电力工程课程设计

1、电力工程课程设计报告1 设计原始题目1.1 题目某机械厂降压变电所的电气设计。(1)工厂总平面图如图1所示。图1 机械厂总平面图(2)地质水文资料本厂所在地区平均海拔50 m，地质土层以砂粘土为主，地下水位为2 m。(3)气象资料本厂所在地区的年最高气温为39，年平均气温为20，年最低气温为-5，年最热月平均最高气温为32，年最热月平均气温为30，年最热月地下0.8 m处温度为25，当地主导风向为东风，年雷暴日数为15。(4)供电电源情况按照工厂和当地供电部门签订的供用电合同规定，本厂可由附近一条10 kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参见工厂总平面图。该干线的导线型号为LGJ-70

2、，导线为等边三角形排列，线间距为1 m，干线首端距离本厂约为7 km，干线首端所装设的高压断路器断流容量为700 MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定动作时间为1.7 s，为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由附近单位取得设备用电源，已知与本厂高压侧有电气联系的架空线总长度50 km，电缆线路总长20 km。(5)工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，最大负荷利用小时数3000 h，日最大负荷持续时间为6 h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉车间属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压380 V，电气照明及家用电器均为单相，额定电压22

3、0 V。本厂负荷统计资料如表1所示。表1 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力2000.40.7照明50.812锻压车间动力4000.30.6照明50.813金工车间动力3000.80.65照明50.314工具车间动力3000.80.65照明50.315电镀车间动力3000.50.7照明100.816热处理车间动力1500.50.8照明50.917装配车间动力1500.40.75照明100.918机修车间动力1000.20.7照明30.719锅炉房动力500.80.7照明10.9110仓库动力100.30.8照明10.7111生活区照明5000.

4、80.9(6)电费制度本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制缴纳电费，每月基本电费按主变电器容量计为18元/kVA，动力电费为0.2元/kWh，照明（含家电）电费为0.5元/kWh，工厂最大负荷时的功率因素不得低于0.9。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门缴纳供电贴费：610 kV为800元/kVA。1.2 要完成的内容根据题目给出的工厂统计表，计算出其计算负荷，再根据10kV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9，选取合适的补偿容量电容器，计算出补偿后的各项负荷,对变压器进行选型。最后，画出主接线图。2 设计课题的计算与分析2.1

5、 计算的意义计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定的是否合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济。如果计算负荷选择的过大，会造成有色金属的浪费。如果选择的过小，会使电器和导线电缆处于过负荷运行，增加电能损耗，产生过热，将导致绝缘老化甚至引起火灾。2.2 负荷计算2.2.1单组用电设备的计算负荷以铸造车间负荷类型为动力的设备为例：(1)有功计算负荷Pjs=KdPe式中Kd需要系数；Pjs有功计算负荷（kW）Pe该用电设备组的设备功率。(2)无功计算负荷 Qjs=Pjstan式中Qc无功计算负荷（kvar）(3)视在计算负荷Sjs=PJScos(4)计算电流Ijs=SJS3UN式中UN

6、用电设备的额定电压(单位为kV)同理，对于负荷类型为照明的设备的计算负荷可由以上公式求得，计算结果见附录表3所示。2.2.2 对于多组用电设备的计算负荷(1) 有功计算负荷(单位为kW) Pjs=KpPjs.i式中 Pjs.i所有设备组有功计算负荷Pjs之和。Kp有功负荷同时系数，取0.90。(2) 无功计算负荷(单位为kvar)Qjs=KqQjs.i式中Qjs.i所有设备组无功Qjs之和 Kq无功负荷同时系数，取0.95。(3) 视在计算负荷(单位为kVA)Sjs=Pjs2+Qjs2(4) 计算电流(单位为A)Ijs=Sjs3UN经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，计算结果见附录表3所

7、示(额定电压取380V)2.3 无功功率补偿由附录表2可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.72，而供电部门要求该厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Qr.C=Qjs-QC'=Pjs(tan-tan')由上式得Qr.C=1317.78×tancos-10.72-tancos-10.92=708var变压器功率损耗：P=0.015PjsQ=0.06Qjs查工厂供电设计指导选择BW0.4-14-3型号的并联电容器，

8、采用其四种方案中方案2（主屏）2台与方案3（辅屏）6台相结合，总共容量为112kvar×2+84kvar×6=746kvar。无功补偿表如附录表4所示。2.4 变电所主变压器的选择2.4.1 主变压器型号的选择该变电所选用低损耗节能型变压器S9系列。2.4.2 主变压器台数的确定变压器台数的选择应考虑下列原则：(1) 满足用电负荷对可靠性的要求。在有一、二级负荷的变电所中，宜选择两台主变压器，当在技术经济上比较合理时，主变压器也可选择多于两台。三级负荷一般选择一台主变压器，如果负荷较大时，也可选择两台主变压器。(2) 对负荷变化较大宜采用经济运行方式的变电所，应选择两台变压

9、器。(3) 在选择变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有扩建增容的余地。在该变电所中有二、三级负荷，考虑以上原则选用两台主变压器。2.4.3 主变压器容量的确定当装有两台主变压器时，任意一台主变压器容量SN应同时满足下列两个条件：任一台变压器单独运行时，应能满足全部一、二级负荷SNT0.60.7Sjs=894.881044.03kVASNTSc+=398.61kVA查S9系列低损耗节能型变压器技术参数可选择容量为1000kVA的变压器。综上所述，该变电所应选择主变压器为S9-1000/10型，其高压分接范围为，联结组号为Yyn0(即高低压绕组都为星型接法)。2.5 短路电流的计算2.

10、5.1绘制短路电路短路电路如图2所示图2 短路计算电路2.5.2短路电流的计算设基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=1.05UG，高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则：Id1=Sd3Ud1=1000MVA3×10.5kV=5.5kAId2=Sd3Ud2=1000MVA3×0.4kV=144kA2.5.3计算短路电路中个元件电抗标幺值(1)电力线路X1*=100MVA700MVA=0.14(2)架空线路查表得LGJ-70导线的单位阻抗为0.36km，线路长7km，则X2*=x0lSdUG2=0.36×7×100MVA10.5kV2

11、=2.29(3)电力变压器查表得S9-10/0.4型低损耗配电变压器Yyn0型接线时UK%=4.5，则：X3*=UK%Sd100SN=4.5100×100MVA1000kVA=4.52.5.4画出等效电路图如图所示绘制等效电路如图3所示。图3 等效电路(1)计算K1点短路电流总电抗标幺值：XK1*=X1*+X2*=0.14+2.29=2.43三相短路电流分量有效值：IK1*=Id1XK1*=5.5kA2.43=2.26kA三相短路容量：SK1"=SdXK1*=100MVA2.43=41.15MVA其他短路电流：ip3=2.55×2.26=5.76kAIp3=1.5

12、1×2.26=3.41kA(2)计算K2点短路电流总电抗标幺值：XK2*=X1*+X2*+X3*2=0.14+2.29+4.52=4.68三相短路电流分量有效值：IK2*=Id2XK2*=144kA4.68=30.77kA其他短路电流：ip3=2.26×30.77=69.54kAIp3=1.31×30.77=40.31kA3 设备选型3.1 10kV侧一次设备的选择校验根据短路计算结果，按照工程手册选择设备和开关电器，并进行校验，结果如表3所示：表2 10kV侧一次设备的校验选择校验项目额定电压额定电流断流能力动稳定性热稳定性地理位置参数参数UNIcIsh&quo

13、t;(3)I(3)2t数据10kV115.5A2.26kA5.76kA9.50一次设备型号规格额定参数UNINIocImaxI2tSN10-10/1000型断路器10kV1000A16kA40kA512GN19-10/400型隔离开关10kV400A31.5kA625RN2-10型熔断器10kV0.5A50kAJDJ-10型电压互感器10/0.1kVLQJ-10型电流互感器10kV100/5A综上表，所选电气设备均满足要求。3.2 高低压母线的选择根据计算数据，查手册得：10kV母线选LMY-3(40×4)型硬铝母线，即母线尺寸为40mm×4mm，380V母线选LMY-3(

14、120×10)+80×6型硬铝母线，即相母线尺寸为120mm×10mm，中性母线尺寸为80mm×6mm。3.3 变电所进出线的选择采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV干线。(1)按发热条件选择由Ic=2×10003×10=115.5A及室外环境温度20，查技术手册，初选LJ-25型，其20时允许载流量I=142A>IJS，满足发热条件。(2)校验机械强度根据技术手册，最小允许截面Amin=35mm，因此LJ-16型不满足机械强度要求，故改用LJ-35型。由于此线路很短，不需要校验电压损耗。3.4 变电所主结线图绘制本厂由附近一

15、条10 kV的公用电源干线取得工作电源，经过母线连接两台容量为1000kVA的变压器，两台变压器分别连接二级负荷和三级负荷。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房为二级负荷外，其余均属三级负荷。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。变电所主结线图如附录图4所示。4 小结计算工厂负荷，目的是确定工厂总的计算负荷从而确定该工厂需要补偿的无功容量。工厂无功功率的补偿是为了满足供电部门的要求。对工厂变电所主变压器台数、容量，型号进行选择，从而满足工厂负荷的要求。因为主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，所以结合电气主接线的四项基本原则可得出变电所主接线的设计方

16、案。通过本次课程设计，我加深了对变电所电气主接线知识的理解，基本掌握了变电所电气主接线设计的步骤，所学的理论知识很好的运用到了实际工程中。在具体的设计过程中，涉及了很多知识，知识的掌握深度和系统程度都关系到整个设计的完整性和完善性。正是这样有趣而且具有挑战性的任务，激发了我的兴趣，我会尽可能的搜罗信息，设计尽量合理的电气主接线，而这个过程，也是我学习进步的过程。因此本次设计不但是我对所学的知识系统化，也锻炼了我查找资料、分析信息、选择判断的能力。参考文献1 唐志平等.工厂供配电M.北京:电子工业出版社.2014.2 鞠萍.电力工程M.北京:机械工业出版社.2014.3 刘介才.工厂供电M.北京

17、:机械工业出版社.2013.4 刘介才.实用供配电技术手册M.北京:中国水利水电出版社,2014.附录：表3 各厂房和生活区的负荷计算表厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数tan计算负荷Pc/kWQc/kvarSc/kVAIc/A1铸造车间动力2000.40.70 1.02 80.00 81.62 114.29 173.64 照明50.81.00 0.00 4.00 0.00 4.00 10.50 2锻压车间动力4000.30.60 1.33 120.00 160.00 200.00 303.87 照明50.81.00 0.00 4.00 0.00 4.00 10.50 3金

18、工车间动力3000.80.65 1.17 240.00 280.59 369.23 560.99 照明50.31.00 0.00 1.50 0.00 1.50 3.94 4工具车间动力3000.80.65 1.17 240.00 280.59 369.23 560.99 照明50.31.00 0.00 1.50 0.00 1.50 3.94 5电镀车间动力3000.50.70 1.02 150.00 153.03 214.29 325.57 照明100.81.00 0.00 8.00 0.00 8.00 20.99 6热处理车间动力1500.50.80 0.75 75.00 56.25 93.75 142.44 照明50.91.00 0.00 4.50 0.00 4.50 11.81 7装配车间动力1500.40.75 0.88 60.00 52.92 80.00 121.55 照明100.91.00 0.00 9.00 0.00 9.00 23.