完整版卷烟厂35kV变电工程设计及其概预算编制本科毕业设计.docx
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完整版卷烟厂35kV变电工程设计及其概预算编制本科毕业设计
卷烟厂35kV变电工程设计及其概预算编制
摘要：
卷烟厂的供电要求有别于其他行业，既有一些特殊的要求，也有一些共性的要求。
卷烟厂中的制丝设备和卷接包设备自动化程度很高，大多为国外进口，这些设备一般都按照国外的供电环境设计制造，对于电源的供电质量要求比较苛刻，供电质量出现问题，就会造成重大设备损失。
在保障供电上也有要求，一旦出现供电系统故障，就会严重影响卷烟生产，停机、设备怠工等也会给企业带来不小的损失。
安全文明生产是烟草行业追求的目标，减少人身伤害是企业供电的基本点。
节能减排也是考核企业运行效率的重要指标，目前国内正在大量使用综合自保系统，在传统的供电设备基础上增加高技术计量、保护、运行、监控等设施，即保障供电的可靠性，有保障了用电的可控性，消耗的电量，设备运行状态一目了然。
可以有效增加系统运行效率。
本次设计就是依照以上原则，按计划、按步骤设计35KV配电工程，内容包括负荷计算，一次系统图，电容补偿，变压器选择及变电所布置，断路电流计算，高、低压设备选择及校验，导线、电缆的选择，整定及二次保护等，在设计完成后，还按设计做了供电工程的概算编制，将整个卷烟厂35kV变电工程的设计及投资概算做了完整的阐述和说明。
设计所用到的方法有很多种，在负荷计算方面主要使用了需要系数法，首先统计烟厂的车间及部门负荷情况，然后使用公式计算有功功率、无功功率及视在功率。
根据计算结果选择变压器和变电所在厂区的分布，考虑供电的可靠性等因素，采取一用一备供电方式，增加供电的灵活性。
并且计算了短路电流，确定了变电站保护设备的选型，还在防雷设计等方面做了计算。
技术设计和设备选型确定后做了配电工程概预算编制，预算编制的内容包括直接工程费、间接费、利润、税金及设备购置费，依据费用的内容和取费标准，详细列举了变电站的预算，最后完成卷烟厂35kV变电工程设计及其概预算编制。
关键词：
35KV变电所需要系数法电气主接线负荷短路工程概算
1绪论
卷烟厂的供电要求有别于其他行业，既有一些特殊的要求，也有一些共性的要求。
1.1卷烟厂供电的要求
1.1.1供电质量
卷烟厂中的制丝设备和卷接包设备自动化程度很高，大多为国外进口，这些设备一般都按照国外的供电环境设计制造，对于电源的供电质量要求比较苛刻，我们国家在改革开放初期引进的设备就多次出现因为电网波动引起的停机，严重时还会出现设备元器件损坏等情况，因此烟草行业供电设计中在保证供电质量上有特殊的要求。
衡量供电质量高低的技术指标是频率稳定性、电压偏移和谐波。
交流电的频率对交流电动机的性能有着直接的影响，频率的变动会影响交流电动机的转速。
按照《电力工业技术管理法规》规定，对于额定频率为50Hz的工业用交流电，其频率相对于额定值的偏差不允许超过±0.2-±0.5Hz，即为额定频率的±0.4-±1％。
电压偏移是衡量供电质量的又一重要指标。
所谓电压偏移，是指用电设备在运行中，实际的端电压与其额定电压的偏差。
用电设备对—定范围内的电压偏移具行适应能力，但随着电压偏移的增大，用电设备的性能将会恶化，严重时会造成设备的损坏。
因此．我国对用电设备电压偏移的允许值做了具体的规定，电动机的电压偏移不允许超过其额定电压的±5％。
随着自动化控制水平的提高，烟草行业开始大量使用节能照明、UPS、空调、电脑、变频器、软启动器等设备，这些设备会产生三次、五次、七次及以上谐波，严重污染电网，其中三次谐波叠加到中性线，使中性线发热，威胁配电系统安全，个别烟厂就出现了因为谐波过高而引起了精密仪器损坏等情况，因此烟草行业要求在额定功率下THDI<5％。
1.1.2供电安全可靠
安全供电是保障人身安全的基本要求，同时也是对设备安全的要求，人身安全就是防止人身触电，国家烟草局对烟草生产企业的人身伤害是0死亡率，而在企业的人身伤害中，电力伤害占了很大比重。
供电引起的设备损坏和故障将造成企业运行成本增加，运行效率会纳入到考核中，烟草行业规定的停机率不能大于3%。
1.1.3经济指标
卷烟厂采取独立供电模式，变压器等设备的运行效率提高可以降低企业运行成本，因此，适应供电科技发展现状，将新技术新设备运用企业到供电系统中，可以有效地提高设备运行效率。
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。
1.2卷烟厂供电设计原则
卷烟厂供电设计应遵循以下原则：
1、安全可靠，运行稳定
应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，设备各项参数都能够满足不同负荷、苛刻条件下正常运行，不能因为供电自身缺陷造成设备损害。
2、设备先进，控制数字化
按数字化变电站设计。
监控部分采用综合自动化，分层分布式结构，双远动服务器，开放式系统设计，提供完整汉化保护信息及录波分析功能。
3、运行效率高，节能环保
采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品，技术先进和运行合理，适应国家低碳环保的政策要求。
1.3卷烟厂供电设计内容及步骤
根据各个车间、部门负荷数量和性质及对负荷的要求，其基本内容有以下几方面。
1、负荷计算
烟厂的负荷计算可以根据车间、部门负荷量的情况进行，并且要考虑变压器的功率损耗，从而计算出总负荷。
2、一次系统图
跟据负荷类别绘制一次系统图，确定变电所高、低接线方式。
3、电容补偿
按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，确定无功功率补偿柜的规格和数量。
4、变压器选择及变电所布置
根据进入厂区电源的方向，以及厂区内车间部门的分布和用电特点确定变压器型号及平面图。
5、短路电流计算
6、高、低压设备选择及校验
根据各回路计算的数据，选择高、低压配电设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。
7、导线、电缆的选择
8、整定及二次保护
为了保证设备正常运行，必须队对保护装置做出整定计算。
1.4供电工程的概算编制
配电工程设计及其概预算编制是两部分重要工作，可以将配电工程方案设计和配电工程概预算有机结合，从图纸设计再到工程造价概预算报表，逐步完成工作。
2负荷计算
2.1负荷计算的意义
在烟厂供电设计中，根据技术中心提供的工艺布局，以及技改设备部门提供的设备清单及设计图纸，可以确定用电设备的安装容量，这些设备的负荷越详细，计算就越准确，这些负荷计算的数值影响整个供电的运行效率和投资。
2.2负荷计算的方法
常用的负荷计算方法有：
需要系数法、利用系数法和二项式法。
1、需要系数法：
用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。
这种方法比较简便，比较适用于配电、变电所的负荷计算。
2、利用系数法：
采用利用系数法求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。
这种方法的理论根据是概率的数理统计，因此比较接近实际，但计算过程繁琐。
3、二项式法：
它是用两个系数表征负荷变化规律的方法。
2.3烟厂负荷计算
烟厂设备众多，但大多数为电机拖动和生产照明设备，负荷类型差别不大，因此用需要系数法计算企业负荷。
2.3.1采用需要系数法计算的主要公式及车间有功功率情况
1、主要公式
有功功率（KW）
Pca=KxPnΣ………………………………………………….………….公式1
无功功率（Kvar）
Qca=Ptanφ…………………………………………………….……….公式2
视在功率（KVA）
……………………………………………..………….公式3
式中
Pca、Qca、S------该组用电设备的有功、无功、视在功率计算值
2、卷烟厂各车间负荷情况：
各车间负荷情况表
表一各车间部门负荷情况表
序号
车间或用电设备组名称
额定容量Pe（KW）
需要系数Kx
功率因数COSφ
1
制丝车间
叶片加工段
210
0.8
0.7
叶丝加工段
260
0.8
0.7
梗丝加工段
350
0.8
0.7
膨胀烟丝加工段
300
0.8
0.7
2
卷接包车间
卷烟机台
750
0.85
0.7
包装机台
750
0.85
0.7
辅连设备
100
0.85
0.7
3
动力车间
锅炉
450
0.8
0.6
空压站
750
0.8
0.6
除尘房
1000
0.8
0.6
制冷
950
0.8
0.6
空调
980
0.8
0.6
4
嘴棒车间
嘴棒机组
500
0.85
0.83
5
香精车间
香精车间
230
0.5
0.83
生活辅房
50
0.5
0.83
备件仓库
30
0.5
0.83
成品库
60
0.5
0.83
原料库
70
0.5
0.83
2.3.2负荷计算
根据表一列出的负荷列表，和公式1、2、3分别计算卷烟厂各部门、车间负荷
1制丝车间
Kx=0.8cosφ=0.7tanφ=1.02
则有功功率（KW）
Pca=KxPnΣ=0.8*1020=816KW
无功功率（Kvar）
Qca=Ptanφ=816*1.02=832.32Kvar
视在功率（KVA）
=1165.59Kvar
2卷接包车间
Kx=0.85cosφ=0.7tanφ=1.22
则有功功率（KW）
Pca=KxPnΣ=0.85*1600=1360KW
无功功率（Kvar）
Qca=Ptanφ=1360*1.22=1988.6Kvar
视在功率（KVA）
=1729.98Kvar
3动力车间
Kx=0.8cosφ=0.6tanφ=1.33
则有功功率（KW）
Pca=KxPnΣ=0.8*3160=2528KW
无功功率（Kvar）
Qca=Ptanφ=2528*1.33=3362.24Kvar
视在功率（KVA）
=4206.59Kvar
4嘴棒车间
Kx=0.85cosφ=0.83tanφ=0.67
则有功功率（KW）
Pca=KxPnΣ=0.85*500=425KW
无功功率（Kvar）
Qca=Ptanφ=425*0.67=284.75Kvar
视在功率（KVA）
=316.78Kvar
5办公及后勤
Kx=0.5cosφ=0.83tanφ=0.67
则有功功率（KW）
Pca=KxPnΣ=0.5*440=220W
无功功率（Kvar）
Qca=Ptanφ=220*0.67=147.4Kvar
视在功率（KVA）
=264.8Kvar
由上述计算列出电力负荷表
表二负荷分布表
序号
车间部门
额定容量Pe（KW）
需要系数Kx
功率因数COSφ
有功功率KW
无功功率Kvar
视在功率KVA
1
制丝车间
1020
0.8
0.8
816
832.32
1165.59
2
卷接包车间
1600
0.85
0.83
1360
1988.6
1729.98
3
动力车间
3160
0.8
0.75
2528
3362.24
4206.59
4
嘴棒车间
500
0.85
0．83
425
284.75
316.78
5
香精车间
440
0.5
0.83
220
147.4
264.8
合计
5349
6615.31
7683.74
3变电所及变压器的选择
3.1变电所位置选择的原则
变电站位置的选择，应根据下列要求并经过经济分析比较后确定：
1、接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；
2、进出线方便，特别是要便于架空进出线；
3、接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所；
4、设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低成套配电装置的运输。
3.2变压器容量和台数确定原则
根据变电站的实际情况，应根据以下的原则进行选择
1、主变得容量一般按变电站建成后5~10年的规划负荷选择
2、根据电压网络的结构和变电站所带的负荷的性质来确定主变的容量，对于有重要用户的变电站应考虑当一台主变停运时其余变压器在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级的负荷，对一般性变电站，一台机停用时，应使其余变压器保证全部负荷的70%~80%。
3、同级电压的降压变压器容量的级别不宜过多，应系列化，标准化
4、对于大城市市郊的一次变电站，在中低压侧已构成环网的基础上，变电所以装设两台变压器为宜。
3.3变配电系统确定
根据以上选型原则，结合车间负荷中心位置，集中程度，与工艺、土建有关方面协商确定，采用35Kv数量、容量如表
表三变压器数量及容量
序号
变电所名称
位置及型式
变压器台数×容量（kV·A）
变压器型号
1
1#变电站
动力车间内附
3×1600
S9一160010
2
2#变电站
卷包车间内附
2×1250
S9一125010
3
3#变电站
制丝车间内附
2×1000
S9一100010
4
4#变电站
嘴棒车间内附
1×800
S9一80010
5
5#变电站
香精车间内附
1×600
S9一60010
3.4变电站的平面布置图
图一变电站的平面布置图
3.5变电站接线方式的确定
本设计采用双变压器供电，一主一备，防止因为一个变压器故障或检修时造成全厂停电。
在下方采取分段接线方式，因为段数分的越多，故障时停电范围越小，但使用断路器的数量亦越多，且配电装置和运行也越复杂，通常以2～3段为宜。
这种接线广泛用于小容量发电厂和变电站的6～10kv接线中。
电气主接线是总降压变电所的主要电路，它明确表示了变电所电能接受与分配的主要关系，是变电所运行、操作的主要依据。
在设计中，主接线的拟定对电气设备选择、配电装置布置、保护和控制测量的设计、建设投资以及变电所运行的可靠性、灵活性及经济性等都有密切关系，所以主接线的选择是供电系统设计中一项综合性的重要环节。
如图二所示
图二总降压变电所的电气主接线图
4短路电流的计算
4.1短路计算的目的
变电站的设计中，短路电流计算是一个非常重要的环节。
短路电流计算的目的主要有以下几个方面：
1、在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。
2、在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又要节约资金，就需要进行全面的短路电路计算。
例如，计算某一时刻的短路电流有效值，用于校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值，计算短路后较长时间短路电路的有效值，用以校验设备的热稳定，计算短路电流冲击值，用以校验设备的稳定性。
3、在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相对地的安全距离。
4、在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。
5、在设计接地装置时，也需要考虑短路电流。
4.2短路计算的简单分析
在企业供电系统中短路电流的计算一般采用近似的方法，首先假定：
1、供电电源是无限大功率系统。
2、认为短路回路的元件的电抗为常数。
3、元件的电阻，一般略去不计，只有在短路电阻中总电阻RΣ大于总电抗的三分之一时才考虑电阻，否则认为zΣ=xΣ。
短路电流按正常运行方式计算的计算电路图如图三所示：
图三计算电路图
为了选择高压电器设备，整定电气保护，需计算总降压变电所的35KV侧、10KV母线侧以及厂区高压配电线路末端的短路电流。
4.2.1各元器件的电抗
设基准容量Sj=100MVA
基准电压Uj1=37KVUj2=10.5KV系统电抗X*xt
地区变电所110KV母线的短路容量Sd为600MVA因此系统电抗标幺值
X*xt=SjSd=100600=0.17
地区变电所三绕组变压器的高压-中压绕组之间的电抗标幺值
35KV供电线路的电抗：
总降压变电所的主变压器电抗：
4.2.2d1点三相短路电流计算
如下图所示等值电路
图四等值电路
1、系统最大运行方式
短路回路总电抗
按无限大系统计算由公式计算d1点三相短路电流标幺值为
基准电流为
d1点三相短路电流的有名值为
冲击电流
d1点短路容量
2、系统最小运行方式
短路回路总电抗标幺值
三相短路电流标幺值
其它计算结果见表四：
表四d1点三相短路电流计算结果
项目
（KA）
（KA）
（KA）
（MVA）
计算公式
最大运行方式
2.5
2.5
6.4
160
最小运行方式
1.92
1.92
4.9
122
4.2.3d2点三相短路电流计算
1、系统最大运行方式
短路回路总电抗
2、系统最小运行方式
短路回路总电抗
基准电流：
其它计算结果见表五：
表五d2点三相短路电流计算结果
项目
（KA）
（KA）
（KA）
（MVA）
计算公式
最大运行方式
3.18
3.18
8.11
57.8
最小运行方式
2.86
2.86
7.29
52.08
5电气设备选择及说明
5.1高压变压器的选择
为了保证高压电器的可靠运行，在发生故障时能最快的跳闸及其保护用电设备，因此装设一些电气设备。
高压电器应按以下条件选择：
1、按正常工作条件包括电压、电流频率、开断电流等选择；
2、按短路条件包括动稳定、热稳定和持续时间校验。
5.2主变压器的选择
5.2.1无功补偿器的容量及型号
功率因数的计算
计算无功补偿容量
根据功率因数考核基准值0.9的要求，应将本站功率因数补偿至0.9。
所以补偿后的功率因数换算为正切值tgφc=0.48。
所以补偿电容值为
QC=α（tgφ-tgφC）P=0.7×（0.98-0.484）×5349=1857.2kvar
5.2.2主变压器的定型
1、主变压器容量计算
2、主变容量、数量的选择
按照负荷的供电可靠性要求和工厂供电的特点，应选用2台主变。
所以：
每台主变的容量S=7158KVA。
5.335kV侧电气设备选择
5.3.1、户外高压真空断路器
按正常工作条件选择电气设备额定电压和电流选择：
Un>Uns（;）
In>Imax（In=20kA;Imax=1.25kA）
式中、—分别为电气设备和电网的额定电压（kV），
In、Imax—分别为电气设备的额定电流和电网的最大负荷电流（kA）。
按短路状态断路热稳定和动稳定的校验
校验式≥，≥
所以选用ZW7-35系列户外高压真空断路器系三相交流50Hz户外高压开关设备，主要用于40.50kV电网中，作分、合负荷电流、过载电流及短路电流之用，也可以用于其他类似场所，该产品结构设计合理，维护简便。
5.3.2隔离开关
隔离开关也是发电厂和变电所中常用的开关电器，它需与断路器配套使用。
但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。
隔离开关与断路器相比，额定电压、额定电流的选择及短路动、热稳定的项目相同。
但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流，故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。
选择GW4-35D型隔离开关适用于频率为50Hz，额定电压为35kV，额定电流600A、1000A的交流电路中作有电压无负载时断开与闭合电路之用，借助连杆可组成三极联动。
5.3.3高压限流熔断器
高压熔断器用来保护电气设备免受过载、短路电流的损害和保护电压互感器，当电流超过额定电流时，自动切断电流.保护电力设施。
选择RW10-35型户外高压限流熔断器，其适用于交流50Hz，额定电压10kV-35kV-66kV的输电线和电压互感受器的短路和过载保护。
5.3.4电流互感器
在装有断路器的回路应安装电流互感器，变压器中性点装设电流互感器，110kV侧及变压器，回路采用三相配置，35kV、10kV采用两相置、母联，亦采用两相配6—20kV屋内配电装置，采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的独立式CT。
选择LSJ-35，LSJC-35I，II，III型装入式电流互感器,适用于交流50Hz，额定工作电压35kV的电力系统中，作为电流电能测量及继电保护使用。
5.3.5电压互感器
电压互感器是电力系列中重要的电器设备之一，用来转换电压，目的在于传递电能，而互感器转换电压或电流的目的，在于测量和监视线路的电压或电流等。
选择JDJJ-35型电压互感器为单相三绕组油浸户外式产品。
适用于交流50Hz、35kV中性点不直接接地的电力系统，供继电保护和信号装置的电源用。
5.3.6避雷器
为了防止过电压，当系统出现过电压时，电阻片呈低电阻，从而保护电器设备，在正常运行状态下，电阻片呈高电阻，避雷器仅流过很小的泄漏电流，起到与系统绝缘的作用。
选择ZnO—35型避雷器，其用于保护交流35kV电力系统的输变电设备免受过电压危害。
5.410kV侧电气设备选择
5.4.1高压开关柜
选用GM6系列10kVGIS充气开关柜，其额定电压为10kV，额定频率为50Hz的三相交流单母线和单母线旁路系统中，作为接受和分配电能之用。
主要特点如下：
1、使用六氟化硫气体绝缘式开关柜，并且断路器采用SF6分断介质，有效的避免了类似真空断路器的操作过电压危害。
2、内燃弧防护、完善的连锁机构，钥匙锁机械连锁实现“五防”。
5.4.2隔离开关
选用户内隔离开关户内高压设备在有电压无负载时,切断与闭合线路之用。
5.4.3电流互感器
选用LAJ-10在外表面增加了伞形结构，从而增加了外表面的爬电距离，能适用于轻污秽地区，也适用于50Hz、额定电压为10kV及其以下的电力系统中作电流、电能的测量及继电保护。
5.4.4母线
导体截面可按照长期发热允许电流或经济电流密度选择。
对年负荷利用小时数大（通常指Tmax>5000h），传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机、变压器的连接导体其截面一般按经济电流密度选择。
（1）按导体长期发热允许电流选择：
Imax≤kIal
（2）按经济电流密度选择：
6变电站的继电保护
6.1继电保护
6.1.1变电所馈电线路保护
由总降压变电所送至每一车间变电所的线路需设速断保护和过电流保护。
互感器接成不完全星形，继电器选用GL一1110型。
1、过电流保护的动作电流整定值按下式计算：
…………….………….公式5
式中——可靠系数，取=1.25；——接线系数，在具体接线方式下=1；
——返回系数，=0.8；——最大负载电流；
——电流互感器变比；和根据各回路具体情况而定。
选出接近的动作电流值为23A。
动作时间因需要与低压侧空气相配合，故选为0.5s。
灵敏度校验灵敏系数可根据下式校验：
…………………………..……….………….公式6
式中——380V侧母线发生两相短路、电流电流最小值对10kV侧的归算值；
——继电保护装置一次动作电流。
=.
2、速断保护的动作电流应躲开变压器二次侧三相电流电流归算值。
即
以计算
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