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某精细化工厂高压配电所及全厂配电系.rar

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    编号:20180802233204105    类型:共享资源    大小:1.00MB    格式:RAR    上传时间:2018-08-02
      
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    金币
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    精细 化工厂 高压 配电 所及 全厂
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    1第 1章 负荷计算和无功补偿1.1概述“电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义,它可以指用电设备或用电单位,也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小。掌握工厂电力负荷的基本概念,准确地确定工厂的计算负荷是设计供配电系统的基础。1.1.1 电力负荷的分级按 GB50052-1995《供配电系统设计规范》规定,电力负荷根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响分为三级:一级负荷(first order load)一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者;或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者,如重大设备损坏、重大产品报废、使用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需长时间才能恢复等。在一级负荷这,当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷,以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷,应视为特别重要的负荷。二级负荷(second order load)二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者,如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。三级负荷(third order load)三级负荷为一般负荷,指所有不属于上述一、二级负荷者。各级电力负荷对供电电源的要求一级负荷对供电电源的要求由于一级负荷属于重要负荷,如中断供电造成的后果十分严重,因此要求由两个电源供电,当其中一个电源发生故障时,另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷,除上述两个电源外,还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电,严禁将其他负荷接入应急供电系统。常用的应急电源可使用下列几种电源:独立于正常电源的发电机组;供电网络中独立于正常电源的专门馈电线路;蓄电池;干电池。二级负荷对供电电源的要求二级负荷也属于重要负荷,要求由两回路供电,供电变压器也应有两台2(这两台变压器不一定在同一变电所) 。在其中一条回路或一台变压器发生常见故障时,二级负荷应不致中断供电,或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时,二级负荷可由一回路 6kv 及以上的专用架空线路供电。当采用电缆线路时,必须采用两根电缆并列供电,每根电缆应能承受全部二级负荷。三级负荷对供电电源的要求三级负荷属不重要的一般负荷,对供电电源无特殊要求。通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值,称为计算负荷。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆,如以计算负荷连续运行,其发热温度不会超过允许值。负荷计算的目的是确定供电系统的最大负荷(也称计算负荷) 。供电系统要能够在正常条件下可靠的运行,除了应满足工作电压和频率的要求外,最重要的就是满足负荷电流的要求。因此,有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。工厂计算负荷是选择工厂电源进线一、二次设备的基本依据,也是计算工厂的功率因数和工厂需电容量的基本依据。确定工厂计算负荷的方法很多,可按具体情况选用。1.2 负荷计算的各种方法需要系数法。用设备功率乘以需要系数和功率因数,直接求出计算负荷。这种方法比较简单,应用广泛,尤其适用于配、变电所的负荷计算。使用范围:当用电设备台数较多、各台设备容量相差不太悬殊时,特别在确定车间和工厂的计算负荷,宜于采用。本设计属于初步设计阶段,原始资料中已经给出需要系数。综上所述,本设计负荷计算采用需要系数法。1.2.1 低压侧负荷计算方法简介负荷计算的方法很多,常用的主要有需要系数法、利用系数法、二项式法、单位产量耗电量法、单位产值耗电量法、单位面积用电量法等其中需要系数法计算比较简单,适用于用电设备台数比较多、多台设备容量差别不十分悬殊的用电场合,特别适用于车间及工厂的计算负荷的计算,一般多用于初步设计和方案估算等,是目前用得最普遍的一种方法。二项式法主要考虑了用电设备的数量以及一些大容量的用电设备对计算负荷的影响,所以得到的结果往往偏大,适用于用电设备台数较少,而有些设备的容量相差较悬殊的场合,一般比较适用于设备组的计算以及有些施工计算的场所。利用系数法是以概率论为基础分析所有用电设备在工作时的功率迭加来求解计算负荷的数值,因此求出的结果比需要系数法和利用系数法更接近实际,3但由于过程较麻烦,而且利用系数累积的也不多,所以实际应用较少。已知产品的单位产量的耗电量或单位产值的耗电量时,初步设计和方案估算采用单位产量和单位产值耗电量法计算是最简单的。单位面积用电量法适用于住宅、办公楼和具有均匀分布负荷的生产线等的负荷计算,一般较多用于照明设计中。 (工业企业供电课程设计及实验指导书。4 页。王建南编)1.2.2 负荷计算的各种方法1) 按需要系数法计算负荷;需用系数法求解计算负荷的步骤一般应从设备安装处到电源侧逐级向上计算,也可以在已知一些部门或企业的设备容量及需要系数时直接计算。需要系数法的基本公式:(1-1)edPK30(1-2)tanQ(1-3)cos30S(1-4)NUI30实际上,需要系数数值不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因数有关,而且与操作人员的技能及生产组织等多种因数有关,因此应尽可能地通过实测分析确定,使之尽量接近实际。需要系数值与用电设备的类别和工作状态有极大的关系,在计算时首先要正确判明用电设备的类别和工作状态,否则将造成错误。例如机修车间的金属切削机床电动机,应属于小批量生产的冷加工机床电动机,因为金属切削就是冷加工,而机修不可能是大批生产。再如起重机、行车或电葫芦,应该都属于吊车类。确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时,应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因数。因此在确定多组用电设备的计算负荷时,应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数(又称参差系数或综合系数) 和 :PKq对于车间干线取=0.85~0.95P=0.90~0.97q对低压母线(1)由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取4=0.80~0.90PK=0.85~0.95q(2)由车间干线计算负荷直接相加来计算时取=0.90~0.95P=0.93~0.97qK总的有功计算负荷为3030P(1-5)总的无功计算负荷为3030QKq(1-6)总的视在计算负荷为23030pS(1-7)2) 按二项式法确定计算负荷;二项式法的基本公式:XecPb30(1-8)式中, 为二项式第一项,表示设备组的平均负荷,其中 是用电设备ebP eP组的设备总容量,其计算方法如前需要系数法中所述; 为二项式的第二项,xc表示设备组中的 x 台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷,其中 是 x台最大容量的设备总容量;b、c 为二项式系数。其余的计算负荷 、 和 的计算与前述需要系数法的计算相同30QS30I二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷,而且考虑了其中少数容量最大的设备投入运行时对总计算负荷的额外影响,所以二项式更适用于确定设备台数较少而容量差别大的低压分支干线的计算负荷。但二项式系数主要只有机械加工工业用电设备组的数据,其他行业的这方面数据尚缺,从而使其应用受到一定的局限。供电设计的经验说明,选择低压分支干线时,按需要系数法计算的结果往往偏小,以采用二项式法计算为宜。我国建筑行业标准 JGJ/T16—1992《民用5建筑电气设计规范》也规定;“用电设备台数较少,各台设备容量相差悬殊时,宜采用二项式法” 。不同类型的多个用电设备组的计算负荷。采用二项式法确定多组用电设备总的计算负荷时,应考虑各组设备的最大负荷不同时出现的因数。但不是计入一个同时系数,而是在各组设备中取其中一组最大的附加负荷 ,在加上各组的平均负荷 ,即总的有功计算负max)(cPebP荷为max130)(niiecb(1-9)总的无功计算负荷为tan)(tan(mx130ni iecPbQ(1-10)关于总的视在计算负荷 仍按式(1-6)计算30S除采用以上的方法外,还有二项式法以及近年国内出现的ABC法,变值需要系数法等。这些方法有的已经被其他方法代替,有的实用数据不多,尚未推广,故不在此介绍。1.2.3 低压侧各个车间的负荷计算综合上述四种负荷计算方法的优缺点,同时根据现有的手中的资料,需要系数法较适宜本设计的要求,其计算过程相对简单,计算结果一目了然。具体的计算以一号变电所为例HFP车间: edPK30=13850.7=969.5tanQ=969.5 1.30=1260.35(KVAR)cos30S=969.5/0.6=1615.8(KVA)聚合车间: edPK30=5500.7=385(KW)tanQ=385 0.7=392.7(KVAR)cos30S=385/1.02=550(KVA)成品库 : edPK30=500.3=156tan30PQ=9151.73=25.95(KVAR)cos30S=15/0.5=30(KVA)N0.1变电所总计: 30)2(30'PK=0.95(969.5+385+15)=1301.025(KW))('Qq=0.97 (1260.35+392.7+35.95)=1638.33(KVAR) '''2)(30)()2(30pS=2084.49(KVA)cos= ')2(30SP=1301.025/2084.49=0.624补偿前其他车间的负荷计算同上, 计算结果详见(表1)(表1)计算负荷 参数序号车间用电单位名称设备容量需要系数 dKcostan30PKW30QKVAR30SKVAHFP车间 1385 0.7 0.6 1.30 969.5 1260.351615.8聚合车间 550 0.7 0.7 1.02 565 424 550成品库 50 0.3 0.5 1.73 15 25.95 301号变电所1小计 0.624 1.25 1301 1628 202084.49冷冻站 800 0.7 0.75 0.88 560 49 492.8 746.67循环水站 150 0.7 0.75 0.88 105 92.4 1402号变电所2小计 0.74 0.89 631.75 567.64 849.31办公楼 86 0.8 0.8 0.75 68.8 51.6 86水泵房 230 0.75 0.8 0.75 172.5 129.375 215.625锅炉房 150 0.75 0.8 0.75 113 85 141中央控制楼 250 0.6 0.8 0.75 150 112.5 187.5电修车间 250 0.3 0.65 1.17 75 87.75 115.38冰库 280 0.75 0.8 0.75 127.5 129.37 215.625高配所配电箱 50 1 0.8 0.75 50 37.5 62.53号变电所3小计 0.78 0.80 796.86 640.78 1022.54FEP车间1400 0.7 0.6 1.30 980 1274 1633.33单体包装车间 120 0.3 0.5 1.73 36 62.28 72检测站 156 0.75 0.8 0.75 117 87.75 146.254号变电所4原料库 30 0.25 0.5 1.73 7.5 12.975 157小计 0.61 1.29 1083.4 1393.9 1765.46-30℃螺杆冰机 2×400 0.7 0.8 0.75 560 420 700各车间6千伏高压负荷 -15℃螺杆冰机 2×500 0.7 0.8 0.75 700 525 875车间干线上的有功和无功负荷分别计入一个同时系数为 PK取0.95和 q取0.971.3 低压侧无功补偿工厂中有好多的感性电机,很大程度上影响供电效率,所以补偿无功就显得非常的重要。1.3.1 概述工业企业中绝大多数用电设备是感性负荷,不仅消耗有功功率,还要从电源取用无功功率。还有些生产设备(如电弧炉等)在生产过程中经常出现无功冲击负荷。这种冲击负荷比正常取用的无功功率可能增大 5~6 倍。无功功率增大使供给系统的功率因数降低。功率因数降低将造成下列不良影响:(1)引起线路电流增大,使供电设备不能充分利用,降低供电能力;(2)电流增大使设备和线路功率损耗和电能损耗增大;(3)线路电压损失增大,影响负荷端电压质量;(4)对发电机而言,无功电流增大,使电机转子去磁效应增加,端电压下降,电机达不到额定出力。无功功率增大对电源内部及企业配电系统运行造成不良影响。从节约电能,提高供电质量和提高供电设备的能力出发必须设法减小负荷无功功率的不良影响,即采用容性无功装置进行补偿,提高企业的功率因数,功率因数是供电系统一项重要的技术经济指标,补偿后的总功率因数要满足《全国供用电规则》中规定的“用电力率(功率因数)低于 0.70 时,电业局不予供电。新建及扩建的电力用户,其用电力率不应低于 0.9”的要求。1.3.2 人工补偿方法提高功率因素的方法:提高自然功率因素和人为改善功率因素.提高自然功率因素主要是通过采取措施降低用电设备所需的无功功率,人为改善功率因素主要是采用专门的补偿装置提供无功功率以改善功率因素.提高自然功率因素对本厂的效果不好,因为在本次设计中具体的电气设备不清楚,只有靠通过提高变压器的负荷率来提高功率因素,是无法达到电业部门规定的是标准的,所以本厂是通过人为进行无功补偿而提高功率因素的8在电力系统中,控制无功功率的方法很多,包括采用同步发电机、同步电动机、同步调相机、并联电容器和静止无功补偿装置等同步调相机又称同步补偿器,是作为并联补偿设计的一种同步机,它属于有源补偿器。同步调相机同电容器相比,该装置的优点是:在系统电压下降时,靠维持或提高本身的出力,可以给系统提供紧急的电压支持。从功能上讲,同步调相机只不过是一个被拖动到某一转速并与电力系统同步运行的同步机。当电机同步运行后,根据需要,人们控制其磁场,使之产生无功功率,或从系统吸收无功功率。同步调相机具有调相的优点,但动态响应速度慢,发出单位无功功率的有功损耗大,运行维护复杂,不适应各类非线性负载的快速变化。并联电容器:因无旋转部分,具有安装简单,运行维护方便,有功损耗小以及组装灵活,扩容方便等特点,因此并联电容器应用做为普遍.电容器从电网中切除后的残压可以通过短接放电来消除.现在在企业变电所和车间中广泛使用的无功功率补偿装置,就是以并联电容器作为无功补偿元件而组合起来的一种成套装置.1.3.3 并联电容器接线方式及选择根据移相电容器在工厂供电系统中的装设位置,有高压集中补偿、低压成组补偿和低压分散补偿三种方式。 高压集中补偿是将高压移相电容器集中装设在变配电所的 10KV 母线上,这种补偿方式只能补偿 10KV 母线前(电源方向)所有线路上的无功功率,而此母线后的厂内线路没有得到无功补偿,所以这种补偿方式的经济效果较后两种补偿方式差。同时因我厂存在整流装置,虽然我们对其进行了调整,但仍然不能完全避免谐波分量的产生。如采用高压集中补偿,会对高压电容器的安全运行造成严重影响。 低压分散补偿,又称个别补偿,是将移相电容器分散地装设在各个车间或用电设备的附近。这种补偿方式能够补偿安装部位前的所有高低压线路和变电所主变压器的无功功率,因此它的补偿范围最大,效果也较好。但是这种补偿方式总的设备投资较大,且电容器在用电设备停止工作时,它也一并被切除,所以利用率不高。 低压成组补偿是将移相电容器装设在车间变电所的低压母线上,这种补偿方式能补偿车间变电所低压母线前的车间变电所主变压器和厂内高压配电线及前面电力系统的无功功率,其补偿范围较大。由于这种补偿能使变压器的视在功率减小从而使变压器容量选得小一些,比较经济,而且它安装在变电所低压配电室内,运行维护方便。同时由于我厂存在谐波源,车间变压器的存在,也起到了隔离和衰减谐波的作用。有利于低压移相电容器的安全稳定运行。分散就地补偿 GB50052—1995《供电系统设计规范》指出,容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备,无功负荷宜单独就地补偿三种无功补偿的方案综合比较(表2)补偿方式 补偿对象 降低损耗范围改善电压效果单位投资大小设备利用率维护方便程度高压集中补偿工厂无功需求工厂主变压器和输电网较好 较大 较高 方便9低压集中补偿配电变压器无功需求车间配电变压器及输电王较好 较大 较高 方便分散就地补偿终端用户无功需求整个电网 最好 较大 较低 方便1.3.4 补偿方式的确定.并联电容器在工厂供电系统中的装设位置,有高压集中补偿、低压集中补偿和分散就地补偿等三种方式。(一)高压集中补偿高压集中补偿是将高压电容器组集中装设在工厂变配电所的 6~10 千伏母线上。这种补偿方式只能补偿 6~10 千伏母线以前所有线路上的无功功率,而此母线后的厂内线路的无功功率得不到补偿,所以这种补偿方式的经济效果比后两种补偿方式差,但这种补偿方式的初投资较少,便于集中运行维护,而且能对工厂高压侧的无功功率进行有效的无功补偿,以满足工厂总的功率因数的要求高压电容器组采用星形接线,装在成套的高压电容器柜内,为防止电容器击穿时引起相间短路,所以星形接线的各边,均接有高压熔断器保护。由于电容器合闸涌流很大特别是高压电容器,因此宜采用串联电抗器加以限制。(二)低压集中补偿目前,国内较普遍采用的另外一种无功补偿方式,是在配电变压器 380 V侧进行集中补偿,在这种方式下,补偿装置通常采用微机控制的低压并联电容器柜,容量在几十至几百千乏不等,它是根据用户负荷水平的波动,投入相应数量的电容器进行跟踪补偿。主要目的是提高专用变压器用户的功率因数,实现无功功率的就地平衡,对配电网和配电变压器的降损有一定作用,也保证该用户的电压水平。这种补偿方式的投资及维护均由专用变压器用户承担。目前国内各厂家生产的自动补偿装置通常是根据功率因数来进行电容器的自动投切,也有为了保证用户电压水平而以电压为判据进行控制。这种补偿方式虽然利于保证用户的电能质量,但对电力系统并不可取。因为线路电压的波动主要由无功量变化引起,而线路的电压水平由系统情况决定。当线路电压基准偏高或偏低时,无功功率的投切量可能与实际需求相差甚远,可能出现无功功率补偿过多或补偿不足的情况低压集中补偿的电容器组都采用三角形接线,一般利用 220V,15~25W 的白炽灯的灯丝电阻来放电,但也有专门的放电电阻来放电的,放电用的白炽灯同时兼作电容器组正常工作的指示灯。(三)分散就地补偿目前,在我国城镇,低压用户的用电量大幅增长,企业、厂矿和小区等对无功功率需求都很大,直接对用户末端进行无功补偿,将最恰当地降低电网的损耗和维持网络的电压水平。GB50052—1995《供电系统设计规范 》指出,容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备,无功负荷宜单独就地补偿。这样,对于企业和厂矿中的电动机,应该进行就地无功补偿,即随机补偿;针对小区用户终端,由于用户负荷小,波动大,地点分散,无人管理,应该开发一种新型低压终端无功补偿装置,并能满足智能型控制、免维护、体积小、易安装、功能完善、造价较低等的要求。10与上述 2 种补偿方式相比,用户终端分散补偿方式更能体现以下优点a)线损率可减少 20%;b)减小电压损失,改善电压质量,进而改善用电设备启动和运行条件;c)释放系统能量,提高线路供电能力。缺点是低压无功补偿通常按配电变压器低压侧最大无功功率需求来确定安装容量,而各配电变压器低压负荷波动的不同时性造成大量电容器在较轻载时闲置,设备利用率不高。1.3.5 无功补偿装置的选择本次设计的低压无功补偿采用的是浙江开关厂的 MSN(Z)低压抽出式开关柜,根据经济性原则一般选用方案 125 进行补偿。在车间的低压母线上每段母线上各挂一台。具体参数见(表 5)1.3.6 低压侧各需无功补偿车间补偿容量计算本厂的功率因素值应在 0.9 以上,考虑到变压器的无功功率损耗 TQ远大于有功功率损耗 TP,一般 TQ=(4~5) TP,因此在变压器低压侧进行无功补偿时,低压侧补偿后的功率因素数应略高于高压侧补偿后的功率因素数0.9,这里取 92.0cos'。无功补偿车间补偿容量计算公式QC=P30(tanΦ 1-tanΦ 2) (kvar)或 Q C=P30qC (kvar)式中 P 30——全厂的有功计算负荷 (kw)qC——补偿率 (kvar/kw)tanΦ1、 tanΦ2——补偿前后功率因数的正切值。具体的计算以一号变电所为例 )tan(t'30'30 PQC=13010.872=1134.472(KVAR) (注;将无功补偿后低压侧功率因素提高到0.92。 )NO.1变电所的无功补偿柜的主副容量选择为:16 16=256(KVAR)其他变电所的无功补偿柜的选择如下(表3)(表3)MNS(Z)低压抽出式开关柜方案编号变电所号主柜 副柜最大补偿容量( vark)主柜台数副柜台数
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