电力系统分析课程设计变电所一次系统设计.docx
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电力系统分析课程设计变电所一次系统设计
电力系统分析课程设计--变电所一次系统设计
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
1.1课程设计目的要求
目的：
通过课程设计进一步提高收集资料、专业制图、综述撰写的能力，培养理论与实际应用结合的能力，开发独立思考的能力，寻找并解决工程实际问题的能力，为以后的毕业设计与实际工作打下坚实的基础。
要求：
（1）自学供配电系统设计规范，复习电力系统的基本概念和分析方法。
（2）要求初步掌握工程设计的程序和方法，特别是工程中用到的电气制图
标准，常用符号，计算公式和编程技巧。
（3）通过独立设计一个工程技术课题，掌握供配电系统的设计方法，学会查询
资料，了解电力系统中常用的设备及相关参数。
（4）在设计过程中，要多思考，多分析，对设计计算内容和结果进行整理和总
结。
（5）完成《课程设计说明书》及相关的图，可以手写，可以计算机打印。
1.2设计原则
（1）必须遵守国家有关电气的标准规范。
（2）必须严格遵守国家的有关法律、法规、标准。
（3）满足电力系统的基本要求（电能质量、可靠性、经济性、负荷等级）
（4）必须从整个地区的电能分配、规划出发，确定整体设计方案。
1.3设计具体内容
该冶金机械厂总降压变电所及高压配电一次系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对电能分配的安全可靠，经济合理的问题。
其基本内容有以下几方面：
（1）一次系统主结线方案设计
（2）确定全厂负荷
（3）主变压器容量和台数的选择
（4）选择35kV架空（8km长）输电导线截面积（根据额定电流）计算并说明选择的理由。
（5）画出等值电路简图
（6）画出总降压站的电气主结线图
二、设计课题基础资料
2.1生产任务及车间组成
本厂主要承担冶金系统的配件生产，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。
本厂车间组成如表1所示。
2.2设计依据
（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的负荷，但有一部分为高压设备为6kV的负荷。
（3）供用电协议
工厂与供电部门所签定的供用电协议主要内容如下：
1 工厂从供电部门用35千伏双回架空线引入本厂，其中一个作为工作电源，一个作为备用电源，两个电源不并列运行。
（即不同时工作），供电部门短路容量为200MVA，该变电所距厂东侧8公里。
2 在本厂的总降压变电所35千伏侧进行计算，本厂的功率因数应大于0.9。
2.3本厂负荷性质
本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。
3、负荷计算及无功功率补偿
3.1负荷计算
确定车间的计算负荷，一般用需要系数法，车间设备的利用系数乘上设备容量即为车间低压用电设备的总设备容量，即车间低压侧的计算负荷（有功功率）。
并可求出相应的计算负荷（无功功率及视在功率）。
计算后填入表1.（确定相应的变压器容量）
有功计算负荷
为
（2.1）
这里的Kx称为需要系数（demandcoefficient），Pe为车间用电设备总容量。
无功计算负荷
为
（2.2）
式中，tan
为对应于车间用电设备
的正切值。
视在计算负荷为
（2.3）
式中，
为车间供电设备的平均功率因素。
根据工厂给出的资料，通过计算整理，得出该工厂各车间的负荷计算表及该工厂6kV高压设备的负荷计算表，结果见表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）
利用系数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
2000
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*1000KVA
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
86.51
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
污水提升站
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
全厂合计（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
通过该厂的负荷计算表可知该厂的功率因素
=0.81，不能达到供电部门的要求。
在《供电营业规则》中规定：
“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因素应达到下列规定：
100kVA及以上高压供电的用户功率因素为0.90以上。
”并规定，凡功率因素未达到上述规定的，应增添无功补偿装置。
无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。
由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此本设计选用并联电容进行无功补偿。
按规定，变电所高压侧的功率因素cos
≥0.9.。
考虑到变压器本身的无功功率损耗ΔQT远大于其有功功率损耗ΔPT，一般ΔQT=（4~5）ΔPT，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因素应略高于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，低压侧需装设的并联电容器容量为
取QC=2000kvar
根据以上计算，本设计从常用并联电容器中选出型号为BWF10.5-120-1的并联电容器17台进行该工厂的无功功率补偿。
4、变压器台数和容量的选择
4.1变电所主变压器台数和容量的选择
无功功率补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为
变压器的功率损耗为
ΔPT≈0.015
=0.015×6076.43kVA=91.146kW
ΔQT≈0.06
=0.06×6076.43kVA=364.586kvar
变电所高压侧的计算负荷为
=5693.515kW+91.146kW=5784.661kW
=（4122.9506—2000）kvar+364.586kvar=2487.537kvar
补偿后工厂的功率因素为
这一功率因素满足供电部门规定的要求。
根据工厂提供的数据，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择两台主变压器。
由于本工厂选用两台主变压器，故每台主变压器的容量SN·T不应小于总的计算负荷S30的60%~70%。
但由于本工厂的负荷均为二级负荷，故该工厂的总降压变电所选用两台容量为10000kVA型号为S9-10000/35的变压器，其主要技术数据如下：
表3.1S9-5000/35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的选择
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
变电站的主接线是由各种电气设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，用以接受和分配电能，是供电系统的组成部分，它与电源回路数、电压和负荷的大小、级别以及变压器的台数容量等因素有关。
该厂电源从位于距该厂东侧8km处的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，两个电源不并列运行。
方案一：
二次侧采用双母线接线，其可靠性、灵活性都比较高，因为双母线可以在不停电的情况下维修任意母线。
同时变压器两侧均装有断路器，所以当其出现故障时，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、二级负载不停电，又提高操作的灵活性。
一次侧采用了全桥接线，能提高供电可靠性。
方案二:
一次侧采用联络线接线，当可靠性要求不高时，也可用隔离开关QS将联络线分段运行（联络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，比方案一多增加了两套断路器。
任一部分发生故障均能在不停电的条件下检修，其灵活性、可靠性提高
综上所述，根据技术比较并结合变压器台数容量等因素的考虑，方案一较适合，满足可靠性、灵活性。
六、架空线路的设计
6.135kV架空线路的选择
35kV供电线路可先按经济电流密度确定经济截面，在校验其他条件。
按经济电流密度jec计算经济截面Aec的公式为
式中，I30为线路的计算电流。
该工厂为三班工作制，年最大有功利用小时为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的经济截面
因此选用截面为150mm2，型号为LGJ-150的钢芯铝绞线，LGJ-150的允许载流量Ial=455A﹥I30=116A，因此满足发热条件。
6.235kV母线的选择
由《发电厂电气主系统》查出铝矩形导体的经济电流密度jec=0.68，故母线的经济截面
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，因此满足要求。
6.3总降压变电所10kV侧电缆的选择
根据公式可算出总降压变电所10kV侧电缆的经济截面
因此选用截面为250mm2，型号为YJV－250的交联聚乙烯绝缘电缆。
由《工发电厂电气主系统》中的数据得铜芯YJV－250的允许载流量Ial=411A﹥I30=116A,因此满足发热条件。
6.4总降压变电所10kV侧母线的选择
根据10kv母线处的电流电压等初选母线型号为LMY－480（40×4），Ial=480A≥I30=473.6A，符合要求。
七、短路电流计算
7.1短路计算的目的
（1）用于变压器继电保护装置的整定。
（2）选择电气设备和载流导体。
（3）选择限制短路电流的方法。
（4）确定主接线方案和主要运行方式。
7.2短路电流计算过程
（1）取基准容量
=100MVA；SOK为区变电所的短路容量200MVA。
最小运行方式，只有一台变压器工作，最大运行方式，两台变压器并列运行，电压源的标幺值为1；
（2）计算基准电流
35kV网络的基准电流：
6kV网络的基准电流：
400V网络的基准电流：
（3）电力系统的电抗：
（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 最小运行方式时高压侧短路
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行方式时低压侧短路时的次暂态电流、冲击电流、最大冲击电流有效值、最大短路功率。
2 最大运行方式时高压侧短路
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行方式时低压侧短路时的次暂态电流、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结果
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
最大运行方式
4.24
10.81
6.44
270
最小运行方式
2.12
5.41
3.42
135
表5.3低压侧三相短路计算结果
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
最大运行方式
12.40
31.37
17.20
134
最小运行方式
7.35
15.68
9.35
67.11
八、总降压站的电气主接线图及其设备选择与校验
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
8.2一次设备的选择与校验
为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列条件选择和校验：
（1）按正常工作条件包括电压、电流、频率及开断电流等选择；
（2）按短路条件包括动稳定和热稳定进行校验；
（3）考虑电气设备运行的环境条件如温度、湿度、海拔高度以及有无防尘、防爆、防腐、防火等要求；
本设计查阅相关资料，经过整理一次设备效验所需的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
Kes
Iin≥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——设备的极限通过电流峰值（kA），ish（3）—通过设备的三相短路冲击电流（kA）
，It—设备的t秒热稳定电流（kA），t－设备的热稳定实验时间，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－母线的最大允许应力，σc－母线通过时ish（3）受到的最大计算应力，A－导体的截面，Amin－导体满足热稳定的最小截面。
九、心得体会
在设计之前，我们所学的知识是比较离散的，只是有些模糊的概念而已，所以我搜集了许多相关的资料，研究了一些基本常用的变电所主接线图，作了充分的准备，然而在着手设计时，又出现了许多未预料的问题，如数据的计算的选取，主接线图形式的选取等等，但在思考和同学的帮助之后还是做了妥善的解决。
通过这次设计，我对工厂供电系统的设计以及所涉及的相关知识有了一个较为全面和深入的理解，也加深了对电气设备选择的了解。
这次设计有很多需要计算的地方，如容量、负荷的计算等，我查阅相关书籍，仔细分析，相互讨论，认真思考，最终完成了计算。
这次课程设计让我获益匪浅，不仅培养了我对专业知识的综合运用能力，还提高了我在处理问题时的逻辑思考能力。
同时通过这次课程设计也学会了运用相关软件绘图，这对以后的设计和实践都带来了很大的帮助。
总而言之，这次的电力系统分析课程设计让我让我收获满满，带着这份收获，以后的我会更加的努力学习，提高自己对问题的积极探索精神和解决问题的能力。
参考文献
[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]标准编号-发布年,标准名称[S].
[8]作者.电子文献名.[电子文献及载体类型标识].电子文献出处或可获得地址.
附录
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