電力工程課程設計

1、電 力 工 程 基 礎 課 程 設 計學校：海南大學 學院：機電工程學院 姓名：王映翰 班級： 09 電氣一班 學號： 20090304310046第一部分設計任務書設計題目某工礦企業(yè)降壓變電所電氣設計，設計要求根據本廠用電負荷，并適當考慮生產的發(fā)展,按安全可靠，技術先進，經濟合理的要求,確定工廠變電所的位置與形式，通過負荷計算，確定主變壓器臺數及容量，進行短路電流計算，選擇變電所的主接線及高、低壓電氣設備，選擇整定繼電保護裝置，最后按要求寫出設計計算說明書，繪出設計圖紙。三，設計資料設計工程項目(1) 工廠總平面圖:化工廠米選礦所用電機械制造廠冶煉廠(2 ) 工廠負荷數據:序號負荷名稱P30

2、 (KVAQ30 (Kvar)S30 (KVA1選采礦區(qū)300014403327.702冶煉廠220010562440.313化工廠20009602218.474機械制造855廠區(qū)和職工居住區(qū)照明800384887.396所用電500240554.62(3)供電電源情況:按與供電局協(xié)議，本廠可由東南方19公里處的變電所110/38.5/11kv,50MVA變壓器供電，供電電壓可任選。(4)電源的短路容量：35kv母線的出線斷路器斷流容量為1500MVA10kv母線的出線斷路器斷流容量為350MVA(5)供電局要求的功率因數：當35kv供電時，要求工廠變電所高壓側cos

3、 C >=0.9;當以10kv供電時，要求工廠變電所咼壓側cose >=0.95.（6）氣象資料：四，設計任務（一）設計計算說明書（二）設計圖紙第二部分設計計算書一、各區(qū)域計算負荷和無功補償1. 采選礦區(qū)已知：P30=3000KVA Tmax=5000h cos e 0.9Q30= P30*tan 0=3000*0.48=1440 KvarS30=P30Q3o =3327.70KVA2 冶煉廠已知：P30=2200KVA Tmax=4200h cos 0 0.9Q30= P30*tan 0 =2200*0.48=1056 Kvar；22-S30=P30Q30 =2440.31KVA

4、3. 化工廠已知：P30=2000KVA Tmax=4200h cos 0 0.9Q30= P30*tan 0 =2000*0.48=960 KvarS30=P30Qi。=2218.47 KVA¥4. 機械制造廠已知：P30=1500KVA Tmax=2880h cos 0 0.9Q30=P30*tan 0 =1500*0.48=720 KvarS30= 巧Q30 =1163.85KVA5. 廠區(qū)和職工居住區(qū)照明已知：P30=800KVA Tmax=1800h cos 0 0.9Q30= P30*tan 0 =800*0.48=384 KvarS30=. P30Q3o =887.39

5、KVA6. 所用電已知：P30=500KVA Tmax=1800hcos 0 0.9Q30= P30*tan 0 =500*0.48=240 KvarS30=P30Q3o =554.62KVA一， 各區(qū)域變電所的設計選擇（一）各車間變電所位置及全廠供電平面草圖 根據地理位置及格車間計算負荷大小，決定設立 3 個變電所，格子供電范圍如下： 變壓所 I ：選采礦區(qū)，所用電。變壓所II :冶煉廠，廠區(qū)和職工居住區(qū)照明。變壓所III :化工廠，機械制造廠。全廠供電平面圖見圖(三) 個車間變壓器臺數及容量選擇1. 變壓所I變壓器臺數及容量選擇（1）變壓所I的供電負荷統(tǒng)計，系數?。篕p=0.9，Kq =0

6、.95P30= Kp* （ P30 所 + P30 采）=0.9* （ 3000+500）=3150KWQ30= Kq*（ Q30 所 + Q30 采）=0.95*（ 1440+240）=1596 Kvar(2) 變壓所I的無功補償無功補償試?。篞C =100Kvar補償以后：Q30=1596-100=1496KvarP 30: 2 2cosC= P30 (Q30 Qc)=0.98>0.901sPT=n P0+ Pk （亠）2 =12.98KW nsnQT=n100SN +- U% Sn ( S30 ) 2=80.78Kvar n 100Sn2. 變壓所II變壓器臺數及容量選擇(1) 變

7、壓所II的供電負荷統(tǒng)計。P30= Kp* (P30 冶 + P30 廠)=0.9* (2000+800) =2700KWQ30= Kq*( Q30 冶 + Q30 廠)=0.95*( 1056+384)=1368 Kvar(2) 變壓所II的無功補償無功補償試取：QC =100Kvar補償以后：Q30=1368-100=1268KvarP 3022cos C= P30 (Q30 Q c )=0.91>0.90IS2 = . P：0(Q30 Qc)2 =2982.92KVA(3) 變壓所II的變壓器選擇，為保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器(每臺可供車間總負 荷的70%):S =0.7 S

8、1=0.7*3184.49=2229.143KVANTII選擇變壓器型號為 S7系列，額定容量為 2500KVA兩臺，查表得出變壓器的各項參數：空載損耗P0=3.65KW負載損耗Pk=23KW;阻抗電壓 Uk%=5.5;空載電流I0%=1.0。(4) 計算每臺變壓器的功率損耗(n=1)。S30=0.5* S 2 =0.5*2982.92=1491.46KVAPT=nP0+1sPk (30 ) 2 =11.84KWSnQT=n Sn+1Uk%Sn ( S30) 2=73.94Kvar100 n 100Sn3.變壓所III變壓器臺數及容量選擇(1)變壓所III的供電負荷統(tǒng)計，系數?。篕p=0.9

9、, Kq =0.95P30= Kp*(P30化 + P30 機)=0.9* (3000+500) =3150KW2）變壓所 III 的無功補償cos(Q 30Qc)2=0.98>0.902Qc) =3184.49 KVA無功補償試?。篞C =100Kvar補償以后：Q30=1596-100=1496Kvar(3)變壓所III的變壓器選擇，為保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器(每臺可供車間總負荷的70%:S NTI =0.7 S 1=0.7*3184.49=2229.143KVA選擇變壓器型號為 S7系列，額定容量為 2500KVA兩臺，查表得出變壓器的各項參數:空載損耗P0=3.65KW；

10、負載損耗 Pk=23KW;阻抗電壓 Uk%=5.5;空載電流10%=1.0。(4)計算每臺變壓器的功率損耗(n=1)。S30=0.5* S 1 =0.5*3184.49=1592.25KVA1sPT=n P0+ Pk(30) 2 =12.98KWnSNE嚅 E+需 SN( J)2 =8078KVar，廠內10KV線路截面選擇1 .供給變電所I的10KV線路為保證供電的可靠性選用雙回路供電線路，每回供電線路計算負荷:P30=0.5*3150=1575KWQ30=0.5*1596=798Kvar計及變壓器的損耗：P = P30+PT=1575+12.98=1587.98KWQ = Q30+QT=7

11、98+80.98=878.98KvarS' = P'2 Q'2 =1815KVA I 30 = S ' /( . 3 U)=104.79A年最大負荷平局利用小時數T = 采Tmax采一P30所Tmax所=4543h,查表得：架空線路的經濟電流密度 J ec =0.86A/mm 2 。所以可得經濟截面：Aec=I 30/ J ec=121.8mm2?？蛇x導線型號為LJ-120，其允許載流量為lai=375A。相應參數為 r 0=0.28 /km, X 0=0.3 /km。再按發(fā)熱條件檢驗已知 =40° C,溫度修正系數為：Kt = =0.816V 70

12、2530 =104.79AI a1= Kt* I a1=0.816*375=306A> I由上式可知，所選導線符合長期發(fā)熱條件。根據地理位置圖及比例尺，得到此線路長度為0.64km線路功率損耗：2 '2 2PL=3I 30 Rl =3I 2r0 L=3*104.79*0.28*0.64=5.9KWQL=3I f0 XL =3l'2 x 0 L=3*104.79 2 *0.3*0.64=6.3Kvar線路首端功率：P=P' +P=1587.98+5.9=1593.88KWQ=Q +Q=878.98+6.3=885.28Kvar線路壓降計算：U=Prp LUQx

13、76;LN=0.045KVU%*100%=0.45% 合格。Un2. 供給變電所II的10KV線路為保證供電的可靠性選用雙回路供電線路，每回供電線路計算負荷:P30=0.5*2700=1350KWQ30=0.5*1368=684Kvar計及變壓器的損耗：P' = P30+PT=1350+11.84=1361.84KWQ = Q30+QT=684+73.94=757.94KvarIS' =. P'2 Q'2 =1558.5KVAI 30 = S ' /(3 U)=89.98A年最大負荷平局利用小時數T =冶* Tmax冶一P30廠* Tmax廠=1780h

14、,查表得：架空線路的經濟電流密度 J2ec=1.48A/mm 。ec所以可得經濟截面：Aec=I 30/ J ec=60.79mm2?？蛇x導線型號為LJ-70，其允許載流量為I a1 =265A。相應參數為 r 0=0.48 /km, x 0=0.32 /km。再按發(fā)熱條件檢驗已知 =40° C,溫度修正系數為：Kt =. 70=0.816 70 25I a1= Kt* I a1=0.816*265=216.24A> I 30 =89.98A由上式可知，所選導線符合長期發(fā)熱條件。由于變電所II緊鄰35/11kv主變壓器，10kv線路很短，其功率損耗可忽略不計。線路首端功率：P=

15、 P' =1361.84KWQ= Q' =757.94Kvar3. 供給變電所III的10KV線路為保證供電的可靠性選用雙回路供電線路，每回供電線路計算負荷：P30=0.5*3150=1575KWQ30=0.5*1596=798Kvar計及變壓器的損耗P' = P30+PT=1575+12.98=1587.98KWQ' = Q30+QT=798+80.98=878.98KvarIS' = P'2 Q'2 =1815KVAI 30 = S ' /( . 3 U)=104.79Ap * tp * t年最大負荷平局利用小時數T =max

16、化3一max機 =4543h,查表得：架空線路的maxF30 化P30 機經濟電流密度Jec=1.00A/mm2。所以可得經濟截面：Aec=I 30/ J ec=104.79mm2?？蛇x導線型號為LJ-95，其允許載流量為I a1 =325a。相應參數為 r 0=0.36 /km, x 0=0.31 /km。再按發(fā)熱條件檢驗已知 =40° C,溫度修正系數為：Kt: =0.816 70 25I a1= Kt* I ai =°.816*325=365.2A> I3o=1O4.79A由上式可知，所選導線符合長期發(fā)熱條件。 根據地理位置圖及比例尺，得到此線路長度為 線路功率

17、損耗：0.32km2 '2 2PL=3I 30RL=3I 2r 0L=3*104.79 2 *0.32*0.36=3.8KW'22 '2 2QL=3l3oXL=3l 2x0L=3*1O4.79 2 *0.32*0.31=3.3Kvar'2線路首端功率:P=P +P=1587.98+3.8=1591.78KWQ=Q +Q=878.98+3.3=882.28Kvar線路壓降計算U=QX°L =0.035KVUnU%- *100%=0.035% 合格。Un三，工廠總降壓變電所及接入系統(tǒng)設計1.工廠總降壓變電所主變壓器臺數及容量的選擇P=2*( P ,+ P

18、'H +P 川)=2*(1593.88+1361.84+1591.78)=9095KWQ=2*( Q| + Q'h+Q川)=2*(885.28+757.94+882.28)=5051KvarP=K p* P=0.9*9095=8185.5KWQ= K Q *Q =0.95*505仁4798.5Kvar總降變10kv側無功補償試?。篞c=850kvarP22cos C= P(QQc) =0.99>0.90S = , P2 (QQc)2 =8193.9 KVA為保證供電的可靠性，選用兩臺主變壓器：SNT =0.7 S=0.7*8193.9=5735.73KVA所以選在變壓器型

19、號為 SL7-6300/35 ，兩臺。 查表得空載損耗 P0=8.20KW負載損耗 Pk=41.00KW;阻抗電壓 Uk%=7.5;空載電流10%=0.9。2.35kv供電線路截面選擇為保證供電可靠性，選用兩回35kv供電線路。P' =0.5*P=0.5*8185.5=4092.75KWQ =0.5* ( Q Qc) =0.5* (4798.5-850)=1974.25Kvar'2Q =4544KVA用化簡公式求變壓器損耗:P=0.015S' =0.015*4544=68.16KWQ=0.06 S ' =0.06*4544=272.64Kvar每回35kv供電線

20、路的計算負荷：P' =P +P=4092.75+68.16=4160.91KWQ ' =Q +Q=1974.25+272.64=2246.89KvarS' ' = JP”Aec=r=78/0.9=86.67mmec可選LJ-95起允許載流量為：I a1=325A.再按長期放熱條件校驗：Q I 'a1=Kt I a1=0.95*325=308.75A>78A所選導線符合發(fā)熱條件。3.35kv線路功率損耗計算。（1）35kv線路功率損耗計算。 已知LJ-95參數 r 0=0.36 /km，x 0=0.31 /km，l=19km。 線路的功率損耗： PL

21、=3I f0RL=3 I 30r 0L=3*78 2 *0.36*19=124.8KW QL=3|30Xl=3 I f0 x 0 L=3*78 2 *0.31*19=50.9Kvar線路首端功率： P=P ' + PL =4160.91+124.8=4285.71KW =4728.8KVAI 30 = S ' ' /( V3 U)=78A按經濟電流密度選擇導線的截面：線路壓降計算U=Pro L QxoL=1.2KVu%*100%=3.4% 合格。Un四，短路電流計算按無窮大系統(tǒng)供電計算短路電流。短路計算電路圖見圖。為簡單起見，標幺值符號*全去掉。1.工廠總降壓變35kv

22、母線短路電流(短路點 1)(1) 確定標幺值基準:S d =100MVA, U av =37kv=Sd = 100d 3Uav 、3 * 37=1.56KA(2) 計算個主要元件的電抗標幺值:系統(tǒng)電抗(取斷路器 Soc=1500MVA100=0.067Soc 150035kv線路電抗(LJ-95)x=0.31/ km100X2=0.31*19*2 =0.43372(3 )求三相短路電流和短路容量：1) 總電抗標幺值：X=0.067+0.5*0.43=0.2822) 三相短路電流周期分量有效值:一 Id _ k =X =156 =5.53KA0.2823) 其他三相短路電流值：I '&#

23、39;(3)= I (3)= I k3) =5.53KAiS3) =2.55 I ''(3) =2.55*5.53=14.1KAI S3 =1.51 I "=1.51*5.53=8.35KA4) 三相短路容量：S (?)= 100=354.6MVAX 0.2821500X1=0.067X2=0.43X3=2.2大系統(tǒng)35k母線總降變35kv側總降變10k母線廠內10kv線路T車間負荷車間變電0.4kv母線2.10kv母線短路電流(短路點2)(1)確定標幺值基準：Sd =100MVA, Ud2=10.5kv=Sd =100d2 3Ud2 3*10.5=5.50KA(2)

24、計算個主要元件的電抗標幺值:1) 系統(tǒng)電抗:X1 =100=0.067oc2) 35kv線路電抗:X2= 0.31*19*100371=0.433）35/11kv電力變壓器電抗（Uk%=7.5）:3s Uk%* Sd 7.5* 100*10cX3= k d =1.19100Sn 100*6300（3）求三相短路電流和短路容量：1 ）總電抗標幺值：“ X2 X30.43 1.19 °=X1+=0.067+=0.87722）三相短路電流周期分量的有效值:I k3)= 5.50 =6.27KAX 0.8773）其他三相短路電流：I”（3）= I （3） = I k3） =6.27KAi S

25、3) =2.55 I "=2.55*6.27=15.99KAI S3 =1.51 I "=1.51*6.27=9.47KA4) 三相短路容量：S(3)=_= 100=114MVAX 0.8773.0.4kv車間抵押母線短路電流（短路點3）（1）確定標幺值基準：Sd =100MVA, Ud3=0.4kvd33Ud3=144.34KA3*0.4（2）計算個主要元件的電抗標幺值:1）系統(tǒng)電抗:100=0.067Soc 15002 ） 35kv線路電抗:X2= 0.31*19*孕=0.43X3=U%亙100Sn7.5*100*103100* 6300=1.194 ） 10kv廠內架

26、空線路電抗（給變電所II供電）：因這段10kv架空線路很短，I 0，電抗可不計。2 22）三相短路電流周期分量的有效值：I (3)_ Id3Ik =7"144.34 =73ka1.977X4=05 ) 10/0.4kv 電力變壓器(2500KVA變壓器 Uk%=5.5):X5=Uk%*Sd _5.5*100*103100SN100* 2500求三相短路電流和短路容量： 總電抗標幺值：“ X2 X3 X4 X50.43 1.19 0 2.2 彳=X1+=0.067+=1.97723）其他三相短路電流:"=i (3) = ik3) =73KA!i S? =1.841 "

27、;(3)=1.84*73=134.32KAI S3) =1.09 I "=1.09*73=79.57KA4) 三相短路容量：Sy = 100 =50.58MVAX 1.977三相短路電流和短路容量計算結果列表匯總短路點計算三相短路電流（KA三相短路容量S（3）（ MVAI (3)1 kI ''(3)I(3)i (3)i shI (3)I sh35kv1 點5.535.535.5314.18.35354.610kv2 點6.276.276.2715.999.471140.4kv3 點737373134.3279.5750.58五、變電所高低壓電氣設備的選擇根據上述短路電流計算結果， 按正常工作條件選擇和按短路情況校驗，總降壓變電所主要高低壓電氣設備確定如下。1.高壓35kv側設備35kv側設備的選擇如表 1所示。2.中亞10kv側設備10kv側設備如表2所示。3. 低壓0.4kv側設備低壓 0.4kv 側設備如表 3 所示表1計算數據高壓斷路器SW2-35/600隔離開關GW2-35G電