中南大学_某小型轧钢车间供电系统设计说明.docx

.电气工程基础课程设计实验报告学院：课题：某小型轧钢车间供电系统设计班级：学号：姓名：指导老师：.下载可编辑 .目录第一章3第二章7第三章15第四章17第五章24第六章29第七章33第八章3436.37.下载可编辑 .第一章设计题目与原始资料1.1 设计题目某小型轧钢车间供电系统设计1.2 原始资料（ 1） 小型轧钢车间用电设备一览表小型轧钢 300 型车间用电设备一览表单台设备额定参数K 法x序用电设数量cosKx/cosPe(kw)Uo(kV)Ie(A)备注号备名称（台）qK e1推钢机2300.38570.85.2JCe%=25加热炉2鼓风机1400.3869.90.876.53推出机1110.3821.40.785.1JCe%=25加热炉4输出辊34.50.388.50.85.5JCe%=25道500 轧5机前工1300.38570.85.2JCe%=25作辊道500 轧6机后跑14.50.388.50.85.5JCe%=25槽辊道7 毛坯升1300.38570.8 5.2.下载可编辑 .降台热剪前8输送辊14.50.388.50.85.5JCe%=25道热剪前9工作辊17.50.38150.764.4JCe%=25道10热剪电1400.3869.90.876.5JCe%=25动机热剪后11输送辊14.50.388.50.85.5JCe%=25道12水泵电2400.3869.90.876.5动机13鸭咀剪1110.3821.40.785.1电动机润滑油14泵电动44.50.3880.856.5机500 轧单台电机15机电动110001066.40.87参数只作机参考300 轧16机电动110001066.40.87机17成品出43.50.386.80.783.6口辊道18切料辊5160.38320.764.819冷剪电1400.3872.40.845.50.95/1.下载可编辑 .动机总计 Pe20全厂照2=35KW l=明50M3 吨起Pe单台中最21重机20.38Ijs=13A大一台JCe%=25=8.9Pe=5KW5 吨起Pe单台中最22重机20.38Ijs=19.7A大一台JCe%=25=11.4Pe=7.5KW不应计入23检修电3Ijs=56A0.5“计算负源荷”（2） 小型轧钢车间平面图（附图3）全部为二级负荷（3） 该车间年最大有功负荷利用小时数Tmax=6500 小时（4） 电源条件该车间由本厂总降压变电所提供两回电源，总降压由地区变电所提供电源，电气接线图及主要参数如图一所示：轧钢车间变电所距总降压变电所电气距离按1.5km 考虑。地区变电所 35kV 侧母线发生三相短路时Psd(3 )400 MVA（5） 该厂所在地区的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.下载可编辑 .最热月平均最高温度年平均温度最热月土壤平均温度351830.下载可编辑 .d(3)（同上）Se,b=20,000KV Ax0 =0.4 /kmB 1（B同上）1l=5km.下载可编辑 .1.3 要求设计容（ 1） 计算小型轧钢车间总负荷及确定为提高功率因数所需的补偿容量。（ 2） 选择小型轧钢车间变压器的台数和容量。（ 3） 选择和确定小型轧钢车间供电系统（包括高、低压供电电压，高、低压供电系统图，车间低压电力网接线） 。（ 4） 选择该车间高低压电力网的导线型号及截面。（ 5） 选择高低压供电系统一次元件（包括校验） 。（ 6） 选择低压干线、支线的熔丝及型号。1.4 要求设计成果（ 1） 设计说明书一份，其中包括设计的原始资料； 完成设计容时所依据的原则，计算步骤及计算举例。 计算结果列表说明， 以及插图等。 说明书要求简明扼要，整洁美观。（ 2） 高压供电系统一次接线图一。（ 3） 低压供电系统一次接线图一。第二章负荷和无功功率计算及补偿2.1 负荷计算2.1.1负荷计算的容和目的（1） 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用 30 分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。.下载可编辑 .（2） 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1 秒左右的最大负荷电流。 一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。（3） 平均负荷为一段时间用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜电能消耗量最多的一个班）的平均负荷， 有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.1.2负荷计算的方法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）P30 = K dPe ， K d 为系数b) 无功计算负荷（单位为 kvar ）Q30 =P30 tanc) 视在计算负荷（单位为 kvA）P30S30 = cosd) 计算电流（单位为 A）S30I 30=3U N,U N为用电设备的额定电压（单位为KV）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）P30 = K pP30 i式中P30 i是所有设备组有功计算负荷P30之和，Kp是有功负荷同时系数，可取 0.850.95b) 无功计算负荷（单位为 kvar ）Q30KqQ30 i，Q30 i是所有设备无功Q30之和；K q是无功负荷同时系=数，可取 0.90.97c) 视在计算负荷（单位为 kvA）S30 = P302Q302.下载可编辑 .S30d) 计算电流（单位为A）I 30 = 3U N2.1.3负荷计算结果根据本设计所提供的原始数据，宜采用需求系数法进行负荷计算，各项数据如表一所示：表一各参数负荷计算结果单台设备额定参功率数量序用电设备数需要因素Pc(kW)Qc(kW)tan Sc(kVA)号名称系数cos（台）Pe(kw)Uo(kV)1推钢机2300.380.430.825.819.350.7532.25加热炉鼓21400.380.670.8726.815.190.5730.80风机3推出机1110.380.30.783.32.650.804.23加热炉输434.50.380.80.810.88.100.7513.50出辊道500 轧机前51300.380.70.82115.750.7526.25工作辊道500 轧机后614.50.380.90.84.053.040.755.06跑槽辊道毛坯升降71300.380.350.810.57.880.7513.13台.下载可编辑 .热剪前输814.50.380.450.82.0251.520.752.53送辊道热剪前工917.50.380.460.763.452.950.864.54作辊道热剪电动101400.380.390.8715.68.840.5717.93机热剪后输1114.50.380.650.82.9252.190.753.66送辊道水泵电动122400.380.250.872011.330.5722.99机鸭咀剪电131110.380.240.782.642.120.803.38动机润滑油泵1444.50.380.180.853.242.010.623.81电动机500 轧机电1511000100.310.87310175.690.57356.32动机300 轧机电1611000100.320.87320181.350.57367.82动机成品出口1743.50.380.260.783.642.920.804.67辊道18切料辊5160.380.120.769.68.210.8612.63冷剪电动191400.380.380.8415.29.820.6518.10机20全厂照明210.98357.110.2035.713 吨起重机Pe2120.3810.58.915.421.7317.80JCe%=25=8.95 吨起重机Pe2220.3810.511.419.751.7322.80JCe%=25=11.423检修电源30.000.下载可编辑 .全厂有功功率：PCK（ PP照明）Ci=865.87KW全厂无功功率： QCKQCi=523.17KVar22全厂视在功率：SCPC QC=1019.91KVA低压侧功率因数：cosPC / SC=865.87/1019.91=0.765<0.85由计算数据可知，低压侧功率因数为0.765 ，小于 0.85 ，不合要求，需进行功率补偿。2.3 无功功率补偿2.3.1无功补偿的作用1. 提高用户的功率因数 , 从而提高电工设备的利用率 ;2. 减少电力网络的有功损耗；3. 合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；4. 在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；5. 装设静止无功补偿器 (SVS)还能改善电网的电压波形 , 减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。.下载可编辑 .2.3.2无功补偿装置的选择无功补偿装置主要有三种：1. 并联电容器组是一种静态的无功补偿装置。 用它进行的补偿称为并联电容补偿。2. 同步调相机。3. 静止无功补偿器。后两者属于动态的无功补偿装置。用静电电容器（或称移相电容器、电力电容器）作无功补偿以提高功率因数，是目前工业企业广泛应用的一种补偿装置。 综合考虑，决定采用并联电容器进行低压补偿，所选电容器型号为： BWF0.4-14-1。其图示如图二， 技术参数如表二。WF0.4-14-1 型电容器参数如下：a) 电容偏差：电容与其额定值之偏差不超过 -5%+10%。b) 介质损耗角正切值 tan 对膜纸复合介质： tan 0.0022 。对全膜介质： tan 0.0015 。c) 额定容量（ Kvar ）：14d) 稳态过电流 ( 包括谐波电流 ) 不超过 1.43In 。e) 安装运行地区的海拔高度不超过 2000m。f) 安装运行地区环境空气温度围 -50 +55。2.3.3无功补偿方案的选择用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿、低压集中补偿和高压集中补偿三种。别补偿：指在个别功率因数较低的设备旁边装设补偿电容器组；压集中补偿：指将高压电容器组集中装设在总降压变电所 610kV 母线上；压集中补偿：指将低压电容器组集中装设在车间变电所或建筑物变电所的低压母线上。.下载可编辑 .? 方案一 个别补偿该补偿方式补偿围最大， 效果最好。 但投资较大， 而且桇被补偿的设备停止运行的话，电容器组也被切除， 电容器的利用率低。 同时存在小容量电容器的单位价格、电容器易受到机械震动及其他环境条件的影响等缺点。 所以这种补偿方式适用于长期稳定运行， 无功功率需要较大， 或距电源较远， 不便于实现其他补偿的场合。? 方案二 高压集中补偿该补偿方式只能补偿总降压变电所 610kV母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响，而对无功功率在企业部的供配电系统中引起的损耗无法补偿，因此补偿围最小，经济效果较后最差。由于装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较少，且总降压变电所 610kV 母线停电机会少，因此电容器利用率高。这种方式在一些大中型企业中应用较普遍。? 方案三 低压集中补偿该补偿方式补偿围介于前两者之间，比高压集中补偿要大，而且该补偿方该补偿方式补偿围介于前两者之间， 比高压集中补偿要大， 而且该补偿方 式能使变压器的视在功率减小，人而使变压器的容量可选得较小，因此比较经济。这种低压电容器补偿屏一般可安装在低压配电室， 运行维护安全方便。 该补偿方式在用户中应用相当普遍。综上所述，经过技术经济比较后， 最终决定使用低压集中补偿， 下面就低压集中补偿进行分析。设计要求在高压侧功率因数不低地0.95 ，在低压侧不低于0.85 ，而补偿在低压侧进行，考虑到变压器损耗，暂定低压侧补偿后功率因数 cos =0.95 来计算补偿容量。需要补偿的无功为=444.19KVar需要的电容器数量为.下载可编辑 .n=444.19/14=32 个考虑三相均衡分配， 应装设 32 个电容器， 每相 13 个，此时并联电容器的实际补偿容量为Qcc=14*32=448KVar补偿后的无功为Qc =Qcc-Qc=871.4-546=325.4KVar=1085.64KVA=1649.7A高压侧：变压器 Snt=Sc变压器损耗：Pt=0.02Sc =0.02*1085.8=21.72KWQt=0.1Sc=0.1*1085.8=108.58KVar变压器高压侧（一次侧） ：=1035.9+21.72=1057.62KW=325.4+108.58=433.98KVar=1143.2KVAI C1SC1 /3U N1 =66.00 （A）cos 1PC1 / SC1 =1057.62/1143.2=0.965>0.95满足设计要求因此，共使用32 个 BWF0.4-14-1 型电容器进行低压集中无功补偿，使高压侧功率因数为 0.965 ，低压侧为0.85 满足设计要求。.下载可编辑 .2.4 全厂年耗电量计算工厂的年耗电量可利用工厂的有功和无功计算负荷即：年有功电能消耗量：年无功电能消耗量：式中为年平均有功负荷系数，一般取0.70.75 ； 为年平均无功负荷系数，一般取 0.760.82 ；为年实际工作小时数。取=0.7 ，=0.8 ，=4000h，因此求得：工厂年有功耗电量：=0.7工厂年无功耗电量：=0.8第三章变电所主变压器台数、容量类型的选择3.1 变压器选择原则选择变压器时， 必须对负载的大小、 性质作深入的了解， 然后按照设备功率的确定方法选择适当的容量。 为了降低电能损耗，变压器应该首选低损耗节能型。当厂区配电母线电压偏差不能满足要求时，总降压变电所可选用有载调压变压器。车间变电所一般采用普通变压器。变压器容量的确定除考虑正常负荷外，还考虑到变压器的过负荷能力和经济运行条件。具体地说：.下载可编辑 .(1) 在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器；(2) 供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器（ S9、 SL9、 S10-M、S11、 S11-M等）；(3) 对于高层建筑、地下建筑、发电厂、化工等单位对消防要求较高场所，宜采用干式电力变压器（ SC、 SCZ、SCL 、SG3、 SG10、 SC6 等）；(4) 对电网电压波动较大，为改善电能质量采用有载调压电力变压器(SLZ7、SZ7、 SFSZ 、SGZ3等) 。3.2 主变压器数量及容量类型的确定3.2.1变压器台数的选择原则工厂变电所中的主变压器台数，应根据下列原则选择：(1) 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所应采用两台变压器， 对只有二级负荷， 而无一级负荷的变电所， 也可只采用一台变压器，并在低压侧架设与其他变电所的联络线。(2) 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的工厂变电所，可考虑采用两台主变压器。(3) 一般的三级负荷，只采用一台主变压器。(4) 考虑负荷的发展，留有安装第二台主变压器的空间。(5) 车间变电所中，单台变压器容量不宜超过 1000kVA，现在我国已能生产一些断流量更大和短路稳定度更好的新型低压开关电器， 因此如车间负荷容量较(6) 对装设在二层楼以上的干式变压器，其容量不宜大于630kVA。3.2.2主变压器容量的选择原则(1) 只装一台主变压器时主变压器的额定容量SN.T 应满足全部用电设备总的计算负荷S 的需要，且留有余量，并考虑变压器的经济运行，即：.下载可编辑 .Snt （ 1.15 1.4 ）Sc(2) 装有两台变压器时每台主变压器的额定容量SN.T 应同时满足以下两个条件：Snt （0.60.7 ） ScSnt Sc1.2其中 Sc1.2 计算负荷中的全部一、二级负荷。两台变压器的备用方式有以下两种：明备用：两台变压器都按 100%计算负荷选择容量，并留用一定裕量，一台工作，一台备用。暗备用：每台变压器都按计算负荷的（ 60%70%）选择容量，正常情况下两台变压器均参加工作，且各自承担 50%的负荷，负荷率为 50%/0.7% 70%，满足经济运行的条件，相对暗备用有明显的优势。由于该厂的铸造车间、 电镀车间和锅炉房属二级负荷， 对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器以暗备用的方式工作， 以便当一台发生故障时， 另一台能短时的承担所有负荷，不至于断电，这样就提高了供电可靠性。在暗备用方式下，变压器的容量按计算负荷的 70%选择 Snt= (060.7)Sc=(060.7) 1143.2=685.92800.24 （ KVA）且 Snt Sc1.2=734.49 （KVA）因此，选择 2 台容量为 800KVA,电压等级为 10KV的变压器。由于变压器的使用环境没有特殊要求， 因此，变压器的选择空间很大， 在选择时尽量要求低损耗，同时兼顾经济效益，达到最佳性价比。? 方案一选用 S11-M.R 系列 800KVA,10KV级变压器技术参数，技术参数如表三表三.下载可编辑 .? 方案二选用 SH15非晶合金系列电力变压器，如图三，技术参数如表四表四非晶合金变压器说明：非晶合金变压器空载损耗低、 节能、环保优势明显，符合我国政府倡导的“节约资源，保护环境，建设节约型社会”产业政策。该产品适用于 5KVA100KVA的单相变压器、 30KVA2500KVA三相五柱式、三相三柱式变压器，比传统的变压器节能 70。非晶合金是一种新型节能材料， 采用快速急冷凝固生产工艺， 其物理状态表现为金属原子呈无序非晶体排列， 它与硅钢的晶体结构完全不同更利于被磁化过程相当容易， 从而大幅度降低变压器的空载损耗 , 若用于油浸变压器还可减排 CO、SO、NOx等有害气体，被称为二十一世纪的“绿色材料”。基于以上优点，经两种方案比较及综合考虑，选择SH15800/10 非晶合金电力变压器。第四章变电所主接线方案的设计4.1 变配电所主接线的选择原则1. 当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。2. 当变电所有两台变压器同时运行时， 二次侧应采用断路器分段的单母线接线。3. 当供电电源只有一回线路， 变电所装设单台变压器时， 宜采用线路变压器.下载可编辑 .组结线。4. 为了限制配出线短路电流， 具有多台主变压器同时运行的变电所， 应采用变压器分列运行。5. 接在线路上的避雷器， 不宜装设隔离开关； 但接在母线上的避雷器， 可与电压互感器合用一组隔离开关。6.6 10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。7. 采用 610 KV 熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。8. 由地区电网供电的变配电所电源出线处， 宜装设供计费用的专用电压、 电流互感器（一般都安装计量柜） 。9. 变压器低压侧为 0.4KV 的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。 当有继电保护或自动切换电源要求时， 低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。10. 当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。4.2 变配电所主接线方案论证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）. 方案一：装设一台主变压器的主接线方案本主接线采用了一台变压器的小型变电所，其高压侧一般采用无母线的结构。如图2所示：这种主接线采用了高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分灵活方便，同时高压断路器都配有继电保护装置， 在变电所发生短路和过负荷时均能自动跳闸，而且在短路故障和过负荷情况消除后， 又可直接迅速合闸， 从而使恢复供电的时间大大缩短。 如果配电自动重合闸装置， 则供电可靠性更进一步提高。 但是一般用于三级负荷， 但在变电所低压侧有联络线与其它变电所相连时， 则可用于二级负荷；因此在考虑该种方案时， 选择了一个低压联络线的方式， 该车间的低压联络线和轧钢车间距离比较近， 可以考虑和它互为备用， 但是备用容量因受线路的容量的限制而不能太大，低压联络线开关可采用自动投入或电动操作。.下载可编辑 .（2）第二种方案这种方案是采用装有两台主变压器的小型变电所。如图3 所示这种主接线的供电可靠性较高。 当任一主变压器或任一电源线停电检修或发生故障时，该变电所通过闭合低压母线分段开关， 即可迅速恢复对整个变电所的供电。如果两台主变压器低压侧主开关 （采用电磁或电动机合闸操作的万能式低压断路器）都装设互为备用电源自动投入装置 （APD），则任一主变压器低压主开关因电源断电 （失压）而跳闸时，另一主变压器低压侧的主开关和低压母线分段开关将在 APD作用下自动合闸，恢复整个变压所的正常供电。 这种主接线可供一、二级负荷。.下载可编辑 .3）这两种方案的比较1）从安全性看这两种主接线方式都满足国家的标准的技术规的要求，能充分保证人身和设备的安全。2) 从可靠性看这两种电力负荷满足该车间的二级负荷要求。对于第一种主接线的工作方式是当机电修车间或轧钢车间任意一个故障停电检修时 , 通过联络线由另一个车间提供电源 . 在低压联络线上 , 轧钢低压联络线侧的配电瓶将它始终处于打开状态 , 当机电修车间变压器要检修时 , 先打开机电修车间侧配电瓶的开关 , 使其与轧钢车间通电 , 然后断开其本车间母线上的开关 , 这样保证了不影响生产断电 ; 当处于故障时 , 母线和高压的断路器自动断开 , 联络线上的开关开启 ,也保证了供电的需要而不间断. 对于第二中方案 , 同样当一个变压器故障 , 也由另一个变压器供电 , 它是通过母线分段, 通过联络线上的断路器来实现双电源的自动互投 .3) 从灵活性看能适应各种不同的运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。4）从经济上看，第一种方案比第二种方案少一套高压线路、变压器、高压熔断器、和开关设备