冶金工業(yè)廠35kV降壓變電站設(shè)計論文

1、. . . . 摘 要一間冶金工業(yè)廠如果對變配電系統(tǒng)進(jìn)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(zhì)量、保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本論文對變配電進(jìn)行全面的設(shè)計，容分四大部分。第一部分先從論文的背景和目的進(jìn)行闡述，然后對原始資料來進(jìn)行初步的分析，再確定好本論文的設(shè)計步驟。第二部分確定好冶金工業(yè)廠各部分的負(fù)荷，進(jìn)行精確的計算，通過無功補(bǔ)償來提高系統(tǒng)的功率因數(shù)減少電能的損耗。根據(jù)負(fù)荷的重要性和負(fù)荷的大小進(jìn)行初步的變壓器選擇和合理的主接線、供電線路的設(shè)計。第三部分主要是確保系統(tǒng)的安全，首先對系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行一系列的高低壓設(shè)備的選擇與校

2、驗，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。第四部分根據(jù)設(shè)計的要求，最后進(jìn)行防雷保護(hù)措施的選擇和接地裝置的設(shè)計，增加系統(tǒng)的安全性。在論文的最后還附上設(shè)計的圖紙和計算過程。關(guān)鍵詞：負(fù)荷計算、主接線設(shè)計、短路計算、配電裝置AbstractAMetallurgical Machinery factory if the transmission and distribution system have a sound planning, savings can be good, reasonable land use planning, reducing power loss, upgrade quality and e

3、nsure the normal operation of systems. In this paper, transmission and distribution of a comprehensive design, content is divided into four parts. The first part discussed the background and purpose, then the raw data to conduct a preliminary analysis, to determine a good step in the design of this

4、thesis. The second part of the metallurgical have plant to identify good part of the load, an accurate calculation, through the reactive power compensation system to improve the power factor to reduce the power loss. According to load the importance and the size of a reasonable load the main cables,

5、 power supply lines and preliminary design of the transformer choice. The third part is to ensure that the safety system, first of all, the system accurate short-circuit, and then be the basis of the current short-circuit current and impact of a series of high and low voltage equipment selection and

6、 validation to ensure the normal operation of systems. The fourth part of the design in accordance with the requirements of lightning protection measures for the final selection and ground equipment design, increased system security. In the final papers also include the design drawings and calculati

7、on process.Key words：Load calculation、Main wiring design、Short-circuit calculation 、Distribution Device51 / 57目 錄1 緒 論11.1 論文背景與目的11.2 論文研究方法11.3 供電設(shè)計的主要容12 負(fù)荷計算與無功功率補(bǔ)償22.1 負(fù)荷計算22.1.1 負(fù)荷計算的意義22.1.2 按需要系數(shù)法確定計算負(fù)荷22.1.3 6kV負(fù)荷計算32.1.4 NO.1NO.5變電所380V負(fù)荷計算32.2 無功補(bǔ)償計算42.2.1 確定補(bǔ)償容量42.2.2 補(bǔ)償后的功率因素63變壓器選擇與主接線

8、方案的設(shè)計83.1 選擇降壓變壓器83.1.1 35kV/6kV變壓器的選擇83.1.2 6kV/380V變壓器的選擇93.2 工廠主接線方案的比較103.2.1 工廠總降壓變電所高壓側(cè)主接線方式比較103.2.2 工廠總降壓變電所低壓側(cè)主接線方式比較103.2.3 工廠總降壓變電所供配電電壓的選擇113.3 總降壓變電所電氣主接線設(shè)計113.4 高低壓配電柜選擇114短路電流計算134.1 短路計算的意義134.2 短路計算135電氣設(shè)備選擇155.1 電氣設(shè)備選擇與校驗的條件與項目155.2 設(shè)備選擇155.2.1 斷路器的選擇155.2.2 隔離開關(guān)的選擇175.2.3 高壓熔斷器選擇1

9、85.2.4 電壓互感器的選擇195.2.5 電流互感器的選擇205.3 母線與各電壓等級出線選擇235.3.1 6kV母線的選擇235.3.2 選擇35kV線路導(dǎo)線255.3.3 6kV出線的選擇266繼電保護(hù)選擇與整定326.1 35kV側(cè)電壓互感器二次回路方案與繼電保護(hù)的整定326.1.1 35kV主變壓器保護(hù)326.1.2 6kV變壓器保護(hù)356.1.3 6kV母線保護(hù)366.1.4 6kV出線保護(hù)367防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計397.1 防雷保護(hù)設(shè)計397.2 接地裝置設(shè)計39結(jié) 論41參 考 文 獻(xiàn)42致 43附錄A 設(shè)計計算書44附錄B 主接線圖541緒論1.1 論文背景與目的電

10、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(zhuǎn)換為其它的能源，而且便于控制、管理和調(diào)度,易于實現(xiàn)自動化。在目前各種形式的能源中，電能具有如下特點(diǎn)：易于去其它形式的能源相互轉(zhuǎn)化；輸配電簡單經(jīng)濟(jì)；可以精確控制、調(diào)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(yīng)用，生產(chǎn)和輸配電能的電力工業(yè)相應(yīng)得到極大發(fā)展。本論文主要對冶金機(jī)械修造廠進(jìn)行全面的配電系統(tǒng)設(shè)計。1.2 論文研究方法對與冶金廠全廠總降壓變電站與配電系統(tǒng)設(shè)計這個題目，要結(jié)合基本理論的系統(tǒng)性與實用性，圍繞供電技術(shù)的基本知識來確認(rèn)工程設(shè)計的方法。對論文每一步都一定要遵循國家的線性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)來設(shè)計。 1.3 供電設(shè)計的主要

11、容供電系統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)電力用戶所處地理環(huán)境、地區(qū)供電條件、工程設(shè)計所提供的用電負(fù)荷資料進(jìn)行的。供電設(shè)計一般分兩個階段，可研設(shè)計階段和施工圖設(shè)計階段?？裳性O(shè)計主要落實供電電源與供電方式，確定供電系統(tǒng)的方案；施工圖設(shè)計階段是落實初步設(shè)計的方案具體繪制主接線圖。本篇設(shè)計論文的容有：先按照設(shè)計所提供的用電設(shè)備資料來計算負(fù)荷；通過進(jìn)行無功補(bǔ)償來提高系統(tǒng)的功率因素；根據(jù)負(fù)荷等級和計算負(fù)荷，選定供電電源、電壓等級和供電方式；根據(jù)環(huán)境和計算負(fù)荷來選擇變電所位置、變壓器數(shù)量和容量；確定變配電所的最佳主接線的方案；選擇并校驗電氣設(shè)備與配電網(wǎng)絡(luò)載流導(dǎo)體截面；繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計和參數(shù)整定計算；對系統(tǒng)進(jìn)行防雷設(shè)計和接地設(shè)

12、計；歸納設(shè)計的計算部分編成計算書；繪制供電系統(tǒng)主接線圖。2 負(fù)荷計算與無功功率補(bǔ)償2.1 負(fù)荷計算2.1.1負(fù)荷計算的意義計算負(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”作為發(fā)熱條件選擇電器元件的計算負(fù)荷。有功負(fù)荷表示為P30，無功計算負(fù)荷表示為Q30，計算電流表示為I30。用電設(shè)備組計算負(fù)荷的確定，在工程中常用的有需要系數(shù)法和二項式法。需要系數(shù)法是世界各個普遍應(yīng)用的確定計算負(fù)荷的基本方法，而二項式法應(yīng)用的局限性較大，主要應(yīng)用于機(jī)械加工企業(yè)。關(guān)于以概率輪為理論基礎(chǔ)而提出的用以取代二項式發(fā)達(dá)利用系數(shù)法，由于其計算

13、比較繁復(fù)而未能得到普遍應(yīng)用，所以只介紹需要系數(shù)法與二項式法。當(dāng)用電設(shè)備臺數(shù)多、各臺設(shè)備容量相差不甚懸殊時，宜采用需要系數(shù)法來計算。當(dāng)用電設(shè)備臺數(shù)少而容量又相差懸殊時，則宜采用二項式法計算。根據(jù)原始資料，用電設(shè)備臺數(shù)較多且各臺容量相差不遠(yuǎn)，所以選擇需要系數(shù)法來進(jìn)行負(fù)荷計算1。2.1.2 按需要系數(shù)法確定計算負(fù)荷 根據(jù)原始資料分析，本論文負(fù)荷是多組用電設(shè)備計算，所以，要根據(jù)多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式來計算。 有功計算負(fù)荷的計算公式9：(2.1)式中所有設(shè)備組有功計算負(fù)荷P30之和；有功符合同時系數(shù)，本文資料有提供為0.9 無功計算符合（單位為kVar）的計算公式： (2.2)式中對應(yīng)于用電設(shè)備

14、組功率因數(shù)的正切值，本設(shè)計資料有提供。視在計算負(fù)荷（單位為kVA）的計算公式：(2.3) 計算電流（單位為A）的計算公式：(2.4)2.1.3 6kV負(fù)荷計算6kV車間包括鑄鋼車間、鑄鐵車間、空壓站，我們可以根據(jù)需要系數(shù)法計算各車間的有功功率、無功功率、容量與工作電流。計算過程在附錄A設(shè)計計算書中。把所有結(jié)果歸納得出下面的表2.1。2.1.4 NO.1NO.5變電所380V負(fù)荷計算380V變電所包括：1號車間：鑄鋼車間。2號車間：鑄鐵車間、砂庫。3號車間：鉚焊車間、1#水泵房。4號車間：空壓站、機(jī)修車間、鍛造車間、木型車間、制材場、綜合樓。5號車間：鍋爐房、2#水泵房、倉庫（1、2）、污水提升

15、機(jī)。根據(jù)以上的公式，我們可以算出各車間變電所的負(fù)荷，計算過程在附錄A設(shè)計計算書中。結(jié)果所得工廠各車間負(fù)荷情況與車間變電所的容量見表2.2。表2.1 各車間6kV負(fù)荷結(jié)果表序號車間（單位）名稱高壓設(shè)備名稱設(shè)備容量(kW)Kdcostg計算負(fù)荷P30(kW)Q30(kVar)S30(kVA)I30(A)1鑄鋼車間電弧爐212500.90.870.5720251154.32330.9224.32鑄鐵車間工頻爐22000.80.90.48288138.2319.4630.73空壓站空壓機(jī)22500.850.850.62382.5237.2450.0543.3小計2695.51529.63099.329

16、8.2表2.2 各車間380V負(fù)荷結(jié)果表序號車間（單位）名稱設(shè)備容量(kW)Kdcostg計算負(fù)荷車間變電所代號變壓器臺數(shù)與容量（kVA）P30(kW)Q30(kVar)S30(kVA)I30(A)1鑄鋼車間20000.40.651.17720842.41108.21684No.12_2鑄鐵車間10000.40.71.02360367.2514.2781No.21_砂庫1100.70.61.3369.392.2115.3175小計（K=0.9）429.3459.4628.89553鉚焊車間12000.30.451.98324641.5718.41091No.31_1#水泵房280.750.80

17、.7518.914.223.635.9小計（K=0.9）342.9655.7739.911244空壓站3900.850.750.88298.4263.1397.7604No.4機(jī)修車間1500.250.651.1733.7539.4851.978.9鍛造車間2200.30.551.5259.490.3108104.2木型車間1860.350.61.3358.677.997.5148.1No.41_制材場200.280.61.335.046.78.3812.7綜合樓200.91016.2016.224.6小計（K=0.9）471.3477.5670.910195鍋爐房3000.750.80.75

18、202.5151.9253.1384.5No.51_2#水泵房28280.80.7518.914.223.635.9倉庫（1、2）880.30.651.1723.7627.836.655.5污水提升機(jī)140.650.80.758.196.1410.2415.6小計（K=0.9）253.4200322.8490.42.2 無功補(bǔ)償計算2.2.1確定補(bǔ)償容量 根據(jù)本資料所給的條件：工廠最大負(fù)荷時的功率因數(shù)值在0.9以上，所以必需采用并聯(lián)電容器來采取無功補(bǔ)償。 供電系統(tǒng)中裝設(shè)無功功率補(bǔ)償裝置以后，對前面線路和變壓器的無功功率進(jìn)行了補(bǔ)償，從而使前面線路和變壓器的無功計算負(fù)荷、視在計算負(fù)荷和計算電流得以

19、減小，功率因素得以提高2。補(bǔ)償前功率因數(shù)：(2.5)補(bǔ)償后功率因數(shù)：根據(jù)系統(tǒng)要求，變壓器高壓側(cè)的功率因數(shù)應(yīng)大于0.9。因此變電所低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)可?。貉a(bǔ)償容量：(2.6)取標(biāo)準(zhǔn)值Qc=2700kvar。根據(jù)上面的計算可以初步選出主變壓器：可選變壓器S9-6300/35。補(bǔ)償后總降壓變電所低壓側(cè)計算負(fù)荷：有功功率補(bǔ)償前后不變：無功功率變化為：視在功率變化為：其中Qc為無功補(bǔ)償。損耗計算：變壓器是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，在轉(zhuǎn)換能量過程中必然同時產(chǎn)生損耗。變壓器的損耗可以分為鐵損耗和銅損耗。變壓器的基本鐵損耗就是主磁通在鐵心中引起的磁滯損耗和渦流損耗。變壓器的基本銅損耗是指電流流過時所產(chǎn)生的直流電阻

20、損耗。我們可以同過查詢變壓器得到空載損耗和短路損耗，也就是鐵損耗和銅損耗。通過查閱文獻(xiàn)3，4043，可得功率損耗公式：(2.7)鐵損耗 銅損耗 有功功率損耗 負(fù)載系數(shù)負(fù)載系數(shù)可以通過系統(tǒng)最大工作電流與變壓器最大工作電流的比計算得出，通過查閱變壓器的數(shù)值可以得出：無功功率的計算：一臺變壓器的空載無功功率的損耗計算公式為：(2.8)變壓器空載電流。(2.9)-變壓器阻抗電壓。根據(jù)上面2個公式相加便得出無功功率損耗如下：(2.10)2.2.2 補(bǔ)償后的功率因素總降壓變電所高壓母線計算負(fù)荷高壓側(cè)平均功率因數(shù)為：滿足要求。 一般此類系統(tǒng)采用并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償。即在6kV母線上每相設(shè)計3個型號為BWF6.

21、3-100-1(額定容量為100kVar)的并聯(lián)電容補(bǔ)償器。3 變壓器選擇與主接線方案的設(shè)計3.1 選擇降壓變壓器一般正常環(huán)境的變電所，可以選用油浸式變壓器，且應(yīng)優(yōu)先選用S9、S11等系列變壓器。在多塵或由腐蝕性氣體嚴(yán)重影響變壓器安全運(yùn)行的場所，應(yīng)選用S9-M、S11-M。R等系列全密封式變壓器。多層或高層建筑的變電所，宜選用SC9等系列環(huán)氧樹脂注干式變壓器或SF6充氣型變壓器。根據(jù)本論文給出的條件我們可以選用油浸式變壓器2。3.1.1 35kV/6kV變壓器的選擇主變壓器臺數(shù)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求進(jìn)行選擇。當(dāng)符合下列條件之一時，宜裝設(shè)兩臺以上主變壓器。l 有大量一級或二級負(fù)荷l 季節(jié)

22、性符合變化較大，適于采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。l 集中符合較大，例如大于1250kVA時本冶金廠最大視在功率達(dá)到5325.2kVA，且屬于2級負(fù)荷，應(yīng)裝設(shè)2臺變壓器。由于本廠有2回35kV進(jìn)線，即有兩個進(jìn)線電源，根據(jù)前面所選擇的主結(jié)線方案，如果采用2臺變壓器，則能滿足供電可靠性、靈活性的要求。如果裝設(shè)1臺變壓器，投資會節(jié)省一些，但一旦出現(xiàn)1臺主變故障，將會造成全廠失壓從而造成巨大的損失。為避免前述情況的出現(xiàn)，充分利用雙電源的作用，所以選擇安裝2臺主變。對于380kV的系統(tǒng)中，我們可以從資料的圖中得出車間1里面有2個配電所，其他4個車間都只有1個配電所，因此我們可以根據(jù)每個車間的符合來選擇變壓器來進(jìn)行降

23、壓 4。本廠的最大視在功率：考慮到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、將來擴(kuò)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(fù)荷。參數(shù)見下表3.1相應(yīng)部分4：表3.135kV 200012500kVA S9系列雙繞組壓變壓器技術(shù)參數(shù) 項目容量(kVA)電壓組合聯(lián)結(jié)組標(biāo)號空載電流(%)短路阻抗(%)空載損耗(kW)負(fù)載損耗(kW)高壓(kV)高壓分接圍(%)低壓(kV)20003522.56.310.5Yd110.86.53.2016.8025000.83.8019.5031503538.50.87.04.5022.5040000.85.4027.

24、0050000.76.5031.0063006.36.610.5110.77.57.9034.508000YNd110.811.5045.00100000.813.6053.00125000.78.016.0063.00表3.2 S9系列銅線配電變壓器的主要技術(shù)數(shù)據(jù)項目容量(kVA)電壓組合聯(lián)結(jié)組標(biāo)號空載電流(%)短路阻抗(%)空載損耗(W)負(fù)載損耗(W)高壓(kV)低壓(kV)40010.5106.360.4Dyn1134870420050031030495063035130049508002.51400750010001.7170092003.1.2 6kV/380V變壓器的選擇 通過上面

25、負(fù)荷計算，我們可以得到380V那5個車間的最大視在功率：S30NO。1=1108.2kVA，可以選擇2個S9-630/10(6)變壓器，分別裝進(jìn)車間1的2個配電房；S30NO。2=628.8kVA，可以選擇1個S9-800/10(6)變壓器裝進(jìn)車間2的配電房；S30NO。3=739.9kVA，可以選擇1個S9-800/10(6)變壓器裝進(jìn)車間3的配電房；S30NO。4=670.9kVA，可以選擇1個S9-800/10(6)變壓器裝進(jìn)車間4的配電房；S30NO。5=322.8kVA，可以選擇1個S9-400/10(6)變壓器裝進(jìn)車間5的配電房。參數(shù)見上面圖表3.21：3.2 工廠主接線方案的比較

26、3.2.1工廠總降壓變電所高壓側(cè)主接線方式比較從原始資料可知工廠的高壓側(cè)僅有2回35kV進(jìn)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(yùn)行，且線路長度較短，只有8km。因此將可供選擇的方案有如下三種： 1、單母線分段。該接線方式的特點(diǎn)是結(jié)線簡單清晰、運(yùn)行操作方便、便于日后擴(kuò)建、可靠性相對較高，但配電裝置占地面積大，斷路器增多投資增大。根據(jù)本廠的實際情況進(jìn)線僅有2回，其中一回為工作，另一回備用，擴(kuò)建可能性不大。故此沒有必要選擇單母線分段這種投資相對較大的接線方式；2、橋。該接線方式的特點(diǎn)是需用斷路器和其它設(shè)備少，占地面積和所需投資相對較少，但可靠性不太高；適用于輸電線

27、路較長，故障機(jī)率較高，而變壓器又不需經(jīng)常切換時采用。根據(jù)本廠特點(diǎn)輸電線路僅8km，出現(xiàn)故障的機(jī)率相對較低，因此該接線方式不太合適。3、外橋。該接線方式的特點(diǎn)是需用斷路器和其它設(shè)備少，占地面積和所需投資相對較少，但可靠性不太高；適用于較短的輸電線路，故障機(jī)率相對較低，而變壓器又需經(jīng)常切換，或系統(tǒng)有穿越功率流經(jīng)就較為適宜。而輸送本廠電能的輸電線路長度僅8km，出現(xiàn)故障的機(jī)會較少，因此，該接線方式比較合適。通過上述接線方式比較，選擇C即外橋的接線方式4。3.2.2 工廠總降壓變電所低壓側(cè)主接線方式比較 考慮到本廠低壓側(cè)的負(fù)荷較大和出線較多，以與便于日后饋線的增擴(kuò)，決定選擇有匯流母線的接線方式，具體方

28、案論證如下：A、單母線。具有接線簡單清晰、設(shè)備少、投資相對小、運(yùn)行操作方便，易于擴(kuò)建等優(yōu)點(diǎn)，但可靠性和靈活性較差，故不采用；B、單母線隔離開關(guān)分段。具有單母線的所有優(yōu)點(diǎn)，且可靠性和靈活性相對有所提高，用隔離開關(guān)分段雖然節(jié)約投資，但隔離開關(guān)不能帶負(fù)荷拉閘，對日后的運(yùn)行操作等帶來相當(dāng)多的不便，所以不采用；C、單母線用斷路器分段。具有單母線隔離開關(guān)分段接線的所有優(yōu)點(diǎn)，而且可帶負(fù)荷切合開關(guān)，便于日后的運(yùn)行操作，可靠性和靈活性較高。經(jīng)綜合比較，選擇方案C作為工廠總降壓變電所低壓側(cè)主接線方式4。3.2.3 工廠總降壓變電所供配電電壓的選擇目前，此類降壓變電所的低壓側(cè)常用電壓等級一般為：10kV和6kV兩個

29、，但考慮到本廠低壓側(cè)有6kV的負(fù)荷，如采用10kV的電壓等級，還需進(jìn)行二次降壓，這樣會增加一套降壓設(shè)備，投資增大，不符合經(jīng)濟(jì)原則。所以，在本設(shè)計中選擇只用6kV的電壓等級，將35kV的電壓降為6kV等級的電壓使用即可。選擇這種變壓的供配電方式既可以節(jié)省投資，又能夠降低損耗。而對于380V的5個車間，分別根據(jù)容量來選擇6kV的電壓降為380kV的變壓器。3.3 總降壓變電所電氣主接線設(shè)計總降壓變電所35kV側(cè)（高壓側(cè)）采用外橋接線方式，2臺主變，一臺運(yùn)行另一臺熱備用（定期切換，互為備用，不并列運(yùn)行）；6kV側(cè)（低壓側(cè)）由運(yùn)行的主變供電，采用單母（開關(guān)）分段的接線方式，經(jīng)開關(guān)供9路出線負(fù)荷，其中6

30、路通過變壓器將6kV降到380V。根據(jù)上述對于變電所高壓側(cè)、低壓側(cè)主結(jié)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3.1主接線圖。3.4 高低壓配電柜選擇本次設(shè)計的高低壓配電柜分別選擇為：35kV線路上的電壓互感器可選擇JYN-35,112。35kV線路上的電流互感器可選擇JYN-35,43。35kV主變壓器低壓側(cè)的6kV出線端電流互感器可選擇JYN2-10。6kV變壓器低壓側(cè)的380V出線端電流互感器可選擇PGL2-05。6kV母線上的電壓互感器可選擇GG1A(F)-54。通過以上各步驟的設(shè)計，我們可以得出比較完整的變配電所主接線圖，我們可以通過AUTOCAD2005繪制得出

31、，圖在附錄B中7。35kV進(jìn)線235kV進(jìn)線1#2線路PT#1線路PT#2主變#1主變6kV段母線6kV段母線#1PT#2PT 饋 饋 饋 饋 饋 饋 饋 饋 饋 線 線 線 線 線 線 線 線 線 1 2 3 4 5 6 7 8 9圖3.1 主接線圖4 短路電流計算4.1 短路計算的意義短路時電力系統(tǒng)的嚴(yán)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(diǎn)接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。在電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備設(shè)計和運(yùn)行中，短路計算是解決一系列技術(shù)問題所不可缺少的基本計算，這些問題主要是：l 選擇有足夠動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)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)

32、。這里包括計算沖擊電流以校驗設(shè)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(shè)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。l 為了合理配置各種繼電保護(hù)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(jìn)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(luò)中的分布情況。有時還要知道系統(tǒng)中某些節(jié)點(diǎn)的電壓值。l 在設(shè)計和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線時，為了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(jìn)行必要的短路電流計算。l 進(jìn)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容。要對系

33、統(tǒng)進(jìn)行短路計算，必須先要求出變壓器和輸電線路的電抗值，所以先要選擇線路的材料5。4.2 短路計算短路電流實用計算中，采用以下假設(shè)條件和原則5：l 正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運(yùn)行。l 所有電源的電動勢相位角一樣。l 短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。l 不考錄短路點(diǎn)的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流。l 元件的計算數(shù)均取其額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整圍。l 輸電線路的電容略去不計。繪制計算電路 如圖4.1所示：圖4.1 系統(tǒng)等值電路根據(jù)原始資料，我們應(yīng)該分別計算系統(tǒng)最大運(yùn)行方式即和最小運(yùn)行方式時的短路電流。而對于短路點(diǎn)d-3，由于系統(tǒng)中的變壓器不一樣，而變壓器的阻抗分別為4.5和5，所以下面的計算中6

34、kV變壓器短路點(diǎn)會分兩種情況d-3和d-3。所有短路點(diǎn)的計算過程在附錄A的設(shè)計計算書中。而我們可得得到的短路電流歸納在下面2個表中。表4.1 200MVA短路計算表短路計算點(diǎn)三相短路電流/kAIk(3)I”(3)I(3)Ish(3)d12.12.12.13.78d26.946.946.9412.49d310.4410.4410.4418.8d312.7412.7412.7422.9表4.2 175MVA 短路計算表短路計算點(diǎn)三相短路電流/kAIk(3)I”(3)I(3)Ish(3)d11.921.921.923.46d26.586.586.5811.84d310.3810.3810.3818.

35、7d311.411.411.4205電氣設(shè)備選擇5.1 電氣設(shè)備選擇與校驗的條件與項目為了保證一次設(shè)備安全可靠地運(yùn)行，必須按下列條件選擇和校驗2：1)按正常工作條件包括電壓、電流、頻率與開斷電流等選擇。2)按短路條件包括動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗。3)考慮電氣設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境條件如溫度、濕度、海拔高度以與有無防塵、防腐、防火、防爆等要求。4)按各類設(shè)備的不同特點(diǎn)和要求如短路器的操作性能、互感器的二次負(fù)荷和準(zhǔn)確度級等進(jìn)行選擇。5.2 設(shè)備選擇5.2.1 斷路器的選擇斷路器形式的選擇，除需滿足各項技術(shù)條件和環(huán)境條件外，還應(yīng)考慮便于安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后才能確定。根據(jù)當(dāng)前我國生產(chǎn)制造情況，

36、電壓6200kV的電網(wǎng)一般選用少油斷路器；電壓110330kV的電網(wǎng)，當(dāng)少油短路器技術(shù)條件不能滿足要求時，可選用六氟化硫或空氣斷路器；大容量機(jī)組采用封閉母線時，如果需要裝設(shè)斷路器，宜選用發(fā)電機(jī)專用斷路器6。斷路器選擇的具體技術(shù)要求如下：（1）電壓： (5.1)（2）電流： (5.2)（3）開斷電流： (5.3)斷路器實際開斷時間t秒的短路電流周期分量。斷路器t秒的開斷容量。斷路器的額定開斷電流。斷路器額定開斷容量。（4）動穩(wěn)定： (5.4)斷路器極限通過電流峰值。三相短路電流沖擊值。（5）熱穩(wěn)定： (5.5)穩(wěn)態(tài)三相短路電流。短路電流發(fā)熱等值時間。斷路器t秒而穩(wěn)定電流。各電壓等級斷路器的選擇：

37、35kV等級變壓器高壓側(cè)選擇少油斷路器SW3-356。電壓：電流：斷流能力：動穩(wěn)定度：熱穩(wěn)定度： 滿足要求6kV等級變壓器低壓側(cè)與出線選擇少油短路器SN10106。電壓： 電流： 斷流能力： 動穩(wěn)定度： 熱穩(wěn)定度： 滿足要求380V等級選擇低壓斷路器DW151500/3D4。電壓： 電流： 斷流能力： 380V低壓短路器不需要考慮動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，所以滿足。5.2.2 隔離開關(guān)的選擇 負(fù)荷開關(guān)型式的選擇，其技術(shù)條件與斷路器一樣，但由于其主要是用來接通和斷開正常工作電流，而不能斷開短路電流，所以不校驗短路開斷能力。 隔離開關(guān)型式的選擇，應(yīng)該根據(jù)配電裝置的布置特點(diǎn)和使用要求等因素，進(jìn)行綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)

38、比較然后確定6。（1）電壓： (5.6)（2）電流： (5.7)（3）動穩(wěn)定： (5.8)斷路器極限通過電流峰值。三相短路電流沖擊值。（4）熱穩(wěn)定： (5.9)穩(wěn)態(tài)三相短路電流。短路電流發(fā)熱等值時間。斷路器t秒而穩(wěn)定電流。各電壓等級隔離開關(guān)的選擇：35kV等級：變壓器高壓側(cè)選擇隔離開關(guān)GW435T6。電壓： 電流： 動穩(wěn)定度： 熱穩(wěn)定度： 滿足要求。6kV等級：變壓器低壓側(cè)選擇隔離開關(guān)GN1910/10001。電壓： 電流： 動穩(wěn)定度： 熱穩(wěn)定度： 滿足要求。380V等級隔離開關(guān)選擇為HD131500/306。電壓：電流：低壓隔離開關(guān)不需要考慮動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，所以滿足要求。5.2.3 高壓熔斷

39、器選擇熔斷器的形式可根據(jù)安裝地點(diǎn)、使用要求選用。高壓熔斷器熔體在滿足可靠性和下一段保護(hù)選擇性的前提下，當(dāng)在本段保護(hù)圍發(fā)生短路時，應(yīng)能在最短時間切斷故障，以防止熔斷時間過長而加劇被保護(hù)電器的損壞4。（1）電壓：(5.10) 限流式高壓熔斷器不宜使用在工作低于其額定電網(wǎng)中，以免因過電壓使電網(wǎng)中的電器損壞，故應(yīng)該。（2）電流： (5.11)熔體的額定電流。熔斷器的額定電流。（3）斷流容量： (5.12)三相短路沖擊電流的有效值。熔斷器的開斷電流。各電壓等級高壓熔斷器的選擇：35kV等級：變壓器高壓側(cè)選擇高壓熔斷器RW10-35/0.54。電壓：電流：由于高壓熔斷器是接在電壓互感器上，最大工作電流非常

40、小，因此滿足要求。斷流容量： 滿足要求。6kV等級：變壓器低壓側(cè)選擇高壓熔斷器RN164。電壓：電流：由于高壓熔斷器是接在電壓互感器上，最大工作電流非常小，因此滿足要求。斷流容量： 滿足要求。5.2.4 電壓互感器的選擇（1）電壓互感器的選擇和配置應(yīng)按以下條件6：l 620kV屋配電裝置，一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)，也可采用樹脂澆注絕緣接共的電壓互感器。l 35110kV配電裝置，一般采用油浸絕緣結(jié)構(gòu)的電壓互感器。l 220kV與以上配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)確度等級滿足要求時，一般采用容式電壓互感器。l 在需要檢查和監(jiān)視一次回路單相接地時，應(yīng)選用三相五柱式電壓互感器或具有第三繞組的單相電壓互感器組。（2

41、）一次電壓： (5.13)為電壓互感器額定一次線電壓，1.1和0.9是允許的一次電壓的波動圍，即為。（3）準(zhǔn)確等級：電壓互感器應(yīng)在那一準(zhǔn)確等級下工作，需根據(jù)接入的測量儀表和繼電器和自動裝置等設(shè)備對準(zhǔn)確等級的要求確定。各電壓等級電壓互感器的選擇：35kV等級：變壓器高壓側(cè)選擇油浸式電壓互感器JDJ2352。根據(jù)環(huán)境要求和上述條件應(yīng)選擇油浸式電壓互感器電壓：35kV滿足要求準(zhǔn)確等級：準(zhǔn)確等級為0.5級。6kV等級：變壓器低壓側(cè)選擇JDZX86環(huán)氧樹脂全封閉澆注電壓互感器根據(jù)環(huán)境要求和上述條件應(yīng)選擇油浸式電壓互感器：電壓：6kV滿足要求。準(zhǔn)確等級：準(zhǔn)確等級為0.5級。5.2.5 電流互感器的選擇（1

42、）型式：電流互感器的型式應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情況選擇。對于620kV屋配電裝置，可采用次絕緣技工或樹脂澆注絕緣結(jié)構(gòu)的電流互感器。對于35kV與以上配電裝置，一般采用油浸瓷箱式絕緣接共的獨(dú)立式電流互感器。一般盡量采用套管式電流互感器6。（2）一次回路電壓： (5.14)為電流互感器安裝處一次回路工作電壓，為電流互感器額定電壓。（3）一次回路電流： (5.15)為電流互感器安裝處的一次回路最大工作電流，為電流互感器原邊額定電流。（4）準(zhǔn)確等級：電流互感器準(zhǔn)確等級的確定與電壓互感器一樣。（5）動穩(wěn)定：部動穩(wěn)定(5.16)式中電流互感器動穩(wěn)定倍數(shù)，它等于電流互感器極限通過電流峰值與一次繞組額定電流

43、峰值之比。（6）熱穩(wěn)定： (5.17)為電流互感器的1秒鐘熱穩(wěn)定倍數(shù)。各電壓等級電流互感器的選擇：35kV等級：變壓器高壓側(cè)選擇LZZB835（D）電流互感器2。電壓：電流：動穩(wěn)定度：熱穩(wěn)定度： 滿足要求。6kV等級：變壓器低壓側(cè)與出線選擇LZZQB66/10002。電壓： 電流： 動穩(wěn)定度： 熱穩(wěn)定度：滿足要求。380等級：變壓器選擇LMZ10.5電流互感器2。電壓： 電流： 380V低壓電流互感器不需要動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗。經(jīng)過以上的一次設(shè)備的選擇與校驗，我們可以歸納出以下表：表5.1、表5.2、表5.3。所選設(shè)備均滿足要求。表5.1 35kV設(shè)備選型表選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱

44、穩(wěn)定度裝置地點(diǎn)條件(kV)I30（A）Ik(30)(kA)ish(30) (kA)I(30)2tima(kA)35882.13.788.82額定參數(shù)(kV)IN（A）Ioc(kA)imax(kA)It2t(kA)少油斷路器SW3-35356306.617174.24隔離開關(guān)GW4-35T356005015.8電壓互感器JDJ2-3535電流互感器LZZB8-35(D)35200/522.3k40高壓熔斷器RW10-35/0.5350.566k避雷器Y5CZ442/11735表5.2 380V設(shè)備選擇選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點(diǎn)條件(kV)I30（A）Ik(kA)ish(

45、kA)I0tima(kA)380V1124A10.48kA18.8kA163kA額定參數(shù)(kV)IN（A）Ioc(kA)imax(kA)It2t(kA)變壓器低側(cè)斷路器DW15-1500/3D380150040低壓刀開關(guān)HD13-1500/30380150025主變低壓電流互感器LMZJ10.53801500/5表5.3 6kV設(shè)備選型表選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點(diǎn)條件(kV)I30（A）Ik(kA)ish(kA)I0tima(kA)6kV512A6.94kA12.49kA72.25kA額定參數(shù)(kV)IN（A）Ioc(kA)imax(kA)It2t(kA)變壓器斷路器

46、SN10-1010100031.5801984出線斷路器SN10-1010100031.5801984隔離開關(guān)GN19-10/1000101000803969高壓熔斷器RN1-660.5192.5電壓互感器JDZB-66主變低壓電流互感器LZZQB-6/100061000/51563721出線電流互感器LZZQB6-6/100061000/51563721避雷器HY5W47.6/3105.3 母線與各電壓等級出線選擇5.3.1 6kV母線的選擇 在35kV與以下、持續(xù)工作電流在4000與以下的屋配電裝置中，一般采用矩形母線。已知：6kV母線最大負(fù)荷電流可達(dá)608A，所以選擇LMY-505的鋁母

47、線，相間距離，熱穩(wěn)定校驗：母線最小截面積4：(5.18) 短路電流通過電器時所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。校正系數(shù)。熱穩(wěn)定系數(shù)。(5.19)母線通過持續(xù)工作電流Imax時的溫度。實際環(huán)境溫度。母線正常最高允許溫度，一般為70度。母線對應(yīng)于允許電流。取，查表得 ，。(5.20) ， ， 與的數(shù)值較接近所以用代替。滿足要求。共振校驗：(5.21)(5.22)(5.23)選取則。動穩(wěn)定校驗：(5.24)(5.25)滿足要求。3）結(jié)論：從上面的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定分析，選用LMY-505（截面積為250mm）的鋁母線是符合要求的。5.3.2 選擇35kV線路導(dǎo)線裸導(dǎo)體應(yīng)根據(jù)具體使用情況按下列條件選擇與校驗1: 載流導(dǎo)體一

48、般采用鋁質(zhì)材料?；芈氛９ぷ麟娏髟?000A與以下時，一般選用矩形導(dǎo)體。根據(jù)計算負(fù)荷所得，降壓變電所高壓側(cè)：S30=5325.2kVA，P30=4942.9Kw， Q30=1981.2kVar(5.26)查資料并考慮到經(jīng)濟(jì)輸送功率的要求，選擇線徑為50mm2的導(dǎo)線，因此選擇LGJ-70（R為0.46/kM，X為0.315/kM）型號的導(dǎo)線。要求： 根據(jù)公式：(5.27)得：根據(jù)公式：(5.28)得：熱穩(wěn)定校驗：根據(jù)選擇好的導(dǎo)體界面S，還應(yīng)校驗其在短路條件下的熱穩(wěn)定。(5.29)根據(jù)熱穩(wěn)定決定的導(dǎo)體最小允許截面。C熱穩(wěn)定系數(shù)。穩(wěn)態(tài)短路電流。短路電流等值時間。滿足要求。5.3.3 6kV出線的選擇

49、電纜應(yīng)按下列條件選擇1:明敷的電纜，一般采用裸鋼帶鎧裝或塑料外護(hù)層電纜。在易受腐蝕地區(qū)應(yīng)選用塑料外護(hù)層電聯(lián)。在需要使用鋼帶鎧裝電纜時，宜選擇用二級外護(hù)層式。直埋敷設(shè)時，一般選用鋼帶鎧裝電纜。在潮濕或腐蝕性土壤的地區(qū)，應(yīng)帶有塑料外護(hù)層。其他地區(qū)可選用黃麻外護(hù)層。電力電纜除充油電纜外，一般采用三芯鋁芯電纜。（1）對NO.1車間6kV進(jìn)線進(jìn)行電纜選擇：工作電流：選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜。母線距離廠房約150m，由與地下0.7m土壤溫度為20度可知，可初步選取纜芯截面50mm2R=0.76/km X=0.079/km滿足要求。熱穩(wěn)定校驗：滿足要求。所以50mm2的截面積不符合，要

50、選擇150mm2。所以， 選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的環(huán)境信息，可以選擇直接埋地敷設(shè)。（2）對NO.2車間6kV進(jìn)線進(jìn)行電纜選擇：工作電流：選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜。母線距離廠房約150m，由與地下0.7m土壤溫度為20度可知，可初步選取纜芯截面150mm2。R=0.21/km X=0.082/km滿足要求。熱穩(wěn)定校驗：滿足要求。所以， 選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的環(huán)境信息，可以選擇直接埋地敷設(shè)。（3）對NO.3車間6kV進(jìn)線進(jìn)行電纜選擇：工作電流：選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜。母線距離廠房約150m，由與地下0.7m土壤溫度為20度可知，可初步選取纜芯截面150mm2。R=0.21/km X=0.082/km滿足要求。熱穩(wěn)定校驗：滿足要求。所以， 選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的環(huán)境信息，可以選擇直接埋地敷設(shè)。（4）對NO.4車間6kV進(jìn)線進(jìn)行電纜選擇：工作電流：選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜。母線距離廠房約150m，由與地下0.7m土壤溫度為20度可知，可初步選取纜芯截面150mm