工廠供配電系統(tǒng)設(shè)計

1、工廠供配電系統(tǒng)設(shè)計1高壓供電線路設(shè)計1.1配電室選址一、配電所的設(shè)計要求:1、供電可靠，技術(shù)先進，保障人身安全，經(jīng)濟合理，維修方便。2、根據(jù)工程特點，規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，以近期為主，適當考慮發(fā)展，正確處理近期建設(shè)和原期發(fā)展的關(guān)系，進行遠近結(jié)合。3、結(jié)合負荷性質(zhì)，用電容量，工程特點，所址環(huán)境，地區(qū)供電條件和節(jié)約電能等因素，并征求建設(shè)單位的意見，綜合考慮，合理確定設(shè)計方案。4、變配電所采用的設(shè)備和元件，應(yīng)符合國家或行業(yè)的產(chǎn)品技術(shù)標準，并優(yōu)先選用技術(shù)先進，經(jīng)濟適用和節(jié)能的成套設(shè)備及定型產(chǎn)品。5、地震基本強度為7度及以上的地區(qū)，變配電所的設(shè)計和電氣設(shè)備的安裝應(yīng)采取必要的抗震措施。二、變配電所選址：變配電所

2、地址選擇應(yīng)根據(jù)下列要求綜合考慮確定：1、 接近負荷中心；2、 接近電源側(cè)；3、 進出線方便；4、 運輸設(shè)備方便；5、 不應(yīng)設(shè)在有劇烈震動或高溫的地方；6、 不宜設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場所；7、 不應(yīng)設(shè)在廁所，浴室或其他經(jīng)常積水場所的正下方，也不宜與上述場所相貼鄰；8、 不應(yīng)設(shè)在地勢低洼和可能積水的場所；9、 不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險的區(qū)域里；10、不宜設(shè)在有火災(zāi)危險區(qū)域的正上方或正下方。1.2負荷等級的劃分一、符合下列情況之一時，應(yīng)為一級負荷：1、中斷供電將造成人身傷亡時。2、中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失時。例如:重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢、國民經(jīng)濟中重點企業(yè)

3、的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復(fù)等。3、中斷供電將影響有重大政治、經(jīng)濟意義的用電單位的正常工作。例如:重要交通樞紐、重要通信樞紐、重要賓館、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要電力負荷。在一級負荷中，當中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷，應(yīng)視為特別重要的負荷。二、符合下列情況之一時，應(yīng)為二級負荷：1、中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失時。例如:主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復(fù)、重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。2、中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。例如:交通樞紐、通信樞紐等用電單位

4、中的重要電力負荷，以及中斷供電將造成大型影劇院、大型商場等較多人員集中的重要的公共場所秩序混亂。不屬于一級和二級負荷者應(yīng)為三級負荷。根據(jù)工廠的生產(chǎn)特性，并考慮中斷供電對其所產(chǎn)生的影響情況，故將本廠的用電負荷劃分為二級負荷。1.3對接線方案的選擇一、主接線方案設(shè)計原則與要求變電所的主接線，應(yīng)根據(jù)變電所在供電系統(tǒng)中的地位、進出線回路數(shù)、設(shè)備特點及負荷性質(zhì)等條件確定，并應(yīng)滿足安全、可靠、靈活和經(jīng)濟等要求。1、安全 應(yīng)符合有關(guān)國家標準和技術(shù)規(guī)范的要求，能充分保證人身和設(shè)備的安全。2、可靠 應(yīng)滿足電力負荷特別是其中一、二級負荷對供電可靠性的要求。3、靈活 應(yīng)能必要的各種運行方式，便于切換操作和檢修，且適

5、應(yīng)負荷的發(fā)展。（4、經(jīng)濟 在滿足上述要求的前提下，盡量使主接線簡單，投資少，運行費用低，并節(jié)約電能和有色金屬消耗量。二、常見主接線方案1、只裝有一臺主變壓器的變電所主接線方案只裝有一臺主變壓器的變電所，其高壓側(cè)一般采用無母線的接線，根據(jù)高壓側(cè)采用的開關(guān)電器不同，有三種比較典型的主接線方案：（1）高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-熔斷器或戶外跌開式熔斷器的主接線方案；（2）高壓側(cè)采用負荷開關(guān)-熔斷器或負荷型跌開式熔斷器的主接線方案；（3）高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-斷路器的主接線方案。2、裝有兩臺主變壓器的變電所主接線方案裝有兩臺主變壓器的變電所的典型主接線方案有：（1）高壓無母線、低壓單母線分段的主接線方案；（2）

6、高壓采用單母線、低壓單母線分段的主接線方案；（3）高低壓側(cè)均為單母線分段的主接線方案。三、主接線方案確定1、10kV側(cè)主接線方案的擬定由工廠負荷計算表（見附錄三）可知，高壓側(cè)進線有一條10kV的公用電源干線，為滿足工廠二級負荷的要求，又采用與附近單位連接高壓聯(lián)絡(luò)線的方式取得備用電源，因此，變電所高壓側(cè)有兩條電源進線，一條工作，一條備用，同時為保證供電的可靠性和對擴建的適應(yīng)性所以10kV側(cè)可采用單母線或單母線分段的方案。2、380V側(cè)主接線方案的擬定由原始資料可知，工廠用電部門較多，為保證供電的可靠性和靈活性可采用單母線或單母線分段接線的方案，對電能進行匯集，使每一個用電部門都可以方便地獲得電能

7、。3、方案確定根據(jù)前面章節(jié)的計算，若主變采用一臺S11型變壓器時，總進線為兩路。為提高供電系統(tǒng)的可靠性，高壓側(cè)采用單母線分段形式，低壓側(cè)采用單母線形式，其系統(tǒng)圖見圖1。若主變采用兩臺S11型變壓器時，總進線為兩路，為提高供電系統(tǒng)的可靠性，高壓側(cè)采用單母線分段形式，兩臺變壓器在正常情況下分裂運行，當其中任意一臺出現(xiàn)故障時另一臺作為備用，當總進線中的任一回路出現(xiàn)故障時兩臺變壓器并列運行。低壓側(cè)采用也單母線分段形式，其系統(tǒng)圖見圖2。圖1 采用一臺主變時的系統(tǒng)圖圖2 采用兩臺主變時的系統(tǒng)圖比較項目裝設(shè)一臺主變的方案裝設(shè)兩臺主變的方案技術(shù)指標供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質(zhì)

8、量由于一臺主變，電壓損耗略大由于兩臺主變并列，電壓損耗略小靈活方便性只有一臺主變，靈活性不好由于有兩臺主變，靈活性較好擴建適應(yīng)性差一些更好經(jīng)濟指標電力變壓器的綜合投資額按單臺22.598萬元計，綜合投資為222.598=45.196萬元按單臺15.217萬元計，綜合投資為415.217=60.868萬元高壓開關(guān)柜（含計量柜）的綜合投資額按每臺4.2萬元計,綜合投資約為51.54.2=31.5萬元6臺GG-1A（F）型柜綜合投資約為61.54.2=37.8萬元電力變壓器和高壓開關(guān)柜的年運行費主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修管理費約7萬元主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修管理費約10萬元交供電部門的一次性供

9、電貼費按800元/kVA計，貼費為16000.08萬元=128萬元貼費為210000.08=160萬元表1上表1是兩種主接線方案的比較，從上表可以看出，按技術(shù)指標，裝設(shè)兩臺主變的主接線方案優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的方案。從經(jīng)濟指標來看，裝設(shè)一臺主變的方案優(yōu)于裝設(shè)兩臺主變的方案。由于集中負荷較大，已經(jīng)大1250kVA,低壓側(cè)出線回路數(shù)較多，且有一定量的二級負荷，考慮今后增容擴建的適應(yīng)性，從技術(shù)指標考慮，采用于裝設(shè)兩臺主變的方案。1.4配電柜選擇對于配電柜選擇的選擇，應(yīng)滿足下列要求:一、高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證工作人員的安全和便于運行、維護、檢查、檢修和試驗。二、高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的機械強度，以保證在

10、操作一次設(shè)備時，二次設(shè)備不會產(chǎn)生永久性變形和影響性能的彈性變形。三、開關(guān)柜內(nèi)必須有工作位置、試驗位置、以保證手車處于以上位置時，不能隨意移動。四、開關(guān)柜內(nèi)手車的推進與拉出應(yīng)靈活方便，不產(chǎn)生沖擊力，相同規(guī)格的手車應(yīng)具有互換性。五、沿所有開關(guān)柜整個長度延伸方向應(yīng)設(shè)有專用的接地導(dǎo)體。六、“五防”聯(lián)鎖要求:斷路器手車只能在試驗或工作位置時，斷路器才能進行合、分闡操作。當接地開關(guān)處于分閘狀態(tài)時，手車才能從試驗或斷開位置移到工作位置。手車處于工作位置時，接地開關(guān)操作軸被鎖定，接地開關(guān)不能合閘。當斷路器處于合閘狀態(tài)時，絲桿被鎖定，不能移動手車。只有當接地開關(guān)合上，電纜室門才能打開檢修電纜。斷路器在工作位置，

11、二次插頭不能撥下。七、二次回路導(dǎo)線應(yīng)有足夠的截面，從而不致影響互感器準確度，應(yīng)使用銅導(dǎo)線，其截面電流回路采用不小于2.5mm、電壓回路不小于1.5 mm.八、開關(guān)柜電纜室門要求做成帶絞鏈，并與斷路器聯(lián)鎖，滿足五防功能。九、電流互感器的安裝要求便于拆裝和做試驗。十、高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)必須是中置式開關(guān)柜，斷路器室下部必須是一個獨立小室，中間加隔板完全分開。對于原有系統(tǒng)，采用的是固定式開關(guān)柜，柜內(nèi)繼電保護主要是電磁式繼電器，操作復(fù)雜，穩(wěn)定性差，制約生產(chǎn)因素多，屬于落后產(chǎn)品，且防護等級已經(jīng)達不到現(xiàn)有要求，不能滿足現(xiàn)有生產(chǎn)的需要。綜合比較現(xiàn)有的多種配電柜，研究其各自的特點，最終采用了KYN系列開關(guān)柜，此柜

12、采用中置式結(jié)構(gòu)，節(jié)約了斷路器室約50%的空間，更有利于電纜的安裝，且技術(shù)含量高，容量大，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，牢固，外型美觀，安全可靠，防護等級高，維修量小等特點，還可以與微機接口，實現(xiàn)配電站的自動化。2無功補償工廠供配電系統(tǒng)中，功率因數(shù)的高低是衡量一個工廠電能質(zhì)量的重要指標，功率因數(shù)偏低就意味著系統(tǒng)中無功電源不足，會導(dǎo)致系統(tǒng)電壓降低而造成電能損耗增加，用電效率降低，限制了供電線路的送電能力。供電部門一般要求工廠的月平均功率因素達到0.9以上，當企業(yè)的自然總平均功率因數(shù)較低，單靠提高用電設(shè)備的自然功率達不到要求時，應(yīng)采用必要的無功功率補償設(shè)備進一步提高工廠的功率因數(shù)。本工廠中，采用電力電容器進行無功功

13、率補償。補償方式有兩類：一、高壓集中補償高壓集中補償是將并聯(lián)電容器集中裝設(shè)在高壓配電所的高壓母線上，這種補償方式只能補償高壓母線前邊所有線路上的無功功率，而高壓母線后面的無功功率得不到補償，這種補償方式只適合于大中型企業(yè)。二、低壓集中補償?shù)蛪杭醒a償將并聯(lián)電容器裝設(shè)在變電所的低壓母線上，一般負荷較集中的小型企業(yè)用此補償方式比較經(jīng)濟。并聯(lián)電容器量的確定如下公式所示: （1） 公式中：-總平均最大功率kW；-最大使用時平均功率因數(shù)；，-目標功率因數(shù)，取0.970.98。三、低壓分散補償?shù)蛪悍稚⒀a償是將并聯(lián)電容器分散地裝設(shè)在各個用電負荷的附近。這種補償范圍大，不僅能減少高壓線路上的無功功率同時也減少

14、了低壓線路中的無功功率，減少了電氣設(shè)備的容量和各導(dǎo)線的截面，降低了電能的損耗。這種方式用在負荷比較分散，補償容量小的企業(yè)比較適宜。補償容量計算如下公式所示: （2）公式中：-補償前企業(yè)自然平均功率角的正切值；-補償后企業(yè)功率因數(shù)角的正切值；-年平均有功負荷系數(shù)，一般取0.70.75；-無功功率補償率，kvar/kW 。根據(jù)實際情況，考慮到本工廠負荷多為高壓供電，故采用高壓集中補償?shù)姆绞竭M行補償。由于本廠配備的用電設(shè)備大多屬于電動機，故需要補償?shù)娜萘勘容^小，采用的是電容器自動投補的方式。 3高壓側(cè)短路電流，短路容量的確定進行短路電流計算，首先要繪制計算電路圖。在計算電路圖上，將短路計算所考慮的各

15、元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號，然后確定短路計算點。短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通過。接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算出電路中各主要元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來，并標明其序號和阻抗值，然后將等效電路化簡。對于工廠供電系統(tǒng)來說，由于將電力系統(tǒng)當作無限大容量電源，而且短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可將電路化簡，求出其等效總阻抗。最后計算短路電流和短路容量。短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（又稱有名單位制法，因其短路計算中的阻抗都采用有名單位“歐姆”而得名

16、）和標幺制法（又稱相對單位制法，因其短路計算中的有關(guān)物理量采用標幺值即相對單位而得名）。本設(shè)計采用標幺制法計算一、標幺制法計算步驟和方法1、繪計算電路圖，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以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。2、設(shè)定基準容量和基準電壓，計算短路點基準電流。一般設(shè)S=100MVA，設(shè)U=U（短路計算電壓）。短路基準電流按下式計算： (3)3、計算短路回路中各主要元件的阻抗標幺值。一般只計算電抗。電力系統(tǒng)的電抗標幺值 (4)式中：S電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量（單位為MVA）。電力線路的電抗標幺值 (5)式中 U線路所在電網(wǎng)的短路計算電壓（單位為

17、kV）。電力變壓器的電抗標幺值 (6)式中：U%變壓器的短路電壓（阻抗電壓）百分值； S變壓器的額定容量（單位為kVA,計算時化為與S同單位）。4、繪短路回路等效電路，并計算總阻抗。用標幺制法進行短路計算時，無論有幾個短路計算點，其短路等效電路只有一個。5、計算短路電流。分別對短路計算點計算其各種短路電流：三相短路電流周期分量、短路次暫態(tài)短路電流、短路穩(wěn)態(tài)電流、短路沖擊電流及短路后第一個周期的短路全電流有效值（又稱短路沖擊電流有效值）。 (7)在無限大容量系統(tǒng)中，存在下列關(guān)系：= (8)高壓電路的短路沖擊電流及其有效值按下列公式近似計算：=2.55 (9)=1.51 (10)低壓電路的短路沖擊

18、電流及其有效值按下列公式近似計算：=1.84 (11)=1.09 (12)6、計算短路容量 (3-13) 圖3 并列運行時短路計算電路二、兩臺變壓器并列運行計算（由以上公式進行計算，計算過程此處略）三、兩臺變壓器分裂運行計算（由以上公式進行計算，計算過程此處略）四、短路電流計算結(jié)果短路電流計算結(jié)果見表1、表2：表1 并列運行時短路電流計算結(jié)果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAK11.961.961.965.02.9635.7K219.719.719.736.2521.4717K319.719.719.736.2521.4717表2 并列運行時短路電流計算結(jié)果短路計算點三相短路電流

19、/kA三相短路容量/MVAK11.961.961.965.02.9635.7K225.825.825.852.531.119.8比較變壓器并列和分裂運行兩種情況下的短路計算，可得出分裂運行時的低壓側(cè)短路電流較并列運行時有明顯減小，因此，為降低短路電流水平，所設(shè)計變電站通常情況下應(yīng)分裂運行。4設(shè)備的選擇與校驗供配電系統(tǒng)中的導(dǎo)線及電氣設(shè)備包括電力變壓器，高低壓開關(guān)電器，互感器等，均需要依據(jù)正常工作條件，環(huán)境條件及安裝條件進行選擇，部分設(shè)備還需要依據(jù)故障情況進行短路電流的動穩(wěn)定度，熱穩(wěn)定度校驗，在保障供配電系統(tǒng)安全可靠工作的前提下，力爭做到運行維護方便，技術(shù)先進，投資經(jīng)濟合理。供配電系統(tǒng)中的電氣設(shè)備

20、按正常工作條件進行選擇，就是要考慮電氣設(shè)備裝設(shè)的環(huán)境條件和電氣要求：環(huán)境條件是指電氣設(shè)備所處的位置(戶內(nèi)或戶外)，環(huán)境溫度，海拔高度以及有無防塵，防腐，防火，防爆等要求;電氣要求是指電氣設(shè)備對電壓，電流，頻率等方面的要求；對開關(guān)電器及保護用設(shè)備，如開關(guān)，熔斷器等，還應(yīng)考慮其斷流能力。電氣設(shè)備短路情況進行校驗，就是要按最大可能的短路故障(通常為三相短路故障)時的動，熱穩(wěn)定度進行校驗。但熔斷器和有熔斷保護的電器和導(dǎo)體(如電壓互感器等)，以及架空線路，一般不必考慮動穩(wěn)定度，熱穩(wěn)定度的校驗，對電纜，也不必進行動穩(wěn)定度的校驗。在供配電系統(tǒng)中盡管各種電氣設(shè)備的作用不一樣，但選擇的要求和條件有諸多是相同的。

21、為保證設(shè)備安全，可靠的運行，各種設(shè)備均應(yīng)按正常工作條件下的額定電壓和額定電流選擇，并按短路故障條件校驗其動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度。4.1 一次設(shè)備選擇與校驗的條件為了保證一次設(shè)備安全可靠地運行，必須按下列條件選擇和校驗：一、按正常工作條件，包括電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇。二、按短路條件，包括動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定來校驗。三、考慮電氣設(shè)備運行的環(huán)境條件和溫度、濕度、海拔以及有無防塵、防腐、防火、防爆等要求。4.2 按正常工作條件選擇一、按工作電壓選擇 設(shè)備的額定電壓不應(yīng)小于所在線路的額定電壓，即 (14)二、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 (15)三、按斷流能力選擇設(shè)備的額定

22、開斷電流I或斷流容量S不應(yīng)小于設(shè)備分斷瞬間的短路電流有效值I或短路容量S，即 (16)或 (17) 4.3 按短路條件校驗短路條件校驗，就是校驗電器和導(dǎo)體在短路時的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。一、隔離開關(guān)、負荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗1、動穩(wěn)定校驗條件 (18) 或 (19) 式中：、開關(guān)的極限通過電流（動穩(wěn)定電流）峰值和有效值（單位為kA）；、開關(guān)所在處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值（單位為kA）。2、熱穩(wěn)定校驗條件 (20) 式中： 開關(guān)的熱穩(wěn)定電流有效值（單位為kA）； 開關(guān)的熱穩(wěn)定試驗時間（單位為s）； 開關(guān)所在處的三相短路穩(wěn)態(tài)電流（單位為kA）； 短路發(fā)熱假想時間（單位為s）。二、電流互感

23、器的短路穩(wěn)定度校驗1、動穩(wěn)定校驗條件 (21) 或 (22) 式中：電流互感器的動穩(wěn)定電流（單位為kA）；電流互感器的動穩(wěn)定倍數(shù)（對）；電流互感器的額定一次電流（單位為A）。2、熱穩(wěn)定校驗條件 (23)或 (24)式中： 電流互感器的熱穩(wěn)定電流（單位為kA）； 電流互感器的熱穩(wěn)定試驗時間，一般取1s； 電流互感器的熱穩(wěn)定倍數(shù)（對）。4.4高低壓母線的選擇按照最大負荷計算高壓母線上的最大電流為=115.5A，低壓母線上的最大電流=3039A。根據(jù)計算電流和GB5005394 10kV 及以下變電所設(shè)計規(guī)范中的規(guī)定，高壓母線選擇TMY-3(606)型母線，相母線尺寸均為60mm6mm，其載流量為2

24、240A；低壓母線選擇TMY-3(8010)+ 606型母線，即相母線尺寸為80mm10mm,中性母線尺寸為60mm6mm，其載流量為3232A。4.5高壓側(cè)斷路器的選擇與校驗對于高壓側(cè)斷路器，以前使用的是II型少油斷路器。經(jīng)過多年的使用發(fā)現(xiàn)，10kV少油斷路器運行中存在檢修次數(shù)頻繁、檢修工作量大，滲漏問題較難處理問題，在一定的條件下會產(chǎn)生高壓可燃的氣體，乃至發(fā)生爆炸，所以在電力發(fā)展過種中，這種斷路器越來越不能滿足社會發(fā)展的需要。由于放置在室內(nèi)，且其開斷能力較大，故使用真空斷路器。研究發(fā)現(xiàn)，真空斷路器與少油斷路器相比較有著明顯的優(yōu)勢:一、真空斷路器維護簡單，無爆炸危險，無污染，噪音低，檢修費用

25、低，故障率低。二、滅弧室開斷后介質(zhì)恢復(fù)快，不需要冷卻和更換，熄弧能力底，無損耗，觸頭壓力小。三、開斷電流大，主回路接觸電阻小，并適合于頻繁操作等比較苛刻的工作條件。四、真空斷路器使用壽命長，一般可達20年左右，可靠性高。相比各種真空斷路器，VS1的機械傳動設(shè)計的比較好，可靠性高，選擇型號為VS1-12的真空斷路器，且與配電柜為成套產(chǎn)品。對于高壓側(cè)斷路器的校驗，只需其開斷能力大于短路電流即可。由于其為成套產(chǎn)品，查產(chǎn)品樣本，斷路器的選擇均滿足要求。而斷路器的速斷保護、過電流保護、零序保護、高溫報警等，均與二次回路有關(guān)。4.6互感器的選擇與校驗互感器是電流互感器和電壓互感器的統(tǒng)稱。他們實質(zhì)上是一種特

26、殊的變壓器，可稱為儀用變壓器或測量互感器?；ジ衅魇歉鶕?jù)變壓器的變壓，變流原理將一次電量(電壓，電流)轉(zhuǎn)變成同類型的二次電量的電器，該二次電量可作為二次回路中測量儀表，保護繼電器等設(shè)備的電源或信號源。因此，他們在供配電系統(tǒng)中具有重要的作用，其主要功能為：變換功能：將一次回路的大電壓和大電流變換成適合儀表，繼電器工作的小電壓和小電流。隔離和保護功能：互感器作為一，二次電路之間的中間元件，不僅使儀表，繼電器等二次設(shè)備與一次主電路隔離，提高了電路工作的安全性和可靠性，而且有利于人身安全。擴大儀表、繼電器等二次設(shè)備的應(yīng)用范圍：由于互感器的二次側(cè)的電流或電壓額定值統(tǒng)一規(guī)定為5A（1A）及100V，通過改變

27、互感器的變比，可以反映任意大小的主電路電壓和電流值，而且便于二次設(shè)備制造規(guī)格統(tǒng)一和批量生產(chǎn)。一、電流互感器的選擇與校驗1、電流互感器的選擇電流互感器應(yīng)能做到系統(tǒng)正常時長期運行，并取得準確等度級要求的電流傳變值。同時尚應(yīng)能承受短時短路電流的作用。（1）滿足工作電壓要求，即： 式中 ：為電流互感器最高工作電壓； 為電流互感器最裝設(shè)處的最高工作電壓； 為電流互感器額定電壓；為系統(tǒng)的標稱電壓。（2）滿足工作電流要求應(yīng)對一，二次側(cè)分別考慮。1)一次側(cè)額定電流： 式中，為線路計算短路電流。2)二次額定電流：3)準確度等級 已知電流互感器的準確度與一次側(cè)電流大小和二次側(cè)負荷大小有關(guān)。2、電流互感器的校驗因線

28、路短路時，短路電流會流過電流互感器的一次繞組，所以應(yīng)做動，熱穩(wěn)定校驗。以高壓側(cè)任一電流互感器為例：查出其動穩(wěn)定倍數(shù)為215，熱穩(wěn)定倍數(shù)為120（1）動穩(wěn)定性校驗由公式： （25）計算：滿足動穩(wěn)定要求。式中為電流互感器的動穩(wěn)定倍數(shù)(對)；（2）熱穩(wěn)定性校驗由公式： （26）計算： 滿足熱穩(wěn)定要求。式中：為電流互感器的熱穩(wěn)定倍數(shù)(對)；為電流互感器的熱穩(wěn)定試驗時間，一般取1s。為短度發(fā)熱假想時間，高速斷路器取0.1s?？芍?，電流互感器的選擇滿足要求。其他電流互感器的選擇類似。二、電壓互感器的選擇1、對一次側(cè)電壓要求： 式中：為電壓互感器最高工作電壓；為電壓互感器裝設(shè)處的最高工作電壓為電壓互感器額定

29、電壓為系統(tǒng)的標稱電壓2、二次側(cè)電壓：電壓互感器二次側(cè)額定電壓應(yīng)滿足儀表額定電壓為100V的要求。本題采用完全星型接法。本題中用在高壓側(cè)的電壓互感器，考慮以上條件，選擇型號均為JDZ-1010/0.1 KV的電壓互感器。4.7避雷器的選擇避雷器是一種能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過電壓能量，保護電工設(shè)備免受瞬時過電壓危害，又能截斷續(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置。避雷器通常接于帶電導(dǎo)線與地之間，與被保護設(shè)備并聯(lián)。當過電壓值達到規(guī)定的動作電壓時，避雷器立即動作，流過電荷，限制過電壓幅值，保護設(shè)備絕緣;電壓值正常后，避雷器又迅速恢復(fù)原狀，以保證系統(tǒng)正常供電。避雷器有管式和閥式兩大類。閥式避雷器

30、分為碳化硅避雷器和金屬氧化物避雷器(又稱氧化鋅避雷器)。管式避雷器主要用于變電所、發(fā)電廠的進線保護和線路絕緣弱點的保護。碳化硅避雷器廣泛應(yīng)用于交、直流系統(tǒng)，保護發(fā)電、變電設(shè)備的絕緣。氧化鋅避雷器由于保護性能優(yōu)于碳化硅避雷器，正在逐步取代后者，廣泛應(yīng)用于交、直流系統(tǒng)，保護發(fā)電、變電設(shè)備的絕緣，尤其適用于中性點有效接地的110千伏及以上電網(wǎng)。這里，我們選用ZnO避雷器，是因為:氧化鋅閥片具有很理想的非線性伏安特性。普通的閥型避雷器的閥片是金剛砂SiC,試驗中發(fā)現(xiàn) ZnO、 SiC電阻閥片在10KA電流下的殘壓相同，但在額定電壓下ZnO對應(yīng)的電流一般在10-5A以下，可近似的認為其續(xù)流為零，而SiC

31、的續(xù)流卻是100A左右。也就是說在工作電壓下，氧化鋅閥片實際上相當一絕緣體。ZnO避雷器除了有效理想的非線性伏安特性外，其主要優(yōu)點是:一、無間隙。在工作電壓作用下，ZnO實際上相當于一絕緣體，因而工作電壓不會使ZnO閥片燒壞，所以不用串聯(lián)間隙來隔離工作電壓(SiC閥片在正常工作電壓下有幾十安電流，會燒壞閥片，因此，不得不串聯(lián)間隙)。由于無間隙，當然也就沒有傳統(tǒng)的SiC避雷器那樣因串聯(lián)間隙而帶來的一系列問題，如污穢，內(nèi)部氣壓變化使串聯(lián)間隙放電電壓不穩(wěn)定等。同時，因無間隙，故大大改善了陡波下的響應(yīng)特性。二、無續(xù)流。當作用在ZnO閥片上的電壓超過某一值(此值稱為起始動作電壓)時，將發(fā)生“導(dǎo)通”其后，

32、ZnO閥片上的殘壓受其良好的非線性特性所控制，當系統(tǒng)電壓降至起始動作電壓以下時，ZnO避雷器的“導(dǎo)通”狀態(tài)終止，有相當于一絕緣體，因此不存在工頻續(xù)流，而SiC避雷器卻不同，它不僅要吸收過電壓的能量，而且還要吸收過電壓能量即可，這樣對ZnO避雷器的熱容量的要求就比SiC低的多。三、電氣設(shè)備所受過電壓可以降低。雖然10KA雷電流下的殘壓值ZnO避雷器與SiC相同，當后者只在串聯(lián)間隙放電后才一可將電流泄放，而前者在整個過電壓過程中都有電流流過，因此降低了作用在變電站電氣設(shè)備上的過電壓。四、通流容量大。ZnO避雷器的通容流量較大可以用來限制內(nèi)部過電壓。此外，由于無間隙和通流容量大，故ZnO避雷器體積小

33、、重量小、結(jié)構(gòu)簡單、運行維護方便、使用壽命也長。由于無續(xù)流，故也可使用于直流輸電系統(tǒng)。ZnO避雷器的主要特性有起始動作電壓及壓比等。起始動作電壓又稱轉(zhuǎn)折電壓，從這一點開始，電流將隨電壓的升高而迅速增加，也即其非線性系數(shù)a將迅速進入0.020.05的區(qū)域。通常是以1 mA下的電壓作為起始動作電壓，其值的最大允許工作電壓峰值的105%115%。壓比是指氧化鋅避雷器通過大電流是的殘壓與通過一毫安直流電流時的電壓之比，例如10kA壓比是指通過沖擊電流10kA時的殘壓與1 mA(直流)時電壓之比，壓比越小，意味著通過大電流時之殘壓越低，則ZnO的保護性能越好，目前，此值約為1.62.0。目前，各國生產(chǎn)的

34、氧化鋅避雷器，在電壓等級較低時(如110KV以下)大部分是采用無間隙的。對于超高壓避雷器，在電壓等級較低壓比時，則采用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的方法：為了降低大電流時的殘壓而又不加大閥片在正常運行中的電壓負擔(dān)以減輕氧化鋅閥片的老化，往往也才用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的方法。由于氧化鋅避雷器具有上述一系列的優(yōu)點，且造價較低，故取代SiC避雷器已是大勢所趨。目前已有額定電壓750KV以下的系列產(chǎn)品，我國也己生產(chǎn)10KV及以下電壓等級的氧化鋅避雷器。選擇的氧化鋅避雷器型號為HY5WS-17/45。其中，H表示復(fù)合有機外套，Y表示金屬氧化物避雷器，5表示標稱放電電流為5kA, W表示無間隙，S表示配電，17表示避雷器的額

35、定電壓為17kV , 45表示標稱放電電流下最大殘壓為45kV 。4.8 接地裝置的選擇一、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。接地線與接地體合稱為接地裝置。由若干接地體在大地中相互用接地線連接起來的一個整體，稱為接地網(wǎng)。其中接地線又分為接地干線和

36、接地支線。接地干線一般應(yīng)采用不少于兩根導(dǎo)體在不同地點與接地網(wǎng)連接。二、確定此配電所公共接地裝置的垂直接地鋼管和連接扁鋼1、確定接地電阻按相關(guān)資料可確定此配電所公共接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足以下兩個條件：RE 250V/IERE 10式中IE的計算為IE = IC = 60(60354)A/350 = 34.3A故 RE 350V/34.3A = 10.2綜上可知，此配電所總的接地電阻應(yīng)為RE102、接地裝置初步方案現(xiàn)初步考慮圍繞變電所建筑四周，距變電所23m，打入一圈直徑50mm、長2.5m的鋼管接地體，每隔5m打入一根，管間用404mm的扁鋼焊接。3、計算單根鋼管接地電阻查相關(guān)資料得土質(zhì)的 =

37、 100m則單根鋼管接地電阻RE(1) 100m/2.5m = 404、確定接地鋼管數(shù)和最后的接地方案根據(jù)RE(1)/RE = 40/4 = 10。但考慮到管間的屏蔽效應(yīng)，初選15根直徑50mm、長2.5m的鋼管作接地體。以n = 15和a/l = 2再查有關(guān)資料可得E 0.66。 因此可得 n = RE(1)/(ERE) = 40/(0.664) 15考慮到接地體的均勻?qū)ΨQ布置，選16mm根直徑50mm、長2.5m的鋼管作地體，用404mm的扁鋼連接，環(huán)形布置。5工廠供配電二次回路的設(shè)計變電所的電氣設(shè)備分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。一次設(shè)備(也稱主設(shè)備)是構(gòu)成電力系統(tǒng)的主體，它是直接生產(chǎn)、輸送和分

38、配電能的設(shè)備，包括發(fā)電機、電力變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電力母線、電力電纜和輸電線路等。二次設(shè)備是對一次設(shè)備進行控制、調(diào)節(jié)、保護和監(jiān)測的設(shè)備，它包括控制器具、繼電保護和自動裝置、測量儀表、信號器具等。二次設(shè)備通過電壓互感器和電流互感器與一次設(shè)備取得電的聯(lián)系。一次設(shè)備及其連接的回路稱為一次回路。二次設(shè)備按照一定的規(guī)則連接起來以實現(xiàn)某種技術(shù)要求的電氣回路稱為二次回路。二次回路包括監(jiān)視、測量與計量儀表、繼電保護及自動裝置、開關(guān)控制與信號設(shè)備、操作電源與控制線路所組成的回路，用以保證一次設(shè)備的工作與安全運行系統(tǒng)。二次回路的設(shè)計，包括二次回路接線原理圖、二次回路原理展開圖和二次回路平面布置圖。二次回路可

39、劃分為下列幾部分；電壓回路：由電壓互感器與儀表、繼電器等的電壓線圈組成。電流回路：由電流互感器與儀表、繼電器等的電壓線圈組成。操作回路：由操作電源與斷路器的掉閘、合閘線圈等組成。信號回路：由信號電源與光字牌、警鈴、電笛等組成。二次回路包括交流回路和直流回路兩大部分。交流回路包括電壓互感器的電壓回路和電流互感器的電流回路。直流回路包括控制、合閘、信號等回路共有25條直流小母線。每條小母線都用專用文字符號和數(shù)字符號標示。參照二次回路基本圖例，并結(jié)合系統(tǒng)實際情況，在最大程度的優(yōu)化設(shè)備控制及運行的情況下，研究設(shè)計出了能滿足本廠供配電系統(tǒng)安全可靠供電的二次回路。各種測量二次回路如下圖所示(以3號HM壓縮

40、機為例):A電流測量圖4 電流測量裝置圖B過流保護測量 圖5 過流保護測量裝置圖C接地保護測量圖6 接地保護裝置圖D電壓測量圖7 電壓測量裝置圖 圖8 差動保護測量回路圖測量回路，主要是利用各種電流，電壓互感器進行測量。測量的各種數(shù)據(jù)，將傳遞給各自的保護回路。保護回路控制一次回路上斷路器的分合，就可以實現(xiàn)各種突發(fā)事件的控制。如差動保護測量回路將電信號傳遞給差動保護二次回路，以實現(xiàn)保護功能。如下圖所示。圖9 差動保護二次回路示意圖從圖中可以看出各種回路雖然保護對象不同，但只要保護的對象發(fā)生異常情況，都可以根據(jù)觀察信號燈，操作控制開關(guān)來進行各一次回路上斷路器的合閘與跳閘。而且從燈的顏色也可以辯明事故信號，預(yù)告信號等重要信息。這樣，保護裝置和監(jiān)測裝置動作后都要發(fā)出相應(yīng)的信號提醒或提示運行人員，從而保障供電的安全性。6節(jié)能措施為了提高電能的利用率和使用效率，節(jié)約能源節(jié)約資金，工廠的節(jié)電工作涉及面很廣，既包括配電系統(tǒng)的節(jié)能改造，也包括電動機、風(fēng)機、水泵等用電設(shè)備的節(jié)能改造。其中，配電系統(tǒng)的電能損耗率(簡稱線損率