某纺织装饰用品厂配变电所电气部分--初步设计--课程设计报告--学士学位论文.doc

黄石理工学院供电工程课程设计某纺织装饰用品厂配变电所电气部分初步设计一、设计任务书某纺织装饰用品厂配变电所电气部分初步设计（二）设计目的及要求通过本课程设计，熟悉先行官国家标准和设计规范，树立起技术与工程经济相统一的辩证观点；培养综合应用所学理论知识分析解决工程实际问题的能力；掌握电气工程设计计算的方法，为今后从事电力工程设计、建设、运行及管理工作打下必要的基础。（一）设计题目要求根据用户所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定配电所及车间变电所的位置与型式，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定车间变电所主变压器的台数与容量、类型，最后按要求写出设计说明书，会出设计图样。（三）设计依据工厂负荷情况：该厂事专门从事生产宾馆、酒店的客房、餐馆类纺织品的专业工厂。主要产品有客房窗帘、毛巾、床罩、被套、床裙、浴衣等棉纺织品和餐饮类的台布、口布、台裙、台垫等棉织品。车间主要由毛巾车间、准备车间、整理车间等组成。本场多数车间为两班制，经年最大负荷利用小时数为4500小时，日最大负荷持续时间6小时。该厂属于三级负荷供电电源情况按照工厂与当地电业部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近35/10kV地区变电站去的工作电源，距厂约为5km。10kV母线短路数据： ，其出口断路器配有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。要求工厂最大负荷时的功率因素不得低于0.90。（四）气象要求本地区所在的年最高气温为40，平均气温为25，年最低气温为-2，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下0.8m出平均气温为25。当地主导风向为东南风，年雷暴日数为52.5天。地质水文资料本场所在地区平均海拔200m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。（五）电费制度本场与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电价制缴纳电费。基本电价20元/kVA/月，电度电价0.5元/度。（六）设计任务设计内容包括：负荷计算及无功功率的补偿计算，高压配电所所址的选择，配电所主接线方案的选择，车间变压器位置、台数和容量的确定，高低压配电线路及导线截面的选择，短路计算和开关设备的选择，保护配置及整定计算，防雷保护与接地装置设计等。附表 符合统计资料编号厂房名称设备容量/kW需要系数功率因数1毛巾车间3500.80.82织造车间5300.80.83准备车间1800.700.754整理车间7400.850.855染工车间4900.80.86机修车间2000.30.57仓库400.30.88食堂400.750.89锅炉房1500.750.810水泵房1200.750.811油泵房300.750.812办公楼550.600.75（七）设计成果在完成设计计算任务的基础上，要求写出下列资料：设计说明1份主接线电路图1张（八）设计时间2009年5月11日至2009年5月24日（两周）摘要本厂是10kV变电站的主接线设计及变压器的选择，变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。在经济角度上要考虑周全，尽量以最少的投资获得最佳的方案。按照要求选择合适的变压器。短路电流计算，对变电站系统中的各个电压等级下的母线发生三相短路时，所流过的短路电流进行了分别计算。电气设备动、热稳定校验，电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备所需要满足的基本条件，即按正常工作条件选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。主要电气设备型号及参数的确定。电气总平面及配电装置断面设计和无功补偿方案设计，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。通过本次课程设计，旨在熟悉变电所中供电系统的负荷计算，掌握变电所中二次回路的基本原理，在次基础上对供电系统中的变电所二次接线进行了设计和保护，最后根据具体环境条件对电气设备进行校验，使本次设计的内容更加完善。关键词：变电站；短路电流；热稳定；无功补偿；二次接线ABSTRACTThe design of the content is 10 KV electric substations. Design elements include: the main substation transformer wiring design and the choice of electrical substation main wiring design is based on the maximum voltage substation substation and the nature, to choose a substation in the system and the status and Suited to the role of the connection mode. In an economic point of view on the need to consider well, at least as far as possible to get the best investment programme. Choose the right in accordance with the requirements of the transformer. Short-circuit current basis, the system of substations in various voltage levels under the three-phase short circuit occurred when the bus, the flow of a short circuit were calculated. Fixed electrical equipment, thermal stability check, the choice of electrical equipment, including two major conditions: First, electrical equipment needed to meet the basic conditions, that is, the normal working conditions of choice, and short-circuit state check dynamic, thermal stability and the other is According to the characteristics of different electrical equipment by thon and validation pre selectiojects. Through this course designed substation with the load in the power supply system, the master substation secondary circuit of the basic principles at the basis of the power supply system of the substation to the secondary wiring design and protection, the last under the specific environmental conditions on the electrical equipment to check, so that the content of this design more perfect.Key words: Substation; Short circuit; Thermal stability; Reactive Compensation Secondary circuit目录摘要31.前言62.负荷计算72.1 三相用电设备组负荷计算的方法72.2 计算负荷及无功功率补偿72.3 车间变电所的所址和型式102.4 变电所主变压器和主接线方案选择103.主接线方案的选择114.短路电流的计算124.1 短路电流的计算方法124.2 计算短路电路中各元件的电抗标幺值125.变电所的一次设备的选择校验175.1 高压设备器件的校验175.2 主要设备的选择校验175.3导线与电缆的选择与校验195.4 低压设备的选择与校验206.小结21参考文献21附录221.前言工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。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服务，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。课程设计是学习中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。本设计可分为九部分：用户负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；确定主接线方案；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；用户电源进线及用户高压配电、低压配电线路的选择；保护装置的选择和其整定装置的计算；心得和体会；附参考文献。由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正2.负荷计算2.1 三相用电设备组负荷计算的方法 有功计算负荷（kW） 无功计算负荷（kvar） 视在负荷计算（kVA） 计算电流（A） 2.2 计算负荷及无功功率补偿(1) 负荷计算 各厂房及生活区的负荷计算如表2-1表2-1 电力负荷计算表编号厂房名称设备容量/kW需要系数功率因数有功功率/kW无功功率/kvar视在功率/kVA计算电流/A1毛巾车间3500.80.8280210350531.92织造车间5300.80.8424318530805.473准备车间1800.70.75126111.12168225.324整理车间7400.850.85629389.8197401124.625染工车间4900.80.8392294490744.686机修车间2000.30.560103.92120182.327仓库400.30.51220.782436.478食堂400.750.83022.537.556.979锅炉房1500.750.8112.584.37140.625213.6610水泵房1200.750.89067.5112.5170.9311油泵房300.750.822.516.87528.12542.7312办公楼550.60.753329.104466.85(2) 无功功率补偿 由表2-1可知该厂380V一侧最大功率Pc=2211kW，最大无功功率Qc=1668kvar，最大视在功率Sc=2769.61kVA，考虑到车间有12个，所以采用3个变电所，每个变电所带4个车间的型式并且选用的自愈式低压并联电力电容器，以下分别计算3个变电所的无功补偿方案。如表2-2，表2-3，表2-4所示:表2-2 变电所1（电力负荷计算表）编号厂房名称设备容量/kW需要系数功率因数有功功率/kW无功功率/kvar视在功率/kVA计算电流/A1整理车间7400.850.85629389.8197401124.622锅炉房1500.750.8112.584.37140.625213.663油泵房300.750.822.516.87528.12542.734办公楼550.60.753329.14466.85故Pc1=797kW, Qc1=520.246kvar, 最大视在功率Sc=951.77kVA,最大功率因数Cos=0.837而供电局要求该厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不得低于0.9，380V侧最大负荷时功率因数不得大于0.92。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380侧最大功率因数因大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Qc=Pc(tan1-tan2)=797tan(arccos0.837)-tan(arccos0.92)kvar=181.55kvar。故选择GGJ1-01型低压无功补偿柜（BW0.4-16-3A），所需安装的组数 n=Qc/16=181.55/1612。所需柜数2台。表2-3 变电所2（电力负荷计算表）编号厂房名称设备容量/kW需要系数功率因数有功功率/kW无功功率/kvar视在功率/kVA计算电流/A1织造车间5300.80.8424318530805.472水泵房1200.750.89067.5112.5170.933仓库400.30.51220.782436.474毛巾车间3500.80.8280210350531.9故Pc1=746kW, Qc1=616.28kvar, 最大视在功率Sc=967.63kVA,最大功率因数Cos=0.77而供电局要求该厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不得低于0.9，380V侧最大负荷时功率因数不得大于0.92。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380侧最大功率因数因大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Qc=Pc(tan1-tan2)=746tan(arccos0.77)-tan(arccos0.92)kvar=300.34kvar。故选择GGJ1-01型低压无功补偿柜（BW0.4-16-3A），所需安装的组数 n=Qc/16=300.34/1619。所需柜数2台。表2-4 变电所3（电力负荷计算表）编号厂房名称设备容量/kW需要系数功率因数有功功率/kW无功功率/kvar视在功率/kVA计算电流/A1准备车间1800.70.75126111.12168225.322机修车间2000.30.560103.92120182.323染工车间4900.80.8392294490744.684食堂400.750.83022.537.556.97故Pc1=608kW, Qc1=616.28kvar, 最大视在功率Sc=865.72kVA,最大功率因数Cos=0.70而供电局要求该厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不得低于0.9，380V侧最大负荷时功率因数不得大于0.92。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380侧最大功率因数因大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：Qc=Pc(tan1-tan2)=608tan(arccos0.70)-tan(arccos0.92)kvar=355.07kvar。故选择GGJ1-01型低压无功补偿柜（BW0.4-16-3 A），所需安装的组数 n=Qc/30=355.07/1623。所需柜数3台。主变压器功率损耗P=0.01Sc=0.012405.65=24.0565kW，Q=0.052405.65=120.2825kvar因此，补偿后工厂380V侧 和10kV侧的负荷的计算如表2-5所示：表2-5 变电所1，变电所2，变电所3的补偿方案项目功率因数Pc/kWQc/kvarSc/kVAIc/A380V侧补偿前负荷0.837797520.246951.771446.06变电所1380V侧无功补偿容量192380V侧补偿后负荷0.93797328.246861.941309.6380V侧补偿前负荷0.77746616.28967.631470.2变电所2380V侧无功补偿容量304380V侧补偿后负荷0.92746312.28808.71228.7380V侧补偿前负荷0.7608616.28865.721315.32变电所3380V侧无功补偿容量368380V侧补偿后负荷0.925608248.28656.7997.8主变压器功率损耗24.0565120.2810kV侧负荷总计0.92235.056510092473.85135.982.3 车间变电所的所址和型式由于工厂属于三级负荷，并且取得10kV母线作为电源，所以变电所选用10kV/0.38kV直降变电所。综合考虑以下几种因素后：1、便于维护与检查；2、便于进出线；3、保证运行安全；4、节约土地与建筑费用；5、适应发展要求。2.4 变电所主变压器和主接线方案选择因为10kV侧三个变电所的视在负荷分别为：951.77 kVA、967.63 kVA、865.72 kVA。又考虑到工厂以后的发展，所以选用3台10（15%）0.4kV Sc(B)10型变压器，具体参数如表2-6所示表2-6变压器参数额定容量/kVA空载损耗P0/W短路损耗Pk/W阻抗电压Uk%空载电流I0%10001550709060.63.主接线方案的选择因为工厂是三级负载且考虑到经济因素，故选择单母线接线方式单母线接线方式的优点：简单、清晰、设备少、运行操作方便且有利于扩建。如图3-1和表3-1所示图3-1 主接线方案表3-1 主接线方案出线1出线2出线3出线4整理车间锅炉房油泵房办公楼出线5出线6出线7出线8制造车间水泵房毛巾车间仓库出线9出线10出线11出线12准备车间机修房染工车间食堂4.短路电流的计算 4.1 短路电流的计算方法基准电流 基准电压 三相短路电流周期分量有效值 三相短路容量的计算公式 绘制计算电路 图4-1 图4-1 计算电路确定基准值 设Sd=100MVA，Ud=Uo，即高压侧Ud1=10.5kV,低压侧Ud2=0.4kV，则 4.2 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 电力系统 最大电抗标幺值 最小电抗标幺值 架空线路 电力变压器因此绘制等效电路 如图4-2 图4-2 等效电路计算k-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容抗总电抗标幺值最大总电抗标幺值 最小总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值 最大值最小值其他短路电流三相短路容量 计算k-2点（0.4kV）侧的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量三变压器分列运行，取其中一个作为计算例子，其他两个相同总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他短路电流 在10/0.4kV变压器二次侧低压母线发生三相短路时，一般，可取，因此，则：三相短路容抗 将以上数据列成短路计算表,如表4-1和4-2所示：表4-1 最大运行方式下短路计算点总电抗标幺值三相短路电流/kA三相短路容抗/MVAK-12.52.632.632.636.713.9747.85K-24.917.8417.8417.8440.3223.3712.36表4-2 最小运行方式下短路计算点总电抗标幺值三相短路电流/kA三相短路容抗/MVAK-12.092.22.22.25.613.3240K-24.4916.9816.9816.9838.3722.245.变电所的一次设备的选择校验供电系统的电气设备主要有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套配电设备等。电气设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。电气设备按在正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电气装置所处的位置（室内或室外）、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。电气要求是指电气装置对设备的电压、电流、频率（一般为50Hz）等的要求；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑其断流能力。5.1 高压设备器件的校验对于高压设备器件的校验项目见表5-1：表5-1 高压设备器件的校验项目电器设备名称电压/kV电流/A断流能力/kA短路电流校验短流能力热稳定度真空断路器旋转式隔离开关高压熔断器电流互感器电压互感器选择校验的条件设备的额定电压应不小于装置地点的额定电压设备的额定电压应不小于通过设备的计算电流设备的最大开断（或功率）应不小于它可能开断的最大电流（或功率）按三相短路冲击电电流和流校验按三相短路稳态短路发热假象时间校验5.2 主要设备的选择校验在本设计中所用到的10kV的高压成套设备为XGN2-12型箱型固定式交流金属封闭开关设备。该设备是三相交流50Hz单母线及单母线带旁路系统的户内成套设备，具有安全连锁、防误性能、运行安全可靠、真空灭弧室免维护等特点。在该设计的总降压变电所内用到该系列的开关柜有如下器件：（1）电流互感器LZZJ-10的选择和校验电流互感器应按装设 地点条件及额定电压，一次电流，二次电流（一般为5A），准确级等进行选择，并应校验其短路动稳态和和热稳态。LZZJ-10校验如表5-2所示： 表5-2 LZZJ-10校验序号安装地点的电气条件LZZJ-10结论项目数据项目数据1UN10kVUN10kV(最高11.5kV)合格2IC135.98IN630A合格32.63-合格46.7150kA合格567.54 kA2.S446.25kA2.S合格（2）高压熔断器RN2-10的选择和校验在335kV的电站和变电所常用的高压熔断器有户内高压限流熔断器， 最高额定电压能达40.5kV，常用的型号有RN 1、RN 3、RN 5、XRNM 1、XRN T 1、XRN T 2、XRN T3 型， 主要用于保护电力线路、电力变压器和电力电容器等设备的过载和短路；RN2和RN 4型额定电流均为0.5A ， 为保护电压互感器的专用熔断器。RN2-10高压熔断器的选择校验如表5-3所示：表5-3 RN2-10高压熔断器的选择校验表序号安装地点的电气条件RN2-10高压熔断器项目数 据项目数 据结论110kV12kV合格2135.98200A合格32.63IK31.5kA合格（3）其他项目的校验其他项目校验包括：真空断路器 ZN28A-12/630-20，1000-20、电压互感器JDZ-12、隔离开关 GN30-10/630-20 如表5-4所示。表5-4其他校验项目选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度结论安装地点的电气条件参数UNICIK(3)i(3)shI2tIMA数据10kV135.982.636.7167.54 kA2.S合格参数UNINIKishI2t合格设备型号规格真空断路器 ZN28A-12/630-20，1000-2012kV630A20kA50kA(20kA)2 4S=合格1600kA2.S电压互感器JDZ-1212kV-合格隔离开关 GN30-10/630-2010kV630A31.5 kA80kA(31.5kA)24S=3969 kA2.S合格导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。5.3导线与电缆的选择与校验导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。 母线的选择：按发热条件来选择，即满足母线容许载流量IIc(计算电流)，即选择TMY-3(505).10kV的架空线的截面选择：厂区不大,线路很短,线路末端短路电流与始端电流相差不大,因此以10KV母线上短路时的短路电流进行校验，电力电缆截面选择：5.4 低压设备的选择与校验低压一次设备的选择校验项目和条件如表5-5、5-6所示表5-5低压一次设备校验设备名称额定电压额定电流短路电流开断能力/kA热稳定动稳定低压断路器隔离开关关低压熔断器表5-6 低压一次侧进线备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度按装 地点的电气条件参数数据0.38kV3656A17.84kA40.32kA1.5S*(40.32kA)2=2438.55 kA2.S设备型号规格参数HD130.661000A50kA100kA1S*(50kA)2=2500kA2.SDW150.661000A40kA80kA1S*(40kA)2=1600kA2.SLMZ3-0.660.661000A40kA63kA0.5S*(40kA)2=800kA2.S6.小结本次供电工程课程设计，可以说是对我们所学理论知识整体的综合性运用，设计的内容贯穿课本各章节始终，对我们从整体上把握供电工程学科有了很高的要求。我清楚的记得，课程设计刚开始的时候我们每个人都会拿出自己的方案，但是每个小组最后只有一个方案，所以在确定方案的时候，我们也会有分歧，经过激烈的讨论，我们确定了大家都认可的方案。到了具体选用元器件的时候，大家又有了不同的见解，又会争论一番，总之争论贯穿整个过程。虽然之前我们会为了某个问题而争论不休，但是我们只有一个共同的目标，那就是把课程设计做好.所以在老师的帮助指导下，我们设计做好了之后，都是同样的高兴。我也从中学到了些许的课外知识：同学之间团结合作不容忽视，分工协作查找资料在这样的活动中发挥着重要的作用；充分的利用网络、书籍以及重要的数学软件在本次设计中有着举足轻重的地位。同时通过本次课程设计，我也从中发现了自己的缺点和不足，体现在对知识的掌握不够扎实，对知识的理解不透彻，对概念的认识较模糊，知识面还不够广等问题。总之，本次课程设计虽然只有短暂的两周，但它让我受益匪浅。同时也让我意识到学习的重要性以及今后学习的紧迫性，更坚定了我今后学习的积极性，进一步的明确了今后奋斗的目标。参考文献1、翁双安. 供电工程.机械工业出版社，2004.52、苏文成. 工厂供电. 北京：机械工业出版社，2001.33、刘介才. 工厂供电（第4版）. 北京：机械工业出版社，2005.7周瀛，李鸿儒. 工业企业供电（第二版）. 北京：冶金工业出版社，2002附录附录1 低压侧接线变压器低压进线低压出线低压出线Sc(B)10HD13HD13HD13DW15DW15DW15LMZ3-0.66LMZ3-0.66LMZ3-0.66附录2 高压侧接线设备编号AH1AH2AH3AH3AH5AH6设备型号XGN2-12箱型固定式交流金属封闭开关柜用途电源引入隔离电能计量电压测量+主进变压器保护变压器保护电压器保护成 绩 评 定 评定项目评 语成绩设计过程设计报告答 辩总 分折算等级指导教师签 字年 月 日完成时间： 年 月 日- 24 -