工厂低电压配电系统的方案设计

四川理工学院大学生创新基金项目结题报告书工厂低压配电系统的方案设计学生：肖浩学号：09021070114专业：电气工程及其自动化班级：09级2班指导教师：曾伟四川理工学院自动化与电子信息系二O一二年四月-I-摘要随着国民经济的发展，工厂在用电方面的需求也越来越大，如何设计出一个高效稳定节能的工厂低压供配电网络是我们的首要任务。本设计就某个工厂的的供配电进行了初等的计算和设计，通过对工厂内部各个车间的用电需求的计算确定了主变压器的型号以及一二次侧的主接线方案，并进行了无功补偿，以满足供电部门对该工厂的供电要求。并且进行了二次侧的的继电保护的设计以及防雷方面的研究，完成了该工厂配电网络的设计雏形，从而满足了工厂生产的用电需求。关键词：工厂低压供配电继电保护无功补偿防雷目录摘要............................................................I第1章引言......................................................11.1工厂低压配电系统方案设计的必要性..............................1第2章设计任务...................................................22.1设计题目......................................................22.2设计要求......................................................22.3设计数据......................................................2第3章低压配电系统设计..........................................43.1各个车间负荷计算..............................................43.2无功补偿......................................................53.3变电所位置和型式的选择.......................................53.4变电所主变压器及主接线方案的选择.............................63.5短路电流计算.................................................63.6变电所一次设备的选择校验.....................................83.710kv高压进线和引入电缆的选择................................103.8变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定.....................133.9变电所的保护装置...........................................143.10变电所的防雷保护与接地装置的设计...........................15第5章结束语....................................................17参考文献.........................................................18附录............................................................19-II--1-第1章引言1.1工厂低压配电系统方案设计的必要性一个工厂的建成，必然会有电能的需求，对于现代化的工厂来说，供电是工厂生产中最为重要的一环。一个大型的工厂的用电设计，不是简单的凭经验搭接供电网络就行，在工厂中有许多的感性负载，也有大型的异步电机，而这些电器的启动时会有较大的启动电流，势必会影响周围用电器的正常工作。而对于某些一级负荷的工厂，对供电的稳定及安全要求更高，甚至不允许断电事故的出现，工厂低压不稳，谐波过多等问题，这些问题会影响工厂车床的正常运行，所以设计出一个安全稳点高效节能的供电网络对工厂的生产和发展以及企业的利益都起着尤为重要的作用.-2-第2章设计任务2.1设计题目XX机械厂低压配电系统设计2.2设计要求根据不同工厂所能取得的电源及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，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，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，选择整定继电保护器，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。2.3设计数据1、工厂负荷情况如下：厂房编号厂房名称负荷类型设备容量/kw需要系数功率因素1铸造车间动力2500.40.7照明50.71.02锻造车间动力3000.30.65照明60.91.03金工车间动力2000.30.6照明50.91.04工具车间动力3000.350.6照明50.91.05仓库动力100.40.80照明20.91.06生活区照明2500.70.91该工厂多数为两班制，年最大负荷利用小时为4000h，日最大负荷持续时间为8h。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。2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-3-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，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂为8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷的需要，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80km，电缆线路总长度为25km。3气象资料：本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最月平均气温为26℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20天。4地质水文资料：本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。5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18元/KVA，动力电费为0.20元/kw·h，照明电费为0.5元/kw·h。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，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6~10kv为800元/KVA-4-第3章低压配电系统设计3.1各个车间负荷计算负荷计算：各厂房和生活区的负荷计算如下表：编号名称类别设备容量pe/kw需要系数kdCosθTanθ计算负荷P30/kWQ30KVARS30/KVAI30/A1铸造车间动力2500.40.71.02100102照明50.71.003.50小计255——103.5102145220.32锻压车间动力3000.30.651.1790105.3照明60.91.005.40小计30695.4105.3142215.73金工车间动力2000.30.61.336079.8照明50.91.004.50小计20564.579.8103156.54工具车间动力3000.350.61.33105139.7照明50.91.004.50小计305109.5139.7178270.45仓库动力100.40.80.7543照明20.91.001.80小计125.83710.66生活区照明2500.70.90.4817584194294.8总计（380侧）动力1015553.7513.8照明273计入K∑p=0.8；K∑q=0.850.75442.9436.7621.91168.3其中tanθ=√（1-cos2θ）/cosθ有功计算负荷P30=kdpe无功计算负荷Q30=P30tanθ计算电流I30=S30/√3UN视在容量S=√(P230+Q230)I30=S30/√3UN(其中为UN=380v)-5-3.2无功补偿无功功率补偿：由上表可知，该厂380v侧最大负荷时的功率因数只有0.75。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功率损耗远大于有功功率，因此380v侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，赞取0.92来计算380v侧所需无功功率补偿容量：QC=P30(tanθ1-tanθ2)=442.9[tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]kvar=199.3kva选取PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用方案1（主屏）1台1台与方案3（辅屏）2台相组合，共容量84*（1+2）=252Kvar。因此无功补偿后工厂380v侧和10kv侧的负荷计算如下表：方案1:6条支路，电容器为BW0.4-14-3，每屏共84kvar,共六步控制，每步投入14kvar方案3：共8条支路，电容器为BW0.4-14-3，每屏共112kvar,共8步控制，每步投入14kvar项目cosφ计算负荷P30/KWQ30/KVARS30/KVAI30/A380V侧补偿前负荷0.75442.9430.7621.91168380V侧无功补偿容量-252308V侧补偿后容量0.927442.9178.7477.4725.3主变压器功率损耗0.015S30=70.06SS30=2910KV侧负荷总计0.91449.9207.7495293.3变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按负荷功率矩发来确定，计算公式为：工厂的负荷中心假设在P(X,Y),其中P=P1+P2+P3+…＝∑Pi,根据几何重心的-6-力矩方程，可得负荷中心的坐标为：X=(P1X1+P2X2+P3X3+…)／(P1+P2+P3+…)=∑(PiXi)／∑PiY=（P1Y1+P2Y2+P3Y3+…）／﹙P1+P2+P3…﹚=∑(PiYi)／∑Pi故如图3.4变电所主变压器及主接线方案的选择因为该厂规模已经较大，所以从经济的角度上我们经过论证采用一台变压器的方案.装设一台主变压器，型号采用S9型，而容量根据SNT=1000KVAS30=495kvA,故选用一台S9-500/10低损耗配电变压器。而工厂所需要的二级配电电源，由临近单位相连的高压联络线承担。主变压器的联接组采用Yyn03.5短路电流计算1绘制计算电路2确定短路计算基准值设Sd=100MVA,Ud=Uc=1.05UN,即高压侧Ud1=10.5kv,低压侧Ud2=0.4kv,则KAKVMVAUdSdIdKAKVMVAUdSdId1444.031002325.55.1031001313计算短路电路中各原件的电抗标幺值(1)电力系统已知道Soc=500MVA则X1*=100KVA/500KVA=0.2(2)架空线路查表知LGJ-150的X0=0.36Ω/KM,而线路长为8km所以X2*=(0.36×8)Ω×(100MVA/(10.5KV)2)=2.6(3)电力变压器查表Uz%=4所以X3*=(4/100)×(100MVA/1000KVA)=4(XT=(UK%UC2×103)/100SN)因此绘制的计算等效电路如图-7-1/0.22/2.63/4.5-------------*******--------*******---------*********----------4计算k-1的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标幺值X*Σ(K-1)=X*1+X*2=0.2+2.6=2.8(2)三相短路电流周期分量有效值I(3)k-1Id1/(X*Σ(K-1))=5.5KA