塑料制品厂总配变电所及高压配电系统设计

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1、供配电课程设计实践名称：塑料制品厂总配变电所和高压配电系统设计专业班级： 11自动化B班 姓 名： 卢伟健 学 号： 20 指导教师： 许先锋 实践时间： 2014年12月2224日 实践单位： 机电工程学院 教学单位： 机电工程学院 前言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和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

2、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

3、，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。一、赋值参数的设计任务书根据实际需要，塑料制品厂欲新建一所变配电所，请结合实际情况进行设计。图1 配电系统图作为设计依据的原始资料有：1. 工厂总平面布置图（图1）；2. 工厂生产任务、规模和产品规格本厂年产10000t聚乙烯和烃塑料制品，产品品种有薄膜、单丝、管材和注射用等制品。其原料来源于某石油化纤

4、总厂；3. 工厂各车间负荷情况和车间变电所的容量(表1)。 表 1 各车间和车间变电所负荷计算表（380V）序号车间名称设备容量（kW）KdCostan计算负荷车间变电所代号变压器和容量(kVA)P30(kw)Q30(kvar)S30(kVA)I30(A)1薄膜车间140006060No.1车变1 x S9-1600_原料库30025050生活间100810成品库（一）2503050成品库（二）2403050包装材料库2003050小计（K=0.9）管材车间880035080小计（K=0.9）2备料车间13806050No.2车变1 x _S9-800_生活间100810浴室50810锻工车间

5、3003065原料车间150810仓库1503050机修模具车间100025065热处理车间15006070铆焊车间18003050小计（K=0.87）4供用电协议 1)从电力系统的某3510kV变电站，用双回10kV架空线路向工厂馈电。变电站在厂南05km。 2)系统变电站馈电线的定时限过流保护装置的整定时间Iop=15s，要求工厂总配电所的保护整定时间不大于10s。 3)在工厂总配电所的10kV进线侧计量。工厂最大负荷时功率因数不得低于09。 4)电力系统短路数据，如图2所示。其配电系统图如图1所示。 5工厂负荷性资本厂多数车间为三班制，少数车间为一班或两班制，年最大负荷利用小时数为600

6、0h。本厂属三级负荷。二、 负荷计算和无功功率补偿（一） 负荷计算计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。由于载流道题一般通电半小时（30min）后即可达到稳定的温升值，因此通常取“半小时最大负荷”作为按发热条件选择电气元件的计算负荷。有功计算负荷表示为，无功计算负荷表示为，视在计算负荷表示为，而计算电流表示为。 用电设备组计算负荷的确定，在程中常用的有需要系数法和二项式法。车间和工厂的计算负荷，通常采用需要系数法来确定。作为近似的负荷估算，亦可采用单位产品耗电法、单位面积耗电法或单位用电指标法。按需要系数法确定计算负荷：1. 有功计算负荷（单位为kW）的计算公式式中 车间或工厂

7、用电设备总容量（不含备用设备容量，单位为kW）； 车间或工厂的需要系数，参看表一。2. 无功计算负荷（单位为kvar）的计算公式式中 对应于车间或工厂平均功率功率因素的正切值，参看表一。3. 视在计算负荷（单位为kVA）的计算公式4. 计算电流（单位为A）的计算公式式中 车间或工厂的用电设备配电电压（单位为kV）。所以本厂的负荷计算如下：薄膜车间：正切值：有功计算负荷：无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流：负荷计算如上述所示，经计算得表1.1表1.1 各车间tan和计算负荷数值序号车间名称tan计算负荷P30(kw)Q30(kvar)S30(kVA)I30(A)1薄膜车间1.338401117

8、.21400439.5原料库1.737.512.9571521.7生活间080811.5成品库（一）1.737.512.97525.9537.5成品库（二）1.737.212.45624.9136.0包装材料库1.73610.3820.7630.0小计（K=0.9）778.581049.39管材车间0.75308231385555.7小计（K=0.9）277.2207.92备料车间1.7382.8143.244165.6239.0生活间080811.5浴室04045.8锻工车间1.17910.5313.8520.0原料车间01201217.3仓库1.734.57.785913.0机修模具车间1

9、.172529.2538.4655.5热处理车间1.029091.8128.57185.6铆焊车间1.735493.42108155.6小计（K=0.87）251.7327.12（二） 无功补偿无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功消耗小以和组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。1. 无功功率补偿容量（单位为kvar）的计算式中 工厂的有功计算负荷，单位为kW； 对应于补偿前功率因素的正切； 对应于补偿后应达到的功率因数的正切； 无功补偿率（，单位为kvar/kW）。由负荷统计表可知道，NO.1车变的有

10、功功率，NO.1车变的无功功率，取同时使用系数.则NO.1车变的无功补偿计算如下:有功功率： 无功功率： 视在功率： 则此时的功率因数为: 取补偿后的功率因数为0.93，则补偿电容为:2. 并联电容器个数计算式中 单个电容器的容量，单位为kvar。补偿电容采用的并联电容器选择，其工作电压为6.3KV，额定容量为100kvar，额定电容为8.0uF。补偿电容个数：取9个，每相装设3个，此时实际补偿电容。由负荷统计表可知道，NO.2车变的有功功率，NO.2车变的无功功率，取同时使用系数。NO.2车变的无功补偿计算同NO.1得:有功功率： 无功功率： 视在功率： 则此时的功率因数为: 取补偿后的功率

11、因数为0.93，则补偿电容为:补偿电容采用的并联电容器选择，其工作电压为6.3KV，额定容量为100kvar，额定电容为8.0uF。补偿电容个数： 取3个，每相装设1个，此时实际补偿电容。项目 计算负荷 380V侧补偿前负荷NO.10.651065.781257.291648.232.38380V侧无功补偿容量NO.1-900380V侧补偿后负荷NO.10.931065.78357.29793.71.12380V侧补偿前负荷NO.20.61251.69327.15412.770.60380V侧无功补偿容量NO.2-300380V侧补偿后负荷NO.20.93251.6927.15253.150.

12、37380V侧补偿后负荷小计1317.47384.441046.831.49主变压器功率损耗0.015=15.70.06=62.810kV侧负荷总计0.931301.77321.61340.90.0774三、 变电所位置和型式的选择（一） 变配电所所址的一般原则选择工厂变、配电所的所址，应根据下列要求并经技术、经济比较后择优确定：1) 接近负荷中心；2) 进出线方便；3) 接近电源；4) 设备吊装和运输方便；5) 不应设在有剧烈振动或高温的场所；6) 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所。当无法远离时，不应设在污染源的下风侧；7) 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜设在有火灾危险

13、环境的正上方；8) 不应设在有爆炸危险的环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB 50058-1992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。9) 不应设在地势低洼和可能积水的场所；10) 高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。（二） 负荷中心的确定方法 利用以负荷园表示的负荷指示图来判定负荷中心在工厂总平面图上，按适当的比例K（KW/mm2）绘出个车间（建筑）和宿舍区0的负荷园。负荷园的圆心一般选在车间或宿舍区的中央。负荷园的半径（单位为mm）为式中 车间（建筑）或宿舍区的计算负荷（单位为kW）。 利用负荷功率矩法确定负荷中心在工厂平面图的下边和左侧，分别

14、作一直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置。而工厂的负荷中心假设在P（x，y），其中。因此仿照力学中计算重心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：负荷中心虽是选择变配电所位置的重要因素，但不是唯一因素。因此负荷中心的计算不必要求十分精确。变配电所的所址，必须全面分析比较后择优确定。（三） 变电所主变压器的选择无功补偿后的全厂总视在功率:根据变压器的工作环境，电压等级，容量选择主变压器的型号是：S9-1600/35。其主要数据参数见表1.2表1.2 变压器数据参数表额定容量KVA高压KV高压分接范围（）低压KV连接组标号损耗kW空载电流（）阻抗电压（）空载负载160010

15、2*2.5%10Yyn02.414.02.56四、 变电所主变压器台数、容量和主结线方案的选择1.变电所主变压器的选择 根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有两种可能供选择的方案：（1）装设一台主变压器 型号采用S9型，而容量根据，选，即选一台S9-1600/10型低压损耗配电变压器。（2)装设两台主变压器 型号亦用S9型，而每台变压器容量根据，选择，即： 因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器。工厂本身属于三级负荷，如果工厂负荷近期可有较大增长的话，则宜采用装设两台主变的方案。主变压器的联结组均采用Dyn11。（3） 两种主接线方案的技术经济比较 如表4所示。表4

16、 两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗较大由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便性只一台主变，灵活性稍差由于两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额S9-1600/10的单价约为21.3万元，变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资约为221.3万元=42.6万元S9-1250/10的单价约为17.4万元，因此两台变压器的综合投资约为417.4=69.6万元，比一台主变方案多投资27万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额GG-1A（

17、F）型柜可按每台4万元，其综合投资可按设备价的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为51.54万元=30万元本方案采用7台GG-1A(F)柜，其综合投资约为71.54=42万元，比一台主变方案多投资12万元经济指标电力变压器和高压开关柜的年运行费主变的折旧费=30.2万元0.05=1.51万元；高压开关柜的折旧费=24万元0.06=1.44万元；变配电设备的维修管理费=（30.2+24）万元0.06=3.25万元。因此主变和高压开关设备的折旧和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）万元=6.2万元主变的折旧费=51.2万元0.05=2.56万元；高压开关柜的折旧费=36万元0.06=2

18、.16万元；变配电设备的维修管理费=（42+36）万元0.06=4.68万元。因此主变和高压开关设备的折旧和维修管理费=（2.56+2.16+4.68）万元=9.4万元，比一台主变方案多耗资9.4万元供电贴费按主变容量每kVA900元计，供电贴费=1600kVA0.09/kVA=144万元供电贴费=21000kVA0.09万元=180万元，比一台主变方案多交36万元 从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但经济指标，则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案。五、 短路电流的计算：1.绘制计算电路 如图2所示。图2

19、 短路计算电路2.确定短路计算基准值 设，即高压侧，低压侧，则 3.计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统 已知 ，故 （2）架空线路 ，而线路长1km，故 （3）电力变压器 ，故 因此绘短路计算等效电路如图3所示。图3 短路计算等效电路4.计算k点（10.5kV侧）的短路电路总电抗和三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值 （2）三相短路电流周期分量有效值 （3）其他短路电流 （4）三相短路容量 5.计算k-2点（0.4kV侧）的短路电路总电抗和三相短路电流和短路容量（1）总电抗标幺值 （2）三相短路电流周期分量有效值 （3）其他短路电流 （4）三相短路容量 以上短路计算结果综合如表

20、5所示。表5 短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVA K-16.396.396.3916.39.65116K-213.313.313.324.514.59.2六、 变电所一次设备的选择校验1、10kV侧一次设备的选择校验，如表6所示。表6 10kV侧一次设备的选择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 数据10kV77.4 ()16.3kA6.39kA一次设备型号规格额定参数 高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA 高压隔离开关 -10/20010kV200A一25.5kA高压熔断器RN2-1010kV0.5A

21、50kA一一电压互感器JDJ-1010/0.1kV一一一一电压互感器JDZJ-10 一一一一电流互感器LQJ-1010kV100/5A一2250.1kA=31.8kA1=81二次负荷0.6 避雷器FS4-1010kV一一一户外隔离开关GW4-12/40012kV400A一25kA =500上表所选一次设备满足要求。2、380V侧一次设备的选择校验 如表7所示。表7 380V侧一次设备的选择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 一数据380V1.49kA13.3kA24.5kA=389.2一一次设备型号规格额定参数一低压断路器DW15-1500/3D380V150

22、0A40kA一一一低压断路器DZ20-630380V630A(大于 ）30kA(一般)一一低压断路器DZ20-200380V200A(大于 )25kA(一般)一一一抵押刀开关HD13-1500/30380V1500A一一一一电压互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A一一一一电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A一一一一 上表所选一次设备均满足要求。3、高低压母线的选择 10kV母线选LMY-3(404)，即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选LMY-3(12010)+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。七、 变电所高、低压

23、线路的选择 1、10kV高压进线和引入电缆的选择（1）10kV高压进线的选择校验 采用LJ型铝绞线架空敷设，接住10kV公用干线。 1）按发热条件选择 由和室外环境温度，初选LJ-16，其时的，满足发热条件。 2）校验机械强度 最小允许横截面，因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。 由于此线路很短，不需校验电压损耗。（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。 1）按发热条件选择 由和土壤温度，初选缆芯截面为的交联电缆，其，满足发热条件。 2）校验短路热稳定 计算满足短路热稳定的最小截面 不满

24、足，因此YJL22-10000-395电缆满足短路热稳定条件。2、380V低压出线的选择 采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。1）按发热条件选择 由和地下0.8m土壤温度为，初选缆芯面120，其，满足发热条件。2）校验电压损耗 由图1所示工厂平面图量得变电所至NO.2车变距离约为1km，而120的铝芯电缆的（按缆芯工作温度计），又备料车间的，因此得： 故满足允许电压损耗的要求。3）短路热稳定度校验 计算满足短路热稳定的最小截面 由于前面按发热条件所选的120的缆芯截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为240的电缆，即选型四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。

25、中性线芯按不小于相线芯的一半选择。 馈电给生活区的线路采用BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-170橡皮绝缘线。3、作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用YJL22-1000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距2km的邻近单位变配电所的10kV母线相联。（1）按发热条件选择 ，而最热月土壤平均温度为，初选缆芯横截面为25的交联聚氯乙烯绝缘铝芯电缆，其，满足发热条件。（2）校验电压损耗 （按缆芯工作温度计），又厂房的，因此得： 故满足允许电压损耗的要求。（3）短路热稳定校验 按本变压所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，

26、可知缆芯25mm2的交联电缆是满足短路热稳定要求的。由于临近单位10kV的短路数据不详，因此该联络线的短路热稳定校验无法进行，只有暂缺。八、 总结通过本次设计中我翻阅了大量的相关书籍，虽然我们没有开设有关工厂供电的课程，但是经过这次设计让我懂得了许多这方面的知识，为以后从事电气专业方面的工作打下了坚实的基础。本次设计的主要内容有各变电所的负荷计算，功率补偿计算，高低压侧的短路电流计算，设备的选择和防雷接地设计等。本设计中有许多的计算，例如负荷计算和短路电流计算等。我们根据导师提供的数据，通过这些计算方法计算出相关的数据，再根据这些数据选择适合本设计的设备，选择好设备后我们就可以画出工厂的主接线

27、图和变压器保护图。防雷与接地保护也是本设计的组成部分，虽然我们在这方面的知识很缺乏，但我们还是查阅了很多相关的书籍，最后也顺利解决了这方面的问题。通过本次设计，我在很多方面有了提高，如CAD制图、Office的熟练运用等等。在设计中涉和到了很多有关工厂配电的专业知识，虽然我们前面没开设这门学科，但经过这次设计，我学到了很多这方面的专业知识，进一步提高了自己的内涵。九、 参考文献1 唐志平. 供配电技术M. 北京:电子工业出版社, 2014.2 张华. 电类专业毕业设计指导M. 北京:机械工业出版社, 2013.3 刘介才. 工厂供电设计与指导M. 天津:机械工业出版社, 2008.4 GB 50052-1995, 供配电系统设计规范S.5 GB 50053-1994, 10kV和以下变电所设计规范S.6 GB 50054-1995, 低压配电设计规范S.7 GB 50227-1995, 并联电容器装置设计规范S.8 GB/T 6988-1997, 电气技术用文件的编制S.9 GB 7159-1987, 电气技术中的文字符号制订通则S.