课程设计--某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计

本科课程设计说明书

某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计

学院（部）：电气与信息工程学院

专业班级：电气

学生姓名：

指导教师：

2017年6月29日

某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计

摘要

本厂是35kV变电站的设计，本设计首先根据厂方给定的全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表进行电力负荷计算，然后根据对计算负荷的分析选定主变压器和各车间变电所的变压器型号，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。选好变压器和主接线后进行短路电流计算，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。在设计过程中根据电力部门对工厂功率因数的要求计算出需要补偿的无功功率并以此选择相应的补偿电容器。然后对线路设定短路点进行短路电流的计算作为各设备的选型依据。对电气设备进行选择，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。考虑到对变压器的保护在设计中对主变压器设置了以下继电保护：瓦斯保护、过电流保护和电流速断保护。

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：电力负荷计算，变压器选择，短路电流计算，继电保护

目录

1.设计依据与负荷计算 (1)

1.1 设计依据 (1)

1.2电力负荷计算 (1)

2.变压器选型及架空线选择 (3)

2.1 无功补偿电容器选择 (3)

2.2 主变压器的选择 (3)

2.3 各变电所变压器选择 (4)

2.4 架空线的选择 (5)

3.短路电流的计算 (6)

3.1 三相短路电流计算目的 (6)

3.2 短路电流计算公式 (6)

3.3 各母线短路电流列表 (7)

4高低压电器设备的选择 (8)

4.1 35KV高压设备选择及校验 (8)

4.2 10KV中压设备的选择及校验 (8)

4.3 0.38KV低压设备选择及校验 (9)

5．继电保护配置 (9)

5.1主变压器保护 (9)

5.1.1 瓦斯保护 (9)

5.1.2 电流速断保护 (9)

5.1.3 过电流保护 (10)

5.1.4 过负荷保护 (11)

5.2 35KV进线线路保护 (11)

5.3 10KV线路保护 (12)

6．变电所内，外布置 (13)

6.1概述 (14)

6.2变电所内布置 (14)

6.3变电所外布置 (14)

7. 防雷和接地装置的确定 (14)

7.1 防雷装置的确定 (14)

7.2 直击雷的防治 (14)

7.3 雷电侵入波保护 (14)

7.4 接地装置确定 (14)

8.主接线图 (16)

心得体会 (17)

参考文献 (18)

致谢 (19)

1设计依据与负荷计算

1.1设计依据

(1)本厂设有薄膜、单丝、管材、注射等四个车间，设备选型全部采用我国新定型设备其外还有辅助车间及其它设施。

(2)全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380伏侧）。 (3)本场与电业部门的供电协议：

1)该厂由处于厂南侧一公里的110/35千伏变电所用35千伏架空线路向其供电，该所在城南侧4km 。

2)电业部门变电所配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为2s ，工厂配电所应不大于1.3s 。

3)在总配变点点所35kv 侧计量。 4)工厂的功率因数值要求在0.9以上。

5)供电系统技术数据：电业部门变电所35kv 母线为无限大电源系统，其短路容量200兆伏安

(4)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间为5000小时，属于三级负荷。 (5)本厂自然条件：

1)本地区最热月平均最高温度为35摄氏度。

2)土壤中0.7—1深处一年最热月平均温度为20摄氏度。 3)年雷暴日为30天。 4)土壤冻结深度为1.10米。 5)主导风向夏季为南风。 (6)地质水文条件：

1)本厂地表面比较平坦，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

根据公式： e x js P K P *=

φtan *js js P Q = φcos /js js P S =

分别计算出各车间的有功和无功功率及视在功率的计算值填入表1-1

表1-1 全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380伏侧）

序号车间或

用电设

备组名

称

设备

容量

(千

瓦)

需要系

数

x

K

功率因

数

Cosφ

功率因数

脚正切

tanφ

计算负荷

有功

js

P

(千瓦)

无功

js

Q

(千乏)

视在

js

S

(千伏安)

（1）

1

NO变电所

1 薄膜车间1400 0.6 0.6 1.33 840 1117．

2 1400

2 原料库30 0.25 0.5 1.7

3 7.5 12.975 15

3 生活间10 0.8 1 0 8 0 8

4 成品库（一）2

5 0.3 0.5 1.73 7.5 12.975 15

5 成品库（二）24 0.3 0.5 1.73 7.2 12.45

6 14.4

6 包装材料库20 0.3 0.5 1.73 6 10.38 12

7 小计1509 0.58 0.60 1.33 876.2 1165.986 1458.5

（2）

2

NO变电所

1 单丝车间1385 0.6 0.6 1.30 831 1080.3 1385

2 水泵及设备20 0.65 0.8 0.75 1

3 9.75 16.25

3 小计1405 0.6 0.61 1.29 84

4 1090.0

5 1378.6

（3）

3

NO变电所

1 注塑车间189 0.4 0.6 1.33 75.6 100.548 126

2 管材车间880 0.35 0.6 1.3

3 308 409.6

4 513.333

3 小计1069 0.36 0.6 1.33 383.6 510.188 638.31

（4）

4

NO变电所

1 备料复制车间138 0.6 0.5 1.73 82.8 143.244 165.6

2 生活间10 0.8 1 0 8 O 8

3 浴室 3 0.8 1 0 2.

4 0 2.4

4 锻工车间30 0.3 0.6

5 1.17 9 10.53 13.846

5 原料生活间15 0.8 1 12 0 12

6 仓库15 0.3 0.5 1.1

7 4.5 5.625 9

7 机修模具车间100 0.25 0.65 1.73 25 43.25 38.462

8 热处理车间150 0.6 0.7 1.02 90 91.8 128.571

9 铆焊车间180 0.3 0.5 1.73 54 93.42 108

10 小计641 0.45 0.59 1.35 287.7 387.509 482.63

（5）

5

NO变电

1 锅炉房200 0.7 0.75 0.88 140 123.

2 186.667

2 实验室 125 0.25 0.5 1.7

3 31.25 54.0625 62.5 3 辅助材料库 110 0.2 0.5 1.73 22 38.06 4

4 4 油泵房 1

5 0.65 0.8 0.75 9.75 7.3125 12.1875 5 加油站 10 0.65 0.8 0.75 6.5 4.875 8.125

6 办公室招待所食堂 15 0.6 0.6 1.33 9 11.9

7 15 7 小计 475 0.46 0.67 1.1 218.5 239.4

8 324.18 8 全厂合计 5099

2610 3393.213 4280.887 9

乘以参差系数全厂合计（p K =0.9，

q K =0.95）

0.5874

2349

3223.552

3988.62

2．变电所高压电器设备选型

2.1补偿电容器选择

依据设计依据（4），要求本厂功率因数在0.9以上，而本厂的无功功率明显大于有功功率：

cos φ=2349/3998.62=0.5874

远远小于要求的功率因数，所以需要进行无功补偿，为了计算方便，这里选择功率因数为0.933.

Qc=21tan tan φφjs js P P -=2349tan(arccos0.587)-2349tan(arccos0.933)=2330.06Kvar 有计算数据可以得到要补偿的功率，总共补偿2400kvar ，故选用24个BWF6.3-100-1并联电容器进行补偿。 2.2主变压器的选择

由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。

(1)当选用的变压器为明备用时，两台变压器容量均为SN.T>=2349/0.933=2517.7KVA 。 须选两台S9-3150/35型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。

(2)若为暗备用时每台容量按SN.T ≥0.7×2517.7kVA=1764.8kVA ，须选两台S9-2000/35型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。考虑到变压器的利用率以及变压器损耗我们决定使用暗备用的方式。

因此无功补偿后工厂380V 侧和35KV 侧的负荷计算如表2.1所示。 查表得：

空载损耗 ?P0=3.4Kw ；

负载损耗?Pk=19.80kw ； 空载电流I0%=1.1； 阻抗电压Uk%=7.5； 重量4.175t 规矩820mm

主变压器功率损耗：S=1/2SNT=0.5*2517.7=1258.85Kva Pt=n*?P0+1/n ?Pk （S/SN ）^2 =3.4+19.80*0.3963=11.25Kva

?Qt=n*I0%/100*SN+1/n*Uk%/100*SN*（S/SN ）^2

=1.1/100*2000+7.5/100*2000*0.3963=81.445Kva 或者利用经验公式：

?Pt=0.015S=0.015*1258.85=18.8828Kva ?Qt=0.06S=0.06*1258.85=75.531KVa

表2-1 无功补偿后工厂的计算负荷

项目

cos ￠

计算负荷

js P /kW

js Q /kvar

js S /kVA

380V 侧补偿前负荷 0.5874 2349

3223.552 3988.62

380V 侧无功补偿容量

-2400 380V 侧补偿后负荷 0.94

2349 823.552 2350.45 主变压器功率损耗 37 150

35KV 侧负荷总计

0.933 2386 973.552

2576.97

2.3各变电所变压器选择

(1)1NO 安装两台变压器互相暗备用，其容量按 SN.T ≥0.7×js S =0.7×1458.5 kVA =1020.95 kVA

因此选两台S9-1250/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。 (2)2NO 安装两台变压器互相暗备用，其容量按 SN.T ≥0.7×js S =0.7×1378.6 kVA =965.02kVA

因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。 (3)3NO 安装一台变压器，其容量按 SN.T ≥js S =638.31 kVA

因此选一台S9-800/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。 (4)4NO 安装一台变压器，其容量按 SN.T ≥js S =482.63 kVA

因此选一台S9-500/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。 (5)5NO 安装两台变压器互相暗备用，其容量按 SN.T ≥0.7×js S =0.7×324.18 kVA =226.93kVA

因此选两台S9-250/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。

表2-2 各变压器型号及其参数

型号

额定电压/kV 连接组别

损耗/W 空载电流（%） 阻抗电压（%）

高压

低压 空载 负载 主变压器两台暗备用

S9-2000/35 35 10 Yyn0 2600 19000 0.75 6.5 1NO 两台暗

备用

S9-1250/10

10

0.38

Yyn0 1950

12000

0.6

4.5

2NO 两台暗

备用

S9-1000/10 10 0.38 Yyn0 1700 10300 0.7 4.5

3NO 选一台

S9-800/10 10 0.38 Yyn0 1400 7500 0.8 4.5 4NO 选一台 S9-500/10 10 0.38 Yyn0 960 5100 1.0 4 5NO 两台暗

备用 S9-250/10

10

0.38

Yyn0

560

3050

1.2

4

2.4 架空线的选择

1.由于本厂由电业部门某一110/35千伏变电所供电且两台主变压器互相暗备用所以架空线选择两条互相明备用。

2.架空线截面积的选择

1).按经济电流密度选择导线截面积 线路在工作时的最大工作电流：

Ig='

is S /（3*N U ）=2581.83/（3*35）=42.6A

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5000小时，属于三级负荷。其钢芯铝线的电流密度J=0.9所以导线的经济截面面积：

Sj=Ig/J=42.6/0.9=47.33mm 2

考虑到线路投入使用的长期发展远景，选用截面积为50 mm 2的导线，所以35KV 架空线为LGJ-50的导线。

2).按长时允许电流校验导线截面积。

查表得LGJ-50型裸导线的长时允许电流Iy=220A(C ?=250θ)当环境温度为35度时，导线最高工作温度为70度。

其长时允许电流为：

2/101'

01')]/()[(θθθθ--=Iy I y =194.02A

当一台变压器满载，一条输电线检修时导线负荷最大，这时的负荷电流为：Ie=Se/（3*Un ）=33A 。由于Ie<"y I ,所以符合要求。

3).按电压损失校验

查表得LGJ-50导线的单位长度电阻和电流为： R0=0.65 Ω X0=0.42 Ω

线路总的电压损失为：?U=( ∑P*R+ ∑Q*X)/Un=56.15V 电压损失百分比为：

?U%=?U/Un=0.0016<0.05 所以导线符合要求。

4).按机械强度校验

钢芯铝线非居民区35KV 最小允许截面为10 mm 2所以符合要求。

3．短路电流的计算

3.1三相短路电流的计算目的

为了保证电力系统安全运行，择电气设备时，要用流过该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和点动力的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸。继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要短路电流数据。 3.2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*/av 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） (7)冲击电流有效值: )3"(51.1I I sh =（高压系统）

(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 =