【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 計(jì)算方法出發(fā)掌握變電站設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和設(shè)計(jì)步驟，能正確地選用電力設(shè)備、載流導(dǎo)體及保護(hù)裝置，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，提高綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)設(shè)計(jì)的能力。 本課題研究的主要內(nèi)容： 根據(jù)所提供的資料，計(jì)算塑料制品廠的計(jì)算負(fù)荷；確定功率因數(shù)及補(bǔ)償措施； 根據(jù)計(jì)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(xiàn)圖和戶(hù)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(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定及熱穩(wěn)定校驗(yàn)；選擇繼電保護(hù)及供電系統(tǒng)的自動(dòng)化方式，進(jìn)行參數(shù)的整定計(jì)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(chēng)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(xiàn)路、車(chē)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(chē)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(dòng)力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來(lái)，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(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測(cè)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(dòng)力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很?。ǔ娀I(yè)外）。例如在機(jī)械工業(yè)中，電費(fèi)開(kāi)支僅占產(chǎn)品成本的 5%左右，從投資陳本來(lái)看，一般機(jī)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(shí)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(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。從另一方面來(lái)說(shuō)，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對(duì)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(duì)于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)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(gè)重要方面，而能源節(jié)約對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)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(duì)于節(jié)約能源、支援國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)也具有重大的作用。 改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(huì)對(duì)電網(wǎng)供電可靠性要求的不斷提高，就需要繼電保護(hù)發(fā)揮更加重要的作用，針對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障能及時(shí)切除，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。從繼電保護(hù)的發(fā)展歷程來(lái)看，幾點(diǎn)保護(hù)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?？偟膩?lái)說(shuō)，繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展可以概括為 4 個(gè)階段、 2 次飛躍。 4 個(gè)階段是電磁型（整流型）、晶體管型、集成電路型、微機(jī)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(hù)裝置弱電化、無(wú)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(jī)型，主要體現(xiàn)在保護(hù)有模擬式向數(shù)字式轉(zhuǎn)變，保護(hù)裝置智能化和信息化。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)現(xiàn)已發(fā)展到了微機(jī)保護(hù)階段，微機(jī)繼電保護(hù)是以數(shù)字式計(jì)算機(jī)（包括微型機(jī)）為基礎(chǔ)而構(gòu)成的繼電保護(hù)。微機(jī)保護(hù)充分利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)上的兩個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)：高速的運(yùn)算能力和完備的存儲(chǔ)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(dòng)性、可靠性方面均優(yōu)于以往傳統(tǒng)的常規(guī)保護(hù)，而顯示了強(qiáng)大生命力。 程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 、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(lái)源與某石油化纖總廠。 2..工廠各車(chē)間負(fù)荷情況及車(chē)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(xiàn)路想工廠饋電。該變電站在場(chǎng)南側(cè) 1km。 （ 2）系統(tǒng)變電站饋電線(xiàn)路定時(shí)限過(guò)流保護(hù)裝置的整定時(shí)間 Iop=2s，工廠總降壓配電所保護(hù)整定時(shí)間不得大于 。 （ 3）在工廠總降壓配變電所 35kV 進(jìn)線(xiàn)側(cè)計(jì)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(xiàn)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(chē)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(shí)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(xiàn) 區(qū)域變電站 架空線(xiàn)路 圖 配電系統(tǒng)圖 4 表 11 各車(chē)間和車(chē)間變電所負(fù)荷計(jì)算表 序號(hào) 車(chē) 間 （ 單 位 ） 名 稱(chēng) 設(shè)備容量 kW Kd cosυ 車(chē)間變電所代號(hào) 1 薄膜車(chē)間 1400 1車(chē)間變電所 原 料 庫(kù) 30 生 活 間 10 成 品 庫(kù) （ 一 ） 25 成 品 庫(kù) （ 二 ） 24 包 裝 材 料 庫(kù) 20 小 計(jì) （ K ∑ = 0 . 9 5 ） 2 單絲車(chē)間 1385 2車(chē)間變電所 管材車(chē)間 20 小 計(jì) （ K∑ = 0 . 9 5 ） 3 注塑車(chē)間 189 3車(chē)間變電所 管材車(chē)間 880 小 計(jì) （ K∑ = 0 . 9 5 ） 4 備料車(chē)間 138 4車(chē)間變電所 生 活 間 10 浴室 5 鍛工車(chē)間 30 原 料 間 15 倉(cāng)庫(kù) 15 機(jī) 修 模 具 車(chē) 間 100 熱 處 理 車(chē) 間 150 鉚焊車(chē)間 180 小 計(jì) （ K ∑ = 0 . 8 7 ） 鍋 爐 房 200 5車(chē)間變電所 試 驗(yàn) 室 125 輔 助 材 料 庫(kù) 110 油 泵 房 15 加 油 站 12 辦公室、食堂招待所 50 小計(jì)（ K ∑ = 0 . 9 ） 5 第二章 負(fù)荷計(jì)算及無(wú)功功率補(bǔ) 導(dǎo)體通過(guò)電流達(dá) 到穩(wěn)定溫升的時(shí)間大約為 (34)τ， τ為發(fā)熱時(shí)間常數(shù) .對(duì)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(shí)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(jiàn)，計(jì)算負(fù)荷實(shí)際上與 30min 最大負(fù)荷基本是相當(dāng)?shù)摹? 計(jì)算負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。計(jì)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(jì)算目的，針對(duì)不同類(lèi)型的用戶(hù)和不同類(lèi)型的負(fù)荷，在實(shí)踐中總結(jié)了各種負(fù)荷的計(jì)算方法。有 估算法、需要系數(shù)法、二項(xiàng)式發(fā)、單項(xiàng)負(fù)荷計(jì)算等。 計(jì)算負(fù)荷的估算法 估算法實(shí)為指標(biāo)法。在做設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)或初步設(shè)計(jì)階段，尤其當(dāng)需要進(jìn)行方案比較時(shí)，按估算法比較方便。 1）單位產(chǎn)品耗電量法 若已知某車(chē)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(jì)算負(fù)荷為 maxTWP ac? （ 22） 式中， Tmax 為年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù) 2）負(fù)荷密度法 若已知車(chē)間生產(chǎn)面積 S(m2)和負(fù)荷密度指標(biāo) ρ（ kW/m2）時(shí)，車(chē)間平均負(fù)荷為 sPav ?? （ 23） 車(chē)間計(jì)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(gè)企業(yè)的用電負(fù)荷，只要把式中的車(chē)間密度指標(biāo)和車(chē)間面積改為全廠的即可。 需要系數(shù)法 在所計(jì)算的范圍內(nèi)（如一條干線(xiàn)、一條母線(xiàn)或一臺(tái)變壓器），所有的用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷不等于其設(shè)備容量，一次 性 引進(jìn)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(jì)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(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，故引入負(fù)荷系數(shù) KL；用電設(shè)備本身即配電線(xiàn)路有功率損耗，所以引入線(xiàn)路平均效率 ηwL；用電設(shè)備組的所有設(shè)備不一定同時(shí)運(yùn)行，故引入一個(gè)同時(shí)系數(shù) K∑。故需要系數(shù)表達(dá)式為 wLNLd KKK ???? （ 26） 對(duì)于單組用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)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(duì)于多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷，應(yīng)考慮各用電設(shè)備組的同時(shí)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(wú)功功率同時(shí)系數(shù)， ciP 、 ciQ 為各用電設(shè)備組的計(jì)算負(fù)荷。 用需要系數(shù)法來(lái)求計(jì)算負(fù)荷，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，計(jì)算結(jié)果較符合實(shí)際，而且長(zhǎng)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(wú)關(guān)的固定值，這就考慮不全面。實(shí)際上只有當(dāng)設(shè)備臺(tái)數(shù)較多，總?cè)萘孔銐虼?，沒(méi)有特大型用電設(shè)備時(shí)，需要系數(shù)的值才實(shí)際。 負(fù)荷計(jì)算時(shí)均以 10KV 側(cè)為準(zhǔn)。下以 1車(chē)間變電所為例， 薄膜車(chē)間： 7 )(1031400)(14001120840v a r )(1120) a n ( a r c c o s840)(3022303030AIk V ASkQkWP???????????? 原料庫(kù)： )(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(kù)（一）： )(10315)(v a r )() a n ( a r c c o )(3022303030AIkVASkQkWP???????????? 成品庫(kù)（二）： )(103)(v a r )() a n ( a r c c o )(3022303030AIkVASkQkWP???????????? 包裝材料庫(kù)： 8 )(10312)(v a r )() a n ( a r c c o s6)(3022303030AIk V ASkQkWP???????????? 1變電所最后計(jì)算負(fù)荷 ? ?? ?)(103)(v a r )()(122111AIk V ASkQkWPcccc????????????????????? 本設(shè)計(jì)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(wú)功電流來(lái)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，其功率因數(shù)均小于 1，而功率因數(shù)是衡量一個(gè)供配電系統(tǒng)是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)。 所謂無(wú)功功率補(bǔ)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(wú)功功率可由容性裝置 輸出的無(wú)功功率中得到補(bǔ)償。功率因數(shù)太低將會(huì)給供配電系統(tǒng)帶來(lái)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?yàn)楣β室驍?shù)在電力系統(tǒng)中影響很大，所以要求電力用戶(hù)功率因數(shù)達(dá)到一定的值，低于某一定值時(shí)