電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計--某冶金機械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計 (2)

1、<p>　　課程設(shè)計題目： 某冶金機械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 基礎(chǔ)資料..............................................................1</p><p>　　1.1工廠供電設(shè)計任務(wù) ...

2、.................................................1</p><p>　　1.1工廠供電設(shè)計的一般原則 ..............................................1</p><p>　　1.2工廠原始資料 ....................................................

3、....2</p><p>　　1.3電力負(fù)荷性質(zhì) ........................................................3</p><p>　　二．設(shè)計任務(wù)及設(shè)計大綱 .................................................4</p><p>　　1.一次系統(tǒng)主結(jié)線方案設(shè)計

4、...............................................4</p><p>　　2.確定全廠負(fù)荷 .........................................................6</p><p>　　3.主變壓器的選擇：.................................................

5、.....7</p><p>　　4.短路電流計算..........................................................8</p><p>　　4.1三相短路電流計算的目的 ............................................8</p><p>　　4.2短路電流計算公式 ......

6、............................................8</p><p>　　4.3各母線短路電流的計算..............................................10</p><p>　　4.4整定計算..........................................................12&

7、lt;/p><p>　　4.5設(shè)計概述..........................................................14</p><p>　　4.6室內(nèi)與室外的布置..................................................15</p><p>　　三、小結(jié)..................

8、.................................................16</p><p>　　四、參考文獻...............................................................17</p><p>　　某冶金機械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　

9、一 基礎(chǔ)資料</b></p><p><b>　　生產(chǎn)任務(wù)及車間組成</b></p><p>　　本廠主要承擔(dān)冶金系統(tǒng)的配件生產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模為：鑄鋼件1萬噸，鑄鐵件3千噸，鍛件1千噸，鉚焊件2千噸。</p><p>　　本廠車間組成如表1所示。</p><p><b>　　2.設(shè)計依據(jù)</b&g

10、t;</p><p><b>　　設(shè)計總平面布置圖</b></p><p><b>　　全</b></p><p>　　2）全廠各車間負(fù)荷如表2所示，各車間均為380V的負(fù)荷，但有一部分為高壓設(shè)備為6kV的負(fù)荷。</p><p><b>　　3）供用電協(xié)議</b></p&

11、gt;<p>　　工廠與供電部門所簽定的供用電協(xié)議主要內(nèi)容如下</p><p>　?。?）工廠從供電部門用35千伏雙回架空線引入本廠，其中一個作為工作電源，一個作為備用電源，兩個電源不并列運行。（即不同時工作），供電部門短路容量為200MVA，該變電所距廠東側(cè)8公里。</p><p>　?。?）在本廠的總降壓變電所35千伏側(cè)進行計算，本廠的功率因數(shù)應(yīng)大于0.9。</p&

12、gt;<p><b>　　3.本廠負(fù)荷性質(zhì)</b></p><p>　　本廠為三班工作制，最大有功負(fù)荷年利用小時數(shù)為6000小時，屬于二級負(fù)荷。</p><p>　　二．設(shè)計任務(wù)及設(shè)計大綱</p><p>　　1.一次系統(tǒng)主結(jié)線方案設(shè)計：</p><p>　　根據(jù)基本資料，選擇本廠最優(yōu)供電電壓等級。選擇10

13、kV。</p><p>　　電力變壓器是變電所中最關(guān)鍵的一次設(shè)備，其主要功能是將電力系統(tǒng)的電能電壓升高或降低，以利于電能的合理輸送、分配和使用。在該廠采用兩臺變壓器非并列運行，一臺變壓器工作，另一臺變壓器停止運行作為備用，當(dāng)兩臺變壓器并列運行時，其中每臺變壓器容量的選擇應(yīng)滿足以下兩個條件： =(0.6~0.7) 和　≥，這里不涉及該種情況。</p><p><b>　　主接線方案

14、：</b></p><p><b>　　2.確定全廠負(fù)荷</b></p><p>　　確定車間的計算負(fù)荷，一般用需要系數(shù)法，車間設(shè)備的利用系數(shù)乘上設(shè)備容量即為車間低壓用電設(shè)備的總設(shè)備容量，即車間低壓側(cè)的計算負(fù)荷（有功功率）。并可求出相應(yīng)的計算負(fù)荷（無功功率及視在功率）。計算后填入表1.（確定相應(yīng)的變壓器容量）</p><p><

15、;b>　　1．負(fù)荷計算</b></p><p>　　根據(jù)要求及負(fù)荷計算公式，分別計算各車間的、、、，然后列出表格。</p><p>　　鑄造車間：=2000kW =0.4 cosφ=0.65 tanφ=1.17</p><p>　　=·=0.4*2000=800kW</p><p>　　=·tanφ

16、=800*1.17=936kVAR</p><p>　　=/cosφ=800/0.65=1231.3kVA</p><p>　　=/Un=1231.3/1.732*380=1.87kA</p><p>　　同理，如上計算，分別算出其余車間及部門的計算負(fù)荷，并列出表格如下：</p><p>　　表1 全廠各車間負(fù)荷表</p>&l

17、t;p>　　3. 主變壓器的選擇：</p><p>　　根據(jù)工廠的負(fù)荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓器考慮有下列兩種可供選擇的方案：</p><p>　　1、裝設(shè)一臺變壓器：型號為S9型，而容量根據(jù)式≥，為主變壓器容量，為補償后總的計算負(fù)荷。選即選一臺SFZ-8000/38.5型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負(fù)荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。</p

18、><p>　　2、裝設(shè)兩臺變壓器：型號為S9型，而每臺變壓器容量上圖選擇，</p><p>　　因此選兩臺則是SFZ-8000/38.5型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負(fù)荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組均為Yyn0。</p><p>　　3.主結(jié)線方案的技術(shù)經(jīng)濟比較</p><p>　　為了能夠安全可靠、技

19、術(shù)先進、經(jīng)濟合理的選擇，在此對主結(jié)線方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較。</p><p><b>　　主</b></p><p>　　變壓器的選擇主要根據(jù)負(fù)荷計算表。因為要求全廠的功率因數(shù)在0.9以上，所以要進行無功補償，從而計算出補償后變電所的視在功率。本廠的負(fù)荷性質(zhì)屬于二級負(fù)荷，可靠性要求較高，所以主變壓器應(yīng)選擇兩臺，其中一臺備用。當(dāng)一臺故障時，另一臺可以馬上投入運行以保證此冶

20、金機械修造廠全廠的供電需求。</p><p><b>　　4、無功功率補償前</b></p><p>　　總有功功率 ∑P = 5773.51kw</p><p>　　總無功功率 ∑Q = 4787.2kvar</p><p>　　總視在功率 ∑S = 7598.83 KV·A</p>

21、<p>　　全廠功率因數(shù) = 5773.51/ 7598.83=0.76<0.9 </p><p>　　補償前，這時變壓器容量選8000kVA</p><p><b>　　所以要進行無功補償</b></p><p><b>　　5、無功功率補償 </b></p><p>　　無功功

22、率的人工補償裝置主要有同步補償機和并聯(lián)電容器兩種。由于并聯(lián)電容器具有安裝簡單、運行維護方便、有功損耗小以及組裝靈活、擴容方便等優(yōu)點，因此本設(shè)計選用并聯(lián)電容進行無功補償。</p><p>　　工廠中由于有大量的電動機、電焊機及氣體放電燈等感性負(fù)荷，從而使功率因數(shù)降低。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運行性能、提供其自然功率因數(shù)的情況下，尚達不到規(guī)定的工廠功率因數(shù)要求時，則需考慮人工補償．要求工廠最大負(fù)荷時的功率因數(shù)不

23、得低于0.9，我們?nèi)osφ’=0.96</p><p>　　要使低壓側(cè)功率因素由0.76提高到0.96，低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為</p><p>　　QC = 4787.2×（tanarccos0.76－tanarccos0.96）kvar</p><p>　　= 2697.6kvar</p><p>　　取

24、 QC=2700kvar</p><p>　　補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負(fù)荷為</p><p><b>　　KVA.</b></p><p>　　因此主變補償后選擇容量變選擇7000kVA。</p><p><b>　　變壓器的功率損耗為</b></p><p>

25、;　　ΔPT ≈ 0.015= 0.015×6139.2kVA =92.1kW</p><p>　　ΔQT ≈ 0.06= 0.06×6139.2 kVA=368.4kvar</p><p>　　變電所高壓側(cè)的計算負(fù)荷為</p><p>　　= 5773.5kW +92.1kW = 5865.6kW</p><p>　　=

26、（4787.2—2700）kvar + 368.4kvar =2455.6kvar</p><p><b>　　=109.25A</b></p><p>　　補償后工廠的功率因素為</p><p><b>　　.</b></p><p>　　這一功率因素滿足供電部門規(guī)定的要求。</p>

27、<p><b>　　6、主變壓器容量:</b></p><p>　　根據(jù)全廠計算負(fù)荷為6358.9KVA，則變壓器的容量要>6359/85%=7481.2KVA，查表7-1選用SFZ-8000/38.5變壓器兩臺。一臺工作，一臺備用。其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下: </p><p>　　表7-1 SFZ-8000/38.5變壓

28、器技術(shù)參數(shù)</p><p>　　表7-2 各車間型號變壓器技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　7、 導(dǎo)線的選擇：</b></p><p>　　通過上面的計算得到額定電流=109.25A可以查表7-1可得導(dǎo)線型號為LGJ-25它的在流量為135A>109.25A。</p><p>　　因為本廠為三班工作制，最大有

29、功負(fù)荷年利用小時數(shù)為6000小時。屬于二級負(fù)荷，所以選取經(jīng)濟電流密度：</p><p><b>　　導(dǎo)線的經(jīng)濟截面積：</b></p><p>　　LGJ-25型鋁導(dǎo)線，長期允許工作電流，最高允許溫度為900C 。其中</p><p><b>　　長時允許電流：</b></p><p>　　線路承受

30、的最大負(fù)荷電流就為符合要求。</p><p><b>　　短路計算</b></p><p>　　短路電流將引起下列嚴(yán)重后果：短路電流往往會有電弧產(chǎn)生，它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設(shè)備和傷害周圍人員。巨大的短路電流通過導(dǎo)體時，一方面會使導(dǎo)體大量發(fā)熱，造成導(dǎo)體過熱甚至熔化，以及絕緣損壞；另一方面巨大的短路電流還將產(chǎn)生很大的電動力作用于導(dǎo)體，使導(dǎo)體變形或損壞。短

31、路也同時引起系統(tǒng)電壓大幅度降低，特別是靠近短路點處的電壓降低得更多，從而可能導(dǎo)致部分用戶或全部用戶的供電遭到破壞。網(wǎng)絡(luò)電壓的降低，使供電設(shè)備的正常工作受到損壞，也可能導(dǎo)致工廠的產(chǎn)品報廢或設(shè)備損壞，如電動機過熱受損等。</p><p>　　短路計算的目的主要有以下幾點：</p><p>　　1．用于變壓器繼電保護裝置的整定。</p><p>　　2．選擇電氣設(shè)備和載流

32、導(dǎo)體。</p><p>　　3．選擇限制短路電流的方法。</p><p>　　4．確定主接線方案和主要運行方式。</p><p><b>　　短路電流計算公式</b></p><p>　　電力系統(tǒng)各元件電抗標(biāo)幺值計算公式：</p><p>　　1、取基準(zhǔn)容量Sd=100MVA；</p>

33、<p><b>　　2、計算基準(zhǔn)電流</b></p><p>　　3、電力系統(tǒng)的電抗：</p><p>　　4、架空線路電抗：本設(shè)計采用表5.1的數(shù)據(jù)進行架空線路電抗的計算</p><p>　　表5.1 電力線路每相的單位長度電抗平均值</p><p><b>　　因此</b><

34、;/p><p><b>　　5、變壓器電抗：</b></p><p>　　故可得出短路等效電路圖5.2，根據(jù)短路圖可算出各短路點的總阻抗如下：</p><p>　　6、計算三相短路電流和短路容量</p><p><b>　　（1）k-1點短路</b></p><p>　　三相短路

35、電流周期分量有效值</p><p>　　三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流</p><p>　　三相短路沖擊電流及第一個周期短路</p><p><b>　　三相短路容量</b></p><p><b>　　整定計算：</b></p><p>　　有關(guān)參數(shù)計算下表所示：</p

36、><p><b>　　各參數(shù)值計算表：</b></p><p><b>　　4.等值電路簡圖</b></p><p>　　計算主變壓器高（35kV）側(cè)和低壓（10kV）側(cè)三相短路時的沖擊電流最大短路電流有效值和短路容量。列表給出計算結(jié)果。</p><p>　　本設(shè)計為35KV壓降變電所及配電系統(tǒng)的一次設(shè)

37、計，該設(shè)計是針對生產(chǎn)規(guī)模為：鑄鋼件1萬噸，鑄鐵件3千噸，鍛件1千噸，鉚焊件2千噸的冶金機械修造廠而設(shè)計的。變電所內(nèi)一次設(shè)備主要：有兩臺主變壓器(型號為SFZ-8000/38.5)、各車間變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、所用變壓器、避雷器、高壓開關(guān)進線柜等。設(shè)計主要遵循中華人民共和國建設(shè)部發(fā)布的《35kv~110kv變電所設(shè)計規(guī)范》以及其他相關(guān)法律法規(guī)。</p><p><b>　　室內(nèi)與室外的布置:</

38、b></p><p>　　整個主控制室和高壓配電室坐北朝南，這樣便于主控制室采光。主控制室內(nèi)裝設(shè)有低壓配電屏，主變保護屏，中央信號，中央信號繼電器及電鍍表屏，主變控制屏，中央信號布置在北側(cè)，正對著值班人員。兩段母線的配電裝置分別設(shè)在兩個單獨的房間內(nèi)，兩個配電室之間通過雙開鋼門相連接，另外兩個配電室還有一個外形式雙開鋼門。電容器應(yīng)單獨布置在一個房間內(nèi)。</p><p>　　35KV電源

39、進線由變電所東側(cè)的區(qū)域降壓變電所通過架空線引進，配電裝置采用低壓布置，避雷器、電源變壓器以及保護用的熔斷器，低壓布置在母線兩端，避雷器、電源變壓器布置在主控制器的東側(cè)，6KV高壓電纜從主變電所引來，低電壓電纜經(jīng)過穿墻套管進人主控制室，配電裝置間隔為5米，進線相間距離為1.3米，最大允許尺度為0.7米。</p><p>　　變電所主接線方案的設(shè)計原則與要求：</p><p>　　變電所的主接

40、線，應(yīng)根據(jù)變配電所在供電系統(tǒng)中的地位、進出線回路數(shù)、設(shè)備特點及負(fù)荷性質(zhì)等因素綜合分析確定，并應(yīng)滿足安全、可靠、靈活和經(jīng)濟等要求。</p><p><b>　　1、安全性</b></p><p>　?。?）在高壓斷路器的電源側(cè)及可能反饋電能的另一側(cè)，必須裝設(shè)高壓隔離開關(guān)；</p><p>　?。?）在低壓斷路器的電源側(cè)及可能反饋電能的另一側(cè)，必須

41、裝設(shè)低壓刀開關(guān)；</p><p>　?。?）在裝設(shè)高壓熔斷器-負(fù)荷開關(guān)的出線柜母線側(cè)，必須裝設(shè)高壓隔離開關(guān)；</p><p>　?。?）35kV及以上的線路末端，應(yīng)裝設(shè)與隔離開關(guān)聯(lián)鎖的接地刀閘；</p><p>　　（5）變電所高壓母線上及架空線路末端，必須裝設(shè)避雷器。裝于母線上的避雷器，宜與電壓互感器公用一組隔離開關(guān)，接于變壓器引出線上的避雷器，不宜裝設(shè)隔離開關(guān)。

42、</p><p><b>　　2、可靠性</b></p><p>　?。?）變電所的主接線方案，必須與其負(fù)荷級別相適應(yīng)。對一級負(fù)荷，應(yīng)由兩個電源供電。對二級負(fù)荷，應(yīng)由兩回路或一回6kV及以上專用架空線或電纜供電； 其中采用電纜供電時，應(yīng)采用兩根電纜并聯(lián)供電，且每根電纜應(yīng)能承受100%的二級負(fù)荷；</p><p>　?。?）變電所的非專用電源進線

43、側(cè)，應(yīng)裝設(shè)帶短路保護的斷路器或負(fù)荷開關(guān)-熔斷器。當(dāng)雙電源供多個變電所時，宜采用環(huán)網(wǎng)供電方式；</p><p>　?。?）對一般生產(chǎn)區(qū)的車間變電所，宜由工廠總變配電所采用放射式高壓配電，以確保供電可靠性，但對于輔助生產(chǎn)區(qū)及生活區(qū)的變電所，可采用樹干式配電；</p><p>　?。?）變電所低壓側(cè)的總開關(guān)，宜采用低壓斷路器。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)為單母線，且有自動切換電源要求時，低壓總開關(guān)和低壓母線分段開關(guān)

44、，均應(yīng)采用低壓斷路器。</p><p><b>　　3、靈活性</b></p><p>　　（1）變配電所的高低壓母線，一般宜采用單母線或單母線分段接線方式；</p><p>　?。?）35kV及以上電源進線為雙回路時，宜采用橋形接線和線路-變壓器組接線；</p><p>　?。?）需帶負(fù)荷切換主變壓器的變電所，高壓側(cè)應(yīng)

45、裝設(shè)高壓斷路器或高壓負(fù)荷開關(guān)；</p><p>　?。?）變電所的主接線方案應(yīng)與主變壓器的經(jīng)濟運行要求相適應(yīng)；</p><p>　?。?）變電所的主接線方案應(yīng)考慮到今后可能的增容擴展，特別是出線柜便于添置；</p><p><b>　　4、經(jīng)濟性</b></p><p>　　（1）變電所的主接線方案在滿足運行要求的前提下

46、，應(yīng)力求簡單。變電所高壓側(cè)宜采用斷路器較少或不用斷路器的接線；</p><p>　?。?）變電所的電氣設(shè)備應(yīng)選用技術(shù)先進、經(jīng)濟適用的節(jié)能產(chǎn)品，不得選用國家明令淘汰的產(chǎn)品；</p><p>　?。?）工廠的電源進線上應(yīng)裝設(shè)專用的計量柜，其中的電流、電壓互感器只供計費的電能表使用；</p><p>　　（4）應(yīng)考慮無功功率的人工補償，使最大負(fù)荷時功率因素達到規(guī)定的要求。

47、</p><p><b>　　主接線方案的選擇：</b></p><p>　　由于工廠的負(fù)荷為二級負(fù)荷，總降壓變電所出線較多，故本降壓變電所采用單母線分段方式的接線，電氣接線圖見圖4.1。這種接線方式采用的高壓開關(guān)設(shè)備較多，初期投資較大。但單母線分段接線方式比其他接線方式的靈活性、可靠性更高，考慮到總降壓變電所的在工廠的特殊地位，故本設(shè)計采用單母線分段方式的主接線方案

48、，如下圖所示：</p><p>　　作為主變照明及應(yīng)急用電，本設(shè)計采用由主變一次側(cè)單引一個35/0.4的小型干式變壓器供電，作為主變照明及應(yīng)急用電，并加直流屏，以保證供電系統(tǒng)檢修和維護的可靠性。</p><p><b>　　三.小結(jié)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計歷時兩個星期左右，通過這兩個星期的學(xué)習(xí)，我們收獲很大。</p>

49、;<p>　　通過這次課程設(shè)計，我們加深了對工廠供電相關(guān)知識的理解，基本上掌握了進行一次設(shè)計所需的步驟，如總降壓變電所的設(shè)計，我們由課題分析、查資料著手，然后進行設(shè)計、整理說明書直至最后完成整個設(shè)計。作為大學(xué)階段一次重要的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，我們受益匪淺，深深感覺到我們自主學(xué)習(xí)、獨立思考、分析問題解決問題的能力得到了提高。</p><p>　　在設(shè)計之前，我們所學(xué)的知識是比較離散的，只是有些模糊的概念而已，通

50、過這次設(shè)計，我們對工廠供電系統(tǒng)的設(shè)計以及所涉及的相關(guān)知識有了一個較為全面和深入的理解，也加深了對電氣設(shè)備選擇的了解。這次設(shè)計有很多需要計算的地方，如容量、負(fù)荷的計算等，我們查閱相關(guān)書籍，仔細(xì)分析，相互討論，認(rèn)真思考，最終完成了計算。</p><p>　　通過對總圖的設(shè)計、負(fù)荷計算、無功補償?shù)挠嬎?、短路電流的計算及設(shè)備的選型等一系列問題的處理，使我們對這門課有了更全面系統(tǒng)的認(rèn)識。工廠供電就是從全局考慮電能的輸送分配

51、，電能在電網(wǎng)中運輸及線路計算等，它有利于節(jié)約能源，避免浪費，確保工廠生產(chǎn)和生活用電的要求。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計，也使我們深刻體會到電力系統(tǒng)這個方面的重要和強大。通過親手做設(shè)計，使自己的實踐動手能力有了一個很大的提高，為自己將來的設(shè)計工作作好了充分的準(zhǔn)備。</p><p>　　總之，在本次設(shè)計中，我們發(fā)現(xiàn)了許多以往學(xué)習(xí)中的不足，也讓我們鞏固了許多以往掌握不太牢固的知識，學(xué)到

52、了很多的東西。</p><p><b>　　四、參考文獻</b></p><p>　　【1】 《電力系統(tǒng)分析》朱一綸主編，機械工業(yè)出版社，2012年</p><p>　　【2】 《電力系統(tǒng)分析》（第二版），于永源等，中國電力出版社，2004年</p><p>　　【3】《電力系統(tǒng)分析》（上、下冊），何仰贊編，華中科技大學(xué)