某化纤毛纺厂总配电所及高压配电设计方案

1 某化纤毛纺厂总配电所及高压配电设计方案 第一章 绪 论 厂供电发展及现状 电能广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面，绝大多数电能都由电力系统中的发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础。 而我国现有的配电网很薄弱，绝大多数为树状结构，且多为架空线，可靠性差。尤其在农村送电距离太长，配电设备比较陈旧，配电网运行状态监测设备少，信息传输通道缺乏。这些导致事故处理自动化程度低，处理时间长，事故后恢复供电慢。加强配电网的建设，提高配电网的管理水平和电网自动化程度显得尤为重要。 我国已在近 期内重点投资改造和建设配电网，合理增加变电站，完善配电网络，提高配电自动化水平。为此，不断涌现的新理论、新方法、新技术、新设备，把计算机技术、通信技术与传统的变电技术相结合形成的现代变电技术在供变电系统中得到快速发展和应用。 厂供电设计原则 工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分，工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。因此，设计中必须遵循以下要求 1： （ 1）必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。 （ 2）应做到保障人身和设备的 安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。 （ 3）应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。 （ 4）按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。 设计的意义和工作 2 设计的意义 工厂供电 设计工作的目的就是 为工业生产服务，保证生产和生活用电的需要 。因此， 做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。 同时做好 工厂供电 设计有利于实现资源的优化配置 ， 对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。 设计的主要内容 本设计就是根据工程实际， 对某化纤毛纺厂总配电所及高压配电一次系统和部分二次系统进行总体设计。 其主要内容如下： 根据工厂的布置、生产任务、规模及产品规格，求出各车间负荷情况。 根据车间变电所的容量以及供用电协议，对该厂的设备进行选择。 提出该厂的总配变电所及高压配电系统的具体设计方案。 对该系统的供电可靠性进行探讨。 第二章 负荷计算及无功功率补偿 力负荷 电力负荷又称电力负载，其有两种含义： （ 1）指耗用电能 的用电设备或用电单位，如重要负荷等； （ 2）指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如轻负载等。 力负荷的分级 按规定，电力负荷根据其对供电可靠性的要求以及中断供电造成的损失或影响分为三级 2： 一级负荷 一级负荷为中断供电将造成人身伤亡；或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备的损坏等。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特 3 别重要的负荷。 二级负荷 二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大 损失，如主要设备的损坏等。 三级负荷 三级负荷为一般电力负荷，指所有不属于上述一、二级的负荷。 级电力负荷对供电电源的要求 一级负荷对供电电源的要求 由于一级负荷属于重要负荷，如中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两个电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不至于同时受到损坏。 一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源，为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。 二级负荷对供电电源的要求 二级负荷也属于重要负荷，要求由两回路供电，供电变压器 也应有两台。其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。 三级负荷对供电电源的要求 三级负荷属于不重要的一般负荷，对供电负荷没有特殊要求。 体的负荷计算 计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。 用电设备组计算负荷的确定，在工程中常用的有需要系数法和二项式法，前者应用最为普遍。当用电设备台数较多、各台设备容量相差不大时，通常采用需要系数法计算。当用电设备台数较少而容量又相差悬殊时，则宜采用二项式法计算 3。本次设计采用需要系数法进行负荷计 算。 车间变电所的负荷计算 表 2车间变电所资料 序号 车间（单位）名称 设备容量 d 1 制条车间 340 纺纱车间 340 饮 水 站 86 锻工车间 37 机修车间 296 幼儿园 仓库 38 小计（ K） 2 织造车间 525 染造车间 490 浴室、理发室 5 食堂 40 单身宿舍 50 小计（ K） 3 锅炉房 151 水泵房 118 化验室 50 油泵房 28 小计（ K） 根据表 2得： 一号车间变 电所的计算负荷： 1）制条车间 的计算负荷 有功计算负荷的计算公式： 30 P（ 所以： 制条车间 的有功计算负荷： 30 0 . 8 3 4 0 2 7 2P k W （ 1 ）无功计算负荷的计算公式： 3 0 3 0t a （ 所以： 制条车间 的无功计算负荷： 3 0 ( 1 ) 2 7 2 0 . 7 5 2 0 4 v a 2）纺纱车间 的计算负荷 有功计算负荷： 3 0 ( 2 ) 3 4 0 0 . 8 2 7 2P k W 无功计算负荷： 5 v a (30 3）饮水站 的计算负荷 有功计算负荷： 3 0 ( 3 ) 8 6 0 . 6 5 5 5 . 9 0P k W 无功计算负荷： v (30 4）锻工车间 的计算负荷 有功计算负荷： 3 0 ( 4 ) 3 7 0 . 2 7 . 4 0P k W 无功计算负荷： v a (30 5）机修车间 的计算负荷 有功计算负荷： 3 0 ( 5 ) 2 9 6 0 . 3 8 8 . 8P k W 无功计算负荷： v (30 6）幼儿园 的计算负荷 有功计算负荷： 3 0 ( 6 ) 1 2 . 8 0 . 6 7 . 6 8P k W 无功计算负荷： v (30 7）仓库的计算负荷 有功计算负荷： 3 0 ( 7 ) 3 8 0 . 3 1 1 . 4 0P k W 无功计算负荷： v a (30 8）一号车间变电所的计算负荷 有功计算负荷的计算公式： 3 0 3 0 P （ 所以：一号车间的有功计算负荷： 30 0 . 9 ( 2 7 2 2 7 2 5 5 . 9 0 7 . 4 0 8 8 . 8 0 7 . 6 8 1 1 . 4 0 ) 6 4 3 . 6 6P k W 无功计算负荷的计算公式： 6 3 0 3 0 Q （ 所以：一号车间的无功计算负荷： 30 0 . 9 ( 2 0 4 2 0 4 4 1 . 9 3 8 . 6 5 1 5 3 . 8 1 1 0 . 2 4 1 9 . 7 5 ) 5 7 8 . 1 3 v a 视在负荷和计算电流公式： 223 0 3 0 3 0S P Q（ 3030 3（ 所以：一号车间变电所视在负 荷： 2230 6 4 3 . 6 6 5 7 8 . 1 3 8 6 5 . 1 8S k V A 计算电流： 308 6 5 . 1 8 1 3 1 4 . 5 13 0 . 3 8二号车间变电所的计算负荷： 1）织造车间的计算负荷 有功计算负荷： 3 0 ( 1 ) 5 2 5 0 . 8 4 2 0P k W 无功计算负荷： v a (30 2）染造车间的计算负荷 有功计算负荷： 9 0)2(30 无功计算负荷： v a (30 3）浴室、理发室的计算负荷 有功计算负荷： (30 无功计算负荷： v (30 4）食堂的计算负荷 有功计算负荷： (30 无功计算负荷： 7 v (30 5）单身宿舍的计算负荷 有功计算负荷： (30 无功计算负荷： v (30 6）二号车间变电所的计算负荷 有功计算负荷： 7403043 9 24 2 ）（ 无功计算负荷： v a 视在负荷： 2230 7 9 7 . 4 0 5 6 8 . 3 5 9 7 9 . 2 2S k V A 计算电流： 309 7 9 . 2 2 1 4 8 7 . 7 73 0 . 3 8三号车间变电所的计算负荷 1）锅炉房的计算负荷 有功计算负荷： 1)1(30 无功计算负荷： v 3)1(30 2）水泵房的计算负荷 有功计算负荷： 8)2(30 无功计算负荷： v (30 3）化验室的计算负荷 有功计算负荷： (30 无功计算负荷： v (30 4）油泵房的计算负荷 8 有功计算负荷： (30 无功计算负荷： v (30 5）三号车间变电所的计算负荷 有功计算负荷： ）（无功计算负荷： v a 视在负荷： 2230 2 3 4 . 2 3 1 7 5 . 6 7 2 9 2 . 7 8S k V A 计算电流： 302 9 2 . 7 8 4 4 4 . 8 43 0 . 3 8功功率补偿 由 表 2厂的三个车间变压器 供电部门要求 10虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗， 因此 380取 80 设计采用 、 2、 3、 4四种方案，其中 1、 2屏为主屏， 3、 4屏为辅屏。 1、3屏各有 6支路，电容器为 屏共 84用 6步控制，每步投入142、 4屏各有 8支路，电容器亦为 屏共 112用 8步控制 ， 每步亦投入 14 表 2厂各车间负荷计算数据表 序号 车间（单位）名称 设备容量d 1 制条车间 340 纺纱车间 340 饮 水 站 86 0p0q 30s 30I 9 锻工车间 37 机修车间 296 幼儿园 仓库 38 小计（ K） 2 织造车间 525 染造车间 490 浴室、理发室 5 食堂 40 单身宿舍 50 小计（ K） 3 锅炉房 151 水泵房 118 化验室 50 油泵房 28 小计（ K） 号车间变电所无功功率补偿 低压侧需装设的并联电容器容量为 )t a n( t a （ 所以： v a 0v a r)a n ( a r c c o s)t a n ( a r c c 3 取 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 230230 )2(30 )( （ 所以： 2)2(30变压器的功率损耗为 )2(30 （ v a )2(30 （ 变电所高压侧的计算负荷为 )1(30 10 v a a a r) )1(30 2 )1(30 无功功率补偿后，一次侧最大负荷时功率因数为 c o s )1(30 )1(30 满足规定要求 选 联电容器为 用方案 1（主屏）1台与方案 3（辅屏） 3台相组合，总容量 844=336功补偿后 3800 表 2一号车间变电所无功功率补偿计算 项 目 计算负荷 300 3030380V 侧补偿前负荷 380V 侧无功补偿容量 380V 侧 补偿后负荷 主变压器功率损耗 10负荷总计 号车间变电所无功功率补偿 低压侧需装设的并联电容器容量为 v a 7v a r)o st a n ()t a n ( a r c c 7 取 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 2 )2(30 变压器的功率损耗为 )2(30 v a )2(30 变电所高压侧的计算负荷为 )1(30 v a a a r) )1(30 2 )1(30 11 无功功率补偿后，一次侧最大负荷时功率因数为 c o s )1(30 )1(30 满足规定要求 选 联电容器为 用方案 1（主屏）1台与方案 3（辅屏） 2台相组合，总容量 843=252功补偿后 3800 表 2号车间变电所无功功率补偿计算 项 目 计算负荷 30 0 30 30 380V 侧补偿前负荷 80V 侧无功补偿容量 380V 侧补偿后负荷 变压器功率损耗 10负荷总计 三号车间变电所无功功率补偿 低压侧需装设的并联电容器容量为 v a a r)o st a n ()t a n ( a r c c 4 取 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为 2 )2(30 变压器的功 率损耗为 )2(30 v a )2(30 变电所高压侧的计算负荷 为 4 )1(30 v a a a r) )1(30 2 )1(30 无功功率补偿后，一次侧最大负荷时功率因数为 c o s )1(30 )1(30 满足规定要求 联电容器为 用方案 1（主屏）1台，总容量 841=84无功补偿后 38002 所示。 表 2三号车间变电所无功功率补偿计算 项 目 计算负荷 300 3030380V 侧补偿前负荷 380V 侧无功补偿容量 380V 侧补偿后负荷 变压器功率损耗 10负荷总计 厂总配电所的计算负荷 根据表 2算总配电所的负荷： 有功计算负荷： 3 30 ）（总 无功计算负荷： v 0 6 . 7 63 6 7 . 8 22 8 3 . 4 0(30 总 视在负荷： va 2)(30 总 计算电流： 30 总 13 第三章 变电所主变压器和主接线方案的选择 变电所担负着从电力系统受电，经过变压然后分配电能的任务。配电所担负着从电力系统受电，然后直接分配电能的任务，变配电所是工厂供电系统的枢纽。 工厂变电所又分总降压变电所（把 35上电压降为 10 6压）和车间变电所（把 10 6压降为 220/380V 电压）。一般中小型工厂不设总降压变电所 4。 电所主变压器的选择 已知该毛纺化纤 厂属一般中小型工厂，对供电负荷没有特殊要求，所以从电力系统的 350 电所主变压器台数的选择 选择主变压器台数时应考虑下列原则： 应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经 济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。 除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。 在确定变电所主变压器的台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。 本次设计的三个变电所均为车间变电所，根据其负荷性质和供电要求，设计时采用一台变压器。 14 电所主变压器联结组别的选择 电力变压器的联结组别，是指变压器一、二次绕组因采取不同的联结方式而形成变压器一、二次侧对应线电压之间的不同相位关系。 610 电变压器有 种常见的联结组 6。 三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不超过低压绕组额定电流 25%，且供电系统中谐波干扰不太严重时，三相配电变压器的联结组可选 当由于单相不平衡负荷引起的中性线电流超过变压器低压绕组额定电流 25%时，或供电系统中存在较大的“谐波源”，高次谐波电流突出时，三相配电变压器的联结组宜选 设计的三个车间变电所均采用 结的配电变压器。 电所主变压器容量的选择 只装一台主变压器的变电所， 30N （ 车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于 一号 变电所主变压器容量的选择 由 表 N 取 800即选一台 0型低损耗配电变压器。 二号 变电所主变压器容量的选择 由 表 N 930 取 1000即选一台 0型低损耗配电变压器。 三号 变电所主变压器容量的选择 由 表 N 取 315即选一台 0型低损耗配电变压器。 电所主接线方案的选择 主接线图即主电路图，是表示系统中电能输送和分配路线的电路图，亦称一 15 次电路图。 间变电所的主接线分类 有工厂总降压变电所或高压配电所的非独立式变电所 其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，一般都安装在高压配电线路的首端，即总变配电所的高压配电室内，而车间变电所只设变压器和 低压配电室，其高压侧多数不装开关，或只装简单的隔离开关、熔断器和避雷器等。 无工厂总降压变电所和高压配电所的独立式变电所 工厂内无总变、配电所时，其车间变电所就是工厂的降压变电所，其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等都必须配备齐全，所以一般要设置高压配电室。在变压器容量较小、供电可靠性要求不高的情况下也可不设高压配电室，其高压侧的开关电器就装设在变压器室的墙上或电杆上，在低压侧计量电能；或者高压开关柜就装在低压配电室内，在高压侧计量电能 6。 电所主接线图 图 变电所 主接线方案 16 第四章 短路电流计算 路电流的基本概念 所谓短路，就是指电力系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间、相与地之间的短接。其特征就是短接前后两点的电位差会发生显著变化 7。 路的危害 发生短路故障时，由于短路回路中的阻抗大大减小，短路电流与正常工作电流相比增加很大。强大的短路电流在其回路中所产生的热效应及电动效应会使电气设备受到破坏；不对称接地短路所产生的零序电流，会在临近的通信线路中产生感应电动势干扰通信，严重时会危及人身和设备的安全。 算短路电流的 目的 计算短路电流的目的是为了限制短路危害和缩小故障的影响范围。在变电所和供电系统的设计和运行中，进行短路电流计算有以下用途： 选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。 选择和整定继电保护装置，使之能准确地切除短路故障。 确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施 8。 路电流计算 短路电流的计算方法分为有名单位制法（欧姆法）和相对单位制法（标幺制法）。本次设计采用标幺制法进行短路电流计算。 号车间变电所短路电流计算 系统最大运行方式时短路电流计算 1） 绘制计算电路 17 系统（ 1 ）（ 2 ）（ 3 ）k - 1 k - 20 . 4 k . 5 k - 8 0 01 8 7 M V J - 1 5 0 , 0 . 5 k 短路计算电路 2）确定基准值 设 00d=压侧 （ 所以： 03100311 3）计算短路电路中各原件 的电抗标幺值 *（ 所以： 7/1 0 0*1 M V 查表得 ，线路长 20* （ 所以： 100)2*2 查表得 故 00%* （ 所以： k V 等效电路 18 4）计算 的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 *1* )1( k 3(（ 所以： * )1(1)3( 1 ( 1)3()3( （ 3()3( （ 3()3( （ *)3( / 所以： M 00/ * )1()3( 1 5）计算 的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 *2*1* )2( k 44/ * )2(2)3( 2 k ( 2)3()3( 3()3( （ 3()3( （ M V 00/ * )2()3( 2 表 4路计算结果 短路计算点 三相短路电流 /相短路容量 /3(I )3(I )3(系统最小运行方式时短路电流计算 1）绘制计算电路 19 系统（ 1 ）（ 2 ）（ 3 ）短路计算电路 2）确定基准值 设 00d=压侧 03100311 3）计算短路电路中各原件 的电抗标幺值 7/1 0 0*1 M V 查表得 ，线路长 100)2*2 查表得 故 k V 绘制等效电路， 10 . 9 320 . 1 635 . 6 3k - 1 k - 2图 等效电路 4）计算 的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容 量 *1* )1( k * )1(1)3( 1 k ( 1)3()3( 3()3( 3()3( 20 M 00/ * )1()3( 1 5）计算 的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 *2*1* )2( k 电流周期分量有效值 44/ * )2(2)3( 2 k ( 2)3()3( 3()3( 3()3( M 00/ * )2()3( 2 表 4路计算结果 短路计算点 三相短路电流 /相短路容量 /3(I )3(I )3( 二号车间变电所短路电流计算 系统最大运行方式时短路电流计算 1）绘制计算电路 系统（ 1 ）（ 2 ）（ 3 ）短路计算电路 2）确定基准值 设 00d=压侧 03100311 21 3）计算短路电路中各原件的电抗标幺值 7/1 0 0*1 M V 查表得 ，线路长 100)2*2 查表得 故 k V 绘制等效电路， 32 3等效电路 4）计算 的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 *1* )1( k * )1(1)3( 1 k ( 1)3()3( 3()3( 3()3( M 00/ * )1()3( 1 5）计算 的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 *2*1* )2( k 44/ * )2(2)3( 2 k ( 2)3()3( 22 3()3( 3()3( M V 00/ * )2()3( 2 表 4路计算结果 短路计算点 三相短路电流 /相短路容量 /3(I )3(I )3(系统最小运行方式时短路电流计算 1）绘制计算电路 系统（ 1 ）（ 2 ）（ 3 ）k - 1 k - 20 . 4 k . 5 k - 1 0 0 01 0 7 M V J - 1 5 0 , 0 . 5 k 短路计算电路 2）确定基准值 设 00d=压侧 03100311 3）计算短路电路中各原件的电抗标幺值 7/1 0 0*1 M