工厂供电段斌斌.doc

中国地质大学长城学院

本 科 课 程 设 计

题 目:
某毛纺厂总配变电所配电系统设计

系 别
信息工程系
学生姓名
段斌斌
专 业
电气工程及其自动化
学 号
04311229
指导教师
李建勋
职 称
高级工程师

2014年 06 月 16 日

某化纤毛纺织厂总配电所配电系统设计

摘 要

工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。工厂总降压变电所及配电系统设计，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，结合国家供电情况.解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能问题。其基本内容有以下几方面：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：总降压变电所； 短路计算； 继电保护

目 录

1 设计任务及原始资料……………………………………………………………………..…1
1.1 设计任务…………………………………………………………………………………….1
1.2 原始资料…………………………………………………………………………………...1
1.3 电力负荷计算…………………………………………………………………………..1
2 变电所高压电气设备选型……………………………………………………………...4
2.1补偿电容器的选择……………………………………………………………………….4
2.2主变压器的选择…………………………………………………………………….4
2.3各车间变电所的选择………………………………………………………………….5
2.4架空线路的选择………………………………………………………………6
3 短路电流计算……………………………………………………………………………………….7
3.1 三相短路电流计算目的………………………………………………………….7
3.2 短路电流计算公式…………………………………………………………………..8
3.3 各母线短路电流列表…………………………………………………………….8
4 主变压器继电保护……………………………………………………………………….…..9
4.1 保护要求…………………………………………………………………………………….9
4.2 整定计算…………………………………………………………………………………...9
5 变电所的设计说明…………………………………………………………………………….12
5.1 概述……………………………………………………………………………………………..12
5.2 室内布置…………………………………………………………………………………...12
5.3 室外布置…………………………………………………………………………………….12
5.4 变电所所址选择…………………………………………………………………………………….12
6 设计体会………………………………………………………………………………………………15
参考文献………………………………………………………………………………………………17

中国地质大学长城学院供配电实训报告
1 设计任务及原始资料
1.1设计任务
为化纤毛纺织厂设计全厂总配变电所及配电系统本厂规模为万锭精梳化纤毛织染整联合厂。全部生产化纤产品，全年生产能力为230万米，其中厚织物占50%，中厚织物占30%，薄织物占20%全部产品中以晴纶为主体的混纺物占60%，以涤纶为主体的混纺物为40%。
1. 变电所电气主接线设计。
2. 短路电流计算。
3. 主要电气设备选择。

1.2原始资料

工厂供电设计的一般原则
按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：
（1）遵守规程、执行政策。
必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。
（2）安全可靠、先进合理。
应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
（3）近期为主、考虑发展。
应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。
（4） 全局出发、统筹兼顾。
按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。

1.3电力负荷计算

表1.1 全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表
序
号

用电或车间单位名称

设备容量（千瓦）

Kd

计算负荷
备注

(千瓦)
(千乏)
(千伏安)
(1) No1变电所
1
织造车间
340
0.8
0.8
0.75
272
204
340
1
2
纺纱车间
340
0.8
0.8
0.75
272
204
340
1
3
软 水 站
86
0.65
0.8
0.75
55.97
41.98
70
1
4
锻工车间
37
0.3
0.65
1.17
11.07
12.95
17.04
1
5
机修车间
296
0.3
0.5
1.73
88.86
153.73
177.56
1
6
幼儿园
12.8
0.6
0.6
1.33
7.68
10.22
12.78
1
7
仓 库
38
0.3
0.5
1.17
10.25
11.99
15.32
0.9
8
小 计
1150

717.83
638.87
960.96

(2)No2变电所
1
织造车间
525
0.8
0.8
0.75
420
315
525
1
2
染整车间
490
0.8
0.8
0.75
392
294
490
1
3
浴室、理发室
1.88
0.8
1
----
1.51
0
1.51
1
4
食 堂
20.63
0.75
0.8
0.75
15.47
11.6
19.34
1
5
独身宿舍
20
0.8
1
----
16
0
16
1
6
小 计
1057.51

844.98
620.6
1048.4

工厂与电业部门所签定的供用电协议主要内容如下：
（1） 从电业部门某110/35千伏变电所，用35千伏双回架空线路向本厂配电，该变电所在厂南侧0.5公里
（2） 该变电所35千伏配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为1.5秒，要求配电所不大于1.0秒；在总配电所35千伏侧计量；功率因数应在0.9以上；
（3） 配电系统技术数据
变电所35千伏母线短路数据为

运 行 方 式
电源35千伏母线短路容量
说明
系统最大运行方式时
=187兆伏安
系统为无限
大容量
系统最小运行方式时
=107兆伏安

图1-1 某化纤毛纺织厂全厂总平面布置图

1- 制条车间 2-纺纱车间 3-织造车间
4-染整车间 5-软水站 6-锻工车间7-机修车间 8-托儿所、幼儿园9-仓库 10-锅炉房 11-宿舍

配电系统如下图所示：
图1-2 配电系统

①设计范围
工厂总降压变电所及配电系统设计，包括主变压器、输电线路以及继电保护器件等设备的选择。
②本厂负荷性质
多数车间三班制，少数车间为一班或二班制。全年为306个工作日，年最大负荷利用小时数为6000小时，属于二级负荷。
③本厂自然条件
1、气象条件
（1）最热月平均最高温为30℃；
（2）土壤中0.7~1米深处一年中最热月平均温度为20℃；
（3）年雷暴日为31日；
（4）土壤冻结深度为1.10米；
（5）夏季主导风向为南风。
2、地质及水文条件
根据工程地质资料获悉，厂区地址原为耕田，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8～5.3米。地耐压力为20吨/平方米。
2．变电所高压电器设备选型
表1-1根据公式：

分别计算出各车间的有功和无功功率及视在功率的计算值填入表1.1。

2.1补偿电容器选择
由于本设计中上级要求≥0.9,而全厂自然功率因数：

因此需要进行无功补偿。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此暂取=0.92来计算10KV侧所需无功功率，故：补偿无功功率
采用18个BWF10-40-1并联电容器进行补偿，总共补偿容量
2.2主变压器的选择
由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选暗备用。每台容量按SN.T≥0.8×1978.55kVA=1582.84kVA，因此选两台S9-1600/35型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yd11。

表2.1 无功补偿后工厂的计算负荷
项目

计算负荷
/
/
/
380V侧补偿前负荷
0.78
1823.06
1454.67
2332.30
10kV侧无功补偿容量

-720

10kV侧补偿后负荷
0.92
1823.06
734.67
197855
主变压器功率损耗

0.01=19.78
0.05=98.9

35KV侧负荷总计
0.916
1842.84
833.57
2022.05

2.3各变电所变压器选择
No1 安装两台变压器互相暗备用，其容量按
SN.T≥0.7× =0.7×960.96 =672.67
因此选两台S9-800/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。
No2 安装两台变压器互相暗备用，其容量按
SN.T≥0.7× =0.7×1048.4 =733.88
因此选两台S9-800/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。
No3 安装两台变压器，其容量按
SN.T≥325.32
因此选两台S9-400/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0
各变压器型号及其参数见表2.2

表2.2 各变压器型号及其参数

型号
额定电压/kV
连接组别
损耗/W
空载电流（%）
阻抗电压（%）
高压
低压
空载
负载
主变压器两台暗备用
S9-1600/35
35
10
Yd11
2100
17550
1.2
6.5
两台暗备用
S9-800/10
10
0.4
Yyn0
1400
7500
0.8
4.5
两台暗备用
S9-800/10

10
0.4
Yyn0
1400
7500
0.8
4.5
两台明备用
S9-400/10
10
0.4
Yyn0
800
4300
1.0
4

2.4 架空线的选择
1.在正常情况下架空线可选择一条工作，一条备用。
2.架空线截面积的选择
1).按经济电流密度选择导线
线路在工作时的最大工作电流：

该生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用时数为6000小时，属于二级负荷。其钢芯铝线的电流密度J=0.9所以导线的经济截面面积：

考虑到线路投入使用的长期发展远景，选用截面积为50 mm2的导线，所以35KV架空线为LGJ-50的导线。
2).按长时允许电流校验导线
查表得LGJ-50型裸导线的长时允许电流,当环境温度为30度时，导线最高工作温度为70度。
其长时允许电流为：

式中：
为导线的允许载流量所采用的环境温度（℃）。
为导线敷设地点实际的环境温度（℃）
℃
当一台变压器满载，一条输电线检修时导线负荷最大，这时的负荷电流为：
由于,所以符合要求。
3).按电压损失校验
查表得LGJ-50导线的单位长度电阻和电抗为：

输电线路长度为0.5公里，所以线路电阻，。
线路总的电压损失为：

式中： P为35KV侧负荷总有功功率，Q为35KV侧负荷总无功功率。
电压损失百分比为：

所以导线符合要求。
4)按机械强度校验
钢芯铝线非居民区35KV最小允许截面为，所以符合要求。

表2.3 LGJ-50型钢芯铝绞线规格
型号
额定
截面
股数及直径/mm
计算直径/mm
电阻
单位重量
长期容许电流/A
铝股
钢芯
LGJ-50
50
6×3.2
1×3.2
9.6
0.65
195
220
注：1.额定截面系指导电部分的铝截面，不包括钢芯截面。
2.电阻系指导线温度为20℃时的数值。
3.长期容许电流系指在周围空气温度为25℃时的数值。
3．短路电流的计算
3.1三相短路电流的计算目的
为了保证电力系统安全运行，择电气设备时，要用流过该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和点动力的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸。继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要短路电流数据。

3.2短路电流的计算公式（标幺值计算方法）：
基准容量，基准电压, 基准电流电力变压器的电抗标幺值：
（1） 三相短路电流周期分量有效值：
（2） 在无限大容量系统中，短路点处的次暂态短路电流：
（3） 短路冲击电流：（高压系统）
(低压系统)
（4） 冲击电流有效值：（高压系统）
(低压系统)
（5） 三项短路容量：
（6） ，，

3.3各母线短路电流列表
根据下图和以上公式计算

图3-1 短路计算电路

表3.1 母线短路电流列表

短路计算点

三相短路电流/KA
三相短路容量/MVA

最大运行
方式
K-1
2.86
2.86
2.86
7.29
4.32
183.28
K-2
2.14
2.14
2.14
5.46
3.23
38.9
最小运行
方式
K-1
1.64
1.64
1.64
4.19
2.48
105.1
K-2
1.85
1.85
1.85
4.71
2.79
33.64

4．主变压器继电保护
4.1保护要求
对于本设计中高压侧为35KV的工厂总降压变电所主变压器来说，应装设瓦斯保护、过电流保护和电流速断保护。
4.2保护装置及整定计算
1.瓦斯保护
采用FJ80型开口杯挡板式气体继电器。
2.装设反时限过电流保护
采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。
3.电流互感器的选择
高压侧：=1600/（35×）=26.39A电流互感器采用三角形接法，计算电流互感器变比： =（26.39×）/5 =45.71/5，选用电流互感器变比： =100/5=20
低压侧：=1600/（10×）=92.38A电流互感器采用星形接法计算电流互感器变比： =92.38/5，选用电流互感器变比： =100/5=20。

表4-1 电流互感器的主要技术参数

型号
额定电压/kV
额定电流/A

额定二次负荷/
（）
10%误差时一次电流倍数
1s热稳定倍数
动稳定倍数
一次
二次
0.5
1
3
LCZ-35
35
100
5
2
—
2
10
（3级）
65
100
LQJ-10
10
100
5
0.4
0.6
__
10
(3级)
90
225

4.装设电流速断保护
采用GL15型继电器的电流速断装置来实现。
（1）速断电流的整定

速断电流倍数整定为
满足规定的倍数。
（2）电流速断保护灵敏度系数的校验：

,A
所以 满足规定的灵敏系数1.5的要求。

（3）过电流动作电流的整定

式中：为 变压器的最大负荷电流 取为2.5（可取（1.3-3））；
为可靠系数，对定时限取1.2，对反时限取1.3；
接线系数，对相电流接线取1，对相电流差接线取；
继电器返回系数，一般取0.8；
电流互感器的电流比。
注意：对GL型继电器，应整定为整数，且在10A以内。
因此 A 故：动作电流整定为6A
（4）过电流保护电流动作时间的整定
过电流保护动作时间△t≥t-t=1.5-1=0.5s
故其过电流保护的动作时间可整定为最短的0.5S。
（5）过电流保护灵敏系数的校验

满足规定的灵敏系数1.5的要求。
（6）35Kv侧和10Kv侧断路器和隔离开关的选择

表4-2断路器的技术数据
型号
额定电压（KV）
额定电流（KA）
开断容量（MVA）
额定开断电流（KA）
极限通过电流（KA）
热稳定电流（KA）
固有分闸时间（s）
合闸时间（s）
峰值
有效值
2s
4s
SW2-35/600
35
600
400
6.6
17
9.8
—
6.6
0.06
0.12
SN10-10I/630
10
630
—
16
10
—
16
—
0.05
0.2

表4-3 隔离开关的技术参数
型号
额定电压（KV）
额定电流（A）
极限通过电流峰值（KA）
热稳定电流（KA）
操作机构型号
4s
5s
GN2-35T/400-52
35
400
52
—
14
CS6-2T
GN6-10/600-52
10
600
52
20
—
—
5．变电所设计说明
5.1概述
该设计为35KV地面变电所一次设计，该变电所是针对全场全年生产能力为百万米的化纤毛纺织厂设计的，变电所内一次设备主要有：两台主要变压器（S9-1600/35和多油断路器，隔离开关，电源变压器，所用变压器，避雷针，高压开关柜进线柜等。
5.2室内布置
整个主控制室和高压配电室坐南朝北，这样便于主控制室采光，变电所房屋建筑布置见室内平面图。
主控制室内装设有低位配电屏，主变保护屏，中央信号，中央信号继电器及电度表屏，主变保护控制屏，主变控制屏，中央信号布置在北侧，正对着值班人员。
母线的配电装置分别设在两个单独的房间内，两个配电室之间通过两面双开钢门相连接，另外两个配电室来由一个外开式双开钢门。 电容器应单独放置在一个房间内。
5.3室外布置
35KV电源线由变电所南部引进，配电装置采用低式布置，避雷器，电源变压器及它的保护用的熔断器，低式布置在母线两端，避雷器，电源变压器布置在主控制器的南东侧，10KV高压电缆从高压配电室引进来，低电压经穿墙套管进入主控制室，配电装置间隔为5米，进线相间距离为1.3米，最大允许尺度为0.7米。
5.4变电所所址的选择
①变电所所址的一般原则
1） 选择工厂变电所的所址，应根据下列要求并经技术、经济比较后择优确定：
2） 接近负荷中心、
3） 进出线方便。
4） 接近电源侧。
5） 设备吊装和运输方便
6） 不应设在有剧烈振动或高温的场所。
7） 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所。当无法远离时，不应设在污染源的下风侧。
8） 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜于上述场所相贴邻。
②负荷圆及负荷中心的计算

No3
No2
No1111111
1
2
3
4
图5-1 工厂变电所选址图
主变电所
车间变电所
负荷圈
高压配电线
低压配电线
图5-2电气主接线图

设计体会与心得

本次课程设计持续了两周，说是两周，实则一周半，第一周因连续有多门课程要考试，因而无暇搞设计，一周半的时间紧迫，于是不得不抽出一些晚上和周末的时间来继续搞设计，时间抓的很紧也很充实。
    作为电气工程及自动化大三的学生，我们一致觉得能做这样的课程设计是十分有意义。在已度过的两年半大学生活里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种电气设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。我们做的是课程设计，而不是艺术家的设计。艺术家可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是工程师，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。   
在课程设计中只有一两个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次设计也正好锻炼我们这一点，让我看到了团队的力量，设计工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。通过这次课程设计，我感到：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，和团队人员这十几天的一起工作的日子，让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，许多的欢乐在这里洒下。
最后，我们由衷的感谢杨老师的悉心指导，让我们的设计更加的完善，更加符合工程标准。这次设计，我们不仅仅是尽力，更是竭尽全力。这就是年少轻狂的我们——什么都敢做，什么都不怕，就算跌倒了，再爬起来，没有什么大不了。

参考文献
[1]《电力系统》，重庆大学出版社
[2]《电力系统工程基础》，华中科技大学出版社
[3]《发电厂电气部分（第三版）》，中国水利水电出版社
[4]《工厂供电设计指导（第二版）》刘介才，机械工业出版社
[5]《建筑设备电气控制电路设计图解》，机械工业出版社
[6]《电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程》，中国水利水电出版社
[7]《煤矿电工手册》第二分册，煤炭工业出版社
[8]《电力工程设计手册》，上海人民出版社
[9]《电力变压器保护》，电力工业出版社
[10]《工厂供电》，天津大学出版社
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中国地质大学长城学院课程设计成绩评定表

学生姓名
段斌斌
学 号
04311229
班 级
电气1102班
指导教师
李建勋
职 称
高级工程师
单 位
信息工程系
设计题目：
某毛纺厂总配电所配电系统设计
课程设计内容提要
工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。工厂总降压变电所及配电系统设计，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，结合国家供电情况.解决对各部门的安全可靠，经济技术的分配电能问题。其基本内容有以下几方面：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。
评 语

总成绩

指导教师签字

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