某自来水厂供电设计方案汇总.docx

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某自来水厂供电设计方案汇总

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：

电气实验班学号:

0917110115姓名：

李鑫指导老师：

粟梅完成日期：

2014-2-20

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

参考文献附图

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）自来水厂平面布置图（附图5）

（3）自来水厂机修车间平面布置图（附图6）（4）该厂年最大有功负荷利用小时数

Tmax=8000小时

（5）该厂一、二泵房为二级负荷，机修及办公室为三级负荷。

（6）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母线上各提供一回电源，这两段母线的短路容量皆为：

MVAsdP3503（

（7）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

35℃

18℃

30℃

地区变点所Up=35KV总降压变电所Ue=10KV去自来

水厂

自来

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（包括各支线上的开关及

熔丝）。

四、负荷计算

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5台：

1、c11d111111NP=380K0.8

cos0.83

tan0.67U6KVkW

φφ====

c11d11e11KP3800.8351577PkWkW=⨯=⨯⨯=；

c11c1111Ptan15770.671057varQkWkφ=⨯=⨯=

c11S1898kVA

===；

c11189811831.7326kVA

IAkV

=

=

=⨯

2、变压器SJ2-50/6（一台）：

1e

c12e122e

U6SP50cos0.85

kV

kVAkV

φ====

1212121212cos50*0.8542.5tan42.5*0.61926.34var50

4.81.732*6

cccccPSKWQPKIA

φφ=======

=

=取同时系数为pqKK∑∑==0.9。

可以计算出一泵房的总的计算负荷：

（

30111230111230300.9*（157742.51457.55（0.9*（105726.341083.34var1816.11861.1

179.11.732*6

pccqccPKPPKWQKQQKSKVAIA

∑∑=+=+==+=+====

=

=

（二二泵房负荷计算

1、高压异步电动机组1（三台）：

e21d212121NP=440K0.8cos0.89

tan0.51U6KVkW

φφ====

c21d21e21KP4400.8931174PkWkW

=⨯=⨯⨯=

c21c2121φ

c21S1317kVA

===；

c2113171271.7326kVA

IAkV

=

=

=⨯

2、高压异步电动机组2（三台）

e22d222222NP1000K0.8

cos0.84

tan0.65U6KVkW

φφ====

c22de22KP10000.8932670PkWkW=⨯=⨯⨯=；

c22c2222Ptan26700.842243varQkWkφ=⨯=⨯=

c22S3487kVA

===；

c2234873361.7326kVA

IAkV

=

=

=⨯

2、变压器SJL-180/6组（两台）

1e

c23e232e

U6SP2360cos0.85

kV

kVAkV

φ=⨯===

1212121212cos180*2*0.85306tan306*0.619189.4var180

17.31.732*6

cccccPSKWQPKIA

φφ=======

=

=取同时系数为pqKK∑∑==0.9。

可以计算出二泵房的总的计算负荷：

（

302122233021222330303735（3031.4var4812.74812.7

4631.732*6

pccqccPKPPPKWQKQQQKSKVAIA

∑∑=++==++====

=

=

（三机修车间负荷计算

1、车床（C620）组（两台）：

e31d313131NP=7.6K0.2cos0.75

tan0.88U0.38KVkW

φφ====

c31d31e31KP7.60.2211.4PkWkW

=⨯=⨯⨯=

c31c3131φ

c31S15.2kVA

===；

c3115.223.21.7320.38kVA

IAkV

=

=

=⨯

2、车床（C616）组（两台）：

e32d323232NP=3.3K0.2cos0.74

tan0.91U0.38KVkW

φφ====

c32d32e32KP3.30.221.32PkWkW=⨯=⨯⨯=

c32c3232Ptan1.320.911.2varQkWkφ=⨯=⨯=

c32S1.78kVA

===；

c321.782.71.7320.38kVA

IAkV

=

=

=⨯

3、铣床组（两台）：

e33d333333NP=2.5K0.2cos0.64

tan1.2U0.38KVkW

φφ====

c33d33e33KP2.50.221PkWkW=⨯=⨯⨯=c33c3333Ptan11.21.2varQkWkφ=⨯=⨯=

c33S1.56kVA

===；

c331.562.371.7320.38kVA

IAkV

=

=

=⨯

4、刨床组1（两台）：

e34d343434NP=4K0.2cos0.6

tan1.33U0.38KVkW

φφ====

c34d34e34KP40.221.6PkWkW=⨯=⨯⨯=

c34c3434Ptan1.61.332.1varQkWkφ=⨯=⨯=

KVAQ

PS

CCC64.21.26

.2

2

2

34

2

3434=+=

+=

AKV

KVA

IN

CC01.438.0*732.164.2334

34==

=

5、刨床组2（两台）：

e35d353535Nφφ

KWKWPKP

EDC2.12*2.0*3*353535

===var67.139.1*2.1tan*35

3535

KKWPQ

CC===φ

KVAQ

PSCCC05.22.167

.2

2

2

35

2

3535=+=

+=

AKV

KVA

U

IN

CC12.338.0*732.105.2335

35==

=

6、钻床组（两台）：

e36d363636NP=1.5K0.2cos0.67

tan1.11U0.38KVkW

φφ====

c36d36e36KP1.50.220.6PkWkW=⨯=⨯⨯=

c36c3636Ptan0.61.110.67varQkWkφ=⨯=⨯=

KVAQ

PS

CCC9.06.067

.02

2

2

36

2

3636=+=

+=

AKV

KVA

U

IN

CC36.138.0*732.19.0336

36==

=

7、砂轮机组（两台）：

e37d212121NP=1.5K0.2cos0.71

tan0.99U0.38KVkW

φφ====

KWKWPKP

EDC2.12*4.0*5.1*373737

===var18.199.0*2.1tan*37

3737

KKWPQ

CC===φ

KVAQ

PS

CCC7.118.12

.2

2

2

37

2

3737=+=

+=

AKV

KVA

U

IN

CC6.238.0*732.17.1337

37==

=

8、吊车组（两台）：

KW

P

E4.1138

=15.038

=K

D8.038

=φCOS75.0tan38

=φKVUN38.0=

KWKWPKPEDC42.32*15.0*4.11*383838

===

var57.275.0*42.3tan*38

3838

KKWPQ

CC===φ

KVAQ

PS

CCC28.457.142

.2

2

2

38

2

3838=+=

+=

AKV

KVA

U

IN

CC5.638.0*732.128.4338

38==

=

9、电焊机组（两台）：

KWPE239

=

35.039

=K

D5.039

=φCOS732.1tan39

=φ

KVU

N

38.0=

KWKWPKPEDC4.12*355.0*2*393939

===

var42.275.0*4.1tan*39

3939

KKWPQ

CC===φ

KVAQ

PS

CCC8.24.142

.22

2

2

39

2

3939=+=

+=

AKV

KVA

U

IN

CC24.438.0*732.18.2339

39==

=

10、电阻炉组（两台）：

e41d4141NP=12K0.7cos1

U0.38KVkW

φ===

c41d41e41KP120.7216.8PkWkW=⨯=⨯⨯=c41c4141Ptan0varQkφ=⨯=

c41S16.8kVA

===；

c4116.825.561.7320.38kVA

IAkV

=

=

=⨯

11、工厂照明，30（111616PkWkW==。

30（110Q=12.变压器SJ2-20/6

1e

c12e122e

U6SP240cos0.85

kV

kVAkV

φ=⨯===

1212121212cos20*2*0.832tan32*0.7524var40

60.81.732*0.38

cccccPSKWQPKIA

φφ=======

=

=取同时系数为pqKK∑∑==0.9。

可以计算出机修车间的总的计算负荷：

（

302122232425262728294142302122232425262728294142303087.94（47.39var89.289.2

135.51.732*0.8

pccccccccccqccccccccccPKPPPPPPPPPPPKWQKQQQQQQQQQQQKSKVAIA

∑∑=++++++++++==++++++++++====

=

=

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cosφ=87.94/89.2=0.985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：

3030'

300.0150.015*89.21.3380.060.06*89.25.352var

103.7TTPSKW

QSKSKVA

∆===∆====

=

所以cosφ=89.278/103.7=0.86不满足高压侧0.95以上的功率因数的要求。

需要进行功率补偿，可以选定功率补偿后的功率因数为cosφ=0.96。

则可以计算出需要补偿的无功功率为：

3030（（tan26.85varcTTQQQPPKφ=+∆-+∆=。

此时机修车间的计算负荷为：

303030303089.278tan0.29*89.27825.8var89.278

93cos0.96

PKW

QPKPSKVAφφ=====

==对于35KV/6KV变压器：

取同时系数为pqKK∑∑==0.9。

可以计算出全厂的总的计算负荷：

3030030300

305282（4140.5var6711piiqiiPKPKW

QKQKSKVA

∑=∑=⎛⎫

==⎪⎝⎭

====∑∑

低压侧的功率因数cosφ=5282/6711=0.787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：

5282（tanarccos0.787tanarccos0.9var1582.5varCQkk=⨯-=

补偿后的计算负荷为：

30303052822558var5869PKW

QKSKVA

===

变压器的损耗：

30300.0150.015*5869880.060.06*5869352var

TTPSKWQSK∆===∆===

'

306108SKVA=

=

高压侧的功率因数cosφ=5370/6108=0.88，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：

5370（tanarccos0.88tanarccos0.96var1332varCQkk=⨯-

=

补偿后的计算负荷为：

3030303053701566var

55945594

92.31.732*35

PKWQKSKVA

IA

====

=

=

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S30的大学百分之六十到百分之七十的需要，即STN.S307.0~6.0（=

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SSTN）∏+≥1（30.

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5~10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STN.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：

SSTNTav.100

20

1（--=θ

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8°C，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因为变压器都用在室内，故取θav高于室外8摄氏度（取其系数为0.7SSTNTav.100

20

1（--

=θ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。

30（0.6~0.7（0.6~0.7*5594（3356~3915.T

KVAS

S==≈

.100

1.0580NT

T

TavS

SSθ=

=-

.4121.NTKVAS≥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

最热月平均最高温度

年平均温度

最热月土壤平均温度

35℃

18℃

30℃

常切换的总降压变电所。

如下图：

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100dSMVA=⋅，26cUkV=，20.4cUkV=

所以：

19.165dIkA=

=

=

2144.342kdIA===

（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：

1

100*0.200500MVAXMVA

⋅==⋅2架空线路的电抗标么值：

查手册得00.35/Xkm=Ω，因此：

2

2

100*0.35（/1.50.476（10.5MVAXkmkmkV⋅=Ω⨯⨯=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%6kU=，因此：

34

6100**6.0001001000MVAXXkVA

⨯⋅===⨯⋅可绘得短路等效电路图如下图

（二）

K-1K-2

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：

*（1120.2000.4760.676kXXX**

∑-=+=+=

2三相短路电流周期分量有效值：

（3

1

1（1

9.16513.5570.676

dkk