電力工程課設(shè)—某軋鋼廠降壓變電所的電氣設(shè)計

1、目錄1 設(shè)計原始題目11.1具體題目11.2 要完成的內(nèi)容12 設(shè)計課題的計算與分析22.1 負荷計算和無功功率補償22.1.1 負荷計算22.1.2 無功功率補償32.2 變電所位置與型式的選擇33 設(shè)備型號的選擇43.1變電所主變壓器的選擇43.2變電所主接線方案的選擇54 短路電流的計算54.1 繪制計算電路54.2 確定短路計算基準(zhǔn)值54.3 計算短路電路中個元件的電抗標(biāo)幺值54.3.1 電力系統(tǒng)54.3.2 架空線路54.3.3 電力變壓器64.4 k-1點的相關(guān)計算64.5 k-2點的相關(guān)計算64.6 斷路器的校驗75 總結(jié)7參考文獻8附錄91 設(shè)計原始題目1.1具體題目(1) 工

2、廠負荷情況本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負荷利用小時為5200h，日最大負荷持續(xù)時間為6.5h。該廠除冶煉車間、制坯車間和熱軋車間屬二級負荷外，其余均屬三級負荷。低壓動力設(shè)備均為三相，額定電壓為380V。電氣照明及家用電器均為單相，額定電壓為220V。本廠的負荷統(tǒng)計資料如附錄表1所示。(2) 供電電源情況按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽定的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條6kV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LGJ-240，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為1.5m；干線首端（即電力系統(tǒng)的饋電變電站）距離本廠約5km。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為600MVA

3、。此斷路器配備有定時限過流保護和電流速斷保護，定時限過流保護整定的動作時間為1.5s。為滿足工廠二級負荷要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長度為40km，電纜線路總長度為15km。(3) 氣象資料本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為40，年平均氣溫為25，年最低氣溫為-3，年最熱月平均最高氣溫為36，年最熱月平均氣溫為29，年最熱月地下0.8米處平均氣溫為25。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向為東風(fēng)，年雷暴日數(shù)為25。(4) 地質(zhì)水文資料本廠所在地區(qū)平均海拔300m，地層以砂粘土為主，地下水位為2m。(5)電費制度本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計量電能，設(shè)

4、專用計量柜，按兩部電費制交納電費。每月基本電費按主變壓器容量為20元/kVA，動力電費為0.3元/kWh，照明（含家電）電費為0.3元/kWh。工廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低于0.9。1.2 要完成的內(nèi)容(1) 掌握負荷計算及初步設(shè)計方案確定的基本方法能夠根據(jù)發(fā)熱條件選擇供電變壓器、輸電線路導(dǎo)線開關(guān)及開關(guān)電器等電氣設(shè)備，確定工廠最大負荷。(2) 掌握工廠變配電所電氣主接線設(shè)計的基本方法能夠根據(jù)電氣主接線的四項基本要求和技術(shù)、經(jīng)濟指標(biāo)，正確將電路中的各種電氣設(shè)備按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號和文字符號繪制成電氣主接線圖。(3) 掌握變電所變壓器型號選擇的基本方法能夠在進行負荷統(tǒng)計及無功補償后，根據(jù)補償

5、后的容量進行變壓器的選擇。變壓器的選擇包括容量、臺數(shù)、類型的選擇。(4) 熟悉供配電線路設(shè)計的基本方法能夠根據(jù)配電電壓、配電級數(shù)和接線方案選擇標(biāo)準(zhǔn)合理設(shè)計供配電線路。2 設(shè)計課題的計算與分析2.1 負荷計算和無功功率補償2.1.1 負荷計算(1)單組用電設(shè)備計算負荷的計算公式有功計算負荷（單位為kW）= (為需要系數(shù)) (2-1)無功計算負荷（單位為kvar）= tan (2-2)視在計算負荷（單位為kVA）= (2-3)計算電流（單位為A）= (2-4)為用電設(shè)備額定電壓（單位為kV）, 為半小時最大有功負荷，為容量。(2) 多組用電設(shè)備計算負荷的計算公式有功計算負荷（單位為kW）= (2-

6、5)式中是所有設(shè)備組有功計算負荷之和，是有功負荷同時系數(shù)，可取0.850.95。無功計算負荷（單位為kvar）= (2-6)是所有設(shè)備無功之和，是無功負荷同時系數(shù)，可取0.90.97。視在計算負荷（單位為kVA）= (2-7)計算電流（單位為A）= (2-8)經(jīng)過計算，得到各廠房和生活區(qū)的負荷計算表，如附錄表2所示（額定電壓取380V）。2.1.2 無功功率補償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，因此并聯(lián)電容器在供電系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍。由附錄表1可知，該廠380V側(cè)最大負荷時的功率因數(shù)只有0

7、.75。而供電部門要求該廠6kV進線側(cè)最大負荷時功率因數(shù)不低于0.9?？紤]到主變壓器的無功損耗元大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負荷時功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.9，暫取0.92來計算380V側(cè)所需無功功率補償容量：=(tan-tan)=1056.4tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)=481.6 kvar因此選取并聯(lián)電容器為BW0.4-100-3型，采用1臺主屏與4臺輔屏相結(jié)合，總共容量為100kvar5=500kvar。補償前后，變壓器低壓側(cè)的有功計算負荷基本不變，而無功計算負荷=（947.75-500）kvar=447.75kvar，視在功率=1145.8 kVA，計算

8、電流=1740.9A,功率因數(shù)提高為cos=0.922。在無功補償前，該變電所主變壓器T的容量為應(yīng)選為1500kVA，才能滿足負荷用電的需要；而采取無功補償后，主變壓器T的容量選為1250kVA的就足夠了。同時由于計算電流的減少，使補償點在供電系統(tǒng)中各元件上的功率損耗也相應(yīng)減小，因此無功補償?shù)慕?jīng)濟效益十分可觀。因此無功補償后工廠380V側(cè)和6kV側(cè)的負荷計算如表2-1所示。2.2 變電所位置與型式的選擇變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負荷中心，工廠的負荷中心按負荷功率矩法來確定。、分別代表廠房1、2、3.10號的功率，測出各車間負荷點的位置，而工廠的負荷中心假設(shè)在P(,),其中P=+=。則按照下列

9、計算公式可計算出工程變電所的位置坐標(biāo)： (2-9) (2-10)把各車間的坐標(biāo)代入式2-9、式2-10，得到=3.61，=3.60 。由計算結(jié)果可知，工廠的負荷中心在6號廠房（工具車間）的西北角?？紤]到周圍環(huán)境及進出線方便，決定在6號廠房的西側(cè)緊靠廠房建造工廠變電所，器型式為附設(shè)式。表2-1無功補償后工廠的計算負荷項目cos計算負荷/kW/kvar/kVA/A380V側(cè)補償前負荷0.751056.4947.751419.22156.3380V側(cè)無功補償容量-500380V側(cè)補償后負荷0.9221056.4447.751145.81740.9主變壓器功率損耗0.01=17.20.06=68.76

10、kV側(cè)負荷計算0.9221083.6512.451198.71153 設(shè)備型號的選擇3.1變電所主變壓器的選擇根據(jù)工廠的負荷性質(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：(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，為總的計算負荷。選=1250kVA>=1198.7kVA，即選一臺S9-1250/6型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。(2)裝設(shè)兩臺變壓器：型號為S9型，而每臺變壓器容量根據(jù)式3-1、式3-2選擇，即 1198.7kVA=（719.22839.09）kVA (3-1)=(281.8

11、+231.4+349.6)kVA=862.8 kVA (3-2)因此選兩臺S9-1000/6型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷所需的備用電源，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 。3.2變電所主接線方案的選擇變電所主接線方案的選擇，按上面考慮的兩種主變壓器的方案，設(shè)計下列兩種主接線方案。(1) 裝設(shè)一臺主變壓器的接線方案，如附錄圖1所示（低壓側(cè)主接線略）。(2) 裝設(shè)兩臺主變壓器的接線方案，如附錄圖2所示（低壓側(cè)主接線略）。(3) 兩種主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟比較從附錄表3可以看出，按技術(shù)指標(biāo)，裝設(shè)兩臺主變的主接線方案略優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的主接線方案，但按經(jīng)濟指標(biāo)，則裝

12、設(shè)一臺主變的主接線方案遠由于裝設(shè)兩臺主變的主接線方案，因此決定采用裝設(shè)一臺主變的主接線方案。4 短路電流的計算4.1 繪制計算電路K-1K-2LGJ-240,5km6.3kVS9-12500.4kV(2)(3)(1)系統(tǒng)圖4-1 短路計算電路4.2 確定短路計算基準(zhǔn)值設(shè)基準(zhǔn)容量=100 MVA ，基準(zhǔn)電壓=1.05，為短路計算電壓，即高壓側(cè)=6.3kV，低壓側(cè)=0.4kV，則（4-1）（4-2）4.3 計算短路電路中個元件的電抗標(biāo)幺值4.3.1 電力系統(tǒng)已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量=600MVA，故=100 /600=0.17 （4-3）4.3.2 架空線路查表得LGJ-240的線路電抗，

13、而線路長5km，故（4-4）4.3.3 電力變壓器查表得變壓器的短路電壓百分值=4.5，故=3.6（4-5）式中，為變壓器的額定容量。因此繪制短路計算等效電路如圖4-2所示。k-1k-2圖4-2 短路計算等效電路4.4 k-1點的相關(guān)計算(1)總電抗標(biāo)幺值=0.17+4.16=4.33（4-6）(2) 三相短路電流周期分量有效值（4-7）(3) 其他短路電流三相短路電流 （4-8）短路沖擊電流 (4-9） （4-10）(4)三相短路容量MVA（4-11）4.5 k-2點的相關(guān)計算(1)總電抗標(biāo)幺值=0.17+3.6=7.93（4-12）(2)三相短路電流周期分量有效值 （4-13）(3) 其他

14、短路電流（4-14）（4-15）（4-16）(4)三相短路容量 MVA（4-17）短路計算結(jié)果如表4-1所示。表4-1短路計算結(jié)果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-11.961.961.965.02.9635.7k-219.719.719.736.221.513.74.6 斷路器的校驗(1)動穩(wěn)定校驗條件或 （4-18）、分別為斷路器的極限通過電流峰值和有效值，、分別為斷路器所處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值。(2)熱穩(wěn)定校驗條件 （4-19）為短路發(fā)熱的假想時間，由于tk=1.5s>1s，故=1.5s。查手冊可知題中所給的600MVA的斷路器各項參數(shù)均滿足要求，此處

15、不再一一列出。5 總結(jié)本次設(shè)計完成了變壓器的選型、主接線方案的確定以及短路電流的計算，對設(shè)計流程及設(shè)備選擇的條件有了一個整體的理解，為以后工作打下了堅實的基礎(chǔ)。參考文獻1 劉介才. 工廠供電 M. 北京：機械工業(yè)出版社，2003.2 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范M.北京中國計劃出版社，19963劉介才. 供電工程師技術(shù)手冊 M. 北京：機械工業(yè)出版社，19984 常用供用電電氣標(biāo)準(zhǔn)匯編 S. 北京：中國計劃出版社，1983附錄表1 軋鋼廠負荷統(tǒng)計資料廠房編號廠房名稱負荷類別設(shè)備容量/kW需要系數(shù)Kd功率因數(shù)cos1原料倉庫動力2100.30.65照明50.61.02燃料車間動力1500.60.80照明5

16、0.81.03辦公樓動力450.40.65照明120.71.04冶煉車間動力3600.50.65照明80.91.05制坯車間動力2400.650.80照明80.81.06熱軋車間動力4500.60.80照明508107機修車間動力2600.350.70照明70.81.08冷軋車間動力3800.50.65照明100.81.09成品倉庫動力800.40.80照明90.81.0照明1081010生活區(qū)照明2100.650.9表2各廠房和生活區(qū)的負荷計算表名稱類別設(shè)備容/kW需要系數(shù)cos計算負荷/kW/kvar/kVA/A原料倉庫動力2100.30.656373.7照明50.61.030小計2156

17、673.798.9150.3燃料車間動力1500.60.809067.5照明50.81.040小計1559467.5115.7175.8辦公動力450.40.651821.06續(xù)表 表2樓照明120.71.0120小計573021.0636.755.7冶煉車間動力3600.50.65180210.6照明80.91.07.20小計368187.2210.6281.8428.1制坯車間動力2400.650.80180135照明80.81.080小計248188135231.4351.6熱軋車間動力4500.60.80270202.5照明150.81.0150小計465285202.5349.653

18、1.2機修車間動力2600.350.709192.82照明70.81.05.60小計26796.692.82134203.5冷軋車間動力3800.5065190222.3照明100.81.080小計390198222.3297.7452.3成品倉庫動力800.40.803224照明90.81.07.20小計8939.2244669.8生活區(qū)照明2100.650.9136.565.52151.4230總計動力21751320.51115照明289計入=0.8, =0.850.751056.4947.751419.22156.3表3 主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟比較比較項目裝設(shè)一臺主變的方案裝設(shè)兩臺主變的方案技術(shù)指標(biāo)供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量由于一臺主變，電壓損耗較大由于兩臺主變并列，電壓損耗較小靈活方便性只有一臺主變，靈活性稍差由于有兩臺主變，靈活性較好擴建適應(yīng)性稍差一些