塑料制品厂全厂总降压变电所及配电系统设计.doc

课程设计说明书题目: 塑料制品厂全厂总降压变电所及配电系统设计 院（部）： 电气与信息工程学院 专业班级： 电气10-6班 学生姓名：刘飞强 易怀权 黄 超 彭德霖 李 建 楚衍春 指导教师： 杨岸 2013 年 7 月 6 日摘要某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计是对工厂供电的设计。本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，其中还包括全厂的负荷计算、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主要参数，再根据用户对电压的要求，计算补偿功率，从而得出所需补偿电容的大小与个数。根据国家供电部门的相关规定，画出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，运行的安全性、可靠性和灵活性，对电力工程建设和运行的经济节约等，都有很大的影响。关键词：变电所，负荷计算，设备选型，继电保护ABSTRACTThe whole plant distribution substation and power distribution system design of a plastic products factory is for power plant design. The design makes the narrative about the factory power supply, main equipment selection, protection device configuration and grounding system for lightning protection, which also includes the load calculation of the factory, the short circuit current calculation of the high pressure side and low pressure side, equipment selection and validation, the main equipment relay protection design, power distribution equipment design, lightning protection and grounding design. This design is based on the calculation of the active power, reactive power and apparent power transformer and the size of the corresponding main equipment main parameter, then works out the compensation computing power according to user requirements to voltage .Thus it can obtain the desirable size and number of compensation capacitor.According to the relevant provisions of the national electricity sector, the design draws the main connection diagram about the total distribution substation and power distribution system. Main electrical connection have great influence on the electrical equipment selection, the layout of the distribution, operation safety, reliability and flexibility, also power engineering construction and economy of the operation and so on.Keywords: substations, load calculation, equipment selection, relay protection目录摘要- 1 -ABSTRACT- 2 -目录- 3 -1 设计任务- 5 -1.1 设计原则- 5 -1.2 设计内容- 5 -1.3 设计要求- 5 -1.4 设计依据- 5 -2 负荷计算- 6 -3 无功功率计算和电气设备选择- 7 -3.1无功功率计算及补偿电容器选择- 7 -3.2变压器选型- 8 -3.2.1 主变压器选型- 8 -3.2.2各变电所变压器选择- 8 -3.3 架空线的选择- 10 -3.4 母线选择- 11 -4 电气主接线图- 12 -5 短路电流的计算及电气设备的选择- 12 -5.1短路电流的计算- 12 -5.1.1三相短路电流的计算目的- 12 -5.1.2短路电流的计算公式（标幺值计算方法）：- 12 -5.1.3各母线短路电流列表- 13 -5.2电气设备的选择- 14 -5.2.1电气设备选择的原则- 14 -5.2.2高压设备的选择- 14 -5.2.3 10kv高压侧电气设备选择- 16 -6继电保护配置- 18 -6.1主变压器保护- 18 -6.1.1瓦斯保护- 18 -6.1.2电流速断保护- 18 -6.1.3过电流保护- 18 -6.1.4过负荷保护- 19 -6.2 35KV进线线路保护过电流保护- 20 -6.3 10KV线路保护- 21 -7 防雷和接地装置的确定- 22 -7.1防雷目的- 22 -7.2直击雷的防治- 22 -7.3 雷电侵入波保护- 23 -7.4接地装置确定- 23 -8变电所内外布置情况- 24 -8.1概述- 24 -8.2室内布置- 24 -8.3室外布置- 24 -9 工厂的电能节约- 24 -9.1 电能节约的意义- 25 -9.2 电力变压器的经济运行- 25 -课程设计心得- 26 -参考文献：- 27 -致谢- 28 -1 设计任务1.1 设计原则 由于该厂属于二类负荷，因此其是电力系统网络结构的重要组成部分。所以应和电气设计的原则一致，即应满足可靠性、灵活性、经济性。1.2 设计内容 设计某塑料制品厂全厂总降压变电所及配电系统设计。1.3 设计要求 1.No1，No2，No5车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器。且No1，No2为暗备用，No5为明备用。 2.主变压器设置两台，且明备用。 3.两条架空线选择为暗备用。1.4 设计依据 (1)本厂设有薄膜、单丝、管材、注射等四个车间，设备选型全部采用我国新定型设备其外还有辅助车间及其它设施。 (2)厂用负荷：全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380伏侧）。 (3)本场与电业部门的供电协议： 1)该厂由处于厂南侧一公里的110/35千伏变电所用35千伏架空线路向其供电，该所在城南侧1km。 2)电业部门变电所配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为2s，工厂配电所应不大于1.3s。 3)工厂的功率因数值要求在0.9以上。 4)供电系统技术数据：电业部门变电所35kv母线为无限大电源系统，其短路容量200兆伏安 (4)生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用时间为5000小时，属于二级负荷。 (5)本厂自然条件： 1)本地区最热月平均最高温度为35摄氏度。 2)土壤中0.71深处一年最热月平均温度为20摄氏度。 3)年雷暴日为30天。 4)土壤冻结深度为1.10米。 5)主导风向夏季为南风。 (6)地质水文条件： 1)本厂地表面比较平坦，土壤主要成分为积土及砂质粘土，层厚为1.67米不等。 2)地下水位一般为0.7米， 3)地耐压力为20吨/平方米。2 负荷计算根据公式： 分别计算出各车间的有功和无功功率及视在功率的计算值填入表2-1表2-1 全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380伏侧）序号车间或用电设备组名称设备容量(千瓦)需要系数功率因数Cos功率因数脚正切tan计算负荷有功(千瓦)无功(千乏)视在(千伏安)（1）变电所1薄膜车间14000.60.61.338401117214002原料库300.250.51.737.512.975153生活间100.8108084成品库（一）250.30.51.737.512.975155成品库（二）240.30.51.737.212.45614.46包装材料库200.30.51.73610.38127小计1509876.21165.9861464.4（2）变电所1单丝车间13850.60.61.338311105.2313852水泵及设备200.650.80.75139.7516.253小981401.25（3）变电所1注塑车间1890.40.61.3375.6100.5481262管材车间8800.350.61.33308409.64513.3333小计1069383.6510.188639.333（4）变电所1备料复制车间1380.60.51.7382.8143.244165.62生活间100.8108O83浴室30.8102.402.44锻工车间300.30.651.17910.5313.8465原料生活间150.810120126仓库150.30.51.174.55.62597机修模具车间1000.250.651.732543.2538.4628热处理车间1500.60.71.029091.8128.5719铆焊车间1800.30.51.735493.4210810小计641287.7387.509482.63（5）变电1锅炉房2000.70.750.88140123.2186.6672实验室1250.250.51.7331.2554.062562.53辅助材料库1100.20.51.732238.06444油泵房150.650.80.759.757.312512.18755加油站100.650.80.756.54.8758.1256办公室招待所食堂150.60.61.33911.97157小计475218.5190.481328.488全厂合计509926103369.1444319.3429乘以参差系数全厂合计（=0.9， =0.95）23493200.6873970.1643 无功功率计算和电气设备选择3.1无功功率计算及补偿电容器选择此设计采用补偿电容器方法改善功率因数设计思路如下：依据设计依据，要求本厂功率因数在0.9以上，而本厂的无功功率明显大于有功功率：cos=2349/3970.164=0.592远远小于要求的功率因数，所以需要进行无功补偿，选择在10KV高压母线侧进行人工补偿，采用固定补偿，即补偿电容器不随负荷变化而变化。选择功率因数为0.95.Qc=2349tan(arccos0.592)-2349tan(arccos0.95)=2425.8Kvar有计算数据可以得到要补偿的功率，总共补偿2400kvar，故选用12个BWF10.5-120-1W并联电容器进行补偿。3.2变压器选型3.2.1 主变压器选型由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。根据主变压器的确定原则：若发电机电压母线上接有两台或以上主变压器，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器在允许正常过负荷范围内应能输送剩余功率的70%以上。 根据设计要求主变压器为明备用，明备用时每台容量按SN.T1.02349/0.95kVA=2472.63kVA，须选两台SJL1-3150/35型变压器，其联接组别采用Yd11。因此无功补偿后工厂380V侧和35KV侧的负荷计算如表3-2所示。查表得：空载损耗 P0=5Kw；负载损耗 Pk=33kw；空载电流 I0%=1.2；阻抗电压 Uk%=7；主变压器功率损耗：= = =3.2.2各变电所变压器选择 (1) 安装两台变压器互相暗备用，其容量按SN.T0.7=0.71464.4 kVA =1025.08 kVA因此选两台S9-1250/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yd11。 (2) 安装两台变压器互相暗备用，其容量按SN.T0.7=0.71401.25 kVA =980.7kVA因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。 (3) 安装一台变压器，其容量按SN.T=639.333 kVA因此选一台S9-800/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。 (4) 安装一台变压器，其容量按SN.T=485.879 kVA因此选一台S9-500/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。 (5) 安装两台变压器互相明备用，其容量按SN.T1.0=1.0328.48 kVA =328.48kVA因此选两台S9-350/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。表3-1 各变压器型号及其参数型号额定电压/kV连接组别损耗/W空载电流（%）阻抗电压（%）高压低压空载电流阻抗电压主变压器两台暗备用SJL1-2500/353510.5Yd114250275001.36.5两台明备用S9-1250/10100.38Yd112200163001.36.5两台明备用S9-1000/10100.38Yyn01800135001.46.5选一台S9-800/10100.38Yyn01540110001.56.5选一台S9-500/10100.38Yyn0108077001.96.5两台明备用S9-400/10100.38Yyn0640440026.5表3-2 无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷/kW/kvar/kVA380V侧补偿前负荷0.59223493200.6873970.164380V侧无功补偿容量-2400380V侧补偿后负荷0.94652349800.6872481.7N01变压器功率损耗15.5887.5N02变压器功率损耗16.8288N03变压器功率损耗8.5661.4N04变压器功率损耗8.2439.7N05变压器功率损耗7.253.4主变压器功率损耗50.6347.25635KV侧负荷总计0.8562450147828623.3 架空线的选择1.由于本厂由电业部门某一110/35千伏变电所供电且两台主变压器互相明备用，按照要求架空线选择两条互相暗备用。2.架空线截面积的选择根据要求并结合电力电缆的截面选择：当电缆的最大负荷利用小时数5000h，长度超过20m以上，均应按经济电流密度选择。.按经济电流密度选择导线截面积线路的负荷为：Sc=2862KVA线路在工作时的最大工作电流：Ig=1/2/（*）=0.5*2862/（*35）=23.6A该生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用时数为5000小时，属于二级负荷。其钢芯铝线的电流密度J=1.15所以导线的经济截面面积：=Ig/J=23.6/1.15=20.52mm2考虑到线路投入使用的长期发展远景，并结合本地区气象条件，选用截面积为50 mm2的导线，所以35KV架空线为LGJ-50的导线。2).按长时允许电流校验导线截面积。查表得LGJ-50型裸导线的长时允许电流Iy=220A()当环境温度为35度时，导线最高工作温度为70度。由综合修正系数则其长时允许电流为：=220*0.88=193.6A 当一台变压器满载，一条输电线检修时导线负荷最大，这时的负荷电流为：=/（*）=3150/()=51.96A。由于,所以符合要求。3).按电压损失校验查表得LGJ-50导线的单位长度电阻和电流为：=0.65 L=1km 选取 =0.42 线路总的电压损失为：U=( P*R+ Q*X)/Un=(2349*0.65+0.42*3200.687)/35V=82.03V电压损失百分比为：U%=U/Un=0.002366.21kA=热稳定校验：I2tt=6400I(3)2tmin =3941.79开关柜校验动稳定校验：Ies=100kA66.91kA=热稳定校验：I2tt=6400I(3)2tmin =4024.92开关柜校验动稳定校验：Ies=100kA66.80kA=热稳定校验：I2tt=6400I(3)2tmin =4012.21开关柜校验动稳定校验：Ies=100kA66.73kA=热稳定校验：I2tt=6400I(3)2tmin =4021.29开关柜校验动稳定校验：Ies=100kA66.67kA=热稳定校验：I2tt=6400I(3)2tmin =3995.91 5.2.4 380V侧设备选择 380V侧设备选择采用BFC-0.5G-08低压开关柜。6继电保护配置6.1主变压器保护电力变压器继电保护配置的一般原则：(1) 装设过电流保护和电流速断保护装置用于保护相间短路；(2) 800kVA以上油浸式变压器和400kVA及以上车间内油浸式变压器应装设气体保护装置用于保护变压器的内部故障和油面降低；(3) 单台运行的变压器容量在10000kVA及以上和并列运行的变压器每台容量在6300kVA及以上或电流速断保护的灵敏度不满足要求时应装设差动保护装置用于保护内部故障和引出线相间短路； (4) 装设过负荷保护和温度保护装置分别用于保护变压器的过负荷和温度升高。由于我们变压器的视在功率为500HZ，所以我们不需要采用温度保护。对于本设计中高压侧为35KV的工厂总降压变电所主变压器来说，应装设瓦斯保护、过电流保护和电流速断保护。6.1.1瓦斯保护 防止变压器内部短路及油面降低，轻瓦斯动作于信号 ，重瓦斯动作于跳闸，本次采用FJ3-80型开口杯挡板式气体继电器。6.1.2电流速断保护 , , 躲过外部K2短路时流过保护的最大短路电流整定，即：式中为变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值。为可靠系数.灵敏度校验：式中 为在电力系统最小运行模式方式下，变压器高压侧的两相短路电流。为速断电流验算到一次电路的值（单位为A）。 在此设计中 6.1.3过电流保护 防止外部相间短路并作为瓦斯保护和电流速断保护的后背保护，动作与跳闸，本次采用GL15型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。因为高压侧有=3150/（35）=51.96A，电流互感器采用三角形接法，式中为变压器的最大负荷电流，为保护装置的可靠系数，一般取1.15-1.25。 为电流继电器的返回系数，对于感应式电流继电器GL-15/10来说，应取0.85；在该厂设计中：动作电流为： ,因此整定值为148A。过电流保护动作时间整定计算 式中为变压器母线发生三相短路时高压侧继电保护的动作时间，在变压器低压侧保护装置发生低压母线发生三相短时的一个最长的动作时间，为前后两级保护装置时间级差，对定时限过电流保护，可取0.5s，对反时限过电流保护可取0.7s。灵敏度校验：式中为在电力系统最小运行方式下，低压母线两相短路电流折合到变压器高压侧的值；为继电保护的动作电流换算到一次电路的值，称为一次动作电流（单位为A）。如果作为后备保护，由在此设计中灵敏度为： ，灵敏度校验满足要求。6.1.4过负荷保护动作电流整定计算 式中为变压器的额定一次电流，为电流互感器的电流比。动作时间的整定计算6.2 35KV进线线路保护过电流保护由于电流速断保护不能保护线路全长，因此由过电流保护作为其后备保护，同时防止速度按保护区域外部的相间短路，保护动作与跳闸。1.过电流保护动作电流的整定计算 式中：线路最大负荷电流，可取为(1.5-3)为线路计算负荷电流。保护装置的可靠系数，对GL型取1.3；保护装置的结线系数，对相电流结线为1，对相电流差结线取。电流继电器的返回系数，对于感应式电流继电器GL-15/10来说应取0.8。电流互感器的变流比。必须注意：对感应式继电器的 应整定为整数，且在10A以内。在此设计中： , 。因此动作电流为： 因此整定为4A2.过电流保护动作时间过电流保护动作时间整定为2s，同时工厂配电所的定时限电流保护的整定时间不大于1.3s。过电流保护灵敏系数的校验式中， 在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路；为继电保护的动作电流换算到一次电路的值，称为一次动作电流。3.如果作为后备保护，则灵敏系数即可。在此设计中因此其保护灵敏系数为: 灵敏度系数满足要求。6.3 10KV线路保护 过电流保护：防止电路中短路电流过大，保护动作与跳闸。1.过电流保护动作电流的整定计算 式中：线路最大负荷电流，可取为(1.5-3)为线路计算负荷电流。保护装置的可靠系数，对GL型取1.3；保护装置的结线系数，对相电流结线为1，对相电流差结线取。电流继电器的返回系数，对于感应式电流继电器GL-15/10来说应取0.8。电流互感器的变流比。必须注意：对感应式继电器的应整定为整数，且在10A以内。在此设计中： , ， 因此动作电流为： 因此整定为8A。 2.过电流保护动作时间过电流保护动作时间整定为2s，同时工厂配电所的定时限电流保护的整定时间不大于1.3s。 3.过电流保护灵敏系数的校验 式中， 在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路；为继电保护的动作电流换算到一次电路的值，称为一次动作电流。如果作为后备保护，则灵敏系数即可。在此设计中 因此其保护灵敏系数为: 灵敏度系数满足要求。7 防雷和接地装置的确定7.1防雷目的雷电冲击波的电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高达几十万伏，对电力系统的危害远超过内部过电压。其可能毁坏电气设备和线路的绝缘，烧坏线，造成大面积长时间停电，因此，必须采取有效措施加以防治，以保证电器设备的安全。下面分情况对防雷装置进行选择。7.2直击雷的防治根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置。在进线段的1km长度内进行直击雷保护。防直击雷的常用设备为避雷针。所选用的避雷器：接闪器采用直径的圆钢；引下线采用直径的圆钢；接地体采用三根2.5m长的的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。7.3 雷电侵入波保护由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。为了其内部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。7.4接地装置确定接地装置为接地线和接地体的组合，结合本厂实际条件选择接地装置：交流电器设备可采用自然接地体。，经校验确定接地电阻值。据经验公式：，=1.01kA接地装置的初步方案。 本厂的大接地体采用扁钢，截面选择为，厚度为铜接地线截面选择：低压电器设备地面上的外露部分截面选择为（绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为。 （3）计算单根钢管接地电阻 经查表得砂质粘土的电阻率。单根钢管接地电阻 （4）确定接地钢管数和最终接地方案 根据，考虑到管子之间的电流屏蔽效应，初选15根直径,长的钢管作接地体。 以和查表（取和在时的值的中间值），可得。考虑到接地体的均匀对称分布，选16根直径为，长的钢管作接地体，管距，用的扁钢连接，环形布置。8变电所内外布置情况8.1概述 变电所配电装置是根据电气主接线的方式，由开关电器、保护和测量电气、母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常情况下接受和分配电能，而在系统发生故障时迅速切断故障部分，维持系统正常运行。由于该设计是为35KV地面变电所一次设计，并且该变电所是针对全场全年生产能力为某塑料制品厂设计的，根据基本要求。变电所内一次设备主要有：两台主要变压器（S9-2000/35）和多油断路器，隔离开关，电源变压器，所用变压器，避雷针，高压开关柜进线柜等。8.2室内布置 整个主控制室和高压配电室坐南朝北，这样便于主控制室采光，变电所房屋建筑布置见室内平面图。 主控制室内装设有低位配电屏，主变保护屏，中央信号，中央信号继电器及电度表屏，主变保护控制屏，主变控制屏，中央信号布置在北侧，正对着值班人员。 母线的配电装置分别设在两个单独的房间内，两个配电室之间通过两面双开钢门相连接，另外两个配电室来由一个外开式双开钢门。 电容器应单独放置在一个房间内。8.3室外布置35KV电源线由变电所东部引进，配电装置采用低式布置，避雷器，电源变压器及它的保护用的熔断器，低式布置在母线两端，避雷器，电源变压器布置在主控制器的东侧，6KV高压电缆从高压配电室引进来，低电压经穿墙套管进入主控制室，配电装置间隔为5米，进线相间距离为1.3米，最大允许尺度为0.7米。9 工厂的电能节约 电能是现代化生产的主要动力来源，电能的供应是保证实现社会现代化的必要条件，我国的电能消耗量与日俱增。从我国国情出发，供用电环节的“节能降耗”是实现“节能减排”国策的基础，它必将成为我国转变经济方式、使国民经济有可持续发展的重要手段之一。因此，优化运行管理，减小电能损耗，做好节电工作，保证电能质量，降低运行成本，应是管理者和工程技术人员的工作重点和首选课题。9.1 电能节约的意义电能是一种很重要的二次能源。由于电能与其他形式的能量相互转换容易，其输送、分配和控制简单经济，电能的应用极为广泛，几乎渗入社会生活的各个方面，特别是在工业生产中。因