发电厂变电站电气设备课程设计第

课 题： 某化纤厂降压变电所电气设计（组） 专 业： 电气工程及其自动化 班 级: 电气工程及其自动化 班 姓名学号:

指导教师：

设计日期： 2015年12月21日-30日 成 绩：

重庆大学城市科技学院电气学院

目录

一．设计任务书 (1)

1.1 设计目的 (1)

1.2 设计要求 (1)

1.3 设计资料 (1)

二．设计计算书 (4)

2.1 各车间计算负荷（需要系数法） (4)

2.1.1纺炼车间（数据为甲组） (4)

2.1.2其余车间负荷计算 (5)

2.2 各车间计算负荷统计 (6)

2.3 无功补偿的计算 (6)

三．各车间变电所的设计选择 (8)

3.1 各车间变电所位置及全厂供电平面草图 (8)

3.2 各车间变压器台数及容量选择 (8)

3.3 厂内10KV线路截面的选择 (11)

四．工厂总降压变电所及接入系统设计 (13)

4.1 工厂总降压变电所变压器台数及容量的选择 (13)

4.2 35KV供电线路截面选择 (13)

4.3 35KV线路功率损耗和电压降计算 (14)

五．短路电流的计算 (15)

5.1 计算概述 (15)

5.2 短路电流计算简化图 (16)

5.3 具体相关计算 (16)

5.3.1总降压变电所35KV母线短路电流（短路点K1） (16)

5.3.2变电所10KV母线短路电流（短路点K2） (17)

5.3.3车间变电所0.4KV母线短路电流（短路点K3） (17)

5.4 三相短路电流和短路容量计算结果汇总表 (18)

六．变电所高低压电气设备的选择 (19)

6.1 高压35KV侧设备 (19)

6.2 10KV侧设备 (19)

6.3 低压0.4KV侧设备 (19)

七．心得体会 (21)

参考文献 (23)

附录 (24)

发电厂变电站电气设备课程设计报告一．设计任务书

1.1 设计目的

通过本课程的学习，掌握发电厂和变电所电气部分的中的各种电气设备和一、二次系统的接线和装置的基本知识，并通过本课程设计巩固课堂知识，培养有关的基本技能。

1.2 设计要求

根据本厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按安全可靠，技术先进，经济合理的要求，确定工厂变电所的位置与型式，通过负荷计算，确定主变压器台数及容量，进行短路电流计算，选择变电所的主接线及高、低压电气设备，最后按要求写出设计计算说明书，绘出设计图纸，最后写出课程设计报告并进行答辩（格式请严格按照课程设计模板进行统一）。

1.3 设计资料

1.工厂总平面图见图1-1，每选用数据为：安装容量每组选用不同（甲类、乙类、丙类、丁类），每组同学根据不同的组合方案进行选择。

图1-1 某化学纤维厂总平面图(lcm = 200m)

2.工厂负荷数据：本工厂多数车间为3班制，年最大负荷利用小时数6400小时。本厂负荷统计资料见表1-1，学生组合方案见表1-2。

表1-1 某化学纤维厂负荷情况表

表1-2 学生组合方案

3.供电电源情况：按与供电局协议，本厂可由东南方19公里处的城北变电所110/38. 5/llkV， 50 MVA变压器供电，供电电压可任选。另外，与本厂相

距5公里处的其他工厂可以引入10kV线路做备用电源，但容量只能满足本厂负荷的30%重要负荷，平时不准投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。

4. 电源的短路容量（城北变电所）：35kV母线的出线断路器断流容量为1500MVA；10kV母线的出线断路器断流容量为350MVA。

5. 供电局要求的功率因数：当35kV供电时，要求工厂变电所高压侧cosφ≥0.9；当以10kV供电时，要求工厂变电所高压侧cosφ≥0.95。

6. 电费制度：按两部制电费计算。变压器安装容量每1kVA为15元／月，动力电费为0.3元/kWh，照明电费为0.55元/ (kW·h)。

7. 气象资料：本厂地区最高温度为38℃，最热月平均最高气温29℃，最热月地下0.8m处平均温度为22℃，年主导风向为东风，年雷暴雨日数为20天。

8. 地质水文资料：本厂地区海拔60m，地层以砂黏土为主，地下水位为2m。

二． 设计计算书

2.1 各车间计算负荷（需要系数法）

2.1.1 纺炼车间（数据为甲组）

1.单台机械负荷计算 （1）纺丝机

已知：78.0tan ,80.0,180===?d e K kW P 。 故：

var)

(112.3278.0441tan )(44180.0180)1(30)1(30)1(30k P Q kW K P P d e =?===?==?

（2）筒绞机

已知：75.0tan ,75.0,62===?d e K kW P 。 故：

var)

(34.8875.046.5tan )(46.5075.062)2(30)2(30)2(30k P Q kW K P P d e =?===?==?

（3）烘干机

已知：02.1tan ,75.0,78===?d e K kW P 。 故：

var)

(59.6702.158.5tan )(58.5075.078)3(30)3(30)3(30k P Q kW K P P d e =?===?==?

（4）脱水机

已知：80.0tan ,60.0,20===?d e K kW P 。 故：

var)

(9.6080.012tan )(12 60.020)4(30)4(30)4(30k P Q kW K P P d e =?===?==?

（5）通风机

已知：75.0tan ,7.0,200===?d e K kW P 。 故：

var)

(10575.0401tan )(40170.0200)5(30)5(30)5(30k P Q kW K P P d e =?===?==?

（6）淋洗机

已知：78.0tan ,75.0,14===?G e K kW P 。 故：

var)

(8.1978.010.5tan )(10.5075.014)6(30)6(30)6(30k P Q kW K P P d e =?===?==?

（7）变频机

已知：70.0tan ,80.0,900===?d e K kW P 。

故：

var)

(04570.0072tan )7(30)7(30)7(30k P Q d e =?==?

（8）传送机

已知：70.0tan ,80.0,42===?d e K kW P 。 故：

var)

(23.5270.033.6tan )(33.6080.042)8(30)8(30)8(30k P Q kW K P P d e =?===?==?

纺练车间单台机械负荷计算统计见表2-1

2．车间计算负荷统计（计及同时系数）

取同时系数： 95.0,9.0==∑∑Q P K K

)

(65.132732.14859.0481var)

(32.148175.57895.0)(1048.591165.19.0222

302303030303030kVA Q P S k Q K Q kW P K P Q P =+=+==?=∑==?=∑=∑∑

2.1.2 其余车间负荷计算

1.原液车间

已知：70.0tan ,75.0,1012===?d e K kW P 。 故：)

(48.2693.315597var)

(3.31570.0597tan )

(59775.01201222

3023030303030kVA Q P S k P Q kW K P P d e =+=+==?===?==?

2.酸站照明

已知：70.0tan ,65.0,304===?d e K kW P 。

故：)

(41.2232.1386.971var)

(32.13870.0197.6tan 222

30230303030kVA Q P S k P Q =+=+==?==?

3.锅炉房照明

已知：75.0tan ,75.0,082===?d e K kW P 。 故：)

(951117156var)

(11775.0156tan )(15675.02082223023030303030kVA Q P S k P Q kW K P P d e =+=+=

=?===?==?

4.排毒车间

已知：60.0tan ,70.0,186===?d e K kW P 。

故：)

(84.15112.782.130var)

(12.7860.02.130tan )

(2.30170.08612223023030303030kVA Q P S k P Q kW K P P d e =+=+=

=?===?==?

5.其他车间

已知：75.0tan ,70.0,380===?d e K kW P 。

故：)

(5.3325.199266var)

(5.19975.0266tan )

(26670.03802223023030303030kVA Q P S k P Q kW K P P d e =+=+=

=?===?==?

各车间计算负荷统计见表2-2

2.2 各车间计算负荷统计

2.3 无功补偿的计算

当35kV 供电时，要求工厂变电所高压侧 φ ；当以10kV 供电时，要求工厂变电所高压侧 φ 。我们在变压器低压侧装设并联电容器进行补偿。

1.变压器1(φ)

φ

′φφ′

查附录表，选BW0.4—14—1型电容器，则所需电容器个数为。取n=24,则实际补偿容量为kvar。

2. 变压器2(φ)

φ

′φφ′

查附录表，选BW0.4—14—1型电容器，则所需电容器个数为。取n=21,则实际补偿容量为kvar。

3. 变压器3(φ)

φ

′φφ′

查附录表，选BW0.4—13—1型电容器，则所需电容器个数为

。取n=36,则实际补偿容量为kvar。

4. 总变压器(φ)

φ

′φφ′

查附录表，选BW0.4—14—1型电容器，则所需电容器个数为

。取n=111,则实际补偿容量为kvar。

三．各车间变电所的设计选择

3.1 各车间变电所位置及全厂供电平面草图

图3-1 全厂供电平面图（1cm=0.2km）

3.2 各车间变压器台数及容量选择

1. 变电所Ⅰ变压器台数及容量选择

（1）变电所Ⅰ的供电负荷统计:原液车间，排毒机房，同时系数取

∑∑

原液排毒

原液排毒

变压所Ⅰ的变压器选择：为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）:

选择变压器联结组别为Yyn0,额定容量为,两台。

（2）计算每台变压器的功率损耗

查表得：额定容量为，空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压

′

有功功率损耗：

′

无功功率损耗：产生励磁电流的无功功率损耗

消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功

2. 变电所Ⅱ变压器台数及容量选择

（1）变电所Ⅱ的供电负荷统计:其他车间，酸站，锅炉房，同时系数取∑∑

其他酸锅

其他酸锅

变电所Ⅱ的变压器选择：为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）:

选择变压器联结组别为Yyn0,额定容量为,两台。

（2）计算每台变压器的功率损耗

查表得：额定容量为，空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压

′

有功功率损耗：

′

无功功率损耗：产生励磁电流的无功功率损耗

消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功

3. 变电所Ⅲ变压器台数及容量选择

（1）变电所Ⅲ的供电负荷统计: 纺炼车间，同时系数取

∑∑

纺炼

纺炼

变压所Ⅲ的变压器选择：为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）:

选择变压器联结组别为Yyn0,额定容量为,两台。

（2）计算每台变压器的功率损耗

查表得：额定容量为，空载损耗负载损耗空载电流阻抗电压

′

有功功率损耗：

′

无功功率损耗：产生励磁电流的无功功率损耗

消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功

3.3厂内10kV线路截面的选择

1．供电给变电所Ⅰ的10kV线路

选用单回供电线路，其变压器的损耗：

′

′

′′′

′

′

两台变压器：′（）

（1）先按发热条件先选择线路截面，查表得可选用导线型号LJ-25，其允许载流量′,满足发热条件，故选择截面

（2）按机械强度进行校验查表知，10kV架空铝绞线的最小截面为，故满足机械强度要求。

2.供电给变电所Ⅱ的10kV线路

选用单回供电线路，其变压器的损耗：

′′

′′

′′′′′′

′′

′′

两台变压器：′′（）

（1）先按发热条件先选择线路截面，查表得可选用导线型号LJ-25，其允许载流量′′,满足发热条件，故选择截面

（2）按机械强度进行校验查表知，10kV架空铝绞线的最小截面为，故满足机械强度要求。

3. 供电给变电所Ⅲ的10kV线路

选用单回供电线路，其变压器的损耗：

′′′

′′′

′′′′′′′′′

′′′

′′′

两台变压器：′′′（）

（1）先按发热条件先选择线路截面，查表得可选用导线型号LJ-35，其允许载流量′′′,满足发热条件，故选择截面

（2）机械强度进行校验查表知，10kV架空铝绞线的最小截面为

，故满足机械强度要求。

四． 工厂总降压变电所及接入系统设计

4.1工厂总降压变电所住变压器台数及容量的选择

)

(4628.442)949.24560.85804.13(2)(2'

''kW P P P P III II I =++?=++?=∑var)(3731.928)254.79769.46902.599(2)(2'''k Q Q Q Q III II I =++?=++?=∑

)(4165.59784628.4429.0kW P K P P =?=∑=∑ var)(33.5453928.373195.0k Q K Q P =?=∑=∑

总降压10kv 侧无功补偿取：var 1554k Q C =

，

9.01554)

-(3545.3359.416559

.4165)

Q -(Q cos 2

2

2

C 2

=+=

+=

P P ?合格 (kVA)09.46171554)-(3545.3359.4165)-(2222=+=+=C Q Q P S

为保证供电的可靠性，选用两台主变压器（每台可供总负荷的70%）；

(kV A)96.323109.61747.07.0=?==S S NT

所以选择变压器型号为S9—4000/35，两台。 查表得：

空载损耗kW 52.4P 0=?；负载损耗kW P k 8.28=?；阻抗电压5.6%=k U ；空载电流7.0%0=I

4.2 35kV 供电线路截面选择

为保证供电的可靠性，选用两回35kV 供电线路。

)

var (66.995)155433.3545(21

)(21)(79.082259.16542

1

21''k Q Q Q kW P P C =-?=-==?==

用简化公式求变压器损耗：

var)

(51.13853.230806.006.0)(62.3453.2308015.0015.0'

'k S Q kW S P =?==?=?==?

每回35kv 供电电路线路的计算负荷：

)(41.211762.3479.2082'''kW P P P =+=?+=

var)(17.113451.13866.995'''k Q Q Q =+=?+=

)

(62.3935

303.24023)(03.240217.113441.2117''52222''2''''A U S I kVA Q P S =?=?==+=+=

按经济电流密度选择导线的截面：

)(02.449

.062

.39252

mm j I A ec

ec ==

=

可选LG-25，其允许载流量为：。A I a 2201=

再按长期发热条件校验：A 62.3925.12822095.0521'1=>=?==I A I K I a t a

所选导线符合发热条件，但根据机械强度和安全性要求，35KV 供电截面不应小于235mm ,因此，改为LGJ -35。

相应参数：。km x km r /424.0,/64.000Ω=Ω=

4.3 35kV 线路功率损耗和电压降计算

1. 35kV 线路功率损耗计算

已知LG-35参数：km l km x km r 19,/424.0,/64.000=Ω=Ω= 35kV 线路的功率损耗：

var)

(93.3719424.062.3933)

(26.571964.062.39332

2

52

22

52k X I Q kW R I P L L L L =???==?=???==?

线路首段功率：

var)

(1.117493.3917.1134)(67.217426.5741.2117'

'''k Q Q Q kW P P P L L =+=?+==+=?+=

2. 35kV 线路电压降计算：

，%10%9.2%10035

02.1%100%)(02.11935424

.01.117464.067.2174Pr 00<=?=??=

?=??+?=+=

?N N U U U kV l U Qx U

合格

五． 短路电流计算

5.1计算概述

在短路电流计算中，各电气量，如电流、电压、阻抗、功率（或容量）等的数值，可以用有名值表示，也可以用标幺值表示。为了计算方便，故采用标幺值法。用标幺值进行短路计算时，一般先选定基准容量d S 和基准电压d U ，则基准电流d I 和基准电抗d X 分别按下式计算：

d

d

U S I 3d =

d d d

d S U I U X 2

d 3==

在工程计算中，为了计算方便，常取基准容量MVA S 100d =,一般取线路的平均额定电压为其额定电压的1.05倍。

电力系统各元件电抗标幺值的计算公式如下： 1.电力系统 oc

d k d S S S

S S X ==

*

2.电力线路 21x av

d

WL U S l

X =*

3.变压器 N

d

k T S S U X 100%=

*

4.电抗器 2

2

100%d

NL NL d L L

U U S S X X =*

三相短路电流和短路容量的计算公式如下： 1.短路电流 *∑=

X U S I d d k 1

3

2.短路容量 *∑

*

=X S k 1

5.2短路电流计算简化图

按照无穷大系统向工厂供电计算短路电流，三相短路电流计算电路图如图5-1所示

图5-1 三相短路电流计算电路图

5.3具体相关计算

5.3.1总降压变电所35KV 母线短路电流（短路点k1）

1.选取基准容量A MV S d ?=100，KV U N 35=,基准电压KV U U av d 371== 则基准电流 KA KA U S I d d d 56.137

3100

311=?==

2.计算各元件的电抗标幺值（其中A MV S oc ?=1500）

电力系统 067.01500

100oc 1===

*

S S X d 35KV 线路 55.037100

194.02

212=??==*

av

d U S l

x X 3.求k1点的总等效电抗值及三相短路电流和短路容量

342.055.02

1

067.021211=?+=+

=**

*

∑X X X KA KA X I I d k 56.4342.056.11

11===

*

∑ KA KA I i k sh 628.1156.455.255.21=?== KA KA I I k sh 8856.656.451.151.11=?==

A MV A MV X S S d k ?=?==

*

∑4.292342.01001

5.3.2变电所10KV 母线短路电流（短路点k2）

1.选取基准容量A MV S d ?=100，KV U N 10=,基准电压KV U U av d 5.102== 则基准电流 KA KA U S I d d d 499.55

.103100

322=?==

2.计算各元件的电抗标幺值（其中A MV S oc ?=1500） 电力系统 067.01500

100oc 1===

*

S S X d 35KV 线路 55.037100

194.02

212=??==*av

d U S l

x X 35/10KV 电力变压器 75.14000100101007100%3

3

=???==*

N d k S S U X

3.求k2点的总等效电抗值及三相短路电流和短路容量

217.175.155.02

1067.0)(213212=+?+=++=*

***∑）（X X X X

KA KA X I I d k 518.4217.1499.52

22===

*

∑