电力工程基础课程设计

大 学

电力工程基础课程设计

题 目：学 号：姓 名：学 院：专 业：日 期：

某啤酒厂供电设计 0920325

闽南理工学院 电气工程及其自动化（电力系统） 2012年11月16日

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第一部分 设计任务书

一、设计题目

某啤酒厂供配电设计

二、设计要求

以某啤酒厂全厂的总配电及部分车间配电系统的设计为背景，对该工厂供电系统进行合理的设计，重点设计酿造车间的配电系统。包括主接线，变压器、断路器等设备选择，电力负荷计算，短路电流计算，线路和变压器的继电保护设计等。啤酒厂的供电系统可分为几大模块区域。例如酿造车间、包装车间、实验室及一些办公楼用电等。其中发酵车间要求在生产过程中不能停电。 三、设计资料 电压等级：10/0.4KV 气象条件：

①最高气温40℃, 最低气温-20℃，年平均气温25℃。 ②土壤电阻率：p<400Ω/m ③当地雷暴日：40日/年 三班倒企业。

厂区平面图

表1：2#变电所的技术参数 用电设备组 名称 麦芽储存输送 2# 变电所 糖化 糊化 煮沸锅 容量需要系数Kd 0.8 0.8 Pe/kw 2.2 7.5 cosφ tgφ 0.8 0.8 0.75 0.75 2

压滤机 CIP 过滤 制冷 空压 水泵 锅炉房 照明 小计

表2：其他的车间变电所的技术参数 用电设备组 或车间名称 罐装线 仓库 1# 变电所 试验室 小计 3# 变电所 其他 小计 四、设计任务 （一）设计计算说明书

行政楼 水处理房 5.0 4.0 5.0 339 300 86.3 70 6 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 1.0 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0 容324 15 125 15 20 50 量需要系数Kd 0.8 0.3 0.25 0.8 0.8 0.8 Pe/kw cosφ tgφ 0.8 0.5 0.5 0.8 0.8 0.8 0.75 1.73 1.73 0.75 0.75 0.75 考虑全厂同时系数 KP=0.9 KQ=0.95 一、各车间用电设备计算负荷和无功补偿 二、各车间变电所的设计选择 三、主接线的设计 四、短路电流计算 五、变电所高低压电气设备的选择 六、继电保护的配置 七、收获和体会 八、参考文献

（二）设计图纸

1.工厂变电所设计计算用电气主接线简图。 2.变电所供电平面布置图。

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第二部分 设计计划书

一、各车间计算负荷和无偿功率 (一)变电所2#： 1.计算：

(1)麦芽存储输送：

已知：Pe=2.2K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=2.2×0.8=1.76(KW) Q=Ptgφ=1.76×0.75=1.32(Kvar) S=P^2Q^2=2.2(KVA) (2)糖化 糊化煮沸锅：

已知：Pe=7.5K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=7.5×0.8=6.0(KW) Q=Ptgφ=6.0×0.75=4.5(Kvar) S=P^2Q^2=7.5(KVA) (3)压滤机：

已知：Pe=5.0K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=5.0×0.8=4.0(KW) Q=Ptgφ=4.0×0.75=3.0(Kvar) S=P^2Q^2=5(KVA) (4)CIP：

已知：Pe=4.0K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=4.0×0.8=3.2(KW) Q=Ptgφ=3.2×0.75=2.4(Kvar) S=P^2Q^2=4(KVA) (5)过滤：

已知：Pe=5.0K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=5.0×0.8=4.0(KW) Q=Ptgφ=4.0×0.75=3.0(Kvar) S=P^2Q^2=5(KVA)

(6)制冷：

已知：Pe=339K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=339×0.8=271(KW) Q=Ptgφ=271×0.75=203(Kvar) S=P^2Q^2=338(KVA) (7)空压：

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已知：Pe=300K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=300×0.8=240(KW) Q=Ptgφ=240×0.75=180(Kvar) S=P^2Q^2=300(KVA) (8)水泵：

已知：Pe=86.3K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=86.3×0.8=69.04(KW) Q=Ptgφ=69.04×0.75=51.78(Kvar) S=P^2Q^2=86.3(KVA) (9)锅炉房：

已知：Pe=70K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=70×0.8=56(KW) Q=Ptgφ=56×0.75=42(Kvar) S=P^2Q^2=70(KVA) (10)照明：

已知：Pe=6K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=6×0.8=4.8(KW) Q=Ptgφ=4.8×0=0(Kvar) S=P^2Q^2=4.8(KVA)

变电所2#负荷统计列表

（二）变压器1#： 1.计算： (1)罐装线：

已知：Pe=324K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=324×0.8=259(KW) Q=Ptgφ=259×0.75=194(Kvar) S=P^2Q^2=323(KVA)

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(2)仓库：

已知：Pe=15K w，Kd=0.3，cosφ=0.5，tgφ=1.73 故： P=PeKd=15×0.3=4.5(KW)

Q=Ptgφ=4.5×1.73=7.785(Kvar) S=P^2Q^2=9(KVA) (3)试验室：

已知：Pe=125K w，Kd=0.25，cosφ=0.5，tgφ=1.73 故： P=PeKd=125×0.25=31.25(KW) Q=Ptgφ=31.25×1.73=54.06(Kvar) S=P^2Q^2=62.44(KVA)

计算负荷统计列表

（三）变压器3#： 1.计算： (1)行政楼：

已知：Pe=15K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=15×0.8=12(KW) Q=Ptgφ=12×0.75=9(Kvar) S=P^2Q^2=15(KVA) (2)水处理房：

已知：Pe=20K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=20×0.8=16(KW) Q=Ptgφ=16×0.75=12(Kvar) S=P^2Q^2=20(KVA) (3)其他：

已知：Pe=50K w，Kd=0.8，cosφ=0.8，tgφ=0.75 故： P=PeKd=50×0.8=40(KW) Q=Ptgφ=40×0.75=30(Kvar) S=P^2Q^2=50(KVA)

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二、变电所的设计选择： （一）全厂供电平面图：

1#变电所：生产车间、实验室、仓库 2#变电所：发酵车间、酿造车间、原料仓库 3#变电所：行政楼、水处理房、其它

（二）变压器选择：

（一）、变压器1#： (1) 同时系数：∑P=∑Q=S=

KpKQ Kp=0.9

KQ=0.95

×263.75=237.375(KW) ×232.85=221.208(KVAR)

P^2Q^2　=324.47 (KVA)

(2)变电所的无功补偿(提高功率因数到0.9以上) 则：补偿前的功率因数： cosφ=∑P%S=0.73<0.9

由公式： Q=P×（tgφ1—tgφ2）

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因此，所需要的补偿容量为： Q=P×（tgφ1—tgφ2）

8tg( 237.3arccos0tg.73arc c =127（KVAR） 即：选取Qc=160(KVAR)

10KV侧补偿后：

补偿后：Q= 221.208—160=61.2 08KVAR S 1=237.38^261.208^2 =245.1 KVA cosφ=P%S1 =237.38%245.1=0.97

(3)变电所变压器选择。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%） Snt1=0.7S1= 0.7*245.1=171.57 KVA

选择变压器型号为S9系列，额定容量为200 KVA，两台。 查表得各参数：

空载损耗 ：△P0=0.5 KW 负载损耗 ：△Pk=2.5KW 阻抗电压 ：Uz%=4 空载电流 ：Ik%=1.7

(4) 计算每台变压器的功率损耗:(n=1)

S=S1%2=245.1/2=122.55 KVA

△Pt=n△P0+(1/n)*△Pk*(S/Sn)^2=1.84KW

△Qt=n(Ik%/100)*Sn+(1/n)*(Uz%/100)*Sn*(S/Sn)^2=7.35 KVAR

（二）、变压器2# （1）同时系数：∑P=∑Q=S=

KpKQ Kp

=0.9

KQ=0.95

×628.8=565.92(KW) ×468=444.6(KVAR)

P^2Q^2　=720(KVA)

(2) 变电所的无功补偿(提高功率因数到0.9以上) 补偿前的功率因数： cosφ=∑P%S=0.78

计算公式为：Q=P×（tgφ1—tgφ2） 因此，所需要的补偿容量为： Q=P×（tgφ1—tgφ2）

2tg( 565.9arccos0tg.78arcc

=179.94(KVAR)

即：选取Qc=200(KVAR) 10KV侧补偿后：

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补偿后：Q= 444.6--200=244.6 KVAR S2 =565.92^2244.6^2 =616.52kVA

cosφ=P%S2 =565.92%616.52=0.92>0.9

(3) 变电所变压器选择。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%）

Snt1=0.7S2 =0.7×616.52=431.56kVA

选择变压器型号为S9系列，额定容量为500 kVA，两台。 查表得各参数： 空载损耗 ：△P0=1KW 负载损耗 ：△Pk=5.0KW 阻抗电压 ：Uz%=4

空载电流 ：Ik%=1.4

(4) 计算每台变压器的功率损耗：（n=1） S=S2/2 =616.52/2=308.26 kVA

△Pt=n△P0+(1/n)*△Pk*(S/Sn)^2=4.6KW

△Qt=n(Ik%/100)*Sn+(1/n)*(Uz%/100)*Sn*(S/Sn)^2=18.5KVAR

(三)、变压器3#： （1）同时系数：∑P=∑Q=S=

KpKQ Kp=0.9

KQ=0.95

×68=61.2(KW) ×51=48.45(KAVR)

P^2Q^2　=78(KVA)

(2) 变电所的无功补偿(提高功率因数到0.9以上) 补偿前的功率因数：

cosφ=∑P%S=61.2÷78=0.78<0.9

计算公式为：Q=P×（tgφ1—tgφ2） 因此，所需要的补偿容量为： Q=P×（tgφ1—tgφ2）

tg( 61.2arccos0t.g78arcc

=19.46(KVAR)

即：选取Qc=25KVAR

10KV侧补偿后：

补偿后：Q= 48.45--25=23.45KVAR S3 =61.2^223.45^2 =65.53 kVA

cosφ=P%S1 =61.2/65.53=0.93

(3) 变电所变压器选择。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%）

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Snt1=0.7*S3 =0.7×65.53=45.87kVA

选择变压器型号为S9系列，额定容量为50 kVA，两台。 查表得各参数：

空载损耗 ：△P0=0.17KW 负载损耗 ：△Pk=0.87KW 阻抗电压 ：Uz%=4 空载电流 ：Ik%=2.6

(4) 计算每台变压器的功率损耗：（n=1） S=S3/2=65.53/2=32.76 kVA

△Pt=n△P0+(1/n)*△Pk*(S/Sn)^2=0.87KW

△Qt=n(Ik%/100)*Sn+(1/n)*(Uz%/100)*Sn*(S/Sn)^2=2.16KVAR

（四）、厂内10KV线路计算电流 （1）、供给变电所1的10KV线路

为保证供电可靠性，采用双回路供电线路，每回供电线路计算负荷： P=237.38/2 =118.69KW

Q=221.2 /2=110.6KVAR

P`= P + △Pt =118.69+1.84=120.53 KW

Q`=Q + △Qt =110.6 + 7.35 =117.95 KVAR S`=

p^2Q^2=120.53^2117.95^2=168.64KVA

I = S` /3U = 168.64%(3×10)=9,74A （2）、供给变电所2的10KV线路 P=565.92/2 =282.96KW

Q=244.6/2=122.3kvar

P`= P + △Pt = 282.96+4.62=287.58KW Q`=Q + △Qt =122.3+18.49=140.79 KVAR S`=

p^2Q^2=187.58^2140.79^2=320.19KVA

I = S` /3U = 320.19%(3×10)=18.48A

(3)、供给变电所3的10KV线路 P=61.2/2 =30.6KW Q=23.45/2=11.73kvar

P`= P + △Pt = 30.6+0.75=31.35KW Q`=Q + △Qt =11.73+1.96=13.69 KVAR S`=

p^2Q^2=31.35^213.69^2=34.32KVA

I = S` /3U = 34.32%(3×10)=1.98A

三、工厂主接线设计

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下图为工厂主接线图：

四、短路电流计算

按无穷大系统供电计算短路电流，短路计算电路图如图所示，本计算法采用欧姆法。 电力系统出口处采用SN10-10Ⅱ型断路器，其断流容量为500MVA。用电缆线路敷设故其电抗值取为0.08 Ω/KM，假设10KV电缆长度为5KM，当10kV母线和0.4kV母线分别发生短路时其等效图如下所示

1.计算短路电流中各元件的电抗及总电抗 1)电力系统的电抗:

X1UC1/SOC(10.5KV)/500MVA0.2222

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2）架空线路的电抗：

X2X0L0.08(/km)5km0.4

3)绘k-1点短路的等效电路，计算其总抗为

X(k1)X1X20.220.40.62

2.计算三相短路电流和短路容量 三相短路电流周期分量有效值 IK1UC1/(3)3X(k1)10.5kv/(30.62)9.78KA

三相短路次暂态电流和稳态电流

I''(3)IIk19.78kA(3)(3)

三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

ish2.55I''(3)(3)2.559.78kA24.94kA

4)三相短路容量

SK1(3)3UC1IK1(3)3UC1IK1(3)310.5KA9.78KA177.86MVA

2.求k2点的短路电流和短路容量

计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 电力系统的电抗

X1UC2/SOC(0.4kV)/500MVA3.210,224

2)架空线路的电抗

,225.8104X2X0L(UC2/UC1)0.35(/Km)5Km(0.4kV)/500MVA

3)电力变压器的电抗

X3X4(UK%/100)(Uc2/SN)4/100(0.4kV)/200kVA3.210222

24）k-2点的总电抗为

X(K2)=X1X2X3//X4X1X2X3X4/(X3X4)3.21045.81043.2102/21.6910

(2)计算三相短路电流和短路容量

1）三相短路电流周期分量有效值

Ik2UC2/(3X(K2))0.4kV/(31.6910)13.67kA(3)2

三相短路次暂态电流和稳定电流

I''(3)IIK213.67kA(3)(3)

三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值 ish1.84I(3)(3)''(3)''(3)1.8413.67kA25.15kA1.0913.67kA14.9kAIsh1.09I

4)三相短路容量

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SK2(3)3UC2IK2(3)30.4kV13.67kA9.47MVA

所得结果如图表

五、变电所高低压电气设备选择

六、继电保护

供电系统及电气设备在运行中，往往会因电气设备的绝缘损坏、操作失误等种种原因，造成短路事故或进入异常运行状态。尤其是短路事故，会给供电系统及电气设备带来严重的危害。这些危害主要有：

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①短路电流通过电气设备，使电气设备直接受到损害并造成停电事故；

②由于短路使电力系统的电压和频率下降，影响用户的正常生产；

③如果系统发生震荡，同步遭到破坏时，将引起系统解列，造成大面积停电。

因此，为了迅速而有效地排除供电系统及电气设备发生的事故，防止造成严重的后果，需采用继电保护装置加以保护。继电保护装置是指供电系统或电气设备出现异常运行或故障时，能够及时发出预告信号或作用于开关跳闸并发出报警信号，以达到缩小故障范围，保证系统安全运行的自动装置。对于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统的单相接地及电气设备过负荷等现象，继电保护装置能及时发出预告信号。通知运行值班人员进行处理，而当供电系统及电气设备发生事故时，它能够自动地将事故切除。这样，通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性和保护电气设备的安全。

七、心得体会

这次实践给我的体会是，在做一件事情之前，必须先对事情进行了解分析、查找资料等，预先做好准备工作以后，进行实际操作。不懂的上网查阅资料，请教同学，这样在实践中就能学到很多学问。同时，还在事件中锻炼了自己的分析能力，巩固知识，为自己的更进一步创造条件。

八、 参考文献

[1]熊信银，张步涵.电力系统工程基础.华中科技大学出版社，2003. [2]霍利明.电力系统继电保护.北京中国电力出版社，2008.

[3]刘介才.工厂供电.机械工业出版社，2012.

[4]《实用供配电技术手册》.中国水利水电出版社

[5]王士政.电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程.中国水利水电出版社.2007.

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