电力工程基础课程设计报告书

1引言

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：

（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。

（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求

（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

2负荷计算和无功功率计算及补偿

2.1 负荷计算和无功功率计算

1)单组用电设备计算负荷的计算式:

有功计算负荷P K P e d *=30 无功计算负荷?tan 3030*=P Q 视在计算负荷

?cos 30

30P S = 计算电流U S I

N

33030

=

2)单组用电设备计算负荷的计算式： 有功计算负荷()()?tan max 30P C P b Q x e i

+=∑

无功计算负荷()()??max

max

30

tan tan P c P b P x e i

+=∑

视在计算负荷Q

P S 2

30

230

30+=

计算电流

U S I N

33030=

各厂房和生活区的负荷计算如表2.1

表2.1厂房和生活区的负荷计算表

2.2 无功功率补偿

考虑到变压器的无功功率损耗远大于有功功率损耗并根据表2-1，由此可判断工厂进线处的功率因数必然小于0.76。而供电部门要求该厂10KV 进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.94，为使工厂的功率因数提高到0.94，需在总降压变电所低压侧10KV 母线上装设并联电容进行补偿，取低压侧补偿后的功率因数为0.94，则需装设的电容器补偿容量为

[]var 9.418)94.0tan(arccos

)76.0tan(arccos 33.851)(tan tan 2

1

30

k P Q c

=-=-=??选择BWF10.5-50-1W 型电容器，所需电容个数，取n=9,则实际补偿容量

var 450var 950k k Q

c

=*=

补偿后变电所低压侧视在计算负荷为

()()A kV c Q Q P S ?=+

=

+

=

--1.9333045089.83133

.8512

2

2

2

30'

30

选择S9-1000/35型35/3.15kV 的变压器，其技术数据为

5.6,00.1k 15.12k 44.100k 0000====U I P P W W K ，，△△。变压器的负荷率为 β=933.1/1000=0.933，则变压器的功率损耗为

12.01kW 12.15kW k 44.10.9332

k 2

0=?+=+=W P P P T △△△β

378.89.418===q Q c

c

n

()W U I S

Q N

T

k 6.66kvar 5.61001000100933.000.12

2

00k 2000=?+=

??? ??+=

β△

变压器高压侧计算负荷为

()kW kW kW P P P T 34.86301.1233.85130130=+=+=△

()

var 7.7736.661.70730

130k kW kW Q Q Q

T

=+=+=△

()()()

A kV A kV Q

P S ?=?+=

+=

3.11597.77334

.8632

2

2

1302

230130

则工厂进线处的功率因数为

满足电业部门的要求

2.3 年耗电量的估算

年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到： 年有功电能消耗量：T P W p ??????=30 年无功电能耗电量：T Q W q ????=30βα 结合本厂的情况，年负荷利用小时数

T α

为4000h ，取年平均有功负荷系数

0.72α=，年平均无功负荷系数0.78β=。由此可得本厂：

年有功耗电量：；h kW W p ??=??=??106

49.234.863400072.0 年无功耗电量： h kW W q ??=??=?10641.27.773400078.0α

3变电所位置和形式的选择

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.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X 轴和Y 轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P 1(x 1,y 1) 、P 2(x 2,y 2) 、P 3(x 3,y 3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P 为P 1+P 2+P 3+…=∑P i .因此仿照《力学》中计算重心的力矩方程,可得负荷中心的坐标:

i

i i 321332211P )

x P (P P P x P x P x P x ∑∑=++++=

??

()()

94.012.17.77334

.863cos 130130＞==

=

Q

P

?

i

i i 321332211P )

y P (P P P y P y P y P y ∑∑=++++=

??

按比例K 在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示

表3.1

坐标轴

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

X （cm ） 1.8 2.0 3.7 5.5 5.8 6.1 6.5 8.6 9.0 9.8 0.7 Y （cm ） 2.8 4.8 6.7 2.1 3.7 5.1 6.8 2.1 3.8 6.8 7.4 由计算结果可知，x=5.7 y=4.8,工厂的负荷中心在6号厂房的西南角。考虑的方便进出线及周围环境情况，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。

由于本厂有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10kV 公共市电架空进线（中间有电缆接入变电所）；一路引自邻厂高压联络线。

变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和形式的选择规定》及GB50053－1994的规定，结合本厂的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。其设立位置参见图《厂区供电线缆规划图》如下图所示

4 变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择

4.1 变电所主变压器台数的选择

变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。结合本厂的情况（该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属于二级负荷，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台或两台以上主变压器。 4.2 变电所主变压器容量选择

（1）装设一台主变压器型式采用S9型，而容量根据式

S S

NT

30>，选

3.11591250>=S

NT

，即选一台S9-1250/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级

负荷所需的备用电源，考虑由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

（2）装设两台主变压器型号亦采用S9，而每台变压器容量按式

()S S N NT

7.0~6.0≈和选择即

()()kVA S

NT

51.811~58.6953.11597.0~6.0=?≈

()62.431)62.859.1571.188(2130=++=≥+S S

NT

kVA

因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

主变压器的联结组均采用Yyn0。

又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为16℃），所选变压器的实际容量，也满足使用要求，同时又考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取kVA S NT 1000=。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为S9-1000/10型低损耗配电变压器。 4.3 变电所主接线方案的选择

按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案： （1）装设一台主变压器的主接线方案，如图4.1所示 （2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4.2所示

S S

NT

)

21(30+≥

4.1 装设一台主变压器的主结线方案图4.2 装设两台主变压器的主结线方案图

4.4两种主结线方案的技术经济比较

表4.1 两种主接线方案的比较

比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案

技术指标供电安全性满足要求满足要求

供电可靠性基本满足要求满足要求

供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗

小

灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于有两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些

电力变压器的综

合投资

由手册查得S9—1250单价为

8.85万元，而由手册查得变压

器综合投资约为其单价的2倍，

因此其综合投资为2×8.85万

元=17.7万元

由手册查得S9—1000单价为

15.1万元，因此两台综合投资

为4×15.1万元=60.4万元，比

一台变压器多投资42.7万元