某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计说明书学生姓名木雕小象指导教师所在院系信息科学与工程学院专业班级电气工程及其自动化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 20 页2 / 20 目录目录一、概述 21、设计目的 2 2、设计内容 3 3、设计要求 3 二、设计基础资料3三、负荷计算及无功补偿51、各变电所负荷计算及无功补偿5 2、全厂总负荷计算及无功补偿7 四、配电所位置和变压器选择81、配电所位置 8 2、主变压器选择 8 五、配电所主接线设计9六、短路电流计算10七、一次元件的电气设备选择131、一次设备选择的一般原则13 2、变电所高压一次设备的选择13 3、变电所低压一次设备的选择15 八、继电保护装置的设计15九、课程设计体会及建议17参考文献 18精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 20 页3 / 20 一、概述1、设计目的1）复习和巩固电气工程基础课程所学知识2）培养分析问题和解决问题的能力3）学习和掌握变电所电气部分设计的基本原理和设计方法2、设计内容1）电气主接线设计：可靠性、经济性和灵活性2）短路电流计算：不同运行方式大、小、主）、短路点与短路类型3）主变压器选择：根据负荷的大小、类型，选择主变压器的容量、台数、型式、电压等级、调压方式等4）主要电气设备的选择：断路器、隔离开关、母线及支撑绝缘子、限流电抗器、电流互感器、电压互感器、高压熔断器、消弧线圈、3、设计要求1）负荷计算；2）配电所的位置和主变压器的台数及容量选择；3）配电所主结线设计；4）厂区高压配电系统设计；5）配电系统短路电流计算；6）改善功率因数装置设计；7）高低压供电系统一次元件的选择及校验；8） 继电保护装置的设计。二、设计基础资料1、生产任务及车间组成年产量为万吨聚乙烯塑料制品，产品品种有薄模、单丝、管材和注射等制品。其原材料来源于某石油化纤总厂。本厂设有薄模、单丝、管材、注射四个车间，设备选型全部采用我国最新定型设备，此外，还有辅助车间及其它设施，详见全厂总车间布置图1。2、供用电协议工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 20 页4 / 20 1）从电业部门某110/10kV 变电所用 10kV 架空线向本厂供电，该所在厂南侧1km 2）供电系统短路技术数据：电业部门变电所10kV 母线，为无限大电源系统，其短路容量为200MVA，供电系统如下图 图 2）所示：3）电业部门对本厂提出的技术要求：电业部门配出线路定时限过流保护装置的整定时间为2 秒，工厂“总降”不应大于 1.3秒；在总配变电所 10kV 侧进行计量；本厂的功率因数值应在0.9以上3、本厂负荷性质生产车间为三班工作制，部分车间为单班或两班制，最大有功负荷年利用小时数为 5000小时，属于三级负荷。4、自然条件1）最热月平均最高气温为35 ；2）土壤中 0.71M 深处一年中最热月平均温度为20 ；3）年雷暴日为 30天；4）土壤冻结深度为 1.1M；5）夏季主导风向为南风。6）地表面比较平坦，土壤主要成分为积土及砂质粘土，层厚1.67m不等；7）地下水位一般为 0.7m；8）地耐压力为 20吨/平方 M 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 20 页5 / 20 1-薄模车间； 2-原料库； 3-成品库； 4-包装材料库； 5-单丝车间； 6-注塑车间；7-管材车间； 8-备料复制车间； 9-锻工车间； 10-仓库； 11-机修模具车间； 12-锅炉房； 13-水泵房； 14-油泵房； 15-办公楼三、负荷计算及无功补偿1、各变电所负荷计算及无功补偿1）负荷计算采用需要系数发进行负荷计算，主要涉及的计算公式如下：有功功率计算：无功功率计算 : 视在功率计算 :3 3 4 5 2 1 6 7 8 10 10 9 10 11 15 13 12 14 图 1 全场总平面布置图N 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 20 页6 / 20 各车间计算结果如下表所示：序号车间或用电单位名称设备容量kW ）计算负荷变压器台数备注kW）kVar）kVA）1）No.1 变电所全厂KP 0.9KQ=0.951 薄模车间1680 0.6 0.6 1.33 1008 1340.64 1680 2 2 原料库36 0.25 0.5 1.73 9 15.57 18 3 生活间12 0.8 1 9.6 0 9.69 4 成品库一30 0.3 0.5 1.73 9 15.57 18 5 成品库二28.8 0.3 0.5 1.73 8.64 14.95 17.28 6 包装料库24 0.3 0.5 1.73 7.2 12.46 14.4 2）No.2 变电所1 单丝车间1662 0.6 0.6 1.30 997.2 1296.36 1662 2 2 水泵房24 0.65 0.8 0.75 15.6 11.7 19.5 3）No.3 变电所1 注塑车间226.8 0.4 0.6 1.33 90.72 120.66 151.2 1 2 管材车间1056 0.3 0.6 1.33 316.8 421.34 528 4）No.4 变电所1 复制车间165.6 0.6 0.5 1.73 99.36 171.89 198.72 1 2 生活间12 0.8 1 9.6 0 9.6 3 浴室3.6 0.8 1 2.88 0 2.88 4 锻工车间36 0.3 0.65 1.17 10.8 12.64 16.62 5 原料间18 0.8 1 14.4 0 14.4 6 仓库18 0.3 0.5 1.17 5.4 6.32 10.8 7 模具车间120 0.25 0.65 1.73 30 51.9 46.15 8 热处理车间180 0.3 0.7 1.02 54 55.08 77.14 9 铆焊车间216 0.3 0.5 1.73 64.8 112.10 126.9 5）No.5 变电所1 锅炉房240 0.7 0.75 0.88 168 147.84 224 2 2 实验室150 0.25 0.5 1.73 37.5 64.88 75 3 辅助材料库132 0.2 0.5 1.73 26.4 45.67 52.8 4 油泵房18 0.65 0.8 0.75 11.7 8.78 14.63 5 加油站12 0.65 0.8 0.75 7.8 5.85 9.75 6 办公楼18 0.6 0.6 1.33 10.8 14.36 18 2）无功补偿各变电所无功补偿如下表所示：以车间 1 为例说明计算过程）变电所号补偿前用功功率 补偿前功率因数无功补偿容量KVar）补偿后无功功率KVar）补偿后功率因数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 20 页7 / 20 根据设计要求，功率因数一般在 0.9以上，故取=0.9 功率因数：=0.600.9 =1042.44 tan(arccos0.60 - tan(arccos0.9 =885.72Kvar 补偿后：=1042.44KW =-=1042.44-885.72=513.47Kvar =1155.7KVA 功率因数： cos=/=0.902 满足要求）2、全厂总负荷计算及无功补偿1）负荷计算有功功率：= 1008+9+9.6+9+8.64+7.2+997.2+15.6+90.72+316.8+99.36+9.6+2.88+10.8+14.4+5.4）0.9=2344.68KW 无功功率：= 1340.64+15.57+0+15.57+14.95+12.46+1296.36+11.7+120.66+421.34+171.89+0+0+12.64+0+6.32）0.95=3440.10Kvar 视在功率：=4163.15KVA 2）无功补偿1）功率因数 cos=/=2344.68/4163.15=0.56 0.9 NO.1 1042.44 1399.19 0.60 885.72 513.47 0.902 NO.2 1012.8 1308.06 0.60 861.05 447.01 0.904 NO.3 407.52 542 0.58 338.24 203.76 0.901 NO.4 291.24 409.93 0.59 254.56 155.37 0.903 NO.5 262.2 287.38 0.68 204.02 80.36 0.902 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 20 页8 / 20 根据设计要求，本厂功率因数COS 要求在 0.9以上=2344.68 tan(arccos0.56 - tan(arccos0.92 =2470.01Kvar 4）补偿后：=2344.68KW =-=3440.10-2470.01=970.09Kvar =2537.44KVA 功率因数： cos=/=0.9240.92 2、主变压器选择选择的原则为：(1 只装一台变压器的变电所变压器的容量 ST应满足用电设备全部的计算负荷的需要，即，但一般应留有 15的容量，以备将来增容需要，本设计中的NO3、NO4、NO5变电所采用此原则。(2 装有两台变压器的变电所每台变压器的容量应满足以下两个条件: 任一台变压器工作时，宜满足总计算负荷的大约 70的需要，即为O7任一台变压器工作时，应满足全部一、二级负荷的需要，即(I+ (3车间变电所变压器的容量上限单台变压器不宜大于1000KVA，并行运行的变压器容量比不应超过3：l。同时，并联运行的两台变压器必须符合以下条件：并联变压器的变化相等，其允许差值不应超过05，否则会产生环流引起电能损耗，甚至绕组过热或烧坏。各台变压器短路电压百分比不应超过10，否则，阻抗电压小的变压器可能过载。各台变压器的连接组别应相同，若不同，否则侧绕组会产生很大的电流，甚至烧毁变压器。变压器按容量系列分，有R8容量系列和 R10容量系列。我国老的变压器容量等级采用 R8 系列，容量等级如100、135、180、240、320、420、560、750、1000KV.A 等。R10系列的容量等级较密，便于合理选用，我国新的变压器容量等级采用这种R10 系列，等级如 100、125、 160、 200、 250、 315、400、 500、 630、 800、 1000KV.A 等。在此次设计中，采用我国目前比较常用的 S9系列变压器。根据工厂的三级负荷的性质装设一台变压器型号为S9 型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=2000 KVA精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 20 页10 / 20 0.7=1876.62 KVA，即选两台 S9-2000/110型低损耗配电变压器。五、配电所主接线设计变电所主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，对其主要有以下几个基本要求：1）安全 主接线的设计应符合国家有关技术规范要求，能充分保证人身和设备安全；2）可靠 应满足用电单位可靠性的要求；3）灵活 能适应各种不同的运行方式，操作检修方便；4）经济 设计简单，投资少，运行管理费用低，考虑节约电能和有色金属消耗量。由本设计原始资料知：电力系统某110/10KV 变电站用一条 10KV 的架空线路向本厂供电，一次进线长1km，年最大负荷利用小时数为5000h，且工厂属于三级负荷，所以只进行总配电在进行车间10/0.4KV 变电，母线联络线采用单母线不分段接线方式。主接线方案图见附图六、短路电流计算对一般工厂来说，电源方向的大型电力系统可看作是无限大容量系统。无限大容量系统的基本特点是其母线电压总维持不变，这里只计算无限大容量系统中图 4-1 短路计算电路 (3(1系统精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 20 页11 / 20 的短路计算，短路电流通过电气设备时，设备温度急剧上升，过热会使绝缘加速老化或损坏，同时产生很大的点动力，使设备的载流部分变形或损坏，因此选择设备时要考虑它们对短路电流的稳定性，所以我们以最严重的短路三相短路为例，计算短路电流。1.求 K1 点的三相短路电流和短路容量计算短路电路中各元件的电抗和总电抗1）电力系统的电抗： X =0.552）架空线路的电抗： X=X L=0.4(1km=0.43）经 K1 点短路的等效电路如图所示，图上标出各元件的序号分子）和电抗值计算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值 I=6.38KA 2）三相短路次暂态电流和稳态电流 I=I= I=6.38KA 3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=2.55I=2.55 6.38=16.269KA I=1.51I=1.55 6.38=9.634KA 4）三相短路容量 S=116MVA 2.求 K2 点的三相短路电流和短路容量计算短路电路中各元件的电抗和总电抗精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 20 页12 / 20 1）电力系统的电抗： X =0.552）架空线路的电抗： X=X L=0.4(1km=0.43）电力变压器的电抗电力电压器型号： S9100010(6 查附表得知： U%=5 则： X=5.5计算电路总阻抗：= X+ X+ X=6.452）计算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期分量有效值 I=939.8A 2）三相短路次暂态电流和稳态电流I=I=I=938.9A 3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=1.84I=1.73KA I=1.09I=1.05KA 4）三相短路容量S=17.09MVA 3.求低压侧的三相短路电流和短路容量计算短路电路中各元件的电抗和总电抗1）电力系统的电抗： X=8102）架空线路的电抗X=XL(=0.4/km1km( =1.45 103）电力变压器的电抗此工厂车间设计要求中，总共是有五个变电所，使用到了四种不同型号规格的电力变压器，故而计算此处的电力变压器的电抗时，需要分开单独计算。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 20 页13 / 20 仍然以配电所 1 为例计算说明：电力电压器型号： S9125010(6 查附表得知： U%=5 则： X=6计算电路总阻抗：= X+ X+ X=8 10+1.45 10+6=8.25 102）计算三相短路电流和短路容量此处以 NO.1 变电所计算为例：1）三相短路电流周期分量有效值 I=28.00KA 2）三相短路次暂态电流和稳态电流I=I=I=28.00KA 3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=1.84I=51.52KA I=1.09I=30.52KA 4）三相短路容量S=19.40MVA 七、一次元件的电气设备选择1、一次设备选择的一般原则供配电系统中的一次设备是在一定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，一次设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还应满足在短路故障时不至损坏的条件，开关电器还必须具有足够的断流能力，并能适应所处的位置、环境温度、海拔高度。以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件。一次设备的选择应遵循以下3 个原则：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 20 页14 / 20 (1)按工作环境及正常工作条件选择电气设备；(2)按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；(3)开关电器断流能力校验。2、变电所高压一次设备的选择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。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，即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。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热稳定校验条件因此，对于上面的分析， 10KV 侧一次设备选择如下表所示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 20 页15 / 20 选择校验工程电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件参数量程10KV 146.5A 6.38KA 16.27KA 设备型号规格参数隔离开关GN19-10/ 400 10KV 400A 31.5KA 12.5电流互感器LQJ-10- 200/5 10KV 200/5A 1600.2=45.25 高压断路器ZN2-10/630 10KV 630A 11.6KA 30KA 高压熔断器RN2-10/0.5 10KV 500A 200MVA 电压互感器JDZ-10- 10000/100 10/0.1KV 电压互感器JDZJ-10- 10000/100 /避雷器 FS4-10 10KV 3、 变电所低压一次设备的选择同样根据上面的原则，做出380V低压侧一次设备的选择校验，变电所1 为例说明如下表所示，所选数据均满足要求NO.1 变 电 所装 置 地点 条件参数量程10KV1468A28.00KA51.52KA1724.8KA 参数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 20 页16 / 20 设备型号规格低压断路器DW15-1500/3 380V1500A40KA低压刀开关HD13-1500/30 380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5- 1500/5 500V1500/5A八、继电保护装置的设计变压器的继电保护装置以NO.1车间变电所选用的 S91250/10型变压器为例1）装设瓦斯保护，当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。=0.78KA；，因此其灵敏度系数为：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 20 页17 / 20 1.5，满足灵敏度系数的要求。3）装设电流速断保护，利用DL15 的速断装置。电流速断保护动作电流 速断电流）的整定利用式式 中，因此速断保护电流为速断电流倍数整定为，装设过负荷保护过负荷保护动作电流的整定利用式(1.21.25式中为变压器的额定一次电流，即=1000A，为电流互感器的变流比，即=150/5=30，因此其动作电流为：1.25。过负荷保护动作时间的整定：1015s 其他车间变电所的变压器的继电保护装置方案与本车间变电所的变压器保护的选择方法和整定计算方法相同，只是整定值不同。）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 20 页18 / 20 九、课程设计体会及建议此次课程设计贴近电力系统是从事电力有关工作. 北京：中国电力出版社，2004 2. 熊信银，张步涵 . 电气工程基础 . 武汉：华中科技大学出版社，2005 3. 曹绳敏 . 电力系统课程设计及毕业设计参考资料. 北京：水利电力出版社，1995 4. 陈跃之 . 电气工程专业毕业设计指南电力系统分册. 北京：中国水利水电出版社， 2003 5. 西北电力设计院，东北电力设计院. 电力工程设计手册 (第一册. 上海人民出版社， 1972 6. 其他相关资料精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 20 页19 / 20 附图：某塑料制品厂全长总配变电所电气主接线图2 图纸）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 20 页20 / 20 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 20 页