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10kv配电网设计

1设计任务………………………………………………………………………………………

1.1设计材料………………………………………………………………………………

1.2工厂总平面图…………………………………………………………………………

2负荷计算………………………………………………………………………………………

2.1各用电车间负荷计算…………………………………………………………………

2.2各车间无功功率补偿的计算…………………………………………………………

2.3变压器选择……………………………………………………………………………

2.3.1变压器台数选择………………………………………………………………

2.3.2变压器型号的选择……………………………………………………………

2.3.3变压器损耗的计算及其容量的选择…………………………………………

3短路电流计算…………………………………………………………………………………

3.1短路电流计算…………………………………………………………………………

4高压设备选择…………………………………………………………………………………

4.1各变电所高压开关柜的选择…………………………………………………………

5电力线路选择与校验……………………………………………………………………………

5.1输电线路的选择与校验…………………………………………………………………

5.1.110kV高压线路的选择与校验……………………………………………………

5.1.20.4kV低压线路的选择与校验……………………………………………………

5.2母线的选择………………………………………………………………………………

6继电保护装置……………………………………………………………………………………

6.1继电保护的整定…………………………………………………………………………

6.1.1带时限过电流保护的整定………………………………………………………

6.1.2电流速断保护的整定………………………………………………………………

7总结………………………………………………………………………………………………

1设计任务

1.1设计材料

工厂负荷均为380V低压负荷，属于三级负荷。

全厂各车间的的负荷情况见表1-1。

表1-1某丝绸炼染厂负荷资料及计算

序号

车间或设备名称

设备容量

/kW

Kd

cosφ

tanφ

计算负荷

Pca/kW

Qca/kvar

Sca/kVA

1

锅炉房

206.4

0.75

0.8

0.75

155

117

2

染丝车间

150

0.65

0.8

0.75

98

73

3

烘房

50

0.8

0.8

0.75

40

30

4

整理间热定型机（动力）

60

0.8

0.8

0.75

48

36

整里间（电热）

500

1

1

0

500

0

整里间（电热）

60

0.8

0.8

0.75

48

36

整里间焙烘机

13

0.8

0.8

0.75

10.4

8

整里间其他设备

310

0.65

0.8

0.75

201

151

5

染炼车间

81.5

0.65

0.8

0.75

53

40

6

金丝绒车间

82

0.65

0.8

0.75

65

49

7

机修车间

50

0.3

0.5

1.73

15

26

8

污水处理

58

0.8

0.8

0.75

46.5

35

9

照明

100

1

0.9

0.484

100

48

1.2工厂总平面图

工厂总平面图见图1-1。

按厂区车间分布情况，拟设厂总变电所一座，车间变电所两座。

厂总变电所负责序号1,6,7,8车间的供电，染丝车间变电所负责序号2,3,9车间的供电，整理间变电所负责序号4,5车间的供电。

1~9—表1-1序号；10—厂总变电所；

11—食堂；12—托儿所；

13—金丝绒车间；14—准备间；

15—仓库；16—传达室

图1-1某丝绸炼染厂中平面图

2负荷计算

2.1各用电车间负荷计算

厂总变电所所供电的车间及相关数据见表2-2。

表2-2厂总变电所所供电的车间及相关数据

序号

车间或设备名称

设备容量

/kW

Kd

cosφ

tanφ

计算负荷

Pca/kW

Qca/kvar

Sca/kVA

厂总变电所

1

锅炉房

206.4

0.75

0.8

0.75

6

金丝绒车间

82

0.65

0.8

0.75

7

机修车间

50

0.3

0.5

1.73

8

污水处理

58

0.8

0.8

0.75

锅炉房的计算：

Pca1=Kd1Pe1=0.75×206.4kW=154.8kW

Qca1=Pca1tanφ=154.8kW×0.75=116.1kvar

Sca1=Pca1/cosφ=154.8kW/0.8=193.5kV·A

Ica1=Sca1/

UN=193.5kV·A/0.38

=294A

同理可得金丝绒车间、机修车间、污水处理的负荷情况。

故总计算负荷（取KΣp=0.95，KΣq=0.97）为

Pc=KΣp

=0.95×（154.8+53.3+15+46.4）kW=256kW

Qc=KΣq

=0.97×（116.1+40+26+34.8）kvar=210.4kvar

Sc=

=

kV·A=331.4kV·A

Ic=Sc/

UN=331.4kV·A/0.38

kV=503.5A

厂总变电所所供电的车间的负荷统计见表2-3。

表2-3厂总变电所负荷统计表

序号

车间或设备名称

设备容量

/kW

Kd

cosφ

tanφ

计算负荷

Ica/A

Pca/kW

Qca/kvar

Sca/kVA

厂总变电所

1

锅炉房

206.4

0.75

0.8

0.75

154.8

116.1

193.5

294

6

金丝绒车间

82

0.65

0.8

0.75

53.3

40

66.6

101.2

7

机修车间

50

0.3

0.5

1.73

15

26

30

45.6

8

污水处理

58

0.8

0.8

0.75

46.4

34.8

58

88.1

小计

396.4

-

0.77

-

256

210.4

331.4

503.5

同理可得工厂个车间的负荷情况见表2-4。

表2-4工厂个车间负荷统计表

序号

车间或设备名称

设备容量

/kW

Kd

cosφ

tanφ

计算负荷

Ica/A

Pca/kW

Qca/kvar

Sca/kVA

厂总变电所

1

锅炉房

206.4

0.75

0.8

0.75

154.8

116.1

193.5

294

6

金丝绒车间

82

0.65

0.8

0.75

53.3

40

66.6

101.2

7

机修车间

50

0.3

0.5

1.73

15

26

30

45.6

8

污水处理

58

0.8

0.8

0.75

46.4

34.8

58

88.1

小计

396.4

-

0.77

-

256

210.4

331.4

503.5

染丝车间变电所

2

染丝车间

150

0.65

0.8

0.75

97.5

73

121.9

185.2

3

烘房

50

0.8

0.8

0.75

40

30

50

76

9

照明

100

1

0.9

0.484

90

43.6

100

151.9

小计

300

-

0.84

-

216.1

142.2

258.7

393

整里间变电所

4

整理间热定型机

（动力）

60

0.8

0.8

0.75

48

36

60

91.2

整里间（电热）

500

1

1

0

500

0

500

759.7

整里间（电热）

60

0.8

0.8

0.75

48

36

60

91.2

整里间焙烘机

13

0.8

0.8

0.75

10.4

7.8

13

19.8

整里间其他设备

310

0.65

0.8

0.75

201.5

151

252

382.7

5

染炼车间

81.5

0.65

0.8

0.75

53

40

66.3

100.7

小计

1024.5

-

0.96

-

772.3

227.8

805.2

1224

2.2各车间无功功率补偿的计算

图2-1全厂总变电所草图

如图2-1所示：

已知：

B1点的计算负荷

PcaB1=256kW,QcaB1=210.4kvar,ScaB1=331.4kV·A,IcaB1=503.5A,cosφ=0.77

无功补偿容量

QN.CB1=PcaB1（tanφ-tanφ'）=256×[tan（arccos0.77）-tan（arccos0.92）]=103.1kvar

初选BSMJ0.4-15-3型自愈式并联电容器，每组容量qN.C=15kvar。

n=QN.CB1/qN.C=103.1kvar/15kvar=6.87

所以可安装的电容器组数为7组，总容量为7×15kvar=105kvar。

实际最大负荷时的补偿容量为7×15kvar=105kvar。

补偿后B1点的有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷及功率因数为

有功计算负荷PcB1=PcaB1=256kW

无功计算负荷QcB1=QcaB1-QN.CB1=210.4-105=105.4kvar

视在计算负荷ScB1=

=

=276.8kV·A

功率因数cosφ=PcaB1/ScB1=256kW/276.8kV·A=0.925

同理可得其他各变电所的无功功率补偿见表2-5。

表2-5变电所无功功率补偿统计

变电所

补偿容量

补偿前

cosφ

补偿后

cosφ

补偿后计算负荷

Pca/kW

Qca/kvar

Sca/kVA

厂总变电所

7×15kvar*

0.77

0.925

256

105.4

276.8

染丝车间变电所

5×10kvar*

0.84

0.92

216.1

92.2

234.9

整里间变电所

0

0.96

0.96

772.3

227.8

805.2

*电容器组均为BSMJ0.4型自愈式并联电容器

2.3变压器选择

2.3.1变压器台数选择

变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。

由第1章的设计原始资料可知，该厂属于三级负荷。

因此，各个变电所都可以选用一台变压器投入运行即可。

2.3.2变压器型号的选择

考虑到变压器在厂房建筑物内，故选用低损耗的S9系列10/0.4kV三相干式双绕组电力变压器。

变压器采用有载调压方式，分接头

5%，联接组别Dyn11,带风机冷却并配置温控仪自动控制。

2.3.3变压器损耗的计算及其容量的选择

由2.2.2小节可知厂总变电所ScB1=276.8kV·A，根据上文容量选择的原则，变压器可选用的型号为S9-400/10Dyn11，即SN.T=400kV·A。

查表得ΔP0=0.87kW,ΔPk=4.2kW,I0%=3.0,Uk%=4.0

所以变压器损耗

ΔPT=ΔP0+ΔPk（ScB1/SN.T）2=0.87+4.2×（276.8/400）2=2.88kW

ΔQT=SN.T[I0%/100+Uk%（ScB1/SN.T）2/100]=400×[3.0/100+4.0×（276.8/400）2/100]=19.66kvar

PcA1=PcB1+ΔPT=256kW+2.88kW=258.88kW

QcA1=QcB1+ΔQT=105.4kvar+19.66kvar=125kvar

ScA1=

=

=287.48kV·A

IcA1=ScA1/

UN=287.48kV·A/10

kV=16.6A

cosφ=PcA1/ScA1=258.88kW/287.48kV·A=0.90

同理可得其他各点的负荷情况见表2-6和图2-2。

其他变电所选用的变压器型号见表2-7。

表2-6各点负荷情况

计算点

Pca/kW

Qca/kvar

Sca/kV·A

cosφ

Ica/A

A1

259.88

125

287.48

0.90

16.6

A2

218.74

108.65

244.24

0.90

14.1

A3

780

277.22

827.80

0.94

47.8

10kV进线

1195.68

495.54

1294.30

0.92

74.73

表2-7各变电所选用变压器型号机器参数

变电所

变压器型号

ΔP0/kW

ΔPk/kW

I0%

Uk%

厂总变电所

S9-400/10Dyn11

0.87

4.2

3.0

4.0

染丝车间变电所

S9-315/10Dyn11

0.72

3.45

3.0

4.0

整里间变电所

S9-1000/10Dyn11

1.7

9.2

1.7

5.0

图2-2全厂总配电系统草图

3短路电流的计算

3.1短路电流计算

本设计采用标幺值法进行短路计算。

短路计算点见图3-1，以k-1点为例。

图3-1短路计算点

1）确定基准值

取Sd=100MV·A,Uc1=10.5kV

而Id1=Sd/

Uc1=100MV·A/（

×10.5kV）=5.499kA

2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

（1）电力系统（Sk=200MV·A）

=Sd/Sk=100MV·A/200MV·A=0.5

（2）架空线路（

=0.35Ω/km）

=

=0.35Ω/km×2km×

=0.635

绘制短路等效电路如图3-2所示。

图3-2k-1点短路等效电路

3）求k-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量

（1）总电抗标幺值

=

+

=0.5+0.635=1.135

（2）三相短路电流周期分量有效值

=

/

=5.499kA/1.135=4.84kA

（3）其他三相短路电流

=

=

=4.84kA

=2.55×4.84kA=12.34kA

=1.51×4.84kA=7.31kA

（4）三相短路容量

=Sd/

=100MV·A/1.135=88.11MV·A

3）短路电流计算结果见表3-1：

表3-1短路电流计算结果

短路计算点

/kA

/kA

/kA

/kA

/kA

/MV·A

k-1

1.135

4.84

4.84

4.84

12.34

7.31

88.11

k-2

1.189

4.62

4.62

4.62

11.78

6.98

84.10

k-3

1.180

4.66

4.66

4.66

11.88

7.04

84.75

k-4

11.135

12.96

12.96

12.96

29.29

16.98

8.98

k-5

13.889

10.39

10.39

10.39

23.48

13.61

7.20

k-6

6.180

23.36

23.36

23.36

52.79

30.60

16.18

4高压设备选择

4.1各变电所高压开关柜的选择

根据第3章短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况校验，各变电所主要10kV高压电气设备确定如表4-1，表4-2，表4-3所示。

表4-110kV高压设备的选择（厂总变电所10kV进线）

计算数据

高压断路器

VS1-12/630

隔离开关

GN6-10T/200

电流互感器

LZZJ-10Q

备注

U=10kV

12kV

10kV

10kV

采用KYN28A-12

高压中置式开关柜

I=74.73A

630A

200A

100/5

Ik=4.84kA

16kA

=12.34kA

40kA

25.5kA

25kA

×1.1=4.842×1.1

162×4

102×5

102×1

同理，其他高压断路器均可选择VS1-12/630型断路器，其他高压隔离开关均可选择GN6-10T/200型隔离开关。

电流互感器可选型号分别为：

厂总变电所变压器支线，LZZJ-10Q-20/5型电流互感器；染丝车间支线，LZZJ-10Q-20/5型电流互感器；整理间支线，LZZJ-10Q-50/5型电流互感器。

高压开关柜均采用KYN28A-12高压中置式开关柜。

5输电线路选择与校验

5.1输电线路的选择与校验

5.1.110kV高压线路的选择与校验

1）10kV高压架空线的选择与校验

线路计算电流Ic=74.73A，因10kV架空线铝绞线的最小截面为35mm2，查表可得LJ-35型铝绞线在25℃时的载流量为170A>Ic，满足发热条件和机械强度，故初选LJ-35型铝绞线。

查表得r0=0.95Ω/km，x0=0.357Ω/km，可得

ΔU%=（Pcr0L+Qcx0L）/10UN2=（1195.68×0.95×2+495.54×0.357×2）/（10×102）=2.63<5

因此，LJ-35型铝绞线满足电压损失要求。

2）10kV电缆的选择与校验

厂总变电所至染丝车间变电所电力电缆的选择与校验

（1）按发热条件选择电缆截面

线路计算电流Ic=14.1A，25mm2的YJV型电缆在25℃的载流量为135A>Ic，因此初选YJV-8.7/10-3×25型电缆。

（2）按短路热稳定条件进行校验

由A≧Amin=

进行校验，热稳定系数C=143A·

·mm2，而

=4.62kA，所以Amin=

=23.96mm2<25mm2，故满足要求。

同理可得厂总变电所至整里间变电所的电缆线路型号见表5-1。

表5-110kV高压线路的选择

线路

线路型号

2km架空线

LJ-35

0.6km电缆线

YJV-8.7/10-3×25

0.5km电缆线

YJV-8.7/10-3×25

5.1.20.4kV低压线路的选择与校验

与上一小节同理可得各变电所0.4kV出线电缆型号见表5-2。

表5-20.4kV低压线路的选择

变电所

车间

线路型号

备注

厂总变电所

锅炉房

YJV-0.6/1kV-150

埋地敷设

金丝绒车间

YJV-0.6/1kV-25

埋地敷设

机修车间

YJV-0.6/1kV-6

埋地敷设

污水处理

YJV-0.6/1kV-25

埋地敷设

染丝车间变电所

染丝车间

YJV-0.6/1kV-70

埋地敷设

烘房

YJV-0.6/1kV-16

埋地敷设

照明

YJV-0.6/1kV-50

埋地敷设

整理间变电所

整理间

YJV-0.6/1kV-240

三线并敷埋地敷设

染炼车间

YJV-0.6/1kV-25

埋地敷设

5.2母线的选择

配电装置的汇流母线，一律按最大工作电流开选择。

因为流经其中各段的电流数值时变化不定的。

母线的选择见表5-3。

表5-3母线的选择

变电所

母线型号

厂总变电所

TMY-63×6.3-1

染丝车间变电所

TMY-40×4-1

整理间变电所

TMY-40×4-1

6继电保护装置

6.1继电保护的整定

6.1.1带时限过电流保护的整定

1）动作电流的整定（定时限）

带时限的过电流保护动作电流Iop的整定原则是：

（1）动作电流Iop应躲过线路的最大负荷电力（包括正常过负荷电流和尖峰电流）IL.max，以免保护装置在线路正常运行时误动作，即

Iop.1>IL.max

其中，Iop.1为过电流保护一次动作电流。

（2）保护装置的返回电流Ire也应躲过IL.max，否则，保护装置还可能发生误动作。

10kV侧动作电流的整定以厂总变电所变压器之路为例，整定如下。

IL.max=2Ic=2×16.6A=33.2A，Krel取1.2，KW取1，Kre取0.85，Ki=20/5=4

=

=

A=11.72A

2）动作时间的整定

过电流保护的动作时间应按“阶梯原则”整定，以保证前后两级保护装置动作的选择性。

由于上一级变电所过电流保护动作时间为1.5s，10kV进线处过电流保护动作时间整定为1s，故该级过电流保护动作时间整定为0.5s。

3）灵敏度检验

Sp=

=

=89.4

同理可得10kV侧其他各点定时限过电流保护的整定见表6-1。

表6-110kV侧定时限过电流保护的整定

过电流保护点

动作电流整定（A）

动作时间（s）

灵敏度

厂总变电所10kV进线

10.55

1

18.39

厂总变电所变压器支线

11.72

0.5

89.4

厂总变电所染丝车间支线

9.95

0.5

100.53

厂总变电所整理间支线

13.50

0.5

29.89

染丝车间变电所10kV进线

9.95

0.5

100.53

整理间变电所10kV进线

13.50

0.5

29.89

6.1.2电流速断保护的整定

1）速断电流的整定

=

=

A=1452A

2）灵敏度检验

Sp=

=

=3492.8

同理可得10kV侧其他各点电流速断保护的整定见表6-2。

表6-210kV侧电流速断保护的整定

过电流保护点

速断电流的整定（A）

厂总变电所10kV进线

290.4

厂总变电所变压器支线

1452

厂总变电所染丝车间支线

1386

厂总变电所整理间支线

587.16

染丝车间变电所10kV进线

1386

整理间变电所10kV进线

578.16

7总结

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关供电设计方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技