中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院電力系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書

1前言工廠供電的要求和意義工廠供電工作，不僅對電力工業(yè)是一種促進(jìn)，而且對發(fā)展工業(yè)生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化也具有十分重要的意義。隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展與進(jìn)步，社會生產(chǎn)和生活對電能供應(yīng)的質(zhì)量和管理提出了越來越高的要求。作為電能傳輸與控制的中間樞紐，變電所必須改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制模式，才能適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)、現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和社會生活的發(fā)展趨勢。電能從區(qū)域變電站進(jìn)入工廠后，首先要解決的就是如何對電能進(jìn)行控制、變換、分配和傳輸?shù)葐栴}。而變電所就擔(dān)負(fù)著這一重任,一旦變電所出了事故而造成停電，則整個工廠的生產(chǎn)過程都將停止進(jìn)行，甚至還會引起一些嚴(yán)重的安全事故工廠供電工作要很好的為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，必須滿足如下基本要求。（1）安全。在電能供應(yīng)分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。（2）可靠。根據(jù)可靠性的要求，工廠內(nèi)部的電力負(fù)荷分為一級負(fù)荷、負(fù)荷、三級負(fù)荷三種。一級負(fù)荷為因突然停電會造成設(shè)備損壞或造成人身傷亡，因此必須有兩個獨(dú)立源供電；二級負(fù)荷突然停電會造成經(jīng)濟(jì)上的較大損失或會造成社會秩序的混亂，因此必須有兩回路供電，但當(dāng)去兩回線路有困難時(shí)，可容許有一回專用線路供電；三級負(fù)荷由于突然停電造成的影響或損失不大，對供電電源工作特殊要求。（3）優(yōu)質(zhì)。應(yīng)滿足用戶對電壓、頻率、波形不畸變等電能質(zhì)量要求。（4）經(jīng)濟(jì)。在滿足以上要求的前提下，供電系統(tǒng)盡量要接線簡單，投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并考慮盡可能地節(jié)約點(diǎn)能和有色金屬的消耗量。工廠供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一個組成部分，必然受到電力系統(tǒng)工況的影響和制約，因此供電系統(tǒng)應(yīng)該遵守電力部門制定的法規(guī)，評價(jià)分析可以應(yīng)用電力系統(tǒng)中采用的分析、計(jì)算方法。2負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償21負(fù)荷計(jì)算各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計(jì)算如表21計(jì)算負(fù)荷編號名稱類別設(shè)備容量P/KW需要系數(shù)KCOSATANGAP/KWQ/KVARS/KVAI/A動力29003806711061102122116452499照明808110650652951鑄造車間小計(jì)298動力3800230631232874107713872108照明808110650652952鍛壓車間小計(jì)3881232動力3600240641286410371352051照明808310660663023金工車間小計(jì)36812動力3500270631294511651502279照明808310660663024工具車間小計(jì)35812動力18005507309999271356206照明808410670673055電鍍車間小計(jì)18809動力170050075098576511331722照明808410670673556熱處理車間小計(jì)17809動力18003406711066126789131388照明807810620622847裝配車間小計(jì)1881106動力1200240631232288355457695照明250751019019858機(jī)修車間小計(jì)12251232動力750720730954506741124照明150811012012559鍋爐車間小計(jì)76509動力26034085068855104158照明1507310110115510倉庫車間小計(jì)2750611生活區(qū)照明30007209503216710227410335總計(jì)（380V側(cè)）計(jì)入KP09KP0908112863094060159352421122無功功率補(bǔ)償由上表可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因素只有081。而供電部門要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不應(yīng)低于090?？紤]到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因素應(yīng)稍大于090，暫取092來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量QCP30TAN1TAN212863TANARCCOS081TANARCCOS092KVAR3821KVAR選取無功電容補(bǔ)償器，總共容量84KVAR5420KVAR。因此無功補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和10KV側(cè)的負(fù)荷計(jì)算如表22所示。無功補(bǔ)償后工廠的計(jì)算22計(jì)算負(fù)荷項(xiàng)目COSP30/KWQ30/KWS30/KVWI30/A380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷08112863094060159350242110380V側(cè)無功補(bǔ)償容量420380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷09112863050261421321595主變壓器功率損耗00015S30192006S3036210KV負(fù)荷總計(jì)09213055640814542220943變電所位置和形式的選擇變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心?？紤]到周圍環(huán)境及方便，決定在6號廠房（熱處理車間）的北側(cè)緊靠廠房建造工廠變電所，其形式如圖31機(jī)械廠總平面圖314變電所主變壓器及主接線方案的選擇41變電所主變壓氣的選擇根據(jù)工廠的負(fù)荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓器考慮有下列兩種可供選擇的方案（1）裝設(shè)一臺主變壓器型號用S9型，容量由SNT1600KVAS3014542KVA,即選一臺S91600/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負(fù)荷所需的備用電源由鄰近單位相連的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。（2）裝設(shè)兩臺主變壓器型號亦為S9型，容量由公式選擇，即SNT06071454287252101794且SNTS3883因此選兩臺S91000/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負(fù)荷所需的備用電源亦由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。42變壓器主接線方案的選擇按上面考慮的兩種主變壓器方案可設(shè)計(jì)下列兩種主接線方案（1）裝設(shè)一臺主變壓器的主接線方案如圖1所示低壓側(cè)主結(jié)線從略圖41一變壓器主接線（2）裝設(shè)兩臺主變壓器的主接線方案如圖2所示圖42兩主變壓器（3）兩種主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表41所示。表41兩種主接線方案的比較比較項(xiàng)目裝設(shè)一臺主變的方案裝設(shè)兩臺主變的方案供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量由于一臺主變，電壓損耗較大由于兩臺主變并列，電壓損耗小技術(shù)指標(biāo)靈活方便性只一臺主變，靈活性稍差由于有兩臺主變，靈活性較好電力變壓器的綜合投資由表31查得S91000/10的單價(jià)約為151萬元，而由表41查得變壓器綜合投資約為其單價(jià)的2倍，因此其綜合投資約為2151萬元302萬元由表31查得S9630/10的單價(jià)約為105萬元，因此兩臺變壓器的綜合投資約為415萬元42萬元，比一臺主變方案多投資118萬元。高壓開關(guān)柜（含計(jì)量柜）的綜合投資額由表410查得GG1AF型柜可按每臺4萬元計(jì)，而由表41知，其綜合投資可按設(shè)備價(jià)的15倍計(jì)，因此高壓開關(guān)柜的綜合投資約為4154萬元24萬元。本方案采用6臺GG1F柜，其綜合投資約為6154萬元36萬元，比一臺主變方案多投資12萬元。電力變壓器和高壓開關(guān)柜的年運(yùn)行費(fèi)按表42規(guī)定計(jì)算，主變的折舊費(fèi)302萬元005151萬元；高壓開關(guān)柜的折舊費(fèi)24萬元006144萬元；變配電設(shè)備的維修費(fèi)用30224萬元006325萬元。因此主變和高壓開關(guān)設(shè)備的折舊費(fèi)和維修管理費(fèi)151144325萬元62萬元（其余項(xiàng)目從略）主變的折舊費(fèi)42萬元00521萬元；高壓開關(guān)柜的折舊費(fèi)36萬元006216萬元；變配電設(shè)備的維修費(fèi)用（4236）萬元006468萬元。因此主變和高壓開關(guān)設(shè)備的折舊費(fèi)和維修管理費(fèi)（21216468）萬元894萬元，比一臺主變方案多耗資274萬元。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)供電貼費(fèi)按主變?nèi)萘棵縆VA900元計(jì)。供電貼費(fèi)1000KV009萬元/KV90萬元供電貼費(fèi)2630KVA009萬元1134萬元，比一臺主變方案多交234萬元。從上表可以看出，按技術(shù)指標(biāo)，裝設(shè)兩臺主變的主接線方案（見圖41）優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的主接線方案（見圖41），按經(jīng)濟(jì)指標(biāo)裝設(shè)一臺主變的方案（見圖41）優(yōu)于裝設(shè)兩臺主變的方案（見圖42），但是從供電可靠性，安全性，電能質(zhì)量以及總的年運(yùn)行費(fèi)考慮兩臺更經(jīng)濟(jì)合算。因此決定采用裝設(shè)兩臺主變的方案（見圖42）。5短路電流的計(jì)算51繪制計(jì)算電路本廠的供電系統(tǒng)采用兩路電源供線，一路為距本廠8KM的變電站經(jīng)LJ150架空線，該干線首段所裝高壓斷路器的斷流容量為；一路為鄰廠高壓40MVA聯(lián)絡(luò)線。下面計(jì)算本廠變電所高壓10KV母線上K1點(diǎn)短路和低壓380V母線上K2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。52繪制計(jì)算電路。圖51下面采用標(biāo)么制法進(jìn)行短路電流計(jì)算。一確定基準(zhǔn)值取，10DSMVA105CUKV204CK所以113DCIA22101403DDCSMVAIKUK（二）計(jì)算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)么值（忽略架空線至變電所的電纜電抗）1電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)么值1033VAX2架空線路的電抗標(biāo)么值查手冊得，因此02/KM22003/195MXKMKV3）電力變壓器的電抗標(biāo)么值由所選的變壓器的技術(shù)參數(shù)得，因此45KU345102816AXKV可繪得短路等效電路圖如圖（二）所示。圖52二計(jì)算K1點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量1總電抗標(biāo)么值120392KX2三相短路電流周期分量有效值151703DKKIAKX3其他三相短路電流331702KII33126KIIA557SHKA4三相短路容量130962DKKSMVX三計(jì)算K2點(diǎn)短路電路總電抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量1總電抗標(biāo)么值21234|032981/463KX2三相短路電流周期分量有效值216DKKIAK3其他三相短路電流332KII3184572SHIKA10939SHAK三相短路容量3222643DKKSMVX以上短路計(jì)算結(jié)果綜合如表4所示表51短路的計(jì)算結(jié)果三相短路電流/KA三相短路容量/MVA短路計(jì)算點(diǎn)K1170217021702257333096K23113113115723392166變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)6110KV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)表6110KV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其他3KI3I3I3SHI3SHI3KS250138KA參數(shù)UNI30裝置地點(diǎn)條件數(shù)據(jù)10KV577170225755額定參數(shù)UNINIOCIMAX高壓少油斷路器SN1010I/63010KV630A16KA40KA1622512高壓隔離開關(guān)GN10/20010KV200A255KA1025500高壓熔斷器RN21010KV05A50KA電壓互感器JDJ1010/01KV電壓互感器JDZJ10電流互感器LQJ1010KV100/5A90012181二次負(fù)荷06避雷器FS41010KV一次設(shè)備型號規(guī)格戶外式高壓隔離開關(guān)GW415G/20015KV200A表61所選一次設(shè)備均滿足要求。62380V一次側(cè)設(shè)備的校驗(yàn)如表62所示。表62380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其他參數(shù)UN裝置地點(diǎn)條件數(shù)據(jù)380V21595A331KA495KA677一次額定參數(shù)UNINIOCIMAX3KI3SHI2IMAITAT10/3KV30I3KI3SHI32IMAITA2TI低壓斷路器DW151500/3D380V1500A40KV低壓斷路器DZ20630380V630A一般30KA低壓斷路器DZ20200380V200A一般25KA低壓刀開關(guān)HD131500/30380V1500A電流互感器LMZJ105500V1500/5A設(shè)備型號規(guī)格電流互感器LMZ105500V100/5A表62所選一次設(shè)備均滿足要求。63高低壓母線的選擇10KV母線選LMY3（404），即母線尺寸為40MM4MM；380V母線選LMY3（12010）806,即母線尺寸為120MM10MM，而中性線母線尺寸為80MM6MM。7變電所進(jìn)出線以及鄰近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇7110KV高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇（1）10KV高壓進(jìn)線的選擇校驗(yàn)采用LJ型鋁絞線架空敷設(shè)，接往10KV公用干線。1按發(fā)熱條件選擇由I30I1NT577A及室外環(huán)境溫度32，查表得，初選LJ16，其35時(shí)的IAL935AI30滿足發(fā)熱條件。2）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度查表得，最小允許截面AMIN35MM2，因此按發(fā)熱條件選擇的LJ16不滿足機(jī)械強(qiáng)度要求，故改選LJ35。由于此線路很短，不需校驗(yàn)電壓損耗。（2）由高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗(yàn)采用YJL2210000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇由I30I1NT577A及土壤溫度25查表得，初選纜芯截面為AMIN25MM2的交聯(lián)電纜，其IAL90AI30，滿足發(fā)熱條件。2）校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定按公式計(jì)算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面3222MIN0751195IMATIMAMC式中C值由表查得；TIMA按終端變電所保護(hù)動作時(shí)間05S，加斷路器斷路時(shí)間02S，再加005S計(jì)，故TIMA075S。因此YJL2210000325電纜滿足短路熱穩(wěn)定條件。72380V低壓出線的選擇（1）饋電給1號廠房（鑄造車間）的線路采用VLV221000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇由I30343A及地下08M土壤溫度25，查表得，初選纜芯截面150MM2，其IAL242AI30，滿足發(fā)熱條件。2）校驗(yàn)電壓損耗由圖6所示工廠平面圖量得變電所至1號廠房距離約為50M，查表得150MM2的鋁芯電纜R0024/KM（按纜芯工作溫度75計(jì)），X0007/KM，又1號廠房的P301167KW，Q30121KVAR，因此得674512VAR0754838KWKUVV803ALVU故滿足允許電壓損耗的要求。3短路熱穩(wěn)定度校驗(yàn)按公式計(jì)算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面322MIN075136IMATAIMC由于前面按發(fā)熱條件所選120MM2的纜心截面小于AMIN，不滿足短路熱穩(wěn)定要求，故選纜芯截面為240MM2的電纜，即選VLV22100032401120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜，中性線芯按不小于相線芯一半選擇，下同。（2）饋電給2號廠房（鍛壓車間）的線路亦采用VLV22100032401120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上，從略）。（3）饋電給3號廠房（金工車間）的線路亦采用VLV22100032401120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上，從略）。（4）饋電給4號廠房（工具車間）的線路亦采用VLV22100032401120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上，從略）。（5）饋電給6號廠房（電鍍車間）的線路亦采用VLV22100032401120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同前，從略）。（6）饋電給7號廠房（熱處理車間）的線路亦采用VLV22100032401120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同前，從略）。（7）饋電給8號廠房（裝配車間）的線路亦采用VLV22100032401120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同前，從略）。（8）饋電給9號廠房（機(jī)修車間）的線路亦采用VLV22100032401120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同前，從略）。（9）饋電給10號廠房（鍋爐房）的線路亦采用VLV22100032401120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同前，從略）。（10）饋電給5號廠房（倉庫）的線路采用的聚氯乙烯絕緣的鋁芯導(dǎo)線BLV1000型5根（包括3根相線、一根N線、1根PE線）穿硬塑料管埋地敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇由I301722A及環(huán)境溫度（年最熱月平均氣溫）25，查表得，相線截面初選4MM2，其IAL19AI30,滿足發(fā)熱條件。按規(guī)定，N線和PE線也都選為4MM2，與相線截面相同，即選用BLV100014MM2塑料導(dǎo)線5根穿內(nèi)徑25MM的硬塑管埋地敷設(shè)。2）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度查表得，最小允許截面積AMIN25MM2,因此上面所選4MM2的導(dǎo)線滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。3校驗(yàn)電壓損耗所穿選管線，估計(jì)長50M，而由查表得R0855/KM，X00119/KM,又倉庫的P30995KW，Q30542KVAR,因此958542VAR019513038KWKUVV13970ALVU故滿足允許電壓損耗的要求。（11）饋電給生活區(qū)的線路采用BLX1000型鋁芯橡皮絕緣線架空敷設(shè)。1）按發(fā)熱條件選擇由I3035985A及室外環(huán)境溫度為32，查表得，初選BLX10001240,其32時(shí)的IAL460AI30，滿足發(fā)熱條件。2）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度查表得，最小允許截面積AMIN10MM2，因此BLX10001240滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。3）校驗(yàn)電壓損耗由圖6所示工廠平面圖量得變電所至生活區(qū)負(fù)荷中心距離約124M，查表得其阻抗與BLX10001240近似等值的LJ240的阻抗R0014/KM，X0030/KM又生活區(qū)的P3099KW，Q3055KVAR,因此91425VAR03124097038KWKUVV7380ALVU滿足允許電壓損耗要求。為確保生活用電（照明，家電）的電壓質(zhì)量，決定采用單回BLX10001240的三相架空線路對生活區(qū)供電。重校驗(yàn)電壓損耗，完全合格（此略）。73作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗(yàn)采用YJL2210000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜，直接埋地敷設(shè)，與相距約2KM的鄰近單位變配電所的10KV母線相聯(lián)。（1）按發(fā)熱條件選擇工廠二級負(fù)荷容量共,而最3056KVA,I56310256KVAKA熱月土壤平均溫度為,因此查表得，初選纜芯截面為的交聯(lián)聚乙烯2CM絕緣鋁芯電纜（注該型電纜最小芯線截面積為），其,滿25M309ALIAI足發(fā)熱條件。2校驗(yàn)電壓損耗由表查得纜芯為25MM的鋁芯電纜的纜芯0R154KM溫度按計(jì)，而二級負(fù)荷的，80C0X12KM30P26W線路長度按2KM計(jì)，因此30Q29KVAR654398VAR18710WUVKV877510ALVU由此可見該電纜滿足允許電壓損耗要求。3短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)按本變電所高壓側(cè)短路校驗(yàn)，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)，可知纜芯的交聯(lián)電纜是滿足短路熱穩(wěn)定要求的。由于鄰近單位25M10KV的短路數(shù)據(jù)不詳，因此該聯(lián)絡(luò)線的短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)無法進(jìn)行，只有暫缺。綜合以上所選變電所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格如表71所示。表71變壓所進(jìn)出線和聯(lián)絡(luò)線的型號規(guī)格線路名稱導(dǎo)線或電纜的型號規(guī)格10KV電源進(jìn)線LJ35鋁絞線（三相三線架空）主變引入電纜YJL2210000325交聯(lián)電纜（直埋）至1號廠房VLV22100033001120四芯塑料電纜（直埋）至2號廠房VLV22100032401120四芯塑料電纜（直埋）至3號廠房VLV22100032401120四芯塑料電纜（直埋）至4號廠房VLV22100032401120四芯塑料電纜（直埋）至5號廠房VLV22100032401120四芯塑料電纜（直埋）至6號廠房VLV22100032401120四芯塑料電纜（直埋）至7號廠房VLV22100032401120四芯塑料電纜（直埋）至8號廠房VLV22100032401120四芯塑料電纜（直埋）至9號廠房VLV22100032401120四芯塑料電纜（直埋）至10號廠房BLV100014鋁芯線5根穿內(nèi)徑25MM硬塑管380V低壓出線至生活區(qū)單回路，回路線BLX10001240（架空）與鄰近單位10KV聯(lián)絡(luò)線YJL2210000325交聯(lián)電纜（直埋）8變電所的防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計(jì)81變電所所的防雷保護(hù)（1）直擊雷防護(hù)在變電所屋頂裝設(shè)避雷針或避雷帶，并引出兩根接地線與變電所公共接地裝置相連。避雷針采用直徑20MM的鍍銀圓鋼，避雷帶采用的鍍鋅扁鋼。25M4（2）雷電侵入波的防護(hù)A在10KV電源進(jìn)線的終端桿上裝設(shè)FS410型閥式避雷器。其引下線采用5的鍍鋅扁鋼，下面與公共接地網(wǎng)焊接相聯(lián)，上面與避雷器接地端螺栓連接。4B在10KV高壓配電室內(nèi)裝設(shè)的GG1A（F）54型高壓開關(guān)柜，其中