某化纤毛纺厂总配电系统设计说明书

0 某化纤毛纺厂总配电系统设计说明书 计概括 在国民经济高速发展的今天，电能的应用越来越广泛，生产、科学、研究、日常生活都对电能的供应提出更高的要求，因此确保良好的供电质量十分必要。本设计书注重理论联系实际，理论知识力求全面、深入浅出和通俗易懂，实践技能注重实用性，可操作性和有针对性。 本课程设计选择进行了一个模拟的中小型工厂 10/量为 降压变电所 . 区域变电站经 10回进线对该厂供电。该厂多数车间为三班制。本厂绝大部分用电设备属长期连续负荷，要求不间断供电。 全年为 306 个工作日，年最大负荷利用小时为 6000 小时。属于二级负荷。 本设计书论述了供配系统的整体功能和相关的技术知识，重点介绍了工厂供配电系统的组成和部分。系统的设计和计算相关系统的运行，并根据工厂所能取得的电源及工厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定了变电所的位置与形式及变电所至变压的台数与容量、类型及选择变电所主接线方案及高低设备与进出线。 工厂供电系统的设计是根据电力用户所处地理环境、生产工艺对负荷的要求、各个车间的负荷数量和性质、负荷布 局以及地区供电条件进行的。要求设计成果能应用于生产实际，能够让该供电系统安全、可靠、经济的分配电能，满足工业生产的需要。 我们这次的课程设计题目是： 某化纤毛纺厂总配电系统设计， 设计的具体内容及步骤如下： 1） 计算负荷。 2） 定供电电源、电压等级和供电方式。 3） 择变电所的位置、变压器数量和容量。 4） 靠、灵活、经济的主接线，选择合理的户外高压配电方案。 5） 6） 照正常工作条件、短路时的工作条件、电气设备自身特点进行电气设备的选择和校验，用主接线图表达设计成果。 1 2 负荷计算 荷计算的意义 计算负荷计算负荷是供电系统设计计算的基础。工厂供电系统设计的原始资料是工艺部门提供的用电设备安装容量。这些设备品种多，数量大，工作情况复杂，因此如何根据这些资料正确估计工厂所需的电力和电量非常重要。估计的准确程度，直接影响到工程的质量。如果估算过高，会增加供电设备的容量，使工厂电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作 量，浪费大量的人力财力；相反，如果估算过低，工厂投产后，供电系统的线路及电气设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其老化绝缘速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。由此可见，进行负荷计算是供电系统设计的基础，能否准确的估算计算负荷决定了设计的系统能否安全、经济、可靠的供电。 计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷，负荷计算的目的就是求出这个假想负荷。计算负荷是设计时作为选择工厂电力系统的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据 。供电 系统设计的第一步，就是通过负荷计算，将复杂、凌乱的负荷数据整理成设计所需要的资料。 荷计算的方法 方法：我国目前普通采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。需要系数法的优点是简便，适用于全厂和车间变电所的负荷的计算，二项式法则适用于机加工车间，有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。但在确定设备台数较少而设备容量差别较大的分支干线的计算负荷时，次啊用二项式法较之需要系数法来的简单，计算也方便。 负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种，本设计将采用需要系数法予以确定。需要系数 法是用设备功率乘以需要系数和同时系数 ,直接求出计算负荷。 2 间变电所的负荷计算 根据我们这次供配电课程设计任务条件，我设计两个车间变电所来给各个用电用户供电 1#变电所负荷： 主要计算公式为： i)= i)=i) i) i) 2 3 其中 80 伏。无功、有功、视在功率的单位分别为 算电流 A。计算如下： 制条车间： 40*72 272 04 纺纱车间： 20 56 256 92 锅炉房： 50 公楼幼儿园： 08 1 81 计： i) K = i) K =2 = 3 电所 用电单位 设备容量需要 系数 1# 变电所 制 条车间 340 72 204 340 纱车间 320 56 192 320 炉房 150 ,75 公楼、幼儿园 108 1 0,15 小计 918 3 2#变电所 织造车间： 25 0。 8=420 420 15 染整车间： 90 0。 8=392 392 94 机修车间： 00 0 90 35 化验房 : 8 堂宿舍 : 0 50 计： i) K =998 i) K =816 (2)= 3 于无功和有功的 K值均为 在小计时 应的 果表达如上表。 变电所 用电单位 设备容量需要 系数 A) 2#变电所 织造车间 525 20 315 525 整车间 490 92 294 490 修车间 300 0 135 验房 78 堂宿舍 50 7,5 6,86 计 1443 4 用变压器负荷计算 0 4 64 8 2 =80 厂负荷计算 上面三个表格表达了车间变电所低压母线上的计算负荷，其计算结果可用来选择车间变电所变压器的容量，然后选择车间变压器，查表算出变压器上的功率损耗。为了简化计算，可以采用公式 ( (算。当采用低损耗变压器时，也可以用公式 算出车间变压器上的功率损耗。 1变电所： 2变电所 : 用变压器 ： 80= 80=于厂区高压配电网距离较短，故在确定计算负荷时，厂区高压输电线路上的功率损耗可以忽略不计，因此高压配电所引出线上的计算负荷可以认为是变电所低压母线上的计算负荷加上变压器的功率损耗。 高压引出线上的计算负荷分别为： + + + + + + 根据计算负荷的等级查表可知高压配电母线的同期系数为 K 本厂没有高压用电负荷，故配电所进线上的的计算负荷为： P= ( Q=( 5 3 功率因数和无功补偿 偿方法 S= 2 = 功率因数为 计要求达到的功率因数为 然不符合要求，需要进行无功补偿。工厂企业广泛采用的补偿装置是静电电容器，其补偿方式有个别补偿、分组补偿和集中补偿。由于集中补偿具有电容器利用率高，易于管理的特点，故采用集中补偿方式。高压补偿的电容器比较便宜，电容器利用率高，但是投切电容器的开关设备及保护装置价格都比较高；低压补偿的补偿效果好，开关及保护设备价格低且易于实现自动投切，但 是电容器利用不充分。考虑到低压静电电容器与高压静电电容器价格差别不大，而高压断路器等开关设备价格高昂、维护费用高，从节约建设和运行成本的角度考虑，在设计中采用低压补偿的方式。为了提高车间变电所变压器的负荷能力，在车间变电所的低压侧进行集中补偿。 偿计算 补偿容量计算： 1变电所： 变电所低压侧视在计算负荷： 压侧功率因数： 低压侧装设补偿电容器 ，考虑到变压器的无功损耗，低压侧补偿后的功率因数应为 压侧无功补偿容量： (低压无功功率自动补偿屏 低压无功功率自动补偿屏有 1、 2、 3、 4等 4 种方案。其中 1、 2 屏为主屏， 3、 4 屏为辅屏。 1、 3 屏各有 6 支路，电容器为 4 14 3 型，每屏共 84用 6 步控制，每步投 )142、 4 屏各有 8 支路，电容器亦为 4 14 3 型，每屏共 112用 8 步控制，每步亦 投入 14们选择 1 号主屏一个， 3 个三号辅屏。补偿 336电所低压侧视在计算负荷： （ （ *（ =压器的功率损耗： 6 电所高压侧的计算负荷： P=（ += (2)=电所高压侧的功率因数：变电所： 变电所低压侧视在计算负荷： 压侧功率因数： 低 压侧装设补偿电容器，低压侧补偿后的功率因数应为 低压侧无功补偿容量： (择择 1台 2号主屏和 3台 4号辅屏，电容器都为 4 14 3 型，每屏共 112则补偿容量整合为 112+3 112=448偿后的数据： 变电所低压侧视在计算负荷： *（ 压器的功率损耗 ： 电所高压侧的计算负荷： P=（ += (2)=电所高压侧的功率因数： 压器高压侧计算负荷及功率因数： P= Q= S= 2 = 厂的功率因数计算： P= Q= S= P=K * P= Q=K * Q= (2)= P/ S=过无功补偿以后，全厂功率因数为 足设计要求。在装设无功补偿装置以后，减少了无功损耗，因此总的视在计算负荷也随之减小，有可能使进线选用更细的导线，车间变压器容量可能选小 1级，节约了有色金属和变电投资。这不仅可以降低初投资，而且可以减少企业的电费支出，对提高电能质量和系统调压能力也有好处。计算负荷以补偿后的为准。 7 4 总配电所位置及车间变压器台数和容 量选择 配电所及车间变电所位置的选择 配电所位置及车间变电所位置选择的原则 总配电所的位置选择应遵循以下几个原则： 1)应该接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗有色金属损耗； 2)进线方便：考虑电源的进线方向，偏向电源测，以节省导线的费用和减小线路的电能损耗。 3)不应妨碍企业的发展，要考虑扩建的可能性； 4)运输方便； 5)尽量避开有腐蚀性气体和污秽的地段； 6)配电装置与其他建筑物之间的防火间距要符合规定； 7)与附近冷却塔或喷水池之间的距离要符合规定。 配电所及车间变电所位置选择的方法 负荷 中心的确定有两种方法： 1） 负荷指示图法 2） 负荷功率矩法 在这次设计中我们选用负荷功率矩法，根据公式： x = )( y = )( 我们建立了坐标系得到各个用电单位的坐标如下： 制条车间（ 10， 10） 纺纱车间（ 6， 10） 织造车间（ 10， 12） 染整车间（ 10， 12） 机修车间（ 炉房（ 验室（ 14）食堂宿舍（ 13， 办公楼、幼儿园（ 通过公式我们得到负荷中心坐标（ 结果并不如意，因为这个坐标就在制条车间和纺纱车间中间并深入工厂建筑的范围，按着尽量靠近负荷中心的原则，我们将总配电的选址坐标改为（ 同样的变电所的位置 也是如此得到，这里不再赘述。 8 间变压器台数和容量的选择 由负荷计算的结果， 1#车间， 2#车间所用变低压侧的计算负荷分别为： 1#车间： + + S= (2)=668 98 9 2#车间： + + = S= (2)=用变压器： P=64 Q=24 S=于第一、第二车间的容量都不超过了 1000以我们选取了 2 台 100090 1号变电所选择 1台 1000 因为最热月平均温度 20。为了方便计算，变压器的容量可不必校正。 在选出车间变压器的容量以后，可以由此算出变压器上的功率损耗。对于 1号车间变电所： 有功损耗 2 = 668 98/1000） 2 =功损耗 2 =（ 00） *1000+（ 00） *1000*（ 668 98/1000） 2 =号车间采用 1台变压器，容量为 1000功率损耗为： 有功损耗 2 =功损耗 2 =变压器容量验算车间变压器的损耗，和前 面的运算结果误差较小，证明变压器的选择符合设计的要求。 10 5 主接线方案的选择 根据工厂与电业部门的供电协议以及电厂的各个用电设施的条件，我们将从电业局到用电设备之间分为的电力线路连接分成三大部分（总体接线图见附录）： 1） 第一部分：从电业局到工厂，在这一部分，根据协议，我们将采用双回路架空进线，在工厂设置高压配电所。高压配电所它的主要作用是起到接收和分配电能的作用，它将接收到的电能供应给连接的车间变电所或建筑物变电所或高压用电设备。这一部分我们采用双回路进线，单母线分段的连接方式。其连接图大体 如下图所示： 单母线分段的方式 母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。在正常运行时，可以接通也可以断开运行。 当分段断路器 一段母线发生短路故障时，在继电保护作用下，分段断路器 时非故障段母线可以继续运行，缩小了母线故障的停电范围。当分段断路器断开运行时，分段断路器除装有继电保护装置外，还应装有备用电源自动投入装置，分段断路器断开运行，有利于限制短路电流。 对重要用户，可以采用双回路供电，即从不同段上分别引出馈电线路，由两个电源供电，以保 证供电可靠性。 2） 第二部分：从工厂高压配电所到我们在上面提到的两个车间变电所，车间变电所的作用是将从高压配电所送过来的 10压电降压成工厂用电设备能用的380/220V 电压。在这一部分选用这种方式是因为单母线分段接线的接线特点：单母线分段接线可以分段独立运行，也可以同时并列运行的。单独分段运行是，各段相当于单母线不分段接线状态，各段母线的电气系统互不影响。当一段母线发生故障或检修是，仅停止对该段母线所带负荷的供电；当采用并列运行时，若遇到电源检修，无需母线停电，只需断开电源的断路器及其隔离开关，调整另外 电源的负荷就行。这样无疑提高了，供配电的可靠性和用电配电的灵活性。其大体连接图如下所示： 11 3） 第三部分：从车间变电所到各个用电建筑，在这一部分我们采用的是放射性接线方式。放射性接线接线简单，操作维护方便，引出线发生故障时互不影响，供电可靠性高。其接线图大致如下图所示： 12 6 短路计算 大运行方式下短路电流计算 选取功率基准值 00， 对于一号车间 K 1点短路时，取基准电压 基准电流 j/(3100/( 3* 对于二号车间 对于 K 2点短路时，取基准电压 基准电流 3100/( 3* 计算各元件阻抗的标么值 电源电抗标么值： X*1M=)=100/187=0千伏单回架空线路电抗标么值： X*2=J/*100/于是采用最大运行方式，则两回架空线并列运行，其等效阻抗为： X*2=号车间变压器 1T 电抗标么值： X*3 =( 100)*(00)*（ 100/1）=号车间变压器 2T 电抗标么值： X*3 =( 100)*(00)*（ 100/1） =求电源至短路点总阻抗 对一、二号变压器 K 1点： X* X*1M + X*2=求短路电流的周期分量、冲击电流及短路容量 对于一号变压器 K 1： 三相短路电流周期分量有效值 I X* 击短路电流 i I 相短路容量 S X* 1=100/ 对于二号变压器 K 1： 三相短路电流周期分量有效值 I X* 击短路电流 i I 相短路容量 S X* 2=100/ 最大运行方式下的短路电 流计算： 三相短路电流 /相短路容量 / 1.M i 1 点 13 最大运行方式下的短路电流计算电路图： 电源阻抗车间变压器阻抗0 . 4 k V 短 路 点1 0 k V 短 路 小运行方式下短路电流计算 选取功率基准值 00， 对于一号车间 K 1点短路时，取基准电压 基准电流 j/(3100/( 3* 对于二号车间 对于 K 2点短路时 ，取基准电压 基准电流 3100/( 3* 计算各元件阻抗的标么值 电源电抗标么值： X*1M=)=100/107=0千伏单回架空线路电抗标么值： X*2=J/*100/小运行方式下单母分段开关打开，两回线路分列运行，电源 车间母线单线供电，架空线路阻抗为 1号车间变压器 1T 电抗标么值： X*3 =( 100)*(00)*（ 100/1）=号车间变压器 2T 电抗标么值： X*3 =( 100)*(00)*（ 100/1） =求电源至短路点总阻抗 对一、二号变压器 K 1点： X* X*1M + X*2=求短路电流的周期分量、冲击电流及短路容量 14 对于一号变压器 K 1： 三相短路电流周期分量有效值 I X* 击短路电流 i I 相短路容量 S X* 1=100/ 对于二号变压器 K 1： 三相短路电流周期分量有效值 I X* 击短路电流 i I 相短路容量 S X* 2=100/ 最小运行方式下的短路电流计算： 三相 短路电流 /相短路容量 / 1.M i 1 点 小运行方式下的短路电流计算电路图： 电源阻抗车间变压器阻抗0 . 4 k V 短 路 点1 0 k V 短 路 点电源架空进线阻抗7 变电所一次设备的选择与校验 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 15 无防尘、防腐、防火、防爆等要求；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑断流能力。 压侧短路计算 取 100以 *1100%6 *2 *1配进线： *大运行方式下： 绘制等效电路图 61 031003 )3(* )3(3(3( 16 )3( M 21 6 0 压设备器件的选择及校验 高压设备器件的选择： 计算数据 断路器 隔离开关 电流互感器 电压互感器 高压熔断器 型号 10）/400 (30 00001000/100 100I=30A 400A 200/5 2A 6 00 20005 2I t= t 216 2 214 5 1）断路器的选择与校验 （ 1）按工作环境选型：户外式 （ 2）10 59 46000 Q FN . Q F =630A30I=3)动稳定校验 断路器最大动稳试验电流峰值0kA17 (4)热稳定校验 要求断路器的最高温升不超过最高允许温度即 162 (5)断流容量的校验： 断路器的额定断流容量应大于断路器安装处的最大三相短路电流容量即 M 00.)3( M V AS k a x.)3( 综上，断路器的选择满足校验条件。 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10=20030I=05 . 59 9000 Q SN . Q S （ 3） 动稳定校验 4） 热稳定校验 980514 2 即 流互感器选择与校验 10流互感器 （ 1） 该电流互感器额定电压 （ 2） 电流互感器一次侧额定电流 1 2 6 . 7 5 . 5 9 000 c tN . c t （ 3） 动稳定校验 动稳定倍数 60 次侧额定电流 3 101 . 则 . 动稳定性满足 18 （ 4）热稳定性校验 热稳定倍数 0 热稳定时间I = 2. )( K= 2)23190( = )( 热稳定性满足 3） 电压互感器的选择与校验 经查表该型号电压互感器额定容量 00 1 0 0 0 05 0 0 所以满足要求 4） 高压熔断器的选择与校验 （ 1）高压熔断器额定电压大于安装处电网的额定电压 即 10(2)断流能力 M V U 22 0 0 5） 10线与各车间变电所进线的校验 1、根据短路电流进行热稳定校验 （ 1） 10线： 按经济电流密度选择进线截面积： 已知 6000查表可得，经济电流密度 2进线端计算电流 51038 7 2 8330 可得经济截面 230 5 经查表，选择 裸绞线 导线间几何间距 D=导线技术参数为： R= X= 校验：短路时发热的最高允许温度下所需导线最小截面积 22)3(m i n 1 2 所以满足要求。 （ 2） 电所进线： 按上述方法选择 裸绞线 导线间几何间距 D=导线技术参数为： R= X= 19 校验： 22)3(m i n 所以满足要求。 （ 4） 电所进线： 按上述方法选择 裸绞线 导线间几何间距 D=2)3(m i n 4.8 j 2、根据电压损耗进行校验 （ 1） 10线： % 0 0 1 7 71 6 6 4%10% 2 2） 间变电所进线： %0% 2 3） 间变电所进线： %0% 2 据符合长期发热条件进行校验 （ 1） 10线： 选 120型裸铝绞线 取导 线间几何间距 D=查表可得，最大允许载流量 75 负荷电流） （ 2） 间变电所进线 选 50型裸铝绞线 取导线间几何间距 D=查表可得，最大允许载流量 15 3） 间变电所进线： 选 50型裸铝绞线 取导线间几何间距 D=查表可得，最大允许载流量 15 压设备器件的选择及校 验 压所的设备器件选择及校验 1#变电所 计算数据 低压断路器 隔离开关 电流互感器 型号 4 =20 30I=600A 1500A 6001500/5 0 80杆式） 135 2#变电所 计算数据 低压断路器 隔离开关 电流互感器 型号 4 =0I=600A 1500A 6001500/5 00 80杆式） 135 1） 1#变电所 1、低压断路器的选择与校验 （ 1）按工作环境选型：户外式 （ 2）070/()3070(1600)0/()1( Q 30I =、隔离开关的选择与校验 (1)按工作环境选型：户外型 (2)U01 1500 4070 3070 =30I =足要求 (3)动稳定校验 0kA 满足要求 (4)热稳定校验 21 230 1=900 =107 所以 足要求 3、电流互感器选择与校验 (1) )电流互感器一次侧额定电流 729)4070/()3070(1500)0/()1( 30I = 满足要求 (3)动稳定校验（ 35） 2/ 03 / 满足要求 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 =150030I=070/()3070(1600)0/()1( Q 30I= 22 满足要求 （ 3）动稳定校验0kA 4）热稳定校验 625125 2 即 流互感器选择与校验 流互感器 （ 1）该电流互感器额定电压 2）电流互感器一次侧额定电流 NN c tN c t 070/()3070(1500)/()1( 300 满足要求 （ 3）动稳定校验 动稳定倍数 35 次侧额定电流 T ()( 01 则 4 32/10 3 N C i =因此水塔避雷针能保护软水站 （ 2）由于 电站中电气设备并不集中，只各有一台或两台变压器，所以不设独立的避雷保护，而采用在各变压器侧加装避雷器的方法来防止雷电波和操作过电压。 （ 3）因总配与 电站合并，建设成总配电所，电气设备较集中，所以设置独立的避雷针保护，设避雷针高度为 22m，保护半径同上计算 时为防止反击，避雷针建设在距离总配 10m 处，并使避雷针接地体与总配接地体相距大于 3m。 电所公共接地装置的设计 对于大量使用动力电的矿工企业，供电系统采用 统，即保护接线与零线