发电厂变电站电气设备课程设计-某化纤厂降压变电所电气设计.docx

课 题： 某化纤厂降压变电所电气设计（组）
专 业： 电气工程及其自动化
班 级: 电气工程及其自动化 班
姓名学号:

指导教师：
设计日期： 2015年12月21日-30日
成 绩：

重庆大学城市科技学院电气学院

目录
一． 设计任务书 1
1.1 设计目的 1
1.2 设计要求 1
1.3 设计资料 1
二． 设计计算书 4
2.1 各车间计算负荷（需要系数法） 4
2.1.1 纺炼车间（数据为甲组） 4
2.1.2 其余车间负荷计算 5
2.2 各车间计算负荷统计 6
2.3 无功补偿的计算 6
三． 各车间变电所的设计选择 8
3.1 各车间变电所位置及全厂供电平面草图 8
3.2 各车间变压器台数及容量选择 8
3.3 厂内10KV线路截面的选择 11
四． 工厂总降压变电所及接入系统设计 13
4.1 工厂总降压变电所变压器台数及容量的选择 13
4.2 35KV供电线路截面选择 13
4.3 35KV线路功率损耗和电压降计算 14
五． 短路电流的计算 15
5.1 计算概述 15
5.2 短路电流计算简化图 16
5.3 具体相关计算 16
5.3.1 总降压变电所35KV母线短路电流（短路点k1） 16
5.3.2 变电所10KV母线短路电流（短路点k2） 17
5.3.3 车间变电所0.4KV母线短路电流（短路点k3） 17
5.4 三相短路电流和短路容量计算结果汇总表 18
六． 变电所高低压电气设备的选择 19
6.1 高压35KV侧设备 19
6.2 10KV侧设备 19
6.3 低压0.4KV侧设备 19
七． 心得体会 21
参考文献 23
附 录 24

发电厂变电站电气设备课程设计报告
一．设计任务书
1.1 设计目的
通过本课程的学习，掌握发电厂和变电所电气部分的中的各种电气设备和一、二次系统的接线和装置的基本知识，并通过本课程设计巩固课堂知识，培养有关的基本技能。

1.2 设计要求
根据本厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按安全可靠，技术先进，经济合理的要求，确定工厂变电所的位置与型式，通过负荷计算，确定主变压器台数及容量，进行短路电流计算，选择变电所的主接线及高、低压电气设备，最后按要求写出设计计算说明书，绘出设计图纸，最后写出课程设计报告并进行答辩（格式请严格按照课程设计模板进行统一）。

1.3 设计资料
1.工厂总平面图见图1-1，每选用数据为：安装容量每组选用不同（甲类、乙类、丙类、丁类），每组同学根据不同的组合方案进行选择。

图1-1 某化学纤维厂总平面图(lcm = 200m)

2.工厂负荷数据：本工厂多数车间为3班制，年最大负荷利用小时数6400小时。本厂负荷统计资料见表1-1，学生组合方案见表1-2。

表1-1 某化学纤维厂负荷情况表
序号
车间设备名称
安装容量
Kd
tanφ
cosφ
计算负荷
甲
乙
丙
丁
P(kW)
Q(kvar)
S(kVA)
1
纺炼车间

纺丝机
180
150
200
220
0.80
0.78

筒绞机
62
40
30
56
0.75
0.75

烘干机
78
80
85
70
0.75
1.02

脱水机
20
15
12
18
0.60
0.80

通风机
200
220
180
240
0.70
0.75

淋洗机
14
5
6
22
0.75
0.78

变频机
900
800
840
950
0.80
0.70

传送机
42
38
40
30
0.80
0.70

小计

2
原液车间照明
1012
1040
1200
1160
0.75
0.70

小计

3
酸站照明
304
260
200
310
0.65
0.70

小计

4
锅炉房照明
208
320
290
270
0.75
0.75

小计

5
排毒车间照明
186
160
180
140
0.70
0.60

小计

6
其他车间照明
380
240
300
240
0.70
0.75

小计

7
全厂计算负荷总计

表1-2 学生组合方案
序号
炼纺车间
原液车间
酸站
锅炉房
排毒机房
其他附属车间
1
A
B
C
D
E
F
2
A
B
D
E
F
C
3
A
B
E
F
C
D
4
A
B
F
C
D
E
5
B
A
C
D
E
F
6
B
A
D
E
F
C
7
B
A
E
F
C
D
8
B
A
F
C
D
E
注：本组采用甲组（表1-1）以及序号2（表1-2）相关数据
3.供电电源情况：按与供电局协议，本厂可由东南方19公里处的城北变电所110/38. 5/llkV， 50 MVA变压器供电，供电电压可任选。另外，与本厂相距5公里处的其他工厂可以引入10kV线路做备用电源，但容量只能满足本厂负荷的30%重要负荷，平时不准投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。
4. 电源的短路容量（城北变电所）：35kV母线的出线断路器断流容量为1500MVA；10kV母线的出线断路器断流容量为350MVA。
5. 供电局要求的功率因数：当35kV供电时，要求工厂变电所高压侧cosφ≥0.9；当以10kV供电时，要求工厂变电所高压侧cosφ≥0.95。
6. 电费制度：按两部制电费计算。变压器安装容量每1kVA为15元／月，动力电费为0.3元/kWh，照明电费为0.55元/ (kW·h)。
7. 气象资料：本厂地区最高温度为38℃，最热月平均最高气温29℃，最热月地下0.8m处平均温度为22℃，年主导风向为东风，年雷暴雨日数为20天。
8. 地质水文资料：本厂地区海拔60m，地层以砂黏土为主，地下水位为2m。

二． 设计计算书
2.1 各车间计算负荷（需要系数法）
2.1.1 纺炼车间（数据为甲组）
1.单台机械负荷计算
（1）纺丝机
已知：。
故：
（2）筒绞机
已知：。
故：
（3）烘干机
已知：。
故：
（4）脱水机
已知：。
故：
（5）通风机
已知：。
故：
（6）淋洗机
已知：。
故：
（7）变频机
已知：。
故：
（8）传送机
已知：。
故：
纺练车间单台机械负荷计算统计见表2-1

表2-1 炼车间（甲）负荷统计列表
序号
车间设备名称
安装容量（甲）（kW）

计算负荷

1
纺丝机
180
0.8
0.78
144
112.32
2
筒绞机
62
0.75
0.75
46.5
34.875
3
烘干机
78
0.75
1.02
58.5
59.67
4
脱水机
20
0.60
0.8
12
9.6
5
通风机
200
0.70
0.75
140
105
6
淋洗机
14
0.75
0.78
10.5
8.19
7
变频机
900
0.80
0.70
720
504
8
传送机
42
0.80
0.70
33.6
23.52
小计

1496

1165.1
857.18
2．车间计算负荷统计（计及同时系数）
取同时系数：

2.1.2 其余车间负荷计算
1.原液车间
已知：。
故：
2.酸站照明
已知：。
故：
3.锅炉房照明
已知：。
故：
4.排毒车间
已知：。
故：
5.其他车间
已知：。
故：
各车间计算负荷统计见表2-2
2.2 各车间计算负荷统计
表2-2 各车间计算负荷统计列表
序号
车间设备名称
安装容量（甲）（kW）

1
纺炼车间
1496
1048.59
814.32
1327.65
2
原液车间
1012
759
531.3
926.48
3
酸站
304
197.6
138.32
241.2
4
锅炉房
208
156
117
195
5
排毒车间
186
130.2
78.12
151.84
6
其他车间
380
266
199.5
332.5
2.3 无功补偿的计算
当35kV供电时，要求工厂变电所高压侧cosφ≥0.9；当以10kV供电时，要求工厂变电所高压侧cosφ≥0.95。我们在变压器低压侧装设并联电容器进行补偿。
1.变压器1(cosφ≥0.95)
cosφ=P30S30=800.28987.74=0.81
Qc=Q30-Q30'=P30(tanφ-tanφ')
=800.28tanarccos0.81-tanarccos0.95]kvar
=315kvar
查附录表，选BW0.4—14—1型电容器，则所需电容器个数为n=QCqC=31514=22.5。取n=24,则实际补偿容量为QC=14×24=336kvar。
2. 变压器2(cosφ≥0.95)
cosφ=P30S30=557.64719.6=0.77
Qc=Q30-Q30'=P30(tanφ-tanφ')
=557.64tanarccos0.77-tanarccos0.95]kvar
=277.3kvar
查附录表，选BW0.4—14—1型电容器，则所需电容器个数为n=QCqC=277.314=19.8。取n=21,则实际补偿容量为QC=14×21=294kvar。
3. 变压器3(cosφ≥0.95)
cosφ=P30S30=943.7311220.28=0.77
Qc=Q30-Q30'=P30(tanφ-tanφ')
=943.731tanarccos0.77-tanarccos0.95]kvar
=464.21kvar
查附录表，选BW0.4—13—1型电容器，则所需电容器个数为n=QCqC=464.2113=35.7。取n=36,则实际补偿容量为QC=13×36=468kvar。
4. 总变压器(cosφ≥0.9)
cosφ=P30S30=4165.65470=0.76
Qc=Q30-Q30'=P30(tanφ-tanφ')
=4165.6tanarccos0.76-tanarccos0.9]kvar
=1539.51kvar
查附录表，选BW0.4—14—1型电容器，则所需电容器个数为n=QCqC=1539.514=109.9。取n=111,则实际补偿容量为QC=14×111=1554kvar。

三． 各车间变电所的设计选择
3.1 各车间变电所位置及全厂供电平面草图

图3-1 全厂供电平面图（1cm=0.2km）
3.2 各车间变压器台数及容量选择
1. 变电所Ⅰ变压器台数及容量选择
（1）变电所Ⅰ的供电负荷统计:原液车间，排毒机房，同时系数取KP=0.9 KQ=0.95
P30(1)=KPP30原液+P30排毒=0.9×759+130.2=800.28(kW)
Q30(1)=KQQ30原液+Q30排毒=0.95×531.3+78.12=578.949(kvar)
S30(1)=P30(1)2+Q30(1)2=800.282+578.9492=987.74(kV∙A)
变压所Ⅰ的变压器选择：为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）:SNTI=0.7SI=987.74×0.7=691.418(kV∙A)
选择变压器联结组别为Yyn0,额定容量为800(kV∙A),两台。
（2）计算每台变压器的功率损耗
查表得：额定容量为800KVA，空载损耗∆P0=1.4 负载损耗∆PK=7.5 空载电流I%=0.8 阻抗电压UK%=4.5
S30(1)'=12S30(1)=12×987.74=493.87(kV∙A)
有功功率损耗：
∆PT=∆PFe+∆PCu=∆P0+S301'SN2∆PK=1.4+(493.87800)2×7.5=4.25(kW)
无功功率损耗：∆Q0≈I%100SN(产生励磁电流的无功功率损耗)
∆QN≈UK%100SN消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功
QT=SN100I0%+β2UK%=8001000.8+(493.87800)2×4.5=20.08(kvar)
2. 变电所Ⅱ变压器台数及容量选择
（1）变电所Ⅱ的供电负荷统计:其他车间，酸站，锅炉房，同时系数取KP=0.9 KQ=0.95
P30(2)=KPP30其他+P30酸+P30锅=0.9×266+197.6+156=557.64(kW)
Q30(2)=KQQ30其他+Q30酸+Q30锅=0.95×199.5+138.32+117=454.82(kvar)
S30(2)=P30(2)2+Q30(2)2=557.642+454.822=719.6(kV∙A)
变电所Ⅱ的变压器选择：为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）:SNTI=0.7SI=719.6×0.7=503.72(kV∙A)
选择变压器联结组别为Yyn0,额定容量为630(KVA),两台。
（2）计算每台变压器的功率损耗
查表得：额定容量为630KVA，空载损耗∆P0=1.2 负载损耗∆PK=6.2 空载电流I%=0.9 阻抗电压UK%=4.5
S30(2)'=12S30(2)=12×719.6=359.8(kV∙A)
有功功率损耗：
∆PT=∆PFe+∆PCu=∆P0+S301'SN2∆PK=1.2+(359.8630)2×6.2=3.21(kW)
无功功率损耗：∆Q0≈I%100SN(产生励磁电流的无功功率损耗)
∆QN≈UK%100SN消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功
QT=SN100I0%+β2UK%=6301000.9+(359.8630)2×4.5=14.87(kvar)
3. 变电所Ⅲ变压器台数及容量选择
（1）变电所Ⅲ的供电负荷统计: 纺炼车间，同时系数取KP=0.9 KQ=0.95
P30(3)=KPP30纺炼=0.9×1048.59=943.731(kW)
Q30(3)=KQQ30(纺炼)=0.95×814.32=773.604(kvar)
S30(3)=P30(3)2+Q30(3)2=943.7312+773.6042=1220.28(kV∙A)

变压所Ⅲ的变压器选择：为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）:SNTI=0.7SI=1220.87×0.7=854.196(kV∙A)
选择变压器联结组别为Yyn0,额定容量为1000(kV∙A),两台。
（2）计算每台变压器的功率损耗
查表得：额定容量为1000KVA，空载损耗∆P0=1.7 负载损耗∆PK=10.3 空载电流I%=0.7 阻抗电压UK%=4.5
S30(3)'=12S30(3)=12×1220.38=610.14(kV∙A)
有功功率损耗：
∆PT=∆PFe+∆PCu=∆P0+S303'SN2∆PK=1.7+(610.141000)2×10.3=5.51(kW)
无功功率损耗：∆Q0≈I%100SN(产生励磁电流的无功功率损耗)
∆QN≈UK%100SN消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功
QT=SN100I0%+β2UK%=10001000.7+(610.141000)2×4.5=23.65(kvar)

3.3厂内10kV线路截面的选择
1．供电给变电所Ⅰ的10kV线路
选用单回供电线路，其变压器的损耗：
P30(1)'=P30(1)+∆PT=800.28+4.25=804.53(kW)
Q30(1)'=Q30(1)+∆QT=578.949+20.08=599.02(kvar)
S30(1)'=P30(1)'2+Q30(1)'2=804.532+599.022=1003.04(kV∙A)
I301'=S301'3U=1003.0417.4=57.98A
两台变压器：I301'=57.98×2≈116（A）
（1）先按发热条件先选择线路截面，查表得可选用导线型号LJ-25，其允许载流量Ial=135A>I301'=116(A),满足发热条件，故选择截面Aφ=25mm2
（2）按机械强度进行校验 查表知，10kV架空铝绞线的最小截面为25mm2≤25mm2，故满足机械强度要求。
2.供电给变电所Ⅱ的10kV线路
选用单回供电线路，其变压器的损耗：
P30(2)''=P30(2)+∆PT=557.64+3.21=560.85(kW)
Q30(2)''=Q30(2)+∆QT=454.82+14.87=469.69(kvar)
S30(2)''=P30(2)''2+Q30(2)''2=560.852+469.692=731.55(kV∙A)
I302''=S302''3U=731.5517.4=42A
两台变压器：I302''=42×2≈84（A）
（1）先按发热条件先选择线路截面，查表得可选用导线型号LJ-25，其允许载流量Ial=135A>I302''=84(A),满足发热条件，故选择截面Aφ=25mm2
（2）按机械强度进行校验 查表知，10kV架空铝绞线的最小截面为25mm2≤25mm2，故满足机械强度要求。
3. 供电给变电所Ⅲ的10kV线路
选用单回供电线路，其变压器的损耗：
P30(3)'''=P30(3)+∆PT=943.731+5.51=949.241(kW)
Q30(3)'''=Q30(3)+∆QT=773.604+23.65=797.254(kvar)
S30(3)'''=P30(3)'''2+Q30(3)'''2=949.2412+797.2542=1239.63(kV∙A)
I303'''=S303'''3U=1239.6317.4=71.65A
两台变压器：I303'''=71.65×2≈143（A）
（1）先按发热条件先选择线路截面，查表得可选用导线型号LJ-35，其允许载流量Ial=170A>I303'''=143(A),满足发热条件，故选择截面Aφ=35mm2
（2）机械强度进行校验 查表知，10kV架空铝绞线的最小截面为25mm2≤35mm2，故满足机械强度要求。

四． 工厂总降压变电所及接入系统设计
4.1工厂总降压变电所住变压器台数及容量的选择

总降压10kv侧无功补偿取：
合格

为保证供电的可靠性，选用两台主变压器（每台可供总负荷的70%）；

所以选择变压器型号为S9—4000/35，两台。
查表得：
空载损耗；负载损耗；阻抗电压；空载电流
4.2 35kV供电线路截面选择
为保证供电的可靠性，选用两回35kV供电线路。

用简化公式求变压器损耗：

每回35kv供电电路线路的计算负荷：

按经济电流密度选择导线的截面：

可选LG-25，其允许载流量为：
再按长期发热条件校验：
所选导线符合发热条件，但根据机械强度和安全性要求，35KV供电截面不应小于,因此，改为LGJ -35。
相应参数：
4.3 35kV线路功率损耗和电压降计算
1. 35kV线路功率损耗计算
已知LG-35参数：
35kV线路的功率损耗：
线路首段功率：
2. 35kV线路电压降计算：

合格

五． 短路电流计算
5.1计算概述
在短路电流计算中，各电气量，如电流、电压、阻抗、功率（或容量）等的数值，可以用有名值表示，也可以用标幺值表示。为了计算方便，故采用标幺值法。用标幺值进行短路计算时，一般先选定基准容量和基准电压，则基准电流和基准电抗分别按下式计算：

在工程计算中，为了计算方便，常取基准容量,一般取线路的平均额定电压为其额定电压的1.05倍。
电力系统各元件电抗标幺值的计算公式如下：
1.电力系统
2.电力线路
3.变压器
4.电抗器
三相短路电流和短路容量的计算公式如下：
1.短路电流
2.短路容量

5.2短路电流计算简化图
按照无穷大系统向工厂供电计算短路电流，三相短路电流计算电路图如图5-1所示

图5-1 三相短路电流计算电路图
5.3具体相关计算
5.3.1总降压变电所35KV母线短路电流（短路点k1）
1.选取基准容量，,基准电压
则基准电流
2.计算各元件的电抗标幺值（其中）
电力系统
35KV线路
3.求k1点的总等效电抗值及三相短路电流和短路容量

5.3.2变电所10KV母线短路电流（短路点k2）
1.选取基准容量，,基准电压
则基准电流
2.计算各元件的电抗标幺值（其中）
电力系统
35KV线路
35/10KV电力变压器
3.求k2点的总等效电抗值及三相短路电流和短路容量

5.3.3车间变电所0.4KV母线短路电流（短路点k3）
1.选取基准容量，基准电压
则基准电流
2.计算各元件的电抗标幺值（其中）
电力系统
35KV线路
35/10KV电力变压器
10/0.4KV电力变压器
3.求k3点的总等效电抗值及三相短路电流和短路容量

5.4三相短路电流和短路容量计算结果汇总表如表5-1所示
表5-1 三相短路电流计算列表
短路点计算
三相短路电流计算列表（KA）
三相短路容量

MVA
35KV短路点（k1点）
4.56
4.56
4.56
11.628
6.8856
292.4
10KV短路点（k2点）
4.518
4.518
4.518
11.52
6.82
82.17
0.4KV短路点（k3点）
36.39
36.39
36.39
66.96
39.67
25.21
六． 变电所高低压电气设备的选择

根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况校验，总降压变电所主要高低压电气设备确定如下。
6.1高压35kV侧设备
35kV侧设备的选择如表6-1所示
表6-1 35kV侧设备
计算数据
高压断路器SN10-35
隔离开关SW4-35G/600
电压互感器JDJ-35
电流互感器LC-35
避雷器FZ-35
备注
U=35Kv
35kV
35kV
35kV
35kV
35kV

I=39.62A
1000A
600A

IK=4.56kA
16kA

SK=292.4MVA
1000MVA

ish(3)=11.628kA

50kA

I∞2×4=4.252×4
16.52×4
142×5

2

6.2中压10kV侧设备
10kV侧设备的选择如表6-2所示
表6-2 10kV侧设备
计算数据
高压断路器SN-10Ⅰ
隔离开关GN6-10T/200
电流互感器LA-10
备注
U=10Kv
10kV
10kV
10kV

I=70A
630A
200
40/5
IK=11.52kA
16kA

SK=82.17MVA
300MVA

ish(3)=25.92kA
40kA
25.5kA
160×402
I∞2×4=2.642×4
162×4
102×5
(90×40)2

6.3低压0.4kV侧设备
10kV侧设备的选择如表6-3所示
表6-3 0.4kV侧设备
计算数据
低压断路器DZ20-200J
隔离开关HGRW-500A
电流互感器LMZJ1-0.5
备注
U=0.4Kv
0.4kV
0.4kV
0.4kV

I=143A
200A
200
0.5/1
IK=36.39kA
42kA

SK=25.21MVA

ish(3)=66.96kA

I∞2×4=36.392×4

七． 心得体会
：通过两个星期的发电厂课程设计，在老师和同学的帮助下，顺利完成了化纤厂降压变电所电气设计。两周的时间是短暂的，但却是充实的。每一个步骤都需要耐心的查阅资料，认真对待，完成了课程设计因此有种小小的喜悦。也从中发现了自己很多的不足，以前学过的CAD绘图，都忘得差不多了，计算负荷的公式也记不清了。总的来说，课程设计不仅丰富了我的发电厂专业知识，还让我明白与队友沟通的重要性。每一次沟通都会有新的发现，来使我们的设计更完美。这次课程设计更为以后的毕业设计打下良好基础，虽然设计已经完成，但学到的知识不会忘记。
：本人负责计算变电所Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中变压器的容量选择以及台数确定，计算其每台变压器的功率损耗，其中包括有功功率和无功功率，还有厂内供给变电所Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的10KV的线路截面选择和校验，其中包括每台变压器的损耗和通过发热条件选择截面后再校验其机械强度和电压损失，还有10KV低压侧电气设备的选择，其中包括高压断路器、隔离开关和电流互感器。其中计算量较大大，也遇到了比较多的困难，其中请教了老师，解决了计算方面遇到的阻碍，收获也很丰富。我们选择在高压测选择双回路双变压器，在低压侧采用单回路双变压器，这样有助于线路的安全供电，这让我深刻的体会到电气设备选择的重要性，只要其中某个环节错误，其他的工作都将受之影响，这也有助于提高自身的专业课知识水平。
：在本次课程设计中主要计算的是高压设备的参数计算和型号选择，在课程上学习了理论知识，但是了解不够，在本次课程设计中让自己详细的设计地址和型号的选择，让自己的理论知识得到了运用，更为丰富的了解电气方面的专业知识和电气元件的具体参数和选择，在小组内大家通力合作，最后完整的做出了此次课程设计，不仅收获了理论专业知识，更学会了精诚合作，是我收获了很多。
：本人在此次发电厂与电气设备的课程设计中，主要分担短路电流的计算以及0.4KV电气设备选择的任务，在设计过程中，我对于发电厂此门课程有了更深的理解，对相关的知识点有了更全面的认识和掌握，对相关的短路计算及电气设备选择原则更为熟悉和明了。虽然在短路计算过程中遇到种种困难，比如公式的选择和数值的代入，稍有粗心，便前功尽弃，通过自己的努力和同学老师的帮助，最终解决了问题，完成了报告，在选择0.4KV电气设备时，通过查表的方法一一对应比较，部分附录表还需查阅相关资料，尽管过程繁琐，但也因此熟知查表和选择原则的重要性，这对于今后在工作和学习的过程中有着至关重要的作用。

参考文献
[1] 于长顺·发电厂电气设备·第二版·中国电力出版社,1991·
[2] 余建明，同向前，苏文成.供电技术.第4版.北京：机械工业出版社，2008.
[3] 刘介才，工厂供电.北京：机械工业出版社，2003.
[4] 康志平，供配电技术. 北京：电子工业出版社，2004.
[5] 李有文 ，现代配电技术. 北京：机械工业出版社，2004.

附录
工厂变电所电气主接线简图如图 7-1

图7-1 工厂变电所电气主接线简图
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