变电所供配电设计

一、设计目的熟悉电力设计的相关规程、规定，树立可靠供电的观点，了解电力系统，电网设计的基本方法和基本内容，熟悉相关电力计算的内容，巩固已学习的课程内容，学习撰写工程设计说明书，对变电所区域设计有初步的认识。二、设计要求（1）通过对相应文献的收集、分析以及总结，给出相应项目分析，需求预测说明。（2）通过课题设计，掌握电力系统设计的方法和设计步骤。（3）学习按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计方法和计算结果。（4）学生应抱着严谨认真的态度积极投入到课程设计过程中，认真查阅相应文献以及实现，给出个人分析、设计以及实现。三、设计任务（一）设计内容总降压变电站设计（1）负荷计算（2）主机接线设计：选主变压器及高压开关等设备，确定最优方案。（3）短路电流计算：计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。（4）主要电气设备选择：主要电气设备选择及校验。选用型号、数量、汇成设备一览表。（5）主要设备继电保护设计：元件的保护方式选择和整定计算。（6）配电装置设计：包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。（7）防雷、接地设计：包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。车间变电所设计根据车间负荷情况，选择车间变压器的台数、容量，以及变电所位置的原则考虑。厂区配电系统设计根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。（二）设计任务设计说明书，包括全部设计内容，负荷计算，短路计算及设备选择（要求列表）；电气主接线图。四、设计时间安排查找相关资料（1天）、总降压变电站设计（3天）、车间变电所设计（2天）、厂区配电系统设计（1天）、撰写设计报告（2天）和答辩（1天）。五、主要参考文献电力工程基础工厂供电继电保护.电力系统分析[5]电气工程设计手册等资料指导教师签字:一.原始资料工厂负荷数据：工厂多数车间为三班制，年最大负荷利用小时数4600小时。工厂负荷统计资料见表1。设计需要考虑工厂5年发展规划负荷（工厂负荷年增长率按2%）。

表1:化纤厂负荷情况表序号车间及设备安装容量（kW）需要系数Kd_tg1纺练车间通风机180淋洗机6变频机840传送机402原液车间照明15400.430.503酸站照明10600.550.604锅炉房照明10200.650.655排毒车间照明8600.458供电电源请况：按与供电局协议，本厂由3公里外变电所（），100MVA变压器供电，供电电压可任选。另外，与本厂相距5公里处的其他工厂可以引入10kV电缆做备用电源，能满足本厂负荷的40%（重要负荷），在本厂主要电源故障或检修时投入。电源的短路容量（城北变电所）：35kV母线的出线断路器断流容量为500MVA；10kV母线的出线断路器断流容量为450MVA。电费制度：按两部制电费计算。变压安装容量每1kVA为18元/月，电费为元/kW-ho气象资料：本厂地区最高温度为38度，最热月平均最高气温为30度。地质水文资料：本厂地区海拔60m，底层以砂粘土为主，地下水位为2m。XXX化纤厂变电所供配电设计摘要电力工程系统中电力网将输送、交换、和分配电能，它需要由变电所和各种不同电压等级的电力线路组成。通过对电能的输送和分配进行控制、调节、测量，从而实现电力系统经济高效的运行。电能作为现代工业生产的主要能源，电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转化为其他形式的能量以供应用，对发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。但不同的地点和工厂需要的电压等级是各不相同的，需要变电所来完成不同电压等级之间的转换。本次课程设计是对化纤厂变电所供配电进行设计，通过负荷计算和短路计算来选取最佳的变压器和各种电气设备，以保证该化纤厂安全、可靠、高效、经济的运行。并通过Autocad画出该化纤厂的供电平面图和电气主接线图。关键词：电力工程，化纤厂，变电所，Autocad绘图软件目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章负荷计算1负荷分级及供电要求1\o"CurrentDocument"负荷计算1按需要系数法计算负荷原则1各车间负荷计算2\o"CurrentDocument"总降压变电所变压器容量选择7无功补偿7厂区供电平面设计8\o"CurrentDocument"第二章短路电流计算10求各元件电抗标幺值10三相短路电流及短路容量计算11\o"CurrentDocument"第三章确定供电方案13\o"CurrentDocument"方案一：35kV电压供电13\o"CurrentDocument"方案二：10kV电压供电13\o"CurrentDocument"第四章本变电所高低压电气设备的选择15\o"CurrentDocument"按正常工作条件选择15\o"CurrentDocument"按短路情况进行校验15电气设备的选择16\o"CurrentDocument"母线及厂区高压配电线路选择18\o"CurrentDocument"第五章防雷保护21架空线路的防雷措施21\o"CurrentDocument"变配电所的防雷措施21\o"CurrentDocument"第六章电气主接线设计23\o"CurrentDocument"第七章结论24\o"CurrentDocument"参考文献25第一章负荷计算§（1）一级负荷应有两个回路（或两个回路以上）的独立电源供电。两路电源应来自不同电源点或同一变电站的不同变压器供电的不同母线段。当其中一个电源发生故障时，另一路电源不受影响，且能承担全部负载。负荷容量较大或有高雅用电设备应采用两路高压电源。如一级容量不大，可从电力系统或邻近单位取得第二低压电源。（2）二级负荷应有两个电源供电，供电变压器也应由两台（两台变压器不一定在同一变电所）。做到当发生贷能力变压器故障或电力线路常见故障时不致中断供电或中断后能迅速恢复。（3）三级负荷对供电电源的要求。对松散级负荷供电无特殊要求。§负荷计算§（1）单组用电设备计算负荷的确定单组用电设备的计算负荷的计算公式：P=KP30deP°=KdPQ=PtanpS=P/cos中130=S30顷un（2）多组用电设备用电负荷的确定多组用电设备的计算负荷的计算公式:QP30=KLQ30.,30S30=寸［02+Q302I30=SI.粕U30NK^Z为同时系数，一般取S确定视在负荷后选取变压器的型号和容量，并计算变压器的功损耗。p=S30/SNTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"AP=AP+p2APT0kAQ=SN*(I%+p2U%)T1000k计算10kV侧的计算负荷P30总=P30+ATQ=Q+AQ30总30T"bC2I30=S30"在总降压变压器处无功补偿无功功率补偿及补偿容量的计算Q=Q-Q=P*(tan中一tan0)=P*Can(arccos申)-(arccostan0)§(1)纺练车间对1车间纺练车间，先求各组的计算负荷a.通风机组已知p=180KW%=0.70tan中=0.75P301=%P=0.70^80=126KW已知P=6KWKe=0.75tang=0.78dP30.2Q=Ptang=4.5*0.78=已知P=6KWKe=0.75tang=0.78dP30.2Q=Ptang=4.5*0.78=3.51kvar=K^P=0.75*6=4.5KW30.2c.变频机组已知P=840KW

e七=0.80tang=0.70=K^P=0.8*840=672KWP30.3go=Ptang=672*0.70=470.4kvar30.3已知P=40KW

eK=0.80tang=0.70d30.1P04=Kf=0.8*40=32KWQ30=Ptang=32*0.70=22.4kvar取ZQ30匕血)=K^Z勾=0.9*126+4.5+372+32=751.05KW

Q30(D=KzZQ30・=0.9*94.5+3.51+470.4+22.4=531.73kvar、(D=夜0(1j+Q30(1j=、".052+531-732=920.22KE选取S9-1000/10,10/0.4,Yyn0型变压器AP0=1.7KWAP=10.3KWI%=0.7U%=4.5

P=、/Sn=0.92AP=AP+p2AP=10.42KWT0AQ=1Sno*(I0%+p2Uk%)=45.11kvarP=P+AP=761.4KW30总30T

Q总=Q+AQ=576.84kvarS3说飞％2+%2=成2^I=S/印=55.1530N、N（2）原液车间已知Pe=1540KWK=0.43tanp=0.50co叩=0.89P30（2）=KP=0.43*1540=已知Pe=1540KWK=0.43tanp=0.50co叩=0.89P30（2）=KP=0.43*1540=662.2KWQ30（2）=p0（2）tanp=662.2*0.50=331.1kvarS=P/cosp=662.2/0.89=744.04KV.A30（2）30（2）选取S9-800/10,10/0.4,Yyn0型变压器AP=1.4KWAP=7.5KWI%=0.8U.%=4.5P=S30/Sn=0.93AQtS—N100AP=AP+p2AP=7.89KWT0k_*（I0%+p2Uk%）=37.54kvar=P30+AP『=670.09KWP30总Q总=Q+AQ=368.64kvarS30总=J《0总之+Q30总之=764.8KV.AI=S/.印=44.16130NN（3）酸站车间已知P=1060KW=0.55tanp=0.60KdP303）=Ptanp=583*0.60349.8kvar=KP=0.55*1060583KWdeQ-303）303）£03）=P03）/Cosp=583/0.857=680.2KVAI%=0.8AP=1.4KW△PI%=0.80P=S30/SN=0.85=AP0=AP0+P2Apk=6.82KW△Qt工*(/%+p2U%)=△Qt1000kP总=P0+AP=589.82KWQ总=Q%+AQt=382.21kvarS总=JP总2+Q总2=702.31KV.AI30=Sn/网n=40.55A锅炉房已知P=1020KWKd=0.65tanp=0.65P=KP=0.65*102(=663KWTOC\o"1-5"\h\z30(4)deQ=Ptanp=663*0.65=430.95kvar30(4)30(4)S=P/cosp=663/0.838=791.17KV.A30(4)30(4)选取S9-1000/10,10/0.4,Yyn0型变压器机=1.7KWAP=10.3KWI%=0.7U上%=4.5P=S30/Sn=0.79AP=AP+p2AP=8.12KWT0kP总=P0+AP=671.12KWQ总=Q+AQ=466.03kvarS30总=JP0总2+Q30总之=817.06KV.AI30=S.焰Un=47.17A（5）排毒车间已知p=860KWKd=0.45tanp=0.68cosp=0.827TOC\o"1-5"\h\zP=KP=0.45*86佳387KW30（5）deQ=Ptanp=387*0.68=263.16kvar30（5）30（5）S=P/cosp=387/0.827=467.96KV.A30（5）30（5）选取S9-500/10,10/0.4,Yyn0型变压器△P0=0.96KW、P=5.1KW10%=1.0U上%=4p=S30/SN=0.94△P=△P+pg=5.47KWTOC\o"1-5"\h\zT0k△Q=£*。%+p2U%）=22.67kvarT1000kP总=P0+△P=392.47KWQ总=Q30+△Q=285.83kvarS30总、［P~~2+Q~~F=485.52KVS30总\30总30总130=Sn/伽n=28.03A

表1-1工厂各车间计算负荷汇总车间380V侧计算负荷变压变压器损耗10kV侧计算负荷名称有功无功视在器容有功无功有功无功视在量1纺51000练车间2原800液车间3酸583800589.8站车2间4锅6631000炉房5排387500毒车间总计§1.3总降压变电所变压器容量选择§1.3.1无功补偿S30=』P0总2+Q30总2=3720.43KV.A总降压变压器选4000/35,35/10

总降压变压器的功率因数cos^=s^=0,829<0.93\Q=Q-Q=P*-tan^)=P总*Can(arcco叩)一(arccostanp))=P*(tan(arccos0.829)-(arccostan0.92))=766.95KW选取BWF10.5-50-1Wn=Q/50=15.34n应当取3的倍数所以n=18实际补偿容量Q=n*50=90oKw、=J乌总2+(Q30总—Q)2=3302.78KV.A△p=4.52KW△P=28.8KW10%=0.7U%=7p=S30/SN=0.826△P=△P+p2^P=24.1KW

T0k△Q=X*(I%+p2U%)=219.04kvart1000k变压器高压侧的功率损耗P30=P总+△Pt=3109.14KWQ30=Q总-Q+△Q=1398.59kvarS30=』P30总2+Q%总2=3409.22KV.A

cos?=导=0.912>0.930130=SNI0N=56.23A满足电业部门要求§1.3.2厂区供电平面设计图1-1厂区供电平面设计第二章短路电流计算§求各元件电抗标幺值设Sd=100MV.AUd1=37KV七2=10.5KV七3=0.4KVSI=一—=1.56KA

d1.J3U

d1SI=—」=5.5KA

d2印

d2SI=__」=144.3KAd3J3Ud3（1）电力系统阻抗标幺值已知电源的短路容量（城北变电所）：35kV母线的出线断路器断流容SX*==0.21Sk（2）架空线路WL的阻抗标幺值（选用导线型号LGJ-50）电阻r=0.65/KM,电抗x=0.396/KML=3kMS

X*=x*L*_d_=0.14d1（3）主变压器T1的阻抗标幺值U%S

X*=100*s^—1.75N（4）车间变电所的阻抗标幺值X*4.1U%S*-^=4.5SN.1100X44.2U%100S

*-^X44.2U%100SN.24.3U%*S―k—*―卜=0.56100SN.3X*4.4U%S—k—*—A=4.5100SN.4X*4.5U%

―k—

100S*一SN.5根据计算电路图作出计算电流的等效电路k214.54.5181k110.560.56.--v"vv\110.210.141k214.54.5181k110.560.56.--v"vv\110.210.1411.75图2-1计算电流的等效电路图§（1）匕点短路总电抗标幺值为X£=X；+X；=0.34匕点短路时的三相短路电流及短路容量分别为I=乂41—4.59A三相短路冲击电流、—2.55Ik1—11.7KA三相短路冲击电流三相短路冲击电流有效值

Ih1—1.511k1—6.93KASS=^^—294.12MV.A

k1Xgk2点短路总电抗标幺值为X芬=X:+X；+X；=2.09k2点短路时的三相短路电流及短路容量分别为I=Td2=2.63KAk2X£2三相短路冲击电流.1=2.55I=6.7KAsh2k2三相短路冲击电流有效值I=1.511=3.97KAsh2k2S=-S=47.85MV.Ak2X£（3）k3点短路总电抗标幺值为X芬=X*+X*+X*+X*=6.59k3点短路时的三相短路电流及短路容量分别为Ik3=Ld^=21.9KAx£3三相短路冲击电流.1=2.55I=55.85KAsh3k3三相短路冲击电流有效值I=1.51I=33.07KAsh3k3S=Sd=15.17MV.Ak3x£3表2-1短路点短路容量汇总短路点三相短路电流三相短路容量'k'sh\hSkk1k2k3第三章确定供电方案由于本地区能提供110kV、35kV和10kV个电压等级，由于城北变电所提供110KV电压，经变压器变成35kV或10kV对工厂进行供电，所以需要35kV或10kV中的一种电压，所以将两种电压的优缺点扼要分析如下：§3.1方案一：35kV电压供电采用35kV电压供电的特点：（1）供电电压较高，线路的功率损耗及电能损耗小，年运行费用低；（2）电压损失小，调压问题容易解决；（3）对的要求较低，可以减少提高功率因数补偿设备的投资；（4）需建设总降压变电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占一定的土地面积；（5）根据运行统计数据，35kV架空线路的故障比10KV架空线路的故障低一半，因而供电的可靠性高；（6）有利于工厂的进一步扩展§3.2方案二：10kV电压供电采用10kV电压供电的特点：（1）不需要投资建设工厂总降压变电所，并少占土地面积；（2）工厂内不装设主变压器，可简化接线，便于运行操作；（3）减轻维护工作量，减少管理人员；（4）供电电压较35kV低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也会增大；cos9的值高，要增加补偿设备的投资；35kV的高，即供电可靠性不如35kV。由上述分析可知，方案一优于方案二。因此，选用方案一，即采用35kV电压供电，建设厂内总降压变电所是合理的。第四章本变电所高低压电气设备的选择根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况进行校验，总降压变电所主要高低压电气设备确定如下。电气设备的种类很多，它们的工作条件和运行要求各不同，但是选择这些电气设备的要求基本一致。选择电气设备的一般条件是：保证电气设备在正常工作条件下能可靠工作，而在短路情况下不被损坏。即按长期正常工作条件进行选择，按短路情况进行校验。§按正常工作条件选择电气设备的正常工作条件选择，主要包括以下几个方面：（1）使用环境条件主要包括设备的安装地点（户内或户外）、环境温度、海拔、相对湿度等，还应该考虑防尘、防腐、防爆、防火等要求。即根据安装地点的环境不同，可以分为室内和室外。（2）按工作电压选则电气设备的额定电压UN一般不应小于设备安装点电网的最高工作电压UW.max，即UN>UW.max（3）按工作电流选择电气设备的额定电流】N不应小于设备正常工作时的最大负荷电流1W.max，即TN-1W.max§按短路情况进行校验（1）动稳定校验条件动稳定是指电气设备承受短路电流力效应的能力，满足动稳定的条件是iZi（3）或I>I（3）maxshmaxshimax、Imax、分别为电气设备允许通过的最大电流峰值和有效值，可查相关手册或产品样本；，：：）、i^分别为设备安装地点短路冲击电流的峰值和有效值。

（2）热稳定校验条件热稳定是指电气设备承受短路电流热效应的能力，满足热稳定的条件是12t=121t8ima式中，I为电气设备在t时间内的热稳定电流（KA）；1^为三相短路稳态短路电流（KA）；t为厂家给出的热稳定试验时间（s）；t.ma为假想时间（s）。§的选择选择35kV侧电气设备130=SN/ypUN=4。。。/S*35七66A表4-135kV侧设备的选择表电气条件项目数据设备型号规格电流互感器LCW-35项目断路器SN10-35I/1000隔离开GW4-35G/600UN/KV35UJKV353535I粕/A七/KASk/MV.A66294I"AI/KAS/MV.A1000161000600100/5ih/KAi/KA4550V2*100*0.1=14.1I2t8ima4.592*1.7=3.58I2tt162*4=1024142*5=980（65*0.1）2=42.25还需选取电流互感器JDJJ-35,避雷器FZ-35

(2)选择10kV侧电气设备130=SNI0N=4000/槌*10.5/=220A表4-210kV侧设备的选择表电气条项目g件数据项目设备型号规格电流互感器LAJ-10断路器SN10-10I/630隔离开关GN8-10T/600UN/KV10Un/KV101010I"A220I"A630600300/5七/KAI/KA16Sk/MV.AS^/MV.A300i入/KAi/KA4052<2*180*0.3=76.37I2tsima2.632*1.2=8.3I2tt162*4=1024202*5=2000(100*0.3)2=900消孤线圈的选择按我国有关规定，当3s10kV系统单相接地时的电容电流超过30A，或35s60kV系统单相接地时的电容电流超过10A时，系统中性点应装设消弓瓜线圈。[〜35*L[〜35*L*叽c〜350N35*3*35350=10.5A〉10A所以系统中性点应装设消弧线圈。选择10kV馈电线路设备以第一车间的馈电线路为例，其计算负荷S=955.29MV.AN1计算电流/30=55.15A，10kV侧馈电出线设备的选择方法与主变压器10kV侧相同，因此选用GG-1A(F)-03型高压开关柜§4.4母线及厂区高压配电线路选择主变压器35kV侧引出线35kV侧引出线导线截面按经济电流密度选择，按发热条件和机械强度校验I30=SjaN=3409.22/3*35=56.2A由于任务书中给出的最大负荷利用小时数为4600小时，查表可得：架空线的经济电流密度j=1-15A/mm2。ecA=命=48.9mm2?ec可选用导线型号LGJ-50，其允许载流量为I=220A。1相应参数为电阻r=0.650/KM,电抗x=0.3960/KM。在按发热条件检验：已知9=30^，温度修正系数为：K=」7°—35=0.940\'70-30I=K：I=0.94*220=206.8〉〈°由上式可知，所选导线符合长期发热条件。按机械强度进行校验：查表3-2知35kV架空铝绞线的最小截面为35mm2<50mm2，满足机械强度要求10kV侧汇流母线与10kV侧引出线10kV侧汇流母线与10kV侧引出线按发热条件选择导线截面，然后按热稳定度进行校验。10kV侧汇流母线按发热条件选择截面°10KV母线的最大持续工作电流为220A,查附录表A-8得，30°C时平放单条LMY-50X4型矩形母线热稳定度校验。主变压器10kV侧的假想时间"=2.6s满足热稳定度的最小允许截面积为64和325页A^=I*103^£!=2.63*10*^26=48.74mm2实际选用的母线截面积A=(50mmx4mm)=200mm2>48.74mm2所以热稳定度满足要求。(3)10kV配电线路由于厂区面积不大，个车间变电所距离总降压变压器较近，厂区高压配电线路采取电缆线路，直埋敷设。由于厂区线路较短，因此按发热条件选择导线截面，然后按热稳定度进行校验。以1车间变电所为例，10kV侧计算电流1%=SJ⑶n=955.29/^3*10=55.154查附录表A-7，选ZLQ2-3X35油浸绝缘电力电缆，20C时其允许载流量I1=112A>130因为厂区的高压配电线路很短，线路始末两端短路电流相差不大，故以10kV母线上短路时(k2点)的短路电流进行热稳定度校验。10kV配电线路的假想时间—=0.7s满足热稳定度的最小允许截面积为A=I*103^£a=2.63*10^^8877=25.3mm2<35所以热稳定度满足要求。

表4-3车间的电缆截面选择车间名称线路序号计算负荷S30/KW.A计算电流130/A电缆型号纺练车间WL1ZLQ2-3X35原液车间WL2ZLQ2-3X35酸站车间WL3ZLQ2-3X35锅炉房车间WL4ZLQ2-3X35排毒车间WL5ZLQ2-3X35第五章防雷保护§架设避雷线这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66KV及以上的架空线路上才沿全线装设。35KV的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。而10KV及以下的线路上一般不装设避雷线。提高线路本身的绝缘水平在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架空线路防雷的基本措施。利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线由于3〜10KV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流