电力工程课程设计报告-第二组

word文档精品文档分享同济大学电气工程系课程设计任务书设计任务?电力工程?课程综合设计专业班级电气工程及其自动化组别第二组组长XXX榕雄1152311指导教师X明锐word文档精品文档分享时间：2021年11月17日～2021年11月28日word文档精品文档分享目 录第一局部设计要求3一、设计内容3二、设计成果3三、设计根底资料4四、具体要求5第二局部设计书简要介绍6第三局部主接线方案的选择7第四局部主变压器的选择8第五局部电气元件的选择及校验9一、低压母线的选择及校验9二、导线截面的选择10三、高压断路器的选择及校验10四、低压断路器的选择10第六局部功率因数的补偿11第七局部 10kV断路器的控制回路12一、就地手动合闸12二、远方遥控合闸13三、就地手动跳闸14四、远方自动跳闸15五、防“跳跃〞闭锁16第八局部平面布置图17第九局部计算局部18一、负荷容量的计算18二、短路电流的计算18三、母线的热稳定性校验19四、母线的动稳定性校验19五、功率因数补偿19第十局部参考文献20第十一局部组员分工及心得21一、组员分工21二、组员心得211、1152311X榕雄的心得212、1152317应承伟的心得213、1152325X元晖的心得224、1152326王腾的心得225、1152328邓小轩的心得22word文档精品文档分享第一局部设计要求一、设计内容1．根据负荷要求和容量资料，设计变电所的主接线方案。2．负荷计算，确定变压器容量。3．计算并选择母线及导线截面。4．计算系统功率因数，设计功率因数补偿方案，使其能够满足最大补偿容量下功率因数可以到达0.98，设计为3级投切。5．设计10kV断路器的控制回路，能够满足远动和就地两种控制模式，就地控制具有优先权。6．短路电流计算：〔1〕为保证变电所选用的设备，在短路故障状态时的平安，采用三相短路时的电流进展校验。〔2〕使用三相短路电流计算数据，校验断路器的开断容量，母线的动稳定性和热稳定性。设计变电所的远动监控系统：〔1〕设计监控系统构造图；〔2〕设计监控系统的遥信功能与信息量表；〔3〕设计监控系统的遥测功能与信息量表；〔4〕设计监控系统的遥控功能与信息量表。设计变电所设备的平面布置图，以实际变电所平面尺寸为参考。二、设计成果设计说明书一份1〕说明要求书写整齐，条理清楚、表达正确、语言简洁。2〕扼要说明设计内容、论证各设计内容的最终成果并附必要图表。2.计算书一份1〕计算书内容：为各设计内容最终成果确实定提供依据所进展的技术分析、论证和定量计算，如供电线路导线的选择、短路电流的计算、电气设备的选择等。2〕计算书要求：计算无误，分析论证过程简单明了，各设计内容结果列表汇总。图纸：要求用标准符号绘制，布置匀称、设备图形按比例大小适宜，清晰美观。1〕变电所主接线图一X2〕变电所布置图一X3〕变电所监控系统图一X〔2选1〕4〕断路器控制回路图一X〔2选1〕word文档精品文档分享三、设计根底资料1、变电所设备和容量清单；设备编号设备名称额定容量运行要求1电加热炉20kW分5，5，10三档投切2电动发电机组5kVA直流发电机组3电抗器5kVar分2组4电容补偿柜20kVar分4组2、设备布置方案参考平面图：1.29m0.8m0.8m0.8m1.1m0.8m0.8m0.8m0.92mm.0m5.1m59.1m5.1m.01m1m0.8m0.8m0.8m0.8m0.8m1.11m1m8.11m3、断路器控制二次原理图〔参考〕word文档精品文档分享L11RD2RD熔断器D10-11LWTAQFD23-25远方就地103就D19D2034C2C11021011331地分闸107-U1远222234方D12XFHA109D21D2211就12A2A1-U1地合闸QF2425远方D13word文档精品文档分享HWRWUWBWCAQF1112124合闸信号D14QF113分闸信号4142D1584QF11581故障信号D16CH117B3储能及D17B1储能信号119B2Mword文档精品文档分享四、具体要求1、时间节点：1〕2021年11月17日：设计任务书发布，班长负责分组通知和任务书下达，同学2天内熟悉任务书内容。2〕2021年11月19日上午10点至11点30分，A404教室，指导教师讲解任务书内容，设计答疑。3〕2021年11月19日下午1：30～5：00，电信楼140电气工程系综合实验平台现场实践，动手操作熟悉设备及设计内容，答疑，记录，现场设计。4〕2021年11月20日～2021年11月25日，同学分组讨论设计阶段。5〕2021年11月26日8：30～11：30，下午1：30～4：00电信楼140电气工程系综合实验平台实验室开放，指导教师现场答疑，设计指导、带电操作验证设计计算结果。6〕2021年11月28日8：00～11：30，A404教室，设计交流，指导教师总体讲解，同学分组讲解设计成果。7〕2021年11月29、30日，设计报告撰写提交。8〕2021年11月30日，17：00为报告提交截止时间。评分参考：评分工程出勤及操作内容完整度设计深度图表规X内容讲解分值比例30%20%10%10%30%word文档精品文档分享第二局部设计书简要介绍10kV配电网属中压配电网，它延伸至用电负荷的中心或居民小区内，直接面对工矿企业和居民等广阔用户的供电需要，起着承上启下确保用户供电的作用，因此10kV配电网所处的地位十分重要。在配电工程中，能否保证系统平安、经济可靠地运行，工程的设计质量是一个重要的条件。在实验室模拟的情况下，就是首先通过升压变压器将220V的工频电流升到10kV的高压，然后经过模拟长距离输电的等效阻抗到降压变压器，降到380V后传输到负载。上面的设计指导书就要求我们设计一个实验室模拟情况下的10kV变电站系统。整个系统涉及到负荷容量、短路电流的计算，主接线方式、母线、导线以及变压器、断路器的选择，还有无功功率的补偿、远动监控系统的设计等等。根据10kV变电站的特性，本次设计只涵盖了从高压10kV开场经过变压器降到380V并传送到负载这一局部，并从主接线选用、短路电流、设备选型、继保配置、设备布置、配网自动化等方面论述了10kV变电站设计的主要内容和设计程序。关键词：电气主接线，无功补偿，断路器回路，短路电流计算word文档精品文档分享第三局部主接线方案的选择在发电厂和变电所中，发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电器设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，按其功能要求组成的接收和分配电能的主回路，叫做电气主接线。电气主接线的正确与否对电力系统的平安、经济运行，对电力系统的稳定和调度的灵活性，以及电器设备的选择等等都有重大影响。在选择电气主接线时，应注意电压等级、进出线回路数、负荷性质等条件，并应满足可靠性、灵活性、经济性以及先进性等要求。考虑到是380V低压侧需要安置母线，且出线只有4回时，从经济的角度出发初步考虑单母线接线和单母线分段。由于单母线分段比单母线接线可靠性更好且在今后的可扩建性上比单母线接线更方便，故最终我们组选择单母线分段的主接线方案。10kV电源1#2#LA-10kV干式户内电流传感器RN2-10/0.5-15户内高压熔断器ZN63A〔VS1〕-12手车式高压真空断路器SCB10-50kVA/10kV/0.4kV环氧树脂浇注干式变压器SH204-C40低压断路器380V母线ⅠⅡSH204-C40低压断路器LMZJ1-0.5低压电流互感器20kVar电容补偿柜M5kVar电抗器5kVA电动发电机组20kW电加热炉电容补偿柜电抗器电动发电机组电加热炉word文档精品文档分享第四局部主变压器的选择主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的构造。假设主变压器容量选择过大，会使变电设备能力无法充分利用，不仅造成投资浪费，还会引起运行费用的增加；反之，假设主变压器容量选择过小，那么会无法满足负荷的供电需求，也会影响发电机的发电能力。由负荷计算可得负荷容量为27.70kVA，主变压器的负载率取0.65，故变压器的额定容量应不小于42.62kVA〔27.70/0.65=42.62〕。目前，国家的标准容量〔单位：kVA〕为：30,50,63,80,100,125,160,200,250,315,400,500,630,800,1000,1250,1600,2000，此外主变压器的容量一般按变电所建成5~10年的规划负荷选择，故主变压器容量初步确定为50kVA。考虑到实验室模拟情况下的负荷为三级负荷，一台50kVA主变压器即可满足要求。容量确定后，从以下几个方面确定变压器的型式：一、相数确实定由于330kVA及以下变电所的主变压器假设无特殊情况均应采用三相变压器，此次10kVA变电站主变压器采用三相变压器。二、绕组数及连接方式确实定采用三绕组及yn联结方式三、调压方式确实定由于负载容量不大，投切负载时不会产生大的电压波动，应选择无励磁调压方式。四、冷却方式确实定由于是室内变压器，考虑到平安因素，采用空气自冷或风冷的方式。因此选择SCB10-50kVA/10kV环氧树脂浇注干式变压器SCB10-50KVA/10KV环氧树脂浇注干式变压器型号参数规格商标华恒型号SCB10-50kVA构造形式环氧树脂浇注干式电力变压器绕组数三相规格容量50kVA电压等级10-0.4(kV)冷却方式AN/AF调压方式无励磁调压联接组标号Dyn11/Yyn0短路阻抗4%word文档精品文档分享第五局部电气元件的选择及校验一、低压母线的选择及校验word文档精品文档分享由公式IcSc可得低压侧负荷电流Ic=42.09A，其中线电压U取低压侧word文档精品文档分享3Uword文档精品文档分享380V。由于铜母线比铝母线的导电性能好很多， 因此选择铜制母线。由下表选择单TMY-153铜母线，该母线能持续通过的平安电流为210A，比负荷电流42.09A大，可满足长期发热要求；下面进展母线的动热稳定性校验母线的热稳定校验母线的最小截面积Smin11.95mm2母线的实际截面积S31545mm2，满足热稳定条件SSmin。母线的动稳定校验导体最大相间应力ph0.12106Paword文档精品文档分享查资料可知硬铜的最大允许应力al170106Pa，满足动稳定条件为word文档精品文档分享phal。word文档精品文档分享二、导线截面的选择一般铜线平安计算方法是：2.5平方毫米铜电源线的平安载流量－－ 28A。4平方毫米铜电源线的平安载流量－－35A。6平方毫米铜电源线的平安载流量－－48A。10平方毫米铜电源线的平安载流量－－65A。16平方毫米铜电源线的平安载流量－－91A。25平方毫米铜电源线的平安载流量－－120A。故铜导线的截面积选择10mm2三、高压断路器的选择及校验根据高压侧的电压选择额定电压为10kV的断路器，我们初步选择ZN63A〔VS1〕-12型系列户内高压真空断路器。由下列图可得该断路器的开断容量为415MVA，大于三相短路容量1.18MVA，故满足要求。四、低压断路器的选择低压侧根据低压侧电压选择额定电压为380V的SH204-C40断路器。断路器额定电流=1.2～2倍计算电流。根据被保护负载的不同，小型断路器具有不同的保护特性:B型曲线脱扣特性:瞬时脱扣X围(3~5)In，用于保护短路电流较小的负载 (如电源、长电缆等)C型曲线脱扣特性:瞬时脱扣X围(5~10)In，用于保护常规负载和配电线缆D型曲线脱扣特性:word文档精品文档分享瞬时脱扣X围(10~14)In，用于保护起动电流大的冲击性负载变压器等)。因此选择D型曲线的过电流脱扣器。(如电动机，word文档精品文档分享第六局部功率因数的补偿按系统的最小的功率因数，即只有电动发电机组和电抗器投入使用，此时功率因数cos044.72%，为了将功率因数补偿到0.98，此时补偿功率Q0C7.2kVar，即投入两组补偿电容即可。按最大功率因数，即电加热炉、电动发电机组以及电抗器都投入使用，word文档精品文档分享cos186.6%，word文档精品文档分享为了将功率因数补偿到0.98，此时补偿功率Q1C9.05kVar，也只需要投入word文档精品文档分享两组补偿电容。word文档精品文档分享第七局部 10kV断路器的控制回路一、就地手动合闸步骤：1.控制开关S旋至“就地〞位置、遥控压板XB2翻开，2.按下控制开关“SA合〞，(+W)―S―SA合―KCFV2―K3―QF2―YC―〔-W〕接通,断路器合闸，QF1闭合、触点QF2断开，4.〔+W〕―K7―HR―QF1―YT―〔-W〕接通，于是红灯发光，说明断路器处于合闸状态，5.同时合闸位置继电器K7也励磁动作，发出合闸信息。word文档精品文档分享二、远方遥控合闸步骤：1.控制开关S旋至“远方〞位置、遥控压板 XB2接通,〔+W〕―S―XB2―K2―R―〔-W〕接通，2.K2励磁并动作，发出可进展操作信息，通过远方合闸继电器K5动作，使其常开触点K5闭合，(+W)―S―XB2-K5―KCFV2―K3―QF2―YC―〔-W〕接通，断路器合闸以下与就地手动合闸一样。word文档精品文档分享三、就地手动跳闸步骤：1.控制开关S旋至“就地〞位置、遥控压板XB2翻开,按下控制开关“SA跳〞，〔＋W〕―S―SA跳―K1―(-W)接通，2.K1励磁并动作，其常开触点闭合，〔+W〕―K1―KCF1―QF1―YT―〔-W〕接通，断路器跳闸，3.QF1断开，切断跳闸线圈YT的电源；QF2闭合，绿灯HG发光，说明断路器处于跳闸状态，跳闸位置继电器K6动作发出跳闸信息。word文档精品文档分享四、远方自动跳闸步骤：1.控制开关S旋至“远方〞位置、遥控压板XB2接通,〔+W〕―S―XB2―K2―R―〔-W〕接通，word文档精品文档分享2.K2动作，发出可进展操作信息，通过远方跳闸继电器K4动作，使其常开触点word文档精品文档分享K4闭合，word文档精品文档分享K1励磁并动作，其常开触点闭合，〔+W〕―K1―KCF1―QF1―YT―〔-W〕接通，断路器跳闸，QF1断开，切断跳闸线YT的电源；QF2闭合，绿灯HG发光，说明断路器处于跳闸状态，跳闸位置继电器K6动作发出跳闸信息。word文档精品文档分享五、防“跳跃〞闭锁原理：1.当操作断路器跳闸时，电流线圈KCFⅠ励磁，其常开触点KCFⅠ1和KCFⅠ2闭合。2.当合闸于故障的线路并出现控制开关“SA〞正电源持续存在时,电压线圈KCFV启动，其常闭触点KCFV2断开，切断了合闸回路，防止断路器的再次合闸。word文档精品文档分享m6.0m56.1m5m.96.1m56.1m6.0第八局部平面布置图1.29m0.8m0.8m0.8m1.1m0.8m0.8m0.8m0.92m0.38kV升压10kV10kV降压0.38kV监控柜进线柜变压器柜开关柜传输线路柜变压器柜出线柜进线柜电加热电动发电电抗器柜电容炉柜机组柜补偿柜1m1m0.8m0.8m0.8m0.8m0.8m1.11m1m8.11mword文档精品文档分享第九局部计算局部一、负荷容量的计算电加热炉：P=20kW，Q=Ptan200.295.83kVar(功率因数取0.96)；电动发电机组：PScos50.84kW,QSsin50.63kVar(功率因数取0.8)；根据负荷计算，SP2Q2，按最大负荷计算，P=20+4=24kW，Q=5.83+3+5=13.83kVar，故S=27.70kVA，此时功率因数为cos=0.866；S=42.09A，其中线电压U取低压侧380V。负荷电流Ic3U二、短路电流的计算在算低压侧短路电流时通常采用有名值法计算，即将各电气参数归算到低压侧0.4kV〕网络内，然后相加求出总阻抗。由于等效短路电路中的电抗远大于电阻，所以往往就用总电抗直接代入总阻抗中计算。短路电流计算公式UpUp，其中Up为低压侧的电压平均值，Xd为折算到低I3Xd3Rd2Xd2压侧的电抗。由于高压侧系统容量折算后的低压电抗、高压侧阻抗〔包括断路器、刀开关的等效阻抗〕折算后的低压阻抗以及变压器的电阻相对于变压器的电抗来说可以忽略不计，故XdXBu%Up20.044002，其中XB为变压器的电抗。Se50103代入后可得三相短路电流I=1.80kA。冲击系数Kch取1.8短路冲击电流ish2KI21.81.80kAsh4.61短路冲击电流有效值IshI12(Ksh1)21.80121.8121.801.512.73kAword文档精品文档分享三相短路容量S3 Up I1.18MVAword文档精品文档分享三、母线的热稳定性校验取短路持续时间为tjx1.2s，由铜母线的热稳定校验公式SminItjx得165母线的最小截面积SminItjx1.801031.211.95mm2165165四、母线的动稳定性校验单位长度导体所受相间电动力fph1.73107121.7310-71329.19N/mish4.611010.4其中ish为三相短路冲击电流，为相间距离，取0.4m，为动态应力系数；导体最大相间应力fphL29.191.220.12106Paph101.0710-510W为导体的截面系数，由于导体布置方式为单条平放，故bh20.010.08210-53。W61.07m6五、功率因数补偿按系统的最低的功率因数，即只有电动发电机组和电抗器投入使用，P050.84kW，Q050.658kVar，cos044.72%，为了将功率因数补偿到0.98，此时补偿功率Q0CP0(tan0tan)42-0.27.2kVar;按最大功率因数，即电加热炉、电动发电机组以及电抗器都投入使用，word文档精品文档分享P1=24kW，Q1=13.83kVar，cos186.6%，word文档精品文档分享为了将功率因数补偿到0.98，此时补偿功率word文档精品文档分享Q1CP1tan1tan24 0.5770.209.05kVar。word文档精品文档分享第十局部参考文献同济大学.工厂供电[M].XX：，2021-5-1：332-334鞠平.电力工程[M].：机械工业，2021-07陈珩.电力系统稳态分析[M].：中国电力，2007西北电力XX.电力工程设计手册[M].XX：XX人民，1972-03徐永根.工业与民用配电设计手册[M].：水利电力，1994吴文传,X伯明,孙宏斌.电力系统调度自动化[M].：清华大学，2021word文档精品文档分享第十一局部 组员分工及心得一、组员分工1152311X榕雄：相关资料的收集和整理，计算过程验证与结果校验，设计书的整理。1152317应承伟：负荷、功率因数、无功功率补偿以及短路电流的计算，母线动热稳定性的校验，主接线方案确实定，母线及导电截面的选择，PPT的制作，设计书的撰写。1152325X元晖：变电所资料的收集与整理，计算结果的校验，PPT的制作与排版，设计书的整理与排版。1152326王腾：变压器，断路器的选型与确定，控制回路确实定及绘图，主接线图以及平面布置图的制作，PPT的整理，最终辩论，设计书的撰写与整理。1152328邓小轩：设备资料的收集与整理，相关计算结果的校验，设计书的整理。二、组员心得1、1152311X榕雄的心得本次电力系统的课程设计我主要负责的是前期资料的搜集和整理，中期配合组员完成计算过程，以及后期的报告整理。在刚接到课程任务书的时候，我们组里的人对这些要求和内容都感觉既陌生又熟悉，虽然曾经在电力系统课上接触过相似的内容，但是这样的实际设计题还是第一次。我主要负责的是到图书馆借阅相关的书籍，特别是我们同济大学自己编的工厂供电一书，以及到网上查阅相关资料，为接下来的设计和计算做好准备工作。由于在准备考研，我必须说自己的大局部时间都花在了复习考研上，所以在中期的计算过程中，我只能用自己在电路理论这门考研课上比拟熟悉的知识来协助组内的成员完成相关计算。由于我在电力系统这门课上学习的知识比拟结实，有时候也帮助组内成员理解一些相关概念。在后期的报告撰写上，我帮助完成了报告的整理，减轻了组员的负担，在辩论的根底上对计算结果和设计结果做了一些改良。总体来说，这次课程设计的收获很大，很感谢系里给了我们这样的一次时机能亲身实践和设计，使得知识和实践相结合，这一过程也离不开X教师一路上的指导。最后，由于自己还要忙于考研，对于时间分配和管理的能力也得到了提升，并且要对组内的王腾和应承伟两位同学表示感谢，因为他们完成了这次课程设计的很多工作。而我自己也十分希望以后能继续深入学习电力系统。2、1152317应承伟的心得word文档精品文档分享本次课设我主要负责资料的整理、设计方案确实定、ppt以及报告的制作等。刚拿到这个设计说明书时，我就把里面的要求仔细的研读了一遍。发现很多东西都可以在课本上找到，所以我当时就挺放心的。但是随着工程的进展，我发word文档精品文档分享现也就主接线的设计比拟容易，因为负载少且电压等级低。但是从负荷容量的计算和电压器容量确实定开场我们就开场出问题了。首先负荷容量的计算我对那些负载应该参与计算不确定，而在算的过程中也经常忘记了某一负载的无功或者有功功率。在负荷容量确定后，我们在变压器的容量确定上也犯了很大错误，忘了变压器的额定电压是分等级的，而不是想定在多少就定在多少。还有就是无功的补偿，从这次设计中我们知道了实际中的补偿并不是单纯的计算，还要考虑负载的负荷率。只有在考虑了负载的平均负荷率后再考虑无功补偿才有意义。在短路点计算方面我也收获不少，在电气设备的选择方面我体会到了团队协作的重要性，小组成员对于相关设备型号确实定给了我很大帮助。断路器回路的设计这一要求让我对断路器的控制及信号回路的工作原理有了一个深入的了解，而一些图形的初步绘制也让我解除了一些绘图软件。总之，这次小设计让我对电力系统设计有了一个全新的认识，对其中的一些细节也有了较深的了解，这对于我们缺乏实际操作动手能力的在校大学生在知识及能力方面是一个很好的补充。3、11