[塑料制品厂变电站的电气设计] 变电站电气设计

塑料制品厂变电站的电气设计 目 录 论文总页数：8页 1 引言 1 1.1 设计的内容 1 1.2 设计的原则 1 1.3 设计的依据 1 2 负荷计算和无功功率补偿 1 2.1 按需要系数法确定计算负荷 1 2.2无功功率补偿 3 3 变电所位置和型式的选择 3 附录A 电气主接线图 5 分工：**（20160721012）同学负责数值计算和绘图 **（2016072103）同学负责文档制作器件选型 1 引言 1.1 设计的内容 某塑料制品厂配电站的电气设计 1.2 设计的原则 (1)总降压变电所装设有载自动调压装置以提高电能质量。

(2)采取车间变电所低压侧补偿无功功率为主，总降压变电所二次侧补偿为辅的混合^补偿方式。在装设电能计量部位的功率因数保持在0.9以上。

(3)为降低造价简化设备，10千伏以上高压设备装在屋外,其它装在屋内。是有人值＇班的变电所。

(4)由于厂区较紧凑，装卸产品的起重汽车工作频繁。为安全和美观起见,除向化工厂配电的联络线以外，厂区内配电线路一律地下敷设, (5)要求本厂备用电源能保证主电源发生故障时，担当厂内二级负荷馈电任务。

1.3 设计的依据 1，工厂总平面图 如图 1 所示。

图 1 工厂总平面图 2. 工厂的生产任务、规模及产品规格 本厂年产 10000t 聚乙烯及茎塑料制 品，产品品种有薄膜、单丝、管材和注射用品等，其原料来自某石油化纤总厂。

工厂各车间的负荷情况如表 1 所示，按三级负荷设计。

表 1 工厂负荷统计资料 3. 供电协议 1）从电力系统的某 35/10kV 变电站，用一回 10kV 架空线路向工厂馈电。系 统变电站在工厂西 3.5km。

2）系统变电站馈电线的定时限过电流保护的整定时间 top=1.5s，要求工厂 降压变电所的保护整定时间不大于 1s。

3）在工厂变电所的 10kV 进线侧进行电能计量。工厂最大负荷时功率因素不 得低于 0.9。

4）电力系统的短路数据，如表 2 所示，其供电系统如图 2 所示。

表 2  电力系统 10kV 母线的短路数据 图 2  供电系统图 4. 气象资料 本厂所在地区的年最高气温为 38°C,年平均气温为 23°C,年 最低气温为-8°C,年最热月平均最高气温为 33°C，年最热月平均气温为 26°C, 年最热月地下 0.8m 处平均温度为 25°C。当地主导风向为东北风，年雷暴日数 为 20。

5，地质水文资料 本厂所在地区平均海拔 500m，地层土质以砂粘土为主， 地下水位为 2m。

6，电费制度 本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电 能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量计为 18 元/kW·h，动力电费为 0.2 元/kW·h，照明（含家电）电费为 0.5 元/kW·h。

工厂最大负荷时的功率因素不得低于 0.9。此外，电力用户需按新装变压器容量 计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：10kV 为 150 元/kVA。

2 负荷计算和无功功率补偿 2.1 按需要系数法确定计算负荷 （1）单组用电设备计算负荷的计算公式 1）有功计算负荷（单位为kW）的计算公式：
(2-1) 式中：为用电设备组总的设备容量，为用电设备组的需要系数。

2）无功计算负荷（单位为kvar）的计算公式：
(2-2) 式中：对应于用电设备组功率因素的正切值。

3）视在计算负荷（单位为kVA）的计算公式：
(2-3) 4）计算电流（单位为A）的计算公式：
(2-4) 式中：为用电设备组的额定电压（单位为kV） （2）多组用电设备计算负荷的计算公式 1）有功计算负荷（单位为kW）的计算公式：
(2-5) 式中：为所有设备组有功计算负荷之和，为有功负荷同时系数。

2）无功计算负荷（单位为kvar）的计算公式：
(2-6) 式中：为所有设备组无功计算负荷之和，为无功负荷同时系数。

3）视在计算负荷（单位为kVA）的计算公式：
(2-7) 4）计算电流（单位为A）的计算公式：
(2-8) 式中：为用电设备组的额定电压（单位为kV） 根据上述公式及工厂负荷统计资料可得各厂房和生活区的负荷计算，如表2-1所示。

表2-1 塑料厂负荷计算表 编号 名称 类别 设备容量Pe/kW 需要系数Kd cosφ 计算负荷 P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A 1 薄膜车间 动力 360 0.65 0.60 234 312 390 529.5 2 单丝车间 动力 260 0.6 0.65 156 182.4 240 364.6 3 注塑车间 动力 170 0.4 0.65 68 79.56 104.62 158.9 4 管材车间 动力 360 0.3 0.60 108 143.64 180 273.5 5 仓库 动力 38 0.35 0.5 13.3 23.04 26.6 40.4 6 柳焊车间 动力 180 0.35 0.5 63 109.12 126 191.4 7 锻工车间 动力 30 0.35 0.65 10.5 12.3 16.15 24.54 8 锅炉房 动力 150 0.75 0.8 112.5 84.375 140.625 213.6 9 机修模具车间 动力 150 0.25 0.65 37.5 43.875 57.69 87.65 10 生活区 照明 330 0.7 0.9 231 111.8 256.67 673.6 总计（380V侧） 合计 2028 1033.8 1102.11 1511.1 2296 KΣp=0.8, KΣq=0.85 0.66 827.04 936.8 1249.6 1899 车间计算：P30=Kd×Pe=360kW×0.65=234kW Q30=P30×tanarccos0.60=312kvar S30=P30/0.60=390kWA I30=S30/(1.732Un)=390/(1.732×0.38)=592.5A 照明计算：I30= S30/(1.732Un)=256.67/（1.732×0.22）=673.6A 2.2无功功率补偿 由表2-1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10kV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。

表2-2 无功补偿后工厂的计算负荷 项目 计算负荷 P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A 380V侧补偿前负荷 0.66 827.04 936.8 1249.6 1898.57 380V侧无功补偿容量 -600 380V侧补偿后负荷 0.92 827.04 336.8 893 1356.77 主变压器功率损耗 13.4 53.6 10kV侧负荷总计 0.907 840.44 390.4 926.64 53.50 设补偿后功率因数为0.93 S30=P30/0.93=889.3kW Q30=(S30^2-P30^2)^1/2=326.89kvar 差值Q=936.8-326.89=609.9kvar 所以选取3个BFM-200-1kvar进行补偿。

380V侧补偿后负荷:Q30=936.8-200×3=336.8kvar S30=(P30^2+Q30^2)^1/2=893KVA 功率因数为：827.04/893=0.92 主变压器功率损耗：p=893×0.015=13.4kW q=893×0.06=53.6kvar 10kV侧负荷总计：P30=827.04+13.4=840.44kW Q30=336.8+53.6=390.4kvar S30=(P30^2+Q30^2)^1/2=926.64KVA 功率因数：840.44/926.64=0.907 3 变电所位置和型式的选择 变电所的所址选择应符合《10kV及以下变电所设计规范》外，还应根据工程具体情况，相应符合《民用建筑设计通则》、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》、《高层民用建筑设计防火规范》和《建筑设计防火规范》的有关规定。

工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定，计算公式为：
(3-1) (3-2) 计算过程为 中心点：
X轴：(458·X1+194.8·X2+150·X3+231·X4) / 1033.8 = 3.6 Y轴：(213.5·Y1+281.8·Y2+297·Y3+241.5·Y4) / 1033.8 = 2.5 X1 = 1 X2 = 3 X3 = 6 X4 = 8; Y1= 1 Y2 = 2 Y3 = 3 Y4 = 4; 由计算结果可知，工厂的负荷中心在如图所示: 4 变电所主变压器选择及主接线设计 4.1 负荷分级及供电电源 （1）负荷等级 根据JBJ 6-1996《机械工厂电力设计规范》规定，本工程负荷等级为：空气压缩车间、模具车间、熔制车间、磨抛车间、封接车间、配料车间和锅炉房属二级负荷，其余综合楼和生活区均属三级负荷。根据第二章的负荷计算结果可知：二级负荷合计802W，三级负荷合计231kW。考虑同时系数后的二级负荷合计641.6kW，三级负荷合计184.8kW。

（2）供电电源 本厂从附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线型号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；
干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。

4.2 电力变压器选择 根据《10kV及以下变电所设计规范》以及工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：
1）装设一台主变压器。选择的主变压器容量SN.T应不小于总的计算负荷S30，即，故选一台S11-1600/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。

2）装设两台主变压器。每台主变压器容量SN.T不应小于总的计算负荷S30的60%～70%，同时每台主变压器容量SN.T不应小于全部一、二级负荷的计算负荷之和，即 因此选两台S11-M1250/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

主变压器的联结组均采用Yyn0。

4.3 变电所主接线电气设计 参考《国家电网公司输变电工程典型设计 10kV配电工程分册（2006年版）》 （1）变电所高压电气主接线设计 1）电气主接线形式及运行方式 本工程变电所的两路10kV外供电源可同时供电，分别为从公用电源干线取得的电源A及从邻近单位取得的备用电源B；
变电所可装设一台主变压器或两台主变压器。因此高压侧电气主接线有两种方案供选。

方案一：采用单母线、一台主变压器的形式 正常运行时，仅由电源A供电，电源B断开。当电源A故障或检修时，断开所有三级负荷，由电源B承担所有二级负荷供电。此方案的供电可靠性高、经济性好，但灵活性较差。

方案二：采用单母线、两台主变压器并列运行。

正常运行时，由电源A供电，电源B断开，两台变压器并列运行。当电源A故障或检修时，断开所有三级负荷，由电源B承担所有二级负荷供电。当一台主变压器故障或检修时,可断开所有三级负荷，由另一台变压器承担所有二级负荷供电。此方案供电可靠性高、灵活性好，但经济性较差。

综上分析，本工程变电所高压侧电气主接线采用方案一，即单母线、一台主变压器的形式。变压器的保护配置方式为：断路器的方式。

2）开关柜型式及配置 因本工程变压器容量较大，故主开关采用真空断路器，高压开关柜采用KYH44A-12。根据当地供电部门规定，电源进线第一台柜为隔离柜，电能计量柜在进线断路器柜之前。两个进线断路器设有电气联锁，任何情况下只能合其中的一台断路器，以保证两个电源不并联运行。

3）所用电设计 考虑到经济性，变电所不设所用变压器。供操作、控制、保护、信号等的所有电源，可引自电压互感器。

4）电气主接线图绘制 本工程变电所施工阶段的高压侧电气主接线图如图（参考“变电所高压侧主接线图1”） 根据《建设工程设计文件编制深度规定》（2003年版）的要求，图中注明了母线的型号规格；
断路器、互感器、熔断器、避雷器等型号规格。图下方表格标注了开关柜编号与型号、回路编号、设备容量、计算电流、电缆型号规格、继电保护方案、用途、开关柜尺寸等。后续章节进行导体、电器的选择。

（2）变电所低压电气主接线设计 1）电气主接线形式及运行方式 变电所设有两台变压器，低压配电系统电气主接线采用单母线形式。运行方式如下：
正常运行时，由公用电源供电。当公用电源供电线路故障或检修时，切除所有三级负荷后，闭合备用电源线路，由备用电源承担所有二级负荷的供电。

2）开关柜型式及配置 因本工程变压器容量较大，故主开关采用真空断路器，高压开关柜采用KYN28-12型金属移开式开关柜。根据当地供电部门规定，电源进线第一台柜为隔离柜，电能计量柜在进线断路器柜之前。两个进线断路器设有电气联锁，任何情况下只能合其中的一台断路器，以保证两个电源不并联运行。

3）所用电设计 考虑到经济性，变电所不设所用变压器。供操作、控制、保护、信号等的所有电源，可引自电压互感器。

4）电气主接线图绘制 本工程变电所施工阶段的高压侧电气主接线图如图（参考“变电所高压侧主接线图1”） 根据《建设工程设计文件编制深度规定》（2003年版）的要求，图中注明了母线的型号规格；
断路器、互感器、熔断器、避雷器等型号规格。图下方表格标注了开关柜编号与型号、回路编号、设备容量、计算电流、电缆型号规格、继电保护方案、用途、开关柜尺寸等。后续章节进行导体、电器的选择。

（2）变电所低压电气主接线设计 1）电气主接线形式及运行方式 变电所设有两台变压器，低压配电系统电气主接线采用单母线形式。运行方式如下：
正常运行时，由公用电源供电。当公用电源供电线路故障或检修时，切除所有三级负荷后，闭合备用电源线路，由备用电源承担所有二级负荷的供电。

2）开关柜型式及配置 低压进线断路器采用CM1，低压出线断路器采用CM2，低压配电屏采用MNS。

3）电气主接线图绘制 本工程变电所施工阶段的低压侧电气主接线图如图所示。（参考“变电所低压侧主接线图1”） 根据《建设工程设计文件编制深度规定》（2003年版）的要求，图中注明了母线的型号规格；
断路器、电流互感器、熔断器、避雷器等型号规格。图下方表格标注了开关柜编号与型号、回路编号、设备容量、计算电流、电缆型号规格等。后续章节进行导体、电器的选择。