电力工程课程设计报告(终极版)

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

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2015年7月17日

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/kW·h，照明(含家电)电费为元/kW·h。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

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

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，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 ）

εP K P d =03，d K 为系数

b)无功计算负荷（单位为kvar ）

ϕtan 0303P Q =

c)视在计算负荷（单位为kVA ）

ϕ

cos 0

303P S =

d)计算电流（单位为A ）

N

U S I 30

303=

，N U 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 ）

i p P K P ⋅⋅∑∑=0303

式中i P ⋅∑10是所有设备组有功计算负荷10P 之和，p K ⋅∑是有功负荷同时系数，可取~

b)无功计算负荷（单位为kvar ）

i q Q K Q ⋅⋅∑∑=0330

式中i Q ⋅∑10是所有设备无功计算负荷10Q 之和；q K ⋅∑是无功负荷同时系数，可取~

c)视在计算负荷（单位为kVA ） 20320303Q P S +=

d)计算电流（单位为A ）

N

U S I 30

303=

表2负荷统计表

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，故在供电系统中应用静电电容器最为普遍。

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：

C Q =03P (tan 1ϕ - tan 2ϕ)=[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2'0

320

3'0

3Q P S +== kVA ，计算电流N

U S I 3'

3'0

3== A,功率因数

提高为'

303'cos S P =ϕ= 。 在无功补偿前，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

主变压器容量选择

根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：