自来水厂供电系统工厂供电课程设计

自来水厂供电系统设计报告书学 院 ： 信息科学与工程学院专业班级 ： 自动化0801班学 号 : 0909080109姓 名 ： 李华玉指导老师 ： 杨明安老师完成日期 ： 2011/8/10目 录一、 课程设计的目的与任务- -3二、 原始资料-3三、 设计要求内容-4四、 负荷计算- 4五、 主变压器的选择和无功功率补偿-10六、 一次侧主接线图的选择-13七、 短路电流的计算 -15八、 导线和电缆截面的选择-18九、保护器件的选择和校验-21十、年耗电量的计算-24十一、设计总结-25参考文献一、课程设计的目的与任务供电系统与电气控制是自动化专业的专业课，具有很强的实践性和工程背景，供电系统与电气控制课程设计的目的在于培养学生综合运用供电系统与电气控制的知识和理论分析和解决供电系统设计问题，使学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法，提高学生调查研究、查阅文献及正确使用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，设计计算和绘图能力，实验研究及系统调试能力，编写设计说明书的能力。二、原始资料（1） 自来水厂用电设备一览表（附表2）（2） 该厂年最大有功负荷利用小时数Tmax=8000小时（3） 该厂一、二泵房为二级负荷，机修及办公室为三级负荷。（4） 电源条件：距该厂8公里处，有一地区变电所，地区变电所可分别从两段35kV母线上各提供电源，这两段母线的短路容量皆为：（5） 气象及其他有关资料a) 要求车间变电所低压侧的功率因数为0.85。高压侧功率因数为0.95。b) 年平均温度及最高温度最热月平均最高温度年平均温度最热月土壤平均温度351830地区变点所 Up=35KV总降压变电所 Ue=10KV去自来水厂去自来水厂d(3)d(3)l=5km =0.4/km（同上）B1（同上）Se,b=20,000KVAB1图二 课题（2）电力系统结构图三、设计要求内容：（1） 计算自来水厂、机修车间的总计算负荷。并确定为提高功率因数所需的补偿容量。（2） 选择该自来水厂总降压变电所、机修车间变电所的变压器台数及额定容量。（3） 选择和确定自来水厂高压供电系统（包括供电电压，总降压变电所一次接线图，场内高压电力网接线）。（4） 选择高压电力网导线型号及截面。（5） 选择和校验总降压变电所的一次电气设备。（6） 拟定机修车间供电系统一次接线图（包括车间变电所一次接线及车间低压电力网接线）。（7） 选择机修车间的低压电力网的导线型号及截面。（8） 选择和校验机修车间供电系统的一次电气设备。四、负荷计算 附表2 某自来水厂用电设备一览表序号用电设备名称数量（台）单台设备额定参数 Kx备注Pe(KW)Ie(A)cosKpKx/ cos一一泵房高压异步电动机438044A0.872.5Ue=6KV Kd=0.8变压器SJ2-50/6150KVA0.85U1e/U2e=6KV/0.4KV 二二泵房可将变压器的额定容量作计算负荷高压异步电动机344047.6A0.896.8Ue=6KV Kd=0.8高压同步电动机31000114A0.843Ue=6KV Kd=0.8变压器SJL-180/62180KVA0.85U1e/U2e=6KV/0.4KV三机修间（全部设备Ve=0.38KV）*车床（C620）27.6*Ie=15.40.75Ijf=107.8A Kd=0.2*车床（C616）23.3*Ie=6.80.74Ijf=44.3A Kd=0.2*铣床22.5Ie=5.950.64Ijf=32.8A Kd=0.2*刨床24Ie=10.10.6Ijf=55.6A Kd=0.2*刨床23Ie=7.80.584Ijf=43.1A Kd=0.2*钻床21.5Ie=3.40.67Ijf=24A Kd=0.2*砂轮机21.5Ie=3.20.71Ijf=23A Kd=0.2吊车（5吨）211.4Ijs=19.70.8其中最大一台：Pe=7.5KW JCe%=25 Kd=0.15电焊机22KVA560.5Ue=380V JCe%=100 Kd=0.35电阻炉2121 Kd=0.7办公室，化验室及车间照明160.85/1长度L=60M Kd=1四所用电变压器，SJ2-20/6220KVA0.8总降内所用电说明：各机床的Ie及尖峰电流Ijf仅作参考，可将变压器额定容量作计算负荷总负荷的计算：(一) 一泵房负荷计算在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算。具体步骤如下。1.高压异步电动机4台：1、； 2、变压器SJ2-50/6 （一台）： 取同时系数为0.9。可以计算出一泵房的总的计算负荷：(二) 二泵房负荷计算1、高压异步电动机组1（三台）： ； 2、高压异步电动机组2（三台）；2、 变压器SJL-180/6组（两台） 取同时系数为0.9。可以计算出二泵房的总的计算负荷：(三) 机修车间负荷计算1、车床（C620）组（两台）： 2、车床（C616）组（两台）： ； 3、铣床组（两台） ： ； 4、刨床组1（两台）： 5、刨床组2（两台）： 6、钻床组（两台）： 7、砂轮机组（两台）： 8、 吊车组（两台）： JCe%=259、 电焊机组（两台）： JCe%=10010、电阻炉组（两台）： ； 11、工厂照明，。取同时系数为0.9。可以计算出机修车间的总的计算负荷：（四）. 所用电变压器SJ2-20/6五、主变压器的选择和无功功率补偿1.选用的变压器的台数 由上面的计算可以看出，一泵房和二泵房的用电设备均为6KV的一级和二级负荷设备，机修车间为0.38KV的三级负荷。所以可以选择两台35KV/6KV的变压器和一台6KV/3KV的变压器。2.无功功率补偿对于6KV/0.4KV的变压器：低压侧的功率因数42.8/45.07=0.95满足了设计的要求，不需要进行无功补偿。 高压侧的功率因数：变压器的损耗： 所以45.07/46.6=0.97满足高压侧0.95以上的功率因数的要求。对于35KV/6KV变压器：取同时系数为0.9。可以计算出全厂的总的计算负荷：低压侧的功率因数4561.3/5306.5=0.86不满足要求。假定功率补偿后的功率因数为0.9。计算出需要补偿的无功功率为：补偿后的计算负荷为：P30=4561.3kW Q30=2210.1kvarS30=5068.5KVA 变压器的损耗： 高压侧的功率因数4649.3/5308.5=0.876，不满足设计的功率因数大于0.95的要求。假设功率补偿后的功率因数为0.96.可计算出需要补偿的无功功率为：补偿后的计算负荷为：3.主变压器容量的选择每台变压器的容量应同时满足下列两个条件：1. 一台变压器单独运行时，宜满足计算负荷的百分之六十到百分之七十的需要，即2. 任一台变压器单独运行时，应满足全部一二级负荷的需要，即 3. 车间变电所主变压器的单台容量上限 车间变电所主变压器的单台容量，一般宜大于1000KV.A(或1250KV.A)。这一方面是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制;另一方面也是考虑到可以是变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗，电影损耗和有色金属消耗量。4） 适当考虑负荷的发展 应适当考虑进货510年电力负荷的增长，留有一定得余地。 这里必须指出：电力变压器的额定容量是在一定温度条件下的持续最大输出容量。如果安装地点的年平均气温时，则年平均气温每高出1摄氏度，变压器的容量相应的减小百分之一。因此户外变压器的实际容量为： 对于户内变压器，由于散热条件较差，一般变压器室的出风口与进风口间约15摄氏度温差，从而使处在室中间的变压器环境温度要比室外变压器的环境温度高出大约8C，因此户内变压器的实际容量较之上式所计算的容量还要减小百分之八。最后还必须指出：变电所主变压器台数和容量的最后确定，应结合主接线方案，经技术经经济比较择优而定。年平均温度及最高温度最热月平均最高温度年平均温度最热月土壤平均温度351830因为变压器都用在室内，故取高于室外8摄氏度 (取其系数为0.7) 工厂总降压变电所变压器的选择：选择两个变压器供电：基于其为二级负荷，以便当一台发生故障时，另外一台变压器能对一二级负荷供电。 即可满足要求。 所以可以选择SL7-5000/35型的主变压器。六、一次侧主接线图的选择一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图： 这种主接线，其一次侧的高压断路器QF10跨接在两路电源进线之间，犹如一架桥梁，而且处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此成称为内桥式接线。这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用一二级负荷的工厂。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF12（其两侧QS先合），即可由WL2回复对变压器T1的供电。这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多，并且变压器不需经常切换的总降压变电所。如下图：35KV电源进线WL2WL1 QS111 QS121 QF12QS122QS112QF10QF102QS101QF11QS123QS113 T2T1QS221QS211 QF22QF21610KVQF20 采用内桥式接线的总降压变电所主接线图主接线方案的选择：方案一：单母线接线特点就是整个配电装置只有一组母线，每个电源和引出线都经过开关电器接到同一组母线上 ，如下图：其优点为接线简单、清晰、采用的电气设备少，比较经济，操作简单方便，便于扩建，缺点是母线和隔离开关检修或发生故障时，必须断开全部电源，是整个配电装置停电。方案二：单母线分段为了克服一段单母线接线存在的缺点提高供电可靠性、灵活性、可把单母线分成几段，在单母线每段之间装设一个分段断路器Dlf和两个隔离开关，其最大优点是当母线故障或检修时，停电局限于一段母线上，非故障母线保持正常供电，缺点是：1.任何一段母线故障或检修时，必须断开连接在该段上的电源，故减少了发电量或供电量，并使单独由该段母线供电的用户停电。2.检修任意出线断路器时，该出线必须停电方案三：单母线带旁路母线即出线侧带有旁路母线，装置正常运行时，旁母不带电，当检修母线时，而利用旁母，使各出线不断电，其可用在电压等级较高的如110kV，出线较多的变电所，接线如下：根据上诉三种方案的比较，则考虑其为110kV常规变电所，出线较多，又考虑其经济性，且电压等级高，和可靠性，选择方案二，即单母线带旁路母线。七、短路电流的计算下面采用标么制法进行短路电流计算。低压侧：(一) 确定基准值：取， 所以： (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： 2) 架空线路的电抗标么值：查手册得，因此： 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，因此： 可绘得短路等效电路图如下图（二）图（二）(三) 计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1) 总电抗标么值：2) 三相短路电流周期分量有效值： 3) 其他三相短路电流： 4) 三相短路容量：(四) 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1) 总电抗标么值：三相短路电流周期分量有效值：2) 其他三相短路电流： 三相短路容量：高压侧：(五) 确定基准值：取， 所以： (六) 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）3) 电力系统的电抗标么值： 4) 架空线路的电抗标么值：查手册得，因此： 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，因此： 可绘得短路等效电路图如下图（二）0.286图（二）(七) 计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量5) 总电抗标么值：6) 三相短路电流周期分量有效值： 7) 其他三相短路电流： 三相短路容量：(八) 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量3) 总电抗标么值：4) 三相短路电流周期分量有效值：5) 其他三相短路电流： 三相短路容量：八、导线和电缆截面的选择导线和电缆选择原则： 导线和电缆选择是工业企业供电网络设计中的一个重要组成部分，因为它们是构成供电网络的主要元件，电能必须依靠它们来输送分配。在选择导线和电缆的型号及 截面时，既要保证工业企业供电的安全可靠，又要充分利用导线和电缆的负载能力。由于导线或电缆所用的有色金属(钢、铜、铝等)都是国家经济建设需用量很大 的物资，因此，正确地选择导线和电缆的型号及截面，节约有色金属，是有重要意义。1、35kV进线导线的选择因为架空线与电缆线路相比有较多优点，如成本低、投资少、安装容易，维护和检修方便，易于发现和排除故障等，所以这里选择钢芯铝绞线架空敷设。导线截面按照经济电流密度来选择，然后按照发热条件来校验。1)选择经济截面此工厂的年最大有功负荷利用小时数，查表得经济电流密度为。因为计算所得计算电流。所以其经济截面为 选择标准截面，即选择LGJ-120型钢芯铝绞线。2)校验发热条件查表得，LGJ-120型钢芯铝绞线的70时的允许载流量为，导线额定负荷时的最高允许温度为90，当地最热月平均温度为35。所以其温度校正系数为 所以在当地环境温度下，导线的允许载流量为 所以此导线满足发热条件。3)校验机械强度查表得35kV架空钢芯铝绞线的最小截面，因此所选LGJ-120型钢芯铝绞线也满足机械强度的要求。所以LGJ-120型钢芯铝绞线符合要求。2.对于一泵房：补偿后的视在功率为：500Kvar，根据经济电流密度选择导线和电缆截面，有：，由设计原始资料可知：年最大负荷利用小时数小时，进线选架空线路 ，故选择的经济电流密度为：，因此，选择标准截面，即选择LJ-150型铝绞线对其进行发热条件的校验：LJ-150型铝绞线(室外时) ，因此满足发热条件。对其进行机械强度的校验：LJ-150型铝绞线的最小截面因此LJ-150型铝绞线满足机械强度的要求。3.对于二泵房补偿后的视在功率为：，根据经济电流密度选择导线和电缆截面，有：，由设计原始资料可知：年最大负荷利用小时数小时，进线选架空线路 ，故选择的经济电流密度为：，因此，选择标准截面，即，选择LJ-450型铝绞线对其进行发热条件的校验：LJ-450型铝绞线(室外时) ，因此满足发热条件。对其进行机械强度的校验：LJ-450型铝绞线的最小截面因此LJ-300型铝绞线满足机械强度的要求。3、对于机修车间此车间的用电设备均为低压用电设备，其中导线和电缆的截面选择满足条件：1) 相线截面的选择以满足发热条件即，；2) 中性线（N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足；3) 保护线（PE线）的截面选择一、 时，；二、 时，三、 时，4) 保护中性线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。按照发热条件选择导线，采用BLX-500型铝芯橡皮导线明敷。可以用三条导线作为相线，再选中性线(N线)和保护线(PE线)。所选线路的导线型号规格： 导线截面选择结果如下序号用电设备名称数量N计算负荷BLX-500型导线截面/kW/kvar/kVA/A相线PE线N线1车床C62021.521.342.023.082.52.522车床C61620.660.60.891.352.52.523铣床20.50.60.781.182.52.524刨床20.81.051.3222.52.525刨床20.60.841.021.562.52.526钻床20.30.340.450.682.52.527砂轮机20.60.590.851.32.52.528吊车21.711.282.143.252.52.529电焊机20.71.211.42.122.52.5210电阻炉28.408.412.782.52.5211照明线路1601624442九、一次侧保护设备的选择与校验1.断路器的选择和校验35kV断路器的选择及校验高压断路器的指标主要有额定电压、额定电流、断流容量。在进行设备选择时我们主要考虑的也是这三者。 高压断路器的额定电压须大于等于工作电网电压。 高压断路器的额定遮断容量必须大于或等于其安装处的短路容量。 其额定断流能力必须大于或等于其安装处的最大短路电流。 如果断路器装在较其额定电压低的电路中，其遮断容量也相应的减少。注：电网电压；：断路器的额定电压。高压断路器的校验。 动稳定度的校验。按三相短路冲击电流校验。 热稳定度的校验。按三相短路稳态电流和短路发热假想时间校验。序号装设地点的电气条件DW8-35项目数据项目数据结论135KV35KV合格292.3A1000A合格33.756KA16.5KA合格49.5KA41KA合格555KA合格35kV出线上断路器的选择与35kV侧断路器的选择相同。 6V侧断路器的选择及校验选择方法和35KV的一致。选择QW1-10即可满足要求。2.离开关的选择与校验 6kV侧出线隔离开关的选择与校验选择屋外GN610T/600型隔离开关 型号额定电压额定电流极限通过电流10s热稳定电流合闸时间分闸时间峰值有效值GN610T/60010KV600A52KA36KA0.06s0.1s同理：经校验符合动热稳定要求。 35kV侧进线隔离开关的选择与校验(1) 根据上面断路器的选择的相关数据和已知条件，选择屋外GW5-35GD/1000型隔离开关。 型号额定电压额定电流极限通过电流5s热稳定电流合闸时间分闸时间峰值有效值GW5-35GD/100035KV1000A29KA14kA0.06s0.1s同理：经校验符合动热稳定要求。35kV侧出线隔离开关的选择与校验根据上面断路器的选择的相关数据和已知条件，选择屋外GW5-35GD/600型隔离开关。型号额定电压额定电流极限通过电流5s热稳定电流合闸时间分闸时间峰值有效值GW5-35GD/60035KV600A29KA14KA0.06s0.1s同理：经校验符合动热稳定要求。3.熔断器的选择(1) 保护35kV侧所用变的熔断器的选择=1.05=1.05=0.82A=1.5=1.17A由于交流高压跌落式熔断器的切断短路电流的能力是用额定容量来表示的，所以应计算短路容量，短路电流采用冲击电流有效值。=371.523.239=316MVA RW535/100400型户外跌落式熔断器参数 型 号额定电压（kV）额定电流（A）切断电流（kA）切断容量（MVA）RW535/10040035100100熔件电流规格化可选用 =50A额定电流为 =100A=50A=0.82A所以满足额定电流选择的条件。额定切断容量 =500MVA=316MVA所以满足额定断流容量的选择条件。保护6kV侧所用变熔断器的选择型 号额定电压（kV）额定电流（A）切断电流（kA）切断容量（MVA）RN110104012200额定电流为 =40A=20A=2.89A同理：满足额定电流选择的条件。额定切断容量=200MVA=51.17MVA所以满足额定断流容量的选择条件。 保护35kV侧电压互感器的熔断器的选择三相短路容量 =371.523.239=316MVA 所以选择RW10-35/0.5型户外高压熔断器，型 号额定电压（kV）额定电流（A）切断电流（kA）切断容量RW1035/0.5350.58400同理：满足额定电流选择的条件。额定切断容量=400MVA=316MVA保护610kV侧电压互感器的熔断器的选择三相短路容量 =，=10.51.521.851=51.17MVA型 号额定电压（kV）额定电流（A）切断电流（kA）切断容量（MVA）RN21010720200额定切断容量 =200MVA=51.17MVA设备的额定开断电流大于次暂态短路电流的有效值同理：所以满足选择的要求。保护电力电容的熔断器的选择：电力电容器在合闸时产生冲击电流，此时熔断器的熔件不应熔断，保证正常工作。熔件的额定电流应按如下计算：-系数 取1.31.8-电力电容器的额定电流=17.3A=1.517.3=25.95A RN1-10型户内高压熔断器型 号额定电压（kV）开断电流（kA）额定电流（A）切断容量（MVA）RN1-101040250200熔断器的额定电流所以熔断器满足要求。十、年耗电量的计算工厂的年耗电量较精确的计算，可以利用工厂的有功功率和无功功率计算负荷和，即：年有功电能消耗量：年无功电能消耗量：其中为年平均有功负荷系数，一般取；为年平均无功负荷系数，一般取；为实际工作小时数。由题目的资料可知，在此取；则可以计算出自来水厂的年用电量：年有功电能消耗量：年无功电能消耗量：十一、设计心得体会 通过这次设计，我进一步加深了对工厂供电知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤。起初，我一个人弄了三四天，在网上找了很多资料，并且查阅了很多文献，虽然有点收获，但速度实在太慢。后来，我和小组其他成员详细讨论了设计的具体步骤和一些具体要求。 我们一起进行分析、查资料，进行设计，整理说明书到最后完成整个设计。最后，完成了这次课程设计而且收获了很多很多。作为大学阶段一次重要的学习经历我们都感觉到自己受益匪浅。 这次设计使我们对工厂供电有了新的认识，对降压变电所的设计有了一定程度的掌握。这次设计过程中，我们对自己很多方面的能力进行了提升，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了工程制图，说明书编辑，各种信息的查找与分析，对WORD文档和EXCEL表格的使用等多方面的能力。更重要的是这次设计是以小组为单位的，这使得我们的团结合作、互相配合能力有了很大的提高。而这种能力对我们以后走向社会和工作岗位是非常重要的。 总之，这是大学里十分难得的一次课程设计，我们学到了很多东西也领悟到了很多道理。最后，十分感谢为我们辛勤工作的老师们，你们辛苦了！参 考 文 献【1 】.熊信银 发电厂电气部分 2009 中国电力出版社【2 】仰赞. 电力系统分析. 2000 理工大学出版社【3 】刘介才 工厂供电 2004.5 机械工业出版社【4 】丁毓山. 变电所设计. 2000. 辽宁科学技术出版社