某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计工厂供电课程设计报告

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工厂供电课程设计报告

题 目

姓 名 学 号 班 级 指导老师 日 期 某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计

目 录

前 言......................................................................................................... 错误！未定义书签。 目 录............................................................................................................................................ I 某化纤毛纺织厂全厂总配电所及配电系统设计 ......................................... 错误！未定义书签。

第一章 设计任务 ........................................................................................................................... 1

1.1 设计要求 ........................................................................................................................... 1

1.2 设计依据 ........................................................................................................................... 1

1.2.1 工厂总平面图 ....................................................................................................... 1

1.2.2 工厂负荷情况 ....................................................................................................... 1

1.2.3供用电协议 ............................................................................................................ 2

1.2.4负荷性质 ................................................................................................................ 3

1.2.5自然条件 ................................................................................................................ 3

第二章 负荷计算 ........................................................................................................................... 3

2.1 单组用电设备计算负荷的计算公式 ............................................................................... 3

2.2 多组用电设备计算负荷的计算公式 ............................................................................... 4

第三章 无功功率的补偿及变压器的选择 ................................................. 错误！未定义书签。

3.1 无功补偿装置简介 ......................................................................... 错误！未定义书签。

3.2 无功补偿计算 ................................................................................................................... 6

3.2 10kv高压侧功率因数校验 ............................................................ 错误！未定义书签。

第四章 变压器台数，配电所和各车间变电所位置 ................................. 错误！未定义书签。

4.1变压器台数选择原则 ........................................................................................................ 9

4.2变电所主变压器容量的选择原则 .................................................................................. 10

第五章 主接线设计 ..................................................................................................................... 11

5.1方案选择原则 .................................................................................. 错误！未定义书签。

5.2变配电所主结线的选择原则 .......................................................... 错误！未定义书签。

5.3各方案简述 ...................................................................................................................... 11

第六章 短路电流的计算 ............................................................................................................. 14

6.1 短路计算的目的 ............................................................................................................. 15

6.2短路电流计算方法： ...................................................................................................... 15

6.3短路电流的计算 .............................................................................. 错误！未定义书签。

第七章 变电所一次设备的选择与校验 ..................................................................................... 20

7.1一次设备的选择校验原则 ...................................................... 错误！未定义书签。

7.2高压设备器件的选择及校验 .................................................................................. 20

7.2.1断路器的选择与校验 .......................................................................................... 21

7.2.2隔离开关的选择与校验 ...................................................................................... 22

7.2.3电流互感器选择与校验（高压侧电流互感器） .............................................. 22

7.2.4 电压互感器的选择与校验 ................................................................................. 23

7.2..5 高压熔断器的选择与校验 ............................................................................... 23

7.2.6避雷器的选择 ...................................................................... 错误！未定义书签。

7.2.7 10kV进线与各车间变电所进线的校验 .......................................................... 23

7.3低压设备器件的选择及校验 .................................................................................. 25

I

7.4各车间的进线装设低压熔断器 .............................................................................. 30

7.5母线的选择与校验 .................................................................. 错误！未定义书签。

7.5.1高压母线选择与校验： ...................................................... 错误！未定义书签。

7.5.2低压母线选择与校验： ...................................................... 错误！未定义书签。

7.6绝缘子和套管选择与校验 ...................................................... 错误！未定义书签。

7.6.1户内支柱绝缘子 .................................................................. 错误！未定义书签。

第八章 变配电所得布置与机构设计 ......................................................... 错误！未定义书签。

第九章 防雷装置及接地装置设计 ............................................................................................. 31

9.1直击雷保护 ...................................................................................................................... 34

9.2配电所公共接地装置的设计 .......................................................................................... 35

9.3行波保护 .......................................................................................................................... 36

第十章 二次回路方案的选择及继电保护的整定计算 ............................................................. 36

10.1变电所二次回路方案的选择 ........................................................ 错误！未定义书签。 10.2 二次回路方案的选择 ................................................................... 错误！未定义书签。

10.3 变电所继电保护装置配置 ........................................................................................... 32 10.3.1 电力线路继电保护 ................................................................... 错误！未定义书签。

10.2.2变压器继电保护配置 ................................................................................................ 33

结 束 语..................................................................................................................................... 36

参考文献......................................................................................................................................... 37

II

第一章 设计任务

1.1 设计要求

要求根据本厂所能取得的电源及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，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数及分厂变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

1.2 设计依据 1.2.1 工厂总平面图

1.2.2 工厂负荷情况

1

1.2.3供用电协议

工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：

（1）从电业部门某35/10kV变电所，用10kV双回架空线路向本厂配电，该变

电所在厂南侧0.5km；

（2）该变电所10kV配出线路定时限过流保护装置的整定时间为1.5s，要求

配电所不大于1.0s；

（3）在总配电所10kV侧进行计量； （4）功率因数值应在0.9以上； （5）配电系统技术数据

2

图2 配电系统图

1.2.4负荷性质

多数车间为三班工作制，少数车间为一班或两班制，全年为306个工作日，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。

1.2.5自然条件

1 气象条件

（1）最热月平均最高气温为30?C；

（2）土壤中0.7～1米深处一年中最热月平均温度为20?C；

（3）年雷暴日为31天；

（4）土壤冻结深度为1.1米；

（5）夏季主导风向为南风。

2 地质及水文条件

根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8～5.3米，地耐压力为20吨/平方米。

第二章 负荷计算

2.1 单组用电设备计算负荷的计算公式

1）有功计算负荷：Pc?KnePs

3

(2?1)

2）无功计算负荷:Qc?Pctan?

(2?2)

(2?3)

3

）视在计算负荷：Sc?Pc/cos?或Sc?4

）计算电流：Ic?Pc/

Ncos?或Ic?Sc/

?N

?

(2?4)

式中UN为用电设备的额定电压（kV）；cos?和 tan?为用电设备组的平均功率因数及对应的正切值。

2.2 多组用电设备计算负荷的计算公式

1）总的有功计算负荷: Pc?K??Pci

(2?5)

式中K?为用电设备组的同时系数，对于低压干线K?可取0.9?1.0；对于低压母线，用电设备组计算负荷直接相加来计算时，K?可取0.8?0.9。

2）总的无功计算负荷: Qc?K??Qci3）总的视在计算负荷

: Sc?4）总的计算电流

: Ic?Sc/

(2?6)

(2?7)

N

?

(2?8)

式中UN为用电设备的额定电压（kV），由于各组设备的功率因数cos?不同，总的计算负荷和计算电流一般不能按照式（2-3）和式（2-4）的前半部分计算，也不能用各组的视在负荷之和或计算电流之和来计算。

经过计算得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取380V）。

4

注：由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电

流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少，各组的计算负荷均按

K

表2.1所列的计算系数计算，而不必考虑设备台数少而适当增大d和cosθ。

第三章 无功功率的补偿及变压器的选择

补偿无功功率主要作用是提高功率因数，在满足同样有功功率的同时，降低无功功率和视在功率，从而减少负荷电流。这样就降低了电力系统的电能损耗和电压损耗，既节约了电能，又提高了电压质量，而且还可以选用较小的导线或电缆截面，节约有色金属。

无功补偿装置主要有三种：并联电容补偿、同步补偿机和静止无功补偿器。采用并联电容器进行无功补偿是一种投资少、施工简单、见效快的补偿方式，，它可以很方便的就地控制电容投切，以减少线损，消除无功馈乏给系统带来的负面影响。所以我们选用并联电容器来补偿。

5

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。要求在高压侧的功率因数不低于0.9，而变压器的无功损耗远大于有功损耗，故在低压侧补偿时应要求低压侧的功率因数大于0.95，因此在功率补偿时，暂定低压侧功率因数为0.95，这样也满足低压侧的功率因数大于0.86。（由负荷关系和负荷计算可知，由于厂房有二级负荷，所以需要两回10kv进线，供给各个分厂的四台10/0.4KV降压变压器）

3.2 无功补偿计算及变压器选择

变压器本身无功的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。根据供电协议的功率因数要求，取补偿后的高压侧功率因数cos??0.9，各个补偿的容量计算如下：

低压0.4KV侧：

NO.1变压器

补偿前的无功功率：Q303= KΣ * Q30=576.2kvar

补偿后的有功功率不变，为： P303= KΣ *Pc=647.1KW cos??P303?0.7468S30 补偿前功率因数

补偿后功率因数cos?'?0.95

需要补偿的无功功率：

''QC?Q303?Q30?P303(tan??tan?)=363.51 Kvar

补偿电容器的个数为n?Qc/qC=363.51/14?26,取n=26

'Q302补偿后的无功功率：= Q303- Qc=212,2Kvar

'2S30?P303?(Q303?QC)2

补偿后的视在容量： =681KVA

'S30故补偿后的计算电流：/3UN =681/(√3×0.4)=982.94A

` 考虑15%裕量：S?681??1?15%??783.15kVA

根据《工厂供电》308页附表1 选SL-800/10 接线方式Y/Y0?12

6

P0?3100W

Pk?12000W

I0%?5.5%

该变压器的参数为：Uk%?4.5

?PT?0.02?681?13.62kW

?QT?0.1?681?68.1Kvar=48kVar

高压侧有功功率P=660.7kw

高压侧无功功率Q=280.3kvar

高压侧总容量S=717.71KVA

高压侧功率因数cos?=0.915>0.9，满足要求。

NO.2变压器

补偿前的无功功率：Q303=KΣ * Q30=558.73kvar

补偿后的有功功率不变，为： P303= KΣ *Pc=760.7286KW

cos??P303?0.806S30 补偿前功率因数

补偿后功率因数cos?'?0.95

需要补偿的无功功率：

''QC?Q303?Q30?P(tan??tan?)=307.69 Kvar 303

补偿电容器的个数为n?Qc/qC=307.69/14?22,取n=22

'Q302补偿后的无功功率：= Q303- Qc=251.04Kvar

'2S30?P303?(Q303?QC)2

补偿后的视在容量： =800.98KVA

'S30补偿后的计算电流：/3UN =681/(√3×0.4)=1154.7A

`S故考虑15%裕量：?800.98??1?15%??921.127kVA

根据《工厂供电》308页附表1 选SL-1000/10 接线方式Y/Y0?12

P0?3700W

Pk?14500W

I0%?5%

该变压器的参数为：Uk%?4.5

7

?PT?0.02?800.98?16.02kW

?QT?0.1?800.98?80.1Kvar=48kVar

高压侧有功功率P=776.75kw

高压侧无功功率Q=330.83kvar

高压侧总容量S=844.27KVA

高压侧功率因数cos?=0.92>0.9，满足要求。

NO.3变压器

补偿前的无功功率：Q303 =KΣ * Q30=175.67kvar

补偿后的有功功率不变，为： P303= KΣ *Pc=234.23KW

cos??

补偿前功率因数

补偿后功率因数 P303?0.8S30 cos?'?0.95

需要补偿的无功功率：

''QC?Q303?Q30?P303(tan??tan?)=98.37 Kvar

补偿电容器的个数为n?Qc/qC=98.37/14?7,取n=7

'Q302补偿后的无功功率：= Q303- Qc=77.67Kvar

'2S30?P303?(Q303?QC)2

补偿后的视在容量： =246.77KVA

'S30补偿后的计算电流：/3UN =681/(√3×0.4)=356.18A

`S故考虑15%裕量：?246.77??1?15%??283.79kVA

根据《工厂供电》308页附表1 选SL-315/10 接线方式Y/Y0?12 P0?1450W

Pk?5600W

I0%?6.5%

Uk%?4

?P?1821kva T?0.02? 246.77kva

?QT?0.1?246.77?24.68Kvar=48kVar

8

高压侧有功功率P=239.17kw 高压侧无功功率Q=102.35kvar 高压侧总容量S=260.15KVA

高压侧功率因数cos?=0.919>0.9，满足要求。

高压侧总功率因数校验

P'?660.72?776.75?239.17?1676.39KW

Q'?280.3?330.83?102.35?713.48KVar S'?P'2?Q'2?1821.9KVA

cos??

P'

?0.92?0.9S'，符合要求。

补偿后的如下表：

第四章 变压器台数，配电所和各车间变电所位置

4.1变压器台数选择原则

(1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电

所应采用两台变压器，对只有二级负荷，而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，并在低压侧架设与其他变电所的联络线。

(2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的工厂变电所，可考虑采用两台主变压器。

(3)一般的三级负荷，只采用一台主变压器。

(4)考虑负荷的发展，留有安装第二台主变压器的空间。

9

(5)车间变电所中，单台变压器容量不宜超过1000kVA，现在我国已能生产一些断流量更大和短路稳定度更好的新型低压开关电器，因此如车间负荷容量较大，负荷集中且运行合适时，也可以选用单台容量为1250—2000KVA的配电变压器，这样可以减少主变压器台数及高压开关电器和电缆等。

(6)对装设在二层楼以上的干式变压器，其容量不宜大于630kVA。

4.2变电所主变压器容量的选择原则

(1)只装一台主变压器时 主变压器的额定容量SN.T应满足全部用电设备总的计算负荷S30的需要，且留有余量，并考虑变压器的经济运行，即：

SN?T?S30

(2)装有两台变压器时

每台主变压器的额定容量SN.T应同时满足以下两个条件：

SN?T

SN?T ≥ （0.6~0.7）S30 ≥ S30(1+2)

其中S30(1+2)——计算负荷中的全部一、二级负荷。

3）两台变压器的备用方式有明备用和暗备用两种。

明备用：两台变压器均按100%的负荷选择（即一台工作，一台备用）。

暗备用：每台变压器都按最大负荷的70%选择，正常情况下各承担50%最大负荷，负荷率为50%/70%?70%，完全满足经济工作的要求。在故障情况下，由于??0.75，所以可以过负荷1.4倍，6小时，连续5天，即1.4?70%?100%，承担全部负荷。这种备用方式既能满足正常工作时经济运行的要求，又能在故障情况下承担全部负荷，是比较合理的备用方式。

4）适当考虑负荷的发展

应适当考虑进货5~10年电力负荷的增长，留有一定得余地。这里必须指出：电力变压器的额定容量错误！未找到引用源。是在一定温度条件下的持续最大输出容量。如果安装地点的年平均气温时，则年平均气温每高出1摄氏度，变压器的容量相应的减小百分之一。

因此户外变压器的实际容量为：

对于户内变压器，由于散热条件较差，一般变压器室的出风口与进风口间约15摄氏度温差，从而使处在室中间的变压器环境温度要比室外变压器的环境温度高出大约8°C，因此户内变压器的实际容量较之上式所计算的容量还要减小百分之八。

最后还必须指出：变电所主变压器台数和容量的最后确定，应结合主接线方案，经技术经经济比较择优而定。

10

由于年平均温度及最高温度如下：

表4.1

最热月平均最高温

度

35℃ 年平均温度 18℃ 最热月土壤平均温度 30℃

因为变压器都用在室内，故取?av高于室外8摄氏度 (取其系数为0.7) 100

本厂设备有二级负荷，尤其NO.3变电所中有重要设备，停电将对经济产生重大影响。故NO.3变电所用两台变压器，并选为明备用。其余均为一台变压器，并从临近变电所母线上取出联络线，以供给本车间重要二级负荷，在故障时不至于长时间停电，对经济长生重大的影响和严重损失。 S T?(1??av?20)SN.T

第五章 主接线图设计

5.1 方案选择原则

1、当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。

2、接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。

3、6～10KV固定式配电装置的进线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。

4、采用6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。

5、由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器。

5.2各方案简述

方案一：一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段

11

图5-1 采用内桥式接线的总降压变电所主接线图

特点：

(1) 线路发生故障时，仅故障线路的断路器跳闸，其余支路可继续工作，并保持相互间的联系。

(2) 变压器故障时，联络断路器及与故障变压器同侧的线路断路器均自动跳闸，使未故障线路的供电受到影响，需经倒闸操作后，方可恢复对该线路的供电。

(3) 正常运行时变压器操作复杂。如需切除变压器 T1，应首先断开断路器QF21、QF111 和联络断路器 QF10，再拉开变压器侧的隔离开关，使变压器停电。然后，重新合上断路器 QF21 、QF111和联络断路器 QF10，恢复线路 1WL 的供电。

适用范围：

适用于输电线路较长、线路故障率较高、穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式的场合。

方案二：一次侧采用外桥式接线，二次侧采用单母线分段

12

图5-2 采用外桥式接线的总降压变电所主接线图

特点：

(1)变压器发生故障时，仅跳故障变压器支路的断路器，其余支

路可继续工作，并保持相互间的联系。

(2)线路发生故障时，联络断路器及与故障线路同侧的变压器支

路的断路器均自动跳闸，需经倒闸操作后，方可恢复被切除变压器的工作。

（3）线路投入与切除时，操作复杂，并影响变压器的运行。

适用范围：

该方案适用于线路较短、故障率较低、主变压器需按经济运行要求经常投切以及电力系统有较大的穿越功率通过桥臂回路的场合。

方案三：一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图

13

图5-3 一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图

特点：

这种主接线兼有上述两种桥式接线运行灵活性的优点，但采用的高压开关设备较多。可供一、二级负荷。

适用范围：

适于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。

因为该厂是二级负荷且考虑到经济因素故采用10kV双回进线，单母线分段供电方式的方案三。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。

14

第六章 短路电流的计算

6.1短路电流计算：

取基准容量SB=100MVA，高压侧基准电压Uav1?10.5kV ，低压侧基准电压Uav2?0.4kV

ISBj1??5.5kA

高压侧基准电流Uav1，IBj2?S

U?144.34kA

av2 X*sMax?SB

系统最小阻抗标幺值S?0.535

max X*smin?SB

系统最大标幺值S?0.935

min

变压器阻抗标幺值：

Uk%SB4.5

所以 XT1=100S=?100?106*?5.

TN1100800?103625 Uk%SB4.5100

X*

T2=100S??106

?4.

TN1=1001000?1035 Uk%SB

X*4?100?106

T3=100STN3=100315?103?12.7

总配进线：XL=0.4?0.5?0.2?

SB100

X*

L?X2

LUav=0.2?10.52=0.18

最大运行方式下： 绘制等效电路图

15

低压侧基准电流

图6-1 最大运行方式下等效电路图

对于K1点发生三相短路: 1X*??0.535??0.18?0.6252 Ij?

I (3)ZSjUavIjX*??1003?10.5?5.5kA =5.5?8.8kA0.625= (3)(3)ish=2.55Iz=22.43kA

(3)ish?13.31kA(3)Ish =1.686

Sj S(3)

k=X*

?100?160MVA=0.625

对于K2点发生三相短路:

1?0.18?5.625?6.25X2 =0.535+ *

?

Ij?

I (3)ZSj3UavIjX*??100?0.4144.34kA =144.34?23.09kA6.25= (3)ish(3)Iz=1.84=1.84?23.09?42.5kA

(3)ish42.5??25.11kA(3)Ish1.6921.692 =

16

Sj S对于K3(3)k=X*?100?16MVA6.25= 点发生三相短路:

*

?1?0.18?4.5?5.125X2 =0.535+ Ij?

Sj3Uav

Ij*

??100?0.4144.34kA (3)XIZ =144.34?28.16kA=5.125

(3)ish(3)Iz=1.84=1.84?28.16?51.82kA

(3)ish51.82??30.63kA(3)Ish1.6921.692 =

Sj S(3)

k=X*

?100?19.5MVA5.125=

对于K4点发生三相短路:

1?0.18?12.7?13.325X =0.535+2 *

?

Ij I (3)Z=X*?144.34?10.83kA13.325= (3)ish(3)Iz=1.84=1.84?10.83?19.93kA

(3)ish19.93??11.78kA(3)Ish1.6921.692 =

Sj S(3)

k=X*

?100?7.5MVA13.325=

最小运行方式下：

绘制等效电路图

17

  本文关键词：工厂供电课程设计报告，由笔耕文化传播整理发布。