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1、电力工程课程设计 专 业：电气工程及其自动化 班 级：电气 1404 姓 名：张 勇 学 号：7 指导教师：王思华 评语:考勤（10）守纪（10）设计过程（40）设计报告（30）小组答辩(10)总成绩（100）兰州交通大学自动化与电气工程学院 2015年 7 月 17日号指导教师王思华兰州交通大学自动化与电气工程学院年月日某轧钢厂降压变电所的电气设计设计依据工厂负荷情况本厂多数车间为两班制年最大负荷利用小时为日最大负荷持续时间为该厂除冶炼车间制坯车间和热轧车间属二级负计资料如表所示供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定本厂可由附近一条的公用电源干线取得工作电源该电源干线的走向参
2、看工厂总平面图该干线的导线牌号为导线为等边三角形排列线距为干线首端即电力系定时限过电保护整定的动作时间为为满足工厂二级负荷的要求可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为联络线电缆线路总长度为气象资料本厂所在地区的年最高气温为年平均气1.某轧钢厂降压变电所的电气设计 设计依据 1.工厂负荷情况 本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为 5200h，日最大负荷持续时间为。该厂除冶炼车间、制坯车间和热轧车间属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表l 所
3、示。2.供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条 6kV 的公用电源干线取得工作电源。该电源干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-240，导线为等边三角形排列，线距为；干线首端(即电力系统的馈电变电站)距离本厂约 5km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为 600MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为40km，联络线电缆线路总长度为15km。3.气象资料 本厂所在地区的年最高气温为
4、40，年平均气温为 25，年最低气温为-3，年最热月平均最高气温为 36，年最热月平均气温为 29，年最热月地下处平均温度为 25。当地主导风向为东风，年雷暴日数为 25。4.地质水文资料 本厂所在地区平均海拔 300m，地层以砂粘土为主；地下水位为 2m。5.电费制度 本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费：每月基本电费按主变压器容量计为 20 元/kVA，动力电费为元/kWh，照明(含家电)电费为元/kWh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于。表 1 轧钢厂负荷统计资料 厂房编号 厂房名称 负荷类别 设备功率kW 需要系数 Kd 功率因数
5、cos 1 原料仓库 动力 210 号指导教师王思华兰州交通大学自动化与电气工程学院年月日某轧钢厂降压变电所的电气设计设计依据工厂负荷情况本厂多数车间为两班制年最大负荷利用小时为日最大负荷持续时间为该厂除冶炼车间制坯车间和热轧车间属二级负计资料如表所示供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定本厂可由附近一条的公用电源干线取得工作电源该电源干线的走向参看工厂总平面图该干线的导线牌号为导线为等边三角形排列线距为干线首端即电力系定时限过电保护整定的动作时间为为满足工厂二级负荷的要求可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为联络线电缆线路总长度为
6、气象资料本厂所在地区的年最高气温为年平均气照明 5 2 燃料车间 动力 150 照明 5 3 办公楼 动力 45 照明 12 4 冶炼车间 动力 360 照明 8 5 制坯车间 动力 240 照明 8 6 热轧车间 动力 450 照明 15 7 机修车间 动力 260 照明 7 8 冷轧车间 动力 380 照明 10 9 成品仓库 动力 80 照明 9 10 生活区 照明 210 要完成的内容 根据以上所给条件完成该轧钢厂降压变电所的设计，要求完成各车间负荷计算以及全厂负荷计算和无功计算，完成无功补偿，然后针对计算结果完成主变压器容量选择并设计变电所主接线图。2.计算与分析 计算的意义 供电系
7、统要能安全可靠地正常运行，其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因次，有必要对供电系统中各个环节的电力负号指导教师王思华兰州交通大学自动化与电气工程学院年月日某轧钢厂降压变电所的电气设计设计依据工厂负荷情况本厂多数车间为两班制年最大负荷利用小时为日最大负荷持续时间为该厂除冶炼车间制坯车间和热轧车间属二级负计资料如表所示供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定本厂可由附近一条的公用电源干线取得工作电源该电源干线的走向参看工厂总平面图该干线的导线牌号为导线为等边三角形排列线距为干线首端即
8、电力系定时限过电保护整定的动作时间为为满足工厂二级负荷的要求可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为联络线电缆线路总长度为气象资料本厂所在地区的年最高气温为年平均气荷进行统计计算。通过负荷计算与无功计算才可以保证在安全性、可靠性和经济性均满足要求的前提下完成无功补偿装置与主变压器容量的选择以及主接线图的设计。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定的过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷下运行，
9、增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，同样会造成更大损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。详细计算 负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式法等几种。本设计采用需要系数法确定。单组用电设备计算负荷的计算公式 a)有功计算负荷（单位为 kW）PKPd03，dK为系数 b)无功计算负荷（单位为 kvar）tan0303PQ c)视在计算负荷（单位为kVA）cos0303PS d)计算电流（单位为A）NUSI30303，NU为用电设备的额定电压（单位为kV）多组用电设备计算负荷的计算公式 a)有功计算负荷（单位为 kW）ipPKP0303 式中iP10是所有设备组有功计
10、算负荷10P之和，pK是有功负荷同时系数，可取 b)无功计算负荷（单位为 kvar）号指导教师王思华兰州交通大学自动化与电气工程学院年月日某轧钢厂降压变电所的电气设计设计依据工厂负荷情况本厂多数车间为两班制年最大负荷利用小时为日最大负荷持续时间为该厂除冶炼车间制坯车间和热轧车间属二级负计资料如表所示供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定本厂可由附近一条的公用电源干线取得工作电源该电源干线的走向参看工厂总平面图该干线的导线牌号为导线为等边三角形排列线距为干线首端即电力系定时限过电保护整定的动作时间为为满足工厂二级负荷的要求可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源已知与本厂高压侧有
11、电气联系的架空线路总长度为联络线电缆线路总长度为气象资料本厂所在地区的年最高气温为年平均气iqQKQ0330 式中iQ10是所有设备无功计算负荷10Q之和；qK是无功负荷同时系数，可取 c)视在计算负荷（单位为kVA）20320303QPS d)计算电流（单位为A）NUSI30303 表 2 负荷统计表 编号 名称 类别 容量Pe/kW dK cos tan 计算负荷 P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A 1 原料 仓库 动力 210 照明 5 1 小计 2 燃料 车间 动力 150 照明 5 1 小计 3 办公 楼 动力 45 照明 12 1 小计 4 冶炼 车间 动力
12、 360 照明 8 1 小计 5 制坯 车间 动力 240 照明 8 1 小计 号指导教师王思华兰州交通大学自动化与电气工程学院年月日某轧钢厂降压变电所的电气设计设计依据工厂负荷情况本厂多数车间为两班制年最大负荷利用小时为日最大负荷持续时间为该厂除冶炼车间制坯车间和热轧车间属二级负计资料如表所示供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定本厂可由附近一条的公用电源干线取得工作电源该电源干线的走向参看工厂总平面图该干线的导线牌号为导线为等边三角形排列线距为干线首端即电力系定时限过电保护整定的动作时间为为满足工厂二级负荷的要求可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源已知与本厂高压侧有电气
13、联系的架空线路总长度为联络线电缆线路总长度为气象资料本厂所在地区的年最高气温为年平均气6 热轧 车间 动力 450 照明 15 1 小计 7 机修 车间 动力 260 照明 7 1 小计 8 冷轧 车间 动力 380 照明 10 1 小计 9 成品 仓库 动力 80 照明 9 1 小计 10 生活区 照明 210 总计 动力 2175 照明 289 总计 2464 Kp=Kq=无功计算与无功补偿 无功功率的补偿装置主要有同步补偿机和静电电容器两种。由于同步补偿器容量较小，其单位 kvar 的造价越高，即使容量很大的同步补偿器也远较静电电容器昂贵，加上其容量组成不灵活，运行维护也比较复杂，故在供
14、电系统中应用静电电容器最为普遍。号指导教师王思华兰州交通大学自动化与电气工程学院年月日某轧钢厂降压变电所的电气设计设计依据工厂负荷情况本厂多数车间为两班制年最大负荷利用小时为日最大负荷持续时间为该厂除冶炼车间制坯车间和热轧车间属二级负计资料如表所示供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定本厂可由附近一条的公用电源干线取得工作电源该电源干线的走向参看工厂总平面图该干线的导线牌号为导线为等边三角形排列线距为干线首端即电力系定时限过电保护整定的动作时间为为满足工厂二级负荷的要求可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为联络线电缆线路总长度为气象
15、资料本厂所在地区的年最高气温为年平均气由上表可知，该厂 380V侧最大负荷时的功率因数只有。而供电部门要求该厂6kV进线侧最大负荷时功率因数不低于。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此 380V 侧最大负荷时功率因数应稍大于，暂取来计算 380V 侧所需无功功率补偿容量：CQ=03P(tan1-tan2)=tan-tan =kvar 补偿时按 500 kvar选取无功补偿器件。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷03Q=（）kvar=kvar，视在功率2 0320303QPS=kVA，计算电流NUSI30303=A,功率因数提高为0303cosSP=。在无功补偿
16、前，该变电所主变压器T 的容量为应选为 1600kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器 T 的容量选为 1250kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。无功补偿后工厂 380V侧和 6kV侧的负荷计算如表 3 所示。表 3 无功补偿后工厂的计算负荷 项目 cos 计算负荷 03P/kW 03Q/kvar 03S/kVA 03I/A 380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 -500 380V侧补偿后负荷 主变压器功率损耗 30S=30S=55.88 6KV侧负荷计算 主变压器容量选择 根
17、据工厂的负荷性质和电源情况，变电所的主变压器容量有下列两种可供选择的方案：号指导教师王思华兰州交通大学自动化与电气工程学院年月日某轧钢厂降压变电所的电气设计设计依据工厂负荷情况本厂多数车间为两班制年最大负荷利用小时为日最大负荷持续时间为该厂除冶炼车间制坯车间和热轧车间属二级负计资料如表所示供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定本厂可由附近一条的公用电源干线取得工作电源该电源干线的走向参看工厂总平面图该干线的导线牌号为导线为等边三角形排列线距为干线首端即电力系定时限过电保护整定的动作时间为为满足工厂二级负荷的要求可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源已知与本厂高压侧有电气联系的
18、架空线路总长度为联络线电缆线路总长度为气象资料本厂所在地区的年最高气温为年平均气 a)装设一台变压器，型号为 SL 型，而容量根据式03SSTN，TNS为主变压器容量，03S为总的计算负荷。选TNS=1250 kVA30S=kVA，即选一台 SL-1250/6 型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。b)装设两台变压器 型号为 SL型，而每台变压器容量根据下式选择，即)7.06.0(TNS KVA=（）kVA)(03SSTN=+KVA=因此选择两台 SL-800/6 型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线
19、来承担。主变压器台数选择 变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。按技术指标，装设一台主变的方案，供电安全性满足要求，供电可靠性基本满足要求，但电压损耗较大，灵活性稍差。装设两台主变的方案，供电安全性和供电可靠性均满足要求，由于两台主变并列，电压损耗较小，灵活性较好，扩建适应性也更好一些。按经济指标，则装设一台主变的主接线方案优于装设两台主变的主接线方案。结合本厂的情况，考虑到二级负荷对供电可靠性要求，故选择两台主变压器。变电所主接线设计 号指导教师王思华兰州交通大学自动化与电气工程学院年
20、月日某轧钢厂降压变电所的电气设计设计依据工厂负荷情况本厂多数车间为两班制年最大负荷利用小时为日最大负荷持续时间为该厂除冶炼车间制坯车间和热轧车间属二级负计资料如表所示供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定本厂可由附近一条的公用电源干线取得工作电源该电源干线的走向参看工厂总平面图该干线的导线牌号为导线为等边三角形排列线距为干线首端即电力系定时限过电保护整定的动作时间为为满足工厂二级负荷的要求可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为联络线电缆线路总长度为气象资料本厂所在地区的年最高气温为年平均气 图 1 降压变电所主接线图 具体主接线形式
21、要按照供电安全性、可靠性和经济性来设计，并且要适应该轧钢厂的实际情况。如图 1 所示，一次侧采用内桥接线，二次侧采用单母线分段接线方案。单母线分段接线方式就是双电源分别进线在 1、2 段上，通过母联开关联络。每一回路连到一段母线上，并把引出线均分到每段母线上。两段母线用隔离开关、断路器等开关电器连接形成单母线分段接线。由于单母线分段便于分段检修母线，减小母线故障影响范围，提高了供电可靠性和灵活性，故本次轧钢厂变电所的设计采用单母线分段接线方案。这样设计的缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须全部停电；扩建时需向两个方向均衡扩建。3.小结 号指导教师王思华兰州交通大学自动化与电气工程
22、学院年月日某轧钢厂降压变电所的电气设计设计依据工厂负荷情况本厂多数车间为两班制年最大负荷利用小时为日最大负荷持续时间为该厂除冶炼车间制坯车间和热轧车间属二级负计资料如表所示供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定本厂可由附近一条的公用电源干线取得工作电源该电源干线的走向参看工厂总平面图该干线的导线牌号为导线为等边三角形排列线距为干线首端即电力系定时限过电保护整定的动作时间为为满足工厂二级负荷的要求可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为联络线电缆线路总长度为气象资料本厂所在地区的年最高气温为年平均气本次的课程设计，我主要针对该轧钢厂的负
23、荷计算、无功功率计算和补偿、主接线形式的选择进行了设计。在设计初期，曾遇到了一些问题，通过找王老师答疑和查阅相关书籍都得到了解决。我觉得作为一名电气专业的学生这次课程设计是很有意义的。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识要灵活运用的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作打下良好的基础。虽然自己对于这门课的知识掌握有限，很多东西都觉得很难，也没有什么办法很快理解，但是随着设计的深入，我渐渐对这门课产生了兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础开始弄懂它。这次设计为我今后的学习产生了积极的影响。首先，这次课程设计让我充分认识到态度的重要性，只有认真努力才能把事情做好。
24、其次，在课程设计的过程中，当我碰到许多不明白的问题时，通过请教老师及查找资料，得到很大的帮助，使我获益匪浅。另外，课堂上遗留的不清楚的知识点，很多都在这次设计中得到了解决，这样边学边做，边做边学，巩固了所学知识，这也是我在本次课程设计中的一大收获。最后，我对于 CAD的使用还存在很大的提升空间，在以后的学习过程和课余时间我要认真学习使用CAD。号指导教师王思华兰州交通大学自动化与电气工程学院年月日某轧钢厂降压变电所的电气设计设计依据工厂负荷情况本厂多数车间为两班制年最大负荷利用小时为日最大负荷持续时间为该厂除冶炼车间制坯车间和热轧车间属二级负计资料如表所示供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订
25、的供用电协议规定本厂可由附近一条的公用电源干线取得工作电源该电源干线的走向参看工厂总平面图该干线的导线牌号为导线为等边三角形排列线距为干线首端即电力系定时限过电保护整定的动作时间为为满足工厂二级负荷的要求可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为联络线电缆线路总长度为气象资料本厂所在地区的年最高气温为年平均气参考文献 1.鞠平.电力工程M.北京:机械工业出版社,2009.2.刘介才.工厂供电M.北京:机械工业出版社,2003.3.刘介才.供配电技术 M.北京:机械工业出版社,2005.4.孙丽华.电力工程基础M.北京:机械工业出版社,2006.5.康志
26、平.供配电技术M.北京:电子工业出版社,2005.号指导教师王思华兰州交通大学自动化与电气工程学院年月日某轧钢厂降压变电所的电气设计设计依据工厂负荷情况本厂多数车间为两班制年最大负荷利用小时为日最大负荷持续时间为该厂除冶炼车间制坯车间和热轧车间属二级负计资料如表所示供电电源情况按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定本厂可由附近一条的公用电源干线取得工作电源该电源干线的走向参看工厂总平面图该干线的导线牌号为导线为等边三角形排列线距为干线首端即电力系定时限过电保护整定的动作时间为为满足工厂二级负荷的要求可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为联络线电缆线路总长度为气象资料本厂所在地区的年最高气温为年平均气