變電所主接線設(shè)備選擇二次繼電保護論文29568

1、摘 要機械工廠供電的目的是從電力系統(tǒng)取得電能，經(jīng)過合理的傳輸，變換，分配到機械工廠車間中的每一個用電設(shè)備上以供使用。隨著機械工業(yè)電氣自動化技術(shù)的發(fā)展以及工廠用電量的迅速增長，使工廠對電能的質(zhì)量，供電的可靠行以及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)等要求也日益提高。工廠供電系統(tǒng)是由工廠總降壓變電所（高壓變電所），高壓配電系統(tǒng)，車間變電所，低壓配電系統(tǒng)及用電設(shè)備組成。本設(shè)計對一個大型機械工廠的供電系統(tǒng)進行設(shè)計，主要包括進線電壓等級的選擇；總降壓變電所主接線的設(shè)計；通過負荷計算確定主變壓器及各車間配電變壓器的型號；用標(biāo)幺值法及有歐姆法進行了短路計算，進而對總降壓變電所、高壓配電線路、車間變電所及低壓配電線路中的電氣設(shè)備進行

2、選擇與校驗，例如斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器。本文也對二次保護回路進行了簡單設(shè)計。本設(shè)計在確定高壓側(cè)接線方案及對高壓側(cè)設(shè)備選擇時進行了較為詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較，力求達到經(jīng)濟合理可靠。因為供電設(shè)計是否完善，不僅影響工廠的基本建設(shè)投資、運行費用和有色金屬消耗量，而且也反映到工廠供電的可靠性和工廠的安全生產(chǎn)上，它與企業(yè)的經(jīng)濟效益、設(shè)備和人身安全等是密切相關(guān)的。關(guān)鍵詞：變電所；主接線；設(shè)備選擇；二次繼電保護abstractthe power supply system of the machinery factory aims to obtain the power from the pow

3、er system, and distributing the power to each of the electrical equipments in machinery factory through reasonable transformation and transmission. with the development of machinery industrials electrical automation and the rapid growth of electricity consumption, power quality and the reliability o

4、f power supply are required increasing by the factory, so was the techno-economic indicators.the factory power supply system is consist of the total substation (high-voltage substation), high voltage distribution system, workshop substations, low voltage distribution system and electric equipment. t

5、he design of a large machinery factory power supply system was introduced in this paper, including choosing the voltage level of the incoming line; designing the main connection of the total substation; selecting the type of the main transformer and wokshop distribution transformers through the load

6、 calculation; performing the calculation of short current use per-unit value method and ohms method, then choosing the equipments for the factory power supply system, such as circuit breakers, disconnectors, current and voltage sensors and so on. it also introduces the design of secondary relay prot

7、ection circuit simply.detailed technical and economic comparison about high voltage side scheme of connection and equipments selection was introduced in this paper, striving to achieve economic reasonable and reliable. whether the power supply system is designed perfect or not, not only affects the

8、factorys construction investment, operating costs and non-ferrous metal consumption, but also reflects the reliability of the power supply for the factory and production safety, it has close relationship with the economic efficiency, equipments and personal safety of enterprises.key words：substation

9、，equipment selection，main connection，relay protection目 錄摘 要iabstractii1 緒論11.1 課題的意義11.2 課題研究概述11.3 本課題的設(shè)計任務(wù)與目標(biāo)22 負荷計算及功率補償42.1 負荷調(diào)查42.1.1 工廠總平面圖42.1.2 工廠負荷情況52.1.3 供電電源情況52.1.4 工廠自然條件52.1.5 電費制度62.2 按需要系數(shù)法確定計算負荷62.2.1 基本公式62.2.2 多組用電設(shè)備計算負荷的確定72.3 無功功率補償92.3.1 無功功率補償?shù)囊饬x92.3.2 無功功率的補償方式102.3.3 無功功率補償

10、計算103 供電電壓及總降壓變電所主電路的確定133.1 總降壓變電所主電路133.1.1 總降壓變電所主電路的分類133.1.2 供電電源及總降壓變電所主接線方案153.2 經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定總降壓變電所主接線方案163.2.1 三個方案的優(yōu)缺點分析163.2.2 三個方案35kv高壓線路的選擇及電壓損耗計算163.2.3 方案的技術(shù)經(jīng)濟分析193.3.4 總降壓變電所電氣主接線的設(shè)計194 高壓電氣設(shè)備的選擇及二次回路設(shè)計194.1 短路計算194.1.1 短路計算的意義和類型194.1.2 短路計算194.2 總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)電氣設(shè)備的選擇194.2.1 高壓電氣設(shè)備選擇的一般

11、原則194.2.2 35kv側(cè)電氣設(shè)備的選擇194.2.3 10kv側(cè)電氣設(shè)備的選擇194.2.4 10kv母線的選擇194.3 總降壓變電所二次回路的設(shè)計194.3.1 二次回路概述194.3.2 操作電源的設(shè)計194.3.3 電測量儀表的設(shè)計194.3.4 中央信號裝置194.4 主變壓器繼電保護的選擇與整定194.4.1 繼電保護裝置的基本要求194.4.1 主變壓器的繼電保護194.5 總降壓變電所所址的選擇194.5.1 所址的選擇195 工廠車間變電所的設(shè)計195.1 車間變電所的位置及變壓器的選擇195.1.1 車間變電所的位置195.1.2 各車間變電所的負荷計算及變壓器的選擇

12、195.2 短路計算及車間變電所設(shè)備的選擇195.2.1 短路計算195.2.2 車間低壓配電屏的選擇195.2.3 車間進線電纜的選擇195.2.4 車間低壓母線的選擇195.2.5 車間干線的選擇19結(jié) 論19致 謝19參 考 文 獻19附錄a 總降壓變電所主接線19附錄b 二號車間變電所主接線191 緒論1.1 課題的意義眾所周知，電能是機械工廠生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其他形式的能量轉(zhuǎn)換而來，也易于轉(zhuǎn)換為其他形式的能量以供應(yīng)用。電能的輸送和分配既簡單經(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。在機械工業(yè)中，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

13、比重一般很小，電費開支僅占產(chǎn)品成本的5%左右，從投資額來看，一般機械工廠在供電設(shè)備上的投資也僅占總投資額的5%左右。因此電能在工業(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，而是在于工業(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，如果工廠的電力供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。例如某些對供電可靠性要求很高的工廠，即使是極短時間的停電，也會引起重大設(shè)備損壞，或引起大量產(chǎn)品報廢，甚至可能發(fā)生重大的人身事故，給國家和人民帶來經(jīng)濟上甚至政治上的重大損失

14、。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。機械工廠變配電所是工廠供電系統(tǒng)的樞紐及核心，所以經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較設(shè)計好工廠變配電所的主接線及其設(shè)備選型，對機械工廠供電具有十分重要的意義。1.2 課題研究概述工廠供電設(shè)計的任務(wù)是從電力系統(tǒng)取得電源，經(jīng)過合理的運輸、變換，分配到工廠車間中每一個用電設(shè)備上。隨著工業(yè)電氣自動化技術(shù)的發(fā)展，工廠用電量的迅速增長，對電能質(zhì)量、供電可靠性以及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)等的要求也日益

15、提高。供電設(shè)計是否完善，不僅影響工廠的基本建設(shè)投資、運行費用和有色金屬消耗量，而且也反映到工廠供電的可靠性和工廠的安全生產(chǎn)上，它與企業(yè)的經(jīng)濟效益、設(shè)備和人身安全等是密切相關(guān)的?，F(xiàn)在除個別大型工業(yè)聯(lián)合企業(yè)有自備電廠外，絕大多數(shù)工廠都是從國家電力系統(tǒng)取得電能的。因此，工廠工業(yè)負荷是電力系統(tǒng)的主要用戶，工廠供電系統(tǒng)也是電力系統(tǒng)的一個組成部分，保證企業(yè)安全供電和經(jīng)濟運行，不僅關(guān)系到企業(yè)的利益，也關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟運行以及合理利用能源。工廠供電系統(tǒng)是由工廠總降壓變電所、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。一般中型工廠的電源是610kv。電能先經(jīng)高壓配電所，由高壓配電線路將電能分

16、送至各個車間變電所。車間變電所內(nèi)裝設(shè)有電力變壓器，將610kv的高壓降為一般低壓用電設(shè)備所需的電壓，通常降為220/380v（220v為三相電路相電壓，380v為其線電壓）。如果工廠有610kv的高壓用電設(shè)備，則由高壓配電所直接對其進行配電。對于大型工廠及某些進線電壓為35kv及以上的中型工廠，通常經(jīng)過兩次降壓，也就是電源進廠以后，先經(jīng)總降壓變電所，其中裝有較大容量的電力變壓器，將35kv及以上的電源電壓降為610kv的配電電壓，然后經(jīng)過610kv高壓配電線路將電能送到各個車間變電所，也有的經(jīng)高壓配電所再送到車間變電所，最后經(jīng)車間變電所的配電變壓器降為一般低壓設(shè)備所需的電壓。有的35kv進線的

17、工廠，只經(jīng)一次降壓，即35kv線路直接引入靠近負荷中心的車間變電所，經(jīng)車間變電所的變壓器直接降為低壓用電設(shè)備所需的電壓。這種供電方式，稱為高壓深入負荷中心的直配方式。這種直配方式，可以省去一級中間變壓，從而簡化了供電系統(tǒng)，節(jié)約了有色金屬，降低了電能損耗和電壓損耗，提高供電質(zhì)量。然而這要根據(jù)廠區(qū)的環(huán)境條件是否滿足35kv架空線路深入負荷中心的“安全走廊”而定，否則不宜采用，以確保供電安全。配電所的任務(wù)是接受電能和分配電能，不改變電壓，而變電所的任務(wù)是接受電能，變換電壓和分配電能。以上所講的工廠供電系統(tǒng)，是指從電源進線進廠起到高低壓用電設(shè)備進線端止的整個電路系統(tǒng)，包括廠內(nèi)的變、配電所和所有高低壓配

18、電線路。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，就必須遵循國家的各項方針政策，設(shè)計方案必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)規(guī)定，同時應(yīng)滿足以下幾項基本要求：（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即連續(xù)供電的要求。（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。 1.3 本課題的設(shè)計任務(wù)與目標(biāo)機械工廠供配電系統(tǒng)設(shè)計的任務(wù)包括：（1）

19、供電電壓的選擇根據(jù)供電部門提供的資料，選擇本廠最優(yōu)供電電壓等級。（2）總降壓變電站的設(shè)計 主接線設(shè)計：根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，分析原始資料與數(shù)據(jù)，列出技術(shù)上可能實現(xiàn)的多個方案，經(jīng)過概略分析比較，留下23個較優(yōu)方案，對較優(yōu)方案進行詳細計算和分析比較，確定最優(yōu)方案。 短路計算：根據(jù)電氣設(shè)備選擇和繼電保護的需要，確定短路計算點，計算三相短路電流，計算結(jié)果列出匯總表。 無功補償：求出工廠平均功率因數(shù)，確定補償方式，選出相應(yīng)的補償設(shè)備。 主要電氣設(shè)備的選擇：包括斷路器、隔離開關(guān)、互感器、導(dǎo)線等設(shè)備的選擇及校驗。選用設(shè)備型號、數(shù)量并匯成設(shè)備一覽表。 主要設(shè)備繼電保護設(shè)計：主要為主變壓器的保護方式進行選擇和整定計算

20、。 總降壓變電所二次回路的設(shè)計：主要包括對操作電源及電測量儀表的設(shè)計。（3）廠區(qū)10kv配電系統(tǒng)的設(shè)計配電裝置的選擇：包括配電裝置如高壓開關(guān)柜、線路的選擇。（4）車間變電所的設(shè)計 主接線設(shè)計：根據(jù)所給資料，選擇車間變電所的臺數(shù)、容量并設(shè)計主接線。 配電裝置的選擇：包括配電裝置如低壓配電屏、線路的選擇。2 負荷計算及功率補償2.1 負荷調(diào)查2.1.1 工廠總平面圖2.1 某機械工廠總平面圖2.1.2 工廠負荷情況本廠多數(shù)車間為三班制，年最大負荷利用小時數(shù)為，全年實際工作小時數(shù)為。該廠除鑄造車間、電鍍車間、空氣壓縮車間、鍋爐房屬于二級負荷外，其余均屬三級負荷。本廠的負荷統(tǒng)計資料如表2.1所示：表2

21、.1 工廠負荷統(tǒng)計資料車間編號車間名稱設(shè)備容量（kw）需要系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間5000.30.72空氣壓縮車間7400.70.83鍛壓車間5500.30.654金工車間5800.20.655工具車間5700.30.66電鍍車間4200.50.87熱處理車間2600.60.88裝配車間3000.30.79機修車間2800.20.6510鍋爐車間2200.70.811配料車間3100.40.812生活區(qū)4800.70.82.1.3 供電電源情況當(dāng)?shù)毓╇姴块T提供兩個供電電源，供設(shè)計者選用。從某區(qū)域變電所提供電源，該變電所距廠南。從某區(qū)域變電所提供電源，該變電所距廠西南側(cè)。該廠可通過高壓聯(lián)絡(luò)線由距該

22、廠的鄰近單位取得備用電源。2.1.4 工廠自然條件（1）氣象資料：年最高氣溫，年平均氣溫，年最低氣溫，年最熱月平均最高氣溫。年最熱月地下土壤中處平均溫度為，常年主導(dǎo)風(fēng)向為南風(fēng)。年雷暴日天。（2）地質(zhì)水文資料：平均海拔，地層以沙質(zhì)黏土為主，地下水位，地耐壓力為。2.1.5 電費制度本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計量電能，設(shè)專用計量柜，按兩部電費制交納電費。每月基本電費為元/，動力電費為元/。此外，電力用戶需按新裝變壓器的容量，一次性向供電部門交納供電貼費為元/。2.2 按需要系數(shù)法確定計算負荷 2.2.1 基本公式用電設(shè)備組的計算負荷，是指用電設(shè)備組從供電系統(tǒng)中取用的半小時最大負

23、荷。用電設(shè)備組的設(shè)備容量，是指用電設(shè)備組所有設(shè)備（不含備用設(shè)備）的額定容量之和，即。而設(shè)備的額定容量，是設(shè)備在額定條件下的最大輸出功率。但是用電設(shè)備組的設(shè)備實際上不一定都同時運行，運行的設(shè)備也不太可能都滿負荷，同時設(shè)備本身有功率損耗，配電線路也有功率損耗，因此用電設(shè)備組的有功計算負荷應(yīng)為（2.1）式中，為設(shè)備組的同時系數(shù)，即設(shè)備組在最大負荷時運行的設(shè)備容量與全部容量之比；為設(shè)備組的負荷系數(shù)，即設(shè)備組在最大負荷時的輸出功率與運行的設(shè)備容量之比；為設(shè)備組的平均效率，即設(shè)備組在最大負荷時的輸出功率與取用功率之比；為配電線路的平均效率，即配電線路在最大負荷時的末端功率（亦即設(shè)備組的取用功率）與首端功率

24、（亦即計算負荷）之比。令上式中的，這里的稱為需要系數(shù)。由上式可知需要系數(shù)的定義式為（2.2）即用電設(shè)備組的需要系數(shù)，是用電設(shè)備組在最大負荷時需要的有功功率與其設(shè)備容量的比值。由此可得按需要系數(shù)法確定三相用電設(shè)備組有功計算負荷的基本公式為（2.3）實際上，需要系數(shù)不僅與用電設(shè)備組的工作性質(zhì)、設(shè)備臺數(shù)、設(shè)備效率和線路損耗等因素有關(guān)，而且與操作人員的技能和生產(chǎn)組織等多種因素有關(guān)，因此應(yīng)盡可能地通過實測分析確定，使之盡量接近實際。在求出有功計算負荷后，可按下列各式分別求出其余的計算負荷。無功計算負荷為（2.4）式中，為對應(yīng)于用電設(shè)備組的正切值。視在計算負荷為（2.5）式中，為用電設(shè)備組的平均功率因數(shù)。

25、計算電流為（2.6）式中，為用電設(shè)備組的額定電壓。負荷計算中常用的單位：有功功率為“千瓦”，無功功率為“千乏”，視在功率為“千伏安”，電流為“安”，電壓為“千伏”。2.2.2 多組用電設(shè)備計算負荷的確定確定擁有多組用電設(shè)備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負荷時，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負荷不同時出現(xiàn)的因素。因此在確定多組用電設(shè)備的計算負荷時，應(yīng)結(jié)合具體情況對其有功負荷和無功負荷分別計入一個同時系數(shù)（又稱參差系數(shù)或綜合系數(shù)）和：對車間干線取對低壓母線（1）由用電設(shè)備組計算負荷直接相加來計算時?。?）由車間干線計算負荷直接相加來計算時取總的有功計算負荷為（2.7）總的無功計算負荷為（2.8）以

26、上兩式中的和分別為各組設(shè)備的有功和無功計算負荷之和?？偟囊曉谟嬎阖摵蔀椋?.9）總的計算電流為（2.10）注意：由于各組設(shè)備的功率因數(shù)不一定相同，因此總的視在計算負荷和計算電流一般不能用各組的視在計算負荷或計算電流之和來計算，總的視在計算負荷也不能按式（2.5）計算。根據(jù)式（2.3）（2.6），可以得到各車間的負荷計算表，如表2.2所示。表2.2 各車間的負荷計算表序號車間名稱1鑄造車間150153214.3325.62空氣壓縮車間518388.5647.5983.83鍛壓車間165193253.8385.64金工車間116135.7178.5271.25工具車間171227.42854336

27、電鍍車間210157.5262.5398.87熱處理車間156117195296.38裝配車間9091.8128.6195.49機修車間5665.586.213110鍋爐車間154115.5192.5292.511配料車間12493155235.512生活區(qū)336161.3420638.1總計22461899.230194586.8取，根據(jù)式（2.7）（2.10）可得總有功計算負荷總無功計算負荷總的視在計算負荷總的計算電流2.3 無功功率補償2.3.1 無功功率補償?shù)囊饬x許多用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變

28、磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率，因此，所謂的“無功”并不是“無用”的電功率，只不過它的功率并不轉(zhuǎn)化為機械能、熱能而已。因此在供電系統(tǒng)中除了需要有功電源外，還需要無功電源，兩者缺一不可。對廣大供電企業(yè)來說，用戶功率因數(shù)的高低，直接關(guān)系到電力網(wǎng)中的功率損耗和電能損耗，關(guān)系到供電線路的電壓損失和電壓波動，而且關(guān)系到節(jié)約用電和整個供電區(qū)域的供電質(zhì)量。在電網(wǎng)的運行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，我們希望功率因數(shù)越大越好。這樣電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。因此，提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，已成為電力工業(yè)中的一個重要內(nèi)容，

29、而提高電力系統(tǒng)功率因數(shù)，首先就要提高各用戶的功率因數(shù)。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。適當(dāng)提高用戶的功率因數(shù)，不但可以充分的發(fā)揮發(fā)、供電設(shè)備的生產(chǎn)能力，減少線路損失，改善電壓質(zhì)量，而且可以提高用戶用電設(shè)備的工作效率和為用戶本身節(jié)約電能。因此，對于全國廣大供電企業(yè)，若能有效的搞好低壓補償，不但可以減輕上一級電網(wǎng)補償?shù)膲毫Γ纳铺岣哂脩艄β室驍?shù)，而且能夠有效降低電能損失，減少用戶電費，其社會經(jīng)濟效益是非常顯著的。我國電力工業(yè)部于年制定的供電營業(yè)規(guī)則規(guī)定“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)達到下列規(guī)定”：及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為以上，

30、其他電力用戶和大、中型電力排灌站、躉購轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)為以上。并規(guī)定，凡功率因數(shù)未達到上述規(guī)定的，應(yīng)添加無功補償裝置。2.3.2 無功功率的補償方式 （1）高壓集中補償高壓集中補償是將高壓電容器組集中裝設(shè)在工廠變配電所的母線上。這種補償方式只能補償母線前所有線路上的無功功率，而此母線后的廠內(nèi)線路的無功功率得不到補償，所以這種補償方式的經(jīng)濟效果較后兩種補償方式差。但這種補償方式的初投資較少，便于集中運行維護，而且能對工廠高壓側(cè)的無功功率進行有效的無功補償，以滿足工廠總功率因數(shù)的要求，所以這種補償方式在一些大中型工廠中應(yīng)用相當(dāng)普遍。按規(guī)定：室內(nèi)高壓電容器裝置宜設(shè)置在單獨房間內(nèi)。當(dāng)電容器組容量較

31、小時，可設(shè)置在高壓配電室內(nèi)，但與高壓配電裝置的距離不應(yīng)小于1.5m。（2）低壓集中補償?shù)蛪杭醒a償是將低壓電容器集中裝設(shè)在車間變電所的低壓母線上。這種補償方式能補償車間變電所低壓母線前車間變電所和前面高壓配電線路及電力系統(tǒng)的無功功率。由于這種補償能使車間主變壓器的視在功率減小從而可使主變壓器容量選得較小，因此比較經(jīng)濟，而且這種補償?shù)牡蛪弘娙萜饕话憧砂惭b在低壓配電室內(nèi)（只在電容器柜比較多時才考慮單設(shè)一房間），運行維護安全方便，因此這種補償方式在工廠中相當(dāng)普遍。（3）單獨就地補償單獨就地補償，又稱個別補償或分散補償，是將并聯(lián)補償電容器組裝設(shè)在需進行無功補償?shù)母鱾€用電設(shè)備旁邊。這種補償方式能夠補償安

32、裝部位以前的所有高低壓線路和電力變壓器的無功功率，因此其補償范圍最大，補償效果最好，應(yīng)予優(yōu)先采用。但這種補償方式的總投資較大，且電容器組在被補償?shù)挠秒娫O(shè)備停止工作時，它也將一并被切除，因此其利用率較低。對于供電系統(tǒng)中高壓側(cè)和低壓側(cè)的基本無功功率的補償，仍宜采用高壓集中補償和低壓集中補償?shù)姆绞健?.3.3 無功功率補償計算（1）功率因數(shù)補償計算公式補償前平均負荷功率因數(shù)為（2.11）式中，為年平均有功負荷系數(shù)，一般取0.70.75；為年平均無功負荷系數(shù)，一般取0.760.82；為年實際工作小時數(shù)，三班制可取6900h；本設(shè)計取0.7，取0.76。要使功率因數(shù)由提高到，必須裝設(shè)的無功補償裝置容量為

33、（2.12）式中，為無功補償后的無功功率。電容器實際容量與實際工作電壓平方成正比，即（2.13）其中，為單只電容器的額定容量；為電容器的額定電壓。并聯(lián)電容器的臺數(shù)為（2.14）式中，為無功補償容量；為電容器的實際容量。變壓器的有功功率損耗及無功功率損耗為（2.15）（2.16）式中，為補償后側(cè)的視在計算負荷。補償后平均負荷功率因數(shù)為（2.17）式中，和為補償后的計算負荷。（2）功率因數(shù)補償?shù)姆桨讣坝嬎銥榱吮阌诩泄芾聿p小投資，本廠采用高壓集中補償方式。無功功率的人工補償裝置主要有同步補償機和并聯(lián)電容器兩種，由于并聯(lián)電容器具有安裝簡單、運行維護方便、有功損耗小以及組裝靈活、擴容方便等優(yōu)點，因此

34、本廠采用并聯(lián)電容器作為無功補償裝置。由式（2.11）得補償前平均負荷功率因數(shù)為該廠側(cè)平均負荷時的功率因數(shù)只有，而供電部門要求進線側(cè)最大負荷時功率因數(shù)不低于。由式（2.12）得無功補償容量為因此，若選，由式（2.13）知該電容器的實際容量為由式（2.14）得并聯(lián)電容器的臺數(shù)為由于是單相電容器，所以應(yīng)取的倍數(shù)以便三相均衡分配，因此，可選三臺并聯(lián)電容器。則實際補償容量。補償后側(cè)的視在計算負荷為 由式（2.15）及式（2.16）得變壓器的功率損耗為變電所側(cè)的計算負荷為由式（2.17）得無功補償后工廠的平均功率因數(shù)為滿足要求。3 供電電壓及總降壓變電所主電路的確定3.1 總降壓變電所主電路3.1.1 總

35、降壓變電所主電路的分類（1）具有一回電源進線和一臺變壓器的主電路接線這種情況在變電所的高壓側(cè)通常是線路一變壓器組的接線，而變壓器低壓側(cè)則采用單母線接線方式。圖為變壓器高壓側(cè)裝有斷路器的線路變壓器組結(jié)線，這種接線由于變壓器高壓側(cè)裝有斷路器，正常運行時變壓器的投切操作及發(fā)生故障時故障線路的切除均可利用斷路器進行，所以運行操作比較方便。低壓側(cè)單母線接線是最簡單的母線接線，由母線引出饋電線路到工廠配電所或車間變電所。饋電線路可用斷路器或負荷開關(guān)控制，或者簡單地采用隔離開關(guān)及熔斷器控制方式，視負荷的大小及重要程度而定。 圖3.1 高壓側(cè)裝有斷路器的 圖3.2 高壓側(cè)只裝隔離開關(guān)的線路變壓器組結(jié)線 線路變

36、壓器組結(jié)線在工廠供電系統(tǒng)中，為了簡化配電裝置，減少投資，往往從簡化變壓器一次側(cè)的開關(guān)設(shè)備入手。圖3.2為變壓器高壓側(cè)只設(shè)隔離開關(guān)的結(jié)線圖。正常工作時，若要切除變壓器，首先需要斷開變壓器低壓側(cè)斷路器，然后再打開隔離開關(guān)；投入變壓器時，要先合上，再合。由于利用隔離開關(guān)進行變壓器的空載分閘和合閘，這種結(jié)線在變壓器容量上有一定限制：對于電壓，變壓器容量限制在以下；對于電壓，變壓器容量限制在以下。這兩種結(jié)線都具有簡單、經(jīng)濟的優(yōu)點，雖然第一種結(jié)線還采用了高壓斷路器，投資稍大些，但是由于只有一回進線和一臺變壓器，低壓側(cè)又是單母線結(jié)線，所以供電可靠性都不高。當(dāng)線路一變壓器組中的任一元件或低壓母線發(fā)生故障或進行

37、檢修時，全所都要停電。因此，這一類結(jié)線一般僅用于給三級負荷的中小型變電所供電。（2）具有兩回電源進線和兩臺變壓器的變電所主電路接線為使重要負荷得到可靠的供電，大型企業(yè)變電所通常有兩回電源進線并且設(shè)置兩臺主變壓器，在這種情況下，變電所高壓側(cè)多采用橋式結(jié)線。當(dāng)供電線路較長、工廠負荷比較平穩(wěn)，兩臺變壓器需要經(jīng)常投入運行時采用內(nèi)橋式接線，如圖所示；如供電線路較短，而工廠負荷又極不均衡，需要按經(jīng)濟運行方式經(jīng)常投切變壓器的變電所，則采用外橋式接線，如圖3.4所示。 圖3.3 內(nèi)橋接線 圖3.4 外橋接線由于裝設(shè)兩臺變壓器，因此變壓器低壓側(cè)可以采用單母線分段接線方式，一般分兩段。分段開關(guān)可采用斷路器或隔離開

38、關(guān)，如果采用斷路器分段，則接線的供電可靠性和靈活性均較高。車間重要負荷可用雙回路供電，二回線路分別接在兩段上，可保證重要負荷的不間斷供電。根據(jù)橋斷路器及低壓母線分段開關(guān)的不同狀態(tài)，橋式接線在正常情況下有多種運行方式： 高壓橋斷路器閉合，低壓母線分段開關(guān)也閉合。這時兩回電源進線和兩臺變壓器作并聯(lián)運行，可靠性高，但短路電流大，繼電保護裝置復(fù)雜。 高壓橋斷路器斷開，低壓分段開關(guān)閉合。這種運行方式可以限制短路電流，宜用于來自同一電源的雙回進線。 高壓橋斷路器斷開，低壓母線分段開關(guān)也斷開。這適用于兩個未經(jīng)同期的獨立電源，它的運行性能相當(dāng)于兩個互為備用的線路一變壓器組。 高壓橋斷路器閉合，低壓母線分段開關(guān)

39、斷開。這種運行方式適用于高壓兩回電源進線來自不同地區(qū)變電所，其中有一電源進線是正常工作電源，而另一電源進線在正常情況下則是備用電源。這種情況下低壓母線分段開關(guān)斷開是為了減少短路電流。為了進一步提高這種高壓采用橋式接線、低壓采用單母線分段接線的變電所的供電可靠性和靈活性，通常在高壓側(cè)和低壓側(cè)都裝設(shè)備用電源自動投入裝置。為了簡化結(jié)線和減少配電裝置的投資，對雙電源進線和兩臺變壓器的總降壓變電所，也可以在變壓器高壓側(cè)不設(shè)斷路器只設(shè)隔離開關(guān)。當(dāng)電源進線來自兩個不同獨立電源，而變壓器低壓側(cè)的單母線分段接線中設(shè)有備用電源自動投入裝置時，這種接線完全可以滿足任何類型用戶的要求。3.1.2 供電電源及總降壓變電

40、所主接線方案根據(jù)電力系統(tǒng)電源提供的情況，供電電壓等級以及總降壓變電所主接線有三個方案可供選擇：（1）方案一：工作電源與備用電源均用電壓，在這個方案中，工廠總降壓變電所的高壓側(cè)接線方式可用的有兩種，即單母線分段接線和內(nèi)橋型接線。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較可知，二者初投資差不多，只是內(nèi)橋型接線要多投資一個高壓斷路器，但顯然在靈活性上橋型接線優(yōu)于單母線分段接線，因此采用內(nèi)橋型接線作為本方案的接線方式，總降壓變電所內(nèi)裝兩臺主變壓器。（2）方案二：工作電源和備用電源均采用電壓，因此不用設(shè)總降壓變電所，只需設(shè)一個高壓配電所，配電所的母線采用單母線分段接線方式，電源進線均用斷路器控制。（3）方案三：工廠電源采用，用架空

41、線路引入，廠內(nèi)總降壓變電所中裝設(shè)一臺主變壓器，由于主變壓器容量大于，所以變壓器高壓側(cè)必須裝設(shè)高壓斷路器，備用電源為，接在總降壓變電所內(nèi)母線的一個分段上。3.2 經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定總降壓變電所主接線方案3.2.1 三個方案的優(yōu)缺點分析方案一：工作電源與備用電源均為優(yōu)點（1）供電電壓高，線路功率損耗及電能損耗少。（2）電壓損失小，調(diào)壓問題易解決。（3）要求的值低，補償容量小，可減少補償設(shè)備及其投資。（4）要建總降壓變電所，對供電設(shè)備便于集中管理，易于實現(xiàn)自動化。（5）根據(jù)運行經(jīng)驗的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，的架空線路的故障率比的架空線路的故障率低一半，因而供電可靠性高。缺點（1）廠內(nèi)要設(shè)總降壓變電所，需占一定的土

42、地面積。（2）要裝設(shè)兩臺主變壓器，投資及運行費用均增加。方案二：工作電源及備用電源均為優(yōu)點（1）工廠內(nèi)不裝主變壓器，可簡化結(jié)線，降低投資及運行費用。（2）廠內(nèi)不設(shè)總降壓變電所，可減少土地面積，減少管理人員及維護工作量。缺點（1）供電電壓低，會增加線路的功率損耗和電能損耗，線路的電壓損失也大。（2）要求的值高，要增加補償容量及投資。（3）要設(shè)總配電所。（4）線路的故障率要比的高，所以供電可靠性不如。方案三：工作電源是，備用電源為這個方案的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)介于上述兩個方案之間。3.2.2 三個方案35kv高壓線路的選擇及電壓損耗計算（1）變壓器功率損耗及線路功率損耗計算公式 變壓器電壓損耗計算公式（3

43、.1）（3.2）式中，為變壓器的計算負荷；為變壓器的額定容量；為變壓器空載有功損耗；為變壓器短路有功損耗；為變壓器空載電流百分?jǐn)?shù)；為變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)；為變壓器臺數(shù)。 線路的電壓損耗計算（3.3）式中，和為線路單位長度的電阻和電抗；和為線路各負荷點的有功負荷和無功負荷；為各負荷點至電源的長度和各段干線的長度。（2）三個方案高壓進線線路的選擇及損耗計算 方案一：根據(jù)全廠計算負荷為，考慮一臺變壓器故障，另一臺變壓器可以過負荷運行，本方案選用兩臺容量為變壓器，查設(shè)備手冊可選型號為的兩臺變壓器，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：，。線路功率等于計算負荷與變壓器損耗之和由式（2.9）及（2.10）得計算負荷和線路電

44、流為據(jù)規(guī)定，及以上鋁及鋁合金架空裸導(dǎo)線的最小截面為，按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線，由設(shè)備選擇手冊查得其允許載流量為，大于，滿足要求。 方案二： 用電壓供電，廠內(nèi)不設(shè)主變壓器，無變壓器損耗。由式（2.9）及（2.10）得計算負荷和線路電流為按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線，設(shè)備選擇手冊查得其允許載流量為，大于，滿足要求。 方案三：正常運行時以單回路供電，另設(shè)一條線路作為備用電源，根據(jù)計算負荷情況，廠內(nèi)總降壓變電所設(shè)一臺容量為的變壓器，型號為，其主要技術(shù)數(shù)據(jù)為：，。線路功率等于計算負荷與變壓器損耗之和由式（2.9）及（2.10）得計算負荷和線路電流為按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線，由設(shè)備選擇手冊查得其允許載流量為，大于，滿足要求。備

45、用線路僅考慮供二級負荷用，則由式（2.9）及（2.10）得計算負荷和線路電流為按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線，設(shè)備選擇手冊查得其允許載流量為，滿足條件。由式（3.1）（3.3）可得到三個方案的變壓器損耗及高壓線路電壓損耗率如表3.1和表3.2所示。表3.1 三個方案變壓器功率損耗計算結(jié)果項目方案一方案二方案三有功功率損耗（kw）21.24025.47無功功率損耗（kvar）184.190184.19表3.2 三個方案高壓線路電壓損耗率項目方案一方案二方案三高壓線路電壓損耗率1.81%21.1%1.79%3.2.3 方案的技術(shù)經(jīng)濟分析由上述計算比較可知，方案一供電可靠，運行靈活，電壓損失和能量損失都較低，但

46、因裝設(shè)兩臺變壓器和三臺高壓斷路器致使投資增大很多。方案二投資雖少，但電壓損失嚴(yán)重，無法滿足負荷長期正常運行的要求，因此不予考慮。方案三介于上述兩個方案之間，正常運行時，電壓損失不大，能滿足要求。線路故障時，備用線路運行期間，電壓降較大，但這種情況較少且時間不長；從設(shè)備投資來看，方案三比方案一少一臺主變壓器和兩臺斷路器，投資將降低，至于備用線路的電壓損失問題，可以采用適當(dāng)提高線路導(dǎo)線截面的辦法來降低電壓損失。因此將方案一與方案三再作進一步的經(jīng)濟比較，如表3.3和表3.4所示。經(jīng)濟計算包括基本建設(shè)投資和年運行費用兩大項。（1）基建投資基建投資一般采用供配電系統(tǒng)中各主要設(shè)備從訂貨到安裝完成所需的全部

47、工程費用的綜合投資指標(biāo)表示。所謂綜合投資，包括設(shè)備本體價值、輔助設(shè)備及配件、材料費、設(shè)備的試驗調(diào)整費用，土建及安裝費用，也包括設(shè)備的運輸費。由式3.1表示為（3.4）式中，為變電所綜合投資，包括變壓器、開關(guān)設(shè)備、配電裝置等綜合投資，為線路綜合投資。表3.3 方案一和方案三的投資費比較比較項目方案一方案三線路綜合投資單價為萬元/千米，需要千米，則費用為萬元單價為萬元/千米，需要千米，單價為萬元/千米，需要千米，則費用為萬元電力變壓器綜合投資單價為萬元，需要兩臺，由于變壓器的綜合投資為其單價的兩倍，則費用為萬元單價為萬元，需要一臺，由于變壓器的綜合投資為其單價的兩倍，則費用為萬元斷路器單價為萬元，

48、需要三臺，則費用為萬元單價為萬元，需要一臺，則費用為萬元供電貼費按元/計，貼費為萬元按元/計，貼費為萬元合計萬元萬元（2）年運行費由式（3.5）（3.8）可得方案一與方案三的年運行費用比較如表3.4所示。表3.4 方案一和方案三的年運行費比較比較項目方案一方案三線路折舊費按線路綜合投資費的計算，則費用為萬元按線路綜合投資費的計算，則費用為萬元線路維修管理費按線路綜合投資費的計算，則費用為萬元按線路綜合投資費的計算，則費用為萬元變壓器折舊費按變壓器綜合投資的計算，則費用為萬元按變壓器綜合投資的計算，則費用為萬元變壓器維修費按變壓器綜合投資的計算，則費用為萬元按變壓器綜合投資的計算，則費用為萬元基

49、本電價費用按每月元/計算，則費用為萬元按每月元/計算，則費用為萬元合計萬元萬元年運行費是指設(shè)備投入運行后為維持正常運行每年所付出的費用，一般包括以下三項： 設(shè)備的折舊費用供電系統(tǒng)的各種設(shè)備在運行期間將逐年陳舊、老化，因此，每一個設(shè)備過了一定的使用年限，就需要更換新的設(shè)備，更新設(shè)備的費用，要靠工廠在原設(shè)備使用年限內(nèi)逐年積累。對每一設(shè)備每年所必須提存的資金稱為折舊費，折舊費一般按設(shè)備投資的一個百分?jǐn)?shù)提取。這個百分比稱為折舊率。折舊費按下式計算萬元/年（3.5） 設(shè)備維護管理費為使供電系統(tǒng)保持良好的性能和正常運行，必須對各種設(shè)備經(jīng)常進行維護檢查和管理，為此需配備各種維修管理人員。設(shè)備維修管理所需的設(shè)

50、備及交通工具等所需的費用統(tǒng)稱為設(shè)備的維修管理費，一般也按設(shè)備投資的百分?jǐn)?shù)計算，這個百分比稱為維修管理費率。維修管理費按下式計算萬元/年（3.6） 年基本電價費工廠大多數(shù)皆按大宗工業(yè)用電計算電費，為二部電價制 。一部分叫基本電費，是按所裝用的主變壓器容量來計費的，規(guī)定每月按容量要交多少錢，容量越大，交的基本電費就多，容量減小了，交的基本電費就少了。另一部分電費叫電度電費，是按每月實際耗用的電能數(shù)來計算電費，并且根據(jù)月平均功率因數(shù)的高低乘上一個調(diào)整系數(shù)。年基本電費用下式計算=基本電價總降壓變電所主變壓器總?cè)萘咳f元/年（3.7）整個供電系統(tǒng)的年運行費為（3.8）3.3.4 總降壓變電所電氣主接線的設(shè)

51、計由以上分析可知，方案三的綜合投資及年運行費均低于方案一，可節(jié)省大約萬元，從供電可靠性來講，兩個方案接近，因此決定采用方案三，即正常運行時以單回路供電，另加備用線路。根據(jù)所確定的供電方案，可設(shè)計出總降壓變電所的主接線如附圖。該主接線的主要特點如下：（1）總降壓變電所設(shè)一臺容量為的降壓變壓器，變壓器與架空線路接成線路變壓器組。在變壓器高壓側(cè)設(shè)置少油斷路器，這便于變電所的控制、運行和維修。（2）總降壓變電所的側(cè)采用單母線分段接線，用少油斷路器將母線分成兩段。（3）主變壓器低壓側(cè)經(jīng)少油斷路器接在母線的一個分段上，而備用線路也經(jīng)少油斷路器接在另一段上。（4）備用電源只為二級負荷供電，所以所有二級負荷車

52、間接在連接備用電源的分段母線上。（5）根據(jù)規(guī)定，備用電源只有在主電源停止運行及主變壓器故障或檢修時才能投入，因此備用電源進線開關(guān)在正常時是斷開的，而母線的分段斷路器在正常時則是閉合的。（6）在母線側(cè)，工作電源與備用電源之間設(shè)有備用電源自動投入裝置，當(dāng)工作電源因故障而斷開時，備用電源會立即投入。（7）當(dāng)主電源發(fā)生故障時，變電所的操作電源來自備用電源斷路器前的所用變壓器。4 高壓電氣設(shè)備的選擇及二次回路設(shè)計4.1 短路計算4.1.1 短路計算的意義和類型（1）意義工廠供電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中不僅要考慮正常運行狀態(tài)，還要考慮可能發(fā)生故障及非正常運行狀態(tài)。其中短路故障危害最大，短路的電流引起的電氣設(shè)備熱

53、效應(yīng)和力效應(yīng)使設(shè)備損壞，電壓降落嚴(yán)重影響非故障元件的正常運行。但是只要正確選擇電氣設(shè)備，滿足短路電流的動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定要求，采取限制短路電流的措施就可以完全消除或減輕短路電流的危害。進行短路電流計算時要考慮供電系統(tǒng)的最大運行方式和最小運行方式。在最大運行方式下，通過故障元件的短路電流值最大，作為選擇和校驗電氣設(shè)備的依據(jù)及繼電保護整定計算的依據(jù)；在最小運行方式下，通過保護安裝處的短路電流值最小，可作為繼電保護校驗靈敏度的依據(jù)。短路電流計算高壓（及以上）宜采用標(biāo)幺值法（相對單位制），低壓宜采用歐姆法（有名單位制）。采用標(biāo)幺值法計算高壓電路的短路電流十分方便，因為無論計算哪個短路點，電抗標(biāo)幺值都不需要折算。計算步驟同歐姆法，只是采用基準(zhǔn)電抗標(biāo)幺值進行計算。（2）類型三相系統(tǒng)中短路的基本類型有：三相短路、兩相短路、單相短路（單相接地短路）和兩相接地短路。除了上述各種短路以外，變壓器或電機還可能發(fā)生一相繞組匝間或?qū)娱g短路等。根據(jù)運行經(jīng)驗統(tǒng)計，最常見的是單相接地短路，約占故障總數(shù)的，兩相短路約占，兩相接地短路約占，三相短路約占。三相短路雖少，但不能不考慮，因為它畢竟有發(fā)生的可能，并且對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有著十分不利的影響。單相短路雖然機會多短路電流也大，但可以人為的減小單相短路電流數(shù)值，使單相短路電流最大可能值不超過三相短路電流的最大值。這就使全部電氣設(shè)