10KV工厂配电系统设计资料.doc
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工厂供电技术课程设计说明书
工厂供电技术课程设计说明书
题目：
10KV高压变配电系统设计
学院：
信息与控制工程学院
专业：
自动化
班级：
四班
学生姓名:
张泽妮学号:
指导教师:
王公仆
2016年11月30日
目录
目录 1
1绪论 1
1.1工厂供电的意义和要求 1
1.2设计依据 1
1.3电力系统资料 2
2全厂负荷计算和无功补偿计算 3
2.1变电所1的负荷计算和无功补偿计算 3
2.2变电所2的负荷计算和无功补偿计算 7
2.3变电所3的负荷计算和无功补偿计算 9
3系统主接线方案 13
3.1主接线的基本要求 13
3.2方案1：
双回路高压单母线主接线 13
3.3方案2：
双回路高压单母线低压单母线分段主接线 13
3.4方案的比较与选择 14
4.变电所位置及变压器选择 15
4.1变压器选择 15
4.2变压器重新选择 15
4.3变电所位置 15
5短路电流计算 17
5.1确定计算电路及计算电抗 17
5.2短路电流计算 18
6变电所一次设备的选择高压断路器的选择 19
6.1高压断路器的选择 19
6.2高压隔离开关的选择 19
7结论 21
参考文献 1
1绪论
1.1工厂供电的意义和要求
工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
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；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。
因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
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（除电化工业外）。
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：
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。
可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。
优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
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设计依据
1.生产规模和产品规格：
本厂规模5万锭毛纺织厂，年生产能力230万米。
2.车间组成和布置：
工厂有一个主厂房，包括制条车间，纺纱车间，织造车间、染整车间等四个车间，还有辅助车间和及其它设施。
3、全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表。
变电所1
用电设备
Pe/kW
Kd
cosφ
tanφ
计算机负荷
Pj/kW
Qj/kvar
Sj/kVA
Ij/A
制条车间
340
0.8
0.8
0.75
纺纱车间
340
0.8
0.8
0.75
软水站
86.1
0.65
0.8
0.75
锻工车间
36.9
0.3
0.65
1.17
机修车间
296.2
0.3
0.5
1.73
托幼所
12.8
0.6
0.6
1.33
仓库
37.96
0.3
0.5
1.17
表1
变电所2
用电设备
Pe/KW
Kd
cosφ
tanφ
计算机负荷
Pj/kW
Qj/kvar
Sj/kVA
Ij/A
织造车间
525
0.8
0.8
染整车间
490
0.8
0.8
理发浴室
1.88
0.8
1
食堂
20.63
0.75
0.8
0.75
独身宿舍
20
0.8
1
表2
变电所3
用电设备
Pe/KW
Kd
cosφ
tanφ
计算机负荷
Pj/kW
Qj/kvar
Sj/kVA
Ij/A
锅炉房
151
0.75
0.8
0.75
水泵房
118
0.75
0.8
0.75
化验室
50
0.75
0.8
0.75
卸油泵房
28
0.75
0.8
0.75
表3
1.3电力系统资料
1、从本厂南部0.5公里的某35/10千伏变电所，用10千伏双回架空线路向本厂供电;
2、该变电所10千伏出线定时限过流保护的整定时间为1.5秒，要求配电所不大于1.0秒；
3、在总配变电所10千伏侧计量；
4、功率因数值应在0.9以上；
5、配电系统技术数据。
（1）变电所10千伏母线短路数据为：
变电所10千伏母线短路数据
运行方式
电源10千伏母线路短容量
说明
系统最大运行方式时
S（3）=187兆伏安
系统为无限
大容量
系统最小运行方式时
S（3）=187兆伏安
表4
（2）配电系统
10KV母线
10KV母线
架空线
本厂总配变电
图1
6、工厂负荷性质
多数车间为三班制，少数为一班或两班制。
全年为306个工作日，年最大负荷利用小时数为6000小时。
属于二级负荷。
2全厂负荷计算和无功补偿计算
2.1变电所1的负荷计算和无功补偿计算
1、用电设备的负荷计算
根据设计任务书的要求，按照需要系数法计算各组负荷
有功功率
无功功率
视在功率
总的计算电流
上述四个公式中：
Pe：
每组设备容量之和，单位为kW；Kd：
需要用系数；cos:
功率因数。
制条车间的计算电荷；
有功功率
无功功率
3、纺纱车间的计算电荷；
有功功率
无功功率
4、软水站的计算电荷；
有功功率
无功功率
5、锻工车间的计算电荷；
有功功率
无功功率
机修车间的计算电荷；
有功功率
无功功率
托幼所的计算电荷；
有功功率
无功功率
仓库的计算电荷；
有功功率
无功功率
总负荷的计算：
有功功率
无功功率
视在功率
总的计算电流
式中：
对于干线，可取K∑ p =0.85-0.95，K∑q =0.90-0.97。
对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取K∑ p =0.8-0.9，K∑q =0.85-0.95。
考虑各用电设备的最大负
荷不同时出现的因素,取KΣp=0.95,KΣp=0.97
计算负荷表
用电设备
Pe/kw
Kd
cosφ
tanφ
计算机负荷
Pe/kw
Qj/kvar
Sj/kVA
Ij/A
制条车间
340
0.8
0.8
0.75
272
204
纺纱车间
340
0.8
0.8
0.75
272
204
软水站
86.1
0.65
0.8
0.75
55.97
41.97
锻工车间
36.9
0.3
0.65
1.17
11.07
12.95
机修车间
296.2
0.3
0.5
1.73
88.86
153.73
托幼所
12.8
0.6
0.6
1.33
7.68
10.21
仓库
37.96
0.3
0.5
1.17
11.39
13.32
合计
1149.96
0.2
718.96
640.19
考虑各用电设备的最大负
荷不同时出现的因素,取
KΣp=0.95,KΣp=0.97
683
（718.96*0.95）
621
（640.19*0.97）
923
（）
1402
1402/1.73*0.38
表5
2、变压器损耗估算
ΔPb=0.01Sj=0.01×923=9.2kw
ΔQb=0.05Sj=0.05×923=46.4kvar
3、无功功率补偿计算
从设计任务书的要求可知，工厂10KV高压侧进线在最大负荷时，其功率因素不应小于0.9，考虑到变压器的无功功率损耗ΔQb，远远大于有功功率损耗ΔQb，因此，在变压器的低压侧进行无功功率补偿时，其补偿后的功率因素应稍大于0.9，现设cosφ=0.96，则
有功功率负荷系数α=Tmax/Tn=6000/（24×306）=0.82
无功功率负荷系数=（1+10%）α=1.1×0.82=0.9
低压侧在补偿前的功率因素为:
因此，所需要的补偿容量为：
选取
高压侧在补偿后的负荷及功率因素计算：
满足了设计任务书的要求，其计算数据如下：
项目
cos
计算机负荷
Pj/kW
Qj/kvar
Sj/kVA
Ij/A
低压侧补偿前
0．708
683
621
923
1402
需要补偿容量
-420
变压器损耗
18．5
92．3
高压侧补偿后
0．909
701．5
293．3
760．3
41．8
表6
根据设计任务书的要求以及以上计算结果，选取：
并联补偿电容为BW04-14-3型电容器30只。
补偿总容量为14kvar×30=420kvar。
2.2变电所2的负荷计算和无功补偿计算
1、用电设备的负荷计算
根据设计任务书的要求，按照需要系数法计算各组负荷
有功功率
无功功率
视在功率
总的计算电流
上述四个公式中：
Pe：
每组设备容量之和，单位为kW；Kd：
需要用系数；cos:
功率因数。
2、织造车间的计算电荷；
有功功率
无功功率
3、染整车间的计算电荷；
有功功率
无功功率
4、理发浴室的计算电荷；
有功功率
无功功率
5、食堂的计算电荷；
有功功率
无功功率
6、独身宿舍的计算电荷；
有功功率
无功功率
7、总负荷的计算：
有功功率
无功功率
视在功率
总的计算电流
式中：
对于干线，可取K∑ p =0.85-0.95，K∑q =0.90-0.97。
对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取K∑ p =0.8-0.9，K∑q =0.85-0.95。
考虑各用电设备的最大负
荷不同时出现的因素,取KΣp=0.95,KΣp=0.97
计算负荷表
用电设备
Pe/kw
Kx
cosφ
tgφ
计算机负荷
Pe/kw
Qj/kvar
Sj/kVA
Ij/A
织造车间
525
0.8
0.8
0.75
420
315
染整车间
490
0.8
0.8
0.75
392
294
理发浴室
1.88
0.8
1
1.5
0
食堂
20.63
0.75
0.8
0.75
15.47
11.6
独身宿舍
20
0.8
1
16
0
合计
1057.51
844.98
638.11
考虑各用电设备的最大负
荷不同时出现的因素,取
KΣp=0.95,KΣp=0.97
683
621
1014
1541
表7
2、变压器损耗估算
3、无功功率补偿计算
从设计任务书的要求可知，工厂10KV高压侧百线在最大负荷时，其功率因素不应小于0.9，考虑到变压器的无功功率损耗ΔQb远远大二有功功率损耗ΔPb，因此，在变压器的低压侧进行无功功率补偿时，其补偿后的功率因素应稍大于0.9，现设cosφ=0。
96，则
有功功率负荷系数
无功功率负荷系数
低压侧在补偿容量为：
因此，所需要的补偿容量为：
选取
高压侧在补偿后的负荷及功率因素计算：
满足了设计任务书的要求，其计算数据如下：
项目
cosΦ
计算机负荷
Pj/kW
Qj/kvar
Sj/kVA
Ij/A
低压侧补偿前
0.763
803
619
1014
1541
需要补偿容量
-370
变压器损耗
20.3
101.4
高压侧补偿后
0.906
823.3
350.0
894.8
49.2
表8
根据设计任务书的要求以及计算结果，
选取并联补偿电容为：
BW04-14-3型电容器27只。
补偿总容量为14kvar×27=378kvar。
2.3变电所3的负荷计算和无功补偿计算
1、根据设计任务书的要求，按照需要系数法计算各组负荷
有功功率
无功功率
视在功率
总的计算电流
上述四个公式中：
Pe：
每组设备容量之和，单位为kW；Kd：
需要用系数；cos:
功率因数。
2、锅炉房的计算电荷；
有功功率
无功功率
3、水泵房的计算电荷；
有功功率
无功功率
4、化验室的计算电荷；
有功功率
无功功率
5、卸油泵房的计算电荷；
有功功率
无功功率
6、总负荷的计算：
有功功率
无功功率
视在功率
总的计算电流
式中：
对于干线，可取K∑ p =0.85-0.95，K∑q =0.90-0.97。
对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取K∑ p =0.8-0.9，K∑q =0.85-0.95。
考虑各用电设备的最大负
荷不同时出现的因素,取KΣp=0.95,KΣp=0.97
计算负荷表
用电设备
Pe/kw
Kx
cosφ
tgφ
计算机负荷
Pe/kw
Qj/kvar
Sj/kVA
Ij/A
锅炉房
151
0.75
0.8
0.75
113.25
84.94
水泵房
118
0.75
0.8
0.75
88.5
66.38
化验室
50
0.75
0.8
0.75
37.5
28.13
卸油泵房
28
0.75
0.65
0.75
21
15.75
合计
347
260.25
195.19
考虑各用电设备的最大负
荷不同时出现的因素,取
KΣp=0.95,KΣp=0.97
247
189
311
473
表9
2、变压器损耗估算
ΔPb=1%Sj=0.01×311=3.1kw
ΔQb=5%Sj=0.05×311=15.6kvar
3、无功功率补偿计算
从设计任务书的要求可知，工厂10KV高压侧进线在最大负荷时，
其功率因素不应小于0.9，考虑到变压器的无功功率损耗ΔQb，远远
大于有功功率损耗ΔPb，因此，在变压器的低压侧进行无功功率补
偿时，其补偿后的功率因素应稍大于0.9，现设cosφ=0.96，则
有功功率负荷系数α=Tmax/Tn=6000/（24×306）=0.82
无功功率负荷系数β=（1+10%）α=1.1×0.82=0.9
低压侧在补偿前的功率因素为:
因此，所需要的补偿容量为：
选取
高压侧在补偿后的负荷及功率因素计算：
满足了设计任务书的要求，其计算数据如下：
项目
cos
计算机负荷
Pj/kW
Qj/kvar
Sj/kVA
Ij/A
低压侧补偿前
0.766
247
189
311
472.5
需要补偿容量
-112
变压器损耗
18.5
31.1
高压侧补偿后
0.906
253.2
108.1
275.3
15.9
表10
根据设计任务书的要求以及以上计算结果，选取：
并联补偿电容为BW04-14-3型电容器9只。
补偿总容量14kvar×9=126kvar。
3系统主接线方案
3.1主接线的基本要求
主接线是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。
它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。
概括地说，对一次接线的基本要求包括安全、可靠、灵活和经济四个方面。
1、安全性
安全包括设备安全及人身安全。
一次接线应符合国家标准有关技术规范的要求，正确选择电气设备及其监视、保护系统，考虑各种安全技术措施。
2、可靠性
不仅和一次接线的形式有关，还和电气设备的技术性能、运行管理的自动化程度因素有关。
3、灵活性
用最少的切换来适应各种不同的运行方式，适应负荷发展。
4、经济性
在满足上述技术要求的前提下，主接线方案应力求接线简化、投资省、占地少、运行费用低。
采用的设备少，且应选用技术先进、经济适用的节能产品。
总之，变电所通过合理的接线、紧凑的布置、简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投的目的。
根据设计任务的要求，主接线的设计必须满足工厂电气设备作为二级负荷的要求，因此：
3.2方案1：
双回路高压单母线主接线
该方案虽然采用双回路高压单母线供电，实行一主一备的供电方式，通过双回路供电解决了对二级负荷供电的要求，但由于采用了有一个变压器固定对一组用电设备供电的单点供电方式，当某一台变压器发生故障或检修时，原来由该变压器负责供电的用电设备必须被停止供电，因此仍不能满足对二级负荷供电的要求，故该方案不能采纳。
3.3方案2：
双回路高压单母线低压单母线分段主接线
该方案也采用双回路高压单母线供电，实行一主一备的供电方式，也是通过双回路供电解决了对二级负荷供电的要求，与方案1不同的是，该方案采用了低压单母线分段的接线方式，在某一台变压器发生故障或检修时，通过母联断路器连接相邻母线，改变运行方式，以保证工厂的所有用电设备不会出现长时间断电，即在任何时候都能满足对二级负荷的供电要求，而在设备投资上，只增加了两套断路器设备的投资，却大大提高了供电的可靠率。
3.4方案的比较与选择
选择结果：
由于方案2与方案1，在技术和经济的综合指标的比较中最优，因此，在本设计中，选用方案2作为本设计的主接线方案。
方案详细的图纸如下:
配电系统电气主接线图
图2
4.变电所位置及变压器选择
4.1变压器选择
1、变电所1变压器选择
根据补偿后的总计算负荷（760.3kVA），选择型号为：
S9-800-10Kv/0.4kVA的变压器.
2、变电所2变压器选择
根据补偿后的总计算负荷（894.8kVA），选择型号为：
S9-1000-10kV/0.4kVA的变压器.
3、变电所3变压器选择
根据补偿后的总计算负荷（275.3kVA），选择型号为：
S9-315-10Kv/0.4kVA的变压器.
4.2变压器重新选择
因为在本设计中，选择了方案2为主接线方案，变压器数量和容量的选择必须满足二级负荷供电的要求，也即同一供电负荷必须由两个以上的变压器供电，当某一台变压器发生故障或检修时，另外的变压器必须负担起退出运行变压器的原来所负担的负荷，因此，对于两台负荷最大的变压器，其单台变压器容量的选择必须可以承担两者用电设备
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