中南大學電氣工程課程設計--某冶金機械廠全廠供電系統(tǒng)的電氣設計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 案分別從技術指標和經(jīng)濟指標兩個方面進行比較，用表37顯示如下： 表37 兩種電氣接線方案的比較比較項目方案1:一臺變壓器，單母線主接線方案2:兩臺變壓器，單母線分段主接線技術指標供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求基本滿足要求供電質(zhì)量電壓損耗大兩臺并列運行，電壓損耗小靈活方便性靈活性差靈活性好擴建適應性擴建余地小，適應性差適應性好（續(xù)表37）比較項目方案1:一臺變壓器，單母線主接線方案2:兩臺變壓器，單母線分段主接線比較項目經(jīng)濟指標電力變壓器的綜合投資變壓器的綜合投資約為其單價的2倍，S91000/10/，變壓器的綜合投資約為其單價的2倍，S9500/10/，*2*2=高壓開關柜的綜合投資采用4臺JYN210型柜，，需采用6臺JYN210型柜，，電力變壓器和高壓開關柜的年運行費用*（5%+6%）=；*（6%+6%）=，*（5%+6%）=；*（6%+6%）=，交給供電部門的一次性費用按800元/(KVA)計，*1000=800萬元按800元/(KVA)計，*500*2=800萬元根據(jù)上表分析，方案2在技術指標方面優(yōu)于方案1，而方案1在經(jīng)濟指標方面優(yōu)于方案2，結(jié)合本設計題目綜合考慮，采用方案1更為合理，單臺變壓器，單母線主接線方式。四、短路計算 計算短路電流的目的和任務216。 選擇導線和設備。216。 選擇和整定繼電保護裝置。216。 確定接線和運行方式。216。 選擇限流電抗器。 短路計算的方法與步驟對于一般的工廠來說，電源方向的大型電力系統(tǒng)可看做是無限大容量的系統(tǒng)。無限大容量系統(tǒng)中的短路計算方法有兩種：歐姆法、標幺值法。采用標幺值計算時，無論短路計算點在哪里，電抗標幺值均不需要換算，并且無論有幾個短路計算點，其短路等效電路只有一個。由于標幺值法具備這些優(yōu)越性，本設計采用標幺值法來計算短路電流。計算步驟如下：1． 繪制計算電路圖，選短路計算點。 2． 設定基準容量Sd 和基準電壓Ud，計算短路點基準電流Id，一般設Sd=100MVA，設Ud=Ut(短路計算電壓)。短路基準電流按下式計算：3． 計算短路回路中個主要元件的阻抗標幺值，一般只計算電抗。（1） 電力系統(tǒng)的電抗標幺值：式中——電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量（單位為MVA）。（2） 電力線路中的電抗標幺值：式中——線路所在電網(wǎng)的短路計算電壓。（3） 電力變壓器的電抗標幺值式中——變壓器的短路點呀（阻抗電壓）百分值； ——變壓器的額定容量（單位為kVA，計算時化為與同單位）4． 繪短路回路等效電路，并計算總阻抗。5． 計算短路電流。分別對各短路計算點計算其三相短路電流周期分量、短路次暫態(tài)短路電流、短路穩(wěn)態(tài)電流 、短路沖擊電流和短路后第一個周期的短路電流。三相短路電流周期分量有效值按照下式計算：當時，可不計電阻，因此：在無限大容量系統(tǒng)中存在關系：高壓電路的短路沖擊電流及其有效值按下列公式近似計算：低壓電路的短路沖擊電流及其有效值按下列公式近似計算：6． 計算短路容量。三相短路容量按下式計算： 短路計算 下面計算供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路，即最嚴重的短路情況時的短路電流。供電系統(tǒng)簡圖如圖41，采用標么值法進行短路計算，由該圖畫出短路電流計算等效電路圖，如圖42。繪制計算電路 圖41 短路計算電路確定基準值 設，即高壓側(cè)，低壓側(cè)，則計算短路電路中各元件的電抗標幺值（1）電力系統(tǒng)（2）架空線路 根據(jù)計算電流、線間幾何間距與環(huán)境溫度，查LGJ型鋼芯鋁線的主要技術數(shù)據(jù)表，得架空線的，而線路長6km，故：（3）電力變壓器 查表34，得，故由此繪制等效電路圖 圖42 等效電路圖計算k一1點(10kV側(cè))的短路電路總電杭及三相短路電流和短路容量（1）總電抗標么值（2）三相短路電流周期分量有效值（3）其他短路電流（4）三相短路容量計算k一2點()的短路電路總電杭及三相短路電流和短路容量（1）總電抗標么值（2）三相短路電流周期分量有效值（3）其他短路電流（4）三相短路容量以上計算結(jié)果綜合如表41所示。表41 短路計算結(jié)果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量k1k2五、電氣設備的選擇 高低壓電力網(wǎng)導線的選擇高低壓電力網(wǎng)進出線方式包括：216。 架空線 在供電可靠性要求不高或投資較少的中小型工廠供電設計中優(yōu)先選用216。 電纜 在供電可靠性要求較高或投資較多的各類工廠供電設計中優(yōu)先選用。如下圖所示為變電所平面圖，由公共電源線引入高壓進線，由變電所向各個廠房供電。圖51 變電所平面分布圖 10KV高壓進線和引入電纜的選擇216。 選擇從公共干線至高壓配電室的引入線，采用LJ型鋁絞線架空。按照發(fā)熱條件對其進行選擇，由表33 無功補償前后工廠的計算負荷， ℃，查表LJ型鋁絞線的主要技術數(shù)據(jù)，初步選擇LJ16，其在35℃時的，滿足發(fā)熱條件。下面進行校驗：機械強度校驗：根據(jù)架空裸導線鋁及鋁合金線在610KV的允許最小截面積為35mm2。所以LJ16的截面積16mm2不符合要求，故改選用LJ35。電壓損耗校驗：由于10KV高壓線路允許電壓損耗為10000*5%=500V，而架空線路長度較短，線路損耗一定不會超過500V，必將滿足要求。綜上，高壓進線選擇為LJ35型鋁絞架空線。216。 選擇從高壓配電室到主變電室的引入電纜，采用YJL2210000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜，直接埋地敷設。按照發(fā)熱條件對其進行選擇，由表33 無功補償前后工廠的計算負荷， ℃，初選纜心截面為25mm2的交聯(lián)電纜，其在25℃下的，滿足發(fā)熱條件。下面進行校驗：短路熱穩(wěn)定校驗：電纜的短路熱穩(wěn)定校驗的條件為式中 A——導電截面積，單位：mm2 ——滿足短路熱穩(wěn)定條件的最大截面積，單位：mm2 C——線路材料的熱穩(wěn)定系數(shù) ——通過電纜的三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為A由短路計算，三相短路電流周期分量有效值，，；查表得C值為77。代入公式得短路熱穩(wěn)定的最小截面：，因此改選35mm2的截面電纜。即選擇YJL22—10000335交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜電纜。 低壓出線的型號及截面選擇低壓電纜線一般選用鋁芯導線，只有在特別重要的及有特殊要求的線路才采用銅芯導線。結(jié)合本設計機械廠的實際情況，考慮到當前空氣質(zhì)量欠佳，廠區(qū)人員活動較為頻繁，出于安全考慮，選擇絕緣導線。且明敷電纜一般采用裸鎧裝電纜。關于其低壓動力線路導線和電纜截面積通常按允許發(fā)熱條件選擇、安機械強度、允許電壓損失進行校驗；對于低壓照明線路首先按允許電壓損失選擇、按允許發(fā)熱和機械強度校驗、對于電纜線路，還要做短路熱穩(wěn)定計算，對于低壓線路還要滿足與保護設備的配合要求。下面對各廠房供電導線的選擇進行詳細解釋說明：1． 供電給1號廠房（倉庫）的線路選擇：采用VLV221000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜（鋁芯聚氯乙烯絕緣聚氯乙烯護套內(nèi)鋼帶鎧裝電力電纜）直接埋地敷設。按發(fā)熱條件進行截面積選擇：由表31 各廠房負荷計算表?！妫楸?3KV 鋁芯電纜的允許載流量表，初選4芯電纜纜芯截面積為10mm2 電壓損耗校驗： 由圖21 廠區(qū)總平面布置圖，量得變電所到1號廠房的距離約為：75m。查表電力電纜的電阻和電抗值，其對應的電阻值為（電纜纜芯溫度按照75℃計）,對應電抗值為。由負荷計算表，廠房1的，計算線路電壓損耗，按照公式： （式31）式中 p、q—— 線路上各負荷點的有功和無功負荷 R、X—— 線路首端至負荷點的線路電阻和電抗 —— 線路額定電壓電壓損耗百分值為： （式32）代入上述公式,計算得：所以其滿足電壓損耗的要求。短路熱穩(wěn)定校驗：按照式：進行校驗。，滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面為。因此之前選擇的截面積不能滿足短路熱穩(wěn)定需求，因此將纜芯截面積更換為。采用三相四線制，中性線截面積取為相線截面積的一半，即。即最終選擇線路型號為：2. 供電給2號廠房（鑄造車間）的線路選擇：選擇線路型號為。（計算方法和原理同上）3. 供電給3號廠房（鍛壓車間）的線路選擇：選擇線路型號為。（計算方法和原理同1）4. 供電給4號廠房（金工車間）的線路選擇：選擇線路型號為。（計算方法和原理同1）5. 供電給5號廠房（工具車間）的線路選擇：雖然5號廠房就在變電所旁邊，且工具車間負荷屬于三級負荷，但其負荷容量較大，計算電流較大，在這里依然選擇VLV221000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設，型號為（截面積選擇和校正計算方法同1）6. 供電給6號廠房（電鍍車間）的線路選擇：選擇線路型號為。（計算方法和原理同1）7. 供電給7號廠房（熱處理車間）的線路選擇：選擇線路型號為。（計算方法和原理同1）8. 供電給8號廠房（裝配車間）的線路選擇：選擇線路型號為。（計算方法和原理同1）9. 供電給9號廠房（機修車間）的線路選擇：選擇線路型號為。（計算方法和原理同1）10. 供電給10號廠房（鍋爐房）的線路選擇： 由設計平面布置圖，10號廠房位于小河流對面，考慮到施工環(huán)境的限制，在此選擇絕緣架空導線。初步選擇鋁芯聚氯乙烯絕緣導線BLV1000。由發(fā)熱條件進行截面積選擇：，℃，查表聚氯乙烯絕緣導線眀敷允許載流量，初步選擇，其在35℃時的，滿足發(fā)熱條件。下面進行校驗：機械強度校驗：最小允許截面積為，所以上述截面積滿足機械強度需求。電壓損耗校驗：由表31負荷計算，鍋爐房由圖21設計平面圖量得變電所距離鍋爐房的距離約為：80m。查表得導線阻抗近似為：（按線間幾何均距為1m計），根據(jù)式332，代入其中求得：,滿足允許電壓損耗的要求。：由于宿舍區(qū)分布范圍較大，負荷分布較為均勻，采用BLX1000型鋁芯橡皮絕緣線架空敷設。根據(jù)允許電壓損失進行截面積選擇：對于工廠高壓配電線路和低壓配電線路一般允許電壓損失為5%，而低壓照明線路，為保證照明質(zhì)量，%5%。對低壓380V/220V迪亞網(wǎng)絡，若整條線路的導線截面積、材料都相同，不計線路電抗，且，則電壓損失可用下式計算：式中 ——總負荷矩，； C ——線路計算系數(shù)，根據(jù)電壓和導線材料而定，具體見表51； A ——導線截面積。表51 線路計算系數(shù)C值線路電壓（V）線路類別C的計算式計算系數(shù)銅線鋁線220/380三相四線制兩相三線220單相及直流110（表中C只是導線工作溫度為50℃，功率矩M單位為KWm,導線截面積為mm178。時數(shù)值）由圖21設計平面圖量得變電所距離宿舍區(qū)負荷中心的距離約為：105m，且P=200KW，由公式，根據(jù)其發(fā)熱條件，查表后選BLX10001200，可滿足發(fā)熱條件。即采用四回BLX10001200的三相架空線路對生活區(qū)供電。PEN線均采用BLX10001100橡皮絕緣線。 備用電源高壓聯(lián)絡線的型號及截面選擇采用YJL2210000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜，直接埋地敷設，與鄰近單位變配電所的10KV母線相聯(lián)。按發(fā)熱條件選擇 ，從而計算電流為：,℃，查表10KV鋁芯電纜的允許載流量，初步選擇25mm178。截面積的電纜（為交聯(lián)聚乙烯鋁芯電纜的最小截面積），允許載流量為90mm178。178。，滿足發(fā)熱條件。電壓損耗校驗：查表可得，所選鋁芯電纜的電阻值為(纜芯溫度按80℃)，而二級負荷的，線路長度暫按2km來計算，得到： 因此，滿足允許電壓損耗要求。短路熱穩(wěn)定校驗：由于臨近單位10KV短路數(shù)據(jù)欠缺，無法進行高壓聯(lián)絡線的短路熱穩(wěn)定校驗，一般情況下是滿足要求的。綜上，變電所進出線和聯(lián)絡線的導線和電纜型號規(guī)格可總結(jié)為下表52所示： 表52 變電所進出線和聯(lián)絡線的型號規(guī)格線路名稱導線或電纜的型號規(guī)格10kv電源進線LJ35型鋁絞線(三相三線架空)主變引入電纜YJL2210000335交聯(lián)電纜(只埋)380v低壓出線至1號廠房(直埋)至2號廠房(直埋)至3號廠房(直埋)至4號廠房(直埋)至5號廠房(直埋)至6號廠房(直埋)至7號廠房(直埋)至8號廠房(直埋)至9號廠房(直埋)至10號廠房(三相四線架空)至生活區(qū)B(三相四線架空)與鄰近單位10kv聯(lián)絡線YJL2210000325交聯(lián)電纜(直埋) 變電所一次設備的選擇與校驗正常工作條件是指：1）.電器的額定電壓Ue不應小于所在回路的工作電壓U0。2）.電器的額定電流Ie不應小于所在回路的最大長期工作電流Imax。3）.選擇電器時應考慮設備的裝設環(huán)境。4）.我國目前生產(chǎn)的電器，設計時取周圍介質(zhì)溫度為40℃，如果電器工作的環(huán)境溫度大于或小于40℃，由于冷卻條件不同，其允許電流應加以校正。當?shù)刈罡咂骄鶜鉁貫?0℃，因此不必校正工作電流。1）.熱穩(wěn)定校驗：短路熱穩(wěn)定校驗是要求所選的電器，當短路電流通過它時，其最高溫度不超過制造廠規(guī)定的短路時發(fā)熱最高允許溫度，即I2∞Rtj≤I2tRt。2）.