某化工厂总降压变电气所电气部分设计

课程设计说明书

（2013 /2014学年第 一 学期）

课程名称 《企业供电系统》课程设计

题 目 ：某化工厂总降压变电所电气部分设计 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号： 指导教师 ： 设计周数 ： 1周 设计成绩 ：

2014年 1月9日

目录

一、原始数据及主要任务……………………………………………3 1、工厂负荷情况……………………………………………………3 2、供电电源情况……………………………………………………4 3、根据课题的原始资料……………………………………………………4 二、技术要求…………………………………………………………4 三、负荷统计计算表……………………………………………………………5 四、无功功率补偿………………………………………………………7 五、高低压配电系统…………………………………………………8 六、变压器台数、容量、型号选择………………………………………9 七、变电所主接线图……………………………………………… 10 八、短路电流计算……………………………………………………11 九、高压设备器件的选择及校验……………………………………13十、心得………………………………………………………………14

一、原始数据及主要任务

1、工厂负荷情况：

2、全厂负荷情况

3、该厂主要车间及辅助设施均为Ⅱ类负荷，3班工作制，最大负荷利用小时数Tmax=5800h。全厂各车间负荷情况见表1和表2（注：同期系数为0.9）。 4、表1 各车间380V负荷

车变代号B1

B2

B3

B4 B5 序号 1 2 3 4 5

车间名称锻压车间 工具车间 加工车间 供应车间 焊接车间 修理车间 机加车间

装配车间 仓库 锅炉房

水泵房

车间名称空压车间 模具车间 溶质车间 磨抛车间 锅炉房

设备容量KW 1000 200 1800 200 1200 100 400 300 100 320 80

设备容量KW 500 560 600 400 2000

需要系数Kd 0.3 0.3 0.7 0.2 0.3 0.25 0.85 0.35 0.3 0.7 0.75

需要系数Kd 0.7 0.85 0.8 0.87 0.75

功率因数cosα

0.6 0.65 0.75 0.6 0.45 0.65 0.75 0.6 0.65 0.85 0.8

功率因数cos

0.8 0.8 0.9 0.82 0.8

5、供电电源情况

（1） 工作电源：工厂电源从距该厂10km的某220/35KV区域变电所取得，以一

回架空线向工厂供电。

（2） 备用电源：由正北方向其他工厂引入10kV电缆作为备用电源，平时不准 投入，仅在该厂的主电源发生故障或检修时才允许备用电源供电。 （3） 功率因素值应在0.9以上。

（4） 区变35KV母线短路容量：Smax（3）=400MVA，Smin（3） =345MVA

（5） 电能计量在变电所35kV侧进行；

（6） 区域变电所出线定时限过电流保护动作时限t=2s。

根据课题的原始资料

①确定主接线：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的2-3个方案， 经过技术经济比较，确定最优方案。

②选择主变压器：选择变压器的容量、台数、型号等。

③短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，选择短路计算点，绘制等值网 络图，计算短路电流，并列表汇总 ④电气设备选择与校验 ⑤主变压器继电保护方案配置

二、技术要求

（1）保证供电安全，可靠，经济； （2）功率因数达到0.9及以上

三、负荷统计计算表

表1

功率因

车变代车间名号

称

设备容量KW

需要系数Kd

数cos'

tg'

Pjs/KW

计算负荷 Qjs/KVAR

Sjs/KVA

锻压车间 工具车B1

间 补偿容1000 0.3 0.6 1.33 300 399 500

200 0.3 0.65 1.77 60 70.2 92.3

360k·var 量 小计 加工车间 供应车B2

间 补偿容量 小计 焊接车间 修理车B3

间 补偿容量 小计 机加车间 装配车B4

间 仓库 补偿容量

1200 1800

0.7

200 0.2 2000 1200 0.3 100 0.25 1300 400

0.85

300 0.35 100

0.3

360 0.75

0.88

1260

0.6 1.33 40 752.6k·var

1300 0.45 1.98 360 0.65 1.17 25 616k·var 385 0.75

0.88

340

0.6 1.33 105 0.65

1.17

30

372.8k·var

469.2

1108.8 53.2 1162

712.8

29.25 742.05 299.2

139.65 35.1

592.3

1680

66.67

1746.47 800

800

834.47 453.3

175 46.15

小计 800 0.7 0.75

0.85 0.8

0.62 0.75

475 224 60

473.95 674.45 138.88 263.53 45

75

锅炉房 320 水泵房 80 B5

补偿容量 小计

表2

89.7k·var 400

284

183.88 338.53

功率因

序号

车间名称 空压车间 模具车间 溶质车间 磨抛车间

设备容量KW

需要系数Kd

数cos' 0.8

0.75 tg'

Pjs/KW

计算负荷 Qjs/KVAR 262.5

Sjs/KVA 437.5

1 500 0.7 350

2 560 0.85 0.8 0.75 476 357 595

3 600 0.8 0.9 0.48 480 357 533.3

4 5

400 0.87 0.75

0.82 0.8

0.7 0.75

384 1500

243.6 1125

424.4 1875

锅炉房 2000 补偿容

量 小计

1160.7k·var 4060

3154

2218.5 3865.2

全厂的同期系数为：K=0.9，则全厂的计算负荷为

P30=0.9×∑P30=0.9×5958kw=5362.2kw

Q30=0.9×∑Q30=0.9×5249.58kw=4724.622k·var

22=7146.69kv·A Q30S30=P30I30=

S303UN

=10.86KA

四、无功功率补偿

由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：S30=7146.69kv·A

P30这时低压侧的功率因数为：cos='=0.75，为使高压侧的功率因数0.90，则

S30'os'0.95低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，取c 。要使低压侧的功率因数

由0.75提高到0.92，则低压侧需装设的并联电容器容量为：

QC=Q30(tan1- tan2)=4724.622×[tan(arccos0.75) -

tan(arccos0.95) ] =2613.8k·var

取:QC=3000kvar则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：

'2'2S30P30Q30=5632.7kv·A

计算电流I'30'S303UN=8558.3A

变压器的功率损耗为：

△Pt≈0.02S30’=112.65kw △Qt≈0.06S30’=337.9kvar 变电所高压侧的计算负荷为： P30’=5362.2kw+112.65kw=5474.85kw

Q30’=（4724.622-3000）kvar+337.9kvar=2062.5kvar

'2'2S30P30Q30=5850.47kv·A

I'30'S303UN=5132.3A

'P30补偿后的功率因数为：cos='=0.936满足（大于0.90）的要求。

S30五、高低压供配电系统

为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。

根据设计经验：一般10KV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。

（一）高压线路导线的选择

架空进线后接铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢铠护套电力电缆BLV-95。

（二）低压线路导线的选择

由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用LGJ-185型钢芯铝线电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。其中导线和电缆的截面选择满足条件： 1) 相线截面的选择以满足发热条件即，IalI30；

2) 中性线（N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足A00.5A； 3) 保护线（PE线）的截面选择

一、A35mm2时，APE0.5A； 二、A16mm2时，APEA

三、16mm2A35mm2时，APE16mm2

4) 保护中性线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。 另外，送至各车间的照明线路采用：铜芯聚氯乙烯绝缘导线BV型号。

六、变压器台数、容量、型号选择

（一）主变压器台数的选择

变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。

（二）变电所主变压器容量的选择

每台变压器的容量SNT应同时满足以下两个条件：

1、暗备用条件：任一台变压器单独运行时，宜满足：SNT(0.6~0.7)S30 2、明备用条件：任一台变压器单独运行时，应满足：SNTS30(III)，即满足全部一、二级负荷需求。代入数据可得：

SNT=（0.6~0.7）×5850.47kVA=（3510.282~4095.329）kVA。

考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取SNT=5000kVA 。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为S9系列10kv配电变压器。

（三）型号的选择

S9-5/10 ，其主要技术指标如下表所示：

额定容型号

量 (kVA)

高高压低压分压

(kV

接 范(围k

V)

油重

器身重

联结

空负载载损损耗耗

(kW

空阻载抗电电

流压 重量 (%

(%

（kg）

轨距（mm）

电 压 组 组合

标 (号 k

外形尺寸（mm）

W

) )

) )

总重

长 宽 高

) (

%

)

S9-5/10

5

6 6.

±

0.4

Yyn

0.0

0.1

2.8

4 43

5

12

78

45

850

400×400

3 5 10

0 5

o 4 8 5

0 0

七、 变电所主接线图

装设两台主变压器的主接线方案，如下图所示：

八、短路电流的计算

本厂的供电系统简图如下图所示。采用两路电源供线，一路为距本厂8km的馈电变电站经LGJ-150架空线（系统按∞电源计），该干线首段所装高压断路器

的断流容量为500MVA；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。

图（一）

下面采用标么制法进行短路电流计算。 （一）确定基准值：

取Sd100MVA，Uc110.5kV，Uc20.4kV 则：Id1Sd100MVA5.500kA 3Uc1310.5kVSd100MVA144.000kA 3Uc230.4kVId2（二）计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：

*1) 电力系统的电抗标么值： X1100MVA0.200

500MVA100MVA2.5387 2(10.5kV)*0.35(/km)8km2) 架空线路的电抗标么值：X23）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得Uk%6，因此：

*X*6100MVA3.000 X341002000kVA短路等效电路图如图（二）所示:

图（二）

 计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

*1) 总电抗标么值：X(k1)X1X20.2002.53872.7387

2) 三相短路电流周期分量有效值： Ik(3)1Id1X(k1)5.50kA2.008kA

2.7387(3)Ik(3)3) 其他三相短路电流：I12.008kA

(3)(3)2.552.008kA5.120kA Ish1.512.0kA08 ish3kA. 0324) 三相短路容量：Sk(3)1SdX(k1)100MVA36.514MVA

2.7387 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

*1) 总电抗标么值：X(k2)X1X2(X3||X4)0.2002.73873/24.4387

2) 三相短路电流周期分量有效值：Ik(3)2Id2X(k2)144kA32.442kA

4.4387(3)(3)Ik3) 其他三相短路电流：I232.442kA

(3)(3)1.8432.442kA59.693kA Ish1.0932.kA442 ish3kA5 .3624) 三相短路容量：Sk(3)2SdX(k2)100MVA22.529MVA

4.4387九、 主要高压设备器件的选择与校验

（一）变电所高压侧一次设备的选择

根据机械厂所在地区的外界环境，高压侧采用JYN2-10（Z）型户内移开式交

流金属封闭开关设备。此高压开关柜的型号：JYN2-10/4ZTTA（说明：4：一次方案号；Z：真空断路器；T：弹簧操动；TA ：干热带）。其内部高压一次设备根据本厂需求选取：

高压断路器： ZN2-10/600 高压熔断器：RN1-10/150 电流互感器：LQJ-10/5 电压互感器：JDZJ-10 高压隔离开关：GN6-10/200

（二）变电所高压侧一次设备的校验

校验项目 电压 kV 装设点条件 参数 数据 电流 A 动稳定电流 kA 热稳定电流 4s 断流能力 kA imaUNINish Ish I(3)2t I(3)k 0.38 115.29 5.120 3.0322.0082416 2.008 一次设备型号规格额定参数 高压断路器 ZN2-10/600 高压熔断器 RN1-10/150 电流互感器LQJ-10-200/5 UN.e IN.e imax Imax I2tt Ioc 10 600 30 — 11.624538 11.6 10 150 — — — 12 10 200/5 22520.263.64(900.2)21324— 由上表知高压侧所选一次设备的额定电压、额定电流、动稳定、热稳定均满足要

电压互感器 JDZJ-10 1010.1//333— — — — — 高压隔离开关GN6-10/200 10 200 25.5 — 1024100 — 求。

十、 心得

通过本次课程设计，把所学理论知识和生产实际很好的联系起来,真正做到了学以致用，方才觉着自己几年毕竟没白学，能切切实实的解决一些实际问题了。从设计之初的模糊、困惑到设计完成之后的豁然开朗，真正地可谓是脱胎换骨。之前对供电设计系统的认识是如何设计使系统能正常工作，通过设计才认识到之前的观念是片面的，因为系统所处的环境是不断变化的，某一正常工作的系统在特定情况下是不稳定的甚至是不正常的，那么对供电系统的设计就不仅仅是使其能正常工作，恰恰相反设计的核心却是系统在环境不正常的情况下如何工作以避免、减小事故。

不同的企业对供电系统的设计要求不同，但不同的供电系统的设计流程却基本一致，即有一套成熟的设计理论。当然设计过程中可以创新，但是对于工程设计，如果新方案没有得到充分地论证、实践，最好还是选择成熟的设计的方案，不要一味地追求标新立异，增加设计风险，甚至酿出事故。当然任何事情都不是绝对的，具体问题具体分析。

这次工厂供电课程设计总算圆满完成了。通过对其中总降压变电所的电气部分设计包括负荷计算、电气主结线选择、短路电路、电气设备选择、继电保护及防雷装置设计以及厂区高压配电系统设计等的深入研究，进一步巩固了自己的工厂供电的基础知识，并学会了如何将这些课本知识运用到实际。在此过程中遇到了许多的难题及很多的疑惑，但最后都通过各种手段得以解决，特别是在查阅相关资料这一方面。达到了由学生将向工程技术人员的过渡，为进一步成为技术人员奠定基础。

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