电气工程基础课程设计说明书.docx
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电气工程基础课程设计说明书
课程设计(论文)说明书
题目:
新余市赛维公司降压变电所电气设计
院(系):
机械工程学院
专业:
电气工程及其自动化
学生姓名:
谢X
学号:
*********X
*******
职称:
讲师
2014年6月21日
1引言
电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行行业,它是一种将煤、石油、天然气、水能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业,它为国民经济的其他各个部门快捷、稳定的发展提供了足够的动力,其发展水平是反应国家经济发展水平的重要标志。
由于电能在工业及国民经济的重要性,电能的输送和分配是电能应用于这些领域必不可少的组成部分。
所以,输送和降压配电是十分重要的一环。
变电所是使电厂或上级电站经过调整后的电能输送到下一级负荷,是电能输送的核心部分。
其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电,进而影响工业生产及生活用电,因此,变电所在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。
变电所是联系发电厂和用户的中间环节,起着变换和分配电的作用,这就要求变电所的一次部分经济合理,二次部分安全可靠,只有这样变电所才能正常的运行,为国民经济服务。
变电所是汇集电源、升降压和分配电力场所,是联系发电厂和用户的中间环节。
变电站有升压变电所和降压变电所两大类。
升压变电所是将发电厂电升压进行远距离输送,降压变电所是靠近负荷中心,将高压电降压到负荷端所需用电。
本次课程设计是对赛维公司降压变电所的电气进行设计,在设计中按照可靠、技术先进、经济合理的要求下及根据该公司所能取得的电源及用电负荷的实际情况,确定变电所的位置与型式,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,确定二次回路方案,选择整定机电保护装置。
2课题设计
2.1课题设计目的
1.通过负荷计算,能较为准确的确定主变压器的台数及容量。
2.通过本次课程设计加深对电气工程基础课程的全面认识和掌握,能做到举一反三。
3.掌握短路电流的计算及电气继电保护的相关知识。
4.锻炼通过自学与自己探索的方式解决问题的能力。
5.通过此次课程设计将工程设计与实际运用相结合,锻炼实践能力和理论联系实际的能力。
6.锻炼团队分工合作与协调能力。
2.2课题设计任务和要求
根据赛维公司用电负荷,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公司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,变电所主接线、高低压电气电气设备,选择整定保护装置。
2.3课程设计步骤
降压变电所电气设计的任务在于通过负荷计算,确定降压变电所主变压器台数及容量,通过短路电流的计算,确定主接线及高电压设备,选择合适的继电保护装置。
降压变电所的计算应根据公司负荷及发展情况而进行,以下介绍降压变电所的设计计算步骤:
1.对课题所给的数据进行分析。
2.计算出公司的负荷数据。
3.根据计算结果,确定降压变电所主变压器。
4.根据短路电流计算,确定变电所的主接线及高低压设备,选择合适的继电保护装置。
5.根据计算结果,设计出相应的图纸。
6.将设计计算结果与公司生产需求进行比较,以确定设计计算的正确性。
3课题设计内容
3.1课题设计题目及要求
3.1.1课题设计题目
新余市赛维公司降压变电所电气设计
3.1.2课题设计要求
根据赛维公司用电负荷,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公司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,变电所主接线、高低压电气电气设备,选择整定保护装置。
3.2课题设计资料
设计工程项目情况如下:
(1)公司车间负荷数据:
本公司车间多数以3班制,年最大负荷利用小时数为6400小时。
表3-1赛维公司负荷情况表
序号
车间设备名称
安装容量(KW)
Kd
tanα
cosα
1
硅料提纯车间
320
0.75
0.75
2
硅片铸造车间
空调
220
0.7
0.75
铸锭炉
1900
0.80
0.7
线切割机
150
0.80
0.78
清洗设备
200
0.65
0.6
刻蚀机
150
0.7
0.75
丝网印刷
300
0.65
0.6
PECVD机
250
0.7
0.75
3
硅原料车间
1040
0.75
0.7
4
分析测试车间
280
0.75
0.75
5
组件组装车间
160
0.7
0.6
6
尾气处理车间
240
0.7
0.75
(2)电源供电情况:
根据新余市赣西电力公司电网分配,城东片区由城北变电所110/38.5/11kv,50MVA变压器供电,供电电压可任选,另外,变电所与公司相距5公里。
电源的短路容量:
35KV母线的出现断路器断流容量为1500MVA,10KV母线的出现短路器短路容量为350MVA。
功率因数:
当35KV供电时,要求工厂变电所高压侧cosα≥0.9,当以10kv供电时,要求工厂变电所高压侧cos≥0.95。
(3)公司平面布局图
图3-1公司平面布局图
3.3各车间计算负荷和无功补偿
3.3.1硅片铸造车间
1.单台机械负荷计算
(1)空调
已知:
Pe=220KW,kd=0.7,tanα=0.75
故:
P30=Pe×Kd=220×0.7=154(KW)
Q30=P30×tanα=154×0.75=115.5(Kvar)
(2)铸锭炉
已知:
Pe=1900KW,kd=0.80,tanα=0.75
故:
P30=Pe×Kd=1900×0.8=1520(KW)
Q30=P30×tanα=1520×0.75=1140(Kvar)
(3)线切割机
已知:
Pe=150KW,kd=0.8,tanα=0.78
故:
P30=Pe×Kd=150×0.8=120(KW)
Q30=P30×tanα=120×0.78=93.6(Kvar)
(4)清洗设备
已知:
Pe=200KW,kd=0.65,tanα=0.6
故:
P30=Pe×Kd=200×0.65=130(KW)
Q30=P30×tanα=130×0.6=78(Kvar)
(5)刻蚀机
已知:
Pe=150KW,kd=0.7,tanα=0.75
故:
P30=Pe×Kd=150×0.7=105(KW)
Q30=P30×tanα=105×0.75=78.75(Kvar)
(6)丝网印刷设备
已知:
Pe=300KW,kd=0.65,tanα=0.6
故:
P30=Pe×Kd=300×0.65=195(KW)
Q30=P30×tanα=195×0.6=117(Kvar)
(7)PECVD机
已知:
Pe=250KW,kd=0.7,tanα=0.75
故:
P30=Pe×Kd=250×0.7=175(KW)
Q30=P30×tanα=175×0.75=131.25(Kvar)
硅片铸造车间单台机械负荷计算统计如下表所示:
表3-2硅片铸造车间各台机械负荷统计列表
设备名称
安装容量
(KW)
Kd
tanα
计算负荷
P30(KW)
Q30(Kvar)
空调
220
0.7
0.75
154
115.5
铸锭炉
1900
0.80
0.7
1520
1140
线切割机
150
0.80
0.78
120
93.6
清洗设备
200
0.65
0.6
130
78
刻蚀机
150
0.7
0.75
105
78.75
丝网印刷
300
0.65
0.6
195
117
PECVD机
250
0.7
0.75
175
131.25
小计
3170
2399
1638.6
2.车间计算负荷统计
取同时系数:
KP=0.9,KQ=0.95
P30=KP×∑P30=2399×0.9=2159.1(KW)
Q30=KQ×∑Q30=1638.6×0.95=1556.67(Kvar)
S30=√P230+Q230=2661.76(KVA)
3.3.2其他车间负荷计算
1.硅料提纯车间
已知Pe=320KW,Kd=0.75,tanα=0.75
故:
P30=Pe×Kd=320×0.75=240(KW)
Q30=P30×tanα=240×0.75=180(Kvar)
S30=√P230+Q230=300(KVA)
2.硅原料车间
已知:
Pe=1040KW,Kd=0.75,tanα=0.7
故:
P30=Pe×Kd=1040×0.75=780(KW)
Q30=P30×tanα=780×0.7=546(Kvar)
S30=√P230+Q230=952.1(KVA)
3.分析测试车间
已知:
Pe=280KW,Kd=0.75,tanα=0.75
故:
P30=Pe×Kd=280×0.75=210(KW)
Q30=P30×tanα=210×0.75=157.5(Kvar)
S30=√P230+Q230=262.5(KVA)
4.组件组装车间
已知:
Pe=160KW,Kd=0.7,tanα=0.6
故:
P30=Pe×Kd=160×0.7=112(KW)
Q30=P30×tanα=112×0.6=67.2(Kvar)
S30=√P230+Q230=130.6(KVA)
5.尾气处理车间
已知:
Pe=240KW,Kd=0.7,tanα=0.75
故:
P30=Pe×Kd=240×0.75=180(KW)
Q30=P30×tanα=180×0.75=135(Kvar)
S30=√P230+Q230=225(KVA)
各车间计算负荷统计如下所示:
表3-3各车间计算负荷统计表
车间设备名称
安装容量(KW)
P30(KW)
Q30(Kvar)
S30(KVA)
硅料提纯车间
320
240
180
300
硅原料车间
1040
780
546
952.1
分析测试车间
280
210
157.5
262.5
组件组装车间
160
112
67.2
130.6
尾气处理车间
240
180
135
225
3.4各车间变电所的设计选择
3.4.1各车间变电所位置
根据地理位置及各车间计算负荷的大小,觉得设立3个车间变电所,各自供电范围如下:
变电所I:
硅片铸造车间、硅料提纯车间。
变电所II:
硅原料车间、办公楼。
变电所III:
分析测试车间、组件组装车间、尾气处理车间、食堂。
3.4.2各车间变压器数及容量选择
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,同时系数取KP=0.9,KQ=0.95
∑P30=KP(P30硅铸+P30提纯)=2375.1(KW)
∑Q30=KQ(Q30硅铸+Q30提纯)=1727.67(Kvar)
(2)变电所I的无功补偿
无功补偿试取:
QC=800Kvar
补偿以后:
Q30=1727.67-1000=727.67(Kvar)
Cosα=∑P30/√∑P230+(∑Q30﹣QC)2=0.95>0.90
SI=√∑P230+(∑Q30﹣QC)2=2484.07(KVA)
(3)变电所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%);
SNTI=0.7SI=1738.9(KVA)
选择两台变压器型号为SL7-2000,额定容量为2000KVA。
表3-4SL7-2000变压器参数值
参数
空载损耗(KW)
负载损耗(KW)
阻抗电压(%)
空载电流(%)
参数值
3.40
19.80
6.5
1.2
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。
P30=780KWQ30=546Kvar
(2)变电所的无功补偿
无功补偿取:
QC=200Kvar
补偿后:
Q30=346(Kvar)
Cosα=P30/√P230+(Q30﹣QC)2=0.91>0.90
SII=√P230+(Q30﹣QC)2=853.30(KVA)
(3)变压器的选择。
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%。
SNGII=0.7SII=597.31(KVA)
选择两台变压器,型号为SL7-630系列,额定容量为630KVA。
表3-5SL7-630变压器参数值
参数
空载损耗(KW)
负载损耗(KW)
阻抗电压
空载电流
参数值
1.4
8.5
4.5
1.8
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,同时系数取KP=0.9,KQ=0.95
∑P30=KP(P30测试+P30组件+P30尾气)=451.8(KW)
∑Q30=KQ(Q30测试+Q30组件+Q30尾气)=341.7(Kvar)
(2)变电所III的无功补偿
无功补偿取:
QC=200Kvar
补偿后:
Q30=341.7-200=141.7(Kvar)
Cosα=∑P30/√∑P230+(∑Q30﹣QC)2
=0.95>0.90
SIII=√∑P230+(∑Q30﹣QC)2
=473.49(KVA)
(3)变电所III的变压器的选择。
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%。
SNGIII=0.7SII=331.44(KVA)
选择两台变压器,型号为S7-400,额定容量为400KVA。
表3-6S7-400变压器参数值
参数
空载损耗(KW)
负载损耗(KW)
阻抗电压
空载电流
参数值
0.92
6.40
6.5
1.9
3.4.3厂内10KV线路截面选择
1.供电给变电所I的10KV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线,每回供电线路计算负荷:
P30=0.5×2375.1=1187.55(KW)
Q30=0.5×127.67=863.84(Kvar)
S30=√P230+Q230=1468.5(KVA)
I30=S30/√3×U=84.8(A)
先按经济电流密度选择导线经济截面:
由于资料中已给出年最大负荷利用小时数为6400h,查表可得:
架空线的经济电流密度为Jec=0.9A/mm2。
所以,可得经济截面积:
Aec=I30/Jec=94.2(mm2)
可选用导线型号为LJ-95。
2.供电给变电所II的10KV线路
P30=0.5×780=390(KW)
Q30=0.5×546=273(Kvar)
S30=√P230+Q230=476.1(KVA)
I30=S30/√3×U=27.5(A)
先按经济电流密度选择导线经济截面:
Aec=I30/Jec=30.6(mm2)
可选用导线型号为LJ-35。
3.供电给变电所III的10KV线路
P30=0.5×451.8=225.9(KW)
Q30=0.5×341.7=170.85(Kvar)
S30=√P230+Q230=283.2(KVA)
I30=S30/√3×U=16.3(A)
先按经济电流密度选择导线经济截面:
Aec=I30/Jec=18.1(mm2)
可选用LJ-16型号的导线。
4.10KV联络线(与相邻其他工厂)的选择
已知全厂总负荷:
P30=3921KW,Q30=2724.3Kvar
10KV联络线容量满足全厂总负荷的30%;
P=P30总×30%=1176.3(KW)Q=Q30总×30%=817.29(Kvar)
S=√P2+Q2=1432.4(KVA)I=S/√3×U=82.7(A)
因运用时间很少,故可选择导线LJ-70型号导线。
3.5工厂总降压变电所及接入系统设计
3.5.1工厂总降压变电所主变压器台数及容量的选择
∑P=2×(P1+P2+P3)
=2278.3(KW)
∑Q=2×(Q1+Q2+Q3)
=1090.4
P=KP×∑P=2050.8(KW)
Q=KQ×∑Q=1035.8(Kvar)
总降变10KV侧无功补偿试取:
QC=300Kvar
Cosα=P/√P2+(Q﹣QC)2
=0.94
S=√P2+(Q﹣QC)2
=2178.8(KVA)
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%)
SNT=0.7S=1525(KVA)
所以,选用两台变压器型号为SL7-1600/35。
表3-7SL7-1600/35变压器参数值
参数
空载损耗(KW)
负载损耗(KW)
阻抗电压
空载电流
参数值
2.65
19.5
6.5
1.1
3.5.235KV供电线路界面选择
为保重供电的可靠性,选用两回线路35KV供电线路。
P1=0.5×P=1025.4(KW)
Q1=0.5×(Q-QC)=367.9(Kvar)
用简化公式求变压器损耗:
△P=0.015×S=16.32(KW)
△Q=0.06×S=65.3(Kvar)
每回35KV供电线路的计算负荷:
P11=P1+△P=1047.7(KW)
Q11=Q1+△Q=433.2(Kvar)
S11=√P211+Q211=1128(KVA)
I30=S11/√3×U=18.6(A)
按经济电流密度选择导线的截面积:
Aec=I30/Jec=20.7(mm2)
因此,可选LGJ-35型导线。
3.5.335KV线路功率损耗和电压降落计算
1.1.35KV线路功率损耗计算
已知LGJ-35参数:
r0=0.91Ω/Km,X0=0.433Ω/Km,L=19Km。
线路的功率损耗:
△PL=17.9(KW)△QL=441.7(Kvar)
2.35KV线路电压降落计算:
△U=(Pro+Qxo)L/UN=0.63(KV)
△U%=△U/UN×100%=1.8
3.6短路电流计算
按无穷大系统供电计算短路电流,短路计算电路见图3-3所示。
计算过程用标幺值。
图3-2短路计算电路
3.6.1公司总降压变35KV母线短路电流(短路点1)
1.确定标幺值基准:
SB=100MVA,Uav=37KV
Id=SB/√3Uav=1.56(KA)
2.计算各主要元件的电抗标幺值:
系统电抗(SOC取1500MVA)
X1=SB/SOC=0.067
35KV线路电抗(LGJ-35)
X=X0×L×SB/U2av=0.6
3.三相短路电流和三相容量
(1)总电抗标幺值:
X∑=0.067+0.5×0.6=0.367
(2)三相短路电流周期分量有效值:
I(3)K=Id/X∑=4.25(KA)
(3)其他三相短路电流值:
Iii(3)=I∞=I(3)K=4.25(KA)
ish(3)=2.55Iii(3)=10.8(KA)
Ish(3)=1.51Iii(3)=6.4(KA)
(4)三相短路容量:
S(3)K=Sd/√3Ud2=272(MVA)
3.6.210KV母线短路电流(短路点2)
1.确定标幺值基准:
SB=100MVA,Ud2=10.5KV
Id2=SB/√3Ud2=5.5(KA)
2.计算短路电流中各元件的电抗标幺值:
(1)系统电抗:
X1=Sd/SOC=0.067
(2)35/11KV线路电抗:
X3=UK%×Sd/100SN=4.06
3.求三相短路电流和短路容量:
(1)总电抗标幺值:
X∑=X1+(X2+X3)/2=2.4
(2)三相短路电流周期分量有效值:
I(3)K=Id2/X∑=2.3(KA)
(3)其他三相短路电流:
Iii(3)=I∞=I(3)K=2.3(KA)
ish(3)=2.55Iii(3)=5.8(KA)
Ish(3)=1.51Iii(3)=3.5(KA)
(4)三相短路容量:
SK(3)=Sd/X∑=41.7(MVA)
3.6.30.4KV车间低压母线短路电流(短路点3)
1.确定标幺值基准:
SB=100MVA,Ud3=0.4KV
Id3=Id3=SB/√3Ud3=144.34KA
2.计算各元件的电抗标幺值:
(1)系统电抗:
X1=SB/SOC=0.067
(2)35KV线路电抗:
X2=X0×L×SB/U2av=0.6
(3)35/11KV电力变压器电抗(UK%=6.5)
X3=UK%×Sd/100SN=4.06
(4)10KV厂内架空线路电抗;
因这段10KV架空线路很短,L≈0,电抗忽略不计。
(5)10/0.4KV电力变压器中电抗:
X5=UK%Sd/100SN=4.5
3.计算三相短路电流和短路容量:
(1)总阻抗标幺值:
X∑=0.067+(0.6+4.06)/2+4.5/2=4.65
(2)三相短路电流周期分量有效值:
I(3)K=Id3/X∑=31(KA)
(3)其他三相短路电流:
Iii(3)=I∞=I(3)K=31(KA)
ish(3)=1.84Iii(3)=57(KA)
Ish(3)=1.09Iii(3)=33.8(KA)
(4)三相短路容量:
SK(3)=SK/X∑=21.5(MVA)
三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总如下:
表3-8三相短路电流和短路容量计算列表
短路点计算
三相短路电流(KA)
三相短路容量
(MVA)
IK(3)
Iii(3)
I∞(3)
ish(3)
Ish(3)
35KV短路点1
4.25
4.25
4.25
10.8
6.4
272
10KV短路点2
2.3
2.3
2.3
5.8
3.5
41.7
0.4KV短路点3
31
31
31
57
33.8
21.5
3.7变电所高低压电气设备的选择
根据上述短路电流的计算结果,按正常工作条件选择和按短路情况校验,总降压变电所主要高低压电气设备确定如下。
表3-9高压35KV侧设备
计算数据
高压断路器WS2-35/600
隔离开关
GW2-35G
电压互感器JDJJ2-35
电流互感器LB-35
避雷器
U=35KV
35KV
35KV
35KV
35KV
35KV
I=18.6A
600A
600A
2×20/5
IK=4.25
6.6KA
SK=272MVA
400MVA
ish(3)=10.8KA
17KA
42KA
3.3×20√2
I∞
(2)×4=4.252×4
6.62×4
202×4
(1.3×20)2
表3-1010KV侧高压设备
计算数据
高压短路器
S
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