某金屬加工廠變電所一次側(cè)電氣設(shè)計

1、電氣信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文) 某金屬加工廠變電所一次側(cè)電氣設(shè)計 某金屬加工廠變電所一次側(cè)電氣設(shè)計 文摘 本課題的目標(biāo)是設(shè)計降壓變電所一次側(cè)電氣部分，實現(xiàn)工廠供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行。通過本課題的設(shè)計，初步掌握中小型工廠供電系統(tǒng)運行維護及簡單設(shè)計所必需的基本理論和基本知識，為今后從事工廠供電技術(shù)工作奠定初步的基礎(chǔ)。本文根據(jù)gb50053199410kv及以下變電所設(shè)計規(guī)范的要求，從變電所10kv側(cè)和低壓側(cè)兩個方面詳細闡述了變電所的實現(xiàn)及其理論依據(jù)。該方案在小型工廠中因具有較強的市場競爭力而得到廣泛地應(yīng)用。關(guān)鍵詞 功率因素；降壓變壓器；母線工廠供電，就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配問

2、題。我們知道，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用電能和實現(xiàn)電氣化以后，能大大增加產(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。由此可見，搞好工廠供電工作對于保證工業(yè)生產(chǎn)正常運行和實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。而工廠變電所在工廠供電系統(tǒng)中起著非常重要的作用，甚至可以說它是工廠供電系統(tǒng)的心臟部位，因而對工廠變電所的設(shè)計就顯得尤為重要了。1 負荷計算和無功功率補償1.1 計算負荷的意義和計算的目的 工廠進行電力設(shè)計的基本原始資料是工藝部門提供的用電設(shè)備安裝容量，但是這種原始資料要變成電力設(shè)計所需要的假想負荷稱為計算

3、負荷，從而根據(jù)計算負荷按照允許發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)的導(dǎo)線截面，確定變壓器容量，制定提高功率因數(shù)的措施，選擇及整定保護設(shè)備以及校驗供電電壓的質(zhì)量等，是一件較為復(fù)雜的事。 電力裝備設(shè)計部門對機械設(shè)備進行電氣配套設(shè)計時總有一定的裕度，即使電動機功率完全符合機械計算的配套要求。在工廠中使用的情況不同，也會影響到電力負荷的大小，如不同的生產(chǎn)階段，不同的材料，不同的熟練程度，不同的時期，電氣負荷都是有差別的，它的變化與很多隨機因素有關(guān)。但是這種電氣計算負荷還必須認真的確定，因為它的準(zhǔn)確程度，直接影響整個工廠供電設(shè)計的質(zhì)量。如計算過高，將增加供電設(shè)備的容量，浪費有色金屬，增加初投資。計算過低則可能使供電元件

4、過熱，加速其絕緣損壞，增加電能損耗，影響供電系統(tǒng)的正常運行。還會給工程擴建帶來很大的困難。更有甚者，由于工廠企業(yè)是國家電力的主要用戶，以不合理的工廠計算負荷為基礎(chǔ)的國家電力系統(tǒng)的建設(shè)，將給國民經(jīng)濟帶來很大的危害。由于計算負荷意義重大，三十年代初期就已成為國外學(xué)者和設(shè)計人員從事研究的主要課題，政府和國家有關(guān)業(yè)務(wù)部門都給予關(guān)切和鼓勵，在以下三個方面取得了一致的結(jié)論： 為便于分析計算，按照不同性質(zhì)的用電設(shè)備進行分類，例如按電流、頻率、工作制等分類，這種分類方法使人們便于測定同一類型用電設(shè)備的工作特性和用電之間的關(guān)系特點，找出安裝容量與使用容量的比例關(guān)系，進一步為設(shè)計工作提供參考依據(jù)。 現(xiàn)有工廠的負荷

5、曲線是檢驗負荷計算結(jié)果是否準(zhǔn)確的依據(jù)，同時，研究負荷曲線，得出表征不同用電狀況的各項系數(shù)，從理論上推算負荷值的大小，再放在實踐中校驗修正。 現(xiàn)行數(shù)理統(tǒng)計和概率論的方法是研究復(fù)雜的、隨機變化著的負荷的重要手段。目前，對計算負荷的研究工作國外仍在進行。我國建國初期從國外引進大量資料進行工廠建設(shè)所取得的經(jīng)驗證明，組織各方面的力量，結(jié)合我國國情進一步研究確定各項系數(shù)數(shù)值是非常重要的，在國家有關(guān)部門的統(tǒng)一組織下，深入研究負荷計算的方法；大力測定負荷計算系數(shù)；廣泛進行企業(yè)負荷調(diào)查，是我國廣大供電工作者的重要任務(wù)。1.2 負荷計算的方法若要使供配電系統(tǒng)在正常條件下可靠地運行，必須正確選擇電力變壓器、開關(guān)設(shè)備

6、及導(dǎo)線、電纜等電力組件，這就需要對電力負荷進行計算。計算負荷是指導(dǎo)體中通過一個等效負荷時，導(dǎo)體的最高溫升正好與通過實際變動負荷時其產(chǎn)生的最高溫升相等，該等效負荷就稱為計算負荷。計算負荷是供電設(shè)計計算的依據(jù)。計算負荷的確定是否合理，將直接影響到電器設(shè)備和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理。計算負荷不能定得太大，否則選擇的電器設(shè)備和導(dǎo)線電纜將會過大而造成投資和有色金屬的浪費；計算負荷也不能定得太小，否則選擇的電器設(shè)備和導(dǎo)線電纜將會長期處于過負荷下運行，增加電能損耗，產(chǎn)生過熱，導(dǎo)致絕緣過早老化甚至燒毀。因此工程上根據(jù)不同的計算目的，針對不同類型的工廠和不同類型的負荷，在實踐中總結(jié)出了各種負荷的計算方法，例如

7、估算法、需要系數(shù)法、二項式法等。根據(jù)實際情況和本次設(shè)計的要求，這里著重介紹一下需要系數(shù)法。1.2.1 需要系數(shù)法在所計算的范圍內(nèi)，將用電設(shè)備按其設(shè)備性質(zhì)不同分成若干組，對每一組選用合適的需要系數(shù)，算出每組用電設(shè)備的計算負荷，然后由各組計算負荷求總的計算負荷，這種方法稱為需要系數(shù)法。所以需要系數(shù)法一般用來求多臺三相用電設(shè)備的計算負荷。需要系數(shù)，是用電設(shè)備組（或用電單位）在最大負荷時需要的有功功率與其總的設(shè)備容量（備用設(shè)備容量不計入）的比值，即 （6）因此，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（kw） （7）式中 為用電設(shè)備組的需要系數(shù)；為用電設(shè)備組的設(shè)備容量（kw）。確定無功計

8、算負荷的基本公式為（kvar） （8）式中 用電設(shè)備組平均功率因素的正切值。確定視在計算負荷的基本公式為（kva） （9）式中 為用電設(shè)備組的平均功率因素。確定計算電流的基本公式為（a） （10）式中 用電設(shè)備的額定電壓（kv）。但是在確定擁有多組用電設(shè)備的干線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)的因數(shù)。因此在確定低壓干線上或低壓母線上的計算負荷時，可結(jié)合具體情況對其有功和無功計算負荷計入一個同時系數(shù)。對于車間干線，可取=0.850.95。對于低壓母線，由用電設(shè)備組計算負荷直接相加來計算時，可取=0.80.9；由車間干線計算負荷直接相加來計算時，可取=0.

9、90.95?？偟挠泄τ嬎阖摵?（11）總的無功計算負荷 （12）總的視在計算負荷 （13）總的計算電流 （14）以上式中的和分別表示所有各組設(shè)備的有功和無功計算負荷之和。由于各組設(shè)備的不一定相同，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乘以來計算。1.2.2 負荷計算就本設(shè)計而言，由于設(shè)計任務(wù)書中已經(jīng)給出工廠負荷統(tǒng)計的相關(guān)資料，故只需將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入相關(guān)公式即可計算出對應(yīng)的各物理量?，F(xiàn)以鑄造車間（編號為1）為例，分別計算其有功計算負荷、無功計算負荷、視在計算負荷、計算電流及其該車間的總的有功計算負荷、總的無功計算負荷、總的視在計算負荷、總的計算電流。 動力部分：有

10、功計算負荷： =0.3×300 =90 kw無功計算負荷： =90 ×1.02=91.8 kvar視在計算負荷： =90 /0.7=128.6 kva計算電流： =128.6/（1.73×0.38）=194.8 a 照明部分：有功計算負荷： =0.8×6 =4.8 kw無功計算負荷： =0 kvar視在計算負荷： =4.8 /1=4.8 kva計算電流： =4.8/（1.73×0.22）=12.6 a 該車間總的計算負荷：（0.95）總的有功計算負荷： =0.95×（90+4.8）=90.1 kw總的無功計算負荷： =0.95

11、5;91.8 =87.2 kvar總的視在計算負荷： =125.4 kva總的計算電流： =125.1 /（1.73×0.38 kv）=190 a同理，按需要系數(shù)法得出某金屬加工廠的計算負荷表如表1所示：表1 某金屬加工廠負荷計算表 項目 數(shù)據(jù)車間 設(shè)備容量計算負荷1動力3000.30.71.0290.091.8128.6194.8照明60.81.004.80.04.812.6小計90.187.2125.4190.02動力3500.30.651.17105.0122.9161.5244.7照明80.71.005.60.05.614.7小計105.1116.8157.1238.033動

12、力1500.60.80.7590.067.5112.5170.5照明50.81.004.00.04.010.5小計89.364.1109.9166.54動力2500.50.80.75125.093.8156.3236.7照明50.81.004.00.04.010.5小計122.689.1151.6229.75動力200.40.80.758.06.010.015.2照明10.81.000.80.00.82.1小計8.45.710.215.56動力3600.30.61.33108.0143.6180.0272.7照明70.91.006.30.06.316.6小計108.6136.4174.4264

13、.2續(xù)表1 項目 數(shù)據(jù)車間 設(shè)備容量計算負荷7動力4000.20.651.1780.093.6123.0186.4照明100.81.008.00.08.021.1小計83.688.9122.0184.88動力500.70.80.7535.026.343.866.4照明10.81.000.80.00.82.1小計34.025.642.264.09動力1800.30.71.0254.055.077.1116.8照明60.81.004.80.04.812.6小計55.952.376.6116.010動力1600.20.651.1732.037.449.274.5照明40.81.003.20.03.2

14、8.4小計33.435.548.773.8生活區(qū)照明3500.70.90.48245.0147.0285.7752.0小計232.8139.7271.5714.5總計963.8840.7915.6798.71215.01841.0注：1 總 2 由于該金屬加工廠三相線路中單相設(shè)備總?cè)萘坎怀^三相設(shè)備總?cè)萘康?5%，故將單相設(shè)備與三相設(shè)備綜合按三相負荷平衡來計算。1.3 功率因素和無功功率補償工廠中絕大多數(shù)用電設(shè)備，如感應(yīng)電動機、電力變壓器、電焊機以及交流接觸器等，他們都要從電網(wǎng)吸收大量無功電流來產(chǎn)生交變磁場。功率因素是反映在有功功率一定的條件下，取用無功功率的多少；如果取用的無功功率越多，則功

15、率因素越低。除白熾燈、電阻電熱器等設(shè)備負荷的功率因素接近于1外，其他如電動機、變壓器、電抗器等功率因素均小于1。而功率因素是衡量供配電系統(tǒng)是否經(jīng)濟運行的一個重要指標(biāo)。1.3.1 功率因素對供配電系統(tǒng)的影響所有具有電感特性的用電設(shè)備都需要從供配電系統(tǒng)中吸收無功功率，從而降低功率因素。功率因素太低將會給供配電系統(tǒng)帶來很多不良影響。 總電流會增加根據(jù)公式 （15）在傳送同樣有功功率的情況下，功率因素降低會使總電流增加，使供配電系統(tǒng)中的變壓器、斷路器、導(dǎo)線等容量增大。系統(tǒng)內(nèi)部的啟動控制設(shè)備、測量儀器、儀表等規(guī)格要求增大，從而投資費用增加。 電能損耗增加根據(jù)公式 可知，電流的增加會使有功損耗增加，從而電

16、能損耗增加。 電壓損失增大根據(jù)公式 功率因素越低，即q越大，q越大則u也越大。從而影響供電質(zhì)量。 供電設(shè)備利用率降低功率因素降低使總電流增加。供電設(shè)備的溫升會超過規(guī)定范圍。為控制設(shè)備溫升，工作電流也受到控制，根據(jù)公式（15），在功率因素降低后，不得不降低輸送的有功功率p來來控制電流i的值，這樣就降低了供電設(shè)備的供電能力。正是由于功率因素在供配電系統(tǒng)中影響很大，所以要求電力用戶的功率因素需達到一定的值，不能太低，太低就必須進行補償。我國水利電力部在全國供用電規(guī)則中規(guī)定：“用戶在當(dāng)?shù)毓╇娋忠?guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率因素應(yīng)達到下列規(guī)定：高壓供電的工業(yè)用戶和高壓供電裝有帶負荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶，功

17、率因素為0.9以上，其他功率因素為0.85以上?！辈⒁?guī)定，凡功率因素未達到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補償裝置。對于該金屬加工廠而言，通過負荷計算知道了低壓側(cè)總的視在計算負荷 kva變壓器的功耗為：=0.015×1215 .0=18.2 kw0.06×1215.0 =72.9 kvar由此可得變電所高壓側(cè)總計算負荷：=915.6 +18.2 =933.8 kw=798.7 +72.9 =871.6 kvar =1277.4 kva此時變電所高壓側(cè)功率因素為：933.8/1277.4=0.730.9，按規(guī)定應(yīng)增添無功補償裝置。1.3.2 提高功率因素的方法及裝設(shè)地點 并聯(lián)電容器人工

18、補償工廠企業(yè)的功率因素僅僅靠提高自然功率因素一般是不能滿足要求的，因此，還必須進行人工補償。而人工補償應(yīng)用最普遍的是并聯(lián)電容器人工補償，即采用并聯(lián)電容器的方法來補償無功功率，從而提高功率因素。因其具有下列優(yōu)點，所以這是目前工廠、企業(yè)內(nèi)廣泛采用的一種補償裝置。1）有功損耗小，約為0.25%0.5%，而同步調(diào)相機約為1.5%3%。2）無旋轉(zhuǎn)部分，運行維護方便。3）可按系統(tǒng)需要，增加或減少安裝容量和改變安裝地點。4）個別電容器損壞不影響整個裝置運行。5）短路時，同步調(diào)相機增加短路電流，增大了用戶開關(guān)的斷流容量，電容器無此缺點。當(dāng)然，該補償方法也存在缺點，如只能有級調(diào)節(jié)，而不能隨無功變化進行平滑的自動

19、調(diào)節(jié)，當(dāng)通風(fēng)不良或進行溫度過高時，易發(fā)生漏油、爆炸等故障。諸于以上的優(yōu)點，該金屬加工廠就采用并聯(lián)電容器進行功率因素的補償，需要補償?shù)娜萘繛椋?915.6× =915.6×（0.94-0.395）=499 kvar 在確定了并聯(lián)電容器的容量后，根據(jù)產(chǎn)品目錄（見相關(guān)附錄）就可以選擇并聯(lián)電容器的型號規(guī)格（這里選擇bw0.4-14-3），并確定并聯(lián)電容器的數(shù)量：n=499/14=36個實際補償容量為：=36×14=504 kvar補償后，變電所低壓側(cè)視在計算負荷：961.9 kva變壓器功耗： =0.015×961.9=14.4 kw =0.06×96

20、1.9=57.7 kvar補償后高壓側(cè)總的計算負荷：930 kw=（798.7504）+57.7=352.4 kvar=994.5 kva所以，變電所高壓側(cè)功率因素為：=0.9350.9符合要求。此時，高壓側(cè)電流為：=994.5/1.73×10=58 a 并聯(lián)電容器的裝設(shè)地點并聯(lián)電容器的裝設(shè)位置有以下三種：1）高壓集中補償2）低壓集中補償3）單獨就地補償（個別補償）現(xiàn)將并聯(lián)電容器的補償方式列表，如表2所示。表2 并聯(lián)電容器的補償方式序號補償方式裝設(shè)地點原 理 電 路主要特點適用范圍1高壓集中補償接變電所高壓母線，其電容器柜一般裝設(shè)在單獨的高壓電容器室內(nèi)初投資少，運行維護方便，但只能補

21、償高壓母線以前的無功功率適用于大、中型工廠變電所作為高壓無功功率的補償 續(xù)表2序號補償方式裝設(shè)地點原 理 電 路主要特點適用范圍2低壓集中補償接變電所低壓母線，其電容器柜裝設(shè)在低壓配電室內(nèi)能補償?shù)蛪耗妇€以前的無功功率，可使變壓器的無功功率得到補償，從而可以選擇較小容量的變壓器，且運行維護也方便適用于中小型工廠或車間變電所作低壓側(cè)基本無功功率的補償3單獨就地補償裝設(shè)在用電設(shè)備附近，與用電設(shè)備并聯(lián)補償范圍最大，補償效果最好，但電容器的利用率不高，且初投資和維護費較大適用于負荷相當(dāng)平穩(wěn)且長時間使用的大容量用電設(shè)備，及某些容量雖小但數(shù)量多而分散的用電設(shè)備而在工廠中應(yīng)用最普遍的是低壓集中補償，這是因為它

22、的補償范圍比高壓集中補償要大，而且該補償方式能使車間主變壓器的視在功率減小從而使變壓器的容量可選得較小，因此比較經(jīng)濟。這種低壓電容器屏一般可安裝在低壓配電室內(nèi)，運行維護方便。這里選用pgj1-2型無功自動補償靜電電容器屏，其單臺容量為140 kvar，根據(jù)實際補償?shù)娜萘?，這里選用該型號的無功自動補償靜電電容器屏4臺。2 工廠變配電所位置和型式的選擇2.1 變配電所的作用工廠變配電所是工廠供配電系統(tǒng)的核心，在工廠中占有特別重要的地位。工廠變配電所按其作用可分為工廠變電所和工廠配電所。變電所的作用是：從電力系統(tǒng)接受電能，經(jīng)過變壓器降壓（通常降為0.4kv），然后按要求把電能分配到各車間供給各類用電

23、設(shè)備。配電所的作用是：接受電能，然后按要求分配電能。兩者不同的是：變電所中有配電變壓器，而配電所中沒有配電變壓器。2.2 變配電所的類型工廠變配電所從它在工廠供配電系統(tǒng)中的地位來說，可分為總降壓變電所和車間變電所。一般中、小型工廠通常都是采用10kv城市配電網(wǎng)供電，不設(shè)總降壓變電所，設(shè)高壓配電室和車間變電所或者只設(shè)立車間變電所。有的小型工廠甚至采用公共低壓電網(wǎng)供電，即0.4kv低壓線路進線，在工廠中只設(shè)立低壓配電室。工廠的車間變電所按主變壓器的安裝位置主要有車間附設(shè)式變電所、車間內(nèi)式變電所、獨立式變電所、露天式變電所、箱式變電所等幾種類型。通常，獨立式變電所的建筑費用高，一次性投資較大，適用于

24、電力系統(tǒng)中的大型變電站、大型工廠的總降壓變電站及需要遠離有危險或腐蝕性物質(zhì)場所的變電所。中、小型工廠中一般不設(shè)獨立變電所。箱式變電站利用技術(shù)性能優(yōu)越的高、低壓電器和少油或無油化的變壓器，把高、低壓設(shè)備和變壓器分間隔組合在一個箱體中，結(jié)構(gòu)緊湊，占地少，美觀，安裝方便，安全可靠性高，運行維護工作量少，適宜于各類供電場所。附設(shè)式變電所在中、小型工廠中普遍采用，在一些要求不高的小廠和生活區(qū)中較為常見。由于該金屬加工廠各車間的負荷較小，而且分散，故不適合選擇附設(shè)式變電所；而露天式變電所的可靠性又不能滿足二級負荷的要求，同樣也不采用；而獨立式變電所不受車間生產(chǎn)的影響，不占車間生產(chǎn)面積，運行維護條件較好所以

25、決定采用獨立式。2.3 工廠變電所位置的選擇變電所位置的選擇主要從安全、經(jīng)濟、方便等方面來綜合考慮，綜合起來講有以下幾點： 接近負荷中心； 偏向電源側(cè)； 進出線方便； 設(shè)備運輸方便； 不應(yīng)設(shè)在有劇烈震動或高溫場所； 不宜設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場所。如無法遠離，不應(yīng)設(shè)在污染源的主導(dǎo)方向的下風(fēng)側(cè)； 不應(yīng)設(shè)在廁所、浴室或其他經(jīng)常積水場所的正下方，也不宜與上述場所相貼鄰； 不應(yīng)設(shè)在地勢低洼和可能積水的場所； 不能設(shè)在有爆炸危險的區(qū)域，且不宜設(shè)在有火災(zāi)危險區(qū)域的正上面或正下面。第條接近負荷中心，是從節(jié)約電能的角度考慮，第條是從運行維護方便的角度來考慮的，第條是從變電所安全性方面來考慮。第與第條實際上是

26、有矛盾的，接近負荷中心就不一定能靠電源側(cè)，反之亦然。在工廠負荷較大且車間分布較散，較遠時，變電所的位置可以考慮接近負荷中心；如果工廠負荷不是太大，車間相對集中時，變電所的位置應(yīng)盡量靠近電源側(cè)。在按靠近負荷中心原則確定變電所位置時，可以采用負荷圓法確定負荷中心。但是由于負荷中心原則并不是確定變電所位置的唯一因素，且負荷中心也是會隨機變動的，大多數(shù)工廠變電所的位置都是靠近負荷中心偏向電源側(cè)。由于前面已經(jīng)確定了該金屬加工廠的變電所是獨立式，所以其位置的選擇還要考慮到建設(shè)獨立式變電所所需要的空間問題。從該廠的平面圖來看，第1車間第3車間廠房由北向南成縱隊排列，而第4車間第7車間廠房的分布正好與之平行。

27、以上各車間廠房之間間隔較小，沒有足夠的空間來建設(shè)獨立式變電所。我們再看，第8車間第10車間這一排廠房與第4車間第7車間那排廠房正好成“v”形分布，有足夠的空間來建設(shè)獨立式變電所。然而最重要的是，由各車間負荷的分配來看，該廠的負荷中心恰好在該區(qū)域內(nèi)，而且公共電源干線是正對該“v”形區(qū)域，所以該區(qū)域是變電所的最佳位置。最后從接近負荷中心和偏向電源側(cè)兩方面考慮，在“v”形區(qū)域內(nèi)找出了符合以上兩方面條件的最佳位置，如圖1所示。圖1 某金屬加工廠變電所的位置圖3 主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇3.1 變壓器結(jié)構(gòu)3.1.1 變壓器的分類變壓器的分類方法比較多，按功能分有升壓變壓器和降壓變壓器；按相數(shù)分有單

28、相和三相兩類；按繞組分導(dǎo)體的材質(zhì)分有銅繞組和鋁繞組變壓器；按冷卻方式和繞組絕緣分有油浸式和干式兩大類，其中油浸式變壓器又有油浸自冷式、油浸風(fēng)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組式、開啟式、充氣式等；按用途分又可分為普通變壓器和特種變壓器。610kv/0.4kv的變壓器常叫做配電變壓器。安裝在總降壓變電所的變壓器通常稱為主變壓器。我國目前生產(chǎn)的變壓器容量是按照r10系列容量生產(chǎn)的，即按的倍數(shù)確定變壓器的容量，如容量100kva、125kva、160kva、200kva、250kva、315kva、400kva、500kva、630kva、800kva、1000kva等，按

29、此系數(shù)遞增。3.1.2 變壓器的結(jié)構(gòu)三相油浸式電力變壓器的結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。其結(jié)構(gòu)主要有以下幾部分組成。 繞組與鐵心。它是變壓器的核心部件，主要包括鐵心、線圈、絕緣及引線。 油箱及散熱器。油箱由箱體、箱蓋、散熱器、放油閥組成。繞組及鐵心和箱蓋相連，繞組與箱體有一定的距離，由油箱里的油絕緣。當(dāng)變壓器需要檢修時，通過箱蓋上的釣鉤，吊起后對繞組進行檢修。散熱器又叫散熱管，管內(nèi)兩端與箱體內(nèi)相通，油受熱后，經(jīng)散熱管上端口流入管體，冷卻后經(jīng)下端口又流回箱內(nèi)，形成循環(huán)。 出線裝置。由高低壓導(dǎo)管組成，導(dǎo)管為瓷質(zhì)絕緣管，內(nèi)有導(dǎo)體，下與變壓器繞組相連，上端可接進線或出線。 保護裝置。由安全氣道（防爆管）、氣體繼

30、電器、信號溫度計、吸濕器等組成。 油枕（儲油柜）。油枕內(nèi)儲有一定的油，可以補充電壓器因油箱滲油和油溫變化造成油面下降，吸濕器與油枕內(nèi)油面上方空間相連通，對進入油枕的空氣吸濕，保證油的絕緣強度。3.2 變壓器臺數(shù)的確定在選擇變壓器時，應(yīng)選用低損耗節(jié)能型變壓器，如s9系列或系列。變壓器需安裝在樓內(nèi)時，則應(yīng)選擇干式變壓器。在多塵或有腐蝕性氣體嚴(yán)重影響變壓器安全的場所，應(yīng)選擇密閉型變壓器或防腐蝕型變壓器。變壓器臺數(shù)的選擇應(yīng)考慮下列原則： 滿足用電負荷對可靠性的要求。在有一、二級負荷的變電所中，宜選擇兩臺主變壓器，當(dāng)在技術(shù)經(jīng)濟上上比較合理時，主變壓器也可選擇多于兩臺。三級負荷一般選擇一臺主變壓器，如果負

31、荷較大時，也可選擇兩臺主變壓器。 對負荷變化較大宜采用經(jīng)濟運行方式的變電所，應(yīng)選擇兩臺變壓器。 在選擇變電所主變壓器臺數(shù)時，應(yīng)適當(dāng)考慮負荷的發(fā)展，留有擴建增容的余地。該金屬加工廠有二、三級負荷，為了滿足可靠性的要求，故選用兩臺變壓器并列運行。3.3 變壓器容量確定裝有兩臺主變壓器時，其容量的確定如下：任意一臺主變壓器容量應(yīng)同時滿足下列兩個條件： 當(dāng)任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足總計算負荷的60%的要求，即 0.6= 0.6×949.8=569.88 kva 任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)能滿足全部一、二級負荷的需要，即 = 319.2 kva 因此每臺變壓器的容量應(yīng)選630 kva。3.

32、4 變壓器類型的選擇變壓器的選擇應(yīng)選低損耗變壓器，這里選擇目前應(yīng)用比較普遍的系列變壓器，其容量為630 kva，所以所選的兩臺變壓器均為-630/10型。由于三相負荷基本平衡，所以其聯(lián)結(jié)組別采用yyno。4 變電所主接線方案的設(shè)計4.1 對電氣主接線基本要求工廠變配電所的電氣主接線，是指按照一定的工作順序和規(guī)程要求連接變配電一次設(shè)備的一種電路形式。主電路圖又稱為一次電路圖、主接線圖、一次接線圖。由于電力系統(tǒng)為三相對稱系統(tǒng)，所以電氣主接線圖通常以單線圖來表示，使其簡單清晰。它直觀地表示了變電所的結(jié)構(gòu)特點、運行性能、使用電氣設(shè)備的多少及其前后安排等，對變配電所安全運行、電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置和

33、電能質(zhì)量等都起著決定性作用。工廠變配電所主接線方案的確定必須綜合考慮安全性、可靠性、靈活性、經(jīng)濟性等多方面的要求。 保證供電的安全性。電氣主接線應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，能充分保證人身和設(shè)備的安全。 保證供電的可靠性。電氣主接線應(yīng)根據(jù)負荷的等級，滿足負荷在各種運行方式下對負荷供電連續(xù)性的要求。例如對一、二級負荷，其主接線方案應(yīng)考慮兩臺主變壓器，雙電源供電。 具有一定的靈活性和方便性。電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運行方式，并能靈活地進行運行方式的轉(zhuǎn)換，以保證正常運行時能安全可靠供電，在系統(tǒng)故障或設(shè)備檢修時，保證非故障和和非檢修回路繼續(xù)供電。 具有經(jīng)濟性。確定電氣主接線必須綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟兩

34、者之間的關(guān)系，保證在滿足供電可靠性、運行靈活方便的前提下，盡量減少設(shè)備投資費用和運行費用。 具有發(fā)展和擴建的可能性。確定電氣主接線時應(yīng)留有發(fā)展余地，要考慮最終接線的實現(xiàn)以及在場地和施工等方面的可行性。此外，對主接線的選擇，還應(yīng)考慮受電容量和受電地點短路容量的大小、用電負荷的重要程度、對電能計量（如高壓側(cè)還是低壓側(cè)計量、動力及照明分別計量等）及運行操作技術(shù)的需要等因素。如需要高壓側(cè)計量電能的，則應(yīng)配置高壓側(cè)電壓互感器和電流互感器（或計量柜）；受電容量大或用電負荷重要的，或?qū)\行操作要求快速的用戶，則應(yīng)配置自動開關(guān)及相應(yīng)的電氣操作系統(tǒng)裝置；受電容量雖小，但受電地點短路容量大的，則應(yīng)考慮保護設(shè)備開、

35、斷短路電流的能力，如采用真空斷路器等；一般容量小且不重要的用電負荷，可以配置跌落式熔斷器控制和保護。4.2 變電所主接線的選擇根據(jù)對主接線的基本要求，為了選出最合適的主接線方案，現(xiàn)從10kv側(cè)（高壓側(cè)）主接線的選擇和低壓側(cè)主接線的選擇兩方面來進行分析比較。4.2.1 高壓側(cè)主接線的選擇高壓側(cè)主接線概括為有母線形式和無母線形式兩大類。 具有母線的電氣主接線1) 單母線不分段接線單母線不分段接線是一種最原始、最簡單的接線，如圖2所示，所有電源及出線均接在同一母線上。其優(yōu)點是簡單明顯，采用設(shè)備少，操作簡便，造價低。其缺點是供電可靠性低。該方式采用單電源進線，相對單母線分段而言它更具經(jīng)濟性，但其供電可

36、靠性不能滿足二級負荷的需要，故不采用。 圖2 單母線不分段接線 圖3 單母線分段接線2) 單母線分段接線單母線分段接線是采用斷路器將母線分段，如圖3所示。 圖4 內(nèi)橋式接線 圖5 外橋式接線該方式的進線開關(guān)和母線分段開關(guān)都采用了斷路器，操作十分靈活，而且它采用雙電源進線，當(dāng)任一進線發(fā)生故障時，都可通過母線分段開關(guān)的閉合來獲得電源，從而提高了供電的可靠性。 無母線的電氣主接線沒有母線的接線，其最大特點是使用斷路器數(shù)量少，從而結(jié)構(gòu)簡單，投資少。而其中的橋形接線又是應(yīng)用最多的接線方式之一。按連接橋斷路器的位置，可分為內(nèi)橋式接線（如圖4）和外橋式接線（如圖5）。無論是內(nèi)橋還是外橋，當(dāng)任一電源進線或進線

37、斷路器需要檢修時，另一線路和兩臺變壓器仍可繼續(xù)供電，都具有較高的可靠性。但各自有不同的優(yōu)缺點，因而使用的場所有所不同。內(nèi)橋式適宜于輸電線路較長，故障幾率較多，而變壓器又不需要經(jīng)常切換時；外橋式則在出現(xiàn)較短，且變壓器隨經(jīng)濟運行的要求須經(jīng)常切換時，就更為適宜。綜上所述，顯然高壓側(cè)的接線方式在單母線分段和橋形接線中選擇。就可靠性而言，兩者都差不多，但當(dāng)任一電源進線或進線斷路器發(fā)生故障時又遇到分段開關(guān)故障的情況，單母線分段這種方式將造成工廠一半負荷停電。而且單母線分段這種接線要多一根母線，投資比橋形接線要高，所以初步覺得采用橋形接線。而該金屬加工廠的負荷比較平穩(wěn)，變壓器不需要頻繁切換操作，故高壓側(cè)采用

38、內(nèi)橋式接線。4.2.2 低壓側(cè)主接線的選擇由于該金屬加工廠有少量二級負荷，為了滿足其可靠性的要求，采用單母線分段的接線方式，如圖6所示。圖6 單母線分段的接線單母線分段接線是采用斷路器將母線分段，通常是分成兩段。母線分段后可進行分段檢修對于重要用戶，可以從不同段引出連個回路，當(dāng)一段母線發(fā)生故障時，由于分段斷路器qf 在繼電保護作用下自動將故障短訊設(shè)切除，從而保證了正常母線段不間斷供電和不致使重要用戶停電。兩段母線同時故障的幾率很小，可以不予考慮。單母線分段接線既具有單母線接線簡單明顯、方便經(jīng)濟的優(yōu)點，又在一定程度上提高了供電可靠性。但它的缺點是當(dāng)一段母線隔離開關(guān)發(fā)生故障或檢修時，該段母線上的所

39、有回路都要長時間停電。4.2.3 低壓電力線路的接線方式低壓電力線路基本的接線方式有放射式、樹干式及鏈?zhǔn)降热N，現(xiàn)分別介紹各自的特點及適用范圍，并根據(jù)實際情況選出各車間干線所采用的接線方式。 放射式，其接線圖如圖7所示，而其特點及適用范圍見表3。圖7 放射式接線圖表3 放射式接線的特點及適用范圍接線方式特點優(yōu)點缺點實用范圍放射式每個負荷由單獨線路供電線路故障時影響范圍小，因此可靠性高；控制靈活，易于實現(xiàn)集中控制線路多，有色金屬消耗量大；不易適應(yīng)發(fā)展供大容量設(shè)備或車間，或供要求可靠性高的重要設(shè)備或車間 樹干式，其接線圖如圖8所示，而其特點及適用范圍見表4。mmm 圖8 樹干式接線圖表4 樹干式接

40、線的特點及適用范圍接線方式特點優(yōu)點缺點實用范圍樹干式多個負荷由一條干線供電線路少，因此有色金屬消耗量少，投資??；易于適應(yīng)發(fā)展 干線故障時影響范圍大，因此供電可靠性較低實用于明敷線路，也適用于供可靠性要求不高的和較小容量的設(shè)備 鏈?zhǔn)?，其接線圖如圖9所示，而其特點及適用范圍見表5。圖9 鏈?zhǔn)浇泳€圖表5 鏈?zhǔn)浇泳€的特點及適用范圍接線方式特點優(yōu)點缺點實用范圍鏈?zhǔn)胶竺嬖O(shè)備的電源引自前面設(shè)備的端子線路上無分支點，適合穿管敷設(shè)或電纜線路；節(jié)省有色金屬消耗量線路檢修或故障時，相連設(shè)備全部停電，因此供電可靠性較低實用于暗敷線路，也適用于供可靠性要求不高的和較小容量的設(shè)備由于該金屬加工廠的第9車間和第10車間容量

41、較小，屬于三級負荷，對供電可靠性的要求不高。從節(jié)省有色金屬消耗量的角度考慮，這兩車間采用樹干式接線；而該廠的第1車間、第4車間和第8車間是二級負荷，對供電可靠性要求較高，采用放射式接線，且分別從兩段母線上引線，正常運行時，由其中一路進線供電，而另一路線路處于備用狀態(tài)；而第2車間、第3車間、第5車間、第6車間和第7車間，雖然是三級負荷，但各車間的容量都比較大，為使設(shè)計更合理，供電更安全，這里仍然采用放射式接線。4.2.4 電氣主接線的確定由于4.2.1和4.2.2中對該廠高壓側(cè)和低壓側(cè)的接線方式已經(jīng)做了比較詳盡的闡述，并選出了適合該金屬加工廠的主接線，現(xiàn)畫出最終所選主接線圖的簡圖（其標(biāo)準(zhǔn)圖見附圖

42、），如圖10所示，并從正常和出現(xiàn)故障兩方面闡述其運行方式。正常運行時，高壓側(cè)電源進線1wl和2wl同時供電；3qf處于閉合狀態(tài)而6qf處于斷開狀態(tài)。當(dāng)任一電源進線或進線斷路器需要檢修時，另一線路和兩臺變壓器仍可繼續(xù)供電。如1wl或1qf需要檢修時，斷開1qf，再打開1qs和2qs 即可安全檢修，兩臺變壓器由2wl繼續(xù)供電；當(dāng)1t發(fā)生故障或需要檢修時，斷開1qf、4qf，在斷開3qs、dk1即可安全檢修，而此時通過1m供電的二級負荷可通過閉合6qf繼續(xù)供電，從而保證了較高的供電可靠性。 圖10 電氣主接線圖 5 短路電流的計算在工廠供配電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，不僅要考慮系統(tǒng)的正常運行狀態(tài)，還要考慮

43、系統(tǒng)的不正常運行狀態(tài)和故障情況，其中最嚴(yán)重的故障是短路故障。短路是不同相之間、相對中線或地線之間的直接金屬性連接或經(jīng)小阻抗連接。這里討論和計算供配電系統(tǒng)在短路故障情況下的電流（簡稱短路電流），短路電流計算的目的主要有以下幾方面： 在選擇電氣主接線時，為了比較各種接線方案，或確定某一接線是否需要采取限制短路電流的措施等，均需進行必要的短路電流計算。 在選擇電氣設(shè)備時，為了保證設(shè)備在正常運行和故障情況下都能安全、可靠地工作，同時又力求節(jié)約資金，這就需要進行全面的短路電流計算。例如：計算某一時刻的短路電流有效值，用以檢驗開關(guān)設(shè)備的開斷能力和確定電抗器的電抗值，用以校驗設(shè)備的熱穩(wěn)定；計算短路電流的沖擊

44、值，用以校驗設(shè)備動穩(wěn)定。 在設(shè)計屋外高壓配電裝置時，需按短路條件校驗軟導(dǎo)線的相間或相對的安全距離。 在選擇繼電保護方式和進行整定計算時，需以各種短路時的短路電流為依據(jù)。 接地裝置的設(shè)計，也需要短路電流。5.1 概述三相短路是電力系統(tǒng)最嚴(yán)重的短路故障，三相短路的分析計算又是其他短路分析計算的基礎(chǔ)。發(fā)生短路時，發(fā)電機中發(fā)生的電磁暫態(tài)變化過程很復(fù)雜，為了簡化分析，假設(shè)三相短路發(fā)生在一個無限大容量電源的供電系統(tǒng)。所謂“無限大容量系統(tǒng)”指端電壓保持恒定，沒有內(nèi)部阻抗以及容量無限大的系統(tǒng)。實際上，任何電力系統(tǒng)都有一個確定的容量，并有一定的內(nèi)部阻抗。當(dāng)供配電系統(tǒng)容量比電力系統(tǒng)容量小得多，電力系統(tǒng)阻抗不超過短

45、路回路總阻抗的5%10%；或短路點離電源的電氣距離足夠遠，發(fā)生短路時電力系統(tǒng)母線電壓降低很小，此時可將電力系統(tǒng)看作無限大容量系統(tǒng)，從而使短路電流計算大為簡化。工廠供配電系統(tǒng)一般滿足上述條件，可視為無限大容量系統(tǒng)，據(jù)此進行短路分析和計算。5.1.1 短路的原因短路發(fā)生的主要原因是電力系統(tǒng)中電器設(shè)備載流導(dǎo)體的絕緣損壞。造成絕緣損壞的原因主要有設(shè)備絕緣自然老化，操作過電壓，大氣過電壓，絕緣受到機械損傷等。運行人員不遵守操作規(guī)程發(fā)生的誤操作，如帶負荷拉、合隔離開關(guān)，檢修后忘拆除地線合閘等；或鳥獸跨越在裸露導(dǎo)體上，這些也是引起短路的原因。5.1.2 短路的危害發(fā)生短路時，由于短路回路的阻抗很小，產(chǎn)生的短

46、路電流較正常電流大數(shù)十倍，可能高達數(shù)萬安培甚至數(shù)十萬安培。同時系統(tǒng)電壓降低，離短路點越近電壓降低越大。三相短路時，短路點的電壓可能降到零。因此，短路將造成嚴(yán)重危害。 短路發(fā)生很大的熱量，導(dǎo)體溫度升高，將絕緣損壞。 短路產(chǎn)生巨大的電動力，使電器設(shè)備受到機械損壞。 短路使系統(tǒng)電壓嚴(yán)重降低，電器設(shè)備正常工作受到破壞。例如異步電動機的轉(zhuǎn)矩與外施電壓的平方成正比，當(dāng)電壓降低時，其轉(zhuǎn)矩降低使轉(zhuǎn)速減慢，造成電動機過熱燒壞。 短路造成停電，給國民經(jīng)濟帶來損失，給人民生活帶來不便。 嚴(yán)重的短路將影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，使并列的同步發(fā)電機失步，造成系統(tǒng)解列，甚至崩潰。 單相短路產(chǎn)生的不平衡磁場，對附近的通信線路

47、和弱電設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，影響其正常工作。由此可見，短路產(chǎn)生的后果極為嚴(yán)重。在供配電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中應(yīng)采用有效措施，設(shè)法消除可能引起短路的一切原因。同時，為了減輕短路的嚴(yán)重后果和防止故障擴大，需要計算短路電流，以便正確的選擇和校驗各種電器設(shè)備，計算和整定保護短路的繼電保護裝置和選擇限制短路電流的電器設(shè)備（如電抗器）等。5.2 采用歐姆法進行短路計算歐姆法，又稱有名單位制法，因其短路計算中的阻抗都采用有名單位“歐姆”而得名。5.2.1 歐姆法短路計算的有關(guān)公式及計算在無限大容量系統(tǒng)中發(fā)生三相短路時，其三相短路電流周期分量有效值（亦即三相短路穩(wěn)態(tài)電流）可按三相電路歐姆定律計算，即 （16）式

48、中 短路點的短路計算電壓（亦稱平均額定電壓）。由于線路首端短路時最為嚴(yán)重，因此通常按線路首端電壓考慮，即短路計算電壓取為比線路額定電壓高5%；按我國的電壓標(biāo)準(zhǔn)，有0.4kv、0.69 kv、3.15 kv、6.3 kv、10.5 kv、37 kv等等。在高壓電路的短路計算中，通?？傠娮柽h比總阻抗小，因此往往只計電抗，不計電阻。在計算低壓電路短路時，如果時，則需計入電阻。如果不計電阻，則三相短路電流周期分量的有效值為 （17）三相短路容量為 （18）下面分別講述供電系統(tǒng)中三個主要元件如電力系統(tǒng)、電力變壓器和電力線路的阻抗計算。至于供電系統(tǒng)中的母線、線圈性電流互感器的一次繞組、低壓斷路器的過電流脫

49、扣線圈以及開關(guān)觸頭等的阻抗，相對來說很小，因此在短路計算中可以略去不計。當(dāng)然，由于短路計算中只計及上述三大元件阻抗而略去了其他一些元件阻抗，因而使計算出來的短路電流較實際值有些偏大；但用稍偏大的短路電流來選擇和校驗電器和導(dǎo)體，反而可以使選用的電器和導(dǎo)體工作更為安全可靠。 電力系統(tǒng)的阻抗計算電力系統(tǒng)的電抗，可由電力系統(tǒng)變電站高壓饋電線路出口斷路器的斷流容量來估算，這斷流容量就看作是電力系統(tǒng)的極限短路容量，因此電力系統(tǒng)的電抗為 （19）式中 電力系統(tǒng)饋電線路的短路計算電壓。但為了便于計算短路電路的總阻抗，省去阻抗換算的麻煩。因此，此式的宜直接采用短路計算點的短路計算電壓； 電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流

50、容量，可查有關(guān)設(shè)計手冊或產(chǎn)品樣本。 電力變壓器的阻抗計算1）電力變壓器的電阻 變壓器的電阻，可由變壓器的短路損耗近似地求得。因 故 式中 短路計算點的短路計算電壓； 電力變壓器的額定容量； 電力變壓器的短路損耗，可查有關(guān)設(shè)計手冊或產(chǎn)品樣本。2）電力變壓器的電抗 變壓器的電抗，可由變壓器的短路電壓（即阻抗電壓）百分值%近似地求得。因 故 式中 %電力變壓器的短路電壓百分值（即阻抗電壓百分值），可查有關(guān)設(shè)計手冊或產(chǎn)品樣本。 電力線路的阻抗計算1）電力線路的電阻 線路的電阻，可由已知截面的導(dǎo)線或電纜的單位長度電阻的值求得 （20）式中 線路的單位長度電阻，可查有關(guān)設(shè)計手冊或產(chǎn)品樣本。 l線路的長度。2）電力線路的電抗 線路的電抗，可由已知截面和線距的導(dǎo)線或已知截面和電壓的電纜的單位長度電抗值求得 （21）式中 導(dǎo)線或電纜的單位長度電抗，可查有關(guān)設(shè)計手冊或產(chǎn)品樣本。如果線路的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)不詳時，可按表6取其電抗平均值，這是因為同類線路不論導(dǎo)線或電纜截面及線距如何變化，電抗值變化的幅度都不會很大。 表6 電力線路每相的單位長度電抗平均值線 路 結(jié) 構(gòu)單位長度電抗平均值610kv220/3