電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)某冶金機(jī)械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目某冶金機(jī)械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程名稱電力系統(tǒng)分析課程分析TOC\o"1-2"\h\u19794一、概述 298451.1課程設(shè)計(jì)目的要求 2209541.2設(shè)計(jì)原則 240171.3設(shè)計(jì)具體內(nèi)容 210444二、設(shè)計(jì)課題基礎(chǔ)資料 3280392.1生產(chǎn)任務(wù)及車間組成 359852.2設(shè)計(jì)依據(jù) 3310092.3本廠負(fù)荷性質(zhì) 48102三、負(fù)荷計(jì)算及無功功率補(bǔ)償 4193883.1負(fù)荷計(jì)算 481253.2無功功率補(bǔ)償 513661四、變壓器臺數(shù)和容量的選擇 6123524.1變電所主變壓器臺數(shù)和容量的選擇 6312974.2車間變壓器臺數(shù)和容量的選擇 725205五、一次系統(tǒng)主接線方案設(shè)計(jì) 713472六、架空線路的設(shè)計(jì) 8177896.135kV架空線路的選擇 8178546.235kV母線的選擇 845166.3總降壓變電所10kV側(cè)電纜的選擇 8226296.4總降壓變電所10kV側(cè)母線的選擇 94982七、短路電流計(jì)算 9184857.1短路計(jì)算的目的 9318227.2短路電流計(jì)算過程 97281八、總降壓站的電氣主接線圖及其設(shè)備選擇與校驗(yàn) 11113768.1電氣主接線圖 11312788.2一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 1227380九、心得體會(huì) 1320755參考文獻(xiàn) 14一、概述1.1課程設(shè)計(jì)目的要求目的：通過課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高收集資料、專業(yè)制圖、綜述撰寫的能力，培養(yǎng)理論與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合的能力，開發(fā)獨(dú)立思考的能力，尋找并解決工程實(shí)際問題的能力，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)與實(shí)際工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。要求：（1）自學(xué)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范，復(fù)習(xí)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(shè)計(jì)的程序和方法，特別是工程中用到的電氣制圖標(biāo)準(zhǔn)，常用符號，計(jì)算公式和編程技巧。（3）通過獨(dú)立設(shè)計(jì)一個(gè)工程技術(shù)課題，掌握供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，學(xué)會(huì)查詢資料，了解電力系統(tǒng)中常用的設(shè)備及相關(guān)參數(shù)。（4）在設(shè)計(jì)過程中，要多思考，多分析，對設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容和結(jié)果進(jìn)行整理和總結(jié)。（5)完成《課程設(shè)計(jì)說明書》及相關(guān)的圖，可以手寫，可以計(jì)算機(jī)打印。1.2設(shè)計(jì)原則（1）必須遵守國家有關(guān)電氣的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。（2）必須嚴(yán)格遵守國家的有關(guān)法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)。（3）滿足電力系統(tǒng)的基本要求（電能質(zhì)量、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、負(fù)荷等級）（4）必須從整個(gè)地區(qū)的電能分配、規(guī)劃出發(fā)，確定整體設(shè)計(jì)方案。1.3設(shè)計(jì)具體內(nèi)容該冶金機(jī)械廠總降壓變電所及高壓配電一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)各個(gè)車間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布局，結(jié)合國家供電情況，解決對電能分配的安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理的問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面：（1）一次系統(tǒng)主結(jié)線方案設(shè)計(jì)（2）確定全廠負(fù)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(dǎo)線截面積（根據(jù)額定電流）計(jì)算并說明選擇的理由。（5）畫出等值電路簡圖（6）畫出總降壓站的電氣主結(jié)線圖二、設(shè)計(jì)課題基礎(chǔ)資料2.1生產(chǎn)任務(wù)及車間組成本廠主要承擔(dān)冶金系統(tǒng)的配件生產(chǎn)，生產(chǎn)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(shè)計(jì)依據(jù)（1）設(shè)計(jì)總平面布置圖（2）全廠各車間負(fù)荷如表2所示，各車間均為380V的負(fù)荷，但有一部分為高壓設(shè)備為6kV的負(fù)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(nèi)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(gè)作為工作電源，一個(gè)作為備用電源，兩個(gè)電源不并列運(yùn)行。（即不同時(shí)工作），供電部門短路容量為200MVA，該變電所距廠東側(cè)8公里。在本廠的總降壓變電所35千伏側(cè)進(jìn)行計(jì)算，本廠的功率因數(shù)應(yīng)大于0.9。2.3本廠負(fù)荷性質(zhì)本廠為三班工作制，最大有功負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)為6000小時(shí)，屬于二級負(fù)荷。負(fù)荷計(jì)算及無功功率補(bǔ)償3.1負(fù)荷計(jì)算確定車間的計(jì)算負(fù)荷，一般用需要系數(shù)法，車間設(shè)備的利用系數(shù)乘上設(shè)備容量即為車間低壓用電設(shè)備的總設(shè)備容量，即車間低壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷（有功功率）。并可求出相應(yīng)的計(jì)算負(fù)荷（無功功率及視在功率）。計(jì)算后填入表1.（確定相應(yīng)的變壓器容量）有功計(jì)算負(fù)荷為（2.1）這里的Kx稱為需要系數(shù)（demandcoefficient），Pe為車間用電設(shè)備總?cè)萘俊o功計(jì)算負(fù)荷為（2.2）式中，tan為對應(yīng)于車間用電設(shè)備的正切值。視在計(jì)算負(fù)荷為（2.3）式中，為車間供電設(shè)備的平均功率因素。根據(jù)工廠給出的資料，通過計(jì)算整理，得出該工廠各車間的負(fù)荷計(jì)算表及該工廠6kV高壓設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算表，結(jié)果見表1。表1全廠各車間負(fù)荷表序號車間或用電單位名稱設(shè)備容量（KW）利用系數(shù)KxcosφtanφPQS（KVA）變壓器臺數(shù)及容量備注No1變電所1鑄鋼車間20000.40.651.178009361230.771*1250KVANo2變電所1鑄鐵車間10000.40.71.02400408571.432砂庫1100.70.61.237794.71128.333小計(jì)2110477502.71699.761*1000KVANo3變電所1鉚焊車間12000.30.451.98360712.880021#水泵房280.750.80.752115.7526.253小計(jì)1228381728.55826.251*1000KVANo4變電所1空壓站3900.850.750.88331.5291.724422機(jī)修車間1500.250.651.1737.543.87557.693鍛造車間2200.30.551.5266100.321204木型車間185.850.350.61.3365.0586.51108.415制材場200.280.61.335.67.4489.336綜合樓200.9111818187小計(jì)985.85523.65547.873755.431*1000KVANo5變電所1鍋爐房12000.750.80.75900675112522#水泵房280.750.80.752115.7526.253倉庫1、288.120.650.651.1757.27867.01588.124污水提升站140.80.80.7511.28.4145小計(jì)1330.12———989.478766.1651253.371*1600KVA各車間6KV變壓負(fù)載1電弧爐25000.90.870.572250128.252586.212工頻爐6000.80.90.48480230.4533.333空壓機(jī)5000.850.850.524255002214小計(jì)36003155858.653340.54全廠合計(jì)(KΣp=0.9)(KΣq=0.95)11253.970.5060.810.7245693.5154122.95067029.56863.2無功功率補(bǔ)償通過該廠的負(fù)荷計(jì)算表可知該廠的功率因素=0.81，不能達(dá)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(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)的功率因素應(yīng)達(dá)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(dá)到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補(bǔ)償裝置。無功功率的人工補(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)，因此本設(shè)計(jì)選用并聯(lián)電容進(jìn)行無功補(bǔ)償。按規(guī)定，變電所高壓側(cè)的功率因素cos≥0.9.。考慮到變壓器本身的無功功率損耗ΔQT遠(yuǎn)大于其有功功率損耗ΔPT，一般ΔQT=（4~5）ΔPT，因此在變壓器低壓側(cè)進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因素應(yīng)略高于0.90，這里取cos＇=0.92。要使低壓側(cè)功率因素由0.81提高到0.92，低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為取QC=2000kvar根據(jù)以上計(jì)算，本設(shè)計(jì)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(jìn)行該工廠的無功功率補(bǔ)償。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(bǔ)償后變電所低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為變壓器的功率損耗為ΔPT≈0.015=0.015×6076.43kVA=91.146kWΔQT≈0.06=0.06×6076.43kVA=364.586kvar變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為=5693.515kW+91.146kW=5784.661kW=（4122.9506—2000）kvar+364.586kvar=2487.537kvar補(bǔ)償后工廠的功率因素為這一功率因素滿足供電部門規(guī)定的要求。根據(jù)工廠提供的數(shù)據(jù)，本工廠負(fù)荷為二級負(fù)荷，且工廠視在計(jì)算負(fù)荷為6296.836kVA故本工廠總降壓變電所應(yīng)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SN·T不應(yīng)小于總的計(jì)算負(fù)荷S30的60%~70%。但由于本工廠的負(fù)荷均為二級負(fù)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(shù)數(shù)據(jù)如下：表3.1S9-5000/35變壓器技術(shù)參數(shù)變壓器型號額定容量/kVA額定電壓/kV損耗/kW阻抗電壓（%）空載電流（%）聯(lián)結(jié)組別總體質(zhì)量/t備注高壓低壓空載負(fù)載S9-10000/351000035±5%10.510.048.37.50.55Ynd1116.4804.2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車間變電所代號變壓器臺數(shù)及容量/kVA變壓器型號No.11×1250S9-1250/35No.21×1000S9-1000/10No.31×1000S9-1000/10No.41×1000S9-1000/10No.51×1600S9-1600/10表3.3各型號變壓器技術(shù)參數(shù)變壓器型號額定容量/kVA額定電壓/kV損耗/kW阻抗電壓（%）空載電流（%）聯(lián)結(jié)組別總體質(zhì)量/t備注高壓低壓空載負(fù)載S9-1250/10125010±5%0．41.9512.004.50.6Yyno2.385S9-1000/1010001.7010.304.50.73.550S9-1600/1016002.4014.504.50.64.275五、一次系統(tǒng)主接線方案設(shè)計(jì)變電站的主接線是由各種電氣設(shè)備（變壓器、斷路器、隔離開關(guān)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(fù)荷的大小、級別以及變壓器的臺數(shù)容量等因素有關(guān)。該廠電源從位于距該廠東側(cè)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(gè)電源不并列運(yùn)行。方案一：二次側(cè)采用雙母線接線，其可靠性、靈活性都比較高，因?yàn)殡p母線可以在不停電的情況下維修任意母線。同時(shí)變壓器兩側(cè)均裝有斷路器，所以當(dāng)其出現(xiàn)故障時(shí)，又隨時(shí)對它進(jìn)行維修，可將電能從一臺變壓器送出，即可保證一、二級負(fù)載不停電，又提高操作的靈活性。一次側(cè)采用了全橋接線，能提高供電可靠性。方案二:一次側(cè)采用聯(lián)絡(luò)線接線，當(dāng)可靠性要求不高時(shí)，也可用隔離開關(guān)QS將聯(lián)絡(luò)線分段運(yùn)行（聯(lián)絡(luò)線故障時(shí)將會(huì)短時(shí)全廠停電，操作復(fù)雜）。二次側(cè)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(jù)技術(shù)比較并結(jié)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。六、架空線路的設(shè)計(jì)6.135kV架空線路的選擇35kV供電線路可先按經(jīng)濟(jì)電流密度確定經(jīng)濟(jì)截面，在校驗(yàn)其他條件。按經(jīng)濟(jì)電流密度jec計(jì)算經(jīng)濟(jì)截面Aec的公式為式中，I30為線路的計(jì)算電流。該工廠為三班工作制，年最大有功利用小時(shí)為6000h，進(jìn)線電纜選用鋁芯電纜，由資料查得jec=1.54。由公式計(jì)算得架空線路的經(jīng)濟(jì)截面因此選用截面為150mm2，型號為LGJ-150的鋼芯鋁絞線，LGJ-150的允許載流量Ial=455A﹥I30=116A，因此滿足發(fā)熱條件。6.235kV母線的選擇由《發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)》查出鋁矩形導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)電流密度jec=0.68，故母線的經(jīng)濟(jì)截面故35kV母線選用35×5mm2單條豎放矩形導(dǎo)體，其載流量為350A，比I30大，因此滿足要求。6.3總降壓變電所10kV側(cè)電纜的選擇根據(jù)公式可算出總降壓變電所10kV側(cè)電纜的經(jīng)濟(jì)截面因此選用截面為250mm2，型號為YJV－250的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。由《工發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)》中的數(shù)據(jù)得銅芯YJV－250的允許載流量Ial=411A﹥I30=116A,因此滿足發(fā)熱條件。6.4總降壓變電所10kV側(cè)母線的選擇根據(jù)10kv母線處的電流電壓等初選母線型號為LMY－480(40×4)，Ial=480A≥I30=473.6A，符合要求。七、短路電流計(jì)算7.1短路計(jì)算的目的（1）用于變壓器繼電保護(hù)裝置的整定。（2）選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)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(yùn)行方式。7.2短路電流計(jì)算過程(1）取基準(zhǔn)容量=100MVA；SOK為區(qū)變電所的短路容量200MVA。最小運(yùn)行方式，只有一臺變壓器工作，最大運(yùn)行方式，兩臺變壓器并列運(yùn)行，電壓源的標(biāo)幺值為1；（2)計(jì)算基準(zhǔn)電流35kV網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電流：6kV網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電流：400V網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電流：(3)電力系統(tǒng)的電抗：(4)架空線路電抗： (5)變壓器電抗：(6)計(jì)算三相短路電流和短路容量最小運(yùn)行方式時(shí)高壓側(cè)短路次暫態(tài)電流：沖擊電流：最大沖擊電流有效值：最大短路功率：同理可以得出最小運(yùn)行方式時(shí)低壓側(cè)短路時(shí)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。最大運(yùn)行方式時(shí)高壓側(cè)短路次暫態(tài)電流：沖擊電流：最大沖擊電流有效值：最大短路功率：同理可以得出最大運(yùn)行方式時(shí)低壓側(cè)短路時(shí)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(cè)三相短路計(jì)算結(jié)果次暫態(tài)電流（kA）沖擊電流最大沖擊電流有效值最大短路功率最大運(yùn)行方式4.2410.816.44270最小運(yùn)行方式2.125.413.42135表5.3低壓側(cè)三相短路計(jì)算結(jié)果次暫態(tài)電流（kA）沖擊電流最大沖擊電流有效值最大短路功率最大運(yùn)行方式12.4031.3717.20134最小運(yùn)行方式7.3515.689.3567.11八、總降壓站的電氣主接線圖及其設(shè)備選擇與校驗(yàn)8.1電氣主接線圖電氣主接線圖如圖8-1所示圖8-1電氣主接線圖8.2一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)為了保證一次設(shè)備安全可靠地運(yùn)行，必須按下列條件選擇和校驗(yàn)：（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(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)；（3）考慮電氣設(shè)備運(yùn)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(shè)計(jì)查閱相關(guān)資料，經(jīng)過整理一次設(shè)備效驗(yàn)所需的公式得出一次設(shè)備效驗(yàn)公式表見表8.1。表8.1一次設(shè)備效驗(yàn)公式表序號設(shè)備名稱校驗(yàn)項(xiàng)目校驗(yàn)公式1高壓斷路器、高壓負(fù)荷開關(guān)、高壓隔離開關(guān)動(dòng)穩(wěn)定ima≥ish(3)熱穩(wěn)定I2tt≥I∞(3)2tima2電流互感器動(dòng)穩(wěn)定KesIin≥i(3)sh熱穩(wěn)定(Kt·Iin)2t≥I∞(3)2tima3母線動(dòng)穩(wěn)定σal≥σc熱穩(wěn)定A≥Amin=I(3)∞·/c4電纜和絕緣導(dǎo)線熱穩(wěn)定A≥Amin=I(3)∞·/c符