工廠供電課程設(shè)計報告通用機器廠供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計

課程論文課程課程發(fā)電廠電氣部分題目通用機器廠供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計院系電氣信息工程學(xué)院電氣自動化系專業(yè)班級學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號2010年目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1設(shè)計要求 12工廠負荷計算及配電系統(tǒng)的確定 12.1工廠實際情況的介紹 12.2工廠負荷計算和無功補償計算 32.3主要車間配電系統(tǒng)的確定 53電氣設(shè)備選擇與電器校驗 73.1主要電氣設(shè)備的選擇 73.2電器校驗 84繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計 124.1繼電保護的選擇、整定及計算 124.2防雷與接地 125變電所平面布置設(shè)計及設(shè)計圖樣 135.1變配電所平面布置設(shè)計 135.2設(shè)計圖樣 14結(jié)論 15參考文獻 161設(shè)計要求（1）根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負荷的實際情況，并適當考慮到工廠生產(chǎn)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。（3）選擇變電所主結(jié)線方案及高低壓設(shè)備和進出線。（4）確定二次回路方案。（5）選擇整定繼電保護裝置。（6）確定防雷和接地裝置。（7）繪制設(shè)計圖樣。2工廠負荷計算及配電系統(tǒng)的確定2.1工廠實際情況的介紹。圖通用機器廠長區(qū)平面圖-1。表2-1各車間負荷表車間/kW/kvar最大電動機/kW冷作10011030裝配809022倉庫2020戶外照明20153.金工車間設(shè)備平面布置如圖所示。4.供電電源。在金工車間東側(cè)1020m處有一座10kV配電所，先用1km的架空線路，后改為電纜線路至本廠變電所，其出口斷路器是SN10—10Ⅱ型[4]，此斷路器配備有定時限過電流保護和電流速斷保護，定時限過電流保護整定的動作時間為1s。5.氣象資料。年平均氣溫為23.2℃，年最低氣溫為2℃，年最熱月平均氣溫為34.6℃圖金工車間設(shè)備平面布置圖6.地質(zhì)資料。本廠所在地區(qū)平均海拔450m。土壤電阻率為100歐姆/米。7.金工車間設(shè)備明細見表2-2。表2-2金工車間設(shè)備明細表序號設(shè)備名稱設(shè)備容量/kW臺數(shù)/臺1—33613—3623—2532—34車床144銑床152135搖臂鉆3674142銑床489銑床210砂輪機11112砂輪機121718磨床219磨床12038磨床22237車床22627磨床230車床131搖臂鉆13940龍門刨2434445銑床346鏜床147銑床148橋式起重機14950橋式起重機2全廠照明密度為：12W/工廠負荷計算和無功補償計算根據(jù)工藝設(shè)計提供的各廠房電力負荷清單，全廠都是三級負荷。按需要系數(shù)法分別計算出各廠房及全廠的計算負荷。注意，用電設(shè)備的總?cè)萘縋值不含備用設(shè)備容量。金工車間負荷計算1．金屬切削機床組設(shè)備容量P××××2+3.2+1×××××××3+9.3+9.8）kW=kW對于大批生產(chǎn)的金屬冷加工機床電動機，其需要系數(shù)：K—=0.5，tan有功計算負荷：P=K=×653.525）kWkW無功計算負荷：Q=tan×1.73）kVAkVA2.橋式起重機容量P=P×2）kWkW對于鍋爐房和機加、機修、裝配等類車間的吊車，其需要系數(shù)：K—0.15（取0.15），tan=1.73,cos有功計算負荷：P=KP×82.2）kWkW無功計算負荷：Q=tan×1.73）kVAkVA3.金工車間照明車間面積：60×24=1440（m）設(shè)備容量：P=（12×1440）W=17280WkW對于生產(chǎn)廠房及辦公室、閱覽室、實驗室照明，其需要系數(shù)：K—1，tan=0,cos=1.0（tan和cos的值均為白熾燈照明數(shù)據(jù)）有功計算負荷：P=K=（1×17.28）kW=kW無功計算負荷：Q=tan×0）kVA=0kVA全廠總負荷1．變壓器低壓側(cè)：有功計算負荷：PP×（163.38+12.33+17.28+100+80+20+20）kWkW無功計算負荷：QQ×（282.65+21.33+110+90+20+15）kVAkVA視在計算負荷：S=kVA=kVA功率因數(shù)：cos=P/QSL7型變壓器屬于低損耗電力變壓器，其功率損耗可按簡化公式計算。有功損耗：PS×653.65）kWkW無功損耗：QS×653.65）kVAkVA2．變壓器高壓側(cè)：有功計算負荷：P=+=（392.34+9.81）kWkW無功計算負荷：Q=Q+Q=（522.81+39.22）kVAkVA視在計算負荷：S=kVAkVA功率因數(shù)：cos=P/S3．無功功率的補償。，而目前只有0.58，因此，需進行無功功率的補償。提高功率因數(shù)的方法分為改善自然功率因數(shù)和安裝人工補償裝置兩種。安裝人工補償裝置的方法既簡單見效又快，因此，這里采用在低壓母線裝設(shè)電容屏的方法來提高功率因數(shù)[5]?？紤]到變壓器無功功率補償損耗遠大于有功功率損耗。一般Q=（4-5）P,因此在低壓補償時，低壓側(cè)補償后的功率略高于0.9，這里取cos=0.92。而補償前低壓側(cè)的功率因數(shù)只有0.6，由此可得低壓電容屏的容量為：Q=（tan-tan）=kVAkVA取Q=360kVA。4．補償后變壓器容量和功率因數(shù)：補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負荷：S=kVAkVA主變壓器的功率損耗：變壓器高壓側(cè)的計算負荷：有功計算負荷：P無功計算負荷：Q視在計算負荷：SkVA=kVA功率因數(shù)：cos=P功率因數(shù)滿足要求。計算電流：I全廠變電所負荷計算如表2-3所示。主要車間配電系統(tǒng)的確定工廠的低壓配電線路有放射式、樹干式和環(huán)行三種基本結(jié)線方式。放射式結(jié)線的特點是：其引出線發(fā)生故障是互不影響，供電可靠性較高，而且便于裝設(shè)自動裝置。但有色金屬消耗量較多，采用的開關(guān)設(shè)備也較多。放射式結(jié)線方式多用于設(shè)備容量大或供電可靠性要求較高的設(shè)備供電。而樹干式結(jié)線的特點正好與放射式結(jié)線相反。很適于供電給容量較小而分布較均勻的用電設(shè)備。環(huán)行結(jié)線供電可靠性較高，但其保護裝置及整定配合比較復(fù)雜[6]。因此，根據(jù)金工車間的具體情況，本系統(tǒng)采用放射式和樹干式組合的結(jié)線方式，能滿足生產(chǎn)要求。表2-3全廠變電所負荷計算表設(shè)備名稱臺數(shù)/臺P/kWKcostanP/kWQ/kVAS/kVA金工車間冷加工機床117起重機3車間照明17.281100小計120冷作車間100110裝配車間8090倉庫2020戶外照明2015小計220235變電所低壓負荷取KK補償電容-360補償后低壓負荷配電設(shè)計方案。。方案比較：1．方案1和方案2對金工車間的供電都是可行且都能達到目的。2．方案1和方案2中，方案1中的干線⑤⑥⑧③和方案2中的干線⑤⑥⑦③是同樣的。對功率較大的靠近變電所的設(shè)備采用放射性供電，放射式線路之間互不影響，因此供電可靠性較高。3．方案1中的干線①跨過20多米把設(shè)備10、11、12連接，電能損耗大，金屬損耗多，這樣既不經(jīng)濟，供電也不可靠[7]。而方案2中，設(shè)備1—9由一干線樹干式供電，能減少線路的有色金屬消耗量，采用的高壓開關(guān)數(shù)量少，投資少，能彌補以上的缺點。圖金工車間配電方案1圖金工車間配電方案24．方案1中的干線②供電范圍中，包括功率較大的設(shè)備30和29。由于其他設(shè)備功率小，這樣起動電流大，供電不可靠。方案2中干線②只對13—21、31只對小功率的設(shè)備供電，功率平衡，供電可靠性相對提高。大功率設(shè)備30、29直接采用放射式供電。5．方案1中，三臺橋式起重機用同一干線⑦，采用樹干式供電，若有一臺起重機出故障，則三臺起重機均不能使用，供電可靠性極差。而對于方案2中，用干線10、11對起重設(shè)備49、50和48供電，若一臺起重機出故障，至少還有一臺起重機可工作。這樣，供電可靠性就提高了。6．方案2中的干線④把22—27、32—38及10—12的設(shè)備采用樹干式供電，減少電能損耗，減短導(dǎo)線長度。從經(jīng)濟上看，節(jié)省開支，且不影響供電可靠性。結(jié)論：經(jīng)以上比較，從經(jīng)濟性、供電可靠性兩方面考慮，方案2比方案1好。因此采用方案2對金工車間供電。3電氣設(shè)備選擇與電器校驗主要電氣設(shè)備的選擇變壓器的選擇對于SL7-630kVA變壓器，考慮本地年平均氣溫為℃，即年平均氣溫不等于20℃，則變壓器的實際容量應(yīng)計入一個溫度校正系數(shù)K[8]。對室內(nèi)變壓器，其實際容量為kVAkVA，因此，變壓器的選擇滿足要求。低壓補償柜的選擇本系統(tǒng)擬采用無功功率自動補償屏，裝在變電所低壓母線側(cè)集中補償。選用總電容容量為360kVA。電容屏型號選：PGJ1—2一臺，PGJ1—3三臺。3.1.3根據(jù)前面所確定的車間配電系統(tǒng)及多路額定電流，本設(shè)計選用固定式低壓配電屏PGL2型，因為該廠為三級負荷，選用PGL2型即可滿足要求[9]。若要更可靠，則可選用抽屜式GCK或多米諾。3.1.4本次設(shè)計中，確定用630kVA的變壓器把10kV的高壓降到動力設(shè)備所需要的kV。若有重要負荷，可靠性要求較高，則可選用手車式開關(guān)柜，如JYN、KYN。本廠都是動力設(shè)備，無重要負荷，因此，變電所可采用固定式開關(guān)柜。這里選用GG—1A（F）--03，此柜裝有GN19—10型隔離開關(guān)1個，隔離高壓電流，以保證其他電氣設(shè)備的安全檢修。SN10--10Ⅱ/630—500型少油斷路器1個[10]，可以通斷線路正常的負荷電流，也可以進行短路保護。GG—1A（F）--03除備有以上兩種開關(guān)外，還有LQJ電器校驗高壓電器的校驗高壓一次設(shè)備的選擇，必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下工作的要求，同時設(shè)備應(yīng)工作安全可靠，運行維護方便，投資經(jīng)濟合理。選擇好高壓開關(guān)柜和柜內(nèi)的高壓設(shè)備后，可對選用的電器設(shè)備進行校驗。要校驗高壓電器，必須先對線路進行短路計算。畫短路計算電路圖如圖所示。圖短路計算電路圖畫出短路等效電路圖如圖所示。圖短路等效電路圖（1）求k—1點的三相短路電流和短路容量（kV）；1)計算短路電路中各元件的電抗和總電抗：電力系統(tǒng)的電抗：X/S/500=0221式中U--短路點的短路計算電壓，單位為kV；S--系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量，單位為MVA。根據(jù)題目給出的出口斷路器型號SN10--10=2\*ROMANII，查相關(guān)手冊或樣本可得。架空線路的電抗：X/km，又已知L=1km，因此X=XL1電纜線路的電抗：X/km，又已知Lkm，因此X=XL計算總電抗：X==X+X+X=（0.221+0.38+0.0016）2)計算k—1點的三相短路電流和短路容量三相短路電流周期分量有效值：=/=10.5/（）kAkA三相次暫態(tài)短路電流和短路穩(wěn)態(tài)電流：==A三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值：iII=I=kA=A三相短路容量：S（2）求k—2點的三相短路電流和短路容量（U）；1）計算短路電流時各元件的電抗及總電抗電力系統(tǒng)的電抗：架空線路的電抗：電纜線路的電抗：電力變壓器的電：﹪﹪則=總電抗：）2）計算k—2點的三相短路電流和短路容量三相短路電流周期分量有效值：I三相次暫態(tài)短路電流和短路穩(wěn)態(tài)電流：I三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值：iI三相短路容量：計算結(jié)果見表3-14。表3-14短路計算表短路計算短路電流/kA短路容量/MVAIIIiIk-1對所選用的高壓電器，按各類高壓電器的校驗項目和條件分別進行校驗。1）GN19—10/400隔離開關(guān)的校驗見表。表3-15GN19—10/400校驗表序號裝置地點及電氣條件GN19—10T/400結(jié)果項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)1U10U10合格2II400合格GN19—10型隔離開關(guān)的、I、的值可查相關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本。 2）SN10--10=2\*ROMANII/630—500型少油斷路器的校驗見表。表3-16SN10—10Ⅱ/630校驗器序號裝置地點及電氣條件SN10—10Ⅱ/630—500結(jié)果項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)110U10合格2II630合格3II40合格LQJ—10型電流互感器的校驗見表3-17。LQJ—10電流互感器的U與I值可查相關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本。表3-17LQJ—10校驗表序號裝置地點及電氣條件LQJ—10結(jié)果項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)1U/kV10U/kV10合格2II30合格低壓開關(guān)柜中低壓電器的校驗HD13—1000型刀開關(guān)的校驗見表3—18。HD13—1000型刀開關(guān)的U、I、I、I的值可查相關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本。表3-18HD13—1000校驗表序號裝置地點及電氣條件HD13—1000結(jié)果項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)1合格21000合格360合格430合格5/kA1000合格DW10型低壓斷路器的校驗表。DW10型斷路器的U、I、I的值可查相關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本。表3-19DW10—1000校驗表序號裝置地點及電氣條件DW10—1000結(jié)果項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)1合格21000合格3/kA20合格由于高壓計量柜是由電力部門統(tǒng)一規(guī)定的，所以柜中的設(shè)備留給電力部門配置。導(dǎo)線的校驗校驗舉例如下：1.2號分干線的檢驗：導(dǎo)線明敷設(shè)校驗：根據(jù)而小于滿足發(fā)熱要求。根據(jù)Amm小于16mm，滿足機械強度要求。熔斷器與導(dǎo)線的配合：RTO—100/80則I，=73AK則小于K滿足配合要求。穿管的導(dǎo)線的校驗：根據(jù)，30=小于al=81A，滿足發(fā)熱要求。根據(jù)Aminmm2小于35mm2，滿足機械強度要求。KalIal81A=A，則小于KalIal滿足配合要求。例如，干線1的電壓損耗校驗。干線1截面為25mm2，cos﹪Akm，l=70m=km，30=A。UK﹪1﹪小于5﹪滿足要求。導(dǎo)線穿管：l=6mkm對于截面為70mm2，cos﹪Akm，有UK﹪2﹪UK﹪1+UK﹪2﹪﹪﹪小于5﹪干線1的電壓損耗滿足要求。4繼電保護系統(tǒng)的設(shè)計4.1繼電保護的選擇對于中小型工廠供電系統(tǒng)來說，繼電保護以簡單經(jīng)濟為宜，因此使用反時限過電流保護。防雷與接地為防止雷電產(chǎn)生的過電壓波沿線路侵入變配電所而危及主變壓器等電氣設(shè)備的絕緣，本次設(shè)計在高壓開關(guān)柜中沒有裝設(shè)避雷器。在10kV架空進線的最后一個電線桿中裝設(shè)一組HY5W4型避雷器。這種避雷器內(nèi)部無空腔，不存在內(nèi)外氣體互相滲漏問題，安裝運輸無破損，可靠性很高。凡是與架空線路相連的進出線，在入戶處的電線桿進行接地，可以達到重復(fù)接地的目的，每個電纜頭均要接地。按規(guī)定10kV配電裝置的構(gòu)架，變壓器的380V側(cè)中性線及外殼，以及380V電氣設(shè)備的金屬外殼等都要接地，其工頻接地電阻要求R小于4。根據(jù)土壤電阻率=100/m及R小于4，因此可采用6根直徑50mm的鋼管作接地體，用40mm4mm的扁鋼連接在距變電所墻腳2m處，打入一排=50mmm的鋼管接地體。每隔5m打入一根，管間用40mm4mm的扁鋼連接。接地體所用材料見表4-1。5變電所平面布置設(shè)計及設(shè)計圖樣變配電所平面布置設(shè)計根據(jù)變電所應(yīng)靠近負荷中心及進出線方便的原則，也考慮到擴建時更換大一級容量變壓器的可能，可確定變電所的位置在金工車間的西南角，且在大路旁，這樣便于變壓器的運行、檢修和運輸，而且變壓器投入運行時線路損耗最小?！妫儔浩鞣旁谑覂?nèi)，根據(jù)10kV室內(nèi)變壓器的安裝要求[13]mm。附設(shè)式電力變壓器的主結(jié)線采用方案2，它的容量是200—630kVA。進線方式是高壓電纜進線，低壓母線引出。變壓器室結(jié)構(gòu)型式采用敞開式。根據(jù)需要，附設(shè)式電力變壓器采用右邊出線、窄面推進的變壓器室。變壓器室應(yīng)避免遭到西曬，因此門應(yīng)朝南開。由于在本設(shè)計中只采用兩臺高壓開關(guān)柜，根據(jù)高壓開關(guān)柜的型號、數(shù)量及其安裝特點，所以高壓室的尺寸可以考慮為4000mm4000mm。其門向外開，寬度為1500mm。由于低壓配電屏有9臺，查該產(chǎn)品樣本知低壓配電屏的尺寸為；寬深高為1000mm，采用單列布置有9m長，根據(jù)長度大于7m時，應(yīng)設(shè)兩個安全出口，并應(yīng)設(shè)在柜的兩端的原則，出口寬度為800mm，考慮墻的厚度為240mm，所以低壓室的長度應(yīng)考慮11m，該種型號的開關(guān)柜其柜后應(yīng)留1000mm，柜前至少應(yīng)留有1500mm，為了跟變壓器室對齊[14]，低壓室寬度可以取4000mm。在配電室的兩端各設(shè)一個門，且門都向外開，利于緊急情況時，人員外出和處理事故。設(shè)計圖樣主結(jié)線電路圖如下平面布置圖如圖5.2所示。—A剖面圖變電所A—所示。圖變電所A-A剖面圖1-低壓開關(guān)柜2-電纜支架3-電纜頭支架4-電纜頭5-高壓母線支架6-低壓母線支架7-電力變壓器6結(jié)論1．變電所應(yīng)靠近負荷中心并且要盡量使進出線方便，同時也要考慮到擴建時更換大一級容量變壓器的可能，所以本文可確定變電所的位置在金工車間的西南角，且在大路旁，這樣便于變壓器的運行、檢修和運輸，而且變壓器投入運行時線路損耗最小。2．由于本廠年均溫度過高，變壓器應(yīng)放在室內(nèi)，10kV室內(nèi)變壓器的安裝，應(yīng)用附設(shè)式電力變壓器室布置，并采用窄面推進式布置。3．經(jīng)研究儲油柜側(cè)向外為宜，這樣便于帶電巡視。4．進線方式應(yīng)是高壓電纜進線，低壓母線引出。變壓器室的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)采用敞開式。根據(jù)需要，附設(shè)式電力變壓器采用右邊出線、窄面推進的變壓器室。5．變壓器室應(yīng)避免遭到“西曬”，因此門應(yīng)朝南開。參考文獻[1]劉介才.工廠供電[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2003.