电力工程程设计.docx

电力工程课程设计某机床厂变电所设计 目录一绪论3二、设计任务4三、设计内容6（一）、负荷计算过程6（二）变电所位置和形式的选择19（三）变电所住变压器及主接线的方案选择20（四）短路电流计算22（五）变电所一次设备的选择与校验24（六）变电所进出线30（七）、继电器保护设置34四、设计总结36五、参考文献36一绪论变电所是接受和分配电能的中枢，它是由变压器、配电装置、保护及控制装备、测量仪器以及其他附属设备及有关建筑物构成的。 变电所的电气主接线是变电所的关键部分。它与电力系统、电气设备的选择及布置、供电系统运行的可靠性和经济性等各方面均有密切联系。在设计变电所电气主接线时，要考虑供、配电系统电压的选择；变电所的位置与数量的确定；变压器的容量与台数的确定；总降压变电所电气主接线的选择以及供电系统方案的技术经济比较。 总降压变电所的电气主接线是由变压器、断路器、隔离开关、互感器、避雷器、母线及电缆等电气设备，按一定的顺序连接而成的，用以表示接受、汇集、和分配电能的电路。电气主接线是变电所的主要电路，它明确表示了变电所电能接受与分配的主要关系，是变电所运行、操作的主要依据。在设计中，主接线的拟定对电气设备选择、配电装置布置、保护和控制、测量的设计及变电运行的可靠性。 在进行设计时，首先要进行短路计算，然后进行线路及设备的选择，也就是根据高压电气设备选择的一般原则来进行计算，并且进保护整定以及校验。某机床厂变电所设计二、设计任务某机厂有金工车间（600m2），装配车间（500m2）、铸工车间（400m2）、仓库（300m2）、及堆场（500m2）、办公楼等，厂区总面积500400m2，按三班制生产，全年Tn=7000h，最大负荷利用小时数6000h，属于三级负荷设计依据：1. 从电业部门牟35/10KV变电所用1回20Km的架空线相本厂供电，全场建一个变电所。2. 各设备用电电压3. 在变电站10侧计量，要求功率因数应在0.9以上。车间名称序号设备名称台数设备容量Pe(KW)需用系数Kx功率因数costan计算有功功率P30/KW计算无功功率Q30/Kvar计算视在功率S30/KVAI30/A金工车间1车床272.80 0.30 0.60 1.333 2镗床214.00 0.30 0.60 1.333 3磨床37.00 0.30 0.60 1.333 4大力车322.00 0.30 0.60 1.333 5牛土炮24.50 0.30 0.60 1.333 6龙门刨128.00 0.30 0.60 1.333 7行车19.00 0.30 0.60 1.333 8行车25.00 0.30 0.60 1.333 9通风机24.50 0.30 0.60 1.333 装配车间10冲床417.00 0.30 0.70 1.020 11锯床61.70 0.30 0.70 1.020 12砂轮创41.00 0.30 0.70 1.020 13钻床101.50 0.30 0.70 1.020 14通风机22.80 0.30 0.80 0.750 15行车124.20 0.30 0.70 1.020 16行车15.10 0.30 0.70 1.020 17交流焊机322.00 0.30 0.50 1.732 18直流焊机214.00 0.30 0.50 1.732 19空压机3320.00 0.30 0.60 1.333 铸工车间20电路变压器1420.00 0.40 0.80 0.750 21通风机23.00 0.40 0.70 1.020 22造型机33.20 0.40 0.70 1.020 23销砂机44.50 0.40 0.70 1.020 24鼓风机37.00 0.40 0.70 1.020 25行车223.20 0.40 0.70 1.020 26电葫芦31.10 0.40 0.70 1.020 仓库及堆场27运输机械44.50 0.30 0.50 1.732 28排水泵27.50 0.30 0.50 1.732 29堆场照明21.00 1.00 0.80 0.750 30一般照明500.10 1.00 0.80 0.750 31打包机21.70 0.30 0.65 1.169 32打包机14.50 0.30 0.80 0.750 33打包机22.80 0.30 0.72 0.964 生活34食堂动力1215.00 0.75 0.80 0.750 35三、设计内容（一）、负荷计算过程1. 金工车间: （1）.车床：有功功率计算： P30=KxPe=0.3272.8=22.68kw无功功率计算: tan=tancos-10.6=1.33 Q30=P30tan=22.681.33=30.24Kvar视在功率计算: S30=P30cos=37.8kw 电流计算: I30=S3030.38=37.830.38=57.43A(2).镗床：有功功率计算： P30=KxPe=0.3214=8.4kw无功功率计算: tan=tancos-10.6=1.33 Q30=P30tan=8.41.33=11.2Kvar视在功率计算: S30=P30cos=8.40.6=14kw 电流计算: I30=S3030.38=1430.38=21.271A（3）磨床：有功功率计算： P30=KxPe=0.333=6.3kw无功功率计算: tan=tancos-10.6=1.33 Q30=P30tan=6.31.33=8.4Kvar视在功率计算: S30=P30cos=6.30.6=10.5kw 电流计算: I30=S3030.38=10.530.38=15.95A（4）大力车：有功功率计算： P30=KxPe=0.3322=19.8kw无功功率计算: tan=tancos-10.6=1.33 Q30=P30tan=19.81.33=26.4Kvar视在功率计算: S30=P30cos=19.80.6=33.0kw 电流计算: I30=S3030.38=33.030.38=50.14A（5）：牛头刨：有功功率计算： P30=KxPe=0.324.5=2.7kw无功功率计算: tan=tancos-10.6=1.33 Q30=P30tan=2.71.33=3.6Kvar视在功率计算: S30=P30cos=2.70.6=4.5kw 电流计算: I30=S3030.38=4.530.38=6.84A（6）：龙门刨：有功功率计算： P30=KxPe=0.3128=8.4kw无功功率计算: tan=tancos-10.6=1.33 Q30=P30tan=8.41.33=11.2Kvar视在功率计算: S30=P30cos=8.40.6=14kw 电流计算: I30=S3030.38=1430.38=21.27A（7）行车：有功功率计算： P30=KxPe=0.319=2.7kw无功功率计算: tan=tancos-10.6=1.33 Q30=P30tan=2.71.33=4.5Kvar视在功率计算: S30=P30cos=2.70.6=4.5kw 电流计算: I30=S3030.38=1430.38=6.83A（8）行车：有功功率计算： P30=KxPe=0.325=3kw无功功率计算: tan=tancos-10.6=1.33 Q30=P30tan=31.33=3.99Kvar 视在功率计算: S30=P30cos=30.6=5kw 电流计算: I30=S3030.38=1430.38=7.60A（9）通风机：有功功率计算： P30=KxPe=0.324.5=2.7kw无功功率计算: tan=tancos-10.6=1.33 Q30=P30tan=8.41.33=3.60Kvar视在功率计算: S30=P30cos=2.70.6=4.5kw 电流计算: I30=S3030.38=4.530.38=6.83A2. 装配车间：（10）冲床、剪床：有功功率计算： P30=KxPe=0.3417=20.40kw无功功率计算: tan=tancos-10.7=1.02 Q30=P30tan=8.41.02=20.81Kvar视在功率计算: S30=P30cos=20.400.7=29.14kw 电流计算: I30=S3030.38=29.1430.38=44.28A（11）锯床有功功率计算： P30=KxPe=0.361.7=3.06kw无功功率计算: tan=tancos-10.7=1.02 Q30=P30tan=3.061.02=3.12Kvar视在功率计算: S30=P30cos=3.060.7=4.37kw 电流计算: I30=S3030.38=4.3730.38=6.64A（12）砂轮床有功功率计算： P30=KxPe=0.341=1.2kw无功功率计算: tan=tancos-10.7=1.02 Q30=P30tan=1.21.02=1.22Kvar视在功率计算: S30=P30cos=1.20.7=1.71kw 电流计算: I30=S3030.38=1.7130.38=2.61A（13）钻床有功功率计算： P30=KxPe=0.3101.5=4.5kw无功功率计算: tan=tancos-10.7=1.02 Q30=P30tan=4.51.02=4.59Kvar视在功率计算: S30=P30cos=4.500.7=6.43kw 电流计算: I30=S3030.38=6.4330.38=9.77A（14）通风机有功功率计算： P30=KxPe=0.322.8=1.68kw无功功率计算: tan=tancos-10.8=0.75 Q30=P30tan=1.680.75=1.26Kvar视在功率计算: S30=P30cos=1.680.8=2.1kw 电流计算: I30=S3030.38=2.130.38=3.19A（15）行车有功功率计算： P30=KxPe=0.3124=7.2kw无功功率计算: tan=tancos-10.7=1.02 Q30=P30tan=7.21.02=7.4Kvar视在功率计算: S30=P30cos=7.200.7=10.37kw 电流计算: I30=S3030.38=10.3730.38=15.75A（16）行车有功功率计算： P30=KxPe=0.315.1=1.53kw无功功率计算: tan=tancos-10.7=1.02 Q30=P30tan=1.531.02=1.56Kvar视在功率计算: S30=P30cos=1.530.7=2.19kw 电流计算: I30=S3030.38=29.1430.38=3.32A（17）交流焊机有功功率计算： P30=KxPe=0.3322=19.8kw无功功率计算: tan=tancos-10.5=1.73 Q30=P30tan=19.81.73=34.3Kvar视在功率计算: S30=P30cos=19.80.5=39.6kw 电流计算: I30=S3030.38=39.630.38=60.17A（18）直流焊机有功功率计算： P30=KxPe=0.3214=8.4kw无功功率计算: tan=tancos-10.5=1.73 Q30=P30tan=8.41.73=14.54Kvar视在功率计算: S30=P30cos=8.40.5=16.8kw 电流计算: I30=S3030.38=16.830.38=25.53A（19）空压机有功功率计算： P30=KxPe=0.33320=288kw无功功率计算: tan=tancos-10.6=1.33 Q30=P30tan=2881.33=384Kvar视在功率计算: S30=P30cos=2880.5=480kw 电流计算: I30=S3030.38=48030.38=729.31A3. 铸工车间（20）电炉变压器有功功率计算： P30=KxPe=0.41420=168kw无功功率计算: tan=tancos-10.8=0.75 Q30=P30tan=1680.75=126Kvar视在功率计算: S30=P30cos=1680.8=210kw 电流计算: I30=S3030.38=21030.38=319.07A（21）通风机有功功率计算： P30=KxPe=0.423=2.4kw无功功率计算: tan=tancos-10.7=1.02 Q30=P30tan=2.41.02=2.44Kvar视在功率计算: S30=P30cos=2.40.7=3.43kw 电流计算: I30=S3030.38=3.4330.38=5.23A（22）造型机有功功率计算： P30=KxPe=0.433.2=3.84kw无功功率计算: tan=tancos-10.7=1.02 Q30=P30tan=3.841.02=3.92Kvar视在功率计算: S30=P30cos=3.820.7=5.49kw 电流计算: I30=S3030.38=5.4930.38=8.34A（23）消砂机有功功率计算： P30=KxPe=0.444.5=7.2kw无功功率计算: tan=tancos-10.7=1.02 Q30=P30tan=7.21.02=7.35Kvar视在功率计算: S30=P30cos=7.20.7=10.29kw 电流计算: I30=S3030.38=10.2930.38=15.63A（24）鼓风机有功功率计算： P30=KxPe=0.437=8.4kw无功功率计算: tan=tancos-10.7=1.02 Q30=P30tan=8.41.02=8.57Kvar视在功率计算: S30=P30cos=8.40.7=12kw 电流计算: I30=S3030.38=1230.38=18.23A（25）行车有功功率计算： P30=KxPe=0.4223.2=18.56kw无功功率计算: tan=tancos-10.7=1.02 Q30=P30tan=18.561.02=18.93Kvar视在功率计算: S30=P30cos=18.560.7=26.51kw 电流计算: I30=S3030.38=26.5130.38=40.29A（26）电葫芦有功功率计算： P30=KxPe=0.431.1=1.32kw无功功率计算: tan=tancos-10.7=1.02 Q30=P30tan=1.321.02=1.34Kvar视在功率计算: S30=P30cos=1.320.7=1.89kw 电流计算: I30=S3030.38=1.8930.38=2.86A4. 仓库及堆场（27）运输机械有功功率计算： P30=KxPe=0.344.5=5.4kw无功功率计算: tan=tancos-10.5=1.73 Q30=P30tan=5.41.73=9.35Kvar视在功率计算: S30=P30cos=5.40.5=10.8kw 电流计算: I30=S3030.38=10.830.38=16.41A（28）排水泵有功功率计算： P30=KxPe=0.327.5=4.5kw无功功率计算: tan=tancos-10.5=1.73 Q30=P30tan=4.51.73=7.79Kvar视在功率计算: S30=P30cos=4.50.5=9kw 电流计算: I30=S3030.38=930.38=13.67A（29）堆场照明有功功率计算： P30=KxPe=121=2kw无功功率计算: tan=tancos-10.8=0.75 Q30=P30tan=20.75=1.5Kvar视在功率计算: S30=P30cos=20.8=2.5kw 电流计算: I30=S3030.38=2.530.38=3.79A（30）一般照明有功功率计算： P30=KxPe=5010.1=5kw无功功率计算: tan=tancos-10.8=0.75 Q30=P30tan=50.75=3.75Kvar视在功率计算: S30=P30cos=50.8=6.25kw 电流计算: I30=S3030.38=6.2530.38=9.49A（31）打包机有功功率计算： P30=KxPe=0.321.7=1.02kw无功功率计算: tan=tancos-10.65=1.17 Q30=P30tan=1.021.17=1.19Kvar视在功率计算: S30=P30cos=1.020.65=1.57kw 电流计算: I30=S3030.38=1.5730.38=2.38A（32）打包机有功功率计算： P30=KxPe=0.314.5=1.35kw无功功率计算: tan=tancos-10.8=0.75 Q30=P30tan=1.350.75=1.01Kvar视在功率计算: S30=P30cos=1.350.8=1.69kw 电流计算: I30=S3030.38=1.6930.38=2.56A（33）打包机有功功率计算： P30=KxPe=0.322.8=1.68kw无功功率计算: tan=tancos-10.72=0.96 Q30=P30tan=1.350.96=1.62Kvar视在功率计算: S30=P30cos=1.680.72=2.33kw 电流计算: I30=S3030.38=2.3330.38=3.55A5. 生活区（34）食堂动力有功功率计算： P30=KxPe=0.751215=135kw无功功率计算: tan=tancos-10.8=0.75 Q30=P30tan=1350.75=101.25Kvar视在功率计算: S30=P30cos=1350.8=168.75kw 电流计算: I30=S3030.38=168.7530.38=256.39A6. 总计金工车间：有功功率：76.68KW；无功功率：102.24KVAR;视在功率：127.8KW；电流:194.18A装配车间: 有功功率：355.83KW；无功功率：472.82KVAR;视在功率：592.71KW；电流:900.56A铸工车间: 有功功率：209.72KW；无功功率：168.56KVAR;视在功率：269.6KW；电流:409.627A仓库及堆场: 有功功率：20.95KW；无功功率：26.22KVAR;视在功率：34.14KW；电流:51.87A生活区：有功功率：135KW；无功功率：101.25KVAR;视在功率：168.75KW；电流:256.37A整个机械工厂：有功功率：P30.=Pi=798.18；无功功率：Q30.=Qi=871.09；若有功时间系数取0.9则，P30=0.9798.18=718.36KW若无功时间系数取0.93则，Q30=0.93871.09=810.11KVARtan=Q30P30=0.845cos=tan-10.845=0.663 S30=P30tan=1082.74KW车间名称序号设备名称台数设备容量Pe(KW)需用系数Kx功率因数costan计算有功功率P30/KW计算无功功率Q30/Kvar计算视在功率S30/KVAI30/A金工车间1车床272.80 0.30 0.60 1.333 22.68 30.24 37.80 57.43 2镗床214.00 0.30 0.60 1.333 8.40 11.20 14.00 21.27 3磨床37.00 0.30 0.60 1.333 6.30 8.40 10.50 15.95 4大力车322.00 0.30 0.60 1.333 19.80 26.40 33.00 50.14 5牛土炮24.50 0.30 0.60 1.333 2.70 3.60 4.50 6.84 6龙门刨128.00 0.30 0.60 1.333 8.40 11.20 14.00 21.27 7行车19.00 0.30 0.60 1.333 2.70 3.60 4.50 6.84 8行车25.00 0.30 0.60 1.333 3.00 4.00 5.00 7.60 9通风机24.50 0.30 0.60 1.333 2.70 3.60 4.50 6.84 装配车间10冲床417.00 0.30 0.70 1.020 20.40 20.81 29.14 44.28 11锯床61.70 0.30 0.70 1.020 3.06 3.12 4.37 6.64 12砂轮创41.00 0.30 0.70 1.020 1.20 1.22 1.71 2.60 13钻床101.50 0.30 0.70 1.020 4.50 4.59 6.43 9.77 14通风机22.80 0.30 0.80 0.750 1.68 1.26 2.10 3.19 15行车124.20 0.30 0.70 1.020 7.26 7.41 10.37 15.76 16行车15.10 0.30 0.70 1.020 1.53 1.56 2.19 3.32 17交流焊机322.00 0.30 0.50 1.732 19.80 34.29 39.60 60.17 18直流焊机214.00 0.30 0.50 1.732 8.40 14.55 16.80 25.53 19空压机3320.00 0.30 0.60 1.333 288.00 384.00 480.00 729.31 铸工车间20电路变压器1420.00 0.40 0.80 0.750 168.00 126.00 210.00 319.07 21通风机23.00 0.40 0.70 1.020 2.40 2.45 3.43 5.21 22造型机33.20 0.40 0.70 1.020 3.84 3.92 5.49 8.33 23销砂机44.50 0.40 0.70 1.020 7.20 7.35 10.29 15.63 24鼓风机37.00 0.40 0.70 1.020 8.40 8.57 12.00 18.23 25行车223.20 0.40 0.70 1.020 18.56 18.93 26.51 40.29 26电葫芦31.10 0.40 0.70 1.020 1.32 1.35 1.89 2.87 仓库及堆场27运输机械44.50 0.30 0.50 1.732 5.40 9.35 10.80 16.41 28排水泵27.50 0.30 0.50 1.732 4.50 7.79 9.00 13.67 29堆场照明21.00 1.00 0.80 0.750 2.00 1.50 2.50 3.80 30一般照明500.10 1.00 0.80 0.750 5.00 3.75 6.25 9.50 31打包机21.70 0.30 0.65 1.169 1.02 1.19 1.57 2.38 32打包机14.50 0.30 0.80 0.750 1.35 1.01 1.69 2.56 33打包机22.80 0.30 0.72 0.964 1.68 1.62 2.33 3.55 生活34食堂动力1215.00 0.75 0.80 0.750 135.00 101.25 168.75 256.40 总计0.663718.36718.361082.74无功功率补偿：由以上计算可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.663.而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时的功率因数不低于0.9.考虑到主变压器的的无功损耗远大于有功损耗，一次380V侧最大负荷时的功率因数应该稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：QC=P30tan1-tan2=718.36tancos-10.663-tancos-10.92=505.11KVAR如图，选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3.采用一方案（主屏）一台和三方案（辅屏）6台，总共容量847=588Kvar无功补偿后工厂的负荷计算项目cosP30/KWQ30/KVARS30/KWI30/A380V补偿前负荷0.663718.36810.111082.741812.64380V无功补偿容量-588380V补偿后负荷0.955718.36222.11752.211142.86主变压器功率消耗0.015S30=11.280.06S30=45.1310KV负荷总计0.94729.64267.24776.2144.81（二）变电所位置和形式的选择变电所的位置尽量接近工厂的负荷中心。工厂的位置中心按负荷功率矩法来计算。下图为机械厂平面设计图其中金工车间面积为20m30m;装配车间为20m25m；铸工车间为20m20m；仓库及堆场为20m40m；生活区为30m30m.各车间的坐标为金工车间（165m，310m）仓库及堆场（330m,310m）装配车间（162.5m,220m）铸工车间（340m,220m）生活区（165m,95m）x=PixiP=76.68165+20.95330+355.83162.5+209.72340+135165798.18214.20Y=PiyiP=76.68310+20.95310+355.83220+209.72220+13595798.18209.87m由计算结果可知，工厂的负荷中心在装配车间和铸工车间的中间，较靠近装配车间，考虑到周围环境及进出线方便，决定在装配车间和铸工车间建造工厂变电所（三）变电所住变压器及主接线的方案选择1.变电所主变压器的选择（1）装设一台主变压器，型号采用S9型，由容量公式SNTS30,选择SNT=1000KVAS30=776.21KVA选择一台S9-1000/10型低损耗配电变压器（2）装设两台变压器，型号亦采用S9型，而每台变压器的容量按公式SNT(0.60.7)S30，即SNT0.60.7S30=0.60.7776.21=（465.73543.34）因此选择两台S9-630/10型低损耗配电变压器。主变压器的联络组均采用Yyn02.变压所主接线的选择，按照上面的两种变压器方案可设计下列两种主接线方案（1）装设一台主变压器的主接线方案（2）装设两台变压器主接线方案3.两种主接线方案的技术经济比较比较项目装设一台主变压器方案装设两台主变压器方案技术指标供电安全满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便只有一台主变，灵活性差由于有一台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资查的S9-1000/10的单价约为15.1万，变压器的综合投资为其单价的两倍，因此其综合投资约为215.1=30.2万元。查的S9-630/100的单价约为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为410.5=42万元，比一台主变压器方案多投资11.8万元高压开关（含计量柜）的综合投资额查的GG-1A(F)型柜可按每台4万元计，其综合投资可按其设备的1.5倍计，因此高压开关柜的投资约为41.54=24万元。本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为61.54=36万元，比一台主变方案多投资12万元电力变压器和高压开关柜的年运行费按规定计算，主变的折旧费=30.2万元0.05=1.51万元；变配电设备的维修费管理费=（30.2+24）0.06=2.25万元。因此主变和高压开关设备的折旧费和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）万元=6.2万元主变折旧费=420.05=2.1万元；高压开关柜的折旧费=360.06=2.16万元；变配电设备的维修管理费=（42+36）0.06=4.68万元。因此主变和高压开关设备的折旧费和维修管理费=（2.1+2.16+4.68）=8.94万元，比一台主变方案多耗资2.74万元。供电贴费按主变容量每台KVA900元计，贴电费=1000KVA0.09=90万元供贴电费=2630KVA0.09万元=113.4万元，比一台主变方案多交23.4万元从表中可以看出，按技术指标，装设两台主变压器的主接线的方案略优于一台主变压器的主接线方案。但是按照经济指标，则装设一台主变压器的方案远远优于装设两台变压器的方案。因此决定采用装设一台主变压器的方案。（四）短路电流计算1.绘制计算电路2.确定短路电流基值设Sd=100MVA,Ud=UC=1.05UN,及高压侧Ud1=10.5KV, 低压侧Ud2=0.4KV,则Id1=Sd3Ud1=100MVA310.5KV=5.5KAId2=Sd3Ud2=100MVA30.4KV=144KA3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统 已知SOC=210MVA,故X1*=100MVA210MVA=0.48(2) 架空线路 查相应的表LGJ-150的x0=0.36/km,线路长20kmX2*=x0lSdUd12=0.362