某冶金機械修造廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設(shè)計

1、河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文題目：某冶金機械修造廠總降壓變電所與高壓配電系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)：電氣自動化技術(shù)班 級：電氣1001班姓 名：張志海學(xué) 號：0401100136指導(dǎo)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(yīng)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(guān)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(shè)備的質(zhì)量與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(shè)計根據(jù)該冶金機械廠的相關(guān)資料和實際情況，對該廠的 總降壓變電所和高壓供電系統(tǒng)進行設(shè)計。本設(shè)計首先根據(jù)工廠提供的資料對 工廠的

2、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 35 雙回路架空線引出， 本設(shè)計選擇在該廠設(shè)立總 降壓變電所先將電壓降為廠區(qū)供電電壓 10 ，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(shè)計對各變電所的主要電 氣設(shè)備、電纜和母線進行了選擇和校驗，對一次側(cè)主要設(shè)備進行了繼電保護 整定，對避雷和接地裝置進行了選擇。關(guān)鍵詞：變電所；供電系統(tǒng)；電氣設(shè)備目次1 緒論 錯.誤 !未指定書簽1.1 工廠供電的意義與要求 錯. 誤 !未指定書簽1.2 工廠供電設(shè)計的一般原

3、則 錯. 誤 !未指定書簽1.3 設(shè)計的具體內(nèi)容 錯.誤 !未指定書簽1.4 工廠原始資料 錯.誤 !未指定書簽2 工廠的電力負荷與其計算 錯. 誤 !未指定書簽2.1 工廠的電力負荷 錯. 誤 !未指定書簽2.2 車間計算負荷的確定 錯. 誤!未指定書簽2.3 工廠計算負荷的確定 錯. 誤!未指定書簽2.4 無功功率補償與其計算 錯. 誤 !未指定書簽3 降壓變電所與變壓器的選擇 錯. 誤 ! 未指定書簽3.1總降壓變電所所址的選擇 錯. 誤 !未指定書簽3.2降壓變電所形式的選擇 錯. 誤 !未指定書簽3.3廠區(qū)供電電壓的選擇 錯. 誤!未指定書簽3.4總降壓變電所變壓器臺數(shù)和容量的選擇

4、錯誤 !未指定書簽3.5車間變電所變壓器選擇 錯. 誤 ! 未指定書簽4 總降壓變電所主接線方案與供電線路的設(shè)計 錯誤 !未指定書簽4.1總降壓變電所的任務(wù)和類型 錯. 誤 ! 未指定書簽4.2 變電所主接線方案的設(shè)計原則與要求 錯誤 !未指定書簽4.3主接線方案的選擇 錯. 誤!未指定書簽4.4廠區(qū)配電線路的設(shè)計 錯. 誤!未指定書簽4.5總降壓變電所二次回路操作電源設(shè)計 錯誤 !未指定書簽5 短路電流計算 錯.誤 !未指定書簽5.1短路電流計算的目的 錯. 誤!未指定書簽5.2 短路電流計算的方法和步驟 錯. 誤 !未指定書簽5.3 該廠供電系統(tǒng)電路與短路等效電路 錯. 誤 !未指定書簽5

5、.4 短路計算 錯.誤 !未指定書簽5.5 短路計算結(jié)果 錯.誤 !未指定書簽6 一次設(shè)備的選擇與校驗 錯. 誤 !未指定書簽6.1 一次設(shè)備的選擇校驗的條件與項目 錯. 誤 !未指定書簽6.2 一次設(shè)備效驗公式 錯. 誤!未指定書簽6.3 一次設(shè)備的選擇與校驗 錯. 誤 !未指定書簽6.4 電纜、母線的選擇 錯. 誤!未指定書簽7 繼電保護裝置的整定計算 錯. 誤 !未指定書簽7.1 總降壓變電所 35/10 變壓器的保護 錯誤 !未指定書簽7.2 35 電力線路保護 錯. 誤 !未指定書簽7.3 10 電力線路保護 錯. 誤 !未指定書簽8 防雷保護與接地裝置的設(shè)計 錯. 誤 ! 未指定書

6、簽8.1 變電所防雷保護與防雷裝置的選擇 錯. 誤 !未指定書簽8.2 接地裝置的設(shè)計計算 錯. 誤 !未指定書簽結(jié) 論 錯.誤 ! 未指定書簽1 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(chǔ)。 1831 年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)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)和傳輸以與電能的廣泛應(yīng)用提供了重要理論基礎(chǔ)。隨著電能在 社會各個方面的廣泛應(yīng)用，人類社會從此進入了電氣化時

7、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 工廠供電的意義與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(dǎo)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(dāng)代工廠里應(yīng)用的信息技術(shù)、生產(chǎn)自動化技術(shù) 和其他高新技術(shù)無一不是建立在電能應(yīng)用的基礎(chǔ)之上的。因此，電能在當(dāng) 代工業(yè)生產(chǎn)有著與其廣泛的應(yīng)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

8、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(guān)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(yīng)、分配和使用中，要保證輸電線路的安全性， 設(shè)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(shè)備事 故；（2

9、）可靠 應(yīng)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(shè)備損壞、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(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求。使用電設(shè)備 在額定的電壓、頻率下進行生產(chǎn)，不僅可以避免設(shè)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(shè)計的一般原則工廠供電設(shè)計必須遵循以下原則：執(zhí)行（1

10、）工廠供電設(shè)計必須遵守國家的有關(guān)法令、 標(biāo)準和技術(shù)規(guī)范， 國家的有關(guān)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(shù)經(jīng)濟政策；（2）工廠供電設(shè)計應(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)先進和經(jīng)濟合理，設(shè)計中應(yīng)采用符合國家標(biāo)準的效率高、能 耗低、性能先進與與用戶投資能力相適應(yīng)的經(jīng)濟合理的電器產(chǎn)品；（3）工廠供電設(shè)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(shè)計方案；（4 ）工廠供電設(shè)計應(yīng)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(shè)與遠期發(fā)展的關(guān)系，做到遠近結(jié)合，以近期為主，適當(dāng)考慮擴建的可 能性。1.3 設(shè)計的具體內(nèi)

11、容該冶金機械廠總降壓變電所與高壓配電系統(tǒng)設(shè)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，以與負荷布局，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） 工廠的負荷計算與無功補償；（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(shè)備的選擇；（5）選擇工廠電源進線與高壓配電線路；（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與接地裝置的設(shè)計1.4 工廠原始資料本設(shè)計的原始資料如下:1、工廠總平面布置圖，如圖1

12、.1。鉚焊車間N0.3變電所機修車間空壓站No.4變電所鍛造車間綜合樓No.1變電所No.1變電所No.2變電所鑄鋼車間鑄鐵車間木型車間木型庫制材場35kV電源進線O水塔水泵房鍋爐房No.5變電所圖1.1工廠總平面布置圖2、工廠生產(chǎn)任務(wù)、規(guī)模與產(chǎn)品規(guī)格：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，鍛件1000t，鉚焊件 2500t 03、 工廠各車間負荷情況與車間變電所的容量見表2.1和表2.2 o4、供用電協(xié)議1)工廠電源從供電部門某 220/35變電站以35雙回架空線路引入本廠，其中一

13、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)8。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(shù)要求：區(qū)域變電站35饋線電路定時限 過流保護裝置的整定時間 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6000h屬二級負荷。表1.1區(qū)域變電站35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200最小運行方式1752工廠的電力負荷與其計算2.1 工廠的電力負荷電力負荷（）又稱

14、電力負載，有兩種含義：一是指耗用電能用電設(shè) 備或用戶，另一是指用電設(shè)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(shè)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。計算負荷是一個假想的持續(xù)性的 負荷，其熱效應(yīng)與同一時間內(nèi)實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。在某冶金機械修造廠總降壓變電所與高壓配電系統(tǒng)設(shè)計 配電設(shè)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(shè)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(dǎo)線電纜的選

15、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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)致絕緣過早老化甚至燃燒引起火災(zāi)。由此可見， 正確確定計算負荷意義重大。但是負荷情況復(fù)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(shè)備的性能、生產(chǎn)的組織、生 產(chǎn)者的技能與能源供應(yīng)的狀況等多種因素有關(guān)。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(shè)備包括車 間變

16、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(shè)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P30 K dPe（2.1）這里的稱為需要系數(shù)（ ），為車間用電設(shè)備總?cè)萘俊o功計算負荷 Q30 為Q30 Psota n（2.2） 式中，為對應(yīng)于車間用電設(shè)備cos的正切值。視在計算負荷為（2.3） 式中，cos為車間供電設(shè)備的平均功率因素。計算電流|30為（2.4） 式中，為用電設(shè)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與該工廠6高

17、壓設(shè)備的負荷計算表，結(jié)果見表2.1和表2.2 o2.3 工廠計算負荷的確定工廠計算負荷是選擇工廠電源進線與主要電氣設(shè)備包括主變壓器的基 本依據(jù)，也是計算工廠的功率因素與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(shè)計采 用需要系數(shù)法計算工廠的計算負荷。根據(jù)該廠提供的各車間與工廠高壓設(shè)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 o表2.1 各車間380V負荷計算表序車間（單設(shè)costan計算負荷車間變變壓器號位）名稱備P30Q30S30

18、|30電所代臺數(shù)與容量號容量1鑄鋼車間2000.40.61187.1車變2 X0578016002鑄鐵車間1000.40.71.0400408571.4867.2車變2 X800002.5砂庫1100.70.61.377102.4128.319403.9小計（心211429.459.4628.8955=0.9)03.4（續(xù)表）序車間（單設(shè)costan計算負荷車間變變壓器號位）名稱備P30Q30S30130電所代臺數(shù)與容號容量量3鉚焊車間1200.30.41.9360712.8800121.3車變2 X0585.1000.1水泵房280.70.80.72115.826.

19、339.556小計（心122342.655.7740.0112=0.9)8944空壓站3900.80.70.8331.291.7442671.4車變1 X8005585.5機修車間1500.20.61.137.543.957.787.5577鍛造車間2200.30.51.566100.312018252.3木型車間1860.30.61.365.186.6108.5164503.8制材場200.20.61.35.67.49.314.8031綜合樓200.9101801827.3小計（心986471.476.9670.5101=0.9)385鍋爐房3000.70.80.7225168.8281.3

20、427.5車變1 X400505.4.2水泵房280.70.80.72115.826.340.5050倉庫（1、2）880.30.61.126.430.940.661.579污水提升140.60.80.79.16.811.417.站5053小計（心430253.200.1322.9490=0.9)4.6表22 各車間6高壓負荷計算表序號車間（單 位） 名稱高壓設(shè)備名稱設(shè)備容量costan計算負荷P30Q30S30I301鑄鋼車間電弧爐2 X0.90.870.522501282.2586.248.125075292鑄鐵車間工頻爐2X2000.80.90.4320153.6355.634.283空

21、壓站空壓機2X2500.80.850.6425263.550048.152小計340029951699.3443.331.664表2.3 工廠負荷計算表全廠設(shè)備容量costan計算負荷P30Q 30S30130111540.30.790.739043045.4941.285.358182.4 無功功率補償與其計算工廠中由于有大量的感應(yīng)電動機、電焊機、電弧爐與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(shè) 備潛力、改善設(shè)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(shè)無功功率補償裝置。假設(shè)功率因 數(shù)由 提高到 ，這時在用戶需

22、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(yīng)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(yīng)降低，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(shè)備和導(dǎo)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cos =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(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)

23、規(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：100 與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(yīng)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)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、有功損耗小以與組裝靈活、擴 容方便等優(yōu)點，因此本設(shè)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 4942 ， 因此為進行功率補償時，主變壓器容量應(yīng)選為 5000 。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>0.9.?？紤]到變壓器本身的無功功率損耗遠大于其有功功率

24、損耗，一般厶(45 ), 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(yīng)略高于0.90，這里取/ =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(shè)的并聯(lián)電容器容量為=3904 X(0.79 0.93 )=1486.9取1500補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為S30(2). 39042 (3045.1 1500)2kVA4198.6kVA因此主變補償后選擇容量不變，仍為5000 o變壓器的功率損耗為0.015 S30二 0.015 X4198.6 = 630.06 S30(2)= 0.06 X4198.6 251.9變電所高壓側(cè)的計算負荷為P30(1) = 39

25、04 + 63 = 3967Q3(1) = (3045.1 1500 )+ 251.9 =1797S30.39672 17972kVA4355kVA補償后工廠的功率因素為cos = Pj*/S3(1)3967/ 4355kV A 0.91這一功率因素滿足供電部門規(guī)定的要求。根據(jù)以上計算，本設(shè)計從常用并聯(lián)電容器中選出型號為10.5-120-1的并聯(lián)電容器13 臺進行該工廠的無功功率補償3 降壓變電所與變壓器的選擇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(guān)標(biāo)準和規(guī)范，應(yīng)根據(jù)下列要求，選擇 確定：1、靠近負荷中心；2、節(jié)約用地，不占或少占耕地與經(jīng)濟效益高的土地；3、與城鄉(xiāng)或工礦企業(yè)規(guī)

26、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(shè)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(fēng)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(yīng)征得有關(guān)部門的同 意；7、所址標(biāo)高宜在 50 年一遇高水位之上，否則，所區(qū)應(yīng)有可靠的防洪 措施或與地區(qū) （工業(yè)企業(yè) ）的防洪標(biāo)準相一致，但仍應(yīng)高于內(nèi)澇水位；8、應(yīng)考慮職工生活上的方便與水源條件；9、應(yīng)考慮變電所與周圍環(huán)境、鄰近設(shè)施的相互影響。 根據(jù)上面的要求，本設(shè)計結(jié)合該工廠的負荷情

27、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(shè)計總降壓變電所 35側(cè)采用屋外式配電裝置，變壓器放置于露天， 10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(gòu)、周圍環(huán)境和車間負荷等情 況，本設(shè)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(shè)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。鉚焊車間N0.3變

28、電所機修車間空壓站No.4變電所鍛造車間綜合樓-0No.1變電所41No.1 變電所鑄鋼車間總降壓變電所木型車間木型庫制材場鑄鐵車間主變壓器鍋爐房35kV電源進線No.5變電所水塔水泵房弋 No.2變電所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(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的供電電壓登記，同時也 要考慮工廠用電設(shè)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(dǎo)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(dāng)?shù)毓╇姴块T協(xié)商， 工廠電源從電力系統(tǒng)的某 220/35 變電站以 35

29、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)8 。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(shè)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 10 。如果工廠擁有 想當(dāng)數(shù)量的 6 用電設(shè)備，或者供電電源電壓就是從鄰近發(fā)電廠取得的 6.3 直配電壓，則可考慮采用 6 作為工廠的高壓配電系統(tǒng)。如果當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)供電 電壓為 35 ，而廠區(qū)環(huán)境條件又允許采用 35 架空線路和較經(jīng)濟的 35 電氣 設(shè)備時，則可考慮采用 35 作為高壓配電電壓深入工廠各車間負荷中心。 這種高壓深入負荷中心的直配方式，可以省去一級中間變壓，大大

30、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 35 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(fù)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(shè)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 6 高壓負荷電弧爐 2 臺，工頻爐 2 臺和空壓機 2 臺，但 6 高壓用電設(shè)備不多， 所以本設(shè)計仍采用將 35 電源經(jīng)總降壓變電所降壓至 10 作高壓配電電壓， 而 6 高壓負荷則通過專用的 10/6.3 變壓器單獨供電。3

31、.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 4941.9 ，故本工廠總降壓變電所應(yīng)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T不應(yīng)小于總的計算負荷S30的6070% 。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 5000 型號為 S9-5000/35 的變壓器，其技術(shù)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 35 供電電源引入該廠后，經(jīng)過廠區(qū)內(nèi)的 35/10 總降變電 所將電壓降至 10 給廠區(qū)供電。 10 仍是高壓電源，不能被 380V 以下負荷 所用，固

32、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(shè)立五個 10/0.4 車間變電所，給車間 380V 以下負荷供電。由 于該廠有 6 高壓負荷，故在有高壓負荷的車間變電所需專門設(shè)立 10/6 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(shè)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，以與所需變壓器的技術(shù)參數(shù)見表 3.3 所示。表 3.1 S9-5000/35 變壓器技術(shù)參數(shù)額定容額定電壓損耗阻抗電壓空載電流聯(lián)結(jié)組總體質(zhì)備注量高壓低空載短路(%)(%)別量壓5

33、00035，3.16.5031.070.7Y d1111.15沈變38 ±50上變2 X6.3福變2.5%10.武變5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)與容量變壓器型號.12X1600S9-1600/101 X2500S7-2500/10.22 X800S9-800/101 X630S7-630/10.32X1000S9-1000/10.41 X800S9-800/101 X630S7-630/10.51 X400S9-400/10表3.3各型號變壓器技術(shù)參數(shù)變壓器型號額定 額定電壓損耗 阻 空聯(lián)結(jié)組 總備注容量高壓低壓空載短路抗電壓（%）載電流（%）別體質(zhì)量S7

34、-630/1063010 ±6.31.38.14.52.0112.3、r ,、-常變5%085天變S7-2500/12503.6235.51.26.3寧變0054福變S9-400/104006 ±5%0.40.84.241.4Y 01.6佛變6.3 ±404等S9-800/108005%1.47.24.51.23.210 ±506S9-1000/11005%1.710.1.13.800202S9-1600/11602.414.1.05.10050584 總降壓變電所主接線方案與供電線路的設(shè)計4.1 總降壓變電所的任務(wù)和類型總降壓變電所是工廠供電系統(tǒng)中最重

35、要的變電所，它擔(dān)負著從電力系某冶金機械修造廠總降壓變電所與高壓配電系統(tǒng)設(shè)計 統(tǒng)中受電，然后將電壓從 35 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。總降壓變電所是工廠能源的命脈，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(shè)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(shè)計的是總降壓變電所，故本設(shè)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

36、，將 35 母線和主 變壓器露天放置， 10 采用屋內(nèi)開關(guān)柜接線。4.2 變電所主接線方案的設(shè)計原則與要求 變電所的主接線，應(yīng)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(shè)備特點與負荷性質(zhì)等因素綜合分析確定，并應(yīng)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)與可能反饋電能的另一側(cè)， 必須裝設(shè)高壓 隔離開關(guān)；（2）在低壓斷路器的電源側(cè)與可能反饋電能的另一側(cè)， 必須裝設(shè)低壓 刀開關(guān)；（3）在裝設(shè)高壓熔斷器 - 負荷開關(guān)的出線柜母線側(cè)，必須裝設(shè)高壓隔 離開關(guān)；（4）35 與以上的線路末端，應(yīng)裝設(shè)與隔離開關(guān)聯(lián)鎖的接地刀閘；（5）變電所高壓母線上與架空線路末端， 必須裝設(shè)

37、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(guān)，接于變壓器引出線上的 避雷器，不宜裝設(shè)隔離開關(guān)。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(yīng)。對一級負荷， 應(yīng)由兩個電源供電。對二級負荷，應(yīng)由兩回路或一回 6 與以上專用架空線 或電纜供電； 其中采用電纜供電時，應(yīng)采用兩根電纜并聯(lián)供電，且每根 電纜應(yīng)能承受 100% 的二級負荷；（2）變電所的非專用電源進線側(cè)， 應(yīng)裝設(shè)帶短路保護的斷路器或負荷 開關(guān)-熔斷器。當(dāng)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，但對于輔助生產(chǎn)區(qū)與生活區(qū)的

38、變電所，可采 用樹干式配電；（4）變電所低壓側(cè)的總開關(guān)， 宜采用低壓斷路器。 當(dāng)?shù)蛪簜?cè)為單母線， 且有自動切換電源要求時，低壓總開關(guān)和低壓母線分段開關(guān)，均應(yīng)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）35 與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(yīng)裝設(shè)高壓斷路器或高壓負荷開關(guān)；（4）變電所的主接線方案應(yīng)與主變壓器的經(jīng)濟運行要求相適應(yīng)；（5）變電所的主接線方案應(yīng)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

39、提下， 應(yīng)力求簡單。 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(shè)備應(yīng)選用技術(shù)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(yīng)裝設(shè)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(yīng)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(guān)設(shè)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

40、在工廠的特殊地位， 故本設(shè)計采用單母線分段方式的主接線方案， 變電所平面布置圖見附錄 A 。作為主變照明與應(yīng)急用電， 本設(shè)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，作為主變照明與應(yīng)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(shè)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(shè)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，但高壓幵關(guān)設(shè)備用的較多，投資較高其接線方案示意圖見圖 4.1 o35kV電源進線WL1WL210kV n 'tj ur QF20圖4.1總降壓變電所電氣

41、主接線圖4.5 總降壓變電所二次回路操作電源設(shè)計變電所二次回路（），是指用來控制、指使、監(jiān)測和保護一次電路（） 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(shè)計總降壓變電所采用復(fù)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(fù)式整流是指提供直流操作電壓的整流裝置有兩個：(1) 電壓源一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) 電流源一

42、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(fù)式整流裝置的接線示意圖如圖4.2所示35kVU2二次回路圖4.2 復(fù)式整流裝置接線示意圖電流互感器一電壓互感器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(shè)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(shè)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

43、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（ ）。短路就是指不同電位的導(dǎo)電部分包括導(dǎo)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（ ）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(shè)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，

44、因此必須盡力設(shè)法消除可能引起短 路的一切因素；同時需要進行短路電流計算，以便正確地選擇電氣設(shè)備， 使設(shè)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(guān)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(biāo)幺值法（又稱相對單位制法），工程上常用標(biāo)幺制法。故本設(shè)計采用標(biāo) 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(yīng)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

45、計算點應(yīng)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(shè)定基準容量100和基準電壓（短路計算電壓，即1.05），并計算基準電流。,Sd100MVA“八Id( 5.1)3U d、3U c3、計算短路回路中各主要元件的阻抗標(biāo)幺值 （一般只計算電抗標(biāo)幺值）（1 ）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值(5.2)式中，一電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量，單位為（2 ）電力線路的電抗標(biāo)幺值Xwl乂。1U cUc(5.3)式中，一線路所在電網(wǎng)的短路計算電壓，單位為，1.05.采用標(biāo)幺值計算時，無論短路計算點在哪里，線路的電抗標(biāo)幺值不需 換算。（3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值式中，一變壓器的短路電壓（阻抗電壓）百

46、分值;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（總電抗標(biāo)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(3)k"(3)(5.4)（3）等I sh 等0(5.5)在無窮大容量系統(tǒng)中，存在下列關(guān)系:"(3) (3) (3)I I k(5.6)高壓電路中的短路沖擊電流與其有效值，按下列公式近似計算:iSh2.251"(3)(5.7)SJ1.511"(3)(5.8)低壓電路中的短路沖擊電流與其有效值，按下列公式近似計算:iSJ 1.84I"(3)(5.9)Sh>1.09I"(5.10 )5、計算短路容量，三相短

47、路容量按下式計算:(5.11 )Sk3)3Ucl；3)5.3 該廠供電系統(tǒng)電路與短路等效電路該廠電源從位于距該廠東側(cè)8處的220/35變電站以35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，需計算圖中的四處短路點的短路電流、短路容量等，以用于確定一次設(shè)備，其短路等效電路圖如圖5.2所示5.4 短路計算1、取基準容量1002、計算基準電流Id3Id5I d4Sd100(35 1.05). 31.57kAId2Id71 d6SdUc2、3100(10 1.05). 35.50kA1 d9Id10Sd137.47k

48、A(0.4 1.05). 3SdUC4(6 1.05)39.16kA3、電力系統(tǒng)的電抗:Sd100MVASOC 1000 MVA0.14、架空線路電抗:本設(shè)計采用表5.1的數(shù)據(jù)進行架空線路電抗的計算X2 X°l 孚U C20.4(/ km) 8km100(350.26表5.1電力線路每相的單位長度電抗平均值線路結(jié)構(gòu)線路電壓35與以上610220/380V架空線路0.400.350.32電纜線路0.120.080.066因此5、變壓器電抗:Uk%Sd37 100 101.4100Sn100 5000Uk%Sd34.5 100 102.8100Sn100 1600X3 X4X5 X6、，Uk%Sd5.5 100 103X7100SN100 2500X8X9Uk%Sd100SnX10X14Uk%Sd100SNX11X12Uk%Sd100Sn34.5 100 105.6100 80034.5 100 107.1100 63034.5 100 104.5100 1000X13Uk%Sd100Sn34.5 100 10100