某化纤毛纺织厂全厂总配变电所与配电系统设计任务书

某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电
系统设计任务书
一、原始材料分析
工厂概况
某化纤毛纺厂10kV配变电所供电给织造车间、染整车间、锅炉房、食堂、
水泵房、化验室及其他车间变电所。

已知工厂三班制工作，年最大负荷利用小数6000h,本厂规模为万锭精梳化纤毛织染整联合厂。

全部生产化纤产品，全年生产能力为230万米，其中厚织物占50%中织物占30%薄织物占20%全部产品中以腈纶为主体的混纺物占60%以涤纶为主的混纺物占40%
二、全厂负荷计算
采用需要系数法计算各车间变电所的计算负荷，具体数据如表2-1所示
表2-1 :全厂负荷计算
相关计算公式:
1~30 = S
N
COS
P
30 = K P
P
30
Q
30 = P 30
tg
Q
30 = K Q
Q
30
S 30 =
P
30
Q
30
S
30
= ：. P 30
Q
30
三、无功功率的补偿及变压器的选择
电力部门规定，无带负荷调整电压设备的工厂cos
必须在0.9以上。

为此， 一般工厂均需安装无功
功率补偿设备，以改善功率因数。

我们采取的无功补偿方 式是：高压补偿、低压补偿和就地补偿相结合。

在需要补偿容量大的车间采用就 地补偿的方式其余采用低压集中补偿和高压集中补偿方式。

根据该工厂的负荷特 点，根据这一思路，我们选择在 N0.1变电所选择5车间进行就地补偿。

在各车间 配电变电所进行低压集中补偿并在高压母线上进行高压集中补偿。

1、 就地补偿： NO.1车间变电所：
机修车间：Q
c
Q Ptan
2
=153.7288.86 x 0.484=110.71 kVar
根据《供电技术》233页表26知并列电容器的标称容量选择8个BW0.4-14-3/8， 即补偿容量为112kVar 。

2、 低压集中补偿
(1) 对NO.1变电所0.4kV 母线：
QB2=£Qx K E Q-E P x K E P x tan © QB1
=640.19 x 0.9-718.97 x 0.9 x 0.484 -112=150.99kVar
采用11个型号为BW0.4-14-3/11进行低压集中补偿，补偿容量为154kVar 。

⑵ 对NO.2变电所0.4kV 母线：
QB2EQx K E C —E P x K E P x tan ©— QB1 =620.6 x 0.9 -844.97 x 0.9 x 0.484= 190.23kVar
采用3个型号为BW0.4-14-3/3和3个型号为BW0.4-50-3/3进行低压集中补偿，
补偿容量为192kVar 。

⑶ 对N0.3变电所0.4kV 母线：
QB2=£Qx K E Q-E P x K E P x tan ©— QB1 =195.2 x 0.9 -260.25 x 0.9 x 0.484= 62.24kVar
采用1个型号为BW0.4-12-3/1和1个型号为BW0.4-50-3/1进行低压集中补偿, 补偿容量为
62Var 。

3、变压器的选择
偿才能选出合适的容量
(1) NO.1变压器 取 K P 0.9，K Q 0. 9
P ,0 =K P P 30=647.07KW Q 30 = K Q Q 30 =310.17kVar S 30 =JP 0
Q ；0 =717.57KVA
考虑25%&量：S=717.57( 1+25% =896.96 kVar 根据《供电技术》222页表4选SL7-1000/10接线方式Y,y
厂 P 0 1800W
、严卄于口口砧仝来存斗 P k 11600W 该变压器的参数为：k
I 。

％ 2.5% "% 4.5
S 30 =JP 0 Q ；0 =844.20KVA
变压器本身无功的消耗对变压器容量的选择影响较大, 故应该先进行无功补
P T P Fe
2
S
P Cu 31
=1800+1160"
S
NT
717. 57
1000
2
=7.77kVar
Q T
100
S NT
2
U %c
S c
S NT
100
S NT
=2. 5 = 100
1000
4. 5 100
2
“心 717. 57 1000
=48.17 kVar
1000
高压侧计算负荷
(2) NO.2变压器
P C .HV =E P30+P=654.84KW Q.HV 1=E Q30+Q=358.34kVar
考虑 15%&量：S=844.20X (1+15% =970.83 kVar
根据《供电技术》222页表4选SL7-1000/10接线方式Y,y n 。

P 。

1800W
P k 11600W I 。

％ 2.5% U k %
4.5
高压侧计算负荷
PC.HV1W P30+PT=770.54KW QC.HV1E Q30+QT=423.61kVar (3) NO.3变压器
PC.HV1=£ P30+PT=236.30KW
QC.HV1E Q30+QT=124.07kVar 4、高压集中补偿：以上在车间和车变补偿之后，
在高压侧的有功和无功变为各 个车间变电所高压侧的有功，无功之和。

于是高压侧的有功与无功为：
该变压器的参数为:
P T
P Fe 2
=1800+11600X
844.20 1000
2
=10.07kVar
Q T
100 NT
2
U %S
S c
S NT
100 S NT
2. 5 而
1000
4. 5 100
2
844 20 1000 =57.07kVar
1000
S 30 =■ ■： P 30
Q
30
=260.35KVA
选 SL7-200/10 两台 接线方式Y,y n 0
P 0
540W 该变压器的参数为:
P k 3400W I 0% 3. 5% U k %
4%
P T
P Fe P cu
S 30
S NT
=540+3400X
2
0. 5
260. 35 =1.98kVar
200
I
%S Q T
100
NT
100
NT
2
S NT
3. 5
100
200
100 2
260. 35
=10.39kVar
200
P cu
XP C=R.HV+P C.HV汁P C.HV尹654.84+770.54+230.30=1661.68KW
XQ C=Q.HV+Q C.HV2+ Q c.Hv=358.34+423.61+124.07=906.02kVar ES C=1892.63KVA cos =1661.68/1892.63=0.8780
Q B=EQ C-XP c tan © =101.23kVar
选用两个型号为BWF10.5-40-1W/2和一个型号为BWF10.5-22-1W/1进行高压集中补偿，补偿容量为102kVar
四、主接线设计
本厂主接线设计方案主要有三种较优方案，分别是（1）单母线分段，桥型接线，（2）简单单母线，（3）10kV、0.4kV母线均采用单母线分段接线。

由于本厂是二级负荷，在国名经济中占有重要地位，且大多数车间是三班工作制，为了保证供电的可靠性，再考虑经济型因素，所以10kV母线选用单母线分段接线方式，在N0.3车变中两台变压器互为暗备用。

采用这种接线方式的有点主要是可靠性和经济性比较好。

单母线分段提高了三个车间供电的可靠性。

正常运行时，分段断路器闭合。

当任一段母线故障时，分段断路器在继电保护装置作用下断开，将故障母线和非故障段隔开，保障非故障段母线所带负荷的供电可靠性。

五、架空双回线导线选择
I c109.27A
1、按经济电流密度选择
P=0.7 元/kwh TMAX=6000h 查表得JN=0.8A/mi n2
A=Imax/JN=109.27/0.8=136.6mm2
选择LJ —150裸铝导线
2、热稳定校验
LJ-150裸铝导线户外30度时允许载流量为414A
KT==0.94
I=0.94414=389.16
满足发热条件
3、 机械强度校验
10KVF 二级架空线铝绞线满足机械强度需 A 16mm2所选15016 mm 满足机械 强
度要求
4、 电压损失校验
△ U%=(PQ+QX)/UN2=0.3% 5% 满足电压损失要求
六、短路电流计算
XT1>
/wv\
/vwx
/VW\
/VW\
取 Sj =100MVA k 1,k 2,k 3,k 4处取 U j 1
0. 4kV k s 取 S=10.5kv
x “亠 d max 100 0. 535
187
7*
S j
100
X
5 min = -T^)
=
0・ 935
S 巴 i 107
d min
*
S j
X l =X )L —0.3190.5100/10.5=0.145 U 2
av
/WXA
/VW\
K5 £
XT2-
A<W\
K2
K3
最大运行方式下：
X S 2*=X^ 1*=X sma ；+0.5X i*+X r1*=0.535+0.50.145+4.5=5.108 冷 3*=冷 4*=X ；ma>*+0.5X i*+X r3*=0.535+0.50.145+20=20.608 I K1max =I K2max ==1/5.108=0.196 I j1 ==100/=144.338kA
I k1max = I k2max =144.3380.196=28.290kA
最小运行方式下（单回进线运行）：
冷 2*=冷 1*
=X ；min*+^*+X r1*=0.935+0.145+4.5=5.580
冷 3*=冷 4*
=X ；min*+^*+X r3*=0.935+0.145+20=21.075
（3）*
I K1mi n I （3=I K2mir!3）
* =1/5.580=0.179 =I k2min ⑶=0.179=25.836kA
X
T2
= X T1
100 S TN 1
^1% 电=4.5/100100/ 仁 4.5
* * X T 4=X T 3二 100 S TN 3
100
U k 3% S 100
0. 2
20
将以上数据列成短路计算表，如表6-1和表6-2所示:
表6-1 :最大运行方式下短路计算表
表6-2 :最小运行方式下短路计算表
七、变电所的一次设备选择和校验
供电系统的电气设备主要有断路器、隔离开关、刀开关、熔断器、电压电流互感器。

电气设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。

电气设备按在正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置的环境条件和
电气要求。

环境条件是指电气装置所处的位置（室或室外）、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求；对一些断流电器如开关、熔断器等, 应考虑断流能力。

7.1高压设备器件的选择及校验
《供电技术》P227卩230《工厂供电设计指导》B9R73
7.2低压设备器件的选择及校验
《供电技术》《工厂供电设计指导》NO.1
U=0.4kV
(1) QF9选择 DW48-1600 U QF =0.4KV
I NQF =1600>1035.73A
(2)
Qi8
、Qi9、Q26~Q 33选择 HD11~14(杠杆式)
L N Q =0.4KV
I NQ =1500>1035.73A
校验:Iet=80KA>52.054KA I g 2 3tj=28.290 2 2 2
It t=40 2 2
I g tjvlt *t
(3) 电流互感器 TA5~TA12选择 LMZJ —0.5 (1000/5)
l NiT =1000lfz.max=1035.73A L N TA =0.4KV
校验：=31.88<Kd=135
l g 2t j =28.2902< NO.2
L N =0.4kV
(1) QF10选择 DW48-1600
L N QF =0.4KV
l NQF =1600>1218.50A
L N TA =0.4KV
校验：=21.252<Kd=135 l g 2t j =28.2902< =(75
1.732)
NO.3
校验:I
QF9.MAX-
⑶
sh.max
30.836
l N 1T =1500
70 30 70 40
1732A>|fz.max=1218.50A
校验:l
Q F9.M
A
=
50KA
>|
Six
7.708KA
U=0.4kV
(1) QF11.QF12选择 DW15-400
U QF
=0.4KV
I NQF =400>375.78A
校验:I QF9.MA = 25KA>|
S3)
max
7.708KA
Q22到Q S
25、Q40到Q44选择HD11到14 (杠杆式)
U Q
=0.4KV
I NQ S =400>375.78A
校验:let40KA>13.012KA
2 2
I % *tj=7.072
2 2
It *t=20 I %2*tj<It 2*t
电流互感器 TA19到TA23选择LMZB — 0.38
I N1T =600
70 30
693A>Ifz.max=375.78A
70 40
U T A
=0.4KV
校验：=13.28<Kd=135 I %2t j =7.0722< =(75 0.693)
7.3各车间的进线装设低压熔断器
(2) (3)
7.4母线的选择与校验
741高压母线选择与校验:
I fz2.max 1892.63 --------- 109.27A ， 3 10 10KV 母线选择矩形铝母线30 4mm 2, I al 325 A 109.27 A 热稳定校验: ^\
min 9.°
45 10L
103.97mm 2
87
2
120mm ，
动稳定校验: 1.732k (i S ；))2
10 7
a
1.732 1 (23.065 1 03)2
丄10 7
0.4
230.35N
F (3)l
230.35 10
23.035N ?m
bh 2
2
°.
004
°.°3
6 10 7m
al 23.035
383.92 105N /m 2
6 10 7
(500 ~ 700) 105N /m 2
al
，动稳定条件满足
7.4.2、低压侧母线选择:
(1) NO.1
I
fz1. max 1035.73A
0.4KV 母线选择矩形铝母线100 6mm 2, I al
1260 A 1035.73A 热稳定校验: ^\min 3
28.
290 10
1 325.17mm 2
600mm 2
87
动稳定校验: F (3) 1.732k (i sh ) 10 7 F (3)l
1173.26
10
bh 2
2
0.006 0.1
1.732 1 (5
2.054 103)2
— 10 7
0.4
117.33N ?m
5 3
1 10 m
1173.26N
M匹I 117.33 105N/m2
W 1 10 5
5 2
ai (500 ~ 700) 10 N/m al ,动稳定条件满足(2) N0.2
0.4KV母线选择矩形铝母线100 2
6mm , I ai 1260A 1218.50A
热稳定校验: ^\min t j 28.290 10.1 325.17mm2600mm2 87
动稳定校验:
1.732k (i S；))
210 7 1.732 3 2
1 7
(52
.
054 1。

)需1。

1173.26N
1173.26
al
10
117.33N ?m
bh20.006 0.12
117.33
1 10 5
(500 ~ 700)
NO.3
117.33
10 5m3
5
10 N/m
5 2
10 N /m al ,动稳定条件满足
I
fz1.max
375.78A
0.4KV母线选择矩形铝母线40 2
4mm , I ai 425A 375.78A
热稳定校验: ^\min
3
7.072 103
87
、1 81.29mm2 2
160mm ,
动稳定校验:
F(3) 1.732k (i sh ) 10 7 1.732 3 2
(13.012 10 ) —10 7
0.4
73.312N
73.312
al
10
7.3312N ?m
bh2 2
0.004 0.04 1.067 10 6m3
7.3312
668.73 105N /m2
1.067 10 6
5 2
(500 ~ 700) 10 N /m al ,动稳定条件满足
7.5绝缘子和套管选择及校验
所以穿墙套管满足热稳定要求。

7.6进线电缆选择
NO.1
I fz1 41.43A
按经济电流密度选择：
P 0.7 元/KWh,T max 6000h,查表得
J n
0.8A/mm 2
，
A
J?乔 51 "mm ，选择 ZLQ 70
热稳定校验：
ZLQ 70电缆在土壤中I al 160A 41.43代满足热稳定要求 由于进线电缆长度较短，电压损失在允许的围
NO.2
按经济电流密度选择：P 0.7元/KWh,T max 6000h,查表得
J n 0.8A/mm 2
，
48 74 2 A 3
4874
60.92mm 2，选择 ZLQ 70
J
n
°.8
热稳定校验：
1、户支柱绝缘子 型号：ZA 10Y
额定电压10KV 动稳定校验:
230.35N KF al
3
0.6 3.75 10
2250 N
F (3)
KF al ，满足动稳定要求
2、穿墙套管:
型号：CWL 动稳定校验： 10/600
F ⑶ 1.732k (i S3))2 -10 7
1.732 1 (23.065 103)2
a
1 10 7 230.35 N
0.4
F (3) KF al
0.6 7.5
103 4500 N ，满足动稳定要求
fz1
844.20
3 10
48.74 A ，
5
ZLQ 70电缆在土壤中 打160A 48.74A,满足热稳定要求 由于进线电缆长度较短，电压损失在允许的围
N0.3
260.35
I fzi --------------------- 15.03 A,
V3 10
按经济电流密度选择：P 0.7元/KWh,T max 6000h,查表得
J n 0.8A/mm 2
， A 1503
18.79mm 2，选择 ZLQ 35
J
n
0.8
热稳定校验：
ZLQ 35电缆在土壤中I al 110A 15.03代满足热稳定要求 由于进线电缆长度较短，电压损失在允许的围
八、继电保护装置配置
继电保护装置应该满足可靠性、 选择性、灵敏性和速动性，电力设备和线路 短路故障保护装置应该设有主保护和后备保护，
必要时再增加辅助保护，对于高
压侧为6~10KV 的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护。

如果电流保护的动作时间大于 0.5~0.7s 时，还应装设电流速断保护。

容量在 800KVA 及以上的油浸式变压器和400KVA 及以上的车间油浸式变压器，按规定应 装设瓦斯保护。

对于
400KVA 及以上数台并列运行的变压器和作为其他负荷备用
电源的单台运行变压器根据实际可能出现的过负荷情况，
一般应装设过负荷保护。

电力线路继电保护
1、电流速断保护：
I Set.l =K ；el I kLx =1.25 9.045=11.31KA
继电器动作电流
t l I =0s
I I
set1 op = n
TA = 11.31 = 200 =0.28KA
保护围校验:
5
所以无保护围，所以不装设电流速断保护
2、线路过电流保护：
保护时限 灵敏度校验合格 变压器继电保护装置
No.1
1. 过电流保护=
电流继电器动作电流为 灵敏度校验合格
2. 过负荷保护
变压器过负荷保护的动作电流
3. 电流速断保护
4. 瓦斯保护 见图 No.2
1. 过电流保护=
电流继电器动作电流为 灵敏度校验合格
2. 过负荷保护
变压器过负荷保护的动作电流
3. 电流速断保护
4. 瓦斯保护 见图 No.3
1. 过电流保护=
电流继电器动作电流为 灵敏度校验合格
min l _3
E
~2
I setl Z s.max
1
2 2
(0.21 0.5) (0.319 05)
.3 10 2 ~3
11.31
0.59
77.5%
Z s max
0.535 U ；v
S j
0.535
10.52
100 0.59
2. 电流速断保护
图8瓦斯保护
九、变配电所的布置与机构设计
总配电所的地点应尽量接近工厂的负荷中心，进出线方便，靠近电源侧，尽 量使进出线方便，设备运输方便。

不应设在有爆炸危险或有腐蚀性气体的场所周 围。

本设计中，工厂中心有一软水站和水塔，所以本工厂总配电所不宜设在工厂 中心位置。

工厂东北角远离负荷中心， 且有一卸油台和化验室，总配电所不宜靠 近易爆易燃与具有腐蚀性物品的场所， 所以也不应该在此地建设总配电所。

本厂 最重负荷有N0.2变电所承担，且周围负荷较均衡，故宜将总配建在此所附近。

而且对负荷不大的用户，可将总配电所与某个
10kV 变电所合并，扩充为变配电
所。

根据本厂实际情况，出线相对较少，负荷总体水平不大，所以在设计时，将 总配电所与N0.2变电所合并，建设成变配电所，同时节省了投资，便于管理。

工厂总配电变电所平面布置简图见附图 2。

十、防雷装置及接地装置设计
1、直击雷保护
（1）本厂最高建设为水塔，设计高度为 20m 加设2m 高的避雷针，现计算 水塔避雷针能否保护软水站
A ---
2轻瓦斯"
1
一
,| 1 2
4
* A I 2
重瓦斯
信号
KG
□r
水塔上避雷针高度为(20+2) =22m软水站一般建筑高度h x=4m经测量避雷针至软水站最远屋角距离为r=20m,避雷针保护半径r x=( 1.5h-2 h x)p=25>20m.
因此水塔避雷针能保护软水站
(2)由于No.1,No.3变电站中电气设备并不集中，只各有一台或两台变压器，所以不设独立的避雷保护，而采用在各变压器侧加装避雷器的方法来防止雷电波和操作过电压。

(3)因总配与No.2变电站合并，建设成总配电所，电气设备较集中，所以
设置独立的避雷针保护，设避雷针高度为22m保护半径同上计算25m同时为
防止反击，避雷针建设在距离总配10m处，并使避雷针接地体与总配接地体相距大于
3m)
(4)锅炉与卸油台属易燃易爆建筑，且有一定高度，因此在锅炉烟囱上装
设避雷针来进行保护。

设避雷针高度为26m卸油台建筑高度为6m避雷针保护半径：
r x=( 1.5h-2 h x)p=( 1.5 26 2 6) 1 27m，所以锅炉避雷针可以保
护卸油台与NO.3车间变电所。

2、配电所公共接地装置的设计
本厂选用IT系统，U N 10KV，对于1KV以上小电流接地系统仅用于该系统的接地装置，要求总接地电阻R E 10
不考虑自然接地体电阻，则人工接地体电阻R E(man) R E
(2)计算单根钢管接地电阻R
- -60 24
E(1)
E(1) l 2.5
(3)接地装置方案初步选择：
采用环路式接地网，初步考虑围绕变电所四周，距变电所2~3m打入一圈钢管接地体，钢管直径50mm长2.5m,间距7.5m,管间距离用40mm 4mm的扁钢连接。

(4)确定接地钢管和最后接地方案
根据-24 2.4，同时考虑到管的屏蔽效应和总配变电所的占地面积，R E(ma n) 10
初选10根做接地体，由n=10和- 互 3得E 0.74。

l 2.5
R E-R E1608.1 10 ，满足要求。

n E10 0.74
考虑到接地体的均匀对称布置何总配变电所的布局，最后确定用10根直径为
50mm长为2.5m的钢管做接地体，管间距离取7.5m,用40mm 4mm的扁钢连接，环形布置。

十一、结束语
本次课程设计顺利的完成了, 在这里我们首先要感老师的大力帮助, 正是在老师的悉心指导和耐心细致地讲解下,使我们完成了本次的课程设计学习。

本次供电工程课程设计,可以说是对我们所学理论知识整体的综合性运用, 设计的容贯穿了课本各章节始终, 对我们从整体上把握供电工程学科有了很高的要求。

通过本次设计我们对所学习的基础知识和专业知识有了更加理性和深层的认识,并锻炼和提高了实际动手和实践能力, 为我们将来走向工作岗位打下了良好结实的基础。

在参与设计的过程中我们同时意识到了组员间的团结合作、充分的利用资源、熟练运用各种软件的重要性, 当然扎实的专业基础知识是本次设计成功的关键因素。

附录
附图1全厂总平面布置图。