某塑料制品厂供电系统设计.doc
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1、某塑料制品厂供电系统设计摘要:本文是对某塑料制品厂进行的供电系统设计。本设计根据厂方给定的全厂各车间电气设备及车间变电所的负荷,运用需要系数法进行电力负荷计算,得到该厂不同电气设备的计算负荷。然后,根据电力部门对工厂功率因数的要求计算出需要补偿的无功功率,在综合比较并联电容补偿、同步补偿机和静止补偿器这三种无功补偿设备的优缺点后,确定以低压集中补偿的方式进行并联电容器补偿。然后,根据对计算负荷的分析选定各车间变电所的变压器型号及连接组别。在选择该塑料制品厂的电气主接线时,考虑到该厂负荷为三级负荷以及进出线的数量,从备选用方案单母线接线、双母线接线、桥形接线、线路变压器组单元接线中选定采用单母线
2、不分段接线方式,保证系统的稳定性。最后,在本设计中根据本厂供电电源和厂供电要求进行电气设备的选择与校验。关键字:10KV进线 变电所 需要系数法 低压集中补偿 设备选型目 录第一章 绪论11.1 工厂供电的意义11.2 工厂供电的要求11.3 设计依据2222344第二章 负荷计算52.1负荷计算的意义52.2 负荷计算的方法52.3 负荷计算的公式52.4 各变电所负荷计算6第三章 无功补偿103.1 无功补偿简介103.2 电力电容器的安装方式103.3 各变电所功率补偿前后的比较113.4 全厂总负荷计算及无功补偿12第四章 变压器选型134.1 变压器的选择方法134.2 各变电所变压
3、器的选择14第五章 主接线方案的确定155.1 总配电所的主接线设计的原则和要求155.2 变电所主接线方案的技术经济指标165.3 主接线方案的拟定16第六章 短路电流计算206.1 短路电流计算方法及意义206.2 短路计算202021第七章 电气设备的选择与校验237.1 总配电所架空线进线的选择237.2 高压侧与低压侧母线的选择247.3 变电所进出线的选择257.4 变电所低压出线的选择257.5 设备的选择26272828结 语31参 考 文 献32第一章绪论1.1 工厂供电的意义 工厂供电就是工厂所需电能的供应和分配。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
4、本中所占的比重一般很小。例如在机械工业中,电费的开支仅占产品成本的5%左右。因此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自动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的自动化。 从另一方面说,如果工厂的电能供应突然中断,对工业生产可能造成严重的后果。例如某些供电可靠性要求很高的工厂,即使是极短暂的停电也会引起重大的设备损坏或引起大量的产品报废,甚至可能发生重大的人身事故,给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。所以,工厂应该根据本厂环境条件和供电要求
5、,来选择适当的电气设备和确定其各项参数,保证工厂正常运行时安全可靠,出现故障时不致出现严重的后果,并在合理的情况下注意节约,还应该根据工厂生产情况与供应能力统筹兼顾。因此,一套完整的现代化供电系统对于一个工厂实现生产自动化、提高成品质量是不可缺少的。1.2 工厂供电的要求 在工厂供电的过程中要切实保证工厂生产和生活的需要,还要做好节能工作,就应该做到以下要求。 可靠 要满足供电可靠性的要求。 安全 要满足在电能的使用中不应发生设备和人身事故。 优质 要保证用户对电能质量的要求。 经济 尽量减少供电系统中不必要的投资,并尽可能地节约电能。 此外,在设计工厂配电系统的时候还要考虑到当地的天气设计防
6、雷接地装置,合理地处理当前和长远的关系:既要节约能源,又要保证工厂生产和生活的需要。1.3 设计依据图1.1 平面布置图 年产量为万吨聚乙烯塑料制品,产品品种有薄膜、单丝、管材和注射等制品。其原材料来源于某石油化纤总厂。表1.1 各车间设备容量序号车间或用电单位名称设备容量(千瓦)需要系数功率因数功率因数正切(1) NO1变电所1薄膜车间13800.60.61.332原料库380.250.51.733生活间120.81/4成品库(一)260.30.51.735成品库(二)220.30.51.736包装材料库190.30.51.73(2) NO2变电所1单丝车间13650.60.61.332水泵
7、房及附属设备280.650.80.75(3) NO3变电站1注塑车间1980.40.61.332管材车间8700.350.61.33(4) NO4变电站1备料复制车间1400.60.51.732生活间90.81/3浴室40.81/4钳工车间350.30.651.175原料、生活间130.81/6仓库140.30.51.737机修模具车间900.250.651.178处理车间1400.60.71.029车间1900.30.51.73(5) NO5变电所1锅炉房1900.70.750.882试验室1350.250.51.733辅助材料库1000.20.51.734油泵房180.650.80.755
8、加油站150.650.80.756办公楼、招待所、食堂180.60.60.33工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下:图1.2 供用电协议(1) 从电业部门某35/10kv变电所用10kv架空线向本厂供电,该所在厂南侧1km(2) 供电系统短路技术数据:电业部门变电所10kV母线为无限大电源系统,其短路容量为200MVA供电系统。(3) 电业部门对本厂提出的技术要求:电业部门配出线路定时限过流保护装置的整定时间为2秒工厂“总降”不应大于1.3秒;在总配变电所10kV侧进行计量;本厂的功率因数值应在0.9以上。 生产车间为三班工作制,部分车间为单班或两班制,最大有功负荷年利用小时数为500
9、0小时属于三级负荷。 (1) 最热月平均最高气温为35C(2) 土壤中0.71米深处一年中最热月平均温度为20C(3) 年雷暴日为30天 (4) 土壤冻结深度为1.1米 (5) 夏季主导风向为南风。 (6) 地表面比较平坦,土壤主要成分为积土及砂质粘土,层厚1.67m不等(7) 地下水位一般为0.7m (8) 地耐压力为20吨/平方米。第二章 负荷计算2.1负荷计算的意义 计算负荷是供电系统设计计算的基础,为选择变压器台数和容量、选择电气设备确定测量仪表的量程、选择继电保护装置等提供重要的数据依据。所以负荷计算准确与否直接影响着供电设计的质量。工厂供电系统运行时的实际负荷并不等于所有用电设备额
10、定功率之和。这是因为用电设备不可能全部同时运行,每台设备也不可能全部满负荷,各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。因此,工厂供电系统在设计过程中,必须找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效是指这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等,产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。我们按照等效负荷。从满足用电设备发热的条件来选择用电设备,用以计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。通常规定取30分钟(min)平均最大负荷30P、30Q和30S作为该用户的“计算负荷”; 计算负荷也称需要负荷或最大负荷,目的是为了合理地选择工厂各级电压供电网络、变压器容量和设备型号等。
11、2.2 负荷计算的方法计算负荷的确定是工厂供电设计中很重要的一环。计算负荷的确定是否合理,直接影响到电气设备选择的合理性、经济性。如果计算负荷确定的过大,将使电气设备选得过大,造成投资利有色金属的浪费;而计算负荷确定的过小,则电气设备运行时电能损耗增加,并产生过热,使其绝缘过于老化甚至烧毁、造成经济损失。因此,在供电设计中,应根据不同的情况,选择正确的计算入法来确定汁算负荷。常用的负荷计算方法有需要系数法、二项式法、利用系数法和面积功率法等。在实际工程配电设计中,广泛采用系数法。因其计算方便,多用于方案估算,初步设计和全厂大型车间变电所的施工设计。 按需要系数法确定计算,应从实际每台用电设备开
12、始,逐级向电源推进,一直计算到电源,用每一级的计算负荷为选择该用电器的依据。需用系数法的计算现在己普遍应用于供配电设计中,其缺点是它未考虑到用电设备中少数容量特大的设备对计算负荷的影响。本设计的情况符合需要系数法,因此本设计中的负荷计算都用需要系数法进行计算。2.3 负荷计算的公式(1) 单组用电设备的计算负荷的确定主要计算公式有:有功功率(2-1)无功功率(2-2)视在功率(2-3)计算电流(2-4)(2) 多组用电设备的计算负荷的确定的主要计算公式:有功功率(2-5)无功功率(2-6)视在功率(2-7)计算电流(2-8)式中有功功率的计算负荷无功功率的计算负荷视在功率的计算负荷计算负荷的电
13、流额定容量额定电压功率因数角的正切值2.4 各变电所负荷计算分别计算出各车间的有功和无功功率及视在功率的计算值填入下表中:表2.1 1号变电所负荷计算表序号车间或用电单位名称计算负荷有功无功视在1薄膜车间8401117.214002原料库7.512.98153生活间8/84成品库(一)7.512.98155成品库(二)7.212.4614.46包装材料库610.38127小计876.211661464.4乘以同时系数,788.581107.71359.73故=788.58,=1107.7,最大视在功率=1359.73,最大功率因数=0.58。供电局要求该厂的功率因数值在0.9以上,暂取0.92
14、来计算380V侧所需无功功率的补偿容量:=771.64表2.2 2号变电所负荷计算表序号车间或用电单位名称计算负荷有功无功视在1单丝车间8311105.2313852水泵房及附属设备139.7516.253小计8441114.981401.25乘以同时系数759.61059.231303.44故=759.6,=1059.23,最大视在功率=1303.44,最大功率因数=0.58。供电局要求该厂的功率因数值在0.9以上,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率的补偿容量:=743.28表2.3 3号变电所负荷计算表序号车间或用电单位名称计算负荷有功无功视在1注塑车间75.6100.551262管
15、材车间308409.64513.333小计383.6510.19639.33乘以同时系数,345.24484.68595.07故=345.24,=484.68,最大视在功率=597.07最大功率因数=0.58。供电局要求该厂的功率因数值在0.578以上,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率的补偿容量:=340.35表2.4 4号变电所负荷计算表序号车间或用电单位名称计算负荷有功无功视在1备料复制车间82.8143.24165.62生活间8/83浴室2.4/2.44钳工车间910.5313.855原料、生活间12/126仓库4.57.7997机修模具车间2529.2538.468处理车间90
16、91.8128.579车间5493.4210810小计287.7376.03485.88乘以同时系数,258.93357.23441.20故=258.93,=357.23,最大视在功率=441.20,最大功率因数=0.587。供电局要求该厂的功率因数值在0.9以上,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率的补偿容量:=246.81表2.5 5号变电所负荷计算表序号车间或用电单位名称计算负荷有功无功视在1锅炉房140123.2186.672试验室31.554.50633辅助材料库2238.06444油泵房9.757.3112.195加油站6.54.888.136办公楼、招待所、食堂92.9715
17、7小计218.75230.92328.99乘以同时系数,196.88219.37294.76故=196.88,=219.37,最大视在功率=294.76,最大功率因数=0.668。供电局要求该厂的功率因数值在0.9以上,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率的补偿容量:=134.46第三章 无功补偿供电单位对该工厂要求功率因数达到0.9以上,当总功率因数较低时,常采用提高用电设备的自然功率因数的方法提高总平均功率因数。提高负荷的功率因数,可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传送的无功功率,使线损大为降低,而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的传送能力。3.1 无功补偿简介无功补
18、偿装置主要有三种方式:并联电容补偿、同步补偿机和静止补偿器。三种无功补偿装置的性能见下表。表3.1 各种无功补偿设备的比较并联电容器同步补偿机静止无功补偿机设备情况静止电器,设备简单旋转机械,要附属系统,设备复杂静止电器,设备复杂运行特性1. 通过开关投切,属于静态无功补偿;2. 主要用于稳态电压调整和功率因数校正;3. 运行中本身损耗小1. 通过控制系统实现双向平滑调节;2. 属于动态无功补偿;3. 运行中本身损耗大1. 通过控制系统实现双向平滑调节;2. 属于快速动态无功补偿,响应速度快;3. 主要用于调相、调压适用X围1. 容量和设置点灵活;2. 用于电力系统及负荷变电站1. 容量和设置
19、点受限制;2. 主要用于电力系统枢纽变电站、换流站1. 容量和设置地点灵活;2. 用于电力系统枢纽变电站、换流站运行要求和费用1. 简单,运行费用要求低2. 单位容量投资低3. 运行费用低1. 运行维护量大2. 单位容量投资大3. 运行费用最大1. 运行维护技术水平要高2. 单位容量投资大3. 运行费用次之由上表可见,采用并联电容器进行无功补偿是一种投资少、施工简单、见效快的补偿方式,它可以很方便地就地控制电容投切,以减少线损,消除无功匮乏给系统带来的负面影响。所以我们选用并联电容器来补偿。3.2 电力电容器的安装方式(1) 集中补偿电容器组集中装设在企业工厂的6-10kv母线上,用以提高整个
20、配电所的功率因数,使该配电所供电X围内的功率基本平衡,减少了高压线路的无功损耗,同时能提高本配电所的供电质量。(2) 分组补偿将电容器组分别装设在功率因数较低的车间或变电所高压或低压母线上,这种补偿具有与集中补偿相同的优点,但补偿量和X围相对较小,可补偿效果却明显。(3) 就地补偿将电容器组分别装设在感性设备的附近,就地进行补偿。它既提高了用电设备供电线路的功率因数,又改善用电设备的电压质量。一般,中小型用电设备尤为适用。高压集中补偿补偿X围小,只能补偿总降压变电所的10KV母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响,而对无功功率在企业内部的供电系统中引起的损耗无法补偿,因此不选用。低压集中补
21、偿补偿X围较大,能使变压器的视在功率减少,从而使变压器的容量可选的较小,因此比较经济。单独就地补偿投资大,电容器的利用效率较低。本设计采用并联电容器进行低压集中无功补偿,它是目前最行之有效且应用最广的无功补偿措施,它主要用于频率为50HZ的电网中改善功率因数,作为产生无功功率的电源。3.3 各变电所功率补偿前后的比较下面以N0.1变电所为例进行计算:根据上章计算可知:需要补偿的功率为:=771.64Kvar所以实际补偿的功率为:=800Kvar。本设计中电容器选型为:BWF-10.5-100-1型电容器并联8台。其余变电所的功率补偿的计算方法与变电所N0.1相同。无功补偿前后,各变电所负荷及功
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