电气课程设计方案某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计方案说明书.docx

1、电气课程设计方案某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计方案说明书某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计说明书学生姓名木雕小象指导教师XXX所在院系 信息科学与工程学院一、概述 21、设计目的 22、设计内容 33、设计要求 3二、设计基础资料 3三、负荷计算及无功补偿 51、各变电所负荷计算及无功补偿 52、全厂总负荷计算及无功补偿 7四、配电所位置和变压器选择 81、配电所位置 82、主变压器选择 8五、配电所主接线设计 9六、短路电流计算 10七、一次元件的电气设备选择 131、一次设备选择的一般原则 132、变电所高压一次设备的选择 133、变电所低压一次设备的选择 15八、继电保护

2、装置的设计 15九、课程设计体会及建议 17、概述1、设计目的1）复习和巩固电气工程基础课程所学知识2）培养分析问题和解决问题的能力3）学习和掌握变电所电气部分设计的基本原理和设计方法2、设计内容1）电气主接线设计：可靠性、经济性和灵活性2）短路电流计算：不同运行方式 大、小、主）、短路点与短路类型3）主变压器选择：根据负荷的大小、类型，选择主变压器的容量、台数、型 式、电压等级、调压方式等4）主要电气设备的选择：断路器、隔离开关、母线及支撑绝缘子、限流电抗 器、电流互感器、电压互感器、高压熔断器、消弧线圈、3、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

3、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）高低压供电系统一次元件的选择及校验；8） 继电保护装置的设计。二、设计基础资料1、生产任务及车间组成年产量为万吨聚乙烯塑料制品，产品品种有薄模、单丝、管材和注射等制 品。其原材料来源于某石油化纤总厂。本厂设有薄模、单丝、管材、注射四个车间，设备选型全部采用我国最新 定型设备，此外，还有辅助车间及其它设施，详见全厂总车间布置图 1。2、供用电协议 工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：3 / 201）从电业部门某 110/10kV 变电所用 10kV 架空线向本厂供电，该所在厂南侧 1km2）供电系统

4、短路技术数据：电业部门变电所 10kV 母线，为无限大电源系统，其短路容量为 200MVA ，供电系统如下图 图 2）所示： 3）电业部门对本厂提出的技术要求：电业部门配出线路定时限过流保护装置的整定时间为 2 秒，工厂“总降” 不应大于 1.3 秒；在总配变电所 10kV 侧进行计量； 本厂的功率因数值应在 0.9 以上3、本厂负荷性质 生产车间为三班工作制，部分车间为单班或两班制，最大有功负荷年利用 小时数为 5000 小时，属于三级负荷。4、自然条件1）最热月平均最高气温为 35 ；2） 土壤中0.71M深处一年中最热月平均温度为 20 ;3）年雷暴日为 30天；4）土壤冻结深度为 1.

5、1M；5）夏季主导风向为南风。6 ）地表面比较平坦，土壤主要成分为积土及砂质粘土，层厚 1.67m不等；7）地下水位一般为 0.7m；8）地耐压力为 20吨/平方 M1-薄模车间；2-原料库；3-成品库；4-包装材料库；5-单丝车间；6-注塑车间；7-管材车间；8-备料复制车间；9-锻工车间；10-仓库；11-机修模具车间；12-锅 炉房；13-水泵房；14-油泵房；15-办公楼三、负荷计算及无功补偿1、各变电所负荷计算及无功补偿1 ）负荷计算采用需要系数发进行负荷计算，主要涉及的计算公式如下:有功功率计算： f 无功功率计算： J 视在功率计算： 1各车间计算结果如下表所示:I * I计算负

6、荷kW)列kVar)耳 kVA)凶1薄模车间16800.60.61.3310081340.64P 168022原料库360.250.51.73915.57183生活间120.81一9.609.694成品库一300.30.51.73915.57185成品库二28.80.30.51.738.6414.9517.286包装料库240.30.51.737.212.4614.42) No.2变电所1单丝车间16620.60.61.30997.21296.36166222水泵房240.650.80.7515.611.719.53) No.3变电所1注塑车间226.80.41 0.61.3390.72120

7、.66151.212管材车间10560.3:0.61.33316.8421.34528车间或用电单位名称设备 容量 kW)变压 器台 数1)No.1变电所1复制车间 165.60.60.5 11.7399.36171.89198.7212生活间120.81一9.609.63浴室3.60.81 1一2.880P 2.884锻工车间360.30.651.1710.812.6416.625原料间180.81一14.4014.46仓库180.30.5 :1.175.46.3210.87模具车间1200.250.651.733051.946.158热处理车间1800.30.71.025455.0877.

8、149铆焊车间2160.30.5 :1.7364.8112.10:126.95) No.5变电所1锅炉房2400.70.750.88168147.8422422实验室1500.250.5 11.7337.564.88P 753辅助材料库1320.20.51.7326.445.6752.84油泵房180.650.80.7511.78.7814.635加油站120.650.8 :0.757.85.85P 9.756办公楼180.60.61.3310.814.36184)No.4变电所全厂K吐0.9KQ=0.95变电 所号补偿前用 功功率补偿前功 率因数无功补偿 容量vKVar)补偿后无 功功率vK

9、Var)补偿后 功率因 数2)无功补偿各变电所无功补偿如下表所示： 以车间1为例说明计算过程)NO.11042.441399.190.60885.72513.470.902NO.21012.81308.060.60861.05447.010.904NO.3407.525420.58338.24203.760.901NO.4291.24409.930.59254.56155.370.903NO.5262.2287.380.68204.0280.360.902根据设计要求，功率因数 I 一般在0.9以上，故取 _1 =0.9功率因数：_1 =0.600.9 =1042.44 x tan(arcco

10、s0.60 - tan(arccos0.9 I- II = I- =1042.44-885.72=513.47Kvar门b =1155.7KVA功率因数：cos = _ / . =0.902 满足要求）2、全厂总负荷计算及无功补偿1 )负荷计算 有功功率： 1 = 1 =1008+9+9.6+9+8.64+7.2+997.2+15.6+90.72+316.8+99.36+9.6+2.88+10.8+14.4+5. 4)x 0.9=2344.68KW无功功率： = =1340.64+15.57+0+15.57+14.95+12.46+1296.36+11.7+120.66+421.34+171.

11、89+0+0 +12.64+0+6.32)x 0.95=3440.10Kvar视在功率： 丄= 1 =4163.15KVA2)无功补偿h| I N I I N I1)功率因数 cos = / =2344.68/4163.15=0.560.9根据设计要求，本厂功率因数 COS要求在0.9以上0.9，本设计中要求工厂的功率因数COS 在0.9以上，所以这里取COS =0.92)3)故需要补偿的容量：= (tan -tan - =2344.68 x tan(arccos0.56 - tan(arccos0.92 =2470.01Kvar4)补偿后：13 13=2344.68KW= - =3440.1

12、0-2470.01=970.09Kvara - i= =2537.44KVA功率因数：cos = / 1 =0.9240.92 满足要求)高压补偿柜型号：TTB26-1200，单个柜子补偿容量大小为：1200Kvar故需要选 择2个TTB26-1200柜，电容器柜具体画法见主接线图。四、配电所位置和变压器选择1、配电所位置配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术经济分析比较后确定：(1)尽可能接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金 属消耗量；(2)考虑电源的进线方向，偏向电源侧。(3)进出线方便，特别是要便于架空线进出线。(4)不应妨碍企业的发展，考虑扩建的可能性。(5)设备

13、运输方便。(6)尽量避开有腐蚀气体和污秽的地段。(7)不应设在厕所、浴室和其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所 相贴临。(8)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。(9)不应设在地势低洼和可能积水的场所。根据总变配电所位置选择的原则：变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，但同时还要满足大负荷变配电的方便，此外，总变配电所应尽量不在生活区范围内，综上所述，可以大致确认本设计中，主变电所设置位置应在薄膜车间和单丝车间中间附近，以此才能满足要求，参照工厂平面布置图，可以选择总变配电所应挨着薄膜车间(即N0.1变电所2、主变压器选择选择的原则为：(1

14、只装一台变压器的变电所变压器的容量ST应满足用电设备全部的计算负荷 的需要，即 ，但一般应留有15%的容量，以备将来增容需要，本设计中的 NO. 3、NO . 4、NO . 5变电所采用此原则。(2装有两台变压器的变电所每台变压器的容量应满足以下两个条件：1任一台变压器工作时，宜满足总计算负荷 的大约70%的需要，即为2任一台变压器工作时，应满足全部一、二级负荷 的需要，即 (i+ n (3车间变电所变压器的容量上限单台变压器不宜大于1000KVA，并行运行的变压器容量比不应超过 3:l。同时，并联运行的两台变压器必须符合以下条件：1并联变压器的变化相等，其允许差值不应超过土 0. 5%,否则

15、会产生环流引起电能损耗，甚至绕组过热或烧坏。2各台变压器短路电压百分比不应超过 10%，否则，阻抗电压小的变压器可能过载。3各台变压器的连接组别应相同，若不同，否则侧绕组会产生很大的电 流，甚至烧毁变压器。变压器按容量系列分，有 R8容量系列和R10容量系列。我国老的变压器 容量等级采用 R8系列，容量等级如100、135、180、240、320、420、560、 750、1000KV.A等。R10系列的容量等级较密，便于合理选用，我国新的变压 器容量等级采用这种 R10系列，等级如100、125、160、200、250、315、 400、500、630、800、1000KV.A等。在此次设计

16、中，采用我国目前比较常用 的S9系列变压器。根据工厂的三级负荷的性质装设一台变压器型号为 S9型，而容量根据式1 ， 为主变压器容量， 为总的计算负荷。选 =2000 KVA0.7 =1876.62 KVA，即选两台S9-2000/110型低损耗配电变压器五、配电所主接线设计变电所主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，对其主要有以下几 个基本要求：1）安全 主接线的设计应符合国家有关技术规范要求，能充分保证人身和设备 安全；2）可靠 应满足用电单位可靠性的要求；3）灵活 能适应各种不同的运行方式，操作检修方便；4）经济设计简单，投资少，运行管理费用低，考虑节约电能和有色金属消耗 量。由本设

17、计原始资料知：电力系统某 110/10KV变电站用一条10KV的架空线 路向本厂供电，一次进线长 1km，年最大负荷利用小时数为 5000h,且工厂属 于三级负荷，所以只进行总配电在进行车间 10/0.4KV变电，母线联络线采用单 母线不分段接线方式。主接线方案图见附图六、短路电流计算对一般工厂来说，电源方向的大型电力系统可看作是无限大容量系统。无 限大容量系统的基本特点是其母线电压总维持不变，这里只计算无限大容量系 统中图4-1短路计算电路 x 1km=0.4 -，然后计算电路总电抗:=X + X =0.55 +0.4 =0.9510.55Qk-1图4-2 K-1点短路等效电路（2计算三相短

18、路电流和短路容量1） 三相短路电流周期分量有效值凹凶叵I = = =6.38KA2） 三相短路次暂态电流和稳态电流T1 因 回I =I = I =6.38KA3） 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i =2.551 =2.55 6.38=16.269KAI =1.511 =1.55 6.38=9.634KA4） 三相短路容量回 S = = =116MVA2求K2点的三相短路电流和短路容量U =10.5KV）（1计算短路电路中各元件的电抗和总电抗1）电力系统的电抗:=0.552）架空线路的电抗：X =X L=0.4（丘.x 1km=0.43）电力变压器的电抗电力电压器型号:S9-100

19、010(6 查附表得知：U %=5则:=5.5计算电路总阻抗:=X + X + X -=6.452）计算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值3=939.8A2）三相短路次暂态电流和稳态电流|=I =| 出=938.9A3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i =1.84I =1.73KAI =1.09I =1.05KA4)三相短路容量回 列S = =17.09MVA3求低压侧的三相短路电流和短路容量 计算短路电路中各元件的电抗和总电抗1） 电力系统的电抗：X = J = =8 102） 架空线路的电抗X =X L（目 =0.4 /km 1km （ I X =1.45

20、103）电力变压器的电抗此工厂车间设计要求中，总共是有五个变电所，使用到了四种不同型号规 格的电力变压器，故而计算此处的电力变压器的电抗时，需要分开单独计算。仍然以配电所1为例计算说明：电力电压器型号：S9-125010（6 查附表得知： U %=5贝U: X J | =6 旦计算电路总阻抗：冋 =X4 X + X 占8 10三-J+1.45 10三-)+6 =8.25 10 2）计算二相短路电流和短路容量 此处以NO.1变电所计算为例：1）三相短路电流周期分量有效值=28.00KA2）三相短路次暂态电流和稳态电流I =1 勺=1 工=28.00KA 3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流

21、有效值让吐=1.841 =51.52KAIE 怛=1.091 =30.52KA4)三相短路容量S M =19.40MVA七、一次元件的电气设备选择1、一次设备选择的一般原则供配电系统中的一次设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下 工作的，一次设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还 应满足在短路故障时不至损坏的条件，开关电器还必须具有足够的断流能力， 并能适应所处的位置、环境温度、海拔高度。以及防尘、防火、防腐、防爆等 环境条件。一次设备的选择应遵循以下3个原则：(1)按工作环境及正常工作条件选择电气设备；(2)按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定;(3)开关电器断流

22、能力校验。2、变电所高压一次设备的选择1) 按工作电压选则设备的额定电压F 般不应小于所在系统的额定电压口 ，即 ，高压设备的额定电压 刮应不小于其所在系统的最高电压 ，即一 一。=10kV, _l =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压到=12kV,穿墙套管额定电压列I =11.5kV，熔断器额定电压旦=12kV0 2)按工作电流选择设备的额定电流I不应小于所在电路的计算电流 ，即.三 3)按断流能力选择设备的额定开断电流 或断流容量 ，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值列或短路容量 ，即_1 或 一I I对于分断负荷设备电流的设备来说，则为 糾.”

23、， 叵 为最大负荷电流。动稳定校验条件-1. -I 或 4 、 分别为开关的极限通过电流峰值和有效值， F、出分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b热稳定校验条件因此，对于上面的分析，10KV侧一次设备选择如下表所示:选择校验工程电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地 点条件参数回E1量程10KV146.5A6.38KA16.27KA1设 备 型 号 规 格参数凶凶凹d凶隔离开关GN19-10/40010KV400A31.5KA12.5电流互感器LQJ-10- 200/510KV200/5A160X 凶 X0.2=45.25L = 31高压断路器ZN2-10/63010KV630A1

24、1.6KA30KA|_ 1高压熔断器RN2-10/0.510KV500A200MVA电压互感器JDZ-10- 10000/10010/0.1KV电压互感器JDZJ-10- 10000/1000/0避雷器FS4-1010KV3、变电所低压一次设备的选择同样根据上面的原则，做出380V低压侧一次设备的选择校验，变电所 1为 例说明如下表所示，所选数据均满足要求NO.1变电所 装置地 点条件参数aIda量程10KV1468A28.00KA51.52KA1724.8KA参数Ida回设 备 型 号 规 格低压断路器DW15-1500/3380V1500A40KA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5- 1500/5500V1500/5A八、继电保护装置的设计变压器的继电保护装置以N0.1车间变电所选用的S9-1250/10型变压器为例1）装设瓦斯保护，当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动 作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。 1.5,满足灵敏度系数的要求3）装设电流速断保护，利用 DL15的速断装置电流速断保护动作电流 速断电流）的整定利用式速断电流倍数整定为 , 装设过负荷保护过负荷保护动作电流的整定利用式 |比，即 =150/5=30,