电气工程综合设计课程设计-某化纤毛纺厂总降压变电所设计.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 西南科技大学专业方向设计报告课程名称： 电气工程综合设计 设计名称： 某化纤毛纺厂总降压变电所设计 姓 名： 学 号: 班 级： 自动化0802 指导教师： 起止日期： 2011-11-6 2011-12-6 西南科技大学信息工程学院制方 向 设 计 任 务 书学生班级： 自动化0802 学生姓名： 学号： 设计名称： 某化纤毛纺厂总降压变电所设计 起止日期： 2011-11-6 至2011-12-6 指导教师： 张晓琴 设计要求：1、进行负荷计算及无功补偿(要求列表)；2、确定变电所的所址和型式；3、确定变电所主变压器型式、容量和数量；4、变电所主结线方案的设计（要求组成23个不同的方案，进行技术、经济方面的比较，选择最佳方案）；5、进行短路计算；6、变电所一次设备的选择与校验；7、变电所高低压进出线的选择与校验；8、绘制相关图纸，图中注明所选设备名称、型号等内容方 向 设 计 学 生 日 志时间设计内容2011-11-6复习工厂供电2011-11-12上网查资料2011-11-16完成负荷计算2011-11-20完成工厂无功补偿2011-11-22变电所地址选择2011-11-24变压器选型2011-11-30一次设备选择校验2011-12-2书写报告2011-12-5 报告书写及完善精品文档某化纤毛纺厂总降压配电所设计一、 摘要工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。工厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况.解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能问题。其基本内容有以下几方面：进线电压的选择, 变配电所位置的电气设计, 短路电流的计算及继电保护, 电气设备的选择,车间变电所位置和变压器数量、容量的选择, 防雷接地装置设计等。Plant power supply system is the redistribution of power system power step-down power to each plant or plant to go, which consists of step-down substation plant, high voltage distribution lines, substation plant, low-voltage distribution lines and electrical equipment composition. The total step-down substation plant and distribution system design is based on the load of each plant number and nature of the production process of the load requirements, and load distribution, with the state power supply situation. The basic contents of the following aspects: the choice of the line voltage, variable distribution of the location of the electrical design, calculation and relay short-circuit current, electrical equipment selection, plant location and transformer substation number, capacity choice, design of lightning protection and grounding equipment.二、 设计目的和意义本课题来源于生产实践，与其研究的内容以及变电站的研究水平不仅与我们的生活息息相关，还对我们的生活和生产起着至关重要的影响。随着工业时代的发展，电力已成为人类历史发展的主要动力资源，要科学合理的驾驭电力必须从电力工程的设计原则和方法上理解和掌握其精髓，提高电力系统的安全可靠性和运行效率。从而达到降低生产成本提高经济效益的目的。众所周知，电能是发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量存储的二次能源。电能的发、变、送、配电和用电，几乎是在同一时间完成的，须相互协调与平衡。变电和配电是为了电能的传输和合理的分配，在电力系统中占很重要的地位，其都是由电力变压器来完成的，因此变电所在供电系统中的作用是不言而语的。随着高新技术的发展和应用，对电能质量和供电可靠提出了新的要求，高压、超高压变电站的设计和运行系统必须适应这种新形势，因此，改善电网结构，提高供电能力与可靠性以及综合自动化程度，以满足日益增长的社会需求是电力企业的首要目标。变电所是联系发电厂和用户的中间环节，一般安装有变压器及其控制和保护装置，起着变换和分配电能的作用。为了保证在送变电过程中的供电可靠性，首先要满足的就是变电所的设计规范。进入21世纪后，我国电力仍将以较高的速度和更大的规模发展，电源和电网建设的任务仍很重。做为发电厂和用户的中间环节，变换和分配电能的重要组成部分，将面临电力体制改革和技术创新能力的双重挑战，如何合理的设计一个变电所，使之在技术上、管理上适应电力市场化体制和竞争需要，促使电网互联范围的不断扩大，是这次设计的主要目的。三、 设计原理工厂供电设计须遵守以下原则：（1）工厂供电设计必须遵守国家的有关法令、标准和技术规范，执行国家的有关方针政策，包括节约资源、节约有色金属和保护环境等技术经济政策（2）工厂供电设计必须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，设计中应采用符合国家标准的效率高、能耗低、性能先进及与用户投资能力相适应的经济合理的电器产品（3）工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用户容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案（4）工厂供电设计应根据工程特点、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，以近期为主，适当考虑扩建的可能性该降压变电所设计须根据工厂的负荷情况、供电电源情况、当地的气象资料、地质水文材料以及电费制度来统筹规划设计，通过几种方案的比较来最终确定最优方案。四、 详细设计步骤（一）工厂原始材料1.厂生产任务、规模及产品规格 本厂生产化纤产品，年生产能力为2300000m，其中厚织物占50，中厚织物占30，薄织物占20。全部产品中以晴纶为主体的混纺物占60，以涤纶为主体的混纺物占40。2.供电协议1)从电力系统的某3510kv变电站，用双回10kv架空线路向工厂馈电。变电站在厂南0.5km。 2)系统变电站馈电线的定时限过流保护装置的整定时间top1.5s，要求工厂总配电所的保护整定时间不大于1.0s。 3)在工厂总配电所的10kv进线侧计量。工厂最大负荷时功率因数不得低于、0.9。4)电力系统短路数据，如表1所示。其配电系统图如图1所示表1 电力系统10kV母线的短路数据系统运行方式10KV母线短路容量备注系统最大运行方式时S(3)k.max=187MVA电力系统可视为无限大容量系统最小运行方式时S(3)k.min=107MVA图1 配电系统图3.工厂负荷性质本厂多数车间为三班制，少数车间为一班或两班制，年最大负荷利用小时为6000h。本厂属二级负荷。4.工厂自然条件气象资料 1)最热月的平均温度为30。2)地中最热月的平均温度为20。 3)土壤冻结深度为1.10m。4)车间环境，属正常干燥环境。（二）负荷计算（如表2）负荷计算公式P30=KdPe （2-1） Q30=P30tan （2-2） S30=P30cosP30=KP30 （2-3） Q30= KQ30 （2-4） S30=P302+Q302 （2-5） 表2 负荷计算表车间（单位）名称设备容量 kWKdcostan计算负荷车间变电所代号变压器台数及容量 （kVA）P30kWQ30kvarS30kVAI30A1制条车间3400.80.800.75272204340516.57No.1车变1Xs9-1000/10纺纱车间3400.80.800.75272204340516.57软水房860.650.800.7555.941.9369.88106.17锻工车间370.20.651.177486.58113.85172.98机修车间2960.30.501.7388.8153.62177.6269.83幼儿园12.80.60.601.337.6810.2112.819.45仓库380.30.501.7311.419.7222.834.64小计（K=0.9）703.6648.0956.125162织造车间5250.80.800.75420315525797.65No.2车变1Xs9-1250/10染整车间4900.80.800.75392294490744.48浴室，理发室50.81.04046.08食堂400.750.800.753022.537.556.98单身宿舍500.81.04004060.78小计（K=0.9）886568.3105227703锅炉房1510.750.800.75113.2584.94141.56215.08No.3车变1Xs9-315/10水泵房1180.750.800.7588.566.38110.63152.89化验室500.750.800.7537.528.1346.8871.23油泵房280.750.800.752115.7526.2539.89小计（K=0.9）234.23195.2304.6801（三）无功补偿计算 电力部门规定，无带负荷调整电压设备的工厂必须在0.9以上。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。用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿 用户处的静电电容器补偿方式可分个别补偿、低压集中补偿和高压集中补偿三种:1. 个别补偿： 指在个别功率因数较低的设备旁边装设补偿电容器组;2. 高压集中补偿：指将高压电容器组集中装设在总降压变电所610kV母线上； 3. 低压集中补偿：指将低压电容器组集中装设在车间变电所或建筑物变电所的 低压母线上。 方案一 个别补偿该补偿方式补偿范围最大，效果最好。但投资较大，而且桇被补偿的设备停止运行的话，电容器组也被切除，电容器的利用率低。同时存在小容量电容器的单位价格、电容器易受到机械震动及其他环境条件的影响等缺点。所以这种补偿方式适用于长期稳定运行，无功功率需要较大，或距电源较远，不便于实现其他补偿的场合。 方案二 高压集中补偿该补偿方式只能补偿总降压变电所610kV母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响，而对无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿，因此补偿范围最小，经济效果较后最差。由于装设集中，运行条件较好，维护管理方便，投资较少，且总降压变电所610kV母线停电机会少，因此电容器利用率高。这种方式在一些大中型企业中应用较普遍。 方案三 低压集中补偿该补偿方式补偿范围介于前两者之间，比高压集中补偿要大，而且该补偿方式能使变压器的视在功率减小，人而使变压器的容量可选得较小，因此比较经济。这种低压电容器补偿屏一般可安装在低压配电室内，运行维护安全方便。该补偿方式在用户中应用相当普遍。 综上所述，经过技术经济比较后，我们采取的无功补偿方式是：高压集中补偿、低压集中补偿与就地补偿相结合。设计要求工厂最大负荷时功率因素不得低于0.9. 根据该工厂的负荷特点，根据这一思路，我们选择在NO.1变电所选择1、2、5车间，NO.2变电所1、2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，各个偿的容量计算如下：一. 就地补偿：NO.1车间变电所： 制条车间 Qc=Q-Ptan (3-1) cos=0.91 (3-2)联立得：Qc=204-2720.456=79.968kVar (3-3)根据工厂供电348页附录表4知并列电容器的标称容量选择六个BWM0.4-16-3，即补偿容量为84kVar。补偿后剩余容量： Q=Q-QC=204-84=120kVar (3-4) 同理纺纱车间也采用六个BWM0.4-16-3电容补偿。 机修车间：Qc=Q-Ptan (3-5) cos=0.91 (3-6)联立得： Qc=153.6-88.80.456=113.107kVar (3-7)根据工厂供电348页附录表4知并列电容器的标称容量选择六个BWM0.23-20-3，即补偿容量为120kVar。补偿后剩余容量： Q=Q-QC=153.6-120=33.6kVar (3-8) NO.2车间变电所： 织造车间： Qc=Q-Ptan (3-9) cos=0.91 (3-10)联立得： Qc=315-4200.456=123.48kVar (3-11) 根据工厂供电348页附录表4知并列电容器的标称容量选择九个BWM0.4-14-3，即补偿容量为126kVar。补偿后剩余容量： Q=Q-QC=315-126=189kVar (3-12) 染整车间： Qc=Q-Ptan (3-13) cos=0.91 (3-14)联立得： Qc=294-3920.456=115.248kVar (3-15)根据工厂供电348页附录表4知并列电容器的标称容量选择六个BWM0.23-20-3，即补偿容量为120kVar。补偿后剩余容量： Q=Q-QC=294-126=168kVar (3-16)二. 低压集中补偿就地补偿之后l NO.1: 总的无功负荷Q301=KqQ30=432.94kVar (3-17) 总的有功负荷 P301=KPP30=703.60kw (3-18) Qc=432.9-703.600.456=112.10kVar (3-19)对NO.1变电所0.4kV母线，采用三个型号为BW0.23-20-3进行低压集中补偿，补偿容量为120kVar。l NO.2: 总的无功负荷Q302=KqQ30=341.55kVar (3-20) 总的有功负荷P301=KPP30=886kw (3-21) S30=P302+Q302 =949.55kva (3-22) cos =0.93 (3-23)对NO.2变电所功率因素已经达到不用补偿。l NO.3: 总的无功负荷Q301=KqQ30=175.68kVar (3-24) 总的有功负荷P301=KPP30=234.23kw (3-25)Qc=175.68-234.230.456=68.87kVar (3-26)对NO.3变电所0.4kV母线，采用六个型号为BW0.4-12-3进行低压集中补偿，补偿容量为72kVar。三. 变压器的选择及高压集中补偿变压器本身无功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。取KP=0.9 (3-27) KEQ=0.9 (3-28)NO.1变电所S30=P302+Q302=770.05kVar (3-29) I30=1170A (3-30)考虑15%裕量：S1=770.051+15%=885.56Kvar (3-31)根据工厂供电350页附表5选S9-1000/10(6)接线方式Yyn0该变压器的参数：P0=1700w PK=10300wI0%=0.7%UK%=4.5% PT1=PFe+PCuS30SNT2=1700+1030088510002=9.8kW (3-32) QT2=I%100SNT+U%100SNTSCSNT2=0.71001000+4.5100100088510002=42.25kvar (3-33)同理可得NO.2和NO.3的变压器选型及高压集中补偿前的参数，其中NO. 2 S30=P302+Q302 =963.85kvar (3-34) I30=1464A (3-35) S2=963.851+15%=1108.43Kvar (3-36) 根据工厂供电350页附表5选S9-1250/10(6)接线方式Yyn0该变压器的参数：P0=1950w PK=12000wI0%=0.6%UK%=4.5%PT2=11.38KWQT2=50.25NO. 3 S30=P302+Q302 =256.15kvar (3-37) I30=389A (3-38) S3=256.151+15%=294.57Kvar (3-39) 根据工厂供电350页附表5选S9-315/10(6)接线方式Yyn0该变压器的参数：P0=670w PK=3650wI0%=1.1%UK%=4%PT1=3.86KW QT2=14.49 于是高压侧的有功和无功为： P=P+PT=1949.48kw (3-40) Q=Q+QT=865.16 (3-41) S30=2041.40kVar (3-42) I30=S303UN=119.00A (3-43) cos=PS=0.9060.90满足要求不用补偿。无功补偿详表如下表3表3 无功补偿表项目计算负荷/NO1车间380V侧就地补偿前负荷0.74703.6648.0956.1NO2车间380V侧就地补偿前负荷0.84886568.31052NO3车间380V侧就地补偿前负荷0.76234.2195304.6NO1车间380V侧就地补偿后负荷0.85703.6432.94825.63NO2车间380V侧就地补偿后负荷0.93886341.55950.0NO3车间380V侧就地补偿后负荷0.799234.2175.68292.77NO1车间380V侧集中补偿后负荷0.91703.6312.94770.05NO2车间380V侧集中补偿后负荷0.93886341.55946.75NO3车间380V侧集中补偿后负荷0.91234.2103.68256.12主变压器功率损耗25.68106.9910KV侧负荷总计0.9061849.48865.162041.40（四）总变压器所址选择变电所所址的选择按照国家有关标准和规范，应根据下列要求选择确定：1. 靠近负荷中心2. 节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地3. 与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出4. 交通运输方便5. 环境宜无明显污染，如空气污秽时，所址宜设在受污染影响最小处6. 具有适宜的地址、地形和地貌条件7. 应考虑职工生活上的方便及水源条件8. 应考虑变电所与周围环境、临近设施的相互影响根据上面的要求，本设计结合该工厂的负荷情况和工厂的布局，选择该厂的西南角锅炉房东面作为总降压变电所的所址，其变电所所址示意图如下图2所示图2 变电所所址图变电所的型式有很多种，优点各异。露天式配电装置具有运行维护方便，占地面积少、投资少等优点，而屋内式配电装置安装方便、运行可靠，故本设计总降压变电所10KV采用屋内式配电装置。根据各车间的地理位置、车间建筑物结构、周围环境和车间负荷等情况，本设计详细考虑了各个车间的变电所形式，三个变电所设于主要供电负荷车间，并位于一个厂房中，故采用独立式，以保证供电安全。（五）变电所主变压器及主接线方案选择本工厂负荷为二级负荷，且工厂三个车间视在计算负荷分别为770.05kva，963.85kva，256.15kva，由于本厂总降压变电所应选择10kv进线，所以不设立主变压器。从经济和工厂发展看每个车间选用一台主变压器，故每台主变压器的容量应大于计算负荷S30的15%，但由于本工厂的负荷为二级负荷，故该工厂的总降压变电所选用两台容量为型号为S9-1000/10，s9-1250/10,s9-315/10的变压器。由于工厂的负荷为二级负荷，总降压变电所出线较多，故本降压变电所采用单母线分段方式的接线，电气接线图见图4.1，这种接线方式采用的高压开关设备较多，初期投资较大，但单母线分段接线方式比其他的接线方式的灵活性、可靠性更高，考虑到总降压变电所在工厂的特殊地位，故本设计采用单母线分段方式的主接线方案。考虑主接线方案的选择时，有两种方案：装设一台主变压器的主接线案和装设两台主变压器的主接线方案，下面就对这两种方案在经济指标和技术指标两方面进行比较如下表4：表4 方案对比表比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量电压损耗大电压损耗略小灵活方便性灵活性稍差灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些电力变压器的综合投资额网上查询S9-1000/10的单价为26万，变压器的综合投资为其单价的2倍，所以其综合投资为52万网上查询S9-500/10的单价为20万，因此两台综合投资为80万，比一台主变的方案多投资28万高压开关柜的综合投资额查表得GG-1A（F）型柜按每台3.5万元计，而综合投资为1.5倍，因此综合投资为21 本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资为31.5万，比一台主变的方案多投资10.5万电力变压器和高压开关柜的年运行费查表可得，主编和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为4.893万主变和高压开关