畢業(yè)設(shè)計（論文）-某通用工廠的供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計

1、某通用工廠的供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)計摘要:工廠供電系統(tǒng)就是將電力系統(tǒng)的電能降壓再分配電能到各個廠房或車間中 去，它由工廠降壓變電所，高壓配電線路，車間變電所，低壓配電線路及用電設(shè)備組成。工廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計，是根據(jù)各個車間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布局，結(jié)合國家供電情況。解決對各部門的平安可靠，經(jīng)濟(jì)技術(shù)的分配電能問題。其根本內(nèi)容有以下幾方面：進(jìn)線電壓的選擇、 變配電所位置的電氣設(shè)計、 短路電流的計算及繼電保護(hù)、電氣設(shè)備的選擇、變電所位置和變壓器數(shù)量、容量的選擇, 防雷接地裝置設(shè)計等。關(guān)鍵詞： 負(fù)荷計算、變壓器主接線、繼電保護(hù)、電氣設(shè)備選擇Abstract： Powe

2、r System of a factory is to redistribute its power down to the individual factory or power plant, which consists of step-down substation, high voltage distribution lines, substations workshop, low-voltage distribution lines and electrical equipment components of plant. The total step-down substation

3、 and the design of distribution system of a factory is based on the number and nature of the load of each workshop, the production process of the load requirements, and load distribution, combined with the national electricity supply. Addressing the security of reliable, economic and technical probl

4、ems of distribution of electric energy of every department. The followings are the basic contents : Line Voltage Selection, choose of the location of substation electrical design and calculation of short circuit current protection, electrical equipment, the choice of the number and the capacity of t

5、ransformer and location of substation , the design of anti-Ray grounding device.Keywords: load calculations, transformer primary wiring, relay protection, electric equipment selection 目 錄中文摘要 . I英文摘要 .目 錄 . III第一章 緒 論 .1第二章 電力負(fù)荷及其計算 .2 2.1 工廠供電設(shè)計的一般原那么. . 2 2.2 工廠概況 . 2 2.3 負(fù)荷分級及供電措施. 3 2.3.1 工廠電力負(fù)荷

6、的分級 . 32.3.2 各級負(fù)荷的供電措施 . 3 .4 .4 . 5 .6第三章 無功功率補償 . 13 .13 .15 第四章 變壓器的選擇及電氣主接線. 17 4.1主變壓器的選擇 .17 . 17 . 17 . 18 4.2工廠變配電所的主接線圖 . 18 . 18 . 19 . 21 第五章 短路電流的計算 . 22 5.1工短路的原因、危害及形式 . 22 5.1.1短路的原因 . 22 . 22 . 23 .23最大運行方式下短路電流計算 . 23最小運行方式下短路電流計算 .26第六章 設(shè)備的選擇與校驗 . 29 . 29 6.1.1一次設(shè)備及其分類 . 29 6.1.2一次

7、設(shè)備的選擇 . 29 6.1.2一次設(shè)備的校驗 . 31 . 33第7章 繼電保護(hù)與防雷接地 . 34 . 34 . 34 . 34 . 35 總 結(jié) . 37致 謝 . 38 參 考 文 獻(xiàn). 39第一章 緒 論電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既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給用。電能的輸送和分配既簡單經(jīng)濟(jì)、又便于控制、調(diào)節(jié)和測量、有利于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。在企業(yè)工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品本錢中所占的比重一般很小除電化工業(yè)外。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品本錢

8、中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)本錢，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供給突然中斷，那么對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。 可見，做好工廠供電工作對于開展工業(yè)自動化生產(chǎn)，實現(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 。第二章 電力負(fù)荷及其計算 2.1 工廠供電設(shè)計得一般原那么按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB50052-

9、2021?供配電系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?、GB50054-2021?低壓配電設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?、GB50053-94?10kv及以下設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?等的規(guī)定，進(jìn)行工廠供配電設(shè)計必須遵循以下原那么：遵守規(guī)程、執(zhí)行政策。 必須遵守國家的有關(guān)規(guī)定及政策，執(zhí)行國家的方針政策，包括節(jié)約能源、節(jié)約與有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。平安可靠、先進(jìn)合理。 應(yīng)做到保障人身和設(shè)備的平安、供電可靠、電能質(zhì)量合格、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理采用效率高、能耗低和性能先進(jìn)的電氣產(chǎn)品。近期為主、考慮開展。 應(yīng)根據(jù)工作特點、規(guī)模和開展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期開展的關(guān)系。做到遠(yuǎn)近結(jié)適宜當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能性。全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。 按負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)

10、供電條件等，合理確定設(shè)計放案。工廠供電設(shè)計是整個工廠設(shè)計中的重要組成局部。工廠供電設(shè)計的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及開展。作為從事工廠供電工作人員，有必要了解和掌握工廠供電設(shè)計的有關(guān)知識，以便適應(yīng)設(shè)計的需要。2.2 工程的概況某通用工廠10kV配變電所供電給冷作車間、裝配車間、金工車間、機修車間、存儲倉庫、辦公樓及生活區(qū)。本廠多數(shù)車間為三班制，年最大負(fù)荷利用小時數(shù)4600小時，日最大負(fù)荷持續(xù)時間為6小時。該廠均屬三級負(fù)荷。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10KV的共用電源干線取得電源。2.3 負(fù)荷分級及供電措施 2.3.1 工廠電力負(fù)荷的分級 工廠的電力負(fù)荷，按GB

11、50052-2021?供配電系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)?規(guī)定，根據(jù)對供電可靠性的要求及中斷供電對人身平安、經(jīng)濟(jì)損失上或影響程度上進(jìn)行分級，并符合以下規(guī)定1 符合以下情況之一的，應(yīng)視為一級負(fù)荷。 1中斷供電將造成人身傷害時。 2中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成重大損失時。 3中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。 2 在一級負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將將造成人員傷亡或重大設(shè)備損壞或發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場所的不允許中斷的負(fù)荷，應(yīng)視為一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷。 3 符合以下情況之一時，應(yīng)視為二級負(fù)荷。 1中斷供電將在經(jīng)濟(jì)上造成較大損失時。 2中斷供電將影響較重要用電單位的正常工作。 4 不屬于一級和二級負(fù)

12、荷者應(yīng)為三級負(fù)荷。5 一級負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，當(dāng)一電源發(fā)生故障時，另一電源不應(yīng)同時受到損壞。6 一級負(fù)荷中特別重要的符合供電，應(yīng)符合以下要求：1除應(yīng)由雙重電源供電外，尚應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁將其他負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。2設(shè)備的供電電源的切換時間，應(yīng)滿足設(shè)備允許中斷供電的要求。 2.3.2 各級負(fù)荷的供電措施 1 一級負(fù)荷的供電系統(tǒng)：一級負(fù)荷應(yīng)由兩個獨立電源供電，當(dāng)一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不同時受到損壞以維持供電，而且當(dāng)一個電源中斷供電時另一個電源應(yīng)能承當(dāng)本用戶的全部一級負(fù)荷設(shè)備的供電。一級負(fù)荷用戶的變配電室內(nèi)的上下壓配電系統(tǒng)應(yīng)采用單母線分段的主結(jié)線形式分列運行并互為備用。一級負(fù)荷設(shè)備應(yīng)

13、采用雙電源供電，并在最末一級配電箱處設(shè)置自動切換裝置。一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷除上述兩個電源外還必須增設(shè)應(yīng)急電源。 2 二級負(fù)荷的供電系統(tǒng)：二級負(fù)荷宜由兩回路供電。在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時，二級負(fù)荷可由一回路6kV及以上專用的架空線路或電纜供電。當(dāng)采用架空線路時，可為一回路架空線路供電,當(dāng)采用電纜線路時，應(yīng)采用兩根電纜組成的線路供電，其每根線纜應(yīng)能承受100%的二級負(fù)荷。 三級負(fù)荷的供電系統(tǒng)：三級負(fù)荷對供電無特殊要求，可采用單回路市電供電。但應(yīng)使配電系統(tǒng)簡潔可靠，盡量減少配電級數(shù)，低壓配電級數(shù)一般不超過四級，并且應(yīng)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的情況下，盡量減少電壓偏差和電壓波動。 2.4 全廠負(fù)荷計算

14、 計算負(fù)荷也稱需要負(fù)荷或最大負(fù)荷。計算負(fù)荷是一個假想的持續(xù)負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同時間內(nèi)實際變動負(fù)荷所產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等。在供配電系統(tǒng)中，通常采用30min的最大平均作為按發(fā)熱條件選擇配電變壓器、導(dǎo)體及電器的依據(jù)。并用來計算電壓損失和功率損耗。在工程上方便計算，亦可作為電能消耗量及無功功率補償?shù)挠嬎阋罁?jù)。負(fù)荷計算的目的是 計算變配電所內(nèi)變壓器的負(fù)荷電流及視在功率，作為選擇變壓器容量的依據(jù)。 計算流過各主要電氣設(shè)備(斷路器、隔離開關(guān)、母線、熔斷器等)的負(fù)荷電流，作為選擇這些設(shè)備的依據(jù)。 計算流過各條線路(電源進(jìn)線、上下壓配電線路等)的負(fù)荷電流，作為選擇這些線路電纜或?qū)Ь€截面的依據(jù)。 計算尖峰負(fù)荷，用于保

15、護(hù)電器的整定計算和校驗電動機的啟動條件。 為電氣設(shè)計提供技術(shù)依據(jù)。計算負(fù)荷是工程設(shè)計中按照發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線和電氣設(shè)備的依據(jù)。 計算負(fù)荷是確定供電系統(tǒng)、選擇變壓器容量、電氣設(shè)備、導(dǎo)線截面和儀表量程的依據(jù)，也是整定繼電保護(hù)的重要依據(jù)。計算負(fù)荷確定的是否正確，直接影響到電器和導(dǎo)線的選擇是否經(jīng)濟(jì)合理。正確進(jìn)行負(fù)荷計算是供電設(shè)計的前提，也是實現(xiàn)供電系統(tǒng)平安、經(jīng)濟(jì)運行的必要手段。 如果計算負(fù)荷確定的過大，將使電器和導(dǎo)線電纜選得過大，造成投資和有色金屬的浪費，而變壓器負(fù)荷率較低運行時，也將造成長期低效率運行。如果計算負(fù)荷確定的過小，又將使電器和導(dǎo)線處于過負(fù)荷運行，增加電能損耗、產(chǎn)生過熱，導(dǎo)致絕緣過早老化甚至

16、產(chǎn)生火災(zāi)，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，正確確定計算負(fù)荷具有很大的意義。 2方法 在用電設(shè)備的情況下，負(fù)荷計算有需要系數(shù)法、二項式法和利用系數(shù)法，在未知用電設(shè)備的情況下，負(fù)荷計算有負(fù)荷密度法、單位指標(biāo)法和住宅用電量指標(biāo)法。 1 需要系數(shù)法 用設(shè)備功率乘以需要系數(shù)，直接求出計算負(fù)荷。這種方法比擬簡便，應(yīng)用廣泛，尤其適用于配變電所的負(fù)荷計算。 2 利用系數(shù)法 采用利用系數(shù)求出最大負(fù)荷的平均負(fù)荷，再考慮設(shè)備臺數(shù)和功率差異的影響，乘以與有效臺數(shù)有關(guān)的最大系數(shù)的計算負(fù)荷。這種方法的理論根據(jù)時概率論和數(shù)理統(tǒng)計，因而計算結(jié)果比擬接近實際值，但利用系數(shù)的實測與統(tǒng)計比擬困難，所以在電氣設(shè)計中一般不建議用。 3二項式

17、法 在設(shè)備組容量之和的根底上，考慮假設(shè)干容量最大設(shè)備的影響，采用經(jīng)驗進(jìn)行加權(quán)求和法計算負(fù)荷。 4 負(fù)荷密度法當(dāng)某建筑面積負(fù)荷密度時，某建筑的平均負(fù)荷可按下式計算 式中:負(fù)荷密度kW/m2 A某建筑面積m2在建筑方案設(shè)計階段，可采用建筑面積負(fù)荷密度法進(jìn)行負(fù)荷估算。在建筑施工階段設(shè)計時，可采用需要系數(shù)法進(jìn)行復(fù)核。綜合考慮本設(shè)計采用需要系數(shù)法計算負(fù)荷，需要系數(shù)法確定用電設(shè)備組的有功計算負(fù)荷的根本公式為： 式2.1無功計算負(fù)荷為： 式2.2視在計算負(fù)荷為： 式2.3計算電流為： 式2.4-需要系數(shù)-有功計算負(fù)荷，單位為kW-無功計算負(fù)荷，單位為kvar-視在計算負(fù)荷，單位為kVA-用電設(shè)備組的平均功率

18、因數(shù)-用電設(shè)備組平均功率因數(shù)的正切值2.5 工廠負(fù)荷情況本廠多數(shù)車間為三班制，年最大負(fù)荷利用小時數(shù)4600小時，日最大負(fù)荷持續(xù)時間為6小時。該廠區(qū)均屬三級負(fù)荷。全廠的負(fù)荷表如下：編號廠房單體名稱負(fù)荷類別 容量 需要系數(shù)功率因數(shù)1冷作車間動力3300.750.5照明150.902裝配車間動力1000.750.5照明130.903金工車間動力3000.5照明180.904機修車間動力150照明805存儲倉庫動力250.5照明160.906辦公樓照明867生活區(qū)照明73根據(jù)根底資料提供的各車間單體電力負(fù)荷清單，全廠都是三級負(fù)荷。本設(shè)計采用需要系數(shù)法對各個車間單體進(jìn)行計算，應(yīng)該將照明含家用電器和動力局

19、部分開計算,具體情況如下：計算各用電車間單體總負(fù)荷和冷作車間： 動力: 照明： 總的視在計算負(fù)荷公式為： 裝配車間： 動力： 照明： (3)金工車間： 動力： 照明： 4機修車間： 動力： 照明： 5存儲倉庫： 動力： 照明： 6辦公樓： 照明： 7生活區(qū)： 照明: 各用電車間單體計算負(fù)荷統(tǒng)計表：編號廠房名稱負(fù)荷類別 容 量 需要系數(shù)功率因數(shù) 計算功率P30/KWQ30/kvarS30/KVAI30/A1冷作車間動力3300.750.5照明150.900小計3452612裝配車間動力1000.750.575照明130.900小計1133金工車間動力3000.5255照明180.900小計318

20、4機修車間動力1500.790照明 80.900小計1585存儲倉庫動力250.5照明160.900小計416辦公 樓照明860.907生活 區(qū)照明730總計動力905照明229計入 取 根據(jù)上表可算出 第三章 無功功率補償3.1無功功率補償工業(yè)與民用用電設(shè)備中，有很多設(shè)備的工作需要通過向系統(tǒng)吸收感性的無功功率來建立交變的磁場，這使系統(tǒng)輸送的電能容量中無功功率的成分增加，在系統(tǒng)變配電設(shè)備及輸送線路規(guī)格一定的情況下，直接影響到有功功率的輸送。電網(wǎng)中的電力負(fù)荷如電動機、變壓器等，大局部屬于感性負(fù)荷，在運行過程中需向這些設(shè)備提供相應(yīng)的無功功率。在電網(wǎng)中安裝并聯(lián)電容器等無功補償設(shè)備以后，可以提供感性負(fù)

21、載所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源向感性負(fù)荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。 功率因數(shù)低對供配電系統(tǒng)的影響功率因數(shù)低是無功功率大的表現(xiàn)，無功功率大會對系統(tǒng)造成如下影響：1使配電設(shè)備的容量增加：在三相交流系統(tǒng)中，電流和有功功率的關(guān)系式是： 式3.1其中有功功率是系統(tǒng)向用電設(shè)備提供的，要轉(zhuǎn)化為其他形式能量的功率，這局部功率是不能減少的。因此在電壓一定時，功率因數(shù)越小，即無功分量越大，那么電流越大。假設(shè)要承受較大的電流，系統(tǒng)電氣設(shè)備的容量必然要加大，這就會增加系統(tǒng)本錢，使電氣設(shè)備利用率降低。2使供電系

22、統(tǒng)的損耗增加：從供配電系統(tǒng)功率損耗計算式中不難看出，通過系統(tǒng)的電流增加，系統(tǒng)上的功率損耗也會增加。3使電壓損失增加：線路電流越大，電壓損失也就越大。4使發(fā)電機效率降低：系統(tǒng)中負(fù)荷對無功功率需求量增大時，發(fā)電機必須增發(fā)相應(yīng)的無功功率去平衡，這樣就降低了效率。 提高功率因數(shù)的意義在用電設(shè)備中絕大局部為感性負(fù)荷，使用電單位功率因數(shù)小于1。為了保證供電質(zhì)量和節(jié)能，充分利用電力系統(tǒng)中發(fā)配電設(shè)備的容量，減小供電線路的截面，減小電網(wǎng)的功率損耗、電能損耗，減小線路的電壓損失，必須提高用電單位的功率因數(shù)。對用戶的補償容量在?全國供電規(guī)那么?中已有規(guī)定：“無功電力應(yīng)就地平衡，用戶應(yīng)在提高用電自然功率應(yīng)屬的根底上，

23、設(shè)計和裝置無功補償設(shè)備，并做到隨其負(fù)荷和電壓變動及時投入和切除，防止無功電力倒送，用戶在當(dāng)?shù)毓╇娋忠?guī)定的電網(wǎng)頂峰時的功率因數(shù)，應(yīng)到達(dá)以下規(guī)定：高壓供電的用戶和高壓供電裝有負(fù)荷調(diào)整電壓裝置的電力用戶，功率因數(shù)為0.9以上；其他100kVAkW及以上電力用戶和大、中型電力排灌站，功率因數(shù)為0.85以上。因此，在供配電系統(tǒng)中，必須改變無功功率大小，即提高功率因數(shù)，以便提高系統(tǒng)中設(shè)備的有效利用率。要使供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)提高，一般可從兩個方面采取措施。一是提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)，自然功率因數(shù)是指不用任何補償裝置時的功率因數(shù)；一是采取人工補償?shù)姆椒ㄊ故箍偣β室驍?shù)得以提高，總功率因數(shù)是指采用了補償裝置

24、后得到的功率因數(shù)。 提高自然功率因數(shù)的方法：電動機類電氣設(shè)備的額定功率因數(shù)是較高的，一般都在0.85以上，可是當(dāng)它們在非額定狀態(tài)下如輕載工作時，功率因數(shù)和效率都將大幅度降低，對此，主要采用如下措施改善自然功率因數(shù)：1合理選擇電動機的型號和規(guī)格。2合理選擇變壓器的型號和規(guī)格，防止因長期輕載運行而造成的功率因數(shù)降低。 采用人工補償提高功率因數(shù)的方法：人工補償方法有發(fā)電機補償、電容器補償、調(diào)相機補償和靜止補償器補償，主要有兩種，一是采用同步電動機補償，一是采用并聯(lián)電容器補償。1在供配電系統(tǒng)中一般只有在能使負(fù)荷使用要求得以滿足的情況下，才采用同步電動機代替異步電動機工作，且同步電動機兼作無功補償設(shè)備，

25、此時無功補償?shù)恼{(diào)節(jié)可以做到平滑的自動調(diào)節(jié)；專為無功補償而設(shè)的同步電動機稱為同步調(diào)相機，由于投資和損耗較大，又不便于維護(hù)、檢修，供配電系統(tǒng)中很少采用這種補償方式。2) 采用并聯(lián)電容器補償是目前供配電系統(tǒng)中普遍采用的一種無功補償方法，也叫移相電容器靜止無功補償。它具有功損耗小、運行維護(hù)方便、補償容量增減方便、個別電容器的損壞不影響整體使用等特點，但不能實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。3.2 無功補償?shù)挠嬎?由于本設(shè)計中供電部門要求該廠10kv側(cè)最大負(fù)荷時的功率因數(shù)，而由上面計算可知該廠380V側(cè)最大負(fù)荷的功率因數(shù)，考慮到主變壓器的無功功率損耗遠(yuǎn)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.

26、92來計算380V側(cè)所需無功補償容量。綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進(jìn)行低壓集中補償。要使功率因數(shù)由提高到，須裝設(shè)無功補償裝置，其容量為： 式3.2 為無功補償率1、工廠的無功功率補償： 取為2、補償后變壓器的容量和功率因數(shù)補償后變壓器低壓側(cè)的視在計算負(fù)荷： 變壓器低壓側(cè)計算電流： 主變壓器的功率損耗： 變壓器高壓側(cè)的計算負(fù)荷：有功計算負(fù)荷： 無功計算負(fù)荷： 視在計算負(fù)荷： 計算電流： 功率因數(shù)： 因此補償后功率因數(shù)滿足要求。 第四章 變壓器的選擇及其電氣主接線4.1 主變壓器的選擇變電所擔(dān)負(fù)著從電力系統(tǒng)受電，經(jīng)過變壓然后分配電能的任務(wù)。配電所擔(dān)負(fù)著從電力系統(tǒng)受電，然后直接分配電能的任務(wù)，變配電

27、所是工廠供電系統(tǒng)的樞紐。電力變壓器是變電所中最關(guān)鍵的一次設(shè)備，其主要功能是將電力系統(tǒng)的電能電壓升高或降低，以利于電能的合理輸送、分配和使用。工廠變電所又分總降壓變電所把35kV以上電壓降為10kV或6kV電壓和車間變電所把10kV或6kV電壓降為220/380V電壓。本設(shè)計為小型工廠，僅需設(shè)車間變電所。 4.1.1 變壓器的分類 常用變壓器的種類，在中低壓供配電系統(tǒng)中，常用的電力變壓器有如下幾種分類方式：1、按絕緣介質(zhì)分類：有油浸式變壓器和干式變壓器兩大類。 2、 按繞組導(dǎo)電材料分類：有銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器，目前一般采用銅繞組變壓器。3、 按繞組聯(lián)結(jié)組別分類：有Yyn0和Dyn11兩種。

28、4、 按相數(shù)分類：有三相電力變壓器和單相電力變壓器。大多數(shù)場合使用三相電力變壓器，在一些低壓單相負(fù)載較多的場合，也使用單相變壓器。 根據(jù)工廠的負(fù)荷性質(zhì)及電源情況，工廠變電所的主變壓器考慮有兩種可供選擇方案:裝設(shè)一臺主變壓器 型號采用S9型，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,所以選擇，,即選一臺型低損耗配電變壓器即可滿足要求，由于電力設(shè)計中應(yīng)適當(dāng)考慮今后5-10年的電力負(fù)荷增長，留有一定的余量，綜合考慮可以選擇一臺型低損耗配電變壓器作為本廠變電所的主變壓器。裝設(shè)兩臺主變壓器 型號采用S9型，每臺容量根據(jù)主變壓器的額定容量應(yīng)同時滿足兩個要求：任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)能滿足不小于總計算負(fù)荷的60%，即 2任一臺變壓器

29、單獨運行時，應(yīng)能滿足全廠一、二級負(fù)荷的需要即： 因本廠無一、二級負(fù)荷，因此可選擇兩臺型低損耗配電變壓器即可滿足要求。 4.1.3 工廠主變壓器確實定綜合以上兩種變壓器的選擇方案，我們本著經(jīng)濟(jì)合理、平安可靠的根本原那么，本設(shè)計確定設(shè)一臺型低損耗配電變壓器作為本廠變電所的主變壓器。4.2 工廠變配電所的主接線圖 4.2.1 電氣主接線概況電氣主接線圖即主電路圖，是表示供電系統(tǒng)中電能輸送和分配線路的電路圖，亦稱一次電路圖。它的設(shè)計，直接關(guān)系著全廠電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護(hù)和自動裝置確實定，關(guān)系著電力系統(tǒng)的平安、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟(jì)運行。電氣主接線應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性、靈活性和可靠性三方面：1、 經(jīng)

30、濟(jì)性：采用簡單的接線方式，少用設(shè)備，節(jié)省設(shè)備上的投資。2、靈活性：電氣主接線應(yīng)能適應(yīng)各種運行狀態(tài)，并能靈活地進(jìn)行運行方式的轉(zhuǎn)換。靈活性包括以下幾個方面：1操作的方便性 電氣主接線應(yīng)該在服從可靠性的根本要求條件下，接線簡單，操作方便，盡可能地使操作步驟少，以便于運行人員掌握，不致在操作過程中出過失。2調(diào)度的方便性 電氣主接線在正常運行時，要根據(jù)調(diào)度要求，方便的改變運行方式。并且發(fā)生事故時，要能盡快地切出故障，故停電時間最短，影響范圍最小，不致過多地影響對用戶的供電和破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。3擴(kuò)建的方便性 對將來要擴(kuò)建的發(fā)電廠和變電站，其主接線必須具有擴(kuò)建的方便性。3、可靠性：為了向用戶供給持續(xù)、優(yōu)質(zhì)

31、的電力，電氣主接線首先必須滿足這一可靠性的要求。主接線的可靠性的衡量標(biāo)準(zhǔn)是運行實踐，要充分地做好調(diào)研工作，力求防止決策失誤，鑒于進(jìn)行可靠的定量計算分析的根底數(shù)據(jù)尚不完善的情況，充分做好調(diào)查研究工作顯的尤為重要。為了提高主接線的可靠性，選用運行可靠性高的設(shè)備是條捷徑，這就要兼顧可靠性和經(jīng)濟(jì)性兩方面，做出切合實際的決定。1只裝有一臺主變壓器的小型變電所主接線圖只裝有一臺主變壓器的小型變電所，其高壓側(cè)一般采用無母線的接線。根據(jù)其高壓側(cè)采用的開關(guān)電器不同，有以下三種比擬經(jīng)典的主接線方案。a.高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-熔斷器或戶外跌開式熔斷器的變電所主接線圖圖4.1這種主接線，受隔離開關(guān)和開式熔斷器切斷空載變

32、壓器容量的限制，一般只用于500kVA及以下容量的變電所。圖4.1 高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-熔斷器 圖4.2 高壓側(cè)采用負(fù)荷開關(guān)-熔斷器 或跌開式熔斷器的變電所主接線圖 或負(fù)荷跌開式熔斷器的變電所直接線圖這種變電所相當(dāng)簡單經(jīng)濟(jì)，但供電可靠性不高，當(dāng)主變壓器或高于側(cè)停電檢修或發(fā)生故障時，整個變電所要停電。由于隔離開關(guān)和跌開式熔斷器不能帶負(fù)荷操作，因此變電所送電和停電的操作程序比擬復(fù)雜，如果稍有疏忽，還容易發(fā)生帶負(fù)荷拉閘的嚴(yán)重事故，而且在熔斷器熔斷后，更換熔體需一定時間，從而影響供電的可靠性。但是這種主接線簡單經(jīng)濟(jì)，對于三級負(fù)荷的小容量變電所是相當(dāng)適宜的。b.高壓側(cè)采用負(fù)荷開關(guān)-熔斷器或負(fù)荷跌開式熔斷

33、器的變電所主接線圖圖4.2 由于負(fù)荷開關(guān)和負(fù)荷跌開式熔斷器能帶負(fù)荷操作，從而使變電所停、送電的操作簡便靈活得多，也不存在著在帶負(fù)荷拉閘的危險。但在發(fā)生短路故障時，只能是熔斷器熔斷，因此這種主接線仍然存在著在排除短路故障時恢復(fù)供電的時間較長的缺點，供電可靠性仍然不高，一般也只用于三級負(fù)荷的變電所。 圖4.3 高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-斷路器的變電所主接線圖 c.高壓側(cè)采用隔離開關(guān)-斷路器的變電所主接線圖圖4.3這種主接線由于采用了高壓斷路器，因此變電所的停、送電操作十分靈活方而且在發(fā)生短路故障時，過電流保護(hù)裝置動作，斷路器會自動跳閘，如果短路故障已經(jīng)消除，那么可立即合閘回復(fù)供電。如果配備自動重合閘裝置

34、，那么供電可靠性更高。但是如果變電所只此一路電源進(jìn)線時，一般也只用于三級負(fù)荷；但如果變電所低壓側(cè)有聯(lián)絡(luò)線與其他變電所相連時，或另有備用電源時，那么可用于二級負(fù)荷。本廠為三級負(fù)荷，供電可靠性要求不高，因此采用高壓側(cè)用隔離開關(guān)-斷路器的變電所主接線圖。短路電流的計算5.1短路的原因、危害及形式短路在電氣系統(tǒng)中屬于比擬常見的故障，通常情況下短路的原因有：電氣設(shè)備、元件的損壞。如：設(shè)備絕緣局部自然老化或設(shè)備本身有缺陷，正常運行時擊穿短路;以及設(shè)計、安裝、維護(hù)不當(dāng)所造成的設(shè)備缺陷最終開展成短路等。自然原因。如：氣候惡劣、大風(fēng)、低溫導(dǎo)線覆冰等引起架空線路倒桿斷線；因遭受擊雷或雷電感應(yīng)，設(shè)備過電壓、絕緣被擊

35、穿等。人為事故。如：工作人員違反操作流程來電拉閘，造成相間弧光短路；違反電業(yè)平安工作規(guī)程帶接地刀閘合閘，造成金屑性短路，人為疏忽接錯線造成短路或運行 管理不善造成小動物帶入電氣設(shè)備內(nèi)造成短路事故等等。供電系統(tǒng)發(fā)生短路后，電路阻抗比正常運行時電阻小的多，短路電流通常超過正常工作電流幾十倍甚至數(shù)百倍以上，它會帶來以下嚴(yán)重的后果：巨大的短路電流通過導(dǎo)體，短時間內(nèi)產(chǎn)生很大熱量，形成很高的溫度，極易造成設(shè)備過熱而損壞。由于短路電流的點動力效應(yīng)，導(dǎo)體間將產(chǎn)生很大的電動力。如果電動力過大或設(shè)備構(gòu)架不夠堅韌，那么可能引起電氣設(shè)備機械變形甚至損壞，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大。短路時系統(tǒng)電壓突然下降，對用戶帶來很大的影響，

36、例如作為主要動力設(shè)備的異步電動機，其電磁轉(zhuǎn)矩與端電壓平方成正比。電壓大幅下降將造成電動機轉(zhuǎn)速降低甚至停止運轉(zhuǎn)，給用戶帶來損失；同時電壓降低能造成照明負(fù)荷諸如電燈突然變暗及一些氣體放電燈的熄滅等，影響正常的工作、生活及學(xué)習(xí)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，不對稱短路電流的磁效應(yīng)所產(chǎn)生的足夠的磁通在鄰近的電路內(nèi)感應(yīng)出很大的電動勢，這對于附近的通訊電路、鐵路訊號系統(tǒng)及其他電子設(shè)備、自動控制系統(tǒng)可能產(chǎn)生強烈干擾。短路時會造成停電事故，給國民經(jīng)濟(jì)帶來損失，。并且短路越靠近電源，停電涉及的范圍越大。短路可能造成的最嚴(yán)重的后果就是使并列的各發(fā)電廠之間失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，形成地區(qū)性或區(qū)域性大范圍停電。 在三項系統(tǒng)

37、中，可能發(fā)成的短路故障有:三相短路K(3),兩相短路K2，單相短路K1和兩相接地短路K1.1。三相短路是對稱短路，其他均為非對稱短路。從各種短路故障發(fā)生的時機來看，系統(tǒng)運行實際說明：單相短路次數(shù)最多，兩相短路次之，三相短路的時機最少。但一般系統(tǒng)因已采取措施，單相短路電流值不超過三相短路電流。兩相短路電流值通常也小于三相短路電流值。所以三相短路造成的后果一般是最嚴(yán)重的，對其應(yīng)加以足夠的重視，給予充分的保護(hù)。5.2 短路電流的計算 畫出電路圖 如圖5.1所示： 圖5.1 短路電流的電路圖 1.確定基準(zhǔn)值：設(shè)基準(zhǔn)容量Sd為100MVA ,Ud=UcN,那么高壓側(cè)Ud1=10.5kV,低壓側(cè)Ud2=0

38、.4kV 那么 基準(zhǔn)電流為 式所以： 1電力系統(tǒng) ， 根據(jù) 式 所以： 2架空線 查表得LGJ-150的，線路長0.8km,故 電力系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值 式 所以： 3電力變壓器 查表得,故 電力變壓器電抗標(biāo)幺值 式 所以： 畫出短路等效電路圖，如圖5.2所示：3.計算k-1點10.5kv側(cè)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量 式 所以： 式所以：4.計算k-2點0.4kv側(cè)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量 表5-1短路計算結(jié)果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-1k-2畫出電路圖 如圖5.3所示： 圖5.3 短路電流的電路圖 1.確定基準(zhǔn)值：設(shè)基準(zhǔn)容量Sd為100MVA

39、 ,Ud=UcN,那么高壓側(cè)Ud1=10.5kV,低壓側(cè)Ud2=0.4kV 那么 基準(zhǔn)電流為 所以： 1電力系統(tǒng) ， 根據(jù) 所以： 2架空線 查表得LGJ-150的，線路長0.8km,故 電力系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值 所以： 3電力變壓器 查表得,故 電力變壓器電抗標(biāo)幺值 所以： 畫出短路等效電路圖，如圖5.4所示：3.計算k-1點10.5kv側(cè)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量 所以： 所以：4.計算k-2點0.4kv側(cè)的短路電路總電抗及三相短路電流和短路容量 表5-2短路計算結(jié)果短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-1k-2第六章 設(shè)備的選擇與校驗 6.1.1一次設(shè)備及其分類變電

40、所中承當(dāng)輸送和分配電能的任務(wù)電路，稱為一次電路，一次電路中的所有設(shè)備，稱為一次設(shè)備。一次設(shè)備按其功能來分，可分為以下幾類： 變換設(shè)備 其功能是按電力系統(tǒng)運行的要求改變電壓或電流、頻率等，例如電力變壓器、電壓互感器、電力互感器、變頻機等。 控制設(shè)備 其功能是按電力系統(tǒng)運行的要求來控制一次設(shè)備的通、斷，例如各種上下壓開關(guān)設(shè)備。 保護(hù)設(shè)備 其功能是用來對電力系統(tǒng)進(jìn)行過電流和過電壓等的保護(hù)，例如熔斷器和避雷器等。 補償設(shè)備 其功能是用來補償電力系統(tǒng)中的無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，例如并聯(lián)電容器等。 成套設(shè)備 它是按一次電路接線方案的要求，將有關(guān)一次設(shè)備及控制、指示、監(jiān)測和保護(hù)一次設(shè)備的二次設(shè)備組合為

41、一體的電氣裝置，例如高壓開關(guān)柜、低壓配電屏、動力和照明配電箱等。 高壓一次設(shè)備的選擇高壓開關(guān)柜有固定式和手車式兩大類，手車式又稱移開式高壓開關(guān)柜，雖具有檢修平安、供電可靠性高等優(yōu)點，但價格較貴。在一般中小型工廠中，往往采用較為經(jīng)濟(jì)的固定式高壓開關(guān)柜。我國現(xiàn)在大量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用的是GG1AF型。這種防誤型開關(guān)柜裝設(shè)了防止電氣誤操作和保障人身平安的閉鎖裝置，即所謂“五防功能防止誤跳、誤合斷路器，防止帶負(fù)荷拉、合隔離開關(guān)，防止帶電掛接地線，防止帶接地線合隔離開關(guān)，防止人員誤入帶電隔離。本次設(shè)計中，確定用1000kVA的變壓器把10kV的高壓降到動力設(shè)備所需要的電壓0.4kV。假設(shè)有重要負(fù)荷，可靠性要

42、求較高，那么可選用手車式開關(guān)柜，如JYN、KYN。本廠都是動力設(shè)備，無重要負(fù)荷，因此，變電所可采用固定式開關(guān)柜。這里選用GG1A(F)03，此柜裝有GN1910型隔離開關(guān)1個，隔離高壓電流，以保證其他電氣設(shè)備的平安檢修。SN1010/630型少油斷路器1個，可以通斷線路正常的負(fù)荷電流，也可以進(jìn)行短路保護(hù)。GG1AF03除備有以上兩種開關(guān)外，還有LQJ10型電流互感器2個，分別接儀表和繼電器，以滿足測量和保護(hù)的不同要求。容量500kVA以上的變壓器，宜采用高壓計量。因此，對于1000kVA的變壓器，要求在變壓器的高壓側(cè)進(jìn)行計費，可選用與GG1AF型高壓開關(guān)柜配套使用、戶外安裝的PJ1-A/J3型

43、單電源電纜進(jìn)出線的計量柜，正好滿足要求。柜內(nèi)裝有隔離開關(guān)、高壓斷路器及提供測量信號的電流互感器、電壓互感器。考慮架空線路較之電纜線路發(fā)生故障時易于發(fā)現(xiàn)且易于檢查和修復(fù)。當(dāng)采用電纜線路時，必須采用兩根電纜并列供電，每根電纜應(yīng)能承當(dāng)全部二級負(fù)荷。本設(shè)計中高壓開關(guān)柜的進(jìn)出線，采用經(jīng)一段電纜后接到架空線上。高壓計量柜中的設(shè)備如表6.1所示。表6.1 高壓計量柜中的設(shè)備一欄表設(shè)備名稱型號規(guī)格量數(shù)/臺隔離開關(guān)GN19-101GN10-1001電壓互感器JDZ-102熔斷器1電流互感器2工廠變配電所高壓開關(guān)柜上面的高壓母線，通常采用LMY型硬鋁母線，對于主變壓器容量在1250kVA及以下的變電所，高壓母線一

44、般采用LMY40*4的規(guī)格。本配電所變壓器為1000kVA，因此可采用LMY340*4的高壓母線。表6-2 高壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備一覽表設(shè)備名稱型號規(guī)格數(shù)量/臺高壓隔離開關(guān)GN19-101高壓斷路器SN1010/6301電流互感器LQJ-102 低壓一次設(shè)備的選擇低壓配電屏有固定式和抽屜式兩種結(jié)構(gòu)型式。抽屜式價格昂貴，一般中小工廠多采用固定式。我國現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的固定式低壓配電屏主要為PGL1和PGL2型。根據(jù)前面所確定的車間配電系統(tǒng)及多路額定電流，本設(shè)計選用固定式低壓配電屏PGL2型，因為該廠為三級負(fù)荷，選用PGL2型即可滿足要求。一次設(shè)備必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下工作的要求，工作平

45、安可靠，運行維護(hù)方便，投資經(jīng)濟(jì)合理。 一次設(shè)備選擇校驗的條件：1電壓：設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于裝置地點的額定電壓或最高電壓2電流：設(shè)備的額定電流應(yīng)不小于通過設(shè)備的計算電流3斷流能力：設(shè)備的最大開斷電流應(yīng)不小于它可能開斷的最大電流4動穩(wěn)態(tài)度：按三相短路沖擊電流校驗5熱穩(wěn)態(tài)度：按三相短路穩(wěn)態(tài)電流和短路發(fā)熱假想時間校驗 各設(shè)備的校驗表6.3 高壓隔離開關(guān)校驗表序號裝置地點及電氣條件GN19-10結(jié)果工程數(shù)據(jù)工程數(shù)據(jù)1/kV10/kV10合格2/A400合格3/kA/kA合格4108合格表6.4 高壓斷路器校驗表序號裝置地點及電氣條件SN10-10/630結(jié)果工程數(shù)據(jù)工程數(shù)據(jù)1/kV10/kV10合格2

46、/A630合格3/kA/kA40合格4/kA/kA16合格5108512合格表6.5 電流互感器校驗表序號裝置地點及電氣條件LQJ-10結(jié)果工程數(shù)據(jù)工程數(shù)據(jù)1/kV10/kV10合格2/A60合格表6.6 刀開關(guān)校驗表序號裝置地點及電氣條件GN19-10結(jié)果工程數(shù)據(jù)工程數(shù)據(jù)1/kV/kV合格2/A1500合格3/kA/kA60合格4/kA/kA1000合格5900合格表6.7 低壓斷路器校驗表序號裝置地點及電氣條件GN19-10/400結(jié)果工程數(shù)據(jù)工程數(shù)據(jù)1/kV/kV合格2/A1500合格3/kA/kA1000合格根據(jù)電容器在供電系統(tǒng)中的裝設(shè)位置，有高壓集中補償、低壓集中補償和就地補償三種方

47、式。其中，低壓集中補償能使車間變壓器的視在功率減小從而可使主變壓器容量選得較小，比擬經(jīng)濟(jì)，而且這種補償?shù)牡蛪弘娙萜鞴褚话憧砂惭b在低壓配電室內(nèi)，運行維護(hù)方便。集中補償?shù)碾娙萜鹘M，有手動投切和自動調(diào)節(jié)兩種控制方式。對于自動補償裝置來說，電路中的功率因數(shù)自動補償控制器可按電力負(fù)荷的變化及功率因數(shù)的上下，以一定的時間間隔10-15s,自動控制各組電容器回路中根底器的投切，使電網(wǎng)無功功率自動得到補償，又不致過補償。因此，本系統(tǒng)擬采用無功功率自動補償屏，裝在變電低壓母線側(cè)集中補償。選用總?cè)萘繛?60kVA。電容屏型號選：PGJ1-2，PGJ1-3三臺第七章 繼電保護(hù)與防雷接地 由于自然條件和人為的影響如雷

48、電、暴雨、狂風(fēng)、冰雹、誤操作等，使得發(fā)生電氣事故的可能性時有發(fā)生。而電力系統(tǒng)又是一個統(tǒng)一的整體，一處發(fā)生事故就可能迅速擴(kuò)大到其他地方。因此，電力系統(tǒng)必須保證平安可靠的運行，在此前提下才能談到運行的經(jīng)濟(jì)性、合理性。為了保證電力系統(tǒng)運行可靠，必須設(shè)置繼電保護(hù)裝置。設(shè)置繼電保護(hù)裝置應(yīng)滿足動作的選擇性、動作的迅速行和動作的靈敏性要求。繼電保護(hù)包括定時限保護(hù)和反時限保護(hù)。定時限過電流保護(hù)裝置的動作時間固定不變，與故障電流大小無關(guān)，其優(yōu)點是動作時間比擬精確、整定簡便，其缺點是繼電器多、結(jié)線復(fù)雜且需直流操作電源，投資較大。反時限過電流保護(hù)裝置的動作時間與故障電流大小成反比關(guān)系，故障電流越大，動作時間越短。其優(yōu)點是：投資少、結(jié)線簡單、可同時實現(xiàn)電流速斷保護(hù)，顯得簡單經(jīng)濟(jì)且適于交流操作，其缺點是動作時間整定比擬麻煩。對于中小型工廠供電系統(tǒng)來說，繼電保護(hù)以簡單經(jīng)濟(jì)為宜，因此使用反時限過電流保護(hù)。 動作電流的整定現(xiàn)采用GL-15/10型電流互感器，該型號電流繼電器的返回系數(shù)；現(xiàn)