某冶金機械修造廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設計

1、河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術 學 院Henan Polytechnic Institute畢 業(yè) 設 計論文題目：某冶金機械修造廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設計 專 業(yè)：電氣自動化技術 班 級：電氣1001班 姓 名：張志海 學 號：0401100136 指導教師：張季萌摘 要 隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工業(yè)對電力的需求也越來越迫切。隨著中國工業(yè)規(guī)模的不斷擴大，對電力供應的安全性、可靠性提出了更高的要求，因此電力系統(tǒng)與用戶直接關聯(lián)的供電系統(tǒng)尤為重要。作為供電系統(tǒng)的主要組成部分，電氣設備的質(zhì)量及其性能的先進性是決定供電系統(tǒng)安全可靠運行的前提條件之一。本設計根據(jù)該冶金機械廠的相關資料和實際情況

2、，對該廠的總降壓變電所和高壓供電系統(tǒng)進行設計。本設計首先根據(jù)工廠提供的資料對工廠的負荷情況進行了計算，根據(jù)負荷情況對變壓器的容量和臺數(shù)進行了選擇。該廠電源由某變電所以35kV雙回路架空線引出，本設計選擇在該廠設立總降壓變電所先將電壓降為廠區(qū)供電電壓10kV，在由各車間變電所降為負荷所需電壓。為保證供電系統(tǒng)的可靠性，總降壓變電所采用單母線分段式接線方式，廠區(qū)供電系統(tǒng)采用放射式接線方式。通過計算，本設計對各變電所的主要電氣設備、電纜和母線進行了選擇和校驗，對一次側(cè)主要設備進行了繼電保護整定，對避雷和接地裝置進行了選擇。關鍵詞：變電所；供電系統(tǒng)；電氣設備目 次1 緒論11.1 工廠供電的意義及要求1

3、1.2 工廠供電設計的一般原則11.3 設計的具體內(nèi)容21.4 工廠原始資料22 工廠的電力負荷及其計算32.1 工廠的電力負荷32.2 車間計算負荷的確定32.3 工廠計算負荷的確定42.4 無功功率補償及其計算53 降壓變電所及變壓器的選擇73.1 總降壓變電所所址的選擇73.2 降壓變電所形式的選擇73.3 廠區(qū)供電電壓的選擇83.4 總降壓變電所變壓器臺數(shù)和容量的選擇93.5 車間變電所變壓器選擇94 總降壓變電所主接線方案及供電線路的設計104.1 總降壓變電所的任務和類型104.2 變電所主接線方案的設計原則與要求104.3 主接線方案的選擇114.4 廠區(qū)配電線路的設計114.5

4、 總降壓變電所二次回路操作電源設計125 短路電流計算135.1 短路電流計算的目的135.2 短路電流計算的方法和步驟145.3 該廠供電系統(tǒng)電路及短路等效電路155.4 短路計算155.5 短路計算結(jié)果216 一次設備的選擇與校驗226.1 一次設備的選擇校驗的條件與項目226.2 一次設備效驗公式226.3 一次設備的選擇與校驗236.4 電纜、母線的選擇247 繼電保護裝置的整定計算267.1 總降壓變電所35/10kV變壓器的保護277.2 35kV電力線路保護297.3 10kV電力線路保護298 防雷保護與接地裝置的設計308.1 變電所防雷保護與防雷裝置的選擇308.2 接地裝

5、置的設計計算31結(jié) 論32311 緒論從十九世紀七十年代開始，人類開始了以電能的廣泛使用為顯著特點的第二次工業(yè)革命。這個時期的電力工業(yè)和電器制造業(yè)迅速發(fā)展起來，同時為社會創(chuàng)造了巨大的社會財富，也極大地提高了人們的生活水平，更為以后電子計算機的問世奠定了基礎。1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應定律，它揭示了電、磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系，為以后發(fā)電機的發(fā)明、電能的大規(guī)模生產(chǎn)和傳輸以及電能的廣泛應用提供了重要理論基礎。隨著電能在社會各個方面的廣泛應用，人類社會從此進入了電氣化時代，電能成為主要的能源，并極大地促進了社會生產(chǎn)力的發(fā)展。1.1 工廠供電的意義及要求電能不僅是人們生活的能源，更重要的是工業(yè)生產(chǎn)的

6、主要能源和動力。電能容易從其他一次能源中獲得，也容易轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)中的電能、動能，而且使用方便靈活。電能的輸送和分配簡單經(jīng)濟是電能的又一優(yōu)點，通過導線可以直接把電能引至負荷，不像蒸汽機、內(nèi)燃機那樣笨重，更避免了一次能源費時耗力的運輸。當代工廠里應用的信息技術、生產(chǎn)自動化技術和其他高新技術無一不是建立在電能應用的基礎之上的。因此，電能在當代工業(yè)生產(chǎn)有著及其廣泛的應用，是工業(yè)生產(chǎn)中不可替代的能源。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小。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，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

7、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。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。在工廠中，供電系統(tǒng)起著至關重要的作用。要保證工廠內(nèi)的正常生活生產(chǎn)秩序、保證人民群眾財產(chǎn)，就要有一個可靠穩(wěn)定的供電系統(tǒng)。一個優(yōu)質(zhì)的工廠供電系統(tǒng)必須達到以下基本要求：（1）安全 電能在供應、分配和使用中，要保證輸電線路的安全性，設計合理的供電系統(tǒng)，不能夠因為供電系統(tǒng)出現(xiàn)人身傷亡事故和設備事故；（2）可靠 應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。對于一些要求連續(xù)不間斷供電的企業(yè)，可靠性是第一位的。對于一些負荷，如果由于電力系統(tǒng)故障供電系統(tǒng)突然中斷，可能會造成重大設備損壞、

8、大量產(chǎn)品報廢很嚴重的經(jīng)濟財產(chǎn)損失，甚至發(fā)生重大的人身傷亡事故，給國家和人民帶來經(jīng)濟上甚至政治上的重大損失；（3）優(yōu)質(zhì) 應滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求。使用電設備在額定的電壓、頻率下進行生產(chǎn)，不僅可以避免設備損壞，而且也以提高產(chǎn)品質(zhì)量，給企業(yè)帶來利潤；（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。1.2 工廠供電設計的一般原則工廠供電設計必須遵循以下原則：（1）工廠供電設計必須遵守國家的有關法令、標準和技術規(guī)范，執(zhí)行國家的有關方針政策，包括節(jié)約能源、節(jié)約有色金屬和保護環(huán)境等技術經(jīng)濟政策；（2）工廠供電設計應做到保障人身和設備的安全、供電可靠、電能

9、質(zhì)量合格、技術先進和經(jīng)濟合理，設計中應采用符合國家標準的效率高、能耗低、性能先進及與用戶投資能力相適應的經(jīng)濟合理的電器產(chǎn)品；（3）工廠供電設計必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件，合理確定設計方案；（4）工廠供電設計應根據(jù)工程特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設與遠期發(fā)展的關系，做到遠近結(jié)合，以近期為主，適當考慮擴建的可能性。1.3 設計的具體內(nèi)容該冶金機械廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設計，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，解決對電能分配的安全可靠，經(jīng)濟合理的問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面：（1） 工廠的負

10、荷計算及無功補償；（2） 確定工廠總配變電所的所址和型式；（3） 確定工廠總配變電所的所址、形式、主接線方式，確定主變壓器的型式、容量和臺數(shù)；（3） 短路電流計算；（4） 一次設備的選擇；（5） 選擇工廠電源進線及高壓配電線路；（6） 對一次側(cè)進行繼電保護整定計算；（7） 工廠總配變電所防雷保護及接地裝置的設計。1.4 工廠原始資料本設計的原始資料如下：1、 工廠總平面布置圖，如圖1.1。圖1.1 工廠總平面布置圖2、工廠生產(chǎn)任務、規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格：本廠主要承擔全國冶金工業(yè)系統(tǒng)礦山、冶煉和軋鋼設備的配件生產(chǎn)，即以生產(chǎn)鑄造、鍛壓、鉚焊、毛坯件為主體。年生產(chǎn)規(guī)模為鑄鋼件1000t，鑄鐵件3000t，

11、鍛件1000t，鉚焊件2500t。3、工廠各車間負荷情況及車間變電所的容量見表2.1和表2.2。4、供用電協(xié)議1）工廠電源從供電部門某220/35kV變電站以35 kV雙回架空線路引入本廠，其中一路作為工作電源，另一路作為備用電源。兩個電源不并列運行。變電站距廠東側(cè)8km。2）系統(tǒng)的短路數(shù)據(jù)，如表1.1所示。3）供電部門對工廠提出的技術要求:區(qū)域變電站35kV饋線電路定時限過流保護裝置的整定時間top=2s，工廠總降壓變電所保護的動作時間不得大于1.5s工廠在總降壓變電所35k電源側(cè)進行電能計量。工廠最大負荷時功率因數(shù)不得低于0. 9。5、廠負荷性質(zhì)：本廠為三班工作制，年最大有功利用小時為60

12、00h屬二級負荷。表1.1 區(qū)域變電站35kV母線短路數(shù)據(jù)系統(tǒng)運行方式系統(tǒng)短路容量系統(tǒng)運行方式系統(tǒng)短路容量最大運行方式Soc·max=200MVA最小運行方式Soc·min=175MVA2 工廠的電力負荷及其計算2.1 工廠的電力負荷電力負荷（electric power load）又稱電力負載，有兩種含義：一是指耗用電能用電設備或用戶，另一是指用電設備或用戶耗用的功率或電流大小，如說輕負荷（輕載）、重負荷（重載）、空負荷（空載）、滿負荷（滿載）等。電力負荷的具體含義視具體情況而定，本章指的是用電設備或用戶耗用的功率大小。計算負荷又稱需要負荷或最大負荷Pmax。計算負荷是一

13、個假想的持續(xù)性的負荷，其熱效應與同一時間內(nèi)實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應相等。在配電設計中，通常采用半小時最大平均負荷P30作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。計算負荷是供電設計計算的基本依據(jù)。計算負荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理。如果計算負荷確定得過大，將使電器和導線電纜選得過大，造成投資和有色金屬的浪費。如果計算負荷確定得過小，又將使電器和導線電纜處于過負荷狀態(tài)下運行，增加電能損耗，產(chǎn)生過熱，導致絕緣過早老化甚至燃燒引起火災。由此可見，正確確定計算負荷意義重大。但是負荷情況復雜，影響負荷計算的因素很多，雖然各類負荷的變化有一定規(guī)律可循，但仍難準確確定計算負

14、荷的大小。實際上，負荷也不是一成不變的，它與設備的性能、生產(chǎn)的組織、生產(chǎn)者的技能及能源供應的狀況等多種因素有關。因此負荷計算只能力求接近實際。2.2 車間計算負荷的確定車間計算負荷是選擇工廠內(nèi)配電線路電纜型號和主要電氣設備包括車間變壓器的基本依據(jù)。我國目前普遍采用的確定計算負荷的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和二項式法。需要系數(shù)法是國際上普遍采用的確定計算負荷的基本方法，本設計采用需要系數(shù)法進行負荷計算。計算的基本公式如下：有功計算負荷P30為 （2.1）這里的Kd稱為需要系數(shù)（demand coefficient），Pe為車間用電設備總?cè)萘?。無功計算負荷Q30為 （2.2）式中，tan為對應于

15、車間用電設備的正切值。視在計算負荷為 （2.3）式中，為車間供電設備的平均功率因素。計算電流I30為 （2.4）式中，UN為用電設備組的額定電壓。根據(jù)工廠給出的資料，通過計算整理，得出該工廠各車間的負荷計算表及該工廠6kV高壓設備的負荷計算表，結(jié)果見表2.1和表2.2。2.3 工廠計算負荷的確定工廠計算負荷是選擇工廠電源進線及主要電氣設備包括主變壓器的基本依據(jù)，也是計算工廠的功率因素及無功補償容量的基本依據(jù)，確定工廠計算負荷的方法很多，有需要系數(shù)法、年產(chǎn)量估算工廠計算負荷和逐級計算法等。根據(jù)國際普遍的計算方法和該冶金機械廠的實際情況，本設計采用需要系數(shù)法計算工廠的計算負荷。根據(jù)該廠提供的各車間

16、及工廠高壓設備負荷數(shù)據(jù)，運用需要系數(shù)法，根據(jù)上面給出的公式通過計算、整理得出該工廠的負荷計算表2.3。表 2.1 各車間380V負荷計算表序號車間（單位）名稱設備容量/kWKd計算負荷車間變電所代號變壓器臺數(shù)及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1鑄鋼車間20000.40.651.178009361230.81870No.1車變2×16002鑄鐵車間10000.40.701.02400408571.4867.5No.2車變2×800砂庫1100.70.601.3377102.4128.3194.9小計(K=0.9)2110429.3459.462

17、8.8955.4（續(xù)表）序號車間（單位）名稱設備容量/kWKd計算負荷車間變電所代號變壓器臺數(shù)及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A3鉚焊車間12000.30.451.98360712.88001215.No.3車變2×1000No.1水泵房280.750.80.752115.826.339.6小計(K=0.9)1228342.9655.7740.011244空壓站3900.850.750.88331.5291.7442671.5No.4車變1×800機修車間1500.250.651.1737.543.957.787.7鍛造車間2200.30.5

18、51.5266100.3120182.3木型車間1860.350.601.3365.186.6108.5164.8制材場200.280.601.335.67.49.314.1綜合樓200.9101801827.3小計(K=0.9)986471.3476.9670.510185鍋爐房3000.750.800.75225168.8281.3427.4No.5車變1×400No.2水泵房280.750.800.752115.826.340.0倉庫（1、2）880.30.651.1726.430.940.661.9污水提升站140.650.800.759.16.811.417.3小計(K=0

19、.9)430253.4200.1322.9490.6表2.2 各車間6kV高壓負荷計算表序號車間（單位）名稱高壓設備名稱設備容量/kWKd計算負荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1鑄鋼車間電弧爐2×12500.90.870.5722501282.52586.2248.92鑄鐵車間工頻爐2×2000.80.90.48320153.6355.634.23空壓站空壓機2×2500.850.850.62425263.550048.1小計340029951699.63443.6331.4表2.3 工廠負荷計算表全廠設備容量/kWKd計算負荷P30/kWQ

20、30/kvarS30/kVAI30/A111540.350.790.7839043045.14941.8285.32.4 無功功率補償及其計算工廠中由于有大量的感應電動機、電焊機、電弧爐及氣體放電燈等感性負載，還有感性的電力變壓器，從而使功率因素降低。如在充分發(fā)揮設備潛力、改善設備運行性能、提高其自然功率因素的情況下，尚達不到規(guī)定的工廠功率因素要求時，則需考慮增設無功功率補償裝置。假設功率因數(shù)由cos提高到cos，這時在用戶需要的有功功率P30不變的條件下，由公式（2.2）和公式（2.3）知無功計算功率和視在功率都有所減小。相應地負荷電流I30也得以減小，這將使系統(tǒng)的電能損耗和電壓損耗相應降低

21、，既節(jié)約了電能，又提高了電壓質(zhì)量，而且可選較小容量的供電設備和導線電纜，因此提高功率因素對供電系統(tǒng)大有好處。在提高功率因素的同時，工廠總降壓變電所的主變壓器容量可以選的小一些，這不僅可降低變電所的初投資，而且可以減少工廠的電費開支，因此進行無功功率補償對工廠本身也有一定經(jīng)濟實惠。通過該廠的負荷計算表可知該廠的功率因素=0.79，不能達到供電部門的要求。在供電營業(yè)規(guī)則中規(guī)定：“用戶在當?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率因素應達到下列規(guī)定：100kVA及以上高壓供電的用戶功率因素為0.90以上?！辈⒁?guī)定，凡功率因素未達到上述規(guī)定的，應增添無功補償裝置。無功功率的人工補償裝置主要有同步補償機和并聯(lián)

22、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，因此本設計選用并聯(lián)電容進行無功補償。由該廠的負荷計算表可知，總變壓器低壓側(cè)的視在計算負荷為4942kVA，因此為進行功率補償時，主變壓器容量應選為5000kVA。此時變電所低壓側(cè)的功率因素未0.79。按規(guī)定，變電所高壓側(cè)的功率因素cos0.9.?？紤]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，一般QT=（45）PT，因此在變壓器低壓側(cè)進行無功補償時，低壓側(cè)補償后的功率因素應略高于0.90，這里取cos=0.93。要使低壓側(cè)功率因素由0.79提高到0.93，低壓側(cè)需裝設的并聯(lián)電容器容量為QC

23、 = 3904×（tanarccos0.79tanarccos0.93）kvar = 1486.9kvar取 QC=1500kvar補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為 因此主變補償后選擇容量不變，仍為5000kVA。變壓器的功率損耗為PT 0.015= 0.015×4198.6kVA = 63kWQT 0.06= 0.06×4198.6 kVA=251.9kvar變電所高壓側(cè)的計算負荷為= 3904kW + 63kW = 3967kW =（3045.11500）kvar + 251.9kvar =1797kvar補償后工廠的功率因素為這一功率因素滿足供電部門規(guī)定的

24、要求。根據(jù)以上計算，本設計從常用并聯(lián)電容器中選出型號為BWF10.5-120-1的并聯(lián)電容器13臺進行該工廠的無功功率補償。3 降壓變電所及變壓器的選擇3.1 總降壓變電所所址的選擇變電所所址的選擇按照國家有關標準和規(guī)范，應根據(jù)下列要求，選擇確定：1、靠近負荷中心；2、節(jié)約用地，不占或少占耕地及經(jīng)濟效益高的土地；3、與城鄉(xiāng)或工礦企業(yè)規(guī)劃相協(xié)調(diào)，便于架空和電纜線路的引入和引出；4、交通運輸方便；5、環(huán)境宜無明顯污穢，如空氣污穢時，所址宜設在受污源影響最小處；6、具有適宜的地質(zhì)、地形和地貌條件(例如避開斷層、滑坡、塌陷區(qū)、溶洞地帶、山區(qū)風口和有危巖或易發(fā)生滾石的場所)，所址宜避免選在有重要文物或開

25、采后對變電所有影響的礦藏地點，否則應征得有關部門的同意；7、所址標高宜在50年一遇高水位之上，否則，所區(qū)應有可靠的防洪措施或與地區(qū)(工業(yè)企業(yè))的防洪標準相一致，但仍應高于內(nèi)澇水位；8、應考慮職工生活上的方便及水源條件；9、應考慮變電所與周圍環(huán)境、鄰近設施的相互影響。根據(jù)上面的要求，本設計結(jié)合該工廠的負荷情況和工廠的布局，選擇該廠的西南角鍋爐房東面作為總降壓變電所的所址，其變電所所址示意圖見圖3.1所示3.2 降壓變電所形式的選擇變電所的形式有很多種，優(yōu)點各異。露天式配電裝置具有運行維護方便，占地面積少、投資少等優(yōu)點，而屋內(nèi)式配電裝置安裝方便、運行可靠，故本設計總降壓變電所35kV側(cè)采用屋外式配

26、電裝置，變壓器放置于露天，10kV側(cè)采用屋內(nèi)式配電裝置。根據(jù)各車間的地理位置，車間建筑物結(jié)構、周圍環(huán)境和車間負荷等情況，本設計詳細考慮了各個車間的變電所形式，其中第一、二、三和四號車間變電所采用車間附設式變電所。由于第五號車間變電所在鍋爐房旁邊，故采用獨立式，以保證供電安全。3.1 工廠高壓配電系統(tǒng)示意圖3.3 廠區(qū)供電電壓的選擇工廠供電電壓的選擇，主要取決于當?shù)仉娋W(wǎng)的供電電壓登記，同時也要考慮工廠用電設備的電壓、容量和供電距離等因素。由于在同一輸送功率和輸送距離條件下，供電電壓越高，則線路電流越小，從而使線路導線或電纜截面越小，可減少線路的初投資和有色金屬消耗量。該冶金機械廠經(jīng)過與當?shù)毓╇姴?/p>

27、門協(xié)商，工廠電源從電力系統(tǒng)的某220/35kV變電站以35kV雙回路架空線引入工廠，其中一路作為工作電源，另一路作為備用電源，兩個電源不并列運行。系統(tǒng)變電站距工廠東側(cè)8km。工廠供電系統(tǒng)的高壓配電電壓，主要取決于工廠高壓用電設備的電壓和容量、數(shù)量等因素。工廠通常采用的高壓配電電壓為10kV。如果工廠擁有想當數(shù)量的6kV用電設備，或者供電電源電壓就是從鄰近發(fā)電廠取得的6.3kV直配電壓，則可考慮采用6kV作為工廠的高壓配電系統(tǒng)。如果當?shù)仉娋W(wǎng)供電電壓為35kV，而廠區(qū)環(huán)境條件又允許采用35kV架空線路和較經(jīng)濟的35kV電氣設備時，則可考慮采用35kV作為高壓配電電壓深入工廠各車間負荷中心。這種高壓

28、深入負荷中心的直配方式，可以省去一級中間變壓，大大簡化供電系統(tǒng)接線，節(jié)約投資和有色金屬，降低電能損耗和電壓損耗，提高供電質(zhì)量，但必須要保證人身生產(chǎn)安全。該廠從鄰近變電所引入35kV電壓電源作為工廠電源，考慮到該工廠車間密集，道路狹窄，廠區(qū)布局復雜，為了確保廠區(qū)內(nèi)的人身和生產(chǎn)安全，保障正常的生產(chǎn)生活秩序，故本設計不采用35k高壓深入負荷中心的直配方式，而需要經(jīng)過工廠內(nèi)的總降壓變電所降壓后在廠內(nèi)配電。工廠有6kV高壓負荷電弧爐2臺，工頻爐2臺和空壓機2臺，但6kV高壓用電設備不多，所以本設計仍采用將35kV電源經(jīng)總降壓變電所降壓至10kV作高壓配電電壓，而6kV高壓負荷則通過專用的10/6.3kV

29、變壓器單獨供電。3.4 總降壓變電所變壓器臺數(shù)和容量的選擇根據(jù)工廠提供的數(shù)據(jù)，本工廠負荷為二級負荷，且工廠視在計算負荷為4941.9kVA，故本工廠總降壓變電所應選擇兩臺主變壓器。由于本工廠選用兩臺主變壓器，故每臺主變壓器的容量SN·T不應小于總的計算負荷S30的60%70%。但由于本工廠的負荷均為二級負荷，故該工廠的總降壓變電所選用兩臺容量為5000kVA型號為S9-5000/35的變壓器，其技術參數(shù)見表3.1。3.5 車間變電所變壓器選擇電力系統(tǒng)的35kV供電電源引入該廠后，經(jīng)過廠區(qū)內(nèi)的35/10kV總降變電所將電壓降至10kV給廠區(qū)供電。10kV仍是高壓電源，不能被380V以下

30、負荷所用，固還需要進行降壓才能供負荷使用。根據(jù)工廠布局并結(jié)合實際情況，在該工廠設立五個10/0.4kV車間變電所，給車間380V以下負荷供電。由于該廠有6kV高壓負荷，故在有高壓負荷的車間變電所需專門設立10/6kV變壓器給高壓負荷供電。對于有重要的二級負荷且容量較大的車間變電所，需要采用兩臺變壓器進行供電，以保證供電的可靠性。本設計結(jié)合工廠實際情況和各車間的負荷需要，總結(jié)各車間變電所所需變壓器型號見表3.2所示，以及所需變壓器的技術參數(shù)見表3.3所示。表3.1 S9-5000/35變壓器技術參數(shù)額定容量/kVA額定電壓/kV損耗/kW阻抗電壓（%）空載電流（%）聯(lián)結(jié)組別總體質(zhì)量/t備注高壓低

31、壓空載短路500035，38± 2×2.5%3.156.310.56.5031.0070.7Y d1111.15沈變上變福變武變等表3.2 車間變電所變壓器型號車間變電所代號變壓器臺數(shù)及容量/kVA變壓器型號No.12×1600S9-1600/101×2500S7-2500/10No.22×800S9-800/101×630S7-630/10No.32×1000S9-1000/10No.41×800S9-800/101×630S7-630/10No.51×400S9-400/10表3.3 各型號

32、變壓器技術參數(shù)變壓器型號額定容量/kVA額定電壓/kV損耗/kW阻抗電壓（%）空載電流（%）聯(lián)結(jié)組別總體質(zhì)量/t備注高壓低壓空載短路S7-630/1063010±5%6.31.308.14.52.0Yd112.385常變天變寧變福變佛變等S7-2500/1025003.65235.51.26.34S9-400/104006±5%6.3±5%10±5%0.40.844.2041.4Y yn01.64S9-800/108001.457.204.51.23.26S9-1000/1010001.7210.01.13.82S9-1600/1016002.4514.

33、01.05.1584 總降壓變電所主接線方案及供電線路的設計4.1 總降壓變電所的任務和類型總降壓變電所是工廠供電系統(tǒng)中最重要的變電所，它擔負著從電力系統(tǒng)中受電，然后將電壓從35kV降至廠區(qū)內(nèi)高壓供電系統(tǒng)電壓，然后將電能分配到各車間變電所?？偨祲鹤冸娝枪S能源的命脈，在工廠中占有特殊重要的地位。工廠變配電所分總降壓變電所和車間變電所，不過一般中小型工廠不設總降壓變電所。變電所的主要類型有露天式、獨立式、地下式、樓上式等。由于本章內(nèi)容設計的是總降壓變電所，故本設計的總降壓變電所采用半露天式變電所，這種變電所建筑費用低，人力物力投入小，并且考慮到該廠為大型冶金機械廠，負荷很大，總降壓變電所是全廠

34、電能的來源，要保證總降壓變電所的可靠運行，所以我們結(jié)合實際情況，將35kV母線和主變壓器露天放置，10kV采用屋內(nèi)開關柜接線。4.2 變電所主接線方案的設計原則與要求變電所的主接線，應根據(jù)變配電所在供電系統(tǒng)中的地位、進出線回路數(shù)、設備特點及負荷性質(zhì)等因素綜合分析確定，并應滿足安全、可靠、靈活和經(jīng)濟等要求。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)，必須裝設高壓隔離開關；（2）在低壓斷路器的電源側(cè)及可能反饋電能的另一側(cè)，必須裝設低壓刀開關；（3）在裝設高壓熔斷器-負荷開關的出線柜母線側(cè)，必須裝設高壓隔離開關；（4）35kV及以上的線路末端，應裝設與隔離開關聯(lián)鎖的接地刀閘；（5）變

35、電所高壓母線上及架空線路末端，必須裝設避雷器。裝于母線上的避雷器，宜與電壓互感器公用一組隔離開關，接于變壓器引出線上的避雷器，不宜裝設隔離開關。2、可靠性（1）變電所的主接線方案，必須與其負荷級別相適應。對一級負荷，應由兩個電源供電。對二級負荷，應由兩回路或一回6kV及以上專用架空線或電纜供電； 其中采用電纜供電時，應采用兩根電纜并聯(lián)供電，且每根電纜應能承受100%的二級負荷；（2）變電所的非專用電源進線側(cè)，應裝設帶短路保護的斷路器或負荷開關-熔斷器。當雙電源供多個變電所時，宜采用環(huán)網(wǎng)供電方式；（3）對一般生產(chǎn)區(qū)的車間變電所，宜由工廠總變配電所采用放射式高壓配電，以確保供電可靠性，但對于輔助生

36、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，宜采用低壓斷路器。當?shù)蛪簜?cè)為單母線，且有自動切換電源要求時，低壓總開關和低壓母線分段開關，均應采用低壓斷路器。3、靈活性（1）變配電所的高低壓母線，一般宜采用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，宜采用橋形接線和線路-變壓器組接線；（3）需帶負荷切換主變壓器的變電所，高壓側(cè)應裝設高壓斷路器或高壓負荷開關；（4）變電所的主接線方案應與主變壓器的經(jīng)濟運行要求相適應；（5）變電所的主接線方案應考慮到今后可能的增容擴展，特別是出線柜便于添置；4、經(jīng)濟性（1）變電所的主接線方案在滿足運行要求的前提下，應力求

37、簡單。變電所高壓側(cè)宜采用斷路器較少或不用斷路器的接線；（2）變電所的電氣設備應選用技術先進、經(jīng)濟適用的節(jié)能產(chǎn)品，不得選用國家明令淘汰的產(chǎn)品；（3）工廠的電源進線上應裝設專用的計量柜，其中的電流、電壓互感器只供計費的電能表使用；（4）應考慮無功功率的人工補償，使最大負荷時功率因素達到規(guī)定的要求。4.3 主接線方案的選擇由于工廠的負荷為二級負荷，總降壓變電所出線較多，故本降壓變電所采用單母線分段方式的接線，電氣接線圖見圖4.1。這種接線方式采用的高壓開關設備較多，初期投資較大。但單母線分段接線方式比其他接線方式的靈活性、可靠性更高，考慮到總降壓變電所的在工廠的特殊地位，故本設計采用單母線分段方式的

38、主接線方案，變電所平面布置圖見附錄A。作為主變照明及應急用電，本設計采用由主變一次側(cè)單引一個35/0.4的小型干式變壓器供電，作為主變照明及應急用電，并加直流屏，以保證供電系統(tǒng)檢修和維護的可靠性。4.4 廠區(qū)配電線路的設計該工廠高壓配電系統(tǒng)采用常見的單回路放射式接線方式。該種方式線路敷設容易，維護簡便，易于實現(xiàn)自動化，切運行中線路之間互不影響，較之單回路樹干式的供電可靠性高，但高壓開關設備用的較多，投資較高。其接線方案示意圖見圖4.1。圖4.1 總降壓變電所電氣主接線圖4.5 總降壓變電所二次回路操作電源設計變電所二次回路（secondary circuit），是指用來控制、指使、監(jiān)測和保護一

39、次電路（primary circuit）運行的電路，包括控制系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)等。二次回路操作電源分直流和交流兩大類。直流操作電源有由蓄電池組供電的電源和由整流裝置供電的電源兩種。交流操作電源有由所用變壓器供電的和通過儀用互感器供電的兩種。1、直流操作電源本設計總降壓變電所采用復式整流的直流操作電源做工作電源，用鎘鎳蓄電池作為備用直流操作電源。復式整流是指提供直流操作電壓的整流裝置有兩個：（1）電壓源由所用變壓器或電壓互感器供電，經(jīng)鐵磁諧振穩(wěn)壓器和硅整流器供電給控制等二次回路。（2）電流源由電流互感器供電，同樣經(jīng)鐵磁諧振穩(wěn)壓器和硅整流器供電給控制等二次回路。復式整流裝置的接線

40、示意圖如圖4.2所示。圖4.2 復式整流裝置接線示意圖TA電流互感器 TV電壓互感器 U1、U2硅整流器直流操作電源采用鎘鎳蓄電池組作為備用電源。鎘鎳蓄電池組具有工作可靠，大電流放電性能好，比功率大，機械強度高，使用壽命長，腐蝕性小，無需專用房間裝設等優(yōu)點。故總變電所的鎘鎳蓄電池組安放在電容器室即可。2、交流操作電源本設計總降壓變電所只用到了交流電壓源，可取自變壓互感器，作為保護變壓器內(nèi)部故障的瓦斯保護電源。5 短路電流計算5.1 短路電流計算的目的工廠供電系統(tǒng)要求正常地不間斷地對用電負荷供電，以保證工廠生產(chǎn)和生活的正常進行。然而由于各種原因（如工作人員誤操作、鳥獸跨越在裸露的相線之間）也難免

41、出現(xiàn)故障，而使系統(tǒng)的正常運行遭到破壞。系統(tǒng)中最常見的故障就是短路（short circuit）。短路就是指不同電位的導電部分包括導電部分對地之間的低阻性短接。短路后，系統(tǒng)中出現(xiàn)的短路電流（short-circuit current）比正常負荷電流大得多。在大電力系統(tǒng)中，短路電流可達幾萬安甚至幾十萬安。如此大的電流可產(chǎn)生很大的點動力和很高的溫度，而使線路中的原件受到損害。由于短路時電路的電壓驟降，嚴重影響電氣設備的正常運行和降低產(chǎn)品質(zhì)量。繼電保護裝置在發(fā)現(xiàn)短路電流后動作，切除故障線路，可造成不同范圍的停電。由此可見，短路的危害是很大的，因此必須盡力設法消除可能引起短路的一切因素；同時需要進行短路

42、電流計算，以便正確地選擇電氣設備，使設備具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證在發(fā)生可能有的最大短路電流時不致?lián)p壞。 為了斷則切除短路故障的開關電源、整定短路保護的繼電保護裝置和選擇限制短路電流的原件等，也必須計算短路電流。5.2 短路電流計算的方法和步驟進行短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標幺值法（又稱相對單位制法），工程上常用標幺制法。故本設計采用標幺值法進行計算。1、繪制計算電路圖、選擇短路計算點。計算電路圖上應將短路計算中需計入的所有電路元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各個元件依次編號。短路計算點應選擇得使需要進行短路效驗的電器元件有最大可能的短路電流通過。2、設定

43、基準容量Sd=100MVA和基準電壓Ud=Uc（短路計算電壓，即1.05UN），并計算基準電流Id。 （5.1）3、計算短路回路中各主要元件的阻抗標幺值（一般只計算電抗標幺值）（1）電力系統(tǒng)的電抗標幺值 （5.2）式中，SOC電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量，單位為MVA。（2）電力線路的電抗標幺值 （5.3）式中，UC線路所在電網(wǎng)的短路計算電壓，單位為kV，UC=1.05UN.采用標幺值計算時，無論短路計算點在哪里，線路的電抗標幺值不需換算。（3）電力變壓器的電抗標幺值 （5.4）式中，Uk%變壓器的短路電壓（阻抗電壓）百分值； SN 變壓器的額定容量。4、繪制短路回路等效電路，并計算總阻抗（總

44、電抗標幺值）。5、計算短路電流，分別對各短路計算點計算各短路電流、等。 （5.5）在無窮大容量系統(tǒng)中，存在下列關系： = （5.6）高壓電路中的短路沖擊電流及其有效值，按下列公式近似計算： （5.7） （5.8）低壓電路中的短路沖擊電流及其有效值，按下列公式近似計算： （5.9） （5.10）5、計算短路容量，三相短路容量按下式計算： （5.11）5.3 該廠供電系統(tǒng)電路及短路等效電路該廠電源從位于距該廠東側(cè)8km處的220/35kV變電站以35kV雙回路架空線引入工廠，其中一路做為工作電源，另一路作為備用電源，兩個電源不并列運行。其供電系統(tǒng)電路圖如圖5.1所示。該供電系統(tǒng)中，需計算圖中的四處

45、短路點的短路電流、短路容量等，以用于確定一次設備，其短路等效電路圖如圖5.2所示。圖5.1 工廠供電系統(tǒng)電路圖5.4 短路計算1、取基準容量Sd=100MVA；2、計算基準電流3、電力系統(tǒng)的電抗：4、架空線路電抗：本設計采用表5.1的數(shù)據(jù)進行架空線路電抗的計算表5.1 電力線路每相的單位長度電抗平均值線路結(jié)構線 路 電 壓35kV及以上610kV220/380V架空線路0.400.350.32電纜線路0.120.080.066因此5、變壓器電抗：故可得出短路等效電路圖5.2，根據(jù)短路圖可算出各短路點的總阻抗如下：6、計算三相短路電流和短路容量（1）k-1點短路三相短路電流周期分量有效值三相短路

46、次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個周期短路三相短路容量圖5.2 短路等效電路圖（2）k-2點短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個周期短路三相短路容量（3）k-3點短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個周期短路三相短路容量（4）k-4點短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個周期短路三相短路容量（5）k-5點短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個周期短路三相短路容量（6）k-6點、k-9點短路三相短路電流周期分量

47、有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個周期短路三相短路容量（7）k-7點短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個周期短路三相短路容量（8）k-8點短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個周期短路三相短路容量（10）k-10點短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個周期短路三相短路容量5.5 短路計算結(jié)果根據(jù)前面短路計算得出的各種短路情況的數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理得出該廠的短路計算表見表5.2。表5.2 短路計算結(jié)果表電路點三相短路電流/kA三相短路容量/MVA

48、k-14.864.864.869.816.58277.78k-25.195.195.1911.687.8494.34k-354.5654.5654.56122.7682.3940.65k-44.054.054.059.116.1244.25k-535.6135.6135.6180.1353.7725.91k-61.121.121.122.531.6912.25k-762.4962.4962.49140.5994.3645.45k-820.6420.6420.6451.6031.1715.02k-91.121.121.122.531.6912.25k-1012.4312.4312.4327.97

49、18.779.046 一次設備的選擇與校驗6.1 一次設備的選擇校驗的條件與項目為了保證一次設備安全可靠地運行，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)定和熱穩(wěn)定進行校驗；（3）考慮電氣設備運行的環(huán)境條件如溫度、濕度、海拔高度以及有無防塵、防爆、防腐、防火等要求；選擇一次設備時應考慮和效驗的項目如表6.1所示。表6.1 一次設備選擇校驗的項目及滿足的條件序號設備名稱電壓/kV電流/kA斷流能力/kA短路穩(wěn)定度校驗動穩(wěn)定熱穩(wěn)定1高壓斷路器3高壓隔離開關4低壓斷路器7電流互感器8電壓互感器9母線10電纜應滿足的條件設備的額定電壓應

50、不小于裝置地點的額定電壓設備的額定電流應不小于通過設備的計算電流設備的最大開端電流（或功率）應不小于它可能開端的最大電流（或功率）按三相短路沖擊電流校驗按三相短路穩(wěn)態(tài)電流校驗備注校驗 不校驗 一般可不校驗6.2 一次設備效驗公式本設計查閱相關資料，經(jīng)過整理一次設備效驗所需的公式得出一次設備效驗公式表見表6.2。表6.2 一次設備效驗公式表序號設備名稱校驗項目校驗公式1高壓斷路器、高壓負荷開關、高壓隔離開關動穩(wěn)定imaish(3)熱穩(wěn)定I2ttI(3)2tima2電流互感器動穩(wěn)定KesIini(3)sh熱穩(wěn)定(Kt·Iin)2tI(3)2tima3母線動穩(wěn)定alc熱穩(wěn)定AAmin=I(3)·/c4電纜和絕緣導線熱穩(wěn)定AAmin=I(3)·/c符號含義ima設備的極限通過電流峰值（kA），ish(3)通過設備的三相短路沖擊電流（kA），It設備的t秒熱穩(wěn)定電流（kA），t設備的熱穩(wěn)定實驗時間，I(3)三相短路穩(wěn)態(tài)電流（KA，序號3、4中用A），tima短路假想時間，Kes動穩(wěn)定倍數(shù)，Kt熱穩(wěn)定倍數(shù)，al母線的最大允許應力，c母線通過時ish(3)受到的最大計算應力，A導體的截面，Amin導體滿足熱穩(wěn)定的最小截面。6.3 一次設備的選擇與校驗