电力系统分析专业课程设计.doc

课程设计报告

题 目 某冶金机械修造厂总降压
变电所一次系统设计
课 程 名 称 电力系统分析课程分析
一、概述 2
1.1 课程设计目规定 2
1.2 设计原则 2
1.3 设计详细内容 2
二、设计课题基本资料 3
2.1 生产任务及车间构成 3
2.2 设计根据 3
2.3 本厂负荷性质 4
三、负荷计算及无功功率补偿 4
3.1 负荷计算 4
3.2 无功功率补偿 5
四、变压器台数和容量选取 6
4.1 变电所主变压器台数和容量选取 6
4.2 车间变压器台数和容量选取 7
五、一次系统主接线方案设计 7
六、架空线路设计 8
6.1 35kV架空线路选取 8
6.2 35kV母线选取 8
6.3 总降压变电所10kV侧电缆选取 8
6.4 总降压变电所10kV侧母线选取 9
七、短路电流计算 9
7.1 短路计算目 9
7.2 短路电流计算过程 9
八、总降压站电气主接线图及其设备选取与校验 11
8.1 电气主接线图 11
8.2 一次设备选取与校验 12
九、心得体会 13
参照文献 14

一、概述
1.1 课程设计目规定
目：通过课程设计进一步提高收集资料、专业制图、综述撰写能力，培养理论与实际应用结合能力，开发独立思考能力，寻找并解决工程实际问题能力，为后来毕业设计与实际工作打下坚实基本。
规定：（1）自学供配电系统设计规范，复习电力系统基本概念和分析办法。
（2）规定初步掌握工程设计程序和办法，特别是工程中用到电气制图
原则，惯用符号，计算公式和编程技巧。
（3）通过独立设计一种工程技术课题，掌握供配电系统设计办法，学会查询
资料，理解电力系统中惯用设备及有关参数。
（4）在设计过程中，要多思考，多分析，对设计计算内容和成果进行整顿和总
结。
（5)完毕《课程设计阐明书》及有关图，可以手写，可以计算机打印。
1.2 设计原则
（1）必要遵守国家关于电气原则规范。
（2）必要严格遵守国家关于法律、法规、原则。
（3）满足电力系统基本规定（电能质量、可靠性、经济性、负荷级别）
（4）必要从整个地区电能分派、规划出发，拟定整体设计方案。
1.3 设计详细内容
该冶金机械厂总降压变电所及高压配电一次系统设计，是依照各个车间负荷数量和性质，生产工艺对负荷规定，以及负荷布局，结合国家供电状况，解决对电能分派安全可靠，经济合理问题。其基本内容有如下几方面：
（1）一次系统主结线方案设计
（2）拟定全厂负荷
（3）主变压器容量和台数选取
（4）选取35kV架空（8km长）输电导线截面积（依照额定电流）计算并阐明选取理由。
（5）画出等值电路简图
（6）画出总降压站电气主结线图

二、设计课题基本资料
2.1 生产任务及车间构成
本厂重要承担冶金系统配件生产，生产规模为：铸钢件1万吨，铸铁件3千吨，锻件1千吨，铆焊件2千吨。
本厂车间构成如表1所示。
2.2 设计根据
（1）设计总平面布置图
（2）全厂各车间负荷如表2所示，各车间均为380V负荷，但有一某些为高压设备为6kV负荷。
（3）供用电合同
工厂与供电部门所签定供用电合同重要内容如下：
①　 工厂从供电部门用35千伏双回架空线引入本厂，其中一种作为工作电源，一种作为备用电源，两个电源不并列运营。（即不同步工作），供电部门短路容量为200MVA，该变电所距厂东侧8公里。

②　 在本厂总降压变电所35千伏侧进行计算，本厂功率因数应不不大于0.9。
2.3 本厂负荷性质
本厂为三班工作制，最大有功负荷年运用小时数为6000小时，属于二级负荷。
三、 负荷计算及无功功率补偿
3.1 负荷计算
拟定车间计算负荷，普通用需要系数法，车间设备运用系数乘上设备容量即为车间低压用电设备总设备容量，即车间低压侧计算负荷（有功功率）。并可求出相应计算负荷（无功功率及视在功率）。计算后填入表1.（拟定相应变压器容量）
有功计算负荷为
（2.1）
这里K x称为需要系数（demand coefficient），Pe为车间用电设备总容量。

无功计算负荷为 （2.2）
式中，tan为相应于车间用电设备正切值。
视在计算负荷为
（2.3）
式中，为车间供电设备平均功率因素。
依照工厂给出资料，通过计算整顿，得出该工厂各车间负荷计算表及该工厂6kV高压设备负荷计算表，成果见表1。
表1 全厂各车间负荷表
序号
车间或用电单位名称
设备容量（KW）
运用系数Kx
cosφ
tanφ
P
Q
S（KVA）
变压器台数及容量
备注
No1变电所

1
铸钢车间

0.4
0.65
1.17
800
936
1230.77
1*1250KVA

No2变电所

1
铸铁车间
1000
0.4
0.7
1.02
400
408
571.43

2
砂库
110
0.7
0.6
1.23
77
94.71
128.33

3
小计
2110

477
502.71
699.76
1*1000 KVA

No3变电所

1
铆焊车间
1200
0.3
0.45
1.98
360
712.8
800

2
1#水泵房
28
0.75
0.8
0.75
21
15.75
26.25

3
小计
1228

381
728.55
826.25
1*1000KVA

No4变电所

1
空压站
390
0.85
0.75
0.88
331.5
291.72
442

2
机修车间
150
0.25
0.65
1.17
37.5
43.875
57.69

3
锻造车间
220
0.3
0.55
1.52
66
100.32
120

4
木型车间
185.85
0.35
0.6
1.33
65.05
8651
108.41

5
制材场
20
0.28
0.6
1.33
5.6
7.448
9.33

6
综合楼
20
0.9
1
1
18
18
18

7
小计
985.85

523.65
547.873
755.43
1*1000KVA

No5变电所

1
锅炉房
1200
0.75
0.8
0.75
900
675
1125

2
2#水泵房
28
0.75
0.8
0.75
21
15.75
26.25

3
仓库1、2
88.12
0.65
0.65
1.17
57.278
67.015
88.12

4
污水提高站
14
0.8
0.8
0.75
11.2
8.4
14

5
小计
1330.12
—
—
—
989.478
766.165
1253.37
1*1600KVA

各车间6KV变压负载
1
电弧炉
2500
0.9
0.87
0.57
2250
128.25
2586.21

2
工频炉
600
0.8
0.9
0.48
480
230.4
533.33

3
空压机
500
0.85
0.85
0.52
425
500
221

4
小计
3600

3155
858.65
3340.54

全厂共计(KΣp=0.9)
(KΣq=0.95)
11253.97
0.506
0.81
0.724
5693.515
4122.9506

7029.5686

3.2 无功功率补偿
通过该厂负荷计算表可知该厂功率因素=0.81，不能达到供电部门规定。在《供电营业规则》中规定：“顾客在本地供电公司规定电网高峰负荷时功率因素应达到下列规定：100kVA及以上高压供电顾客功率因素为0.90以上。”并规定，凡功率因素未达到上述规定，应增添无功补偿装置。
无功功率人工补偿装置重要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具备安装简朴、运营维护以便、有功损耗小以及组装灵活、扩容以便等长处，因而本设计选用并联电容进行无功补偿。
按规定，变电所高压侧功率因素cos≥0.9.。考虑到变压器自身无功功率损耗ΔQT远不不大于其有功功率损耗ΔPT，普通ΔQT=（4~5）ΔPT，因而在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后功率因素应略高于0.90，这里取cos＇=0.92。要使低压侧功率因素由0.81提高到0.92，低压侧需装设并联电容器容量为

取 QC=kvar
依照以上计算，本设计从惯用并联电容器中选出型号为BWF10.5-120-1并联电容器17台进行该工厂无功功率补偿。
四、 变压器台数和容量选取
4.1 变电所主变压器台数和容量选取
无功功率补偿后变电所低压侧视在计算负荷为

变压器功率损耗为
ΔPT ≈ 0.015= 0.015×6076.43kVA = 91.146kW
ΔQT ≈ 0.06= 0.06×6076.43kVA=364.586kvar
变电所高压侧计算负荷为
= 5693.515kW + 91.146kW = 5784.661kW
=（4122.9506—）kvar + 364.586kvar =2487.537kvar

补偿后工厂功率因素为

这一功率因素满足供电部门规定规定。
依照工厂提供数据，本工厂负荷为二级负荷，且工厂视在计算负荷为6296.836kVA故本工厂总降压变电所应选取两台主变压器。由于本工厂选用两台主变压器，故每台主变压器容量SN·T不应不大于总计算负荷S3060%~70%。但由于本工厂负荷均为二级负荷，故该工厂总降压变电所选用两台容量为10000kVA型号为S9-10000/35变压器，其重要技术数据如下：

表3.1 S9-5000/35变压器技术参数
变压器型号
额定容量/kVA
额定电压/kV
损耗/kW
阻抗电压（%）
空载电流（%）
联结组别
总体质量/t
备注
高压
低压
空载
负载
S9-10000/35
10000
35±5%
10.5
10.0
48.3
7.5
0.55
Ynd11
16.480

4.2 车间变压器台数和容量选取
表3.2 车间变电所变压器型号
车间变电所代号
变压器台数及容量/kVA
变压器型号
No.1
1×1250
S9-1250/35
No.2
1×1000
S9-1000/10
No.3
1×1000
S9-1000/10
No.4
1×1000
S9-1000/10
No.5
1×1600
S9-1600/10

表3.3 各型号变压器技术参数
变压器型号
额定容量/kVA
额定电压/kV
损耗/kW
阻抗电压（%）
空载电流（%）
联结组别
总体质量/t
备注
高压
低压
空载
负载
S9-1250/10
1250
10±5%
0．4
1.95
12.00
4.5
0.6
Yyno
2.385

S9-1000/10
1000
1.70
10.30
4.5
0.7
3.550
S9-1600/10
1600
2.40
14.50
4.5
0.6
4.275
五、一次系统主接线方案设计
变电站主接线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线构成，用以接受和分派电能，是供电系统构成某些，它与电源回路数、电压和负荷大小、级别以及变压器台数容量等因素关于。
该厂电源从位于距该厂东侧8km处220/35kV变电站以35kV双回路架空线引入工厂，其中一路做为工作电源，另一路作为备用电源，两个电源不并列运营。
方案一：二次侧采用双母线接线，其可靠性、灵活性都比较高，由于双母线可以在不断电状况下维修任意母线。同步变压器两侧均装有断路器，因此当其浮现故障时，又随时对它进行维修，可将电能从一台变压器送出，即可保证一、二级负载不断电，又提高操作灵活性。一次侧采用了全桥接线，能提高供电可靠性。
方案二:一次侧采用联系线接线，当可靠性规定不高时，也可用隔离开关QS将联系线分段运营（联系线故障时将会短时全厂停电，操作复杂）。二次侧为双母线分段，两段母线组合形式更多，比喻案一多增长了两套断路器。任一某些发生故障均能在不断电条件下检修，其灵活性、可靠性提高
综上所述，依照技术比较并结合变压器台数容量等因素考虑方案一较适合，满足可靠性、灵活性。
六、架空线路设计
6.1 35kV架空线路选取
35kV供电线路可先按经济电流密度拟定经济截面，在校验其她条件。按经济电流密度jec计算经济截面Aec公式为

式中，I30为线路计算电流。
该工厂为三班工作制，年最大有功运用小时为6000h，进线电缆选用铝芯电缆，由资料查得jec=1.54。由公式计算得架空线路经济截面

因而选用截面为150mm2，型号为LGJ-150钢芯铝绞线，LGJ-150容许载流量Ial=455A﹥I30=116A，因而满足发热条件。
6.2 35kV母线选取
由《发电厂电气主系统》查出铝矩形导体经济电流密度jec=0.68，故母线经济截面

故35kV母线选用35×5mm2单条竖放矩形导体，其载流量为350A，比I30大，因而满足规定。
6.3 总降压变电所10kV侧电缆选取
依照公式可算出总降压变电所10kV侧电缆经济截面

因而选用截面为250mm2，型号为YJV－250交联聚乙烯绝缘电缆。由《工发电厂电气主系统》中数据得铜芯YJV－250容许载流量Ial=411A﹥I30=116A,因而满足发热条件。
6.4 总降压变电所10kV侧母线选取
依照10kv母线处电流电压等初选母线型号为LMY－480(40×4)， Ial=480A≥I30=473.6A，符合规定。
七、短路电流计算
7.1 短路计算目
（1）用于变压器继电保护装置整定。
（2）选取电气设备和载流导体。
（3）选取限制短路电流办法。
（4）拟定主接线方案和重要运营方式。
7.2 短路电流计算过程
(1）取基准容量=100MVA；SOK为区变电所短路容量200MVA。最小运营方式，只有一台变压器工作，最大运营方式，两台变压器并列运营，电压源标幺值为1；
（2)计算基准电流
35kV网络基准电流：
6kV网络基准电流：
400V网络基准电流：
(3)电力系统电抗：

(4)架空线路电抗：

(5)变压器电抗：

(6)计算三相短路电流和短路容量
①　 最小运营方式时高压侧短路

次暂态电流：

冲击电流：

最大冲击电流有效值：

最大短路功率：

同理可以得出最小运营方式时低压侧短路时次暂态电流、冲击电流、最大冲击电流有效值、最大短路功率。
②　 最大运营方式时高压侧短路

次暂态电流：

冲击电流：

最大冲击电流有效值：

最大短路功率：

同理可以得出最大运营方式时低压侧短路时次暂态电流、冲击电流、最大冲击电流有效值、最大短路功率。
表5.2 高压侧三相短路计算成果

次暂态电流（kA）
冲击电流
最大冲击电流有效值
最大短路功率
最大运营方式
4.24
10.81
6.44
270
最小运营方式
2.12
5.41
3.42
135
表5.3 低压侧三相短路计算成果

次暂态电流（kA）
冲击电流
最大冲击电流有效值
最大短路功率
最大运营方式
12.40
31.37
17.20
134
最小运营方式
7.35
15.68
9.35
67.11
八、总降压站电气主接线图及其设备选取与校验
8.1 电气主接线图
电气主接线图如图8-1所示

图8-1 电气主接线图
8.2 一次设备选取与校验
为了保证一次设备安全可靠地运营，必要按下列条件选取和校验：
（1）按正常工作条件涉及电压、电流、频率及开断电流等选取；
（2）按短路条件涉及动稳定和热稳定进行校验；
（3）考虑电气设备运营环境条件如温度、湿度、海拔高度以及有无防尘、防爆、防腐、防火等规定；
本设计查阅有关资料，通过整顿一次设备效验所需公式得出一次设备效验公式表见表8.1。
表8.1 一次设备效验公式表
序号
设备名称

校验项目
校验公式
1
高压断路器、高压负荷开关、高压隔离开关
动稳定
ima≥ish(3)
热稳定
I2tt≥I∞(3)2tima
2
电流互感器
动稳定
KesIin≥i(3)sh
热稳定
(Kt·Iin)2t≥I∞(3)2tima
3
母线
动稳定
σal≥σc
热稳定
A≥Amin=I(3)∞·/c
4
电缆和绝缘导线
热稳定
A≥Amin=I(3)∞·/c
符号含义
ima——设备极限通过电流峰值（kA），ish(3)—通过设备三相短路冲击电流（kA）
，It—设备t秒热稳定电流（kA），t－设备热稳定实验时间，I∞(3)－三相短路稳态电流（KA，序号3、4中用A），tima－短路假想时间，Kes－动稳定倍数，Kt－热稳定倍数，σal－母线最大容许应力，σc－母线通过时ish(3)受到最大计算应力，A－导体截面，Amin－导体满足热稳定最小截面。

九、心得体会
在设计之前，咱们所学知识是比较离散，只是有些模糊概念而已，因此我收集了许多有关资料，研究了某些基本惯用变电所主接线图，作了充分准备，然而在着手设计时，又浮现了许多未预料问题，如数据计算选用，主接线图形式选用等等，但在思考和同窗协助之后还是做了妥善解决。
通过这次设计，我对工厂供电系统设计以及所涉及有关知识有了一种较为全面和进一步理解，也加深了对电气设备选取理解。这次设计有诸多需要计算地方，如容量、负荷计算等，我查阅有关书籍，仔细分析，互相讨论，认真思考，最后完毕了计算。
这次课程设计让我获益匪浅，不但培养了我对专业知识综合运用能力，还提高了我在解决问题时逻辑思考能力。同步通过这次课程设计也学会了运用有关软件绘图，这对后来设计和实践都带来了很大协助。
综上所述，这次电力系统分析课程设计让我让我收获满满，带着这份收获，后来我会更加努力学习，提高自己对问题积极摸索精神和解决问题能力。

参照文献
[1] 作者.书名[M].出版地:出版者，出版年.
[2] 国名或地区(加圆括弧)原作者.书名[M].译者.出版地:出版社,出版年.
[3] 作者.篇名[J].期刊名,出版年,卷（期）:
[4] 作者.篇名[N].报纸名,年-月-日（版次）.
[5] 作者.篇名[A].编著者.论文集名[C].出版地:出版者,出版 年.
[6] 作者.题名[D].保存地:保存单位,年份.
[7] 原则编号-发布年,原则名称[S].
[8] 作者.电子文献名.[电子文献及载体类型标记].电子文献出处或可获得地址.

附录
电气主接线图

古希腊哲学大师亚里士多德说： 人有两种，一种即“吃饭是为了活着”,一种是“活着是为了吃饭”.一种人之因此伟大，一方面是由于她有超于常人心。“志当存高远”,“风物长宜放眼量”,这些古语皆鼓舞人们要树立雄心壮志，要有远大抱负。
　　有一位心理学家到一种建筑工地，分别问三个正在砌砖工人：“你在干什么？”
　　第一种工人懒洋洋地说：“我在砌砖。” 第二个工人缺少热情地说：“我在砌一堵墙。” 第三个工人满怀憧憬地说：“我在建一座高楼！”
　　听完回答，心理学家鉴定： 第一种人心中只有砖，她一辈子能把砖砌好就不错了；第二个人眼中只有墙，好好干或许能当一位技术员；而第三个人心中已经立起了一座殿堂，由于她心态乐观，胸怀远大志向！
　　井底之蛙，只能看到巴掌大天空；摸到大象腿盲人，只能以为大象长得像柱子；登上五岳人，才干感觉“一览众山小”;看到大海人，就会顿感心胸开阔舒畅；
　　心中没有但愿人，是世界上最贫穷人；心中没有梦想人，是普天下最平庸人；目光短浅人，是最没有但愿人。
　　清代“红顶商人”胡雪岩说：“做生意顶要紧是眼光，看得到一省，就能做一省生意；看得到天下，就能做天下生意；看得到外国，就能做外国生意。”可见，一种人心胸和眼光，决定了她志向短浅或高远；一种人但愿和梦想，决定了她人生暗淡或辉煌。