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供配电
供配电课程设计
设计题目:
某纺织厂10/0.4KV变电所设计
姓名:
班级:
电气102
学号:
100468108X
指导教师:
张明
成绩评定:
2014年01月08日
摘要
电能是现代工业生产的主要能源和动力.随着现代文明的发展与进步,社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。
对于普通居民楼供电系统的核心部分是配变电所。
因此,设计和建造一个安全、经济的配变电所,是极为重要的。
此配变电所供电设计包括:
配变电所主变压器台数和容量、型式的确定;进出线的方案选择,配变电所主接线方案的选择;负荷的计算及无功功率的补偿;短路计算和开关设备的选择;地下配变电线路布线方案的确定;线路导线及其配电设备和保护设备的选择。
本次设计作为长春市普通住宅楼,采用了一路市电进线,两台变压器供电,低压侧采用单母线分段联络方式,并有柴油发电机作为备用,这样当市电出现故障或停电,由柴油发电机供一二级负荷供电,提高了供电的可靠性;在低压配电系统中采用放射式与树干式相结合,巧妙地利用将这两种方式的优点,提高了供电的可靠性和经济性,对未来社会的发展具有一定的参考价值。
关键词:
电能 配变电所 变压器 接地装置
目录
1原始资料…………………………………………………………………………
2负荷计算及无功功率补偿…………………………………………………
2.1全厂负荷统计………………………………………………………………
2.2无功功率补偿……………………………………………………………
3、选择主变压器台数容量及类型……………………………………………
4、短路电流计算…………………………………………………………………
4.1确定短路计算基准值……………………………………………………
4.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值………………………………
4.310KV侧三相短路电流和短路容量……………………………………
4.4380V侧三相短路电流和短路容量……………………………………
5电气主接线方案设计…………………………………………………………
5.1变配电所主结线的选择原则……………………………………………
5.2两种主接线方案的比较…………………………………………………
6择和校验所需的电缆规格和电气设备…………………………………
6.110kV侧一次设备的选择校验……………………………………………
6.2380V侧一次设备的选择校验……………………………………………
6.3高低压母线的选择………………………………………………………
7、参考文献…………………………………………………………………………
1原始资料
1.1设计环境及基础资料
(1)某纺织厂因生产规模扩建和提高供电可靠性的需要,拟新建一厂区,为此拟新建10/0.4KV降压变电所一座。
有关负荷资料见附表1,新厂区总平面布置图见附图。
(2)从电业部门某110/10KV变电所,变电所母线出线短路容量为350MVA,用10KV双回架空线路向本厂配电,该变电所在厂南侧0.5公里。
(3)功率因数应在0.9以上(10KV)。
1.2设计内容
(1)负荷计算及无功功率补偿。
(2)选择变电所主变台数、容量及型式。
(3)设计本变电所的电气主接线,选出数个电气主接线方案进行技术经济比较,确定一个最佳方案。
(4)进行必要的短路电流计算。
(5)选择和校验所需的电气设备。
(6)进行继电保护的选择及整定(略写)。
1.3设计成果
(1)设计计算说明书一份
(2)电气主接线图一份
(3)变电所平面布置图一份
图1纺织厂平面图
表1新厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表
序
号
用电或车间单位名称
设备容量(kW)
Kd
计算负荷
P(kW)
Q(kvar)
S(kVA)
1
纺纱车间
440
0.8
0.8
0.75
2
织布车间
400
0.8
0.8
0.75
3
自来水车间
70
0.65
0.8
0.75
4
机修车间
26
0.3
0.65
1.17
5
动力车间
360
0.3
0.5
1.73
6
生活区
40
0.6
0.6
1.33
7
仓库
25
0.3
0.5
1.17
8
小计
1361
2负荷计算、无功补偿计算
2.1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。
对于单组用电设备的计算负荷公式如下:
有功功率:
无功功率:
视在功率:
计算电流:
式中:
——该用电设备组的需要系数
——功率因数角的正切值
——该用电设备组的额定电压,单位是kV
所以本厂的负荷统计如下(以纺纱车间为例):
有功计算负荷(单位为KW);
=
=440*0.8=352kw
无功计算负荷(单位为kvar):
=
tan
=352*0.75=264kvar
视在计算负荷(单位为kvA):
=
=
=440kvA
计算电流(单位为A)
=
=
=668.5A
其他车间的负荷计算和以上的一样
序
号
用电或车间单位名称
设备容量(kW)
Kd
计算负荷
P(kW)
Q(kvar)
S(kVA)
I(A)
1
纺纱车间
440
0.8
0.8
0.75
352
264
440
668.5
2
织布车间
400
0.8
0.8
0.75
320
240
400
607.7
3
自来水车间
70
0.65
0.8
0.75
45.5
25.6
52.2
79.3
4
机修车间
26
0.3
0.65
1.17
7.8
9.1
12
18.2
5
动力车间
360
0.3
0.5
1.73
108
186.8
215.8
327.9
6
生活区
40
0.6
0.6
1.33
24
31.9
39.9
60.6
7
仓库
25
0.3
0.5
1.17
7.5
8.8
11.5
17.5
8
小计
1361
---
---
---
864.8
766.2
---
----
计入
=0.9,
=0.9
---
---
778.32
689.6
1039.9
1579.9
表2.1
2.2无功功率补偿
无功功率的人工补偿装置:
主要有同步补偿机和并联电抗器两种。
由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点,因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。
由表2.1可知,该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.77。
而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。
考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗,因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:
=
(tan
-tan
)=778.32[tan(arccos0.77)-tan(arccos0.92)]=319.8kvar
参照图2,选PGJ1型低压自动补偿评屏,并联电容器为BW0.4-14-3型,采用其方案1(主屏)1台与方案3(辅屏)4台相结合,总共容量为84kvar
5=420kvar。
补偿前后,变压器低压侧的有功计算负荷基本不变,而无功计算负荷
=(773.43-420)kvar=353.43kvar,视在功率
=854.8kVA,计算电流
=1298.7A,功率因数提高为cos
=
=0.91。
在无功补偿前,该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要;而采取无功补偿后,主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。
同时由于计算电流的减少,使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小,因此无功补偿的经济效益十分可观。
因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表3所示。
图2.1PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案
表2.2无功补偿后工厂的计算负荷
项目
cos
计算负荷
/KW
/kvar
/kVA
/A
380V侧补偿前负荷
0.77
778.32
773.4
1039.9
1839.2
380V侧无功补偿容量
-420
380V侧补偿后负荷
0.935
778.32
353.4
854.8
1579.9
主变压器功率损耗
0.015
=12.8
0.06
=51.3
10KV侧负荷计算
0.935
946.1
413.2
1032.4
59.6
3选择主变压器台数容量及类型
由于该厂除纺纱车间、织布车间、动力车间二级负荷外,其余属三级负荷。
二级负荷设备总容量为
Sc1=265Kw+51KW+165KW=471KW。
三级负荷设备总容量为
Sc2=205KW+270KW+205KW+105KW+105KW+102KW+11KW=1003KW
考虑以后用电设备的增加以及其他因素,选着采用两台变压器,一台共二级用电负荷,另一台用三级负荷,可知装设一台容量为500kVA的变压器采用S9——630变压器一台,其空载损耗1300W,负载损耗5800W,阻抗电压5%空载电流1.0%,来为二级负荷供电,三级负荷因选择S19-1250/10型油浸式变压器(其中
)因为1003KW<1250kw,其空载损耗2000W,负载损耗11000W,阻抗电压5%,空载电流2.5%。
这样搭配可以满足供电要求。
4短路电流计算
本厂电源可由附近一条10kV公共电源干线取得;该干线走向参看工厂平面图;干线首端距本厂5km;干线首端高压断路容量为500MVA,架空进线。
工厂二级负荷可采用高压联络线备用电源,由邻近的单位取得,高压侧有电气联系的架空线路总长度为50km,电缆线总长度为20km。
图短路计算电路
4.1确定短路计算基准值
设
,
,即高压侧
,低压侧
,则
4.2计算短路电路中各元件的电抗标幺值
(1)电力系统已知
,故
(2)架空线路查表8-37,得LJ-150的
,而线路长12km,故
(3)电力变压器查表2-8,得
,故
因此绘短路计算等效电路如图5.2所示。
图等效电路
4.310KV侧三相短路电流和短路容量
(1)总电抗标幺值
(2)三相短路电流周期分量有效值
(3)其他短路电流
(4)三相短路容量
4.4380V侧三相短路电流和短路容量
(1)总电抗标幺值
(2)
(2)三相短路电流周期分量有效值
(3)其他短路电流
(4)三相短路容量
表5.1短路的计算结果
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MVA
k-1
1.72
1.72
1.72
4.39
2.6
31.25
k-2
21.27
21.27
21.27
39.14
23.18
14.77
5电气主接线方案设计
5.1变配电所主结线的选择原则
1.当满足运行要求时,应尽量少用或不用断路器,以节省投资。
2.当变电所有两台变压器同时运行时,二次侧应采用断路器分段的单母线接线。
3.当供电电源只有一回线路,变电所装设单台变压器时,宜采用线路变压器组结线。
4.为了限制配出线短路电流,具有多台主变压器同时运行的变电所,应采用变压器分列运行。
5.接在线路上的避雷器,不宜装设隔离开关;但接在母线上的避雷器,可与电压互感器合用一组隔离开关。
6.6~10KV固定式配电装置的出线侧,在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中,应装设线路隔离开关。
7.采用6~10KV熔断器负荷开关固定式配电装置时,应在电源侧装设隔离开关。
8.由地区电网供电的变配电所电源出线处,宜装设供计费用的专用电压、电流互感器(一般都安装计量柜)。
9.变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。
当有继电保护或自动切换电源要求时,低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。
10.当低压母线为双电源,变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时,在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧,宜装设刀开关或隔离触头。
5.2两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XX查得S9—1600/10单价为24.1万元,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2×21.1万元=48.2万元
由XX查得S9—630单价为7.5万元,一台S9—1250因此两台综12.5万元合投资为2×10.5+12.5X2万元=45万元,比一台变压器多投资3.2万元
高压开关柜(含计量柜)的综合投资额
查手册得GG—A(F)型柜按每台4万元计,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4×1.5×4=24万元
本方案采用6台GG—A(F)柜,其综合投资额约为6×1.5×4=36万元,比一台主变的方案多投资12万元
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6.2万元
主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为8.94万元,比一台主变的方案多耗274万元
供电贴费
按800元/KVA计,贴费为1000×0.08=80万元
贴费为2×800×0.08万元=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优于装设两台主变的方案,因此决定采用装设两台主变的方案。
(说明:
如果工厂负荷近期可有较大增长的话,则宜采用装设两台主变的方案。
)
6择和校验所需的电缆规格和电气设备
1)一次侧采用内桥式结线,二次侧采用单母线分段的总降压变电所。
这种主结线,其一次侧的QF跨接在两路电源线之间,犹如一座桥梁,而处在进线线路的断路器的内侧,靠近变压器,因此称为内桥式结线。
这种主结线的运行灵活性较好,供电可靠性较高,适用于一、二级负荷工厂。
如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时,则合上中间的断路器,断开WL1进线上的断路器,即可由WL2恢复对变压器T1的供电,这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。
(2)一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所,这种主结线,其一次侧的高压断路器QF也跨接在两路电源进线之间,但处在进线线路的断路器的外侧,靠近电源方向,因此称为外桥式结线。
这种主结线的运行灵活性也较好,供电可靠性同样较高,适用于一、二级负荷的工厂。
但与内桥式结线适用的场合有所不同。
如果某台变压器例如T1停电检修或发生故障时,则断开变压器一次侧断路器,投入两线路中间的断路器,使两路电源进线又恢复并列运行。
这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。
当一次电源电网采用环行结线时,也宜于采用这种结线,使环行电网的穿越功率不通过进线断路器,这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。
为了保障一次设备的可靠运行,必须按照下列条件选择和校验:
(1)按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择;
(2)按短路条件包括动稳定、热稳定校验;
(3)考虑电气设备运行的环境条件如温度、湿度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求;
(4)按各类设备的不同特点和要求如断路器的操作性能、互感器的二次负荷和准确度级等进行选择。
6.110kV侧一次设备的选择校验
表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
10KV
55.93A
1.72A
4.39KA
3.88
一
次
设备型号规格
额定参数
高压少油断路器SN10-10I/630
10kV
630A
16kA
40kA
512
高压隔离开关GN-10/200
10kV
200A
25.5KA
500
高压熔断器RN2-10
10kV
0.5A
50kA
电压互感器JDJ-10
10/0.1kV
电压互感器JDZJ-10
电流互感器LQJ-10
10Kv
100/5A
31.8KA
81
二次负荷0.6Ω
避雷器FS4-10
10kV
户外式高压隔离开关GW4-15G/200
12kV
400A
25KA
500
表6.1所选一次设备均满足要求。
6.2380V侧一次设备的选择校验
表380V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
380
1287
21.27
39.14
321
一次设备型号规格
额定参数
低压断路器DW15-1500/3D
380V
1500A
40kV
低压断路器DZ20-630
380V
630A
30kA
低压断路器DZ20-200
380V
200A
25kA
低压刀开关HD13-1500/30
380V
1500A
电流互感器LMZJ1-0.5
500V
1500/5A
电流互感器LMZ1-0.5
500V
100/5
160/5
表所选一次设备均满足要求。
6.3高低压母线的选择
参照表5—28,10kV母线选LMY-3(
),即母线尺寸为
;380V母线选LMY-3
即母线尺寸为
,而中性线母线尺寸为
。
(3)一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所。
这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点,但所用高压开关设备较多,可供一、二级负荷,适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所
(4)一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母线结线,供电可靠性和运行灵活性大大提高,但开关设备也大大增加,从而大大增加了初投资,所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用与电力系统的枢纽变电所。
--参考《工厂供电》
分析结果:
选择方案(3),一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所,主接线图见附图。
因为它可供一、二级负荷,他的一、二次侧进出线较多,兼有两种桥式结线的运行灵活性的优点
,供电可靠性较高。
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。
1、材料选择:
优先选用铝材料,下列场合可采用铜导线:
(1)重要的操作回路及二次回路。
(2)移动设备的线路及剧烈振动场合的线路。
(3)对铝有严重腐蚀的场合。
(4)爆炸危险场所有特殊要求者。
(5)国际工程有要求者。
2、按允许载流量选择导线或电缆截面积。
3、按允许电压损失选择导线和电缆截面积。
4、按经济电流密度条件选择导线和电缆截面积。
5、按机械强度选择导线和电缆截面积:
要求所选的导线和电缆的截面积不小于其最小允许截面积。
7附录——参考文献
《电力工程》华中科技大学出版社吴希再等编著
《中小型变压器实用设计手册》中国水利水电出版社雷振山等编著
《电气工程电气设计200例》中国电力出版社卓乐友编著
《供电技术》煤炭工业出版社邹有明等编著
《变配电所及其安全运行》机械工业出版社谈笑君等编著
《10KV及以下供配电设计于安装手册》煤炭工业出版社王子午等编著
《常用供配电设备选型手册》煤炭工业出版社王子午等编著
《电力系统继电保护原理》中国水利水电出版社孙过凯等编著
《供备电技术》(第2版)唐志平主编
《工厂供电》刘介才编
《供电技术》第4版余健明同向前苏文成编
《工厂供电设计指导》第2版刘介才编
电力工程设计手册(一次部分)
供配电设计手册
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- 关 键 词:
- 配电