某10KV機械廠降壓變電所的電氣設(shè)計說明

1、. . . . 工廠供電課程設(shè)計報告題目：某機械廠降壓變電所的電氣設(shè)計：學(xué)號：班級：導(dǎo)師：時間：46 / 51某機械廠降壓變電所的電氣設(shè)計前言在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重很小（除電化工業(yè)外）。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提勞動生產(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)生過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)的后果。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的

2、意義。能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。課程設(shè)計是檢驗我們這學(xué)期學(xué)習(xí)情況的一項綜合測試，它要求我們把所學(xué)的知識全部適用，融會貫通的一項訓(xùn)練，是對我們能力的一項綜合評定，它要求我們充分發(fā)掘自身的潛力，開拓思路設(shè)計出合理適用的供配電系統(tǒng)。眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源。電能即易于由其他形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(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)、測量。有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。而工廠供電就是指工廠所需要電能的供應(yīng)和分配。工廠供電設(shè)

3、計要達(dá)到為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，保障工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須做到：安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)。同時課程設(shè)計也是教學(xué)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，通過設(shè)計可以鞏固各課程理論知識，了解工廠供電設(shè)計的基本方法，了解工廠供電電能分配等各種實際問題，培養(yǎng)獨立分析和解決實際工程技術(shù)問題的能力，同時對電力工業(yè)的有關(guān)政策、方針、技術(shù)規(guī)程有一定的了解，在計算繪圖、編號、設(shè)計說明書等方面得到訓(xùn)練，為以后工作奠定基礎(chǔ)。目錄第一章 設(shè)計任務(wù)書11.1 設(shè)計題目11.2 設(shè)計要求11.3 設(shè)計依據(jù)11.3.1 工廠總平面圖11.3.2 工廠負(fù)荷情況11.3.3 供電電源情況21.3.4 氣象資料31.3.5 地質(zhì)水

4、文資料31.3.6 電費制度3第二章 負(fù)荷計算和無功功率補償42.1負(fù)荷計算42.1.1單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式42.1.2多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式42.2無功功率補償62.2.1有關(guān)功率的名詞解釋62.2.2提高功率因數(shù)的意義72.2.3提高功率因數(shù)方法72.2.4電容器的選擇、補償方式和聯(lián)接方式82.2.4無功補償?shù)挠嬎?1第三章 變電所位置和型式選擇133.1變配電所所址選擇的一般原則133.2型式與布置143.3負(fù)荷中心的確定方法143.2.1負(fù)荷指示圖143.2.2負(fù)荷電能矩143.2.3負(fù)荷功率矩14第四章 變電所主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇174.1臺數(shù)174.2容

5、量174.3臺數(shù)、容量、類型的選擇17第五章 變電所主接線方案的設(shè)計185.1裝設(shè)一臺主變壓器的主接線方案:185.2裝設(shè)兩臺主變壓器的主接線方案195.3主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較20第六章 短路電流的計算216.1繪制計算電路216.2確定短路計算基準(zhǔn)值216.3計算短路電路中個元件的電抗標(biāo)幺值216.4 k-1點（10.5kV側(cè)）的相關(guān)計算226.5 k-2點（0.4kV側(cè)）的相關(guān)計算22第七章 變電所一次設(shè)備的選擇和校驗237.1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗247.1.1按工作電壓選擇247.1.2 隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗257.2 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗26

6、7.3 高低壓母線的選擇27第八章 變電所進(jìn)出線的選擇和校驗288.1 10kV高壓進(jìn)線和引入電纜的選擇288.1.1 10kV高壓進(jìn)線的選擇校驗288.1.2 高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗288.2 380低壓出線的選擇298.2.1鑄造車間298.2.2鍛壓車間308.2.3金工車間308.2.4 熱處理車間318.2.5 電鍍車間328.2.6 倉庫328.2.7裝配車間338.2.8機修車間338.2.9鍋爐房348.2.10工具車間358.2.11 生活區(qū)358.3 作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗368.3.1按發(fā)熱條件選擇368.3.2校驗電壓損耗368.3.3短路

7、熱穩(wěn)定校驗37第九章 變電所二次回路方案的選擇與繼電保護(hù)的整定389.1變電所二次回路方案的選擇389.2 變電所的保護(hù)裝置389.2.1主變壓器的繼電保護(hù)裝置389.2.2裝設(shè)電流速斷保護(hù)399.3作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的繼電保護(hù)裝置409.4變電所低壓側(cè)的保護(hù)裝置40第十章 防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計4110.1變電所的防雷保護(hù)4110.1.1 直接防雷保護(hù)4110.1.2 雷電侵入波的防護(hù)4110.2變電所公共接地裝置的設(shè)計4110.2.1接地電阻的要求4110.2.2接地裝置的設(shè)計42參考文獻(xiàn)43附錄44第一章 設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計題目某機械廠降壓變電所的電氣設(shè)計1.2 設(shè)計要求要求

8、根據(jù)本廠所能取得的電源與本廠用電負(fù)荷的實際情況，并適當(dāng)考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，確定變電所的位置與型式，確定變電所主變壓器的臺數(shù)與容量、類型，選擇變電所主接線方案與高低壓設(shè)備和進(jìn)出線，確定二次回路方案，選擇整定繼電保護(hù)裝置，確定防雷和接地裝置，最后按要求寫出設(shè)計說明書，繪出設(shè)計圖紙。1.3 設(shè)計依據(jù)1.3.1 工廠總平面圖圖1-1 工廠總平面圖1.3.2 工廠負(fù)荷情況工廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時為4000小時，日最大負(fù)荷持續(xù)時間為8小時。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級負(fù)荷外，其余均屬三級負(fù)荷。低壓動力設(shè)備均為三相，額定電壓為380V。電氣

9、照明與家用電器均為單相，額定電壓為220V。本廠的統(tǒng)計資料如表1-1所示。表1-1 機械廠統(tǒng)計資料表廠房編號廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動力3000.30.7照明100.812鍛壓車間動力3000.30.65照明100.813金工車間動力3000.30.65照明100.814熱處理車間動力1500.50.8照明50.815電鍍車間動力2500.50.8照明50.816倉庫動力200.40.8照明10.817裝配車間動力1500.30.7照明50.818機修車間動力1500.20.65照明30.819鍋爐車間動力800.70.8照明10.8110工具車間動力3000.

10、30.65照明100.9111生活區(qū)照明3000.70.91.3.3 供電電源情況按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽訂的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條10 Kv的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線牌號為LGJ-120,導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為1.5 m；干線首端（即電力系統(tǒng)饋電變電站）距本廠約10km,干線首端所裝設(shè)高壓斷路器的斷流容量為500 MVA，此斷路器配備有定時限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時限過電流保護(hù)整定的動作時間為 1.5 S。為滿足工廠二級負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由鄰近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)有電氣聯(lián)系的架空線路總長度為80 km

11、，電纜線路總長度為20 km。1.3.4 氣象資料本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為40，年平均氣溫為25年，年最低氣溫為-20，年最熱月平均最高氣溫為35，年最熱月平均氣溫為30，年最熱月地下0.8米處平均溫度25。1.3.5 地質(zhì)水文資料本廠所在地區(qū)平均海拔20 m，地層以黃土為主，地下水位為3m.1.3.6 電費制度本廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T達(dá)成協(xié)議，在工廠變電所高壓側(cè)計量電能，設(shè)專用計量柜，按兩部電費制交納電費。每月基本電費按所裝用的主變壓器容量計為15元/kVA，動力電費為0.3 元/kWh，照明（含家電）電費為元0.5元/kWh。工廠最大負(fù)荷時的功率因數(shù)不低于0.9。此外，電力用戶需按新裝變壓器容

12、量計算，一次性地向供電部門交納供電貼費：610kV為800元/KVA。第二章 負(fù)荷計算和無功功率補償2.1負(fù)荷計算2.1.1單組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式a)有功計算負(fù)荷（單位為KW） = ， 為系數(shù)b)無功計算負(fù)荷（單位為kvar）= tanc)視在計算負(fù)荷（單位為kvA）=d)計算電流（單位為A） =, 為用電設(shè)備的額定電壓（單位為KV）2.1.2多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式a)有功計算負(fù)荷（單位為KW）=式中是所有設(shè)備組有功計算負(fù)荷之和，是有功負(fù)荷同時系數(shù)，可取0.850.95b)無功計算負(fù)荷（單位為kvar），是所有設(shè)備無功之和；是無功負(fù)荷同時系數(shù)，可取0.90.97c)視在計算負(fù)荷

13、（單位為kvA） d)計算電流（單位為A） 經(jīng)過計算，得到各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計算表，如表2-1所示（額定電壓取380V）表2-1 廠房與生活區(qū)負(fù)荷計算表編號名稱類別設(shè)備容量/kW需要系數(shù)costan計算負(fù)荷/kW/kvar/kVA/A1鑄造車間動力30003071.029091.8照明100.81080小計3109891.8134.282042鍛壓車間動力3000.30.651.1790105.3照明100.81080小計31098105.3143.85218.63金工車間動力3000.30.651.1790105.3照明100.81080小計31098105.3143.85218.64熱處

14、理車間動力1500.50.80.67545照明50.81040小計155794590.92138.15電鍍車間動力2500.50.80.612575照明50.81040小計25512975149.2226.76倉庫動力200.40.80.684.8照明10.8100.80小計218.84.810.0215.27裝配車間動力1500.30.71.024545.9照明50.81040小計1554945.967.141028機修車間動力1500.20.651.173035.1照明30.8102.40小計15332.435.147.7772.589鍋爐車間動力800.70.80.65633.6照明10

15、.8100.80小計8156.833.665.99100.310工具車間動力3000.30.651.1790105.3照明100.91090小計31099105.3144.53219.611生活區(qū)照明3000.70.90.4421092.4229.43348.6總計動力2000958739.5照明360計入=0.85,=0.90.77814.3665.61051.715982.2無功功率補償電力系統(tǒng)由發(fā)電系統(tǒng)、變電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)五大部分構(gòu)成，由于電能不能大量存儲，所以發(fā)電、輸電、配電和用電必須同時進(jìn)行，即電力系統(tǒng)必須保持平衡。然而來自電力線路、電力變壓器以與用電設(shè)備的無功負(fù)

16、載大量存在，使電力系統(tǒng)的功率因數(shù)降低。對于配電系統(tǒng)來說，為數(shù)眾多的異步電動機、變壓器等設(shè)備要消耗大量的無功功率，對配電網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生不良影響：1) 供電線路的電流增大，使線路和設(shè)備的損耗增大，嚴(yán)重時會威脅到設(shè)備的安全運行；2) 配電系統(tǒng)的視在功率增大，使發(fā)電機、變壓器等供電設(shè)備的容量增加，電力用戶的控制設(shè)備、測量儀表的規(guī)格也相應(yīng)增大；3) 導(dǎo)致供電電壓降低。保持電力系統(tǒng)的平衡，解決配電系統(tǒng)功率因數(shù)低的有效途徑就是對配電系統(tǒng)進(jìn)行無功補償，提高功率因數(shù)。按照我國供電部門的規(guī)定，高壓供電的用戶必須保證功率因數(shù)在0.9以上，低壓供電的用戶必須在0.85以上。為了使用戶注意提高功率因數(shù)，供電部門

17、還對大宗用電單位實行按戶月平均功率因數(shù)調(diào)整電費的辦法。調(diào)整功率因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)一般為0.85，大于0.85時給以獎勵，低于0.85時便要增收電費甚至罰款，功率因數(shù)很低時供電部門要停止供電。2.2.1有關(guān)功率的名詞解釋輸入功率=輸入電流×(乘)輸入電壓;也就決定是我們要用的電量。輸出功率=輸入功率-無用功部分;就是我們實際上的到的功率。輸出功率是各類能源或能源轉(zhuǎn)換設(shè)備（如動力、照明設(shè)備）向外輸出的能量與時間的比值，即單位時間能源或設(shè)備向外界提供的能量。其單位一般為瓦特、千瓦，在電力系統(tǒng)中也常用伏安、千伏安來表示。無功功率:電網(wǎng)中的感性負(fù)載（如電機，扼流圈，變壓器，感應(yīng)式加熱器與電焊機等）都會產(chǎn)

18、生不同程度的電滯，即所謂的電感。感性負(fù)載具有這樣一種特性-即使所加電壓改變方向，感性負(fù)載的這種滯后仍能將電流的方向（如正向）保持一段時間。一旦存在了這種電流與電壓之間的相位差，就會產(chǎn)生負(fù)功率，并被反饋到電網(wǎng)中。電流電壓再次相位一樣時，又需要一樣大小的電能在感性負(fù)載中建立磁場，這種磁場反向電能就被稱作無功功率。無功功率比較抽象，它是用于電路電場與磁場的交換，并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的電功率。它不對外做功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰俊７彩怯须姶啪€圈的電氣設(shè)備，要建立磁場，就要消耗無功功率。在交流電路中，由于有感性或容性儲能設(shè)備，電壓與電流有相位差，通俗講就是電壓與電流不在同一時間到達(dá)；因此，

19、表面看電壓有多大、電流有多大，實際并沒有做那么大的功，有電源與儲能設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換。2.2.2提高功率因數(shù)的意義提高功率因數(shù)，可以降低線路上的損耗，提高輸出功率。在建筑供電系統(tǒng)中，供電線路，其電阻不可忽略。充分發(fā)揮電源設(shè)備潛力。提高功率因數(shù)，可以減少線路上電壓降，提高末端電壓，有利于用電提高供電可靠性?？蓽p少對供配電設(shè)施的投資，增加供配電系統(tǒng)的功率儲備，使用戶獲得直接的經(jīng)濟(jì)利益。在同樣的有功功率下，功率因數(shù)提高，負(fù)荷電流就減少，而向符合傳輸功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān)、導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲備，從而滿足了負(fù)荷增長的需要，亦即可以增大原有設(shè)備的供電能力。對尚處于設(shè)計階段的新建筑來說，提高功率因

20、數(shù)則能降低配電設(shè)備的設(shè)備容量，從而減少投資費用。2.2.3提高功率因數(shù)方法1、提高負(fù)荷的自然功率因數(shù)：1選、2調(diào)、3換。通過適當(dāng)措施提高自然功率因數(shù)。據(jù)統(tǒng)計，在建筑供電系統(tǒng)的總無功功率中，電動機和變壓器約占80%左右，其余則消耗在輸電線路與其他感應(yīng)設(shè)備中，因此，提高自然功率因數(shù)可以通過合理選擇感應(yīng)電動機的容量、使用中減少感應(yīng)電動機的空載運行、條件許可時盡量使用同步電動機、以最佳負(fù)荷率選擇變壓器等方法達(dá)到目的。1）選：正確的選擇、合理的使用電動機和變壓器，在條件允許的條件下，盡量選擇鼠籠型電動機。避免：空載、輕載運行。2）調(diào)：合理選擇變壓器的容量，盡量空載、輕載運行。3）換：更換設(shè)備為節(jié)能設(shè)備，

21、對大容量，長時工作的礦井通風(fēng)機采用同步電動機，使其工作在過激狀態(tài)。2、人工補償提高功率因數(shù)無功功率的人工補償裝置：主要有同步調(diào)相機和并聯(lián)電抗器兩種。1）并聯(lián)同步調(diào)相機。同步調(diào)相機又稱同步補償器，屬于有源補償器。同步調(diào)相機是一種專用于補償無功功率的同步電動機，通過調(diào)節(jié)同步調(diào)相機的勵磁電流可補償供電系統(tǒng)的無功功率，從而提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。同步調(diào)相機輸出無功功率為無極調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)的圍較大，并且在端電壓下降10%以時，無功輸出基本不變，當(dāng)端電壓下降10%以上時，可強行勵磁增加無功輸出。作為并聯(lián)補償設(shè)計的同步調(diào)相機實質(zhì)上是一個被拖動到某一轉(zhuǎn)速下并與電力系統(tǒng)同步且空載運行的電動機。根據(jù)控制需要，控制其勵

22、磁磁場，使其工作在過勵磁或欠勵磁的狀態(tài)下，從而發(fā)出大小不同的容性或感性無功功率。同步調(diào)相機可對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)補償，但它屬于旋轉(zhuǎn)設(shè)備，運行中的損耗和噪聲比較大，維護(hù)復(fù)雜，成本高，響應(yīng)速度慢。不適應(yīng)各類快速變化非線性負(fù)載的要求。同時，同步調(diào)相機補償單位無功功率造價高。每輸出1K var的無功功率要損耗0.5% 3%的有功功率，基建安裝要求高、不易擴建、運行維護(hù)復(fù)雜，所以一般用于電力系統(tǒng)中的樞紐變電站與地區(qū)降壓變電站。2）并聯(lián)適當(dāng)?shù)撵o電電容器。我們知道，當(dāng)COS0.9時，采用人工補償法來提高功率因數(shù)，廣泛采用并聯(lián)電容器進(jìn)行補償。電感性負(fù)載并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙萜骺梢蕴岣吖β室驍?shù)，所以在建筑供電系統(tǒng)中，同樣可以

23、并聯(lián)適當(dāng)?shù)撵o電電容器以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。并聯(lián)電容器安裝簡單、容易擴建、運行維護(hù)方便，補償單位無功功率的造價低、有功損耗?。ㄐ∮?.3%），因此廣泛用于工廠企業(yè)與民用建筑供電系統(tǒng)中。但是，缺點是只能補償固定無功，不能跟蹤負(fù)荷無功需求的變化，即不能實現(xiàn)對無功的動態(tài)補償，且還有可能與系統(tǒng)發(fā)生諧波放大甚至諧振。無功補償使用專用的電力電容器，其規(guī)格品種很多，按安裝方式分為戶式和戶外式，按相數(shù)分為單相和三相，按額定電壓分為高壓和低壓電容器等等。2.2.4電容器的選擇、補償方式和聯(lián)接方式1）電容器無功容量的計算 圖2-1圖2-1 電容器無功容量計算Qc=Pi(tanANTtanac)2）電容器（柜）臺數(shù)的

24、確定需電容器臺數(shù)：每相所需電容器臺數(shù)：n=N/3取其相等或稍大的偶數(shù)，因為變電所采用單母線分段式結(jié)線。3）并聯(lián)電容器的補償方式Ø 高壓集中補償 電容器集中裝設(shè)在變配電所的高壓電容器室，與高壓母線相聯(lián)。其中電壓互感器TV為電容器切除時放電用。按GB-50053-199410kV與以下變電所設(shè)計規(guī)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與以下）則可接成三角形。Ø 低壓集中補償 電容器集中裝設(shè)在變電所的低壓配電室或單獨的低壓電容器室，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?qū)Ｓ玫姆烹婋娮璺烹姟?#216; 低壓分散補償 電容器

25、分散裝設(shè)在低壓配電箱旁或與用電設(shè)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(shè)備（如感應(yīng)電動機）本身的繞組放電。4） 電容器的聯(lián)接方式高壓電容器的一次接線方式較多，目前采用的有單星形接線、雙星形接線、三角形接線等。而在并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)中規(guī)定：電容器組宜采用單星形接線或雙星形接線，這兩種接線方式在實際運行中，都有比較成熟的經(jīng)驗。下面對幾種常用的接線方式作一個簡要的概述。Ø 單星形接線 在中性點不接地系統(tǒng)中采用單星形接線。當(dāng)一相電容器發(fā)生擊穿時，不致引起相間短路，這種接線可以采用靈敏的保護(hù)方式。電流平衡保護(hù)用于星形接線時，有靈敏簡單、經(jīng)濟(jì)可靠的優(yōu)點。一般電容器裝設(shè)在10kV電

26、網(wǎng)使用時，均采用這種接線方式。如圖a所示。Ø 雙星形接線 當(dāng)電容器組容量足夠大、使用電容器單元數(shù)足夠多時，可以考慮選擇采用雙星形接線，采用雙星形接線方式時，可以采用中性點不平衡電流保護(hù)、橫聯(lián)差動保護(hù)等可供選擇的繼電保護(hù)方式較多，但設(shè)計時注意當(dāng)其中某相的一個臂短路時，短路電流的初始值中會包含有健全臂的放電電流，其它常規(guī)的如相間過電流過電流保護(hù)等并無特殊。具體主接線見圖b。Ø 三角形接線 在10kV電網(wǎng)中，當(dāng)電容器額定電壓為10kV時，可以接成三角形接線并聯(lián)在電網(wǎng)上，使電容器容量得到充分利用。此種接線方式的缺點在于當(dāng)電容器擊穿時，即形成相間短路，增加了爆破燃燒的危險性，威脅電網(wǎng)

27、的安全運行。為此，要求設(shè)計靈敏度較高的相間電流（電壓）平衡保護(hù)，在電容器擊穿5070時，保護(hù)有足夠的靈敏度動作于跳閘。具體接線如圖c所示。Ø 雙三角接線 當(dāng)電容器的額定電壓與系統(tǒng)電壓符合并且電容個數(shù)足夠多時可以采用雙三角接線，這種種接線方式的一大特點是可以使整定方便、靈敏度確定的相電流橫差保護(hù)。具體接線方式見圖d。圖a 圖b圖c 圖d5） 三角形接法和星形接法的優(yōu)缺點比較或Y（雙Y）優(yōu)選，因為容量為Y 的1/3 且電壓低，放電1 分鐘，殘壓50V 以下。1000V 以上的電容器應(yīng)采用電壓互感器放電。電容器放電回路中不得裝設(shè)熔斷器或開關(guān)，以免放電回路斷開，危與人身安全。當(dāng)三相電容器采用

28、單星形接線方式時，其無功功率為：式中：U-電網(wǎng)線電壓；I-電網(wǎng)線電流；-電源角頻率；C-電容器的電容。當(dāng)三相電容器采用三角形接線方式時，其無功功率為：由上面兩個公式可以看出，同樣的電容器在同一電網(wǎng)中接成三角形時產(chǎn)生的無功功率是接成星形時的3倍。因此，一些技術(shù)資料上主將電容器接成三角形，以補償更多的無功功率。原有的變電所設(shè)計規(guī)(如GBJ53-83)曾規(guī)定10kV與以下作并聯(lián)補償用的三相電力電容器宜接成三角形接線，我國最早生產(chǎn)的高壓并聯(lián)電容器柜也多為三角形接線。但這其實只是表面現(xiàn)象，理由十分簡單，只因星形接法電容器額定電壓因是三角形接法的1/3。三角形接線的三相電容器直接接在電網(wǎng)線電壓上，任一臺并

29、聯(lián)電容器部串聯(lián)元件發(fā)生貫穿性擊穿或極間故障時，都會形成相間短路，故障電流為兩相短路電流，容易引起電容器爆炸起火。各地變電所的實際運行經(jīng)驗也表明，在高壓并聯(lián)電容器的膨脹、爆炸、起火事故中，采用三角形接線方式的占大多數(shù)?？梢?，從安全運行的角度考慮，不宜推廣并聯(lián)電容器的三角形接法。相比之下，在星形接線方式中，當(dāng)其中一臺電容器發(fā)生貫穿性擊穿時，不會形成相間短路，故障電流也不會超過并聯(lián)電容器額定電流的3倍，比三角形接線方式中的故障電流小得多，如繼電保護(hù)設(shè)置合適，多數(shù)情況下不至于引起爆炸事故。因此，后續(xù)頒布的35110kV變電所設(shè)計規(guī)(GB50059-92)明確規(guī)定，并聯(lián)電容器的接線方式應(yīng)使電容器組的額定

30、電壓與接入電網(wǎng)的運行電壓相配合，宜采用中性點不接地的星形或雙星形接線。現(xiàn)有的額定電壓為kV和kV的電容器，就是為適應(yīng)并聯(lián)電容器星形接線的需要而專門生產(chǎn)的。當(dāng)其中一臺電容器因故障退出運行時，由于三相電容器組的阻抗不平衡，會導(dǎo)致中性點發(fā)生位移，從而使繼續(xù)運行的電容器產(chǎn)生過電壓。針對此問題，可以裝設(shè)過電壓保護(hù)，故障時自動切除整組電容器。綜合國外的運行經(jīng)驗，在實際應(yīng)用中，高壓并聯(lián)電容器宜采用中性點不接地的星形接線方式。只有在電容器組的容量較小時可以采用三角形接線方式，具體地講，接在6kV或10kV母線上，容量不超過180kVAr或300kVAr的并聯(lián)電容器可以采用三角形接線。2.2.4無功補償?shù)挠嬎阌?/p>

31、表2.1可知，該廠380V側(cè)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)只有0.77。而供電部門要求該廠10KV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時功率因數(shù)不低于0.9?？紤]到主變壓器的無功損耗元大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷時功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.9，暫取0.92來計算380V側(cè)所需無功功率補償容量：=(tan - tan)=814.3tan(arccos0.77) - tan(arccos0.92) = 328.98 kvar參照圖2-2，選PGJ1型低壓自動補償評屏，并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1臺與方案3（輔屏）4臺相結(jié)合，總共容量為84kvar5=420kvar。補償前后，變壓器低壓側(cè)的有功計算

32、負(fù)荷基本不變，而無功計算負(fù)荷=（665.6-420）kvar=245.6 kvar，視在功率=850.5 kVA，計算電流=1292.3 A,功率因數(shù)提高為cos=0.957。在無功補償前，該變電所主變壓器T的容量為應(yīng)選為1250kVA,才能滿足負(fù)荷用電的需要；而采取無功補償后，主變壓器T的容量選為1000kVA的就足夠了。同時由于計算電流的減少，使補償點在供電系統(tǒng)中各元件上的功率損耗也相應(yīng)減小，因此無功補償?shù)慕?jīng)濟(jì)效益十分可觀。因此無功補償后工廠380V側(cè)和10kV側(cè)的負(fù)荷計算如表2.2所示。表2.2 無功補償后工廠的計算負(fù)荷項目cos計算負(fù)荷/KW/kvar/kVA/A380V側(cè)補償前負(fù)荷0

33、.77814.3665.61051.71598380V側(cè)無功補償容量-420380V側(cè)補償后負(fù)荷0.957814.3245.6850.51292.3主變壓器功率損耗0.015=12.80.06=5110KV側(cè)負(fù)荷計算0.941827.1296878.550.7圖2-2 PGJ1型低壓無功功率自動補償屏的接線方案第三章 變電所位置和型式選擇3.1變配電所所址選擇的一般原則(1）變電所位置的選擇，應(yīng)根據(jù)下列要求經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后確定：Ø 接近負(fù)荷中心Ø 進(jìn)出線方便；Ø 接近電源側(cè)；Ø 設(shè)備運輸方便；Ø 不應(yīng)設(shè)在有劇烈振動或高溫的場所；Ø

34、不宜設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場所，當(dāng)無法遠(yuǎn)離時，不應(yīng)設(shè)在污染源盛行風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)；Ø 不應(yīng)設(shè)在廁所、浴室或其他經(jīng)常積水場所的正下方，且不宜與上述場所相貼鄰；Ø 不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險環(huán)境的正上方或正下方，且不宜設(shè)在有火災(zāi)危險環(huán)境的正上方或正下方，當(dāng)與有爆炸或火災(zāi)危險環(huán)境的建筑物毗連時，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)的規(guī)定；Ø 不應(yīng)設(shè)在地勢低洼和可能積水的場所。（2）裝有可燃性油浸電力變壓器的車間變電所，不應(yīng)設(shè)在三、四級耐火等級的建筑物；當(dāng)設(shè)在二級耐火等級的建筑物時，建筑物應(yīng)采取局部防火措施。（3）多層建筑中，裝有可燃性油的電氣設(shè)備的配電所、變電所應(yīng)設(shè)

35、置在底層靠外墻部位，且不應(yīng)設(shè)在人員密集場所的正上方、正下方、貼鄰和疏散出口的兩旁。（4）高層主體建筑不宜設(shè)置裝有可燃性油的電氣設(shè)備的配電所和變電所，當(dāng)受條件限制必須設(shè)置時，應(yīng)設(shè)在底層靠外墻部位，且不應(yīng)設(shè)在人員密集場所的正上方、正下方、貼鄰和疏散出口的兩旁，并應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)有關(guān)規(guī)定，采取相應(yīng)的防火措施。（5）露天或半露天的變電所，不應(yīng)設(shè)置在下列場所：Ø 有腐蝕性氣體的場所；Ø 挑檐為燃燒體或難燃體和耐火等級為四級的建筑物旁；Ø 附近有棉、糧與其他易燃、易爆物品集中的露天堆場；Ø 容易沉積可燃粉塵、可燃纖維、灰塵或?qū)щ妷m埃且嚴(yán)重影響變

36、壓器安全運行的場所。3.2型式與布置變電所的型式應(yīng)根據(jù)用電負(fù)荷的狀況和周圍環(huán)境情況確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定：(1)負(fù)荷較大的車間和站房，宜設(shè)附設(shè)變電所或半露天變電所；(2)負(fù)荷較大的多跨廠房，負(fù)荷中心在廠房的中部且環(huán)境許可時，宜設(shè)車間變電所或組臺式成套變電站；(3)高層或大型民用建筑，宜設(shè)室變電所或組合式成套變電站；(4）負(fù)荷小而分散的工業(yè)企業(yè)和大中城市的居民區(qū)，宜設(shè)獨立變電所，有條件時也可設(shè)附設(shè)變電所或戶外箱式變電站；(5)環(huán)境允許的中小城鎮(zhèn)居民區(qū)和工廠的生活區(qū)，當(dāng)變壓器容量在315kVA與以下時，宜設(shè)桿上式或高臺式變電所。3.3負(fù)荷中心的確定方法3.2.1負(fù)荷指示圖負(fù)荷指示圖是將電力負(fù)荷（計

37、算負(fù)荷P30）按一定比例K（例如以1mm面積代表若干kW）用負(fù)荷圓的形式標(biāo)示在企業(yè)或車間的平面圖上。各車間（建筑）的負(fù)荷圓的圓心與車間（建筑）的負(fù)荷中心大致相符。負(fù)荷圓的半徑r，由車間（建筑）的計算負(fù)荷得：3.2.2負(fù)荷電能矩負(fù)荷中心不只與各負(fù)荷的功率有關(guān)，而且還與各負(fù)荷的工作時間有關(guān)：3.2.3負(fù)荷功率矩設(shè)有負(fù)荷P1、P2和P3（均表示有功計算負(fù)荷），它們在任選的直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)已知?，F(xiàn)假設(shè)總負(fù)荷=P1+P2+P3的負(fù)荷中心位于P（X，Y）處。仿力學(xué)求重心的力矩方程可得：變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負(fù)荷中心。設(shè)計采用按功率矩法來確定工廠的負(fù)荷中心，計算公式參照3.2.2所示：以生活區(qū)負(fù)荷中

38、心為原點，確立廠各廠房的坐標(biāo)位置，如下圖圖 廠房的坐標(biāo)位置表3.1 各車間的計算負(fù)荷序號名稱計算負(fù)荷P30/kW1鑄造車間982鍛壓車間983金工車間984熱處理車間795電鍍車間1296倉庫8.87裝配車間498機修車間32.49鍋爐車間56.810工具車間9911生活區(qū)210結(jié)合上圖和下面公式：得：所以，廠區(qū)的計算負(fù)荷中心坐標(biāo)為（50.03,64.94），如上圖所示?？紤]到周圍環(huán)境與進(jìn)出線方便，決定在6號廠房的西側(cè)緊靠廠房建造工廠變電所，且型式為附設(shè)式。第四章 變電所主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇4.1臺數(shù)（1）滿足用電負(fù)荷對可靠性的要求；² 二級負(fù)荷：選擇兩臺主變壓器；負(fù)荷較大

39、時，也可多于兩臺；² 二、三級負(fù)荷：可選一臺變壓器，但低壓側(cè)敷設(shè)與其它變電所相連的聯(lián)絡(luò)線作為備用電源；² 三級負(fù)荷：選擇一臺主變壓器；負(fù)荷較大時，也可選擇兩臺；（2）季節(jié)性負(fù)荷或晝夜負(fù)荷變化較大時，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時，可選擇兩臺變壓器；4.2容量（1）單臺變壓器： （2）兩臺變壓器：4.3臺數(shù)、容量、類型的選擇根據(jù)工廠的負(fù)荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓器考慮有下列兩種可供選擇的方案：a)裝設(shè)一臺變壓器 型號為S9型，而容量根據(jù)式，為主變壓器容量，為總的計算負(fù)荷。選=1000 KVA>=878.5 KVA，即選一臺S9-1000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負(fù)

40、荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。b)裝設(shè)兩臺變壓器 型號為S9型，而每臺變壓器容量根據(jù)式（4-1）、（4-2）選擇，即878.5 KVA=（527.1614.95）KVA （4-1）=(134.28+149.2+65.99) KVA=349.47 KVA （4-2）因此選兩臺S9-630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負(fù)荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組均為Yyn0 。第五章 變電所主接線方案的設(shè)計按第四章確定的兩種主變壓器容量、臺數(shù)、類型的選擇，主接線方案可設(shè)計為下列兩種：5.1裝設(shè)一臺主變壓器的主接線方案:圖5-1 裝設(shè)一臺主

41、變壓器的主接線方案5.2裝設(shè)兩臺主變壓器的主接線方案Y0220/380VS9-630GG-1A(F)GG-1A(F)-710/0.4kVS9-63010/0.4kV聯(lián)絡(luò)線（備用電源）GG-1A(F)-54GG-1A(F)-113、11GW口-1010kVFS4-10GG-1A(J)-01GG-1A(F)-113GG-1A(F)-11GG-1A(J)01GG-1A(F)96GG-1A(F)07GG-1A(F)54主變主變聯(lián)絡(luò)（備用）高壓柜列96圖5-2 裝設(shè)兩臺主變壓器的主接線方案5.3主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較比較項目裝設(shè)一臺主變的方案裝設(shè)兩臺主變的方案技術(shù)指標(biāo)供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠

42、性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)量由于一臺主變，電壓損耗較大由于兩臺主變并列，電壓損耗較小靈活方便性只有一臺主變，靈活性稍差由于有兩臺主變，靈活性較好擴建適應(yīng)性稍差一些更好一些經(jīng)濟(jì)指標(biāo)電力變壓器的綜合投資額查得S9-1000/10的單價為15.1萬元，而變壓器綜合投資約為其單價的2倍，因此綜合投資約為2*15.1=30.2萬元查得S9-630/10的單價為10.5萬元，因此兩臺變壓器的綜合投資約為4*10.5=42萬元，比一臺主變方案多投資11.8萬元高壓開關(guān)柜（含計量柜）的綜合投資額查得GG-1A(F)型柜可按每臺4萬元計，其綜合投資可按設(shè)備的1.5倍計，因此高壓開關(guān)柜的綜合投資約為4*1.5*

43、4=24萬元本方案采用6臺GG-1A(F)柜，其綜合投資約為6*1.5*4=36萬元，比一臺主變方案多投資12萬元電力變壓器和高壓開關(guān)柜的年運行費主變的折舊費=30.2萬元*0.05=1.51萬元；高壓開關(guān)柜的折舊費=24萬元*0.06=1.44萬元；變配電的維修管理費=（30.2+24）萬元*0.06=3.25萬元。因此主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修管理費=（1.51+1.44+3.25）=6.2萬元主變的折舊費=42萬元*0.05=2.1萬元；高壓開關(guān)柜的折舊費=36萬元*0.06=2.16萬元；變配電的維修管理費=（42+36）萬元*0.06=4.68萬元。因此主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修

44、管理費=（2.1+2.16+4.68）=8.94萬元，比一臺主變方案多投資2.74萬元供電貼費主變?nèi)萘棵縆VA為800元，供電貼費=1000KVA*0.08萬元/KVA=80萬元供電貼費=2*630KVA*0.08萬元=100.8萬元，比一臺主變多交20.8萬元從上表可以看出，按技術(shù)指標(biāo)，裝設(shè)兩臺主變的主接線方案略優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的主接線方案，但按經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，則裝設(shè)一臺主變的主接線方案遠(yuǎn)由于裝設(shè)兩臺主變的主接線方案，因此決定采用裝設(shè)一臺主變的主接線方案。第六章 短路電流的計算6.1繪制計算電路500MVAK-1K-2LGJ-120,10km10.5kVS9-10000.4kV (2)(3)(1)

45、系統(tǒng)圖6.1 短路計算電路6.2確定短路計算基準(zhǔn)值設(shè)基準(zhǔn)容量=100MVA，基準(zhǔn)電壓=1.05，為短路計算電壓，即高壓側(cè)=10.5kV，低壓側(cè)=0.4kV，則6.3計算短路電路中個元件的電抗標(biāo)幺值已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量=500MVA，故=100MVA/500MVA=0.2 架空線路，查表得LGJ-120的線路電抗，而線路長10km，故電力變壓器，查表得變壓器的短路電壓百分值=4.5，故式中，為變壓器的額定容量因此繪制短路計算等效電路如圖5-2所示。k-1k-2圖6-2 短路計算等效電路6.4 k-1點（10.5kV側(cè)）的相關(guān)計算總電抗標(biāo)幺值三相短路電流周期分量有效值其他短路電流三相短

46、路容量6.5 k-2點（0.4kV側(cè)）的相關(guān)計算總電抗標(biāo)幺值=0.2+3.17+4.5=7.87三相短路電流周期分量有效值其他短路電流三相短路容量以上短路計算結(jié)果綜合圖表6-1所示。表6-1短路計算結(jié)果短路計算點三相短路電流三相短路容量/MVAk-11.631.631.634.162.4629.67k-218.318.318.333.6719.9512.71第七章 變電所一次設(shè)備的選擇和校驗電氣設(shè)備選擇是發(fā)電廠和變電所設(shè)計的主要容之一，在選擇時應(yīng)根據(jù)實際工作特點，按照有關(guān)設(shè)計規(guī)的規(guī)定，在保證供配電安全可靠的前提下，力爭做到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理。為了保障一次設(shè)備的可靠運行，必須按照下列條件選擇和校

47、驗：（1）按正常工作條件包括電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇；（2）按短路條件包括動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定校驗；（3）考慮電氣設(shè)備運行的環(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)備的不同特點和要求如斷路器的操作性能、互感器的二次負(fù)荷和準(zhǔn)確度級等進(jìn)行選擇。選擇一次設(shè)備時應(yīng)考慮和校驗的項目如表7-1所示表7-1（1） 高壓一次設(shè)備的選擇校驗項目表7-1（2） 低壓一次設(shè)備的選擇校驗項目7.1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗7.1.1按工作電壓選擇設(shè)備的額定電壓一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓，即，必須說明：按GB/T 11022-1999高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的共同技術(shù)要

48、求規(guī)定，高壓設(shè)備的額定電壓應(yīng)按其允許的最高工作電壓來標(biāo)注。因此高壓設(shè)備的額定電壓（最高工作電壓）應(yīng)不小于其所在系統(tǒng)的最高電壓，即。，高壓開關(guān)設(shè)備、互感器與支柱絕緣額定電壓，穿墻套管額定電壓，熔斷器額定電壓。表7-2 系統(tǒng)的額定電壓、最高電壓與高壓設(shè)備的額定電壓系統(tǒng)額定電壓361035系統(tǒng)最高電壓3.56.911.540.5高壓開關(guān)設(shè)備、互感器與支柱子絕緣額定電壓3.67.21240.5穿墻套管額定電壓_6.911.540.5熔斷器額定電壓3.56.91240.5注：1.表中“系統(tǒng)最高電壓”。系指系統(tǒng)正常運行時，在任何時候、系統(tǒng)中任何一點可能出現(xiàn)的電壓最高值，不包括系統(tǒng)的暫態(tài)和異常電壓。2.表中

49、“設(shè)備額定電壓”，系為設(shè)備的最高工作電壓，據(jù)GB/T 11022-1999高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的共同技術(shù)要求規(guī)定，主要適用于新生產(chǎn)的一些高壓設(shè)備。按工作電流選擇：設(shè)備的額定電流不應(yīng)小于所在電路的計算電流，即按斷流能力選擇：設(shè)備的額定開斷電流或斷流容量，對分?jǐn)喽搪冯娏鞯脑O(shè)備（如斷路器）來說，不應(yīng)小于它可能分?jǐn)嗟淖畲蠖搪酚行е祷蚨搪啡萘浚椿驅(qū)τ诜謹(jǐn)嘭?fù)荷設(shè)備電流的設(shè)備（如負(fù)荷開關(guān)）來說，則為，為最大過負(fù)荷電流。7.1.2 隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗a)動穩(wěn)定校驗條件或、分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，、分別為開關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值b)熱穩(wěn)定校驗條件 對于上

50、面的分析，如表7-2所示，由它可知所選一次設(shè)備均滿足要求。表7.3 10 kV一次側(cè)設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動態(tài)定度熱穩(wěn)定度其它裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)10kV50.7A()1.63kA4.16kA一一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)高壓少油斷路器SN10-10I/63010kV630A16kA40 kA高壓隔離開關(guān)-10/20010kV200A-25.5 kA高壓熔斷器RN2-1010kV0.5A50 kA-電壓互感器JDJ-1010/0.1kV-電壓互感器JDZJ-10-電流互感器LQJ-1010kV100/5A-二次負(fù)荷0.6避雷針FS4-1010kV-戶外隔離開關(guān)GW4-12/40

51、012kV400A-25kA7.2 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗同樣，做出380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗，如表7-3所示，所選數(shù)據(jù)均滿足要求。表7.4 380V一次側(cè)設(shè)備的選擇校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動態(tài)定度熱穩(wěn)定度其它裝置地點條件參數(shù)-數(shù)據(jù)380V總1292.3A18.3kA33.7kA-一一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)-低壓斷路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-低壓斷路器DW20-630380V630A（大于）30KA(一般)-低壓斷路器DW20-200380V200A（大于）25 kA-低壓斷路器HD13-1500/30380V1500A-電流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-電流互感器LMZ1-0.5500V100/5A 160/5A-7.3 高低壓母線的選擇按88D264電力變壓器室布置標(biāo)準(zhǔn)圖集的規(guī)定，