某机械厂降压变电所的电气设计

1引言工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（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中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，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。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（1）安全:在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2）可靠:应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3）优质:应满足电能用户对电压和频率等质量的要求（4）经济:供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。1.1工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1）遵守规程、执行政策；（2）安全可靠、先进合理；（3）近期为主、考虑发展；（4）全局出发、统筹兼顾。1.2工厂供电设计的基本内容工厂供电设计主要内容包括工厂变配电所设计、工厂高压配电线路设计、车间低压配电线路设计及电气照明设计等。其基本内容如下：（1）负荷计算全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。（2）工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。（3）工厂总降压变电所主结线设计根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。（4）厂区高压配电系统设计根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。（5）工厂供、配电系统短路电流计算工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。（6）改善功率因数装置设计按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。（7）变电所高、低压侧设备选择参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。（8）继电保护及二次结线设计为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。（9）变电所防雷装置设计参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。2.负荷计算和无功功率补偿2.1负荷计算表2.1机械厂负荷计算表编号名称类别设备容量需要系数计算负荷1铸造车间动力2500.350.681.0887.594.3128.7195.5照明50.74103.703.716.8小计255　　91.294.3131.2199.32锻压车间动力2900.240.621.2769.688.1112.3170.6照明80.8106.406.429.1小计298　　7688.1116.4176.93金工车间动力3100.250.641.277.593121.1184照明70.73105.105.123.2小计317　82.693124.41894工具车动力3400.290.651.1798.6115.3151.7230.5间照明70.711050522.6小计347　103.6115.3155235.55电镀车间动力1900.470.720.9689.386.1124188.4照明70.851060627小计197　95.386.1128.4195.16热处理车间动力1300.470.780.861.14978.3119照明60.81104.904.922.1小计136　664982.2124.97装配车间动力1400.340.681.0847.651.370106.4照明80.72105.805.826.2小计148　53.451.374112.48机修车间动力1300.240.631.2331.238.549.575.2照明50.791040418小计13535.238.552.279.39锅炉房动力750.720.750.885447.672109.4照20.77101.501.57明小计77　55.547.673.111110仓库动力250.370.830.679.36.211.116.9照明10.82100.800.83.7小计26　10.16.211.918.111生活区照明3400.790.970.23268.667.3276.9420.7总计（380V侧）动力1880937.5736.71192.61811.9照明352计入=0.9=0.950.76843.8699.510961665.22.2无功功率补偿由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有0.76.而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.91。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.91，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：故选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）4台相组合，总共容量。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的负荷项目计算负荷380V侧补偿前负荷0.76843.8699.510961665.2380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.936843.8279.5888.91350.5主变压器功率损耗13.353.310kV侧负荷总计0.92857.1332.8919.453.33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法来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+…=∑Pi.(3.1)(3.2)图3.1机械厂总平面图按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示。表3.1各车间和宿舍区负荷点的坐标位置坐标轴12345678910生活X(㎝)2.32.32.34.74.74.74.79.28.427.210.45Y(㎝)5.53.82.17.235.53.82.155.14.12.57.8由计算结果可知，x=6.82，y=5.47工厂的负荷中心在5号厂房的东面（参考图3.1）。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在5号厂房的东侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。4变电所主变压器的选择和主结线方案的选择4.1变电所主变压器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式采用S9型，而容量根据式，选，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，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。（2）装设两台主变压器型号亦采用S9，而每台变压器容量按式和式选择，即且因此选两台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。主变压器的联结组均采用Yyn0。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（2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4.2所示图4.1装设一台主变压器的主接线方案图4.2装设两台主变压器的主接线方案4.3两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供电安全性满足要求满足要求术指标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手册查得S9—1000/10单价为15.1万元，而由手册查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为2×15.1万元=30.2万元由手册查得S9—800单价为10.5万元，因此两台综合投资为4×10.5万元=42万元，比一台变压器多投资11.8万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额查手册得GG—A（F）型柜按每台4万元计，查手册得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4×1.5×4=24万元本方案采用6台GG—A（F）柜，其综合投资额约为6×1.5×4=36万元，比一台主变的方案多投资12万元电力变压器和高压开关柜的年运行费参照手册计算，主变和高压开关柜的折算和维修管理费每年为6.2万元主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为8.94万元，比一台主变的方案多耗274万元供电贴费按800元/KVA计，贴费为1000×0.08=80万元贴费为2×800×0.08万元=128万元，比一台主变的方案多交48万元从表4.1可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设两台主变的方案。（说明：如果工厂负荷近期可有较大增长的话，则宜采用