某化纤毛纺织厂全厂总配电所及配电系统设计-(2).doc
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安徽理工大学课程设计
电气与信息工程课程设计说明书
某化纤毛纺织厂全厂总配电所及配电系统设计
学院（部）：
电气工程及其自动化
专业班级：
电气09-7
组别：
第五组
成员：
李明明刘楠钟志祥
吴波胡松贵许超
指导教师：
杨岸
2012年7月4日
摘要
电能是现代工业生产的主要能源和动力，其应用极为广泛。
本课程设计是有关化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统。
根据该厂负荷统计资料，并适当考虑相关要求，完成工厂供电系统的设计。
设计将分六章，第一章讲了设计任务的要求和原始材料的分析。
。
第二章讲述了变电所一次侧电气设备选型。
其中包括无功补偿电容器选择、各车间变压器选择及架空线的选择。
第三章讲的短路电流计算。
第四章讲的是电气设备的选择与校验。
然后第五章是基于自然风向和气候条件以及地址条件选择配电所位置和机构。
第六章考虑防雷的相关设计。
最后总结在此次工厂供电设计重点一些收获和体会。
关键词：
电能，配电所，配电系统，工厂供电
目录
摘要 2
1.设计任务及原始材料 4
1.1设计任务 4
1.2原始资料 4
1.3工厂负荷情况 4
1.4供用电协议 5
1.5负荷性质 6
1.6自然条件 6
1.7负荷计算 7
2.变电所一次侧电气设备选型 8
2.1无功补偿电容器选择 8
2.2各车间变压器选择 8
2.3架空线的选择 9
3.短路电流计算 11
3.1三相短路电流的计算目的 11
3.2短路电流的计算公式（标幺值计算方法）：
11
3.3各母线电流列表 11
4.10kv高压开关电柜选型 17
5变电所继电保护装置配置 19
5.1电力线路继电保护 19
5.2变压器继电保护配置 21
设计心得 24
参考文献 25
1.设计任务及原始材料
1.1设计任务
为某化纤毛纺织厂设计全厂总配电所及配电系统。
1.2原始资料
图1.1工厂总平面图
1-制条车间；2－纺纱车间；3－织造车间；4－染整车间；5－软水站；6－锻工车间；
7－机修车间；8－托儿所；9－仓库；10－锅炉房；11－宿舍；12－食堂；13－木工车间；14－污水调节池；15－卸油泵房
本厂设有一个主厂房，其中有制条车间、纺纱车间、织造车间、染整车间四个生产车间，设备选型全部采用我国最新定型设备。
除上述车间外，还有辅助车间及其它设施，详见全厂总平面图（图1.1）。
1.3工厂负荷情况
全厂各车间电气设备及车间变电所计算表如下（表1.1）所示。
表1.1工厂负荷统计资料
序号
车间或用电单位名称
设备容量（kW）
计算负荷
变压器台数及容量
备注
（kW）
（kVar）
（kVA）
（1）No.1变电所
1
制条车间
340
0.8
0.8
0.75
1
0.9
2
纺纱车间
340
0.8
0.8
0.75
3
软水站
86.1
0.65
0.8
0.75
4
锻工车间
36.9
0.3
0.65
1.17
5
机修车间
296.2
0.3
0.5
1.73
6
托儿所
12.8
0.6
0.6
1.33
7
仓库
37.96
0.3
0.5
1.17
8
小计
（2）No.2变电所
1
制造车间
525
0.8
0.8
0.75
1
2
染整车间
490
0.8
0.8
0.75
3
浴室
1.88
0.8
1
－
4
食堂
20.63
0.75
0.8
0.75
5
独身宿舍
20
0.8
1
－
6
小计
（3）No.3变电所
1
锅炉房
151
0.75
0.8
0.75
待设计
2
水泵房
118
0.75
0.8
0.75
3
化验室
50
0.75
0.8
0.75
4
卸油泵房
28
0.75
0.8
0.75
5
小计
1.4供用电协议
工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：
（1）从电业部门某35/10kV变电所，用10kV双回架空线路向本厂配电，该变电所在厂南侧0.5km；
（2）该变电所10kV配出线路定时限过流保护装置的整定时间为1.5s，要求配电所不大于1.0s；
（3）在总配电所10kV侧进行计量；
（4）功率因数值应在0.9以上；
（5）配电系统技术数据
表1.2配电所10kV母线短路数据
系统运行方式
短路容量
说明
最大运行方式
系统为无限大容量
最小运行方式
配电系统如下图（图1.2）所示：
本厂总配电所
（待设计）
10kV母线
d（3）
=0.4Ω/km
t=1.5s
10kV母线
d（3）
图1.2配电系统图
1.5负荷性质
多数车间为三班工作制，少数车间为一班或两班制，全年为306个工作日，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。
1.6自然条件
气象条件
（1）最热月平均最高气温为30；
（2）土壤中0.7～1米深处一年中最热月平均温度为20；
（3）年雷暴日为31天；
（4）土壤冻结深度为1.1米；
（5）夏季主导风向为南风。
地质及水文条件
根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8～5.3米，地耐压力为20吨/平方米。
1.7负荷计算
经过计算得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表1.3所示（额定电压取380V）。
表1.3负荷计算表
序号
车间或用电单位名称
设备容量（kW）
计算负荷
变压器台数及容量
备注
（kW）
（kVar）
（kVA）
（1）No.1变电所
1
制条车间
340
0.8
0.8
0.75
272
204
340
1
0.9
2
纺纱车间
340
0.8
0.8
0.75
272
204
340
3
软水站
86.1
0.65
0.8
0.75
55.9
41.925
69.875
4
锻工车间
36.9
0.3
0.65
1.17
11.1
12.987
17.08
5
机修车间
296.2
0.3
0.5
1.73
88.8
153.62
177.6
6
托儿所
12.8
0.6
0.6
1.33
7.8
10.374
13
7
仓库
37.96
0.3
0.5
1.17
11.47
13.348
22.94
8
小计
1149.96
719.07
640.254
980.495
（2）No.2变电所
1
制造车间
525
0.8
0.8
0.75
420
315
525
1
0.9
2
染整车间
490
0.8
0.8
0.75
392
294
490
3
浴室
1.88
0.8
1
－
1.504
0
1.504
4
食堂
20.63
0.75
0.8
0.75
15.75
11.8
19.688
5
独身宿舍
20
0.8
1
－
16
0
16
6
小计
1057.51
845.254
620.8
1052.192
（3）No.3变电所
1
锅炉房
151
0.75
0.8
0.75
113.25
84.94
141.56
2
0.9
2
水泵房
118
0.75
0.8
0.75
88.5
66.375
110.63
3
化验室
50
0.75
0.8
0.75
37.5
28.125
46.88
4
卸油泵房
28
0.75
0.8
0.75
21
15.75
26.25
5
小计
347
260.25
138.375
325.32
6
总计
2554.47
1824.574
1399.429
2358.007
注：
由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。
在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少，各组的计算负荷均按表2.1所列的计算系数计算，而不必考虑设备台数少而适当增大和cosθ。
2.变电所一次侧电气设备选型
2.1无功补偿电容器选择
根据供电协议的功率因数要求，取补偿后的高压侧功率因数，集中补偿的容量计算如下：
总视在功率S=2358.007kva，总有功功率P=1824.574。
未补偿前的功率因数<0.9，所以需要进行无功补偿。
因为
，故取来计算低压侧所需无功功率补偿容量。
补偿无功功率
=Kvar
采用9个BWF6.3-100-1并联电容器进行补偿，总共补偿容量
2.2各车间变压器选择
NO.1变电所
安装一台变压器，其容量按
SN.T>S=980.495kva
因此选择型变压器，其连接组别采用Y,yn0.
NO.2变电所
安装一台变压器，其容量按
SN.T>S=1052.192kva
因此选择型变压器，其连接组别为Y,d11.
NO.3变电所
按要求安装两台变压器，且明备用，其容量按
SN.T>S=325.32kva
因此选择两台型变压器，其连接组别均为Y,yn0.
表2-1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
选一台
10
0.4
Yyn0
1800
11600
2.5
4.5
选一台
10
0.4
Yyn0
2200
13800
2.5
4.5
两台明备用
10
0.4
Yyn0
920
5800
3.2
4
2.3架空线的选择
因为本厂由电业部门某一35/10千伏变电所供电，选择两条架空线互为暗备用：
因为互为暗备用，故每条架空线额定电流
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6000小时，属于二级负荷。
其钢芯铝线的电流密度J=0.9所以导线的经济截面面积：
截面选得越大，电能损耗就越小，但线路投资及维修管理费用就越高；截面选得小，线路投资及维修管理费用虽然低，但电能损耗则增加。
考虑到线路投入使用的长期发展远景，选用截面积为70mm2的导线，所以10KV架空线为LGJ-70的导线。
（2）.按允许载流量选择导线、电缆截面
查表得LGJ-50型裸导线的长时允许电流当环境温度为30度时，导线最高工作温度为70度。
其长时允许电流为：
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：
由于,所以符合要求。
（3）.按电压损耗选择导线和电缆截面
查表得LGJ-70导线的单位长度电阻和电抗为：
电压损失百分比为：
（注：
为线路额定电压的5%）
所以导线符合要求。
（4）.按机械强度校验导线截面
钢芯铝线非居民区10KV最小允许截面为10mm2所以符合要求。
3.短路电流计算
3.1三相短路电流的计算目的
短路电流计算是供配电系统设计与运行的基础，主要用于解决以下问题。
选择和校验各种电气设备，例如断路器、互感器、电抗器、母线等。
合理配置继电保护和自动装置。
作为选择和评价电气主接线方案的依据。
3.2短路电流的计算公式（标幺值计算方法）：
基准容量，高压侧基准电压，低压侧基准电压
基准电流,电力变压器的电抗标幺值：
三相短路电流周期分量有效值：
在无限大容量系统中，短路点处的次暂态短路电流：
短路冲击电流：
（高压系统）
（低压系统）
冲击电流有效值：
（高压系统）
（低压系统）
三相短路容量：
，，
3.3各母线电流列表
取基准容量，高压侧基准电压，低压侧基准电压
高压侧基准电流
低压侧基准电流
系统最小阻抗标幺值
系统最大标幺值
变压器阻抗标幺值：
所以
总配进线：
最大运行方式下：
绘制等效电路图
图3-1最大运行方式下等效电路图
对于点发生三相短路:
对于点发生三相短路:
对于点发生三相短路:
对于K4点发生三相短路
:
最小运行方式下：
绘制等效电路图
图3-2最小运行方式下等效电路图
对于点发生三相短路:
对于点发生三相短路:
对于点发生三相短路:
对于点发生三相短路:
将以上数据列成短路计算表，如表3.1和表3.2所示：
表3-1最大运行方式
短路点
（kA）
（kA）
（kA）
三相短路容量（MVA）
9.28
23.664
14.04
168.8
298.1
548.5
324.17
206.6
315.75
580.9
343.37
218.82
289.76
533
315
200.8
表3-2最小运行方式
短路点
（kA）
（kA）
（kA）
三相短路容量（MVA）
8.0
20.4
12.1
146
265.75
488.97
288.99
184.16
263.8
485.4
286.88
182.82
238.51
438.86
259.38
165.29
4.10kv高压开关电柜选型
故三个开关柜选型如下：
NO.1选KYN1型开关柜
参数名称
单位
参数
额定电流
A
630
1000
1250-3150
主母线额定电流
A
630-3150
额定电压
kV
3.67.212
额定频率
HZ
50
额定动稳电流
kA
40
80
100
额定热稳电流
kA
16
31.5
40
额定热稳时间
S
4/1min
额定开断电流
kA
16
31.5
40
额定短路持续时间
S
4
防护等级
IP4X
额定绝缘水平
1min工频电压
kV
42
冲击电压
kV
75
动稳定校验
热稳定校验
符合要求.
NO.2选KYN12型开关柜
项目
单位
数据
额定电压
kV
10
最高工作电压
kV
12
1min工频耐压
kV
42
雷电冲击电压
kV
75
辅助回路1min工频耐压
kV
2
额定频率
Hz
50
额定电流
kA
1250-4000
4s热稳电流
kA
31.54050
额定动稳电流
6380100125
配用断路器
真空断路器
防护等级
外壳IP4X,各隔离室隔板IP2X
动稳定校验
热稳定校验
符合要求
NO.3选择KYN28型开关柜
项目
单位
数据
额定电压
kV
3.67.212
额定电流
A
10001250-3000
额定开断电流
kA
12.5202531.540
额定关合电流
kA
31.5506380100
额定动稳电流
kA
31.5506380100
额定热稳电流
kA
12.5202531.540
热稳时间
s
4
防护等级
IP2X
母线系统
单母线带架空
操作方式
电磁式
外形尺寸
（宽*高*宽）mm
1100*1520*2650
动稳定校验
热稳定校验
符合要求.
5变电所继电保护装置配置
继电保护装置应该满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性。
电力设备和线路短路故障的保护应设有主保护和后备保护，必要时再增加辅助保护。
选变压器NO.1进行保护。
5.1电力线路继电保护
（1）线路过电流保护
线路过电流保护接线原理图和展开图
图5-1线路过电流保护接线原理图和展开图
各参数整定计算如下：
，取整数6A
保护时限<1s
灵敏系数校验：
合格
（1）电流速断保护
电流速断保护原理图和展开图接线图如下：
图5-2电流速断保护原理图和展开图
各参数整定计算如下：
=9.28kA
==1.259.28=11.6kA
继电保护动作电流===0.29kA
动作时间t=0s
保护范围校验
==-59.6%
其中
所以无保护范围
5.2变压器继电保护配置
对于高压侧为6~10kV的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护；如果电流保护的动作时间大于0.5~0.7秒时，还应装设电流速断保护。
容量在800kVA及以上的油侵式变压器和400kVA及以上的车间内油侵式变压器，按规定应专设瓦斯保护。
瓦斯保护在变压器轻微故障时，动作于信号，而其他保护包括瓦斯保护在变压器发生严重故障时，一般均动作于跳闸。
但是，如果单台运行的变压器容量在10000kVA及以上和并列运行的变压器每台容量在6300KVA及以上时，则要求装设纵连差动保护来取代电流速断保护。
经分析整定计算后本方案确定采用过电流保护，单相接地短路保护过负荷保护和瓦斯保护。
a.变压器过电流保护动作跳闸，应作如下检查和处理：
（1）检查母线及母线上的设备是否有短路；
（2）检查变压器及各侧设备是否短路；
（3）检查低压侧保护是否动作，各条线路的保护有无动作；
（4）确认母线无电时，应拉开该母线所带的线路；
（5）如是母线故障，应视该站母线设置情况，用倒母线或转带负荷的方法处理；
（6）经检查确认是否越级跳闸，如是，应试送变压器；
（7）试送良好，应逐路检查故障线路。
变压器过电流保护保护装置一次侧动作电流为
电流继电器动作电流为
灵敏系数校验
保护时限因为变压器过电流保护时限大于0.5s所以变压器应设电流速断保护。
b.变压器电流速断保护
11600/=696A
696=34.8A
c.变压器过负荷保护
在变压器高压侧设置过负荷保护，因为负荷多数情况下是三相对称的，因此过负荷只用一个电流继电器接于一相电流，经延时9~10s作用于预告信号。
保护装置一次侧动作电流和电流继电器的动作电流为
=
=
d.变压器低压侧单相接地短路保护，利用高压侧三相过电流保护兼做单相接地短路保护。
e.瓦斯保护
图5-3瓦斯保护
设计心得
这次课程设计历时二个星期，通过这两个星期的学习，发现了自己的很多不足，无论是对知识的理解还是实践能力以及理论联系实际的能力还急需提高。
这次的课程设计也让我看到了团队的力量，设计工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。
刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。
在课程设计中只有一两个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。
而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
25
参考文献
［1］王士政，冯金光.发电厂电气部分（第3版）.北京：
中国水利水电出版社2003
［2］熊信银.张步涵.电力系统工程基础.华中科技大学出版社2003
［3］何首贤等.供配电技术.中国水利水电出版社2005
［4］黄纯华.葛少云.工厂供电（第2版）.天津大学出版社2001
［5］华智明.电力系统.重庆：
重庆大学出版社2005
［6］刘介才.工厂供电设计指导（第2版）.北京：
机械工业出版社2008
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