化纤毛纺织厂总配电及配电系统设计—课程设计论文.doc

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1、 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 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。该厂多数车间为三班制。本厂绝大部分用电设备

2、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、

3、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。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

4、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29一、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

5、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

6、、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120MVA，进线电缆长约150米。电源2进线处三相短路容量100MVA，进线电缆长约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8

7、00kVA。（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。表2-1序号车间或用电单位名称设备容量(kW)计 算 负 荷变压器台数及容量(kW)(kVAR)(kVA)1制条车间3400.80.80.75272204480.8326SL7-1000/10 1000kVA*10.90.952纺纱车间3400.80.80.75272204480.83260.90.953软水站86.10.650.80.7555.96541.9737121.7630.

8、90.954锻工车间36.90.30.651.1711.0712.951952.184480.90.955机修车间296.20.30.51.7388.86153.727418.89000.90.956幼儿园12.80.60.61.337.6810.214418.101930.90.957仓库37.960.30.51.1711.38813.323953.683540.90.958织造车间5250.80.80.75420315742.4621SL7-1000/10 1000kVA*10.90.959染整车间4900.80.80.75392294692.96460.90.9510浴室1.880.81

9、1.50402.658720.90.9511食堂20.630.750.80.7515.47211.604329.175220.90.9512独身宿舍200.8116028.284270.90.9513锅炉房1510.750.80.75113.2584.9375213.5462SL7-400/10 400kVA*10.90.9514水泵房1180.750.80.7588.566.375166.87720.90.9515化验室500.750.80.7537.528.12570.710670.90.9516卸油泵房280.750.80.752115.7539.597970.90.95相关计算公式：=

10、 = = =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，各个补偿的容量计算如下：1、就地补偿： 列NO.1 车间变电所： 制条车间： 联立得： 根据供电技术233页表26

11、知并列电容器的标称容量选择六个BW0.4-14-3/3，即补偿容量为84kVar。 补偿后剩余容量：=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 变压器本身无功的消耗对变压器容量

12、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 = = =NO.1变电所：=725.5327Kva考虑15%裕量：根据供电技术222页表4 选SL7-1000/10 接线方式Y,y该变压器的参数为：=1800+11600=48kVar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： 1641.771+22.68=1664.51kW =735.19+139.7=874.89kVar =115.

13、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序号车间无功功率理论补偿量实际补偿量补偿后剩余无功电容器型号及数量视在功率(kVA)功率因数Q(kVar)Qc(kVar)Qc(kVar)Q(kVar)120478.8884120BW0.4-14-3/6220478.8884120BW0.4-14-3/6341.9816.2241.98412.957.8612.955153.73112.8511241.73BW0.4-14-3/8610.216.6810.21713.328.8813.328315121.8112203B

14、W0.4-14-3/89294113.68112182BW0.4-14-3/8100001111.64.48待添加的隐藏文字内容211.6120001384.9432.8484.941466.3825.6766.381528.1310.8828.131615.756.0915.75PQ就地补偿之后No.1 640.1310.25280328.1805725.53270.89185No.2 620.6239.96224365.57843.78290.901273No.3 195.275.480185.44298.74630.784026低压集中补偿No.1 328.1833.1180848362

15、92.1805BW0.4-12-3/3709.97520.911393No.2 365.5718.791644424341.57BW0.4-12-3/2833.66550.912211No.3 185.4478.633484101.44BW0.4-14-3/6255.24780.917638总879.1905130.543129144735.19051798.8650.91267高压侧功率因数874.89051880.380.885167高压集中补偿874.8905115.901049117757.8905BF10.5-40-1/31828.8780.910094变压器损耗No.17.748N

16、o.211.657No.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，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：基

17、准电流 三相短路电流周期分量有效值 =三相短路容量的计算公式 =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=100MVA，所以 = =4.5 =总配进线：=0.295 =0.18=0.16总配到NO.1变电所进线： =10.323=0.323 =0.323=0.29总配到NO.3变电所进线： =20.323=0.646 =0.646=0.58最大运行方式下：绘制等效电路图: = =2.55=22.8kA = =: =0.535+ = =1.84=1.84 = =: =0.535+ = =1.84=1.84 = =: =0.535+ = =1.84=1.8

18、4 = =最小运行方式下：绘制等效电路图: =0.93+0.16=1.09 = =2.55=2.55 = =: =0.93+0.16+4.5+0.29=5.88 = =1.84=1.84 = =: =0.93+0.16+4.5=5.59 = =1.84=1.84 = =: =0.93+0.16+0.58+12.7=14.37 = =1.84 = =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最大运行方式短路点（kA）（kA）（kA）三相短路容量（MVA）8.9422.813.52162.626.749.1329.0418.528.2251.9230.6919.5510.3819

19、.1111.297.19表5-2最小运行方式短路点（kA）（kA）（kA）三相短路容量（MVA）5.0512.887.6491.7424.5545.1726.6917.0625.8247.5128.0817.8910.0418.4810.926.96六、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、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

20、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器电压互感器高压熔断器避雷器型号SN10-10IGW1-6（10）/400LA-10（D级）JDZ-10RW10FZ-10U=10kV10kV10kV10kV11000/10010kV10kV=105.59A630A400A200/52A=8.94kA16kA =162.6MVA300MVA200MVA=22.8kA40kA25kAt=t25 个数7142221供电技术工厂供电设计指导6.1.1断路器的

21、选择与校验（1）按工作环境选型：户外式（2）断路器额定电压及额定电流=10kV=630A=105.59A(3)动稳定校验断路器最大动稳试验电流峰值不小于断路器安装处的短路冲击电流值即=40kA=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即(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=10kV=200=105.59A（3） 动稳定校验=25.5kA=22.8kA（4） 热稳定校验即6.1.3电流互感器选择与

22、校验（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安装地点的电网额定电压即（2） 电流互感器一次侧额定电流（3） 动稳定校验动稳定倍数Kd=160 =22.8A一次侧额定电流则即动稳定性满足（4）热稳定性校验热稳定倍数Kt=90热稳定时间=0.15=8.94kA即=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(2)断流能力6.1.6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6.1.7 10kV进线与各车间变电所进线的校验1、根据短路电

23、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：已知小时，经查表可得，经济电流密度jec=0.9A/进线端计算电流 可得经济截面 Aec= 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 X=校验：短路时发热的最高允许温度下所需导线最小截面积 所以满足要求。（2）No.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 X=校验： 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=0.6m2、根据电压损耗进行校验（1

24、）10kV进线： （2）No.1车间变电所进线： （3）No.3车间变电所进线： 3、根据符合长期发热条件进行校验（1）10kV进线：选LJ120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105.6A（总负荷电流）（2）No.1车间变电所进线选LJ50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41.89A（3）No.3车间变电所进线：选LJ50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-0.5U=0

25、.4kV0.4kV0.4kV0.4kV=933.96A1600A1000A1000/5=26.7kA50kA=18.5MVA=49.13kA60kA（杠杆式）135t=t75个数178NO.2计算数据低压断路器隔离开关电流互感器型号DW48-1600HD1114LMZ-0.5U=0.4kV0.4kV0.4kV0.4kV=1277.89A1600A1500A2000/5=28.22kA50kA=19.55MVA=51.92kA80kA（杠杆式）135t=t75个数156NO.3计算数据低压断路器隔离开关电流互感器型号DW15-630HD1114LMZB6-0.38U=0.4kV0.4kV0.4k

26、V0.4kV=368.42A630A600A300800/5=10.38kA30kA=7.18MVA=19.11kA50kA（杠杆式）135t=t75个数145供电技术工厂供电设计指导NO.11、低压断路器的选择与校验（1）按工作环境选型：户外式（2）断路器额定电压及额定电流=0.4kV=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 =0.4kV= =1000=1154.7A=933.96A 满足要求(3)动稳定校验 =60kA=49.13Ka 满足要求(4)热稳定校验 =1=900 =107 所以 满足要求3、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器）

27、 (1)该电流互感器额定电压不小于安装地点的电网额定电压，即 (2)电流互感器一次侧额定电流=933.06A 满足要求 (3)动稳定校验（Kd=135） 满足要求 (4)热稳定校验（Kt=75） =7.4 =1217.89A 满足要求 2、隔离开关的选择与校验（5） 按工作环境选型：户外型（6） 隔离开关的额定电压及额定电流=0.4kV=1500=1217.89A 满足要求（7） 动稳定校验=80kA=51.92kA（8） 热稳定校验即 3、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器）0.4kV电流互感器（5） 该电流互感器额定电压安装地点的电网额定电压即（6） 电流互感器一次侧额定电流（7） 动

28、稳定校验动稳定倍数Kd=135 =51.92kA一次侧额定电流则即动稳定性满足（4）热稳定性校验热稳定倍数Kt=75热稳定时间=0.15=28.22kA即=热稳定性满足NO.3 1、断路器的选择与校验（1）按工作环境选型：户外式（2）断路器额定电压及额定电流=0.4kV=630A=368.42A 满足要求 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=0.4kV=600=368.42A 满足要求（3）动稳定校验=50kA=19.11kA（4）热稳定校验即 3、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器）0.4kV电流互感器（1）该电流互感器额定电压安装地点

29、的电网额定电压即（2）电流互感器一次侧额定电流 满足要求（3）动稳定校验动稳定倍数Kd=135 =19.11kA一次侧额定电流则即动稳定性满足（4）热稳定性校验热稳定倍数Kt=75热稳定时间=0.15=10.38kA即=热稳定性满足6.3各车间的进线装设低压熔断器低压熔断器的型号型号熔断电流熔体电流分段电流FU1RM1060060010000FU2RM1060060010000FU3RM1020016010000FU4RM1060353500FU5RM1035030010000FU6RM1060203500FU7RM1060353500FU8RM10100085012000FU9RM10100

30、085012000FU10RM1015151200FU11RM1060353500FU12RM1060253500FU13RM1035022510000FU14RM1020020010000FU15RM10100803500FU16RM10604535006.4母线的选择与校验6.4.1高压母线选择与校验：工厂供电，（LMY） 母线尺寸：153（）铝母线载流量：165A热稳定校验：所以满足热稳定要求；动稳定校验： 带入数据=所以满足动稳定要求。6.4.2低压母线选择与校验：No.1: （LMY） 母线尺寸：806（）铝母线载流量：1150A热稳定校验：所以满足热稳定要求；动稳定校验： 带入数据

31、如下：=所以满足动稳定要求No.2: （LMY） 母线尺寸：1006（）铝母线载流量：1425A热稳定校验：所以满足热稳定要求；动稳定校验： 带入数据如下：=所以满足动稳定要求No.3: （LMY） 母线尺寸：404（）铝母线载流量：480A热稳定校验：所以满足热稳定要求；动稳定校验： 带入数据如下：=所以满足动稳定要求6.5绝缘子和套管选择与校验6.5.1户内支柱绝缘子型号：ZA10Y 额定电压10kV动稳定校验： 经查表可得，支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷（弯曲）为3.75kN 则： K 经验证：所以支柱绝缘子满足动稳定要求。6.5.2穿墙套管：型号：CWL10/600 1）动稳定校验：

32、经查表可得，a=0.22m 所以此穿墙套管满足动稳定要求2)热稳定校验： 额定电流为600A的穿墙套管5s热稳定电流有效值为1.2kA则： 所以穿墙套管满足热稳定要求。七、变配电所得布置与机构设计 总配电所的地点应尽量接近工厂的负荷中心，进出线方便，靠近电源侧，尽量使进出线方便，设备运输方便。不应设在有爆炸危险或有腐蚀性气体的场所周围。 本设计中，工厂中心有一软水站和水塔，所以本工厂总配电所不宜设在工厂中心位置。工厂东北角远离负荷中心，且有一卸油台和化验室，总配电所不宜靠近易爆易燃与具有腐蚀性物品的场所，所以也不应该在此地建设总配电所。本厂最重负荷有NO.2变电所承担，且周围负荷较均衡，故宜将

33、总配建在此所附近。而且对负荷不大的用户，可将总配电所与某个10kV变电所合并，扩充为变配电所。根据本厂实际情况，出线相对较少，负荷总体水平不大，所以在设计时，将总配电所与NO.2变电所合并，建设成变配电所，同时节省了投资，便于管理。 工厂总配电变电所平面布置简图见附图2。 八、防雷装置及接地装置设计8.1直击雷保护（1）本厂最高建设为水塔，设计高度为20m，加设2m高的避雷针，现计算水塔避雷针能否保护软水站。 本厂为第三类建设物，滚球半径=60m，水塔上避雷针高度为（20+2）=22m，软水站一般建筑高度=4m，经测量避雷针至软水站最远屋角距离为r=20m，避雷针保护半径=（1.5h-2）p=

34、2520m. 因此水塔避雷针能保护软水站 （2）由于No.1,No.3变电站中电气设备并不集中，只各有一台或两台变压器，所以不设独立的避雷保护，而采用在各变压器侧加装避雷器的方法来防止雷电波和操作过电压。 （3）因总配与No.2变电站合并，建设成总配电所，电气设备较集中，所以设置独立的避雷针保护，设避雷针高度为22m，保护半径同上计算24.89m，同时为防止反击，避雷针建设在距离总配10m处，并使避雷针接地体与总配接地体相距大于3m。8.2配电所公共接地装置的设计对于大量使用动力电的矿工企业，供电系统采用YN-C系统，即保护接线与零线相统一，电气设备外壳接保护零线与系统共地。（1）确定接地电阻

35、要求值 经查表可确定此变电所公共接地装置的接地电阻应该满足一下两个条件： 120/ 其中=（A） 4式中：-系统的额定电压 -有电的联系的架空线路总长度（km） -有电的联系的电缆线路总长度（km）所以=所以120/=比较可得：总接地电阻4（2）人工接地电阻：应不考虑自然接地体，所以=4（3）接地装置方案初选 采用“环路式”接地网，初步考虑围绕变电所建筑四周打入一圈钢管接地体，钢管直径50mm,长2.5m，间距为2.4m；管间用404的扁钢连接（4）计算单根接地电阻 查表可得砂质粘土电阻率=100m，单根钢管接地电阻=40（5）确定接地钢管数和最后接地方案根据/=404=10；故选择10根钢管做接地体；=1，利用系数=0.520.58，取=0.55，因此接地体数量n为n=16所以最后确定为用16根直径50mm长2.5m的钢管体接地体管间距为2.5m，环式布置。用404扁管连接，附加均压带。=100A）11（3）中央信号装置。在变电所控制或值班室内一般装设