年5月29日紡織廠供配電課程設計文檔僅供參考供配電課程設計設計題目:某紡織廠供配電系統設計班級:學號:姓名:指導老師:1月2日目錄原始資料及設計要求(4~6)接入系統設計(6~13)一.計算負荷(6~11)二.城北變電所供電電壓的確定(12)三.35KV架空線路的選擇(12~13)四.工廠總降壓變電所主變壓器臺數及容量選擇(13)第三章車間變電所設計(14~25)一.變電所選址原則(14)二.車間變電所數量確定(15)三.變電所主變壓器臺數及容量選擇原則(15~17)四.各車間主變壓器臺數和容量的選擇(17~20)五.廠內10KV線路及截面選擇(20~25)六.0.4KV母線選擇(25)第四章短路電流計算(25~32)一.標幺制法(25~27)二.標幺制法計算電流(27~32)第五章電氣設備的選擇(33~39)一.電氣一次設備選擇(33~34)二.防雷(38)三.本變電所高低壓電氣設備的選擇(38~39)第六章變電所二次回路方案選擇及繼電保護(39~42)一.二次回路方案(39~40)二.繼電保護方案(40~42)結束語(42)參考資料(42)第一章原始資料1.工廠負荷數據:工廠多數車間為2班制,年最大負荷利用小時數4600小時。工廠負荷統計資料見表1。設計需要考慮工廠5年發展規劃負荷(工廠負荷年增長率按2%)。表1:化纖廠負荷情況表序號車間及設備安裝容量(kW)需要系數1紡練車間紡絲機2000.800.78筒絞機300.750.75烘干機850.751.02脫水機120.600.80通風機1800.700.75淋洗機60.750.78變頻機8400.800.70傳送機400.800.702原液車間照明10400.750.703酸站照明2600.650.704鍋爐房照明3200.750.755排毒車間照明1600.700.606其它車間照明2400.700.752.供電電源請況:按與供電局協議,本廠可由16公里處的城北變電所(110/38.5/11kV),90MVA變壓器供電,供電電壓可任選。另外,與本廠相距5公里處的其它工廠能夠引入10kV電纜做備用電源,但容量只能滿足本廠負荷的20%(重要負荷),平時不準投入,只在本廠主要電源故障或檢修時投入。3.電源的短路容量(城北變電所):35kV母線的出線斷路器斷流容量為400MVA;10kV母線的出線斷路器斷流容量為350MVA。4.電費制度:按兩部制電費計算。變壓安裝容量每1kVA為18元/月,電費為0.5元/kW·h。5.氣象資料:本廠地區最高溫度為38度,最熱月平均最高氣溫為30度。6.地質水文資料:本廠地區海拔60m,底層以砂粘土為主,地下水位為2m。二．設計內容1．總降壓變電站設計(1)負荷計算(2)主結線設計:根據設計任務書,分析原始資料與數據,列出技術上可能實現的多個方案,根據改方案初選主變壓器及高壓開關等設備,經過概略分析比較,留下2～3個較優方案,對較優方案進行詳細計算和分析比較,(經濟計算分析時,設備價格、使用綜合投資指標),確定最優方案。(3)短路電流計算:根據電氣設備選擇和繼電保護的需要,確定短路計算點,計算三相短路電流,計算結果列出匯總表。(4)主要電氣設備選擇:主要電氣設備的選擇,包括斷路器、隔離開關、互感器、導線截面和型號、絕緣子等設備的選擇及校驗。選用設備型號、數量、匯成設備一覽表。(5)主要設備繼電保護設計:包括主變壓器、線路等元件的保護方式選擇和整定計算。(6)配電裝置設計:包括配電裝置布置型式的選擇、設備布置圖。(7)防雷、接地設計:包括直擊雷保護、進行波保護和接地網設計。2．車間變電所設計根據車間負荷情況,選擇車間變壓器的臺數、容量,以及變電所位置的原則考慮。廠區380V配電系統設計根據所給資料,列出配電系統結線方案,經過詳細計算和分析比較,確定最優方案。第二章接入系統設計一、計算負荷1.計算負荷方法當前負荷計算常見需要系數法、二項式法、和利用系數法,前二種方法在國內設計單位的使用最為普遍。另外還有一些尚未推廣的方法如單位產品耗電法、單位面積功率法、變值系數法和ABC法等.常采用需要系數法計算用電設備組的負荷時,應將性質相同的用電設備劃作一組,并根據該組用電設備的類別,查出相應的需要系數,然后求出該組用電設備的計算負荷。此設計采用的是需用系數法來對電力負荷計算的。用需要系數法確定計算負荷都有如表2的通用公式:表2:公式表名稱公式備注用電設備組的容量—設備的額定容量－設備組的同時系數－設備組的負荷系數－設備組的平均效率－配電線路的平均效率－對應用電設備組的正切值－用電設備組的平均功率因數－用電設備組的額定電壓以上參數由用電設備組計算負荷直接相加來計算時取。用電設備組有功計算負荷需要系數無功計算負荷視在計算負荷計算電流有功負荷的同時系數無功負荷的同時系數總的有功計算負荷總的無功計算負荷總的視在計算負荷2.負荷計算過程(1)紡絲車間: 紡絲機:P30.1=KdPN=200×0.8=160(KW) Q30.1=P30.1×tanФ=160×0.78=124.8(Kvar) 筒絞機:P30.2=KdPN=30×0.75=22.5(KW) Q30.2=P30.2×tanФ=22.5×0.75=16.875(Kvar) 烘干機:P30.3=KdPN=85×0.75=63.75(KW) Q30.3=P30.3tanФ=63.75×1.02=65.025(Kvar) 脫水機:P30.4=KdPN=12×0.6=7.2(KW) Q30.4=P30.4tanФ=7.2×0.8=5.76(Kvar) 通風機:P30.5=KdPN=180×0.7=126(KW) Q30.5=P30.5tanФ=126×0.75=94.5(Kvar) 淋洗機:P30.6=KdPN=6×0.75=4.5(KW) Q30.6=P30.6tanФ=4.5×0.78=3.51(Kvar) 變頻機:P30.7=KdPN=840×0.8=672(KW) Q30.7=P30.7tanФ=672×0.7=470.4(Kvar) 傳送機:P30.8=KdPN=40×0.8=32(KW) Q30.8=P30.8tanФ=32×0.7=22.4(Kvar) 總的計算負荷,取同時系數Kp=0.9Kq=0.95 P1=Kp(P30.1+P30.2+P30.3+P30.4+P30.5+P30.6+P30.7+P30.8)=0.9×(160+22.5+63.75+7.2+126+4.5+672+32)=979.16(KW) Q1=Kq(Q30.1+Q30.2+Q30.3+Q30.4+Q30.5+Q30.6+Q30.7+Q30.8)=0.95×(124.8+16.875+65.025+5.76+94.5+3.51+470.4+22.4)=763.11(Kvar) S1===1241.41(KVA) I1=S1/UN=1241.41/*380)=1.89(KA)(2)原液車間照明: P照明=KdPN=1040×0.75=780(KW) Q照明=P照明tanφ=780×0.7=546(Kvar)總的計算負荷 P2=P照明=780(KW) Q2=Q照明=546(Kvar) S2===952.11(KVA)I2=S2/UN=952.11/(×380)=1.45(KA)(3)酸站照明: P酸=KdPN=260×0.65=169(KW) Q酸=P酸tanφ=169×0.7=118.3(Kvar)總的計算負荷 P3=P酸=169(KW) Q3=Q酸=118.3(Kvar) S3===206.3(KVA) I3=S3/UN=206.3/(×380)=0.31(KA)(4)鍋爐房照明: P鍋=KdPN=320×0.75=240(KW) Q鍋=P鍋tanφ=240×0.75=180(Kvar)總的計算負荷 P4=P鍋=240(KW) Q4=Q鍋=180(Kvar) S4===300(KVA) I4=S4/UN=300/((5)排毒車間照明 P排=KdPN=160×0.7=112(KW) Q排=P排tanφ=112×0.6=67.2(Kvar) 總的計算負荷 P5=P排=112(KW) Q5=Q排=67.2(Kvar) S5===130.61(KVA) I5=S5/UN=130.61/(×380)=0.2(KA)(6)其它車間照明: P其=KdPN=240×0.7=168(KW) Q其=P其tanφ=168×0.75=126(Kvar) 總的計算負荷 P6=P其=168(KW) Q6=Q其=126(Kvar) S6===210(KVA) I6=S6/UN=210/(*380)=0.32(KA)電力負荷計算表如表3所示:表3電力負荷計算表序號車間及設備安裝容量(KW)需要系數Kdtanθ計算負荷P(KW)Q(Kvar)S(KVA)I(A)1紡練車間紡絲機2000.80.78160124.81241.411890筒絞機300.750.7522．516.875烘干機850.751.0263.7565.025脫水機120.60.87.25.76通風機1800.70.7512694.5淋洗機60.750.784.53.51變頻機8400.80.7672470.4傳送機400.80.73222.4小計979.16763.112原液車間照明10400.750.7780546952.1114503酸站照明2600.650.7169118.3206.33104鍋爐房照明3600.750.752401803004605排毒車間照明1600.70.611267.2130.612006其它車間照明2400.70.751681262103203.全廠負荷的計算工廠計算負荷是選擇工廠電源進線及主要電氣設備包括主變壓器的基本依據,也是計算工廠的功率因數和無功補償容量的基本依據。在計算全廠的計算負荷時,總的計算負荷要小于每個用電負荷加起來的和,此次的課程設計,取全場負荷系數Kp=0.9,Kq=0.95。則全廠負荷的計算過程如下:有功負荷:P=Kpk=0.9×(979.61+780+169+240+112+168)=2203.34KW無功負荷:Q=Kqk=0.95×(763.11+546+118.3+180+67.2+126)=1710.58Kvar視在負荷:S===2789.41KVA計算電流:I===46.01A根據設計要求,需要考慮工廠5年發展規劃負荷,且工廠負荷年增長率按2%來計算,則有最終的負荷計算結果:P=2230.34×=2462.48KWQ=1710.58=1888.62KvarS===3103.34KVA二．城北變電所供電電壓的確定輸電線路電壓等級的確定應該負荷國家規定的標準電壓等級,選擇電壓等級時,應根據輸送容量和輸電距離,以及接入的電網的額定電壓的情況來確定,輸送容量應該考慮變電所總負荷和五年發展規劃。查閱有關資料,得到有關供電電壓與輸送容量的關系,與供電方式、供電負荷、供電距離等因素有關,具體如下:當負荷為KW時,供電電壓易選6KV,輸送距離在3-10公里;當負荷為3000-5000KW時,供電電壓易選10KV,輸送距離在5-15公里;當負荷為-10000KW時,供電電壓易選35KV,輸送距離在20-50公里;當負荷為10000-50000KW時,供電電壓易選110KV,輸送距離在50-150公里;當負荷為50000-00KW時,供電電壓易選220KV,輸送距離在150-300公里;當負荷為00KW時,供電電壓易選500KV,輸送距離在300公里以上;根據原始資料,本廠可由16公里處的城北變電所(110/38.5/11KV),90MVA變壓器供電,供電電壓可任選,綜合考慮輸送距離、五年之后的負荷,本次選擇35KV的供電電壓。三．架空線路導線選擇由原始資料能夠得到,這個紡織廠多數車間為兩班制,年最大負荷利用小時為4600小時,而且有20%的重要負荷,考慮到重要負荷的供電可靠性,本設計采用兩路電源進線,從城北變電所取得,備用電源來自距離紡織廠5公里的其它工廠,經過兩次降壓,也就是電源進廠以后,先經過總降壓變電所,其中裝有較大容量的電力變壓器,將35kv的電源電壓降為10kv的配電電壓,然后經過高壓配電線將電能送到各個車間變電所,最后經過車間變電所經配電變壓器降為一般低壓用電設備所需電壓。35kV架空線路導線截面的選擇:根據設計經驗,對于長距離大電流線路和35KV及以上的高壓線路,先按經濟電流密度選導線經濟截面,再校驗其它條件。計算負荷電流:I=P/UNcosφ=2462.48/(*35×0.9)=45.13A選擇經濟截面:由設計資料知年最大負荷利用小時為4600小時,根據查表得經濟電流密度J=1.1A/mm2,按經濟電流密度選擇接入系統每回導線型號、規格、截面的選擇:截面的選擇:A=I/J=45.13/1.1=41.03mm22．校驗電壓降:正常運行時:N=2查附表,LGJ-50導線的阻抗r1=0.63Ω/km;x1=0.42Ω/km.R=r1L=0.63×16=10.08ΩX=x1L=0.42×16=6.72ΩΔU%=(PR+QX)/2U2=(2462×10.08+1889×6.72)/(2×352)=1.5%<5%符合要求故障情況運行時:考慮到一條回路故障切除,另一條回路能保證全部負荷供電 ΔU%=(PR+QX)/U2=(2435.89×10.08+1878×6.72)/352=3%<5%符合要求3．校驗發熱條件:查附表得LGJ-50允許載流量,按環境溫度30度Ia=234A,查表得環境溫度30度時的溫度校正系數K=0.94 Ie=IaK=234×0.94=219.96A因此滿足發熱條件。結論:經上述計算復核決定采用二回路LGJ-50導線接入系統。四.工廠總降壓變電所主變壓器臺數及容量選擇由各10KV線路首端負荷(見下章供電給各車間變電所線路首端功率計算的結果)能夠計算得到:∑P=2×(556.49+395.85+205.5)=2315.68KW∑Q=2×(280.67+198.91+148.06)=1255.28KvarP=KP∑P=0.9×2315.68=2084.112KWQ=KQ∑Q=0.95×1255.28=1192.516Kvar總降壓變10KV側無功補償取=300kvarCosφ=P/=2084.112/=0.92>0.9因此補償電容合適補償之后的視在負荷:S==2267.7KVA為保證供電可靠性,選用兩臺主變壓器(每臺可供總負荷70%):SN.T=0.7×2267.7=1587KVA由于要考慮一定的余量以便今后5年的發展,因此選用SL7-/35作為主變壓器。 第三章車間供電系統設計一．變電所選址原則變電所所址的選擇是否合理,直接影響供配電系統的造價和運行。變電所所址的選擇,應考慮以下原則:盡量靠近負荷中心,以便減少電壓損耗、電能損耗和有色金屬消耗量。節約用電,不占或者少占耕地及經濟效益高的土地。與城鄉或工礦企業規劃相協調,便于架空線路和電纜線路的引入和引出。交通運輸方便盡量避開污染源或選擇在污染源的上風側。應考慮變電所與周圍環境、臨近設施的相互影響。盡量不設在低洼積水場所及其下方。應遠離易燃易爆等危險場所。當與有爆炸或者火災危險環境的建筑物毗鄰時,應符合國家標準GB50058-<爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范>的規定。二．車間變電所的確定根據地理位置及各車間計算負荷,確定設立三個車間變電所:變電所1:紡練車間、鍋爐房;變電所2:原液車間;變電所3:排毒車間、酸站、其它車間;三．變電所主變壓器臺數和容量的選擇原則1.選擇主變壓器臺數時應該考慮下列原則:(1)應滿足用電負荷對供電可靠性的要求。對供有大量一、二級負荷的變電所,應采用兩臺變壓器,以便當一臺變壓器發生故障或者檢修時,另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續供電。對只有二級負荷而無一級負荷的變電所,也能夠只采用一臺變壓器,但必須在低壓側敷設與其它變電所相連的聯絡線作為備用電源,或另有自備電源。對季節性負荷或者晝夜負荷變動較大而適宜采用經濟運行方式的變電所,也可考慮采用兩臺變壓器。除上述兩種情況外,一般車間變電所適宜采用一臺變壓器,可是負荷集中且容量相當大的變電所,雖為三級負荷,也可采用兩臺或者多臺變壓器。2．變電所主變壓器容量的選擇(1)只裝有一臺主變壓器的變電所主變壓器的容量SN.T應滿足全部用電設備總計算負荷S30的需要,即SN.T≥S30(2)裝有兩臺主變壓器的變電所,每臺變壓器的容量SN.T應同時滿足以下兩個條件:a.任一臺變壓器單獨運行時,應該滿足總計算負荷S30的大約60%~70%的需要,即

SN.T=(0.6~0.7)S30任一臺變壓器單獨運行時,應滿足全部一二級負荷的需要,即:SN.T≥S30(I+II)(3)車間變電所主變壓器的單臺容量上限車間變電所主變壓器的單臺容量一般不宜大于1000KVA(或1250KVA)。這一方面是受以往低壓開關電器斷流能力和短路穩定度要求的限制,另一方面也是考慮到能夠使變壓器更加接近于車間負荷中心,以減少低壓配電線路的電能損耗、電壓損耗、有色金屬消耗量。(4)適當考慮負荷的發展應適當考慮今后5~電力負荷的增長,留有一定的余地。干式變壓器的過負荷能力較小,更應該留有較大裕量。這里,電力變壓器的額定容量SN.T是在一定溫度條件下的持續最大輸出容量(出力)。如果安裝地區的年平均氣溫不為20攝氏度時,則年平均氣溫每升高1攝氏度,變壓器容量相應地減小1%。因此戶外電力變壓器的實際容量為:ST=(1-)SN.T對于戶內變壓器,由于散熱條件較差,一般變壓器室的出風口與進風口之間有約15攝氏度的溫度差,從而使處在室中間的變壓器環境溫度比戶外變壓器環境溫度要高出大約8攝氏度,因此戶內變壓器的實際容量較之上式所計算的容量還要減小8%。四.各車間變壓所臺數及容量選擇1.變壓所1變壓器及容量選擇(1)變壓所1的供電負荷統計。取同時系數:Kεp=0.9Kεq=0.95?P=Kεp(P4+P4)=0.9×(979.16+240)=1097.244(KW)?Q=Kεq(Q4+Q4)=0.95×(763.11+180)=895.95(Kvar)(2)變壓所1得的無功補償(提高功率因數到0.9以上)。無功補償試取:QC=450Kvar補償以后:Q=895.95-450=445.95KvarCosφ=?P/=1097.244/=0.926>0.9SI==1184.4KVA(3)變電所1的變壓器選擇。為保證供電的可靠性,選用兩臺變壓器(每臺可供電車間總負荷的70%):SNT1=0.7SI=0.7×1184.4=759.08KVA查表:選擇變壓器型號S9系列,額定容量為1000kVA查表得出變壓器的各項參數:空載損耗:ΔPO=1.8KW;負載損耗ΔPK=11.6KW;阻抗電壓UK%=4.5;空載電流IO%=1.1.(4)計算每臺變壓器的功率損耗(n=1)。S=0.5SI=0.5×1184.4=592.2KVAΔPT=nPO+ΔPK/n(S/SN)2=1.8+11.6×(592.2/1000)2=5.87KWΔQT=nIO%SN/100+UK%/100n(S/SN)2=11+45×(592.2/1000)2=26.78Kvar2.變壓所2變壓器臺數及容量選擇(1)變壓所2的供電負荷統計。 P=780KW Q=546Kvar(2)變壓所2的無功補償(提高功率因數到0.9以上)。無功補償試取:QC=200Kvar補償以后:Q=549-200=346KvarCosφ=?P/=780/=0.91>0.9SⅡ==853.3KVA(3)變電所2的變壓器選擇。為保證供電的可靠性,選用兩臺變壓器(每臺可供電車間總負荷的70%): SNg2=0.7SⅡ=0.7×853.3=597.31KVA查表:選擇變壓器型號S9系列,額定容量為630kVA,兩臺。查表得出變壓器的各項參數:空載損耗:ΔPO=1.3KW;負載損耗ΔPK=8.1KW;阻抗電壓UK%=4.5;空載電流IO%=2.(4)計算每臺變壓器的功率損耗。S=0.5SⅡ=0.5×853.3=426.25KVAΔPT=nPO+ΔPK/n×(S/SN)2=1.3+8.1×(426.25/630)2=5.05KWΔQT=nIO%SN/100+UK%/100n×(S/SN)2=12.6+45×(426.25/630)2=32.6Kvar3.變壓所3變壓器臺數及容量選擇(1)變壓所3的供電負荷統計。?P=P3+P5+P6=169+112+168=449KW?Q=Q3+Q5+Q6=118.3+67.2+126=311.5Kvar(2)變壓所3的供電負荷統計。取同時系數:Kεp=0.9Kεq=0.95?PⅢ=Kεp?P=0.9×449=404.1KW?QⅢ=Kεq?Q=0.95×311.5=295.93Kvar(3)變壓所3的無功補償(提高功率因數到0.9以上)。無功補償試取:QC=150Kvar補償以后:Q=295.93-150=145.93KvarCosφ=?P/=404.1/=0.94>0.9SⅡ==429.64KVA變電所3的變壓器選擇。為保證供電的可靠性,選用兩臺變壓器(每臺可供電車間總負荷的70%):SNg3=0.7SⅢ=0.7×429.64=300.75KVA查表:選擇變壓器型號S9系列,額定容量為315kVA,兩臺。查表得出變壓器的各項參數:空載損耗:ΔPO=0.76KW;負載損耗ΔPK=4.8KW;阻抗電壓UK%=4;空載電流IO%=2.3。(4)計算每臺變壓器的功率損耗。S=0.5SⅢ=0.5×429.64=214.82KVAΔPT=nPO+ΔPK/n×(S/SN)2=0.76+4.8×(214.82/315)2=2.99KWΔQT=nIO%SN/100+UK%/100n(S/SN)2=7.25+12.6×(214.82/315)2=13.6Kvar五.廠內10kV線路截面選擇1.供電給變電所1的10kV線路為保證供電的可靠性選用雙回供電線路,每回供電線路計算負荷:P=0.5×1097.244=548.62KWQ=0.5×445.95=222.98Kvar計算變壓器的損耗:P’=P+ΔPb=548.62+5.87=554.49KWQ’=Q+ΔQb=222.98+26.78=249.76KvarS’===608.1KVAI=S’/)=35.1A由于任務書中給出的最大負荷利用小時數為4600小時,查表可得:架空線的經濟電流密度jec=0.9A/mm2。因此可得經濟截面: Aec=I/jec=35.1/0.9=39mm2可選用導線型號LGJ-50,其允許載流量為Ia1=234A相應參數為ro=0.63Ω/km,xO=0.38Ω/km在按發熱條件檢驗:已知θ=30OC,溫度修正系數為:Kt==0.94Ia1’=KtIa1=0.94×234=219.96A>I=35.1A由上式可知,所選導線符合長期發熱條件。由于變電所1緊鄰35/11kW主變壓器,10kV線路很短,其功率損耗可忽略不計。線路首端功率:P=P’=554.49KWQ=Q’=249.76Kvar2.供電給變電所2的10kV線路為保證供電的可靠性選用雙回供電線路,每回供電線路計算負荷:P=0.5×780=390KWQ=0.5×346=173Kvar計算變壓器的損耗:P’=P+ΔPb=390+5.05=395.05KWQ’=Q+ΔQb=173+25.71=198.71KvarS’===442.21KVAI=S’/×10)=25.53A根據地理位置圖及比例尺,得到此線路長度為l=0.32km。10kV線路很短功率損耗ΔPL=3l2RL=3×25.532×1.33×0.32=0.8KWΔQL=3l2XL=3×25.532×0.35×0.32=0.2Kvar線路首端功率:P’=P+ΔP=395.05+0.8=395.85KWQ’=Q+ΔQ=198.71+0.2=198.91Kvar(1)先按經濟電流密度選擇導線經濟截面:由于任務書中給出的最大負荷利用小時數為4600小時,查表可得:架空線的經濟電流密度jec=1A/mm2。因此可得經濟截面: Aec=I/jec=25.23/1=25.23mm2選擇標準截面35mm2,即選導線型號為LGJ-35。(2)復核電壓降正常運行時:N=2查表LGJ-35導線的電阻r1=0.9Ω/km;線路電抗取x1=0.39Ω/km,根據負荷另供電距離為0.32公里,則R=r1×L=0.9×0.32=0.2ΩX=x1×L=0.38×0.32=0.12ΩΔU%=(PR+QX)/2U2=(780×0.2+346×0.12)/(2×102)=1%<10%符合要求故障情況運行時:考慮到一條回路故障切除,另一條回路能保證全部負荷供電ΔU%=(PR+QX)/U2=(780×0.2+346×0.12)/102=2%<10%符合要求(3)復核發熱條件查表得LGJ-35允許載流量,按環境溫度30度Ia1=189A,查表得環境溫度30度時的溫度校正系數K=0.94Ie=Ia1K=189×0.94=177.66A>I30因此滿足發熱條件。結論:經上述計算復核變電所2決定采用10kV電壓等級二回路LGJ-35導線接入。3.供電給變電所3的10kV線路為保證供電的可靠性選用雙回供電線路,每回供電線路計算負荷:P=0.5Kεp(P3+P5+P6)=0.5×0.9×(112+168+169)=202.05KWQ=0.5Kεq(Q3+Q5+Q6)=0.5×0.95×(67.2+126+118.3)=147.96Kvar計算變壓器的損耗:P’=P+ΔPb=202.05+2.99=205.04KWQ’=Q+ΔQb=147.96+13.11=161.07KvarS’===260.74KVAI=S’/=15.05A10kV線路功率損耗:ΔPL=3l2RL=3×12.842×1.33×0.64=0.42KWΔQL=3l2XL=3×12.842×0.35×0.64=0.1Kvar線路首端功率:P’=P+ΔP=250.04+0.42=205.5KWQ’=Q+ΔQ=147.96+0.1=148.96Kvar線路電壓降計算(僅計算最長廠內10kV線路電壓降):ΔU=(PrO+QxO)/UNl=(205×1.33+148.06×0.35)/10×0.64=0.02KVΔU%=ΔU/UN100%=0.02/10×100%=0.2%合格(其余線路就更合格)(1)先按經濟電流密度選擇導線經濟截面:由于任務書中給出的最大負荷利用小時數為4600小時,查表可得:架空線的經濟電流密度jec=1A/mm2。因此可得經濟截面: Aec=I/jec=15.05/1=15.05mm2選擇標準截面25mm2,但根據最小導線截面積的規定,應選導線型號為LGJ-35。(2)復核電壓降正常運行時:查表LGJ-35導線的電阻r1=0.9Ω/km;線路電抗取x1=0.38Ω/km,根據負荷另供電距離為0.64公里,則R=r1L=0.9×0.64=0.58ΩX=x1L=0.38×0.32=0.24ΩΔU%=(PR+QX)/2U2=(404.1×0.58+295.92×0.24)/(2×102)=1.5%<10%符合要求故障情況運行時:考慮到一條回路故障切除,另一條回路能保證全部負荷供電ΔU%=(PR+QX)/U2=(404.1×0.58+259.2×0.24)/102=3%<5%符合要求(3)復核發熱條件查表得LGJ-35允許載流量,按環境溫度30度Ia1=189A,查表得環境溫度30度時的溫度校正系數K=0.94Ie=Ia1K=189×0.94=177.66A>I30因此滿足發熱條件。結論:經上述計算復核變電所3決定采用10kV電壓等級二回路LGJ-35導線接入。4.10kV聯絡線(與其相鄰其它工廠)的選擇已知全廠總負荷:P總=2451KW,Q總=1864.17Kvar10kV聯絡線容量滿足全廠總負荷20%:P=20%P總=492.5KWQ=20%Q總=377.7KvarS===621KVAI=S/U=621/(10)=35.8A因運用時間很少,可按長期發熱條件選擇和校驗。選導線LJ-25,其允許載流量為:Ia1=135A。相應參數為rO=1.33Ω/km,xO=0.35Ω/km.已知線路長度:l=5km。線路電壓降計算:ΔU=l(PrO+QxO)/UN=5×(492.5×1.33+377.7×0.35)/10=0.4KVΔU%=ΔU/UN*100%=0.4/10×100%=4%<5%符合要求5.總降壓變電所10KV母線的選擇P=2084KWI30=P/UNcos)=2084/×10×0.92)=130.8A按照發熱條件選擇選擇LGJ-35合適校驗機械強度得LGJ-35的截面滿足條件按照經濟截面選擇:Aec=130.8/1.15=113.7平方毫米因此選擇LGJ-120經校驗,滿足發熱條件和機械強度的需要六.0.4kv母線選擇1.變電所1的母線I30=S/(3U)=1184.4/(3Ial要大于等于I30按照熱穩定性選擇,采用LMY-3(100×10)2.變電所2的母線I30=S/(3U)=780/(3Ial要大于等于I30按照熱穩定性選擇,采用LMY-3(80×8)3.變電所3的母線I30=S/(3U)=404.1/(3Ial要大于等于I30按照熱穩定性選擇,采用LMY-3(50×4)第四章短路電流的計算一.標幺制法工廠供電系統要求正常地不間斷地對用電負荷供電,以保證工廠生產和生活的正常的進行。然而由于各種原因,難免出現故障,最常見的就是短路。短路后,系統中出現的短路電流比正常負荷電流大得多,對供電系統造成極大的危害。短路的后果是十分嚴重的,因此需要進行短路電流的計算,以便正確地選擇電氣設備,使設備具有足夠的動穩定性和熱穩定性,以保證它在發生可能有的最大短路電流時不至于損壞。短路電流計算方法中,常見的有歐姆法和標幺制法,本次采用標幺制法進行計算。 標幺制法,即相對單位制算法,因其短路計算中的有關物理量是采用標幺值(相對單位)而得名。按標幺制法進行短路計算時,一般是先選定基準容量Sd和基準電壓Ud。基準容量,工程設計中一般取Sd=100MVA。基準電壓,一般取元件所在處的短路計算電壓,即取Ud=Uc。選定了基準容量Sd和基準電壓Ud以后,基準電流Id按下式計算 Id=Sd/Ud=Sd/Uc基準電抗Xd則按下式計算Xd=Ud/Id=Uc2/Sd供電系統中各主要元件的電抗標幺值的計算(取Sd=100MVA,Ud=Uc)電力系統的電抗標幺值Xs*=Xs/Xd=(Uc2/Sc)/(Uc2/Sd)=Sd/Soc電力變壓器的電抗標幺值XT*=XT/Xd=(UK%/100)*(Uc2/SN)/(Uc2/Sd)=UK%Sd/100SN電力線路的電抗標幺值XWL*=XWL/Xd=X0l/(Uc2/Sd)=X0lSd/Uc2短路電路中各主要元件的電抗標幺值求出以后,即可利用其等效電路圖進行電路化簡,計算其總電抗標幺值X∑*。由于各元件電抗均采用相對值,與短路計算點的電壓無關,因此無須進行電壓換算,這也是標幺值法較之歐姆法優越之處。三相短路電流周期分量有效值IK(3)=IK(3)**Id=Id/X?*其它三相短路電流I”(3)=I∞(3)=IK(3)ish(3)=2.55I”(3)Ish(3)=1.51I”(3)二.標幺值法計算電路短路電流1.工廠總降壓變35kV母線短路電流(短路點①)(1)確定標幺值基準:Sd=100MVA,Uc=37Kv Id=Sd/Uc=100/(×37)=1.56KA(2)計算各主要元件的電抗標幺值:系統電抗(取短路器Soc=400MVA) Xs*=Sd/Soc=100/400=0.2535kV線路電抗(LGJ-50)x0=0.43Ω/kmXwl*=x0lSd/Uc2=0.43×19×100/372=0.6(3)求三相短路電流和短路容量:a.總電抗標幺值:X?*=Xs*+0.5×Xwl*=0.25+0.5×0.6=0.55b.三相短路電流周期分量有效值:IK(3)=Id/X?*=1.56/0.55=2.84KAc.其它三相短路電流電流值:I”(3)=I∞(3)=IK(3)=2.84KAish(3)=2.55I”(3)=2.55×2.84=7.24KAIsh(3)=1.51I”(3)=1.51×2.84=4.32KAd.三相短路容量:SK(3)=Sd/X?=100/0.55=181.82MVA2.10kV母線短路電流(短路點②)(1)確定標幺值基準:Sd=100MVA,UC2=10.5kVId2=Sd/Uc2=100/(×10.5)=5.5KA(2)計算各主要元件的電抗標幺值:系統電抗(取短路器Soc=400MVA) Xs*=Sd/Soc=100/400=0.2535kV線路電抗(LGJ-50)x0=0.43Ω/kmXwl*=x0lSd/Uc2=0.43×19×100/372=0.6(3)35kV/11kV電力變壓器電抗(UK%=6.5)XT*=UK%Sd/100SN=6.5×100×103/(100×)=3.25(4)求三相短路電流和短路容量:a.總電抗標幺值:X?*=Xs*+0.5(Xwl*+XT*)=0.25+0.5×(0.6+3.25)=2.18b.三相短路電流周期分量有效值:IK(3)=Id/X?*=5.5/2.18=2.52KAc.其它三相短路電流電流值:I”(3)=I∞(3)=IK(3)=2.52KAish(3)=2.55I”(3)=2.55×2.52=6.43KAIsh(3)=1.51I”(3)=1.51×2.52=3.83KAd.三相短路容量:SK(3)=Sd/X?=100/2.18=45.87MVA3.0.4kV母線(變電所1)短路電流(短路點③)(1)確定標幺值基準:Sd=100MVA,UC3=0.4kVId3=Sd/Uc2=100/(×0.4)=144.34KA(2)計算各主要元件的電抗標幺值:系統電抗(取短路器Soc=400MVA) Xs*=Sd/Soc=100/400=0.2535kV線路電抗(LGJ-50)x0=0.43Ω/kmXwl*=x0lSd/Uc2=0.43×19×100/372=0.6(3)35kV/11kV電力變壓器電抗(UK%=6.5)XT*=UK%Sd/100SN=6.5×100×103/(100×400)=16.25(4)10kV廠內架空線路電抗(給變電所Ⅰ供電):因這段10kV架空線路很短,I=0,電抗可不計。X4=0(5)10/0.4kV電力變壓器(1000kVA變壓器Uk%=4.5):X5=UK%Sd/100SN=4.5×100×103/(100×1000)=4.5(6)求三相短路電流和短路容量:a.總電抗標幺值:X?*=Xs*+0.5(Xwl*+XT*)+0.5(X4+X5)=0.25+0.5×(0.6+16.25)+0.5(0+4.5)=10.93b.三相短路電流周期分量有效值:IK(3)=Id/X?*=144.34/10.93=13.21KAc.其它三相短路電流電流值:I”(3)=I∞(3)=IK(3)=13.21KAish(3)=2.55I”(3)=2.55×13.21=33.69KAIsh(3)=1.51I”(3)=1.51×13.21=20.08KAd.三相短路容量:SK(3)=Sd/X?=100/10.93=9.15MVA三相短路電流和短路容量計算結果列表匯總如表4所示。4.0.4kV母線(變電所2)短路電流(短路點④)(1)確定標幺值基準:Sd=100MVA,UC3=0.4kVId3=Sd/Uc2=100/(×0.4)=144.34KA(2)計算各主要元件的電抗標幺值:系統電抗(取短路器Soc=400MVA) Xs*=Sd/Soc=100/400=0.2535kV線路電抗(LGJ-50)x0=0.43Ω/kmXwl*=x0lSd/Uc2=0.43×19×100/372=0.6(3)35kV/11kV電力變壓器電抗(UK%=6.5)XT*=UK%Sd/100SN=6.5×100×103/(100×400)=16.25(4)10kV廠內架空線路電抗(給變電所2供電):因這段10kV架空線路很短,I=0,電抗可不計。X4=0(5)10/0.4kV電力變壓器(630kVA變壓器Uk%=4.5):X5=UK%Sd/100SN=4.5×100×103/(100×630)=7.14(6)求三相短路電流和短路容量:a.總電抗標幺值:X?*=Xs*+0.5(Xwl*+XT*)+0.5(X4+X5)=0.25+0.5×(0.6+16.25)+0.5(0+7.14)=12.25b.三相短路電流周期分量有效值:IK(3)=Id/X?*=144.34/12.25=11.78KAc.其它三相短路電流電流值:I”(3)=I∞(3)=IK(3)=11.78KAish(3)=2.55I”(3)=2.55×11.78=30.05KAIsh(3)=1.51I”(3)=1.51×11.78=17.79KAd.三相短路容量:SK(3)=Sd/X?=100/12.25=8.16MVA5.0.4kV母線(變電所3)短路電流(短路點⑤)(1)確定標幺值基準:Sd=100MVA,UC3=0.4kVId3=Sd/Uc2=100/(×0.4)=144.34KA(2)計算各主要元件的電抗標幺值:系統電抗(取短路器Soc=400MVA) Xs*=Sd/Soc=100/400=0.2535kV線路電抗(LGJ-50)x0=0.43Ω/kmXwl*=x0lSd/Uc2=0.43×19×100/372=0.6(3)35kV/11kV電力變壓器電抗(UK%=6.5)XT*=UK%Sd/100SN=6.5×100×103/(100×400)=16.25(4)10kV廠內架空線路電抗(給變電所3供電):因這段10kV架空線路很短,I=0,電抗可不計。X4=0(5)10/0.4kV電力變壓器(316kVA變壓器Uk%=4):X5=UK%Sd/100SN=4.5×100×103/(100×316)=14.24(6)求三相短路電流和短路容量:a.總電抗標幺值:X?*=Xs*+0.5(Xwl*+XT*)+0.5(X4+X5)=0.25+0.5×(0.6+16.25)+0.5(0+14.24)=15.80b.三相短路電流周期分量有效值:IK(3)=Id/X?*=144.34/15.8=9.14KAc.其它三相短路電流電流值:I”(3)=I∞(3)=IK(3)=9.14KAish(3)=2.55I”(3)=2.55×9.14=23.3KAIsh(3)=1.51I”(3)=1.51×9.14=13.80KAd.三相短路容量:SK(3)=Sd/X?=100/15.8=6.33MVA三相短路電流和短路容量計算結果列表匯總如表4所示。表4:三相短路電流計算列表短路點計算三相短路電流三相短路容量SK(3)(MVA)IK(3)(KA)I”(3)(KA)I∞(3)(KA)ish(3)(KA)Ish(3)(KA)點35KV2.842.842.847.424.32181.82點10KV0.630.630.631.610.96158.7點0.4KV13.2113.2113.2133.6920.089.15④點0.4KV11.7811.7811.7830.0517.798.16⑤點0.4KV9.149.149.1423.313.86.33第五章電氣設備的選擇一次設備選擇工廠供配電系統中擔負輸送、變換和分配電能任務的電路,稱為”主電路”,也叫”一次電路”。一次電路中的所有電氣設備,稱為”一次設備”或”一次元件”。1電氣設備選擇原則(1)按正常運行條件選擇電氣設備按正常工作條件選擇,就是要考慮裝臵地點的環境條件和電氣要求。環境條件是指電氣裝臵所處的位臵特征;電氣要求是指對設備的電壓、電流、頻率(一般為50HZ)等方面的要求;對一些斷路電器如開關、熔斷器等,還應考慮其斷流能力。(2)考慮所選設備的工作環境。如戶內、戶外、防腐蝕、防暴、防塵、防火等要求,以及沿海或是濕熱地域的特點。(3)所選設備的額定電壓UN,et應不低于安裝地點電網的額定電壓UN,即UN,et≥UN一般設備的電壓設計值滿足1.1UN,et,因而可在1.1UN,et下安全工作。(4)設備的額定電流IN是指在額定周圍環境溫度下,設備的長期允許電流。IN應不小于經過設備的計算電流I30,即IN≥I30(5)設備的最大開斷電流應不小于它可能開斷的最大電流,即 Ibr≥IK(3)2.按短路條件校驗(1)動穩定校驗動穩定校驗(電動力穩定)是指導體和電器承受短路電流機械效應的能力。滿足穩定的條件是imax≥ish(3)或Imax≥Ish(3)式中,ish(3)、Ish(3)——設備安裝地點短路沖擊電流的峰值及其有效值;imax、Imax——設備允許經過的電流峰值及其有效值。對于下列情況可不校驗動穩定或熱穩定。1)用熔斷器保護的電器,其熱穩定由熔斷時間保證,故不校驗熱穩定。2)電壓互感器及其所在回路的裸倒替和電器可不校驗動、熱穩定,因短路電流很小。3)電纜一般均有足夠的機械強度,可不校驗動穩定。(2)熱穩定校驗短路電流經過時,電器各部件溫度不應超過短路時發熱最高允許值,即 It2t≥I∞(3)2tima式中,I∞(3)——設備安裝地點穩態三相短路電流;tima——短路電流假想時間;It——電器的熱穩定電流;t——電器的熱穩定時間。2.高壓35KV側設備校驗:Ⅰ.斷路器的選擇與校驗(1)按作環境選型:戶外型(2)斷路器的額定電壓及額定電流35KV=35KV滿足條件1000A>18.6A滿足條件;(3)動穩定校驗45KA>7.42KA滿足條件>。(4)熱穩定校驗16.5^2*5>2.84^2*5滿足條件;(5)斷流容量的校驗1000MVA>181.82MVA滿足條件>綜上,斷路器的選擇滿足校驗條件Ⅱ.隔離開關的選擇(1)按工作環境選型:戶外型(2)隔離開關的額定電壓及額定電流35KV=35KV滿足條件400A>18.6A滿足條件;(3)動穩定校驗15.5KA>7.42KA滿足條件>。(4)熱穩定校驗14^2*4>2.84^2*4滿足條件;綜上,隔離開關的選擇滿足校驗條件Ⅲ.電流互感器的選擇與校驗(1)電流互感器的額定電壓應大于或等于所接電網的額定電壓。35KV=35KV滿足條件(2)電流互感器的額定電流應大于或等于所接線路的額定電流。600A>18.6A滿足條件(3)電流互感器的類型和結構應與實際安裝地點的安裝條件、環境條件相適應。(4)電流互感器應滿足準確度等級的要求。為滿足電流互感器準確度等級的要求,其二次側所接負荷容量S2不得大于規定準確度等級所對應的額定二次容量S2N,即S2NS2電流互感器的二次負荷S2按下式計算式中——電流互感器二次側額定電流,一般為5A——電流互感器二次側總陰抗;——二次回路中所有串聯的儀表、繼電器電流線圈阻抗之和,可由相關的產品樣本查得;——電流互感器二次側連接導線的電阻;——電流互感器二次回路中的接觸電阻,一般取0.1(5)電流互感器動穩定度的校驗多數電流器給出了相對于額定一次電流的動穩定倍數(Kes)和1秒鐘熱穩定倍數(Kt),因此其動穩定度可按下式校驗>7.42KA滿足上式條件電流互感器熱穩定度的校驗其熱穩定度可按下式校驗如電流互感器不滿足式上面式子的要求,則應改選較大變流比或具有較大的S2N或|Z2.al|的互感器,或者加大二次側導線的截面(1.3*20)^2>2.84^2*4滿足條件綜上,電流互感器的選擇滿足校驗條件Ⅳ.電壓互感器應按以下條件選擇電壓互感器的額定電壓應大于或等于所接電網的額定電壓。35KV=35KV滿足條件(2)電壓互感器的類型應與實際安裝地點的工作條件及環境條件(戶內、戶外;單相、三相)相適應。(3)為滿足電壓互感器準確度等級的要求,其二次側所接負荷容量S2不得大于規定準確度等級所對應的額定二次容量S2N,即S2NS2其中式中——的接側量儀表和繼電器電壓線圈消耗的有功功率之和;——所接測量儀表和繼電器電壓線圈消耗的無功功率之和。由于電壓互感器一、二側均有熔斷器保護,因此不需校驗動、熱穩定度。二.防雷凡是與架空線路相連的進出線,在入戶處、變電所母線處都要裝一組避雷器。為了防止雷電過電壓侵入配電所擊毀其中的電氣設備,母線上裝設了避雷器。避雷器和電壓互感器同裝設在一個高壓柜內,且共用一組隔離開關。三.本變電所高低壓電氣設備的選擇根據上述短路電流計算結果,按正常工作條件選擇和按短路情況進行校驗,總降壓變電所主要高低壓電氣設備確定如下。1.高壓35kV側設備選擇如表3所示。表3:35kV側設備的選擇表計算數據高壓斷路器SW2