供配电课程设计.docx
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供配电课程设计
刖言
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,提咼产品质量,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C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。
第一章设计原始资料及任务书1
第二章全厂负荷统计及主变压器的选择3
第三章全厂供电系统草图8
第四章计算短路电流9
第五章35KV,6KV供电线路的选择16
第六章选择电气设备25
附录
参考文献
第一章设计原始资料及任务书
该厂为大型国有企业。
下属企九个车间,两个车站,各车间站用设备安装容量见表1.1,其中水压机钢车间,煤气氧气站为一级负荷,其他为二三级负荷。
供电电源取自12KM处一110/35KV变电所35KV两段母线,母线最大运行方式,最小运行方式短路容量分别为Skmin=215MVA和Skmin=150MVA,35KV架空线进线继电保护动作时间为1.5s.5KV电气设备及主变压器采用户外布置,6KV为成套高压开关柜,户内布置,长变电所35KV采用内桥接线,6kv采用单母线分段接线,一级负荷分别从6KV两端目线配出两条回线路,其余为单回路供电。
该地区年最高气温38度。
设计任务:
1.全厂负荷统计,选择主变压器
2.拟制全厂供电系统草图
3.计算短路电流
4.选择35KV,6KV供电线路
5.选择电气设备
6.3号图纸绘制供电系统图
表1.1站用电容量安装表
负荷名称
安装容量
(Kvy
Kd
cos©
tg©
供电距离
(KM
1
金工车间
1143
0.79
0.82
0.70
0.8
2
铸钢车间
5775
0.71
0.81
0.72
0.6
3
铸铁车间
482
0.83
0.83
0.67
0.42
4
水压机车间
1886
0.70
0.85
0.62
0.75
5
冷作车间
585
0.65
0.79
0.78
0.93
6
附件车间
164
0.55
0.80
0.75
0.8
7
热处理车间
476
0.63
0.75
0.88
0.98
8
铸件清理车间
475
0.59
0.82
0.70
0.52
9
机修车间
154
0.52
0.77
0.83
1.15
10
煤气站
1288
0.80
0.84
0.65
1.22
11
氧气站
1083
0.84
0.86
0.59
0.95
第二章全厂负荷统计及主变压器的选择
一.全厂负荷统计
负荷计算是指导体通过一个等效负荷时,导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时其产生的最高温升相等,该等效负荷就称为计算负荷。
工业企业电力负荷计算的主要目的是:
1•全厂在工程设计的可行性研究阶段要对全厂用电量作出估算以便确定整个工程的方案。
2•在设计工厂供电系统时,为了正确选择变压器的容量,正确选择各种电气设备和配电网络,以及正确选择无功补偿设备等,需要对电力负荷进行计算。
确定负荷计算的方法有多种,包括估算法、需要系数法、二项式法和单相复合的计算,在这里我们采用需要系数法。
对于单组用电设备的计算负荷公式如下:
有功功率:
PCaPe
无功功率:
QCa二巳atan
视在功率:
Sca二..巳2Qca2
计算电流:
GCa
X-3UN
式中:
Kd――该用电设备组的需要系数
tan――功率因数角的正切值
Un――该用电设备组的额定电压,KV
所以本厂的负荷统计如下:
金工车间
有功功率:
Pca1=0.791143=902.97KW
无功功率:
Qcai二Pcaitan=902.970.7二630.28KVAR
视在功率:
Sca1f』FCa12Qca12=902.972630.282-1101.18KVA
计算电流:
lca1=?
a1=1101.18=105.96A
灿NJ3x6
铸钢车间
有功功率:
Pca2二Pe2=0.715775=4100.25KW
无功功率:
Qca2二Pca2tan二4100.250.72二2968.53KVAR
视在功率:
Sca2Pca22Qca22=』4100.2522968.53^5062.04KVA
计算电流:
Ica1Sca1—h506204=487.11A
v'3Un®6
其他车间的负荷计算和以上的一样,见表2.1:
表2.1车间负荷计算表
序号
负荷名称
计算容量
计算电流
(A)
有功(KW)
无功
(KVAR)
视在
(KVA)
1
金工车间
902.97
630.28
1101.18
105.96
2
铸钢车间
4100.25
2968.53
5062.04
487.11
3
铸铁车间
400.06
268.84
482.00
46.38
4
水压机车间
1320.20
818.19
1553.18
149.46
5
冷作车间
380.25
295.11
481.33
46.32
6
附件车间
90.20
67.65
112.75
10.85
7
热处理车间
299.88
264.47
399.84
38.48
8
铸件清理车间
280.25
195.62
341.77
32.89
9
机修车间
80.08
66.36
104.00
10.01
10
煤气站
1030.40
665.57
1226.67
118.04
11
氧气站
909.72
539.80
1057.81
101.79
12
合计
9794.26
6780.40
.无功补偿
由负荷统计表可知道,全厂总的有功功率
巳Pcai=9794.26KW,无功功率Qca=6780.4KVAR,由于5000KW:
:
FCa:
:
10000KW,取同时使用系数^=0.9.则全厂总的计算负荷如下:
有功功率:
FCa二KfPcai=0.99794.26=8814.83KW
无功功率:
QcaQcai=0.96780.4=6102K3V6AR
视在功率:
Sea=JP$+Qca?
={8814.832+6102.362=10721.01KVA
ca
cos-
8814.83
10721.01
则此时的功率因数为:
二0.822
取补偿后的功率因数为0.93,则补偿电容为:
Qc二Pca[tan(arccos0.822)-tan(arccos0.93)]
-8814.830.2976-2623.29KVAR
补偿电容采用的并联电容器选择BWF6.3—100-1W,其工
作电压为6.3KV额定容量为100KVAE额定电容为8.0uF.
补偿电容个数:
n=Qc/Qc1二262329/100二26.23(个)
取27个,每相装设9个,此时实际补偿电容
27100=2700KVAR
三.选主变压器
无功补偿后的全厂总视在功率:
Sca「Pca2(Qca-Qc)'
二8814.832(6102.36-2700)2=9448.67KVA
由于本设计接线采用内桥接线方式,选两台主变压器,并且厂中一级负荷所占比重较大,考虑本厂以后的发展状况,采用全负载备用工作方式,即单台变压器工作就能给全厂负载供电。
根据变压器的工作环境,电压等级,容量选择主变
压器的型号是:
^9-10000/35.其主要数据参数见表1.2
表1.2变压器数据参数表
额定
容量
KVA
高压
KV
高压分接范
围(%)
低压
KV
连接组
标号
损耗KW
空载电流(%)
阻抗电压(%)
空载
负载
10000
35
±4*2.5%
6.3
YnD11
11.60
50.58
0.8
7.5
该变压器的计算损耗如下:
PT
Qt
「卩0R(豊)_11.65°5汶號)2=56.756KW
I0%Uk%Sca2二Snt[」J
(二)2]
100100SNT
9448.672
-10000[0.0080.075()]=749.58KVAR
10000
则变压器高压侧的计算负荷为:
有功功率:
巳高=PeaP=8814.8356.756=8871.586KW
无功功率:
Qea高=QcaQt—Qe=6102.36749.58—2700=4151.94
视在功率:
Sea高二一巳高2-Qea高8871.58624151.9『=9746.2KVA
第三章全厂供电系统草图
根据设计要求,35KV采用内桥接线,6KV采用单
母线分段接线,见图3.1.
1
7T-
FI
图3.1.
采用内桥接线的特点是:
线路的投切比较方便,变压器的投切比较复杂。
单母线分段接线的特点是:
母线分段后,对于重要用户可由分别接于两段母线上的两条出线同时供电,当任一组母线故障或检修时,重要用户仍可通过正常母线段继续供电,而两段母线同时故障检修的概率很小,大大提高了对重要用户的供电可靠性。
第四章计算短路电流
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设
备,以及进行继电保护装置的整定计算。
短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
对于工厂供电系统来说,常将电力系统当作无限大容量电源。
常用的计算方法有欧姆法(有称有名单位制法)和标幺制法(又称相对单位制法)。
在本设计中取三个短路点,分别是:
主变压器高压侧,变压器低压侧以及6KV线路末端。
计算方法采用标幺制法,取Sd=100MVA,Ud二Uav,电缆X0=0.08」/km,架空线X。
=04」/km.
一、最大运行方式。
最大运行方式就是两台变压器同时工作,母联断开时的工作方式。
其阻抗图4.1示:
AAV4
图4.1
电路中各主要元件的电抗标幺值如下
电原内阻S:
X*^1=212=0.465
线路L1,L2:
X*L1二X*L2=Xol辿=120.4^000=0.351
Uav2372
变压器T1,T2:
X_X_Uk%Sd_7.5100
X*T1X*t2
100Snt10010
金工车间:
X*^X0\1-Sd2=0.080.8理=0.161
Uav26.32
铸钢车间:
X*2=乂012全=0.080.6徑=0.121
Uav6.3
其余车间的算法一样,见表4.1
表4.1车间电抗标值统计表
序号
负荷名称
供电距离(KM)
电抗标值
1
金工车间
0.8
0.161
2
铸钢车间
0.6
0.121
3
铸铁车间
0.42
0.085
4
水压机车间
0.75
0.151
5
冷作车间
0.93
0.187
6
附件车间
0.8
0.161
7
热处理车间
0.98
0.198
8
铸件清理车间
0.52
0.105
9
机修车间
1.15
0.232
10
煤气站
1.22
0.246
11
氧气站
0.95
0.191
1.K1点发生短路时的短路电流
基准电流:
1卄Sd100“56KA
.3Uav,337
总电抗:
X*K1=X*s=0.4650351=0.641
22
短路电流次暂态值:
I"仏156二2.434KA
X*K10.641
短路冲击电流值:
Ish=泛KshU2.552.434-6.207KA
暂态短路功率:
Sk1h.;;3UaVI”h』3372.434-155.985MVA
2.K2点发生短路时的短路电流
基准电流:
d2
Sd
:
9.165KA
36.3
总电抗:
X*k2=X*ki壬11=0.641-075=1.016
22
短路电流次暂态值:
I"亘=9165=9.021KA
X*k21.016
短路冲击电流值:
咕二2KshI"=2.559.021=23.004KA
暂态短路功率:
Sk1二、3UavI"=、-36.39.021=98.436MVA
3.K3点发生短路时的短路电流
基准电流:
口=Sd二100=9.165KA
V3Uav®6.3
金工车间:
总电抗:
X*K3二X*K2x*1=1.0160.161=1.177
短路电流次暂态值:
|"=仏二吐5二7.787KA
X*31.177
短路冲击电流值:
IshF;2Kshl"=2.557.787=19.857KA暂态短路功率:
Sk1h』3UavI"=m36.37.787=84.971MVA
其他车间的计算方法一样,见表4.2.
表4.2最大运行方式各车间短路电流统计表
序号
负荷名称
I(3)
1k
(KA)
ish
(KA)
Sk(MVA)
1
金工车间
7.787
19.857
84.971
2
铸钢车间
8.510
21.700
92.855
3
铸铁车间
8.327
21.233
90.859
4
水压机车间
8.397
21.412
91.621
5
冷作车间
7.616
19.420
83.098
6
附件车间
7.785
19.852
84.948
7
热处理车间
7.552
19.258
82.408
8
铸件清理车间
8.177
20.852
89.225
9
机修车间
7.345
18.730
80.145
10
煤气站
8.047
20.519
87.801
11
氧气站
8.246
21.026
89.973
二、最小运行方式
最小运行方式就是一台变压器工作,另一台备用,母联闭合,且一级负荷一路供电时的工作方式。
其阻抗图如图4.2所示:
VvV-
-AVv
Wv
Wv
72
图4.2
电路中各主要元件的电抗标幺值除电源内阻不一样外,其余的同最大运行方式时一样,这里不再计算电源内阻S:
X*s二包二100=0.667
Sk150
1.K1点发生短路时的短路电流
基准电流:
咕二Sd二10°—=1.56KA
v'3Uav丁3沃37
总电抗:
X*K1=X*SX*L1=0.6670.351=1.018
短路电流次暂态值:
|"也1561.532KA
X*K11.018
两相短路电流:
Ik⑵=0.866I"7461KA
2.K2点发生短路时的短路电流
基准电流:
Id2=-tS^—=」00—=9.165KA
v'3Uav<3汇6.3
短路电流次暂态值:
I"亘二9165=5.184KA
X*k21.768
两相短路电流:
lk⑵=0.866U4.489KA
3.K3点发生短路时的短路电流
基准电流:
ld3=Sd二100_=9.165KA
3Uav36.3
金工车间:
总电抗:
X*k3二X*k2X*1=1.7680.161=1.929
短路电流次暂态值:
|"=」竺二9.!
65=4.751KA
X*31.929
两相短路电流:
lk⑵=0.866IJ4.114KA
其他车间的计算方法一样,见表4.3
表4.3最小运行方式各车间短路电流统计表
序号
负荷名称
|(3)
1k
(KA)
I
(2)
1k
(KA)
1
金工车间
4.751
4.114
2
铸钢车间
5.094
4.412
3
铸铁车间
5.194
4.498
4
水压机车间
5.014
4.342
5
冷作车间
4.921
4.262
6
附件车间
4.988
4.320
7
热处理车间
4.896
4.240
8
铸件清理车间
5.138
4.450
9
机修车间
4.812
4.167
10
煤气站
4.778
4.138
11
氧气站
4.911
4.253
第五章35KV,6KV供电线路的选择
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行,对导线和电缆截面进行选择时其选择方法如下:
:
在本设计中,为了保证导线和电流选择的可靠安全
和经济,我们分别对架空线按允许载流量、允许电压损失、经济电流密度、机械强度进行计算,选出截面积最大值为架空线的截面积。
对电缆按允许载流量、允许电压损失、经济电流密度、热稳定性进行计算,选出截面积最大值为电缆的截面积。
从经济和技术方面考虑,由于35KV电压等级较高,输电距离较长,选择架空线,6KV电压等级低,输电距离较短,选择电缆且地中直埋。
、35KV架空线选择
1、按允许载流量选择
35KV架空线上流过的计算电流为:
选择LGJ-50型钢芯铝绞线,25C时,其允许载流量为
220A,当环境温度为38C时,其允许载流量
lal=220、70—38=185.52A
al.70-25
所以Ial-lea,满足要求。
2、按允许电压损失选择
35KV架空线的允许电压损失5%,供电距离12km,
初设X0=O4」/km,且铝线的电导率=0.032「/km。
贝心
:
Ux%=—^ql0j4t4151.9412=1.627
10Un1035
:
UR%";Ual%—Ux%=5—1.627=3.373
S=2280.516mm2
10UNUr%100.032353.373
选择LGJ-95型钢芯铝绞线,若架空线的几何均距
为2500mm,则其单位长度阻抗分别为:
X。
二0.391/km,R0=0.351/km
实际的电压损失为:
0.394151.94120^5y8871.58612=4.6仁:
5
10x352
所以满足要求。
3、按经济电流密度选择
35KV架空线上流过的计算电流为:
ca
3Un335
由于为大型国有企业,其年最大负荷利用小时数在
5000以上,且选用裸铝导线,则其经济电流密度
Jec=0.9A/mm2。
所以
ca
Jec
160.771
0.9
2
=178.63mm
选择LGJ-185型钢芯铝绞线4、按机械强度选择
由于35KV架空线采用钢芯铝绞线,所以在满足机械强度的条件其最小截面积为:
Smin-35mm2
所以在同时满足以上四个要求的条件下,选择35KV架空线的型号为:
LGJ-185。
架空线的几何均距为2500mm,其单位长度阻抗分别为:
X0二0.371/km,R0=0.18$】/km
则35KV架空线的线路损耗为:
△PL=3lca2R0Lx1O,=3x160.7712x0.18x12x10'=167.49KW
2323
•Ql-3IcaX0L10-3160.77120.371210-334.29KW
二、6KV电缆的选择
6KV电缆的铺设方式选择地中直埋,于该地区年最高温度为38C,则其地中的温度大约为15C.
金工车间的电缆选择:
1、按允许载流量选择
金工车间电缆上流过的计算电流为:
Ica=105.96A此选择截面积为35mm勺聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆。
其15C地中直埋时的允许载流量为:
Ial=116AIca,满足要求。
2、按允许电压损失选择
6KV电缆的允许电压损失为5%,供电距离0.8km,
初设X。
=0.0&」/km,且铝线的电导率=0.0321/km。
贝卩:
X008
:
Ux%=02ql2630.280.8=0.112
10Un21062
:
Ur%=.;;Ual%—Ux%=5—0.112=4.888
Pl902.970.82
S=2212.83mm
10UnUr%100.03264.888
Pl
902970.8
选择截面积为16mm的聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆,
其单位长度阻抗分别为:
X。
=0.124】/km,R)=2.251/km
实际的电压损失为:
X
5沁qUPl
Ro
N
0124225
630.280.82902.970.8=4.69:
5
10汉62
1062
所以满足要求。
3、按经济电流密度选择
该车间电缆上流过的计算电流为:
lca=105.96A
由于为大型国有企业,其年最大负荷利用小时数在
5000以上,且铝电缆,则其经济电流密度"54A/mm2。
所以
SeL=105.96=68&mm2
1.54
Jec
选择截面积为16mm勺聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆.
4、按热稳定性选择
聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆铝线的热稳定系数
C=100,短路电流的假想时间tma=1.0+0.2=1.2s,短路电
流的稳
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