工廠供電課程設計報告小型冶金實驗工廠供電系統(tǒng)設計

1、 工廠供電課程設計報告 設計題目：小型冶金實驗工廠供電系統(tǒng)設計所在學院：信息科學與工程學院專業(yè)班級：自動化000000000班學生姓名：000000000000000000學生學號：000000000000000000指導老師：000000000000000000完成日期：2007年9月3日目 錄 前言1 一 負荷計算和無功功率計算和補償3 1.1 負荷計算3 1.2 無功功率補償4 二 選擇變電所主變壓器臺數(shù)、容量類型5 2.1 主變壓器臺數(shù)的選擇5 2.2 變電所主變壓器容量的選擇5 三 高、低壓電力網(wǎng)導線型號及截面的選擇6 3.1 高壓電力網(wǎng)導線型號及截面選擇7 3.2 10kv進廠開關(guān)

2、站的母線選擇8 3.3 各車間進線的截面面積8 四 互感器的選擇8 4.1 電壓互感器選擇9 4.2 電流互感器選擇9 五 短路電流計算9 六 主接線方案的選擇11 七 一次元件的選擇和校驗13 八 設計總結(jié)14 附表15 參考文獻18 附圖19前 言本設計是工廠供電課程一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。通過該課程設計可以鞏固本課程理論知識，了解變電所設計的基本方法和變電所電能分配的各種實際問題，從而培養(yǎng)獨立分析和解決實際工程技術(shù)問題的能力，同時對電力工業(yè)的有關(guān)政策、方針、技術(shù)規(guī)程有一定的了解，在計算繪圖、編號、設計說明書等方面得到訓練。工廠供電系統(tǒng)設計包括全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計，它是根據(jù)各個

3、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?；緝?nèi)容有：負荷計算和無功功率計算和補償；高、低電力網(wǎng)的導線型號及截面選擇；變電所主變壓器臺數(shù)、容量類型；變電所主接線方案的設計；短路電流的計算；變電所一次設備的選擇和校驗；變電所高、低壓線路的選擇、變電所二次回路方案選擇及繼電保護的整定；防雷和接地裝置的確定以及低壓干線、支線上的熔絲及型號。工廠供電工作要切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達到安全、可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟這四個基本要求。它的設計還要遵循以下原則：遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；安全可靠、先進合理；近期為主

4、、考慮發(fā)展；全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。此外，在供電工作中，應合理地處理局部和全局、當前和長遠等關(guān)系，既要照顧局部的當前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應發(fā)展。設計題目為某小型冶金實驗工廠供電系統(tǒng)設計，要根據(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形式，確定主變電所的臺數(shù)，分廠變壓器的臺數(shù)與容量、類型，選擇變電所主接線方案及高低壓設備和進出線。最后按要求寫出設計說明書，繪制設計圖樣。具體內(nèi)容主要有以下幾點：1、按照工藝、公用設計所提供的資料，計算該廠高低壓側(cè)的計算負荷以及確定為提高功率因數(shù)所需的補償容量；2、根據(jù)車間環(huán)境及計算負荷數(shù)

5、字，選擇變壓器的臺數(shù)和容量；3、選擇和確定小型冶金實驗工廠供電系統(tǒng)（包括高低壓供電電壓，高低壓供電系統(tǒng)圖，車間低壓電力網(wǎng)接線）；4、選擇高壓電氣設備及配電網(wǎng)路載流導體的截面，必要時，并需進行短路條件下動穩(wěn)定及熱穩(wěn)定的校驗；5、選擇高低壓供電系統(tǒng)的一次元件（包括校驗）。 2007-9-3一、負荷計算和無功功率計算和補償1.1 負荷計算 全廠總降壓變電所的負荷計算，是在車間負荷計算的基礎上進行的?？紤]車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出全廠總降壓變電所高壓側(cè)計算負荷及總功率因數(shù)。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)生的最大熱效應相等

6、。在配電設計中，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)。負荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項式等幾種。本設計采用需要系數(shù)法確定。本廠既有三相動力負荷又有單相照明負荷，但由于單相設備的設備功率小于計算范圍內(nèi)三相負荷設備功率的15%，按三相平衡負荷計算，不必換算。主要計算公式有：有功功率：無功功率： 視在功率：計算電流：各用電車間負荷計算原始圖表如表1示。各用電車間負荷計算結(jié)果如下表2所示。根據(jù)表2可算出：全廠計算負荷如下，這里取，則：1.2 功率補償由于本設計中要求cos0.85,而由上面計算可知cos=0.80<0.85，因此需要進行無功補償。綜合考慮在

7、這里采用并聯(lián)電容器進行高壓集中補償?？蛇x用bwf6.3-100-1w型的電容器，其額定電容為2.89µf qc = 738.72×（tan（arc cos0.80）tan（arc cos0.9）kvar =196.26kvar 取qc=200 kvar因此，其電容器的個數(shù)為： n = qc/qc = 200/100 =2而由于電容器是單相的，所以應為3的倍數(shù)，取3個正好 無功補償后，變電所低壓側(cè)的計算負荷為： 變壓器的功率損耗為：變電所高壓側(cè)計算負荷為：無功率補償后，工廠的功率因數(shù)為：符合設計要求。二、選擇變電所主變壓器臺數(shù)、容量類型 2.1 主變壓器臺數(shù)的選擇 由于該廠的

8、負荷有二級負荷，對電源的供電可靠性要求較高，采用兩 臺變壓器互為備用，正常情況下兩臺變壓器一起向負荷供電。當一臺變壓器發(fā) 生故障或檢修時，另一臺變壓器能對二、三級負荷持續(xù)供電。 2.2 變電所主變壓器容量的選擇 裝設兩臺主變壓器的變電所，最大負荷達到90%?？紤]工廠的擴建發(fā) 展，留50%的裕量，即，選擇每臺容量為1600kva的型變壓器，校驗其填充系數(shù)。當一臺變壓器故障時： 滿足要求在有事故的情況下，過負荷為 完全滿足備用兩臺變壓器正常并聯(lián)工作 符合經(jīng)濟運行規(guī)律因此選1250 kv·a的變壓器二臺。 三、高、低壓電力網(wǎng)導線型號及截面的選擇為了保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行，

9、進行導線和電纜截面時必須滿足下列條件：(1) 發(fā)熱條件導線和電纜(包括母線)在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的發(fā)熱溫度，不應超過其正常運行時的最高允許溫度。(2) 電壓損耗條件導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的電壓損耗，不應超過其正常運行時允許的電壓損耗。對于工廠內(nèi)較短的高壓線路，可不進行電壓損耗校驗。(3) 經(jīng)濟電流密度35kv及以上的高壓線路及電壓在35kv以下但距離長、電流大的線路，其導線和電纜截面宜按經(jīng)濟電流密度選擇，以使線路的年費用支出最小。所選截面，稱為“經(jīng)濟截面”。此種選擇原則，稱為“年費用支出最小”原則。工廠內(nèi)的10kv及以下線路，通常不按此原則選

10、擇。(4) 機械強度 導線（包括裸線和絕緣導線）截面不應小于其最小允許截面。對于電纜，不必校驗其機械強度，但需校驗其短路熱穩(wěn)定度。母線也應校驗短路時的穩(wěn)定度。對于絕緣導線和電纜，還應滿足工作電壓的要求。 根據(jù)設計經(jīng)驗，一般10kv及以下高壓線路及低壓動力線路，通常先按發(fā)熱條件來選擇截面，再校驗電壓損耗和機械強度。低壓照明線路，因其對電壓水平要求較高，因此通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗發(fā)熱條件和機械強度。對長距離、大電流及35kv以上的高壓線路，則可先按經(jīng)濟電流密度確定經(jīng)濟截面，再校驗其它條件。架空進線的選擇按發(fā)熱條件選擇導線截面。按發(fā)熱條件選擇三相線路中的相線截面時，應使其允許載流量不小

11、于通過相線的計算電流，即：。另外導體允許的載流量與環(huán)境溫度有關(guān)，環(huán)境溫度不同時，則導體的允許載流量就乘以溫度校正系數(shù)，=式中 在介質(zhì)溫度為時，電纜允許通過的電流； 手冊查出的，相對應的允許的電流； 不同電壓等級電纜的最高允許溫度。3.1高壓電力網(wǎng)導線型號及截面選擇選擇架空線，根據(jù)原始資料中給出的最熱月平均最高溫度為，查表鋁芯紙絕緣電纜敷設在空氣中的長期允許電流表，得，=0.85，比如變壓器1到開關(guān)站母線之間這段導線的選擇方法如下： =15.3，選擇截面16mm的導線，ial=60，根據(jù)=51a15.3，所以滿足要求。當計算出短路電流時還要進行熱穩(wěn)定校驗，這部分內(nèi)容放到短路電流計算之后介紹。根據(jù)

12、以上方法選擇出的都是按發(fā)熱選擇出的導線，所有結(jié)果如表3所示。因為高壓側(cè)電流較小，查表10kv所對應導線截面最小為16mm，允許的電流為60a，乘以溫度校驗系數(shù)后為51a，都大于高壓側(cè)的最大電流，所以都選擇16mm，滿足要求。3.2 10kv進廠開關(guān)站的母線選擇根據(jù)補償后總的容量=796.7kvar，可得i=46a，查lmy型涂漆硬鋁母線的主要技術(shù)數(shù)據(jù)表，選擇lmy3（253）。 3.3 各車間進線的截面面積該段進線主要是車間變壓器到各個車間的主線，在此采用鋁芯電纜架設，根據(jù)以上條件可以用發(fā)熱條件來選擇導線截面。這里利用發(fā)熱條件來選擇導線截面，根據(jù)氣象資料顯示最熱月平均最高溫度，即公式中的環(huán)境溫

13、度，可得，可以直接對25度查表從而得到鋁芯截面，如表4所示。四 電流互感器，電壓互感器的選擇互感器主要的功能有：1、 用來使儀表、繼電器等二次設備與主電路絕緣；2、 用來擴大儀表、繼電器等二次設備的應用范圍。在設計中主要考慮主線路上重要電壓電流的測量，及掌握電能的運轉(zhuǎn)情況，因此需加入互感器對其進行測量，如變壓器的高低壓兩側(cè)就需加互感器。4.1電壓互感器的選擇該設計方案中考慮在車間變電所的高壓側(cè)加電壓互感器，車間變電所高壓側(cè)額定電壓為10kv，查工廠常用電氣設備手冊可選擇互感的型號為jdz8-10g，如表5所示。 4.2電流互感器的選擇電流互感器一般在每個變電所的高壓側(cè)都需要，在本工廠供電系統(tǒng)中

14、有多個變電所，因此需要選擇12種型號的電流互感器。根據(jù)電流等級來選擇電流互感器。查工廠常用電氣設備手冊可選擇電流互感器如下，可得各個電流互感器的型號如表6所示。五 短路電流計算短路電流計算的目的是為了正確選擇和校驗電氣設備，以及進行繼電保護裝置的整定計算。短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標幺制法（又稱相對單位制法），工程上一般選擇標么值法計算，這里采用標幺值法計算短路電流。選擇基準容量和基準電壓：， ，。用標幺值法計算短路電流的公式如下：三相短路電流周期分量有效值：三相短路容量：電源的電抗標幺值計算：（為出口容量或遮斷容量）電力變壓器的電抗標幺值：注：變壓器短路電壓比：

15、變壓器額定容量電力輸電線路電抗標幺值：（：線路單位長度電抗 ：線路長度）對于高壓供電系統(tǒng)：沖擊電流有效值對于低壓供電系統(tǒng)：沖擊電流有效值設七個車間對應的變壓器分別為1#7#,車間i高壓側(cè)的變壓器為8#,所對應的短路點分別為k1-k9,10kv的進線端的短路點為k0。計算過程如下：1.選擇基準容量=100mva, =1.05, = : =1.05=0.4kv, = =144.3ka: =1.05=6.3kv, = =9.16ka: =1.05=10.5kv, = =5.5ka2.計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值畫出等效電路圖如下：1）電力系統(tǒng)（soc = 200mv·a）x1* =

16、 sj/soc=100mva/200 mv·a = 0.52）架空線路（xo = 0.46/km）x2* = xlsj /uavl2=2.33）電力變壓器x3* = uk%sd/100sn 根據(jù)已經(jīng)選擇的變壓器型號確定sn計算出x3*，最后的短路電流計算結(jié)果如表7所示。 六 主接線方案的選擇10kv直接從地區(qū)變電多接到廠區(qū)，經(jīng)過各車間變電所降壓后直接使用。1、 二車間有50kv的二級負荷，裝有二臺160kva容量變壓器，因此選擇高低壓側(cè)均為單母線分段的變電所主接線圖設計，接線圖如圖一：這種變電所的兩段高壓母線，在正常時可以接通運行，也可以分段運行。任一臺主變壓器或任一路電源進線停電檢

17、修或發(fā)生故障時，通過切換操作，均可迅速恢復整個變電所的供電，因此供電可靠性相當高，供一，二級負荷。2、 其余三級負荷車間變電所。其他車間均為三級負荷，要求不是很高，均用一個變壓器，因此設計主接線圖可按10kv低壓變電所設計，只裝有一臺主變壓器的小型變電所，采用高壓側(cè)負荷開關(guān)熔斷器的變電所主接線圖如圖二： 圖一圖二都為10kv進線，在斷路器下少一熔斷器fu。由于負荷開關(guān)和負荷型跌開式熔斷器能帶負荷操作，也不存在帶負荷拉閘的危險。但在發(fā)生短路故障時，只能是熔斷器熔斷，因此這種主接線仍然存在著在排除短路故障時恢復供電的時間較長的缺點，供電可靠仍然不高。適合三級負荷變電所。七 變電所一次設備的選擇與校

18、驗一次電路中所有的設備稱一次設備。包括：變換設備、控制設備、保護設備、補償設備、成套設備。各種電氣設備的功能盡管不同，但都在供電系統(tǒng)中工作，所以在選擇時必然有相同的基本要求。在正常工作時，必須保證工作安全可靠、運行維護方便，投資經(jīng)濟合理。在短路情況下，能滿足力穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的要求。高壓設備選擇的一般要求必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下的工作要求，同時設備應工作安全可靠，運行方便，投資經(jīng)濟合理。高壓刀開關(guān)柜的選擇應滿足變電所一次電路圖的要求，并通過各方案經(jīng)濟比較優(yōu)選出開關(guān)柜型號及一次接線方案編號，同時確定其中所有一次設備的型號規(guī)格。工廠變電所高壓開關(guān)柜母線宜采用lmy型硬母線。各設備選擇

19、和校驗的主要依據(jù)如下：1斷路器：高壓斷路器的額定遮斷容量必須大于或等于其安裝處的短路容量，其額定的斷流能力必須大于或等于其安裝處的短路電流。2隔離開關(guān)：隔離高壓電源、保證設備和線路的安全檢修。斷開后有明顯的斷開間隙，沒有專門的滅弧裝置，不允許帶負荷操作，可以通斷不超過2a的空載變壓器、電容電流不超過5a的空載線路，與高壓斷路器配合使用。 3電流互感器：按下面的公式進行動熱穩(wěn)定校驗（為動穩(wěn)定倍數(shù)，熱穩(wěn)定倍數(shù)）：動穩(wěn)定：熱穩(wěn)定： 4電壓互感器：電壓互感器的準確度和二次側(cè)負荷就滿足下式關(guān)系： 八 設計總結(jié)課程設計很快就結(jié)束了，剛剛拿到題目時簡直是一頭霧水，感覺無從著手。不過，課程設計畢竟是一種實踐性

20、質(zhì)的課程。隨著與同學們的共同討論和自己不斷的摸索，最終還是漸入佳境，基本上達到了理解題目要求的地步。這次課程設計，我的題目是關(guān)于小型冶金實驗工廠供電系統(tǒng)的設計。雖然一個學期的供電課程學完了，但具體到做實際的設計還是遇到了許多單靠自己無法解決的問題。有些需要的知識從課本上是找不到的，還有些光靠看而不去花大工夫去動筆、動腦是根本不行的，因為設計的過程中有許多都是需要進行大量計算才能得出結(jié)果的?？偨Y(jié)這次課程設計，雖然時間只有一周，但收獲還是有的。主要有以下幾點：1要虛心請教，多討論。供電的課程設計涉及的問題很多，知識點也很多，當然就不可避免地遇到了好多問題。和同學的討論，一方面加深了對知識的理解，更

21、有助于問題的解決，最終是很有裨益的。2做事情，且忌眼高手低。設計從理論上來講是非常簡單的，甚至不出一天，就能把所需要的框架寫出來。但這畢竟是個實踐性質(zhì)的題目，因此各個方面的設計就必須要考慮實際的問題。因此做任何有關(guān)理論與實踐相結(jié)合的課題，務必要有克服各種各樣問題的思想準備，絕對不能輕視和大意。3通過這次設計，我還積累了一定的做設計的經(jīng)驗和教訓。做設計前，一定先要全盤的考慮問題，而后再逐步地分解問題，各個擊破。另外要多查相關(guān)的資料，多了解相關(guān)的內(nèi)容，這樣才能保證設計的完美性。 總之由于時間的緊迫，感覺有好多地方都可以做更好地改善，當然從另一個側(cè)面也反映出自身掌握知識不足的缺陷。因此很有必要從這次

22、的設計中吸取經(jīng)驗教訓，干什么事情都得有個準備，首先打牢知識基礎，這樣才有可能做出更好的成績來。 表一 原始數(shù)據(jù)材料序號用電設備名稱數(shù)量（臺）單臺設備額定參數(shù)kx備注pe(kw)ie(a)coskpkx/cos一車間中頻感應電爐低壓電氣設備容量pe=200kw125=0.910.886.5指其中最大一臺中頻感應發(fā)電機組ve=6kv2250272降壓起動二車間（全部為低壓負荷）pjs=160kw cos=0.8內(nèi)含二級負荷50kw三車間（全部為低壓負荷）pjs=85kw cos=0.65四車間（全部為低壓負荷）pjs=200kw cos=0.85五車間（全部為低壓負荷）pjs=100kw cos=

23、0.8六車間（全部為低壓負荷）0.9/0.9pjs=20kw cos=0.65七全場照明pe=40kw0.9/0.9 表二 各車間計算負荷 序號（kw）(kvar)(kva)(a)車間一219.78118.62249.75379.47車間二160120200303.88車間三8599.45130.77198.69車間四200124235.29357.5車間五10075125189.92車間六2023.430.7746.75車間七3617.444060.78 表三 高壓側(cè)電纜截面序號電纜型號導線截面（mm）車間115.351wzr-yjly16車間212.551wzr-yjly216車間3851

24、wzr-yjly16車間414.651wzr-yjly16車間57.851wzr-yjly16車間61.951wzr-yjly16車間72.551wzr-yjly16車間高壓部分2751wzr-yjly116 表四 各車間進線的截面序號（kva）（a）干線電流截面電流電纜線型號查表電纜截面車間1249.75379.6452.9wzr-yjly1×150車間2188.26286.1328.9wzr-yjly1×95車間3100.01152185.4wzr-yjly1×50車間4235.29357.6436.1wzr-yjly1×150車間5117.66178.8218wzr-yjly1×50車間623.5335.843.7wzr-yjly1×10車間74060.874.1wzr-yjly1×10 表五 電壓互感器選擇變電所互感器型號額定頻率（hz）電壓比（v）準確級額定絕緣水平（kv）車間變電所jdz8-10g5010000/1000.2/0.5/1.040.5/95/200表六 電流互感器選擇變電所類別額定電流（a）電流互感器一次電流（a）電流互感器的型號車間一變電所高壓側(cè)15.320（20/5）la-10-0.5/3-20/5低壓側(cè)379.6500