某塑料制品廠總配變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 Southwest university of science and technology本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）某塑料制品廠總配變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院名稱信息工程學(xué)院專業(yè)名稱電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生姓名馮嘯學(xué)號(hào)20105214指導(dǎo)教師于春梅 教授二一四年六月 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 某塑料制品廠總配變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：某塑料制品廠總配變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是工廠供電的一部分。一套完整的現(xiàn)代化供電系統(tǒng)對(duì)于一個(gè)工廠實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、提高成品質(zhì)量是不可缺少的。設(shè)計(jì)對(duì)工廠供電方式、主要設(shè)備的選擇、保護(hù)裝置的配置及防雷接地系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)的敘述。本設(shè)計(jì)首先進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，無功功率補(bǔ)償計(jì)算，短路電流計(jì)

2、算，并對(duì)變壓器容量進(jìn)行選擇。然后，對(duì)主接線方案進(jìn)行選擇并擬定，電氣主接線對(duì)接下來電氣設(shè)備的選擇，運(yùn)行的可靠性和靈活性，操作和檢修的安全以及今后的擴(kuò)建，對(duì)電力工程建設(shè)和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)節(jié)約等，都由很大的影響。接著，對(duì)主要電氣設(shè)備選型并校驗(yàn)。最后，對(duì)主要設(shè)備繼電保護(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和整定計(jì)算，對(duì)防雷和接地系統(tǒng)做相應(yīng)敘述。在論文的最后還附上了主接線圖。關(guān)鍵詞：負(fù)荷計(jì)算; 短路計(jì)算; 繼電保護(hù); 主接線設(shè)計(jì) 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 A plastic products factory workshop substation and electrical systemAbstract：A plastic prod

3、ucts factory workshop substation and electrical system design of the factory is the targeted design of power supply. A complete set of modern power supply system is indispensable for factory production automation and improving the quality of products . This design is firstly performed load calculati

4、on, reactive power compensation calculations,short circuit current calculation, as well as the capacity of choosing transformer.The conclusion is that a main electrical wiring has a great influence on the active and reliable main equipment of technical parameters ,operation and maintenance of the se

5、curity as well as the future expansion.Finally,the design narrates the lightning protection and grounding systems ,also designs and calculates relay protection of main equipment .The main wiring diagram is attached on the end of the paper.Key Words: Load calculation,Short circuit calculation,Relay p

6、rotection,Design of main wiring西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 目 錄第1章 緒論11.1 工廠供電的意義11.2 工廠供電的要求11.3 設(shè)計(jì)依據(jù)21.3.1 平面布置圖如圖21.3.2 生產(chǎn)任務(wù)及車間組成21.3.3 工廠各車間的負(fù)荷情況及車間變電所的容量如下表21.3.4 供用電協(xié)議31.3.5 本廠負(fù)荷性質(zhì)41.3.6 自然條件4第2章 負(fù)荷計(jì)算52.1 負(fù)荷計(jì)算的意義52.2 負(fù)荷計(jì)算的方法52.3 負(fù)荷計(jì)算6第3章 功率補(bǔ)償計(jì)算及變壓器的選擇103.1 功率補(bǔ)償計(jì)算103.2 變壓器型式的選擇113.3 變壓器臺(tái)數(shù)的選擇123.4 變壓器容量的選擇12第4

7、章 主接線的設(shè)計(jì)144.1 基本要求144.2 電氣主接線設(shè)計(jì)144.2.1 電氣主接線各種連接方式及其優(yōu)缺點(diǎn)154.2.2 主接線方案的擬定17第5章 短路電流計(jì)算195.1 短路電流計(jì)算方法及意義195.2 短路計(jì)算195.2.1 短路電流計(jì)算等效示意圖19 5.2.2 短路電流及容量的計(jì)算19第6章 電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)226.1 總配電所架空線進(jìn)線的選擇226.2 高壓側(cè)與低壓側(cè)母線的選擇226.3 各變電所進(jìn)線選擇236.4 變電所低壓出線的選擇246.5 設(shè)備的選擇246.5.1 高壓側(cè)設(shè)備的選擇256.5.2 各車間進(jìn)線設(shè)備的選擇266.5.3 各變電所低壓側(cè)出線回路設(shè)備選擇與校

8、驗(yàn)表27第7章 繼電保護(hù)307.1 高壓進(jìn)線的繼電保護(hù)307.2 各變電所進(jìn)線的保護(hù)317.3 變壓器繼電保護(hù)33第8章 防雷與接地保護(hù)368.1 防雷保護(hù)368.2 接地裝置36結(jié)論38致謝39參考文獻(xiàn)40附錄 主接線圖41西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文第1章 緒論1.1 工廠供電的意義工廠供電（electric power supply for industrial plants），就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配。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小。例如在機(jī)械工業(yè)中，電費(fèi)的開支僅占產(chǎn)品成本的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

9、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)電氣自動(dòng)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)過程的自動(dòng)化。從另一方面說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。例如某些供電可靠性要求很高的工廠，即使是極短暫的停電，也會(huì)引起重大的設(shè)備損壞，或引起大量的產(chǎn)品報(bào)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(jì)上甚至政治上的重大損失。所以，工廠應(yīng)該根據(jù)本廠環(huán)境條件和供電要求來選擇適當(dāng)?shù)碾姎庠O(shè)備和確定其各項(xiàng)參數(shù)，保證工廠正常運(yùn)行時(shí)安全可靠，出現(xiàn)故障時(shí)不致出現(xiàn)嚴(yán)重的后果，并在合理的情況下注意節(jié)約

10、，還應(yīng)該根據(jù)工廠生產(chǎn)情況與供應(yīng)能力統(tǒng)籌兼顧。因此，一套完整的現(xiàn)代化供電系統(tǒng)對(duì)于一個(gè)工廠實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化、提高成品質(zhì)量是不可缺少的。 1.2 工廠供電的要求在工廠供電的過程中要切實(shí)保證工廠生產(chǎn)和生活的需要，還要做好節(jié)能工作，就應(yīng)該做到以下要求：（1） 可靠 要滿足供電可靠性的要求。（2） 安全 要滿足在電能的使用中不應(yīng)發(fā)生設(shè)備和人身事故。（3） 優(yōu)質(zhì) 要保證用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求。（4） 經(jīng)濟(jì) 盡量減少供電系統(tǒng)中不必要的投資，并盡可能地節(jié)約電能。此外，在設(shè)計(jì)工廠配電系統(tǒng)的時(shí)候還要考慮到當(dāng)?shù)氐奶鞖庠O(shè)計(jì)防雷接地裝置，合理地處理當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)的關(guān)系，既要節(jié)約能源，又要保證工廠生產(chǎn)和生活的需要。1.3 設(shè)計(jì)依據(jù)

11、1.3.1平面布置圖如圖圖 1-1 平面布置圖1.3.2生產(chǎn)任務(wù)及車間組成 年產(chǎn)量為萬噸聚乙烯塑料制品，產(chǎn)品品種有薄模、單絲、管材和注射等制品。其原材料來源于某石油化纖總廠。1.3.3 工廠各車間的負(fù)荷情況及車間變電所的容量如下表表 1-1各車間及車間變電所負(fù)荷計(jì)算表（380V）序號(hào)車間或用電單位名稱設(shè)備容量（千瓦）需用系數(shù)Kd功率因數(shù) 功率因數(shù)正切（1）NO1變電所1薄膜車間13800.60.61.332原料庫380.250.51.733生活間120.814成品庫（一）260.30.51.735成品庫（二）220.30.51.736包裝材料庫190.30.51.73（2）NO2變電所1單絲車

12、間13650.60.61.332水泵房及其附屬設(shè)備280.650.80.75（3）NO3變電所1注塑車間1980.40.61.332管材車間8700.350.61.33（4）NO4變電所1備料復(fù)制車間1400.60.51.732生活間90.813浴室40.814鉗工車間350.30.651.175原料、生活間130.816倉庫140.30.51.737機(jī)修模具車間900.250.651.178處理車間1400.60.71.029車間1900.30.51.73（5）NO5變電所1鍋爐房1900.70.750.882試驗(yàn)室1350.250.51.733輔助材料庫1000.20.51.734油泵房1

13、80.650.80.755加油站150.650.80.756辦公樓、招待所、食堂180.60.61.331.3.4 供用電協(xié)議工廠與電業(yè)部門所簽訂的供用電協(xié)議主要內(nèi)容如下：圖2-2 供電協(xié)議圖（1）從電業(yè)部門某35/10kV變電所用10kV架空線向本廠供電，該所在廠南側(cè)1km。（2）供電系統(tǒng)短路技術(shù)數(shù)據(jù)：電業(yè)部門變電所10kV母線，為無限大電源系統(tǒng)，其短路容量為200MVA。（3）電業(yè)部門對(duì)本廠提出的技術(shù)要求：電業(yè)部門配出線路定時(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1.3秒；在總配變電所10kV側(cè)進(jìn)行電能計(jì)量；本廠的功率因數(shù)值應(yīng)在0.9以上。1.3.5 本廠負(fù)荷性質(zhì)生產(chǎn)車間為三

14、班工作制，部分車間為單班或兩班制，最大有功負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)為5000小時(shí)，屬于三級(jí)負(fù)荷。1.3.6 自然條件（1）最熱月平均最高氣溫為35 ；（2）土壤中0.71米深處一年中最熱月平均溫度為20 ；（3）年雷暴日為30天；（4）土壤凍結(jié)深度為1.1米；（5）夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)。（6）地表面比較平坦，土壤主要成分為積土及砂質(zhì)粘土，層厚1.67m不等；（7）地下水位一般為0.7m；（8）地耐壓力為20噸/平方米。第2章 負(fù)荷計(jì)算2.1 負(fù)荷計(jì)算的意義計(jì)算負(fù)荷是供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)，為選擇變壓器臺(tái)數(shù)和容量，選擇電氣設(shè)備，確定測(cè)量?jī)x表的量程，選擇繼電保護(hù)裝置等提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。所以負(fù)荷計(jì)算準(zhǔn)確與否

15、直接影響著供電設(shè)計(jì)的質(zhì)量。工廠供電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的實(shí)際負(fù)荷并不等于所有用電設(shè)備額定功率之和。這是因?yàn)橛秒娫O(shè)備不可能全部同時(shí)運(yùn)行，每臺(tái)設(shè)備也不可能全部滿負(fù)荷，各種用電設(shè)備的功率因數(shù)也不可能完全相同。因此，工廠供電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，必須找出這些用電設(shè)備的等效負(fù)荷。所謂等效是指這些用電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)與等效負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等，產(chǎn)生的最大溫升與等效負(fù)荷產(chǎn)生的最高溫升相等。我們按照等效負(fù)荷，從滿足用電設(shè)備發(fā)熱的條件來選擇用電設(shè)備，用以計(jì)算的負(fù)荷功率或負(fù)荷電流稱為“計(jì)算負(fù)荷”。通常規(guī)定取30分鐘(min)平均最大負(fù)荷、和作為該用戶的“計(jì)算負(fù)荷”，并用、和分別表示其有功、無功、視在和電流計(jì)算

16、負(fù)荷。計(jì)算負(fù)荷也稱需要負(fù)荷或最大負(fù)荷，目的是為了合理地選擇工廠各級(jí)電壓供電網(wǎng)絡(luò)、變壓器容量和設(shè)備型號(hào)等。2.2 負(fù)荷計(jì)算的方法計(jì)算負(fù)荷的確定是工廠供電設(shè)計(jì)中很重要的一環(huán)，計(jì)算負(fù)荷的確定是否合理，直接影響到電氣設(shè)備選擇的合理性、經(jīng)濟(jì)性。如果計(jì)算負(fù)荷確定的過大，將使電氣設(shè)備選得過大，造成投資利有色金屬的浪費(fèi)；而計(jì)算負(fù)荷確定的過小，則電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)電能損耗增加，并產(chǎn)生過熱，使其絕緣過于老化，甚至燒毀、造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，在供電設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)不同的情況，選擇正確的計(jì)算入法來確定計(jì)算負(fù)荷。常用的負(fù)荷計(jì)算方法有需要系數(shù)法、二項(xiàng)式法、利用系數(shù)法和面積功率法等。在實(shí)際工程配電設(shè)計(jì)中，廣泛采需用系數(shù)法，因其計(jì)算

17、方便，多采用方案估算，初步設(shè)計(jì)和全廠大型車間變電所的施工設(shè)計(jì)。按需要系數(shù)法確定計(jì)算，應(yīng)從實(shí)際每臺(tái)用電設(shè)備開始，逐級(jí)向電源推進(jìn)，一直計(jì)算到電源，用每一級(jí)的計(jì)算負(fù)荷為選擇該用電器的依據(jù)。需用系數(shù)法的計(jì)算，現(xiàn)在己普遍應(yīng)用于供配電設(shè)計(jì)中，其缺點(diǎn)是它未考慮到用電設(shè)備中少數(shù)容量特大的設(shè)備對(duì)計(jì)算負(fù)荷的影響。本設(shè)計(jì)的情況符合需要系數(shù)法，因此本設(shè)計(jì)中的負(fù)荷計(jì)算都用需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。2.3 負(fù)荷計(jì)算 現(xiàn)以NO.5變電所車間負(fù)荷計(jì)算為例，計(jì)算過程如下：（在計(jì)算各車間變電所負(fù)荷合計(jì)時(shí)，同時(shí)系數(shù)分別取值：=0.9；=0.95）NO.5變電所（1） 鍋爐房有功功率：=190×0.7=133 KW 無功功率：=

18、 =133×0.88=117.04 Kvar視在功率：=133÷0.75=177.33 KV·A（2） 試驗(yàn)室有功功率：=135×0.25=33.75 KW無功功率：= =33.75×1.73=58.39 Kvar視在功率：=33.75÷0.5=67.50 KV·A（3） 輔助材料庫有功功率：=100×0.2=20 KW無功功率：= =20×1.73=34.60Kvar視在功率：=20÷0.5=40.00 KV·A（4） 油泵房有功功率：=18×0.65=11.70KW無功功

19、率：= =11.70×0.75=8.78 Kvar視在功率：=8.78÷0.8=14.63 KV·A（5） 加油站有功功率：=15×0.65=9.75KW無功功率：= =9.75×0.75=7.31 Kvar視在功率：=9.75÷0.8=12.19 KV·A（6） 辦公樓、招待所、食堂有功功率：=18×0.6=10.80 KW無功功率：= =10.80×1.33=14.36 Kvar視在功率：=10.80÷0.6=18.00 KV·A變電所N0.5的計(jì)算負(fù)荷：有功計(jì)算負(fù)荷：= (2-1

20、) =0.9×（13333.75209.7511.7010.80） =197.1 KW 無功計(jì)算負(fù)荷：= （2-2) =0.95×(117.0458.3934.608.787.3114.36) =228.46 Kvar 視在計(jì)算負(fù)荷：= （2-3) = =301.73 KV·A其余變電所的計(jì)算方法與NO.5變電所的計(jì)算方法相同，這里就不一一計(jì)算了，其計(jì)算結(jié)果如表3-1所示。表3-1 負(fù)荷計(jì)算結(jié)果序號(hào)車間（單位）名稱計(jì)算負(fù)荷有功（KW）無功（Kvar）視在（KV·A）（1）NO1變電所1薄膜車間828.00 1101.24 1380.00 2原料庫9.50

21、 16.44 19.00 3生活間9.60 0.00 9.60 4成品庫（一）7.80 13.49 15.60 5成品庫（一）6.60 11.42 13.20 6包裝材料庫5.70 9.86 11.40 7小計(jì)867.20 1111.10 1391.40 乘以同時(shí)系數(shù)KP=0.9，KQ=0.95 780.48 1055.551312.75（2）NO2變電所1單絲車間819.00 1089.27 1365.00 2水泵房及其附屬設(shè)備18.20 13.65 22.75 3小計(jì)837.20 1102.92 1387.75 乘以同時(shí)系數(shù)KP=0.9，KQ=0.95753.481047.771290.5

22、6（3）NO3變電所1油塑車間79.20 105.34 132.00 2管材車間304.50 404.99 507.50 3小計(jì)383.70 510.32 639.50 乘以同時(shí)系數(shù)KP=0.9，KQ=0.95345.33484.80595.22（4）NO4變電所1備料復(fù)制車間84.00 145.32 168.00 2生活間7.20 0.00 7.20 3浴室3.20 0.00 3.20 4鉗工車間10.50 12.29 16.15 5原料、生活間10.40 0.00 10.40 6倉庫4.20 7.27 8.40 7機(jī)修模具車間22.50 26.33 34.62 8處理車間84.00 85.

23、68 120.00 9車間57.00 98.61 114.00 10小計(jì)283.00 375.49 481.97 乘以同時(shí)系數(shù)KP=0.9，KQ=0.95254.7356.72438.32（5）NO5變電所1鍋爐房133.00 117.04 177.33 2試驗(yàn)室33.75 58.39 67.50 3輔助材料庫20.00 34.60 40.00 4油泵房11.70 8.78 14.63 5加油站9.75 7.31 12.19 6辦公樓、招待所、食堂10.80 14.36 18.00 7小計(jì)219.00 240.48 329.65 乘以同時(shí)系數(shù)KP=0.9，KQ=0.95197.1228.463

24、01.73第3章 功率補(bǔ)償計(jì)算及變壓器的選擇3.1 功率補(bǔ)償計(jì)算供電單位一般對(duì)用電用企業(yè)要求要求功率因數(shù)達(dá)到0.9以上，若達(dá)不到要求，需增設(shè)無功功率的人工補(bǔ)償裝置。提高負(fù)荷的功率因數(shù)，可以減少發(fā)電機(jī)送出的無功功率和通過線路、變壓器傳輸?shù)臒o功功率，使線損大為降低，而且還可以改善電壓質(zhì)量、提高線路和變壓器的輸送能力。無功功率的人工補(bǔ)償裝置：主要有同步補(bǔ)償機(jī)和并聯(lián)電容器兩種。由于并聯(lián)電容器具有安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便、有功損耗小以及組裝靈活、擴(kuò)容方便等優(yōu)點(diǎn)，因此并聯(lián)電容器在供電系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍。下面以NO.5變電所為例計(jì)算：變電所的補(bǔ)償前功率因數(shù)：=197.1÷301.73=0.65 (3

25、-1)計(jì)算電流：=17.42 A (3-2) 補(bǔ)償后功率因數(shù)：=0.92需要補(bǔ)償?shù)墓β剩?197.1×（1.17-0.43） (3-3) =145.85 Kvar補(bǔ)償電容器的個(gè)數(shù)：=145.85÷25=5.83所以實(shí)際補(bǔ)償?shù)墓β剩?150 Kvar（所以本設(shè)計(jì)中選用電容器的型號(hào)為BKMJ0.4-25-3 ）補(bǔ)償后有功計(jì)算負(fù)荷：=197.1 KW補(bǔ)償后無功計(jì)算負(fù)荷：=-=228.46-150=78.46 Kvar (3-4)補(bǔ)償后視在計(jì)算負(fù)荷：=212.14 KV·A (3-5)補(bǔ)償后的計(jì)算電流：=12.25 A高壓側(cè)功率因數(shù)的校檢：=0.015=0.015

26、5;212.14=3.18 KW (3-5) =0.06=0.06×212.14=12.73 Kvar (3-6)高壓側(cè)有功計(jì)算負(fù)荷：=+=200.28 KW (3-7)高壓側(cè)無功計(jì)算負(fù)荷：=+=91.19 KV·A (3-8)高壓側(cè)視在計(jì)算負(fù)荷：=220.06 KV·A高壓側(cè)計(jì)算電流：=12.71 A高壓側(cè)的功率因數(shù)：=0.91>0.9，滿足要求。其他各變電所的計(jì)算方法相同，計(jì)算結(jié)果如表3-1所示：表3-1 功率補(bǔ)償計(jì)算結(jié)果變電所NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5補(bǔ)償前0.590.580.580.580.65(KW)780.48753.48345.3

27、3254.7197.1(Kvar)1055.551047.77484.80356.72228.46(KV·A)1312.751290.56595.22438.32301.73(A)75.7974.5134.3725.3117.42補(bǔ)償后0.920.920.920.920.92(KW)780.48753.48345.33254.7197.1(Kvar)305.55297.77134.80106.7278.46(KV·A)838.16810.18370.71276.15212.14(A)48.3946.7821.4015.9412.25高壓側(cè)0.920.910.910.900.

28、91(KW)793.05765.63350.89258.84200.28(Kvar)348.06346.38157.04123.2991.19(KV·A)866.07840.34384.42286.70220.06 (A)50.0048.5222.1916.5512.713.2變壓器型式的選擇一般正常環(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(chǎng)所，應(yīng)選用S9-M、S11-M R等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SF666充氣型變壓器。根據(jù)本論文給出的自然條

29、件：工廠所在地址自然條件正常，可以選用油浸式變壓器。3.3 變壓器臺(tái)數(shù)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：（1） 有大量一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷。（2） 季節(jié)性符合變化較大，適于采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。（3） 集中符合較大，例如大于1250kVA時(shí)。本設(shè)計(jì)中所有負(fù)荷均為三級(jí)負(fù)荷，所以應(yīng)該裝設(shè)1臺(tái)變壓器。3.4 變壓器容量的選擇(1)只裝一臺(tái)變壓器的變電所變壓器的容量:應(yīng)滿足用電設(shè)備全部的計(jì)算負(fù)荷的需要，即(2)裝有兩臺(tái)變壓器的變電所每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件。1 任一臺(tái)變壓器工作時(shí)，宜滿足總計(jì)算負(fù)荷 的大約60%70%的需要，即=（0

30、.60.7）2 任一臺(tái)變壓器工作時(shí)，應(yīng)滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷的需要，即(3)車間變電所變壓器的容量上限單臺(tái)變壓器不宜大于1000KV·A。這一方面是受以往低壓開關(guān)電器斷流能力和短路穩(wěn)定度要求的限制；另一方面也是考慮到可以使變壓器更接近于車間負(fù)荷中心，以減少低壓配電線路的電能損耗、電壓損耗和有色金屬消耗量。(4)并行運(yùn)行的變壓器最大容量與最小容量之比不應(yīng)超過3:1。同時(shí)，并聯(lián)運(yùn)行的兩臺(tái)變壓器必須符合以下條件：1 并聯(lián)變壓器的電壓比必須相同，允許差值不應(yīng)超過 ，否則會(huì)產(chǎn)生環(huán)流引起電能損耗，甚至繞組過熱或燒壞。2 并列變壓器的阻抗電壓必須相等，允許差值應(yīng)不超過±10%，否則阻抗電壓

31、小的變壓器可能過載。3 并列變壓器的聯(lián)接組別應(yīng)相同，否則二次側(cè)會(huì)產(chǎn)生很大的環(huán)流，可能使變壓器繞組燒壞。本設(shè)計(jì)屬于第一種情況，故變電所選取的變壓器僅考慮（1）即可。以NO.5變電所選型為例（查看負(fù)荷計(jì)算大小，可確認(rèn)選擇一臺(tái)變壓器既滿足）根據(jù)負(fù)荷計(jì)算是所得變電所補(bǔ)償后總視在功率： =220.06KVA，選擇的變壓器應(yīng)該滿足：應(yīng)選變壓器的容量，查詢附錄表可知選擇的變壓器容量為250KVA，故選擇的變壓器型號(hào)為：S925010，參照變壓器各參數(shù)，可以滿足要求。結(jié)果如表3-2所示：表3-2 各變電所選的變壓器及臺(tái)數(shù)變電所變壓器型號(hào)額定容量（KVA）額定電壓（V）連接組標(biāo)號(hào)損耗阻抗電壓（%）空載電流（%）

32、高壓低壓空載負(fù)載1S9-1000/10100010K0.4KDyn111700920051.72S9-1000/10100010K0.4KDyn111700920051.73S9-400/1040010K0.4KDyn11870420043.04S9-315/1031510K0.4KDyn11720345043.05S9-250/1025010K0.4KDyn11600290043.0第4章 主接線的設(shè)計(jì)電氣主接線是指從電源進(jìn)線到負(fù)荷出線之間所有一次設(shè)備連成的回路，成為傳輸強(qiáng)電流、高電壓的網(wǎng)絡(luò)，故又稱為一次接線或電氣主系統(tǒng)。主接線代表了發(fā)電廠或變電站電氣部分主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組

33、成部分，它直接影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、靈活性并對(duì)電器選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和控制方式的擬定都有決定性的關(guān)系。因此，主接線的正確、合理設(shè)計(jì)，必須綜合考慮變電站在電力系統(tǒng)中的地位、作用以及用戶的負(fù)荷性質(zhì)等因素，最大限度地滿足運(yùn)行靈活性、可靠性以及操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)合理便于擴(kuò)建的基本要求。在選擇電氣主接線形式時(shí)，應(yīng)根據(jù)變電站進(jìn)出線回路數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)、負(fù)荷性質(zhì)等條件確定。4.1 基本要求變電站的電氣主接線應(yīng)根據(jù)該變電站在電力系統(tǒng)中地位，變電站的規(guī)劃容量、負(fù)荷性質(zhì)、線路、變壓器連接元件總數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)等條件確定。并應(yīng)綜合考慮供電可靠、運(yùn)行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過渡或擴(kuò)建等要求。因此

34、對(duì)主接線的設(shè)計(jì)要求可以歸納為以下三點(diǎn)。（1）可靠性 可靠性是指電氣主接線能可靠保證對(duì)用戶的供電。主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一、二次部分在運(yùn)行中可靠性的綜合。衡量可靠性的客觀標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)行實(shí)踐。因此，不僅要考慮一次設(shè)備對(duì)供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護(hù)二次設(shè)備的故障對(duì)供電可靠性的影響。一種主接線對(duì)某些變電站是可靠的，而對(duì)另一些變電站可能是不可靠的，因此可靠性是相對(duì)的而不是絕對(duì)的。（2）靈活性 主接線的靈活性有以下幾方面要求：1 調(diào)度要求 可以靈活地投入和切除變壓器、線路，調(diào)配電源和負(fù)荷；能夠滿足系統(tǒng)在事故運(yùn)行方式下、檢修方式下以及特殊運(yùn)行方式下的調(diào)度要求。2 檢修要求 可以方便地停運(yùn)斷路

35、器、母線及其繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行安全檢修，且不致影響對(duì)用戶的供電。3 擴(kuò)建要求 可以容易地從初期過渡到終期接線，使在擴(kuò)建時(shí)，無論一次或二次，設(shè)備改造量最小。（3）經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性主要是投資省、占地面積小、能量損失小。4.2 電氣主接線設(shè)計(jì)電氣主接線的基本形式就是主要電氣設(shè)備常用的幾種連接方式，它以電源和出線為主體。大致分為有匯流母線和無匯流母線兩大類。其中有匯流母線的接線形式分為單母線、單母線分段、雙母線、雙母線分段、一臺(tái)半斷路器接線以及增設(shè)旁路母線等。而無匯流母線的接線形式主要有單元接線、橋形接線以及多角形接線等。4.2.1 電氣主接線各種連接方式及其優(yōu)缺點(diǎn)（1）單母線接線(線路變壓器組接線)線路

36、變壓器組接線是線路和變壓器直接相連，是一種最簡(jiǎn)單的接線方式，線路變壓器組接線的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單清晰，設(shè)備少，投資小，運(yùn)行操作方便，且有利于擴(kuò)建和采用成套配電裝置等。但缺點(diǎn)是可靠性和靈活性差。適用范圍：一般只適用于有一臺(tái)發(fā)電機(jī)或一臺(tái)主變壓器的中、小型發(fā)電廠或變電站的6220kV系統(tǒng)中，并與該電力系統(tǒng)中不同電壓等級(jí)的出線回路數(shù)有關(guān)。1 610kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過5回時(shí)。2 566kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過3回時(shí)。3 110220kV配電裝置的出線回路數(shù)不超過2回時(shí)。（2）單母線分段接線單母線分段接線就是將一段母線用斷路器分為兩段，它的優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)單，投資省，操作方便；缺點(diǎn)是母線故障或檢修時(shí)

37、要造成部分回路停電。適用范圍：1 610kV配電裝置的出線回路數(shù)為6回及以上；變電站有兩臺(tái)主變壓器時(shí)。2 3566kV配電裝置的出線回路數(shù)為48回時(shí)。3 110220kV配電裝置的出線回路數(shù)為34回時(shí)。（3）雙母線接線雙母線接線就是將工作線、電源線和出線通過一臺(tái)斷路器和兩組隔離開關(guān)連接到兩組(一次/二次)母線上，且兩組母線都是工作線，而每一回路都可通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器并列運(yùn)行。與單母線相比，它的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性大，可以輪流檢修母線而不使供電中斷，當(dāng)一組母線故障時(shí)，只要將故障母線上的回路倒換到另一組母線，就可迅速恢復(fù)供電，另外還具有調(diào)度、擴(kuò)建、檢修方便的優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是每一回路都增加了一組隔離開關(guān)，

38、使配電裝置的構(gòu)架及占地面積，投資費(fèi)用都相應(yīng)增加；同時(shí)由于配電裝置的復(fù)雜，在改變運(yùn)行方式倒閘操作時(shí)容易發(fā)生誤操作，且不宜實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；尤其當(dāng)母線故障時(shí)，須短時(shí)切除較多的電源和線路，這對(duì)特別重要的大型發(fā)電廠和變電站是不允許的。（4）雙母線帶旁路接線雙母線帶旁路接線就是在雙母線接線的基礎(chǔ)上，增設(shè)旁路母線，其特點(diǎn)是具有雙母線接線的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)線路(主變壓器)斷路器檢修時(shí)，仍有繼續(xù)供電，但旁路的倒換操作比較復(fù)雜，增加了誤操作的機(jī)會(huì)，也使保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)復(fù)雜化，投資費(fèi)用較大，一般為了節(jié)省斷路器及設(shè)備間隔，當(dāng)出線達(dá)到5個(gè)回路以上時(shí)，才增設(shè)專用的旁路斷路器，出線少于5個(gè)回路時(shí)，則采用母聯(lián)兼旁路或旁路兼母聯(lián)的接線方式

39、。適用范圍：220kV出線在4回及以上、110kV出線在6回及以上時(shí)，宜采用有專用旁路斷路器的旁路母線接線。（5）雙母線分段帶旁路接線雙母線分段帶旁路接線就是在雙母線帶旁路接線的基礎(chǔ)上，在母線上增設(shè)分段斷路器，它具有雙母線帶旁路的優(yōu)點(diǎn)，但投資費(fèi)用較大，占用設(shè)備間隔較多，一般采用此種接線的原則為：1 當(dāng)設(shè)備連接的進(jìn)出線總數(shù)為1216回時(shí)，在一組母線上設(shè)置分段斷路。2 當(dāng)設(shè)備連接的進(jìn)出線總數(shù)為17回及以上時(shí)，在兩組母線上設(shè)置分段器。（6）一臺(tái)半斷路器接線一臺(tái)半斷路器接線就是在每3(4)個(gè)斷路器中間送出2(3)回回路，一般只用于500kV(或重要220kV)電網(wǎng)的母線主接線，它的主要優(yōu)點(diǎn)是： 1 運(yùn)

40、行調(diào)度靈活，正常時(shí)兩條母線和全部斷路器運(yùn)行，成多路環(huán)狀供電。2 檢修時(shí)操作方便，當(dāng)一組母線停電時(shí)，回路不需要切換任一臺(tái)斷路器檢修，各回路仍按原接線方式，不需切換。3 運(yùn)行可靠，每一回路由兩臺(tái)斷路器供電，母線發(fā)生故障時(shí)，任何回路都不停電。 一臺(tái)半斷路器接線的缺點(diǎn)是使用設(shè)備較多，特別是斷路器和電流互感器，投資費(fèi)用大，保護(hù)接線復(fù)雜。 適用范圍：超高壓電網(wǎng)，大型發(fā)電廠和變電站的330-550kV的裝置中，當(dāng)進(jìn)線回路數(shù)為6回及以上的，配電裝置在系統(tǒng)中有主要地位時(shí)，宜采用一臺(tái)半斷路器接線；現(xiàn)國內(nèi)500kV變電站，一般都采用此接線。（7）橋形接線 橋形接線采用4個(gè)回路3臺(tái)斷路器和6個(gè)隔離開關(guān)，是接線中斷路器

41、數(shù)量較少，也是投資較省的一種接線方式。根據(jù)橋形斷路器的位置又可分為內(nèi)橋和外橋兩種接線，由于變壓器的可靠性遠(yuǎn)大于線路，因此應(yīng)用較多的為內(nèi)橋接線，若為了在檢修斷路器時(shí)不影響變壓器的正常運(yùn)行，有時(shí)在橋形外附設(shè)一組隔離開關(guān)，這就成了長(zhǎng)期開環(huán)運(yùn)行的四邊形接線。 適用范圍：1 內(nèi)橋適用于較小容量的發(fā)電廠、變電站，并且變壓器不經(jīng)常切換。因此內(nèi)橋接線的應(yīng)用較廣泛。2 外橋適用于較小容量的發(fā)電廠、變電站，并且變壓器切換頻繁，或者線路較短，故障率較少的情況。線路有穿越功率時(shí)，為避免穿越功率通過多臺(tái)斷路器，宜采用外橋接線。3 橋形接線中使用斷路器臺(tái)數(shù)少，其配電裝置占地也少，能滿足變電站可靠性要求，具有一定的運(yùn)行靈活

42、性，橋形接線適用于線路為兩回、變壓器為兩臺(tái)的水電站、變電站等。（8）多角形接線多角形接線就是將斷路器和隔離開關(guān)相互連接，且每一臺(tái)斷路器兩側(cè)都有隔離開關(guān)，由隔離開關(guān)之間送出回路。多角形接線所用設(shè)備少，投資省，運(yùn)行的靈活性和可靠性較好，正常情況下為雙重連接，任何一臺(tái)斷路器檢修都不影響送電，由于沒有母線，在連接的任一部分故障時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行影響都較小。其最主要的缺點(diǎn)是回路數(shù)受到限制，因?yàn)楫?dāng)環(huán)形接線中有一臺(tái)斷路器檢修時(shí)就要開環(huán)運(yùn)行，此時(shí)當(dāng)其它回路發(fā)生故障就要造成兩個(gè)回路停電，擴(kuò)大了故障停電范圍，且開環(huán)運(yùn)行的時(shí)間愈長(zhǎng)，這一缺點(diǎn)就愈大。環(huán)中的斷路器數(shù)量越多，開環(huán)檢修的機(jī)會(huì)就越大，所一般只采四角（邊）形接線

43、和五角形接線。同時(shí)為了可靠性，線路和變壓器采用對(duì)角連接原則，四邊形的保護(hù)接線比較復(fù)雜，一、二次回路倒換操作較多。 適用范圍：沒有擴(kuò)建余地的中小型水電廠的110kV及以上配電裝置中，一般多角形不要超過六角形。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將電源回路按對(duì)角原則配置，以減少設(shè)備（如斷路器）故障時(shí)或開環(huán)運(yùn)行合并一個(gè)回路故障時(shí)的影響范圍。4.2.2主接線方案的擬定主接線由本設(shè)計(jì)原始資料知：電力系統(tǒng)某60/10KV變電站用一條10KV的架空線路向本廠供電，一次進(jìn)線長(zhǎng)1km，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為5000h，且工廠屬于三級(jí)負(fù)荷，所以只進(jìn)行總配電在進(jìn)行車間10/0.4KV變電，母線聯(lián)絡(luò)線采用單母線不分段接線方式。根據(jù)主接線方案大致

44、畫出主接線示意圖，如下：圖4-1 主接線示意圖第5章 短路電流計(jì)算5.1 短路電流計(jì)算方法及意義電力系統(tǒng)不可避免會(huì)發(fā)生短路事故。短路事故威脅著電網(wǎng)的正常運(yùn)行，并有可能損壞電氣設(shè)備。因此，在電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，都要對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行短路電流計(jì)算，以便正確地選用和調(diào)整繼電保護(hù)裝置，正確地選擇電氣設(shè)備，確保電力系統(tǒng)的安全、可靠地運(yùn)行。對(duì)一般工廠來說，電源方向的大型電力系統(tǒng)可看作是無限大容量系統(tǒng)。無限大容量系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是其母線電壓總維持不變，即回路中發(fā)生短路時(shí)電源的內(nèi)阻抗可以忽略不計(jì)，當(dāng)接到這個(gè)系統(tǒng)的小容量電路中的電流發(fā)生任何變動(dòng)甚至短路時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)母線上的電壓仍基本保持不變。短路電流計(jì)算，根據(jù)電力

45、系統(tǒng)的實(shí)際情況，可以采用標(biāo)幺值法或歐姆法計(jì)算，哪種方法方便就采用那種方法。在高壓系統(tǒng)中通常采用標(biāo)幺值法計(jì)算。5.2 短路計(jì)算5.2.1 短路電流計(jì)算等效示意圖200MVAK-1K-2X0=0.4,1km10.5kVS9-10000.4kV(2)(3)(1)系統(tǒng)圖5-1 短路計(jì)算電路圖5-2 短路等效電路圖5.2.2 短路電流及容量的計(jì)算取基準(zhǔn)容量=100MVA，高壓側(cè)基準(zhǔn)電壓 ，低壓側(cè)基高側(cè)基準(zhǔn)電流，低壓側(cè)基準(zhǔn)電流。（1） 電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值由=200MVA得：=100÷200=0.5 (5-1)（2） 架空線路的電抗標(biāo)幺值：由=0.4/km =1km得：=0.36 (5-2)（3

46、） 電力變壓器的電抗標(biāo)幺值，這里以NO.1為例計(jì)算，該變電所選的變壓器是S9-1000/10，所以=5%：=5 (5-3)短路等效電路圖如圖5-1所示，并標(biāo)明短路計(jì)算點(diǎn)。計(jì)算K-1點(diǎn)的短路電路總標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量：1 總電抗標(biāo)幺值=+=0.5+0.36=0.86 (5-4)2 b.三相短路電流周期分量有效值=5.5÷0.86 KA=6.4 KA (5-5)3 c.其他三相短路電流=6.4 KA (5-6)=2.55=2.55×6.4=16.32 KA (5-7)=1.51=1.51×6.4=9.66 KA (5-8)4 d.三相短路容量=116.28

47、MV·A (5-9)計(jì)算K-2點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量5 e.總電抗標(biāo)幺值=0.5+0.36+5=5.866 f.三相短路電流周期分量有效值=24.63 KA7 g.其他三相短路電流=24.63 KA=1.84=1.84×24.63=45.32 KA=1.09=1.09×24.63=26.85 KA8 三相短路容量=17.06 MV·A其他各變電所的短路計(jì)算與NO.1計(jì)算相同，其計(jì)算結(jié)果如表5.1所示：表5-1 各變電所的短路計(jì)算電路及容量短路計(jì)算點(diǎn)變電所號(hào)碼三相短路電流/KA三相短路容量/MVA（） K-16.46.46.416

48、.329.66116.28K-2NO.124.6324.6324.6345.3226.8517.06K-2NO.224.6324.6324.6345.3226.8517.06K-2NO.313.2913.2913.2924.4514.497.52K-2NO.410.6410.6410.6419.5811.69.4K-2NO.58.568.568.5615.759.3311.68計(jì)算短路電流主要是校驗(yàn)電氣控制裝置的電器元件和導(dǎo)線在極端的條件下是否有承受能力，特別是保護(hù)器件是否能斷開短路電流。否則被粘連，不但不能起到保護(hù)作用，而且間接放大事故的災(zāi)害面積（范圍）。通過計(jì)算最大運(yùn)行方式和最小運(yùn)行方式下

49、短路點(diǎn)至電源的等效阻抗值，計(jì)算可得短路點(diǎn)的短路容量、短路沖擊電流、短路全電流最大有效值以及短路電流周期分量的有名值，這些數(shù)據(jù)是下一章進(jìn)行變電站電氣設(shè)備選型的重要依據(jù)。第6章 電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)現(xiàn)代工廠要求電氣設(shè)備防火、防潮、防爆、防污染、節(jié)能及小型化。電氣設(shè)備的選擇是涉及多種因素，首先要考慮并堅(jiān)持的是產(chǎn)品性能質(zhì)量。電氣產(chǎn)品的選用必須符合國家有關(guān)規(guī)范。其次才是經(jīng)濟(jì)性，要根據(jù)業(yè)主功能要求、經(jīng)濟(jì)情況做出選擇。所要選擇的產(chǎn)品包含在每個(gè)設(shè)計(jì)子項(xiàng)之中，主要有電源設(shè)備、高低壓開關(guān)柜、電力變壓器、電纜電線、開關(guān)電器等。6.1 總配電所架空線進(jìn)線的選擇架空線一般按發(fā)熱條件來確定導(dǎo)線的型號(hào)，應(yīng)該注意的是導(dǎo)線的允

50、許載流量小于通過相線的計(jì)算電流，即>高壓側(cè)補(bǔ)償后的計(jì)算電流：=149.97 A 查詢相關(guān)附錄表：根據(jù)當(dāng)?shù)販囟鹊男枰x擇適宜的導(dǎo)線，因此這里應(yīng)該選擇LGJ-35型的鋁絞線，該導(dǎo)線的截面積是35mm，機(jī)械強(qiáng)度也滿足要求。6.2 高壓側(cè)與低壓側(cè)母線的選擇母線的材料有銅、鋁和鋼。目前，農(nóng)村發(fā)電廠和變電站以及大、中型發(fā)電廠、變電站的配電裝置中的母線，廣泛采用鋁母線，這是因?yàn)殂~貴重，我國儲(chǔ)量又少；而鋁儲(chǔ)量較多，具有價(jià)格低、重量輕、加工方便等特點(diǎn)。因此，選用鋁母線要比銅母線經(jīng)濟(jì)。農(nóng)村發(fā)電廠和變電站配電裝置中的母線截面目前采用矩形、圓形和絞線圓形等。選擇母線截面形狀的原則是：肌膚效應(yīng)系數(shù)盡量低；散熱好；機(jī)械強(qiáng)度高；連接方便；安裝簡(jiǎn)單。10kV側(cè)主要選擇矩形截面母線，因?yàn)橥瑯咏孛娴木匦文妇€周長(zhǎng)比圓形母線的周長(zhǎng)要長(zhǎng)，散熱面積大，冷卻條件好；由于肌膚效應(yīng)的影響，矩形母線的電阻比圓形的小。鋼芯鋁絞線的耐張性能比單股母線好，在允許電流相同的條件下，鋼芯鋁絞線的直徑比單股母線直徑大，其表面附近的電場(chǎng)強(qiáng)度小于單股母線。為了使農(nóng)村發(fā)電廠和變電站的屋外配電裝置結(jié)構(gòu)和布置簡(jiǎn)單，投資少，在高壓側(cè)一般采用鋼芯鋁絞線。母線的選擇方法與架空線的選擇方法相同，所以計(jì)算電流為