电力系统分析课程设计某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计

1、课程设计报告题目某冶金机械修造厂总降压变电所一次系统设计课程名称电力系统分析课程分析一、概述 21.1 课程设计目的要求2.1.2 设计原则 2.1.3 设计具体内容2.二、设计课题基础资料31.1 生产任务及车间组成3.1.2 设计依据3.1.3 本厂负荷性质4.3、 负荷计算及无功功率补偿43.1 负荷计算4.3.2 无功功率补偿5.4、 变压器台数和容量的选择64.1 变电所主变压器台数和容量的选择6.4.2 车间变压器台数和容量的选择7.五、一次系统主接线方案设计7六、架空线路的设计86.1 35kv架空线路的选择 8.6.2 35kv母线的选择8.6.3 总降压变电所10kv侧电缆的

2、选择9.6.4 总降压变电所10kv侧母线的选择9.七、短路电流计算9短路计算的目的9.短路电流计算过程9.八、总降压站的电气主接线图及其设备选择与校验 118.1 电气主接线图118.2 一次设备的选择与校验1.2九、心得体会13参考文献14、概述1.1 课程设计目的要求目的：通过课程设计进一步提高收集资料、专业制图、综述撰写的能力，培养理论与实际应用结合 的能力，开发独立思考的能力，寻找并解决工程实际问题的能力，为以后的毕业设计与实际工作打下坚实 的基础。要求：(1)自学供配电系统设计规范，复习电力系统的基本概念和分析方法。(2)要求初步掌握工程设计的程序和方法，特别是工程中用到的电气制图

3、标准，常用符号， 计算公式和编程技巧。(3)通过独立设计一个工程技术课题，掌握供配电系统的设计方法，学会查询资料，了解电 力系统中常用的设备及相关参数。(4)在设计过程中，要多思考，多分析，对设计计算内容和结果进行整理和总结。(5)完成课程设计说明书及相关的图，可以手写，可以计算机打印。1.2 设计原则(1)必须遵守国家有关电气的标准规范。(2)必须严格遵守国家的有关法律、法规、标准。(3)满足电力系统的基本要求(电能质量、可靠性、经济性、负荷等级)(4)必须从整个地区的电能分配、规划出发，确定整体设计方案。1.3 设计具体内容该冶金机械厂总降压变电所及高压配电一次系统设计，是根据各个车间的负

4、荷数量和 性质，生产工 艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对电能分配的安全可靠，经济合理的问题。其 基本内容有以下几方面：(1) 一次系统主结线方案设计(2)确定全厂负荷(3)主变压器容量和台数的选择(4)选择35kv架空(8km长)输电导线截面积(根据额定电流)计算并说明选择的理由。(5)画出等值电路简图(6)画出总降压站的电气主结线图、设计课题基础资料2.1 生产任务及车间组成本厂主要承担冶金系统的配件生产，生产规模为：铸钢件1万吨，铸铁件3千吨，锻 件1千吨, 钾焊件2千吨。本厂车间组成如表1所示。2.2 设计依据1）设计总平面布置图（2）全厂各车间负荷如表2所示，各车

5、间均为380v的负荷，但有一部分为高压设备为6kv的负 荷。（3）供用电协议 工厂与供电部门所签定的供用电协议主要内容如下：工厂从供电部门用35千伏双回架空线引入本厂，其中一个作为工作电源，一个作为备用电源， 两个电源不并列运行。（即不同时工作），供电部门短路容量为200mva,该变电所距厂东侧8公 里。r在本厂的总降压变电所35千伏侧进行计算，本厂的功率因数应大于092.3本厂负荷性质本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷三、负荷计算及无功功率补偿3.1 负荷计算确定车间的计算负荷，一般用需要系数法，车间设备的利用系数乘上设备容量即为车间低压用电设 备的总设备

6、容量，即车间低压侧的计算负荷(有功功率)。并可求出相应的计算负荷(无功功率及视在 功率)。计算后填入表1.(确定相应的变压器容量)有功计算负荷p30为p30 k x pe ( 2.1)这里的kx称为需要系数(demand coefficient) , pe为车间用电设备总容量无功计算负荷q30为q30p30tan (2.2)式中，tan为对应于车间用电设备8s的正切值。pao视在计算负荷为s30 cos (2.3式中，cos为车间供电设备的平均功率因素。根据工厂给出的资料，通过计算整理，得出该工厂各车间的负荷计算表及该工厂6kv高压设备的负荷计算表，结果见表1表1全厂各车间负荷表设备 序车间或

7、用电容量 号单位名称(kw)no1变电所1铸钢车间利用系数 kx cos(p tan (p p变压器s ( kva )台数及备注容量20000.4 0.65 1.17800936 1230.77 1*125012铸铁车间 砂库10001100.40.70.70.61.021.234007740894.71571.43128.33小计1*100032110477502.71699.76 3no3变电所1狮焊车间12000.30.451.98360712.880021#水泵房280.750.80.752115.7526.253小计1228381728.55826.251*1000 kvano4变电

8、所1空压站3900.850.750.88331.5291.724422机修车间1500.250.651.1737.543.87557.693锻造车间2200.30.551.5266100.32120185.84木型车间50.350.61.3365.0586.51108.415制材场200.280.61.335.67.4489.336综合楼200.911181818小计985.81*100075523.65547.873755.43kvano5变电所i 1锅炉房12000.750.80.75900675112522#水泵房280.750.80.752115.7526.253仓库1、288.120

9、.650.651.1757.27867.01588.124污水提升站140.80.80.7511.28.4145小计1330.12989.478766.1651253.371*1600kva各车间6kv变压负载1电弧炉25000.90.870.572250128.252586.212工频炉6000.80.90.48480230.4533.333空压机5000.850.850.524255002214小计36003155858.653340.54全厂合计 (ksp=0.9)11253.90.5060.810.7245693.5154122.95067029.568（k 必=0.95）763.2

10、无功功率补偿通过该厂的负荷计算表可知该厂的功率因素cos =0.81 ,不能达到供电部门的要求在供电营业规则中规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因素应达到下列规定：100kva及以上高压供电的用户功率因素为0.90以上。”并规定，凡功率 因素未达到上述规定的，应增添无功补偿装置无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、 运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此本设计选用并联电容进行无功补 档 izx。按规定，变电所高压侧的功率因素cos 209。考虑到变压器本身的无功功率损耗aqt远大于 其有功功率损耗apt, 一般

11、aqt= (4-5)apt,因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿 后的功率因素应略高于0.90 ,这里取cos =0.92 o要使低压侧功率因素由0.81提高到0.92 , 低压侧需装设的并联电容器容量为qc p30 (tan 1 tan 2) 5693.515 (tan (arccos0.81) tan (arccos 0.92) ) k varqc 1696.606kv ar取 qc=2000kvar根据以上计算，本设计从常用并联电容器中选出型号为bwf10.5-120-1的并联电容器17台 进行该工厂的无功功率补偿。四、变压器台数和容量的选择4.1 变电所主变压器台数和容量的选择

12、无功功率补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为s3(o2)p302 (qao-qc) 2 5693.5152 (4122.9506 2000)2 kva 6076.43kva 变压器的功率损 耗为apt- 0.015 s 30 =0.015 x 6076.43kva = 91.146kwqt= 0.06 s 30 (2) = 0.06 x 6076.43kva=364.586kvar 变电所高压侧的计算负荷为p3 cod = 5693.515kw + 91.146kw = 5784.661 kwq 30(1)= (4122.9506 2000 ) kvar + 364.586kvar =2487.

13、537kvars3(01)5784.6612 2487.537 2 kva 6296.836kv a 补偿后工厂的功率因素为cos p30/ s305784.661/6296.836kva 0.9187这一功率因素满足供电部门规 定的要求。根据工厂提供的数据，本工厂负荷为二级负荷，且工厂视在计算负荷为6296.836kva故本工厂 总降压变电所应选择两台主变压器。由于本工厂选用两台主变压器，故每台主变压器的容量sn -t 不应小于总的计算负荷s30的60%70%。但由于本工厂的负荷均为二级负荷，故该工厂的总降压 变电所选用两台容量为10000kva型号为s9-10000/35的变压器，其主要技

14、术数据如下：表3.1 s9-5000/35变压器技术参数变压器型号额定容 量/kva额定电压/kv损耗/kw阻抗 电压 (% )空载 电流 (% )联结组别总体质 量/t备注高压低压空载负载s9-10000/351000035 5%10.510.048.37.50.55ynd1116.4804.2 车间变压器台数和容量的选择表3.2车间变电所变压器型号车间变电所代号变压器台数及容量/kva变压器型号no.11 x1250s9-1250/35no.21x 1000s9-1000/10no.31x 1000s9-1000/10no.41x 1000s9-1000/10no.51 x1600s9-1

15、600/10表3.3各型号变压器技术参数变压器型号额7e 容量 /kva额定电压/kv损耗/kw阻抗 电压 (% )空载 电流 (% )联结组别总体质量/t备注高压低压空载负载s9-1250/101250105%0. 41.9512.004.50.6yyno2.385s9-1000/1010001.7010.304.50.73.55 0s9-1600/1016002.4014.504.50.64.275五、一次系统主接线方案设计变电站的主接线是由各种电气设备(变压器、断路器、隔离开关等)及其连接线组成，用以 接受和分配电能，是供电系统的组成部分，它与电源回路数、电压和负荷的大小、级别以及变压器

16、的 台数容量等因素有关。该厂电源从位于距该厂东侧8km处的220/35kv变电站以35kv双回路架空线引入工 厂，其 中一路做为工作电源，另一路作为备用电源，两个电源不并列运行。方案一：二次侧采用双母线接线，其可靠性、灵活性都比较高，因为双母线可以在不停电的情况下维 修任意母线。同时变压器两侧均装有断路器，所以当其出现故障时，又随时对它进行维修，可将电能 从一台变压器送出，即可保证一、二级负载不停电，又提高操作的灵活性。一次侧采用了全桥接线， 能提高供电可靠性。方案二：一次侧采用联络线接线，当可靠性要求不高时，也可用隔离开关qs将联络线 分段运 行（联络线故障时将会短时全厂停电，操作复杂）。二

17、次侧为双母线分段，两段母 线组合形式更 多，比方案一多增加了两套断路器。任一部分发生故障均能在不停电的条件下检修，其灵活性、可靠 性提高综上所述，根据技术比较并结合变压器台数容量等因素的考虑，方案一较适合，满足可靠性、灵 活性。六 架空线路的设计6.1 35kv架空线路的选择35kv供电线路可先按经济电流密度确定经济截面，在校验其他条件。按经济电流密度jec计算 经济截面aec的公式为aec产*式中，i30为线路的计算电流。该工厂为三班工作制，年最大有功利用小时为6000h ,进线电缆选用铝芯电缆，由资 料查得 jec=1.54o由公式计算得架空线路的经济截面i s3o1116a翡3unaec

18、 116a2 129mm2ec 0.9a /mm2因此选用截面为150mm 2,型号为lgj-150的钢芯铝绞线，lgj-150的允许载流量 lai=455a 130=116a,因此满足发热条件。6.2 35kv母线的选择由发电厂电气主系统查出铝矩形导体的经济电流密度jec=0.68 ,故母线的经济截面a ec116a 2 170.59mm2ec 0.68a / mm2故35kv母线选用35 x 5mm 2单条竖放矩形导体，其载流量为350a ,比bo大，因此满足要求。6.3 总降压变电所10kv侧电缆的选择根据公式可算出总降压变电所10kv侧电缆的经济截面a 473.61 a 2 八， oa

19、 ec2 236.81 mm ec 2.00a / mm2因此选用截面为250mm 2,型号为yjv250的交联聚乙烯绝缘电缆。由工发电厂电气主 系统中的数据得铜芯yjv 250的允许载流量la=411al30=116a,因此满足发热条件。6.4 总降压变电所10kv侧母线的选择根据10kv母线处的电流电压等初选母线型号为lmy 480 （40 x4）, lai=480al30=473.6a ,符合要求。七、短路电流计算7.1 短路计算的目的1）用于变压器继电保护装置的整定2）选择电气设备和载流导体。3）选择限制短路电流的方法。4）确定主接线方案和主要运行方式7.2 短路电流计算过程（1）取基

20、准容量sb=100mva ； sok为区变电所的短路容量200mva。最小运行方式，只有一台变压器工作，最大运行方式，两台变压器并列运行，电压源的标幺值为（2）计算基准电流35kv网络的基准电流:sb 100由 b 1.57kad1 uc3 (35 1.05) 3sb 1006kv网络的基准电流：i d2 b 9.16ka d2 uc23 (6 1.05) 3sb 100400v网络的基准电流：i d3 b13.75kad3 uc23 (0.4 1.05) 3(3)电力系统的电抗:xi sbwomva1 soc200mva0.5(4)架空线路电抗:* sbx2x3* xol b2230 i i

21、 2u c 20. （4 /km）1008km 20.24（36.75）2(5)变压器电抗:uk%sbkb0.75100sn7.5 100 103100 10000(6)计算三相短路电流和短路容量 最小运行方式时高压侧短路xdi 0.5 0.24 0.74次暂态电流:sb3ubxd12.12ka3 36.75 0.74冲击电流：iimp 1.81 m 2.551 2.55 2.12 5.41 ka 最大冲击电流有效值：i imp 1.521 1.52 2.12 3.22ka 最大短路功率：skt i -sb 1.35 100 135mva同理可以得出最小运行方式时低压侧 短路时的次暂态电流、冲

22、击电流、最大冲击电流有效值、最大短路功率。最大运行方式时高压侧短路xdi 0.5 0.24 0.74次暂态电流:ool(3)2tima2电流互感器动稳定kes 2 li仑热稳定(ktt lin)t 281(3)2 1ma3母线动稳定热稳定(3) snin =1 oo tma/c4电缆和绝缘导线热稳定应amin =| oo tma /cima一设备的极限通过电流峰值（ka） , ish一通过设备的三相短路冲击电流（符号含义ka）,it一设备的t秒热稳定电流（ka） , t设备的热稳定实验时间，岛一三相短 路稳 态电流（ka,序号3、4中用a） , tima一短路假想时间，kes一动稳定倍 数，kt 一热稳定倍数，。川一母线的最大允许应力，oc一母线通过时ish受到九、心得体会在设计之前，我们所学的知识是比较离散的，只是有些模糊的