10Kv降压变电所及车间低压配电系统设计毕业设计.docx

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10Kv降压变电所及车间低压配电系统设计毕业设计

（2011届）

专科毕业设计（论文）资料

题目名称：

10Kv降压变电所及车间低压配电系统设计

学院（部）：

电气与信息工程学院

专业：

电气自动化

学生姓名：

班级：

电气0631

学号06053103

指导教师姓名：

职称副教授

最终评定成绩：

湖南工业大学教务处

（2011届）

专科毕业设计（论文）

题目名称：

10kv降压变电所及车间低压配电系统设计

学院（部）：

电气与信息工程学院

专业：

电气自动化

学生姓名：

周敏

班级：

电气0631

学号06053103

指导教师姓名：

职称副教授

最终评定成绩：

2011年月

摘要

本设计含工厂供电设计，包括：

负荷的计算及无功功率的补偿；变电所主变压器台数和容量、型式的确定；变电所主接线方案的选择；进出线的选择；短路计算和开关设备的选择；二次回路方案的确定及继电器保护的选择和整定；防雷保护与接地装置的设计；车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择；以及电气照明的设计，还有电路图的绘制。

本设计根据设计任务书可分为三大部分，第一部分为各车间变电所的设计选择，包括方案比较、变压所变压器台数及容量选择、变电所I的供电负荷统计无功补偿，变压所I的变压器选择；第二部分为各车间计算负荷和无功率补偿、短路电流计算、工厂总降压变电所及接入系统设计、变电所高低压电气设备的选择、继电保护的配置；第三部分为电气设计图，包括车间变配电所电气主接线图、继电保护原理接线图。

关键词：

变电所变压器断路器继电器隔离开关互感器熔断器

ABSTRACT

Thisdesignincludingfactory,includingpowersupplysystemdesign:

Calculationofloadandcompensationoftheinactivepower;Transformersubstationmainvoltagetransformerplatformcountandcapacity,surenessofpattern;Mainlywirethechoiceoftheschemeinthetransformersubstation;Passinandoutthechoiceofthethread;Choiceofshortingoutandcalculatingandswitchgear;Tworeturncircuitsurenessandchoicethatrelayprotectofschemeexactlymake;Defendthethunderandprotectthedesignwiththeearthdevice;Theworkshopdistributionlineconnectsupthesurenessofthescheme;Circuitwireanddistributionequipmentandprotectingthechoiceoftheequipment;Andtheelectricdesignthatlighted,thereisdrawingofcircuitdiagram.

Thisdesignaccordingtothedesignspecificationcanbedividedintothreeparts,thefirstpartofthedesignofeachworkshopsubstation,includingschemecomparison,choosevariablepressuretransformersetsandcapacityofwhatIchoose,substationreactive-powercompensationpowerloadstatistics,whichItransformervariablepressurechoice;Thesecondpartiscomputationalloadeachworkshopandwithoutpowercompensation,short-circuitcurrentcalculation,factorygeneralvoltagesubstationandaccesssystemdesign,substationhigh-lowvoltageelectricalequipmentchoice,relayprotectionconfiguration;

Keyword:

TransformersubstationVoltagetransformerCircuitbreakerRelayIsolatetheswitchMutualinductorFusebox

计算负荷

计算负荷也称需要负荷或最大负荷。

计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。

在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均作为按民热条件选择电器工导体的依据。

1.1根据下列公式计算：

有功功率（KW）：

P30=K∑KL／ηeηWL

需要系数：

Kd=P30／Pe

无功计算负荷（kvar）:

Q30=P30tanψ

视在计算负荷（kVA）：

 S30=P30／cosψ

计算电流（A）：

I30=S30／√3UN

负荷不是恒定值，是随时间而变化的变动值。

因为用电设备并不同时运行，即使用时，也并不是都能达到额定容量。

另外，各用电设备的工作制也不一样，有长期、短时、重复短时之分。

在设计时，如果简单地把各用电设备的容量加起来作为选择导线、电缆截面和电气设备容量的依据，那么，过大会使设备欠载，造成投资和有色金属的浪费；过小则又会出现过载运行。

其结果不是不经济，就是出现过热绝缘损坏、线损增加，影响导线、电缆或电气设备的安全运行，严重时，会造成火灾事故。

因此负荷计算也只能力求接近实际。

为避免这种情况的发生，设计时，用的总负荷应是一个假定负荷，即计算负荷

1.2各车间计算负荷

A组     Pc=900KW

         Qc=630kvar

         Sc=1098.6kva

          Ic=1669.2A

B组 纺丝机Pc=160KW

          Qc=124.8kvar

          Sc=202.9kva

          Ic=308.3A

筒绞机Pc=225KW

         Qc=16.9kvar

         Sc=28.1kva

         Ic=42.7A

烘干机Pc=63.8KW

         Qc=65.0kvar

         Sc=91.06kva

          Ic=138.35A

脱水机Pc=7.2KW

         Qc=5.76kvar

         Sc=9.22kva

          Ic=14A

通风机Pc=126KW

         Qc=94.5kvar

         Sc=157.5kva

          Ic=239.3A

淋洗机Pc=4.5KW

         Qc=3.51kvar

         Sc=5.7kva

         Ic=8.67A

变频机Pc=672KW

         Qc=470.4kvar

Sc=820.28kva

Ic=1246.32A

传送机Pc=32KW

         Qc=22.4kvar

         Sc=39.06kva

          Ic=59.35A

B组总计算负荷P30=870.36KW

            Q30=642.616kvar

            S30=1081.89kva

            I30=1643.8A

C组     P30=126KW

         Q30=75.6kvar

        S30=146.94kva

         I30=223.26A

D组     P30=210KW

         Q30=157.5kvar

         S30=262.5kva

          I30=398.84A

E组     P30=130KW

         Q30=91kvar

         S30=158.69kva

         I30=241.1A

F组     P30=217.5KW

         Q30=163.125kvar

         S30=271.88kva

         I30=413.08A

全厂总负荷P30=858.85KW

         Q30=644.13825kvar

S30=1073.56kva

I30=1631.16A表1-1 本厂负荷统计资料表

序

号

车间设

备名称

安装容量（kw）

Kd

Tan

φ

Cos

φ

计算负荷

P

（kw）

Q

（kvar）

S

（KV.A）

1

纺练车间（B）

纺丝机

200

0．80

0.78

160

124.8

202.91

筒绞机

30

0.75

0.75

22.5

16.875

28.125

烘干机

85

0.75

1.02

63.75

65.025

91.06

脱水机

12

0.60

0.80

7.2

5.76

9.22

通风机

180

0.70

0.75

126

94.5

157.5

淋洗机

6

0.75

0.78

4.5

3.51

5.7

变频机

840

0.80

0.70

67.2

470.4

820.28

传送机

40

0.80

0.70

32

22.4

39.06

小计

870.36

462.616

1081.89

2

原液车间（A）

1200

0.75

0.70

900

630

1098.59

小计

3

酸站照明（E）

200

0.65

0.70

130

91

158.69

小计

4

锅炉照明（F）

290

0.75

0.75

217.5

163.125

163.125

小计

5

排毒车间照明（C）

180

0.70

0.60

126

75.6

146.94

小计

6

其他车间照明（D）

300

0.70

0.75

210

157.5

262.5

小计

7

全厂计算负荷

总计

858.85

644.138

1073.56

 主变压器容量的选择条件为SN.T≥S30，因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为1250KV.A（附表3。

）

1.3无功功率补偿

在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿。

无功功率指的是交流电路中，电压U与电流I存在一相角差时,电流流过容性电抗（XC）或感性电抗（XL）时所形成的功率分量。

这种功率在电网中会造成电压降落或电压升高和焦耳损失，却不能做出有效的功。

因而需要对无功功率进行补偿。

合理配置无功补偿是电力系统规划和设计工作中一项重要内容。

在运行中,合理使用无功补偿容量，控制无功功率的流动是电力系统调度的主要工作之一。

1.3.1无功补偿容量的确定

   由上述计算已知该工厂补偿前的计算负荷为,

 P30=858.85KW

          Q30=644.13825kvar

          S30=1073.56kva

             I30=1631.16A

若要求把功率因数提高到COSφ1≥0.9，COSφ2经查表取COSφ2=0.92 则：

  Qc=Pc（tanφ1-tanφ2）

=858.85（0.936-0.426）kvar

=438.014kvar

   选择并联电容器型号为BCMJ0.4—20—3  单个容量qc=20,则容电器的个数n===21.9≈22（个）。

1.3.2无功补偿后的主变压器容量和功率因数

变电电所低压侧的视在计算负荷为：

S‵30=kv.A=883kv.A

因此无功功率补偿后主变压器容量可选为1000KV.A变电所变压器的功率损耗为：

△    PT≈0.015×883KV.A=13.245KV.A

△    QT≈0.06×883KV.A=52.98KV.A

变电所高压侧的计算负荷为：

P30

（1）、=858.851KW+13.245KW=872.096KW

Q30

（1）、=（644.138-438.014）kvar+52.98kvar=259.104kvar

S30

（1）、=KV.A=909.73KV.A

在无功补偿后，企业的功率因数提高为：

COSφ

（1）===0.952

这一功率因数满足规定要求

1.3.3无功补偿前后主要容量的变化

主变压器容量在补偿后减小容量：

SN.T-SN.T1=1250KV.A-1000KV.A=250KV.A。

图2-1

2.1方案比较

表2-1

比较项目

方案一

方案二

技技术指标

供电安全性

满足要求

基本满足要求

供电可靠性

基本满足要求

稍差一点

供电质量

一台主变，电压损耗较大

一样

灵活方便性

采用高压断路器，停送电操作十分灵活方便

采用负荷开关，也可以带负荷操作

扩建适应性

一般

较差

经经济指标

电力变压器的综合投资额

S9－200单价7.47万元，变压器综合投资约为单价的2倍，因此其综合投资为2＊7.47＝14.9万元

一样

高压开关柜（含计量柜）的综合投资额

查表4－10得GG－1A（F）型按每台3.5万元计，而由表4－1查得其综合投资按设备价1.5倍，因此其综合投资为2＊1.5＊3.5＝10.5万元

一样

电力变压器和高压开关柜的年运行费

参照表4－2计算，主变各高压开关柜的折旧各维修管理费每年为2.903万元（其余略）

一样

交供电部门的一次性供电贴费

按800元/kVA,贴费为630＊0.08万元＝50.4万元

一样

从上表可以看出，按技术指标，方案一和方案二都比较适用于三级负荷，但考虑发生短路时方案二只能熔断器恢复供电的时间较长的缺点，而且可靠性不高，而方案一采用高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分方便，同时高压断路器有断电保护装置，在变电所发生短路和过负荷时均能自动跳闸，而且在短路故障和过负荷情况消除后，又可直接快速合闸，从而恢复供电的时间缩短，从经济指标来看，方案二比方案一投资稍低，但从长远的利益看，方案一比较好一些，因此决定采用方案一。

各配电干线、支线采用VV22型铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套内钢带铠装电力电缆，配电干线沿电缆沟敷设，配电箱到用电设备的配电支线有条件时沿电缆沟敷设，否则采用穿铁管沿地暗敷设。

动力配电箱采用型号为XL（F）-14、15落地式防尘型动力配电箱，动力配电箱安装高度是箱底离地面0.3米，箱底座用水泥、沙、砖堆砌作基础，并做好防小动物措施。

配电屏选择型号为GGD2A固定低压配电屏。

GGD2的技术参数

表2-2

额定电压（V）

380

额定电流

A

630

B

630

C

630

额定短路开断电流（KA）

35

IS额定短路时耐受电流（KA）

35

额定峰值耐受电流（KA）

65

外壳防护等级

IP30

2.2变压所变压器台数及容量选择

2.2.1变压所Ⅰ变压器台数及容量选择

变压所Ⅰ的供电负荷统计

同时系数取P∑P=0.9，K∑Q=0.95，计算出∑P30和∑Q30。

     ∑P30=0.9×（∑P30纺炼车间+P30锅炉房）

         =0.9×（1087.95+217.5）KW

         =1174.91KW

     ∑Q30=0.95×（∑Q30纺炼车间+Q30锅炉房）

         =0.95×（803.27+163.13）kvar         

=918.08kvar

变压所Ⅰ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）无功补偿试取

QC=400kvar

   补偿以后：

算出Q30=∑Q30-QC=518.08kvar

                  COSφ=

                       =

                       =0.91

                  =

                     =

变压所Ⅰ的变压器选择

为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：

                        =0.7×1284.06KV.A

                        =898.84KV.A

选择变压器型号为SL7系列，额定容量为1000kvA，两台。

查表取变压器各项参数：

SL7-1000/35  空载损耗1800W；负载损耗；阻抗电压6.5%；空载电流1.5%；短路损耗13500W

每台变压器的功率损耗（n=1），也可以用简化经验公式

2.2.2变电所Ⅱ变压器台数及容量选择

变压所Ⅱ的供电负荷统计

QC=400kvar

变压所Ⅱ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）无功补偿试取

QC=400kvar

变压所Ⅱ的变压器选择为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）

选SL7—800/35 空载损耗1540W；负载损耗；阻抗电压6.5%；空载电流1.6%；短路损耗11000W。

每台变压器的功率损耗（n=1），也可以用简化经验公式

变压所Ⅲ变压器台数及容量选择

供电给变电所Ⅰ的10KV线路

为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

计算变压器的损耗：

P; Q; S; I30。

先按经济电流密度选择导线经济截面：

由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得：

架空线的经济电流密度所以可得经济截面：

初选标准截面积为95

可选型号为LJ-95，其允许载流量为325A

按发热条件检验：

查附表7得LJ-95型铝绞线的载流量（室外25℃）。

325A＞I30=85A,因此满足发热条件。

供电给变电所Ⅱ的10KV线路

为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

计算变压器的损耗：

P; Q; S; I30。

先按经济电流密度选择导线经济截面：

由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得：

架空线的经济电流密度所以可得经济截面：

初选标准截面积为70 

可选型号为LJ-70，其允许载流量为265A

按发热条件检验：

265A＞I30=63.37A,因此满足发热条件

供电给变电所Ⅲ的10KV线路

为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

计算变压器的损耗：

P; Q; S; I30。

先按经济电流密度选择导线经济截面：

由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得：

架空线的经济电流密度所以可得经济截面：

初选标准截面积为16 

可选型号为LJ-16，其允许载流量为105A

按发热条件检验：

105A＞I30=16.41A,因此满足发热条件

第三章短路电流计算

3.1短路电流计算的目的及方法

短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。

进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。

在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。

短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。

接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。

在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。

对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。

最后计算短路电流和短路容量。

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。

3.2短路电流计算

本设计采用标幺制法进行短路计算

3.2.1确定基准值

取Sd=100MV·A,Uc1=37KV,Uc2=10.5KV,Uc3=0.40KV

而Id1=Sd/√3Uc1=100MV·A/（√3×37KV）=1.55KA

Id2=Sd/√3Uc2=100MV·A/（√3×10.5KV）=5.50KA                                 

Id3=Sd/√3Uc3=100MV·A/（√3×0.40）=144.34KA

3.2.2计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

电力系统（SOC=1500MV·A）

X1*=100MVA/1500MVA=0.07

架空线路（XO=0.4Ω/km）

X2*=0.4×19×100/（37.75×37）=0.56

电力变压器（UK%=6.5%）

X3*=X4*=UK%Sd/100Sn=（6.5×100×1000KVA）/（100×1600KVA）=4.06

3.2.3求k点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量

总电抗标幺值

X*Σ（K）=X1*＋X2*=0.07+0.56=0.63

三相短路电流周期分量有效值

IK（3）=Id1/X*Σ（K）=1.56/0.63=2.48KA

其他三相短路电流

I"（3）=I∞（3）=Ik（3）=2.48KA

ish（3）=2.55×2.48KA=6.32KA

Ish（3）=1.51×2.48KA=3.74KA

三相短路容量

S