1、石家庄铁道大学电气与电子工程学院课程设计（论文）任务书专业班级： 电1201-4 学生姓名： 张桂芳 指导教师（签名）： 杜立强一、课程设计（论文）题目某制药厂 10KV 变电站电气部分的设计二、本次课程设计（论文）应达到的目的工厂供电课程设计是在供电技术课程学完结束后的一次教学实践环节。课程设计是实践教学环节的重要组成部分，其目的是通过课程设计加深学生对课程基本知识的理解，提高综合运用知识的能力，掌握本课程的主要内容、工程设计或撰写论文的步骤和方法。围绕课本内容培养学生独立进行工业供电系统和建筑供电系统电气部分设计计算能力，包括供电系统设计计算能力和电力设备选择能力。培养学生理论联系实际的能
2、力，加强供电专业知识的认识水平。锻炼和培养学生分析和解决电力供电专业技术问题的能力和方法。三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等） 1、设计依据1）电源和环境条件：由石家庄热电集团热电四厂 10KV 双回路供电，正常情况下，一路工作，一路备用。热电四厂 10kv 出线母线短路容量为 200MVA，该路线路长为：架空线采用高压架空绝缘线 LYJ3150mm 2，o 长度 1.2km，引至厂区北边，然后换用 YJLV22型高压交联聚乙烯电缆直埋至高压配电室内。热电四厂 10kV 母线的定时限过电流保护装置整定为 1.2 秒。酵母生产厂变电所内设有两台变压器
3、，容量待选。2）其它条件石家庄供电局要求在 10KV 电源进线处装设计量电费的专用仪表，要求厂总负荷的月平均功率因数不低于 0.92。当地最热月平均最高气温为 35。总配电所周围无严重粉尘和腐蚀性气体。3）负荷资料2、设计内容1）、负荷分级及负荷计算2）、无功功率补偿3）、主变压器台数和容量、类型的选择4）、变电所主接线方案的设计5）、短路电流的计算6）、变电所一次设备的选择与校验7）、变电所进出线的选择与校验3、书面报告格式及内容要求：1）、说明书的格式要符合相关规定。设备容量序号用电单位名称 工作（KW） 备用（KW）需要系数KX功率因数cos计算系数 tg1 制冷站 1332 0.8 0
4、.8 0.752 空压站 380 0.8 0.8 0.753 干燥 55 0.8 0.8 0.754 压榨成型 15 0.75 0.75 0.885 真空包装 40 0.75 0.75 0.886 搅拌 14.5 0.75 0.75 0.887 水泵房及水 处理 90 0.75 0.75 0.888 真空过滤 30 0.7 0.75 0.889 酵母离心 90 0.65 0.75 0.8810 试验室 20 0.6 0.75 0.8811 照明 50 0.85 0.6 1.3312 办公楼 40 0.6 0.6 1.3313 宿舍楼 100 0.6 0.6 1.332）、说明书的内容应包括本设
5、计内容。3）、说明书中需包括主接线图。四、应收集的资料及主要参考文献：1、工厂供电设计指导 机械工业出版社 刘介才主编2、工业企业供电课程设计及实验指导书 冶金工业出版社 王建南 主编3、工业与民用配电设计手册中国电力出版社 中国航空工业规划设计研究院 组编4、10KV 及以下变电所设计规范 GB50023-19945、供配电系统设计规范 GB50052-20096、低压配电设计规范GB50054-20117、交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T620-19978、交流电气装置的接地DL/T621-1997五、审核批准意见教研室主任（签字） 摘要供电系统要很好的为工业和生活服务，切实保证
6、工业生产和生活用电的要求，并做好节能工作，达到安全、可靠、优质、经济的基本要求。我们需要正确处理好整体和部分的关系，当前利益和长远利益关系。本次课程设计是针对某制药厂变电站电气部分的设计。负荷计算采用需要系数法，短路计算采用标幺值法。根据电力系统的基本要求确定变电所的主接线方式等。一、 负荷计算及负荷分级1、负荷分级：所有用电设备只有制冷站为二级负荷，其余均为三级负荷。二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需要较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。因此二级负荷属于重要负荷，要求有两回路供电，供电变压器也应有两台。2、负荷计算：(1)、
7、制冷站： = * =1065.6kW)1(30Pdk1e= *tan=799.2kvar)(Q)(2)、空压站： = * =304kW)2(30dk2e= *tan=228kvar)()(P(3)、干燥： = * =44kW)3(0dk3e= *tan=33kvar)(Q)(4)、压榨成型： = * =11.25kW)4(30Pdk4e= *tan=9.9kvar)()(5)、真空包装： = * =30kW)5(30dk5e= *tan=26.4kvar)(Q)(P(6)、搅拌： = * =10.875kW)6(30dk6e= *tan=9.57kvar)()(7)、水泵房及水处理： = *
8、=67.5kW)7(30Pdk7e= *tan=59.4kvar)(Q)(8)、真空过滤： = * =21kW)8(30dk8e= *tan=18.48kvar)()(P(9)、酵母离心： = * =58.5kW)9(30dk9e= *tan=51.48kvar)(Q)(10)、实验室： = * =12kW)10(3Pdk10e= *tan=10.56kvar)(Q)(11)、照明： = * =42.5kW)1(30dk1e= *tan=56.525kvar)()(P(12)、办公楼： = * =24kW)12(30dk12e= *tan=31.92kvar)(Q)(13)、宿舍楼： = *
9、=60kW)13(0Pdk13e= *tan=79.8kvar)()(14)、总的计算负荷：=0.9*（1065.6+304+44+11.25+30+10.875+67.5+ 21+58.5+12+42.5+24+6030P）=0.9*1751.225=1576.1kW =0.9*(799.2+228+33+9.9+26.4+9.57+59.4+18.48+51.48+10.56+56.525 +31.92+79.8）=0.9*1414.235=1272.8kvar= =2025.9kV.A30S)(230QP= /( )=3078AINUcos= / =0.7830二、无功功率补偿及变压器台
10、数、数量的选择1、无功功率补偿：对于室内变压器，由于散热条件比较差，一般变压器的出风口和进风口间大约有 15的温差，从而使处在室内的变压器温度比处在户外的变压器温度高出大约 8，因此户内变压器的实际容量较计算容量减少 8%。此外，根据要求我们必须进行无功功率补偿，把功率因数提高。由于低压侧功率因数为 0.78，而要想把 10kV（高压侧）进线侧功率因数提高30到 0.92，而且考虑到变压器无功功率损耗远大于有功损耗，所以 380V 侧最大负荷时功率因数应大于 0.92，因此取功率因数 cos=0.94 来计算380V 侧所需无功补偿容量。需补偿无功容量：tan(arccos0.78)-tan(
11、arccos0.94)=1576.10.439=692.4kvarcQavP补偿后无功容量：= - =1272.8-692.4=580.4kvar)(30低 30C= =1679.57kV.A)(低S2QP变压器的功率损耗： =0.01 =0.011679.57=16.8kWt)(30低 =0.05 =0.051679.57=84.0kvartQ)(低S变电所高压侧的计算负荷：= + =1576.1+16.8kW=1592.9kW)(30高P)(低 tP= + =580.4+84.0kvar=664.4kvar)(高Q)(30低 t= = =1725.9kV.A（ 高 ）30S2(30)(高
12、）高 224.6159.= = 94.9A（ 高 ）30I1NU高 .7补偿后高压侧的功率因数：cos = = =0.92290.92高)(30高高SP1725.9故符合要求。2、变压器台数和容量的选择：选择依据：(1)、只装一台主变压器的变电所： TNS.30式中: 变压器的额定容量；TNS.变电所总的计算负荷。30(2)、装有两台主变压器的变电所，每台变压器应同时满足以下条件：（1） （+）TNS.30（2） =（0.60.7）. 30S式中 任一台变压器的额定容量；TN.变电所总的计算负荷。30S(3)、车间变电所主变压器单台容量上限：单台容量一般不宜大于 1000KVA（或 1250K
13、VA），若负荷较大且集中，也可选用 2000KVA 以下的变压器。(4)、适当考虑发展应考虑 510 年的发展，留有余地。(5)、变压器最佳负荷率：负荷率=计算负荷/变压器容量 X100%损失率=变压器损耗/变压器输入功率 X100%当负荷率为 50%60%时，变压器损失率最小。考虑到投资和发展需要，变压器容量要留有 15%余量，所以综合考虑变压器负荷率在 80%左右较合理。额定容量计算：=(0.60.7) =（1725.90.61725.90.7）TNS. （ 高 ）30S=（ 1035.541208.13）kV.A(根据高压侧计算负荷进行计算)根据以上计算结果初步选择两台 -1250/10
14、 型变压器。9S考虑到电力变压器额定容量，在规定的温度条件下、室外安装时，在规定的使用年限内连续输出的最大视在功率，又因为变压器安装地点年平均气温不等于 20时，年平均气温每升高 1，变压器容量相应减少 1%，因此室内变压器的实际容量为：=1-( -20)/100-0.08* =(1-0.15-TSavTNS.0.08)*1250=962.5kV.A(0.60.7) =（1035.541208.13）kV.AT （ 高 ）30S所以最终选择 2 -1600/10 型变压器，一台工作，一台备用。93、变压器连接组别的选择：本次设计变压器连接组别选择为 Dyn11,因为此连接组别有如下优点：可以抑
15、制 3n 次的高次谐波。对于 3n 次谐波的激磁电流，在 接线的一次绕组内形成环流，不会注入到公共的高压电网中去。 Dyn11 型变压器零序阻抗小，有利于低压单相接地故障的切除。（ Dyn11：X0=X1； Yyn0：X0=X1+X0）承受单相不平衡负荷的能力强。Dyn11 连接的变压器中性线电流允许达到相线电流的 75%以上，Yyn0 连接的变压器中性线电流不应超过相线电流的 25%。3、变电所主接线方案的设计电气主接线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依照一定次序，相连接的接受和分配电能的电路。变电所常用主接线包括：单母线接线、双母线接线、桥
16、形接线等。发电厂和变电站主接线应该满足一下基本要求：1、运行的可靠性；2、有一定的灵活性；3、操作简单、方便；4、经济上合理；5、具有扩建的可能性。方案一：单母线分段接线（1）接线：这种接线方式引入线有两条回路，母线分成二段，即段和段。每一回路连到一段母线上，并把引出线均分到每段母线上。两段母线用隔离开关、断路器等开关电器连接形成单母线分段接线。（2）特点：单母线分段便于分段检修母线，减小母线故障影响范围，提高了供电的可靠性和灵活性。（3）适用范围母线可分段运行，也可不分段运行。这种接线适用于双电源进线的比较重要的负荷，电压为 610kV 级。 方案二：双母线接线（1）接线特点：两段母线互为备
17、用（2）运行方式：两组母线分列运行，其中一组母线运行，一组母线备用，即两组母线互为运行或备用状态。两组母线并列运行：两组母线同时并列运行，但互为备用。 （3）适用范围：由于双母线两组互为备用，大大提高了供电可靠性、主结线工作的灵活性。双母线接线一般用在对供电可靠性要求很高一级负荷，如大型工业企业总降压变电所的 35110kV 母线系统中，或有重要高压负荷或有自备发电厂的 6 10kV 母线系统。 根据本次课程设计要求 10KV 双回路供电，正常情况下，一路工作，一路备用，且所有用电设备只有制冷站为二级负荷，其余均为三级负荷。通过比较，方案一比方案二更适合，即选择单母线分段接线。本次设计主接线方
18、案具体如下：两路进线、高压侧单母线分段、两台主变压器、低压侧单母线分段的变电所。1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13制冷站空压站干燥压榨成型真空包装搅拌水泵房及水处理真空过滤酵母离心实验室照明办公楼宿舍楼4、短路电流计算采用标幺值法计算短路电流，等值电路图如下：k-1取 =100MV.A， =10.5kV， =0.4kVdS1dU2d= =5.50kA, = =144.311I13d2I23dS系统等值电抗： = / = =0.5*1Xoc0架空线： 0.351.2 =0.38125.1变压器： =3.75611、k-1 点短路：= + =0.5+0.381=0.881=
19、 / = = = =6.24kA)3(1kId*1kX)3(“I)(1k8.05=2.55 =2.556.24=15.91kA)(shi)(=1.51 =1.516.24=9.42kA)3(1skI)3(1“kI= / = =113.5MV.ASd*X8.02、k-2 点短路：= + + /2=0.5+0.381+ =2.76*k1*23275.3= / = = = =52.29kA)3(2IdkX)(“I)(2k6.14=1.84 =1.8452.29=96.21kA)(shki)3(2=1.09 =1.0952.29=57.00kA)3(2sI)(“kI= / = =36.23MV.AkS
20、d*2X76.105、变电所一次设备的选择和校验1、按载流量选择母线截面： cIal变压器的型号 -1600/10：9Sk-220*2dUSlx4= /( )= =92.38ANIS3NU106= / = =80.32A/ecAecj5.892因为工厂全年工作小时数为 4500h，最大负荷利用小时数为 4000h，查表5-3 得 =1.15，再查表选取矩形硬铝母线 LMY-30*4.ecj2、母线动稳定校验：（1）母线在三相短路时承受的最大电动力= N/ = =37.94N)3(F2)3(1shkial702A323)104.6(6.9710（2）母线在 作用下的弯曲力矩)(M= = =3.4
21、1N.m)3(F10l9.74（3）母线截面系数：W= /6= =hb2604.3.2713m（4）母线在三相短路时受到的计算应力：=M/W= =5.68MPa71064.3（5）而硬母线的允许应力=70MPa =5.68MPaal所以该母线满足动稳定要求。3、母线热稳定校验= /c= =78.57（ =1.2s）minA)3(Iimat872.104.63imat所以 =78.5720.3kA,满足动稳定要求。esK2NI12（2）热稳定校验. = 1=95.1 . = 1.2=46.7321)(NtIt 2)5.06(SkA.22)3(Iimat24.6SkA.2故满足热稳定要求。5、电压
22、互感器的选择和校验查表选用 JD26-10 型， 10000/100 电压互感器。（1）高压断路器的选择与校验：cc装设地点电气条件 SN10-10I/630序号项目 数据 项目 数据 结论1 NU10kV NU10kV 合格2 Ic94.9A I630A 合格3 )3(kI6.24kA ocI16kA 合格4 )3(shi15.91kA maxi40kA 合格5 .2Iimat46.73 S2)(kA.t2tI1024 S2)(kA合格（2）高压隔离开关的选择与校验装设地点电气条件 SN10-10I/630序号项目 数据 项目 数据 结论1 NU10kV NU10kV 合格2 Ic94.9A
23、 I600A 合格3 )3(shi15.91kA maxi52kA 合格4 .2Iimat46.73 S2)(kA.t2tI1600 S2)(kA合格按允许通过的最大负荷电流，查表选 LJ-7D 型电力电缆，并进行校验：=140AalI= =0.866K)40/3(= . =121.24A =94.9AalIal cI故满足要求。6、平面布置图51431 为高压配电室;2 为变压器室或室外变压器台；3 为低压配电室；4 为值班室；5 为高压电容器室。七、负荷计算表2 2计算负荷序号用电设备台数容量/kWeP需要系数cos tan 30P30QS30I1 制冷站 1 1332 0.8 0.8 0
24、.75 1065 799 - -2 空压站 1 380 0.8 0.8 0.75 304 228 - -3 干燥 1 55 0.8 0.8 0.75 44 33 - -4 压榨成型1 15 0.75 0.75 0.88 11.259.9 - -5 真空包装1 40 0.75 0.75 0.88 30 26.4 - -6 搅拌 1 14.5 0.75 0.75 0.88 10.9 9.6 - -7 水泵房及水处理1 90 0.75 0.75 0.88 67.5 59.4 - -8 真空过滤1 30 0.7 0.75 0.88 21 18.5 - -9 酵母离心1 90 0.65 0.75 0.8
25、8 58.5 51.5 - -10 实验室 1 20 0.6 0.75 0.88 12 10.6 - -11 照明 1 50 0.85 0.6 1.33 42.5 56.5 - -12 办公楼 1 40 0.6 0.6 1.33 24 31.9 - -13 宿舍楼 1 100 0.6 0.6 1.33 60 79.8 - -车间总计 =0.9pk=0.9q1751.2251414.2352025.930788、短路计算表短路计算点三相短路电流/kA 三相短路容量/MV.A)3(kI）（ 3I)3(I)3(shi)3(shI)3(KSk-1 6.24 6.24 6.24 15.91 9.42 1
26、13.5k-2 52.29 52.29 52.29 96.21 57 36.239、总结本次课程设计对于我来说还是很有难度的，因为设计 10kV 降压变电所需要综合运用运用供电技术所学知识，需要综合考虑多方面因，而平时课堂的学习方式都是模块化的学习，比较孤立、单一。这次课程设计帮助我进一步提升了自己的专业知识，让我懂得当我们设计变电所时，必须进行以下步骤：负荷计算，无功功率补偿计算，短路电流计算，变压器台数、容量和类型的选择，设计主接线方案，一次设备的选择与校验，进出线的选择与校验等。谈到本次课程设计，我觉得难点不光是对专业知识的考察，也是对计算机水平的检验。在计算机绘图方面，我深刻意识到，要
27、想学好电气工程及其自动化专业，掌握一种绘图工具是极其必要的，比如 CAD。还有在表格的绘制上和各个物理量符号的输入上花费了我很大心血，确实考验我的毅力。最后一定要感谢任课老师杜老师对我的谆谆教导！让我知道供电技术这门学科在现实生活中的应用。参考文献1、工厂供电设计指导 机械工业出版社 刘介才主编2、工业企业供电课程设计及实验指导书 冶金工业出版社 王建南 主编3、工业与民用配电设计手册中国电力出版社 中国航空工业规划设计研究院 组编4、10KV 及以下变电所设计规范 GB50023-19945、供配电系统设计规范 GB50052-20096、低压配电设计规范GB50054-20117、交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T620-19978、交流电气装置的接地DL/T621-1997
