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1、机械厂供电课程设计课程设计（2010级本科）题目：金立机械厂变胡i一次系统阿系（部）院：物瞠与机电工程学院专业：电气工程及其自动化作者姓名：王隹指导教师：赵文忠职称:教授完成日期：2012年12月28日工厂供电课程设计任务书学生姓名王伟学号2010210425专业方向电气工程及其自动化班级电气工程103题目名称大成机械厂变电所一次系统设计设计的要紧内容1.l设计内容：负荷计算与无功功率补偿；变电所主变压器与主接线方案的选择；短路电流的计算等。1.2设计根据1、气象资料：工厂所在地区的年最高气温为34,年平均气温为15,年最低气温为一18C,年最热月平均最高气温为25,年最热月平均气温为18,年
2、最热月地下O.8m处平均温度为21。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为8O2、地质水文资料：工厂所在地区平均海拔1500m,地层以砂粘土为主，地下水位为2mO3、电费制度：工厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为18元kVA可可，动力电费为0.20元kwh,照明电费为0.50元/kw-h。工厂最大负荷时的功率因数不得低干0.90,此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6-IOkV为800元kVAO4、工厂负荷情况见下表：序号名称类别设备容量P969MkVA(3-4)显然满足要求。至
3、于机械厂的二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。因此装设一台主变压器时选一台接线方式为D.ynl1的Sll-1600/10型低损耗配电变压器。方案2装设两台主变压器根据式(3-2)与(3-3),可知S=(0.60.7)969.44=(581.66-678.61)kVASS3(I+n)=(94.09+133.86+65.89)=293.84kVA因此选两台接线方式为D.ynll的S9-80010(6)型低损耗配电变压器。两台变压器并列运行，互为备用。3.3主接线方案确定3.3.1变电所主接线方案的设计原则与要求变电所的主接线，应根据变电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特
4、点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活与经济等要求。(1)安全应符合有关国家标准与技术规范的要求，能充分保证人身与设备的安全。(2)可靠应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。(3)灵活应能必要的各类运行方式，便于切换操作与检修，且习惯负荷的进展。(4)经济在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能与有色金属消耗量。3.3.2变电所主接线方案的技术经济指标1.主接线方案的技术指标(1)供电的安全性。主接线方案在确保运行保护与检修的安全方面的情况。(2)供电的可靠性。主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的习惯性方面的情况。(3)供电的电能质量
5、要紧是指电压质量，包含电压偏差、电压波动及高次谐波等方面的情况。(4)运行的灵活性与运行保护的方便性。(5)对变电所今后增容扩建的习惯性。2.主接线方案的经济指标(1)线路与设备的综合投资额包含线路与设备本身的价格、运输费、管理费、基建安装费等，可按当地电气安装部门的规定计算。(2)变配电系统的年运行费包含线路与设备的折旧费。维修管理费与电能损耗费等。(3)供电贴费(系统增容费)有关部门还规定申请用电，用户务必向供电部门一次性地交纳供电贴费。(4)线路的有色金属消耗费指导线与有色金属(铜、铝)耗用的重量。333工厂变电所常见的主接线方案1.只装有一台主变压器的变电所主接线方案只装有一台主变压器
6、的变电所，其高压侧通常使用无母线的接线，根据高压侧使用的开关电器不一致，有三种比较典型的主接线方案：(1)高压侧使用隔离开关-熔断器或者户外跌开式熔断器的主接线方案；(2)高压侧使用负荷开关-熔断器或者负荷型跌开式熔断器的主接线方案；(3)高压侧使用隔离开关-断路器的主接线方案。2.装有两台主变压器的变电所主接线方案装有两台主变压器的变电所的典型主接线方案有：(1)高压无母线、低压单母线分段的主接线方案；(2)高压使用单母线、低压单母线分段的主接线方案；(3)高低压侧均为单母线分段的主接线方案。3.3.4确定主接线方案1.IOkV侧主接线方案的拟定由原始资料可知，高压侧进线有一条IokV的公用
7、电源干线，为满足工厂二级负荷的要求，又使用与邻近单位连接高压联络线的方式取得备用电源，因此，变电所高压侧有两条电源进线，一条工作，一条备用，同时为保证供电的可靠性与对扩建的习惯性因此IOkV侧可使用单母线或者单母线分段的方案。2. 380V侧主接线方案的拟定由原始资料可知，工厂用电部门较多，为保证供电的可靠性与灵活性可使用单母线或者单母线分段接线的方案，对电能进行汇合，使每一个用电部门都能够方便地获得电能。3.方窠确定根据前面章节的计算，若主变使用一台SIl型变压器时，总进线为两路。为提高供电系统的可靠性，高压侧使用单母线分段形式，低压侧使用单母线形式，其系统图见：图3-1使用一台主变时的系统
8、图。若主变使用两台SU型变压器时，总进线为两路，为提高供电系统的可靠性，高压侧使用单母线分段形式，两台变压器在正常情况下分裂运行，当其中任意一台出现故障时另一台作为备用，当总进线中的任一回路出现故障时两台变压器并列运行。低压侧使用也单母线分段形式，其系统图见：图3-2使用两台主变时的系统图。图3-1使用一台主变时的系统图图3-2使用两台主变时的系统图比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便性只有一台主变，灵活性不好由于有两台主变，灵活性较好扩建习惯性差一些
9、更好经济指标电力变压器的综合投资额按单台22.598万元计，综合投资为2X22.598=45.196万元按单台15.217万元计，综合投资为4X15.217=60.868万元高压开关柜(含计量柜)的综合投资额按每台4.2万元计,综合投资约为51.5X4.2=31.5万元6台GG-IA(F)型柜综合投资约为6X1.5X4.2=37.8万元电力变压器与高压开关柜的年运行费主变与高压开关柜的折旧与维修管理费约7万元主变与高压开关柜的折旧与维修管理费约10万元交供电部门的一次性供电贴费按800元ZkVA计，贴费为16000.08万元=128万元贴费为2X10000.08=160万元表3-3两种主接线方
10、案的比较从上表能够看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案优于装设一台主变的方案。从经济指标来看，装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案。由于集中负荷较大，已经大于1250kVA,低压侧出线回路数较多，且有一定量的二级负荷，考虑今后增容扩建的习惯性，从技术指标考虑，使用于装设两台主变的方案。3. 4无功功率补偿修定低压采取单母线分段接线方式，考虑铸造车间、电镀车间与锅炉房为二级负荷，使用双回路供电，但在正常状态下只由一回路供电，另回路作为备用。计算负荷时则，只考虑其中一回路。为使两段母线的负荷基本平衡，I段母线负荷设计为：铸造车间、仓库、电镀车间、工具车间、金工车间、焊接车间；11段母线负
11、荷设计为：锻压车间、组装车间、维修车间、锅炉房、热处理车间、生活区。I段母线的负荷情况：ZR=592ZW,ZQ=795.894var,cos0=O.597同时系数取为Kx=0.9,6=532.8kW,21=716.3kvar;II段母线的负荷情况：P=512.8&W,ZQn=467.4%var,cos。=0.739,同时系数取为Kx=0.9,Pri=461.52ZW,。口=420.74Zvar;对无功功率补偿进行修定：计算I段母线所需无功功率补偿容量，取Co渺=0.94：QlZ=R(tan。1-tan2)=532.8tan(arccos0.597)-tan(arccos0.94)卜var=52
12、2.59kvar选PGJl型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，使用其方案2(主屏)1台与方案4(辅屏)4台相组合，总共容量112kvarX5=560kvar0补偿后的功率因素cos=0.96。计算H段母线所需无功功率补偿容量，取CoM=O.94：Qiiz=P11(tan-tan2)=461.52tan(arccos0.739)-tan(arccos0.94)var=253.23kvar选PGJl型低压自动补偿屏，并联电容器为BWO.4-14-3型，使用其方案1(主屏)1台与方案4(辅屏)2台相组合,总共容量112kvarX3二336kvar。补偿后的功率因素cos%=0.98
13、。4高低压开关设备选择4.1 短路电流的计算4.1.1 短路计算的方法进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算出电路中各要紧元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些要紧元件表示出来，并标明其序号与阻抗值，然后将等效电路化简。关于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此通常只需使用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求
14、出其等效总阻抗。最后计算短路电流与短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（又称有名单位制法，因其短路计算中的阻抗都使用有名单位“欧姆”而得名）与标幺制法（又称相对单位制法，因其短路计算中的有关物理量使用标幺值即相对单位而得名）。4.1.2 本设计使用标幺制法进行短路计算1 .标幺制法计算步骤与方法（1）绘计算电路图，选择短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入的因此电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。（2）设定基准容量Sd与基准电压计算短路点基准电流通常设Sd=IOoMVA,设Ud=Ue（短路计算电压）。短路基准电流按下式计算：(4-1)J二Sdd小Ud（3）计算短路
15、回路中各要紧元件的阻抗标幺值。通常只计算电抗。电力系统的电抗标幺值(4-2)X：黑式中S电力系统出口断路器的断流容量（单位为MVA）。电力线路的电抗标幺值(4-3)式中Ue线路所在电网的短路计算电压（单位为kV）.电力变压器的电抗标幺值X；=处且(4-4)f100Sn式中Uk%变压器的短路电压(阻抗电压)百分值；SN变压器的额定容量(单位为kVA,计算时化为与Sd同单位)。(4)绘短路回路等效电路，并计算总阻抗。用标幺制法进行短路计算时，不管有几个短路计算点，其短路等效电路只有一个。(5)计算短路电流。分别对短路计算点计算其各类短路电流：三相短路电流周期分量/黄、短路次暂态短路电流r、短路稳态
16、电流/*、短路冲击电流蟒及短路后第一个周期的短路全电流有效值(又称短路冲击电流有效值)O/2(4-5)xI量系统中，存在下列关系：r(4-6)高压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算：蟒=2.55/-(4-7)(4-8)(4-9)(4-10)(4-11)窗)=1.5Ir低压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算:.=L84rZ=1.09Z(6)计算短路容量8系统LGJ-150, 8km,行、105kvS第04kv图4T并列运行时短路计算电路2 .两台变压器并列运行时(1)根据原始资料及所设计方案，绘制计算电路，选择短路计算点，如图4T所示。设定基准容量Sd与基准电压U计算短路
17、点基准电流。，设Sd=IOoMVA,Ud=Uc,即高压侧J=10.5kV,低压侧42=04kV,则(4-12), (4-13)Idl=Sd/(3ji)=1OOMVA(3X10.5)ZV=5.5kAId2=Sd/(3(rf2)=100MVA(3X0.4)kV=144kA(3)计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值(4-14)“Sd100MVA.=U.Z,Snr500MVAOC式中s4电力系统出口断路器的断流容量架空线路的电抗标幺值，查得LGJ-150的单位电抗XO=O36Ckm,而线路长8km,故X；=0.368100V/(10.5)2=2.6(4-5)电力变压器的电抗标幺值，查得
18、S9-800的短路电压4二5,故X3=X4=5(4-16)绘制等效电路图，如图4-2所示:6.25K23K10.22.64 625 -WYVV-YV_rVW/图4-2并列运行时短路等效电路图(5)求kl点(10.5kV侧)的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流与短路容量总阻抗标幺值X*=X；+X；=0.2+2.6=2.8(4-18)三相短路电流周期分量有效值喟)=空=.96kA(4-19)Xw2.8三相短路次暂态电流与稳态电流/=/舁=1.96k(4-20)三相短路冲击电流(4-21)塌)=2.55r=2.55X1.96k=5.OkA第一个周期短路全电流有效值(4-22)7=1.51/=L511.96k=2.96k三相短路容量Sd 二XK)IOOMVA2.8= 35.7MVA(4-23)
