塑料制品厂总配变电所及高压配电系统设计

1、供配电课程设计实践名称：塑料制品厂总配变电所及高压配电系统设计专业班级：11 自动化B班姓 名：卢伟健学 号：50指导教师：许先锋实践时间：2014 年12月2224日实践单位： 机电工程学院教学单位： 机电工程学院刖言电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易 于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测 量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极 为广泛。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（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并

2、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化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提 高劳动生产率，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 产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严 重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。 由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要 的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作 用。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需

3、要，并做好节能 工作，就必须达到以下基本要求：1. 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。2. 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。3. 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求.4. 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗 量。一、赋值参数的设计任务书根据实际需要，塑料制品厂欲新建一所变配电所，请结合实际情况进行设计。图1配电系统图作为设计依据的原始资料有：1. 工厂总平面布置图（图1）；2. 工厂生产任务、规模及产品规格本厂年产10000t聚乙烯及烃塑料制品，产品品种有薄膜、单丝、管材和注射用等制品。其原料来源于某石油

4、化纤总厂；3. 工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量（表1）。表1各车间和车间变电所负荷计算表（380V）序号车间名称设备容量（kW）KdCos $tan$计算负荷车间 变电 所代号变压器及 容量（kVA）P30(kW)Qo(kvar)S3o(kVA)I 30(A)1薄膜车间14000 . 60 . 60No.1车变1 xS9-1600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(Ke =0.9 )管材车间8800 . 350 . 80小计(K =0.9 )2

5、备料车间1380 . 60 . 50No.2车变1 xS9-800_生活间100 . 81 . 0浴室50 . 81 . 0锻工车间300 . 30 . 65原料车间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（Ke=0.87 ）4 供用电协议1）从电力系统的某35/ 10kV变电站，用双回10kV架空线路向工厂馈电。变电站在厂南0. 5km。2）系统变电站馈电线的定时限过流保护装置的整定时间Iop=1. 5s,要求工厂总配电所的保护整定时间不大于1. 0s。3）在

6、工厂总配电所的10kV进线侧计量。工厂最大负荷时功率因数不得低于0. 9。4）电力系统短路数据，如图2所示。其配电系统图如图1所示。5 工厂负荷性资本厂多数车间为三班制，少数车间为一班或两班制，年最大负荷利用小 时数为6000h。本厂属三级负荷。二、负荷计算和无功功率补偿（一）负荷计算计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。由于载流道题一般通电 半小时（30min）后即可达到稳定的温升值，因此通常取“半小时最大负荷”作为按发热条件选择电气元件的计算负荷。有功计算负荷表示为P30，无功计算负荷表示为Q30，视在计算负荷表示为S30，而计算电流表示为130。用电设备组计算负荷的确定，

7、在程中常用的有需要系数法和二项式法。车间和工厂的 计算负荷，通常采用需要系数法来确定。作为近似的负荷估算，亦可采用单位产品耗电法、 单位面积耗电法或单位用电指标法。按需要系数法确定计算负荷：1有功计算负荷（单位为kW的计算公式式中Pe 车间或工厂用电设备总容量（不含备用设备容量，单位为kW ;Kd 车间或工厂的需要系数，参看表一。2. 无功计算负荷（单位为kvar）的计算公式式中tan对应于车间或工厂平均功率功率因素 cos的正切值，参看表一。3. 视在计算负荷（单位为kVA的计算公式4. 计算电流（单位为A）的计算公式式中Un车间或工厂的用电设备配电电压（单位为kV）0所以本厂的负荷计算如下

8、: 薄膜车间：正切值：tancos0.6有功计算负荷：P30KdPe14000.6无功计算负荷：Q30P30 tan8401.332P306)21.33840 kW1117 .2k var视在计算负荷:S 308401400 kVAcos0 .6,S301400 A计算电流：山。"Un.30.420207A序号车间名称tan $计算负荷P30(kW)Qo(kvar)S30(kVA)I 30(A)1薄膜车间1.338401117.21400439.5原料库1.737.512.9571521.7生活间080811.5成品库（一）1.737.512.97525.9537.5成品库（二）1.

9、737.212.45624.9136.0包装材料库1.73610.3820.7630.0小计(K =0.9 )778.581049.39管材车间0.75308231385555.7小计（Kc =0.9 ）277.2207.92备料车间1.7382.8143.244165.6239.0生活间080811.5浴室04045.8锻工车间1.17910.5313.8520.0原料车间01201217.3仓库1.734.57.785913.0机修模具车间1.172529.2538.4655.5热处理车间1.029091.8128.57185.6铆焊车间1.735493.42108155.6小计（Kc=0

10、.87 ）251.7327.121.1各车间tan $及计算负荷数值负荷计算如上述所示，经计算得表表1.1（二）无功补偿无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有 安装简单、运行维护方便、有功消耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器 在供电系统中应用最为普遍。1. 无功功率补偿容量（单位为 kvar）的计算式中P30工厂的有功计算负荷，单位为kW；tan 1对应于补偿前功率因素cos 1的正切;tan 2对应于补偿后应达到的功率因数cos 2的正切；qC无功补偿率（tan 1 tan 2，单位为kvar/kW ）。由负荷统计表可知道，N0.1车变的有功

11、功率P30P30876 .2 3081184 .2kW , NO.1 车变的无功功率Q30.i 1165 .9862311396 .986 k var，取同时使用系数 K 0.9.则NO.1车变的无功补偿计算如下：有功功率：P30.1 KRo 0.9 1184.2 1065.78kW无功功率：Q30.1 KQ30 0.9 1396.986 1257.29kvar视在功率：则此时的功率因数为：取补偿后的功率因数为0.93,则补偿电容为：2. 并联电容器个数计算式中qc单个电容器的容量，单位为 kvar。补偿电容采用的并联电容器选择BWF6.3 100 1W，其工作电压为6.3KV，额定容量 为

12、100kvar，额定电容为 8.0uF。补偿电容个数：n Qc1,qc 852 .62 100 8.53（个 ）取 9 个，每相装设3个，此时实际补偿电容9100900 k var 。由负荷统计表可知道，NO.2车变的有功功率P30.2289 .3 kW ，NO.2车变的无功功率Q30.2376 .029 var ，取同时使用系数K 0.87。NO.2车变的无功补偿计算同NO.1得：有功功率：P30.2 KP30 0.87 289.3 251.69kW无功功率：Q30.2 KQ30 0.87 376.029 327.15kvar视在功率：则此时的功率因数为：取补偿后的功率因数为0.93,则补偿

13、电容为：补偿电容采用的并联电容器选择BWF6.3 100 1W，其工作电压为6.3KV，额定容量为100kvar，额定电容为8.0uF。补偿电容个数：n226.521 100 2.27（个）取3个，每相装设1个，此时实际补偿电容3100300 k var 。项目计算负荷380V侧补偿前负荷NO.10.651065.781257.291648.232.38380V侧无功补偿容量NO.1-900380V侧补偿后负荷NO.10.931065.78357.29793.71.12380V侧补偿前负荷NO.20.61251.69327.15412.770.60380V侧无功补偿容量NO.2-300380V

14、侧补偿后负荷NO.20.93251.6927.15253.150.37380V侧补偿后负荷小 计1317.47384.441046.831.49主变压器功率损耗O.O15 S30总=15.70.06 S30总=62.810kV侧负荷总计0.931301.77321.61340.90.0774三、变电所位置和型式的选择（一）变配电所所址的一般原则选择工厂变、配电所的所址，应根据下列要求并经技术、经济比较后择优确定：1）接近负荷中心；2）进出线方便；3）接近电源；4）设备吊装和运输方便；5）不应设在有剧烈振动或高温的场所；6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所。当无法远离时，不应设在污染源的下风侧；

15、7）不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方， 且不宜设在有火灾危险环境的正上方；8）不应设在有爆炸危险的环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB 50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。9）不应设在地势低洼和可能积水的场所；10）高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。（二）负荷中心的确定方法 利用以负荷园表示的负荷指示图来判定负荷中心在工厂总平面图上，按适当的比例 K（KW/mhi绘出个车间（建筑）及宿舍区 0的负荷园。负荷园的圆心一般选在车间或宿舍区的中央。负荷园的半径（单位为mh为式中一一车间（建筑）或宿舍区的计算负荷（单位为

16、kW o 利用负荷功率矩法确定负荷中心在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的 x轴和y轴，然后测出各车间（建 筑）和宿舍区负荷点的坐标位置。而工厂的负荷中心假设在P （ x， y），其中P R P2 P3Pi。因此仿照力学中计算重心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：负荷中心虽是选择变配电所位置的重要因素，但不是唯一因素。因此负荷中心的计算 不必要求十分精确。变配电所的所址，必须全面分析比较后择优确定。（三）变电所主变压器的选择无功补偿后的全厂总视在功率：根据变压器的工作环境，电压等级，容量选择主变压器的型号是：S9-1600/35。其主要数据参数见表1.2表1.2变压器数据参数表额定容量K

17、VA高 压KV高压分接 范围（）低 压KV连接组 标号损耗kW空载电 流（%）阻抗 电压（%）空载负载160010± 2*2.5%10Yyn02.414.02.56四、变电所主变压器台数、容量及主结线方案的选择1变电所主变压器的选择根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有两种可能供选择的方 案：（1）装设一台主变压器型号采用S9型，而容量根据SNgT S30，选SgT 1600CVA S3o 1372.4kVA，即选一台S9-1600/10型低压损耗配电变压器。（2）装设两台主变压器型号亦用S9型，而每台变压器容量根据SNgr （0.6 0.7）S30，SNgT S3

18、0（）选择，即:因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器。工厂本身属于三级负荷，如果工厂负荷近 期可有较大增长的话，则宜采用装设两台主变的方案。主变压器的联结组均采用Dy n11。（3） 两种主接线方案的技术经济比较如表4所示。表4两种主接线方案的比较案 方 的 变 主 台 装案 方 的 变 主 台 两 设 装技术指标性 全 安 电 供量 质 电 供变 主 台 丁 山变 主 台 只变 主 台 两 于 由些 差 稍些一好 更经济指标器资 压投 变合 力综 电的额仍倍=3 2元1 万2 的 3 为价 1 捞创2 哟艸x 价其 2 单为 的约为 资约/W投资 00合投60综合口齐宀一d4S9

19、压其元因万4 X4为变 河冋比 獰综兀 白器万 /W压6元 变9万 25台=67 99两 M 2匕7农、 S止1资柜合 关量综 开计的额 压含 > 资 高柜投综高小 其此从 因Z 元，“ 万计X 4倍 5 台“为 按的如GG苗側一心投 - 合、 综台 其匕上 M元 昭万 -142元 GI27 台y 1 711資 用X按 采7多 案为案 方约方 本资变经济指标电力变压器 和高压开关 柜的年运行 费主变的折旧费=30.2万兀X 0.05=1.51万 元；高压开关柜的折旧费=24万元X 0.06=1.44万元；变配电设备的维修管 理费=(30.2+24 )万元 X 0.06=3.25 万 元。

20、因此主变和高压开关设备的折旧和 维修管理费=(1.51+1.44+3.25 )万元 =6.2万元主变的折旧费=51.2万元X 0.05=2.56 万元；高压开关柜的折旧费 =36万元X0.06=2.16万元；变配电设备的维修管 理费=(42+36)万元X 0.06=4.68 万元。因此主变和高压开关设备的折旧和维修 管理费=(2.56+2.16+4.68 )万元=9.4万元，比一台主变方案多耗资9.4万元供电贴费按主变容量每kVA900兀计，供电贴费=1600kVAX 0.09/kVA=144 万元供电贴费=2X 1000kVAX 0.09 万元=180万元，比一台主变方案多交 36万元从上表

21、可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接 线方案，但经济指标，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装 设一台主变的方案。五、短路电流的计算：1绘制计算电路 如图2所示。图2短路计算电路2确定短路计算基准值设 Sd 100MVA，U d U c 1.05 U n，即高压侧 Udi 10.5kV，低压侧Ud2 0.4kV，则3. 计算短路电路中各元件的电抗标幺值(1)电力系统已知 Soc200 MVA，故 X0100 MVA / 200 MVA0.5(2)架空线路X。0.4 /km，而线路长 1km，故 X1 X2 (0.4 1)200MVA 0

22、.73(10.5kV)2(3)电力变压器Uz% 10，故X3竺型込101002000 kVA因此绘短路计算等效电路如图3所示。 图3 短路计算等效电路4. 计算k点(10.5kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标幺值X (k)X0 X1 PX20.50.36 0.86(2)三相短路电流周期分量有效值ik3)1 d15 56.39 kAX (k)0.86(3)其他短路电流"1 kI (3)I(3) k6.39 kAi(3) ish2.551；2.556.39kA16.3kA(4)三相短路容量sk3)Sd100 MVA116 MVAX (k)0.865. 计算k-

23、2点(0.4kV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量(1)总电抗标幺值X(k2) X! X X3 0.5 0.36 10 10.86(2)三相短路电流周期分量有效值Ik3)2走般133kA(3)其他短路电流(4)三相短路容量 Sk3)2SdX (k 2)100 MVA9.2 MVA10.86以上短路计算结果综合如表5所示表5短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAK-16.396.396.3916.39.65116K-213.313.313.324.514.59.2六、变电所一次设备的选择校验1、10kV侧一次设备的选择校验，如表 6所示。表6 10kV侧一次设备的

24、选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他装置 地点 条件参数数据10kV77.4(I1NgT )16.3kA6.39kA一次设备型号规格额定参数咼压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA咼压隔离开关GN ： -10/20010kV200A25.5kA咼压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-10电流互感器LQJ-1010kV100/5A225 xx0.1kA=31.8 kA(90 0.1)2x仁81二次 负荷0.6避雷器FS4-1010kV户外隔离开关GW4-12/40012kV400A2

25、5kA=500上表所选一次设备满足要求。2、380V侧一次设备的选择校验如表7所示。表7380V侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能 力动稳定 度热稳定度其丿、他装置地点 条件参数-一数据380V1.49kA13.3kA24.5kA13.32 2.2=389.2-一一一次设备型号规格额定参数-一一低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-一一-一一-一一低压断路器DZ20-630380V630A（大于I30 ）30kA(一般)-一一-一一低压断路器DZ20-200380V200A（大于I30 ）25kA(一般)-一一-一一-一一抵押刀开关HD13-1500/303

26、80V1500A-一一-一一-一一-一一电压互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-一一-一一-一一-一一电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A-一一-一一-一一-一一上表所选一次设备均满足要求3、高低压母线的选择10kV 母线选 LMY-3(40 X 4),即母线尺寸为 40mmX 4mm； 380V 母线选 LMY-3(120 X 10)+80x 6,即相母线尺寸为120mmX 10mm,而中性线母线尺寸为 80mmX 6mm。七、变电所高、低压线路的选择1、10kV高压进线和引入电缆的选择(1) 10kV高压进线的选择校验采用LJ型铝绞线架空敷设，接住10kV

27、公用干线。1) 按发热条件选择由I30 I1Ngr 77.4A及室外环境温度33 C，初选LJ-16,其35 C时的"93.5A 也,满足发热条件。2) 校验机械强度最小允许横截面Amin 35mm2，因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改 选 LJ-35。由于此线路很短，不需校验电压损耗。（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择由130 l!NgT 77.4A及土壤温度25 C ,初选缆芯截面为25mm2的交联电缆，其I al 90 A I 30，满足发热条件。2）校验短路热

28、稳定计算满足短路热稳定的最小截面 Amin I亠沁6390丄凹5 mm2 72mm2 A 25mm2C77不满足，因此YJL22-10000-3X 95电缆满足短路热稳定条件。2、380V低压出线的选择采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1 ）按发热条件选择由l30 239A及地下0.8m土壤温度为25 C，初选缆芯面120mm2，其lai 273A I30，满 足发热条件。2）校验电压损耗由图1所示工厂平面图量得变电所至 NO.2车变距离约为1km，而120mm2的铝芯电缆的R 0.31 /km （按缆芯工作温度75 C计），X。0.07 /km，又备料车间的P30

29、83kW，Q30143k var，因此得：故满足允许电压损耗的要求。3）短路热稳定度校验计算满足短路热稳定的最小截面由于前面按发热条件所选的120 mm2的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定要求，故改选缆 芯截面为240mm2的电缆，即选VLV 22 1000 3 240 1 120型四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆 直接埋地敷设。中性线芯按不小于相线芯的一半选择。馈电给生活区的线路采用 BLX-1000-1 X 120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采 用BLX-1000-1 X 70橡皮绝缘线。3、作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL22-1000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距 2km的邻近单 位变配电所的10kV母线相联。（1）按发热条件选择I30 230kVA/C 3 1