電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計--總壓降變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　題 目 某冶金機械修造廠全廠</p><p>　　總壓降變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　課 程 名 稱 電力系統(tǒng)分析 </p><p><b>　　目 錄</b></p&

2、gt;<p><b>　　一、 緒論3</b></p><p>　　1.1工廠供電的意義及要求3</p><p>　　1.2工廠供電設(shè)計的一般原則3</p><p>　　1.3設(shè)計的具體內(nèi)容4</p><p>　　1.4工廠原始資料4</p><p>　　二、工廠的電力負荷

3、及其計算5</p><p>　　2.1工廠的電力負荷5</p><p>　　2.2變電所位置和型式的選擇7</p><p>　　2.3變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇7</p><p>　　2.4短路電流計算8</p><p>　　三、電所一次設(shè)備的選擇與校驗9</p><p&

4、gt;　　1．35KV側(cè)設(shè)備9</p><p>　　2．10KV側(cè)設(shè)備9</p><p>　　四、防雷保護與接地裝置的設(shè)計9</p><p>　　4.1變電所防雷保護與防雷裝置的選擇9</p><p>　　4.2接地裝置的設(shè)計計算10</p><p><b>　　五、結(jié)論11</b>&

5、lt;/p><p>　　六、設(shè)計體會及今后的改進意見12</p><p><b>　　七、參考文獻13</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　從十九世紀七十年代開始，人類開始了以電能的廣泛使用為顯著特點的第二次工業(yè)革命。這個時期的電力工業(yè)和電器制造業(yè)迅速發(fā)展起來，同時

6、為社會創(chuàng)造了巨大的社會財富，也極大地提高了人們的生活水平，更為以后電子計算機的問世奠定了基礎(chǔ)。1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律，它揭示了電、磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系，為以后發(fā)電機的發(fā)明、電能的大規(guī)模生產(chǎn)和傳輸以及電能的廣泛應(yīng)用提供了重要理論基礎(chǔ)。隨著電能在社會各個方面的廣泛應(yīng)用，人類社會從此進入了電氣化時代，電能成為主要的能源，并極大地促進了社會生產(chǎn)力的發(fā)展。</p><p>　　1.1工廠供電的意義及要求<

7、;/p><p>　　電能是現(xiàn)代社會中最重要最方便的能源，因為電能具有傳輸方便，易于轉(zhuǎn)換成其他能量，例如：通過導(dǎo)線可以直接把電能引至負荷，不像蒸汽機、內(nèi)燃機那樣笨重，更避免了一次能源費時耗力的運輸。被極其廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，可以說沒有電力工業(yè)就沒有國名經(jīng)濟的現(xiàn)代化。所以電能不僅是人們生活的能源，更重要的是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。當(dāng)代工廠里應(yīng)用的信息技術(shù)、生產(chǎn)自動化技術(shù)和其他高新技術(shù)無一不是建立在電能應(yīng)用的基礎(chǔ)之上的

8、。因此，電能在當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)有著及其廣泛的應(yīng)用，是工業(yè)生產(chǎn)中不可替代的能源。</p><p>　　在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，

9、具有十分重要的意義。</p><p>　　1.2工廠供電設(shè)計的一般原則</p><p>　　工廠供電設(shè)計必須遵循以下原則：</p><p>　?。?）工廠供電設(shè)計必須遵守國家的有關(guān)法令、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源、節(jié)約有色金屬和保護環(huán)境等技術(shù)經(jīng)濟政策；</p><p>　?。?）工廠供電設(shè)計應(yīng)做到保障人身和設(shè)備的安全

10、、供電可靠、電能質(zhì)量合格、技術(shù)先進和經(jīng)濟合理，設(shè)計中應(yīng)采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的效率高、能耗低、性能先進及與用戶投資能力相適應(yīng)的經(jīng)濟合理的電器產(chǎn)品；</p><p>　?。?）工廠供電設(shè)計必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件，合理確定設(shè)計方案；</p><p>　　（4）工廠供電設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠期發(fā)展的關(guān)系，做到遠近結(jié)合，

11、以近期為主，適當(dāng)考慮擴建的可能性。</p><p>　　1.3設(shè)計的具體內(nèi)容</p><p>　　該冶金機械廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設(shè)計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結(jié)合國家供電情況，解決對電能分配的安全可靠，經(jīng)濟合理的問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面：</p><p>　?。?）工廠的負荷計算及無功補償；</p>

12、<p>　　（2）確定工廠總配變電所的所址和型式；</p><p>　?。?）確定工廠總配變電所的所址、形式、主接線方式，確定主變壓器的型式、容量和臺數(shù)；</p><p>　?。?）短路電流計算；</p><p>　?。?）一次設(shè)備的選擇；</p><p>　?。?）選擇工廠電源進線及高壓配電線路；</p><

13、;p>　　（7）對一次側(cè)進行繼電保護整定計算；</p><p>　?。?）工廠總配變電所防雷保護及接地裝置的設(shè)計。</p><p><b>　　1.4工廠原始資料</b></p><p>　　本設(shè)計的原始資料如下：</p><p>　　1、工廠總平面布置圖，如圖1.1。</p><p>　　

14、圖1.1 工廠總平面布置圖</p><p>　　2、工廠生產(chǎn)任務(wù)、規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格：本廠主要承擔(dān)全國冶金工業(yè)系統(tǒng)礦山、冶煉和軋鋼設(shè)備的配件生產(chǎn)，即以生產(chǎn)鑄造、鍛壓、鉚焊、毛坯件為主體。年生產(chǎn)規(guī)模為鑄鋼件1000t，鑄鐵件3000t，鍛件1000t，鉚焊件2500t。</p><p>　　3、工廠各車間負荷情況及車間變電所的容量見表2.1和表2.2。</p><p>

15、<b>　　4、供用電協(xié)議</b></p><p>　　1）工廠電源從供電部門某220/35kV變電站以35 kV雙回架空線路引入本廠，其中一路作為工作電源，另一路作為備用電源。兩個電源不并列運行。變電站距廠東側(cè)8km。</p><p>　　2）系統(tǒng)的短路數(shù)據(jù)，如表1.1所示。</p><p>　　3）供電部門對工廠提出的技術(shù)要求:①區(qū)域變電站

16、35kV饋線電路定時限過流保護裝置的整定時間top=2s，工廠總降壓變電所保護的動作時間不得大于1.5s②工廠在總降壓變電所35k電源側(cè)進行電能計量。③工廠最大負荷時功率因數(shù)不得低于0. 9。</p><p>　　5、廠負荷性質(zhì)：本廠為三班工作制，年最大有功利用小時為6000h屬二級負荷。</p><p>　　表1.1 區(qū)域變電站35kV母線短路數(shù)據(jù)</p><p&g

17、t;　　二、工廠的電力負荷及其計算</p><p>　　2.1工廠的電力負荷</p><p>　　電力負荷（electric power load）又稱電力負載，有兩種含義：一是指耗用電能用電設(shè)備或用戶，另一是指用電設(shè)備或用戶耗用的功率或電流大小，如說輕負荷（輕載）、重負荷（重載）、空負荷（空載）、滿負荷（滿載）等。電力負荷的具體含義視具體情況而定，本章指的是用電設(shè)備或用戶耗用的功率大小。

18、</p><p>　　2.1.1．負荷計算</p><p>　　根據(jù)要求及負荷計算公式，分別計算各車間的、、、，然后列出表格。</p><p>　　鑄造車間：=2000kW =0.4 cosφ=0.65 tanφ=1.17</p><p>　　=·=0.4*2000=800kW</p><p>　　=&

19、#183;tanφ=800*1.17=936kVAR</p><p>　　=/cosφ=800/0.65=1231.3kVA</p><p>　　=/Un=1231.3/1.732*380=1.87kA</p><p>　　同理，如上計算，分別算出其余車間及部門的計算負荷，并列出表格如下：</p><p>　　各車間變電所計算負荷如下：<

20、;/p><p>　　2.1.2無功功率補償 </p><p>　　工廠中由于有大量的電動機、電焊機及氣體放電燈等感性負荷，從而使功率因數(shù)降低。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運行性能、提供其自然功率因數(shù)的情況下，尚達不到規(guī)定的工廠功率因數(shù)要求時，則需考慮人工補償．要求工廠最大負荷時的功率因數(shù)不得低于0.9，我們?nèi)osφ’=0.92 </p><p>　　無功功率補償前：

21、取=0.9 =0.9</p><p>　　=2643kW =2945kVAR</p><p>　　∴=*2643=2378kW =*2945=2650kVAR</p><p><b>　　∴=3560kVA</b></p><p>　　∴cosφ=/=0.897 </p>

22、<p>　　∴補償前，這時變壓器容量選4000kVA</p><p>　?。?）無功補償裝置容量：</p><p>　　Ｑcc=(tanφ-tanφ’)= =2378*0.06=142.68kVAR</p><p>　?。?）補償后的的計算負荷為：</p><p>　　=2378kW =2650-142.68=2507.32kV

23、AR =3456kVA</p><p>　　2.2變電所位置和型式的選擇</p><p>　　變電所位置的選擇，應(yīng)根據(jù)下列要求經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟比較確定： </p><p><b>　　接近電源側(cè)</b></p><p><b>　　進出線方便</b></p><p><

24、b>　　設(shè)備運輸方便</b></p><p><b>　　盡量接近負荷中心</b></p><p>　　不應(yīng)設(shè)在有劇烈振動或高溫的場所</p><p>　　不宜設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場所</p><p>　　不應(yīng)設(shè)在廁所、浴室或其他經(jīng)常積水場所的正下方，且不宜與上述場所相貼</p>&l

25、t;p>　　不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險環(huán)境的正上方或正下方，且不宜設(shè)在有火災(zāi)危險環(huán)境的正上方或正下方</p><p>　　變電所的總體布置，應(yīng)滿足以下要求：</p><p>　　1．便于運行維護和檢修</p><p><b>　　2．保證運行安全</b></p><p><b>　　3．便于進出線</b&g

26、t;</p><p>　　4．節(jié)約土地和建筑費用</p><p><b>　　5．適應(yīng)發(fā)展要求</b></p><p>　　2.3變電所主變壓器臺數(shù)和容量及主接線方案的選擇</p><p>　　電力變壓器是變電所中最關(guān)鍵的一次設(shè)備，其主要功能是將電力系統(tǒng)的電能電壓升高或降低，以利于電能的合理輸送、分配和使用。在該廠采用兩

27、臺變壓器非并列運行，一臺變壓器工作，另一臺變壓器停止運行作為備用，此時兩臺變壓器均按最大負荷時變壓器負荷率為100%考慮，所以可選為4000kVA,其對應(yīng)的符號為：SL7-4000</p><p>　　當(dāng)兩臺變壓器并列運行時，其中每臺變壓器容量的選擇應(yīng)滿足以下兩個條件： =(0.6~0.7) 和　≥，這里不涉及該種情況。</p><p><b>　　主接線方案：</b>

28、;</p><p>　　由于采用雙回電源進線，總降壓變電所主變壓器一般都在兩臺或兩臺以上，在這種情況下變電所高壓側(cè)多采用橋型接線，由于供電線路短，用戶負荷變化大，主變壓器需要頻繁操作，因此采用外橋。由于裝設(shè)兩臺變壓器，因此變壓器低壓側(cè)可以采用單母線分段接線方式，一般分兩段。</p><p><b>　　2.4短路電流計算</b></p><p>

29、;　　1．電源架空線L=8KM K-1 K-2</p><p><b>　　SL7-4000</b></p><p><b>　　1．確定基準(zhǔn)值</b></p><p><b>　　1．確定基準(zhǔn)值</b></p><p>　　取=100MVA =37KV =10.

30、5KV</p><p><b>　　=1.56KA</b></p><p><b>　　=5.5KA</b></p><p>　　系統(tǒng)電抗： </p><p>　　計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)么值</p><p><b>　　架空線路 </b&

31、gt;</p><p>　　電力變壓器 =4000MVA</p><p>　　求K-1、K-2點的短路電路總電抗標(biāo)么值及三相短路電流和短路容量</p><p>　　三、電所一次設(shè)備的選擇與校驗</p><p>　　根據(jù)上述短路電流計算結(jié)果按正常工作條件選擇和按短路情況校驗確定的總降壓變電所高低壓電氣設(shè)備如下：</p><

32、p><b>　　1．35KV側(cè)設(shè)備</b></p><p><b>　　2．10KV側(cè)設(shè)備</b></p><p>　　四、防雷保護與接地裝置的設(shè)計</p><p>　　4.1變電所防雷保護與防雷裝置的選擇</p><p><b>　　1、變電所防雷保護</b></

33、p><p>　　變電所及其屋外配電裝置，應(yīng)裝設(shè)避雷針來防護直擊雷。由于該廠變電所35kV采用屋外配電裝置，故屋外配電裝置和變電所均需裝設(shè)避雷針進行直擊雷防護。變電所屋頂為平屋頂，宜用避雷帶做接閃器。根據(jù)它的防雷等級確定其引下線間距小于18m，避雷網(wǎng)格小于10m×10m或12m×8m，至少設(shè)兩處防雷接地測試點。</p><p>　　為了防止雷電侵入波對變電所內(nèi)電氣裝置特別是對

34、主變壓器產(chǎn)生危害，應(yīng)該在變電所以下位置裝設(shè)避雷器：</p><p>　?。?）高壓架空線路的終端桿裝設(shè)閥式避雷器，且由于該工廠需要一段引入電纜，故在架空線終端裝設(shè)的避雷器要與電纜頭處的金屬外皮相連并一同接地；</p><p>　　（2）每組高壓母線上都應(yīng)裝設(shè)閥式避雷器。變電所內(nèi)所有閥式避雷器應(yīng)以最短的接地線與配電裝置的主接地網(wǎng)相連。</p><p><b>

35、;　　2、防雷裝置的選擇</b></p><p>　　（1）接閃器及其引下線的選擇</p><p>　　按GB 50057-1994規(guī)定，本設(shè)計避雷帶均直徑為16mm的圓鋼。</p><p><b>　　（2）避雷器的選擇</b></p><p>　　該變電所采用電站型碳化硅閥式避雷器，其中35kV側(cè)采用磁吹

36、閥式避雷器，10kV側(cè)采用普通閥式避雷器。其技術(shù)特性見表8.1所示。</p><p>　　4.2接地裝置的設(shè)計計算</p><p>　　因該工程未給出自然接地體的相關(guān)數(shù)據(jù)，因此該變電所采取人工接地體的形式，對各高低壓設(shè)備及變電所的其他設(shè)施進行接地保護。按《工廠供電》附錄表24可確定此變電所公共接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足以下兩個條件：</p><p>　　RE≤120V

37、/IE （1）</p><p>　　RE≤4Ω （2）</p><p>　　表4.1 電站型碳化硅閥式避雷器的技術(shù)特性</p><p>　　本設(shè)計總降壓變電所的接地電阻要求RE≤4Ω。現(xiàn)初步考慮圍繞變電所周圍一圈直徑50mm、長2.5的鋼管接地體，每隔5m打

38、入一根，管子之間用40×4mm2的扁鋼焊接相聯(lián)。該變電所土質(zhì)屬于砂質(zhì)粘土，插《工廠供電》附錄表25得砂質(zhì)粘土的電阻率=100·m，求得單根鋼管接地電阻</p><p>　　RE（1）≈100/2.5Ω=40Ω</p><p>　　根據(jù)RE（1）/ RE=40/4=10，考慮到管子之間的電流屏蔽效應(yīng)和變電所布局，初選28根接地體。</p><p>

39、　　以n=28和a/l=5m/2.5m=2去查《工廠供電》附錄表26.2，可得ηE≈0.58。因此可得</p><p><b>　　即滿足要求。</b></p><p><b>　　五、結(jié)論</b></p><p>　　本設(shè)計為實際應(yīng)用型設(shè)計，根據(jù)該冶金機械修造廠提供的相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)，以工廠供電理論為指導(dǎo)，精確計算了該廠負荷

40、需要、短路電流等數(shù)據(jù)，對該廠的總降壓變電所及其高壓供電系統(tǒng)進行了設(shè)計。經(jīng)過三個月的學(xué)習(xí)和研究，本設(shè)計完成了相關(guān)設(shè)計任務(wù)，給出了設(shè)計需要的各種數(shù)據(jù)和設(shè)計方案。以下是本設(shè)計得出的相關(guān)成果：</p><p>　　1、進行了該冶金機械修造廠各車間變電所和總降壓變電所的負荷計算，得出該工廠各車間變電所和總降壓變電所的年最大負荷P30；</p><p>　　2、根據(jù)工廠的相關(guān)資料，選擇了總降壓變電所得

41、所址、形式和主變壓器的臺數(shù)并確定變電所主接線形式和廠區(qū)高壓系統(tǒng)供電接線形式；</p><p>　　3、對該廠供電電路進行了短路電流計算并得出該廠短路電流計算表，并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對主要電氣設(shè)備進行了幸好選擇；</p><p>　　4、對部分主要電氣設(shè)備進行了繼電保護整定計算；</p><p>　　5、對該廠的防雷與接地裝置進行了初步選擇與效驗。</p>&

42、lt;p>　　雖然本設(shè)計按照相關(guān)參考資料和公式進行了嚴密的計算和設(shè)備的選擇，但由于本身能力有限和工廠提供的技術(shù)資料限制，本設(shè)計還有很多沒有考慮周全和沒有考慮到的地方，存在著很多不足，還需要進一步完善。例如并沒有詳細對二次側(cè)接線進行設(shè)計，繼電保護的供電電源也沒有考慮。這些不足我將在以后的學(xué)習(xí)和研究中補充，消除不足，進一步完善該設(shè)計。</p><p>　　六、設(shè)計體會及今后的改進意見</p>&l

43、t;p>　　這次課程設(shè)計歷時兩個星期左右，通過這兩個星期的學(xué)習(xí)，我們收獲很大。</p><p>　　1、通過這次課程設(shè)計，我們加深了對工廠供電相關(guān)知識的理解，基本上掌握了進行一次設(shè)計所需的步驟，如總降壓變電所的設(shè)計，我們由課題分析、查資料著手，然后進行設(shè)計、整理說明書直至最后完成整個設(shè)計。作為大學(xué)階段一次重要的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，我們受益匪淺，深深感覺到我們自主學(xué)習(xí)、獨立思考、分析問題解決問題的能力得到了提高。<

44、;/p><p>　　2、在設(shè)計之前，我們所學(xué)的知識是比較離散的，只是有些模糊的概念而已，通過這次設(shè)計，我們對工廠供電系統(tǒng)的設(shè)計以及所涉及的相關(guān)知識有了一個較為全面和深入的理解，也加深了對電氣設(shè)備選擇的了解。這次設(shè)計有很多需要計算的地方，如容量、負荷的計算等，我們查閱相關(guān)書籍，仔細分析，相互討論，認真思考，最終完成了計算。</p><p>　　3、這次的課程設(shè)計離不開團隊的力量，設(shè)計工作是一個團

45、隊的工作，團隊需要個人，個人離不開團隊，必須發(fā)揚團隊協(xié)作的精神。大家分配任務(wù)，積極查找相關(guān)資料，并且每天聚在一起討論各種方案的可行性。在課程設(shè)計中，只有一兩個人知道原理是遠遠不夠的，必須每個人都知道。小組的協(xié)調(diào)工作，使我們的團隊意識和分工合作能力得到了鍛煉。這些都將對我們今后的學(xué)習(xí)和工作帶來很大的幫助。</p><p><b>　　七、參考文獻</b></p><p>

46、;　　1．黃純?nèi)A，《工廠供電》 ，天津大學(xué)出版社</p><p>　　2．馬松玲，《建筑電氣工程》，機械工業(yè)出版社</p><p>　　3．熊信銀，《發(fā)電廠電氣部分》，中國電力出版社</p><p>　　4．谷水清，《電力系統(tǒng)繼電保護》，中國電力出版社</p><p>　　5．華智明，《電力系統(tǒng)》，重慶大學(xué)出版社</p><