供配電課程設(shè)計

1、某塑料制品廠全廠總配變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計說明書學(xué)生姓名 木雕小象 指導(dǎo)教師 × × × 所在院系 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專業(yè)班級 電氣工程及其自動化× × × 目錄目錄一、概述21、設(shè)計目的22、設(shè)計內(nèi)容33、設(shè)計要求3二、設(shè)計基礎(chǔ)資料3三、負荷計算及無功補償51、各變電所負荷計算及無功補償52、全廠總負荷計算及無功補償7四、配電所位置和變壓器選擇81、配電所位置82、主變壓器選擇8五、配電所主接線設(shè)計9六、短路電流計算10七、一次元件的電氣設(shè)備選擇131、一次設(shè)備選擇的一般原則132、變電所高壓一次設(shè)備的選擇133、 變電所低壓一次設(shè)

2、備的選擇15八、繼電保護裝置的設(shè)計15九、課程設(shè)計體會及建議17參考文獻18 一、概述1、設(shè)計目的（1）復(fù)習和鞏固電氣工程基礎(chǔ)課程所學(xué)知識（2）培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力（3）學(xué)習和掌握變電所電氣部分設(shè)計的基本原理和設(shè)計方法2、設(shè)計內(nèi)容（1）電氣主接線設(shè)計：可靠性、經(jīng)濟性和靈活性（2）短路電流計算：不同運行方式（大、小、主）、短路點與短路類型（3）主變壓器選擇：根據(jù)負荷的大小、類型，選擇主變壓器的容量、臺數(shù)、型式、電壓等級、調(diào)壓方式等（4）主要電氣設(shè)備的選擇：斷路器、隔離開關(guān)、母線及支撐絕緣子、限流電抗器、電流互感器、電壓互感器、高壓熔斷器、消弧線圈、3、設(shè)計要求（1）負荷計算；（2）配電所

3、的位置和主變壓器的臺數(shù)及容量選擇；（3）配電所主結(jié)線設(shè)計；（4）廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設(shè)計；（5）配電系統(tǒng)短路電流計算；（6）改善功率因數(shù)裝置設(shè)計；（7）高低壓供電系統(tǒng)一次元件的選擇及校驗；（8） 繼電保護裝置的設(shè)計。二、設(shè)計基礎(chǔ)資料1、生產(chǎn)任務(wù)及車間組成年產(chǎn)量為萬噸聚乙烯塑料制品，產(chǎn)品品種有薄模、單絲、管材和注射等制品。其原材料來源于某石油化纖總廠。本廠設(shè)有薄模、單絲、管材、注射四個車間，設(shè)備選型全部采用我國最新定型設(shè)備，此外，還有輔助車間及其它設(shè)施，詳見全廠總車間布置圖1。2、供用電協(xié)議工廠與電業(yè)部門所簽訂的供用電協(xié)議主要內(nèi)容如下：（1）從電業(yè)部門某110/10kV變電所用10kV架空線向本廠供

4、電，該所在廠南側(cè)1km（2）供電系統(tǒng)短路技術(shù)數(shù)據(jù)：電業(yè)部門變電所10kV母線，為無限大電源系統(tǒng)，其短路容量為200MVA，供電系統(tǒng)如下圖（圖2）所示：（3）電業(yè)部門對本廠提出的技術(shù)要求：電業(yè)部門配出線路定時限過流保護裝置的整定時間為2秒，工廠“總降”不應(yīng)大于1.3秒；在總配變電所10kV側(cè)進行計量；本廠的功率因數(shù)值應(yīng)在0.9以上3、本廠負荷性質(zhì)生產(chǎn)車間為三班工作制，部分車間為單班或兩班制，最大有功負荷年利用小時數(shù)為5000小時，屬于三級負荷。4、自然條件（1）最熱月平均最高氣溫為35 ；（2）土壤中0.71米深處一年中最熱月平均溫度為20 ；（3）年雷暴日為30天；（4）土壤凍結(jié)深度為1.1米

5、；（5）夏季主導(dǎo)風向為南風。（6）地表面比較平坦，土壤主要成分為積土及砂質(zhì)粘土，層厚1.67m不等；（7）地下水位一般為0.7m；（8）地耐壓力為20噸/平方米33452167810109101115131214圖1 全場總平面布置圖N1-薄模車間；2-原料庫；3-成品庫；4-包裝材料庫；5-單絲車間；6-注塑車間；7-管材車間；8-備料復(fù)制車間；9-鍛工車間；10-倉庫；11-機修模具車間；12-鍋爐房；13-水泵房；14-油泵房；15-辦公樓三、負荷計算及無功補償1、各變電所負荷計算及無功補償（1）負荷計算采用需要系數(shù)發(fā)進行負荷計算，主要涉及的計算公式如下：有功功率計算：無功功率計算: 視

6、在功率計算:計算電流： =(Un=10Kv)各車間計算結(jié)果如下表所示：序號車間或用電單位名稱設(shè)備容量（kW）計算負荷變電所代號備注（kW）（kVar）（kVA）/A1薄模車間14000.60.61.338401117.214002829.7No.1變電所原料庫300.250.51.737.512.961522.79生活間100.8180812.16成品庫一250.30.51.737.512.9751522.79成品庫二240.30.51.737.212.4614.421.88包裝料庫290.30.51.738.715.0517.426.44小計151887891170.72514702單絲車間

7、13850.60.651.178311105.231278.5820.89No.2變電所水泵房200.650.80.75139.7516.2524.69小計8441114.981294.753注塑車間1890.40.61.3375.6100.55126191.49No.3變電所管材車間8800.350.61.33308409.6513.33780.14小計383.6150.15639.334復(fù)制車間1380.60.51.7382.8143.244165.6251.7No.4變電所生活間100.8180812.16浴室50.814046.9鍛工車間300.30.651.17910.5313.82

8、1.04原料間150.811201218.2倉庫150.30.51.174.55.26913.67模具車間1000.250.651.732543.2538.4658.45熱處理車間1500.60.71.029091.8128.57126.89鉚焊車間1800.30.51.735493.42108164.13小計301.3387.5487.435鍋爐房2000.70.750.88140123.2186.67303.95No.5變電所實驗室1250.250.51.7331.2554.0662.596.15輔助材料庫1100.20.51.732238.064466.87油泵房150.650.61.3

9、39.7512.9716.2524.69加油站120.650.80.757.85.8510.414.82辦公樓500.60.61.333039.95027.36小計241.05274.4369.82（2）無功補償各變電所無功補償如下表所示：（以車間1為例說明計算過程）變電所號補償前用功功率（KW）補償前無功功率(KVar)補償前功率因數(shù)無功補償容量（KVar）補償后無功功率（KVar）補償后功率因數(shù)NO.1878.91170.70.60567.56311.30.943NO.28441114.980.65477.90366.10.917NO.3383.6150.150.6325.757.90.9

10、8NO.4301.3387.50.6255.845.50.99NO.5241.05274.40.65165.0775.980.954根據(jù)設(shè)計要求，功率因數(shù)一般在0.9以上，故取=0.9功率因數(shù)：=0.60<0.9 （需要補償）需補償容量計算：=(tan - tan)=878.9×tan(arccos0.60) - tan(arccos0.9) =567.56Kvar補償后：=878.9KW=-=878.9-567.56=311.3Kvar=932.40KVA功率因數(shù)：cos=/=0.943 （滿足要求）2、全廠總負荷計算及無功補償（1）負荷計算有功功率：=（878.9+844+

11、383.6+301.3+241.05）×0.9=2383.97KW無功功率：=（1170.7+1114.98+150.15+387.5+274.4）×0.95=2942.84Kvar視在功率：=3787.29KVA（2）無功補償1） 功率因數(shù)cos=/=2383.97/3787.29=0.630.9根據(jù)設(shè)計要求，本廠功率因數(shù)COS要求在0.9以上（工廠總配電所按國家電力部門的要求，按規(guī)定，配電所高壓側(cè)的COS0.9，本設(shè)計中要求工廠的功率因數(shù)COS在0.9以上，所以這里取COS=0.92）3）故需要補償?shù)娜萘浚?(tan-tan)=2383.97×tan(arcc

12、os0.64) - tan(arccos0.92) =1846.6Kvar4）補償后：=2383.97KW=-=2942.84-1846.6=1096.25Kvar=2623.94KVA功率因數(shù)：cos=/=0.91>0.90 （滿足要求）高壓補償柜型號：TTB26-1200，單個柜子補償容量大小為：1200Kvar 故需要選擇2個TTB26-1200柜，電容器柜具體畫法見主接線圖。四、配電所位置和變壓器選擇1、配電所位置配電所所址的選擇，應(yīng)根據(jù)下列要求并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析比較后確定：(1) 盡可能接近負荷中心，以降低配電系統(tǒng)的電能損耗、電壓損耗和有色金屬消耗量；(2) 考慮電源的進線方向，

13、偏向電源側(cè)。(3) 進出線方便，特別是要便于架空線進出線。(4) 不應(yīng)妨礙企業(yè)的發(fā)展，考慮擴建的可能性。(5) 設(shè)備運輸方便。(6) 盡量避開有腐蝕氣體和污穢的地段。(7) 不應(yīng)設(shè)在廁所、浴室和其他經(jīng)常積水場所的正下方，且不宜與上述場所相貼臨。(8) 不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險環(huán)境的正上方或正下方，且不宜設(shè)在有火災(zāi)危險環(huán)境的正上方或正下方。(9) 不應(yīng)設(shè)在地勢低洼和可能積水的場所。根據(jù)總變配電所位置選擇的原則：變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負荷中心，但同時還要滿足大負荷變配電的方便，此外，總變配電所應(yīng)盡量不在生活區(qū)范圍內(nèi)，綜上所述，可以大致確認本設(shè)計中，主變電所設(shè)置位置應(yīng)在薄膜車間和單絲車間中間附近，以

14、此才能滿足要求，參照工廠平面布置圖，可以選擇總變配電所應(yīng)挨著薄膜車間(即NO.1變電所)2、主變壓器選擇選擇的原則為：(1) 只裝一臺變壓器的變電所變壓器的容量ST應(yīng)滿足用電設(shè)備全部的計算負荷的需要，即，但一般應(yīng)留有15的容量，以備將來增容需要，本設(shè)計中的NO3、NO4、NO5變電所采用此原則。(2) 裝有兩臺變壓器的變電所每臺變壓器的容量應(yīng)滿足以下兩個條件: 任一臺變壓器工作時，宜滿足總計算負荷的大約70的需要，即為O7 任一臺變壓器工作時，應(yīng)滿足全部一、二級負荷的需要，即(I+)(3)車間變電所變壓器的容量上限 單臺變壓器不宜大于1000KVA，并行運行的變壓器容量比不應(yīng)超過3：l。同時，

15、并聯(lián)運行的兩臺變壓器必須符合以下條件：并聯(lián)變壓器的變化相等，其允許差值不應(yīng)超過±05，否則會產(chǎn)生環(huán)流引起電能損耗，甚至繞組過熱或燒壞。各臺變壓器短路電壓百分比不應(yīng)超過10，否則，阻抗電壓小的變壓器可能過載。各臺變壓器的連接組別應(yīng)相同，若不同，否則側(cè)繞組會產(chǎn)生很大的電流，甚至燒毀變壓器。變壓器按容量系列分，有R8容量系列和R10容量系列。我國老的變壓器容量等級采用R8系列，容量等級如100、135、180、240、320、420、560、750、1000KV.A等。R10系列的容量等級較密，便于合理選用，我國新的變壓器容量等級采用這種R10系列，等級如100、125、 160、 200

16、、 250、 315、 400、 500、 630、 800、 1000KV.A等。在此次設(shè)計中，采用我國目前比較常用的S9系列變壓器。根據(jù)工廠的三級負荷的性質(zhì)裝設(shè)一臺變壓器型號為S9型，而容量根據(jù)式，為主變壓器容量，為總的計算負荷。選=2000 KVA0.7=1876.62 KVA，即選兩臺S9-2000/110型低損耗配電變壓器。五、配電所主接線設(shè)計 變電所主接線是實現(xiàn)電能輸送和分配的一種電氣接線，對其主要有以下幾個基本要求：（1）安全 主接線的設(shè)計應(yīng)符合國家有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，能充分保證人身和設(shè)備安全；（2）可靠 應(yīng)滿足用電單位可靠性的要求；（3）靈活 能適應(yīng)各種不同的運行方式，操作檢修方

17、便；（4）經(jīng)濟 設(shè)計簡單，投資少，運行管理費用低，考慮節(jié)約電能和有色金屬消耗量。 由本設(shè)計原始資料知：電力系統(tǒng)某110/10KV變電站用一條10KV的架空線路向本廠供電，一次進線長1km，年最大負荷利用小時數(shù)為5000h，且工廠屬于三級負荷，所以只進行總配電在進行車間10/0.4KV變電，母線聯(lián)絡(luò)線采用單母線不分段接線方式。主接線方案圖見附圖六、短路電流計算 對一般工廠來說，電源方向的大型電力系統(tǒng)可看作是無限大容量系統(tǒng)。無限大容量系統(tǒng)的基本特點是其母線電壓總維持不變，這里只計算無限大容量系統(tǒng)中200MVAK-1K-2X0=0.4,1km10.5kVS9-100010.5kV(2)(3)(1)系

18、統(tǒng) 圖4-1 短路計算電路（兩臺S9-2000的化簡為一臺S9-1000）的短路計算，短路電流通過電氣設(shè)備時，設(shè)備溫度急劇上升，過熱會使絕緣加速老化或損壞，同時產(chǎn)生很大的點動力，使設(shè)備的載流部分變形或損壞，因此選擇設(shè)備時要考慮它們對短路電流的穩(wěn)定性，所以我們以最嚴重的短路三相短路為例，計算短路電流。1.求K1點的三相短路電流和短路容量（U=10.5KV）(1)計算短路電路中各元件的電抗和總電抗1）電力系統(tǒng)的電抗：X=0.552）架空線路的電抗：X=XL=0.4()×1km=0.43）經(jīng)K1點短路的等效電路如圖所示，圖上標出各元件的序號（分子）和電抗 值（分母），然后計算電路總電抗：

19、X=X+ X=0.55+0.4=0.95 圖4-2 K-1點短路等效電路(2)計算三相短路電流和短路容量1）三相短路電流周期分量有效值 I=6.38KA2）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流 I=I= I=6.38KA 3）三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值i=2.55I=2.556.38=16.269KA I=1.51I=1.556.38=9.634KA4）三相短路容量 S=116MVA2.求K2點的三相短路電流和短路容量（U=10.5KV）(1)計算短路電路中各元件的電抗和總電抗1）電力系統(tǒng)的電抗：X=0.552）架空線路的電抗：X=XL=0.4()×1km=0.43）電力變

20、壓器的電抗 電力電壓器型號：S9100010(6) 查附表得知：U%=5 則： X=5.5計算電路總阻抗：= X+ X+ X=6.45（2）計算三相短路電流和短路容量1）三相短路電流周期分量有效值 I=939.8A2）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流I=I=I=938.9A3）三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值i=1.84I=1.73KAI=1.09I=1.05KA4）三相短路容量S=17.09MVA3.求低壓側(cè)的三相短路電流和短路容量（U=0.4KV）(1)計算短路電路中各元件的電抗和總電抗1）電力系統(tǒng)的電抗：X=8102）架空線路的電抗X=XL()=0.4/km1km()=1.451

21、03）電力變壓器的電抗此工廠車間設(shè)計要求中，總共是有五個變電所，使用到了四種不同型號規(guī)格的電力變壓器，故而計算此處的電力變壓器的電抗時，需要分開單獨計算。 仍然以配電所1為例計算說明： 電力電壓器型號：S9125010(6) 查附表得知：U%=5 則： X=6計算電路總阻抗：= X+ X+ X=810+1.4510+6=8.2510（2）計算三相短路電流和短路容量此處以NO.1變電所計算為例：1）三相短路電流周期分量有效值 I=28.00KA2）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流I=I=I=28.00KA3）三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值i=1.84I=51.52KAI=1.09I=3

22、0.52KA4）三相短路容量S=19.40MVA 七、一次元件的電氣設(shè)備選擇1、一次設(shè)備選擇的一般原則供配電系統(tǒng)中的一次設(shè)備是在一定的電壓、電流、頻率和工作環(huán)境條件下工作的，一次設(shè)備的選擇，除了應(yīng)滿足在正常工作時能安全可靠運行之外，還應(yīng)滿足在短路故障時不至損壞的條件，開關(guān)電器還必須具有足夠的斷流能力，并能適應(yīng)所處的位置、環(huán)境溫度、海拔高度。以及防塵、防火、防腐、防爆等環(huán)境條件。一次設(shè)備的選擇應(yīng)遵循以下3個原則：(1) 按工作環(huán)境及正常工作條件選擇電氣設(shè)備；(2) 按短路條件校驗電氣設(shè)備的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定；(3) 開關(guān)電器斷流能力校驗。2、變電所高壓一次設(shè)備的選擇（1） 按工作電壓選則 設(shè)備的額定

23、電壓一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓，即，高壓設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于其所在系統(tǒng)的最高電壓，即。=10kV， =11.5kV，高壓開關(guān)設(shè)備、互感器及支柱絕緣額定電壓=12kV，穿墻套管額定電壓=11.5kV，熔斷器額定電壓=12kV。（2）按工作電流選擇設(shè)備的額定電流不應(yīng)小于所在電路的計算電流，即（3）按斷流能力選擇設(shè)備的額定開斷電流或斷流容量，對分斷短路電流的設(shè)備來說，不應(yīng)小于它可能分斷的最大短路有效值或短路容量，即或?qū)τ诜謹嘭摵稍O(shè)備電流的設(shè)備來說，則為，為最大負荷電流。（4）隔離開關(guān)、負荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗a)動穩(wěn)定校驗條件或、分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，、分別為開關(guān)所處的

24、三相短路沖擊電流瞬時值和有效值b)熱穩(wěn)定校驗條件 因此，對于上面的分析，10KV側(cè)一次設(shè)備選擇如下表所示：選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件參數(shù)量程10KV146.5A 6.38KA16.27KA設(shè)備型號規(guī)格參數(shù)隔離開關(guān)GN19-10/40010KV400A31.5KA12.5電流互感器LQJ-10- 200/510KV200/5A160××0.2=45.25高壓斷路器ZN2-10/63010KV630A11.6KA30KA高壓熔斷器RN2-10/0.510KV500A200MVA電壓互感器JDZ-10-10000/10010/0.1KV電壓互感器JD

25、ZJ-10-10000/100/避雷器FS4-1010KV 3、 變電所低壓一次設(shè)備的選擇同樣根據(jù)上面的原則，做出380V低壓側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗，變電所1為例說明如下表所示，所選數(shù)據(jù)均滿足要求NO.1變電所裝置地點 條件參數(shù)量程10KV1468A28.00KA51.52KA1724.8KA設(shè)備型號規(guī)格參數(shù)低壓斷路器DW15-1500/3380V1500A40KA低壓刀開關(guān)HD13-1500/30380V1500A電流互感器LMZJ1-0.5-1500/5500V1500/5A八、繼電保護裝置的設(shè)計 變壓器的繼電保護裝置以NO.1車間變電所選用的S91250/10型變壓器為例（1）裝設(shè)瓦斯保護

26、，當變壓器油箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，瞬時動作于信號；當產(chǎn)生大量的瓦斯時，應(yīng)動作于高壓側(cè)斷路器。（2）裝設(shè)定時限過電流保護，采用DL-15型電磁式過電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分流跳閘的操作方式。過電流保護動作電流的整定 可靠系數(shù)，接線系數(shù)，繼電器返回系數(shù)，電流互感器的電流比=150/5=30 ，動作電流為：因此過電流保護動作電流整定為6A。過電流保護動作時間的整定:,式中為變壓器低壓母線發(fā)生三相短路時高壓側(cè)繼電保護動作時間；為變壓器低壓側(cè)保護在低壓母線上發(fā)生三相短路時最長的一個動作時間，為前后兩級保護裝置的時間級差，對定時限過電流保護，取0.5s，故過電流保護動作時間整定為0.6s。過電流保護靈敏系數(shù)的檢驗 式中，=0.86622.53kA/(10kV/0.4kV)=0.78KA；，因此其靈敏度系數(shù)為： 1.5，滿足靈敏度系數(shù)的要求。（3）裝設(shè)電流速斷保護，利用DL15的速斷裝置。電流速斷保護動作電流（速斷電流）的整定 利用式 式中，因此速斷保護電流為速斷電流倍數(shù)整定為，（在28之間）。電流速斷保護靈敏系數(shù)的檢驗利用式 式中,，因此其保護靈敏度系數(shù)為：2，因此,裝設(shè)的電流速斷保護的靈敏度系數(shù)是達到要求的。(4)