降壓變電所的課程設(shè)計(jì)

1、目 錄一、緒論 1頁碼二、負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償 4頁碼三、變電所位置和型式的選擇 10頁碼四、變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量、類型的選擇 10頁碼五、變電所主結(jié)線方案的設(shè)計(jì) 11頁碼六、短路電流的計(jì)算 12頁碼七、變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 15頁碼八、變電所進(jìn)出線的選擇與校驗(yàn) 20頁碼九、變電所二次回路方案的選擇及繼電保護(hù)的整定 21頁碼十、防雷保護(hù)和接地裝置的設(shè)計(jì) 25頁碼十一、總結(jié) 28頁碼附錄：變電所主結(jié)線圖 30頁碼參考書目 30頁碼一、緒論一、工廠供電的意義和目的（1.1）工廠供電的意義 工廠供電，就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配，亦稱工廠配電。眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)

2、力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡單經(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(dòng)化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很?。ǔ娀I(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中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)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(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)

3、可能造成嚴(yán)重的后果。因此，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。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個(gè)重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的戰(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。（1.2）工廠供電的目的工廠供電工作要很好地為工業(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)能工作，就必須達(dá)到以下基本要求：（1） 安全  在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。（2） 可靠  應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（3） 優(yōu)質(zhì)  應(yīng)滿足電

4、能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求（4） 經(jīng)濟(jì)  供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)約電能 和減少有色金屬的消耗量。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，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。  二、課程設(shè)計(jì)提供的原始數(shù)據(jù)資料（2.1）工廠的總平面圖陽泉冶金機(jī)械廠總平面圖（2.2）工廠負(fù)荷情況本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大利用負(fù)荷小時(shí)為3750h，日最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間為6h，該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬三級(jí)負(fù)荷。低壓動(dòng)力設(shè)備均為三相，額定電壓為380V。電氣照明及家用電器均為單相，額定

5、電壓為220V。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如下表所示廠房編號(hào)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(dòng)力3000.30.70照明60.81.02鍛壓車間動(dòng)力3500.30.65照明80.71.07金工車間動(dòng)力4000.20.65照明100.81.06工具車間動(dòng)力3600.30.60照明70.91.04電鍍車間動(dòng)力2500.50.80照明50.81.03熱處理車間動(dòng)力1500.60.80照明50.81.09裝配車間動(dòng)力1800.30.70照明60.81.010機(jī)修車間動(dòng)力1600.20.65照明40.81.08鍋爐房動(dòng)力500.70.80照明10.81.05倉庫動(dòng)力200.40.80照明

6、10.81.0生活區(qū)照明3500.70.90工廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料（2.3）供電電源情況按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T簽定的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條6kV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(hào)為LGJ-120，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為1.15m；干線首端距離本廠約7km。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量為350MVA。此斷路器配備有定時(shí)限過電流保護(hù)和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為1.5s。為滿足貫徹二級(jí)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75km，電纜線路總長度為20km。（2.4）

7、氣象資料本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為35，年平均氣溫為20，年最低氣溫為-12.5，年最熱月平均最高氣溫為30，年最熱月平均氣溫為25，年最熱月地下0.8m處平均溫度為25。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，年雷暴日數(shù)為30。（2.5）地質(zhì)水文資料本廠所在地區(qū)平均海拔525m，地層以黃土為主，地下水位為3m（2.6）電費(fèi)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(jì)量電能，設(shè)專用計(jì)量柜，按兩部電費(fèi)制交納電費(fèi)。每月基本電費(fèi)按主變壓器容量計(jì)為18元/kVA，動(dòng)力電費(fèi)為0.20元/kW·h，照明電費(fèi)為0.50元/kW·h。工廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.93。此外，電力用戶需按新裝變

8、壓器容量計(jì)算，一次性地向供電部門交納供電貼費(fèi)：610kV為800元/kVA。二、負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償2.1、 負(fù)荷計(jì)算的內(nèi)容和目的 （1） 計(jì)算負(fù)荷又稱需要負(fù)荷或最大負(fù)荷。計(jì)算負(fù)荷是一個(gè)假想的持續(xù)性的負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同一時(shí)間內(nèi)實(shí)際變動(dòng)負(fù)荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。在配電設(shè)計(jì)中，通常采用30分鐘的最大平均負(fù)荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。（2） 尖峰電流指單臺(tái)或多臺(tái)用電設(shè)備持續(xù)1秒左右的最大負(fù)荷電流。一般取啟動(dòng)電流上午周期分量作為計(jì)算電壓損失、電壓波動(dòng)和電壓下降以及選擇電器和保護(hù)元件等的依據(jù)。在校驗(yàn)瞬動(dòng)元件時(shí)，還應(yīng)考慮啟動(dòng)電流的非周期分量。（3） 平

9、均負(fù)荷為一段時(shí)間內(nèi)用電設(shè)備所消耗的電能與該段時(shí)間之比。常選用最大負(fù)荷班（即有代表性的一晝夜內(nèi)電能消耗量最多的一個(gè)班）的平均負(fù)荷，有時(shí)也計(jì)算年平均負(fù)荷。平均負(fù)荷用來計(jì)算最大負(fù)荷和電能消耗量。2.2、負(fù)荷計(jì)算的方法負(fù)荷計(jì)算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項(xiàng)式等幾種。本設(shè)計(jì)采用需要系數(shù)法確定。主要計(jì)算公式有： 有功功率：  P30 = PeKd                 無功功率:   Q30 = P30

10、 tg                 視在功率:   S3O = P30/Cos                 計(jì)算電流:   I30 = S30/3UN 2.3、各用電車間負(fù)荷計(jì)算結(jié)果如下表：廠房編號(hào)廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量

11、/kW需要系數(shù)功率因數(shù)計(jì)算負(fù)荷P30/kwQ30/karS30/kA1鑄造車間動(dòng)力3000.30.709091.8128.6照明60.81.04.804.82鍛壓車間動(dòng)力3500.30.65105122.9161.5照明80.71.05.605.67金工車間動(dòng)力4000.20.658093.6123照明100.81.08086工具車間動(dòng)力3600.30.60108140180照明70.91.06.306.34電鍍車間動(dòng)力2500.50.8012593.8156照明50.81.04043熱處理車間動(dòng)力1500.60.809067.5112.5照明50.81.04049裝配車間動(dòng)力1800.30.

12、705455.177照明60.81.04.804.810機(jī)修車間動(dòng)力1600.20.653237.449照明40.81.03.203.28鍋爐房動(dòng)力500.70.803526.343.8照明10.81.00.800.85倉庫動(dòng)力200.40.808610照明10.81.00.800.8生活區(qū)照明3500.70.9024580.9272 陽泉冶金機(jī)械廠負(fù)荷計(jì)算結(jié)果表2.4、全廠負(fù)荷計(jì)算在負(fù)荷計(jì)算時(shí)采用的是需要系數(shù)法對各個(gè)車間進(jìn)行計(jì)算，并將照明和動(dòng)力部分分開計(jì)算，照明部分和生活區(qū)照明一起計(jì)算。具體步驟如下。1.鑄造車間：動(dòng)力部分P(30)=300kw×0.3=90kw S(30)=90/

13、0.7=128.6kvA Q(30)=90kw×1.02=91.8kvar照明部分P(30)=6kw×0.8=4.8kw Q(30)=0 2.鍛壓車間：動(dòng)力部分P(30)=350kw×0.3=105kw S(30)=105/0.65=161.5kvA Q(30)=105 kw×1.17=122.9 kvar照明部分P(30)=8 kw×0.7=5.6 kwQ(30)=0 3金工車間：動(dòng)力部分P(30)=400 kw×0.2=80 kw Q(30)= 80 kw×1.17=93.6 kvarS(30)= 80/0.65=123

14、 kvA照明部分 P(30)=10 kw×0.8=8 kwQ(30)=0 4工具車間：動(dòng)力部分P(30)=360 kw×0.3=108 kwQ(30)=108 kw×1.33=140 kvarS(30)=108/0.6=180 kvA照明部分P(30)=10 kw×0.8=8 kwQ(30)=0 5電鍍車間：動(dòng)力部分P(30)= 250 kw×0.5=125 kwQ(30)=125 kw×0.75=93.8 kvarS(30)=125/0.75=156 kvA照明部分 P(30)=5 kw×0.8=4 kwQ(30)=0 6

15、熱處理車間：動(dòng)力部分P(30)= 150 kw×0.6=90 kwQ(30)=90 kw×0.75=67.5 kvarS(30)= 90/0.8=112.5 kvA照明部分P(30)=5 kw×0.8=4 kwQ(30)=0 7裝配車間：動(dòng)力部分P(30)= 180 kw×0.3=54 kwQ(30)=54 kw×1.02=55.1 kvarS(30)=54/0.7=77 kvA照明部分P(30)=6 kw×0.8 kw4.8 kwQ(30)=08機(jī)修車間：動(dòng)力部分P(30)=160 kw×0.2=32 kwQ(30)=32

16、 kw×1.17=37.4 kvarS(30)=32/0.65=49 kvA照明部分P(30)=4 kw×0.8=3.2 kwQ(30)=09鍋爐房：動(dòng)力部分P(30)=50 kw×0.7=35 kwQ(30)=35 kw×0.75=26.3 kvarS(30)=35/0.8=43.8 kvA照明部分P(30)=1 kw×0.8=0.8 kwQ(30)=0 10倉庫：動(dòng)力部分P(30)= 20 kw×0.4=8 kwQ(30)=8 kw×0.75=6 kvarS(30)=8/0.8=10 kvA照明部分P(30)=20Q(3

17、0)=0 11生活區(qū)照明 P(30)=350kw×0.7=245kw；Q(30)=245×0.33=80.9kvar S(30)=245kw/0.9=272kva 全場功率負(fù)荷為： 取全場的同時(shí)系數(shù)為：Kp=0.95 ， Kq=0.97，則全場負(fù)荷為： P(30)=0.95×（1063.6+63.2）=1070.46kw Q(30) =0.97×867.372=841.35lvar S(30) =1070.46×1070.46 +841.35×841.35 =1361.53kv，A I（30）=1361.53kv,A/3×0

18、.38kv=2068.69A2.5、功率補(bǔ)償由以上計(jì)算可得變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：這時(shí)低壓側(cè)的功率因數(shù)為：為使高壓側(cè)的功率因數(shù)0.90，則低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)高于0.90，取： 。要使低壓側(cè)的功率因數(shù)由0.79提高到0.95，則低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為：取:=480則補(bǔ)償后變電所低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：計(jì)算電流變壓器的功率損耗為： 變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為：補(bǔ)償后的功率因數(shù)為：滿足（不低于0.93）的要求2.6年耗電量的估算年有功電能消耗量及年無功電能耗電量可由下式計(jì)算得到：年有功電能消耗量： 年無功電能耗電量： 結(jié)合本廠的情況，年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4800h，取年平均有功負(fù)荷系

19、數(shù)，年平均無功負(fù)荷系數(shù)。由此可得本廠：年有功耗電量：；年無功耗電量：三、變電所位置和形式的選擇由于本廠有二級(jí)重要負(fù)荷，考慮到對供電的可靠性的要求，采用兩路進(jìn)線，一路有10KV公共市電架空進(jìn)線（中間有電纜接入變電所）；一路引自鄰廠高壓聯(lián)絡(luò)線。變電所的形式由用電負(fù)荷的狀況和周圍的環(huán)境情況確定，根據(jù)變電所位置和形式的選擇規(guī)定及GB50053-1994的規(guī)定，結(jié)合本廠的實(shí)際情況，這里變電所采用單獨(dú)設(shè)立方式。四、變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量、類型的選擇一、主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇由于該廠的負(fù)荷屬于二級(jí)負(fù)荷，對電源的供電可靠性要求較高，宜采用兩臺(tái)變壓器，以便當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障后檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器能對一、二級(jí)負(fù)荷

20、繼續(xù)供電，故選兩臺(tái)變壓器。 二、主變壓器容量的選擇  裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的變電所，每臺(tái)變壓器的容量ST應(yīng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件： （1） 任一臺(tái)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，ST=（0.6-0.7）*S30 （2） 任一臺(tái)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，STS30（+），即滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷需求。 由于S30（1）= 7932 KVA，因?yàn)樵搹S都是上二級(jí)負(fù)荷所以按條件2 選變壓器。代入數(shù)據(jù)可得：ST=（0.6-0.7）*1169.03=（701.42818.32）KV*A 又考慮到本廠的氣象資料（年平均溫度為23），所以變壓器的實(shí)際容量：ST實(shí)=（1-0.08）*ST=920 KV*A 也滿足使用條件，

21、同時(shí)又考慮到未來的幾年的發(fā)展，所以取ST=1000 KV*A。三、主變壓器類型的選擇考慮到安全和可靠性的問題，確定變壓器為SC3系列箱型干式變壓器。型號(hào)SC3-1000/10，其主要技術(shù)要求指標(biāo)如下表所示：變壓器型號(hào)額定 容量 /KV*A額定電壓KV聯(lián)結(jié)組型號(hào)損耗/KV空載電流I。%短路阻抗Uk%高壓低壓空載負(fù)載SC3-1000/10100010.50.4Dyn112.457.451.36（附：參考尺寸（mm）：長1760 寬1025 高1655 重量（kg）：3410）五、變電所主結(jié)線方案的選擇一、變配電所主結(jié)線的選擇原則（1）當(dāng)滿足運(yùn)行要求時(shí)，應(yīng)盡量少用或不用斷路器，以節(jié)省投資。（2）當(dāng)變

22、電所有兩臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，二次側(cè)應(yīng)采用斷路器分段的單母線接線。（3）當(dāng)供電電源只有一回線路，變電所裝設(shè)單臺(tái)變壓器時(shí)，宜采用線路變壓器組結(jié)線。（4）為了限制配出線短路電流，具有多臺(tái)主變壓器同時(shí)運(yùn)行的變電所，應(yīng)采用變壓器分列運(yùn)行。（5）接在線路上的避雷器，不宜裝設(shè)隔離開關(guān)；但接在母線上的避雷器，可與電壓互感器合用一組隔離開關(guān)。（6）610KV固定式配電裝置的出線側(cè)，在架空線路或有反饋可能的電纜出線回路中，應(yīng)裝設(shè)線路隔離開關(guān)。（7）采用610 KV熔斷器負(fù)荷開關(guān)固定式配電裝置時(shí)，應(yīng)在電源側(cè)裝設(shè)隔離開關(guān)。（8）由地區(qū)電網(wǎng)供電的變配電所電源出線處，宜裝設(shè)供計(jì)費(fèi)用的專用電壓、電流互感器（一般都

23、安裝計(jì)量柜）。（9）變壓器低壓側(cè)為0.4KV的總開關(guān)宜采用低壓斷路器或隔離開關(guān)。當(dāng)有繼電保護(hù)或自動(dòng)切換電源要求時(shí)，低壓側(cè)總開關(guān)和母線分段開關(guān)均應(yīng)采用低壓斷路器。（10）當(dāng)?shù)蛪耗妇€為雙電源，變壓器低壓側(cè)總開關(guān)和母線分段開關(guān)采用低壓斷路器時(shí)，在總開關(guān)的出線側(cè)及母線分段開關(guān)的兩側(cè)，宜裝設(shè)刀開關(guān)或隔離觸頭。  二、主結(jié)線方案選擇    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)工廠總降壓變電所降為610KV的高壓配電電壓，然后經(jīng)車間變電所，降為一般低壓設(shè)備所需的電壓。 總降壓變電所主結(jié)線圖表示工廠接受和分配電能的路徑，由各種電力設(shè)備（變壓

24、器、避雷器、斷路器、互感器、隔離開關(guān)等）及其連接線組成，通常用單線表示。  主結(jié)線對變電所設(shè)備選擇和布置，運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，繼電保護(hù)和控制方式都有密切關(guān)系，是供電設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。  （1）一次側(cè)采用內(nèi)橋式結(jié)線，二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖如下這種主結(jié)線，其一次側(cè)的QF10跨接在兩路電源線之間，猶如一座橋梁，而處在線路斷路器QF11和QF12的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器，因此稱為內(nèi)橋式結(jié)線。這種主結(jié)線的運(yùn)行靈活性較好，供電可靠性較高，適用于一、二級(jí)負(fù)荷工廠。如果某路電源例如WL1線路停電檢修或發(fā)生故障時(shí)，則斷開QF11 ，投入QF10 （其兩側(cè)QS先合），即可由WL

25、2恢復(fù)對變壓器T1的供電，這種內(nèi)橋式結(jié)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(huì)較多、并且變電所的變壓器不需要經(jīng)常切換的總降壓變電所。（2）一次側(cè)采用外橋式結(jié)線、二次側(cè)采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖，這種主結(jié)線，其一次側(cè)的高壓斷路器QF10也跨接在兩路電源進(jìn)線之間，但處在線路斷路器QF11 和QF12的外側(cè)，靠近電源方向，因此稱為外橋式結(jié)線。這種主結(jié)線的運(yùn)行靈活性也較好，供電可靠性同樣較高，適用于一、二級(jí)負(fù)荷的工廠。但與內(nèi)橋式結(jié)線適用的場合有所不同。如果某臺(tái)變壓器例如T1停電檢修或發(fā)生故障時(shí)，則斷開QF11 ，投入QF10 （其兩側(cè)QS先合），使兩路電源進(jìn)線又恢復(fù)并列運(yùn)行。這種外橋

26、式適用于電源線路較短而變電所負(fù)荷變動(dòng)較大、適用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需經(jīng)常切換的總降壓變電所。當(dāng)一次電源電網(wǎng)采用環(huán)行結(jié)線時(shí)，也宜于采用這種結(jié)線，使環(huán)行電網(wǎng)的穿越功率不通過進(jìn)線斷路器QF11 、QF12 ，這對改善線路斷路器的工作及其繼電保護(hù)的整定都極為有利。   （3）一、二次側(cè)均采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖，這種主結(jié)線圖兼有上述兩種橋式結(jié)線的運(yùn)行靈活性的優(yōu)點(diǎn)，但所用高壓開關(guān)設(shè)備較多，可供一、二級(jí)負(fù)荷，適用于一、二次側(cè)進(jìn)出線較多的總降壓變電所（4）一、二次側(cè)均采用雙母線的總降壓變電所主電路圖采用雙母線結(jié)線較之采用單母線結(jié)線，供電可靠性和運(yùn)行靈活性大大提高，但開關(guān)設(shè)備也大大增加，從

27、而大大增加了初投資，所以雙母線結(jié)線在工廠電力系統(tǒng)在工廠變電所中很少運(yùn)用主要用與電力系統(tǒng)的樞紐變電所。本次設(shè)計(jì)的電機(jī)修造廠是連續(xù)運(yùn)行，負(fù)荷變動(dòng)較小，電源進(jìn)線較短（2.5km）,主變壓器不需要經(jīng)常切換，另外再考慮到今后的長遠(yuǎn)發(fā)展。采用一、二側(cè)單母線分段的總降壓變電所主結(jié)線（即全橋式結(jié)線）。六、短路電流的計(jì)算一、短路電流計(jì)算的目的及方法 ：本廠的供電系統(tǒng)簡圖如圖（一）所示。采用兩路電源供線，一路為距本廠7km的饋電變電站經(jīng)LGJ-120架空線（系統(tǒng)按電源計(jì)），該干線首段所裝高壓斷路器的斷流容量為350MV.A；一路為鄰廠高壓聯(lián)絡(luò)線。下面計(jì)算本廠變電所高壓6kV母線上k-1點(diǎn)短路和低壓380V母線上k

28、-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。二、本設(shè)計(jì)采用標(biāo)幺制法進(jìn)行短路計(jì)算（1）確定基準(zhǔn)值    取： 所以：      （2）計(jì)算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值：（忽略架空線至變電所的電纜電抗）    1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值   2）架空線路（XO = 0.3/km）3）電力變壓器（UK% = 6） 可繪得等效電路如圖如下圖（二）所示： (3)求k-1點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量1）總電抗標(biāo)幺值：2）三相短路電流周期分量有效值： 3）

29、其他三相短路電流： 4）三相短路容量： (4)求k-2點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量1)總電抗標(biāo)幺值：2)三相短路電流周期分量有效值：3)其他三相短路電流： 4)三相短路容量：七、變電所一次設(shè)備的選擇和校驗(yàn)（一）變電所高壓一次設(shè)備的選擇根據(jù)機(jī)械廠所在地區(qū)的外界環(huán)境，高壓側(cè)采用天津市長城電器有限公司生產(chǎn)的JYN2-10（Z）型戶內(nèi)移開式交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備。此高壓開關(guān)柜的型號(hào)：JYN2-10/4ZTTA（說明：4：一次方案號(hào)；Z：真空斷路器；T：彈簧操動(dòng)；TA ：干熱帶）。其內(nèi)部高壓一次設(shè)備根據(jù)本廠需求選取，具體設(shè)備見附圖三變電所高壓電氣主接線圖。初選設(shè)備：高壓斷路器： ZN2

30、4-10/1250/20 高壓熔斷器：RN2-10/0.5 -50 電流互感器：LZZQB6-10-0.5-200/5 電壓互感器：JDZJ-10 接地開關(guān)：JN-3-10/25母線型號(hào)：TMY-3（504）；TMY-3（8010）+1（606）絕緣子型號(hào)：ZA-10Y抗彎強(qiáng)度：3.75kN（戶內(nèi)支柱絕緣子）從高壓配電柜引出的10kV三芯電纜采用交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜，型號(hào)：YJV-350，無鋼鎧護(hù)套，纜芯最高工作溫度。（二）變電所高壓一次設(shè)備的校驗(yàn)根據(jù)高壓一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)項(xiàng)目和條件，在據(jù)電壓、電流、斷流能力選擇設(shè)備的基礎(chǔ)上，對所選的高壓側(cè)設(shè)備進(jìn)行必需的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)和熱穩(wěn)定度校驗(yàn)。2.1設(shè)備的

31、動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)1) 高壓電器動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)校驗(yàn)條件： 由以上短路電流計(jì)算得=6.404kA；= 3.792KA。并查找所選設(shè)備的數(shù)據(jù)資料比較得：高壓斷路器ZN24-10/1250/20 =50kA6.404 ，滿足條件；電流互感器LZZQB6-10-0.5-200/5 =79kA6.404，滿足條件；JN-3-10/25接地開關(guān)=63 kA6.404 ，滿足條件。2) 絕緣子動(dòng)穩(wěn)定度校驗(yàn)校驗(yàn)條件： 母線采用平放在絕緣子上的方式，則：（其中=200mm；=900mm）。所以：滿足要求。3) 母線的動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)校驗(yàn)條件： TMY母線材料的最大允許應(yīng)力=140MPa。10kV母線的短路電流=3.792KZ；

32、=6.404KA 三相短路時(shí)所受的最大電動(dòng)力： 母線的彎曲力矩： 母線的截面系數(shù)： 母線在三相短路時(shí)的計(jì)算應(yīng)力： 可得，=140MPa=，滿足動(dòng)穩(wěn)定性要求。2.2高壓設(shè)備的熱穩(wěn)定性校驗(yàn)1) 高壓電器熱穩(wěn)定性校驗(yàn)校驗(yàn)條件： 查閱產(chǎn)品資料：高壓斷路器：=31.5kA,t=4s；電流互感器：=44.5kA ,t=1s；接地開關(guān)：=25kA,t=4s。取，=2.511KA，將數(shù)據(jù)代入上式，經(jīng)計(jì)算以上電器均滿足熱穩(wěn)定性要求。2) 高壓母線熱穩(wěn)定性校驗(yàn)校驗(yàn)條件： A=查產(chǎn)品資料，得銅母線的C=171，取。母線的截面： A=504=200允許的最小截面： 從而，該母線滿足熱穩(wěn)定性要求 。 3) 高壓電纜的熱

33、穩(wěn)定性校驗(yàn)校驗(yàn)條件： A=允許的最小截面：所選電纜YJV-350的截面 A=50從而，該電纜滿足熱穩(wěn)定性要求 。 （三）變電所低壓一次設(shè)備的選擇低壓側(cè)采用的也是天津長城電器有限公司生產(chǎn)的GGD2型低壓開關(guān)柜，所選擇的主要低壓一次設(shè)備參見附圖四變電所低壓電氣主接線圖。部分初選設(shè)備：低壓斷路器：NA1 型智能萬能斷路器、TMS30型塑殼無飛弧智能斷路器 低壓熔斷器：NT系列 電壓互感器：JDZ1系列電流互感器：LMZJ1 、LMZ1 系列 母線型號(hào)： TMY-3（8010）+1（606）絕緣子型號(hào)：ZA-6Y抗彎強(qiáng)度：3.75kN（戶內(nèi)支柱絕緣子）另外，無功補(bǔ)償柜選用2個(gè)GCJ1-01型柜子，采用

34、自動(dòng)補(bǔ)償，滿足補(bǔ)償要求。（四）變電所低壓一次設(shè)備的校驗(yàn)由于根據(jù)低壓一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)項(xiàng)目和條件進(jìn)行的低壓一次側(cè)設(shè)備選擇，不需再對熔斷器、刀開關(guān)、斷路器進(jìn)行校驗(yàn)。關(guān)于低壓電流互感器、電壓互感器、電容器及母線、電纜、絕緣子等校驗(yàn)項(xiàng)目與高壓側(cè)相應(yīng)電器相同，這里僅列出低壓母線的校驗(yàn)：380kV側(cè)母線上母線動(dòng)穩(wěn)定性校驗(yàn)：校驗(yàn)條件： TMY母線材料的最大允許應(yīng)力=140MPa。380kV母線的短路電流=51.051kA;=41.895kA三相短路時(shí)所受的最大電動(dòng)力為：母線的彎曲力矩： 母線的截面系數(shù)： 母線在三相短路時(shí)的計(jì)算應(yīng)力： 可得，=140MPa=，滿足動(dòng)穩(wěn)定性要求。380V側(cè)母線熱穩(wěn)定性校驗(yàn)：校驗(yàn)

35、條件： A=查產(chǎn)品資料，得銅母線的C=171，取。母線的截面： A=8010=800允許的最小截面：從而，滿足熱穩(wěn)定性要求 。 八、變電所進(jìn)出線的選擇與校驗(yàn)為了保證供電的安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)，選擇導(dǎo)線和電纜時(shí)應(yīng)滿足下列條件：發(fā)熱條件；電壓損耗條件；經(jīng)濟(jì)電流密度；機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)：一般10KV及以下的高壓線路和低壓動(dòng)力線路，通常先按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線和電纜截面，再校驗(yàn)其電壓損耗和機(jī)械強(qiáng)度。對于低壓照明線路，因?qū)﹄妷核揭筝^高，通常先按允許電壓損耗進(jìn)行選擇，再校驗(yàn)其發(fā)熱條件和機(jī)械強(qiáng)度。（一）高壓線路導(dǎo)線的選擇架空進(jìn)線后接了一段交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜YJV-350做引入線（直埋），高壓主接線

36、如附圖三所示。高壓側(cè)計(jì)算電流所選電纜的允許載流量：滿足發(fā)熱條件。（二）低壓線路導(dǎo)線的選擇由于沒有設(shè)單獨(dú)的車間變電所，進(jìn)入各個(gè)車間的導(dǎo)線接線采用TN-C-S系統(tǒng)；從變電所到各個(gè)車間及宿舍區(qū)用埋地電纜供電，電纜采用VV22型銅芯交聯(lián)聚氯乙烯絕緣鋼帶鎧裝聚氯乙烯護(hù)套電力電纜，根據(jù)不同的車間負(fù)荷采用不同的截面。其中導(dǎo)線和電纜的截面選擇滿足條件：1) 相線截面的選擇以滿足發(fā)熱條件即，；2) 中性線（N線）截面選擇，這里采用的為一般三相四線，滿足；3) 保護(hù)線（PE線）的截面選擇1時(shí)，；2時(shí)，3時(shí)，4) 保護(hù)中性線（PEN）的選擇，?。∟線）與（PE）的最大截面。結(jié)合計(jì)算負(fù)荷，可得到由變電所到各個(gè)車間的低

37、壓電纜的型號(hào)為：電鍍車間：VV22-1KV-3×120+1×70 兩根并聯(lián)；鑄造車間：VV22-1KV-3×240+1×120 鍋爐房：VV22-1KV-3×120+1×70 鍛壓車間：VV22-1KV-3×150+1×95； 金工車間：VV22-1KV-3×185+1×95 工具車間：VV22-1KV-3×150+1×95 熱處理車間：VV22-1KV-3×150+1×95 裝配車間：VV22-1KV-3×70+1×50 機(jī)修車間：V

38、V22-1KV-3×50+1×35 倉庫：VV22-1KV-3×25+1×16 生活區(qū)：VV22-1KV-3×185+1×95 兩根并聯(lián)；另外，送至各車間的照明線路采用：銅芯聚氯乙烯絕緣導(dǎo)線BV型號(hào)。九、變電所二次回路的選擇及繼電保護(hù)的整定（一） 二次回路方案選擇1) 二次回路電源選擇二次回路操作電源有直流電源，交流電源之分。蓄電池組供電的直流操作電源帶有腐蝕性，并且有爆炸危險(xiǎn)；由整流裝置供電的直流操作電源安全性高，但是經(jīng)濟(jì)性差。 考慮到交流操作電源可使二次回路大大簡化，投資大大減少，且工作可靠，維護(hù)方便。這里采用交流操作電源。2)

39、高壓斷路器的控制和信號(hào)回路高壓斷路器的控制回路取決于操作機(jī)構(gòu)的形式和操作電源的類別。結(jié)合上面設(shè)備的選擇和電源選擇，采用彈簧操作機(jī)構(gòu)的斷路器控制和信號(hào)回路。3) 電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置這里根據(jù)GBJ63-1990的規(guī)范要求選用合適的電測量儀表并配用相應(yīng)絕緣監(jiān)視裝置。a) 10KV電源進(jìn)線上：電能計(jì)量柜裝設(shè)有功電能表和無功電能表；為了解負(fù)荷電流，裝設(shè)電流表一只。b) 變電所每段母線上：裝設(shè)電壓表測量電壓并裝設(shè)絕緣檢測裝置。c) 電力變壓器高壓側(cè)：裝設(shè)電流表和有功電能表各一只。d) 380V的電源進(jìn)線和變壓器低壓側(cè)：各裝一只電流表。e) 低壓動(dòng)力線路：裝設(shè)電流表一只。4) 電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置

40、在二次回路中安裝自動(dòng)重合閘裝置（ARD）（機(jī)械一次重合式）、備用電源自動(dòng)投入裝置（APD）。（二）繼電保護(hù)的整定 繼電保護(hù)要求具有選擇性，速動(dòng)性，可靠性及靈敏性。由于本廠的高壓線路不很長，容量不很大，因此繼電保護(hù)裝置比較簡單。對線路的相間短路保護(hù)，主要采用帶時(shí)限的過電流保護(hù)和瞬時(shí)動(dòng)作的電流速斷保護(hù)；對線路的單相接地保護(hù)采用絕緣監(jiān)視裝置，裝設(shè)在變電所高壓母線上，動(dòng)作于信號(hào)。繼電保護(hù)裝置的接線方式采用兩相兩繼電器式接線；繼電保護(hù)裝置的操作方式采用交流操作電源供電中的“去分流跳閘”操作方式（接線簡單，靈敏可靠）；帶時(shí)限過電流保護(hù)采用反時(shí)限過電流保護(hù)裝置。型號(hào)都采用GL-25/10 。其優(yōu)點(diǎn)是：繼電器

41、數(shù)量大為減少，而且可同時(shí)實(shí)現(xiàn)電流速斷保護(hù)，可采用交流操作，運(yùn)行簡單經(jīng)濟(jì)，投資大大降低。此次設(shè)計(jì)對變壓器裝設(shè)過電流保護(hù)、速斷保護(hù)裝置；在低壓側(cè)采用相關(guān)斷路器實(shí)現(xiàn)三段保護(hù)。（三）變壓器繼電保護(hù)變電所內(nèi)裝有兩臺(tái)10/0.41000的變壓器。低壓母線側(cè)三相短路電流為，高壓側(cè)繼電保護(hù)用電流互感器的變比為200/5A，繼電器采用GL-25/10型，接成兩相兩繼電器方式。下面整定該繼電器的動(dòng)作電流，動(dòng)作時(shí)限和速斷電流倍數(shù)。a)過電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定： ，故其動(dòng)作電流：動(dòng)作電流整定為9A。b)過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的整定由于此變電所為終端變電所，因此其過電流保護(hù)的10倍動(dòng)作電流的動(dòng)作時(shí)限整定為。c)電流速斷保護(hù)

42、速斷電流倍數(shù)整定取 ，故其速斷電流為： 因此速斷電流倍數(shù)整定為： 。（四）10KV側(cè)繼電保護(hù)在此選用GL-25/10型繼電器。由以上條件得計(jì)算數(shù)據(jù)：變壓器一次側(cè)過電流保護(hù)的10倍動(dòng)作時(shí)限整定為0.5s；過電流保護(hù)采用兩相兩繼電器式接線；高壓側(cè)線路首端的三相短路電流為2.511kA；變比為200/5A保護(hù)用電流互感器動(dòng)作電流為9A。下面對高壓母線處的過電流保護(hù)裝置進(jìn)行整定。（高壓母線處繼電保護(hù)用電流互感器變比為200/5A）整定的動(dòng)作電流取，故， 根據(jù)GL-25/10型繼電器的規(guī)格，動(dòng)作電流整定為7A 。整定的動(dòng)作時(shí)限：母線三相短路電流反映到中的電流：對的動(dòng)作電流的倍數(shù)，即：由反時(shí)限過電流保護(hù)的

43、動(dòng)作時(shí)限的整定曲線確定的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間：=0.6s。的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間：母線三相短路電流反映到中的電流：對的動(dòng)作電流的倍數(shù)，即：所以由10倍動(dòng)作電流的動(dòng)作時(shí)限曲線查得的動(dòng)作時(shí)限：。3）0.38KV側(cè)低壓斷路器保護(hù)整定項(xiàng)目：(a)瞬時(shí)過流脫扣器動(dòng)作電流整定：滿足 ：對萬能斷路器取1.35；對塑殼斷路器取22.5。(b)短延時(shí)過流脫扣器動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間整定：滿足: 取1.2。另外還應(yīng)滿足前后保護(hù)裝置的選擇性要求，前一級(jí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間比后一級(jí)至少長一個(gè)時(shí)間級(jí)差0.2s(0.4s,0.6s)。(c)長延時(shí)過流脫扣器動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間整定：滿足： 取1.1。 (d)過流脫扣器與被保護(hù)線路配合要求滿足： ：絕緣

44、導(dǎo)線和電纜允許短時(shí)過負(fù)荷倍數(shù)(對瞬時(shí)和短延時(shí)過流脫扣器，一般取4.5；對長延時(shí)過流脫扣器，取1.11.2)。(e)熱脫扣器動(dòng)作電流整定：滿足： 取1.1，一般應(yīng)通過實(shí)際運(yùn)行進(jìn)行檢驗(yàn)?？筛鶕?jù)以上整定要求，參考相關(guān)產(chǎn)品資料對低壓側(cè)的NA1和TMS30系列低壓斷路器進(jìn)行整定，在此不詳述。十、防雷保護(hù)和接地裝置的設(shè)計(jì)一、防雷設(shè)備防雷的設(shè)備主要有接閃器和避雷器。其中，接閃器就是專門用來接受直接雷擊（雷閃）的金屬物體。接閃的金屬稱為避雷針。接閃的金屬線稱為避雷線，或稱架空地線。接閃的金屬帶稱為避雷帶。接閃的金屬網(wǎng)稱為避雷網(wǎng)。避雷器是用來防止雷電產(chǎn)生的過電壓波沿線路侵入變配電所或其它建筑物內(nèi)，以免危及被保護(hù)

45、設(shè)備的絕緣。避雷器應(yīng)與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，裝在被保護(hù)設(shè)備的電源側(cè)。當(dāng)線路上出現(xiàn)危及設(shè)備絕緣的雷電過電壓時(shí)，避雷器的火花間隙就被擊穿，或由高阻變?yōu)榈妥?，使過電壓對大地放電，從而保護(hù)了設(shè)備的絕緣。避雷器的型式，主要有閥式和排氣式等。二、防雷措施（1）架空線路的防雷措施1架設(shè)避雷線  這是防雷的有效措施，但造價(jià)高，因此只在66KV及以上的架空線路上才沿全線裝設(shè)。35KV的架空線路上，一般只在進(jìn)出變配電所的一段線路上裝設(shè)。而10KV及以下的線路上一般不裝設(shè)避雷線。2.提高線路本身的絕緣水平  在架空線路上，可采用木橫擔(dān)、瓷橫擔(dān)或高一級(jí)的絕緣子，以提高線路的防雷水平，這是10KV及以下架

46、空線路防雷的基本措施。3.利用三角形排列的頂線兼作防雷保護(hù)線  由于310KV的線路是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，因此可在三角形排列的頂線絕緣子裝以保護(hù)間隙。在出現(xiàn)雷電過電壓時(shí)，頂線絕緣子上的保護(hù)間隙被擊穿，通過其接地引下線對地泄放雷電流，從而保護(hù)了下面兩根導(dǎo)線，也不會(huì)引起線路斷路器跳閘。4.裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置  線路上因雷擊放電而產(chǎn)生的短路是由電弧引起的。在斷路器跳閘后，電弧即自行熄滅。如果采用一次ARD，使斷路器經(jīng)0.5s或稍長一點(diǎn)時(shí)間后自動(dòng)重合閘，電弧通常不會(huì)復(fù)燃，從而能恢復(fù)供電，這對一般用戶不會(huì)有什么影響。5.個(gè)別絕緣薄弱地點(diǎn)加裝避雷器  對架空線路上個(gè)別絕

47、緣薄弱地點(diǎn)，如跨越桿、轉(zhuǎn)角桿、分支桿、帶拉線桿以及木桿線路中個(gè)別金屬桿等處，可裝設(shè)排氣式避雷器或保護(hù)間隙。 （2）變配電所的防雷措施1.裝設(shè)避雷針  室外配電裝置應(yīng)裝設(shè)避雷針來防護(hù)直接雷擊。如果變配電所處在附近高建（構(gòu)）筑物上防雷設(shè)施保護(hù)范圍之內(nèi)或變配電所本身為室內(nèi)型時(shí)，不必再考慮直擊雷的保護(hù)。2.高壓側(cè)裝設(shè)避雷器  這主要用來保護(hù)主變壓器，以免雷電沖擊波沿高壓線路侵入變電所，損壞了變電所的這一最關(guān)鍵的設(shè)備。為此要求避雷器應(yīng)盡量靠近主變壓器安裝。閥式避雷器至310KV主變壓器的最大電氣如下表。雷雨季節(jié)經(jīng)常運(yùn)行的進(jìn)線路數(shù)1234避雷器至主變壓器的最大電氣距離/m1523273

48、0避雷器的接地端應(yīng)與變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)及金屬外殼等連接在一起。在每路進(jìn)線終端和每段母線上，均裝有閥式避雷器。如果進(jìn)線是具有一段引入電纜的架空線路，則在架空線路終端的電纜頭處裝設(shè)閥式避雷器或排氣式避雷器，其接地端與電纜頭外殼相聯(lián)后接地。3.低壓側(cè)裝設(shè)避雷器  這主要用在多雷區(qū)用來防止雷電波沿低壓線路侵入而擊穿電力變壓器的絕緣。當(dāng)變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)不接地時(shí)（如IT系統(tǒng)），其中性點(diǎn)可裝設(shè)閥式避雷器或金屬氧化物避雷器或保護(hù)間隙。 在本設(shè)計(jì)中，配電所屋頂及邊緣敷設(shè)避雷帶，其直徑為8mm的鍍鋅圓鋼，主筋直徑應(yīng)大于或等于10mm的鍍鋅圓鋼。三、接地裝置的設(shè)計(jì)（1）接地與接地裝置電氣設(shè)備的某部分與大地之間做良好的電氣連接，稱為接地。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體，稱為接地體，或稱接地極。專門為接地而人為裝設(shè)的接地體，稱為人工接地體。兼作接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬管道及建筑物的鋼筋混凝土基礎(chǔ)等，稱為自然接地體。連接接地體與設(shè)備、裝置接地部分的金屬導(dǎo)體，稱為接地線。接地線在設(shè)備、裝置正常運(yùn)行情況下是不載流的，但在故障情況下要通過接地故障電流。接地線與接