某化纤毛纺织厂总配变电所与配电系统设计书

1、某化纤毛纺织厂总配变电所及配电系统设计书一、原始材料分析1 工程概况某化纤毛纺厂10kV 配电所供电给织造车间、染整车间、锅炉房、食堂、水泵房、化验室及其他车间变电所。已知工厂三班制工作，年最大负荷利用小数 6000h，为二级负荷。二级负荷是指中断供电将在政治上、 经济上造成较大的损失的用电设备。 在条件允许的情况下， 二级负荷应有两条线路供电。2 供电条件（ 1）工厂与电业部门的供电协议容如下：1从电业局110/10 kV 变电所引进电源三路（双回路架空线），该变电所距厂南侧2 公里。2电业局属变电所10 kV 配出线定时限过电流保护动作整定为1.5 秒。3功率因数要求为0.93 。4变电所

2、10 kV 母线的短路容量Smax187MVA ,Smin107MVA 。5该厂三班制，全年348 个工作日，年最大负荷利用小时数6000 小时，属 类负荷。（ 2）电源 1 进线处三相短路容量100MVA，进线电缆长约150 米。电源 2 进线处三相短路容量 100MVA，进线电缆长约 120 米。（ 2）设计要求1、要求计量柜在主进开关柜之后，且第一柜为主进开关柜。2、为其他车间变电所提供2 路 10kV 电源出线，容量每路800kVA。3、配变电所设于厂区负荷中心，为独立式结构，有人值班。低压供电半径小于250m。配变电所建筑构造及面积由电气设计定。二、全厂负荷计算采用 需要系数法 计算

3、各车间变电所的计算负荷，具体数据如表2-1 所示。表 2-1设备车间或用电序号容量单位名称(kW)计算负 荷KdcostgP30Q30S30I 30/A(kW)(kVAR)(kVA)1制条车间3400.80.80.75272204480.87312纺纱车间3200.80.80.752561923204863织造车间5250.80.80.754203155257984染整车间4900.80.80.753922944907445机修车间3000.30.51.7390155.91802736锅炉房1500.750.80.75112.563.28129.11967化验室780.750.80.7558.

4、543.8873.131118食堂宿舍500.750.80.7538.528.1346.87719办公楼幼儿园1080.750.61.338140.590.56138计入 K P =0.91567.总计（ 380 V 侧）0.7875K Q =0.951269.82017.535483相关计算公式：P30 = SN cosP30= KPP30Q30 = P30 tgQ30= K QQ 30S30 = P302Q302S30=P302Q302S30I 303U N三、无功功率的补偿及变压器的选择电力部门规定，无带负荷调整电压设备的工厂cos必须在 0.93 以上。为此，一般工厂均需安装无功功率补

5、偿设备， 以改善功率因数。 我们采取的无功补偿方式是： 高压补偿和低压补偿相结合、 集中补偿与就地补偿相结合。 在需要补偿容量大的车间采用就地补偿的方式其余采用低压集中补偿和高压集中补偿方式。 根据该工厂的负荷特点， 根据这一思路， 我们选择在 NO.1 变电所选择 1、2 车间， NO.2 变电所 3、 4 车间采用就地补偿。根据供电协议的功率因数要求，取补偿后的功率因数算如下：1、就地补偿：列 NO.1 车间变电所：cos0.93 ，各个补偿的容量计制条车间：Qc Q P tan 2cos 2 0.93联立得： Qc2042720.39595.50kVar根据供电技术附表知并列电容器的标称

6、容量选择7 个 BW0.4-14-3/3 ，即补偿容量为 98kVar。补偿后剩余容量： Q Q Qc =204-98=106kVar 同理可得 3、4 车间的补偿容量及补偿后剩余容量。3、变压器的选择及高压集中补偿变压器本身无功的消耗对变压器容量的选择影响较大，故应该先进行无功补偿才能选出合适的容量。变压器的额定容量也要考虑温度的影响，本设计中，选择室安装，由于散热条件较差，变压器进风口与出风口间大概有 15 度的温差，因此，处在室的变压器环境温度比户外大约高 8 度，因此容量要减小 8%.环境温度的考虑：Sn 0.92 - (20) /100Sn.t=35取 K P0.9 K Q 0.95

7、P30= K PP30Q30= K QQ 30S30= P302Q302NO.1 变电所： S30 =959.9Kva R考虑 15%裕量： S725.5327115%849.16kVA根据供电技术222 页表 4选 S9-1250/10接线方式 Y,y n0空载： P01950W该变压器的参数为：负载： Pk12000W空载电流： I 0 %0.6%阻抗电压： U k %4.5PT0.015S30 =959.90.015=14.4KWQT0.06 =0.06959.9=57.6kvar同理可得 NO.2 的变压器选型及高压集中补偿前的参数，其中 NO.2 选 S9-1250/10 接线方式

8、Y,y n0高压集中补偿： 以上在车间和车变补偿之后， 在高压侧的有功和无功变为各个车间变电所高压侧的有功，无功之和。于是高压侧的有功与无功为：PPPT1567.75 +20.4=1588.15kWQQQT=1269.83+120.12=1389.95kVarQ cP tan30tan=645.77kVar选用三个型号为BF10.5-40-1/3进行高压集中补偿，补偿容量为120kVar 。选用PGJ1-1 方案一（主屏）一个补偿柜。补偿后的功率因数达到0.93车间无功功实际补偿补偿后剩余电容器型号及序号率理论补偿量量无功数量Q(kVar)Qc (kVar)Qc(kVar)Q (kVar)12

9、0495.5196108BW0.4-12-3/8219290.831923315160168147BW0.4-14-3/124294139140154BW0.4-14-3/105155.9120.3155.9663.2818.8263.28743.8820.7643.88828.1312.928.13940.58.540.5PQ视在功率功率因数(kVA)就地No.1 655.7811.596559.7985.80.823补偿909之后No.2 681.0308373982.50.925高压侧功1389.952110.40.753率因9数高压1723.集中1389.95645.77720669.

10、950.931BWF10.5-120-1补偿7/6变压No.114.457.6器损耗No.215.6462.58四、主接线设计因为该厂是二级负荷切考虑到经济因素故本方案采用10kV 双回进线，单母线分段供电方式，采用这种接线方式的优点有可靠性和灵活性较好，当双回路同时供电时，正常时， 分段断路器可合也可开断运行，两路电源进线一用一备，分段断路器接通，此时，任一段母线故障，分段与故障断路器都会在继电保护作用下自动断开。故障母线切除后， 非故障段可以继续工作。当两路电源同时工作互为备用试，分段断路器则断开，若任一电源故障，电源进线断路器自动断开，分段断路器自动投入，保证继续供电。具体接线图如附图1

11、，采用工程制图CAD电气图专用辅助软件（天正电气）进行主接线的设计，其中各个高压开关柜、高压开关电器的选型型号都标出。五、短路电流计算短路电流的计算取 SB =100MVA， U av10.5kV*U k % SB=4.51001063.6所以 XT1 =1001250103100 STN 1X T*2= XT*1 =3.6X T*3 = U k % SB=4 10010 612.7100 STN 3100315总配进线： X L =0.40.60.24X L*X LSB=0.24100=0.22U av210.52总配到 NO.1 变电所进线：XL=20.38=0.76X L*X LSB=0

12、.76100=0.69U av210.52总配到 NO.3 变电所进线：XL=20.38=0.76X L*X LSB=0.76100=0.69U av210.52最大运行方式下：绘制等效电路图K1: X*0.53510.22 0.6452I dSd1003U av35.5kA10.5I k(3)=I d= 5.58.53kAX *0.645ish(3)=2.55I k( 3)=21.8kAI sh(3)=i sh(3)12.90kA1.686Sk(3)= Sd =100155MVAX *0.645K2 :X *=0.535+10.220.694.5 5.8352I k(3) =I d= 144

13、.3424.4kAX *5.905I dSd100144.34kA3U av30.4ish(3)=1.84 I d( 3)=1.8424.4 44.90kA( 3)=i sh(3)44.9026.53kAI sh1.6921.692Sk(3)= Sd =10017.14MVAX *5.835K 3 :X *=0.535+10.22 4.55.1452I k(3)=I d=144.3428.05kAX *5.145ish(3) =1.84I k(3) =1.8428.0551.612kAI(3 )=i sh(3 )51.612sh30.50kA1.6921.692S k(3 ) = Sd=100

14、19.44MVAX *5.145最小运行方式下：绘制等效电路图K1 :X *=0.93+0.22=1.15I k(3)=I d= 5.54.78 kA2345 62X *1.150.22 0.22 0.69 4.5 4.5 0.22ish(3)=2.55 I k(3)=2.554.7812.19kAI sh(3 ) =i sh(3)7.23kA1.686Sk(3 ) = Sd*=10086.96 MVAX1.15K2 :X *=0.93+0.22+4.5+0.69=6.34I k(3)=I d=144.3422.77kAX *6.34ish(3)=1.84I k(3)=1.8422.7741.

15、89kAI sh(3 ) =i sh(3)24.76kA1.692Sk(3 ) = Sd= 10015.77 MVAX *6.34K3 :X *=0.93+0.22+4.5=5.65I k(3)=I d= 144.3425.54kAX *5.65ish(3) =1.84I k(3) =1.8425.5447.01kAI sh(3 ) =i sh(3)47.0127.78kA1.6921.692Sk(3 ) = Sd= 10017.70 MVAX *5.65将以上数据列成短路计算表，如表5-1 和表 5-2 所示：表 5-1最大运行方式三相短路容量短路点I k(3 ) （kA）i sh(3) （

16、 kA）I sh(3) （ kA）Sk （ MVA）k18.5321.812.90155k224.444.926.5317.14k328.0551.6130.5019.44表 5-2最小运行方式三相短路容量短路点I k(3 ) （ kA）ish(3) （ kA）I sh(3) （ kA）Sk （ MVA）k15.0512.887.6491.74k 224.5545.1726.6917.06k325.8247.5128.0817.89六、变电所的一次设备选择和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

17、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（室或室外） 、环境温度、海拔高度以及有无防尘、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。6.1 高压设备器件的选择及校验型号选择电流互感电压互感器避雷断路器隔离开关高压熔断器器器GW1-10（ 10）LQJ-10（ DRW10SN10-10IJDZJ-10FZ-10/400级）I30(F )/ 200安装地点条件U=10kV10kV10kV10kV10000/1001

18、0kV10kVI 30 =99.2A630A400A200/5200AI z =8.53kA16kASk =155MVA300MVA200MVAish =21.8kA40kA25kAI（3）t= 8.94 2 ×t162×2142 ×5个数595131供电技术 P227P230 工厂供电设计指导P79 P1736.1.1 断路器的选择与校验（ 1）按工作环境选型：户外式（ 2）断路器额定电压U N .QF 及额定电流 I N .QFU N .QF =10kV=U N .I 'N.QFI N.QFN -1N -070- 20630727.46AI 3099.

19、2A70- 40I N .QF =630A> I 30 =99.2A(3) 动稳定校验断 路 器 最 大 动 稳 试 验 电 流 峰 值 i max .QF 不 小 于 断 路 器 安 装处 的 短 路 冲 击电 流 值 i sh 即 i max .QF =40kA>i sh =22.8A(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I t2.QF t I 2t j即 1622 >8.9420.15(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S( 3) N .k .QF300MVA > S(3 ) k .max162

20、.6MVA综上，断路器的选择满足校验条件。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U N .QS =10kV=U N .I N .QS =400> I 30 =99.2AI 'N.QSI N.QSN -140070- 20461.9AI 3099.2AN -070- 40（ 3）动稳定校验i max .QS =25.5kA> ish =21.8kA（ 4）热稳定校验1425980 > 8.9420.15 12.0 即 I t2.QSt I2t j6.1.3电流互感器选择与校验（高压侧电流互感器）LQJ-10 型电流互感器，

21、K es =160， Kt =75， t=1s ， 1 级的二次绕组的Z 2n =0.4（ 1）该电流互感器额定电压U N.TA安装地点的电网额定电压U N.即UN.TAU N.（ 2）电流互感器一次侧额定电流I 'N.ctI N.ctN -120070-20231A 1.2I 301.299.2A119.04AN -070-40（ 3）动稳定校验动稳定倍数 Kd=160i sh =22.8A一次侧额定电流I N'.CTI NN1231AN0则i sh22.810369.8160即 K di sh动稳定性满足I N'2I N'.CT22312. CT（ 4）热稳

22、定性校验热稳定倍数 Kt=90 热稳定时间 i sh =0.15 I=8.94kA即 (KTIN.TA)2= (90231)2= 4.310 3I 2 t j894020.151.2107(K t?IN'.CY ) 热稳定性满足6.1.4 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SNSN500500VA I N0.05A 0.5AU N10000所以满足要求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 U N Fu10kVU N(2) 断流能力SFU200MVA155MVA避雷器的选择避雷器的额定电压大于等于安装处电网的额定电压进线与各车间变电

23、所进线的校验1、根据短路电流进行热稳定校验（ 1） 10kV 进线：按经济电流密度选择进线截面积：已知 Tmax6000 小时，经查表可得，经济电流密度jec=0.9A/ mm2I 30S1723.7进线端计算电流3U399.2A10可得经济截面Aec=I 3099.2110.22mm2jec0.9经查表，选择LJ 型裸绞线 LJ-120,取导线间几何间距D=0.6m该导线技术参数为： R=0.27/ kmX= 0.295 / km校验：短路时发热的最高允许温度下所需导线最小截面积AminI (3)t j8.530.1538mm2 120mm2C87所以满足要求。（ 2） No2变电所进线：按

24、上述方法选择LJ 型裸绞线 LJ-70,取导线间几何间距D=0.6m该导线技术参数为： R=0.46/ kmX= 0.312 / km校验： AminI (3)t j8.53 0.15 38mm2 50 mm2C87所以满足要求。2、根据电压损耗进行校验（ 1） 10kV 进线：u%PR QX%1664.451 0.162 757.89 0.1770.4%10U N21000（ 2） No.2 车间变电所进线：u%PR QX%647.07 0.46 292.18 0.3120.095%10U N210003、根据符合长期发热条件进行校验（ 1） 10kV 进线：选 LJ 120 型裸铝绞线取导

25、线间几何间距 D=0.6m经查表可得，最大允许载流量I Z375A >99.2A （总负荷电流）（ 2） No.2 车间变电所进线选 LJ 70 型裸铝绞线取导线间几何间距D=0.6m经查表可得，最大允许载流量I Z215A >41.89A6.2 低压设备器件的选择及校验NO.11、低压断路器的选择与校验（ 1）按工作环境选型：户外式（ 2）断路器额定电压U N .QF 及额定电流 I N .QFU N.QF=0.4kV= U N .I 'N.QFI N.QFN -1150070-201732.1A I 30 1458AN -070-403、电流互感器选择与校验（低压侧电流

26、互感器）(1)该电流互感器额定电压U N .TA 不小于安装地点的电网额定电压U N ，即 U N.TAU N(2) 电流互感器一次侧额定电流I N'.CTINN1150070201732 A > I 30 =1458A 满足要求N07040(3) 动稳定校验（ Kd=135）i sh51.61 1032I N'21.0 135 满足要求.CT2 1732(4) 热稳定校验（ Kt=75）(KT IN.TA)2=(751732) 2 =1.6810 10I 2 t j = 2670020.15 =1.07 108<(KT I N.TA )2满足要求NO.21 、断路

27、器的选择与校验（ 1）按工作环境选型：户外式（ 2）断路器额定电压U N .QF 及额定电流I N .QFU N .QF =0.4kV= U N.I N.QF'I N.QFN -1150070-201732A I 301584AN -070-40I N. QF =1600A>I 30 =1584.6A满足要求（ 1）热稳定校验 40 2 11600 >28.2220.15119.6 即 I t2.QSt I 2t j2 、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器）0.4kV 电流互感器（ 1）该电流互感器额定电压U N .TA安装地点的电网额定电压U N. 即 U N .TA

28、U N .（ 2）电流互感器一次侧额定电流I'N.ct I N.ctN -11500 70 - 201732A I 30 1584.6AN -070-40（ 3）动稳定校验动稳定倍数Kd=135i sh =51.92kA一次侧额定电流'I NN11584AI N.CTN0则i sh49.1310322.4135即 K di sh动稳定性满足2I N'I N'.CT2 15842.CT（ 4）热稳定性校验热稳定倍数 Kt=75 热稳定时间 ish =0.15I =28.22kA即 (KT I N.TA )2=(75 1584)2 =1.41010I 2 t j 2

29、822020.15 1.2108(K t?IN'.TA ) 热稳定性满足6.3 母线的选择与校验工厂供电，（ LMY） 母线尺寸： 15× 3（ mm2 ）铝母线载流量：165A热稳定校验：Itima8.9410339.79mm245mm2Amin870.15C所以满足热稳定要求；动稳定校验：McWMFc(3 )lWb2 hF1.73210 7 K f (i sh(3) ) 2lK6a带入数据 F1.73210 7 K f (ish(3) ) 2 l=1.73210 7( 22.8 103 ) 21 1.1330.1( N )a0.3MFc(3) l330.11.136.31

30、1(N ? m)K=10Wb2 h =0.015 20.0031.12510 6 ( m3 )66M36.31132.28MPa 70MPac=1.125 10 6W所以满足动稳定要求。NO.1型号选择安装地点条件U=0.4kVI 30 =1458.4AI Z =28.05kASk =19.44MVAi sh =51.61kA22It= 28.05 t型号选择安装地点条件U=0.4kVI 30 =1584.6AI Z =26.7kASk =18.5MVAi sh =49.13kA低压断路器电流互感器刀开关DW15-1500LMZJ1 -0.5HD13-1500/300.4kV0.4kV0.4k

31、V1500A2000/51500A50kA1357516低压断路器电流互感器刀开关DW15-1500LMZJ1 -1500/5HD13-1500/300.4kV0.4kV0.4kV1500A1500/51500A50kA135I 2t= 26.72t75个数121210NO.2低压母线选择与校验：（ 1）馈电给整条车间的线路采用选用 YJTV10-3*240-1 120 型交联聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋地敷设。1）按发热条件选择。由 I 30 =516.6A 及地下 0.8m 土壤温度为20 摄氏度， 查标 A-13-2 ，初选 240 平方毫米，其 I al'I al K s =560

32、A> I30（ K1）, 满足发热条件。 即选用 YJTV10-3*240三芯塑料电缆（直埋） 。2）校验电压损耗。由图2-1所示平面图量得变电所至1 号厂房距离约250m,而由表A-15-1 查得铜电缆的 R0= 0.132/KM， Xo 0.3/ kM （线间几何均距计)，又 1号厂房的 P30 =272kW,Q30 =204kvar, 因此按公式得：U272(0.1320.15)204(0.30.25)54.4V0.38U 00 (54.4V / 380V ) 100 000.14 00U al00 5 00 满足允许电压损耗5 00 的要求。3）短路热稳定校验。按公式求满足短路热

33、稳定度的最小截面AminI(3)tima0.75129mm2C25500171式中 tima 变电所高压侧过电流保护时间按0.5S 整定（终端变电所） ，再加上断路器断路时间0.2s, 再加上 0.05s 。由于前面所选240 mm2缆芯截面大于Amin ，满足要求，即YJTV10-3*240-1 120 的四芯铜芯电缆（中性线不小于相线的一半，下同）（ 2）馈电给纺纱车间的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直流地敷设。（方法同上）按发热条件选择。 由 I30 =486.2A 及地下 0.8m 土壤温度为20 摄氏度，查表 A-13-2 ，初选 240平 方 毫 米 ， 其 I al'I

34、 al K s =560A> I 30 （ K1）,满足发热条件。即选用YJTV10-3*240-1120 四芯铜芯电缆（直埋） 。（ 3）馈电给织造车间的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直流地敷设。按发热条件选择。 由 I 30 =797.7A 及地下 0.8m 土壤温度为20 摄氏度， 查标 A-13-2 ，初选 300 平方毫米，其 I al'I al K s =800A> I30 （ K1）, 满足发热条件。即选用YJTV10-3*300-1150 四芯铜芯电缆（直埋） 。（ 4）馈电给染整车间车间的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直流地敷设。按发热条件选择。由I

35、30 =744.5A及地下0.8m土壤温度为20 摄氏度，查标A-13-2，初选300 平方毫米，其I al'I al K s =800A> I 30 （ K1）, 满足发热条件。即选用YJTV10-3*300-1150四芯铜芯电缆（直埋） 。（ 5）馈电给机修车间车间的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铝心电缆直流地敷设。按发热条件选择。由 I 30=273.5A 及地下0.8m 土壤温度为 20 摄氏度，查标 A-13-2 ，初选120 平方毫米， 其I'IalKs =302A> I 30K1 ,YJLV10-3*120-1 60四al（） 满足发热条件。 即选用芯塑料电

36、缆（直埋） 。1）按发热条件选择。由I30=273.5A 及地下 0.8m 土壤温度为20 摄氏度，查标A-13-2 ，初选 120平 方 毫 米 ， 其 I al'I al K s =302A> I 30 （ K1）, 满足发热条件。即选用YJTV10-3*120-160 四芯塑料电缆（直埋） 。2） 检验电压损耗。 A-15-1 查得铝电缆的 R0 =0.31/kM，X o0.3/ kM （线间几何均距计 ) ，又 0.35号厂房的 P30 =90kW, Q30 = 155.7kvar，因此按公式得：U90(0.310.3)155.7(0.310.3)64.660.38U %

37、(64.66/ 380)100%0.17%5%3）短路热稳定校验。按公式求满足短路热稳定度的最小截面AminI(3)tima255000.752C227mm97由于前面所选120 mm2 缆芯截面小于Amin ，不满足短路热稳定要求，因此改为240 mm2 , 即 YJLV10-3*240-1 120 的四芯铝芯电缆（中性线不小于相线的一半，下同）（ 6）馈电给锅炉房的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铝心电缆直流地敷设。按发热条件选择。采用即 YJLV10-3*240-1 120 的四芯铝芯电缆（直埋） 。（ 7）馈电给化验室车间的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铝心电缆直流地敷设。按发热条件选择。采用即 YJLV10-3*240-1 120 的四芯铝芯电缆（直埋） 。（ 8）馈电给食堂宿舍的线路采用交联聚氯乙烯绝缘铝心电缆直流地敷设。