課程設(shè)計某化纖廠降壓變電所電氣設(shè)計

1、實(shí)訓(xùn)題目：某化纖廠降壓變電所電氣設(shè)計院系：信息工程與自動化學(xué)院自動化系專業(yè)班級：測控 101 班姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：第一部分設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目某化纖廠降壓變電所電氣設(shè)計二、設(shè)計摘要電力行業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的興衰成敗，它為現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)和國防提供必不可少的動力。以發(fā)電廠電氣部分、高電壓技術(shù)、繼電保護(hù)等專業(yè)知識為理論依據(jù)，主要對該廠變電站高壓部分進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計訓(xùn)練。設(shè)計步驟主要包括：符合統(tǒng)計、負(fù)荷計算、方案比較、供電方式確定、短路電流計算、電氣設(shè)備選擇與繼電保護(hù)整定以及防雷接地等內(nèi)容。三、設(shè)計要求根據(jù)本廠用電負(fù)荷，并適當(dāng)考慮生產(chǎn)的發(fā)展，按安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理的要求

2、，確定工廠變電所的位置與型式，通過負(fù)荷計算，確定主變壓器臺數(shù)以容量，進(jìn)行短路電流計算，選擇變電所的主接線及高、低壓電氣設(shè)備，選擇整定繼電保護(hù)裝置，最后按要求寫出設(shè)計計算說明書，繪出設(shè)計圖紙。四、設(shè)計資料設(shè)計工程項(xiàng)目情況如下（1）工廠總平面圖見圖1圖 1 某化學(xué)纖維廠總平面圖（2）工廠負(fù)荷數(shù)據(jù)：本工廠多數(shù)車間為3 班制，年最大負(fù)荷利用小時數(shù)6400 小時，本廠負(fù)荷統(tǒng)計資料見表1，組合方案見表2表 1 某化學(xué)纖維廠負(fù)荷情況表安 裝容計算負(fù)荷序tanCos號車間設(shè)備名稱量（KW）KdP(Kw) Q(Kvar)1紡練車間紡絲機(jī)2200.800.78筒攪機(jī)560.750.75烘干機(jī)700.751.02脫

3、水機(jī)180.600.80通風(fēng)機(jī)2400.700.75淋洗機(jī)220.750.78變頻機(jī)9500.800.70傳送機(jī)300.800.70小計2原液車間照明11600.750.70小計3酸站照明3100.650.70小計4鍋爐房照明2700.750.75小計5排毒車間照明1400.700.60小計6其他車間照明2400.700.75小計78910 全廠計算負(fù)荷總計1112表 2組合方案序紡練車原液車排毒車其他附屬號間間酸站鍋爐房間車間1ABCDEF2ABDEFC3ABEFCD4ABFCDE5BACDEF6BADEFC7BAEFCD8BAFCDE（3）供電電源情況：按與供電局協(xié)議，本廠可由東南方19

4、公里處的城北變電所110/38.5/11kV，50MVA變壓器供電，供電電壓可任選。另外，與本廠相距5 公里處的其他工廠可以引入10kV 線路做備用電源，彈容量只能滿足本廠負(fù)荷的30%重要負(fù)荷，平時不準(zhǔn)投入，只在本廠主要電源故障或檢修時投入。（4）電源的短路容量（城北變電所） ：35kV 母線的出線斷路器斷流容量為1500MVA，10kV 母線的出線斷路器斷流容量為350MVA。（5）供電局要求的功率因數(shù)： 當(dāng) 35kV 供電時，要求工廠變電所高壓側(cè)Cos 0.9 ；當(dāng) 10kV 供電時，要求工廠變電所高壓側(cè)Cos0.95 。（6）電費(fèi)制度：按兩部制電費(fèi)計算。變壓器安裝容量每1kVA為 15

5、元/ 月，動力電費(fèi)為 0.3 元/kWh，照明電費(fèi)為0.55/ （kW·h）。（7）氣象資料：本廠地區(qū)最高溫度為38，最熱月平均最高氣溫29, 最熱月地下0.8m 處平均溫度為 22，年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|風(fēng)，年雷暴雨日數(shù)為20 天。（8）地質(zhì)水文資料：本廠地區(qū)海拔60m，底層以砂黏土為主，地下水位為2m。四、設(shè)計任務(wù)書（一）設(shè)計任務(wù)書說明設(shè)計計算的內(nèi)容，按下列標(biāo)題及順序，逐項(xiàng)計算并加以說明。一、各車間計算負(fù)荷和無功補(bǔ)償二、各車間變電所的設(shè)計選擇三、工廠總降壓變電所及接入系統(tǒng)設(shè)計四、短路電流計算五、變電所高低壓電氣設(shè)備的選擇六、繼電保護(hù)的配置七、收獲和體會八、參考文獻(xiàn)（二）設(shè)計圖紙1.工廠變

6、電所設(shè)計計算用電氣主接線簡圖2.變電所供電平面布置圖第二部分設(shè)計計算書一、各車間計算負(fù)荷和無功補(bǔ)償（需要系數(shù)法）（一）紡練車間1.單臺機(jī)械負(fù)荷計算（ 1）紡絲機(jī)已知： Pe =220kW , K d =0.80，tan=0.78 。故：P30 =Pe K d =220X0.80=176(kW)（ 2）筒絞機(jī)已知： Pe =56kW , K d =0.75，tan=0.75。故：P30 =Pe K d =56X0.75=42(kW)（ 3）烘干機(jī)已知： Pe =70kW , K d =0.75，tan=1.02。故：P30 =Pe K d =70X0.75=52.5(kW)（ 4）脫水機(jī)已知：

7、Pe =18kW , K d =0.60，tan=0.80。故：P30 =Pe K d =18X0.60=10.8(kW)（ 5）通風(fēng)機(jī)已知： Pe =240kW ,K d =0.70，tan=0.75。故：P30 =PeK d =240X0.70=168(kW)（ 6）淋洗機(jī)已知： Pe =22kW , K d =0.75，tan=0.78。故：P30 =Pe K d =22X0.75=16.5(kW)（ 7）變頻機(jī)已知： Pe =950kW ,K d =0.80，tan=0.70。故：P30 =Pe K d =950X0.80=760(kW)（ 8）傳送機(jī)已知： Pe =30kW , K

8、d =0.80，tan=0.70。故：P30 =Pe K d =30X0.80=24(kW)紡練車間單臺機(jī)械負(fù)荷計算統(tǒng)計見表3表 3 紡練車間單臺機(jī)械負(fù)荷計算統(tǒng)計表序車間設(shè)備名稱安 裝容Kdtan計算負(fù)荷量（KW）P(Kw)Q(Kvar)號1紡絲機(jī)2200.800.78176137.282筒攪機(jī)560.750.754231.53烘干機(jī)700.751.0252.553.554脫水機(jī)180.600.8010.88.645通風(fēng)機(jī)2400.700.751681266淋洗機(jī)220.750.7816.512.877變頻機(jī)9500.800.707605328傳送機(jī)300.800.702416.8小16061

9、249.8918.64計2. 車間計算負(fù)荷統(tǒng)計（計及同時系數(shù)）取同時系數(shù)：K P =0.9，K Q =0.95（二）其余車間照明負(fù)荷計算1. 原液車間已知： Pe =1160kW , K d =0.75，tan=0.70。故：P30 =Pe K d =1160X0.75=870(kW)2. 酸站照明已知： Pe =310kW , K d =0.65，tan=0.70。故：P30 =Pe K d =310X0.65=201.5(kW)3. 鍋爐房照明已知： Pe =270kW ,K d =0.75，tan=0.75。故：P30 =Pe K d =270X0.75=202.5(kW)4. 排毒車間

10、已知： Pe =140kW ,K d =0.70，tan=0.60。故：P30 =Pe K d =140X0.70=98(kW)5. 其他車間已知： Pe =240kW ,K d =0.70，tan=0.75。故：P30 =Pe K d =240X0.70=168(kW)各車間計算負(fù)荷統(tǒng)計見表 4表 4 各車間計算統(tǒng)計列表序車間設(shè)備名稱安裝容(Kw)(Kvar)（kVA）號量（ KW）1紡練車間16061124.8872.711423.6272原液車間照明11608706091061.973酸站照明310201.5141.05245.964鍋爐房照明270202.5151.87253.1355

11、排毒車間照明1409858.8114.296其他車間照明240168126210二、各車間變電所的設(shè)計選擇（一）各車間變電所位置及全場供電平面草圖根據(jù)地理位置及各車間計算負(fù)荷大小，決定設(shè)立3 個車間變電所，各自供電范圍如下：變壓所 I ：紡練車間、鍋爐房。變壓所 II ：原液車間、辦公及生活區(qū)。變壓所 III：排毒車間、其他車間、酸站。全廠供電平面圖見圖2圖 2 全廠供電平面圖（二）各車間變壓器臺數(shù)及容量選擇1. 變壓所 I 變壓器臺數(shù)及容量選擇。（ 1）變壓所 I 的供電負(fù)荷統(tǒng)計。同時系數(shù)?。篕 P =0.9， K Q =0.95（ 2）變壓所 I 的無功補(bǔ)償（提高功率因數(shù)到0.9 以上）。

12、無功補(bǔ)償試?。篞c =400k var補(bǔ)償以后：Q 30 =973.36-400=573.36 k var（ 3）變壓所 I 的變壓器選擇。為保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器（每臺可供車間總負(fù)荷的 70%）：選擇變壓器型號為 SL7系列，額定容量為 1000kVA，兩臺。查表得出變壓器的各項(xiàng)參數(shù)：空載損耗P0 =1.8kW負(fù)載損耗Pk =11.6kW阻抗電壓 U k %=4.5空載電流I 0 %=1.1（ 4）計算每臺變壓器的功率損耗 (n=1). 也可用簡化公式：2. 變壓所 II 變壓器臺數(shù)及容量選擇（ 1）變壓所 II 的供電負(fù)荷統(tǒng)計（ 2）變壓所 II 的無功補(bǔ)償（提高功率因數(shù)到 0.

13、9 以上）無功補(bǔ)償試取：Qc =200k var補(bǔ)償以后：Q30 =609-200=409k var（ 3）變壓所 II 的變壓器選擇。為保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器（每臺可供車間總負(fù)荷的 70%）：選擇變壓器型號為 SL7系列，額定容量為 630kVA（附帶供電給辦公及生活區(qū)） 。查表得出變壓器的各項(xiàng)參數(shù)：空載損耗PU =1.3kW負(fù)載損耗PK =8.1kW阻抗電壓 U k %=4.5空載電流I 0 %=2.0（ 4）計算每臺變壓器的功率損耗也可用簡化公式：3. 變壓所 III 變壓器臺數(shù)及容量選擇（ 1）變壓所 III 的供電負(fù)荷統(tǒng)計同時系數(shù)?。?K P =0.9， K Q =0.95

14、（ 2）變壓所 III的無功補(bǔ)償（提高功率因數(shù)到0.9 以上）無功補(bǔ)償試?。篞c =150k var補(bǔ)償以后：Q30 =309.56-150=159.56k var（ 3）變壓所 III 的變壓器選擇。為保證供電的可靠性，選用兩臺變壓器（每臺可供車間總負(fù)荷的 70%）：選擇變壓器型號為 SL7系列，額定容量為 315kVA，兩臺。查表得出變壓器的各項(xiàng)參數(shù)：空載損耗P0 =0.76kW負(fù)載損耗PK =4.8kW阻抗電壓U K %=4空載電流I 0 %=2.3（ 4）計算每臺變壓器的功率損耗也可用簡化公式：（三）廠內(nèi)10kV 線路截面選擇1. 供電給變電所 I 的 10kV 線路為保證供電的可靠性

15、選用雙回供電線路，每回供電線路計算負(fù)荷：計及變壓器的損耗：先按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)截面：由于任務(wù)書中給出的年最大負(fù)荷利用小時數(shù)為6400h，查表可得：架空線的經(jīng)濟(jì)電流密度2j ec =0.9 A / mm 。所以可得經(jīng)濟(jì)截面：可選導(dǎo)線型號為LJ-35 ，其允許載流量為 I n 1=170Ar =0.96 /kmx =0.34 /km相應(yīng)參數(shù)為0，0。70-=70-29已知 =29，溫度修正系數(shù)為：Kt =0.9570-2570-25由上式可知，所選導(dǎo)線符合長期發(fā)熱條件。由于變電所 I 緊鄰 35/11kV 主變壓器， 10kV 線路很短，其功率損耗可忽略不計。線路首端功率： P =P &#

16、39; =604.19(kW )2. 供電給變電所 II 的 10kV 線路為保證供電的可靠性選用雙回供電線路，每回供電線路計算負(fù)荷：計及變壓器的損耗：先選經(jīng)濟(jì)截面：可選導(dǎo)線型號為LJ-25 ，其允許載流量為 I n 1=135A相應(yīng)參數(shù)為r0 =1.33 / km， x0 =0.35 /km 。再按長期發(fā)熱條件檢驗(yàn)：由上式可知所選導(dǎo)線符合發(fā)熱條件。根據(jù)地理位置圖及比例尺，得到此線路長度為l =0.32km10kV 線路功率損耗：線路首端功率：3. 供電給變電所 III 的 10kV 線路為保證供電的可靠性選用雙回供電線路，每回供電線路計算負(fù)荷：計及變壓器的功率損耗：電流很小，按長期發(fā)熱條件可

17、選擇導(dǎo)線為LJ-16 ，但根據(jù)最小導(dǎo)線截面的規(guī)定，應(yīng)選擇導(dǎo)線為 LJ-25 ，其允許載流量為 I a1 =135A 。相應(yīng)參數(shù)：r0 =1.33 / km ， x 0 =0.35 / km 。線路長度為： l=0.64km線路功率損耗：線路首端功率：線路電壓降計算（僅計算最長的廠內(nèi)10kV 線路電壓降）：UU0.02X100%=0.2%=X100%=10U N合格（其余線路也合格）4.10kV 聯(lián)絡(luò)線（與相鄰其他工廠）的選擇已知全廠總負(fù)荷：P30總 =2050.8kW ， Q 30總 =735.8kvar 。10kV 聯(lián)絡(luò)線容量滿足全廠總負(fù)荷30%：因運(yùn)用時間很少，可按長期發(fā)熱條件選擇和校驗(yàn)。

18、選導(dǎo)線 LJ-25 ，其允許載流量為：I a1 =135A相應(yīng)參數(shù)：r0 =1.33 / km ， x 0 =0.35 / km 。已知線路長度： l=5km線路電壓降計算：UU0.447X100%=4.47%=X100%=10U N合格三、工廠總降壓變電所及接入系統(tǒng)設(shè)計1、工廠總降壓變電所主變壓器臺數(shù)及容量的選擇總降變 10kV側(cè)無功補(bǔ)償試?。篞 =300k varcP2268.58cos=P 2 +(Q-Q c )2 =2268.582 +(1225.27-300) 2 =0.93 > 0.90為保證供電的可靠性，選用兩臺主變壓器（每臺可供總負(fù)荷的所以選擇變壓器型號為，兩臺。查表得：

19、空載損耗P0 =2.65kW負(fù)載損耗Pk =19.5 kW合格70%）：阻抗電阻 U k %=6.5空載電流I 0 %=1.12、 35kV 供電線路截面選擇為保證供電的可靠性，選用兩回35kV供電線路。用簡化公式求變壓器損耗：每回 35kV 供電線路的計算負(fù)荷：按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線的截面：I=135A可選 LGJ-25 ，其允許載流量為：a 1所選導(dǎo)線符合發(fā)熱條件。但根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度和安全性要求，35kV 供電線路截面不應(yīng)小于35mm 2，因此，改選為 LGJ-35.相應(yīng)參數(shù)：r0 =0.91 / km ， x 0 =0.3433 / km 。3. 35kV 線路功率損耗和電壓降計算（1）35

20、kV 線路功率損耗計算。已知LGJ-35參數(shù)： r0 =0.91 / km ， x 0 =0.3433 / km ， l=19km 。線路功率損耗：線路首端功率：（ 2） 35kV 線路電壓降計算：UU0.77<10%=X100%=X100%=2.2%U N35合格四、短路電流計算按無窮大系統(tǒng)供電計算短路電流。短路計算電路圖見圖3。為簡單起見， 標(biāo)幺值符號* 全去掉。圖 3 短路計算電路圖1、工廠總降壓變壓器35kV 母線短路電流（短路點(diǎn)）（1）確定標(biāo)幺值基準(zhǔn)：Sd =100MVA ，U av =37kV（2）計算各主要元件的電抗標(biāo)幺值：系統(tǒng)電抗（取斷路器SOC =1500MVA ）35

21、kV 線路電抗（ LGJ-35 ）（3）求三相短路電流和短路容量：1 ）總電抗標(biāo)幺值：2 ）三相短路電流周期分量有效值：3) 其他三相短路電流周期分量有效值：' '(3)(3)(3)I=I x =I K =4.25(kA ) 、4 ）三相短路容量：2. 10kV 母線短路電流（短路點(diǎn)）（ 1）確定標(biāo)幺值基準(zhǔn)：Sd =100MVA ，U d 2 =10.5kV（ 2）計算短路電流中各元件的電抗標(biāo)幺值：X 1=Sd=100=0.0671）系統(tǒng)電抗：SOC15001002 ） 35kV 線路電抗： X 2 =0.433X19X 372 =0.63 ） 35/11kV 電力變壓器電抗（

22、 U K %=6.5 ）（3）求三相短路電流和短路容量：1 ）總電抗標(biāo)幺值：2 ）三相短路電流周期分量有效值：3 ）其他三相短路電流：4 ）三相短路電流：3. 0.4kV 車間低壓母線短路電流（短路點(diǎn)）（ 1）確定標(biāo)幺值基準(zhǔn)：Sd =100MVA ，U d 3 =0.4kV（ 2）計算各元件的電抗標(biāo)幺值：Sd=100X 1=0.0671 ）系統(tǒng)電抗：SOC1500X 2=0.433X19X 1002 =0.62 ）35kV 線路電抗：373）35/11kV 電力變壓器電抗（ U K %=6.5 ）4 ）10kV 廠內(nèi)架空線路電抗（給變電所 I 供電）：因這段 10kV 架空線路很短， l 0

23、，電抗可不計。U%=4.55）10/0.4kV 電力變壓器（ 1000kVA變壓器K）：1 ）總電抗標(biāo)幺值：2 ）三相短路電流周期分量有效值：3 ）其他三相短路電流：4 ）三相短路容量：三相短路電流和短路容量計算結(jié)果列表匯總?cè)绫?5 所示。表 5 三相短路電流計算列表短路點(diǎn)計三相短路電流（ kA）三相短路容量 SK(3)算(MVA)35kV 點(diǎn)4.254.254.2510.86.427210kV 點(diǎn)2.32.32.35.83.541.70.4kV 點(diǎn)3131315733.821.5五、變電所高低壓電氣設(shè)備的選擇根據(jù)上述短路電流的計算結(jié)果，按正常工作條件選擇和按短路情況檢驗(yàn)，總降壓變電所主要高低

24、壓電器設(shè)備確定如下。1. 高壓 35kV 側(cè)設(shè)備35kV側(cè)設(shè)備的選擇如表6 所示。2. 中壓 10kV 側(cè)設(shè)備10kV側(cè)設(shè)備的選擇如表7 所示。表 6 35kV 側(cè)設(shè)備的選擇計算數(shù)據(jù)高壓斷路隔離開電壓互感電流互感避雷器備注器關(guān)器器 LB-35FZ-35SW2-35/60GW2-35G JDJJ2-350U=35kV35kV35kV35kV35kV35kVI=22.72A600A600A2X20/56.6kA400MVA17kA42kA3.3X202表 7 10kV 側(cè)設(shè)備的選擇計算數(shù)據(jù)高壓斷路器隔離開關(guān)電流互感器備注SN10-101GN6-10T/200LA-10U=10kV10kV10kV1

25、0kV采用 GG-21高I=39.40A630A200A40/5低開關(guān)柜16kA300MVA40kA25.5kA160X4023. 高壓 0.4kV 側(cè)設(shè)備0.4kV側(cè)設(shè)備的選擇如表8 所示。計算數(shù)據(jù)低壓斷路器隔離開關(guān)電流互感器備注DZ20Y-1250HD11-1000LM-0.5U=0.4kV0.4kV0.4kV0.4kV采用I=839A1250A1250A1000/5BFC-0.5G-050kA8 低壓開關(guān)柜六、繼電保護(hù)裝置總降壓變壓器所需配置以下繼電保護(hù)裝置：主變壓器保護(hù)，35kV 進(jìn)線保護(hù)， 10kV 線路保護(hù)；此外還需配置以下裝置：備用電源自動投入裝置和絕緣檢查裝置。（一）主變壓器保護(hù)根據(jù)規(guī)程規(guī)定 1600kVA變壓器應(yīng)設(shè)下列保護(hù)：1. 瓦斯保護(hù)防御變