《电气专业方向设计》某塑料制品厂总配电所设计

1、西南科技大学电气专业方向设计报告设计名称： 某塑料制品厂总配电所设计 姓 名： 学 号: 班 级： 电气0902 指导教师： 起止日期： 2012-10-152012-11-15 西南科技大学信息工程学院制25方 向 设 计 任 务 书学生班级： 电气0902 学生姓名： 吴君 学号： 20095637 设计名称： 某塑料制品厂总配电所设计 起止日期： 2012-10-152012-11-15 指导教师： 张晓琴 设计要求： 1、进行负荷计算及无功补偿(要求列表)；2、确定变电所的所址和型式；3、确定变电所主变压器型式、容量和数量；4、变电所主结线方案的设计（要求组成23个不同的方案，进行技术

2、、经济方面的比较，选择最佳方案）；5、进行短路计算；6、变电所一次设备的选择与校验；7、变电所高低压进出线的选择与校验；8、绘制相关图纸，图中注明所选设备名称、型号等内容。方 向 设 计 学 生 日 志时间设计内容2012.10.26熟悉设计内容，安装相应的软件,对其有一个整体的思路2012.10.30负荷计算及无功补偿计算，确定配电所的所址和型式2012.11.2确定配电所主变压器型式、容量和数量2012.11.5配电所主结线方案的设计2012.11.8进行短路计算2012.11.12配电所一次设备及高低压进出线的选择与校验2012.11.13绘制相关图纸2012.11.5整理报告，准备答辩

3、某塑料制品厂总配电所设计摘要：某塑料制品厂总配电所设计是对工厂配电具有针对性的设计。设计首先根据厂方给定的全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表进行负荷计算和无功功率补偿，然后根据计算选定主变压器和各车间变电所的变压器型号，变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种鱼变电所所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。在经济角度上要考虑周全，尽量以最少的投资获得最佳的方案。选好变压器和主接线后进行短路电流计算，以此作为配电所一次设备及高低压进出线的选型依据。关键词：负荷计算;变压器选择;短路电流计算distribution of the design of a pla

4、stic products factoryabstract:the total distribution of plastic products plant design is targeted design factories distribution.the design is first given under the factory workshop of the whole plant electrical equipment and workshop substation load calculation table load calculations and reactive p

5、ower compensation, then selected according to the calculation of the main transformer and substation transformer model workshop, power supply substation design is based on the nature of the maximum voltage rating of the substation and substation, choose to adapt the position and role in the kind of

6、fish substation where the system wiring. on the economic point of view to be thoughtful and try to obtain the best solution with the least investment.choose the transformer and the main wiring short-circuit current selection basis as distribution equipment and high and low pressure inlet and outlet.

7、keywords: load calculation ;transformer selection ;short-circuit current calculation一、设计目的工厂供电（electric power supply for industrial plants），就是指工厂所需电能的供应和分配。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。例如在机械工业中，电费的开支仅占产品成本的5%左右。因此电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气自动化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动

8、生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程的自动化。从另一方面说，如果工厂的电能供应突然中断，对工业生产可能造成严重的后果。例如某些供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短暂的停电，也会引起重大的设备损坏，或引起大量的产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。所以，工厂应该根据本厂环境条件和供电要求来选择适当的电气设备和确定其各项参数，保证工厂正常运行时安全可靠，出现故障时不致出现严重的后果，并在合理的情况下注意节约，还应该根据工厂生产情况与供应能力统筹兼顾。因此，一套完整的现代化供电系统对于一个工厂实现生产自动化、提高

9、成品质量是不可缺少的。 这次设计主要是针对工厂配电所而设计,同时也能够复习和巩固所学专业课程知识，培养分析问题和解决问题的能力以及学习和掌握变电所电气部分设计的基本原理和设计方法。二、设计要求（一） 设计的具体任务与要求1、进行负荷计算及无功补偿(要求列表)；2、确定变电所的所址和型式；3、确定变电所主变压器型式、容量和数量；4、变电所主结线方案的设计（要求组成23个不同的方案，进行技术、经济方面的比较，选择最佳方案）；5、进行短路计算；6、变电所一次设备的选择与校验；7、变电所高低压进出线的选择与校验；8、绘制相关图纸，图中注明所选设备名称、型号等内容。（二） 设计应提交的文件1、设计计算说

10、明书，应包含l 对各种设计方案比较l 完整的电路图，计算的原始公式，详细的计算过程l 计算数据汇总表2、设计图纸l 车间变电所主结线图（设计图纸用计算机完成，本次设计对图纸尺寸不作要求。没有条件的同学可以手工完成，要求字迹工整，作图规范。）（三）参考教材1、工厂供电设计指导，刘介才 编，机械工业出版社 1998.22、工厂供电，刘介才 编，机械工业出版社 2006.53供电技术， 余建明、同向前、苏文成编， 机械工业出版社 2003.1（四） 设计依据作为设计依据的原始资料有：1 工厂总平面布置图 某塑料制品厂总平面布置图2 工厂生产任务、规模及产品规格：本厂年产10000t聚乙烯即烃塑料制品

11、，产品品种有薄膜、单丝、管材和注射用等制品。其原理来源于某石油化纤总厂。3 工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量序号车间（单位）名称设备容量（kw）kdcostan计算负荷车间变电所代号变压器台数及容量 （kva）p30(kw)q30(kvar)s30(kva)i30(a)1薄膜车间14000.60.60no.1车变1x_原料库300.250.50生活间100.81.0成品库（一）250.30.50成品库（二）240.30.50包装材料库200.30.50小计（k=0.95）2单丝车间13850.60.65no.2车间1x_水泵房200.650.80小计（k=0.95）3注塑车间1890.40

12、.60no.3车间2x_管材车间8800.350.60小计（k=0.95）4备料车间1380.60.50no.4车变1x_生活间100.81.0浴室50.81.0锻工车间300.30.65原料间150.81.0仓库150.30.50机修模具车间1000.250.65热处理车间1500.60.70铆焊车间1800.30.50小计（k=0.87）5锅炉房2000.70.75no.5车变2x_实验室1250.250.50辅助材料室1100.20.50油泵房150.650.60加油站120.650.50办公楼，食堂招待所500.60.60小计（k=0.9）4 供电协议 1)从电力系统某6610kv变电

13、站用10kv架空线路向工厂馈电，该变电站在厂南侧lkm。 2)系统变电站馈电线路定时限过流保护装置的整定时间iop2s，工厂总配电所保护整定时间不得大于1.5s。3)在工厂总配变电所10kv进线侧计量。工厂最大负荷时功率因数不得低下0.9 4)供电贴费和每月电费制5)系统变电站10kv母线出口断路器断流容量为200mva。其配电系统图如图所示5 工厂负荷性质 生产车间大部分为三班制，少部分为两班或单班制，午最大有功负荷利用小时数为5000h。工厂属二级负荷。 6 工厂自然条件 气象资料 1)最热月的平均温度为30。 2)地中最热月的平均温度为20。 3)土壤冻结深度为1.10m。 4)车间环境

14、，属正常干燥环境。三、设计方案论证（一）负荷计算和无功功率补偿1、负荷计算采用需要系数发进行负荷计算，现以no.5变电所车间负荷计算为例，计算过程如下：no.5变电所(1) 锅炉房有功功率：=0.7×200=140 kw无功功率：= =0.88×140=123.2 kvar视在功率：=140÷0.75=186.67 kv·a(2) 实验室有功功率：=0.25×125=31.25 kw无功功率：= =1.73×31.25=54.06 kvar视在功率：=31.25÷0.5=62.5 kv·a(3) 辅助材料库有功功率

15、：=0.2×110=22 kw无功功率：= =1.73×22=38.06 kvar视在功率：=22÷0.5=44 kv·a(4) 油泵房有功功率：=0.65×15=9.75 kw无功功率：= =1.33×9.75=12.97kvar视在功率：=9.75÷0.6=16.25 kv·a(5) 加油站有功功率：=0.65×12=7.8kw无功功率：= =1.73×7.8=13.49 kvar视在功率：=7.8÷0.5=15.6kv·a(6) 办公楼、食堂招待所有功功率：=0.6&#

16、215;50=30 kw无功功率：= =1.33×30=39.9 kvar视在功率：=30÷0.6=50 kv·a变电所n0.5的计算负荷：有功计算负荷：= =0.9×（14031.25229.757.830） =240.8 kw无功计算负荷：= =0.9×(123.254.0638.0612.9713.4939.9) =281.68 kvar视在计算负荷：= =370.58kv·a其余变电所的计算方法与no.5变电所的计算方法相同，这里就不一一计算了，其计算结果如表1所示。表1 负荷计算结果序号车间（单位）名称计算负荷有功（kw）无

17、功（kvar）视在（kv·a）（1）no1变电所1薄膜车间8401117.214002原料库7.512.98153生活间884成品库（一）7.512.98155成品库（一）7.212.4614.46包装材料库610.38127小计876.211661464.4乘以同时系数kp=0.95，kq=0.95832.391107.71385.59（2）no2变电所1单丝车间831972.271278.462水泵房139.7516.253小计844982.021294.71乘以同时系数kp=0.95，kq=0.95801.8932.921230.13（3）no3变电所1注塑车间75.6100.

18、551262管材车间308409.64513.333小计383.6510.15639.33乘以同时系数kp=0.95，kq=0.95364.42484.64606.36（4）no4变电所1备料车间82.8143.24165.62生活间883浴室444锻工车间910.5313.855原料间12126仓库4.57.7997机修模具车间2529.2538.468热处理车间9091.8128.579铆焊车间5493.4210810小计289.3376.03487.48乘以同时系数kp=0.87，kq=0.87251.69327.15412.77（5）no5变电所1锅炉房140123.2186.672实

19、验室31.2554.0662.53辅助材料室2238.06444油泵房9.7512.9716.255加油站7.813.4915.66办公楼、食堂招待所3039.9507小计240.8281.68370.58乘以同时系数kp=0.9，kq=0.9216.72253.51333.52工厂总计2467.023105.923966.482、无功功率补偿供电单位一般对用电用企业要求要求功率因数达到0.9以上，当总功率因数较低时，常采用提高用电设备的自然功率因数的方法提高总平均功率因数。提高负荷的功率因数，可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率，使线损大为降低，而且还可以改善电压质量

20、、提高线路和变压器的输送能力。下面以车间5为例说明计算过程根据设计要求，10kv进线侧最大负荷时功率因数不得低于0.9，考虑到主变压器的无功损耗大于有功损耗，因此380v侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，故取=0.92变电所的补偿前功率因数：=216.72÷333.52=0.65计算电流：=506.73a补偿后功率因数：=0.92需要补偿的功率：=216.72×（1.17-0.43） = 160.37kvar补偿电容器的个数：=160.37÷84=1.91所以实际补偿的功率：=84×2=168 kvar（本设计中选用电容器的型号为bw0.4-14-3型

21、）补偿后有功计算负荷：=216.72 kw补偿后无功计算负荷：=-=253.51-168=85.51 kvar补偿后视在计算负荷：=232.98 kv·a补偿后的计算电流：=353.98a高压侧功率因数的校检：=0.015=0.015×232.98=3.49 kw =0.06=0.06×232.98=13.98 kvar高压侧有功计算负荷：=+=3.49+216.72= 220.21kw高压侧无功计算负荷：=+=13.98+85.51= 99.49 kvar高压侧视在计算负荷：= 241.64kv·a高压侧计算电流：=13.95a高压侧的功率因数：=0.

22、911>0.9，满足要求其他各变电所的计算方法相同，计算结果如表2所示：表2 功率补偿计算结果变电所no.1no.2no.3no.4no.5工厂总计补偿前0.60.650.60.60.650.62(kw)832.39801.8364.42251.69216.722467.02(kvar)1107.7932.92484.64327.15253.513105.92(kv·a)1385.591230.13606.36412.77333.523966.48(a)2105.191868.99921.27627.14506.736026.44补偿后0.920.920.920.920.920

23、.92(kw)832.39801.8364.42251.69216.722467.02(kvar)351.7260.92148.6475.1585.511005.92(kv·a)903.64843.19393.57262.67232.982644.22(a)1372.941281.09597.97399.09353.984017.48高压侧0.9010.9340.9070.9420.9110.907(kw)845.94814.45370.32255.63220.212506.68(kvar)405.92311.51172.2590.9199.491164.57(kv·a)9

24、38.29871.99408.42271.31241.642763.99 (a)54.1750.3423.5815.6613.95159.58（二）配电所位置和变压器选择1、配电所位置配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术经济分析比较后确定：(1) 尽可能接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；(2) 考虑电源的进线方向，偏向电源侧。(3) 进出线方便，特别是要便于架空线进出线。(4) 不应妨碍企业的发展，考虑扩建的可能性。(5) 设备运输方便。(6) 尽量避开有腐蚀气体和污秽的地段。(7) 不应设在厕所、浴室和其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴临。(8

25、) 不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。(9) 不应设在地势低洼和可能积水的场所。根据总变配电所位置选择的原则：变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，但同时还要满足大负荷变配电的方便，此外，总变配电所应尽量不在生活区范围内，综上所述，可以大致确认本设计中，主变电所设置位置应在薄膜车间和单丝车间中间附近，以此才能满足要求，参照工厂平面布置图，可以选择总变配电所应挨着薄膜车间(即no.1变电所)。2、变压器的选择以no.1变电所变压器的选择为例，其计算负荷是938.29，所以应该选择变压器的型号为s9-1000/10一台就能满足需要，同理，选出其他变电

26、所的变压器型号。结果如表3所示：表3 各变电所选的变压器及台数变电所变压器的型号额定容量kva额 定 电 压消耗（kw） 空载电流（%）阻抗电压（%）台数（台）高压低压空载短路no.1s9-1000/10100010.50.41.710.30.741no.2s9-1000/10100010.50.41.710.30.741no.3s9-500/1050010.50.40.965.11.041no.4s9-315/1031510.50.40.673.651.141no.5s9-250/1025010.50.40.563.051.241（三）配电所主接线设计 一次接线图也叫做主接线图，是指在发电厂

27、、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。电气一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压电气设备。它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。对工厂变电所主接线应满足以下几点要求：1） 安全：应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。2) 可靠：应满足电力负荷对供电可靠性的要求。3) 灵活：应能适应必要的各种运行方式，便于操作和检修，且适应负荷的发展。

28、4)经济：在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并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66/10kv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，工厂属于二级负荷。所以设计为10kv的架空线路经过总配电所，然后向各车间进行送电,且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接线方式。主接线方案图见附图（四）短路电流计算短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺制法，本设计采用标幺制法。短路电流计算的目的主要是为了正确选择电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。以下以no.1车间变电所

29、为例进行计算。1、绘制计算电路200mvak-1k-2x0=0.4,1km10.5kvs9-10000.4kv(2)(3)(1)系统图1 短路计算电路2、确定基准值取基准容量=100mva，高压侧基准电压 ，低压侧基高侧基准电流，低压侧基准电流3、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=100÷200=0.5 2）架空线路的电抗由=0.4/km =1km得：=0.363) 电力变压器的电抗标幺值，这里以no.1为例计算，该变电所选的变压器是s9-1000/10，所以=4%：=44、求k1点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（）1）总电抗=+=0.5+0.36=0.

30、862）三相短路电流周期分量有效值= ka=6.40 ka3）其它短路电流=6.40 ka=2.55=2.55×6.40=16.32 ka=1.51=1.51×6.40=9.66 ka4）三相短路容量=116.28 mv·a5、求k2点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量（）1）总电抗=0.5+0.36+4=4.862）三相短路电流周期分量有效值=29.70ka3）其它短路电流=29.70 ka=1.84=1.84×29.70=54.65 ka=1.09=1.09×29.70=32.37 ka4）三相短路容量=20.58mv·a其

31、他各变电所的短路计算与no.1计算相同，其计算结果如表4所示：表4 各变电所的短路计算电路及容量短路计算点变电所号码三相短路电流/ka三相短路容量/mva（） k-16.406.406.4016.329.66116.28k-2no.129.7029.7029.7054.6532.3720.58k-2no.229.7029.7029.7054.6532.3720.58k-2no.329.7029.7029.7054.6532.3720.58k-2no.429.7029.7029.7054.6532.3720.58k-2no.529.7029.7029.7054.6532.3720.58（五）一次

32、设备的选择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：(7) 按工作环境及正常工作条件选择电气设备；(8) 按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；(9) 开关电器断流能力校验。1、10kv侧一次设备的选择校验（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，

33、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= 159.58a（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。（4）隔离开关、负荷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 因此，对于上面的分析

34、，10kv侧一次设备选择如表5所示：表5 高压侧设备列表装置地点条件参数/kv/a/ka/ka量程10159.586.4016.32设备型号规格参数隔离开关gn19-10/4001040031.512.5电流互感器lqj-10- 200/510400/5160××0.4=90.50高压断路器sn10-10i/630106301640高压熔断器rn2-10/0.510500200电压互感器jdz-10-10000/10010/0.1避雷器fs4-1010 2、各车间进线设备的选择各变电所回路电流计算值：no.1变电所：回路电流=54.17a，电压=10kv；no.2变换所：回

35、路电流=50.34a，电压=10kv；no.3变电所：回路电流=23.58a，电压=10kv；no.4变电所：回路电流=15.66a，电压=10kv；no.5变电所：回路电流=13.95a，电压=10kv。此处设备器材均以k1点的短路电流来进行动稳定和热稳定校验，因此各车间变电所10kv进线回路设备相同。此处只列出第一车间的设备型号，其他车间选用设备型号均相同，各车间进线设备如表6所示。 表6 车间进线设备列表 装置地点条件参数/kv/a/ka/ka量程1054.176.4016.32设备型号规格参数高压隔离开关gn9-10/4001040031.512.5高压断路器sn10-10i/6301

36、06301640电流互感器lqj-10- 150/510150/51600.15=33.9126.563、各变电所低压侧出线回路设备选择与校验表1） no.1车间变电所：低压侧回路电流a,v表7 no.1变电所低压侧进线设备装置地点条件参数/kv/a/ka/ka量程0.381372.9416.3254.65=585.95设备型号规格参数低压断路器dw15-1500/30.38150040低压刀开关hd13-1500/300.381500电流互感器lmzj1-0.5-1500/50.51500/52） no.2车间变电所：低压侧回路电流a,v表8 no.2变电所低压侧进线设备装置地点条件参数/k

37、v/a/ka/ka量程0.381281.0916.3254.65=585.95设备型号规格参数低压断路器dw15-1500/30.38150040低压刀开关hd13-1500/300.381500电流互感器lmzj1-0.5-1500/50.51500/53） no.3车间变电所：低压侧回路电流a,v表9 no.3变电所低压侧进线设备装置地点条件参数/kv/a/ka/ka量程0.38597.9716.3254.65=585.95设备型号规格参数低压断路器dw15-600/30.3860030低压刀开关hd13-600/300.38600电流互感器lmzj1-0.5-600/50.5600/54

38、） no.4车间变电所：低压侧回路电流a,v表10 no.4变电所低压侧进线设备装置地点条件参数/kv/a/ka/ka量程0.38399.0916.3254.65=585.95设备型号规格参数低压断路器dw15-400/30.3840025低压刀开关hd13-400/300.38400电流互感器lmzj1-0.5-400/50.5400/55） no.5车间变电所：低压侧回路电侧a,v表11 no.5变电所低压侧进线设备装置地点条件参数/kv/a/ka/ka量程0.38353.9816.3254.65=585.95设备型号规格参数低压断路器dw15-400/30.3840025低压刀开关hd1

39、3-400/300.38400电流互感器lmzj1-0.5-400/50.5400/5（六）配电所进出线的选择1、总配电所架空线进线的选择架空线一般按发热条件来确定导线的型号，应该注意的是导线的允许载流量小于通过相线的计算电流，即>高压侧补偿后的计算电流：=159.58 a 查询相关附录表：根据当地温度的需要选择适宜的导线，因此这里应该选择lj-35型的铝绞线，该导线的截面积是35mm，在温度为70时，允许的载流量是183a，机械强度也满足要求。2、各变电所进线选择no.1 变电所引进线年最大负荷利用小时在5000h以上的架空线路且材料为铝芯电缆的经济电流密度为1.54a/mm。回路电流

40、：=54.17 a所以=35.18mm查表知：可选择zlq20-10000-3×50 mm的三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带凯装防腐电缆，相关参数：在温度为35时，允许的载流量是140a，正常允许的最高温度为60。其他变电所均采用zlq20-10000型电缆，其选择结果如表6.1所示：表6.1 各变电所高压进线列表变电所回路电流i（a）截面积（mm） 架空线 电力电缆（每回路）型号s（mm）根数35允许载流量（a）no.154.1735.18zlq20-10000-3×50351140no.250.3432.69zlq20-10000-3×35351115no.323.5815.31zlq20-10000-3×