电气工程课设计某啤酒厂供配电设计..docx

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第一部分设计任务书

某啤酒厂供配电设计：

以某啤酒厂全厂的总配电及部分车间配电系统的设计为背景，对该工厂供电系统进行合理的设计，重点设计酿造车间的配电系统。

包括主接线，变压器、断路器等设备选择，电力负荷计算，短路电流计算，线路和变压器的继电保护设计等。

啤酒厂的供电系统可分为几大模块区域。

例如酿造车间、包装车间、实验室及一些办公楼用电等。

其中发酵车间要求在生产过程中不能停电。

电压等级：

10/0.4KV

气象条件：

①最高气温40℃,最低气温-20℃，年平均气温25℃。

②土壤电阻率：

p<400Ω/m

③当地雷暴日：

40日/年

三班倒企业。

厂区平面图

表1：

2#变电所的技术参数

用电设备组

名称

容量Pe/kw

需要系数Kd

cosφ

tgφ

变电所

麦芽储存输送

2.2

0.8

0.75

糖化糊化

煮沸锅

7.5

0.8

0.75

压滤机

5.0

0.8

0.75

CIP

4.0

0.8

0.75

过滤

5.0

0.8

0.75

制冷

300

0.8

0.75

空压

300

0.8

0.75

水泵

86.3

0.8

0.75

锅炉房

0.8

0.75

照明

0.8

1.0

小计

表2：

其他的车间变电所的技术参数

用电设备组或车间名称

容量Pe/kw

需要系数Kd

cosφ

tgφ

变电所

罐装线

285

0.8

0.75

仓库

0.3

0.5

1.73

试验室

125

0.25

0.5

1.73

小计

变电所

行政楼

0.8

0.75

水处理房

0.8

0.75

其他

0.8

0.75

小计

考虑全厂同时系数KP=0.9KQ=0.95

第二部分设计计算书

一．各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法）

（一）.一号变电所：

（1）.灌装线:

已知:

Pe=285KW,Kd=0.8tanα=0.75

P30=Pe*Kd=285×0.8=228KW

Q30=P30*tanα=171Kvar

（2）.仓库:

已知:

Pe=15KW,Kd=0.3tanα=0.1.73

P30=Pe*Kd=15×0.3=4.5KW

Q30=P30*tanα=7.9Kvar

（3）.实验室:

已知:

Pe=125KW,Kd=0.25tanα=1.73

P30=Pe*Kd=125×1.73=31.25KW

Q30=P30*tanα=54.06Kvar

（4）.计算统计负荷（计及同时系数）:

取同时系数:

Kp=0.9Kq=0.95

P30=Kp*ΣP30=0.9×（228+4.5+31.25）=237.36KW

Q30=Kp*ΣQ30=0.95×（171+7.9+54.06）=221.31Kvar

S30=P2+Q2=324.53KVA

（二）.二号变电所：

（1）.麦芽糖储存输送，糖化，糊化，煮沸锅炉，压滤机，CIP，过滤，制冷，空压，水泵，锅炉房:

已知:

Pe=780KW,Kd=0.8tanα=0.75

P30=Pe*Kd=780×0.8=624KW

Q30=P30*tanα=468Kvar

（2）.照明：

已知:

Pe=6KW,Kd=0.8tanα=0

P30=Pe*Kd=6×0.8=4.8KW

Q30=P30*tanα=0Kvar

（3）.计算统计负荷（计及同时系数）：

取同时系数:

Kp=0.9Kq=0.95

P30=Kp*ΣP30=0.9×（624+4.8）=565.92KW

Q30=Kp*ΣQ30=0.95×468=444.56Kvar

S30=P2+Q2=719.65KVA

（三）.三号变电所：

（1）.行政楼，水处理房，其他：

已知:

Pe=85KW,Kd=0.8tanα=0.75

P30=Pe*Kd=85×0.8=68KW

Q30=P30*tanα=51Kvar

（3）.计算统计负荷（计及同时系数）：

取同时系数:

Kp=0.9Kq=0.95

P30=Kp*ΣP30=0.9×68=61.2KW

Q30=Kp*ΣQ30=0.95×468=48.45Kvar

S30=P2+Q2=78.06KVA

二．车间变电所的设计选择：

（一）：

各车间变电所位置及全厂供电平面图

食堂

行政楼

水处理间

污水处理

10KV

空瓶厂

仓库

实验室

生产车间

仓库

酿造车间

发酵车间

职工之家

广告品仓库

高压配电室

（二）.各变电所变压器台数及容量选择:

1.一号变电所变压器台数及容量选择

（1）.ΣP30=273.36KWΣQ30=221.31Kvar

（2）.变电所的无功补偿（提高功率因数到0.95以上）：

无功补偿试取Qc=200Kvar

补偿后P=ΣP30=273.36KWQ=ΣQ30-QC=22.31Kvar

cosφ=ΣP30/ΣP2+ΣQ2=0.99>0.95

S1=P2+Q2=238.31KVA

为了保证供电可靠性选两台变压器，每台提供车间负荷66%。

SN=0.66S1=0.66×238.31=160KVA

选择变压器的型号为S9系列，额定容量为160KVA.

查表得其参数为：

额定损耗：

∆P0=0.42KW负载损耗：

∆PK=2.1KW

负载阻抗：

UK%=4　　　　空载电流:

I0%=2.4

（4）计算变压器的功率损耗

S30=0.5S1=0.5×238.31=119.16KVA

ΔPT=∆P0+∆PK（S30/SN）=0.42+2.1×（119.16/160）2=1.58KW

∆QT=（I0%/100）×SN+（UK%/100）×SN（S30/SN）2=0.017×160+0.04×160×（119.16/160）2=6.27KVA

2.二号变电所变压器台数及容量选择

（1）.ΣP30=565.92KWΣQ30=444.56Kvar

（2）.变电所的无功补偿（提高功率因数到0.95以上）：

无功补偿试取Qc=400Kvar

补偿后P=ΣP30=565.92KWQ=ΣQ30-QC=44.56Kvar

cosφ=ΣP30/ΣP2+ΣQ2=0.99>0.95

S1=P2+Q2=567.67KVA

为了保证供电可靠性选两台变压器，每台提供车间负荷66%。

SN=0.66S1=0.66×567.67=374.66KVA

选择变压器的型号为S9系列，额定容量为400KVA.

查表得其参数为：

额定损耗：

∆P0=0.84KW负载损耗：

∆PK=4.2KW

负载阻抗：

UK%=4　　　　空载电流:

I0%=1.4

（4）计算变压器的功率损耗

S30=0.5S1=0.5×567.67=283.84KVA

ΔPT=∆P0+∆PK（S30/SN）=0.84+4.2×（283.84/400）2=2.95KW

∆QT=（I0%/100）×SN+（UK%/100）×SN（S30/SN）2=0.04×400+0.04×400×（283.84/400）2=13,。

66KVA

3.三号变电所变压器台数及容量选择

（1）.ΣP30=61.2KWΣQ30=48.45Kvar

（2）.变电所的无功补偿（提高功率因数到0.95以上）：

无功补偿试取Qc=40Kvar

补偿后P=ΣP30=61.2KWQ=ΣQ30-QC=8.45Kvar

cosφ=ΣP30/ΣP2+ΣQ2=0.99>0.95

S1=P2+Q2=61.78KVA

由于此变电所所带负荷对供电可靠性要求不是很高，所以选一台变压器

SN=S1=61.78KVA

选择变压器的型号为S9系列，额定容量为80KVA.

查表得其参数为：

额定损耗：

∆P0=0.25KW负载损耗：

∆PK=1.25KW

负载阻抗：

UK%=4　　　　空载电流:

I0%=2.4

（4）计算变压器的功率损耗

S30=S1=61.78KVA

ΔPT=∆P0+∆PK（S30/SN）=0.25+1.25×（61.78/80）2=1.0KW

∆QT=（I0%/100）×SN+（UK%/100）×SN（S30/SN）2=0.024×80+0.04×80×（61.78/80）2=3.83KVA

（三）.厂内10KV线路截面选择

1.一号变电所10KV线路

为了保证供电可靠性采用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

P30=0.5×237.36=118.68KWQ30=0.5×21.31=10.66Kvar

计及变压器损耗:

P=P30+ΔPT=118.68+1.58=120.26KW

Q=Q30+ΔQT=10.66+6.27=16.93Kvar

S=P2+Q2=121.45Kvar

I30=S/3U=7.01A

按经济电流密度选择导线截面积

由于是三班倒工厂估计年负荷利用小时数为8000小时，由查表可得架空线路的经济电流密度为Jec=0.7A/mm2

所以得经济截面积为：

Aec=I30/Jec=7.01/0.7=10.01mm2

可选导线型号为LJ—25，其允许的最大载流量为Ial=135A

相应参数为r0=1.33Ω/Kmx0=0.35Ω/Km

再按发热条件检验：

已知θ=25∁温度修正系数为：

Kt=70-θ/（70-25）=0.95

I’al=Kt×Ial=0.95×125=128>7.01A

所以选择的导线符合长期发热的条件，且温度为40度时也满足。

由于变电所离负荷很近，10KV线路很短，其功率损耗可以忽略不计

线路首端功率为P=120.26KW

Q=16.93Kvar

2.二号变电所的10KV线路

为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

P30=0.5×565.92=282.96KW

Q30=0.5×44.56=22.28Kvar

计及变压器损耗：

P=P30+ΔPT=282.96+2.95=285.91KW

Q=Q30+ΔQT=22.28+13.66=35.94Kvar

S=P2+Q2=288.16Kvar

I30=S/3U=16.64A

选择经济截面：

Aec=I30/Jec=11.64/0.7=23.76mm2

可选导线型号为LJ—25，其允许的最大载流量为Ial=135A

相应参数为r0=1.33Ω/Kmx0=0.35Ω/Km

再按发热条件检验：

已知θ=25∁温度修正系数为：

Kt=70-θ/（70-25）=0.95

I’al=Kt×Ial=0.95×125=128>16.64A

所以选择的导线符合长期发热的条件，且温度为40度时也满足。

根据比例此估算此线路长为L=0.5KM

10KV线路损耗：

ΔPL=3I302×R=3×16.642×1.33×0.5=0.52KW

ΔQL=3I302×X=3×16.642×0.35×0.5=0.15Kvar

线路首端功率：

P，=P+ΔPL=285.91+0.52=286.43KW

Q，=Q+ΔQL=35.94+0.15=36.09Kvar

3.三号变电所的10KV线路，供电线路计算负荷：

P30=61.2KWQ30=8.45Kvar

计及变压器损耗:

P=P30+ΔPT=61.2+1=62.2KW

Q=Q30+ΔQT=8.45+3.83=12.28Kvar

S=P2+Q2=63.42Kvar

I30=S/3U=3.6A

电流很小按长期发热条件可选择导线为LJ-16,但根据最小导线截面积的要求应选择导线为LJ-25，其允许载流量为135A。

相应参数r0=1.33Ω/Kmx0=0.35Ω/Km

由于电流很小，线路功率损耗可以忽略不计,故线路首端功率为

P，=P=61.2KW

Q，=Q=12.28Kvar

4.10KV联络线（与相邻其他工厂）的选择。

由于发酵车间要求在生产过程中供电不断，则输电线路应满足发酵车间的供电负荷。

P=P+2∆P=565.92+3×2.95=571.82KW

Q=Q+2∆Q=44.56+2×13.66=71.88Kvar

S==571.822+71.882=576.32KVA

I'=S3U=576.32103=33.27A

因运用时间很少，可按长期发热条件选择和检验。

选择LJ-25，其其允许载流量为：

I=135A.

相应参数：

r=1.33Ω/kmx=0.35Ω/km.线路长度为：

l=5km

I=K×I=0.95×135=128A>I'=33.27A

线路降压计算：

∆U==（571.82×1.33×5+71.88×1.33×5）/10=0.40KV

∆U%==（0.4/10）×100%=4%

由于前面1#,2#,3#变压器的10KV线路线路短，电流小，故更满足要求

三.从10KV电网到高压配电室线路设计，假设此段线路长为L=5km.

1.啤酒厂的总容量：

=P+P+P=120.26×2+286.82×2+61.2=875.36KW

=Q+Q+Q=2×16.93+2×36.18+12.28=118.5Kvar

P=×K=875.36×0.9=787.82KW

Q=×K=118.5×0.95=112.58Kvar

2.为保证供电可靠性，采用双回线，则每回线路的参数：

P=×P=0.5×787.2=393.91KW

Q=×Q=0.5×112.58=56.29Kvar

S==393.912+56.292=397.91KVA

I=S3U=397.91103=22.97A

按经济电流密度选择导线的截面：

A==22.97/0.9=32.81mm2

所以选择LJ-25，其其允许载流量为：

I=135A.

相应参数：

r=1.33Ω/kmx=0.35Ω/km.

按长期发热条件校验：

I=K×I=

每回线路的损耗：

∆P=I×r×l=22.972×1.33×5=3.51KW

∆Q=×x×l=22.972×0.433×5=1.14KVar

电压损耗：

∆U==（393.13×1.33×5+56.29×0.433×5）/10=0.27KV

∆U%==（0.27/10）×100%=2.7%满足要求

线路始端功率：

P，=P+∆P=393.91+3.51=397.42KW

Q，=Q+∆Q=56.29+1.14=57.43Kvar

S，==397.422+57.432=401.53KVA

四.短路电流计算

按无穷大供电系统.短路计算电路图如图所示,采用标幺值计算

1.厂内10kv母线短路电流（短路点1）

（1）.确定基准标幺值:

Sd=20MVAUav=10.5KV

Id=Sd/3Uav=20/（3*10.5）=1.1KA

（2）.计算各主要元件的标幺值

系统电抗（取断路器Soc=300MVA）

X1=Sd/Soc=20/300=0.067

10kv线路电抗（LJ-25）

X0=0.35Ω/km

X2=0.35×5×（20/10.52）=0.32

（3）.三相短路电流和短路容量

总电抗标幺值X=0.067+0.5×0.32=0.23

三相短路电流周期分量有效值:

Ik=Id/X=1.1/0.23=4.9KA

其它三相短路电流值:

I’’（3）=I∞（3）=4.9KA

　　　　　ish（3）=2.55×4.9=12.50KA

Ish=1.51I’’（3）=1.51×4.9=7.4

三相短路容量：

Sk=Sd/X=20/0.23=87MVA

2.0.4kv低压母线的短路电流（短路点2）

（1）.确定基准标幺值:

Sd=20MVAUav=0.4KV

Id=Sd/3Uav=20/（3*0.4）=28.87KA

（2）.计算各元件电抗标幺值

系统电抗（取断路器Soc=300MVA）

X1=Sd/Soc=20/300=0.067

10kv厂内架空线路电抗（给二号变电所供电）:

X3=0.35×0.5×（20/10.52）=0.032

（3）.10/0.4kv电力变压器:

Uk%=4

X4=Uk%100×SdSN=0.04×（20/0.4）=2

（4）.计算三相短路电流和短路容量:

总电抗标幺值XΣ=.0.07+（0.032+2）/2+0.32/2=1.24

三相短路电流周期分量有效值:

Ik=Id/XΣ=28.87/1.24=23.28KA

其它三相短路电流值:

I’’（3）=I∞（3）=23.28KA

　　　　　ish（3）=1.84×23.28=42.84KA

Ish=1.51I’’（3）=1.09×23.28=25.38

三相短路容量：

Sk=Sd/X=20/1.24=16.13MVA

三相短路容量统计表

短路点计算

Ik’’（3）

I’’（3）

I∞（3）

ish（3）

Ish

三相短路容量

10kv1点

4.9KA

12.50KA

7.4KA

87KVA

0.4kv2点

23.28KA

42.84KA

25.38KA

16.13KVA

五.变电所高低压设备的选择.

根据上述短路计算结果,按正常工作条件选择和短路情况校验,总降压变电所高低压电气设备如下.

10kv设备选择

计算数据

高压断路器

SN10--10

隔离开关

GN-10

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