電力工程課程設(shè)計

1、電力工程課程設(shè)計報告1設(shè)計原始題目1.1具體題目1.1.1 工廠負(fù)荷情況本廠大多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時數(shù)3500h，日最大負(fù)荷持續(xù)時間為6h，該工廠鑄造車間、電鍍車間屬于二級負(fù)荷，其余為三級負(fù)荷。低壓動力負(fù)荷為三相，額定電壓為380V；電氣照明為單相，額定電壓為220V。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計資料如下表。序號廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量/KW需用系數(shù)功率因數(shù)1鍛壓車間動力3500.30.65照明80.71.02工具車間動力3600.30.6照明70.91.03鍋爐房動力500.70.8照明10.81.04金工車間動力4000.20.65照明100.81.05裝配車間動力1800.30.7照明6

2、0.81.06倉庫動力200.40.8照明10.81.07熱處理車間動力1500.50.8照明60.71.08鉚焊車間動力1000.60.8照明50.71.09烘房動力500.80.8照明20.71.010生活區(qū)照明照明2000.80.91.1.2 供電電源情況本廠從附近一條10kW的公用電源干線取得工作電源，干線導(dǎo)線型號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。干線首段斷路器容量為400MVA。此斷路器配備有定時限過流保護和電流速斷保護，定時限過電流保護動作時間為1.7S。為滿足工廠二級負(fù)荷要求，采用長度為20km架空線路取得備用電源。已

3、知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長為80Km，電纜線路總長度為25km。變電所最大負(fù)荷時功率因數(shù)不低于0.9。1.1.3 氣象資料年最高氣溫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處平均溫度為25年雷暴日數(shù)為20日。1.2要完成的內(nèi)容負(fù)荷計算，無功補償，設(shè)備選型，主接線的設(shè)計。2設(shè)計課題的計算與分析2.1計算的意義供電系統(tǒng)要能安全可靠地正常運行，其中各個元件都必須選擇得當(dāng)，除了滿足工作電壓和變電所最大負(fù)荷時功率因數(shù)不低于0.9的要求外，最重要的就是要滿足負(fù)荷電流的要求。因此，有必要對供電系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的電力負(fù)荷進行統(tǒng)計計算。計算負(fù)荷是供電設(shè)計計算的

4、基本依據(jù)。計算負(fù)荷確定的是否正確合理，直接影響到電器和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理。如果計算負(fù)荷選擇過大，會造成有色金屬的浪費。如果確定過小，會使電器和導(dǎo)線電纜處于過負(fù)荷下運行，增加電能損耗，產(chǎn)生過熱，將導(dǎo)致絕緣老化甚至引起火災(zāi)。無功補償主要作用就是提高功率因數(shù)以減少設(shè)備容量和功率損耗，穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量，在長距離輸電中提高系統(tǒng)輸電穩(wěn)定性和輸電能力以及平衡三相負(fù)載的有功和無功功率。2.2負(fù)荷計算2.2.1工廠負(fù)荷計算及無功補償計算負(fù)荷計算主要是確定“計算負(fù)荷”。本設(shè)計中采用需要系數(shù)法對各個車間進行計算。(1) 三相用電設(shè)備組或用電單位（工廠、車間）的計算負(fù)荷有功計算負(fù)荷：P30=KdPe式中

5、，Kd為需要系數(shù)；Pe為設(shè)備組或單位的設(shè)備容量，不計備用設(shè)備容量。無功計算負(fù)荷：Q30=P30tan式中，為用電設(shè)備的功率因數(shù)角。視在計算負(fù)荷：S30=P30/cos式中，cos為設(shè)備功率因數(shù)。電流計算負(fù)荷：I30=S30/3UN式中，UN為設(shè)備額定電壓。(2) 多組用電設(shè)備組的總計算負(fù)荷總的有功計算負(fù)荷：P30=KPP30 式中，KP為有功負(fù)荷同時系數(shù)，可取Kp=0.85?？偟臒o功計算負(fù)荷：Q30=KqQ30式中，Kq為無功負(fù)荷同時系數(shù)，可取Kq=0.9?？偟囊曉谟嬎阖?fù)荷：S30=P2+Q2式中，P=P30；Q=Q30。根據(jù)以上各式，可計算該工廠的總計算負(fù)荷，計算結(jié)果詳見附錄1。由附錄1可知

6、，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)為0.78，而題目要求該廠10kV進線側(cè)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)不低于0.9，故要進行無功補償。在低壓側(cè)補償后需達到的功率因數(shù)應(yīng)比規(guī)定高壓側(cè)需達到的功率因數(shù)略高，本設(shè)計中取0.92，這是因為電力變壓器的無功損耗遠比其有功損耗大的緣故。(3) 無功補償容量計算： Qc=P30tan1-tan2=243.15kvar其中tan1為補償前數(shù)值；tan2為補償后數(shù)值。查閱資料得應(yīng)選用PGJ1-1型低壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為BW-0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1臺與方案3（輔屏）2臺相組合，總共容量為：。驗算：符合題意。(4)S9低損耗變壓器的損耗計算有功功率

7、損耗：P0.02S30無功功率損耗：Q0.06S30式中，S30均為變壓器二次側(cè)總視在計算負(fù)荷。根據(jù)上式可求得工廠高壓側(cè)補償后的總負(fù)荷，結(jié)果詳見附錄1。補償方式為并聯(lián)電容器低壓集中補償方式。2.2.2變電所主變壓器的臺數(shù)和容量、類型的選擇根據(jù)工廠的負(fù)荷情況和電源情況，工廠變電所的主變壓器應(yīng)設(shè)為2臺，型號為S9型，以便當(dāng)一臺變壓器發(fā)生故障后檢修時，另一臺變壓器能對二級負(fù)荷繼續(xù)供電。任意一臺變壓器單獨運行時應(yīng)滿足總負(fù)荷S30的70%以上的需要，即：SNT0.7S30 =550.69kVA，且有SNTS30(+)=265.1kVA。因此兩臺主變壓器應(yīng)選擇S9-800/10/0.4kV三相干式雙繞組電

8、力變壓器，聯(lián)接組別Dyn11。2.3短路電流的計算2.3.1繪制短路電路短路電路如圖1所示圖1 短路計算電路2.3.2短路電流的計算設(shè)基準(zhǔn)容量Sd=100MVA，基準(zhǔn)電壓Ud=1.05UG，高壓側(cè)Ud1=10.5kV，低壓側(cè)Ud2=0.4kV，則：Id1=Sd3Ud1=100MVA3×10.5kV=5.5kAId2=Sd3Ud2=100MVA3×0.4kV=144kA2.3.3計算短路電路中個元件電抗標(biāo)幺值(1)電力線路X1*=100MVA400MVA=0.25(2)架空線路查表得LGJ-150導(dǎo)線的單位阻抗為0.36km，線路長8km，則X2*=x0lSdUG2=0.36

9、×8×100MVA10.5kV2=2.61(3)電力變壓器查表得S9-800/10/0.4型低損耗配電變壓器Dyn11型接線時UK%=4.5，則：X3*=UK%Sd100SN=4.5100×100MVA800kVA=5.622.3.4畫出等效電路圖如圖所示繪制等效電路如圖2所示。圖2 等效電路(1)計算K1點短路電流總電抗標(biāo)幺值：XK1*=X1*+X2*=0.25+2.61=2.86三相短路電流分量有效值：IK1*=Id1XK1*=5.5kA2.86=1.92kA三相短路容量：SK1"=SdXK1*=100MVA2.86=34.97MVA其他短路電流：i

10、p3=2.55×1.92=4.90kAIp3=1.51×1.92=2.90kA(2)計算K2點短路電流總電抗標(biāo)幺值：XK2*=X1*+X2*+X3*2=0.25+2.61+5.622=5.67三相短路電流分量有效值：IK2*=Id2XK2*=144kA5.67=25.40kA其他短路電流：ip3=1.84×25.40=46.74kAIp3=1.09×25.40=27.69kA2.4變電所設(shè)計2.4.3變電所主接線方案的設(shè)計在前面選擇變壓器時選擇2臺主變壓器，且本廠可由附近一條10kV的公用電源干線取得工作電源；為滿足工廠二級負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由

11、鄰近的單位取得備用電源。所以采用一用一備的運行方式，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。低壓出線柜采用低壓抽出式開關(guān)柜。采用2列低壓柜，低壓柜最前端為變壓器，變壓器與低壓柜之間通過矩形銅母線聯(lián)接。在2個變壓器低壓母線之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)柜。2個低壓母線之間采用封閉式母線連接。在聯(lián)絡(luò)柜之后2個低壓母線上分別設(shè)置無功補償柜。無功補償均采用低壓側(cè)集中補償?shù)姆椒?，該方案考慮到以后發(fā)展，方便擴充出線柜。由上述要求得出變電所主接線方式如附錄2附圖1所示。2.4.5變電所一次設(shè)備的選擇電氣設(shè)備選擇是發(fā)電廠和變電所設(shè)計的主要內(nèi)容之一，在選擇時應(yīng)根據(jù)實際工作特點，按照有關(guān)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，在保證供配

12、電安全可靠的前提下，力爭做到技術(shù)先進，經(jīng)濟合理。 為了保障一次設(shè)備的可靠運行，必須按照下列條件選擇和校驗：（1）按正常工作條件包括電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇；（2）按短路條件包括動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗；（3）考慮電氣設(shè)備運行的環(huán)境條件如溫度、濕度、海拔高度以及有無防塵、防腐、防火、防爆等要求；（4）按各類設(shè)備的不同特點和要求如斷路器的操作性能、互感器的二次負(fù)荷和準(zhǔn)確度級等進行選擇。10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇如表3所示表3 10KV側(cè)一次設(shè)備的選擇額定參數(shù)高壓隔離開關(guān)-10/20010kV200A25.5 kA高壓少油斷路器SN10-10I/63010kV630kA16kA40 kA高壓熔斷器R

13、N2-1010kV0.5kA50 kA避雷器FS4-1010kV380V側(cè)一次設(shè)備的選擇如表4所示表4 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇額定參數(shù) 低壓斷路器DW15-1500/3D380V1500A40kA低壓斷路器DW20-630380V630A30kA高低壓母線的選擇：各種電壓等級的配電裝置中,主母線和引下線以及臨時裝設(shè)的母線,一般均按長期發(fā)熱允許電流選擇截面積.因此必須滿足在正常運行中,通過母線的最大長期工作電流不應(yīng)大于母線的長期發(fā)熱允許電流。10kV母線選LMY-3(404mm),即母線尺寸為40mm4mm;380V母線選LMY-3（12010）+806，即相母線尺寸為120mm10mm，而中

14、性線母線尺寸為80mm6mm。3 小結(jié)本課程設(shè)計主要針對工廠變電所主接線，其中包括了工廠負(fù)荷計算，無功功率補償計算，工廠主變壓器臺數(shù)、容量和型號的選擇，變電所進出線的選擇依據(jù)。計算工廠負(fù)荷，目的是確定工廠的總計算負(fù)荷從而確定該工廠需要補償?shù)臒o功功率容量。工廠無功功率的補償是為了滿足供電部門的要求。對工廠變電所主變壓器臺數(shù)、容量，型號進行選擇，從而滿足工廠負(fù)荷的要求。因為主變壓器的容量、臺數(shù)直接影響主接線的形式和配電裝置的結(jié)構(gòu)，所以結(jié)合電氣主接線的四項基本原則可得出變電所主接線的設(shè)計方案。附錄1 工廠負(fù)荷計算編號名稱類別設(shè)備容量/kW需要系數(shù)計算負(fù)荷/kW/kVAr/kVA/A1鍛壓車間動力35

15、00.30.651.17105122.8照明80.7105.60小計358110.6122.8165.3251.22工具車間動力3600.30.61.33108143.7照明70.9106.30小計367114.3143.7183.57277.13鍋爐房動力500.70.80.753526.2照明10.8100.80小計5135.826.244.3667.44金工車間動力4000.20.651.178093.6照明100.81080小計4108893.6133.37202.65裝配車間動力1800.30.71.025455.08照明60.8104.80小計18658.855.0880.57122.46倉庫動力200.40.80.7586照明10.8100.80小計218.8610.6516.27熱處理車間動力1500.50.80.757556.3照明60.7104.20小計15679.256.399.6151.38鉚焊車間動力1000.60.80.756045照明50.7103.50小計10563.54596.03145.99烘房動力500.80.80.754030照明20.7101.40小計5241.43051.1377.710生活區(qū)