某化工降壓變電所電氣設(shè)計(畢業(yè)設(shè)計)

1 目錄 第一章 原始資料 .1 第二章 接入系統(tǒng)設(shè)計 . .2 第三章 車間供電系統(tǒng)設(shè)計 .19 第四章 工廠總降壓變的選擇 .30 第五章 所用變的選擇 .33 第六章 主接線設(shè)計 .33 第七章 短路電流計算 . 39 第八章 電氣設(shè)備選擇 .46 第九章 繼電保護裝置 .54 附圖 1 工廠變電所設(shè)計計算電器主接線圖 . 56 結(jié)束語 . .57 參考書目 .58 2 第一章 原始資料 二、原始資料 .工廠負(fù)荷數(shù)據(jù)：工廠多數(shù)車間為 2 班制，年最大負(fù)荷利用小時數(shù) 4600小時。工廠負(fù)荷統(tǒng)計資料見表 1(本表數(shù)據(jù)為設(shè)計方案分配表第九組數(shù)據(jù)）。設(shè)計需要考慮工廠 5年發(fā)展規(guī)劃負(fù)荷（工廠負(fù)荷年增長率按 2%）。 表 1： 某化纖廠負(fù)荷情況表 某化纖廠負(fù)荷情況表 序號 車間設(shè)備名稱 安裝容量 kw 1 紡練車間 紡絲機 200 筒絞機 30 烘干機 85 脫水機 12 通風(fēng)機 180 淋洗機 6 變頻機 840 傳送機 40 2 原液車間照明 1040 3 酸站照明 260 4 鍋爐房照明 320 5 排毒車間照明 160 6 其他車間照明 240 .供電電源請況： 按與供電局協(xié)議，本人可由 16公里處的城北變電所 1 1 0 / 3 8 .5 / 1 1kV， 90MVA 變壓器供電，供電電壓可任選。另外，與本廠相距 5公里處的其他工廠可以引入 10kV 電纜做備用電源，但容量只能滿足本廠負(fù)荷的20%（重要負(fù)荷），平時不準(zhǔn)投入，只在本廠主要電源故障或檢修時投入。 .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 。 .電費制度：按兩部制電費計算。變壓安裝容量每 1kVA 為 15 元 /月，動力電費為 0.3元 / .kvh ,照明電費為 0.155元 / .kvh 。 3 .氣象資料：本廠地區(qū)最高溫度為 38 度，最熱月平均最高氣溫為 30度。 .地質(zhì)水文資料：本廠地區(qū)海拔 60m ，底層以殺粘土為主，地下水位為 2m 。 第二章 接入系統(tǒng)設(shè)計 一、負(fù)荷分級及供電要求 .負(fù)荷分級 電力負(fù)荷應(yīng)根據(jù)供電可靠性及中斷供電在政治、經(jīng)濟上所造成的損失或影響的程度，分為一級負(fù)荷、二級負(fù)荷及三級負(fù)荷。 1.一級負(fù)荷 a.中斷供電將造成人身傷亡者。 b.中斷供電將造成重大政治影響者。 c.中斷供電將造成重大經(jīng)濟損失者。 d.中斷供電將造成公共場所秩序嚴(yán)重混亂者。 (1).一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷是指： a. 中斷供電將發(fā)生中毒，爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷； b.特別重要場所的不允許中斷供電的負(fù)荷； c.如正常電源中斷時，必須 設(shè)有處理安全停產(chǎn)所必須的應(yīng)急照明，通信系統(tǒng)，火災(zāi)報警系統(tǒng)，保證安全停產(chǎn)的自動控制裝置等。 d.民用建筑中大型金屬中心的關(guān)鍵電子計算機系統(tǒng)和防盜報警系統(tǒng)，大型國際比賽場的記分系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)等。 2.二級負(fù)荷 a.中斷供電將造成較大政治經(jīng)濟損失的負(fù)荷。所謂較大損失指主要設(shè)備損壞，大量產(chǎn)品報廢，連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要較長時間才能恢復(fù)，重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。 b. 中斷供電將影響重要用電單位正常工作的負(fù)荷。如交通樞紐，通信樞紐用點單位中的重要電力負(fù)荷。 c.中斷供電造成大型影劇院，商場等較多人員集中的公共場所秩序混亂 的負(fù)荷。如商業(yè)住宅建筑屬于二級負(fù)荷。 不屬于一級，二級負(fù)荷的均屬于三級負(fù)荷。對一些非連續(xù)生產(chǎn)的中小企業(yè)，停業(yè)僅影響產(chǎn)量或?qū)е律倭慨a(chǎn)品報廢的用電設(shè)備，以及一般民用建筑的用電負(fù)荷等均屬于三級負(fù)荷。 3.三級負(fù)荷 不屬于一級，二級負(fù)荷的均屬于三級負(fù)荷。對一些非連續(xù)生產(chǎn)的中小企業(yè)，停業(yè)僅影響產(chǎn)量或?qū)е律倭慨a(chǎn)品報廢的用電設(shè)備，以及一般民用建筑的用電負(fù)荷等均屬于三級負(fù)荷。 .各級負(fù)荷對電源的要求 1.一級負(fù)荷 4 一級負(fù)荷應(yīng)有兩個回路（或兩個回路以上）的獨立電源供電。兩路電源應(yīng)來自不同電源點或同一變電站的不同變 壓器供電的不同母線段。當(dāng)其中一個電源發(fā)生故障時，另一路電源不受影響，且能承擔(dān)全部負(fù)載。負(fù)荷容量較大或有高雅用電設(shè)備應(yīng)采用兩路高壓電源。如一級容量不大，可從電力系統(tǒng)或鄰近單位取得第二低壓電源。 一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除上述兩路電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。為確保對特別重要負(fù)荷的 .供電，嚴(yán)禁將其他負(fù)荷介入應(yīng)急供電系統(tǒng)。根據(jù)允許中斷供電的時間可分別選擇下列應(yīng)急電源： a.蓄電池靜止型不間斷供電裝置 UPS ，蓄電池及寫出能帶年級型不間斷供電 裝置或柴油機電磁儲能電機型不間斷供電裝置。適用于允許中斷供電時間為毫秒級的負(fù)荷。 b.帶有自動投入裝置的獨立于正常電源的專用饋電線路。適用于自動裝置的動作時間能滿足允許中斷供電 1.5S 以上的供電系統(tǒng)。 2.二級負(fù)荷 a.二級負(fù)荷應(yīng)有兩個電源供電，供電變壓器也應(yīng)由兩臺（兩臺變壓器不一定在同一變電所）。做到當(dāng)發(fā)生貸能力變壓器故障或電力線路常見故障時不致中斷供電或中斷后能迅速恢復(fù)。 b.在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時，可有一路 6kV 及以上專用架空線路供電；當(dāng)采用電纜線路時，采用兩根電纜組成的電纜段供電，每根電纜應(yīng)能承受百分之百的二級負(fù)荷；為了解決線路和變配電設(shè)備的檢修以及突然停電后，設(shè)備能安全停產(chǎn)的問題，可采用小容量的柴油發(fā)電站，其容量可有實際需要確定。 3.三級負(fù)荷 三級負(fù)荷對供電電源的要求。對松散級負(fù)荷供電無特殊要求。 二、計算廠總降壓變負(fù)荷 .計算負(fù)荷概念 供電系統(tǒng)要能夠在正常條件下可靠運行，則其中各個元件（包括電力變壓器、開關(guān)設(shè)備及導(dǎo)線、電纜等）都必須選 擇得當(dāng)，除了應(yīng)滿足工作電壓和頻率的要求外，最重要的就是要滿足負(fù)荷電流的要求。因此有必要對供電系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的電力負(fù)荷進行統(tǒng)計計算。通過負(fù)荷的統(tǒng)計計算求出的，來選擇供電系統(tǒng)中設(shè)備。 .用電負(fù)荷 所謂 電負(fù)荷是指用電客戶的用電設(shè)備在某一時刻實際取用的功率總和。從電力系統(tǒng)來講，則是指為了滿足用戶用電所需具備的發(fā)電出力。用電負(fù)荷是一個不斷變動的量，對一個地區(qū)而言，負(fù)荷變化的特性主要取決于用電行業(yè)結(jié)構(gòu)、地域、季節(jié)變化、經(jīng)濟發(fā)展和生活水平。用電負(fù)荷在時間上的不均衡性使得某一時段用電較多，某一時段用電較少，這就形成了用電 高峰負(fù)荷與低谷負(fù)荷。 由于用戶的用電性質(zhì)不同，各類用戶最大負(fù)荷出現(xiàn)的時間也不相同。當(dāng)用電負(fù)荷增加時，電力系統(tǒng)的出力也隨之增加；當(dāng)用電負(fù)荷減少時，電力系統(tǒng)的出力 5 也須相應(yīng)減少。如果各類用戶的用電最大負(fù)荷出現(xiàn)的時間過分集中，電力系統(tǒng)就得有足夠的出力來滿足用戶需要，否則電力系統(tǒng)的出力和負(fù)荷就不能平衡，出現(xiàn)供小于求的狀況造成拉閘限電。當(dāng)用電高峰時段一過，電力供大于求，造成發(fā)電設(shè)備的壓機運行或停機。電網(wǎng)的大峰谷差運行方式會帶來危害，一方面浪費了大量的電力投資，增加了發(fā)、供電成本，另一方面發(fā)電機組的頻繁啟?；驂?負(fù)荷運行造成能源和電力資源的浪費，并對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來威脅。因此實施電力需求側(cè)管理，合理調(diào)整負(fù)荷，優(yōu)化用電方式，避峰、錯峰用電，移峰填谷是一項成本低、收效快的有效措施。 .計算負(fù)荷 目的 計算負(fù)荷是供電設(shè)計計算的基本依據(jù)，計算負(fù)荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和 導(dǎo) 線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理。如計算負(fù)荷確定過大，將使電器和導(dǎo)線選得過大，造成投資和有色金屬的消耗浪費，如計算負(fù)荷確定過小又將使電器和 導(dǎo) 線電纜處子過早老化甚至燒毀，造成重大損失，由此可見正確確定計算負(fù)荷 重要性。 .計算負(fù)荷定義 所謂計算負(fù)荷 ，是指與實際用電負(fù)荷較接近的假想負(fù)荷，按計算負(fù)荷選擇的電氣設(shè)備既能滿足生產(chǎn)和生活、工作需要又不會使設(shè)備選得過大造成浪費和運行不經(jīng)濟。它也是指一組用電負(fù)載實際運行時，在線路中形成的或負(fù)載自身消耗的最大平均功率。如果某一不變的假想負(fù)荷在線路中產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)（使導(dǎo)線產(chǎn)生的平均最高溫升）相等，則把這一不變的假想負(fù)荷叫做該組實際負(fù)載的計算負(fù)荷。 所謂負(fù)荷計算，是指對某一線路中的實際用電負(fù)荷的運行規(guī)律進行分析，從而求出該線路的計算負(fù)荷的過程。負(fù)荷計算與計算負(fù)荷，是兩個不同的概念，不可混淆。 在現(xiàn)行的設(shè)計規(guī)范中，負(fù) 荷計算的內(nèi)容不僅包括確定計算負(fù)荷，還包括確定尖峰電流和確定一極、二級負(fù)荷的容量已及季節(jié)性負(fù)荷的容量。 .計算負(fù)荷方法 目前負(fù)荷計算常用需要系數(shù)法、二項式法、和利用系數(shù)法 ,前二種方法在國內(nèi)設(shè)計單位的使用最為普遍。此外還有一些尚未推廣的方法如單位產(chǎn)品耗電法、單位面積功率法、變值系數(shù)法和 ABC法等 . 常采用需用系數(shù)法計算用電設(shè)備組的負(fù)荷時，應(yīng)將性質(zhì)相同的用電設(shè)備劃作一組，并根據(jù)該組用電設(shè)備的類別，查出相應(yīng)的需用系數(shù)xK，然后按照表一給 出的公式求出該組用電設(shè)備的計算負(fù)荷。 此設(shè)計采用的是需用系數(shù)法來對電力負(fù)荷計算的。 因為，需用系數(shù)是用設(shè)備功率乘以需用系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負(fù)荷。這種方法簡便，應(yīng)用廣泛，尤其適用于配、變電所的負(fù)荷計算。采用利用系數(shù)法求出最大負(fù)荷的平均負(fù)荷，再考慮設(shè)備臺數(shù)和功率差異的影響，乘以與有效臺數(shù)有關(guān)的最大系數(shù)得出計算負(fù)荷，計算過程十分繁瑣。而單位面積功率法和單位指標(biāo)法主要多用于民用建筑；單位產(chǎn)品耗電量法主要適用于某些工業(yè)。 需要系數(shù)法，是把用電設(shè)備的總設(shè)備容量乘以需要系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負(fù)荷的一種簡便方 法。需要系數(shù)法主要用于工程初步設(shè)計及施工圖設(shè)計階段，對變電所母線、干線進行負(fù)荷計算。當(dāng)用電設(shè)備臺數(shù)較多，各種設(shè)備容量相差不懸殊時，其供電線路的負(fù)荷計算也采用需要技術(shù)法。 需要技術(shù)時一個綜合性系數(shù)，它是指用電設(shè)備組投入運行時，從供電網(wǎng)絡(luò)實際取用的功率與用電設(shè)備組的設(shè)備功率之比。需要系數(shù)與用電設(shè)備組的運行規(guī) 6 律、負(fù)荷率、運行效率、線路的供電效率等因數(shù)有關(guān)，工程上很難準(zhǔn)確確定，只能靠測量確定。 一般工業(yè)與民用建筑中的用電負(fù)荷主要有單位負(fù)荷（如照明負(fù)荷）以及三相負(fù)荷（如動力負(fù)荷），其供電系統(tǒng)一般分為照明支路 及動力支路進行供電。 照明支路主要供照明燈具、一般單相插座以及其他額定電壓為 220V 的電氣設(shè)備。器特點為用電負(fù)荷的額定電壓均為單相 220V 求分布在 A、 B、 C三相。這類負(fù)荷也叫做相負(fù)荷。 動力支路主要供電梯、水泵、服務(wù)行業(yè)的廚房飲食設(shè)備、電熱開水器、工業(yè)生產(chǎn)中的各種加工設(shè)備以及其他額定電壓為 380V 的三相用電器等用電。器特點為用電負(fù)荷的額定電壓均為 380V 且都是三相對稱負(fù)荷 在工業(yè)生產(chǎn)中還有一些額定電壓為 380V 的單項負(fù)荷，接在兩條相線之間，我們稱之為間負(fù)荷，線間負(fù)荷可用照明支路供電，也可用動力支路供電。 各種負(fù)荷的供電線路組成如圖所示，如果從供電形式的角度來講：負(fù)荷計算可以分為單相和三相用電設(shè)備的負(fù)荷計算兩種形式。從供電系統(tǒng)中所在的位置角度來講： 負(fù)荷計算可分為一組用電設(shè)備、多組用電設(shè)備的負(fù)荷計算。但無論是那種形式，用需要系數(shù)法確定計算負(fù)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(shè)備組的容量 PP ne Pn 設(shè)備的額定容量K 設(shè)備組的同時系數(shù) KL 設(shè)備組的負(fù)荷系數(shù) e 設(shè)備組 的平均效率 wl 配電線路的平均效率 tan 對應(yīng)用電設(shè)備組 cos 的正切值 用電設(shè)備組有功計算負(fù)荷 pKKP ewleL 30需要系數(shù) PPK ed del 30 wleLd KKK PKP ed 30 無功計算負(fù)荷 tan3030 PQ 視在計算負(fù)荷 cos3030 PS 計算電流 USIN 33030 7 有功負(fù)荷的同時系數(shù) 90.080.0K p cos 用電設(shè)備組的平均功率因數(shù) UN 用電設(shè)備組的額定電壓 以上參數(shù)由用電設(shè)備組計算負(fù)荷直接相加來計算時取。 無功 負(fù)荷的同時系數(shù) 95.085.0K q 總的有功計算負(fù)荷 PKP ip ,3030總的無功計算負(fù)荷 QKQ iq ,3030總的視在計算負(fù)荷 23023030 QPS .負(fù)荷系數(shù) 所謂負(fù)荷系數(shù)是 指 實際計算負(fù)荷容量與額定負(fù)荷容量的比值，應(yīng)用負(fù)荷系數(shù)是為了更真實地統(tǒng)計實際的直流負(fù)荷，進而更確切地計算 設(shè)備 的容量。 機械工業(yè)需要系數(shù)見表 3。 表 3：機械工業(yè)需要系數(shù)表 用 電設(shè)備組名稱 dk cos tan 一般工作制的小批生產(chǎn)金屬冷加工機床 0.14 0.16 0.5 1.73 大批生產(chǎn)金屬冷加工機床 0.18 0.2 0.5 1.73 小批生產(chǎn)金屬熱加工機床 0.2 0.25 0.55 0.6 1.511.33 大批生產(chǎn)金屬熱加工機床 0.27 0.65 1.17 生產(chǎn)用通風(fēng)機 0.7 0.75 0.8 0.85 0.75 0.62 衛(wèi)生用通風(fēng)機 0.65 0.7 0.8 0.75 泵、空氣壓縮機 0.50.6 0.8 0.75 不聯(lián)鎖運行的提升機，皮帶運輸?shù)冗B續(xù)運輸機械 0.65 0.7 0.75 0.88 帶聯(lián)鎖的運 輸機械 0.65 0.75 0.88 =25%的吊車及電動葫蘆 0.14 0.2 0.5 1.73 鑄鐵及鑄鋼車間起重機 0.25 0.35 0.5 1.73 軋鋼及銳錠車間起重機 0.65 0.7 0.5 1.73 鍋爐房、修理、金工、裝配車間起重機 0.05 0.15 0.5 1.73 加熱器、干燥箱 0.8 0.951 00.33 高頻感應(yīng)電爐 0.70.8 0.65 1.17 低頻感應(yīng)電爐 0.8 0.35 2.67 電阻爐 0.65 0.8 0.75 電爐變壓器 0.35 0.35 2.67 8 自動弧焊變壓 器 0.5 0.5 1.73 點焊機、縫焊機 0.35 0.6 0.6 1.33 對焊機、鉚釘加熱器 0.35 0.7 1.02 單頭焊接變壓器 0.35 0.35 2.67 多頭焊接變壓器 0.4 0. 5 1.73 點焊機 0.1 0.15 0.5 1.73 高頻電阻爐 0.50.7 0.7 1.02 自動裝料電阻爐 0.70.8 0.98 0.2 非自動裝料電阻爐 0.60.7 0.98 0.2 三、設(shè)備容量的確定 由于各用電設(shè)備的額定工作制不同，在確定計算負(fù)荷時，不可以將其額定功率直接相加，應(yīng)將額定功率換算為統(tǒng)一的設(shè)備功率。 .對于一般長期連續(xù)運行工作制和短時工作制的用電設(shè)備，包括一般電動機組和電熱設(shè)備等，其銘牌上的額定功率（額定容量）就等于 設(shè)備功率。 ()eNP P kw 式中 eP 設(shè)備功率， kw ； NP 用電設(shè)備銘牌上的額定功率， kw 。 .對于斷續(xù)或反復(fù)短時工作的用電 設(shè)備，如吊車用電動機，電焊用變壓器等，它們的設(shè)備功率時將其銘牌上標(biāo)稱下某一分與合持續(xù)率時的額定功率統(tǒng)一換算到一個新規(guī)定負(fù)荷持續(xù)率下的額定功率。 負(fù)荷持續(xù)率 優(yōu)勢也稱負(fù)載持續(xù)率或贊載率，是用電設(shè)備在一個工作周期內(nèi)工作時間和工作周期的百分比值，用 表示： 0/ 1 0 0 % / ( ) 1 0 0 %t T t t t 式中 T 工作周期； t 工作周期內(nèi)的工作時間； 0t 工作周期內(nèi)的停歇時間。 .對于電焊機及各類電焊裝置的設(shè)備功率，是指將額定功率換算到負(fù)荷持續(xù)率為 100% 時的有功功率。當(dāng) 不等 100% 時，用下式換算： 100/ c o se N n nPS 式中 eP 換算到 100% 時的設(shè)備功率， kw ； N 換算前銘牌上的負(fù)荷持續(xù)率，應(yīng)和 NP 、 nS 、 cos N 相對應(yīng)（計算中用小數(shù)值）； NP 、 nS 、 cos N 分別為換算前與 N 對應(yīng)的銘牌上的額定有功功率 kw 、額定視在功率 kw ，額定功率因數(shù)； 9 100 其值為 100% 的負(fù)荷持續(xù)率（計算用 1.00 ）。 .對于斷續(xù)或短時工作制電動機的設(shè)備功率，是指將額定功率換算到負(fù)載持續(xù)率為 25% 時的有功功率。當(dāng) 不等于 25% 時，用如下公式換算： 25/2e N N NP P k w 式中 eP 換算到 25% 時的設(shè)備功率， kw ； NP 、 N 分別為對應(yīng)換算前電動機銘牌標(biāo)稱的額定功率， kw ；額定負(fù)荷持續(xù)率（計算時用小數(shù)值）； 25 換算到 25% 時的負(fù)荷持續(xù)率（計算時用小數(shù)值）。 .整流器的設(shè)備功率 是指額定的輸入功率。 .電熱設(shè)備的設(shè)備功率是指電能的輸入功率。 .成組用電設(shè)備的設(shè)備功率，不包括備用設(shè)備的設(shè)備功率。 .當(dāng)消防用電的計算有功功率大于或在時可能同時切斷的一般電力及照明負(fù)荷的計算有功功率時，應(yīng)按未切斷的一般電力、照明負(fù)荷加上消防負(fù)荷計算低壓總負(fù)荷的設(shè)備功率。否則計算低壓總負(fù)荷時，不應(yīng)考慮消防負(fù)荷。 .單臺電動機設(shè)備功率指用電網(wǎng)供應(yīng)的電功率。 四、設(shè)備的功率因素 建筑供電系統(tǒng)中的變配電設(shè)備及建筑物內(nèi)的用電設(shè)備，如電力變壓器、電抗器、電動機、日光燈、電焊機、高頻爐等大部分都為電感性負(fù)載，其 功率因數(shù)較低，工作時需要較大的無功功率，在線路中生產(chǎn)較大的無功電流，不利于供電系統(tǒng)的高效率運行，因此，在設(shè)計建筑供電系統(tǒng)時，要根據(jù)實際情況進行合理的無功補償，提高供電系統(tǒng)的功率因數(shù)。 按照我國供電部門的規(guī)定，高壓供電的用戶必須保證功率因數(shù)在 9.0 以上，低壓供電的用戶必須在 85.0 以上。為了使用戶注意提高功率因數(shù)，供電部門還對大宗用電單位實行按戶月平均功率因數(shù)調(diào)整電費的辦法。調(diào)整功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)一般為 85.0 ，大于 85.0 時給以獎勵，低于 85.0 時便要增收電費甚至罰款，功率因數(shù)很低時供電部門要停止供電。 .有關(guān)有關(guān)功率的名詞解釋 輸入功率 =輸入電流 (乘 )輸入電壓 ;也就決定是我們要用的電量 . 輸出功率 =輸入功率 -無用功部分 ;就是我們實際上的到的功率 . 輸出功率是各類能源或能源轉(zhuǎn)換設(shè)備（如動力、照明設(shè)備）向外輸出的能量與時間的比值，即單位時間內(nèi)能源或設(shè)備向外界提供的能量。其單位一般為瓦 特、千瓦，在電力系統(tǒng)中也常用伏安、千伏安來表示。 無功功率 :電網(wǎng)中的感性負(fù)載（如電機，扼流圈，變壓器，感應(yīng)式加熱器及電焊機等）都會產(chǎn)生不同程度的電滯，即所謂的電感。感性負(fù)載具有這樣一種特性 -即使所加電壓改變方向，感性負(fù)載的這種滯后仍能將電流的方向（如正向）保持一段時間。一旦存在了這種電流與電壓之間的相位差，就會產(chǎn)生負(fù)功率，并被反饋到電網(wǎng)中。電流電壓再次相位相同時，又需要相同大小的電能在感性負(fù)載中建立磁場，這種磁場反向電能就被稱作無功功率。 無功功率比較抽象，它是用于電路內(nèi)電場與磁場的交換，并用 來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。它不對外做功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?。凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備，要建立磁場，就要消耗無功功率。 10 無功功率過高： a.無功功率會導(dǎo)致電流增大和視在功率增加，導(dǎo)致系統(tǒng)容量下降； b.無功功率增加，會使總電流增加，從而使設(shè)備和線路的損耗增加； c.使線路的壓降增大，沖擊性無功負(fù)載還會使電壓劇烈波動。 在交流電路中，由于有感性或容性儲能設(shè)備，電壓與電流有相位差，通俗講就是電壓與電流不在同一時間到達； 因此，表面看電壓有多大、電流有多大，實際并沒有做那么大的功， 有電源與儲能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換 : 視在功率 =有功功率 +無功功率。 電力變壓器就用視在功率表示容量，單位為伏安 VA 。 意思是不管有功功率與無功功率是多少，只能輸出這么大的電壓與電流。 功率因數(shù) =有功功率 /視在功率即 c o s /W V A 功率因數(shù)是在 01 之間，它表示負(fù)載 電流做的有用功率的百分比。 .提高功率因數(shù)的意義 1.提高功率因數(shù)，可以降低線路上的損耗，提高輸出功率。在建筑供電系統(tǒng)中，供電線路，其電阻不可忽略。 2.提高功率因數(shù)，可以減少線路上電壓降，提高末端電壓，有利于用電提高供電可靠性?？蓽p少對供配電設(shè)施的投資，增加供配電系統(tǒng)的功率儲備，使用戶獲得直接的經(jīng)濟利益。在同樣的有功功率下，功率因數(shù)提高，負(fù)荷電流就減少，而向符合傳輸功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān)、導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲備，從而滿足了負(fù)荷增長的需要，亦即可以增大原有設(shè)備的供電能力。對尚處于設(shè)計階段的新建 筑來說，提高功率因數(shù)則能降低配電設(shè)備的設(shè)備容量，從而減少投資費用。 3.充分發(fā)揮電源設(shè)備潛力。 .提高功率因數(shù)方法 1.通過適當(dāng)措施提高自然功率因數(shù)。據(jù)統(tǒng)計，在建筑供電系統(tǒng)的總無功功率中，電動機和變壓器約占 80% 左右，其余則消耗在輸電線路及其他感應(yīng)設(shè)備中，因此，提高自然功率因數(shù)可以通過合理選擇感應(yīng)電動機的容量、使用中減少感應(yīng)電動機的空載運行、條件許可時盡量使用同步電動機、以最佳負(fù)荷率選擇變壓器等方法達到目的。 2.并聯(lián)同步調(diào)相機。 同步調(diào)相機是一種專用于補償無功功率的同步電動機，通過調(diào)節(jié)同步調(diào)相機的勵磁電流可補償供電系統(tǒng)的無功功率，從而提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。同步調(diào)相機輸出無功功率為無極調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)的范圍較大，并且在端電壓下降 10% 以內(nèi)時，無功輸出基本不變，當(dāng)端電壓下降 10% 以上時，可強行勵磁增加無功輸出。但是，同步調(diào)相機補償單位無功功率造價高。每輸出 1 vark的無功功率要損耗 0.5% 3% 的有功功率，基建安裝要求高、不易擴建、運行維護復(fù)雜，所以一般用于電力系統(tǒng)中的樞紐變電站及地區(qū)降壓變電站。 3.并聯(lián)適當(dāng)?shù)撵o電電容器。我們知道，電感性負(fù)載并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙萜骺梢蕴岣吖β室驍?shù)，所以在建筑供電系統(tǒng)中，同樣可以并聯(lián)適當(dāng)?shù)撵o電電容器以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。并聯(lián)電容安裝簡單、容易擴建、運行維護方便，補償單位無功功率的造價低、有功損耗小（小于 0.3% ），因此廣泛用于工廠企業(yè)及民用建筑供電系統(tǒng)中。 11 無功補償使用專用的電力電容器，其規(guī)格品種很多，按安裝方式分為戶內(nèi)式和戶外式，按相數(shù)分為單相和三相，按額定電壓分為高壓和低壓電容器等等。 a.電容器的選擇 電容器無功容量的計算 t a n t a nA N T a cciQP b.電容器（柜）臺數(shù)的確定 需電容器臺數(shù)：2NCWnccUUqQN 每相所需電容器臺數(shù)：3Nn取其相等或稍大的偶數(shù)，因為變電所采用單母線分段式結(jié)線。 c.電容器 的補償方式和聯(lián)接方式 1）電容器的補償方式 單獨就地補償方式：接線、優(yōu)缺點、適用對象。 分散補償方式：接線、優(yōu)缺點、適用對象。 集中補償方式：接線、優(yōu)缺點、適用對象： 0.6 10kV 大中型煤礦主要補償方式，如：平煤各礦 2）電容器的聯(lián)接方式 三角形接法：優(yōu)缺點 星形接法：優(yōu)缺點 或 Y（雙 Y） 優(yōu)選，因為容量為 Y的 1/3 且電壓低，放電 1分鐘，殘壓 50V 以下。 1000V 以上的電容器應(yīng)采用電壓互感器放電。 電容器放電回路中不得裝設(shè)熔斷器或開關(guān)，以免放電回路斷開，危及人身安全。 五、動力支路負(fù)荷計算 在采用需要系數(shù)法進行動力支路負(fù)荷計算時，應(yīng)將計算范圍內(nèi)的用電設(shè)備分組，分別進行各個組內(nèi)的負(fù)荷計算并將計算結(jié)果相加得到總的計算負(fù)荷，然后根據(jù)用電設(shè)備的臺數(shù)和容量的大小以及用電設(shè)備的性質(zhì)乘以一個同時系數(shù)，得到計算結(jié)果。 每個組內(nèi)的負(fù)荷計算可以采用通用計算公式進行，動力支路的負(fù)荷計算采用下 式進行： c p K d eP K P t a nc q K d eQ K P 22c c cS P Q /( 3 )c c NI S U 式中 cP 支路上有功計算負(fù)荷， kw ； cQ 支路上無功計算負(fù)荷， vark ； cS 支路上視在計算負(fù)荷， kVA ； 12 pK 、 qK 分別為支路上有功同時系數(shù)，無功同時系數(shù)； cI 支路上計算電流； NU 支路的額定電壓。 在使用上述公式時要注意： 1.分組的原則：用電設(shè)備的性質(zhì)相同、功率因數(shù)相同、需要系數(shù)相同的分一組。 2.有功、無功同時系數(shù)的概念和數(shù)值是不同的，通常對于同一組用電設(shè)備組無功同時系數(shù)的 值比有功同時系數(shù)要大。通常情況下有功同時系數(shù)的范圍(0.8 0.97) 、無功同時系數(shù)范圍 (0.8 1.0) 。 六、各車間的負(fù)荷計算 .各車間計算負(fù)荷和無功補償（需要系數(shù)法） 1.紡練車間 單臺機械負(fù)荷計算 a.紡絲機 已知： 200eP kw ， 0.80dK ， tan 0.78 。 故： 2 0 0 0 . 8 0 1 6 0edP P K k w t a n 1 6 0 0 . 7 8 1 2 4 . 8 v a rQ P k b.筒絲機 已知： 30eP kw ， 0.75dK ， tan 0.75 。 故： 3 0 0 . 7 5 2 2 . 5edP P K k w t a n 2 2 . 5 0 . 7 5 1 8 . 8 8 v a rQ P k c.烘干機 已知： 85eP kw ， 0.75dK ， tan 1.02 。 故： 8 5 0 . 7 5 6 3 . 7 5edP P K k w t a n 6 3 . 7 5 1 . 0 2 6 5 . 0 3 v a rQ P k d.脫水機 已知： 18eP kw ， 0.60dK ， tan 0.80 。 故： 1 8 0 . 6 0 1 0 . 8 0edP P K k w t a n 1 0 . 8 0 . 8 0 8 . 6 4 v a rQ P k 13 e.通風(fēng)機 已知： 180eP kw ， 0.70dK ， tan 0.75 。 故： 1 8 0 0 . 7 0 1 2 6edP P K k w t a n 1 2 6 0 . 7 5 9 4 . 5 v a rQ P k f.淋洗機 已知： 6eP kw ， 0.75dK ， tan 0.78 。 故： 6 0 . 7 5 4 . 5 0edP P K k w t a n 4 . 5 0 0 . 7 8 3 . 5 1 v a rQ P k g.變頻機 已知： 840eP kw ， 0.80dK ， tan 0.70 。 故： 8 4 0 0 . 8 0 6 7 2edP P K k w t a n 6 7 2 0 . 7 0 4 7 0 . 4 v a rQ P k h.傳送機 已知： 40eP kw ， 0.80dK ， tan 0.70 。 故： 4 0 0 . 8 0 3 2edP P K k w t a n 3 2 0 . 7 0 2 2 . 4 v a rQ P k 紡練車間單臺機械負(fù)荷統(tǒng)計見表 4。 表 4：紡練車間負(fù)荷統(tǒng)計列表 序號 車間設(shè)備名稱 安裝容 kw dK tan 計算負(fù)荷 P kw varQk 1 紡絲機 200 0.8 0.78 160 124.8 2 筒絞機 30 0.75 0.75 22.5 18.88 3 烘干機 85 0.75 1.02 63.75 65.03 4 脫水機 12 0.6 0.8 10.8 8.4 5 通風(fēng)機 180 0.7 0.75 126 94.5 6 淋洗機 6 0.75 0.78 4.5 3.57 7 變頻機 840 0.8 0.7 672 470.4 8 傳送機 40 0.8 0.7 32 22.4 小計 1393 1091.55 870.18 14 9 2.車間計算負(fù)荷統(tǒng)計 (計及同時系數(shù)） 取同時系數(shù)： 0.9PK ， 0.95QK 0 . 9 1 0 9 1 . 5 5 9 8 2 . 4PP K P k w 0 . 9 5 8 7 0 . 1 8 8 2 6 . 6 7 v a rQQ K Q k 2 2 2 29 8 2 . 4 8 2 6 . 6 7 1 2 8 3 . 9 4S P Q k V A 3.其余各車間負(fù)荷計算 a.原液車間 已知： 1040eP kw ， 0.75dK ， tan 0.7 。 故： 1 0 4 0 0 . 7 5 7 8 0edP P K k w t a n 7 8 0 0 . 7 5 4 6 v a rQ P k 2 2 2 25 4 6 9 5 2 . 1 1S P Q k V A b.酸站照明 已知： 260eP kw ， 0.65dK ， tan 0.7 。 故： 2 6 0 0 . 6 5 1 6 9edP P K k w t a n 1 6 9 0 . 7 1 1 8 . 3 v a rQ P k 2 2 2 21 6 9 1 1 8 . 3 2 0 6 . 2 9S P Q k V A c.鍋爐房照明 已知： 320eP kw ， 0.75dK ， tan 0.75 。 故： 3 2 0 0 . 7 5 2 4 0edP P K k w t a n 2 4 0 0 . 7 5 1 8 0 v a rQ P k 2 2 2 22 4 0 1 8 0 3 0 0S P Q k V A d.排毒車間 已知： 160eP kw ， 0.7dK ， tan 0.6 。 故： 1 6 0 0 . 7 1 1 2edP P K k w t a n 1 1 3 0 . 6 6 7 . 2 v a rQ P k 15 2 2 2 21 1 2 6 7 . 2 1 3 6 . 6S P Q k V A e.其他車間 已知： 240eP kw ， 0.7dK ， tan 0.75 。 故： 2 4 0 0 . 7 1 6 8edP P K k w t a n 1 6 8 0 . 7 5 1 2 6 v a rQ P k 2 2 2 21 6 8 1 2 6 2 1 0S P Q k V A 4.全廠計算負(fù)荷計算 各車間計算負(fù)荷統(tǒng)計見表 5。 表 5：各車間計 算負(fù)荷統(tǒng)計列表 序號 車間設(shè)備名稱 安裝容量 kw P kw varQk S kVA1 紡練車間 1393 982.4 826.67 1283.94 2 原液車間照明 1040 780 546 952 3 酸站照明 260 169 118.3 206.3 4 鍋爐房照明 320 240 180 300 5 排毒車間照明 160 112 67.2 130.6 6 其他車間照明 240 168 126 210 計算全廠的計算負(fù)荷時，總的計算負(fù)荷要小于每個用電負(fù)荷加起來的和，我們在通常情況下取的全部用電負(fù)荷之和的 95% 。 因為在一定的情況下是不可能發(fā)生所有的用電設(shè)備同時工作的情況 ,，如果按照全部用電設(shè)備的用電負(fù)荷之和來計算全廠 計算負(fù)荷的話，勢必會造成 ,經(jīng)濟不運行和浪費等 ,情況 ,也就是我們常說的大馬拉小車。 取全部用電負(fù)荷之和的 90% ，這樣在一定程度上就避免了大馬拉小車情況的發(fā)生 ,提高了運行效率 ,符合了經(jīng)濟生產(chǎn)、生活的需要。 因此，本次課程設(shè)計中的全廠計算負(fù)荷就為各個設(shè)備計算負(fù)荷之和的 95%即： 全廠計算負(fù)荷 =0.90 (紡練車間計算負(fù)荷 +原液車間計算負(fù)荷 +酸站照明計算負(fù)荷 +鍋爐房照明 計算負(fù)荷 + 排度車間計算負(fù)荷 +其他車間計算負(fù)荷 ) 0 . 9 ( 9 8 2 . 4 7 8 0 1 6 9 2 4 0 1 1 2 1 6 8 ) 2 2 0 6 . 2 6pP K P k w 0 . 9 5 ( 8 2 6 . 6 7 5 4 6 1 1 8 . 3 1 8 0 6 7 . 2 1 2 6 ) 1 7 0 0 . 9 6 v a rQQ K Q k 22 222 2 0 6 . 2 6 1 7 0 0 . 9 6 2 7 8 5 . 8 3S P Q k V A 16 2 7 8 5 . 8 3 4 5 . 9 63 3 3 5SIAU 考慮 5年的發(fā)展，年增長率按 2%計算，全廠計算負(fù)荷 55 2 2 0 6 . 2 6 1 2 % 2 4 3 5 . 8 9P k w 55 1 7 0 0 . 9 6 1 2 % 1 8 7 8 v a rQk 2 2 2 22 4 3 5 . 8 9 1 8 7 8 3 0 7 5 . 8 3S P Q k V A 七、城北變電壓等級的確定 輸電線路電壓等級的確定應(yīng)符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓等級，選擇電壓等級時，應(yīng)根據(jù)輸送容量和輸電距離，以及接入電網(wǎng)的額定電壓的情況來確定，輸送容量應(yīng)該考慮變電所總負(fù)荷和五年發(fā)展規(guī)劃。 .電壓等級的規(guī)定 1.電壓等級和最高一級電壓的選擇，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)有實際情況和遠景發(fā)展進行慎重研究后確定。應(yīng)盡量簡化變壓層次，一般 情況下應(yīng)少于 4 個變壓層次。老城市在簡化變壓層次時可以分期分區(qū)進行。 2. 標(biāo)稱電壓應(yīng)符合國家電壓標(biāo)準(zhǔn)。送電電壓為 220kV (或 110kV )，高壓配電電壓為 110、 63 、 35kV ，中壓配電電壓為 10kV ，低壓配電電壓為 380 / 220V ，選用電壓等級時，應(yīng)盡量避免重復(fù)降壓。現(xiàn)有的非標(biāo)準(zhǔn)電壓應(yīng)限制發(fā)展，合理利用，根據(jù)設(shè)備使用壽命與發(fā)展需要分期分批進行改造。 3. 一個地區(qū)同一電壓相位和相序應(yīng)相同。 4. 現(xiàn)有供電容量嚴(yán)重不足或老舊設(shè)備需要全面進行技術(shù)改造時，可采取升壓措施。升壓改造是擴大供電能力的有效措施但應(yīng)結(jié) 合遠期規(guī)劃注意做好以下工作： a.研究現(xiàn)在供電設(shè)施全部或部分進行升壓改造的技術(shù)經(jīng)濟合理性； b.升壓改造中應(yīng)對舊設(shè)備的利用或更新以及其它方面制訂有關(guān)的技術(shù)要求，以保證它們的安全運行； c.在升壓過渡期間應(yīng)有妥善可靠的過渡方案及其相應(yīng)的技術(shù)措施，盡量不削弱供電可靠性。 .電壓等級的確定 電網(wǎng)電壓等級的確定，是與供電方式、供電負(fù)荷、供電距離等因素有關(guān)的。 有關(guān)資料提供了供電電壓與輸送容量的關(guān)系： 1.當(dāng)負(fù)荷為 2000kw 時，供電電壓易選 6kV ，輸送距離在 3 10 公里； 2.當(dāng)負(fù)荷為 3 0 0 0 5 0 0 0kw 時，供電電壓易選 10kV ，輸送距離在 5 15 公里； 3.當(dāng)負(fù)荷為 2 0 0 0 1 0 0 0 0 kw 時，供電電壓易選 35kV ，輸送距離在 20 50 公 17 里； 4.當(dāng)負(fù)荷為 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 kw 時，供電電壓易選 110kV ，輸送距離在 50 150公里； 5.當(dāng)負(fù)荷為 5 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 kw 時，供電電壓易選 220kV ，輸送距離在150 300 公里； 6.當(dāng)負(fù)荷為 200000kw 以上時，供電電壓易選 500kV ，輸送距離在 300 公里以上。 但近年來，隨著電氣設(shè)備的進步及電力技術(shù)的發(fā)展，輸送容量及距離有了很大進步。 . 本廠電壓等級的確定 設(shè)計任務(wù)書提供了三個電壓等級： 1 8 0 / 3 8 .5 / 1 1kV在要 考慮工廠 5年發(fā)展規(guī)劃負(fù)荷（工廠負(fù)荷年增長率按 2% ），五年以后的最大功 率為 2435.89kW 并且 輸送距離為 16公里，因此我選用負(fù)荷為 2000 10000kw ，供電電壓易選 35kV ，輸送距離在 20 50 公里。 八、城北變的線路回數(shù)的確定 本廠多數(shù)車間為二班制，年最大負(fù)荷利用小時為 4600小時，并且有 20% 的重要負(fù)荷，考慮到本廠有重要負(fù)荷，為了保證重要負(fù)荷的供電可靠性，本設(shè)計采用 35kV 二回路進線，這樣當(dāng)有一回路發(fā)生故障時，另一回路可以繼續(xù)供電。另外，在與本廠相距 5公里處引入其他工廠 10KV電纜做備用電源，但只能滿足本廠20% 的重要負(fù)荷，平時不準(zhǔn)投入，只有在本廠主要電源故障或檢修時投入。全廠負(fù)荷分布，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的廠區(qū)平面布置圖。 九、確定接入系統(tǒng)每回線路線型、規(guī)格、截面。 35kV 架空線路導(dǎo)線截面的選擇： 選擇原則：計算負(fù)荷電流，先按經(jīng)濟密度選導(dǎo)線標(biāo)稱截面，然后按發(fā)熱復(fù)核。 1計算負(fù)荷電流： 18 2 4 3 5 . 8 9 4 4 . 6 53 3 3 5 0 . 9NPIAU C O S 選擇經(jīng)濟截面：由設(shè)計資料知年最大負(fù)荷利用小時為 4600 小時，根據(jù)電力工程類專題課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教程 P57查表 5-4得經(jīng)濟電流密度 21 .1 /J A m m ，按經(jīng)濟電流密度選擇接入系統(tǒng)每回導(dǎo)線型號、規(guī)格、截面的選擇： 截面的選擇： 24 4 . 6 5 4 0 . 5 91 . 1IA m mJ 選擇標(biāo)準(zhǔn)截面 50mm ，即選 50LGJ 型鋼芯絞線線 2回路。 2復(fù)核電壓降： 正常運行時： N=2 查電力工程類專題課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教程附表 6-1， 50LGJ 導(dǎo)線的電阻 1 0 .6 3 /r km；線路電抗取 1 0 .4 2 /x km。 1 0 . 6 3 1 6 1 0 . 0 8R r L 1 0 . 4 2 1 6 6 . 7 2X x L 222 4 3 5 . 8 9 1 0 . 0 8 1 8 7 8 6 . 7 2% 1 . 5 % 1 0 %2 2 3 5P R Q XU U 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(fù)荷供電 222 4 5 3 . 8 9 1 0 . 0 8 1 8 7 8 6 . 7 2% 3 % 1 5 %35P R Q XU U 符合要求 3復(fù)核發(fā)熱條件： 查電力工程類專題課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教程附表 6-5得 50LGJ 允許載流量，按環(huán)境溫度 30度 234aIA ，查 P60表 5-7得環(huán)境溫度 30度時的溫度校正系數(shù) 0.94K 2 3 4 0 . 9 4 2 1 9 . 9 6eaI I K A I 因此滿足發(fā)熱條件。 結(jié)論：經(jīng)上述計算復(fù)核決定采用二回路 50LGJ 導(dǎo)線接入系統(tǒng)。 .10工廠總降壓變電所主變壓器臺數(shù)及容量選擇 2 2 5 5 6 . 1 3 5 9 5 . 8 5 2 0 5 . 5 2 7 1 4 . 9 6P P k w + P + P + + 2 2 2 8 0 . 6 7 1 9 8 . 9 1 8 6 . 1 7 1 1 3 1 . 5 v a rQ Q k + Q + Q + + 0 . 9 2 7 1 4 . 9 6 2 4 4 3 . 4 6PP K P k w 19 0 . 9 5 1 1 3 1 . 5 1 0 7 4 . 9 3 v a rQQ K Q k 總降壓變 10kV 側(cè)無功補償試?。?3 0 0 v arCQk 22222 4 4 3 . 4 6c o s 0 . 9 52 4 4 3 . 4 6 1 1 3 1 . 5 3 0 0CPP Q Q 合格 2222CP Q Q 2 4 4 3 . 4 6 1 1 3 1 . 5 3 0 0 2 5 8 1 . 0 6 k V A S 為保證供電的可靠性，選用兩臺主變壓器（每臺可供總負(fù)荷的 70% ）： 0 . 7 0 . 7 2 5 8 1 . 0 6 1 8 0 6 . 7 4NTS S k V A 選擇變壓器型號 7 2 0 0 0 / 3 5SL ，兩臺。 查表得出變壓器的各項參數(shù)： 空載損耗 3.4oP kW ； 負(fù)載損耗 19.8kP kW ； 阻抗電壓 % 6.5kU ； 空載電流 % 1.1oI 。 .35kV 供電線路截面 選擇 為保證供電的可靠性，選用兩回 35kV 供電線路。 11 2 4 4 3 . 4 6 1 2 2 1 . 7 322P P k w 11 1 1 3 1 . 5 3 0 0 4 1 5 . 7 5 v a r22Q Q k 11 2 5 8 1 . 0 6 1 2 9 0 . 5 322S S k V A 用簡化公