工厂总配变电所及配电系统设计.doc

重庆大学网络教育学院 毕业设计（论文）题目 某工厂总配变电所及配电系统设计 学生所在校外学习中心四川遂宁校外学习中心批次 层次 专业202301、专科起点本科、电气工程及其自动化学 号 W1420345 学 生 杨敏 指 导 教 师 董光德 起 止 日 期 2023.02.14-2023.4.8 摘 要在国民经济高速发展的今天，电能的应用越来越广泛，生产、科学、研究、平常生活都对电能的供应提出更高的规定，因此保证良好的供电质量十分必要。论文注重理论联系实际，理论知识力求全面、进一步浅出和通俗易懂，实践技能注重实用性，可操作性和有针对性。 本设计选择进行了一个模拟的中小型工厂10/0.4kV、容量为2149.01KVA的降压变电所，区域变电站经10KV双回进线对该厂供电。该厂多数车间为三班制。本厂绝大部分用电设备属长期连续负荷，规定不间断供电。全年为306个工作日，年最大负荷运用小时为6000小时。属于二级负荷。 论文论述了供配系统的整体功能和相关的技术知识，重点介绍了工厂供配电系统的组成和部分。系统的设计和计算相关系统的运营，并根据工厂所能取得的电源及工厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的规定，拟定了变电所的位置与形式及变电所至变压的台数与容量、类型及选择变电所主接线方案及高低设备与进出线。 本论文共分部分涉及：负荷计算和无功功率补偿、变电所位置和形式选择、变电所主变压器的台数、类型容量及主接线方案的选择、短路电流的计算、变电所一次设备的选择与校验、变电所电气主结线图、工厂二次回路方案的选择继电保护的设计与整定以及防雷、接地设计：涉及直击雷保护、行波保护和接地网设计。关键词：负荷计算 短路计算 主接线 无功补偿 设备选择目 录中文摘要11 引言12 原始材料分析22.1 工厂供电设计的一般原则22.2 工程概况22.3 供电条件22.4全厂负荷计算33 无功功率的补偿及变压器的选择43.1 就地补偿43.2低压集中补偿43.3 变压器的选择及高压集中补偿54 主接线设计64.1 主接线设计的原则64.2 变配电所主接线方案的经济指标75 短路电流计算85.1 短路电流的计算86 变电所的一次设备选择和校验126.1高压设备器件的选择及校验126.1.1断路器的选择与校验126.1.2隔离开关的选择与校验136.1.3电流互感器选择与校验（高压侧电流互感器）136.1.4 电压互感器的选择与校验146.1.5 高压熔断器的选择与校验146.1.6避雷器的选择146.1.7 10kV进线与各车间变电所进线的校验146.2低压设备器件的选择及校验166.3各车间的进线装设低压熔断器206.4母线的选择与校验216.4.1高压母线选择与校验216.4.2低压母线选择与校验226.5绝缘子和套管选择与校验236.5.1户内支柱绝缘子236.5.2穿墙套管247 变配电所得布置与机构设计248 防雷装置及接地装置设计258.1直击雷保护258.2配电所公共接地装置的设计258.3行波保护269 二次回路方案的选择及继电保护的整定计算269.1 二次回路方案的选择269.2 变电所继电保护装置配置279.2.1 电力线路继电保护279.2.2变压器继电保护配置2810 结束语30参考文献301 引言工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分派，亦称工厂配电。众所周知，电能是现代工业生产的重要能源和动力。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：电能输送的分派既简朴经济，又便于控制、调节和测量，有助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。按照工厂供电技术以及所满足的必须原则进行初步设计、技术设计和施工设计等三个阶段去实行。满足所给的负荷条件、供电条件、技术条件和设备的选择的可行性。必须遵守国家的有关规程和标准，执行国家的有关方针政策，涉及节约能源、节约有色金属等技术经济政策。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，应采用效率高、能耗低、性能较先进的电气产品。应根据工程特点、规模和发展规则，对的解决近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的也许性。必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和供电地区的条件等，合理拟定设计方案。在工厂里，电能虽然是工业生产的重要能源和动力，但是他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长产量，提高产品质量，提高劳动生产率，减少生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有助于实现生产过程自动化。从另一方面来说，假如工厂的电能供应忽然中断，则对工业生产也许导致严重的后果。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，也具有重大的作用。此外，在供电工作中，应合理地解决局部和全局、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。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理拟定设计方案。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。由此可见，一个好的供配电设计是一个工厂能顺利投产、运营、赚钱的基石。对于一个工厂来说，一套好的供配电设计是必须有的。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。2 原始材料分析2.1 工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、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，涉及节约能源，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，对的解决近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的也许性。（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，合理拟定设计方案。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。2.2 工程概况化纤毛纺厂10kV配变电所供电给织造车间、染整车间、锅炉房、食堂、水泵房、化验室及其他车间变电所。已知工厂三班制工作，年最大负荷运用小数6000h，其中织造车间、染整车间、锅炉房为二级负荷。二级负荷是指中断供电将在政治上、经济上导致较大的损失的用电设备。在条件允许的情况下，二级负荷应有两条线路供电，例如煤气站的鼓风机、10吨以下的电弧炼钢炉的低压用电设备和刚玉冶炼电炉变压器等，中断供电也许导致重要设备损坏或大量产品报废2.3 供电条件（1）供电部门可提供双回路10kV电源，一用一备。（2）电源1进线处三相短路容量120MVA，进线电缆长约150米。电源2进线处三相短路容量100MVA，进线电缆长约120米。（3）采用高供高计，规定月平均功率因数不小于0.9，。规定计量柜在主进开关柜之后，且第一柜为主进开关柜。（4）为其他车间变电所提供2路10kV电源出线，容量每路800kVA。（5）配变电所设于厂区负荷中心，为独立式结构，有人值班。低压供电半径小于250m。配变电所建筑构造及面积由电气设计定。2.4全厂负荷计算 采用需要系数法计算各车间变电所的计算负荷，具体数据如表2-1所示。表2-1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(kW)(kVAR)(kVA)1制条车间3400.80.80.75272204480.8326SL7-1000/10 1000kVA*10.90.952纺纱车间3400.80.80.75272204480.83260.90.953软水站86.10.650.80.7555.96541.9737121.7630.90.954锻工车间36.90.30.651.1711.0712.951952.184480.90.955机修车间296.20.30.51.7388.86153.727418.89000.90.956幼儿园12.80.60.61.337.6810.214418.101930.90.957仓库37.960.30.51.1711.38813.323953.683540.90.958织造车间5250.80.80.75420315742.4621SL7-1000/10 1000kVA*10.90.959染整车间4900.80.80.75392294692.96460.90.9510浴室1.880.811.50402.658720.90.9511食堂20.630.750.80.7515.47211.604329.175220.90.9512独身宿舍200.8116028.284270.90.9513锅炉房1510.750.80.75113.2584.9375213.5462SL7-400/10 400kVA*10.90.9514水泵房1180.750.80.7588.566.375166.87720.90.9515化验室500.750.80.7537.528.12570.710670.90.9516卸油泵房280.750.80.752115.7539.597970.90.95相关计算公式：= = = =3 无功功率的补偿及变压器的选择 电力部门规定，无带负荷调整电压设备的工厂必须在0.9以上。为此，一般工厂均需安装无功功率补偿设备，以改善功率因数。我们采用的无功补偿方式是：高压补偿和低压补偿相结合、集中补偿与就地补偿相结合。在需要补偿容量大的车间采用就地补偿的方式其余采用低压集中补偿和高压集中补偿方式。根据该工厂的负荷特点，根据这一思绪，我们选择在NO.1变电所选择1、2、5车间，NO.2变电所8、9车间采用就地补偿。根据供电协议的功率因数规定，取补偿后的功率因数，各个补偿的容量计算如下：3.1 就地补偿： 列NO.1 车间变电所： 制条车间： 联立得： 根据供电技术233页表26知并列电容器的标称容量选择六个BW0.4-14-3/3，即补偿容量为84kVar。补偿后剩余容量：=204-84=120kVar同理可得2、5、8、9车间的补偿容量及补偿后剩余容量。3.2低压集中补偿对NO.1变电所0.4kV母线，采用三个型号为BW0.4-12-3/3进行低压集中补偿，补偿容量为36kVar。对NO.2变电所0.4kV母线，采用两个型号为BW0.4-12-3/2进行低压集中补偿，补偿容量为24kVar。对NO.3变电所0.4kV母线，采用三个型号为BW0.4-14-3/6进行低压集中补偿，补偿容量为84kVar。3.3 变压器的选择及高压集中补偿变压器自身无功的消耗对变压器容量的选择影响较大，故应当先进行无功补偿才干选出合适的容量。 取 = = =NO.1变电所：=725.5327Kva考虑15%裕量：根据供电技术222页表4 选SL7-1000/10 接线方式Y,y该变压器的参数为：=1800+11600=48kVar同理可得NO.2和NO.3的变压器选型及高压集中补偿前的参数，其中NO.2选SL7-400/10 接线方式Y,y高压集中补偿：以上在车间和车变补偿之后，在高压侧的有功和无功变为各个车间变电所高压侧的有功，无功之和。于是高压侧的有功与无功为： 1641.771+22.68=1664.51kW =735.19+139.7=874.89kVar =115.9kVar 选用三个型号为BF10.5-40-1/3进行高压集中补偿，补偿容量为120kVar。补偿后的功率因数达成0.91序号车间无功功率理论补偿量实际补偿量补偿后剩余无功电容器型号及数量视在功率(kVA)功率因数Q(kVar)Qc(kVar)Qc(kVar)Q(kVar)120478.8884120BW0.4-14-3/6220478.8884120BW0.4-14-3/6341.9816.2241.98412.957.8612.955153.73112.8511241.73BW0.4-14-3/8610.216.6810.21713.328.8813.328315121.8112203BW0.4-14-3/89294113.68112182BW0.4-14-3/8100001111.64.4811.6120001384.9432.8484.941466.3825.6766.381528.1310.8828.131615.756.0915.75PQ就地补偿之后No.1 640.1310.25280328.1805725.53270.89185No.2 620.6239.96224365.57843.78290.901273No.3 195.275.480185.44298.74630.784026低压集中补偿No.1 328.1833.118084836292.1805BW0.4-12-3/3709.97520.911393No.2 365.5718.791644424341.57BW0.4-12-3/2833.66550.912211No.3 185.4478.633484101.44BW0.4-14-3/6255.24780.917638总879.1905130.543129144735.19051798.8650.91267高压侧功率因数874.89051880.380.885167高压集中补偿874.8905115.901049117757.8905BF10.5-40-1/31828.8780.910094变压器损耗No.17.748No.211.657No.33.3834.74 主接线设计4.1 主接线设计的原则一次接线图也叫做主接线图，是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运营等规定而设计的、表白高压电气设备之间互相连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备涉及发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。电气一次设备是指直接用于生产、输送和分派电能的生产过程的高压电气设备。它涉及发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。变电所主接线应满足以下几点规定：安全：应符合有关国家标准和技术规范的规定，能充足保证人身和设备的安全。可靠：应满足电力负荷对供电可靠性的规定。灵活：应能适应必要的各种运营方式，便于操作和检修，且适应负荷的发展。经济：在满足上述规定的前提下，尽量使主接线简朴，投资少，运营费用低，并节约电能和有色金属消耗量。4.2 变配电所主接线方案的经济指标设计变配电所主接线，应根据所选主变压器的容量以及负荷对供电可靠性的规定，初步拟定23个比较合适的主接线方案来进行技术经济比较，择其忧者作为选定的变配电所主接线方案。主接线的基本方式有以下四种：单母线接线母线是连接电源和引出线的中间环节，起汇集和分派电能的作用，只有一组母线的接线称为单母线.单母线接线简朴明了，操作方便，便于扩建，投资少。双母线连线在单母线连线的基础上，设备备用母线，就成为双母线。它在供电可靠性和运营灵活性方面是最佳的一种主接线。可投资大，开关电器多，配电装置复杂，占地面积大，不适合一般配电所。桥式接线当配电所只有两回路电源进线和两台主变压器时，采用桥式接线用的断路器台数最少，投资低。线路一变压器组单元接线当单回路单台变压器供电时，宜采用此进线，所有的电气设备少，配电装置简朴，节约建设投资。由于该厂是二级负荷，考虑到经济因素故本方案采用10kV双回进线，单母线分段供电方式，在NO.3车变中接明备用变压器。采用这种接线方式的优点有可靠性和灵活性较好，当双回路同时供电时，正常时，分段断路器可合也可开断运营，两路电源进线一用一备，分段断路器接通，此时，任一段母线故障，分段与故障断路器都会在继电保护作用下自动断开。故障母线切除后，非故障段可以继续工作。当两路电源同时工作互为备用试，分段断路器则断开，若任一电源故障，电源进线断路器自动断开，分段断路器自动投入，保证继续供电。5 短路电流计算5.1短路电流计算方法：基准电流 三相短路电流周期分量有效值 =三相短路容量的计算公式 =在10/0.4kV变压器二次侧低压母线发生三相短路时，一般。5.1 短路电流的计算取=100MVA，所以 = =4.5 =总配进线：=0.295 =0.18=0.16总配到NO.1变电所进线： =10.323=0.323 =0.323=0.29总配到NO.3变电所进线： =20.323=0.646 =0.646=0.58最大运营方式下：绘制等效电路图: = =2.55=22.8kA = =: =0.535+ = =1.84=1.84 = =: =0.535+ = =1.84=1.84 = =: =0.535+ = =1.84=1.84 = =最小运营方式下：绘制等效电路图: =0.93+0.16=1.09 = =2.55=2.55 = =: =0.93+0.16+4.5+0.29=5.88 = =1.84=1.84 = =: =0.93+0.16+4.5=5.59 = =1.84=1.84 = =: =0.93+0.16+0.58+12.7=14.37 = =1.84 = =将以上数据列成短路计算表，如表5-1和表5-2所示：表5-1最大运营方式短路点（kA）（kA）（kA）三相短路容量（MVA）8.9422.813.52162.626.749.1329.0418.528.2251.9230.6919.5510.3819.1111.297.19表5-2最小运营方式短路点（kA）（kA）（kA）三相短路容量（MVA）5.0512.887.6491.7424.5545.1726.6917.0625.8247.5128.0817.8910.0418.4810.926.966 变电所的一次设备选择和校验供电系统的电气设备重要有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗器、互感器、母线装置及成套电设备等。电气设备选择的一般规定必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作规定，同时设备应工作安全可靠，运营方便，投资经济合理。 电气设备按在正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气规定。环境条件是指电气装置所处的位置（室内或室外）、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等规定；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑断流能力。6.1高压设备器件的选择及校验计算数据断路器隔离开关电流互感器电压互感器高压熔断器避雷器型号SN10-10IGW1-6（10）/400LA-10（D级）JDZ-10RW10FZ-10U=10kV10kV10kV10kV11000/10010kV10kV=105.59A630A400A200/52A=8.94kA16kA =162.6MVA300MVA200MVA=22.8kA40kA25kAt=t25 个数7142221供电技术工厂供电设计指导6.1.1断路器的选择与校验（1）按工作环境选型：户外式（2）断路器额定电压及额定电流=10kV=630A=105.59A(3)动稳定校验断路器最大动稳实验电流峰值不小于断路器安装处的短路冲击电流值即=40kA=22.8A(4)热稳定校验规定断路器的最高温升不超过最高允许温度即即(5)断流容量的校验：断路器的额定断流容量应大于断路器安装处的最大三相短路电流容量即综上，断路器的选择满足校验条件。6.1.2隔离开关的选择与校验（1） 按工作环境选型：户外型（2） 隔离开关的额定电压及额定电流=10kV=200=105.59A（3） 动稳定校验=25.5kA=22.8kA（4） 热稳定校验即6.1.3电流互感器选择与校验（高压侧电流互感器）10kV电流互感器（1） 该电流互感器额定电压安装地点的电网额定电压即（2） 电流互感器一次侧额定电流（3） 动稳定校验动稳定倍数Kd=160 =22.8A一次侧额定电流则即动稳定性满足（4）热稳定性校验热稳定倍数Kt=90热稳定期间=0.15=8.94kA即=热稳定性满足6.1.4 电压互感器的选择与校验经查表该型号电压互感器额定容量：所以满足规定6.1.5 高压熔断器的选择与校验（1）高压熔断器额定电压大于安装处电网的额定电压即(2)断流能力6.1.6避雷器的选择避雷器的额定电压大于等于安装处电网的额定电压6.1.7 10kV进线与各车间变电所进线的校验1、根据短路电流进行热稳定校验（1）10kV进线：按经济电流密度选择进线截面积：已知小时，经查表可得，经济电流密度jec=0.9A/进线端计算电流 可得经济截面 Aec= 经查表，选择LJ型裸绞线LJ-120,取导线间几何间距D=0.6m 该导线技术参数为：R=0.27 X=校验：短路时发热的最高允许温度下所需导线最小截面积 所以满足规定。（2）No.1变电所进线：按上述方法选择LJ型裸绞线LJ-50,取导线间几何间距D=0.6m该导线技术参数为：R=0.64 X=校验： 所以满足规定。（3）No.3变电所进线：按上述方法选择LJ型裸绞线LJ-25,取导线间几何间距D=0.6m2、根据电压损耗进行校验（1）10kV进线： （2）No.1车间变电所进线： （3）No.3车间变电所进线： 3、根据符合长期发热条件进行校验（1）10kV进线：选LJ120型裸铝绞线 取导线间几何间距D=0.6m经查表可得，最大允许载流量105.6A（总负荷电流）（2）No.1车间变电所进线选LJ50型裸铝绞线 取导线间几何间距D=0.6m经查表可得，最大允许载流量41.89A（3）No.3车间变电所进线：选LJ50型裸铝绞线 取导线间几何间距D=0.6m经查表可得，最大允许载流量17.25A6.2低压设备器件的选择及校验NO.1计算数据低压断路器隔离开关电流互感器型号DW48-1600HD1114LMZ-0.5U=0.4kV0.4kV0.4kV0.4kV=933.96A1600A1000A1000/5=26.7kA50kA=18.5MVA=49.13kA60kA（杠杆式）135t=t75个数178NO.2计算数据低压断路器隔离开关电流互感器型号DW48-1600HD1114LMZ-0.5U=0.4kV0.4kV0.4kV0.4kV=1277.89A1600A1500A2023/5=28.22kA50kA=19.55MVA=51.92kA80kA（杠杆式）135t=t75个数156NO.3计算数据低压断路器隔离开关电流互感器型号DW15-630HD1114LMZB6-0.38U=0.4kV0.4kV0.4kV0.4kV=368.42A630A600A300800/5=10.38kA30kA=7.18MVA=19.11kA50kA（杠杆式）135t=t75个数145供电技术工厂供电设计指导NO.11、低压断路器的选择与校验（1）按工作环境选型：户外式（2）断路器额定电压及额定电流=0.4kV=2、隔离开关的选择与校验(1)按工作环境选型：户外型(2)隔离开关的额定电压及额定电流 =0.4kV= =1000=1154.7A=933.96A 满足规定(3)动稳定校验 =60kA=49.13Ka 满足规定(4)热稳定校验 =1=900 =107 所以 满足规定3、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器） (1)该电流互感器额定电压不小于安装地点的电网额定电压，即 (2)电流互感器一次侧额定电流=933.06A 满足规定 (3)动稳定校验（Kd=135） 满足规定 (4)热稳定校验（Kt=75） =7.4 =1217.89A 满足规定2、隔离开关的选择与校验（5） 按工作环境选型：户外型（6） 隔离开关的额定电压及额定电流=0.4kV=1500=1217.89A 满足规定（7） 动稳定校验=80kA=51.92kA（8） 热稳定校验即 3、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器）0.4kV电流互感器（4） 该电流互感器额定电压安装地点的电网额定电压即（5） 电流互感器一次侧额定电流（6） 动稳定校验动稳定倍数Kd=135 =51.92kA一次侧额定电流则即动稳定性满足（4）热稳定性校验热稳定倍数Kt=75热稳定期间=0.15=28.22kA即=热稳定性满足NO.3 1、断路器的选择与校验（1）按工作环境选型：户外式（2）断路器额定电压及额定电流=0.4kV=630A=368.42A 满足规定 2、隔离开关的选择与校验（1）按工作环境选型：户外型（2）隔离开关的额定电压及额定电流=0.4kV=600=368.42A 满足规定（3）动稳定校验=50kA=19.11kA（4）热稳定校验即 3、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器）0.4kV电流互感器（1）该电流互感器额定电压安装地点的电网额定电压即（2）电流互感器一次侧额定电流 满足规定（3）动稳定校验动稳定倍数Kd=135 =19.11kA一次侧额定电流则即动稳定性满足（4）热稳定性校验热稳定倍数Kt=75热稳定期间=0.15=10.38kA即=热稳定性满足6.3各车间的进线装设低压熔断器低压熔断器的型号型号熔断电流熔体电流分段电流FU1RM1060060010000FU2RM1060060010000FU3RM1020016010000FU4RM10603