10kv供电系统设计.docx
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10kv供电系统设计
摘要
本文是某中小型纺织企业供电系统的设计说明。
设计的目的是通过对该电力用户所处的地理环境、地域供电条件、生产工艺和公用工程等用电负荷资料的分析,为该工厂寻觅完善的供配电系统设计方案。
电能是工业生产的要紧能源,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、平安用电、节约用电、高质量用电已经成为工厂建设和运行的要紧问题之一。
工厂的平安正常生产、节电节能、提高劳动生产率,都必需有一个平安、靠得住、经济、合理供配电能和利用电能的系统作保障,才能实现企业利润的最大化。
关键词:
工厂供电;总降压(总配)变电所;电气主接线;供电靠得住性;高压配电系统;电气设备选择;继电爱惜
前言……………………………………………………………………………………5
……………………………………………………………8
负荷计算……………………………………………………………………8
功率因数和无功补偿…………………………………………………………11
………………………………………………13
对任务书的分析………………………………………………………………13
供电方案论证…………………………………………………………………13
供电线路………………………………………………………………………14
厂区配电电压选择…………………………………………………………14
工厂供电系统概况…………………………………………………………14
3总配电所电气主接线及厂区高低压配电系统设计………………………14
配电所电气主接线……………………………………………………………14
高压配电系统设计…………………………………………………………16
低压配电系统设计…………………………………………………………19
4总配电所位置及车间变压器台数和容量选择……………………………19
总配电所的位置选择………………………………………………………19
车间变压器台数和容量选择………………………………………………20
5短路电流计算……………………………………………………………………22
短路电流计算的目的和步骤………………………………………………22
用标幺值法进行短路计算…………………………………………………23
结果表达……………………………………………………………………26
6导线的选择………………………………………………………………………27
选择的方式……………………………………………………………………27
气候条件………………………………………………………………………27
架空进线的选择……………………………………………………………27
配电母线到1号车间变电所的电缆选择……………………………………28
配电母线到2号车间变电所的电缆选择……………………………………29
配电母线到3号车间变电所的电缆选择……………………………………29
配电母线到所用变的电缆选择……………………………………………30
线路上的电压和功率损失…………………………………………………30
7电气设备的选择和校验…………………………………………………………31
选择与校验电器的原那么………………………………………………………31
10KV高压电气设备的选择与校验……………………………………………31
8配电装置…………………………………………………………………………42
9二次部份的设计…………………………………………………………………43
测量和监视装置……………………………………………………………43
继电爱惜设置………………………………………………………………45
10防雷与接地………………………………………………………………………48
防雷…………………………………………………………………………48
接地…………………………………………………………………………50
11照明系统设计…………………………………………………………………51
照明系统设计的要求………………………………………………………51
总配电所照明系统设计的大致步骤………………………………………52
12二次回路图……………………………………………………………………52
13要紧设备材料表………………………………………………………………52
结论……………………………………………………………………………………54
参考文献…………………………………………………………………………55
致谢……………………………………………………………………………………56
前言
本设计为电气工程及其自动化专业的毕业设计,以供电技术为主线,综合考查对本专业各科知识的把握程度,培育对本专业各科知识进行综合运用的能力,同时也查验了本专业学习三年以来的功效。
要想做好毕业设计,第一要对工厂供电有一个整体的了解,大体上有以下几个方面:
工厂供电,确实是指工厂所需电能的供给和分派。
除某些特殊的大型工业企业带有自备发电站之外,工厂都是由电力系统的终端降压变配电所,即总降(配)变电所提供电能。
总降(配)变电所、供电线路和用电设备组成了一个完整的工厂供电系统。
供电系统一旦确信,就决定了用户内部用电负荷的供电靠得住性和供电质量。
电能易于转换,易于传输,分派简单经济,便于调剂、操纵和测量等特点,使得电能成了工业生产的要紧能源。
可否保证供电的靠得住性和电能质量直接阻碍到工业生产可否正常进行,可否做到合理用电、节约用电、高质量用电成为决定工厂生产力和企业效益的重要因素。
因此,设计符合工厂具体负荷情形的供电系统是工业生产的必备条件。
做好工厂供电工作对进展工业生产,实现工业现代化,具有十分重要的意义。
工厂企业是国家电力的要紧用户,完善工厂供电系统的配置对节约能源、支援国家经济建设也有专门大的增进作用。
为了使工厂供电工作能够切实为工业生产效劳,要求做到以下几点:
1)平安在电能的供给、分派和利用进程中,不该发生人身事故和设备事故。
2)靠得住不同级别的负荷对供电靠得住性的要求不同,工厂供电系统必需知足相应负荷的要求。
3)优质供电系统提供的电能应该知足电力用户对电压、频率等电能质量的要求。
4)经济在保证供电靠得住性的情形下,供电系统的投资要尽可能少,运行费用要尽可能低,并尽可能的节约电能和减少有色金属的消耗量。
工厂供电设计必需以设计任务书为依据,以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳,结合工程的实际情形进行。
依照国家标准GB50052-95《供配电系统设计标准》、GB50053-94《10kv及以下设计标准》、GV50054-95《低压配电设计标准》、《全国通用建筑标准设计.电气装置标准图集》等的规定,进行工厂供电设计必需遵循以下原那么:
1)遵守规程、执行政策;
必需遵守国家有关规定及标准,执行国家有关方针和政策,包括节约能源,节约有色金属等技术经济政策。
2)平安靠得住、先进合理;
应做到保障人身和设备的平安,供电靠得住,电能质量合格,技术先进和经济合理,
采纳效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
3)近期为主、考虑进展
应依照工作特点、规模和进展计划,正确处置近期建设与远期进展的关系,做到
远近结合,适当考虑扩建的可能性。
4)全局动身、统筹兼顾
按负荷性质、用电容量、工程特点和地域供电条件,综合考虑,确信合理的设计方案。
工厂供电系统的设计是依照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、负荷布局和地域供电条件进行的。
要求设计功效能应用于生产实际,能够让该供电系统平安、靠得住、经济的分派电能,知足工业生产的需要。
设计的具体步骤如下:
1).依照厂区用电设备的资料和其他具体情形,求计算负荷。
2).依照负荷品级和计算负荷,选定供电电源、电压品级和供电方式。
3).依照环境和计算负荷,选择变电所的位置、变压器数量和容量。
4).为变配电所选择平安、靠得住、灵活、经济的主接线,选择合理的户外高压配电方案。
5).用标幺值法进行短路电流的计算。
6).依照短路电流的计算结果,依照正常工作条件、短路时的工作条件、电气设备自身特点进行电气设备的选择和校验,用主接线图表达设计功效。
7).主变压器和馈线电路爱惜装置的设计及整定,包括爱惜方式的确认、爱惜值的整定、爱惜装置的选择和灵敏度校验。
8).变电所的防雷和接地设计,总降的电照设计。
9).需要核算建设所需器材与总投资。
1负荷计算及功率补偿
负荷计算
负荷计算的意义和目的
计算负荷是供电系统设计计算的基础。
工厂供电系统设计的原始资料是工艺部门提供的用电设备安装容量。
这些设备品种多,数量大,工作情形复杂,因此如何依照这些资料正确估量工厂所需的电力和电量超级重要。
估量的准确程度,直接阻碍到工程的质量。
若是估算太高,会增加供电设备的容量,使工厂电网复杂,浪费有色金属,增加初投资和运行治理工作量,浪费大量的人力财力;相反,若是估算太低,工厂投产后,供电系统的线路及电气设备由于承担不了实际负荷电流而过热,加速其老化绝缘速度,降低利用寿命,增大电能损耗,阻碍供电系统的正常靠得住运行。
由此可见,进行负荷计算是供电系统设计的基础,可否准确的估算计算负荷决定了设计的系统可否平安、经济、靠得住的供电。
计算负荷是依照已知的工厂的用电设备安装容量确信的、预期不变的最大假想负荷,负荷计算的目的确实是求出那个假想负荷。
计算负荷是设计时作为选择工厂电力系统的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据。
供电系统设计的第一步,确实是通过负荷计算,将复杂、凌乱的负荷数据整理成设计所需要的资料。
负荷计算的经常使用方式
负荷计算的方式有需要系数法、形状系数法、附加系数法等几种。
鉴于本厂的负荷特点和任务书所提供的条件,本设计采纳需要系数法确信计算负荷。
用需要系数法求计算负荷的具体步骤如下:
1).将用电设备分组,求出各组用电设备的总额定容量。
2).查出各组用电设备相应的需要系数及对应的功率因数。
3).依照需要系数法对应的公式计算Pc,Qc和Sc。
4).求车间或全厂计算负荷时,应从负荷端逐级算向电源端,而且需要在各级配电点乘以同期系数K∑。
在逐级计算时,应记及变压器上的电能损耗,由于厂区高压配电网的距离较短,在负荷计算时可忽略配电网的电能损耗。
车间变电所负荷计算
各车间用电负荷计算如下:
1#变电所负荷:
变电所
用电单位
设备容量Pe
需要系数Kd
CosΦ
TanΦ
P30
Q30
S30
I30
1#变电所
制条车间
350
273
纺纱车间
360
软水站
90
54
锻工车间
40
14
机修车间
300
105
幼儿园
20
仓库
40
12
9
小计
1200
1380
要紧计算公式为:
P30(i)=Pe×KdQ30(i)=P30(i)×TanΦP30=∑P30(i)
Q30=∑Q30(i)。
S30=√(P2+Q2)I30=S30/(√3×Un)其中Un的值为千伏。
无功、有功、视在功率的单位别离为kW,kvar,kVA,计算电流I30的单位为A。
计算如下:
制条车间:
P30=Pe×Kd=350×=273Q30=P30×TanΦ=273×=
纺纱车间:
P30=Pe×Kd=360×=Q30=P30×TanΦ=×=
软水站:
P30=Pe×Kd=90×=54Q30=P30×TanΦ=54×=
锻工车间:
P30=Pe×Kd=40×=14Q30=P30×TanΦ=14×=
机修车间:
P30=Pe×Kd=300×=105Q30=P30×TanΦ=105×=
幼儿园:
P30=Pe×Kd=20×=Q30=P30×TanΦ=×=
仓库:
P30=Pe×Kd=40×=12Q30=P30×TanΦ=12×=9
小计:
P30=∑P30(i)×K∑=(273++54+14+105++12)×=
Q30=∑Q30(i)×K∑=(++++++9)×=
S30=√(P2+Q2)=I30=S30/(√3×Un)=1380
由于无功和有功的K∑值均为,故在小计时P30,Q30的值应该乘以,相应的S30的值也应该乘以,结果表达如上表。
2#和3#变电所计算方式与此相同。
2#变电所负荷:
变电所
用电单位
设备容量Pe
需要系数Kd
CosΦ
TanΦ
P30
Q30
S30
I30
2#变电所
织造车间
600
510
408
染整车间
500
400
312
综合楼
40
1
0
32
0
餐厅
30
宿舍
20
1
0
16
0
小计
1190
3#变电所负荷:
变电所
用电单位
设备容量Pe
需要系数Kd
CosΦ
TanΦ
P30
Q30
S30
I30
3#变电所
锅炉房
200
150
120
水泵房
120
90
化验室
50
40
卸油泵房
30
18
小计
400
所用变负荷计算
P30=Pe×Kd=80×=64Q30=P30×TanΦ=64×=48
S30=√(P2+Q2)=80
全厂负荷计算
上面三个表格表达了车间变电所低压母线上的计算负荷,其计算结果可用来选择车间变电所变压器的容量,然后选择车间变压器,查表算出变压器上的功率损耗。
为了简化计算,能够采纳公式△PT≈~△QT≈~估算。
当采纳低损耗变压器时,也能够用公式△PT≈△QT≈估算出车间变压器上的功率损耗。
1#变电所:
△PT≈=×=
△QT≈=×=
2#变电所:
△PT≈=×=
△QT≈=×=
3#变电所:
△PT≈=×=
△QT≈=×=
所用变压器:
△PT≈=×80=
△QT≈=×80=
由于厂区高压配电网距离较短,故在确信计算负荷时,厂区高压输电线路上的功率损耗能够忽略不计,因此高压配电所引出线上的计算负荷能够以为是变电所低压母线上的计算负荷加上变压器的功率损耗。
高压引出线上的计算负荷别离为:
P1=P+△PT=P2=P+△PT=P3=P+△PT=
Q1=Q+△QT=Q2=Q+△QT=Q3=Q+△QT=
P0=P+△PT=
Q0=P+△PT=
依照计算负荷的品级查表可知高压配电母线的同期系数为~,取K∑=。
本厂没有高压用电负荷,故配电所进线上的的计算负荷为:
P=(P1﹢P2﹢P3+P0)×=Q=(Q1﹢Q2﹢Q3+Q0)×=
功率因数和无功补偿
S=√(P2+Q2)=功率因数为CosΦ==
设计要求达到的功率因数为以上,显然不符合要求,需要进行无功补偿。
工厂企业普遍采纳的补偿装置是静电电容器,其补偿方式有个别补偿、分组补偿和集中补偿。
由于集中补偿具有电容器利用率高,易于治理的特点,故采纳集中补偿方式。
高压补偿的电容器比较廉价,电容器利用率高,可是投切电容器的开关设备及爱惜装置价钱都比较高;低压补偿的补偿成效好,开关及爱惜设备价钱低且易于实现自动投切,可是电容器利用不充分。
考虑到低压静电电容器与高压静电电容器价钱不同不大,而高压断路器等开关设备价钱昂贵、保护费用高,从节约建设和运行本钱的角度考虑,在设计中采纳低压补偿的方式。
为了提高车间变电所变压器的负荷能力,在车间变电所的低压侧进行集中补偿。
补偿容量计算:
1#变电所:
变电所低压侧视在计算负荷:
S30=
低压侧功率因数:
CosΦ==
在低压侧装设补偿电容器,考虑到变压器的无功损耗,低压侧补偿后的功率因数应稍高于,不妨取。
低压侧无功补偿容量:
Qc=×=
选择低压单相并联电容器,单个容量为14kvar,共选24个,由于所选电容器是单相的,因此个数应为3的倍数,符合条件。
那么补偿容量整合为24×14=336
补偿后的数据:
变电所低压侧视在计算负荷:
S30=√*+()*()=
变压器的功率损耗:
△PT≈=×=
△QT≈=×=
变电所高压侧的计算负荷:
P=+=
Q=+=
S=√(P2+Q2)=
变电所高压侧的功率因数:
CosΦ==
同理,2#变电所选择21个电容器,那么:
变电所低压侧计算负荷及功率因数:
P=Q=S=√(P2+Q2)=CosΦ=
变电所高压侧计算负荷及功率因数:
P=Q=S=√(P2+Q2)=CosΦ=
3#变电所选择6个电容器,那么:
变电所低压侧计算负荷及功率因数:
P=Q=S=√(P2+Q2)=CosΦ=
变电所高压侧计算负荷及功率因数:
P=Q=S=√(P2+Q2)=CosΦ=
所用变压器选择3个电容器,那么:
变压器低压侧计算负荷及功率因数:
P=64Q=24S=√(P2+Q2)=CosΦ=
变压器高压侧计算负荷及功率因数:
P=Q=S=√(P2+Q2)=CosΦ=
全厂的功率因数计算:
∑P=∑Q=
∑S=
P=K∑*∑P=*=Q=K∑*∑Q=*=
S=√(P2+Q2)=CosΦ=P/S=
通过无功补偿以后,全厂功率因数为﹥,知足设计要求。
在装设无功补偿装置以后,减少了无功损耗,因此总的视在计算负荷也随之减小,有可能使进线选用更细的导线,车间变压器容量可能选小1级,节约了有色金属和变电投资。
这不仅能够降低初投资,而且能够减少企业的电费支出,对提高电能质量和系统调压能力也有益处。
计算负荷以补偿后的为准。
2供电方案和厂区配电电压选择
对任务书的分析
本工厂供电系统的电源是从电业部门某35/10kv变电所用10kv双回架空线引入厂变的,架空线的长度为。
进线电压品级为10kv,属于一样车间变压器的进线电压品级。
具体的供电电压选择要看负荷情形而定。
一样工厂供电系统有两种供电方案,即一次降压供电和二次降压供电。
供电方案论证
电源利用方案:
从靠得住性上来看,若是电源的投切速度够快的话,双回线路同时工作和一回工作一回备用的方式的靠得住性都比较高,二者区别不大;从经济性上来看,双回线路供电时系统能耗较少,因此本设计中的两路架空线都看成工作电源。
系统供配电方案:
由于电源进线为10kv,若是采纳二次降压供电的话,应该将电压降至6kv或3kv,然后再降至kv进行供电。
由于本工厂没有高压电动机等高压用电负荷(没有6(3)kv的用电设备),二次降压没有实际性的作用,相反还增加了变电设备的投资,加大了保护的工作量和难度,增加了电能损耗和有色金属消耗,从技术性和经济性的角度都不该该采纳二次降压供电。
一次降压供电又有两种可能:
一是不设置总降压变电所而仅设一个总配电所,以10kv电压输送电能到车间,在经车间变压器将电压降至对低压负荷供电;二是将整个工厂变电所当做一个车间变电所,在工厂变电所装设10/变压器,通太低压配电系统将电能分派到各个车间,再通过车间低压配电母线送往各用电设备。
从技术性角度来看,若是先降压再配电的话,由于全厂计算负荷S=,假设工厂变电所采纳2台主变(变电所一样只有1~2台变压器),2台主变依照暗备用方式运行(可减小单台变压器的容量),每台主变的容量为×70%=kVA,而依照相关规定,由于低压开关的断流能力有限,车间变电所单台变压器的容量不宜大于1250kVA,因此选择先降压再配电的方式会造成一些平安隐患。
若是采取先配电再降压的方式,由于负荷被分到了3个车间中,单台变压器经受的负荷减小,便不存在那个问题;从经济性来考虑,先配电再降压的方式采纳的是高压配电线路,和先降压再配电的方式相较,能够减小电能损耗,选取供电导线时也能够选择较细的导线,节约了有色金属。
从企业的长期进展考虑,先配电再降压的供电方式从经济性和靠得住性上来看都是较优的方案,故在设计中采纳电源——总配电所——车间变电所——用电负荷的供电方式。
供电线路
查表可知,10kV架空线输送3000kW的功率时能够输送5~15km,本厂的负荷小于3000kW,故可输送更远距离,因此选择10kV架空线路是合理的。
厂区配电电压选择
电源进线为10kV,又没有高压用电设备,加上10kV技术经济指标好,高压配电显然选择10kV的配电电压较合理。
低压配电采纳较常见的380/220V。
工厂供电系统概况
高压配电因此两回10kV架空线接入电力系统某35/10kV变电站,馈出线接至工厂车间变电所。
车间变电所高压侧中性点经消弧线圈接地,低压侧中性点直接接地。
3总配电所电气主接线及厂区高低压配电系统设计
配电所电气主接线
主接线的大体要求
主接线的选择,要达到平安、靠得住、灵活、经济的要求。
要在知足供电靠得住性的情形下,尽可能节省投资。
平安:
要求选择适合的电气设备,具有良好的监视和爱惜系统,以保证人身和设备平安。
靠得住:
知足各级负荷的不中断供电要求。
灵活:
利用较少的切换来适应不同的运行方式,检修方便,电源和负荷投切方便。
经济:
保证供电靠得住性的情形下,尽可能节省初投资和年运行费用。
另外,变电所扩建的可能性较大,其主接线应该方便改造和扩建。
主接线的选择
主接线对变电所设备的选择和布置,运行的靠得住性和经济性,继电爱惜和操纵方式都有紧密关系,是供电设计中的重要环节。
在工厂供电系统中,最要紧的部份确实是总降压变(配)电所。
总降压变电所中,高压侧(电源侧)的主接线归纳为两类:
线路-变压器组方式和桥型接线方式。
线路变压器组方式即“一进线一主变”方式,用于二、三级负荷的供电,也可扩展成为双回线路-变压器组接线,用于一、二级负荷供电。
桥型方式能实现线路和变压器的充分利用,靠得住性超级高,但线路复杂,操作不便,投资较大。
主变的低压侧(配电所的电源进线)接到母线上进行电能分派。
在工厂供电系统中涉及到的母线制较少,经常使用的母线制有:
单母线,单母分段,双母。
由于没有总降压变电所,故电源进线直接接到高压配电母线上。
电源进线为两回,负荷品级为二级,因此单母线方式不能适应该供电系统的靠得住性要求。
双母线制尽管靠得住性比较高,可是开关数量较多,连锁机构复杂,切换操作繁琐,造价高,经济上不合理。
采纳单母分段方式配电,当一回线路故障时,合上分段开关可保证对所有重要负荷的供电;当一段母线故障时,另一段母线上的负荷不受阻碍。
从电压品级和该配电所在电力系统中的位置来看,该工厂的用电负荷用单母分段方式已经能够完全知足其供电靠得住性,和双母线方式相较它又节约了安装保护费用,因此,高压配电所采纳单母分段接线。
单母分段开关在运行时是合是分,要依照具体情形进行技术经济比较而定。
在本设计的工厂供电系统中,有双回路同时供电,采取“分”的方式运行比较好,分析缘故如下:
若是采取“合”的方式,一路电源故障时,其电源侧开关跳开,所有负荷由另一路电源供电;一段母线故障时,两个电源侧断路器都跳开,整条
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