课程设计机械厂降压变电所电气设计.doc
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1、机械厂降压变电所电气设计 目 录一 前 言2二 设计要求3三 设计依据41.工厂总平面图42.工厂负荷情况43.供电电源情况54 .气象资料55 .地质水文资料66. 电费制度6四 负荷计算和无功功率补偿61 负荷计算61.1 单组用电设备计算负荷的计算公式61.2 多组用电设备计算负荷的计算公式72. 无功功率补偿10五 变电所位置和型式的选择11六 变电所主变压器台数和容量、类型选择12七 变电所主结线方案的设计131 .装设一台主变压器的主接线方案132. 装设两台主变压器的主接线方案143 .主接线方案的技术经济比较15八 短路电流的计算171 .计算电路172 .确定短路计算基准值1
2、73.元件的电抗标幺值计算174 .k-1点短路时的相关计算185. k-2点短路时的相关计算18九 变电所一次设备的选择与校验191. 10kV侧一次设备的选择校验191.1 按工作电压选则191.2 按工作电流选择191.3 按断流能力选择191.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验202 .380V侧一次设备的选择校验21十 变电所进出线的选择与校验221. 10kV高压进线和引入电缆的选择221.1 10kV高压进线的选择校验221.2 高压电缆的选择校验222. 380V低压出线的选择232.1 铸造车间232.2 锻压车间242.3电镀车间242.4 仓库252.5 工具
3、车间252.6 机修车间252.7 装配车间252.8 锅炉房252.9 热处理车间252.10 金工车间263. 高压联络线的选择校验263.1 按发热条件选择273.2 校验电压损耗273.3 短路热稳定校验27十一 变电所防雷保护和接地装置的设计281. 变电所的防雷保护281.1 直接防雷保护282 .变电所公共接地装置的设计292.1 接地电阻的要求292.2 接地装置的设计29结束语30参考文献30一 前 言课程设计是检验我们本学期学习的情况的一项综合测试,它要求我们把所学的知识全部适用,融会贯通的一项训练,是对我们能力的一项综合评定,它要求我们充分发掘自身的潜力,开拓思路设计出合
4、理适用的自动控制系统 。众所周知,电能是现代工业生产的主要能源。电能即易于由其他形式的能量转换而来,又易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济,又便于控制 、调节、测量。有利于实现生产过程自动化。而工厂供电就是指工厂所需要电能的供应和分配。工厂供电设计要达到为工业生产服务,保障工厂生产和生活用电的需要,并做好节能工作 ,就必须做到:安全、可靠、优负、经济。同时课程 设计 也 是教学过程中的一个重要环节,通过设计可以巩固各课程理论知识,了解 工厂供电 设计的基本方法,了解 工厂供电 电能分配等各种实际问题,培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力,同时对电力工业的有关政策、方
5、针、技术规程有一定的了解 , 在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练,为以后工作奠定基础 。二 设计要求 要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况,并适当考虑到工厂生产的发展,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型式,确定变电所主变压器的台数、容量与类型,选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线,确定二次回路方案,选择整定继电保护,确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书,绘出设计图纸。三 设计依据1.工厂总平面图 图1.1 工厂平面图2.工厂负荷情况 本厂多数车间为两班制,年最大负荷利用小时为4600h,日最大负荷持续时间为5h。该厂除铸造车间、电镀车
6、间和锅炉房属二级负荷外,其余均为三级负荷。低压动力设备均为三相, 额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相,额定电压为220v。本厂的负荷统计资料如表所示。本厂的负荷统计资料如表1.1所示。表1.1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类型设备容量/kW需要系数功率因数1.铸造车间动力2300.30.7照明50.81.02.锻压车间动力3100.30.64照明60.71.03.电镀车间动力3900.50.8照明70.81.04.仓库动力400.40.8照明30.81.05.工具车间动力1600.30.6照明60.91.06.机修车间动力见备注照明70.81.07.装配车间动力1400.3
7、0.7照明60.81.08.锅炉房动力1650.70.8照明30.81.09.热处理车间动力1600.60.8照明60.81.010.金工车间动力3200.20.65照明90.81.0备注:机修车间动力装置为:冷加工机床20台,共120kW,行车1台共5.1kW(暂载率=15%),通风机4台共5kW,电焊机3台,共10.5kW(=65%),车间为220/380V三相四线制配电。3.供电电源情况按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定,本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-150,导线为等边三角形排列,线距为2m;干线首端(
8、即电力系统的馈电变电站)距离本厂约6.0km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护,定时限过流保护整定的动作时间为1.5s。为满足工厂二级负荷要求,可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源,与临近单位高压联络架空线线长度为3km。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km,电缆线路总长度为25km。4 .气象资料 本厂所在地区的年最高气温为38,年平均气温为23,年最低气温为- 8,年最热月平均最高气温为33,年最热月平均气温为26,年最热月地下0.8米处平均气温为25。当地主导风向为东北风,年雷暴日数为20。5 .地质水文资料
9、 本厂所在地区平均海拔500m,地层以砂粘土为主,地下水位为2m。6. 电费制度 本厂与当地供电部门达成协议,在工厂变电所高压侧计量电能,设专用计量柜,按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/ kVA,动力电费为0.2元/kWh,照明(含家电)电费为0.5元/ kWh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9,此外,电力用户需按新装变压器容量计算,一次性向供电部门交纳供电贴费:610VA为800/ kVA。四 负荷计算和无功功率补偿1 负荷计算1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式(1)有功计算负荷(单位为kW) = ( 为系数) (2.1)(2)无功计算负荷(单位为kvar)
10、 = tan (2.2)(3)视在计算负荷(单位为kVA) (2.3)(4)计算电流(单位为A) (2.4)式中:为用电设备的额定电压(单位为kV) 1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式(1)有功计算负荷(单位为kW)= (2.5)式中:是所有设备组有功计算负荷之和是有功负荷同时系数,可取0.850.95(2)无功计算负荷(单位为kvar) = (2.6)式中:是所有设备无功之和是无功负荷同时系数,可取0.90.97(2.1)(3)视在计算负荷(单位为kVA) = (2.7)(4)计算电流(单位为A) (2.8)经过计算,得到各厂房和生活区的负荷计算表,如表2.1所示(额定电压取380V)表
11、2.1 各厂房和生活区的负荷计算表编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/kW/kvar/kVA/A1铸造车间动力23003071.026970.4照明5081004.00小计2357370.4101.4154.12锻压车间动力310030641.293111.6照明6071004.20小计31697.2111.6148225编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/kW/kvar/kVA/A3电镀车间动力39005080.75195146.3照明7081005.60小计397200.6146.3248.33774仓库动力4004080.751612照明30.81
12、002.40小计4318.4122233.45工具车间动力16003061.334863.8照明6091005.40小计16653.463.883.2126.46机修车间动力1201200.20.51.732441.525.13.950.150.51.730.591.02550.80.81.754310.58.470.350.61.332.963.94140.6137.431.5549.528.447照明7081005.60小计147.634475888编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/kW/kvar/kVA/A7装配车间动力14003071.024242.8照明6081
13、004.80小计14646.842.863.496.38锅炉房动力16507080.75115.586.6照明3081002.40小计168117.986.6146.3222.39热处理车间动力1600.6080.759672照明6081004.80小计166100.872123.9188.210金工车间动力320020651.176474.9照明9081007.20小计32971.274.9103.3157总计动力2055.6813.3727.4照明580.727732691100715302. 无功功率补偿 无功功率的人工补偿装置:主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简
14、单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点,因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。由表2.1可知,该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.726。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗,因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量:=(tan - tan)=732tan(arccos0.727) - tan(arccos0.92) = 379.5 kvar参照图2,选PGJ1型低压自动补偿评屏,并联电容器为BWF0.4-14-3型,采用其方案1(主屏)1台与方案
15、3(辅屏)4台相结合,总共容量为84kvar5=420kvar。补偿前后,变压器低压侧的有功计算负荷基本不变,而无功计算负荷=(691-420)kvar=271 kvar,视在功率=781 kVA,计算电流=1186 A,功率因数提高为cos=0.937。表2.2 无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷/KW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.72773269110071530380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.9377322717811186主变压器功率损耗0.015=11.70.06=48.710KV侧负荷计算0.92743.7317.980946.7在无功
16、补偿前,该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要;而采取无功补偿后,主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少,使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小,因此无功补偿的经济效益十分可观。 图2.1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案 五 变电所位置和型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。在工厂平面图的下边和左侧,分别作一直角坐标的轴和轴,然后测出各车间(建筑)和宿舍区负荷点的坐标位置,、分别代表厂房1、2、3.10号的功率,设定坐标为(2,5)、(2,3.6)、(2,2)、(4
17、.3,7)、(4.7,5)、(4.7,3.6)、(4.7,2)、(8,5)、(8,3.6)、(8,2),并设(9,7.2)为生活区的中心负荷,如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+=。因此仿照力学中计算中心的力矩方程,可得负荷中心的坐标: (3.1) (3.2)把各车间的坐标代入(1.1)、(2.2),得到=5.2,=3.85 。由计算结果可知,工厂的负荷中心在6号厂房(工具车间)的东北角。考虑到周围环境及进出线方便,决定在6号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所,器型式为附设式。图3.1 按负荷功率矩法确定负荷中心六 变电所主变压器台数和容量、类型选择根据工厂的负荷性质和电源
18、情况,工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案:(1)装设一台变压器 型号为S9型,而容量根据式,为主变压器容量,为总的计算负荷。选=1000 KVA=809 KVA,即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源,考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。(2)装设两台变压器 型号为S9型,而每台变压器容量根据式(4.1)、(4.2)选择,即809 KVA=(485.4566.3)KVA (4.1)=(101.4+248.3+146.3) KVA=496KVA(4.2)因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源,考虑由邻近单



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