电力工程课程设计.docx
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电力工程课程设计
电力工程综合课程设计（题目五）
专业：
电气工程及其自动化
班
级：
084
学
号：
_
19
姓
名：
汪
勇
设计题目：
题
目
五
指导老师：
-
—钟-
玉
-梁
设计报告格式25分
设计内容45分
答
亠、丄
辩
考
勤
总计得分
封
面
3
页面布局
5
目录格式
3
图表质量
4
间行距、
字体
5
页眉页脚
5
设计
题目把握
5
计算设计正确性
8
设备
计
算、
选型
7
电气原理图
变电所
主线图
变电所平剖、面图
15
10
20
主接线方案
5
二次
回路方案
5
2011年03月
、八、，
刖言
课程设计是一项理论与实践的最好结合，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，
是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分法诀自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的自动控制
系统。
这次设计主要是对供电设计基础的掌握，包括了供电设计的一般原则，内容和程序，供电设计依据
的一些主要技术指标和设计规范众，供电设计的常用电气符号和文字符号。
接着依次进行负荷计算和无
功功率补偿，交配电所及主变压器的选择等等。
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源。
电能即易
于由其他形式的能量转换而来，又易于转化为其他形式的能量以供应用。
电能的输送和分配既简单经济，
又便于控制、调节、测量。
有利于实现生产过程自动化。
而工厂供电设计要达到为工业生产服务，保障工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须做到：
安全、可靠、节能、经济。
同时课程设计也是教学过程中一个重要环节，通过课程设计我们可以可以巩固课程理论知识，加强
实践的能力，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的相关政策、方针、技术规程由一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明等方面得到训练，为以后工作奠定基础。
设计题目
题目五：
1）工厂总平面图见《工厂供电设计指导》图11-2
2）工厂负荷情况本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为2500h,日最大负荷持续时间为5h。
该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。
本
厂的负荷统计资料如表5所示。
3）供电电源情况按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条
10kV的公用电源干线取得工作电源。
该干线的走向参看工厂总平面图。
该干线的导线牌号为LGJ-150,导线为等边三角形排列，线距为2m;干线首端距离本厂约8km。
干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVAo此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。
为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。
已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为45km，电
缆线路总长度为15km
4）气象资料本厂所在地区的年最高气温为40C,年平均气温为28C,年最低气温为-0C,年最热月平均最高气温为37C,年最热月平均气温为29C,年最热月地下0.8米处平均气温为26°C。
当地主导风向为东北风，年雷暴日数为60o
5）地质水文资料本厂所在地区平均海拔500m,地层以红土为主，地下水位为2mo
6）电费制度本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为20元/kVA,动力电费为
0.85元/Kw.h，照明电费为0.6元/Kw.h。
工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9,此外，
电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：
6~10VA为900/kVA。
表5工厂负荷统计资料
厂房编号
厂房名称
负荷类别
设备容量/kW
需要系数
功率因数
1
铸造车间
动力
300
0.3
0.65
照明
6
0.8
1.0
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
照明
8
0.7
1.0
7
金工车间
动力
200
0.2
0.65
照明
10
0.8
1.0
6
工具车间
动力
300
0.30
0.6
照明
7
0.9
1.0
4
电镀车间
动力
240
0.5
0.7
照明
5
0.8
1.0
3
热处理车间
动力
250
0.6
0.8
照明
5
0.8
1.0
9
装配车间
动力
200
0.3
0.70
照明
6
0.8
1.0
10
机修车间
动力
100
0.2
0.65
照明
4
0.8
1.0
8
锅炉车间
动力
50
0.7
0.8
照明
1
0.8
1.0
5
仓库
动力
20
0.4
0.8
照明
1
0.8
1.0
生活区
照明
400
0.7
0.9
第1章负荷计算和无功功率补偿1.
1.1负荷计算.1..
1.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式1.
1.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式1.
1.2无功功率补偿2.
第2章变电所位置与型式的选择4.
第3章变电所主变压器及主接线方案的选择5・
3.1变电所主变压器的选择5
3.2变电所主接线方案的选择5
3.2.1装设一台主变压器的主接线方案5
3.2.2装设两台主变压器的主接线方案6
3.3主接线方案的技术经济比较J6
第4章短路电流的计算8..
4.1绘制计算电路8.
4.2确定短路计算基准值8・
4.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值8
4.3.1电力系统8..
4.3.2架空线路8..
4.3.3电力变压器・8..
4.4k-1点（10.5kV侧）的相关计算9.
4.4.1总电抗标幺值9..
4.4.2三相短路电流周期分量有效值9
4.4.3其他短路电流9.
4.4.4三相短路容量9.
4.5k-2点（0.4kV侧）的相关计算9.
4.5.1总电抗标幺值9..
4.5.2三相短路电流周期分量有效值9.
4.5.3其他短路电流9.
4.5.4三相短路容量9.
第5章变电所一次设备的选择与校验.10
5.110kV侧一次设备的选择校验.10
5.1.1按工作电压选则.0
5.1.2按工作电流选择.0
5.1.3按断流能力选择.0
5.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验.10
5.2380V侧一次设备的选择校验.11
5.3高低压母线的选择1.
第6章变压所进出线与邻近单位联络线的选择..2
6.110kV高压进线和引入电缆的选择.12
6.1.110kV高压进线的选择校验12
6.1.2由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择验12
6.2380V低压出线的选择12
6.2.1铸造车间12
6.2.2锻压车间13
6.2.3热处理车间13
6.2.4电镀车间13
6.2.5仓库13
6.2.6工具车间13
6.2.7金工车间13
6.2.8锅炉房13
6.2.9装配车间14
6.2.10机修车间14
6.2.11生活区14
6.3作为备用电源的高压联络线的选择校验14
6.3.1按发热条件选择14
6.3.2校验电压损耗14
6.3.3短路热稳定校验14
第7章变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定16
7.1变电所二次回路方案的选择16
7.2变电所继电保护装置16
7.2.1主变压器的继电保护装置16
7.2.2护动作电流整定16
7.2.3过电流保护动作时间的整定16
7.2.4过电流保护灵敏度系数的检验16
7.3装设电流速断保护16
7.3.1速断电流的整定17
7.3.2电流速断保护灵敏度系数的检验17
7.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置17
7.4.1装设反时限过电流保护17
7.4.2装设电流速断保护17
7.4.3变电所低压侧的保护装置17
第8章降压变电所防雷与接地装置的设计18
8.1变电所的防雷保护18
8.1.1直接防雷保护18
8.1.2雷电侵入波的防护18
8.2变电所公共接地装置的设计18
8.2.1接地电阻的要求18
8.2.2接地装置的设计18
第9章设计总结2Q
参考文献21
第1章负荷计算和无功功率补偿
1.1负荷计算
1.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式
a）有功计算负荷（单位为KWP30=KipV臥.（1-5）式中'P30i.是所有设备组有功计算负荷P30之和，Kvp是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95
b）无功计算负荷（单位为kvar）
Q30=^-^Q30i.Q30i.是所有设备无功Q30之和；K、q是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97
经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表1.1所示（额定电压取380V）
编
号
名称
类别
设备容量
Pe/kW
需要系数
Kd
cos护
tan申
计算负荷
P30/kW
Q30/kvar
S30/kVA
I30/A
1
铸造车间
动力
300
0.3
0.65
1.17
90
105.3
照明
6
0.8
1.0
0
4.8
0
小计
306
94.8
105.3
141.7
214.2
2
锻压车间
动力
350
0.3
0.65
1.17
105
122.85
照明
8
0.7
1.0
0
5.6
0
小计
358
110.6
122.85
165.3
251.1
7
金工车间
动力
200
0.2
0.65
1.17
40
46.8
照明
10
0.8
1.0
0
8
0
小计
210
40.8
46.8
67
101.8
6
工具车间
动力
300
0.3
0.6
1.33
90
101.7
照明
7
0.9
1.0
0
6.3
0
小计
307
96.3
101.7
140.1
212.9
4
电镀
车间
动力
240
0.5
0.7
1.02
120
122.4
照明
5
0.8
1.0
0
4
0
小计
245
124
122.4
174.2
264.5
3
热处理车间
动力
250
0.6
0.8
0.75
150
112.5
照明
5
0.8
1.0
0
4
0
小计
255
154
112.5
190.7
289.7
9
装配车间
动力
200
0.3
0.7
1.02
60
61.2
照明
6
0.8
1.0
0
4.8
0
小计
206
64.8
61.2
89.1
135.4
1
0
机修车间
动力
100
0.2
0.65
1.17
20
23.4
照明
4
0.8
1.0
0
3.2
0
小计
104
23.2
23.4
33
50.1
8
锅炉
车间
动力
50
0.7
0.8
0.8
35
28
照明
1
0.8
1.0
1.0
0.8
0
小计
51
35.8
28
45.4
69
5
仓库
动力
20
0.4
0.8
0.8
8
6.4
照明
1
0.8
1.0
1.0
0.8
0
小计
21
8.8
6.4
10.9
16.6
1
1
生活区
照明
400
0.7
0.9
0.48
280
134.4
310
471
总计
动力
2010
1040.3
864.95
照明
453
计入K^p=0.8,K送q=0.85
0.75
832.2
735.2
1110.4
1687.1
1.2无功功率补偿
无功功率的人工补偿装置：
主要有同步补偿机和并联电抗器两种。
由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。
由表1.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。
而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。
考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
QC=P30（tan1-tan2）=832.2[tan（arccos0.75）-tan（arccos0.92）]=374.4kvar
参照图1.1,选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为84kvar5=420kvar。
补偿前后，
变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷Q30=（735.2-420）kvar=315.2kvar，
视在功率S30=VP3T&0=889.9kVA，计算电流G==1352.06A,功率因数提高为
J3Un
.,P30
cos=—=0.93。
S30
在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。
同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。
因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表1.2所示。
主屏
辅屏
、丨
--1
「1
产"1'
LJ
L-
—
丁一
<1
€7
liCAC心CA,C
/-r
F\-T-\
*a孑二1
1#方案
3#方案
6支路
6支路
2#方案
4#方案
8支路
8支路
图1.1PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案
表1.2无功补偿后工厂的计算负荷
项目
cos①
计算负荷
P30/KW
Qo/kvar
S30/kVA
I30/A
380V侧补偿前负荷
0.75
832.2
735.2
1110.4
1687.1
380V侧无功补偿容量
-420
380V侧补偿后负荷
0.93
832.2
315.2
889.9
1352.1
主变压器功率损耗
0.015S30=13.3
0.06S30=53.4
10KV侧负荷计算
0.93
845.5
368.6
907.1
51.8
第2章变电所位置与型式的选择
变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。
在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的X轴和y轴，然后测出各车间（建筑）
和宿舍区负荷点的坐标位置，R、P2、P3…Pio分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定P1（1.8，2.8）、P2（2.1，4.9）、P3（3.8，6.7）、P4（5.2，2）、P5（5.8,3.8）、P6（6.1，
5.2）、P7（6.5,6.8）、P8（8.7,2.2）、P9（9.1，3.7）、R0（9.8,6.7），并设印（0.6，7.4）
为生活区的中心负荷，如图3-1所示。
而工厂的负荷中心假设在P（x,y）,其中
P=P+P2+P3…+P11=ER。
因此仿照《力学》中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐
标：
（2-1）
P^+P2x2+P3X3+…P11x11送（RxJ
X=
R+P2+R+…只1无P
把各车间的坐标代入（2-1）、（2-2），得到x=4.2，y=6.1。
由计算结果可知，工厂的负荷中心在3号厂房（热处理车间）的东南角。
考虑到周围环境及进出线方便，决定在3号厂房的东南侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。
第3章变电所主变压器台数及主接线方案的选择
3.1变电所主变压器的选择
根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的万案：
a）装设一台变压器型号为S9型,而容量根据式Snt-S30,Snt为主变压器容量，S30为总的计算负荷。
选Snt=1000KVA>S30=907.7KVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。
至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。
b）装设两台变压器型号为S9型，而每台变压器容量根据式（3-1）、（3-2）选择，即
Snt:
（0.6~0.7）907.7KVA=（544.62~635.39）KVA（3-1）
SNT-S30（口=（141.7+174.2+45.4）KVA=361.3KVA（3-2）
因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。
工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。
主变压器的联结组均为YynO。
3.2变电所主接线方案的选择
按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案:
3.2.1装设一台主变压器的主接线方案如图3-1所示
高压
E柜
GG1A（J-0
GG1A（F-5
GG1A（F-0
GG1A（F-0
主联络（备用）
图3-1装设一台主变压器的主接线方案
10kV
220/380VI
高压柜列
GG-1A（F）-113
GG-1A（F）-11
GG-1A（J）-01
GG-1A（F）-96
GG-1A（F）-07
GG-1A（F）-54
-JI
7
主主联络变变（备用）
图3-2装设两台主变压器的主接线方案
3.3主接线方案的技术经济比较
表3-1主接线方案的技术经济比较
比较项目
装设一台主变的方案
装设两台主变的方案
技
供电安全性
满足要求
满足要求
术
供电可靠性
基本满足要求
满足要求
指
供电质量
由于一台主变，电压损耗较大
由于两台主变并列，电压损耗较
标
小
灵活方便性:
只有一台主变，灵活性稍差
由于有两台主变，灵活性较好「
扩建适应性
稍差一些
更好一些
经济指标
电力变压器的综合投资额
查得S9-1000/10的单价为
15.1万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合
投资约为2*15.仁30.2万元
查得S9-630/10的单价为10.5万
元，因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，比一台主
变方案多投资11.8万元
咼压开关柜（含计量柜）的综合投资额
查得GG-1A（F）型柜可按每台4万兀计，其综合投资可按设备的1.5倍计，因此咼压开关柜的综合投资约为4*1.5*4=24万元
本方案米用6台GG-1A（F）柜，其综合投资约为6*1.5*4=36万元，比一台主变方案多投资12万元
电力变压器和咼压开关柜的年运行费
主变的折旧费=30.2万元*0.05=1.51万兀；咼压开关柜的折旧费=24万元*0.06=1.44万元；变配电的维修管理费=
（30.2+24）万元*0.06=3.25万元。
因此主变和咼压开关柜的折旧和维修管理费=
（1.51+1.44+3.25）=6.2万元
主变的折旧费=42万兀*0.05=2.1
万元；高压开关柜的折旧费=36万元*0.06=2.16万元；变配电的维修管理费=（42+36）万元
*0.06=4.68万元。
因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=
（2.1+2.16+4.68）=8.94万元，比一台主变方案多投资2.74万元
供电贴费
主变容量每KVA为900元，供
电贴费=1000KVA*0.09万元
/KVA=90万元
供电贴费=2*900KVA*0.08万元
=144万元，比一台主变多交54万元
从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。
第4章短路电流的计算
4.1绘制计算电路
设基准容量Sd=100MVA基准电压Ud=Uc=1.05UN,Uc为短路计算电压，即高压侧
Udi=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则
4.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值
4.3.1电力系统
已知电力系统出口断路器的断流容量Soc=500MVA故
X1=100MVA/500MVA=0.2（4-3）
4.3.2架空线路
查表得LGJ-150的线路电抗x0=0.36,Tkm，而线路长8km故
X2'x0lSd2-（0.368）门100MVA2=2.6（4-4）
Uo（10.5kV）2
4.3.3电力变压器
查表得变压器的短路电压百分值Uk%=4.5，故
式中，Sn为变压器的额定容量因此绘制短路计算等效电路如图4-2所示
图4-2短路计算等效电路
4.4k-1点（10.5kV侧）的相关计算
4.4.1总电抗标幺值
X£kJL）=X1+X2=0.2+2.6=2.8
4.4.2
三相短路电流周期分量有效值
1d1
4.4.3
其他短路电流
"⑶
i⑶
ish
I（3）
1sh
4.4.4
三相短路容量
X邓二）
（3）（3）
［：
：
-Ikd
=2.551
=1.511
"（3）
"（3）
Sd
（3）
Sk」
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