某冶金機(jī)械修造廠全廠總壓降變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計

1、75西安科技大學(xué)高新學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計） 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 某冶金機(jī)械修造廠全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計系別：機(jī)電信息學(xué)院專業(yè)名稱：電氣工程及其自動化學(xué)生姓名：呼曉雄學(xué)號：0901120315指導(dǎo)教師姓名、職稱：馬莉 講師 完成日期 2012 年 12月15日論文題目：某冶金機(jī)械修造廠全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè)：電氣工程及其自動化本 科 生：呼曉雄 (簽名)指導(dǎo)教師：馬 莉 (簽名)摘 要 電能是工業(yè)生產(chǎn)的主要動力能源。隨著工業(yè)電氣自動化技術(shù)的發(fā)展，工廠用電量的迅速增長，對電能的質(zhì)量、供電可靠性以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等要求也日益提高。供電設(shè)計是否完善，不僅影響工廠的基本建設(shè)投資、

2、運(yùn)行費(fèi)用和有色金屬消耗量，而且也反映到工廠供電可靠性和工廠的安全生產(chǎn)上，它與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)備和人身安全等是密切相關(guān)的。本論文設(shè)計的任務(wù)是保障電能從地區(qū)供電部門的出線處安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)地送到工廠各部門。在設(shè)計中要遵循國家有關(guān)規(guī)程和規(guī)定，在保證供電可靠性和電能質(zhì)量的前提下，盡可能做到節(jié)省投資，減少有色金屬消耗量，降低運(yùn)行費(fèi)用，盡量采用供電新技術(shù)和新產(chǎn)品。關(guān)鍵詞: 供電設(shè)計，電能質(zhì)量，可靠，經(jīng)濟(jì) Subject: a metallurgical machinery plants the total step-down transformer substation and power dis

3、tribution system design Specicalty:Electric Engineering and Automation Name:huxiaoxiong (Signature) Instructor:mali (Signature) ABSTRACT The electricity is the main industrial production powerenergy.Along with the development of the technology industrylectrical automation, factory power consumption

4、of rapid growth,to the electric power quality, power supply reliability and technical and economic index also demands is increasing day by day. Power design is perfect, not only affects the factory investment of capital construction and operation cost and non-ferrous metal consumption, but also refl

5、ect to the factory power supply reliability and safety production factory, it and the economic benefit of enterprise, equipment and safety, etc are closely related. This paper design task is to safeguard power from the power supply departments in their place is safe, reliable, economic, high quality

6、 to the factory each department. In the design principle of relevant state regulations and provisions, in order to ensure power supply reliability and power quality, under the premise of do save as far as possible investment, reduce non-ferrous metal consumption, lower operating costs, as far as pos

7、sible the power supply new technology and new products.Key words：power supply design, power quality, reliable, economic 目錄1 緒論11.1工廠供電的意義和要求11.1.1 工廠供電的意義11.1.2 工廠供電的要求11.2 工廠供電的發(fā)展現(xiàn)狀11.3 工廠供電設(shè)計應(yīng)遵循的一般原則及基本內(nèi)容21.3.1 工廠供電設(shè)計應(yīng)遵循的一般原則31.3.2 工廠供電設(shè)計的基本內(nèi)容32 負(fù)荷計算及無功補(bǔ)償42.1電氣設(shè)備額定容量的確定42.2 用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定42.2.1 單組用電

8、設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式52.2.2 多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式52.3車間用電設(shè)備計算負(fù)荷的確定62.3.1 380V車間負(fù)荷計算62.3.2 6kV車間計算負(fù)荷72.3.3變壓器損耗計算82.3.4總降壓變電所二次側(cè)計算負(fù)荷92.4無功功率補(bǔ)償及其計算92.4.1無功補(bǔ)償方法92.4.2無功功率補(bǔ)償容量的計算92.5 全廠計算負(fù)荷103 變配電所及主變壓器的選擇113.1 變電所形式、位置、數(shù)量的確定113.1.1 工廠總降壓變電所113.2變壓器容量和臺數(shù)的選擇123.2.1工廠總降壓變電所主變壓器的臺數(shù)和容量選擇133.2.2車間變電所變壓器臺數(shù)和容量的選擇134 變電所主接線方案的

9、設(shè)計154.1 變配電所主接線方案的設(shè)計原則與要求154.2 變配電所常用電氣主接線154.3 總降壓變電所主接線方式的選擇184.4 高壓配電系統(tǒng)主接線方式的選擇195 短路電流計算205.1 短路類型及其發(fā)生的原因和危害205.2 短路電流計算目的及方法206 電氣設(shè)備及其選擇266.1 導(dǎo)體和電氣設(shè)備選擇的一般原則266.2 設(shè)備的選擇及校驗(yàn)296.2.1 35kV高壓設(shè)備的選擇與校驗(yàn)296.2.2 6kV設(shè)備的選擇與校驗(yàn)306.2.3 380V設(shè)備的選擇與校驗(yàn)316.3 母線和各電壓等級出線的選擇326.3.1 35kV進(jìn)線的選擇326.3.2 35kV母線的選擇336.3.3 6kV

10、高壓母線的選擇346.3.4 各車間變電所到6kV母線聯(lián)絡(luò)線的選擇357 工廠供配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)397.1 繼電保護(hù)的基本知識397.2 變電所二次回路方案的選擇與繼電保護(hù)的整定397.2.1 35kV變壓器的保護(hù)407.2.2 6kV變壓器的保護(hù)427.2.3 6kV母線的保護(hù)458 防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計478.1 變配電所和電力線路的防雷保護(hù)478.1.1變配電所的防雷措施478.1.2電力線路的防雷措施478.1.3防雷設(shè)備的選擇488.2 接地裝置的選擇488.2.1接地的概述488.2.2接地方案的確定50致謝51參考文獻(xiàn)52附錄521 緒論1.1工廠供電的意義和要求1.1.1

11、 工廠供電的意工廠供電，就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配，也稱工廠配電。眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其他形式的能量轉(zhuǎn)換而來也易于轉(zhuǎn)換為其他形式的能量以供應(yīng)用。電能的輸送和分配既簡單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化，而且現(xiàn)代社會的信息技術(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。因此電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。隨著工業(yè)電氣自動化技術(shù)的發(fā)展，工廠用電量的迅速增長，對電能的質(zhì)量、供電可靠性以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等要求也日益提高。一方面來說，工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)電氣化后，可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)力，降低生產(chǎn)成本，減

12、輕工人的勞動強(qiáng)度，改善工人的勞動條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果供電突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。例如某些對供電可靠性要求很高的工廠，即使是極短時間的停電，也會引起重大的設(shè)備損壞，或引起大量產(chǎn)品的報廢，甚至可能造成人身傷亡事故，給國家和人民帶來經(jīng)濟(jì)上甚至生態(tài)環(huán)境上或政治上的重大損失。 因此，供電設(shè)計是否完善，不僅影響工廠的基本建設(shè)投資、運(yùn)行費(fèi)用和有色金屬消耗量，而且也反映到工廠供電可靠性和工廠的安全生產(chǎn)上，它與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)備和人身安全等是密切相關(guān)的。做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化具有十分重要的意義。1.1.2 工廠供電的要求 工廠供電工作

13、要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實(shí)保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能和環(huán)保工作，就必須達(dá)到以下基本要求：1）安全 2）可靠 3）優(yōu)質(zhì) 4）經(jīng)濟(jì) 。 此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧局部和當(dāng)前的利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。1.2 工廠供電的發(fā)展現(xiàn)狀變電站是電力系統(tǒng)中的個重要環(huán)節(jié)，它的運(yùn)行情況直接影響到電力系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而個變電站運(yùn)行情況的優(yōu)劣，在很大程度上取決于其二次設(shè)備的工作性能。要提高變電站運(yùn)行的可靠性及經(jīng)濟(jì)性，一個最基本的方法就是提高變電站運(yùn)行管理的自動化水平，實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動化，所謂變電站綜合自動化，就是廣泛采用微機(jī)保護(hù)和微

14、機(jī)遠(yuǎn)動技術(shù)，分別采集變電站的模擬量、脈沖量、開關(guān)狀態(tài)量及一些非電量信號，經(jīng)過功能的重新組合，按照預(yù)定的程序和要求實(shí)現(xiàn)變電站監(jiān)視、測量、協(xié)調(diào)和控制自動化的集合體和全過程，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和資源共享，使變電站設(shè)計簡捷、布局緊湊，使變電站的運(yùn)行更加安全可靠。變電站自動化系統(tǒng)的基本功能包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算和處理、越限和狀態(tài)監(jiān)視、開關(guān)操作控制和閉鎖、與繼電保護(hù)交換信息、自動控制的協(xié)調(diào)和配合、與變電站其他自動化裝置交換信息和與調(diào)度控制中心或集控中心通信等。目前應(yīng)用較廣泛的變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要有三種類型。 （1） 集中式 （2） 分散與集中相結(jié)合 （3）全分散式 變電站自動化的發(fā)展，使供電可靠

15、性有了很大的提高，但是，要進(jìn)一步縮短故障停電時間，很大一部分取決于饋線自動化的發(fā)展。必須在饋電線路上裝設(shè)電動開關(guān)，配置饋線終端設(shè)備FTU，對一些分支線路，還應(yīng)裝設(shè)故障指示器，并利用通信系統(tǒng)，向系統(tǒng)提供饋線運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)，執(zhí)行系統(tǒng)下達(dá)的饋線開關(guān)遙控操作命令。非線性負(fù)載、電動機(jī)直接起動、不平衡負(fù)載、焊接設(shè)備以及家用電器設(shè)備增多，降低了電壓質(zhì)量。電壓質(zhì)量對現(xiàn)代電子設(shè)備及計算機(jī)系統(tǒng)影響極大。為此，提出系統(tǒng)應(yīng)對電壓進(jìn)行連續(xù)測量和質(zhì)量分析，噪聲越限告警。同時，要根據(jù)實(shí)際需要選擇不同的無功補(bǔ)償方式。集成化、智能化和綜合化是一發(fā)展趨勢 。早期配電自動化的實(shí)施采用發(fā)展獨(dú)立的、單項自動化系統(tǒng)來解決問題，如直接的負(fù)

16、荷控制、大用戶的遠(yuǎn)程抄表等，由于配電自動化的功能之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)，其中大部分要求很難滿足，且還無法克服在擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模時確認(rèn)所需投資的合理性所遇到的困難。這種按"功能定向"的方法，已造成綜合化水平非常低并帶來若干反面影響，如功能重疊、數(shù)據(jù)的重復(fù)、靈活性很差和維修費(fèi)用高等。另外，配電自動化系統(tǒng)作為一個龐大復(fù)雜的、綜合性很高的系統(tǒng)性工程，包含眾多的設(shè)備和子系統(tǒng)，各功能、子系統(tǒng)之間存在著不同程度的關(guān)聯(lián)，其本身及其所用技術(shù)又處于不斷發(fā)展之中，對任一家制造商而言，根本不可能包攬一切。在饋線自動化方面，現(xiàn)有饋線終端設(shè)備不僅具有常規(guī)的遙測、遙信和遙控功能，且還集成了自動重合閘、饋線

17、故障檢測和電能質(zhì)量的一些參數(shù)的檢測功能，甚至集成了斷路器的監(jiān)視功能，且有進(jìn)一步與斷路器、開關(guān)相結(jié)合，機(jī)電一體化，發(fā)展成為智能化開關(guān)的趨勢。顯著地降低了建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)的綜合成本，為提高供電可靠性，創(chuàng)造了有利的條件。 1.3 工廠供電設(shè)計應(yīng)遵循的一般原則及基本內(nèi)容1.3.1 工廠供電設(shè)計應(yīng)遵循的一般原則 工廠供電設(shè)計必須遵守國家有關(guān)法令、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，執(zhí)行國家的有關(guān)方針、政策，如節(jié)約有色金屬，以鋁代銅，采用低能耗設(shè)備以節(jié)約能源等。必須從全局出發(fā)，按照負(fù)荷的等級。用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電規(guī)劃統(tǒng)籌規(guī)劃，合理確定整體設(shè)計方案。 工廠供電設(shè)計應(yīng)做到供電可靠、保證人身安全和設(shè)備安全。要求供電電能質(zhì)

18、量合格、優(yōu)質(zhì)、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。設(shè)計應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的效率高、能耗低、性能先進(jìn)的設(shè)備。應(yīng)根據(jù)整個工程的特點(diǎn)、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理工程的近、遠(yuǎn)期的建設(shè)發(fā)展關(guān)系，以近期為主，遠(yuǎn)、近結(jié)合，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能性。1.3.2 工廠供電設(shè)計的基本內(nèi)容 在設(shè)計工廠供配電所系統(tǒng)時，須遵照以下程序進(jìn)行。1.負(fù)荷調(diào)查 2.電力負(fù)荷計算 3.確定供電電源 4.各級變電所主接線選擇設(shè)計 5.短路電流計算 6.導(dǎo)線及電氣設(shè)備選擇 7.工廠內(nèi)部配電系統(tǒng)設(shè)計 8.繼電保護(hù)和二次接線設(shè)計 9.防雷保護(hù)和接地裝置選擇計算 10.繪制變配電所主接線圖、平面圖 綜合前述設(shè)計結(jié)果。參照國家有關(guān)規(guī)定規(guī)程，進(jìn)行變配電裝置的總體布

19、置。2 負(fù)荷計算及無功補(bǔ)償工廠供電系統(tǒng)負(fù)荷計算的目的是確定工廠最大負(fù)荷，作為按允許發(fā)熱條件選擇供電變壓器、輸電線路導(dǎo)線及開關(guān)電器等電氣設(shè)備的依據(jù)。電力負(fù)荷計算的方法主有很多。需要系數(shù)法計算簡單對任何工業(yè)企業(yè)都適用，特別適用長期工作制用點(diǎn)設(shè)備占主要負(fù)荷的車間，計算結(jié)果基本符合實(shí)際。 計算負(fù)荷是用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值。由于載流導(dǎo)體一般通電半小時（30min）后即可達(dá)到穩(wěn)定的溫升值，因此通常取“半小時最大負(fù)荷”作為按發(fā)熱條件選擇電氣元件的計算負(fù)荷。有功計算負(fù)荷表示為， 無功計算負(fù)荷表示為，視在計算負(fù)荷表示為，而計算電流表示為。用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定，此處采用的是需要系數(shù)法。2.

20、1電氣設(shè)備額定容量的確定1.長期工作制電動機(jī)的設(shè)備容量等于其銘牌上的額定功率2.反復(fù)短時間工作制電動機(jī)： 1）起重機(jī)電動機(jī)組應(yīng)統(tǒng)一換算為時的額定容量 ； （2-1） 2）電焊機(jī)組應(yīng)統(tǒng)一換算為， ； （2-2） 3)電爐變壓器的額定容量是指額定功率因數(shù)下的有功功率， 。 （2-3） 4）照明用電設(shè)備的額定容量等于燈具上標(biāo)出的額定功率，即以上式中（單位為KW）和（單位為KVA）為對應(yīng)于銘牌負(fù)荷持續(xù)率的銘牌（額定）容量，為額定功率因數(shù)。2.2 用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定2.2.1 單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式 1）有功計算負(fù)荷（單位為KW）的計算公式 （2-4） 式中 用電設(shè)備總的設(shè)備容量（不含備用

21、設(shè)備容量）。 用電設(shè)備組需要系數(shù)。 2）無功計算負(fù)荷（單位為Kvar）的計算公式 （2-5） 式中 對應(yīng)于用電設(shè)備組功率因數(shù)的正切值。 3）視在計算負(fù)荷（單位為KVA）的計算公式 （2-6） 4）計算電流（單位為A）的計算公式為 （2-7） 式中 用電設(shè)備組的額定電壓（單位為KV） 2.2.2 多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式 1）有功計算負(fù)荷（單位為KW）的計算公式 （2-8） 式中 所有設(shè)備組有功計算負(fù)荷之和； 有功負(fù)荷同時系數(shù)，可取0.850.95，此處取0.9。 2）無功計算負(fù)荷（單位為Kvar）的計算公式 （2-9） 式中 所有設(shè)備無功計算負(fù)荷之和； 無功負(fù)荷同時系數(shù)，可取0.9097

22、，此處取0.9。 3）視在計算負(fù)荷（單位為KVA）的計算公式 （2-10） 4）計算電流（單位為A）的計算公式為 （2-11） 式中 用電設(shè)備組的額定電壓（單位為KV）2.3車間用電設(shè)備計算負(fù)荷的確定 工廠計算負(fù)荷是選擇工廠電源進(jìn)線及主要電氣設(shè)備包括變壓器的基本依據(jù)，也是計算工廠功率因數(shù)及無功補(bǔ)償容量的基本依據(jù)。2.3.1 380V車間負(fù)荷計算1）各380V車間有功功率計算負(fù)荷車間變電所：車間變電所：車間變電所：車間變電所：車間: 2）各380V車間無功功率計算負(fù)荷車間變電所： 車間變電所：車間變電所：車間變電所： 車間變電所：3）各380V車間視在功率計算負(fù)荷車間變電所：車間變電所：車間變電

23、所：車間變電所：車間變電所：4）各380V車間變電所計算電流車間變電所： 車間變電所： 車間變電所： 車間變電所： 車間變電所： 5) 380V側(cè)總負(fù)荷計算380V側(cè)總有功功率:380V側(cè)總無功功率:380V側(cè)總視在功率：380V側(cè)總計算電流： 2.3.2 6kV車間計算負(fù)荷 1）有功功率計算負(fù)荷 電弧爐： 工頻爐： 空壓機(jī)： 2）無功功率計算負(fù)荷 電弧爐： 工頻爐： 空壓機(jī)： 3）視在功率計算負(fù)荷 電弧爐： 工頻爐： 空壓機(jī)： 4）計算電流 電弧爐： 工頻爐： 空壓機(jī)： 5）6kV側(cè)總計算負(fù)荷 6kV側(cè)有功功率： 6kV側(cè)有功功率： 6kV側(cè)視在功率： 6kV側(cè)計算電流：2.3.3變壓器損耗

24、計算 對于的低損耗變壓器，估算式為 （2-12） 有功功率和無功功率損耗在選擇了變壓器的型號和額定容量之后，計算式為 （2-13） （2-14）式中 : 負(fù)荷系數(shù)，；變壓器空載損耗，kW；變壓器短路損耗，kW；變壓器空載電流百分值；變壓器短路電壓百分值；計算容量，kVA；變壓器額定容量，kVA。2.3.4總降壓變電所二次側(cè)計算負(fù)荷 總降壓變電所變壓器二次側(cè)的有功功率為 無功功率為 視在功率為 計算電流為 不滿足供電部門對本廠的功率因數(shù)要求，需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。2.4無功功率補(bǔ)償及其計算2.4.1無功補(bǔ)償方法 在工廠中普遍采用并聯(lián)電容器人工補(bǔ)償，并聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)姆绞接幸韵氯N：1.高壓集中補(bǔ)償 2

25、.低壓集中補(bǔ)償 3.低壓分散補(bǔ)償。2.4.2無功功率補(bǔ)償容量的計算 無功功率補(bǔ)償容量的計算式 （2-15） 式中：無功補(bǔ)償率，可直接計算或查表求取，kVar/kW； 對應(yīng)于原來的功率因數(shù)的正切值，一般為0.60.7； 需要補(bǔ)償?shù)降墓β室驍?shù)正切值，一般為0.900.95. 考慮到主變壓器的無功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗，因此總降壓變電所二次側(cè)最大負(fù)荷是功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.9，暫取0.92來計算所需無功功率補(bǔ)償容量： 并聯(lián)電容器臺數(shù)的確定電容器實(shí)際容量Qc1與實(shí)際工作電壓U1平方成正比，即 （2-16） 式中：單只電容器的額定容量，kVar并聯(lián)數(shù)為，對于單相電容器，應(yīng)取3的整數(shù)倍，以便三相均衡分配。所以每

26、相并聯(lián)9個電容器，即2.5 全廠計算負(fù)荷全廠負(fù)荷計算表項 目 計算負(fù)荷 二次側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.76509044096734647.98二次側(cè)無功補(bǔ)償容量-3240二次側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.97509011695223502.58主變壓器功率損耗78.35313.3835KV側(cè)負(fù)荷總計0.965168.351482.385376.7488.703 變配電所及主變壓器的選擇 工廠供電的電源主要取自電力系統(tǒng)，其電壓主要根據(jù)工廠負(fù)荷大小、電源至工廠距離以及地區(qū)電網(wǎng)可能提供的電壓等級與有關(guān)電力部門協(xié)商確定。 工廠與電業(yè)部門所簽定的供用電協(xié)議主要內(nèi)容如下：工廠電源從電業(yè)部門某220/35kV變壓所，用35kV雙回

27、架空線引入本廠，兩個電源并列運(yùn)行，該變電所距廠東側(cè)8公里。3.1 變電所形式、位置、數(shù)量的確定 3.1.1 工廠總降壓變電所 1.工廠總降壓變電所布置形式 工廠總降壓變電所根據(jù)廠區(qū)范圍大小，負(fù)荷分布情況，全廠可以設(shè)一個或幾個，一般只設(shè)一個。工廠總降壓變電所一般采用獨(dú)立式，單獨(dú)設(shè)在工廠某個地區(qū)。工廠總降壓變電所35kV及以上高壓配電裝置一般采用屋外式配電裝置，但在個別情況下如大型冶煉廠、水泥廠、化工廠等釋放有害氣體、煙塵危害嚴(yán)重或受場地限制采用屋外裝置有困難時才采用屋內(nèi)配電裝置。工廠總降壓變電所610kV配電裝置一般采用屋內(nèi)配電裝置，無出線電抗器可采用單獨(dú)布置，有出線電抗器可采用二層布置或三層布

28、置。 2.工廠總降壓變電所位置的確定 工廠總降壓變電所的位置與供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性及電壓質(zhì)量有關(guān)，因此其位置確定很重要，要滿足變配電所所址選擇的原則。變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心。工廠的負(fù)荷中心按負(fù)荷功率矩法來確定。在工廠平面圖下邊和左側(cè)，任作一直角坐標(biāo)軸和軸，測出各車間和用電負(fù)荷點(diǎn)的坐標(biāo)位置，例如、等。而工廠的負(fù)荷中心設(shè)在，為，因此依照力學(xué)中計算重心的力矩方程，可以求得負(fù)荷中心的坐標(biāo)： （3-1） （3-2）測得五個車間變電所坐標(biāo)分別為（1.6、7.7）（4.6、7.0）（3.7、8.9）（5.9、9.0）（0.5、2.8）由于6kV變壓負(fù)荷中，電弧爐和工頻爐只給鑄鋼車間和鑄鐵車間供電

29、，其坐標(biāo)分別問（2.4、6.3）（5.4、6.5）；而空壓機(jī)是裝設(shè)在空壓站內(nèi)的，其坐標(biāo)為（5.2、9.0）。求得負(fù)荷中心點(diǎn)坐標(biāo)為（4.3、8、8）即負(fù)荷中心在空壓站的西邊，考慮到進(jìn)出線方便，決定在空壓站西側(cè)緊靠廠房建造總降壓變電所。3.2變壓器容量和臺數(shù)的選擇 工廠總降壓變電所變壓器一般采用三相雙繞組變壓器，當(dāng)廠區(qū)配電電壓同時有10kV和6kV時可采用三相三繞組變壓器。選擇變壓器型號時要優(yōu)先選擇用容量系列，這是國家標(biāo)準(zhǔn)電力變壓器所確定的容量系列，推廣采用低損耗電力變壓器如、等型號。在電網(wǎng)波動大且不能滿足用戶對電壓質(zhì)量要求的，根據(jù)需要選用有載調(diào)壓變壓器如、等型號。 一般正常環(huán)境的變電所可選用油浸

30、式變壓器（、系列）；在有腐蝕性氣體嚴(yán)重影響變壓器安全運(yùn)行場所，要選用防塵式或防腐蝕性變壓器，如系列全密封式變壓器，多層或高層主體建筑內(nèi)變電所宜選用不燃或難燃型防火變壓器，例如系列環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器或型變壓器。 在多雷區(qū)及土壤電阻率高的山區(qū)，宜選用防雷變壓器，例如等型變壓器3.2.1工廠總降壓變電所主變壓器的臺數(shù)和容量選擇 工廠總降壓變電所主變壓器的臺數(shù)和容量的選擇在很大程度上取決于負(fù)荷大小及其供電可靠性要求，同時應(yīng)考慮工廠發(fā)展規(guī)劃等要素與電氣主接線的選擇統(tǒng)籌安排。力求使變電所主接線簡單、運(yùn)行方便、供電可靠、節(jié)約電能及減少投資、變壓器臺數(shù)多則可靠性高，但設(shè)備投資大，年運(yùn)行費(fèi)用也要增加。因此，

31、在能夠滿足供電可靠性的條件下，選擇變壓器的臺數(shù)越少越好。 在本次設(shè)計中，工廠電源從電業(yè)部門某220/35kV變壓所，用35kV雙回架空線引入本廠，其中一個作為工作電源，一個作為備用電源。另外，本廠的負(fù)荷性質(zhì)為二級負(fù)荷，所以裝設(shè)兩臺主變壓器。 因此選用兩臺S9-6300/35型低損耗電力變壓器。 工廠總降壓變電所電壓等級為35kV，為中性點(diǎn)不接地電力系統(tǒng)，因此主變壓器應(yīng)選擇聯(lián)結(jié)組為的接線。3.2.2車間變電所變壓器臺數(shù)和容量的選擇 車間變電所變壓器臺數(shù)和容量的選擇原則與工廠總降壓變電所的基本相同，即在保證電能質(zhì)量的要求下，應(yīng)盡量減少投資，運(yùn)行費(fèi)用和有色金屬的消耗量。根據(jù)任務(wù)書的要求，、車間變電所

32、設(shè)置兩臺變壓器外，其余設(shè)置一臺變壓器。1.在車間變電所，380V的計算負(fù)荷為1231kVA，選用兩臺變壓器時，即有， 因此選用兩臺型銅線配電變壓器。2.在車間變電所，380V的計算負(fù)荷為698.6kVA，選用兩臺變壓器時，即有，因此選用兩臺型銅線配電變壓器。3.在車間變電所，380V的計算負(fù)荷為822.16kVA，選用一臺變壓器時，即有=（1.151.4）×822.16（945.481151），因此選用型銅線配電變壓器。4.在車間變電所，380V的計算負(fù)荷為757.98kVA，選用一臺變壓器時，即有=（1.151.4）×757.98=（871.681061.17），因此選用

33、型銅線配電變壓器。5.在車間變電所，380V的計算負(fù)荷為358.7kVA，選用一臺變壓器時，即有=（1.151.4）×358.7=（408.92502.18），因此選用型銅線配電變壓器。4 變電所主接線方案的設(shè)計4.1 變配電所主接線方案的設(shè)計原則與要求 變電所的電氣主接線是變配電所電氣部分的主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它與電力系統(tǒng)供電電源情況、工廠負(fù)荷對供電可靠性的要求、配電裝置的布置、繼電保護(hù)自動裝置和控制方式的擬定都有決定性關(guān)系。因此，電氣主接線的合理設(shè)計，必須綜合處理好各方面因素，經(jīng)過技術(shù)論證比較后方可確定。 對電氣主接線的基本要求是安全、可靠、靈活、經(jīng)濟(jì)性。

34、4.2 變配電所常用電氣主接線1、單母線接線 單母線接線是比較簡單的接線方式，單母線接線又分為單母線不分段接線、用隔離開關(guān)分段的單母線接線和用高壓斷路器分段的單母線接線三種形式，如圖所示單母線接線的每一回進(jìn)線和出線，都是經(jīng)過斷路器和隔離開關(guān)接到母線上。 圖4.1 單母線接線 斷路器的作用是用于切、合正常負(fù)荷電流和切斷短路電流。所以斷路器應(yīng)具有足夠的滅弧能力。 隔離開關(guān)有兩種，靠近母線側(cè)的稱為母線隔離開關(guān)，作為檢修斷路器時隔離母線電源之用；靠近線路側(cè)的稱為線路隔離開關(guān)，作為斷路器檢修時，隔離供電線路電源防止用戶反向送電，以及架空線路遭受雷電過電壓時用以保證檢修人員安全。所以，僅在有可能出現(xiàn)危機(jī)人

35、員安全的電壓時，才裝設(shè)線路隔離開關(guān)。 1）單母線不分段接線 單母線不分段接線的優(yōu)點(diǎn)：接線簡單清晰，使用設(shè)備少，經(jīng)濟(jì)性比較好。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，誤操作是造成系統(tǒng)故障的重要原因之一，主接線簡單，操作人員發(fā)生錯誤操作的可能性小，因而接線簡單也是評價主接線的條件之一。 單母線的缺點(diǎn)：可靠性和靈活性差。例如當(dāng)母線或隔離開關(guān)發(fā)生故障或進(jìn)行檢修時，必須斷開所有回路的電源，造成對全部用戶供電中斷。但當(dāng)某一出線發(fā)生故障或檢修出線斷路器時，可只中斷對該出線上用戶的供電，而不影響其他用戶，所以仍具有一定的可靠性。 適用范圍：可用于對供電連續(xù)性要求不高的三級負(fù)荷用戶，或有備用電源的二級負(fù)荷用戶。2）單母線分段接線 為了克

36、服上述缺點(diǎn)，可用隔離開關(guān)或斷路器將單母線分段，如圖所示，當(dāng)用隔離開關(guān)分段時，如需檢修母線或母線隔離開關(guān)，可將分段隔離開關(guān)斷開后分段進(jìn)行。當(dāng)母線發(fā)生故障時，經(jīng)過短時倒閘操作將故障切除，非故障段仍可繼續(xù)運(yùn)行，對1/2的用戶僅短時中斷供電。若用斷路器分段時，除仍具有可將分段檢修母線的優(yōu)點(diǎn)外還可在母線或母線隔離開關(guān)發(fā)生故障時，同時自動斷開母線分段斷路器和進(jìn)線斷路器，以保證非故障部分連續(xù)供電。但是，上述兩種單母線分段接線存在共同缺點(diǎn)，即在母線檢修或發(fā)生故障時，仍有50%左右的用戶停電；出線斷路器檢修仍對該出線上的用戶停電。 為了進(jìn)一步縮小停電范圍，單母線可采用多分段（如三分段）接線方式，對重要用戶可由兩

37、端母線同時供電，以提高供電可靠性。 適用范圍：在有兩回進(jìn)線電源的條件下，采用單母線分段接線較為優(yōu)越。特別是備用電源自動重合閘裝置的采用，更能提高單母線用斷路器分段接線的供電可靠性。目前，單母線分段已廣泛用于10kV及以下的變配電所。2. 橋形接線 圖4.2橋形接線 對于具有兩回電源進(jìn)線和兩臺變壓器的降壓變電所，可考慮采用橋形接線。它是由單母線分段演變而成的一種更簡單、經(jīng)濟(jì)并具有相當(dāng)可靠性的接線方式。橋形接線的接線特點(diǎn)是：用一組橫向?qū)Ь€（包括斷路器、隔離開關(guān)）將兩回線路 和兩臺變壓器橫向連接起來。橫向?qū)Ь€謂之跨“橋”，并省掉線路側(cè)（或變壓器側(cè)）的斷路器。因而四個回路只需用三個斷路器，如圖所示 根

38、據(jù)跨接“橋”連接位置和省掉斷路器的回路之不同，又分內(nèi)橋接線和外橋接線。 1）內(nèi)橋接線 此接線跨橋連接靠近變壓器側(cè)，省掉變壓器回路的斷路器，僅裝隔離開關(guān)，其優(yōu)點(diǎn)是： 當(dāng)檢修任一回電源進(jìn)線或線路斷路器時，另一線路和兩臺變壓器仍可繼續(xù)供電，例如檢修圖中的1DL時，可將1DL斷開，然后拉開G1、G2即可安全檢修，而變壓器1B、可由L2繼續(xù)供電；當(dāng)任一回線路故障時，僅斷開該故障線路，而其他回路繼續(xù)正常工作，如L1發(fā)生短路故障，1DL由繼電保護(hù)動作跳閘，故障線路切除，L2、1B、2B仍繼續(xù)，不中斷供電。 但當(dāng)任一臺變壓器檢修或發(fā)生故障時，則需先斷開一回線路，經(jīng)倒閘操作后才能恢復(fù)供電，例如檢修1B，應(yīng)先斷開

39、1DL、3DL，之后拉開3G，再合入1DL、3DL，方能恢復(fù)對L1的正常工作. 根據(jù)上述特點(diǎn)，內(nèi)橋接線適用于具有以下條件的變電所：供電線路較長，線路故障幾率多；負(fù)荷比較平穩(wěn)，主變壓器不經(jīng)常切換退出工作的；沒有穿越功率的終端降壓變電所。2） 外橋接線 外橋接線的優(yōu)點(diǎn)是：對變壓器回路的操作非常方便，任一變壓器檢修或發(fā)生故障時還能保證三個回路正常運(yùn)行。但任一線路發(fā)生故障時，則只能維持兩個回路正常運(yùn)行，另一回路將短時停電，經(jīng)倒閘操作后才能恢復(fù)供電。外橋接線適用于以下條件的降壓變電所：供電線路短，線路故障率少；工廠負(fù)荷變化大，變壓器操作頻繁；有穿越功率流經(jīng)中間變電所。采用外橋接線，工廠降壓變電所運(yùn)行方式

40、的變化不影響公共電力系統(tǒng)的功率潮流。4、 線路變壓器組單元接線 在工廠變電所中，當(dāng)只有一回電源供電線路和一臺（兩臺）變壓器時，可采用線路變壓器組單元接線，如圖所示。這種接線根變壓器據(jù)高壓側(cè)情況的不同，可裝設(shè)不同的開關(guān)電器。當(dāng)電源側(cè)繼電保護(hù)裝置能保護(hù)變壓器且靈敏度滿足要求時，變壓器高壓側(cè)可只裝設(shè)隔離開關(guān)；當(dāng)變壓器高壓側(cè)短路容量不超過高壓熔斷器短路容量，而又允許采用高壓熔斷器保護(hù)變壓器時，變壓器高壓側(cè)可裝設(shè)跌落式熔斷器或負(fù)荷開關(guān)熔斷器；一般情況下，在變壓器高壓側(cè)裝設(shè)隔離開關(guān)和斷路器。 線路變壓器組單元接線的優(yōu)點(diǎn)是接線簡單、電氣設(shè)備少、配電裝置簡單、節(jié)約建設(shè)投資和占地面積小。其缺點(diǎn)是：當(dāng)該單元中任一

41、個設(shè)備發(fā)生故障或檢修時，全部設(shè)備停止工作。但由于變壓器故障幾率小，高壓架空線的防雷保護(hù)比較完善，所以仍具有一定的供電可靠性。 圖4.3 線路-變壓器組單元4.3 總降壓變電所主接線方式的選擇 對于電源進(jìn)線電壓為35kV及以上的大中型工廠，通常是先經(jīng)工廠總降壓變電所將為610kV的高壓配電電壓，然后經(jīng)車間變電所，降為一般低壓用電設(shè)備所需的電壓如220V/380V。1.只裝設(shè)一臺主變壓器的總降壓變電所 這種主接線的一次側(cè)無母線、二次側(cè)為單母線，其特點(diǎn)是簡單經(jīng)濟(jì)，但供電可靠性不高，只適于三級負(fù)荷的工廠。 2.裝有兩臺主變壓器的總降壓變電所 1）一次側(cè)采用內(nèi)橋式接線、二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所

42、主接線圖如圖4.4所示。這種主接線，其一次側(cè)的高壓斷路器QF10跨接在兩路電源進(jìn)線之間，猶如一架橋梁，而且處在線路斷路器QF11和QF12的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器，因此成為“內(nèi)橋式”接線。這種主接線的運(yùn)行靈活性較好，供電可靠性較高，適用于一、二級負(fù)荷的工廠。如果某路電源例如WL1線路停電檢修或發(fā)生故障時，則斷開QF11，投入QF10（其兩側(cè)QS先合），即可由WL2恢復(fù)對變壓器T1的供電。這種內(nèi)橋式接線多用于電源線路較長因而發(fā)生故障和停電檢修的機(jī)會較多、并且變壓器不需要經(jīng)常切換的總降壓變電所。2)一次、二次側(cè)全部采用單母線分段的總降壓變電所的主接線圖如圖4.5所示。這種主接線兼有內(nèi)橋和外橋兩種橋式接線

43、線運(yùn)行靈活性的優(yōu)點(diǎn)，但采用的高壓開關(guān)設(shè)備較多?？晒┮?、二級負(fù)荷，適于一、二次側(cè)進(jìn)出線較多的總降壓變電所。圖4.4 一次側(cè)采用內(nèi)橋式接線、二次側(cè)采用 圖4.5一次、二次側(cè)全部采用單母線分段的 單母線分段的總降壓變電所主接線圖 總降壓變電所的主接線圖 4.4 高壓配電系統(tǒng)主接線方式的選擇 工廠、企業(yè)的高壓配電網(wǎng)絡(luò)，是指廠區(qū)內(nèi)有總變（配）電所到車間變電所1kV及以上的高壓電力線路。通常，高壓配電網(wǎng)絡(luò)的電壓采用10kV。當(dāng)經(jīng)濟(jì)論證確有顯著優(yōu)越性時，才采用6kV。配電線路結(jié)構(gòu)有架空線和電纜線，應(yīng)視廠區(qū)具體環(huán)境而定。 高壓配電網(wǎng)接線的基本原則如下。 供電可靠，電能質(zhì)量好，滿足生產(chǎn)要求。一級負(fù)荷應(yīng)有兩個獨(dú)立

44、電源；二級負(fù)荷一般要有兩個電源，可以手動切換，在條件困難時，允許只有一個電源。接線簡單靈活，便于維護(hù)操作。經(jīng)濟(jì)。投資少，年運(yùn)行費(fèi)用低。 應(yīng)考慮到負(fù)荷增長，預(yù)留必要的發(fā)展余地和分期建設(shè)的余地。 當(dāng)有兩回及以上電源進(jìn)線時，若其中任一進(jìn)線停電，其余進(jìn)線應(yīng)能承擔(dān)全部一級負(fù)荷及大部二級負(fù)荷用電，但一般不考慮當(dāng)一電源進(jìn)線發(fā)生故障或停電檢修時，另一電源進(jìn)線也同時發(fā)生故障的情況。5 短路電流計算5.1 短路類型及其發(fā)生的原因和危害 安全可靠供電是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的首要任務(wù)。而正常運(yùn)行的破壞絕大多數(shù)是由短路故障引起的。 電力系統(tǒng)根據(jù)中性點(diǎn)接地與否分為電力系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)及中性點(diǎn)接地系統(tǒng)。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，

45、相與相之間和在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中相與地之間都是通過負(fù)載連接的。所謂短路，是指相與相和相與地之間不通過負(fù)載而發(fā)生的直接連接故障。因此短路可分為三相短路、兩相短路、兩相接地短路（兩相短路后又與地相連）和單相接地短路（或簡稱單相短路）。 短路發(fā)生的主要原因是電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備載流部分絕緣損壞。引起絕緣損壞的原因有操作過電壓、雷擊過電壓、暴風(fēng)雨、絕緣材料老化、設(shè)備維護(hù)不周以及由于機(jī)械力引起的損傷等。 電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，系統(tǒng)的總阻抗減少，短路點(diǎn)及其附近各支路的電流較正常運(yùn)行時增大；系統(tǒng)中各點(diǎn)的電壓降低，離短路點(diǎn)越近電壓降低越嚴(yán)重。三相短路時，短路點(diǎn)電壓可能降到零。因此可招致下列嚴(yán)重危害。1. 元件發(fā)熱 2. 短路電流引起很大的機(jī)械應(yīng)力 3.破壞電氣設(shè)備的正常運(yùn)行 4.破壞系統(tǒng)穩(wěn)定5.干擾通信系統(tǒng) 5.2 短路電流計算目的及方法 工廠供電系統(tǒng)的設(shè)計和運(yùn)行不僅要考慮正常運(yùn)行狀態(tài)，還要考慮可能發(fā)生故障及非正常工作狀態(tài)。其中短路故障危害最大，短路的電流引起的電氣設(shè)備熱效應(yīng)和力效應(yīng)使設(shè)備損壞，電壓降落嚴(yán)重影響非