某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电专业系统设计.docx

某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电专业系统设计河南科技大学课 程 设 计 说 明 书课程名称 电气控制技术 题 目 饮料罐装生产线控制学 院 农业工程学院班 级 农电111班 学生姓名 付亚州 指导教师 王 俊 日 期 2014-06-25配电系统设计摘 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、日常生活都对电能的供应提出更高的要求，因此确保良好的供电质量十分必要。本设计书注重理论联系实际，理论知识力求全面、深入浅出和通俗易懂。本课程设计选择进行了一个模拟的中小型工厂. 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，要求不间断供电。全年为306个工作日，年最大负荷利用小时为6000小时。属于二级负荷。本设计书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行，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、经济合理的要求，确定了配电变电所的位置与形式及配电变电所变压器的台数与容量、类型及选择配电变电所主接线方案及高压低压设备与进出线。 本设计书共包括：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、变电所电气主接线图、继电保护的设计与整定以及防雷、接地设计：包括直击雷保护、行波保护和接地网设计。关键词：可编程控制器、灌装流水线、顺序功能图、梯形图目 录第一章 原始材料分析4第二章 全厂负荷计算4三、无功功率的补偿及变压器的选择5四、主接线设计8五、架空双回线导线选择8六、短路电流计算9七、变电所的一次设备选择和校验12八、继电保护装置配置19九、变配电所的布置与机构设计22十、防雷装置及接地装置设计22十一、结束语24附录24第一章 原始材料分析某化纤毛纺厂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，年最大负荷利用小数6000h，本厂规模为万锭精梳化纤毛织染整联合厂。全部生产化纤产品，全年生产能力为230万米，其中厚织物占50%，中织物占30%，薄织物占20%，全部产品中以腈纶为主体的混纺物占60%，以涤纶为主的混纺物占40%。第二章 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：全厂负荷计算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3400.80.80.75272204340SL7-1000/10 1000kVA*1 0.90.92纺纱车间3400.80.80.752722043403软水站86.10.650.80.7555.9741.9869.964锻工车间36.90.30.651.1711.0712.9517.035机修车间296.20.30.51.7388.86153.72177726幼儿园12.80.60.61.337.6810.2112.807仓库37.960.30.51.1711.3913.3322.788织造车间5250.80.80.75420315 525SL7-1000/10 1000kVA*10.90.99染整车间4900.80.80.7539229449010浴室1.880.811.5001.5011食堂20.630.750.80.7515.4711.6019.3412独身宿舍200.811601613锅炉房1510.750.80.75113.2584.94141.56SL7-200/10 200kVA*20.90.914水泵房1180.750.80.7588.566.38110.6215化验室500.750.80.7537.528.1346.8616卸油泵房280.750.80.752115.7526.25相关计算公式：= = = =三、无功功率的补偿及变压器的选择电力部门规定，。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。我们采取的无功补偿方式是：高压补偿、低压补偿和就地补偿相结合。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，根据这一思路，。在各车间配电变电所进行低压集中补偿并在高压母线上进行高压集中补偿。1、就地补偿： 车间变电所：机修车间: = × = kVar 根据供电技术，即补偿容量为112kVar。2、低压集中补偿(1):QB2=Q×KQP×KP ×tan-QB1= ×××=，补偿容量为154kVar。(2):QB2=Q×KQP×KP ×tanQB1= ×××=，补偿容量为192kVar。(3):QB2=Q×KQP×KP ×tanQB1= ×××=，补偿容量为62Var。3、变压器的选择变压器本身无功的消耗对变压器容量的选择影响较大，故应该先进行无功补偿才能选出合适的容量。（1） 取，=考虑25%裕量：S=×（1+25%）= kVar 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×= kVar高压侧计算负荷=P30+PT=Q30+QT=（2）=考虑15%裕量：S= （1+15%）= kVar 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×=高压侧计算负荷=P30+PT=Q30+QT=（3） =选SL7-200/10两台 接线方式Y,y该变压器的参数为：=540+3400×= =P30+PT=Q30+QT=4、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：PC=+ + =+=QC=+ + =+=SC=QB=QC-PCtan=，补偿容量为102kVar四、主接线设计本厂主接线设计方案主要有三种较优方案，分别是（1）单母线分段，桥型接线，（2）简单单母线，（3）10kV、。由于本厂是二级负荷，在国名经济中占有重要地位，且大多数车间是三班工作制，为了保证供电的可靠性，再考虑经济型因素，所以10kV母线选用单母线分段接线方式，。采用这种接线方式的有点主要是可靠性和经济性比较好。单母线分段提高了三个车间供电的可靠性。正常运行时，分段断路器闭合。当任一段母线故障时，分段断路器在继电保护装置作用下断开，将故障母线和非故障段隔开，保障非故障段母线所带负荷的供电可靠性。五、架空双回线导线选择IC=SC3×UN=×10=1、按经济电流密度选择P=A=Imax/JN=选择LJ150裸铝导线2、热稳定校验LJ-150裸铝导线户外30度时允许载流量为414AKT=I=×4414=满足发热条件3、机械强度校验10KV下二级架空线铝绞线满足机械强度需A> 16mm2，所选150>16 mm2满足机械强度要求4、电压损失校验U%=(PQ+QX)/UN2=%< 5%满足电压损失要求六、短路电流计算取=100MVA，k1,k2,k3,k4处取 k5取Uj2= =X0×L×=××100/=×100/1=最大运行方式下：X2*=X1*=Xsmax*+*+XT1*=+×+=X3*=X4*=Xsmax*+*+XT3*=+×+20=IK1max(3)*=IK2max(3)*=1X1*=1/=Ij1=Sj3Uj1=100/(3×)=Ik1max(3)= Ik2max(3)=×= ish1max(3)=ish2max(3)=×= Ish1max(3)=Ish2max(3)=×= Sk1max(3)=Sk2max(3)=×100= Ik3max3*=Ik4max3*= Ik3max(3)=Ik4max(3)=×1003×= Ish3max(3)=Ish4max(3)=×= ish3max(3)=ish4max(3)=×= Sk3max(3)=Sk4max(3)=×100= X5*=Xsmax*+12Xl*=+12×= Ik5max3*=1X*= Ik5max=×1003×= ish5max(3)=×= Ish5max(3)=×= Sk5max(3)=×100=最小运行方式下（单回进线运行）：X2*=X1*=Xsmin*+Xl*+XT1*=+=X3*=X4*=Xsmin*+Xl*+XT3*=+20=IK1min(3)*=IK2min(3)* =1/=Ik1min(3)= Ik2min(3)=××3= ish1min(3)=ish2min(3)=×= Ish1min(3)=Ish2min(3)=×= Sk1min(3)=Sk2min(3)=×100= Ik3min3*=Ik4min3*= Ik3min(3)=Ik4min(3)=×1003×= Ish3min(3)=Ish4min(3)=×= ish3min(3)=ish4min(3)=×= Sk3min(3)=Sk4min(3)=×100= X5*=Xsmin*+Xl*=+= Ik5min3*=1X5*= Ik5min=×1003×= ish5min(3)=×= Ish5min(3)=×= Sk5min(3)=×100=将以上数据列成短路计算表，如表6-1和表6-2所示：表6-1：最大运行方式下短路计算表最大运行方式短路点（kA）（kA）（kA）三相短路容量（MVA）K128.29052.05430.83619.6K228.29052.05430.83619.6K37.07213.0127.7084.9K47.07213.0127.7084.9K59.04523.06513.658164.5表6-2：最小运行方式下短路计算表最小运行方式短路点（kA）（kA）（kA）三相短路容量（MVA）K125.83647.53828.16117.9K225.83647.53828.16117.9K36.78412.4837.3954.7K46.78412.4837.3954.7K55.09212.9857.68992.6七、变电所的一次设备选择和校验供电系统的电气设备主要有断路器、隔离开关、刀开关、熔断器、电压电流互感器。电气设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，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要求。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、防爆等要求；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑断流能力。：高压设备器件的选择表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型号SN10-10IGN1-10/400LFZ-10JDJ-10(1级）RN1-10U=10kV10kV10kV10kV10kV10kVA600A400A200/5 23.065kA52kA50kA 1000kVMVA350MVA200MVAtj=×1It2t=20.22×4It2t=142×5(KtIN1TA)2t= (90×0.2)2×2 个数71581FU1、FU2供电技术工厂供电设计指导 ：低压设备器件的选择表计算数据低压断路器刀开关电流互感器型号DW48-1600DW15-400HD1114HD1114LMZ-0.5LMZ-0.5LMZB6-0.38个数2个QF9、QF102个QF11、QF1218个Qs18到Qs21、Qs26到Qs399个Qs22到Qs25、Qs40到Qs448个TA5到TA126个TA13到TA185个TA19到TA23供电技术工厂供电设计指导 =×=UN=（1） QF9选择DW48-1600UNQF9=INQF9=1600>校验:=50KA>（2） QS18、QS19、QS26QS33选择HD1114（杠杆式)UNQS=INQS=1500>校验:Iet=80KA>I2×tj=It2×t=402I2×tj<It2*t（3） 电流互感器 TA5TA12选择LMZJ1（1000/5）IN1T'=1000×70-3070-40=>=UNTA=校验：Ish2×IN1TA=× =<Kd=135 (KtIN1TA')2=(75×)2=×109I2tj=×1<(KtIN1TA')2 =×=UN=（1）QF10选择DW48-1600UNQF9=INQF9=1600>校验:=50KA>（2）QS20、QS21、QS34QS39选择HD1114（杠杆式)UNQS=INQS=1500>校验:Iet=80KA>I2×tj=It2×t=402×1I2×tj<It2×t（3）电流互感器 TA13到TA18选择LMZJ1（1000/5）IN1T'=1500>=UNTA=校验： Ish2×IN1TA=×=<Kd=135I2tj=<(KtIN1TA')2 =()2 =×=UN=（1）UNQF9=INQF9=400>校验:=25KA>（2）QS22到QS25、QS40到QS44选择HD11到14（杠杆式)UNQS=INQS=400>校验:Iet40KA>I2*tj=It2*t=202I2*tj<It2*t（3）电流互感器 TA19到TA23选择LMZB6IN1T'=600>=UNTA=校验： Ish2×IN1TA=×=<Kd=135I2tj=<(KtIN1TA')2 =()2：各车间的进线装设的低压熔断器表熔断器If2型号熔管电流熔体电流分断能力FU3490.7ART060050028.29050FU4490.7ART060050050FU5100.98ART020012050FU624.58ART10603050FU718.48ART10603050FU8141.67ART020015050FU932.88ART10604050FU10222.28ART040025050FU11757.25ART0100080028.29050FU12707.25ART101008050FU132.17ART10603050FU1427.91ART10603050FU1523.09ART10603050FU16277.13ART040030050FU1737.89ARM10100607.07250FU18204.32ARM1035022550FU19159.67ARM1020016050FU2067.64ARM101008050FU2189.49ARM1010010050：，10KV母线选择矩形铝母线热稳定校验：，动稳定校验： ，动稳定条件满足、低压侧母线选择：（1） 热稳定校验：，动稳定校验： ，动稳定条件满足（2） 热稳定校验：，动稳定校验： ，动稳定条件满足(3) 热稳定校验：，动稳定校验： ，动稳定条件满足1、 户内支柱绝缘子型号： 额定电压 10KV动稳定校验： ，满足动稳定要求2、 穿墙套管：型号：动稳定校验：，满足动稳定要求所以穿墙套管满足热稳定要求。按经济电流密度选择：查表得，选择热稳定校验：电缆在土壤中满足热稳定要求由于进线电缆长度较短，电压损失在允许的范围内A，按经济电流密度选择：查表得，选择热稳定校验：电缆在土壤中满足热稳定要求由于进线电缆长度较短，电压损失在允许的范围内按经济电流密度选择：查表得，选择热稳定校验：电缆在土壤中满足热稳定要求由于进线电缆长度较短，电压损失在允许的范围内八、继电保护装置配置继电保护装置应该满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性，电力设备和线路短路故障保护装置应该设有主保护和后备保护，必要时再增加辅助保护，对于高压侧为610KV的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护。，还应装设电流速断保护。容量在800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器，按规定应装设瓦斯保护。对于400KVA及以上数台并列运行的变压器和作为其他负荷备用电源的单台运行变压器根据实际可能出现的过负荷情况，一般应装设过负荷保护。电力线路继电保护1、 电流速断保护：=继电器动作电流=0s 保护范围校验： 所以无保护范围，所以不装设电流速断保护2、 线路过电流保护：Isetl=KrelKssKreIlmax=××= Iop=IsetlKTa×Kcon=×1= 保护时限t1=tT+t=1+= 灵敏度校验Ksen=32Ik1min(3）Isetl=32××=> 变压器继电保护装置1. 过电流保护 IsetT=KrelKssKreITmax=××= tT=+=1s 电流继电器动作电流为IopT=IsetTKTaKcon=×1= 灵敏度校验KsenT=32×IKmin(3)KTIsetT=32××10310/=>2. 过负荷保护变压器过负荷保护的动作电流IopK=KkKreKTaINT=×200/5×10003×10=3. 电流速断保护 IsetT=KrelIk1max(3)KT=××10310/= t=0s IopT=IsetTKTaKcon=×1=4. 瓦斯保护 见图1过电流保护 IsetT=KrelKssKreITmax=×××10= tT=+=1s 电流继电器动作电流为IopT=IsetTKTaKcon=×1= 灵敏度校验KsenT=32×IKmin(3)KTIsetT=32××10310/=>2. 过负荷保护变压器过负荷保护的动作电流IopK=KkKreKTaINT=×200/5×10003×10=3. 电流速断保护 IsetT=KrelIk2max(3)KT=××10310/= t=0s IopT=IsetTKTaKcon=×1=4. 瓦斯保护 见图1过电流保护 IsetT=KrelKssKreITmax=××12××10= tT=+=1s 电流继电器动作电流为IopT=IsetTKTaKcon=×1= 灵敏度校验KsenT=32×IKmin(3)KTIsetT=32××10310/=>2. 电流速断保护 IsetT=KrelIk3max(3)KT=××10310/= t=0s IopT=IsetTKTaKcon=×1=图8瓦斯保护九、变配电所的布置与机构设计总配电所的地点应尽量接近工厂的负荷中心，进出线方便，靠近电源侧，尽量使进出线方便，设备运输方便。不应设在有爆炸危险或有腐蚀性气体的场所周围。本设计中，工厂中心有一软水站和水塔，所以本工厂总配电所不宜设在工厂中心位置。工厂东北角远离负荷中心，且有一卸油台和化验室，总配电所不宜靠近易爆易燃与具有腐蚀性物品的场所，所以也不应该在此地建设总配电所。，且周围负荷较均衡，故宜将总配建在此所附近。而且对负荷不大的用户，可将总配电所与某个10kV变电所合并，扩充为变配电所。根据本厂实际情况，出线相对较少，负荷总体水平不大，所以在设计时，建设成变配电所，同时节省了投资，便于管理。 工厂总配电变电所平面布置简图见附图2。 十、防雷装置及接地装置设计1、直击雷保护（1）本厂最高建设为水塔，设计高度为20m，加设2m高的避雷针，现计算水塔避雷针能否保护软水站。水塔上避雷针高度为（20+2）=22m，软水站一般建筑高度=4m，经测量避雷针至软水站最远屋角距离为r=20m，避雷针保护半径=（）p=25>20m.因此水塔避雷针能保护软水站（2）,，只各有一台或两台变压器，所以不设独立的避雷保护，而采用在各变压器侧加装避雷器的方法来防止雷电波和操作过电压。（3），建设成总配电所，电气设备较集中，所以设置独立的避雷针保护，设避雷针高度为22m，保护半径同上计算25m，同时为防止反击，避雷针建设在距离总配10m处，并使避雷针接地体与总配接地体相距大于3m。（4）锅炉与卸油台属易燃易爆建筑，且有一定高度，因此在锅炉烟囱上装设避雷针来进行保护。设避雷针高度为26m，卸油台建筑高度为6m，避雷针保护半径：=（）p=（），。2、配电所公共接地装置的设计本厂选用IT系统，对于1KV以上小电流接地系统仅用于该系统的接地装置，要求总接地电阻不考虑自然接地体电阻，则人工接地体电阻（2）计算单根钢管接地电阻 （3）接地装置方案初步选择：采用环路式接地网，初步考虑围绕变电所四周，距变电所3m，打入一圈钢管接地体，钢管直径50mm，管间距离用的扁钢连接。（4）确定接地钢管和最后接地方案根据，同时考虑到管的屏蔽效应和总配变电所的占地面积，初选10根做接地体，由n=10和得。， 满足要求。考虑到接地体的均匀对称布置何总配变电所的布局，最后确定用10根直径为50mm，用的扁钢连接，环形布置。十一、结束语本次课程设计顺利的完成了，在这里我们首先要感谢老师的大力帮助，正是在老师的悉心指导和耐心细致地讲解下，使我们完成了本次的课程设计学习。本次供电工程课程设计，可以说是对我们所学理论知识整体的综合性运用，设计的内容贯穿了课本各章节始终，对我们从整体上把握供电工程学科有了很高的要求。通过本次设计我们对所学习的基础知识和专业知识有了更加理性和深层的认识，并锻炼和提高了实际动手和实践能力，为我们将来走向工作岗位打下了良好结实的基础。在参与设计的过程中我们同时意识到了组员间的团结合作、充分的利用资源、熟练运用各种软件的重要性，当然扎实的专业基础知识是本次设计成功的关键因素。 附录附图1：全厂总平面布置图