1、目 錄1. 緒 論11.1. 工廠供電目的與意義11.2. 本次設計的任務要求11.3. 設計資料21.4. 工廠平面圖22. 負荷計算和無功功率補償32.1. 負荷計算32.1.1.需要系數法負荷計算32.1.2.多組用電設備負荷計算42.1.3.各車間負荷計算表42.1.4.全廠負荷計算52.2. 無功功率補償53. 變電所參數確定73.1. 總降壓變電所主變壓器臺數選擇73.2. 總降壓變電所主變壓器容量選擇73.3. 總降壓變電所主變壓器的選擇83.4 總降壓變電所位置84. 變電所主接線方案設計94.1. 變電所主接線接線方式94.2. 變電所主接線圖95. 短路電流計算105.1.

2、 短路電流計算方法105.2. 短路電流計算115.2.1.1號車間變電所短路電流計算115.2.2.2號車間變電所短路電流計算155.2.3.3號車間變電所短路電流計算196. 變電所一次設備的選擇與校驗236.1. 一次設備選擇與校驗的條件與項目236.1.1.正常工作條件選擇236.1.2.短路條件校驗246.2. 10kV側一次設備選擇與校驗256.3. 0.4kV側一次設備選擇與校驗267. 變電所進出線選擇與校驗277.1. 變電所進出線選擇條件與校驗277.2. 變電所進線選擇277.3. 變電所出線選擇288. 變電所繼電保護288.1.變壓器過電流保護整定計算288.2.變壓

3、器電流速斷保護整定計算298.3.變電所保護裝置299. 變電所防雷接地保護309.1. 防雷保護309.1.1.電力線路防雷保護309.1.2.變電所防雷保護319.2. 接地保護3110. 結論31參考文獻32致3342 / 46某化纖毛紡廠總配變電所與高壓配電系統設計摘 要：電力行業是我國經濟的命脈，為社會主義現代化建設奠定了堅實的基礎。本設計對某化纖毛紡廠總配變電所與高壓配電系統進行設計，根據任務書要求，查閱了大量的相關資料文獻，結合大學所學的知識，對某化纖毛紡廠配電系統進行總體設計和詳細分析說明，包括：負荷計算、無功功率補償、變電所參數確定、變電所主接線方案、短路電流計算、變電所一次

4、設備選擇與校驗、變電所出線選擇、變電所二次回路方案選擇與繼電保護整定、防雷保護與接地裝置。關鍵字：負荷計算 短路電流 繼電保護 防雷和接地Abstract：The power industry is the lifeblood of the economy of our country, and laid a solid foundation for the construction of socialist modernization. The design of a chemical fiber textile factory substation and high voltage pow

5、er supply system is designed according to the requirements of the task book, referring to related literatures, combining the knowledge of University, the distribution system of a chemical fiber wool plant for the overall design and detailed analysis, including: load calculation, reactive power compe

6、nsation, to determine the parameters of substation, substation main wiring scheme, short-circuit current calculation, a substation equipment selection and validation, substation outlet, substation secondary circuit two scheme selection and relay setting and then, lightning protection and grounding d

7、evice.Keywords: Load calculations, short circuit current , relay protection, lightning protection and grounding1. 緒 論1.1. 工廠供電目的與意義電力行業是我國經濟建設的基礎，其為工業、農業、交通運輸與人們的生活提供電能。隨著經濟的不斷發展，對電能的需求量不斷增加，同時對供電的安全性、可靠性、靈活性、電能質量等提出了更高的要求。盡管工業生產中電能消耗占產品的比例為5%左右，供電設備在工業投資所占的比重為5%左右。工廠供電可以提高生產效率、降低成本、提高產品的質量，便于實現生產的自

8、動化。但是也存在一定的問題，如果供電中斷，那么可能導致重大事故發生、機械設備受損等后果，給工廠與國家帶來較大的經濟損失。所以，做好工廠供電對于發展工業生產，實現工業現代化，減少事故傷害都有著重要的意義。本設計是為某化纖毛紡廠總配變電所與高壓配電系統設計，設計過程中在符合工廠生產工藝的要求，保證安全可靠供電的前提下，盡量的降低投資成本。1.2. 本次設計的任務要求某化纖毛紡廠總配變電所與高壓配電系統設計，是依據每個車間的負荷數量以與性質、生產工藝對電能的要求、結合我國的供電狀況，設計的容如下： 1）負荷計算、無功功率補償2）變電所參數確定3）變電所主接線方案設計4）短路電流計算5）變電所一次設備

9、選擇與校驗6）變電所進出線的選擇與校驗7）變電所二次回路方案的選擇與繼電保護的整定8）防雷保護與接地裝置的設計1.3. 設計資料 1）供電電源來自35/10kV區域變電所電源，采用雙回路10KV架空線引至工廠，距工廠南0.5km。2）電力系統短路數據，如下表1-1所示。供電系統圖，如下圖所示。表1-1 10kV母線短路數據運行方式短路數據最大運行方式187MVA最小運行方式107MVA圖1-1 供電系統圖3）供電部門對工廠技術要求：變電所10kV側過電流保護整定時間為1.5s，工廠總降壓變電所過電流保護整定時間低于1s；該廠的總平均功率因數值不低于0.9。4）工廠負荷性質，本廠車間基本為三班制

10、，少數車間為一班或兩班制，年最大有功負荷利用小時數為6000，本廠屬于二級負荷。1.4. 工廠平面圖圖1-2 某化纖毛紡廠總平面布置圖2. 負荷計算和無功功率補償2.1. 負荷計算2.1.1.需要系數法負荷計算1）有功功率： (2-1)其中，。2）無功功率： (2-2)3）視在功率： (2-3)4）計算電流： (2-4)2.1.2.多組用電設備負荷計算總有功功率： (2-5)總無功功率： (2-6)，。總視在功率： (2-7)總計算電流： (2-8)2.1.3.各車間負荷計算表表2-1 工廠各車間負荷計算表序號用電設備名稱總功率需用 系數 Kxtg計算負荷Pjs(kW)Qjs(kvar)Sjs

11、(kvA)1號車間制條車間3400.80.75272204.0紡紗車間3400.80.75272204.0飲水站860.650.7555.941.93鍛工車間370.650.7524.0518.04機修車間2960.31.7388.8153.6幼兒園12.80.61.337.6810.2倉庫380.650.7524.718.5小計1149.8745.13650.39892號車間織造車間5250.80.75420315染整車間4900.80.75392294浴室、理發室50.84食堂400.750.753022.5單身宿舍500.840小計1110886631.510883號車間鍋爐房1510.

12、750.75113.2584.9水泵房1180.750.7588.566.4化驗室880.750.756649.5油泵房140.750.7510.57.875小計371278.25208.693482.1.4.全廠負荷計算變壓器有功損耗： （2-9）變壓器無功損耗： (2-10)取，由表2-1可計算得：，。總計算負荷：2.2. 無功功率補償本文在10KV側進行無功功率補償。進行無功補償以后，可以降低10KV側的視在功率，降低變壓器的容量，降低變電所的投資成本。無功補償容量： (2-11) (2-12)其中，為計算有功功率，為一個電容器容量；為并聯電容器個數。本次設計中，變電所10kV側功率因數

13、為：根據要求，該廠的功率因數值高于0.9，考慮到變壓器功率損耗，進行無功功率補償時，10kV側補償后的功率因數應高于0.9，取。10kV側功率因數升至0.92，10kV側需并聯電容器容量為：取補償后變電所10kV側視在功率為主變壓器功率損耗：變電所高壓側計算負荷：補償后功率因數：選擇補償電容器型號為BW0.4-35-1，額定容量為35kvar，根據式（2-12）可得并聯電容器的數量為：，無功補償前后計算負荷如下表所示。表2-2 無功補償前后計算負荷項目功率因數計算負荷補償前負荷0.771718.514162227128.6無功補償容量-700補償后容量0.9231718.57161862107

14、.5變壓器功率損耗18.6293.1變電所10kV側負荷0.9071737.127081916110.63. 變電所參數確定3.1. 總降壓變電所主變壓器臺數選擇該化纖毛紡廠屬一般中小型工廠，對供電負荷沒有特殊要求，所以從電力系統的35kV/10kV變電站直接向車間變電所供電。本次設計的三個變電所均為車間變電所，根據其負荷性質和供電要求，設計時采用一臺變壓器。3.2. 總降壓變電所主變壓器容量選擇變電所選用1臺主變壓器容量時，每臺變壓器的容量SN·T需符合下面的要求：一臺變壓器獨立運行時，符合總計算負荷需要： （3-3）1）1號車間變電所主變壓器容量選擇由表2-1可知1號變壓器視在負

15、荷為989 kV.A，取，即選一臺S9-M-1000 10/0.4KV變壓器。2）2號車間變電所主變壓器容量選擇由表2-1可知2號變壓器視在負荷為1088kV.A，取，即選一臺S9-M-1250 10/0.4KV變壓器。3）3號車間變電所主變壓器容量選擇由表2-1可知3號變壓器視在負荷為348kV.A，取 即選一臺S9-M-400 10/0.4KV變壓器。3.3. 總降壓變電所主變壓器的選擇選取變壓器型式為油浸式。主變壓器聯結組別包括Yyn0、Dyn11、Yd11這三種。其中Yyn0、Dyn11適用于10KV系統。Yd11適用于35kV配電系統。本設計的三個車間變電所均采用Yyn0聯結的配電變

16、壓器。3.4 總降壓變電所位置區域變電站車間變電所3車間變電所1工廠總配電所車間變電所2新變電所圖3-1 總降壓變電所位置4. 變電所主接線方案設計4.1. 變電所主接線接線方式1）有工廠總降壓變電所或高壓配電所的非獨立式變電所其高壓側的開關電器、保護裝置和測量儀表等，一般都安裝在高壓配電線路的首端，即總變配電所的高壓配電室，而車間變電所只設變壓器和低壓配電室，其高壓側多數不裝開關，或只裝簡單的隔離開關、熔斷器和避雷器等。2）無工廠總降壓變電所和高壓配電所的獨立式變電所工廠無總變、配電所時，其車間變電所就是工廠的降壓變電所，其高壓側的開關電器、保護裝置和測量儀表等都必須配備齊全，所以一般要設置

17、高壓配電室。在變壓器容量較小、供電可靠性要求不高的情況下也可不設高壓配電室，其高壓側的開關電器就裝設在變壓器室的墻上或電桿上，在低壓側計量電能；或者高壓開關柜就裝在低壓配電室，在高壓側計量電能6。100KV側選用單母線分段接線方式。4.2. 變電所主接線圖圖4-1 電氣主接線圖5. 短路電流計算5.1. 短路電流計算方法本次設計中采用標幺值法進行短路電流計算。基準容量選取基準電壓選取。基準電流： （5-1）基準電抗： （5-2）電力系統電抗標幺值： （5-3）變壓器電抗標幺值： （5-4）線路電抗標幺值：（5-5）三相短路電流周期分量有效值標幺值： （5-6）三相短路容量計算：（5-7）5.2

18、. 短路電流計算5.2.1.1號車間變電所短路電流計算（1）系統最大運行方式時1）繪制計算電路圖5-1 短路計算電路2）確定基準值 3）計算短路電路各元件電抗標幺值：a.電力系統電抗標幺值：b.架空線電抗標幺值：查表得LGJ-150的，線路長0.5km，故c.電力變壓器電抗標幺值：查表得,故短路等效電路如圖5-2所示。圖5-2 等效電路4）k-1點三相短路電流、短路容量a.總電抗標幺值：b.三相短路電流周期分量有效值：c.其它短路電流：d.三相短路容量：5）k-2點三相短路電流、短路容量a.總電抗標幺值b.三相短路電流周期分量有效值c.其它短路電流d.三相短路容量表5-1短路計算結果短路計算點

19、三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-17.977.977.9720.3212.03144.93k-225.325.325.346.5627.5817.6（2）系統最小運行方式時1）繪制計算電路圖5-3 短路計算電路2）確定基準值 3）計算短路電路各元件電抗標幺值：a.電力系統電抗標幺值：b.架空線電抗標幺值：查表得LGJ-150的，線路長0.5km,故c.電力變壓器電抗標幺值：查表得,故短路等效電路如圖5-4所示。圖5-4 等效電路4）k-1點三相短路電流、短路容量a.總電抗標幺值b.三相短路電流周期分量有效值c.其它短路電流d.三相短路容量5） k-2點三相短路電流和短路容量a.總電抗

20、標幺值b.三相短路電流周期分量有效值c.其它短路電流d.三相短路容量表5-2短路計算結果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-15.055.055.0512.887.6391.74k-223.6523.6523.6543.525.7816.425.2.2.2號車間變電所短路電流計算（1） 系統最大運行方式1）繪制計算電路圖5-5 短路計算電路2）確定基準值3）計算短路電路各元件電抗標幺值：a.電力系統電抗標幺值：b.架空線電抗標幺值：查表得LGJ-150的，線路長0.5km,故c.電力變壓器電抗標幺值： 查表得,故短路等效電路如圖5-6所示。圖5-6 等效電路4） k-1點三相短

21、路電流、短路容量a.總電抗標幺值：b.三相短路電流周期分量有效值：c.其它短路電流：d.三相短路容量：5） k-1點三相短路電流、短路容量a.總電抗標幺值b.三相短路電流周期分量有效值c.其它短路電流d.三相短路容量表5-3短路計算結果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-17.977.977.9720.3212.03144.93k-230.730.730.756.533.4621.32（2）系統最小運行方式時短路電流計算1）繪制計算電路圖5-7 短路計算電路2）確定基準值3）計算短路電路各元件電抗標幺值：a.電力系統電抗標幺值：b.架空線電抗標幺值：查表得LGJ-150的，線路

22、長0.5km,故c.電力變壓器電抗標幺值： 查表得,故短路等效電路如圖5-8所示。圖5-8 等效電路4）k-1點三相短路電流、短路容量a.總電抗標幺值b.三相短路電流周期分量有效值c.其它短路電流d.三相短路容量5）k-2點三相短路電流、短路容量a.總電抗標幺值b.三相短路電流周期分量有效值c.其它短路電流d.三相短路容量表5-4短路計算結果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-15.055.055.0512.887.6391.74k-228.2928.2928.2952.0530.8419.655.2.3.3號車間變電所短路電流計算（1）系統最大運行方式1）繪制計算電路圖5-9

23、 短路計算電路2）確定基準值 3） 計算短路電路各元件電抗標幺值：4） a.電力系統電抗標幺值：b.架空線電抗標幺值：查表得LGJ-150的，線路長0.5km,故c.電力變壓器電抗標幺值：查表得,故短路等效電路如圖5-10所示。圖5-10 等效電路4）k-1點三相短路電流、短路容量a.總電抗標幺值b.三相短路電流周期分量有效值c.其它短路電流d三相短路容量5） k-2點三相短路電流、短路容量a.總電抗標幺值b.三相短路電流周期分量有效值c.其它短路電流d.三相短路容量表5-5短路計算結果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-17.977.977.9720.3212.03144.9

24、3k-210.9210.9210.9220.111.97.58（2）系統最小運行方式時1）繪制計算電路圖5-11 短路計算電路2）確定基準值 3）計算短路電路各元件電抗標幺值：a.電力系統電抗標幺值：b.架空線電抗標幺值：查表得LGJ-150的，線路長0.5km,故c.電力變壓器電抗標幺值：查表得,故短路等效電路如圖5-12所示。圖5-12 等效電路4）k-1點三相短路電流、短路容量a.總電抗標幺值b.三相短路電流周期分量有效值c.其它短路電流d.三相短路容量5） k-2點三相短路電流、短路容量a.總電抗標幺值：b.三相短路電流周期分量有效值;c.其它短路電流：d.三相短路容量表4-6短路計算

25、結果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-15.055.055.0512.887.6391.74k-210.610.610.619.511.557.366. 變電所一次設備的選擇與校驗6.1. 一次設備選擇與校驗的條件與項目6.1.1.正常工作條件選擇1） 根據工作電壓選擇：設備額定電壓不低于線路額定電壓 （6-1）2）根據工作電流選擇：設備額定電流不不低于線路計算電流 （6-2）3）根據斷流能力選擇：設備額定開斷電流不低于設備分斷瞬間的短路電流有效值或斷流容量不低于短路容量： （6-3） （6-4）6.1.2.短路條件校驗（1）隔離開關、斷路器短路穩定度校驗1）動穩定校驗條件：

26、 （6-5） （6-6） 其中，；。2）熱穩定校驗條件： (6-7）其中，（6-8） 其中，為短路持續時間。如果，取。 （6-9）（2）電流互感器短路穩定度校驗1）動穩定校驗條件： （6-10）是電流互感器的動穩定電流。2）熱穩定校驗條件： （6-11）是電流互感器的熱穩定電流。（3）母線的短路穩定度校驗熱穩定校驗條件 (6-12)式中，為母線截面積；為母線熱穩定系數；為母線通過三相短路穩態電流。6.2. 10kV側一次設備選擇與校驗1）進線柜設備選擇與校驗表6-1 進線柜設備選擇與校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩定度熱穩定度裝置參數10kV110.6A7.97kA20.32kA一次設備型

27、號規格額定參數高壓斷路器10kV1250A43.3kA130kA高壓隔離開關10kV200A25.5kA電流互感器10kA200/5A2）出線柜設備選擇與校驗以2號車間變電所為例對所選設備進行校驗。表6-2 出線柜設備選擇與校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩定度熱穩定度裝置參數10kV62.8A7.97kA20.32kA一次設備型號規格額定參數高壓斷路器10kV630A16kA40kA高壓隔離開關10kV200A25.5kA電流互感器10kA200/5A6.3. 0.4kV側一次設備選擇與校驗1） 開關柜設備選擇與校驗以2號車間變電所為例對所選設備進行校驗。表6-3 開關柜設備選擇與校驗選擇

28、校驗項目電壓電流斷流能力動穩定度熱穩定度裝置地點參數380V1570A27.75kA51.06kA一次設備型號規格額定參數低壓斷路器380V1500A40kV低壓刀開關380V1500A電流互感器500V1500/5A7. 變電所進出線選擇與校驗7.1. 變電所進出線選擇條件與校驗1）根據發熱條件選取進出線截面允許的載流量不低于通過相線計算電流： （7-1）若進出線所處位置的溫度與導線允許載流量的環境溫度不同時，那么導線的允許載流量應乘以下面溫度校正系數。 （7-2）2）根據經濟電流密度選取進出線截面根據經濟電流密度計算經濟截面： （7-3）其中，是線路計算電流。通過式（7-3）得出后，便可選

29、取截面。3）電壓損耗的計算若用有功功率p、無功功率q來計算，那么電壓損耗： （7-4）其中，R為線路阻抗，X為線路電抗，為線路額定電壓。線路電壓損耗百分值： （7-5）7.2. 變電所進線選擇10kV側進線選用LJ型鋁絞線架空敷設，引自35/10kV變電所。1）按發熱條件選擇，由=110.6A與室外環境溫度33，選LJ-25，其中33時，滿足發熱條件。2）校驗機械強度。10kV鋁絞線最小允許截面， LJ-25滿足機械強度要求。3）由于此線路很短，不需校驗電壓損耗。7.3. 變電所出線選擇采用YJL22-10KV型交聯聚乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設，以2號車間變電所為例進行校驗。1）按發熱條件選

30、擇。由=62.8A與土壤溫度25，初選纜芯為25mm2的交聯電纜，其，滿足發熱條件。2）校驗短路熱穩定度。計算滿足短路熱穩定的最小截面不滿足要求因此改選YJL22-10KV-3×150電纜。同理可得：1號車間變電所選用YJL22-10KV-3×150電纜，3號車間變電所選用YJL22-10KV-3×70電纜，8. 變電所繼電保護8.1.變壓器過電流保護整定計算過電流保護動作電流整定計算： （8-1）式中，為保護裝置結線系數；過電流保護動作時間整定： （8-2）式中，；為；為。過電流保護靈敏系數校驗時滿足，若作為后備保護，滿足。8.2.變壓器電流速斷保護整定計算電流

31、速斷保護動作電流整定計算： （8-3）電流速斷保護靈敏系數校驗： （8-4）式中，為系統最小運行方式下變壓器高壓側短路電流；為速斷電流折算至一次側的值。8.3.變電所保護裝置以2號變電所為例進行介紹。（1）裝設定時限過電流保護。選用DL電磁式電流繼電器。1）過電流保護動作時間整定。按照式（8-2）進線計算：，動作電流：，選取9A。2） 過電流保護動作時間整定：動作時間和10kV母線保護相配合，10kV饋線保護動作時間為1.5s，母線保護動作時間為1s，則變電所的過電流保護動作時間：動作時間整定為1.5s。（2）裝設電流速斷保護。選用DL電磁式電流繼電器的速斷裝置。1）速斷電流整定：根據式（8-

32、4）進行計算，速斷電流：速斷電流倍數整定：2） 電流速斷保護靈敏度校驗：根據式（8-5）計算，,電流速斷保護靈敏度：，符合要求。9. 變電所防雷接地保護9.1. 防雷保護9.1.1.電力線路防雷保護1）架設避雷線，避免架空線路受到雷擊的措施。全線架設避雷線通常用于35KV與以上的架空線路。而10kV架空線路僅在變電所12km圍架設避雷線。2）提升線路自身的耐雷擊水平，選取橫擔，或選取更高電壓等級的絕緣子。3）利用三角形排列頂線兼作保護線，在頂線和絕緣子的鐵腳間安裝保護間隙。當遭受雷擊時，保護間隙被擊穿，對地釋放雷電流，進而保護下邊的兩根導線。9.1.2.變電所防雷保護1） 裝設避雷針來避免遭受

33、雷擊。若變電所周圍的高建筑物上的防雷保護圍，或變電所為室的，可以忽略直擊雷的保護。2） 高壓側安裝避雷器，用于對變壓器進行保護，防止雷電沖擊波通過高壓線路進入變電所，破壞變電所的主要設備。避雷器安裝盡量靠近變壓器。3）在變壓器的高低壓側都安裝閥式避雷器。變壓器兩側安裝的避雷器要和中性點與金屬外殼共同接地。9.2. 接地保護電氣設備與可靠的電氣連接，便為接地。埋入且與接觸的導體便為接地體。連接接地體與設備接地的導體為接地線。兩者合稱為接地網。接地干線通常選用大于2根的導體在不同的位置與接地網進行連接。通過查相關資料可知，該變電所公共接地裝置的接地電阻 ，考慮在距變電所四周2-3米，打入一圈直徑50毫米、長2.5米鋼管進行接地，間隔5米打入一根，鋼管之間采用鍍鋅扁鋼進行焊接。10. 結論通過本次的設計，加深了對工廠供電通過本次設計，進一步加深了對工廠供電系統的認識。工廠總降壓變電所與配電系統設計，是按照每個車間的負荷狀況、生產工藝對負荷的要求，結合供電狀況，實現各部門安全可靠經濟的進行電能分配。本次設計主要包括兩部分。一部分為總降壓變電所設計，負荷計算、無功補償、變電所參數選擇