电力系统分析.docx
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电力系统分析
课程设计任务书
课程名称电力系统分析
院部名称机电工程学院
摘要
本课程设计是有关化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统。
根据该厂负荷统计资料,并适当考虑相关要求,完成工厂供电系统的设计。
电能是工业生产的主要能源,对整个工厂的正常生产起着举足轻重的作用,因此如何进行合理用电、安全用电、节约用电、高质量用电已经成为工厂建设和运行的主要问题之一。
我们这次设计的目的是通过对该工厂的地理环境、地区供电条件、生产工艺和公用工程等用电负荷资料的分析,为该工厂寻找完善的供配电系统设计方案。
关键字:
计算负荷;变压器选择;
目录
绪论··················································4
1、设计概述··········································5
1、设计步骤·········································5
2、基础资料··········································5
2.1生产任务及车间组成·······························6
2.2设计依据··········································7
2.3本厂负荷性质······································7
3、负荷性质··········································7
3.1计算公式·········································7
3.2计算方法··········································7
4、主变压器选择·······································8
5、台数的选择·········································9
6、架空线路的选择·····································10
6.1工作方式··········································10
6.2输电导线的选择·····································10
7、短路电流的计算·····································12
八、电气主接线图设计···································14
九、心得体会···········································15
十、参考文献···········································16
绪论
本设计书论述了供配系统的整体功能和相关的技术知识,重点介绍了工厂供配电系统的组成和部分。
系统的设计和计算相关系统的运行,并根据工厂所能取得的电源及工厂用电负荷的实际情况,并适当考虑到工厂的发展,按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求,确定了变电所的位置与形式及变电所至变压的台数与容量、类型及选择变电所主接线方案及高低设备与进出线。
工厂供电系统的设计是根据电力用户所处地理环境、生产工艺对负荷的要求、各个车间的负荷数量和性质、负荷布局以及地区供电条件进行的。
要求设计成果能应用于生产实际,能够让该供电系统安全、可靠、经济的分配电能,满足工业生产的需要。
一、设计概述
1、设计步骤:
1)高压供电系统设计;
2)确定全厂负荷;
3)主变压器容量和台数的选择;
4)画出等值电路简图,计算短路电流和短路容量;
5)画出总降压站的电气主结线图。
二、基础资料
2.1生产任务及车间组成
本厂规模为万锭精梳化纤毛织染整联合厂,全部生产化纤产品,全年生产能力为230万吨,其中厚织物占30%,薄织物占20%,全部产品中以睛纶为主体的混纺占60%,以涤纶为主体的混纺织物占40%。
2.2设计依据
1)设计总平面布置图
图1-1某化纤毛纺织厂全厂总平面布置图
1-制条车间2-纺纱车间3-织造车间
4-染整车间5-软水站6-锻工车间7-机修车间
8-托儿所、幼儿园9-仓库10-锅炉房11-宿舍
12-食堂13-木工车间14-污水调节池15-卸油汞房
2)全厂各车间负荷如表1所示,各车间均为380V的负荷,但有一部分为高压设备为6kV的负荷。
序号
车间或用电单位名称
设备容量(kW)
计算负荷
变压器台数及容量
备注
(kW)
(kVar)
(kVA)
(1)No.1变电所
1
制条车间
340
0.8
0.8
0.75
272
204
340
1
0.9
2
纺纱车间
340
0.8
0.8
0.75
272
204
340
3
软水站
86.1
0.65
0.8
0.75
55.97
41.98
70
4
锻工车间
36.9
0.3
0.65
1.17
11.07
12.95
17.04
5
机修车间
296.2
0.3
0.5
1.73
88.86
153.73
177.56
6
托儿所
12.8
0.6
0.6
1.33
7.68
10.21
12.78
7
仓库
37.96
0.3
0.5
1.17
11.39
13.33
22.78
8
小计
1150
718.97
640.2
980.16
(2)No.2变电所
1
制造车间
525
0.8
0.8
0.75
420
315
525
1
2
染整车间
490
0.8
0.8
0.75
392
294
490
3
浴室
1.88
0.8
1
-
1.51
0
1.51
4
食堂
20.63
0.75
0.8
0.75
15.47
11.60
19.34
5
独身宿舍
20
0.8
1
-
16
0
16
6
小计
844.98
620.6
1051.85
(3)No.3变电所
1
锅炉房
151
0.75
0.8
0.75
113.25
84.94
141.56
2
水泵房
118
0.75
0.8
0.75
88.5
66.38
110.63
3
化验室
50
0.75
0.8
0.75
37.5
28.13
46.88
4
卸油泵房
28
0.75
0.8
0.75
21
15.75
26.25
5
小计
347
260.25
195.2
325.32
全厂合计
2554.51
1824.2
1456
2357.33
3)供用电协议
工厂与供电部门所签定的供用电协议主要内容如下:
工厂从供电部门用110千伏双回架空线引入本厂,如图2所示,其中一个作为工作电源,一个作为备用电源,两个电源并列运行时为最大运行方式,一个电源运行时为最小运行方式。
该变电所距厂南侧10公里。
在本厂的总降压变电所110千伏侧进行计算,本厂的功率因数应大于0.9。
2.3本厂负荷性质
本厂为三班工作制,最大有功负荷年利用小时数为6000小时,属于二级负荷。
三、负荷性质
3.1计算公式
3.2计算方法
我国目前普通采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。
需要系数法的优点是简便,适用于全厂和车间变电所的负荷的计算,二项式法则适用于机加工车间,有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。
但在确定设备台数较少而设备容量差别较大的分支干线的计算负荷时,次啊用二项式法较之需要系数法来的简单,计算也方便。
负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种,本设计将采用需要系数法予以确定。
需要系数法是用设备功率乘以需要系数和同时系数,直接求出计算负荷。
四、主变压器的选择
4.1备用选择
由于该厂的负荷属于二级负荷,对电源的供电可靠性要求较高,宜采用两台变压器,以便当一台变压器发生故障后检修时,另一台变压器能对一、二级负荷继续供电,故选暗备用。
每台容量按SN.T≥1978.55kVA/0.85=2327.71kVA,因此选两台SFS10-6300/110型低损耗配电变压器,其联接组别采用Yd11。
4.2技术数据
1)空载损耗:
=8.4KW,
2)短路损耗:
=45.1KW,
3)短路电压:
%=17.5%,
4)空载电流:
%=0.4%,
=n
+
(
)=8.4+45.1
=14.5kw
=
=252,
1102.5,
25.2+1102.5
179.5kVar
4.3变压器容量
1)No1安装一台变压器,其容量按SN.T≥S1=980.16/85%=1153.13
因此选一台S9-1250/10型低损耗配电变压器,其联接组别采用Yyn0。
2)No2安装一台变压器,其容量按SN.T≥S2/85%=1051.85/85%=1237.47
因此选一台S9-1250/10型低损耗配电变压器,其联接组别采用Yyn0。
3)No3安装一台变压器,其容量按SN.T≥S3/85%=325.32/85%=382.73
因此选一台S9-400/10型低损耗配电变压器,其联接组别采用Yyn0
五、台数的选择
5.1无功补偿电容器选择
1)、无功功率补偿前
总有功功率∑P=1831.78kw
总无功功率∑Q=1464.87kvar
总视在功率∑S=2372.61KV·A
全厂功率因数
=1831.78/2372.61=0.77<0.9
补偿前,这时变压器容量选2100kVA
所以要进行无功补偿。
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容器两种。
由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点,因此本设计选用并联电容进行无功补偿。
工厂中由于有大量的电动机、电焊机及气体放电灯等感性负荷,从而使功率因数降低。
如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提供其自然功率因数的情况下,尚达不到规定的工厂功率因数要求时,则需考虑人工补偿.要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9,我取cosφ’=0.95。
要使低压侧功率因素由0.77提高到0.95,低压侧需装设的并联电容器容量为
QC=1464.87×(tanarccos0.77-tanarccos0.95)
=732.3kvar
取QC=800kvar
补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为
因此主变补偿后选择容量变选择2500kVA。
变压器的功率损耗为
ΔPT≈0.015
=0.015×1948.7kVA=29.2kW
ΔQT≈0.06
=0.06×1889.8kVA=116.92kvar
变电所高压侧的计算负荷为
=1831.78kW+29.2kW=1977.9kW
=(1464.87—800)kvar+116.92var=781.79kvar
=11.16A
补偿后工厂的功率因素为
.
这一功率因素满足供电部门规定的要求。
采用18个BWF10-40-1并联电容器进行补偿,总共补偿容量
5.2台数的选择
型号
额定电压/KV
连接组别
损耗/KW
空载电流(%)
阻抗电压(%)
高压
低压
空载
负载
主变压器两台暗备用
SFS10-6300/110
110
10
Yd11
8.4
45.1
0.4
17.5
一台
S9-1250/10
10
0.4
Yyn0
1.95
12
0.6
4.5
一台
S9-1250/10
10
0.4
Yyn0
1.95
12
0.6
4.5
一台
S9-400/10
10
0.4
Yyn0
0.8
4.3
1.0
4
6、架空线路的选择
6.1.在正常情况下架空线可选择一条工作,一条备用。
6.2.架空线截面积的选择
按经济电流密度选择导线
线路在工作时的最大工作电流:
=11.16A
该生产车间为三班制,全年最大负荷利用时数为6000小时,属于二级负荷。
其钢芯铝线的电流密度J=0.9所以导线的经济截面面积:
考虑到线路投入使用的长期发展远景,选用截面积为35mm2的导线,所以110KV架空线为LGJ-35的导线。
按长时允许电流校验导线
查表得LGJ-35型裸导线的长时允许电流Iy=170A,当环境温度为25度时,导线最高工作温度为70度。
其长时允许电流为:
式中:
为导线的允许载流量所采用的环境温度(
℃)。
为导线敷设地点实际的环境温度(
℃)
℃
当一台变压器满载,一条输电线检修时导线负荷最大,这时的负荷电流为:
由于
所以符合要求。
3).按电压损失校验
查表得LGJ-导线的单位长度电阻和电抗为:
输电线路长度为10公里,所以线路电阻
,
。
线路总的电压损失为:
电压损失百分比为:
所以导线符合要求。
七、短路电流的计算
7.1短路电流的计算公式(标幺值计算方法)
基准容量
基准电压
基准电流
电力变压器的电抗标幺值:
三相短路电流周期分量有效值:
在无限大容量系统中,短路点处的次暂态短路电流:
短路冲击电流:
(高压系统)
(低压系统)
冲击电流有效值:
(高压系统)
(低压系统)
三项短路容量:
,
,
7.2各母线短路电流列表
根据下图和以上公式计算
图3-1短路计算电路
表3.1母线短路电流列表
次暂态电流(kA)
冲击电流
(kA)
最大冲击电流有效值(kA)
最大短路功率(MVA)
最大运行方式
1.76
4.49
2.68
350
最小运行方式
0.52
1.33
0.79
104
次暂态电流(kA)
冲击电流
(kA)
最大冲击电流有效值(kA)
最大短路功率(MVA)
最大运行方式
3.3
8.42
5.02
60
最小运行方式
1.49
3.79
2.27
27
八、电气主接线图设计
电气主接线图
隔离开关——可以人为地断开电路的设备,有额定电压、功率的选择。
断路器——当线路出现短路等故障时会断开电路,通常一条线路中装一个,其两侧都要装隔离开关。
电流互感器——测量线路中电流的,每条线路都要监测
避雷器——保护变压器及其它设备,在变压器高低压侧都要安装
电压互感器——测量母线电压,变压器的高低压侧都要安装
十、参考文献
1.朱一纶,电力系统分析,北京,机械工业出版社,2012
2.于永源等编,电力系统分析,北京:
中国电力出版社,2007
3.《工厂常用电气设备手册》编写组,工厂常用电气设备手册(上),北京:
中国电力出版社,1999
4.韩祯祥,电力系统分析,杭州:
浙江大学出版社:
2005
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- 电力系统 分析