塑料橡胶材料某塑料制品厂总降压变电所及配电系统设计.docx

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塑料橡胶材料某塑料制品厂总降压变电所及配电系统设计

（塑料橡胶材料）某塑料制品厂总降压变电所及配电系统设计

课程设计

题目:

某塑料制品厂总降压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：

学生姓名：

指导老师：

杨岸

时间：

2012-07-03

前言

该设计是为某塑料制品厂总降压变电所及配电系统设计，电压等级为35kV，首先，本设计根据厂方给定的全厂各车间电气设备及车间变电所负荷的原始数据以及供用电协议，本厂负荷性质，气象条件，地质及水文条件。

根据所学知识进行电力负荷计算，然后根据计算负荷的结果分析选定主变压器和各车间变电所的变压器型号、容量等各种额定数据，依据电压等级和负荷种类设计变电所电气主接线，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。

从经济和节能角度上综合考虑，尽量以最少的投资获得最佳的和最节能的方案。

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。

再根据短路计算结果校验各电气设备的动稳定和热稳定以及一些特殊电气设备的校验，最终确定各电气设备的型号。

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：

变电所配电系统负荷和短路计算设备选型

前言I

1设计任务1

1.2设计内容1

1.3设计要求1

1.4设计依据1

2负荷计算、无功补偿及变压器选择2

2.1负荷计算2

2.2无功功率补偿计算4

2.3主变压器的要求与选择4

2.3.1各变电所变压器选择5

3电气主接线图7

4架空线的选择8

5短路电流的计算及电气设备的选择9

5.1短路电流的计算9

5.1.1三相短路电流的计算目的9

5.1.3各母线短路电流列表9

5.2电气设备的选择10

5.2.1电气设备选择的原则11

5.2.2高低压设备的选择11

5.2.310kv高压侧电气设备选择13

计算过程如下：

13

6．继电保护配置15

6.1主变压器保护15

6.1.1瓦斯保护16

6.1.2电流速断保护16

6.1.3过电流保护16

6.1.4过负荷保护18

6.235KV进线线路保护过电流保护18

6.310KV线路保护19

7防雷和接地装置的确定20

7.1防雷装置确定20

7.2直击雷的防治21

7.3雷电侵入波保护21

7.4接地装置确定21

8．变电所内外布置情况22

8.1概述22

8.2室内布置23

8.3室外布置23

9工厂的电能节约23

9.1电能节约的意义23

9.2电力变压器的经济运行23

课程设计心得25

致谢26

参考文献：

27

1设计任务

1.1设计原则

由于该厂属于二类负荷，因此其是电力系统网络结构的重要组成部分。

所以应和电气设计的原则一致，即应满足可靠性、灵活性、经济性。

1.2设计内容

设计某塑料制品厂全厂总降压变电所及配电系统设计。

1.3设计要求

1.No1，No2，No5车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器。

且No1，No2为明备用，No5为暗备用。

2.主变压器设置两台，且暗备用。

3.两条架空线选择为明备用。

1.4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1km。

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，属于二级负荷。

（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。

2负荷计算、无功补偿及变压器选择

2.1负荷计算

根据公式：

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2-1

表2-1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

功率因数

Cos

功率因数脚正切tan

计算负荷

有功

（千瓦）

无功

（千乏）

视在

（千伏安）

（1）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

1.73

7.5

12.975

15

3

生活间

10

0.8

1

0

8

0

8

4

成品库

（一）

25

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

12.456

14.4

6

包装材料库

20

0.3

0.5

1.73

6

10.38

12

7

小计

1509

—

—

—

876.2

1165.986

1464.4

（2）变电所

1

单丝车间

1385

0.6

0.6

1.33

831

1105.23

1385

2

水泵及设备

20

0.65

0.8

0.75

13

9.75

16.25

3

小计

1405

—

—

—

844

1114.98

1401.25

（3）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

1.33

308

409.64

513.333

3

小计

1069

—

—

—

383.6

510.188

639.333

（4）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

0.65

1.17

9

10.53

13.846

5

原料生活间

15

0.8

1

0

12

0

12

6

仓库

15

0.3

0.5

1.17

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

—

—

—

287.7

387.509

482.63

（5）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

1.73

31.25

54.0625

62.5

3

辅助材料库

110

0.2

0.5

1.73

22

38.06

44

4

油泵房

15

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

11.97

15

7

小计

475

—

—

—

218.5

190.481

328.48

8

全厂合计

5099

—

—

—

2610

3369.144

4319.342

9

乘以参差系数全厂合计（=0.9，=0.95）

2349

3200.687

3970.164

2.2无功功率补偿计算

此设计采用补偿电容器方法改善功率因数设计思路如下：

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=2349/3970.164=0.592

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0.93.

Qc==2349tan（arccos0.592）-2349tan（arccos0.93）=2269.5Kvar

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。

2.3主变压器的要求与选择

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。

根据主变压器的确定原则：

若发电机电压母线上接有两台或以上主变压器，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器在允许正常过负荷范围内应能输送剩余功率的70%以上。

若为暗备用时每台容量按SN.T≥0.7×2349/0.93kVA=1768.06kVA，须选两台S9-2000/35型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yd11。

因此无功补偿后工厂380V侧和35KV侧的负荷计算如表2-2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%=6.5；

重量4.175t

规矩820mm

主变压器功率损耗：

=

=n*/100*+1/n*（%）/100**

或者利用经验公式：

表2-2无功补偿后工厂的计算负荷

项目

cos¢

计算负荷

/kW

/kvar

/kVA

380V侧补偿前负荷

0.5874

2349

3200.687

3970.164

380V侧无功补偿容量

-2400

380V侧补偿后负荷

0.9465

2349

800.687

2481.7

主变压器功率损耗

22.58

163.62

35KV侧负荷总计

0.9264

2371.58

964.307

2560.133

2.3.1各变电所变压器选择

（1）安装两台变压器互相明备用，其容量按

SN.T≥0.7×=0.7×1464.4kVA=1025.08kVA

因此选两台S9-1250/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yd11。

（2）安装两台变压器互相暗备用，其容量按

SN.T≥0.7×=0.7×1401.25kVA=980.7kVA

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）安装一台变压器，其容量按

SN.T≥=639.333kVA

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）安装一台变压器，其容量按

SN.T≥=485.879kVA

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）安装两台变压器互相暗备用，其容量按

SN.T≥0.7×=0.7×328.48kVA=229.936kVA

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2-3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

空载电流

阻抗电压

主变压器两台暗备用

S9-2000/35

35

10.5

Yd11

3400

19800

1.1

6.5

两台明备用

S9-1250/10

10

0.38

Yd11

2200

16300

1.3

6.5

两台明备用

S9-1000/10

10

0.38

Yyn0

1800

13500

1.4

6.5

选一台

S9-800/10

10

0.38

Yyn0

1540

11000

1.5

6.5

选一台

S9-500/10

10

0.38

Yyn0

1080

7700

1.9

6.5

两台暗备用

S9-250/10

10

0.38

Yyn0

640

4400

2

6.5

3电气主接线图

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，按照要求架空线选择两条互相明备用。

2.架空线截面积的选择

根据要求并结合电力电缆的截面选择：

当电缆的最大负荷利用小时数>5000h，长度超过20m以上，均应按经济电流密度选择。

1）.按经济电流密度选择导线截面积

线路的负荷为：

165.171+2560.133=2725.304

线路在工作时的最大工作电流：

Ig=/（*）=2725.304/（*35）=44.956A

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，属于二级负荷。

其钢芯铝线的电流密度J=1.15所以导线的经济截面面积：

=Ig/J=44.956/1.15=39.09mm2

考虑到线路投入使用的长期发展远景，并结合本地区气象条件，选用截面积为50mm2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（）当环境温度为35度时，导线最高工作温度为70度。

由综合修正系数

则其长时允许电流为：

=220*0.88=193.6A

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：

=/（*）=2000/（）=33A。

由于<,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：

=0.65L=1km选取=0.42

线路总的电压损失为：

U=（P*R+Q*X）/Un=（2349*0.65+0.42*3200.687）/35V=82.03V

电压损失百分比为：

U%=U/Un=0.0023<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10mm2所以符合要求。

5短路电流的计算及电气设备的选择

5.1短路电流的计算

5.1.1三相短路电流的计算目的

为了保证电力系统安全运行，选择电气设备时，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。

5.1.2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，10.5KV

（1）电力系统的电抗标幺值:

=Sd/Soc

（2）电力线路的电抗标幺值:

（3）电力变压器的电抗标幺值:

（4）三相短路电流周期分量有效值:

（5）短路点处的次暂态短路电流:

（6）短路冲击电流：

（高压系统）

（7）冲击电流有效值:

（高压系统）

（8）三项短路容量：

（9），，

5.1.3各母线短路电流列表

根据下图和以上公式计算母线短路电流：

由=Sd/Soc得=100/200=0.5

=0.031

=6.5*100/2*100=3.25

=0.5+0.031=0.531

=100/（*37*0.531）=2.939kA

=0.5+0.031+0.5*3.25=2.156

表5-1母线短路电流列表

短路计算点

三相短路电流/KA

三相短路容量/MVA

最大运行方式

K-1

3.03

3.03

3.03

7.73

4.58

194.33

K-2

2.55

2.55

2.55

6.50

3.85

46.38

最小运行方式

K-1

2.95

2.95

2.95

5.482

3.22

189.04

K-2

1.46

1.46

1.46

2.69

1.59

26.46

5.2电气设备的选择

选用高压开光，要根据使用环境决定户内还是户外型，根据开关柜数量的多少和对可靠性要求来确定使用固定式还是手车式开关柜。

固定式开关柜价格便宜些，但是灵活性不如手车式。

对于可靠性要求不高，开关柜台数又较少的，尽量使用固定式。

选择开关柜后，柜中主要的部件要进行分断电流、动稳定、热稳定、运行工作状况的校验。

5.2.1电气设备选择的原则

1）额定电压

根据上述短路电流的计算结果，按照设计思路中按正常工作条件选型，按短路情况进行校验的思想，选择是，一般可按照电气设备的额定电压不低于装置地点电网额定电压的条件选择，即

2）额定电流

电气设备的额定电流是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许电流。

应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即

3）以及短路计算结果和实际情况作出合理选择。

5.2.2高低压设备的选择

有以上计算可知变压器的最大持续工作电流为

根据主变压器回路的及安装要求，可选SW2-53/600断路器，固有分闸时间和燃弧时间均为0.06s。

后备保护时间最大为

短路热稳定计算时间为

由于，不计非周期热效应。

短路电流的热效应等于周期分量热效应，即

而

显然，热稳定满足要求

冲击电流为

，，满足要求

额定开断电流，，满足要求

综上可知SW2-53/600断路器校验成功；

校验隔离开关GW5-35G过程如下；

，显然，热稳定满足要求

，满足要求

下面是各总配变电所的高低压设备选型情况确定如下：

1）35Kv高压侧设备选择

35Kv测设备选择如下表4-1

表4-135Kv高压侧设备选择

计算数据

高压断路器

SW2-35/600

隔离开关

GW5-35G

电压互感器

JDJJ2-35

电流互感器

LB-35

避雷器

Fz-35

备注

U=35KV

35KV

35KV

35KV

35KV

35KV

I=42.2A

600A

600A

2*200/5

6.6ka

=7.73KA

17KA

42KA

3.3*200

*4=3.03*4

Sk=194.33MVA

400MVA

5.2.310kv高压侧电气设备选择

计算过程如下：

短路热稳定计算时间为

由于，不计非周期热效应。

短路电流的热效应等于周期分量热效应，即

而

显然，热稳定满足要求

冲击电流为

，，满足要求

额定开断电流，，满足要求

综上可知SW2-53/600断路器校验成功；

校验隔离开关GW5-35G过程如下；

，显然，热稳定满足要求

，满足要求

1）10Kv中压侧设备选择见表4-2

表4-210Kv中压侧设备选择

计算数据

高压断路器

SN10-10I

隔离开关

GN6-10/600

电流互感器

LA-10

备注

U=10KV

10KV

10KV

10KV

采用GG-10-54高压开关柜

I=34.49A

630A

600A

100/5

=2.55KA

16KA

=6.55KA

40KA

52KA

160*100

*4=

=46.7MVA

300MVA

基于前面的校验过程，10KV侧可以选用采用GG-10-54高压开关柜这里我们选择KYN28A-12型金属铠装移开式开关柜，系三相交流50Hz的户内成套配电装置，用于接受和分配3～10千伏的网络电能并对电路实行控制保护及监测。

本开关柜能满足GB3096、DL404、IEC-298等标准要求，并具有防止误操作断路器，防止带负荷推拉手车，防止带电关合接地开关，防止接地开关在接地位置送电和防止误入带电间隔，即简称的“五防”。

其技术参数如下表。

项目

单位位

数据

额定电压

Kv

3.67.212

额定绝缘水平

1min工频耐受电压压

Kv

42

雷电冲击电压

Kv

75

额定频率

Hz

50

额定电流

A

630、1250、1600、2000、2500、3150

4s热稳定电流（有效值）

KA

20、25、31.5、40

额定动稳定电流（峰值）

KA

50、63、100

防护等级

外壳IP4X、断路器室门打开为IP2X

开关柜校验

动稳定校验：

Ies=100kA>66.21kA=

热稳定校验：

I2tt=6400>I∞（3）2tmin=3941.79

开关柜校验

动稳定校验：

Ies=100kA>66.91kA=

热稳定校验：

I2tt=6400>I∞（3）2tmin=4024.92

开关柜校验

动稳定校验：

Ies=100kA>66.80kA=

热稳定校验：

I2tt=6400>I∞（3）2tmin=4012.21

开关柜校验

动稳定校验：

Ies=100kA>66.73kA=

热稳定校验：

I2tt=6400>I∞（3）2tmin=4021.29

开关柜校验

动稳