供配电课程设计——某纺织装饰用品厂配变电所电气部分初步设计

供配电课程设计某纺织装饰用品厂配变电所电气部分初步设计黄石理工学院供电工程课程设计某纺织装饰用品厂配变电所电气部分初步设计一、设计任务书某纺织装饰用品厂配变电所电气部分初步设计（二）设计目的及要求通过本课程设计，熟悉先行官国家标准和设计规范，树立起技术与工程经济相统一的辩证观点；培养综合应用所学理论知识分析解决工程实际问题的能力；掌握电气工程设计计算的方法，为今后从事电力工程设计、建设、运行及管理工作打下必要的基础。（一）设计题目要求根据用户所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定配电所及车间变电所的位置与型式，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定车间变电所主变压器的台数与容量、类型，最后按要求写出设计说明书，会出设计图样。（三）设计依据工厂负荷情况该厂事专门从事生产宾馆、酒店的客房、餐馆类纺织品的专业工厂。主要产品有客房窗帘、毛巾、床罩、被套、床裙、浴衣等棉纺织品和餐饮类的台布、口布、台裙、台垫等棉织品。车间主要由毛巾车间、准备车间、整理车间等组成。本场多数车间为两班制，经年最大负荷利用小时数为4500小时，日最大负荷持续时间6小时。该厂属于三级负荷供电电源情况按照工厂与当地电业部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近35/10KV地区3变电站去的工作电源，距厂约为5KM。10KV母线短路数据SKMVAMIN110SK3MVA，其出口断路器配有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限MAX200过电流保护整定的动作时间为15S。要求工厂最大负荷时的功率因素不得低于090。（四）气象要求本地区所在的年最高气温为40，平均气温为25，年最低气温为2，年最热月平均最高气温为33，年最热月平均气温为26，年最热月地下08M出平1黄石理工学院供电工程课程设计均气温为25。当地主导风向为东南风，年雷暴日数为525天。地质水文资料本场所在地区平均海拔200M，地层以砂粘土为主，地下水位为2M。（五）电费制度本场与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电价制缴纳电费。基本电价20元/KVA/月，电度电价05元/度。（六）设计任务设计内容包括负荷计算及无功功率的补偿计算，高压配电所所址的选择，配电所主接线方案的选择，车间变压器位置、台数和容量的确定，高低压配电线路及导线截面的选择，短路计算和开关设备的选择，保护配置及整定计算，防雷保护与接地装置设计等。附表符合统计资料（七）设计成果在完成设计计算任务的基础上，要求写出下列资料设计说明1份主接线电路图1张（八）设计时间2009年5月11日至2009年5月24日（两周）2黄石理工学院供电工程课程设计摘要本厂是10KV变电站的主接线设计及变压器的选择，变电所电气主接线设计是依据变电所的最高电压等级和变电所的性质，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。在经济角度上要考虑周全，尽量以最少的投资获得最佳的方案。按照要求选择合适的变压器。短路电流计算，对变电站系统中的各个电压等级下的母线发生三相短路时，所流过的短路电流进行了分别计算。电气设备动、热稳定校验，电气设备的选择条件包括两大部分一是电气设备所需要满足的基本条件，即按正常工作条件选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。主要电气设备型号及参数的确定。电气总平面及配电装置断面设计和无功补偿方案设计，较为详细地完成了电力系统中变电站设计。通过本次课程设计，旨在熟悉变电所中供电系统的负荷计算，掌握变电所中二次回路的基本原理，在次基础上对供电系统中的变电所二次接线进行了设计和保护，最后根据具体环境条件对电气设备进行校验，使本次设计的内容更加完善。关键词变电站；短路电流；热稳定；无功补偿；二次接线3黄石理工学院供电工程课程设计ABSTRACTTHEDESIGNOFTHECONTENTIS10KVELECTRICSUBSTATIONSDESIGNELEMENTSINCLUDETHEMAINSUBSTATIONTRANSFORMERWIRINGDESIGNANDTHECHOICEOFELECTRICALSUBSTATIONMAINWIRINGDESIGNISBASEDONTHEMAXIMUMVOLTAGESUBSTATIONSUBSTATIONANDTHENATURE,TOCHOOSEASUBSTATIONINTHESYSTEMANDTHESTATUSANDSUITEDTOTHEROLEOFTHECONNECTIONMODEINANECONOMICPOINTOFVIEWONTHENEEDTOCONSIDERWELL,ATLEASTASFARASPOSSIBLETOGETTHEBESTINVESTMENTPROGRAMMECHOOSETHERIGHTINACCORDANCEWITHTHEREQUIREMENTSOFTHETRANSFORMERSHORTCIRCUITCURRENTBASIS,THESYSTEMOFSUBSTATIONSINVARIOUSVOLTAGELEVELSUNDERTHETHREEPHASESHORTCIRCUITOCCURREDWHENTHEBUS,THEFLOWOFASHORTCIRCUITWERECALCULATEDFIXEDELECTRICALEQUIPMENT,THERMALSTABILITYCHECK,THECHOICEOFELECTRICALEQUIPMENT,INCLUDINGTWOMAJORCONDITIONSFIRST,ELECTRICALEQUIPMENTNEEDEDTOMEETTHEBASICCONDITIONS,THATIS,THENORMALWORKINGCONDITIONSOFCHOICE,ANDSHORTCIRCUITSTATECHECKDYNAMIC,THERMALSTABILITYANDTHEOTHERISACCORDINGTOTHECHARACTERISTICSOFDIFFERENTELECTRICALEQUIPMENTBYTHONANDVALIDATIONPRESELECTIOJECTSTHROUGHTHISCOURSEDESIGNEDSUBSTATIONWITHTHELOADINTHEPOWERSUPPLYSYSTEM,THEMASTERSUBSTATIONSECONDARYCIRCUITOFTHEBASICPRINCIPLESATTHEBASISOFTHEPOWERSUPPLYSYSTEMOFTHESUBSTATIONTOTHESECONDARYWIRINGDESIGNANDPROTECTION,THELASTUNDERTHESPECIFICENVIRONMENTALCONDITIONSONTHEELECTRICALEQUIPMENTTOCHECK,SOTHATTHECONTENTOFTHISDESIGNMOREPERFECTKEYWORDSSUBSTATIONSHORTCIRCUITTHERMALSTABILITYREACTIVECOMPENSATIONSECONDARYCIRCUIT4黄石理工学院供电工程课程设计目录摘要31前言62负荷计算721三相用电设备组负荷计算的方法722计算负荷及无功功率补偿723车间变电所的所址和型式1024变电所主变压器和主接线方案选择103主接线方案的选择114短路电流的计算1241短路电流的计算方法1242计算短路电路中各元件的电抗标幺值125变电所的一次设备的选择校验1751高压设备器件的校验1752主要设备的选择校验1753导线与电缆的选择与校验1954低压设备的选择与校验206小结21参考文献21附录225黄石理工学院供电工程课程设计1前言工厂供电，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（1）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。（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求（4）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，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。课程设计是学习中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。本设计可分为九部分用户负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；确定主接线方案；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；用户电源进线及用户高压配电、低压配电线路的选择；保护装置的选择和其整定装置的计算；心得和体会；附参考文献。由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师、同学批评指正6黄石理工学院供电工程课程设计2负荷计算21三相用电设备组负荷计算的方法有功计算负荷（KW）PCKDPE无功计算负荷（KVAR）QCPCTAN视在负荷计算（KVA）SCPCCOS计算电流（A）ICSC3UN需要系数KD设备容量PE功率因数COS额定电压UN22计算负荷及无功功率补偿1负荷计算各厂房及生活区的负荷计算如表217黄石理工学院供电工程课程设计2无功功率补偿由表21可知该厂380V一侧最大功率PC2211KW，最大无功功率QC1668KVAR，最大视在功率SC276961KVA，考虑到车间有12个，所以采用3个变电所，每个变电所带4个车间的型式并且选用的自愈式低压并联电力电容器，以下分别计算3个变电所的无功补偿方案。如表22，表23，表24所示故PC1797KW,QC1520246KVAR,最大视在功率SC95177KVA,最大功率因数COS0837而供电局要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不得低于09，380V侧最大负荷时功率因数不得大于092。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380侧最大功率因数因大于09，暂取092来计算380V侧所需无功功率补偿容量QCPCTAN1TAN2797TANARCCOS0837TANARCCOS092KVAR18155KVAR。故选择GGJ101型低压无功补偿柜（BW04163A），所需安装的组数NQC/1618155/1612。所需柜数2台。故PC1746KW,QC161628KVAR,最大视在功率SC96763KVA,最大功率因数COS0778黄石理工学院供电工程课程设计而供电局要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不得低于09，380V侧最大负荷时功率因数不得大于092。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380侧最大功率因数因大于09，暂取092来计算380V侧所需无功功率补偿容量QCPCTAN1TAN2746TANARCCOS077TANARCCOS092KVAR30034KVAR。故选择GGJ101型低压无功补偿柜（BW04163A），所需安装的组数NQC/1630034/1619。所需柜数2台。故PC1608KW,QC161628KVAR,最大视在功率SC86572KVA,最大功率因数COS070而供电局要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不得低于09，380V侧最大负荷时功率因数不得大于092。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380侧最大功率因数因大于09，暂取092来计算380V侧所需无功功率补偿容量QCPCTAN1TAN2608TANARCCOS070TANARCCOS092KVAR35507KVAR。故选择GGJ101型低压无功补偿柜（BW04163A），所需安装的组数NQC/3035507/1623。所需柜数3台。主变压器功率损耗P001SC001240565240565KW，Q0052405651202825KVAR因此，补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷的计算如表25所示9黄石理工学院供电工程课程设计由于工厂属于三级负荷，并且取得10KV母线作为电源，所以变电所选用10KV/038KV直降变电所。综合考虑以下几种因素后1、便于维护与检查；2、便于进出线；3、保证运行安全；4、节约土地与建筑费用；5、适应发展要求。24变电所主变压器和主接线方案选择因为10KV侧三个变电所的视在负荷分别为95177KVA、96763KVA、86572KVA。又考虑到工厂以后的发展，所以选用3台10（15）04KVSCB10型变压器，具体参数如表26所示10黄石理工学院供电工程课程设计3主接线方案的选择因为工厂是三级负载且考虑到经济因素，故选择单母线接线方式单母线接线方式的优点简单、清晰、设备少、运行操作方便且有利于扩建。如图31和表31所示图31主接线方案11黄石理工学院供电工程课程设计4短路电流的计算41短路电流的计算方法基准电流IDSDSDUDUCUDUC2基准电压XD3IDSD三相短路电流周期分量有效值三相短路容量的计算公式绘制计算电路图4133IKIKIDID/XSKUCID/XSD/X图41计算电路确定基准值设SD100MVA，UDUO，即高压侧UD1105KV,低压侧UD204KV，则ID1SD10055KAID2SD10014434KA42计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统最大电抗标幺值XLMAXSD1003091SKMIN110最小电抗标幺值XLMINSD100305SKMAX20012黄石理工学院供电工程课程设计架空线路S100X2XLD0U203551052159C电力变压器XX34U6100103KSD/100SN10010006因此绘制等效电路如图42图42等效电路计算K1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容抗总电抗标幺值最大总电抗标幺值XXMAXK11MAXX209115925最小总电抗标幺值XMINK1X1MINX205159209三相短路电流周期分量有效值最大值I3MAXK1ID1/XMINK155/209263KA最小值I3K1ID1/XMINMAXK155/2522KA13黄石理工学院供电工程课程设计其他短路电流I33I3MINIMINK122KAI333MAXIIMAXK1263KAI33MINSH255IMIN25522561KAI33MAXSH255IMAX25526367056KAI33MINSH151IMIN151223322KAI33MAXSH151IMAA三相短路容量S3SDMAXK1X100MINK12094785S3SDMINK1X10040MAXK125计算K2点（04KV）侧的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量三变压器分列运行，取其中一个作为计算例子，其他两个相同总电抗标幺值XMAXK2X1MAXX2X3091159685XXMINK21MINX2X3051596809三相短路电流周期分量有效值I3ID2MAXK2X14434MINK28091784KAI3ID2MINK2X14434MAXK2851698KA14黄石理工学院供电工程课程设计其他短路电流在10/04KV变压器二次侧低压母线发生三相短路时，一般R1X，可取3KSH16，因此ISH266I,ISH131I，则I33MAXK2IK2IMAXK21784KAI33MINK2IK2IMINK21698KAI3MAXSH22617844032KAI3MINSH22616983837KAI3MAXSAI3MINSA三相短路容抗S3MAXK2SDX100MINK28091236MVAS3SDMINK2X100MAXK851176MVA215黄石理工学院供电工程课程设计将以上数据列成短路计算表,如表41和42所示16黄石理工学院供电工程课程设计5变电所的一次设备的选择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、母线装置及成套配电设备等。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、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。电气要求是指电气装置对设备的电压、电流、频率（一般为50HZ）等的要求；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑其断流能力。51高压设备器件的校验对于高压设备器件的校验项目见表51表51高压设备器件的校验项目52主要设备的选择校验在本设计中所用到的10KV的高压成套设备为XGN212型箱型固定式交流金属封闭开关设备。该设备是三相交流50HZ单母线及单母线带旁路系统的户内成套设备，具有安全连锁、防误性能、运行安全可靠、真空灭弧室免维护等特点。在该设计的总降压变电所内用到该系列的开关柜有如下器件（1）电流互感器LZZJ10的选择和校验电流互感器应按装设地点条件及额定电压，一次电流，二次电流（一般为5A），准确级等进行选择，并应校验其短路动稳态和和热稳态。LZZJ10校验如表52所示17黄石理工学院供电工程课程设计表52LZZJ10校验（2）高压熔断器RN210的选择和校验在335KV的电站和变电所常用的高压熔断器有户内高压限流熔断器，最高额定电压能达405KV，常用的型号有RN1、RN3、RN5、XRNM1、XRNT1、XRNT2、XRNT3型，主要用于保护电力线路、电力变压器和电力电容器等设备的过载和短路；RN2和RN4型额定电流均为05A，为保护电压互感器的专用熔断器。RN210高压熔断器的选择校验如表53所示表53RN210高压熔断器的选择校验表18黄石理工学院供电工程课程设计（3）其他项目的校验其他项目校验包括真空断路器ZN28A12/63020，100020、电压互感器JDZ12、隔离开关GN3010/63020如表54所示。导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线的选择按发热条件来选择，即满足母线容