供配电设计范文.docx
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1、目 录1 绪论1 1.1 工厂供电的意义1 1.2 工厂供电的设计原则12 负荷计算2 2.1负荷计算的意义和方法2 2.1.1负荷计算的意义2 2.1.2负荷计算的方法2 2.2功率补偿的影响和方法3 2.2.1功率因数的影响3 2.2.2提高功率因数的方法33 变压器的选择5 3.1变压器选择原则5 3.2 变压器的确定54 电气主接线的设计7 4.1电气主接线的设计意义及要求7 4.1.1电气主接线的设计意义7 4.1.2电气主接线的设计要求7 4.2电气主接线的设计原则7 4.3变电所常用接线类型8 4.3.1单母线分段接线8 4.3.2双母线、双母线分段接线8 4.4.3桥式接线8
2、4.4主接线的设计方案85三相短路电流计算10 5.1短路电流计算的意义10 5.2短路的种类和原因10 5.3短路电流防范措施10 5.4短路电流的计算106电气设备选择15 6.1导线电缆的选择15 6.2高低压设备的选择17 6.2.1高压断路器17 6.2.2高压隔离开关18 6.2.3高压熔断器19 6.2.4电流互感器20 6.2.5电压互感器21 6.2.6高压开关柜217 继电保护配置22 7.1继电保护的任务和作用22 7.2系统继电保护及安全自动装置228 防雷与接地装置设计25 8.1防雷设备和措施25 8.2接地269变电所所址的选择原则和设计27 9.1变电站的选择原
3、则27 9.2电气总平面2710环境保护及节能抗灾分析28 10.1工程污染分析和防护措施28 10.2项目节能抗灾分析2811 总结与展望30参考文献31附录一 负荷预测表32附录二 35KV SZ9系列有载调压变压器技术数据34附录三 变电所电气总平面35附录四 设备列表36附录五 变电所35KV侧电气单线示意图37附录六 化工厂35/10KV总降压变电所主接线设计图38致谢39III1 绪论1.1 工厂供电的意义众所周知,电力是一个重要的现代工业生产能量和动力1。电力是容易转换成其他形式的能量转化为电能,并易于转换为其他形式的能量供应,电力传输和分配,简单经济,易于控制,生产过程的自动调
4、节和测量。在石油化工厂中,虽然电是主要的能源和电力行业,但其产品的成本份额一般是很小的比例。电能在工业生产中的重要性,不因它在投资总额中所占的份额多少,但在未来电气化工业生产,可大大提高生产效率,提高产品质量,提高劳动生产率,降低劳动强度,改良劳动条件,便于生产过程的自动化。反之,如果电源装置的突然中断,工业生产能够形成严重后果。因此,工厂可靠供电,在工业生产中,具有十分重要的意义。此外,节能是工厂供电的一个重要方面,而节能减排在支持国家经济建设,为国家经济建设的减排,但也有着明显的作用,具有重要的战略意义1。1.2 工厂供电的设计原则石油化工厂的供电设计主要应遵循以下原则:(1)遵循“安全可
5、靠,技术先进,合理的投资”的基本建设原则,结合项目以及本次设计的特点,进行优化设计,提高变电站的设计水平;(2)应严格实行国家土地规划,尽量节省每一寸土地;(3)站址与其邻近设施的互相影响必须满足有关规程规范的要求;(4)贯彻国家对能源实行开发和节约并重的方针,推行采纳节能、降耗、节水、环保的先进产品,实现绿色电网建设;(5)应根据发展规划、工作特征和范围,准确处理、结合近期建设与远期规划的联系,适量思考将来扩建的可能性。2 负荷计算2.1负荷计算的意义和方法2.1.1负荷计算的意义在变电所的设计中,需要根据工厂全部的用电设备的额定容量,进行电力负荷计算,才能保证正确选择电线电缆,开关,变压器
6、等,确保供配电系统可在平常条件下可靠运行。计算负荷是不计算设备的总容量,而是导线通过一个等效负荷时,其最大温升恰好和通过实际的变动负荷时,产生的最大温升一致,此负荷就叫做计算负荷。计算负荷是工厂供电设计的计算基础。它的正确与否,对电气设备选择的正确性、经济性起着关键作用。假如计算负荷定的太大,采用过大电气设备,从而浪费有色金属和增加投资成本;定的太小,会致使电气设备工作功率增加,并导致过热,使电气设备绝缘老化,甚至烧坏。因此,考虑以上因素,在设计中计算负荷经常要比设备总容量要小些,并根据不同情况,选择正确负荷计算,是实现配电系统正常工作、经济的必要技术措施。2.1.2负荷计算的方法目前,工程设
7、计上依据不同类型的用户和负荷,在实践中常用的负荷计算为:利用系数法、需要系数法、二项式法,后面两种方式普遍在国内的设计院中使用。另外还有尚未普及的单位面积功率法、单位产品耗电法、ABC法和变值系数法等。计算负荷常用需要系数法,电气设备的属性相同的归为一组,在组的设备分类基础上,找到相应需要系数K,然后计算负荷1。根据已有的数据(附录一),本次计算负荷采用需要系数法。设计主要涉及的公式:无功功率: QC=Kqi=1nQCi (2-1)有功功率: PC=KPi=1nPCi (2-2)视在功率: SC=P2C+Q2C (2-3) 计算电流: IC=SCUN3 (2-4) 式中,q、p为无功功率、有功
8、功率的同时系数;取该系数值为0.9计算,i=1nQCi为各区域用电设备组的无功功率:i=1nQCi =5400kvar; i=1nPCi为各区域用电设备组的有功功率:=10202kW.总电力变压器低压侧电压为: UN=10kV.根据上述公式和变电站供电负荷预测表数据可以计算: QC=Kqi=1nQCi=0.95400=5238kvar (2-5) PC=KPi=1nPCi=0.910202=9181.8kw (2-6) SC=P2C+Q2C=10570.81kva (2-7) IC=SC3UN=610.31A (2-8) cos=PCQC=9181.810570.8=0.8686 (2-9)2
9、.2功率补偿的影响和方法2.2.1功率因数的影响功率因数是配电系统能否经济运行的一个重要衡量指标。供配电系统使用低功率因素会导致电压损失的增加,增加能量损耗和电气设备的利用率降低。因此要使电力用户功率因数高于规定值时,就要进行补偿,提高功率因数。国家标准GB/T3485-1998评价企业合理用电技术导则中规定:“在企业最大负荷时,功率因数不低于0.9,凡功率因素未能达到上述规定,应在负荷侧合理安装集中与就地无功补偿设备”。根据国标要求功率因数小于0.9,而上式(2-9)知cos=0.86860.9,因此需要进行补偿。2.2.2提高功率因数的方法人工补偿功率因数有以下方法:动态无功功率补偿、并联
10、电容器人工补偿、同步电动机补偿2。动态无功功率补偿常用于大容量冲击性负荷的工业生产设备,避免电网电压波动和降低功率因数。并联电容器人工补偿是采用并联电容器的方式来补偿无功功率的,从而改善功率因数,也是目前现代企业和用户广泛使用的一种补偿装置。同步电动机补偿是根据半导体变流技术的发展,选用先进励磁装置,通过改变电动机的励磁电流进行调节。综合上述方法,根据该石油化工厂的负荷情况,适宜选择并联电容器进行补偿的方法。分析选用BWF10.5-100-1W型的并联电容器,其额定电压为10.5kV,额定容量为100kvar。计算公式: tan1arccos0.8686=0.5705 tan2arccos0.
11、9=0.4843 QC.C=pC(tan1-tan2)=791.47kvar (2-10) =QC.CQN.C=791.47100=8 (2-11)其中,tan1 是补偿前平均功率因数的正切值;tan2 是补偿后平均功率因数角的正切值。根据三相平衡分配,安装15个并联电容器为佳,每相5个,无功补偿后,实际补偿的容量为QC.C=15100=1500kvar,此时变电所低压侧的视在计算负荷有: SC1=P2+(i=1nQCi-nQN.C)2 (2-12) =9181.82+(5238-1500)2=9913.5309kva此时变压器的功率损耗有: PT=0.015SC(1)=0.0159913.5
12、309=148.7030kw (2-13) QT=0.06SC(1)=0.069913.5309=594.8119kvar (2-14)化工厂变电所高压侧总的计算负荷有: PC(2)=PC(1)+PT=9181.8+148.7030=9330.503kW (2-15) QC(2)=QC(2)+QT=5238-1500+594.8119=4332.8119kvar (2-16) SC2=P2C2+Q2C2 (2-17)=9330.5032+4332.81192=10287.446kVA化工厂变电所高压侧的功率因数有: cos=PC(2)QC(2)=9330.50310287.446=0.9078
13、 (2-18)符合补偿后功率因数不小于0.9的规定,若不符合可以把设定值0.9取大一些,重新计算直到满足要求为止。3 变压器的选择3.1变压器选择原则1.选择变压器的容量应遵循的原则: (1)变电所配备2台变压器,每个变压器额定容量必须满足以下条件: 单独的运行任意一台变压器时,最好是能满足所有设备的电力容量的60%-70的需求; 单独的运行任意一台变压器时,必须满足一、二级负荷的需求; (2)负载的变压器的正常工作期间应该把负荷率适当控制在额定容量的70%-80%,以提高运行速度。 (3)配备有唯一的一个变压器的变电所,变压器额定容量必须满足电气设备的计算负荷的所有需求; 2.变电所变压器数
14、的确定原则: (1)变电所如果只安装两台变压器,变压器基础应超过设计水平1-2变压器容量,以适应工厂发展的需要,便于更换变压器容量; (2)对地域性被孤立的一次工业变电所,应考虑三台变压器的安装; (3)在城市周围,如果在低压侧形成了一个环形网络,则变电所适宜安装两台变压器;3.2 变压器的确定装设一台或者两台变压器的变电所各有其优缺点:(1)变电所只装设一台变压器且发生故障或检修时,就会出现停止供电的严重情况,当一级负荷遇到此情况,必将造成无法估算的损失。所以一台变压器的供电可靠性较差,但是具有运行损耗小、投资小的优点,长时间工作势必减少运行成本; (2)变电所只装设两变压器故障或维修,另一
15、个可以继续供电。当负荷过大时,两台变压器能互相配合运作。但是投资成本也相对提高,两个变压器同时运行,运行损耗也比较大,势必大大提高运行成本。综上所述,对于大型化工厂,全厂停电是不可取的,因此装设两台变压器的优点尤为突出。本次毕业设计针对某大型石油化工厂进行供电,应该选择装设两台变压器,并且选择节能的变压器,减小投资成本。根据该厂负荷的数据,确定变压器型号和容量当单独一台变压器运行时,满足以下条件: SN=(0.60.7)S30 (3-1)已知S30=10570.8kVA,则SN=0.60.710570.8=(6342.487399.56)kVA并且任意一台变压器都应满足变压器容量STSN;每台
16、变压器可供用电负荷的70%;查看附录二,选择容量为8000kVA型号为SZ9-8000/35的两个主变压器。该主变压器的各项参数:空载损耗:p0=10 负载损耗:Pk=45阻抗电压:Uk%=7.5空载电流:I0%=0.60计算出每台主变压器的功率损耗(n=1):补偿后: S=12SC=1210570.81=5285.405kVA (3-2) PT=nP0+1nPKSSN2 (3-3) =10+45(5285.4058000)2=29.6421kW QT=nI0%100SN+1nUK%100SSN2 3-4 =0.6%1008000+117.5%100(5285.4058000)2=80.736
17、9kvar也可用简化经验公式:PT0.015S=0.0155285.405=79.2810kW (3-5)QT0.06S=0.065285.405=317.1243kvar (3-6)4 电气主接线的设计4.1电气主接线的设计意义及要求4.1.1电气主接线的设计意义变电所在发电厂和用户之间,起到分配与交换电能的关键作用。为了满足工厂生产生活的要求,变电所按照相关规程规范的要求,把各种电气设备连接起来。这种把变压器、开关和导线电缆等电气配置,用其规定的符号和文字,依据工作顺序排列,清晰地表示出整套的电气装置和各种电气设备的联系关系的单线图,也是表示电能交换和分配,称为电气主接线图3。4.1.2电
18、气主接线的设计要求 变电站电气主接线设计在化工厂,应满足下列基本要求: 安全,必须按照国家相关规程规范的技术要求设计电气主接线,才能够正确的考虑各种安全技术措施,确保人身和设备的安全; 可靠,应能满足对该化工厂不同负荷的不中断供电,而且在继电保护装置在系统发生故障时可不拒动,正常工作时可不误动,尽可能的减小停电范围; 灵活,能够用最少的操作,适应不同的操作方式和调度要求,可灵活、快速、简单的开关操作,减小停电的影响范围,缩短停电时间。 经济,在满足上述要求的前提下,应该从电能损耗小、运行管理费用低、地面积小等几个综合方面考虑,保证主接线简单且需要的设计投资最小。4.2电气主接线的设计原则电气主
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