電力工程課程設(shè)計

電力工程課程設(shè)計報告1 設(shè)計原始題目1.1具體題目1.1.1 工廠生產(chǎn)任務(wù)、規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格本廠承擔某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)各附屬廠的大型電機、變壓器、鍋爐配件制造任務(wù)。年生產(chǎn)規(guī)模為制造大型電機配件7500臺，總?cè)萘繛?5萬kW，制造電機總?cè)萘?萬kW，制造電機最大容量為5520kVA；生產(chǎn)電氣配件60萬件。本廠為某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)重要組成部分。1.1.2 工廠各車間負荷情況及轉(zhuǎn)供負荷情況工廠各車間負荷情況及轉(zhuǎn)供負荷情況表2所示。1.1.3 供電協(xié)議當?shù)毓╇姴块T提供兩個電源，供設(shè)計者選用。從某220/35kV區(qū)域變電所提供電源，該變的所距廠南10km。從某220/35kV區(qū)域變電所提供電源，該變電所距廠南5km。電力系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)如表1所示。表1 電力系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)電源編碼電源來源母線電壓U(kV)短路容量距離(km)繼電保護整定時間(s)A區(qū)域變電所35600280101.8B某變電所3525015051.11.1.4 供電部門提出的技術(shù)要求(1) 區(qū)域變電所35kV饋出線定時限過電流保護整定時間為1.8s，某變電所35kV饋出線過電流保護整定時間為1.1s。(2) 工廠最大負荷時功率因數(shù)不得低于0.9。(3) 在總降壓變電所35kV側(cè)進行計量。(4) 供電貼費為700元/(kVA)，每月電費按兩部分電價制：基本電費為18元/(kVA)，動力電費為0.4元/(kVA)，照明電費為0.5元/(kVA)。(5) 工廠負荷性質(zhì)。本廠大部分車間為一班制，少數(shù)車間為兩班制或三班制，年最大有功負荷利用小時數(shù)為2300h。鍋爐房供生產(chǎn)用高壓蒸汽，停電會使鍋爐發(fā)生危險，又由于該廠距離市區(qū)較遠，消防用水需要廠方自備。鍋爐房供電要求有較高的可靠性，其中60%為一、二級負荷。(6) 工廠自然條件。 氣象資料。年最高氣溫31，年平均氣溫20，年最低氣溫-27年最熱月平均最高氣溫31，年最熱月地下0.71m處平均溫度20，常年主導(dǎo)風向為南風。年雷暴日37天。 地質(zhì)水文資料。平均海拔31m，地層以沙質(zhì)粘土為主且可耕地，自然接地電阻10，地下水位35m，地耐壓力為20t/m2。1.2 要完成的內(nèi)容(1) 負荷計算。(2) 變壓器型號的選擇。(3) 電氣主接線設(shè)計。(4) 供配電線路設(shè)計。2 設(shè)計課題的計算與分析 2.1 計算的意義電力系統(tǒng)中的各種用電設(shè)備由供電系統(tǒng)汲取的功率(電流)視為電力負荷。實際負荷通常是隨機變動的。選取一個假想的持續(xù)性的負荷，在一定時間間隔和特定效應(yīng)上與實際負荷相等。這一個計算過程就是負荷計算。這一個假想的持續(xù)性的負荷就稱為計算負荷。計算負荷是用于按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的依據(jù)。按計算負荷選擇電力電壓器、高低壓電器和電線電纜，當系統(tǒng)在正常持續(xù)運行時，其發(fā)熱溫度不致超出允許值，或不影響其使用壽命。計算負荷是供電系統(tǒng)設(shè)計計算的基本依據(jù)。如果計算負荷確定過大，將使電器和導(dǎo)線截面選擇過大，造成投資和有色金屬的浪費；如果計算負荷確定過小，又將使設(shè)備和導(dǎo)線選擇偏小，造成運行時過熱，增加電能損耗和電壓損失，甚至使設(shè)備和導(dǎo)線燒毀，造成事故。2.2 詳細計算2.2.1 負荷計算有功計算負荷為 (2.1)其中，為需要系數(shù)，為用電設(shè)備組的設(shè)備容量。無功計算負荷為 (2.2)其中，為對應(yīng)于用電設(shè)備組的正切值。視在功率計算負荷為 (2.3)其中，為用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)。由式2.1、式2.2、式2.3計算得各車間計算負荷。各車間計算負荷如表2所示。表2 各車間計算負荷序號車間名稱設(shè)備容量(kW)需要系數(shù)計算負荷KdcostanPc(kW)Qc(kvar)Sc(kVA)1電機修理車間22500.250.770.82562.5461.3730.511900.20.531.58238.0376.0449.06500.350.551.51227.5343.5413.62機械加工車間5200.60.60.85312.0265.2520.05700.350.80.78199.5156.5250.08800.250.51.61220.0354.2440.03新產(chǎn)品試驗車間3000.750.750.88225.0198.0300.03400.560.750.88190.4167.5253.01600.570.740.991.282.0123.06500.560.840.64364.0233.0433.04原料車間5700.650.780.8370.5296.4475.023000.30.80.75690.0517.5862.55備件車間7000.640.760.85448.0380.8589.55280.350.760.85184.8157.8157.06鍛造車間36000.80.80.782880.02246.43600.0總的有功計算負荷為 (2.4)其中，為同時系數(shù)，各設(shè)備組的有功計算負荷之和。總的無功計算負荷為 (2.5)其中，為同時系數(shù)，各設(shè)備組的無功計算負荷之和?？偟囊曉谟嬎阖摵蔀?(2.6)由式2.4、式2.5、式2.6計算得10kV母線的計算負荷為(取，) 最大負荷時的功率因數(shù)為 (2.7)由式2.7計算得 2.2.2 功率補償補償?shù)臒o功功率 (2.8)其中，為補償后用電設(shè)備組的正切值。根據(jù)本廠變電所負荷計算的結(jié)果可知：35kV側(cè)的功率因數(shù)為，現(xiàn)利用并聯(lián)電容器補償，假設(shè)補償后的功率因數(shù)為由式2.8得補償?shù)臒o功功率為 = 6483.06tan(arccos0.74)tan(arccos0.94)= 3565.68 kvar補償后低壓側(cè)總的無功計算負荷為 (2.9)由式2.9計算得補償后低壓側(cè)總的無功計算負荷為補償后低壓側(cè)總的視在計算負荷為 (2.10)由式2.10計算得補償后低壓側(cè)總的視在計算負荷為變壓器有功損耗為 (2.11)變壓器無功損耗為 (2.12)其中，為低壓側(cè)母線的視在計算負荷。由式2.11、式2.12計算得變壓器損耗為則補償后35kV母線處計算負荷為 2.3 主變壓器的選擇2.3.1 變壓器臺數(shù)的選擇由設(shè)計要求可知，本廠60%負荷為一、二級負荷，為滿足供電可靠性要求，采用兩路電源供電，一路工作，一路備用，故選擇兩臺主變壓器，便于維修和檢修。2.3.2 變壓器容量的選擇裝有兩臺主變壓器的變電所，每臺主變壓器的容量應(yīng)同時滿足以下兩個條件：(1) 任一變壓器單獨運行時，宜滿足總計算負荷的大約60%70%的需要，即 (2.13)(2) 任一變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足全部一、二級負荷的需要，即 (2.14)由式2.13計算得 由式2.14計算得因此每臺主變壓器的容量應(yīng)選6300 kVA 。經(jīng)過以上的計算，應(yīng)選用兩臺35/10kV，額定容量為6300kVA的S116300/35變壓器。 2.4 短路電流的計算2.4.1 計算短路電流的目的計算短路電流的目的主要是正確選擇和檢驗電器、電線電纜及短路保護裝置。三相對稱短路是用戶供電系統(tǒng)中危害最嚴重的短路形式，因此，三相對稱短路電流初始值是選擇和檢驗電器、電線電纜的基本依據(jù)。在檢驗電器及載流導(dǎo)體的電動力穩(wěn)定和熱穩(wěn)定時，還要用到三相短路電流峰值、三相穩(wěn)態(tài)短路電流。2.4.2短路計算(1) 繪制計算電路短路計算電路如圖1所示。圖1 短路計算電路1) 確定基準值取，高壓側(cè)，低壓側(cè)，則：2) 計算各元件的標幺值電力系統(tǒng)架空線路查表得線路電抗，線路長為l，故電力變壓器查表得S11-6300/35型低損耗配電變壓器Yyn0型接線時，故則等效電路如圖2所示。圖2 等效電路3) 計算k-1(38.5kV側(cè))的短路電流容量總電抗標幺值三相對稱短路電流周期分量有效值則有其他短路電流三相短路容量4) 計算k-2(10.5kV側(cè))的短路電流容量兩臺變壓器并聯(lián)運行情況下：總電抗標幺值三相對稱短路電流周期分量有效值則有其他短路電流三相短路容量兩臺變壓器分列運行情況下：總電抗標幺值三相對稱短路電流周期分量有效值則有其他短路電流三相短路容量2.4.3短路計算表表3 電源A短路計算表短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-13.413.413.418.705.15227.27k-2并聯(lián)5.295.295.299.735.7796.15分列3.373.373.376.203.6761.35表4 電源B短路計算表短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-12.832.832.837.224.27188.68k-2并聯(lián)4.894.894.899.005.3388.89分列3.203.203.205.893.4958.14所以，35kV側(cè)選用高壓斷路器SW2-35/1000，隔離開關(guān)JW4-40.5，高壓熔斷器RW10-35，電壓互感器JDXN2-35，電流互感器LCZ-35，避雷器FS4-35。10kV側(cè)選用高壓少油斷路器SN10-10 I /630，隔離開關(guān)GN-10T/200，電壓互感器JDJ-10，電流互感器LQJ-10，高壓熔斷器RN1-10，避雷器FS4-10。2.5 電氣主接線設(shè)計由于該變電所采用兩路電源供電，安裝有兩臺主變壓器，保證當任一變壓器發(fā)生故障或檢修時，都不會中斷對I類負荷的供電。根據(jù)負荷要求，35kV側(cè)采取內(nèi)橋形式的主接線，靈活可靠。10kV側(cè)選用單母線分段接線，供電可靠。電氣主接線圖如附錄A所示。3 小結(jié)本設(shè)計采用需要系數(shù)法進行負荷計算。正確確定計算負荷具有重要意義。如果計算負荷確定過大，將使電器和導(dǎo)線截面選擇過大，造成投資和有色金屬的浪費；如果計算負荷確定過小，又將使電器和導(dǎo)線運行時增加電能損耗，并產(chǎn)生過熱，引起絕緣過早老化，甚至燒壞，以致發(fā)生事故。本設(shè)計根據(jù)負荷計算結(jié)果為工廠總變電所選定了主變壓器型號，其中包括