1、電力工程課程設計報告某冶金機械廠降壓變電所的電氣設計1. 設計資料1.1.1 工廠總平面圖工廠總平面圖如圖1所示圖1 工廠總平面圖1.2 工廠負荷情況該廠多數車間為兩班制，年最大負荷小時數為4600h，日最大負荷持續時間為6h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級負荷處，其余為三級負荷。該廠的負荷統計資料如下表1。表1 工廠各車間負荷情況廠房編號廠房名稱負荷類別設備容量（kW）需要系數Kd功率因數costan1鑄造車間動力5200.40.71.02照明100.91.002鍛壓車間動力2400.30.651.17照明100.91.003金工車間動力3900.320.651.12照明100.91

2、.004工具車間動力2900.350.651.33照明100.91.00續表1廠房編號廠房名稱負荷類別設備容量（kW）需要系數Kd功率因數costan5電鍍車間動力4500.60.800.75照明100.91.006熱處理車間動力2600.620.820.82照明100.91.007裝配車間動力1700.40.751.02照明100.91.008機修車間動力1000.30.71.17照明50.91.009鍋爐車間動力1150.80.81.05照明30.91.0010倉庫動力500.40.90.75照明20.91.0011生活區照明4000.81.00.481.3 供電電源情況按照工廠與當地供電

3、部門登定的供用電協議規定，本廠可由附近一條10kV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導線牌號為LGT-150(0.36 )，干線首端距離本廠約8km。干線首端所裝設的高壓斷路器斷流容量為500MVA。為滿足工廠二級負荷的要求，可采用高壓聯絡線由鄰近的單位取得備用電源。1.4 氣象資料本地區的年最高氣溫為38，年平均氣溫為23，年最低氣溫為-8，年最熱月平均氣溫為33，年最熱月平均氣溫為26，年最熱月地下0.8m處平均溫度為25。主導風向為東北風，年暴雨日數為20天。1.5 地質水文資料本地區平均海拔500m，地層以砂粘土為主，地下水位為2m。2. 負荷計算和無功

4、功率補償2.1 負荷計算的目的和方法負荷計算的內容和目的（1）求計算負荷，是選擇確定變壓器容量的依據；（2）求計算電流，是選擇纜線和開關設備的依據；（3）求有功計算負荷和無功計算負荷，是確定靜電電容器容量的依據。負荷計算的方法:（1）需要系數法用設備功率乘以需要系數和同時系數，直接求出計算負荷。用于設備數量多，容量差別不大的工程計算，尤其適用于配、變電所和干線的負荷計算。（2）利用系數法采用利用系數求出最大負荷區間內的平均負荷，再考慮設備臺數和功率差異的影響，乘以與有效臺數有關的最大系數，得出計算負荷。適用于各種范圍的負荷計算，但計算過程稍繁。2.2 全廠負荷計算的過程本設計各車間計算負荷采用

5、需要系數法確定。主要計算公式有 有功計算負荷（kW）： （2-1）無功計算負荷（kvar）： （2-2）視在計算負荷（kVA）： （2-3）計算電流（A）： （2-4）具體車間計算負荷如附錄A表2-1和表2-2所示。從附錄I表2.1和表2.2中可知有功計算負荷：無功計算負荷：視在計算負荷：再乘以同時系數 , 此時 功率因素 , 所以要進行無功功率補償。2.3 無功功率補償由于本設計中，此需要進行功率補償。由公式可知： （2-5） 式中， 補償前的自然平均功率因數對應的正切值。 補償后的功率因數對應的正切值。采用低壓側集中補償的方法，為使高壓側功率因數達到0.9，則補償后的低壓功率因數應達到0.

6、92。校正前 校正后 本次設計采用低壓無功功率自動補償屏，無功補償總容量取650kvar無功補償后無功負荷為：補償后的功率因數為： 滿足要求補償后的負荷如附錄B表2-3所示。3. 變電所的選擇及主變壓器的選擇3.1 變電所的位置與型式選擇按負荷功率矩法確定負荷中心工廠是10kV以下，變電所的位置應盡量接近工廠的負荷中心，工廠的負荷中心按負荷功率矩法來確定。在工廠的平面圖下側和左側，分別作一條直角坐標的x軸和y軸，然后測出各車間和宿舍區負荷點的坐標位置，P1，P2，P10分別代表廠房1、2、310號的功率，設定P1, P2,P10并設定P11為生活區的中心負荷，如圖3-1所示。圖3-1 負荷矩陣

7、法確定負荷中心而工廠的負荷中心的力矩方程，可得負荷中心的坐標： （3-1） （3-2）把各車間的坐標帶入上述2個公式，得到x=5.38，y=5.38.由計算結果可知，工廠的負荷中心在1號廠房的東北角。考慮到周圍環境和進出線方便，所以變電所設在1號車間的右方。負荷中心位置如圖3-2所示 圖3-2 負荷中心位置3.2 主變壓器的類型、臺數與容量的選擇（1）考慮到變壓器在車間建筑內，故選用10/0.4kV三相干式雙繞組電力變壓器。變壓器采用無載調壓方式，分接頭，聯接組別Dyn11。（2）由于工廠總負荷容量較大，且存在多個二級負荷，對電源的供電可靠性要求較高，宜采用兩臺變壓器，以便當一臺變壓器發生故障

8、后檢修時，另一臺變壓器能對二級負荷繼續供電，故選兩臺變壓器。（3）變壓器容量是根據無功補償后的計算負荷確定的。補償后的總計算負荷為，每臺變壓器的容量,工廠二級負荷為620.109， ，故每臺變壓器的容量為。4. 變電所主要結線方案的設計在前面選擇變壓器時選擇2臺主變壓器，且本廠可由附近一條10kV的公用電源干線取得工作電源；為滿足工廠二級負荷的要求，可采用高壓聯絡線由鄰近的單位取得備用電源。所以采用一用一備的運行方式，故變壓器高壓側采用單母線接線，而低壓側采用單母線分段接線。該方案根據當地供電部門的要求，兩路電源均設置電能計量柜，且設置在電源進線主開關后。變電所采用直流操作電源，為監視工作電源

9、和備用電源的電壓，在母線上和備用進線斷路器之前均安裝有電壓互感器。當工作電源停電且備用電源電壓正常時，先斷開工作電源進線斷路器，然后接通備用電源進線斷路器，由備用電源提供所有負荷。備用電源的投入方式可采用手動投入，也可采用自動投入。進線柜和出線柜均采用電纜進線和電纜出線。 結合短路電流計算選擇相關器件型號見附錄B表4。電氣主接線圖見附錄C圖4。5. 短路電流的計算5.1 短路及其原因、后果短路：指供電系統中不同電位的導電部分（各相導體、地線等）之間發生的低阻性短接。短路是電力系統最常見的一種故障，也是最嚴重的一種故障。短路主要原因：電氣設備載流部分的絕緣損壞，其次是人員誤操作、鳥獸危害等。 短

10、路后果：短路電流產生的熱量，使導體溫度急劇上升，會使絕緣損壞；短路電流產生的電動力，會使設備載流部分變形或損壞；短路會使系統電壓驟降，影響系統其他設備的正常運行；嚴重的短路會影響系統的穩定性； 短路還會造成停電；不對稱短路的短路電流會對通信和電子設備等產生電磁干擾等。5.2 高壓電網短路電流的計算利用標幺值法計算由于采用10KV電壓供電，故線路電流 由設計要求中可知：工廠使用干線的導線牌號為LGT-150(0.36 )，干線首端距離本廠約8km。干線首端所裝設的高壓斷路器斷流容量為500MVA。此斷路器配備有定時限過電流保護和電流速斷保護，定時限過電流保護整定的動作時間為1.7s。為滿足工廠二

11、級負荷的要求，可采用高壓聯絡線由鄰近的單位取得備用電源。查表得, （1）確定基準值 取 而 （2）計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值1）電力系統（） X1*= =100/500=0.2 2）架空線路（ = 0.358/km） 3）電力變壓器（3）在k-1點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量 1)電源至短路點的總電抗標幺值 2)三相短路電流周期分量有效值3)其他三相短路電流 4)三相短路容量 k-1節點短路計算結果如表5-1所示表5-1 k-1點短路計算結果短路計算點總電抗標幺值三相短路電流(kA)三相短路容量Sk/MVAk-1點2.801.971.971.975.011.5135

12、.746. 設計小節經過這次的設計，我終于完成了某冶金機械廠降壓變電所的設計。從開始接到課程設計要求到任務的完成，再到課程設計說明書的完成，每一步對我來說都是新的的嘗試與挑戰。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，當然設計過程中也遇到了許許多多的困難，但老師的講解，同學的討論，通過上網和去圖書館查看相關的資料和書籍，讓自己頭腦模糊的概念逐漸清晰，使自己逐步設計下來，每一次設計出來的結果都是我學習的收獲，當最后設計結束時，我真是感到莫大的欣慰。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的結果。在這周的課程設計中，總體上來說是獲益匪淺。通過本次設計，所學理論知識很好的運用到了實際的工程當中，在具體

13、的設計過程中，將所學知識很好的系統了一遍，體會到了學以致用的樂趣，事自己的實際工程能力得到了很大的提高，主要體現在以下幾個方面。1) 將知識系統化的能力得到提高由于設計過程中要運用很多的知識，且做好設計的前提也是掌握足夠多的系統理論知識，對于已經一個學期沒有接觸這門課程的我們來說，無疑是一件很困難的事情，所以每天都必須復習曾經學的知識，并鞏固知識，努力將知識系統化就是這次課程設計的關鍵。如本設計中用到的單層廠房供配電的絕大多數的基礎理論和設計方案，因此在設計過程中側重了知識系統化能力的培養，為今后的工作打下了很好的理論基礎。2) 計算準確度，繪圖能力得到提高由于本次設計包含了大量的計算和繪圖，

14、因此要求要很好的計算和繪圖能力。通過本次的鍛煉，使自己的一次計算準確度有了進步；繪圖方面，使我自己對autaCAD軟件的掌握更加的熟練。這次課程設計的經歷也會使我終身受益，我感受到做課程設計是要用心去做的一件事，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破。通過這次課程設計，我在張老師的精心指導和嚴格要求已經同學的指導和幫助下獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，這對我今后進一步學習供配電方面的知識有了極大的幫助。最后，感謝在設計過程中老師的講解，也感謝同學們的幫忙，在你們的幫助下，我才設計出最終的結果。此次課程設計已經結束，但我相信在

15、這周的課程設計中學到的知識是我未來踏入社會的利劍。參考文獻1 劉介才.工廠供電M.北京:機械工業出版社,2004.5:64-68.2 文遠芳.高電壓技術M.武漢:華中科技大學出版社,2001.1:56-58. 3 熊信銀.發電廠電氣部分M.北京:中國電力出版社,2009.7:42-464 何仰贊,溫增銀.電力系統分析M.武漢:華中科技大學出版社,2002.1:106-109.5 鞠平,馬宏忠,衛志農,等.電力工程M. 北京:機械工業出版社,2014.7:114-115.附錄A表2-1 負荷計算車間設備容量Pe/kW需要系數Kd功率因數cos功率因數角的正切tan有功計算負荷Pc/kW無功計算負

16、荷Qc/kvar視在計算負荷Sc/kVA鑄造動力5200.40.71.02208212.16297.113鍛壓動力2400.30.651.177284.24110.817金工動力3900.320.651.12124.8139.776187.383工具動力2900.350.651.33101.5134.995168.896電鍍動力4500.60.80.75270202.5337.5熱處理動力2600.620.820.82161.2132.184208.466裝配動力1700.40.751.026869.3697.133機修動力1000.30.71.173035.146.174鍋爐動力1150.8

17、0.81.059296.6133.4倉庫動力500.40.90.75201525鑄造照明100.91.00909鍛壓照明100.91.00909金工照明100.91.00909工具照明100.91.00909電鍍照明100.91.00909熱處理照明100.91.00909裝配照明100.91.00909機修照明50.91.004.504.5鍋爐照明30.91.002.702.7倉庫照明20.91.001.801.8生活區照明4000.81.00.45320144350.907表2-2 總負荷及功率因數計算有功計算負荷Pc/kW無功計算負荷Qc/kW視在計算負荷(Sc/kW)總計1539.51265.9152034.789同時系數=0.951462.5251202.6191933.05功率因數（）0.757附錄B表2-3 補償前后負荷變化序號名稱規格型號數量1變壓器S9-1200/