课程设计 某化纤厂降压变电所电气设计

之阿布丰王创作

院 系： 信息工程与自动化学院 自动化系

专业班级： 测控101班

姓 名： 学 号： 指导教师：

第一部分 设计任务书 一、设计题目

某化纤厂降压变电所电气设计

二、设计摘要

电力行业的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不成少的动力。以发电厂电气部分、高电压技术、继电呵护等专业知识为理论依据，主要对该厂变电站高压部分进行结业设计训练。设计步调主要包含：符合统计、负荷计算、方案比较、供电方式确定、短路电流

计算、电气设备选择与继电呵护整定以及防雷接地等内容。 三、设计要求

根据本厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按平安可靠，技术先进，经济合理的要求，确定工厂变电所的位置与型式，通过负荷计算，确定主变压器台数以容量，进行短路电流计算，选择变电所的主接线及高、低压电气设备，选择整定继电呵护装置，最后按要求写出设计计算说明书，绘出设计图纸。 四、设计资料

设计工程项目情况如下

（1）工厂总平面图见图1

图1 某化学纤维厂总平面图

（2）工厂负荷数据：本工厂多数车间为

3班制，年最大负荷

利用小时数00小时，本厂负荷统计资料见表1，组合方案见表2

表1 某化学纤维厂负荷情况表

序号 1 车间设备名称 纺练车间 纺丝机 筒搅机 烘干机 脱水机 通风机 淋洗机 变频机 传送机 装置容量（KW） 220 56 70 18 240 22 950 30 Kd 0.80 0.75 0.75 0.60 0.70 0.75 0.80 0.80 tanφ 0.78 0.75 1.02 0.80 0.75 0.78 0.70 0.70 Cos φ 计算负荷 P(Kw) Q(Kvar) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 小计 原液车间照明 小计 酸站照明 小计 锅炉房照明 小计 排毒车间照明 小计 其他车间照明 小计 全厂计算负荷总计 1160 310 270 140 240 0.75 0.65 0.75 0.70 0.70 0.70 0.70 0.75 0.60 0.75 表2 组合方案

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 纺练车间 A A A A B B B B 原液车间 B B B B A A A A 酸站 C D E F C D E F 锅炉房 D E F C D E F C 排毒车间 E F C D E F C D 其他附属车间 F C D E F C D E （3）供电电源情况：按与供电局协议，本厂可由东南方19公

里处的城北变电所110/38.5/11kV，50MVA变压器供电，供电电压可任选。另外，与本厂相距5公里处的其他工厂可以引入10kV线路做备用电源，弹容量只能满足本厂负荷的30%重要负荷，平时禁绝投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。

（4）电源的短路容量（城北变电所）：35kV

母线的出线断路

器断流容量为1500MVA，10kV母线的出线断路器断流容量为350MVA。

（5）供电局要求的功率因数：当

35kV供电时，要求工厂变电

所高压侧Cosφ≥0.9；当10kV供电时，要求工厂变电所高压侧

Cosφ≥0.95。

（6）电费制度：按两部制电费计算。变压器装置容量每

1kVA

为15元/月，动力电费为0.3元/kWh，照明电费为0.55/（kW·h）。

（7）气象资料：本厂地区最高温度为

38℃，最热月平均最高

气温29℃,最热月地下0.8m处平均温度为22℃，年主导风向为东风，年雷暴雨日数为20天。

（8）地质水文资料：本厂地区海拔

60m，底层以砂黏土为主，

地下水位为2m。 四、设计任务书 （一）设计任务书说明

设计计算的内容，按下列题目及顺序，逐项计算并加以说明。

一、各车间计算负荷和无功抵偿 二、各车间变电所的设计选择 三、工厂总降压变电所及接入系统设计 四、短路电流计算 五、变电所高低压电气设备的选择 六、继电呵护的配置 七、收获和体会 八、参考文献 （二）设计图纸

1.工厂变电所设计计算用电气主接线简图

2.变电所供电平面安插图

第二部分 设计计算书

一、各车间计算负荷和无功抵偿（需要系数法） （一）纺练车间

1.单台机械负荷计算 （1）纺丝机

tanφ=0.78。已知：Pe=220kW,Kd=0.80，

故： P30=PeKd=220X0.80=176(kW)

（2）筒绞机

tanφ=0.75。已知：Pe=56kW,Kd=0.75，

故： P30=PeKd=56X0.75=42(kW)

（3）烘干机

tanφ=1.02。已知：Pe=70kW,Kd=0.75，

故： P30=PeKd=70X0.75=52.5(kW)

（4）脱水机

tanφ=0.80。已知：Pe=18kW,Kd=0.60，

故： P30=PeKd=18X0.60=10.8(kW)

（5）通风机

tanφ=0.75。已知：Pe=240kW,Kd=0.70，

故： P30=PeKd=240X0.70=168(kW)

（6）淋洗机

tanφ=0.78。已知：Pe=22kW,Kd=0.75，

故： P30=PeKd=22X0.75=16.5(kW)

（7）变频机

tanφ=0.70。已知：Pe=950kW,Kd=0.80，

故： P30=PeKd=950X0.80=760(kW)

（8）传送机

tanφ=0.70。已知：Pe=30kW,Kd=0.80，

故： P30=PeKd=30X0.80=24(kW)

纺练车间单台机械负荷计算统计见表3 表3 纺练车间单台机械负荷计算统计表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 小计 车间设备名称 纺丝机 筒搅机 烘干机 脱水机 通风机 淋洗机 变频机 传送机 装置容量（KW） 220 56 70 18 240 22 950 30 1606 计算负荷 Kd 0.80 0.75 0.75 0.60 0.70 0.75 0.80 0.80 tanφ P(Kw) 0.78 0.75 1.02 0.80 0.75 0.78 0.70 0.70 176 42 52.5 10.8 168 16.5 760 24 1249.8 Q(Kvar) 137.28 31.5 53.55 8. 126 12.87 532 16.8 918. 2.车间计算负荷统计（计及同时系数）

取同时系数： KΣP=0.9，KΣQ=0.95 （二）其余车间照明负荷计算

1.原液车间

tanφ=0.70。已知：Pe=1160kW,Kd=0.75，

故： P30=PeKd=1160X0.75=870(kW)

2.酸站照明

tanφ=0.70。已知：Pe=310kW,Kd=0.65，

故： P30=PeKd=310X0.65=201.5(kW)

3.锅炉房照明

tanφ=0.75。已知：Pe=270kW,Kd=0.75，

故： P30=PeKd=270X0.75=202.5(kW)

4.排毒车间

tanφ=0.60。已知：Pe=140kW,Kd=0.70，

故： P30=PeKd=140X0.70=98(kW)

5.其他车间

tanφ=0.75。已知：Pe=240kW,Kd=0.70，

故： P30=PeKd=240X0.70=168(kW) 各车间计算负荷统计见表4 表4 各车间计算统计列表

装置容序号 1 车间设备名称 量（KW） 纺练车间 1606 P30 Q30S30 (Kw) 1124.82 (Kvar) （kVA） 872.71 1423.67 609 1061.97 2 原液车间照明 1160 870 3 4 酸站照明 锅炉房照明 310 270 201.5 202.5 141.05 245.96 151.87253.13 5 5 6 排毒车间照明 其他车间照明 140 240 98 168 58.8 126 114.29 210 二、各车间变电所的设计选择

（一）各车间变电所位置及全场供电平面草图

根据地理位置及各车间计算负荷大小，决定设立3个车间变电所，各自供电范围如下： 变压所I：纺练车间、锅炉房。

变压所II：原液车间、办公及生活区。 变压所III：排毒车间、其他车间、酸站。 全厂供电平面图见图2 图2 全厂供电平面图

（二）各车间变压器台数及容量选择

3.变压所

I变压器台数及容量选择。

I的供电负荷统计。同时系数取：KΣP=0.9，KΣQ=0.95 I的无功抵偿（提高功率因数到0.9以上）。

（1）变压所（2）变压所

无功抵偿试取： Qc=400kvar

抵偿以后： Q30=973.36-400=573.36kvar

（3）变压所

I的变压器选择。为包管供电的可靠性，选用两台变

压器（每台可供车间总负荷的70%）：

选择变压器型号为SL7系列，额定容量为1000kVA，两台。

查表得出变压器的各项参数： 空载损耗 ΔP0=1.8kW 负载损耗 ΔPk=11.6kW 阻抗电压 Uk%=4.5 空载电流 I0%=1.1

（4）计算每台变压器的功率损耗(n=1).

也可用简化公式：

2.变压所

II变压器台数及容量选择 II的供电负荷统计

II的无功抵偿（提高功率因数到0.9以上）

三、变压所四、变压所

无功抵偿试取： Qc=200kvar 抵偿以后： Q30=609-200=409kvar

（3）变压所II的变压器选择。为包管供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：

选择变压器型号为SL7系列，额定容量为630kVA（附带供电给办公及生活区）。

查表得出变压器的各项参数： 空载损耗 ΔPU=1.3kW 负载损耗 ΔPK=8.1kW 阻抗电压 Uk%=4.5 空载电流 I0%=2.0

（4）计算每台变压器的功率损耗

也可用简化公式：

3.变压所

III变压器台数及容量选择

（1）变压所III的供电负荷统计 同时系数取：KΣP=0.9，KΣQ=0.95

（2）变压所III的无功抵偿（提高功率因数到0.9以上） 无功抵偿试取： Qc=150kvar

抵偿以后： Q30=309.56-150=159.56kvar

（3）变压所III的变压器选择。为包管供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：

选择变压器型号为SL7系列，额定容量为315kVA，两台。 查表得出变压器的各项参数： 空载损耗 ΔP0=0.76kW 负载损耗 ΔPK=4.8kW 阻抗电压 UK%=4 空载电流 I0%=2.3

（4）计算每台变压器的功率损耗 也可用简化公式：

（三）厂内10kV线路截面选择

（9）供电给变电所

I的10kV线路

为包管供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

计及变压器的损耗：

先按经济电流密度选择导线经济截面：

由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为00h，查表可

2j=0.9A/mmec得：架空线的经济电流密度。

所以可得经济截面：

可选导线型号为LJ-35，其允许载流量为In1=170A

Ω/kmΩ/km相应参数为r0=0.96 ，x0=0.34 。

再按发热条件检验：

已知 θ=29℃，温度修正系数为：

Kt=70-θ70-29==0.9570-2570-25

由上式可知，所选导线符合长期发热条件。

由于变电所I紧邻35/11kV主变压器，10kV线路很短，其功率损耗可忽略不计。

'P=P=604.19(kW) 线路首端功率：

（10）供电给变电所II的10kV线路

为包管供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

计及变压器的损耗： 先选经济截面：

可选导线型号为LJ-25，其允许载流量为In1=135A

Ω/kmΩ/km相应参数为r0=1.33 ，x0=0.35 。

再按长期发热条件检验：

由上式可知所选导线符合发热条件。

根据地理位置图及比例尺，得到此线路长度为 l=0.32km 10kV线路功率损耗： 线路首端功率：

（11）供电给变电所

III的10kV线路

为包管供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

计及变压器的功率损耗：

电流很小，按长期发热条件可选择导线为LJ--16，但根据最小导线截面的规定，应选择导线为LJ--25，其允许载流量为

Ia1=135A。

相应参数：r0=1.33 Ω/km，x0=0.35 Ω/km。线路长度为：l=0.km 线路功率损耗： 线路首端功率：

线路电压降计算（仅计算最长的厂内10kV线路电压降）：

ΔU%=ΔU0.02X100%=X100%=0.2%UN10 合格（其余线路也合格）

4.10kV联络线（与相邻其他工厂）的选择 已知全厂总负荷：P30总=2050.8kW，Q30总=735.8kvar。 10kV联络线容量满足全厂总负荷30%：

因运用时间很少，可按长期发热条件选择和校验。 选导线LJ--25，其允许载流量为： Ia1=135A

相应参数： r0=1.33 Ω/km，x0=0.35 Ω/km。已知线路长度：l=5km 线路电压降计算：

ΔU%=ΔU0.447X100%=X100%=4.47%UN10 合格

三、工厂总降压变电所及接入系统设计

1、工厂总降压变电所主变压器台数及容量的选择 总降变10kV侧无功抵偿试取：Qc=300kvar

cosφ=PP+(Q-Qc)22=2268.582268.58+(1225.27-300)22=0.93>0.90 合格

为包管供电的可靠性，选用两台主变压器（每台可供总负荷的70%）：

所以选择变压器型号为ＳＬ７－－１６００／３５，两台。 查表得：

空载损耗ΔP0=2.65kW 负载损耗ΔPk=19.5kW 阻抗电阻Uk%=6.5 空载电流I0%=1.1 2、35kV供电线路截面选择

为包管供电的可靠性，选用两回35kV供电线路。 用简化公式求变压器损耗： 每回35kV供电线路的计算负荷： 按经济电流密度选择导线的截面： 可选LGJ--25，其允许载流量为：Ia1=135A

再按长期发热条件检验：

所选导线符合发热条件。但根据机械强度和平安性要求，35kV供电线路截面不该小于35mm，因此，改选为LGJ--35. 相应参数： r0=0.91 Ω/km，x0=0.3433 Ω/km。 3. 35kV线路功率损耗和电压降计算 （1）35kV线路功率损耗计算。

已知 LGJ--35 参数：r0=0.91 Ω/km，x0=0.3433 Ω/km，l=19km。 线路功率损耗： 线路首端功率：

（2）35kV线路电压降计算：

ΔU%=ΔU0.77X100%=X100%=2.2%<10%UN35 合格

2四、短路电流计算

按无穷大系统供电计算短路电流。短路计算电路图见图3。为简单起见，标幺值符号*全去掉。 图3 短路计算电路图

1、工厂总降压变压器35kV母线短路电流（短路点①） （1）确定标幺值基准：

Sd=100MVA，Uav=37kV

（2）计算各主要元件的电抗标幺值：

系统电抗（取断路器SOC=1500MVA）

35kV线路电抗（LGJ--35）

（3）求三相短路电流和短路容量：

1）总电抗标幺值：

2）三相短路电流周期分量有效值： 3) 其他三相短路电流周期分量有效值：

(3)I' '(3)=Ix(3)=IK=4.25(kA)、

4）三相短路容量：

2. 10kV母线短路电流（短路点②） （1）确定标幺值基准：

Sd=100MVA，Ud2=10.5kV

（2）计算短路电流中各元件的电抗标幺值： 1）系统电抗： 2）35kV线路电抗：

X1=Sd100==0.067SOC1500

X2=0.433X19X100=0.6372

3）35/11kV电力变压器电抗（UK%=6.5） （3）求三相短路电流和短路容量： 1）总电抗标幺值：

2）三相短路电流周期分量有效值： 3）其他三相短路电流： 4）三相短路电流：

3. 0.4kV车间低压母线短路电流（短路点③）

（1）确定标幺值基准：

Sd=100MVA，Ud3=0.4kV

（2）计算各元件的电抗标幺值： 1）系统电抗： 2）35kV 线路电抗：

X1=Sd100==0.067SOC1500

X2=0.433X19X100=0.6372

3）35/11kV电力变压器电抗（UK%=6.5）

4）10kV厂内架空线路电抗（给变电所I供电）： 因这段10kV架空线路很短，l≈0，电抗可不计。 5）10/0.4kV电力变压器（1000kVA变压器UK%=4.5）：

3.计算三相短路电流和短路容量：

1）总电抗标幺值：

2）三相短路电流周期分量有效值： 3）其他三相短路电流： 4）三相短路容量：

三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总如表5所示。 表5 三相短路电流计算列表

短路点计算 35kV点 (3)IK 三相短路电流（kA） I' '(3) 三相短路容(3)Ish Ix(3) (3)ish (3)SK量 (MVA) 272 4.25 4.25 4.25 10.8 6.4 10kV点 0.4kV点 2.3 31 2.3 31 2.3 31 5.8 57 3.5 33.8 41.7 21.5 五、变电所高低压电气设备的选择

根据上述短路电流的计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况检验，总降压变电所主要高低压电器设备确定如下。 1.高压35kV侧设备

35kV侧设备的选择如表6所示。 2.中压10kV侧设备

10kV侧设备的选择如表7所示。 表6 35kV侧设备的选择

计算数据 高压断路器SW2-35/600 U=35kV 35kV 隔离开关GW2-35G 35kV 600A 42kA 电压互感器JDJJ2-35 35kV 35kV 2X20/5 3.3X20√2 2i∞X4=4.252X4 电流互感器LB-35 避雷器FZ-35 备注 35kV I=22.72A 600A IK=4.25(kA) SK=272(MVA)6.6kA 400MVA 17kA (3)Ish=10.8(kA) 6.62X4 202X4 (1.3X20)2 表7 10kV侧设备的选择

计算数据 高压断路器SN10-101 U=10kV I=39.40A 10kV 630A 隔离开关GN6-10T/200 10kV 200A 电流互感器 LA-10 10kV 40/5 采取GG-21高低开关柜 备注 IK=2.3(kA) SK=41.7(MVA)(3)Ish=5.8(kA) 16kA 300MVA 40kA 25.5kA 102X4 160X40√2 (90X40)2 2i∞X4=2.32X4 162X4 3.高压0.4kV侧设备

0.4kV侧设备的选择如表8所示。

计算数据 低压断路器DZ20Y-1250 U=0.4kV I=839A IK=31(kA) SK=21.5(MVA)(3)Ish=57(kA) 隔离开关HD11-1000 0.4kV 1250A 电流互感器 LM-0.5 0.4kV 1000/5 备注 0.4kV 1250A 50kA 采取BFC--0.5G--08低压开关柜 2i∞X4=312X4 六、继电呵护装置

总降压变压器所需配置以下继电呵护装置：主变压器呵护，35kV进线呵护，10kV线路呵护；此外还需配置以下装置：备用电源自动投入装置和绝缘检查装置。 （一）主变压器呵护

根据规程规定1600kVA变压器应设下列呵护：

1.瓦斯呵护

防御变压器内部短路和油面降低，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。

2.电流速断呵护

防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。

3.过电流呵护

防御外部相间短路并作为瓦斯呵护及电流速断呵护的后备呵护，动作于跳闸。

4.过负荷呵护

防御变压器自己的对称过负荷及外部短路引起的过载。 （二）35kV进线线路呵护

2.电流速断呵护

在电流速断的呵护区内，速断呵护为主呵护，动作于跳闸。但电流速断呵护存在着一定的“死区”，约占线全长的20%。

3.过电流呵护

由于电流速断呵护存在着约占全长20%的“死区”，因此由过电流呵护作为其后备呵护，同时，防御速断呵护区外部的相间短路，呵护动作于跳闸。

4.过负载呵护

（三）10kV线路呵护

1.过电流呵护

防止电路中短路电流过大，呵护动作于跳闸。

2.过负载呵护

防止配电变压器的对称过载及各种电器设备的超负荷运行。

七、心得体会

在老师的耐心指导下，我们顺利完成了本次课程设计，通过这次设计让我讲所学到的理论知识应用于实践中，是巩固和深化课程所学知识并使之与实践相结合的重要环节，更是培养动手能力和训练我们严谨认真的科学态度的基本工作素质。

通过本次设计，我学到了很多知识，巩固了我们所学的专业知识，了解并掌握了供配电的一般计算方法，具备了初步的设计能力，更好的将理论与实际相结合，为我们今后的发展打下了良好的基础。

这次工厂供电课程设计总算完成了。通过对其中总降压变电所的电气部分设计包含负荷计算、电气主结线选择、短路电路、电气设备选择、继电呵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。

课程设计的结束得益于悉心指导的杨老师，在此，衷心向老师说声谢谢，感谢老师的耐心指导和帮忙。