某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计.docx
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某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计
工厂供电课程设计
题目：
某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计院系：
信息科学与工程学院专业班级：
自动化0802班
姓名：
学号：
工厂供电课程设计
前言
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；电能的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。
在国民经济高速发展的今天，电能的应用越来越广泛，生产、科学、研究、日常生活都对电能的供应提出更高的要求，因此确保良好的供电质量十分必要。
本设计书注重理论联系实际，理论知识力求全面、深入浅出和通俗易懂，实践技能注重实用性，可操作性和有针对性。
在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它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。
工厂供电工作要很好地为工业生产务，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。
这次课程设计是在《工厂供电》课程学习之后一个重要的实践性教学环节，通过本次课程设计把理论知识运用于实践，加深对这门课程的理解和掌握其精
工厂供电课程设计
髓，通过实践巩固理论知识，实现理论与实践的结合，为今后解决实际问题打下坚实的基础。
同时也加强实践意识，培养迅速把理论知识运用于实践的能力。
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，并适当考虑到工厂将来的发民，按照可靠性、技术先进性、经济合理性的要求，完成工厂供电系统的设计
设计将分十一章，第一章分析了设计的要求和基本的自然条件和地理条件。
了解了用户的需求，寻找设计的难点和需要重点考虑的设计内容。
第二章讲述负荷计算，符合计算作为全厂供电设计的基础，必须首先被论证。
第三章是关于无功功率计算及补偿，，提高无功功率有助于减少变压器容量，减少有色金属损耗。
有了此基础，在第四章便讨论变压器台数，配电所及变电所的位置，第五章便是配变电所主接线方案确定，这是整个工厂供电课程设计的核心内容。
第六章为短路电流计算，并以此为基础，在第七章讨论变电所一，二次设备的选择与校验，然后第八章是基于自然风向和气候条件以及地址条件选择配电所位置和机构。
第九章考虑防雷的相关设计。
第十章是对变电所二次回路方案选择及继电保护的整定，第十一章总结在此次工厂供电设计重点一些收获和体会。
在本文最后还附带了变电所平面图及主接线图。
本次课程设计涉及面非常广，查阅了大量资料，由于很多方面的知识都是临时去学习，对所查阅的资料的正确性也没有完全考证，因此，错误与疏漏之处再所难免，望老师批评指正。
工厂供电课程设计
前言1
第一章原始材料分析4
第二章全厂负荷计算6
第三章无功功率的补偿及变压器的选择7
第四章变压器台数，配电所和各车间变电所位置13
第五章主接线设计15
第六章短路电流计算20
第七章变电所的一次设备选择和校验26
第八章变配电所得布置与机构设计39
第九章防雷装置及接地装置设计39
第十章二次回路方案的选择及继电保护的整定计算41
第十一章结束语46
参考资料46
附图146
附图247
附图348
工厂供电课程设计
第一章原始材料分析
1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。
2工程概况
I.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。
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％，全部产品中以晴纶为主体的混纺物占60％，以
涤纶为主体的混纺物为40。
II.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，详见全厂总平面图（图1）。
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，其中织造车间、染整车间、锅炉房为二级负荷。
二级负荷是指中断供电将在政治上、经济上造成较大的损失的用电设备。
在条件允许的情况下，二级负荷应有两条线路供电，例如煤气站的鼓风机、10吨以下的电弧炼钢炉的低压用电设备和刚玉冶炼电炉变压器等，中断供电可能造成主要设备损坏或大量产品报废
3．供用电条件工厂与电业部门所签订的供用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，要求配电所不大于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；
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5）配电系统技术数据
表1-1配电所10kV母线短路数据
系统运行方式
短路容量
说明
最大运行方式
S（3）
Sdmax
187MVA
系统为无限大容
最小运行方式
S（3）
dmax
107MVA
量
配电系统如下图（图2）所示：
4.自然条件
1气象条件
（1）最热月平均最高气温为30C；
（2）土壤中0.7～1米深处一年中最热月平均温度为20C；
（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。
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2.8～5.3米，地耐压力为20吨/平方米。
5.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）配电系统短路电流计算；
（6）改善功率因数装置设计；
（7）继电保护装置的设计。
6.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。
说明书要求简明扼要，
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整洁美观。
2配电所电气主结线单线图
第二章全厂负荷计算1、单组用电设备计算负荷的计算公式有功计算负荷（单位为KW）
P30=Kd×Pe，Kd为需要系数无功计算负荷（单位为kvA）Q30=P30×tanθc）视在计算负荷（单位为kvA）
cos
d计算电流
S
I3030，UN为用电设备的额定电压。
303UNN
2、多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）
可取（0.85--0.95）
式中P30i是所有设备组有功计算负荷之和，Kp是有功负荷同时系数，
b）计算无功负荷（单位为kvar）\
Q30KqQ30i,
0.9~0.97
其中：
Q30i是所有设备无功Q30之和；Kq是无功负荷同时系数，可取
c）视在计算负荷（单位kva）
S30
P30Q
2
30
d）计算电流（单位A）
2-1所示
采用需要系数法计算各车间变电所的计算负荷，具体数据如表
工厂供电课程设计
表2-1负荷计算表
序
号
车间或用电单位名称
设备容量（kW）
KX
cos
tan
计算负荷
变压器台数及容量
备
注
K
Pjs
（kW）
Qjs
（kVar）
Sjs（kVA）
（1）No.1变电所
1
制条车间
340
0.8
0.8
0.75
272
204
340
1
0.9
2
纺纱车间
340
0.8
0.8
0.75
272
204
340
3
软水站
86
0.65
0.8
0.75
55.9
41.925
69.875
4
锻工车间
37
0.3
0.65
1.17
11.1
12.987
17.08
5
机修车间
296
0.3
0.5
1.73
88.8
153.62
177.6
6
托儿所
13
0.6
0.6
1.33
7.8
10.374
13
7
仓库
38
0.3
0.5
1.17
11.47
13.348
22.94
（2）No.2变电所
1
制造车间
525
0.8
0.8
0.75
420
315
525
1
0.9
2
染整车间
490
0.8
0.8
0.75
392
294
490
3
浴室
1.88
0.8
1
－
1.504
0
1.504
4
食堂
21
0.75
0.8
0.75
15.75
11.8
19.688
5
独身宿舍
20
0.8
1
－
16
0
16
（3）No.3变电所
1
锅炉房
151
0.75
0.8
0.75
113.25
28.125
141.56
2
0.9
2
水泵房
118
0.75
0.8
0.75
88.5
66.375
110.63
3
化验室
50
0.75
0.8
0.75
37.5
28.125
46.88
4
卸油泵房
28
0.75
0.8
0.75
21
15.75
26.25
注：
由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。
在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少，各组的计算负荷均按表0所列的计算系数计算，而不必考虑
设备台数少而适当增大Kd和cosθ。
第三章无功功率的补偿及变压器的选择
补偿无功功率主要作用是提高功率因数，在满足同样有功功率的同时，降低无功功率和视在功率，从而减少负荷电流。
这样就降低了电力系统的电能损耗和电压损耗，既节约了电能，又提高了电压质量，而且还可以选用较小的导线或电缆截面，节约有色金属。
3.1无功补偿装置简介
无功补偿装置主要有三种：
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3-1。
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表3-1三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.运行中本身损耗小
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.运行中本身损耗大
1.通过控制系统实现双向平滑调节
2.属于快速动态无功补偿，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.运行维护工作量大
2.单位容量投资大
3.运行费用最大
1.运行维护技术水平要高
3.单位容量投资大
4.运行费用次之
由上表可见，采用并联电容器进行无功补偿是一种投资少、施工简单、见效快的补偿方
式，它可以很方便的就地控制电容投切，以减少线损，消除无功馈乏给系统带来的负面影响。
所以我们选用并联电容器来补偿。
并联电容器的装设方式有高压集中补偿，低压集中补偿和单独就地补偿三种。
其中高压集中补偿补偿范围小，只能补偿总降压变电所的10KV母线之前的供配电系统中由无功功率产生
的影响，而对对无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿，因此不选用。
低压集中补偿补偿范围较大，能使变压器的视在功率减小，从而使变压器的容量可选得较小，因此比较经济。
单独就地补偿投资较大，电容器的利用效率较低。
综上考虑，我们选择BSMJ0.4-14-3型电容器进行低压集中补偿如图1-1所示：
图3-1BSMJ0.4-14-3型电容器
BSMJ0.4-14-3型电容器符合GB12747.1-2004和IEC60831-1996标准，使用条件如下：
室内使用
温度类别:
-25℃～50℃湿度:
小于85%RH
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海拔高度:
2000米以下
安装场所:
无有害气体和蒸气,无导电性或爆炸性尘埃,无剧烈振动.
通风散热:
设置两个以上的电容器时,间距>25mm以上.夏季温度较高时应采取有效的散热措施.。
BSMJ0.4-14-3型电容器主要特点如下：
1.体积小、重量轻：
由于使用金属化聚丙烯薄膜新材料作为介质，体积、重量公为老产品的
1/4或1/5。
2.损耗低：
实际值低于0.10%，所以电容器自身能耗很低，发热小，温升低，工作寿命长，节能效果更佳。
3.优良的自愈性能，过电压所造成的介质局部击穿能迅速自愈，恢复正常工作，使可靠性大为提高。
4.安全性：
内装自放电电阻和保险装置。
内装放电阻能使电容器上所储的电能自动泄放掉；当电容器发生故障时，保险装置能及时断开电源，避免故障的进一步发展，确保使用安全
5.不漏油：
本电容器采用先进的半固体浸渍剂，滴熔点高于70℃，在使用过程中不漏洞，
避免了环境污染，电容器也不会因漏油而失效。
技术指标
额定电压：
400VAC
额定容量：
14kvar容量允差：
-5～+10%损耗角正切值：
低于0.10%极间耐电压：
2.15Un.2s极壳间耐压：
3kV（AC）10s绝缘性：
极壳间500VDC1分钟大于1000MΩ最高过电流：
额定电流的130%自放电特性：
断开电源3分钟后，剩余电压降至50V以下
电力部门规定，无带负荷调整电压设备的工厂cos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。
要求在高压侧的功率因数不低于0.9，而变压
器的无功损耗远大于有功损耗，故在低压侧补偿时应要求低压侧的功率因数大于0.95，因此
在功率补偿时，暂定低压侧功率因数为0.95，这样也满足低压侧的功率因数大于0.86。
（由
负荷关系和负荷计算可知，由于厂房有二级负荷，所以需要两回10kv进线，供给各个分厂的四台10/0.4KV降压变压器）
根据供电协议的功率因数要求，取补偿后的高压侧功率因数cos0.9，各个补偿的容量计算如下：
低压0.4KV侧：
NO.1变压器
补偿前的无功功率：
Q303KΣ*Q30=576.2kvar补偿后的有功功率不变，为：
P303KΣ*Pc）=647.1KW
补偿前功率因数cosP3030.7468
工厂供电课程设计
补偿后功率因数cos'0.95需要补偿的无功功率：
QCQ303Q3'0P303（tantan'）=363.51Kvar
补偿电容器的个数为nQc/qC=363.51/1426,取n=26补偿后的无功功率：
Q3'02=Q303-Qc=212,2Kvar补偿后的视在容量：
S3'0P3203（Q303QC）2=681KVA
补偿后的计算电流：
S3'0/3UN=681/（√3×0.4）=982.94ANO.2变压器补偿前的无功功率：
Q303KΣ*Q30=558.73kvar补偿后的有功功率不变，为：
P303KΣ*Pc=760.7286KW
补偿前功率因数cos
P3030.806
S30
补偿后功率因数cos'
0.95
需要补偿的无功功率：
QCQ303Q3'0P303（tantan'）=307.69Kvar
补偿电容器的个数为nQc/qC=307.69/1422,取n=22补偿后的无功功率：
Q3'02=Q303-Qc=251.04Kvar
补偿后的视在容量：
S3'0P3203（Q303QC）2=800.98KVA
补偿后的计算电流：
S3'0/3UN=681/（√3×0.4）=1154.7ANO.3变压器
补偿前的无功功率：
Q303KΣ*Q30=175.67kvar补偿后的有功功率不变，为：
P303KΣ*Pc=234.23KW
补偿前功率因数cos
P3030.8
S30
补偿后功率因数cos'
0.95
需要补偿的无功功率：
QCQ303Q30P303（tantan）=98.37Kvar
10
工厂供电课程设计
补偿电容器的个数为nQc/qC=98.37/147,取n=7
补偿后的无功功率：
Q3'02=Q303-Qc=77.67Kvar
补偿后的视在容量：
S3'0P3203（Q303QC）2=246.77KVA
补偿后的计算电流：
S3'0/3UN=681/（√3×0.4）=356.18A3、10kv高压侧功率因数校验
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K0.9
P30=KPP30
Q30=KQQ30
NO.1变电所：
S30=681Kva
考虑15%裕量：
S`681115%783.15kVA
根据《工厂供电》308页附表1选SL-800/10接线方式Y/Y012P03100W
该变压器的参数为：
Pk12000W
I0%5.5%
Uk%4.5
PT0.0268113.62kW
QT
0.168168.1Kvar=48kVar
高压侧有功功率P=660.7kw
高压侧无功功率Q=280.3kvar
高压侧总容量S=717.71KVA
高压侧功率因数cos=0.915>0.9，满足要求。
NO.2变电所：
S30=800.98Kva
11
工厂供电课程设计
考虑15%裕量：
S`800.98115%921.127kVA
根据《工厂供电》308页附表1选SL-1000/10接线方式Y/Y012
P03700W
该变压器的参数为：
Pk14500W
I0%5%
Uk%4.5
PT0.02800.9816.02kW
QT0.1800.9880.1Kvar=48kVar
高压侧有功功率P=776.75kw
高压侧无功功率Q=330.83kvar
高压侧总容量S=844.27KVA
高压侧功率因数cos=0.92>0.9，满足要求。
NO.3变电所：
S30=246.77Kva
考虑15%裕量：
S`246.77115%283.79kVA
根据《工厂供电》308页附表1选SL-315/10接线方式Y/Y012
P01450W
该变压器的参数为：
Pk5600W
I0%6.5%
Uk%4
1821QT
0.1246.7724.68Kvar=48kVar
高压侧有功功率P=239.17kw
高压侧无功功率Q=102.35kvar
高压侧总容量S=260.15KVA
高压侧功率因数cos=0.919>0.9，满足要求。
高压侧总功率因数校验
P'660.72776.75239.171676.39KW
Q'280.3330.83102.35713.48KVar
S'P'2Q'21821.9KVA
12
工厂供电课程设计
cosP'0.920.9，符合要求。
S'
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（kVar）
Qc′（kVar）
Qc（kVar）
Q′（kVar）
NO.1
576.2
363.51
364
212.2
0.7468
0.915
NO.2
558.73
307.69
208
250.73
0.806
0.92
NO.3
175.67
98.37
98
77.296
0.8
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