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电力系统设计某啤酒厂供配电设计

发布时间:

供电系统课程设计报告
(2012—2013 学年 第一学期)
题 目 某啤酒厂供配电设计

系别 专业 班级 学号 姓名 指导教师 完成时间 评定成绩

电子与电气工程系 电气工程及其自动化 0920325 092032516
陈继辉 贾景贵 2012 年 11 月 16 日

目录
一、 设计的目的 ....................................... 1 二、 设计的内容与要求 ................................. 1 三、设计资料 .......................................... 1 四、 各车间计算负荷和无偿功率.......................... 2 五、 变电所设计选择 ................................... 6 六、 工厂主接线设计 .................................. 10 七、 短路电流计算 .................................... 10 八、 变电所高低压电气设备选择......................... 12 九、 继电保护 ........................................ 12 十、心得体会 ......................................... 13 十一、参考文献 ....................................... 13

闽南理工学院课程设计

一、 设计的目的

在基本掌握了《发电厂电气部分》课程知识的基础上,完成课程设计项目的设计。通过课 程设计环节的训练,包括设计方案的论证、硬件选择、参数计算和设计报告的撰写,掌握供配 电项目的设计流程和方法,加深对《发电厂电气部分》课程知识的理解和掌握,培养供配电系 统的设计能力,初步积累供配电系统开发经验,以及分析问题和解决问题的方法,并进一步拓 宽专业知识面,培养实践应用技能和创新意识。

二、 设计的内容与要求

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。 1.工厂变电所设计计算用电气主接线简图。 2.变电所供电*面布置图。

三、设计资料

电压等级:10/0.4kV

气象条件:

①最高气温 40℃, 最低气温-20℃,年*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*面图

1

闽南理工学院课程设计

表 1:2#变电所的技术参数

用电设备组 容量 需要系

名称

Pe/kW 数 Kd cosφ tgφ

麦芽储存输

2# 变电



2.2

0.8

0.8 0.75



糖化糊化 煮沸锅

7.5

0.8

0.8 0.75

压滤机

5.0

0.8

0.8 0.75

CIP

4.0

0.8

0.8 0.75

过滤

5.0

0.8

0.8 0.75

制冷

348

0.8

0.8 0.75

空压

308

0.8

0.8 0.75

水泵

86.3

0.8

0.8 0.75

锅炉房

70

0.8

0.8 0.75

照明

6

0.8

1.0 0

小计

表 2:其他的车间变电所的技术参数

用电设备组 容量 需要系数

或车间名称 Pe/kW

cosφ tgφ Kd

罐装线

333

0.8

0.8 0.75

1#

仓库

15

0.3

0.5 1.73

变电所 试验室

125

0.25

0.5 1.73

小计

行政楼

15

0.8

0.8 0.75

3#

水处理房

28

0.8

0.8 0.75

变电所

其他

50

0.8

0.8 0.75

小计

考虑全厂同时系数 KP=0.9 KQ=0.95

四、各车间计算负荷和无偿功率

(一)变电所 2#:

1.计算:

(1)麦芽存储输送:

已知:Pe=2.2kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=2.2×0.8=1.76(kW)

Q=Ptgφ =1.76×0.75=1.32(kVAR)

2

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S= p2 ? Q2 =2.2(kVA)

(2)糖化 糊化煮沸锅:

已知:Pe=7.5kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=7.5×0.8=6.0(kW)

Q=Ptgφ =6.0×0.75=4.5(kVAR)

S= p2 ? Q2 =7.5(kVA)

(3)压滤机:

已知:Pe=5.0kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=5.0×0.8=4.0(kW)

Q=Ptgφ =4.0×0.75=3.0(kVAR)

S= p2 ? Q2 =5(kVA)

(4)CIP:

已知:Pe=4.0kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=4.0×0.8=3.2(kW)

Q=Ptgφ =3.2×0.75=2.4(kVAR)

S= p2 ? Q2 =4(kVA)

(5)过滤:

已知:Pe=5.0kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=5.0×0.8=4.0(kW)

Q=Ptgφ =4.0×0.75=3.0(kVAR)

S= p2 ? Q2 =5(kVA)

(6)制冷:

已知:Pe=348kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=348*0.8=278.4(kW)

Q=Ptgφ =27804×0.75=208.8(kVAR)

S= p2 ? Q2 =348(kVA)

(7)空压:

已知:Pe=308kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=308×0.8=246.4(kW)

Q=Ptgφ =246.4×0.75=184.8(kVAR)

S= p2 ? Q2 =300(kVA)

(8)水泵:

已知:Pe=86.3kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=86.3×0.8=69.04(kW)

3

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Q=Ptgφ =69.04×0.75=51.78(kVAR)

S= p2 ? Q2 =86.3(kVA)

(9)锅炉房:

已知:Pe=70kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=70×0.8=56(kW)

Q=Ptgφ =56×0.75=42(kVAR)

S= p2 ? Q2 =70(kVA)

(10)照明:

已知:Pe=6kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=6×0.8=4.8(kW)

Q=Ptgφ =4.8×0=0(kVAR)

序号

S= p2 ? Q2 =4.8(kVA)

变电所 2#负荷统计列表

名称

容量

Kd

cosφ

Pe/kW

1

麦芽存储 2.2

0.8

0.8

输送

2

糖化糊化

7.5

0.8

0.8

煮沸锅

3

压滤机

5

0.8

0.8

4

CIP

4

0.8

0.8

5

过滤

5

0.8

0.8

6

制冷

348

0.8

0.8

7

空压

308

0.8

0.8

8

水泵

86.3

0.8

0.8

9

锅炉房

70

0.8

0.8

10

照明

6

0.8

1

小计

842

P(kW)
1.76
6
4 3.2 4 278.4 246.4 69.4 56 4.8 667.56

Q(kVAR)
1.32
4.5
3 2.4 3 208.8 184.8 51.78 42 0 496.8

S(kVA)
2.2
7.5
5 4 5 348 300 86.3 70 4.8 832.8

(二)变压器 1#: 1.计算: (1)罐装线:
4

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已知:Pe=333kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=333*0.8=266.4(kW)

Q=Ptgφ =266.4×0.75=199.8(kVAR)

S= p2 ? Q2 =333(kVA)

(2)仓库:

已知:Pe=15kW,Kd=0.3,cosφ =0.5,tgφ =1.73

故:

P=PeKd=15×0.3=4.5(kW)

Q=Ptgφ =4.5×1.73=7.785(kVAR)

S= p2 ? Q2 =9(kVA)

(3)试验室:

已知:Pe=125kW,Kd=0.25,cosφ =0.5,tgφ =1.73

故:

P=PeKd=125×0.25=31.25(kW)

Q=Ptgφ =31.25×1.73=54.06(kVAR)

S= p2 ? Q2 =62.44(kVA)

计算负荷统计列表

序号

名称

容量

Kd

tgφ

1

灌装线

333

0.8

0.75

2

仓库

15

0.3

1.73

3

试验室

125

0.25

1.73

小计

473

(三)变压器 3#:

1.计算:

(1)行政楼:

已知:Pe=15kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=15×0.8=12(kW)

Q=Ptgφ =12×0.75=9(kVAR)

S= p2 ? Q2 =15(kVA)

(2)水处理房:

已知:Pe=28kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=28*0.8=22.4(kW)

Q=Ptgφ =22.4×0.75=16.8(kVAR)

S= p2 ? Q2 =28(kVA)

(3)其他:

已知:Pe=50kW,Kd=0.8,cosφ =0.8,tgφ =0.75

故:

P=PeKd=50×0.8=40(kW)

Q=Ptgφ =40×0.75=30(kVAR)

S= p2 ? Q2 =50(kVA)

5

P(kW) 266.4 4.5 31.25 302.15

Q(kVAR) 199.8 7.785 54.06 261.645

S(kVA) 333 9 62.44
404.44

序号 1 2 3

名称 行政楼 水处理房 其他 小计

容量 15 28 50 93

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Kd

tgφ

P(kW) Q(kVAR) S(kVA)

0.8

0.75

12

9

15

0.8

0.75

22.4

16.8

28

0.8

0.75

40

30

50

74.4

55.8

93

五、变电所设计选择
(一)全厂供电*面图: 1#变电所:生产车间、实验室、仓库 2#变电所:发酵车间、酿造车间、原料仓库 3#变电所:行政楼、水处理房、其它

(二)变压器选择:

(一)、变压器 1#: (1) 同时系数: K?p =0.9

K?Q =0.95

∑P= K?p ×302.15=271.935(kW)

∑Q= K?Q ×261.645=248.563(kVAR)

S= ? P2 ? ? Q2 =368.419 (kVA)
(2)变电所的无功补偿(提高功率因数到 0.9 以上) 则:补偿前的功率因数: cosφ =∑P/S=0.74<0.9
6

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由公式: Q=P×(tgφ 1—tgφ 2) 因此,所需要的补偿容量为: Q=P×(tgφ 1—tgφ 2)
=271.935*(tgarccos0.74-tgarccos0.90) =115.49(kVAR) 即:选取 Qc=160(kVAR) 10kV 侧补偿后: 补偿后:Q= 248.563—160=88.563kVAR
S1= 271.9352 ? 88.5632 =285.993kVA
cosφ =P/S1 =271.935/285.993=0.95 (3)变电所变压器选择。为保证供电的可靠性,选用两台变压器(每台可供车间总负荷的 70%) Snt1=0.7S1= 0.7*285.993=200.2kVA 选择变压器型号为 S9 系列,额定容量为 315 kVA,两台。 查表得各参数: 空载损耗 :△P0=0.67 kW 负载损耗 :△Pk=3.65kW 阻抗电压 :Uz%=4 空载电流 :Ik%=1.1 (4) 计算每台变压器的功率损耗:(n=1) S=S1/2=285.993/2=142.997 kVA △Pt=n△P0+(1/n)*△Pk*(S/Sn)^2=2.53kW △Qt=n(Ik%/100)*Sn+(1/n)*(Uz%/100)*Sn*(S/Sn)^2=6.288 kVAR

(二)、变压器 2# (1)同时系数: K?p =0.9

K?Q =0.95

∑P= K?p ×667.56=600.804(kW)

∑Q= K?Q ×496.8=471.96(kVAR)

S= ? P2 ? ?Q2 =764(kVA)
(2) 变电所的无功补偿(提高功率因数到 0.9 以上) 补偿前的功率因数: cosφ =∑P/S=0.79 计算公式为:Q=P×(tgφ 1—tgφ 2) 因此,所需要的补偿容量为: Q=P×(tgφ 1—tgφ 2)
=600.804*(tgarccos0.79-tgarccos0.90) =175.24(kVAR) 即:选取 Qc=200(kVAR)

7

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10kV 侧补偿后: 补偿后:Q= 471.96--200=271.96 kVAR
S2 = 600.8042 ? 271.962 =659.5kVA
cosφ =P/S2 =600.804/659.5=0.91>0.9 (3) 变电所变压器选择。为保证供电的可靠性,选用两台变压器(每台可供车间总负荷的 70%) Snt1=0.7S2 =0.7×659.5=461.65kVA 选择变压器型号为 S9 系列,额定容量为 500 kVA,两台。 查表得各参数: 空载损耗 :△P0=1kW 负载损耗 :△Pk=5.0kW 阻抗电压 :Uz%=4 空载电流 :Ik%=1.4 (4) 计算每台变压器的功率损耗:(n=1) S=S2/2 =659.5/2=329.75 kVA △Pt=n△P0+(1/n)*△Pk*(S/Sn)^2=3.55kW △Qt=n(Ik%/100)*Sn+(1/n)*(Uz%/100)*Sn*(S/Sn)^2=15.885kVAR

(三)、变压器 3#: (1)同时系数: K?p =0.9

K?Q =0.95

∑P= K?p ×74.4=66.96(kW)

∑Q= K?Q ×55.8=53.01(kAVR)

S= ? P2 ? ?Q2 =85.4(kVA)
(2) 变电所的无功补偿(提高功率因数到 0.9 以上) 补偿前的功率因数: cosφ =∑P/S=66.96/85.4=0.78<0.9 计算公式为:Q=P×(tgφ 1—tgφ 2) 因此,所需要的补偿容量为: Q=P×(tgφ 1—tgφ 2)
=66.96*(tgarccos0.78-tgarccos0.90) =21.3(kVAR) 即:选取 Qc=25kVAR 10kV 侧补偿后: 补偿后:Q= 53.01-25=28.01kVAR
S3 = 66.962 ? 28.012 =72.58 kVA
cosφ =P/S3 =66.96/72.58=0.92 (3) 变电所变压器选择。为保证供电的可靠性,选用两台变压器(每台可供车间总负荷的 70%)

8

闽南理工学院课程设计
Snt1=0.7*S3 =0.7×72.58=50.806kVA 选择变压器型号为 S9 系列,额定容量为 63 kVA,两台。 查表得各参数: 空载损耗 :△P0=0.17kW 负载损耗 :△Pk=0.87kW 阻抗电压 :Uz%=4 空载电流 :Ik%=2.6 (4) 计算每台变压器的功率损耗:(n=1) S=S3/2=72.58/2=36.29 kVA △Pt=n△P0+(1/n)*△Pk*(S/Sn)^2=0.731kW △Qt=n(Ik%/100)*Sn+(1/n)*(Uz%/100)*Sn*(S/Sn)^2=2kVAR
(四)、厂内 10kV 线路计算电流 (1)、供给变电所 1 的 10kV 线路 为保证供电可靠性,采用双回路供电线路,每回供电线路计算负荷: P=271.935/2 =135.97kW Q=88.563 /2=44.282kVAR P`= P + △Pt =135.97+2.53=138.5 kW Q`=Q + △Qt =44.282+6.288 =50.57 kVAR
S`= p2 ? Q2 =147.443kVA
I = S` / 3 U = 147.443/( 3 ×10)=8.5A (2)、供给变电所 2 的 10kV 线路 P=600.804/2 =300.402kW Q=271.96/2=135.98kVAR P`= P + △Pt = 300.402+3.55=303.952kW Q`=Q + △Qt =135.98+15.885=151.865 kVAR
S`= p2 ? Q2 =339.78kVA
I = S` / 3 U = 339.78/( 3 ×10)=19.62A
(3)、供给变电所 3 的 10kV 线路 P=66.96/2 =33.48kW Q=28.01/2=14.005kVAR P`= P + △Pt = 33.48+0.731=34.211kW Q`=Q + △Qt =14.005+2=16.005 kVAR
S`= p2 ? Q2 =37.77kVA
I = S` / 3 U = 37.77/( 3 ×10)=2.18A
9

六、工厂主接线设计

闽南理工学院课程设计
下图为工厂主接线图

七、短路电流计算
按无穷大系统供电计算短路电流,短路计算电路图如图所示,本计算法采用欧姆法。 电力系统出口处采用 SN10-10Ⅱ型断路器,其断流容量为 500MVA。用电缆线路敷设故其 电抗值取为 0.08 Ω /KM,假设 10kV 电缆长度为 5KM,当 10kV 母线和 0.4kV 母线分别发生短 路时其等效图如下所示

1.计算短路电流中各元件的电抗及总电抗 1)电力系统的电抗:

X1

?

U

2 C1

/

SOC

?

(10.5KV )2

/ 500MV

?

A

?

0.22?

2)架空线路的电抗:

X 2 ? X 0 L ? 0.08(? / km) ? 5km ? 0.4?
10

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3)绘 k-1 点短路的等效电路,计算其总抗为

X ?(k?1) ? X1 ? X 2 ? 0.22? ? 0.4? ? 0.62?
2.计算三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有效值

I (3) K ?1

? UC1

/

3X ?(k?1) ?10.5kv / ( 3 ?0.62?) ? 9.78KA

三相短路次暂态电流和稳态电流

I

''(3)

?

I (3) ?

?

I (3) k ?1

?

9.78kA

三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

i(3) sh

?

2.55I

''(3)

?

2.55? 9.78kA

?

24.94 kA

4)三相短路容量

S (3) K ?1

?

3UC1I

(3) K ?1

?

3UC1I

(3) K ?1

?

3?10.5KA?9.78KA ?177.86MV ? A

2.求 k2 点的短路电流和短路容量 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 电力系统的电抗

X

, 1

?

U

2 C

2

/

SOC

?

(0.4kV )2

/ 500MV

?

A

?

3.2 ?10?4 ?

2)架空线路的电抗

X

, 2

?

X 0 L(UC 2

/ UC1)2

?

0.35(?

/

Km) ? 5Km ?

??(0.4kV )2

/

500MV

?

A??

?

5.8 ?10?4 ?

3)电力变压器的电抗

X3

?

X4

?

(U K

%

/ 100)

?

(U

2 c2

/

SN

)

?

4

/100? (0.4kV

)2

/

200kV

?

A

?

3.2 ?10?2 ?

4)k-2 点的总电抗为
X?(K?2) =X1 ? X2 ? X3 / / X 4? X1 ? X2 ? X3X 4 /(X3 ? X 4) ? 3.2?10?4? ? 5.8?10?4? ? 3.2?10?2? / 2 ?1.69?10?2?
(2)计算三相短路电流和短路容量 1)三相短路电流周期分量有效值

I (3) k ?2

? UC2

/

(

3X?(K?2) ) ? 0.4kV / (

31.69?10?2?) ?13.67kA

三相短路次暂态电流和稳定电流

I ''(3)

?

I (3) ?

?

I (3) K ?2

? 13.67kA

三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

i(3)
sh

? 1.84I ''(3)

? 1.84?13.67kA

?

25.15kA

I (3) sh

? 1.09I ''(3)

? 1.09?13.67kA

? 14.9kA

4)三相短路容量

S (3) K ?2

?

3UC

2

I

(3) K ?2

?

3?0.4kV ?13.67kA ? 9.47MV ? A

11

短路计算点

I (3) K

K2

9.78

K2

13.67

闽南理工学院课程设计
所得结果如图表
三相短路电流/kA

I '(3) 9.78 13.67

I (3) ?
9.78 13.67

i (3)
sh
24.94 25.15

I(3) sh
14.77 14.9

三相短路容 量/MVA
S (3) K
177.86 9.47

八、变电所高低压电气设备选择

计算数据
U=10kV I=19.62A I=24.94kA Sk=177.86MV?A I(sh3)=24.94kA

低压断路器 SN10-1 10kV 1000A 31.5kA 500MV?A 80kA

10kV 侧设备的选择
隔离开关 GN-107/2
10kV 200A
25.5kA

I

3 ?

*4=9.78*4

=39.12kA

31.5^2*4

10^2*5

电流互感器 LA-10 10kV 40/5
(160*40 2) (90 * 40)2

备注
采用 GG-10-54 高 压开关柜

计算数据
U=0.4kV I=462kA Sk=9.47MVA I(sh3)=25.15kA
I? *4=13.67*4

0.4kV 低压电器设备的选择

低压断路器

隔离开关

电流互感器

DZ20-1250

HD11-1000

LM-0.5

U=0.4kV

U=0.4kV

U=0.4kV

1250A

1250A

1000/5

50kA

备注
采用 BFC-0-08 低 压开关柜

九、继电保护
供电系统及电气设备在运行中,往往会因电气设备的绝缘损坏、操作失误等种种原因,造 成短路事故或进入异常运行状态。尤其是短路事故,会给供电系统及电气设备带来严重的危害。
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闽南理工学院课程设计
这些危害主要有: ①短路电流通过电气设备,使电气设备直接受到损害并造成停电事故; ②由于短路使电力系统的电压和频率下降,影响用户的正常生产; ③如果系统发生震荡,同步遭到破坏时,将引起系统解列,造成大面积停电。
因此,为了迅速而有效地排除供电系统及电气设备发生的事故,防止造成严重的后果, 需采用继电保护装置加以保护。继电保护装置是指供电系统或电气设备出现异常运行或故障 时,能够及时发出预告信号或作用于开关跳闸并发出报警信号,以达到缩小故障范围,保证系 统安全运行的自动装置。对于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统的单相接地及电气设备过 负荷等现象,继电保护装置能及时发出预告信号。通知运行值班人员进行处理,而当供电系统 及电气设备发生事故时,它能够自动地将事故切除。这样,通过预防事故或缩小事故范围来提 高系统运行的可靠性和保护电气设备的安全。
十、心得体会
通过本次课程设计,我进一步掌握了《电力系统工程基础》课程所学的理论知识,了解了 对多个方案进行技术经济比较和分析的方法,对所选方案进行必要的技术计算的方法,将理论 与实践有机的结合在了一起,而且树立了输电必须安全可靠,经济的观念,增强了工程观念, 为以后的工作打下基础。同时,在设计的过程中复*了发电厂(变电所)电气主接线设计的特 点,掌握了电气部分设计的基本方法,培养了我独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设 计的基本技能。但是,由于我们的知识有限,没有将其彻底掌握,在以后的学*和工作中仍需 进一步的学*研究。这次实践给我的体会是,在做一件事情之前,必须先对事情进行了解分析、 查找资料等,预先做好准备工作以后,进行实际操作。不懂的上网查阅资料,请教同学,这样 在实践中就能学到很多学问。同时,还在事件中锻炼了自己的分析能力,巩固知识,为自己的 更进一步创造条件。
十一、参考文献
[1]熊信银,张步涵.[M].电力系统工程基础.华中科技大学出版社,2003. [2]霍利明.[M].电力系统继电保护.北京中国电力出版社,2008. [3]刘介才.[M].工厂供电.机械工业出版社,2012. [4][M].《实用供配电技术手册》.中国水利水电出版社 [5]王士政.[M].电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程.中国水利水电出版社.2007.
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