電力工程課程設(shè)計

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1、電 力 工 程 基 礎(chǔ) 課 程 設(shè) 計 學(xué)校：海南大學(xué) 學(xué)院：機電工程學(xué)院 姓名：王映翰 班級： 09 電氣一班 學(xué)號： 20090304310046 第一部分 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目 某工礦企業(yè)降壓變電所電氣設(shè)計 ，設(shè)計要求 根據(jù)本廠用電負荷，并適當(dāng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展, 按安全可靠，技術(shù)先進，經(jīng)濟合理的要求, 確定工廠變電所的位置與形式， 通過負荷計算，確定主變壓器臺數(shù)及容量， 進行短路電流計 算，選擇變電所的主接線及高、 低壓電氣設(shè)備，選擇整定繼電保護裝置，最后按要求寫出設(shè) 計計算說明書，繪出設(shè)計圖紙。 三，設(shè)計資料 設(shè)計工程項目 (1) 工廠

2、總平面圖: 化工廠 米選礦 所用電 機械制造廠 冶煉廠 (2 ) 工廠負荷數(shù)據(jù): 序號 負荷名稱 P30 (KVA Q30 (Kvar) S30 (KVA 1 選采礦區(qū) 3000 1440 3327.70 2 冶煉廠 2200 1056 2440.31 3 化工廠 2000 960 2218.47 4 機械制造廠 1500 720 1163.85  5 廠區(qū)和職工居住 區(qū)照明 800 384 887.39 6 所用電 500 240 554.62 (3) 供電電源情況 :按與供電局協(xié)議，本

3、廠可由東南方19 公里處的變電所 110/38.5/11kv , 50MVA變壓器供電，供電電壓可任選。 (4) 電源的短路容量： 35kv母線的出線斷路器斷流容量為 1500MVA 10kv母線的出線斷 路器斷流容量為 350MVA (5) 供電局要求的功率因數(shù)：當(dāng) 35kv供電時，要求工廠變電所高壓側(cè) cos C >=0.9;當(dāng)以 10kv供電時，要求工廠變電所咼壓側(cè) cos e >=0.95. （6） 氣象資料： 四，設(shè)計任務(wù) （一） 設(shè)計計算說明書 （二） 設(shè)計圖紙 第二部分 設(shè)計計算書 一、各區(qū)域計算負荷和無功補償

4、 1. 采選礦區(qū) 已知：P30=3000KVA Tmax=5000h cos e 0.9 Q30= P30*tan 0=3000*0.48=1440 Kvar S30= P30 Q3o =3327.70KVA 2 ?冶煉廠 已知：P30=2200KVA Tmax=4200h cos 0 0.9 Q30= P30*tan 0 =2200*0.48=1056 Kvar ；~2 2- S30= P30 Q30 =2440.31KVA 3. 化工廠 已知：P30=2000KVA Tmax=4200h cos 0 0.9 Q30= P30*tan 0 =2000*0.48=960

5、Kvar S30= P30 Qi。=2218.47 KVA 4. 機械制造廠 已知：P30=1500KVA Tmax=2880h cos 0 0.9 Q30= P30*tan 0 =1500*0.48=720 Kvar S30= 巧 Q30 =1163.85KVA 5. 廠區(qū)和職工居住區(qū)照明 已知：P30=800KVA Tmax=1800h cos 0 0.9 Q30= P30*tan 0 =800*0.48=384 Kvar S30= . P30 Q3o =887.39KVA 6. 所用電 已知：P30=500KVA Tmax=1800h cos 0 0.9 Q3

6、0= P30*tan 0 =500*0.48=240 Kvar S30= P30 Q3o =554.62KVA 一， 各區(qū)域變電所的設(shè)計選擇 （一）各車間變電所位置及全廠供電平面草圖 根據(jù)地理位置及格車間計算負荷大小，決定設(shè)立 3 個變電所，格子供電范圍如下： 變壓所 I ：選采礦區(qū)，所用電。 變壓所II :冶煉廠，廠區(qū)和職工居住區(qū)照明。 變壓所III :化工廠，機械制造廠。 全廠供電平面圖見圖 (三) 個車間變壓器臺數(shù)及容量選擇 1. 變壓所I變壓器臺數(shù)及容量選擇 （1） 變壓所I的供電負荷統(tǒng)計，系數(shù)?。?Kp=0.9，Kq =0.95 P30= Kp* （ P3

7、0 所 + P30 采）=0.9* （ 3000+500）=3150KW Q30= Kq*（ Q30 所 + Q30 采）=0.95* （ 1440+240）=1596 Kvar (2) 變壓所I的無功補償 無功補償試?。?QC =100Kvar 補償以后： Q30=1596-100=1496Kvar P 30 ■: 2 2 cosC= P30 (Q30 Qc) =0.98>0.90 1 s PT=n P0+ Pk （亠）2 =12.98KW n sn QT=n 100 SN +- U^% Sn ( S30 ) 2=80.78Kvar n 100 Sn 2. 變壓

8、所II變壓器臺數(shù)及容量選擇 (1) 變壓所II的供電負荷統(tǒng)計。 P30= Kp* (P30 冶 + P30 廠)=0.9* (2000+800) =2700KW Q30= Kq*( Q30 冶 + Q30 廠)=0.95* ( 1056+384)=1368 Kvar (2) 變壓所II的無功補償 無功補償試?。?QC =100Kvar 補償以后： Q30=1368-100=1268Kvar P 30 2 2 cos C= P30 (Q30 Q c ) =0.91>0.90 I S2 = . P：0 (Q30 Qc)2 =2982.92KVA (3) 變壓所II的變壓器

9、選擇，為保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器 (每臺可供車間總負 荷的70%): S =0.7 S 1=0.7*3184.49=2229.143KVA NTII 選擇變壓器型號為 S7系列，額定容量為 2500KVA兩臺，查表得出變壓器的各項參數(shù)： 空載損耗 P0=3.65KW 負載損耗 Pk=23KW; 阻抗電壓 Uk%=5.5; 空載電流I0%=1.0。 (4) 計算每臺變壓器的功率損耗(n=1)。 S30=0.5* S 2 =0.5*2982.92=1491.46KVA PT=n P0+1 s Pk ( 30 ) 2 =11.84KW Sn QT=n^ Sn+

10、1Uk%Sn ( S30) 2=73.94Kvar 100 n 100 Sn 3.變壓所III 變壓器臺數(shù)及容量選擇 (1)變壓所 III的供電負荷統(tǒng)計，系數(shù)?。?Kp=0.9 , Kq =0.95 P30= Kp* (P30化 + P30 機)=0.9* (3000+500) =3150KW 2）變壓所 III 的無功補償 cos (Q 30 Qc)2 =0.98>0.90 2 Qc) =3184.49 KVA 無功補償試?。? QC =100Kvar 補償以后： Q30=1596-100=1496Kvar (3)變壓所III的變壓器選

11、擇，為保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器(每臺可供車間總 負荷的70%: S NTI =0.7 S 1=0.7*3184.49=2229.143KVA 選擇變壓器型號為 S7系列，額定容量為 2500KVA兩臺，查表得出變壓器的各項參數(shù): 空載損耗 P0=3.65KW； 負載損耗 Pk=23KW; 阻抗電壓 Uk%=5.5; 空載電流10%=1.0。 (4)計算每臺變壓器的功率損耗(n=1)。 S30=0.5* S 1 =0.5*3184.49=1592.25KVA 1 s PT=n P0+ Pk( 30) 2 =12.98KW n SN E嚅 E+需 SN( J)2

12、=8078KVar ，廠內(nèi)10KV線路截面選擇 1 .供給變電所I的10KV線路 為保證供電的可靠性選用雙回路供電線路，每回供電線路計算負荷: P30=0.5*3150=1575KW Q30=0.5*1596=798Kvar 計及變壓器的損耗： P = P30+ PT=1575+12.98=1587.98KW Q = Q30+ QT=798+80.98=878.98Kvar S = P2 Q2 =1815KVA \ I 30 = S /( . 3 U)=104.79A 年最大負荷平局利用小時數(shù) T = 采Tmax采一P30所Tmax所=4543h,查表得：架空線路的

13、經(jīng)濟電流密度 J ec =0.86A/mm 2 。 所以可得經(jīng)濟截面：Aec=I 30/ J ec=121.8mm2。 可選導(dǎo)線型號為LJ-120，其允許載流量為lai=375A。 相應(yīng)參數(shù)為 r 0=0.28 /km, X 0=0.3 /km。 再按發(fā)熱條件檢驗 已知 =40 C,溫度修正系數(shù)為： Kt = =0.816 V 70 25 30 =104.79A I a1= Kt* I a1=0.816*375=306A> I 由上式可知，所選導(dǎo)線符合長期發(fā)熱條件。 根據(jù)地理位置圖及比例尺，得到此線路長度為 0.64km 線路功率損耗： 2 2 2 PL=3I

14、 30 Rl =3I 2r0 L=3*104.79 *0.28*0.64=5.9KW QL=3I f0 XL =3l2 x 0 L=3*104.79 2 *0.3*0.64=6.3Kvar 線路首端功率： P=P + P=1587.98+5.9=1593.88KW Q=Q + Q=878.98+6.3=885.28Kvar 線路壓降計算： U= Prp L U QxL N =0.045KV U%^^*100%=0.45% 合格。 Un 2. 供給變電所II的10KV線路 為保證供電的可靠性選用雙回路供電線路，每回供電線路計算負荷: P30=0.5*2700=

15、1350KW Q30=0.5*1368=684Kvar 計及變壓器的損耗： P = P30+ PT=1350+11.84=1361.84KW Q = Q30+ QT=684+73.94=757.94Kvar I S =. P2 Q2 =1558.5KVA I 30 = S /( 3 U)=89.98A 年最大負荷平局利用小時數(shù) T = 冶* Tmax冶一P30廠* Tmax廠=1780h,查表得：架空線路的 經(jīng)濟電流密度 J 2 ec=1.48A/mm 。 ec 所以可得經(jīng)濟截面： Aec=I 30/ J ec=60.79mm2。 可選導(dǎo)線型號為LJ-70

16、，其允許載流量為I a1 =265A。 相應(yīng)參數(shù)為 r 0=0.48 /km, x 0=0.32 /km。 再按發(fā)熱條件檢驗 已知 =40 C,溫度修正系數(shù)為：Kt =. 70 =0.816 \ 70 25 I a1= Kt* I a1=0.816*265=216.24A> I 30 =89.98A 由上式可知，所選導(dǎo)線符合長期發(fā)熱條件。 由于變電所II緊鄰35/11kv主變壓器，10kv線路很短，其功率損耗可忽略不計。 線路首端功率： P= P =1361.84KW Q= Q =757.94Kvar 3. 供給變電所III的10KV線路 為保證供電的可靠性選用雙回路供

17、電線路，每回供電線路計算負荷： P30=0.5*3150=1575KW Q30=0.5*1596=798Kvar 計及變壓器的損耗 P = P30+ PT=1575+12.98=1587.98KW Q = Q30+ QT=798+80.98=878.98Kvar I S = P2 Q2 =1815KVA I 30 = S /( . 3 U)=104.79A p * t p * t 年最大負荷平局利用小時數(shù) T = ——max化——3^一max機 =4543h,查表得：架空線路的 max F30 化 P30 機 經(jīng)濟電流密度Jec=1.00A/mm2。 所以可得經(jīng)濟截

18、面： Aec=I 30/ J ec=104.79mm2。 可選導(dǎo)線型號為LJ-95，其允許載流量為I a1 =325a。 相應(yīng)參數(shù)為 r 0=0.36 /km, x 0=0.31 /km。 再按發(fā)熱條件檢驗 已知 =40 C,溫度修正系數(shù)為：Kt : =0.816 \ 70 25 I a1= Kt* I ai =.816*325=365.2A> I 3o=1O4.79A 由上式可知，所選導(dǎo)線符合長期發(fā)熱條件。 根據(jù)地理位置圖及比例尺，得到此線路長度為 線路功率損耗： 0.32km 2 2 2 PL=3I 30RL=3I 2r 0L=3*104.79 2 *0.

19、32*0.36=3.8KW 2 2 2 2 QL=3l3oXL=3l 2x0L=3*1O4.79 2 *0.32*0.31=3.3Kvar 2 線路首端功率: P=P + P=1587.98+3.8=1591.78KW Q=Q + Q=878.98+3.3=882.28Kvar 線路壓降計算 U= —QXL =0.035KV Un U%^-^ *100%=0.035% 合格。 Un 三，工廠總降壓變電所及接入系統(tǒng)設(shè)計 1.工廠總降壓變電所主變壓器臺數(shù)及容量

20、的選擇 P=2*( P ,+ P H +P 川)=2*(1593.88+1361.84+1591.78)=9095KW Q=2*( Q| + Qh+Q川)=2*(885.28+757.94+882.28)=5051Kvar P=K p* P=0.9*9095=8185.5KW Q= K Q * Q =0.95*505仁4798.5Kvar 總降變10kv側(cè)無功補償試?。?Qc=850kvar P 2 2 cos C= P (Q Qc) =0.99>0.90 S = , P2 (Q Qc)2 =8193.9 KVA 為保證供電的可靠性，選用兩臺主變壓器： SNT =0.7

21、S=0.7*8193.9=5735.73KVA 所以選在變壓器型號為 SL7-6300/35 ，兩臺。 查表得 空載損耗 P0=8.20KW 負載損耗 Pk=41.00KW; 阻抗電壓 Uk%=7.5; 空載電流10%=0.9。 2.35kv供電線路截面選擇 為保證供電可靠性，選用兩回 35kv供電線路。 P =0.5*P=0.5*8185.5=4092.75KW Q =0.5* ( Q Qc) =0.5* (4798.5-850)=1974.25Kvar 2 Q =4544KVA 用化簡公式求變壓器損耗: P=0.015S =0.015*4544=68.16

22、KW Q=0.06 S =0.06*4544=272.64Kvar 每回35kv供電線路的計算負荷： P =P + P=4092.75+68.16=4160.91KW Q =Q + Q=1974.25+272.64=2246.89Kvar S = JP”Aec=r=78/0.9=86.67mm ec 可選LJ-95起允許載流量為：I a1=325A. 再按長期放熱條件校驗： Q I a1=Kt I a1=0.95*325=308.75A>78A 所選導(dǎo)線符合發(fā)熱條件。 3.35kv線路功率損耗計算。 （1）35kv線路功率損耗計算。 已知LJ-95參數(shù)

23、r 0=0.36 /km，x 0=0.31 /km，l=19km。 線路的功率損耗： PL=3I f0RL=3 I 30r 0L=3*78 2 *0.36*19=124.8KW QL=3|30Xl=3 I f0 x 0 L=3*78 2 *0.31*19=50.9Kvar 線路首端功率： P=P + PL =4160.91+124.8=4285.71KW =4728.8KVA I 30 = S /( V3 U)=78A 按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線的截面： 線路壓降計算 U= Pro L QxoL =1.2KV u%—*100%=3.4% 合

24、格。 Un 四，短路電流計算 按無窮大系統(tǒng)供電計算短路電流。 短路計算電路圖見圖。為簡單起見，標幺值符號*全去掉。 1.工廠總降壓變35kv母線短路電流(短路點 1) (1) 確定標幺值基準: S d =100MVA, U av =37kv =Sd = 100 d 3Uav 、3 * 37 =1.56KA (2) 計算個主要元件的電抗標幺值: 系統(tǒng)電抗(取斷路器 Soc=1500MVA 100 =0.067 Soc 1500 35kv線路電抗(LJ-95) x==0.31 / km 100 X2=0.31*19* 2 =0.43 372

25、 (3 )求三相短路電流和短路容量： 1) 總電抗標幺值： X =0.067+0.5*0.43=0.282 2) 三相短路電流周期分量有效值: ⑶一 Id _ k =X = 156 =5.53KA 0.282 3) 其他三相短路電流值： I (3)= I (3)= I k3) =5.53KA i S3) =2.55 I (3) =2.55*5.53=14.1KA I S3 =1.51 I "⑶=1.51*5.53=8.35KA 4) 三相短路容量： S (?)= = 100 =354.6MVA X 0.282 1500

26、 X1=0.067 X2=0.43 X3=2.2 大系統(tǒng) 35k母線 ①總降變35kv側(cè) 總降變10k母線 廠內(nèi)10kv線路 T 車間負荷 車間變電0.4kv母線 2.10kv母線短路電流(短路點 2) (1)確定標幺值基準： Sd =100MVA, Ud2=10.5kv =Sd = 100 d2 3Ud2 3*10.5 =5.50KA (2)計算個主要元件的電抗標幺值: 1) 系統(tǒng)電抗: X1 =

27、100 =0.067 oc 2) 35kv線路電抗: X2= 0.31*19* 100 371 =0.43 3） 35/11kv電力變壓器電抗（Uk%=7.5）: 3 s Uk%* Sd 7.5* 100*10 …c X3= k d = =1.19 100Sn 100*6300 （3）求三相短路電流和短路容量： 1 ）總電抗標幺值： “ X2 X3 0.43 1.19 =X1+ =0.067+ =0.877 2 2）三相短路電流周期分量的有效值: I k3)= = 5.50 =6.27KA X 0.877 3）其他三相短路電流

28、： I ”（3）= I （3） = I k3） =6.27KA i S3) =2.55 I "⑶=2.55*6.27=15.99KA I S3 =1.51 I "⑶=1.51*6.27=9.47KA 4) 三相短路容量： S(3)=_^= 100 =114MVA X 0.877 3.0.4kv車間抵押母線短路電流（短路點 3） （1）確定標幺值基準： Sd =100MVA, Ud3=0.4kv d3 3Ud3 =144.34KA 3*0.4 （2）計算個主要元件的電抗標幺值: 1）系統(tǒng)電抗: 100 =0.067 Soc 1500 2 ）

29、 35kv線路電抗: X2= 0.31*19* 孕=0.43 X3=U%亙 100Sn 7.5*100*103 100* 6300 =1.19 4 ） 10kv廠內(nèi)架空線路電抗（給變電所 II供電）： 因這段10kv架空線路很短，I 0，電抗可不計。 2 2 2）三相短路電流周期分量的有效值： I (3)_ Id3 Ik =7" 144.34 =73ka 1.977 X4=0 5 ) 10/0.4kv 電力變壓器(2500KVA變壓器 Uk%=5.5): X5= Uk%*Sd _5.5*100*103 100SN 100* 250

30、0 求三相短路電流和短路容量： 總電抗標幺值： “ X2 X3 X4 X5 0.43 1.19 0 2.2 彳 =X1+ + =0.067+ + =1.977 2 3）其他三相短路電流: "⑶ =i (3) = i k3) =73KA! i S? =1.841 "(3)=1.84*73=134.32KA I S3) =1.09 I "⑶=1.09*73=79.57KA 4) 三相短路容量： Sy = = 100 =50.58MVA X 1.977 三相短路電流和短路容量計算結(jié)果列表匯總 短路點計算 三相短路電流（KA 三相短路容量 S

31、（3）（ MVA I (3) 1 k I (3) I(3) i (3) i sh I (3) I sh 35kv1 點 5.53 5.53 5.53 14.1 8.35 354.6 10kv2 點 6.27 6.27 6.27 15.99 9.47 114 0.4kv3 點 73 73 73 134.32 79.57 50.58 五、變電所高低壓電氣設(shè)備的選擇 根據(jù)上述短路電流計算結(jié)果， 按正常工作條件選擇和按短路情況校驗， 總降壓變電所主要高 低壓電氣設(shè)備確定如下。 1.高壓35kv側(cè)設(shè)備 35kv側(cè)設(shè)備的選擇如表 1所

32、示。 2.中亞10kv側(cè)設(shè)備 10kv側(cè)設(shè)備如表2所示。 3. 低壓0.4kv側(cè)設(shè)備 低壓 0.4kv 側(cè)設(shè)備如表 3 所示 表1 計算數(shù)據(jù) 高壓斷路器 SW2-35/600 隔離開關(guān) GW2-35G 電壓互感 器 電流互感 器 避雷器 備注 U=35KV 35KV 35KV 35KV 35KV 35KV l=78A 600A 600A 2*20/5 I k =5.53KA 6.6KV SK =354.6MVA 400MVA i Sh)=i4.iKA 17KA 42KA

33、3.3*20 /2 2 2 I *4=5.53 *4 6.6 2 *4 20 2 *4 (1.3*20) 2 表2 計算數(shù)據(jù) 咼壓斷路 器 SN10-101 隔離開關(guān) 電流互感 器 備注 U=10kv 10KV 10KA 10KV 采 用 GG-10-54 高壓開關(guān) 柜 I=104.79A 630A 200A 150/5 I k =6.27A 16KA SK =114 300MVA i S1)=15.99KA 40KA 25.5KA 160*40 U 2 I 2 *4=6.27 2 *4

34、 2 16 2 *4 102*5 2 (90*40) 計算數(shù)據(jù) 低壓斷路器 DZ20Y-1250 隔離開關(guān) HD11-1000 電流互感器 LM-0.5 備注 U=0.4kv 0.4KV 0.4KA 0.4KV 采 用 BFC-0.5G-08 l=839A 1250A 1250A 1000/5 I k =73KA 50KA 低壓開關(guān)柜 SK =50.58MVA ⑺寧廣三 .祈乓申 .asr 廠盡卸脈二居生忙明 (LET FLys^iijjr i S?=134.32KA 2 2 I *

35、4=73 *4 _i 1- M r-v ? Gp 一.菱 1 n、、：c^x、\ fl-> \ \ -\K \ \ （專業(yè)文檔資料素材和資料部分來自網(wǎng)絡(luò)，供參考?？蓮?fù)制、編制，期待你的 好評與關(guān)注） Sj= . (Q30 Qc)2 3 4 =3184.49 KVA (3) 變壓所I的變壓器選擇，為保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器(每臺可供車間總 負荷的70%: S NTI =0.7 S 1=0.7*3184.49=2229.143KVA 選擇變壓器型號為 S7系列，額定容量為 2500KVA兩臺，查表得出變壓器的各項參數(shù)： 空載損耗 P0=3.65KW 負載損耗 Pk=23KW; 阻抗電壓 Uk%=5.5; 空載電流10%=1.0。 (4) 計算每臺變壓器的功率損耗(n=1)。 S30=0.5* S 1 =0.5*3184.49=1592.25KVA Q=Q + QL =2246.89+50.9=2299.79Kvar