某化纤毛纺厂总配变电所及高压配电系统设计

某化纤毛纺厂总配变电所及高压配电系统设计目录1.绪论 11.1.工厂供电目的及意义 11.2.本次设计的任务要求 11.3.设计资料 21.4.工厂平面图 22.负荷计算和无功功率补偿 32.1.负荷计算 32.1.1.需要系数法负荷计算 32.1.2.多组用电设备负荷计算 42.1.3.各车间负荷计算表 42.1.4.全厂负荷计算 52.2.无功功率补偿 53.变电所参数确定 73.1.总降压变电所主变压器台数选择 73.2.总降压变电所主变压器容量选择 73.3.总降压变电所主变压器的选择 83.4总降压变电所位置 84.变电所主接线方案设计 94.1.变电所主接线接线方式 94.2.变电所主接线图 95.短路电流计算 105.1.短路电流计算方法 105.2.短路电流计算 115.2.1.1号车间变电所短路电流计算 115.2.2.2号车间变电所短路电流计算 155.2.3.3号车间变电所短路电流计算 196.变电所一次设备的选择与校验 236.1.一次设备选择与校验的条件与项目 236.1.1.正常工作条件选择 236.1.2.短路条件校验 246.2.10kV侧一次设备选择与校验 256.3.0.4kV侧一次设备选择与校验 267.变电所进出线选择与校验 277.1.变电所进出线选择条件与校验 277.2.变电所进线选择 277.3.变电所出线选择 288.变电所继电保护 288.1.变压器过电流保护整定计算 288.2.变压器电流速断保护整定计算 298.3.变电所保护装置 299.变电所防雷接地保护 309.1.防雷保护 309.1.1.电力线路防雷保护 309.1.2.变电所防雷保护 319.2.接地保护 3110.结论 31参考文献 32致谢 33某化纤毛纺厂总配变电所及高压配电系统设计PAGEPAGE11.3.设计资料1）供电电源来自35/10kV区域变电所电源，采用双回路10KV架空线引至工厂，距工厂南0.5km。2）电力系统短路数据，如下表1-1所示。供电系统图，如下图所示。表1-110kV母线短路数据运行方式短路数据最大运行方式＝187MVA最小运行方式＝107MVA图1-1供电系统图3）供电部门对工厂技术要求：变电所10kV侧过电流保护整定时间为1.5s，工厂总降压变电所过电流保护整定时间低于1s；该厂的总平均功率因数值不低于0.9。4）工厂负荷性质，本厂车间基本为三班制，少数车间为一班或两班制，年最大有功负荷利用小时数为6000，本厂属于二级负荷。1.4.工厂平面图图1-2某化纤毛纺厂总平面布置图2.负荷计算和无功功率补偿2.1.负荷计算2.1.1.需要系数法负荷计算1）有功功率：(2-1)其中，，。2）无功功率：(2-2)3）视在功率：(2-3)4）计算电流：(2-4)2.1.2.多组用电设备负荷计算总有功功率：(2-5)总无功功率：(2-6)，。总视在功率：(2-7)总计算电流：(2-8)2.1.3.各车间负荷计算表表2-1工厂各车间负荷计算表序号用电设备名称总功率需用系数KxtgФ计算负荷Pjs(kW)Qjs(kvar)Sjs(kvA)1号车间制条车间3400.80.75272204.0纺纱车间3400.80.75272204.0饮水站860.650.7555.941.93锻工车间370.650.7524.0518.04机修车间2960.31.7388.8153.6幼儿园12.80.61.337.6810.2仓库380.650.7524.718.5小计1149.8745.13650.39892号车间织造车间5250.80.75420315染整车间4900.80.75392294浴室、理发室50.84食堂400.750.753022.5单身宿舍500.840小计1110886631.510883号车间锅炉房1510.750.75113.2584.9水泵房1180.750.7588.566.4化验室880.750.756649.5油泵房140.750.7510.57.875小计371278.25208.693482.1.4.全厂负荷计算变压器有功损耗：（2-9）变压器无功损耗：(2-10)取，，由表2-1可计算得：，。总计算负荷：2.2.无功功率补偿本文在10KV侧进行无功功率补偿。进行无功补偿以后，可以降低10KV侧的视在功率，降低变压器的容量，降低变电所的投资成本。无功补偿容量：(2-11)(2-12)其中，为计算有功功率，为一个电容器容量；为并联电容器个数。本次设计中，变电所10kV侧功率因数为：根据要求，该厂的功率因数值高于0.9，考虑到变压器功率损耗，进行无功功率补偿时，10kV侧补偿后的功率因数应高于0.9，取。10kV侧功率因数升至0.92，10kV侧需并联电容器容量为：取补偿后变电所10kV侧视在功率为主变压器功率损耗：变电所高压侧计算负荷：补偿后功率因数：选择补偿电容器型号为BW0.4-35-1，额定容量为35kvar，根据式（2-12）可得并联电容器的数量为：，无功补偿前后计算负荷如下表所示。表2-2无功补偿前后计算负荷项目功率因数计算负荷补偿前负荷0.771718.514162227128.6无功补偿容量-700补偿后容量0.9231718.57161862107.5变压器功率损耗18.6293.1变电所10kV侧负荷0.9071737.127081916110.63.变电所参数确定3.1.总降压变电所主变压器台数选择该化纤毛纺厂属一般中小型工厂，对供电负荷没有特殊要求，所以从电力系统的35kV/10kV变电站直接向车间变电所供电。本次设计的三个变电所均为车间变电所，根据其负荷性质和供电要求，设计时采用一台变压器。3.2.总降压变电所主变压器容量选择变电所选用1台主变压器容量时，每台变压器的容量SN·T需符合下面的要求：一台变压器独立运行时，符合总计算负荷需要：（3-3）1）1号车间变电所主变压器容量选择由表2-1可知1号变压器视在负荷为989kV.A，取，即选一台S9-M-100010/0.4KV变压器。2）2号车间变电所主变压器容量选择由表2-1可知2号变压器视在负荷为1088kV.A，取，即选一台S9-M-125010/0.4KV变压器。3）3号车间变电所主变压器容量选择由表2-1可知3号变压器视在负荷为348kV.A，取即选一台S9-M-40010/0.4KV变压器。3.3.总降压变电所主变压器的选择选取变压器型式为油浸式。主变压器联结组别包括Yyn0、Dyn11、Yd11这三种。其中Yyn0、Dyn11适用于10KV系统。Yd11适用于35kV配电系统。本设计的三个车间变电所均采用Yyn0联结的配电变压器。3.4总降压变电所位置区域变电站区域变电站车间变电所车间变电所3车间变电所1车间变电所1工厂总配电所工厂总配电所车间变电所2车间变电所2新变电所新变电所图3-1总降压变电所位置4.变电所主接线方案设计4.1.变电所主接线接线方式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[6]。100KV侧选用单母线分段接线方式。4.2.变电所主接线图图4-1电气主接线图5.短路电流计算5.1.短路电流计算方法本次设计中采用标幺值法进行短路电流计算。基准容量选取基准电压选取。基准电流：（5-1）基准电抗：（5-2）电力系统电抗标幺值：（5-3）变压器电抗标幺值：（5-4）线路电抗标幺值：（5-5）三相短路电流周期分量有效值标幺值：（5-6）三相短路容量计算：（5-7）5.2.短路电流计算5.2.1.1号车间变电所短路电流计算（1）系统最大运行方式时1）绘制计算电路图5-1短路计算电路2）确定基准值3）计算短路电路各元件电抗标幺值：a.电力系统电抗标幺值：b.架空线电抗标幺值：查表得LGJ-150的，线路长0.5km，故c.电力变压器电抗标幺值：查表得,故短路等效电路如图5-2所示。图5-2等效电路4）k-1点三相短路电流、短路容量a.总电抗标幺值：b.三相短路电流周期分量有效值：c.其它短路电流：d.三相短路容量：5）k-2点三相短路电流、短路容量a.总电抗标幺值b.三相短路电流周期分量有效值c.其它短路电流d.三相短路容量表5-1短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-17.977.977.9720.3212.03144.93k-225.325.325.346.5627.5817.6（2）系统最小运行方式时1）绘制计算电路图5-3短路计算电路2）确定基准值3）计算短路电路各元件电抗标幺值：a.电力系统电抗标幺值：b.架空线电抗标幺值：查表得LGJ-150的，线路长0.5km,故c.电力变压器电抗标幺值：查表得,故短路等效电路如图5-4所示。图5-4等效电路4）k-1点三相短路电流、短路容量a.总电抗标幺值b.三相短路电流周期分量有效值c.其它短路电流d.三相短路容量k-2点三相短路电流和短路容量a.总电抗标幺值b.三相短路电流周期分量有效值c.其它短路电流d.三相短路容量表5-2短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-15.055.055.0512.887.6391.74k-223.6523.6523.6543.525.7816.425.2.2.2号车间变电所短路电流计算系统最大运行方式1）绘制计算电路图5-5短路计算电路2）确定基准值3）计算短路电路各元件电抗标幺值： a.电力系统电抗标幺值：b.架空线电抗标幺值：查表得LGJ-150的，线路长0.5km,故c.电力变压器电抗标幺值：查表得,故短路等效电路如图5-6所示。图5-6等效电路k-1点三相短路电流、短路容量a.总电抗标幺值：b.三相短路电流周期分量有效值：c.其它短路电流：d.三相短路容量：k-1点三相短路电流、短路容量a.总电抗标幺值b.三相短路电流周期分量有效值c.其它短路电流d.三相短路容量表5-3短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-17.977.977.9720.3212.03144.93k-230.730.730.756.533.4621.32（2）系统最小运行方式时短路电流计算1）绘制计算电路图5-7短路计算电路2）确定基准值3）计算短路电路各元件电抗标幺值：a.电力系统电抗标幺值：b.架空线电抗标幺值：查表得LGJ-150的，线路长0.5km,故c.电力变压器电抗标幺值：查表得,故短路等效电路如图5-8所示。图5-8等效电路4）k-1点三相短路电流、短路容量a.总电抗标幺值b.三相短路电流周期分量有效值c.其它短路电流d.三相短路容量5）k-2点三相短路电流、短路容量a.总电抗标幺值b.三相短路电流周期分量有效值c.其它短路电流d.三相短路容量表5-4短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-15.055.055.0512.887.6391.74k-228.2928.2928.2952.0530.8419.655.2.3.3号车间变电所短路电流计算（1）系统最大运行方式1）绘制计算电路图5-9短路计算电路2）确定基准值计算短路电路各元件电抗标幺值：a.电力系统电抗标幺值：b.架空线电抗标幺值：查表得LGJ-150的，线路长0.5km,故c.电力变压器电抗标幺值：查表得,故短路等效电路如图5-10所示。图5-10等效电路4）k-1点三相短路电流、短路容量a.总电抗标幺值b.三相短路电流周期分量有效值c.其它短路电流d三相短路容量k-2点三相短路电流、短路容量a.总电抗标幺值b.三相短路电流周期分量有效值c.其它短路电流d.三相短路容量表5-5短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-17.977.977.9720.3212.03144.93k-210.9210.9210.9220.111.97.58（2）系统最小运行方式时1）绘制计算电路图5-11短路计算电路2）确定基准值3）计算短路电路各元件电抗标幺值：a.电力系统电抗标幺值：b.架空线电抗标幺值：查表得LGJ-150的，线路长0.5km,故c.电力变压器电抗标幺值：查表得,故短路等效电路如图5-12所示。图5-12等效电路4）k-1点三相短路电流、短路容量a.总电抗标幺值b.三相短路电流周期分量有效值c.其它短路电流d.三相短路容量k-2点三相短路电流、短路容量a.总电抗标幺值：b.三相短路电流周期分量有效值;c.其它短路电流：d.三相短路容量表4-6短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-15.055.055.0512.887.6391.74k-210.610.610.619.511.557.366.变电所一次设备的选择与校验6.1.一次设备选择与校验的条件与项目6.1.1.正常工作条件选择根据工作电压选择：设备额定电压不低于线路额定电压（6-1）2）根据工作电流选择：设备额定电流不不低于线路计算电流（6-2）3）根据断流能力选择：设备额定开断电流不低于设备分断瞬间的短路电流有效值或断流容量不低于短路容量：（6-3）（6-4）6.1.2.短路条件校验（1）隔离开关、断路器短路稳定度校验1）动稳定校验条件：（6-5）（6-6）其中，；。2）热稳定校验条件：(6-7）其中，（6-8）其中，为短路持续时间。如果，取。（6-9）（2）电流互感器短路稳定度校验1）动稳定校验条件：（6-10）是电流互感器的动稳定电流。2）热稳定校验条件：（6-11）是电流互感器的热稳定电流。（3）母线的短路稳定度校验热稳定校验条件(6-12)式中，为母线截面积；为母线热稳定系数；为母线通过三相短路稳态电流。6.2.10kV侧一次设备选择与校验1）进线柜设备选择与校验表6-1进线柜设备选择与校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置参数10kV110.6A7.97kA20.32kA一次设备型号规格额定参数高压断路器10kV1250A43.3kA130kA高压隔离开关10kV200A25.5kA电流互感器10kA200/5A2）出线柜设备选择与校验以2号车间变电所为例对所选设备进行校验。表6-2出线柜设备选择与校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置参数10kV62.8A7.97kA20.32kA一次设备型号规格额定参数高压断路器10kV630A16kA40kA高压隔离开关10kV200A25.5kA电流互感器10kA200/5A6.3.0.4kV侧一次设备选择与校验开关柜设备选择与校验以2号车间变电所为例对所选设备进行校验。表6-3开关柜设备选择与校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点参数380V1570A27.75kA51.06kA一次设备型号规格额定参数低压断路器380V1500A40kV低压刀开关380V1500A电流互感器500V1500/5A变电所进出线选择与校验7.1.变电所进出线选择条件与校验1）根据发热条件选取进出线截面允许的载流量不低于通过相线计算电流：（7-1）若进出线所处位置的温度与导线允许载流量的环境温度不同时，那么导线的允许载流量应乘以下面温度校正系数。（7-2）2）根据经济电流密度选取进出线截面根据经济电流密度计算经济截面：（7-3）其中，是线路计算电流。通过式（7-3）得出后，便可选取截面。3）电压损耗的计算若用有功功率p、无功功率q来计算，那么电压损耗：（7-4）其中，R为线路阻抗，X为线路电抗，为线路额定电压。线路电压损耗百分值：（7-5）7.2.变电所进线选择10kV侧进线选用LJ型铝绞线架空敷设，引自35/10kV变电所。1）按发热条件选择，由=110.6A及室外环境温度33℃，选LJ-25，其中33℃时，满足发热条件。2）校验机械强度。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。7.3.变电所出线选择采用YJL22-10KV型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设，以2号车间变电所为例进行校验。1）按发热条件选择。由=62.8A及土壤温度25℃，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YJL22-10KV-3×150电缆。同理可得：1号车间变电所选用YJL22-10KV-3×150电缆，3号车间变电所选用YJL22-10KV-3×70电缆，8.变电所继电保护8.1.变压器过电流保护整定计算过电流保护动作电流整定计算：（8-1）式中，为保护装置结线系数；；过电流保护动作时间整定：（8-2）式中，；为；为。过电流保护灵敏系数校验时满足，若作为后备保护，满足。8.2.变压器电流速断保护整定计算电流速断保护动作电流整定计算：（8-3）电流速断保护灵敏系数校验：（8-4）式中，为系统最小运行方式下变压器高压侧短路电流；为速断电流折算至一次侧的值。8.3.变电所保护装置以2号变电所为例进行介绍。（1）装设定时限过电流保护。选用DL电磁式电流继电器。1）过电流保护动作时间整定。按照式（8-2）进线计算：，，，，，动作电流：，选取9A。过电流保护动作时间整定：动作时间和10kV母线保护相配合，10kV馈线保护动作时间为1.5s，母线保护动作时间为1s，则变电所的过电流保护动作时间：动作时间整定为1.5s。（2）装设电流速断保护。选用DL电磁式电流继电器的速断装置。1）速断电流整定：根据式（8-4）进行计算，，，，，速断电流：速断电流倍数整定：电流速断保护灵敏度校验：根据式（8-5）计算，，,电流速断保护灵敏度：，符合要求。9.变电所防雷接地保护9.1.防雷保护9.1.1.电力线路防雷保护1）架设避雷线，避免架空线路受到雷击的措施。全线架设避雷线通常用于35KV及以上的架空线路。而10kV架空线路仅在变电所1~2km范围内架设避雷线。2）提升线路自身的耐雷击水平，选取横担，或选取更高电压等级的绝缘子。3）利用三角形排列顶线兼作保护线，在顶线和绝缘子的铁脚间安装保护间隙。当遭受雷击时，保护间隙被击穿，对地释放雷电流，进而保护下边的两根导线。9.1.2.变电所防雷保护装设避雷针来避免遭受雷击。若变电所周围的高建筑物上的防雷保护范围内，或变电所为室内的，可以忽略直击雷的保护。高压侧安装避雷器，用于对变压器进行保护，防止雷电冲击波通过高压线路进入变电所，破坏变电所的主要设备。避雷器安装尽量靠近变压器。3）在变压器的高低压侧都安装阀式避雷器。变压器两侧安装的避雷器要和中性点及金属外壳共同接地。9.2.接地保护电气设备与大地可靠的电气连接，便为接地。埋入大地且与大地接触的导体便为接地体。连接接地体与设备接地的导体为接地线。两者合称为接地网。接地干线通常选用大于2根的导体在不同的位置与接地网进行连接。通过查相关资料可知，该变电所公共接地装置的接地电阻，考虑在距变电所四周2-3米，打入一圈直径50毫米、长2.5米钢管进行接地，间隔5米打入一根，钢管之间采用镀锌扁钢进行焊接。10.结论通过本次的设计，加深了对工厂供电通过本次设计，进一步加深了对工厂供电系统的认识。工厂总降压变电所及配电系统设计，是按照每个车间的负荷状况、生产工艺对负荷的要求，结合供电状况，实现各部门安全可靠经济的进行电能分配。本次设计主要包括两部分。一部分为总降压变电所设计，负荷计算、无功补偿、变电所参数选择等。另一部分为高压配电系统设计，保护短路电流计算、变电所继电保护整定、高低压配电设备选择、变电所防雷接地等。设计过程中体会到了严谨认真的态度求知态度的重要性，在今后学习和工作中是非常重要的。参考文献[1]刘介才.工厂供电[M]..北京：机械工业出版社,2009.[2]刘存德.10KV及以下供配电系统的负荷计算和无功功率补偿[J].科技风，2010,(10).[3]荆有艳.工厂供电节能方法研究[J].机电信息.2010