中南大學工廠供電課程設計(某冶金機械修造廠供配電系統(tǒng)設計)

1、中南大學題 目： 某冶金機械修造廠供配電系統(tǒng)設計 學 院： 信息科學與工程學院 專 業(yè)： 自動化 年 級： 2012級 學生姓名： 指導教師： 日 期： 2014年12月_ 摘 要一間冶金機械修造廠如果對輸配電系統(tǒng)進行一個完善的規(guī)劃，能很好地節(jié)約資金、合理規(guī)劃用地、降低電能損耗、提高電壓質量、保證系統(tǒng)的正常運行。本論文對輸配電進行全面的設計，內容分四大部分。第一部分先從論文的背景和目的進行闡述，然后對原始資料來進行初步的分析，再確定好本論文的設計步驟。第二部分確定好冶金廠各部分的負荷，進行精確的計算，通過無功補償來提高系統(tǒng)的功率因數(shù)減少電能的損耗。根據(jù)負荷的重要性和負荷的大小進行初步的變壓器選

2、擇和合理的主接線、供電線路的設計。第三部分主要是確保系統(tǒng)的安全，首先對系統(tǒng)進行精確的短路計算，然后根據(jù)所得到的短路電流和沖擊電流進行一系列的高低壓設備的選擇與校驗，保證系統(tǒng)的正常運行。第四部分根據(jù)設計的要求，最后進行防雷保護措施的選擇和接地裝置的設計，增加系統(tǒng)的安全性。在論文的最后還附上設計的圖紙和計算過程。關鍵詞：負荷計算, 主接線設計，短路計算，配電裝置前 言供配電技術，就是研究電力的供應及分配的問題。電力，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、民用 住宅、及企事業(yè)單位的主要能源和動力，是現(xiàn)代文明的物質技術基礎。沒有電力，就沒有國民經(jīng)濟的現(xiàn)代化?，F(xiàn)代社會的信息化和網(wǎng)絡化，都是建立在電氣化的基礎之上 的。因此，電

3、力供應如果突然中斷，則將對這些用電部門造成嚴重的和深遠的影響。 所以，作好供配電工作，對于保證正常的工作、學習、生活將有十分重要的意義。 供配電工作要很好的為用電部門及整個國民經(jīng)濟服務，必須達到以下的基本要求： （1）安全在電力的供應、分配及使用中，不發(fā)生人身事故和設備事故。 （2）可靠應滿足電力用戶對供電可靠性和連續(xù)性的要求。 （3）優(yōu)質應滿足電力用戶對電壓質量和頻率質量的要求。 （4）經(jīng)濟應使供配電系統(tǒng)投資少，運行費用低，并盡可能的節(jié)約電能和減少 有色金屬消耗量。 另外，在供配電工作中，還應合理的處理局部和全局，當前與長遠的關系，即要照顧局部和當前利益，又要有全局觀點，能照顧大局，適應發(fā)展

4、。 本次課程設計的題目是：某電機制造總廠降壓變電所的電氣設計；內容主要有： 工廠負荷計算和無功功率計算及補償；變電所型式及位置的選擇；變電所主變壓器及 主接線方案的選擇；短路電流計算；變電所一次設備的選擇與校驗；變電所高壓進線 和引入電纜的選擇；以及變電所二次回路方案的選擇和變電所繼電保護。 由于電氣設備種類繁多，以及手頭資料的限制，所以我并不能保證所選設備為最合適。本次設計尚有不完整的地方，請指導老師批評指正。第一章 緒論1.1 論文的背景及意義電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配，易于轉換為其它的能源，而且便于控制、管理和調度,易于實現(xiàn)自動化。在目前各種形式的能源中，電能具

5、有如下特點：易于去其它形式的能源相互轉化；輸配電簡單經(jīng)濟；可以精確控制、調節(jié)和測量。因此，電能在工業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活中得到廣泛應用，生產(chǎn)和輸配電能的電力工業(yè)相應得到極大發(fā)展。本論文主要對冶金機械修造廠進行全面的配電系統(tǒng)設計。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。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1。1.2 工廠供電設計的一般原則工

6、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、電能質量合格、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、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，做到遠近結合，以近期為主，適當考慮擴建的可能性。1.3 原始

7、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 工廠總平面布置圖2.工廠的生產(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10000t，鑄鐵件3000t，鍛件1000t，鉚焊件2500t。3.工廠各車間的負荷情況及變電所的容量：如表1和表2.表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20000.40.65No.1車變2× 2鑄鐵車間10

8、000.40.70No.2車變2× 砂庫1100.70.60小計（K=0.9）3鉚焊車間12000.30.45No.3車變1× 1號水泵房280.750.8小計（K=0.9）4空壓站3900.850.75No.4車變1× 機修車間1500.250.65鍛造車間2200.30.55木型車間1860.350.60制材場200.280.60綜合樓200.91小計（K=0.9）5鍋爐房3000.750.80No.5車變1× 2號水泵房280.750.80倉庫（1、2）880.30.65污水提升站140.650.80小計（K=0.9）表2 各車間6KV高壓負荷計算

9、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2×12500.90.872鑄鐵車間工頻爐2×2000.80.93空壓站空壓機2×2500.850.85小計4.供用電協(xié)議：（1）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8km。（2）系統(tǒng)的短路數(shù)據(jù)，如表3所示。其供電系統(tǒng)圖，如圖2所示。表3 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

10、大運行方式Soc.max=200MVA最小運行方式Soc.min=175MVA圖2 供電系統(tǒng)圖（3）供電部門對工廠提出的技術要求：系統(tǒng)變電站35KV饋電線路定時限過電流保護的整定時間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35KV電源側進行電能計量；工廠最大負荷時功率因數(shù)不得低于0.9.（4）供電貼費和每月電費制：每月基本電費按主變壓器容量計為18元/kVA，電費為0.5元/kW·h。此外，電力用戶需按新裝變壓器容量計算，一次性地向供電部門交納供電貼費：610kV為800元/kVA。5工廠負荷性質：本廠為三班工作制，年最大負荷利用小時數(shù)為600

11、0h，屬二級負荷。6工廠自然條件：（1）氣象資料：本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為38oC，年平均氣溫為23 oC，年最低氣溫為8 oC，年最熱月平均最高氣溫為33 oC，年最熱月平均氣溫為26 oC，年最熱月地下0.8m處平均溫度為25 oC。當?shù)刂鲗эL向為東北風，年雷暴日數(shù)為20。（2）地質水文資料：本廠地區(qū)海拔60m，底層以砂粘土為主，地下水位為2m。1.4 本次設計的主要內容1總降壓變電站設計（1）負荷計算（2）主結線設計：根據(jù)設計任務書，分析原始資料與數(shù)據(jù)，列出技術上可能實現(xiàn)的多個方案，根據(jù)改方案初選主變壓器及高壓開關等設備，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

12、析比較，（經(jīng)濟計算分析時，設備價格、使用綜合投資指標），確定最優(yōu)方案。（3）短路電流計算：根據(jù)電氣設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，計算結果列出匯總表。（4）主要電氣設備選擇：主要電氣設備的選擇，包括斷路器、隔離開關、互感器、導線截面和型號、絕緣子等設備的選擇及校驗。選用設備型號、數(shù)量、匯成設備一覽表。（5）主要設備繼電保護設計：包括主變壓器、線路等元件的保護方式選擇和整定計算。（6）配電裝置設計：包括配電裝置布置型式的選擇、設備布置圖。（7）防雷、接地設計：包括直擊雷保護、進行波保護和接地網(wǎng)設計。2車間變電所設計根據(jù)車間負荷情況，選擇車間變壓器的臺數(shù)、容量，以及變電

13、所位置的原則考慮。3 廠區(qū)380V配電系統(tǒng)設計根據(jù)所給資料，列出配電系統(tǒng)結線方案，經(jīng)過詳細計算和分析比較，確定最優(yōu)方案。1.5 設計成果1設計說明書，包括全部設計內容，負荷計算，短路計算及設備選擇要求列表2電氣主接線圖（三號圖紙）3繼電保護配置圖（三號圖紙）第二章 負荷計算與無功功率補償2.1 負荷計算的意義計算負荷又稱需要負荷或最大負荷Pmax。計算負荷是一個假想的持續(xù)性的負荷，其熱效應與同一時間內實際變動負荷所產(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)熱條件選擇電器或導體的依據(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

14、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。2.2 計算負荷的確定車間計算負荷是選擇工廠內配電線路電纜型號和主要電氣設備包括車間變壓器的基

15、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)法是最常用的一種，即先從用電端逐級起往電源方向計算，首先按照需要系數(shù)法求得各車間低壓側有功及無功計算負荷，加上本車間變電所的變壓器有功及無功功率損耗，既得車間變電所高壓側的計算負荷。其次是將全廠各車間高壓側負荷相加（如有高壓用電設備，也加上高壓用電設備的計算負荷），同時加上廠區(qū)配電線路的功率損耗，再乘以同時系數(shù)，便得出工廠總降壓變電所低壓側計算負荷，然后考慮無功功率的影響和總降壓變電所主變壓器的功率損耗，其總和就是全廠的計算負荷。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：有功計算負荷為 （2.1

16、）這里的稱為需要系數(shù)（demand coefficient），為車間用電設備總容量。無功計算負荷為 （2.2）式中，為對應于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。計算電流為 （2.4）式中，為用電設備組的額定電壓。每個車間中，每一組設備進行總負荷計算式需要乘以需要系數(shù)：及根據(jù)工廠給出的資料，通過計算整理，得出該工廠6kV高壓設備的負荷計算表及各車間的負荷計算表，結果見表2.1和表2.2。表2.1 各車間6kV負荷結果表序號車間（單位）名稱高壓設備名稱設備容量(kW)costg計算負荷P30(kW)Q30(kVar)S30(kVA)I30(A)1鑄鋼

17、車間電弧爐2×12500.90.870.5722501282.52586.2248.92鑄鐵車間工頻爐2×2000.80.90.48320153.6335.634.23空壓站空壓機2×2500.850.850.62425263.550048.1小計340029951699.63443.6331.46kv母線上母線的有功、無功、視在功率如下：表2.2 各車間380V負荷結果表序號車間（單位）名稱設備容量(kW)Kdcostg計算負荷車間變電所代號P30(kW)Q30(kVar)S30(kVA)I30(A)1鑄鋼車間20000.40.651.178009361230.

18、71870No.12鑄鐵車間10000.40.71.02400408571.42868No.2砂庫1100.70.61.3377102128194小計（K=0.9）0.68429.3459.4628.89553鉚焊車間12000.30.451.98360712.8001215No.31#水泵房280.750.80.752115.726.239.9小計（K=0.9）0.46342.9655.7739.911244空壓站3900.850.750.88331291.2441.33670.5No.4機修車間1500.250.651.1737.543.8757.787.7鍛造車間2200.30.551.

19、52660100312001823.2木型車間1860.350.61.3365.186.6108.5164.9No.4制材場200.280.61.335674.593.3141.8綜合樓200.9101801827.3小計（K=0.9）0.70471.3477.5670.910195鍋爐房3000.750.80.75225168.8281.3427.3No.52#水泵房28280.80.752115.826.339.9倉庫（1、2）880.30.6526.430.940.661.726.4污水提升機140.650.89.16.811.417.39.1小計（K=0.9）0.78253.42003

20、22.8490.4這樣380V低壓母線上低壓母線的有功、無功、視在功率為：2.3 無功功率補償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，既節(jié)約了電能，又提高了電壓質量，而且可選較小容

21、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3。2.3.1 無功功率補償?shù)姆诸悷o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，因此并聯(lián)電容器在供電系統(tǒng)中應用最為普遍。 并聯(lián)電容器的補償方式，有以下三種：（1）高壓集中補償 電容器集中裝設在變配電所的高壓電容器室內，與高壓母線相聯(lián)。按GB 50053-199410kV及以下變

22、電所設計規(guī)范規(guī)定：高壓電容器組宜采用中性點不接地的星形接線，容量較小時（450kvar及以下）則可用三角形，如圖2.1。（2）低壓集中補償 電容器集中裝設在變電所的低壓配電室或單獨的低壓電容器室內，與低壓母線相聯(lián)。低壓電容器組一般采用三角形接線，利用白熾燈或專用的放電電阻放電，如圖2.2。（3）低壓分散補償 電容器分散裝設在低壓配電箱旁或與用電設備并聯(lián)。低壓電容器組一般采用三角形接線，直接利用用電設備（如感應電動機）本身的繞組放電，如圖2.3。2.3.2 無功功率補償?shù)倪x擇與計算（1）高壓集中補償 采用并聯(lián)電容器在總壓降變電所的6kV側進行無功補償，將功率因數(shù)提高到0.9?？紤]到主變壓器的無功

23、功率損耗遠大于有功損耗，因此最大負荷時功率因數(shù)應稍大于0.90，暫取0.92來計算所需無功功率補償容量。由計算負荷可知：= 5211.9kW =4334.6kvar 取 =0.92 =0.95 則： 有功功率=0.92×5211.9=4794.9kw 無功功率=0.95×4334.6=4117.9kvar 視在功率=6320.5kVA 功率因數(shù)=0.76則所需無功功率補償容量：=2057.8kvar補償后變電所低壓側的視在計算負荷為 =5218.7KVA變壓器的功耗為 =78.3kW =313.1Kvar變壓所高壓側的計算負荷為 =4973.2kw =2373.27Kvar

24、 =5510.2KVA補償后工廠的功率因數(shù)為 =0.9030.9 滿足要求。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BWF6.3-100-1的并聯(lián)電容器21臺進行該工廠的無功功率補償。由于6kv側采用分段制母線連接，故將其分別接入兩段母線。并聯(lián)電容器BWF6.3-100-1，單價：850RMB 數(shù)量：21 總金額為：850×21=17850RMB（2）低壓分組補償結合就地補償 采用并聯(lián)電容器在低壓配電室的380V側進行無功補償，將功率因數(shù)提高到0.85；采用并聯(lián)電容器在6kV母線側對電弧爐、空壓機分別進行補償，將功率因數(shù)提高到0.9?？紤]到無功功率損耗遠大于有功功率損耗，因此

25、380側功率因數(shù)暫取0.88,6kV側功率因數(shù)暫取0.92來計算所需無功功率補償。由表2.1可知： NO.1車間： 則所需要的無功功率補償容量：=453.1kvar補償后NO.1車間的視在計算負荷為：=818.5kVA變壓器的損耗為：=12.3kW =49.1kvarNO.1車間的計算負荷為： 853.5kVA 補償后的功率因數(shù)為：0.8580.85 滿足要求節(jié)約的變壓器損耗=1108.2×0.015818.5×0.015=4.35kW 根據(jù)以上計算，從常用并聯(lián)電容器中選出型號為BSMJ0.4-25-3的并聯(lián)電容器18臺進行該工廠的無功功率補償。將其接入380V母線。并聯(lián)電

26、容器BSMJ0.4-25-3，單價：170RMB 數(shù)量：18 總金額為：170×18=3060RMB 同理可得： NO.2車間 滿足要求 節(jié)約的變壓器損耗=2kw需要常用并聯(lián)電容器中選出型號為BSMJ0.4-25-3的并聯(lián)電容器10臺進行該工廠的無功功率補償。單價：170RMB 數(shù)量：10 總金額為：170×10=1700RMB NO.3車間 滿足要求 節(jié)約的變壓器損耗=5.3kw需要常用并聯(lián)電容器中選出型號為BSMJ0.4-25-3的并聯(lián)電容器20臺進行該工廠的無功功率補償。單價：170RMB 數(shù)量：20 總金額為：170×20=3400RMB NO.4車間 滿

27、足要求 節(jié)約的變壓器損耗=2kw需要常用并聯(lián)電容器中選出型號為BSMJ0.4-25-3的并聯(lián)電容器9臺進行該工廠的無功功率補償。單價：170RMB 數(shù)量：9 總金額為：170×9=1530RMB NO.5車間 滿足要求 節(jié)約的變壓器損耗=0.55kw需要常用并聯(lián)電容器中選出型號為BSMJ0.4-25-3的并聯(lián)電容器3臺進行該工廠的無功功率補償。單價：170RMB 數(shù)量：3 總金額為：170×3=540MB 電弧爐 滿足要求 需要常用并聯(lián)電容器中選出型號為BWF6.3-100-1的并聯(lián)電容器3臺進行該工廠的無功功率補償。單價：850RMB 數(shù)量：3 總金額為：850×

28、;3=2550MB 空壓機 滿足要求需要常用并聯(lián)電容器中選出型號為BWF6.3-25-1的并聯(lián)電容器3臺進行該工廠的無功功率補償。單價：850RMB 數(shù)量：3 總金額為：850×3=2550MB減小變壓器有功損耗總量為：4.35+5.3+2+2+0.55=14.2kw由原始材料知：本廠為三班工作制，年最大有功利用小時為6000h屬二級負荷，動力電費為0.4/kw.h。故按一年算，節(jié)約的經(jīng)濟成本為：14.2×6000×0.4=34080RMB2.3.3 補償方式綜合比較比較結果如表2.3所示。結論：由于采用低壓分組補償結合就地補償，每年可節(jié)約34080RMB的用電成

29、本，節(jié)能效果比高壓集中補償好，所以采用低壓分組補償結合就地補償?shù)姆绞竭M行無功功率補償。2.4 本章小結本章介紹了工廠電力負荷的概念，并且對車間的負荷進行了精確的計算。然后，根據(jù)計算出的車間負荷進行無功功率補償?shù)挠嬎?，并且對不同的補償方案進行了比較，為之后設計的進一步的分析打下了堅實的基礎。表2.3 補償方式比較表補償方式經(jīng)濟性比較技術比較節(jié)能比較高壓集中補償電容器：17850RMB高壓電容柜：25000RMB總費用：42850RMB滿足功率因數(shù)要求僅在高壓側補償只能節(jié)約電源至6kv變電所的導體截面中損耗的電能，節(jié)能效果一般低壓分組補償結合就地補償 電容器：15330高壓電容柜：250000低壓

30、電容柜：4000×5=20000RMB總費用：60330滿足功率因數(shù)要求要求 除節(jié)約電源至6kv變電所的導體截面中損耗的電能外，還能提高6kv變電所變壓器的負荷能力，節(jié)能效果較好第三章 降壓變電所及變壓器的選擇3.1 變電所所址選擇的一般原則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4：（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，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、地形和地貌條件(例如避開斷層、滑坡

31、、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。3.2 降壓變電所形式的分類與選擇（1）獨立變電所 具有獨立完整的變電所建筑。主要使用在負荷過于分散，將變電所建在任一廠房均不合適，或由于生產(chǎn)環(huán)境限制，如防火、防爆、防塵、有腐蝕性氣體等，才考慮設置獨立變電所。設置獨立變電所時要考慮低壓的合理

32、送電容量及距離。獨立式變電所具有建筑費用高、饋電距離遠、線路損耗大等缺點5。 （2）附設變電所 附設變電所利用廠房一面或兩面墻壁建造。當廠房生產(chǎn)面積有限、生產(chǎn)環(huán)境特殊或因生產(chǎn)工藝要求設備經(jīng)常變動時，宜采用外附式，否則因采用內附式。附設變電所最好布置在廠房較長的一邊上，并使其略偏電源的方向，在兩個跨度或三個跨度的廠房，也可以將變電所棋布在廠房的兩段。如果廠房的局部允許，也可將變電所設置在廠房內部或梁架上，以便供電點最大程度地接近負荷中心。（3） 箱式變電所 箱式變電所集配電變壓器和開關電器于一體，裝在配電箱內，整體可獨立置于戶外，具有體積小、安裝靈活、無需建筑等特點，適用于小型工業(yè)企業(yè)、居民小區(qū)

33、、廣場和道路照明等場合。 （4） 地下變電所 地下變電所設于地下，通風不良，投資較大，用于有防空等特殊要求的場合，此外，民用高層建筑的變電所常設置在地下室內。變電所的位置應盡量接近工廠的負荷中心.工廠的負荷中心按負荷功率矩的方法來確定.即在工廠平面圖的下邊和左側,任作一直角坐標的x軸和y軸,測出各車間和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置,例如 、 、等.而工廠的負荷中心假設在,其中 。因此仿照力學中計算重心的力矩方程可得，負荷中心的坐標： 3.1 3.2各車間和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置如表3.1。表3.1各車間和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置坐標軸1.11.22345X（cm）1.54.564.570.5Y(cm)

34、8.58.57.59.59.53由計算結果可知，x=6.3cm， y=6.6cm工廠的負荷中心在鑄鋼車間和鑄鐵車間的中間。其型式為附設式。變電所平面布置圖如圖3.1。圖3.1 總降壓變電所位置圖綜合考慮本設計總降壓變電所采用獨立式。根據(jù)各車間的地理位置，車間建筑物結構、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、四和五號車間變電所采用車間附設式變電所。3.3 變壓器的選擇3.3.1 變壓器的分類變壓器分類方法比較多，按功能分有升壓變壓器和降壓變壓器；按相數(shù)分有單相和三相兩類；按繞組導體的材質分有銅繞組變壓器；按冷卻方式和繞組絕緣分有油浸式、干式兩大類，其油

35、浸式變壓器又有油浸自冷式、油浸風冷式、油浸水冷式和強迫油循環(huán)冷卻方式等，而干式變壓器又有繞注式、開啟式、充氣式（SF6）等；按用途分又可分為普通變壓器和特種變壓器6。3.3.2 變壓器選擇的原則（1）變壓器臺數(shù)選定原則7主變壓器臺數(shù)應根據(jù)負荷特點和經(jīng)濟運行的要求進行選擇。當符合下列條件之一時，宜裝設兩臺以上主變壓器。l 有大量一級或二級負荷l 季節(jié)性符合變化較大，適于采用經(jīng)濟運行方式。l 集中符合較大，例如大于1250kVA時（2）變壓器容量選擇原則只裝有一臺變壓器的變電所，變壓器的額定容量應滿足全部用電設備計算負荷的需要。裝有兩臺變壓器的變電所，每臺變壓器的額定容量應同時滿足以下兩個條件：a

36、.任一臺變壓器單獨運行時，應滿足全部一、二級負荷的需要；b.任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足全部用電容量設備70%的需要。（3)變壓器正常運行時的負荷率應控制在額定容量的60%-70%為宜，以提高運行率。（4）為適用工廠發(fā)展和調整的需要，變壓器容量應留有15%-25%的裕量。3.4 變壓器容量確定（1）35kv/6kv 主變壓器的選擇由變壓器的選擇原則可知：本冶金廠最大視在功率達到5510.2kVA，且屬于2級負荷，應裝設2臺變壓器。考慮到經(jīng)濟運行、將來擴建、可靠性等因素，所以本方案選擇安裝2臺型號為S9-6300/35的主變壓器，即使其中一臺變壓器檢修另外一臺主變也可供全廠負荷。故主變壓器的型

37、號容量選擇如表3.2所示。表3.2 35kv主變壓器的選擇型號額定容量/KVA額定電壓/Kv損耗/kW阻抗電壓(%)聯(lián)結組別尺寸/mm長×寬×高高壓低壓空載負載7.5Ynd113100×2230×3520S92×6300356.37.9034.50 (2)6kV/380V車間變壓器的選擇通過上面計算，我們可以得到380V那5個車間的最大視在功率：，可以選擇2個S9-500/10(6)變壓器，分別裝進車間1的2個配電房；，可以,選擇2個S9-315/10(6)變壓器裝進車間2的配電房； ，可以選擇1個S9-500/10(6)變壓器裝進車間3的配電

38、房；，可以選擇1個S9-630/10(6)變壓器裝進車間4的配電房；，可以選擇1個S9-400/10(6)變壓器裝進車間5的配電房。以上選擇均留有一定裕量，選擇結果如表3.33.5 本章小結本章首先對變電所所址的一般原則進行了介紹；其次選擇了總降壓變電所的位置和型式；最后，進行了主變壓器和車間變壓器的選擇，其中包含了變壓器的分類、臺數(shù)的選定原則、容量的選定原則和容量的確定。表3.3 6kv車間變壓器的選擇車間編號型 號額定容量/KVA額定電壓/KV聯(lián)結組別損耗/W阻抗電壓(%)高壓低壓空載負載NO.12×S9-500/1050060.4Yyn096051004NO.22×S

39、9-315/1031567036504.5NO.3S9-500/1050096051004NO.4S9-630/10630120062004.5NO.5S9-400/1040080043004第四章 總降壓變電所主接線設計4.1 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8。4.1.1 安全性（1）在高壓斷路器的電源側及可能反饋電能的另一側，必須裝設高壓隔離開關；（2）在低壓斷路器的電源側及可能反饋電能的另一側，必須裝設低壓刀開關；（3）在裝設高壓熔斷器-負荷開關的出

40、線柜母線側，必須裝設高壓隔離開關；（4）35kV及以上的線路末端，應裝設與隔離開關并聯(lián)的接地刀閘；（5）變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。4.1.2 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，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

41、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）變電所低壓側的總開關，宜采用低壓斷路器。當?shù)蛪簜葹閱文妇€，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。4.1.3 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

42、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；4.1.4 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，應力求簡單。變電所高壓側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。4.2 工廠總降壓變電所高壓側主接線方式從原始資料可知工廠的高壓側僅有2回35kV進線，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，兩個電源不并列運行，且線路長度較短

43、，只有8km。因此將可供選擇的方案有如下。 （1） 單母線分段制。在兩回電源進線的如情況下，宜采用單母線分段制如圖4.1所示。母線分段開關可采用隔離開關，但當分段開關需要帶負荷操作或繼電保護和自動裝置有要求時，應采用斷路器。其在可靠性和靈活性方面較單母線制有所提高，可滿足二類負荷和部分一類負荷的供電要求。當雙回路供電時，母線分段開關是正常打開的，一條回路故障或一段母線的正常供電。此外，檢修亦可采用分段檢修方式，不致全部負荷供電中斷。 圖4.1 單母線分段制（2） 內橋。在兩臺變壓器一次側進線處用一橋臂將兩回路相連，橋臂在進線斷路器之內，如圖4.2所示。適用于線路較長或不需經(jīng)常切換變壓器的情況。

44、圖4.2 內橋（3） 外橋。在兩臺變壓器一次側進線處用一橋臂將兩回路相連，橋臂在進線斷路器之外，如圖4.3所示。適用于供電線路較短或需要經(jīng)常切換變壓器的情況。圖4.3 外橋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，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并且外橋連接的主接線方案。4.3 總降壓變電所電氣主接線設計總降壓變電所35kV側（高壓側）采用外橋接線方式，2臺主變，一臺運行另一臺熱備用（定期切換，互為備用，不并列運

45、行）；6kV側（低壓側）由運行的主變供電，采用單母（開關）分段的接線方式，經(jīng)開關供9路出線負荷，其中5路通過變壓器將6kV降到380V。根據(jù)上述對于變電所高壓側、低壓側主結線方式的比較討論；變壓器的選擇，確定了總降壓變電所的主接線圖如圖4.4所示。4.4 分配到車間的變壓環(huán)節(jié)的設計車間變電所設計分兩大種：（1）、無高壓配電所（2）、有高壓配電所沒有高壓配側時，每個車間都應直接接到用電電網(wǎng)上面去，直接從公共電網(wǎng)受電。這類變電所高壓側的開關電器，保護裝置和檢測儀表等額，都必須配備齊全。因為本設計所考慮的車間較多，不適合在每個車間都設立這樣消耗經(jīng)費的變電設備，提前設立總的高壓變電所，進行一級變壓，將

46、35kv高壓電轉變?yōu)?kv高壓電，再分配到各個車間。當有高壓配電所時候，有如下8個方案可供選擇：A） 高壓電纜進線，無開關B） 高壓電纜進線，裝隔離開關C） 高壓電纜進線，裝隔離開關熔斷器D） 高壓架空線進線，裝負荷開關熔斷器E） 高壓架空線進線，裝跌開式熔斷器和避雷器F） 高壓架空線進線，裝隔離開關和避雷器G） 高壓架空線進線，裝隔離開關熔斷器和避雷器H） 高壓架空線進線，裝負荷開關熔斷器（或負荷型跌開式熔斷器）和避雷器因為廠區(qū)所在地年平均有20天的雷暴天氣，為了防雷，要按設避雷器。所以選擇方案E)、方案F)、方案G)以及方案H)。但由于隔離開關沒有滅弧裝置不能夠在出故障之后很好進行及時的閉

47、合與開啟，所以選擇符合開關。方案E)、方案H)。對兩方案進行經(jīng)費計算：以負荷最大的車間No.1來計算，其他車間按照對應型號選取即可：（1） 跌開式熔斷器：800元/個（2） 避雷器：700元/個（3） 負荷開關：198元/個（4） 變壓器S9-500/10（6）：45500元/個方案E)：總價=800+700+45500=47000元方案H)：總價=700+198+45500=46398元所以選擇方案H)較為經(jīng)濟。第五章 短路電流的計算5.1 短路計算的意義短路時電力系統(tǒng)的嚴重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對于中性點接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。在電力系統(tǒng)和電氣設備設計和運

48、行中，短路計算是解決一系列技術問題所不可缺少的基本計算，這些問題主要是9：（1） 選擇有足夠動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設備，例如斷路器、互感器、母線、電纜等，必須以短路計算作為依據(jù)。這里包括計算沖擊電流以校驗設備的電動力穩(wěn)定度；計算若干時刻的短路電流周期分量以校驗設備的熱穩(wěn)定度；計算制定時刻的短路電流有效值以校驗斷路器的斷流能力等。（2） 為了合理配置各種繼電保護和自動裝置并正確整定其參數(shù)，必須對電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進行計算與分析。在這些計算中不但要知道故障支路中的電流值，還必須知道電流在網(wǎng)絡中的分布情況。有時還要知道系統(tǒng)中某些節(jié)點的電壓值。（3）在設計和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線時，為了

49、比較各種不同方案的接線圖，確定是否需要采取限制短路電流的措施等，都要進行必要的短路電流計算。（4）進行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算，研究短路對用戶工作的影響等，也包含有一部分短路計算的內容。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10。（1） 繪制計算電路圖、選擇短路計算點。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) 設定基準容量和基準電壓（短路計算電壓，即1.05），并計算基準電流。 （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） 電力系統(tǒng)的電抗標幺值 （5.2）式中，電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量，單位為MVA。 電力線路的電抗標幺值 （5.3）式中，線路所在電網(wǎng)的短路計算電壓，單位為kV，=1.05。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。 電力變壓器的電抗標幺值 （5.4）式中，變壓器的