工厂供电毕业设计1.docx

工厂供电毕业设计1.docx

《工厂供电毕业设计1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工厂供电毕业设计1.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

工厂供电毕业设计1

机械工厂供电系统设计

摘要：

厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输，变换，分配到工厂车间中的每一个用电设备上。

随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量的迅速增长，对电能的质量，供电的可靠行以及技术经济指标等的要求也日益提高。

供电设计是否完善，不仅影响工厂的基本建设投资，运行费用和有色金属的消耗量，而且也反映到工厂供电的可靠性和工厂的安全生产上，他与企业的经济效益，设备和人身安全等是密切相关的。

关键词：

工厂供电、变配电、短路电流、高低压设备

第一章设计的基础材料及方案论证 

1.1.1设计总基础资料

 表：

本厂产品及单耗

产品类型

单位

数量（套）

单位重量（kg/套）

每公斤重耗电量kwh/kg

耗电量（kwh）

特大型

中型

小型

共计

套

套

套

5000

20万

10万

200

20

0.5

1

5

10

100万

2000万

50万

2150万

（2）负荷类型及大小

配电计点名称

设备台数n

设备容量/kw

计算有功功率/kw

计算无功功率/kw

计算视在功率／kw

计算电流/A

一车间

70

1419

470

183

506

770

二车间

177

2223

612

416

744

1130

三车间

37

1755

920

276

957

1452

工具,机修车间

81

1289

496

129

510

775

空气站煤气站

45

1266

854

168

872

1374

全厂总负荷

604

10463

4087

1659

4485

6811

配电计点名称

功率因数cosφ

tgφ

平均有功功率／kw

平均无功功率/kvar

有功功率损耗/kw

无功功率损耗/kw

变压器容量

/（kv·A）

一车间

0.93

0.39

354

138

10

50

630

二车间

0.82

0.68

512

348

15

74

800

三车间

0.96

0.3

632

190

19

96

1000

工具,机修车间

0.92

0.26

400

104

10

51

630

空气站煤气站

0.98

0.5

633

125

17

87

1000

全厂总负荷

3159

1325

89

447.6

5000

本厂除动力站，房部分设备为二级负荷外，其余均为三级负荷

（3）工厂为二班制 全年工厂工作小时数为4500小时，最大负荷利用小时数：

Tmax=4000小时。

年耗电量约为2015万kWh（有效生产时间为10个月）

（4）电源  工厂东北方向6公里处有新建地区降压变电所，110/35/10kV，1×25MVA变压器一台作为工厂的主电源，允许用35kV或10kV中的一种电压，以一回架空线向工厂供电。

35kV厕系统的最大三相短路容量为1000MV·A，最小三相短路容量为500MV·A。

备用电源此外，由正北方向其他工厂引入10kV电缆作为备用电源，平时不准投入，只在该工厂主电源发生故障或检修时提供照明及部分重要负荷用电，输送容量不得超过全厂计算负荷的20%。

（5）功率因数供电部门对功率因数的要求为当以35kV供电时，cosΦ≥0.85。

（6）电价计算

供电部门实行两部电价制。

1基本电价：

按变压器安装容量每1kV·A，6元/月计费；

2电度电价：

供电电压为35kV时，β=0.5元/（kWh）；供电电压为10kV时，β=0.55元（kWh）。

附加投资：

线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按1000元/kW计算

1.1.2供电方案论证   

由于本地区仅能提供35kV或10kV中的一种电压，所以将两种电压的优缺点扼要分析如下：

（一）35KV与10KV供电特点

方案一：

采用35kV电压供电的特点

1供电电压较高，线路的功率损耗及电能损耗小，年运行费用低；

2电压损失小，调压问题容易解决；

3对cosΦ的要求较低，可以减少提高功率因数补偿设备的投资；

4需建设总降压变电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占一定的土地面积；

5根据运行统计数据，35kV架空线路的故障比10kV架空线路的故障低一半，因而供电的可靠性高；

6有利于工厂的进一步扩展

方案二：

采用10kV电压供电的特点

1不需要投资建设工厂总降压变电所，并少占土地面积；

2工厂内不装设主变压器，可简化接线，便于运行操作；

3减轻维护工作量，减少管理人员；

4供电电压较35kV低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也会增大

5要求cosΦ的值高，要增加补偿设备的投资

6线路的故障比35kV的高，即供电可靠性不如35kV。

（二）经济技术指标的比较

方案一：

正常运行时以35kV单回路架空线供电，由邻厂10kV电缆线路作为备用电源。

根据全厂计算负荷情况，S30=4485kV·A，而只有少数的负荷为二级负荷，大多数为三级负荷，故拟厂内总降压变电所装设一台容量为5000kV·A的变压器，型号为SJL1-5000/35型，电压为35/10kV，查产品样本，其有关技术参数为：

ΔP0=6.9kW,ΔPk=45KW,UK%=7,I0%=1.1变压器的功率损耗为:

有功功率损耗为：

ΔPT≈ΔP0+ΔP2=6.9+45×2=43.1kW

无功功率损耗为：

ΔQT≈ΔQ0+ΔQN2=SN[+2

35kV线路功率等于全厂计算负荷与变压器功率损耗之和。

      P’30=P30+ΔPT=4087+43.1=4130.1kV

      Q’30=Q30+ΔQT=1659+336.6=1995.6kV

cosΦ.=P’30/S’30

考虑本厂负荷的增长是逐渐的，为了节约有色金属消耗量，按允许发热条件选择导线截面，而未采用经济电流密度选择导线截面。

查有关手册或产品样本，选择钢芯铝铰线LGJ-35，起允许电流为170A>I’30=75.67A 满足要求。

该导线单位长度电阻R0=0.85Ω/km,单位长度电抗X0 =0.36Ω/km。

查有关设计手册，经过计算，35kV供电的投资费用Z1见表，年运行费用F1见表

       表  35kV的投资费用

项目

说明

单价（万元）

数量

费用（万元）

线路综合投资

LGJ-35

1.2万元/km

6km

7.2

变压器综合投资

SJL-5000/35

10万

1台

10

35kV断路器

SW2-35/1000

2.1万

1台

2.8

避雷器及电压互感器

JDJJ-35+FZ-35

0.9万

各1台

1.3

附加投资

1000元/kW

130.7kW

13.07

共计

34.37

表 35kV供电的年运行费用F1

   项      目

      说    明

费  用（万元）

线路折旧费

 线路投资5%

   0.36

电气设备折旧费

 按设备投资8%

   1.128

线路电能损耗费

   6.045

变压器电能损耗费

4.312

共      计

11.845

方案二：

采用10kV电压供电，厂内不设总降压变电所，即不装设变压器，故无变压器损耗问题。

此时，10kV架空线路计算电流

     I30=S30/UN=4485/×10=258.95A

而        cosΦ=P30/S30=4087/4485〈0.95   不符合要求

     为使两个方案比较在同一个基础上进行，也按照允许发热条件选择导线截面。

选择 LGJ-70，钢芯铝铰线，其允许载流量为275A  ，R0=0.46Ω/km，

X0=0.365Ω/km。

10kV线路电压损失为（线路长度l=6km）；

=（4087×6×0.46×1659×6×0.365）/10=1491.3V

      ==14.9% > 5%

           表10kV供电的投资费用

项目

说明

单 位

数量

费用（万元）

线路综合投资

LGJ-70

1.44万元/km

6km

8.64

附加投资

1000元/kWh

555.22kW

55.522

合资

64.162

表10kV供电的年运行费用

项   目

     说   明

     费   用

线路折旧费

以投资的5%计

    0.432

线路电能损耗费

ΔFL=

    47.249

    共   计

  47.681

在上述各表中，变压器全年空载工作时间为8760小时；最大负荷利用小时Tmax=4000小时；最大负荷损耗小时可由Tmax=4500和cosΦ=0.9查有关手册中      关系曲线，得出=2300小时；β为电度电价[35kV时，β=0.5元/（kW·h）；10kV时，β=0.55元/（kW·h）]。

由上述分析计算可知，方案一较方案二的投资费用及年运行费用均少。

而且方案二以10kV电压供电，电压损失达到了极为严重的程度，无法满足二级负荷长期正常运行的要求。

因此，选用方案一，即采用35kV电压供电，建设厂内总降压变电所，无论从经济上还是从技术上来看，都是合理的。

第二章总降压变电所及主接线图设计

2.1总降压变电要求

根据运行要求，对总降压变电所提出以下要求：

1总降压变电所装设一台5000kV·A，35/10kV的降压变电所，与35kV架空线路接成线路—变压器组。

为便于检修，运行，控制和管理，在变压器高压侧进线处应设置高压断路短路器。

2根据规定，备用电源只有主电源线路解列及变压器有故障或检修时才允许投入，因此备用10kV电源进线断路器在正常工作时必须断开。

3变压器二次侧（10kV）设置少油断路器，与10kV备用电源进线断路器组成备用电源自动投入装置（APD），当工作电源失去电压时，备用电源立即自动投入。

4变压器二次侧10kV母线采用单母线分段接线。

变压器二次侧10kV  接在分段Ⅰ上，而10KV备用电源接在分段Ⅱ上。

单分母分段联络开关在正常时闭合，重要二级负荷可接在母线分段Ⅱ，在主电源停止供电时，不至于使重要负荷的供电受到影响。

5本总降压变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。

当主电源停电时，操作电源不至于停电。

接线图见附图1

第三章短路电流计算

3.1短路电流计算

计算短路电流的等值线路如下：

2.K-1点三相短路电流计算

系统最大运行方式时，总电抗标幺值

=0.1+0.1578=0.2578

系统最小运行方式时，总电抗标幺值

因此，系统最大运行方式时，三相短路电流及短路容量各为

1.56/0.2578=6.05kA

==100/0.2578=387.89MV·A

而系统最小运行时，三相短路电流及短路容量各为

=2.55×4.36=11.12kA

3.K-2点短路电流计算

系统最大运行方式时

=0.1+0.1578+1.19=1.6578

系统最小方式运行时

=0.2=0.1578=1.19=1.7578

因此，三相短路电流及短路容量各为

=5.50/1.4478=3.32kA

=5.50/1.5478=3.13kA

=3.32kA

=3.13kA

=2.55×3.32=8.47kA

上述短路电流计算结果，如表所示

          三相短路电流计算表

短路计算点

运行方式

                短路电流/kA

短路容量/（MV·A）

K-1

最大

6.05

6.05

6.05

15.43

387.89

最小

4.36

4.36

4.36

11.12

279.49

K-2

（K-3）

最大

3.32

3.32

3.32

8.47

60.32

最小

3.13

3.13

3.13

7.98

56.89

第四章 高低压电气设备选择

4.1.1高低压熔断器的选择与校验

熔体电流的选择

（1）保护电力线路的熔断器熔体电流的选择  通常电力线路的末端多为单台电动机或电动机组负荷。

国际GB50055—93《通用用电设备配电设计规范》规定：

保护交流电动机的熔断器熔体额定电流“应大于电动机的额定电流，且其安秒特性曲线计及偏差后略高于电动机起动电流和起动时间。

当电动机频繁起动和制动时，熔体的额定电流还应加大1-2级”。

据此，保护电力线路的熔断器熔体电流可按下列条件进行选择。

①熔体额定电流（IN.FE）应大于线路的计算电流，即

                          IN.FE 

②熔体额定电流应躲过线路的尖峰电流。

由于尖峰电流是短时最大工作电流，考虑熔体的熔断需要一定的时间，因此满足躲过尖峰电流的条件为             

式中K——小于1的计算系数。

对单台电动机的线路：

当电动机起动时间tst＜3s时，取K=0.25～0.35

                   当tst=3s～8s时，取K=0.35～0.5

                   当tst＞8s或电动机为频繁起动、反接制动时，取K=0.5～0.6

对多台电动机的线路：

取K=0.5～1。

③熔体额定电流与被保护线路的配合。

当线路过负荷或短路时，为保证绝缘导线或电缆不致因过热烧毁而熔断器不熔断的事故发生，要求式中Ial——绝缘导线和电缆的允许载流量；

    Kol ——绝缘导线和电缆的允许短时过负荷系数。

若熔断器公作短路保护，对电缆和穿管绝缘导线取2.5，对明敷绝缘导线取1.5；若熔断器除作短路保护外，还兼作过负荷保护时可取1；对有爆炸性气体区域内的线路，则应取0.8。

如果按所选择的熔体电流不满足上式的配合要求，可依据具体情况改选熔断器的型号规格，或适当加大绝缘导线和电缆的截面。

（2）保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择 对于6～10KV的电力变压器，容量在1000KV·A用以下者，均可在高压侧装设熔断器作短路及过负荷保护，可按下式选择熔体的额定电流。

                            式中IIN，T——电力变压器的额定一次电流。

 综合考虑了以下三个方面的因素：

①     熔体额定电流应躲过变压器允许的正常过负荷电流；

②     熔体额定电流应躲过来自变压器低压侧电动机自起动引起的尖峰电流；

③     熔体额定电流应躲过变压器空载投入时的励磁涌流。

（3）保护电压互感器的熔断体电流的选择  由于电压互感器正常运行时二次侧接近于空载，因此保护电压互感器的熔断熔体额定电流一般选0。

5A。

2．熔断器的选择及校验

（1）熔断器的额定电压大于或等于安装处的额定电压。

（2）熔断器的额定电流应大于或等于它所安装熔体的额定电流。

（3）熔断器的类型应与实际安装地点的工作条件及环境条件（户内、户外）相适应。

（4）熔断器应满足安装处对断流能力的要求，为此熔断器需进行断流能力的校验。

①对“限流式”熔断器可按下式进行校验：

                         式中熔断器的最大分断电流；

     熔断器安装处三相次暂态短路电流有效值，在无限大容量系统中

                         ②对“非限流式”熔断器可按下式进行校验：

                         式中  熔断器安装处三相短路冲击电流有效值。

 ③对具有断流能力上下限断器可按下式进行校验；式中——熔断器最大分断电流有效值；

    ——熔断器最小分断电流有效值；

    ——熔断器安装处最大三相短路冲击电流有效值；

     ——熔断器安装处最小三相短路冲击电流有效值。

对IT系统（中性点不接地系统）取最小两相短路电流；对IT或TN系统（中性点接地系统）取单相短路电流或单相接地短路电流。

（5）熔断路应满足保护灵敏度的要求，以保证在保护区内发生短路故障时能可靠地熔断。

保护灵敏度可按下式进行校验：

式中 被保护线路末端在系统最小运行方式下的最小短路电流。

对TT、TN系统取单相短路电流或单相接地故障电流；对IT系统取两相短路电流；对安装在变压器高压侧的熔断器，取低压侧母线的两相短路电流折算到高压侧之值。

此外，前后级熔断器之间还应满足选择性配合的要求，即线路发生故障时，靠近故障点的熔断器先熔断，切除故障，从而使系统其他部分迅速恢复正常运行。

 4.1.2低压开关设备的选择与校验

低压开关设备的选择与校验，主要指低压断路器、低压刀开关、低压刀熔开关以及低压负荷开关的选择与校验。

下面重点介绍低压断路器的选择、整定与校验。

（1）低压断路器过电流脱扣器的选择   过电流脱扣器的额定电流  应大于等于线路的计算电流，即

（2）低压断路器过电流脱扣器的整定

①瞬间过电流脱扣器支作电流的整定，瞬时过电流脱扣器的动作电流    应躲过线路的尖峰电流，式中可靠系数。

对动作时间在0.02s以上的DW系列断路器可取1.35；对动作时间在0.02s及以下的DZ系列断路顺宜取2～2.5。

②短延时过电流脱扣器动作电流和时间的整定，短延时过电流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流即式中——可靠系数，取1.2。

短延时过电流脱扣器的动作时间分0.2s、0.4s及0.6s三级，通常要求前一级保护的动作时间比后一级保护的动作时间长一个时间级差（0.2s）。

③长延时过电流脱扣器动作电流和时间的整定，长延时过电流脱扣器一般用于作过负荷保护，动作电流   仅需躲过线路的计算电流，——可靠系数，取1.1。

动作时间应躲过线路允许过负荷的持续时间，其动特性通常为反时限，即过负荷电流越大，动作时间越短。

④ 过电流脱扣器与被保护线路的配合，当线路过负荷或短路时，为保证绝缘导线或电缆不致因过热烧毁而低压断路器的过电流脱扣器拒动的事故发生，为绝缘导线或电缆的允许载流量；

     为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷系数。

对瞬时和短延时过电流脱扣器取4.5；对长延时过电流脱扣器取1；对保护有爆炸性气体区域内的线路，取0.8。

如果按式所选择的过电流脱扣器不满足上式的配合要求，可依据具体情况改选过电流脱扣器的动作电流，或适当加大绝缘导线或电缆的截面。

（3）低压断路器热保护脱扣器的选择    热脱扣器的额定电流 应大于等于线路的计算电流 

（4）低压断路器热保护脱扣器的整定期 热保护脱扣器用于作过负荷保护，其动作电流需躲过线路的计算电流，即式中可靠系数，通常取1.1，但一般应通过实际测度进行调整。

（5）低压断路器型号规格的选择与校验

①断路器的额定电压应大于或等于安装的额定电压。

②数路器的额定电流应大于或等于它所安装过电流脱扣器与热脱扣器的额定电流。

③断路器应满足安装处对断流能力的要求。

对动作时间在0.02s以上的DW系列断路器，

——断路器的最大分断电流；

——断路器安装处三相短路电流稳态值。

对动作时间在0.02s及以下的DZ系列断路器，

（6）低压断路器还应满足保护对灵敏度的要求，以保证在保护区内发生短路故障时能可靠动作，切除故障。

保护灵敏度可按下式进行校验

   被保护线路末端在单相接地电流；对IT系统取下两相短路电流

4.1.3电流互感器的选择与校验

1）电流互感器应按以下条件选择。

①电流互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。

②电流互感器的额定电流应大于或等于所接线路的额定电流。

③电流互感器的类型和结构应与实际安装地点的安装条件、环境条件相适应。

④电流互感器应满足准确度等级的要求。

为满足电流互感器准确度等级的要求，其二次侧所接负荷容量S2不得大于规定准确度等级所对应的额定二次容量S2N，即 S2N  S2

电流互感器的二次负荷S2计算——电流互感器二次侧额定电流，一般为5A

    ——电流互感器二次侧总阴抗；

    ——二次回路中所有串联的仪表、继电器电流线圈阻抗之和，可由相关的产品样本查得；

     ——电流互感器二次侧连接导线的电阻；

     ——电流互感器二次回路中的接触电阻，一般取0.1

（2）电流互感器应按以下条件校验动、热稳定度    

多数电流器给出了相对于额定一次电流的动稳定倍数（Kes）和1秒钟热稳定倍数（Kt）,因此其动稳定度可按下式校验

其热稳定度可按下式校验

如电流互感器不满足式上面式子的要求，则应改选较大变流比或具有较大的S2N或|Z2.al|的互感器，或者加大二次侧导线的截面。

 4.1.4电压互感器应按以下条件选择

①     电压互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。

②     电压互感器的类型应与实际安装地点的工作条件及环境条件（户内、户外；单相、三相）相适应。

③     电压互感器应满足准确度等级的要求。

④     为满足电压互感器准确度等级的要求，其二次侧所接负荷容量S2不得大于规定准确度等级所对应的额定二次容量S2N                                        

由于电压互感器一、二侧均有熔断器保护，因此不需校验动、热稳定度。

  根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件和按工作条件选择和短路情况校验确定的总降压变电所高，低压电气设备如下：

4.1.5主变压器保护装置的选择表

①主变35kV侧设备如下所示

设备名称及型号

计算数据

高压断路器

SW2-35/1000

隔离开关

GW2-35G

电压互感器

JDJJ-35

电流互感器

LCW-35

避雷器

FZ-35

U=35kV

I30==82.48A

6.05kA

387.89kA

i 15.43

=

35kV

1000A

24.8kA

1500MV·A

63.4kA

35kV

600A

50kA

35kV

35kV

150/5

35kV

②主变10kV侧设备（主变压器低压侧及备用电源进线）如表   所示。

该设备分别组装在高压开关柜GG-1A（F）中。

其中10kV母线按经济电流密度选为LMY-3（50×5）铝母线，其允许电流740A大于10kV侧计算电流288.7A，动稳定均满足要求。

10kV侧设备的布置，排列顺序及用途如下图所示：

 表：

10kV侧电气设备

       设备名称及型号

计算数据

高压断路器

隔离开关

电流互感器

隔离开关

备注

U=10kV

69.07MVA

=9.69kA

10kV

600A

16kA

300