工廠供電系統(tǒng)設(shè)計.doc

畢業(yè)設(shè)計報告(論文) 題目：（工廠供電系統(tǒng)設(shè)計與潮流計算程序設(shè)計）所 屬 系 電子電氣系 專 業(yè) 電力系統(tǒng) 學(xué) 號 01506438 姓名 石瑞 指導(dǎo)教師 陳躍 起訖日期 2011.3 - 2011.6 設(shè)計地點 東南大學(xué)成賢學(xué)院 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告（論文）誠 信 承 諾本人承諾所呈交的畢業(yè)設(shè)計報告（論文）及取得的成果是在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成，引用他人成果的部分均已列出參考文獻。如論文涉及任何知識產(chǎn)權(quán)糾紛，本人將承擔(dān)一切責(zé)任。 學(xué)生簽名： 日 期：目錄摘要5Abstract:6第一章 緒論11.1工廠供電的含義和要求11.2工廠供電設(shè)計的一般原則11.3工廠負荷性質(zhì)21.4工廠供配電系統(tǒng)31.4.1總降壓變電所31.4.2車間變電所31.4.3配電線路31.5供電半徑41.6功率因數(shù)4第二章 工廠供電設(shè)計內(nèi)容52.1變配電所設(shè)計52.2配電線路的設(shè)計52.3電氣照明設(shè)計6第三章 負荷計算及功率補償73.1負荷計算73.2負荷計算的內(nèi)容和目的73.3負荷計算的方法73.4各用電車間負荷計算結(jié)果如下表：83.4.1車間一的計算負荷83.4.2車間二的計算負荷93.4.3車間四計算負荷93.4.5生活區(qū)的計算負荷103.4.6車間三（高壓電機）計算103.5交配電所所址和型式的選擇113.5.1交配電所所址選擇的一般原則113.6負荷中心的確定113.7變壓器的選擇123.8車間變電所變壓器的確定及補償電容器的選擇133.9主變壓器的確定133.9.1主變壓器臺數(shù)的確定133.9.2所選變壓器型號及參數(shù)14第四章 變配電所主接線方案設(shè)計154.1設(shè)計原則和要求154.2主接線方案確定17第五章 短路電流計算185.1短路電流的概述185.2短路回路參數(shù)的計算195.2.1標么值法195.2.2短路計算過程20第六章 電氣設(shè)備選擇和校驗246.1高壓電器選擇的一般原則246.2設(shè)備的選擇和校驗計算246.2.1導(dǎo)線的選擇256.2.2 35KV一次設(shè)備選擇266.2.3 10KV一次設(shè)備選擇27第七章 防雷接地287.1防雷保護裝置287.2防雷接地設(shè)計287.3過電壓接地保護29參考文獻31致謝31工廠供電系統(tǒng)設(shè)計與潮流計算程序設(shè)計摘要工廠供電系統(tǒng)就是將電力系統(tǒng)的電能降壓再分配電能到各個廠房或車間中去，它由工廠降壓變電所，高壓配電線路，車間變電所，低壓配電線路及用電設(shè)備組成。工廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結(jié)合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟技術(shù)的分配電能問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面：車間負荷計算以及無功功率補償，導(dǎo)線類型選擇, 變配電所位置的電氣設(shè)計和所址選擇, 短路電流的計算及繼電保護, 電氣設(shè)備的選擇,車間變電所位置和變壓器數(shù)量、容量、類型的選擇等。關(guān)鍵詞：短路電流計算；電氣設(shè)備選擇；主變保護Factory power supply system design and flow calculation program designAbstract:The factory power supply system is to decline the electric power of electric power system to press to assign electric power again to go to in each factory premises or the car, it is decline by the factory to press a substation, the high pressure goes together with electric wire road, car substation, the low pressure goes together with electric wire road and uses electricity equipments to constitute.The factory always declines to press a substation and goes together with an electricity system design, is the request which produces a craft to the burden according to burden amount and property of each car, and burden layout, combine a national power supply circumstance.Resolve the safe credibility to each section, economy technical llotment electric power problem.It the basic contents have several aspects as follows:Car burden calculation and have no achievement power compensate, lead a line type choice, change to go together with electricity to design the electricity of the position and address choice, short-circuit electric current of calculation and after electricity protection, the choice of electricity equipments, car the choice of the substation position and transformer amount, capacity, type etc.Keywords: The electricity is a part；electricity equipments choice； the lord changes to protect1東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計報告第一章 緒論1.1工廠供電的含義和要求工廠供電，就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配，亦稱工廠配電。眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟生活中應(yīng)用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很?。ǔ娀I(yè)外）。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴重的后果。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟建設(shè)，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達到以下基本要求：（1）安全 在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。（2）可靠 應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（3）優(yōu)質(zhì) 應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求（4） 經(jīng)濟 供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。 1.2工廠供電設(shè)計的一般原則按照國家標準GB50052-95 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范、GB50053-94 10kv及以下設(shè)計規(guī)范、GB50054-95 低壓配電設(shè)計規(guī)范等的規(guī)定，進行工廠供電設(shè)計必須遵循以下原則：（1）遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；必須遵守國家的有關(guān)規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟政策。（2）安全可靠、先進合理；應(yīng)做到保障人身和設(shè)備的安全，供電可靠，電能質(zhì)量合格，技術(shù)先進和經(jīng)濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產(chǎn)品。（3）近期為主、考慮發(fā)展；應(yīng)根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠期發(fā)展的關(guān)系，做到遠近結(jié)合，適當(dāng)考慮擴建的可能性。（4）全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。按負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計方案。工廠供電設(shè)計是整個工廠設(shè)計中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設(shè)計的有關(guān)知識，以便適應(yīng)設(shè)計工作的需要。1.3工廠負荷性質(zhì)按GB50052-5供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，根據(jù)電力系統(tǒng)對供電可靠性的要求及中斷供電在政治經(jīng)濟上所造成的損失或影響程度，電力負荷分為以下三級：一級負荷 中斷供電將造成人身傷亡；中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失時。例如：重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢、國民經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復(fù)等；中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作。例如：重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要電力負荷。在一級負荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應(yīng)視為特別重要的負荷。 二級負荷 中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失時。例如：主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復(fù)、重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。 中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如：交通樞紐、通信樞紐等用電單位中的重要電力負荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。 三級負荷 不屬于一級和二級負荷者應(yīng)為三級負荷。 對一級負荷一律應(yīng)由兩個獨立電源供電。 二級負荷較重要的電力負荷對該類負荷供電的中斷，將造成工農(nóng)業(yè)大量減產(chǎn)、工礦交通運輸停頓、生產(chǎn)率下降以及市人民正常生活和業(yè)務(wù)活動遭受重大影響等。一般大型工廠企業(yè)、科研院校等都屬于二級負荷。 三級負荷 不屬于上述一、二級的其他電力負荷，如附屬企業(yè)、附屬車間和某些非生產(chǎn)性場所中不重要的電力負荷等。1.4工廠供配電系統(tǒng)工廠供配電系統(tǒng)由總降壓變電所、高壓配電線路、車間變電所、低壓配電線路及用電設(shè)備組成。 1.4.1總降壓變電所總降壓變電所負責(zé)將35110kV的外部供電電壓變換為610kV的廠區(qū)高壓配電電壓，給廠區(qū)各車間變電所或高壓電動機供電。 1.4.2車間變電所車間變電所將610kV的電壓降為380/220V，再通過車間低壓配電線路，給車間用電設(shè)備供電。 1.4.3配電線路配電線路分為廠區(qū)高壓配電線路和車間低壓配電線路。 圖1.1大中型工廠供電系統(tǒng)主接線示意圖1.5供電半徑供電半徑就是從電源點開始到其供電的最遠的負荷點之間的線路的距離，供電半徑指供電線路物理距離，而不是空間距離。 低壓供電半徑指從配電變壓器到最遠負荷點的線路的距離，而不是空間距離。 城區(qū)中壓線路供電半徑不宜大于3公里，近郊不宜大于6公里。因電網(wǎng)條件不能滿足供電半徑要求時，應(yīng)采取保證客戶端電壓質(zhì)量的技術(shù)措施。 0.4千伏線路供電半徑在市區(qū)不宜大于300米。近郊地區(qū)不宜大于500米。接戶線長度不宜超過20米，不能滿足時應(yīng)采取保證客戶端電壓質(zhì)量的技術(shù)措施。 供電半徑是電氣豎井設(shè)置的位置及數(shù)量最重要的參數(shù)。250米為低壓的供電半徑,考慮50米的室內(nèi)配電線路,取200米為低壓的供電半徑,當(dāng)超過250米時,每100米加大一級電纜。低壓配電半徑200米左右指的是變電所（二次為380伏）的供電半徑，樓內(nèi)豎井一般以800平方左右設(shè)一個，末端箱的配電半徑一般3050米。 供電半徑取決于以下2個因素的影響： 1、電壓等級（電壓等級越高，供電半徑相對較大） 2、用戶終端密集度（即：電力負載越多，供電半徑越?。?同種電壓等級輸電中，電壓跌落情況小，那么供電半徑就大。 相比較來說：在同能負載情況下，10kV的供電半徑要比6kV的供電半徑大。 在統(tǒng)一電壓等級下，城市或工業(yè)區(qū)的供電半徑要比郊區(qū)的供電半徑小。 三相供電時，銅線和鋁線的最大合理供電半徑計算公式（J為經(jīng)濟電流密度）： Lst=1.798511.65/j=1773/jm Lsl=1.795011.65/j=1042/jm 銅線和鋁線最大合理供電半徑計算公式如下。 Ldt=4.551413.91/j=885/jm(11) Ldl=4.558.313.91/j=525/jm(12) 選定經(jīng)濟截面后，其最大合理供電半徑，三相都大于0.5km，單相基本為三四百米，因此單純規(guī)定不大于0.5km，對于三相來說是“精力過?！?，對單相來說則“力不從心”。1.6功率因數(shù)功率因數(shù)是指電力網(wǎng)中線路的視在功率供給有功功率的消耗所占百分比.在電力網(wǎng)的運行中,我們所希望的是功率因數(shù)越大越好,若能做到這一點,則電路中的視在功率大部分用來供給有功功率,以減少無功功率的消耗.用戶功率因數(shù)的高低,對于電力系統(tǒng)發(fā)、供用電設(shè)備的充分利用，有著顯著的影響。影響功率因數(shù)的主要因素：功率因數(shù)的產(chǎn)生主要是因為交流用電設(shè)備在其工作過程中，除消耗有功功率外，還需要無功功率。當(dāng)有功功率P一定時，如減少無功功率Q，則功率因數(shù)便能提高。因此提高功率因數(shù)問題的實質(zhì)就是減少用電設(shè)備的無功功率需要量。異步電動機和電力變壓器是耗用無功功率的主要設(shè)備：異步電動機的定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙是決定異步電動機需要較多無功的主要因素。而異步電動機所耗用的無功功率是由其空載時的無功功率和一定負載下無功功率增加值兩部分所組成。所以要改善異步電動機的功率因數(shù)就要防止電動機的空載運行并盡可能提高負載率。變壓器消耗無功的主要成份是它的空載無功功率，它和負載率的大小無關(guān)。第二章 工廠供電設(shè)計內(nèi)容2.1變配電所設(shè)計無論工廠總降壓變電所或車間變電所，設(shè)計的內(nèi)容都基本相同。工廠高雅配電所，則除了沒有主變壓器的選擇外，其余的設(shè)計內(nèi)容也與變電所設(shè)計基本相同。變配電所的設(shè)計內(nèi)容應(yīng)包括：變配電所復(fù)核的計算和無功功率的補償，變配電所所址的選擇，變電所主變壓器臺數(shù)和容量、型式的確定，變配電所主結(jié)線方案的選擇，進出線的選擇，短路計算及開關(guān)設(shè)備的選擇，二次回路方案的確定及繼電保護的選擇與整定，防雷保護欲接地和接零的設(shè)計，變配電所電氣照明的設(shè)計等。最后需編制設(shè)計說明書、設(shè)備材料清單及工程概（預(yù)）算，繪制變配電所主電路圖、平剖面圖、二次回路及其它施工圖紙。2.2配電線路的設(shè)計工廠配電線路設(shè)計分廠區(qū)配電線路設(shè)計和車間配電線路設(shè)計。廠區(qū)配電線路設(shè)計，包括廠區(qū)高壓供配電線路設(shè)計及車間外部低壓配電線路設(shè)計。其設(shè)計能容應(yīng)包括：配電線路路徑及線路結(jié)構(gòu)型式的確定，負荷的計算，導(dǎo)線或電纜及配電設(shè)備和保護設(shè)備的選擇，架空線路桿位的確定及電桿與絕緣子、金具的選擇，防雷保護與接地和接零的設(shè)計、最后需編制設(shè)計說明書、設(shè)備材料清單及工程概（預(yù)）算，繪制廠區(qū)配電線路系統(tǒng)圖和平面圖、電桿總裝圖及其它施工圖紙。車間配電線路設(shè)計，包括車間配電線路布線方案的確定、負荷的計算、線路導(dǎo)線及配電設(shè)備和保護設(shè)備的選擇、線路敷設(shè)設(shè)計等。最后也需編制設(shè)計說明書、設(shè)備材料清單及工程概（預(yù)）算，繪制車間配電線路系統(tǒng)圖、平面及其它施工圖紙。2.3電氣照明設(shè)計工廠電氣照明設(shè)計，包括廠區(qū)室外照明系統(tǒng)設(shè)計和車間（建筑）內(nèi)照明系統(tǒng)設(shè)計。無論是廠區(qū)室外照明設(shè)計還是車間內(nèi)照明設(shè)計，其內(nèi)容均應(yīng)包括：照明光源和燈具的選擇，燈具布置方案的確定和照度的計算，照明負荷計算及導(dǎo)線的選擇，保護與控制設(shè)備的選擇等。最后編制設(shè)計說明書、設(shè)備材料清單及工程概算，繪制照明系統(tǒng)圖，平面圖及其它施工圖紙。第三章 負荷計算及功率補償3.1負荷計算全廠總降壓變電所的負荷計算，是在車間負荷計算的基礎(chǔ)上進行的。考慮車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出全廠總降壓變電所高壓側(cè)計算負荷及總功率因數(shù)。列出負荷計算表、表達計算成果。3.2負荷計算的內(nèi)容和目的計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續(xù)性的負荷，其熱效應(yīng)與同一時間內(nèi)實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。在配電設(shè)計中，通常采用30分鐘的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。尖峰電流指單臺或多臺用電設(shè)備持續(xù)1秒左右的最大負荷電流。一般取啟動電流上午周期分量作為計算電壓損失、電壓波動和電壓下降以及選擇電器和保護元件等的依據(jù)。在校驗瞬動元件時，還應(yīng)考慮啟動電流的非周期分量。平均負荷為一段時間內(nèi)用電設(shè)備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最大負荷班（即有代表性的一晝夜內(nèi)電能消耗量最多的一個班）的平均負荷，有時也計算年平均負荷。平均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。3.3負荷計算的方法負荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項式等幾種。本設(shè)計采用需要系數(shù)法確定。主要計算公式有： 有功功率： P30 = PeKd 無功功率: Q30 = P30 tg 視在功率: S3O = P30/Cos 計算電流: I30 = S30/3UN3.4各用電車間負荷計算結(jié)果如下表： 表3-1 車間項目車間變電所1234生活區(qū)負荷（kw）360750380750145功率因數(shù)cos0.720.640.670.851負荷類型一一二二三二次側(cè)電壓38038010000380380最大負荷利用小時數(shù)25003500350055001800按照原始數(shù)據(jù)資料，負荷數(shù)據(jù)如下一年按365天計算。T=365*24=8760hP30=K*PQ30=P30*tan=P30*S30=3.4.1車間一的計算負荷有功計算負荷：P30=0.95360=182.4 kw無功計算負荷：Q30= P30tan=182.4=176 kvar視在計算負荷：KVA計算電流： I30=385.5 A按照規(guī)定，變電所高壓側(cè)的0.9，考慮到變壓器本身的無功功率損耗QT遠大于其有功功率損耗PT，一半QT =(45) PT ，因此在變壓器的低壓側(cè)進行無功補償時，低壓側(cè)的功率因數(shù)應(yīng)略高于0.90，這里取=0.92。要使低壓側(cè)功率因數(shù)由0.72提高到0.92，低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為：QC=182.4(tanarccos0.72tanarccos0.92)98.23 kvar取 QC=110 kvar補償后的變壓器容量和功率因數(shù)：S30(2)= =193.79KVA查工廠供電附錄表5得：因此變壓器的容量可以從選250 KVA。型號：S9-250/10 變壓器的損耗：PT =0.015S30(2)=2.91 kwQT =0.06S30(2) =11.64 kvar高壓側(cè)的計算負荷： P30(1) = P30+PT =182.4+2.91=185.356 KW Q30(1) = Q30QC+QT =176110+11.64=77.64 kvar S30(1) = =200.96 KVA 補償后的功率因數(shù)：=100%=0.91870.9 這一功率因數(shù)滿足要求。3.4.2車間二的計算負荷 根據(jù)車間一的步驟，計算車間二的數(shù)據(jù)如下：有功計算負荷：P30=0.95750=450.4 kw無功計算負荷：Q30= P30tan=450.4=540.7 kvar視在計算負荷：KVA計算電流： I30=1069.2 A QC=450.4(tanarccos0.64tanarccos0.92)332.7 kvar先取QC=340 kvar ，經(jīng)過計算后，功率因數(shù)達不到0.9。說明了補償不夠，要加大補償容量。取 QC=350 kvar 時， S30(2)= =489.1 KVA因此變壓器的容量可以從選630 KVA。型號：S9-630/10 變壓器的損耗：PT =0.015S30(2)=7.337 kwQT =0.06S30(2) =29.35 kvar高壓側(cè)的計算負荷： P30(1) = P30+PT =457.737 KW Q30(1) = Q30QC+QT =540.7350+29.35=220.05 kvar S30(1) = =507.9 KVA 補償后的功率因數(shù)： =100%=0.9010.9 這一功率因數(shù)滿足要求。3.4.3車間四計算負荷有功計算負荷：P30=0.95750=564.6 kw無功計算負荷：Q30= P30tan=564.6=349.9 kvar視在計算負荷：KVA計算電流： I30=1009.2 AQC=564.6(tanarccos0.85tanarccos0.92)109.4 kvar取QC=115 kvar 時，S30(2)= =611.5 KVA因此變壓器的容量可以從選800 KVA。型號：S9-800/10變壓器的損耗：PT =0.015S30(2)=9.173 kwQT =0.06S30(2) =36.69 kvar高壓側(cè)的計算負荷：P30(1) = P30+PT =564.6+9.173=573.8 KWQ30(1) = Q30QC+QT =349.9115+36.69=271.59 kvarS30(1) = =634.8 KVA補償后的功率因數(shù)：=100%=0.9040.9這一功率因數(shù)滿足要求。3.4.5生活區(qū)的計算負荷有功計算負荷：P30=0.95145=62.44 kw無功計算負荷：Q30= P30tan=62.44=0 kvar視在計算負荷：KVA計算電流： I30=94.88A由于生活區(qū)的功率因數(shù)已經(jīng)為1了，所以不需要再在變壓器的低壓側(cè)安裝電容補償。3.4.6車間三（高壓電機）計算有功計算負荷：P30=0.95380=228.2 kw無功計算負荷：Q30= P30tan=228.2=252.8 kvar視在計算負荷：KVA計算電流： I30=19.67A由于此車間的電壓是10KV，所以算補償時應(yīng)與下一級的負荷之和一起來計算補償容量。3.5交配電所所址和型式的選擇3.5.1交配電所所址選擇的一般原則選擇工廠變、配電所的所址，應(yīng)根據(jù)下列要求并且經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟比較后擇優(yōu)確定。接近負荷中心；進出線方便；接近電源側(cè)；設(shè)備吊裝和運輸方便；不應(yīng)設(shè)在有劇烈振動和高溫的場所；不宜設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場所，當(dāng)無法遠離時，不應(yīng)設(shè)在污染源的下風(fēng)側(cè)；不應(yīng)設(shè)在廁所、浴室或其它經(jīng)常積水場所的正下方，且不宜與上述場所相貼鄰；不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險環(huán)境、有火災(zāi)危險環(huán)境的正上方或正下方；當(dāng)與有爆炸或火災(zāi)危險的建筑物毗連時，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準GB 50058-1992爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范；不應(yīng)設(shè)在地勢低洼和可能積水的場所；高壓配電所盡量與鄰近車間變電所或有大量高壓設(shè)備的廠房合建在一起。3.6負荷中心的確定利用負荷功率距法確定負荷中心：在工廠平面圖的下方和左側(cè)，分別作為一直角坐標的X軸和Y軸，然后測出個車間（建筑）和生活區(qū)負荷點的坐標位置，例如P1(x1,y1), P2(x2,y2), P3(x3,y3), P4(x4,y4)， P5(x5,y5)。而工廠的負荷中心假設(shè)為P(x, y),其中P=P1+ P2 +P3+ P4+ P5；仿照力學(xué)中計算重心力矩方程，可得負荷中心的坐標。這里必須指出：負荷中心雖然是選擇變電所位置的重要因素，但是不是唯一因素。因此負荷中心的計算不必要求十分精確。變配電所的所址，必須全面分析比較后擇優(yōu)選擇。各車間和生活變電所的地理位置圖，比列：1公分（格）=200米。以此圖建立x, y軸坐標：以左下表格邊間為坐標原點，可以得出各點坐標大概數(shù)字如下：P1（1400，580）P2（380，1900）P3（1800，1600）P4（2600，1200）P5（50，1200）P1=182.4； P2=450.4； P3=228.2； P4=564.6； P5=62.44； =1488.04所以負荷中心的坐標為：P(，)代入數(shù)據(jù)得： P(1246，576)換算知：P在表中占得格子數(shù)為：X=7.76格,Y=6.97格。由計算可以知道，工廠的負荷中心在河的邊緣，根據(jù)交配電所所址選擇原則，必須避開有積水的地方，并且高壓配電所盡量與鄰近車間變電所或有大量高壓設(shè)備的廠房合建在一起?？梢該駜?yōu)選擇一個坐標做為負荷中心。圖3-1負荷中心選址圖例：車間變電所 生活變電所 高壓電機 總降變電所3.7變壓器的選擇為保證供電的可靠性，避免一臺主變故障或檢修時影響供電，變電所一般裝設(shè)兩臺主變壓器，但一般不超過兩臺變壓器。當(dāng)只有一個電源或變電所的一級負荷另有備用電源保證供電時，可裝設(shè)一臺主變壓器。對于大型超高壓樞紐變電所，裝設(shè)兩臺大型變壓器，當(dāng)一臺發(fā)生故障時，要切斷大量負荷是很困難的，因此，對大型樞紐變電所，根具工程具體情況，應(yīng)安裝24臺主變壓器。這種裝設(shè)方法可以提高變電所的供電可靠性，變壓器的單臺容量以及安裝的總?cè)萘拷钥捎兴?jié)約，且可根據(jù)負荷的實際增長的進程，分別逐臺裝設(shè)變壓器，而不致積壓資金。當(dāng)變電所裝設(shè)兩臺以及以上的主變時，每臺容量的選擇應(yīng)按照其中任一臺停運時，其余變壓器容量至少能保證所供的一級負荷或為變電所全部負荷的60%75%。通常一次變電所采用75%，二次變電所采用60%。 本次設(shè)計的是線變阻，選擇按備用要求，每臺按變壓器的最大負荷選擇。正常情況下兩臺變壓器都參加工作，這時，每臺變壓器均承受50%最大負荷，這種備用及能滿足正常工作時經(jīng)濟運行的要求，又能在故障情況下承擔(dān)全部負荷，是比較合理的備用方式。3.8車間變電所變壓器的確定及補償電容器的選擇 變電所對功率因數(shù)有這樣高的要求，僅僅依靠提高自然功率因數(shù)的辦法，一般不能滿足要求。因此，變電所需裝設(shè)無功補償裝置，對功率因數(shù)進行人工補償。按照我國原電力工業(yè)部1996年頒布實施的供電營業(yè)規(guī)則規(guī)定：用戶應(yīng)在提高用電自然功率因數(shù)的基礎(chǔ)上，按有關(guān)標準設(shè)計和安裝無功補償設(shè)備，并做到隨其負荷和電壓變動及時投入或切除，防止無功電力倒送。除電網(wǎng)有特殊要求的用戶外，用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率因數(shù)，應(yīng)達到以下規(guī)定：100KVA及以上高壓供電的用戶，功率因數(shù)為0.9以上。其他電力用戶和大，中型電力排灌站，功率因數(shù)為0.85以上。在本課程設(shè)計中，采用并聯(lián)電容的方法進行無功功率的補償。各車間變壓器及主變壓器的容量及型號根據(jù)計算負荷數(shù)據(jù)，選擇變壓器時應(yīng)注意有10%的余量，以保證變壓器穩(wěn)定、安全的運行。3.9主變壓器的確定裝有兩臺主變壓器的變電所每臺主變壓器的容量SNT不應(yīng)小于總負荷的60%70%，SNT(0.60.7) S30 ，同時每臺主變壓器的容量SNT不應(yīng)小于全部一、二級負荷之和本次設(shè)計計算數(shù)據(jù)可由1.3負荷計算數(shù)據(jù)得到S30。=0.95(228.2+185.356+573.8+457.737+63.337)=1443 KW=0.97(225.8+77.64+271.59+220.5+3.764) =774.9 kvarS30=1629 kVASNT=0.671629=1059 kVA=200.9+507.9+340.6=1049 kVA取兩臺主變壓器的容量為1250KVA并聯(lián)運行時可以滿足要求。3.9.1主變壓器臺數(shù)的確定主變壓器臺數(shù)的應(yīng)根據(jù)負荷特點和經(jīng)濟運行的要求進行選擇。當(dāng)符合下列條件之一時，宜安裝兩臺以上的主變壓器。(1)有大量一級負荷或二級負荷。(2)季節(jié)性負荷變化大，適于采用經(jīng)濟運行方式。(3)集中負荷大，列如大于1250kVA時。SNT=100%S30=0.95=0.95(228.2+185.356+573.8+457.737+63.337)=1443 kW=0.97(225.8+77.64+271.59+220.5+3.764) =774.9 kvarSNT= = =1629 kVA=0.8797功率因數(shù)提高到0.92，QC=1443(tanarccos0.8797tanarccos0.92)164.2 kvarS30(2)= =1555.4 kVA因此主變壓器選擇S9-2000/10型號PT =0.015S30(2)=23.33 kwQT =0.06S30(2) =93.324 kvarP30(1) =1433+23.33=1456.33 kWQ30(1) =774.9170+93.324=698.22 kvarS30(1)=1615.1 kVA=0.902因此校驗合格。但SNT1250，不符合設(shè)計要求。宜選用兩臺主變壓器。3.9.2所選變壓器型號及參數(shù)表3-2 變壓器型號及容量數(shù)據(jù)型號額定容量KVA臺數(shù)額定電壓KV補償容量QCkvar功率因數(shù)連接組標號阻抗電壓%高壓低壓T1 T2S9-1250/101250235101700.902Ydn1151#變壓器S9-250/10250211，10.510，6.360.41100.915Dyn1142#變壓器S9-630/1063023500.90153#變壓器S9-800/1080011150.90454#變壓器S9-80/10801不補償14說明：T1 ，T2是兩臺主變壓器，1 #、2#、3#、4#變壓器分別裝設(shè)在車間變電所1、車間變電所2、車間變電所4和生活區(qū)。車間1、2為一級負荷應(yīng)裝設(shè)兩臺變壓器。為補償后工廠的功率因數(shù)。第四章 變配電所主接線方案設(shè)計4.1設(shè)計原則和要求1.安全性(1)在高壓斷路器的電源側(cè)及可能反饋電能的另一側(cè)，必須裝設(shè)高壓隔離開關(guān)。(2)在低壓斷路器的電源側(cè)及可能反饋電能的另一側(cè)，必須裝設(shè)低壓刀開關(guān)。 (3)在裝設(shè)高壓熔斷器的-負荷開關(guān)的出線柜母線側(cè)，必須裝設(shè)高壓隔離開關(guān)。(4)交配電所高壓母線上及架空線路末端，必須裝設(shè)避雷器。裝于母線上的避雷器，宜與電壓互感器共用一組隔離開關(guān)。接于變壓器引出線上的避雷器，不宜裝設(shè)隔離開關(guān)。2.可靠性(1)變配電所的主接線方案，必須與其負荷級別相適應(yīng)。對一級負荷，應(yīng)由兩個電源供電。對二級負荷，應(yīng)由兩回路或一回6KV以上專用架空線或電纜線供電；其中采用電纜供電時，應(yīng)采用兩根電纜并聯(lián)供電，且每根電纜應(yīng)能承受100%的二級負荷。(2)變配電所的非專用電源進線側(cè)，應(yīng)裝設(shè)帶保護短路的斷路器或負荷開關(guān)-熔斷器。(3)對一般生產(chǎn)區(qū)的車間變電所，宜由工廠總變電所采用放射式的高壓配電，以確保供電可靠性，但對輔助生產(chǎn)區(qū)及生活區(qū)的變電所，可采用樹干式配電。(4)變電所低壓側(cè)的總開關(guān)，宜采用低壓熔斷器。當(dāng)?shù)蛪簜?cè)為單母線分段，且有自動切換電源要求時，低壓總開關(guān)和低壓母線分段開關(guān)，均應(yīng)采用低壓熔斷器。3.靈活性(1)變配電所的高低壓母線，一般采勇單母線或單母線分段接線方式。(2)35KV及以上電源進線為雙回路時，宜采用橋式接線和線路-變壓器。(3)變配電所的主接線方案應(yīng)與主變壓器的經(jīng)濟運行要求相適應(yīng)。4.經(jīng)濟性(1)變配電所的主接線在滿足運行要求的前提下應(yīng)力求簡單。(2)中小型工廠變電所，一般可采用高壓少油斷路器。(3)工廠的電源進線上應(yīng)裝設(shè)專用的計量柜，其中的電流、電壓互感器只供計費的電能表用。 變電站主接線的設(shè)計要求，根據(jù)變電站在電力系統(tǒng)中的地位、負荷性質(zhì)、出線回路數(shù)等條件和具體情況確定。通常變電站主接線的高壓側(cè)，應(yīng)盡可能采用短路器數(shù)目教少的接線，以節(jié)省投資，隨出線數(shù)目的不同，可采用橋形、單母線、雙母線及角形接線等。如果變電站電壓為超高壓等級，又是重要的樞紐變電站，宜采用雙母線帶旁母接線或采用一臺半斷路器接線。變電站的低壓側(cè)常采用單母分段接線或雙母線接線，以便于擴建。610KV饋線應(yīng)選輕型斷路器，如SN10型少油斷路器或ZN13型真空斷路器；若不能滿足開斷電流及動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定要求時，應(yīng)采用限流措施。在變電站中最簡單的限制短路電流的方法，是使變壓器低壓側(cè)分列運行；若分列運行仍不能滿足要求，則可裝設(shè)分列電抗器，一般盡可能不裝限流效果較小的母線電抗器。故綜合從以下幾個方面考慮：(1) 斷路器檢修時，是否影響連續(xù)供電；(2)線路能否滿足,類負荷對供電的要求；(3)大型機組突然停電對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的影響與產(chǎn)生的后果等因素。主接線方案的擬定：對本變電所原始材料進行分析，結(jié)合對電氣主接線的可靠性、靈活性及經(jīng)濟性等基本要求，綜合考慮。在滿足技術(shù)、經(jīng)濟政策的前提下，力爭使其技術(shù)先進，供電可靠，經(jīng)濟合理的主接線方案。此主接線還應(yīng)具有足夠的靈活性，能適應(yīng)各種運行方式的變化，且在檢修、事故等特殊狀態(tài)下操作方便、調(diào)度靈活、檢修安全、擴建發(fā)展方便。4.2主接線方案確定變電所的接線應(yīng)從安全、可靠、靈活、經(jīng)濟出發(fā)。本次設(shè)計工廠35KV總降變電所，地位較為重要，應(yīng)盡量保證供電的可靠性，又由于是總降變電所，從經(jīng)濟性來考慮主接線不宜復(fù)雜。(1)只裝有一臺主變壓器的總降變電所主接線通常采用一次側(cè)無母線、二次側(cè)為單母線的主接線。一次側(cè)采用斷路器為主開關(guān)。其特點是簡單經(jīng)濟，但供電可靠性不高，只適用于三級負荷。(2) 一次側(cè)為內(nèi)橋式接線的總降變電所主接線這種主接線的運行靈活性較好，供電可靠性較高，適用于一、二級負荷。這種內(nèi)橋式接線多用于電源線路較長而主變壓器不須經(jīng)常切換的總降壓變電所。(3) 一次側(cè)為外橋式接線的總降變電所主接線這種主接線也適用于一、二級負荷。這種外橋式接線多用于電源線路不長而主變壓器需經(jīng)常切換以適應(yīng)經(jīng)濟運行的總降壓變電所。(4) 一、二次側(cè)均采用單母線分段的總降壓變電所主接線這種主接線兼有上述內(nèi)橋式和外橋式兩種接線的運行靈活性的優(yōu)點，但所用高壓開關(guān)設(shè)備較多，投資較大?？晒┮?、二級負荷，適用于一、二次側(cè)進出線較多的情況。(5) 一、二次側(cè)均采用雙母線的總降壓變電所主接線采用雙母線接線較之采用單母線接線，供電可靠性和運行靈活性大大提高，但開關(guān)設(shè)備也大大提高，從而大大增加了初投資，所以雙母線接線在企業(yè)中少用，主要用于電力系統(tǒng)中。綜合上述的主接線方案的比較,一次側(cè)選用線路變壓器組接線方式,即采用兩臺變壓器分列運行,二次側(cè)采用單母分段接線方式。第五章 短路電流計算5.1短路電流的概述電氣設(shè)備或?qū)w發(fā)生短路故障時通過的電流為短路電流。在工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，不僅要考慮到正常工作狀態(tài)，而且還要考慮到發(fā)生故障所造成的不正常狀態(tài)。根據(jù)電力系統(tǒng)多年的實際運行經(jīng)驗，破壞供電系統(tǒng)正常運行的故障一般最常見的是各種短路。所謂短路是指相與相之間的短接，或在中性點接地系統(tǒng)中一相或幾相與大地相接（接地），以及三相四線制系統(tǒng)中相線與中線短接。當(dāng)發(fā)生短路時，短路回路的阻抗很小，于是在短路回路中將流通很大的短路電流（幾千甚至幾十萬安），電源的電壓完全降落在短路回路中。發(fā)生短路的主要原因是由于電力系統(tǒng)的絕緣被破壞。在大多數(shù)情況下，絕緣的破壞多數(shù)是由于未及時發(fā)現(xiàn)和未及時消除設(shè)備中的缺陷，以及設(shè)計、安裝和運行維護不當(dāng)所，例如：過電壓、直接雷擊、絕緣材料的陳舊、絕緣配合不好、機械損壞等，運行人員的錯誤操作，如帶負荷拉開隔離開關(guān)，或者檢修后未拆接地線就接通斷路器；在長期過負荷元件中，由于電流過大，載流導(dǎo)體的溫度升高到不能容許的程度，使絕緣加速老化或破壞；在小接地電流系統(tǒng)中未及時或消除一相接地的不正常工作狀態(tài)，此時，其它兩相對地電壓升高倍，造成絕緣損壞；在某些化工廠或沿海地區(qū)空氣污穢，含有損壞絕緣的氣體或固體物質(zhì)，如不加強絕緣，經(jīng)常進行維護檢修或者采取其他特殊防護措施等，都很容易造成短路。此外，在電力系統(tǒng)中，某些事故也可能直接導(dǎo)致短路，如桿塔塌導(dǎo)線斷線等。動物或飛禽跨接載流導(dǎo)體也會造成短路事故。短路電流所產(chǎn)生的電動力能形成很大的破壞應(yīng)力，如果導(dǎo)體和它們的支架不夠堅固，則可能遭到嚴重破壞。短路電流越大，通過的時間越長，對故障元件破壞的程度也越大。由于短路電流很大，即使通過的時間很短，也會使短路電流所經(jīng)過的元件和導(dǎo)體收起不能容許的發(fā)熱，從而破壞絕緣甚至使載流部分退火、變形或燒毀。既然發(fā)生短路時流通很大的短路電流（超過額定電流許多倍），這樣大的短路電流一旦流經(jīng)電氣設(shè)備的載流導(dǎo)體，必然要產(chǎn)生很大的電動力和熱的破壞作用，隨著發(fā)生短路地點和持續(xù)時間的長短，其破壞作用可能局限于一小部分，也可能影響整個系統(tǒng)。5.2短路回路參數(shù)的計算在進行短路電流計算時，首先需要計算回路中各元件的阻抗。各元件阻抗的計算通常采用有名值和標么值兩種計算方法。前一種計算方法主要適用于1KV以下低壓供電系統(tǒng)的網(wǎng)路中，后一種計算方法多用在企業(yè)高壓供電系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)中。5.2.1標么值法標么值一般又稱為相對值，是一個無單位的值，通常采用帶有*號的下標以示區(qū)別，標么值乘以100，即可得到用同一基準值表示的百分值。在標么值計算中。首先要選定基準值。雖然基準值可以任意選取，但實際計算中往往要考慮計算的方便和所得到的標么值清晰可見，如選取基值功率為100MVA和短路點所在網(wǎng)路的平均額定電壓為基準電壓。尚須指出，在電路的計算中，各量基準值之間必須服從電路的歐姆定律和功率方程式，也就是說在三相電路中，電流、電壓、阻抗、和功率這四個物理量的基準值之間應(yīng)滿足下列關(guān)系：表5-1標么值換算公式序號元件名稱標幺值有名值（）短路功率（MVA）備注1發(fā)電機（或電動機）=SNG、發(fā)電機的額定容量，MAV及其次暫態(tài)電抗SNT、UK%變壓器的額定容量MAV及其短路電壓的 百分值UNR、INR、XR%電抗器的額定電壓、額定電流及電抗百分值Uav電抗器或線所在網(wǎng)路的平均額定電壓PT變壓器短路損耗KW2變壓器RT=XT=3電抗器4線路表5-2電力線路每相的單位長度電抗平均值線路結(jié)構(gòu)線路電壓35KV以上610KV220380V架空線路電纜線路0.40.120.350.080.320.0665.2.2短路計算過程 圖5-1短路等效電路圖1.當(dāng)由區(qū)域變電所供電時，架空線路為4.5km。UC1=36.75KV, UC2=10.5KV,取基準值Sd=100MVA ,SOC=1000MVAId1= =1.57 KA ,Id2=5.5 KA電力系統(tǒng)的電抗標么值：X1*=0.1架空線路的電抗標么值，查表的到，X0=0.4X2*= X0L=0.44.5=0.133電力變壓器的電抗標么值：UK%=5 , X3*=41)當(dāng)k-1點發(fā)生短路時圖5-2 k-1點短路等效電路圖總電抗 =0.1+0.133=0.233三相短路電流周期分量有效值 =6.738 KA其他三相短路電流 I”(3)= = =6.738 KA=2.55 =2.556.738=17.182 KA=1.51=10.174 KA三相短路容量=429.18 MVA2)當(dāng)k-2點發(fā)生短路時圖5-3 k-2點短路等效電路圖總電抗 =0.1+0.133+=2.233三相短路電流周期分量有效值 =2.463 KA 其他三相短路電流I”(3)= = =2.463 KA =2.55 =2.552.463=6.281 KA =1.51=3.719 KA三相短路容量 =44.78 MVA表5-3短路電流計算表短路計算點三相短路電流/KA 三相短路容量 /MVAk-16.7836.7836.78317.18210.174 429.18k-22.4632.4632.4636.2813.719 44.782.當(dāng)由火力發(fā)電產(chǎn)供電時，架空線路為17km。UC1=36.75KV, UC2=10.5KV,取基準值Sd=100MVA ,SOC=1000MVA Id1= =1.57 KA , Id2=5.5 KA電力系統(tǒng)的電抗標么值：X1*=0.1架空線路的電抗標么值，查表的到，X0=0.4 X2*= X0L=0.417=0.5用標么值的方法按上計算方法可得k-1和k-2點的短路電流。1)當(dāng)k-1點發(fā)生短路時總電抗 =0.1+0.5=0.6三相短路電流周期分量有效值 =2.617KA其他三相短路電流I”(3)= = =2.617 KA =2.55 =2.552.617=6.673 KA =1.51=4.036 KA三相短路容量 =166.7 MVA2)當(dāng)k-2點發(fā)生短路時總電抗 =0.1+0.5+=2.6三相短路電流周期分量有效值 =2.115 KA 其他三相短路電流I”(3)= = =2.115 KA =2.55 =2.552.115=5.393 KA =1.51=3.194 KA三相短路容量 =38.46 MVA表5-4短路電流計算表短路計算點三相短路電流/KA 三相短路容量 /MVAk-12.6172.6172.6176.6734.036 166.7k-22.1152.1152.1155.3933.194 38.46第六章 電氣設(shè)備選擇和校驗6.1高壓電器選擇的一般原則為了保證一次設(shè)備安全可靠地運行，必須按下列條件選擇和校驗：1）按正常工作條件包括電壓，電流，頻率及開斷電流等選擇；2）按短路條件包括動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度進行校驗；3）考慮電氣設(shè)備運行的環(huán)境條件如溫度，濕度，海拔高度以及有無防塵，防腐，防火，防爆等要求；4）按各類設(shè)備的不同特點和要求如斷路器的操作性能，互感器的二次負荷和準確度級等進行選擇；高壓電器選擇的主要任務(wù)是選擇滿足變電所及輸、配電線路正常和故障狀態(tài)下工作要求的合理的電器，以保證系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟的運行條件。要使企業(yè)供電系統(tǒng)的安全可靠，必須正確合理的選擇各種電氣設(shè)備，選擇企業(yè)供電系統(tǒng)中高壓電氣設(shè)備的一般原則，除按正常運行下的額定電壓、額定電流等條件外，還應(yīng)按短路情況下進行校驗，但各種電氣設(shè)備的選擇與校驗項目也不盡一樣，見下表6-1：表6-1高壓設(shè)備選擇和校驗的項目設(shè)備名稱選擇項目校驗項目額定電壓KV額定電流KV裝置類型戶內(nèi)戶外準確度級電抗百分數(shù)x%短路電流開斷能力二次容量剩余電壓熱穩(wěn)定動穩(wěn)定高壓短路器*負荷開關(guān)*隔離開關(guān)*熔斷器*電流互感器*電壓互感器*母線*電纜* 說