1、 題 目 某冶金機械修造廠總降壓 變電所一次系統設計課 程 名 稱 電力系統分析課程分析一、概述21.1 課程設計目的要求21.2 設計原則21.3 設計具體內容2二、設計課題基礎資料32.1 生產任務及車間組成32.2 設計依據32.3 本廠負荷性質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、 變壓器臺數和容量的選擇64.1 變電所主變壓器臺數和容量的選擇64.2 車間變壓器臺數和容量的選擇7五、一次系統主接線方案設計7六、架空線路的設計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側電纜的選擇86.4 總降壓變電所

2、10kV側母線的選擇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備選擇與校驗118.1 電氣主接線圖118.2 一次設備的選擇與校驗12九、心得體會13參考文獻14一、概述1.1 課程設計目的要求目的：通過課程設計進一步提高收集資料、專業制圖、綜述撰寫的能力，培養理論與實際應用結合的能力，開發獨立思考的能力，尋找并解決工程實際問題的能力，為以后的畢業設計與實際工作打下堅實的基礎。 要求：（1）自學供配電系統設計規范，復習電力系統的基本概念和分析方法。 （2）要求初步掌握工程設計的程序和方法，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）通過獨立設計一個工程技術課題，掌握供配電系統的設計方法，學會查詢 資料，了解電力系統中常用的設備及相關參數。 （4）在設計過程中，要多思考，多分析，對設計計算內容和結果進行整理和總 結。 （5)完成課程設計說明書及相關的圖，可以手寫，可以計算機打印。1.2 設計原則 （1）必須遵守國家有關電氣的標準規范。 （2）必須嚴格遵守國家的有關法律、法規、標準。 （3）滿足電力系統的基本要求（電能質量、可靠性、經濟性、負荷等級） （4）必須從整個地區的電能分配、規劃出發，確定整體設計方案。1.3 設計具體內容該冶金機械廠總降壓變電所及高壓配電一次系統設計，是根據各個車間的負荷數

4、量和性質，生產工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結合國家供電情況，解決對電能分配的安全可靠，經濟合理的問題。其基本內容有以下幾方面： （1）一次系統主結線方案設計 （2）確定全廠負荷 （3）主變壓器容量和臺數的選擇 （4）選擇35kV架空（8km長）輸電導線截面積（根據額定電流）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線圖二、設計課題基礎資料2.1 生產任務及車間組成本廠主要承擔冶金系統的配件生產，生產規模為：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 設計依據（1）設計總平面布置圖 （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備為6kV的負荷。 （3）供用電協議 工廠與供電部門所簽定的供用電協議主要內容如下：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8公里。2 在本廠的總降壓變電所35千伏側進行計算，本廠的功率因數應大于0.9。2.3 本廠負荷性質 本廠為三班工作制，最大有功負荷年利用小時數為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，一般用需要系數法，車間設備的利用系數乘上設備容量即為車間低壓

6、用電設備的總設備容量，即車間低壓側的計算負荷（有功功率）。并可求出相應的計算負荷（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（demand coefficient），Pe為車間用電設備總容量。無功計算負荷為（2.2）式中，tan為對應于車間用電設備的正切值。視在計算負荷為 （2.3）式中，為車間供電設備的平均功率因素。根據工廠給出的資料，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高壓設備的負荷計算表，結果見表1。表1 全廠各車間負荷表序號車間或用電單位名稱設備容量（KW）利用系數KxcostanPQS（KVA）

7、變壓器臺數及容量備注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。在供電營業規則中規定：“用戶在當地供電企業規定的電網高峰負荷時的功率因素應達到下列規定：100kVA及以上高壓供電的用戶功率因素為0.90以上。”并規定，凡功率因素未達到上述規定的，應增添無功補償裝置。 無功功率的人工補償裝置主要有同步補償機和并聯電容器兩種。由于并聯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、擴容方便等優點，因此

9、本設計選用并聯電容進行無功補償。按規定，變電所高壓側的功率因素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進行無功補償時，低壓側補償后的功率因素應略高于0.90，這里取cos=0.92。要使低壓側功率因素由0.81提高到0.92，低壓側需裝設的并聯電容器容量為取 QC=2000kvar 根據以上計算，本設計從常用并聯電容器中選出型號為BWF10.5-120-1的并聯電容器17臺進行該工廠的無功功率補償。4、 變壓器臺數和容量的選擇4.1 變電所主變壓器臺數和容量的選擇 無功功率補償后變電所低壓側的視在計算負荷為 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定的要求。 根據工廠提供的數據，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，其主要技術數據如下：表3.1 S9-5000/35變壓器技術參數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（%）聯結組別總體質量/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 各型號變壓器技術參數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（%）聯結組別總體質量/t備注高壓低壓空

12、載負載S9-1250/10125010±5%04YynoS9-1000/101000S9-1600/101600五、一次系統主接線方案設計變電站的主接線是由各種電氣設備（變壓器、斷路器、隔離開關等）及其連接線組成，用以接受和分配電能，是供電系統的組成部分，它與電源回路數、電壓和負荷的大小、級別以及變壓器的臺數容量等因素有關。該廠電源從位于距該廠東側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、側均裝有斷路器，所以當其出現故障時，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。一次側采用了全橋接線，能提高供電可靠性。 方案二:一次側采用聯絡線接線，當可靠性要求不高時，也可用隔離開關QS將聯絡線分段運行（聯絡線故障時將會短時全廠停電，操作復雜）。二次側為雙母線分段，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，根據技術比較并結合變壓器臺數容量等因素的考慮，方案一較適合，滿足可靠性、靈活性。六、架空線路的設計6.1 35kV架空線路的選擇35kV供電線路可先按經濟電流

14、密度確定經濟截面，在校驗其他條件。按經濟電流密度jec計算經濟截面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，因此滿足發熱條件。6.2 35kV母線的選擇由發電廠電氣主系統查出鋁矩形導體的經濟電流密度jec=0.68，故母線的經濟截面故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側電纜的選擇根據公式可算出總降壓變電所10kV側電纜的經濟截面 因此選用截面為250mm2，型號為YJV250的交聯聚乙烯絕緣電纜。由工發電廠電氣主系統中的數據得銅芯YJV250的允許載流量Ial=411AI30=116A,因此滿足發熱條件。6.4 總降壓變電所10kV側母線的選擇 根據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網絡的基準電流： 6kV網絡的基準電流： 400V網絡的基準電流： (3)電力系統的電抗： (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短路 次暫態電流：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短路時的次暫態電流、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短路 次暫態電流

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短路時的次暫態電流、沖擊電流、最大沖擊電流有效值、最大短路功率。表5.2 高壓側三相短路計算結果次暫態電流（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 低壓側三相短路計算結果次暫態電流（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 一次設備的選擇與校驗為了保證一次設備安全可靠地運行，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定和熱穩定進行校驗；（3）考慮電氣設備運行的環境條件如溫度、濕度、海拔高度以及有無防塵、防爆、防腐、防火等要求；本設計查閱相關資料，經過整理一次設備效驗所需的公式得出一次設備效驗公式表見表。表8.1 一次設備效驗公式表序號設備名稱校驗項目校驗公式1高壓斷路器、高壓負荷開關、高壓隔離開關動穩定imaish(3)熱穩定I2ttI(3)2tima2電流互感器動穩定KesIini(3)sh熱穩定(Kt·Iin)2tI(3)2tima3母線動穩定alc熱穩定AAmin=I(3)·/c4電纜和絕緣導線熱穩定AAmin=I(3)·/c符號含義ima設備的極限通過電流峰值（kA），ish(3)通過設備的三相短路沖擊電流（kA），It設備的t秒熱穩定電流（kA），t設備的熱穩定實驗時間，I(3)三相短路穩態電流（KA，序號3、4中用A），tima短路假想時間，Kes動穩定倍數，Kt熱穩定倍數，al母線的最大允許應力，c母線通過時ish(3)受到的最大計算應力，A導體的截面，Amin導體滿足熱穩定的最小截面。九、心得體會在設計之前，我們所學的知識