棉纺厂供配电系统设计.docx

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棉纺厂供配电系统设计

※※※※※※※※※

※※

※※

※※

2010级

供电技术课程设计

※※※※※※※※※

棉纺织厂供配电系统设计

姓

学

名

号

王君明

20107559

院、系、

电气工程系

部

班

号

方1053-4班

完成时间

2013年7月2日

目

录

第1章设计任务..................................................................1

1.1　设计内容.................................................................1

1.2　设计依据.................................................................1

第2章　负荷计算和无功功率补偿....................................................3

2.1负荷计算.................................................................3

2.2无功功率补偿和主变压器的选择.............................................5

第3章工厂变电所主接线图........................................................6

第4章总配变电所所址选择........................................................8

第5章短路电流的计算............................................................9

5.1短路计算电路图...........................................................9

5.2　短路计算过程............................................................10

第6章变电所一次设备的选择校验.................................................11

6.1　10kV侧一次设备的选择校验................................................11

6.2380V侧一次设备的选择校验................................................13

第7章工厂电源进线的选择.......................................................14

第8章降压变电所防雷保护的设计.................................................15

8.1直接防雷保护............................................................15

8.2雷电侵入波的防护........................................................15

第9章　设计总结.................................................................15

参考文献.........................................................................16

2

石家庄铁道大学四方学院供电技术课程设计

第1章

设计任务

1.1　设计内容

根据已知的设计依据，合理设计棉纺厂供配电系统。

确定该厂所需变压器的台数与容量、类型。

选择变电所主接线方案、高低压设备和进出线。

确定防雷接地装置。

按要求写出设计说明书。

绘制该厂的主接线图和该厂供电系统的平面布线图。

要求该厂功率因数不低于0.9。

1.2　设计依据

1.2.1　设计条件

单位建筑面积照明:

纺炼车间、原液车间和酸站按10wm。

排毒机房按8wm。

办公室和仓库按5wm。

锅炉房按4wm。

电源情况:

本厂供电电源来自本厂西北方向9公里处的35/10kV地区变电站，以10kV双回路架空线供电。

电力系统参数:

系统最大运行方式时，其短路容量为200MV·A；系统最小运行方式时，其短路容量为175MV·A。

气象及地质资料：

年最高平均气温为34℃；年平均温度为25℃，年最高气温为38℃，年最低气温为-4℃，年雷暴雨日数为35天，厂区土壤为砂质粘土，ρ=100Ω/cm，地下水位为2.8~5.3米。

1.2.2　数据和要求

本厂负荷一、二级负荷较多，其车间为三班制，最大负荷利用小时数为6000h，车间负荷情况见表1-1。

0

石家庄铁道大学四方学院供电技术课程设计

表1-1　各车间负荷情况表

序号

车间及设备名称

安装容量

（kw）

需要系数

cos

1

纺炼车间

纺丝机

144

0.80

0.80

筒搅机

52

0.70

0.75

烘干机

72

0.70

0.70

脱水机

14

0.50

0.75

通风机

232

0.75

0.80

淋洗机

3.7

0.80

0.80

变频机

800

0.80

0.70

深水泵

28

0.75

0.80

传送机

12

0.75

0.80

2

原液车间

碱站

22

0.70

0.75

冷冻

266

0.75

0.80

空调

100

0.70

0.75

工艺设备

708

0.75

0.80

3

酸站

设备

206

0.60

0.80

4

锅炉房

设备

204

0.75

0.80

5

排毒机房

鼓风机

200

0.75

0.80

6

其他附属车间

设备

150

0.70

0.75

1

2.1

2.1.1

石家庄铁道大学四方学院供电技术课程设计第2章　负荷计算和无功功率补偿

负荷计算

单组用电设备计算负荷计算公式

1.有功计算负荷（单位为kW）

=，为系数

2.无功计算负荷（单位为kvar）=tan3.视在计算负荷（单位为kVA）=

4.计算电流（单位为A）

I

30

=

S303U

N

为用电设备的额定电压

2.1.2

多组用电设备计算负荷计算公式

1.有功计算负荷（单位为kW）

P30=KpP30i

式中P30i是所有设备组有功计算负荷P30之和，K0.85～0.95。

2.无功计算负荷（单位为kvar）

Q30=KqQ30i

p

是有功负荷同时系数，取

Q30i是所有设备无功Q30之和；K3.视在计算负荷（单位为kvA）

q

是无功负荷同时系数，可取0.9～0.97。

S30=

P30Q30

4.计算电流（单位为A）

I30=S（30）

3U

N

5.同时系数

经过计算，得到负荷计算表，如表2-1所示。

2

石家庄铁道大学四方学院供电技术课程设计

表2-1

负荷计算表

设备

功率

/kw

需要

系数

功率因数

有功计算功率/kw

视在计

算功率

/kV˙A

无功计

算功率

/kvar

纺炼车

间

纺丝机

144

0.80

0.80

115.20

144.00

86.40

筒搅机

52

0.70

0.75

36.4

48.53

32.10

烘干机

72

0.70

0.70

50.40

72.00

51.42

淋洗机

3.7

0.80

0.80

2.96

3.70

2.22

脱水机

14

0.50

0.75

7.00

9.333

6.17

通风机

232

0.75

0.80

174.00

217.50

130.5

变频机

800

0.80

0.70

640

914.29

568.0

深水泵

28

0.75

0.80

21.00

26.25

15.75

传送机

12

0.75

0.80

9

11.25

67.5

纺炼车间总和

-

-

-

1003.162

1368.67

931.26

原液车

间

碱站

22

0.70

0.75

15.4

20.53

13.58

冷冻

266.

0.75

0.80

199.5

249.38

149.63

空调

100.

0.70

0.75

70.00

93.33

61.73

工艺设备

708

0.75

0.80

531

663.75

398.25

原液车间总和

-

-

-

775.105

982.95

604.49

酸站

206

0.60

0.80

123.6

154.5

193.13

锅炉房

204

0.75

0.80

153

191.25

114.75

排毒机房

200

0.75

0.80

150.00

187.50

112.50

其他附属车间

150

0.70

0.75

105.00

140.00

92.60

总和

-

-

-

2309.87

3024.87

2048.73

2.2

2.2.1

无功功率补偿和主变压器的选择

无功功率补偿

1.补偿前的变压器容量和功率因数

S

NT

S3023024.87KVA

0.6~0.7S302（1814.92~2117.41）KVAcos2309.873024.870.76

2.无功功率补偿容量

按规定，变电所高压侧的cos0.9考虑到变压器本身的无功功率损耗QT远大于其有功功率PT，因此在变压器低压侧进行无功功率进行补偿时，低压侧补偿后的功

3

石家庄铁道大学四方学院供电技术课程设计

率因数应率高于0.9，取cos

0.95。

要使低压侧功率因数由0.76提高到0.95，低压侧并联的电容器容量为

Q

c

2048.73（tanarccos0.76-tanarccos0.92）1088.52kvar，取Q

c

1100kvar

3.补偿后的变压器容量和功率因数

补偿后变压器低压侧的视在计算负荷为

S302SNT

2309.87（2048.73-1100）2497.12KVA0.6~0.7S302（1498.27~1747.98）KVA

变压器的功率损耗为

PT

0.01S30

（2）

24.97KW

QT

0.05S

30

（2）

124.86kvar

高压侧的计算负荷为

P301

2309.87KW24.97KW2334.84KW

Q301

（2048.73-1100）151.2kvar1099.97kvar

S301

2580.97KVA

补偿后的功率因数

cos

P301

S301

0.9050.90,符合要求

2.2.2

主变压器的选择

1.主变压器联结组别的选择

电力变压器的联结组别，是指变压器一二次绕组因采取不同的联结方式而形成变压器一、二次侧对于的线电压直接不同相位关系。

6-10KV配电变压器（二次侧电压为220V/380V）有和两种常见联结组。

又因为承受单相不平衡负荷能力比强，所以选择联结组。

2.变压器的台数选择

应满足用电负荷对供电可靠性的要求。

对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。

3.两台变压器容量的选择

每台变压器的容量应同时满足一下两个条件：

S

NT

0.6~0.7S

302

（1814.92~2117.41）KVA

4

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考虑温度的影响：

S

T

1-

0.av

-20100S

NT

1724.17~2011.54KVA

通过查询附录表5，选择主变压器容量为2500KVA，型号为S9-2500/10（6）。

经无功补偿后，工厂的功率因数为cos

P301

S301

0.905，该总配变电所主变压

器的容量为S3022497.12KVA，

SNT0.6~0.7S302（1498.27~1747.98）KVA。

综上所述，此总变配电所主变压器选择两台型号为S9-2000/10（6），Dyn联结组的变压器。

第3章

工厂变电所主接线图

5

石家庄铁道大学四方学院供电技术课程设计

图3-1总配变电所主接线图

一级负荷属于重要负荷，如果中断供电造成的后果十分严重，因此要求有两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏。

二级负荷也属于重要负荷，要求有两回路供电，供电变压器也应有两台。

在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断电源，或中断后能迅速恢复供电。

把单母线分成两段，并在两段之间装设能够分段运行的开关电器，称为单母线分段接线。

我们采用高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图（如图2-1）这种主接线的两段高压母线，在正常时可以接通运行，也可以分段运行。

任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或发生故障时，通过切换操作均可迅速恢复整个变电所的供电。

因此，其供电可靠性相当高，可供一、二级负荷。

当此主接线图正常运行时，断路器、是断开的，由一个回路来供电（比如左侧回路供电）。

若WL1进线故障，为保证供电连续性，我们可进行如下倒闸操作：

先合隔离开关QS10、QS11，再合断路器；对于WL2先闭合母线侧隔离开关QS8，再合线路侧隔离开关QS7，再合断路器QF7。

对于WL1先断开断路器QF6，再断线路侧隔离开关QS6，再断母线侧隔离开关QS5，至此便可安全检修WL1进线。

若变压器T1故障，为保证供电连续性，我们可进行如下倒闸操作：

先合隔离开关QS10、QS11，再合断路器；再合隔离开关QS2和QK4，再合断路器QF2和QF4；断开QF1和QF3，再断开QK3和QS1，至此便可安全检修T1。

第4章

总配变电所所址选择

变配电所位址选择的一般原则：

尽量靠近负荷中心、靠近电源侧、进出线方便、设备运输方便、有扩建和发展的余地。

由于工厂厂区供电来自总配电所，为经济起见：

高压配电所采用室内型内附式。

据前面已确定的供电方案,结合本厂区平面示意

图,考虑总降压变电所尽量

接近负荷中心,且远离人员集中区,不影响厂区面积的利

用,有利于安全等诸多因素,决定总配变电所的设置位置如图4-1所示。

6

石家庄铁道大学四方学院供电技术课程设计

图4-1工厂平面布置图

负荷指示图是将电力负荷按一定比例，用负荷圆的形式标示在工厂平面图上如上图所示。

负荷圆半径:

rP30

K

h

式中，P30为各车间内的有功计算负荷（）；为负荷圆比例（wcm）。

由图所示的工厂负荷指示图可以直观的大致确定工厂的负荷中心，综合比较分

析，我们确定了如上图所示的总配变电所的所址。

7

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第5章

短路电流的计算

5.1

短路计算电路图

图5-1短路计算电路图

5.2　短路计算过程

5.2.1

基准值的计算

设基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=Uc=1.05UN，Uc为短路计算电压，即高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则

I

d1Sd

3Ud1100MVA（310.5kv）5.50kA

I

d2

S

d

3U

d2

100MVA（30.4kv）144kA

5.2.2

电抗标幺值的计算

1.电力系统

已知电力系统出口断路器的断流容量Soc300MVA，故

X

1

100MVA300MVA0.33

2.架空线

查表得架空线路单位长度电抗X00.35km，线路长9km，故

X20.35km9km100MVA（10.5kv）

8

2

2.857

*

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3.电力变压器

XT

3

1002MVA

图5-2短路计算等效电路图

5.2.3　K-1点短路计算1.总电抗计算

X

*

k-1

0.332.8573.187

2.三相短路电流周期分量有效值

I

k1

I

d1

X

*

1.73KA

3.其他短路电流

I

k1

I

I

i

sh

2.55I

4.40KA

I

sh

1.51I

2.61KA

4.三相短路容量

S

K-1SdX100MVA3.18731.38MVA

5.2.4　K-2点短路计算

1.总电抗计算

X0.332.8573//34.687

2.三相短路电流周期分量有效值

I

k2

Id2Xk-2

30.72KA

3.其他短路电流

Ik2I

I

i

sh

1.84I

56.53KA

I

sh

1.09I

33.49KA

9

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4.三相短路容量

S

3

K-1

S

d

X

*

100MVA4.68721.34MVA

表5-1

短路计算结果

短路计算点

三相短路电流/kA

三相短路容量/MVA

I（3）

I''（3）

I（3）

i（3）

I（3）

S（3）

k-1

1.73

1.73

1.73

4.40

2.61

31.39

k-2

30.72

30.72

30.72

56.53

33.49

21.34

第6章

变电所一次设备的选择校验

6.1　10kV侧一次设备的选择校验

1.按工作电压选则

设备的额定电压UNe一般不应小于所在系统的额定电压UN，即UNeUN，高压设备的额定电压UNe应不小于其所在系统的最高电压Umax，即UNeUmax。

2.按工作电流选择

设备的额定电流INe不应小于所在电路的计算电流I

30

，即

INeI30=S

30

3U

N

3.按断流能力选择

,

设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即

I

oc

Ik或S

（3）

oc

S

（3）

k

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为IocIOLmax，为最大负荷电流。

4.隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验

动稳定校验条件

ish或I

max

Ish分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的

三

相短路冲击电流瞬时值和有效值。

10

tI

（3）2

2

2

2

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热稳定校验条件

I

2（3）2t

t

ima

表6-135kV一次侧设备的选择校验

选择校验项目

电压

电流

断流

能力

动稳定度

热稳定度

其

它

装置地点

条件

参数

U

N

I

N

I（3）

I（3）

ima

It

-

数据

10kV

148.3A

1.72

6kA

2.61kA

2.631.38.99

-

一

次

设

备

型

号

规

格

额定参数

U

Ne

I

Ne

I

oc

i

max

Itt

-

高压少油断路器

（QF6、QF7

、QF1、QF2

）

10kV

630A

16kA

40kA

1641024

-

高压隔离开关

（QS6、QS7

、QS5、QS8

、QS1、QS2

、QS20、QS2

1）

10kV

200A

-

25.5kA

105500

二

次

负

荷

0.6

高压熔断器

RN2-10

（FU1、FU2

）

10kV

0.5A

50

kA

-

-

-

电压互感器

JDJ-10

（TV1、TV2

）

10/0.1kV

-

-

-

-

-

电流互感器

LQJ-

10（TA1、TA

2）

10kV

100A/5A

-

22520.1kA

=31.8kA

（900.1）21

=81

-

11

2

2

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6.2380V侧一次设备的选择校验

同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如下表所示，所选数据均满足要求。

表6-2380V一次侧设备的选择校验

选择校验项目

电压

电流

断流

能力

动稳

定度

热稳定度

装置地

点条件

参数

U

N

I

N

I（3）

I（3）

I（3）2t

ima

数据

380V

4451A

30.723

kA

33.49

kA

30.723