某化纖廠總配變電所及高壓配電系統設計內容提要：本設計根據某化纖毛紡廠的各車間的負荷數據及其其他各種條件，對該廠進行高壓供配電系統設備的選擇和工廠配電的設計。并且繪畫制出了該毛紡廠的主接線圖和工廠的平面圖。本次設計均在滿足國家標準的前提下進行，采用了雙回單母分段的方式接線，相較于其他設計更安全可靠?？蓪υ搹S的供電設計的安全可靠優質經濟性進行保證。關鍵詞：負荷計算；車間變電所；10kV；電力設備目錄TOC\o"1-3"\h\u內容提要： I第一章緒論 11.1研究背景及意義 11.2國內外研究現狀 11.3本論文主要研究內容及章節安排 1第二章工廠供電設計的基本知識 22.1工廠供電設計的要求 22.2工廠供電的設計依據 2第三章負荷計算和無功功率補償 53.1負荷計算 53.2無功功率補償 53.3功率因數校驗 7第四章變電所位置、型式、臺數和容量的選擇 84.1變電所位置的選擇 84.2變電所臺數的選擇 84.3變電所主變壓器型式和容量的選擇 8第五章變電所主接線方案的設計 9第六章短路電流的計算 10第七章變電所一次設備的選擇和校驗 147.110kV側一次設備的選擇與校驗 147.2380kV側一次設備的選擇和校驗 147.3高低壓母線的選擇 15第八章變電所進出線的選擇和校驗 168.110kV高壓進線和引入電纜的選擇 168.2380V低壓出線的選擇 17參考文獻 21第一章緒論1.1研究背景及意義電能是一種污染小的能源，人們的生活離不開電能。工廠能夠穩定運行，要結合各種情況進行設計。本設計對某毛紡廠進行供配電，嚴格按照國家要求，安全、經濟、可靠，并盡可能節約成本。具有十分重要的意義。1.2國內外研究現狀目前，我國工業快速發展，工業自動化正在逐步實現，隨著越來越多自動化設備的使用，工廠對電能的要求也越高，對電能供給的要求也越嚴格。但依舊存在一些問題可以改善，如停電事故，電氣誤操作等。工廠一旦停電對設備、經濟的損失不可估量，電氣誤操作甚至危及人身安全。針對這些問題，許多人已經提出了解決措施。我國的工廠配電系統也在逐步完善與進步。國外的供電系統大部分與上世紀相比沒有改變，但其用電設備在逐步精進，相比國內設備來說，其價格更高，經濟性不能兼顧。1.3本論文主要研究內容及章節安排本次設計主要是給毛紡廠合理安全可靠的進行供電，共分為七個章節。即對原始資料進行分析，從負荷計算到選擇高壓進線和低壓出線等一系列步驟對工廠一次設備進行設計。第二章工廠供電設計的基本知識2.1工廠供電設計的要求（一）工廠電氣設計總則工廠供電應該滿足安全經濟可靠的原則，時刻遵循國家標準來進行設計。（二）設計步驟：圖2.1設計步驟2.2工廠供電的設計依據1.工廠總平面布置圖圖2.2工廠平面圖2.車間變電所的組合。3.工廠各車間的負荷情況。表2.1各車間負荷表序號用電設備及車間名設備容量kM需要系數Kdcosφtanφ1制絳車間34052紡紗車間34053織造車間554染整車間49055軟水站86．10．650.80.756鍛工車間36．90．30．651．177機修車間296．20．30．51．738幼兒園12．80．60．61．339倉庫37．960．30．51．7310鍋爐房1510.750.80.7511水泵房1180.750.80.7512食堂20.630.750.80.7513浴室、洗發室1.880.81――14宿舍200.81――15卸油泵房280.750.80.7516化驗室500.750.80.754.供用電協議（1）從電力系統的某10kV變電站，用雙回架空線路向工廠供電。雙回架空線路長度為0.5km。（2）工廠最大負荷時功率因數應大于等于0.90。（3）電力系統的短路數據，如下表所示。表2.2電力系統10kV母線的短路數據系統運行方式10kV母線短路容量備注系統最大運行方式時S電力系統可視為無限大容量系統最小運行方式時S5.工廠負荷性質為二級負荷。6.工廠自然條件：車間內最熱月份的平均溫度為30℃。地中最熱月份的平均溫度為20℃。土壤凍結深度為1.10米。車間環境屬正常干燥環境。7.配電系統圖圖2.3配電系統圖第三章負荷計算和無功功率補償3.1負荷計算計算公式為：P30=Pe?QSI計算結果如下表所示：表3.1各車間及車間變電所計算負荷表序號用電設備及車間名設備容量kＷ需要系數Kdcosφtanφ計算負荷P30/kWQ30/kvarS30/kV?AI30/A1制絳車間3405272204340516.577紡紗車間3405272204340516.577軟水站86．10．650.80.7555.96541.9869.96106.293鍛工車間36．90．30．651．1711.0712.9517.0325.874機修車間296．20．30．51．7388.86153.73177.72270.018幼兒園12．80．60．61．337.6810.21412.819.448倉庫37．960．30．51．7311.38819.7022.77634.605小計（KΣ=0.91149.963.754.658.21647.1581.94882.271340.452織造車間55420315525797.655染整車間4905392294490744.478浴室、洗發室1.880.81――1.50401.5042.285食堂20.630.750.80.7515.47311.60419.3429.384宿舍200.81――1601624.309小計（KΣ=0.91057.513.954.42.25760.48558.54946.261438.303鍋爐房1510.750.80.75113.384.94141.56215.078水泵房1180.750.80.7588.566.375110.625168.077卸油泵房280.750.80.752115.7526.2539.883化驗室500.750.80.7537.528.12546.87570.763小計（KΣ=0.934733.23234.27175.68292.79444.423.2無功功率補償采用并聯電容器的方式補償。由tanφ=tanφ1=581.94tanφ2=558.54tanφ3=175.68所以，arctanφ1=41.96，arctanφ2=36.28，arctan可得：cosφ1=0.74，cosφ2=0.81，cos由以上計算結果可知，此毛紡廠各車間380V側最大負荷時的功率因數為0.74、0.81、0.80。而由設計依據可知，該毛紡廠的最大負荷時功率因數需大于等于0.90。因為主變壓器的無功功率損耗遠大于有功功率損耗，380V側最大負荷時功率因數取tanφ2QC=P30(tanφ1-tanφ2)=QC1QC2QC3并聯電容器個數計算：n選BW0.4-14-3型電容器，其單個容量qc=14kvar。由上個公式得303.49÷14=21.7，231.19÷14=16.5，74.97÷14=5.355。BW0.4-14-3型電容器的相數為1，但應使三相平均分配，所以n取大于計算結果的3的倍數。即各車間并聯電容器個數應如下表。所以應并聯的總容量Q為48×14=672kvar補償前：P30=647.1+760.48+234.27=1641.85kvar，Q30=581.94+558.54+175.68=1316.16kvar補償后：P30=1641.85kvar，Q30表3.2并聯電容器個數車間124車間218車間36總數48S30=√（P30表3.3車間1的無功功率補償項目cos計算負荷P30/kWQ30/kvarS30/Kv?AI30/A380V側補償前負荷0.74647.1581.94870.281322.25380V側無功功率補償容量-336380V側補償后負荷0.934647.1245.94692.261051.78主變壓器功率損耗0.01S30=6.920.05S30=34.61310kV側負荷總計0.919654.02280.533711.66541.87表3.4車間2的無功功率補償項目cos計算負荷P30/kWQ30/kvarS30/Kv?AI30/A380V側補償前負荷0.81760.48558.54943.5551433.58380V側無功功率補償容量-252380V側補償后負荷0.927760.48306.54819.941245.77主變壓器功率損耗0.01S30=8.1990.05S30=40.99710kV側負荷總計0.911768.679347.537843.60148.71表3.5車間3的無功功率補償項目cos計算負荷P30/kWQ30/kvarS30/Kv?AI30/A380V側補償前負荷0.8234.27175.68292.824444.9380V側無功功率補償容量-84380V側補償后負荷0.931234.2791.68251.57382.22主變壓器功率損耗0.01S30=2.5160.05S30=12.57910kV側負荷總計0.915237.086104.259258.99814.953.3功率因數校驗車間1：S=647.12+245.94車間2：S=760.482+306.54車間3：S=234.272+91.38可知各車間功率因數均大于0.9，滿足供電部門的要求。第四章變電所位置、型式、臺數和容量的選擇4.1變電所位置的選擇變電所應該在離工廠負荷的中心比較近的位置。確定工廠的負荷中心可以采用負荷功率矩法，計算公式為x=P1x1+P2x2+P34.2變電所臺數的選擇本化纖毛紡廠均屬于二級負荷，每個車間選擇一臺變壓器，但應該保障供電的可靠性，每個車間再用一個和主變壓器相同的備用變壓器。4.3變電所主變壓器型式和容量的選擇由于本廠每個車間選擇一臺主變壓器，容量選擇應遵循SN.T≥SN.T表示每臺變壓器的容量；S選擇的變壓器如下表：表4.1各車間選擇的變壓器型號變壓器型號額定容量/kV?A聯結組標號空載電流I0%阻抗電壓U%1S9-800/10(6)800Yyn00.84.52S9-1000/10(6)1000Yyn00.74.53S9-315/10(6)315Yyn01.14第五章變電所主接線方案的設計采用雙回路單母分段的接線方式，接線圖如下。圖5.1主接線圖第六章短路電流的計算1.繪制計算電路如下圖圖6.1計算電路圖2.確定基準值設Sd=100MV?A,Ud=Uc=1.05UN,即高壓側Ud1=10.5kV,低壓側Ud2=0.4kV在最小運行方式下：Id1=Sd√3UId2=Sd√3U短路電路中各元件的電抗標幺值：（1）電力系統已知Soc=107MV故Xs?=Sd（2）線路阻抗XL?=（3）電力變壓器由上表可得Uz1%=4.5，Uz2%=4.5，Uz3%=4則XT1?=XT2?=XT3?=因此繪制短路計算等效電路圖如圖所示圖6.2等效電路圖2.計算XΣ（k?1）?、Ik?1(3)、I''(3)、I∞總電抗標幺值XΣ（k?1）?=X三相短路電流周期分量有效值Ik?1(3)=Id1其他短路電流I''(3)=I∞(3)=Ik?1is?(3)=2.55Is?(3)=1.51三相短路容量Sk?1(3)=SdXΣ（k?1）3.計算XΣ（k?21）?、XΣ（k?22）?、XΣ（k?23）?、Ik?21(3)、Ik?22(3)XΣ（k?21）?=Xs?XΣ（k?22）?=Xs?XΣ（k?23）?=Xs?三相短路電流周期分量有效值Ik?21(3)=Id2Ik?22(3)=Id2Ik?23(3)=Id2其他短路電流I''(3)=I∞(3)=I''(3)=I∞(3)I''(3)=I∞(3)is?(3)=1.84is?(3)=1.84is?(3)=1.84Is?(3)=1.09Is?(3)=1.09Is?(3)=1.09三相短路容量Sk?21(3)=SSk?22(3)=SSk?23(3)=S在最大運行方式下：Id1=Sd√3UId2=Sd√3U1.各元件的電抗標幺值：（1）電力系統已知Soc=187MV故Xs?=Sd（2）電力線路XL?=（3）電力變壓器由上表可得Uz1%=4.5，Uz2%=4.5，則XT1?=XT2?=XT3?=2.計算XΣ（k?1）?、Ik?1(3)、I''(3)、I∞XΣ（k?1）?=X三相短路電流周期分量有效值Ik?1(3)=Id1其他短路電流I''(3)=I∞(3)is?(3)=2.55Is?(3)=1.51三相短路容量Sk?1(3)=S3.計算XΣ（k?21）?、XΣ（k?22）?、XΣ（k?23）?、Ik?21(3)、Ik?22(3)XΣ（k?21）?=XXΣ（k?22）?=XXΣ（k?23）?=Xs?三相短路電流周期分量有效值Ik?21(3)=Id2Ik?22(3)=Id2Ik?23(3)=Id2其他短路電流I''(3)=I∞(3)I''(3)=I∞(3)I''(3)=I∞(3)is?(3)=1.84is?(3)=1.84is?(3)=1.84Is?(3)=1.09Is?(3)=1.09Is?(3)=1.09三相短路容量Sk?21(3)=SSk?22(3)=SSk?23(3)=S短路計算結果如下表所示：表6.1最小運行方式下短路計算結果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量MV?AIIIiISk-15.0465.0465.04612.8677.61991.743k-2（車間1）21.44521.44521.44539.45923.37514.892k-2（車間2）25.7625.7625.7647.39828.07817.889k-3（車間3）10.44410.44410.44419.21711.3847.253表6.2最大運行方式下短路計算結果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量MV?AIIIiISk-17.9717.9717.97120.32612.036144.928k-2（車間1）22.80322.80322.80341.95624.85515.835K-2（車間2）27.74627.74627.74651.05330.24319.268K-3（車間3）10.75610.75670.75619.79111.7297.469第七章變電所一次設備的選擇和校驗7.110kV側一次設備的選擇與校驗表7.110kV側一次設備的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其他裝置地點條件參數UIIiI數據10kV57.7A(I46.2A18.2A7.97kA20.326kA7.972一次設備型號規格額定參數UIIiI高壓真空斷路器ZN2-10/63010kV630A11.6kA30kA11.62高壓隔離開關GN810kV200A--25.2kA102高壓熔斷器RN2-1010kV0.5A50kA電壓互感器JDZJ-1010√3/0.1√3電流互感器LQJ-1010kV400/5A--160×√2×0.4kA=90.5kA（75×0.4）2二級負荷0.6Ω上表中所選的設備滿足校驗要求。7.2380kV側一次設備的選擇和校驗表7.2380V側一次設備的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其他裝置地點條件參數UIIiI數據380V1340.45A1438.30A444.42A27.75kA51.05kA27.752一次設備型號規格額定參數UIIiI低壓斷路器DW15-1500/3D380V1500A40kA低壓斷路器DW15-1500/3D380V1500A40kA低壓斷路器DW15-600/3D380V600A(大于I3030kA（一般）低壓刀開關HD13-1500/30380V1500A電流互感器LMZJ1-0.5380V1500A電流互感器LMZJ1-0.5380V1500A電流互感器LMZJ1-0.5380V100A/5A160A/5A上表中所選的設備滿足校驗要求。7.3高低壓母線的選擇表7.36-10kV變電所高低壓LMY型硬鋁母線的常用尺寸變壓器容量/kV?A200250315400500630800100012501600高壓母線40×4低壓母線相母線40×450×560×680×680×8100×8120×102（100×10）2（120×10）中性母線40×450×560×680×680×880×10上表中母線滿足動穩定和熱穩定的校驗，可直接選出高低壓側所需母線，即：表7.4高低壓側所選擇的母線尺寸母線型號尺寸10kV側母線選擇LMY-3(40×4)40mm×4mm380V側母線母線型號相母線尺寸中性母線尺寸車間1LMY-3(100×8)+60×6100mm×8mm60mm×6mm車間2LMY-3(120×10)+80×6120mm×10mm80mm×6mm車間3LMY-3(50×5)+40×450mm×5mm40mm×4mm以上母線尺寸，已滿足要求，所以無需進行校驗。第八章變電所進出線的選擇和校驗8.110kV高壓進線和引入電纜的選擇（一）10kV高壓架空線的選擇和校驗選擇LJ型鋁絞線雙回架空敷設，接往10kV干線。1.按發熱條件選擇I30由文獻[2]中表8-34可知,室外架設并且環境溫度為30℃時IalIal=160A>I滿足發熱條件。所以初選LJ-35型號架空線。2.機械強度的校驗由文獻[2]中表8-32可知，6-10kV鋁絞線的為Amin=35mm2,即按以上原則選的LJ-35（二）架空線和變電所之間的引入電纜的選擇和校驗車間1采用YJL22-10000型交聯聚乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設，校驗如下：1.按發熱條件選擇I30由文獻[2]表8-44土壤溫度為25℃時IIal=90A>滿足發熱條件。所以初步選擇纜芯截面積為25mm2的交聯電纜。2.短路熱穩定的校驗滿足短路熱穩定的最小截面積為：Amin=I∞(3)√timaC=7971×不滿足校驗要求，選YJL22-10000-3×120型號的電纜。車間2校驗如下：1.按發熱條件選擇I30由文獻[2]表8-44土壤溫度為25℃時IIal=90A>滿足發熱條件。所以初步選擇纜芯截面積為25mm2的交聯電纜。2.短路熱穩定的校驗滿足短路熱穩定的最小截面積為：Amin=I∞(3)√timaC=7971×不滿足校驗要求，選YJL22-10000-3×120型號的電纜。車間3校驗如下：1.按發熱條件選擇I30由文獻[2]表8-44土壤溫度為25℃時IIal=90A>滿足發熱條件。所以初步選擇纜芯截面積為25mm2的交聯電纜。2.短路熱穩定的校驗滿足短路熱穩定的最小截面積為：Amin=I∞(3)√timaC=7971×不滿足校驗要求，選YJL22-10000-3×120型號的電纜。8.2380V低壓出線的選擇低壓出線均采可采用VLV22-1000型交聯聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜，敷設方式均為直接埋地。（一）制條車間出線電纜選擇及校驗為：1.按發熱條件選擇I30已知地下0.8米土壤溫度25℃初選3×240mm2的鋁芯電纜Ial=720A＞I滿足發熱條件。2.校驗電壓損耗變電所到制條車間大至約有50m，當纜芯的工作溫度為75攝氏度，電纜的額定截面積為240mm2時，電纜電阻為0.16歐姆每千米，電纜電抗為0.07歐姆每千米。由設計依據可知P30=272kW，Q30=204kvar，因此：ΔU=272kW×(0.16×0.05）Ω+204kvar×（0.07×0.05）ΩΔU%=（7.61/380）×100%=2.0%<ΔUal%=5%滿足校驗要求。3.短路熱穩定校驗：滿足短路熱穩定的最小面積為Amin=I∞(3)√timaC=22803×√0.75滿足短路熱穩定校驗。由上可知，制條車間出線電力電纜為VLV22-1000-3（3×240mm2）。（二）紡紗車間：1.按發熱條件選擇I30已知地下0.8米土壤溫度25℃初選3×240mm2的鋁芯電纜Ial=720A＞I滿足發熱條件。2.校驗電壓損耗變電所到紡紗車間大至約有100m，當纜芯的工作溫度為75攝氏度，電纜的額定截面積為240mm2時，電纜電阻為0.16歐姆每千米，電纜電抗為0.07歐姆每千米。由設計依據可知P30=272kW，Q30=204kvar，因此：ΔU=272kW×(0.16×0.1）Ω+204kvar×（0.07×0.1）ΩΔU%=（15.21/380）×100%=4.0%<ΔUal%=5%滿足校驗要求。3.短路熱穩定校驗滿足短路熱穩定的最小面積為Amin=I∞(3)√timaC=22803×√0.75滿足短路熱穩定校驗。由上可知，紡紗車間出線電力電纜為VLV22-1000-3（3×240mm2）。（三）織造車間1.按發熱條件選擇I30已知地下0.8米土壤溫度25℃初選4×240mm2的鋁芯電纜Ial=960A＞I滿足發熱條件。2.校驗電壓損耗變電所到織造車間大至約有50m，當纜芯的工作溫度為75攝氏度，電纜的額定截面積為240mm2時，電纜電阻為0.16歐姆每千米，電纜電抗為0.07歐姆每千米。由設計依據可知P30=420kW，Q30=315kvar，因此：ΔU=420kW×(0.16×0.05）Ω+315kvar×（0.07×0.05）ΩΔU%=（11.74/380）×100%=3.1%<ΔUal%=5%滿足校驗要求。3.短路熱穩定校驗滿足短路熱穩定的最小面積為Amin=I∞(3)√timaC=27746×√0.75滿足短路熱穩定校驗。由上可知，織造車間出線電力電纜為VLV22-1000-3（4×240mm2）。（四）染整車間1.按發熱條件選擇I30已知地下0.8米土壤溫度25℃初選4×240mm2的鋁芯電纜Ial=960A＞I滿足發熱條件。2.校驗電壓損耗變電所到織造車間大至約有50m，當纜芯的工作溫度為75攝氏度，電纜的額定截面積為240mm2時，電纜電阻為0.16歐姆每千米，電纜電抗為0.07歐姆每千米。由設計依據可知P30=392kW，Q30=294kvar，因此：ΔU=392kW×(0.16×0.05）Ω+294kvar×（0.07×0.05）ΩΔU%=（10.96/380）×100%=2.9%<ΔUal%=5%滿足校驗要求。3.短路熱穩定校驗滿足短路熱穩定的最小面積為Amin=I∞(3)√timaC=27746×√0.75滿足短路熱穩定校驗。由上可知，織造車間出線電力電纜為VLV22-1000-3（4×240mm2）。（五）飲水站VLV22-1000-3×240mm2（六）鍛工車間VLV22-1000-3×240mm2（七）機修車間VLV22-1000-3×240mm2（八）幼兒園VLV22-1000-3×240mm2（九）倉庫VLV22-1000-3×240mm2（十）浴室、理發室VLV22-1000-3×240mm2（十一）食堂VLV22-1000-3×240mm2（十二）單身宿舍VLV22-1000-3×240mm2（十三）鍋爐房VLV22-1000-3×240mm2（十四）水泵房VLV22-1000-3×240mm2（十五）化驗室VLV22-1000-3×240mm2（十六）油泵房VLV22-1000-3×240mm2表8.1變電所進出線和聯絡線的型號規格線路名稱導線或電纜型號10kV電源進線LJ-35鋁絞線（三相三線架空）主變引入電纜YJL22-10000-3×120交聯電纜（直埋）380V低壓出線制條車間VLV22-1000-3（3×240mm2）三芯塑料電纜（直埋）紡紗車間VLV22-1000-3（3×240mm2）三芯塑料電纜（直埋）飲水站VLV22-1000-3×240mm2三芯塑料電纜（直埋）鍛工車間VLV22-1000-3×240mm2三芯塑料電纜（直埋）機修車間VLV22-1000-3×240mm2三芯塑料電纜（直埋）幼兒園VLV22-1000-3×240mm2三芯塑料電纜（直埋）倉庫VLV22-1000-3×240mm2三芯塑料電纜（直埋）織造車間VLV22-1000-3（4×240mm2）三