电力工程课程设计.doc

电
力
工
程
基
础
课
程
设
计
学校：海南大学
学院：机电工程学院
姓名：王映翰
班级：09电气一班
学号:20090304310046
第一部分 设计任务书
一， 设计题目
某工矿企业降压变电所电气设计
二，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形式，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，选择整定继电保护装置，最后按要求写出设计计算说明书，绘出设计图纸.
三，设计资料
设计工程项目
（1） 工厂总平面图：
采选矿区
所用电
照明用电

冶炼厂

化工厂
机械制造厂

（2） 工厂负荷数据：
序号
负荷名称
P30（KVA）
Q30 （Kvar)

S30（KVA)
1

选采矿区
3000
1440
3327。70
2

冶炼厂
2200
1056
2440。31
3

化工厂
2000
960
2218.47
4

机械制造厂
1500
720
1163.85
5
厂区和职工居住区照明
800
384
887.39
6
所用电
500
240
554.62
（3） 供电电源情况:按与供电局协议，本厂可由东南方19公里处的变电所110/38。5/11kv，50MVA变压器供电,供电电压可任选.
（4） 电源的短路容量：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cos¢>=0。9；当以10kv供电时，要求工厂变电所高压侧cos¢〉=0。95。
（6） 气象资料：
四，设计任务
（一） 设计计算说明书
（二） 设计图纸
第二部分 设计计算书
一、 各区域计算负荷和无功补偿
1.采选矿区
已知:P30=3000KVA Tmax=5000h cos¢0.9
Q30= P30＊tan¢=3000＊0.48=1440 Kvar
S30= =3327。70KVA
2．冶炼厂
已知：P30=2200KVA Tmax=4200h cos¢0.9
Q30= P30＊tan¢=2200＊0.48=1056 Kvar
S30= =2440。31KVA
3.化工厂
已知:P30=2000KVA Tmax=4200h cos¢0.9
Q30= P30＊tan¢=2000*0.48=960 Kvar
S30= =2218。47 KVA
4。机械制造厂
已知：P30=1500KVA Tmax=2880h cos¢0.9
Q30= P30*tan¢=1500＊0.48=720 Kvar
S30= =1163.85KVA
5.厂区和职工居住区照明
已知：P30=800KVA Tmax=1800h cos¢0。9
Q30= P30*tan¢=800＊0。48=384 Kvar
S30= =887.39KVA
6。所用电
已知：P30=500KVA Tmax=1800h cos¢0.9
Q30= P30＊tan¢=500*0。48=240 Kvar
S30= =554。62KVA
一， 各区域变电所的设计选择
（一）各车间变电所位置及全厂供电平面草图
根据地理位置及格车间计算负荷大小，决定设立3个变电所,格子供电范围如下：
变压所I：选采矿区，所用电。
变压所II：冶炼厂，厂区和职工居住区照明.
变压所III：化工厂，机械制造厂.
全厂供电平面图见图
变压所I
采选矿区
所用电
照明用电
冶炼厂
化工厂

机械制造厂

变压所II
变压所III

（三） 个车间变压器台数及容量选择
1. 变压所I变压器台数及容量选择
（1） 变压所I的供电负荷统计，系数取:Kp=0.9，K=0.95
P30= Kp＊（P30所+ P30采）=0.9*（3000+500）=3150KW
Q30= K＊（ Q30所+ Q30采) =0。95＊（1440+240)=1596 Kvar
（2） 变压所I的无功补偿
无功补偿试取： QC =100Kvar
补偿以后： Q30=1596—100=1496Kvar
cos¢= =0.98>0。90
S==3184。49 KVA
（3） 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％）：
S=0。7 S=0。7＊3184.49=2229.143KVA
选择变压器型号为S7系列，额定容量为2500KVA两台，查表得出变压器的各项参数：
空载损耗P0=3。65KW；
负载损耗Pk=23KW;
阻抗电压Uk%=5.5；
空载电流I0%=1。0.
（4） 计算每台变压器的功率损耗（n=1）。
S30=0。5* S=0.5*3184.49=1592。25KVA
PT=nP0+Pk（)=12。98KW
QT=n +（）=80.78Kvar
2. 变压所II变压器台数及容量选择
（1）变压所II的供电负荷统计。
P30= Kp＊（P30冶+ P30厂）=0。9＊（2000+800)=2700KW
Q30= K＊( Q30冶+ Q30厂） =0.95＊（1056+384)=1368 Kvar
(2）变压所II的无功补偿
无功补偿试取: QC =100Kvar
补偿以后： Q30=1368-100=1268Kvar
cos¢= =0.91>0.90
S==2982.92KVA
（3)变压所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％）：
S=0。7 S=0。7*3184。49=2229.143KVA
选择变压器型号为S7系列，额定容量为2500KVA两台，查表得出变压器的各项参数:
空载损耗P0=3。65KW；
负载损耗Pk=23KW;
阻抗电压Uk%=5。5；
空载电流I0%=1。0。
（4）计算每台变压器的功率损耗（n=1).
S30=0.5＊ S=0。5＊2982。92=1491.46KVA
PT=nP0+Pk（)=11。84KW
QT=n +（）=73。94Kvar
3. 变压所III变压器台数及容量选择
（1）变压所III的供电负荷统计，系数取:Kp=0。9，K=0。95
P30= Kp＊(P30化+ P30机）=0.9＊（3000+500）=3150KW
Q30= K*（ Q30所+ Q30采） =0。95*（1440+240）=1596 Kvar
（2）变压所III的无功补偿
无功补偿试取： QC =100Kvar
补偿以后： Q30=1596-100=1496Kvar
cos¢= =0.98>0.90
S==3184。49 KVA
（3）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%）：
S=0。7 S=0.7*3184.49=2229。143KVA
选择变压器型号为S7系列，额定容量为2500KVA两台，查表得出变压器的各项参数：
空载损耗P0=3。65KW；
负载损耗Pk=23KW；
阻抗电压Uk%=5。5；
空载电流I0%=1.0.
（4）计算每台变压器的功率损耗(n=1）。
S30=0。5* S=0.5*3184。49=1592。25KVA
PT=nP0+Pk（）=12.98KW
QT=n +（）=80。78Kvar
二， 厂内10KV线路截面选择
1． 供给变电所I的10KV线路
为保证供电的可靠性选用双回路供电线路，每回供电线路计算负荷:
P30=0.5*3150=1575KW
Q30=0.5*1596=798Kvar
计及变压器的损耗：
P’= P30+PT=1575+12.98=1587。98KW
Q'= Q30+QT=798+80.98=878。98Kvar
S’==1815KVA
I= S’/（U）=104。79A
年最大负荷平局利用小时数T==4543h，查表得：架空线路的经济电流密度J=0.86A/mm。
所以可得经济截面：A=I/ J=121。8mm。
可选导线型号为LJ—120，其允许载流量为I=375A。
相应参数为r=0。28=0.3。
再按发热条件检验
已知=40C，温度修正系数为：K = =0.816
I= K＊ I=0。816*375=306A> I=104。79A
由上式可知,所选导线符合长期发热条件。
根据地理位置图及比例尺，得到此线路长度为0。64km
线路功率损耗：
PL=3IR=3IrL=3＊104.79*0。28*0.64=5。9KW
QL=3IX=3IxL=3*104.79＊0。3＊0。64=6.3Kvar
线路首端功率:
P=P'+P=1587.98+5。9=1593.88KW
Q=Q’+Q=878.98+6.3=885。28Kvar
线路压降计算：
U==0。045KV
U％=＊100%=0。45％ 合格。
2． 供给变电所II的10KV线路
为保证供电的可靠性选用双回路供电线路,每回供电线路计算负荷:
P30=0.5＊2700=1350KW
Q30=0。5＊1368=684Kvar
计及变压器的损耗：
P'= P30+PT=1350+11。84=1361。84KW
Q'= Q30+QT=684+73.94=757。94Kvar
S’==1558.5KVA
I= S’/（U）=89.98A
年最大负荷平局利用小时数T==1780h，查表得：架空线路的经济电流密度J=1.48A/mm.
所以可得经济截面：A=I/ J=60。79mm。
可选导线型号为LJ—70,其允许载流量为I=265A。
相应参数为r=0。48=0.32.
再按发热条件检验
已知=40C，温度修正系数为：K = =0。816
I= K* I=0。816*265=216.24A> I=89.98A
由上式可知,所选导线符合长期发热条件.
由于变电所II紧邻35/11kv主变压器，10kv线路很短,其功率损耗可忽略不计.
线路首端功率：
P= P’=1361。84KW
Q= Q’=757.94Kvar
3． 供给变电所III的10KV线路
为保证供电的可靠性选用双回路供电线路,每回供电线路计算负荷：
P30=0.5*3150=1575KW
Q30=0。5＊1596=798Kvar
计及变压器的损耗
P'= P30+PT=1575+12。98=1587.98KW
Q'= Q30+QT=798+80.98=878。98Kvar
S’==1815KVA
I= S'/(U)=104.79A
年最大负荷平局利用小时数T==4543h,查表得：架空线路的经济电流密度J=1.00A/mm。
所以可得经济截面：A=I/ J=104。79mm。
可选导线型号为LJ-95，其允许载流量为I=325A。
相应参数为r=0.36=0.31。
再按发热条件检验
已知=40C，温度修正系数为：K = =0.816
I= K＊ I=0。816*325=365.2A> I=104.79A
由上式可知，所选导线符合长期发热条件.
根据地理位置图及比例尺，得到此线路长度为0.32km
线路功率损耗:
PL=3IR=3IrL=3＊104。79*0。32＊0。36=3.8KW
QL=3IX=3IxL=3＊104。79*0。32＊0。31=3。3Kvar
线路首端功率：
P=P’+P=1587.98+3.8=1591。78KW
Q=Q'+Q=878。98+3。3=882。28Kvar
线路压降计算
U==0.035KV
U%=*100％=0。035% 合格.
三， 工厂总降压变电所及接入系统设计
1. 工厂总降压变电所主变压器台数及容量的选择
=2＊（+ +）=2＊（1593.88+1361。84+1591.78）=9095KW
=2*（Q+ Q+Q）=2*（885。28+757.94+882。28)=5051Kvar
=K＊=0.9*9095=8185。5KW
Q= K＊=0。95*5051=4798.5Kvar
总降变10kv侧无功补偿试取：Q=850kvar
cos¢= =0.99〉0.90
S==8193。9 KVA
为保证供电的可靠性，选用两台主变压器：
S=0。7 S=0。7*8193.9=5735.73KVA
所以选在变压器型号为SL7—6300/35，两台。
查表得
空载损耗P0=8。20KW;
负载损耗Pk=41。00KW;
阻抗电压Uk%=7.5；
空载电流I0％=0.9.
2。35kv供电线路截面选择
为保证供电可靠性，选用两回35kv供电线路.
P’=0.5*P=0.5*8185.5=4092。75KW
Q'=0.5＊()=0。5＊（4798。5—850）=1974.25Kvar
S’==4544KVA
用化简公式求变压器损耗:
P=0。015S'=0。015*4544=68。16KW
Q=0.06 S’=0。06＊4544=272.64Kvar
每回35kv供电线路的计算负荷：
P’'=P’+P=4092。75+68.16=4160.91KW
Q’'=Q’+Q=1974。25+272。64=2246。89Kvar
S'’==4728。8KVA
I= S’'/（U）=78A
按经济电流密度选择导线的截面:
A==78/0.9=86。67mm
可选LJ—95起允许载流量为:I=325A.
再按长期放热条件校验：
I=K I=0。95＊325=308。75A〉78A
所选导线符合发热条件。
3.35kv线路功率损耗计算。
（1）35kv线路功率损耗计算.
已知LJ-95参数
r=0。36=0。31，l=19km。
线路的功率损耗：
PL=3IR=3 IrL=3＊78*0.36*19=124.8KW
QL=3IX=3 IxL=3＊78*0.31*19=50。9Kvar
线路首端功率：
P=P’'+PL =4160。91+124.8=4285。71KW
Q=Q’’+QL =2246。89+50。9=2299.79Kvar
线路压降计算
U==1.2KV
U%=*100％=3.4％ 合格。
四， 短路电流计算
按无穷大系统供电计算短路电流.短路计算电路图见图。为简单起见,标幺值符号＊全去掉。
1. 工厂总降压变35kv母线短路电流（短路点1）
（1） 确定标幺值基准:
S=100MVA， U=37kv
I===1。56KA
（2） 计算个主要元件的电抗标幺值：
系统电抗（取断路器S=1500MVA）
X1===0.067
35kv线路电抗(LJ-95）
x==0.31
X2=0.31*19＊=0.43
（3）求三相短路电流和短路容量：
1）总电抗标幺值：
X=0。067+0.5＊0.43=0.282
2）三相短路电流周期分量有效值：
I===5。53KA
3)其他三相短路电流值:
I= I= I=5。53KA
i=2。55 I=2。55＊5.53=14.1KA
I=1.51 I=1。51＊5。53=8。35KA
4)三相短路容量:
S===354。6MVA
大系统
X2=0.43
35k母线
①

X1=0.067
X3=1.19
总降变35kv侧
总降变10k母线
X4=0
厂内10kv线路
X3=2.2
车间变电0.4kv母线
车间负荷
②
③

2.10kv母线短路电流（短路点2）
(1）确定标幺值基准：
S=100MVA， U=10。5kv
I===5.50KA
（2）计算个主要元件的电抗标幺值：
1）系统电抗：
X1===0.067
2）35kv线路电抗：
X2= 0.31＊19＊=0。43
3)35/11kv电力变压器电抗(Uk％=7。5）：
X3===1。19
(3) 求三相短路电流和短路容量：
1）总电抗标幺值：
X=X1+=0.067+=0。877
2）三相短路电流周期分量的有效值：
I===6。27KA
3）其他三相短路电流：
I= I= I=6.27KA
i=2.55 I=2。55＊6.27=15。99KA
I=1。51 I=1。51＊6。27=9。47KA
4）三相短路容量：
S===114MVA
3.0。4kv车间抵押母线短路电流（短路点3）
（1）确定标幺值基准:
S=100MVA， U=0。4kv
I===144.34KA
(2)计算个主要元件的电抗标幺值：
1)系统电抗:
X1===0.067
2）35kv线路电抗：
X2= 0.31*19*=0。43
3）35/11kv电力变压器电抗(Uk%=7。5）：
X3===1.19
4）10kv厂内架空线路电抗(给变电所II供电):
因这段10kv架空线路很短，l0，电抗可不计。
X4=0
5）10/0。4kv电力变压器（2500KVA变压器Uk%=5。5）：
X5===2.2
（3） 求三相短路电流和短路容量：
1）总电抗标幺值：
X=X1++=0.067++=1.977
2）三相短路电流周期分量的有效值:
I===73KA！
3）其他三相短路电流：
I= I= I=73KA！
i=1。84I=1.84*73=134.32KA
I=1.09 I=1。09*73=79。57KA
4)三相短路容量：
S===50。58MVA
三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总
短路点计算
三相短路电流（KA）
三相短路容量S（MVA）
I
I
I
i
I
35kv1点
5。53
5.53
5.53
14。1
8.35
354.6
10kv2点
6.27
6.27
6。27
15.99
9。47
114
0.4kv3点
73
73
73
134。32
79。57
50。58
五、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。
1. 高压35kv侧设备
35kv侧设备的选择如表1所示。
2. 中亚10kv侧设备
10kv侧设备如表2所示.
3. 低压0.4kv侧设备
低压0。4kv侧设备如表3所示
表1
计算数据
高压断路器SW2—35/600
隔离开关GW2-35G
电压互感器
电流互感器
避雷器
备注
U=35KV
35KV
35KV
35KV
35KV
35KV

I=78A
600A
600A

2＊20/5

I=5.53KA
6.6KV

S=354。6MVA
400MVA

i=14.1KA
17KA
42KA

3.3*20

I*4=5.53*4
6.6*4
20*4

（1。3＊20）

表2
计算数据
高压断路器SN10—101
隔离开关
电流互感器
备注
U=10kv
10KV
10KA
10KV
采用GG—10—54高压开关柜
I=104。79A
630A
200A
150/5
I=6。27A
16KA

S=114
300MVA

i=15。99KA
40KA
25.5KA
160*40
I＊4=6.27＊4
16＊4
10＊5
(90＊40）
表3
计算数据
低压断路器DZ20Y-1250
隔离开关HD11-1000
电流互感器LM—0。5
备注
U=0.4kv
0。4KV
0.4KA
0.4KV
采用BFC—0.5G-08低压开关柜
I=839A
1250A
1250A
1000/5
I=73KA
50KA

S=50.58MVA

i=134.32KA

I＊4=73*4