化纤毛纺厂供配电课程设计

1、目 录1负荷计算和无功功率补偿81.1负荷计算81.2无功功率补偿12总配电所计算负荷152变电所位置和型式的选择152.1变电所位置的选择152.2变电所型式的选择163变电所主变压器及主接线方案的选择173.1边带所主变压器容量的选择173.2主接线方案的选择173.2.1车间变电所的主接线分类173.2.2主接线电路图184短路电流的计算194.1绘制计算电路194.2确定短路计算的基础值194.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值194.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算204.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算204.6 k-3点（0.4kV侧）的相关计算214.7k-4点（

2、0.4kV侧）的相关计算215变电所一次设备的选择校验226变电所进出线及与邻近单位联络线的选择226.1 10KV高压进线和引入电缆的选择226.1.1 10kV高压进线的选择校验226.1.2 高压配电室至车间变电所的引入电缆的选择校验226.1.3 380V低压出线的选择237变电所的防雷保护与接地装置的设计257.1防雷设备257.2变电所接地装置的设计259参考文献27前言课程设计是课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有

3、一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。此次课程设计是化纤毛纺厂总配变电所的电气设计，是一个实际的设计课题，能更好的让我们体会到实际的供配电系统是怎么回事。它涵盖了本书几乎所有的内容，包括全厂负荷统计，变压器的选择，短路电流的计算，供电线路的选择，供电设备的选择，无功补偿等等，并要求画变电所主接线图。同时课程设计也是教学过程中的一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，了解工厂供电设计的基本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明书等

4、方面得到训练，为以后工作奠定基础。1设计背景资料1.1 工厂情况 本厂生产任务、规模及产品规格。本厂生产化纤产品，年生产能力为2.3×106m，其中厚1负荷计算和无功功率补偿1.1负荷计算(1)制条车间计算负荷有功功率：P30=KdPe=272KW无功功率：Q30=P30tan=204kvar视在功率：S30=340KVA(2)纺纱车间计算负荷有功功率：P30=KdPe=272KW无功功率：Q30=P30tan=204kvar视在功率：S30=340KVA(3)软水站计算负荷有功功率：P30=KdPe=55.9KW无功功率：Q30=P30tan=41.925kvar视在功率：S30=

5、69.86KVA(4)锻工车间计算负荷有功功率：P30=KdPe=7.4KW无功功率：Q30=P30tan=8.658kvar视在功率：S30=11.38KVA(5)机修车间计算负荷有功功率：P30=KdPe=88.8KW无功功率：Q30=P30tan=153.624kvar视在功率：S30=177.6KVA(6)幼儿园计算负荷有功功率：P30=KdPe=7.68KW无功功率：Q30=P30tan=10.21kvar视在功率：S30=12.8KVA(7)仓库计算负荷有功功率：P30=KdPe=11.4KW无功功率：Q30=P30tan=19.72kvar视在功率：S30=22.8KVA(8)织

6、造车间计算负荷有功功率：P30=KdPe=420KW无功功率：Q30=P30tan=315kvar视在功率：S30=525KVA(9)染整车间计算负荷有功功率：P30=KdPe=392KW无功功率：Q30=P30tan=294kvar视在功率：S30=490KVA(10)浴室、理发室计算负荷有功功率：P30=KdPe=4KW视在功率：S30=4KVA(11)食堂计算负荷有功功率：P30=KdPe=30KW无功功率：Q30=P30tan=22.5kvar视在功率：S30=37.5KVA(12)单身宿舍计算负荷有功功率：P30=KdPe=40KW视在功率：S30=40KVA(13)锅炉房计算负荷有

7、功功率：P30=KdPe=113.25KW无功功率：Q30=P30tan=84.94kvar视在功率：S30=141.56KVA(14)水泵房计算负荷有功功率：P30=KdPe=88.5KW无功功率：Q30=P30tan=66.38kvar视在功率：S30=110.625KVA(15)化验室计算负荷有功功率：P30=KdPe=37.5KW无功功率：Q30=P30tan=28.125kvar视在功率：S30=46.875KVA(16)油泵房计算负荷有功功率：P30=KdPe=21KW无功功率：Q30=P30tan=15.75kvar视在功率：S30=26.25KVA各厂房和生活区的计算负荷如表1

8、所示。表1 化纤毛纺厂各车间负荷计算表序号车间名称设备容量（kW）KdCostan计算负荷车间变电所代号变压器及容量(kVA)P30（kw）Q30(kvar)S30(kVA)I30(A)1制条车间340080800.75272204No.1车变1 x S9-800/10纺纱车间340080800.75272204软水站860650800.7555.941.925锻工车间37020651.177.48.658机修车间296030501.7388.8153.624幼儿园128060601.337.6810.21仓库38030501.7311.419.72小计K=0.90.74643.66577.9

9、2865.041314.292织造车间525080800.75420315No.2车变1 xS9-1000/10 染整车间490080800.75392294浴室、理发室50810-4食堂400750800.753022.5单身宿舍500810-40小计K=0.90.81797.4568.35979.221487.773锅炉房1510750800.75113.2584.94No.1车变1xS9-315/10 水泵房1180750800.7588.566.38化验室500750800.7537.528.125油泵房280750800.752115.75小计K=0.90.80234.25175.6

10、8292.78444.841.2无功功率补偿由表1可知，该厂的三个车间变压器380V侧最大负荷时的功率因数分别只有0.74、0.81和0.80，而供电部门要求10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，故取0.92来计算380V所需无功功率补偿容量。一号车间：QC=P30(tan1-tan2)=643.66tan(arccos0.74)-tan(arccos0.92)kvar=310.84kvar取QC=320kvar补偿后低压侧的容量693.41KVA变压器功率损耗PT=0.01=6.9KWQT=

11、0.05=34.67kvar变电所高压侧的计算负荷=679.42+7.4=650.56KW=(622.87-320)+37=292.59kvar=713.33KVA无功功率补偿后一次侧最大负荷时功率因数Cos0.912>0.9，满足要求。一号车间无功补偿后的计算负荷如表2-1所示。表2-1 一号车间无功补偿后的计算负荷项目cos计算负荷P30/KWQ30/kvarS30/kVAI30/A380V侧补偿前负荷0.74643.66577.92865.041314.29380V侧无功补偿容量-320380V侧补偿后负荷0.92643.66257.92693.411053.53主变压器功率损耗0

12、.01=6.90.05=34.6710kV侧负荷总计0.91650.56292.59713.331083.80二号车间：QC=P30(tan1- tan2)=797.4tan(arccos)-tan(arccos0.92)kvar=237.62kvar取QC=240kvar补偿后低压侧的容量862.36KVA变压器功率损耗PT=0.01=8.6KWQT=0.05=43.12kvar变电所高压侧的计算负荷=841.7+9.1=806KW=(612.56-260)+45.63=371.47kvar=887.48KVA无功功率补偿后一次侧最大负荷时功率因数Cos0.908>0.9，满足要求。二

13、号车间无功补偿后的计算负荷如表2-2所示。表2-2 二号车间无功补偿后的计算负荷项目cos计算负荷P30/KWQ30/kvarS30/kVAI30/A380V侧补偿前负荷0.81797.4568.35979.221487.77380V侧无功补偿容量-240380V侧补偿后负荷0.92806328.35862.361310.22主变压器功率损耗0.01=8.60.05=43.1210kV侧负荷总计0.908806371.47887.481348.39三号车间：QC=P30(tan1- tan2)=234.25tan(arccos)-tan(arccos0.92)kvar=75.89kvar取QC

14、=80kvar补偿后低压侧的容量253.02KVA变压器功率损耗PT=0.01=2.53KWQT=0.05=12.65kvar变电所高压侧的计算负荷=679.42+7.4=236.78KW=(622.87-320)+37=108.33kvar=260.38KVA无功功率补偿后一次侧最大负荷时功率因数Cos0.909>0.9，满足要求。三号车间无功补偿后的计算负荷如表2-1所示。表2-3 三号车间无功补偿后的计算负荷项目cos计算负荷P30/KWQ30/kvarS30/kVAI30/A380V侧补偿前负荷0.80234.25175.68292.78444.84380V侧无功补偿容量-803

15、80V侧补偿后负荷0.92234.2595.68253.02384.42主变压器功率损耗0.01=2.530.05=12.6510kV侧负荷总计0.909236.78108.33260.38395.61总配电所计算负荷P30(总)=（643.66+797.4+234.25）×0.95=1591.54KWQ30(总)=（577.92+568.35+175.68）×0.97=1282.29kvarS30(总)=2043.84KVAI30（总）=3105.29A2变电所位置和型式的选择2.1变电所位置的选择变电所所址选择的一般原则：(1)接近负荷中心；(2)进出线方便；(3)接近

16、电源侧；(4)设备吊装和运输方便；(5)不应设在有剧烈振动或高温的场所；(6)不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源的下风侧；(7)不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所贴邻；(8)不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方；(9)不应设在地势低洼和可能积水的场所；(10)高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。2.2变电所型式的选择变电所有屋内式和屋外式两大型式。屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择工厂总变配电所型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优先选择

17、屋内式。 负荷较大的车间，宜设附设式或半露天式变电所。 负荷较大的多跨厂房及高层建筑内，宜设车间内变电所或组合是成套变电站。 负荷小而分散的工厂车间及生活区，或需远离有易燃易爆炸危险环境及有腐蚀性车间时，宜设独立变电所。 工厂的生活区，当变压器容量在315kVA及以下时，宜设杆上式变电台或高台式变电所。根据各车间变电所变压器的容量，本设计所有变电所均选择屋内式。3变电所主变压器及主接线方案的选择3.1边带所主变压器容量的选择 只装一台主变压器的变电所，主变压器容量应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即 车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000KV.A。一号变电所主变压器容量的选择由表

18、 可知一号变压器视在负荷为713.33KVA，取 即选一台S9-800/10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 可知二号变压器视在负荷为887.48 KVA，取 即选一台S9-1000/10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2.2可知三号变压器视在负荷为260.38KVA，取，即选一台S9-315/10型低损耗配电变压器。3.2主接线方案的选择3.2.1车间变电所的主接线分类(1)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

19、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。(2)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。3.2.2主接线电路图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，亦称一次电路图。变电所主接线电路图如图2所示。图2 主接线电路图4短路电流的计

20、算4.1绘制计算电路计算电路图如图3所示图3 计算电路图4.2确定短路计算的基础值设Sd=100MVA，Ud=Uc=1.05UN，Uc为短路计算电压，即高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则Id1=5.5kAId1=144kA4.3计算短路电路中各元件的电抗标幺值(1)电力系统最大运行方式下：X*1M=0.535最小运行方式下：X*1m=0.935(2）架空线路 查表得LGJ-150的线路电抗x0=0.38/km，而线路长0.5km，故X*1m=0.38/km×=0.172 (3)电力变压器车间变电所1：查表得变压器的短路电压百分值UK%=5，故=6.25车间变电所

21、2：查表得变压器的短路电压百分值UK%=5，故=5.00车间变电所3：查表得变压器的短路电压百分值UK%=4，故=12.698式中，SN为变压器的额定容量。4.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算(1)总电抗标幺值X*（k-1）=X*1+X*2=0.707(2) 三相短路电流周期分量有效值I(3)k-1=7.776KA(3) 其他短路电流I(3)k-1=I(3)=I(3)k-1=7.776KAi(3)sh=2.55×7.776KA=19.830KAI(3)sh=1.51×7.776KA=11.742KA(4) 三相短路容量S(3)k-1=141.424MVA4.5 k-

22、2点（0.4kV侧）的相关计算(1)总电抗标幺值X*（k-2）=X*1+X*2+X*3=6.957 (2)三相短路电流周期分量有效值I(3)k-2=20.70KA (3) 其他短路电流I(3)k-2=I(3)=I(3)k-2=20.70KAi(3)sh=1.84×20.7KA=38.09KAI(3)sh=1.09×20.7KA=22.56KA (4)三相短路容量S(3)k-2=14.37MVA4.6 k-3点（0.4kV侧）的相关计算(1)总电抗标幺值X*（k-3）=X*1+X*2+X*32=5.707 (2)三相短路电流周期分量有效值I(3)k-3=25.23KA (3)

23、 其他短路电流I(3)k-3=I(3)=I(3)k-3=25.23KAi(3)sh=1.84×25.23KA=46.42KAI(3)sh=1.09×25.23KA=27.5KA(4)三相短路容量S(3)k-3=17.52MVA4.7 k-4点（0.4kV侧）的相关计算(1)总电抗标幺值X*（k-4）=X*1+X*2+X*33=13.405(2)三相短路电流周期分量有效值I(3)k-4=10.742KA(3) 其他短路电流I(3)k-4=I(3)=I(3)k-4=10.742KA i(3)sh=1.84×25.23KA=19.765KA I(3)sh=1.09

24、15;25.23KA=11.709KA(4)三相短路容量S(3)k-4=7.460MVA以上短路计算结果综合如表3所示。表3短路计算结果短路计算点三相短路电流三相短路容量/MVAk-17.7767.7767.77619.8311.742141.424k-220.720.720.738.0922.5614.37k-325.2325.2325.2346.4227.517.52k-410.74210.74210.74219.76511.7097.465变电所一次设备的选择校验一次设备的选择，必须满足一次电路在正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠、运行维护方便、投资经济合理。6

25、变电所进出线及与邻近单位联络线的选择6.1 10KV高压进线和引入电缆的选择6.1.1 10kV高压进线的选择校验采用LJ型铝绞线架空敷设，接往35/10kV变电所(1)按发热条件选择 由=96.82及室外环境温度33,查文献4表8-35,初选LJ-25,其中33时,满足发热条件。(2)校验机械强度。查表，10kV铝绞线最小允许截面， LJ-25满足机械强度要求。(3)由于此线路很短，不需校验电压损耗。6.1.2 高压配电室至车间变电所的引入电缆的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设，以二号车间变电所为例进行校验。(1)按发热条件选择。由=51.38A及土壤

26、温度25,查文献4表8-43,初选缆芯为25mm2的交联电缆，其,满足发热条件。(2)校验短路热稳定度。计算满足短路热稳定的最小截面不满足要求因此改选YJL22-1000-3×150电缆，三个车间变电所可选同一型号电缆。6.1.3 380V低压出线的选择 车间变电所配电给各生产车间的电力线路均采用交联聚乙烯绝缘电缆。交联聚乙烯绝缘电缆与纸绝缘电缆和聚氯乙烯绝缘电缆相比，具有优异的电气性能、机械性能、耐热老化性能、耐环境应力和耐化学腐蚀性的能力，而且结构简单，使用方便，不受敷设落差限制，长期工作温度高（90）等优点。在同样环境条件下，选用交联电缆比选用纸绝缘和聚氯乙烯绝缘电缆可以降低规

27、格（指导体标称截面）一至二档。这样不仅提高了电缆的性能和质量，而且可降低用户的电缆工程成本。(1)一号车间变电所馈电给制条车间的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设。按发热条件选择。由及地下0.8米土壤温度25,初选400,其中,满足发热条件。校验电压损耗。由工厂平面图量得变电所至制条车间距离约100m，而查的400的铝芯电缆的，,制条车间的, ，因此满足要求。校验短路热稳定度。计算满足短路热稳定的最小截面式中C值由文献4表5-12查得。因此YJV22-1000-3×400+1×200电缆满足要求。馈电给纺纱车间的线路采用YJV22-1000型交

28、联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×400+1×200的单芯电缆。馈电给饮水站的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×240+1×120的单芯电缆。馈电给锻工车间的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×240+1×120的单芯电缆。馈电给机修车间的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×240+1×120的单芯电缆。馈电给幼儿

29、园的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×240+1×120的单芯电缆。馈电给仓库的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×240+1×120的单芯电缆。(2)二号车间变电所馈电给织造车间的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×1000+1×500的单芯电缆。馈电给染造的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×

30、;1000+1×500的单芯电缆。馈电给浴室、理发室的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×240+1×120的单芯电缆。馈电给食堂的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×240+1×120的单芯电缆。馈电给单身宿舍的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×240+1×120的单芯电缆。(3)三号车间变电所馈电给锅炉房的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯

31、绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×240+1×120的单芯电缆。馈电给水泵房的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×240+1×120的单芯电缆。馈电给化验室的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×240+1×120的单芯电缆。馈电给油泵房的线路采用YJV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯线电缆直埋敷设，选YJV22-1000-3×240+1×120的单芯电缆。表4 变电所进出线和型号

32、规格线路名称导线或电缆的型号规格10kV电源进线LJ-25铝绞线（三相三线架空）主变压器引入电缆YJL22-1000-3×150交联电缆（直埋）380V低压出线至制条车间YJV22-1000-3×400+1×200交联电缆（直埋）至纺纱车间YJV22-1000-3×400+1×200交联电缆（直埋）至饮水站YJV22-1000-3×240+1×120交联电缆（直埋）至锻工车间YJV22-1000-3×240+1×120交联电缆（直埋）至机修车间YJV22-1000-3×240+1×12

33、0交联电缆（直埋）至幼儿园YJV22-1000-3×240+1×120交联电缆（直埋）至仓库YJV22-1000-3×240+1×120交联电缆（直埋）至织造车间YJV22-1000-3×1000+1×500交联电缆（直埋）至染造车间YJV22-1000-3×1000+1×500交联电缆（直埋）至浴室、理发室YJV22-1000-3×240+1×120交联电缆（直埋）至食堂YJV22-1000-3×240+1×120交联电缆（直埋）至单身宿舍YJV22-1000-3×

34、;240+1×120交联电缆（直埋）至锅炉房YJV22-1000-3×240+1×120交联电缆（直埋）至水泵房YJV22-1000-3×240+1×120交联电缆（直埋）至化验室YJV22-1000-3×240+1×120交联电缆（直埋）至油泵房YJV22-1000-3×240+1×120交联电缆（直埋）7变电所的防雷保护与接地装置的设计7.1防雷设备防雷的设备主要有接闪器和避雷器。接闪器就是专门用来接受直接雷击的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷

35、带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘18。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。7.2变电所接地装置的设计(1)接地电阻的要求该变电所的公共接地装置的接地电阻应该满足以下条件： 式中： 因此公共接地装置接地电阻应该满足(2)接地装置的设计采用长2.5m、50mm的镀锌钢管，其垂直接地体的根数为 其垂直接地体沿变压器的三面均匀布置，管径5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。管间用40mm×4mm的镀锌扁钢焊接相连。变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连。接地干线均采用25 mm×4mm的镀锌扁钢。其接地电阻的验算为 满足接地电阻要求。式中：砂质粘土的电阻率，镀锌钢管长，环形敷设垂直接地体利用系数。9结论工厂总降压变电所是工厂接受和分配电能的中枢。它由变压器、配电设备、保护及控制设备、测量仪表及其它附属设备构成。变电所的设计是整个工厂供电设计的