化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计.doc

化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计46资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计摘要工厂供电系统就是将电力系统的电能降低压再分配电能到各个厂房或者车间中去,它是由工厂降变电站,高压配电线路,车间变电所,低压配电线路及用电设备组成的。工厂总降压变电所及其配电系统设计, 是根据各个车间的负荷数量和性质, 生产工艺对负荷的要求, 以及负荷布局来确定的。结合国家的相关规定, 画出各个配电因此及配电系统的主接线图。电气系统的主接线对供电系统的基本配置以及其安全可靠的运行起着至关重要的作用。良好的供电系统能轻松解决各个部门的安全可靠, 经济技术的分配电能问题。其基本内容有以下几方面: 负荷计算, 功率的补偿, 进线电压的选择, 变配电所位置的电气设计, 短路电流的计算及继电保护, 电气设备的选择, 车间变电所位置和变压器数量、 容量的选择, 防雷接地装置设计等。关键词: 负荷计算; 电气设备; 总降变电所; 短路计算; 继电保护A chemical fiber woollen textile factory factory always match substation and distribution system designABSTRACT Factory supply system is to reduce the power of the power system pressure redistribution of power to the various plant or workshop to go, it is a factory-down substations, high-voltage distribution lines, substations workshop, low-voltage distribution lines and electrical equipment composed. Factories total step-down substation and distribution system design is based on the number and nature of the load of each workshop, the production process of the load requirements, and load distribution determined. With related regulations of the country, the main wiring diagram drawn so each distribution and distribution system. Main wiring of the electrical system of the basic configuration of the power supply system as well as its safe and reliable operation plays a vital role. Good power supply system can easily solve the security departments of reliable, economic and technical problems of distribution of electric energy. The basic contents are the following: load calculations, compensation, the line voltage of the power of choice, select the location of the electrical power distribution design, calculation of short circuit current and protection, electrical equipment, workshop and substation location number of transformers, capacity choice, lightning protection and grounding equipment design.Key words: load calculation ; electrical equipment ; total drop substation; short circuit calculation; relay protection 1 绪论12 基础设计资料分析33 供电系统主接线设计与变电所的结构设计53.1 供电系统主接线设计53.2 变配电所的基本设计64 负荷计算75 无功功率的补偿以及变压器的选择105.1 计算功率的补偿105.2 变压器容量的选择126 短路电流的计算146.1 短路电流计算意义及方法146.2 短路电流的计算147 进线 、 母线及电气设备的选择177.1 总配电所架空线的选择177.2 高压侧与低压侧的母线选择177.3 各个变电所的进线选择177.4 变电所低压出线的选择197.5 绝缘子和套管选择与校验207.5.1 户内支柱绝缘子207.5.2 穿墙套管217.6 设备的选择217.6.1 设备的选择原则217.6.2 高压侧设备的选择227.6.3 各车间进线设备的选择237.7 低压设备器件的选择及校验248 过电流保护318.1 过电流保护装置的类型318.2 变压器的过电流保护319 防雷及接地349.1 防雷保护349.2 接地方式349.3 行波保护35总结36参考文献37致谢381 绪论众所周知, 电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于用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; 电能的输送和分配既简单经济, 又便于控制, 调节和测量, 有利于实现生产过程自动化。现代社会的信息技术和其它高新技术都是建立在电能应用的基础之上的随着科技的进步与发展, 人们的身边出现了越来越多的电力驱动的设备, 电力成为人们生活中必不可少的一部分。电能的广泛应用促进了供电系统的飞速发展, 为了满足不同的电力需要, 越来越多的供电设备被开发出来。在工厂中点恩能够虽然是工业生产中的主要能源与动力, 可是它在成本中所占的比重一般很小。虽然它在工厂总投资里所占的比重并不高, 可是电能在工业生产中的重要性并不在于它所占的比重, 而在于电能在工业中实现电气化生产以后, 能够大大的增加产量, 提高产品质量, 提高劳动生产率, 降低生产成本, 减轻工人的劳动负担, 有利于生产过程自动化的实现。从另一方面说, 对于某些对供电可靠性要求很高的工厂, 如果没有一个好的、 切合实际、 稳定的供电系统, 工作途中突然断电, 即便是短时间的停电也会引起不小的工业事故, 甚至会造成人员伤亡。因此, 做好工厂供电对于发展工业生产, 实现工业现代化, 具有十分重要的意义。1工厂的供电要和很好的为工业服务就必须做到以下几点: （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 应满足电能用用户对供电可靠性即连续供电的要求。（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 供电系统的投资要省, 运行费用要低, 并尽可能的节约电能和减少以有色金属消耗能量。另外, 在供电工作中, 赢合理的处理局部和全局、 当前和长远的关系, 既要照顾局部和当前的利益, 又要有全局观点, 能顾全大局, 适应发展。 本设计介绍了供配电系统的整体功能和相关技术要点, 重点介绍了工厂供配电系统的结构与布局, 系统的基础设计与各种计算相关系统的运行, 并按照提供给共产的电源以及工厂的用电负荷的实际情况, 同时结合到工厂以后的发展前景, 按照安全、 可靠、 优质、 经济的要求, 确立变电站的地理位置和类型以及变电站的主变压器的类型、 容量、 台数以及变电站主接线方案及高低设备和进出线的选择。 本设计共分几部分包括: 负荷计算和无功功率补偿、 变电站位置与形式选择、 变电站主变压器的台数、 类型容量以及主接线方案的选择、 短路电流的计算、 变电站一次设备的选择与校验、 变电站电气主结线图、 工厂进出线方案的选择, 继电保护的设计和整定与防雷、 接地设计: 直击雷保护、 行波保护和接地网设计等。2 基础设计资料分析该毕业设计使用了一个模拟的小规模工厂10/0.4kv、 容量为2149.02kva的降压变电站. 区域变电站经10kv双回进线对该厂供电。该厂大部分车间为三班制。本厂绝大部分用电设施属于长期连续负荷, 要求不间断的供电。年最大负荷利用小时约为5000小时。织造, 染整车间属于属于二级负荷。 ( 1) 供电部门在该厂东侧1km处提供10kV架空线向本厂供电, 提供双回路10kV电源, 一用一备。 ( 2) 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。 ( 3) 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。表1负荷计算表序号车间或用电单位名称设备容量(kW)1制条车间3400.80.80.752纺纱车间3400.80.80.753软水站86.10.650.80.754锻工车间36.90.30.651.175机修车间296.20.30.51.736幼儿园12.80.60.61.337仓 库37.960.30.51.178织造车间5250.80.80.759染整车间4900.80.80.7510浴 室1.880.8111锅 炉2000.70.750.8812化验室1250.250.51.7313卸油台100.650.80.7514水泵房150.650.80.7515食堂150.60.61.333 供电系统主接线设计与变电所的结构设计3.1供电系统主接线设计电气主接线的设计是供电系统设计的主题之一。10kV变电所, 高压侧主接线的设计方案与电源数量、 电压等级、 负荷规模、 负荷等级以及运行可靠性、 经济性等密切相关, 对电气设备选择和布置、 继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此, 主接线设计, 必须全面分析所有因素, 正确处理其间关系, 合理选择主接线方案, 要求做到安全、 可靠、 灵活、 经济。在变电所的主接线图中将电线或电缆、 电力变压器、 母线、 各种开关避雷器电容器等电气设备有序的连接起来, 只表示相对电气连接关系而不表示实际位置。供配电系统变电所主接线具有以下多种接线结构: 线路变压器组、 并行线路变压器组、 单母线不分段结构、 单母线分段式结构、 桥式主接线结构和双母线结构。21.线路变压器组适用于一个电源提供电力和装设一台变压器的系统。该方法的优点是连接线路是容易操作, 需要的电器设备也比较少, 配电器件简单, 投资比较小, 可是这种方法也有缺点, 就是该系统任意一个装置故障后或者需要检修时, 变电所所有设施停电, 不具有很高的可靠性。, 因此这种接线方式不适用于二级负荷以上的负荷单位, 只能在小容量的三级负荷或者小规模企业中使用。 2.单母线不分段结构这种接线方法常见于只有一个电源供电的系统, 变压器的进线和出线布置一个断路器和隔离开关。当电源线路、 母线或母线隔离开关发生故障或检修时, 全部用户供电中断。因此这种接线方式适用于对供电连续性要求不高的三级负荷用户, 或者有备用电源的二级负荷用户。3.单母线分段结构当有双电源供电时, 常采用单母线分段接线。可采用隔离开关或断路器分段, 隔离开关因操作不便, 当前以已经不采用。单母线分段接线能够单独运行, 也能够并列同时运行。4.桥式主接线结构桥式主接线结构是指在两路电源进线之间跨接一个断路器。断路器跨接在进线断路器的内侧, 靠近变压器, 称为内桥式结构。若断路器跨接在进线断路器的外侧, 靠近电源侧, 称为外桥式结构。其适用范围为有两路电源供电及两台变压器的情况。3 因为该厂是二级负荷切考虑到经济因素故本方案采用10kV双回进线, 单母线分段供电方式, 在NO.3车变中接明备用变压器。采用这种接线方式的优点有可靠性和灵活性较好, 当双回路同时供电时, 正常时, 分段断路器可合也可开断运行, 两路电源进线一用一备, 分段断路器接通, 此时, 任一段母线故障, 分段与故障断路器都会在继电保护作用下自动断开。故障母线切除后, 非故障段能够继续工作。当两路电源同时工作互为备用试, 分段断路器则断开, 若任一电源故障, 电源进线断路器自动断开, 分段断路器自动投入, 保证继续供电4主接线的设计见附录13.2 变配电所的基本设计总配电所的选址应该以靠近全厂的负荷中心为宗旨, 负荷高的地方进出线比较多, 方便与设备的运输与替换。其周围不应该有易燃易爆以及具有腐蚀性气体的危险场所。 由于该工厂的中心位置有一个水塔, 因此其总配电所不能设在该厂中心位置。工厂中还有一卸油台和一个化验室, 其中有易燃易爆物品, 而且化验室还很有可能有腐蚀性气体, 因此总变电所也不能建在这两栋建筑附近。由于该厂的NO.1变电所承担了全场最重的负荷, 而且其周围的负荷分布也比较均匀, 因此总配电所最适合安置在此处。联系本厂实际结构布置情况, 全厂的负荷水平不算高, 而且出线比较少, 因此在设置布局时, 将总配电所与NO.1变电所合并, 建设成变配电所, 既节省了企业的投资又方便了变电所的管理。全厂的总体布局图见附录24 负荷计算表4 负荷计算表序号车间或用电单位名称设备容量(kW)计 算 负 荷有功(KW)无功(Kvar)视在(KVA)1制条车间3400.80.80.75272204 3402纺纱车间3400.80.80.752722043403软水站86.10.650.80.7555.96541.973769.956254锻工车间36.90.30.651.1711.0712.951917.035机修车间296.20.30.51.7388.86153.727177.726幼儿园12.80.60.61.337.6810.214412.87仓库37.960.30.51.1711.38813.323922.7768织造车间5250.80.80.754203155259染整车间4900.80.80.7539229449010浴室1.880.811.50401.50411锅炉2000.70.750.88140123.2186.6712化验室1250.250.51.7331.2554.0662.513卸油台100.650.80.756.54.888.1314水泵房150.650.80.759.757.3112.1915食堂150.60.81.33911.9715整厂供电由三个变电所供给, 1-5为NO1变电所,6-10为NO2变电所,11-15为NO3变电因此NO3变电所负荷计算为例, 计算过程如下 ( 1) 锅炉有功功率: 无功功率: 视在功率: ( 2) 化验台有功功率: 无功功率: 视在功率: ( 3) 卸油台有功功率: 无功功率: 视在功率: ( 4) 水泵房 有功功率: 无功功率: 视在功率: ( 5) 食堂 有功功率: 无功功率: 视在功率: 变电所NO3的计算负荷 ( 取0.9取0.95) 用功计算负荷: 无功计算负荷: = 视在计算负荷: 其余变电所的算法与变电所NO3的算法一样, 这里就不一一计算了, 结果见下表。表4.1各变电所计算负荷变电所序号有功(KW) 无功(Kvar) 视在(KVA)NO1329.91616.65699.35NO2659.31600.91892.07NO3176.85191.349260.565 无功功率的补偿以及变压器的选择5.1 计算功率的补偿 供电单位一般对用电用企业要求要求功率因数达到0.9以上, 当总功率因数较低时, 常采用提高用电设备的自然功率因数的方法提高总平均功率因数。提高负荷的功率因数, 能够减少发电机送出的无功功率和经过线路、 变压器传输的无功功率, 使线损大为降低, 而且还能够改进电压质量、 提高线路和变压器的输送能力。6 本设计采用并联电容器进行无功补偿, 它是当前最行之有效且应用最广的无功补偿的措施, 它主要用于频率为50Hz的电网中提供功率因数, 作为产生无功功率的电源。以NO.3变电所为例进行计算: 变电所补偿前的功率: 电流的计算: 补偿后的功率因数: 需要补偿的功率: = 本设计选用的电容器型号为BKMJ0.4-25-3补偿电容器的个数: 因此实际的功率补偿为补偿后的用功计算负荷: 补偿后的无功计算负荷: 补偿后的视在计算负荷: 补偿后的计算电流: 高压侧的功率因数的校检: 高压侧有功计算负荷: 高压侧无功计算负荷: 高压侧的视在计算负荷: 高压侧的计算电流: 高压侧的功率因数: 满足要求。其它变电所的计算方方同上, 计算结果如下表所示。表5-1 功率补偿表变电所NO.1NO.2NO.3补偿前0.470.740.68329.91659.31176.85616.65600.91191.349699.35892.07260.5640.3851.515.04补偿后0.920.920.92329.91659.31176.85137.62275.9166.349357.46714.71188.8920.6441.2610.91高压侧0.9030.9030.918335.27670.03179.68159.07318.7977.679371.09742195.7521.4242.8411.35.2 变压器容量的选择 变压器的选择有两种情况: ( ) 只装一台变压器的变电所变压器的容量为: 应满足用电设备全部的计算负荷的需要, 即 （2） 装有两台变压器的变电所每台变压器的容量应满足两个4条件: 任何一台变压器工作室应满足总计算负荷的60%70%的需要, 即 任何一台变压器工作室, 应满足一、 二级负荷的需要, 即 本设计中所有的负荷均为二级负荷, 因此变电所选取的的方式。（3） 车间变电所变压器的容量上限 单台变压器不宜大于1000KVA。这一方面是受以往低压开关单台变压器不宜大于1000KVA。这一方面是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制; 另一方面也是考虑到能够使变压器更接近于车间负荷中心, 以减少低压配电线路的电能损耗、 电压损耗和有色金属消耗量。（4） 并行运行的变压器 最大容量与最小容量之比不应超过3:1。同时, 并联运行的两台变压器必须符合以下条件: 并联变压器的电压比必须相同, 允许差值不应超过5%, 否则会产生环流引起电能损耗, 甚至绕组过热或烧坏。 并列变压器的阻抗电压必须相等, 允许差值应不超过10%, 否则阻抗电压小的变压器可能过载。 并列变压器的联接组别应相同, 否则二次侧会产生很大的环流, 可能使变压器绕组烧坏。5表5-2 变压器的选择变电所 变压器 的型号额定容量KVA额定电压( KV) 消耗( KW) 空载电流( %) 阻抗电压( %) 台数( ) 高压低压空载短路NO1S9-800/1080010.50.41.26.21.54.51NO2S9-1000/10100010.50.41.710.30.74.52NO3S9-315/1031510.50.40.703.501.5416 短路电流的计算6.1 短路电流计算意义及方法在工业生产中, 如果线路发生短路, 那么造成的后果是非常严重的, 因此需要努力消除可能引起短路的一切因素。同时需要进行短路计算, 以便正确的选择电气设备, 是设备具有足够的动稳定性, 和热稳定性, 以保证在发生可能有最大短路电流是不至于损坏。短路电流的计算一般分为两种, 偶魔法和标幺制法, 本设计采用标幺制法。 6.2 短路电流的计算 图6-2短路电流的等效电路图( 1) 确定基准值取, , （2） 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1)采用SN10-10I断路器, 查附录12可得 架空线路的电抗标幺值: 查表得。 2) 变压器的电抗标幺值: 这里以NO.2为例, 该变电所选用 S9-1000/10 该变压器的的 ( 3) 等效电路图如6-2所示, 而且标明了端点计算点。 求K-1点的短路总标幺值及三相短路电流和短路容量; 1)总电抗标幺值为 2) 三相短路电流周期分量有效值为 3) 其它三相短路电流为 4) 三相短路容量为 ( 4) 求K-2的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)总电抗标幺值为 2) 三相短路电流周期分量有效值为 3) 其它三相短路电流 4) 三相短路容量为 NO.2与NO.1,、 NO3变压器的短路计算相同, 期计算结果见表6-3表6-3 各个变电所的短路计算及容量 短路 计算 点 变电 所编 号 三相短路电流/KA三相短路容量 K-1 NO.18.468.468.4621.5812.77153.85 K-228.0328.0328.0351.5830.5519.42 K-1NO.28.468.468.4621.58312.77153.85 K-228.0328.0328.0351.5830.5519.42 K-1NO.38.468.468.4621.5812.77153.85 K-210.8110.8110.8119.8911.787.497 进线 、 母线及电气设备的选择7.1 总配电所架空线的选择 架空线的选择一般都是按照发热条来确定导线型号的, 其中应该考虑的因素是导线允许的载流量小于经过相线计算电流, 即 高压补偿后的计算电流: 查询相关的附录表: 根据当地的环境条件选择适宜的导线, 因此在这里我们选择LGJ-400/35型钢芯铝绞线, 改到显得截面积是, 机械强度也符合实际要求。7.2 高压侧与低压侧的母线选择母线的选择方法与架空线的选择方法是相同的, 因此计算电流为 查询相关的附录表: 根据当地的温度来选择事宜的导线, 这里选择 LMY型矩形硬铝母线, 选择 导线的截面积为, 其允许载流量为为586A。低压侧与高压侧的母线选择一致, 这里就不再计算了, 查表得, 低压侧母线选择LMY型矩形硬铝母线, 其截面为。7.3 各个变电所的进线选择 NO.1 变电所引进线的选择年最大负荷利用小时在5000小时以上的架空线路而且材料为铝芯电缆的经济电流 密度为 回路电流: 因此 NO.2 变电所引进线的选择 回路电流: 因此 NO.3 变电所引进线的选择 回路电流: 因此 查表可知: 三台变压器均采型电缆, 其选择结果见表7-3 表7-3 各变电所高压进线表回路电流截面积Aec架空线电力电缆( 每回路) 型号根数允许载流量( A) NO.121.4213.9ZLQ20-10000-31616165NO.242.8427.82ZLQ20-10000-335351130NO.311.37.34ZLQ20-10000-316161657.4 变电所低压出线的选择选择的基本原则: 根据就变电所的计算电流的大小来确定导线型号的选择。 NO.1变电所 低压侧回路的电流: NO.2变电所 低压侧回路的电流: NO.3变电所 低压侧回路的电流: 由于所选的母线载流量必须大于回路电流, 查表可知母线的选择。母线选择见表7-4 表7-4个变电所低压进线列表 变电所回路电流( A) 低压侧回路母线 型号尺寸 根数允许载流量( A) NO.1542.1LMY-5045041586NO.21085.9LMY-1006.31006.311371NO.3286.99LMY-40440414807.5 绝缘子和套管选择与校验7.5.1 户内支柱绝缘子型号: ZA10Y 额定电压10kV动稳定校验: 经查表可得, 支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷( 弯曲) 为3.75kN 则: K 经验证: 因此支柱绝缘子满足动稳定要求。7.5.2 穿墙套管 型号: CWL10/600 1) 动稳定校验: 经查表可得, , , , a=0.22m 因此此穿墙套管满足动稳定要求 2) 热稳定校验: 额定电流为600A的穿墙套管5s热稳定电流有效值为1.2kA 则: 因此穿墙套管满足热稳定要求11。7.6 设备的选择7.6.1 设备的选择原则 选择的原则: 所选设备的额定电压应该大于或者等于所在线路的额定电压, 即: ; 所选设备的额定电流, 应该大于或者等于所在电路的计算电流, 即; 所选设备的额定断开电流或短流容量应该大于或等于设备分段瞬间的短路电流有效值或者短路容量, 即: 或者。7.6.2 高压侧设备的选择表7-6-2 高压侧设备选择表装置地点条件参数量程1075.578.4621.58设备型号参数隔离开关GN19-10/4001040031.5=625电流互感器LQJ-10-200/510400/5=90.50=225高压短路器SN10-10I/630106301640=521高压熔断器RN2-10/0.510500200电压互感器JDZ-10-10000/10010/0.1避雷器FS4-10107.6.3各车间进线设备的选择 各个变电所回路电流的计算值 NO.1变电所回路电流计算值为21.42A, 电压为10KV NO.2变电所回路电流计算值为42.84A, 电压为10KV NO.3变电所回路电流计算值为11.3A, 电压为10KV 此处的设别器材全都以K-1点的短路电流来进行稳定和热稳定的效验, 因此各车间 10KV进线回路设备相同, 此处以第一车间为例, 其它车间的选用型号一致。装置地点条件参数量程1021.428.4621.58设备型号参数 隔离开关GN19-10/400 10 400 31.5电流互感器LQJ-10-200/5 106301640高压短路器SN10-10I/630 10 =33.9=126.5677.7 低压设备器件的选择及校验表7.-7-1NO.1车间各项数据计算数据低压断路器隔离开关电流互感器型号DW48-1600HD1114LMZ-0.5U=0.4kV0.4kV0.4kV0.4kV=933.96A1600A1000A1000/5=26.7kA50kA=18.5MVA=49.13kA60kA( 杠杆式) 135t=t75个数178表7-7-2 NO.2车间各项数据计算数据低压断路器隔离开关电流互感器型号DW48-1600HD1114LMZ-0.5U=0.4kV0.4kV0.4kV0.4kV=1277.89A1600A1500A /5=28.22kA50kA=19.55MVA=51.92kA80kA( 杠杆式) 135t=t75个数156表7-7-3 NO.3车间各项数据计算数据低压断路器隔离开关电流互感器型号DW15-630HD1114LMZB6-0.38U=0.4kV0.4kV0.4kV0.4kV=368.42A630A600A300800/5=10.38kA30kA=7.18MVA=19.11kA50kA( 杠杆式) 135t=t75个数1457NO.11、 低压断路器的选择与校验( 1) 按工作环境选型: 户外式( 2) 断路器额定电压及额定电流=0.4kV=2、 隔离开关的选择与校验( 1) 按工作环境选型: 户外型( 2) 隔离开关的额定电压及额定电流 =0.4kV= =1000=1154.7A=933.96A 满足要求 ( 3) 动稳定校验 =60kA=49.13Ka 满足要求 ( 4) 热稳定校验 =1=900 =107 因此 满足要求3、 电流互感器选择