电修车间变电所及低压配电系统设计.docx
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电修车间变电所及低压配电系统设计
设计任务书
设计题目:
……电修车间变电所及低压配电系统设计
设计要求:
针对……电修车间变电所及低压配电系统设计,要求变电所及车间要根据实际情况,符合国家有关规定,并适当考虑到工厂未来的发展,按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求,确定变电所的位置和形式,确定变电站主变压器的台数和容量、类型,选择变电所主结线路方案及高压设备和进出线,确定各种保护装置,确定防雷和接地装置,根据现有工厂变电所及车间线路绘制设计图等,同时通过设计要知道和了解国家有关变电所及低压配电的有关规定和要求。
设计进度要求:
第一周:
对车间及配电站设备进行调研,并记录相应设备名牌数据。
第二周:
整理、分析、计算、车间设备有关数据。
第三周:
通过数据的分析确定变压器台数与容量及有关部分电器选择。
第四周:
绘制有关车间变电所的线路平面图及变电所系统图。
第五周:
根据已有的数据、供配电系统图及相关国家标准来选择设计出合适的线径、穿管及敷设方式等。
第六周:
将设计出的方案与现实情况进行比较,认识不合理之处,写出总结。
第七周:
制作PPT,准备答辩。
指导教师(签名):
摘要
通过对……电修车间变电所及低压配电设计,在工作中,从10KV站高压柜的安装、电缆线路的敷设及变压器的安装、供配电系统调研学习,从实践中对高压配电有新的学习与认识。
此论文以实际工程技术水平为基础,以配电站资料为背景,从原始资料的分析做起,内容涵盖《变电站综合系统》、《工厂供配电技术》、《高电压技术》、等主要专业课。
目的是通过配电站设计,综合运用所学知识,结合实际工作贯彻执行我国电力工业有关方针政策及技术标准,做到理论联系实际。
培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力,同时也为今后工作打下良好的基础,在整理过程中初步体现了工程设计的精髓内容,如根据规程选择方案等。
通过学习,锻炼了自己用实际工程的思维方式去分析和解决问题的能力,为今后工作奠定基础。
关键词:
供配电系统高压柜电缆敷设低压配电
1.供配电技术的发展
我国的电力工业已居世界前列,但与发达国家相比还是有一定的差距,我们人均电量水平还很低,电力工业分布也不均匀,还不能满足国民经济发展的需要。
电力市场还未完善,管理水平、技术水平都有待提高。
为了使我国电力工业赶上世界电力技术的发展水平,从21世纪一开始,我国就进一步加强在电网安全、稳定、经济运行、电力系统的自动化调度与管理、电力通信、网络技术、继电保护等领域开展研究,尤其注意完善电力市场,研究电力市场的技术支持系统,促进我们的电力工业不断前进。
工厂供电就是指工厂所需电能的供应和分配。
我们知道,电能是现代工业生产的主要能源和动力,工业生产应用电能和实现电气化以后,能大大增加产量,提高产品质量,提高劳动生产率,降低生产成本,减轻工人的劳动强,改善工人的劳动条件,有利于实现生产过程自动化。
但是,工厂的电能供应如果突然中断,则将对工业生产造成严重的后果,甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事故;由此可见,搞好工厂供电工作对于工业生产的正常进行和实现工业现代化,具有十分重大的意义。
工业企业生产所需电能,一般是由外部电力系统供给,经企业内各级变电所变电压后,分配到各用电设备。
工业企业变电所是企业电力供应的纽约,所处地位十分重要,所以正确计算选择各级变电站的变压器容量及其他设备是实现安全可靠供电的前提。
进行企业电力负荷计算的目的就是为正确选择企业各级变电站的变压器容量,各种电气设备的型号,规格以及供电网络所用导线型号等提供科学的依据。
供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务,必须达到以下的基本要求:
安全、可靠、优质、经济。
另外,在供配电工作中,还应合理的处理局部和全局,当前与长远的关系,即要照顾局部和当前利益,又要有全局观点,能照顾大局,适应发展。
2.电修车间概述
电修车间是……动力能源部一个下属车间,主要负责全公司电力的分配、管理、检修与维护。
车间位于西区二分厂与三分厂中间,电修车间主要分办公区、班组区、电机实验区、变压器待修区、高压试验区等组成,总面积为一千多平方米。
具体信息见车间平面布置图,如图1.1。
图2.1电修车间总平面布置图
2.1车间设备类型和负荷情况
2.1.1车间常用的用电设备
车间常用的用电设备种类繁多,根据其用途和特点,大致可以分成四类:
生产加工机械的拖动设备;电焊、电镀设备;电热设备;照明设备。
了解车间内常用电气设备的类型,对分析车间的供电水平和用电质量很有帮助。
(1)生产加工机械的拖动设备
生产加工机械的拖动设备是机械加工类车间的主要用电设备,是车间电力负荷的主要组成部分,又可分为机床设备和起重运输设备两种。
其中机床设备是车间金属切削和金属压力加工的主要设备,常用有车床、铣床、刨床、插床、组合机床、镗床、冲床、锯床、剪床、砂轮机等。
这些用电设备的动力,一般都由异步电动机供给。
这些电动机一般都要求长期连续工作,电动机的总功率可以从几百瓦到几十千瓦不等,如车间常用的CW6163B普通机床的动力部分有三台电动机,主轴电动机10kW,冷却泵电动机为0.09kW,快速进给电动机为1.1kW。
起重运输设备是车间中起吊和搬运物料、运输客货的重要工具,常用有起重机,吊车、行车、输送机、电葫芦等。
另外,空压机、通风机、水泵等也是车间常用的辅助设备,它们的动力都由异步电动机供给,工作方式属于长期连续工作方式,设备的容量可以从几千瓦到几十千瓦,单台设备的功率因数在0.8以上。
(2)电焊和电镀设备
电焊设备是车辆制造、锅炉制造、机床制造等制造厂得主要用电设备,在中小型机械类工厂中通常只作为辅助加工设备,负荷量不会太大。
电焊包括利用高温进行焊接的电弧焊,利用电流通过金属连接处产生的电阻高温进行焊接的电阻焊,利用电流通过熔焊剂产生的热能进行焊接的电渣焊等。
常见的电焊机有电弧焊机类和电阻焊机类。
(3)电热设备
工厂电热设备的种类也很多,按其加热原理和工作特点可分为电阻加热炉、电弧炉、感应炉和其它电热设备。
其中。
电阻加热炉主要用于各种零件的热处理,电弧炉主要用于矿石熔炼、金属熔炼,感应炉主要用于熔炼和金属材料处理,其他加热设备,包括红外线加热设备、微波炉加热设备和等离子加热设备等。
(4)照明设备
电气设备是工厂供电的重要组成部分,合理的照明设计和照明设备的选用是工厂所得到良好的照明环境的保证。
常用的照明灯具有:
白炽灯、卤钨灯、荧光灯、高压汞灯、钠灯、钨卤化物灯和单灯混光灯等。
2.1.2电修车间的具体设备情况。
通过设备分类将其分为两大类,动力设备和照明设备。
根据调查,本车间的负荷情况具体如表2.1所示。
表2.1车间负荷统计资料
名称
负荷类型
设备容量/KW
需要系数/Kd
功率因数
机加区
动力
60
0.5
0.65
照明
1
0.8
1.0
外线班
动力
2.6
0.85
0.8
照明
0.2
0.8
1.0
安装班
动力
2.6
0.85
0.8
照明
0.24
0.8
1.0
电钳班
动力
15.3
0.7
0.85
照明
0.3
0.8
1.0
电修班
动力
15.8
0.75
0.85
照明
0.5
0.8
1.0
高压试验区
动力
85
0.2
0.7
照明
0.8
0.8
1.0
电机实验区
动力
150
0.75
0.85
照明
4
0.8
1.0
烘箱区
动力
229.5
0.8
0.95
车间辅助
动力
59.9
0.6
0.8
照明
1.5
0.9
1.0
工具区
动力
30
0.65
0.8
照明
0.5
0.9
1.0
办公区
动力
12.25
0.65
0.8
照明
1
0.8
1.0
仓库
动力
15.5
0.4
0.8
照明
0.8
0.8
1.0
3.1车间计算负荷与无功补偿
3.1.1车间计算负荷
计算负荷是通过统计计算求出的,用来选择和校验变压器容量及开关设备、连接该负荷的电力线路的负荷值。
同时,它也是选择仪器仪表、整定继电器保护的重要数据。
计算负荷确定过大,将使变压器容量、电器设备和导线截面选择过大,造成投资浪费;如果计算负荷确定过小,则会引起所选变压器容量不足或电气设备、电力线路运行时电能损耗增多,并产生过热、绝缘加速度老化等现象,甚至发生事故。
“计算负荷”通常用P30、Q30、S30、I30分别表示负荷的有用计算功率、无功计算功率、视在计算负荷和计算电流。
负荷计算的目的主要是确定“计算负荷”,目前负荷计算的方法常用需要系数法和二项式系数法。
通过对电修车间的电气设备的调查,主要分小批量生产加工机械的拖动设备;电焊;电热设备;照明设备等,根据车间的设备情况,通常采用需要系数法来确定,
采用需要系数法常用公式:
主要计算公式有:
有功功率:
P30=Pe·Kd
无功功率:
Q30=P30·tgφ
视在功率:
S30=P30/Cosφ
计算电流:
I30=S30/
UN
计算结果如表3.1所示。
表3.1电修车间负荷计算表
名称
类型
设备容量Pe/kw
需要系数Kd
功率因数cosφ
计算负荷
有功功率\KW
无功功率\Kvar
视在功率\kVA
电流\A
回路标号
机加区
动力
60
0.5
0.65
24
28.1
36.9
42.9
WL1-1
照明
1
0.8
1.0
0.8
0
0.8
1.2
合计
61
—
—
24.8
28.1
37.7
44.1
外线班
动力
2.6
0.85
0.8
2.2
1.7
2.8
4.2
WL2-1
照明
0.2
0.8
1.0
0.2
0
0.2
0.2
合计
10.3
—
2.4
1.7
3.0
4.4
安装班
动力
2.6
0.85
0.8
2.2
1.7
2.8
4.2
WL2-2
照明
0.24
0.8
1.0
0.2
0
0.2
0.2
合计
7.84
—
—
2.4
1.7
3.0
4.4
电钳班
动力
15.3
0.7
0.85
10.7
6.6
12.6
19.2
WL2-3
照明
0.3
0.8
1.0
0.2
0
0.2
0.4
合计
25.6
—
—
10.9
6.6
12.8
19.6
电修班
动力
15.8
0.75
0.85
11.9
7.3
13.9
21.2
WL2-4
照明
0.5
0.8
1.0
0.4
0
0.4
0.6
合计
26.3
—
—
12.3
7.3
14.3
21.8
办公区
动力
12.2
0.65
0.8
7.9
5.9
9.9
15.1
WL3-1
照明
1
0.8
1.0
0.8
0
0.8
1.2
合计
33.2
—
—
8.7
5.9
10.7
16.3
高压试验区
动力
85
0.2
0.7
17.0
17.3
24.3
36.9
WL4-1
照明
0.8
0.8
1.0
0.6
0
0.6
1.0
合计
85.8
—
—
17.6
17.3
24.3
37.9
电机实验区
动力
150
0.75
0.85
112.5
69.7
132.4
201.2
WL5-1
照明
4
0.8
1.0
3.2
0
3.2
4.9
合计
154
—
—
115.7
69.7
135.6
206.1
烘箱区
H37
37.5
0.8
0.95
30.0
9.9
31.6
48.0
WL6-1
TC8
60
0.8
0.95
48.0
15.8
50.5
76.8
WL6-2
TC8
60
0.8
0.95
48.0
15.8
50.5
76.8
WL6-3
TC9
72
0.8
0.95
57.6
18
60.6
92.2
WL6-4
车间辅助
动力
59.9
0.6
0.8
30.0
22.5
37.4
56.9
WL7
照明
1.5
0.9
1.0
13.5
0.0
13.5
20.5
合计
61.4
—
—
43.5
22.5
40.9
77.4
工具区
动力
30
0.65
0.8
19.5
14.6
24.4
37.1
WL8
照明
0.5
0.9
1.0
0.5
0.0
0.5
0.7
合计
30.5
20.0
14.6
24.9
37.8
仓库
动力
15.5
0.4
0.8
6.2
4.7
7.8
11.8
WL9
照明
0.8
0.8
1.0
0.6
0
0.6
1
合计
16.3
—
—
6.8
4.7
8.4
12.8
总计(380侧)
动力
731.8
448.7
239.6
—
—
—
照明
10.4
0.81
359.9
203.7
413.5
772
3.2.2无功功率补偿
车间中的用电设备多为感性负载,在运行过程中,除了消耗有功功率外,还需要大量的无功功率在电源和负载之间交换,导致功率因数降低,所以一般工厂的自然功率因数都比较低,它给工厂供配电系统造成不利影响。
根据我国制定的按功率因数调整收费的办法要求,高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调压装置的电力用户,功率因数应达到0.9以上,当功率因数低于0.7时,电业局不予供电。
因此,工厂在改善设备运行性能,合理调整运行方式提高自然功率因数的情况下,都需要安装无功功率补偿装置,提高工厂供配电系统的功率因数。
在工厂中,提高配电系统功率因数,人工补偿无功功率采用安装移相电容器。
并联电容器的选择计算,无功功率补偿容量(单位为kvar)的计算:
QC=P30(tanφ1-tanφ2)=△qcP30
式中P30—车间的有功计算负荷(单位为kvar);
tanφ1—对应于原有功率因数cosφ1的正切;
tanφ2—对应于需补偿到的功率因数cosφ的正切;
△qc—无功功率(单位为kvar/KW)
并联电容器个数的计算:
N=QC/qc
式中qc—单个电容器的容量(单位为kvar/KW)
由表3.1可知,该车间380V侧最大负荷时的功率因数只有0.81。
而供电部门要求厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。
考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗,因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:
QC=P30(tanφ1-tanφ2)=359.9*[tanarccos0.81-tan(arccos0.92)]kvar=107.2kvar
根据要求,选择PGJ1型低压自动补偿屏,并联电容器BW0.4-14-3型,采用其方案2(主屏)一台,2屏有8支路,电容器宜为BW0.4-14-3型,每屏共112kvar,采用8步控制,每步投入14kvar。
补偿结构图见图3.1,因此补偿后380V侧和10KV侧负荷计算如表3-2所示。
图3.1高压电容器集中补偿的接线
表3.2无补偿后车间的计算负荷
项目
cosφ
计算负荷
P30/KW
Q30/kvar
S30/KVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.81
448.7
239.6
518.6
772
380V侧补偿前负荷
-112
380V侧补偿前负荷
0.93
448.7
127.6
466.2
709
主变压器功率损耗
0.015S30=7
0.06S30=27
10KV侧负荷总计
0.92
455.7
154.6
481.2
27
3.变配电所及主变压器的选择
3.1变配电所所址和形式的选择
3.1.1变配电所所址的选择
根据国家标准《10KV以下变电所设计规范》(GB50053-94)的规定。
工厂变配电所位置的选择应考虑如下的原则:
1)尽量接近负荷中心,以缩短低压配电线路距离,减少有色金属消耗量,降低配电系统的电压损耗、电能损耗,保证电压质量。
2)接近电源侧
3)进线、出线方便。
4)设备运输、安装方便。
5)避开剧烈震动、高温场所,避开多尘、有腐蚀性气体的场所,避开有爆炸、火灾危险的场所。
6)尽量使用高压配电所与车间变电所合建。
7)为工厂的发展和负荷的增加留有扩建的余地。
3.2.2变电所型式的选择
变配电所有屋内式和屋外式两大型式。
屋内式运行维护比较方便,占地面积少。
在选择工厂总变配电型式时,应根据具体地理环境,因地制宜;技术经济合理时,应优先选用屋内式。
负荷较大的车间,宜设附设式或半露天式变电所。
负荷较大的多跨厂房及高层建筑内,宜设车间(室内)变电所或组合式成套变电所。
负荷小而分散的车间及生活区,或需远离有易燃易爆危险及有腐蚀性车间时,宜设独立变电所。
根据配电所所址选择原则及配电所型式以及现有工厂的发展,车间的变电所选择屋内式配电站。
3.2变电所主变压器台数和容量的选择
选择变压器时,必须对负载的大小、性质作深入的了解,然后按照设备的确定方法选择适当的容量。
为了降低电能损耗,变压器应该首选低损耗节能型。
当厂区配电母线电压偏差不能满足要求时,总降压变电所可选用有载调压变压器。
车间变电所一般采用普通变压器。
变压器容量的确定除考虑正常负荷外,还应考虑变压器的过负荷能力和经济运行条件。
3.2.1S9系列[10KV级]低损耗配电变压器
S9系列(10KV)变压器,为三相双绕组,油浸自冷式,容量从10KV至1600KV,采用无磁励调压方式。
该系列变压器是我国第二代节能产品,符合OBY、500、507技术条件的要求。
与S7系列产品相比,空载损耗降低10.25%,负载损耗降低21.1%,空域土电流降低34.9%。
具有显著的节能效果,运行成本大大降低。
是电力系统的主要装备,在输变电过程中,可获得较显著的经济效益。
3.2.2主变压器台数的选择原则
工厂变电所中的主要变压器台数应根据下列原则选择:
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,对只有二级负荷,而无一级负荷的变电所,也可只采用一台变压器,并在低压侧架设与其他变电所的联络线。
2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的工厂变电所,可考虑采用两台主变压器。
3)一般的三级负荷只采用一台主变压器。
4)考虑负荷的发展,应留有安装第二台主变压器的空间。
3.2.3主变压器容量的选择
1)只安装一台主变压器时,主变压器的额定容量SN.T应满足全部用电设备总的计算负荷S30的需要:
SN.T≥S30
2)安装两台变压器时,每台主变压器的额定容量SN.T应同时满足以下两个要求:
SN.T≥0.7S30
SN.T≥S(Ⅰ+Ⅱ)
式中S(Ⅰ+Ⅱ)——计算负荷中的全部一、二级负荷。
3)单台主变压器的容量上限。
工厂变电所单台主变压器容量一般不宜大于1250KVA.在负荷比较集中且容量较大时,也可以选用1600~2500KVA的配电变压器,这时变压器低压侧的断路器必须配套使用。
单台变压器的车间变电所的主变容量一般不能大于1000KVA。
对装在楼上的电力变压器,单台容量不宜大于630KVA。
对居住小区变电所,单油式变压器容量不宜大于630KVA.
由于电修车间为三级负荷单位,装设一台变压器即可满足设备需要,SN.T=630KVA>481KVA,即选择一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。
根据表3.1、表3.2附录表2数据分析选择主变压器的容量为630KVA,联结组别采用Yyn0.
图3.2
4.车间变电所供电电源条件及配电柜选择
4.1车间变电所供电电源条件
根据以上数据车间变电所的电源从工厂10KV变配电所,10KV母线电源用电缆引入,来之工厂特钢虎变35KV变配电站,10KV变配电所线路首端高压断路器型号为VEGM-12/1000-31.5型,通过就地和远控两种方式控制断路器的分合;同时该线路装设有过流保护,过压保护、速断保护、低压保护、变压器本身保护。
4.2变电所配电柜的选择
4.2.1KYN28A-12型配电柜适用范围与作用
KYN28A-12型配电柜适用于额定电压3~10KV,频率50Hz的户内金属铠装抽出式开关设备(以下简称开关设备),用于接受和分配电能的单母线分段制系统的输配电控制装置。
KYN28A-12型配电柜型号的组成及含义
5.10KV与380KV侧一次设备型号选择
根据实际工程技术水平为基础,以配电站资料为背景,从原始资料的分析做起,变电所的具体一次设备如下:
5.110KV侧一次设备型号的选择
根据变压器设备的容量,变电所高压柜一次设备的型号如下(表5.1)
表5.110KV侧一次设备型号
设备名称
设备型号
电压互感器
3*JDZX12-1010/
0.1/
0.1/
开关状态显控装置
YTK-9230
真空断路器
VEGM-12/T1250-31.5
电流互感器
3*LZZBJ9-10C2500/5A
避雷器
BSTG-B-12.7/600
5.1.1真空断路器
1)断路器型号、名称及含义。
图5.1
2)断路器主要技术参数,见表5.2。
表5.2主要技术参数
序号
参数
单位
数据
1
额定电压
KV
12
2
额定绝缘水平
1min工频耐压
KV
42(极间,对地);48(断口)
额定雷电
冲击耐压
KV
75(极间,对地);85(断口)
3
额定电流
A
630
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
4
额定短路关合电流
额定热稳定电流
(有效值)
KA
20
20
20
25
25
25
25
31.5
31.5
31.5
31.5
31.5
40
40
40
40
40
5
额定短路关合电流
(峰值)
额定动稳定电流
(峰值)
KA
50
50
50
63
63
63
63
80
80
80
80
80
100
100
100
100
100
6
额定短路开断
电流开端次数
次
30,50*
7
额定热稳定时间
S
4
8
额定操作顺序
O-0.3S-CO-180s-CO
9
机械寿命
次
30000
10
额定单个电容器组开断电流
A
630
11
额定背对背电容器组开断电流
A
400
3)真空断路器的原理图,如图5.2
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- 修车 变电 所及 低压配电 系统 设计