某化纤毛纺厂总配变电所及高压配电设计 (1).doc
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西南科技大学城市学院本科生毕业论文49
毕业论文（设计）
论文题目：
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指导教师：
某化纤毛纺厂总配变电所及
高压配电系统设计
摘要：
工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。
工厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况,解决对各部门安全可靠，经济技术的分配电能的问题。
其基本内容有以下几方面：
进线电压的选择,变配电所位置的选择,短路电流的计算及继电保护,电气设备的选择,车间变电所位置和变压器数量、容量的选择,防雷接地装置设计等。
关键词:
计算负荷，继电保护，变压器，短路电流
Abstract:
Factorypowersupplysystemismeantocutdownthepowersystems’energyanddistributpowertoeachplantorworkshop,Itconsistsofstep-downsubstationplant,highpressuredistributionlines,substationplant,low-voltagedistributionlinesandelectricequipment.Thedesignoftotalstep-downsubstationanddistributionsystemisaccordingtothenumberandnatureoftheloadineachworkshops,therequirementsoftheloadinProductionprocessanddistributionoftheLoad,Combinationofthenationalpowersupplysituationtoresolveeachdepartments'problemthathowtodistributepowerSafely,reliablely,Economicallyandtechnology.Thebasiccontentsareasfollows,Linevoltageselection,Substationlocationselection,Calculationofshortcircuitcurrentandrelayprotection，Thechoiceofelectricalequipmentandtheplantsubstationlocation,Thenumberandcapacityoftransformers,thedesignofLightningGroundingDevice,andsoon.
Keywords:
Calculatedload,RelayProtection,transformers,short-circuitcurrent
目录
第一章绪论 6
1.1工厂供电的意义和要求 6
1.2工厂供电设计的一般原则 7
1.3设计要求 7
第二章设计背景资料 8
2.1工厂的总平面布置图 8
2.2工厂情况 8
2.3工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量 8
2.4工厂供用电协议 9
2.5工厂负荷性质 10
2.6工厂自然条件 10
第三章设计过程 10
3.1工厂负荷计算及无功功率补偿 10
3.1.1负荷计算 10
3.1.2无功功率补偿设计 12
3.2工厂总降压变电所位置和型式的选择 14
3.2.1变电所所址的选择 14
3.2.2变配电所型式的选择 15
3.2.3变电所主变压器台数和容量的选择 15
3.2.4变电所主变压器型式和联接组别的选择 16
3.3变电所主变压器和主接线方案的选择 16
3.3.1电气主接线的概述 16
3.3.2工厂电气主接线的设计原则和要求 17
3.3.3主接线的设计步骤 17
3.3.4供电基本接线型式 18
3.3.5配电所主接线方案的对比及选择 19
3.4计算短路电流 22
3.4.1产生短路的原因和短路的种类 22
3.4.2绘制计算电路图 23
3.4.3计算短路电流 23
3.5电气设备的选择校验 26
3.5.1高压电器选择的一般原则 26
3.5.2高压断路器的选择与校验 27
3.5.3低压断路器 27
3.5.4熔断器的选择与校验 28
3.5.5隔离开关的选择与校验 29
3.5.6电流互感器的选择与校验 29
3.5.7电压互感器的选择校验 30
3.5.8母线 31
3.5.9低压断路器 31
7.8.1 刀开关的选择和校验 32
7.8.2 高压开关柜 32
7.8.3 低压开关柜 32
按以上各设备的的选择和校验方法，总结为表６与表７：
33
7.8.4 高低压母线的选择 35
7.8.5 变电所进出线的选择和校验 35
7.8.6 10kV高压进线和引入电缆的选择 35
7.8.7 由总配电所至各车间变电所的一段引入电缆的选择校验 35
7.8.8 380V低压出线的选择 36
3.7变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 37
3.7.1高压断路器的操作机构控制与信号回路 37
3.7.2变电所的电能计量回路 38
3.7.3变电所的测量和绝缘监察回路 39
3.7.4变电所的保护装置措施 40
3.8变电所的防雷保护与接地装置的设计 44
3.8.1变电所的防雷措施 44
3.8.2变电所公共接地装置的设计 45
参考文献 46
第一章绪论
1.1工厂供电的意义和要求
工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。
电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用：
电能输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
因此电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是他在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。
电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现实现生产过程自动化。
从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。
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。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
（1）安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。
（4）经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
1.2工厂供电设计的一般原则
按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：
（1）遵守规程、执行政策；
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）安全可靠、先进合理；
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）近期为主、考虑发展；
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）全局出发、统筹兼顾。
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。
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。
作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
由此可见，一个好的供配电设计是一个工厂能顺利投产、运行、盈利的基石。
对于一个工厂来说，一套好的供配电设计是必须有的。
由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
1.3设计要求
设计的题目是“某花钱毛纺厂总配电所及高压配电系统设计”。
设计的详细数据将在随后的设计过程中给出，在此就不再重复了。
通过工厂供电设计准则进行设计，设计要求如下：
（1）工厂的负荷计算及无功补偿；
（2）确定工厂总配变电所的所址和型式；
（3）确定工厂总配变电所的主接线方案（要求从两个比较合理的方案中优选），总降压变电所要结合主接线方案的确定，确定主变压器型式、容量和数量；
（4）短路计算与动稳定度和热稳定度的校验，并选择一次设备；
（5）选择工厂进线及高压配电线路；
（6）选择电源进线的二次回路方案及整定继电保护；
（7）工厂总变电所防雷保护及接地装置的设计。
第二章设计背景资料
2.1工厂的总平面布置图
图2-1工厂的总平面布置图
2.2工厂情况
本厂主要从事生产化纤纺织产品以及印染精加工，年生产能力2.3×106米，其中：
厚织物占50%，中厚织物占30%，薄织物占20%。
全部产品中以腈纶为主体的混纺物占60%，以涤纶为主体的混纺物占40%。
2.3工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量
工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量如表2-1所示
表2-1各车间和车间变电所负荷计算表（380V）
序号
车间名称
设备容量
/kw
Kd
cosφ
tanφ
计算负荷
车间变电所代号
变压器台数及容量kVA
1
制条车间
340
0.8
0.80
N0.1车变
1×
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（K∑=0.9）
2
织造车间
525
0.8
0.80
N0.2车变
1×
染整车间
490
0.8
0.80
浴室、理发室
5
0.8
1.0
食堂
40
0.75
0.80
单身宿舍
50
0.8
1.0
小计（K∑=0.9）
3
锅炉房
151
0.75
0.80
N0.3车变
1×
水泵房
118
0.75
0.80
化验室
88
0.75
0.80
油泵房
14
0.75
0.80
小计（K∑=0.9）
2.4工厂供用电协议
（1）从电力系统的某35／10kv变电站，用双回10kv架空线路向工厂馈电。
系统变电站在工厂南0.5km。
（2）系统变电站馈电线的定时限过电流保护的整定时间Top=1.5s,要求工厂总配电所的保护整定时间不大于1s。
（3）在工厂总配电所的10kv进线侧进行电能测量。
工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。
（4）电力系统的短路数据，如表2-2所示。
其配电系统图，如图2-3所示。
表2-2电力系统10kv母线的短路数据
表2-2电力系统的短路数据
系统运行方式
10kv母线短路容量
备注
系统最大运行方式时
S（3）k·max=187MVA
电力系统可视为无限大容量
系统最小运行方式时
S（3）k·min=107MVA
图2-3配电系统图：
（5）供电贴费和每月电费制
电量计量：
在总配电所10KV侧计量。
供电局实行两部电价：
①基本电价：
按变压器安装容量每1千伏安每月4元计费。
②电度电价：
10KVß=0.06元/KW
③线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按每千瓦1000元计。
2.5工厂负荷性质
本厂多数车间为三班制，少数车间为一班或两班制，年最大有功负荷利用小时数位6000h。
本厂属于二级负荷。
2.6工厂自然条件
本场所在地区平均海拔215m，地层以砂粘土为主，地下水位5m；年最气温为40℃，年平均气温29℃，年最低气温1℃，年最热月平均最高气温为32℃，年最热月平均气温为31℃，年最热月地下0.8m处平均为31℃，当地主导风向南风，年雷暴日数为35天。
第三章设计过程
3.1工厂负荷计算及无功功率补偿
3.1.1负荷计算
1、负荷计算的意义
在电力系统中，用电设备需用的电功率称为电力负荷，简称负荷或功率。
功率是表示能量变化速率的一个重要物理量。
电功率又分为有功功率、无功功率和视在功率。
电阻性用电设备总是消耗能量的，电阻所消耗的功率称为有功功率，用字母P表示；纯电感（或纯电容）性设备能够储存能量，但不消耗能量，它只是与电源之间进行能量的交换，时而由电源吸收能量储存在磁场（或电场）中，时而又将储存的能量释放，电感（或电容）并未真正消耗能量。
这种与电源进行交换能量的功率，称为无功功率，用字母Q表示；视在功率，在三相交流电路中是乘以线电压与线电流，用字母S表示。
计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷。
它是设计时作为选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的重要依据。
2、负荷计算的内容和目的
在进行工厂供电设计时，基本的原始资料为工艺部门提供的各种用电设备的产品铭牌数据，如额定容量，额定电压等，这是设计的依据。
但是能否简单地用设备额定容量来选择导体和各种供电设备呢？
显然是不能的。
因为所安装的设备并非都同时运行，而且运行的设备实际需用的负荷也并不是每一时刻都等于设备的额定容量，而是在不超过额定容量的范围内，时大时小地变化着。
所以直接用额定容量（也称安装容量）选择供电设备和供配电系统，必将导致有色金属的浪费和工程投资的增加。
因而，供配电设计的第一步，需要计算全厂和各车间的实际负荷。
负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器、开关等。
负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。
负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。
因此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。
负荷计算主要包括：
（1）求计算负荷（也称需用负荷）。
目的是为了合理地选择各级电压供电网络、变压器容量和电气设备型号等。
（2）算出尖峰电流。
用于计算电压波动、电压损失，选择熔断器和保护元件等。
（3）算出平均负荷。
用来计算全场电能需要、电能损耗和选择无功补偿装置等。
3、负荷计算的方法
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。
由于载流导体一般通电半小时（30min）后即可达到稳定的温升值，因此通常取“半小时最大负荷”作为按发热条件选择电气元件的计算负荷。
有功计算负荷表示为P30，无功计算负荷表示为Q30，时在计算负荷表示为S30，而计算电流表示为I30。
目前负荷计算常用需要系数法、二项式法和利用系数法，此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和ABC法等。
用电设备组计算负荷的确定，在工程中常用的是需要系数法和二项式法。
需要系数法是世界各国普遍应用的确定计算负荷的方法，而二项式法应用的局限性较大，主要应用于机械加工企业。
关于以概率论为理论基础而提出的用以取代二项式法的利用系数法，由于计算比较繁复而未能得到普遍应用。
当用电设备台数较多、各台设备容量相差不甚悬殊时，宜采用需要系数法来计算。
采用此方法计算用电设备组的负荷时，应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需要系数Kd，然后按照公式求出改组用电设备的计算负荷。
当用电设备台数较少而容量又相差悬殊时，宜采用二项式法计算。
无论采用哪一种计算方法来确定用电设备组的计算负荷，首先要正确判别用电设备的类别和工作性质，准确的分组。
例如机修车间的机床，应属于小批量生产的冷加工机床。
又如压塑机、拉丝机等，则应属热加工机床。
此设计采用的是需要系数法来对电力负荷计算。
因为需要系数是用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。
这种方法简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。
采用利用系数法求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，计算过程十分繁琐。
而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑。
单位产品耗电量法主要适用于某些工业。
负荷计算公式：
P30=Kd*Pe
Q30=P30*tanφ
S30=P30／COSφ
I30=S30／（UN√3）
Pe—用电设备组总的设备容量（不含备用设备容量，单位为kw）,UN—用电设备组的额定电压（单位为kv）。
表3-1某化纤毛纺厂负荷计算表
序号
车间名称
设备容量
/kw
Kd
cosφ
tanφ
计算负荷
车间变电所代号
变压器台数及容量kVA
1
制条车间
340
0.8
0.80
N0.1车变
1×1200
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（K∑=0.9）
2
织造车间
525
0.8
0.80
N0.2车变
1×1250
染整车间
490
0.8
0.80
浴室、理发室
5
0.8
1.0
食堂
40
0.75
0.80
单身宿舍
50
0.8
1.0
小计（K∑=0.9）
3
锅炉房
151
0.75
0.80
N0.3车变
1×400
水泵房
118
0.75
0.80
化验室
88
0.75
0.80
油泵房
14
0.75
0.80
小计（K∑=0.9）
3.1.2无功功率补偿设计
按我国原电力工业部1996年颁布实施的《供电营业规则》规定：
“用户应在提高用电自然功率因数的基础上，按有关标准设计和安装无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送。
除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：
100kVA及以上高压供电的用户，功率因数为0.9以上。
其他电力用户和大、中型电力排灌站、泵购转售电企业，功率因数为0.85以上。
农业用户，功率因数为0.80。
凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可拒绝接电。
对已送电用户，供电企业应督促和帮助用户采取措施，提高功率因数。
对在规定期限内仍未采取措施达到上述要求的用户，供电企业可以中止或限制供电。
”因此工厂的功率因数达不到上述要求时，必需增设无功功率的人工补偿装置。
1、无功功率的人工补偿装置
无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。
由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。
并联电容器的补偿方式，有以下三种：
①、高压集中补偿电容器集中装设在变电所的高压电容器室内，与高压母线相联。
②、低压集中补偿电容器集中装设在变电所的低压电容器室内，与低压母线相联。
③、低压分散补偿电容器分散装设在低压配电箱旁或与用电设备并联。
2、并联电容器的选择与计算
⑴、无功功率补偿容量（单位为kvar）的计算:
QC1=P30（tanφ1-tanφ2）
式中P30—工厂的有功计算负荷，单位为kw；
tanφ1—对应于补偿前功率因数cosφ1的正切；
tanφ2—对应于补偿后达到功率因数cosφ2的正切。
⑵并联电容器个数的计算：
N=Qc／qc
式中qc—单个电容器的容量，单位为kvar。
注意：
对于单相电容器，n应取为3的整数倍，以便三相均衡分配。
表3-2无功功率补偿量及设备选择
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