電力系統(tǒng)分析課程設計-變電所一次系統(tǒng)設計

1、 電力系統(tǒng)分析課程設計 - 變電所一次系統(tǒng)設計 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電課程設計報告題目 某冶金機械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設計課 程 名 稱 電力系統(tǒng)分析課程分析一、概述. 01.1 課程設計目的要求 .01.2 設計原則 .01.3 設計具體內容 .0二、設計課題基礎資料. 12.1 生產任務及車間組成 .12.2 設計依據 .12.3 本廠負荷性質 .2三、 負荷計算及無功功率補償. 23.1 負荷計算 .23.2 無功功率補償 .6四、 變壓器臺數(shù)和容量的選擇. 74.1 變電所主變壓器臺數(shù)和容量的選擇 .74.2 車間變壓器臺數(shù)和容量的選擇 .8五、一次系統(tǒng)主

2、接線方案設計. 9六、架空線路的設計. 106.1 35kV 架空線路的選擇 .106.2 35kV 母線的選擇 .102 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電6.3 總降壓變電所 10kV 側電纜的選擇 .1.0.6.4 總降壓變電所 10kV 側母線的選擇 .七、短路電流計算 .7.1 短路計算的目的 .7.2 短路電流計算過程 .八、總降壓站的電氣主接線圖及其設備選擇與校驗 .8.1 電氣主接線圖 .1.3.8.2 一次設備的選擇與校驗 .1.4.九、心得體會 .參考文獻.3 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電一、概述1.1 課程設計目的要求目的：通過課程設計進一步

3、提高收集資料、專業(yè)制圖、綜述撰寫的能力，培養(yǎng)理論與實際應用結合的能力，開發(fā)獨立思考的能力，尋找并解決工程實際問題的能力，為以后的畢業(yè)設計與實際工作打下堅實的基礎。要求：（1）自學供配電系統(tǒng)設計規(guī)范，復習電力系統(tǒng)的基本概念和分析方法。（2）要求初步掌握工程設計的程序和方法，特別是工程中用到的電氣制圖標準，常用符號，計算公式和編程技巧。（3）通過獨立設計一個工程技術課題，掌握供配電系統(tǒng)的設計方法，學會查詢資料，了解電力系統(tǒng)中常用的設備及相關參數(shù)。（4）在設計過程中，要多思考，多分析，對設計計算內容和結果進行整理和總結。（5)完成課程設計說明書及相關的圖，可以手寫，可以計算機打印。1.2 設計原則（

4、1）必須遵守國家有關電氣的標準規(guī)范。（2）必須嚴格遵守國家的有關法律、法規(guī)、標準。（3）滿足電力系統(tǒng)的基本要求（電能質量、可靠性、經濟性、負荷等級）（4）必須從整個地區(qū)的電能分配、規(guī)劃出發(fā)，確定整體設計方案。1.3 設計具體內容該冶金機械廠總降壓變電所及高壓配電一次系統(tǒng)設計，是根據各個車間的負荷數(shù)量和性質，生產工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結合國家供電情況，解決對電能分配的安全可靠，經濟合理的問題。其基本內容有以下幾方面：（1）一次系統(tǒng)主結線方案設計（2）確定全廠負荷（3）主變壓器容量和臺數(shù)的選擇（4）選擇 35kV 架空（8km 長）輸電導線截面積（根據額定電流）計算并說明選擇的理由。（5

5、）畫出等值電路簡圖（6）畫出總降壓站的電氣主結線圖0 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電二、設計課題基礎資料2.1 生產任務及車間組成本廠主要承擔冶金系統(tǒng)的配件生產，生產規(guī)模為：鑄鋼件 1 萬噸，鑄鐵件 3 千噸，鍛件 1 千噸，鉚焊件 2 千噸。本廠車間組成如表 1 所示。2.2 設計依據（1）設計總平面布置圖（2）全廠各車間負荷如表 2 所示，各車間均為 380V 的負荷，但有一部分為高壓設備為 6kV 的負荷。（3）供用電協(xié)議工廠與供電部門所簽定的供用電協(xié)議主要內容如下： 工廠從供電部門用 35 千伏雙回架空線引入本廠，其中一個作為工作電源，一個作為備用電源，兩個電源不并列運

6、行。（即不同時工作），供電部門短路容量為 200MVA，該變電所距廠東側 8 公里。1 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電 在本廠的總降壓變電所 35 千伏側進行計算，本廠的功率因數(shù)應大于 0.9。2.3 本廠負荷性質本廠為三班工作制，最大有功負荷年利用小時數(shù)為 6000 小時，屬于二級負荷。三、負荷計算及無功功率補償3.1 負荷計算確定車間的計算負荷，一般用需要系數(shù)法，車間設備的利用系數(shù)乘上設備容量即為車間低壓用電設備的總設備容量，即車間低壓側的計算負荷（有功功率）。并可求出相應的計算負荷（無功功率及視在功率）。計算后填入表 1.（確定相應的變壓器容量）有功計算負荷 P 為30P

7、 30（2.1）K Pxe這里的 K x 稱為需要系數(shù)（demand coefficient），Pe 為車間用電設備總容量。Q P tan無功計算負荷 Q 為30（2.2）3030式中，tan 為對應于車間用電設備cos的正切值。視在計算負荷為PS 3030cos （2.3）cos式中，為車間供電設備的平均功率因素。根據工廠給出的資料，通過計算整理，得出該工廠各車間的負荷計算表及該工廠 6kV 高壓設備的負荷計算表，結果見表 1。表 1 全廠各車間負荷表車間 設 利或用 備 用電單 容 系S 變P Q （K 壓VA） 器序號co ta備注s n2 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電

8、位名 量 數(shù)臺數(shù)及容量稱 （ KxKW）No1 變電所1*11230 250.77 KVA鑄鋼 200. 1.65 1710.4800 936車間 00No2 變電所鑄鐵 100. 1.7 020. 1.6 23571.4310.40.7400 408車間 001194.7 128.2 砂庫7701 331*1502. 699. 00071 76 KVA21103 小計No3 變4773 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電電所鉚焊 1210. 1.45 98712.80.336021800車間 001#水0.7 0. 0.5 8 7515.7 26.25 5228泵房1*11228

9、728. 826. 00055 25 KVA3 小計381No4 變電所空壓 39 0.8 0. 0. 331. 291.123442站0 5 75 88 5 72機修 15 0.2 0. 1.車間 0 5 65 1743.8 57.675 937.566鍛造 22車間 00. 1.55 52100.120320.318木型0.3 0. 1. 65.0 86.5 108.5 6 33 5 1 41455.8車間5制材20場0.2 0. 1.8 6 337.4485.69.334 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電綜合620 0.9 1 1 18 18 18樓1*198523. 54

10、7. 755. 0007 小計 5.865 873 43 KVA5No5 變電所鍋爐 12 0.7 0. 0.1900 675 1125房 00 5 8 752#水0.7 0. 0.5 8 7515.7 26.2215 52328泵房倉庫 88. 0.6 0. 1. 57.2 67.0 88.11、2 12 5 65 17 78 15 2污水0. 0.4 提升 14 0.811.2 8.4 148 75站1*113989. 766. 1253 600478 165 .37 KVA5 小計 30. 12各車間 6KV 變壓負載5 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電電弧 250 0.

11、0. 0.128. 258612250480爐0 9 87 570. 0. 0.25 .21230. 533.4 33工頻爐236008 9 480. 0. 0.85 85 52空壓機500425 500 2213600858. 334031554 小計65 .54全廠合計(K =112 0.0.41220.56937029.5686p 53.9 50 72.95060.9)81 .5157 64(K =q0.95)3.2 無功功率補償通過該廠的負荷計算表可知該廠的功率因素 cos =0.81，不能達到供電部門的要求。在供電營業(yè)規(guī)則中規(guī)定：“用戶在當?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網高峰負荷時的功率因素應達

12、到下列規(guī)定：100kVA 及以上高壓供電的用戶功率因素為 0.90 以上?！辈⒁?guī)定，凡功率因素未達到上述規(guī)定的，應增添無功補償裝置。無功功率的人工補償裝置主要有同步補償機和并聯(lián)電容器兩種。由于并聯(lián)電容器具有安裝簡單、運行維護方便、有功損耗小以及組裝靈活、擴容方便等優(yōu)點，因此本設計選用并聯(lián)電容進行無功補償。按規(guī)定，變電所高壓側的功率因素 cos 0.9.?？紤]到變壓器本身的無功功率損耗Q 遠大于其有功功率損耗P ，一般Q =（45）P ，因此在變壓器低壓側進行無TTTT功補償時，低壓側補償后的功率因素應略高于 0.90，這里取 cos =0.92。要使低壓側6 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造

13、廠總降壓變電功率因素由 0.81 提高到 0.92，低壓側需裝設的并聯(lián)電容器容量為Q (tan 1 tan 2) 5693.515(tan(arccos 0.81) tan(arccos 0.92)k varPC30Qc 1696.606kvar取 Q =2000kvarC根據以上計算，本設計從常用并聯(lián)電容器中選出型號為 BWF10.5-120-1 的并聯(lián)電容器 17 臺進行該工廠的無功功率補償。四、變壓器臺數(shù)和容量的選擇4.1 變電所主變壓器臺數(shù)和容量的選擇無功功率補償后變電所低壓側的視在計算負荷為S（Q -Q ) 5693.515 （4122.9506 2000）kVA 6076.43kV

14、A2P22230C30（2）30變壓器的功率損耗為 P 0.015 = 0.015 TS6076.43kVA = 91.146kW3 0（2） Q 0.06 = 0.06 TS6076.43kVA=364.586kvar30（2）變電所高壓側的計算負荷為= 5693.515kW + 91.146kW = 5784.661kW3 0（1）P=（4122.95062000）kvar + 364.586kvar =2487.537kvar30（1）QS 5784.661 2487.537 kVA 6296.836kVA2230（1）補償后工廠的功率因素為cos P/ 5784 .661/ 6296

15、.836 kVA 0.9187S30（1）30（1）這一功率因素滿足供電部門規(guī)定的要求。根據工廠提供的數(shù)據，本工廠負荷為二級負荷，且工廠視在計算負荷為 6296.836kVA故本工廠總降壓變電所應選擇兩臺主變壓器。由于本工廠選用兩臺主變壓器，故每臺主變壓器的容量 SNT 不應小于總的計算負荷 S30 的 60%70%。但由于本工廠的負荷均為二級負荷，故該工廠的總降壓變電所選用兩臺容量為 10000kVA 型號為 S9-10000/35 的變壓器，其主要技術數(shù)據如下：表 3.1 S9-5000/35 變壓器技術參數(shù)變壓器 額 額定電 損耗 阻 空 聯(lián)結 總 備型號 定 壓/kV/kW抗 載 組別

16、 體 注7 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電容量電 電壓 流（ （% %） ）質量/t低 空 負壓 載 載高壓10 35000 5%1016.04.2 車間變壓器臺數(shù)和容量的選擇表 3.2 車間變電所變壓器型號變壓器臺數(shù)及容量/kVA11250 S9-1250/3511000 S9-1000/1011000 S9-1000/1011000 S9-1000/10No.4No.511600 S9-1600/10表 3.3 各型號變壓器技術參數(shù)額 額定電 損耗 阻 空總/kW抗 載電 電壓 流（ （體聯(lián)結 備質低 空 負壓 載 載組別 注量/k/t8 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造

17、廠總降壓變電VA% %） ）4. 0.5 612501010005%04.2752. 1440 .5016S9-1600/1000五、一次系統(tǒng)主接線方案設計變電站的主接線是由各種電氣設備（變壓器、斷路器、隔離開關等）及其連接線組成，用以接受和分配電能，是供電系統(tǒng)的組成部分，它與電源回路數(shù)、電壓和負荷的大小、級別以及變壓器的臺數(shù)容量等因素有關。該廠電源從位于距該廠東側 8km 處的 220/35kV 變電站以 35kV 雙回路架空線引入工廠，其中一路做為工作電源，另一路作為備用電源，兩個電源不并列運行。方案一：二次側采用雙母線接線，其可靠性、靈活性都比較高，因為雙母線可以在不停電的情況下維修任意

18、母線。同時變壓器兩側均裝有斷路器，所以當其出現(xiàn)故障時，又隨時對它進行維修，可將電能從一臺變壓器送出，即可保證一、二級負載不停電，又提高操作的靈活性。一次側采用了全橋接線，能提高供電可靠性。方案二:一次側采用聯(lián)絡線接線，當可靠性要求不高時，也可用隔離開關 QS 將聯(lián)絡線分段運行（聯(lián)絡線故障時將會短時全廠停電，操作復雜）。二次側為雙母線分段，兩段母線組合形式更多，比方案一多增加了兩套斷路器。任一部分發(fā)生故障均能在不停電的條件下檢修，其靈活性、可靠性提高綜上所述，根據技術比較并結合變壓器臺數(shù)容量等因素的考慮，方案一較適合，滿足可靠性、靈活性。9 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電六、架空

19、線路的設計6.1 35kV 架空線路的選擇35kV 供電線路可先按經濟電流密度確定經濟截面，在校驗其他條件。按經濟電流密度j 計算經濟截面 A 的公式為ececIA 30jecec式中，I 為線路的計算電流。30該工廠為三班工作制，年最大有功利用小時為6000h，進線電纜選用鋁芯電纜，由資料查得j =1.54。由公式計算得架空線路的經濟截面ecSI 30116A30（1）3UN116AA 129mm20.9A / mm2ec因此選用截面為 150mm ，型號為 LGJ-150 的鋼芯鋁絞線，LGJ-150 的允許載流量2I =455AI =116A，因此滿足發(fā)熱條件。al306.2 35kV

20、母線的選擇由發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)查出鋁矩形導體的經濟電流密度 j =0.68，故母線的經濟截ec面116AA 170.59mm20.68A / mm2ec故35kV 母線選用355mm 單條豎放矩形導體，其載流量為350A，比I 大，因此滿足230要求。6.3 總降壓變電所 10kV 側電纜的選擇根據公式可算出總降壓變電所 10kV 側電纜的經濟截面473.61AA 236.81mm22.00A / mm2ec因此選用截面為 250mm ，型號為 YJV250 的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。由工發(fā)電廠2電氣主系統(tǒng)中的數(shù)據得銅芯YJV250 的允許載流量I =411AI =116A,因此滿足發(fā)熱al3010

21、 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電條件。6.4 總降壓變電所 10kV 側母線的選擇根據 10kv 母 線處 的 電 流 電壓 等初 選 母 線 型號為 LMY 480(404) ，I =480AI =473.6A，符合要求。al30七、短路電流計算7.1 短路計算的目的（1）用于變壓器繼電保護裝置的整定。（2）選擇電氣設備和載流導體。（3）選擇限制短路電流的方法。（4）確定主接線方案和主要運行方式。7.2 短路電流計算過程(1）取基準容量S =100MVA；S 為區(qū)變電所的短路容量200MVA。最小運行方式，OKb只有一臺變壓器工作，最大運行方式，兩臺變壓器并列運行，電壓源的標

22、幺值為 1；（2)計算基準電流S10035kV 網絡的基準電流： U 3 (351.57kAIb1.05) 3d1C1S1006kV 網絡的基準電流： 9.16kAIbU 3（61.05）3d2C2S100400V 網絡的基準電流： 13.75kAIb（0.41.05）3d3 U 3C2(3)電力系統(tǒng)的電抗：(4)架空線路電抗：(5)變壓器電抗：SS100 MVAX 0.5b200 MVA1ocS100（36 .75）X X X l 0.（4 / km）8km 0.24*bU23022c211 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電U %S 7.5100103X X b 0.75*k1

23、00S1001000045N(6)計算三相短路電流和短路容量 最小運行方式時高壓側短路X 0.5 0.24 0.74d1次暫態(tài)電流：沖擊電流：S100I 2.12KAB3U X336.750.74Bd1i 1.8I 2.55I 2.552.12 5.41KAmimp最大沖擊電流有效值：I 1.52I 1.522.12 3.22KAimp最大短路功率：S I S 1.35100 135MVA同理可以得出最小運行方式時低壓側短路時的次暫態(tài)電流、沖擊電流、最大沖擊電流kt*B有效值、最大短路功率。 最大運行方式時高壓側短路X 0.5 0.24 0.74d1次暫態(tài)電流：S100I 2 4.24KAB3

24、U X336.750.74Bd1沖擊電流：i 1.8I 2.55I 2.554.24 10.81KAmimp最大沖擊電流有效值：I 1.52I 1.524.24 6.44KAimp最大短路功率：S 2 I S 21.35100 270MVAkt*B同理可以得出最大運行方式時低壓側短路時的次暫態(tài)電流、沖擊電流、最大沖擊電流有效值、最大短路功率。表5.2 高壓側三相短路計算結果12 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電次 暫 態(tài) 沖 擊 電 最 大 沖 最 大 短擊 電 流 路功率有效值（kA）最 大 運 4.24 10.81 6.44 270行方式最 小 運 2.12 5.41 3.4

25、2 135行方式表5.3 低壓側三相短路計算結果次 暫 態(tài) 沖 擊 電 最 大 沖 最 大 短擊 電 流 路功率有效值最 大 運 12.40 31.37 17.20 134最 小 運 7.35 15.68 9.35 67.11行方式八、總降壓站的電氣主接線圖及其設備選擇與校驗8.1 電氣主接線圖電氣主接線圖如圖 8-1 所示13 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電圖 8-1 電氣主接線圖8.2 一次設備的選擇與校驗為了保證一次設備安全可靠地運行，必須按下列條件選擇和校驗：（1）按正常工作條件包括電壓、電流、頻率及開斷電流等選擇；（2）按短路條件包括動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定進行校驗；（3）考慮

26、電氣設備運行的環(huán)境條件如溫度、濕度、海拔高度以及有無防塵、防爆、防腐、防火等要求；本設計查閱相關資料，經過整理一次設備效驗所需的公式得出一次設備效驗公式表見表 8.1。表 8.1 一次設備效驗公式表校驗公式i i1 高壓斷路器、高壓負 動穩(wěn)(3)ma sh14 電力系統(tǒng)分析課程設計某冶金機械修造廠總降壓變電2tima定esin (3)sh2電流互感器(K I ) tI t2(3)2t inimaalc=I (3)/ct=I (3)/ctimai 設備的極限通過電流峰值（kA），imash(3)通過設備的三相短路沖擊電流（kA），I 設備的 t 秒熱穩(wěn)定電流（kA），t設t符號含義備的熱穩(wěn)定實驗時間，I