电力工程课程设计.docx
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电力工程课程设计
目录
1设计原始题目1
1.1具体题目1
1.2要完成的内容2
2设计课题的计算与分析2
2.1计算的意义2
2.2详细计算2
2.2.1工厂负荷计算及无功补偿计算2
2.2.2变电所主变压器的台数和容量、类型的选择4
2.2.3变电所主接线方案的设计4
3小结5
附录1工厂负荷计算及无功功率补偿表6
附录2工厂变电所主接线图8
参考文献9
1设计原始题目
1.1具体题目
1.1.1工厂负荷情况
本厂大多数车间为两班制，年最大负荷利用小时数3500h，日最大负荷持续时间为6h，该工厂铸造车间、电镀车间属于二级负荷，其余为三级负荷。
低压动力负荷为三相，额定电压为380V；电气照明为单相，额定电压为220V。
本厂的负荷统计资料如下表。
序号
厂房名称
负荷类别
设备容量/KW
需用系数
功率因数
1
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
照明
8
0.7
1.0
2
工具车间
动力
360
0.3
0.6
照明
7
0.9
1.0
3
锅炉房
动力
50
0.7
0.8
照明
1
0.8
1.0
4
金工车间
动力
400
0.2
0.65
照明
10
0.8
1.0
5
装配车间
动力
180
0.3
0.7
照明
6
0.8
1.0
6
仓库
动力
20
0.4
0.8
照明
1
0.8
1.0
7
热处理车间
动力
150
0.5
0.8
照明
6
0.7
1.0
8
铆焊车间
动力
100
0.6
0.8
照明
5
0.7
1.0
9
烘房
动力
50
0.8
0.8
照明
2
0.7
1.0
10
生活区照明
照明
200
0.8
0.9
1.1.2供电电源情况
本厂从附近一条10kW的公用电源干线取得工作电源，干线导线型号LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距1m，干线首端（电力系统的馈电变电站）距离本厂8km。
干线首段断路器容量为400MVA。
此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过电流保护动作时间为1.7S。
为满足工厂二级负荷要求，采用长度为20km架空线路取得备用电源。
已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长为80km，电缆线路总长度为25km。
变电所最大负荷时功率因数不低于0.9。
1.1.3气象资料
年最高气温38℃，年最低气温-8℃,年平均气温23℃，年最热月平均气温33℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃年雷暴日数为20日。
1.2要完成的内容
负荷计算，设备选型，主接线的设计。
2设计课题的计算与分析
2.1计算的意义
供电系统要能安全可靠地正常运行，其中各个元件都必须选择得当，除了满足工作电压和变电所最大负荷时功率因数不低于0.9的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。
因此，有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。
计算负荷是供电设计计算的基本依据。
计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。
如果计算负荷选择过大，会造成有色金属的浪费。
如果确定过小，会使电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，将导致绝缘老化甚至引起火灾。
无功补偿主要作用就是提高功率因数以减少设备容量和功率损耗，稳定电压，提高供电质量，在长距离输电中提高系统输电稳定性和输电能力以及平衡三相负载的有功和无功功率。
2.2详细计算
2.2.1工厂负荷计算及无功补偿计算
负荷计算主要是确定“计算负荷”。
本设计中采用需要系数法对各个车间进行计算。
（1）三相用电设备组或用电单位（工厂、车间）的计算负荷
有功计算负荷：
式中，
为需要系数；
为设备组或单位的设备容量。
无功计算负荷：
式中，
为用电设备的功率因数角。
视在计算负荷：
式中，
为设备功率因数。
电流计算负荷：
式中，
为设备额定电压。
（2）多组用电设备组的总计算负荷
总的有功计算负荷：
式中，
为有功负荷同时系数，可取K∑p=0.95。
总的无功计算负荷：
式中，
为无功负荷同时系数，可取
=0.97。
总的视在计算负荷：
式中，P=
；Q=
。
根据以上各式，可计算该工厂的总计算负荷，计算结果详见附录1。
由附录1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数为0.76，而题目要求该厂10kV进线侧最大负荷时的功率因数不低于0.9，故要进行无功补偿。
在低压侧补偿后需达到的功率因数应比规定高压侧需达到的功率因数略高，本设计中取0.92，这是因为电力变压器的无功损耗远比其有功损耗大的缘故。
（3）无功补偿容量计算
式中，
为补偿前数值；
为补偿后数值。
（4）
低损耗变压器的损耗计算
有功功率损耗：
无功功率损耗
式中，
均为变压器二次侧总视在计算负荷。
根据上式可求得工厂高压侧补偿后的总负荷，结果详见附录1续表。
补偿方式为并联电容器低压集中补偿方式。
2.2.2变电所主变压器的台数和容量、类型的选择
根据工厂的负荷情况和电源情况，工厂变电所的主变压器应设为2台，型号为S9型，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对二级负荷继续供电。
任意一台变压器单独运行时应满足总负荷S30的70%以上的需要，即：
≈0.7
=550.69kVA，
且
=265.1kVA。
因此两台主变压器应选择S9-800/10/0.4kV三相干式双绕组电力变压器，联接组别Dyn11。
2.2.3变电所主接线方案的设计
工厂变配电所主接线方案的设计原则与基本要求为：
（1）安全性：
应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。
（2）可靠性：
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）灵活性：
应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。
（4）经济性：
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，并节约电能和有色金属消耗量。
在前面选择变压器时选择2台主变压器，且本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源；为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。
所以采用一用一备的运行方式，故变压器高压侧采用单母线接线，而低压侧采用单母线分段接线。
低压出线柜采用低压抽出式开关柜。
采用2列低压柜，低压柜最前端为变压器，变压器与低压柜之间通过矩形铜母线联接。
在2个变压器低压母线之间设置联络柜。
2个低压母线之间采用封闭式母线连接。
在联络柜之后2个低压母线上分别设置无功补偿柜。
无功补偿均采用低压侧集中补偿的方法。
由上述要求得出变电所主接线方式如附录2图1所示。
3小结
本课程设计主要针对工厂变电所主接线，其中包括了工厂负荷计算，无功功率补偿计算，工厂主变压器台数、容量和型号的选择，变电所进出线的选择依据。
计算工厂负荷，目的是确定工厂的总计算负荷从而确定该工厂需要补偿的无功功率容量。
工厂无功功率的补偿是为了满足供电部门的要求。
对工厂变电所主变压器台数、容量，型号进行选择，从而满足工厂负荷的要求。
因为主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，所以结合电气主接线的四项基本原则可得出变电所主接线的设计方案。
附录1工厂负荷计算及无功功率补偿表
厂房编号
厂房
负荷类型
设备容量/kW
需要系数
cosφ
tanφ
计算负荷
名称
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
1
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
1.17
105
122.85
167.1
253.8
照明
8
0.7
1
0
5.6
0
总计
358
-
-
-
110.6
122.85
2
工具车间
动力
360
0.3
0.6
1.33
108
143.64
186.3
283.1
照明
7
0.9
1
0
6.3
0
总计
367
-
-
-
114.3
143.64
3
锅炉房
动力
50
0.7
0.8
0.75
35
26.25
44.6
67.8
照明
1
0.8
1
0
0.8
0
总计
51
-
-
-
35.8
26.25
4
金工车间
动力
400
0.2
0.65
1.17
80
93.6
131.1
199.2
照明
10
0.8
1
0
8
0
总计
410
-
-
-
88
93.6
5
装配车间
动力
180
0.3
0.7
1.02
54
55.08
81.9
124.4
照明
6
0.8
1
0
4.8
0
总计
186
-
-
-
58.8
55.08
6
仓库
动力
20
0.4
0.8
0.75
8
6
10.8
16.4
照明
1
0.8
1
0
0.8
0
总计
21
-
-
-
8.8
6
7
热处理车间
动力
150
0.5
0.8
0.75
75
56.25
98
148.9
照明
6
0.7
1
0
4.2
0
总计
156
-
-
-
79.2
56.25
8
铆焊车间
动力
100
0.6
0.8
0.75
60
45
78.5
119.2
照明
5
0.7
1
0
3.5
0
总计
105
-
-
-
63.5
45
9
烘房
动力
50
0.8
0.8
0.75
40
30
51.4
78.1
照明
2
0.7
1
0
1.4
0
总计
52
-
-
-
41.4
30
10
生活区照明
照明
200
0.8
0.9
0.48
160
76.8
177.8
466.6
（续）
厂房编号
厂房
负荷类型
设备容量/kW
需要系数
cosφ
tanφ
计算负荷
名称
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
12
以上小计
1906
-
0.76
-
722.38
619
951.3
13
380V侧未补偿时的总负荷
1906
-
0.76
-
722.38
619
951.3
14
380V侧无功补偿容量
-
-
-
-
-
-310
-
15
380V侧补偿后总负荷
1906
-
0.92
-
722.38
319
789.7
16
主变压器功率损耗
-
-
-
-
14.4
37.1
-
17
工厂10kV侧总负荷
1906
-
0.90
-
736.78
356.1
818.3
附录2工厂变电所主接线图
图1工厂变电所主接线图
参考文献
[1]刘介才.工厂供电简明设计手册（第一版）[M].北京:
机械工业出版社,1993.
[2]鞠平.电力工程（第二版）[M].北京:
机械工业出版社,2014.
[3]焦留成.供配电设计手册（第一版）[M].北京:
中国计划出版社,1999.
[4]孙丽华.电力工程基础[M].北京:
机械工业出版社,2009.
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