电力工程课程设计 XX机械厂降压变电所的电气设计.doc

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1、江西理工大学应用科学学院课程设计 前言电能作为现代工业生产的主要能源，对发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转化为其他形式的能量以供应用。而电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节、测量，有利于实现生产过程自动化。工厂供电设计要达到为工业生产服务，保障工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须做到：安全、可靠、优负、经济。电力工程课程设计是检验我们对专业课学习情况的一项综合测试。它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通，是对我们能力的一项综合评定。同时，它要求我们充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的自动控制系统。电力工程

2、课程设计也是教学过程中一个重要环节。通过实验可以巩固课程理论知识，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能。同时对电力工业的相关政策、方针、技术规程都有了一定的了解。在计算绘图、编号、设计说明等方面得到训练，为以后工作奠定基础。真心感谢老师的辛勤付出！设计题目题目1：1）工厂总平面图 见工厂供电设计指导图11-12）工厂负荷情况 本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如下表所示。3）供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定

3、，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。4）气象资料 本厂所在地区的年最高气温为38，年平均气温为23，年最低气温为-9，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月

4、地下0.8米处平均气温为25。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。5）地质水文资料 本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。表 工厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数功率因数1铸造车间动力3000307照明508102锻压车间动力35003065照明807107金工车间动力40002065照明1008106工具车间动力3600306照明709104电镀车间动力2500508照明508103热处理车间动力1500608照明508109装配车间动力1800307照明6081010机修车间动力16002065照明408108锅炉车间动力500708

5、照明108105动力200408照明10810生活区照明35007096）电费制度 本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.5元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：610VA为800/kVA。目 录第1章 负荷计算和无功功率补偿.1 1.1 负荷计算.1 1.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式.1 1.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式.1 1.2 无功功率补偿.2第2

6、章 变电所位置与型式的选择.4第3章 变电所主变压器及主接线方案的选择.5 3.1变电所主变压器的选择.5 3.2 变电所主接线方案的选择.5 3.2.1装设一台主变压器的主接线方案.5 3.2.2装设两台主变压器的主接线方案.6 3.3 主接线方案的技术经济比较.6第4章 短路电流的计算.8 4.1 绘制计算电路.8 4.2 确定短路计算基准值.8 4.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值.8 4.3.1电力系统.8 4.3.2架空线路.8 4.3.3电力变压器.8 4.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算.9 4.4.1总电抗标幺值.9 4.4.2 三相短路电流周期分量有效值.9 4.

7、4.3 其他短路电流.9 4.4.4 三相短路容量.9 4.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算.9 4.5.1总电抗标幺值.9 4.5.2三相短路电流周期分量有效值.9 4.5.3 其他短路电流.9 4.5.4三相短路容量.9第5章 变电所一次设备的选择与校验.10 5.1 10kV侧一次设备的选择校验.10 5.1.1按工作电压选则.10 5.1.2按工作电流选择.10 5.1.3按断流能力选择.10 5.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验.10 5.2 380V侧一次设备的选择校验.11 5.3 高低压母线的选择.11第6章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择.12 6

8、.1 10kV高压进线和引入电缆的选择.12 6.1.1 10kV高压进线的选择校验.12 6.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择验.12 6.2 380V低压出线的选择.12 6.2.1 铸造车间.12 6.2.2 锻压车间.13 6.2.3 热处理车间.13 6.2.4 电镀车间.13 6.2.5 仓库.13 6.2.6 工具车间.13 6.2.7金工车间.13 6.2.8锅炉房.13 6.2.9装配车间.14 6.2.10机修车间.14 6.2.11 生活区.14 6.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验.14 6.3.1按发热条件选择.14 6.3.2校验电压损耗.14

9、6.3.3短路热稳定校验.14第7章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定.16 7.1变电所二次回路方案的选择.16 7.2 变电所继电保护装置.167.2.1主变压器的继电保护装置.167.2.2护动作电流整定.16 7.2.3过电流保护动作时间的整定.16 7.2.4过电流保护灵敏度系数的检验.16 7.3装设电流速断保护.16 7.3.1速断电流的整定.17 7.3.2电流速断保护灵敏度系数的检验.17 7.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置.17 7.4.1装设反时限过电流保护.17 7.4.2装设电流速断保护.17 7.4.3变电所低压侧的保护装置.17第8章 降压变电所

10、防雷与接地装置的设计.18 8.1变电所的防雷保护.188.1.1 直接防雷保护.188.1.2 雷电侵入波的防护.18 8.2 变电所公共接地装置的设计.188.2.1接地电阻的要求.188.2.2接地装置的设计.18第9章 设计总结.20参考文献.21 XX机械厂降压变电所的电气设计第1章 负荷计算和无功功率补偿1.1 负荷计算1.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW） = ， 为系数 （1-1）b)无功计算负荷（单位为kvar）= tan （1-2）c)视在计算负荷（单位为kvA）= （1-3）d)计算电流（单位为A） =, 为用电设备的额定电压（单位为KV）

11、 （1-4）1.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW）= （1-5）式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.850.95b)无功计算负荷（单位为kvar）=，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.90.97c)视在计算负荷（单位为kvA） = （1-6）d)计算电流（单位为A） = （1-7）经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表1.1所示（额定电压取380V）表1.1各厂房和生活区的负荷计算表编号名称类别设备容量/kW需要系数costan计算负荷/kW/kvar/kVA/A1铸造车间动力3000.30.71.029091.8

12、照明50.81.004.00小计3059491.8131.4199.72锻压车间动力3500.30.651.17105123照明80.71.005.60小计358 110.61231652517金工车间动力4000.20.651.178093.6照明100.81.0080小计4108893.61281946工具车间动力3600.30.61.33108144照明70.91.006.30小计367114.31441842804电镀车间动力2500.50.80.7512593.8照明50.81.0040小计25512993.81602443热处理车间动力1500.60.80.759067.5照明50

13、.81.0040小计1559467.51161769装配车间动力1800.30.71.025455.1照明60.81.004.80小计18658.855.180.612210机修车间动力1600.20.651.173237.4照明40.81.003.20小计16435.237.451.4788锅炉车间动力500.70.80.753526.3照明10.81.000.80小计5135.826.344.4675仓库动力200.40.80.7586照明10.81.000.80小计218.8610.716.211生活区照明3500.70.90.48245117.6272413总计动力22201013.5

14、856.1照明402计入=0.8, =0.850.75810.8727.61088.41653.71.2 无功功率补偿 无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。由表1.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：=(tan - tan)=810.

15、8tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) = 369.66 kvar参照图1.1，选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为84kvar5=420kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷=（727.6-420）kvar=307.6 kvar，视在功率=867.2 kVA，计算电流=1317.6 A,功率因数提高为cos=0.935。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选

16、为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表1.2所示。图1.1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案表1.2无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷/KW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.75810.8727.610891655380V侧无功补偿容量-420380V侧补偿后负荷0.935810.8307.6867.21317.6主变压器功率损耗0.015=130.06=5210KV侧负荷计算0.935823.8359.6898.9

17、52第2章 变电所位置与型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的轴和轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，、分别代表厂房1、2、3.10号的功率，设定（2.5，5.6）、（3.6，3.6）、（5.7，1.5）、（4，6.6）、（6.2，6.6）、（6.2，5.2）、（6.2，3.5）、（8.8，6.6）、（8.8，5.2）、（8.8，3.5），并设（1.2，1.2）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+=。因此仿照力学中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的

18、坐标： （2-1） （2-2）把各车间的坐标代入（2-1）、（2-2），得到=5.38，=5.38 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房（工具车间）的西北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。图2-1 按负荷功率矩法确定负荷中心第3章 变电所主变压器台数及主接线方案的选择3.1变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：a)装设一台变压器 型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1000 KVA=898.9 KVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电

19、变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。b)装设两台变压器型号为S9型，而每台变压器容量根据式（3-1）、（3-2）选择，即898.9 KVA=（539.34629.23）KVA （3-1）=(134.29+165+44.4) KVA=343.7 KVA （3-2）因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0 。3.2 变电所主接线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：3.2.1装设一台主变压器的主接线方案如图3-1所示Y0Y0S9

20、-1000GG-1A(F)-0710/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-03GG-1A(J)-03GG-1A(F)-07GG-1A(F)-54GG-1A(F)-07GG-1A(F)-07主变联络（备用）220/380V高压柜列图3-1 装设一台主变压器的主接线方案3.2.2装设两台主变压器的主接线方案 如图3-2所示Y0Y0220/380VS9-630GG-1A(F)GG-1A(F)-0710/0.4kVS9-63010/0.4kV联络线（备用电源）GG-1A(F)-54GG-1A(F)-113、11GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-01GG-1A(F)-113GG-1A(F)-11GG-1A(J)-01GG-