棉紡廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、探 探 探 探 探 探 探2010 級(jí)供電技術(shù)課程設(shè)計(jì)探棉紡織廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓 名王君明學(xué) 號(hào)20107559院、系、部電氣工程系班 號(hào)方1053-4班第1章設(shè)計(jì)任務(wù) 01.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 01.2 設(shè)計(jì)依據(jù) 0第2章負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償 22.1 負(fù)荷計(jì)算 222無功功率補(bǔ)償和主變壓器的選擇 3第3章工廠變電所主接線圖 5第4章總配變電所所址選擇 6第5章短路電流的計(jì)算 85.1 短路計(jì)算電路圖 85.2 短路計(jì)算過程 8第6章變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn) 106.1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn) 106.2 380V 側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn) 11第7章工廠電源進(jìn)線的選擇 12第8章降壓變電所防

2、雷保護(hù)的設(shè)計(jì) 138.1 直接防雷保護(hù) 138.2 雷電侵入波的防護(hù) 14第9章設(shè)計(jì)總結(jié) 14參考文獻(xiàn) 15第1章設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)已知的設(shè)計(jì)依據(jù)，合理設(shè)計(jì)棉紡廠供配電系統(tǒng)。確定該廠所需變壓器的臺(tái)數(shù) 與容量、類型。選擇變電所主接線方案、高低壓設(shè)備和進(jìn)出線。確定防雷接地裝置。 按要求寫出設(shè)計(jì)說明書。繪制該廠的主接線圖和該廠供電系統(tǒng)的平面布線圖。要求該 廠功率因數(shù)不低于0.9。1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)1.2.1 設(shè)計(jì)條件單位建筑面積照明：紡煉車間、原液車間和酸站按10w m2。排毒機(jī)房按8w m2。 辦公室和倉庫按5w m2。鍋爐房按4w，m2。電源情況:本廠供電電源來自本廠西北方向 9公里處的

3、35/10kV地區(qū)變電站，以 10kV雙回路架空線供電。電力系統(tǒng)參數(shù)：系統(tǒng)最大運(yùn)行方式時(shí)，其短路容量為 200MV- A;系統(tǒng)最小運(yùn)行方 式時(shí)，其短路容量為175MVA。氣象及地質(zhì)資料：年最高平均氣溫為 34C；年平均溫度為25E，年最高氣溫為 38C,年最低氣溫為-4 C,年雷暴雨日數(shù)為35天，廠區(qū)土壤為砂質(zhì)粘土， p =100Q /cm2，地下水位為2.85.3米。1.2.2 數(shù)據(jù)和要求6000h,本廠負(fù)荷一、二級(jí)負(fù)荷較多，其車間為三班制，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為 車間負(fù)荷情況見表1-1表1-1 各車間負(fù)荷情況表序號(hào)車間及設(shè)備名稱安裝容量（kw）需要系數(shù)coSP1紡煉車間紡絲機(jī)1440.800

4、.80筒攪機(jī)520.700.75烘干機(jī)720.700.70脫水機(jī)140.500.75通風(fēng)機(jī)2320.750.80淋洗機(jī)3.70.800.80變頻機(jī)8000.800.70深水泵280.750.80傳送機(jī)120.750.802原液車間堿站220.700.75冷凍2660.750.80空調(diào)1000.700.75工藝設(shè)備7080.750.803酸站設(shè)備2060.600.804鍋爐房設(shè)備2040.750.805排毒機(jī)房鼓風(fēng)機(jī)2000.750.806其他附屬車間設(shè)備1500.700.75第2章 負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償2.1 負(fù)荷計(jì)算2.1.1 單組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷計(jì)算公式1. 有功計(jì)算負(fù)荷（單位為2. 無

5、功計(jì)算負(fù)荷（單位為3. 視在計(jì)算負(fù)荷（單位為kWkvar)kVA卩30=©卩。，©為系數(shù)Q30 =Ps0 tan4.計(jì)算電流（單位為A）S3o=P30 . cos ：I30=S30 3Un , Un為用電設(shè)備的額定電壓2.1.2 多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷計(jì)算公式1. 有功計(jì)算負(fù)荷（單位為kWP30 = K p ' P30i.式中' P30i.是所有設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷P30之和，Kp是有功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，取0.85 0.95 o2.無功計(jì)算負(fù)何（單位為kvar）Q30 = K Vq _ Q30 i.7Q30i.是所有設(shè)備無功Q30之和；Kq是無功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，可取0

6、.90.973.視在計(jì)算負(fù)荷（單位為kvA）S30 =、P3；' Q304.計(jì)算電流（單位為A）I 30 =S(30) , - 3U N5.同時(shí)系數(shù)KZP = 0.85995+ KZq = 0.900.97設(shè)備功率/kw需要系數(shù)功率 因數(shù)有功計(jì)算功率/kw視在計(jì) 算功率/kV A無功計(jì) 算功率/kvar紡煉車 間紡絲機(jī)1440.800.80115.20144.0086.40筒攪機(jī)520.700.7536.448.5332.10:烘干機(jī)720.700.7050.4072.00P 51.42淋洗機(jī)3.70.800.802.963.702.22脫水機(jī)140.500.757.009.3336.

7、17:通風(fēng)機(jī)2320.750.80174.00217.50r 130.5變頻機(jī)8000.800.70640914.29568.0深水泵280.750.8021.0026.2515.75傳送機(jī)120.750.80911.25P 67.5紡煉車間總和-1003.1621368.67931.26原液車 間堿站220.700.7515.420.5313.58:冷凍266.0.750.80199.5249.38P 149.63空調(diào)100.0.700.7570.0093.3361.73工藝設(shè)備7080.750.80531663.75398.25原液車間總和-775.105982.95P 604.49酸站2

8、060.600.80123.6154.5193.13鍋爐房2040.750.80153191.25114.75排毒機(jī)房2000.750.80150.00187.50P 112.50其他附屬車間1500.700.75105.00140.0092.60總和-2309.873024.872048.732.2 無功功率補(bǔ)償和主變壓器的選擇2.2.1 無功功率補(bǔ)償1. 補(bǔ)償前的變壓器容量和功率因數(shù)S30 2 ； = 3024.87KV ASNt 二 0.6 0.7 S30 2(1814.92 2117.41) KV Acos ' = 2309.87 3024.87 =0.762. 無功功率補(bǔ)償容

9、量按規(guī)定，變電所高壓側(cè)的cos 0.9考慮到變壓器本身的無功功率損耗Qt遠(yuǎn)大于其有功功率Pt，因此在變壓器低壓側(cè)進(jìn)行無功功率進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)率高于0.9,取cos絆=0.95。要使低壓側(cè)功率因數(shù)由0.76提高到0.95,低壓側(cè)并聯(lián)的電容器容量為Qc =2048.73 ( tanarccos0.76 - tanarccos0.92) - 1088.52kvar，取 Qc = 1100kvar3. 補(bǔ)償后的變壓器容量和功率因數(shù)補(bǔ)償后變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為S30 2 ； z；23O9.872 -(2048.73-1100)2 -2497.12KV ASNT = 0.6 0.

10、7 S30 2 =(1498.27 1747.98)KV A變壓器的功率損耗為：PT =0.01S30(2 = 24.97KW厶 Qt = 0.05&0(2)= 124.86k var高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為2309.87KW24.97KW =2334.84KW=1099.97kvarQ301 =( 2048.73-1100)151.2kvar2580.97KV A補(bǔ)償后的功率因數(shù)cos，P30 1 S301 = 0.9050.90,符合要求2.2.2 主變壓器的選擇1. 主變壓器聯(lián)結(jié)組別的選擇電力變壓器的聯(lián)結(jié)組別，是指變壓器一二次繞組因采取不同的聯(lián)結(jié)方式而形成變 壓器一、二次側(cè)對(duì)于的線電壓

11、直接不同相位關(guān)系。6-10KV配電變壓器(二次側(cè)電壓為220V/380V)有和兩種常見聯(lián)結(jié)組。又因?yàn)槌惺軉蜗嗖黄胶庳?fù)荷能力比強(qiáng)，所以選 擇聯(lián)結(jié)組。2. 變壓器的臺(tái)數(shù)選擇應(yīng)滿足用電負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求。 對(duì)供有大量一、二級(jí)負(fù)荷的變電所，應(yīng)采 用兩臺(tái)變壓器，以便當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障或檢修時(shí)， 另一臺(tái)變壓器能對(duì)一、二級(jí)負(fù) 荷繼續(xù)供電。3. 兩臺(tái)變壓器容量的選擇每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)同時(shí)滿足一下兩個(gè)條件：Snt =：0.6 0.7 S30 2(1814.92 2117.41)KV A考慮溫度的影響:St =(1-(日。3-20 yiOOSNT =(1724.17 2011.54 KV A通過查詢附錄表5

12、,選擇主變壓器容量為2500KVA型號(hào)為S9-2500/10 (6)。經(jīng) 無功補(bǔ)償后，工廠的功率因數(shù)為cos'P301 S301 =0.905，該總配變電所主變壓器的容量為 S30 2 汀2497.12KV A，Snt 二 0.6 0.7 S30 2(1498.27 1747.98)KV A。 綜上所述，此總變配電所主變壓器選擇兩臺(tái)型號(hào)為S9-2000/10(6)，Dyn聯(lián)結(jié)組的變第3章 工廠變電所主接線圖 S1QFLT110kv電狀烽 QS7QF5圖3-1總配變電所主接線圖一級(jí)負(fù)荷屬于重要負(fù)荷，如果中斷供電造成的后果十分嚴(yán)重，因此要求有兩路電 源供電，當(dāng)其中一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路

13、電源應(yīng)不致同時(shí)受到損壞。 二級(jí)負(fù)荷也 屬于重要負(fù)荷，要求有兩回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺(tái)。在其中一回路或一臺(tái)變 壓器發(fā)生常見故障時(shí)，二級(jí)負(fù)荷應(yīng)不致中斷電源，或中斷后能迅速恢復(fù)供電。把單母線分成兩段，并在兩段之間裝設(shè)能夠分段運(yùn)行的開關(guān)電器， 稱為單母線分 段接線。我們采用高低壓側(cè)均為單母線分段的變電所主接線圖（如圖2-1 ）這種主接線的兩段高壓母線，在正常時(shí)可以接通運(yùn)行，也可以分段運(yùn)行。任一臺(tái)主變壓器或任 一路電源進(jìn)線停電檢修或發(fā)生故障時(shí)，通過切換操作均可迅速恢復(fù)整個(gè)變電所的供 電。因此，其供電可靠性相當(dāng)高，可供一、二級(jí)負(fù)荷。當(dāng)此主接線圖正常運(yùn)行時(shí)，斷路器、是斷開的，由一個(gè)回路來供電（比如左側(cè)

14、回 路供電）。若WL1進(jìn)線故障，為保證供電連續(xù)性，我們可進(jìn)行如下倒閘操作：先合隔離開關(guān) QS10 QS11再合斷路器；對(duì)于 WL2先閉合母線側(cè)隔離開關(guān) QS8再合線路側(cè)隔離開 關(guān)QS7再合斷路器QF7。對(duì)于WL1先斷開斷路器QF6再斷線路側(cè)隔離開關(guān)QS6 再斷母線側(cè)隔離開關(guān)QS5至此便可安全檢修WL1進(jìn)線。若變壓器T1故障，為保證供電連續(xù)性，我們可進(jìn)行如下倒閘操作：先合隔離開 關(guān)QS10 QS11再合斷路器；再合隔離開關(guān) QS2和QK4再合斷路器QF2和 QF4斷 開QF1和QF3再斷開QK3和QS1至此便可安全檢修T1。第4章總配變電所所址選擇變配電所位址選擇的一般原則：盡量靠近負(fù)荷中心、靠

15、近電源側(cè)、進(jìn)出線方便、 設(shè)備運(yùn)輸方便、有擴(kuò)建和發(fā)展的余地。由于工廠廠區(qū)供電來自總配電所，為經(jīng)濟(jì)起見：高壓配電所采用室內(nèi)型內(nèi)附式。據(jù)前面已確定的供電方案，結(jié)合本廠區(qū)平面示意圖,考慮總降壓變電所盡量 接近負(fù)荷中心，且遠(yuǎn)離人員集中區(qū)，不影響廠區(qū)面積的利 用,有利于安全等諸多因素，決定總配變電所的設(shè)置位置如圖 4-1所示。備荷互圖4-1工廠平面布置圖負(fù)荷指示圖是將電力負(fù)荷按一定比例， 錯(cuò)誤！未找到引用源。用負(fù)荷圓的形式標(biāo) 示在工廠平面圖上如上圖所示。負(fù)荷圓半徑：錯(cuò)誤！未找到引用源。r = P30 Kr式中，P30為各車間內(nèi)的有功計(jì)算負(fù)荷（W）； K為負(fù)荷圓比例（錯(cuò)誤！未找到引 用源。）0由圖所示的工廠

16、負(fù)荷指示圖可以直觀的大致確定工廠的負(fù)荷中心，綜合比較分 析，我們確定了如上圖所示的總配變電所的所址第5章短路電流的計(jì)算5.1 短路計(jì)算電路圖LGJ-150SKI 0-10 1S9-2D0C10KV圖5-1短路計(jì)算電路圖5.2 短路計(jì)算過程5.2.1 基準(zhǔn)值的計(jì)算設(shè)基準(zhǔn)容量Sd=100MVA基準(zhǔn)電壓Ud=Uc=1.05UN , Uc為短路計(jì)算電壓，即高 壓側(cè) Ud1=10.5kV，低壓側(cè) Ud2=0.4kV，則Id1 二Sd 、3Ud1 =100MVA 3 10.5kv)5.50kAId2 二Sd .、3Ud2 =100MVA( 3 0.4kv)144kA5.2.2 電抗標(biāo)幺值的計(jì)算1. 電力系

17、統(tǒng)已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量 Soc = 300MVA，故X； =100MVA 300MVA =0.332. 架空線查表得架空線路單位長(zhǎng)度電抗 錯(cuò)誤！未找到引用源。，線路長(zhǎng)9km故X；=0.35km 9km 100MVA. (10.5kv)2 = 2.8573. 電力變壓器*6% 100MVAX t31002 MVA圖5-2短路計(jì)算等效電路圖5.2.3 K-1點(diǎn)短路計(jì)算1. 總電抗計(jì)算X=k-1 =0.33 +2.857 =3.1872三相短路電流周期分量有效值1心=ld1/"Xl = 1.73KA3. 其他短路電流1kd 1 1 ：ish 二 2.551 =4.40KAIsh

18、 =1.51I：J2.61KA4. 三相短路容量sf)=Sd/xW = 100MVA/3.187 =31.38MV A5.2.4 K-2點(diǎn)短路計(jì)算1. 總電抗計(jì)算X； = 0.332.8573113 二 4.6872. 三相短路電流周期分量有效值1心"d2. Xj =30.72KA3. 其他短路電流1心=I "T :is1.84T-56.53KAIsh =1.09l"： =33.49KA4. 三相短路容量S爲(wèi) 二Sd X； =100MVA.4.687 = 21.34MV A表5-1短路計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kA三相短路容量/錯(cuò) 誤！未找到引用 源。I (

19、3)I kI "(3)I (3)i(3) ishI (3)1 shs：3)k-11.731.731.734.402.6131.39k-230.7230.7230.7256.5333.4921.34第6章變電所一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)6.1 10k V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)1.按工作電壓選則設(shè)備的額定電壓U n e 一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓Un，即U n e _ U n，高壓設(shè)備的額定電壓U n e應(yīng)不小于其所在系統(tǒng)的最高電壓U max，即U n e _ Umax。2.按工作電流選擇設(shè)備的額定電流I n e不應(yīng)小于所在電路的計(jì)算電流J。，即1 N e - 1 30 =S30.” 3 U

20、n3.按斷流能力選擇設(shè)備的額定開斷電流loc或斷流容量Soc，對(duì)分?jǐn)喽搪冯娏鞯脑O(shè)備來說，不應(yīng)小于 它可能分?jǐn)嗟淖畲蠖搪酚行е祃k3）或短路容量sk3），即Ioc = Ik3）或 SO3心 Sk3）對(duì)于分?jǐn)嘭?fù)荷設(shè)備電流的設(shè)備來說，則為loc -l°Lmax，為最大負(fù)荷電流。 4隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)條件iSh或Imax - I Sh）分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，、分別為開關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時(shí)值和有效值。 熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件表6-1 35kV 次側(cè)設(shè)備的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目電壓電流斷流 能力動(dòng)穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其/、它裝置地點(diǎn) 條件參數(shù)UnI NI

21、(3)I kI(3)I shI(3)2 ,t 'cOLima-數(shù)據(jù)10kV148.3A1.726kA2.61kA2.6于殆.3 = 899-次 設(shè) 備 型 號(hào) 規(guī) 格額定參數(shù)U N eI N eI oci m axIt2 t-高壓少油斷 路器錯(cuò)誤！未 找到引用源。(QF6 QF7QF1 QF210kV630A16kA40 kA16.4 = 1024-咼壓隔離開 關(guān)錯(cuò)誤！未找 到引用源。(QS6 QS7QS5 QS8QS1 QS2 QS20 QS2110kV200A-25.5 kA102 x5 = 500次 負(fù) 荷0.6高壓熔斷器RN2-10(FU1、FU210kV0.5A50 kA-電

22、壓互感器JDJ-10(TV1、TV2)10/0.1kV-電流互感器LQJ-10 (TA1、TA2)10kV100A/5A-逅©d =225汽丿2匯0.1kA=31.8 kA(匚曲=2(9 0.1)匯 1=81-6.2 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)同樣，做出380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)，如下表所示，所選數(shù)據(jù)均滿足要求。表6-2 380V 一次側(cè)設(shè)備的選擇校驗(yàn)選擇校驗(yàn)項(xiàng)目電壓電流斷流 能力動(dòng)穩(wěn) 定度熱穩(wěn)定度裝置地 點(diǎn)條件參數(shù)UnI N嚴(yán))I kII shI (3)2i oq"ma數(shù)據(jù)380V4451A30.723 kA33.49 kA30.7232X0.7=660.73次 設(shè)

23、備 型 號(hào) 規(guī) 格額定參數(shù)U N eI N eI ocImaxIt2 t低壓斷路器QF3 錯(cuò)誤！未找到引 用源。(QF3 QF4380V-低壓刀開關(guān) 錯(cuò)誤！未找到引 用源。(QK3 QK4380V-第7章工廠電源進(jìn)線的選擇10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗(yàn),采用LGJ型鋼芯鋁絞線架空敷設(shè)，接往10kV公用干 線。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般10kV及以下的高壓線路和低壓動(dòng)力線路，通常先按發(fā)熱條 件選導(dǎo)線截面，再校驗(yàn)其電壓損耗和機(jī)械強(qiáng)度。1. 按發(fā)熱條件選擇l30 =S30.C3Un) =2580.97 ,310.5 = 149.01A查表得，初選LGJ-50,其40° C時(shí)的Ial=錯(cuò)誤！未找到引用源

24、。130,導(dǎo)線截面為 50mm2。滿足發(fā)熱條件。2. 校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度查表得，10kV非居民區(qū)鋼芯鋁線的最小允許截面積 Am =16mm2，而LGJ-50滿足要求，故選它3. 校驗(yàn)電壓損耗查附錄表LGJ-50導(dǎo)線的電阻錯(cuò)誤！未找到引用源。電抗（線距按3000mn計(jì)）錯(cuò) 誤！未找到引用源。，錯(cuò)誤！未找到引用源。，由二U - pr U N錯(cuò)誤！未找到引用 源。，.'U =100UUn錯(cuò)誤！未找到引用源。，得線路的電壓損耗為2334.84 x 0.68 +1099.97 x 0.4210x9 = 1844.71V線路的電壓損耗百分值為1844 71如00.：U%18.45%10KV所以所選的LG

25、J-50導(dǎo)線不滿足損耗要求。，經(jīng)計(jì)算，截面積為 當(dāng)所選導(dǎo)線截面積為240 mm2時(shí)，查附錄表6知，錯(cuò)誤！未找到引用源。，X0=0.37"km。A112334.84x9x0.15 +1099.97x0.37x9 門八,:U581V因此需選擇更大截面積的導(dǎo)線 70mm2,95mm2,150mm2,185mm2的導(dǎo)線都不滿足要求 錯(cuò)誤！未找到引用源。10KV100 X581 :U%5.81% <6%10KV所以所選LGJ-150型鋼芯鋁線滿足電壓損耗要求，所以選擇 LGJ-150型鋼芯鋁線。第8章 降壓變電所防雷保護(hù)的設(shè)計(jì)8.1 直接防雷保護(hù)在變電所屋頂裝設(shè)避雷針和避雷帶，并引進(jìn)出兩

26、根接地線與變電所公共接裝置相 連。如變電所的主變壓器裝設(shè)獨(dú)立避雷針，其裝設(shè)高度應(yīng)使其防雷保護(hù)范圍包圍整個(gè) 變電所。如果變電所所在其它建筑物的直擊雷防護(hù)范圍內(nèi)時(shí)，則可不另設(shè)獨(dú)立的避雷針。按規(guī)定，獨(dú)立的避雷針的接地裝置接地電阻RV10W。采用3-6根長(zhǎng)2.5 m的剛管，在裝避雷針的桿塔附近做一排和多邊形排列，管間距離5m打入地下，管頂距地面0.6 m。接地管間用40mrK 4mm的鍍鋅扁鋼焊接相接。引下線用 25 mm X 4 mm 的鍍鋅扁鋼，下與接地體焊接相連，并與裝避雷針的桿塔及其基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋相焊接， 上與避雷針焊接相連。避雷針采用直徑 20mm勺鍍鋅扁鋼，長(zhǎng)11.5。獨(dú)立避雷針的 接地裝置與變電所公共接地裝置應(yīng)有 3m以上的距離。8.2 雷電侵入波的防護(hù)在10KV電源進(jìn)線的終端桿