供电系统课设计.doc

学 号 09750103（供电系统课程设计）设计说明书某大学校区供电系统设计供电系统设计起止日期： 2013年 1 月7日 至 2013年 1月 12日学生姓名万成召班级09电气1班成绩指导教师(签字) 控制与机械工程学院2013年 1 月12 日供电技术课程设计任务书（任务序号09750103） 一、 基础材料 本课程设计针对某大学校区供电系统设计。 负荷的水平与类型 负荷水平：（见附表） 负荷类型：本供电区域负荷属于二级负荷，要求不间断供电。 该校最大负荷利用小时数为5600小时。 0.4kV负荷的同时系数为0.7，10kV负荷的同时系数为0.8。 电源情况 由该厂东北方向8KM处一个35KV电压等级线路提供一个电源A，其出口短路容量Sd=150MVA。 由该厂西北方向5KM处一个10KV电压等级线路提供一个电源B，其出口短路容量Sd=75MVA。 功率因数：电源A要求功率因数大于0.92，电源B要求功率因数大于0.95。 环境情况 环境年平均气温15。 35kV变电站为独立建筑物，10kV变电站布置在相关建筑物的地下室或底层内。 各级变压器均为室内布置。二、 设计范围 确定全校计算负荷。 确定全校的供电系统结构形式。 确定35KV变电站、10KV变电站的主接线形式、变压器台数及容量。 计算35kV及10kV断路器出口处短路电流。 确定35kv断路器及隔离开关，确定35kv电缆及10kv电缆型号。 确定无功功率补偿装置。 确定总降压变电所及车间变电所的平、立面图。三、 设计成果 设计计算书。 供电系统结构示意图一张。 35KV变电所一次设备主接线图一张。 35KV变电所的平面图、剖面图一张。 母线电压测量及绝缘监视电路图一张。 定时限过流保护的原理图与展开图一张。四、 附表序号负荷名称有功功率（kw）无功功率（kvar）No1 10kV变电所1第一教学楼2501802第二教学楼3202003第三教学楼2101504第四教学楼3402005一教消防泵20106二教消防泵20107三教消防泵20108一教消防梯25159二教消防梯251510三教消防梯2515No2 10kV变电所1第五教学楼2301702第六教学楼3402303第七教学楼2601904第八教学楼3902405五教消防泵20106六教消防泵20107七教消防泵20108五教消防梯25159六教消防梯251510七教消防梯2515No3 10kV变电所1第一食堂5003202第二食堂4803203图书馆6001804实验楼4203005一食堂消防泵20106二食堂消防泵20107图书馆消防泵20108实验楼消防泵2010No4 10kV变电所1第一宿舍3001802第二宿舍4402403第三宿舍2802004第四宿舍4602505一宿舍消防泵20106二宿舍消防泵20107三宿舍消防泵20108四宿舍消防泵2010供电系统课程设计指导书一、负荷计算根据给出的各10kV变电站负荷明细表，确立全校的计算负荷，其内容为P30、Q30、S30、I30，以上数据是选择变压器、供电导线及开关设备的依据。二、 方案论证根据给出的供电电源、供电的技术指标与经济指标，提出可能的供电方式，并加以比较与选择。其中技术指标以供电可靠性、灵活性、安全性为主要内容。该指标若资料不全，可根据自己掌握的施工与预算方面的知识概述。三、 短路电流的计算：在方案论证的条件下，确立最佳方案，做出初步设计。根据初步的主接线图，确定短路点，并计算三相短路电流。四、 根据初步设计，确定变压器的台数、容量及相应控制、计量、测量、继保等电器设备、仪表。五、 选择无功功率补偿的方式，确定无功补偿的设备及其控制，给出相应的放电设备。六、 参考书目：工厂供电同济大学电气工程系工厂供电刘占才相关规程及统计手册目 录前言6一.10KV变电所负荷相关计算分析71.1 NO1变电所负荷计算及变压器选择71.2 NO2变电所负荷计算及变压器选择91.3 NO3变电所负荷计算及变压器选择121.4 NO4变电所负荷计算及变压器选择14二.10KV线缆的选择及线路损耗162.1 线缆的选择162.2 10KV线路损耗17三.35KV变电站的变压器选取及无功补偿计算18四.35kv供电电缆的选择及损耗204.1 线缆选择204.2 线路损耗20五.系统的短路计算205.1 A路短路电流计算215.2 B路短路电流计算22六.断路器和隔离开关的选择选择23参考资料：25前言 本文是某大学校区供电系统的设计，其中涉及35kv变电站和10kv变电站的相关计算和设备的选择。主要包括10KV变电所负荷相关计算分析，10KV线缆的选择及线路损耗，35KV变电站的变压器选取及无功补偿计算，35kv供电电缆的选择及损耗，系统的短路计算，断路器和隔离开关的选择选择。下图为主结构图，以此展开相关计算。图1：主结构图 一.10KV变电所负荷相关计算分析所需公式：，=+，=,，=+，=+，=， =，=1.1 NO1变电所负荷计算及变压器选择表1：No1 10kV变电所序号负荷名称有功功率（kw）无功功率（kvar）1第一教学楼2501802第二教学楼3202003第三教学楼2101504第四教学楼3402005一教消防泵20106二教消防泵20107三教消防泵20108一教消防梯25159二教消防梯251510三教消防梯2515(1)低压母线侧负荷计算 第一、二教学楼1T=0.7（250+320）=399（kw），=0.7（200+180）=266（kvar） =479.55（kVA） 第三、四教学楼2T =0.7（340+210）=385（kw），=0.7（200+150）=245（kvar）456.34（kVA），（2）功率补偿1T:补偿前计算负荷和功率因数 低压侧功率因数：=399/479.55=0.832 确定补偿容量：设高压侧补偿后的功率因数为0.85，即要求 由=算 =399（0.670.25）=167.58(kvar） 查表选BCMJ 0.4143型电容器，需要数量为n=167.58/14=14.36,取15 实际补偿量为：=1514=210（kvar） 补偿后计算负荷和功率因数： 低压侧视在计算负荷：=402.91（kVA） 2T:补偿前计算负荷和功率因数 低压侧功率因数：=385/456.34=0.84 高压侧功率因数；，=391.64/470.36=0.83 确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.86=385（0.670.25）=201.7（kvar）查表选BCMJ 0.4143型电容器，需要数量为n=201.7/14=14.25,取15实际补偿量为：=1514=210（kvar）补偿后计算负荷和功率因数：低压侧视在计算负荷：=386.59（kVA）低压侧总得计算负荷S=386.59+402.91=789.5（kVA）总的计算负荷：S=789.5（kVA）,可选用SC(B)10/0.4双绕组干式变压器，容量1000kVA以变压器的实际工作容量为： kVA （3）变压器损耗 1T , 2T ,=1.4+7.09=4.14（kw），=0.003+0.061000=11.97（kvar）（4）功率因素相关计算 1T 高压侧总计算负荷：=+=399+4.56=403.56（kw） =+=（266210）+12.74=68.74（kvar） =409.37（kVA） 2T 高压侧总计算负荷：=+=385+4.14=389.14（kw） =+=（245210）+11.97 =46.97（kvar） =391.97（kVA） 高压侧功率因数：=403.56/409.37=0.88。=389.14/391.97=0.87，均满足要求。1.2 NO2变电所负荷计算及变压器选择表2：No2 10kV变电所1第五教学楼2301702第六教学楼3402303第七教学楼2601904第八教学楼3902405五教消防泵20106六教消防泵20107七教消防泵20108五教消防梯25159六教消防梯251510七教消防梯2515 (1)低压母线侧负荷计算 第五、六教学楼3T：=0.7（230+340）=399（kw），=0.7（230+170）=280（kvar） =487.44（kVA）， 第七、八教学楼4T： =0.7（390+260）=455（kw），=0.7（200+150）=245（kvar）516.77（kVA）， （2）功率补偿 3T:补偿前计算负荷和功率因数 低压侧功率因数：=399/487.44=0.82确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.84，即要求 由=算 =399（0.700.25）=179.55(kvar） 查表选BCMJ 0.4143型电容器，需要数量为n=179.55/14=13.825,取15 实际补偿量为：=1514=210（kvar）补偿后计算负荷和功率因数：低压侧视在计算负荷：=405.1（kVA） 4T:补偿前计算负荷和功率因数 低压侧功率因数：=455/516.77=0.88 确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.89 =455（0.540.25）=141.05（kvar）查表选BCMJ 0.4123型电容器，需要数量为n=141.05/12=11.75,取12实际补偿量为：=1212=144（kvar）补偿后计算负荷和功率因数：低压侧视在计算负荷：=466.07（kVA）低压侧总得计算负荷S=405.1+466.7=871.8（kVA）总的计算负荷：S=871.8（kVA）,可选用SC(B)10/0.4双绕组干式变压器，容量1250kVA以变压器的实际工作容量为： kVA（3）变压器损耗： 3T:,=1.77+8.46=4.51（kw）， = 0.003+0.06=11.63（kvar） 4T:,=1.7+8.46=4.92（kw），=0.003+0.061250=14.17（kvar）（4）功率因素相关计算 3T 高压侧总计算负荷：=+=399+4.51=403.51（kw） =+=（280210）+11.63=81.63（kvar） =411.68（kVA）高压侧功率因数：=403.51/411.68=0.87，满足要求。4T 高压侧总计算负荷：=+=455+4.92=459.92（kw） =+=（245144）+14.17 =115.17（kvar） =474.12（kVA）高压侧功率因数：=459.92/474.12=0.91，满足要求。1.3 NO3变电所负荷计算及变压器选择表3：No3 10kV变电所1第一食堂5003202第二食堂4803203图书馆6001804实验楼4203005一食堂消防泵20106二食堂消防泵20107图书馆消防泵20108实验楼消防泵2010 (1)低压母线侧负荷计算第一、二食堂5T：=0.7（500+480）=686（kw），=0.7（320+320）=448（kvar） =819.33（kVA）， 图书馆、实验楼6T： =0.7（600+420）=714（kw），=0.7（300+180）=336（kvar）789.1（kVA） （2）功率补偿 5T:补偿前计算负荷和功率因数 低压侧功率因数：=686/819.33=0.837确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.85，即要求 由=算 =686（0.650.25）=274.4(kvar） 查表选BCMJ 0.4143型电容器，需要数量为n=274.4/20=13.7取14 实际补偿量为：=1420=280（kvar） 补偿后计算负荷和功率因数： 低压侧视在计算负荷：=706.27（kVA）6T:补偿前计算负荷和功率因数 低压侧功率因数：=714/789.1=0.90 确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.91 =714（0.480.25）=164.22（kvar）查表选BCMJ 0.4143型电容器，需要数量为n=164.22/14=11.73,取12实际补偿量为：=1412=168（kvar）补偿后计算负荷和功率因数：低压侧视在计算负荷：=733.50（kVA）总的计算负荷：S=733.5+706.27=1439.77（kVA）,可选用SC(B)10/0.4双绕组干式变压器，容量2000kVA以变压器的实际工作容量为：（3）变压器损耗： , 5T: =2.5+12.6=4.07（kw）， = 0.003+0.062000=20.96kvar） 6T: =2.5+12.6=6.73（kw），=0.003+0.062000=29.58（kvar）（4）功率因素相关计算5T:高压侧总计算负荷：=+=686+4.07=690.07（kw） =+=（448280）+20.96=188.96（kvar） =715.47（kVA） 高压侧功率因数：=690.07/715.47=0.87，满足要求。6T: 高压侧总计算负荷：=+=714+6.73=720.73（kw） =+=（336168）+29.58 =197.58（kvar） =747.32（kVA） 高压侧功率因数：=720.73/747.32=0.91，满足要求。1.4 NO4变电所负荷计算及变压器选择表4：No4 10kV变电所1第一宿舍3001802第二宿舍4402403第三宿舍2802004第四宿舍4602505一宿舍消防泵20106二宿舍消防泵20107三宿舍消防泵20108四宿舍消防泵2010 (1)低压母线侧负荷计算第一、二宿舍7T：=0.7（300+440）=518（kw），=0.7（240+180）=294（kvar） =595.62（kVA）， 第三、四宿舍8T： =0.7（280+460）=518（kw），=0.7（200+250）=315（kvar）606.26（kVA） (2）功率补偿7T:补偿前计算负荷和功率因数 低压侧功率因数：=518/595.62=0.87 确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.88，即要求 由=算 =518（0.570.25）=165.76(kvar） 查表选BCMJ 0.4143型电容器，需要数量为n=165.76/14=11.84,取12 实际补偿量为：=1214=168（kvar） 补偿后计算负荷和功率因数： 低压侧视在计算负荷：=533.1（kVA） 8T:补偿前计算负荷和功率因数 低压侧功率因数：=518/606.26=0.85 确定补偿容量：设低压侧补偿后的功率因数为0.87 =518（0.620.25）=191.66（kvar） 查表选BCMJ 0.4143型电容器，需要数量为n=191.66/14=13.69,取14 实际补偿量为：=1414=169（kvar） 补偿后计算负荷和功率因数： 低压侧视在计算负荷：=538.18（kVA） 总的计算负荷：S=533.1+538.18=1071.28（kVA）,可选用SC(B)10/0.4双绕组干式变压器，容 量1250kVA变压器的实际工作容量为：kVA（3）变压器损耗： ,7T: 8T：=1.4+7.090.53818=5.22（kw），=0.003+0.060.538181000=20.38（kvar） (4)功率因素相关计算 7T 高压侧总计算负荷：=+=518+5.18=523.18（kw） =+=（294168）+20.05=146.05（kvar） =543.18（kVA）高压侧功率因数：=523.18/543.18=0.88，满足要求。8T 高压侧总计算负荷：=+=528+5.22=533.22（kw） =+=（315169）+20.38 =166.38（kvar） =558.57（kVA）高压侧功率因数：=533.22/558.57=0.88，满足要求。二：10KV线缆的选择及线路损耗2.1：线缆的选择由于是学校里，我们选用电缆，实际考察得出土壤修正系数为0.93，并列修正系数为0.85，最高温度90度，实际工作温度为15度，理想工作温度为25度(1) 第一座变电站变电站高压侧入口的计算电流： 温度修正系数：导体的实际允许载流量：(2) 第二座变电站 变电站高压侧入口的计算电流： 温度修正系数： 导体的实际允许载流量：(3)第三座变电站 变电站高压侧入口的计算电流： 温度修正系数：导体的实际允许载流量：A(4) 第四座变电站 变电站高压侧入口的计算电流： 温度修正系数： 导体的实际允许载流量： 比较四个变电站的负荷电流，采取统一型号则以作依据，查附表13可知，选取的10KV无钢铠装电缆铜芯横截面积为35，持续载流量为135A.2.2：10KV线路损耗 选用铜电缆，工作温度为75度，电阻为0.64，选用纸绝缘三芯电缆，工作电压为10kv， 电抗为0.092。供电长度为1.5km。则： 线路损耗分别为（1 ）第一座变电站线路损耗相关计算 校验电压损失： 所以满足电压损失的要求。（2） 第二座变电站线路损耗相关计算 校验电压损失： 所以满足电压损失的要求。 (3) 第三座变电站线路损耗相关计算 校验电压损失： 所以满足电压损失的要求。(4) 第四座变电站线路损耗相关计算 校验电压损失： 所以满足电压损失的要求。这里不对10kv线路的其他因素进行校验。三. 35KV变电站的变压器选取及无功补偿计算表5 35kV变电所功率序号负荷名称有功功率(Kw)无功功率(Kvar)视在功率(KVA)低压功率因数35kV变电所1No1 10kv403.5668.74409.370.882No2 10kv389.1446.97391.970.873No3 10kv403.5181.63411.680.874No4 10kv459.92115.17474.120.915No5 10kv690.07188.96715.470.876No6 10kv720.73197.58747.320.917No7 10kv523.18146.05543.180.888No8 10kv533.32166.38558.570.88有功负荷：(kw) 无功负荷：（kvar） 视在功率 = 3399.67 功率因素 =0.93考虑到变压器的功率损耗，故补偿后功率因数取0.94因为 所以 （kvar） 选取BWF10.5-40-3，则第一部分需要4组，则（kvar），补偿后（kVA）在选取变压器的时候应该考虑的是当一台变压器故障时，另外一台变压器能够承担全部负荷，所以在选取变压器时应该参照故障的时候的计算负荷选取变压器。 当一台变压器出现故障时，需要切断这台变压器，并且使另外一台变压器承担全部符合，所以选取S=4000kVA的变压器 空载损耗7.46KW 负载损耗20.76KW变压器的有功和无功损耗：因为 (kw)因为 （kvar）此时高压侧攻略因数：(kw) （kvar）（kVA） 所以 根据设计要求，此变压器的功率因数均满足要求。4. 35kv供电电缆的选择及损耗 4.1.线缆选择我们选取土壤系数为 ，并联修正系数为，最高温度为80度，实际工作温度为15度，理想工作温度为25度。所以选取的无钢铠装电缆横截面积为504.2 线路损耗选用铝电缆，工作温度为75度，电阻为0.76，选用纸绝缘三芯电缆，工作电压为35kv，电抗为0.087。供电长度为8km。则：五.系统的短路计算 所需公式：系统=，线路=，变压器=，电压级的基准电流=，短路电流标幺值=，短路电流=，冲击短路电流=（2.551.84），短路容量=取基准容量=100MVA，3个电压等级的基准电压分别为=37kV，=10.5kV，。相应的基准电流为、图6：短路点的分布5.1 A路短路电流计算（1）当35KV变压器一次侧短路时K1，=100/150=0.67变压器一次侧线路选择截面为50的铜芯线缆，取电抗值为=0.107/km。=0.06则：=0.67+0.06=0.73基准