化纤纺织厂全总配变电所及配电系设计—课程设计论文.doc

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1、 某化纤纺织厂全总配变电所及配电系设计摘要 电能是工业生产的主要能源和动力，随着电气自动化技术的发展，厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等的需求也同益提高。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。 课程设计的题目是化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计。根据该厂负荷统计资料及所能取得的电源和用电负荷的实际情况，选择合适的接线形式和变压器的型号，确定该变电所电气主接线形式，根据计算其用电负荷和短路计算选择断路器，熔断器，隔离开关，电压、电流互感器，避雷器，母线等电气设备。 关键词 ： 厂用电，配电设计，电气主接线，电气设备目录摘要II

2、1.原始材料及设计任务11.1任务车间组成11.1.1生产规模及产品规格11.1.2车间组成及布置11.2供用电协议11.3、本厂自然条件21.3.1气象条件21.3.2地质及水文条件31.4设计要求31.5 设计成果32.变电所一次侧电气设备选型32.1 电力负荷计算32.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式32.1.2多组用电设备负荷的计算公式42.2无功功率的补偿及选型52.2.1无功补偿装置简介52.2.2 无功补偿计算62.2.3各变电所变压器选择72.3主接线设计72.4架空线的选择73.短路电流计算93.1三相短路电流计算目的93.2短路电流的计算94.变电所一次设备的选择校验1

3、34.1一次设备选择的校验原则134.1.1按工作电压选择134.1.2按工作电流选择134.1.3按断流能力选择134.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验134.2 10KV高压开关柜设备选择145.主变压器继电保护155.1保护要求155.2.1瓦斯保护155.2.2装设反时限过电流保护155.2.3电流互感器的选择155.2.4装设电流速断保护166 .防雷装置及接地装置设计176.1直击雷保护176.2配电所公共接地装置的设计177.结束语18参考文献20 22 1.原始材料及设计任务1.1任务车间组成 1.1.1生产规模及产品规格 本厂规模为万锭精梳化纤毛纺织染整联合厂

4、。全部生产化纤产品，全年生产能力为230万米，其中厚织物占55%，薄织物占20%，全部产品以晴纶为主体的混纺物占60%，以涤纶为主体的混纺物为40%。1.1.2车间组成及布置 本化纤毛纺厂设有一个主厂房，其中有制条车间、纺纱车间、织造车间、染整车间四个生产车间，设备选型全部采用我国最新定型设备。除上述车间外，还有辅助车间及其它设施，详见全厂总平而图（图2）。 该化纤毛纺厂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，其中纺织造车间、染整车间、锅炉房为二级负荷。 1.2供用电协议工厂与电业部门所签订的供用

5、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)配电统技术数据 变电所10KV母线短路数据为系统运行方式短路容量说明最大运行方式系统为无限大容量最小运行方式配电系统如下图所示：图1 配电系统图图2某化纤毛纺织厂全厂总平面布置图 1-制条车间 2-纺纱车间 3-织造车间4-染整车间 5-软水站 6-锻工车间7-机修车间 8-托儿所、幼儿园9-仓库 1

6、0-锅炉房 11-宿舍 12-食堂13-木工车间 14-污水调节池 15-卸油汞房 1.3、本厂自然条件1.3.1气象条件(1)最热月平均最高气温为30;(2)土壤中0.71米深处一年中最热月平均温度为20;(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。1.3.2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. 85.3米，地耐压力为20吨平方米。1.4设计要求(1)负荷计算；(2)配电所的位置和主变压器的台数及容量选择(3)配电所主结线设计；(4)厂区高压配电系统设计；(5)配电系统短路电

7、流计算；(6)改善功率因数装置设计；(7)继电保护装置的设计；1.5 设计成果(1)设计说明书一份，其中包括设计的原始资料；完成设计内容时所依据的原则， 计算步骤及计算举例。计算结果列表说明，以及插图等。说明书要简明扼要整洁美观。（2)配电所电气主接线单线图。2.变电所一次侧电气设备选型 2.1 电力负荷计算2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷（单位为KW）b)无功计算负荷（单位为）c)视在功率负荷（单位为KVA）d)计算电流,为用电设备的额定电压。2.1.2多组用电设备负荷的计算公式 a) 有功计算负荷（单位为KW）式中是所有设备组有功计算负荷之和，是所有有功负荷同时系数

8、，可取0.850.95b)无功计算负荷（单位为KW）其中：是所有设备无功之和；无功负荷同时系统，可取0.90.97c)视在计算负荷(单位KVA)d)计算电流（单位A） 采用需要系数法计算各车间变电所的计算负荷，具体数据如下表2-1所示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备注(KW)()(KVA)（1）No.1变电所1制条车间3400.80.80.7527220434010.92纺纱车间3400.80.80.752722043403软水站86.10.650.80.7559.9641.92569.8754锻工车间36.90.30.651.1711.0712.9517.04

9、5机修车间296.20.30.51.7388.86153.7117.566托1儿所，幼儿园12.80.60.61.337.6810.21412.787仓库37.960.30.51.1711,3813.31517.5158小计1123722.95640.124965.6（2）No.2变电所1织造车间5250.80.80.7542031552510.92染整车间4900.80.80.753922944903浴室、理发室1.880.81-1.50401.5044食堂20.640.750.80.7515.4811.6119.355独身宿舍200.81-160166小计1057.5845.98620.6

10、1051.854（3）No.3变电所1锅炉房1510.750.80.75113.2528.125141.5620.92水泵房1180.750.80.7588.566.375110.633花验房500.750.80.7537.528.12546.884卸油泵房280.750.80.752115.7526.255小计347260.25138.37325.32上表系根据各车间配电系统设计后所提供资料，其中N01、No2变电所各设一台变压器，No3变电所设两台变压器，且暗备用，两条架空线路为明备用2.2无功功率的补偿及选型 补偿无功功率主要作用足提高功率因数，在满足同样有功功率的同时，降低无功功率和视

11、在功率，从而减少负荷电流。这样就降低了电力系统的电能搅耗和电压损耗，既节约了电能，又提高了电压质量。2.2.1无功补偿装置简介无功补偿装置上要有三种：并联电容补偿、,同步补偿机和静止无功补偿器。三种无功补偿装置的性能见表2-2 表2-2 三种无功补偿装置的比较并联电容器 同步补偿机 静止无功补偿器 设备情况 静止电器，设备简单旋转机械，要附属系统设备复杂 静止电器，设备复杂运行特性 1通过开关投切，属于静态无功补偿 2主要用于稳态电压调整和功率因数校正 3运行中本身损耗大 1通过控制系统实现双 向平滑调节2属于动态无功补偿 3运行中本身损耗小 1通过控制系统实现双向 平滑 调节2属于快速动态无

12、功补 偿，响应速度快3主要用于调相、调压 使用范围 1容量和设置点灵活 2用于电力系统及负荷变 电站 1容量和设置点受限制 2主要用于电力系统枢 纽变电站、换流站1容量和设置地点灵活2用于电力系统枢纽变电 站、换流站 运行要求 和费用1简单，运行维护要求低2单位容量投资低3运行费用最低 1运行维护工作最大2单位容最投资大3运行费用最大1运行维护技术水平要高2单位容最投资大3运行费用次之 由上表可见，采用并联电容器进行无功补偿。 电力部门规定，无功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。根据供电协议的功率因数要求，取补偿后的高压侧功率

13、因数0 .9，各个补偿的容量级算如下：2.2.2 无功补偿计算 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。取 = =高压侧计算负荷=722.95+845.98+260.25=1829.18KW=640.124+620.6+138.37=1399.1=0.91829.18=1646.262KW=0.91399.1=1259.19高压侧总容量：=2072.616kvA补偿前的功率因数：=0.79补偿后功率因数：=0.95需要补偿的无功功率：=736.53补偿电容器的个数为n=736.53/5015，取n=15补偿后的无功功率：补偿后的视在容量：补偿后的

14、计算电流：A高压侧功率因数；，满足要求。 序号补偿前无功功率理论补偿量实际补偿量补偿后剩余无功功率补偿前功率因数补偿后功率因数Q高压侧1259.19736.53900522.660.790.953根据供电技术222页表4 选SL7-2000/35 接线方式Yd11根据供电技术233页表264选BWF-10.5-50-1 表2-3 电容器的参数 型号额定电压额定容量BWF-10.5-50-110.5KV50Kvar 注：B并联电容器，W浸渍剂为烷基苯，F聚丙烯薄膜和电容器纸复合介质。2.2.3各变电所变压器选择安装一台变压器，其容量按SN.T=965.6根据供电技术222页表4 选 接线方式Yy

15、n0。安装一台变压器，其容量按SN.T=1051.845根据供电技术222页表4 选SL7-1250/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。安装两台变压器互相暗备用，其容量按SN.T0.7=0.7325.32kVA =277.724kVA根据供电技术222页表4 选两台SL7-315/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。2.3主接线设计 本厂主接线设计方案主要有三种较优方案，分别是（1）单母线分段桥型接线，（2）简单母线，架空双回线接线，（3）单母线分段，架空双回线接线。由于本厂是二级负荷，在国名经济中占有重要地位，且大多数车间是三班工作制，为了保证供电的可靠性，再考虑经

16、济型因素，所以选用单母线分段桥型接线方式，在NO.3车变中两台变压器互为暗备用。采用这种接线方式的有点主要是可靠性和经济性比较好。桥型接线使双回进线互为暗备用，当一回进线故障时，另一回线通过桥形线可继续为全厂负荷供电。2.4架空线的选择1.在正常情况下架空线可选择一条工作，一条备用。2.架空线截面积的选择1).按经济电流密度选择导线线路在工作时的最大工作电流：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6000小时，属于二级负荷。其钢芯铝线的电流密度J=0.9所以导线的经济截面面积：考虑到线路投入使用的长期发展远景，选用截面积为150 mm2的导线，所以10KV架空线为L

17、GJ-150的导线。2).按长时允许电流校验导线查表得LGJ-150型裸导线的长时允许电流,当环境温度为30度时，导线最高工作温度为70度。其长时允许电流为： 式中： 为导线的允许载流量所采用的环境温度（）。 为导线敷设地点实际的环境温度（） 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：由于,所以符合要求。 3).按电压损失校验查表得LGJ-150导线的单位长度电阻和电抗为： 输电线路长度为0.5公里，所以线路电阻，线路总的电压损失为：式中： P为10KV侧负荷总有功功率，Q为10KV侧负荷总无功功率。电压损失百分比为：所以导线符合要求。4)按机械强度校验钢芯铝线非居民区

18、10KV最小允许截面为，所以符合要求。表2.3 LGJ-150型钢芯铝绞线规格型号额定截面股数及直径/mm计算直径/mm电阻单位重量长期容许电流/A铝股钢芯LGJ-150150282.5372.216.720.21598445 注：1.额定截面系指导电部分的铝截面，不包括钢芯截面。2.电阻系指导线温度为20时的数值3.长期容许电流系指在周围空气温度为25时的数值。 3.短路电流计算3.1三相短路电流计算目的 进行短路电流计算的目的是为了保证电力系统的安全运行，在设计选择电气设备时都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发故障引起的发热效应和

19、电动力效应的巨大冲击。3.2短路电流的计算采用标幺值计算短路电流。具体公式如下：基准电流 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，一般取基准容量S=100MVA。高压侧基准电压U=10.5KV，低压侧基准电压U=0.4，高压侧基准电流I=5.5KA，低压侧基准电流=144.34KA，系统最小阻抗标幺值系统最大标幺值变压器阻抗标幺值：所以 X=4.5 X=5.2 X=12.7总配进线：X=0.409=0.2045 X= X=0.2045=0.185最小运行方式下：绘制等效电路图 图3-21最大运行方式下等效电路图对于K点发生三相短路：

20、 =0.535+=0.627 I=5.5kA I=8.78kA i=2.55I=22.35kA I=13.256kA 对于 点发生三相短路： 对于点发生三相短路 对于点发生三相短路： 最大运行方式下： 图3-2 最小运行方式下等效电路图对于点发生三相短路： 对于点发生短路： 对于发生三相短路： 对于点发生三相短路： 将以上数据列成短路计算表，如表6-1和表6-2所示 表格 3-1 最小运行方式 短路点（KA） (KA) (KA)三相短路容量（MVA）8.7822.3513.26516024.7851.79630.6119.528.1651.8230.6319.510.8319.9311.787

21、.5 表格3-2 最大运行方式短路点（）（）（）三相短路容量（MVA）4.9312.587.4686.6921.4239.423.2914.8425.7147.327.9517.8110.4519.2211.367.24 4.变电所一次设备的选择校验4.1一次设备选择的校验原则4.1.1按工作电压选择 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即。而高电压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。查表知：=10kV，=11.5kV，高电压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。4.1.2按工作电流选择设备的额定电流不应小

22、于所在电路的计算电流，即。4.1.3按断流能力选择设备的额定开端电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或。对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。4.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验a）动稳定校验条件或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b）热稳定校验条件4.2 10KV高压开关柜设备选择 高压开关是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用，流进主变低压侧开关柜、各车间变压器高压侧及10KV负荷开关柜的电流计算如下 计算结果如下：

23、主变低压侧 同理可得NO.1、NO.2、NO.3的额定电流为：37.63A、44.5A、14.03A、 选择KYN28A-12型铠装移开式交流金属封闭开关设备，系3.6-12千伏三相交流50HZ单母线及母线分段系统的成套配电设备。本开关柜能满足GB3096、DL404、IEC-298等标准要求，并具有防止误操作断路器，防止带负荷推拉手车，防止带电关合接地开关，防止接地开关在接地位置送电和防止误入带电间隔。其技术参数如下表：项 目单位数 据额定电压KV3.6 7.2 12额定绝缘水平1min工频耐受电压KV42雷电冲击电压KV75额定频率Hz50额定电流A630、1250、1600、2000、2

24、500、31504s热稳定电流（有效值）KA20、25、31.5、40额定动稳定电流（峰值）KA50、63、100防护等级外壳IP4X、断路器室门打开为IP2X开关柜校验动稳定校验：=100kA37.56kA=热稳定校验：t=6400I(3)2tmin =2116.3开关柜校验动稳定校验：=100kA44.5kA=热稳定校验：t=6400I(3)2tmin =2898.5开关柜校验动稳定校验：=100kA14.03kA= 热稳定校验：t=6400I(3)2tmin =273.785.主变压器继电保护5.1保护要求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，应装设斯保护、过电流保

25、护和电流速断保护。5.2保护装置及整定计算5.2.1瓦斯保护采用FJ-80型开口杯挡板式气体继电器。5.2.2装设反时限过电流保护采用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。5.2.3电流互感器的选择高压侧：=1600/（35）=26.39A电流互感器采用三角形接法，计算电流互感器变比： =（26.39）/5 =45.71/5，选用电流互感器变比： =100/5=20低压侧：=1600/（10）=92.38A电流互感器采用星形接法计算电流互感器变比： =92.38/5，选用电流互感器变比： =100/5=20。表5-1 电流互感器的主要技术参数型号额定电压/kV

26、额定电流/A额定二次负荷/（）10%误差时一次电流倍数1s热稳定倍数动稳定倍数一次二次0.513LCZ-353510052210（3级）65100LQJ-101010050.40.6_10(3级)902255.2.4装设电流速断保护 采用GL15型继电器的电流速断装置来实现。（1）速断电流的整定 速断电流倍数整定为 满足规定的倍数。（2）电流速断保护灵敏度系数的校验： ,A 所以 满足规定的灵敏系数1.5的要求。（3）过电流动作电流的整定 式中：为 变压器的最大负荷电流 取为2.5（可取（1.3-3）； 为可靠系数，对定时限取1.2，对反时限取1.3； 接线系数，对相电流接线取1，对相电流差接

27、线取； 继电器返回系数，一般取0.8； 电流互感器的电流比。 注意：对GL型继电器，应整定为整数，且在10A以内。 因此 A 故：动作电流整定为6A（4）过电流保护电流动作时间的整定过电流保护动作时间tt-t=1.5-1=0.5s故其过电流保护的动作时间可整定为最短的0.5S。（5）过电流保护灵敏系数的校验 满足规定的灵敏系数1.5的要求。（6）35Kv侧和10Kv侧断路器和隔离开关的选择表5-2断路器的技术数据型号额定电压（KV）额定电流（KA）开断容量（MVA）额定开断电流（KA）极限通过电流（KA）热稳定电流（KA）固有分闸时间（s）合闸时间（s）峰值有效值2s4sSW2-35/6003

28、56004006.6179.86.60.060.12SN10-10I/630106301610160.050.2 表5-3 隔离开关的技术参数型号额定电压（KV）额定电流（A）极限通过电流峰值（KA）热稳定电流（KA）操作机构型号4s5sGN2-35T/400-52354005214CS6-2TGN6-10/600-52106005220 6 .防雷装置及接地装置设计6.1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

29、至软水站最远屋角距离为r=20m，避雷针保护半径=（1.5h-2）p=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。6.2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

30、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=30所以120/=4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=4

31、0（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。=4 7.结束语 工厂供电课程设计结束了，首先，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义的，我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中 _的各种课程设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识 用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。 其次，我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助。在

32、这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。一切问题必须要靠自己点一滴的解决，而在解决的过程当中你会发现自己在不断的提问。虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实战的过程巾仍有意想不到的困惑，经使我学到了许多课堂上学不到的知识，也解决了课堂上理论发现不了的问题。 而且，在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅课本和设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。 除此之外，这次设计也作为我们今后努力学

33、习的兴趣，我想这将对我们以后的学习产生积极的影响。同时，这次课程设计让我们充分认识到知识经验交流的重要性。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。应该说这是通过我的努力和动脑完成的，虽然内容并不是很复杂，但是我觉得设计的过程相当重要，学到了很多，收获了很多。我觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点叫以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的个过程！参考文献1、居荣.供配电技术.化学工业出版社2、卓乐支.电气工程设计200例.中国电力出版社3、周瀛.工业企业供电（2版）.冶金

34、工业出版社4、白玉岷.电工常用计算及设备、元件材料的选择.机械工业出版社5、刘介才.工厂供电设计指导（第2版）.北京：机械工业出版社20086、黄纯华.葛少云.工厂供电（第2版）.天津大学出版社20017、王士政，冯金光.发电厂电气部分（第3版）.北京：中国水利水电出版社20038、华智明.电力系统.重庆：重庆大学出版社20059、熊信银.张步涵.电力系统工程基础.华中科技大学出版社200310、何首贤等.供配电技术.中国水利水电出版社200511、谷水清 电力系统继电保护 北京：中国电力出版社、200512、熊信银 电力系统工程基础 华中科技大学出版社、200913、韩笑 电力工程专业毕业设计指南继电保护分册（第二版） 中国水利水电出版社、200814、白玉岷 电气设备、元件、材料的测试及试验 机械工业出版社、201015、唐志平 供配电技术（第二版） 电子工业出版社、200816、李宗刚 现代企业供用电设计 辽宁科学技术出版社、1993