003
10kV进线塑料制品厂变电所供配电系统设计样本
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本设计包含内容：毕业论文
论文大概：
10kV进线塑料制品厂变电所供配电系统设计
1 摘
要
塑料制品厂企业内采用何种供配电方式,既能满足生产需要,又能使供配电系统安全、可靠、经济、合理地运行是摆在我们面前急需解决的新问题。本文根据10kV进线塑料制品厂企业供配电特点,介绍了10kV进线塑料制品厂企业内主要的供配电方式,并对其进行了较详细的分析。
关键词: 10kV进线 企业供配电
2 Abstract
Plastic products factory
enterprises used for distribution, which can meet the needs of
production, distribution systems make for a safe, reliable, economic
and reasonable operation is before us of the urgent need to solve
new problems. Based on the 10 kV line into plastic products factory
for the distribution characteristics of enterprises, on the 10 kV
line into plastic products factory enterprises within the main power
supply, and gain a more detailed analysis.
Key Words: Progressive 10kV
distribution lines for enterprises
3 目录
摘
要 0
Abstract 1
目录 1
1.绪论………………………………………………………………………………….1
1.1
选题的背景及其意义………………………………………………………...1
1.1.1
电能的特点及工厂变电所的作用………………………………………….1
1.1.2
电力系统的发展概况……………………………………………………….2
2.此设计的主要任务及原始资料分析……………………………………………….4
3.负荷计算的意义及相关参数的计算……………………………………………….5
3.1
负荷计算的意义……………………………………………………………..5
3.2
参数的计算…………………………………………………………………..6
4.变压器的台数、容量和类型的选择………………………………………………7
4.1
变压器的介绍………………………………………………………………..7
4.2
厂用变压器…………………………………………………………………..9
4.2.1
厂用变压器的容量计算…………………………………………………….9
4.2.2
厂用变压器的型号选择…………………………………………………...12
5.无功补偿的计算…………………………………………………………………...12
6.电气主接线………………………………………………………………………...15
6.1
电气主接线的意义及重要性……………………………………………….15
6.2
电气主接线的设计…………………………………………………………16
7.导线截面的选择…………………………………………………………………..19
7.1
10KV侧导线的选择……………………………………………………….19
7.2
车间变电所进线的选择……………………………………………………20
8.短路电流的计算…………………………………………………………………..21
8.1
产生短路电流的原因、危害及计算方法…………………………………21
8.2
短路电流点的计算…………………………………………………………22
9.高、低压电气一次设备的选择……………………………………………..........23
9.1
电气设备的选择对工厂企业的意义………………………………………23
9.2
电气设备的选择及其效验理论……………………………………………23
9.3
电气设备的选择涉及的物理量……………………………………………27
9.3.1
高压断路器的选择………………………………………………..............27
9.3.2
高压隔离开关的选择…………………………………………………......29
9.3.3
电压互感器的选择………………………………………………………..29
9.3.4
电流互感器的选择………………………………………………………..30
9.3.5
10KV汇流母线的选择……………………………………………………31
10.继电保护选择及整定…………………………………………………………….32
11.防雷设计………………………………………………………………………….37
11.1防雷接地的理论基础………………………………………………………..37
11.1.1过电压的概念……………………………………………………………...37
11.1.2雷电接地等有关概念及形成原理…………………………………………39
11.2防雷接地的保护措施………………………………………………………...42
12.短路电流程序的编制……………………………………………………………46
13.结束语及参考文献………………………………………………………………53
14.附录………………………………………………………………………………55
1.绪论
1.1
选题的背景及其意义
本课题应用供配电设计的基本原则和方法进行塑料厂的降压变电所设计。通过本课程设计,培养学生综合运用所学的理论知识、基本技能和专业知识分析和解决实际问题的能力,培养学生独立获取新知识、新技术和新信息的能力,使学生初步掌握科学研究的基本方法和思路,学生能够理解“安全、可靠、优质、经济”的设计要求,掌握工厂供电系统设计计算和运行维护所必须的基本理论和基本技能。
1.1.1
电能的特点及工厂变电所的作用
电能是电做功的能力。电能有各种形式,如直流电能、交流电能、交流工频电能和高频电能等等。它可作用为动力、照明、冶炼、电镀、电热、通信等之用。其优点是便于控制、测量、变换和远距离输送,电能使用方便、清洁。电能的单位是千瓦时（俗称“度”）。
电器设备与电源连接形成回路,当电流通过电气设备时、电源要输出电能,电气设备要消耗电能。发电厂是生产电能的工厂,发电厂将热能、水能等通过发电设备转换为电能。按照发电厂的动力来源,发电厂主要分为火力发电厂、水力发电厂及核能发电厂等。
发电机输出的交流电压不够高,要通过升压变电所升压后远距离传送电力,电压高,则电流小,线路损耗小。
电力输送到用户区后,降压变电所再把电压降低,供给工厂使用。
1.1.2
电力系统的发展概况
长期以来我国的电网设备应用未得到应有的重视,电力设备技术性能陈旧,可靠性低,直接影响了人民生活和经济建设的发展。随着新技术的发展,电网的规模越来越大,设备使用量增加,供电可靠性、自动化水平的要求也在不断提高。因此从配电网的安全运行出发,电力装备要符合现代网络的发展要求,技术上先进、运行安全可靠、操作维护简单、经济合理、节约能源及符合环境保护政策[2]。
（1）立足于国情。
（2）保证供电可靠性为前提。
（3）优化网络接线、降低电网损耗。
（4）选择自化程度较高的自动化设备。
（5）监控系统与设备的综合配套[3]。
我国配电自动化的展望:
（1）做好配电网规划和改造是实现配电自动化的前提和基础
配电网规划包括电源容量及分布、主干线一次网架、配电设备等内容,只有在配电网网架合理、结构灵活、转供互带能力强,一次设备满足自动化的要求的前提下配电自动化才能顺利进行。
（2）GIS与配电自动化的关系
随着现代电子、通信和计算机技术的飞速发展,配电自动化到今天已进入广泛采用计算机的阶段。地理信息系统（GIS）的应用,使配电自动化面貌焕然一新,在管理、生产和用户服务等方面发挥了很大作用[5]。配电网的各种设备及用户分布于广大城市和农村的不同地理位置,配电网的规划建设、营销服务等都离不开地理信息。为此,引入GIS,并在此基础上建立配电自动化的所有应用是完全必要的,也是配电自动化发展的必然趋势。
（3）我国配电自动化采用的三种基本功能模式
(a)就地控制的馈线自动化；
(b)集中监控模式的配电自动化；
(c)集中监控模式的配电自动化与配电管理相结合的模式[6]；
对于近期采用较多的后两种模式,都采用分布式总体结构,一般分为两层（主站、远方终端）或三层（主站、子站、远方终端）。主站至子站、子站至远方终端间通过网络联在一起,形成统一的配电自动化系统[7]。
2.此设计的主要任务及原始资料分析
根据本厂所能取得的电源进线10千伏及本厂用电负荷的实际情况,并适当考虑工厂生产的发展,按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求,设计降压变电所。
本次设计的主要任务包括选择变电所的位置与形式及主变压器的台数、容量和类型；选择变电所的主接线方案及高低压设备和进出线,确定二次回路方案,选择整定继电保护装置,确定防雷和接地装置,完成变配电所的电气照明设计,并进行必要的短路电流计算。
1、原始数据
1）本厂总平面布置图、各车间负荷情况及车间变电所容量和工厂自然条件另附。
2）工厂负荷性质
生产车间大部分分为三班制,少部分两班或单班制,年最大有功负荷利用小时数5000h。工厂属三级负荷。
3）工厂生产任务、规模及产品规格
本厂年产10000t聚乙烯及胫塑料制品,产品品种有薄膜、单丝、管材和注射等制品。其原料来源于某石油化纤总厂。
2、供电协议
1）从电力系统66/10KV变电站用10kV架空线路向工厂馈电。该变电站南侧1km。
2）系统变电站馈电线路定时限过流保护装置的整定时间t=2s,工厂总配电所保护整定时间不得大于1.5s。
3）在工厂总配电所10kV进线册计量。工厂最大负荷是功率因数不得低于0.9。
4）供电贴费为700元/kVA,每月电按两部电费制,基本电费18元/kVA,动力电费0.4元/KW﹒h,照明电费0.5元/KW﹒h。
5）系统变电站10kV母线出口断路器断流容量为200MVA。
6）系统的短路数据和供电系统图另附。
3.负荷计算的意义及相关参数的计算
3.1
负荷计算的意义
负荷计算是设计的基础,它决定设备容量的选用,管网系统的规模以及工程总造价等,这是技术人员熟知的事实。但是近几年来用估算的方法替代了负荷计算,给制定方案、工程审核造成一定的困难。本文通过实例,介绍关于负荷计算问题,借此引起设计者进一步的重视。
3.2
参数的计算
全厂总降压变电所的负荷计算,是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗,从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。工厂电力负荷的计算方法,
一般常用的有:
逐级法、需要系数法、二项式法以及产值、产量估算法等。其中需要系数法计算比较简单,适用于用电设备台数比较多,各台设备容量差别不十分悬殊的用电场合,特别适用于车间及工厂计算负荷的计算,故本设计拟采用需要系数法。各车间和车间变电所负荷计算表见附录。
4.变压器的台数、容量和类型的选择
4.1
变压器的介绍
变压器的最基本型式,包括两组绕有导线的线圈,并且彼此以电感方式称合一起。当一交流电流(具有某一已知频率)流于其中之一组线圈时,于另一组线圈中将感应出具有相同频率的交流电压,而感应的电压大小取决于两线圈耦合及磁交链的程度。一般指连接交流电源的线圈称之为“一次线圈”(Primamary
Coil)
；而跨于此线圈的电压称之为“一次电压”。在二次线圈的感应电压可能大于或小于一次电压,是由一次线圈与二次线圈间的“匝数比”所决定的。因此,变压器区分为升压与降压变压器两种。大部份的变压器均有固定的铁心,其上绕有一次与二次的线圈。基于铁材的高导磁性,大部份磁通量局限在铁心里,因此,两组线圈藉此可以获得相当高程度的磁耦合。在一些变压器中,线圈与铁心二者间紧密地结合,其一次与二次电压的比值几乎与二者的线圈匝数比相同。因此,变压器的匝数比,一般可作为变压器升压或降压的参考指标。由于此项升压与降压的功能,使得变压器已成为现代化电力系统之一重要附属物,提升输电电压使得长途输送电力更为经济,至于降压变压器,它使得电力运用方面更加多元化,我们可以这幺说,倘无变压器,则现代工业实无法达到目前发展的现况。
电子变压器除了体积较小外,在电力变压器与电子变压器二者之间,并没有明确的分界线。一般提供60Hz
电力网络的电源均非常庞大,它可能是涵盖有半个洲地区那般大的容量。电子装置的电力限制,通常受限于整流、放大,与系统其它组件的能力,其中有些部份属放大电力者,但如果与电力系统发电能力相比较,它仍然归属于小电力的范围。各种电子装备常用到变压器,理由是：提供各种电压阶层确保系统正常操作；提供系统中以不同电位操作部份得以电气隔离；对交流电流提供高阻抗,但对直流则提供低的阻抗；在不同的电位下,维持或修饰波形与频率响应。“阻抗”的其中一项重要概念,即电子学特性,是一种假想的设备,即当电路组件阻抗系从一阶层改变到另外的一个阶层时,其间要使用到一种设备
— 变压器。
对于电子装置而言,重量和空间通常是一项努力追求的目标,至于效率、安全性与可靠性,更是重要的考虑因素。变压器除了能够在一个系统里占有显着百分比的重量和空间外,另一方面在可靠性方面,它亦是衡量因子中的一个要项。
因为上述与其它应用方面的差别,使得电力变压器并不适合应用于电子电路上。
空间通常是一项努力追求的目标,至于效率、安全性与可靠性,更是重要的考虑因素。变压器除了能够在一个系统里占有显着百分比的重量和空间外,另一方面在可靠性方面,它亦是衡量因子中的一个要项。因为上述与其它应用方面的差别,使得电力变压器并不适合应用于电子电路上。
4.2 厂用变压器
4.2.1
厂用变压器的容量计算
电源变压器的容量基本是以设备总容量[kW]乘消耗率（最大收容电力/设备容量X100）[%]除以负载功率所得的值为基准制定。
但实际上考虑负载总量、重要程度、机器安装位置、未来增设计划按照以下顺序计算。
[1] 负载编制目录
分别记录安装位置、分电压照明、动力、热量、特殊负载(焊接机,电器炉,整流器),记入额定容量、功率、消耗量。照明负载计算如下：
照明负载
[VA/m2] =照明度[lx]X照明消耗量[VA/m2ㆍlx]¨¨¨¨¨¨(3-1)
表3-1 分负载消耗量
负载消耗量(%)
电动机 一般 30
连续运转 90
热电炉 80
感应炉 80
电弧炉
100
照明 80
电焊机 30
阻抗焊接机 20
[2]未来增设计划
根据计划在表上分别添入负载位置、负载电压。
[3]负载重要度设置
把罗列的负载分成重要负载和普通负载,设定重要负载的供应方式（引入方式、常用预备 转换方式、SPOT-NETWORK
Bach等）。
[4] 馈电线路设置
根据区域的实情,选定连接电力和负载的馈电线路设置方法。
[5] 负载统计
以视在电力[kVA]换算各负荷,乘消耗量,按照负载的重要度、设备位置、电压进行统计,设定馈电线负载和负载地点的塑壳变压器容量及其连接位置。未来负载的电源设备根据事先安装或根据设备增设安装等内容考虑其经济性进行判断。
[6] 计算电力设备容量
先计算各馈线路负载总和,然后除以不等率,计算电源变压器的必要容量。
[7]
确认电压变动率
如流动大起动电流的较大容量电动机或焊接机,在短时间内流动的大电流负载中即使电源设备容量能承受短时间内流动的大电流,但是因大幅的电压下降会出现电磁开关器的励磁解除、电动机不能起动、受损或焊接结果不良等现象。所以,电压下降幅度应计算为电源电压的10%以内,按照如下计算。
%IZ X ≤10 ¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨(3-2)
表3-2 照明消耗量
灯具高度照明消耗量
[ m ] [ VA/m2ㆍlx ]
4 以下 0.060
4 ~ 10 0.065
10 ~ 15 0.070
在此,%IZ : 电力(变压器)的短路阻抗 [%]
IL : 短时间负载电流[A]
IR : 电源(变压器)额定电流[A]
[8] 短路电流计算
使用容量比回路电压大的变压器,会因输出方的短路电流过大,难以选定保护短路器、变流器、光缆等。并且会出现不能使用普通机器的现象。按照如下方式计算短路电流出现问题时,分配负载量,减少变压器的容量或扩大变压器的短路阻抗。
短路电流 =X 100 [A] ¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨(3-3)
实际的电源变压器容量要重复[1]~[8]求得。变压器额定容量中具有表3-3和表3-4的标准值,因此要考虑过载许可量,选定其中之一为佳。
表 3-3 标准容量(单相) 表 3-4 标准容量(三相)
KSC 4311 KSC 4311
容 量
(KVA) 容 量(KVA)
50,75,100 50,75,100
150 150,200,300
200
350,400,500
300 600,750
400 1000
500 1250,1500
750
2000
1,000 2500,3000
4.2.2
厂用变压器的型号选择
厂用变压器大多数采用双绕组无励磁调压辐向分裂方式。因运行环境条件要求,变压器须有较强的抗短路能力。
产品设计上采取铁芯级间加装圆木撑条,绕组增加辅助撑条以及内衬硬纸筒保证其刚度。工艺上采取保证高、低压绕组同一高度,轴向可靠压紧,引线出头牢固夹持,垫块密化处理等措施,使其安全可靠。
5.无功补偿的计算
在交流电路中,由电源供给负载的电功率有两种；一种是有功功率,一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率,也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5千瓦的电动机就是把5.5千瓦的电能转换为机械能,带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能,供人们生活和工作照明。有功功率的符号用P表示,单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)。
无功功率比较抽象,它是用于电路内电场与磁场的交换,并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功,而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备,要建立磁场,就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯,除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外,还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功,才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示,单位为乏(Var)或千乏(kVar)。
无功功率决不是无用功率,它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场,使转子转动,从而带动机械运动,电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率,才能使变压器的一次线圈产生磁场,在二次线圈感应出电压。因此,没有无功功率,电动机就不会转动,变压器也不能变压,交流接触器不会吸合。为了形象地说明这个问题,现举一个例子：农村修水利需要开挖土方运土,运土时用竹筐装满土,挑走的土好比是有功功率,挑空竹筐就好比是无功功率,竹筐并不是没用,没有竹筐泥土怎么运到堤上呢?
在正常情况下,用电设备不但要从电源取得有功功率,同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求,用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场,那么,这些用电设备就不能维持在额定情况下工作,用电设备的端电压就要下降,从而影响用电设备的正常运行。
无功功率对供、用电产生一定的不良影响,主要表现在：
(1)降低发电机有功功率的输出。
(2)降低输、变电设备的供电能力。
(3)造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。
(4)造成低功率因数运行和电压下降,使电气设备容量得不到充分发挥。
从发电机和高压输电线供给的无功功率,远远满足不了负荷的需要,所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率,以保证用户对无功功率的需要,这样用电设备才能在额定电压下工作。这就是电网需要装设无功补偿装置的道理。
电网中的电力负荷如电动机、变压器等,属于既有电阻又有电感的电感性负载。电感性负载的电压和电流的相量间存在着一个相位差,通常用相位角φ的余弦cosφ来表示。cosφ称为功率因数,又叫力率。功率因数是反映电力用户用电设备合理使用状况、电能利用程度和用电管理水平的一项重要指标。三相功率因数的计算公式为：
式中cosφ——功率因数；
P——有功功率,kW；
Q——无功功率,kVar；
S——视在功率,kV。A；
U——用电设备的额定电压,V；
I——用电设备的运行电流,A。
功率因数分为自然功率因数、瞬时功率因数和加权平均功率因数。
(1)自然功率因数：是指用电设备没有安装无功补偿设备时的功率因数,或者说用电设备本身所具有的功率因数。自然功率因数的高低主要取决于用电设备的负荷性质,电阻性负荷(白炽灯、电阻炉)的功率因数较高,等于1,而电感性负荷(电动机、电焊机)的功率因数比较低,都小于1。
(2)瞬时功率因数：是指在某一瞬间由功率因数表读出的功率因数。瞬时功率因数是随着用电设备的类型、负荷的大小和电压的高低而时刻在变化。
(3)加权平均功率因数：是指在一定时间段内功率因数的平均值,其计算公式为：
提高功率因数的方法有两种,一种是改善自然功率因数,另一种是安装人工补偿装置。
6.电气主接线
6.1
电气主接线的意义及重要性
电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中,为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时,为了清晰和方便,通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时,将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以及载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。
对一个电厂而言,电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等,从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面,经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。
电气主接线应满足以下几点要求：
1）运行的可靠性：主接线系统应保证对用户供电的可靠性,特别是保证对重要负荷的供电。
2）运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况,特别是当一部分设备检修或工作情况发生变化时,能够通过倒换开关的运行方式,做到调度灵活,不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。
3）主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下,做到经济合理,尽量减少占地面积,节省投资。