电力工程课设

1 设计原始题目 1.1 具体题目

某轧钢厂降压变电所的电气设计。

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表1所示。

表1 某轧钢厂负荷统计资料

厂房编号

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

厂房名称 原料仓库 燃料车间 办公楼 冶炼车间 制坯车间 热轧车间 机修车间 冷轧车间 成品仓库 生活区

负荷类别 设备功率／kW 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 照明

210 5 150 5 45 12 360 8 240 8 450 15 260 7 380 10 80 9 210

需要系数Kd

0.3 0.6 0.6 0.8 0.4 0.7 0.5 0.9 0.65 0.8 0.6 0.8 0.35 0.8 0.5 0.8 0.4 0.8 0.65

功率因数cosφ

0.65 1.0 0.80 1.0 0.65 1.0 0.65 1.0 0.80 1.0 0.80 1.0 0.70 1.0 0.65 1.0 0.80 1.0 0.9

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

1

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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1.5s。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0.8m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0.3元/kW·h，照明(含家电)电费为0.4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

要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

2 设计课题的计算与分析

2.1 负荷计算

2.1.1 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）

P30=kd.Pe ， kd为系数

b) 无功计算负荷（单位为kvar）

Q30= P30tan

c) 视在计算负荷（单位为kVA）

S30=

P30 cosd) 计算电流（单位为A）

2

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I30=

S303UN

UN为用电设备的额定电压（单位为kV）

2.1.2 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）

P30=KpP30i

式中P30i是所有设备组有功计算负荷P30之和，Kp是有功负荷同时系数，可取0.85-0.95

b) 无功计算负荷（单位为kvar）

Q30=KqQ30i，

Q30i是所有设备无功Q30之和；Kq是无功负荷同时系数，可取0.9-0.97

c) 视在计算负荷（单位为kVA）

22 S30=P30Q30d) 计算电流（单位为A）

I30=

S303UN

各厂房和生活区的负荷计算见附录一

2.2 无功功率补偿

由上表可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.74。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：

QC=P30(tan1 - tan2)=1030.64[tan(arccos0.74) - tan(arccos0.92) ] =497.73

kvar

选PGJ1型低压自动补偿屏，并联静电电容器为BWF63-100型，采用其方案1

（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，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

'Q30=（932.65-500）kvar=432.65 kvar，

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视在功率

'2'2=1117.77 kVA， S30P30Q30计算电流

I功率因数提高为

'30'S303UN=1698.28 A

cos=P,30= 0.922。

S30

表2

项目

380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 380V侧补偿后负荷 主变压器功率损耗 6KV侧负荷计算

cos 0.74 0.922 0.922

无功补偿后工厂的计算负荷

计算负荷

P30/kW

1030.64

1030.64 0.01S30=11.16

1041.8

Q30/kvar

930.65 -504 432.65 0.05S30=55. 8

488.45

S30/kVA

1389.98

1117.77

1150.62

I30/A

2111.86

1698.28

110.72

2.3 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：

a) 装设一台变压器 型号为SL型，而容量根据式SNTS30，SNT为主变压器

容量，S30为总的计算负荷。选SNT=1250 kVA>S30=1148.93 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式（2-1）、（2-2）选择，即

SNT(0.6~0.7)1148.93 =（689.35~804.25Y）kVA （2-1） SNTS30()=(134.29+165+44.4)=343.7 kVA （2-2）

因此选两台SL-630/6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 。

4

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2.4 短路电流的计算

2.4.1 绘制计算电路

2.4.2 确定短路计算基准值

选基准容量Sj=100MVA取Uj1=10.5kV Uj2=0.4kV 则

Ij1=

100310.55.5kA

Ij2=10030.4144.34kA

2.4.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值

1）电力系统

已知电力系统出口断路器的断流容量Soc=600MVA

X1=100MVA/600MVA=0.17

2）架空线路

查表得LGJ-150的线路电抗x00.36/km，而线路长5km

X2x0lSjU2(0.365)100MVA.5kV)21.63c(103）电力变压器

查表得变压器的短路电压百分值UK%=4.5，故

X3Uk%Sd100S4.5100MVA1250kVA3.6

N100式中，SN为变压器的额定容量

2.5 k-1点（10.5kV侧）的相关计算

2.5.1 总电抗标幺值

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** X(k1)X1X2=0.17+1.63=1.8

2.5.2 三相短路电流周期分量有效值

I2.5.3 其他短路电流

*k1Id1*X(k1)5.5kA3.06kA 1.8

(3))I''(3)IIk(313.06kA

(3)ish2.55I''(3)2.553.06kA7.8kA

2.5.4 三相短路容量

)Sk(31Sd*X(k1)100MVA55.6MVA 1.8

2.6 k-2点（0.4kV侧）的相关计算

2.6.1 总电抗标幺值

***X(k1)X1X2X3=0.17+1.63+3.6=5.4

2.6.2 三相短路电流周期分量有效值

*Ik2Id2X*(k2)144kA 26.7kA

5.4

2.6.3 其他短路电流

(3))I''(3)IIk(3 126.7kA (3)ish1.84I''(3)1.8426.7kA49.1kA

2.6.4 三相短路容量

)Sk(32SdX*(k2)100MVA18.5MVA 5.4

以上短路计算结果综合图表3所示。

表3

短路计算点

k-1 k-2 短路计算结果

三相短路容量/MVA

(3)ish

三相短路电流/kA

Ik(3)

3.06 26.7 I''(3)

3.06 26.7 (3)I Sk(3)

55.6 18.5 3.06 26.7 7.8 49.1 6

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2.7 6kV侧一次设备的选择校验

2.7.1 按工作电压选择

设备的额定电压UNe一般不应小于所在系统的额定电压UN，即UNeUN，高压设备的额定电压UNe应不小于其所在系统的最高电压Umax，即UNeUmax。

UN=6kV， Umax=6+6*15%=6.9kV，高压开关设备、互感器、支柱绝缘额定电压，

穿墙套管额定电压、熔断器额定电压UNe=10kV。

2.7.2 按工作电流选择

设备的额定电流INe不应小于所在电路的计算电流I30，即INeI30 2.7.3 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验

a）动稳定校验条件

(3)imaxish

(3)(3)

imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ish、Ish分别为开关所

处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值

b) 热稳定校验条件

(3)2It2tItima

对于上面的分析，如表4所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

表4 6 kV一次侧设备的选择校验

选择校验项目

参数

装置地点条

件

数据

电压

电流

动稳定度

(3) Ish热稳定度

(3)2Itima

UN

6kV

IN

121.6A (I(1NT))

7.8kA 3.0621.514

一

额定参数

次设

高压少油断路器备

SN10-10

型号高压熔断器规RN3-10 格 避雷针FS4-10

UNe

10kV 10kV 10kV

INe

600kA 50A -

imax

44.1kA

It2t

17.3241197.2

-

-

- -

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2.8 6kV高压进线和引入电缆的选择

2.8.1 6kV高压进线的选择校验

采用TJ型裸铜绞线架空敷设，接往6kV公用干线。

a) 按发热条件选择

由I30=I1NT=121.6A及室外环境温度39°，查表得，初

选TJ-25,其40°C时的Ial=169A>I30,满足发热条件。

b) 校验机械强度 查表得，最小允许截面积Amin=16mm2，而TJ-25满足要求，故选它。

由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。

2.9 380低压出线的选择

2.9.1 热轧车间

馈电给6号厂房（热轧车间）采用VLV-1000(3×300+1×150)型电缆；

a）按发热条件需选择

由I30=527.48A及环境温度29C，初选截面积300mm2，其Ial=541A>I30，满足发热条件。

b）校验机械强度 查表得，Amin=10mm2，因此上面所选的300mm2的导线满足机械强度要求。

2.9.2 冶炼车间

馈电给4号厂房（冶炼车间）的线路，采用VLV-1000(3 ×240+1×120)型电缆。 2.9.3 制坯车间

馈电给5号厂房（制坯车间）的线路，采用VLV-1000(3×150+1×75)型电缆。 2.9.4 冷轧车间

馈电给8号厂房（冷轧车间）的线路，采用VLV-1000(3×240+1×120)型电缆 2.9.5 生活区

馈电给10号（生活区）的线路, 采用VLV-1000(3×95+1×50)型电缆 2.9.6 原料仓库

馈电给1号厂房（原料仓库）的线路，采用VLV-1000(3×50+1×25)型电缆 2.9.7 燃料车间

馈电给2号厂房（燃料车间）的线路，采用VLV-1000(3×70+1×35)型电缆。 2.9.8 办公楼

馈电给3号厂房（办公楼）的线路，采用VLV-1000(4×10)型电缆。 2.9.9 机修车间

馈电给7号厂房（机修车间）的线路，采用VLV-1000(3×70+1×35)型电缆

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2.9.10 成品仓库

馈电给9号厂房（原料仓库）的线路，采用VLV-1000(4×16)型电缆。

3设计总结

通过本次课程设计，我能将所学理论知识很好的运用到了实际的工程设计当中，在具体的设计过程中，真正做到了学以致用，也使自己的实际工程能力得到了很大的提高。

这次设计也为我今后学习兴趣奠定了基础。其次，这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性。当我们碰到许多不明白的问题时，通过查找资料及请教指导老师，给了我们以很大的帮助，使我们获益匪浅。

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参考文献

[1] 刘介才. 工厂供电 [M]. 北京：机械工业出版社，2003.

[2] 供配电系统设计规范 [M]. 北京 中国计划出版社，1996. [3] 刘介才. 供电工程师技术手册 [M]. 北京：机械工业出版社，1998.

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附录一 各厂房和生活区的负荷计算

表5 各厂房和生活区的负荷计算

名称

类容量

Kd

别 Pe/KW 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 210 5 —— 150 5 —— 45 12 —— 360 8 —— 240 8 ——

0.3 0.6 —— 0.6 0.8 —— 0.4 0.7 —— 0.5 0.9 —— 0.65 0.8 ——

cos tan P30/kW 0.65 1 —— 0.8 1 —— 0.65 1 —— 0.65 1 —— 0.8 1 ——

1.17 0.00 —— 0.75 0.00 —— 1.17 0.00 —— 1.17 0.00 —— 0.75 0.00 ——

63.00 3.00 66.00 90.00 4.00 94.00 18.00 8.40 26.40 180.00 7.20 187.20 156.00 6.40 162.40

Q30/kvar S30/kVA 73.66 0.00

73.66

—— —— 98.90 —— —— 115.72 —— —— 33.76 —— —— 281.65 —— —— 200.16

I30/A —— ——

1

原料 仓库

150.27

—— ——

67.50 0.00

67.50

2

燃料 车间

175.83

—— ——

21.04 0.00

21.04

3

办公 楼

51.29

—— ——

210.44 0.00

210.44

4

冶炼 车间

427.93

—— ——

117.00 0.00

117.00

5

制坯 车间

304.11

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（续表）

编号

名称

类容量

Kd

别 Pe/KW 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 照明 动力 照明 总计

450 15 —— 260 7 —— 380 10 —— 80 9 —— 210 2175 289 2464

0.6 0.8 —— 0.35 0.8 —— 0.5 0.8 —— 0.4 0.8 —— 0.65 —— —— ——

cos tan 0.8 1 —— 0.7 1 —— 0.65 1 —— 0.8 1 —— 0.9 —— —— ——

0.75 0.00 —— 1.02 0.00 —— 1.17 0.00 —— 0.75 0.00 —— 0.48 —— —— ——

P30/kW 270.00 12.00 282.00 91.00 5.60 96.60 190.00 8.00 198.00 32.00 7.20 39.20 136.50 1090.00 198.30 1288.30

Q30/kvar S30/kVA 202.50 0.00

202.50

—— —— 347.17 —— —— 133.98 —— —— 297.57 —— —— 45.96

I30/A —— ——

6

热轧 车间

527.48

—— ——

92.84 0.00

92.84

7

机修 车间

203.56

—— ——

222.13 0.00

222.13

8

冷轧 车间

452.11

—— ——

24.00 0.00

24.00

9

成品 仓库

69.83 230.43

—— —— ——

10 生活区 66.11 1031.12 66.11 1097.23

932.65

151.67

—— —— ——

总计

计入：Kp=0.8

Kq=0.85

0.74 —— 1030.64 1389.98 2111.86

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