchgear, etc. And lastly, the design and calculation of the relay protection and lightning protection, improve the security of the whole substation. Key Words: 35KV Substation Load Calculation Lord Wiring Design Short-circuit Current Calculation Electrical Equipment Selection 目 錄 摘 要 2 ABSTRACT 3 第一章 緒論 4 第一節(jié) 工廠供電的基本要求 4 第二節(jié) 工廠供電設(shè)計的原則 4 第三節(jié) 水泥廠的原始數(shù)據(jù)資料 4 第二章 負荷計算 6 第一節(jié) 生料車間的負荷計算 6 第二節(jié) 煤磨車間的負荷計算 9 第三節(jié) 燒成車間的負荷計算 10 第四節(jié) 水泥車間的負荷計算 12 第五節(jié) 包裝車間的負荷計算 14 第六節(jié) 生活區(qū)的負荷計算 15 第七節(jié) 水泥廠總負荷的計算 16 第八節(jié) 無功功率補償 16 第三章 變電所主變壓器選擇 19 第一節(jié) 變壓器選取原則 19 第二節(jié) 變電所主變壓器臺數(shù)和容量的選擇 20 第四章 短路電流計算 28 第一節(jié) 計算短路電流的目的 28 第二節(jié) 短路電流的計算 28 第五章 主接線方案確定 32 第一節(jié) 電氣主接線的意義和重要性 32 第二節(jié) 工廠變電所的主接線選擇 33 第六章 電氣設(shè)備選擇 36 第一節(jié) 高壓電氣設(shè)備選擇原則 36 第二節(jié) 高壓開關(guān)設(shè)備的選擇 37 第三節(jié) 隔離開關(guān)的選擇 39 第四節(jié) 其他設(shè)備選擇 40 第七章 繼電保護的設(shè)計和整定 46 第一節(jié) 電力變壓器的繼電保護 46 第二節(jié) 線路的過電流保護 49 第三節(jié) 低壓側(cè)配電保護 51 第八章 變電所的防雷與接地 52 第一節(jié) 變配電所的防雷設(shè)計 52 第二節(jié) 接地裝置的設(shè)計及計算 55 外文文獻 56 漢語文獻 62 致 謝 66 參考文獻 67 前 言 本設(shè)計是應(yīng)用供配電設(shè)計的基本原則和方法進行的水泥廠供配電設(shè)計。根據(jù)水泥廠布置情況選擇總變電所位置及型號規(guī)格等，并由該水泥廠給出的設(shè)備容量等通過負荷計算選擇變壓器、電纜、開關(guān)設(shè)備等設(shè)備的型號規(guī)格，并考慮其接線方式。更多的了解并能熟練地應(yīng)用國家規(guī)范和標準，由此來指導(dǎo)整個的設(shè)計過程。 通過本次設(shè)計，培養(yǎng)了自己綜合運用本專業(yè)基礎(chǔ)理論,基本知識和基本技能以及分析解決實際問題能力，使自己所學(xué)的專業(yè)知識更好地應(yīng)用于實踐中，以達到在大學(xué)期間對所學(xué)專業(yè)的深入了解和認識，鍛煉自己的獨立思考研究能力，初步掌握設(shè)計的基本要領(lǐng)，為今后的工作打下良好的基礎(chǔ)。 本設(shè)計所要解決的主要問題：全廠負荷計算及無功補償、系統(tǒng)主接線方案的選擇、高壓電氣設(shè)備的選擇、短路電流的計算及對所選的高壓電氣設(shè)備的校驗、繼電保護的設(shè)計、防雷及接地的設(shè)計。 由于自己能力有限，在設(shè)計中難免會出現(xiàn)這樣或那樣地錯誤和不妥之處，懇請各位老師能夠批評指正。 1 第一章 緒論 第一節(jié) 工廠供電的基本要求 1、供電可靠 供電可靠就是要求供電不間斷。在企業(yè)中，各種電力負荷對供電可靠性的要求是不同的，為了能在技術(shù)經(jīng)濟合理的前提下滿足不同負荷對供電可能性的要求，把電力負荷分為三類，即一類、二類、三類負荷。 2、供電安全 供電安全就是在電能的分配、供應(yīng)和使用過程中，不應(yīng)發(fā)生人身觸電事故和設(shè)備事故，也不致引起電火災(zāi)和爆炸事故。因此，必須嚴格按照《工廠供電安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，確保安全供電。 3、供電質(zhì)量 用電設(shè)備在額定參數(shù)下運行時性能最好。因此，要向用戶供應(yīng)質(zhì)量合格的電能，其電壓和頻率必須穩(wěn)定。對于額定頻率為50Hz的交流電，其頻率偏差不允許超過-50~+50Hz。供電頻率由發(fā)電廠保證，用電企業(yè)無法改變。 4、供電經(jīng)濟 供電的經(jīng)濟性一般考慮三個方面：盡量降低企業(yè)變電所與電網(wǎng)的基本建設(shè)投資；盡可能降低設(shè)備、材料及有色金屬的消耗量；盡量降低供電系統(tǒng)的電能損耗及維護費用。 第二節(jié) 工廠供電設(shè)計的原則 1、遵守規(guī)程、執(zhí)行政策； 必須遵守國家的有關(guān)規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源， 節(jié)約有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟政策。 2、安全可靠、先進合理； 應(yīng)做到保障人身和設(shè)備的安全，供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術(shù)先進和經(jīng)濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產(chǎn)品。 3、近期為主、考慮發(fā)展； 應(yīng)根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠期發(fā)展的關(guān)系，做到遠近結(jié)合，適當考慮擴建的可能性。 4、全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。 按負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計方案。工廠供電設(shè)計是整個工廠設(shè)計中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設(shè)計的有關(guān)知識，以便適應(yīng)設(shè)計工作的需要。 第三節(jié) 水泥廠的原始數(shù)據(jù)資料 電源情況說明： 1、本變電所由110/35KV區(qū)域變電所35KV兩段母線各引一回路帶架空地線的35KV架空線作為本變電所電源，距離10Km，電源容量為無窮大。 2、在區(qū)域變電所35KV母線上，最大短路容量為600MVA，最小短路容量為500MVA。 3、區(qū)域變電所35KV輸入電線的過電流保護整定時限為1.5秒。 環(huán)境條件： 本地區(qū)年雷暴日為20天，歷年平均最高氣溫。地質(zhì)平坦，地層以粘土為主，地下水位2米。 4、 汾西水泥廠負荷統(tǒng)計情況（見附表1） 第二章 負荷計算 第一節(jié) 生料車間的負荷計算 單臺設(shè)備的計算 ①有功計算負荷（單位為kw） ------用的設(shè)備組總的設(shè)備容量（單位為kw） ------用電設(shè)備組的需要系數(shù) ②無功計算負荷（單位為kvar） tan?------對應(yīng)于用電設(shè)備組功率因數(shù)cos?的正切值 ③視在計算負荷（單位為kｖA） ＝ ④計算電流（單位為A） = UN------用電設(shè)備組的額定電壓（單位為kｖ） ⑴顎式破碎機的負荷計算 其中＝0.7，cos?＝0.75?。?000kw　tan?＝0.88 ＝0.7x2000＝1400kw ＝1400x0.88＝1232kvar ＝＝1864.90kv·A =＝＝179.45A ⑵生料磨的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.8，cos?＝0.85　Pｅ＝3000kw　tan?＝0.62 P30＝KｄPｅ＝0.8x3000＝2400kw Q30＝P30tan?＝2400x0.62=1488kvar S30＝＝=2823.85kv·A I30=＝＝271.73A ⑶板式喂料機的負荷計算　　 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.65，cos?＝0.85　Pｅ＝37kw　tan?＝0.62 P30＝KｄPｅ＝0.65Ｘ37＝24.05kw Q30＝P30tan?＝24.05Ｘ0.62＝14.91kvar S30＝＝?。?8.30kv.A =＝＝43A ⑷袋式收塵器的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.7　Pｅ＝1.1kw　tan?＝1.02 P30＝KｄPｅ＝0.7x1.1=0.77kw Q30＝P30tan?=0.77x1.02=0.79kvar S30＝＝=1.10kv·A =＝＝1.68A ⑸膠帶輸送機的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.75　Pｅ＝25kw　tan?＝0.88 P30＝KｄPｅ＝0.7x25=17.5kw Q30＝P30tan?=17.5x0.88=15.4kvar S30＝＝=23.31kv·A I30輸=＝＝35.42A ⑹鼓風機的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.75　Pｅ＝7.5kw　tan?＝0.88 P30＝KｄPｅ＝0.7X7.5=5.25kw Q30＝P30tan?=5.25x0.88=4.62kvar S30＝＝=6.99kv·A I30鼓=＝＝10.63A ⑺提升機的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.75　Pｅ＝15kw　tan?＝0.88 P30＝KｄPｅ＝0.7X15=10.5kw Q30＝P30tan?=10.5x0.88=9.24kvar S30＝＝=13.99kv·A I30提=＝＝21.25A ⑻生料車間總計算負荷統(tǒng)計 大電機設(shè)備組計算負荷直接相加計算負荷時，取同時系數(shù) ＝＝0.9x(1400+2400)＝3420kw ＝＝0.95x(1232+1488)＝2584kvar ＝＝＝4286.43kv·A ＝＝＝412.46A ＝＝0.9x (24.05+0.77+17.5+5.25+10.5)＝52.26kw ＝＝0.95x(14.91+0.79+15.4+4.62+9.24)＝42.71kvar ＝＝＝67.49kv·A ＝＝＝102.54A 對于6~~10kvd 低損耗配電變壓器,有功損耗可按照 △PT≈0.015S30 在此△PT≈0.015x67.49=1.02kw 對于6~~10kvd 低損耗配電變壓器,無功損耗可按照 △QT≈0.06S30=0.06x67.49=4.05kvar ＝++△PT＝3420+52.26+1.02=3473.28kw ＝++△QT＝2584+42.71+4.05=2630.76kvar ＝＝＝4357.13kv·A ＝＝＝251.56A 第二節(jié) 煤磨車間的負荷計算 ⑴煤磨機的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.8，cos?＝0.85　Pｅ＝250kw　tan?＝0.62 P30＝KｄPｅ＝0.8x250＝200kw Q30＝P30tan?＝200x0.62=124kvar S30＝＝=235.3kv·A I30煤磨=＝＝22.64A ⑵袋式收塵器的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.7　Pｅ＝1.1kw　tan?＝1.02 P30＝KｄPｅ＝0.7x1.1=0.77kw Q30＝P30tan?=0.77x1.02=0.79kvar S30＝＝=1.10kv·A I30收=＝＝1.68A ⑶鼓風機的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.75　Pｅ＝7.5kw　tan?＝0.88 P30＝KｄPｅ＝0.7X7.5=5.25kw Q30＝P30tan?=5.25x0.88=4.62kvar S30＝＝=6.99kv·A =＝＝10.63A 煤磨車間負荷總計算 ＝＝0.9x (0.77+5.25)＝5.42kw ＝＝0.95x(0.79+4.62)＝5.14kvar ＝＝＝7.47kv·A ＝＝＝11.35A 對于6~~10kvd 低損耗配電變壓器,有功損耗可按照 △PT≈0.015S30 在此△PT≈0.015x7.47=0.11kw 對于6~~10kvd 低損耗配電變壓器,無功損耗可按照 △QT≈0.06S30=0.06x7.47=0.45kvar ＝++△PT＝200+5.42+0.11=205.53kw ＝++△QT＝124+5.14+0.45＝129.59kvar ＝＝＝242.97kv·A ＝＝＝14.02A 第三節(jié) 燒成車間的負荷計算 單臺設(shè)備的計算 ⑴預(yù)熱器的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.75，cos?＝0.7　Pｅ＝75kw　tan?＝1.02 P30＝KｄPｅ＝0.75X75=56.25kw Q30＝P30tan?=56.25x1.02=57.38kvar S30＝＝=80.35kv·A =＝＝122.08A ⑵回轉(zhuǎn)窯的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.75，cos?＝0.7　Pｅ＝75kw　tan?＝1.02 P30＝KｄPｅ＝0.75X75=56.25kw Q30＝P30tan?=56.25x1.02=57.38kvar S30＝＝=80.35kv·A I回30=＝＝122.08A ⑶冷卻機的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.6，cos?＝0.7　Pｅ＝22kw　tan?＝1.02 P30＝KｄPｅ＝0.6X22=13.2kw Q30＝P30tan?=13.2x1.02=13.46kvar S30＝＝=18.85kv·A I冷30=＝＝28.64A ⑷膠帶輸送機的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.75　Pｅ＝25kw　tan?＝0.88 P30＝KｄPｅ＝0.7x25=17.5kw Q30＝P30tan?=17.5x0.88=15.4kvar S30＝＝=23.31kv·A I輸30=＝＝35.41A ⑸袋式收塵器 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.7　Pｅ＝1.1kw　tan?＝1.02 P30＝KｄPｅ＝0.7x1.1=0.77kw Q30＝P30tan?=0.77x1.02=0.79kvar S30＝＝=1.10kv·A I30收=＝＝1.68A ⑹燒成車間負荷總計算 ＝＝0.9x (56.25+56.25+13.2+17.5+0.77)＝120.57kw ＝＝0.95x(57.38+57.38+13.46+15.4+0.79)＝137.19kvar ＝＝＝182.64kv·A ＝＝＝277.49A 對于6~~10kvd 低損耗配電變壓器,有功損耗可按照 △PT≈0.015S30 在此△PT≈0.015x182.64=2.74kw 對于6~~10kvd 低損耗配電變壓器,無功損耗可按照 △QT≈0.06S30=0.06x182.64=10.96kvar ＝+△PT=120.57+2.74=123.31kw ＝+△QT＝137.19+10.96＝148.15kvar ＝＝＝192.75kv·A ＝＝＝11.12A 第四節(jié) 水泥車間的負荷計算 單臺設(shè)備的計算 ⑴水泥磨的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.8，cos?＝0.9　Pｅ＝3000kw　tan?＝0.48 P30＝KｄPｅ＝0.8x3000=2400kw Q30＝P30tan?=2400x0.48=1152kvar S30＝＝=2662.16kv·A I30=＝＝256.17A ⑵選粉機的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.65，cos?＝0.75　Pｅ＝30kw　tan?＝0.88 P30＝KｄPｅ＝0.65x30=19.5kw Q30＝P30tan?=19.5x0.88=17.16kvar S30＝＝=25.96kv·A I30=＝＝39.44A ⑶膠帶輸送機的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.75　Pｅ＝25kw　tan?＝0.88 P30＝KｄPｅ＝0.7x25=17.5kw Q30＝P30tan?=17.5x0.88=15.4kvar S30＝＝=23.31kv·A I30=＝＝35.42A ⑷袋式收塵器的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.7　Pｅ＝1.1kw　tan?＝1.02 P30＝KｄPｅ＝0.7x1.1=0.77kw Q30＝P30tan?=0.77x1.02=0.79kvar S30＝＝=1.10kv·A I30收=＝＝1.68A ⑸提升機的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.75　Pｅ＝15kw　tan?＝0.88 P30＝KｄPｅ＝0.7X15=10.5kw Q30＝P30tan?=10.5x0.88=9.24kvar S30＝＝=13.99kv·A I30=＝＝21.26A ⑹鼓風機的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.75　Pｅ＝7.5kw　tan?＝0.88 P30＝KｄPｅ＝0.7X7.5=5.25kw Q30＝P30tan?=5.25x0.88=4.62kvar S30＝＝=6.99kv·A I30鼓=＝＝10.63A ⑺水泥車間負荷總計算 ＝＝0.9x (19.5+17.5+0.77+10.5+5.25)＝39.19kw ＝＝0.95x(17.16+15.4+0.79+9.24+4.62)＝44.85kvar ＝＝＝59.56kv·A ＝＝＝90.49A 對于6~~10kvd 低損耗配電變壓器,有功損耗可按照 △PT≈0.015S30 在此△PT≈0.015x59.56=0.89kw 對于6~~10kvd 低損耗配電變壓器,無功損耗可按照 △QT≈0.06S30=0.06x59.56=3.57kvar ＝++△PT＝2400+39.19+0.89=2440.08kw ＝++△QT＝1152+44.85+3.57＝1200.42kvar ＝＝＝2719.37kv·A ＝＝＝157A 第五節(jié) 包裝車間的負荷計算 單臺設(shè)備的計算 ⑴回轉(zhuǎn)式包裝機的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.65，cos?＝0.8　Pｅ＝40kw　tan?＝0.75 P30＝KｄPｅ＝0.65X40=26kw Q30＝P30tan?=26x0.75=19.5kvar S30＝＝=32.5kv·A I30=＝＝49.38A ⑵袋式收塵器的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.7，cos?＝0.7　Pｅ＝1.1kw　tan?＝1.02 P30＝KｄPｅ＝0.7x1.1=0.77kw Q30＝P30tan?=0.77x1.02=0.79kvar S30＝＝=1.10kv·A I30收=＝＝1.68A ⑶包裝車間負荷總計算 ＝＝0.9x (26+0.77)＝26.77kw ＝＝0.95x(19.5+0.79)＝19.27kvar ＝＝＝32.98kv·A 對于6~~10kvd 低損耗配電變壓器,有功損耗可按照 △PT≈0.015S30 在此△PT≈0.015x32.98=0.49kw 對于6~~10kvd 低損耗配電變壓器,無功損耗可按照 △QT≈0.06S30=0.06x32.98=1.98kvar ＝+△PT=26.77+0.49=27.26kw ＝+△QT＝19.27+1.98＝21.25kvar ＝＝＝34.56kv·A ＝＝＝2A 第六節(jié) 生活區(qū)的負荷計算 P30＝KｄPｅ 其中Ｋｄ＝0.8，cos?＝0.9　Pｅ＝400kw　tan?＝0.48 P30＝KｄPｅ＝0.8x400=320kw Q30＝P30tan?=320x0.48=153.6kvar S30＝＝=354.95kv·A 對于6~~10kvd 低損耗配電變壓器,有功損耗可按照 △PT≈0.015S30 在此△PT≈0.015x354.95=5.32kw 對于6~~10kvd 低損耗配電變壓器,無功損耗可按照 △QT≈0.06S30=0.06x354.95=21.30kvar ＝+△PT=320+5.32=325.32kw ＝+△QT＝153.6+21.30＝174.9kvar ＝＝＝369.35kv·A ＝＝＝21.32A 第七節(jié) 水泥廠總負荷的計算 車間干線計算負荷直接相加計算時，取同時系數(shù) ＝0.95 ＝0.97 S總30＝＝=7497.59kv·A I總30=＝＝432.87A 第八節(jié) 無功功率補償 按水利電力部1983年制訂的《全國供用電規(guī)則》規(guī)定：高壓供電的工業(yè)用戶，功率因數(shù)不得低于0.9，其他情況，功率因數(shù)不得低于0.85。如達不到要求，則需增設(shè)無功功率的人工補償裝置。本設(shè)計按高壓電容器集中補償?shù)姆绞竭M行功率補償。 ⒈已知在本設(shè)計中變壓所低壓側(cè)有功計算負荷為6227kw,無功計算負荷為 4175.92kvar，視在計算負荷為7497.59kv·A。因此未考慮無功補償時，主變壓器的容量應(yīng)選擇為7500kv·A（查表知） 變壓器低壓側(cè)的功率因數(shù)為： cos?===0.83 ⒉無功功率補償容量 因為按相關(guān)規(guī)定，補償后變壓所的高壓側(cè)的功率因數(shù)不低于0.9，在變壓器低壓側(cè)進行補償時，因為考慮到變壓器的無功功率損耗遠大于有功功率損耗，所以低壓側(cè)補償后的低壓側(cè)功率因數(shù)應(yīng)略高于0.9，這里取補償后的低壓側(cè)功率因數(shù) cos?′=0.95。 因此，低壓側(cè)需要設(shè)并聯(lián)電容器容量為： Qc=6227x(tanarccos0.83-tanarcos0.95)kvar=2137.85kvar 取Qc=2138kvar 補償后重新選擇變壓器容量。變壓器低壓側(cè)的視在計算負荷為: ==6552kv·A 因此，無功功率補償后主變壓器容量可選為7000kv·A (1)電容器補償容量的計算 當采用提高用電設(shè)備自然功率因數(shù)的方法后，功率因數(shù)仍不能達到供用電規(guī)則所要求的數(shù)值時，就需要增設(shè)人工補償裝置。在工礦企業(yè)用戶中，人工補償廣泛采用靜電電容器作為無功補償電源。 用電力電容器來提高功率因數(shù)時，其電力電容器的補償容量用下式計算： 式中——平均負荷系數(shù)，計算時取0.7-0.8 ——補償前功率因數(shù)角的正切值； ——補償后要達到的功率因數(shù)角的正切值； 因全水泥廠自然功率因數(shù)：,低于0.9，所以應(yīng)進行人工補償，補償后的功率因數(shù)應(yīng)達到0.95以上，即。則全廠所需補償容量為： (2)電容器柜數(shù)及型號的確定 電容器采用雙星形接線接在變電所的二次母線上，因此選標容量為30Kvar、額定電壓為6.3/kv電容器，裝于電容器柜中，每柜中裝15個，每柜容量為450Kvar，則電容器柜總數(shù)為： 由于電容器柜要分接在兩段母線上，為了在每段母線上構(gòu)成雙星形接線，因此每段母線上的電容器柜也分成相等的兩組，所以每段母線上每組的電容器柜數(shù)n為 所以 (3) 電容器的實際補償容量 (4)人工補償后的功率因數(shù) 功率因數(shù)符合要求。 第三章 變電所主變壓器選擇 堆料場 生活區(qū) 水泥車間 包裝車間 燒成車間 生料車間 煤磨車間 水泥廠平面示意圖 第一節(jié) 變壓器選取原則 1.變壓器臺數(shù)應(yīng)根據(jù)負荷特點和經(jīng)濟運行進行選擇。當符合下列條件之一時，宜裝設(shè)兩臺及以上變壓器： （1）、有大量一級或二級負荷； （2）、季節(jié)性負荷變化較大； （3）、集中負荷較大。 2.裝有兩臺及以上變壓器的變電所，當其中任一臺變壓器斷開時，其余變壓器的容量應(yīng)滿足一級負荷及二級負荷的用電。 3.變電所中單臺變壓器（低壓為0.4kV）的容量不宜大于1250kVA。當用電設(shè)備容量較大、負荷集中且運行合理時，可選用較大容量的變壓器。 4.在一般情況下，動力和照明宜共用變壓器。當屬下列情況之一時，可設(shè)專用變壓器： （1）、當照明負荷較大或動力和照明采用共用變壓器嚴重影響照明質(zhì)量及燈泡壽命時，可設(shè)照明專用變壓器； （2）、單臺單相負荷較大時，宜設(shè)單相變壓器； （3）、沖擊性負荷較大，嚴重影響電能質(zhì)量時，可設(shè)沖擊負荷專用變壓器。 （4）、在電源系統(tǒng)不接地或經(jīng)阻抗接地，電氣裝置外露導(dǎo)電體就地接地系統(tǒng)（IT系統(tǒng)）的低壓電網(wǎng)中，照明負荷應(yīng)設(shè)專用變壓器。 5.多層或高層主體建筑內(nèi)變電所，宜選用不燃或難燃型變壓器。 6.在多塵或有腐蝕性氣體嚴重影響變壓器安全運行的場所，應(yīng)選用防塵型或防腐型變壓器。 （一）根據(jù)變配電所位置選擇一般原則： 1．盡量靠近負荷中心； 2．進出線方便； 3．靠近電源側(cè)； 4．設(shè)備運輸方便； 5．不應(yīng)設(shè)在有劇烈震動或高溫的場所； 6．不宜設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場所； 7．不宜設(shè)在廁所、浴室或其他經(jīng)常積水場所的正下方，且不宜與上述場所相貼鄰； 8．不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險環(huán)境的正上方或正下方，且不宜設(shè)在有火災(zāi)危險環(huán)境的正 上方或正下方； 9．不應(yīng)設(shè)在地勢較洼和可能積水的場所。 （二）變電所的型式為：采用獨立變電所。 （三）有原始材料知，水泥廠有重要的一、二級負荷，考慮到對供電可靠性的要求采用兩路進線，一路由35KV的公共電源干線接入變電所，另一路來自鄰廠的高壓聯(lián)絡(luò)線。 （四）變電所方案如下 方案一：全廠只用一個變電所， 方案二： 總降壓變電所 變電所I： 煤磨車間、燒車車間、包裝車間 變電所II： 水泥車間。 變電所III： 生料車間。 變電所IV： 生活區(qū)。 第二節(jié) 變電所主變壓器臺數(shù)和容量的選擇 方案一： 因變電所中有二級負荷，所以變電所中選用2臺變壓器，當斷開任一臺變壓器時，其余變壓器的容量應(yīng)能保證用戶的I級和II級負荷運行，對于裝兩臺變壓器的變電所，任一臺變壓器額定容量一般可按用戶計算負荷的70％選擇 同時每臺主變壓器容量 SN.T不應(yīng)小于全部一、二級負荷之和S30（I+II）。 SN.T≈（0.6~~0.7）S30=（0.6~~0.7）x7497.59=(4498.56~~5248.31） 故確定每臺變壓器的容量為6300KVA, 查查《工廠供電》附錄表5，選用型號 S9—6300/35 方案二： ⑴變電所I變壓器臺數(shù)及容量選擇 變電所I的供電負荷統(tǒng)計 同時系數(shù)取： =0.9x(205.53+123.31+27.26)=302.49kw =0.95x(129.59+148.15+19.27)=282.16Kvar ＝＝＝413.66kv·A ＝＝＝23.88A cos?===0.73 變電所I的無功功率補償（高壓側(cè)提高到0.9以上，計算時取0.95） 無功補償裝置的容量為：=302.49x=183.77kvar 補償后視功為； ==298.82kva 變電所I的變壓器選擇 為了保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器（每臺可供車間負荷的70%） =209.17kva 選擇變壓器型號為S9系列S9-250/6，額定容量為250KVA,數(shù)量為2臺。 查表變壓器的各項參數(shù)： 空載損耗； 負載損耗； 阻抗電壓： 空載電流： 計算每臺變壓器的功率損耗 可用簡化經(jīng)驗公式： 160.81kvA 2.41KW 9.65Kvar 變電所高壓側(cè)負荷為 =307.31kw =117.69kvarkva A 補償后的功率因數(shù) >0.9 這一功率因數(shù)滿足規(guī)定高壓側(cè)功率因數(shù)大于0.9，由此可見無功功率補償提高功率因數(shù)能是工廠取得可觀的經(jīng)濟效果。 ⑵變電所II變壓器臺數(shù)及容量選擇 變電所II的供電負荷統(tǒng)計 由于變電所II只供水泥車間，車間里的大電機專門供電，所以其負荷如下： 取同時系數(shù)： ＝＝0.9x (19.5+17.5+0.77+10.5+5.25)＝39.19kw ＝＝0.95x(17.16+15.4+0.79+9.24+4.62)＝44.85kvar ＝＝＝59.56kv·A ＝＝＝90.49A 變電所II的無功功率補償（高壓側(cè)提高到0.9以上，計算時取0.92） 無功補償裝置的容量為： =39.19x=27.91kvar 補償后視功率： ==42.69kva 變電所II的變壓器選擇 為了保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器（每臺可供車間負荷的70%） =29.88Kva 選擇變壓器型號為SL7系列SL7-50/6，額定容量為50KVA,數(shù)量為2臺。 查表變壓器的各項參數(shù)： 空載損耗： 負載損耗： 阻抗電壓： 空載電流： 計算每臺變壓器的功率損耗 可用簡化經(jīng)驗公式： 21.35kvA 0.32KW 1.28Kvar 變電所高壓側(cè)負荷為 =39.83kw =19.5kvar kva 補償后的功率因數(shù) >0.9 這一功率因數(shù)滿足規(guī)定高壓側(cè)功率因數(shù)大于0.9，由此可見無功功率補償提高功率因數(shù)能是工廠取得可觀的經(jīng)濟效果。 ⑶變電所III變壓器臺數(shù)及容量選擇 變電所III的供電負荷統(tǒng)計 由于變電所III只供生料車間，車間里的大電機專門供電，所以其負荷如下： ＝＝0.9x (24.05+0.77+17.5+5.25+10.5)＝52.26kw ＝＝0.95x(14.91+0.79+15.4+4.62+9.24)＝42.71kvar ＝＝＝67.49kv·A ＝＝＝102.54A 變電所III的無功功率補償（高壓側(cè)提高到0.9以上，計算時取0.92） 無功補償裝置的容量為： =52.26x=21.04kvar 補償后視功率： SIII==56.57kva 變電所III的變壓器選擇 為了保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器（每臺可供車間負荷的70%） =39.60Kva 選擇變壓器型號為S9系列S9-50/6，額定容量為50KVA,數(shù)量為2臺。 查表變壓器的各項參數(shù)： 空載損耗： 負載損耗： 阻抗電壓： 空載電流： 計算每臺變壓器的功率損耗 可用簡化經(jīng)驗公式： 28.29kvA 0.42KW 1.70Kvar 變電所高壓側(cè)負荷為 =53.1kw =25.07kvar kva A 補償后的功率因數(shù) >0.9 這一功率因數(shù)滿足規(guī)定高壓側(cè)功率因數(shù)大于0.9，由此可見無功功率補償提高功率因數(shù)能是工廠取得可觀的經(jīng)濟效果。 ⑷變電所IV變壓器臺數(shù)及容量選擇 變電所IV的供電負荷統(tǒng)計 P30＝KｄPｅ＝0.8x400=320kw Q30＝P30tan?=320x0.48=153.6kvar S30＝＝=354.95kv·A >0.9 變電所IV的無功功率補償（高壓側(cè)提高到0.9以上，計算時取0.96） 由于功率因數(shù)大于0.9所以不用補償。 變電所IV的變壓器選擇 為了保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器（每臺可供車間負荷的70%） =248.47Kva 選擇變壓器型號為S9系列S9-250/6，額定容量為250KVA,數(shù)量為2臺。 查表變壓器的各項參數(shù)： 空載損耗； 負載損耗； 阻抗電壓： 空載電流： 計算每臺變壓器的功率損耗 177.48kvA 2.66KW 10.65Kvar ⑸總降壓變電所變壓器臺數(shù)及容量選擇 總降壓變電所的供電負荷統(tǒng)計 同時系數(shù)取： ＝＝＝6599.54kv·A ＝＝＝381.02A 高壓側(cè)功率因數(shù)要求大于0.85，此時總降壓變電所的功率因數(shù)大于0.85，所以無需功率補償。 總變電所的變壓器選擇 為了保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器（每臺可供車間負荷的70%） 4619.68Kva 選擇變壓器型號為SL7系列SL7-5000/35，額定容量為5000KVA,數(shù)量為2臺 查表變壓器的各項參數(shù)： 空載損耗： 負載損耗： 阻抗電壓： 空載電流： 計算每臺變壓器的功率損耗 3299.77kvA 49.49KW 197.99Kvar 工廠各個變電所的變壓器清單 清單如下表所示 變電所名稱 變壓器型號 額定容量/KVA 額定電壓/KV 聯(lián)結(jié)型號標號 損耗/KW 空載電流(%)/ 阻抗電壓(%)/ 高壓 低壓 空載 負載 I S9-250/6 250 6 0.4 Y,yn0 0.56 3.05 0.8 4 II S9-50/6 50 6 0.4 Y,yn0 0.17 0.87 2.0 4 III S9-50/6 50 6 0.4 Y,yn0 0.17 0.87 2.0 4 IV S9-250/6 250 6 0.4 Y,yn0 0.56 3.05 0.8 4 總降壓 S7-5000/35 5000 35 10.5 Y,d11 6.75 36.7 0.9 7 第四章 短路電流計算 第一節(jié) 計算短路電流的目的 計算短路電流的目的是正確的選擇和校驗電氣設(shè)備，避免在短路電流的作用下?lián)p壞電氣設(shè)備，如果短路電流過大必須采取限流措施，以及進行繼電保護 裝置的整定。 為了達到上述計算目的，需要計算下列短路參數(shù)： —次暫態(tài)短路電流，為來作為繼電保護整定計算和校驗斷路器的額定容量。應(yīng)用繼電保護安裝處發(fā)生短路時的次暫態(tài)短路電流來計算保護裝置的整定值。 —三相短路沖擊電流，用來檢驗電器和母線的動穩(wěn)定。 —三相短路電流的穩(wěn)態(tài)有效值，用來校驗電器和載流導(dǎo)體的熱穩(wěn)定。 —次暫態(tài)三相短路容量，用來校驗斷路器的遮斷容量和判斷母線短路的容量是否超過規(guī)定值，作為選擇電流電抗器的依據(jù)。 第二節(jié) 短路電流的計算 按無窮大系統(tǒng)計算短路電流。短路計算電路圖見下圖，標幺值符號*全去掉。 系統(tǒng)等效圖如下圖所示， ㈠ 工廠總降壓35KV短路電流 工廠總降壓變電所35KV短路電流如圖所示，去短路點K1。 確定基準值 設(shè)Sd=100MVA,設(shè)Ud=UC=37KV(短路計算電壓）。 =KA 計算短路電路中個主要元件的電抗標幺值 系統(tǒng)電抗（取斷路器）： 因此=0.07 電力線路的電抗標幺值 35KV線路電抗（LGJ-50）：，因此 求三相短路電流和短路電容 三相短路電流周期分量有效值： KA 其它三相短路電流 KA KA, KA, 三相短路電容： ㈡ 6KV短路母線電流 6KV短路電流如圖所示，取點K2。 確定基準值 取,=KA 計算短路電路中個主要元件的電抗標幺值 電力變壓器的電抗標幺值： 求三相短路電流和短路電容 三相短路電流周期分量有效值： KA 其它三相短路電流 KA KA, KA, 短路容量 MVA ㈢ 0.4KV車間低壓短路母線電流 0.4KV短路電流如圖所示，以車間I為例，取點K2。 確定基準值 取,=KA 計算短路電路中個主要元件的電抗標幺值 由于車間線路較短所以阻抗忽略，電力變壓器的電抗標幺值： 求三相短路電流和短路電容 三相短路電流周期分量有效值： KA 其它三相短路電流 KA KA, KA, 短路容量 MVA 三相短路電流和短路電容統(tǒng)計表 短路點計算 三相短路電流/KA 短路容量 /MVA 35KV K1點 7.09 7.09 7.09 18.08 10.71 454.37 6KV K2點 6.54 6.54 6.54 16.69 9.87 108.70 0.4KV K3點 24.38 24.38 24.38 44.86 26.57 16.89 第五章 主接線方案確定 第一節(jié) 電氣主接線的意義和重要性 電氣主接線主要是指在發(fā)電廠、變電所、電力系統(tǒng)中,為滿足預(yù)定的功率傳送和運行等要求而設(shè)計的、表明高壓電氣設(shè)備之間相互連接關(guān)系的傳送電能的電路。電路中的高壓電氣設(shè)備包括發(fā)電機、變壓器、母線、斷路器、隔離刀閘、線路等。它們的連接方式對供電可靠性、運行靈活性及經(jīng)濟合理性等起著決定性作用。一般在研究主接線方案和運行方式時,為了清晰和方便,通常將三相電路圖描繪成單線圖。在繪制主接線全圖時,將互感器、避雷器、電容器、中性點設(shè)備以及載波通信用的通道加工元件（也稱高頻阻波器）等也表示出來。 對一個電廠而言,電氣主接線在電廠設(shè)計時就根據(jù)機組容量、電廠規(guī)模及電廠在電力系統(tǒng)中的地位等,從供電的可靠性、運行的靈活性和方便性、經(jīng)濟性、發(fā)展和擴建的可能性等方面,經(jīng)綜合比較后確定。它的接線方式能反映正常和事故情況下的供送電情況。電氣主接線又稱電氣一次接線圖。 電氣主接線應(yīng)滿足以下幾點要求： （1）運行的可靠性：主接線系統(tǒng)應(yīng)保證對用戶供電的可靠性,特別是保證對重要負荷的供電。 （2）運行的靈活性：主接線系統(tǒng)應(yīng)能靈活地適應(yīng)各種工作情況,特別是當一部分設(shè)備檢修或工作情況發(fā)生變化時,能夠通過倒換開關(guān)的運行方式,做到調(diào)度靈活,不中斷向用戶的供電。在擴建時應(yīng)能很方便的從初期建設(shè)到最終接線。 （3）主接線系統(tǒng)還應(yīng)保證運行操作的方便以及在保證滿足技術(shù)條件的要求下, 做到經(jīng)濟合理,盡量減少占地面積,節(jié)省投資。 工廠變電所主接線的設(shè)計說明 結(jié)合本水泥廠區(qū)平面示意圖,考慮總降壓變電所盡量接近負荷中心,且遠離人員集中區(qū),不影響廠區(qū)面積的利用,有利于安全等諸多因素,擬將決降壓變電所設(shè)在廠區(qū)的南邊。 根據(jù)運行而要,對總降壓變電提出以下要求: 1、總降壓變電所所裝設(shè)兩臺5000kv·A、35/10kv的降壓變壓器，為保證供電可靠性采用橋式接線。為便于檢修、運行、控制和管理，在變壓器高壓側(cè)進一處應(yīng)設(shè)置高壓斷路器。 2、根據(jù)規(guī)定，備用電源只有主電源線路解列及變壓器有故障或檢修時才允許投入，因此備用10 kv電源進線斷路器在正常工作時必須斷開。 3、變壓器二次側(cè)（10kv）設(shè)置少油斷路器，與10kv備用電源進線斷路器組成備用電源自動投入裝置（APD），當工作電源失去電壓時，備用電源立即自動投入。 4、變壓器二次側(cè)10kv母線采用單母線分段接線。變壓器二次側(cè)10kv接在分段I上，而10kv備用電源接在分段Ⅱ上。單分母線分段聯(lián)絡(luò)開關(guān)在正常工作時閉合，重要二級負荷可接在母線分段Ⅱ上，在主電源停止供電時，不至于使重要負荷的供電受到影響。 5、本總降壓變電所的操作電源來自備用電源斷路器前的所用變壓器。當主電源停電時，操作電源不至于停電。 6、用雙母線供電，當有一個根母線出故障或需要檢修時，可以用另一根母線投入使用，以免影響到水泥廠的生產(chǎn)。 第二節(jié) 工廠變電所的主接線選擇 ㈠ 主接線圖的線路選擇 ⑴35KV側(cè)接線的選擇 為保證一二級負荷可靠性供電，在企業(yè)供電中采用兩回路供電和裝設(shè)兩臺變壓器的橋式供電，橋式接線分為內(nèi)橋，外橋和全橋，其接線形式如下圖所示 圖中WL1和WL2為電源的兩回進線，經(jīng)斷路器QF1和QF2分別接至變壓器 T1和T2的高壓側(cè)，向變電所送電，QF10猶如橋一樣將兩回進線連在一起。由于橋可能位于斷路器QF1和QF2的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，故成為內(nèi)橋和外橋。 全橋接線適應(yīng)性強，對線路、變壓器的操作均方便。運行靈活且易擴展成單母線分段式變電所(高壓有穿越負荷時)。缺點是設(shè)備多，投資大，變電所占地面積大。 外橋?qū)ψ儔浩鞯那袚Q方便比內(nèi)橋少兩組隔離開關(guān)，繼電保護簡單，易于過渡到全橋或單母線分段式的接線，且投資少，占地面積少。缺點是倒換線路時不方便，變電所一側(cè)不線路保護。所以這種線路適合于距離短而倒閘次數(shù)少的變電所，或變壓器采取經(jīng)濟運行需要經(jīng)常切換終端的變電所以及發(fā)展成為有穿越負荷的變電所。 內(nèi)橋接線一次側(cè)可設(shè)保護線路，倒換線路時操作方便，設(shè)備投資和占地面積都較全橋少。缺點是操作變壓器或者擴建成全橋或單母線分段沒有外橋方便，所以適用于進線距離較長，變壓器切換少的中斷變電所。 ⑵6KV側(cè)接線選擇 單母線接線與雙母線接線相比較，單母線所用的設(shè)備少，系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、操作安全，但其可靠性沒有雙母線的好。 ⑶總降壓變電所的選擇 根據(jù)該水泥廠的參數(shù)，決定總降壓變電所的高壓側(cè)用外橋接法，低壓的用單母線分段接法。這種接法的主要特點是運行靈活性好，供電的可靠性較高，此種接法適合一、二級負荷工廠。 ㈡ 供電線路的導(dǎo)線選擇 工廠常用架空線路裸導(dǎo)線型號及選擇 ①鋁絞線（LJ）。戶外架空線路采用的鋁絞線導(dǎo)電性能好，重量輕，對風雨作用的抵抗力強，但對化學(xué)腐蝕作用的抵抗力較差，多用在10KV及以下線路上，其桿距不超過100～125m。 ②鋼芯鋁絞線（LGJ）。此種導(dǎo)線的外圍用鋁線，中間線芯用鋼線，解決了鋁絞線機械強度差的缺點。由于交流點的趨膚效應(yīng)，電流實際上只從鋁線通過，所以鋼芯鋁絞線的截面積面積是指鋁線部分的面積。在機械強度要求較高的場所和35KV及以上的架空線路上多被選用。 ③銅絞線（TJ）。銅絞線導(dǎo)電性能好，對風雨及化學(xué)腐蝕作用的抵抗力強，但造價高，且密度過大，選用要根據(jù)實際需要而定。 ㈢ 供電6KV線路的導(dǎo)線選擇 供電給變電所I的6KV線路 為保證供電可靠性選用雙回路供電線路，每回供電線路的計算負荷： kw 計算變壓器損耗： 先按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線經(jīng)濟截面。 根據(jù)設(shè)計參數(shù)年最大負荷利用小時數(shù)位5500h，查表可得架空線的經(jīng)濟電流密度。所以可得經(jīng)濟截面： mm2 可選導(dǎo)線型號為LJ-25,其允許流量為,相應(yīng)參數(shù)， 。 再按發(fā)熱條件校驗。 根據(jù)設(shè)計參數(shù),，溫度修正系數(shù)為 >=12.43A 由上式可知，所選導(dǎo)線符合長期發(fā)熱條件。線路長度為0.32km，10KV線路 功率損耗： 線路首端功率： KW Kvar 同理可計算出 總降壓變電所 、變電所I、變電所II、變電所III、變電所IV 變電所線路 導(dǎo)線型號 允許流量Iai Ro ?/km X0?/km 變電所I LJ-25 105A 2.07 0.36 變壓器II LJ-25 105A 2.07 0.36 變壓器III LJ-25 105A 2.07 0.36 變壓器IV LJ-25 105A 2.07 0.36 總降壓變電所的35KV