供電技術(shù)課程設(shè)計(jì)

*********大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）PAGEPAGE1前言：一個(gè)完善的供電系統(tǒng)是企業(yè)能夠安全、穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)，工廠的變電所是工廠接收、變換、分配電能的環(huán)節(jié)，是供電系統(tǒng)中極其重要的組成部分，所以合理的變電所設(shè)計(jì)對(duì)一個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展是尤為重要的。工廠供電系統(tǒng)是否需建變電所決定于工廠和電源間的距離，工廠的總負(fù)荷及其在各車(chē)間的分布，以及變電所建的相對(duì)位置，廠區(qū)內(nèi)的配電方式和本地區(qū)電網(wǎng)的供電系統(tǒng)等等。工廠的變電所是終端降壓變電所，它的具體設(shè)計(jì)需要考慮許多因素，本設(shè)計(jì)是針對(duì)興華煤礦地面變電所部分設(shè)計(jì)。興華煤礦簡(jiǎn)介：興華煤礦年產(chǎn)80萬(wàn)噸，服務(wù)年限30年，礦井分為兩個(gè)水平開(kāi)采，-365米，-615米。立井開(kāi)采。井下開(kāi)采水量不大，是瓦斯礦井。該礦井負(fù)荷見(jiàn)附表。本礦從阜新發(fā)電廠直接供電距離20km，另一回是從阜新發(fā)電廠經(jīng)民主村變電所供電系統(tǒng)距離20km。1.變電所主接線(xiàn)方式設(shè)計(jì)變電所主變壓器一次側(cè)接線(xiàn)方式變電所的接線(xiàn)要能滿(mǎn)足不同類(lèi)型負(fù)荷的不中斷供電要求，需要按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的規(guī)定來(lái)選擇電氣設(shè)備和保護(hù)系統(tǒng)，同時(shí)還要保障工廠的靈活和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。總體來(lái)說(shuō)興華煤礦變電所的接線(xiàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到安全、可靠、靈活和經(jīng)濟(jì)等具體因素?？紤]到興華煤礦的不斷擴(kuò)大再生產(chǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)分析研究企業(yè)在進(jìn)一步發(fā)展情況下如何作到使原有接線(xiàn)方式易于合理的改造，應(yīng)避免發(fā)生由于接線(xiàn)方式凌亂、復(fù)雜，互不銜接而影響了供電的可靠性和靈活性，防止在建設(shè)投資上造成極大的浪費(fèi)。在本設(shè)計(jì)中采用具有雙回路電源進(jìn)線(xiàn)的變電所橋形接線(xiàn)，就是將兩回“線(xiàn)路—變壓器組”單元接線(xiàn)的高壓側(cè)用一條跨接的“橋”相連。橋形接線(xiàn)有：內(nèi)橋和外橋兩種形式。1.1.1內(nèi)橋接線(xiàn)內(nèi)橋接線(xiàn)方式用在并聯(lián)工作時(shí)某一元件故障時(shí)候，以減輕電壓的損失。這種接線(xiàn)方式“橋”靠近變壓器側(cè)，對(duì)電源、線(xiàn)路導(dǎo)換方便，一次側(cè)不需要繼電保護(hù)，設(shè)備投資和占地面積都比較少，主要用在供電線(xiàn)路較長(zhǎng)，故障率較高，變電所沒(méi)有穿越功率，變壓器切換少的變電所。如圖1.1中a所示。1.1.2外橋接線(xiàn)這種接線(xiàn)方式“橋”靠近線(xiàn)路側(cè)，對(duì)變壓器的切換方便，比內(nèi)橋接線(xiàn)方式少用了兩個(gè)隔離開(kāi)關(guān)，繼電保護(hù)簡(jiǎn)單，易于過(guò)度到全橋，而且投資較少，占地面積小，因此適用于工廠負(fù)荷不太均衡，變壓器需要經(jīng)常切除和投入，以減少功率及電能的損失，供電線(xiàn)路短，故障率較少，變壓器切換頻繁的終端變電所。如圖中1.1中b所示。1.1.3全橋接線(xiàn)這種接線(xiàn)方式優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備多，操作靈活,適應(yīng)性強(qiáng)，易于發(fā)展成單母線(xiàn)分段的中間變電所；它的缺點(diǎn)是設(shè)備多，投資大，占地面積大。如圖中1.1中c所示。因此，本設(shè)計(jì)采用外橋接線(xiàn)的方式。圖a內(nèi)橋接線(xiàn)圖b外橋接線(xiàn)圖c全橋接線(xiàn)圖1.1橋形接線(xiàn)圖變電所主變壓器二次側(cè)接線(xiàn)方式本設(shè)計(jì)變壓器二次側(cè)采用母線(xiàn)制，母線(xiàn)制分為單母線(xiàn)制、單母線(xiàn)分段制和雙母線(xiàn)制。單母線(xiàn)制一回進(jìn)線(xiàn)只能采用單母線(xiàn)制，當(dāng)然這種母線(xiàn)制的可靠性和靈活性都較低，母線(xiàn)及母線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)發(fā)生故障將影響全部負(fù)荷的用電，直到故障全部消除為止。而清掃和修理母線(xiàn)和母線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)時(shí)，必須停止整個(gè)供電系統(tǒng)。如圖1.2.1所示。圖1.2.1單母線(xiàn)制單母線(xiàn)分段制在兩回進(jìn)線(xiàn)的條件下，便可實(shí)現(xiàn)單母線(xiàn)分段制。單母線(xiàn)可以采用隔離開(kāi)關(guān)或者斷路器分段。用隔離開(kāi)關(guān)分段可以消除不分段單母線(xiàn)的部分缺點(diǎn)。如圖1.2.2所示。（a）用隔離開(kāi)關(guān)分段（b）用斷路器分段圖1.2.2單母線(xiàn)分段制雙母線(xiàn)制當(dāng)工廠負(fù)荷大，重要負(fù)荷多，以致使饋電回路太多，采用單母線(xiàn)分段制存在一定的困難時(shí)，則可以考慮采用雙母線(xiàn)制。所以本次設(shè)計(jì)采用雙母線(xiàn)制。如圖1.2.3所示。圖1.2.3雙母線(xiàn)制1.3變電所主變壓器的運(yùn)行方式設(shè)計(jì)變電所變壓器的運(yùn)行方式有三種：1.一臺(tái)工作，一臺(tái)備用；2.兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)行，分為并列運(yùn)行和分列運(yùn)行；3.兩臺(tái)工作，一臺(tái)備用。下面具體介紹三種運(yùn)行方式的特點(diǎn)：1.3.1一臺(tái)工作，一臺(tái)備用這種運(yùn)行方式從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)考慮應(yīng)該是不是很經(jīng)濟(jì)的。因?yàn)殡姌I(yè)部門(mén)是按照變壓器的臺(tái)數(shù)及容量收取電費(fèi)的，而不是看每一時(shí)刻具體有幾臺(tái)變壓器在工作，因此，作為備用的那臺(tái)變壓器便消耗了用電費(fèi)用，所以該運(yùn)行方式適合于小型的工業(yè)企業(yè)。1.3.2兩臺(tái)同時(shí)工作1.3.2.1并列運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)是線(xiàn)路及變壓器擔(dān)負(fù)的負(fù)荷平均分配，能量損耗最少，當(dāng)工廠變電所距離電源較遠(yuǎn)時(shí)，單獨(dú)供電電壓損失大，需要采用調(diào)壓裝置，沖擊負(fù)荷對(duì)電壓的波動(dòng)較小。但當(dāng)一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)必須保證工廠的生產(chǎn)用電。1.3.2.2分列運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)是短路時(shí)電流小，繼電保護(hù)裝置簡(jiǎn)單，便宜，沖擊電壓波動(dòng)影響面積小。要求則與并列運(yùn)行一樣。選用兩臺(tái)變壓器，無(wú)論采用并列運(yùn)行還是分列運(yùn)行方式，每臺(tái)都只能承擔(dān)全煤礦負(fù)荷的50%，正常情況先的負(fù)荷率為70%左右，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)一臺(tái)變壓器約承擔(dān)100%的全煤礦負(fù)荷，所以這種情況下，年用電費(fèi)用和年消耗電能也是比其他運(yùn)行方式要大。1.3.3兩臺(tái)工作，一臺(tái)備用該種運(yùn)行方式，變壓器臺(tái)數(shù)較多，開(kāi)支較大，大多用于特大及大型工礦企業(yè)。下面討論變壓器中的功率損耗問(wèn)題，可按照以下的方法來(lái)計(jì)算，如下所示：1.3.4有功功率損失計(jì)算變壓器的有功功率損失，單位為kw；變壓器的空載有功功率損失，單位為kw;變壓器在額定負(fù)載下的銅耗，單位為kw;負(fù)荷的視在容量，單位為kVA;變壓器的額定容量，單位為kVA；可以在設(shè)計(jì)手冊(cè)上查到，當(dāng)=10000kVA，12000kVA的和的值，從而可以計(jì)算出的值。具體參考與計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表：100005358.511.529056591200010846.3213.570.6970從上表可以看出，選擇兩臺(tái)10000kVA的變壓器，分列運(yùn)行的功率損失比現(xiàn)選兩臺(tái)12000kVA的一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用的功率損失要少。1.3.5煤礦年電能損耗的計(jì)算顯然，功率損耗大者，年電能損耗也大，另外從變壓器的投資上看，兩臺(tái)10000kVA的變壓器總價(jià)為15.64萬(wàn)元，而兩臺(tái)12000kVA變壓器的總價(jià)為17.94萬(wàn)元，相差2.3萬(wàn)元。從以上比較來(lái)看，本次設(shè)計(jì)選用兩臺(tái)10000kVA的變壓器，采用并列運(yùn)行和分列運(yùn)行之一為宜。分列運(yùn)行：繼電保護(hù)簡(jiǎn)單，具有一定的供電可靠性，當(dāng)一臺(tái)運(yùn)行故障時(shí)，另一臺(tái)變壓器可以保證80%的供電，減少了停電的機(jī)會(huì)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。它的母線(xiàn)開(kāi)關(guān)，在對(duì)操作要求不多的情況下，可以只裝隔離開(kāi)關(guān)，所以投資較少。并列運(yùn)行：這種運(yùn)行方式繼電保護(hù)整定復(fù)雜，母線(xiàn)要裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)和斷路器，同時(shí)要裝過(guò)電流保護(hù)裝置所以維修不方便，投資比分列運(yùn)行方式多。通過(guò)以上的分析和比較得出最終的選擇。確定了變電所的主變壓器一次側(cè)接線(xiàn)方式，選用外橋接線(xiàn)，變壓器二次側(cè)接線(xiàn)方式選擇雙母線(xiàn)制，運(yùn)行采用兩臺(tái)同時(shí)工作的分列運(yùn)行方式，從而確定了變電所的主接線(xiàn)方式，而這些選擇是正確而合理的。2.負(fù)荷統(tǒng)計(jì)與變壓器的選擇2.1負(fù)荷計(jì)算變電所負(fù)荷計(jì)算，應(yīng)力求準(zhǔn)確可靠，并應(yīng)考慮礦井負(fù)荷的發(fā)展遠(yuǎn)景。負(fù)荷大小，是確定變電所的供電系統(tǒng)，選擇變壓器容量，導(dǎo)線(xiàn)截面和儀表容量的依據(jù)。同時(shí)這也是繼電保護(hù)整定的重要數(shù)據(jù)，而設(shè)計(jì)的基本原始資料是工藝部門(mén)提供的，用電設(shè)備安裝容易，但品種多，數(shù)量大，工作情況復(fù)雜，如何根據(jù)這些資料正確估計(jì)工廠所需的電力和電量是個(gè)非常重要的問(wèn)題，估算的準(zhǔn)確程度將影響工廠電力設(shè)計(jì)的復(fù)雜過(guò)程。如果估算過(guò)高，將增加用電設(shè)備的容量，浪費(fèi)有色金屬，增加初投資和運(yùn)行管理工作量，由于工廠企業(yè)是國(guó)家電力系統(tǒng)的建設(shè)，將給整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)帶來(lái)很大的危害。估計(jì)過(guò)低，又會(huì)使工廠投入生產(chǎn)后，供電系統(tǒng)的線(xiàn)路及電氣設(shè)備由于承擔(dān)不了實(shí)際負(fù)荷電流而過(guò)流，加速其絕緣老化的速度，降低使用壽命，增大電能損耗，影響供電系統(tǒng)的正常可靠運(yùn)行。求計(jì)算負(fù)荷的這項(xiàng)工作稱(chēng)為負(fù)荷計(jì)算。顯然，計(jì)算負(fù)荷是根據(jù)已知的工程的用電設(shè)備安裝容量的確定的預(yù)期不變的最大假想負(fù)荷，這個(gè)負(fù)荷是設(shè)計(jì)的作為選擇工廠電力系統(tǒng)供電系統(tǒng)線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)截面，變壓器容量。開(kāi)關(guān)電器及互感器等額定參數(shù)的依據(jù)，由此可見(jiàn)是非常重要的。不同種類(lèi)的工礦，由于設(shè)備容量與生產(chǎn)方式的差異，計(jì)算負(fù)荷的方法也各不相同，以下為幾種負(fù)荷的計(jì)算方法：需要系數(shù)：由于一個(gè)設(shè)備的額定容量，往往大于其實(shí)際負(fù)荷的容量：一組設(shè)備中，根據(jù)生產(chǎn)的需要，所有設(shè)備一般不同時(shí)工作；同時(shí)工作的設(shè)備，其最大負(fù)荷出現(xiàn)的時(shí)間也不同。所以變電所各設(shè)備的實(shí)際負(fù)荷總?cè)萘?，總是小于它的?lián)結(jié)的額定總?cè)萘浚浔戎到行枰禂?shù)，根據(jù)接于變電所的設(shè)備總?cè)萘考靶枰禂?shù)，來(lái)計(jì)算變電所實(shí)際負(fù)荷的方法，叫需要系數(shù)法。利用系數(shù)：可定義為用電設(shè)備組在最大負(fù)荷工作班消耗的平均功率與該用電設(shè)備組總額定容量的比值。形狀系數(shù)：考慮了用電設(shè)備的數(shù)量和大容量用電設(shè)備對(duì)負(fù)荷的影響，結(jié)果往往偏大，此外，這種方法本身的推薦方式和系數(shù)，也僅僅限于機(jī)械加工業(yè)。4.附加系數(shù)：利用此方法得到的負(fù)荷，一般比上幾種方法，接近實(shí)際組計(jì)算過(guò)程麻煩但系數(shù)值累積不多，接近實(shí)際，但目前采用并不大廣泛。綜上所述，需要系數(shù)法計(jì)算比較簡(jiǎn)單，適用于初步估計(jì)和方案估算。對(duì)于長(zhǎng)期工作的飛機(jī)可采用此方法，在我國(guó)煤礦變電所的負(fù)荷計(jì)算中，目前采用系數(shù)法，所以，本設(shè)計(jì)采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算2.2興華礦負(fù)荷的計(jì)算地面高壓組包括：主井提升，副井提升，壓風(fēng)機(jī)，通風(fēng)機(jī)。地面低壓組包括：選煤廠，機(jī)修廠，辦公室，工人村，浴室。井下用電組：主排水水泵，整流房，井低車(chē)廠，采掘用電。2.2.1根據(jù)各設(shè)備需用系數(shù)及功率因數(shù)進(jìn)行計(jì)算2.2.1.1地面高壓組2.2.1.2地面低壓組2.2.1.3井下用電的計(jì)算2.2.2考慮同時(shí)系數(shù)并計(jì)算負(fù)荷此時(shí)取同時(shí)系數(shù)；計(jì)算無(wú)功功率時(shí)<0.89(tan=0.84)根據(jù)計(jì)算，需要進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償，這時(shí)取cos=0.92（tan=0.4260）則靜電電容器補(bǔ)償容量為：2.3主變壓器的選擇1.當(dāng)變電所的受電電壓在35千伏及以上時(shí)（如受電電壓為10千伏但礦井高壓設(shè)備為6千伏），應(yīng)選擇主變壓器，變壓器容量按變電所總的計(jì)算負(fù)荷及變壓器數(shù)目來(lái)確定。當(dāng)?shù)V井自然功率因數(shù)小于0.9時(shí)應(yīng)按人工補(bǔ)償后的實(shí)際功率因數(shù)，重新算出變電所的視在功率，作為選擇主變壓器容量的依據(jù)。選擇總降壓變電所變壓器的數(shù)目和容量時(shí)，應(yīng)考慮以下的條件。（1）用電負(fù)荷的分類(lèi)及不能供電中斷的程度；（2）電源可供電進(jìn)線(xiàn)的條件；（3）工廠負(fù)荷的均衡性，為減少電能損耗，有時(shí)需要現(xiàn)在兩臺(tái)；（4）工廠中有無(wú)大型沖擊負(fù)荷，如大型高壓電動(dòng)機(jī)、大型電爐等；（5）運(yùn)輸及建筑物高度等；2.根據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)，對(duì)供電可靠性需求過(guò)高，僅僅依靠提高自然功率因數(shù)的辦法，一般不能滿(mǎn)足要求，因此，便需要裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置，對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行人工補(bǔ)償。補(bǔ)償裝置的選擇：作為提高功率因數(shù)的補(bǔ)償裝置有同步補(bǔ)償和靜電電容器。目前，國(guó)內(nèi)外在工礦企業(yè)廣泛采用的補(bǔ)償裝置三靜電電容器，單臺(tái)靜電電容器能夠發(fā)出的無(wú)功功率數(shù)少，容易組成所需的補(bǔ)償電容，所以采用靜電電容器作為補(bǔ)償裝置。下面介紹靜電電容器的選擇：3.并聯(lián)電容器組提高功率因數(shù)的原理圖2.1并聯(lián)電容的補(bǔ)償原理圖補(bǔ)償前，在U的作用下，電流比電壓滯后角很低。并聯(lián)電容組后，比超前可知與的夾角，則4.電容器組接線(xiàn)方式的確定：可以采用接與Y接兩種方式，本設(shè)計(jì)采用接，其原因是：接可以防止電容器容量不對(duì)稱(chēng)時(shí)由于中性點(diǎn)位移而使相電壓有欠壓，從而造成電容器組損壞。若發(fā)生相斷線(xiàn)時(shí)，只影響各自補(bǔ)償容量，不至于嚴(yán)重不平衡；接線(xiàn)可以充分發(fā)揮電容器組的補(bǔ)償能力。5.補(bǔ)償后系統(tǒng)容量（P、S、Q）及各相補(bǔ)償電容器個(gè)數(shù)并聯(lián)電容器可選擇國(guó)家生產(chǎn)的BW系列電容器，單臺(tái)容量為6-10KV為12Kvar一臺(tái)的電容器。則每項(xiàng)補(bǔ)償?shù)娜萘坑捎诓捎枚蝹?cè)組接線(xiàn)為單母線(xiàn)分段制，又把補(bǔ)償容量分成兩組電容器分成兩組電容器去補(bǔ)償，可是對(duì)于單組而言，每相補(bǔ)償?shù)娜萘縿t每組每相用27個(gè)12Kvar的電力電容器并聯(lián)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。6.本設(shè)計(jì)采用了兩臺(tái)變壓器分別運(yùn)行，其中一臺(tái)故障時(shí)，另一臺(tái)變壓器可以保證安全和原煤生產(chǎn)的用電，并不得少于全礦總負(fù)荷的80%，即每臺(tái)變壓器的容量為式中故障系數(shù)，即事故時(shí)負(fù)荷保證系數(shù)。根據(jù)礦井1，2級(jí)負(fù)荷所占比重決定，兩臺(tái)分別運(yùn)行時(shí)取Ksb=0.8。P計(jì)算負(fù)荷經(jīng)補(bǔ)償后的功率因數(shù)所以，本設(shè)計(jì)查電工手冊(cè)選出滿(mǎn)足要求的變壓器型號(hào)為兩臺(tái)，其有關(guān)數(shù)據(jù)如下表型號(hào)額定電壓（KV）Uk%Ik%空載損耗（KW）短路損耗（KW）SL-6700/3535/6.3 7.5415.956結(jié)束語(yǔ)：通過(guò)本次的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)有了更濃厚的興趣，使我進(jìn)一步鞏固了工廠供電技術(shù)這門(mén)課的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)了解到自己還有很多不足，對(duì)變電所的各部分組成及作用有了更為深入的理解。進(jìn)一步體會(huì)到了變電所在工廠供電系統(tǒng)中所處的重要地位。通過(guò)學(xué)習(xí)和相關(guān)資料的查找讓我有了很大的收獲，自己的邏輯理解能力也得到了提高，可謂是受益匪淺。這次設(shè)計(jì)，我想這對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)會(huì)有很大幫助。本次設(shè)計(jì)得到了羅偉老師的悉心指導(dǎo)和幫助，在此對(duì)老師深表感謝！參考文獻(xiàn)：[1]《工廠供電》機(jī)械工業(yè)出版社[2]《供電技術(shù)》煤炭工業(yè)出版社[3]《煤礦供電》煤炭工業(yè)出版社[4]《變配電實(shí)用技術(shù)》機(jī)械工業(yè)出版社[5]《煤礦電工手冊(cè)》煤炭工業(yè)出版社；序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)電機(jī)形式電壓（kv）電機(jī)容量（kva）安裝臺(tái)數(shù)工作臺(tái)數(shù)設(shè)備容量需用系數(shù)（kd）cosφtgφ計(jì)算容量安裝容量工作容量有功kw無(wú)功kvar視在Kva12345678