化纤厂设计

2012 — 2013 学年第 二 学期

课程名称：电力系统综合设计 任课教师：陈颖

题 目：某化纤厂降压变电所电气设计

学号： 姓名： 年级：2010

专业：电气工程及其自动化

提交日期：2013年7 月23日

评语： 成绩： 评卷人：

课程设计：某化纤厂降压变电所电气设计

目 录

第一部分 设计任务书 ......................................... 2

一、设计题目 ....................................................................... 2 二、设计要求 ....................................................................... 2 三、设计资料 ....................................................................... 2 四、设计任务书 ..................................................................... 5

第二部分 设计计算书 .......................................... 5

一、各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法） ......................................... 5 二、各车间变电所的设计选择 ......................................................... 8 三、工厂总降压变电所及接入系统设计 ................................................ 14 四、短路电流的计算 ................................................................ 16 五、变电所高低压电气设备的选择 .................................................... 20 六、继电保护的配置 ................................................................ 21 七、心得体会 ...................................................................... 22 参考文献 .......................................................................... 22

1

课程设计：某化纤厂降压变电所电气设计

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、设计要求

根据本厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按安全可靠，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，确定主变压器台数及容量 ，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，选择整定继电保护装置，最后按要求写出设计计算说明书，绘出设计图纸。

三、设计资料

设计工程项目情况如下

（1）工厂总平面图见图1，本计算示例选用数据是：安装容量为丙类，组合方案为丙。

办公楼CA食堂宿舍宿舍DBEF

图1

（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6400小时，本厂负荷统计资料见表1，学生组合方案见表2。

表1

序车号 间设备名

安装容量（KW） 甲 乙 丙 丁 Kd tan? cos? 计算负荷 P Q S （kW） （kvar） （kVA） 称 纺炼车 2

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1 间 纺丝机 筒62 绞机 烘干机 脱20 水机 通风机 淋洗机 交频机 传送机 小 计 42 38 40 30 0.80 0.70 900 800 840 950 0.80 0.70 14 5 6 22 0.75 0.78 200 15 12 18 0.60 0.80 78 40 30 56 0.75 0.75 180 150 200 220 0.8 0.78 80 85 70 0.75 1.02 220 180 240 0.70 0.75 2 原液车间照1012 1040 1200 1160 0.75 0.70 3 明 小 计 酸304 站照明 小计 280 260 200 310 0.65 0.70 320 290 270

锅炉0.75 0.75 3

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4 照明 小 计 5 排毒车间照明 小计 186 160 180 140 0.70 0.60 380 240 300 240 6 其他车间照明 0.70 0.75 小 计 7 8 9 全 厂 计 10 算负荷总计 11 12 表2

序号 1 2 3 4 5 6

纺炼车间 A A A A B B 原液车间 B B B B A A 酸站 C D E F C D 4

锅炉房 D E F C D E 排毒机房 E F C D E F 其他附属车间 F C D E F C

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11S1??962.15?481.075(kVA)22S1481.0752?PT?n?P0??Pk(36)?1.8?11.6?()?4.48(kW)nSN1000S36??QT?nI0%S1UkH1.0752SN?SN(36)2?11?45?()?21.41(kvar)100n100SN1000?PT?0.015S36?0.015?481.075?7.216(kW)?QT?0.06S36?0.06?481.075?28.865(kvar)2．变压所Ⅱ变压器台数及容量选择 （1）变压所Ⅱ的供电负荷统计：

也可用化简经验公式：

P36?979.2kWQ36?763.24kvar

（2）变压所Ⅱ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上） 无功补偿试取：QC?400kvar 补偿以后：

Q36?763.24?400?363.24(kvar)cos???P36?P?(?Q36?Qc)2362?979.2979.2?(763.24?400)22?0.94?0.90

2SII??P36?(?Q36?Qc)2?1044.4(kVA)（3）变压所Ⅱ的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：ISIgN?.S70.?4104.(08731.?)I7I0?VkA

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

空载损耗?Po?1.3kW；负载损耗?Pk?8.1kW查表得出变压器的各项参数：

阻抗电压Uk%?4.5;空载电流Io%?2.0（4）计算每台变压器的功率损耗

11S36?SII??1044.4?522.2(kVA)22S361522.22?P?n?P??P()?1.3?8.1?()?6.87(kW)T0knSN630

?QT?nI0%S1UkR2.22SN?SN(36)2?12.6?28.35?()?32.08(kvar)100n100SN630?PT?0.015S36?0.015?522.2?7.833(kW)?QT?0.06S36?0.06?522.2?31.332(kvar)也可用化简经验公式：

3.变压所Ⅲ变压器台数及容量选择

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（1）变压所Ⅲ的供电负荷统计：

?P36?P36酸?P36锅?P36其?130?217.5?210?557.5(kW)?Q36?Q36酸?Q36锅?Q36其?91?163.5?157.5?411.6(kvar)同时系数取K?P?0.9,K?Q?0.95

PIII?K?P?P6?0.9?557.5?501.75(kW)QIII?K?P?Q36?0.95?411.6?391.02(kvar)（2）变压所Ⅲ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上） 无功补偿试取：QC?200kvar 补偿以后：

Q36?391.02-200?191.02(kvar)cos???PIII?P?(?QIII?QIII)2II2?501.75501.75?(391.02?200)22?0.93?0.90

2SIII??PIII?(?QIII?QIII)2?536.88(kVA)（3）变压所Ⅲ的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）：IISITNIII?70.S70.?8536.816(375.?)?VkA

选择变压器型号为SL7系列，额定容量为315kVA，两台。

空载损耗?P0?0.76kW；负载损耗?Pk?4.8kW查表得出变压器的各项参数：

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

11SIII??536.88?268.44(kVA)22S1268.442?PT?n?P0??Pk(36)?0.76?4.8?()?4.25(kW)nSN315S36??QT?nI0%S1Uk&8.442SN?SN(36)2?7.245?12.6?()?16.40(kvar)100n100SN315?PT?0.015S36?0.015?268.44?4.03(kW)?QT?0.06S36?0.06?268.44?16.11(kvar)

也可用化简经验公式：

（三）厂内10kV线路截面的选择

1.供电给变电所Ⅰ的10kV线路

为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

1?923.4?461.7(kW)2

1Q36??270.32?135.16(kvar)2P36?

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计及变压器的损耗：

P'?P36??Pb?461.7?4.48?466.18(kW)Q'?Q36??Qb?135.16?21.41?156.57(kvar)S'?P'2?Q'2?466.182?156.572?491.77(kVA) S'491.77I36???28.39(A)3?U3?10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6400h，查表可得，架空线的经济电流密度

jec?0.9A/mm2。 所以可得经济截面：Aec?I3628.39??31.54(mm2) jec0.9可选导线型号为LJ—35，其允许载流流量为Ia1?170A。 相应参数为r0?0.96?/km,x0?0.34?/km 再按发热条件检验：

70??70?29??0.95已知??29?C，温度修正系数为： 70?2570?25'Ia1?KtIa1?0.95?170?161.5A?I36?28.39AKt?由式上可知，所选导线符号长期发热条件。

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。 线路首段功率：

P?P'?466.18(kW)Q?Q?156.57(kvar)'

2.供电给变电所Ⅱ的10kV线路

为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

1?979.2?489.6(kW)2

1Q36??363.24?181.62(kvar)2P36?计及变压器的损耗：

P'?P36??Pb?489.6?6.87?496.47(kW)Q'?Q36??Qb?181.62?32.08?213.7(kvar)S'?P'2?Q'2?496.472?213.72?540.51(kVA) S'540.51I36???31.21(A)3?U3?10先按经济电流密度选择导线经济截面：

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由于任务书中给出的年最大负荷利用小时数为6400h，查表可得，架空线的经济电流密度

jec?0.9A/mm2。 所以可得经济截面：Aec?I3631.21??34.68(mm2) jec0.9可选导线型号为LJ—25，其允许载流流量为Ia1?135A。 相应参数为r0?1.33?/km,x0?0.35?/km 再按发热条件检验：

70??70?29??0.95已知??29?C，温度修正系数为： 70?2570?25'Ia1?KtIa1?0.95?135?128A?I36?31.21AKt?由式上可知，所选导线符号长期发热条件。

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：

2?PL?3I30RL?3?31.212?1.33?0.32?1.24(kW)?QL?3IXL?3?31.21?0.35?0.32?0.33(kvar)

2302

线路首端功率：

P?P'??P?496.47?1.24?497.71(kW)Q?Q??Q?213.07?0.33?214.03(kvar)'3.供电给变电所Ⅲ的10kV 线路

为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

11 ?[K?P?(P锅?P其?P酸)]??[0.9?(217.5?210?130]?250.88(kW)2211Q36??[K?Q?(Q锅?Q其?Q酸)-QC]??[0.95?(163.1?157.5?91)-200]?95.51(kvar)22P36?计及变压器的损耗：

P'?P36??Pb?250.88?4.25?255.13(kW)Q'?Q36??Qb?95.51?16.4?111.91(kvar)S'?P'2?Q'2?255.132?111.912?278.59(kVA) S'278.59I36???16.08(A)3?U3?10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6400h，查表可得，架空线的经济电流密度

jec?0.9A/mm2。 所以可得经济截面：Aec?

I3616.08??17.87(mm2) jec0.913

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可选导线型号为LJ—25，其允许载流流量为Ia1?135A。 相应参数为r0?1.33?/km,x0?0.35?/km,线路长度为：l=0.64km 10kV线路功率损耗：

2?PL?3I36RL?3I'2r0l?3?16.082?1.33?0.64?0.66(kW)?QL?3IXL?3Ix0l?3?16.08?0.35?0.64?0.17(kvar)'236'22

线路首端功率：

P?P'??P?255.13?0.66?255.79(kW)Q?Q??Q?111.91?0.17?112.08(kvar)

线路电压降计算（仅计算最长的厂内10kV线路电压降）：

?U?Pr0?Qx0255.79?1.33?112.08?0.35l??0.64?0.024(kV)UN10?U0.024?100%??100%?0.24%UN10

?U%?合格（其余线路更合格了）

4. 10kV联络线（与相邻其他工厂）的选择

已知全厂总负荷：P。 36总?2193.66kW,Q36总?617.757kvar10kV联络线容量满足全厂总负荷30%：

P?P36总?30%?2193.66?30%?658.098(kW)Q?Q36总?30%?617.757?30%?185.327（kvar）S?P2?Q2?658.0982?185.3272?683.695(kVA) S'683.695I???39.47(A)3?U3?10'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'Ia1?KtIa1?0.95?135?128A?I36?39.47A相应参数：r0?1.33?/km,x0?0.35?/km。已知线路长度：l?5km。线路电压降计算：?U?Pr0?Qx0658.098?1.33?185.327?0.35l??5?0.470(kV)UN10?U0.470?100%??100%?4.7%UN10

?U%?合格

三、工厂总降压变电所及接入系统设计

1. 工厂总降压变电所住变压器台数及容量的选择

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'?P?2?(PI'?PII'?PIII)?2?(466.18?497.71?255.79)?2439.36(kW)''?Q?2?(QI'?QII?QIII)?2?(156.57?214.03?112.08)?965.36(kvar)P?K?P?P?0.9?2439.36?2195.424(kW)Q?K?P?Q?0.95?965.36?917.092(kvar)总降变10kV侧无功补偿试取：QC?300kvarcos??PP?(Q-QC)22?2195.4242195.424?(917.092-300)22?0.96，合格S?P2?(Q-QC)2?2195.4242?(917.092-300)2?2280.5(kVA)为保证供电的可靠性，选用两台主变压器（每台可供总负荷的70%）：SNT?0.7S?0.7?2280.5?1596.35(kVA)所以选择变压器型号为SL7-1600/35,两台。查表得：空载损耗?P0?2.65kW；负载损耗?Pk?19.5kW；阻抗电压Uk%?6.5；空载电流I0%?1.1。2.35kV供电线路截面选择

为保证供电的可靠性，选用两回35kV供电线路。

11P??2195.424?1097.712(kW)2211Q'?(Q?QC)??(917.092?300)?308.546(kvar)22用简化公式求变压器损耗：P'??P?0.015S'?0.015?1140.25?17.1(kW)?Q?0.06S'?0.06?1140.25?68.42(kvar)每回35kV供电电路线路的计算负荷：P''?P'??P?1097.712?17.1?1114.812(kW)Q''?Q'??Q?308.546?68.42?376.966(kvar)S''?P''2?Q''2?1114.8122?376.9662?1176.82(kVA)S''1176.82I36???19.4(A)3?U3?35按经济电流密度选择导线的截面：19.4?21.56(mm2)jec0.9可选LG-25，其允许载流量为：Ia1?135A。Aec?I36?'再按长期发热条件校验：Ia1?KtIa1?0.95?135?128A?I36?19.4A3.所选导线符合发热条件。但根据机械强度和安全性要求，35kV供电截面不应小于35mm2，因此，改选为LGJ-35。相应参数：r0?0.91?/km,x0?0.433?/km。35kV线路功率损耗和电压降计算

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（1）35kV线路功率损耗计算

已知LG-35参数：r0?0.91?/km,x0?0.433?/km,l?19km 线路的功率损耗：

2?PL?3I36RL?3?19.42?0.91?19?19.52(kW)?QL?3IXL?3?19.4?0.433?19?9.29(kvar)''2362

线路首段功率：

P?P''??PL?1114.812?19.52?1134.332(kW)Q?Q??QL?376.966?9.29?386.256(kvar)

（2）35kV线路电压降计算：

?U?Pr0?Qx01134.332?0.91?386.256?0.433l??19?0.65(kV)UN35?U0.65?100%??100%?1.9%?10%UN35合格

?U%?四、短路电流的计算

按无穷大系数供电计算短路电流。短路计算电路图见图3。

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大系统 X1=0.067 城北35kV母线

X2=0.6

35kV母线

1 总降变35kV侧

X3=4.06

2 总降变10kV侧 厂内10kV线路

X4=0

X5=4.5

3车间变0.4kV母线

车间负荷

图3 短路计算电路图

1.工厂总降压变35kV母线短路电流（短路点1） （1）确定标幺值基准：

Sd?100MVA,Uav?37kV,Id?Sd3?Uav?1003?37?1.56(kA)

（2）计算各主要元件的电标幺值：

(取断路器SOC?1500MVA)系统电抗

Sd100X???0.067SOC1500*1 17

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x?0.433?/km35kV线路电抗（LGJ—35）

100X?0.433?19?2?0.637*2（3）求三相短路电流和短路容量：

1*1）总电抗标幺值：X??0.067??0.6?0.367

2(3)2）三相短路电流周期分量有效值：IK?Id1.56??4.25(kA) X?0.3763）其他三相短路电流值：

(3)(3)I''(3)?I??IK?4.25(kA)(3)ish?2.55I''(3)?2.55?4.25?10.8(kA) (3)Ish?1.51I''(3)?1.51?4.25?6.4(kA)(3)4）三相短路容量：SK?Sd100??272(MVA) X?0.3672.10kV母线短路电流（短路点2） （1）确定标幺值基准：

Sd?100MVA,Ud2?10.5kV,Id2?Sd3?Ud2?1003?10.5?5.50(kA)

（2）计算各主要元件的电标幺值：

(取断路器SOC?1500MVA)1）系统电抗

X1*? Sd100??0.067SOC1500x?0.433?/km2）35kV线路电抗（LGJ—35）

*X2?0.433?19? 100?0.63723）35/11kV电力变压器电抗（UK%?6.5）

UK%?Sd6.5?100?103X???4.06

100SN100?1600*3（3）求三相短路电流和短路容量：

*?X1?1）总电抗标幺值：X?X2?X31?0.067??(0.6?4.06)?2.4 22(3)?2）三相短路电流周期分量有效值：IKId25.50??2.3(kA) X?2.43）其他三相短路电流值：

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(3)(3)I''(3)?I??IK?2.3(kA)(3)ish?2.55I''(3)?2.55?2.3?5.8(kA) (3)Ish?1.51I''(3)?1.51?2.3?3.5(kA)(3)4）三相短路容量：SK?Sd100??41.7(MVA) X?2.43.0.4kV车间低压母线短路电流（短路点3） （1）确定标幺值基准：

Sd?100MVA,Ud2?0.4kV,Id2?Sd3?Ud2?1003?0.4?144.34(kA)

（2）计算各主要元件的电标幺值：

(取断路器SOC?1500MVA)1）系统电抗

Sd100X???0.067SOC1500*1x?0.433?/km2）35kV线路电抗（LGJ—35）

*X2?0.433?19? 100?0.63723）35/11kV电力变压器电抗（UK%?6.5）

UK%?Sd6.5?100?103X???4.06

100SN100?1600*34）10kV厂内架空线路电抗（给变电所Ⅰ供电）：

l?0，电抗不计。因这段10kV架空线路很短，*

X4?05）10/0.4kV电力变压器（1000kVA变压器UK%?4.5）

UK%Sd4.5?100?103X???4.5

100SN100?1000*5（3）求三相短路电流和短路容量： 1）总电抗标幺值：

*X??X1?X2?X3X411??0.067??(0.6?4.06)??(0?4.5)?4.65 2X522Id2144.34??31(kA) X?4.65(3)?2）三相短路电流周期分量有效值：IK3）其他三相短路电流值：

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