新华纺染厂厂电气设计-学位论文.doc

新华纺染厂电气设计
※※※※※※※※※
※※
※※
※※
※※※※※※※※※
2009级
工厂供电课程设计

新华纺染厂厂电气设计

姓 名
李浩
学 号
20097325
院、系、部
电气工程系
班 号
方0953-3
完成时间
2012年6月21日

目　录
第1章 设计任务 2
1.1　设计要求 2
1.2 　设计依据 2
1.2.1　工厂负荷情况 2
1.2.2　供电电源情况 2
1.2.3　有关情况 2
1.2.4　工厂负荷统计资料 2
第2章 负荷计算和无功功率补偿 4
2.1 负荷计算 4
2.1.1　单组用电设备计算负荷的计算公式 4
2.1.2　多组用电设备计算负荷的计算公式 4
2.1.3　本厂用电负荷的实际情况 5
2.2 无功功率补偿 7
第3章 主变压器及主接线方案的选择 9
3.1　主变压器的选择 9
3.2 变压器主接线方案的选择 9
3.2.1　装设一台主变压器的主接线方案 9
第4章 短路电流的计算 11
4.1 绘制计算电路 11
4.2 计算短路电路中短路电流 11
第5章 高低压设备的选择校验 14
5.1　 10kV侧设备的选择校验 14
5.1.1　按工作电压选则 14
5.1.2　按工作电流选择 14
5.1.3　按断流能力选择 14
5.1.4　隔离开关和断路器的短路稳定度校验 14
5.2 380V侧设备的选择校验 15
第6章 系统二次回路 16
6.1　高压断路器控制回路和信号回路 16
6.2　测量和监视回路 16
第7章 变压器进线的选择 18
7.1 　10kV高压进线 18
7.1.1 　10kV高压进线的选择校验 18
7.2　 电缆的选择校验 18
第8章 电气装置的防雷与接地 20
8.1电气装置的防雷 20
8.1.1架空线路的防雷措施 20
8.1.2变电所的防雷措施 20
8.2　电气装置的接地 20
8.2.1接地装置的要求 20
第9章 设计总结 22
参考文献　 23
附录 新华纺染厂电气设计 24

22

第1章 设计任务
1.1设计要求
要求根据本厂所取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，最后按要求写出设计说明书，绘制变电所系统图及线路布置图。
1.2 设计依据
1.2.1工厂负荷情况
本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600小时，日最大负荷持续时间为6小时，该厂均属三级负荷。
1.2.2供电电源情况
按照工厂与供电协议，本厂由3公里处取得10kV电源进线，干线首端断路器断流容量为500MVA，此断路器配备有定时限过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1.7s。
1.2.3有关情况
本厂所在地区的年最高气温为41度，年平均气温为23度，年最低气温为-8度，年最热月平均最高气温为33度，年最热月平均气温为26度，年雷暴日为20。本厂所在地区平均海拔500米，底层以砂粘土为主。

1.2.4工厂负荷统计资料

表1-1　工厂负荷统计资料
序号
车间名称
（单位）
设备容量
kW
需要系数
Kd
功率因数
cosψ
正切
tanψ
1
制条车间
340
0.8
0.80
0.75
纺纱车间
340
0.8
0.80
0.75
软水站
86
0.65
0.80
0.75
锻工车间
37
0.2
0.65
1.17
机修车间
296
0.3
0.50
1.73
幼儿园
12.8
0.6
0.60
1.33
仓库
38
0.3
0.50
1.73

2
织造车间
525
0.8
0.80
0.75
染整车间
490
0.8
0.80
0.75
浴室、理发室
5
0.8
1.0
0
食堂
40
0.75
0.80
0.75
单身宿舍
50
0.8
1.0
0
3
锅炉房
151
0.75
0.80
0.75
水泵房
118
0.75
0.80
0.75
化验室
50
0.75
0.80
0.75
油泵室
28
0.75
0.80
0.75

第2章 负荷计算和无功功率补偿
2.1 负荷计算

2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式
(1)有功计算负荷（单位为KW）
= ， 为系数
(2)无功计算负荷（单位为kvar）
= tan
(3)视在计算负荷（单位为kvA）
=
(4)计算电流（单位为A）
=, 为用电设备的额定电压（单位为kV）
2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式
(1)有功计算负荷（单位为KW） =
式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.85～0.95
(2)无功计算负荷（单位为kvar）
=，是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，可取0.9～0.97
(3)视在计算负荷（单位为kvA） =
(4)计算电流（单位为A） =

将低压用电设备的接线一共分为3类车间，经过计算，得到计算负荷如下：
2.1.3本厂用电负荷的实际情况
2.1.3.1支路1：
制条车间：
序号
车间
（单位）
名称
设备容量
kW
需要系数
Kd
功率因数
cosψ
正切
tanψ
计算负荷

/kW
/kvar
/kVA
/A
1
制条车间

340
0.8
0.80
0.75
272
204
340
517
纺纱车间

340
0.8
0.80
0.75
272
204
340
517
软水站

86
0.65
0.80
0.75
55.9
41.93
69.88
106
锻工车间

37
0.2
0.65
1.17
7.4
8.66
11.39
17
机修车间

296
0.3
0.50
1.73
88.8
153.62
177.6
270
幼儿园

12.8
0.6
0.60
1.33
7.68
10.21
12.8
19
仓库

38
0.3
0.50
1.73
11.4
19.72
22.8
35

小计：

2.1.3.2支路2：
2
织造车间

525
0.8
0.80
0.75
420
315
525
798
染整车间

490
0.8
0.80
0.75
392
294
490
744
浴室、
理发室
5
0.8
1.0
0
4
0
4
6
食堂

40
0.75
0.80
0.75
30
22.5
37.5
60
单身宿舍

50
0.8
1.0
0
40
0
40
61

小计：

21.3.3支路3：
3
锅炉房

151
0.75
0.80
0.75
113.25
84.94
141.88
216
水泵房

118
0.75
0.80
0.75
88.5
66.38
110.63
168
化验室

50
0.75
0.80
0.75
37.5
28.13
46.88
71
油泵室

28
0.75
0.80
0.75
21
15.75
26.25
39.8
小计：

取全厂的同时系数为：，

则全厂的计算负荷为：

；

2.2 无功功率补偿
无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。
补偿前功率因数
变压器低压侧的视在计算负荷为
；

由380V侧最大负荷时的功率因数只有

无功补偿容量
供电部门要求该厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
=(tan - tan)=1768.36[tan(arccos0.78) - tan(arccos0.92) ] = 665.40kvar
所以选择BCMJ0.4-50-3并联14个，在低压侧进行补偿，选为700kvar
补偿后变压器容量和功率因数
补偿后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷
=（1407.31-700）kvar=707.31 kvar，
视在功率= 1904.12kVA，因此主变压器容量选择2000kVA。
计算电流=2892.82A,
功率因数提高为cos==0.93，满足要求。
在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为2500kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为2000kVA的就足够了。
变压器的功率损耗为
0.011904.12=19.08kW
0.051904.12=95.20kvar
变压所高压侧的计算负荷为
1768.36+19.08=1787.44kW
707.31+95.20=802.51kvar
1959.32kvar
补偿后工厂高压侧的功率因数为
1787.44/1959.32=0.91
高压侧计算电流
=113.12A

表2.2 无功补偿后工厂的计算负荷

项目

cos
计算负荷
/kW
/kvar
/kVA
/A
380V侧补偿前负荷
0.78
1768.36
1407.31
2260.00
3433.72
380V侧无功补偿容量
-
-
700.00
-
-
380V侧补偿后负荷
0.93
1768.36
741.91
1904.12
2892.82
主变压器功率损耗
-
19.88
95.20
-
-
10kV侧负荷计算
0.91
1787.44
802.51
1959.32
113.12
第3章 主变压器及主接线方案的选择
3.1主变压器的选择
根据纺染厂的负荷性质和电源情况，该厂均属三级负荷，纺染厂的主变压器装设一台，型号为S9型，主变压器容量应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即

其中为主变压器容量，为总的计算负荷。
选=2000kVA>=1904.12kVA，即选一台S9-2000/10型低损耗配电变压器。
3.2 变压器主接线方案的选择
3.2.1装设一台主变压器的主接线方案
高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷型跌开式熔断器的变电所主接线图，由于负荷开关和负荷型跌开式熔断器能带负荷操作，从而使变电所停、送电的操作比上述主接线要简便灵活得多，也不存在带负荷拉闸的危险。但在发生短路故障时，只能是熔断器熔断，因此这种主接线仍然存在着在排除断路故障时恢复供电的时间较长的缺点，供电可靠性仍然不高，一般也只用于三级负荷的变电所。

如图3-1所示

图3-1 装设一台主变压器的主接线方案

第4章 短路电流的计算
4.1 绘制计算电路
500MVA
K-1
K-2
3km
iao路稳定条件的最大
10.5kV
S9-2000
0.4kV
(2)
(3)
(1)
～
∞系统

图4-1 短路计算电路
4.2 计算短路电路中短路电流
k-1点短路
Uc为短路点的计算电压，由于线路首端短路时最严重，故按电路首端电压考虑，即短路计算电压取为比线路额定电压高5%。
已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，则系统电抗为
XG=10.52/500=0.22Ω
由于6~10kV架空线路每相单位长度电抗平均值为0.35Ω/km，故线路电阻

计算其总电抗为

三相短路电流周期分量有效值

其他短路电流

三相短路容量

k-2点短路
电力系统电抗为

电路内含有电力变压器时，电路内各元件的阻抗都统一换算到短路点的短路计算电压去，阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变，因此X线路电阻为

纺染厂变压器选择S9-1600额定容量1600kVA,Dyn11联结的阻抗电压U%=6%,因此电力变压器电抗为

计算其总电抗为

短路电流的周期分量有效值

其他短路电流

三相短路容量

以上短路计算结果综合图如表格1所示
表格4-1
短路计算点
三相短路电流/kA
短路容量/MVA

k-1
4.77
4.77
4.77
12.16
7.20
86.75
k-2
34.78
34.78
34.78
64.00
37.91
24.10

第5章 高低压设备的选择校验
5.1 10kV侧设备的选择校验
5.1.1按工作电压选则
设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。
5.1.2按工作电流选择
设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即
5.1.3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或短路容量， 或
对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。
5.1.4 隔离开关和断路器的短路稳定度校验
a)动稳定校验条件 或
、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、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

对于上面的分析，如表5-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

选择校验项目
电压
电流
断流
能力
动稳
定度
热稳定度
结论
装置地点条件
项目

-
数据
10kV/11.5kV
11312A
4.77kA
12.16kA

-

一次设备型号规格
额定参数

-
高压熔断器
RN2-10/200
10kV
200A
50kA
-
-
合格
高压隔离开关GN8-10/630
10kV
200A
-
25.5kA

合格
高压少油断路器SN10-10I/630
10kV
630kA
16kA
40 kA

合格
电压互感器
JDZJ1-10
10kV
-
-
-
-
合格
电流互感器LMZJ1-10
10kV
200A
-
-
-
合格

表5-1 10kV一次侧设备的选择校验

5.2 380V侧设备的选择校验
同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表5-2所示，所选数据均满足要求。

选择校验项目
电压
电流
断流
能力
动稳
定度
热稳定度
结论
装置地点条件
参数

-
数据
380V
2892.82A
34.78kA
64.00kA

-
一次设备
额定参数

-
低压断路器DW15-4000/10
380V
3000A
80kA
70kA
-
合格
电流互感器LMZJ1-0.5
500V
1500/5A
-
-
-
合格

表5-2 380V一次侧设备的选择校验

第6章 系统二次回路
6.1高压断路器控制回路和信号回路
采用交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠维护方便，交流操作电源广泛应用于中小工厂变电所中断路器采用手动操作或弹簧操作及继电保护采用交流操作的场合。
合闸时，推上操作机构手柄使断路器合闸。这时断路器的辅助触点QF3-4闭合，红灯RD亮，指示断路器QF已经合闸。由于该回路有限流电阻R2,跳闸线圈YR虽有电流通过，但电流很小，不会动作。红灯RD亮，还表明跳闸线圈YR回路及控制回路的熔断器FU1、FU2是完好的，即红灯RD同时起着监视跳闸回路完好性的作用。
分闸时，扳下操作机构手柄使断路器分闸。这时断路器的辅助触点QF3-4断开，切断跳闸回路，同时辅助触点QF1-2闭合，绿灯GN亮，指示断路器已经分闸。绿灯GN亮还表明控制回路的FU1、FU2是完好的，既绿灯GN同时起着监视控制回路完好性的作用。
6.2测量和监视回路
供电系统变配电装置中各部分仪表的配置要求如下：
（1）在工厂的电源进线上，或经供电部门同意的电能计量点，必须装设计费的有供电度表和无功电度表，而且宜采用全国统一标准的电能计量柜。为了解负荷电流，进线上还应装设一只电流表。
（2）变配电所的每段母线上，必须装设电压表测量电压。在中性点非有效接地的（即小接地电流的）系统中，各段母线上还应装设绝缘监视装置。如出线很少时，绝缘监视电压表可不装设。
（3）35～110/6～10KV的电力变压器，应装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电能表和无功电能表各一只，装在哪一侧视具体情况而定。 6～10/3～6KV的电力变压器，在其一侧装设电流表、有功和无功电度表各一只。6～10/0.4KV的电力变压器，在高压侧装设电流表和有功电度表各一只，如为单独经济核算单位的变压器，还应装设一只无功电度表。
（4）3～10KV的配电线路，应装设电流表、有功和无功电度表各一只。如不是送往单独经济核算单位时，可不装无功电度表。当线路负荷在5000KV·A及以上时，可再装设一只有功功率表。
（5）380V的电源进线或变压器低压侧，各相应装一只电流表。如果变压器高压侧未安装设有功电度表一只。
（6）低压动力线路上，应安装一只电流表。低压照明线路及三相负荷不平衡率大于15%的线路上，应装设三只电流表分别测量三相电流。如需计量电能，一般应装设一只三相四线有功电度表。对负荷平衡的动力线路，可只装设一只单相有功电度表，实际电能按其计度的3倍计。
（7）并联电力电容器组的总回路上，应装设三只电流表，分别测量各项电流，并应装设一只无功电能表。
绝缘监视装置：绝缘监视装置用于小接地电流的电力系统中，以便及时发现单相接地故障，设法处理，以免单相接地故障发展成为两相接地短路，造成停电事故。
6~35kV系统的绝缘监视装置，可采用三个单项双绕组电压互感器和三只电压表，接成如图4-16c所示的接线。
三个单项电压互感器接成Y0/Y0形，供电给要求线电压的仪表、继电器，并供电给接相电压的绝缘监视电压表。由于小接地电力系统在一次电路发生单相接地时，另两个完好相的相电压要升高到线电压，所以绝缘监视电压表要按线电压选择，否则在一次电路发生单相接地时，电压表可能被烧毁。

第7章 变压器进线的选择
7.1 10kV高压进线
7.1.1 10kV高压进线的选择校验
采用LGJ型钢芯铝绞线架设3km长10kV架空线，一般10kV的高压线路和低压动力线路通常先按发热条件选线再校验其电压损耗和机械强度。
a).按发热条件选择
由==113.12A及室外环境温度即年最热月平均最高气温为33度，查附录表16得，初选LGJ-25,其35度时的=119A>,满足发热条件。
b).校验机械强度
查附录表14得，最小允许截面积=16，而LGJ-25满足要求，故选它。
选标准截面，即LGJ-25满足要求。
由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。

7.2电缆的选择校验
塑料绝缘电缆具有结构简单，制造加工方便，重量较轻，敷设安装方便且不受敷设高度差限制等优点，交联聚乙烯绝缘电缆的电气性能更优，因此工厂供电系统中他们会逐步代替油浸纸绝缘电缆。本设计采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆明敷。
a)按发热条件选择
由==113.12A及室外环境温度即年最热月平均最高气温为33度，查表附录18得，40度空气中缆线芯截面为50的交联电缆允许载流量146A，此时校正系数查表的1.09，则实际环境允许载流量为113.12x1.09=123.30A其=146A>,满足发热条件。
b)校验热路稳定
按式，
A为母线截面积，单位为；为满足热路稳定条件的最小截面积，单位为；C为材料热稳定系数；为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；短路发热假想时间，单位为s。
本电缆线中=4.77kA，=05+0.2=0.7s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=84，把这些数据代入公式中得木横担、瓷横担或高一级电压的绝缘子，来提高线路本身的绝缘水平，也就是防雷水平，这是10kV及以下架空线路防雷的基本措施。
8.1.2变电所的防雷措施
在靠近主变压器的位置接入阀式避雷器用来防止雷电侵入波对变电所电气装置特别是主电压器的危害。避雷器应与被保护设备并联且安装在被保护设备的电源侧，另外配电变压器的高低压侧均应装设阀式避雷器，变压器两侧的避雷器应与变压器中性点及其金属外壳一同接地。本设计采用FS4-10型高压阀式避雷器和FS-0.38型阀式避雷器。
8.2电气装置的接地
8.2.1接地装置的要求
（1）防雷装置接地体
为了防止雷击时雷电流在接地装置上产生的高电位对被保护建筑和配电装置及其接地装置进行“反击闪络”，危及建筑物和配电装置的安全防直击雷的接地装置与建筑物和配电装置及其接地装置之间应有一定的安全距离。
（2）其他装置接地体
采用人工接地体垂直埋设常用直径50mm、长2.5m的钢管。
根据附录表25有含砂粘土土壤电阻率参考值为300欧米，电阻率偏高。因此为降低接地装置的接地电阻，可采取措施有：采用多支线外引接地装置，其外引长度不宜大于2p，这里的为埋设外引线处的土壤电阻率；如果地下较深处土壤的电阻率较低时，可采用深埋式接地体。

第9章 设计总结
通过这次课程设计，使我得到了很多的经验，并且巩固和加深以及扩大了专业知识面，锻炼综合及灵活运用所学知识的能力，正确使用技术资料的能力。知识系统化能力得到提高,设计过程中运用了很多的知识，因此如何将知识系统化就成了关键。如本设计中用到了工厂供电的绝大多数的基础理论和设计方案，因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养，为今后的工作和学习打下了很好的理论基础。懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
这次课程设计，我做了大量的参数计算，锻炼从事工程技术的综合运算能力，参数计算尽可能采用先进的计算方法。使我了解工厂供电设计的基本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，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，收获不小。最后，感谢指导老师曹永红、杨新霞的细心指导.正是由于老师的辛勤培养,谆谆教导,才使此次课程设计得以圆满完成!在此再次感谢老师，谢谢您们！

参考文献
[1]《工厂供电》第二版　　主编　刘介才　　机械工业出版社　
[2]《工厂供电》第五版　　主编　刘介才　　机械工业出版社　
[3]《工厂供电设计指导》　主编　刘介才　　机械工业出版社

附录 新华纺染厂电气设计