供配电设计.doc

供配电技术作业学院：电信学院学号：080411112姓名： 作业要求一、设计题目：某工厂供配电系统设计二、设计要求：要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，按照安全、可靠、优质、经济的要求，确定变电所主变压器的台数、容量、类型，选择变电所主接线方案，进行电费计算，估算铸造车间进线线径。三、设计依据：该厂除铸造车间、电镀车间、锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷，低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表1所示。按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线型号为LGJ-150，干线首段距离本厂约10km，干线首段所装设高压断路器断流容量为600MVA。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近单位取得备用电源。四、气象条件：本厂所在地区的年最高气温为38，年平均气温为25，年最低气温为-10。五、电费制度：本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制缴纳电费，每月基本电费按主变压器容量计为20元/kVA，动力电费为0.3元/kWh，照明电费为0.5元/kWh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门缴纳供电贴费：610kV为900元/kVA。六、设计任务：1） 负荷计算和无功功率补偿（要求有计算过程，并列成表格形式，同时系数均需按0.9计算）2） 变电所主变压器台数、容量、类型的选择（要求采用一台主变、两台主变分别进行计算）3） 变电所主接线方案设计（要求画出主接线图，并说明其接线方式）4） 短路电流计算（要求列写完整的计算过程）5） 电费计算（清晰描述两部电费制，自行查找资料完成电费计算）6） 估算铸造车间进线导线线径（绝缘导线载流量与截面的倍数关系需用上网或电工手册查找）提示：根据设备容量计算出计算负荷，分别选择铝导线和铜导线计算线径。一般铜导线的安全载流量为58A/mm2，铝导线的安全载流量为35A/mm2。绝缘导线载流量估算歌诀：二点五下乘以九，往上减一顺号走。三十五乘三点五，双双成组减点五。条件有变加折算，高温九折铜升级。穿管根数二三四，八七六折满载流。表1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力4000.40.70照明80.91.02锻压车间动力2000.20.60照明80.91.03金工车间动力3000.30.6照明80.91.04工具车间动力2800.30.6照明80.91.05电镀车间动力1800.50.7照明80.91.06热处理车间动力1500.50.75照明80.91.07机修车间动力1500.250.6照明30.91.08锅炉房动力800.607照明20.91.09仓库动力100.30.8照明20.91.0注意：根据所给条件独立完成设计要求的内容。书写工整，语言描述清晰。在四周内完成设计任务，由学习委员收齐，并按学号排好，请与5月20日交到教D219，即过程控制实验室。本设计可以打印，可以手写。成绩优良者必做选作题目。平时作业请一并交上。选作题目： 1、 如何能够不破坏绝缘皮就能检测导线是否通电，详细说明其原理2、 详细阐述一种防雷系统的算法（参考教材防雷系统一章）一、负荷计算和无功功率（1）负荷计算采用需要系数法求计算负荷，主要的计算公式有： 有功功率：Pc=Pe*Kd 无功功率：Qc=Pc*tan 视在功率：Sc=Pc2+Qc2 计算电流：Ic=Sc/3Un 根据要求及负荷计算公式，分别计算各车间的Pc、Qc、Sc、Ic，然后列出表格。 铸造车间动力部分: Pc=Pe*Kd=400*0.4=160kW Qc=Pc*tan=160*1.02=163.2kvar Sc=Pc2+Qc2=1602+163.22=228.5kVA Ic=Sc/(3Un)=228.5/(3*0.38)=347.2A照明部分：Pc=Pe*Kd=8*0.9=7.2kW Qc=Pc*tan=0 锻压车间动力部分: Pc=Pe*Kd=200*0.2=40kW Qc=Pc*tan=40*1.33=53.2kvar Sc=Pc2+Qc2=402+53.22=66.6kVA Ic=Sc/(3Un)=66.6/(3*0.38)=101.2A照明部分：Pc=Pe*Kd=8*0.9=7.2kW Qc=Pc*tan=0 金工车间动力部分: Pc=Pe*Kd=300*0.3=90kW Qc=Pc*tan=90*1.33=119.7kvar Sc=Pc2+Qc2=902+119.72=149.8kVA Ic=Sc/(3Un)=149.8/(3*0.38)=227.6A照明部分：Pc=Pe*Kd=8*0.9=7.2kW Qc=Pc*tan=0 工具车间动力部分: Pc=Pe*Kd=280*0.3=84kW Qc=Pc*tan=84*1.33=111.7kvar Sc=Pc2+Qc2=842+111.72=139.8kVA Ic=Sc/(3Un)=139.8/(3*0.38)=212.4A照明部分：Pc=Pe*Kd=8*0.9=7.2kW Qc=Pc*tan=0 电镀车间动力部分: Pc=Pe*Kd=180*0.5=90kW Qc=Pc*tan=90*1.02=91.8kvar Sc=Pc2+Qc2=902+91.82=128.6kVA Ic=Sc/(3Un)=128.6/(3*0.38)=195.4A照明部分：Pc=Pe*Kd=8*0.9=7.2kW Qc=Pc*tan=0 热处理车间动力部分: Pc=Pe*Kd=150*0.5=75kW Qc=Pc*tan=75*0.88=66kvar Sc=Pc2+Qc2=752+662=99.9kVA Ic=Sc/(3Un)=99.9/(3*0.38)=151.8A照明部分：Pc=Pe*Kd=8*0.9=7.2kW Qc=Pc*tan=0 机修车间动力部分：Pc=Pe*Kd=150*0.25=37.5kW Qc=Pc*tan=37.5*1.33=49.9kvar Sc=Pc2+Qc2=37.52+49.92=62.4kVA Ic=Sc/(3Un)=62.4/(3*0.38)=94.8A照明部分：Pc=Pe*Kd=3*0.9=2.7kW Qc=Pc*tan=0 锅炉房动力部分: Pc=Pe*Kd=80*0.6=48kW Qc=Pc*tan=48*1.02=49kvar Sc=Pc2+Qc2=482+492=68.6kVA Ic=Sc/(3Un)=68.6/(3*0.38)=104.2A照明部分：Pc=Pe*Kd=2*0.9=1.8kW Qc=Pc*tan=0 仓库动力部分：Pc=Pe*Kd=10*0.3=3kW Qc=Pc*tan=3*0.75=2.2kvar Sc=Pc2+Qc2=32+2.22=3.7kVA Ic=Sc/(3Un)=3.7/ (3*0.38)=5.6A照明部分：Pc=Pe*Kd=2*0.9=1.8kW Qc=Pc*tan=0各用电车间负荷计算结果如下表：厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数tanPc/kWQc/kvarSc/kVAIc/A1铸造车间动力4000.40.701.02160163.2228.5347.2照明80.91.007.202锻压车间动力2000.20.601.334053.266.6101.2照明80.91.007.203金工车间动力3000.30.61.3390119.7149.8227.6照明80.91.007.204工具车间动力2800.30.61.3384111.7139.8212.4照明80.91.007.205电镀车间动力1800.50.71.029091.8128.6195.4照明80.91.007.206热处理车间动力1500.50.750.88756699.9151.8照明80.91.007.207机修车间动力1500.250.61.3337.549.962.494.8照明30.91.002.708锅炉房动力800.60.71.02484968.6104.2照明20.91.001.809仓库动力100.30.80.7532.23.75.6照明20.91.001.80全厂负荷计算: 取0.9，根据上表可算出:Pci=677kW Qci=706.7kvar则全厂的计算负荷为： Pc=Pci=0.9*677=609.3kW Qc= Qci=0.9*706.7=636kvar Sc=609.32+6362=880.8kVA Ic=880.8/(3*0.38)=1338.2A(二)无功功率补偿本设计中要求0.9，而实际=609.3/880.8=0.690.9，因此需要进行无功补偿。从何考虑在这里采用并联电容器进行低压集中补偿。 Qc=609.3*(0.69-0.9)=609.3*(1.05-0.48)=347.3kvar 取Qc=360kvar则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：Sc=609.32+（636-360）2=668.9kVA计算电流：Ic= 668.9/(3*0.38)=1016.3A变压器的功率损耗为： 0.015 Sc=0.015*668.9=10.0kW0.06 Sc=0.06*668.9=40.1kvar变电所高压侧的计算负荷为：Pc=609.3+10.0=619.3kWQc=636-360+40.1=316.1kvarSc=619.32+316.12=681.1kVAIc=695.3/(3*0.38)=1056.4A补偿后的功率因数为：=619.3/681.1=0.91满足（大于0.90）的要求。二、变电所主变压器台数和容量、类型的选择（1）方案选择原则1、当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。2、接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。3、610KV固定式配电装置的进线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。4、采用610 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。5、由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器。（2）变电所主变压器台数、容量、类型的选择 一台主变： 考虑气象资料（年平均气温25），则所选变压器的实际容量： SNT =（1-0.05）Sc=(1-0.05)*880.8=836.8kVA 再考虑到未来的发展，取SNT=1000kVA。为了完全可靠，用SC3系列箱型干式变压器,型号为SC31000/10。 两台主变： 每台变压器单独运行的容量SNT应同时满足以下两个条件：a. 任一台变压器单独运行时，满足：SNT=（0.6 0.7）SCb. 任一台变压器单独运行时，满足：SNTSC（+）即满足全部一二级符合要求。 带入数据可得：SNT=（0.6 0.7）SC=408.7 476.8kVA 考虑气象资料（年平均气温25），则所选变压器的实际容量： SNT =（1-0.05）Sc=0.95*500=475kVA 再考虑到未来的发展，取SNT=630kVA，因此选用两台S9-630/10型低损耗配电变压器。 三、变电所主接线方案的选择方案：高、低压侧均采用单母线分段优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。方案：单母线分段带旁路优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。方案：高压采用单母线、低压单母线分段优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所需停电。以上三种方案均能满足主接线要求，采用方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选方案。设计图如下图所示：四、短路电流计算 确定基准值：取Sd=100MVA， Uc1=10.5kV Ud2=0.4kV则Id1=Sd/3Ud1=100/3*10.5=5.5kA Id2=Sd/3Ud2=100/3*0.4=144.3kA计算短路电路中的各主要原件的电抗标幺值： 电力系统的电抗标幺值：X1=100/600=0.17 架空线路的电抗标幺值：X2=X0LSd/Ud12=0.31*10*100/10.52=2.81（查表得 X0=0.31/kM）电力变压器的电抗标幺值：X3= X4=Uk%*Sd/100* SNT=5*100/（100*0.63）=7.94短路等效电路图：计算K1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量： 总电抗标幺值：XK= X1+X2=0.17+.81=2.98 三相短路电流：IK1（3）=Id1* XK=5.5/2.98=1.85kA Ish（3）=2.55 IK1（3）=2.55*1.85=4.72kA 三相短路容量：SK1 IK1（3）=Sd/ XK=100/2.98=33.56MVA计算K2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量： 总电抗标幺值：XK= X1+X2+（X2X2）=0.17+.81+（7.947.94）=7.0 三相短路电流：IK2（3）=Id2* XK=144.3/6.95=20.77kA Ish（3）=1.84* IK2（3）=1.84*20.77=38.2kA 三相短路容量：SK1 IK1（3）=Sd/ XK=100/7.0=14.4MVA五、铸造车间进线线径 Pc1=Pc1d+ Pc1z=0.4*400+0.9*8=160=7.2=167.2kW Qc1= Qc1d+ Qc1z=160*0.7+7.2*1.0=163.2kvar Sc1= Sc1d+ Sc1z=228.57/（3*0.38）+7.2/0.22=380.0A 查表选线： 橡皮绝缘导线：BX 铜芯线截面120mm2 BLX铅芯线截面185 mm2 聚氯乙烯绝缘线：BX 铜芯线截面120mm2 BLX铅芯线截面185 mm2六、电费计算1、两部制电价 两部制电价是中国供电部门对大工业企业实行的电价制度。它将电价分成基本电价与电度电价两部，基本电价是按照工业企业的变压器容量或最大需用量（即一月中每15分钟或30分钟平均负荷的最大值）作为计算电价的依据，由供电部门与用电部门签订合同，确定限额，每月固定收取，不以实际耗电数量为转移；电度电价，是按用电不么年实际耗电度数计算的电价。两部制电价的计算公式是P=（aM+dH）/H （其中P为电价；a为每1千瓦最大负荷交的基本电费；M为用户变压器容量或最大需用量；d为按电表计算的每度电的电费；H为耗电量）。2、电费计算 设K为照明电度所占总电度的比例，X1为第一台变压器1T的总电度，X2为第二台变压器2T的总电度 1T：基本电价=630*20=12600元 电度电价=X1*0.3+ X1K*0.5元 供电贴费=630*900=567000元 总电费P1=12600+ X1*0.3+ X1K*0.5+567000=579600+ X1*0.3+ X1K*0.5元 2T：基本电价=630*20=12600元 电度电价=X2*0.3+ X2K*0.5元 供电贴费=630*900=567000元 总电费P1=12600+ X2*0.3+ X2K*0.5+567000=579600+ X2*0.3+ X2K*0.5元 总电费P=P1+P2=1159200+ X1*0.3+ X1K*0.5+ X2*0.3+ X2K*0.5元