塑料制品厂全厂总降压变电所及配电系统设计.docx

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课程设计讲明书

题目:

 塑料制品厂全厂总降压变电所及配电系统设计

院（部）：

 电气与信息工程学院

专业班级：

 电气10-6班

学生姓名：

刘飞强易怀权黄超

彭德霖李建楚衍春

指导教师：

 杨岸

2013 年 7 月 6 日

摘要

某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计是对工厂供电的设计。

本设计对工厂供电方式、要紧设备的选择、爱护装置的配置及防雷接地系统进行了相应的叙述，其中还包括全厂的负荷计算、高压侧和低压侧的短路计算、设备选择及校验、要紧设备继电爱护设计、配电装置设计、防雷和接地设计等。

本设计通过计算出的有功、无功和视在功率选择变压器的大小和相应要紧设备的要紧参数，再依照用户对电压的要求，计算补偿功率，从而得出所需补偿电容的大小与个数。

依照国家供电部门的相关规定，画出总配变电所及配电系统的主接线图。

电气主接线对电气设备的选择，配电所的布置，运行的安全性、可靠性和灵活性，对电力工程建设和运行的经济节约等，都有专门大的阻碍。

关键词：

变电所，负荷计算，设备选型，继电爱护

ABSTRACT

Thewholeplantdistributionsubstationandpowerdistributionsystemdesignofaplasticproductsfactoryisforpowerplantdesign.Thedesignmakesthenarrativeaboutthefactorypowersupply,mainequipmentselection,protectiondeviceconfigurationandgroundingsystemforlightningprotection,whichalsoincludestheloadcalculationofthefactory,theshortcircuitcurrentcalculationofthehighpressuresideandlowpressureside,equipmentselectionandvalidation,themainequipmentrelayprotectiondesign,powerdistributionequipmentdesign,lightningprotectionandgroundingdesign.Thisdesignisbasedonthecalculationoftheactivepower,reactivepower andapparentpowertransformerandthesizeofthecorrespondingmainequipmentmainparameter,thenworksoutthecompensationcomputingpoweraccordingtouserrequirementstovoltage.Thusitcanobtainthedesirablesizeandnumberofcompensationcapacitor.

Accordingtotherelevantprovisionsofthenationalelectricitysector,thedesigndrawsthemainconnectiondiagramaboutthetotaldistributionsubstationandpowerdistributionsystem.Mainelectricalconnectionhavegreatinfluenceontheelectricalequipmentselection,thelayoutofthedistribution, operationsafety,reliabilityandflexibility,alsopowerengineeringconstructionandeconomyoftheoperationandsoon.

Keywords:

 substations,loadcalculation,equipmentselection,relayprotection

1设计任务

1.1 设计原则

由于该厂属于二类负荷，因此其是电力系统网络结构的重要组成部分。

因此应和电气设计的原则一致，即应满足可靠性、灵活性、经济性。

1.2 设计内容

设计某塑料制品厂全厂总降压变电所及配电系统设计。

1.3 设计要求

1.No1，No2，No5车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器。

且No1，No2为暗备用，No5为明备用。

2.主变压器设置两台，且明备用。

3.两条架空线选择为暗备用。

1.4 设计依据

（1）本厂设有薄膜、单丝、管材、注射等四个车间，设备选型全部采纳我国新定型设备其外还有辅助车间及其它设施。

（2）厂用负荷：

全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380伏侧）。

（3）本场与电业部门的供电协议：

1）该厂由处于厂南侧一公里的110/35千伏变电所用35千伏架空线路向其供电，该所在城南侧1km。

2）电业部门变电所配出线路定时限过电流爱护装置的整定时刻为2s，工厂配电所应不大于1.3s。

3）工厂的功率因数值要求在0.9以上。

4）供电系统技术数据：

电业部门变电所35kv母线为无限大电源系统，其短路容量200兆伏安

（4）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刻为5000小时，属于二级负荷。

（5）本厂自然条件：

1）本地区最热月平均最高温度为35摄氏度。

2）土壤中0.7—1深处一年最热月平均温度为20摄氏度。

3）年雷暴日为30天。

4）土壤冻结深度为1.10米。

5）主导风向夏季为南风。

（6）地质水文条件：

1）本厂地表面比较平坦，土壤要紧成分为积土及砂质粘土，层厚为1.6—7米不等。

2）地下水位一般为0.7米，

3）地耐压力为20吨/平方米。

2负荷计算

依照公式：

分不计算出各车间的有功和无功功率及视在功率的计算值填入表2-1

表2-1全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380伏侧）

序

号

车间或

用电设

备组名

称

设备

容量（千瓦）

需要系数

功率因数

Cos

功率因数脚正切tan

计算负荷

有功

（千瓦）

无功

（千乏）

视在

（千伏安）

（1）变电所

1

薄膜车间

1400

0.6

0.6

1.33

840

1117．2

1400

2

原料库

30

0.25

0.5

1.73

7.5

12.975

15

3

生活间

10

0.8

1

0

8

0

8

4

成品库

（一）

25

0.3

0.5

1.73

7.5

12.975

15

5

成品库

（二）

24

0.3

0.5

1.73

7.2

12.456

14.4

6

包装材料库

20

0.3

0.5

1.73

6

10.38

12

7

小计

1509

—

—

—

876.2

1165.986

1464.4

（2）变电所

1

单丝车间

1385

0.6

0.6

1.33

831

1105.23

1385

2

水泵及设备

20

0.65

0.8

0.75

13

9.75

16.25

3

小计

1405

—

—

—

844

1114.98

1401.25

（3）变电所

1

注塑车间

189

0.4

0.6

1.33

75.6

100.548

126

2

管材车间

880

0.35

0.6

1.33

308

409.64

513.333

3

小计

1069

—

—

—

383.6

510.188

639.333

（4）变电所

1

备料复制车间

138

0.6

0.5

1.73

82.8

143.244

165.6

2

生活间

10

0.8

1

0

8

O

8

3

浴室

3

0.8

1

0

2.4

0

2.4

4

锻工车间

30

0.3

0.65

1.17

9

10.53

13.846

5

原料生活间

15

0.8

1

0

12

0

12

6

仓库

15

0.3

0.5

1.17

4.5

5.625

9

7

机修模具车间

100

0.25

0.65

1.73

25

43.25

38.462

8

热处理车间

150

0.6

0.7

1.02

90

91.8

128.571

9

铆焊车间

180

0.3

0.5

1.73

54

93.42

108

10

小计

641

—

—

—

287.7

387.509

482.63

（5）变电

1

锅炉房

200

0.7

0.75

0.88

140

123.2

186.667

2

实验室

125

0.25

0.5

1.73

31.25

54.0625

62.5

3

辅助材料库

110

0.2

0.5

1.73

22

38.06

44

4

油泵房

15

0.65

0.8

0.75

9.75

7.3125

12.1875

5

加油站

10

0.65

0.8

0.75

6.5

4.875

8.125

6

办公室招待所食堂

15

0.6

0.6

1.33

9

11.97

15

7

小计

475

—

—

—

218.5

190.481

328.48

8

全厂合计

5099

—

—

—

2610

3369.144

4319.342

9

乘以参差系数全厂合计（=0.9， =0.95）

2349

3200.687

3970.164

3无功功率计算和电气设备选择

3.1无功功率计算及补偿电容器选择

此设计采纳补偿电容器方法改善功率因数设计思路如下：

依据设计依据，要求本厂功率因数在0.9以上，而本厂的无功功率明显大于有功功率：

cos=2349/3970.164=0.592

远远小于要求的功率因数，因此需要进行无功补偿，选择在10KV高压母线侧进行人工补偿，采纳固定补偿，即补偿电容器不随负荷变化而变化。

选择功率因数为0.95.

Qc==2349tan（arccos0.592）-2349tan（arccos0.95）=2425.8Kvar

有计算数据能够得到要补偿的功率，总共补偿2400kvar，故选用12个BWF10.5-120-1W并联电容器进行补偿。

3.2变压器选型

3.2.1 主变压器选型

由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采纳两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷接着供电，故选两台变压器。

依照主变压器的确定原则：

若发电机电压母线上接有两台或以上主变压器，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器在同意正常过负荷范围内应能输送剩余功率的70%以上。

依照设计要求主变压器为明备用，明备用时每台容量按SN.T≥1.0×2349/0.95kVA=2472.63kVA，须选两台SJL1-3150/35型变压器，其联接组不采纳Yd11。

因此无功补偿后工厂380V侧和35KV侧的负荷计算如表3-2所示。

查表得：

空载损耗 P0=5Kw；

负载损耗 Pk=33kw；

空载电流I0%=1.2；

阻抗电压Uk%=7；

主变压器功率损耗：

=

=

= 

=

3.2.2各变电所变压器选择

（1） 安装两台变压器互相暗备用，其容量按

SN.T≥0.7×=0.7×1464.4kVA=1025.08kVA

因此选两台S9-1250/10型低损耗配电变压器，其联接组不采纳Yd11。

（2） 安装两台变压器互相暗备用，其容量按

SN.T≥0.7×=0.7×1401.25kVA=980.7kVA

因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器，其联接组不采纳Yyn0。

（3） 安装一台变压器，其容量按

SN.T≥=639.333kVA

因此选一台S9-800/10型低损耗配电变压器，其联接组不采纳Yyn0。

（4） 安装一台变压器，其容量按

SN.T≥=485.879kVA

因此选一台S9-500/10型低损耗配电变压器，其联接组不采纳Yyn0。

（5） 安装两台变压器互相明备用，其容量按

SN.T≥1.0×=1.0×328.48kVA=328.48kVA

因此选两台S9-350/10型低损耗配电变压器，其联接组不采纳Yyn0。

表3-1 各变压器型号及其参数

型号

额定电压/kV

连接组不

损耗/W

空载电流（%）

阻抗电压（%）

高压

低压

空载电流

阻抗电压

主变压器两台暗备用

SJL1-2500/35

35

10.5

Yd11

4250

27500

1.3

6.5

两台明备用

S9-1250/10

10

0.38

Yd11

2200

16300

1.3

6.5

两台明备用

S9-1000/10

10

0.38

Yyn0

1800

13500

1.4

6.5

选一台

S9-800/10

10

0.38

Yyn0

1540

11000

1.5

6.5

选一台

S9-500/10

10

0.38

Yyn0

1080

7700

1.9

6.5

两台明备用

S9-400/10

10

0.38

Yyn0

640

4400

2

6.5

表3-2 无功补偿后工厂的计算负荷

项目

cos¢

计算负荷

/kW

/kvar

/kVA

380V侧补偿前负荷

0.592

2349

3200.687

3970.164

380V侧无功补偿容量

-2400

380V侧补偿后负荷

0.9465

2349

800.687

2481.7

N01变压器功率损耗

15.58

87.5

N02变压器功率损耗

16.82

88

N03变压器功率损耗

8.56

61.4

N04变压器功率损耗

8.24

39.7

N05变压器功率损耗

7.2

53.4

主变压器功率损耗

50.6

347.256

35KV侧负荷总计

0.856

2450

1478

2862

3.3架空线的选择

1.由于本厂由电业部门某一110/35千伏变电所供电且两台主变压器互相明备用，按照要求架空线选择两条互相暗备用。

2.架空线截面积的选择

依照要求并结合电力电缆的截面选择：

当电缆的最大负荷利用小时数>5000h，长度超过20m以上，均应按经济电流密度选择。

.按经济电流密度选择导线截面积

线路的负荷为：

Sc=2862KVA

线路在工作时的最大工作电流：

Ig=1/2/（*）=0.5*2862/（*35）=23.6A

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5000小时，属于二级负荷。

其钢芯铝线的电流密度J=1.15因此导线的经济截面面积：

=Ig/J=23.6/1.15=20.52mm2

考虑到线路投入使用的长期进展远景，并结合本地区气象条件，选用截面积为50mm2的导线，因此35KV架空线为LGJ-50的导线。

2）.按长时同意电流校验导线截面积。

查表得LGJ-50型裸导线的长时同意电流Iy=220A（）当环境温度为35度时，导线最高工作温度为70度。

由综合修正系数

则其长时同意电流为：

=220*0.88=193.6A

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：

=/（*）=3150/（）=51.96A。

由于<,因此符合要求。

3）.按电压损失校验

查表得LGJ-50导线的单位长度电阻和电流为：

=0.65  L=1km 选取 =0.42 

线路总的电压损失为：

U=（ P*R+ Q*X）/Un=（2349*0.65+0.42*3200.687）/35V=82.03V

电压损失百分比为：

U%=U/Un=0.0023<0.05

因此导线符合要求。

4）.按机械强度校验

钢芯铝线非居民区35KV最小同意截面为10mm2因此符合要求。

3.4 母线选择

一般电压在35KV及以下、电流在4000A及以下的平配电装置中，选择矩形导体。

35KV汇流母线选择铝母线，尺寸（宽*厚）为15*3mm2，竖放，载流量为215A；10KV汇流母线选择铝母线，尺寸（宽*厚）为20*3mm2,竖放，载流量为165A。

4电气主接线图

注：

架空线采纳外桥接线方式

主接线采纳单母分段接线

5短路电流的计算及电气设备的选择

5.1短路电流的计算

5.1.1三相短路电流的计算目的

为了保证电力系统安全运行，选择电气设备时，要用流过该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和点动力的巨大冲击。

同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电爱护装置将自动地使有关断路器跳闸。

继电爱护装置的整定和断路器的选择，也需要短路电流数据。

5.1.2短路电流的计算公式（标幺值计算方法）：

基准容量Sd=100MVA，基准电压Uav=37KV，10.5KV

（1）电力系统的电抗标幺值:

 =Sd/Soc

（2）电力线路的电抗标幺值:

（3）电力变压器的电抗标幺值:

（4）三相短路电流周期重量有效值:

（5）短路点处的次暂态短路电流:

（6）短路冲击电流：

 （高压系统）

（7）冲击电流有效值:

 （高压系统）

（8）三项短路容量：

（9） ， ， 

5.1.3各母线短路电流列表

依照下图和以上公式计算母线短路电流：

由 =Sd/Soc得=100/200=0.5

表5-1母线短路电流列表

短路计算点

三相短路电流/KA

三相短路容量/MVA

最大运行方式

K-1

3.03

3.03

3.03

7.73

4.58

193.99

K-2

0.96

0.96

0.96

2.448

1.45

61.52

最小运行方式

K-1

2.94

2.94

2.94

7.52

4.45

188.32

K-2

0.57

0.57

0.57

1.45

0.86

36.35

5.2电气设备的选择

选用高压开光，要依照使用环境决定户内依旧户外型，依照开关柜数量的多少和对可靠性要求来确定使用固定式依旧手车式开关柜。

固定式开关柜价格廉价些，然而灵活性不如手车式。

关于可靠性要求不高，开关柜台数又较少的，尽量使用固定式。

选择开关柜后，柜中要紧的部件要进行分断电流、动稳定、热稳定、运行工作状况的校验。

5.2.1电气设备选择的原则

1）额定电压

依照上述短路电流的计算结果，按照设计思路中按正常工作条件选型，按短路情况进行校验的思想，选择是，一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择，即

2）额定电流

电气设备的额定电流是指在额定环境温度下，电气设备的长期同意电流。

应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即

3）以及短路计算结果和实际情况作出合理选择。

5.2.2高压设备的选择

有以上计算可知变压器的最大持续工作电流为

依照主变压器回路的及安装要求，可选SW2-53/600断路器，固有分闸时刻和燃弧时刻均为0.06s。

后备爱护时刻最大为

短路热稳定计算时刻为

由于，不计非周期热效应。

短路电流的热效应等于周期重量热效应，即

而

显然，热稳定满足要求

冲击电流为

，，满足要求

额定开断电流，，满足要求

综上可知SW2-53/600断路器校验成功；

校验隔离开关GW5-35G过程如下；

，显然，热稳定满足要求

，满足要求

电压互感器选择：

35KV高压侧一般选用油浸式或浇注式电压三相五柱式互感器，依照互感器的高压侧接线方式来确定其相电压,依照负荷大小选择电压互感器的准确级和额定容量

电压互感器的额定二次侧容量应大于电压互感器的二次侧负荷，即

二次负荷 

电流互感器选择：

35KV屋内配电装置应采纳油浸瓷箱式绝缘结构的独立式电流互感器，在一次电流较小时宜采纳一次绕组多匝式，提高精确度；一次回路额定电压和电流应满足；为保证测量的准确性，电流互感器的准确级不应小于所供测量仪器的准确级。

下面是各总配变电所的高低压设备选型情况确定如下：

1）35Kv高压侧设备选择

35Kv测设备选择如下表5-2

表5-235Kv高压侧设备选择

计算数据

高压断路器

SW2-35/600

隔离开关

GW5-35G

电压互感器

JDJJ2-35

电流互感器

LB-35

避雷器

Fz-35

备注

U=35KV

35KV

35KV

35KV

35KV

35KV

I=49.57A

600A

600A

2*200/5

6.6ka

=7.73KA

17KA

42KA

3.3*200

*4=3.03*4

Sk=193.99MVA

400MVA

5.2.310kv高压侧电气设备选择

计算过程如下：

短路热稳定计算时刻为

由于，不计非周期热效应。

短路电流的热效应等于周期重量热效应，即

而

显然，热稳定满足要求

冲击电流为

，，满足要求

额定开断电流，，满足要求

综上可知SW2-53/600断路器校验成功；

校验隔离开关GW5-35G过程如下；

，显然，热稳定满足要求

，满足要求

10Kv中压侧设备选择见表5-3

表5-310Kv中压侧设备选择

计算数据

高压断路器

SN10-10I

隔离开关

GN6-10/600

电流互感器

LA-10

备注

U=10KV

10KV

10KV

10KV

采纳GG-10-54高压开关柜

I=49.57A

630A

600A

100/5

=0.96KA

16KA

=2.45KA

40KA

52KA

160*100

*4=

=61.52MVA

300MVA