2022年电气课程设计方案——某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计方案说明书.docx

精品学习资源某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计说明书同学姓名 木雕小象指导老师 ×××所在院系信息科学与工程学院专业班级电气工程及其自动化 ×××欢迎下载精品学习资源目录目录一、概述 21、设计目的 22、设计内容 33、设计要求 3二、设计基础资料 3三、负荷运算及无功补偿 51、各变电所负荷运算及无功补偿52、全厂总负荷运算及无功补偿 7四、配电所位置和变压器挑选81、配电所位置 82、主变压器挑选 8五、配电所主接线设计 9六、短路电流运算 10七、一次元件的电气设备挑选131、一次设备挑选的一般原就 132、变电所高压一次设备的挑选 133、变电所低压一次设备的挑选 15八、继电爱护装置的设计 15九、课程设计体会及建议 17参考文献 18欢迎下载精品学习资源一、概述1、设计目的<1）复习和巩固电气工程基础课程所学学问<2）培育分析问题和解决问题的才能<3）学习和把握变电所电气部分设计的基本原理和设计方法2、设计内容<1）电气主接线设计：牢靠性、经济性和敏捷性<2）短路电流运算：不同运行方式<大、小、主）、短路点与短路类型<3）主变压器挑选：依据负荷的大小、类型，挑选主变压器的容量、台数、型式、电压等级、调压方式等<4）主要电气设备的挑选：断路器、隔离开关、母线及支撑绝缘子、限流电抗器、电流互感器、电压互感器、高压熔断器、消弧线圈、3、设计要求<1）负荷运算；<2）配电所的位置和主变压器的台数及容量挑选；<3）配电所主结线设计；<4）厂区高压配电系统设计；<5）配电系统短路电流运算；<6）改善功率因数装置设计；<7）高低压供电系统一次元件的挑选及校验；<8） 继电爱护装置的设计；二、设计基础资料1、生产任务及车间组成年产量为万吨聚乙烯塑料制品，产品品种有薄模、单丝、管材和注射等制品；其原材料来源于某石油化纤总厂；本厂设有薄模、单丝、管材、注射四个车间，设备选型全部采纳我国最新定型设备，此外，仍有帮助车间及其它设施，详见全厂总车间布置图 1；2、供用电协议工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：欢迎下载精品学习资源<1）从电业部门某 110/10kV 变电所用 10kV 架空线向本厂供电，该所在厂南侧1km<2）供电系统短路技术数据：电业部门变电所10kV 母线，为无限大电源系统，其短路容量为 200MVA ，供电系统如下图 <图 2）所示：<3）电业部门对本厂提出的技术要求：电业部门配出线路定时限过流爱护装置的整定时间为2 秒，工厂“总降” 不应大于 1.3 秒；在总配变电所 10kV 侧进行计量； 本厂的功率因数值应在 0.9 以上3、本厂负荷性质生产车间为三班工作制，部分车间为单班或两班制，最大有功负荷年利用小时数为 5000 小时，属于三级负荷；4、自然条件<1）最热月平均最高气温为35 ；<2）土壤中 0.71M 深处一年中最热月平均温度为20 ；<3）年雷暴日为 30 天；<4）土壤冻结深度为 1.1M ；<5）夏季主导风向为南风；<6）地表面比较平整，土壤主要成分为积土及砂质粘土，层厚1.67m 不等；<7）地下水位一般为 0.7m；<8）地耐压力为 20 吨/平方 M欢迎下载精品学习资源3N5632741108914121011101315图 1 全场总平面布置图1-薄模车间； 2-原料库； 3-成品库； 4-包装材料库； 5-单丝车间； 6-注塑车间；7-管材车间； 8-备料复制车间； 9-锻工车间； 10-仓库； 11-机修模具车间； 12-锅炉房； 13-水泵房； 14-油泵房； 15-办公楼三、负荷运算及无功补偿1、各变电所负荷运算及无功补偿<1）负荷运算采纳需要系数发进行负荷运算，主要涉及的运算公式如下： 有功功率运算：无功功率运算 :视在功率运算 :欢迎下载精品学习资源各车间运算结果如下表所示：运算负荷欢迎下载精品学习资源序车间或号用电单位名称设备容量<kW）<kW）<k Var）变压备<kVA器台注）数欢迎下载精品学习资源<1）No.1 变电所1薄模车间16800.60.61.3310081340.64168022原料库360.250.51.73915.57183生活间120.819.609.694成品库一300.30.51.73915.57185成品库二28.80.30.51.738.6414.9517.286包装料库240.30.51.737.212.4614.4<2）No.2 变电所1单丝车间16620.60.61.30997.21296.36166222水泵房240.650.80.7515.611.719.5<3）No.3 变电所1注塑车间226.80.40.61.3390.72120.66151.212管材车间10560.30.61.33316.8421.345281复制车间165.60.60.51.7399.36171.89198.72<4）No.4 变电所2生活间120.819.609.63浴室3.60.812.8802.884锻工车间360.30.651.1710.812.6416.625原料间180.8114.4014.416仓库180.30.51.175.46.3210.87模具车间1200.250.651.733051.946.158热处理车间1800.30.71.025455.0877.149铆焊车间2160.30.51.7364.8112.10126.9全厂KP 0.9KQ= 0.95欢迎下载精品学习资源1锅炉房2400.70.750.88168147.842242试验室1500.250.51.7337.564.88753帮助材料库1320.20.51.7326.445.6752.84油泵房180.650.80.7511.78.7814.635加油站120.650.80.757.85.859.756办公楼180.60.61.3310.814.3618<5）No.5 变电所2<2）无功补偿各变电所无功补偿如下表所示：<以车间 1 为例说明运算过程）变电所号补偿前用功功率补偿前无功功率补偿前功率因数无功补偿容量补偿后无功功率补偿后功率因<KW ）KVar><KVar）<KVar）数欢迎下载精品学习资源NO.11042.441399.190.60885.72513.470.902NO.21012.81308.060.60861.05447.010.904NO.3407.525420.58338.24203.760.901NO.4291.24409.930.59254.56155.370.903NO.5262.2287.380.68204.0280.360.902依据设计要求，功率因数一般在 0.9 以上，故取=0.9功率因数：=0.60<0.9 <需要补偿） 需补偿容量运算：=tan-tan>=1042.44 × tanarccos0.60> -tanarccos0.9> =885.72Kvar补偿后：=1042.44KW=-=1042.44-885.72=513.47Kvar=1155.7KVA功率因数： cos=/=0.902 <满意要求）2、全厂总负荷运算及无功补偿<1）负荷运算有功功率：=<1008+9+9.6+9+8.64+7.2+997.2+15.6+90.72+316.8+99.36+9.6+2.88+10.8+14.4+5. 4）× 0.9=2344.68KW无功功率：=<1340.64+15.57+0+15.57+14.95+12.46+1296.36+11.7+120.66+421.34+171.89+0+0+12.64+0+6.32）× 0.95=3440.10Kvar视在功率：=4163.15KVA<2）无功补偿1）功率因数 cos=/=2344.68/4163.15=0.560.9欢迎下载精品学习资源依据设计要求，本厂功率因数COS要求在 0.9 以上<工厂总配电所按国家电力部门的要求，按规定，配电所高压侧的COS0.9 ， 本设 计中 要 求工 厂的 功率 因 数 COS在 0.9 以 上 ， 所 以 这 里取COS=0.92）3） 故需要补偿的容量：=tan-tan>=2344.68 × tanarccos0.56> -tanarccos0.92> =2470.01Kvar4） 补偿后：=2344.68KW=-=3440.10-2470.01=970.09Kvar=2537.44KVA功率因数： cos=/=0.924>0.92 <满意要求）高压补偿柜型号： TTB26-1200，单个柜子补偿容量大小为： 1200Kvar 故需要挑选 2 个 TTB26-1200 柜，电容器柜详细画法见主接线图；四、配电所位置和变压器挑选1、配电所位置配电所所址的挑选，应依据以下要求并经技术经济分析比较后确定：(1) 尽可能接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；(2) 考虑电源的进线方向，偏向电源侧；(3) 进出线便利，特殊是要便于架空线进出线；(4) 不应阻碍企业的进展，考虑扩建的可能性；(5) 设备运输便利；(6) 尽量躲开有腐蚀气体和污秽的地段；(7) 不应设在厕所、浴室和其他常常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴临；(8) 不应设在有爆炸危急环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危急环境的正上方或正下方；(9) 不应设在地势低洼和可能积水的场所；欢迎下载精品学习资源依据总变配电所位置挑选的原就：变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，但同时仍要满意大负荷变配电的便利，此外，总变配电所应尽量不在生活区范畴内，综上所述，可以大致确认本设计中，主变电所设置位置应在薄膜车间和单丝车间中间邻近，以此才能满意要求，参照工厂平面布置图，可以挑选总变配电所应挨着薄膜车间 即 NO.1 变电所>2、主变压器挑选挑选的原就为：1> 只装一台变压器的变电所变压器的容量 ST 应满意用电设备全部的运算负荷的需要，即，但一般应留有 15的容量，以备将来增容需要，本设计中的NO 3、NO4、NO5 变电所采纳此原就；2> 装有两台变压器的变电所每台变压器的容量应满意以下两个条件 :任一台变压器工作时，宜满意总运算负荷的大约 70的需要，即为O 7任一台变压器工作时，应满意全部一、二级负荷的需要，即I+ >3>车间变电所变压器的容量上限单台变压器不宜大于 1000KVA ，并行运行的变压器容量比不应超过3： l；同时，并联运行的两台变压器必需符合以下条件：并联变压器的变化相等，其答应差值不应超过±05，否就会产生环流引起电能损耗，甚至绕组过热或烧坏；各台变压器短路电压百分比不应超过10，否就，阻抗电压小的变压器可能过载；各台变压器的连接组别应相同，如不同，否就侧绕组会产生很大的电流，甚至烧毁变压器；变压器按容量系列分，有 R8 容量系列和 R10 容量系列；我国老的变压器容量等级采纳 R8 系列，容量等级如 100、135、180、240、320、420、560、750、1000KV.A 等；R10 系列的容量等级较密，便于合理选用，我国新的变压器容量等级采纳这种 R10 系列，等级如 100、125、 160、 200、 250、 315、400、 500、 630、 800、 1000KV.A 等；在此次设计中，采纳我国目前比较常用的 S9 系列变压器；依据工厂的三级负荷的性质装设一台变压器型号为S9 型，而容量依据式，为主变压器容量，为总的运算负荷；选=2000 KVA欢迎下载精品学习资源0.7=1876.62 KVA，即选两台 S9-2000/110型低损耗配电变压器；五、配电所主接线设计变电所主接线是实现电能输送和安排的一种电气接线，对其主要有以下几个基本要求：<1）安全 主接线的设计应符合国家有关技术规范要求，能充分保证人身和设备安全；<2）牢靠 应满意用电单位牢靠性的要求；<3）敏捷 能适应各种不同的运行方式，操作检修便利；<4）经济 设计简洁，投资少，运行治理费用低，考虑节省电能和有色金属消耗量；由本设计原始资料知：电力系统某110/10KV 变电站用一条 10KV 的架空线路向本厂供电，一次进线长1km，年最大负荷利用小时数为5000h，且工厂属于三级负荷，所以只进行总配电在进行车间10/0.4KV 变电，母线联络线采纳单母线不分段接线方式；主接线方案图见附图六、短路电流运算对一般工厂来说，电源方向的大型电力系统可看作是无限大容量系统；无限大容量系统的基本特点是其母线电压总维护不变，这里只运算无限大容量系统中欢迎下载精品学习资源1>200MVA2>K-13>K-2欢迎下载精品学习资源系统X0=0.4,1km10.5kVS9-100010.5kV欢迎下载精品学习资源图 4-1短路运算电路 <两台 S9-2000 的化简为一台 S9-1000）欢迎下载精品学习资源的短路运算，短路电流通过电气设备时，设备温度急剧上升，过热会使绝缘加速老化或损坏，同时产生很大的点动力，使设备的载流部分变形或损坏，因此挑选设备时要考虑它们对短路电流的稳固性，所以我们以最严峻的短路三相短路为例，运算短路电流；1. 求 K 1 点的三相短路电流和短路容量<U=10.5KV ）1>运算短路电路中各元件的电抗和总电抗1）电力系统的电抗： X =0.552）架空线路的电抗： X=X L=0.4>×1km=0.43）经 K 1 点短路的等效电路如下列图，图上标出各元件的序号<分子）和电抗值<分母），然后运算电路总电抗：X=X + X=0.55+0.4=0.95图 4-2 K-1 点短路等效电路2>运算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期重量有效值I=6.38KA2） 三相短路次暂态电流和稳态电流I=I= I=6.38KA3） 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=2.55I=2.556.38=16.269KAI=1.51I=1.556.38=9.634KA4） 三相短路容量S=116MVA2. 求 K 2 点的三相短路电流和短路容量<U=10.5KV ）1>运算短路电路中各元件的电抗和总电抗欢迎下载精品学习资源1）电力系统的电抗： X =0.552） 架空线路的电抗： X3） 电力变压器的电抗=XL=0.4>×1km=0.4电力电压器型号： S91000106>查附表得知： U%=5就： X=5.5运算电路总阻抗：= X+ X+ X=6.45<2）运算三相短路电流和短路容量1）三相短路电流周期重量有效值I=939.8A2）三相短路次暂态电流和稳态电流I=I=I=938.9A3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=1.84I=1.73KAI=1.09I=1.05KA4）三相短路容量S=17.09MVA3.求低压侧的三相短路电流和短路容量<U=0.4KV ）1>运算短路电路中各元件的电抗和总电抗1）电力系统的电抗： X=8102）架空线路的电抗X=XL>=0.4/km1km>=1.45103）电力变压器的电抗此工厂车间设计要求中，总共是有五个变电所，使用到了四种不同型号规格的电力变压器，故而运算此处的电力变压器的电抗时，需要分开单独运算；欢迎下载精品学习资源仍旧以配电所 1 为例运算说明：电力电压器型号： S91250106>查附表得知： U%=5就： X=6运算电路总阻抗：= X+ X+ X=810+1.4510+6=8.2510<2）运算三相短路电流和短路容量此处以 NO.1 变电所运算为例： 1）三相短路电流周期重量有效值I=28.00KA2） 三相短路次暂态电流和稳态电流I=I=I=28.00KA3） 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值i=1.84I=51.52KAI=1.09I=30.52KA4） 三相短路容量S =19.40MVA七、一次元件的电气设备挑选1、一次设备挑选的一般原就供配电系统中的一次设备是在肯定的电压、电流、频率和工作环境条件下工作的，一次设备的挑选，除了应满意在正常工作时能安全牢靠运行之外，仍应满意在短路故障时不至损坏的条件，开关电器仍必需具有足够的断流才能， 并能适应所处的位置、环境温度、海拔高度；以及防尘、防火、防腐、防爆等环境条件；一次设备的挑选应遵循以下 3 个原就：欢迎下载精品学习资源(1) 按工作环境及正常工作条件挑选电气设备；(2) 按短路条件校验电气设备的动稳固和热稳固；(3) 开关电器断流才能校验；2、变电所高压一次设备的挑选<1） 按工作电压选就设 备 的额 定 电 压一 般 不应 小 于 所 在 系 统 的 额 定 电 压， 即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即；=10kV，=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定 电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV；<2）按工作电流挑选设备的额定电流不应小于所在电路的运算电流，即<3）按断流才能挑选设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或对于分断负荷设备电流的设备来说，就为，为最大负荷电流；<4）隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳固度校验a>动稳固校验条件或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值b>热稳固校验条件因此，对于上面的分析， 10KV 侧一次设备挑选如下表所示：欢迎下载精品学习资源挑选校验工程装置地参数点条件电压电流断流才能动稳固度热稳固度量程10KV146.5A6.38KA16.27KA参数隔离开关GN19-10/10KV400A31.5KA12.5400欢迎下载精品学习资源电流互感器LQJ-10- 200/5设 高压断路器备 ZN2-10/630型号 高压熔断器规 RN2-10/0.5格电压互感器JDZ-10- 10000/100电压互感器JDZJ-10- 10000/10010KV200/5A160××0.2=45.25欢迎下载精品学习资源10KV10KV630A500A11.6KA200MVA30KA10/0.1KV/10KV避雷器 FS4- 103、 变电所低压一次设备的挑选同样依据上面的原就，做出 380V 低压侧一次设备的挑选校验，变电所1 为例说明如下表所示，所选数据均满意要求欢迎下载精品学习资源NO.1变 电 所装 置 地点 条件参数量程10KV1468A28.00KA51.52KA1724.8KA参数欢迎下载精品学习资源低压断路器380V1500A40设DW15-1500/3备型低压刀开关HD13-1500/30380V1500AKA欢迎下载精品学习资源号电流互感器规LMZJ1-0.5-格1500/5500V1500/5 A欢迎下载精品学习资源八、继电爱护装置的设计变压器的继电爱护装置以 NO.1车间变电所选用的 S9 1250/10型变压器为例<1）装设瓦斯爱护，当变压器油箱内故障产生稍微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器；<2）装设定时限过电流爱护，采纳 DL-15 型电磁式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式；过电流爱护动作电流的整定牢靠系数，接线系数，继电器返回系数，电流互感器的电流比=150/5=30 ，动作电流为：因此过电流爱护动作电流整定为 6A ；过电流爱护动作时间的整定 :,式中 为变压器低压母线发生三相短路时高压侧继电爱护动作时间；为变压器低压侧爱护在低压母线上发生三相短路时最长的一个动作时间，为前后两级爱护装置的时间级差，对定时限过电流爱护，取0.5s，故过电流爱护动作时间整定为 0.6s；过电流爱护灵敏系数的检验式中，=0.86622.53kA/10kV/0.4kV>=0.78KA；，因此其灵敏度系数为：欢迎下载精品学习资源1.5，满意灵敏度系数的要求；<3）装设电流速断爱护，利用 DL15 的速断装置；电流速断爱护动作电流 <速断电流）的整定利用式式 中，因此速断爱护电流为速断电流倍数整定为，<在 28 之间）；电流速断爱护灵敏系数的检验利用式欢迎下载精品学习资源式中,， 因 此 其 保 护 灵 敏 度 系 数 为 ：欢迎下载精品学习资源2，因此,装设的电流速断爱护的灵敏度系数是达到要求的；4>装设过负荷爱护过负荷爱护动作电流的整定利用式1.2 1.25>式中为变压器的额定一次电流，即=1000A，为电流互感器的变流比，即=150/5=30，因此其动作电流为：1.25；过负荷爱护动作时间的整定：1015s<其他车间变电所的变压器的继电爱护装置方案与本车间变电所的变压器爱护的挑选方法和整定运算方法相同，只是整定值不同；）欢迎下载精品学习资源九、课程设计体会及建议此次课程设计贴近电力系统是从事电力有关工作 <如：发电公司，供电公司，电网公司，电力工程建设公司，电力设计询问公司，电力试验争论院，电力争论所，电力设备研发、生产、销售公司，大型企业供电部门，有关机关，学校等）所必需具备的学问，对大家的择业是特别有帮忙的；同时在日常生活中的应用也特别广泛；在设计过程中，我有很多不明白和不明白的地方，经过指导老师指点和说明后，于图书馆查询了相关设计书籍，我对供配电设计的相关要求和技巧有了肯定的明白，继而我开头进行一系列的设计步骤：负荷运算、电力变压器选 型、方案确认、设备型号挑选、线型挑选、继电爱护等；在这一步步过程中， 不断有疑问，在不断看书和请教老师之后，对这些大体有了很好的懂得；同 时，独立摸索和解决问题的才能也很重要，很多时候需要和同组人员的争论， 然更多的时候需要自己不听摸索；学问更多的是要应用到实践中去，这样才能更好、更生动的懂得学问，毕业设计让我感受到的即是如此；同时，在设计中照旧仍有很多不明白、不清晰的地方，在今后的工作当中，我会结合实际来更好的懂得和学习这些设计学问；参考文献1. 熊信银. 发电厂电气部分 第三版>. 北京：中国电力出版社， 20042. 熊信银，张步涵 . 电气工程基础 . 武汉：华中科技高校出版社， 20053. 曹绳敏 . 电力系统课程设计及毕业设计参考资料. 北京：水利电力出版社，19954. 陈跃之. 电气工程专业毕业设计指南·电力系统分册. 北京：中国水利水电出版社， 20035. 西北电力设计院，东北电力设计院. 电力工程设计手册 第一册>. 上海人民出版社， 19726. 其他相关资料欢迎下载精品学习资源附图：某塑料制品厂全长总配变电所电气主接线图<2 图纸）欢迎下载精品学习资源欢迎下载