某化纤厂降压变电所电气设计电力系统综合课程设计报告书

1、课程名称：电力系统综合设计题目：某化纤厂降压变电所电气设计专业：电气工程及其自动化评语:成绩:评卷人:目录第一部分 设计任务书 1一、设计题目 2二、设计要求 2三、设计资料 2四、设计任务书 5第二部分 设计计算书 5一、各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法） 5二、各车间变电所的设计选择 9三、工厂总降压变电所及接入系统设计 16四、短路电流的计算 18五、变电所高低压电气设备的选择 23六、继电保护的配置 25七、心得体会 25参考文献 25第一部分 设计任务书一、设计题目某化纤厂降压变电所电气设计二、设计要求根据本厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按安全可靠，技术先进，经济合理的要求，

2、确定工厂变电所的位置与型式，通过负荷计算，确定主变压器台数及容量，进行短路电流计算，选择变电所的主接线及高、低压电气设备，选择整定继电保护装置，最后按 要求写出设计计算说明书，绘出设计图纸。三、设计资料设计工程项目情况如下（2）工厂负荷数据：本工厂多数车间为3班制，年最大负荷利用小时数 6400小时，本厂负荷统计资料见表1，学生组合方案见表2。表1序号车 间 设 备 名 称安装容量（KW）Kdtancos计算负荷甲乙丙丁P（kW）Q（kvar ）S（kVA）纺 炼 车 间1纺丝机1801502002200.80.78筒绞机624030560.750.75烘干机788085700.751.02脱

3、 水 机201512180.600.80通风机2002201802400.700.75淋洗机1456220.750.78交频机9008008409500.800.70传送机423840300.800.70小计2原 液 车 间 昭八、 明10121040120011600.750.70小计3酸 站 昭八、明3042602003100.650.70小计4锅炉照明2803202902700.750.75小计5排 毒 车 间 昭八、 明1861601801400.700.60小计6苴丿、他 车 间 昭八、 明3802403002400.700.75小计78910全 厂 计 算 负 荷 总 计1112表

4、2序号纺炼车间原液车间酸站锅炉房排毒机房其他附属 车间1ABCDEF2ABDEFC3ABEFCD4ABFCDE5BACDEF6BADEFC7BAEFCD8BAFCDE（3 ）供电电源情况：按与供电局协议，本厂可由东南方19公里处的城北变电所110/38.5/11KV，50MVA变压器供电，供电电压可任选。另外，与本厂相距5公里处的其他工厂可以引入10KV线路做备用电源，但容量只能满足本厂负荷的30%重要负荷，平时不准投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。（4）电源的短路容量（城北变电所）：当35KV母线的出线断路器断流容量为1500MVA ； 10KV母线的出线断路器断流容量为 350MVA

5、。（5）供电局要求的功率因数：当35KV供电时，要求工厂变电所高压侧cos 0.9 :当以 10KV供电时，要求工厂高压侧 cos 0.95。（6） 电费制度：按两部分制电费计算。变压器安装容量每1KVA为15元/月，动力电费 为0.3元/kWh，照明电费为0.55元/ （ kW?h ）。（7）气象资料；本厂地区最高温度为38 C ,最热月平均最高气温29 C ,最热月地下0.8处平均温度为22 C ,年主导风向为东南风，年雷暴雨日数为 20天。（8 ）地质水文资料：本厂地区海拔 60m，底层一砂黏土为主，地下水位为 2m。四、设计任务书（一）设计计算说明书（二）设计图纸1. 工厂变电所设计计

6、算用电气主接线简图（见附图）2. 变电所供电平面布线图第二部分设计计算书、各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法）（一）纺炼车间（数据为丙组）1.单台机械负荷计算（1）纺丝机0.78。已知：Pe 200kW,KG 0.80, tan故：P36 PeK d 200 0.80 160(kW)Q36 P36 tan 160 0.78 124.8(k var)2）筒绞机已知： Pe 30kW ,KG 0.75, tan 0.75故：P36 PeKd 30 0.75 22.5(kW)Q36 P36 tan22.5 0.75 16.9(k var)3）烘干机已知： Pe 85kW, KG 0.75, tan

7、 1.02故：P36 PeK d 85 0.75 63.8(kW)Q36 P36 tan 63.8 1.02 65.1(k var)4）脱水机已知： Pe 12kW , K G 0.60, tan 0.80故：P36 PeK d 12 0.60 7.2(kW)Q36 P36 tan 7.2 0.80 5.8(k var)5）通风机已知： Pe 180kW,KG 0.7, tan 0.75 。Q36P36 tan1260.7594.5(k var)（6）淋洗机已知：Pe 6kW, KG 0.75, tan0.78。故：P36Q36Pe Kd 6P36 tan0.754.54.5(kW)0.78

8、3.51(k var)（7）变频机已知：Pe 840kW ,KG0.80, tan0.70。故：P36 PeKd 180 0.70 126(kW)故：P36 PeK d 840 0.80 672(kW )Q36 P36 tan 672 0.70 470.4( k var)取同时系数:（8）传送机已知：Pe 40kW,KG 0.80, ta n 0.70故：P36RKd40 0.80 32(kW)Q36 P36 tan32 0.70 22.4(k var)纺练车间单台机械负荷计算统计见表 3表3纺炼车间（丙）负荷统计列表序号车间设备名称安装容量（甲）（kW）Kdtan计算负荷Bo(kW)Q3o(

9、k var)1纺丝机2000.80.78160124.82筒绞机300.750.7522.516.93烘干机850.751.0263.865.14脱水机120.605通风机1800.700.7512694.56淋洗机60.750.784.53.517变频机8400.800.70672470.48传送机400.800.703222.4小41（二）其余车间负荷计算1.原液车间已知：Pe 1200kW, Kd0.75, tan0.70。6PeKd 1200 0.75900(kW)故：Q36F36 tan900 0.70 630(kvar)S36Jp32 Q

10、36 J9002 63021098.6(kVA)2.酸站照明已知：Pe 200kW, Kd0.65, tan0.70 0136PeKd 200 0.65 130(kW)故：Q36P36 tan130 0.70 91(k var)S36 疋 Q361302 912 158.7(kVA)3.锅炉房照明已知：Pe 290kW, Kd0.75, tan0.75 0P36FeKd 290 0.75 217.5(kW)故：Q36P36 tan217.5 0.75 163.1(kvar)S36, F36 q3g217.52 163.12271.9(kVA)4.排毒车间已知：Pe180kW, Kd0.70,

11、tan0.60 o136RKd 180 0.70 126(kW)故：Q36F36 tan126 0.60 75.6(k var)?36、.F32 Q361262 75.62 146.9(kVA)5.其他车间已知：Pe 300kW,Kd0.70, tan0.75 oP30巳心 300 0.70210(kW)故：Q30F30 tan210 0.75 157.5(k var)?30、P2)Qfo 2102 157.52 262.5(kVA)各车间计算负荷统计见表4表4 各车间计算负荷统计列表序号纺炼车间安装容量（甲）（kW）P30（kW）Q3o（kvar）S30（kVA）1纺炼车间1393979.2

12、763.241241.52原液车间12009006301098.63酸站20013091158.74锅炉房290217.5163.1271.95排毒车间18012675.6146.96其他车间300210157.5262.5二、各车间变电所的设计选择（一）各车间变电所位置及全厂供电平面草图根据地理位置及个车间计算负荷大小，决定设立 3个变电所，各自供电范围如下: 变压所I:原液车间、排毒车间。变压所U:纺炼厂、办公及生活区。变压所川：锅炉房、其他车间、酸站。全厂供电平面图见图2(二)各车间变压器台数及容量选择1.变压所I变压器台数及容量选择(1) 变压所I的供电负荷统计：同时系数取 K p 0

13、.9, Kq 0.95P36 K p(P36原 P36排) 0.9 (900 126) 923.4(kW)Q36K p (Q 36原 Q36排) 0.95 (630 75.6) 670.32(kvar)(2) 变压所I的无功补偿(提高功率因数到0.9以上)无功补偿试取：QC 400k var补偿以后：Q36670.32400270.32( k var)0.960.90P36923.4cosJ P3： ( Q36 Qc) 变压所U变压器台数及容量选择V923.42 (670.32 400)2S1. P32( Q36 Qc)2962.15(kVA)(3) 变压所I的变压器选择。为保证供电的可靠性，

14、选用两台变压器(每台可供车间总负荷的 70% ) : Snt0.7Si0.7 962.15673.505( kVA)选择变压器型号为SL7系列，额定容量为1000kVA，两台查表得出变压器的各项参数：空载损耗Po 1.8kW;负载损耗 Pk 11.6kW 阻抗电压Uk%4.5;空载电流Io% 1.1(4)计算每台变压器的功率损耗(n=1 )S361 962.15 481.075(kVA)FTP0QtPk)1.8 11.6SN(鱼)2(當)2 4.48(kW)n 100SN11 45 (481.075)221.41(kvar)1000FTQt也可用化简经验公式:481.075 7.216(kW)

15、0.0传60.0150.06S360.06 481.075 28.865(kvar)(1)变压所U的供电负荷统计:P36979.2kWQ36763.24k var(2) 变压所U的无功补偿(提高功率因数到0.9以上)无功补偿试取：QC 400k var补偿以后：Q36763.24400363.24( k var)cos 2.9792 0.94 0.90v P32 ( Q36 Qc )2J979.22 (763.24 400)2Sii6厂Q36Qc)2 1044.4( kVA)(3) 变压所U的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器(每台可供车间总负荷的 70% ) : SNgH0.7S

16、h 0.7 1044.4 731.08( kVA)选择变压器型号为SL7系列，额定容量为630kVA (附带供电给办公室及生活区)查表得出变压器的各项参数：空载损耗Po1.3kW;负载损耗 Pk 8.1kW阻抗电压Uk%4.5;空载电流1。2.0(4) 计算每台变压器的功率损耗1 1 ： 尹 -1044.4 522.2(kVA)片 n R 1 Pk(S36) 1.3 8.1 (522)2 6.87(kW) nSN630Qt n%SN 1Uk%SN(蛍)2 12.6 28.35 (522)2 32.08(kvar) 100 n 100 SN630也可用化简经验公式：Pt 0.015S360.01

17、5 522.2 7.833(kW)Qt0.06S：360.06 522.2 31.332(kvar)3. 变压所川变压器台数及容量选择(1)变压所川的供电负荷统计：P36P36 酸6 锅 F*36 其130 217.5 210 557.5(kW)Q36 Q36 酸 Q36 锅 Q36 其 91 163.5 157.5411.6(kvar)同时系数取K p0.9, K0.95P川KP P6 0.9 557.5 501.75(kW)Q川 K P Q360.95 411.6 391.02(kvar)(2)变压所川的无功补偿(提高功率因数到0.9以上)无功补偿试取：QC 200k var补偿以后：Q3

18、6391.02-200 191.02(kvar)0.93 0.90P川501.75cos/ Pi2 ( Qiii Qiii )2J501.752 (391.02 200)2Siii-飞(一QiiiQiii)2 536.88(kVA)(3 )变压所川的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器(每台可供车间总负荷的 70% ) : Snt川0.7S川 0.7 536.88 375.816(kVA)1 536.88 268.44(kVA)Ptn P1 n0.76 4.8 影4.25(kW)选择变压器型号为SL7系列，额定容量为315kVA，两台查表得出变压器的各项参数：空载损耗P00.76kW

19、 ;负载损耗Pk 4.8kW阻抗电压Uk%4;空载电流I0%2.3(4)计算每台变压器的功率损耗1 U k %S36、2268.44 2Qtn嵩恥自7245 126(話)16.40(kvar)也可用化简经验公式:Pt 0.015S360.015 268.44 4.03(kW)Qt0.06S36 0.06 268.44 16.11(kvar)(三) 厂内10kV线路截面的选择1.供电给变电所I的10kV线路P361923.4461.7( kW)Q361270.32135.16( kvar)2计及变压器的损耗：1PP36R461.7 4.48 466.18(kW)QQ36Qb135.16 21.4

20、1 156.57(kvar)1S、P2Q2一 466.182 156.572491.77(kVA)I1S實.77 28.39(A)3 10136.3U先按经济电流密度选择导线经济截面:由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h ,查表可得，架空线的经济电流密度jec 0.9A/mm2。I 28 39所以可得经济截面：Aec厘31.54(mm2)jec0.9可选导线型号为LJ 35，其允许载流流量为lai 170A。相应参数为 r00.96 /km,x00.34 /km再按发热条件检验：K (70卩0 29 0已知 29 C，温度修正系数为：t 70 25 70 25.Ia1 KtIa1

21、 0.95 170 161.5A I3628.39A由式上可知，所选导线符号长期发热条件。由于变电所I紧邻35/11kV 主变压器，10kV线路很短，其功率损耗可忽略不计。线路首段功率：P P, 4668(kW)Q Q 156.57(kvar)2.供电给变电所U的10kV线路1P36979.2 489.6( kW)21Q36363.24 181.62( kvar)2计及变压器的损耗:PQIS1 36P36P, 489.6 6.87 496.47(kW)Q36Qb 181.62 32.08 213.7(kvar),P2 Q2496.472 213.72540.51(kVA)IS,3 U540.5

22、1,3 1031.21(A)先按经济电流密度选择导线经济截面:由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得，架空线的经济电流密度jec 0.9A/ mm2。I 3121所以可得经济截面：Aec厘定-34.68(mm2)jec 0.9可选导线型号为LJ 25，其允许载流流量为Ia1 135A。相应参数为 r01.33 /km,x00.35 / km再按发热条件检验:已知 29 C ,温度修正系数为:Kt7070 29、70 25、70 250.95Ia1KtIa1 0.95 135 128A I3631.21A由式上可知，所选导线符号长期发热条件根据地理位置图及比例尺，得到此线路

23、长度为l=0.32km10kV线路功率损耗:P 313o Rl 3 31.212 1.33 0.32 1.24(kW)Ql3I；0Xl 3 31.212 0.35 0.32 0.33(kvar)线路首端功率:P 496.47 1.24 497.71(kW)Q 213.07 0.33 214.03(k var)3.供电给变电所川的10kV 线路为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷:11P36K P (P锅 P其 P酸)0.9 (217.5 210 130 250.88(kW)2211Q36 K q (Q锅 Q其 Q酸)-Qc 0.95(163.1157.591)-20095.

24、51(kvar)22计及变压器的损耗：pP36Fb250.884.25255.13(kW)QQ36Qb95.5116.4111.91(kvar)S. P2 Q2255.132 111.912278.59(kVA)S278.5913616.08(A).3 U.3 10先按经济电流密度选择导线经济截面:由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得，架空线的经济电流密度jec 0.9A/mm2。I16 08所以可得经济截面：Aec17.87(mm2)jec0.9可选导线型号为LJ 25，其允许载流流量为Ia1 135A相应参数为r0 1.33 /km,x0 0.35 /km,线路长度

25、为：l=0.64km10kV线路功率损耗:P 3136 Rl 31 2r0l 3 16.082 1.33 0.640.66(kW)2 2 2P p线路首端功率：P PQ QQl 3I36Xl 3I X0I 3 16.080.35 0.640.17(kvar)P 255.13 0.66 255.79(kW)Q 111.91 0.17 112.08(kvar)线路电压降计算(仅计算最长的厂内10kV线路电压降)：Pr Qxo255.79 1.33 112.08 0.35100.640.024(kV)U0.024U %100%100%0.24%Un10合格（其余线路更合格了）4. 10kV联络线（与

26、相邻其他工厂）的选择已知全厂总负荷：P36总 2193.66kW,Q36总 617.757k var。10kV联络线容量满足全厂总负荷30% :P F36总 30%2193.66 30%658.098(kW)Q Q36 总 30% 617.757 30% 185.327( kvar)S , F2 Q2658.0982 185.3272 683.695(kVA)S 683.695U 3 1039.47(A)因运用时间很少，可按长期发热条件选择和校验。选导线LJ-25，其允许载流量为：Ia1 135AIa1 Ktla1 0.95 135128A I3639.47A相应参数：r0 1.33 /km,

27、x0 0.35 /km。已知线路长度：丨5km。 线路电压降计算：Pr0 Qxq 丨658.0981.33 185.327 0.35U5 0.470(kV)U N10U0 470U%100%100%4.7%Un10合格三、工厂总降压变电所及接入系统设计1.工厂总降压变电所住变压器台数及容量的选择P 2 (P PI pQ 2 (466.18 497.71 255.79)Q 2 (Q| Qh Q川)2 (156.57 214.03 112.08)P K P P 0.9 2439.36 2195.424(kW)Q K P Q 0.95 965.36 917.092(k var) 总降变10kV侧无功

28、补偿试取：QC 300k var cosP2195.424护 (Q-Qc)2J2195.4242 (917.092-300)22439.36(kW)965.36(kvar)0.96，合格S ,.P2 (Q-Qc)2,2195.4242 (917.092-300)2 2280.5(kVA)为保证供电的可靠性，选用两台主变压器(每台可供总负荷的70%)Snt 0.7S 0.7 2280.5 1596.35(kVA)所以选择变压器型号为SL7-1600/35,两台。查表得：空载损耗 R 2.65kW;负载损耗 Pk 19.5kW;阻抗电压 5% 6.52.35kV供电线路截面选择空载电流Io% 1.

29、1为保证供电的可靠性，选用两回 35kV供电线路。11P -P - 2195.4241097.712( kW)221 1Q 2(Q C)2(917.092300)308.546( k var)用简化公式求变压器损耗：P 0.015S0.015 1140.2517.1(kW)Q 0.06S0.06 1140.2568.42( k var)每回35kV供电电路线路的计算负荷：PPP 1097.71217.11114.812(kW)Q QQ 308.546 68.42 376.966( k var)SP2 Q2、1114.8122 376.9662 1176.82( kVA)S1176.82I 36

30、 19.4(A),3 U 3 35按经济电流密度选择导线的截面：21.56(mm2)A I 3619.4ec/ jec 0.9可选LG-25，其允许载流量为:Ia1135 A。3.235mm，再按长期发热条件校验：la1KtIa1 0.95 135 128A 136 19.4A35kV供电截面不应小于所选导线符合发热条件。但根据机械强度和安全性要求, 因此，改选为LGJ-35。相应参数：r0.91 /km,x0.433 /km。35kV线路功率损耗和电压降计算(1)35kV线路功率损耗计算已知 LG-35 参数：r00.91 /km,x00.433 /km,l 19km线路的功率损耗:P.Ql

31、P线路首段功率：Q3I36Rl 3 19.42 0.91 19 19.52(kW) 3I36Xl 3 19.42 0.433 19 9.29(kvar)PL 1114.812 19.52 1134.332(kW)Ql 376.966 9.29 386.256(kvar)(2)35kV线路电压降计算：UPr0 Qx01 1134.332 0.91 386.256 0.433 ,1Un351 V丿U%U “0.65100%Un35100%1.9%10%合格四、短路电流的计算X2=0.6X3=4.06X4=0X5=4.5大系统X1=0.067城北35kV母线35kV母线总降变35kV侧总降变10kV

32、侧车间变0.4kV母线车间负荷厂内10kV线路图3短路计算电路图1.工厂总降压变35kV母线短路电流(短路点1)(1)确定标幺值基准:Sd 100MVA,Uav 37kV,ldSd3 Uav1003 371.56(kA)(2 )计算各主要元件的电标幺值:系统电抗x；1001500(取断路器Soc 1500MVA)0.067x 0.433 /km0.635kV 线路电抗(LGJ 35)*100X20.433 19 2372(3 )求三相短路电流和短路容量:* 11 )总电抗标幺值： X 0.0671 0.60.36722)三相短路电流周期分量有效值:iK3)Id1.560.3764.25( kA

33、)3)其他三相短路电流值:| I I K 35/11kV 电力变压器电抗(UK% 6.5 )4.25( kA)iS3)2.5512.554.2510.8(kA)ISh3)1.5111.514.256.4(kA)4 )三相短路容量：SK3)SdX1000.367272 (MVA)2.10kV母线短路电流(短路点2)(1)确定标幺值基准:Sd 100MVA,Ud2 10.5kV,Id2Sd3 Ud21003 10.55.50(kA)(2 )计算各主要元件的电标幺值:(取断路器Soc 1500MVA)1 )系统电抗x；童蛊 .。67x 0.433 /km0.62)35kV 线路电抗(LGJ 35)X

34、20.433 19 理372* U K %SdX 36.5 100 103100SN10016004.06(3 )求三相短路电流和短路容量:总电抗标幺值：X* X1 HX320.0671 (0.64.06)22.4三相短路电流周期分量有效值:iK3)I d2X5.502.42.3(kA)其他三相短路电流值:三相短路容量：sK3)SdX10041.7(MVA)kV车间低压母线短路电流(短路点(3)(3)11 k2.3(kA)(3) sh2.55l(3)2.552.35.8(kA)(3) sh1.51l(3)1.512.33.5(kA)IiI(1)确定标幺值基准:Sd 100MVA

35、,Ud2 0.4kV,Id2Sd3 Ud2100.3 0.4144.34(kA)(2 )计算各主要元件的电标幺值:(取断路器SOC 1500MVA)俚 0.0671500系统电抗*SdX1 S-OCx 0.433 /km35kV 线路电抗(LGJ 35)X20.433 19100 齐O635/11kV 电力变压器电抗(Uk%6.5)* U k %SdX 36.5100 103100SN100 16004.06因这段10kV架空线路很短,l 0,电抗不计。*10/0.4kVX40电力变压器(1000kVA 变压器Uk%4.5 )X5UK%Sd100Sn4.5 100 103100 10004.5

36、(3)求三相短路电流和短路容量:X2 X3Xi生 0.067X5总电抗标幺值:-(0.64.06)1 (0 4.5)4.652 2三相短路电流周期分量有效值:F 雳 31(kA)其他三相短路电流值:三相短路容量：sK3)Sd10021.5(MVA)4.65(3)(3)(3)II K31(kA)sh1.841 (3)1.843157(kA)sh1.0911.093133.8(kA)IiI三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总如表4。表4三相短路电流计算列表短路点计算三相短路电流(kA)三相短路容量SK(MVA )1 (3)I KI (3)I (3)i1 shI (3)I sh35kV1占八、4.

37、254.254.2510.86.427210kV2占八、2.32.32 . 35.83.541.70.4kV33131315733.821.5占八、五、变电所高低压电气设备的选择根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况校验，总降压变电所主要 高低压电气设备确定如下。1.高压35kV侧设备35kV侧设备的选择如表5所示。表5 35kV侧设备的选择计算数据咼压断路 器SW-35/600隔离开关GW2-35G电压互感 器JDJJ235电流互感器 LB-35避雷器FZ-35备注U=35kV35kV35kV35kV35kV35kV1=18.6600A600A2 X 20/5Ik 4.25

38、kA6.6kASk 272MVA400MVAiS3)10.8kA17kA42kA3.3 20、22 2i 44.2546.62 420242(1.3 20)2.中压10kV侧设备10kV侧设备如表6所示表6 10kV侧设备的选择计算数据高压断路器SN10-10I隔离开关GN2-10T/200电流互感器LA-10备注U=10kV10kV10kV10kVl=34.49A630A200A40/5IK 2.3kA16kASK 41.7MVA300MVAiS3)5.8kA40kA25.5kA160 42i242.32 41624102 52(90 40)3.低压0.4kV侧设备低压0.4kV侧设备如表7

39、所示表70.4kV设备的选择计算数据高压断路器DZ20Y-1250隔离开关HD11-1000电流互感器LM-0.5备注U=0.4kV0.4kV0.4kV0.4kV采用I=839A1250A1250A1000/5BFC-0.5G-0IK 31kA50kA8低压开关Sk 21.5MVAiS3) 57kAi24312 4六、继电保护的配置总降压变电所需配置以下继电保护装置：主变压器保护，35kV进线保护，10kV线路保护；此外还需配置以下装置：备用电源自动投入装置和绝缘监察装置。（一）主变压器保护根据规程规定1600kVA 变压器应设下列保护：1. 瓦斯保护防御变压器内部短路和油面降低，轻瓦斯动作于信号、重瓦斯动作于跳闸。2.