某包装厂供配电系统设计说明书

1 某包装厂供配电系统设计说明书 第一章 设计任务 某包装厂车间变电所和配电系统设计是对工厂供电具有针对性的设计。设计对工厂供电方式、主要设备的选择、保护装置的配置及防雷接地系统进行了相应的叙述，内容主要包括高压侧和低压侧的短路计算，设备选择及校验，主要设备继电保护设计，配电装置设计，防雷和接地设计等。 本设计考虑了所有用电设备并对这些负荷进行了计算。通过计算出的有功、无功和视在功率选择变压器的大小和相应主要设备的技术参数，再根据用户对电压的要 求，计算电容器补偿装置的容量，从而得出所需电容器的大小。 根据与供电部门的协议，决定总配变电所及配电系统的主接线图。电气主接线对电气设备的选择，配电所的布置，运行的可靠性和灵活性，操作和检修的安全以及今后的扩建，对电力工程建设和运行的经济节约等，都由很大的影响。 本设计在主要设备的继电保护设计和整定计算中，对电力变压器、真空断路器等主要设备的保护配置提出了要求，明确了保护定值计算方法。 根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合 理的要求，确定变电所的位置，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计书，并绘出相关设计图纸。 2 厂总平面图 门 卫水 塔水 泵 房浴室仓库仓库仓库招待所托儿所注 塑 车 间管 材 车 间生活间备 料 复 制 车 间锻 工车 间原 料 库生 活 间机 修模 具车 间热 处理 车间铆 焊车 间食 堂办 公 楼单 丝 车 间原 料 库生 活 间薄 膜 车 间试 验 室辅 助 材 料 库锅 炉 房工 人 休 息 室水 泵 房加 油 站收 发 室 （ 西 ）危 险 品 库油 泵 房油罐汽 车 库成 品 库 （ 一 ）成 品 库 （ 二 ）包 装 材 料 库通 往 市 区 道 路比 例 ： 1 ： 5 0 0 0注 ：车 间 变 电 所NN o . 1N o . 2N o . 3N o . 4N o . 5图 1包装厂平面布置图 厂负荷情况 本厂的负荷性质，生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用小时数为 5000h，属于三级负荷。本厂设有薄膜、单丝、管材、注射等四个车间，设备造型全部 采用我国最新定型设备，此外还有辅助车间及其设施，全厂各车间设备容量见表 1 配电协议 本厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下： （ 1） 从电业部门某 66/10电站 10空线向本厂供电，该站距离厂南测 1 3 （ 2） 系统变电站馈电线路定时限过电流保护装置的整定时间为 2S,工厂总配变电所保护整定时间应不大于 3） 在工厂总配电所的 10线侧计量。工厂最大负荷时功率因数不得低于 0 9. （ 4） 供电贴用和每月电费制，数据由指导老师给定。 （ 5）系统变电站 10线出口断路器的断路电流容量为 200电系统图见图1 工 厂 总 配变 电 所架 空 线 路L = 1 k 4 / k 变 电 站1 0 K V 母 线2 k 20 0)3( 图 1配电系统图 生产车间大部分为三班制，少数车间为一班或两班制，年最大负荷利用小时数为5000h。本厂属三级负荷。 厂自然条件 本厂自然条件为： （ 1） 气象资料： 本厂所在地区的年最高气温为 38平均气温为 23 最低气温为 8 最热月平均最高气温为 33 最热月平均气温为 26 最热月地下 平均温度为 25 地主导风向为东北 风，年雷暴日数为 20。 （ 2） 地质水文资料：本厂地区海拔 60m，底层以 砂 粘土为主，地下水位为 2m。 表： 各车间 380 4 序号 车间（单位） 名称 设备 容量 /d 计算负荷 车间 变电所 代号 变压器台数及容量/30 /30 /30 /30 /A 1 薄膜车间 1300 80 300 变 1 1000 原料库 35 活间 12 品库（一） 23 品库（二） 24 装材料库 30 8 计（ 2 单丝车间 1485 91 370 变 1 1000 水泵房 20 3 计（ 3 注塑车间 182 变 2 630 管材车间 880 08 计（ 4 备料车间 128 变 1 500 生活间 12 室 5 4 4 工车间 32 料间 15 12 12 库 15 修模具车间 100 5 处理车间 150 0 5 铆焊车间 180 4 08 计（ 5 锅炉房 200 40 变 2 315 试验室 125 助材料库 110 2 4 泵房 15 油站 12 公楼、 食堂招待所 50 0 0 计（ 第二章 负 荷计算和无功功率补偿 荷计算 各车间、变电所负荷计算（均采用需要系数法） 附注：各车间、各变电所负荷合计时，同时系数分别取值：=0.9；=功功率：30P=dK 0Q= 30 视在功率：30S= 6 功功率补偿计算 功功率补偿要求 按水利电力电力部制定的全国供用电规则：他情况，功率因数不得低于 达不到要求，需增设无功功率的人工补偿装置。 无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以 及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。 间变电所低压侧补偿 由于 间容量很大，可以考虑在 压侧进行无功功率补偿。 1） 间无功补偿计算 根据设计要求，功率因数 般在 上，故取 2 （满足要求） 5） 高压补偿柜型号： 个柜子补偿容量大小为： 600需要选择两个 ，电容器柜具体画法见主接线图。 压器选择 压器选择原则 选择的原则为： (1) 只装一台变压器的变电所 变压器的容量 30S，但一般 应留有 15的 容量，以备将来增容需要，本设计中的 1、 2、 4 变电所采用此原则。 (2) 装有两台变压器的变电所 每台变压器的容量应满足以下两个条件 : 任一台变压器工作时，宜满足总计算负荷300的需要，即为 O 7 30S 任一台变压器工作时，应满 足全部一、二级负荷30 30S(I+ ) (3)车间变电所变压器的容量上限 单台变压器不宜大于 1000行运行的变压器容量比不应超过 3： l。同时，并联运行的两台变压器必须符合以下条件 ： 并联变压器的变化相等，其允许差值不应超过 0 5，否则会产 生环流引起电能损耗，甚至绕组过热或烧坏。 各台变压器短路电压百分比不应超过 10，否则，阻抗电压小的变压器可能过载。 各台变压器的连接组别应相同，若不同，否则侧绕组会产生很大的电流，甚 至烧毁变压器。 压器选择 以 看负荷计算大小，可确认选择一台变压器既满足） 根据负荷计算是所得变电所补偿后总视在功率： )1(30S=择的变压器应该满足： 应选变压器的容量 )1(300009 故选择的变压器型号为： 100010，参照变压器各参数，可以满足要求。 压器汇总及技术数据 表 2变压器型号及参数汇总 变电所位置和型式的选择 根据总变配电所位置选择的原则： 变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，但同时还要满足大负荷变配电的方便，此外，总 变配电所应尽量不在生活区范围内，宗此要求，可以大致确认本设计中，主变电所设置位置应在薄膜车间和单丝车间中间附近，以此才能满足要求。 参照工厂平面布置图，可以选择总变配电所应挨着薄膜车间 (即 电所 )。 变电所 变压器 型号 额定容量（ 额定电压（ V） 连接组 标号 损耗 阻抗电压（ %） 空载电流（ %） 高压 低压 空载 负载 1 0 1000 10K 700 9200 5 0 1000 10K 700 9200 5 0 630 10K 300 5800 5 0 500 10K 030 4950 4 0 315 10K 20 3450 4 10 第三章 变配电所主接线方案的设计 配电所主接线方案的设计原则与要求 接线方案的技术指标 接线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况。 接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应性方面的情况。 电压质量，含电压偏差、电压波动及高次谐波等方面的情况。 接线方案的经济指标 统增容费） 压配电所主接线方案 接线方案的拟定 由本设计原始资料知：电力系统某 60/10电站用一条 10架空线路向本厂供电，一次进线长 1年最大负荷利用小时数为 5000h，且工厂属于三级负荷，所以只进行总配电在进行车间 10/电，母 线联络线采用单母线不分段接线方式。 第四章 短路电流计算及一次侧设备选择 路电流的计算 对一般工厂来说，电源方向的大型电力系统可看作是无限大容量系统。无限大容量系统的基本特点是其母线电压总维持不变，这里只计算无限大容量系统中的短路计算，短路计算的方法一般有两种：欧姆法，标幺值法，这里采用欧姆法。 11 路计算电路 图 4 短路计算电路 路电流计算（欧姆法计算） 1 点的三相短路电流和短路容量（ (1)计算短路电路中各元件的电抗和总电抗 1）电力系统的电抗： 2 = 2）架空线路的电抗： ) 1 3）经 K 1 点短路的等效电路如图所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗 值（分母），然后计算电路总电抗： X 1K= += 图 4短路等效电路 (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 I )3(1K =)1(13 V =）三相短路次暂态电流和稳态电流 I )3( =I )3( I )3(1K = 3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全 电流有效值 2000= ,92) (3) (1) 系统 12 3(=3( =3(=3( =）三相短路容量 S )3(1K = )3(113 U= =116压一次侧设备选择与校验 正常工作选择原则 1） . 按工作电压选择 所选设备的额定电压 N,即： 注意：使用 限流式高压熔断器时，熔断器的额定电压与线路的额定电压相同，即： 不能 2） 所选设备的额定电流 30，即： 所选设备的额定开断电流 K 或短路容量 即： 10设备选择与校验表 表 40设备列表 选择校验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度 装置地点条件 参数 30I )3()3()3( 量程 10 参数 2(隔离开关 1000A 2542 13 设备型号规格 400 电流互感器200/5 1000/5A 160 2 251)2 高压断路器30 1030A 0 高压熔断器000A 200 电压互感器0000/100 10/ 电压互感器0000/100 310 /V 避雷器0 附：高压开关柜型号选用： )型， )压进线侧计量柜型号选用： 各车间变电所 10与校验表 各车间变电所回路电流计算值如下： 电所：回路电流30I=压 0 间变换所：回路电流30I=56A，电压 0 电所： 回路电流30I=压 0 电所： 回路电流30I=压 0 14 电所： 回路电流30I=压 0 此处设备器材均以 K 1 点的短路电流来进行动稳定和热稳定校验，因此各车间变电所10线回路设备相同。 此处只列出第一车间的设备型号，其他车间选用设备型号均相同。 表 4间 10进线设备选择 选择校验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度 装置地点条件 参数 ()3()3( 量程 10 设备型号规格 参数 2(高压隔离开关00 1000A 2542 高压断路器 30 1030A 0 电流互感器 150/5 1050/5A 160 2 1)2 五章 供配电线路的选择计算 配电所架空线进线选择 线计算 （导线经济电流密度计算线的截面，来确定线的型号） 15 由教材书工厂供电续表可得，年最大负荷在 5000h 以上的架空线路且材料为铝的经济电流密度是 经济电流密度计算导线经济截面 的公式： =带入数值计算： = 155 其中： 30I=30 =1032420= （高压侧补偿后的计算电流） 查询相关附录表：选择最近导线截面 150则选择 150 型钢芯铝绞线。 压损耗的校验 按照规定，高压配电线路的损耗，一般不得超过线路额定电压的 5%，由于总降压架空进线属于较短线路，且为地区性供应，所以允许电压损耗=5%,因此计算的电压损耗满足 U 因为 10的电压等级的几何均距为 工厂供电可得 ，且进线线路长为 1 计 算电压损耗值为：(30(1 1 10=算电压损耗百分值为： U %= 100%= 100%=计算电压损耗值小于允许电压损耗值，因此所选 185 满足允许电压损耗要求。 发热条件的校验 本设计中最热月平均最高温度为 35，查工厂供电附录表可知导线截面为150温度为 35时的允许载流量为 391A 此满足发热条件。 16 机械强度的校验 由课本工厂供电附录表可得知： 10空线路铝绞线的最小截面16因此所选 150 也是满足机械强度的。 故可以选用 150 钢芯铝绞线作为 10架空进线。 综上校验结果，选用 150 钢芯铝绞线作为 10架空进线合格。 10选择 1） 经济电流密度选择母线截面； 按发热条件、热稳定度和动稳定度进行校验。 2） 公式0 ，式中 经济电流密度。查工厂供电续表得年最大负荷利用小时在 5000h 以上的架空线且材料为铝的经济电流密度为 A/，所以所选母线截面为： 0 = 155查工厂供电 录表 17 可选择 矩形硬铝母线的截面为： 50 4该母线在环境温度为 25时，平放时，其允许载流量86A。 3） 满足长期发热的条件，安装处的实际载流量 满足： 30 ,式中 环境温度不同于额定敷设温度（ 25）时的校正温度系数；查工厂供电 录表 18a 可知在温度为 35时， 以安装处的实际载流量为： ,满足发热条件的要求。 4） 热稳定度校验： 母线通过最大电流30 =35+（ 7037 母线材料的热稳定系数 C=99，则满足热稳定的母线最小截面积要求为： 223000 )(I 17 i m 3)3(m 0式中 C 为导体热稳定系数（ 2/ ； ) 3 (间。本设计中，为进线电源保护动作时限 般为 以=此： = ， 50 4足热稳定的要求，短路热稳定校验合格）。 5）短路动稳定度的校验：母线满足动稳定度的校验条件为：c，式中母线材料的最大允许应力（这里硬铝母线（ 70c为母线通过 )3(大应力c= 为母线通过时所受到的弯曲力矩；8)3( ， l 为母线的档距 ( )； W 为母线对垂直于作用力方向轴的截面系数，62 ，式中 b 为母线截面的水平宽度， h 为母线截面的垂直高度。72)3()3( 103 式中 形状系数，取 1， )3(F 为母线受到的最大点动力，a 为相邻两相的轴线距离，所以有 3 723)3( 母线在 )3(F 作用力时的弯曲力矩为 N 8 ，母线 对垂直于作用力方向的截面系数62 = 372 6 0 m，因此母线在三相短路时受到的计算应力为：c=35为70c=35 综上所述， 10线选用截面为 50 4 矩形硬铝母线。 18 车间变电所高压进线选择 择原则与说明 选择原则：按经济电流密度选择电缆截面，按发热条件，允许电压损失校验及热稳定度校验。 1 号车间到 5 号车间馈出线都选用 三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带铠装防腐电缆两回路供电，（电缆为直埋敷设） 车间变电所引进线的选线及计算 电所引进线 1） 计算及选型 计算方法：按经济电流密度选择电缆截面积 查课本工厂供电 续表 可得，年最大负荷利用小时在 5000h 以上的架空线路且材料为铝芯电缆的经济电流密度为 一号变电所回路电流是30I=( =据经济电流密度计算公式计算： =代入数值得： = 34线型号： 10000 3 35查附表知： 10 10000 3 35三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带凯装防腐电缆相关参数如下： 在温度为 35时，允许的载流量是 105A，正常允许的最高温度为 60。 2） 发热条件校验 线路工作最大电流： 要满足长期发热的条件，安装处的载流量应该满足： 敷设方式和环境温度有关； 5时的修 19 正系数； 多根并列直埋敷设时的校正系数。 )这里的土壤在 1 米深处年最热月平均最高温度为 20，可知电缆在流量温度修正系数为 普通土壤取 20 3=电缆间距取 200m 时，二根并排修正系数为 以两根直埋电缆安装处的允许载流量为： 130=109A 满足要求。 3） 电压损耗的校验 查表可得 ， ，线路长度取 据工厂平面布置图的比例估算），所以电压损耗值为： U%=10 %= 5% 电压损耗满足要求。 4） 热稳定校验 在温度为 20时，电缆允许的载流量是 111A，正常允许的最高温度为 60，电缆通过最大电流 = 0 +( 0 )220+(6029 查供配电设计手册可知 C=68，则满足热稳定的最小截面应该为： 3( 103 式中： C 为导体热稳定系数（ A S /， 3(为最大运行方式中 1 号车间的三相短路稳态电流，为 设计中， 为进线电源端保护动作时限 般为 所以 =此： 2 50 满足热稳定校验，故可以选择电缆截面为 35电缆线。 综 上校验结果：选择 10000 3 35三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带凯 20 装防腐电缆满足要求。 附注：另外几个变电所高压引进线电缆线选择和校验过程略，详细结果见表 5个变电所高压侧引进线均为 线结果列表 1 号， 2 号， 3 号， 4 号， 5 号车间变电所高压侧引进线均采用 10000 型电缆直埋敷设，所以其选择结果列于 表 5间变电所高压引 进线列表 变电所 回 路 电 流A） 截面积 （ 架空线 电力电缆（每回路） 型号 S（ 根数 35允许载 流 量（ A） 4 35 35 1 130 6 35 35 1 130 25 25 1 90 16 16 1 65 16 16 1 65 21 第六章 供电系统过电流保护及二次回路方案 电系统过电流保护 1）装设定时限过电流保护，采用 电磁式过电流继电器。 过电流保护动作电流的整定 m a x30I，30数值 2 应为电动机的自启动系数 ，30I=2.1，.8，00/5=40，因此动作电流为： ，因此过电流保护动作电流 定为 11A 过电流保护动作时间的整定 题目中给出变电站 10电线路定时限过电流保护装置整定时间为 2s，所以这里的电源进线过电流保护动作时间应整定为 2s。 过电流保护灵敏系数的检验 m 保护线路末端的两相短路电流， 3(1m i n. ， 4 01/4011/1 ，因此其灵敏度系数为： m 足灵敏度系数的要求。 2）装设电流速断保护， 利用 速断装置。 电流速断保护动作电流（ 速断电流）的整定 m a x.1 ki ， 式中 被保护线路末端的三相短路电流， 2.1 ，00/5=40 ， 因 此 动 作 电 流 为 ： 22 40 , 因此动作电流整定为 207A。 电流速断保护灵敏系数的校验 21,保护线路首端的两相短路电流， 3(1m i n. ， 4 01/4011/1 ，因此灵敏度系数为： m 2，满足灵敏度系数的要求。 间变电所高压进线的继电保护 以 间变电所高压进线为例，其他车间变电所高压进线的保护方案与 间变电所高压进线保护方案相同。 1）装设定时限过电流保护，采用 电磁式过电流继电器。 过电流保护动作电流的整定 m a x30I，30数值 2 应为电动机 的自启动系数 30I=2.1，.8，50/5=30，因此动作电流为： ，因此过电流保护动作电流 定为 6A。 过电流保护动作时间的整定 21 式中 1t 为后一级保护的线路首端发生三相短路时，前一级保护的动作时间； 2t 为后一级保护中最长的一个动作时间，这里取 t 为前后两级保护装置的时间级差，对定时限过电流保护取 一级保护动作时间为 2s，故 t s，所以过电流保护动作时间整定为 过电流保护灵敏系数的检验 23 m 保护线路末端的两相短路电流， 3(1m i n. ， 8 01/306/1 ， 因此其灵敏度系数为： 05 52 51.m 足 灵敏度系数的要求。 2）装设电流速断保护 利用 速断装置。 电流速断保护动作电流（速断电流）的整定 m a x.1 ki ， 式中 被保护线路末端的三相短路电流， 2.1 ，50/5=30 ， 因 此 动 作 电 流 为 ： ,因此动作电流整定为 274A。 电流速断保护灵敏系数的校验 21,保护线路首端的两相短路电流， 3(1m i n. ， 8 01/306/1 ， 05 52 51.m 2 满足灵敏度系数的要求。 联电容器的保护装置 1）并联电容器保护装置的配置要求 对电容器组和断路器之间连接线的短路保护：可装设带有短时限的电流速断和过电流保护，动作于跳闸。 对电容器内部故障及其引出线的短路保护：宜对每台电容器分别装设专用的熔断器。 24 电容器组的单相接地故障保护：可利用电容器组所连接母线上的绝缘监察装置进行监视，如果电容器组所连接母线有引出线路时，可装设有选择性的接地保护，动作于信号；当危及人身和设备安全时，应动作于跳闸。 过电压保 护：对电容器组的过电压，应装设过电压保护，带时限动作于信号或跳闸。 过负荷保护，对于电网中出线的高次谐波有可能导致电容器过负荷时，电容器组宜装设过负荷保护，带时限动作于信号或跳闸。 2）并联电容器短路保护的整定 熔断器保护的整定，采用熔断器来保护并联电容器时，按 联电容器装置设计规范规定，其熔体电流，并不宜大于其额定电流的 ，而按 定，不宜大于其额定电流的 此取 (本设计中，选用 120 1 型电容器，电容器额定电流 N . ，所以选择的熔断器的熔体电流 (=(，因此选用 熔断器，所装熔体的额定电流为 18A。 电流继电器的整定，选用 电磁式电流继电器，采用电流继电器作相间短路保护时，电流继电器的动作电流Ni 式中1 2 2.5；电流接线为 1；虑到电容器的合闸涌流，互感器一次额定电流宜选为电容器组额定 电流的 2 倍。电容器采用接法的电容器组的额定电流，式中 ,n 为 并 联 电 容 器 的 个 数 ， , 所以电容器组额定电流012 03 ，所以选择电流互感器的一次额定电流范围为（ 3）选择 型电流互感器，因此 205/100 因此电流继电器的动作电流整定值： 25 保护灵敏度的检验，并联电容器过电流保护的灵敏度，应按电容器端子上在系统最小运行方式下发生两相短路的条件来校验，即： (m i n. 式中 )2(在系统最小运行方式下电容器端子上的两相短路电流。因无短路电流数据，无法检验灵敏度系数。 第七章 防雷接地 接防雷保护 在变电所屋顶装设避雷针和避雷 带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻 R10W （表 9通常采用 3长 2.5 m 的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离 5 m，打入地下，管顶距地面 0.6 m。接地管间用 404镀锌 扁刚焊接相接。引下线用 25 4 镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径 20镀锌扁刚，长 1 立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有 3m 以上的距离。 电侵入波的防护 1）在 10源进线的终端杆上装设 10 型阀式避雷器。引下线采用 25 4 镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 2）在 10压配电室内装设有 1A（ F） 54 型开关柜，其中配有 10型避雷器，靠近变压器。变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。 3）在 380V 低压出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的