電力工程課程設(shè)計(jì)

電力工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告1 設(shè)計(jì)原始題目1.1具體題目1.1.1 工廠生產(chǎn)任務(wù)、規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格本廠承擔(dān)某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)各附屬廠的大型電機(jī)、變壓器、鍋爐配件制造任務(wù)。年生產(chǎn)規(guī)模為制造大型電機(jī)配件7500臺(tái)，總?cè)萘繛?5萬kW，制造電機(jī)總?cè)萘?萬kW，制造電機(jī)最大容量為5520kVA；生產(chǎn)電氣配件60萬件。本廠為某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)重要組成部分。1.1.2 工廠各車間負(fù)荷情況及轉(zhuǎn)供負(fù)荷情況工廠各車間負(fù)荷情況及轉(zhuǎn)供負(fù)荷情況表2所示。1.1.3 供電協(xié)議當(dāng)?shù)毓╇姴块T提供兩個(gè)電源，供設(shè)計(jì)者選用。從某220/35kV區(qū)域變電所提供電源，該變的所距廠南10km。從某220/35kV區(qū)域變電所提供電源，該變電所距廠南5km。電力系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)如表1所示。表1 電力系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)電源編碼電源來源母線電壓U(kV)短路容量距離(km)繼電保護(hù)整定時(shí)間(s)A區(qū)域變電所35600280101.8B某變電所3525015051.11.1.4 供電部門提出的技術(shù)要求(1) 區(qū)域變電所35kV饋出線定時(shí)限過電流保護(hù)整定時(shí)間為1.8s，某變電所35kV饋出線過電流保護(hù)整定時(shí)間為1.1s。(2) 工廠最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得低于0.9。(3) 在總降壓變電所35kV側(cè)進(jìn)行計(jì)量。(4) 供電貼費(fèi)為700元/(kVA)，每月電費(fèi)按兩部分電價(jià)制：基本電費(fèi)為18元/(kVA)，動(dòng)力電費(fèi)為0.4元/(kVA)，照明電費(fèi)為0.5元/(kVA)。(5) 工廠負(fù)荷性質(zhì)。本廠大部分車間為一班制，少數(shù)車間為兩班制或三班制，年最大有功負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為2300h。鍋爐房供生產(chǎn)用高壓蒸汽，停電會(huì)使鍋爐發(fā)生危險(xiǎn)，又由于該廠距離市區(qū)較遠(yuǎn)，消防用水需要廠方自備。鍋爐房供電要求有較高的可靠性，其中60%為一、二級(jí)負(fù)荷。(6) 工廠自然條件。 氣象資料。年最高氣溫31，年平均氣溫20，年最低氣溫-27年最熱月平均最高氣溫31，年最熱月地下0.71m處平均溫度20，常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)。年雷暴日37天。 地質(zhì)水文資料。平均海拔31m，地層以沙質(zhì)粘土為主且可耕地，自然接地電阻10，地下水位35m，地耐壓力為20t/m2。1.2 要完成的內(nèi)容(1) 負(fù)荷計(jì)算。(2) 變壓器型號(hào)的選擇。(3) 電氣主接線設(shè)計(jì)。(4) 供配電線路設(shè)計(jì)。2 設(shè)計(jì)課題的計(jì)算與分析 2.1 計(jì)算的意義電力系統(tǒng)中的各種用電設(shè)備由供電系統(tǒng)汲取的功率(電流)視為電力負(fù)荷。實(shí)際負(fù)荷通常是隨機(jī)變動(dòng)的。選取一個(gè)假想的持續(xù)性的負(fù)荷，在一定時(shí)間間隔和特定效應(yīng)上與實(shí)際負(fù)荷相等。這一個(gè)計(jì)算過程就是負(fù)荷計(jì)算。這一個(gè)假想的持續(xù)性的負(fù)荷就稱為計(jì)算負(fù)荷。計(jì)算負(fù)荷是用于按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的依據(jù)。按計(jì)算負(fù)荷選擇電力電壓器、高低壓電器和電線電纜，當(dāng)系統(tǒng)在正常持續(xù)運(yùn)行時(shí)，其發(fā)熱溫度不致超出允許值，或不影響其使用壽命。計(jì)算負(fù)荷是供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的基本依據(jù)。如果計(jì)算負(fù)荷確定過大，將使電器和導(dǎo)線截面選擇過大，造成投資和有色金屬的浪費(fèi)；如果計(jì)算負(fù)荷確定過小，又將使設(shè)備和導(dǎo)線選擇偏小，造成運(yùn)行時(shí)過熱，增加電能損耗和電壓損失，甚至使設(shè)備和導(dǎo)線燒毀，造成事故。2.2 詳細(xì)計(jì)算2.2.1 負(fù)荷計(jì)算有功計(jì)算負(fù)荷為 (2.1)其中，為需要系數(shù)，為用電設(shè)備組的設(shè)備容量。無功計(jì)算負(fù)荷為 (2.2)其中，為對(duì)應(yīng)于用電設(shè)備組的正切值。視在功率計(jì)算負(fù)荷為 (2.3)其中，為用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)。由式2.1、式2.2、式2.3計(jì)算得各車間計(jì)算負(fù)荷。各車間計(jì)算負(fù)荷如表2所示。表2 各車間計(jì)算負(fù)荷序號(hào)車間名稱設(shè)備容量(kW)需要系數(shù)計(jì)算負(fù)荷KdcostanPc(kW)Qc(kvar)Sc(kVA)1電機(jī)修理車間22500.250.770.82562.5461.3730.511900.20.531.58238.0376.0449.06500.350.551.51227.5343.5413.62機(jī)械加工車間5200.60.60.85312.0265.2520.05700.350.80.78199.5156.5250.08800.250.51.61220.0354.2440.03新產(chǎn)品試驗(yàn)車間3000.750.750.88225.0198.0300.03400.560.750.88190.4167.5253.01600.570.740.991.282.0123.06500.560.840.64364.0233.0433.04原料車間5700.650.780.8370.5296.4475.023000.30.80.75690.0517.5862.55備件車間7000.640.760.85448.0380.8589.55280.350.760.85184.8157.8157.06鍛造車間36000.80.80.782880.02246.43600.0總的有功計(jì)算負(fù)荷為 (2.4)其中，為同時(shí)系數(shù)，各設(shè)備組的有功計(jì)算負(fù)荷之和。總的無功計(jì)算負(fù)荷為 (2.5)其中，為同時(shí)系數(shù)，各設(shè)備組的無功計(jì)算負(fù)荷之和?？偟囊曉谟?jì)算負(fù)荷為 (2.6)由式2.4、式2.5、式2.6計(jì)算得10kV母線的計(jì)算負(fù)荷為(取，) 最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)為 (2.7)由式2.7計(jì)算得 2.2.2 功率補(bǔ)償補(bǔ)償?shù)臒o功功率 (2.8)其中，為補(bǔ)償后用電設(shè)備組的正切值。根據(jù)本廠變電所負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果可知：35kV側(cè)的功率因數(shù)為，現(xiàn)利用并聯(lián)電容器補(bǔ)償，假設(shè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)為由式2.8得補(bǔ)償?shù)臒o功功率為 = 6483.06tan(arccos0.74)tan(arccos0.94)= 3565.68 kvar補(bǔ)償后低壓側(cè)總的無功計(jì)算負(fù)荷為 (2.9)由式2.9計(jì)算得補(bǔ)償后低壓側(cè)總的無功計(jì)算負(fù)荷為補(bǔ)償后低壓側(cè)總的視在計(jì)算負(fù)荷為 (2.10)由式2.10計(jì)算得補(bǔ)償后低壓側(cè)總的視在計(jì)算負(fù)荷為變壓器有功損耗為 (2.11)變壓器無功損耗為 (2.12)其中，為低壓側(cè)母線的視在計(jì)算負(fù)荷。由式2.11、式2.12計(jì)算得變壓器損耗為則補(bǔ)償后35kV母線處計(jì)算負(fù)荷為 2.3 主變壓器的選擇2.3.1 變壓器臺(tái)數(shù)的選擇由設(shè)計(jì)要求可知，本廠60%負(fù)荷為一、二級(jí)負(fù)荷，為滿足供電可靠性要求，采用兩路電源供電，一路工作，一路備用，故選擇兩臺(tái)主變壓器，便于維修和檢修。2.3.2 變壓器容量的選擇裝有兩臺(tái)主變壓器的變電所，每臺(tái)主變壓器的容量應(yīng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：(1) 任一變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，宜滿足總計(jì)算負(fù)荷的大約60%70%的需要，即 (2.13)(2) 任一變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷的需要，即 (2.14)由式2.13計(jì)算得 由式2.14計(jì)算得因此每臺(tái)主變壓器的容量應(yīng)選6300 kVA 。經(jīng)過以上的計(jì)算，應(yīng)選用兩臺(tái)35/10kV，額定容量為6300kVA的S116300/35變壓器。 2.4 短路電流的計(jì)算2.4.1 計(jì)算短路電流的目的計(jì)算短路電流的目的主要是正確選擇和檢驗(yàn)電器、電線電纜及短路保護(hù)裝置。三相對(duì)稱短路是用戶供電系統(tǒng)中危害最嚴(yán)重的短路形式，因此，三相對(duì)稱短路電流初始值是選擇和檢驗(yàn)電器、電線電纜的基本依據(jù)。在檢驗(yàn)電器及載流導(dǎo)體的電動(dòng)力穩(wěn)定和熱穩(wěn)定時(shí)，還要用到三相短路電流峰值、三相穩(wěn)態(tài)短路電流。2.4.2短路計(jì)算(1) 繪制計(jì)算電路短路計(jì)算電路如圖1所示。圖1 短路計(jì)算電路1) 確定基準(zhǔn)值取，高壓側(cè)，低壓側(cè)，則：2) 計(jì)算各元件的標(biāo)幺值電力系統(tǒng)架空線路查表得線路電抗，線路長(zhǎng)為l，故電力變壓器查表得S11-6300/35型低損耗配電變壓器Yyn0型接線時(shí)，故則等效電路如圖2所示。圖2 等效電路3) 計(jì)算k-1(38.5kV側(cè))的短路電流容量總電抗標(biāo)幺值三相對(duì)稱短路電流周期分量有效值則有其他短路電流三相短路容量4) 計(jì)算k-2(10.5kV側(cè))的短路電流容量?jī)膳_(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行情況下：總電抗標(biāo)幺值三相對(duì)稱短路電流周期分量有效值則有其他短路電流三相短路容量?jī)膳_(tái)變壓器分列運(yùn)行情況下：總電抗標(biāo)幺值三相對(duì)稱短路電流周期分量有效值則有其他短路電流三相短路容量2.4.3短路計(jì)算表表3 電源A短路計(jì)算表短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-13.413.413.418.705.15227.27k-2并聯(lián)5.295.295.299.735.7796.15分列3.373.373.376.203.6761.35表4 電源B短路計(jì)算表短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-12.832.832.837.224.27188.68k-2并聯(lián)4.894.894.899.005.3388.89分列3.203.203.205.893.4958.14所以，35kV側(cè)選用高壓斷路器SW2-35/1000，隔離開關(guān)JW4-40.5，高壓熔斷器RW10-35，電壓互感器JDXN2-35，電流互感器LCZ-35，避雷器FS4-35。10kV側(cè)選用高壓少油斷路器SN10-10 I /630，隔離開關(guān)GN-10T/200，電壓互感器JDJ-10，電流互感器LQJ-10，高壓熔斷器RN1-10，避雷器FS4-10。2.5 電氣主接線設(shè)計(jì)由于該變電所采用兩路電源供電，安裝有兩臺(tái)主變壓器，保證當(dāng)任一變壓器發(fā)生故障或檢修時(shí)，都不會(huì)中斷對(duì)I類負(fù)荷的供電。根據(jù)負(fù)荷要求，35kV側(cè)采取內(nèi)橋形式的主接線，靈活可靠。10kV側(cè)選用單母線分段接線，供電可靠。電氣主接線圖如附錄A所示。3 小結(jié)本設(shè)計(jì)采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。正確確定計(jì)算負(fù)荷具有重要意義。如果計(jì)算負(fù)荷確定過大，將使電器和導(dǎo)線截面選擇過大，造成投資和有色金屬的浪費(fèi)；如果計(jì)算負(fù)荷確定過小，又將使電器和導(dǎo)線運(yùn)行時(shí)增加電能損耗，并產(chǎn)生過熱，引起絕緣過早老化，甚至燒壞，以致發(fā)生事故。本設(shè)計(jì)根據(jù)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果為工廠總變電所選定了主變壓器型號(hào)，其中包括