工厂供电生产实习课程设计2.docx
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工厂供电生产实习课程设计2.docx
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工厂供电生产实习课程设计2
生产实习工厂供电课程设计——某化纤厂降压变电所电气设计
专业班级
姓名:
学号:
指导教师:
第一部分设计任务书
一、设计题目
某化纤厂降压变电所电气设计
二、设计要求
根据本厂用电负荷,并适当考虑生产的发展,按安全可靠,技术先进,经济合理的要求,确定工厂变电所的位置与型式,通过负荷计算,确定主变压器台数及容量,进行短路电流计算,选择变电所的主接线及高、低压电气设备,选择整定继电保护装置,最后按要求写出设计计算说明书,绘出设计图纸。
三、设计资料
设计工程项目情况如下
(1)工厂总平面图见图1,本计算示例选用数据是:
安装容量为乙类,组合方案为乙。
图1
(2)工厂负荷数据:
本工厂多数车间为3班制,年最大负荷利用小时数6400小时,本厂负荷统计资料见表1,学生组合方案见表2。
表1
1
2
表2
(3)供电电源情况:
按与供电局协议,本厂可由东南方19公里处的城北变电所110/38.5/11KV,50MVA变压器供电,供电电压可任选。
另外,与本厂相距5公
3
里处的其他工厂可以引入10KV线路做备用电源,但容量只能满足本厂负荷的30%重要负荷,平时不准投入,只在本厂主要电源故障或检修时投入。
(4)电源的短路容量(城北变电所):
当35KV母线的出线断路器断流容量为1500MVA;10KV母线的出线断路器断流容量为350MVA。
(5)供电局要求的功率因数:
当35KV供电时,要求工厂变电所高压侧cosϕ≥0.9:
当以10KV供电时,要求工厂高压侧cosϕ≥0.95。
(6)电费制度:
按两部分制电费计算。
变压器安装容量每1KVA为15元/月,动力电费为0.3元/kWh,照明电费为0.55元/(kW∙h)。
(7)气象资料;本厂地区最高温度为38C,最热月平均最高气温29C,最热月地下0.8处平均温度为22C,年主导风向为东南风,年雷暴雨日数为20天。
(8)地质水文资料:
本厂地区海拔60m,底层一砂黏土为主,地下水位为2m。
四、设计任务书
(一)设计计算说明书
(二)设计图纸
1.工厂变电所设计计算用电气主接线简图(见附图)
2.变电所供电平面布线图
第二部分设计计算书
一、各车间计算负荷和无功补偿(需要系数法)
(一)纺炼车间(数据为乙组)
1.单台机械负荷计算
(1)纺丝机
已知:
Pe=180kW,KG=0.80,tanϕ=0.78。
故:
P30=PeKd=180⨯0.80=144(kW)
Q30=P30tanϕ=144⨯0.78=112.32(kvar)
(2)筒绞机
已知:
Pe=62kW,KG=0.75,tanϕ=0.75。
故:
P30=PeKd=62⨯0.75=46.5(kW)
Q30=P30tanϕ=46.5⨯0.75=34.875(kvar)
(3)烘干机
已知:
Pe=78kW,KG=0.75,tanϕ=1.02。
故:
P30=PeKd=78⨯0.75=58.5(kW)
Q30=P30tanϕ=58.8⨯1.02=59.67(kvar)
(4)脱水机
已知:
Pe=20kW,KG=0.60,tanϕ=0.80。
4
故:
P30=PeKd=20⨯0.60=12(kW)Q30=P30tanϕ=12⨯0.80=9.6(kvar)
(5)通风机
已知:
Pe=200kW,KG=0.7,tanϕ=0.75。
故:
P30=PeKd=200⨯0.70=140(kW)Q30=P30tanϕ=140⨯0.75=105(kvar)
(6)淋洗机
已知:
Pe=14kW,KG=0.75,tanϕ=0.78。
故:
P30=PeKd=14⨯0.75=10.5(kW)Q30=P30tanϕ=10.5⨯0.78=8.19(kvar)
(7)变频机
已知:
Pe=900kW,KG=0.80,tanϕ=0.70。
故:
P30=PeKd=900⨯0.80=720(kW)Q30=P30tanϕ=720⨯0.70=504(kvar)
(8)传送机
已知:
Pe=42kW,KG=0.80,tanϕ=0.70。
故:
P30=PeKd=42⨯0.80=33.6(kW)Q30=P30tanϕ=33.6⨯0.70=23.52(kvar)
纺练车间单台机械负荷计算统计见表3表3纺炼车间(乙)负荷统计列表
5
取同时系数:
K∑P=0.9,K∑Q=0.
P30=K∑P∑P30=0.9⨯1165.1=1048.59(kW)
Q30=K∑Q∑Q30=0.95⨯857.175=814.31625(kvar)
S30=P30+Q30=222+814.316252=1327.677(kVA)
(二)其余车间负荷计算
1.原液车间
已知:
Pe=1012kW,Kd=0.75,tanϕ=0.70。
P30=PeKd=1012⨯0.75=759(kW)
故:
Q30=P30tanϕ=759⨯0.70=531.3(kvar)
S30=P30+Q30=22759+531.322=926.478(kVA)
2.酸站照明
已知:
Pe=304kW,Kd=0.65,tanϕ=0.70。
P30=PeKd=304⨯0.65=197.6(kW)
故:
Q30=P30tanϕ=197.6⨯0.70=138.32(kvar)
S30=P30+Q30=2297.62+138.322=241.20(kVA)
3.锅炉房照明
已知:
Pe=280kW,Kd=0.75,tanϕ=0.75。
P30=PeKd=280⨯0.75=210(kW)
故:
Q30=P30tanϕ=210⨯0.75=157.5(kvar)
S30=P30+Q30=22210+157.522=262.5(kVA)
4.排毒车间
已知:
Pe=186kW,Kd=0.70,tanϕ=0.60。
P30=PeKd=186⨯0.70=130.2(kW)
故:
Q30=P30tanϕ=130.2⨯0.60=78.12(kvar)
S30=P30+Q30=222+78.122=151.84(kVA)
5.其他车间
已知:
Pe=380kW,Kd=0.70,tanϕ=0.75。
P30=PeKd=380⨯0.70=266(kW)
故:
Q30=P30tanϕ=266⨯0.75=199.5(kvar)
S30=P30+Q30=222662+199.52=332.5(kVA)
各车间计算负荷统计见表4
6
表4个车间计算负荷统计列表
二、各车间变电所的设计选择
(一)各车间变电所位置及全厂供电平面草图根据地理位置及个车间计算负荷大小,决定设立3个变电所,各自供电范围如下:
变压所Ⅰ:
纺炼厂、锅炉房。
变压所Ⅱ:
原液车间、办公及生活区。
变压所Ⅲ:
排毒车间、其他车间、酸站。
全厂供电平面图见图2
图2全厂供电平面图(1cm=0.1km)
(二)各车间变压器台数及容量选择1.变压所Ⅰ变压器台数及容量选择
(1)变压所Ⅰ的供电负荷统计:
同时系数取K∑P=0.9,K∑Q=0.95
∑P30=K∑P(P30纺+P30锅)=0.9⨯(1048.59+210)=1258.59(kW)∑Q30=K∑P(Q30纺+Q30锅)=0.95⨯(814.31625
+157.5)=971.81625(kvar)
7
(2)变压所Ⅰ的无功补偿(提高功率因数到0.9以上)无功补偿试取:
QC=400kvar补偿以后:
Q30=971.81625cosϕ=S1=
2
230
-400=571.81625(kvar)∑P30
=
258.59
1258.59
2
∑P+(∑Q30-Qc)
2
2
+(971.81625-400)
2
=0.9104>0.90
∑P30+(∑Q30-Qc)=1382.417(kVA)
(3)变压所Ⅰ的变压器选择。
为保证供电的可靠性,选用两台变压器(每台可供车间总负荷的70%):
SNTI=0.7SI=0.7⨯7141.283
=96.769
(VAk
)
选择变压器型号为SL7系列,额定容量为1000kVA,两台。
查表得出变压器的各项参数:
空载损耗∆Po=1.8kW;负载损耗
∆Pk=11.6kW
阻抗电压Uk%=4.5;空载电流Io%=1.1
(4)计算每台变压器的功率损耗(n=1)
S30=
12S1=
12
⨯382.417=691.21(kVA)1n∆Pk(
S30SN
)=1.8+11.6⨯(SN(
S30SN
2
∆PT=n∆P0+∆QT=n
I0%100
691.211000
)=7.34(kW)691.211000
)=32.50(kvar)
2
2
SN+
1Uk%n100
)=11+45⨯(
也可用化简经验公式:
∆PT≈0.015S30=0.015⨯691.21=10.37(kW)∆QT≈0.06S30=0.06⨯691.21=41.47(kvar)
2.变压所Ⅱ变压器台数及容量选择
(1)变压所Ⅱ的供电负荷统计:
P30=759kWQ30=531.3kvar
(2)变压所Ⅱ的无功补偿(提高功率因数到0.9以上)无功补偿试取:
QC=200kvar补偿以后:
Q30=531.3-200=331.3(kvar)cosϕ=SII=
2
∑P30
∑P+(∑Q30-Qc)∑P30+(∑Q30-Qc)
2
2
30
2
=
759
759+(531.3-200)
2
2
=0.916>0.90
=759(kVA)
(3)变压所Ⅱ的变压器选择。
为保证供电的可靠性,选用两台变压器(每台可
8
57供车间总负荷的70%):
SNgII=0.7SII=0.7⨯9
=53.13(VAk
)
选择变压器型号为SL7系列,额定容量为630kVA(附带供电给办公室及生活区)。
查表得出变压器的各项参数:
空载损耗∆Po=1.3kW;负载损耗
∆Pk=8.1kW
阻抗电压Uk%=4.5;空载电流Io%=2.0
(4)计算每台变压器的功率损耗
S30=
12SII=
121n
⨯759=379.5(kVA)∆Pk(
S30SN
)=1.3+8.1⨯(SN(
S30SN
2
∆PT=n∆P0+∆QT=n
I0%100
379.5630
)=4.24(kW)
379.5630
)=22.9(kvar)
2
2
SN+
1Uk%n100
)=12.6+28.35⨯(
也可用化简经验公式:
∆PT≈0.015S30=0.015⨯379.5=5.69(kW)∆QT≈0.06S30=0.06⨯426.65=22.77(kvar)
3.变压所Ⅲ变压器台数及容量选择
(1)变压所Ⅲ的供电负荷统计:
∑P30=P30酸+P30排+P30其=197.6+130.2+266=593.8(kW)
∑Q30=Q30酸+Q30排+Q30其=138.32+78.12+199.5=415.94(kvar)
同时系数取K∑P=0.9,K∑Q=0.95
PIII=K∑P∑P30=0.9⨯593.8=534.42(kW)QIII=K∑P∑Q30=0.95⨯415.94=395.143(kvar)
(2)变压所Ⅲ的无功补偿(提高功率因数到0.9以上)无功补偿试取:
QC=150kvar补偿以后:
Q30=395.143-150=245.143(kvar)cosϕ=SIII=
2
∑PIII
∑P+(∑QIII-QIII)
2
2II
2
=
534.42
534.42
2
+(395.143-150)
2
=0.96>0.90
∑PIII+(∑QIII-QIII)=553.98(kVA)
(3)变压所Ⅲ的变压器选择。
为保证供电的可靠性,选用两台变压器(每台可
89.355供车间总负荷的70%):
SNTIII=0.7SIII=0.7⨯
=38.78
(VAk
)
选择变压器型号为SL7系列,额定容量为315kVA,两台。
查表得出变压器的各项参数:
空载损耗∆P0=0.76kW;负载损耗∆Pk=4.8kW
阻抗电压Uk%=4;空载电流I0%=2.3
9
(4)计算每台变压器的功率损耗
S30=
12SIII=
121n
⨯553.98=276.99(kVA)∆Pk(
S30SN
)=0.76+4.8⨯(SN(
S30SN
2
∆PT=n∆P0+∆QT=n
I0%100
276.99315
)=4.47(kW)
276.99315
)=16.99(kvar)
2
2
SN+
1Uk%n100
)=7.245+12.6⨯(
也可用化简经验公式:
∆PT≈0.015S30=0.015⨯276.99=4.15(kW)∆QT≈0.06S30=0.06⨯276.99=16.6(kvar)
(三)厂内10kV线路截面的选择1.供电给变电所Ⅰ的10kV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路,每回供电线路计算负荷:
P30=Q30=
1212
⨯1258.59=629.295(kW)
⨯971.82=485.91(kvar)
计及变压器的损耗:
P=P30+∆Pb=629.295+7.34=636.635(kW)Q=Q30+∆Qb=485.91+32.50=518.41(kvar)S=I30=
'''
P
'2'
+Q
'2
=636.6358213⨯10
2
+518.41
2
=821(kVA)
S
3⨯U
==47.40(A)
先按经济电流密度选择导线经济截面:
由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h,查表可得,架空线的经济电流密度jec=0.9A/mm2。
所以可得经济截面:
Aec=
I30jec
=47.400.9
=52.67(mm)
2
可选导线型号为LJ—35,其允许载流流量为Ia1=170A。
相应参数为r0=0.96Ω/km,x0=0.34Ω/km再按发热条件检验:
已知θ=29C,温度修正系数为:
Kt=
'
70-θ70-25
=
70-2970-25
=0.95
Ia1=KtIa1=0.95⨯170=161.5A>I30=47.70A
10
由式上可知,所选导线符号长期发热条件。
由于变电所Ⅰ紧邻35/11kV主变压器,10kV线路很短,其功率损耗可忽略不计。
线路首段功率:
P=P=636.635(kW)Q=Q=518.41(kvar)
''
2.供电给变电所Ⅱ的10kV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路,每回供电线路计算负荷:
P30=Q30=
1212
⨯759=379.5(kW)
⨯531.3=265.65(kvar)
计及变压器的损耗:
P=P30+∆Pb=379.5+4.24=383.74(kW)Q=Q30+∆Qb=265.65+22.9=288.55(kvar)S=I30=
'''
P
'2'
+Q
'2
=383.74
2
+288.55
2
=480.12(kVA)
S
3⨯U
=
480.123⨯10
=27.7(A)
先按经济电流密度选择导线经济截面:
由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h,查表可得,架空线的经济电流密度jec=0.9A/mm2。
所以可得经济截面:
Aec=
I30jec
=27.70.9
=30.8(mm)
2
可选导线型号为LJ—25,其允许载流流量为Ia1=135A。
相应参数为r0=1.33Ω/km,x0=0.35Ω/km再按发热条件检验:
已知θ=29C,温度修正系数为:
Kt=
'
70-θ70-25
=
70-2970-25
=0.95
Ia1=KtIa1=0.95⨯135=128A>I30=30.8A
由式上可知,所选导线符号长期发热条件。
根据地理位置图及比例尺,得到此线路长度为l=0.32km。
10kV线路功率损耗:
∆PL=3I30RL=3⨯30.8⨯1.33⨯0.32=1.18(kW)∆QL=3IXL=3⨯30.8⨯0.35⨯0.32=0.35(kvae)
'
230
2
2
2
线路首端功率:
P=P+∆P=383.74+1.18=384.92(kW)Q=Q+∆Q=288.55+0.35=288.9(kvar)
'
11
3.供电给变电所Ⅲ的10kV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路,每回供电线路计算负荷:
P30=
Q30=1212⨯[K∑P⨯(P排+P其+P酸)]=12⨯[0.9⨯(197.6+130.2+266)]=267.2(kW)12⨯[0.95⨯(138.32+78.12+199.5)-150]=132.97(kvar)⨯[K∑Q⨯(Q排+Q其+Q酸)-QC]=
计及变压器的损耗:
P=P30+∆Pb=267.2+4.47=271.67(kW)
Q=Q30+∆Qb=132.97+16.99=149.96(kvar)
S=
I30='''P'2'+Q'2=271.672+179.962=325.87(kVA)S3⨯U=325.87
3⨯10=18.81(A)
先按经济电流密度选择导线经济截面:
由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h,查表可得,架空线的经济电流密度jec=0.9A/mm2。
所以可得经济截面:
Aec=I30jec=18.810.9=20.9(mm)2
可选导线型号为LJ—25,其允许载流流量为Ia1=135A。
相应参数为r0=1.33Ω/km,x0=0.35Ω/km,线路长度为:
l=0.64km
10kV线路功率损耗:
∆PL=3I30RL=3Ir0l=3⨯18.81⨯1.33⨯0.64=0.903(kW)
∆QL=3IXL=3Ix0l=3⨯18.81⨯0.35⨯0.64=0.148(kvae)
'230'222'22
线路首端功率:
P=P+∆P=271.67+0.903=272.573(kW)
Q=Q+∆Q=149.96+0.148=150.108(kvar)'
线路电压降计算(仅计算最长的厂内10kV线路电压降):
∆U=Pr0+Qx0
UN
∆U
UNl=272.573⨯1.33+146.96⨯0.35100.026510⨯100%=0.265%⨯0.64=0.0265(kV)∆U%=⨯100%=
合格(其余线路更合格了)
4.10kV联络线(与相邻其他工厂)的选择
已知全厂总负荷:
P30总=2248kW,Q30总=1251kvar。
10kV联络线容量满足全厂总负荷30%:
12
P=P30总⨯30%=2050.8⨯30%=615.24(kW)
Q=Q30总⨯30%=735.8⨯30%=220.(7kvar)
S=P2+Q2=615.242+220.72=653.6(kVA)
I'=S'635.6
3⨯U=3⨯10=38(A)
因运用时间很少,可按长期发热条件选择和校验。
选导线LJ-25,其允许载流量为:
Ia1=135A
I'
a1=KtIa1=0.95⨯135=128A>I30=38A
相应参数:
r0=1.33Ω/km,x0=0.35Ω/km。
已知线路长度:
l=5km。
线路电压降计算:
∆U=Pr0+Qx0615.24⨯1.33+220.7⨯0.35
Ul=10⨯5=0.447(kV)
N
∆U%=∆U0.447
U⨯100%=
N10⨯100%=4.47%
合格
三、工厂总降压变电所及接入系统设计
1.工厂总降压变电所住变压器台数及容量的选择
∑P=2⨯(P'''
I+PII+PIII)=2⨯(636.635+383.74+271.67)=2584.09(kW)
∑Q=2⨯(Q'''
I+QII+QIII)=2⨯(518.41+288.55+149.96)=1913.84(kvar)
P=K∑P∑P=0.9⨯2584.09=2325.68(kW)
Q=K∑P∑Q=0.95⨯1913.84=1818.148(kvar)
总降变10kV侧无功补偿试取:
QC=300kvar
cosϕ=P2325.68=0.92,合格
P2+(Q-Q2=325.682
C)2+(1818.148-300)2
S=P2+(Q-QC)2=2325.682+(1818.148-300)2=2777.34(kVA)
为保证供电的可靠性,选用两台主变压器(每台可供总负荷的70%):
SNT=0.7S=0.7⨯2777.34=1944.13(kVA)
所以选择变压器型号为SL7-1600/35,两台。
查表得:
空载损耗∆P0=2.65kW;负载损耗∆Pk=19.5kW;阻抗电压Uk%=6.5;空载电流
2.35kV供电线路截面选择
为保证供电的可靠性,选用两回35kV供电线路。
13I0%=1.1。
P'=1
2P=1
2⨯2248=1124(kW)
Q'=1(Q-Q1
2C)=2⨯(1251-300)=951(kvar)
用简化公式求变压器损耗:
∆P=0.015S'=0.015⨯1089.4=16.32(kW)
∆Q=0.06S'=0.06⨯1089.4=65.3(kvar)
每回35kV供电电路线路的计算负荷:
P''=P'+∆P=1025.4+16.32=1041.7(kW)
Q''=Q'+∆Q=367.9+65.3=433.2(kvar)
S''=P''2+Q''2=.72+433.22=1128(kVA)
S''
I1128
30=3⨯U=3⨯35=18.6(A)
按经济电流密度选择导线的截面:
AI302
ec=j=18.620.7(mm)
ec0.9=
可选LG-25,其允许载流量为:
Ia1=135A。
再按长期发热条件校验:
I'
a1=KtIa1=0.95⨯135=128A>I30=18.6A
所选导线符合发热条件。
但根据机械强度和安全性要求,35kV供电截面不应小于因此,改选为LGJ-35。
相应参数:
r0=0.91Ω/km,x0=0.433Ω/km。
3.35kV线路功率损耗和电压降计算
(1)35kV线路功率损耗计算
已知LG-35参数:
r0=0.91Ω/km,x0=0.433Ω/km,l=19km
22
线路的功率损耗:
∆PL=3I30RL=3⨯18.6⨯0.91⨯19=17.9(kW)
∆QL=3I230XL=3⨯18.62⨯0.433⨯19=8.54(kvar)
''
线路首段功率:
P=P+∆PL=1041.7+17.9=1059.6(kW)
Q=Q''+∆QL=433.2+8.54=441.7(kvar)
(2)35kV线路电压降计算:
∆U=Pr0+Qx0
Ul=1059.6⨯0.91+441.7⨯0.433)
N35⨯19=0.63(kV
0.63∆U%=∆U
U⨯100%=35⨯100%=1.8%<10%,合格
N
四、短路电流的计算
按无穷大系数供电计算短路电流。
短路计算电路图见图3。
1435mm2,
图3
1.工厂总降压变35kV母线短路电流(短路点1)
(1)确定标幺值基准:
Sd=100MVA,Uav=37kV,Id=Sd3⨯Uav=1003⨯37=1.56(kA)
(2)计算各主要元件的电标幺值:
(取断路器SOC=1500MVA)
系统电抗X
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