某10KV机械厂降压变电所的电气设计.pdf

中南大学本科工厂供电课程设计论文1 工厂供电课程设计报告题目：某机械厂降压变电所的电气设计姓名：学号：班级：导师：时间：中南大学本科工厂供电课程设计论文1 某机械厂降压变电所的电气设计前言在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能和动力，但是它在产品成本中所占的比重很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额所占的比重多少，而在于工业生产实现电气以后可以大大增加产量，提高产品质量，提劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的能供应突然中断，则对工业生产可能造成严的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生，实现工业现代化，具有十分重要的意义。能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，能源节约对于国家经济建设具有十分重要战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。课程设计是检验我们这学期学习情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的供配电系统。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源。电能即易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节、测量。有利于实现生产过程自动化。而工厂供电就是指工厂所需要电能的供应和分配。工厂供电设计要达到为工业生产服务，保障工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须做到：安全、可靠、优质、经济。同时课程设计也是教学过程中的一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，了解工厂供电设计的基本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为以后工作奠定基础。中南大学本科工厂供电课程设计论文2 目录第一章设计任务书 .1 1.1 设计题目 .11.2 设计要求 .11.3 设计依据 .11.3.1 工厂总平面图.11.3.2 工厂负荷情况.11.3.3 供电电源情况.21.3.4 气象资料 .31.3.5 地质水文资料.31.3.6 电费制度 .3第二章负荷计算和无功功率补偿.4 2.1 负荷计算 .42.1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式.42.1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式.42.2 无功功率补偿.62.2.1 有关功率的名词解释.62.2.2 提高功率因数的意义.72.2.3 提高功率因数方法.72.2.4 电容器的选择、补偿方式和联接方式.82.2.4 无功补偿的计算.11 第三章变电所位置和型式选择.13 3.1 变配电所所址选择的一般原则.13 3.2 型式与布置 .14 3.3 负荷中心的确定方法.14 3.2.1 负荷指示图 .14 3.2.2 负荷电能矩 .14 3.2.3 负荷功率矩 .14 第四章变电所主变压器台数和容量、类型的选择.17 中南大学本科工厂供电课程设计论文3 4.1 台数 .17 4.2 容量 .17 4.3 台数、容量、类型的选择.17 第五章变电所主接线方案的设计.18 5.1 装设一台主变压器的主接线方案:.18 5.2 装设两台主变压器的主接线方案.19 5.3 主接线方案的技术经济比较.20 第六章短路电流的计算.21 6.1 绘制计算电路.21 6.2 确定短路计算基准值.21 6.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值.21 6.4 k-1点（10.5kV 侧）的相关计算.22 6.5 k-2点（0.4kV 侧）的相关计算.22 第七章变电所一次设备的选择和校验.23 7.1 10kV 侧一次设备的选择校验.24 7.1.1 按工作电压选择.24 7.1.2 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验.25 7.2 380V 侧一次设备的选择校验.26 7.3 高低压母线的选择.27 第八章变电所进出线的选择和校验.28 8.1 10kV 高压进线和引入电缆的选择.28 8.1.1 10kV 高压进线的选择校验.28 8.1.2 高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验.28 8.2 380 低压出线的选择.29 8.2.1 铸造车间 .29 8.2.2 锻压车间 .30 8.2.3 金工车间 .30 8.2.4 热处理车间 .31 8.2.5 电镀车间 .32 8.2.6 仓库 .32 中南大学本科工厂供电课程设计论文4 8.2.7 装配车间 .33 8.2.8 机修车间 .33 8.2.9 锅炉房 .34 8.2.10 工具车间 .35 8.2.11 生活区 .35 8.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验.36 8.3.1 按发热条件选择.36 8.3.2 校验电压损耗.36 8.3.3 短路热稳定校验.37 第九章变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定.38 9.1 变电所二次回路方案的选择.38 9.2 变电所的保护装置.38 9.2.1 主变压器的继电保护装置.38 9.2.2 装设电流速断保护.39 9.3 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置.40 9.4 变电所低压侧的保护装置.40 第十章防雷保护与接地装置的设计.41 10.1 变电所的防雷保护.41 10.1.1 直接防雷保护.41 10.1.2 雷电侵入波的防护.41 10.2 变电所公共接地装置的设计.41 10.2.1 接地电阻的要求.41 10.2.2 接地装置的设计.42 参考文献.43 附录.44 中南大学本科工厂供电课程设计论文1 第一章设计任务书1.1 设计题目某机械厂降压变电所的电气设计1.2 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，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。1.3 设计依据1.3.1 工厂总平面图图 1-1 工厂总平面图1.3.2 工厂负荷情况工厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4000 小时，日最大负荷持续时间为8 小时。该厂除铸造车间、电镀车间和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。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的统计资料如表1-1 所示。(4)(5)(6)(7)(10)(9)(8)(1)(2)(3)中南大学本科工厂供电课程设计论文2 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300 0.3 0.7 照明10 0.8 1 2 锻压车间动力300 0.3 0.65 照明10 0.8 1 3 金工车间动力300 0.3 0.65 照明10 0.8 1 4 热处理车间动力150 0.5 0.8 照明5 0.8 1 5 电镀车间动力250 0.5 0.8 照明5 0.8 1 6 仓库动力20 0.4 0.8 照明1 0.8 1 7 装配车间动力150 0.3 0.7 照明5 0.8 1 8 机修车间动力150 0.2 0.65 照明3 0.8 1 9 锅炉车间动力80 0.7 0.8 照明1 0.8 1 10 工具车间动力300 0.3 0.65 照明10 0.9 1 11 生活区照明300 0.7 0.9 1.3.3 供电电源情况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10 Kv 的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-120,导线为等边三角形排列，线距为1.5 m；干线首端（即电力系统馈电变电站）距本厂约10km,干线首端所装设高压断路器的断流容量为500 MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整表 1-1 机械厂统计资料表中南大学本科工厂供电课程设计论文3 定的动作时间为 1.5 S。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80 km，电缆线路总长度为20 km。1.3.4 气象资料本厂所在地区的年最高气温为40，年平均气温为25年，年最低气温为-20，年最热月平均最高气温为35，年最热月平均气温为30，年最热月地下0.8 米处平均温度25。1.3.5 地质水文资料本厂所在地区平均海拔20 m，地层以黄土为主，地下水位为3m.1.3.6 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，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按所装用的主变压器容量计为15 元/kVA，动力电费为0.3 元/kWh，照明（含家电）电费为元0.5 元/kWh。工厂最大负荷时的功率因数不低于0.9。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：610kV 为 800 元/KVA。中南大学本科工厂供电课程设计论文4 第二章负荷计算和无功功率补偿2.1 负荷计算2.1.1 单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW）30P=dKeP，dK为系数b)无功计算负荷（单位为kvar）30Q=30Ptanc)视在计算负荷（单位为kvA）30S=cos30Pd)计算电流（单位为A）30I=NUS330,NU为用电设备的额定电压（单位为KV）2.1.2 多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW）30P=ipPK30式中iP30是所有设备组有功计算负荷30P之和，pK是有功负荷同时系数，可取0.850.95 b)无功计算负荷（单位为kvar）iqQKQ3030，iQ30是所有设备无功30Q之和；qK是无功负荷同时系数，可取 0.90.97 c)视在计算负荷（单位为kvA）23023030QPSd)计算电流（单位为A）NUSI33030经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2-1 所示（额定电压取380V）表 2-1 厂房及生活区负荷计算表编号名称类别设备容量eP/kW 需要系数dKcostan计算负荷30P/kW 30Q/kvar 30S/kVA 30I/A 1 铸造车间动力300 03 07 1.02 90 91.8 照明10 0.8 1 0 8 0 小计310 98 91.8 134.28 204 中南大学本科工厂供电课程设计论文5 2 锻压车间动力300 0.3 0.65 1.17 90 105.3 照明10 0.8 1 0 8 0 小计310 98 105.3 143.85 218.6 3 金工车间动力300 0.3 0.65 1.17 90 105.3 照明10 0.8 1 0 8 0 小计310 98 105.3 143.85 218.6 4 热处理车间动力150 0.5 0.8 0.6 75 45 照明5 0.8 1 0 4 0 小计155 79 45 90.92 138.1 5 电镀车间动力250 0.5 0.8 0.6 125 75 照明5 0.8 1 0 4 0 小计255 129 75 149.2 226.7 6 仓库动力20 0.4 0.8 0.6 8 4.8 照明1 0.8 1 0 0.8 0 小计21 8.8 4.8 10.02 15.2 7 装配车间动力150 0.3 0.7 1.02 45 45.9 照明5 0.8 1 0 4 0 小计155 49 45.9 67.14 102 8 机修车间动力150 0.2 0.65 1.17 30 35.1 照明3 0.8 1 0 2.4 0 小计153 32.4 35.1 47.77 72.58 9 锅炉车间动力80 0.7 0.8 0.6 56 33.6 照明1 0.8 1 0 0.8 0 小计81 56.8 33.6 65.99 100.3 10 工具车间动力300 0.3 0.65 1.17 90 105.3 照明10 0.9 1 0 9 0 小计310 99 105.3 144.53 219.6 11 生活区照明300 0.7 0.9 0.44 210 92.4 229.43 348.6 总计动力2000 958 739.5 中南大学本科工厂供电课程设计论文6 照明360 计入pK=0.85,qK=0.9 0.77 814.3 665.6 1051.7 1598 2.2 无功功率补偿电力系统由发电系统、变电系统、输电系统、配电系统和用电系统五大部分构成，由于电能不能大量存储，所以发电、输电、配电和用电必须同时进行，即电力系统必须保持平衡。然而来自电力线路、电力变压器以及用电设备的无功负载大量存在，使电力系统的功率因数降低。对于配电系统来说，为数众多的异步电动机、变压器等设备要消耗大量的无功功率，对配电网络的安全稳定运行产生不良影响：1)供电线路的电流增大，使线路和设备的损耗增大，严重时会威胁到设备的安全运行；2)配电系统的视在功率增大，使发电机、变压器等供电设备的容量增加，电力用户的控制设备、测量仪表的规格也相应增大；3)导致供电电压降低。保持电力系统的平衡，解决配电系统功率因数低的有效途径就是对配电系统进行无功补偿，提高功率因数。按照我国供电部门的规定，高压供电的用户必须保证功率因数在0.9 以上，低压供电的用户必须在 0.85 以上。为了使用户注意提高功率因数，供电部门还对大宗用电单位实行按户月平均功率因数调整电费的办法。调整功率因数标准一般为0.85，大于 0.85 时给以奖励，低于0.85 时便要增收电费甚至罚款，功率因数很低时供电部门要停止供电。2.2.1 有关功率的名词解释输入功率=输入电流(乘)输入电压;也就决定是我们要用的电量。输出功率=输入功率-无用功部分;就是我们实际上的到的功率。输出功率是各类能源或能源转换设备（如动力、照明设备）向外输出的能量与时间的比值，即单位时间内能源或设备向外界提供的能量。其单位一般为瓦特、千瓦，在电力系统中也常用伏安、千伏安来表示。无功功率:电网中的感性负载（如电机，扼流圈，变压器，感应式加热器及电焊机等）都会产生不同程度的电滞，即所谓的电感。感性负载具有这样一种特性-即使所加电压改变方向，感性负载的这种滞后仍能将电流的方向（如正向）保持一段时间。一旦存在了这种电流与电压之间的相位差，就会产生负功率，并被反馈到电网中。电流电压再次相位相同时，又需要相同大小的电能在感性负载中建立磁场，这种磁场反向电能就被称作无功功率。无功功率比较抽象，它是用于电路内电中南大学本科工厂供电课程设计论文7 场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外做功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。在交流电路中，由于有感性或容性储能设备，电压与电流有相位差，通俗讲就是电压与电流不在同一时间到达；因此，表面看电压有多大、电流有多大，实际并没有做那么大的功，有电源与储能设备的能量转换。2.2.2 提高功率因数的意义提高功率因数，可以降低线路上的损耗，提高输出功率。在建筑供电系统中，供电线路，其电阻不可忽略。充分发挥电源设备潜力。提高功率因数，可以减少线路上电压降，提高末端电压，有利于用电提高供电可靠性。可减少对供配电设施的投资，增加供配电系统的功率储备，使用户获得直接的经济利益。在同样的有功功率下，功率因数提高，负荷电流就减少，而向符合传输功率所经过的变压器、开关、导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要，亦即可以增大原有设备的供电能力。对尚处于设计阶段的新建筑来说，提高功率因数则能降低配电设备的设备容量，从而减少投资费用。2.2.3 提高功率因数方法1、提高负荷的自然功率因数：1 选、2 调、3 换。通过适当措施提高自然功率因数。据统计，在建筑供电系统的总无功功率中，电动机和变压器约占 80%左右，其余则消耗在输电线路及其他感应设备中，因此，提高自然功率因数可以通过合理选择感应电动机的容量、使用中减少感应电动机的空载运行、条件许可时尽量使用同步电动机、以最佳负荷率选择变压器等方法达到目的。1）选：正确的选择、合理的使用电动机和变压器，在条件允许的条件下，尽量选择鼠笼型电动机。避免：空载、轻载运行。2）调：合理选择变压器的容量，尽量空载、轻载运行。3）换：更换设备为节能设备，对大容量，长时工作的矿井通风机采用同步电动机，使其工作在过激状态。2、人工补偿提高功率因数无功功率的人工补偿装置：主要有同步调相机和并联电抗器两种。1）并联同步调相机。同步调相机又称同步补偿器，属于有源补偿器。同步调相机是一种专用于中南大学本科工厂供电课程设计论文8 补偿无功功率的同步电动机，通过调节同步调相机的励磁电流可补偿供电系统的无功功率，从而提高系统的功率因数。同步调相机输出无功功率为无极调节方式，调节的范围较大，并且在端电压下降 10%以内时，无功输出基本不变，当端电压下降10%以上时，可强行励磁增加无功输出。作为并联补偿设计的同步调相机实质上是一个被拖动到某一转速下并与电力系统同步且空载运行的电动机。根据控制需要，控制其励磁磁场，使其工作在过励磁或欠励磁的状态下，从而发出大小不同的容性或感性无功功率。同步调相机可对系统进行动态补偿，但它属于旋转设备，运行中的损耗和噪声比较大，维护复杂，成本高，响应速度慢。不适应各类快速变化非线性负载的要求。同时，同步调相机补偿单位无功功率造价高。每输出1K var 的无功功率要损耗0.5%3%的有功功率，基建安装要求高、不易扩建、运行维护复杂，所以一般用于电力系统中的枢纽变电站及地区降压变电站。2）并联适当的静电电容器。我们知道，当COS 0.9 时，采用人工补偿法来提高功率因数，广泛采用并联电容器进行补偿。电感性负载并联适当的电容器可以提高功率因数，所以在建筑供电系统中，同样可以并联适当的静电电容器以提高系统的功率因数。并联电容器安装简单、容易扩建、运行维护方便，补偿单位无功功率的造价低、有功损耗小（小于0.3%），因此广泛用于工厂企业及民用建筑供电系统中。但是，缺点是只能补偿固定无功，不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功的动态补偿，且还有可能与系统发生谐波放大甚至谐振。无功补偿使用专用的电力电容器，其规格品种很多，按安装方式分为户内式和户外式，按相数分为单相和三相，按额定电压分为高压和低压电容器等等。2.2.4 电容器的选择、补偿方式和联接方式1）电容器无功容量的计算图 2-1 图 2-1 电容器无功容量计算Qc=Pi(tan错误！未找到引用源。ANTtan错误！未找到引用源。ac)2）电容器（柜）台数的确定需电容器台数：错误！未找到引用源。每相所需电容器台数：n=N/3 取其相等或稍大的偶数，因为变电所采用单母线分段式结线。中南大学本科工厂供电课程设计论文9 3）并联电容器的补偿方式高压集中补偿电容器集中装设在变配电所的高压电容器室内，与高压母线相联。其中电压互感器TV为电容器切除时放电用。按GB-50053-199410kV 及以下变电所设计规范规定：高压电容器组宜采用中性点不接地的星形接线，容量较小时（450kvar 及以下）则可接成三角形。低压集中补偿电容器集中装设在变电所的低压配电室或单独的低压电容器室内，与低压母线相联，低压电容器组一般采用三角形接线，利用白炽灯或专用的放电电阻放电。低压分散补偿电容器分散装设在低压配电箱旁或与用电设备并联，低压电容器组一般采用三角形接线，直接利用用电设备（如感应电动机）本身的绕组放电。4）电容器的联接方式高压电容器的一次接线方式较多，目前采用的有单星形接线、双星形接线、三角形接线等。而在并联电容器装置设计规范中规定：电容器组宜采用单星形接线或双星形接线，这两种接线方式在实际运行中，都有比较成熟的经验。下面对几种常用的接线方式作一个简要的概述。单星形接线在中性点不接地系统中采用单星形接线。当一相电容器发生击穿时，不致引起相间短路，这种接线可以采用灵敏的保护方式。电流平衡保护用于星形接线时，有灵敏简单、经济可靠的优点。一般电容器装设在10kV 电网使用时，均采用这种接线方式。如图a 所示。双星形接线当电容器组容量足够大、使用电容器单元数足够多时，可以考虑选择采用双星形接线，采用双星形接线方式时，可以采用中性点不平衡电流保护、横联差动保护等可供选择的继电保护方式较多，但设计时注意当其中某相的一个臂短路时，短路电流的初始值中会包含有健全臂的放电电流，其它常规的如相间过电流过电流保护等并无特殊。具体主接线见图b。三角形接线在 10kV 电网中，当电容器额定电压为10kV 时，可以接成三角形接线并联在电网上，使电容器容量得到充分利用。此种接线方式的缺点在于当电容器击穿时，即形成相间短路，增加了爆破燃烧的危险性，威胁电网的安全运行。为此，要求设计灵敏度较高的相间电流（电压）平衡保护，在电容器击穿50 70时，保护有足够的灵敏度动作于跳闸。具体接线如图c 所示。双三角接线当电容器的额定电压与系统电压符合并且电容个数足够多时可以采用双三角接线，这种种接线方式的一大特点是可以使整定方便、灵敏度确定的相电流横差保护。具体接线方式见图d。中南大学本科工厂供电课程设计论文10 图 a 图 b 图 c 图 d 5）三角形接法和星形接法的优缺点比较或 Y（双 Y）优选，因为容量为Y 的 1/3 且电压低，放电1 分钟，残压50V 以下。1000V 以上的电容器应采用电压互感器放电。电容器放电回路中不得装设熔断器或开关，以免放电回路断开，危及人身安全。当三相电容器采用单星形接线方式时，其无功功率为：CUCUUUIQC2333式中：U-电网线电压；I-电网线电流；错误！未找到引用源。-电源角频率；C-电容器的电容。当三相电容器采用三角形接线方式时，其无功功率为：CUCUUUIQC23333）（由上面两个公式可以看出，同样的电容器在同一电网中接成三角形时产生的无功功率是接成星形时的 3 倍。因此，一些技术资料上主张将电容器接成三角形，以补偿更多的无功功率。原有的变电所设计规范(如 GBJ53-83)曾规定 10kV及以下作并联补偿用的三相电力电容器宜接成三角形接线，我国最早生产的高压并联电容器柜也多为三角形接线。但这其实只是表面现象，理由十分简单，只因星形接法电容器额定电压因是三角形接法的1/错误！未找到引用源。3。三角形接线的三相电容器直接接在电网线电压上，任一台并联电容器内部串联元件发生贯穿性击穿或极间故障时，都会形成相间短路，故障电流为两相短路电流，容易引起电容器爆炸起火。各地变电所的实际运行经验也表明，在高压并联电容器的膨胀、爆炸、起火事故中，采用三角形接线中南大学本科工厂供电课程设计论文11 方式的占大多数。可见，从安全运行的角度考虑，不宜推广并联电容器的三角形接法。相比之下，在星形接线方式中，当其中一台电容器发生贯穿性击穿时，不会形成相间短路，故障电流也不会超过并联电容器额定电流的3 倍，比三角形接线方式中的故障电流小得多，如继电保护设置合适，多数情况下不至于引起爆炸事故。因此，后续颁布的35 110kV 变电所设计规范(GB50059-92)明确规定，并联电容器的接线方式应使电容器组的额定电压与接入电网的运行电压相配合，宜采用中性点不接地的星形或双星形接线。现有的额定电压为36.6kV 和311kV的电容器，就是为适应并联电容器星形接线的需要而专门生产的。当其中一台电容器因故障退出运行时，由于三相电容器组的阻抗不平衡，会导致中性点发生位移，从而使继续运行的电容器产生过电压。针对此问题，可以装设过电压保护，故障时自动切除整组电容器。综合国内外的运行经验，在实际应用中，高压并联电容器宜采用中性点不接地的星形接线方式。只有在电容器组的容量较小时可以采用三角形接线方式，具体地讲，接在6kV 或 10kV 母线上，容量不超过 180kVAr 或 300kVAr 的并联电容器可以采用三角形接线。2.2.4 无功补偿的计算由表 2.1 可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.77。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V 侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取 0.92 来计算 380V侧所需无功功率补偿容量：参照图 2-2，选 PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3 型，采用其方案1（主屏）1 台与方案3（辅屏）4 台相结合，总共容量为84kvar5=420kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功 计 算 负 荷 基 本 不 变，而 无 功 计 算 负 荷30Q=（665.6-420）kvar=245.6 kvar，视 在 功 率2 3023030QPS=850.5 kVA，计 算 电 流NUSI33030=1292.3 A,功 率 因 数 提 高 为cos=3030SP=0.957。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T 的容量选为1000kVA 的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿CQ=30P(tan1-tan2)=814.3tan(arccos0.77)-tan(arccos0.92)=328.98 kvar 中南大学本科工厂供电课程设计论文12 后工厂 380V 侧和 10kV 侧的负荷计算如表2.2 所示。表 2.2 无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷30P/KW 30Q/kvar 30S/kVA 30I/A 380V 侧补偿前负荷0.77 814.3 665.6 1051.7 1598 380V 侧无功补偿容量-420 380V 侧补偿后负荷0.957 814.3 245.6 850.5 1292.3 主变压器功率损耗0.01530S=12.8 0.0630S=51 10KV侧负荷计算0.941 827.1 296 878.5 50.7 主屏辅屏1#方案6支路3#方案6支路2#方案8支路4#方案8支路CCC图 2-2 PGJ1 型低压无功功率自动补偿屏的接线方案中南大学本科工厂供电课程设计论文13 第三章变电所位置和型式选择3.1 变配电所所址选择的一般原则(1）变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：接近负荷中心进出线方便；接近电源侧；设备运输方便；不应设在有剧烈振动或高温的场所；不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定；不应设在地势低洼和可能积水的场所。（2）装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。（3）多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。（4）高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所，当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准高层民用建筑设计防火规范有关规定，采取相应的防火措施。（5）露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所：有腐蚀性气体的场所；挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁；附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场；容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。3.2 型式与布置变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下列规定：中南大学本科工厂供电课程设计论文14(1)负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所；(2)负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或组台式成套变电站；(3)高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站；(4）负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有条件时也可设附设变电所或户外箱式变电站；(5)环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315kVA及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。3.3 负荷中心的确定方法3.2.1 负荷指示图负荷指示图是将电力负荷（计算负荷P30）按一定比例K（例如以1mm 面积代表若干kW）用负荷圆的形式标示在企业或车间的平面图上。各车间（建筑）的负荷圆的圆心与车间（建筑）的负荷中心大致相符。负荷圆的半径r，由车间（建筑）的计算负荷得：3.2.2 负荷电能矩负荷中心不只与各负荷的功率有关，而且还与各负荷的工作时间有关：3.2.3 负荷功率矩设有负荷P1、P2 和 P3（均表示有功计算负荷），它们在任选的直角坐标系中的坐标已知。现假设总负荷=P1+P2+P3的负荷中心位于P（X，Y）处。仿力学求重心的力矩方程可得：230cPPKrcPrK112233112233iixPP xP xP xyPP yP yP yiiiiiixPPxyPP y,iiiiiiPxPyxyPP112233112233aiaaaaiaaaxWW xW xW xyWW yW yW ymaxaiciiWP Tmaxmaxmaxmax,aiiciiiaiiciiiaiciiaiciiW xP TxW yP TyxyWP TWP T中南大学本科工厂供电课程设计论文15 变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。设计采用按功率矩法来确定工厂的负荷中心，计算公式参照3.2.2所示：以生活区负荷中心为原点，确立厂内各厂房的坐标位置，如下图图 厂房的坐标位置表 3.1 各车间的计算负荷序号名称计算负荷 P30/kW 1 铸造车间98 2 锻压车间98 3 金工车间98 4 热处理车间79 5 电镀车间129 6 仓库8.8 7 装配车间49 8 机修车间32.4 9 锅炉车间56.8 10 工具车间99 11 生活区210 结合上图和下面公式：112233112233iixPPxP xP xyPP yP yP yiiiiiixPPxyPPy,iiiiiiPxP yxyPP中南大学本科工厂供电课程设计论文16 得：错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。所以，厂区的计算负荷中心坐标为（50.03,64.94），如上图所示。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6 号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，且型式为附设式。中南大学本科工厂供电课程设计论文17 第四章变电所主变压器台数和容量、类型的选择4.1 台数（1）满足用电负荷对可靠性的要求；二级负荷：选择两台主变压器；负荷较大时，也可多于两台；二、三级负荷：可选一台变压器，但低压侧敷设与其它变电所相连的联络线作为备用电源；三级负荷：选择一台主变压器；负荷较大时，也可选择两台；（2）季节性负荷或昼夜负荷变化较大时，技术经济合理时，可选择两台变压器；4.2 容量（1）单台变压器：30SSTN（2）两台变压器：4.3 台数、容量、类型的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：a)装设一台变压器型号为 S9型，而容量根据式30SSTN，TNS为主变压器容量，30S为总的计算负荷。选TNS=1000 KVA30S=878.5 KVA，即选一台S9-1000/10 型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。b)装设两台变压器型号为 S9型，而每台变压器容量根据式（4-1）、（4-2）选择，即)7.06.0(TNS878.5 KVA=（527.1614.95）KVA（4-1）)(30SSTN=(134.28+149.2+65.99)KVA=349.47 KVA（4-2）因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0。(0.6 0.7)NcSS()NcSS中南大学本科工厂供电课程设计论文18 第五章变电所主接线方案的设计按第四章确定的两种主变压器容量、台数、类型的选择，主接线方案可设计为下列两种：5.1 装设一台主变压器的主接线方案:10kv（备用电源）联络线220/380VY0Y0GG-1A(J)-03GN-10/200FS4-10LQJ-10JDJ-10GN-10/200RN2-10GG-1A(F)-54GN-10/200FS4-10GG-1A(F)-07SN10-10I/630LQJ-10GN-10/200S9-100010/0.4KVSN10-10I/630SN10-10I/630LQJ-10GN-10/200GG-1A(F)-07GG-1A(F)-08GG-1A(F)-09DW20-630DW20-630LMZ1-0.5DW15-1500/3DLMZJ1-0.5GG-1A(F)-09DW15-1500/3DLMZJ1-0.5图 5-1 装设一台主变压器的主接线方案中南大学本科工厂供电课程设计论文19 5.2 装设两台主变压器的主接线方案图 5-2 装设两台主变压器的主接线方案0220/380VS9-630GG-1A(F)GG-1A(F)-710/0.4kVS9-63010/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GG-1A(F)-113、11GW 口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-01GG-1A(F)-113GG-1A(F)-11GG-1A(J)01GG-1A(F)96GG-1A(F)07GG-1A(F)54联络（备用）高压柜列96中南大学本科工厂供电课程设计论文20 5.3 主接线方案的技术经济比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗较小灵活方便性只有一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额查得 S9-1000/10 的单价为 15.1 万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2*15.1=30.2万元查得 S9-630/10 的单价为 10.5 万元，因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，比一台主变方案多投资11.8 万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查得 GG-1A(F)型柜可按每台4万元计，其综合投资可按设备的1.5 倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*4=24万元本方案采用6 台 GG-1A(F)柜，其综合投资约为 6*1.5*4=36万元，比一台主变方案多投资 12 万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费=30.2 万元*0.05=1.51万元；高压开关柜的折旧费=24 万元*0.06=1.44万元；变配电的维修管理费=（30.2+24）万元*0.06=3.25万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）=6.2万元主变的折旧费=42 万元*0.05=2.1万元；高压开关柜的折旧费=36 万元*0.06=2.16万元；变配电的维修管理费=（42+36）万元*0.06=4.68万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（2.1+2.16+4.68）=8.94万元，比一台主变方案多投资2.74 万元供电贴费主变容量每KVA为 800 元，供电贴费=1000KVA*0.08 万元/KVA=80 万元供电贴费=2*630KVA*0.08 万元=100.8万元，比一台主