電力工程課設(shè)—某軋鋼廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)

1、目錄1 設(shè)計(jì)原始題目11.1具體題目11.2 要完成的內(nèi)容12 設(shè)計(jì)課題的計(jì)算與分析22.1 負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償22.1.1 負(fù)荷計(jì)算22.1.2 無(wú)功功率補(bǔ)償32.2 變電所位置與型式的選擇33 設(shè)備型號(hào)的選擇43.1變電所主變壓器的選擇43.2變電所主接線方案的選擇54 短路電流的計(jì)算54.1 繪制計(jì)算電路54.2 確定短路計(jì)算基準(zhǔn)值54.3 計(jì)算短路電路中個(gè)元件的電抗標(biāo)幺值54.3.1 電力系統(tǒng)54.3.2 架空線路54.3.3 電力變壓器64.4 k-1點(diǎn)的相關(guān)計(jì)算64.5 k-2點(diǎn)的相關(guān)計(jì)算64.6 斷路器的校驗(yàn)75 總結(jié)7參考文獻(xiàn)8附錄91 設(shè)計(jì)原始題目1.1具體題目(1) 工

2、廠負(fù)荷情況本廠多數(shù)車(chē)間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時(shí)為5200h，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為6.5h。該廠除冶煉車(chē)間、制坯車(chē)間和熱軋車(chē)間屬二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬三級(jí)負(fù)荷。低壓動(dòng)力設(shè)備均為三相，額定電壓為380V。電氣照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如附錄表1所示。(2) 供電電源情況按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)簽定的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條6kV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L(zhǎng)GJ-240，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為1.5m；干線首端（即電力系統(tǒng)的饋電變電站）距離本廠約5km。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為600MVA

3、。此斷路器配備有定時(shí)限過(guò)流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過(guò)流保護(hù)整定的動(dòng)作時(shí)間為1.5s。為滿(mǎn)足工廠二級(jí)負(fù)荷要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長(zhǎng)度為40km，電纜線路總長(zhǎng)度為15km。(3) 氣象資料本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為40，年平均氣溫為25，年最低氣溫為-3，年最熱月平均最高氣溫為36，年最熱月平均氣溫為29，年最熱月地下0.8米處平均氣溫為25。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)，年雷暴日數(shù)為25。(4) 地質(zhì)水文資料本廠所在地區(qū)平均海拔300m，地層以砂粘土為主，地下水位為2m。(5)電費(fèi)制度本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T(mén)達(dá)成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計(jì)量電能，設(shè)

4、專(zhuān)用計(jì)量柜，按兩部電費(fèi)制交納電費(fèi)。每月基本電費(fèi)按主變壓器容量為20元/kVA，動(dòng)力電費(fèi)為0.3元/kWh，照明（含家電）電費(fèi)為0.3元/kWh。工廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.9。1.2 要完成的內(nèi)容(1) 掌握負(fù)荷計(jì)算及初步設(shè)計(jì)方案確定的基本方法能夠根據(jù)發(fā)熱條件選擇供電變壓器、輸電線路導(dǎo)線開(kāi)關(guān)及開(kāi)關(guān)電器等電氣設(shè)備，確定工廠最大負(fù)荷。(2) 掌握工廠變配電所電氣主接線設(shè)計(jì)的基本方法能夠根據(jù)電氣主接線的四項(xiàng)基本要求和技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，正確將電路中的各種電氣設(shè)備按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號(hào)和文字符號(hào)繪制成電氣主接線圖。(3) 掌握變電所變壓器型號(hào)選擇的基本方法能夠在進(jìn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì)及無(wú)功補(bǔ)償后，根據(jù)補(bǔ)償

5、后的容量進(jìn)行變壓器的選擇。變壓器的選擇包括容量、臺(tái)數(shù)、類(lèi)型的選擇。(4) 熟悉供配電線路設(shè)計(jì)的基本方法能夠根據(jù)配電電壓、配電級(jí)數(shù)和接線方案選擇標(biāo)準(zhǔn)合理設(shè)計(jì)供配電線路。2 設(shè)計(jì)課題的計(jì)算與分析2.1 負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功功率補(bǔ)償2.1.1 負(fù)荷計(jì)算(1)單組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式有功計(jì)算負(fù)荷（單位為kW）= (為需要系數(shù)) (2-1)無(wú)功計(jì)算負(fù)荷（單位為kvar）= tan (2-2)視在計(jì)算負(fù)荷（單位為kVA）= (2-3)計(jì)算電流（單位為A）= (2-4)為用電設(shè)備額定電壓（單位為kV）, 為半小時(shí)最大有功負(fù)荷，為容量。(2) 多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式有功計(jì)算負(fù)荷（單位為kW）= (2-

6、5)式中是所有設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷之和，是有功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，可取0.850.95。無(wú)功計(jì)算負(fù)荷（單位為kvar）= (2-6)是所有設(shè)備無(wú)功之和，是無(wú)功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，可取0.90.97。視在計(jì)算負(fù)荷（單位為kVA）= (2-7)計(jì)算電流（單位為A）= (2-8)經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計(jì)算表，如附錄表2所示（額定電壓取380V）。2.1.2 無(wú)功功率補(bǔ)償無(wú)功功率的人工補(bǔ)償裝置：主要有同步補(bǔ)償機(jī)和并聯(lián)電容器兩種。由于并聯(lián)電容器具有安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便、有功損耗小以及組裝靈活、擴(kuò)容方便等優(yōu)點(diǎn)，因此并聯(lián)電容器在供電系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍。由附錄表1可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)只有0

7、.75。而供電部門(mén)要求該廠6kV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不低于0.9?？紤]到主變壓器的無(wú)功損耗元大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.9，暫取0.92來(lái)計(jì)算380V側(cè)所需無(wú)功功率補(bǔ)償容量：=(tan-tan)=1056.4tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)=481.6 kvar因此選取并聯(lián)電容器為BW0.4-100-3型，采用1臺(tái)主屏與4臺(tái)輔屏相結(jié)合，總共容量為100kvar5=500kvar。補(bǔ)償前后，變壓器低壓側(cè)的有功計(jì)算負(fù)荷基本不變，而無(wú)功計(jì)算負(fù)荷=（947.75-500）kvar=447.75kvar，視在功率=1145.8 kVA，計(jì)算

8、電流=1740.9A,功率因數(shù)提高為cos=0.922。在無(wú)功補(bǔ)償前，該變電所主變壓器T的容量為應(yīng)選為1500kVA，才能滿(mǎn)足負(fù)荷用電的需要；而采取無(wú)功補(bǔ)償后，主變壓器T的容量選為1250kVA的就足夠了。同時(shí)由于計(jì)算電流的減少，使補(bǔ)償點(diǎn)在供電系統(tǒng)中各元件上的功率損耗也相應(yīng)減小，因此無(wú)功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益十分可觀。因此無(wú)功補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和6kV側(cè)的負(fù)荷計(jì)算如表2-1所示。2.2 變電所位置與型式的選擇變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心，工廠的負(fù)荷中心按負(fù)荷功率矩法來(lái)確定。、分別代表廠房1、2、3.10號(hào)的功率，測(cè)出各車(chē)間負(fù)荷點(diǎn)的位置，而工廠的負(fù)荷中心假設(shè)在P(,),其中P=+=。則按照下列

9、計(jì)算公式可計(jì)算出工程變電所的位置坐標(biāo)： (2-9) (2-10)把各車(chē)間的坐標(biāo)代入式2-9、式2-10，得到=3.61，=3.60 。由計(jì)算結(jié)果可知，工廠的負(fù)荷中心在6號(hào)廠房（工具車(chē)間）的西北角?？紤]到周?chē)h(huán)境及進(jìn)出線方便，決定在6號(hào)廠房的西側(cè)緊靠廠房建造工廠變電所，器型式為附設(shè)式。表2-1無(wú)功補(bǔ)償后工廠的計(jì)算負(fù)荷項(xiàng)目cos計(jì)算負(fù)荷/kW/kvar/kVA/A380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.751056.4947.751419.22156.3380V側(cè)無(wú)功補(bǔ)償容量-500380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.9221056.4447.751145.81740.9主變壓器功率損耗0.01=17.20.06=68.76

10、kV側(cè)負(fù)荷計(jì)算0.9221083.6512.451198.71153 設(shè)備型號(hào)的選擇3.1變電所主變壓器的選擇根據(jù)工廠的負(fù)荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓器考慮有下列兩種可供選擇的方案：(1)裝設(shè)一臺(tái)變壓器：型號(hào)為S9型，而容量根據(jù)式，為主變壓器容量，為總的計(jì)算負(fù)荷。選=1250kVA>=1198.7kVA，即選一臺(tái)S9-1250/6型低損耗配電變壓器。至于工廠二級(jí)負(fù)荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來(lái)承擔(dān)。(2)裝設(shè)兩臺(tái)變壓器：型號(hào)為S9型，而每臺(tái)變壓器容量根據(jù)式3-1、式3-2選擇，即 1198.7kVA=（719.22839.09）kVA (3-1)=(281.8

11、+231.4+349.6)kVA=862.8 kVA (3-2)因此選兩臺(tái)S9-1000/6型低損耗配電變壓器。工廠二級(jí)負(fù)荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來(lái)承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組均為Yyn0 。3.2變電所主接線方案的選擇變電所主接線方案的選擇，按上面考慮的兩種主變壓器的方案，設(shè)計(jì)下列兩種主接線方案。(1) 裝設(shè)一臺(tái)主變壓器的接線方案，如附錄圖1所示（低壓側(cè)主接線略）。(2) 裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的接線方案，如附錄圖2所示（低壓側(cè)主接線略）。(3) 兩種主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較從附錄表3可以看出，按技術(shù)指標(biāo)，裝設(shè)兩臺(tái)主變的主接線方案略?xún)?yōu)于裝設(shè)一臺(tái)主變的主接線方案，但按經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，則裝

12、設(shè)一臺(tái)主變的主接線方案遠(yuǎn)由于裝設(shè)兩臺(tái)主變的主接線方案，因此決定采用裝設(shè)一臺(tái)主變的主接線方案。4 短路電流的計(jì)算4.1 繪制計(jì)算電路K-1K-2LGJ-240,5km6.3kVS9-12500.4kV(2)(3)(1)系統(tǒng)圖4-1 短路計(jì)算電路4.2 確定短路計(jì)算基準(zhǔn)值設(shè)基準(zhǔn)容量=100 MVA ，基準(zhǔn)電壓=1.05，為短路計(jì)算電壓，即高壓側(cè)=6.3kV，低壓側(cè)=0.4kV，則（4-1）（4-2）4.3 計(jì)算短路電路中個(gè)元件的電抗標(biāo)幺值4.3.1 電力系統(tǒng)已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量=600MVA，故=100 /600=0.17 （4-3）4.3.2 架空線路查表得LGJ-240的線路電抗，

13、而線路長(zhǎng)5km，故（4-4）4.3.3 電力變壓器查表得變壓器的短路電壓百分值=4.5，故=3.6（4-5）式中，為變壓器的額定容量。因此繪制短路計(jì)算等效電路如圖4-2所示。k-1k-2圖4-2 短路計(jì)算等效電路4.4 k-1點(diǎn)的相關(guān)計(jì)算(1)總電抗標(biāo)幺值=0.17+4.16=4.33（4-6）(2) 三相短路電流周期分量有效值（4-7）(3) 其他短路電流三相短路電流 （4-8）短路沖擊電流 (4-9） （4-10）(4)三相短路容量MVA（4-11）4.5 k-2點(diǎn)的相關(guān)計(jì)算(1)總電抗標(biāo)幺值=0.17+3.6=7.93（4-12）(2)三相短路電流周期分量有效值 （4-13）(3) 其他

14、短路電流（4-14）（4-15）（4-16）(4)三相短路容量 MVA（4-17）短路計(jì)算結(jié)果如表4-1所示。表4-1短路計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-11.961.961.965.02.9635.7k-219.719.719.736.221.513.74.6 斷路器的校驗(yàn)(1)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)條件或 （4-18）、分別為斷路器的極限通過(guò)電流峰值和有效值，、分別為斷路器所處的三相短路沖擊電流瞬時(shí)值和有效值。(2)熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件 （4-19）為短路發(fā)熱的假想時(shí)間，由于tk=1.5s>1s，故=1.5s。查手冊(cè)可知題中所給的600MVA的斷路器各項(xiàng)參數(shù)均滿(mǎn)足要求，此處

15、不再一一列出。5 總結(jié)本次設(shè)計(jì)完成了變壓器的選型、主接線方案的確定以及短路電流的計(jì)算，對(duì)設(shè)計(jì)流程及設(shè)備選擇的條件有了一個(gè)整體的理解，為以后工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。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，2003.2 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范M.北京中國(guó)計(jì)劃出版社，19963劉介才. 供電工程師技術(shù)手冊(cè) M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19984 常用供用電電氣標(biāo)準(zhǔn)匯編 S. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1983附錄表1 軋鋼廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料廠房編號(hào)廠房名稱(chēng)負(fù)荷類(lèi)別設(shè)備容量/kW需要系數(shù)Kd功率因數(shù)cos1原料倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力2100.30.65照明50.61.02燃料車(chē)間動(dòng)力1500.60.80照明5

16、0.81.03辦公樓動(dòng)力450.40.65照明120.71.04冶煉車(chē)間動(dòng)力3600.50.65照明80.91.05制坯車(chē)間動(dòng)力2400.650.80照明80.81.06熱軋車(chē)間動(dòng)力4500.60.80照明508107機(jī)修車(chē)間動(dòng)力2600.350.70照明70.81.08冷軋車(chē)間動(dòng)力3800.50.65照明100.81.09成品倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力800.40.80照明90.81.0照明1081010生活區(qū)照明2100.650.9表2各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計(jì)算表名稱(chēng)類(lèi)別設(shè)備容/kW需要系數(shù)cos計(jì)算負(fù)荷/kW/kvar/kVA/A原料倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力2100.30.656373.7照明50.61.030小計(jì)2156

17、673.798.9150.3燃料車(chē)間動(dòng)力1500.60.809067.5照明50.81.040小計(jì)1559467.5115.7175.8辦公動(dòng)力450.40.651821.06續(xù)表 表2樓照明120.71.0120小計(jì)573021.0636.755.7冶煉車(chē)間動(dòng)力3600.50.65180210.6照明80.91.07.20小計(jì)368187.2210.6281.8428.1制坯車(chē)間動(dòng)力2400.650.80180135照明80.81.080小計(jì)248188135231.4351.6熱軋車(chē)間動(dòng)力4500.60.80270202.5照明150.81.0150小計(jì)465285202.5349.653

18、1.2機(jī)修車(chē)間動(dòng)力2600.350.709192.82照明70.81.05.60小計(jì)26796.692.82134203.5冷軋車(chē)間動(dòng)力3800.5065190222.3照明100.81.080小計(jì)390198222.3297.7452.3成品倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力800.40.803224照明90.81.07.20小計(jì)8939.2244669.8生活區(qū)照明2100.650.9136.565.52151.4230總計(jì)動(dòng)力21751320.51115照明289計(jì)入=0.8, =0.850.751056.4947.751419.22156.3表3 主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較比較項(xiàng)目裝設(shè)一臺(tái)主變的方案裝設(shè)兩臺(tái)主變的方案技術(shù)指標(biāo)供電安全性滿(mǎn)足要求滿(mǎn)足要求供電可靠性基本滿(mǎn)足要求滿(mǎn)足要求供電質(zhì)量由于一臺(tái)主變，電壓損耗較大由于兩臺(tái)主變并列，電壓損耗較小靈活方便性只有一臺(tái)主變，靈活性稍差由于有兩臺(tái)主變，靈活性較好擴(kuò)建適應(yīng)性稍差一些