【文章內(nèi)容簡介】 計算方法出發(fā)掌握變電站設(shè)計的主要內(nèi)容和設(shè)計步驟，能正確地選用電力設(shè)備、載流導(dǎo)體及保護裝置，加深對所學(xué)知識的理解和掌握，提高分析問題、解決問題的能力，提高綜合運用專業(yè)知識設(shè)計的能力。 本課題研究的主要內(nèi)容： 根據(jù)所提供的資料，計算塑料制品廠的計算負(fù)荷；確定功率因數(shù)及補償措施； 根據(jù)計算負(fù)荷，選擇變電站位置及變壓器的容量、數(shù)量；確定變電所（配電所）接線圖和戶外高壓配電方案；選擇高壓電氣設(shè)備及配電網(wǎng)路載流導(dǎo)體截面，進行動穩(wěn)定及熱穩(wěn)定校驗；選擇繼電保護及供電系統(tǒng)的自動化方式，進行參數(shù)的整定計算；提出變電站的防雷措施、接地方式等。 工廠供電就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配，又稱工廠配電。供配電系統(tǒng)有總降壓變電所、高壓配電所、配電線路、車間變電所和用電設(shè)備組成。工廠供電的樞紐是總降壓變電所，它將 35KV~110KV 的外部供電電源電壓將為 6~10KV 高壓 配電電壓，供給高壓配電所、車間配電所和高壓用電設(shè)備。 眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟生活中應(yīng)用極為廣泛。 在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小（除電化工業(yè)外）。例如在機械工業(yè)中，電費開支僅占產(chǎn)品成本的 5%左右，從投資陳本來看，一般機械工廠在供電設(shè)備上的投資也 僅占總投資的 5%。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略義，因此做好工廠供電工作， 對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟建設(shè)也具有重大的作用。 改革開放以來，我國經(jīng)濟的快速發(fā)展刺激著電網(wǎng)的快速發(fā)展，隨著現(xiàn)代社會對電網(wǎng)供電可靠性要求的不斷提高，就需要繼電保護發(fā)揮更加重要的作用，針對系統(tǒng)出現(xiàn)的故障能及時切除，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行。從繼電保護的發(fā)展歷程來看，幾點保護總是根 3 據(jù)電力系統(tǒng)的需要，不斷從相關(guān)的學(xué)科中吸取最新成果而發(fā)展和完善自身的。總的來說，繼電保護技術(shù)的發(fā)展可以概括為 4 個階段、 2 次飛躍。 4 個階段是電磁型（整流型）、晶體管型、集成電路型、微機型。第一次飛躍是由電磁型到晶體管型，主要體現(xiàn)在由電 磁式向靜態(tài)式轉(zhuǎn)變，使保護裝置弱電化、無觸電化、小型化和低功耗。第 2 次飛躍是由集成電力型到微機型，主要體現(xiàn)在保護有模擬式向數(shù)字式轉(zhuǎn)變，保護裝置智能化和信息化。電力系統(tǒng)繼電保護現(xiàn)已發(fā)展到了微機保護階段，微機繼電保護是以數(shù)字式計算機（包括微型機）為基礎(chǔ)而構(gòu)成的繼電保護。微機保護充分利用了計算機技術(shù)上的兩個顯著優(yōu)勢：高速的運算能力和完備的存儲記憶能力，以及采用大規(guī)模集成電路和成熟的數(shù)據(jù)采集， A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波和抗干擾措施等技術(shù)，使其在速動性、可靠性方面均優(yōu)于以往傳統(tǒng)的常規(guī)保護，而顯示了強大生命力。 程設(shè)計任務(wù)書 、規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格：本廠年產(chǎn) 10000t 聚乙烯及烴塑料制品，產(chǎn)品品種有薄膜、單絲、管材和注射用等制品。其原料來源與某石油化纖總廠。 2..工廠各車間負(fù)荷情況及車間變電所的容量（表 ） （ 1）從電力系統(tǒng)某 66/10kV 側(cè)變電站用 10kV 架空線路想工廠饋電。該變電站在場南側(cè) 1km。 （ 2）系統(tǒng)變電站饋電線路定時限過流保護裝置的整定時間 Iop=2s，工廠總降壓配電所保護整定時間不得大于 。 （ 3）在工廠總降壓配變電所 35kV 進線側(cè)計量，工廠最大負(fù)荷是 功率因數(shù)不得低于 . （ 4）系統(tǒng)變電 10kV 母線出口斷路器斷流容量為 200MVA。其配電系統(tǒng)如圖所示 4 工廠負(fù)荷性質(zhì)：生產(chǎn)車間大部分為三班制，少部分為兩班或單班制，年最大有功負(fù)荷利用小時數(shù)為 。 5 工廠自然條件 本廠自然條件為： （ 1） 最熱月平均最高溫度為 35176。C （ 2） 土壤中 ～ 1m深處一年中最熱月平均溫度為 20℃ （ 3） 年平均雷暴日為 30d （ 4） 土壤凍結(jié)深度為 （ 5） 主導(dǎo)風(fēng)向夏季為南風(fēng) 工廠總配變 電所 Sk(3)=200MVA 母線 區(qū)域變電站 架空線路 圖 配電系統(tǒng)圖 4 表 11 各車間和車間變電所負(fù)荷計算表 序號 車 間 （ 單 位 ） 名 稱 設(shè)備容量 kW Kd cosυ 車間變電所代號 1 薄膜車間 1400 1車間變電所 原 料 庫 30 生 活 間 10 成 品 庫 （ 一 ） 25 成 品 庫 （ 二 ） 24 包 裝 材 料 庫 20 小 計 （ K ∑ = 0 . 9 5 ） 2 單絲車間 1385 2車間變電所 管材車間 20 小 計 （ K∑ = 0 . 9 5 ） 3 注塑車間 189 3車間變電所 管材車間 880 小 計 （ K∑ = 0 . 9 5 ） 4 備料車間 138 4車間變電所 生 活 間 10 浴室 5 鍛工車間 30 原 料 間 15 倉庫 15 機 修 模 具 車 間 100 熱 處 理 車 間 150 鉚焊車間 180 小 計 （ K ∑ = 0 . 8 7 ） 鍋 爐 房 200 5車間變電所 試 驗 室 125 輔 助 材 料 庫 110 油 泵 房 15 加 油 站 12 辦公室、食堂招待所 50 小計（ K ∑ = 0 . 9 ） 5 第二章 負(fù)荷計算及無功功率補 導(dǎo)體通過電流達(dá) 到穩(wěn)定溫升的時間大約為 (34)τ， τ為發(fā)熱時間常數(shù) .對中小截面 (35mm2以下 )的導(dǎo)體，其 τ約為 10min 左右，故載流導(dǎo)體 30min 后可達(dá)穩(wěn)定溫升值。但是，由于較大截面的發(fā)熱時間常數(shù)往往大于 10min， 30min 還不能達(dá)到穩(wěn)定溫升。由此可見，計算負(fù)荷實際上與 30min 最大負(fù)荷基本是相當(dāng)?shù)摹? 計算負(fù)荷是供電設(shè)計的基本依據(jù)。計算負(fù)荷的確定是否合理，將直接影響到電氣設(shè)備的選擇是否合理。工程上根據(jù)不同的計算目的，針對不同類型的用戶和不同類型的負(fù)荷，在實踐中總結(jié)了各種負(fù)荷的計算方法。有 估算法、需要系數(shù)法、二項式發(fā)、單項負(fù)荷計算等。 計算負(fù)荷的估算法 估算法實為指標(biāo)法。在做設(shè)計任務(wù)書或初步設(shè)計階段，尤其當(dāng)需要進行方案比較時，按估算法比較方便。 1）單位產(chǎn)品耗電量法 若已知某車間或企業(yè)的年產(chǎn)量 m 和每一產(chǎn)品的單位耗電量 a(表 )，則企業(yè)全年電能 Wa為 amWa? （ 21） 有功計算負(fù)荷為 maxTWP ac? （ 22） 式中， Tmax 為年最大負(fù)荷利用小時數(shù) 2）負(fù)荷密度法 若已知車間生產(chǎn)面積 S(m2)和負(fù)荷密度指標(biāo) ρ（ kW/m2）時，車間平均負(fù)荷為 sPav ?? （ 23） 車間計算負(fù)荷為 aLavc KPP? （ 24） 式中， KaL為有功負(fù)荷系數(shù)。 此方法也適用于估算整個企業(yè)的用電負(fù)荷，只要把式中的車間密度指標(biāo)和車間面積改為全廠的即可。 需要系數(shù)法 在所計算的范圍內(nèi)（如一條干線、一條母線或一臺變壓器），所有的用電設(shè)備的計算負(fù)荷不等于其設(shè)備容量，一次 性 引進需要系數(shù)的概念，即 edc PKP? （ 25） 6 式中， Kd 為需要系數(shù)； Pc 為計算負(fù)荷； Pe 為設(shè)備容量 。 產(chǎn)生需要系數(shù)的原因有：用電設(shè)備的設(shè)備容量是指輸出容量，它與輸入容量之間有一平均效率 ηN。用電設(shè)備不一定滿負(fù)荷運行，故引入負(fù)荷系數(shù) KL；用電設(shè)備本身即配電線路有功率損耗，所以引入線路平均效率 ηwL；用電設(shè)備組的所有設(shè)備不一定同時運行，故引入一個同時系數(shù) K∑。故需要系數(shù)表達(dá)式為 wLNLd KKK ???? （ 26） 對于單組用電設(shè)備的負(fù)荷計算公式如下 ??????????????NcccccccedcUSIQPSPQPKP3tan22? （ 27） 式中， dK 為需要系數(shù)； eP 為設(shè)備容量； ?tan 為設(shè)備功率因數(shù)角的正切值。 對于多組用電設(shè)備的計算負(fù)荷，應(yīng)考慮各用電設(shè)備組的同時系數(shù)，即 ??????????????????????NcccccnicicnicicUSIQPSQKQPKPqp32211 （ 28） 式中， n 是用電設(shè)備組的組數(shù)， pK? 、 qK? 分別為有功功率、無功功率同時系數(shù)， ciP 、 ciQ 為各用電設(shè)備組的計算負(fù)荷。 用需要系數(shù)法來求計算負(fù)荷，其特點是簡單方便，計算結(jié)果較符合實際，而且長期使用積累了各種設(shè)備的需要系數(shù)，因此是世界各地均普遍采用的基本方法。但是把需要系數(shù)法看作是與一組設(shè)備中設(shè)備的多少及容量是否相差太大都無關(guān)的固定值，這就考慮不全面。實際上只有當(dāng)設(shè)備臺數(shù)較多，總?cè)萘孔銐虼?，沒有特大型用電設(shè)備時，需要系數(shù)的值才實際。 負(fù)荷計算時均以 10KV 側(cè)為準(zhǔn)。下以 1車間變電所為例， 薄膜車間： 7 )(1031400)(14001120840v a r )(1120) a n ( a r c c o s840)(3022303030AIk V ASkQkWP???????????? 原料庫： )(10315)(v a r )() a n ( a r c c o )(3022303030AIkVASkQkWP???????????? 生活間： )(4 103830)(830v a r )(030)(AIk V ASkQkWP???????? 成品庫（一）： )(10315)(v a r )() a n ( a r c c o )(3022303030AIkVASkQkWP???????????? 成品庫（二）： )(103)(v a r )() a n ( a r c c o )(3022303030AIkVASkQkWP???????????? 包裝材料庫： 8 )(10312)(v a r )() a n ( a r c c o s6)(3022303030AIk V ASkQkWP???????????? 1變電所最后計算負(fù)荷 ? ?? ?)(103)(v a r )()(122111AIk V ASkQkWPcccc????????????????????? 本設(shè)計中，絕大多數(shù)用電設(shè)備都需要從電網(wǎng)中吸收大量的無功電流來產(chǎn)生交變磁場，其功率因數(shù)均小于 1，而功率因數(shù)是衡量一個供配電系統(tǒng)是否經(jīng)濟運行的一個重要指標(biāo)。 所謂無功功率補償是把具有容性功率的裝置與感性負(fù)荷聯(lián)接在同一電路，當(dāng)容性裝置釋放能量在相互轉(zhuǎn)化，感性負(fù)荷所吸收的無功功率可由容性裝置 輸出的無功功率中得到補償。功率因數(shù)太低將會給供配電系統(tǒng)帶來電能損耗增加、電壓損失增大和供電設(shè)備利用率降低等不良影響。正因為功率因數(shù)在電力系統(tǒng)中影響很大，所以要求電力用戶功率因數(shù)達(dá)到一定的值，低于某一定值時