某塑料制品厂总降压变电所及配电系统设计.docx

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1、电气工程及其自动化专业课程设计 课程设计题目: 某塑料制品厂总降压变电所及配电系统设计 学院（部）： 电气与信息工程学院 专业班级 ： 学生姓名 ： 指导老师 ： 杨岸 时 间 ： 2012-07-03I电气工程及其自动化专业课程设计 前言该设计是为某塑料制品厂总降压变电所及配电系统设计，电压等级为35kV，首先，本设计根据厂方给定的全厂各车间电气设备及车间变电所负荷的原始数据以及供用电协议，本厂负荷性质，气象条件，地质及水文条件。根据所学知识进行电力负荷计算，然后根据计算负荷的结果分析选定主变压器和各车间变电所的变压器型号、容量等各种额定数据，依据电压等级和负荷种类设计变电所电气主接线，选择

2、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。从经济和节能角度上综合考虑，尽量以最少的投资获得最佳的和最节能的方案。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，所流过的短路电流进行了分别计算。再根据短路计算结果校验各电气设备的动稳定和热稳定以及一些特殊电气设备的校验，最终确定各电气设备的型号。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

3、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，使本次设计的内容更加完善。关键词：变电所 配电系统 负荷和短路计算 设备选型目录前言I1设计任务11.2 设计内容11.3 设计要求11.4 设计依据12 负荷计算、无功补偿及变压器选择22.1 负荷计算22.2 无功功率补偿计算42.

4、3主变压器的要求与选择42.3.1 各变电所变压器选择53 电气主接线图74 架空线的选择85 短路电流的计算及电气设备的选择95.1短路电流的计算95.1.1三相短路电流的计算目的95.1.3各母线短路电流列表95.2电气设备的选择105.2.1电气设备选择的原则115.2.2高低压设备的选择115.2.3 10kv高压侧电气设备选择13计算过程如下：136继电保护配置156.1主变压器保护156.1.1瓦斯保护166.1.2电流速断保护166.1.3过电流保护166.1.4过负荷保护186.2 35KV进线线路保护过电流保护186.3 10KV线路保护197 防雷和接地装置的确定207.1

5、防雷装置确定207.2直击雷的防治217.3雷电侵入波保护217.4接地装置确定218变电所内外布置情况228.1概述228.2室内布置238.3室外布置239 工厂的电能节约239.1 电能节约的意义239.2 电力变压器的经济运行23课程设计心得25致谢26参考文献：27I1设计任务 1.1 设计原则 由于该厂属于二类负荷，因此其是电力系统网络结构的重要组成部分。所以应和电气设计的原则一致，即应满足可靠性、灵活性、经济性。 1.2 设计内容 设计某塑料制品厂全厂总降压变电所及配电系统设计。 1.3 设计要求 1.No1，No2，No5车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器。且No1

6、，No2为明备用，No5为暗备用。 2.主变压器设置两台，且暗备用。 3.两条架空线选择为明备用。 1.4 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1km。 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

7、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，属于二级负荷。 (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1.67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。2 负荷计算、无功补偿及变压器选择 2.1 负荷计算

8、根据公式： 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2-1表2-1 全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380伏侧）序号车间或用电设备组名称设备容量(千瓦)需要系数功率因数Cos功率因数脚正切tan计算负荷有功(千瓦)无功(千乏)视在(千伏安)（1）变电所1薄膜车间14000.60.61.338401117214002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200.30.51.73610.3812

9、7小计1509876.21165.9861464.4（2）变电所1单丝车间13850.60.61.338311105.2313852水泵及设备200.650.80.75139.7516.253小计14058441114.981401.25（3）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1069383.6510.188639.333（4）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300.3

10、0.651.17910.5313.8465原料生活间150.810120126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641287.7387.509482.63（5）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150.650.80.759

11、.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475218.5190.481328.488全厂合计509926103369.1444319.3429乘以参差系数全厂合计（=0.9， =0.95）23493200.6873970.164 2.2 无功功率补偿计算 此设计采用补偿电容器方法改善功率因数设计思路如下：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=2349/3970.164=0.592远远小于要求的功率因数，所以需要进行无功补偿，为

12、了计算方便，这里选择功率因数为0.93.Qc=2349tan(arccos0.592)-2349tan(arccos0.93)=2269.5Kvar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。 2.3主变压器的要求与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。根据主变压器的确定原则：若发电机电压母线上接有两台或以上主变压器，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器在允许正常过负荷范围内应能输送剩余

13、功率的70%以上。 若为暗备用时每台容量按SN.T0.72349/0.93kVA=1768.06kVA，须选两台S9-2000/35型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yd11。因此无功补偿后工厂380V侧和35KV侧的负荷计算如表2-2所示。查表得：空载损耗 P0=3.4Kw；负载损耗 Pk=19.80kw；空载电流 I0%=1.1；阻抗电压 Uk%=6.5；重量 4.175t规矩 820mm 主变压器功率损耗：=n*/100*+1/n*(%)/100* 或者利用经验公式： 表2-2 无功补偿后工厂的计算负荷项目cos计算负荷/kW/kvar/kVA380V侧补偿前负荷0.5874234932

14、00.6873970.164380V侧无功补偿容量-2400380V侧补偿后负荷0.94652349800.6872481.7主变压器功率损耗22.58163.6235KV侧负荷总计0.92642371.58964.3072560.133 2.3.1 各变电所变压器选择 (1) 安装两台变压器互相明备用，其容量按SN.T0.7=0.71464.4 kVA =1025.08 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Yd11。 (2) 安装两台变压器互相暗备用，其容量按SN.T0.7=0.71401.25 kVA =980.7kVA因此选两台S9-1000/10型低损

15、耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。 (3) 安装一台变压器，其容量按SN.T=639.333 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。 (4) 安装一台变压器，其容量按SN.T=485.879 kVA因此选一台S9-500/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。 (5) 安装两台变压器互相暗备用，其容量按SN.T0.7=0.7328.48 kVA =229.936kVA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2-3 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

16、电流阻抗电压主变压器两台暗备用S9-2000/353510.5Yd113400198001.16.5两台明备用S9-1250/10100.38Yd112200163001.36.5两台明备用S9-1000/10100.38Yyn01800135001.46.5选一台S9-800/10100.38Yyn01540110001.56.5选一台S9-500/10100.38Yyn0108077001.96.5两台暗备用S9-250/10100.38Yyn0640440026.53 电气主接线图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，按照要求架空线

17、选择两条互相明备用。2.架空线截面积的选择根据要求并结合电力电缆的截面选择：当电缆的最大负荷利用小时数5000h，长度超过20m以上，均应按经济电流密度选择。1) .按经济电流密度选择导线截面积线路的负荷为：165.171+2560.133=2725.304线路在工作时的最大工作电流：Ig=/（*）=2725.304/（*35）=44.956A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，属于二级负荷。其钢芯铝线的电流密度J=1.15所以导线的经济截面面积：=Ig/J=44.956/1.15=39.09mm2考虑到线路投入使用的长期发展远景，并结合本地区气象条

18、件，选用截面积为50 mm2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Iy=220A()当环境温度为35度时，导线最高工作温度为70度。由综合修正系数则其长时允许电流为：=220*0.88=193.6A 当一台变压器满载，一条输电线检修时导线负荷最大，这时的负荷电流为：=/（*）=2000/()=33A。由于,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：=0.65 L=1km 选取 =0.42 线路总的电压损失为：U=( P*R+ Q*X)/Un=(2349*0.65+0.42

19、*3200.687)/35V=82.03V电压损失百分比为：U%=U/Un=0.002366.21kA=热稳定校验：I2tt=6400I(3)2tmin =3941.79开关柜校验动稳定校验：Ies=100kA66.91kA=热稳定校验：I2tt=6400I(3)2tmin =4024.92开关柜校验动稳定校验：Ies=100kA66.80kA=热稳定校验：I2tt=6400I(3)2tmin =4012.21开关柜校验动稳定校验：Ies=100kA66.73kA=热稳定校验：I2tt=6400I(3)2tmin =4021.29开关柜校验动稳定校验：Ies=100kA66.67kA=热稳定校

20、验：I2tt=6400I(3)2tmin =3995.91 2)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。6继电保护配置 6.1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；(2)800kVA以上油浸式变压器和400kVA及以上车间内油浸式变压器应装设气体保护装置用于保护变压器的内部故障和油面降低；(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内部故障和引出线相间短路； (4)装设过

21、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。 6.1.1瓦斯保护 防止变压器内部短路及油面降低，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。 6.1.2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。式中为变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值。为可靠系数.为变压器的电压比。在此设计中, ,因此速断电流：灵敏度校验：式中 为在电力系统最小运行模式方式下，变压器高压

22、侧的两相短路电流。为速断电流验算到一次电路的值（单位为A）。 在此设计中 6.1.3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I=2000/（35）=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）/5 = 57.1/5，选用电流互感器变比Ki =100/5=20式中为变压器的最大负荷电流，可取为为变压器的一次额定电流，保护装置的可靠系数，对定时限可取1.2，反对时限取1.3；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；

23、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；为电流互感器的变比。在该厂设计中：取，动作电流为： ,因此整定值为3A。过电流保护动作时间整定计算 式中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，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，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：式中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；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，由在此设计中灵敏度为： ，灵

24、敏度校验满足要求。 6.1.4过负荷保护动作电流整定计算 式中为变压器的额定一次电流，为电流互感器的电流比。动作时间的整定计算 6.2 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备保护，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 式中：线路最大负荷电流，可取为(1.5-3)为线路计算负荷电流。保护装置的可靠系数，对GL型取1.3；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。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。电流互感器的变流比。必须注意：对感应式继电器的

25、应整定为整数，且在10A以内。在此设计中： , 。因此动作电流为： 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。过电流保护灵敏系数的校验式中， 在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路；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，则灵敏系数即可。在此设计中因此其保护灵敏系数为: 灵敏度系数满足要求。 6.3 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 式中：线路最大负荷电流，可取为(1.5-3)为线路计算负荷电流。

26、保护装置的可靠系数，对GL型取1.3；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。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。电流互感器的变流比。必须注意：对感应式继电器的应整定为整数，且在10A以内。在此设计中： , ， 因此动作电流为： 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 式中， 在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路；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，则灵敏系数即可。在此设计中

27、 因此其保护灵敏系数为: 灵敏度系数满足要求。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长度内进行直击雷保护。防直击雷的常用设备为避雷针。所选用的避雷器：接闪器采用直径的圆钢；引下线采用直径的圆钢；接地体采用三根2.5m长的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。

28、为了其内部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。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。，经校验（1） 确定接地电阻值。，=1.01kA（2） 接地装置的初步方案。 本厂的大接地体采用扁钢，截面选择为，厚度为铜接地线截面选择：低压电器设备地面上的外露部分截面选择为（绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为。 （3）计算单根钢管接地电阻 经查表得砂质粘土的电阻率。单根钢管接地电阻 （4）确定接地钢管数和最终接地方案 根据，考虑到管子之间的电流屏蔽效应，初选15根直径,长的钢管作接地体。 以和查表（取和在时的值的中间

29、值），可得。考虑到接地体的均匀对称分布，选16根直径为，长的钢管作接地体，管距，用的扁钢连接，环形布置。8变电所内外布置情况 8.1概述 变电所配电装置是根据电气主接线的方式，由开关电器、保护和测量电气、母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常情况下接受和分配电能，而在系统发生故障时迅速切断故障部分，维持系统正常运行。由于该设计是为35KV地面变电所一次设计，并且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，根据基本要求。变电所内一次设备主要有：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。 8.2室内布置

30、 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内平面图。 主控制室内装设有低位配电屏，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，正对着值班人员。 母线的配电装置分别设在两个单独的房间内，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内。 8.3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

31、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。9 工厂的电能节约 电能是现代化生产的主要动力来源，电能的供应是保证实现社会现代化的必要条件，我国的电能消耗量与日俱增。从我国国情出发，供用电环节的“节能降耗”是实现“节能减排”国策的基础，它必将成为我国转变经济方式、使国民经济有可持续发展的重要手段之一。因此，优化运行管理，减小电能损耗，做好节电工作，保证电能质量，降低运行成本，应是管理者和工程技术人员的工作重点和首选课题。 9.1 电能节约的意义电能是一种很重要的二次能源。由于电能与其他形式的能量相互转换容易，其输送、分配和控制简单经济，电能的应用极为广泛，几乎渗入社会生活的各个方面，特别是在工业生产中。因此，电能的节约就尤为重要了。从我国电能消耗的情况来看，大约70%的电能消耗在工业部门，所以工厂的电能节约特别值得重视。节约电能，不只是减少工厂的电费开支，降低工业产品的生产成本，可以为工业积累更多资金，更重要的是，由于电能能创造比它本身价值高几十倍甚至上百倍的工业产值，因此多节约1KW.h的电能，就能为国家创造很多财富，有力地促进国民经济的发展。由此