供配電系統(tǒng)設計說明書之某工廠供配電系統(tǒng)設計

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"設計任務書 2\o"CurrentDocument"負荷計算和無功功率補償 3\o"CurrentDocument"變電所主變壓器和主結線方案的選擇 7\o"CurrentDocument"短路電流的計算 9\o"CurrentDocument"電費計算 12\o"CurrentDocument"鑄造車間進線的選擇校驗 13選做題 15一設計任務書1設計題目某工廠供配電系統(tǒng)設計2設計要求要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負荷的實際情況， 按照安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的要求，確定變電所主變壓器的臺數(shù)、容量、類型，選擇變電所主接線方案，進行電費計算，估算鑄造車間進線線徑。3設計依據(jù)工廠負荷情況：該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級負荷外，其余均屬三級負荷。低壓動力設備均為三相，額定電壓為380V。電氣照明為單相，額定電壓為220V。本廠的負荷統(tǒng)計資料如表1所示。表1 工廠負荷統(tǒng)計資料廠房編號廠房名稱負荷類別設備容量/kw需用系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動力4000.40.70照明80.91.02鍛壓車間—動力2000.20.60照明80.91.03金工車間動力3000.30.6—照明80.91.04工具車間動力2800.30.6:照明80.9r1.05電鍍車間動力1800.50.7照明80.91.06熱處理車間r動力1500.5P0.75照明80.91.07機修車間動力1500.250.6r照明30.91.08鍋爐房動力800.607照明20.91.09倉庫p動力100.30.8照明20.91.0供電電源情況：按照工廠與當?shù)毓╇姴块T簽訂的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條10KV的公用電源干線取得工作電源。該干線的導線型號為LGJ-150,干線首端距離本廠約10km.干線首端所裝設的高壓斷路器斷流容量為600MVA，為滿足工廠二級負荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡線由鄰近的單位取得備用電源。氣象條件：本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為38T，年平均氣溫為25C，年最低氣溫為-10C。34電費制度：本廠與當?shù)毓╇姴块T達成協(xié)議，在本廠變電所高壓側計量電能，設專用計量柜，按兩部電費交電費。每月基本電費按主變壓器容量計為 20元/KVA，動力電費為0.3元/kwh，照明電費為0.5元/kwh。工廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低于0.9此外，電力用戶需按新裝變壓器容量計算，一次性地向供電部門交供電貼費：6~10KV為900元/KVA。4設計任務要求在規(guī)定時間內(nèi)獨立完成下列工作量：負荷計算和無功功率補償（要求有計算過程，并列成表格形式，同時系數(shù)均需按0.9計算）變電所主變壓器臺數(shù)、容量、類型的選擇（要求采用一臺主變、兩臺主變分別進行計算）變電所主接線方案設計（要求畫出主接線圖，并說明其接線方式）短路電流計算（要求列寫完整的計算過程）電費計算（清晰描述兩部電費制，自行查找資料完成電費計算）估算鑄造車間進線導線線徑（絕緣導線載流量與截面的倍數(shù)關系需用上網(wǎng)或電工手冊查找）提示：根據(jù)設備容量計算出計算負荷，分別選擇鋁導線和銅導線計算線徑。一般銅導線的安全載流量為5?8A/mrh,鋁導線的安全載流量為3?5A/mrrt絕緣導線載流量估算歌訣：二點五下乘以九,往上減一順號走。三十五乘三點五,雙雙成組減點五。條件有變加折算,高溫九折銅升級。穿管根數(shù)二三四,八七六折滿載流。二負荷計算和無功功率補償1.負荷計算公式單組用電設備計算負荷的計算公式有功計算負荷（單位為kW）P30=KdPe ,Kd為同時系數(shù)無功計算負荷（單位為kvar）Q30=P3otan?視在計算負荷（單位為kvA）S30=P30/cos?計算電流（單位為A）l=S30/（V3XUn）,Un為用電設備的額定電壓，單位為kV1.2多組用電設備計算負荷的計算公式有功計算負荷（單位為kW）P30=Ksp刀P30d ,刀P30d是所有設備組有功計算負荷P30之和，K刀p是有功負荷同時系數(shù)無功計算負荷(單位為kvar)Q30=?qEQ30d ,刀Q30d是所有設備組無功計算負荷P30之和，心q是無功負荷同時系數(shù)視在計算負荷(單位為kvA)S30= ..P230Q230計算電流(單位為A)I=S30/(V3XUn),Un為用電設備的額定電壓，單位為kV2負荷計算在負荷計算時，采用需要系數(shù)法對各個車間進行計算， 并將照明和動力部分分開計算，照明部分最后和宿舍區(qū)照明一起計算。具體步驟如下。2.1、 鑄造車間：動力部分：P30=400X0.4=160kW; Q30=160X1.02=163.2kvarS30=160/0.7=228.6kVA; 130=228.6/(V3X0.38)=347.3A照明部分：P30=8X0.9=7.2kW; Q30=0kvarS30=7.2/1=7.2kVA; 130=7.2/(V3X0.22)=18.9A2.2、 鍛壓車間：動力部分：P30=200X0.2=40kW; Q30=40X1.33=53.2kvarS30=40/0.6=66.7kVA; 130=66.7/(V3X0.38)=101.3A照明部分：P30=8X0.9=7.2kW; Q30=0kvarS30=7.2/1=7.2kVA; 130=7.2/(V3X0.22)=18.9A2.3、 金工車間：動力部分：P30=300X0.3=90kW; Q30=90X1.33=119.7kvarS30=90/0.6=150kVA; 130=150/(V3X0.38)=227.9A照明部分：P30=8X0.9=7.2kW; Q30=0kvarS30=7.2/1=7.2kVA; 130=7.2/(V3X0.22)=18.9A2.4、 工具車間：動力部分：P30=280X0.3=84kW; Q30=84X1.33=111.7kvarS30=84/0.6=140kVA; 130=140/(V3X0.38)=212.7A照明部分：P30=8X0.9=7.2kW; Q30=0kvarS30=7.2/1=7.2kVA; 130=7.2/(V3X0.22)=18.9A2.5、 電鍍車間：動力部分：P30=180X0.5=90kW; Q30=90X1.02=91.8kvarS30=90/0.7=128.6kVA; 130=128.6/(V3X0.38)=195.4A照明部分：P30=8X0.9=7.2kW; Q30=0kvarS30=7.2/1=7.2kVA; I30=7.2/(V3X0.22)=18.9A2.6、 熱處理車間：動力部分：P3o=15OX0.5=75kW; Q3o=75X0.78=58.5kvarS30=75/0.75=100kVA; 130=100/(V3X0.38)=151.9A照明部分：P3o=8X0.9=7.2kW; Q30=0kvarS3o=7.2/1=7.2kVA; I3o=7.2/(V3X0.22)=18.9A2.7、 機修車間：動力部分：P3o=15OX0.25=37.5kW; Q3o=37.5X1.33=49.9kvarS3o=37.5/O.6=62.5kVA; 130=62.5/(V3X0.38)=95A照明部分：P3o=3X0.9=2.7kW; Q30=0kvarS3o=2.7/1=2.7kVA; I3o=2.7/(V3X0.22)=7.1A2.8、 鍋爐房：動力部分：P3o=8OX0.6=48kW； Q3o=48X1.02=49kvarS30=48/0.7=68.6kVA; 130=68.6/(V3X0.38)=104.2A照明部分：P3o=2X0.9=1.8kW; Q30=0kvarSao=1.8/1=1.8kVA; 130=1.8/(V3X0.22)=4.7A2.9、 倉庫：動力部分：P3o=1OX0.3=3kW; Q3o=3X0.75=2.3kvarSao=3/O.8=3.8kVA; 130=3.8/(V3X0.38)=5.8A照明部分：P3o=2X0.9=1.8kW; Q30=0kvarS30=1.8/1=1.8kVA; 130=1.8/(V3X0.22)=4.7A3所有車間的照明負荷： P'o=55KW4取全廠的同時系數(shù)為：?p=KEq=0.9，則全廠的計算負荷為：P3o=O.9X(677+55)=658.8KWP3o=O.9X699.3=629.4kvarS30=658.82629.42=911.1kVA130=911.1/(V3X0.38)=1384.3A5經(jīng)過計算，得到各車間的負荷計算如表2所示表2某工廠負荷計算表編號名稱類別設備容量需要系數(shù)cos?tan?計算負荷P30/KWQ30/KvarS30/KVAI30/A1鑄造車間動力4000.40.701.02160163.2228.6347.3照明「80.91.0「07.20r7.218.9小計408---167.2163.2235.8366.22鍛壓車間動力2000.20.601.334053.266.7101.3照明「80.91.0「07.20r7.218.9小計208---47.253.273.9120.2

編號名稱類別設備容量需要系數(shù)cos?tan?計算負荷P30/KwQ30/KvarS30/KVAI30/A3金工車間動力3000.30.601.3390119.7150227.9照明P80.91.0「07.20P7.218.9小計308---97.2119.7157.2246.84工具車間動力2800.30.601.3384111.7140212.7照明「80.91.0「07.20r7.218.9小計288---91.2111.7147.2231.65電鍍車間動力1800.50.701.029091.8128.6195.4照明P80.91.0「07.20r7.218.9小計188---97.291.8135.8214.36熱處理車間動力1500.50.750.787558.5100151.9照明J80.91.0「07.20r7.218.9小計158---82.258.5107.2170.87機修車間動力1500.250.601.3337.549.962.595照明「30.91.0「02.70P2.77.1小計153---40.249.965.2102.18鍋爐房動力800.60.701.02484968.6104.2照明「20.91.0「01.80P1.84.7小計82---49.84970.4108.99倉庫動力100.30.80.7532.33.85.8照明「20.91.0「01.80—1.84.7小計12---4.82.35.610.5總計（380V側）動力1750---677699.3998.31571.4照明55計入K藝p=0.9K藝q=0.90.72-658.8629.4911.11384.33無功功率補償無功功率的人工補償裝置：主要有同步補償機和并聯(lián)電抗器兩種。 由于并聯(lián)電抗器具有安裝簡單，運行維護方便、有功損耗小及組裝靈活、擴容方便等優(yōu)點。因此并聯(lián)電抗器在供電系統(tǒng)中應用最為普遍。由以上計算可得變壓器低壓側的視在計算負荷為： &0=丁658.82629.42=911.1kVA這時低壓側的功率因數(shù)為：cos?=658.8/911.1=0.72而根據(jù)設計要求工廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低于 0.9?？紤]到主變電器的無功損耗遠大于有功損耗，因此380V側最大負荷時功率因數(shù)應稍大于 0.9，暫取0.92來計算380V側所需無功功率補償容量：Qc=P30(tan?1-tan?2)=658.8[tan(arccos0.72)-tan(arccos0.92)]=354.3kvar則補償后變電所低壓側的視在計算負荷為：S'0(2)=.658.82 (629.4354.3)2=713.9kVA計算電流l'o（2）=713.9/（V3X0.38）=1084.7A變壓器的功率損耗為：Pr?0.015S'30（2）=0.015X713.9=10.7KWQ宀0.06S'0（2）=0.06X713.9=42.8kvar變電所高壓側的計算負荷為：P'0（1）=658.8+10.7=669.5KWQ'0（1）=（629.4-354.3）+42.8=317.9kvarS‘30（1）=669.52 317.92=741.1kVAl‘30（1）=741.1/（V3X10）=42.8A補償后的功率因數(shù)為：cos?=669.5/741.1=0.903滿足（大于0.90）的要求。表3無功功率補償后工廠380V側和10KV側的負荷計算如表所示項目cos?計算負荷P30/KWQ30/kvarS30/KVAI30/A380V側補償前負荷0.72658.8629.4911.11384.3380V側無功補償容量---354.3--380V側補償后負荷0.92658.8275.1 :713.91084.7主變壓器功率損耗-0.015S30=10.70.06S30=42.8--10KV側負荷總計0.90669.5317.9741.142.8三變電所主變壓器和主結線方案的選擇1變電所主變壓器的選擇根據(jù)工廠的負荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓器可有下列兩種方案：1.1裝設一臺主變壓器 型式采用S9,而容量根據(jù)式S.t》S3。，一般取S30=(0.85~0.9)S'0(1)=(629.9~667)kVA,因此選一臺S9-800/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負荷的備用電源，由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。1.2裝設兩臺主變壓器 型號亦采用S9,二每臺容量按式SN*T~(0.6-0.7)S30和Sn.t>S30(I+H)，即S.t~(0.6-0.7)X741.1kVA=(444.7-518.8)kVA>S30(I+H)因此選兩臺S9-630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷的備用電源亦由與鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡線來承擔。主變壓器的聯(lián)結組別均采用Dyn11表4變壓器參數(shù)變壓器型號額定容量KVA額定電壓/kV聯(lián)結組型號損耗/W空載電流I。％短路阻抗Uk%咼壓低壓空載負載

S9-800/1080010.50.4Dyn11140075000.84.5S9-630/1063010.50.4Dyn11120062000.94.52變電所主結線方案的選擇 按上面考慮的兩種主變壓器的方案可設計下列兩種主結線方案：2.1裝設一臺主變壓器的主結線方案 如圖1所示2.2裝設兩臺主變壓器的主結線方案 如圖2所示圖1裝設一臺主變壓器的主接線方案國63010/0.^kV12%嚇仃V'△國63010/0.^kV12%嚇仃V'△S9300.4kVf廉剛電淵」圖2裝設兩臺主變壓器的主接線方案四短路電流的計算1裝設一臺主變壓器時1.1.繪制計算電路12確定基準值設Sd=100MVA，Ud=Uc,即高壓側Udi=10.5KV，低壓側Ud2=0.4KV，Id1Id2SId1Id2Sd3Ud2Sd3Ud2100MVA310.5kv5.5kA100MVA 144kA30.4kv計算短路電路中各元件的電抗標幺值電力系統(tǒng)X*.1100MVA/600MVA 0.17kA架空線路查表得LGJ-150的xo=O.389Q/km，而線路長10km，故X*2 (0.38910)100MVA(10.5KV)2 3.5電力變壓器查表2-8,得Uz%=4.5,故X*.3X*.3竺型MVA5.6100800KVA因此繪等效電路圖，如圖所示計算k-l點（10.5kv側）的短路總電抗及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值X*（ki） X*.!X*.20.173.53.67三相短路電流周期分量有效值Ik3）Idjx*（k1） 其他短路電流I（3）I⑶ lk3））1.5kAi（3） 2.551（3） 3.8kA厝1.511（3） 2.3KA三相短路容量&3）SdfX*（k1） 100MVA3.6727.2MVA計算k-2點（0.4KV側）的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值X*（k2X；X2X30.173556927三相短路電流周期分量有效值lk3)2Id2X*(k2) 144kA9.2715.5kA其它短路電流lk3)215.5kAiS；)1.84I⑶1.8415.5kA28.5kAiSJ1.09I⑶1.0915.5kA16.9kA三相短路容量Sk3)2SdX*(k2) 10.8MVA2裝設兩臺主變壓器時2.1.繪制計算電路22確定基準值設Sd=100MVA,Ud=Uc,即高壓側Udi=10.5KV，低壓側Ud2=0.4KV,則IdiSd3Ud2100MVAIdiSd3Ud2100MVA310.5kv5.5kAId2Sd3Ud2100MVA30.4kv144kA2.3.計算短路電路中各元件的電抗標幺值電力系統(tǒng)X*」100MVA/600MVA 0.17kA架空線路 查表得LGJ-150的x0=O.389Q/km，而線路長10km，故X*.2 (0.389X*.2 (0.38910)100MVA(10.5KV)23.52.3.3電力變壓器查表得Uz%=4.5，故X*.3空型MVAX*.3空型MVA/岀型MVA5.6〃5.6100800KVA100800KVA2.8因此繪等效電路圖，如圖所示2.4.計算k-l點（10.5kv側）的短路總電抗及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值x*（k1）X*.1X*.2 0.17 3.5 3.67三相短路電流周期分量有效值Ik3）Id1/x*（k1）其他短路電流I⑶(3) (3)I Ik1 1.5kA.(3)i(3)2.551 3.8kAI(3)Ish1.51I(3) 2.3KA三相短路容量&3)Sd/X*(ki)10CMVA3.6727.2MVA計算k-2點(0.4KV側)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量總電抗標幺值X*(k2)X；X2X30.173.5286.47三相短路電流周期分量有效值lk3)2Id2X*(k2) 144kA6.4722.3kA其它短路電流I(3)I(3)Ik3)2 22.3kAiS3)1.84I⑶1.84223kA41.0kAlS3)1.09I⑶1.0922.3kA24.3kA三相短路容量Sk3）2SdX*（k2）10.8MVA3以上計算結果綜合如表5所示.表5短路計算結果接線方式短路計算點三相短路電流/KA三相短路容量/MVAI(3)IKI⑶I(3):(3)1sh|(3)IihSk3)一臺主變k-11.51.51.53.8:2.327.2k-215.515.515.528.516.910.8兩臺主變k-1 :1.51.5r1.53.812.327.2k-222.322.322.341.024.310.8五電費計算本廠與當?shù)毓╇姴块T達成協(xié)議，在本廠變電所高壓側計量電能，設專用計量柜，按兩部電費交電費。每月基本電費按主變壓器容量計為 20元/KVA，動力電費為0.3元/kwh，照明電費為0.5元/kwh。工廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低于 0.9此外，電力用戶需按新裝變壓器容量計算，一次性地向供電部門交供電貼費： 6~10KV為900元/KVA。供電貼費：主變壓器容量為每KVA900元，供電貼費為1000KVA*0.09萬元/KVA=90萬元。月基本電費按主變壓器容量計為20元/KVA，故每年電費為1000*20*12=24萬元。根據(jù)年最大負荷利用小時T可求得：動力費用：照明費用：六鑄造車間進線的選擇校驗1導線線徑一般按如下公式計算：銅線：S=I*L/54.4*U'鋁線：S=I*L/34*U'式中：I――導線中通過的最大電流（A）L――導線的長度（M）U'――充許的電源降（V）S——導線的截面積（MM2）說明：1）、U'電壓降可由整個系統(tǒng)中所用的設備 （如探測器）范圍分給系統(tǒng)供電用的電源電壓額定值綜合起來考慮選用。2） 、計算出來的截面積往上靠.根據(jù)經(jīng)驗可得1平方的銅導線安全載流量為5-8A;鋁導線的安全載流量為3~5A.2計算導線所需載流量2.1先根據(jù)功率的大小計算出單相電流，照明：電流（A）=設備功率（W）包定電壓（V）=32.7A動力：相電流（A）=設備功率（W）十［V3額定電壓（V門=243.1A2.2根據(jù)計算出的電流，乘以系數(shù)1.3（主要是考慮過電流），得出要選取導線的電流值，從《電工手冊》查出要用導線的截面值。I=（243.1+32.7）X1.3=358.5A查電工手冊可得，鋁芯電纜選取240mm2，銅芯電纜選取150mm22.3根據(jù)經(jīng)驗口訣選取經(jīng)驗口訣:二點五下乘以九，往上減一順號走;三十五乘三點五，雙雙成組減點五;條件有變加折算，高溫九折銅升級;穿管根數(shù)二三四，八七六折滿載流。其中，從50mm及以上的導線，其載流量與截面數(shù)之間的倍數(shù)關系變?yōu)閮蓚€兩個線號成一組，倍數(shù)依次減0.5。即50、70mm導線的載流量為截面數(shù)的3倍；95、120mm導線載流量是其截面積數(shù)的2.5倍，依次類推。上述口訣是鋁芯絕緣線、明敷在環(huán)境溫度25C的條件下而定的。若鋁芯絕緣線明敷在環(huán)境溫度長期高于 25C的地區(qū)，導線載流量可按上述口訣計算方法算出，然后再打九折即可；當使用的不是鋁線而是銅芯絕緣線，它的載流量要比同規(guī)格鋁線略大一些，可按上述口訣方法算出比鋁線加大一