某冶金機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(1)

1、電力工程課程設(shè)計報告某冶金機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計1. 設(shè)計資料1.1.1 工廠總平面圖工廠總平面圖如圖1所示圖1 工廠總平面圖1.2 工廠負(fù)荷情況該廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷小時數(shù)為4600h，日最大負(fù)荷持續(xù)時間為6h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級負(fù)荷處，其余為三級負(fù)荷。該廠的負(fù)荷統(tǒng)計資料如下表1。表1 工廠各車間負(fù)荷情況廠房編號廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量（kW）需要系數(shù)Kd功率因數(shù)costan1鑄造車間動力5200.40.71.02照明100.91.002鍛壓車間動力2400.30.651.17照明100.91.003金工車間動力3900.320.651.12照明100.91

2、.004工具車間動力2900.350.651.33照明100.91.00續(xù)表1廠房編號廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量（kW）需要系數(shù)Kd功率因數(shù)costan5電鍍車間動力4500.60.800.75照明100.91.006熱處理車間動力2600.620.820.82照明100.91.007裝配車間動力1700.40.751.02照明100.91.008機(jī)修車間動力1000.30.71.17照明50.91.009鍋爐車間動力1150.80.81.05照明30.91.0010倉庫動力500.40.90.75照明20.91.0011生活區(qū)照明4000.81.00.481.3 供電電源情況按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇?/p>

3、部門登定的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條10kV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線牌號為LGT-150(0.36 )，干線首端距離本廠約8km。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為500MVA。為滿足工廠二級負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。1.4 氣象資料本地區(qū)的年最高氣溫為38，年平均氣溫為23，年最低氣溫為-8，年最熱月平均氣溫為33，年最熱月平均氣溫為26，年最熱月地下0.8m處平均溫度為25。主導(dǎo)風(fēng)向為東北風(fēng)，年暴雨日數(shù)為20天。1.5 地質(zhì)水文資料本地區(qū)平均海拔500m，地層以砂粘土為主，地下水位為2m。2. 負(fù)荷計算和無功

4、功率補(bǔ)償2.1 負(fù)荷計算的目的和方法負(fù)荷計算的內(nèi)容和目的（1）求計算負(fù)荷，是選擇確定變壓器容量的依據(jù)；（2）求計算電流，是選擇纜線和開關(guān)設(shè)備的依據(jù)；（3）求有功計算負(fù)荷和無功計算負(fù)荷，是確定靜電電容器容量的依據(jù)。負(fù)荷計算的方法:（1）需要系數(shù)法用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)和同時系數(shù)，直接求出計算負(fù)荷。用于設(shè)備數(shù)量多，容量差別不大的工程計算，尤其適用于配、變電所和干線的負(fù)荷計算。（2）利用系數(shù)法采用利用系數(shù)求出最大負(fù)荷區(qū)間內(nèi)的平均負(fù)荷，再考慮設(shè)備臺數(shù)和功率差異的影響，乘以與有效臺數(shù)有關(guān)的最大系數(shù)，得出計算負(fù)荷。適用于各種范圍的負(fù)荷計算，但計算過程稍繁。2.2 全廠負(fù)荷計算的過程本設(shè)計各車間計算負(fù)荷采用

5、需要系數(shù)法確定。主要計算公式有 有功計算負(fù)荷（kW）： （2-1）無功計算負(fù)荷（kvar）： （2-2）視在計算負(fù)荷（kVA）： （2-3）計算電流（A）： （2-4）具體車間計算負(fù)荷如附錄A表2-1和表2-2所示。從附錄I表2.1和表2.2中可知有功計算負(fù)荷：無功計算負(fù)荷：視在計算負(fù)荷：再乘以同時系數(shù) , 此時 功率因素 , 所以要進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。2.3 無功功率補(bǔ)償由于本設(shè)計中，此需要進(jìn)行功率補(bǔ)償。由公式可知： （2-5） 式中， 補(bǔ)償前的自然平均功率因數(shù)對應(yīng)的正切值。 補(bǔ)償后的功率因數(shù)對應(yīng)的正切值。采用低壓側(cè)集中補(bǔ)償?shù)姆椒?，為使高壓?cè)功率因數(shù)達(dá)到0.9，則補(bǔ)償后的低壓功率因數(shù)應(yīng)達(dá)到0.

6、92。校正前 校正后 本次設(shè)計采用低壓無功功率自動補(bǔ)償屏，無功補(bǔ)償總?cè)萘咳?50kvar無功補(bǔ)償后無功負(fù)荷為：補(bǔ)償后的功率因數(shù)為： 滿足要求補(bǔ)償后的負(fù)荷如附錄B表2-3所示。3. 變電所的選擇及主變壓器的選擇3.1 變電所的位置與型式選擇按負(fù)荷功率矩法確定負(fù)荷中心工廠是10kV以下，變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心，工廠的負(fù)荷中心按負(fù)荷功率矩法來確定。在工廠的平面圖下側(cè)和左側(cè)，分別作一條直角坐標(biāo)的x軸和y軸，然后測出各車間和宿舍區(qū)負(fù)荷點的坐標(biāo)位置，P1，P2，P10分別代表廠房1、2、310號的功率，設(shè)定P1, P2,P10并設(shè)定P11為生活區(qū)的中心負(fù)荷，如圖3-1所示。圖3-1 負(fù)荷矩陣

7、法確定負(fù)荷中心而工廠的負(fù)荷中心的力矩方程，可得負(fù)荷中心的坐標(biāo)： （3-1） （3-2）把各車間的坐標(biāo)帶入上述2個公式，得到x=5.38，y=5.38.由計算結(jié)果可知，工廠的負(fù)荷中心在1號廠房的東北角。考慮到周圍環(huán)境和進(jìn)出線方便，所以變電所設(shè)在1號車間的右方。負(fù)荷中心位置如圖3-2所示 圖3-2 負(fù)荷中心位置3.2 主變壓器的類型、臺數(shù)與容量的選擇（1）考慮到變壓器在車間建筑內(nèi)，故選用10/0.4kV三相干式雙繞組電力變壓器。變壓器采用無載調(diào)壓方式，分接頭，聯(lián)接組別Dyn11。（2）由于工廠總負(fù)荷容量較大，且存在多個二級負(fù)荷，對電源的供電可靠性要求較高，宜采用兩臺變壓器，以便當(dāng)一臺變壓器發(fā)生故障

8、后檢修時，另一臺變壓器能對二級負(fù)荷繼續(xù)供電，故選兩臺變壓器。（3）變壓器容量是根據(jù)無功補(bǔ)償后的計算負(fù)荷確定的。補(bǔ)償后的總計算負(fù)荷為，每臺變壓器的容量,工廠二級負(fù)荷為620.109， ，故每臺變壓器的容量為。4. 變電所主要結(jié)線方案的設(shè)計在前面選擇變壓器時選擇2臺主變壓器，且本廠可由附近一條10kV的公用電源干線取得工作電源；為滿足工廠二級負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。所以采用一用一備的運行方式，故變壓器高壓側(cè)采用單母線接線，而低壓側(cè)采用單母線分段接線。該方案根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇姴块T的要求，兩路電源均設(shè)置電能計量柜，且設(shè)置在電源進(jìn)線主開關(guān)后。變電所采用直流操作電源，為監(jiān)視工作電源

9、和備用電源的電壓，在母線上和備用進(jìn)線斷路器之前均安裝有電壓互感器。當(dāng)工作電源停電且備用電源電壓正常時，先斷開工作電源進(jìn)線斷路器，然后接通備用電源進(jìn)線斷路器，由備用電源提供所有負(fù)荷。備用電源的投入方式可采用手動投入，也可采用自動投入。進(jìn)線柜和出線柜均采用電纜進(jìn)線和電纜出線。 結(jié)合短路電流計算選擇相關(guān)器件型號見附錄B表4。電氣主接線圖見附錄C圖4。5. 短路電流的計算5.1 短路及其原因、后果短路：指供電系統(tǒng)中不同電位的導(dǎo)電部分（各相導(dǎo)體、地線等）之間發(fā)生的低阻性短接。短路是電力系統(tǒng)最常見的一種故障，也是最嚴(yán)重的一種故障。短路主要原因：電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞，其次是人員誤操作、鳥獸危害等。 短

10、路后果：短路電流產(chǎn)生的熱量，使導(dǎo)體溫度急劇上升，會使絕緣損壞；短路電流產(chǎn)生的電動力，會使設(shè)備載流部分變形或損壞；短路會使系統(tǒng)電壓驟降，影響系統(tǒng)其他設(shè)備的正常運行；嚴(yán)重的短路會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性； 短路還會造成停電；不對稱短路的短路電流會對通信和電子設(shè)備等產(chǎn)生電磁干擾等。5.2 高壓電網(wǎng)短路電流的計算利用標(biāo)幺值法計算由于采用10KV電壓供電，故線路電流 由設(shè)計要求中可知：工廠使用干線的導(dǎo)線牌號為LGT-150(0.36 )，干線首端距離本廠約8km。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為500MVA。此斷路器配備有定時限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時限過電流保護(hù)整定的動作時間為1.7s。為滿足工廠二

11、級負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。查表得, （1）確定基準(zhǔn)值 取 而 （2）計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值1）電力系統(tǒng)（） X1*= =100/500=0.2 2）架空線路（ = 0.358/km） 3）電力變壓器（3）在k-1點的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量 1)電源至短路點的總電抗標(biāo)幺值 2)三相短路電流周期分量有效值3)其他三相短路電流 4)三相短路容量 k-1節(jié)點短路計算結(jié)果如表5-1所示表5-1 k-1點短路計算結(jié)果短路計算點總電抗標(biāo)幺值三相短路電流(kA)三相短路容量Sk/MVAk-1點2.801.971.971.975.011.5135

12、.746. 設(shè)計小節(jié)經(jīng)過這次的設(shè)計，我終于完成了某冶金機(jī)械廠降壓變電所的設(shè)計。從開始接到課程設(shè)計要求到任務(wù)的完成，再到課程設(shè)計說明書的完成，每一步對我來說都是新的的嘗試與挑戰(zhàn)。在這段時間里，我學(xué)到了很多知識也有很多感受，當(dāng)然設(shè)計過程中也遇到了許許多多的困難，但老師的講解，同學(xué)的討論，通過上網(wǎng)和去圖書館查看相關(guān)的資料和書籍，讓自己頭腦模糊的概念逐漸清晰，使自己逐步設(shè)計下來，每一次設(shè)計出來的結(jié)果都是我學(xué)習(xí)的收獲，當(dāng)最后設(shè)計結(jié)束時，我真是感到莫大的欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的結(jié)果。在這周的課程設(shè)計中，總體上來說是獲益匪淺。通過本次設(shè)計，所學(xué)理論知識很好的運用到了實際的工程當(dāng)中，在具體

13、的設(shè)計過程中，將所學(xué)知識很好的系統(tǒng)了一遍，體會到了學(xué)以致用的樂趣，事自己的實際工程能力得到了很大的提高，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。1) 將知識系統(tǒng)化的能力得到提高由于設(shè)計過程中要運用很多的知識，且做好設(shè)計的前提也是掌握足夠多的系統(tǒng)理論知識，對于已經(jīng)一個學(xué)期沒有接觸這門課程的我們來說，無疑是一件很困難的事情，所以每天都必須復(fù)習(xí)曾經(jīng)學(xué)的知識，并鞏固知識，努力將知識系統(tǒng)化就是這次課程設(shè)計的關(guān)鍵。如本設(shè)計中用到的單層廠房供配電的絕大多數(shù)的基礎(chǔ)理論和設(shè)計方案，因此在設(shè)計過程中側(cè)重了知識系統(tǒng)化能力的培養(yǎng)，為今后的工作打下了很好的理論基礎(chǔ)。2) 計算準(zhǔn)確度，繪圖能力得到提高由于本次設(shè)計包含了大量的計算和繪圖，

14、因此要求要很好的計算和繪圖能力。通過本次的鍛煉，使自己的一次計算準(zhǔn)確度有了進(jìn)步；繪圖方面，使我自己對autaCAD軟件的掌握更加的熟練。這次課程設(shè)計的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做課程設(shè)計是要用心去做的一件事，是真正的自己學(xué)習(xí)的過程和研究的過程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破。通過這次課程設(shè)計，我在張老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求已經(jīng)同學(xué)的指導(dǎo)和幫助下獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，這對我今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)供配電方面的知識有了極大的幫助。最后，感謝在設(shè)計過程中老師的講解，也感謝同學(xué)們的幫忙，在你們的幫助下，我才設(shè)計出最終的結(jié)果。此次課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，但我相信在

15、這周的課程設(shè)計中學(xué)到的知識是我未來踏入社會的利劍。參考文獻(xiàn)1 劉介才.工廠供電M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.5:64-68.2 文遠(yuǎn)芳.高電壓技術(shù)M.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2001.1:56-58. 3 熊信銀.發(fā)電廠電氣部分M.北京:中國電力出版社,2009.7:42-464 何仰贊,溫增銀.電力系統(tǒng)分析M.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2002.1:106-109.5 鞠平,馬宏忠,衛(wèi)志農(nóng),等.電力工程M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.7:114-115.附錄A表2-1 負(fù)荷計算車間設(shè)備容量Pe/kW需要系數(shù)Kd功率因數(shù)cos功率因數(shù)角的正切tan有功計算負(fù)荷Pc/kW無功計算負(fù)

16、荷Qc/kvar視在計算負(fù)荷Sc/kVA鑄造動力5200.40.71.02208212.16297.113鍛壓動力2400.30.651.177284.24110.817金工動力3900.320.651.12124.8139.776187.383工具動力2900.350.651.33101.5134.995168.896電鍍動力4500.60.80.75270202.5337.5熱處理動力2600.620.820.82161.2132.184208.466裝配動力1700.40.751.026869.3697.133機(jī)修動力1000.30.71.173035.146.174鍋爐動力1150.8

17、0.81.059296.6133.4倉庫動力500.40.90.75201525鑄造照明100.91.00909鍛壓照明100.91.00909金工照明100.91.00909工具照明100.91.00909電鍍照明100.91.00909熱處理照明100.91.00909裝配照明100.91.00909機(jī)修照明50.91.004.504.5鍋爐照明30.91.002.702.7倉庫照明20.91.001.801.8生活區(qū)照明4000.81.00.45320144350.907表2-2 總負(fù)荷及功率因數(shù)計算有功計算負(fù)荷Pc/kW無功計算負(fù)荷Qc/kW視在計算負(fù)荷(Sc/kW)總計1539.51265.9152034.789同時系數(shù)=0.951462.5251202.6191933.05功率因數(shù)（）0.757附錄B表2-3 補(bǔ)償前后負(fù)荷變化序號名稱規(guī)格型號數(shù)量1變壓器S9-1200/