电力工程课设

电力工程课程设计

评语：

考勤（10） 纪律（10） 过程（40）设计报告（30）答辩（10） 总成绩（100）

专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气1202 姓 名： 靳耀耀 学 号： 201209727 指导教师： 赵 峰

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2015 年 7月 10日

秉承“诚实守信、服务创新、合作共赢”的理念，为合作伙伴创造价值！

1 设计原始题目

1.1具体题目

工厂负荷情况

本厂大多数车间为两班制，年最大负荷利用小时3500h，日最大负间6小时荷持续时，该工厂铸造车间、电镀车间属于二级负荷，其余为三级负荷。低压动力负荷为三相，额定电压为380V；电气照明为单相，额定电压为220V。

负荷情况表见附录表1-1。 供电电源

本厂从附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源，干线导线型号LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距1m，干线首端（电力系统的馈电变电站）距离本厂8km。干线首段断路器容量为400MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过电流保护动作时间为1.7S。

为满足工厂二级负荷要求，采用长度为20 km架空线路取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长为80km，电缆线路总长度为25km。

变电所最大负荷时功率因数不低于0.9。 气象资料

年最高气温38℃，年最低气温-8℃。 年平均气温23℃，年最热月平均气温33℃。 年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。 年雷暴日数为20日。

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。 (2) 掌握工厂变电所电气主接线设计的基本方法。 (3) 掌握变电所变压器型号选择的基本方法。 (4) 熟悉供配电线路设计的基本方法。

2设计课题的计算与分析

2.1设计的意义

本次设计根据课题提供的某机械制造厂的用电负荷和供电条件，并适当考虑生产的发展，按照国家相关标准、设计准则，本着安全可靠、技术先进、经济合

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理的要求确定本厂变电所的位置和形式。通过负荷计算，确定主变压器的台数和容量。进行短路电流计算，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，最后按要求写出设计说明书，并绘出设计图样。

2.2具体计算

负荷计算

PSK

(2.1)

其中S为设备容量，K为需用系数，P为实际消耗的有功功率；

QPtan 其中P为有功功率，tanФ功率因数角的正切值，Q实际消耗的无功功率。

IS

3UN 其中S为实际消耗的总功率，I为总电流； 10 P=

P （P

(i,1)+

P(i,2)） i111 Q= K

q （Q

(i,1)+

Q(i,2)） i1 S=P2Q2 其中 Kp是有功负荷同时系数，Kq是无功负荷同时系数。

利用上述公式部分计算过程及结果如下： 锻压车间：动力部分

P11350kW0.3105kW Q11105kW1.17122.85kvar

S2111052122.85kVA161.61kVA

I161.61kVA1130.38kV245.55A

照明部分 P128kW0.75.6kW

Q120;

同理可求得其他负荷； 同时取全厂同时系数为：K

P=0.95，K

q=0.97，则全厂的计算负荷为：以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献,竭力为客户提供满意的产品和服务!

(2.2)

(2.3)

(2.4) (2.5)

(2.6)

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P= KQ= K

P（P(i,1)+ P(i,2)）=0.95×760.4=722.38kW

10q （Q

i1(i,1)+

Q(i,2)）=0.97×655.49=635.85 kvar

具体计算结果见附录表2-1。 无功功率补偿

这时低压侧的功率因数为: cosφ1=722.38/722.382635.852=0.75可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

QC= P (tanφ1-tanφ2)=722.38[tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]=329.4

选用并联的电容器为BW0.4-14-3型，总容量为84kvar×5=420 kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，无功计算负荷：

Q'=635.85-420=215.85 kvar

视在功率： S' =P2Q'=753.9kVA 计算电流： I= S /3UN=1145.4A

功率因数提高为 cosφ1= P/ S' =0.946>0.90 满足要求。

''23主变压器及主接线方案选择

3.1变压器台数容量和类型的选择

由于工厂总负荷容量较大，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对二级负荷继续供电，故选两台变压器。

变压器容量是根据无功补偿后的计算负荷确定的。补偿过后的总计算负荷为S'=753.9kVA。每台变压器的容量SNT≈0.7753.9=527.8 kVA，每台变压器的容量为630kVA。因此选择两台S9-630型低损耗配电变压器。

3.2变压器一次侧主接线

在前面选择变压器时选择2台主变压器，且本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源；为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。所以采用一用一备的运行方式，故变压器高压侧采用单母线接线，而低压侧采用单母线分段接线。接线图如附录图1所示。

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4短路电流计算

如图所示，假设短路点为K点，利用标幺值计算过程如下：

1架空线8kM2310.5kV 系统0.4kV 图4-1 短路计算电路

4.1确定基准值

取 Sd100MVAU210.5kV U30.4kV

IkSd100MVA144.34 kA 3U230.4kV

4.2计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

电力系统（出口断路器的断流容量Sk400MVA）

X1*Sd100/4000.4 Ss 架空线路（LGJ-150的线距为1m的线路电抗X0 = 0.35Ω/km）

X2*X0lSd100MVA0.35/km8km2.5422(10.5kV)U2

电力变压器(选择变压器容量630KVA，变压器短路电压百分为5% )

X3*X4*Uk%Sd5100MVA7.94100SNT100630kVA

绘制短路计算等效电路如图：

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X3*X1X2*2.54k7.94X4*7.94图4-2 等效电路图

0.4

4.3计算k点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量

电源至短路点的总电抗标幺值

*XX1X2X3||X46.89 k****

三相短路电流周期分量有效值

Ik其他三相短路电流

(3)Id2144.34/6.8920.95kA *XkIk(3)Ik(3)Ik(3)20.95kA

ish(3)1.8420.95kA38.55kA

1.0920.95kA22.84kA

表4-1 短路计算结果表

Ish 三相短路容量

(3)总电抗 短路计算点 标幺值 三相短路电流/KA 三相短路容量(3) IshX*k K点 6.89 Ik(3) I''(3) (3) I(3) ishSk/MVA 14.51 20.95 20.95 20.95 38.55 22.84

5设备选型及校验

5.1按工作电压选则

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，即UNUN，即高设备的额定电压UN一般应大于所在系统的额定电压UN压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压UN=12kV，穿墙套管额定电压

UN=11.5kV，熔断器额定电压UN=12kV。

5.2按工作电流选择

设备的额定电流IN应大于所在电路的计算电流I，即INI。

5.3按断流能力选择

设备的额定开断电流或容量应大于它可能分断的最大短路电流有效值或短路容量。

5.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 动稳定校验

(3)(3)或ImaxIsh imaxish(3)(3)、Ish分别为开关所imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ish处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值。 热稳定校验

(3)2It2tItima

依上述条件及计算结果选定的设备型号见附录表5-1、5-2。

6继电保护装置的整定

6.1动作电流整定

IopKrelKwILmax

KreKi (6.1)

1，继电器返回系数Kre0.8，电流互感

ILmax2I1NT2630KVA/(310KV)72.75A

可靠系数Krel1.3，接线系数Kw器的电流比Ki=100/5=20，因此动作电流为：

IOP1.3172.75A5.9A

0.820因此过电流保护动作电流整定为6A。

6.2过电流保护灵敏度系数的检验

SpIkminIop

(6.2)

6.3装设电流速断保护

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速断电流 IqbKrelKwIkmax

KiKT(3)其中 IkmaxIk20.95kA

Krel=1.4 Kw=1

Ki=100/5=20 KT=10/0.4=25

因此速断保护电流为 Iqb1.4120950A58.66A 2025电流速断保护灵敏度系数的检验利用式SpIkmin Iqb1(3)Ikmin0.866Ik0.8662095kA18.14kA

IopIqbKi/Kw58.66A20/11173.2A

因此其保护灵敏度系数为S18140/1173.21.541.5即这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。

7 设计总结

通过这次电力工程课程设计，让我对电力工程中负荷的计算和无功补偿有了更深刻的理解；对如何选择主变压器方面的知识有了一些基本的掌握；在指导老师的帮助下通过此次课程设计我学到了很多另外，还让我对课设的一些格式、内容和规范有了一定的了解，相信这次课设带给我的东西能在我以后的学习生活中帮到我很多。

参考文献

[1] 刘介才. 工厂供电[M]. 北京: 机械工业出版社, 2010:15-190.

[2] 刘介才. 工厂供电设计指导[M]. 北京: 机械工业出版社, 2003:157-164. [3] 刘介才. 工厂供电简明设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1998:33-134. [4] 陈小虎. 工厂供电技术[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004:89-216. [5] 于永源,杨琦雯. 电力系统分析[M]. 北京: 中国电力出版社, 2010:13-32.

[6] 实用电工电子技术手册编委会. 实用电工电子技术手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2003:104-162.

[7] 张保会,尹项根. 电力继电保护[M]. 北京: 中国电力出版社, 2010:178-206.

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附录：

表1-1 工厂负荷统计资料

序号 1 2 3 4 5 6 工具车间 锅炉房 金工车间 装配车间 仓库 热处理车间 厂房名称 负荷类别 动力 锻压车间 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 设备容量/KW 350 8 360 7 50 1 400 10 180 6 20 1 150 需用系数 0.3 0.7 0.3 0.9 0.7 0.8 0.2 0.8 0.3 0.8 0.4 0.8 0.5 功率因数 0.65 1.0 0.6 1.0 0.8 1.0 0.65 1.0 0.7 1.0 0.8 1.0 0.8 以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献,竭力为客户提供满意的产品和服务!

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7 8 9 10 铆焊车间 烘房 生活区照明 照明 动力 照明 动力 照明 照明 6 100 5 20 2 200 0.7 0.6 0.7 0.8 0.7 0.8 1.0 0.8 1.0 0.8 1.0 0.9

序号 厂房 名称 负荷类别 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 设备容量/KW 350 8 360 7 50 1 400 10 180 6 20 1 150 6 100 5 20 2 需用系数 0.3 0.7 0.3 0.9 0.7 0.8 0.2 0.8 0.3 0.8 0.4 0.8 0.5 0.7 0.6 0.7 0.8 0.7 功率因数 0.65 1.0 0.6 1.0 0.8 1.0 0.65 1.0 0.7 1.0 0.8 1.0 0.8 1.0 0.8 1.0 0.8 1.0 P /KW 105 5.6 108 6.3 35 0.8 80 8 54 4.8 8 0.8 75 4.2 60 3.5 40 1.4 计算负荷 S Q /Kvar /KVA 122.8 0 143.7 0 26.2 0 93.6 0 55.09 0 6 0 56.3 0 45 0 30 0 161.6 180 43.75 123 77.14 10 93.75 75 50 I/A 245.5 273.05 66.47 186.88 117.19 15.19 142.44 113.95 75.97 锻压间 1 工具间 2 锅炉房 3 4 5 6 7 8 9 金工车间 装配车间 仓库 热处理车间 铆焊车间 烘房 照明 以人为本 诚信务实 勇于创新 乐于奉献,竭力为客户提供满意的产品和服务!

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10 生活区照明 照明 动力 200 1660 246 K0.8 0.9 160 76.8 177.8 269.7 760.4 655.5 总计 照明 Pq=0.95 =0.97 0.75 722.38 635.85 962.36 1462.2 K表2-1 各厂房和生活区的负荷计算表 表5-1 10 kV一次侧设备的选择校验

选择校验项目 电压 电流 断流 能力 参数 装置地 点条件 数据 动稳定度 (3)Ish 热稳定度 (3)2Itima UN 10kV IN 58.66kA Ik(3) 1.87kA 4.77kA 1.8721.96.64 额定参数 高压少油断路SN10-10I/630 高压隔离开关UNe 10kV UNe 630kA Ioc 16kA imax 40 kA It2t 1622 5121025500—— —— GN86-10/200 一高压熔断器次RN2-10 设电压互感器备JDJ-10 型号电压互感器规JDZJ-10 格 电流互感器LQJ-10 避雷针FS4-10 户外隔离开关GW4-12/400 10kV 10kV 10/0.1kV 200A 0.5A —— 50 kA 25.5 kA —— —— 100.1//33 0.1kV310kV 10kV 12kV 100/5A —— 400A —— —— —— 22520.1kA=31.8 kA —— 25kA (900.1)21=81 —— 1025500

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表5-2 380V一次侧设备的选择校验

选择校验项目 电压 电流 断流 能力 参数 装置地点条件 数据 380V 动态 定度 热稳定度 (3)2ItimaUN IN I(3)kI(3)sh 1145.4A 20.95220.95kA 22.84kA 0.7 307.2Ioc 40kA 30KA (一般) 25 kA —— —— —— 额定参数 低压断路器DW151500/3一D 一次设备型号规格 低压断路器DW20-630 低压断路器DW20-200 低压断路HD13 1500/30 电流互感器LMZJ1-0.5 电流互感器LMZ1-0.5 UNe 380V UNe 1500A 630A（大于imax —— —— —— —— —— —— It2t —— —— —— —— —— —— 380V I30） 200A（大于380V I30） 1500A 380V 500V 500V 1500/5A 100/5A 160/5A

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电压互感器避雷器电流互感器 避雷器电压互感器 联络线 备用电源锻压车间工具车间锅炉房金工车间装配车间热处理车间铆厂焊烘仓照车房库明间图1 装设两台主变压器的主接线方案

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