1、 題 目 某冶金機械修造廠總降壓 變電所一次系統(tǒng)設(shè)計課 程 名 稱 電力系統(tǒng)分析課程分析一、概述21.1 課程設(shè)計目的要求21.2 設(shè)計原則21.3 設(shè)計具體內(nèi)容2二、設(shè)計課題基礎(chǔ)資料32.1 生產(chǎn)任務(wù)及車間組成32.2 設(shè)計依據(jù)32.3 本廠負荷性質(zhì)4三、 負荷計算及無功功率補償43.1 負荷計算43.2 無功功率補償5四、 變壓器臺數(shù)和容量的選擇64.1 變電所主變壓器臺數(shù)和容量的選擇64.2 車間變壓器臺數(shù)和容量的選擇7五、一次系統(tǒng)主接線方案設(shè)計7六、架空線路的設(shè)計86.1 35kV架空線路的選擇86.2 35kV母線的選擇86.3 總降壓變電所10kV側(cè)電纜的選擇86.4 總降壓變電所

2、10kV側(cè)母線的選擇9七、短路電流計算97.1 短路計算的目的97.2 短路電流計算過程9八、總降壓站的電氣主接線圖及其設(shè)備選擇與校驗118.1 電氣主接線圖118.2 一次設(shè)備的選擇與校驗12九、心得體會13參考文獻14一、概述1.1 課程設(shè)計目的要求目的：通過課程設(shè)計進一步提高收集資料、專業(yè)制圖、綜述撰寫的能力，培養(yǎng)理論與實際應(yīng)用結(jié)合的能力，開發(fā)獨立思考的能力，尋找并解決工程實際問題的能力，為以后的畢業(yè)設(shè)計與實際工作打下堅實的基礎(chǔ)。 要求：（1）自學供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，復習電力系統(tǒng)的基本概念和分析方法。 （2）要求初步掌握工程設(shè)計的程序和方法，特別是工程中用到的電氣制圖 標準，常用符號，計

3、算公式和編程技巧。 （3）通過獨立設(shè)計一個工程技術(shù)課題，掌握供配電系統(tǒng)的設(shè)計方法，學會查詢 資料，了解電力系統(tǒng)中常用的設(shè)備及相關(guān)參數(shù)。 （4）在設(shè)計過程中，要多思考，多分析，對設(shè)計計算內(nèi)容和結(jié)果進行整理和總 結(jié)。 （5)完成課程設(shè)計說明書及相關(guān)的圖，可以手寫，可以計算機打印。1.2 設(shè)計原則 （1）必須遵守國家有關(guān)電氣的標準規(guī)范。 （2）必須嚴格遵守國家的有關(guān)法律、法規(guī)、標準。 （3）滿足電力系統(tǒng)的基本要求（電能質(zhì)量、可靠性、經(jīng)濟性、負荷等級） （4）必須從整個地區(qū)的電能分配、規(guī)劃出發(fā)，確定整體設(shè)計方案。1.3 設(shè)計具體內(nèi)容該冶金機械廠總降壓變電所及高壓配電一次系統(tǒng)設(shè)計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)

4、量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結(jié)合國家供電情況，解決對電能分配的安全可靠，經(jīng)濟合理的問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面： （1）一次系統(tǒng)主結(jié)線方案設(shè)計 （2）確定全廠負荷 （3）主變壓器容量和臺數(shù)的選擇 （4）選擇35kV架空（8km長）輸電導線截面積（根據(jù)額定電流）計算并說明選擇的理由。 （5）畫出等值電路簡圖 （6）畫出總降壓站的電氣主結(jié)線圖二、設(shè)計課題基礎(chǔ)資料2.1 生產(chǎn)任務(wù)及車間組成本廠主要承擔冶金系統(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。 本廠車間組成如表1所示。2.2 設(shè)計依據(jù)（1）設(shè)計總平面布置圖 （2）全廠各車間負荷如表2所示，

5、各車間均為380V的負荷，但有一部分為高壓設(shè)備為6kV的負荷。 （3）供用電協(xié)議 工廠與供電部門所簽定的供用電協(xié)議主要內(nèi)容如下：1 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。2 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。2.3 本廠負荷性質(zhì) 本廠為三班工作制，最大有功負荷年利用小時數(shù)為6000小時，屬于二級負荷。3、 負荷計算及無功功率補償3.1 負荷計算確定車間的計算負荷，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

6、用電設(shè)備的總設(shè)備容量，即車間低壓側(cè)的計算負荷（有功功率）。并可求出相應(yīng)的計算負荷（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）有功計算負荷為 （2.1）這里的K x稱為需要系數(shù)（demand coefficient），Pe為車間用電設(shè)備總?cè)萘俊o功計算負荷為（2.2）式中，tan為對應(yīng)于車間用電設(shè)備的正切值。視在計算負荷為 （2.3）式中，為車間供電設(shè)備的平均功率因素。根據(jù)工廠給出的資料，通過計算整理，得出該工廠各車間的負荷計算表及該工廠6kV高壓設(shè)備的負荷計算表，結(jié)果見表1。表1 全廠各車間負荷表序號車間或用電單位名稱設(shè)備容量（KW）利用系數(shù)KxcostanPQS（KVA）

7、變壓器臺數(shù)及容量備注No1變電所1鑄鋼車間20008009361*1250KVANo2變電所1鑄鐵車間10004004082砂庫110773小計21104771*1000 KVANo3變電所1鉚焊車間120036080021#水泵房28213小計12283811*1000KVANo4變電所1空壓站3904422機修車間1503鍛造車間220661204木型車間15制材場206綜合樓20111818187小計1*1000KVANo5變電所1鍋爐房1200900675112522#水泵房28213倉庫1、257.2784污水提升站14145小計 1*1600KVA各車間6KV變壓負載1電弧爐250

8、022502工頻爐6004803空壓機5004255002214小計36003155全廠合計(Kp=0.9)(Kq5)060.810.7245693.515 3.2 無功功率補償 通過該廠的負荷計算表可知該廠的功率因素=0.81，不能達到供電部門的要求。在供電營業(yè)規(guī)則中規(guī)定：“用戶在當?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率因素應(yīng)達到下列規(guī)定：100kVA及以上高壓供電的用戶功率因素為0.90以上。”并規(guī)定，凡功率因素未達到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補償裝置。 無功功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

9、本設(shè)計選用并聯(lián)電容進行無功補償。按規(guī)定，變電所高壓側(cè)的功率因素cos0.9.。考慮到變壓器本身的無功功率損耗QT遠大于其有功功率損耗PT，一般QT=（45）PT，因此在變壓器低壓側(cè)進行無功補償時，低壓側(cè)補償后的功率因素應(yīng)略高于0.90，這里取cos=0.92。要使低壓側(cè)功率因素由0.81提高到0.92，低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為取 QC=2000kvar 根據(jù)以上計算，本設(shè)計從常用并聯(lián)電容器中選出型號為BWF10.5-120-1的并聯(lián)電容器17臺進行該工廠的無功功率補償。4、 變壓器臺數(shù)和容量的選擇4.1 變電所主變壓器臺數(shù)和容量的選擇 無功功率補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為 變壓器的

10、功率損耗為PT ×QT × 變電所高壓側(cè)的計算負荷為= 補償后工廠的功率因素為 這一功率因素滿足供電部門規(guī)定的要求。 根據(jù)工廠提供的數(shù)據(jù)，本工廠負荷為二級負荷，且工廠視在計算負荷為6296.836kVA故本工廠總降壓變電所應(yīng)選擇兩臺主變壓器。由于本工廠選用兩臺主變壓器，故每臺主變壓器的容量SN·T不應(yīng)小于總的計算負荷S30的60%70%。但由于本工廠的負荷均為二級負荷，故該工廠的總降壓變電所選用兩臺容量為10000kVA型號為S9-10000/35的變壓器，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：表3.1 S9-5000/35變壓器技術(shù)參數(shù)變壓器型號額定容量/kVA額定電壓/kV損耗

11、/kW阻抗電壓（%）空載電流（%）聯(lián)結(jié)組別總體質(zhì)量/t備注高壓低壓空載負載S9-10000/351000035±5%Ynd114.2 車間變壓器臺數(shù)和容量的選擇表3.2 車間變電所變壓器型號車間變電所代號變壓器臺數(shù)及容量/kVA變壓器型號1×1250S9-1250/351×1000S9-1000/101×1000S9-1000/101×1000S9-1000/101×1600S9-1600/10表3.3 各型號變壓器技術(shù)參數(shù)變壓器型號額定容量/kVA額定電壓/kV損耗/kW阻抗電壓（%）空載電流（%）聯(lián)結(jié)組別總體質(zhì)量/t備注高壓低壓空

12、載負載S9-1250/10125010±5%04YynoS9-1000/101000S9-1600/101600五、一次系統(tǒng)主接線方案設(shè)計變電站的主接線是由各種電氣設(shè)備（變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等）及其連接線組成，用以接受和分配電能，是供電系統(tǒng)的組成部分，它與電源回路數(shù)、電壓和負荷的大小、級別以及變壓器的臺數(shù)容量等因素有關(guān)。該廠電源從位于距該廠東側(cè)8km處的220/35kV變電站以35kV雙回路架空線引入工廠，其中一路做為工作電源，另一路作為備用電源，兩個電源不并列運行。 方案一：二次側(cè)采用雙母線接線，其可靠性、靈活性都比較高，因為雙母線可以在不停電的情況下維修任意母線。同時變壓器兩

13、側(cè)均裝有斷路器，所以當其出現(xiàn)故障時，又隨時對它進行維修，可將電能從一臺變壓器送出，即可保證一、二級負載不停電，又提高操作的靈活性。一次側(cè)采用了全橋接線，能提高供電可靠性。 方案二:一次側(cè)采用聯(lián)絡(luò)線接線，當可靠性要求不高時，也可用隔離開關(guān)QS將聯(lián)絡(luò)線分段運行（聯(lián)絡(luò)線故障時將會短時全廠停電，操作復雜）。二次側(cè)為雙母線分段，兩段母線組合形式更多，比方案一多增加了兩套斷路器。任一部分發(fā)生故障均能在不停電的條件下檢修，其靈活性、可靠性提高綜上所述，根據(jù)技術(shù)比較并結(jié)合變壓器臺數(shù)容量等因素的考慮，方案一較適合，滿足可靠性、靈活性。六、架空線路的設(shè)計6.1 35kV架空線路的選擇35kV供電線路可先按經(jīng)濟電流

14、密度確定經(jīng)濟截面，在校驗其他條件。按經(jīng)濟電流密度jec計算經(jīng)濟截面Aec的公式為式中，I30為線路的計算電流。該工廠為三班工作制，年最大有功利用小時為6000h，進線電纜選用鋁芯電纜，由資料查得jec=1.54。由公式計算得架空線路的經(jīng)濟截面因此選用截面為150mm2，型號為LGJ-150的鋼芯鋁絞線，LGJ-150的允許載流量Ial=455AI30=116A，因此滿足發(fā)熱條件。6.2 35kV母線的選擇由發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)查出鋁矩形導體的經(jīng)濟電流密度jec=0.68，故母線的經(jīng)濟截面故35kV母線選用35×5mm2單條豎放矩形導體，其載流量為350A，比I30大，因此滿足要求。6.3

15、 總降壓變電所10kV側(cè)電纜的選擇根據(jù)公式可算出總降壓變電所10kV側(cè)電纜的經(jīng)濟截面 因此選用截面為250mm2，型號為YJV250的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜。由工發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)得銅芯YJV250的允許載流量Ial=411AI30=116A,因此滿足發(fā)熱條件。6.4 總降壓變電所10kV側(cè)母線的選擇 根據(jù)10kv母線處的電流電壓等初選母線型號為LMY480(40×4)，Ial=480AI30=A，符合要求。七、短路電流計算7.1 短路計算的目的（1）用于變壓器繼電保護裝置的整定。（2）選擇電氣設(shè)備和載流導體。（3）選擇限制短路電流的方法。（4）確定主接線方案和主要運行方式。7.2

16、 短路電流計算過程(1）取基準容量=100MVA；SOK為區(qū)變電所的短路容量200MVA。最小運行方式，只有一臺變壓器工作，最大運行方式，兩臺變壓器并列運行，電壓源的標幺值為1； （2)計算基準電流35kV網(wǎng)絡(luò)的基準電流： 6kV網(wǎng)絡(luò)的基準電流： 400V網(wǎng)絡(luò)的基準電流： (3)電力系統(tǒng)的電抗： (4)架空線路電抗： (5)變壓器電抗： (6)計算三相短路電流和短路容量1 最小運行方式時高壓側(cè)短路 次暫態(tài)電流：沖擊電流： 最大沖擊電流有效值： 最大短路功率： 同理可以得出最小運行方式時低壓側(cè)短路時的次暫態(tài)電流、沖擊電流、最大沖擊電流有效值、最大短路功率。2 最大運行方式時高壓側(cè)短路 次暫態(tài)電流

17、：沖擊電流： 最大沖擊電流有效值： 最大短路功率： 同理可以得出最大運行方式時低壓側(cè)短路時的次暫態(tài)電流、沖擊電流、最大沖擊電流有效值、最大短路功率。表5.2 高壓側(cè)三相短路計算結(jié)果次暫態(tài)電流（kA）沖擊電流最大沖擊電流有效值最大短路功率最大運行方式270最小運行方式135表5.3 低壓側(cè)三相短路計算結(jié)果次暫態(tài)電流（kA）沖擊電流最大沖擊電流有效值最大短路功率最大運行方式134最小運行方式八、總降壓站的電氣主接線圖及其設(shè)備選擇與校驗8.1 電氣主接線圖 電氣主接線圖如圖8-1所示圖8-1 電氣主接線圖8.2 一次設(shè)備的選擇與校驗為了保證一次設(shè)備安全可靠地運行，必須按下列條件選擇和校驗：（1）按正

18、常工作條件包括電壓、電流、頻率及開斷電流等選擇；（2）按短路條件包括動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定進行校驗；（3）考慮電氣設(shè)備運行的環(huán)境條件如溫度、濕度、海拔高度以及有無防塵、防爆、防腐、防火等要求；本設(shè)計查閱相關(guān)資料，經(jīng)過整理一次設(shè)備效驗所需的公式得出一次設(shè)備效驗公式表見表。表8.1 一次設(shè)備效驗公式表序號設(shè)備名稱校驗項目校驗公式1高壓斷路器、高壓負荷開關(guān)、高壓隔離開關(guān)動穩(wěn)定imaish(3)熱穩(wěn)定I2ttI(3)2tima2電流互感器動穩(wěn)定KesIini(3)sh熱穩(wěn)定(Kt·Iin)2tI(3)2tima3母線動穩(wěn)定alc熱穩(wěn)定AAmin=I(3)·/c4電纜和絕緣導線熱穩(wěn)定AAmin=I(3)·/c符號含義ima設(shè)備的極限通過電流峰值（kA），ish(3)通過設(shè)備的三相短路沖擊電流（kA），It設(shè)備的t秒熱穩(wěn)定電流（kA），t設(shè)備的熱穩(wěn)定實驗時間，I(3)三相短路穩(wěn)態(tài)電流（KA，序號3、4中用A），tima短路假想時間，Kes動穩(wěn)定倍數(shù)，Kt熱穩(wěn)定倍數(shù)，al母線的最大允許應(yīng)力，c母線通過時ish(3)受到的最大計算應(yīng)力，A導體的截面，Amin導體滿足熱穩(wěn)定的最小截面。九、心得體會在設(shè)計之前，我們所學的知識