电力工程课设—某轧钢厂降压变电所的电气设计

1、目录1 设计原始题目11.1具体题目11.2 要完成的内容12 设计课题的计算与分析22.1 负荷计算和无功功率补偿22.1.1 负荷计算22.1.2 无功功率补偿32.2 变电所位置与型式的选择33 设备型号的选择43.1变电所主变压器的选择43.2变电所主接线方案的选择54 短路电流的计算54.1 绘制计算电路54.2 确定短路计算基准值54.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值54.3.1 电力系统54.3.2 架空线路54.3.3 电力变压器64.4 k-1点的相关计算64.5 k-2点的相关计算64.6 断路器的校验75 总结7参考文献8附录91 设计原始题目1.1具体题目(1) 工

2、厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为5200h，日最大负荷持续时间为6.5h。该厂除冶炼车间、制坯车间和热轧车间属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如附录表1所示。(2) 供电电源情况按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条6kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-240，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端（即电力系统的馈电变电站）距离本厂约5km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为600MVA

3、。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.5s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为40km，电缆线路总长度为15km。(3) 气象资料本厂所在地区的年最高气温为40，年平均气温为25，年最低气温为-3，年最热月平均最高气温为36，年最热月平均气温为29，年最热月地下0.8米处平均气温为25。当地主导风向为东风，年雷暴日数为25。(4) 地质水文资料本厂所在地区平均海拔300m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。(5)电费制度本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设

4、专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为20元/kVA，动力电费为0.3元/kWh，照明（含家电）电费为0.3元/kWh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。1.2 要完成的内容(1) 掌握负荷计算及初步设计方案确定的基本方法能够根据发热条件选择供电变压器、输电线路导线开关及开关电器等电气设备，确定工厂最大负荷。(2) 掌握工厂变配电所电气主接线设计的基本方法能够根据电气主接线的四项基本要求和技术、经济指标，正确将电路中的各种电气设备按行业标准规定的图形符号和文字符号绘制成电气主接线图。(3) 掌握变电所变压器型号选择的基本方法能够在进行负荷统计及无功补偿后，根据补偿

5、后的容量进行变压器的选择。变压器的选择包括容量、台数、类型的选择。(4) 熟悉供配电线路设计的基本方法能够根据配电电压、配电级数和接线方案选择标准合理设计供配电线路。2 设计课题的计算与分析2.1 负荷计算和无功功率补偿2.1.1 负荷计算(1)单组用电设备计算负荷的计算公式有功计算负荷（单位为kW）= (为需要系数) (2-1)无功计算负荷（单位为kvar）= tan (2-2)视在计算负荷（单位为kVA）= (2-3)计算电流（单位为A）= (2-4)为用电设备额定电压（单位为kV）, 为半小时最大有功负荷，为容量。(2) 多组用电设备计算负荷的计算公式有功计算负荷（单位为kW）= (2-

6、5)式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.850.95。无功计算负荷（单位为kvar）= (2-6)是所有设备无功之和，是无功负荷同时系数，可取0.90.97。视在计算负荷（单位为kVA）= (2-7)计算电流（单位为A）= (2-8)经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如附录表2所示（额定电压取380V）。2.1.2 无功功率补偿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，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。由附录表1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0

7、.75。而供电部门要求该厂6kV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：=(tan-tan)=1056.4tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)=481.6 kvar因此选取并联电容器为BW0.4-100-3型，采用1台主屏与4台辅屏相结合，总共容量为100kvar5=500kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷=（947.75-500）kvar=447.75kvar，视在功率=1145.8 kVA，计算

8、电流=1740.9A,功率因数提高为cos=0.922。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1500kVA，才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1250kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和6kV侧的负荷计算如表2-1所示。2.2 变电所位置与型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。、分别代表厂房1、2、3.10号的功率，测出各车间负荷点的位置，而工厂的负荷中心假设在P(,),其中P=+=。则按照下列

9、计算公式可计算出工程变电所的位置坐标： (2-9) (2-10)把各车间的坐标代入式2-9、式2-10，得到=3.61，=3.60 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房（工具车间）的西北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。表2-1无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷/kW/kvar/kVA/A380V侧补偿前负荷0.751056.4947.751419.22156.3380V侧无功补偿容量-500380V侧补偿后负荷0.9221056.4447.751145.81740.9主变压器功率损耗0.01=17.20.06=68.76

10、kV侧负荷计算0.9221083.6512.451198.71153 设备型号的选择3.1变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：(1)装设一台变压器：型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1250kVA>=1198.7kVA，即选一台S9-1250/6型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。(2)装设两台变压器：型号为S9型，而每台变压器容量根据式3-1、式3-2选择，即 1198.7kVA=（719.22839.09）kVA (3-1)=(281.8

11、+231.4+349.6)kVA=862.8 kVA (3-2)因此选两台S9-1000/6型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0 。3.2变电所主接线方案的选择变电所主接线方案的选择，按上面考虑的两种主变压器的方案，设计下列两种主接线方案。(1) 装设一台主变压器的接线方案，如附录图1所示（低压侧主接线略）。(2) 装设两台主变压器的接线方案，如附录图2所示（低压侧主接线略）。(3) 两种主接线方案的技术经济比较从附录表3可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装

12、设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。4 短路电流的计算4.1 绘制计算电路K-1K-2LGJ-240,5km6.3kVS9-12500.4kV(2)(3)(1)系统图4-1 短路计算电路4.2 确定短路计算基准值设基准容量=100 MVA ，基准电压=1.05，为短路计算电压，即高压侧=6.3kV，低压侧=0.4kV，则（4-1）（4-2）4.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值4.3.1 电力系统已知电力系统出口断路器的断流容量=600MVA，故=100 /600=0.17 （4-3）4.3.2 架空线路查表得LGJ-240的线路电抗，

13、而线路长5km，故（4-4）4.3.3 电力变压器查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故=3.6（4-5）式中，为变压器的额定容量。因此绘制短路计算等效电路如图4-2所示。k-1k-2图4-2 短路计算等效电路4.4 k-1点的相关计算(1)总电抗标幺值=0.17+4.16=4.33（4-6）(2) 三相短路电流周期分量有效值（4-7）(3) 其他短路电流三相短路电流 （4-8）短路冲击电流 (4-9） （4-10）(4)三相短路容量MVA（4-11）4.5 k-2点的相关计算(1)总电抗标幺值=0.17+3.6=7.93（4-12）(2)三相短路电流周期分量有效值 （4-13）(3) 其他

14、短路电流（4-14）（4-15）（4-16）(4)三相短路容量 MVA（4-17）短路计算结果如表4-1所示。表4-1短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-11.961.961.965.02.9635.7k-219.719.719.736.221.513.74.6 断路器的校验(1)动稳定校验条件或 （4-18）、分别为断路器的极限通过电流峰值和有效值，、分别为断路器所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值。(2)热稳定校验条件 （4-19）为短路发热的假想时间，由于tk=1.5s>1s，故=1.5s。查手册可知题中所给的600MVA的断路器各项参数均满足要求，此处

15、不再一一列出。5 总结本次设计完成了变压器的选型、主接线方案的确定以及短路电流的计算，对设计流程及设备选择的条件有了一个整体的理解，为以后工作打下了坚实的基础。参考文献1 刘介才. 工厂供电 M. 北京：机械工业出版社，2003.2 供配电系统设计规范M.北京中国计划出版社，19963刘介才. 供电工程师技术手册 M. 北京：机械工业出版社，19984 常用供用电电气标准汇编 S. 北京：中国计划出版社，1983附录表1 轧钢厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷类别设备容量/kW需要系数Kd功率因数cos1原料仓库动力2100.30.65照明50.61.02燃料车间动力1500.60.80照明5

16、0.81.03办公楼动力450.40.65照明120.71.04冶炼车间动力3600.50.65照明80.91.05制坯车间动力2400.650.80照明80.81.06热轧车间动力4500.60.80照明508107机修车间动力2600.350.70照明70.81.08冷轧车间动力3800.50.65照明100.81.09成品仓库动力800.40.80照明90.81.0照明1081010生活区照明2100.650.9表2各厂房和生活区的负荷计算表名称类别设备容/kW需要系数cos计算负荷/kW/kvar/kVA/A原料仓库动力2100.30.656373.7照明50.61.030小计2156

17、673.798.9150.3燃料车间动力1500.60.809067.5照明50.81.040小计1559467.5115.7175.8办公动力450.40.651821.06续表 表2楼照明120.71.0120小计573021.0636.755.7冶炼车间动力3600.50.65180210.6照明80.91.07.20小计368187.2210.6281.8428.1制坯车间动力2400.650.80180135照明80.81.080小计248188135231.4351.6热轧车间动力4500.60.80270202.5照明150.81.0150小计465285202.5349.653

18、1.2机修车间动力2600.350.709192.82照明70.81.05.60小计26796.692.82134203.5冷轧车间动力3800.5065190222.3照明100.81.080小计390198222.3297.7452.3成品仓库动力800.40.803224照明90.81.07.20小计8939.2244669.8生活区照明2100.650.9136.565.52151.4230总计动力21751320.51115照明289计入=0.8, =0.850.751056.4947.751419.22156.3表3 主接线方案的技术经济比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性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，电压损耗较小灵活方便性只有一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些