塑料制品厂全厂总配变电所与配电系统课程设计

1、本科课程设计说明书某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计学院（部）：电气与信息工程学院某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计摘要本厂是 35kV 变电站的设计，本设计首先根据厂方给定的全厂各车间电气设备及车间 变电所负荷计算表进行电力负荷计算，然后根据对计算负荷的分析选定主变压器和各车间 变电所的变压器型号，变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性 质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。在经济角度上要考虑 周全，尽量以最少的投资获得最佳的方案。选好变压器和主接线后进行短路电流计算，对 变电站系统中的各个电压等级下的母线发生三相短路时，所流过的短路电流

2、进行了分别计 算。在设计过程中根据电力部门对工厂功率因数的要求计算出需要补偿的无功功率并以此 选择相应的补偿电容器。然后对线路设定短路点进行短路电流的计算作为各设备的选型依 据。对电气设备进行选择，电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备所需要满足 的基本条件，即按正常工作条件选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气 设备的特点而提出的选择和校验项目。考虑到对变压器的保护在设计中对主变压器设置了 以下继电保护：瓦斯保护、过电流保护和电流速断保护。通过本次课程设计，旨在熟悉变电所中供电系统的负荷计算，掌握变电所中二次回路 的基本原理，在次基础上对供电系统中的变电所二次接线进行了设计

3、和保护，最后根据具 体环境条件对电气设备进行校验，使本次设计的容更加完善。关键词：电力负荷计算，变压器选择，短路电流计算，继电保护目录1. 设计依据与负荷计算 11.1 设计依据 11.2电力负荷计算 12. 变压器选型及架空线选择 32.1 无功补偿电容器选择 32.2主变压器的选择 32.3 各变电所变压器选择 42.4 架空线的选择 53. 短路电流的计算 63.1三相短路电流计算目的 63.2 短路电流计算公式 63.3各母线短路电流列表 74高低压电器设备的选择 84.1 35KV高压设备选择及校验 84.2 10KV 中压设备的选择及校验 84.3 0.38KV 低压设备选择及校验

4、 95 继电保护配置 95.1主变压器保护 95.1.1 瓦斯保护 95.1.2 电流速断保护 95.1.3 过电流保护 105.1.4 过负荷保护 115.2 35KV进线线路保护 115.3 10KV线路保护 126 变电所，外布置 136.1概述 146.2变电所布置 146.3变电所外布置 147. 防雷和接地装置的确定 147.1防雷装置的确定 147.2直击雷的防治 147.3雷电侵入波保护 147.4 接地装置确定 148. 主接线图 16心得体会 17参考文献 18致 191 设计依据与负荷计算1.1 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

5、新定型设备其 外还有辅助车间及其它设施。（2）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 4km。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）在总配变点点所 35kv 侧计量。4）工厂的功率因数值要求在 0.9 以上。5）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，

6、 属于三级负荷。（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1.6 7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。1.2 电力负荷计算根据公式：Pjs Kx* PeQjsPjs * tanSjs Pjs /cos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 1-1表1-1全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（

7、380伏侧）车间或用电设设备容量需系数功率因数功率因数 脚正切计算负荷序备组名 称（千 瓦）KxCostan有功无功视在号PjsQ jsSjs（千瓦）（千之）（千伏安）（1） 变电所1薄膜车间14000.60.61.338401117. 214002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15090.580.601.33876.21165.9861458.5（2） NO2变

8、电所1单丝车间13850.60.61.308311080.313852水泵及设备200.650.80.75139.7516.253小计14050.60.611.298441090.051378.6（3） NO3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10690.360.61.33383.6510.188638.31（4） NO4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300.30.6

9、51.17910.5313.8465原料生活间150.81120126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6410.450.591.35287.7387.509482.63(5) NO5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15

10、0.650.80.759.757.312512.18755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4750.460.671.1218.5239.48324.188全厂合计509926103393.2134280.8879乘以参差系数 全厂合计(K p =0.9 ，Kq=0.95)0.587423493223.5523988.622. 变电所高压电器设备选型2.1补偿电容器选择依据设计依据(4),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 =2349/3998.62=0.5874远远小

11、于要求的功率因数，所以需要进行无功补偿，为了计算方便，这里选择功率因数为0.933.Qc=Pjs tan 1 PjS tan 2 =2349tan(arccos0.587)-2349tan(arccos0.933)=2330.06Kvar 有计算数据可以得到要补偿的功率，总共补偿2400kvar，故选用24个BWF6.3-100-1并联电容器进行补偿。2.2主变压器的选择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。(1) 当选用的变压器为明备用时，两台变压器容量均为SN.T

12、>=2349/0.933=2517.7KVA。须选两台S9-3150/35型低损耗配电变压器，其联接组别采用 Yyn0。 若为暗备用时每台容量按 SN.T>0.7 >2517.7kVA=1764.8kVA,须选两台S9-2000/35型 低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。考虑到变压器的利用率以及变压器损耗我们决 定使用暗备用的方式。因此无功补偿后工厂380V侧和35KV侧的负荷计算如表2.1所示。查表得：空载损耗 P0=3.4Kw负载损耗 Pk=19.80kw;空载电流10%=1.1;阻抗电压Uk%=7.5重量4.175t规矩820mm主变压器功率损耗：Pt=n* P

13、0+1/n Pk（ S/SN） A2Qt=n*l0%/100*SN+1/n*Uk%/100*SN*（ S/SN） Q=1.1/100*2000+7.5/100*2000*0.3963=81.445Kva或者利用经验公式：表2-1无功补偿后工厂的计算负荷项目cos C计算负荷Pjs/kWQjs /kvarSjs /kVA380V侧补偿前负荷0.587423493223.5523988.62380V侧无功补偿容量-2400380V侧补偿后负荷0.942349823.5522350.45主变压器功率损耗3715035KV侧负荷总计0.9332386973.5522576.972.3各变电所变压器选择

14、(1) NO!安装两台变压器互相暗备用，其容量按SN.T>0.7 XSjS=0.7 XI458.5 kVA =1020.95 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Yyn0。(2) NO2安装两台变压器互相暗备用，其容量按SN.T>0.7 05=0.7 X378.6 kVA =965.02kVA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。NO3安装一台变压器，其容量按SN.T> Sjs=638.31 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。NO4安装一台变压器，其容量按SN.T

15、q. =482.63 kVAS js因此选一台S9-500/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用YynO。(5) NO5安装两台变压器互相暗备用，其容量按SN.T>0.7 XS. =0.7 >324.18 kVA =226.93kVAS js因此选两台S9-250/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。表2-2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(%高压低压空载负载主变压器两 台暗备用S9-2000/353510Yyn02600190000.756.5NO1两台暗备用S9-1250/10100.38Yyn01950120000.

16、64.5NO2两台暗备用S9-1000/10100.38Yyn01700103000.74.5NOa选一台S9-800/10100.38Yyn0140075000.84.5NO4选一台S9-500/10100.38Yyn096051001.04NOs两台暗备用S9-250/10100.38Yyn056030501.242.4 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暗备用所以 架空线选择两条互相明备用。2. 架空线截面积的选择1) .按经济电流密度选择导线截面积线路在工作时的最大工作电流：Ig= Sis / ( . 3 * U N ) =2581.

17、83/ ( . 3 *35) =42.6A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，属于三级负荷。其钢芯铝线的电流密度J=0.9所以导线的经济截面面积：2Sj=lg/J=42.6/0.9=47.33mm考虑到线路投入使用的长期发展远景，选用截面积为50 mm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ly=220A( 0 25 C)当环境温度为35度时， 导线最高工作温度为70度。其长时允许电流为：ly ly( 1。')/( 10)1/2=194.02A当一台变压器满载

18、，一条输电线检修时导线负荷最大，这时的负荷电流为：le=Se/(. 3*Un) =33A。由于Ie< I；,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：R0=0.65X0=0.42线路总的电压损失为： U=( P*R+ Q*X)/U n=56.15V电压损失百分比为：U%= U/Un=0.0016<0.05所以导线符合要求。4) .按机械强度校验钢芯铝线非居民区35KV最小允许截面为10 mm所以符合要求。3. 短路电流的计算3.1三相短路电流的计算目的为了保证电力系统安全运行，择电气设备时，要用流过该设备的最大短路电流进行热 稳定校验和动稳定

19、校验，以保证设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和点动力的 巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使有关断路 器跳闸。继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要短路电流数据。3.2短路电流的计算公式(标幺值计算方法)：基准容量 Sd=100MVA基准电压 Uav=37KV Ud2 10.5KV(1)电力系统的电抗标幺值：X1 =Sd/Soc(2)电力线路的电抗标幺值：*XlX°LSd/U：(3)电力变压器的电抗标幺值：*XtUk%Sci/100Sn(4)三相短路电流周期分量有效值：I (3)*Id/X(5)短路点处的次暂态短路电流：I (3)I(3)

20、I短路冲击电流：i sh2.55I "(3)(高压系统)(7)冲击电流有效值：I sh1.51I "(3)(高压系统)(8)三项短路容量：S(3)*Sd/X(9) I (2)0.866I ，ish0.866i(3) sh ，ISh)0.8661 Sh3.3各母线短路电流列表根据下图和以上公式计算母线短路电流:无穷丈玉统图3-1 短路计算电路工：k-lk-2图3-2短路计算等效电路表3-1母线短路电流列表短路计算点三相短路电流/KA三相短路容量/MVA(3)IkI (3)| (3)i(3) i sh| (3)1 shsK3)最大运行K-13.033.033.037.734.5

21、8194.33方式K-22.572.572.576.553.8846.7最小运行K-12.952.952.955.4823.22189.04方式K-21.461.461.462.691.5926.464. 高低压设备的选择根据上述短路电流的计算结果，按照设计思路中按正常工作条件选型，按短路情况进行校验的思想，总配变电所的高低压设备选型情况确定如下:4.1 35Kv高压侧设备选择35Kv测设备选择如下表4-1表4-1 35Kv高压侧设备选择计算数据高压断路器SW2-35/600隔离开关GW2-35G电压互感器JDJJ2-35电流互感器LB-35避雷器Fz-35备注U=35KV35KV35KV35

22、KV35KV35KVI=18.6A600A600A2*200/5Ik=3.03KA6.6kai S3)=7.73 KA17KA42KA3.3*200 匹2 2 i *4=3.03*46.62* 4202* 4(1.3* 200)2Sk=194.33MVA400MVA4.2 10Kv中压侧设备选择10Kv中压侧设备选择见表4-2表4-2 10Kv中压侧设备选择计算数据高压断路器SN10-10I隔离开关GN6-10T/200电流互感器LA-10备注U=10KV10KV10KV10KV采用GG-10-54高压开关柜I=34.49A630A200A100/5Ik=2.57KA16KA(3)G =6.5

23、5KA40KA25.5KA160*100 V2i 2*4= 2.572 *4162 * 4210 *5(90* 100)2SK =46.7MVA300MVA4.3 0.38KVA侧设备选择 0.38KVA侧设备选择采用BFC-0.5G-08低压开关柜5. 继电保护配置5.1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；.800kVA以上油浸式变压器和400kVA及以上车间油浸式变压器应装设气体保护装置用于保护变压器的部故障和油面降低；(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

24、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。瓦斯保护防止变压器部短路及油面降低，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸，本次采用FJ-80型开口杯挡板式气体继电器。电流速断保护防止变压器线圈和引出线多相短路，动作与跳闸I qbK relKwKgk.max式中Ik.max为变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值。

25、Krel为可靠系数Kt为变压器的电压比。在此设计中I K.maxI K 22.57, Krel 1.3, Kw2001, Ki405因此速断电流：I1.4 1Iqb 40 3.5147013.65A灵敏度校验：KpI k.minI OP.1式中kmin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在此设计中Ik.min 0.866 2.952.56AKpk.min1 OP.12.564 0.1364.69 1.5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

26、1=2000/ (35X.3 ) =32.99A，电流互感器采用三角形接法，计算电流互感器变比Ki = (32.99 X. 3 ) /5 = 57.1/5 ，选用电流互感器变比 Ki =100/5=20KrelK| op I L. maxKreKi式中I Lmax为变压器的最大负荷电流，可取为I 1NT为变压器的一次额定电流，Kel保护装置的可靠系数，对定时限可取1.2，反对时限取1.3 ；Kw为保护装置的接线系数，对相电流接线取1,对相电流差接线取 、3 ； Kre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0.8 ; Ki为电流互感器的变比。在该厂设计中：2 20

27、00IL.max 2I1NT3 3565.98A取 Krel 1.3，Kre0.8，Ki200540，动作电流为：I OP1.3165.983.082,因此整定值为3A。0.840过电流保护动作时间整定计算t1 t2 t式中t1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，t2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，t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：Sp"minI OP.11.5式中I K.min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；IoP.1

28、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(2)minI min1.47 三1.27KA在此设计中1 op.1IopKiKw1.27、3 3.5210A灵敏度为:Sp1 2104 30.821.7031.5，灵敏度校验满足要求。5.1.4过负荷保护保护动作电流整定计算I OP(OL)251 ntKi式中I nt为变压器的额定一次电流,Ki为电流互感器的电流比。1 OP(OL)1.2565.97402.06A动作时间的整定计算top(ol)10 15s5.2 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背

29、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I op | L ? maxKreKl式中：|L?max线路最大负荷电流，可取为(1.5-3) 130为线路计算负荷电流。Krel保护装置的可靠系数，对 GL型取1.3 ；Kw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-3。Kre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。k电流互感器的变流比。必须注意：对感应式继电器的lop应整定为整数，且在 10A以。在此设计中：iL.max 2I302 18.637.2Krel 1.3 Kw 1 Kre 0.8因此动作

30、电流为:1.3 137.21.510.8 40K rel K w |op因此整定为2A。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 o过电流保护灵敏系数的校验k| k.minP5I op.1式中，|K?min在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路；|0P?1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kp 1.2即可。在此设计中Iop.1 %Ki/Kw1.51 40/160.4因此其保护灵敏系数为：kp21060.43.51.5| k.min | k21 210A灵敏度系

31、数满足要求5.3 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KrelKw | op | L ? maxKreKI式中：|L?max线路最大负荷电流，可取为（1.5-3）丨30为线路计算负荷电流。Krel保护装置的可靠系数，对 GL型取1.3 ;Kw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oKre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 o k电流互感器的变流比。必须注意：对感应式继电器的l°p应整定为整数，且在10A以。在此设计中：| L.max 2丨302 34.4968.98

32、Krel 1.3 Kw 1 Kre 0.8JJ?因此动作电流为：1 3 1 68.985.60.8 20K rel K w Iop因此整定为6A。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k| k.min P1-5I op.1式中，|K?min在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路；1 0P ? 1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 kp 1.2即可。在此设计中| k.min |k21210 3.5735AIop.1 IopKi/Kw

33、5.6 20/1112735因此其保护灵敏系数为： kp 2356.561.5p 112灵敏度系数满足要求。6. 变电所，外布置情况6.1概述该设计为35KV地面变电所一次设计，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，变电所一次设备主要有：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。6.2室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 见室平面图。主控制室装设有低位配电屏，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

34、值班人员。母线的配电装置分别设在两个单独的房间，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。6.3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。7 防雷和接地装置的确定7.1 防雷装置确定雷电引起的大气过电压会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此在变电 所必须

35、采取有效的防雷措施，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10mm的圆钢；引下线采用直径 6mm的圆钢；接地体采用三根 2.5m长的50mm 50mm 5mm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。 为了其部的变压器和电器设备得以 保护，在配电装置安放阀式避雷器。7.4 接地装置确定接地装置为接地线和接地体的组合，结

36、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。 本厂的大接地体采用扁钢， 经校验，截面选择为 60mm2 ，厚度为 3mm。 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 1.5mm2 （绝缘铜线）；电 缆的接地芯截面选择为 1mm2 。8. 主接线图fh INo,3ToMd.4tJa.5J丨1门H薰履牛成或包笛 膜斜活晶昴裝用 t序间弃毎功 何一二料I7ffiEP6.MC0-：24：lK.aiE>备用 丄2. 1 17 v§商车间77二；U塑车间In咅生沼锻匱仓霍富辅油刖办备 料活室工料匿修丸煌用 炉戟励袅抽公s 复问车.梗记军室室材房站楼制 间生具车问科 ，车活车间库食间问&室EIF6.MQCI-I書II肝就心得体会这次的课程设计实践，是我们接受专业