10KV工厂配电系统设计

1、工厂供电技术课程设计说明书 工厂供电技术课程设计说明书 题 目： 10KV高压变配电系统设计 学 院： 信息与控制工程学院 专 业： 自动化 班 级： 四班 学生姓名: 张泽妮 学 号:指导教师: 王公仆 2016年 11 月 30 日目 录目 录11 绪论11.1 工厂供电的意义和要求11.2 设计依据11.3 电力系统资料22 全厂负荷计算和无功补偿计算32.1 变电所1的负荷计算和无功补偿计算32.2 变电所2的负荷计算和无功补偿计算72.3 变电所3的负荷计算和无功补偿计算93 系统主接线方案133.1 主接线的基本要求133.2 方案1：双回路高压单母线主接

2、线133.3 方案2：双回路高压单母线低压单母线分段主接线133.4 方案的比较与选择144. 变电所位置及变压器选择154.1 变压器选择154.2 变压器重新选择154.3 变电所位置155 短路电流计算175.1 确定计算电路及计算电抗175.2 短路电流计算 186 变电所一次设备的选择高压断路器的选择196.1高压断路器的选择196.2高压隔离开关的选择197 结论21参考文献11 绪论1.1 工厂供电的意义和要求 工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。 众所周知，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

3、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

4、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要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求： 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。 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 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。 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

5、，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 1.2 设计依据1.生产规模和产品规格：本厂规模5万锭毛纺织厂，年生产能力230万米。2.车间组成和布置：工厂有一个主厂房，包括制条车间，纺纱车间，织造车间、染整车间等四个车间，还有辅助车间和及其它设施。3、全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表。变 电 所 1 用电设备Pe/kW Kd costan计算机负荷 Pj/kW Qj/kvar Sj/kVA Ij/A制条车间3400.80.80.75纺纱车间3400.80.80.75软水站86.10.650.80.75锻工车间36.90.30.651.17机修车间296.20.3

6、0.51.73托 幼 所12.80.60.61.33仓 库37.960.30.51.17 表1 变 电 所 2用电设备 Pe/KWKdcostan计算机负荷 Pj/kW Qj/kvar Sj/kVA Ij/A织造车间5250.80.8染整车间4900.80.8理发浴室1.880.81食 堂20.630.750.80.75独身宿舍200.81 表2变 电 所 3 用电设备 Pe/KWKdcostan计算机负荷 Pj/kW Qj/kvar Sj/kVA Ij/A锅炉房1510.750.80.75水泵房1180.750.80.75化验室500.750.80.75卸油泵房280.750.80.75 表

7、31.3 电力系统资料1、从本厂南部0.5公里的某35/10千伏变电所，用10千伏双回架空线路向本厂供电;2、该变电所10千伏出线定时限过流保护的整定时间为1.5秒，要求配电所不大于1.0秒；3、在总配变电所10千伏侧计量；4、功率因数值应在0.9以上；5、配电系统技术数据。（1）变电所10千伏母线短路数据为： 变电所10千伏母线短路数据运行方式电源10千伏母线路短容量说明系统最大运行方式时S（3）=187兆伏安系统为无限大容量系统最小运行方式时S（3）=187兆伏安 表4（2）配电系统 10KV母线10KV母线架空线本厂总配变电 图16、工厂负荷性质多数车间为三班制，少数为一班或两班制。全年

8、为306个工作日，年最大负荷利用小时数为6000小时。属于二级负荷。2 全厂负荷计算和无功补偿计算2.1 变电所1的负荷计算和无功补偿计算1、用电设备的负荷计算根据设计任务书的要求，按照需要系数法计算各组负荷有功功率 无功功率 视在功率 总的计算电流 上述四个公式中：Pe：每组设备容量之和，单位为kW；Kd：需要用系数； cos:功率因数。制条车间的计算电荷；有功功率 无功功率 3、纺纱车间的计算电荷；有功功率 无功功率 4、软水站的计算电荷；有功功率 无功功率 5、锻工车间的计算电荷；有功功率 无功功率 机修车间的计算电荷；有功功率 无功功率 托幼所的计算电荷；有功功率 无功功率 仓库的计算

9、电荷；有功功率 无功功率 总负荷的计算：有功功率 无功功率 视在功率 总的计算电流 式中：对于干线，可取K p =0.85-0.95，Kq =0.90-0.97。对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取K p =0.8-0.9，Kq =0.85-0.95。考虑各用电设备的最大负荷不同时出现的因素,取Kp=0.95, Kp=0.97 计算负荷表用电设备Pe/kwKdcostan计 算 机 负 荷Pe/kwQj/kvarSj/kVAIj/A制条车间3400.80.80.75272204纺纱车间3400.80.80.75272

10、204软 水 站86.10.650.80.7555.9741.97锻工车间36.90.30.651.1711.0712.95机修车间296.20.30.51.7388.86153.73托 幼 所12.80.60.61.337.6810.21仓 库37.960.30.51.1711.3913.32合 计1149.960.2718.96640.19考虑各用电设备的最大负荷不同时出现的因素,取Kp=0.95, Kp=0.97683(718.96*0.95)621(640.19*0.97)923()14021402/1.73*0.38 表52、变压器损耗估算 Pb=0.01Sj=0.01×9

11、23=9.2kw Qb=0.05Sj=0.05×923=46.4kvar3、无功功率补偿计算 从设计任务书的要求可知，工厂10KV高压侧进线在最大负荷时，其功率因素不应小于0.9，考虑到变压器的无功功率损耗Qb，远远大于有功功率损耗Qb，因此，在变压器的低压侧进行无功功率补偿时，其补偿后的功率因素应稍大于0.9，现设cos=0.96，则有功功率负荷系数 =Tmax/Tn=6000/（24×306）=0.82无功功率负荷系数 =(1+10%) =1.1×0.82=0.9低压侧在补偿前的功率因素为: 因此，所需要的补偿容量为： 选取高压侧在补偿后的负荷及功率因素计算：

12、 满足了设计任务书的要求，其计算数据如下：项 目cos计算机负荷Pj/kWQj/kvarSj/kVAIj/A低压侧补偿前07086836219231402需要补偿容量-420变压器损耗185923高压侧补偿后0909701529337603418 表6根据设计任务书的要求以及以上计算结果，选取：并联补偿电容为 BW04-14-3型电容器30只。补偿总容量为 14kvar×30=420kvar。2.2 变电所2的负荷计算和无功补偿计算1、 用电设备的负荷计算根据设计任务书的要求，按照需要系数法计算各组负荷有功功率 无功功率 视在功率 总的计算电流 上述四个公式中：Pe：每组设备容量之和

13、，单位为kW；Kd：需要用系数； cos:功率因数。2、织造车间的计算电荷；有功功率 无功功率 3、染整车间的计算电荷；有功功率 无功功率 4、理发浴室的计算电荷；有功功率 无功功率 5、食堂的计算电荷；有功功率 无功功率 6、独身宿舍的计算电荷；有功功率 无功功率 7、总负荷的计算：有功功率 无功功率 视在功率 总的计算电流 式中：对于干线，可取K p =0.85-0.95，Kq =0.90-0.97。对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取K p =0.8-0.9，Kq =0.85-0.95。考虑各用电设备的最大负荷

14、不同时出现的因素,取Kp=0.95, Kp=0.97 计算负荷表用电设备Pe/kwKxcostg计 算 机 负 荷Pe/kwQj/kvarSj/kVAIj/A织造车间5250.80.80.75420315染整车间4900.80.80.75392294理发浴室1.880.811.50食 堂20.630.750.80.7515.4711.6独身宿舍200.81160合 计1057.51844.98638.11考虑各用电设备的最大负荷不同时出现的因素,取Kp=0.95, Kp=0.9768362110141541 表72、变压器损耗估算3、无功功率补偿计算从设计任务书的要求可知，工厂10KV高压侧百

15、线在最大负荷时，其功率因素不应小于0.9，考虑到变压器的无功功率损耗Qb远远大二有功功率损耗Pb，因此，在变压器的低压侧进行无功功率补偿时，其补偿后的功率因素应稍大于0.9，现设cos=0。96，则有功功率负荷系数 无功功率负荷系数 低压侧在补偿容量为： 因此，所需要的补偿容量为： 选取高压侧在补偿后的负荷及功率因素计算： 满足了设计任务书的要求，其计算数据如下：项 目cos计 算 机 负 荷Pj/kWQj/kvarSj/kVAIj/A低压侧补偿前0.76380361910141541需要补偿容量-370变压器损耗20.3101.4高压侧补偿后0.906823.3350.0894.849.2

16、表8 根据设计任务书的要求以及计算结果，选取并联补偿电容为 ： BW04-14-3型电容器27只。补偿总容量为 14kvar×27=378kvar。2.3 变电所3的负荷计算和无功补偿计算1、根据设计任务书的要求，按照需要系数法计算各组负荷有功功率 无功功率 视在功率 总的计算电流 上述四个公式中：Pe：每组设备容量之和，单位为kW；Kd：需要用系数； cos:功率因数。2、锅炉房的计算电荷；有功功率 无功功率 3、水泵房的计算电荷；有功功率 无功功率 4、化验室的计算电荷；有功功率 无功功率 5、卸油泵房的计算电荷；有功功率 无功功率 6、总负荷的计算：有功功率 无功功率 视在功率

17、 总的计算电流 式中：对于干线，可取K p =0.85-0.95，Kq =0.90-0.97。对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取K p =0.8-0.9，Kq =0.85-0.95。考虑各用电设备的最大负荷不同时出现的因素,取Kp=0.95, Kp=0.97 计算负荷表用电设备Pe/kwKxcostg计 算 机 负 荷Pe/kwQj/kvarSj/kVAIj/A锅炉房1510.750.80.75113.2584.94水泵房1180.750.80.7588.566.38化验室500.750.80.7537.528.1

18、3卸油泵房280.750.650.752115.75合 计347260.25195.19考虑各用电设备的最大负荷不同时出现的因素,取Kp=0.95, Kp=0.97247189311473 表92、变压器损耗估算 Pb=1%Sj=0.01×311=3.1kwQb=5%Sj=0.05×311=15.6kvar3、无功功率补偿计算 从设计任务书的要求可知，工厂10KV高压侧进线在最大负荷时，其功率因素不应小于0.9，考虑到变压器的无功功率损耗Qb，远远大于有功功率损耗Pb，因此，在变压器的低压侧进行无功功率补偿时，其补偿后的功率因素应稍大于0.9，现设cos=0.96，则有功功

19、率负荷系数 =Tmax/Tn=6000/（24×306）=0.82无功功率负荷系数 =(1+10%) =1.1×0.82=0.9低压侧在补偿前的功率因素为: 因此，所需要的补偿容量为： 选取高压侧在补偿后的负荷及功率因素计算： 满足了设计任务书的要求，其计算数据如下：项 目cos计算机负荷Pj/kWQj/kvarSj/kVAIj/A低压侧补偿前0.766247189311472.5需要补偿容量-112变压器损耗18.531.1高压侧补偿后0.906253.2108.1275.315.9 表10根据设计任务书的要求以及以上计算结果，选取：并联补偿电容为 BW04-14-3型电

20、容器9只。补偿总容量14kvar×9=126kvar。3 系统主接线方案3.1 主接线的基本要求  主接线是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。概括地说，对一次接线的基本要求包括安全、可靠、灵活和经济四个方面。 1、安全性  安全包括设备安全及人身安全。一次接线应符合国家标准有关技术规范的要求，正确选择电气设备及其监视、保护系统，考虑各种安全技术措施。2、可靠性  不仅和一次

21、接线的形式有关，还和电气设备的技术性能、运行管理的自动化程度因素有关。3、灵活性  用最少的切换来适应各种不同的运行方式，适应负荷发展。4、经济性在满足上述技术要求的前提下，主接线方案应力求接线简化、投资省、占地少、运行费用低。采用的设备少，且应选用技术先进、经济适用的节能产品。总之，变电所通过合理的接线、紧凑的布置、简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投的目的。 根据设计任务的要求，主接线的设计必须满足工厂电气设备作为二级负荷的要求，因此：3.2 方案1：双回路高压单母线主接线

22、该方案虽然采用双回路高压单母线供电，实行一主一备的供电方式，通过双回路供电解决了对二级负荷供电的要求，但由于采用了有一个变压器固定对一组用电设备供电的单点供电方式，当某一台变压器发生故障或检修时，原来由该变压器负责供电的用电设备必须被停止供电，因此仍不能满足对二级负荷供电的要求，故该方案不能采纳。3.3 方案2：双回路高压单母线低压单母线分段主接线该方案也采用双回路高压单母线供电，实行一主一备的供电方式，也是通过双回路供电解决了对二级负荷供电的要求，与方案1不同的是，该方案采用了低压单母线分段的接线方式，在某一台变压器发生故障或检修时，通过母联断路器连接相邻母线，改变运行方式，以保证工厂的所有

23、用电设备不会出现长时间断电，即在任何时候都能满足对二级负荷的供电要求，而在设备投资上，只增加了两套断路器设备的投资，却大大提高了供电的可靠率。3.4 方案的比较与选择选择结果：由于方案2与方案1，在技术和经济的综合指标的比较中最优，因此，在本设计中，选用方案2作为本设计的主接线方案。方案详细的图纸如下: 配电系统电气主接线图 图24. 变电所位置及变压器选择4.1 变压器选择1、变电所1变压器选择 根据补偿后的总计算负荷（760.3kVA），选择型号为：S9-800-10Kv/0.4kVA的变压器.2、变电所2变压器选择 根据补偿后的总计算负荷（894.8kVA），选择型号为：S9-1000-

24、10kV/0.4kVA的变压器.3、变电所3变压器选择根据补偿后的总计算负荷（275.3kVA），选择型号为： S9-315-10Kv/0.4kVA的变压器.4.2 变压器重新选择因为在本设计中，选择了方案2为主接线方案，变压器数量和容量的选择必须满足二级负荷供电的要求，也即同一供电负荷必须由两个以上的变压器供电，当某一台变压器发生故障或检修时，另外的变压器必须负担起退出运行变压器的原来所负担的负荷，因此，对于两台负荷最大的变压器，其单台变压器容量的选择必须可以承担两者用电设备负荷总和的0.7倍，以解决单台变压器运行时的单点故障的问题。在本设计中，变压器1和变压器2所带的用电负荷是最大的，变压

25、器1的供电负荷=760.3kVA、变压器2的供电负荷=894.8kVA，因此，变压器1、变压器2的单台容量必须大于：（894.8+760.3）×0.7=1158.6kVA同时,适当考虑一定的发展裕度,所以,在方案中,必须重新选择三个变压器的容量,即:变压器1重新选择型号为S9-1250-10/0.4的变压器。变压器2重新选择型号为S9-1250-10/0.4的变压器。变压器3重新选择型号为S9-315-10/0.4的变压器。4.3 变电所位置选择原则： 1、变电所尽量选择在负荷中心，可减少低压损耗。 2、便于维修。 3、便于进出线 4、节约费用。 5、便于运行安全。 变电所配置方案

26、图35 短路电流计算5.1 确定计算电路及计算电抗 1、计算电路图 图4 设基准容量 基准电压 基准电流 X1 X2 d2X3-2X3-1X3-3d3支路2支路1支路32、等值电路图 图53、计算电抗 系统电抗X1=Xsmax*=SB/Sdmax=100/187=0.535（最大运行方式下）X1=Xsmin*=SB/Sdmin=100/107=0.935（最大运行方式下）架空线路电抗 X2=XL*=XOL（SB/VB12）=0.4×0.5×100/10.52=0.181变压器1电抗 X3-1=XT1*=（SS%/100）（SB/ST1） =(10.5/100)(100/1.

27、25)=8.4变压器2电抗 X3-2=XT2*=（SS%/100）（SB/ST2） =(10.5/100)(100/1.25)=8.4变压器1电抗 X3-3=XT3*=（SS%/100）（SB/ST3） =(10.5/100)(100/0.315)=33.35.2 短路电流计算 由于由X1X2X3-2组成的支路2的电抗X最小，即短路电流最大，所以本计算仅以支路2为例，计算电路的短路电流，其他支路的短路电流的计算以此类推。1、d2点的短路电流计算1）三相短路电流周期分量的有效值2）三相短路次暂态电流和稳态电流3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值4）三相短路容量 2、d 3点的短路电流

28、计算1）三相短路电流周期分量的有效值2）三相短路次暂态电流和稳态电流3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值4）三相短路容量 6 变电所一次设备的选择高压断路器的选择6.1高压断路器的选择 根据设计任务书的条件，配电所的继保动作时限不能大于1秒，即，断路器开短时间，非，周期分量等效时间，则：短路假想时间。1.安装在10kV高压进线的断路器最大工作电流 2.安装在变压器高压侧的断路器 因为最大工作电流出现在其中一台1250kVA的变压器停止运行，其原负荷完全由另外一台1250kVA的变压器承担的情况下，因此最大工作电流 =91A根据设备额定电流IeIgmax的原则，选择VK-10J25A

29、 DC220V型真空断路器，其计算数据和技术数据列表如下：计算数据技术数据校验结果项目数据项目数据Ue10kVUe10kV合格Igmax103.18AIe630A合格Id7.682kAI25kV合格ich19.589kAimax64kV动态合格Id2tima7.6822×1.25=74It2t252×4=2500稳态合格 表116.2高压隔离开关的选择 1、高压隔离开关的作用：高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的输电设备，以及对被检修的高压母线、断路器等电器设备与带电的高压线路进行电气隔离的设备。  2、形式结构：高压隔离开关一般有底座、支柱绝缘子、导电

30、刀闸、动触头、静触头、传动机构等组成。一般配有独立的电动或手动操动机构，单相或三相操动。高压隔离开关主刀闸与接地刀闸间一般都设有机械连锁装置，确保两者之间操作顺序正确。各类高压隔离开关、接地开关根据不同的安装场所有各种不同的安装方式  3、选择条件：海拔高度不大于1000米为普通型，海拔高度大于1000米为高原型；地震烈度不超过8度；环境温度不高于+400C，户内产品环境温度不低于-100C，户外产品环境温度不低于-300C；户内产品空气相对湿度在+250C时其日平均值不大于95%，月平均值不大于90%（有些产品要求空气相对湿度不大于85%；户外产品的覆冰厚度分为5毫米和10毫米；户内产品周围空气不受腐蚀性或可燃气体、水蒸气的显著污秽的污染，无经常性的剧烈震动。户外产品的使用环境为普通型，根据设计条件，选择户内型高压隔离开关。根