机械厂降压变电所的电气设计.doc
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第一章设计任务
1.1设计要求
要求根据本厂所能取得的电源及本厂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，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。
1.2设计依据
1.2.1工厂总平面图
图1.1工厂平面图
1.2.2工厂负荷情况
本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600h，日最大负荷持续时间为6h。
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。
本厂的负荷统计资料如表1.1所示。
1.2.3供电电源情况
按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。
该干线的走向参看工厂总平面图。
该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。
干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。
此断路器配备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要求，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。
1.2.4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-9℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8米处平均气温为25℃。
当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。
1.2.5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。
表1.1工厂负荷统计资料
厂房编号
厂房名称
负荷类别
设备容量/kW
需要系数
功率因数
1
铸造车间
动力
300
0．3
0．7
照明
5
0．8
1．0
2
锻压车间
动力
350
0．3
0．65
照明
8
0．7
1．0
7
金工车间
动力
400
0．2
0．65
照明
10
0．8
1．0
6
工具车间
动力
360
0．3
0．6
照明
7
0．9
1．0
4
电镀车间
动力
250
0．5
0．8
照明
5
0．8
1．0
3
热处理车间
动力
150
0．6
0．8
照明
5
0．8
1．0
9
装配车间
动力
180
0．3
0．7
照明
6
0．8
1．0
10
机修车间
动力
160
0．2
0．65
照明
4
0．8
1．0
8
锅炉车间
动力
50
0．7
0．8
照明
1
0．8
1．0
5
仓库
动力
20
0．4
0．8
照明
1
0．8
1．0
生活区
照明
350
0．7
0．9
1.2.6 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，按两部电费制交纳电费。
每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA，动力电费为0.9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，一次性向供电部门交纳供电贴费：
6~10VA为800/kVA。
第二章负荷计算和无功功率补偿
2.1负荷计算
2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式
a）有功计算负荷（单位为KW）
=，为系数
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=tan
c）视在计算负荷（单位为kvA）
=
d）计算电流（单位为A）
=,为用电设备的额定电压（单位为KV）
2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式
a）有功计算负荷（单位为KW） =
式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95
b）无功计算负荷（单位为kvar）
=，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97
c）视在计算负荷（单位为kvA） =
d）计算电流（单位为A） =
经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取380V）
表2.1 各厂房和生活区的负荷计算表
编号
名称
类别
设备容量/kW
需要系数
cos
tan
计算负荷
/kW
/kvar
/kVA
/A
1
铸造
车间
动力
300
0．3
0．7
1.02
90
91.8
——
——
照明
5
0．8
1．0
0
4.0
0
——
——
小计
305
——
94
91.8
132
201
2
锻压
车间
动力
350
0．3
0．65
1.17
105
123
——
——
照明
8
0．7
1．0
0
5.6
0
——
——
小计
358
——
110.6
123
165
251
7
金工
车间
动力
400
0．2
0．65
1.17
80
93.6
——
——
照明
10
0．8
1．0
0
8
0
——
——
小计
410
——
88
93.6
128
194
6
工具
车间
动力
360
0．3
0．6
1.33
108
144
——
——
照明
7
0．9
1．0
0
6.3
0
——
——
小计
367
——
114.3
144
184
280
4
电镀
车间
动力
250
0．5
0．8
0.75
125
93.8
——
——
照明
5
0．8
1．0
0
4
0
——
——
小计
255
——
129
93.8
160
244
3
热处理车间
动力
150
0．6
0．8
0.75
90
67.5
——
——
照明
5
0．8
1．0
0
4
0
——
——
小计
155
——
94
67.5
116
176
9
装配
车间
动力
180
0．3
0．7
1.02
54
55.1
——
——
照明
6
0．8
1．0
0
4.8
0
——
——
小计
186
——
58.8
55.1
80.6
122
10
机修
车间
动力
160
0．2
0．65
1.17
32
37.4
——
——
照明
4
0．8
1．0
0
3.2
0
——
——
小计
164
——
35.2
37.4
51.4
78
8
锅炉
车间
动力
50
0．7
0．8
0.75
35
26.3
——
——
照明
1
0．8
1．0
0
0.8
0
——
——
小计
51
——
35.8
26.3
44.4
67
5
仓库
动力
20
0．4
0．8
0.75
8
6
——
——
照明
1
0．8
1．0
0
0.8
0
——
——
小计
21
——
8.8
6
10.7
16.2
11
生活区
照明
350
0.7
0.9
0.48
245
117.6
272
413
总计
动力
2219
1013.5
856.1
——
——
照明
403
计入=0.8,=0.85
0.75
810.8
727.6
1089
1655
2.2无功功率补偿
无功功率的人工补偿装置：
主要有同步补偿机和并联电抗器两种。
由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。
由表2.1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低于0.9。
考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
=（tan-tan）=810.8[tan（arccos0.75）-tan（arccos0.92）]=369.66kvar
参照图2，选PGJ1型低压自动补偿评屏，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台相结合，总共容量为84kvar5=420kvar。
补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷=（727.6-420）kvar=307.6kvar，视在功率=867.2kVA，计算电流=1317.6A,功率因数提高为cos==0.935。
在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。
同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。
因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表3所示。
图2.1PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案
表2.2 无功补偿后工厂的计算负荷
项目
cos
计算负荷
/KW
/kvar
/kVA
/A
380V侧补偿前负荷
0.75
810.8
727.6
1089
1655
380V侧无功补偿容量
-420
380V侧补偿后负荷
0.935
810.8
307.6
867.2
1317.6
主变压器功率损耗
0.015=13
0.06=52
10KV侧负荷计算
0.935
823.8
359.6
898.9
52
第三章变电所位置与型式的选择
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。
在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的轴和轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，、、分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定（2.5，5.6）、（3.6，3.6）、（5.7，1.5）、（4，6.6）、（6.2，6.6）、（6.2，5.2）、（6.2，3.5）、（8.8，6.6）、（8.8，5.2）、（8.8，3.5），并设（1.2，1.2）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。
而工厂的负荷中心假设在P（,）,其中P=+++=。
因此仿照《力学》中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：
（3-1）
（3-2）
把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到=5.38，=5.38。
由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房（工具车间）的西北角。
考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。
图3-1按负荷功率矩法确定负荷中心
第四章变电所主变压器及主接线方案的选择
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：
a）装设一台变压器 型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容
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