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1、吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计第1章 计算负荷1.1计算负荷方法目前负荷计算常用需要系数法、二项式法、和利用系数法,前二种方法在国内设计单位的使用最为普遍。此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和ABC法等. 常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时，应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需用系数，然后按照表一给出的公式求出该组用电设备的计算负荷。此设计采用的是需用系数法来对电力负荷计算的。因为，需用系数是用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。采用利用系
2、数法求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，计算过程十分繁琐。而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑；单位产品耗电量法主要适用于某些工业。需要系数法，是把用电设备的总设备容量乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷的一种简便方法。需要系数法主要用于工程初步设计及施工图设计阶段，对变电所母线、干线进行负荷计算。当用电设备台数较多，各种设备容量相差不悬殊时，其供电线路的负荷计算也采用需要技术法。需要系数是一个综合性系数，它是指用电设备组投入运行时，从供电网络实际取用的功率与用电设备组的设备功率之比。需要系数与用电设备组的运行规律、负
3、荷率、运行效率、线路的供电效率等因数有关，工程上很难准确确定，只能靠测量确定。如果从供电形式的角度来讲：负荷计算可以分为单相和三相用电设备的负荷计算两种形式。从供电系统中所在的位置角度来讲：负荷计算可分为一组用电设备、多组用电设备的负荷计算。但无论是那种形式，用需要系数法确定计算负荷如表1-1的通用公式：表1-1计算负荷公式名称公式备注用电设备组的容量设备的额定容量设备组的同时系数设备组的负荷系数设备组的平均效率配电线路的平均效率对应用电设备组的正切值用电设备组的平均功率因数用电设备组的额定电压以上参数由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取。用电设备组有功计算负荷需要系数 无功计算负荷视在计算
4、负荷计算电流有功负荷的同时系数无功负荷的同时系数总的有功计算负荷总的无功计算负荷总的视在计算负荷1.2设备容量的确定由于各用电设备的额定工作制不同，在确定计算负荷时，不可以将其额定功率直接相加，应将额定功率换算为统一的设备功率。（1）连续工作制负荷对于一般长期连续运行工作制和短时工作制的用电设备，包括一般电动机组和电热设备等，其铭牌上的额定功率（额定容量）就等于设备功率。式中设备功率，；用电设备铭牌上的额定功率，。对于断续或反复短时工作的用电设备，如吊车用电动机，电焊用变压器等，它们的设备功率时将其铭牌上标称下某一分与合持续率时的额定功率统一换算到一个新规定负荷持续率下的额定功率。负荷持续率优
5、势也称负载持续率或赞载率，是用电设备在一个工作周期内工作时间和工作周期的百分比值，用表示：式中 工作周期；工作周期内的工作时间；工作周期内的停歇时间。（2）断续运行工作制电动机类负荷应将额定功率换算成负荷持续率为25%时的等效功率。即：式中： 设备额定输入功率，单位为kW。额定负荷持续率（3）断续运行工作制电焊机类负荷应将其额定功率换算成负荷持续率为100%时的等效功率，以便于计算。1.3 多组设备计算负荷 每个组内的负荷计算可以采用通用计算公式进行，动力支路的负荷计算采用下式进行：式中 支路上有功计算负荷，；支路上无功计算负荷，；支路上视在计算负荷，；、分别为支路上有功同时系数，无功同时系数
6、；支路上计算电流；支路的额定电压。1.4 各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法）1.纺练车间单台机械负荷计算(1)纺织机 （2）筒绞机 （3）烘干机 （4）脱水机 （5）通风机 （6）淋洗机 （7）变频机 （8）传送机 纺炼车间负荷统计表如表1-2。表1-2 纺炼车间负荷统计表序号车间设备名称安装容量（Kw）计算负荷P()Q()S()1纺丝机1500.800.780.7912093.6152.192筒绞机400.750.750.803022.537.53烘干机800.751.020.706061.285.714脱水机150.600.800.7897.211.535通风机2200.700.750
7、.80154115.5192.56淋洗机50.750.780.793.752.934.767变频机8000.800.700.82640448781.228传送机380.800.700.8230.421.2837.11小计纺炼车间13481047.15772.212.纺炼车间总计算负荷统计取同时系数：,有3.其余各车间负荷计算(1)原液车间(2)酸站照明(3)锅炉房照明(4)排毒车间(5)其他车间4.全厂计算负荷计算全厂计算负荷统计见表1-3。表1-3 全厂计算负荷序号车间设备名称安装容量（Kw）计算负荷P()Q()S()1原液车间照明10400.750.650.84780507930.292酸
8、站照明2600.650.650.84169109.85201.563锅炉房照明3200.750.750.802401803004排毒车间照明1600.700.700.8211278.4136.715其他车间照明2400.700.700.82168117.6205.076纺炼车间1348942.44733.591194.37全厂计算负荷总计33682411.41726.4因为在一定的情况下是不可能发生所有的用电设备同时工作的情况，如果按照全部用电设备的用电负荷之和来计算全厂计算负荷的话，会造成经济浪费。第2章 变电所位置和型式的选择2.1 变电所位置和型式的选择2.1.1车间变电所位置的确定根据
9、地理位置及各车间计算负荷大小，决定设立3个车间变电所，各自供电范围如下：变电所：纺炼车间、锅炉房。变电所：原液车间。变电所：排毒车间、其他车间、酸站。2.1.2变电所型式总降压变电所变，配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变。2.2配电柜的作用及柜内主要元件1.便于分片（或分类）配置电源；2.当线路出现故障时，有利于控制故障范围也方便快速找出故障点及时加以排除；3.配电柜内主要有接线端子、各种刀闸、保护设备（空气开关、熔断器之类）、测量设备（电压表、电流表、周波表等）、计量设备（有功、无功功率表）。2.3 变电所高压开关柜的选择高压开关柜是按一定的线路方案
10、将有关一，二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机，变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备，保护电器，监视仪表和母线，绝缘子等。高压开关柜有固定式和手车式两大类型。第3章 变压器台数和容量、类型的选择及无功补偿3.1 变压器容量选择时应遵循的原则1.只装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要。2.装有两台变压器的变电所，每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件：（1）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要。（2）任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备70%的需要。3.变压器正常运行时的负荷率
11、应控制在额定容量的70-80%为宜，以提高运行率。3.2各车间变压器台数及容量选择和无功补偿1.变压所I 变压器及容量选择（1）变压所I的供电负荷统计。取同时系数：（2）变压所I得的无功补偿由工厂变电所高压侧功率因数，则有低压侧需要假设取无功补偿：补偿以后： (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（每台可供电车间总负荷的70%）：根据课本附录10，选择变压器SC系列，额定容量为1000KVA，两台。查表得出变压器的各项参数：空载损耗；负载损耗；阻抗电压；空载电流。(4)计算每台变压器的功率损耗。 2.变压所变压器台数及容量选择（1）变压所的供电负荷统计。 （2）变压所
12、得的无功补偿由工厂变电所高压侧功率因数，则有低压侧需要假设取无功补偿：补偿以后： (3)变电所的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：根据课本附录10，选择变压器SC系列，额定容量为630KVA，两台。各项参数如下：空载损耗；负载损耗；阻抗电压；空载电流。(4)计算每台变压器的功率损耗。3.变压所变压器台数及容量选择(1)变压所的供电负荷统计（2）变压所的供电负荷统计。取同时系数：（3）变压所得的无功补偿由工厂变电所高压侧功率因数，则有低压侧需要假设取无功补偿：补偿以后： (4)变电所III的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车
13、间总负荷的70%）：根据课本附录10，选择变压器SC系列，额定容量为315KVA，两台。各项参数如下：空载损耗；负载损耗；阻抗电压；空载电流。(5)计算每台变压器的功率损耗。3.3 供电10kV线路截面选择3.3.1供电给变压所I的10kV线路为了保证供电的可靠性选用双回路供电线路，每回供电线路计算负荷：计算变压器的损耗：先按经济电流密度选择导线经济截面。由于任务书中给出的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。所以可得经济截面：可选导线型号为LJ-35，其允许载流量为。相应参数为。再按发热条件校验。已知，温度修正系数为，则由上式可知，所选导线符合长期发热条件。由于变
14、压所由于变压所I紧邻35/10kV主变压器，10kV线路很短，故其功率损耗可忽略不计。线路首段功率3.3.2供电给变压所II的10kV线路为了保证供电的可靠性选用双回路供电线路，每回供电线路计算负荷：计算变压器的损耗：先按经济电流密度选择导线经济截面。由于任务书中给出的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。所以可得经济截面：可选导线型号为LJ-25，其允许载流量为。相应参数为。再按发热条件校验。已知，温度修正系数为，则由上式可知，所选导线符合长期发热条件。线路长度为l=0.30km。10kV线路功率损耗：线路首段功率3.3.3供电给变压所III的10kV线路为了保证
15、供电的可靠性选用双回路供电线路，电流很小，按长期发热条件可选择导线为LJ-16，但根据最小导线截面的规定，应选择导线为LJ-25，其允许载流量为。（计算过程同上）3.4 10kV联络线（与相邻工厂）的选择为了保证供电的可靠性选用双回路供电线路，每回供电线路计算负荷：计算变压器的损耗：先按经济电流密度选择导线经济截面。由于任务书中给出的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。所以可得经济截面：可选导线型号为LJ-25，其允许载流量为。相应参数为。再按发热条件校验。已知，温度修正系数为，则由上式可知，所选导线符合长期发热条件。因运用时间很少，可按长期发热条件选择和校验。选
16、导线LJ-25，其允许载流量为。相应参数为。线路长度为。3.5 工厂总降压变电所主变压器台数、容量选择及无功补偿总降变10kV侧无功补偿试取 为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：根据课本附录10，选择变压器SC-1600/35系列，数量为两台。查表得出变压器的各项参数：空载损耗；负载损耗；阻抗电压；空载电流。第4章 短路电流计算4.1 短路电流计算分析按无穷大系统供电计算短路电流。短路电流计算电路图如图4-1。图4-1短路电流计算电路图4.2 工厂总降压35kV母线短路电流工厂总降压变35kV母线短路电流见图4-1，取短路点。1.确定标幺值基准 2.计算各主要元
17、件的电抗标幺值35kV线路的电抗（LGJ-35）：3.求三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流值：三相短路容量：4.3 10kV母线短路电流10kV母线短路电流如图4-1短路点。用标幺值法计算同上。1.确定标幺值基准2.计算各主要元件的电抗标幺值系统电抗（取短路器）:35kV线路的电抗（LGJ-35）：根工业与民用配电设计手册，电力变压器电抗（）当电阻值允许忽略不计时；变压器：3.求三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流值：三相短路容量：4.4 0.4kV车间低压母线短路电流0.4kV车间低压母线短路电流如图4
18、-1，取短路点。1.确定标幺值基准2.计算各主要元件的电抗标幺值(1)系统电抗（取短路器）:(2)35kV线路的电抗（LGJ-35）：(3)根工业与民用配电设计手册，电力变压器电抗（）当电阻值允许忽略不计时；变压器：(4)10kV厂内架空线路电抗（给变电所I供电）：因这段10kV架空线路很短，电抗可不记。(5)根工业与民用配电设计手册，电力变压器电抗（）当电阻值允许忽略不计时；变压器：3.求三相短路电流和短路容量总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流值：三相短路容量：三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总如表4-1所示。表4-1 三相短路电流计算列表短路点计算三相短路电流/
19、kA三相短路容量35kV点4.254.254.2510.86.42272.510kV点2.292.292.295.843.4641.670.4k点31.0431.0431.0479.1546.8721.5第5章 变电所一次设备的选择与校验5.1高压35KV侧设备选择根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和短路情况校验，总降压变电所主要高低压电气设备确定如下。35kV侧设备的选择如表5-1所示。表5-1 35kV侧设备的选择计算数据 高压断路器隔离开关电压互感器 电流互感器避雷器备注采用高压开关柜 5.2中压10KV侧设备选择 中压10KV侧设备选择如表5-2表5-2 中压10KV侧设备选
20、择计算数据中压断路器隔离开关电流互感器 备注 采用高压开关柜 5.3低压0.4KV侧设备选择低压0.4KV侧设备选择如表5-3所示。表5-3 低压0.4KV侧设备选择计算数据低压断路器隔离开关电流互感器备注采用低压开关柜 第6章 继电保护6.1 保护装置的作用（1）当被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障元件与电源切开，以减轻故障危害，防止事故蔓延，保证其他部分迅速恢复正常。（2）当线路及设备出现不正常运行状态时，保护装置发出信号、减负荷或跳闸。保护装置是供配电系统自动化的重要组成部分，是保证系统可靠运行的主要措施之一。6.2 相间短路的过电流保护1.保护装置的动作电流整
21、定 一次侧动作电流按大于变压器的最大负荷电流整定，即 式中可靠系数，电磁型继电器取1.2，感应型继电器取1.3；返回系数，取0.85；变压器的一次侧最大负荷电流。2.保护装置的动作时限整定 显然，变压器过电流保护也应以时限来保证保护的选择性。对于电磁型继电器，保护时限的阶梯为0.5s，对于感应型继电器，保护时限的阶梯为0.7s。3.灵敏度校验 灵敏度校验点设在被保护变压器的二次侧。校验条件为 式中 最小运行方式下，被保护变压器二次侧两相短路电流时一次侧的穿越电流；定时限过电流保护的一次侧动作电流；定时限过电流保护的灵敏系数。6.3 继电保护配置 总降压变电所需配置以下继电保护装置：主变压器保护
22、、35kV进线保护和10kV线路保护；此外还需配置以下装置：备用电源自动投入装置和绝缘监测装置。6.3.1主变压器保护根据规程规定1600kVA变压器应设下列保护；1.瓦斯保护防御变压器内部短路和油面降低，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。2.电流速断保护防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。3.过电流保护防御外部相同短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护，动作于跳闸。4.过负荷保护防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。6.3.2 35kV进线线路保护1.电流速断保护2.过电流保护3.过负载保护6.3.3 10kV线路保护1.过电流保护 防止电路中短路电流过大，保护动作
23、于跳闸。2.过负载保护 防止配电变压器的对称过载及各用电设备的超负荷运行。总 结在整个的设计过程中我很用心去做，我相信自己一定能做好这次设计，起初在负荷计算过程中，刚开始手写了一份计算书，因为公式编辑器不大会用，但看到格式不是很协调，还是逼着自己去做，花了很长时间来编辑公式，到后来选变压器设备，我到图书馆借阅书籍并结合课本，变压器型号的选择有一定的规范要求，无功补偿那部分请教老师，因为其中有一些经验，一般大概取值在哪个范围，包括在导线经济截面让我想了很长时间，查书籍看的不是很明白，因为实际跟书本数据有一定的差距，还有后来的开关器件选择也是查了很多资料，了解一些开关系列以及应用场合。整个设计我花
24、了很长时间去做，也许别人比我做的快，但其中每个公式都是自己一个个编辑的，还有设计中遇到的问题我着一查资料，虽然还有一些地方做的不是很好，但其中的过程让我学到了很多知识。 致 谢课程设计完成了，在这个过程中我学到了很多东西。首先我要感谢柏老师的帮助，老师在我完成课程设计的过程中，给予了我很大的帮助。从设计的开始到设计的书写，每一次改正都让我有很大的提高，通过此次的课程设计，我学到了很多知识，在设计的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。并且由原先的被动的接受知识转换为主动的寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。通过课程设计，我们学会了如何将学到的知识转化为自
25、己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。我想，课程论文的过程不仅仅是一个完成一篇论文的过程，而是一个端正态度的过程，是总结本学期学习的一个过程，是在为毕业论文打下良好的基础，这个过程将使我受益匪浅！参考文献1 刘介才.工厂供电.高等教育出版社，2004年8月第1版2 陈小虎.工厂供电技术.高等教育出版社，2006年5月第2版3 江文，许慧中.供配电技术.机械工业出版社，2005年8月第1版4 李宗纲，刘玉林.工厂供电设计.高等教育出版社，2003年2月第2版5 钟大文.电力工程电气设计手册（电气一次部分）.北京:水利电力出版社，1989年P7P16 6 雍静.供配电系统.机械工业出版社，2001年8月第1版 附录：第 33 页 共 33 页