供配电课程设计 某市毛纺厂10kv变电所电气设计.docx
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供配电课程设计某市毛纺厂10kv变电所电气设计
本科生课程设计
题目：
某市毛纺厂10KV变电所电气设计
课程：
供电工程
专业：
班级：
学号
姓名：
总目录
第一部分：
任务书
第二部分：
课程设计报告
第三部分：
设计图纸
第一部分
任
务
书
扬州大学水利与能源动力工程学院
供电工程课程设计任务书10
1．题目
某市毛纺厂10kV配变电所电气设计
2．原始资料
2.1工程概况
该厂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。
2.2负荷资料
大工业电力负荷：
①织造车间动力容量525kW，Kd=0.8，cos
=0.8；
照明容量100kW，Kd=0.8，cos
=0.85。
②染整车间动力容量490kW，Kd=0.8，cos
=0.8；
照明容量80kW，Kd=0.8，cos
=0.85。
③锅炉房动力及照明容量151kW，Kd=0.75，cos
=0.8。
④食堂动力及照明容量40kW，Kd=0.75，cos
=0.8。
⑤水泵房动力及照明容量118kW，Kd=0.75，cos
=0.8。
⑥化验室设备容量50kW，Kd=0.75，cos
=0.8。
注：
考虑配变电所用电15kW，cos
=0.85。
各用电设备的负荷等级相应配电要求根据规范确定。
2.3供电条件
（1）供电部门可提供双回路10kV电源，一用一备。
（2）电源1进线处三相短路容量120MVA，进线电缆长约150米。
电源2进线处三相短路容量100MVA，进线电缆长约120米。
（3）采用高供高计，要求月平均功率因数不小于0.9，。
要求计量柜在主进开关柜之后，且第一柜为主进开关柜。
（4）为其他车间变电所提供2路10kV电源出线，容量每路800kVA。
（5）配变电所设于厂区负荷中心，为独立式结构，有人值班。
低压供电半径小于250m。
配变电所建筑构造及面积由电气设计定。
2.4其他资料
当地年最高气温为38℃，年平均气温为25℃，年最低气温－6℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为27℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。
当地年雷暴日数为25天。
当地海拔高度为100m，土壤电阻率80Ω•m。
3．具体任务及技术要求
本次课程设计共1.5周时间，具体任务与日程安排如下：
第1周周一：
布置设计任务，熟悉有关资料，负荷计算、主变压器选择。
周二：
供电一次接线方案确定，短路计算。
周三：
进出线电缆及开关设备选择计算。
周四：
设计绘制变电所高压电气系统图。
周五：
设计绘制变电所低压电气系统图。
第2周周一：
设计绘制变电所电气平面布置图及变电所接地平面布置图。
周二：
编制设计报告正文（设计说明书、计算书）电子版。
周三：
整理打印设计报告，交设计成果。
要求根据设计任务及工程实际情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，独立完成10kV变配电所的电气设计。
设计深度应达到扩大初步设计要求，制图应符合国家规范要求。
4．实物内容及要求
课程设计报告由设计任务书、设计报告正文、设计图纸三部分组成，并有封面、目录，装订成册。
4.1设计报告正文内容包括：
（1）负荷等级确定与供电电源
（2）负荷计算与无功补偿
（3）变电所所址选择与结构型式
（4）变压器类型、台数及容量选择
（5）变电所电气主接线设计
（6）短路计算与电气设备选择校验
（7）进出线电缆选择校验
（8）参考文献
设计报告正文编写的一般要求是：
必须阐明设计主题，突出阐述设计方案、文字精炼、计算简明，条理清晰、层次分明。
设计报告正文采用A4纸打印。
4.2设计图纸包括：
（1）变电所高压电气系统图（1张A3）
（2）变电所低压电气系统图（1张A3加长）
设计图纸绘制的一般要求是：
满足设计要求，遵循制图标准，依据设计规范，比例适当、布局合理，讲究绘图质量。
设计图纸采用A3图纸CAD出图。
5．参考文献
[1]中国计划出版社编．注册建筑电气工程师必备规范汇编．北京：
中国计划出版社，中国建筑工业出版社，2003
[2]易立成编．注册电气工程师（供配电）执业资格考试强制性标准摘编．北京：
中国电力出版社，2004
[3]翁双安主编.供电工程.北京：
机械工业出版社，2004
[4]中国航空工业规划设计研究院等编．工业与民用配电设计手册（第2、3版）．北京：
中国电力出版社，1994、2005
[5]北京照明学会设计委员编．建筑电气设计实例图册①②③④．北京：
中国建筑工业出版社，1998，2000，2002
[6]孙成群主编．民用建筑电气设计资料集．办公住宅．北京：
知识产权出版社，2002
[7]朱林根主编．21世纪建筑电气设计手册．北京：
中国建筑工业出版社，2001
[8]戴瑜兴等编．民用建筑电气设计数据手册．北京：
中国建筑工业出版社，2003
[9]中元国际工程设计研究院编．电气设计50．北京：
机械工业出版社，2005
[10]本书编委会编．建筑电气设备选型（2001版，2002版，2003～2004版），北京：
中国建筑工业出版社，2001，2002，2003
[11]刘江主编．建筑电气设备选型．北京：
中国建筑工业出版社，2003
[12]朱林根主编．现代住宅建筑电气设计．北京：
中国建筑工业出版社，2004
[13]全国电气文件编制和图形符号标准化委员会编．电气简图用图形符号标准汇编．北京：
中国标准出版社，2001
[14]全国电气文件编制和图形符号标准化委员会编．电气制图及相关标准汇编．北京：
中国标准出版社，2001
[15]高低压电器最新产品技术样本等
6．任务书写于2014年5月26日
7．完成期限2014年5月27日至6月5日
8．学生任务分配
建电1101
9．指导教师：
李世博
第二部分
课
程
设
计
报
告
1负荷等级确定与供电电源…………………………………………….….….（9）
1.1负荷等级确定………………………………………..…………………….（9）
1.2供电电源…………………………………………………..……………………….（9）
2负荷计算与无功补偿………………………………………….…………….（10）
2.1负荷计算…………………………………………………..………..……….….…（10）
2.2无功补偿…………………………………………………..………..…………..…（11）
2.3总计算负荷………………………………………………..………..…………..…（11）
3变（配）电所所址选择与结构型式……………………………………...…（12）
3.1所址选择…………………………………………………..………..……………..（12）
3.2结构型式…………………………………….………………………………..（12）
4变压器类型、台数及容量选择………….…..……………………….…….（13）
4.1变压器类型选择…………………….……………………………….…….（13）
4.2变压器台数选择…………………….……………………………….…….（13）
4.3变压器容量选择…………………….……………………………….…….（13）
5变（配）电所电气主接线设计………………………………………….….（14）
5.1高压系统电气主接线设计………………………..………………….…….（14）
5.2低压系统电气主接线设计………………………..………………….…….（15）
5.3低压配电网的接线形式....………………………..………………….…….（16）
6短路计算与电气设备选择校验…………………………………….……….（17）
6.1短路电流计算….…………………………….……………………………..…（17）
6.2高压电气设备选择校验…………………………………….……………….（18）
6.3低压电气设备选择校验…………………………………….………………（20）7进出线电缆选择校验………………………………………………….…….（21）
7.1高压进线电缆选择校验…………………………………………….….….（21）
7.2高压出线电缆选择校验…………………………………………….…..….（22）
7.3低压出线电缆选择校验…………………………………………….…..….（22）
参考文献……………………………………….……………………………….（23）
1负荷等级确定与供电电源
1.1负荷等级确定
本工程中的用电设备属于二,三级负荷；本工程整体属于二级负荷用户。
1.2供电电源
供电部门可提供双回路10kV电源，一用一备。
电源1进线处三相短路容量120MVA，进线电缆长约150米。
电源2进线处三相短路容量100MVA，进线电缆长约120米。
2负荷计算与无功补偿
2.1负荷计算
照明回路名称
额定容量/kW
需要系数Kd
功率因数cosφ
有功功率/kW
无功功率/kvar
视在功率/kVA
计算电流A
织造车间照明
100
0.8
0.85
80.0
49.6
94.1
143.1
染整车间照明
80
0.8
0.85
64.0
39.7
75.3
114.4
锅炉房照明
151
0.75
0.8
113.3
84.9
141.6
215.2
食堂照明
40
0.75
0.8
30.0
22.5
37.5
57.0
水泵房照明
118
0.75
0.8
88.5
66.4
110.6
168.2
合计
489
0.77
0.82
375.8
263.1
458.7
697.2
乘同时系数（0.75/0.80）
489
0.58
0.80
281.8
210.4
351.7
534.6
电力及平时消防回路名称
额定容量/kW
需要系数Kd
功率因数cosφ
有功功率/kW
无功功率/kvar
视在功率/kVA
计算电流A
织造车间动力
525
0.8
0.8
420.0
315.0
525.0
798.0
染整车间动力
490
0.8
0.8
392.0
294.0
490.0
744.8
锅炉房动力
151
0.75
0.8
113.3
84.9
141.6
215.2
食堂动力
40
0.75
0.8
30.0
22.5
37.5
57.0
水泵房动力
118
0.75
0.8
88.5
66.4
110.6
168.2
化验室设备容量
50
0.75
0.7
37.5
38.3
53.6
81.4
变电所用电
15
1
0.85
15.0
9.3
17.6
26.8
合计
1389
0.79
0.80
1096.3
830.4
1375.2
2090.4
乘同时系数
1389
0.59
0.78
822.2
664.3
1057.0
1606.7
2.2无功补偿
无功补偿方式为并联电容补偿。
装置类型为低压集中补偿，自动投切。
cosφ’=0.92
Qnc=Pc*（tan（arccos0.72）-tan（arccos0.92））=621.79kvar
2.3总计算负荷
回路名称
额定容量/kW
需要系数Kd
功率因数cosφ
有功功率/kW
无功功率/kvar
视在功率/kVA
计算电流A
照明回路
489.0
0.77
0.82
375.8
263.1
458.7
697.2
电力回路
1389.0
0.79
0.80
1096.3
830.4
1375.2
2090.4
合计
1878.0
0.78
0.80
1472.0
1093.4
1833.7
2787.2
乘同时系数（0.75/0.80）
1878
0.59
0.78
1104.0
874.7
1408.5
2141.0
功率因数补偿
-400
功率因数补偿后
1878
0.59
0.92
1104.0
474.7
1201.7
1826.7
变压器损耗
12.0
60.1
高压侧负荷
1878
0.59
0.90
1116.0
534.8
1237.6
71.4
变压器选择2×1000KVA
2000
变压器负荷率
60%
3变（配）电所所址选择与结构型式
3.1所址选择
㈠、变电所所址选择的一般原则
选择工厂变配电所的所址，应根据下列要求并经技术、经济比较后择优确定:
⑴ 接近负荷中心。
⑵ 进出线方便。
⑶ 接近电源侧。
⑷ 设备吊装和运输方便。
⑸ 不应设在有剧烈振动或高温的场所。
⑹ 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所。
当无法远离时，不应设在污染源的下风侧。
⑺ 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所贴邻。
⑻ 不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方；当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB 50058—1992《爆炸与火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。
⑼ 不应设在地势低洼和可能积水的场所。
⑽ 高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。
GB 50053—1994《10kv及以下变电所设计规范》还规定：
① 装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内，建筑物应采取局部防火措施。
② 多层建筑物中，装有可燃性油的电气设备，变、配电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。
③ 高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的变、配电所。
当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的来两旁，并应按现行国家标准GB 50045—1995《高层民用建筑设计防火规范》的有关规定，采取相应的防火措施。
④ 露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所：
Ⅰ、有腐蚀性气体的场所；Ⅱ、挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物；Ⅲ、附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场；Ⅳ、容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。
3.2结构型式
变电所有屋内式和屋外式两大形式。
屋内式运行维护方便，占地面积少。
在选择工厂总变配电所型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优先选择屋内式。
负荷较大的车间，宜设附设式或半露天式变电所。
负荷较大的多跨厂房及高层建筑内，宜设车间内变电所或组合是成套变电站。
负荷小而分散的工厂车间及生活区，或需远离有易燃易爆危险环境及有腐蚀性车间时，宜设独立变电所。
如屋外环境正常，亦可设露天变电所，有条件时亦可设户外箱式变电站。
工厂的生活区，当变压器容量在315kVA及以下时，宜设杆上式变电台或高台式变电所。
根据各车间变电所变压器的容量，本设计所有变电所均选择屋内式。
4变压器类型、台数及容量选择
4.1变压器类型选择
考虑到变压器在建筑内部，故选用低损耗的SCB10型10/0.4kv三相干式电力变压器。
变压器采用无励磁调压方式，分接头为±5%，联接组别为Dyn11，带风机冷却并配置温控仪自动控制，带IP2x防护外壳。
4.2变压器台数选择
因有较多的二级负荷，故选择两台主变压器。
4.3变压器容量选择
选择两台1000kva的主变压器
5变（配）电所电气主接线设计
5.1高压系统电气主接线设计
﹙1﹚电气主接线形式及运行方式
本工程变电所的两路10kV外供电源可同时供电，并设有两台变压器。
因此，高压侧电气主接线有两种方案供选。
方案一：
采用分段单母线形式，运行方式如下：
正常运行时，由10kV电源A和电源B同时供电，母线联络断路器（简称母联断路器）断开，两个电源各承担一半负荷。
当电源B故障或检修时，闭合母联断路器，由电源A承担全部负荷；当电源A故障或检修时，闭合母联断路器，由电源B承担一半负荷。
此方案的供电可靠性高、灵活性好，但经济性稍差。
方案二：
采用双回路线路变压器组接线形式，运行方式如下：
正常运行时，由10kV电源A和电源B同时供电，两个电源各承担一半负荷。
当任一电源故障或检修时，由另一电源承担一半负荷。
由于采用线路变压器组接线，电源A受变压器容量限制也只能承担一半负荷，其供电能力没有得到发挥。
若需电源A承担全部负荷，则与其连接的变压器容量也需按承担全部负荷选择，单台变压器容量不能满足要求。
此方案经济性好，但灵活性和供电可靠性不如方案一。
综上分析，本工程变电所高压侧电气主接线采用方案一，即分段单母线形式。
﹙2﹚开关柜型式及配置
因本工程变压器容量较大，故主开关采用真空断路器，高压开关柜采用KYN44A—12型金属铠装中置式手车柜。
根据当地供电部门规定，电源进线第一台柜为隔离柜，电能计量柜在进线断路器柜之前，进线断路器柜与进线隔离柜、联络柜与联络隔离柜加电气联锁，以防止带负荷操作隔离手车。
两个进线断路器与母联断路器设电气联锁，任何情况下只能合其中的两台断路器，以保证两个电源不并联运行。
﹙3﹚所用电设计
〈1〉变电所操作电源
根据本工程的特点，变电所操作电源可采用高频开关电源充电的免维护阀控式密封铅酸蓄电池直流操作系统，一组蓄电池、单母线接线，直流系统标称电压Un为110V。
﹙1﹚蓄电池个数确定
选用12V阀控式密封铅酸蓄电池组合，电池个数为8+1（6V）。
浮充电压为13.50V，浮充时母线电压为114.75V；均充电压为14.10V，均充时母线电压为1.09Un；放电终止电压为11.22V，母线最低电压为0.867Un。
﹙2﹚蓄电池组容量选择
本工程变电所有人值班，110V直流负荷统计见下表。
110V直流负荷统计表（按1h事故放电）
序号
负荷名称
装置
容量
/kW
负荷
系数
负荷
电流
/A
经常负
荷电流
/A
事故放电时间及电流/A
备注
初
期
持续/h
随机
1min
0.5
1.0
5s
1
信号灯、位置指示器和位置继电器
0.3
0.6
1.6
1.6
1.6
1.6
2
控制、保护电源
0.5
0.6
2.72
2.72
2.72
2.72
3
断路器跳闸
0.5
1
4.54
两台同时跳闸
4
恢复供电合闸
0.25
1
2.27
一台跳闸
5
电流统计/A
Ijc=4.32
Ich=
8.86
Is0.5=
4.32
Is1=
4.72
Ir=
2.27
蓄电池10h放电率所需容量为
Cc=（3.5~4.0）Is=（3.5~4.0）×4.72A·h=（16.52~18.88）A·h
选用标称容量为20A·h的蓄电池组。
﹙3﹚充电装置型式选择
选用一套高频开关充电装置。
充电装置的交流电源输入采用三相制，额定频率为50Hz,额定电压为380（1±10%）V。
充电装置的交流电源设两个回路（一用一备）。
﹙4﹚充电装置容量选择
充电装置的额定电流
Ic=（1～1.25）×2.4A+4.32A=6.72～7.32A
选用HD11005系列高频开关充电模块，充电模块额定电流为5A。
故选用基本模块2只，备用模块1只，数量共3只。
﹙5﹚直流馈电
对断路器储能回路、断路器控制回路、信号回路与微机保护装置电源单独馈线，馈线电缆型号采用YJV—0.6/1—2×4。
﹙6﹚装置组成
由于蓄电池容量较小，故采用小型一体化柜。
〈2〉交流所用电设计
变电所交流所用电有：
直流操作电流屏的交流充电装置、变压器温控湿显装置、高压开关柜除湿装置和柜内照明、低压柜数字仪表辅助电源、变电所照明与检修用电、本工程设置交流所用电屏，交流所用电屏分别由主变压器低压侧（220/380V）两段母线采用双回路电源配电并实现自动切换。
5.2低压系统电气主接线设计
﹙1﹚电气主接线形式及运行方式
变压器设有两台变压器，因此，低压配电系统电气主接线也采用分段单母线形式。
运行方式如下：
正常运行时，两台变压器同时运行，母联断路器断开，两台变压器分列运行，各承担一半负荷。
当任一台变压器故障或检修时，闭合母联变压器，承担全部负荷。
﹙2﹚开关柜型式及配置
低压进线断路器、母联断路器及大容量出线断路器采用空气式断路器（ACB），低压出线断路器采用塑壳式断路器（MCCB），低压配电屏采用MNS（BWL3）—0.4型抽出式开关柜。
MNS（BWL3）—0.4型开关柜抽屉层的抽出组件规格有8E/4、8E/2、4E、8E、12E、16E、20E、24E等，根据出线回路的负荷及开关配置相应选择。
需要说明的是，变电所低压出线回路的设计是以建筑物竖向低压配电干线系统，并与之相一致。
根据当地供电部门的规定，照明负荷与电力负荷电价不同，分开计量。
根据消防规范要求，消防用电设备配电回路集中设置于低压配电屏内，并设有明显标志。
为防止两台变压器并联运行，变压器低压侧两台断路器与母联断路器实现电气联锁，任何情况下，只能合其中的两台低压断路器。
联络柜的母线分段处设置阻火隔断，以确保供电可靠性。
5.3低压配电网的接线形式
﹙1﹚低压带电导体系统型式与低压系统接地形式选择
低压带电导体系统型式：
对三相用电设备组和单相用电设备组混合配电的线路以及对单相用电设备组采用三相配电的干线线路，采用三相四线制；对单相用电设备配电的直支线线路，采用单相三线制，将单相负荷均匀分配在三相系统中。
低压系统接地型式：
本工程为设有变电所的商用建筑，故采用TN-S系统。
所有受电设备的外露可导电部分用PE线与系统接地点相连接。
﹙2﹚低压配电干线系统接线方式设计
照明负荷与电力负荷分成不同的配电系统，以便于计量和管理；消防用电设施的配电则自成系统。
由于本工程为二级负荷用户，容量较大。
因此每一用电负荷按防火分区设置两台照明配电箱，从配电室以双回路树干式配电，在末端配电箱进行双电源自动切换，如有需要，可采用预分支电缆。
6短路计算与电气设备选择校验
6.1短路电流计算
高压短路电流计算
采用标幺值计算三相短路电流和两相短路电流。
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