甲醇装置变配电所设计说明书.doc

湖 南 水 利 水 电 职 业 技 术 学 院
Hunan Technical College of Water Resources and Hydro Power

毕业设计说明书

课题名称：甲醇装置变配电所设计

合用专业： 供用电技术__
指导老师： 杨亚军____
学生姓名： 李亮______
学生学号： _
学生班级： 12级供电一班_

任务下达日期： 2023 年 11 月 17日
设计完毕日期： 2023 年 12 月 12日

毕业设计诚信承诺书

我谨在此承诺：
本人所呈交的毕业设计《甲醇装置变配电所设计》由本人独立完毕，保证不存在任何抄袭、抄袭别人成果的现象。凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，如出现抄袭及侵犯别人知识产权的行为，由本人承担由此产生的一切后果。

承诺人： 李亮
2023年 12月 12 日

前 言
本文是某甲醇装置变配电所设计说明。设计目的是通过对该工厂用电负荷的分析，为该工厂设计最完善的供配电系统设计方案。电能对整个工厂的正常生产起着举足轻重的作用，因此如何进行合理用电、安全用电、节约用电、高质量用电已经成为工厂建设和运营的重要问题之一。工厂的安全正常生产、节电节能、提高劳动生产率，都必须有一个安全、可靠、经济、合理供配电能和使用电能的系统作保障，才干实现公司利润最大化。
本书共分为八章，第一章重要是所给原始资料，对本厂负荷进行了具体的记录；第二章，根据负荷进行负荷的计算和对变压器进行选择，在高压侧对全厂进行无功补偿；第三章为主接线的选择；第四章为短路电流的计算；第五章对电气设备进行选择和校验；第六章无功补偿装置；第七章变电站的电气布置及低压配电系统的布置设计；第八章防雷设计；在论文的最后附上设计的图纸。
《毕业设计说明书》的编写分工如下：第一、二、三、四、五章由李亮编写；第六、八由陈佳琦编写；第七章由宋佳松编写。全书由李亮统稿。
关键词：变电站，负荷计算，短路计算
通过毕业设计，巩固和加深所学专业理论知识，锻炼分析和解决实际工程问题能力。培养和提高综合使用技术规范、技术资料，进行有关计算、设计、绘图和编写技术文献的初步技能，为此后参与工厂供电和变电所电气设计、安装、运营、检修、实验打下基础。

编者
2023年12月

目 录
前 言 1
第一章 基本资料的分析 3
第二章 负荷计算和主变的选择 5
2.1 负荷计算的意义 5
2.2 负荷计算 5
2.3 主变的选择 6
第3章 主接线的设计 9
3.1 电气主接线的基本规定 9
3.2 提出可行的电气主接线方案 10
第四章 短路电流计算 14
4.1 短路电流计算的目的和原则 14
4.2 短路电流计算 14
第五章 重要电气设备的选择和校验 16
5.1 电气设备选择的一般原则 16
5.2 断路器的选择 17
5.3 隔离开关的选择 18
5.4 互感器的选择 20
5.5 熔断器的选择 22
5.6 开关柜的选择和校验 23
5.7 载流导体的选择 24
致 谢 28
参考文献 29
第一章 基本资料的分析
本设计有关原始资料如下：
（1）本变电所建设的目的，是为了解决××甲醇装置供配电源的需要。
（2）本变电所为降压变电所，负荷有高压负荷（6KV）及低压负荷（0.4KV）。
（3）电源：
1）从动力站至变电所4.0KM，变电所至甲醇6.5KM
高压电机电缆长度.055KM，变压器电缆长度0.1KM
低压电机电缆长度0.1KM。
2）负荷（见附表1-1）
备注：在计算负荷时，高压负荷分为二组计算。低压负荷分为六组计算。

高 压 负 荷

1＃合成气压缩机
500KW

一组
1＃循环气压缩机
280 KW
1＃CO2压缩机
132 KW
变压器
400kva

电容器柜
407.2kvar

2＃合成气压缩机
500KW

二组
2＃循环气压缩机
280KW
2＃CO2压缩机
132KW
低 压 负 荷
磷酸盐泵
0.55KW

一组
粗甲醇泵
5.5KW
顶塔回流泵
5.5KW
加压塔进料泵
15KW
加压塔回流泵
15KW
常压塔回流泵
15KW
废水泵
37KW

二组
常压废水泵
3KW
精甲醇泵
37KW
碱液泵
0.55KW
轴流风机1.2.3.4.5
0.75×3KW
UPS电源
18KVA

三组

1#电控柜
7.4KW
本所照明相编队
4 KW
合成工序照明箱
5 KW
压缩照明箱
10 KW
1#精馏照明箱
10 KW
杂醇油泵
4KW

四组
地下槽泵
2.2KW
顶塔回流泵
5.5KW
加压塔进料泵
15KW
加压塔回流泵
15KW
常压塔回流泵
15KW
废水泵(Ⅱ)
3KW

五组
废水泵
3KW
精甲醇泵
37KW
碱液泵
0.55KW
轴流风机6.7#
0.75×2KW
2#电气柜
7.4KW

六组
2#精馏照明箱
10 KW
装置照明箱
20KW
检修动力箱
10 KW

第二章 负荷计算和主变的选择
2.1 负荷计算的意义
通常按发热条件选择供电系统元件时需要计算的负荷功率或负荷电流，称为计算负荷。有功计算负荷、无功计算负荷、设在计算负荷、计算电流它们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。
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减少,重者影响供电系统的安全运营.负荷计算偏大,则导致设备的浪费和投资的增大。为此,对的进行负荷计算是供电设计的前提,也是实现供电系统安全、经济运营的必要手段。
2.2 负荷计算
目前负荷计算的方法常用需要系数法、二项式系数法二种。根据设计任务规定，我组采用二项式系数法进行负荷计算。
在拟定连接设备台数不太多的车间或支干线的计算负荷时，由于其中n台大功率设备对电力负荷变化影响很大，为了反映这种变化，可采用二项式系数法。
公式：
式中 c、b——二项式系数，其值见表3-7（《用电管理》P31页）
——该组所有用电设备的总额定功率，KW
——表达用电设备的平均负荷
——该组中n台功率最大的用电设备的总额定功率
——表达用电设备组中n台容量最大的设备运营时的附加负荷，KW。
附表2-1：计算成果表（低压负荷分为六组计算）
低压负荷

分类（组）
（KW）
（kvar）
(KVA)
一组
47.145
35.36
58.93
二组
77.67
58.25
97.09
三组
36.4
0
54.4
四组
47.28
35.46
59.1
五组
41.52
31.14
51.9
六组
47.4
0
47.4
总负荷
297.415
160.21
368.8
附表2-2：计算成果表（高压分为二组计算）
高压负荷
分类（组）
（KW）
（kvar）
(KVA)
一组
820.8
615.6
1026
二组
820.8
615.6
1026
总负荷
1641.6
1231.2
2053
2.3 主变的选择
2.3.1 容量拟定及选型的原则
中小型降压变电所从变电所最低一级电压母线引接，其二次侧采用380/220V中性点接地的三相四线制，用单母线接线供电。
对枢纽变电所、总容量为60MVA及其以上的变电所、装有水冷却或逼迫油循环冷却的主变压器以及装有调相机的变电所，应装设两台所用变压器。如可以从变电所外引入可靠的380V备用电源，可只装一台所用变压器。如有两台所用变压器，应装设备用电源自动投入装置。
所用变压器容量选择的基本规定和应考虑的因素：所用变压器原边额定电压必须与引接处电压一致；副边额定电压则与所用电压相配合。变压器的容量必须满足所用机械正常运转和自启动的需要。
所用变压器的阻抗电压不能太小，否则短路电流大，所用系统的高压断路器无法选用价格低廉的轻型断路器，阻抗电压也不能太大，否则无法满足电压波动和电动机自启动规定。
所用变压器容量的拟定。
各段所用变应满足：
SN≥Sjs/KtKf
式中SN—所用变压器额定容量，KVA
Kf—变压器的允许过负荷倍数，最小可取1.04
Kt—相应于年平均温度修正系数，不同情况下Kt的数值，可查表得
容量：1台：S S
2台：油浸式 S70% S
干式 S（90%～100% ）S

2.3.2 容量拟定及选型
根据设设计规定，高压侧和低压侧各选取一台主变。
6KV降压变压器T1总的计算负荷：

选择油浸式变压器。S9-400/10，取自《发电厂变电所电气设备》。
35KV降压变压器T2总的计算负荷：

选择油浸式变压器。S9-2500/35，取自《发电厂变电所电气设备》。
附表2-3：变压器的型号表

型号

额定容量（KVA）
电压组合

空载损耗KW

负载损耗KW

空载电流％

UK％
高压(KV)
分接范围
低压（KV）

S9-400/10

400

11

±5％

0.4

0.8

4.3

1

4
S9-2500/35

2500

35

±5％

10.5

3.1

21

0.75

6.5

第3章 主接线的设计
3.1 电气主接线的基本规定
对主接线的基本规定有可靠性、灵活性、经济性和发展性等四个方面。
（1）可靠性。为了向用户提供连续、优质的电力，主接线一方面必须满足可靠性规定。主接线的可靠性的衡量标准是运营实践，要充足做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠性的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况，充足做好调查研究工作显得尤为重要。主接线的可靠性不仅涉及开关、母线等一次设备，并且涉及相应的继电保护、自动装置等二次设备在运营中的可靠性，不要孤立地分析一次系统的可靠性。为了提高主接线的可靠性，选用运营可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾可靠性和经济性两方面，做出切合实际的决定。
（2）灵活性。电气主接线的设计，应当合用在运营、热备用、冷备用和检修等各种方式下的运营规定。在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路等元件，并方便地设立安全措施，不影响电网的正常运营和对其他用户的供电。
（3）经济性。方案的经济性重要体现在投资省、占地面积小和电能损耗小三方面。主接线力求简朴，以节省一次设备的使用数量；继电保护和二次回路在满足技术规定的前提下，简化配置、优化控制电缆的走向，以节省二次设备和控制电缆的长度；采用措施限制短路电流，得以选用价廉的轻型设备，节省开支。主接线的选型和布置方式，直接影响到整个配电装置的占地面积。应经济合理地选择变压器的类型（双绕组、三绕组、自藕变、有载调压等）、容量、台数和电压等级。
（4）发展性。主接线可以容易地从初期接线方式过渡到最终接线。在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，完毕过渡期的改扩建，且对一次和二次部分的改动的工作量最少。
变电所的主接线方式一般如下：
当变电所装有两台变压器时，6~10kV侧宜采用分段单母线，线路为12回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设立旁路母线。
当6~35kV配电装置采用手车式高压开关时，不宜设立旁路母线。
对每一电压等级所选用的方案列表进行分析，具体比较可靠性和灵活性，再对方案的经济性作定性和定量分析。通过经济比较，选出适合该变电所的主接线方案。
3.2 提出可行的电气主接线方案
根据变电所有关的原始资料，拟出两个以上的电气主接线方案，经技术经济比较，选择一合理的最佳方案作为设计推荐方案。
本项目是甲醇工厂。因此，高压侧只设有一台变压器，低压侧也只设有一台变压器。因此，低压侧电气主接线有两种方案供选。

方案Ⅰ：高压侧采用不分段单母线接线形式，低压侧也是采用不分段单母线。
接线简图:

图3-1
方案Ⅱ：高压侧采用不分段单母线接线形式，低压侧采用分段单母线接线。
接线简图:
。
图3-2
方案Ⅰ与方案Ⅱ技术比较：
方案Ⅰ，不分段单母线接线：优点：接线简朴清楚，设备少，经济性好，操作方便，便于扩建，也便于采用成套配电装置。缺陷：可靠性低，调度不方便。任一回路故障或回路断路器检修时，该回路要停电；母线范围内检修或故障时，全站要停电。此方案的供电可靠性低，灵活性好，经济性好。
方案Ⅱ，不分段单母线接线优缺陷如上；分段单母线接线：优点：接线比较简朴，操作方面，可靠性有所提高，扩建方便，调度较单母线灵活。缺陷：供电可靠性较低，任一段母线范围内检修或故障时，该母线段上的所有回路都要停电。此方案和方案Ⅰ比，可靠性有所提高。

方案Ⅰ与方案Ⅱ经济比较比较，见附表3-1
附表3-1
方案Ⅰ
方案Ⅱ
电气设备基建投资费（万元）
1）进线主变(参考山东天弘变压器有限公司报价）
2500KVA 一台 7.82
车间配电变（参考群邦电子(苏州)有限公司报价）
400KVA 一台 1.81
2）配电装置
XGN2-10开关柜 8块
2.1×8=16.8
GCS开关柜 12块
0.15×12=1.8
3） Z1=7.82+1.81+16.8+1.8=28.23
1）进线主变(参考山东天弘变压器有限公司报价）
2500KVA 一台 7.82
车间配电变（参考群邦电子(苏州)有限公司报价）
400KVA 一台 1.81
2）配电装置
XGN2-10开关柜 8块
2.1×8=16.8
GCS开关柜 13块
0.15×13=1.95
3）Z2=7.82+1.81+16.8+1.95=28.38
年运营费用（万元）
1）电气设备折旧维护费用
进线主变7.82×14%=1.0948
车间配电变1.81×14%=0.2534
配电装置：（16.8 +1.8）×10.2%=1.9
1）电气设备折旧维护费用
进线主变21×14%=2.94
车间配电变4×14%=0.56
配电装置：（37.8+3.6）×10.2%=4.02
显然，第一方案不管设备总投资和年运营费用均较小，是比较经济的方案
结论：方案Ⅰ经济性较好，但方案Ⅰ的供电可靠性不如方案Ⅱ。经我组讨论，决定选取方案Ⅱ，主接线简图如下：

图3-3

第四章 短路电流计算
4.1 短路电流计算的目的和原则
（1）计算短路电流的目的：重要是为了选择断路器等电气设备或对这些设备提出技术规定；评价并拟定网络方案，研究限制短路电流措施；为继电保护设计和调试提供依据；分析计算送变电线路对通讯设施的影响等。
（2）短路电流计算的原则
在电力系统设计中，短路电流的计算应按远景规划水平年来考虑，远景规划水平一般取工程建成后5—2023中的某一年。计算内容为系统在最大运营方式时，各枢纽点的三相短路电流和单相接地短路电流，并列表供查用。假如短路电流过大，应采用措施将其限制到合理水平。
4.2 短路电流计算
4.2.1 系统短路点的拟定
35KV进线侧、6KV母线、6KV电动机回路末端、0.4 KV电动机回路末端的短路点进行三相短路电流计算。
短路点如图所示：

图4-1
4.2.2 计算思绪
（1）资料收集，收集所设计的甲醇装置变配电所电气主接线图，了解其运营方式。据此，做出短路电流计算用的电气接线图。在接线图中标出各元件参数、规格。
（2）等值电路图，把做出的电气接线图简化为等值电路图，在等值电路图上用标幺值标出各元件阻抗。
（3）各元件阻抗标幺值计算，用标幺值计算各元件的阻抗值，并要在各元件电抗值依序编号1、2、3、…，并依序填入等值电路图
（4）计算短路电流，求出三相对称短路电流和冲击电流。
4.2.3 成果表
附表4-1：短路电流计算结果表

短路地点

短路点编号
短路点平均电压（KV）

短路电流I”(KA)
短路冲击电流 (KA)
35KV进行侧

k1

37

13

34
6KV母线

k2

6.3

0.99

2.52
6KV电动机回路末端

K3

6.3

0.93

2.37
0.4 KV电动机回路末端
K4
0.4
3.09
5.68
计算过程见计算书。
第五章 重要电气设备的选择和校验

5.1 电气设备选择的一般原则
根据电气设备选择的一般原则，按正常运营情况选择设备，按短路情况校验设备。按最大工作电流、电网电压进行初步选型，按短路电流进行动稳定和热稳定校验。选择及校验项目见附表5-1。
附表：5-1：
选择校
验项目

设备名称

电压（KV）

电流（A）

开断
电流（KA）
短路电流稳定性

备注

热稳定

动稳定
断路器
√
√
√
√
√
要校验关合电流
隔离开关
√
√

√
√

熔断器
√
√
√

要校验保护特性
成套配电装置
√
√
√

指柜内开关电器
母线及导体

√

√
√

电力电缆
√
√

√

电流互感器
√
√

√
√

电压互感器
√
√

5.2 断路器的选择
高压断路器的选择。高压断路器的型式选择，除满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑安装调试和运营维护的方便。一般6~35kV选用真空断路器，35~500kV选用SF6断路器。高压断路器根据额定电压Un、额定电流In来初步选型。校验的项目有额定开断电流、热稳定、动稳定。低压设备选用组合式开关。
①35KV降压变压器T2高压侧断路器的选型：
最大连续工作电流计算：

根据上述条件，选型六氟化硫断路器LW7-35，经校验，符合规定（校验过程见计算书）。

②35KV降压变压器T2低压侧的断路器的选型：
最大连续工作电流计算：

根据上述条件，选择真空断路器ZN-10/600，经校验，符合规定（校验过程见计算书）。

③6KV降压变压器T1高压侧断路器的选型：
最大连续工作电流计算：

根据上述条件，选择真空断路器ZN-10/600，经校验，符合规定（校验过程见计算书）。

④6KV降压变压器T1低压侧断路器的选型：
额定电压
最大连续工作电流计算：

根据上述条件选择GCS型低压抽出式开关柜。成套配电装置不需要进行动稳定和热稳定校验。

5.3 隔离开关的选择
隔离开关的选择。隔离开关的型式应根据配电装置的布置特点和使用规定等因素，进行综合的技术经济比较后拟定，其选择与断路器相同，但不需校验开断能力。对隔离开关还应配置其操动机构，屋内式8000A以下的隔离开关一般配手动操作机构。220kV及以上高位布置的隔离开关，宜采用电动机构和液压机构。低压设备选用组合式开关。
①35KV降压变压器T2高压侧隔离开关的选型：
最大连续工作电流计算：

根据上述条件，选择GW5-35G.，经校验，符合规定（校验过程见计算书）。

②35KV降压变压器T2低压侧隔离开关的选型：
最大连续工作电流计算：

根据上述条件，选择GN-6T/400，经校验，符合规定（校验过程见计算书）。

③6KV降压变压器T1高压侧隔离开关的选型：
最大连续工作电流计算：

根据上述条件，选择GN-6T/200，经校验，符合规定（校验过程见计算书）。

④6KV降压变压器T2低压侧的隔离开关：
最大连续工作电流计算：

根据上述条件选择GCS型低压抽出式开关柜。成套配电装置不需要进行动稳定和热稳定校验。

5.4 互感器的选择
5.4.1电流互感器的选择
根据安装的场合和使用条件，选择电流互感器的绝缘结构（浇注式、瓷绝缘式、油浸式等）、安装方式（户内、户外、装入式、穿墙式等）、结构型式（多匝式、单匝式、母线式等）、测量特性（测量用、保护用、具有测量暂态的特性等）。选择的项目有额定电压、额定电流、准确度等级等，校验的项目有二次负荷容量、热稳定、动稳定等。
①35KV降压变压器T2高压侧电流互感器的选型：
最大连续工作电流计算：

用于测量、保护的选用0.5/D级。根据上述条件，选择LCWD-35，经校验，符合规定。（校验过程见计算书）。

②35KV降压变压器T2低压侧电流互感器的选型：
最大连续工作电流计算：

根据上述条件，选择LA-10，经校验，符合规定（校验过程见计算书）。

③6KV降压变压器T1高压侧电流互感器的选型：
最大连续工作电流计算：

准确度选0.5级。
根据上述条件，选择LA-10，经校验，符合规定（校验过程见计算书）。

④6KV降压变压器T1低压侧电流互感器的选型：
最大连续工作电流计算：

根据上述条件选择GCS型低压抽出式开关柜。成套配电装置不需要进行动稳定和热稳定校验。

5.4.2电压互感器的选择
根据安装的场合和使用条件，选择电压互感器的绝缘结构和安装方式。选择内容涉及额定电压和准确度等级，应校验二次负荷容量。

①6KV母线上装配的电压互感器的选型：
Un=6KV
最大连续工作电流计算：

准确度选0.5级。根据上述条件，选择JDZ6-6。电压互感器不需要进行热稳定和动稳定校验。

5.5 熔断器的选择
①6KV跟电压互感器配套使用的熔断器：
RN2型户内中压熔断器专用于保护电压互感器短路故障。根据额定电压、额定电流、最大电流峰值选择RN2-6型熔断器。采用这类限流型熔断器可不必进行动稳定校验。

②跟电力电容器（无功补偿）配套使用：

根据上述条件选择型号为RN1-10/50。采用这类限流型熔断器可不必进行动稳定校验。

5.6 开关柜的选择和校验
5.6.1 6KV侧开关柜的选型
最大连续工作电流计算：

根据上述条件选择XGN2-10开关柜，具体参数见附录1。成套配电装置不需要进行动稳定和热稳定校验。

5.6.2 0.4KV侧开关柜的选型
最大连续工作电流计算：

根据上述条件选择GCS型低压抽出式开关柜，具体参数见附录2。成套配电装置不需要进行动稳定和热稳定校验。

5.7 载流导体的选择
5.7.1 母线的选型
母线的选择。母线分硬母线、软母线、电缆三类。硬母线一般采用铝材，可按最大连续工作电流或经济电流密度选择截面积，应校验热稳定和动稳定，110kV及以上的母线还要进行电晕电压校验。
5.7.1.1 6KV母线的选型
①按回路连续工作电流选择

最大连续工作电流的计算：

②按经济电流密度选择

根据上述条件，选择硬铝矩形母线，平放，截面积。经校验，符合规定。（校验过程见计算书）

5.7.1.2 0.4KV母线的选型
①按回路连续工作电流选择

最大连续工作电流的计算：

②按经济电流密度选择

根据上述条件，选择硬铝矩形母线，平放，截面积。经校验，符合规定。（校验过程见计算书）

5.7.2 高压电缆的选型
5.7.2.1 35kV进线侧电缆的选型

③按经济电流密度选择

根据上述条件，初步选择交联聚乙烯电缆YJLV，空气中敷设，截面积。经校验，符合规定。（校验过程见计算书）

5.7.2.2 35kV降压变压器低压侧电缆的选型

③按经济电流密度选择

根据上述条件，初步选择交联聚乙烯电缆YJLV，空气中敷设，截面积。经校验，符合规定。（校验过程见计算书）

5.7.2.3 6KV侧电机电缆的选型

③按经济电流密度选择

根据上述条件，初步选择交联聚乙烯电缆YJLV，空气中敷设，截面积。经校验，符合规定。（校验过程见计算书）

5.7.3 低压电缆的选型
5.7.3.1 6KV降压变压器出线电缆的选型
最大连续工作电流的计算：

经校验，符合规定。（校验过程见计算书）

5.7.3.2 0.4KV侧低压电机电缆的选型
最大连续工作电流的计算：

经校验，符合规定。（校验过程见计算书）

致 谢
大学生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当我完毕毕业设计的时候，有一种如释重负的感觉，感慨良多。 
一方面真挚的感谢我的论文指导老师杨亚军老师。她在忙碌的教学工作中挤出时间来审查、修改我的毕业设计。尚有教过我的所有老师们，你们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的楷模；他们循循善诱的教导和不拘一格的思绪给予我无尽的启迪。 
感谢三年中陪同在我身边的同学、朋友，感谢他们为我提出的有益的建议和意见，有了他们的支持、鼓励和帮助，我才干充实的度过了三年的学习生活。

参考文献
《电气设备及运营维护》 刘增良 中国电力出版社 2023年8月第一版
《供配电工程设计指导》 翁双安 机械工业出版社 2023年3月
《电气原理识图》 陈芳 黄河水利出版社 2023年8月第一版
《水电站电气设备》 黄庆丰 黄河水利出版社 2023年1月第一版
《用电管理》 李珞新 中国电力出版社 2023年2月第一版
《中小型水电站电气设计手册》 许建安 中国水利水电出版社 2023年4月第一版