课程设计 某化纤厂降压变电所电气设计之欧阳歌谷创编

实训题目：某化纤厂降压变电所电气设计
欧阳歌谷（2021.02.01）
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可少的动力。

以发电厂电气部分、高电压技术、继电保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毕业设计训练。

设计步骤主要包括：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保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，选择整定继电保护装置，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6400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
表2 组合方案
（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，50MV A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，平时不准投入，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1500MV A，10kV母线的出线断路器断流容量为350MV A。

（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。

变压器安装容量每
1kV A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，按下列标题及顺序，逐项计算并加以说明。

（二）设计图纸
1.工厂变电所设计计算用电气主接线简图
2.变电所供电平面布置图
第二部分设计计算书
一、各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法）（一）纺练车间
1.单台机械负荷计算
（1）纺丝机
P kW K，φ0.78。

已知：e=220,=0.80tan=
d
P P K
故：30==220X0.80=176(kW)
e d
（2）筒绞机
P kW K，φ0.75。

已知：e=56,=0.75tan=
d
P P K
故：30==56X0.75=42(kW)
e d
（3）烘干机
P kW K，φ。

已知：e=70,=0.75tan=1.02
d
P P K
故：30==70X0.75=52.5(kW)
e d
（4）脱水机
P kW K，φ。

已知：e=18,=0.60tan=0.80
d
P P K
故：30==18X0.60=10.8(kW)
e d
（5）通风机
已知：e =240,=0.70tan =0.75d P kW K ，φ。

故： 30==240X0.70=168(kW)e d P P K
（6）淋洗机
已知：e =22,=0.75tan =0.78d P kW K ，φ。

故： 30==22X0.75=16.5(kW)e d P P K
（7）变频机
已知：e =950,=0.80tan =0.70d P kW K ，φ。

故： 30==950X0.80=760(kW)e d P P K
（8）传送机
已知：e =30,=0.80tan =0.70d P kW K ，φ。

故： 30==30X0.80=24(kW)e d P P K
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
2.车间计算负荷统计（计及同时系数）
取同时系数： Q =0.9=0.95P K K ΣΣ，
（二）其余车间照明负荷计算
1.原液车间
P kW K，φ。

已知：e=1160,=0.75tan=0.70
d
P P K
故：30==1160X0.75=870(kW)
e d
2.酸站照明
P kW K，φ。

已知：e=310,=0.65tan=0.70
d
P P K
故：30==310X0.65=201.5(kW)
e d
3.锅炉房照明
P kW K，φ。

已知：e=270,=0.75tan=0.75
d
P P K
故：30==270X0.75=202.5(kW)
e d
4.排毒车间
P kW K，φ。

已知：e=140,=0.70tan=0.60
d
P P K
故：30==140X0.70=98(kW)
e d
5.其他车间
P kW K，φ。

已知：e=240,=0.70tan=0.75
d
P P K
故：30==240X0.70=168(kW)
e d
各车间计算负荷统计见表4
表4 各车间计算统计列表
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。

（1）变压所I 的供电负荷统计。

同时系数取：Q =0.9=0.95P K K ΣΣ， （2）变压所
I 的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。

无功补偿试取： =400var c Q k
补偿以后： 30=973.36-400=573.36var Q k
（3）变压所
I 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%）：
选择变压器型号为SL7系列，额定容量为1000kV A ，两台。

查表得出变压器的各项参数： 空载损耗 0P =1.8kW Δ 负载损耗 P =11.6k kW Δ 阻抗电压 %=4.5k U 空载电流 0%=1.1I
（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 三、变压所II 的供电负荷统计
四、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： =200var c Q k 补偿以后： 30=609-200=409var Q k
（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%）：
选择变压器型号为SL7系列，额定容量为630kV A （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 P =1.3U kW Δ 负载损耗 P =8.1K kW Δ 阻抗电压 %=4.5k U
空载电流 0%=2.0I
（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：Q =0.9=0.95P K K ΣΣ，
（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： =150var c Q k
补偿以后： 30=309.56-150=159.56var Q k
（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%）：
选择变压器型号为SL7系列，额定容量为315kV A ，两台。

查表得出变压器的各项参数： 空载损耗 0P =0.76kW Δ 负载损耗 P =4.8K kW Δ 阻抗电压 %=4K U 空载电流 0%=2.3I
（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：
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6400h ，查表可得：架空线的经济电流密度2
=0.9/ec j A mm 。

所以可得经济截面：
可选导线型号为LJ-35，其允许载流量为1=170n I A
相应参数为0=0.96r
Ω/km ，0=0.34x Ω/km 。

再按发热条件检验：
已知 θ=29℃，温度修正系数为：
t K
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。

线路首端功率：'
==604.19()P P kW
（10）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：
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1=135n I A
相应参数为0=1.33r
Ω/km ，0=0.35x Ω/km 。

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 =0.32km l 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：
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1=135a I A 。

相应参数：0=1.33Ω/r km ，0=0.35Ω/x km 。

线路长度为：l=0.64km 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）：
0.02
%=
X100%=X100%=0.2%10
N U ΔU ΔU 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：30=2050.8kW P 总，30=73
5.8kvar Q 总。

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： 1=135a I A
相应参数： 0=1.33Ω/r km ，0=0.35Ω/x km 。

已知线路长度：l=5km 线路电压降计算：
0.447
%=
X100%=X100%=4.47%10
N U ΔU ΔU 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 侧无功补偿试取：=300var c k Q
cos 0.90
φ> 合格
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%）：
所以选择变压器型号为ＳＬ７－－１６００／３５，两台。

查表得：
空载损耗0P =2.65kW Δ 负载损耗P =19.5k kW Δ 阻抗电阻%=6.5k U 空载电流0%=1.1I 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。

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：1=135a I A
再按长期发热条件检验：
所选导线符合发热条件。

但根据机械强度和安全性要求，35kV 供电线路截面不应小于2
35mm ，因此，改选为LGJ--35. 相应参数： 0=0.91Ω/r km ，0=0.3433Ω/x 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：0=0.91Ω/r km ，0=0.3433Ω/x km ，l=19km 。

线路功率损耗： 线路首端功率：
（2）35kV 线路电压降计算：
0.77
%=
X100%=X100%=2.2%10%35
N U ΔU ΔU < 合格
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：
=100d S MVA ，=37av U kV
（2）计算各主要元件的电抗标幺值： 系统电抗（取断路器=1500OC S MVA ）
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)(3)(3)
===4.25()
x K I I I 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：
=100d S MVA ，2=10.5d U kV
（2）计算短路电流中各元件的电抗标幺值： 1）系统电抗：
1OC 100
=
==0.0671500
d S X S
2）35kV 线路电抗：
22100
=0.433X19X
=0.637X
3）35/11kV 电力变压器电抗（%=6.5K U ） （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：
=100d S MVA ，3=0.4d U kV
（2）计算各元件的电抗标幺值： 1）系统电抗：
1OC 100
=
==0.0671500
d S X S
2）35kV 线路电抗：
22100
=0.433X19X
=0.637X
3）35/11kV 电力变压器电抗（%=6.5K U ）
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（1000kV A 变压器%=4.5K U ）：
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
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
表7 10kV侧设备的选择
3.高压0.4kV侧设备
0.4kV侧设备的选择如表8所示。

六、继电保护装置
总降压变压器所需配置以下继电保护装置：主变压器保护，35kV 进线保护，10kV线路保护；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）主变压器保护
根据规程规定1600kV A变压器应设下列保护：
1.瓦斯保护
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.电流速断保护
防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。

3.过电流保护
防御外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护，动作于跳闸。

4.过负荷保护
防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。

（二）35kV进线线路保护
2.电流速断保护
在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，动作于跳闸。

但电流速断保护存在着一定的“死区”，约占线全长的20%。

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

4.过负载保护
（三）10kV线路保护
1.过电流保护
防止电路中短路电流过大，保护动作于跳闸。

2.过负载保护
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，具备了初步的独立设计能力，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圆满完成了。

通过对其中总降压变电所的电气部分设计包括负荷计算、电气主结线选择、短路电路、电气设备选择、继电保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。

课程设计的圆满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助。