供配电课程设计.docx

目录摘要.2负荷计算原理 .3负荷的计算.410/0.38kv变电所变压器负荷计算.910/0.38kv变电所变压器的台数及其容量选择910/0.38kv变电所位置和形式选择.1010/0.38kv变电所主接线方案的设计.10短路计算原理.11短路电流的计算.15变电所一次设备的选择与校验17变电所进出线的选择与校验.19参考文献20摘要课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。本设计可分为九部分：负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；变电所高、低压线路的选择；变电所二次回路方案选择及继电保护的整定；防雷和接地装置的确定；心得和体会；附参考文献。由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正！关键词：负荷计算，无功功率计算及补偿，变电所位置，短路电流的计算负荷计算原理 工厂电力负荷分为最大负荷、尖峰负荷和最大负荷班的平均负荷。最大负荷是30min的最大平均负荷。最大负荷分别乘以适当系数，便可求得尖峰负荷和最大负荷班的平均负荷。它们又分别作为选择供配电设备、计算电压降、选择保护装置、计算电能消耗和选择补偿装置的依据。在进行负荷计算时，要根据供配电系统由最下级分支馈线逐级向总变电所推算。在生产车间内专门用于检修的电焊机或备用设备可不参与计算。要将不同工作制下的用电设备的额定功率换算为统一的计算功率。(1)长期工作制电动机的设备容量(p)等于其铭牌上的额定功率(pe)。(2)反复短时工作制电动机(如起重机、轧钢车间辅助机械的电动机)的设备容量是指换算到统一负载持续率(fc)下的额定功率。当采用需要系数法或二项式法计算时，要统一换算到fc=25时的额定功率。(3)电焊机及电焊变压器的设备容量应统一换算到fc=100时的额定功率(kw)。(4)电炉变压器的设备容量是指额定功率因数下的有功功率。(5)照明用电设备的设备容量是指灯头标出的功率；对于荧光灯及高压水银灯等还应计入镇流器的损耗功率，即灯管的额定功率分别增加20及8。最大负荷计算的方法有需要系数法 (1)需要系数(kx)法。此法适合于长期工作制用电设备占多数的情况下，计算负荷之用。同类工作制的单组用电设备按下式计算：不同工作制的多组用电设备的计算公式为：式中p为最大负荷班内30min平均负荷中最大有功功率，kw；q为最大负荷班内30min平均负荷中最大无功功率，kva；s为最大负荷班内30min平均负荷中最大视在功率，kva；尸。为用电设备组中，所有单个用电设备容量之和，kw；kx为按用电设备分类的平均需要系数；tan为功率因数角的正切函数；ky kw为有功功率和无功功率的最大同时系数。负荷的计算铸造车间照明有功计算负荷: p=6x0.8=4.8kw 铸造车间照明无功计算负荷:q=4.8x0=0kvar铸造车间照明视在计算负荷:s=p2+q2=4.8kw铸造车间照明负荷计算电流：i=su3=4.80.223=12.6a锻压车间照明有功计算负荷:p=8x0.7=5.6kw锻压车间照明无功计算负荷:q=5.6x0=0kvar锻压车间照明视在计算负荷:s=p2+q2=5.6kw锻压车间照明负荷计算电流:i=su3=5.60.223=14.7a 金工车间照明有功计算负荷:p=10x0.8=8kw 金工车间照明无功计算负荷:q=8x0=0kvar 金工车间照明视在计算负荷:s=p2+q2=8kw 金工车间照明负荷计算电流:i=su3=80.223=21a 工具车间照明有功计算负荷:p=7x0.9=6.3kw工具车间照明无功计算负荷:q=6.3x0=0工具车间照明视在计算负荷:s=p2+q2=6.3kw工具车间照明负荷计算电流:i=su3=6.30.223=16.54a电镀车间照明有功计算负荷:p=5x0.8=4kw电镀车间照明无功计算负荷:q=4x0=0kvar电镀车间照明视在计算负荷:s=p2+q2=6.3kw电镀车间照明负荷计算电流:i=su3=40.223=10.5a 热处理车间照明有功计算负荷:p=5x0.8=4kw 热处理车间照明无功计算负荷:q=4x0=0kvar 热处理车间照明视在计算负荷:s=p2+q2=4kw热处理车间照明负荷计算电流:i=su3=40.223=10.5a装配车间照明有功计算负荷:p=6x0.8=4.8kw装配车间照明无功计算负荷:q=4.8x0=0kvar装配车间照明视在计算负荷:s=p2+q2=4.8kw装配车间照明负荷计算电流:i=su3=4.80.223=12.6a机修车间照明有功计算负荷:p=4x0.8=3.2kw机修车间照明无功计算负荷:q=3.2x0=0kvar机修车间照明视在计算负荷:s=p2+q2=3.2kw机修车间照明负荷计算电流:i=su3=3.20.223=8.4a锅炉房照明有功计算负荷:p=1x0.8=0.8kw锅炉房照明无功计算负荷:q=0.8x0=0kvar锅炉房照明视在计算负荷:s=p2+q2=0.8kw锅炉房照明负荷计算电流:i=su3=0.80.223=2.1a仓库照明有功计算负荷:p=1x0.8=0.8kw仓库照明无功计算负荷:q=0.8x0=0kvar仓库照明视在计算负荷:s=p2+q2=0.8kw仓库照明负荷计算电流:i=su3=0.80.223=2.1a生活区照明有功计算负荷:p=350x0.7=245kw生活区照明无功计算负荷:q=245x0=0kvar生活区照明视在计算负荷:s=p2+q2=245kw生活区照明负荷计算电流:i=su3=2450.223=643a照明设备总容量：p总=6+8+10+7+5+5+6+4+1+1+350=403kw照明设备总有功计算负荷p=4.8+5.6+8+6.3+4+4+4.8+3.2+0.8+0.8+245=287.3kw照明设备总无功计算负荷：q=0照明设备总视在计算负荷:s=p2+q2=287.3kw照明设备总计算电流:i=su3=287.30.223=754a照明设备总需要系数:kd=287.3403=0.713照明设备总功率因数:cos=287.3287.3=1短路的原因动力负荷的计算铸造车间动力有功计算负荷: p=300x0.3=90kw铸造车间动力无功计算负荷:q=90xtancos-10.7=92kvar铸造车间动力视在计算负荷:s=p2+q2=128.71kw铸造车间动力负荷计算电流：i=su3=128.710.383=196a锻压车间动力有功计算负荷: p=350x0.3=105kw锻压车间动力无功计算负荷:q=105xtancos-10.65=122.76kvar锻压车间动力视在计算负荷:s=p2+q2=161.54kw锻压车间动力负荷计算电流：i=su3=161.540.383=245.5a金工车间动力有功计算负荷: p=400x0.2=80kw金工车间动力无功计算负荷:q=80xtancos-10.65=93.54kvar金工车间动力视在计算负荷:s=p2+q2=123.1kw金工车间动力负荷计算电流：i=su3=123.10.383=187.1a工具车间动力有功计算负荷: p=360x0.3=108kw工具车间动力无功计算负荷:q=108xtancos-10.6=144kvar工具车间动力视在计算负荷:s=p2+q2=180kw工具车间动力计算电流：i=su3=1800.383=273.5a电镀车间动力有功计算负荷: p=250x0,5=125kw电镀车间动力无功计算负荷:q=125xtancos-10.8=93.75kw电镀车间动力视在计算负荷:s=p2+q2=156.25kw电镀车间动力计算电流：i=su3=156.250.383=237.4a热处理车间动力有功计算负荷: p=150x0.6=90kw热处理车间动力无功计算负荷:q=90xtancos-10.8=67.5kvar热处理车间动力视在计算负荷:s=p2+q2=112.5kw热处理车间动力计算电流：i=su3=112.50.383=171a装配车间动力有功计算负荷: p=180x0.3=54kw装配车间动力无功计算负荷:q=54xtancos-10.7=55.1kvar装配车间动力视在计算负荷:s=p2+q2=77.15kw装配车间动力计算电流：i=su3=77.150.383=117.3a机修车间动力有功计算负荷: p=160x0.2=32kw机修车间动力无功计算负荷:q=32xtancos-10.65=37.42kvar机修车间视在计算负荷:s=p2+q2=49.24kw机修车间动力计算电流：i=su3=49.240.383=74.82a锅炉房动力有功计算负荷: p=50x0.7=35kw锅炉房动力无功计算负荷:q=35xtancos-10.65=41kvar锅炉房动力视在计算负荷:s=p2+q2=54kw锅炉房动力计算电流：i=su3=540.383=82.1a动力设备总容量：p总=300+350+400+360+250+150+180+160+50=2200kw动力设备总有功计算负荷p=90+105+80+108+125+90+56+32+35=721kw动力设备总无功计算负荷：q=q=92+122.76+93.54+144+93.75+67.5+55.1+37.42+41=747.07kvar动力设备总视在计算负荷:s=p2+q2=1038.3kw动力设备总计算电流:i=su3=1038.30.383=1577.6a动力设备总需要系数:kd=7212200=0.33动力设备总功率因数:cos=7211038.3=0.6910/0.38kv变电所变压器负荷计算总的有功负荷：p0=287.3+721=1008.3kw总的无功负荷：q0=0+747.07=747.07kvar其计算视在负荷：取有功同时系数为，0.75.取无功同时系数为，0.8.s=（1008.3x0.75）2+（747.07x0.8）2=964kv.a由于要求进行无功补偿达到的功率因素为0.9，故需补偿的无功功率为：qc=p0xtancos-10.9p0xtancos-10.69=569.4.取qc=580kvar变压器的有功功率损耗p=0.01s=9.64kw,变压器的无功功率损耗q=0.05s=48.2kvar10/0.38kv变电所变压器的台数及其容量选择：由于本厂为三，二级负荷，对供电可靠性要求不是特别高，故采用一台变压器，变压器的容量取1000kva.10/0.38kv变电所位置和形式选择:位置选择如下图：形式：采用独立变电所10/0.38kv变电所主接线方案的设计: （a） （b） (c) 若采用（a）方案，则变压器的操作和保护在总降压变电所或总配电所馈出线处实现，低压母线故障由低压侧断路器保护。而（b）（c）方案，只适用于变压器容量不大于630kva时，故不适用。综上所述，故应采用（a）方案比较合适。若变电所由架空线供电时，则选择下面方案：短路的原因及定义短路是指系统正常运行情况以外的，一切相与相之间或相与地之间金属性短接或经过小阻抗短接。供配电系统发生短路故障的主要原因有： 1电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备的绝缘材料自然老化；或由于绝缘强度不够而被正常电压击穿；2设备绝缘正常而被各种形式的过电压（包括雷电过电压）击穿； 3如输电线路断线、线路倒杆或受到外力机械损伤而造成的短路。 4工作人员由于未遵守安全操作规程而发生人为误操作，也可能造成短路。 5一些自然现象（如风、雷、冰雹、雾）及鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，也是造成短路的一个原因。短路后果 1短路电流增大，会引起电气设备的发热，损坏电气设备。 2短路电流流过的线路，产生很大的电压降，使电网的电压突然下降，引起电动机的转速下降，甚至停转。 3短路电流还可能在电气设备中产生很大的机械力（或称电动力）。此机械力可引起电气设备载流部件变形，甚至损坏。 4当发生单相对地短路时，不平衡电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通迅线路、铁路信号系统、可控硅触发系统以及其他弱电控制系统可能产生干扰信号，使通讯失真、控制失灵、设备产生误动作。 5如果短路发生在靠近电源处，并且持续时间较长时，则可导致电力系统中的原本并联同步（不同发电机的幅值、频率、波形、初相角等完全相同吻合）运行的发电机失去同步，甚至导致电力系统的解列（电力网中不同区域、不同电厂的发电机无法并列运行），严重影响电力系统运行的稳定性。短路种类（一）、相间短路1三相短路 三相短路指供电系统中三相导线间同时短接。此时系统每相的阻抗均相同，从电源到负载三相仍然对称，故又叫对称性短路。2两相短路两相短路指三相供电系统中，任意两相间发生的短接。两相短路属于非对称性短路。（二）、接地短路1单相接地短路单相接地短路指在中性点接地系统中，任意一相经大地与电源中性点发生短接。2两相接地短路两相接地短路指在中性点不接地系统中，其中两不同相的单相接地所形成的相间短路；也指在中性点接地系统中，两相短路又接地的情况。 （ 三）、断相故障断相故障是指供电系统一相断开或两相断开的情况，这种故障属于不对称故障。 系统故障电流的大小与短路类型有密切关系，在中性线直接接地的电力系统中，两相短路电流约为三相短路电流的87%，单相接地短路电流约在三相短路电流的60125%之间。标么值法计算三相短路电流 （1）三相短路电流的波形图1 u相短路电流非周期分量最大时电流波形图 从图中可以看出，短路电流包括两部分。第一部分是短路电流的周期分量，在无穷大容量系统中，电源电压的幅值是常数，所以短路电流的周期分量的幅值也是不变的常数；第二部分是短路电流的非周期分量，这个量是随时间而逐渐衰减的指数函数，经过几个周期后，其值就会衰减到零。一次无穷大容量系统发生三相短路后，短路电流是一个按指数规律衰减的非周期函数。当非周期分量衰减到零后，电路进入一个新的稳定状态，其稳态电流就是短路电流的周期分量。 （2）产生最大短路电流的条件1）根据供电系统的实际情况，在系统发生三相短路时，负载的阻抗总是被短接掉，因此整个短路回路中只剩下短路点以前的线路阻抗，因此短路点距离电源越近，短路电流的数值越大。2）在10kv以上的系统高压线路一般总是感抗x远远大于电阻r，因此可以认为线路是纯感性的。3）短路电流的大小不仅与短路发生的地点有关，还与短路前电路的原始状态和短路发生的时刻有关。如果当发生短路的瞬间，恰好有一相的相电压瞬时值过零，即电压的“合闸相角”等于零，此时短路电流值比其他时刻发生短路的短路电流要大。4）电路在短路发生前处于空载状态，即电路中电流为零。当短路发生后经过半个周期0.01s的时间，短路电流会出现最大冲击值。 在实际供电系统中，如果将备用的供电线路投入（线路空载），但线路上已经存在三相短路的隐患，在合闸操作的瞬间又恰好有一相电压瞬时过零，则合闸操作瞬间就会产生最严重的短路故障。现场将此称为“无载线路合闸严重短路”。 （3）三相短路最大冲击电流的瞬时值ich从图1中可以看出，根据产生最大短路电流的条件，u相中短路电流周期分量和非周期分量叠加的结果是在短路后经过半个周期的时刻将会出现短路电流的最大瞬时值，此值称为短路冲击电流的瞬时值，用ich表示。实际的电网是由电抗和电阻共同组成的，短路电流的大小与短路地点发生的地点有关。因此引入短路冲击系数表示短路点的阻抗特性。当短路点以前的网络为纯电感时，此时的短路电流最大。当当短路点以前的网络为纯电阻，此时的短路电流最小。在10kv高压网中冲击系数取1.8，则短路瞬时冲击电流为 ich2.55id 380/220v低压网中冲击系数取1.3，则短路瞬时冲击电流为 ich1.84id 式中 id短路电流的周期分量（ka）。（4）三相短路最大冲击电流有效值ich高压网中冲击系数取1.8，则短路电流的最大有效值为 ich1.52id 低压网中冲击系数取1.3，则短路电流的最大有效值为 ich1.09id （5）三相短路电流周期分量有效值id在短路计算中，如选短路点所在线路平均额定电压（uav）为基准电压ub，则三相短路电流周期分量为 式中 uav 短路点所在线路的平均额定电压（kv）； ub基准电压（kv）； x从电源到短路点之间的所有电气元件的电抗和（w）。三相短路电流周期分量的标么值为 即三相短路电流周期分量的有名值为 由上式可以看出，计算短路电流id关键在于求出短路回路总电抗标么值。（6）计算三相短路容量在短路计算中，如选短路点所在线路平均额定电压（uduav）为基准电压ub， 则三相短路容量为 sdidudiduavidub 式中 uav 短路点所在线路的平均额定电压（kv）； ub基准电压（kv）；三相短路容量的标么值为 三相短路容量的有名值为 短路电流的计算变电所高压侧短路电流计算：最大运行方式：即系统的阻抗最小，取sd=100m.va,ud=1.05uc，即短路发生在离发电机最近的10kv母线处。x=sdsoc=100/500=0.2ud=10x1.05=10.5kvid=sdud3=10010.53=5.5kai=1x=10.2=5in=ixid=5x5.5=27.5kas=1x=0.2s=sxsd=0.2x100=20m.vaish=2.55xin=2.55x27.5=70.125kaish=1.51xin=1.51x27.5=41.525ka两相短路电流：i0=08.66. in=23.82ka最小运行方式：即系统的阻抗最大，取sd=100m.va,ud=1.05uc，即短路发生在离变压器最近的10kv母线处。x=sdsoc=100/500=0.2xl=x0xlsdud2，而x0=0.1445lgdds=0.1445lg20.0063=0.362，xl=0.362x80x10010.52=0.263x=xl+x=0.263+0.2=0.463i=1x=2.16id=sdud3=10010.53=5.5kain=ixid=5.5x2.16=11.88kas=1x=2.16s=sxsd=2.16x100=216m.vaish=2.55xin=2.55x11.88=30.294kaish=1.51xin=1.51x11.88=18ka两相短路电流：i0=08.66. in=0.866x11.88=10.3ka变电所低压侧短路电流计算：x=sdsoc=100/500=0.2xl=x0xlsdud2，而x0=0.1445lgdds=0.1445lg20.0063=0.362，xl=0.362x80x10010.52=0.263xt=uksd100sn=0.345x=x+xl+xt=0.2+0.263+0.345=0.808i=1x=1.24id=sdud3=10010.53=5.5kain=ixid=5.5x1.24=6.81kas=1x=1.24s=sxsd=1.24x100=124m.vaish=2.55xin=2.55x6.81=17.36kaish=1.51xin=1.51x6.81=10.29ka两相短路电流：i0=08.66. in=0.866x6.81=5.9ka变电所一次设备的选择与校验高压断路器的选择额定电压的选择un=10kv ,um=10x1.05=10.5kv. 故断路器的额定电压ur=12kv,故由于urum,合格。额定频率的选择：50hz额定短路开断电流：ib应大于最大运行方式下的三相短路电流的有效值ish，即ib41.525ka额定峰值耐受电流，imax=ish,即imax=70.125ka高压熔断器的选择额定电压的选择un=10kv ,um=10x1.05=10.5kv. 故断路器的额定电压ur=12kv,故由于urum,合格。额定频率的选择：50hz额定开断电流：ib应大于最大运行方式下的三相短路电流的初始值in=27.5ka熔体额定电流：取线路最大工作电流的1.11.3倍选择熔断器额定电流:其应不小于所安装的熔体额定电流高压负荷开关的选择：实际转移电流：组合电器的实际转移电流应小于额定转移电流，且不小于熔断器的额定最小开断电流实际交接电流：组合电器的实际交接电流应小于其额定交接电流额定频率的选择：50hz额定电流：其应大于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流imax.额定短路开断电流：ib应大于最大运行方式下的三相短路电流的有效值ish，即i