電力工程課程設(shè)計(jì)

1、電力工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告1 設(shè)計(jì)原始題目1.1 題目某機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)。(1)工廠總平面圖如圖1所示。圖1 機(jī)械廠總平面圖(2)地質(zhì)水文資料本廠所在地區(qū)平均海拔50 m，地質(zhì)土層以砂粘土為主，地下水位為2 m。(3)氣象資料本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為39，年平均氣溫為20，年最低氣溫為-5，年最熱月平均最高氣溫為32，年最熱月平均氣溫為30，年最熱月地下0.8 m處溫度為25，當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)，年雷暴日數(shù)為15。(4)供電電源情況按照工廠和當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供用電合同規(guī)定，本廠可由附近一條10 kV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參見工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-70

2、，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線間距為1 m，干線首端距離本廠約為7 km，干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為700 MVA。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)限過流保護(hù)整定動(dòng)作時(shí)間為1.7 s，為滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由附近單位取得設(shè)備用電源，已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線總長(zhǎng)度50 km，電纜線路總長(zhǎng)20 km。(5)工廠負(fù)荷情況本廠多數(shù)車間為兩班制，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)3000 h，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為6 h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐車間屬二級(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380 V，電氣照明及家用電器均為單相，額定電壓22

3、0 V。本廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如表1所示。表1 工廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料廠房編號(hào)廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動(dòng)力2000.40.7照明50.812鍛壓車間動(dòng)力4000.30.6照明50.813金工車間動(dòng)力3000.80.65照明50.314工具車間動(dòng)力3000.80.65照明50.315電鍍車間動(dòng)力3000.50.7照明100.816熱處理車間動(dòng)力1500.50.8照明50.917裝配車間動(dòng)力1500.40.75照明100.918機(jī)修車間動(dòng)力1000.20.7照明30.719鍋爐房動(dòng)力500.80.7照明10.9110倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力100.30.8照明10.7111生活區(qū)照明5000.

4、80.9(6)電費(fèi)制度本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達(dá)成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計(jì)量電能，設(shè)專用計(jì)量柜，按兩部電費(fèi)制繳納電費(fèi)，每月基本電費(fèi)按主變電器容量計(jì)為18元/kVA，動(dòng)力電費(fèi)為0.2元/kWh，照明（含家電）電費(fèi)為0.5元/kWh，工廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因素不得低于0.9。此外，電力用戶需按新裝變壓器容量計(jì)算，一次性向供電部門繳納供電貼費(fèi)：610 kV為800元/kVA。1.2 要完成的內(nèi)容根據(jù)題目給出的工廠統(tǒng)計(jì)表，計(jì)算出其計(jì)算負(fù)荷，再根據(jù)10kV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不低于0.9，選取合適的補(bǔ)償容量電容器，計(jì)算出補(bǔ)償后的各項(xiàng)負(fù)荷,對(duì)變壓器進(jìn)行選型。最后，畫出主接線圖。2 設(shè)計(jì)課題的計(jì)算與分析2.1

5、 計(jì)算的意義計(jì)算負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)計(jì)算的基本依據(jù)。計(jì)算負(fù)荷確定的是否合理，直接影響到電器和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟(jì)。如果計(jì)算負(fù)荷選擇的過大，會(huì)造成有色金屬的浪費(fèi)。如果選擇的過小，會(huì)使電器和導(dǎo)線電纜處于過負(fù)荷運(yùn)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)。2.2 負(fù)荷計(jì)算2.2.1單組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷以鑄造車間負(fù)荷類型為動(dòng)力的設(shè)備為例：(1)有功計(jì)算負(fù)荷Pjs=KdPe式中Kd需要系數(shù)；Pjs有功計(jì)算負(fù)荷（kW）Pe該用電設(shè)備組的設(shè)備功率。(2)無功計(jì)算負(fù)荷 Qjs=Pjstan式中Qc無功計(jì)算負(fù)荷（kvar）(3)視在計(jì)算負(fù)荷Sjs=PJScos(4)計(jì)算電流Ijs=SJS3UN式中UN

6、用電設(shè)備的額定電壓(單位為kV)同理，對(duì)于負(fù)荷類型為照明的設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷可由以上公式求得，計(jì)算結(jié)果見附錄表3所示。2.2.2 對(duì)于多組用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷(1) 有功計(jì)算負(fù)荷(單位為kW) Pjs=KpPjs.i式中 Pjs.i所有設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷Pjs之和。Kp有功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，取0.90。(2) 無功計(jì)算負(fù)荷(單位為kvar)Qjs=KqQjs.i式中Qjs.i所有設(shè)備組無功Qjs之和 Kq無功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，取0.95。(3) 視在計(jì)算負(fù)荷(單位為kVA)Sjs=Pjs2+Qjs2(4) 計(jì)算電流(單位為A)Ijs=Sjs3UN經(jīng)過計(jì)算，得到各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計(jì)算表，計(jì)算結(jié)果見附錄表3所

7、示(額定電壓取380V)2.3 無功功率補(bǔ)償由附錄表2可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)只有0.72，而供電部門要求該廠10kV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不低于0.9?？紤]到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)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來計(jì)算380V側(cè)所需無功功率補(bǔ)償容量：Qr.C=Qjs-QC'=Pjs(tan-tan')由上式得Qr.C=1317.78×tancos-10.72-tancos-10.92=708var變壓器功率損耗：P=0.015PjsQ=0.06Qjs查工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)選擇BW0.4-14-3型號(hào)的并聯(lián)電容器，

8、采用其四種方案中方案2（主屏）2臺(tái)與方案3（輔屏）6臺(tái)相結(jié)合，總共容量為112kvar×2+84kvar×6=746kvar。無功補(bǔ)償表如附錄表4所示。2.4 變電所主變壓器的選擇2.4.1 主變壓器型號(hào)的選擇該變電所選用低損耗節(jié)能型變壓器S9系列。2.4.2 主變壓器臺(tái)數(shù)的確定變壓器臺(tái)數(shù)的選擇應(yīng)考慮下列原則：(1) 滿足用電負(fù)荷對(duì)可靠性的要求。在有一、二級(jí)負(fù)荷的變電所中，宜選擇兩臺(tái)主變壓器，當(dāng)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上比較合理時(shí)，主變壓器也可選擇多于兩臺(tái)。三級(jí)負(fù)荷一般選擇一臺(tái)主變壓器，如果負(fù)荷較大時(shí)，也可選擇兩臺(tái)主變壓器。(2) 對(duì)負(fù)荷變化較大宜采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的變電所，應(yīng)選擇兩臺(tái)變壓

9、器。(3) 在選擇變電所主變壓器臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮負(fù)荷的發(fā)展，留有擴(kuò)建增容的余地。在該變電所中有二、三級(jí)負(fù)荷，考慮以上原則選用兩臺(tái)主變壓器。2.4.3 主變壓器容量的確定當(dāng)裝有兩臺(tái)主變壓器時(shí)，任意一臺(tái)主變壓器容量SN應(yīng)同時(shí)滿足下列兩個(gè)條件：任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)能滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷SNT0.60.7Sjs=894.881044.03kVASNTSc+=398.61kVA查S9系列低損耗節(jié)能型變壓器技術(shù)參數(shù)可選擇容量為1000kVA的變壓器。綜上所述，該變電所應(yīng)選擇主變壓器為S9-1000/10型，其高壓分接范圍為，聯(lián)結(jié)組號(hào)為Yyn0(即高低壓繞組都為星型接法)。2.5 短路電流的計(jì)算2.

10、5.1繪制短路電路短路電路如圖2所示圖2 短路計(jì)算電路2.5.2短路電流的計(jì)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=1000MVA3×10.5kV=5.5kAId2=Sd3Ud2=1000MVA3×0.4kV=144kA2.5.3計(jì)算短路電路中個(gè)元件電抗標(biāo)幺值(1)電力線路X1*=100MVA700MVA=0.14(2)架空線路查表得LGJ-70導(dǎo)線的單位阻抗為0.36km，線路長(zhǎng)7km，則X2*=x0lSdUG2=0.36×7×100MVA10.5kV2

11、=2.29(3)電力變壓器查表得S9-10/0.4型低損耗配電變壓器Yyn0型接線時(shí)UK%=4.5，則：X3*=UK%Sd100SN=4.5100×100MVA1000kVA=4.52.5.4畫出等效電路圖如圖所示繪制等效電路如圖3所示。圖3 等效電路(1)計(jì)算K1點(diǎn)短路電流總電抗標(biāo)幺值：XK1*=X1*+X2*=0.14+2.29=2.43三相短路電流分量有效值：IK1*=Id1XK1*=5.5kA2.43=2.26kA三相短路容量：SK1"=SdXK1*=100MVA2.43=41.15MVA其他短路電流：ip3=2.55×2.26=5.76kAIp3=1.5

12、1×2.26=3.41kA(2)計(jì)算K2點(diǎn)短路電流總電抗標(biāo)幺值：XK2*=X1*+X2*+X3*2=0.14+2.29+4.52=4.68三相短路電流分量有效值：IK2*=Id2XK2*=144kA4.68=30.77kA其他短路電流：ip3=2.26×30.77=69.54kAIp3=1.31×30.77=40.31kA3 設(shè)備選型3.1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)根據(jù)短路計(jì)算結(jié)果，按照工程手冊(cè)選擇設(shè)備和開關(guān)電器，并進(jìn)行校驗(yàn)，結(jié)果如表3所示：表2 10kV側(cè)一次設(shè)備的校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目額定電壓額定電流斷流能力動(dòng)穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性地理位置參數(shù)參數(shù)UNIcIsh&quo

13、t;(3)I(3)2t數(shù)據(jù)10kV115.5A2.26kA5.76kA9.50一次設(shè)備型號(hào)規(guī)格額定參數(shù)UNINIocImaxI2tSN10-10/1000型斷路器10kV1000A16kA40kA512GN19-10/400型隔離開關(guān)10kV400A31.5kA625RN2-10型熔斷器10kV0.5A50kAJDJ-10型電壓互感器10/0.1kVLQJ-10型電流互感器10kV100/5A綜上表，所選電氣設(shè)備均滿足要求。3.2 高低壓母線的選擇根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，查手冊(cè)得：10kV母線選LMY-3(40×4)型硬鋁母線，即母線尺寸為40mm×4mm，380V母線選LMY-3(

14、120×10)+80×6型硬鋁母線，即相母線尺寸為120mm×10mm，中性母線尺寸為80mm×6mm。3.3 變電所進(jìn)出線的選擇采用LJ型鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kV干線。(1)按發(fā)熱條件選擇由Ic=2×10003×10=115.5A及室外環(huán)境溫度20，查技術(shù)手冊(cè)，初選LJ-25型，其20時(shí)允許載流量I=142A>IJS，滿足發(fā)熱條件。(2)校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度根據(jù)技術(shù)手冊(cè)，最小允許截面Amin=35mm，因此LJ-16型不滿足機(jī)械強(qiáng)度要求，故改用LJ-35型。由于此線路很短，不需要校驗(yàn)電壓損耗。3.4 變電所主結(jié)線圖繪制本廠由附近一

15、條10 kV的公用電源干線取得工作電源，經(jīng)過母線連接兩臺(tái)容量為1000kVA的變壓器，兩臺(tái)變壓器分別連接二級(jí)負(fù)荷和三級(jí)負(fù)荷。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房為二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬三級(jí)負(fù)荷。為滿足工廠二級(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。變電所主結(jié)線圖如附錄圖4所示。4 小結(jié)計(jì)算工廠負(fù)荷，目的是確定工廠總的計(jì)算負(fù)荷從而確定該工廠需要補(bǔ)償?shù)臒o功容量。工廠無功功率的補(bǔ)償是為了滿足供電部門的要求。對(duì)工廠變電所主變壓器臺(tái)數(shù)、容量，型號(hào)進(jìn)行選擇，從而滿足工廠負(fù)荷的要求。因?yàn)橹髯儔浩鞯娜萘俊⑴_(tái)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(xiàng)基本原則可得出變電所主接線的設(shè)計(jì)方

16、案。通過本次課程設(shè)計(jì)，我加深了對(duì)變電所電氣主接線知識(shí)的理解，基本掌握了變電所電氣主接線設(shè)計(jì)的步驟，所學(xué)的理論知識(shí)很好的運(yùn)用到了實(shí)際工程中。在具體的設(shè)計(jì)過程中，涉及了很多知識(shí)，知識(shí)的掌握深度和系統(tǒng)程度都關(guān)系到整個(gè)設(shè)計(jì)的完整性和完善性。正是這樣有趣而且具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，激發(fā)了我的興趣，我會(huì)盡可能的搜羅信息，設(shè)計(jì)盡量合理的電氣主接線，而這個(gè)過程，也是我學(xué)習(xí)進(jìn)步的過程。因此本次設(shè)計(jì)不但是我對(duì)所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)化，也鍛煉了我查找資料、分析信息、選擇判斷的能力。參考文獻(xiàn)1 唐志平等.工廠供配電M.北京:電子工業(yè)出版社.2014.2 鞠萍.電力工程M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2014.3 劉介才.工廠供電M.北京

17、:機(jī)械工業(yè)出版社.2013.4 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,2014.附錄：表3 各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計(jì)算表廠房編號(hào)廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)tan計(jì)算負(fù)荷Pc/kWQc/kvarSc/kVAIc/A1鑄造車間動(dòng)力2000.40.70 1.02 80.00 81.62 114.29 173.64 照明50.81.00 0.00 4.00 0.00 4.00 10.50 2鍛壓車間動(dòng)力4000.30.60 1.33 120.00 160.00 200.00 303.87 照明50.81.00 0.00 4.00 0.00 4.00 10.50 3金

18、工車間動(dòng)力3000.80.65 1.17 240.00 280.59 369.23 560.99 照明50.31.00 0.00 1.50 0.00 1.50 3.94 4工具車間動(dòng)力3000.80.65 1.17 240.00 280.59 369.23 560.99 照明50.31.00 0.00 1.50 0.00 1.50 3.94 5電鍍車間動(dòng)力3000.50.70 1.02 150.00 153.03 214.29 325.57 照明100.81.00 0.00 8.00 0.00 8.00 20.99 6熱處理車間動(dòng)力1500.50.80 0.75 75.00 56.25 93.75 142.44 照明50.91.00 0.00 4.50 0.00 4.50 11.81 7裝配車間動(dòng)力1500.40.75 0.88 60.00 52.92 80.00 121.55 照明100.91.00 0.00 9.00 0.00 9.00 23.