电力工程基础课程设计.docx
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电力工程基础课程设计
1引言
工厂供电,就是指工厂所需电能的供应和分配,亦称工厂配电。
众所周知,电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来,又易于转换为其它形式的能量以供应用;电能的输送的分配既简单经济,又便于控制、调节和测量,有利于实现生产过程自动化。
因此,电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
在工厂里,电能虽然是工业生产的主要能源和动力,但是它在产品成本中所占的比重一般很小(除电化工业外)。
电能在工业生产中的重要性,并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少,而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量,提高产品质量,提高劳动生产率,降低生产成本,减轻工人的
劳动强度,改善工人的劳动条件,有利于实现生产过程自动化。
从另一方面来说,如果工厂的电能供应突然中断,则对工业生产可能造成严重的后果。
因此,做好工厂供电工作对于发展工业生产,实现工业现代化,具有十分重要的意义。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面,而能源节约对于国家
经济建设具有十分重要的战略意义,因此做好工厂供电工作,对于节约能源、支援国家经济建设,也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务,切实保证工厂生产和生活用电的需要,并做好节能工作,就必须达到以下基本要求:
(1)安全在电能的供应、分配和使用中,不应发生人身事故和设备事故。
(2)可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
(3)优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
(4)经济供电系统的投资要少,运行费用要低,并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外,在供电工作中,应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系,既要照顾局部的当前的利益,又要有全局观点,能顾全大局,适应发展。
2负荷计算和无功功率计算及补偿
2.1负荷计算和无功功率计算
1)单组用电设备计算负荷的计算式:
有功计算负荷P30
Kd
Pe
无功计算负荷Q30
P30tan
视在计算负荷S30
P30
cos
计算电流I30S30
3UN
2)单组用电设备计算负荷的计算式:
有功计算负荷Q30
tan
bPeiCPxmax
无功计算负荷P30
bPetan
icPxmaxtan
max
视在计算负荷S30
P302Q302
计算电流
S303UN
I30
各厂房和生活区的负荷计算如表2.1
表2.1厂房和生活区的负荷计算表
厂
设备
需要
计算负荷
房
厂房
负荷
容量
系数
cos
tan
编
名称
类别
PeKW
Kd
P30/KW
Q30/kvar
S30/KVA
I30/A
号
铸造
动力
350
0.35
0.67
1.11
122.5
135.9
182.9
1
照明
6.5
0.8
1.0
0
5.2
0
5.2
车间
小计
356.5
1.15
127.7
135.9
188.1
285.8
锻压
动力
245
0.25
0.6
1.33
61.25
81.5
101.9
2
照明
6.5
0.72
1,0
0
4.68
0
4.68
车间
小计
251.5
0.97
65.93
81.5
106.6
161.9
金工
动力
350
0.2
0.62
1.27
70
88.9
113.2
3
照明
6
0.8
1.0
0
4.8
0
4.8
车间
小计
356
1.0
74.8
88.9
118
179.3
工具
动力
350
0.28
0.64
1.2
98
117.6
153.1
4
照明
7
0.75
1.0
0
5.25
0
5.25
车间
小计
357
1.03
103.25
117.6
158.35
240.6
电镀
动力
230
0.5
0.75
0.88
115
101.2
153.2
5
照明
6
0.78
1.0
0
4.68
0
4.68
车间
小计
236
1.28
119.7
101.2
157.9
239.9
热处
动力
125
0.5
0.72
0.96
62.5
60
86.6
6
理车
照明
5
0.75
1.0
0
3.75
0
3.75
间
小计
130
1.25
66.25
60
90.35
137.3
7
装配
动力
145
0.35
0.7
1.02
50.75
51.77
72.49
车间
照明
7.5
0.70
1.0
0
5.25
0
5.25
小计
152.5
1.05
56
51.77
77.74
118.1
机修
动力
148
0.23
0.65
1.17
34.04
39.83
52.39
照明
4
0.85
1.0
0
3.4
0
3.4
8
车间
小计
152
1.08
37.44
39.83
55.79
84.8
锅炉
动力
88
0.75
0.78
0.80
66
52.8
84.5
照明
1.4
0.8
1.0
0
1.12
0
1.12
9
房
小计
89.4
1.55
67.12
52.8
85.62
130.1
动力
25
0.35
0.85
0.62
25.35
15.7
29.82
10仓库
照明
1.2
0.7
1.0
0
0.84
0
0.84
小计
26.2
1.05
26.19
15.7
30.66
46.6
生活
照明
280
0.72
0.92
0.43
201.6
86.69
219.5
333.5
11
区
动力
2056
945.98
831.89
照明
331.1
总计
(380V侧)
计入K
p=0.9
0.76
851.33
707.1
1106.7
1.68
Kq=0.85
2.2
无功功率补偿
考虑到变压器的无功功率损耗远大于有功功率损耗并根据表2-1,由此可判断工厂进线处的功率因数必然小于0.76。
而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.94,为使工厂的功率因数提高到0.94,需在总降压变电所低压侧10KV母线上装设并联电容进行补偿,取低压侧补偿后的功率因数为0.94,则需装设的电容器补偿容量为
QcP30(tan1tan
)
851.33tan(arccos0.76)
n
418.950
8.378
2
tan(arccosQq0c.94)418.9kvar
选择BWF10.5-50-1W型电容器,所需电容个数,取
n=9,则实际补偿容量
Qc
50
9kvar
450kvar
补偿后变电所低压侧视在计算负荷为
'
2
Q30
Qc
2
2
831.89450
2
S30
P30
851.33
933.1kV
A
选择S9-1000/35
型
35/3.15kV的变压器,其技术数据为
△
P0
,△
PK
,
0
0
6.5。
变压器的负荷率为
1.44kW
12.15kWI0
01.00,Uk0
β=933.1/1000=0.933,则变压器的功率损耗为
2
2
△PT△P0△Pk1.44kW
0.93312.15kW12.01kW
N
0
0
1000
2
2
△QT100S
I00
2
Uk0
1001.00
0.9336.5kvar66.6kW
变压器高压侧计算负荷为
P301
P30
△PT
851.33kW12.01kW863.34kW
Q301
Q30
△QT
707.1kW66.6kW773.7kvar
S301
2
2
2
2
P302Q301
863.34
773.7kVA1159.3kVA
则工厂进线处的功率因数为
cos
P301
863.34
满足电业部门的要求
Q301
773.7
1.12>0.94
2.3年耗电量的估算
年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到:
年有功电能消耗量:
Wp
P30
T
年无功电能耗电量:
Wq
Q30
T
结合本厂的情况,年负荷利用小时数
T
为4000h,取年平均有功负荷系数
0.72,年平均无功负荷系数
0.78。
由此可得本厂:
年有功耗电量:
;Wp
6
0.72
4000
863.34
2.49
10kW
h
年无功耗电量:
Wq
6
0.78
4000
773.7
2.41
10kW
h
3变电所位置和形式的选择
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.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车
间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)等.而工厂
的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+=∑Pi.因此仿照《力学》中计算重心的
力矩方程,可得负荷中心的坐标:
Px
Px
2
Px
3
(Px
)
11
2
3
ii
x
P
P
P
P
i
1
2
3
Py
Py
Py
(Py)
y
11
2
2
33
i
i
P1
P2
P3
Pi
按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表
3.1所示
表3.1
坐标轴
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
X(cm)1.8
2.0
3.7
5.5
5.8
6.1
6.5
8.6
9.0
9.8
0.7
Y(cm)2.8
4.8
6.7
2.1
3.7
5.16.82.13.86.87.4
由计算结果可知,x=5.7y=4.8,
工厂的负荷中心在
6号厂房的西南角。
考虑
的方便进出线及周围环境情况,决定在
6号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电
所,其型式为附设式。
由于本厂有二级重要负荷,考虑到对供电可靠性的要求,采用两路进线,一
路经10kV公共市电架空进线(中间有电缆接入变电所);一路引自邻厂高压联
络线。
变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定,根据《变电所位置和
形式的选择规定》及GB50053-1994的规定,结合本厂的实际情况,这里变电
所采用单独设立方式。
其设立位置参见图《厂区供电线缆规划图》如下图所示
4变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择
4.1变电所主变压器台数的选择
变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。
结合本厂的情况(该厂除
铸造车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷,考虑到二级重要负荷的供电安全可
靠,故选择两台或两台以上主变压器。
4.2变电所主变压器容量选择
(1)装设一台主变压器型式采用S9型,而容量根据式SS,选
NT30
S12501159.3,即选一台S9-1250/10型低损耗配电变压器。
至于工厂二级
NT
负荷所需的备用电源,考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
(2)装设两台主变压器型号亦采用S9,而每台变压器容量按式
SNT
0.6~0.7SN和选择即
SNT
S30(12)
SNT
0.6~0.71159.3695.58~811.51kVA
SNT
S3012(188.1157.9
85.62)
431.62kVA
因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器。
工厂二级负荷所需的备用电
源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
主变压器的联结组均采用Yyn0。
又考虑到本厂的气象资料(年平均气温为16℃),所选变压器的实际容量,
也满足使用要求,同时又考虑到未来5~10年的负荷发展,初步取SNT1000kVA。
考虑到安全性和可靠性的问题,确定变压器为S9-1000/10型低损耗配电变压器。
4.3变电所主接线方案的选择
按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案:
(1)装设一台主变压器的主接线方案,如图4.1所示
(2)装设两台主变压器的主接线方案,如图4.2所示
4.1装设一台主变压器的主结线方案图4.2装设两台主变压器的主结线方案图
4.4两种主结线方案的技术经济比较
表4.1两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
供电安全性
满足要求
满足要求
术
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
指
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
标
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
由手册查得S9—1250
单价为
由手册查得S9—1000
单价为
电力变压器的综
8.85万元,而由手册查得变压
15.1万元,因此两台综合投资
合投资
器综合投资约为其单价的
2倍,
为4×15.1万元=60.4万元,比
因此其综合投资为
2×8.85万
一台变压器多投资42.7
万元
元=17.7万元
经
高压开关柜(含
查手册得GG—A(F)型柜按每
本方案采用6台GG—A(F)柜,
计量柜)的综合投
台3.5万元计,查手册得其综
其综合投资额约为
6×1.5×
济
资额
合投资按设备价
1.5倍计,因
3.5=31.5万元,比一台主变的
此其综合投资约为
4×1.5×
方案多投资10.5万元
指
3.5=21万元
参照手册计算,主变和高压开
主变和高压开关柜的折旧费和
标
电力变压器和高
关柜的折算和维修管理费每年
维修管理费每年为7.067万元,
压开关柜的年运行
为4.893万元
比一台主变的方案多耗
2.174
费
万元
供电贴费
按800元/KVA计,贴费为1000
贴费为2×800×0.08
万元=128
×0.08=80万元
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远优于装设两台主
变的方案,因工厂负荷近期有较大增长,则宜采用装设两台主变的方案。
5短路电流的计算
采用两路电源供线,一路为附近一条10KV的干线取得工作电源,知该干线
的导线牌号为LJ-120,导线为等边三角形排列,线距1.1m,该干线首段所装高
压断路器的断流容量为300MVA;一路为邻厂高压联络线。
下面计算本厂变电所
高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短
路容量。
如图5-1
图5-1
下面采用标么制法进行短路电流计算。
5.1确定基准值:
取
Sd
MVA
10.5
kV
Ud2
0.4
kV
,则
100
Ud1
Id1
Sd
100
kA
5.5kA,Id2
Sd
100
kA144.3kA
3Ud1
310.5
3Ud2
30.4
5.2计算短路电路中各主要元件的电抗标么值:
(忽略架空线至变电所的电缆电抗)
X1
100MV
A
电力系统的电抗标么值:
300MV
0.3
A
kmXWL
0.35
7
100
2.2
线路的电抗标么值:
LJ-120的x00.35
2
10.5
电力变压器的电抗标么值:
由所选的变压器的技术参数得Uk%
6,因此:
4.5
100
XT100
4.5
1
可绘得短路等效电路图如图
5-2所示。
图5-2
5.3计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
1)
总电抗标么值:
X(k1)
X1
X2
0.3
2.2
2.5
3
Id1
5.5
2.2kA
2)
三相短路电流周期分量有效值:
IK1
X
K1
2.5
"3
3
3
3)
其他三相短路电流:
I
I
IK12.2kA
3
"3
ish
2.55I
2.55
2.2kA
5.61kA
3
"3
Ish
1.51I
1.51
2.2kA
3.32kA
4)三相短路容量:
3
SK1SdX
K1
100MVA2.540MVA
5.4
计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
1)
总电抗标么值:
X(k
2)X1
X2
X3//X40.3
2.2
4.5
4.75
2
I
3
Id2
144KA
28.2kA
2)
三相短路电流周期分量有效值:
K2
XK2
5.104
3)
"3
3
其他三相短路电流:
I
I
2
28.2kA
3
"3
ish1.84I
1.84
28.2kA
51.9kA
3
"3
Ish
1.09I
1.09
28.2kA
30.7kA
4)三相短路容量:
3
Sk2SdX
K2
100MVA4.7521.1MVA
6变电所一次设备的选择校验
110kV侧一次设备的选择校验(表
6-1)
表6-110kV
侧一次设备的选择校验
选择校验项目
电压
电流
断
流
动
稳
热
稳
其
他
能
力
定
度
定
度
装置地点条
参数
UN
IN
I
K(3)
ish(3)
I(3)2tima
件
数据
10kV
57.7A
2.2kA
5.61kA
9.2
额定参数
UNe
INe
Ioc
imax
It2
t
高压少油断路器
10kV
630A
16kA
40kA
512
SN10-10I/630
一
高压隔离开关
10kV
200A
—
25.5kA
500
次GN-10/200
设
高压熔断器RN2-10
10kV
0.5A
—
—
备
型
电压互感器JDJ-10
10/0.1kV
—
—
—
—
号
规
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如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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