化纤毛纺织厂总配电及配电系统设计

1、目录目录 前言前言.2 一、全厂负荷计算一、全厂负荷计算.1 二、无功功率的补偿及变压器的选择二、无功功率的补偿及变压器的选择.3 三、主接线设计三、主接线设计.4 四、短路电流计算四、短路电流计算.5 4.1 短路电流计算方法：.5 4.2 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.11 5.1 高压设备器件的选择及校验.11 5.2 低压设备器件的选择及校验.13 六六、变压器保护及二次回路继电保护变压器保护及二次回路继电保护.15 8.1 变压器保护.15 8.2 二次回路继电保护.17 七七、结束语、结束语.19 前前言言 工厂供电就是指工厂所需

2、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及 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及配电系统进行设计， 主要涉及到分配电能，其基本内容有以下几方面：进线电压的选择，变配电所位 置的电气设计，短路电流的计算及继电保护，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

3、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。 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 30 P d K e P d K b)无功计算负荷(单位为 kvA) =tan 30 Q 30 P c）视在计算负荷(单位为 kvA) cos P S 30 30 d 计算电流 ，为用电

4、设备的额定电压。 N 30 30 U3 S I N U 2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) i30p30 PKP 式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系 i30 P p K 数，可取（0.85-0.95） b）计算无功负荷(单位为 kvar) , 3030i K q QQ 其中：是所有设备无功之和；是无功负荷同时系数， 30i Q 30 QK q 可取 0.90.97 c）视在计算负荷（单位 kva） 2 2 3030 30 Q SP d）计算电流（单位 A） 30 30 3 N S I U 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

5、 电压取 380v） 计算负荷 序号 车间或用电 单位名称 设备 容量 (KW) KX cos tan Pjs (KW) Q js ( varK ) Sjs (KVA ) 变压 器台 数及 容量 备 注 K （1）No.1 变电所 1 制条车间 3400.80.80.7 5 272204340 2 纺纱车间 3400.80.80.7 5 272204340 3 软水站 86.10.6 5 0.80.7 5 564270 4 锻工车间 36.90.30.6 5 1.1 7 111317 5 机修车间 296.20.30.51.7 3 89154178 6 托 1 儿所， 幼儿园 12.80.60

6、.61.3 3 81113 7 仓库 37.960.30.51.1 7 111922 8 小计 1123647582882 10.9 （2）No.2 变电所 1 织造车间 5250.80.80.75420315525 2 染整车间 4900.80.80.75392294490 3 浴室、理发 室 1.880.81-1.501.5 4 食堂 20.640.750.80.7515.511.620.6 5 独身宿舍 200.81-16016 6 小计 1057. 5 760.5558.5947. 8 10.9 （3）No.3 变电所 1 锅炉房 1510.750.80.75113.385141. 6

7、 2 水泵房 1180.750.80.7588.566.4110. 6 3 花验房 500.750.80.7537.52847 4 卸油泵房 280.750.80.752115.826 5 小计 347234.3175.7292. 7 2 0.9 全厂合计：=1478, =1251, =1936 P30 Q30 S30 二、无功功率的补偿及变压器的选择二、无功功率的补偿及变压器的选择 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 9.0 K = 30 P P K 30 P = 30 Q Q K 30 Q = 30 S 2 30

8、 2 30 QP 高压侧计算负荷 =1478KW P30 =1251 Q 30 varK 高压侧总容量：=1936kvA S 30 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(tan 30 3030 P QQQC varK 补偿电容器的个数为 n=813/5017，取 n=17C q QC 补偿后的无功功率：var438 3030 K QQQ C 补偿后的视在容量：KVA C QQ PS 1541 30 )( 2 2 3030 补偿后的计算电流：A US N 3/ 30 2094)4 . 03/(1541 高压侧功率因数；，满足

9、要求。9 . 0959 . 0 cos 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 1 NO js S VA 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根据 2 NO js S VA K 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=325.2根据 3 NO js S VA 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

10、 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。 2. 架空线选择 （1）按经济电流密度选择导线线路在工作时

11、的最大工作电流： 111.8A10)*31936/(*3/ USI njsg 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： 2 j mm 2 . 1249 . 0/8 .111/J S I g 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445A Iy 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

12、位长度电阻和电抗为： 0.21 R0 0.409 X0 表表 2.32.3 LGJ-150LGJ-150 型钢芯铝绞线规格型钢芯铝绞线规格 股数及直径/mm 型号 额定 截面 2 mm 铝股钢芯 计算直 径/mm 电阻 1 km ）（ 单位重量 1 kmkg ）（ 长期容许电 流/A LGJ-150150 282.5 3 72.216.720.21598445 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 三相短路电流计算目的 进行短路电流计算的目的是

13、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： 基准电流 U S I av j j 3 三相短路电流周期分量有效值 X I I j Z* )3( 三相短路容量的计算公式 X S S j K * )3( 在 10/0.4KV 变压器二次侧低压母线发生三相短路时，一般 XR 3 1 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

14、侧基准电流 I =5.5KA，低压侧基准电流 av2j1 av1 3U SB =144.34KA，系统最小阻抗标幺值 av2 3U SB 535 . 0 max zmin * S SB X 系统最大标幺值935 . 0 min zmax * S SB X 变压器阻抗标幺值： 所以 X =4.5 * 1T 1 100 % TN Bk S SU 3 6 101000 10100 100 5 . 4 X=3.6 * 2T 2 100 % TN Bk S SU 3 6 101250 10100 100 5 . 4 X=10 * 3T 3 100 % TN Bk S SU 3 6 10400 10100

15、 100 4 总配进线：X =0.409=0.2045 L 5 . 0 X = X=0.2045=0.185 * LL 2 av U SB 2 5 . 10 100 最小运行方式下： 绘制等效电路图 k1 k2 k3 k4 * B X * L X * L X * 1T X * 2T X * 3T X 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 * X 2 1 185 . 0 I =5.5kA j av j 3U S 5 . 103 100 I=8.78kA ）（3 Z * j X I 0.627 5.5 i=2.55I=22.35kA ）

16、（3 sh ）（3 Z I=13.256kA ）（3 sh 1.686 i 3 sh ）（ MVA X S S j 160 627 . 0 100 * )3( k 对于 点发生三相短路： 2 K 127 . 5 5 . 4185. 0 2 1 535. 0 * X kA U S I v j j 34.144 4 . 03 100 3 a kA X I IZ15.28 127. 5 34.144 * j)3( kAIz sh 796.5115.2884 . 1 84 . 1 i )3()3( kA i I sh h 6 . 30 692. 1 796.51 692 . 1 )3( )3( s M

17、VA X S S j k 5 . 19 127 . 5 100 * )3( 对于点发生三相短路 3 K 22 . 4 2 . 518 . 0 2 1 535 . 0 * X kA Uav S I j j 34.144 4 . 03 100 3 kA X I I j 2 . 34 825 . 5 34.144 * )3( z kAIi zsh 9 . 6278.2484 . 1 84 . 1 )3()3( kA i I sh sh 2 . 37 692 . 1 6 . 45 692 . 1 )3( )3( MVA X S S j k 7 . 23 825 . 5 100 * )3( 对于点发生三

18、相短路： 4 K 625.10 7 . 1218 . 0 2 1 535 . 0 * X kA X I I j z 6 . 13 325.13 34.144 * )3( kAIi zsh 2583.1084 . 1 84 . 1 )3()3( kA i I sh sh 8 . 14 692 . 1 93.19 692 . 1 )3( )3( MVA X S S j 5 . 7 325.13 100 * )3( k 最大运行方式下： k1 k2 k3 k4 * 1T X * 2T X * 3T X * L X * B X 图 3-2 最小运行方式下等效电路图 对于点发生三相短路： 1 K 12

19、. 1 185 . 0 935. 0 * X kA X I I j z 93 . 4 12 . 1 5 . 5 * )3( kAIi zsh 58.1293. 455. 255 . 2 )3()3( kA i I sh sh 46 . 7 686 . 1 )3( )3( MVA X S S j k 69.89 15 . 1 100 * )3( 对于点发生短路： 2 K 745 . 6 625 . 5 12 . 1 * X kA X I I j 42.21 74 . 6 34.144 * )3( z kAIi zsh 4 . 3942.2184. 184. 1 )3()3( kA i I sh

20、sh 92.23 692 . 1 )3( )3( MVA X S S j k 84.14 74 . 6 100 * )3( 对于发生三相短路： 3 K 615 . 5 5 . 412 . 1 * X kA X I I j Z 71.25 615 . 5 34.144 * )3( kAIi zsh 3 .4771.2584. 184. 1 )3()3( kA i I sh sh 95.27 692 . 1 )3( )3( MVA X S S j k 81.17 615 . 5 100 * )3( 对于点发生三相短路： 4 K 815.13 7 . 12115 . 1 * X kA X I I j

21、 Z 45.10 815.13 34.144 * )3( kAIi zsh 22.1945.1084 . 1 84 . 1 )3()3( kA i I sh sh 36.11 692 . 1 )3( )3( MVA X S S j k 24 . 7 815.13 100 * )3( 表格 4-1 最小运行方式 短路点 （KA） )3( z I (KA) )3( sh i (KA) )3( sh I 三相短路容量 （MVA） k S 1 K 8.7822.3513.265160 2 K 24.7851.79630.6119.5 3 K 34.262.937.223.7 4 K 13.62514.

22、87.4 表格 4-2 最大运行方式 短路点 （） )3( z IKA（） )3( sh i KA（） )3( sh IKA 三相短路容量 （MVA） k S 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、母线装置及成套电设备等。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（室内或 室外） 、环境温度、海拔高度

23、以及有无防尘、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。 5.1 高压设备器件的选择及校验 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SN10-10I GW1- 6（10）/400 LA-10（D 级） JDZ-10 RW10 200/ )( 30 FI U=10kV10kV10kV10kV11000/10010kV =110A 30 I630A400A200/5 2A =8.78kA z I16kA =160MVA k S300MVA 200MVA =22.35kA sh i40kA25kA 1 K 513787 2 K 2240.

24、12415.8 3 K 27462818.9 4 K 102012.458.13 t=t 2 I 2 94 . 8 2 2 165 2 14 个数612222 5.1.1 断路器的选择与校验 断路器额定电压及额定电流 QFN U .QFN I . =10kV= QFN U .N U 105.59AI727.46A 40-70 30-70 630 - - II 30 0N 1N N.QF N.QF =630A=110A QFN I .30 I (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 QF i .max 电流值即=40kA=22.35A sh i QF i .ma

25、xsh i (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 jQFt tItI 22 . 即216215 . 0 94 . 8 2 5.1.2 隔离开关的选择与校验 （1）隔离开关的额定电压及额定电流=10kV= QSN U .N U =200=110A QSN I .30 I 110AI461.9A 40-70 30-70 400 - - II 30 0N 1N N.QS N.QS （2）动稳定校验=25.5kA=22.35kA QS i .maxsh i （3）热稳定校验即9805142 0 . 1215 . 0 94 . 8 2 jQSt tItI 22 . 5.1.3 电流

26、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 TAN U .N U TAN U .N U （2）电流互感器一次侧额定电流 126.7A105.59A2 . 1I2 . 1231A 40-70 30-70 200 - - II 30 0N 1N N.ct N.ct （3）动稳定校验 动稳定倍数 Kd=160 =22.8A sh i 一次侧额定电流AII N N NCTN 231 0 1 . 则即动稳定性满足1608 .69 2312 10 8 . 22 2 3 . CTN sh I i . 2 CTN sh d I i K （4）

27、热稳定性校验 热稳定倍数 Kt=90 热稳定时间=0.15=8.94kA sh i I 即= 2 . )( TANTI K 2 )23190( 3 103 . 4 热稳定性满足)(102 . 115 . 0 8940 . 722 CYNtj IKtI 5.1.4 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VASN500 AA U S I N N N 5 . 005. 0 10000 500 所以满足要求 5.2 低压设备器件的选择及校验 低压断路器隔离开关电流互感器 DW48-1600HD1114LMZ 1 J-0.5 0.4kV0.4kV0.4kV 1600A1000A1000/

28、5 50kA 60kA（杠杆式）135 1302 75 3223 1、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 QFN U . 及额定电流 QFN I . QFN U . =0.4kV= .N U 933.96AI1847.5A 40-70 30-70 1600 - - II 30 0N 1N N.QF N.QF 2、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 QSN U . 及额定电流 QSN I . QSN U . =0.4kV= N U .QSN I= QSN I . 0 1 N N =1000 4070 3070 =1

29、154.7A 30 I=933.96A 满足要求 (3)动稳定校验 et i=60kA sh i=49.13Ka 满足要求 (4)热稳定校验 tIt2= 2 301=900 j tI 2 =15 . 0 7 . 26 2 =107 所以tIt2 j tI 2 满足要求 3、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 TAN U . 不小于安装地点的电网额定电压 N U， 即 TAN U . N U (2)电流互感器一次侧额定电流 AII N N NCTN 7 .1154 4070 3070 1000 0 1 . 30 I=933.06A 满足要求 (3)动稳定校验（K

30、d=135） 13530 7 . 11542 1013.49 2 3 . CTN sh I i 满足要求 (4)热稳定校验（Kt=75） 2 . )( TANTI K= 2 ) 7 . 115475(=7.4 9 10 j tI 2 =15 . 0 267002= 8 1007 . 1 2 . )( TANTI K 满足要求 六变压器保护及二次回路继电保护六变压器保护及二次回路继电保护 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

31、 800kVA 及以上的油侵式变压器 和 400kVA 及以上的车间内油侵式变压器，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 及以上和并列运行的变压器每台容 量在 6300KVA 及以上时，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。变压器保护原理图及展开图见附图 。 a.变压器过电流保护动作跳闸，应作如下检查和处理： （1）检查母线及母线上的设备是否有短路； （2）检查变

32、压器及各侧设备是否短路； （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 当变压器油箱内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 .max relw opL rei

33、 KK II K K , 对于容量为 1000kVA 的变压器 .max1. 2 1000 2115 3 10 100 1.3,1,0.8,20 5 LN T relwrei II KKKK 因此动作电流为 1.3 1 1159.3 0.8 20 op I A 整定为 10A 6.2.二次回路继电保护 （1）速断电流的整定 KA46. 2II2k 3 maxk ）（ 43.3A3.5)2.4/(2011.4)K/(KIKKI Timaxkwrelqb 速断电流倍数整定为45 . 7 643.3/Kqb 满足规定的倍数。 （2）电流速断保护灵敏度系数的校验： 1 qbminkp I /IS KA79 . 1 74 . 1 866 . 0 I mink ,8681/20 3 . 43K/KII wiqb1qb A 所以 5 . 179 . 1 868/1420Sp 满足规定的灵敏系数 1.