化纤毛纺织厂总配电与配电系统设计说明

1、1 / 21化纤毛纺织厂总配电与配电系统设计化纤毛纺织厂总配电与配电系统设计目录目录前言前言2 2一、全厂负荷计算一、全厂负荷计算1 1二、无功功率的补偿与变压器的选择二、无功功率的补偿与变压器的选择3 3三、主接线设计三、主接线设计4 4四、短路电流计算四、短路电流计算5 54.1 短路电流计算方法：54.2 短路电流的计算 5五、变电所的一次设备选择和校验五、变电所的一次设备选择和校验1 11 15.15.1 高压设备器件的选择与校验 115 5.2.2 低压设备器件的选择与校验 13六六、变压器保护与二次回路继电保护变压器保护与二次回路继电保护1 15 58.1 变压器保护 158.2

2、二次回路继电保护 17七七、结束语、结束语1 19 92 / 21前前言言工厂供电就是指工厂所需电能的供应和分配，也被称之为工厂配电众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和核心动力，在飞速发展的今天它扮演着越来越来重要的作用。电能既易于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与整个国民经济生活中应用极为广泛。 本课程设计针对 10KV 侧的一化纤毛纺厂的总变电所与配电系统进行设计，主要涉与到分配电能，其基本容有以下几方面：进线电压的选择，变配电所位置的电气设计，短路电流的计算与继电保护，电气设备的选择，车间变电所位置和变压器数量,容量

3、的选择，防雷接地装置设计等。同时本课程设计着重考察学生的实际操作能力和处理问题的能力，具有针对性和实用性。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局，当前和长远等关系，既要照顾局部的当前利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应社会的发展。为了保证工厂供电的正常运转，就必须要有一套完整的保护，监视和测量装置。目前多以采用自动装置，将计算机应用到工厂配电控制系统中去。1 / 21一、全厂负荷计算一、全厂负荷计算1单组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷(单位为 KW)=，为需要系数30PdKePdKb)无功计算负荷(单位为 kvA)= =tan30Q30Pc）视在计算负荷(单位为 kvA)co

4、sPS3030d 计算电流，为用电设备的额定电压。N3030U3SINU2多组用电设备计算负荷的计算公式a)有功计算负荷(单位为 KW)i30p30PKP式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系i30PpK数，可取（0.85-0.95）b）计算无功负荷(单位为 kvar),3030iKqQQ其中：是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数，30iQ30QKq可取 0.90.97c）视在计算负荷（单位 kva）22303030QSP2 / 21d）计算电流（单位 A）30303NSIU经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如下图所示（额定电压取 380v）计算负荷序号车间或用电单位名称

5、设备容量(KW)KXcostanPjs(KW)Qjs(varK)Sjs(KVA)变压器台数与容量备注K（1）No.1 变电所1制条车间3400.80.80.752722043402纺纱车间3400.80.80.752722043403软水站86.10.650.80.755642704锻工车间36.90.30.651.171113175机修车间296.20.30.51.73891541786托 1 儿所，幼儿园12.80.60.61.33811137仓库37.960.30.51.171119228小计112364758288210.9（2）No.2 变电所1织造车间5250.80.80.7542

6、03155252染整车间4900.80.80.753922944903浴室、理发室1.880.81-1.501.54食堂20.640.750.80.7515.511.620.65独身宿舍200.81-160166小计1057.5760.5558.5947.810.93 / 21（3）No.3 变电所1锅炉房1510.750.80.75113.385141.62水泵房1180.750.80.7588.566.4110.63花验房500.750.80.7537.528474卸油泵房280.750.80.752115.8265小计347234.3175.7292.720.9全厂合计：=1478, =

7、1251, =1936P30Q30S30二、无功功率的补偿与变压器的选择二、无功功率的补偿与变压器的选择 1.无功功率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。取9.0K=30PPK30P=30QQK30Q=30S230230QP高压侧计算负荷=1478KWP30=1251Q30varK高压侧总容量：=1936kvAS30补偿前的功率因数：=0.76 补偿后功率因数：=0.95coscos需要补偿的无功功率：=813) tan(tan303030PQQQCvarK补偿电容器的个数为 n=813/5017，取 n=17CqQC补偿后的无功功率：v

8、ar4383030KQQQC4 / 21补偿后的视在容量：KVACQQPS154130)(223030补偿后的计算电流：AUSN3/ 302094)4 . 03/(1541高压侧功率因数；，满足要求。9 . 0959. 0cos 2.各变电所变压器选择安装一台变压器，其容量按 SN.T=965.6根据1NOjsSVA K电力工程电气设备手册选 接线方式 Yyn0。10/10007SL安装一台变压器，其容量按 SN.T=1051.845根2NOjsSVA K据电力工程电气设备手册选 SL7-1250/10 型低损耗配电变压器，其联接组别采用 Yyn0。安装一台变压器，其容量按 SN.T=325.

9、2根据3NOjsSVA K电力工程电气设备手册选 SL7-400/10 型低损耗配电变压器，其联接组别采用 Yyn0。三、主接线设计三、主接线设计1主接线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，在 NO.3 车变中接明备用变压器。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

10、自动断开，分段断路器自动投入，保证继续供电。 具体接线图附图 1。5 / 21 2. 架空线选择（1）按经济电流密度选择导线线路在工作时的最大工作电流：111.8A10)*31936/(*3/USInjsg该生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用时数为 6000 小时，属于二级负荷。其钢芯铝线的电流密度 J=0.9所以导线的经济截面面积：2jmm2 .1249 . 0/8 .111/JSIg考虑到线路投入使用的长期发展远景，选用截面积为 150 mm2的导线，所以 10KV 架空线为 LGJ-150 的导线。（1） 查表得 LGJ-150 型裸导线的长时允许电流,当环境温4

11、45AIy度为 30 度时，导线最高工作温度为 70 度。（2）查表得 LGJ-150 导线的单位长度电阻和电抗为： 0.21R0 0.409X0表表 2.32.3 LGJ-150LGJ-150 型钢芯铝绞线规格型钢芯铝绞线规格股数与直径/mm型号额定截面2mm铝股钢芯计算直径/mm电阻1km）（单位重量1kmkg）（长期容许电流/ALGJ-150150282.5372.216.720.21598445 注：1.额定截面系指导电部分的铝截面，不包括钢芯截面。2.电阻系指导线温度为 20时的数值 3.长期容许电流系指在周围空气温度为 25时的数值。四、短路电流计算四、短路电流计算4.1 三相短路

12、电流计算目的 进行短路电流计算的目的是为了保证电力系统的安全运行，在设计选择电气设备时都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发故障引起的发热效应和电动力效应的巨大冲击。4.2 短路电流的计算采用标幺值计算短路电流。具体公式如下：6 / 21基准电流 USIavjj3三相短路电流周期分量有效值XIIjZ*)3(三相短路容量的计算公式XSSjK*)3(在 10/0.4KV 变压器二次侧低压母线发生三相短路时，一般XR31取基准容量 S =100MVA。高压侧基准电压 U=10.5KV，低压侧基准Bav1电压 U=0.4，高压侧基准电流 I =

13、5.5KA，低压侧基准电流av2j1av13USB=144.34KA，系统最小阻抗标幺值av23USB535. 0maxzmin*SSBX系统最大标幺值935. 0minzmax*SSBX变压器阻抗标幺值：所以 X =4.5*1T1100%TNBkSSU36101000101001005 . 4 X=3.6*2T2100%TNBkSSU36101250101001005 . 4 X=10*3T3100%TNBkSSU3610400101001004总配进线：X =0.409=0.2045L5 . 0 X = X=0.2045=0.185*LL2avUSB25 .10100最小运行方式下：绘制等

14、效电路图7 / 21k1k2k3k4*BX*LX*LX*1TX*2TX*3TX 图 3-21 最大运行方式下等效电路图对于 K 点发生三相短路：1=0.535+=0.627*X21185. 0 I =5.5kAjavj3US5 .103100 I=8.78kA）（3Z*jXI0.6275.5 i=2.55I=22.35kA）（3sh）（3Z I=13.256kA）（3sh1.686i3sh）（MVAXSSj160627. 0100*)3(k对于 点发生三相短路：2K127. 55 . 4185. 021535. 0*XkAUSIvjj34.1444 . 031003akAXIIZ15.2812

15、7. 534.144*j)3(kAIzsh796.5115.2884. 184. 1i)3()3(kAiIshh6 .30692. 1796.51692. 1)3()3(s8 / 21MVAXSSjk5 .19127. 5100*)3(对于点发生三相短路3K22. 42 . 518. 021535. 0*XkAUavSIjj34.1444 . 031003kAXIIj2 .34825. 534.144*)3(zkAIizsh9 .6278.2484. 184. 1)3()3(kAiIshsh2 .37692. 16 .45692. 1)3()3(MVAXSSjk7 .23825. 5100*)

16、3(对于点发生三相短路：4K625.107 .1218. 021535. 0*XkAXIIjz6 .13325.1334.144*)3(kAIizsh2583.1084. 184. 1)3()3(kAiIshsh8 .14692. 193.19692. 1)3()3(MVAXSSj5 . 7325.13100*)3(k最大运行方式下：9 / 21k1k2k3k4*1TX*2TX*3TX*LX*BX 图 3-2 最小运行方式下等效电路图对于点发生三相短路：1K12. 1185. 0935. 0*XkAXIIjz93. 412. 15 . 5*)3(kAIizsh58.1293. 455. 255

17、. 2)3()3(kAiIshsh46. 7686. 1)3()3(MVAXSSjk69.8915. 1100*)3(对于点发生短路：2K745. 6625. 512. 1*XkAXIIj42.2174. 634.144*)3(zkAIizsh4 .3942.2184. 184. 1)3()3(kAiIshsh92.23692. 1)3()3(MVAXSSjk84.1474. 6100*)3(对于发生三相短路：3K615. 55 . 412. 1*X10 / 21kAXIIjZ71.25615. 534.144*)3(kAIizsh3 .4771.2584. 184. 1)3()3(kAiIs

18、hsh95.27692. 1)3()3(MVAXSSjk81.17615. 5100*)3(对于点发生三相短路：4K815.137 .12115. 1*XkAXIIjZ45.10815.1334.144*)3(kAIizsh22.1945.1084. 184. 1)3()3(kAiIshsh36.11692. 1)3()3(MVAXSSjk24. 7815.13100*)3( 表格 4-1 最小运行方式 短路点（KA）)3(zI (KA)3(shi (KA)3(shI三相短路容量（MVA）kS1K8.7822.3513.2651602K24.7851.79630.6119.53K34.262.

19、937.223.74K13.62514.87.4表格 4-2 最大运行方式短路点（）)3(zIKA（）)3(shiKA（）)3(shIKA三相短路容量（MVA）kS11 / 21五、变电所的一次设备选择和校验五、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、母线装置与成套电设备等。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（室或室外） 、环境温度、海

20、拔高度以与有无防尘、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。5.15.1 高压设备器件的选择与校验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SN10-10IGW1-6（10）/400LA-10（D级）JDZ-10RW10200/ )(30FIU=10kV10kV10kV10kV11000/10010kV=110A30I630A400A200/52A=8.78kAzI16kA=160MVAkS300MVA200MVA=22.35kAshi40kA25kA1K5137872K2240.12415.83K27462818.94K102012.458.13

21、12 / 21t=t2I294. 822165214 个数6122225.1.1 断路器的选择与校验断路器额定电压与额定电流QFNU.QFNI.=10kV=QFNU.NU105.59AI727.46A40-7030-70630-II300N1NN.QFN.QF=630A=110AQFNI.30I(3)动稳定校验断路器最大动稳试验电流峰值不小于断路器安装处的短路冲击QFi.max电流值即=40kA=22.35AshiQFi.maxshi(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jQFttItI22.即216215. 094. 825.1.2 隔离开关的选择与校验（1）隔离开关的额定

22、电压与额定电流=10kV=QSNU.NU=200=110AQSNI.30I110AI461.9A40-7030-70400-II300N1NN.QSN.QS（2）动稳定校验=25.5kA=22.35kAQSi.maxshi（3）热稳定校验即98051420 .1215. 094. 82jQSttItI22.5.1.3 电流互感器选择与校验（高压侧电流互感器）10kV 电流互感器（1）该电流互感器额定电压安装地点的电网额定电压即TANU.NU13 / 21TANU.NU（2）电流互感器一次侧额定电流126.7A105.59A2 . 1I2 . 1231A40-7030-70200-II300N1

23、NN.ctN.ct（3）动稳定校验动稳定倍数 Kd=160 =22.8Ashi一次侧额定电流AIINNNCTN23101.则即动稳定性满足1608 .692312108 .2223.CTNshIi.2CTNshdIiK（4）热稳定性校验热稳定倍数 Kt=90 热稳定时间=0.15=8.94kAshiI即=2.)(TANTIK2)23190(3103 . 4热稳定性满足)(102 . 115. 08940.722CYNtjIKtI5.1.4 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VASN500AAUSINNN5 . 005. 010000500所以满足要求5.25.2 低压设备器件

24、的选择与校验低压断路器隔离开关电流互感器DW48-1600HD1114LMZ1J-0.50.4kV0.4kV0.4kV1600A1000A1000/550kA60kA（杠杆式）13514 / 2113027532231、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QFNU.与额定电流QFNI.QFNU.=0.4kV=.NU933.96AI1847.5A40-7030-701600-II300N1NN.QFN.QF2、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QSNU.与额定电流QSNI.QSNU.=0.4kV=NU.QSNI=QSNI.0

25、1NN=100040703070=1154.7A30I=933.96A满足要求(3)动稳定校验eti=60kAshi=49.13Ka满足要求(4)热稳定校验tIt2=2301=900jtI2=15. 07 .262=107所以tIt2jtI2满足要求15 / 213、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器） (1)该电流互感器额定电压TANU.不小于安装地点的电网额定电压NU，即TANU.NU (2)电流互感器一次侧额定电流AIINNNCTN7 .115440703070100001.30I=933.06A 满足要求 (3)动稳定校验（Kd=135）135307 .115421013.4923

26、.CTNshIi满足要求 (4)热稳定校验（Kt=75）2.)(TANTIK=2)7 .115475(=7.4910jtI2=15. 0267002=81007. 12.)(TANTIK满足要求六变压器保护与二次回路继电保护六变压器保护与二次回路继电保护6.1 变压器的保护装置变压器的继电保护装置对于高压侧为 610kV 的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护；如果电流保护的动作时间大于 0.50.7 秒时，还应装设电流速断保护。容量在 800kVA 与以上的油侵式变压器和 400kVA 与以上的车间油侵式变压器，按规定应专设瓦斯保护。瓦斯保护在变压器轻微故障时，动作于信号，而

27、其他保护包括瓦斯保护在变压器发生严重故障时，一般均动作于跳闸。但是，如果单台运行的变压器容量在 10000kVA 与以上和并列运行的变压器每台容量16 / 21在 6300KVA 与以上时，则要求装设纵连差动保护来取代电流速断保护。经分析整定计算后本方案确定采用过电流保护，单相接地短路保护过负荷保护和瓦斯保护。变压器保护原理图与展开图见附图 。a.变压器过电流保护动作跳闸，应作如下检查和处理：（1）检查母线与母线上的设备是否有短路；（2）检查变压器与各侧设备是否短路；（3）检查低压侧保护是否动作，各条线路的保护有无动作；（4）确认母线无电时，应拉开该母线所带的线路；（5）如是母线故障，应视该站

28、母线设置情况，用倒母线或转带负荷的方法处理；（6）经检查确认是否越级跳闸，如是，应试送变压器；（7）试送良好，应逐路检查故障线路。 1.装设瓦斯保护当变压器油箱故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于高压断路器。2.装设反时限过电流保护采用 GL15 型感应式过电流继电器，两相两继电器式接法，去分流跳闸的操作方式。(1)过电流保护动作电流的整定利用下式.maxrelwopLreiKKIIK K,对于容量为 1000kVA 的变压器17 / 21.max1.2 100021153 101001.3,1,0.8,205LN TrelwreiIIKKKK因此动作电流为

29、1.3 11159.30.8 20opIA 整定为 10A6.2.二次回路继电保护 （1）速断电流的整定KA46. 2II2k3maxk）（43.3A3.5)2.4/(2011.4)K/(KIKKITimaxkwrelqb速断电流倍数整定为45. 7643.3/Kqb满足规定的倍数。（2）电流速断保护灵敏度系数的校验：1 qbminkpI /ISKA79. 174. 1866. 0Imink,8681/203 .43K/KIIwiqb1qbA 所以 5 . 179. 1868/1420Sp满足规定的灵敏系数 1.5 的要求。（3）过电流动作电流的整定）（iremaxLwrelopKK/IKKI 式中：maxLI为 变压器的最大负荷电流 取为 2.5N1IrelK 为可靠