机械厂设计

中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第1页共26页1引言电力系统是由发电机，变压器，输电线路，用电设备（负荷）组成的网络，它包括通过电的或机械的方式连接在网络中的所有设备，包括对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。变电站是电力系统的重要组成部分，是联系发电厂和用户的中间环节。它起着变换和分配电能的作用。变电站的设计必须从全局利益出发，正确处理安全与经济基本建设与生产运行。近期需要与今后发展等方面的联系，从实际出发，结合国情采用中等适用水平的建设标准，有步骤的推广国内外先进技术并采用经验鉴定合格的新设备、新材料、新结构。根据需要与可能逐步提高自动化水平。为保证电能的质量以及设备的安全，在变电所中还需进行电压调整、潮流（电力系统中各节点和支路中的电压、电流和功率的流向及分布）控制以及输配电线路和主要电工设备的保护。按用途可分为电力变电所和牵引变电所（电气铁路和电车用）。电力变电所又分为输电变电所、配电变电所和变频所。变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成。其中，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装2～3台主变压器；330千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入5～10年的预期负荷选择。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求。变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。变电所的控制方式一般分为直接控制和选控两大类。前者指一对一的按纽控制。对于控制对较多的变电所，如采用直接控制方式，则控制盘数量太多，控制监视面太大，不能满足运行要求，此时需采用选控方式。选控方式具有控制容量大、控制集中、控制屏占地面积较小等优点；缺点是直观性较差，中间转换环节多。中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第2页共26页2负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算表2.1各厂房和生活区的负荷计算编号名称类别设备容量P/kw需要系数Kcosatanga计算负荷P/kwQ/kvarS/kVAI/A1铸造车间动力3700.40.651.2148173227.7345.95照明80.91.007.207.232.7小计378155.2234.9356.92锻压车间动力3800.30.61.3114152190.0288.7照明70.71.004.904.97.4小计387118.9194.9296.13金工车间动力3900.30.651.2117136.8180.0273.5照明60.91.005.405.48.2小计396122.4185.4281.74工具车间动力3600.350.651.2126147.3193.8294.5照明80.91.007.207.232.7小计368133.2201305.45电镀车间动力2500.40.750.910088.2133.3202.6照明90.91.008.108.136.8小计259108.1141.4214.86热处理车间动力1700.40.750.9686090.7137.8照明100.91.00909.040.9小计1807799.7151.57装配车间动力1900.30.701.05758.281.4123.7照明60.91.005.405.424.5小计19662.486.8131.98机修车间动力1700.20.701.03434.748.673.8照明50.81.004.004.06.1小计1753852.679.99.锅炉车间动力800.70.750.95649.474.7113.4照明20.91.001.801.82.7小计8257.876.5116.210仓库车间动力150.40.850.663.77.110.7照明20.81.001.601.62.43小计177.68.713.211生活区照明3900.70.950.327381.9287.4436.1总计（380v侧）1153.6985.20.761038.24886.71365.32074.4中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第3页共26页2.2无功功率补偿由上表可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因素只有0.76。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因素应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量。QC=P30(tanΦ1-tanΦ2)=1038.24[tan(arccos0.76)-tan(arccos0.92)]kvar=441.4kvar参照书选PGJ1型低压自动补偿屏，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）6台相组合，总共容量84kvar×6=504kvar。因此无功补偿后工厂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cosφ计算负荷P30/kwQ30/kvarS30/kvaI30/A380V侧补偿前负荷0.761038.24886.71365.32074.4380V无功补偿容量-504380V侧补偿后负荷0.941038.24382.41106.421681主变压器功率损耗0.015S30=16.60.06S30=66.3910kv侧负荷总计0.921054.84448.791054.8460.9中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第4页共26页3变电所位置和形式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算公式为123123123......iiixppppxxxxpppp，pyppppypypypiiiy......321332211计算过程如下：找到各厂房在平面图里对应的位置坐标：P1(3,6.7),P2(4.4,4.4),P3(6.8,1.5),P4(4.9,7.8),P5(7.7,7.8),P6(7.7,6),P7(7.7,4),P8(10.2,7.8),P9(10.2,6),P10(10.2,4)带入上述公式可得X=5.4,Y=4.4由计算结果可知工厂的负荷中心在2号厂房（锻压车间）的东北角。考虑到周围环境及方便，决定在2号厂房（锻压车间）的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，其形式如图3.1机械厂总平面图3.1中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第5页共26页4变电所主变压器及主接线方案的选择4.1变电所主变压气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：（1）装设一台主变压器型号用S9型，容量由SN.T=1250KVAS30=1054KVA,即选一台S9-1250/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源由邻近单位相连的高压联络线来承担。（2）装设两台主变压器型号亦为S9型，容量由公式选择，即(0.6~0.7)1054(632~737)NTkVAkVAs且30()(234.9+141.4+76.5)452.8NTkVAkVAss因此选两台S9-800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第6页共26页4.2.变压器主接线方案的选择按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：（1）装设一台主变压器的主接线方案如图4.1所示(低压侧主结线从略)图4.1中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第7页共26页（2）装设两台主变压器的主接线方案如图4.2所示(低压侧主结线从略)。图4.2中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第8页共26页（3）两种主结线方案的技术经济比较如表4.1所示表4.1两种主接线方案的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，电压损耗小灵活方便性只一台主变，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由表3-1查得S9-1000/10的单价约为15.1万元，而由表4-1查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资约为2×15.1万元=30.2万元由表3-1查得S9-630/10的单价约为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4×1.5万元=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）的综合投资额由表4-10查得GG-1A(F)型柜可按每台4万元计，而由表4-1知，其综合投资可按设备价的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4×1.5×4万元=24万元。本方案采用6台GG-1(F)柜，其综合投资约为6×1.5×4万元=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按表4-2规定计算，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；变配电设备的维修费用=(30.2+24)万元×0.06=3.25万元。因此主变和高压开关设备的折旧费和维修管理费=(1.51+1.44+3.25)万元=6.2万元（其余项目从略）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；变配电设备的维修费用=（42+36）万元×0.06=4.68万元。因此主变和高压开关设备的折旧费和维修管理费=（2.1+2.16+4.68）万元=8.94万元，比一台主变方案多耗资2.74万元。供电贴费按主变容量每KVA900元计。电贴费=1000KV×0.09万元/kv=90万元供电贴费=2×630KVA×0.09万元=113.4万元，比一台主变方案多交23.4万元。从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案（见图4.2）优于装设一台主变的主接线方案（见图4.1），按经济指标装设一台主变的方案（见图4.1）优于装设两台主变的方案（见图4.2），但是从供电可靠性，安全性，电能质量以及总的年运行费考虑两台更经济合算。因此决定采用装设两台主变的方案（见图4.2）。中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第9页共26页5短路电流的计算本厂的供电系统采用两路电源供线，一路为距本厂9km的变电站经LJ-120架空线，该干线首段所装高压断路器的断流容量为400MVA；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。图5.1下面采用标么制法进行短路电流计算。(一)确定基准值：取100dSMVA，110.5cUkV，20.4cUkV所以：(3)11(1)5.51.833.01dkkIkAIkAX22100144.000330.4ddcSMVAIkAUkV（二）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗）1)电力系统的电抗标么值：1100*0.250400MVAXMVA2)架空线路查手册得的电抗标么值：00.35/Xkm，因此：22100*0.35(/)92.86(10.5)MVAXkmkmkV3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得%4.5kU，因此：344.5100**5.60100800MVAXXkVA中北大学信息商务学院电力系统课程设计说明书第10页共26页可绘得短路等效电路图如图