《某化纤厂总配变电所及高压配电系统设计》7200字

某化纤厂总配变电所及高压配电系统设计内容提要：本设计根据某化纤毛纺厂的各车间的负荷数据及其其他各种条件，对该厂进行高压供配电系统设备的选择和工厂配电的设计。并且绘画制出了该毛纺厂的主接线图和工厂的平面图。本次设计均在满足国家标准的前提下进行，采用了双回单母分段的方式接线，相较于其他设计更安全可靠。可对该厂的供电设计的安全可靠优质经济性进行保证。关键词：负荷计算；车间变电所；10kV；电力设备目录TOC\o"1-3"\h\u内容提要： I第一章绪论 11.1研究背景及意义 11.2国内外研究现状 11.3本论文主要研究内容及章节安排 1第二章工厂供电设计的基本知识 22.1工厂供电设计的要求 22.2工厂供电的设计依据 2第三章负荷计算和无功功率补偿 53.1负荷计算 53.2无功功率补偿 53.3功率因数校验 7第四章变电所位置、型式、台数和容量的选择 84.1变电所位置的选择 84.2变电所台数的选择 84.3变电所主变压器型式和容量的选择 8第五章变电所主接线方案的设计 9第六章短路电流的计算 10第七章变电所一次设备的选择和校验 147.110kV侧一次设备的选择与校验 147.2380kV侧一次设备的选择和校验 147.3高低压母线的选择 15第八章变电所进出线的选择和校验 168.110kV高压进线和引入电缆的选择 168.2380V低压出线的选择 17参考文献 21第一章绪论1.1研究背景及意义电能是一种污染小的能源，人们的生活离不开电能。工厂能够稳定运行，要结合各种情况进行设计。本设计对某毛纺厂进行供配电，严格按照国家要求，安全、经济、可靠，并尽可能节约成本。具有十分重要的意义。1.2国内外研究现状目前，我国工业快速发展，工业自动化正在逐步实现，随着越来越多自动化设备的使用，工厂对电能的要求也越高，对电能供给的要求也越严格。但依旧存在一些问题可以改善，如停电事故，电气误操作等。工厂一旦停电对设备、经济的损失不可估量，电气误操作甚至危及人身安全。针对这些问题，许多人已经提出了解决措施。我国的工厂配电系统也在逐步完善与进步。国外的供电系统大部分与上世纪相比没有改变，但其用电设备在逐步精进，相比国内设备来说，其价格更高，经济性不能兼顾。1.3本论文主要研究内容及章节安排本次设计主要是给毛纺厂合理安全可靠的进行供电，共分为七个章节。即对原始资料进行分析，从负荷计算到选择高压进线和低压出线等一系列步骤对工厂一次设备进行设计。第二章工厂供电设计的基本知识2.1工厂供电设计的要求（一）工厂电气设计总则工厂供电应该满足安全经济可靠的原则，时刻遵循国家标准来进行设计。（二）设计步骤：图2.1设计步骤2.2工厂供电的设计依据1.工厂总平面布置图图2.2工厂平面图2.车间变电所的组合。3.工厂各车间的负荷情况。表2.1各车间负荷表序号用电设备及车间名设备容量kM需要系数Kdcosφtanφ1制绦车间34052纺纱车间34053织造车间554染整车间49055软水站86．10．650.80.756锻工车间36．90．30．651．177机修车间296．20．30．51．738幼儿园12．80．60．61．339仓库37．960．30．51．7310锅炉房1510.750.80.7511水泵房1180.750.80.7512食堂20.630.750.80.7513浴室、洗发室1.880.81――14宿舍200.81――15卸油泵房280.750.80.7516化验室500.750.80.754.供用电协议（1）从电力系统的某10kV变电站，用双回架空线路向工厂供电。双回架空线路长度为0.5km。（2）工厂最大负荷时功率因数应大于等于0.90。（3）电力系统的短路数据，如下表所示。表2.2电力系统10kV母线的短路数据系统运行方式10kV母线短路容量备注系统最大运行方式时S电力系统可视为无限大容量系统最小运行方式时S5.工厂负荷性质为二级负荷。6.工厂自然条件：车间内最热月份的平均温度为30℃。地中最热月份的平均温度为20℃。土壤冻结深度为1.10米。车间环境属正常干燥环境。7.配电系统图图2.3配电系统图第三章负荷计算和无功功率补偿3.1负荷计算计算公式为：P30=Pe∙QSI计算结果如下表所示：表3.1各车间及车间变电所计算负荷表序号用电设备及车间名设备容量kＷ需要系数Kdcosφtanφ计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kV∙AI30/A1制绦车间3405272204340516.577纺纱车间3405272204340516.577软水站86．10．650.80.7555.96541.9869.96106.293锻工车间36．90．30．651．1711.0712.9517.0325.874机修车间296．20．30．51．7388.86153.73177.72270.018幼儿园12．80．60．61．337.6810.21412.819.448仓库37．960．30．51．7311.38819.7022.77634.605小计（KΣ=0.91149.963.754.658.21647.1581.94882.271340.452织造车间55420315525797.655染整车间4905392294490744.478浴室、洗发室1.880.81――1.50401.5042.285食堂20.630.750.80.7515.47311.60419.3429.384宿舍200.81――1601624.309小计（KΣ=0.91057.513.954.42.25760.48558.54946.261438.303锅炉房1510.750.80.75113.384.94141.56215.078水泵房1180.750.80.7588.566.375110.625168.077卸油泵房280.750.80.752115.7526.2539.883化验室500.750.80.7537.528.12546.87570.763小计（KΣ=0.934733.23234.27175.68292.79444.423.2无功功率补偿采用并联电容器的方式补偿。由tanφ=tanφ1=581.94tanφ2=558.54tanφ3=175.68所以，arctanφ1=41.96，arctanφ2=36.28，arctan可得：cosφ1=0.74，cosφ2=0.81，cos由以上计算结果可知，此毛纺厂各车间380V侧最大负荷时的功率因数为0.74、0.81、0.80。而由设计依据可知，该毛纺厂的最大负荷时功率因数需大于等于0.90。因为主变压器的无功功率损耗远大于有功功率损耗，380V侧最大负荷时功率因数取tanφ2QC=P30(tanφ1-tanφ2)=QC1QC2QC3并联电容器个数计算：n选BW0.4-14-3型电容器，其单个容量qc=14kvar。由上个公式得303.49÷14=21.7，231.19÷14=16.5，74.97÷14=5.355。BW0.4-14-3型电容器的相数为1，但应使三相平均分配，所以n取大于计算结果的3的倍数。即各车间并联电容器个数应如下表。所以应并联的总容量Q为48×14=672kvar补偿前：P30=647.1+760.48+234.27=1641.85kvar，Q30=581.94+558.54+175.68=1316.16kvar补偿后：P30=1641.85kvar，Q30表3.2并联电容器个数车间124车间218车间36总数48S30=√（P30表3.3车间1的无功功率补偿项目cos计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/Kv∙AI30/A380V侧补偿前负荷0.74647.1581.94870.281322.25380V侧无功功率补偿容量-336380V侧补偿后负荷0.934647.1245.94692.261051.78主变压器功率损耗0.01S30=6.920.05S30=34.61310kV侧负荷总计0.919654.02280.533711.66541.87表3.4车间2的无功功率补偿项目cos计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/Kv∙AI30/A380V侧补偿前负荷0.81760.48558.54943.5551433.58380V侧无功功率补偿容量-252380V侧补偿后负荷0.927760.48306.54819.941245.77主变压器功率损耗0.01S30=8.1990.05S30=40.99710kV侧负荷总计0.911768.679347.537843.60148.71表3.5车间3的无功功率补偿项目cos计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/Kv∙AI30/A380V侧补偿前负荷0.8234.27175.68292.824444.9380V侧无功功率补偿容量-84380V侧补偿后负荷0.931234.2791.68251.57382.22主变压器功率损耗0.01S30=2.5160.05S30=12.57910kV侧负荷总计0.915237.086104.259258.99814.953.3功率因数校验车间1：S=647.12+245.94车间2：S=760.482+306.54车间3：S=234.272+91.38可知各车间功率因数均大于0.9，满足供电部门的要求。第四章变电所位置、型式、台数和容量的选择4.1变电所位置的选择变电所应该在离工厂负荷的中心比较近的位置。确定工厂的负荷中心可以采用负荷功率矩法，计算公式为x=P1x1+P2x2+P34.2变电所台数的选择本化纤毛纺厂均属于二级负荷，每个车间选择一台变压器，但应该保障供电的可靠性，每个车间再用一个和主变压器相同的备用变压器。4.3变电所主变压器型式和容量的选择由于本厂每个车间选择一台主变压器，容量选择应遵循SN.T≥SN.T表示每台变压器的容量；S选择的变压器如下表：表4.1各车间选择的变压器型号变压器型号额定容量/kV∙A联结组标号空载电流I0%阻抗电压U%1S9-800/10(6)800Yyn00.84.52S9-1000/10(6)1000Yyn00.74.53S9-315/10(6)315Yyn01.14第五章变电所主接线方案的设计采用双回路单母分段的接线方式，接线图如下。图5.1主接线图第六章短路电流的计算1.绘制计算电路如下图图6.1计算电路图2.确定基准值设Sd=100MV∙A,Ud=Uc=1.05UN,即高压侧Ud1=10.5kV,低压侧Ud2=0.4kV在最小运行方式下：Id1=Sd√3UId2=Sd√3U短路电路中各元件的电抗标幺值：（1）电力系统已知Soc=107MV故Xs∗=Sd（2）线路阻抗XL∗=（3）电力变压器由上表可得Uz1%=4.5，Uz2%=4.5，Uz3%=4则XT1∗=XT2∗=XT3∗=因此绘制短路计算等效电路图如图所示图6.2等效电路图2.计算XΣ（k−1）∗、Ik−1(3)、I''(3)、I∞总电抗标幺值XΣ（k−1）∗=X三相短路电流周期分量有效值Ik−1(3)=Id1其他短路电流I''(3)=I∞(3)=Ik−1isℎ(3)=2.55Isℎ(3)=1.51三相短路容量Sk−1(3)=SdXΣ（k−1）3.计算XΣ（k−21）∗、XΣ（k−22）∗、XΣ（k−23）∗、Ik−21(3)、Ik−22(3)XΣ（k−21）∗=Xs∗XΣ（k−22）∗=Xs∗XΣ（k−23）∗=Xs∗三相短路电流周期分量有效值Ik−21(3)=Id2Ik−22(3)=Id2Ik−23(3)=Id2其他短路电流I''(3)=I∞(3)=I''(3)=I∞(3)I''(3)=I∞(3)isℎ(3)=1.84isℎ(3)=1.84isℎ(3)=1.84Isℎ(3)=1.09Isℎ(3)=1.09Isℎ(3)=1.09三相短路容量Sk−21(3)=SSk−22(3)=SSk−23(3)=S在最大运行方式下：Id1=Sd√3UId2=Sd√3U1.各元件的电抗标幺值：（1）电力系统已知Soc=187MV故Xs∗=Sd（2）电力线路XL∗=（3）电力变压器由上表可得Uz1%=4.5，Uz2%=4.5，则XT1∗=XT2∗=XT3∗=2.计算XΣ（k−1）∗、Ik−1(3)、I''(3)、I∞XΣ（k−1）∗=X三相短路电流周期分量有效值Ik−1(3)=Id1其他短路电流I''(3)=I∞(3)isℎ(3)=2.55Isℎ(3)=1.51三相短路容量Sk−1(3)=S3.计算XΣ（k−21）∗、XΣ（k−22）∗、XΣ（k−23）∗、Ik−21(3)、Ik−22(3)XΣ（k−21）∗=XXΣ（k−22）∗=XXΣ（k−23）∗=Xs∗三相短路电流周期分量有效值Ik−21(3)=Id2Ik−22(3)=Id2Ik−23(3)=Id2其他短路电流I''(3)=I∞(3)I''(3)=I∞(3)I''(3)=I∞(3)isℎ(3)=1.84isℎ(3)=1.84isℎ(3)=1.84Isℎ(3)=1.09Isℎ(3)=1.09Isℎ(3)=1.09三相短路容量Sk−21(3)=SSk−22(3)=SSk−23(3)=S短路计算结果如下表所示：表6.1最小运行方式下短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量MV∙AIIIiISk-15.0465.0465.04612.8677.61991.743k-2（车间1）21.44521.44521.44539.45923.37514.892k-2（车间2）25.7625.7625.7647.39828.07817.889k-3（车间3）10.44410.44410.44419.21711.3847.253表6.2最大运行方式下短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量MV∙AIIIiISk-17.9717.9717.97120.32612.036144.928k-2（车间1）22.80322.80322.80341.95624.85515.835K-2（车间2）27.74627.74627.74651.05330.24319.268K-3（车间3）10.75610.75670.75619.79111.7297.469第七章变电所一次设备的选择和校验7.110kV侧一次设备的选择与校验表7.110kV侧一次设备的选择与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UIIiI数据10kV57.7A(I46.2A18.2A7.97kA20.326kA7.972一次设备型号规格额定参数UIIiI高压真空断路器ZN2-10/63010kV630A11.6kA30kA11.62高压隔离开关GN810kV200A--25.2kA102高压熔断器RN2-1010kV0.5A50kA电压互感器JDZJ-1010√3/0.1√3电流互感器LQJ-1010kV400/5A--160×√2×0.4kA=90.5kA（75×0.4）2二级负荷0.6Ω上表中所选的设备满足校验要求。7.2380kV侧一次设备的选择和校验表7.2380V侧一次设备的选择与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UIIiI数据380V1340.45A1438.30A444.42A27.75kA51.05kA27.752一次设备型号规格额定参数UIIiI低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA低压断路器DW15-600/3D380V600A(大于I3030kA（一般）低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5380V100A/5A160A/5A上表中所选的设备满足校验要求。7.3高低压母线的选择表7.36-10kV变电所高低压LMY型硬铝母线的常用尺寸变压器容量/kV∙A200250315400500630800100012501600高压母线40×4低压母线相母线40×450×560×680×680×8100×8120×102（100×10）2（120×10）中性母线40×450×560×680×680×880×10上表中母线满足动稳定和热稳定的校验，可直接选出高低压侧所需母线，即：表7.4高低压侧所选择的母线尺寸母线型号尺寸10kV侧母线选择LMY-3(40×4)40mm×4mm380V侧母线母线型号相母线尺寸中性母线尺寸车间1LMY-3(100×8)+60×6100mm×8mm60mm×6mm车间2LMY-3(120×10)+80×6120mm×10mm80mm×6mm车间3LMY-3(50×5)+40×450mm×5mm40mm×4mm以上母线尺寸，已满足要求，所以无需进行校验。第八章变电所进出线的选择和校验8.110kV高压进线和引入电缆的选择（一）10kV高压架空线的选择和校验选择LJ型铝绞线双回架空敷设，接往10kV干线。1.按发热条件选择I30由文献[2]中表8-34可知,室外架设并且环境温度为30℃时IalIal=160A>I满足发热条件。所以初选LJ-35型号架空线。2.机械强度的校验由文献[2]中表8-32可知，6-10kV铝绞线的为Amin=35mm2,即按以上原则选的LJ-35（二）架空线和变电所之间的引入电缆的选择和校验车间1采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设，校验如下：1.按发热条件选择I30由文献[2]表8-44土壤温度为25℃时IIal=90A>满足发热条件。所以初步选择缆芯截面积为25mm2的交联电缆。2.短路热稳定的校验满足短路热稳定的最小截面积为：Amin=I∞(3)√timaC=7971×不满足校验要求，选YJL22-10000-3×120型号的电缆。车间2校验如下：1.按发热条件选择I30由文献[2]表8-44土壤温度为25℃时IIal=90A>满足发热条件。所以初步选择缆芯截面积为25mm2的交联电缆。2.短路热稳定的校验满足短路热稳定的最小截面积为：Amin=I∞(3)√timaC=7971×不满足校验要求，选YJL22-10000-3×120型号的电缆。车间3校验如下：1.按发热条件选择I30由文献[2]表8-44土壤温度为25℃时IIal=90A>满足发热条件。所以初步选择缆芯截面积为25mm2的交联电缆。2.短路热稳定的校验满足短路热稳定的最小截面积为：Amin=I∞(3)√timaC=7971×不满足校验要求，选YJL22-10000-3×120型号的电缆。8.2380V低压出线的选择低压出线均采可采用VLV22-1000型交联聚氯乙烯绝缘铝芯电缆，敷设方式均为直接埋地。（一）制条车间出线电缆选择及校验为：1.按发热条件选择I30已知地下0.8米土壤温度25℃初选3×240mm2的铝芯电缆Ial=720A＞I满足发热条件。2.校验电压损耗变电所到制条车间大至约有50m，当缆芯的工作温度为75摄氏度，电缆的额定截面积为240mm2时，电缆电阻为0.16欧姆每千米，电缆电抗为0.07欧姆每千米。由设计依据可知P30=272kW，Q30=204kvar，因此：ΔU=272kW×(0.16×0.05）Ω+204kvar×（0.07×0.05）ΩΔU%=（7.61/380）×100%=2.0%<ΔUal%=5%满足校验要求。3.短路热稳定校验：满足短路热稳定的最小面积为Amin=I∞(3)√timaC=22803×√0.75满足短路热稳定校验。由上可知，制条车间出线电力电缆为VLV22-1000-3（3×240mm2）。（二）纺纱车间：1.按发热条件选择I30已知地下0.8米土壤温度25℃初选3×240mm2的铝芯电缆Ial=720A＞I满足发热条件。2.校验电压损耗变电所到纺纱车间大至约有100m，当缆芯的工作温度为75摄氏度，电缆的额定截面积为240mm2时，电缆电阻为0.16欧姆每千米，电缆电抗为0.07欧姆每千米。由设计依据可知P30=272kW，Q30=204kvar，因此：ΔU=272kW×(0.16×0.1）Ω+204kvar×（0.07×0.1）ΩΔU%=（15.21/380）×100%=4.0%<ΔUal%=5%满足校验要求。3.短路热稳定校验满足短路热稳定的最小面积为Amin=I∞(3)√timaC=22803×√0.75满足短路热稳定校验。由上可知，纺纱车间出线电力电缆为VLV22-1000-3（3×240mm2）。（三）织造车间1.按发热条件选择I30已知地下0.8米土壤温度25℃初选4×240mm2的铝芯电缆Ial=960A＞I满足发热条件。2.校验电压损耗变电所到织造车间大至约有50m，当缆芯的工作温度为75摄氏度，电缆的额定截面积为240mm2时，电缆电阻为0.16欧姆每千米，电缆电抗为0.07欧姆每千米。由设计依据可知P30=420kW，Q30=315kvar，因此：ΔU=420kW×(0.16×0.05）Ω+315kvar×（0.07×0.05）ΩΔU%=（11.74/380）×100%=3.1%<ΔUal%=5%满足校验要求。3.短路热稳定校验满足短路热稳定的最小面积为Amin=I∞(3)√timaC=27746×√0.75满足短路热稳定校验。由上可知，织造车间出线电力电缆为VLV22-1000-3（4×240mm2）。（四）染整车间1.按发热条件选择I30已知地下0.8米土壤温度25℃初选4×240mm2的铝芯电缆Ial=960A＞I满足发热条件。2.校验电压损耗变电所到织造车间大至约有50m，当缆芯的工作温度为75摄氏度，电缆的额定截面积为240mm2时，电缆电阻为0.16欧姆每千米，电缆电抗为0.07欧姆每千米。由设计依据可知P30=392kW，Q30=294kvar，因此：ΔU=392kW×(0.16×0.05）Ω+294kvar×（0.07×0.05）ΩΔU%=（10.96/380）×100%=2.9%<ΔUal%=5%满足校验要求。3.短路热稳定校验满足短路热稳定的最小面积为Amin=I∞(3)√timaC=27746×√0.75满足短路热稳定校验。由上可知，织造车间出线电力电缆为VLV22-1000-3（4×240mm2）。（五）饮水站VLV22-1000-3×240mm2（六）锻工车间VLV22-1000-3×240mm2（七）机修车间VLV22-1000-3×240mm2（八）幼儿园VLV22-1000-3×240mm2（九）仓库VLV22-1000-3×240mm2（十）浴室、理发室VLV22-1000-3×240mm2（十一）食堂VLV22-1000-3×240mm2（十二）单身宿舍VLV22-1000-3×240mm2（十三）锅炉房VLV22-1000-3×240mm2（十四）水泵房VLV22-1000-3×240mm2（十五）化验室VLV22-1000-3×240mm2（十六）油泵房VLV22-1000-3×240mm2表8.1变电所进出线和联络线的型号规格线路名称导线或电缆型号10kV电源进线LJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22-10000-3×120交联电缆（直埋）380V低压出线制条车间VLV22-1000-3（3×240mm2）三芯塑料电缆（直埋）纺纱车间VLV22-1000-3（3×240mm2）三芯塑料电缆（直埋）饮水站VLV22-1000-3×240mm2三芯塑料电缆（直埋）锻工车间VLV22-1000-3×240mm2三芯塑料电缆（直埋）机修车间VLV22-1000-3×240mm2三芯塑料电缆（直埋）幼儿园VLV22-1000-3×240mm2三芯塑料电缆（直埋）仓库VLV22-1000-3×240mm2三芯塑料电缆（直埋）织造车间VLV22-1000-3（4×240mm2）三