電力工程課程設(shè)計(jì)電氣班邢樂晟

1、電力工程課程設(shè)計(jì)評(píng)語：考勤（10）守紀(jì)（10）設(shè)計(jì)過程（40）設(shè)計(jì)報(bào)告（30）小組答辯（10）總成績(jī)（100）專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣1203 姓 名： 邢樂晟 學(xué) 號(hào)： 201209810 指導(dǎo)教師： 李彥哲 蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院2015 年 7月17日電力工程課程設(shè)計(jì)某工廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)原始題目1.1工廠負(fù)荷情況本廠大多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)3500h，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為6h，該工廠鑄造車間、電鍍車間屬于二級(jí)負(fù)荷，其余為三級(jí)負(fù)荷。低壓動(dòng)力負(fù)荷為三相，額定電壓為380V；電氣照明為單相，額定電壓為220V。表1 工廠各車間負(fù)荷數(shù)據(jù)序號(hào)

2、廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量(S)/kW需用系數(shù)()功率因數(shù)1鍛壓車間動(dòng)力3500.30.65照明80.712工具車間動(dòng)力3600.30.6照明70.913鍋爐房動(dòng)力500.70.8照明10.814金工車間動(dòng)力4000.20.65照明100.815裝配車間動(dòng)力1800.30.7照明60.816倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力200.40.8照明10.817熱處理車間動(dòng)力1500.50.8照明60.718鉚焊車間動(dòng)力1000.60.8照明50.719烘房動(dòng)力500.80.8照明20.7110生活區(qū)照明照明2000.80.9注：生活區(qū)距供電所200m，生活區(qū)的照明負(fù)荷中含有家用電器。1.2供電電源情況 本廠從附近一條10kW

3、的公用電源干線取得工作電源，干線導(dǎo)線型號(hào)LGJ-150，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距1m，干線首端（電力系統(tǒng)的饋電變電站）距離本廠8km。干線首端斷路器容量為400MVA。此斷路器配備有定時(shí)限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過電流保護(hù)時(shí)間為1.7s。為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷要求，采用長(zhǎng)度為20Km架空線路取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長(zhǎng)為80Km,電纜線路總長(zhǎng)度為25Km。 變電所最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不低于0.9。 氣象資料：年最高氣溫為38，年最低氣溫-8， 年平均氣溫23，年最熱月平均氣溫33， 年最熱月地下0.8m處平均氣溫為25， 年雷暴日數(shù)為20日。2設(shè)計(jì)課題的計(jì)算與分析

4、2.1負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償2.1.1負(fù)荷計(jì)算 在負(fù)荷計(jì)算時(shí)，采用需要系數(shù)法對(duì)各個(gè)車間進(jìn)行計(jì)算，并將照明和動(dòng)力部分分開計(jì)算，照明部分最后和宿舍區(qū)照明一起計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下表所示：其中：;注：詳細(xì)計(jì)算過程見附錄B、附錄C。式中由于車間干線計(jì)算負(fù)荷直接相加起來計(jì)算，所以為有功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，取0.85 0.95；為無功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，取0.9 0.97。在本次計(jì)算中=0.95，=0.97。則全廠的計(jì)算負(fù)荷為：2.1.2無功功率補(bǔ)償由以上計(jì)算可得變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：。這時(shí)低壓側(cè)的功率因數(shù)為?？芍?，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷是的功率因數(shù)只有0.75.而供電部門要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷是功率因數(shù)

5、不應(yīng)該低于0.90?？紤]到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷是功率因素應(yīng)稍大于0.90，暫取0.92來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：無功功率補(bǔ)償公式：式中 補(bǔ)償前的自然平均功率因數(shù)對(duì)應(yīng)的正切值補(bǔ)償后的功率因數(shù)對(duì)應(yīng)的正切值所以無功功率補(bǔ)償容量為：則；變壓器的有功損耗則變壓器高壓側(cè)有功功率為734.2kW，無功功率為358.8kvar,則視在功率為817.2kV·A，功率因數(shù)為0.90滿足要求。2.1.3 無功補(bǔ)償裝置及其變壓器的選擇查工廠供電附錄表4（見384頁(yè)）可選擇BKMJ0.4-25-3型無功功率補(bǔ)償裝置，經(jīng)過反復(fù)計(jì)算選擇15臺(tái)就符合功率因數(shù)不小于0.

6、9的條件，考慮到實(shí)際電壓對(duì)補(bǔ)償容量的影響，將補(bǔ)償容量折算到額定電壓380V的容量為： 補(bǔ)償后母線的計(jì)算負(fù)荷及功率因數(shù)為：計(jì)算變電所變壓器一次側(cè)計(jì)算負(fù)荷估計(jì)變壓器功率損耗： 則變壓器高壓側(cè)有功功率為734kW，無功功率為326.95kvar,則視在803.5kV·A，功率因數(shù)為0.91滿足要求。2.2變壓器臺(tái)數(shù)及其容量的選擇2.2.1變壓器選型 考慮到變壓器在車間建筑內(nèi)，故選用低損耗的S9-800/10/0.4kV三相干式雙繞組電力變壓器。變壓器采用無載調(diào)壓方式，分接頭，聯(lián)接組別Dyn11，帶風(fēng)機(jī)冷卻并配置溫度控制儀自動(dòng)控制，帶防護(hù)外殼。2.2.2變壓器臺(tái)數(shù) 由于工廠總負(fù)荷容量較大，對(duì)

7、電源的供電可靠性要求較高，宜采用兩臺(tái)變壓器，以便當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障后檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器能對(duì)二級(jí)負(fù)荷繼續(xù)供電，故選兩臺(tái)變壓器。2.2.3變壓器容量 每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件： (1)任一臺(tái)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472.02550.69kVA (2)任一臺(tái)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=218.95kVA所以每臺(tái)變壓器的容量為800kV 2.3變電所主接線方案設(shè)計(jì)2.3.1變壓器一次側(cè)主接線 在前面選擇變壓器時(shí)選擇2臺(tái)主變壓器，且本廠可由附近一條10kV的公用電源干線取得工作電源；為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由

8、鄰近的單位取得備用電源。所以采用一用一備的運(yùn)行方式，故變壓器高壓側(cè)采用單母線接線，而低壓側(cè)采用單母線分段接線。室外母線一般用軟導(dǎo)線如鋁絞線LJ或鋼芯鋁絞線LGJ，室內(nèi)采用硬母線，又稱匯流排，有硬鋁排(LMY)、硬銅排(TMY)兩種。該變電所高壓母線在室內(nèi)，故選用硬母線。查表得到，10kV母線選LMY-3(404mm),即母線尺寸為40mm4mm的矩形母線；0.4kV母線選LMY-3(806mm)+1(304mm)，即相母線尺寸為80mm6mm，而中性線母線尺寸為30mm4mm。該方案根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T的要求，兩路電源均設(shè)置電能計(jì)量柜，且設(shè)置在電源進(jìn)線主開關(guān)后。變電所采用直流操作電源，為監(jiān)視工作電

9、源和備用電源的電壓，在母線上和備用進(jìn)線斷路器之前均安裝有電壓互感器。當(dāng)工作電源停電且備用電源電壓正常時(shí)，先斷開工作電源進(jìn)線斷路器，然后接通備用電源進(jìn)線斷路器，由備用電源提供所有負(fù)荷。備用電源的投入方式可采用手動(dòng)投入，也可采用自動(dòng)投入。進(jìn)線柜和出線柜均采用電纜進(jìn)線和電纜出線 注：裝設(shè)兩臺(tái)變壓器的電氣主接線如附錄A所示。2.4短路電流計(jì)算2.4.1利用標(biāo)幺值法計(jì)算由設(shè)計(jì)要求中可知：工廠使用干線的導(dǎo)線牌號(hào)為L(zhǎng)GJ-150，導(dǎo)線為等三角形排列，線距為1m；干線首端距離本廠約8km。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為400MV·A。此斷路器配備有定時(shí)限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過電流保

10、護(hù)整定的動(dòng)作時(shí)間為1.7s。為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。查電力系統(tǒng)分析表（見284頁(yè)）得=0.319, =0.21注：詳細(xì)計(jì)算見附錄C2.5變電所一次設(shè)備2.5.1隔離開關(guān)的選擇 選擇隔離開關(guān)的原則： （1）隔離開關(guān)的額定電壓等于或大于工作電壓； （2）隔離開關(guān)的額定電流大于回路工作電流； （3）隔離開關(guān)的動(dòng)、熱穩(wěn)定大于回路短路時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)、熱穩(wěn)定電流值； （4）檢驗(yàn)時(shí)電壓380V,電流1500A。2.5.2高壓斷路器的選擇為保證高壓電器在正常運(yùn)行、檢修、短路和過電壓情況下的安全，高壓電器應(yīng)按下列條件選擇： （1）按正常工作條件包括電壓、電流、頻率、機(jī)械荷

11、載等選擇 （2）按短路條件包括短時(shí)耐受電流、峰值耐受電流、關(guān)合和開斷電流等選擇； （3）按環(huán)境條件包括溫度、濕度、海拔、地震等選擇； （4）按承受過電壓能力包括絕緣水平等選擇； （5）按各類高壓電器的不同特點(diǎn)包括開關(guān)的操作性能、熔斷器的保護(hù)特性配合、互感器的負(fù)荷及準(zhǔn)確等級(jí)等選擇。2.5.6 高壓斷路器與隔離開關(guān)的的檢驗(yàn)表2 高壓斷路器與隔離開關(guān)的校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目電壓電流斷流能力動(dòng)穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點(diǎn)條件參數(shù)數(shù)據(jù)10kV46.39A2.14kA5.46kA額定參數(shù)高壓真空斷路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA高壓隔離開關(guān)10kV200A-25.5kA3小結(jié)通過本次設(shè)計(jì)，

12、所學(xué)理論知識(shí)很好的運(yùn)用到了實(shí)際當(dāng)中，在具體的設(shè)計(jì)過程中，真正做到了學(xué)以致用，并使自己的實(shí)際操作，知識(shí)系統(tǒng)化，計(jì)算和計(jì)算機(jī)應(yīng)用，自學(xué)能力得到了提高。最后感謝老師的辛勤指導(dǎo)。參考文獻(xiàn)1 劉介才.工廠供電M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002:10-45.2 劉介才.工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003:23-68.3 劉介才.實(shí)用供配電技術(shù)手冊(cè)M.北京:中國(guó)水利水電出版社,2002:11-34.4 鞠萍.電力工程M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014:350-280.5 于永源,楊綺雯.電力系統(tǒng)分析M.北京:中國(guó)電力出版社,2007:56-99.附錄A 電氣主接線圖附錄B 負(fù)荷詳細(xì)計(jì)算 1.

13、鍛壓車間：動(dòng)力部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（1.1）=Kd×P=350kW×0.3=105kW 無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（1.1） = Pjs×=105kW×1.17=122.76kvar視在計(jì)算負(fù)荷：Sjs（1.1） =kV·A=161.54 kV·A計(jì)算電流：Ijs（1.1）=245.42A照明部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（1.2）= Kd×P =8kW×0.7=5.6kW無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（1.2）= Pjs×=02.工具車間：動(dòng)力部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（2.1）=Kd×P=360kW

14、15;0.3=108kW 無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（2.1）= Pjs×=108kW×1.33=144.00kvar視在計(jì)算負(fù)荷：Sjs（2.1） =kV·A=180kV·A計(jì)算電流：Ijs（2.1）=273.47A照明部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（2.2）= Kd×P =7kW×0.9=6.3kW無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（2.2）= Pjs×=03.鍋爐房動(dòng)力部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（3.1）=Kd×P=50kW×0.7=35kW 無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（3.1）= Pjs×=35kW×0.7

15、5=26.25kvar視在計(jì)算負(fù)荷：Sjs（3.1）=kV·A=43.75 kV·A計(jì)算電流：Ijs（3.1）=66.47A照明部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（3.2）= Kd×P =1kW×0.8=0.8kW無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（3.2）= Pjs×=04.金工車間動(dòng)力部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（4.1）=Kd×P=400kW×0.2=80kW 無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（4.1） = Pjs×=80kW×1.17=93.53kvar視在計(jì)算負(fù)荷：Sjs（4.1） =kV·A=123.08 kV

16、3;A計(jì)算電流：Ijs（4.1）=186.99A照明部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（4.2）= Kd×P =10kW×0.8=8kW無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（4.2）= Pjs×=05.裝配車間動(dòng)力部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（5.1）=Kd×P=180kW×0.3=54kW 無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（5.1） = Pjs×=54kW×1.02=55.09kvar視在計(jì)算負(fù)荷：Sjs（5.1） =kV·A=77.14kV·A計(jì)算電流：Ijs（5.1）=117.2A照明部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（5.2）= Kd

17、5;P =6kW×0.8=4.8kW無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（5.2）= Pjs×=06.倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（6.1）=Kd×P=20kW×0.4=8kW 無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（6.1） = Pjs×=8kW×0.75=6kvar視在計(jì)算負(fù)荷：Sjs（6.1） =kV·A=10 kV·A計(jì)算電流：Ijs（6.1）=15.19A照明部分， 有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（6.2）= Kd×P =1kW×0.8=0.8kW無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（6.2）= Pjs×=07.熱處理車間動(dòng)力部

18、分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（7.1）=Kd×P=150kW×0.5=75kW 無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（7.1） = Pjs×=75kW×0.75=56.25kvar視在計(jì)算負(fù)荷：Sjs（7.1） =kV·A=93.75 kV·A計(jì)算電流：Ijs（7.1）=142.43A照明部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（7.2）= Kd×P =6kW×0.7=4.2kW無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（7.2）= Pjs×=08.鉚焊車間動(dòng)力部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（8.1）=Kd×P=100kW×0.6=60kW 無

19、功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（8.1） = Pjs×=60kW×0.75=45kvar視在計(jì)算負(fù)荷：Sjs（8.1） =kV·A=75 kV·A計(jì)算電流：Ijs（8.1）=113.95A照明部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（8.2）= Kd×P =5kW×0.7=3.5kW無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（8.2）= Pjs×=09.烘房動(dòng)力部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（9.1）=Kd×P=50kW×0.8=40kW 無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（9.1） = Pjs×=40kW×0.75=30kvar視在計(jì)算負(fù)荷：Sjs

20、（9.1） =kV·A=50 kV·A計(jì)算電流：Ijs（9.1）=75.8A照明部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（9.2）= Kd×P =2kW×0.7=1.4kW無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（9.2）= Pjs×=010.生活區(qū)照明照明部分，有功計(jì)算負(fù)荷：Pjs（10.2）= Kd×P =200kW×0.8=160kW無功計(jì)算負(fù)荷：Qjs（10.2 ）= Pjs×=160kW×0.48=77.49kvar取全廠的同時(shí)系數(shù)為：KP=0.95，Kq=0.97則全廠的計(jì)算負(fù)荷為：= KP =0.95×760.4=

21、722.38kWQjs= Kq=0.97×638.2=619kvarSjs=Ijs=附錄C 短路電流詳細(xì)計(jì)算(1)確定基準(zhǔn)值 取 而 (2) 計(jì)算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值 1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值 由題意知：,因此 2）架空線路（ = 0.319/km） 3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值(前述選擇變壓器容量800KVA,查工廠供電附 表5得)，因此 （3）在k-1點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量 1)電源至短路點(diǎn)的總電抗標(biāo)幺值 2)三相短路電流周期分量有效值 3)其他三相短路電流 起始次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流 三相短路沖擊電流 第一個(gè)周期全電流有效值 4)三相短路容量 （4）在k-2點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量 1)電