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(jī)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(fù)荷，并適當(dāng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展, 按安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理的要求, 確定工廠變電所的位置與形式， 通過負(fù)荷計算，確定主變壓器臺數(shù)及容量， 進(jìn)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(hù)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(xiàng)目 (1) 工廠

2、總平面圖: 化工廠 米選礦 所用電 機(jī)械制造廠 冶煉廠 (2 ) 工廠負(fù)荷數(shù)據(jù): 序號 負(fù)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(jī)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(fù)荷和無功補(bǔ)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(jī)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(fù)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(jī)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(fù)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(bǔ)償 無功補(bǔ)償試取： QC =100Kvar 補(bǔ)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(fù)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(bǔ)償 無功補(bǔ)償試?。?QC =100Kvar 補(bǔ)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(fù) 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(xiàng)參數(shù)： 空載損耗 P0=3.65KW 負(fù)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(fù)荷統(tǒng)計，系數(shù)?。?Kp=0.9 , Kq =0.95 P30= Kp* (P30化 + P30 機(jī))=0.9* (3000+500) =3150KW 2）變壓所 III 的無功補(bǔ)償 cos (Q 30 Qc)2 =0.98>0.90 2 Qc) =3184.49 KVA 無功補(bǔ)償試?。? QC =100Kvar 補(bǔ)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(fù)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(xiàng)參數(shù): 空載損耗 P0=3.65KW； 負(fù)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(fù)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(fù)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(jì)電流密度 J ec =0.86A/mm 2 。 所以可得經(jīng)濟(jì)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(yàn) 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(fù)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(fù)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(jì)電流密度 J 2 ec=1.48A/mm 。 ec 所以可得經(jīng)濟(jì)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(yàn) 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(fù)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(fù)荷平局利用小時數(shù) T = ——max化——3^一max機(jī) =4543h,查表得：架空線路的 max F30 化 P30 機(jī) 經(jīng)濟(jì)電流密度Jec=1.00A/mm2。 所以可得經(jīng)濟(jì)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(yàn) 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(bǔ)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(fù)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(fù)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(yàn)： 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(jì)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(biāo)幺值符號*全去掉。 1.工廠總降壓變35kv母線短路電流(短路點(diǎn) 1) (1) 確定標(biāo)幺值基準(zhǔn): 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(biāo)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(biāo)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(fù)荷 車間變電0.4kv母線 2.10kv母線短路電流(短路點(diǎn) 2) (1)確定標(biāo)幺值基準(zhǔn)： 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(biāo)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(biāo)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(diǎn) 3） （1）確定標(biāo)幺值基準(zhǔn)： Sd =100MVA, Ud3=0.4kv d3 3Ud3 =144.34KA 3*0.4 （2）計算個主要元件的電抗標(biāo)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(biāo)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(diǎn)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(diǎn) 5.53 5.53 5.53 14.1 8.35 354.6 10kv2 點(diǎn) 6.27 6.27 6.27 15.99 9.47 114 0.4kv3 點(diǎn) 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(yàn)， 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(fù)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(xiàng)參數(shù)： 空載損耗 P0=3.65KW 負(fù)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