品塑料橡胶材料某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计品质.docx
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品塑料橡胶材料某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计品质
（塑料橡胶材料）某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计优品
摘要
某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计是对工厂供电的设计。
本设计对工厂供电方式、主要设备的选择、保护装置的配置及防雷接地系统进行了相应的叙述，其中还包括全厂的负荷计算、高压侧和低压侧的短路计算、设备选择及校验、主要设备继电保护设计、配电装置设计、防雷和接地设计等。
本设计通过计算出的有功、无功和视在功率选择变压器的大小和相应主要设备的主要参数，再根据用户对电压的要求，计算补偿功率，从而得出所需补偿电容的大小与个数。
根据国家供电部门的相关规定，画出总配变电所及配电系统的主接线图。
电气主接线对电气设备的选择，配电所的布置，运行的安全性、可靠性和灵活性，对电力工程建设和运行的经济节约等，都有很大的影响。
关键词：
变电所，负荷计算，设备选型，继电保护
ABSTRACT
Thewholeplantdistributionsubstationandpowerdistributionsystemdesignofaplasticproductsfactoryisforpowerplantdesign.Thedesignmakesthenarrativeaboutthefactorypowersupply,mainequipmentselection,protectiondeviceconfigurationandgroundingsystemforlightningprotection,whichalsoincludestheloadcalculationofthefactory,theshortcircuitcurrentcalculationofthehighpressuresideandlowpressureside,equipmentselectionandvalidation,themainequipmentrelayprotectiondesign,powerdistributionequipmentdesign,lightningprotectionandgroundingdesign.Thisdesignisbasedonthecalculationoftheactivepower,reactivepowerandapparentpowertransformerandthesizeofthecorrespondingmainequipmentmainparameter,thenworksoutthecompensationcomputingpoweraccordingtouserrequirementstovoltage.Thusitcanobtainthedesirablesizeandnumberofcompensationcapacitor.
Accordingtotherelevantprovisionsofthenationalelectricitysector,thedesigndrawsthemainconnectiondiagramaboutthetotaldistributionsubstationandpowerdistributionsystem.Mainelectricalconnectionhavegreatinfluenceontheelectricalequipmentselection,thelayoutofthedistribution,operationsafety,reliabilityandflexibility,alsopowerengineeringconstructionandeconomyoftheoperationandsoon.
Keywords:
substations,loadcalculation,equipmentselection,relayprotection
第1章绪论-1-
1.1工厂供电的意义-1-
1.2工厂供电的要求-1-
1.3工厂平面图-1-
第2章主接线的设计-3-
2.1总配电所的主接线设计的原则和意义-3-
2.2变配电所主接线方案的技术经济指标-3-
2.3主接线图-4-
第3章负荷计算-6-
3.1负荷计算的意义-6-
3.2负荷计算的方法-6-
3.3负荷计算示意图-7-
3.4具体数据和负荷计算举例-7-
3.4.1原始数据-7-
3.4.2负荷计算-8-
第4章功率补偿计算及变压器的选择-12-
4.1功率补偿计算-12-
4.2变压器容量的选择-14-
第5章短路电流计算-16-
5.1短路电流计算方法及意义-16-
5.2短路计算-16-
5.2.1短路电流计算等效示意图-16-
5.2.2短路电流及容量的计算-16-
第6章进线、母线及电器设备的选择-19-
6.1总配电所架空线进线的选择-19-
6.2高压侧与低压侧母线的选择-19-
6.3各变电所进线选择-19-
6.4变电所低压出线的选择-20-
6.5设备的选择-21-
6.5.1高压侧设备的选择-21-
6.5.2各车间进线设备的选择-21-
6.5.3各变电所低压侧出线回路设备选择与校验表-22-
第7章过电流保护-25-
7.1高压进线的继电保护-25-
7.2各变电所进线的保护-26-
7.3变压器继电保护-28-
第8章防雷与接地保护-31-
8.1防雷保护-31-
8.2接地装置-31-
结论-33-
参考文献-34-
致谢-35-
附录-36-
第1章绪论
1.1工厂供电的意义
工厂供电（electricpowersupplyforindustrialplants），就是指工厂所需电能的供应和分配。
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。
例如在机械工业中，电费的开支仅占产品成本的5%左右。
因此电能在工业生产中的重要性，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自动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的自动化。
从另一方面说，如果工厂的电能供应突然中断，对工业生产可能造成严重的后果。
例如某些供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短暂的停电，也会引起重大的设备损坏，或引起大量的产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。
所以，工厂应该根据本厂环境条件和供电要求来选择适当的电气设备和确定其各项参数，保证工厂正常运行时安全可靠，出现故障时不致出现严重的后果，并在合理的情况下注意节约，还应该根据工厂生产情况与供应能力统筹兼顾。
因此，一套完整的现代化供电系统对于一个工厂实现生产自动化、提高成品质量是不可缺少的。
1.2工厂供电的要求
在工厂供电的过程中要切实保证工厂生产和生活的需要，还要做好节能工作，就应该做到以下要求：
1 可靠要满足供电可靠性的要求。
2 安全要满足在电能的使用中不应发生设备和人身事故。
3 优质要保证用户对电能质量的要求。
4 经济尽量减少供电系统中不必要的投资，并尽可能地节约电能。
此外，在设计工厂配电系统的时候还要考虑到当地的天气设计防雷接地装置，合理地处理当前和长远的关系，既要节约能源，又要保证工厂生产和生活的需要。
1.3工厂平面图
图1.1塑料厂平面布置图
第2章主接线的设计
根据本厂与供电部签定的供用电协议，供电电压为从电业部门某60／10千伏变电所用10千伏架空线路向本厂供电，该所在厂南侧l公里，工作电源仅采用10千伏电压一种。
总配电所内的10KV母线采用母线不分段，电源进线均用断路器控制。
2.1总配电所的主接线设计的原则和意义
一次接线图也叫做主接线图，是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。
电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。
电气一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压电气设备。
它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。
对工厂变电所主接线应满足以下几点要求：
1）安全：
应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安
全。
2）可靠：
应满足电力负荷对供电可靠性的要求。
3）灵活：
应能适应必要的各种运行方式，便于操作和检修，且适应负荷的发展。
4）经济：
在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，
并节约电能和有色金属消耗量。
2.2变配电所主接线方案的技术经济指标
设计变配电所主接线，应根据所选主变压器的容量以及负荷对供电可靠性的要求，初步确定2～3个比较合适的主接线方案来进行技术经济比较，择其忧者作为选定的变配电所主接线方案。
主接线的基本方式有以下四种：
1.单母线接线
母线是连接电源和引出线的中间环节，起汇集和分配电能的作用，只有一组母线的接线称为单母线.单母线接线简单明了，操作方便，便于扩建，投资少。
2.双母线连线
在单母线连线的基础上，设备备用母线，就成为双母线。
它在供电可靠性和运行灵活性方面是最好的一种主接线。
可投资大，开关电器多，配电装置复杂，占地面积大，不适合一般配电所。
3.桥式接线
当配电所只有两回路电源进线和两台主变压器时，采用桥式接线用的断路器台数最少，投资低。
4.线路一变压器组单元接线
当单回路单台变压器供电时，宜采用此进线，所有的电气设备少，配电装置简单，节约建设投资。
2.3主接线图
方案1，只装一台变压器的主接线图。
图2.1装一台变压器的主接线图
方案2，装有两台变压器的主接线图。
图2.2装两台变压器的主接线图
经过对比方案1比方案2更经济就、简单，并且满足本设计的需要，所以本设计选择方案1。
第3章负荷计算
3.1负荷计算的意义
计算负荷是供电系统设计计算的基础，为选择变压器台数和容量，选择电气设备，确定测量仪表的量程，选择继电保护装置等提供重要的数据依据。
所以负荷计算准确与否直接影响着供电设计的质量。
工厂供电系统运行时的实际负荷并不等于所有用电设备额定功率之和。
这是因为用电设备不可能全部同时运行，每台设备也不可能全部满负荷，各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。
因此，工厂供电系统在设计过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。
所谓等效是指这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。
我们按照等效负荷，从满足用电设备发热的条件来选择用电设备，用以计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。
通常规定取30分钟（min）平均最大负荷、和作为该用户的“计算负荷”，并用、、和分别表示其有功、无功、视在和电流计算负荷。
计算负荷也称需要负荷或最大负荷，目的是为了合理地选择工厂各级电压供电网络、变压器容量和设备型号等。
3.2负荷计算的方法
计算负荷的确定是工厂供电设计中很重要的一环，汁算负荷的确定是否合理，直接影响到电气设备选择的合理性、经济性。
如果汁算负荷确定的过大，将使电气设备选得过大，造成投资利有色金属的浪费；而计算负荷确定的过小，则电气设备运行时电能损耗增加，并产生过热，使其绝缘过于老化，甚至烧毁、造成经济损失。
因此，在供电设计中，应根据不同的情况，选择正确的计算入法来确定汁算负荷。
常用的负荷计算方法有需要系数法、二项式法、利用系数法和面积功率法等。
在实际工程配电设计中，广泛采用系数法，因其计算方便，多采用方案估算，初步设计和全厂大型车间变电所的施工设计。
按需要系数法确定计算，应从实际每台用电设备开始，逐级向电源推进，一直计算到电源，用每一级的计算负荷为选择该用电器的依据。
需用系数法的计算，现在己普遍应用于供配电设计中，其缺点是它未考虑到用电设备中少数容量特大的设备对计算负荷的影响。
本设计的情况符合需要系数法，因此本设计中的负荷计算都用需要系数法进行计算。
3.3负荷计算示意图
本设计所采用的电力负荷计算示意图如图3.1所示，将每个计算点编号，由用电设备依次逆推到电源侧。
图3.1电力负荷计算示意图
3.4具体数据和负荷计算举例
3.4.1原始数据
个车间的数据如表3.1所示
表3.1所有变电所负荷计算表
序号
车间或用电单位名称
设备容量（千瓦）
需用系数Kd
功率因数
功率因数正切
（1）NO1变电所
1
薄膜车间
1400
0.6
0.6
1.33
2
原料库
30
0.25
0.5
1.73
3
生活间
10
0.8
1
4
成品库
（一）
25
0.3
0.5
1.73
5
成品库
（二）
24
0.3
0.5
1.73
6
包装材料库
20
0.3
0.5
1.73
（2）NO2变电所
1
单丝车间
1385
0.6
0.6
1.33
2
水泵房及其附属设备
20
0.65
0.8
0.75
（3）NO3变电所
1
油塑车间
189
0.4
0.6
1.33
2
管材车间
880
0.35
0.6
1.33
（4）NO4变电所
1
备料复制车间
138
0.6
0.5
1.73
2
生活间
10
0.8
1
3
浴室
3
0.8
1
4
钳工车间
30
0.3
0.65
1.17
5
原料、生活间
15
0.8
1
6
仓库
15
0.3
0.5
1.73
7
机修模具车间
100
0.25
0.65
1.17
8
处理车间
150
0.6
0.7
1.02
9
车间
180
0.3
0.5
1.73
（5）NO5变电所
1
锅炉房
200
0.7
0.75
0.88
2
试验室
125
0.25
0.5
1.73
3
辅助材料库
110
0.2
0.5
1.73
4
油泵房
15
0.65
0.8
0.75
5
加油站
10
0.65
0.8
0.75
6
办公楼、招待所、食堂
15
0.6
0.6
1.33
3.4.2负荷计算
现以NO.5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：
=0.9；=0.95）
NO.5变电所
（1）锅炉房
有功功率：
==200×0.7=140KW
无功功率：
==140×0.88=123.2Kvar
视在功率：
==140÷0.75=186.67KV·A
（2）试验室
有功功率：
==125×0.25=31.25KW
无功功率：
==31.25×1.73=54.06Kvar
视在功率：
==31.25÷0.5=62.5KV·A
（3）辅助材料库
有功功率：
==110×0.2=22KW
无功功率：
==22×1.73=38.06Kvar
视在功率：
==22÷0.5=44KV·A
（4）油泵房
有功功率：
==15×0.65=9.75KW
无功功率：
==9.75×0.75=7.31Kvar
视在功率：
==9.75÷0.8=12.19KV·A
（5）加油站
有功功率：
==10×0.65=6.5KW
无功功率：
==6.5×0.75=4.88Kvar
视在功率：
==6.5÷0.8=8.13KV·A
（6）办公楼、招待所、食堂
有功功率：
==15×0.6=9KW
无功功率：
==9×1.33=11.97Kvar
视在功率：
==9÷0.6=15KV·A
变电所N0.5的计算负荷：
有功计算负荷：
=
=0.9×（140＋31.25＋22＋9.75＋6.5＋9）
=196.65KW
无功计算负荷：
=
=0.95×（123.2＋54.06＋38.06＋7.31＋4.88＋11.97）
=227.51Kvar
视在计算负荷：
==
=300.72KV·A
其余变电所的计算方法与NO.1变电所的计算方法相同，这里就不一一计算了，其
计算结果如表3.2所示。
表3.2负荷计算结果
序号
车间（单位）名称
计算负荷
有功（KW）
无功（Kvar）
视在（KV·A）
（1）NO1变电所
1
薄膜车间
840
1117.2
1400
2
原料库
7.5
12.98
15
3
生活间
8
8
4
成品库
（一）
7.5
12.98
15
5
成品库
（一）
7.2
12.46
14.4
6
包装材料库
6
10.38
12
7
小计
876.2
1166
1464.4
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95
788.58
1107.7
1359.73
（2）NO2变电所
1
单丝车间
831
1105.23
1385
2
水泵房及其附属设备
13
9.75
16.25
3
小计
844
1114.98
1401.25
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95
759.6
1059.23
1303.44
（3）NO3变电所
1
油塑车间
75.6
100.55
126
2
管材车间
308
409.64
513.33
3
小计
383.6
510.15
639.33
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95
345.24
484.68
595.07
（4）NO4变电所
1
备料复制车间
82.8
143.24
165.6
2
生活间
8
8
3
浴室
2.4
2.4
4
钳工车间
9
10.53
13.85
5
原料、生活间
12
12
6
仓库
4.5
7.79
9
7
机修模具车间
25
29.25
38.46
8
处理车间
90
91.8
128.57
9
车间
54
93.42
108
10
小计
287.7
376.03
485.88
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95
258.57
357.23
440.99
（5）NO5变电所
1
锅炉房
140
123.2
186.67
2
试验室
31.25
54.06
62.5
3
辅助材料库
22
38.06
44
4
油泵房
9.75
7.31
12.19
5
加油站
6.5
4.88
8.13
6
办公楼、招待所、食堂
9
11.97
15
7
小计
218.5
239.48
328.49
乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95
196.65
227.51
300.72
第4章功率补偿计算及变压器的选择
4.1功率补偿计算
供电单位一般对用电用企业要求要求功率因数达到0.9以上，当总功率因数较低
时，常采用提高用电设备的自然功率因数的方法提高总平均功率因数。
提高负荷的功率因数，可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率，使线损大为降低，而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的输送能力。
本设计采用并联电容器进行无功补偿，它是目前最行之有效且应用最广的无功补偿的措施，它主要用于频率为50Hz的电网中提供功率因数，作为产生无功功率的电源。
下面以NO.5变电所为例计算：
变电所的补偿前功率因数：
==196.65÷300.72=0.65
计算电流：
===78.46A
补偿后功率因数：
=0.92
需要补偿的功率：
==196.65×（1.17-0.43）
=145.52Kvar
补偿电容器的个数：
=145.52÷25=5.81
所以实际补偿的功率：
=150Kvar（所以本设计中选用电容器的型号为BKMJ0.4-25-3）
补偿后有功计算负荷：
==196.65KW
补偿后无功计算负荷：
=-=227.51-150=77.51Kvar
补偿后视在计算负荷：
==211.37KV·A
补偿后的计算电流：
===12.20A
高压侧功率因数的校检：
=0.015=0.015×211.37=3.17KW
=0.06=0.06×211.37=12.68Kvar
高压侧有功计算负荷：
=+=199.82KW
高压侧无功计算负荷：
=+=90.19KV·A
高压侧视在计算负荷：
==219.23KV·A
高压侧计算电流：
===12.66A
高压侧的功率因数：
==0.91>0.9，满足要求。
其他各变电所的计算方法相同，计算结果如表4.1所示：
表4.1功率补偿计算结果
变电所
NO.1
NO.2
NO.3
NO.4
NO.5
补偿前
0.58
0.58
0.58
0.59
0.65
（KW）
788.58
759.6
345.24
258.57
196.65
（Kvar）
1107.7
1059.23
484.68
357.23
227.51
（KV·A）
1359.73
1303.44
595.07
440.99
300.72
（A）
78.46
75.26
34.36
25.46
17.36
补偿后
0.92
0.92
0.92
0.92
0.92
（KW）
788.58
759.6
345.24
258.57
196.65
（Kvar）
332.7
309.23
134.68
107.23
77.51
（KV·A）
855.89
820.13
370.58
279.92
211.37
（A）
49.42
47.35
21.40
16.16
12.20
高压侧
0.9
0.91
0.91
0.90
0.91
（KW）
801.42
771.9
350.8
262.77
199.82
（Kvar）
383.05
358.44
156.91
124.03
90.19
（KV
升级会员 