某冶金機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)

1、某冶金機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)資料1.1 工廠總平面圖工廠總平面圖如圖 1 所示1.2 工廠負(fù)荷情況該廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷小時(shí)數(shù)為 4600h，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為6h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級(jí)負(fù)荷處，其余為三級(jí)負(fù)荷該廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如下表 1。表 1 工廠各車間負(fù)荷情況廠房編號(hào)廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量（ kW ）需要系數(shù) Kd功率因數(shù) costan1鑄造動(dòng)力5200.40.71.02車間照明100.91.002鍛壓動(dòng)力2400.30.651.17車間照明100.91.003金工動(dòng)力3900.320.651.12車間精品照明100.91.00工具動(dòng)力2900

2、.350.651.334車間照明100.91.00續(xù)表 1廠房編號(hào)廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量( kW )需要系數(shù) Kd功率因數(shù) costan電鍍動(dòng)力4500.60.800.7550車間照明100.91.0熱處理動(dòng)力2600.620.820.8260車間照明100.91.0裝配動(dòng)力1700.40.751.027車間照明100.91.00機(jī)修動(dòng)力1000.30.71.178照明0車間50.91.09鍋爐動(dòng)力1150.80.81.05車間照明30.91.0010倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力500.40.90.75照明20.91.0011生活區(qū)照明4000.81.00.481.3 供電電源情況按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T登定的供

3、用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條 10kV 的 公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線牌 號(hào)為 LGT-150(0.36 /km )，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 500MVA。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。1.4 氣象資料本地區(qū)的年最高氣溫為 38，年平均氣溫為 23，年最低氣溫為 -8，年最熱 月平均氣溫為 33，年最熱月平均氣溫為 26，年最熱月地下 0.8m 處平均溫度為精品25。主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，年暴雨日數(shù)為 20 天。1.5 地質(zhì)水文資料本地區(qū)平均海拔 500m，地層以砂粘土

4、為主，地下水位為 2m。2. 負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償 2.1負(fù)荷計(jì)算的目的和方法 負(fù)荷計(jì)算的內(nèi)容和目的（1）求計(jì)算負(fù)荷，是選擇確定變壓器容量的依據(jù)；（2）求計(jì)算電流，是選擇纜線和開(kāi)關(guān)設(shè)備的依據(jù)；（3）求有功計(jì)算負(fù)荷和無(wú)功計(jì)算負(fù)荷，是確定靜電電容器容量的依據(jù)。 負(fù)荷計(jì)算的方法 :（1）需要系數(shù)法用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)，直接求出計(jì)算負(fù)荷。 用于設(shè)備數(shù)量多，容量差別不大的工程計(jì)算，尤其適用于配、變電所和干線的負(fù) 荷計(jì)算。（2）利用系數(shù)法采用利用系數(shù)求出最大負(fù)荷區(qū)間內(nèi)的平均負(fù)荷，再考慮設(shè)備 臺(tái)數(shù)和功率差異的影響，乘以與有效臺(tái)數(shù)有關(guān)的最大系數(shù)，得出計(jì)算負(fù)荷。適用 于各種范圍的負(fù)荷計(jì)算，但計(jì)算過(guò)

5、程稍繁。2.2 全廠負(fù)荷計(jì)算的過(guò)程本設(shè)計(jì)各車間計(jì)算負(fù)荷采用需要系數(shù)法確定。主要計(jì)算公式有有功計(jì)算負(fù)荷（ kW）： PC=PeKd（2-1）無(wú) 功 計(jì) 算 負(fù) 荷 （ k v a r ） ： QC =PC tan （2-2）精品視在計(jì)算負(fù)荷（ kVA）： SC= PC2+QC2 計(jì)算電流（A）：IC =SC/ 3U N 具體車間計(jì)算負(fù)荷如附錄 A 表 2-1 和表 2-2 所示 從附錄 I 表 2.1 和表 2.2中可知有功計(jì)算負(fù)荷：PC=Pi =1539.5 kW無(wú)功計(jì)算負(fù)荷：QC =Qi =1265.915 kvar視在計(jì)算負(fù)荷：SC= PC2+QC2=2034.789 kVA再乘以同時(shí)系數(shù)

6、Kp=0.95 , K q=0.97此時(shí) PC=PC Kp=1462.525kWQC=QC K q=1202.619kvarSC= PC2 +QC2 =1933.05kVA功率因素 cos = PC =0.7570.9 , 所以要進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。SC2.3 無(wú)功功率補(bǔ)償由于本設(shè)計(jì)中 cos = PC =0.7570.92 滿足要求PC2 +QC2 1539.5 2+615.915 2 補(bǔ)償后的負(fù)荷如附錄 B表 2-3所示。3. 變電所的選擇及主變壓器的選擇3.1 變電所的位置與型式選擇按負(fù)荷功率矩法確定負(fù)荷中心工廠是 10kV 以下，變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心，工廠的負(fù)荷中 心按負(fù)

7、荷功率矩法來(lái)確定。 在工廠的平面圖下側(cè)和左側(cè)， 分別作一條直角坐標(biāo)的 x 軸和 y 軸，然后測(cè)出各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點(diǎn)的坐標(biāo)位置， P1，P2，P10 分別代表 廠房 1、2、 310號(hào)的功率，設(shè)定 P1, P2,P10并設(shè)定 P11為生活區(qū)的中心負(fù)荷，如 圖 3-1 所示。精品圖 3-1 負(fù)荷矩陣法確定負(fù)荷中心而工廠的負(fù)荷中心的力矩方程，可得負(fù)荷中心的坐標(biāo)：P1x1 P2x2 P3x3P11x11P1 P2 P3P11PixiPi3-1)P1y1 P2 y2 P3y3P11 y11P1 P2 P3P11Pi yiPi3-2)把各車間的坐標(biāo)帶入上述 2 個(gè)公式，得到 x=5.38，y=5.38.

8、由計(jì)算結(jié)果可知， 工廠的 負(fù)荷中心在 1號(hào)廠房的東北角。 考慮到周圍環(huán)境和進(jìn)出線方便， 所以變電所設(shè)在 1號(hào)車間的右方。負(fù)荷中心位置如圖 3-2 所示精品圖 3-2 負(fù)荷中心位置3.2 主變壓器的類型、臺(tái)數(shù)與容量的選擇（1）考慮到變壓器在車間建筑內(nèi)，故選用 10/0.4kV 三相干式雙繞組電力變壓器。 變壓器采用無(wú)載調(diào)壓方式，分接頭 5% ，聯(lián)接組別 Dyn11。（2）由于工廠總負(fù)荷容量較大，且存在多個(gè)二級(jí)負(fù)荷，對(duì)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。（3）變壓器容量是根據(jù)無(wú)功補(bǔ)償后的計(jì)算負(fù)荷確定的。

9、補(bǔ)償后的總計(jì)算負(fù)荷為SC=1658.135kVA ，每臺(tái)變壓器的容量 SNT 0.7 1658.135 1160.695kVA ,工廠二級(jí) 負(fù)荷為 620.109kVA ， SNT 620.109 kVA ，故每臺(tái)變壓器的容量為 1200kVA 。4. 變電所主要結(jié)線方案的設(shè)計(jì)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)采用單母線精品接線，而低壓側(cè)采用單母線分段接線精品該方案根據(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

10、在電源 進(jìn)線主開(kāi)關(guān)后。變電所采用直流操作電源，為監(jiān)視工作電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(kāi)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。 結(jié)合短路電流計(jì)算選擇相關(guān)器 件型號(hào)見(jiàn)附錄 B表 4。電氣主接線圖見(jiàn)附錄 C圖4。5. 短路電流的計(jì)算5.1 短路及其原因、后果 短路：指供電系統(tǒng)中不同電位的導(dǎo)電部分（各相導(dǎo)體、地線等）之間發(fā)生的低 阻性短接。短路是電力系統(tǒng)最常見(jiàn)的一種故障，也是最嚴(yán)重的一種故障。

11、短路主要原因：電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞，其次是人員誤操作、鳥(niǎo)獸危害 等。短路后果：短路電流產(chǎn)生的熱量，使導(dǎo)體溫度急劇上升，會(huì)使絕緣損壞；短路 電流產(chǎn)生的電動(dòng)力，會(huì)使設(shè)備載流部分變形或損壞；短路會(huì)使系統(tǒng)電壓驟降，影 響系統(tǒng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行；嚴(yán)重的短路會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 短路還會(huì)造成停 電；不對(duì)稱短路的短路電流會(huì)對(duì)通信和電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾等。5.2 高壓電網(wǎng)短路電流的計(jì)算利用標(biāo)幺值法計(jì)算 由于采用 10KV 電壓供電，故線路電流Sd3 U d160092.38 kA3 10精品由設(shè)計(jì)要求中可知：工廠使用干線的導(dǎo)線牌號(hào)為 LGT-150(0.36 / km )，干線首端 距離本廠約 8km

12、。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為 500MVA。此斷路器配備有定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過(guò)電流保護(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取 Sd 100MVA Uc1 10.5kVUc2 0.4kV而 Id1 3 dUc1100MVA3 10.5kV5.50 kAI d2100MVA3 0.4kVX3* X4* Uk%Sd /100SNT6 100 103kVA100 800kVA7.50144.34 kA2) 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)( Sk 500MVA )SX1*= d =100/500=

13、0.2Sk2) 架空線路( X0 = 0.358/km )Sd100MVAX2* x0l d2 0.358 / km 8km 2 2.602 0 U 22(10.5kV) 23) 電力變壓器精品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(k-1)X1* X2* 2.802）三相短路電流周期分量有效值3k-1d15.50/2.80 1.97 kA(k-1)3) 其他三相短路電流I (k3-1) I (3k)-1 Ik(3-1) 1.97kAis(3h) 2.55 1.97kA 5.01 kAIs(h3) 1.51 1.97kA 2.97 kA4

14、) 三相短路容量Sk(3-1) Sd X * (k-1) 100MVA /2.80 35.74 MVAk-1 節(jié)點(diǎn)短路計(jì)算結(jié)果如表 5-1所示表 5-1 k-1 點(diǎn)短路計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn)總電抗 標(biāo)幺值X*三相短路電流 （kA）三相短路 容量 Sk/MVAIk(3)I(3)I (3)i(3) ishIs(h3)k-1 點(diǎn)2.801.971.971.975.011.5135.746. 設(shè)計(jì)小節(jié)經(jīng)過(guò)這次的設(shè)計(jì)， 我終于完成了某冶金機(jī)械廠降壓變電所的設(shè)計(jì)。 從開(kāi)始接到課程設(shè)計(jì)要求到任務(wù)的完成，再到課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的完成，每一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是 新的的嘗試與挑戰(zhàn)。在這段時(shí)間里，我學(xué)到了很多知識(shí)也有很多感受，當(dāng)

15、然設(shè)計(jì) 過(guò)程中也遇到了許許多多的困難，但老師的講解，同學(xué)的討論，通過(guò)上網(wǎng)和去圖 書(shū)館查看相關(guān)的資料和書(shū)籍，讓自己頭腦模糊的概念逐漸清晰，使自己逐步設(shè)計(jì)精品來(lái)，每一次設(shè)計(jì)出來(lái)的結(jié)果都是我學(xué)習(xí)的收獲，當(dāng)最后設(shè)計(jì)結(jié)束時(shí)，我真是感到莫大的欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會(huì)化為甜美的結(jié)果精品在這周的課程設(shè)計(jì)中， 總體上來(lái)說(shuō)是獲益匪淺。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)， 所學(xué)理論知識(shí) 很好的運(yùn)用到了實(shí)際的工程當(dāng)中，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，將所學(xué)知識(shí)很好的系統(tǒng)了一遍，體會(huì)到了學(xué)以致用的樂(lè)趣，事自己的實(shí)際工程能力得到了很大的提高， 主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1) 將知識(shí)系統(tǒng)化的能力得到提高由于設(shè)計(jì)過(guò)程中要運(yùn)用很多的知識(shí)， 且做好設(shè)計(jì)

16、的前提也是掌握足夠多的系統(tǒng) 理論知識(shí)，對(duì)于已經(jīng)一個(gè)學(xué)期沒(méi)有接觸這門課程的我們來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一件很困難 的事情，所以每天都必須復(fù)習(xí)曾經(jīng)學(xué)的知識(shí)，并鞏固知識(shí)，努力將知識(shí)系統(tǒng)化就 是這次課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。如本設(shè)計(jì)中用到的單層廠房供配電的絕大多數(shù)的基礎(chǔ)理 論和設(shè)計(jì)方案，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中側(cè)重了知識(shí)系統(tǒng)化能力的培養(yǎng)，為今后的工作 打下了很好的理論基礎(chǔ)。2) 計(jì)算準(zhǔn)確度，繪圖能力得到提高由于本次設(shè)計(jì)包含了大量的計(jì)算和繪圖，因此要求要很好的計(jì)算和繪圖能力。 通過(guò)本次的鍛煉，使自己的一次計(jì)算準(zhǔn)確度有了進(jìn)步；繪圖方面，使我自己對(duì) autaCAD軟件的掌握更加的熟練。這次課程設(shè)計(jì)的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益， 我感受到做課程

17、設(shè)計(jì)是要用心去做的 一件事，是真正的自己學(xué)習(xí)的過(guò)程和研究的過(guò)程，沒(méi)有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能 力，沒(méi)有自己的研究，就不會(huì)有所突破。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我在張老師的精心 指導(dǎo)和嚴(yán)格要求已經(jīng)同學(xué)的指導(dǎo)和幫助下獲得了豐富的理論知識(shí)，極大地提高了 實(shí)踐能力，這對(duì)我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)供配電方面的知識(shí)有了極大的幫助。精品最后，感謝在設(shè)計(jì)過(guò)程中老師的講解， 也感謝同學(xué)們的幫忙， 在你們的幫助下，我才設(shè)計(jì)出最終的結(jié)果。此次課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，但我相信在這周的課程設(shè)計(jì)中學(xué)到的知識(shí)是我未來(lái)踏入社會(huì)的利劍。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 ,2004.5:64-68.2 文遠(yuǎn)芳 .高電壓技術(shù) M.武

18、漢 :華中科技大學(xué)出版社 ,2001.1:56-58.3 熊信銀 .發(fā)電廠電氣部分 M.北京 :中國(guó)電力出版社 ,2009.7:42-464 何仰贊 ,溫增銀 .電力系統(tǒng)分析 M.武漢 :華中科技大學(xué)出版社 ,2002.1:106-109.5 鞠平 ,馬宏忠 ,衛(wèi)志農(nóng) ,等.電力工程 M. 北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,2014.7:114-115.附錄 A表 2-1 負(fù)荷計(jì)算車間設(shè)備容量 Pe /kW需要 系數(shù) Kd功率 因數(shù) cos功率因數(shù) 角的正切 tan 有功計(jì)算 負(fù)荷 Pc/kW無(wú)功計(jì)算 負(fù)荷 Qc/kvar視在計(jì) 算負(fù)荷Sc /kVA鑄造動(dòng)力5200.40.71.02208212.16

19、297.113鍛壓動(dòng)力2400.30.651.177284.24110.817金工動(dòng)力3900.320.651.12124.8139.776187.383工具動(dòng)力2900.350.651.33101.5134.995168.896電鍍動(dòng)力4500.60.80.75270202.5337.5熱處理動(dòng)力2600.620.820.82161.2132.184208.466裝配動(dòng)力1700.40.751.026869.3697.133機(jī)修動(dòng)力1000.30.71.173035.146.174鍋爐動(dòng)力1150.80.81.059296.6133.4倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力500.40.90.75201525鑄造照明100.91.00909精品鍛壓照明100.91.00909金工照明100