电力工程工厂供电设计0001Word文件下载.docx
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2电力负荷及其计算
2.1负荷分级及供电电源措施
2.1.1工厂电力负荷的分级
工厂的电力负荷,按GB500521995《供配电系统设计规范》规定,
根据对供电可靠性及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响的程度进行分级,负荷可以分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。
1一级负荷符合下列条件之一的,为一级负荷
1)中断供电,将造成人身伤亡的负荷;
2)中断供电,将在政治、经济上造成重大损失的负荷;
3)中断供电,将影响有重大政治、经济意:
义的用电单位的正常工作的负荷。
在一级负荷中,当中断将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷,以及特别重要场所不允许中断的负荷,应视为特别重要的负荷。
2二级负荷符合下列条件之一的,为二级负荷
1)中断供电,将在政治上、经济上造成较大损失的负荷;
2)中断供电,将影响重要用电单位的正常工作的负荷。
3三级负荷不属于一、二级负荷者为三级负荷。
2.1.2各级负荷的供电措施
1一级负荷的供电措施一级负荷应有两个独立电源供电,当一个电源发生故障时,另一个电源应不至于同时受到损坏,以维持供电;
而且当一个电源中断供电时,另一个电源应能承担本用户的全部一级负荷设备的供电。
一级负荷用户的变配电室内的高低压配电系统,应釆用单母线分段的主结线形式,分列运行并互为备用。
一级负荷设备应采用双电源供电,并在最末一级配电盘(箱)处设置自动切换装置。
一级负荷中特别重要的负荷,除上述两个电源外,还必须增设应急电源。
2二级负荷的供电措施二级负荷应有两个电源供电,即应有两回路供电。
当发生电力变压器故障或线路常见故障时不至于中断供电(或中断后能立即回复)。
3三级负荷的供电措施三级负荷对供电无特殊要求,可采用单回路市电供电。
但应使配电系统简洁可黑,尽量减少配电级数,低压配电级数一般不超过四级,并且应在技术经济合理的情况下,尽量减少电压偏差和电压波动。
2.2工厂计算负荷的确定
2.2.1负荷计算的目的和意义
讣算负荷是一个假想的持续负荷,其热效应与同时间内实际变动负荷所产生的热效应相等。
在供配电系统中,以30min的最大计算负荷作为选择电气设备的依据,并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用,即可在正常情况下长期运行。
一般将这个最大计算负荷简称计算负荷PCo
负荷计算的目的是:
1计算变配电所内变压器的负荷电流及视在功率,作为选择变圧器容量的依据。
2计算流过各主要电气设备(断路器、隔离开关、母线、熔断器等)的负荷电流,作为选择这些设备的依据。
3计算流过各条线路(电源进线、高低压配电线路等)的负荷电流,作为选择这些线路电缆或导线截面的依据。
4计算尖峰负荷,用于保护电器的整定计算和校验电动机的启动条件。
5为电气设计提供技术依据。
计算负荷是工程设计中按照发热条件选择导线和电气设备的依据。
计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据,也是整定继电保护的重要依据。
计算负荷确定的是否正确,直接影响到电器和导线的选择是否经济合理。
正确进行负荷讣算是供电设讣的前提,也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。
如果计算负荷确定的过大,将使电器和导线电缆选得过大,造成投资和有色金属的浪费,而变压器负荷率较低运行时,也将造成长期低效率运行。
如果讣算负荷确定的过小,乂将使电器和导线处于过负荷运行,增加电能损耗,产生过热,导致绝缘过早老化棋至产生火灾,造成更大的经济损失。
因此,正确确定计算负荷具有很大的意义。
2.2.2负荷计算的方法
在已知用电设备的情况下,负荷计算有需要系数法、二项式法和利用系数法;
在未知用电设备的情况下,负荷计算有负荷密度法、单位指标法和住宅用电量指标法。
1需要系数法
用设备功率乘以需要系数,直接求出计算负荷。
这种方法比较简便,应用广泛,尤其适用于配变电所的负荷计算。
2二项式法
在设备组容量之和的基础上,考虑若干容量最大设备的影响,采用经验系数进行加权求和法计算负荷。
2.2.3需要系数法确定计算负荷
①基本公式
需要系数法确定用电设备组的有功il•算负荷的基本公式为:
p丁5
无功计算负荷为:
030=^30伽0
视在讣算负荷为:
%讥/cos0
式(2.1)
式(2.2)
式(2.3)
需要系数
一有功计算负荷,单位为kW
COS0____用电设备组的平均功率因数
tan。
一一用电设备组平均功率因数的正切值
②多组用电设备计算负荷的确定
在确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的讣算负荷时,应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。
因此在确定多组用电设备的讣算负荷时,应结合具体惜况对其有功负荷和无功负荷分别计•入一个同时系数K即和K叫
对车间干线,取
為=0.85-0.95KZij=0.90-0.97
对低压母线,分两种情况:
I)由用电设备组计算负荷直接相加来计算时,取
KZp=0.80-0.90Kz(l=0.85-0.95
2)山车间干线汁算负荷直接相加来计算时,取
KZp=0.90-0.95KZi/=0.93-0.97
总的有功计算负荷为:
式(2.4)
总的无功计算负荷为:
=K工§
工
式(2.5)
以上两式中的工Pd和工分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。
总的视在计算负荷为:
式(2.6)
由于各组设备的功率因数不一定相凤因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。
2.2.4二项式法确定计算负荷
二项式法的基本公式是
P^=bP.+cPx式
(2.7)
式中,表示用电设备组的平均功率,其中'
是用电设备组的总容量,其计算方法如前需要系数法所述;
°
出表示用电设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷,其中巴是x台最大容量的设备总容量,b、c为二项式系数。
由于二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷,而且考虑了少数容量最大设备投入运行时对总计算负荷的额外影响,所以二项式法比较适合确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。
2.2.5负荷计算的目的、意义及原则
1、供电系统要能安全可靠地正常运行,其中各个元件(包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等)都必须选择得当,除了满足工作电压和频率的要求外,最重要的就是要满足负荷电流的要求。
因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。
2、计算负荷是供电设计计算的基本依据。
计算负荷确定的是否正确合理,直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
如果计算负荷确定的过大,将使电器和导线电缆选的过大,造成投资和有色金属的浪费。
如果计算负荷确定的过小,乂将使电器和导线电缆处于过负荷下运行,增加电能损耗,产生过热,导致绝缘过早老化其至燃烧引起火灾,同样会造成损失。
山此可见,正确确定计算负荷意义重大。
3、在工厂里,除了广泛应用的三相设备外,还应用电焊机、电炉、电灯等各种单向设备。
单向设备接在三相设备中,应尽可能均衡分配,使三相负荷尽可能均衡。
如果三相线路中单向设备的总容量不超过三相设备总容量的15魁则不论单相设备如何分配,单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡讣算。
如果单相设备容量不超过三相设备容量的15%时,则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量,再与三相设备容量相加。
4、计算负荷乂称需要负荷或最大负荷。
计算负荷是一个假想的持续性的负荷,其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。
在配电设计中,通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依
据。
2.2.6全厂负荷计算表及方法
负荷计算的方法有需要系数法、二项式等儿种。
主要计算公式有:
有功功率:
=PeKd
无功功率:
&
=tan(P
视在功率:
S30=出o/cos(P
机械厂负荷计算表
序号
建筑物名
称
设备容XkW)
计算负荷
功率因数(cos
0)
有功损耗kW
无功损耗kVAR
P30
(k
W:
Q30
(kVAR)
S30(k
VA)
1
三车间
986
576
288
643.9
0・89
2
四车间干线1
558
196
I56
250.
5
0・78
3
四车间干线2
477
142
167
219.
0.64
4
第一变电所
2511
735
487
881.6
0・83
锻工
1755
920
276
960.5
0.96
6
二车间
2223
612
116
740
0.83
7
一车间1
1542
657
124
668.5
0.98
8
一车间2
I419
470
183
50
4.3
0.93
9
工具机修
1289
196
129
512・
0.97
10
空压站
1266
854
168
870.3
0.98
11
高压泵房
I1I
737
496
88
8.3
0・83
12
给水泵房
600
589
445
738.2
0・80
13
洪水泵房、照明等
300
342
230
412.1
0.83
14
全厂总计(380v侧)
1603
7326
3565
73.
32
366・6
计入同时系数Ke=
()・9
6593.4
3208.
7332
0.78
2.3无功功率补偿
该厂380V侧最大负荷时的功率因数是0・7&
而供电部门要求功率因数为
0.90.考虑到主变圧器的无功损耗远大于有功损耗,因此380V侧最大负荷时因数应稍大于0.90,暂取0.92来讣算380V侧所需无功功率补偿容量:
项|丨
COS0
&
/kW
/kvar
S30/kV・A
380V侧补偿前负荷
6593.1
3208.5
7332
380V侧无功补偿容量
2500
380V侧补偿后负荷
0.92
708.5
6630.9
主变压器功率损耗
0.015Ssu二7
3.32
0・06
二366.6
35kV侧负荷
0.987
6666.72
1075.1
6752.8
■
Qe=/^0(tancp一tancp)=6593.4x(tanarccos0.78-tanarccos0・92)Rvar=2482Rvar
选并联电容器为BWF10.5-100-1型,共25个,总共容量I00Zrvarx25=2500Z:
var。
因此无功补偿后工厂380V侧和35KV侧的负荷讣算如下表所示:
电力负荷计算表
2.3.1无功补偿的主要作用
无功补偿的主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电质量,在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。
安装并联电容器进行无功补偿,可限制无功补偿在电网中传输,相应减小了线路的电圧损耗,提高了配电网的电圧质量。
无功补偿应根据分级就地和便于调整电压的原则进行配置。
集中补偿与分散补偿相结合,以分散补偿为主;
高压补偿与低压补偿相结合,以低压补偿为主;
调压与降压相结合;
并且与配电网建设改造丄程同步规划、设计、施工、同步投运。
无功补偿的主要作用具体体现在:
①提高电压质量;
②降低电能损耗;
③提高发供电设备运行效率;
④减少用户电费支出。
2.3.2无功功率补偿装置
一般用并联电容器的方法来进行功率补偿
3短路电流的计算
3.1计算短路电流的目的
计算短路电流的U的是为了正确选择和校验电气设备,避免在短路电流的作用下损坏电气设备,如果短路电流,必须采用限流措施,以及进行继电保护装置的整定计算。
为了达到目的,需要算岀下列各短路参数:
厂一一次暂态短路电流,用来作为继电保护的整定计算和校验断路器的额定断流容量。
用采用继电保护安装处发生短路时的次暂态短路电流来计算保护装置的整定值。
B——三相短路冲击电流,用来校验电器和母线的动稳定。
I——三相短路电流稳态有效值,用来校验电器和载流导体的热稳定。
S”一一次暂态三相短路容量,用来校验断路器的遮断容量和判断母线短路容量是否超过规定值,作为选择限流电抗器的依据。
3.2短路电流的危害
在煤矿供电系统中发生短路故障时,在短路回路中短路电流要比额定电流大儿倍至儿十倍,通常可达数千安,短路电流通过电气设备和导线必然要产生很大的电动力,并且使设备温度急剧上升有可能损坏设备和电缆;
在短路点附近电压显著下降,造成这些地方供电中断或影响电动机正常工作;
发生接地短路时所出现的不对称短路电流,将对通信线路产生干扰;
当短路点离发电厂很近时,将造成发电机失去同步,而使整个电力系统的运行解列。
3.3欧姆法计算短路电流
绘制计算电路及计算
(1)35kVS9-6300/35°
4kV
】、求k-1点的三相短路电流和短路容量(Uei=35kV)
(1)计算短路电路中各元件的电抗及总电抗
1)电力系统的电抗:
乙=仏=广=0.22。
1二500MV・A
2)架空线路的电抗:
由表查得=0.330/km,因此
X2=XJ=0.33(0/km)x6km=1.98Q
3)绘k-l点短路的等效电路,并计算其总阻抗为:
k-13分_2
(2)计算三相短路电流和短路容量
1)三相短路电流周期分量有效值
3)三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值
谓=2.55/回=2.55x2.76M=7.04M
/;
;
)=1.51厂⑶=i・51x2・76U=4・17U
4)三相短路容量
S:
[=35kVx2.76M=50.2MV•A
2、求k-2点的短路电流和短路容量(/2=°
・4kU)
(1)计算短路电路中各元件的电抗及总电林
=荃=(0.4叭=3"
。
1)电力系统的电抗
S“500MU•A
2)架空线路的电抗
X?
=X°
/(匕乞尸=0.33(0/如7)x6R〃?
x(纠上)2=2.87xl(rS
Sg35kV
)电力变压器的电抗:
由表查得f/,%=4.5,因此
100Sn10063002・A
4)绘k-2点短路的等效电路,并计算其总电抗为
=X*3=3.2x10^Q+2.87x10_3Q+7.2x
(2)计算三相短路电流和短路容量
1)三相短路电流周期分量有效值
心=厂"
:
=厂,=222
♦屈黒V3xl.04xl0-Q
短路计算表
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MVA
/⑶
lsh
矿)
k-1
2.7
2.
76
2.7
7.04
4.17
50.2
k-2
2.2
22.2
2.2
0.8
24.2
15.4
4变电所位置和形式的选择
4.1变电所位置选择的一般原则
(1)接近负荷中心,以降低配电系统的电能损耗、电圧损耗和有色金属消耗量;
(2)进出线方便,特别是要便于架空进出线;
4(3)接近电源侧,特别
是工厂的总降压变电所和高压配电所;
(4)设备运输方便,特别是要考虑电力变圧器和高低压成套配电装置的运输3(5)不应设在有剧烈振动或高温的场所,无法避开时,应有防震和隔
热的措施;
必(6)不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所,无法远离时,不应设
在污染源的下风侧;
(7)不应设在测所、浴室或其他经常积水场所的正下方,且不宜与上述场所相贴邻;
亠(8)不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方,且不宜
设在有火灾危险环境的正上方或正下方,肖与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时,应符合现行国家标准GB50058-1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定严(9)不应设在地势低洼和可能积水的场所。
4.2变电所的类型
变电所按其主变圧器的安装位置来分,有下列类型:
(1)车间附设变电所
(2)车间内变电所
(3)露天(或半露天)变电所
(4)独立变电所
(5)杆上变电台
(6)地下变电所
(7)楼上变电所
(8)成套变电所
(9)移动式变电所
4.3变电所位置及类型的选择
我们的工厂是10kv以下,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。
5变电所主要变压器的台数与容量、类型的选择
5.1变电所主变压器台数的选择
选择主变压器台数时应考虑下列原则:
(1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求。
对供有大量一、二级负荷的变电所,应采用两台变压器,以便当一台变压器发生故障或检修时,另一台变压器能对一.二级负荷继续供电。
对只有二级而无一级负荷的变电所,也可以只采用一台变压器,但必须在低压侧敷设与其他变电所相联的联络线作为备用电源,或另有自备电源。
(2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于釆用经济运行方式的变电所厂也可考虑采用两台变压器。
(3)除了上述两种情况外,一般车间变电所宜采用一台变压器。
但是负荷集中且容量相当大的变电所,虽为三级负荷,也可采用两台或多台变圧器。
(4)在确定变电所主变压器台数时,应适当考虑负荷的发展,留有一定的余地。
5.2变电所主变压器容■的选择
1、只装一台主变压器的变电所
主变压器容量Syy应满足全部用电设备总计•算负荷S和的需要,即
Sn・t込
2、装有两台变压器的变电所
每台变压器的容量S,、,.「应同时满足以下两个条件:
a)任一台变压器单独运行时,宜满足总计算负荷的大约60%~70%的需要,即
Snt=(。
・6~07%
b)任一台变压器单独运行时应满足全部一、二级负荷的需要,即
^NT—*50(/+〃)
根据工厂的负荷和电源情况,工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案:
(1)装设一台变压器,型号为S9型,而容量根据式Sm>
S30,S’.T为主变压器容量,为总的计算负荷。
SjVT>
S3<
)=6275.8A:
V-A,即选一台S9-6300/35型低损耗配电变压器。
至于工厂二级负荷所需的备用电源,考虑山邻近单位相联的高压联络线来承担。
(2)装设两台变压器,型号为S9型,而每台变压器容量应满足
SjVT=(0.6-0.7)S30=(0.6-0.7)x6275.8kV-A=(3765.48-4393.06)kVA
>
530(//)=(2511+600UVA=311KVA
因此选两台S9-5000/35型低损耗配电变压器。
工厂二级负荷所需的备用电源,考虑山邻近单位相联的高压联络线来承担。
主变圧器的联结组均为Ydl1o
5.3变电所主变压器类型的选择
我们这里选S9-800/10或S9-1000/10,主变压器的联结组为Yd11
6变电所主接线方案的选择
6.1主变压器接线方案的选择
根据上面考虑的两种主变压器方案可设计出下列两种主接线方案:
1、装设一台主变圧器的主接线方案,如下图所示:
•
-•
(Th**
—►
1——>
$
[
a
1牡
$
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