某化纤毛纺厂总配变电所及高压配电.docx
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某化纤毛纺厂总配变电所及高压配电
第一章绪论1
1.1工厂供电发展及现状1
1.2工厂供电设计原则1
1.3本设计的意义1
1.4本设计的主要内容2
第二章负荷计算及无功功率补偿3
2.1电力负荷3
3
3
2.2具体的负荷计算4
4
2.3无功功率补偿8
10
11
11
2.4工厂总配电所的计算负荷12
第三章变电所主变压器和主接线方案的选择14
3.1变电所主变压器的选择14
14
15
15
3.2变电所主接线方案的选择15
16
16
第四章短路电流计算17
4.1短路电流的基本概念17
17
17
4.2短路电流计算17
17
21
25
第五章变电所一次设备的选择校验29
5.1变电所一次设备分类29
5.2变电所一次设备的选择29
29
30
5.3高低压母线的选择35
第六章变电所进出线的选择36
6.1电力线路36
36
6.2变电所进出线的选择校验37
6.2.110kV高压进线和引入电缆的选择37
6.2.2380V低压出线的选择37
第七章变电所二次回路方案的选择与继电保护整定40
7.1过电流保护装置的类型和任务40
7.2电力变压器的继电保护40
41
第八章变电所的防雷保护与接地装置设计46
8.1防雷设备46
8.2变电所防雷保护46
46
46
8.3变电所公共接地装置的设计47
第九章结论48
参考文献：
49
第一章绪论
1.1工厂供电发展及现状
电能广泛应用于国民经济、社会生产和人民生活的各个方面，绝大多数电能都由电力系统中的发电厂提供，电力工业已成为我国实现现代化的基础。
而我国现有的配电网很薄弱，绝大多数为树状结构，且多为架空线，可靠性差。
尤其在农村送电距离太长，配电设备比较陈旧，配电网运行状态监测设备少，信息传输通道缺乏。
这些导致事故处理自动化程度低，处理时间长，事故后恢复供电慢。
加强配电网的建设，提高配电网的管理水平和电网自动化程度显得尤为重要。
我国已在近期内重点投资改造和建设配电网，合理增加变电站，完善配电网络，提高配电自动化水平。
为此，不断涌现的新理论、新方法、新技术、新设备，把计算机技术、通信技术与传统的变电技术相结合形成的现代变电技术在供变电系统中得到快速发展和应用。
1.2工厂供电设计原则
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。
因此，设计中必须遵循以下要求[1]：
（1）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）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、能耗低和性能先进的电气产品。
（3）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）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。
1.3本设计的意义和工作
1.3本设计的意义
工厂供电设计工作的目的就是为工业生产服务，保证生产和生活用电的需要。
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。
同时做好工厂供电设计有利于实现资源的优化配置，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
1.4本设计的主要内容
本设计就是根据工程实际，对某化纤毛纺厂总配电所及高压配电一次系统和部分二次系统进行总体设计。
其主要内容如下：
①根据工厂的布置、生产任务、规模及产品规格，求出各车间负荷情况。
②根据车间变电所的容量以及供用电协议，对该厂的设备进行选择。
③提出该厂的总配变电所及高压配电系统的具体设计方案。
④对该系统的供电可靠性进行探讨。
第二章负荷计算及无功功率补偿
2.1电力负荷
电力负荷又称电力负载，其有两种含义：
（1）指耗用电能的用电设备或用电单位，如重要负荷等；
（2）指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如轻负载等。
按规定，电力负荷根据其对供电可靠性的要求以及中断供电造成的损失或影响分为三级[2]：
①一级负荷
一级负荷为中断供电将造成人身伤亡；或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备的损坏等。
在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。
②二级负荷
二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失，如主要设备的损坏等。
③三级负荷
三级负荷为一般电力负荷，指所有不属于上述一、二级的负荷。
①一级负荷对供电电源的要求
由于一级负荷属于重要负荷，如中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两个电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不至于同时受到损坏。
一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源，为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。
②二级负荷对供电电源的要求
二级负荷也属于重要负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应有两台。
其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。
③三级负荷对供电电源的要求
三级负荷属于不重要的一般负荷，对供电负荷没有特殊要求。
2.2具体的负荷计算
计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。
用电设备组计算负荷的确定，在工程中常用的有需要系数法和二项式法，前者应用最为普遍。
当用电设备台数较多、各台设备容量相差不大时，通常采用需要系数法计算。
当用电设备台数较少而容量又相差悬殊时，则宜采用二项式法计算[3]。
本次设计采用需要系数法进行负荷计算。
表2-1各车间变电所资料
序号
车间（单位）名称
设备容量kw
Kd
1
制条车间
340
0.8
0.80
纺纱车间
340
0.8
0.80
饮水站
86
0.65
0.80
锻工车间
37
0.2
0.65
机修车间
296
0.3
0.50
幼儿园
12.8
0.6
0.60
仓库
38
0.3
0.50
小计（
）
2
织造车间
525
0.8
0.80
染造车间
490
0.8
0.80
浴室、理发室
5
0.8
1.00
食堂
40
0.75
0.80
单身宿舍
50
0.8
1.00
小计（
）
3
锅炉房
151
0.75
0.80
水泵房
118
0.75
0.80
化验室
50
0.75
0.80
油泵房
28
0.75
0.80
小计（
）
根据表2-1，可得：
①一号车间变电所的计算负荷：
1）制条车间的计算负荷
有功计算负荷的计算公式：
（2.1）
所以：
制条车间的有功计算负荷：
无功计算负荷的计算公式：
（2.2）
所以：
制条车间的无功计算负荷：
2）纺纱车间的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
3）饮水站的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
4）锻工车间的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
5）机修车间的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
6）幼儿园的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
7）仓库的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
8）一号车间变电所的计算负荷
有功计算负荷的计算公式：
（2.3）
所以：
一号车间的有功计算负荷：
无功计算负荷的计算公式：
（2.4）
所以：
一号车间的无功计算负荷：
视在负荷和计算电流公式：
（2.5）
（2.6）
所以：
一号车间变电所视在负荷：
计算电流：
②二号车间变电所的计算负荷：
1）织造车间的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
2）染造车间的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
3）浴室、理发室的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
4）食堂的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
5）单身宿舍的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
6）二号车间变电所的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
视在负荷：
计算电流：
③三号车间变电所的计算负荷
1）锅炉房的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
2）水泵房的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
3）化验室的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
4）油泵房的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
5）三号车间变电所的计算负荷
有功计算负荷：
无功计算负荷：
视在负荷：
计算电流：
2.3无功功率补偿
由表2-2可知，该厂的三个车间变压器380V侧最大负荷时的功率因数分别只有0.74、0.81和0.80。
而供电部门要求10kV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。
考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，故取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量。
设计采用PGL1型低压无功功率自动补尝屏作无功功率补偿。
PGL1型低压无功功率自动补尝屏有1、2、3、4四种方案，其中1、2屏为主屏，3、4屏为辅屏。
1、3屏各有6支路，电容器为BW0.4-14-3型，每屏共84kvar，采用6步控制，每步投入14kvar。
2、4屏各有8支路，电容器亦为BW0.4-14-3型，每屏共112kvar，采用8步控制，每步亦投入14kvar。
表2-2全厂各车间负荷计算数据表
序号
车间（单位）名称
设备容量kw
Kd
1
制条车间
340
0.8
0.80
0.75
272.00
204.00
340.00
516.58
纺纱车间
340
0.8
0.80
0.75
272.00
204.00
340.00
516.58
饮水站
86
0.65
0.80
0.75
55.90
41.93
69.88
106.16
锻工车间
37
0.2
0.65
1.17
7.40
8.65
11.38
17.30
机修车间
296
0.3
0.50
1.73
88.80
153.81
177.60
269.84
幼儿园
12.8
0.6
0.60
1.33
7.68
10.24
12.80
19.45
仓库
38
0.3
0.50
1.73
11.40
19.75
22.80
34.64
小计（
）
0.74
643.66
578.13
865.18
1314.51
2
织造车间
525
0.8
0.80
0.75
420.00
315.00
525.00
797.65
染造车间
490
0.8
0.80
0.75
392.00
294.00
490.00
744.48
浴室、理发室
5
0.8
1.00
0.00
4.00
0.00
4.00
6.08
食堂
40
0.75
0.80
0.75
30.00
22.50
37.50
56.98
单身宿舍
50
0.8
1.00
0.00
40.00
0.00
40.00
60.77
小计（
）
0.81
797.40
568.35
979.22
1487.77
3
锅炉房
151
0.75
0.80
0.75
113.25
84.94
141.56
215.08
水泵房
118
0.75
0.80
0.75
88.50
66.38
110.63
168.08
化验室
50
0.75
0.80
0.75
37.50
28.13
46.88
71.22
油泵房
28
0.75
0.80
0.75
21.00
15.75
26.25
39.88
小计（
）
0.80
234.23
175.67
292.78
444.84
低压侧需装设的并联电容器容量为
（2.7）
所以：
取
补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为
（2.8）
所以：
变压器的功率损耗为
（2.9）
（2.10）
变电所高压侧的计算负荷为
无功功率补偿后，一次侧最大负荷时功率因数为
满足规定要求
选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）3台相组合，总容量84kvar×4=336kvar。
无功补偿后380V侧和10kV侧的负荷计算如表2.3所示。
表2-3一号车间变电所无功功率补偿计算
项目
计算负荷
380V侧补偿前负荷
0.74
643.66
578.13
865.18
1314.50
380V侧无功补偿容量
-336.00
380V侧补偿后负荷
0.92
643.66
242.13
687.70
1044.88
主变压器功率损耗
10.32
41.26
10kV侧负荷总计
0.917
653.98
283.40
712.74
41.15
低压侧需装设的并联电容器容量为
取
补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为
变压器的功率损耗为
变电所高压侧的计算负荷为
无功功率补偿后，一次侧最大负荷时功率因数为
满足规定要求
选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）2台相组合，总容量84kvar×3=252kvar。
无功补偿后380V侧和10kV侧的负荷计算如表2-4所示。
表2-4二号车间变电所无功功率补偿计算
项目
计算负荷
380V侧补偿前负荷
0.81
797.40
568.35
979.22
1487.77
380V侧无功补偿容量
-252.00
380V侧补偿后负荷
0.92
797.40
316.35
857.86
1303.42
主变压器功率损耗
12.87
51.47
10kV侧负荷总计
0.910
810.27
367.82
889.85
51.38
低压侧需装设的并联电容器容量为
取
补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为
变压器的功率损耗为
变电所高压侧的计算负荷为
无功功率补偿后，一次侧最大负荷时功率因数为
满足规定要求
-选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用方案1（主屏）1台，总容量84kvar×1=84kvar。
无功补偿后380V侧和10kV侧的负荷计算如表2-5所示。
表2-5三号车间变电所无功功率补偿计算
项目
计算负荷
380V侧补偿前负荷
0.8
234.23
175.67
292.79
444.84
380V侧无功补偿容量
-84.00
380V侧补偿后负荷
0.92
234.23
91.67
251.53
382.17
主变压器功率损耗
3.77
15.09
10kV侧负荷总计
0.912
238.00
106.76
260.85
15.06
2.4工厂总配电所的计算负荷
根据表2-1计算总配电所的负荷：
有功计算负荷：
无功计算负荷：
视在负荷：
计算电流：
第三章变电所主变压器和主接线方案的选择
变电所担负着从电力系统受电，经过变压然后分配电能的任务。
配电所担负着从电力系统受电，然后直接分配电能的任务，变配电所是工厂供电系统的枢纽。
工厂变电所又分总降压变电所（把35kV以上电压降为10kV或6kV电压）和车间变电所（把10kV或6kV电压降为220/380V电压）。
一般中小型工厂不设总降压变电所[4]。
3.1变电所主变压器的选择
已知该毛纺化纤厂属一般中小型工厂，对供电负荷没有特殊要求，所以从电力系统的35kV/10kV变电站直接向车间变电所供电。
选择主变压器台数时应考虑下列原则：
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，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。
对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。
②对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。
③除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。
但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。
④在确定变电所主变压器的台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。
本次设计的三个变电所均为车间变电所，根据其负荷性质和供电要求，设计时采用一台变压器。
电力变压器的联结组别，是指变压器一、二次绕组因采取不同的联结方式而形成变压器一、二次侧对应线电压之间的不同相位关系。
6~10kV配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见的联结组[6]。
三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不超过低压绕组额定电流25%，且供电系统中谐波干扰不太严重时，三相配电变压器的联结组可选Yyn0。
当由于单相不平衡负荷引起的中性线电流超过变压器低压绕组额定电流25%时，或供电系统中存在较大的“谐波源”，高次谐波电流突出时，三相配电变压器的联结组宜选Dyn11。
本设计的三个车间变电所均采用Yyn0联结的配电变压器。
只装一台主变压器的变电所，主变压器容量
应满足全部用电设备总计算负荷
的需要，即
（3.1）
车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000kV.A。
①一号变电所主变压器容量的选择
由表2.2可知一号变压器视在负荷
为712.74kV.A，
取
即选一台S9-800/10型低损耗配电变压器。
②二号变电所主变压器容量的选择
由表2.2可知二号变压器视在负荷
为889.85kV.A，
取
即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。
③三号变电所主变压器容量的选择
由表2.2可知三号变压器视在负荷
为260.85kV.A，
取
即选一台S9-315/10型低损耗配电变压器。
3.2变电所主接线方案的选择
主接线图即主电路图，是表示系统中电能输送和分配路线的电路图，亦称一次电路图。
①有工厂总降压变电所或高压配电所的非独立式变电所
其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，一般都安装在高压配电线路的首端，即总变配电所的高压配电室内，而车间变电所只设变压器和低压配电室，其高压侧多数不装开关，或只装简单的隔离开关、熔断器和避雷器等。
②无工厂总降压变电所和高压配电所的独立式变电所
工厂内无总变、配电所时，其车间变电所就是工厂的降压变电所，其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等都必须配备齐全，所以一般要设置高压配电室。
在变压器容量较小、供电可靠性要求不高的情况下也可不设高压配电室，其高压侧的开关电器就装设在变压器室的墙上或电杆上，在低压侧计量电能；或者高压开关柜就装在低压配电室内，在高压侧计量电能[6]。
图3.1变电所主接线方案
第四章短路电流计算
4.1短路电流的基本概念
所谓短路，就是指电力系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间、相与地之间的短接。
其特征就是短接前后两点的电位差会发生显著变化[7]。
发生短路故障时，由于短路回路中的阻抗大大减小，短路电流与正常工作电流相比增加很大。
强大的短路电流在其回路中所产生的热效应及电动效应会使电气设备受到破坏；不对称接地短路所产生的零序电流，会在临近的通信线路中产生感应电动势干扰通信，严重时会危及人身和设备的安全。
计算短路电流的目的是为了限制短路危害和缩小故障的影响范围。
在变电所和供电系统的设计和运行中，进行短路电流计算有以下用途：
①选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。
②选择和整定继电保护装置，使之能准确地切除短路故障。
③确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施[8]。
4.2短路电流计算
短路电流的计算方法分为有名单位制法（欧姆法）和相对单位制法（标幺制法）。
本次设计采用标幺制法进行短路电流计算。
①系统最大运行方式时短路电流计算
1）绘制计算电路
图4.1短路计算电路
2）确定基准值设Sd=100MVA,Ud=Uc,高压侧Ud1=10.5kV,Ud2=0.4kV,则
（4.1）
所以：
3）计算短路电路中各原件的电抗标幺值
a.电力系统
（4.2）
所以：
b.架空线查表得LGJ-150的
，线路长0.5km,故
（4.3）
所以：
c.电力变压器查表得
故
（4.4）
所以：
绘制等效电路，
图4-2等效电路
4）计算k-1点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
a.总电抗标幺值
b.三相短路电流周期分量有效值
（4.5）
所以：
c.其它短路电流
（4.6）
（4.7）
（4.8）
d.三相短路容量
（4.9）
所以：
5）计算k-2点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
a.总电抗标幺值
b.三相短路电流周期分量有效值
c.其它短路电流
（4.10）
（4.11）
d.三相短路容量
表4-1短路计算结果
短路计算点
三相短路电流/kA
三相短路容量/MVA
k-1
7.97
7.97
7.97
20.32
12.03
144.93
k-2
22.78
22.78
22.78
41.92
24.83
15.82
②系统最小运行方式时短路电流计算
1）绘制计算电路
图4-3短路计算电路
2）确定基准值设Sd=100MVA,Ud=Uc,高压侧Ud1=10.5kV,Ud2=0.4kV,则
3）计算短路电路中各原件的电抗标幺值
a.电力系统
b.架空线查表得LGJ-150的
，线路长0.5km,故
c.电力变压器查表得
故
绘制等效电路，
图4.4等效电路
4）计算k-1点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
a.总电抗标幺值
b.三相短路电流周期分量有效值
c.其它短路电流
d.三相短路容量
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