[工学]某10KV机械厂降变电所的电气设计.doc
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1、河南工业职业技术学院毕业(设计)论文河 南 工 业 职 业 技 术 学 院Henan Polytechnic Institute毕业设计(论文)题 目: 某机械厂降压变电所电气设计 学生姓名: 专业班级: 所 在 系: 建筑环境与设备工程系 指导教师: 某机械厂降压变电所的电气设计前言在工厂里,电能虽然是工业生产的主要能和动力,但是它在产品成本中所占的比重很小(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所占的比重多少,而在于工业生产实现电气以后可以大大增加产量,提高产品质量,提劳动生产率,降低生产成本,减轻工人的劳动强度,改善工人的劳动条件,有利于实现生过程自动
2、化。从另一方面来说,如果工厂的能供应突然中断,则对工业生产可能造成严的后果。因此,做好工厂供电工作对于发展工业生,实现工业现代化,具有十分重要的意义。能源节约是工厂供电工作的一个重要方面,能源节约对于国家经济建设具有十分重要战略意义,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。课程设计是检验我们上学期学习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,开拓思路设计出合理适用的供配电系统。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
3、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、优质、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。目录第一章 设计任务书11.1 设计题目11.2 设
4、计要求11.3 设计依据11.3.1 工厂总平面图11.3.2 工厂负荷情况11.3.3 供电电源情况21.3.4 气象资料31.3.5 地质水文资料31.3.6 电费制度3第二章 负荷计算和无功功率补偿42.1负荷计算42.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式42.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式42.2无功功率补偿62.2.1有关功率的名词解释62.2.2提高功率因数的意义72.2.3提高功率因数方法72.2.4电容器的选择、补偿方式和联接方式82.2.4无功补偿的计算11第三章 变电所位置和型式选择133.1变配电所所址选择的一般原则133.2型式与布置133.3负荷中心的确定方法1
5、43.2.1负荷指示图143.2.2负荷电能矩143.2.3负荷功率矩14第四章 变电所主变压器台数和容量、类型的选择164.1台数164.2容量164.3台数、容量、类型的选择16第五章 变电所主接线方案的设计175.1装设一台主变压器的主接线方案:175.2装设两台主变压器的主接线方案185.3主接线方案的技术经济比较19第六章 短路电流的计算206.1绘制计算电路206.2确定短路计算基准值206.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值206.4 k-1点(10.5kV侧)的相关计算216.5 k-2点(0.4kV侧)的相关计算21第七章 变电所一次设备的选择和校验227.1 10kV侧一次
6、设备的选择校验237.1.1按工作电压选择237.1.2 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验247.2 380V侧一次设备的选择校验257.3 高低压母线的选择26第八章 变电所进出线的选择和校验278.1 10kV高压进线和引入电缆的选择278.1.1 10kV高压进线的选择校验278.1.2 高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验278.2 380低压出线的选择288.2.1铸造车间288.2.2锻压车间298.2.3金工车间298.2.4 热处理车间308.2.5 电镀车间318.2.6 仓库318.2.7装配车间328.2.8机修车间328.2.9锅炉房338.2.10工具车
7、间348.2.11 生活区348.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验358.3.1按发热条件选择358.3.2校验电压损耗358.3.3短路热稳定校验36第九章 变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定369.1变电所二次回路方案的选择369.2 变电所的保护装置379.2.1主变压器的继电保护装置379.2.2装设电流速断保护389.3作为备用电源的高压联络线的继电保护装置389.4变电所低压侧的保护装置39第十章 防雷保护与接地装置的设计3910.1变电所的防雷保护3910.1.1 直接防雷保护3910.1.2 雷电侵入波的防护4010.2变电所公共接地装置的设计4010.2.1接地电
8、阻的要求4010.2.2接地装置的设计40论文总结42参考文献425第一章 设计任务书1.1 设计题目机械厂降压变电所的电气设计1.2 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,确定变电所的位置与型式,确定变电所主变压器的台数与容量、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,选择整定继电保护装置,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。1.3 设计依据1.3.1 工厂总平面图图1-1 工厂总平面图1.3.2 工厂负荷情况工厂多数车间为两班制,年最大负荷利用小时为40
9、00小时,日最大负荷持续时间为8小时。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外,其余均属三级负荷。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。本厂的统计资料如表1-1所示。表1-1 机械厂统计资料表厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力3500.40.7照明80.812锻压车间动力3500.30.65照明90.713金工车间动力3800.20.65照明100.814热处理车间动力1800.60.8照明70.915电镀车间动力2500.60.8照明90.916仓库动力300.40.8照明20.917装配车间动力180
10、0.30.7照明70.918机修车间动力2000.30.7照明50.819锅炉车间动力1000.80.8照明20.7110工具车间动力3500.30.6照明80.8111生活区照明3500.70.91.3.3 供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定,本厂可由附近一条10 Kv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-185,导线为等边三角形排列,线距为1.5 m;干线首端(即电力系统馈电变电站)距本厂约10km,干线首端所装设高压断路器的断流容量为500 MV.A,此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护,定时限过电流保护整定的动作
11、时间为 1.5 S。为满足工厂二级负荷的要求,可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80 km,电缆线路总长度为25 km。1.3.4 气象资料本厂所在地区的年最高气温为38,年平均气温为20年,年最低气温为-10,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米处平均温度25。1.3.5 地质水文资料本厂所在地区平均海拔20 m,地层以黄土为主,地下水位为3m.1.3.6 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。每月基本电费按所装用的主变压器容量计为18元/kV
12、A,动力电费为0.2 元/kWh,照明(含家电)电费为元0.5元/kWh。工厂最大负荷时的功率因数不低于0.9。此外,电力用户需按新装变压器容量计算,一次性地向供电部门交纳供电贴费:610kV为800元/KVA。第二章 负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷(单位为KW) = , 为系数b)无功计算负荷(单位为kvar)= tanc)视在计算负荷(单位为kvA)=d)计算电流(单位为A) =, 为用电设备的额定电压(单位为KV)2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷(单位为KW)=式中是所有设备组有功计算负荷之和,是有功负
13、荷同时系数,可取0.850.95b)无功计算负荷(单位为kvar),是所有设备无功之和;是无功负荷同时系数,可取0.90.97c)视在计算负荷(单位为kvA) d)计算电流(单位为A) 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2-1 厂房及生活区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3500.4071.02140142.8照明80.8106.40小计358146.4142.8204.5310.72锻压车间动力3500.30.651.17105122.9照明90.7106.30小计359
14、122.9111.3169.13金工车间动力3800.20.651.177688.9照明100.81080小计3908488.9122.3185.84热处理车间动力1800.60.80.7518081照明70.9106.30小计18711481140.1212.85电镀车间动力2500.60.80.75150112.5照明90.9108.10小计259158 158.62416仓库动力300.40.80.75129照明20.9101.80小计3213.8916.5257装配车间动力1800.30.71.025455.1照明70.9106.30小计18760.355.181.7124.18机修车
15、间动力2000.30.71.026061.2照明50.81040小计2056461.288.6134.59锅炉车间动力1000.80.80.758060照明20.7101.40小计10281.460101.1153.610工具车间动力3500.30.61.33105139.7照明80.8106.40小计358111139.7178.7271.511生活区照明3500.70.90.48245111.7272413总计动力23701190984.8照明417计入=0.8, =0.850.75952837.11267.71926.12.2无功功率补偿电力系统由发电系统、变电系统、输电系统、配电系统和
16、用电系统五大部分构成,由于电能不能大量存储,所以发电、输电、配电和用电必须同时进行,即电力系统必须保持平衡。然而来自电力线路、电力变压器以及用电设备的无功负载大量存在,使电力系统的功率因数降低。对于配电系统来说,为数众多的异步电动机、变压器等设备要消耗大量的无功功率,对配电网络的安全稳定运行产生不良影响:1) 供电线路的电流增大,使线路和设备的损耗增大,严重时会威胁到设备的安全运行;2) 配电系统的视在功率增大,使发电机、变压器等供电设备的容量增加,电力用户的控制设备、测量仪表的规格也相应增大;3) 导致供电电压降低。保持电力系统的平衡,解决配电系统功率因数低的有效途径就是对配电系统进行无功补
17、偿,提高功率因数。按照我国供电部门的规定,高压供电的用户必须保证功率因数在0.9以上,低压供电的用户必须在0.85以上。为了使用户注意提高功率因数,供电部门还对大宗用电单位实行按户月平均功率因数调整电费的办法。调整功率因数标准一般为0.85,大于0.85时给以奖励,低于0.85时便要增收电费甚至罚款,功率因数很低时供电部门要停止供电。2.2.1有关功率的名词解释输入功率=输入电流(乘)输入电压;也就决定是我们要用的电量。输出功率=输入功率-无用功部分;就是我们实际上的到的功率。输出功率是各类能源或能源转换设备(如动力、照明设备)向外输出的能量与时间的比值,即单位时间内能源或设备向外界提供的能量
18、。其单位一般为瓦特、千瓦,在电力系统中也常用伏安、千伏安来表示。无功功率:电网中的感性负载(如电机,扼流圈,变压器,感应式加热器及电焊机等)都会产生不同程度的电滞,即所谓的电感。感性负载具有这样一种特性-即使所加电压改变方向,感性负载的这种滞后仍能将电流的方向(如正向)保持一段时间。一旦存在了这种电流与电压之间的相位差,就会产生负功率,并被反馈到电网中。电流电压再次相位相同时,又需要相同大小的电能在感性负载中建立磁场,这种磁场反向电能就被称作无功功率。无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外做功,而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线
19、圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。在交流电路中,由于有感性或容性储能设备,电压与电流有相位差,通俗讲就是电压与电流不在同一时间到达;因此,表面看电压有多大、电流有多大,实际并没有做那么大的功,有电源与储能设备的能量转换。2.2.2提高功率因数的意义提高功率因数,可以降低线路上的损耗,提高输出功率。在建筑供电系统中,供电线路,其电阻不可忽略。充分发挥电源设备潜力。提高功率因数,可以减少线路上电压降,提高末端电压,有利于用电提高供电可靠性。可减少对供配电设施的投资,增加供配电系统的功率储备,使用户获得直接的经济利益。在同样的有功功率下,功率因数提高,负荷电流就减少,而向符合传输功率所经过
20、的变压器、开关、导线等供配电设备都增加了功率储备,从而满足了负荷增长的需要,亦即可以增大原有设备的供电能力。对尚处于设计阶段的新建筑来说,提高功率因数则能降低配电设备的设备容量,从而减少投资费用。2.2.3提高功率因数方法1、提高负荷的自然功率因数:1选、2调、3换。通过适当措施提高自然功率因数。据统计,在建筑供电系统的总无功功率中,电动机和变压器约占80%左右,其余则消耗在输电线路及其他感应设备中,因此,提高自然功率因数可以通过合理选择感应电动机的容量、使用中减少感应电动机的空载运行、条件许可时尽量使用同步电动机、以最佳负荷率选择变压器等方法达到目的。1)选:正确的选择、合理的使用电动机和变
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