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11.1 设计目的11.2 设计要求11.3 设计资料1二 设计计算书42.1 各车间计算负荷（需要系数法）42.1.1 纺炼车间（数据为甲组）42.1.2 其余车间负荷计算52.2 各车间计算负荷统计62.3 无功补偿的计算6三 各车间变电所的设计选择83.1 各车间变电所位置及全厂供电平面草图83.2 各车间变压器台数及容量选择83.3 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134.1 工厂总降压变电所变压器台数及容量的选择134.2 35KV供电线路截面选择134.3 35KV线路功率损耗和电压降计算14五 短路电流的计算155.1 计算概述155.2 短路电流计算简化图165.3 具体相关计算165.3.1 总降压变电所35KV母线短路电流（短路点k1）165.3.2 变电所10KV母线短路电流（短路点k2）175.3.3 车间变电所0.4KV母线短路电流（短路点k3）175.4 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196.1 高压35KV侧设备196.2 10KV侧设备196.3 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Kdtancos计算负荷甲乙丙丁P(kW)Q(kvar)S(kVA)1纺炼车间纺丝机1801502002200.80 0.78 筒绞机624030560.75 0.75 烘干机788085700.75 1.02 脱水机201512180.60 0.80 通风机2002201802400.70 0.75 淋洗机1456220.75 0.78 变频机9008008409500.80 0.70 传送机423840300.80 0.70 小计2原液车间照明10121040120011600.75 0.70 小计3酸站照明3042602003100.65 0.70 小计4锅炉房照明2083202902700.75 0.75 小计5排毒车间照明1861601801400.70 0.60 小计6其他车间照明3802403002400.70 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1ABCDEF2ABDEFC3ABEFCD4ABFCDE5BACDEF6BADEFC7BAEFCD8BAFCDE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cos0.9；当以10kV供电时，要求工厂变电所高压侧cos0.95。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/ (kWh)。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1800.80.78144112.322筒绞机620.750.7546.534.8753烘干机780.751.0258.559.674脱水机200.600.8129.65通风机2000.700.751401056淋洗机140.750.7810.58.197变频机9000.800.707205048传送机420.800.7033.623.52小计14961165.1857.182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2-22.2 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14961048.59814.321327.652原液车间1012759531.3926.483酸站304197.6138.32241.24锅炉房2081561171955排毒车间186130.278.12151.846其他车间380266199.5332.52.3 无功补偿的计算当35kV供电时，要求工厂变电所高压侧cos0.9；当以10kV供电时，要求工厂变电所高压侧cos0.95。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(cos0.95) cos=P30S30=800.28987.74=0.81 Qc=Q30-Q30=P30(tan-tan) =800.28tanarccos0.81-tanarccos0.95kvar =315kvar查附录表，选BW0.4141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=1424=336kvar。2. 变压器2(cos0.95) cos=P30S30=557.64719.6=0.77 Qc=Q30-Q30=P30(tan-tan) =557.64tanarccos0.77-tanarccos0.95kvar =277.3kvar查附录表，选BW0.4141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=1421=294kvar。3. 变压器3(cos0.95) cos=P30S30=943.7311220.28=0.77 Qc=Q30-Q30=P30(tan-tan) =943.731tanarccos0.77-tanarccos0.95kvar =464.21kvar查附录表，选BW0.4131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=1336=468kvar。4. 总变压器(cos0.9) cos=P30S30=4165.65470=0.76 Qc=Q30-Q30=P30(tan-tan) =4165.6tanarccos0.76-tanarccos0.9kvar =1539.51kvar查附录表，选BW0.4141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=14111=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. 变电所变压器台数及容量选择（1）变电所的供电负荷统计:原液车间，排毒机房，同时系数取KP=0.9 KQ=0.95P30(1)=KPP30原液+P30排毒=0.9759+130.2=800.28(kW)Q30(1)=KQQ30原液+Q30排毒=0.95531.3+78.12=578.949(kvar)S30(1)=P30(1)2+Q30(1)2=800.282+578.9492=987.74(kVA)变压所的变压器选择：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=987.740.7=691.418(kVA)选择变压器联结组别为Yyn0,额定容量为800(kVA),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%=4.5S30(1)=12S30(1)=12987.74=493.87(kVA)有功功率损耗：PT=PFe+PCu=P0+S301SN2PK=1.4+(493.87800)27.5=4.25(kW)无功功率损耗：Q0I%100SN(产生励磁电流的无功功率损耗)QNUK%100SN消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功QT=SN100I0%+2UK%=8001000.8+(493.87800)24.5=20.08(kvar)2. 变电所变压器台数及容量选择（1）变电所的供电负荷统计:其他车间，酸站，锅炉房，同时系数取KP=0.9 KQ=0.95P30(2)=KPP30其他+P30酸+P30锅=0.9266+197.6+156=557.64(kW)Q30(2)=KQQ30其他+Q30酸+Q30锅=0.95199.5+138.32+117=454.82(kvar)S30(2)=P30(2)2+Q30(2)2=557.642+454.822=719.6(kVA)变电所的变压器选择：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=719.60.7=503.72(kVA)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%=4.5S30(2)=12S30(2)=12719.6=359.8(kVA)有功功率损耗：PT=PFe+PCu=P0+S301SN2PK=1.2+(359.8630)26.2=3.21(kW)无功功率损耗：Q0I%100SN(产生励磁电流的无功功率损耗)QNUK%100SN消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功QT=SN100I0%+2UK%=6301000.9+(359.8630)24.5=14.87(kvar)3. 变电所变压器台数及容量选择（1）变电所的供电负荷统计: 纺炼车间，同时系数取KP=0.9 KQ=0.95P30(3)=KPP30纺炼=0.91048.59=943.731(kW)Q30(3)=KQQ30(纺炼)=0.95814.32=773.604(kvar)S30(3)=P30(3)2+Q30(3)2=943.7312+773.6042=1220.28(kVA)变压所的变压器选择：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=1220.870.7=854.196(kVA)选择变压器联结组别为Yyn0,额定容量为1000(kVA),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%=4.5S30(3)=12S30(3)=121220.38=610.14(kVA)有功功率损耗：PT=PFe+PCu=P0+S303SN2PK=1.7+(610.141000)210.3=5.51(kW)无功功率损耗：Q0I%100SN(产生励磁电流的无功功率损耗)QNUK%100SN消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功QT=SN100I0%+2UK%=10001000.7+(610.141000)24.5=23.65(kvar)3.3厂内10kV线路截面的选择1供电给变电所的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(kVA)I301=S3013U=1003.0417.4=57.98A两台变压器：I301=57.982116（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=135AI301=116(A),满足发热条件，故选择截面A=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25mm225mm2，故满足机械强度要求。2.供电给变电所的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(kVA)I302=S3023U=731.5517.4=42A两台变压器：I302=42284（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=135AI302=84(A),满足发热条件，故选择截面A=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25mm225mm2，故满足机械强度要求。3. 供电给变电所的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(kVA)I303=S3033U=1239.6317.4=71.65A两台变压器：I303=71.652143（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=170AI303=143(A),满足发热条件，故选择截面A=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25mm235mm2，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S94000/35，两台。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MVA35KV短路点（k1点）4.564.564.5611.6286.8856292.410KV短路点（k2点）4.5184.5184.51811.526.8282.170.4KV短路点（k3点）36.3936.3936.3966.9639.6725.21六 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=35Kv35kV35kV35kV35kV35kVI=39.62A1000A600AIK=4.56kA16kASK=292.4MVA1000MVAish(3)=11.628kA50kAI24=4.252416.524142526.2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-10隔离开关GN6-10T/200电流互感器LA-10备注U=10Kv10kV10kV10kVI=70A630A20040/5IK=11.52kA16kASK=82.17MVA300MVAish(3)=25.92kA40kA25.5kA160402I24=2.642416241025(9040)26.3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=0.4Kv0.4kV0.4kV0.4kVI=143A200A2000.5/1IK=36.39kA42kASK=25.21MVAish(3)=66.96kAI24=36.3924七 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、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、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,19912 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24