某冶金機(jī)械制造廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 密級： 科學(xué)技術(shù)學(xué)院nanchang university college ofscience and technology 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文thesis of bachelor（2008 2012 年）題 目 某冶金機(jī)械制造廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 科 部： 信息學(xué)科部 專 業(yè)： 電氣工程自動(dòng)化 班 級： 電氣081班 學(xué) 號： 7022808044 學(xué)生姓名： 祁成龍 指導(dǎo)教師： 許仙明 起訖日期： 2011.11.082012.5.28 目 錄摘要iabstract.1第一章 緒論11.1 工廠供電的意義和要求 11.2 工廠供電設(shè)計(jì)的一般原則 1第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)及原始資

2、料42.1 設(shè)計(jì)任務(wù)42.2 原始資料4第三章 負(fù)荷計(jì)算及無功功率補(bǔ)償631負(fù)荷計(jì)算63.1.1 負(fù)荷計(jì)算的意義63.1.2 按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷63.2 無功功率補(bǔ)償8第四章 主變壓器的選擇與主接線方案的設(shè)計(jì)114.1 主變壓器的選擇114.1.1 35kv/6kv變壓器的選擇114.1.2 6kv/380v變壓器的選擇114.2 工廠主接線方案的比較114.2.1 工廠總降壓變電所高壓側(cè)主接線方式比較114.2.2 工廠總降壓變電所低壓側(cè)主接線方式比較124.3 總降壓變電所電氣主接線設(shè)計(jì)124.4 高低壓配電柜選擇13第五章 短路電流計(jì)算145.1 三相短路電流計(jì)算的目的145.2

3、短路電流計(jì)算14第六章 電氣設(shè)備的選型及校驗(yàn)166.1 電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)的條件與項(xiàng)目166.2 設(shè)備選擇166.2.1 斷路器的選擇166.2.2 隔離開關(guān)的選擇176.2.3 高壓熔斷器選擇19 6.2.4 電壓互感器的選擇206.2.5 電流互感器的選擇206.3 母線與各電壓等級出線選擇226.3.1 6kv母線的選擇226.3.2 選擇35kv線路導(dǎo)線236.3.3 6kv出線的選擇24第七章 繼電保護(hù)選擇307.1 35kv側(cè)電壓互感器二次回路方案與繼電保護(hù)的整定307.1.1 35kv主變壓器保護(hù)307.1.2 6kv變壓器保護(hù)317.1.3 6kv母線保護(hù)317.1.4 6kv

4、出線保護(hù)31第八章 防雷保護(hù)和接地裝置的設(shè)計(jì)328.1防雷保護(hù)328.1.1架空線路的防雷措施328.1.2 變配電所的防雷措施328.2接地裝置328.2.1確定此配電所公共接地裝置32結(jié) 論33參考文獻(xiàn)（references）34致謝35附錄a36附錄b46附錄c49某冶金機(jī)械制造廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)號：7022808044 姓名：祁成龍 指導(dǎo)老師：許仙明摘要:廠總降壓變電所是工廠供配電的重要組成部分，它直接影響整個(gè)工廠供電的可靠運(yùn)行，同時(shí)它又是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換、接受和分配電能的作用。電氣主接線是總降壓變電所的主要環(huán)節(jié)，電氣主接線的擬

5、定直接關(guān)系著全廠電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的確定，是決定變電所電氣部分技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能的關(guān)鍵因素。本設(shè)計(jì)是35/6kv降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先，進(jìn)行車間負(fù)荷統(tǒng)計(jì)和無功功率補(bǔ)償，確定主變壓器及各車間變壓器；從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面，通過了兩種方案的比較，選擇經(jīng)濟(jì)、可靠、運(yùn)行靈活的主接線一次方案。其次，進(jìn)行短路計(jì)算和設(shè)備的選擇、校驗(yàn)；然后，確定工廠電源進(jìn)線、母線和高壓配電線路。最后，進(jìn)行二次回路方案、整定繼電保護(hù)、防雷保護(hù)和接地裝置的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果可以滿足精益冶金機(jī)械修造廠供電的可靠性，并保證各車間電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞：負(fù)荷計(jì)算；變電所主接線；繼電保護(hù)a metal

6、lurgical machinery factory total step-down substation and power distribution system designabstract:the total step-down substation plant is an important part of power system.it has a direct impact to reliable operation of the ertire power system of factrory,which is also relates the power plant and u

7、sers middle link, plays the role of shifting and assigning electric energy. the host connection directly related to the choice of electrical equipment the layout of power distribution equipment ,and outmatic protection devices identified of the whole plan,which is the key factor deciding substation

8、electrical part technical economy directly.this design is about 35/6kv step-down high-voltage substation and distribution system. first, it carries on the workshop load statistics and the reactive power compensation, definite main transformer and various workshops transformer; from aspects and so on

9、 technology and economy, adopted two kind of plan comparisons, the choice economically, reliable, the movement nimble main wiring first power document. next, it carries on the short circuit computation and equipments choice, the verification; then determines the factory power source coil, the bus ba

10、r and the high pressure distribution line. finally, it carries on the secondary circuit plan, the installation relay protection, the anti-radar protection and the grounding design.the design result may satisfy the jingyi mechanical repair shop power supply the reliability, and guarantees the various

11、 workshops electrical equipments steady operation.key words: statistic of load; the host connection of substation; protective relayin 第一章 緒論1.1 工廠供電的意義和要求 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(dòng)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(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國民經(jīng)

12、濟(jì)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(dòng)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(shí)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(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)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(yán)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(shí)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(gè)重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義

13、，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟(jì)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(shí)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(dá)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(jì) 供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)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(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。1.2 工廠供電設(shè)計(jì)

14、的一般原則按照國家標(biāo)準(zhǔn)gb50052-95 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范、gb50053-94 10kv及以下設(shè)計(jì)規(guī)范、gb50054-95 低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范等的規(guī)定，進(jìn)行工廠供電設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)，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(jì)政策。（2） 安全可靠、先進(jìn)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(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理，采用效率高、能耗低和性能先進(jìn)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(diǎn)、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，做到遠(yuǎn)近結(jié)合，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能性。（4） 全局出

15、發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。按負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計(jì)方案。工廠供電設(shè)計(jì)是整個(gè)工廠設(shè)計(jì)中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計(jì)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(jì)的有關(guān)知識(shí)，以便適應(yīng)設(shè)計(jì)工作的需要。1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是根據(jù)各個(gè)車間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負(fù)荷的要求，以及負(fù)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(jì)的分配電能問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面：1、負(fù)荷計(jì)算 全廠總降壓變電所的負(fù)荷計(jì)算，是在車間負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的?？紤]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

16、高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷及總功率因數(shù)。列出負(fù)荷計(jì)算表、表達(dá)計(jì)算成果。2、工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺(tái)數(shù)及容量選擇 參考電源進(jìn)線方向，綜合考慮設(shè)置總降壓變電所的有關(guān)因素，結(jié)合全廠計(jì)算負(fù)荷以及擴(kuò)建和備用的需要，確定變壓器的臺(tái)數(shù)和容量。3、工廠總降壓變電所主結(jié)線設(shè)計(jì) 根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負(fù)荷要求的可靠性級別和計(jì)算負(fù)荷數(shù)綜合主變壓器臺(tái)數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經(jīng)濟(jì)，安裝容易維修方便。4、廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù)廠內(nèi)負(fù)荷情況，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理性確定廠區(qū)配電電壓。參考負(fù)荷布局及總降壓變電所位置，比較幾種可行的高壓配電網(wǎng)布置放案，計(jì)算出導(dǎo)線截面及電壓損失，由不同放案

17、的可靠性，電壓損失，基建投資，年運(yùn)行費(fèi)用，有色金屬消耗量等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件列表比值，擇優(yōu)選用。按選定配電系統(tǒng)作線路結(jié)構(gòu)與敷設(shè)方式設(shè)計(jì)。用廠區(qū)高壓線路平面布置圖，敷設(shè)要求和架空線路桿位明細(xì)表以及工程預(yù)算書表達(dá)設(shè)計(jì)成果。5、工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計(jì)算 工廠用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負(fù)荷，其容量運(yùn)行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限容量系統(tǒng)供電進(jìn)行短路計(jì)算。由系統(tǒng)不同運(yùn)行方式下的短 路參數(shù)，求出不同運(yùn)行方式下各點(diǎn)的三相及兩相短路電流。6、改善功率因數(shù)裝置設(shè)計(jì) 按負(fù)荷計(jì)算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過查表或計(jì)算求出達(dá)到供電部門要求數(shù)值所需補(bǔ)償?shù)臒o功率。由手冊或廠品樣本選用所需 移相 電容器的規(guī)格和數(shù)量，并選

18、用合適的電容器柜或放電裝置。如工廠有大型同步電動(dòng)機(jī)還可以采用控制電機(jī)勵(lì)磁電流方式提供無功功率，改善功率因數(shù)。7、變電所高、低壓側(cè)設(shè)備選擇 參照短路電流計(jì)算數(shù)據(jù)和各回路計(jì)算負(fù)荷以及對應(yīng)的額定值，選擇變電所高、低壓側(cè)電器設(shè)備，如隔離開關(guān)、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關(guān)柜等設(shè)備。并根據(jù)需要進(jìn)行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗(yàn)。用總降壓變電所主結(jié)線圖，設(shè)備材料表和投資概算表達(dá)設(shè)計(jì)成果。8、繼電保護(hù)及二次結(jié)線設(shè)計(jì) 為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運(yùn)行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動(dòng)機(jī)、母線分段斷路器及聯(lián)絡(luò)線斷路器，皆需要設(shè)置相應(yīng)的控制、信號、檢測和繼電器保護(hù)裝置。并對保護(hù)裝置做出整定計(jì)算和檢驗(yàn)

19、其靈敏系數(shù)。設(shè)計(jì)包括繼電器保護(hù)裝置、監(jiān)視及測量儀表，控制和信號裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結(jié)線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展開圖以及元件材料表達(dá)設(shè)計(jì)成果。35kv及以上系統(tǒng)尚需給出二次回路的保護(hù)屏和控制屏屏面布置圖。9、變電所防雷裝置設(shè)計(jì) 參考本地區(qū)氣象地質(zhì)材料，設(shè)計(jì)防雷裝置。進(jìn)行防直擊的避雷針保護(hù)范圍計(jì)算，避免產(chǎn)生反擊現(xiàn)象的空間距離計(jì)算，按避雷器的基本參數(shù)選擇防雷電沖擊波的避雷器的規(guī)格型號，并確定其接線部位。進(jìn)行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗(yàn)以及沖擊接地 電阻計(jì)算。10、 專題設(shè)計(jì)11、總降壓變電所變、配電裝置總體布置設(shè)計(jì)綜合前述設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果，參照國家有關(guān)

20、規(guī)程規(guī)定，進(jìn)行內(nèi)外的變、配電裝置的總體布置和施工設(shè)計(jì)。 第二章 設(shè)計(jì)任務(wù)及原始資料2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)完成某冶金機(jī)械修造廠全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2 原始資料1. 生產(chǎn)任務(wù)及車間組成本廠主要承擔(dān)全國冶金工業(yè)系統(tǒng)礦山、冶煉和軋鋼設(shè)備的配件生產(chǎn)，即以生產(chǎn)鑄造、鍛造、鉚焊、毛坯件為主體，生產(chǎn)規(guī)模為：鑄鋼件1萬噸、鑄鐵件3千噸、鍛件1千噸、鉚焊件2千5百噸。本廠車間組成：(1) 鑄鋼車間；（2）鑄鐵車間；（3）鍛造車間；（4）鉚焊車間；（5）木型間木型庫；（6）機(jī)修車間；（7）砂庫；（8）制材場；（9）空壓站；（10）鍋爐房；（11）綜合樓；（12）水塔；（13）水泵房；（14）污水提升站等2.

21、 供用電協(xié)議（1）工廠電源從電業(yè)部門某220/35千伏變壓所，用35千伏雙回架空線引入本廠，其中一個(gè)做為工作電源，一個(gè)做為備用電源，兩個(gè)電源不并列運(yùn)行，該變電所距廠東側(cè)8公里。（2）供電系統(tǒng)短路技術(shù)數(shù)據(jù)區(qū)域變電所35kv母線短路數(shù)據(jù)表系 統(tǒng) 運(yùn) 行 方 式短 路 容 量說 明最大運(yùn)行方式兆伏安35kv最小運(yùn)行方式兆伏安35kv （3）電業(yè)部門對本廠提出的技術(shù)要求 區(qū)域變電所35千伏配出線路定時(shí)限過流保護(hù)裝置的整定時(shí)間為2秒，工廠“總降不應(yīng)大于1.5秒” 在總降變電所35千伏側(cè)進(jìn)行計(jì)量； 本廠的功率因數(shù)值應(yīng)在0.9以上。 供電系統(tǒng)3. 本廠負(fù)荷的性質(zhì)本廠為三班工作制，最大有功負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)為6

22、000小時(shí)，屬于二級負(fù)荷。4. 廠的自然條件 (1) 氣象條件 最熱月平均最高溫度為30； 土壤中0.71米深處一年中最熱月平均溫度為20； 年雷暴日為31天； 土壤凍結(jié)深度為1.10米； 夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)。 (2) 地質(zhì)及水文條件 根據(jù)工程地質(zhì)勘探資料獲悉，廠區(qū)地址原為耕地，地勢平坦，底層以砂質(zhì)粘土為主，地質(zhì)條件較好，地下水位為2.85.3米。地耐壓力為20噸/平方米。第三章 負(fù)荷計(jì)算及無功功率補(bǔ)償31負(fù)荷計(jì)算3.1.1 負(fù)荷計(jì)算的意義計(jì)算負(fù)荷是用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值。由于載流導(dǎo)體一般通電半小時(shí)后即可達(dá)到穩(wěn)定的溫升值，因此通常取“半小時(shí)最大負(fù)荷”作為發(fā)熱條件選擇電器元件

23、的計(jì)算負(fù)荷。有功負(fù)荷表示為p30，無功計(jì)算負(fù)荷表示為q30，計(jì)算電流表示為i30。用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定，在工程中常用的有需要系數(shù)法和二項(xiàng)式法。需要系數(shù)法是世界各個(gè)普遍應(yīng)用的確定計(jì)算負(fù)荷的基本方法，而二項(xiàng)式法應(yīng)用的局限性較大，主要應(yīng)用于機(jī)械加工企業(yè)。關(guān)于以概率論為理論基礎(chǔ)而提出的用以取代二項(xiàng)式發(fā)達(dá)利用系數(shù)法，由于其計(jì)算比較繁復(fù)而未能得到普遍應(yīng)用，所以只介紹需要系數(shù)法與二項(xiàng)式法。當(dāng)用電設(shè)備臺(tái)數(shù)多、各臺(tái)設(shè)備容量相差不甚懸殊時(shí)，宜采用需要系數(shù)法來計(jì)算。當(dāng)用電設(shè)備臺(tái)數(shù)少而容量又相差懸殊時(shí)，則宜采用二項(xiàng)式法計(jì)算。根據(jù)原始資料，用電設(shè)備臺(tái)數(shù)較多且各臺(tái)容量相差不遠(yuǎn)，所以選擇需要系數(shù)法來進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算1。3.

24、1.2 按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷 根據(jù)原始資料分析，本論文負(fù)荷是多組用電設(shè)備計(jì)算，所以，要根據(jù)多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式來計(jì)算。 有功計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式9：(3.1)式中所有設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷p30之和； 有功符合同時(shí)系數(shù)，本文資料有提供為0.9 無功計(jì)算符合（單位為kvar）的計(jì)算公式： (3.2)式中對應(yīng)于用電設(shè)備組功率因數(shù)的正切值，本設(shè)計(jì)資料有提供。 視在計(jì)算負(fù)荷（單位為kva）的計(jì)算公式： (3.3) 計(jì)算電流（單位為a）的計(jì)算公式： (3.4)由以上公式可得6kv計(jì)算負(fù)荷及各車間380v計(jì)算負(fù)荷如表3.1及表3.2所示 所示計(jì)算過程見附錄a表3.1各車間380伏計(jì)算負(fù)荷序號車間或

25、電單位名稱設(shè)備容量(千瓦) 計(jì) 算 負(fù) 荷變壓器臺(tái)數(shù)及容量備注p30(千瓦)q30(千乏)s30(千伏安)(1)no1變電所2x12501鑄鋼車間20000.40.651.178009361231.30.9(2)no2變電所2x5001鑄鐵車間10000.40.71.02400408571.42砂庫1100.70.61.3377102.4128.13小計(jì)477510.4699.50.9(3)no3變電所2x8001鉚焊車間12000.30.451.98360712.8798.621水泵房280.750.80.752115.7526.253小計(jì)381728.55739.90.9(4)no4變電所

26、1x10001空壓站3900.850.750.88331.5291.74422機(jī)修車間1500.250.651.1737.543.957.73鍛造車間2200.30.551.5266100.31204術(shù)型車間185.850.350.61.3365.0386.5108.25制材場200.280.61.335.67.459.336綜合樓200.91018025.57小計(jì)523.65529.85762.730.9(5)no5變電所1x4001鍋爐房3000.750.80.75225168.75281.2522水泵房280.750.80.752115.7526.253倉庫(1，2)88.120.30.

27、651.1726.430.8840.64污水提升站140.650.80.759.16.82511.3755小計(jì)281.536222.255358.6920.9說明：no1,no2,no3車間變電所設(shè)置兩臺(tái)變壓器外，其余設(shè)置一臺(tái)變壓器。表3.2 各車間6kv高壓負(fù)荷序號車間或電單位名稱設(shè)備容量(千瓦)計(jì) 算 負(fù) 荷說 明p(千瓦)q(千乏)s(千伏安)1電弧爐2x 12500.90.870.5720251282.52586.22工頻爐2 x 3000.80.90.48480230.4533.333變壓機(jī)2 x 2500.850.850.62425263.55004小計(jì)31551776.43620

28、.73.2 無功功率補(bǔ)償 工廠中由于有大量的電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)及氣體放電燈等感性負(fù)荷，從而使功率因數(shù)降低。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運(yùn)行性能、提供其自然功率因數(shù)的情況下，尚達(dá)不到規(guī)定的工廠功率因數(shù)要求時(shí)，則需考慮人工補(bǔ)償要求工廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.9，我們?nèi)os=0.92 補(bǔ)償前功率因數(shù)：(3.5) 補(bǔ)償后功率因數(shù)：根據(jù)系統(tǒng)要求，變壓器高壓側(cè)的功率因數(shù)應(yīng)大于0.9。因此變電所低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)可?。篶os=0.92 則有=0.314故補(bǔ)償容量：= 2633.04kvar (3.6)取標(biāo)準(zhǔn)值=2700kvar根據(jù)上面的計(jì)算可以初步選出主變壓器：可選變壓器s9-6300/35 補(bǔ)

29、償后總降壓變電所低壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷：有功功率補(bǔ)償前后不變：無功功率變化為：視在功率變化為：其中qc為無功補(bǔ)償。損耗計(jì)算：變壓器是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，在轉(zhuǎn)換能量過程中必然同時(shí)產(chǎn)生損耗。變壓器的損耗可以分為鐵損耗和銅損耗。變壓器的基本鐵損耗就是主磁通在鐵心中引起的磁滯損耗和渦流損耗。變壓器的基本銅損耗是指電流流過時(shí)所產(chǎn)生的直流電阻損耗。我們可以同過查詢變壓器得到空載損耗和短路損耗，也就是鐵損耗和銅損耗。通過查閱文獻(xiàn)3，4043，可得功率損耗公式：(3.7)鐵損耗 銅損耗 有功功率損耗 負(fù)載系數(shù)負(fù)載系數(shù)可以通過系統(tǒng)最大工作電流與變壓器最大工作電流的比計(jì)算得出，通過查閱變壓器的數(shù)值可以得出：無功功率的計(jì)算：

30、一臺(tái)變壓器的空載無功功率的損耗計(jì)算公式為：(3.8)變壓器空載電流。 (3.9)-變壓器阻抗電壓。根據(jù)上面2個(gè)公式相加便得出無功功率損耗如下：(3.10)補(bǔ)償后的功率因素：總降壓變電所高壓母線計(jì)算負(fù)荷高壓側(cè)平均功率因數(shù)為：滿足要求。 一般此類系統(tǒng)采用并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。即在6kv母線上每相設(shè)計(jì)3個(gè)型號為bwf6.3-100-1(額定容量為100kvar)的并聯(lián)電容補(bǔ)償器。第4章 主變壓器的選擇與主接線方案的設(shè)計(jì)4.1 主變壓器的選擇一般正常環(huán)境的變電所，可以選用油浸式變壓器，且應(yīng)優(yōu)先選用s9、s11等系列變壓器。在多塵或由腐蝕性氣體嚴(yán)重影響變壓器安全運(yùn)行的場所，應(yīng)選用s9-m、s11-m。r等

31、系列全密封式變壓器。多層或高層建筑內(nèi)的變電所，宜選用sc9等系列環(huán)氧樹脂注干式變壓器或sf6充氣型變壓器。根據(jù)本論文給出的條件我們可以選用油浸式變壓器2。4.1.1 35kv/6kv變壓器的選擇主變壓器臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求進(jìn)行選擇。當(dāng)符合下列條件之一時(shí)，宜裝設(shè)兩臺(tái)以上主變壓器。l 有大量一級或二級負(fù)荷l 季節(jié)性符合變化較大，適于采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。l 集中符合較大，例如大于1250kva時(shí)本冶金廠最大視在功率達(dá)到5325.2kva，且屬于2級負(fù)荷，應(yīng)裝設(shè)2臺(tái)變壓器。由于本廠有2回35kv進(jìn)線，即有兩個(gè)進(jìn)線電源，根據(jù)前面所選擇的主結(jié)線方案，如果采用2臺(tái)變壓器，則能滿足供電可靠性、靈活

32、性的要求。如果裝設(shè)1臺(tái)變壓器，投資會(huì)節(jié)省一些，但一旦出現(xiàn)1臺(tái)主變故障，將會(huì)造成全廠失壓從而造成巨大的損失。為避免前述情況的出現(xiàn)，充分利用雙電源的作用，所以選擇安裝2臺(tái)主變。對于380kv的系統(tǒng)中，我們可以從資料的圖中得出車間1里面有2個(gè)配電所，其他4個(gè)車間都只有1個(gè)配電所，因此我們可以根據(jù)每個(gè)車間的符合來選擇變壓器來進(jìn)行降壓 4。考慮到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、將來擴(kuò)建、可靠性等因素，所以本方案選擇安裝2臺(tái)型號為s9-6300/35的主變壓器，即使其中一臺(tái)變壓器檢修另外一臺(tái)主變也可供全廠負(fù)荷。4.1.2 6kv/380v變壓器的選擇 通過上面負(fù)荷計(jì)算，我們可以得到380v那5個(gè)車間的最大視在功率：s30no。

33、1=1208.2kva，可以選擇2個(gè)s9-630/10(6)變壓器，分別裝進(jìn)車間1的2個(gè)配電房；s30no。2=628.8kva，可以選擇1個(gè)s9-800/10(6)變壓器裝進(jìn)車間2的配電房；s30no。3=739.9kva，可以選擇1個(gè)s9-800/10(6)變壓器裝進(jìn)車間3的配電房；s30no。4=670.9kva，可以選擇1個(gè)s9-800/10(6)變壓器裝進(jìn)車間4的配電房；s30no。5=322.8kva，可以選擇1個(gè)s9-400/10(6)變壓器裝進(jìn)車間5的配電房。 4.2 工廠主接線方案的比較4.2.1 工廠總降壓變電所高壓側(cè)主接線方式比較從原始資料可知工廠的高壓側(cè)僅有2回35kv

34、進(jìn)線，其中一回架空線路作為工作電源，另一回線路作為備用電源，兩個(gè)電源不并列運(yùn)行，且線路長度較短，只有8km。因此將可供選擇的方案有如下三種： 1、單母線分段。該接線方式的特點(diǎn)是結(jié)線簡單清晰、運(yùn)行操作方便、便于日后擴(kuò)建、可靠性相對較高，但配電裝置占地面積大，斷路器增多投資增大。根據(jù)本廠的實(shí)際情況進(jìn)線僅有2回，其中一回為工作，另一回備用，擴(kuò)建可能性不大。故此沒有必要選擇單母線分段這種投資相對較大的接線方式； 2、內(nèi)橋。該接線方式的特點(diǎn)是需用斷路器和其它設(shè)備少，占地面積和所需投資相對較少，但可靠性不太高；適用于輸電線路較長，故障機(jī)率較高，而變壓器又不需經(jīng)常切換時(shí)采用。根據(jù)本廠特點(diǎn)輸電線路僅8km，出

35、現(xiàn)故障的機(jī)率相對較低，因此該接線方式不太合適。 3、外橋。該接線方式的特點(diǎn)是需用斷路器和其它設(shè)備少，占地面積和所需投資相對較少，但可靠性不太高；適用于較短的輸電線路，故障機(jī)率相對較低，而變壓器又需經(jīng)常切換，或系統(tǒng)有穿越功率流經(jīng)就較為適宜。而輸送本廠電能的輸電線路長度僅8km，出現(xiàn)故障的機(jī)會(huì)較少，因此，該接線方式比較合適。通過上述接線方式比較，選擇外橋的接線方式4。4.2.2 工廠總降壓變電所低壓側(cè)主接線方式比較 考慮到本廠低壓側(cè)的負(fù)荷較大和出線較多，以及便于日后饋線的增擴(kuò)，決定選擇有匯流母線的接線方式，具體方案論證如下：a、單母線。具有接線簡單清晰、設(shè)備少、投資相對小、運(yùn)行操作方便，易于擴(kuò)建等

36、優(yōu)點(diǎn)，但可靠性和靈活性較差，故不采用；b、單母線隔離開關(guān)分段。具有單母線的所有優(yōu)點(diǎn)，且可靠性和靈活性相對有所提高，用隔離開關(guān)分段雖然節(jié)約投資，但隔離開關(guān)不能帶負(fù)荷拉閘，對日后的運(yùn)行操作等帶來相當(dāng)多的不便，所以不采用；c、單母線用斷路器分段。具有單母線隔離開關(guān)分段接線的所有優(yōu)點(diǎn)，而且可帶負(fù)荷切合開關(guān)，便于日后的運(yùn)行操作，可靠性和靈活性較高。經(jīng)綜合比較，選擇方案3作為工廠總降壓變電所低壓側(cè)主接線方式4。4.2.3 工廠總降壓變電所供配電電壓的選擇目前，此類降壓變電所的低壓側(cè)常用電壓等級一般為：10kv和6kv兩個(gè)，但考慮到本廠低壓側(cè)有6kv的負(fù)荷，如采用10kv的電壓等級，還需進(jìn)行二次降壓，這樣會(huì)

37、增加一套降壓設(shè)備，投資增大，不符合經(jīng)濟(jì)原則。所以，在本設(shè)計(jì)中選擇只用6kv的電壓等級，將35kv的電壓降為6kv等級的電壓使用即可。選擇這種變壓的供配電方式既可以節(jié)省投資，又能夠降低損耗。而對于380v的5個(gè)車間，分別根據(jù)容量來選擇6kv的電壓降為380kv的變壓器。4.3 總降壓變電所電氣主接線設(shè)計(jì)總降壓變電所35kv側(cè)（高壓側(cè)）采用外橋接線方式，2臺(tái)主變，一臺(tái)運(yùn)行另一臺(tái)熱備用（定期切換，互為備用，不并列運(yùn)行）；6kv側(cè)（低壓側(cè)）由運(yùn)行的主變供電，采用單母（開關(guān)）分段的接線方式，經(jīng)開關(guān)供9路出線負(fù)荷，其中6路通過變壓器將6kv降到380v。根據(jù)上述對于變電所高壓側(cè)、低壓側(cè)主結(jié)線方式的比較討論

38、；變壓器的選擇，確定了總降壓變電所的主接線圖見附錄c。4.4 高低壓配電柜選擇本次設(shè)計(jì)的高低壓配電柜分別選擇為：35kv線路上的電壓互感器可選擇jyn-35,112。35kv線路上的電流互感器可選擇jyn-35,43。35kv主變壓器低壓側(cè)的6kv出線端電流互感器可選擇jyn2-10。6kv變壓器低壓側(cè)的380v出線端電流互感器可選擇pgl2-05。6kv母線上的電壓互感器可選擇gg1a(f)-54。第5章 短路電流計(jì)算5.1 三相短路電流計(jì)算的目的短路電流將引起下列嚴(yán)重后果：短路電流往往會(huì)有電弧產(chǎn)生，它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設(shè)備和傷害周圍人員。巨大的短路電流通過導(dǎo)體時(shí)，一方面

39、會(huì)使導(dǎo)體大量發(fā)熱，造成導(dǎo)體過熱甚至熔化，以及絕緣損壞；另一方面巨大的短路電流還將產(chǎn)生很大的電動(dòng)力作用于導(dǎo)體，使導(dǎo)體變形或損壞。短路也同時(shí)引起系統(tǒng)電壓大幅度降低，特別是靠近短路點(diǎn)處的電壓降低得更多，從而可能導(dǎo)致部分用戶或全部用戶的供電遭到破壞。網(wǎng)絡(luò)電壓的降低，使供電設(shè)備的正常工作受到損壞，也可能導(dǎo)致工廠的產(chǎn)品報(bào)廢或設(shè)備損壞，如電動(dòng)機(jī)過熱受損等。短路計(jì)算的目的主要有以下幾點(diǎn)：1用于變壓器繼電保護(hù)裝置的整定。2選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體。3選擇限制短路電流的方法。4確定主接線方案和主要運(yùn)行方式。5.2 短路電流計(jì)算 表5-1 電力系統(tǒng)各元件電抗標(biāo)幺值計(jì)算公式設(shè)備計(jì)算電抗公式無窮大電源變壓器輸電線注：為系

40、統(tǒng)無限大電源處不同運(yùn)行方式時(shí)的短路容量短路電流實(shí)用計(jì)算中，采用以下假設(shè)條件和原則5：l 正常工作時(shí)，三相系統(tǒng)對稱運(yùn)行。l 所有電源的電動(dòng)勢相位角相同。l 短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。l 不考錄短路點(diǎn)的電弧阻抗和變壓器的勵(lì)磁電流。l 元件的計(jì)算數(shù)均取其額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍。輸電線路的電容略去不計(jì)繪制計(jì)算電路 如圖5.1所示：圖5.1 系統(tǒng)等值電路根據(jù)原始資料，我們應(yīng)該分別計(jì)算系統(tǒng)最大運(yùn)行方式即和最小運(yùn)行方式時(shí)的短路電流。而對于短路點(diǎn)d-3，由于系統(tǒng)中的變壓器不相同，而變壓器的阻抗分別為4.5和5，所以下面的計(jì)算中6kv變壓器短路點(diǎn)會(huì)分兩種情況d-3和d-3。所有短路點(diǎn)的計(jì)算過

41、程在附錄a的設(shè)計(jì)計(jì)算書中。而我們可得得到的短路電流歸納在下面2個(gè)表中。表5-2 200mva短路計(jì)算表短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kaik(3)i”(3)i(3)ish(3)d12.12.12.13.78d26.946.946.9412.49d310.4410.4410.4418.8d312.7412.7412.7422.9表5-3 175mva 短路計(jì)算表短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/kaik(3)i”(3)i(3)ish(3)d11.921.921.923.46d26.586.586.5811.84d310.3810.3810.3818.7d311.411.411.420 第六章 電氣設(shè)備的選型及校

42、驗(yàn)6.1 電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)的條件與項(xiàng)目為了保證一次設(shè)備安全可靠地運(yùn)行，必須按下列條件選擇和校驗(yàn)2：1)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(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)。3)考慮電氣設(shè)備運(yùn)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(diǎn)和要求如短路器的操作性能、互感器的二次負(fù)荷和準(zhǔn)確度級等進(jìn)行選擇。6.2 設(shè)備選擇6.2.1 斷路器的選擇斷路器形式的選擇，除需滿足各項(xiàng)技術(shù)條件和環(huán)境條件外，還應(yīng)考慮便于安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后才能確定。根據(jù)當(dāng)前我國生產(chǎn)制造情況，電壓6200kv的電網(wǎng)一般選用少油斷路器；電壓

43、110330kv的電網(wǎng)，當(dāng)少油短路器技術(shù)條件不能滿足要求時(shí)，可選用六氟化硫或空氣斷路器；大容量機(jī)組采用封閉母線時(shí)，如果需要裝設(shè)斷路器，宜選用發(fā)電機(jī)專用斷路器6。斷路器選擇的具體技術(shù)要求如下：（1）電壓： (6.1)（2）電流： (6.2)（3）開斷電流： (6.3)斷路器實(shí)際開斷時(shí)間t秒的短路電流周期分量。斷路器t秒的開斷容量。斷路器的額定開斷電流。斷路器額定開斷容量。（4）動(dòng)穩(wěn)定： (6.4)斷路器極限通過電流峰值。三相短路電流沖擊值。（5）熱穩(wěn)定： (6.5)穩(wěn)態(tài)三相短路電流。短路電流發(fā)熱等值時(shí)間。斷路器t秒而穩(wěn)定電流。各電壓等級斷路器的選擇：35kv等級變壓器高壓側(cè)選擇少油斷路器sw3-

44、356。電壓：電流：斷流能力：動(dòng)穩(wěn)定度：熱穩(wěn)定度： 滿足要求6kv等級變壓器低壓側(cè)與出線選擇少油短路器sn10106。電壓： 電流： 斷流能力： 動(dòng)穩(wěn)定度： 熱穩(wěn)定度： 滿足要求380v等級選擇低壓斷路器dw151500/3d4。電壓： 電流： 斷流能力： 380v低壓短路器不需要考慮動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，所以滿足。6.2.2 隔離開關(guān)的選擇 負(fù)荷開關(guān)型式的選擇，其技術(shù)條件與斷路器相同，但由于其主要是用來接通和斷開正常工作電流，而不能斷開短路電流，所以不校驗(yàn)短路開斷能力。 隔離開關(guān)型式的選擇，應(yīng)該根據(jù)配電裝置的布置特點(diǎn)和使用要求等因素，進(jìn)行綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較然后確定6。（1）電壓： (6.6)（2）

45、電流： (6.7)（3）動(dòng)穩(wěn)定： (6.8)斷路器極限通過電流峰值。三相短路電流沖擊值。（4）熱穩(wěn)定： (6.9)穩(wěn)態(tài)三相短路電流。短路電流發(fā)熱等值時(shí)間。斷路器t秒而穩(wěn)定電流。各電壓等級隔離開關(guān)的選擇：35kv等級：變壓器高壓側(cè)選擇隔離開關(guān)gw435t6。電壓： 電流： 動(dòng)穩(wěn)定度： 熱穩(wěn)定度： 滿足要求。6kv等級：變壓器低壓側(cè)選擇隔離開關(guān)gn1910/10001。電壓： 電流： 動(dòng)穩(wěn)定度： 熱穩(wěn)定度： 滿足要求。380v等級隔離開關(guān)選擇為hd131500/306。電壓：電流：低壓隔離開關(guān)不需要考慮動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，所以滿足要求。6.2.3 高壓熔斷器選擇 熔斷器的形式可根據(jù)安裝地點(diǎn)、使用要求選

46、用。高壓熔斷器熔體在滿足可靠性和下一段保護(hù)選擇性的前提下，當(dāng)在本段保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路時(shí)，應(yīng)能在最短時(shí)間內(nèi)切斷故障，以防止熔斷時(shí)間過長而加劇被保護(hù)電器的損壞4。（1）電壓：(6.10) 限流式高壓熔斷器不宜使用在工作低于其額定電網(wǎng)中，以免因過電壓使電網(wǎng)中的電器損壞，故應(yīng)該。（2）電流： (6.11)熔體的額定電流。熔斷器的額定電流。（3）斷流容量： (6.12)三相短路沖擊電流的有效值。熔斷器的開斷電流。各電壓等級高壓熔斷器的選擇：35kv等級：變壓器高壓側(cè)選擇高壓熔斷器rw10-35/0.54。電壓：電流：由于高壓熔斷器是接在電壓互感器上，最大工作電流非常小，因此滿足要求。斷流容量： 滿足要求

47、。6kv等級：變壓器低壓側(cè)選擇高壓熔斷器rn164。電壓：電流：由于高壓熔斷器是接在電壓互感器上，最大工作電流非常小，因此滿足要求。斷流容量： 滿足要求。6.2.4 電壓互感器的選擇（1）電壓互感器的選擇和配置應(yīng)按以下條件6：l 620kv屋內(nèi)配電裝置，一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)，也可采用樹脂澆注絕緣接共的電壓互感器。l 35110kv配電裝置，一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)的電壓互感器。l 220kv及以上配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)確度等級滿足要求時(shí)，一般采用容式電壓互感器。l 在需要檢查和監(jiān)視一次回路單相接地時(shí)，應(yīng)選用三相五柱式電壓互感器或具有第三繞組的單相電壓互感器組。（2）一次電壓： (6.13)為電壓互感

48、器額定一次線電壓，1.1和0.9是允許的一次電壓的波動(dòng)范圍，即為。（3）準(zhǔn)確等級：電壓互感器應(yīng)在那一準(zhǔn)確等級下工作，需根據(jù)接入的測量儀表和繼電器和自動(dòng)裝置等設(shè)備對準(zhǔn)確等級的要求確定。各電壓等級電壓互感器的選擇：35kv等級：變壓器高壓側(cè)選擇油浸式電壓互感器jdj2352。根據(jù)環(huán)境要求和上述條件應(yīng)選擇油浸式電壓互感器電壓：35kv滿足要求準(zhǔn)確等級：準(zhǔn)確等級為0.5級。6kv等級：變壓器低壓側(cè)選擇jdzx86環(huán)氧樹脂全封閉澆注電壓互感器根據(jù)環(huán)境要求和上述條件應(yīng)選擇油浸式電壓互感器：電壓：6kv滿足要求。準(zhǔn)確等級：準(zhǔn)確等級為0.5級。6.2.5 電流互感器的選擇（1）型式：電流互感器的型式應(yīng)根據(jù)使用

49、環(huán)境條件和產(chǎn)品情況選擇。對于620kv屋內(nèi)配電裝置，可采用次絕緣技工或樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)的電流互感器。對于35kv及以上配電裝置，一般采用油浸瓷箱式絕緣接共的獨(dú)立式電流互感器。一般盡量采用套管式電流互感器6。（2）一次回路電壓： (6.14) 為電流互感器安裝處一次回路工作電壓，為電流互感器額定電壓。（3）一次回路電流： (6.15)為電流互感器安裝處的一次回路最大工作電流，為電流互感器原邊額定電流。（4）準(zhǔn)確等級：電流互感器準(zhǔn)確等級的確定與電壓互感器相同。（5）動(dòng)穩(wěn)定：內(nèi)部動(dòng)穩(wěn)定(6.16)式中電流互感器動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)，它等于電流互感器極限通過電流峰值與一次繞組額定電流峰值之比。（6）熱穩(wěn)定： (6.17)為電流互感器的1秒鐘熱穩(wěn)定倍數(shù)。各電壓等級電流互感器的選擇：35kv等級：變壓器高壓側(cè)選擇lzzb835（d）電流互感器2。電壓：電流：動(dòng)穩(wěn)定度：熱穩(wěn)定度： 滿足要求。6kv等級：變壓器低壓側(cè)與出線選擇lzzqb66/10002。電壓： 電流： 動(dòng)穩(wěn)定度： 熱穩(wěn)定度： 滿足要求。380等級：變壓器選擇lmz10.5電流互感器2。電壓： 電流： 380v低壓電流互感器不需要?jiǎng)臃€(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗(yàn)。經(jīng)過以上的一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)，我們可以歸納出滿足要求的電氣設(shè)備一覽表見附錄b中表6.1-6.36.3 母線與各