电力工程课设—某轧钢厂降压变电所的电气设计

目录1设计原始题目.......................................................11.1具体题目.....................................................11.2要完成的内容.................................................12设计课题的计算与分析...............................................22.1负荷计算和无功功率补偿.......................................22.1.1负荷计算...............................................22.1.2无功功率补偿...........................................32.2变电所位置与型式的选择.......................................33设备型号的选择.....................................................43.1变电所主变压器的选择.........................................43.2变电所主接线方案的选择.......................................54短路电流的计算.....................................................54.1绘制计算电路................................................54.2确定短路计算基准值..........................................54.3计算短路电路中个元件的电抗标幺值............................54.3.1电力系统...............................................54.3.2架空线路...............................................54.3.3电力变压器.............................................64.4k-1点的相关计算.............................................64.5k-2点的相关计算.............................................64.6断路器的校验.................................................75总结...............................................................7参考文献.............................................................8附录.................................................................9电力工程课程设计报告11设计原始题目1.1具体题目(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6.5h。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附录表1所示。(2)供电电源情况按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，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1.5m；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600MV•A。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.5s。为满足工厂二级负荷要求，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，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0.8米处平均气温为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为20元/kV•A，动力电费为0.3元/kW•h，照明（含家电）电费为0.3元/kW•h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。1.2要完成的内容(1)掌握负荷计算及初步设计方案确定的基本方法能够根据发热条件选择供电变压器、输电线路导线开关及开关电器等电气设备，确定工厂最大负荷。电力工程课程设计报告2(2)掌握工厂变配电所电气主接线设计的基本方法能够根据电气主接线的四项基本要求和技术、经济指标，正确将电路中的各种电气设备按行业标准规定的图形符号和文字符号绘制成电气主接线图。(3)掌握变电所变压器型号选择的基本方法能够在进行负荷统计及无功补偿后，根据补偿后的容量进行变压器的选择。变压器的选择包括容量、台数、类型的选择。(4)熟悉供配电线路设计的基本方法能够根据配电电压、配电级数和接线方案选择标准合理设计供配电线路。2设计课题的计算与分析2.1负荷计算和无功功率补偿2.1.1负荷计算(1)单组用电设备计算负荷的计算公式①有功计算负荷（单位为kW）30P=dKeP(dK为需要系数)(2-1)②无功计算负荷（单位为kvar）30Q=30Ptan(2-2)③视在计算负荷（单位为kV•A）30S=cos30P(2-3)④计算电流（单位为A）30I=N303US(2-4)NU为用电设备额定电压（单位为kV）,30P为半小时最大有功负荷，eP为容量。(2)多组用电设备计算负荷的计算公式①有功计算负荷（单位为kW）30P=iPK30p(2-5)式中iP30是所有设备组有功计算负荷30P之和，pK是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95。②无功计算负荷（单位为kvar）30Q=iQK30q(2-6)电力工程课程设计报告3iQ30是所有设备无功30Q之和，qK是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97。③视在计算负荷（单位为kV•A）30S=230230QP(2-7)④计算电流（单位为A）30I=N303US(2-8)经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如附录表2所示（额定电压取380V）。2.1.2无功功率补偿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，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。由附录表1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。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0.9。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0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：CQ=30P(tan1-tan2)=1056.4[tan(arccos0.75)-tan(arccos0.92)]=481.6kvar因此选取并联电容器为BW0.4-100-3型，采用1台主屏与4台辅屏相结合，总共容量为100kvar5=500kvar。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'30Q=（947.75-500）kvar=447.75kvar，视在功率2'30230'30QPS=1145.8kV•A，计算电流N'30'303USI=1740.9A,功率因数提高为cos'='3030SP=0.922。在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1500kV•A，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1250kV•A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。因此无功补偿后工厂380V侧和6kV侧的负荷计算如表2-1所示。2.2变电所位置与型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。1P、2P、3P10P分别代表厂房1、2、3...10号的功率，测出各车间负荷点电力工程课程设计报告4的位置，而工厂的负荷中心假设在P(x,y),其中P=1P+2P+3P+11P=iP。则按照下列计算公式可计算出工程变电所的位置坐标：iii321332211)x(xxxPPPPPPPPx(2-9)iii321332211)y(yyyPPPPPPPPy(2-10)把各车间的坐标代入式2-9、式2-10，得到x=3.61，y=3.60。由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房（工具车间）的西北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。表2-1无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷30P/kW30Q/kvar30S/kV•A30I/A380V侧补偿前负荷0.751056.4947.751419.22156.3380V侧无功补偿容量-500380V侧补偿后负荷0.9221056.4447.751145.81740.9主变压器功率损耗0.0130S=17.20.0630S=68.76kV侧负荷计算0.9221083.6512.451198.71153设备型号的选择3.1变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：(1)装设一台变压器：型号为S9型，而容量根据式30TNSS，TNS为主变压器容量，30S为总的计算负荷。选TNS=1250kV•A30S=1198.7kV•A，即选一台S9-1250/6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。(2)装设两台变压器：型号为S9型，而每台变压器容量根据式3-1、式3-2选择，即)7.0~6.0(TNS1198.7kV•A=（719.22~839.09）kV•A(3-1))(30TNSS=(281.8+231.4+349.6)kV•A=862.8kV•A(3-2)因此选两台S9-1000/6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来承担。主变压器的联结组均为Yyn0。电力工程课程设计报告53.2变电所主接线方案的选择变电所主接线方案的选择，按上面考虑的两种主变压器的方案，设计下列两种主接线方案。(1)装设一台主变压器的接线方案，如附录图1所示（低压侧主接线略）。(2)装设两台主变压器的接线方案，如附录图2所示（低压侧主接线略）。(3)两种主接线方案的技术经济比较从附录表3可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。4短路电流的计算4.1绘制计算电路图4-1短路计算电路4.2确定短路计算基准值设基准容量dS=100MV•A，基准电压dU=cU=1.05NU，cU为短路计算电压，即高压侧d1U=6.3kV，低压侧d2U=0.4kV，则kA9.166.331003d1dd1USI（4-1）kA14