化工廠10KV供配電系統(tǒng)設(shè)計兼容

1、畢 業(yè) 設(shè) 計題目： 化工廠10KV供配電系統(tǒng)設(shè)計 學 生： 張?zhí)碇?學 號： 200706010335 院 （系）： 電氣與信息工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導教師： 肖中俊 2011 年 6月 2日陜 西 科 技 大 學畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書電氣與信息工程學院 電氣工程及其自動化專業(yè) 073 班級 學生：張 添 柱 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 化工廠10kV供配電系統(tǒng)設(shè)計 完成期限：從 2011 年 12 月 1 日起到 2011 年 6 月 19 日課題的意義及培養(yǎng)目標： 要求根據(jù)化工廠所能取得的電源以及化工廠的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的要求，確定變電所的位置與型式

2、，確定變電所主變壓器的臺數(shù)與容量、類型，選擇變電所主接線方案以及高低壓設(shè)備和進出線，確定二次回路方案，確定防雷和接地裝置，最后要求寫出設(shè)計說明書，繪出設(shè)計圖紙。 設(shè)計（論文）所需收集的原始數(shù)據(jù)與資料：設(shè)計的原始數(shù)據(jù)如下： （1）負荷情況 本工廠多數(shù)單位為動力負荷，除了倉庫屬于三級負荷外，其余單位均屬于二級負荷。低壓動力為三相380伏，照明為單相220伏，各車間負荷同期系數(shù)可取0.85。系統(tǒng)負荷數(shù)據(jù)如下： 車間編號車間名稱負荷類別設(shè)備容量kW功率因數(shù)1制條車間動力4500.802紡紗車間動力4500.803軟水站動力1200.804鍛工車間動力450.655織造車間動力3000.806染整車間動

3、力3500.807鍋爐房動力1000.758倉庫動力600.75（2）供電電源情況 供電電壓10KV，供電方位：廠區(qū)東北方向大約2km單回路架空進線 計量方式：高供高計 電價： 基本電費 ￥4/KVA，電度費 ￥4/度 擴容費 ￥500/KVA 國庫券認購費 ￥400/KVA (510年后歸還) 要求cos達到0.95 出口開關(guān)短路容量 500MVA （3）氣象地質(zhì)資料 海拔高度：1023米 年最熱月：七月 平均溫度：22.7 平均最高溫度：29.2 極端最高溫度：36.4 極端最低溫度：36.7 雷暴日：30（日/年） 最熱月地下0.8m處土壤平均溫度：21 電阻率： 黃土：200M 沙質(zhì)粘

4、土：100M。 （4）資料： 1工廠供電（蘇文成） 2 相關(guān)電氣工程手冊 3校區(qū)規(guī)劃和建筑布局圖 4高低壓電器的配套；包括高低壓電器的選型，配套、負荷補償?shù)?課題的主要任務(wù)（需附有技術(shù)指標要求）：1.工廠供電的基本知識 2.電力負荷及其計算 3.工廠供電系統(tǒng) 4.短路電流計算及電氣設(shè)備的選擇 5.供電系統(tǒng)的保護及供電自動化 6.節(jié)電及功率因數(shù)的提高 7.供電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量 設(shè)計進度安排及完成的相關(guān)任務(wù)（以教學周為單位）：周次設(shè)計任務(wù)及要求1-3分配任務(wù)，了解原始數(shù)據(jù)，確定設(shè)計任務(wù)4-6制定設(shè)計方案，數(shù)據(jù)計算7-11選擇設(shè)備容量、型號，并進行校驗12-13作論文前期整理工作并實際論證所做設(shè)計的合

5、理性；14-17論文定稿，印制，做答辯準備。學 生： 日期： 指導教師 ： 日期： 教研室主任： 日期： 化工廠10Kv供配電系統(tǒng)設(shè)計摘 要對于一個化工廠而言，合理的供配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對于企業(yè)自動化系統(tǒng)的合理、安全、有序的運行起著至關(guān)重要的作用。大部分化工廠的車間大部分是一級、二級負荷，如制條車間、紡紗車間等等。一旦出現(xiàn)故障會對企業(yè)的運行以及人身安全造成重大的危害。所以就對供配電的安全、可靠、經(jīng)濟等指標提出了更高的要求。首先，對全廠的負荷進行系統(tǒng)計算，為確定供電系統(tǒng)的電力變壓器、各種開關(guān)電器的容量、電力線路的截面和變電所的所址等提供依據(jù)。并且對其進行無功補償，以減少變壓器、電力線路、開關(guān)設(shè)備的功率

6、損耗，從而減少電器元件的規(guī)格，降低它的功率損耗和電壓損耗，減少投資；其次,根據(jù)本廠的實際情況和經(jīng)濟技術(shù)比較電力變壓器，確定變電所的所址、類型以及其主接線方案；然后按符合情況系統(tǒng)地對廠區(qū)進行設(shè)計，為了校驗一次設(shè)備的短路穩(wěn)定度，開關(guān)電器的斷流能力及電流保護裝置的靈敏度，整定電流速斷保護裝置的動作電流，進行短路電流的計算，進而選擇了電力線路和高低壓電氣設(shè)備；最后，確定全廠配電系統(tǒng)的防雷接地系統(tǒng)設(shè)計。關(guān)鍵詞：低壓供配電，負荷計算，功率補償，變壓器，繼電保護Design of Low-voltage Distribution System in Paper MillsABSTRACTTo a Chemi

7、cal Plant, a reasonable power supply and distribution structure is very important to the safe running of factory automation system which can assure the security, the order working. The majority of paper mill workshops are the first level or second level of loads, such as articles workshop,spinning w

8、orkshopand so on, Once faults appear, the breakdown to be able causes the significant harm to enterprises movement as well as the personal safety. Therefore on to be supplied the power distribution the security, reliably, targets and so on economy to set a higher request.First , Calculate the system

9、 to the load of the the whole factory, for confirm electric voltage transformer , various kinds of of electric power system turn on or off capacity of electric apparatus , electric section of circuit and transformer substation location ,etc. offer the basis. Is it have work compensate to go on to it

10、, in order to reduce voltage transformer , electric circuit , power of the switchgear loss, reduce specification , electric apparatus of component , reduce power of it loss and voltage loss, reduce investment. Second , compare with economic technology the electric voltage transformer according to ac

11、tual conditions of our factory, confirm the location , type and its main wiring scheme of the transformer substation; Third , According to accord with situation is it design to go on to factory systematically , for check-up one short circuit stability degree of equipment, turn on or off the blanking

12、 ability and sensitivity of the electric current protector of the electric apparatus, exactly fix the movement electric current of the broken protector of speed of the electric current, is it short out calculation of electric current to go on , choose electric circuit and high or low prices pigeonho

13、le electric equipment; End , Confirm the whole factory dyke thunder earth , distribution of system design systematically.KEY WORDS: Low-voltage power supply and distribution, Load computation,Power compensation, Transformer, Relay protection目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 工廠供配電系統(tǒng)的特點11.2 國內(nèi)外發(fā)展情況21.3 工廠供電設(shè)計

14、的一般原則21.4 工廠供電設(shè)計內(nèi)容及步驟21.5 研究內(nèi)容、方法及預期成果42 負荷計算及方案設(shè)計52.1 負荷計算的概念和方法52.1.1 負荷計算有關(guān)概念52.1.2 負荷計算的方法52.2 各車間負荷的計算62.3 總負荷的計算72.4 無功功率補償82.4.1 功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響82.4.2 電力線路功率損耗的計算92.4.3 電力變壓器功率損耗的計算92.4.4 無功補償容量的計算102.5 變電所主變壓器型式和主接線方案的選擇312變電所位置的選擇122.5.2 變電所主變壓器的型式選擇143 短路電流的計算183.1 短路電流計算的一般概述183.1.1 短路的原因183

15、.1.2 短路的危害183.1.3 短路的類型183.1.4 短路回路參數(shù)的計算193.2 短路電流的計算193.2.1 繪制計算電路193.2.2 確定基準值203.2.3 計算短路電路中各元件的電抗標幺值203.2.4 計算k-1點短路電流的計算203.2.5 計算k-2點短路電流的計算214 一次設(shè)備的選擇和校驗224.1 10KV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗224.1.1 斷路器、隔離開關(guān)的選擇和短路穩(wěn)定度校驗224.1.2 熔斷器的校驗234.1.3 電流互感器的短路穩(wěn)定度校驗244.2 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗254.2.1 斷路器的短路穩(wěn)定度校驗264.2.2 熔斷器的校驗264.2

16、.3 電流互感器的短路穩(wěn)定度校驗274.3 高低壓母線的選擇284.4 變電所進出線與鄰近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇284.4.1 10KV高壓進線和引入電纜的選擇284.4.2 380V低壓出線的選擇294.4.3 作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗305 變電所二次回路的選擇與繼電保護的整定325.1 高壓斷路器的操動機構(gòu)控制與信號回路325.2 變電所的電能計量回路325.3 變電所的測量325.4 變電所的保護裝置325.4.1 繼電保護裝置的組成335.4.2 主變壓器的繼電保護裝置9346 電氣安全、防雷和接地376.1 電氣安全376.1.1 電氣安全的含義和重要性376.1.2 電氣安全

17、措施376.1.3 電氣防火和防爆376.2 變電所的防雷保護386.2.1 過電壓及雷電概述386.2.2 防雷設(shè)備396.2.3 變電所的防雷措施396.2.4 直擊雷防護396.2.5 雷電侵入波的防護406.3 變電所公共接地裝置的設(shè)計406.3.1 接地概述416.3.2 接地類型416.3.3 接地電阻的要求426.3.4 接地裝置的設(shè)計43小結(jié)44致 謝45參 考 文 獻46附 錄471 緒論1.1 工廠供配電系統(tǒng)的特點工廠供電【1】，即指工廠所需電能的供應和分配，亦稱工廠配電.電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和核心動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量

18、以供應用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟生活中應用極為廣泛。在企業(yè)工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小（除電化工業(yè)外）。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴重的后果?？梢?，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)自動化生

19、產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟建設(shè)，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并確實做好節(jié)能環(huán)保工作，就必須達到以下基本要求【13】：（1）安全： 在電能的供應、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。（2）可靠： 應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（3）優(yōu)質(zhì)： 應滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求（4）經(jīng)濟： 供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。工廠供電系

20、統(tǒng)是電力系統(tǒng)的主要組成部分，它是電能的主要用戶，根據(jù)幾個國家的統(tǒng)計，工廠用電量約占全國發(fā)電量的50%甚至70%以上。工廠變電所是終端降壓變電所。決定工廠用戶供電質(zhì)量的指標【4】為:電壓、頻率、可靠性。工廠供配電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)不同，它主要反映工廠用戶的特點和要求。如工廠的電力負荷如何計算；怎樣實現(xiàn)電能的合理利用和節(jié)約；減少用電面積的新型變電所結(jié)構(gòu)；大型及特種設(shè)備的供電問題；廠內(nèi)采用集中控制和調(diào)度技術(shù)的合理性問題等等，這些問題有的對電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟運行關(guān)系密切，有的則為了保證用戶高質(zhì)量用電。1.2 國內(nèi)外發(fā)展情況【12】目前，我國的電力網(wǎng)正進行大規(guī)模的改造，與此相應，城鄉(xiāng)變電所也必須進行更新?lián)Q

21、代，我國電力網(wǎng)的現(xiàn)實情況是常規(guī)變電所依然存在，小型變電所、微機監(jiān)測變電所、綜合自動化變電所相繼出現(xiàn)，并取得了迅猛的發(fā)展。 隨著改革的不斷深化，各電力部門對變電所設(shè)計水平的要求將越來越高?，F(xiàn)在所設(shè)計的常規(guī)變電所最突出的問題是設(shè)備落后，結(jié)構(gòu)不合理，占地多，投資大，損耗高，效率低，尤其是在一次開關(guān)和二次設(shè)備造型問題上，基本停留在5060年代的水平上，從發(fā)展的觀點來看，將越來越不適應我國城市和農(nóng)村發(fā)展的要求。國民經(jīng)濟不斷發(fā)展，對電力能源需求也不斷增大，致使變電所數(shù)量增加，電壓等級提高，供電范圍擴大及輸配電容量增大，采用傳統(tǒng)的變電站一次及二次設(shè)備已越來越難以滿足變電站安全及經(jīng)濟運行，少人值班或者無人值班

22、的要求。分級保護和常規(guī)保護相比，增加了人機對話功能，自控功能，通信功能和實時時鐘等功能，因此如果通過電力監(jiān)控綜合自動化系統(tǒng)，可以使變電站內(nèi)值班人員或調(diào)度中心的人員及時掌握變電站的運行情況，直接對設(shè)備進行操作，及時了解故障情況，并迅速進行處理，達到供電系統(tǒng)的管理科學化、規(guī)范化、并且還可以做到與其他自動化系統(tǒng)互換數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮整體優(yōu)勢。1.3 工廠供電設(shè)計的一般原則【3】按照國家標準GB50052-95 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、GB50053-94 10kV及以下設(shè)計規(guī)范、GB50054-95 低壓配電設(shè)計規(guī)范等的規(guī)定，進行工廠供電設(shè)計必須遵循以下原則：（1）遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；必須遵守國家的有關(guān)規(guī)定

23、及標準，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟政策。（2）安全可靠、先進合理；應做到保障人身和設(shè)備的安全，供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術(shù)先進和經(jīng)濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產(chǎn)品。（3）近期為主、考慮發(fā)展；應根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠期發(fā)展的關(guān)系，做到遠近結(jié)合，適當考慮擴建的可能性。（4）全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計方案。工廠供電設(shè)計是整個工廠設(shè)計中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電

24、設(shè)計的有關(guān)知識，以便適應設(shè)計工作的需要。1.4 工廠供電設(shè)計內(nèi)容及步驟【3】工廠變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結(jié)合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟的分配電能問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面：（1）負荷計算工廠變電所的負荷計算，是在車間負荷計算的基礎(chǔ)上進行的?？紤]車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出工廠變電所高壓側(cè)計算負荷及總功率因數(shù)。列出負荷計算表、表達計算成果。（2）工廠變電所變壓器的臺數(shù)及容量選擇參考電源進線方向，綜合考慮設(shè)置工廠變電所的有關(guān)因素，結(jié)合全廠計算負荷以及擴建和備用的需要，確定變壓器的臺數(shù)和容量。（3）工廠變電所

25、主接線設(shè)計根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負荷要求的可靠性級別和計算負荷數(shù)綜合主變壓器臺數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經(jīng)濟，安裝容易維修方便。（4）工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計算工廠用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負荷，其容量運行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限容量系統(tǒng)供電進行短路計算。由系統(tǒng)不同運行方式下的短路參數(shù)，求出不同運行方式下各點的三相及兩相短路電流。（5）改善功率因數(shù)裝置設(shè)計按負荷計算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過查表或計算求出達到供電部門要求數(shù)值所需補償?shù)臒o功率。由手冊或廠品樣本選用所需移相電容器的規(guī)格和數(shù)量，并選用合適的電容器柜或放電裝置。如工廠有大型同步電動機還可

26、以采用控制電機勵磁電流方式提供無功功率，改善功率因數(shù)。（6）變電所高、低壓側(cè)設(shè)備選擇參照短路電流計算數(shù)據(jù)和各回路計算負荷以及對應的額定值，選擇變電所高、低壓側(cè)電器設(shè)備，如隔離開關(guān)、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關(guān)柜等設(shè)備。并根據(jù)需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗。用總降壓變電所主結(jié)線圖，設(shè)備材料表和投資概算表達設(shè)計成果。（7）繼電保護及二次結(jié)線設(shè)計為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機、母線分段斷路器及聯(lián)絡(luò)線斷路器，皆需要設(shè)置相應的控制、信號、檢測和繼電器保護裝置。并對保護裝置做出整定計算和檢驗其靈敏系數(shù)。設(shè)計包括繼電器保護裝置、監(jiān)視及測量儀表，控

27、制和信號裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結(jié)線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展開圖以及元件材料表達設(shè)計成果。（8）變電所防雷裝置設(shè)計參考本地區(qū)氣象地質(zhì)材料，設(shè)計防雷裝置。進行防直擊的避雷針保護范圍計算，避免產(chǎn)生反擊現(xiàn)象的空間距離計算，按避雷器的基本參數(shù)選擇防雷電沖擊波的避雷器的規(guī)格型號，并確定其接線部位。進行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗以及沖擊接地電阻計算。（9）工廠變電所變、配電裝置總體布置設(shè)計綜合前述設(shè)計計算結(jié)果，參照國家有關(guān)規(guī)程規(guī)定，進行內(nèi)外的變、配電裝置的總體布置和施工設(shè)計。1.5 研究內(nèi)容、方法及預期成果通過對工廠供電，發(fā)電廠電氣部分，變電站綜合自動化技

28、術(shù)及電力系統(tǒng)繼電保護的學習，運用所學知識設(shè)計一套化工廠10KV總降壓變電所系統(tǒng)。方法：通過學習有關(guān)知識選擇一個進行化工廠10KV總降壓變電所系統(tǒng)的設(shè)計并與實踐相結(jié)合的方法。先學習有關(guān)供配電系統(tǒng)設(shè)計的知識，通過網(wǎng)絡(luò)和書籍查閱資料獲取相關(guān)更多的知識，了解設(shè)計的整體輪廓；然后通過對負荷的計算選擇總供配電方案，選擇電氣設(shè)備和設(shè)計繼電保護的各種方案，使用AUTOCAD進行繪圖設(shè)計，完成總供配電設(shè)計圖，再分析實際的工程供配電系統(tǒng)，相比較后看所設(shè)計的系統(tǒng)是否合理。 通過本系統(tǒng)的設(shè)計實踐，熟悉化工廠變電所的原理及功能，熟悉變電所的工作過程，鞏固以前所學的相關(guān)知識，充分運用所學的工廠供，發(fā)電廠電氣部分，電力系統(tǒng)

29、繼電保護，變電站綜合自動化技術(shù)，AutoCAD制圖等專業(yè)知識，設(shè)計一套完整的化工廠10KV總降壓變電所系統(tǒng)，并且畫出CAD電氣系統(tǒng)圖紙，以滿足實際需要，使所學的專業(yè)課及專業(yè)基礎(chǔ)課的知識由理論轉(zhuǎn)向?qū)嵺`。電力行業(yè)對電的浪費大，這就更要求我們增強各個環(huán)節(jié)的利用率，以提高整個系統(tǒng)對電的總利用程度。經(jīng)過一次完整的設(shè)計學習及鍛煉，提前較好的認識變電所的工作原理，鍛煉工程實踐，方案制定和軟件制圖的能力，為畢業(yè)進入企業(yè)奠定良好基礎(chǔ)。2 負荷計算及方案設(shè)計2.1 負荷計算的概念和方法 負荷計算有關(guān)概念（1） 計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續(xù)性的負荷，其熱效應與同一時間內(nèi)實際變動負荷所產(chǎn)生

30、的最大熱效應相等。在配電設(shè)計中，通常采用30分鐘的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。（2） 平均負荷為一段時間內(nèi)用電設(shè)備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最大負荷班（即有代表性的一晝夜內(nèi)電能消耗量最多的一個班）的平均負荷，有時也計算年平均負荷。平均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。(3)電力負荷等級是供電設(shè)計的重要依據(jù), 它直接反映了電力負荷對供電可靠性要求的程度。電力負荷總共分為三級，及一級負荷、二級負荷和三級負荷。 負荷計算的方法目前，負荷計算的方法主要有：需用系數(shù)法、二項式法、利用系數(shù)法、“ABC”法等。本設(shè)計采用需要系數(shù)法確定。需要系數(shù)法是在大量的測量與統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，給出

31、各類負荷的需用系數(shù)和同時系數(shù)，然后把設(shè)備功率乘以需用系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負荷。這種方法山于簡單易行，在供電設(shè)計中被普遍采用。但是，當用電設(shè)備臺數(shù)少而功率相差懸殊時，其計算結(jié)果往往偏小，因而這種方法只適用于整個工程的負荷計算。需要系數(shù)法計算主要計算公式有：（1）單組用電設(shè)備組的計算負荷【10】 （21） （22） （23） （24）式中 為需要系數(shù)為設(shè)備容量為設(shè)備功率因數(shù)角的正切值（2）多組用電設(shè)備組的計算負荷【11】應考慮各用電設(shè)備組的最大負荷不一定同時出現(xiàn) （25） （26） （27） （28）式中 為該用電設(shè)備組各設(shè)備容量之和(KW)為用電設(shè)備的額定線電壓（KV）為該用電設(shè)備組的功

32、率因數(shù)角的正切值為改用電設(shè)備組的需要系數(shù)。2.2 各車間負荷的計算制條車間：動力負荷：tan=tan(arccos)=0.75=*=0.8*450=360KW=* tan=360*0.75=270Kvar=/cos=360/0.8=450KVA =/()=450/(1.732*380)=684A紡紗車間：動力負荷：tan=tan(arccos)=0.75=*=0.8*450=360KW=* tan=360*0.75=270Kvar=/cos=360/0.8=450KVA =/()=450/(1.732*380)=684A軟水站：動力負荷：tan=tan(arccos)=0.75=*=0.65*

33、120=78KW=* tan=78*0.75=585Kvar=/cos=78/0.8=97.5KVA =/()=97.5/(1.732*380)=148A鍛工車間：動力負荷：tan=tan(arccos)=1.17=*=0.2*45=9KW=* tan=9*1.17=10.53Kvar=/cos=9/0.65=13.846KVA =/()=13.846/(1.732*380)=21A織造車間：動力負荷：tan=tan(arccos)=0.75=*=0.8*300=240KW=* tan=240*0.75=180Kvar=/cos=240/0.8=300KVA =/()=300/(1.732*3

34、80)=456A染整車間：動力負荷：tan=tan(arccos)=0.75=*=0.8*350=280KW=* tan=280*0.75=210Kvar=/cos=280/0.8=350KVA =/()=350/(1.732*380)=532A鍋爐房：動力負荷：tan=tan(arccos)=0.88=*=0.75*100=75KW=* tan=75*0.88=66Kvar=/cos=75/0.75=100KVA =/()=100/(1.732*380)=152A倉庫：動力負荷：tan=tan(arccos)=0.88=*=0.3*60=18.0KW=* tan=18*0.88=15.84K

35、var=/cos=18/0.75=24.0KVA =/()=24/(1.732*380)=36.5A2.3 總負荷的計算【10】【23】各個車間之和： =1420KW =1607.37Kvar由于各車間負荷同期系數(shù)可取0.85，即=0.85 =0.85則實際有： (2-9) (2-10) (2-11) (2-12) (2-13)表2-1 化工廠計算負荷車間編號車間名稱類別設(shè)備容量Pe/KW需要系數(shù)Kdcostan計 算 負 荷/KW/Kvar/KVA/A1制條車間動力4500.80.80.753602704506842紡紗車間動力4500.80.80.753602704506843軟水站動力1

36、200.650.80.757858597.51484鍛工車間動力450.20.651.17910.5313.846215織造車間動力3000.80.80.752401803004566染整車間動力3500.80.80.752802103505327鍋爐房動力1000.750.750.8875661001528倉庫動力600.30.750.8818.015.8424.036總負荷0.6612071366.2651823.0552769.92.4 無功功率補償2.4.1 功率因數(shù)對供電系統(tǒng)的影響【3】當供電系統(tǒng)中輸送的有功功率維持恒定的情況下，無功功率增大，即供電系統(tǒng)的功率因數(shù)降低將會引起：(1)

37、 系統(tǒng)中輸送的總電流增加，使得供電系統(tǒng)中的電器元件容量增大，從而使工廠內(nèi)部的起動控制設(shè)備、測量儀器等規(guī)格尺寸增大，因而增大了初投資費用。(2) 由于無功功率的增大而引起的總電流的增加，使得設(shè)備及供電線路的有功功率損耗相應地增大。通?？捎孟禂?shù)來反應由于輸送無功功率的變化而引起的線路上有功功率損耗的變化量，因此，系統(tǒng)中總的有功功率損耗就可用下時表示： (2-14)(3) 由于供電系統(tǒng)中的電壓損失正比于系統(tǒng)中流過的電流，因此總電流增大，就使得供電系統(tǒng)中的電壓損失增加，使得調(diào)壓困難。(4) 對電力系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備來說，無功電流的增大，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子的去磁效應增加，電壓降低，過度增大激磁電流，則使轉(zhuǎn)子繞組的

38、溫升超過允許范圍，為了保證轉(zhuǎn)子繞組的正常工作，發(fā)電機就不能達到預定的出力。此外原動機的出力是以有功功率衡量的，當發(fā)電機發(fā)出的視在功率一定時，無功功率的增加，導致原動機的出力相對降低。無功功率對電力系統(tǒng)及工廠內(nèi)部的供電系統(tǒng)都有及不良的影響。因此，供電單位和工廠內(nèi)部都有降低無功功率需要量的要求，無功功率的減少就相應的提高了功率因數(shù)。目前供電部門實行按功率因數(shù)征收電費，因此功率因數(shù)的高低也是供電系統(tǒng)的一項重要的經(jīng)濟指標。2.4.2 電力線路功率損耗的計算【5】(1) 有功功率損耗的計算公式: （2-15）式中 線路的計算電流線路的電阻（每相值）(2) 無功功率損耗的計算公式: （216）式中 線路的

39、電抗（每相值）對于小工廠來說，線路不長，其功率損耗相對較小，一般可不予計算，因此此次線路損耗不計。2.4.3 電力變壓器功率損耗的計算【7】（1）有功功率損耗的計算公式: （217）式中 變壓器的空載損耗 變壓器的短路損耗（負載損耗） 變壓器的負荷率，,這里為變壓器額定容量，為變壓器計算負荷對于610KV的低損耗配電變壓器，有功損耗可按下列簡化公式計算： （218）（2）無功功率損耗的計算公式: （219）式中 變壓器的空載電流百分值 變壓器的短路電壓（阻抗電壓）百分值對于610KV的低損耗配電變壓器，有功損耗可按下列簡化公式計算： （220）2.4.4 無功補償容量的計算13功率因數(shù)太低將會

40、給配電系統(tǒng)帶來電能損耗增加，電壓損失增大和供電設(shè)備利用效率降低等不良影響。正是如此，要求電力用戶功率達到一定數(shù)值，低于此值時就必須進行補償，國家標準GB/T3485-1998評價企業(yè)合理用電技術(shù)導則中規(guī)定：“在企業(yè)最大負荷時的功率因數(shù)應不低于0.9，凡功率因數(shù)未達到上述規(guī)定的，應該在負荷側(cè)合理裝置集中與就地無功補償設(shè)備”。由于本設(shè)計中上級要求功率因數(shù)COS0.95就可滿足要求，,而由上面計算可知COS=0.690.95，因此需要進行無功補償。綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進行低壓集中補償。低壓集中補償是指將低壓電容器組集中裝設(shè)在車間變電所的低壓母線上。該補償方式只能補償車間變電所低壓母線前變壓器

41、和高壓配電線路及電力系統(tǒng)的無功功率，對變電所低壓母線后的設(shè)備則不起補償作用。功率補償采用低壓電容器集中補償結(jié)構(gòu)，電氣圖如圖21：圖2-1 功率補償電路由表2-1可知，該廠380V側(cè)最大負荷的功率因數(shù)只有0.66，而供電部門要求該廠10KV進線側(cè)最大負荷時功率因數(shù)不應低于0.95.考慮到主變壓器的無功損耗大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負荷時功率因數(shù)應稍大于0.95，暫取0.97來計算380V側(cè)所需的無功功率補償容量： （221） =1207*tan(arccos0.66)- tan(arccos0.97)Kvar =1207*（1.14-0.25）=1074.23Kvar選PGJ1低壓自動補償

42、屏，選擇的并聯(lián)電容的型號：BW0.4-14-3型，一臺2#主屏和11臺4#輔屏，每屏84Kvar，采用6步控制，每步投入14Kvar,總?cè)萘?4Kvar13=1092KvarBW0.4-14-3型電容器的參數(shù)如下：額定電壓：0.4KV額定容量：14Kvar額定電容：280uF頻率:50HZ相數(shù)：3無功補償后，變電所低壓側(cè)的計算負荷為： （222） 變壓器的功率損耗為： (2-23) (2-24)變電所高壓側(cè)計算負荷為： （2-25） （2-26） (2-27) (2-28)補償后的功率因數(shù)為： (2-29)通過上述計算可得，需補償?shù)娜萘繛?092kvar，補償后車間變電所高壓側(cè)功率因數(shù)能達到0

43、.95。因此，符合本設(shè)計的要求。因此無功補償后工廠380V側(cè)和10KV側(cè)的負荷計算如表2-2所示。表2-2 無功補償后的工廠負荷計算項 目計 算 負 荷380V側(cè)補償前負荷0.661207136618232770380V側(cè)無功補償容量-1092380V側(cè)補償后負荷0.97120727412381881主變壓器功率損耗18.5774.2810KV側(cè)負荷總計0.961225.57348.28127473.62.5 變電所主變壓器型式和主接線方案的選擇32.5.1變電所位置的選擇【3】正確選擇變電所所址，不僅影響變電所建設(shè)的技術(shù)與經(jīng)濟上的合理性，而且也涉及到變電所安全可靠運行。配變電所位置選擇，應根

44、據(jù)下列要求綜合考慮確定：(1)接近負荷中心；(2)進出線方便；(3)接近電源側(cè)；(4)設(shè)備吊裝、運輸方便；(5)不應設(shè)在有劇烈振動的場所；(6)不宜設(shè)在多塵、水霧(如大型冷卻塔)或有腐蝕性氣體的場所，如無法遠離時，不應設(shè)在污源的下風側(cè)；(7)不應設(shè)在廁所、浴室或其他經(jīng)常積水場所的正下方或貼鄰；(8)不應設(shè)在爆炸危險場所以內(nèi)和不宜設(shè)在有火災危險場所的正上方或正下方，如布置在爆炸危險場所范圍以內(nèi)和布置在與火災危險場所的建筑物毗連時，應符合現(xiàn)行的爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范的規(guī)定；(9)配變電所為獨立建筑物時，不宜設(shè)在地勢低洼和可能積水的場所；(10)高層建筑地下層配變電所的位置，宜選擇在通風

45、、散熱條件較好的場所；(11)配變電所位于高層建筑(或其他地下建筑)的地下室時，不宜設(shè)在最底層。當?shù)叵聝H有一層時，應采取適當抬高該所地面等防水措施。并應避免洪水或積水從其他渠道淹漬配變電所的可能性。利用負荷功率矩法確定負荷中心在工廠平面圖的下邊和左側(cè)，任作一直角坐標的x軸和y軸，測出各車間和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置，例如(,)、(,)、等。而工廠的負荷中心設(shè)在，P為。因此仿照力學中計算重心的力矩方程，課的負荷中心的坐標： (2-30) (2-31)式中 、為各個負荷的大小 為總負荷根據(jù)布局圖的各個車間的坐標為、，其中=141.4、=19.9、=34.0、=22.0、=141.4、=96.4、=1

46、11.4、=42.4根據(jù)力矩方程得：130、94化工廠的平面圖及變電所位置如下圖所示：圖2-2 某化工廠平面布置圖2.5.2 變電所主變壓器的型式選擇變電所有屋內(nèi)式和屋外式兩大型式。屋內(nèi)式運行維護方便，占地面積少。在選擇工廠總變配電所型式時，應根據(jù)具體地理環(huán)境，因地制宜。技術(shù)經(jīng)濟合理時應優(yōu)先選用屋內(nèi)式,因此,本設(shè)計選為屋內(nèi)式變電所。（1）變壓器臺數(shù)確定原則【3】：（a）裝設(shè)一臺主變壓器的變電所 主變壓器容量應小于總的計算負荷,即 （232） （b）裝有兩臺主變壓器的變電所 每臺主變壓器容量不應小于總的計算負荷的60%，最好為總計算負荷的70%左右，即 （233）同時每臺主變壓器容量不應小于全部

47、一、二級負荷之和,即 （234）（c）主變壓器單臺容量上限，單臺配電變壓器（低壓為0.4KV）的容量一般不宜大于1250KVA。當用電設(shè)備容量較大、負荷集中且運行合理時，亦可選用較大容量（例如1600-2000KVA）的配電變壓器。（2）主變壓器接線方案【3】根據(jù)工廠的負荷性質(zhì)和車間位置情況，工廠變電所的主變壓器可以有下列兩種方案：（a）裝設(shè)一臺主變壓器（型式采用S9）在總進線上裝設(shè)一臺變壓器，需要滿足要求，所以選取 (2-35)（b）裝設(shè)二臺主變壓器（型式采用S9）每臺主變壓器的容量應滿足要求。即：， (2-36)由原始數(shù)據(jù)知各單位歸屬于二級負荷，即 (2-37)所以，也應選擇兩臺的變壓器，也就是明備用：兩臺變壓器均按100%的負荷選擇（3）主結(jié)線方案的設(shè)計與選擇【19】（a）對變電所主結(jié)線的一般要求變電所主接線要求安全，可靠，靈活，經(jīng)濟。主要有以下一些原則：在高壓斷路器的電源側(cè)及可能反饋電能的另一側(cè)，必須