化纤毛纺织厂总配电及配电系统设计

1、精品 料推荐华北电力大学供电课程设计论文题目 某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计院系 电力工程系专业班级农电 0702组别第五组成员1精品 料推荐某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计绪论在国民经济高速发展的今天，电能的应用越来越广泛，生产、科学、研究、日常生活都对电能的供应提出更高的要求，因此确保良好的供电质量十分必要。本设计书注重理论联系实际，理论知识力求全面、深入浅出和通俗易懂， 实践技能注重实用性，可操作性和有针对性。本课程设计选择进行了一个模拟的中小型工厂 10/0.4kV、容量为 2149.01KVA 的降压变电所 . 区域变电站经 10KV 双回进线对该厂供电。该厂多

2、数车间为三班制。本厂绝大部分用电设备属长期连续负荷， 要求不间断供电。 全年为 306 个工作日，年最大负荷利用小时为 6000 小时。属于二级负荷。本设计书论述了供配系统的整体功能和相关的技术知识，重点介绍了工厂供配电系统的组成和部分。 系统的设计和计算相关系统的运行， 并根据工厂所能取得的电源及工厂用电负荷的实际情况， 并适当考虑到工厂的发展， 按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求， 确定了变电所的位置与形式及变电所至变压的台数与容量、类型及选择变电所主接线方案及高低设备与进出线。本设计书共分部分包括： 负荷计算和无功功率补偿、 变电所位置和形式选择、变电所主变压器的台数、类型容量及主接

3、线方案的选择、短路电流的计算、 变电所一次设备的选择与校验、 变电所电气主结线图、 工厂二次回路方案的选择继电保护的设计与整定以及防雷、接地设计： 包括直击雷保护、 行波保护和接地网设计。2精品 料推荐目录一、原始材料分析4二、全厂负荷计算4三、无功功率的补偿及变压器的选择5四、主接线设计8五、短路电流计算85.1 短路电流计算方法：85.2 短路电流的计算8六、变电所的一次设备选择和校验126.1 高压设备器件的选择及校验126.2 低压设备器件的选择及校验166.3 各车间的进线装设低压熔断器206.4 母线的选择与校验216.5 绝缘子和套管选择与校验23七、变配电所得布置与机构设计24

4、八、防雷装置及接地装置设计248.1 直击雷保护248.2 配电所公共接地装置的设计258.3 行波保护26九、二次回路方案的选择及继电保护的整定计算：269.1 二次回路方案的选择269.2 变电所继电保护装置配置26十、结束语293精品 料推荐一、原始材料分析1 工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、GB50053-94 10kv 及以下设计规范 、GB50054-95低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（ 1）遵守规程、执行政策。必须遵守国家的有关规定及标准， 执行国家的有关方针政策， 包括节约能源， 节约有色金属等技术经济政

5、策。（ 2）安全可靠、先进合理。应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，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。（ 3）近期为主、考虑发展。应根据工作特点、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，适当考虑扩建的可能性。（ 4） 全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。2 工程概况某化纤毛纺厂10kV 配变电所供电给

6、织造车间、染整车间、锅炉房、食堂、水泵房、化验室及其他车间变电所。已知工厂三班制工作，年最大负荷利用小数6000h，其中织造车间、染整车间、 锅炉房为二级负荷。二级负荷是指中断供电将在政治上、经济上造成较大的损失的用电设备。在条件允许的情况下，二级负荷应有两条线路供电，例如煤气站的鼓风机、10吨以下的电弧炼钢炉的低压用电设备和刚玉冶炼电炉变压器等，中断供电可能造成主要设备损坏或大量产品报废3 供电条件（ 1）供电部门可提供双回路10kV 电源，一用一备。（ 2）电源 1 进线处三相短路容量 120MV A ，进线电缆长约 150 米。电源 2 进线处三相短路容量 100MV A ，进线电缆长约

7、 120 米。（ 3）采用高供高计，要求月平均功率因数不小于 0.9，。要求计量柜在主进开关柜之后，且第一柜为主进开关柜。（ 4）为其他车间变电所提供2 路 10kV 电源出线，容量每路 800kVA 。（ 5）配变电所设于厂区负荷中心，为独立式结构，有人值班。低压供电半径小于250m。配变电所建筑构造及面积由电气设计定。二、全厂负荷计算采用需要系数法计算各车间变电所的计算负荷，具体数据如表2-1 所示。4精品 料推荐表 2-1车间或用序号电单位名称1 制条车间2 纺纱车间3 软水站4 锻工车间5 机修车间6 幼儿园7 仓库8 织造车间9 染整车间10 浴室11 食堂12 独身宿舍13 锅炉房

8、14 水泵房15 化验室16 卸油泵房相关计算公式：P30 = SN cosQ30 = P30 tgS30 =P302Q302设备计算负荷容量K xcostgP30Q 30S30(kW)(kW)(kVAR)(kVA)3400.80.80.75272204480.83263400.80.80.75272204480.832686.10.650.80.7555.96541.9737121.76336.90.30.651.1711.0712.951952.18448296.20.30.51.7388.86153.727418.890012.80.60.61.337.6810.214418.10193

9、37.960.30.51.1711.38813.323953.683545250.80.80.75420315742.46214900.80.80.75392294692.96461.880.811.50402.6587220.630.750.80.7515.47211.604329.17522200.8116028.284271510.750.80.75113.2584.9375213.54621180.750.80.7588.566.375166.8772500.750.80.7537.528.12570.71067280.750.80.752115.7539.59797P30= K PP

10、30Q30= K QQ 30S30= P302Q302变压器台数及K PK Q容量0.90.95SL7-100.90.950.90.9500/100.90.951000kV0.90.95A*10.90.950.90.95SL7-100.90.950.90.9500/100.90.951000kV0.90.95A*10.90.95SL7-400.90.950/100.90.95400kV0.90.95A*10.90.95三、无功功率的补偿及变压器的选择电力部门规定， 无带负荷调整电压设备的工厂cos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。我们采取的无功补偿

11、方式是：高压补偿和低压补偿相结合、 集中补偿与就地补偿相结合。在需要补偿容量大的车间采用就地补偿的方式其余采用低压集中补偿和高压集中补偿方式。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 8、 9 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算如下：1、就地补偿：列 NO.1 车间变电所：cos0.91，各个补偿的容量计制条车间：Qc Q P tan 2cos 2 0.915精品 料推荐联立得： Qc204272045678.88kVar根据供电技术233 页表 26 知并列电容器的标称容量选择六个BW0.4

12、-14-3/3 ，即补偿容量为 84kVar。补偿后剩余容量：Q QQc =204-84=120kVar同理可得 2、5、 8、 9 车间的补偿容量及补偿后剩余容量。2、低压集中补偿对 NO.1变电所 0.4kV 母线，采用三个型号为 BW0.4-12-3/3 进行低压集中补偿，补偿容量为 36kVar。对 NO.2变电所 0.4kV 母线，采用两个型号为 BW0.4-12-3/2 进行低压集中补偿，补偿容量为 24kVar。对 NO.3变电所 0.4kV 母线，采用三个型号为 BW0.4-14-3/6 进行低压集中补偿，补偿容量为 84kVar。3、变压器的选择及高压集中补偿变压器本身无功的

13、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 KP0 .9 K Q 0 .95P30= KPP30Q30= K QQ30S30=P302Q302NO.1 变电所： S30 =725.5327Kva考虑 15% 裕量： S725.5327115%834.36kVA根据供电技术222 页表 4 选 SL7-1000/10接线方式 Y,y n0P01800W该变压器的参数为： Pk11600WI 0 %2.5%U k %4.5S3022PTPFePCu=1800+116007107.7kWSNT1000I %U %Sc22.54.57102SNTSNT=48kVarQT

14、100SNT100010001000100100100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 选SL7-400/10接线方式 Y,y n06精品 料推荐高压集中补偿： 以上在车间和车变补偿之后， 在高压侧的有功和无功变为各个车间变电所高压侧的有功，无功之和。于是高压侧的有功与无功为：PPPT1641.771+22.68=1664.51kWQQQT =735.19+139.7=874.89kVarQ cP tan30tan=115.9kVar选用三个型号为BF10.5-40-1/3进行高压集中补偿，补偿容量为120kVar。补偿后的功率因数达到 0.91车间

15、无功功实际补偿补偿后剩余电容器型号及序号率理论补偿量量无功数量Q(kVar)Qc (kVar)Qc(kVar)Q (kVar)120478.8884120BW0.4-14-3/6220478.8884120BW0.4-14-3/6341.9816.2241.98412.957.8612.955153.73112.8511241.73BW0.4-14-3/8610.216.6810.21713.328.8813.328315121.8112203BW0.4-14-3/89294113.68112182BW0.4-14-3/8100001111.64.4811.6120001384.9432.84

16、84.941466.3825.6766.381528.1310.8828.131615.756.0915.75PQ就地No.1 640.1310.25280328.1805补偿No.2 620.6239.96224365.57之后No.3 195.275.480185.44低压No.1 328.1833.118084836292.1805BW0.4-12-3/3No.2 365.5718.791644424341.57BW0.4-12-3/2集中No.3 185.4478.633484101.44BW0.4-14-3/6补偿总 879.1905130.543129144735.1905高压侧功

17、874.8905率因数视在功率功率因数(kVA)725.53270.89185843.78290.901273298.74630.784026709.97520.911393833.66550.912211255.24780.9176381798.8650.912671880.380.8851677精品 料推荐高压集中874.8905115.901049117757.89051828.8780.910094补偿BF10.5-40-1/3PTQT变压No.17.748器损No.211.657耗No.33.3834.7四、主接线设计因为该厂是二级负荷切考虑到经济因素故本方案采用10kV 双回进线，

18、单母线分段供电方式，在 NO.3 车变中接明备用变压器。采用这种接线方式的优点有可靠性和灵活性较好，当双回路同时供电时，正常时，分段断路器可合也可开断运行，两路电源进线一用一备，分段断路器接通，此时，任一段母线故障，分段与故障断路器都会在继电保护作用下自动断开。故障母线切除后， 非故障段可以继续工作。 当两路电源同时工作互为备用试， 分段断路器则断开，若任一电源故障，电源进线断路器自动断开，分段断路器自动投入，保证继续供电。具体接线图附图1。五、短路电流计算5.1 短路电流计算方法：Sj基准电流 I j3U av三相短路电流周期分量有效值I Z(3)I j=*X三相短路容量的计算公式Sk(3

19、)Sj=*X在 10/0.4kV 变压器二次侧低压母线发生三相短路时，一般5.2 短路电流的计算取 SB =100MV A ， U av10.5kV所以 X T*= U k % SB=4.51001064.51100 STN 1100100010 3X T* 2 = X T* 1 =4.5*U k % SB4100 106XT 3 =10031512.7100 STN 3总配进线： X L =0.295 0.60.18R 1 X 。38精品 料推荐*SB100X LX L U av2=0.1810.52=0.16总配到 NO.1 变电所进线：X L =10.323=0.323*X LSB=0.

20、323100=0.29X L22U av10.5总配到 NO.3 变电所进线：X L =20.323=0.646*SB100X LX L U av2=0.64610.52=0.58最大运行方式下：绘制等效电路图K :X *0.53510.160.61512I jSj1005.5kA3U av310.5I Z(3)=Ij=5.58.94kAX*0.615i sh(3) =2.55 I z(3 ) =22.8kAI sh(3)=i sh(3)13.52kA1.686(3)=Sj=100162.6MVASkX*0.165K2 :X *=0.535+10.16 0.294.5 5.4052I Z(3)

21、=Ij=144.3426.7kAX*5.4059精品 料推荐I jSj100144.34kA3U av30.4i sh(3)=1.84 I z(3 ) =1.8426.7 49.13kA(3)=i sh(3)49.1329.04kAI sh1.6921.692Sk(3) =Sj=10018.5MVAX*5.405K 3 :X *=0.535+10.164.55.1152I(3 )=I j=144.3428.22kAZX*5.115ish(3)=1.84 I z(3)=1.8428.2251.92kAI(3)=i sh(3 )51.9230.69kAsh1.6921.692(3)Sj=10019

22、.55MVAS k=X *5.115K 4 :X *=0.535+10.160.5812.7 13.902I(3 )=I j=144.3410.38kAZX *13.90ish(3) =1.84 I z(3) =1.8410.3819.11kAI(3)=i sh(3 )19.1111.29kAsh1.6921.692(3)=Sj=1007.19MVASkX*13.90最小运行方式下：绘制等效电路图10精品 料推荐K1 :X *=0.93+0.16=1.09(3 )=I j=5.55.05kAI ZX*1.09ish(3)=2.55 I Z(3)=2.555.0512.88kAI sh(3)=i

23、 sh(3 )7.64kA1.686(3 )=Sj=10091.74MVASkX*1.09K2 :X *=0.93+0.16+4.5+0.29=5.88I Z(3 )=I j=144.3424.55kAX*5.88ish(3)=1.84 I Z(3)=1.8424.5545.17kAI sh(3)=i sh(3 )26.69kA1.692(3 )=Sj=10017.06MVASkX*5.88K3 :X *=0.93+0.16+4.5=5.59(3 )=I j=144.3425.82kAI ZX*5.59ish(3) =1.84 I Z(3) =1.8425.8247.51kA11精品 料推荐(

24、3)i sh(3 )47.5128.08kAI sh=1.6921.692(3 )Sj=100Sk=*17.89MVAX5.59K4 :X *=0.93+0.16+0.58+12.7=14.37I Z(3 )Ij=144.3410.04kA=*X14.37ish(3) =1.8410.04 18.48kA(3)i sh(3 )18.4810.92kAI sh=1.6921.692(3 )Sj=1006.96MVASk=*14.37X将以上数据列成短路计算表，如表5-1 和表 5-2 所示：表 5-1最大运行方式三相短路容量短路点k1k2k3k4I z(3) （ kA ）i sh(3) （ kA

25、 ）I sh(3) （ kA ）Sk （MV A ）8.9422.813.52162.626.749.1329.0418.528.2251.9230.6919.5510.3819.1111.297.19表 5-2最小运行方式三相短路容量短路点I z(3) （ kA ）i sh(3) （ kA ）I sh(3) （ kA ）Sk （MV A ）k15.0512.887.6491.74k224.5545.1726.6917.0612精品 料推荐k325.8247.5128.0817.89k410.0418.4810.926.96六、变电所的一次设备选择和校验供电系统的电气设备主要有断路器、负荷开关

26、、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套电设备等。 电气设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。电气设备按在正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电气装置所处的位置（室内或室外） 、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑断流能力。6.1 高压设备器件的选择及校验计算数据断路器隔离开关电流互感电压互感高压熔断避雷器器器器GW1-6 （ 10）LA-10 （ DRW10型号SN10-10IJDZ-10FZ-10/40

27、0级）I 30 (F ) / 200U=10kV10kV10kV10kV11000/10010kV10kVI 30 =105.59A630A400A200/52AI z =8.94kA16kASk =162.6MV A300MV A200MV Aish =22.8kA40kA25kAI 2t= 8.94 2 t162 2142 5个数7142221供电技术 P227P230 工厂供电设计指导P79 P1736.1.1 断路器的选择与校验（ 1）按工作环境选型：户外式（ 2）断路器额定电压U N .QF 及额定电流I N .QFU N .QF =10kV= U N .N-163070 - 301

28、05.59AI N.QFI N.QF-727.46A I 30N070 - 40I N .QF =630A I 30 =105.59A13精品 料推荐(3) 动稳定校验断 路 器 最 大 动 稳 试 验 电 流 峰 值 i max .QF 不 小 于 断 路 器 安 装处 的 短 路 冲 击电 流 值 i sh 即i max .QF =40kA i sh =22.8A(4) 热稳定校验要求断路器的最高温升不超过最高允许温度即I t2.QF t I 2t j即 16 22 8.94 20.15(5) 断流容量的校验：断路器的额定断流容量应大于断路器安装处的最大三相短路电流容量即S( 3) N .

29、k.QF300MVA S(3 ) k .max162.6MVA综上，断路器的选择满足校验条件。6.1.2 隔离开关的选择与校验（ 1）按工作环境选型：户外型（ 2）隔离开关的额定电压及额定电流U N .QS =10kV= U N.I N .QS =200 I 30 =105.59AI N.QSI N.QSN-1N-0400 70 - 30461.9A I 30 105.59A70 - 40（ 3）动稳定校验 i max .QS =25.5kA i sh =22.8kA（ 4）热稳定校验1425980 8.94 20.1512.0 即 I t2.QSt I 2t j6.1.3 电流互感器选择与校

30、验（高压侧电流互感器）10kV 电流互感器（ 1）该电流互感器额定电压U N .TA安装地点的电网额定电压U N . 即 U N .TAU N .（ 2）电流互感器一次侧额定电流I N.ctI N.ctN -120070 - 30231A1.2I 30 1.2105.59A 126.7AN -070 - 40（ 3）动稳定校验动稳定倍数 Kd=160ish =22.8A一次侧额定电流I N.CTI NN1231AN0则i sh22.8103160即 K di sh动稳定性满足69.8I N2I N.CT22312.CT14精品 料推荐（ 4）热稳定性校验热稳定倍数 Kt=90 热稳定时间 i

31、sh =0.15 I=8.94kA即 (K T I N .TA ) 2= (90231)2= 4.310 3I 2 t j894020.151.2107(K t? I N.CY ) 热稳定性满足6.1.4电压互感器的选择与校验经查表该型号电压互感器额定容量SNSN500500VA I N0.05 A 0.5AU N10000所以满足要求6.1.5 高压熔断器的选择与校验（ 1）高压熔断器额定电压大于安装处电网的额定电压即 U N Fu10kVU N(2) 断流能力SFU200MVA162.6MVA6.1.6 避雷器的选择避雷器的额定电压大于等于安装处电网的额定电压6.1.710kV 进线与各车

32、间变电所进线的校验1、根据短路电流进行热稳定校验（ 1） 10kV 进线：按经济电流密度选择进线截面积：已知 T6000 小时，经查表可得，经济电流密度jec=0.9A/ mm2maxS1828.878进线端计算电流I 303105.6 A3U10可得经济截面I 30105.6117.33mm2Aec=0.9jec经查表，选择LJ 型裸绞线 LJ-120, 取导线间几何间距D=0.6m该导线技术参数为： R=0.27/ kmX= 0.29 / km校验：短路时发热的最高允许温度下所需导线最小截面积AminI (3)t j8.94 0.1540mm2 120mm2C87所以满足要求。（ 2） N

33、o.1 变电所进线：按上述方法选择LJ 型裸绞线 LJ-50, 取导线间几何间距D=0.6m该导线技术参数为： R=0.64/ kmX= 0.323 / km15精品 料推荐校验： AminI (3 )t j8.94 0.15 40mm2 50mm2C87所以满足要求。（ 4）No.3 变电所进线：按上述方法选择LJ 型裸绞线LJ-25, 取导线间几何间距D=0.6mAminI (3)t j8.940.15 40mm2 25mm2C872、根据电压损耗进行校验（ 1） 10kV 进线：u%PRQX%1664.451 0.162 757.89 0.1770.4%10U N21000（ 2） No

34、.1 车间变电所进线：u%PRQX%647.070.64 292.180.32310U N210000.095%（ 3） No.3 车间变电所进线：u%PRQX%234.2251.28 101.440.6460.37%10U N210003、根据符合长期发热条件进行校验（ 1） 10kV 进线：选 LJ 120 型裸铝绞线取导线间几何间距 D=0.6m经查表可得，最大允许载流量I Z375A 105.6A （总负荷电流）（ 2） No.1 车间变电所进线选 LJ 50 型裸铝绞线取导线间几何间距 D=0.6m经查表可得，最大允许载流量I Z215A 41.89A（ 3） No.3 车间变电所进线：选 LJ 50 型裸铝绞线取导线间几何间距 D=0.6m经查表可得，最大允许载流量I Z215A 17.25A6.2 低压设备器件的选择及校验NO.1计算数据低压断路器隔离开关电流互感器型号DW48-1600HD1114LMZ J1 -0.5U=0.4kV0.