煉鋼廠110kV降壓變電所電氣一次部分初步設(shè)計(jì)

1、煉鋼廠110kV降壓變電所電氣一次部分初步設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)：供用電技術(shù) 學(xué)號(hào)：xxx 姓名：xxx指導(dǎo)教師:xxx摘 要：依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，進(jìn)行全廠負(fù)荷計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行主變和車(chē)間變壓器的選擇，確定無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆桨?，在廠總平面圖的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)總降壓變電所的所址、布置形式和車(chē)間變電所的類(lèi)型及布置方案，在廠區(qū)高壓配電接線方式確定后，提出兩種電氣主接線方案，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，選擇最優(yōu)方案，對(duì)防雷接地的設(shè)計(jì)也進(jìn)行了分析和論證，最后進(jìn)行總降壓變電所的短路分析，設(shè)計(jì)了基于MATLAB/SIMULINK的短路分析模型，并對(duì)短路電流波形進(jìn)行了分析。關(guān)鍵字：負(fù)荷計(jì)算;變壓器;主接線;MATLAB/SIMULINK1

2、負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算工廠供電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)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(kāi)關(guān)電器等電氣設(shè)備的依據(jù)。電力負(fù)荷計(jì)算的方法主要有需要系數(shù)法和二項(xiàng)式法。需要系數(shù)法是國(guó)際上通用的確定計(jì)算負(fù)荷的方法簡(jiǎn)單實(shí)用，對(duì)任何性質(zhì)的企業(yè)都適用，特別適用長(zhǎng)期工作制用電設(shè)備占主要負(fù)荷的車(chē)間，計(jì)算結(jié)果基本符合實(shí)際。二項(xiàng)式法的應(yīng)用局限性較大，但在確定設(shè)備臺(tái)數(shù)較少而容量差別懸殊的分支干線的負(fù)荷計(jì)算時(shí)比需要系數(shù)法要準(zhǔn)確而且計(jì)算也更簡(jiǎn)便，計(jì)算結(jié)果偏大。本次設(shè)計(jì)采用需要系數(shù)法。在供電系統(tǒng)中，由于絕大多數(shù)用電設(shè)備如變壓器、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等都屬于感性負(fù)荷，使得系統(tǒng)的自然功率因數(shù)偏低，功率因數(shù)低將

3、會(huì)使電網(wǎng)的功率損耗增大，電壓損失增大，還會(huì)使供電設(shè)備的供電能力降低，因此必須采取人工的補(bǔ)償措施，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。1.1 負(fù)荷統(tǒng)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，各車(chē)間負(fù)荷統(tǒng)計(jì)情況如表1所示，負(fù)荷性質(zhì)分析如表2所示。表1 全廠各車(chē)間負(fù)荷統(tǒng)計(jì)情況序號(hào)電壓（kV）車(chē)間名稱(chēng)設(shè)備容量（kW）需要系數(shù)、功率因數(shù)負(fù)荷類(lèi)別Kd110高爐煉鋼車(chē)間45300.30.650.84一210高爐煉鐵車(chē)間45800.70.650.84一310初軋車(chē)間45500.60.70.82一410大型車(chē)間45800.50.50.89一510中型車(chē)間33200.40.50.89一610中板車(chē)間34000.450.60.86一710管材車(chē)間3250

4、0.750.750.8一810機(jī)修車(chē)間33600.30.50.89二9380/220鍋爐房1510.750.80.78二10380/220化驗(yàn)室，辦公室500.60.60.86二表2 負(fù)荷性質(zhì)分析結(jié)果表負(fù)荷類(lèi)別負(fù)荷值（KW）占總負(fù)荷百分比（%）一2821088.8二356111.2由表1和表2可以看出，該廠88.8%的負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷，對(duì)供電的可靠性要求很高，另外，1到8號(hào)車(chē)間的進(jìn)線電壓為10kV高壓，9和10號(hào)車(chē)間為小于0.4kV的低壓配電。1.2 車(chē)間負(fù)荷計(jì)算各車(chē)間高壓側(cè)負(fù)荷計(jì)算所依據(jù)的公式如下：計(jì)算有功功率計(jì)算無(wú)功功率計(jì)算視在功率計(jì)算電流下面以1號(hào)車(chē)間即高爐煉鋼車(chē)間10kV進(jìn)線側(cè)的負(fù)荷計(jì)算

5、為例，其計(jì)算的過(guò)程如下：由車(chē)間原始負(fù)荷數(shù)據(jù)得，設(shè)備總?cè)萘?4530kW，需要系數(shù) =0.3，=0.84，=0.65，因此，可得計(jì)算負(fù)荷：計(jì)算有功功率=0.34530=1359（kW）計(jì)算無(wú)功功率=13590.65=883.35(kvar)計(jì)算視在功率（kVA）其他車(chē)間的高壓側(cè)負(fù)荷計(jì)算采用天正電氣繪圖軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算界面見(jiàn)圖1。圖1 天正電氣軟件負(fù)荷計(jì)算界面從圖1可知，采用天正電氣軟件計(jì)算的結(jié)果和筆者手算的結(jié)果一致，采用需要系數(shù)法計(jì)算后，各車(chē)間計(jì)算負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表如表3所示。1.3總降壓變電所10kV母線側(cè)計(jì)算負(fù)荷（補(bǔ)償前）。計(jì)算依據(jù)的公式為:有功功率 無(wú)功功率 視在功率自然功率因數(shù)表3 各車(chē)間計(jì)算

6、負(fù)荷表（按需要系數(shù)法計(jì)算）序號(hào)電壓(kV)車(chē)間名稱(chēng)設(shè)備容量（kW）計(jì)算負(fù)荷負(fù)荷類(lèi)別(kW)(kvar)(kVA)110高爐煉鋼車(chē)間45301359883.361620.87一210高爐煉鐵車(chē)間458032062083.933823.77一310初軋車(chē)間455027301911.013332.4一410大型車(chē)間458022901145.052560.32一510中型車(chē)間33201328664.031484.76一610中板車(chē)間34001530918.011784.28一710管材車(chē)間32502437.51828.123046.87一810機(jī)修車(chē)間33601008504.021126.99二938

7、0/220鍋爐房151113.2590.6145.03二10380/220化驗(yàn)室、辦公室50301834.99二式中 有功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，取0.850.95；無(wú)功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，取0.90.97； 年平均無(wú)功負(fù)荷系數(shù)，取0.760.82； 年平均有功負(fù)荷系數(shù)，取0.70.75；本次設(shè)計(jì)中取=0.95，=0.97，=0.75，=0.8 故 =0.95(1359+3206+2730+2290+1328+1530+2437.5+1008+113.25+30)=15230.1(kW)=0.97(883.36+2083.93+1911.01+1145.05+664.03+918.01+1828.12+504

8、.02+90.6+18)=9744.7(kvar)(kVA) 1.4總降壓變電所110kV轉(zhuǎn)供負(fù)荷計(jì)算本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)供負(fù)荷的計(jì)算采用了和車(chē)間負(fù)荷一樣的計(jì)算方式，即按需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程同樣采用了天正電氣軟件，轉(zhuǎn)供負(fù)荷統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表4，轉(zhuǎn)供負(fù)荷計(jì)算界面如圖2。表4 轉(zhuǎn)供負(fù)荷統(tǒng)計(jì)情況序號(hào)工廠名稱(chēng)設(shè)備容量（kW）需要系數(shù)計(jì)算負(fù)荷KdcosPcQcSc1石油機(jī)械制造廠35000.450.871575.00892.591810.342橡膠廠40000.50.782000.001604.562564.10圖2 轉(zhuǎn)供負(fù)荷計(jì)算界面1.5總降壓變電所10kV母線側(cè)補(bǔ)償容量的計(jì)按供電部門(mén)提出的技術(shù)要求，工廠最大

9、負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不得低于0.9，未補(bǔ)償前，廠供電系統(tǒng)的自然功率因數(shù)為0.85，本設(shè)計(jì)中選擇在總降壓變電所的10kV母線側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償，考慮到變壓器的無(wú)功功率損耗遠(yuǎn)大于有功功率損耗,一般=（45）,因此在主變壓器低壓側(cè)補(bǔ)償時(shí)，低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)略高于0.9，這里設(shè)定補(bǔ)償后的功率因數(shù)為0.95。補(bǔ)償容量計(jì)算公式為式中 對(duì)應(yīng)于原來(lái)的功率因數(shù)的正切值；需要補(bǔ)償?shù)降墓β室驍?shù)正切值；具體的計(jì)算由天正電氣軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，計(jì)算界面見(jiàn)圖3。圖3 無(wú)功補(bǔ)償和電容器臺(tái)數(shù)計(jì)算可見(jiàn)設(shè)定補(bǔ)償后功率因數(shù)為0.95時(shí)，需要補(bǔ)償?shù)娜萘繛?041.3(kvar)。1.6 補(bǔ)償裝置及臺(tái)數(shù)的選擇目前常用的補(bǔ)償裝置有并聯(lián)電容器、同步調(diào)

10、相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等。在工廠中普遍采用并聯(lián)電容器，本設(shè)計(jì)中選擇單只容量為50kvar的并聯(lián)電容器，具體型號(hào)為BWF10.5-50-1W型單相并聯(lián)電容器，臺(tái)數(shù)選擇81臺(tái)，3的倍數(shù)，以便于三相均衡分配，全部投入補(bǔ)償時(shí)，補(bǔ)償容量為4050kvar，可參見(jiàn)圖1-3，同時(shí)，GB50053-1994規(guī)定：電容器組應(yīng)裝設(shè)放電裝置。由于本設(shè)計(jì)采用高壓集中補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償方式，因此宜選擇電壓互感器作為放電裝置。2 變壓器的選擇2.1 變壓器的選擇原則對(duì)于二、三級(jí)負(fù)荷，變電所只設(shè)置一臺(tái)變壓器，其容量應(yīng)比對(duì)應(yīng)的計(jì)算負(fù)荷大15%，從其他車(chē)間變電所低壓母線上取得備用電源；對(duì)于一級(jí)負(fù)荷車(chē)間，采用兩回獨(dú)立進(jìn)線，設(shè)置兩臺(tái)變壓器，

11、其容量選擇應(yīng)滿(mǎn)足一臺(tái)故障檢修時(shí)，其余變壓器能保證對(duì)一級(jí)負(fù)荷的供電。兩臺(tái)以上變壓器工作方式有明備用和暗備用兩種，明備用是指一臺(tái)工作另一臺(tái)備用，暗備用是指兩臺(tái)變壓器同時(shí)工作，各承擔(dān)50%計(jì)算負(fù)荷，均按70%80%計(jì)算負(fù)荷選擇變壓器容量，則變壓器的負(fù)荷率=50%/70%=0.7 接近于經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率（變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率為50%）。另外車(chē)間變壓器單臺(tái)容量不宜超過(guò)2000kVA，主要受開(kāi)關(guān)電器斷流容量限制。2.2總降壓變電所主變壓器的選擇全廠一級(jí)負(fù)荷所占比重超過(guò)了70%，因此應(yīng)選擇2臺(tái)主變壓器，暗備用方式運(yùn)行。容量按計(jì)算負(fù)荷的80%計(jì)算，即80%16259.913008( kVA)，因全廠88.8%的車(chē)間為

12、一級(jí)負(fù)荷，所以變壓器的調(diào)壓方式選擇有載調(diào)壓，有載調(diào)壓相比無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓，具有在不停電的條件下調(diào)壓的優(yōu)點(diǎn)，供電的可靠性強(qiáng)，另外由于總降壓變電所需提供的電壓等級(jí)為110kV和10kV兩個(gè)等級(jí)，所以選擇雙繞組的變壓器即可。由于總降壓變電所的電壓等級(jí)為110kV，為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，主變壓器的連接組別采用YD11，這種連接方式可以有效的削弱一次側(cè)空載電流中的三次諧波及主磁通中的三次諧波分量，使空載電流、主磁通及其感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)均接近于正弦波。綜合以上幾個(gè)參考條件，可以選擇2臺(tái)SFZ11-12500/110型三相雙繞組有載調(diào)壓電力變壓器，每臺(tái)負(fù)荷率=16259.9/(212500) 65%， 基本滿(mǎn)足了變壓器

13、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。主變壓器詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表5。表5 主變壓器詳細(xì)參數(shù)臺(tái)數(shù)型號(hào)容量kVA額定電壓連接組別損耗(kW)空載電流%阻抗電壓%負(fù)荷率%高壓(kV)低壓(kV)空載負(fù)載2SFZ11-12500/1101250011081.25%10.511YD1113.459.90.7410.5652.3 車(chē)間變電所變壓器的選擇 1號(hào)車(chē)間(高爐煉鋼車(chē)間)=1620.87 (kVA)，該車(chē)間屬于一級(jí)負(fù)荷，為確保供電可靠性，選用兩臺(tái)變壓器，單臺(tái)容量按80%的計(jì)算負(fù)荷選擇，即80%1620.871297(kVA) ，可選用兩臺(tái)S9-1250/10/0.4型低損耗電力變壓器，每臺(tái)負(fù)荷率=1620.87/(21250)

14、64.8%， 基本滿(mǎn)足了變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。2號(hào)車(chē)間(高爐煉鐵車(chē)間)=3823.77 (kVA)，該車(chē)間屬于一級(jí)負(fù)荷，為確保供電可靠性，選用兩臺(tái)變壓器，單臺(tái)容量按80%的計(jì)算負(fù)荷選擇，即80%3823.773059(kVA)，可選用兩臺(tái)S9-2500/10/0.4型低損耗電力變壓器，S9-3150/10型的不滿(mǎn)足電壓等級(jí)要求，每臺(tái)負(fù)荷率=3823.77/(22500)76.5% 基本滿(mǎn)足了變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。3號(hào)車(chē)間(初軋車(chē)間)=3332.4(kVA)，該車(chē)間屬于一級(jí)負(fù)荷，為確保供電可靠性，選用兩臺(tái)變壓器，單臺(tái)容量按80%的計(jì)算負(fù)荷選擇，即80%3332.42665.92(kVA)，可選用

15、兩臺(tái)S9-2500/10/0.4型低損耗電力變壓器，每臺(tái)負(fù)荷率=2665.92/(22500)53.3%，也基本滿(mǎn)足了變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求，一般只有當(dāng)30%時(shí)，需要更換變壓器。4號(hào)車(chē)間(大型車(chē)間)=2560.32(kVA)，該車(chē)間屬于一級(jí)負(fù)荷，為確保供電可靠性，選用兩臺(tái)變壓器，單臺(tái)容量按80%的計(jì)算負(fù)荷選擇，即80%2560.322048(kVA)，可選用兩臺(tái)S9-2000/10/0.4型低損耗電力變壓器，每臺(tái)負(fù)荷率=2560.32/(22000)64%，滿(mǎn)足了變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求。5號(hào)車(chē)間(中型車(chē)間)=1484.76 (kVA)，該車(chē)間屬于一級(jí)負(fù)荷，為確保供電可靠性，選用兩臺(tái)變壓器，單臺(tái)容量

16、按80%的計(jì)算負(fù)荷選擇，即80%1484.761188(kVA)，可選用兩臺(tái)S9-1000/10/0.4型低損耗電力變壓器，每臺(tái)負(fù)荷率=1484.76/(21000)74.2%，滿(mǎn)足了變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求。6號(hào)車(chē)間(中板車(chē)間)=1784.28 (kVA)，該車(chē)間屬于一級(jí)負(fù)荷，為確保供電可靠性，選用兩臺(tái)變壓器，單臺(tái)容量按80%的計(jì)算負(fù)荷選擇，即80%1784.281427(kVA)，有兩種型號(hào)S9-1250/10/0.4型和S9-1600/10/0.4型可供選擇，S9-1250/10型負(fù)荷率=1784.28/(21250)71.4%，S9-1600/10型負(fù)荷率=1784.28/(21600)5

17、5.8%，兩者都滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求，且成本上單臺(tái)S9-1600/10型(參考價(jià)151800￥)比S9-1250/10型(參考價(jià)124000￥)貴近3萬(wàn)元，因此，初步確定選用兩臺(tái)S9-1250/10/0.4型的電力變壓器。7號(hào)車(chē)間(管材車(chē)間)=3046.87 (kVA)，該車(chē)間屬于一級(jí)負(fù)荷，為確保供電可靠性，選用兩臺(tái)變壓器，單臺(tái)容量按80%的計(jì)算負(fù)荷選擇，即80%3046.872437(kVA)，可選用兩臺(tái)S9-2500/10/0.4型低損耗電力變壓器，每臺(tái)負(fù)荷率=3046.87/(22500)60.9%，滿(mǎn)足了變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求。8號(hào)車(chē)間(機(jī)修車(chē)間)=1126.99 (kVA)，該車(chē)間屬于二級(jí)

18、負(fù)荷，可設(shè)一臺(tái)變壓器，從其他車(chē)間取得備用電源，保證供電可靠性，容量按80%的負(fù)荷率進(jìn)行選擇，即1126.99/80%1409(kVA)，可選用一臺(tái)S9-1600/10/0.4型低損耗電力變壓器，實(shí)際負(fù)荷率=1126.99/160070.4%，滿(mǎn)足了變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求。9號(hào)車(chē)間(鍋爐房)=145.03 (kVA)，該車(chē)間屬于二級(jí)負(fù)荷，由于車(chē)間計(jì)算負(fù)荷較小，且所需電壓等級(jí)為380/220V的低壓，因此，可不設(shè)變壓器，只設(shè)低壓配電屏即可，可從相鄰車(chē)間取得2回獨(dú)立電源，保證供電可靠性。10號(hào)車(chē)間(化驗(yàn)室、辦公室)=34.99(kVA)，該車(chē)間屬于二級(jí)負(fù)荷，由于車(chē)間計(jì)算負(fù)荷較小，且所需電壓等級(jí)為380

19、/220V的低壓，因此，可不設(shè)變壓器，只設(shè)低壓配電屏即可，可從相鄰車(chē)間取得2回獨(dú)立電源，保證供電可靠性。以上是全廠各個(gè)車(chē)間變壓器的初步選擇情況，變壓器的容量選用了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1094.11094.519962003電力變壓器所確定的容量系列，本設(shè)計(jì)采用普遍使用的R10容量系列，同時(shí)選擇被推廣的低損耗電力變壓器S9系列，此處采用10kV級(jí)的S9系列變壓器，各車(chē)間變壓器選擇情況見(jiàn)表6。表6 各車(chē)間變壓器選擇情況（10kV級(jí)S9系列）序號(hào)電壓(kV)車(chē)間名稱(chēng)(kVA)變壓器臺(tái)數(shù)、容量、負(fù)荷率負(fù)荷類(lèi)別臺(tái)數(shù)(個(gè))單臺(tái)容量(kVA)單臺(tái)(%)110高爐煉鋼車(chē)間1620.872125064.8一210高爐煉

20、鐵車(chē)間3823.772250076.5一310初軋車(chē)間3332.42250053.3一410大型車(chē)間2560.322200064一510中型車(chē)間1484.762100074.2一610中板車(chē)間1784.282125071.4一710管材車(chē)間3046.872250060.9一810機(jī)修車(chē)間1126.991160070.4二9380/220鍋爐房145.03000二10380/220化驗(yàn)室、辦公室34.99000二3 變電所的類(lèi)型及所址選擇3.1 變配電所所址選擇的一般原則 變配電所位置的選擇必須適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃和布局的要求，盡可能的接近主要用戶(hù)，靠近負(fù)荷中心。這樣，必然就會(huì)減少輸電線路的投資

21、和電能的損耗，既經(jīng)濟(jì)又節(jié)省能源。因此變配電所位置的確定遵循以下原則：接近負(fù)荷中心，以降低配電系統(tǒng)的電能損耗、電壓損耗和有色金屬消耗量。進(jìn)出線方便。要有足夠的進(jìn)出線走廊，提供給架空進(jìn)線、電纜溝或電纜隧道?？拷娫磦?cè)。變電所應(yīng)靠近電源進(jìn)線側(cè)布置，以免過(guò)大的功率倒送，產(chǎn)生不必要的電能損耗和電壓損失。 滿(mǎn)足供電半徑的要求。由于電壓等級(jí)決定了線路最大的輸送功率和輸送距離，供電半徑過(guò)大導(dǎo)致線路上電壓損失太大，使末端用電設(shè)備處的電壓不能滿(mǎn)足要求。因此變電所的位置應(yīng)保證所有用電負(fù)荷均處于該站的有效供電半徑內(nèi)，否則應(yīng)增加變電所或采取其他措施。運(yùn)輸設(shè)備方便。避免設(shè)在有劇烈震動(dòng)和高溫的場(chǎng)所。避免設(shè)在多塵或有腐蝕性氣

22、體的場(chǎng)所。避免設(shè)在潮濕或易積水場(chǎng)所。3.2 總降壓變電所的所址及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(gè)或幾個(gè)，一般只設(shè)一個(gè)。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(gè)地區(qū)，同時(shí)應(yīng)接近負(fù)荷中心，以減少供電半徑。從本廠的總平面圖（見(jiàn)圖4）可以看出，全廠負(fù)荷及110kV高壓轉(zhuǎn)供負(fù)荷的分布較為集中，且總?cè)萘坎皇翘貏e大，因此，全廠只設(shè)一個(gè)總降壓變電所，采用獨(dú)立式，由于設(shè)計(jì)所依據(jù)的原始資料中，只是給出了各個(gè)車(chē)間的平面布置方位關(guān)系，沒(méi)有給出具體的尺寸，故此處的所址選擇只是初步的選擇，總降壓變電所的位置初步確定在圖3-1中1、3、5和IJ1車(chē)間所圍成的空地中。圖4 工廠總

23、平面圖（原始資料）變電所的布置形式有室內(nèi)、室外和混合式三種。室內(nèi)變電所一般由變壓器室、低壓配電室、電容器室、控制室和值班室等構(gòu)成。本設(shè)計(jì)中總降壓變電所的進(jìn)線電壓為110kV，宜采用混合式布置，需人員值班，應(yīng)設(shè)立值班室，衛(wèi)生間，兩個(gè)主變壓器采用室外安裝形式，同時(shí)還應(yīng)有110kV高壓配電室。圖5所示為總降壓變電所布置方案。圖5 110kV變電所布置方案3.3 車(chē)間變電所的類(lèi)型及布置形式10kV變電所大多為室內(nèi)型或組合式成套變電所。室內(nèi)變電所按其位置主要有以下幾種類(lèi)型：車(chē)間變電所。整個(gè)變電所位于車(chē)間內(nèi)，可最大程度的靠近負(fù)荷中心，如圖6中5所示。車(chē)間附設(shè)變電所。變電所的一面或數(shù)面墻與建筑物共用，節(jié)約建

24、筑費(fèi)用，主要用于負(fù)荷較大的車(chē)間，內(nèi)附式如圖6中1、2，外附式如圖6中3、4。獨(dú)立變電所。變電所為一獨(dú)立建筑物，獨(dú)立變電所建筑費(fèi)用高，主要用于負(fù)荷小而分散的工業(yè)企業(yè)，如圖6中7所示。地下變電所。在高層民用建筑中應(yīng)用較多，如圖6中9所示。樓上變電所。通常用在高層建筑中，如圖6中10所示。露天變電所。變壓器安裝在室外抬高的地面上，如圖6中6所示。桿上變電所。整個(gè)變電所設(shè)在室外電桿上面，如圖6中8所示。圖6 車(chē)間變電所類(lèi)型本次車(chē)間變電所類(lèi)型和布置的設(shè)計(jì)主要考慮了各車(chē)間的變壓器臺(tái)數(shù)和容量情況，以及各車(chē)間的環(huán)境因素，主要是振動(dòng)和高溫的因素，在以上條件的基礎(chǔ)上，以節(jié)約成本，經(jīng)濟(jì)性為原則進(jìn)行了設(shè)計(jì)。其中1、2

25、、3、4、5、6號(hào)車(chē)間變電所的設(shè)計(jì)基本一致，這些車(chē)間的振動(dòng)或者車(chē)間內(nèi)溫度相對(duì)較大，采用了外附設(shè)式，變電所的布置采用10kV兩臺(tái)主變壓器變電所的典型布置方案，見(jiàn)圖7。7、8號(hào)車(chē)間變電所采用內(nèi)附式，滿(mǎn)足技術(shù)要求又經(jīng)濟(jì)，7號(hào)車(chē)間變電所布置與6號(hào)相同，8號(hào)車(chē)間屬二級(jí)負(fù)荷且只設(shè)了一臺(tái)變壓器，其變電所的布置中，沒(méi)有設(shè)值班室，見(jiàn)圖38。9、10號(hào)車(chē)間屬二級(jí)負(fù)荷，容量小，無(wú)變壓器，故只設(shè)了低壓電壓配電室，見(jiàn)圖9。圖7 3車(chē)間變電所類(lèi)型及布置方案圖8 8車(chē)間變電所類(lèi)型及布置方案 圖9 10車(chē)間變電所布置方案4 廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 廠區(qū)配電電壓的選擇本廠雙回電源進(jìn)線側(cè)電壓是110kV，總降壓變電所高壓配電

26、室接有110kV的高壓轉(zhuǎn)供負(fù)荷，廠內(nèi)10個(gè)車(chē)間中除9、10號(hào)車(chē)間的配電電壓小于0.4kV外，其余的車(chē)間配電電壓均為10kV，且9和10車(chē)間的總計(jì)算負(fù)荷不足200kVA，因此，廠區(qū)配電電壓只設(shè)10kV一個(gè)電壓等級(jí)，為了減少?gòu)S供電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和建設(shè)成本，屬二級(jí)負(fù)荷的車(chē)間，如8、9、10號(hào)車(chē)間，不單獨(dú)從總降壓變電所的10kV高壓配電室引線，8號(hào)車(chē)間由相鄰車(chē)間的高壓配電室轉(zhuǎn)供，9、10號(hào)車(chē)間也選擇從相鄰車(chē)間的低壓配電室取得工作電源和備用電源。4.2 廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)接線方案的選擇在確定了廠區(qū)配電電壓、變電所的位置和布置形式后，便需要進(jìn)一步確定廠區(qū)的高壓配電系統(tǒng)接線方式。廠區(qū)高壓配電接線方式有放射式、樹(shù)

27、干式和環(huán)式，以及由上述三種形式派生出來(lái)的其他形式。設(shè)計(jì)時(shí)，主要根據(jù)負(fù)荷的可靠性要求、廠區(qū)負(fù)荷分布情況及運(yùn)行維護(hù)情況來(lái)選擇使用。放射式：高壓放射式接線是指從總變電所高壓母線上引出的一條回路直接向一個(gè)車(chē)間變電所或高壓用電設(shè)備供電，沿線不接其它負(fù)荷。放射式接線主要有單回路放射式、雙回路放射式和有公共干線放射式，如圖10所示。（a）具有公共備用線路放射式 （b）雙電源雙回路放射式 （c）具有低壓聯(lián)絡(luò)線的單回放射式圖10 放射式接線單回路放射式接線特點(diǎn)是線路敷設(shè)容易，操作維護(hù)方便、保護(hù)簡(jiǎn)單和便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。缺點(diǎn)是出線多，需要的高壓開(kāi)關(guān)柜數(shù)量多，投資大，當(dāng)一條線路或開(kāi)關(guān)柜故障時(shí)，由該線路供電的車(chē)間負(fù)荷要停

28、電，故供電可靠性差，一般只適用于三級(jí)負(fù)荷。雙電源雙回路接線方式，其中一條線路發(fā)生故障或檢修時(shí)另一條回路繼續(xù)運(yùn)行，因此，這種接線方式供電可靠性較高，適用于一級(jí)負(fù)荷。具有公共備用線的放射式接線方式，任一回路發(fā)生故障式檢修，可將其負(fù)荷切換到公共備用線，其供電可靠性也較高，可用于各級(jí)負(fù)荷。樹(shù)干式：高壓樹(shù)干式接線是指由變電所高壓母線上引出的每路高壓配電干線上，沿線接了幾個(gè)車(chē)間變電所或用電設(shè)備的接線方式，如圖11所示。圖11 直接樹(shù)干式接線直接樹(shù)干式接線，這種接線方式使變電所出線數(shù)量減少，高壓開(kāi)關(guān)柜相應(yīng)減少，可節(jié)約有色金屬消耗量，但其供電可靠性較差，干線故障或檢修引起干線上全部用戶(hù)停電。所以一般只適用于三

29、級(jí)負(fù)荷或二級(jí)負(fù)荷。為提高供電可靠性，可采用增加備用線的方法。環(huán)式接線：環(huán)式接線是樹(shù)干式接線的改進(jìn)，特點(diǎn)是運(yùn)行靈活，供電可靠性高，缺點(diǎn)是線路要承擔(dān)全部車(chē)間的負(fù)荷，導(dǎo)線截面較大，有色金屬消耗量多，現(xiàn)在推行采用帶負(fù)荷開(kāi)關(guān)的環(huán)網(wǎng)柜。環(huán)形供電接線適用于二、三級(jí)負(fù)荷。如圖12所示。圖12 環(huán)形接線以上介紹的高壓供電網(wǎng)絡(luò)中三種接線方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際高壓線路接線往往是幾種接線方式的組合，究竟采用什么接線方式應(yīng)根據(jù)工廠負(fù)荷的等級(jí)、容量大小和分布情況作具體分析。本次廠高壓配電網(wǎng)絡(luò)接線方式設(shè)計(jì)中，首先考慮的是各車(chē)間的供電可靠性，這也符合本廠各車(chē)間的負(fù)荷特征，超過(guò)88%的車(chē)間屬一級(jí)負(fù)荷，大部分用電設(shè)備均屬于長(zhǎng)期連續(xù)

30、工作制，要求不間斷供電，停電2min將造成產(chǎn)品報(bào)廢，停電超過(guò)30min主要設(shè)備的池和爐將會(huì)損壞。全廠停電將造成嚴(yán)重后果。因此總降壓變電所10kV母線側(cè)到1、2、3、4、5、6、7號(hào)車(chē)間高壓配電室采用供電可靠性最高的雙電源雙回路放射式，8號(hào)車(chē)間采用臨近車(chē)間轉(zhuǎn)供，同時(shí)設(shè)備用線，確保供電可靠性，9、10號(hào)車(chē)間采用有備用干線的樹(shù)干式接線。5 電氣主接線的設(shè)計(jì)5.1電氣主接線的概述變（配）電所的電氣主接線是由高壓電氣設(shè)備通過(guò)連接線組成接受和分配電能的主電路，又稱(chēng)為一次接線或一次回路。用規(guī)定的設(shè)備文字和圖形符號(hào)，按其作用依次連接的單線接線圖稱(chēng)之為主接線圖，一般將三相電路圖繪制成單線圖，對(duì)局部（如電流互感器

31、）可用三線表示。主接線只表達(dá)電器設(shè)備之間的電氣連接關(guān)系，與其具體安裝地點(diǎn)無(wú)關(guān)。主接線是否合理，對(duì)變電所設(shè)備選擇和布置，運(yùn)行的靈活性、安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，以及繼電保護(hù)和控制方式都有密切關(guān)系。它是供電設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。在圖上所有電器均以新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖形符號(hào)表示，按它們的正常狀態(tài)畫(huà)出。所謂正常狀態(tài)，就是電器所處的電路中既無(wú)電壓，也無(wú)外力作用的狀態(tài)。對(duì)于圖中的斷路器和隔離開(kāi)關(guān)，是畫(huà)出它們的斷開(kāi)位置。在圖上高壓設(shè)備均以標(biāo)準(zhǔn)圖形符號(hào)代表，一般在主接線路圖上只標(biāo)出設(shè)備的圖形符號(hào)，在主接線的施工圖上，除畫(huà)出代表設(shè)備的圖形符號(hào)外，還應(yīng)在圖形符號(hào)旁邊寫(xiě)明設(shè)備的型號(hào)與規(guī)范。從主接線圖上我們可了解變電所設(shè)備的電壓

32、、電流的流向、設(shè)備的型號(hào)和數(shù)量、變電所的規(guī)模及設(shè)備間的連接方式等，因此，主接線圖是變電所最主要的圖紙之一。5.2電氣主接線的設(shè)計(jì)原則考慮變電所在電力系統(tǒng)的地位和作用。變電所在電力系統(tǒng)的地位和作用是決定主接線的主要因素。變電所不管是樞紐變電所、地區(qū)變電所、終端變電所、企業(yè)變電所還是分支變電所，由于它們?cè)陔娏ο到y(tǒng)中的地位和作用不同，對(duì)主接線的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的要求也不同?？紤]近期和遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)模。變電所主接線設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)五到十年電力系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行。應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的大小及分布負(fù)荷增長(zhǎng)速度和潮流分布，并分析各種可能的運(yùn)行方式，來(lái)確定主接線的形式以及所連接電源數(shù)和出線回?cái)?shù)?？紤]用電負(fù)荷的重要性分級(jí)和出

33、線回?cái)?shù)多少對(duì)主接線的影響。對(duì)一級(jí)用電負(fù)荷，必須有兩個(gè)獨(dú)立電源供電，且當(dāng)一個(gè)電源失去后，應(yīng)保證全部一級(jí)用電負(fù)荷不間斷供電；對(duì)二級(jí)用電負(fù)荷，一般要有兩個(gè)電源供電，且當(dāng)一個(gè)電源失去后，能保證大部分二級(jí)用電負(fù)荷供電，三級(jí)用電負(fù)荷一般只需一個(gè)電源供電。考慮主變臺(tái)數(shù)對(duì)主接線的影響。變電所主變的容量和臺(tái)數(shù)，對(duì)變電所主接線的選擇將會(huì)產(chǎn)生直接的影響。通常對(duì)大型變電所，由于其傳輸容量大，對(duì)供電可靠性要求高，因此，其對(duì)主接線的可靠性、靈活性的要求也高。而容量小的變電所，其傳輸容量小，對(duì)主接線的可靠性、靈活性的要求低?？紤]備用容量的有無(wú)和大小對(duì)主接線的影響。發(fā)、送、變的備用容量是為了保證可靠的供電，適應(yīng)負(fù)荷突增、設(shè)備

34、檢修、故障停運(yùn)情況下的應(yīng)急要求。電氣主接線的設(shè)計(jì)要根據(jù)備用容量的有無(wú)而有所不同，例如，當(dāng)斷路器或母線檢修時(shí)，是否允許線路、變壓器停運(yùn)；當(dāng)線路故障時(shí)否允切除線路、變壓器的數(shù)量等，都直接影響主接線的形式。5.2電氣主接線設(shè)計(jì)的基本要求變電所的電氣主接線應(yīng)根據(jù)該變電所在電力系統(tǒng)中的地位，變電所的規(guī)劃容量、負(fù)荷性質(zhì)、線路、變壓器連接總數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)等條件確定。并應(yīng)綜合考慮供電可靠、運(yùn)行靈活、操作檢修方便、投資節(jié)約和便于過(guò)渡或擴(kuò)建等要求。（1）可靠實(shí)用。所為可靠性是指主接線能可靠的工作，以保證對(duì)用戶(hù)不間斷的供電。衡量可靠性的客觀標(biāo)準(zhǔn)是運(yùn)行實(shí)踐。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐的考驗(yàn)，對(duì)以往所采用的主接線經(jīng)過(guò)優(yōu)選，現(xiàn)今采用

35、主接線的類(lèi)型并不多。主接線的可靠性是它的各組成元件，包括一、二次部分在運(yùn)行中可靠性的綜合。因此，不僅要考慮一次設(shè)備對(duì)供電可靠性的影響，還要考慮繼電保護(hù)二次設(shè)備的故障對(duì)供電可靠性的影響。同時(shí)，可靠性不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的。一種主接線對(duì)某些變電所是可靠的，而對(duì)另一些變電所可能是不可靠的。（2）運(yùn)行靈活。主接線運(yùn)行方式靈活，利用最少的切換操作，達(dá)到不同的供電方式。根據(jù)用電負(fù)荷大小，應(yīng)作到靈活的投入和切除變壓器。檢修時(shí)，可以方便的停運(yùn)變壓器、斷路器、母線等電氣設(shè)備，不影響工廠重要負(fù)荷的用電。（3）簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。在滿(mǎn)足供電可靠性的前提下，盡量選用簡(jiǎn)單的接線。接線簡(jiǎn)單，既節(jié)省斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電流和電壓互感器

36、、避雷器等一次設(shè)備，使節(jié)點(diǎn)少、事故和檢修機(jī)率少；又要考慮單位的經(jīng)濟(jì)能力。經(jīng)濟(jì)合理地選用主變壓器型號(hào)、容量、數(shù)量，減少二次降壓用電，達(dá)到減少電能損失之目的。（4）操作方便。主接線操作簡(jiǎn)便與否，視主接線各回路是否按一條回路配置一臺(tái)斷路器的原則，符合這一原則，不僅操作簡(jiǎn)便、二次接線簡(jiǎn)單、擴(kuò)建也方便，而且一條回路發(fā)生故障時(shí)不影響非故障回路供電。（5）便于發(fā)展。設(shè)計(jì)主接線時(shí)，要為布置配電裝置提供條件，盡量減少占地面積。但是還應(yīng)考慮工廠企業(yè)的發(fā)展，有的用戶(hù)第一期工程往往只上一臺(tái)變壓器，經(jīng)35年后，需建設(shè)第二臺(tái)主變壓器，變電所布局、基建一般都是根據(jù)主接線的規(guī)模確定的。因此，選擇主接線方案時(shí)，應(yīng)留有發(fā)展余地。

37、擴(kuò)建時(shí)可以很容易地從初期接線過(guò)度到最終接線。5.3 主接線的方案與分析5.3.1 單母線接線圖13所示為單母線主接線，有一路電源進(jìn)線，4路出線，每路進(jìn)線或出線都裝有隔離開(kāi)關(guān)和斷路器，斷路器是用來(lái)接通或切斷電路，隔離開(kāi)關(guān)用來(lái)隔離帶電部分，如饋出線兩側(cè)都有電源，則斷路器兩側(cè)都要裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)，如饋線用戶(hù)一側(cè)無(wú)電源，這一側(cè)可不設(shè)隔離開(kāi)關(guān)。但有時(shí)防止雷電過(guò)電壓可以裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)。單回路進(jìn)線只有一種運(yùn)行方式，進(jìn)線簡(jiǎn)單使用開(kāi)關(guān)設(shè)備少，但可靠性較差，一旦電源和母線故障都會(huì)造成停電。只適用于三級(jí)負(fù)荷。為提高供電可靠性可以采用兩路電源進(jìn)線，可采用雙電源并列運(yùn)行或一用一備運(yùn)行，但若母線故障仍會(huì)使所有負(fù)荷都停電，但母線

38、故障率很低，故可向二級(jí)三級(jí)負(fù)荷供電。5.3.2 單母線分段主接線圖14所示為單母線分段主接線。母線用隔離開(kāi)關(guān)或分段斷路器分成兩段或多段，通常用于兩路或多路電源進(jìn)線情況，可采用雙電源并列運(yùn)行或一用一備的運(yùn)行方式，當(dāng)一段母線故障分段斷路器斷開(kāi)可保證非故障段母線負(fù)荷繼續(xù)供電，兩段母線同時(shí)故障的幾率很小，可以不予考慮，當(dāng)一回路電源故障，另一回路電源可保證所有負(fù)荷不中斷供電。由此可見(jiàn)，提高了供電可靠性。 圖13 單母線接線 圖14單母線分段主接線5.3.3 橋式接線圖15所示為橋式接線。在工廠總降壓變電所中，有兩個(gè)電源進(jìn)線和兩臺(tái)變壓器時(shí)一般采用橋式接線。橋式接線分為內(nèi)橋和外橋兩種，共同特點(diǎn)是在兩臺(tái)變壓器

39、一次側(cè)進(jìn)線處用一橋接斷路器QF3將兩回進(jìn)線相連，橋路連在進(jìn)線斷路器之下靠近變壓器側(cè)稱(chēng)為內(nèi)橋，連在進(jìn)線斷路器之上靠近電源線路側(cè)則稱(chēng)為外橋。兩種橋式接線都能實(shí)現(xiàn)電源線路與變壓器的充分利用，若變壓器T1故障可將T1切除，由電源1和2并列給T2供電，以減少電源線路中電能損耗和電壓損失；若電源1故障，則可將電源1切除，由電源2同時(shí)給T1和T2供電，以充分利用變壓器并減少變壓器的電能損耗。橋式接線簡(jiǎn)單，使用設(shè)備少（4個(gè)回路只用三個(gè)斷路器），節(jié)約投資，可靠性高，但是一種無(wú)母線的接線方式，適用于35110kV變電所使用。5.3.4 雙母線接線圖15所示為雙母線接線。上述幾種接線中如果母線本身發(fā)生故障則該段母線

40、將中斷供電，該段母線上出線也將中斷供電。為克服這一缺點(diǎn)，可采用雙母線主接線。雙母線主接線多采用雙母線單斷路器接線方式，這種接線每一回線經(jīng)一臺(tái)斷路器和兩組隔離開(kāi)關(guān)分別與兩組母線連接，一組是工作母線WB1，這組母線上的隔離開(kāi)關(guān)接通，另一組是備用母線WB2，這組母線上的隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，兩組母線通過(guò)聯(lián)絡(luò)斷路器連接。雙母線接線使運(yùn)行的可靠性和靈活性大為提高。缺點(diǎn)是設(shè)備多、操作繁瑣、造價(jià)高，只適用于有大量一、二級(jí)負(fù)荷的大型變電所。（1）檢修任一母線，不會(huì)停止對(duì)用戶(hù)供電。如檢修工作母線可將全部電源盒線路倒換到備用母線上。（2）如檢修任一組母線隔離開(kāi)關(guān)，只需要斷開(kāi)此隔離開(kāi)關(guān)所需一回電路和與此隔離開(kāi)關(guān)相連的該組母

41、線，其它電路均可通過(guò)另一組母線繼續(xù)供電。（3）運(yùn)行調(diào)度靈活，通過(guò)倒閘操作可以形成不同運(yùn)行方式。（4）線路斷路器檢修可用母聯(lián)斷路器臨時(shí)代替，保證該線路不停電。 圖15 橋式接線 圖16 雙母線接線5.4 總降壓變電所電氣主接線方案的確定分析原始資料知，本廠總降壓變電所110kV高壓配電室的母線上共有6回出線，其中2回電源進(jìn)線，一用一備，另4回供重要一級(jí)負(fù)荷，可見(jiàn)高壓配電室對(duì)供電的可靠性要求很高，10kV母線側(cè)共有16回出線，其中7對(duì)主要供本廠的一級(jí)負(fù)荷車(chē)間，剩余兩回作為備用線。通過(guò)查閱電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)，結(jié)合本廠實(shí)際情況知，電壓等級(jí)為110kV，有6條出線并帶有重要負(fù)荷，一般采用單母線分段或雙

42、母線供電，也可以采用雙母線帶旁路；電壓等級(jí)為10kV，出線回路在6回以上時(shí)，宜采用單母線分段接線。由以上分析，初步確定了兩個(gè)總降壓變電所的電氣主接線方案，方案1：110kV側(cè)采用雙母線接線，10kV側(cè)采用單母線分段接線，簡(jiǎn)圖如圖17所示；方案2:110kV側(cè)采用單母線分段接線，10kV側(cè)采用單母線分段接線，簡(jiǎn)圖如圖18所示。圖17 電氣主接線方案1簡(jiǎn)圖圖18 電氣主接線方案2簡(jiǎn)圖方案1和方案2各有特點(diǎn)，需通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較之后才能最終確定，由于兩種方案10kV側(cè)的接線方式相同，都為單母線分段接線，因此只比較110kV側(cè)的接線方式，其對(duì)比情況詳見(jiàn)表7。表7 電氣主接線方案對(duì)比 方案項(xiàng)目方案1方案2

43、對(duì)比結(jié)果可靠性 110kV側(cè)采用雙母線接線，即使母線本身發(fā)生故障，也不會(huì)中斷供電，供電可靠性很高。110kV側(cè)采用單母線分段接線，雖比單母線供電可靠性高，但若一段母線發(fā)生故障，該母線上的出線也將中斷供電。方案1明顯優(yōu)于方案2靈活性 雙母線接線的操作繁瑣，但供電的靈活性高，可形成不同的運(yùn)行方式，檢修母線及其高壓設(shè)備不會(huì)造成停電。單母線分段接線的操作較為簡(jiǎn)單，但供電靈活性稍差，檢修任一母線，該母線出線都將中斷供電。方案1略?xún)?yōu)于方案2經(jīng)濟(jì)性雙母線接線，高壓電氣設(shè)備多，造價(jià)高，適用于有大量一二級(jí)負(fù)荷的變電所。單母線分段接線相對(duì)設(shè)備少一些，初期投資小。方案2優(yōu)于方案1在技術(shù)上（可靠性、靈活性）第1種方案

44、明顯合理，在經(jīng)濟(jì)上則方案2占優(yōu)勢(shì)。鑒于此變電所為本廠總降壓變電所，廠內(nèi)一級(jí)負(fù)荷所占比例超過(guò)了80%，且有110kV高壓轉(zhuǎn)供負(fù)荷（石油機(jī)械制造廠和橡膠廠），應(yīng)具有較高的可靠性和靈活性。經(jīng)綜合分析，決定選方案1為本次設(shè)計(jì)的最終方案。6 防雷接地6.1防雷保護(hù)6.1.1 直擊雷保護(hù)直擊雷過(guò)電壓。雷電直接擊中電氣線路、設(shè)備或建筑物而引起的過(guò)電壓，又稱(chēng)直擊雷。在雷電的主放電過(guò)程中，其傳播速度極快（約為光速的50%-10%），雷電壓幅值達(dá)10-100MV，雷電流幅值達(dá)數(shù)百千安，伴以強(qiáng)烈的光、熱、機(jī)械效應(yīng)和危險(xiǎn)的電磁效應(yīng)以及強(qiáng)烈的閃絡(luò)放電，具有強(qiáng)烈的破壞性和對(duì)人員的殺傷性。110KV配電裝置、主變壓器為戶(hù)外

45、布置、采用在構(gòu)架上設(shè)置2支避雷針，及其余設(shè)備均為戶(hù)內(nèi)布置，采用配電樓屋頂設(shè)避雷帶，和避雷針聯(lián)合作為防直擊雷保護(hù)，確保戶(hù)外主變壓器、110KV配電裝置在其聯(lián)合保護(hù)范圍內(nèi)。6.1.2 侵入波保護(hù)雷電波入侵(高電位侵入)。架空線路遭受雷擊或感應(yīng)雷的影響，在線路上形成沿線路傳播的高電壓行波。此種電壓波入侵到建筑物內(nèi)或進(jìn)入電氣設(shè)備造成過(guò)電壓。據(jù)統(tǒng)計(jì)城市中雷擊事故的50%-70%是由于這種雷電波侵入造成的。因此，在工廠中應(yīng)予以重視，對(duì)其危害給予足夠的防護(hù)。為防止線路侵入雷電波的過(guò)電壓，在110KV進(jìn)線，10KV母線橋及10KV每段母線上分別安裝避雷器。為保護(hù)主變壓器中性點(diǎn)絕緣，在主變110KV側(cè)中性點(diǎn)裝設(shè)

46、避雷器。10KV并聯(lián)電容器根據(jù)規(guī)定裝設(shè)避雷器保護(hù)。6.1.3 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(lái)防護(hù)直接雷擊。（2）高壓側(cè)裝設(shè)避雷器。這主要用來(lái)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)鍵設(shè)備。為此要求避雷器應(yīng)盡量靠近主變壓器安裝。避雷器的接地端應(yīng)與主變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)及金屬外殼等連接在一起接地。（3）低壓側(cè)裝設(shè)避雷器。這主要用在多雷區(qū)用來(lái)防止雷電波沿低壓線路侵入而擊穿電力變壓器的絕緣。（4）進(jìn)線防雷要求。35kV及以上變電所進(jìn)線段防雷保護(hù)接線，要求在進(jìn)線12km段內(nèi)裝設(shè)避雷線，使該段線路免遭受直接雷擊。為使避雷線保護(hù)段外線路遭受雷擊時(shí)

47、侵入變電所內(nèi)的過(guò)電壓限制雷電流幅值不超過(guò)5kA，而且必須保證來(lái)波陡度a不超過(guò)一定允許值，一般在避雷線兩端裝設(shè)管型避雷器。6.2本設(shè)計(jì)的防雷保護(hù)方案本場(chǎng)總降壓變電所是重要的電力樞紐，一旦發(fā)生雷擊事故，就會(huì)造成大面積停電，而且還會(huì)損壞重要的電氣設(shè)備，如變壓器。變電所的雷害事故來(lái)自?xún)蓚€(gè)方面：一是雷直擊變電所；二是雷擊引起輸電線路產(chǎn)生的雷電波沿線路侵入變電所。由于直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)需要知道本廠平面布置圖的具體尺寸，以便計(jì)算防雷保護(hù)范圍，而原始資料中，未給出本廠的占地面積及各車(chē)間相對(duì)位置的具體尺寸、車(chē)間大小，因此直擊雷防護(hù)的設(shè)計(jì)只是限于一些原則性的分析，前面已有描述。本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)感應(yīng)雷的防護(hù)，主要從11

48、0kV進(jìn)行側(cè)、主接線母線、主變壓器及10kV饋線出線四個(gè)方面來(lái)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。依據(jù)的是變電所防雷措施中防止雷電入侵波的原則，以下是所做的幾點(diǎn)設(shè)計(jì)。（1）在110kV電源進(jìn)線側(cè)，裝設(shè)2km的避雷線，以限制雷電流幅值，避雷線兩側(cè)裝有管型避雷器，如圖19中（a）所示。（2）在變壓器高壓側(cè)裝設(shè)閥型避雷器，保護(hù)變壓器，如圖19中（b）所示。（3）在10kV饋線側(cè)裝設(shè)閥型避雷器，防止雷電波從低壓線路侵入。如圖19中（c）所示。（4）在110kV和10kV母線側(cè)裝設(shè)閥型避雷器，保護(hù)母線。 （a） （b） （c）（a）110kV進(jìn)線設(shè)避雷線；（b）變壓器防雷保護(hù)；（c）10kV饋線設(shè)避雷器圖19 防雷保護(hù)設(shè)計(jì)6

49、.3 接地保護(hù)的設(shè)計(jì)接地保護(hù)的設(shè)計(jì)，主要是基于安全檢修的考慮。采取的措施是裝設(shè)接地開(kāi)關(guān)。接地開(kāi)關(guān)的作用：主要是用于設(shè)備的檢修，為了防止檢修過(guò)程中突然來(lái)電，必須將檢修設(shè)備的兩端都接地，高壓配電柜的接地開(kāi)關(guān)，一般為輸出負(fù)荷側(cè)接地，當(dāng)我們檢修高壓配電柜負(fù)荷側(cè)時(shí)（如：緊固螺栓、拆裝電纜等），就要分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)，同時(shí)合上配電柜的接地開(kāi)關(guān)，這樣可以防止突然來(lái)電引起觸電事故，另外可以放盡剩余電荷，有利于檢修安全。接地開(kāi)關(guān)的裝設(shè)原則：（1）110kV饋線斷路器的兩側(cè)裝設(shè)接地開(kāi)關(guān)；（2）110kV、10kV母線裝設(shè)接地開(kāi)關(guān)，10kV母線聯(lián)絡(luò)斷路器兩側(cè)也裝設(shè)接地開(kāi)關(guān)；（3）10kV饋線可以設(shè)接地開(kāi)關(guān)，也可以不設(shè)，視具體

50、情況而定。本設(shè)計(jì)中接地保護(hù)的設(shè)計(jì)就是依據(jù)接地開(kāi)關(guān)的裝設(shè)原則進(jìn)行的，在110kV饋線斷路器兩側(cè)及110kV、10kV母線側(cè)都裝設(shè)了接地開(kāi)關(guān)，在10kV饋線側(cè)沒(méi)有裝設(shè)。7 短路仿真分析在供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，必須考慮到發(fā)生故障和不正常運(yùn)行情況。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，故障大多數(shù)是由于短路引起的，短路是指供電系統(tǒng)中不同電位的導(dǎo)電部分之間發(fā)生低阻抗性短接。產(chǎn)生短路的主要原因是電氣設(shè)備載流導(dǎo)體部分的絕緣損壞。短路計(jì)算的目的是為了正確選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備及繼電保護(hù)裝置，三相短路危害最嚴(yán)重，因此，用系統(tǒng)最大運(yùn)行下三相短路電流作為選擇和校驗(yàn)電器和導(dǎo)體的基本依據(jù)，用系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下兩相短路電流作為效驗(yàn)保護(hù)裝置靈敏系數(shù)的依據(jù)。7.1 短路仿真電路圖的繪制計(jì)算電路圖是根據(jù)短路電流計(jì)算目的從電氣主接線上取得部分簡(jiǎn)化單線圖。本次短路仿真設(shè)計(jì)的計(jì)算電路圖如圖20。圖20 計(jì)算電路圖依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，總降壓變電所從距廠8km處的區(qū)域變電所取得110kV電源，該電源三相短路容量最大值,最小值，要求總降壓變電所的過(guò)電流保護(hù)整定時(shí)間不大于1.3s。總降壓變電所110kV側(cè)接有轉(zhuǎn)供負(fù)荷和本廠的兩臺(tái)主變壓器，仿真短路故障設(shè)置在10kV母線側(cè)，通過(guò)仿真分析，可觀察短路電流的周期分量和沖擊電流的大小。7.2 仿真模型構(gòu)建本設(shè)計(jì)的短路仿真采用MATLAB/SIMULINK的電力系統(tǒng)分析工具箱SimPowerSystems,它是一個(gè)基