毕业设计新兴塑料制品厂35KV变配电所及配电系统设计青岛理工大学.docx
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毕业设计新兴塑料制品厂35KV变配电所及配电系统设计青岛理工大学
摘要
根据我国能源利用情况，供电设计的原则要求，按照设计任务书的详细要求，对该厂进行总体分析，然后着手对该厂高压供配电系统进行设计。
在指导老师的悉心指导下，同时借助参考文献，完成该次设计。
首先，对全厂的负荷进行系统计算，为确定供电系统的电力变压器、各种开关电器的容量、电力线路的截面和变电所的所址等提供依据。
并且对其进行无功补偿，以减少变压器、电力线路、开关设备的功率损耗，从而减少电器元件的规格，降低它的功率损耗和电压损耗，减少投资。
其次，根据本厂的实际情况和经济技术比较电力变压器，确定变电所的地址、类型以及其主接线方案，其中包括变压器容量以及台数的确定，全厂配电系统的设计。
然后，按负荷情况系统地对厂区进行设计，为了校验一次设备的短路稳定度，开关电器的断流能力及电流保护装置的灵敏度，整定电流速断保护装置的动作电流，进行短路电流的计算，进而选择了电力线路和高低压电气设备。
最后，确定全厂配电系统的防雷接地系统设计。
关键词：
一次部分，电力变压器，无功补偿，负荷计算，电缆敷设，接地与防雷
Abstract
AccordingtoChina'senergyutilization,powersupplyinaccordancewiththeprincipleofdesign,thedesignplandescriptionsofthefactory,thedetailedrequirementsforoverallanalysisofthefactory,andthensethighpowersupplysystemdesign.Intheguidance,takeinyourgroupmembers,andhelpwithmanyreferencestofinishthedesign.
Firstofall,theloadcalculationsystem,todeterminethepowersupplysystemofswitchpowertransformer,electriccapacity,powerlinesandthesubstationofaddress,etc.Andonthereactivepowercompensation,toreducethetransformer,electriccircuit,thepowerswitchequipment,therebyreducingthelossofelectricalcomponents,reduceitsspecificationandvoltagelossofpowerconsumption,reducinginvestment.
Secondly,accordingtotheactualsituationofoureconomyandtechnologypowertransformersubstation,anddeterminetheaddress,typesanditsmainconnectionscheme,includingtransformercapacityandthenumberofplantdistributionsystem,thedesign.
Then,accordingtothesituationoffactorywithsystematicdesign,inordertochecktheequipment,switchshort-circuitstabilityofelectriccurrentflowcapacityandthesensitivityofprotectiondevice,thevelocityofelectriccurrentprotectiondevice,thecalculationofshort-circuitcurrent,andthenchoosethepowerlineandhigh-lowvoltageelectricalequipment.
Finally,makesurealldistributionsystemoflightningproofgroundingsystemdesign.
Keywords:
majorsystem，Powertransformer，reactivepowercompensation，loadcalculation，andlightningprotectionandgroundingcables
第1章绪论
1.1工厂供电意义和要求
众所周知，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；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
在塑料制品厂里，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。
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，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。
（4）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
（5）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。
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设计原则
按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50059-92《35～110kV变电所设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：
1、遵守规程、执行政策
必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。
2、安全可靠、先进合理
应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。
3、近期为主、考虑发展
应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。
4、全局出发、统筹兼顾
按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。
工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。
工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。
作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
1.3内容及步骤
全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。
解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。
其基本内容有以下几方面。
1、负荷计算
全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。
考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。
列出负荷计算表、显示计算结果。
2、一次系统图
根据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算，绘制一次系统图，确定变电所高、低接线方式。
对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济，安装容易维修方便。
3、电容补偿
按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。
由手册或产品样本选用所需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
根据电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器型号及全厂供电平面图。
5、短路电流计算
工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。
求出各短路点的三相短路电流及相应有关参数。
6、高、低压设备选择及校验
参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，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。
并根据需要进行热稳定和动稳定检验，并列表表示。
7、导线、电缆的选择
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面选择。
8、整定及二次保护
为了监视、控制和保证安全可靠运行，各用电设备，皆需设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。
并对保护装置做出整定计算。
给出二次系统图。
9、防雷与接地
参考本地区气象及地质资料，设计防雷接地装置，绘制防雷接地平面图
第2章负荷计算、无功补偿及变压器的选型
2.1负荷计算
计算负荷的意义和计算目的
1、原始资料:
用电负荷的产品铭牌数据。
2、考虑因素:
非同时运行；运行并非在额定状态下。
3、计算负荷:
将原始资料,结合考虑因素,变成供配电系统设计所需要的假想负荷。
4、意义和目的:
（a）求计算负荷,也称需用负荷
1.作为按发热条件选择供配电系统各级电压供电网络变压器容量、导体和电气设备的依据。
2.用来计算电压损失和功率损耗。
3.在工程上为方便计算，亦可作为能量消耗量及无功功率补偿的计算依据。
（b）求尖峰电流
计算电压波动、选择熔断器等保护元件。
（c）求平均负荷
计算供配电系统中电能需要量，电能损耗和选择无功补偿装置等。
各用电单位和车间的负荷计算（均采用需要系数法）
（1）薄膜车间
有功计算负荷：
Pc=Pe×Kd=4980×0.6=2988kW
无功计算负荷：
Qc=Pc×tanφ=2988×1.3=3984kvar
视在计算负荷：
Sc=Pc/cosφ=2988/0.6=4980kV·A
（2）单丝车间
有功计算负荷：
Pc=Pe×Kd=3280×0.6=1968kW
无功计算负荷：
Qc=Pc×tanφ=1968×1.17=2300kvar
视在计算负荷：
Sc=Pc/cosφ=1968/0.65=3027.7kV·A
（3）注塑车间
有功计算负荷：
Pc=Pe×Kd=2270×0.4=908kW
无功计算负荷：
Qc=Pc×tanφ=908×1.33=1210.7kvar
视在计算负荷：
Sc=Pc/cosφ=908/0.6=1513.3kV·A
（4）锅炉车间
有功计算负荷：
Pc=Pe×Kd=1230×0.8=984kW
无功计算负荷：
Qc=Pc×tanφ=984×0.75=738kvar
视在计算负荷：
Sc=Pc/cosφ=984/0.8=1230kV·A
（5）备料车间
有功计算负荷：
Pc=Pe×Kd=540×0.65=351kW
无功计算负荷：
Qc=Pc×tanφ=351×0.75=263.25kvar
视在计算负荷：
Sc=Pc/cosφ=351/0.8=438.75kV·A
（6）机修模具
有功计算负荷：
Pc=Pe×Kd=260×0.65=169kW
无功计算负荷：
Qc=Pc×tanφ=126×0.75=126.75kvar
视在计算负荷：
Sc=Pc/cosφ=169/0.8=211.25kV·A
（7）食堂
有功计算负荷：
Pc=Pe×Kd=140×0.3=42kW
无功计算负荷：
Qc=Pc×tanφ=42×1.17=49.14kvar
视在计算负荷：
Sc=Pc/cosφ=42/0.5=84kV·A
（8）独身宿舍
有功计算负荷：
Pc=Pe×Kd=70×0.8=56kW
无功计算负荷：
Qc=Pc×tanφ=56×0.75=42kvar
视在计算负荷：
Sc=Pc/cosφ=56/0.8=70kV·A
（9）照明
有功计算负荷：
Pc=Pe×Kd=90×0.8=72kW
视在计算负荷：
Sc=Pc/cosφ=72/1=72kV·A
（10）水泵房
有功计算负荷：
Pc=Pe×Kd=260×0.75=195kW
无功计算负荷：
Qc=Pc×tanφ=195×0.75=146.25kvar
视在计算负荷：
Sc=Pc/cosφ=195/0.8=243.75kV·A
（11）化验室
有功计算负荷：
Pc=Pe×Kd=45×0.8=36kW
无功计算负荷：
Qc=Pc×tanφ=36×0.75=27kvar
视在计算负荷：
Sc=Pc/cosφ=36/0.8=45kV·A
计算负荷合计：
总的有功计算负荷：
Pc总=K∑p×∑Pc.i=0.9×（2988+1968+908+351+169+42+56+72+195+36）=6992.1kW
总的无功计算负荷：
Qc总=K∑q×∑Qc.i=0.95×（3984+2300+1210.7+738+263.25+126.75+49.14+42+146.25+27）=8442.74kvar
总的视在功率：
Sc总=
=10962.18kV·A
有功、无功同时系数，分别取0.9，0.95
2.2无功功率补偿
在工厂生产供电系统中，由于绝大多数用电设备均属于感性负载，如电动机、电焊机等，这些用电设备在运行时除了从供电系统用有用功率P外，还取用相当数量的无功功率Q。
从电路理论知道，无功功率的增大，使供电系统的功率因数降低，电网中的功率因数的高低是关系到降低电能损耗、提高供电质量、以及运行经济效益的重要问题。
本设计中的功率因数为:
=6992.1÷10962.18≈0.64<0.9
因此需要进行功率补偿提高功率因数。
电容器补偿容量的计算：
QN.C=Pc（tanφ－tanφ’）
=6992.1[tan（arccos0.64）－tan（arccos0.9）
=5008.2kvar
查供电工程附录表10，选择BSMJ0.4-30-3型并联电力电容器，
n=QN.C/q=5008.2/30≈166.9
所以取n=167
Qc=167×30=5010kvar
∴补偿之后的视在功率Sc=
=
[6992.12
+（8442.74－5010）2]=7789.3kV·A
2.3变压器的选择
所谓变压器是变电所中最重要的一项设备，有升压变压器和降压变压器，通常工矿企业使用的变压器均是降压三相变压器。
按变压器绕组材料可分为铝绕组和铜绕组变压器两大类。
铝绕组变压器采用较广泛，可它的过载能力较低。
35KV及以下电压等级的变压器可以分为油浸式、干式两种。
装有两台变压器的变电所变压器的选择的原则：
每台变压器的容量应满足以下两个条件。
①任一台变压器工作时，宜满足总计算负荷
的大约70%的需要，即为
。
②任一台变压器工作时，应满足全部一、二级负荷
的需要，即
[1]。
本设计中所有负荷均为三级负荷，故变电所选取的变压器仅考虑①即可。
SNT=0.7Sc=0.7×7789.3=5425.51kV·A
∴所选的变压器型号为两台S7-6300/35，查表可知，该型号的变压器相关数据为:
空载损耗为8.2kW，负载损耗为41kW，空载电流0.9%，阻抗电压7.5%。
第3章变电所主接线方案的设计
根据与供电部门的协议，决定厂内设高压配电所，配电所得主接线也称一次接线。
它的涵义是指由各种开关电气、电力变压器、母线电力电缆及电抗器、避雷器、电容器等电气设备按一定次序连接起来的，接受和分配电能的电路，而主接线图是指该种电路的接线方法。
3.1变配电所主接线方案的设计原则与要求
电气主接线对电气设备的选择，配电所的布置，运行的可靠性和灵活性，操作和检修的安全以及今后的扩建，对电力工程建设和运行的经济节约等，都有很大的影响。
进行工厂变电所主接线选择设计时，应满足一下几点要求：
（1）安全。
设计应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身安全和设备的安全。
（2）可靠。
应满足电力负荷特别是其中一、二级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，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。
（4）经济。
力求要使主接线结构简单，投资少，运行费用低。
3.2变电所主接线方式的确定
本设计采用内桥式接线加单母线分段接线的组合接线方式：
所谓桥式接线是指在两路电源进线之间跨接一个断路器，犹如一座桥。
断路器跨在进线断路器的内侧，靠近变压器，称为内桥式接线。
若断路器跨在进线断路器的外侧，靠近电源侧，称为外桥式接线[2]。
适用范围：
对35kV及以上总降压变电所，有两路电源供电及两台变压器时，一般采用桥式接线。
内桥式接线适用于大中型企业的一、二级负荷供电。
适用于以下条件的总降压变电所：
供电线路长，线路故障几率大；
负荷比较平稳，主变压器不需要频繁切换操作；
没有穿越功率的终端总降压变电所。
外桥式接线适用于有一、二级负荷的用户或企业。
适用于以下条件的总降压变电所：
供电线路短，线路故障几率小；
用户负荷变化大，变压器操作频繁；
有穿越功率流经的中间变电所，因为采用外桥式主接线，总降压变电所运行方式的变化将不影响公电力系统的潮流。
桥式接线的示意图如下所示：
图3-1桥式接线
桥式接线的优点是能实现电源线路和变压器的充分利用，如变压器T1故障，可以将T1切除，由电源1和电源2并列给T2供电以减少电源线路中的能耗和电压损失；若电源2线路故障，可以将电源2切除，由电源1同时给变压器T1和T2供电，以充分利用变压器并减少其能耗。
单母线分段接线的示意图如下图所示：
图3-2单母线分段接线
接线特点：
利用分段断路器QF3将母线适当分段。
母线分段的数目，取决于电源的数目、容量、出线回数、运行要求等，一般分为2～3段。
应尽量将电源与负荷均衡的分配与各母线段上，以减少各分段间的功率交换。
对于重要用户，可从不同母线段上分别引出两个及以上回路向其供电。
优点：
可以提供单母线运行、各段并列运行、各段分列运行等运行方式，且便于分段检修母线，减小母线故障的影响范围。
当任一段母线故障时，继电保护装置可使分段断路跳闸，保证正常母线段继续运行。
若分段断路器平时断开，则当任一段母线失去电源时，可由备用电源自动投入装置使分段断路器合闸，继续保持该母线段的运行。
缺点：
是在一段母线故障检修期间，该段母线上的所有回路均需停电；任一断路器检修时，所在回路也将停电。
将11个车间和用电单位根据其计算负荷的大小平均分配到两段母线上：
根据计算选取薄膜车间、备料车间、化验室在母线1段上，其余车间和用电单位在母线2段上。
则无功功率补偿也需要分别在两段母线上进行补偿。
具体计算负荷的分布如下表所示：
表3.1计算负荷的分布
有功功率（kw）
无功功率（kvar）
视在功率（kv.a）
总计
6992.1
8442.74
10962.18
母线1段
3375
4274.25
5463
母线2段
3617.1
4168.49
5499.18
根据公式QN.C=Pc（tanφ－tanφ’），母线1段上的无功功率补偿量为QN.C。
1=2651kvar，母线2段的无功功率补偿量为QN.C。
2=2423.5kvar。
查供电工程附录表10可知，应该选择BSMJ0.4-30-3型自愈式并联电力电容器，该电容器的额定容量为30kvar，2651÷30=88.4，则母线1段应安装89台，2423÷30=80.7，则母线2段应安装81台，并联电容器之后，母线1段的功率因数为0.92，母线2段的功率因数为0.91，均满足要求。
第4章短路电流的计算
4.1短路电流计算的意义和方法
短路电流将引起下列严重后果：
短路电流往往会有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围人员。
巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。
短路也同时引起系统电压大幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。
网络电压的降低，使供电设备的正常工作受到损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏，如电动机过热受损等。
电力系统中出现短路故障时，系统功率分布的突然变化和电压的严重下降，可能破坏各发电厂并联运行的稳定性，使整个系统解列，这时某些发电机可能过负荷，因此，必须切除部分用户。
短路时电压下降的愈大，持续时间愈长，破坏整个电力系统稳定运行的可能性愈大。
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。
进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。
在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。
短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。
在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。
对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。
最后计算短路电流和短路容量。
短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法），工程上常用标幺制法。
绘制短路等效电路如下图所示：
图4.1短路等效电路
4.2最大运行方式下短路电流的计算
计算过程为：
（1）确定基准值
取Sd=100MV·A，Uc1=36.75kV，Uc2=10.05kV
而Id1=Sd/
Uc1=100MV·A/（
×36.75kV）≈1.57kA
Id2==Sd/
Uc2=100MV·A/（
×10.5kV）≈5.5kA
（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
1）电力系统
在最大运行方式下X1*=
=100MV·A/350MV·A≈0.29
2）架空线路
初步选定的架空线路为LGJ-300/40型线路，其x0=0.365Ω/km，
X2*=x0LSd/Uc2=0.365×5×100MV·A/（36.75kV）2≈0.15
3）电力变压器（所选的变压器型号为两台S7-6300/35，查表可知，该型号的变压器相关数据为:
空载损耗为8.2kW，负载损耗为41kW，空载电流0.9%，阻抗电压7
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