电气工程课程设计报告

（某塑料制品厂总配变电所及配电系统设计）

专业：电气工程及其自动化

班级：一班

姓名：

学号：

小组成员：

1.设计依据与负荷计算 (3)

1.1设计依据 (3)

1.2电力负荷计算 (4)

2．变电所高压电器设备选型 (6)

2.1 补偿电容器选择 (6)

2.2 主变压器的选择 (7)

2.3 补偿后高压侧负荷计算 (9)

3．短路电流计算 (10)

3.1 三相短路电流的计算公式（标幺值计算方法）： (10)

3.2 短路计算等效电路 (10)

3.3 短路电流计算 (10)

4. 设备选择 (14)

4.1 高压设备选择 (14)

4.2 高压设备选择列表 (16)

4.3 线路选择 (20)

5. 继电保护 (22)

5.1 高压进线的继电保护 (22)

5.2 各变电所进线保护 (23)

5.3 变压器继电保护 (24)

设计题目3 某塑料制品厂总配变电所及配电系统设计

1.设计依据与负荷计算

1.1设计依据

一．此厂生产任务及车间组成

1．本厂生产规模及产品规格

年产量为万吨聚乙烯及烃塑料制品。产品品种有薄膜、单丝、管材和注射等制品。其原

料来源于某石油化纤总厂。

2．车间组成及布置

本厂设有薄膜、单丝、管材和注射等四个车间，设备选型全部采用我国最新定型设备，

此外还有辅助车间及其它设备。

二．设计依据

1.供用电协议。

工厂与电业部门所签定的供用电协议主要内容如下：

1）工厂电源从电业部门某110/10 千伏变电所，用10 千伏架空线引入本厂，该变电所

在厂南侧1 公里；

2）电业部门对本厂提出的技术要求：①区域变电所10 千伏配出线路定时限过流保护装置的整定时间为2.5 秒，工厂“总降”不应大于2 秒；②在总配电所35 千伏侧进行计

量；③本厂的功率因数值应在0.9 以上。

3）配电系统技术数据：电业部门变电所10 千伏母线其短路容量为200MV A。

2.多数车间为三班制，少数车间为一班或两班制。年最大负荷利用小时数为5000 小时。属于三级负荷。

3．气象条件

1）最热月平均最高温度为35℃。

2）土壤中0.7～1 米深处一年中最热月平均温度为20℃。

3）年雷暴日为30 天。

4）土壤冻结深度为1.10 米。

5）夏季主导风向为南风。

4．地质及水文条件。根据工程地质勘探资料获悉，本厂地质构造为：

1）地表面比较平坦，土壤主要成分为积土及砂质粘土，层厚为1.6~7 米不等。

2）地下水位一般为0.7 米。

3）地耐压力为20 吨/平方米。

1.2电力负荷计算

依据相关公式

e x js P K P *=

φtan *js js P Q = φcos /js js P S =

现以NO.2变电所车间负荷计算为例，计算过程如下：（在计算各车间变电所负荷合计时，同时系数分别取值：p K =0.9；q K =0.95） NO.2变电所单丝车间：

有功功率：)1(js P =d K e P =1385.00×0.6=831 KW 无功功率：)1(js Q = )1(js P φtan =831×1.30=1080.3 Kvar 视在功率：)1(js S =

cos )1(js P =831÷0.6=1385 KV ·A

水泵房及其附属设备：

有功功率：)2(js P =d K e P =20.00×0.65=13 KW 无功功率：)2(js Q = )2(js P φtan =13×0.75=9.75 Kvar 视在功率：)2(js S =

cos )2(js P =13÷0.8=16.25 KV ·A

对NO.2变电所总计可得：

js P =844KW ，js Q =1090.05 KW

js S =22js js Q P +=2205.1090844+=1378.60 KV ·A 有p K =0.9；q K =0.95 改善后的总计可得：

js P =844×0.9=759.60 KW js Q =1090.05×0.95=1035.55 KW js S =22js js Q P +=2255.103560.759+=1284.27 KV ·A

以此得出相关量填入下表：

表格 1 全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380V侧）

2．变电所高压电器设备选型

2.1 补偿电容器选择

依据设计要求可知，本厂功率因数应在0.9以上，而本厂的无功功率明显大于有功功率：

cos φ=2392.02/4059.42=0.59

远远小于要求的功率因数，所以需要进行无功补偿，综合考虑，设计为在低压侧进行补偿，这里选择功率因数为0.93.以对NO.1变电所进行无功补偿计算为例：

Qc=21tan tan φφjs js P P -=788.58tan(arccos0.59)-788.58tan(arccos0.93)=771.76.Kvar

由计算数据可以得到要补偿的功率，实际需总补偿800kvar ，故选用8个

1-100-B WF6.3并联电容器进行补偿。补偿前后数值填入下表：

表格 2 个变电所无功补偿表

2.2 主变压器的选择

由于该厂的负荷属于三级负荷，对电源的供电可靠性要求一般，同时经题目要求，以所带负荷功率为依据。

(1)只装一台变压器的变电所

变压器的容量T S :应满足用电设备全部的计算负荷30S 的需要，即

js T S S ≥

(2)装有两台变压器的变电所

每台变压器的容量T S 应满足以下两个条件。

①任一台变压器工作时，宜满足总计算负荷30S 的大约60%~70%的需要，即

T S =（0.6~0.7）js S

②任一台变压器工作时，应满足全部一、二级负荷30S 的需要，即

)21(+≥js T S S

由此对五个变电所变压器进行选择：（1）NO.1选择两台变压器互为暗备用 js T N S S ?≥7.0.=0.7×846.48=592.536 KV ·A

选择为两台10/6309-S 型低损耗配电变压器，其连接组别采用0Yyn （2）NO.2选择两台变压器互为暗备用 js T N S S ?≥7.0.=0.7×795.28=556.7 KV ·A

选择为两台10/6309-S 型低损耗配电变压器，其连接组别采用0Yyn

（3）NO.3选择一台变压器 ≥T N S .401.72 KV ·A

选择为两台10/5009-S 型低损耗配电变压器，其连接组别采用0Yyn （4）NO.4选择一台变压器 ≥T N S .267.74 KV ·A

选择为两台10/3159-S 型低损耗配电变压器，其连接组别采用0Yyn （5）NO.5选择两台变压器互为暗备用 js T N S S ?≥7.0.=0.7×208.75=146.12 KV ·A

选择为两台10/2509-S 型低损耗配电变压器，其连接组别采用0Yyn

表格 3 变压器选择

2.3 补偿后高压侧负荷计算变压器功率损耗计算：

01??

???+?=?e js d b S S P n P n P （KW ）

01??

???+?=?e js d b S S Q n Q n Q （KW ）

100

%00e

S I Q =

? （kvar ）

100

d d S U Q =

? （kvar ）

以变压器NO.1为例计算有功，无功损耗：

01?

? ???+?=?e js d b S S P n P n P =2?1.2+21?6.2?()2630/48.846=8 KW 100%00e

S I Q =

?=()100/6309.0?=5.67 kvar 100

d d S U Q =?=()100/6305.4?=28.35 kvar

01?

?? ???+?=?e js d b S S Q n Q n Q =2?5.67+21?28.35?()2630/48.846=36.93 kvar 总有功功率 js P =788.58+8=796.58 KW 总无功功率 js Q =307.69+36.93=344.62 KW

总视在功率 js S =2262.34458.79622+=+js js Q P =867.93 KV ·A 将所有补偿后负荷计算完成下表：

表格 4 补偿后高压侧负荷表

3．短路电流计算

3.1 三相短路电流的计算公式（标幺值计算方法）：基准容量Sd=100MVA ，基准电压Uav=37KV ，=2d U 10.5KV (1)电力系统的电抗标幺值: *1X =Sd/Soc

(2)电力线路的电抗标幺值: 2

0*/d d L U LS X X = (3)电力变压器的电抗标幺值: N d K T S S U X 100/%*=

(4)三相短路电流周期分量有效值: *)3(/∑=X I I d (5)短路点处的次暂态短路电流: )3()

3()3(I I I ==∞

(6)短路冲击电流： )3"(55.2I i sh =（高压系统） )3"(84.1I i sh = （低压系统） (7)冲击电流有效值: )3"(51.1I I sh =（高压系统） )3"(09.1I I sh = （低压系统）

(8)三项短路容量： *

)3(/∑=X S S d

(9))3()2(866.0I I =， )3()

2(866.0sh sh i i =， )

3()2(866.0sh

sh I I =

3.2 短路计算等效电路

3.3 短路电流计算

取基准容量d S =100MVA ，高压侧基准电压kV U C 5.101= ，低压侧基kV U C 4.02= 高侧基准电流kA U S I C d d 5.5311==

，低压侧基准电流kA U S I C d

d 34.14432

2== （1）电力系统的电抗标幺值由OC S =200MVA 得：

*1X =

S S =100÷200=0.5 （2）架空线路的电抗标幺值：由0X =0.35Ω/km l =1km 得： *2X =210c d U S l

X =2

10.5

10010.35??=0.32 （2）电力变压器的电抗标幺值，这里以NO.1为例计算，该变电所选的变压器是 S9-630/10，所以%k U =4.5%： =N d

k S S U 100%?=)63.0100/()1005.4(??=7.14

=7.14 =8 =12.7 =16 计算K 点的短路电路总标幺值及三相短路电流和短路容量：

1.总电抗标幺值

*)(∑

K X =*1X +*2X =0.5+0.32=0.82

2.三相短路电流周期分量有效值

)

3(K I =

)

(1∑K d X

I =5.5÷0.82=6.71 KA

3.其他三相短路电流

)3(''I =)3(∞I =)3(K I =6.71 KA

)

3(sh

i =2.55)3(''I =2.55×6.71=17.11 KA )

3(sh

I =1.51)3(''I =1.51×6.71=10.13 KA )2(K

I =0.866)3(K I =0.866×6.71=5.81 KA )

2(sh

i =0.866)3(sh i =0.866×17.11=14.82 KA )

2(sh

I =0.866)3(sh I =0.866×10.13=8.77 KA

4.三相短路容量

)

3(K S =

(∑

K d X S =

.0100

=121.95 MV ·A

*1T X *2T X *3T X *

4T X *5T X

计算K1点的短路电路总标幺值及三相短路电流和短路容量：

总电抗标幺值

*)1(∑K X =*1X +*2X +2

1T X =0.82+7.14/2=4.39

1.三相短路电流周期分量有效值

)

3(1

K I =*

)

1(2∑K d X

I =144.34÷4.39=32.88 KA

2.其他三相短路电流

)3(''I =)3(∞I =)3(1

K I =32.88 KA )

3(sh

i =1.84)3(''I =1.84×32.88=60.5 KA )

3(sh

I =1.09)3(''I =1.09×32.88=35.84 KA )2(1K I =0.866)3(1

K I =0.866×32.88=28.47 KA )

2(sh

i =0.866)3(sh i =0.866×60.5=52.393 KA )

2(sh

I =0.866)3(sh I =0.866×35.84=31.04 KA 3.三相短路容量

)

3(1

K S =*)

1(∑

K d X S =

.4100

=22.78 MV ·A

计算K2点的短路电路总标幺值及三相短路电流和短路容量：计算结果与K1相同

计算K3点的短路电路总标幺值及三相短路电流和短路容量：

总电抗标幺值

*)3(∑

K X =*1X +*2X +*

3T X =0.82+8=8.82 1.三相短路电流周期分量有效值

)3(3K I =

)

3(2∑K d X

I =144.34÷8.82=16.37 KA

2.其他三相短路电流

)3(''I =)3(∞I =)

3(3K I =16.37KA

)

3(sh

i =1.84)3(''I =1.84×16.37=30.12 KA )

3(sh

I =1.09)3(''I =1.09×16.37=17.84 KA )2(3K I =0.866)3(3K I =0.866×16.37=14.18 KA

)

2(sh

i =0.866)3(sh i =0.866×30.12=26.08 KA )

2(sh

I =0.866)3(sh I =0.866×17.84=15.45 KA 3.三相短路容量

)

3(3K S =

3(∑

K d X S =

.8100

=11.34 MV ·A

计算K4点的短路电路总标幺值及三相短路电流和短路容量：

总电抗标幺值

*)4(∑

K X =*1X +*2X +*

4T X =0.82+12.7=13.52 1.三相短路电流周期分量有效值

)3(4

K I =*

)

4(2∑K d X

I =144.34÷13.52=10.68 KA

2.其他三相短路电流

)3(''I =)3(∞I =)3(4

K I =10.68KA )

3(sh

i =1.84)3(''I =1.84×10.68=19.33 KA )

3(sh

I =1.09)3(''I =1.09×19.33=21.07 KA )2(4K I =0.866)3(4K I =0.866×10.68=9.25 KA

)

2(sh

i =0.866)3(sh i =0.866×19.33=16.74 KA )

2(sh

I =0.866)3(sh I =0.866×21.07=18.25 KA 3.三相短路容量

)

3(4

K S =*)

4(∑

K d X S =

.13100

=7.4 MV ·A

计算K5点的短路电路总标幺值及三相短路电流和短路容量：计算结果与K3相同

将所有计算数值填入下表：

表格 5 短路电流计算表

4.设备选择

4.1 高压设备选择（1）高压断路器选择：

额定电压：U U e ≥ 额定电流：MAX e I I ≥ 额定开断电流：*I I ed ≥ 动稳定校验：max i i ch ≤

热稳定校验：t I t I t j 22

≤∞

（2）隔离开关选择：

额定电压：U U e ≥ 额定电流：MAX e I I ≥ 额定开断电流：*I I ed ≥ 动稳定校验：max i i ch ≤

热稳定校验：t I t I t j 22≤∞

（3）电流互感器选择：准确级：0.5 1-3

额定电压：U U e ≥ 额定电流：MAX e I I ≥

额定负载：22e Z Z ≤ or 22e S S ≤ 动稳定校验：12e dw ch I K i ≤

热稳定校验：222

)(e t j I K t I ≤∞

（4）电压互感器选择：准确级：0.5 1-3

一次额定电压：e e U U U 9.01.11>> 二次额定电压：V 100 V 3/100 3/100 额定负载：22e Z Z ≤ or 22e S S ≤ 4.2 高压设备选择列表

表格 6 总线侧高压设备选择

装置地点条

件

参数

/KV

/KA

量程 10 145.49

6.71

17.11

设备型号规格

参数

高压断路器

ZW8-12/200 12

200

12.5

31.5

隔离开关

GN8-10T/200 10

200

—

25.5

高压熔断器

RN2-10/0.5

500

200

—

电流互感器

LQJ-10 10

400/5

—

160×

×0.4=90.50

电压互感器

JDZ-10 10/0.1

—

电压互感器

JDZ-10 10/0.1/0.1

—

避雷器FS4-10

—

表格 7 10KV 侧设备选择表

高压侧设备选择

NO.1

装置地点条件参数 /KV /A /KA /KA

量程10 50.1 6.71 17.11

设备型号规

参数

格

高压断路器ZW8-12/100 12 100 12.5 31.5

隔离开关GN8-10T/200 10 200 —25.5

电流互感器LQJ-10 10 75/5 ———

NO.2

装置地点条件参数/KV /A /KA /KA

量程10 46.93 6.71 17.11

设备型号规

参数

格

高压断路器ZW8-12/100 10 100 12.5 31.5

隔离开关GN8-10T/200 10 200 —25.5

电流互感器LQJ-10 10 ———

NO.3

装置地点条件参数/KV /A /KA /KA

量程0.38 610 16.69 30.17 同上设备型号规

参数

格

高压断路器ZW8-12/100 10 100 12.5 31.5 同上隔离开关GN8-10T/200 10 200 —25.5 同上电流互感器LQJ-10 10 30/5 ———

NO.4

装置地点条件参数/KV /A /KA /KA

量程10 17.3 6.71 17.11 同上

设备型号规

格

参数

高压断路器ZW8-12/100 10 100 12.5 31.5 同上隔离开关GN8-10T/200 10 200 —25.5 同上电流互感器LQJ-10 10 20/5 ———

NO.5

装置地点条件参数/KV /A /KA /KA

量程10 12.28 6.71 17.11 同上设备型号规

格

参数

高压断路器ZW8-12/100 10 100 12.5 —同上隔离开关GN8-10T/200 10 200 —25.5 同上电流互感器LQJ-10 10 15/5 ———

表格8 380V压侧设备选择表

低压侧设备选择

NO.1

装置地点条件参数/KV /A /KA /KA

量程0.38 1290 32.88 60.5

设备型号

规格

参数

低压断路器DW15-1600/3 0.38 1600 40 ——低压刀开关HD13-1500/30 0.38 1500 ———电流互感器LMZJ1-0.5 0.5 1500/5 ———

NO.2

装置地点条件参数/KV

/A /KA

/KA

量程0.38 1210 32.88 60.5

设备型号

参数

规格

低压断路器DW15-1600/3 0.38 1600 40 ——低压刀开关HD13-1500/30 0.38 1500 ———电流互感器LMZJ1-0.5 0.5 1500/5 ———

NO.3

装置地点条件参数/KV /A /KA /KA

量程0.38 610 16.69 30.17

设备型号

参数

规格

低压断路器DW15-630/3 0.38 600 20 ——低压刀开关HD13-1000/30 0.38 1000 ———电流互感器LMZJ1-0.5 0.5 750/5 ———

NO.4

装置地点条件参数/KV /A /KA /KA

量程0.38 410 13.55 24.93

设备型号

参数

规格

低压断路器DW15-600/3 0.38 600 30 ——低压刀开关HD13-600/30 0.38 600 ———电流互感器LMZJ1-0.5 0.5 500/3 ———

NO.5

装置地点条件参数/KV /A /KA /KA

量程0.38 320 10.81 19.89

设备型号

参数

规格

低压断路器DW15-400/3 0.38 400 25 ——低压刀开关HD13-400/30 0.38 400 ———

4.3 线路选择 1.架空线路选择：

（1）按经济电流密度选择导线截面积

线路工作时最大电流MAX I =150.39A ，本厂全年最大负荷利用小时数为5000小时，属于三级负荷。钢芯铝导线的电流密度e J =0.9，导线选择截面积

J I S MAX j /==150.39/0.9=167.12mm .

考虑到线路投入使用的长期发展，依照计算选择截面积为185的导线，所以10KV 架空线选为LGJ-185的导线，查表得LGJ-185导线长时允许电流为515A

（C 25。

=θ）大于MAX I ，满足发热条件。（2）短路时热稳定条件校验

K t I S jf j *min ∞

=，∞I =6710A ，C=171，j t =2.5s ，jf K =1。代入公式可得

min S =62.042mm ，min S S > 符合要求。 2.变压所高电压侧进线选择

对工厂内部6-10KV 线路，因其长度较短，一般不考虑损耗以发热条件选择 NO.1：C

K t I S jf j *min ∞==70.732mm ，js MAX I I ==50.1A ，C=150

需选择满足截面积大于70.732mm ，允许电流大于50.1A 的进线，故选择YJLV22-10000-3×95 ，满足热稳定校验和发热条件。同理，可以对后续线路做出选择 NO.2：YJLV22-10000-3×95