2013电力工程基础课程设计.doc

中北大学电力系统课程设计说明书1 引言工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。众所周知，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负荷计算和无功功率计算及补偿2.1 负荷计算和无功功率计算1)单组用电设备计算负荷的计算式: 有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流2)单组用电设备计算负荷的计算式： 有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流各厂房和生活区的负荷计算如表2.1表2.1厂房和生活区的负荷计算表厂 房编 号厂房名称负荷类别设备容量需要系数计算负荷/30/k var/KVA/A1铸造车间动力3500.350.671.11122.5135.9182.9照明6.50.81.005.205.2小计356.51.15127.7135.9188.1285.82锻压车间动力2450.250.61.3361.2581.5101.9照明6.50.721,004.6804.68小计251.50.9765.9381.5106.6161.93金工车间动力3500.20.621.277088.9113.2照明60.81.004.804.8小计3561.074.888.9118179.34工具车间动力3500.280.641.298117.6153.1照明70.751.005.2505.25小计3571.03103.25117.6158.35240.65电镀车间动力2300.50.750.88115101.2153.2照明60.781.004.6804.68小计2361.28119.7101.2157.9239.96热处理车间动力1250.50.720.9662.56086.6照明50.751.003.7503.75小计1301.2566.256090.35137.37装配车间动力1450.350.71.0250.7551.7772.49照明7.50.701.005.2505.25小计152.51.055651.7777.74118.18机修车间动力1480.230.651.1734.0439.8352.39照明40.851.003.403.4小计1521.0837.4439.8355.7984.89锅炉房动力880.750.780.806652.884.5照明1.40.81.001.1201.12小计89.41.5567.1252.885.62130.110仓库动力250.350.850.6225.3515.729.82照明1.20.71.000.8400.84小计26.21.0526.1915.730.6646.611生活区照明2800.720.920.43201.686.69219.5333.5总计（380V侧）动力2056945.98831.89照明331.1计入=0.9=0.850.76851.33707.11106.71.682.2 无功功率补偿考虑到变压器的无功功率损耗远大于有功功率损耗并根据表2-1，由此可判断工厂进线处的功率因数必然小于0.76。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.94，为使工厂的功率因数提高到0.94，需在总降压变电所低压侧10KV母线上装设并联电容进行补偿，取低压侧补偿后的功率因数为0.94，则需装设的电容器补偿容量为选择BWF10.5-50-1W型电容器，所需电容个数，取n=9,则实际补偿容量补偿后变电所低压侧视在计算负荷为选择S9-1000/35型35/3.15kV的变压器，其技术数据为。变压器的负荷率为=933.1/1000=0.933，则变压器的功率损耗为 变压器高压侧计算负荷为 则工厂进线处的功率因数为满足电业部门的要求2.3 年耗电量的估算年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量： 年无功电能耗电量： 结合本厂的情况，年负荷利用小时数为4000h，取年平均有功负荷系数，年平均无功负荷系数。由此可得本厂：年有功耗电量：；年无功耗电量： 3变电所位置和形式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心.工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+=Pi.因此仿照力学中计算重心的力矩方程,可得负荷中心的坐标: 按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示表3.1坐标轴1234567891011X（cm）1.82.03.75.55.86.16.58.69.09.80.7Y（cm）2.84.86.72.13.75.16.82.13.86.87.4由计算结果可知，x=5.7 y=4.8,工厂的负荷中心在6号厂房的西南角。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。由于本厂有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10kV公共市电架空进线（中间有电缆接入变电所）；一路引自邻厂高压联络线。变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据变电所位置和形式的选择规定及GB500531994的规定，结合本厂的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。其设立位置参见图厂区供电线缆规划图如下图所示 4 变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择4.1 变电所主变压器台数的选择变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。结合本厂的情况（该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台或两台以上主变压器。4.2 变电所主变压器容量选择（1）装设一台主变压器型式采用S9型，而容量根据式，选，即选一台S9-1250/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。（2）装设两台主变压器型号亦采用S9，而每台变压器容量按式和选择即kVA因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用Yyn0。又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为16），所选变压器的实际容量，也满足使用要求，同时又考虑到未来510年的负荷发展，初步取。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为S9-1000/10型低损耗配电变压器。4.3 变电所主接线方案的选择按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：（1）装设一台主变压器的主接线方案，如图4.1所示 （2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4.2所示 4.1 装设一台主变压器的主结线方案 图4.2 装设两台主变压器的主结线方案图4.4两种主结线方案的技术经济比较 表4.1 两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗小灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资由手册查得S91250单价为8.85万元，而由手册查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为28.85万元=17.7万元由手册查得S91000单价为15.1万元，因此两台综合投资为415.1万元=60.4万元，比一台变压器多投资42.7万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查手册得 GGA（F）型柜按每台3.5万元计，查手册得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为41.53.5=21万元本方案采用6台GGA（F）柜，其综合投资额约为61.53.5=31.5万元，比一台主变的方案多投资10.5万元电力变压器和高压开关柜的年运行费参照手册计算，主变和高压开关柜的折算和维修管理费每年为4.893万元主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为7.067万元，比一台主变的方案多耗2.174万元供电贴费按800元/KVA计，贴费为10000.08=80万元贴费为28000.08万元=128万元，比一台主变的方案多交48万元从表4.1可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因工厂负荷近期有较大增长，则宜采用装设两台主变的方案。5 短路电流的计算采用两路电源供线，一路为附近一条10KV的干线取得工作电源，知该干线的导线牌号为LJ-120，导线为等边三角形排列，线距1.1m ,该干线首段所装高压断路器的断流容量为300MVA；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。如图5-1 图5-1下面采用标么制法进行短路电流计算。5.1 确定基准值：取 ，则，5.2 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗） 电力系统的电抗标么值：线路的电抗标么值：LJ-120的 电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得，因此：可绘得短路等效电路图如图5-2所示。图5-25.3 计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1) 总电抗标么值： 2) 三相短路电流周期分量有效值： 3) 其他三相短路电流： 4) 三相短路容量：5.4 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1) 总电抗标么值： 2) 三相短路电流周期分量有效值：3) 其他三相短路电流：4) 三相短路容量： 6 变电所一次设备的选择校验1 10kV侧一次设备的选择校验（表6-1）表6-1 10kV侧一次设备的选择校验选择校验项目电 压电 流断 流能 力动 稳定 度热 稳定 度其 他装置地点条件参数数据10kV57.7A2.2kA5.61kA9.2一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA512高压隔离开关GN-10/20010kV200A25.5kA500高压熔断器RN2-1010kV0.5A电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-10电流互感器LQJ-1010kV100/5A31.8kA81二次负荷0.6避雷器FS4-1010kV户 外 式 高 压隔离开关 GW4-15G/20012kV400A25kA500表6-1所选一次设备均满足要求。2 380V侧一次设备的选择校验如表6-2所示表6-2380V侧一次设备的选择校验选择校验项目电 压电 流断 流能 力动 稳定 度热 稳定 度其 他装置地点条件参数数据380V1371A28.2kA51.9kA1630.2一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA低压断路器DZ20-630380V630A30kA低压断路器DZ20-200380V200A25kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A表6.2所选一次设备均满足要求10kV母线选LMY-3（404），即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选LMY-3（12010）+806,即母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。7 高压侧和低压侧线路选择为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。根据设计经验：一般10KV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择（1）10kV高压进线的选择校验采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。1) 按发热条件选择 由及室外环境温度，初选LJ-16，其38时的满足发热条件。2）校验机械强度：最小允许截面，因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。由于此线路很短，不需校验电压损耗。（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。1） 按发热条件选择由及土壤温度25，初选缆芯截面为的交联电缆，其，满足发热条件。2） 校验短路热稳定计算满足短路热稳定的最小截面按终端变电所保护动作时间1.8，加断路器断路时间0.2s，再加0.05s故。因此YJL22-10000-350电缆满足短路热稳定条件。7.2 380低压出线的选择（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1） 按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度25，初选缆芯截面，其，满足发热条件。2） 校验电压损耗 由图2-1所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为64m，查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又1号厂房的，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验：计算满足短路热稳定的最小截面 故改选缆芯截面为的电缆，即选 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上）。（3）馈电给3号厂房（金工车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同上）。（4）馈电给4号厂房（工具车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同上）。（5）馈电给5号厂房（电镀车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同上）。（6）馈电给6号厂房（热处理车间）的线路亦采的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同上）。（7）馈电给7号厂房（装配车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同上）。（8）馈电给8号厂房（机修车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同上）。（9）馈电给9号厂房（锅炉房）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同上）。（10）馈电给10号厂房（仓库）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋（方法同上）。（11）馈电给生活区的线路采用LJ型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。1)按发热条件选择 由及室外环境温度为32，初选LJ-120,其32时的，满足发热条件。2）校验机械强度：最小允许截面积，因此LJ-120满足机械强度要求。 3）校验电压损耗由图2-1所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约80m查得LJ-120的，（按线间几何均距0.8m计）又生活区的,因此满足允许电压损耗要求。综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表7-1所示。表7-1线路名称导线或电缆的型号规格10kV电源进线LJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22-10000-325交联电缆（直埋）380V低压出线至1号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至6号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV22-1000-3300+1150四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋）至生活区单回路线LJ-120与邻近单位10kV联络线YJL22-10000-325交联电缆（直埋）7.3 二次回路方案选择二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。电测量仪表与绝缘监视装置：这里根GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。8 变电所的保护装置1）装设瓦斯保护 当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。2）装设反时限过电流保护 采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。过电流保护动作电流的设定 其中，接线系数 ，继电返回系数，电流互感器的电流比，因此动作电流为整定为10A（注意：为整数，且不能大于10A。）过电流保护动作时间的整定: 因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s。过电流保护灵敏度系数的检验: 其中，因此其保护灵敏系数为：满足灵敏度系数1.5的要求。3）装设电流速断保护。利用GL15的速断装置。速断电流的整定：当电流保护的动作时限超过0.5s-0.7s时，应装设电流速断保护。电流速断保护实际上是一种瞬时动作的过流保护。其动作时间为继电器本身固有的动作时间，它的选择性不是依靠时限，而是依靠选择适当的动作电流来解决。当电流保护的动作时限超过0.5s-0.7s时，应装设电流速断保护。电流速断保护实际上是一种瞬时动作的过流保护。其动作时间为继电器本身固有的动作时间，它的选择性不是依靠时限，而是依靠选择适当的动作电流来解决。利用式，其中=，因此速断保护电流为速断电流倍数整定为：(注意不为整数，但必须在2-8之间)电流速断保护灵敏度的校验：，因此其保护保护灵敏度系数为： 从工厂供电课程设计指导可知，按GB5006292规定，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，则这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。因此这里装设的电流速断保护灵敏系数偏低一些。9 变电所的防雷保护与接地装置的设计9.1 变压所的防雷保护（1）直击雷防护 在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。避雷针采用直径20mm的镀银圆钢，长1-1.5m。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应