毕业设计论文红星机械厂变电所设计.doc
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1、红星机械厂变电所设计摘 要电能是现代工业生产的主要能源和动力。随着现代文明的发展与进步,社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。机械厂供电系统的核心部分是变电所。变电所主接线设计是否合理,关系到整个电力系统的安全、灵活和经济运行。本设计在机械厂具体资料的基础上,依据变电所设计的一般原则和步骤,完成了变电所一次系统设计。为适应机械类企业,用电负荷变化大、自然功率因数低的特点,该设计中采用并联电容器的方法来补偿无功功率,以减少供电系统的电能损耗和电压损失,同时提高了供电电压的质量。此机械厂变电所一次系统设计包括:负荷的计算及无功功率的补偿;变电所主变压器台数和容量、型式的确定;变
2、电所主接线方案的选择;进出线的选择;短路计算和开关设备的选择;根据设计要求,绘制变电所一次系统图。关键词:电能;变电所;一次系统。目录一、前言1 1.1 引言1 1.2 设计原则1 1.3 本课题设计的主要工作2二、负荷计算及电容补偿4 2.1 负荷计算的定义4 2.2 负荷计算4 2.2.1 负荷计算的方法4 2.2.2 负荷统计计算5 2.3 电容补偿7三、变电所主变压器及主接线方案的选择9 3.1 主变压器台数选择9 3.2 主变压器容量选择9 3.3 主接线方案确定10 3.3.1 装设一台主变压器的主接线方案10 3.3.2 装设两台主变压器的主接线方案10四、短路计算15 4.1
3、短路计算的目的及方法15 4.2 绘制短路电流计算电路15 4.3 确定基准值15 4.2 计算短路电路中各元件的电抗标准值21 4.5 算K-1点(10.5kv)的短路总电抗及三相短路电流和容量21 4.6 算K-2点(0.4kv)的短路总电抗及三相短路电流和容量22五、变电所一次设备的选择校验1 5.1 10kV侧一次设备的选择校验1 5.1.1按工作电压选则4 5.1.2按工作电流选择5 5.1.3按断流能力选择7 5.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验2 5.2 380V侧一次设备的选择校验4 5.3 高低压母线的选择4六、变压所进出线与邻近单位联络线的选择4 6.1 1
4、0kV高压进线和引入电缆的选择5 6.1.1 10kV高压进线的选择校验7 6.2 380低压出线的选择9 6.2.1铸造车间9 6.2.2铁铆车间9 6.2.3金工1车间10 6.2.4金工2车间10 6.2.5工具车间10 6.2.6氧气车间15 6.2.7热处理车间15 6.2.8装配车间15 6.2.9机修车间21 6.2.10锅炉房21 6.2.11仓库22 6.2.12生活用电1 6.3作为备用电源的高压联络线的选择校验4 6.3.1按发热条件选择5 6.3.2校验电压损耗7 6.3.3短路热稳定校验2七、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定4 7.1变电所二次回路方案的选择4
5、 7.2变电所继电保护装置4 7.2.1主变压器的继电保护装置5 7.2.2护动作电流整定7 7.2.3过电流保护动作时间的整定1 7.2.4过电流保护灵敏度系数的检验4 7.3装设电流速断保护5 7.3.1速断电流的整定10 7.3.2电流速断保护灵敏度系数的检验10 7.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置5 7.4.1装设反时限过电流保护10 7.4.2装设电流速断保护10 7.4.3变电所低压侧的保护装置5八、降压变电所防雷与接地装置的设计7 8.1变电所的防雷保护9 8.1.1 直接防雷保护9 8.1.2 雷电侵入波的防护9 8.2变电所公共接地装置的设计10 8.2.1接地电阻
6、的要求10 8.2.2接地装置的设计10九、设计总结15十、参考文献15一、前言1.1引言电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来,又易于转换为其它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、调节和测量,有利于实现生产过程自动化。在工程机械制造厂里,电能虽然是工业生产的主要能源和动力,但是它在产品成本中所占的比重一般很小。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自动化
7、。电能从区域变电站进入机械厂后,首先要解决的就是如何对电能进行控制、变换、分配和传输等问题。在机械厂,担负这一任务的是供电系统,供电系统的核心部分是变电所。一旦变电所出了事故而造成停电,则整个机械厂的生产过程都将停止进行,甚至还会引起一些严重的安全事故。机械厂变电所要很好地为生产服务,切实保证工厂生产和生活用电的需要,并做好节能工作,就必须达到以下基本要求:(1)安全 在电能的供应、分配和使用中,不应发生人身事故和设备事故。(2)可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。(3)优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求(4)经济 供电系统的投资要少,运行费用要低,并尽可能地节约电能和减少有色金
8、属的消耗量。此外,在供电工作中,应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系,既要照顾局部的当前的利益,又要有全局观点,能顾全大局,适应发展。1.2设计原则按照国家标准GB50052-95供配电系统设计规范、GB50053-94 10kV及以下设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范、JGJ16-2008民用建筑电气设计规范等的规定,进行变电所设计必须遵循以下原则:1、遵守规程、执行政策必须遵守国家的有关规定及标准,执行国家的有关方针政策,包括节约能源,节约有色金属等技术经济政策。2、安全可靠、先进合理应做到保障人身和设备的安全,供电可靠,电能质量合格,技术先进和经济合理,采用效率高、能耗
9、低和性能先进的电气产品。3、近期为主、考虑发展应根据工作特点、规模和发展规划,正确处理近期建设与远期发展的关系,做到远近结合,适当考虑扩建的可能性。4、全局出发、统筹兼顾按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等,合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员,有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识,以便适应设计工作的需要。1.3本课题设计的主要工作目前世界上机械生产能源和动力主要来源于电能。电网的正常运行是保证机械生产安全前提。根据设计任务书的要求,结合实际情况和市场上现有的电力产品及其技术,本文主要
10、做了以下工作:1、负荷计算 机械厂变电所的负荷计算,是根据所提供的负荷情况进行的,本文列出了负荷计算表,得出总负荷。2、一次系统图跟据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算,绘制一次系统图,确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求,即要安全可靠又要灵活经济,安装容易维修方便。3、电容补偿按负荷计算求出总降压变电所的功率因数,通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜的规格和数量。4、变压器选择根据电源进线方向,综合考虑设置总降压变电所的有关因素,结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要,确定变压器型号。5、短路电流计算工厂用电,通常为国家电网的
11、末端负荷,其容量运行小于电网容量,皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。求出各短路点的三相短路电流及相应有关参数。6、高、低压设备选择及校验参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值,选择高、低压配电设备,如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验,并列表表示。7、电缆的选择 为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行,进行电缆截面选择时必须满足发热条件:电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度,不应超过其正常运行时的最高允许温度。二、负荷计算及电容补偿2.1负荷计算的定义1计算负荷又称需要负荷
12、或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷,其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中,通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。2平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班(即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班)的平均负荷,有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.2负荷计算2.2.1负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。由于本机械厂用电部门较多,用电设备台数较多,设计采用需要系数法予以确定。1单台组用电设备计算负荷的计算公式(1).有功计算负荷(单位为
13、kW): (2-1)式中 设备有功计算负荷(单位为kW);用电设备组总的设备容量(不含备用设备容量,单位为kW);用电设备组的需要系数。(2).无功计算负荷(单位为kvar) (2-2)式中 设备无功计算负荷(单位为kvar);对应于用电设备组功率因数的正切值。(3).视在计算负荷(单位为kVA) (2-3)式中 视在计算负荷(单位为kVA);用电设备组的功率因数。(4).计算电流(单位为A) (2-4)式中 计算电流(单位为A);用电设备组的视在功率(单位为kVA);用电设备组的额定电压(单位为kV)。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 多组用
14、电设备有功计算负荷(单位为kW); 所有设备组有功计算负荷之和; 有功负荷同时系数,可取0.70.95。(2).无功计算负荷(单位为kvar) (2-6)式中 多组用电设备无功计算负荷(单位为kvar);所有设备组无功计算负荷之和; 无功负荷同时系数,可取0.80.95。(3).视在计算负荷(单位为kVA) (2-7)(4).计算电流(单位为A) (2-8)(5).功率因数 (2-9)2.2.2负荷统计计算根据提供的资料,列出负荷计算表。因设计的需要,计算了各负荷的有功功率、无功功率、视在功率、计算电流等。表中生活区的照明负荷中已经包括生活区各用户的家庭动力负荷。具体负荷的统计计算见表2.1。
15、表2.1红星机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量/KW需要系数功率因数计算负荷1铸造车间动力3000.40.750.881201091602432铁铆车间动力2200.30.71.026667.394.3143.33金工1车间动力2500.40.750.8810088.2133.3202.54金工2车间动力2300.40.71.029294131.4199.65工具车间动力2100.30.71.026364.390136.76氧气车间动力1800.30.80.755440.567.5102.67热处理车间动力2800.40.80.7511284140212.78装配车间动力2600.30.71
16、.027879.6111.4169.39机修车间动力2200.30.750.886658.288133.710锅炉房动力750.30.71.0222.52332.148.811仓库动力350.40.71.021414.32030.412生活用电照明1500.71.001050105159.5总计动力2260892.5722.4照明150计入=0.8, =0.850.76758.625650.16999.111782.12.3电容补偿1.意义感性负载是需要电网提供的有功及无功电流运行的,即变压器及线路都要输送有功及无功电流,这样,变压器效率降低,线路载流变大,增加了损耗。电力电容器并联于线路中是
17、产生无功电流的,即自主提供了无功电流,减少电网的输送,变压器及线路尽可能少地输送无功电流,变压器效率得以提高,线路减少了不必要的载流量,线损减低。一般在工厂线路进行集中补偿或者分散补偿。在变电所低压侧装设无功补偿后,由于低压侧总的视在计算负荷减小,从而可使变电所主变压器容量选的小一些,这不仅可以降低变电所的初投资,而且可减少工厂的电费开支,因为我国供电企业对工业用户是实行的“两部电费制”;一部分叫基本电费,按所装用的主变压器容量来计算,规定每月按KVA容量大小缴纳电费,容量越大,缴纳的基本电费越多,容量越小,缴纳的基本电费就越少。另一部分叫电能电费,按每月实际耗用的电能KWh来计算电费,并且要
18、根据月平均功率因数的高低乘上一个调整系数。凡月平均功率因数高于规定的,可减收一定百分率的电费;凡低于规定的,则加收一定百分率的电费。由此可见,提高工厂功率因数不仅对整个电力系统大有好处,而且对工厂本身也有一定的经济实惠。2. 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0.75。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
19、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)=810.8tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) = 369.66 kvar参照图2-1,选PGJ1型低压自动补偿评屏,并联电容器为BW0.4-14-3型,采用其方案1(主屏)1台与方案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=(727.6-420)kvar=286.16 kvar,视在功率=867.2 kVA,计算电流=1231.9 A,功率因数提高为cos=0.935。在
20、无功补偿前,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。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表2.2所示。图2-1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案表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0.76758.6722.4999.11782.1380V侧无功补偿容量-364380V侧补偿后负荷0.94758.6286.28
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