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1、电力系统分析课程设计课程设计报告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、概述1.1课程设计目的要求01.2设计原贝IJ 0.13设计具体内容0二、设计课题基础资料 12.1生产任务及车间组成 1.22设计依据1.2.3 本厂负荷性质2.负荷计算及无功功率补偿3.1 负荷计算2.3.2 无功功率补偿6.四、变压器台数和容量的选择741变电所主变压器台数和容量的选择 4.2车间变压器台数和容量的选择8五一次系统主接线方案设计9架空线路的设计6.1 35kV架空线路的选择106.2 35kV母线的选择1.0电力系统分析课程设计某冶金机械修造厂总降压变电6.3总降压变电所
2、10kV侧电缆的选择 1.06.4总降压变电所10kV侧母线的选择 11七、短路电流计算1171短路计算的目的1172短路电流计算过程 11八、总降压站的电气主接线图及其设备选择与校验 138.1电气主接线图 1.3.82 次设备的选择与校验1.4九、心得体会16参考文献17一、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
3、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。仁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。13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
4、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-、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，钏焊件2千吨。本厂车间组成如表1所示。2.2 设计依据（1）设计总平面布置图全厂般平術图苗
5、勰车间IZ药铁车间：3锻瞪牢闻4.瞬库车间；5木理车间蔑木梨際；G-机値车ffU砂阵；E制材扬；9 一空压煽；银炉（2）全厂各车间负荷亦枭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：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。r=2S35KV220/35KV地区变电所本厂总变电所C待设计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
6、为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷三、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）。并叮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 P30为= KxPe 2.1）这里的Kx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Qso为Qs。二Psota* （2.2）式中，tan为对应于车间用电设备S的正切值。视在计算负荷为s_验30 cos（ 2.3
7、）式中，cs：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咼压设备的负荷计算表，结果见表 1o表1全厂各车间负荷表宀车间设利或s变用备用号co taPQ(K压号电单容系s S n2VA)器称 (Kx数 及 容 量铸钢11车间20000.40.651.00936123025017A位名量数W)No1变电所No2变电所铸铁100.1.571.10.4400408车间0070243110.1.94.712&7砒屋00.7623771331*1213小卄502.699.000477107176KVANo3变电所12小计5526.251*10
8、00KVA钏焊1210.车间0003 451#水20.7 0.285 81.98712.3600.15.7 26.2752155No4变电所空压390.80.1站0575机修150.20.2车间0565锻造220.30.3车间055 ，卜18木型0.30.45.8车问565制材0.20.520场60.331.291.331.5.61.43.837.517751.100.6652325721. 65.06.544257.6912051417.449.3320 0.9 1综合1*17小计5.523.65547.873755.43000KVNo5变电所锅炉12房2#水000.750.0.759006
9、7511250.泵房仓库2污水提升1214130.60.0.650.各车间6KV变压负载0.75211.177515.726.2557.267.0.111.2989.414766. 1253 600 5 小计478 165 .37 KV电弧1炉工频2炉空压3机4小计全厂合计计0.9)(K寸2506005003600.0.0.0. 0.7 570. 0.0. 0.5 522250480425315525 21230.533.335002215& 334065.54112 0.0.53.9 500.41225693702972 950.515.5684660.95)3.2无功功率补偿通过该厂的负荷
10、计算表可知该厂的功率因素COS =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.o考虑到变压器本身的无功功率损耗 A Qt远大于其有功功率损耗厶Pt,-般厶Qt= (4-5) A P
11、t,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二0.92。要使低压侧电力系统分析课程设计某冶金机械修造厂总降压变电功率因素由0.81提高到0.92,低压侧需装设的并联电容器容量为Qc 八 p3o(tan 1-tan 2) =5693.515 (tan(arccos0.81 )-tan(arccos0.92)kvarQc =1696.606kv ar取 Qc二2000kvar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。四、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
12、无功功率补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为S3o(2)=Jp3o2( Q3oQc)2 = 亦 5693.5152(4122.9506 -2000)2kVA = 6076.43kVA变压器的功率损耗为 Pt 0.015S3o（2）= 0.015 X6076.43kVA = 91.146kWA Qt 0.06-o（2）= 0.06 X6076.43kVA=364.586kvar变电所高压侧的计算负荷为P3o（i）= 5693.515kW + 91.146kW = 5784.661 kWQ3o(d = (4122.9506 -2000) kvar + 364.586kvar =2487.537kva
13、rS30(d=： ;； 5784.6612 2487.537 2kVA =6296.836kVA补偿后工厂的功率因素为cos= Pso(1)/S3o(i)= 5784.661/6296.836kVA =0.9187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WOOOkVA型号为S9-10000/35的变压器，其
14、主要技术数据如下：表3J S9-5000/35变压器技术参数变压器额额定电损耗阻空联结总备型号疋压/kV/kW抗载组别体注容 量/kVA高压低压空 载负 载电 压(%电 流(%质量/tS9-10000/351000035士5%10.510048.375055Ynd1116.4804.2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.11X 1250S9-1250/35No.21 X 1000S9-1000/10No.31 X 1000S9-1000/10No.41 X 1000S9-1000/10No.51 X 1600S9-1600
15、/10表3.3各型号变压器技术参数VA%)%)仁124.0.2.S9-1250/10125095056380510104.0.3.S9-1000/10100. 470.37Yyn005%0O02144.0.4.S9-1600/101600405562705五、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
16、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
17、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6.1 35kV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30Aec Jec式中，心0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=1.54o由公式计算得架空线路的经济截面116A302 =129mm2ec 0.9A / mm因此选用截面为150mm 2,型号为LGJ-150的钢芯铝绞线，LGJ-150的允许载流量lai=455A 130=116A,因此满足发热条
18、件oAc6.2 35kV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116A2A* 0.68A/ mm2=170.59mm故35kV母线选用35 x 5mm2单条竖放矩形导体，其载流量为350A,比伽大，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473.61A2Aec2= 236 81mm2.00A/mm2因此选用截面为250mm 2,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YJV250的允许载流量lai=411A ho=116A,此满足发热条件6.4
19、 总降压变电所10k V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 X4),lai二48OAI。二473.6A,符合要求。七、短路电流计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Sb=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；计算基准电流35kV网络的基准电流:hiUci .3S6kV网络的基准电流:l
20、d2：ir；3100二=1.57kA(35 1.05) “ 3 100=9.16kA(6 汉 1.05) 3400V网络的基准电流:SbUc2 J3 (0.4.05)J310013.75kA电力系统的电抗:X 冷鱼 JOOMVA =0.5200 MVA架空线路电抗:1002=0.24(36.75)* sX2=X3=Xol $ =0.4(H/km) 8kmUC2(5) 变压器电抗:11最大冲击电流最大冲击电流3X4-X5*Uk%Sb7.5 100 10IOOSn100 10000U./5(6)计算三相短路电流和短路容量最小运行方式时高压侧短路Xdi =0.5 0.24 = 0.74次暂态电流：S
21、b2.12KA3UBXdi,3 36.75 0.74冲击电流：imp =1.81.m =2.551,严 2.55 2.12 =5.41 KA最大冲击电流有效值：Imp =1.52 -.52 2.12 =3.22KA最大短路功率：St= l*SB = 1.35 100 = 135MVA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、有效值、最大短路功率。最大运行方式时高压侧短路Xdi 75 0.24 = 0.74次暂态电流：-2 = 4.24 KA3UbXq1 3 36.75 0.74冲击电流：imp =1.81. m =2.551 二 2.55 4.24 二 10.81KA 最大
22、冲击电流有效值：limp =1.521. ,=1.52 4.24 =6.44KA最大短路功率：Skt =2 卜Sb =2 1.35 100 = 270MVA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、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4.2410.816.44270最小运行方式2.125.413.42135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12.4031.3717.20134最小运行方式7.3515.689.3567.11八、总
23、降压站的电气主接线图及其设备选择与校验电气主接线图电气主接线图如图81所示13QStfe=7LFZfl-LDLFZJI-ig OS GMfrdIJr12Xvi-$MVAU%7闭!），昭主接緇fl图81电气主接线图&2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表一次设备效验公式表序号设备名称校验项
24、目校验公式1高压断路器、高压负动稳iF=；14荷开关、高压隔离开关疋热稳疋l2tt yll2tima2电流互感器动稳疋Kes V2 I inish热稳疋(Kt *in冲測叫ima3母线动稳疋dalSt热稳疋AAmin =1 J tima / C4电缆和绝缘导线热稳疋AAmin =1 tima / C符 号 含 义ima设备的极限通过电流峰值（kA） , ish通 过设备的相短路冲击电流（kA） , It设备的 t秒热稳定电流（kA） , t-设备的热稳定实验 时间，1 a三相短路稳态电流（KA序号3、 4中用A） f tima短路假想时间，Kes动稳定 倍数，Kt -热稳定倍数，oai-母线的
25、取大允许 应力， 母线通过时isr受到的取大计算应力，A导体的面。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
26、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。16参考文献作者书名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）.作者篇名A编著者论文集名C出版地：出版者，出版年.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.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QSGW5-35QS电气主接线 图 QSGW535GQFSA2-35 QSFZ-3535L.CW-35QQQFQSJDJJ-35I .CW-35Vrfi=5MV-AGN6-I0TLFZJMORN2 QSJDJ-EOw QSrw iCW35 XLCW-5SI 7-5000/35 卯 SNfOJOIIf1LSI-10qT2XZX 7*5 000/35ShtMV+AS%=7qs图9-9 *5kV电气主接线图
