化某纤厂降压变电所电气设计-电力系统综合课程设计--本科毕业设计.doc

课程设计：某化纤厂降压变电所电气设计

课程名称：电力系统综合设计
题 目：某化纤厂降压变电所电气设计
专业：电气工程及其自动化
评语：

成绩： 评卷人：

目 录

第一部分 设计任务书 1
一、设计题目 1
二、设计要求 1
三、设计资料 1
四、设计任务书 4
第二部分 设计计算书 4
一、各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法） 5
二、各车间变电所的设计选择 7
三、工厂总降压变电所及接入系统设计 13
四、短路电流的计算 15
五、变电所高低压电气设备的选择 19
六、继电保护的配置 20
七、心得体会 21
参考文献 22

第一部分 设计任务书

一、设计题目
某化纤厂降压变电所电气设计
二、设计要求
根据本厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按安全可靠，技术先进，经济合理的要求，确定工厂变电所的位置与型式，通过负荷计算，确定主变压器台数及容量 ，进行短路电流计算，选择变电所的主接线及高、低压电气设备，选择整定继电保护装置，最后按要求写出设计计算说明书，绘出设计图纸。
三、设计资料
设计工程项目情况如下
（1）工厂总平面图见图1，本计算示例选用数据是：安装容量为丙类，组合方案为丙。

图1
（2）工厂负荷数据：本工厂多数车间为3班制，年最大负荷利用小时数6400小时，本厂负荷统计资料见表1，学生组合方案见表2。
表1
序号
车间设备名称
安装容量（KW）

计算负荷
甲
乙
丙
丁
P
（kW）
Q
（kvar）
S
（kVA）

1
纺炼车间

纺丝机

180
150
200
220
0.8
0.78

筒绞机
62
40
30
56
0.75
0.75

烘干机
78
80
85
70
0.75
1.02

脱水机
20
15
12
18
0.60
0.80

通风机
200
220
180
240
0.70
0.75

淋洗机
14
5
6
22
0.75
0.78

交频机
900
800
840
950
0.80
0.70

传送机
42
38
40
30
0.80
0.70

小计

2
原液车间照明
1012
1040
1200
1160
0.75
0.70

小计

3
酸站照明
304
260
200
310
0.65
0.70

小计

4
锅炉照明
280
320
290
270
0.75
0.75

小计

5
排毒车间照明
186
160
180
140
0.70
0.60

小计

6
其他车间照明
380
240
300
240
0.70
0.75

小计

7

8

9

10
全厂计算负荷总计

11

12

表2
序号
纺炼车间
原液车间
酸站
锅炉房
排毒机房
其他附属车间
1
A
B
C
D
E
F
2
A
B
D
E
F
C
3
A
B
E
F
C
D
4
A
B
F
C
D
E
5
B
A
C
D
E
F
6
B
A
D
E
F
C
7
B
A
E
F
C
D
8
B
A
F
C
D
E

（3）供电电源情况：按与供电局协议，本厂可由东南方19公里处的城北变电所110/38.5/11KV，50MVA变压器供电，供电电压可任选。另外，与本厂相距5公里处的其他工厂可以引入10KV线路做备用电源，但容量只能满足本厂负荷的30%重要负荷，平时不准投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。
（4）电源的短路容量（城北变电所）：当35KV母线的出线断路器断流容量为1500MVA；10KV母线的出线断路器断流容量为350MVA。
（5）供电局要求的功率因数：当35KV供电时，要求工厂变电所高压侧：当以10KV供电时，要求工厂高压侧。
（6）电费制度：按两部分制电费计算。变压器安装容量每1KVA为15元/月，动力电费为0.3元/kWh，照明电费为0.55元/（kWh）。
（7）气象资料；本厂地区最高温度为，最热月平均最高气温，最热月地下0.8处平均温度为，年主导风向为东南风，年雷暴雨日数为20天。
（8）地质水文资料：本厂地区海拔60m，底层一砂黏土为主，地下水位为2m。
四、设计任务书
（一）设计计算说明书
（二）设计图纸
1.工厂变电所设计计算用电气主接线简图（见附图）
2.变电所供电平面布线图
第二部分 设计计算书

一、各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法）
（一）纺炼车间（数据为丙组）
1.单台机械负荷计算
（1）纺丝机
已知：。
故：
（2）筒绞机
已知：。
故：
（3）烘干机
已知：。
故：
（4）脱水机
已知：。
故：
（5）通风机
已知：。
故：
（6）淋洗机
已知：。
故：
（7）变频机
已知：。
故：
（8）传送机
已知：。
故：
纺练车间单台机械负荷计算统计见表3
表3纺炼车间（丙）负荷统计列表
序号
车间设备名称
安装容量（甲）（kW）

计算负荷

1
纺丝机
200
0.8
0.78
160
124.8
2
筒绞机
30
0.75
0.75
22.5
16.9
3
烘干机
85
0.75
1.02
63.8
65.1
4
脱水机
12
0.60
0.8
7.2
5.8
5
通风机
180
0.70
0.75
126
94.5
6
淋洗机
6
0.75
0.78
4.5
3.51
7
变频机
840
0.80
0.70
672
470.4
8
传送机
40
0.80
0.70
32
22.4
小计

1393

1088
803.41

2．车间计算负荷统计（计及同时系数）
取同时系数：

（二）其余车间负荷计算
1.原液车间
已知：。
故：
2.酸站照明
已知：。
故：
3.锅炉房照明
已知：。
故：
4.排毒车间
已知：。
故：
5.其他车间
已知：。
故：
各车间计算负荷统计见表4

表4 各车间计算负荷统计列表
序号
纺炼车间
安装容量（甲）（kW）

1
纺炼车间
1393
979.2
763.24
1241.5
2
原液车间
1200
900
630
1098.6
3
酸站
200
130
91
158.7
4
锅炉房
290
217.5
163.1
271.9
5
排毒车间
180
126
75.6
146.9
6
其他车间
300
210
157.5
262.5

二、各车间变电所的设计选择
（一）各车间变电所位置及全厂供电平面草图
根据地理位置及个车间计算负荷大小，决定设立3个变电所，各自供电范围如下：
变压所Ⅰ：原液车间、排毒车间。
变压所Ⅱ：纺炼厂、办公及生活区。
变压所Ⅲ：锅炉房、其他车间、酸站。
全厂供电平面图见图2

图2 全厂供电平面图（1cm=0.1km）
（二）各车间变压器台数及容量选择
1.变压所Ⅰ变压器台数及容量选择
（1）变压所Ⅰ的供电负荷统计：同时系数取

（2）变压所Ⅰ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）
无功补偿试取：
补偿以后：

（3）变压所Ⅰ的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：
选择变压器型号为SL7系列，额定容量为1000kVA，两台。
查表得出变压器的各项参数：
（4）计算每台变压器的功率损耗（n=1）

也可用化简经验公式：

2．变压所Ⅱ变压器台数及容量选择
（1）变压所Ⅱ的供电负荷统计：
（2）变压所Ⅱ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）
无功补偿试取：
补偿以后：

（3）变压所Ⅱ的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：
选择变压器型号为SL7系列，额定容量为630kVA（附带供电给办公室及生活区）。
查表得出变压器的各项参数：
（4）计算每台变压器的功率损耗

也可用化简经验公式：

3.变压所Ⅲ变压器台数及容量选择
（1）变压所Ⅲ的供电负荷统计：

同时系数取

（2）变压所Ⅲ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）
无功补偿试取：
补偿以后：

（3）变压所Ⅲ的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：
选择变压器型号为SL7系列，额定容量为315kVA，两台。
查表得出变压器的各项参数：
（4）计算每台变压器的功率损耗

也可用化简经验公式：

（三）厂内10kV线路截面的选择
1.供电给变电所Ⅰ的10kV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

计及变压器的损耗：

先按经济电流密度选择导线经济截面：
由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得，架空线的经济电流密度。
所以可得经济截面：
可选导线型号为LJ—35，其允许载流流量为。
相应参数为
再按发热条件检验：
已知，温度修正系数为：
由式上可知，所选导线符号长期发热条件。
由于变电所Ⅰ紧邻35/11kV主变压器，10kV线路很短，其功率损耗可忽略不计。
线路首段功率：
2.供电给变电所Ⅱ的10kV线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

计及变压器的损耗：

先按经济电流密度选择导线经济截面：
由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得，架空线的经济电流密度。
所以可得经济截面：
可选导线型号为LJ—25，其允许载流流量为。
相应参数为
再按发热条件检验：
已知，温度修正系数为：
由式上可知，所选导线符号长期发热条件。
根据地理位置图及比例尺，得到此线路长度为l=0.32km。
10kV线路功率损耗：
线路首端功率：
3.供电给变电所Ⅲ的10kV 线路
为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

计及变压器的损耗：

先按经济电流密度选择导线经济截面：
由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得，架空线的经济电流密度。
所以可得经济截面：
可选导线型号为LJ—25，其允许载流流量为。
相应参数为,线路长度为：l=0.64km
10kV线路功率损耗：
线路首端功率：
线路电压降计算（仅计算最长的厂内10kV线路电压降）：

合格（其余线路更合格了）
4. 10kV联络线（与相邻其他工厂）的选择
已知全厂总负荷：。
10kV联络线容量满足全厂总负荷30%：

因运用时间很少，可按长期发热条件选择和校验。
选导线LJ-25，其允许载流量为：

三、工厂总降压变电所及接入系统设计
1. 工厂总降压变电所住变压器台数及容量的选择
2.35kV供电线路截面选择
为保证供电的可靠性，选用两回35kV供电线路。
3.35kV线路功率损耗和电压降计算
（1）35kV线路功率损耗计算
已知LG-35参数：
线路的功率损耗：
线路首段功率：
（2）35kV线路电压降计算：

四、短路电流的计算
按无穷大系数供电计算短路电流。短路计算电路图见图3。

大系统
车间负荷
车间变0.4kV母线
总降变10kV侧
总降变35kV侧
35kV母线
城北35kV母线
X2=0.6
X4=0
厂内10kV线路
X5=4.5
X3=4.06
X1=0.067

图3 短路计算电路图

1.工厂总降压变35kV母线短路电流（短路点1）
（1）确定标幺值基准：

（2）计算各主要元件的电标幺值：
系统电抗
35kV线路电抗（LGJ—35）
（3）求三相短路电流和短路容量：
1）总电抗标幺值：
2）三相短路电流周期分量有效值：
3）其他三相短路电流值：

4）三相短路容量：
2.10kV母线短路电流（短路点2）
（1）确定标幺值基准：

（2）计算各主要元件的电标幺值：
1）系统电抗
2）35kV线路电抗（LGJ—35）
3）35/11kV电力变压器电抗（）

（3）求三相短路电流和短路容量：
1）总电抗标幺值：
2）三相短路电流周期分量有效值：
3）其他三相短路电流值：

4）三相短路容量：
3.0.4kV车间低压母线短路电流（短路点3）
（1）确定标幺值基准：

（2）计算各主要元件的电标幺值：
1）系统电抗
2）35kV线路电抗（LGJ—35）
3）35/11kV电力变压器电抗（）

4）10kV厂内架空线路电抗（给变电所Ⅰ供电）：
因这段10kV架空线路很短，
5）10/0.4kV电力变压器（1000kVA变压器）

（3）求三相短路电流和短路容量：
1）总电抗标幺值：

2）三相短路电流周期分量有效值：
3）其他三相短路电流值：

4）三相短路容量：
三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总如表4。
表4 三相短路电流计算列表
短路点计算
三相短路电流（kA）
三相短路容量（MVA）

35kV1点
4.25
4.25
4.25
10.8
6.4
272
10kV2点
2.3
2.3
2．3
5.8
3.5
41.7
0.4kV3点
31
31
31
57
33.8
21.5

五、变电所高低压电气设备的选择
根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况校验，总降压变电所主要高低压电气设备确定如下。
1.高压35kV侧设备
35kV侧设备的选择如表5所示。
表5 35kV侧设备的选择
计算数据
高压断路器SW-35/600
隔离开关GW2-35G
电压互感器
电流互感器LB-35
避雷器FZ-35
备注
U=35kV
35kV
35kV
35kV
35kV
35kV

I=18.6
600A
600A

2×20/5

6.6kA

400MVA

17kA
42kA

2.中压10kV侧设备
10kV侧设备如表6所示。
表6 10kV侧设备的选择
计算数据
高压断路器SN10-10I
隔离开关GN2-10T/200
电流互感器LA-10
备注
U=10kV
10kV
10kV
10kV

I=34.49A
630A
200A
40/5

16kA

300MVA

40kA
25.5kA

3.低压0.4kV侧设备
低压0.4kV侧设备如表7所示。
表7 0.4kV设备的选择
计算数据
高压断路器DZ20Y-1250
隔离开关HD11-1000
电流互感器LM-0.5
备注
U=0.4kV
0.4kV
0.4kV
0.4kV
采用BFC-0.5G-08低压开关
I=839A
1250A
1250A
1000/5

50kA

六、继电保护的配置
总降压变电所需配置以下继电保护装置：主变压器保护，35kV进线保护，10kV线路保护；此外还需配置以下装置：备用电源自动投入装置和绝缘监察装置。
（一）主变压器保护
根据规程规定1600kVA变压器应设下列保护：
1.瓦斯保护
防御变压器内部短路和油面降低，轻瓦斯动作于信号、重瓦斯动作于跳闸。
2.电流速断保护
防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳砸。
3.过电流保护
防御外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护，动作于跳砸。
4.过负荷保护
防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。
（二）35kV进线线路保护
1.电流速断保护
在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，动作于跳砸。但电流速断保护存在着一定的“死区”，约占线全长的20%。
2.过电流保护
由于电流速断保护存在着约占线路全长的20%的“死区”，因此由过电流保护作为其后备保护，同时防御速断保护区外部的相同短路，保护动作于跳砸。
3.过负载保护
（三）10kV线路保护
1.过电流保护
防止电路中短路电流过大，保护动作于跳砸。
2.过负载保护
防止配电变压器的对称过载及各用电设备的超负荷运行。
七、心得体会
经过这两周的电力系统课程综合设计，我学到了很多，不仅包括对Word和Mathtype以及Visio的使用能力有了进一步的提高，而且还将所学的知识应用到设计实践中去，加深了印象。虽然在设计过程中遇到很多复杂数据和公式，但是经过大量计算，我对过去所学的知识又有了新的理解和收获。另外，感谢老师的细心指导和同学们的互相帮忙，才是我完成这份电气设计书。工欲善其事必先利其器，只有在充分准备好的情况下，才能做好每一件事情。

参考文献

[1] 王士政,芮新花.电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程[M].北京：中国水利水电出版社，2007.

P=1134.332
Q=386.256
S=1198

P=1114.812
Q=376.966
S=1176

P=1097.712 S=1140.3
Q=308.546
SL7-1600

Qc=400
Qc=400
Qc=200
Qc=300

SL7-315
SL7-630
SL7-1000

P=217.5
Q=163.1
P=130
Q=91
P=210
Q=157.5
P=979.2
Q=763.24
P=126
Q=75.6
P=900
Q=630

办公生活
附图 工厂变电所设计计算用电气主接线简图
锅炉
酸站
其他
排毒
纺炼
原液

24