某化纤毛纺织厂总配变电所及配电系统设计书

1 某化纤毛纺织厂总配变电所及配电系统设计书 一、原始材料分析 1 工程概况 某化纤毛纺厂 10电所供电给织造车间、染整车间、锅炉房、食堂、水泵房、化验室及其他车间变电所。已知工厂三班制工作，年最大负荷利用小数 6000h，为二级负荷。二级负荷是指中断供电将在政治上、经济上造成较大的损失的用电设备。在条件允许的情况下，二级负荷应有两条线路供电。 2 供电条件 （ 1）工厂与电业部门的供电协议内容如下： 1从电业局 110/10电所引进电源三路（双回路架空线），该变电所距厂南侧 2 公里。 2电业局属变电所 10出线定时限过电流保护动作整定为 。 3功率因数要求为 4变电所 10线的短路容量 87m , 07m 。 5该厂三班制，全年 348 个工作日，年最大负荷利用小时数 6000 小时，属 类负荷。 （ 2）电源 1 进线处三相短路容量 100线 电缆长约 150 米。电源 2 进线处三相短路容量 100线电缆长约 120 米。 （ 2）设计要求 1、要求计量柜在主进开关柜之后，且第一柜为主进开关柜。 2、为其他车间变电所提供 2 路 10源出线，容量每路 800 3、配变电所设于厂区负荷中心，为独立式结构，有人值班。低压供电半径小于 250m。配变电所建筑构造及面积由电气设计定。 二、全厂负荷计算 采用 需要系数法 计算各车间变电所的计算负荷，具体数据如表 2示。 表 2号 车间或用电 单位名称 设备 容量(计 算 负 荷 30P(30Q( 30S( 1 制条车间 340 72 204 31 2 纺纱车间 320 56 192 320 486 3 织造车间 525 20 315 525 798 4 染整车间 490 92 294 490 744 5 机修车间 300 0 80 273 6 锅炉房 150 96 2 相关计算公式： 30P=0P= 0P30Q=30P 0Q=30Q30S= 230230 30S= 230230 三、无功功率的补偿及变压器的选择 电力部门规定，无带负荷调整电压设备的工厂 须在 上。为此，一般工厂均需安装无功功率补偿设备，以改善功率因数。我们采取的无功补偿方式是：高压补偿和低压补偿相结合、集中补偿与就地补偿相结合。在需要补偿容量大的车间采用就地补偿的方式其余采用低压集中补偿和高压集中补偿方式。根据该工厂的负荷特点，根据这一思路，我们选择在 电所选择 1、 2 车间， 电所 3、 4 车间采用就地补偿。 根据供电协议的功率因数要求，取 补偿后的功率因数 ，各个补偿的容量计算如下： 1、 就地补偿： 列 间变电所： 制条车间： 2c 联立得： k V a 22 0 4 根据供电技术附表知并列电容器的标称容量选择 7 个 ，即补偿容量为 98 补偿后剩余容量 ：=20406理可得 3、 4车间的补偿容量及补偿后剩余容量。 3、 变压器的选择及高压集中补偿 变压器本身无功的消耗对变压器容量的选择影响较大，故应该先进行无功补偿才能选出合适的容量。变压器的额定容量也要考虑温度的影响，本设计中，选择室内安装，由于散热7 化验室 78 11 8 食堂宿舍 50 1 9 办公楼幼儿园 108 1 38 总计（ 380 V 侧 ） 计入 =K= 548 3 条件较差，变压器进风口与出风口间大概有 15 度的温差，因此，处在室内的变压器环境温度比户外大约高 8 度，因此容量要减小 8%. 环境温度的考虑： 1 0 0/)(- 0 . 9 2n =35 取 0P= 0P30Q=30Q30S= 230230 30S=虑 15%裕量： k V 515 3 2 根据供电技术 222 页表 4 选 0 接线方式 Y, 2 0 0 01 9 5 000载电流：负载：空载： 30S =理可得 变压器选型及高压集中补偿前的参数，其中 0 接线方式 Y,上在车间和车变补偿之后，在高压侧的有功和无功变为各个车间变电所高压侧的有功，无功之和。 于是高压侧的有功与无功为： = ta PQ c=用三个型号为 进行高压集中补偿，补偿容量为 120用案一（主屏）一个补偿柜。补偿后的功率因数达到 号 车间无功功 理论补偿量 实际补偿 补偿后剩余 电容器型号及 视在功 功率因数 4 率 量 无功 数量 率(Q(Qc(Q (1 204 6 108 2 192 192 3 315 160 168 147 2 4 294 139 140 154 0 5 6 7 8 9 P Q 就地补偿之后 6 09 308 373 压侧功率因数 压集中补偿 20 压器损耗 四、主接线设计 因为该厂是二级负荷切考虑到经济因素故本方案采用 10母线分段供电方式，采用这种接线方式的优点有可靠性和灵活性较好，当双回路同时供电时，正常时，分段断路器可合也可开断运行，两路电源进线一用一备，分段断路器接通，此时，任一段母线故障，分段与故障断路器都会在继电保护作用下自动断开。故障母线切除后，非故障段可以继续工作。当两路电源同时工作互为备用试，分段断路器则断开，若任一电源故障，电源进线断路器自动断开，分段断 路器自动投入，保证继续供电。 具体接线图如附图 1，采用工程制图 气图专用辅助软件（天正电气）进行主接线的设计，其中各个高压开关柜、高压开关电器的选型型号都标出。 五、 短路电流计算 短路电流的计算 取 100P 5 所以 *1100%0100100 6 *2 *13100%010010046 总配进线： *配到 电所进线： 2 *配到 电所进线： 2 *大运行方式下： 绘制等效电路图 1K : 64 X 003 )3(*d )3(3(6 )3( )3(d 2K : *X =83 )3(*d 03 )3(3( )3( ( )3(d M 3K: *X=1 4 )3(*d )3(3( )3( 1 ( )3(d M 最小运行方式下： 绘制等效电路图 7 1K : *X =3(*d )3(3( )3( )3(d 2K : *X =3(*d )3(3( )3( )3(d 3K: *X=3(*d )3(3( )3( ( )3(d 将以上数据列成短路计算表，如表 5表 5示： 表 5大运行方式 8 短路点 )3( )3( )3( 三相短路容量 1k 55 2k 5小运行方式 短路点 )3( )3( )3( 三相短路容量 1k k 、变电所的一次设备选择和校验 供电系统的电气设备主要有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套电设备等。电气设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。 电气设备按在正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件是 指电气装置所处的位置（室内或室外）、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑断流能力。 压设备器件的选择及校验 型号选择 安装地点条件 断路器 隔离开关 电流互感 器 电压互感器 高压熔断器 避雷 器 10）/400 (30 =100000000/100 1000I=30A 400A 200/5 200A 6 9 5500 20005 ）（ 3I t= t 216 2 214 5 个数 5 9 5 1 3 1 供电技术230227 工厂供电设计指导路器的选择与校验 （ 1）按工作环境选型：户外式 （ 2）10. 46 000 Q FN . Q F =630A30I=3)动稳定校验 断路器最大动稳试验电流峰值0kA4)热稳定校验 要求断路器的最高温升不超过最高允许温度即 162 (5)断流容量的校验： 断路器的额定断流容量应大于断路器安装处的最大三相短路电流容量即 M 00.)3( M V AS k a x.)3( 综上，断路器的选择满足校验条件。 离开关的选择与校验 （ 1） 按工作环境选型：户外型 （ 2） 隔离开关的额定电压及额定电流10=40030I=9 . 2. 9000 Q SN . Q S 10 （ 3） 动稳定校验 4） 热稳定校验 980514 2 即 流互感器选择与校验（ 高压侧电流互感器） 电流互感器，60， 75， t=1s， 1 级的二次绕组的 （ 1） 该电流互感器额定电压 2） 电流互感器一次侧额定电流 000 c tN . c t （ 3） 动稳定校验 动稳定倍数 60 次侧额定电流 3 101 . 则 . 动稳定性满足 （ 4）热稳定性校验 热稳定倍数 0 热稳定时间I = 2. )( K= 2)23190( = )( 热稳定性满足 压互感器的选择与校验 经查表该型号电压互感器额定容 量 00 1 0 0 0 05 0 0 所以满足要求 压熔断器的选择与校验 （ 1）高压熔断器额定电压大于安装处电网的额定电压 即 10(2)断流能力 M V U 1 5 52 0 0 雷器的选择 避雷器的额定电压大于等于安装处电网的额定电压 11 10线与各车间变电所进线的校验 1、根据短路电流进行热稳定校验 （ 1） 10线： 按经济电流密度选择进线截面 积： 已知 6000查表可得，经济电流密度 2进线端计算电流 7 2 3330 可得经济截面 230 经查表，选择 裸绞线 导线间几何间距 D=导线技术参数为： R= X= 校验：短路时 发热的最高允许温度下所需导线最小截面积 22)3(m i n 1 2 所以满足要求。 （ 2） 电所进线： 按上述方法选择 裸绞线 导线间几何间距 D=导线技术参数为： R= X= 校验： 22)3(m i n 所以满足要求。 2、根据电压损耗进行校验 （ 1） 10线： % 0 0 1 7 71 6 6 4%10% 2 2） 间变电所进线： %0 9 0 0 3 1 7%10% 2 据符合长期发热条件进行校验 （ 1） 10线： 选 120型裸铝绞线 取导线间几何间距 D=查表可得，最大允许载流量 75 负荷电流） （ 2） 间变电所进线 12 选 70型裸铝绞线 取导线间几何间距 D=查表可得，最大允许载流量 15 压设备器件的选择及校验 、低压断路器的选择与校验 （ 1）按工作环境选型：户外式 （ 2）2 . 1000 Q FN . Q F 3、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器） (1) )电流互感器一次侧额定电流7324070 2070150001 . 30I =1458A 满足要求 (3)动稳定校验（ 35） . (4)热稳定校验（ 5） 2. )( K= 2)173275( =010 = 30I= 满足要求 （ 1） 热稳定校验 1600140 2 即 22. 13 2、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器） 流互感器 （ 1） 该电流互感器额定电压 2） 电流互感器一次侧额定电流 1 5 84 . 6 32 0 0000 c tN . c t （ 3） 动稳定校验 动稳定倍数 35 次侧额定电流 5 8401 . 则 . 动稳定性满足 （ 4）热稳定性校验 热稳定倍数 5 热稳定时间I = 2. )( K= 2)158475( = )( 热稳定性满足 线的选择与校验 工厂供电， （ 母线尺寸： 15 3（ 2 铝母线载流量： 165A 热稳定校验： 223m i n a 所以满足热稳定要求； 动稳定校验：K c)3( 62 )3(7 )(1073 带入数据)3(7 )(1073 = )( K c)3( = )(30 14 62 = )(101 2 0 62 m = M P a 所以满足动稳定要求。 号选择 安装地点条件 低压断路器 电流互感器 刀开关 J 0 U=0I=500A 2000/5 1500A 0 135 2I t= t 75 个数 1 6 低压母线选择与校验： （ 1）馈电给整条车间的线路采用选用 Y J T V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0型交联聚氯乙烯绝缘铜芯型号选择 安装地点条件 低压断路器 电流互感器 刀开关 J 0 U=0I=500A 1500/5 1500A 0 135 2I t= t 75 个数 12 12 10 15 电缆直埋地敷设。 1）按发热条件选择。由30I=地下 壤温度为 20 摄氏度，查标 选 240 平方毫米，其 al al K=560A30I（ K 1） ,满足发热条件。即选用 40三芯塑料电缆（直埋）。 2）校验电压损耗。由图 2示平面图量得变电所至 1 号厂房距离约 250m,而由表得铜电缆的0R= ， 0 oX （线间几何均距计 )，又 1 号厂房的30P=2720Q=204此按公式得： 2 7 2 ( 0 . 1 3 2 0 . 1 5 ) 2 0 4 ( 0 . 3 0 . 2 5 ) 5 4 . 40 . 3 8 0 0 0 0 00 0 0 0 0( 5 4 . 4 / 3 8 0 ) 1 0 0 0 . 1 4 5 V U 满足允许电压损耗 005 的要求。 3）短路热稳定校验。按公式求满足短路热稳定度的最小截面 ( 3 ) 2m i n 0 . 7 52 5 5 0 0 1 2 9171i m m 式中 变电所高压侧过电流保护时间按 定（终端变电所），再加上断路器断路时间 加上 由于前面所选 240 2芯截面大于足要求 ，即 Y J T V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0的四芯铜芯电缆（中性线不小于相线的一半，下同） （ 2）馈电给纺纱车间的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直流地敷设。（方法同上）按发热条件选择。由30I=地下 壤温度为 20 摄氏度，查表 选 240平 方 毫 米 ， 其 al al K=560A30I（ K 1 ） , 满 足 发 热 条 件 。 即 选 用Y J T V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0四芯铜芯电缆（直埋）。 （ 3）馈电给织造车间的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直流地敷设。按发热条件选择。由30I=地下 壤温度为 20 摄氏度，查标 选 300 平方毫米，其 al al K=800A30I（ K 1） ,满足发热条件。即选用 Y J T V 1 0 - 3 * 3 0 0 - 1 1 5 0四芯铜芯电缆（直埋）。 （ 4）馈电给染整车间车间的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直流地敷设。按发热条件选择。由30I=地下 壤温度为 20 摄氏度，查标 选 300 平方毫米，其 al al K=800A30I（ K 1） ,满足发热条件。即选用 Y J T V 1 0 - 3 * 3 0 0 - 1 1 5 0四芯铜芯电缆（直埋）。 16 （ 5）馈电给机修车间车间的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铝心电缆直流地敷设。按发热条件选择。由30I=地下 壤温度为 20 摄氏度，查标 选 120 平方毫米，其 al al K=302A30I（ K 1） ,满足发热条件。即选用 Y J L V 1 0 - 3 * 1 2 0 - 1 6 0四芯塑料电缆（直埋）。 1）按发热条件选择。由30I=地下 壤温度为 20 摄氏度，查标 选 120 平方毫米，其 al al K=302A30I（ K 1） ,满足发热条件。即选用Y J T V 1 0 - 3 * 1 2 0 - 1 6 0四芯塑料电缆（直埋）。 2） 检验电压损耗。 得铝电缆的0R=， 0 oX （线间几何均距计 )，又 厂房的 30P =9030Q = 此按公式得： 9 0 ( 0 . 3 1 0 . 3 ) 1 5 5 . 7 ( 0 . 3 1 0 . 3 ) 6 4 . 6 60 . 3 8U % ( 6 4 . 6 6 / 3 8 0 ) 1 0 0 % 0 . 1 7 % 5 %U 3）短路热稳定校验。按公式求满足短路热稳定度的最小截面 ( 3 ) 2m i n 0 . 7 52 5 5 0 0 2 2 797i m m 由于前面所选 120 2芯截面小于满足短路热稳定要求，因此改为240 2即 Y J L V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0的四芯铝芯电缆（中性线不小于相线的一半，下同） （ 6）馈电给锅炉房的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铝心电缆直流地敷设。按发热条件选择。采用即 Y J L V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0的四芯铝芯电缆（直埋）。 （ 7）馈电给化验室车间的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铝心电缆直流地敷设。按 发热条件选择。采用即 Y J L V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0的四芯铝芯电缆（直埋）。 （ 8）馈电给食堂宿舍的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铝心电缆直流地敷设。按发热条件选择。采用即 Y J L V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0的四芯铝芯电缆（直埋）。 （ 9）馈电给办公楼、幼儿园的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铝心电缆直流地敷设。按发热条件选择。采用即 Y J L V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0的四芯铝芯电缆（直埋）。 3、作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用 交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距 20（ 1）按发热条件选择 工厂二级负荷容量共 0 1 2 7 7 . 5 / ( 3 * 1 0 ) 7 3 . 7 6I k V A k V A，最热月 17 土壤平均温度为 20C ，查表 缆芯截面为 25 2联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其 9 0 2 0 * 1 3 0 1 2 5 . 6 09 0 1 5 30I ,满足发 热条件。 （ 2）校验电压损耗 查表可得缆芯为 25 2铝芯电缆的0 1 /R （缆芯温度按 80C 计），0 0 /X ，二级负荷的30 ( 2 7 2 2 5 6 4 2 0 3 9 2 1 1 2 . 5 ) * 0 . 7 1 0 1 6 . 7 5P k W ，30 ( 2 0 4 1 9 2 3 1 5 2 9 4 8 4 . 3 7 5 ) * 0 . 7 7 6 2 . 5 6 v a ，线路长度按 2算，因此 1 0 1 6 . 7 5 ( 1 . 5 4 2 ) 7 6 2 . 5 6 v a r ( 0 . 1 2 2 ) 3 3 1 . 4 610k W % ( 3 3 1 . 4 6 / 1 0 0 0 0 ) 1 0 0 % 3 . 3 1 % 5 % 由此可见满足允许电压损耗 5%的要求。 （ 3）短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯 25 2交联电缆是满足热稳定的要求，而邻近单位 10短路数据不知，因此该联络线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。 综合上述所选变压器进出线和联络线的导线和电缆型号规格如下表所示： 线路名称 导线或电缆的型号规格 10源进线 绞线（三相三线架空） 主变 引入电缆 Y J T V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0四芯塑料电缆（直埋） 10制条车间 Y J T V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0四芯塑料电缆（直埋） 纺纱车间 Y J T V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0四芯塑料电缆（直埋） 织造车间 Y J T V 1 0 - 3 * 3 0 0 - 1 1 5 0四芯塑料电缆（直埋） 染整车间 Y J T V 1 0 - 3 * 3 0 0 - 1 1 5 0四芯塑料电缆（直埋） 机修车间 Y J L V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0四芯塑料电缆（直埋） 锅炉房 Y J L V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0四芯塑料电缆（直埋） 化验室 Y J L V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0四芯塑料电缆（直埋） 食堂宿舍 Y J L V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0四芯塑料电缆（直埋） 办公楼、幼儿园 Y J L V 1 0 - 3 * 2 4 0 - 1 1 2 0四芯塑料电缆（直埋） 与邻近单位 10络线 5 交联电缆（直埋） 所以满足热稳定要求； 18 动稳定校 验：K c)3( 62 )3(7 )(1073 代入数据 )3(7 )(1073 = )( 9 07 3 K c)3( = )(691 62 = )(106 6 52 m = M P a 所以满足动稳定要求 缘子和套管选择与校验 内支柱绝缘子 型号： 10Y 额定电压 10稳定校验： 经查表可得，支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷（弯曲）为 ： K )( 经验证： )(2250)3( 所以支柱绝缘子满足动稳定要求。 墙套管： 型号： 10/600 1）动稳定校验： 经查表可得， ， ， a=( 0) 6 )(7232)3(21 )( 9)(4 5 0 所以此穿墙套管满足动稳定要求 2)热稳定校验： 额定电流为 600A 的穿墙套管 5s 热稳定电流有效值为 ： 19 )(7 2 0512)(1 0 ( 222222)3( a 所以穿墙套管满足热稳定要求。 七、变配电所的布置与机构设计 总配电所的地点应尽量接近工厂的负荷中心，进出线方便，靠近电源侧，尽量使进出线方便，设备运输方便。不应设在有爆炸危险或有腐蚀性气体的场所周围。 本设计中，本厂根据大型负荷的位置分配地点，负荷中心的确定可以分成两块，设计两个变配电所， 电所各自承担。但是 围负荷较均衡且 10线比较方便靠近南区，故宜将总配建在此所附近。而且对负荷不大的用户，可将总配电所与某个10电所合并，扩充为变配电所。根据本厂实际情况，出线相对较少，负荷总 体水平不大，所以在设计时，将总配电所与 电所合并，建设成变配电所，同时节省了投资，便于管理。 工厂总配电变电所平面布置简图见附图 2。 八、 防雷装置及接地装置设计 本厂为第三类建设物，滚球半径 60m，水塔上避雷针高度为（ 20+2） =22m，软水站一般建筑高度m，经测量避雷针至软水站最远屋角距离为 r=20m，避雷针保护半径 p=2520m. (1)由于 电站中电气设备并不集中，只各有一台或两台变压器，所以不设独立的避雷保护，而采用在各变压器侧加装避雷器的方法来防止雷电波和操作过电压。 （ 2）因总配与 电站合并，建设成总配电所，电气设备较集中，所以设置独立的避雷针保护，设避雷针高度为 22m，保护半径同上计算 时为防止反击，避雷针建设在距离总配 10m 处，并使避雷针接地体与总配接地体相距大于 3m。 人工接地电阻：应不考虑自然接地体，所以4 （ 3）接地装置方案初选 采用“环路式”接地网，初步考虑围绕变电所建筑四周打入一圈钢管接地体，钢管直径 50 距为 间用 40 4 2扁钢连接 （ 4）计算单根接地电阻 查表可得砂质粘土电阻率 =100 m，单根钢管接地电阻 0 （ 5）确定接地钢管数和最后接地方案 根据 (R=40 4=10；故选择 10 根钢管做接地体；，利用系数 = E =此接地体数量 20 n=16 所以最后确定为用 16根直径 50式布置。用 40 4扁管连接，附加均压带。 R= 00A） 1 1 （ 3）中央信号装置。在变电所控制或值班室内一般装设中央信号装置，由事故信号和预告信号组成。 车间变电所中央信号装置一般采用 重复动作的信号装置 。若变电所接线简单可采用不重复动作信号装置。本变电所采用集中复归不能重复动作的事故信号装置和集中的复归预告信号装置，它们均采用交流操作电源，取自电压互感器作为信号电路电源。 变电所继电保护装置配置 继电保护装置应该满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性。电力设备和线路短路故障的保护应设有主保护和后备保护，必要时再增加辅助 保护。 2、变电所的保护装置 21 1）变压器的继电保护装置 （ 1）装设瓦斯保护，当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于新号；当产生大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。 （ 2）装设反时限过电路保护。采用 感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。 A、 过电流保护 动作电流的整定。其中， m a x 1 9 2 . 5 1 8 5 , 1 . 3 ,1 , 0 . 8 , 2 0 0 / 5 4 0L N T r e lw r e A A K