大型工厂供电系统的设计.doc
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1、摘摘 要要 本设计在对化纤厂进行供配电调研、论证的基础上,完毕了化纤厂的负荷计算、10KV 变配电所主接线设计;还进行了短路计算、电气设备的选择和校验以及继电保护的选择与整定。在设计的最后对化纤厂的供电系统进行了防雷保护。本次设计还专门针对化纤厂的机修车间进行了具体的供电线路的设计。关键词关键词:变电所、负荷、短路、电力设备 ABSTRACT Based on surveying,studying,expounding and proving,the load calculating of the chemical fibre factory and the design of main el
2、ectrical connection line in 10KV is completed.At the same time,the short-circuit current,the selection and rectify of electric appliance and the selection and consolidation of protection relays had calculated.At the end of the design,the anti lighting stroke and earthing are fulfilled.In the course
3、of this design,the designs of the supply electricity circuit of the mechanism workshop of the chemical fiber factory have been specially done in detail.Keywords:substation,load,short-circuit,electric appliance.目 录 第一章 工厂简介及设计规定.1 1.1 研究大型工厂供电系统的背景.1 1.2 工厂供电系统设计的原则.1 1.3 工厂供电系统设计的意义.1 第二章 工厂简介及设计规定.
4、3 2.1 工厂生产任务及车间组成.3 2.2 设计依据.3 第三章 负荷计算及功率因数补偿计算.6 3.1 负荷计算.6 3.2 功率因数补偿计算.9 3.3 变压器的选择.11 第四章 总配电所主接线方案的设计.13 4.1 概述.13 4.2 总配电所主接线的设计.14 第五章 短路计算.16 5.1 概述.16 5.2 短路计算.17 第六章 电气设备的选择与校验.21 6.1 概述.21 6.2 按短路情况校验电器的稳定性.21 6.3 电气设备的选取.23 第七章 工厂电力线路的设计.25 7.1 架空线路的设计.25 7.2 导线截面的选择.25 第八章 供电系统的保护.31 8
5、.1 概述.31 8.2 继电保护.31 8.2 变压器保护.32 8.4 继电保护的选择与整定.33 第九章 防雷与接地.37 9.1 概述.37 9.2 防雷与接地.37 第十章 电气照明.40 10.1 合理选择光源.40 10.2 灯具的选择与布置.40 参考文献.42 致 谢.43 第一章 前 言 1.1 选题背景 随着经国民济的不断发展,世界各国的用电量也随之不断增长,电能已经成为一种特别重要的能源,电能对国民经济各部门以及人民生活的作用越来越重要,可以说,国民经济各部门和人民生活已经离不开电能了。合理用电、节约用电的迫切性和必要性已为人们所结识。科学技术的发展,使用电和节电技术渗
6、透到设计、运营、制造、管理等部门,其设计面愈来愈宽,内容愈来愈深,与实际联系也愈来愈密切,这都为培养高质量的供用电人才提出了更高的规定。为了更好的适应现代工业社会的规定,把自己培养成一个合格的电气工程人员,我们必须尽也许多的掌握供配电知识、用电知识、节电知识。为了更好的掌握书本知识,为了更好的把所学知识应用到生产实践,我们必须从教学实际出发,结合国情对工厂供电,配电的基本原理和实际应用有更进一步的了解。因此,我选择大型工厂供电系统的设计,使我更进一步的掌握工厂供配电知识,为将来走上工作岗位打下良好的基础。1.2 供电系统设计的原则 工厂供电设计必须遵循国家的各项方针政策,设计方案必须符合国家标
7、准中的有关规定,同时必须满足以下几项基本规定:1、保证工厂生产工艺所规定的供电可靠性;2、保证电能质量;3、在必要的供电可靠性基础上,力求经济,使供电系统的投资少、运营费用低,并且尽也许的减少又涩精梳消耗量;4、设计中应合理地解决局部与全局、当前与长远的关系,并能适应发展的需要。1.3 供电系统设计的意义 电能是工业生产的重要动力能源。工厂供电设计的任务是从电力系统取得能源,通过合理的传输、变换、分派到工厂车间中的每一个用电设备上。随着工业电气自动化技术的发展,工厂用电量的迅速增长,对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等规定也日益提高。供电设计是否完善,不仅影响工厂的基本建设投资、用行费用和
8、有色金属消耗量,并且也反映到工厂供电的可靠性和安全生产上,它与公司的经济效益、设备和人生安全等是密切相关的。现在除了个别大型工业联合公司有自备电厂外,绝大多数工厂都是从国家电力系统取得电能的。因此,工厂工业负荷是电力系统的重要用户,工厂供电系统也是电力系统的一个组成部分,保证公司安全供电和经济运营,不仅关系到公司的利益、也关系到电力系统安全和经济运营以及合理运用能源.随着经济建设突飞猛进和人民生活水平的日益提高,城市配电网正日益面临着提高供电可靠性的迫切规定。拔地而起的高楼大厦、办公设施的现代化、生活用品的电气化以及生产过程的自动化都无法忍受任何理由的哪怕是很短时间 的停电.由于即便是很短时间
9、的停电都会给工厂和公司带来重大的损失。工厂工业 负荷是电力系统的重要用户,合理的工厂供电系统的设计,不仅可以保证公司的安全合理供电和经济运营,也有助于电力系统的安全经济运营,最大限度的节约能源。所以工厂供电的可靠性和安全性就显得非常重要了。工厂供电设计对国民经济各部门以及人民生活都有极其重要的意义。第二章 工厂简介及设计规定 2.1 工厂生产任务及车间组成 2.1.1 生产规模及产品规格 本厂规模为万锭精梳化纤毛织染整联合厂。生产化纤产品,全年生产能力为230 万米,其中厚织物占 50%,中厚织物占 30%,薄织物占 20%,所有产品中以晴纶为主体的混纺物占 60%,以涤纶为主体的混纺物为 4
10、0%。2.2.2 车间组成及布置 本厂设有一个主厂房,其中有制条车间、纺纱车间、织造车间、染整车间等四个生产车间,设备选型所有采用我国最新定型设备。除上述车间外,尚有辅助车间及其它设施,详见全厂总平面布置图(图 1)。2.2 设计依据 2.2.1 工厂总平面布置图:(如下图所示)2.2.2 供用电协议 本厂与电业部门所签订的供用电协议重要内容如下:(1)电业部门某 35/10 千伏变电所,用 10 千伏双回架空线路向本厂供电,该所在厂南侧 1.0 公里;(2)该变电所千伏配出线路定期限过流保护装置的整定期间为 1.5 秒,规定配电所不大于 1.0 秒;(3)在总配变电所 10 千伏则计量;(4
11、)规定本厂的功率因数值在 0.9 以上。(5)配电系统技术数据:变电所 10 千伏母线短路数据为 运 行 方 式 电源 10 千伏母线短路容量 说 明 系统最大运营方式时 S(3)dmax=187 兆伏安 系统为无限大容量 系统最小运营方式时 S(3)dmin=107 兆伏安 供电系统如图 2 所示:2.2.3 本厂的负荷性质 生产车间为三班制,部分车间为单班或两班制。全年为 306 个工作日,年最大负荷运用时数 6000 小时。属于二级负荷。2.2.4 本厂自然条件 一、气象条件:一、气象条件:(1)最热月平均最高温度为 30C。(2)土壤中 0.7-1 米深处一年中最热月平均温度为 20C
12、。(3)年雷暴日为 31 天。(4)土壤冻结深度为 1.10 米。(5)主导风向夏季为南风。二、二、地质及水文条件:地质及水文条件:根据工程地质勘探资料获悉,厂区地址原为耕地,地势平坦,地层以砂质粘土为主,地质条件较好,地下水位为 2.85.3 米。地耐压力为 20 吨/平方米。第三章 负荷计算及功率因数补偿计算 3.1 负荷计算 3.1.1 负荷计算的意义 负荷计算是根据已知工厂的用电设备安装容量来拟定预期不变的最大假想负荷。它是按发热条件选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据,所以非常重要。如估算过高,将增长供电设备的容量,使工厂电网复杂,浪费有
13、色金属,增长初投资和运营管理工作量。特别是由于工厂公司是国家电力的重要用户,以不合理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设,将给整个国民经济建设带来很大的危害。但是假如估算过低,又会使工厂投入生产后,供电系统的线路及电器设备由于承担不了实际负荷电流而过热,加速其绝缘老化的速度,减少使用寿命,增大电能损耗,影响供电系统的正常可靠运营。因此,我们在设计时必须认真拟定。3.1.2 负荷计算的方法 常用负荷计算的方法:(1)需要系数法(2)二项式系数法(3)形状系数法。在本次选择的设计中,设备台数较多,各台设备容量相差不太悬殊,所以考虑采用需要系数法。需要系数法的重要环节:(1)将用电设备分组,
14、求出各组用电设备的总额定容量。(2)查出各组用电设备相应需要系数及相应的功率因数。(3)用需要系数法求车间或全厂的计算负荷时,需要在各级配电点乘以同期系数 K。需要系数法的计算过程:先从用电端起逐级往电源方向计算,即:一方面按需要系数法求得各车间低压侧有功及无功计算负荷,加上本车间变电所的变压器有功及无功功率损耗,即得车间变电所高压侧计算负荷;另一方面是将全厂各车间高压则负荷相加同时加上厂区配电线路的功率损耗,再乘以同时系数。便得出工厂总降压变电所低压侧计算负荷;然后再考虑无功功率的影响和总降压变电所主变压器的功率损耗,其总和就是全厂计算负荷。需要系数法的计算公式 计算负荷 计算公式 合用条件
15、 有功(K w)edpKP30 已知三相用电设备组或用电单位(工厂、车间)的设备容量及功率因数,求其计算负荷。无功(Kvar)3030PQtan 视在(KVA)cos/3030PS 电流(A)NUSI3/3030 计算负荷 计算公式 合用条件 有功(K w)IppKP.3030 已求出各设备组或各单位的有功和无功计算负荷后,求总的计算负荷。无功(Kvar)ipPKQ.3030 视在(KVA)23023030QPS 电流(A)NUSI3/3030 Ep设备组或单位的设备容量,不记备用设备容量。eU设备额定电压。dK需要系数 qpKK有功和无功符荷同时系数。iiPKP.30.30设备组的有功和无功
16、计算负荷。(1)对反复短时工作制设备,其容量必须按规定的负荷连续率进行换算(2)用电设备组、车间和工厂的需要系数参见有关表格。(3)由设备组计算车间配电干线时,可取:KP=0.850.95,Kq=0.90.95。3.1.3 全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表 序 号 用电或车间单位名称(千瓦)设备 容量 KX COS Tg 计算负荷 备注 K Pjs(千瓦)Qs(千乏)Sjs(千伏安)(1)NO1变电所变电所 1 制条车间 340 0.8 0.8 0.75 272 204 340 2 纺纱车间 340 0.8 0.8 0.75 272 204 340 3 软水站 86.1 0.65 0.
17、8 0.75 55.97 41.98 69.96 4 锻工车间 36.9 0.3 0.65 1.17 11.07 12.95 17.03 5 机修车间 296.2 0.3 0.5 1.73 88.86 153.7 177.7 6 托儿所 幼儿园 12.8 0.6 0.6 1.33 7.68 10.21 12.8 7 仓 库 37.96 0.3 0.5 1.17 11.39 13.33 22.78 0.9 8 小 计 1035 3.38 4.19 6.89 647.1 576.16 866.43 (2)NO2变电所变电所 1 织造车间 525 0.8 0.8 0.75 420 315 525 2
18、 染整车间 490 0.8 0.8 0.75 392 294 490 3 浴 室 理发室 1.88 0.8 1-1.504-1.504 4 食 堂 20.63 0.75 0.8 0.75 15.47 11.6 19.34 5 独身宿舍 20 0.8 1-16-16 6 小 计 951.8 3.56 3.96 2.03 760.48 558.54 946.62 (3)NO3变电所变电所 1 锅炉房 151 0.75 0.8 0.75 113.3 84.94 141.56 2 水泵房 118 0.75 0.8 0.75 88.5 66.375 110.625 3 化验室 50 0.75 0.8 0
19、.75 37.5 28.125 46.875 4 卸油泵房 28 0.75 0.8 0.75 21 15.75 26.25 6 小 计 312.3 2.7 2.88 2.7 234.2 175.67 292.79 3.2 功率因数补偿计算 3.2.1 功率因数对供电系统的影响 在工厂供电系统中,绝大多数用电设备都具有电感的特性。这些设备不仅需要从电力系统吸取有功功率,还要吸取无功功率以产生这些设备正常工作所必需的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下,无功功率增大,就会减少供电系统的功率因数。因此,功率因数是衡量工厂供电系统电能运用限度及电器设备使用状况的一个具有代表性的重要指标。功率因数的
20、减少产生的不良影响:(1)系统中输送的总电流增长,使得供电系统中的电气元件,如变压器、电器设备、导线等容量增大,从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大,因而增大了初投资费用;(2)由于无功功率的增大而引起的总电流的增长,使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大;(3)由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流,因此总电流增大,就使的供电系统中的电压损失增长,使得调压困难;(4)对电力系统的发电设备来说,无功电流的增大,使发电机转子的去磁效应增长,电压减少,过度增大激磁电流,从而使转子绕组的温升超过允许范围,为了保证转子绕组的正常工作,发电机就不能达成预定的出力。无功功率对电
21、力系统及工厂内部的供电系统都有不良的影响。因此,供电单 位和工厂内部都有减少无功功率需要量的规定,无功功率的减少就相应地提高了功率因数。3.2.2 功率因数的补偿 供电单位在工厂进行初步设计时对功率因数都要提出一定的规定,它是根据工厂电源进线、电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的。根据全国供用电规则的规定,本设计规定用户的功率因数9.0cos。供电单位对工厂功率因数这样高的规定,仅仅依靠提高自然功率因数的办法,一般不能满足规定。因此,工厂便需要装设无功补偿装置,对功率因数进行人工补偿。补偿容量可按下式拟定:302130.)tan(tanPqPQCC CCqQn 式中 1tan补偿前
22、自然平均功率因数1cos相应的正切值;2tan补偿后自然平均功率因数2cos相应的正切值;Cq补偿率 kWkvar/30P设计时求得的平均负荷,单位为 KW;Cq 单个电容器的容量 vark n 并联电容器的个数 补偿前各变电所功率因数如下表所示:序 号 NO.1 NO.2 NO.3 COS 0.66 0.79 0.8 设计中考虑到经济实用的原则采用低压集中补偿方式,其特点是能补偿低压母线以前的无功功率,可是变压器的无功功率得到补偿,从而有也许建交变压器容量,且运营维护也较方便。合用于中小型工厂或车间变电所低压侧基本无功功率的补偿。并联电容器采用我国生产的 BW 0.4143 系列静电电容器,
23、其单台静电电容器可以发出的无功功率少,Cq=14 vark,容易组成所需的补偿容量,并且安装拆卸方便,对于放电电阻采用 6 只 220V 25W 白炽灯泡星形连接,即可满足规定,但必须注意以下特点:(1)静电电容器的周边空气极限温度是-4040,因此电容器室应有良好的通风,当周边空气温度达成 35 时,应将电容器从电网中切除;(2)电容器对电压较敏感,运营时要严格监视其电压;(3)电容器从电网上切除时,电容器上有残余电量,危及工作人员安全,必须加接放电电阻。经查表得Cq,根据以上公式求得各变电所所需的电容器个数,列于下表:NO.1 NO.2 NO.3 Cq 0.71 0.38 0.33 CQ
24、459.4 289 77.3 n 33 21 6 补偿后各变电所的计算负荷如下表所示:序 号 计算负荷 功率因数 COS 有功(千瓦)无功(千乏)视在(千伏安)NO.1 647.07 275.65 703.34 0.92 NO.2 760.48 323.96 826.61 0.92 NO.3 234.23 99.78 254.60 0.92 3.3 变压器的选择 3.3.1 变压器台数的拟定 工厂总降压变电所变压器的容量与于台数的选择在很大限度上取决于负荷的大小及对供电可靠性的规定,同时应考虑工厂发展规划等因素并于电气主结线的选择统筹安排,应力求变电所的电气主结线简朴,运营方便,供电可靠,节约
25、电能与减少投资。变压器台数多则供电可靠性高,但设备投资也大,运营费用也要增长。因此,在能满足可靠性规定期,变压器台数越少越好,对不重要负荷供电的变电所或能取得低压备用电源的一级负荷供电时,皆选用一台变压器。设计中由于工厂属于二级负荷,且各变电所总计算负荷均小于 1250 KVA,所以各变电所变压器都只选用一台就可以了。3.3.2 变压器容量的选择 当选用一台变压器的时候,容量的选择应遵循下面的公式:30.SSTN TNS.单台变压器容量 30S变电所总的计算负荷 3.3.3 变压器损耗 SL 等型低损耗变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算:有功(KW)TNTSP.015.0 无功(Kvar
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