电力系统分析课程设计.doc

目录目的1 工厂供电的意义及要求1.1 工厂供电设计的一般原则1.2 设计的具体内容1.3 工厂的设计平面图2 工厂的电力负荷及其运算2.1 工厂的电力负荷2.2 工厂计算负荷的确定3 主变压器容量和台数的选择4 输电导线的截面积的选择及理由5 短路电流计算5.1 短路计算5.2 短路计算结果6 总降压站的电气总结线图结论目的通过课程设计进一步提高学生的收集资料、专业制图、综述撰写的能力，培养理论与实际应用结合的能力，开发独立思考的能力，寻找并解决工程实际问题的能力，为以后的毕业设计与实际工作打下坚实的基础。1工厂供电的意义及要求电能不仅是人们生活的能源，更重要的是工业生产的主要能源和动力。电能容易从其他一次能源中获得，也容易转化为工业生产中的电能、动能，而且使用方便灵活。电能的输送和分配简单经济是电能的又一优点，通过导线可以直接把电能引至负荷，不像蒸汽机、内燃机那样笨重，更避免了一次能源费时耗力的运输。当代工厂里应用的信息技术、生产自动化技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。因此，电能在当代工业生产有着及其广泛的应用，是工业生产中不可替代的能源。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。电能在工业生产中的重要性，在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。在工厂中，供电系统起着至关重要的作用。要保证工厂内的正常生活生产秩序、保证人民群众财产，就要有一个可靠稳定的供电系统。一个优质的工厂供电系统必须达到以下基本要求：（1）安全 电能在供应、分配和使用中，要保证输电线路的安全性，设计合理的供电系统，不能够因为供电系统出现人身伤亡事故和设备事故；（2）可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。对于一些要求连续不间断供电的企业，可靠性是第一位的。对于一些负荷，如果由于电力系统故障供电系统突然中断，可能会造成重大设备损坏、大量产品报废很严重的经济财产损失，甚至发生重大的人身伤亡事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失；（3）优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。使用电设备在额定的电压、频率下进行生产，不仅可以避免设备损坏，而且也以提高产品质量，给企业带来利润；（4）经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。1.1 工厂供电设计的一般原则工厂供电设计必须遵循以下原则：（1）工厂供电设计必须遵守国家的有关法令、标准和技术规范，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属和保护环境等技术经济政策；（2）工厂供电设计应做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，设计中应采用符合国家标准的效率高、能耗低、性能先进及与用户投资能力相适应的经济合理的电器产品；（3）工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案；（4）工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。1.2 设计的具体内容该冶金机械厂总降压变电所及高压配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对电能分配的安全可靠，经济合理的问题。其基本内容有以下几方面：（1） 工厂的负荷计算及无功补偿；（2） 确定工厂总配变电所的所址和型式；（3） 确定工厂总配变电所的所址、形式、主接线方式，确定主变压器的型式、容量和台数；（3） 短路电流计算；（4） 一次设备的选择；（5） 选择工厂电源进线及高压配电线路；（6） 对一次侧进行继电保护整定计算；（7） 工厂总配变电所防雷保护及接地装置的设计。1.3 工厂的设计平面图设计总平面布置图生产任务及车间组成本厂主要承担冶金系统的配件生产，生产规模为：铸钢件1万吨，铸铁件3千吨，锻件1千吨，铆焊件2千吨。2 工厂的电力负荷及其计算2.1 工厂的电力负荷电力负荷（electric power load）又称电力负载，有两种含义：一是指耗用电能用电设备或用户，另一是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。电力负荷的具体含义视具体情况而定，本章指的是用电设备或用户耗用的功率大小。2.2 工厂计算负荷的确定确定车间的计算负荷，一般用需要系数法，车间设备的利用系数乘上设备容量即为车间低压用电设备的总设备容量，即车间低压侧的计算负荷（有功功率）。并可求出相应的计算负荷（无功功率及视在功率）。计算后填入表1.（确定相应的变压器容量）表1 全厂各车间负荷表序号车间或用电单位名称设备容量（KW）利用系数KxcostanPQS（KVA）变压器台数及容量备注No1变电所1铸钢车间20000.40.651.172*No2变电所1铸铁车间10000.40.71.022砂库1100.70.61.233小计2*No3变电所1铆焊车间12000.30.451.9821#水泵房280.750.80.753小计No4变电所1空压站3900.850.750.882机修车间1500.250.651.173锻造车间2200.30.551.524木型车间185.850.350.61.335制材场200.280.61.336综合楼200.9117小计No5变电所1锅炉房12000.750.80.7522#水泵房280.750.80.753仓库1、288.120.650.651.174污水提升站140.80.80.755小计各车间6KV变压负载1电弧炉25000.90.870.572工频炉6000.80.90.483空压机5000.850.850.524小计全厂合计根据表2求出各变压器的容量，参考变压器参数表，确定变电所中车间变压器的型号。并求出全厂负荷（P+jQ）。3 主变压器容量和台数的选择可以有两种方案，选择一台主变或选择两台主变，分析比较，确定最后的选择。并求计入主变压器功率损耗后功率因数是否满足要求，若不满足，则要并联电容以提高功率因数。根据工厂提供的数据，本工厂负荷为二级负荷，且工厂视在计算负荷为4941.9kVA，故本工厂总降压变电所应选择两台主变压器。由于本工厂选用两台主变压器，故每台主变压器的容量SNT不应小于总的计算负荷S30的60%70%。但由于本工厂的负荷均为二级负荷，故该工厂的总降压变电所选用两台容量为5000kVA型号为S9-5000/35的变压器，其技术参数见表3.1。4 输电导线的截面选择及理由导电和电缆是电能传输的唯一途径，因此合理的选择电缆来保证供电系统安全、可靠、优质、经济的运行时至关重要的。导线的界面越大，电能损耗越小，但是线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量都要增加。因此从经济方面考虑，可选择一个比较合理的导线截面，既是电能损耗小，又不致过分增加线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量。表4.1 各车间变电所二次侧断路器选择与效验表变电所编号断路器型号装设地点参数校验参数UN/VI30/AIk(3)/kAUN/VIN/AIoc/kANO.1DW17-2000380187054.56690200080SN1-106000248.94.05600060020No.2DW15-1600380955.435.61690125040SN1-10600034.21.12600060020No.3DW17-2000380112462.49690200080No.4DW17-1600380101820.64690125050SN1-10600048.11.12600060020No.5DW15-630380490.612.43690630301、35kV架空线路的选择35kV供电线路可先按经济电流密度确定经济截面，在校验其他条件。按经济电流密度jec计算经济截面Aec的公式为 （4.1）式中，I30为线路的计算电流。我国现行的经济电流密度jec规定见表4.1所示。该工厂为三班工作制，年最大有功利用小时为6000h，进线电缆选用铝芯电缆，由表4.1查的jec=1.54。由公式4.1计算得架空线路的经济截面因此选用截面为95mm2，型号为LGJ-95的钢芯铝绞线，LGJ-95的允许载流量Ial=335AI30=71.84A，因此满足发热条件。2、35kV母线的选择由发电厂电气主系统图4.1查出铝矩形导体的经济电流密度jec=0.68，故母线的经济截面故35kV母线选用255mm2单条竖放矩形导体，其载流量为350A，比I30大，因此满足要求。表4.2 导线和电缆的经济电流密度线路类别导线材质年最大有功负荷利用小时3000h以下30005000h5000h以上架空线路铜3.002.251.75铝1.651.150.90电缆线路铜2.502.252.00铝1.921.731.542、总降压变电所10kV侧电缆的选择根据公式4.1可算出总降压变电所10kV侧电缆的经济截面因此选用截面为150mm2，型号为YJV150的交联聚乙烯绝缘电缆。由工发电厂电气主系统中的数据得铜芯YJV150的允许载流量Ial=411AI30=71.84A,因此满足发热条件。3、总降压变电所10kV侧母线的选择根据10kv母线处的电流电压等初选母线型号为LMY480(404)， Ial=480AI30=285.3A，符合要求。动稳定校验该10kV母线处的=11.68kA 假设母线水平平放，档距为900mm，档数大于2，相邻两相母线的轴线距离为160mm。三相短路时的最大电动力F(3)=10-7N/A2=（11.68103）210-7=133N母线在F(3)作用时的弯曲力矩为M= =1330.9/10=12Nm母线的截面系数为W=b2h/6=0.0420.004/6=1.110-5m3故母线在三相短路时所受到的计算应力为c=M/W=12NM/1.110-5m3=10.9MPa而硬铝母线（LMY）的允许应力为 al=70MPac=10.9MPa由此可见该母线满足短路动稳定度的要求。热稳定校验由表4.2中的热稳定校验公式可知=5.19103/87=122.98mm2A=404=160mm2=122.98mm2由此可知该母线满足短路热稳定度的要求。4、总降压变电所至各车间变电所电缆选择本设计的总降压变电所至各车间变电所的电缆均选用交联聚乙烯绝缘铜芯电缆，并对其进行了校验，其结果见表4.3。表4.3 总降压变电所至各车间变电所电缆选择与效验表变电所编号电缆型号计算电流I30/A允许载流量Ial/ANo.1YJV-70217.75255No.2YJV-2563.76135No.3YJV-2542.72135No.4YJV-2562.07135No.5YJV-2518.641355 短路电流计算该厂电源从位于距该厂东侧8km处的220/35kV变电站以35kV双回路架空线引入工厂，其中一路做为工作电源，另一路作为备用电源，两个电源不并列运行。其供电系统电路图如图5.1所示。该供电系统中，需计算图中的四处短路点的短路电流、短路容量等，以用于确定一次设备，其短路等效电路图如图5.2所示。图5.1 工厂供电系统电路图5.1 短路计算1、取基准容量Sd=100MVA；2、计算基准电流3、电力系统的电抗：4、架空线路电抗：本设计采用表5.1的数据进行架空线路电抗的计算表5.1 电力线路每相的单位长度电抗平均值线路结构线 路 电 压35kV及以上610kV220/380V架空线路0.400.350.32电缆线路0.120.080.066因此5、变压器电抗：故可得出短路等效电路图5.2，根据短路图可算出各短路点的总阻抗如下：6、计算三相短路电流和短路容量（1）k-1点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量图5.2 短路等效电路图（2）k-2点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量（3）k-3点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量（4）k-4点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量（5）k-5点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量（6）k-6点、k-9点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量（7）k-7点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量（8）k-8点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量（10）k-10点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量5.2 短路计算结果根据前面短路计算得出的各种短路情况的数据，经过整理得出该厂的短路计算表见表5.2。表5.2 短路计算结果表电路点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-14.864.864.869.816.58277.78k-25.195.195.1911.687.8494.34k-354.5654.5654.56122.7682.3940.65k-44.054.054.059.116.1244.25k-535.6135.6135.6180.1353.7725.91k-61.121.121.122.531.6912.25k-762.4962.4962.49140.5994.3645.45k-820.6420.6420.6451.6031.1715.02k-91.121.121.122.531.6912.25k-1012.4312.4312.4327.9718.779.046 总降压站的电气主结线图该工厂高压配电系统采用常见的单回路放射式接线方式。该种方式线路敷设容易，维护简便，易于实现自动化，切运行中线路之间互不影响，较之单回路树干式的供电可靠性高，但高压开关设备用的较多，投资较高。其接线方案示意图见图6.1图6.1 总降压变电所电气主接线图6.1 元件的功能介绍电气主结线图中要加上主要的设备符号如图2所示，说