电力系统设计某啤酒厂供配电设计.docx

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电力系统设计某啤酒厂供配电设计

供电系统课程设计报告

（2012—2013学年第一学期）

题目某啤酒厂供配电设计

系别电子与电气工程系

专业电气工程及其自动化

班级0920325

学号092032516

姓名陈继辉

指导教师贾景贵

完成时间2012年11月16日

评定成绩

一、设计的目的

在基本掌握了《发电厂电气部分》课程知识的基础上，完成课程设计项目的设计。

通过课程设计环节的训练，包括设计方案的论证、硬件选择、参数计算和设计报告的撰写，掌握供配电项目的设计流程和方法，加深对《发电厂电气部分》课程知识的理解和掌握，培养供配电系统的设计能力，初步积累供配电系统开发经验，以及分析问题和解决问题的方法，并进一步拓宽专业知识面，培养实践应用技能和创新意识。

二、设计的内容与要求

以某啤酒厂全厂的总配电及部分车间配电系统的设计为背景，对该工厂供电系统进行合理的设计，重点设计酿造车间的配电系统。

包括主接线，变压器、断路器等设备选择，电力负荷计算，短路电流计算，线路和变压器的继电保护设计等。

啤酒厂的供电系统可分为几大模块区域。

例如酿造车间、包装车间、实验室及一些办公楼用电等。

其中发酵车间要求在生产过程中不能停电。

1.工厂变电所设计计算用电气主接线简图。

2.变电所供电平面布置图。

三、设计资料

电压等级：

10/0.4kV

气象条件：

①最高气温40℃,最低气温-20℃，年平均气温25℃。

②土壤电阻率：

p<400Ω/m

③当地雷暴日：

40日/年

三班倒企业。

厂区平面图

表1：

2#变电所的技术参数

用电设备组名称

容量Pe/kW

需要系数Kd

cosφ

tgφ

2#

变电所

麦芽储存输送

2.2

0.8

0.8

0.75

糖化糊化

煮沸锅

7.5

0.8

0.8

0.75

压滤机

5.0

0.8

0.8

0.75

CIP

4.0

0.8

0.8

0.75

过滤

5.0

0.8

0.8

0.75

制冷

348

0.8

0.8

0.75

空压

308

0.8

0.8

0.75

水泵

86.3

0.8

0.8

0.75

锅炉房

70

0.8

0.8

0.75

照明

6

0.8

1.0

0

小计

表2：

其他的车间变电所的技术参数

用电设备组或车间名称

容量Pe/kW

需要系数Kd

cosφ

tgφ

1#

变电所

罐装线

333

0.8

0.8

0.75

仓库

15

0.3

0.5

1.73

试验室

125

0.25

0.5

1.73

小计

3#

变电所

行政楼

15

0.8

0.8

0.75

水处理房

28

0.8

0.8

0.75

其他

50

0.8

0.8

0.75

小计

考虑全厂同时系数KP=0.9KQ=0.95

4、各车间计算负荷和无偿功率

（一）变电所2#：

1.计算：

（1）麦芽存储输送：

已知：

Pe=2.2kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=2.2×0.8=1.76（kW）

Q=Ptgφ=1.76×0.75=1.32（kVAR）

S=

=2.2（kVA）

（2）糖化糊化煮沸锅：

已知：

Pe=7.5kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=7.5×0.8=6.0（kW）

Q=Ptgφ=6.0×0.75=4.5（kVAR）

S=

=7.5（kVA）

（3）压滤机：

已知：

Pe=5.0kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=5.0×0.8=4.0（kW）

Q=Ptgφ=4.0×0.75=3.0（kVAR）

S=

=5（kVA）

（4）CIP：

已知：

Pe=4.0kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=4.0×0.8=3.2（kW）

Q=Ptgφ=3.2×0.75=2.4（kVAR）

S=

=4（kVA）

（5）过滤：

已知：

Pe=5.0kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=5.0×0.8=4.0（kW）

Q=Ptgφ=4.0×0.75=3.0（kVAR）

S=

=5（kVA）

（6）制冷：

已知：

Pe=348kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=348*0.8=278.4（kW）

Q=Ptgφ=27804×0.75=208.8（kVAR）

S=

=348（kVA）

（7）空压：

已知：

Pe=308kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=308×0.8=246.4（kW）

Q=Ptgφ=246.4×0.75=184.8（kVAR）

S=

=300（kVA）

（8）水泵：

已知：

Pe=86.3kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=86.3×0.8=69.04（kW）

Q=Ptgφ=69.04×0.75=51.78（kVAR）

S=

=86.3（kVA）

（9）锅炉房：

已知：

Pe=70kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=70×0.8=56（kW）

Q=Ptgφ=56×0.75=42（kVAR）

S=

=70（kVA）

（10）照明：

已知：

Pe=6kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=6×0.8=4.8（kW）

Q=Ptgφ=4.8×0=0（kVAR）

S=

=4.8（kVA）

变电所2#负荷统计列表

序号

名称

容量Pe/kW

Kd

cosφ

P（kW）

Q（kVAR）

S（kVA）

1

麦芽存储输送

2.2

0.8

0.8

1.76

1.32

2.2

2

糖化糊化

煮沸锅

7.5

0.8

0.8

6

4.5

7.5

3

压滤机

5

0.8

0.8

4

3

5

4

CIP

4

0.8

0.8

3.2

2.4

4

5

过滤

5

0.8

0.8

4

3

5

6

制冷

348

0.8

0.8

278.4

208.8

348

7

空压

308

0.8

0.8

246.4

184.8

300

8

水泵

86.3

0.8

0.8

69.4

51.78

86.3

9

锅炉房

70

0.8

0.8

56

42

70

10

照明

6

0.8

1

4.8

0

4.8

小计

842

667.56

496.8

832.8

（2）变压器1#：

1.计算：

（1）罐装线：

已知：

Pe=333kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=333*0.8=266.4（kW）

Q=Ptgφ=266.4×0.75=199.8（kVAR）

S=

=333（kVA）

（2）仓库：

已知：

Pe=15kW，Kd=0.3，cosφ=0.5，tgφ=1.73

故：

P=PeKd=15×0.3=4.5（kW）

Q=Ptgφ=4.5×1.73=7.785（kVAR）

S=

=9（kVA）

（3）试验室：

已知：

Pe=125kW，Kd=0.25，cosφ=0.5，tgφ=1.73

故：

P=PeKd=125×0.25=31.25（kW）

Q=Ptgφ=31.25×1.73=54.06（kVAR）

S=

=62.44（kVA）

计算负荷统计列表

序号

名称

容量

Kd

tgφ

P（kW）

Q（kVAR）

S（kVA）

1

灌装线

333

0.8

0.75

266.4

199.8

333

2

仓库

15

0.3

1.73

4.5

7.785

9

3

试验室

125

0.25

1.73

31.25

54.06

62.44

小计

473

302.15

261.645

404.44

（3）变压器3#：

1.计算：

（1）行政楼：

已知：

Pe=15kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=15×0.8=12（kW）

Q=Ptgφ=12×0.75=9（kVAR）

S=

=15（kVA）

（2）水处理房：

已知：

Pe=28kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=28*0.8=22.4（kW）

Q=Ptgφ=22.4×0.75=16.8（kVAR）

S=

=28（kVA）

（3）其他：

已知：

Pe=50kW，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75

故：

P=PeKd=50×0.8=40（kW）

Q=Ptgφ=40×0.75=30（kVAR）

S=

=50（kVA）

序号

名称

容量

Kd

tgφ

P（kW）

Q（kVAR）

S（kVA）

1

行政楼

15

0.8

0.75

12

9

15

2

水处理房

28

0.8

0.75

22.4

16.8

28

3

其他

50

0.8

0.75

40

30

50

小计

93

74.4

55.8

93

5、变电所设计选择

（一）全厂供电平面图：

1#变电所：

生产车间、实验室、仓库

2#变电所：

发酵车间、酿造车间、原料仓库

3#变电所：

行政楼、水处理房、其它

（2）变压器选择：

（一）、变压器1#：

（1）同时系数：

=0.9

=0.95

∑P=

×302.15=271.935（kW）

∑Q=

×261.645=248.563（kVAR）

S=

=368.419（kVA）

（2）变电所的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）

则：

补偿前的功率因数：

cosφ=∑P/S=0.74<0.9

由公式：

Q=P×（tgφ1—tgφ2）

因此，所需要的补偿容量为：

Q=P×（tgφ1—tgφ2）

=271.935*（tgarccos0.74-tgarccos0.90）

=115.49（kVAR）

即：

选取Qc=160（kVAR）

10kV侧补偿后：

补偿后：

Q=248.563—160=88.563kVAR

S1=

=285.993kVA

cosφ=P/S1=271.935/285.993=0.95

（3）变电所变压器选择。

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%）

Snt1=0.7S1=0.7*285.993=200.2kVA

选择变压器型号为S9系列，额定容量为315kVA，两台。

查表得各参数：

空载损耗：

△P0=0.67kW

负载损耗：

△Pk=3.65kW

阻抗电压：

Uz%=4

空载电流：

Ik%=1.1

（4）计算每台变压器的功率损耗:

（n=1）

S=S1/2=285.993/2=142.997kVA

△Pt=n△P0+（1/n）*△Pk*（S/Sn）^2=2.53kW

△Qt=n（Ik%/100）*Sn+（1/n）*（Uz%/100）*Sn*（S/Sn）^2=6.288kVAR

（二）、变压器2#

（1）同时系数：

=0.9

=0.95

∑P=

×667.56=600.804（kW）

∑Q=

×496.8=471.96（kVAR）

S=

=764（kVA）

（2）变电所的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）

补偿前的功率因数：

cosφ=∑P/S=0.79

计算公式为：

Q=P×（tgφ1—tgφ2）

因此，所需要的补偿容量为：

Q=P×（tgφ1—tgφ2）

=600.804*（tgarccos0.79-tgarccos0.90）

=175.24（kVAR）

即：

选取Qc=200（kVAR）

10kV侧补偿后：

补偿后：

Q=471.96--200=271.96kVAR

S2=

=659.5kVA

cosφ=P/S2=600.804/659.5=0.91>0.9

（3）变电所变压器选择。

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%）

Snt1=0.7S2=0.7×659.5=461.65kVA

选择变压器型号为S9系列，额定容量为500kVA，两台。

查表得各参数：

空载损耗：

△P0=1kW

负载损耗：

△Pk=5.0kW

阻抗电压：

Uz%=4

空载电流：

Ik%=1.4

（4）计算每台变压器的功率损耗：

（n=1）

S=S2/2=659.5/2=329.75kVA

△Pt=n△P0+（1/n）*△Pk*（S/Sn）^2=3.55kW

△Qt=n（Ik%/100）*Sn+（1/n）*（Uz%/100）*Sn*（S/Sn）^2=15.885kVAR

（三）、变压器3#：

（1）同时系数：

=0.9

=0.95

∑P=

×74.4=66.96（kW）

∑Q=

×55.8=53.01（kAVR）

S=

=85.4（kVA）

（2）变电所的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）

补偿前的功率因数：

cosφ=∑P/S=66.96/85.4=0.78<0.9

计算公式为：

Q=P×（tgφ1—tgφ2）

因此，所需要的补偿容量为：

Q=P×（tgφ1—tgφ2）

=66.96*（tgarccos0.78-tgarccos0.90）

=21.3（kVAR）

即：

选取Qc=25kVAR

10kV侧补偿后：

补偿后：

Q=53.01-25=28.01kVAR

S3=

=72.58kVA

cosφ=P/S3=66.96/72.58=0.92

（3）变电所变压器选择。

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%）

Snt1=0.7*S3=0.7×72.58=50.806kVA

选择变压器型号为S9系列，额定容量为63kVA，两台。

查表得各参数：

空载损耗：

△P0=0.17kW

负载损耗：

△Pk=0.87kW

阻抗电压：

Uz%=4

空载电流：

Ik%=2.6

（4）计算每台变压器的功率损耗：

（n=1）

S=S3/2=72.58/2=36.29kVA

△Pt=n△P0+（1/n）*△Pk*（S/Sn）^2=0.731kW

△Qt=n（Ik%/100）*Sn+（1/n）*（Uz%/100）*Sn*（S/Sn）^2=2kVAR

（四）、厂内10kV线路计算电流

（1）、供给变电所1的10kV线路

为保证供电可靠性，采用双回路供电线路，每回供电线路计算负荷：

P=271.935/2=135.97kW

Q=88.563/2=44.282kVAR

P`=P+△Pt=135.97+2.53=138.5kW

Q`=Q+△Qt=44.282+6.288=50.57kVAR

S`=

=147.443kVA

I=S`/

U=147.443/（

×10）=8.5A

（2）、供给变电所2的10kV线路

P=600.804/2=300.402kW

Q=271.96/2=135.98kVAR

P`=P+△Pt=300.402+3.55=303.952kW

Q`=Q+△Qt=135.98+15.885=151.865kVAR

S`=

=339.78kVA

I=S`/

U=339.78/（

×10）=19.62A

（3）、供给变电所3的10kV线路

P=66.96/2=33.48kW

Q=28.01/2=14.005kVAR

P`=P+△Pt=33.48+0.731=34.211kW

Q`=Q+△Qt=14.005+2=16.005kVAR

S`=

=37.77kVA

I=S`/

U=37.77/（

×10）=2.18A

6、工厂主接线设计

下图为工厂主接线图

7、短路电流计算

按无穷大系统供电计算短路电流，短路计算电路图如图所示，本计算法采用欧姆法。

电力系统出口处采用SN10-10Ⅱ型断路器，其断流容量为500MVA。

用电缆线路敷设故其电抗值取为0.08Ω/KM，假设10kV电缆长度为5KM，当10kV母线和0.4kV母线分别发生短路时其等效图如下所示

1.计算短路电流中各元件的电抗及总电抗

1）电力系统的电抗:

2）架空线路的电抗：

3）绘k-1点短路的等效电路，计算其总抗为

2.计算三相短路电流和短路容量

三相短路电流周期分量有效值

三相短路次暂态电流和稳态电流

三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

kA

4）三相短路容量

2.求k2点的短路电流和短路容量

计算短路电路中各元件的电抗及总电抗

电力系统的电抗