某機(jī)械廠供電系統(tǒng)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、某機(jī)械廠供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要 本次設(shè)計(jì)題目為某機(jī)械廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)通過降壓變壓器與10kv公共電源干線相連，然后向工廠供給電能。本次設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：負(fù)荷計(jì)算、短路電流計(jì)算、變電所選址及變壓器選擇、電氣設(shè)備的選擇和校驗(yàn)、繼電保護(hù)裝置的選擇以及過電壓及防雷。在設(shè)計(jì)的過程中，本人參閱了大量的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、變配電所設(shè)計(jì)、建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范等相關(guān)的規(guī)范和設(shè)計(jì)手冊，最后對該工廠供配電系統(tǒng)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)為畢業(yè)設(shè)計(jì)，其目的是通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，綜合運(yùn)用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實(shí)際，鍛煉獨(dú)立分析和解決電氣設(shè)計(jì)問題的能力，為未來的工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞： 負(fù)荷計(jì)算；短路電流計(jì)算；變壓器；一次設(shè)備；繼電保護(hù)

2、；防雷A machinery factory supply systems designAbstractThis design topic is the power supply and distribution system for a machinery factory of A city, this system is connected with the public line of 10kV through step-down transformers, and distribute electrical power to A machinery factory of A city.

3、This design main content includes: the charge computation, short-circuit current computation,substation site and transformer selection，selection and verification of electrical equipment，select the protection device，overvoltage and lightning protection ,the disposal and configuration of the transform

4、er substation design. In order to finish the design, I referring to the power supply and distribution design standard, the transformer substation design standard，the electrical design standard of architecture and so on, carry on the preliminary design to this power system. This design is a graduatio

5、n design .The purpose of this design is to give us a chance of synthetical usage of the knowledge we have learned. Besides, it can train our ability to analyze and solve practical problems in Construct electricity in dependently so that the theory is connected with practice and a solid base is made

6、in favor of future work.Keywords: Load Calculation；Short circuit calculation；transformer；Equipment selection；relay protection；Lightning protection目錄1 緒論11.1 工廠供電概述11.2 工廠供電的意義和要求11.2.1工廠供電的意義11.2.2工廠供電的要求21.3 工廠供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)21.4 工廠原始資料22 供配電系統(tǒng)負(fù)荷計(jì)算和無功功率補(bǔ)償52.1負(fù)荷計(jì)算的內(nèi)容和目的52.2電力負(fù)荷的分級52.3負(fù)荷計(jì)算的方法52.4各車間負(fù)荷計(jì)算72.5

7、無功功率補(bǔ)償123 變電所的選址及主變壓器的選擇133.1 變配電所所址選擇133.1.1選取變配電所址的一般性原則133.1.2 變配電所的總體布置143.2 變壓器的選擇143.2.1 變壓器臺數(shù)的選擇143.2.2 變電所主變壓器容量的選擇153.3 變壓器的功率損耗153.3.1 變壓器的有功功率損耗153.3.2 變壓器的無功功率損耗164 短路電流及其計(jì)算184.1 概述18 4.1.1短路及其原因184.1.2短路的后果及短路計(jì)算的目的184.1.3 短路的形式194.2 短路電流的計(jì)算方法194.3 標(biāo)么值法計(jì)算短路電流194.3.1 標(biāo)么值的概念194.3.2 電力系統(tǒng)各元件

8、電抗標(biāo)么值的計(jì)算204.3.3 繪制計(jì)算電路204.3.4 確定短路計(jì)算基準(zhǔn)值214.3.5 計(jì)算短路電路中各元件的電抗標(biāo)幺值214.3.6 10kV側(cè)三相短路電流和短路容量224.3.7 380V側(cè)三相短路電流和短路容量225 一次設(shè)備的選擇和校驗(yàn)245.1 一次設(shè)備選擇與校驗(yàn)條件和項(xiàng)目245.2 一次設(shè)備選擇依據(jù)245.2.1 按正常工作條件選擇245.2.2按短路情況進(jìn)行校驗(yàn)255.3 一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)286 變電所進(jìn)出線的選擇316.1 輸電線路的選擇316.1.1 導(dǎo)線截面選擇的基本原則316.1.2 按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線截面326.1.3 按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面336.2 1

9、0kV高壓進(jìn)線的選擇校驗(yàn)346.3 380V低壓母線的選擇校驗(yàn)347 繼電保護(hù)裝置的選擇與整定357.1對繼電保護(hù)裝置的基本要求357.2 電力變壓器的繼電保護(hù)裝置的配置要求367.3 電力變壓器的繼電保護(hù)裝置的選擇依據(jù)367.4 主變壓器的繼電保護(hù)裝置的選擇388 防雷418.1 過電壓及雷電418.2 防雷設(shè)備428.3 防雷保護(hù)措施428.3.1 架空線路的防雷保護(hù)428.3.2 變配電所的防雷保護(hù)42結(jié)束語43致謝44參考文獻(xiàn)：45附錄：461 緒論1.1 工廠供電概述工廠供電系統(tǒng)就是將電力系統(tǒng)的電能降壓再分配電能到各個(gè)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

10、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(jì)，是根據(jù)各個(gè)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，解決各部分的安全可靠，經(jīng)濟(jì)技術(shù)的分配電能問題。其基本內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：進(jìn)線電壓的選擇，變電所位置的電氣設(shè)計(jì)，短路電流的計(jì)算及繼電保護(hù)，電氣設(shè)備的選擇，車間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(jì)等1。1.2 工廠供電的意義和要求1.2.1工廠供電的意義 工廠供電，就是指對工廠所需電能的供應(yīng)和分配，也稱工廠配電。 電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的主要動力和能源。電能既容易由其它形式的能量轉(zhuǎn)化而來，又容易轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰恳蕴峁?yīng)用；電能的輸送和分配

11、簡單經(jīng)濟(jì)，便于控制、調(diào)節(jié)和測量，更有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門當(dāng)中的應(yīng)用極為廣泛1。在工廠里，電能雖是工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但它在產(chǎn)品成本中所占比例一般很?。娀I(yè)除外）。例如在機(jī)械工業(yè)當(dāng)中，電費(fèi)開支僅占產(chǎn)品成本的百分之五左右。從投資額來看，一般的機(jī)械工廠在供電設(shè)備上的投資也僅占總投資金額的百分之五左右。因此，電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性并不是在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而是在于在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)電氣化之后可以大大地增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動生產(chǎn)成本，減輕工人勞動負(fù)擔(dān)，改善工人工作條件，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程

12、自動化1。從另一方面來說，假如工廠的電能供應(yīng)突然中止，則對工業(yè)生產(chǎn)有可能造成極其嚴(yán)重的后果。例如一些對供電標(biāo)準(zhǔn)要求很高的工廠，即便是極短時(shí)間的供電終止，也會造成重大設(shè)備損壞或造成大量產(chǎn)品報(bào)廢，更有甚者可能發(fā)生重大的人身安全事故，給黨、國家和人民造成經(jīng)濟(jì)上甚至是政治上的重大損失1。因此，做好工廠供配電工作對于工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)具有十分重要的意義。1.2.2工廠供電的要求工廠供配電工作要很好地去為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實(shí)保證工廠生產(chǎn)、生活用電的需要，并且做好節(jié)約能源工作，就必須達(dá)到以下幾個(gè)基本要求：（1）安全，在電能的輸送、分配和使用中，應(yīng)確保人身和設(shè)備安全；（2）可靠，應(yīng)滿足用戶對供電可

13、靠性的要求；（3）優(yōu)質(zhì)，應(yīng)滿足用戶對電壓和頻率等電能質(zhì)量的要求；（4）經(jīng)濟(jì)，供電系統(tǒng)的投資金額要少，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1。1.3 工廠供配電系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）供電半徑小而且范圍廣， （2）負(fù)荷類型多而且操作頻繁，（3）廠房環(huán)境復(fù)雜， （4）低壓配電線路長等，及復(fù)雜又重要1。因此，選擇供電方式時(shí)應(yīng)力求簡單可靠，按照有色金屬消耗量和供電可靠性要求來定，并考慮線路的運(yùn)行安全和方便，周圍環(huán)境和線路安裝的可靠性1。1.4 工廠原始資料 1.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10KV的公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總

14、平面圖。該干線的導(dǎo)線牌號為LGJ-150,導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距為2m；干線首端距離本廠約8km。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器容量為500MVA。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)整定的動作時(shí)間為1.7s。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80km，電纜線路總長度為25km。2.氣象資料 本廠所在的地區(qū)的年最高氣溫為38，年平均氣溫為23，年最低氣溫為-8，年最熱月平均最高氣溫為33，年最熱月平均氣溫為26。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20天。

15、 3.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)制度交納電費(fèi)。每月基本電費(fèi)按主變壓器容量計(jì)為18元/kVA,動力電費(fèi)為0.20元/KWh,照明電費(fèi)為0.50元/KWh。工廠最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.92，此外，電力用戶需按新裝變壓器容量計(jì)算，一次性地向供電部門交納供電貼費(fèi)：610kV為800元/kVA。4.地質(zhì)水文資料 所在地區(qū)平均海拔500m，地層以砂土為主，地下水位為2m。廠房編號廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量（）需要系數(shù)功率因數(shù)1鑄鐵車間動力3000.30.701.02照明60.8102鍛壓車間動力3500.30.651.17照明80.71

16、03金工車間動力4000.20.651.17照明100.9104電鍍車間動力2500.50.80.75照明50.8105 熱處理車 間動力1500.60.800.75照明50.8106總裝車間動力1800.30.701.02照明60.8107機(jī)修車間動力1600.20.651.17照明40.8108鍋爐房動力500.70.750.88照明10.8109倉庫動力200.40.80.75照明10.81010工具車間動力3600.30.601.33照明70.91011生活區(qū)照明3500.70.9 0.48 5.工廠負(fù)荷情況 本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為4800h，日前最大負(fù)荷持續(xù)時(shí)間

17、為6h。鑄鐵車間、電鍍車間和鍋爐房是二級負(fù)荷，其余均為三級負(fù)荷。本廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料表如表1-1所示：表1-1 負(fù)荷資料統(tǒng)計(jì)表注：鑄鐵車間、電鍍車間和鍋爐房為二級負(fù)荷，其余均為三級負(fù)荷。低壓動力設(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，額定電壓為220V。2 供配電系統(tǒng)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)容和目的計(jì)算負(fù)荷：通過統(tǒng)計(jì)負(fù)荷求出的、用以按發(fā)熱條件選擇系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值，稱為計(jì)算負(fù)荷2。負(fù)荷計(jì)算是供配電設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，計(jì)算負(fù)荷無論是過大還過小都會影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及系統(tǒng)中各個(gè)電氣設(shè)備元件的選擇使用。不正確的計(jì)算負(fù)荷有可能會造成一些事故的發(fā)生。所以，確定計(jì)算負(fù)

18、荷就顯得尤為重要。2.2電力負(fù)荷的分級工廠的電力負(fù)荷，按照供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定，按照對供電性質(zhì)的要求及中斷供電造成的事故影響分為三級：（a）一級負(fù)荷（first order load）一級負(fù)荷為如果中斷供電將造成人身傷亡；或者是停電可能在重大場合上造成嚴(yán)重?fù)p失，2。（b）二級負(fù)荷（second order load）二級負(fù)荷為電力供應(yīng)中斷在重要場合上造成比較大的損失者。（c）三級負(fù)荷（third order load）三級負(fù)荷為除一、二級負(fù)荷之外的其它負(fù)荷。對供電電源沒有額外要求。2.3負(fù)荷計(jì)算的方法我國主要采用二項(xiàng)式法和需要系數(shù)法來確定計(jì)算負(fù)荷。需要系數(shù)法方便簡潔，計(jì)算結(jié)果基本符合實(shí)際。

19、一般用于干線、變配電所的負(fù)荷計(jì)算2。二項(xiàng)式法的應(yīng)用有很大的限制，適用于機(jī)加工車間，受較大容量設(shè)備的影響的干線和分支干線的負(fù)荷計(jì)算2。但是在確定設(shè)備較少而容量差別比較懸殊的分支干線的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，宜采用二項(xiàng)式法較，并且計(jì)算也較簡便2。所以，在這里我們采用需要系數(shù)法來計(jì)算工廠各車間的計(jì)算負(fù)荷。基本公式：有功計(jì)算負(fù)荷： （2-1） 無功計(jì)算負(fù)荷： （2-2） 視在計(jì)算負(fù)荷： （2-3） 計(jì)算電流： （2-4）如果為一臺三相電動機(jī)，額定電流即為計(jì)算電流，即 （2-5）記及同時(shí)系數(shù)和。對于配電干線，可?。?對于低壓母線，又可以分兩種情況（a） 由計(jì)算負(fù)荷直接加在一起來計(jì)算時(shí)，可?。?（b）由干線負(fù)荷直接相

20、加計(jì)算時(shí)，可取： 總的有功負(fù)荷、無功負(fù)荷、視在計(jì)算負(fù)荷為： （2-6）總的計(jì)算電流為： （2-7）2.4各車間負(fù)荷計(jì)算(1) 鑄鐵車間由表可知：動力部分：，照明部分：，有功計(jì)算負(fù)荷 無功計(jì)算負(fù)荷 （2） 鍛壓車間由表可知：動力部分：，照明部分：，有功計(jì)算負(fù)荷 無功計(jì)算負(fù)荷 （3） 金工車間由表可知：動力部分：，照明部分：，有功計(jì)算負(fù)荷 無功計(jì)算負(fù)荷 （4） 電鍍車間由表可知：動力部分：，照明部分：，有功計(jì)算負(fù)荷 無功計(jì)算負(fù)荷 （5） 熱處理車間由表可知：動力部分：，照明部分：，有功計(jì)算負(fù)荷 無功計(jì)算負(fù)荷 （6） 總裝車間由表可知：動力部分：，照明部分：，有功計(jì)算負(fù)荷 無功計(jì)算負(fù)荷 （7） 機(jī)修

21、車間由表可知：動力部分：，照明部分：，有功計(jì)算負(fù)荷 無功計(jì)算負(fù)荷 （8） 鍋爐房由表可知：動力部分：，照明部分：，有功計(jì)算負(fù)荷 無功計(jì)算負(fù)荷 （9） 倉庫由表可知：動力部分：，照明部分：，有功計(jì)算負(fù)荷 無功計(jì)算負(fù)荷 （10） 工具車間由表可知：動力部分：，照明部分：，有功計(jì)算負(fù)荷 無功計(jì)算負(fù)荷 （11） 生活區(qū)由表可知：照明部分：，有功計(jì)算負(fù)荷 無功計(jì)算負(fù)荷 （12） 匯總記及同時(shí)系數(shù)，所以，總有功計(jì)算負(fù)荷 總無功計(jì)算負(fù)荷 總視在計(jì)算負(fù)荷 總計(jì)算電流 功率因數(shù)匯總表2-1所示。2-1 負(fù)荷計(jì)算匯總表編號廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量需要系數(shù) 1鑄鐵車間動力3000.30.71.029091.8-照明

22、60.8104.80-小計(jì)30694.891.82鍛壓車間動力3500.30.651.17105 122.8 -照明80.7105.60-小計(jì)358110.6122.83金工車間動力4000.20.651.178093.6-照明100.81080-小計(jì)4108893.64電鍍車間動力2500.50.80.7512593.8-照明50.81040-小計(jì)25512993.85熱處理車間動力1500.60.80.759067.5-照明50.81040-小計(jì)1559467.56總裝車間動力1800.30.71.025455.1-照明60.8104.80-小計(jì)18658.855.17機(jī)修車間動力1600

23、.20.651.173237.4-照明40.8103.20-小計(jì)16435.237.48鍋爐房動力500.70.80.753526.3-照明10.8100.80-小計(jì)51 35.826.39倉庫動力200.40.80.7586-照明10.8100.80-小計(jì)218.8610工具車間動力3600.30.61.33 108144-照明70.9106.30-小計(jì)367114.3144生活區(qū)照明3500.70.90.48245117.6 - -總計(jì)-2622-1097.56 900.56-計(jì)及同時(shí)系數(shù)，-1042.68873.541360.242066.67功率因數(shù)（）0.762.5無功功率補(bǔ)償經(jīng)負(fù)荷

24、計(jì)算可知工廠的功率因數(shù)為0.76，根據(jù)規(guī)定，用戶在規(guī)定的用電高峰負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)應(yīng)該在0.9以上，其他用戶和大部分用電企業(yè)，功率因數(shù)應(yīng)該在0.85以上，并且規(guī)定，一切功率因數(shù)么有達(dá)到此要求的應(yīng)該裝設(shè)無功功率補(bǔ)償裝置，所以，此機(jī)械廠采用并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償無功功率。按照相關(guān)規(guī)定，補(bǔ)償后變壓器高壓側(cè)的功率因素不應(yīng)低于0.9即，所以補(bǔ)償后低壓側(cè)的功率因素應(yīng)該略高于0.9，在這里取0.92，則：取補(bǔ)償后的功率因數(shù)為： 滿足要求補(bǔ)償前后對比如下表2-2所示：2-2 補(bǔ)償前后對比表 全廠負(fù)荷有功功率無功功率 視在負(fù)荷 補(bǔ)償前1042.68873.541360.24 無功補(bǔ)償-500- 補(bǔ)償后 1042.68

25、 373.54 1125.42補(bǔ)償后功率因數(shù)（）0.943 變電所的選址及主變壓器的選擇3.1 變配電所所址選擇3.1.1選取變配電所址的一般性原則變電所的選擇一般應(yīng)該遵循以下原則：1） 靠近負(fù)荷中心；2） 便于進(jìn)出線；3） 貼近電源側(cè)；4） 運(yùn)輸和設(shè)備吊裝方便；5） 不該位于一個(gè)強(qiáng)烈震動或者是高溫地方；6） 不該位于多塵或有腐蝕性氣體的場所，當(dāng)實(shí)在無法遠(yuǎn)離時(shí)更不該設(shè)在污染源的下風(fēng)側(cè)；7） 不宜設(shè)在廁所、浴室或者其他經(jīng)常積水地方的正下面，并且不應(yīng)該貼鄰上述場所；8） 不應(yīng)設(shè)在地理環(huán)境條件復(fù)雜的地方。3.1.2 變配電所的總體布置 變配電所總體布置的要求：1） 便于運(yùn)行檢修和維護(hù)；2） 確保運(yùn)行

26、安全；3） 方便進(jìn)出線；4） 節(jié)約土地和建設(shè)費(fèi)用；5） 適應(yīng)工廠發(fā)展要求3。3.2 變壓器的選擇3.2.1 變壓器臺數(shù)的選擇在選擇變壓器時(shí)，應(yīng)首先選擇S9系列或者是S10系列4，因?yàn)檫@兩種系列為節(jié)能型變壓器。干式變壓器通常是安裝在室內(nèi)變電所的，密閉型變壓器或防腐性變壓器適合安裝在多塵、有嚴(yán)重腐蝕性氣體的地方，選擇變壓器臺數(shù)可以考慮以下原則4：1. 選擇一臺變壓器是大多數(shù)情況下的選擇；2. 下列情況可以選擇多臺變壓器：1）對負(fù)荷中有大量的一二級負(fù)荷的變電所，應(yīng)該安裝兩臺變壓器，以滿足一二級負(fù)荷對供電可靠性的要求。2）對變動較大的晝夜負(fù)荷或者是季節(jié)性負(fù)荷，可以考慮裝設(shè)兩臺變壓器4。3）除上述情況外

27、，一般采用裝設(shè)一臺變壓器，有特殊要求的除外。3.在確定變電所主變壓器臺數(shù)時(shí)，應(yīng)該考慮該地區(qū)的長遠(yuǎn)發(fā)展,留有一定的擴(kuò)建余地。因此，根據(jù)選擇變壓器臺數(shù)的原則，本廠的鍋爐房、鑄鐵車間、電鍍車間為二級負(fù)荷，以及從利益和長遠(yuǎn)角度來考慮，應(yīng)該選擇兩臺主變壓器比較合適。3.2.2 變電所主變壓器容量的選擇 1）裝有一臺主變壓器的變電所主變壓器容量應(yīng)不小于總的計(jì)算負(fù)荷的需要5，即 （3-1）2）裝有兩臺主變壓器的變電所每臺主變壓器的容量不應(yīng)小于總的計(jì)算負(fù)荷的60%70%5，即 （3-2） 并且一臺主變壓器容量不應(yīng)小于所有一、二級計(jì)算負(fù)荷之和5，即 （3-3） 由上述計(jì)算結(jié)果可知：應(yīng)選兩臺S9-1000/10(

28、0.4)型的主變壓器。3.3 變壓器的功率損耗3.3.1 變壓器的有功功率損耗鐵心中的有功功率損耗，即鐵損，鐵損就可以認(rèn)為就是變壓器空載損耗。帶有負(fù)荷時(shí)變壓器一、二次繞組中的有功損耗，即銅損。變壓器的短路損耗可認(rèn)為就是銅損。因此，變壓器的有功功率損耗為 （3-4）式子中，為變壓器的額定容量；為計(jì)算負(fù)荷,稱為變壓器的負(fù)荷率6。3.3.2 變壓器的無功功率損耗是變壓器中用來產(chǎn)生磁通以及勵(lì)磁電流那部分的無功功率，和勵(lì)磁電流成正比例關(guān)系，即 （3-5） 是在變壓器繞組上消耗的無功功率。與短路電壓成正比例關(guān)系，即 （3-6）因此，變壓器的無功功率損耗為 （3-7）以上式子中的、 、等參數(shù)均可從表中查得。

29、在負(fù)荷計(jì)算中，一般采用下列簡化公式近似計(jì)算6：有功損耗： （3-8）無功損耗： （3-9）由第二章計(jì)算結(jié)果知：進(jìn)行無功補(bǔ)償后變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為 所以，變壓器的有功損耗為： 變壓器的無功損耗為： 變壓器高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為: 則高壓側(cè)功率因數(shù),所以符合要求。4 短路電流及其計(jì)算4.1 概述4.1.1短路及其原因 系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下運(yùn)行的過程當(dāng)中，不可避免地可能會發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，其中短路就是最嚴(yán)重的也是最常見的故障7。短路就是指電力系統(tǒng)中不同電位的導(dǎo)體之間的短接7。 各種各樣的原因都有可能造成短路，主要是有以下幾個(gè)方面7： 1）電氣絕緣破壞 由于設(shè)備已經(jīng)連續(xù)長期工作，絕緣老

30、化和受損嚴(yán)重；或者是出于各種元件質(zhì)量本身不合格、絕緣質(zhì)量不夠而被正常的電壓輕松擊穿；或者是設(shè)備絕緣的效果受到外部條件的阻礙損傷而造成短路7。 2）誤操作 工作人員由于沒有遵守操作規(guī)程和生產(chǎn)錯(cuò)誤的操作而發(fā)生誤操作。 3）鳥獸危害 鳥獸的腳跨越在裸露的相線之間或者是相線與接地導(dǎo)體之間；鳥類咬壞設(shè)備元件的絕緣設(shè)備，同樣也是導(dǎo)致短路發(fā)生的原因7。4.1.2短路的后果及短路計(jì)算的目的在短路在系統(tǒng)中出現(xiàn)之后，短路電流往往是非常大的。如此大的短路電流會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成一定的沖擊。短路電流在流過金屬電氣設(shè)備時(shí)，該設(shè)備的溫度能夠急劇上升，對該設(shè)備的本身的絕緣老化造成嚴(yán)重?fù)p害；同時(shí)產(chǎn)生很大的電動力，會使設(shè)備載流

31、部分發(fā)生機(jī)械變形甚至損壞7。1） 短路可能會使系統(tǒng)電壓發(fā)生急劇性變化，從而影響到系統(tǒng)中其它設(shè)備的正常工作運(yùn)行；2） 短路可能造成大面積的停電事故，并且離電源越近，停電的面兒就越大影響的地域就越廣，給國民經(jīng)濟(jì)造成的打擊也越大；3） 嚴(yán)重的短路能夠危害到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能夠使發(fā)電機(jī)組失去同步，造成電力系統(tǒng)解列；4） 系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時(shí)，短路電流能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的不平衡的交變磁場，影響附近設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至可能會發(fā)生事故。如此嚴(yán)重的短路危害，因此除了想方設(shè)法去消除可能引起短路的一切隱患外，還必須采取措施以保證發(fā)生短路故障后電力系統(tǒng)的安全。首先，應(yīng)當(dāng)采取限制短路電流的措施，如在短路電流較大的母線引出

32、線上采用限流電抗器（一般用于系統(tǒng)變電站或大型供配電系統(tǒng)）。其次，在設(shè)計(jì)、制造和選擇電氣設(shè)備時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備在規(guī)定的短路條件下有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以確保在發(fā)生短路時(shí)能夠保護(hù)設(shè)備不被損壞7。為此，在選擇電氣設(shè)備和導(dǎo)體、選擇和正定繼電保護(hù)裝置及選擇主接線方案時(shí)，都需要進(jìn)行短路電流的計(jì)算7。4.1.3 短路的形式電力系統(tǒng)中，短路的基本形式有三相短路、兩相短路接地、兩相短路和單相短路8。4.2 短路電流的計(jì)算方法 短路電流計(jì)算的方法常用的有歐姆法（有名單位制法）和標(biāo)么值法8。由于標(biāo)幺值法具有就算結(jié)果簡單方便，易于觀察是否計(jì)算正確，并且沒有單位影響計(jì)算結(jié)果，所以我們大多數(shù)情況下選擇用標(biāo)幺值法來計(jì)算短

33、路電流。4.3 標(biāo)么值法計(jì)算短路電流4.3.1 標(biāo)么值的概念 標(biāo)么值 從上看出，標(biāo)么值是沒有單位的。另外,在運(yùn)用標(biāo)幺值計(jì)算短路電流之前，應(yīng)該先選定一個(gè)比較的對象，即基準(zhǔn)值。我們一般選擇為基準(zhǔn)容量，為基準(zhǔn)電壓。由電路基本關(guān)系可得： （4-1） （4-2）則，標(biāo)幺值表達(dá)式如下：容量標(biāo)么值 （4-3）電壓標(biāo)么值 （4-4）電流標(biāo)么值 （4-5）電抗標(biāo)么值 （4-6）4.3.2 電力系統(tǒng)各元件電抗標(biāo)么值的計(jì)算取， 電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)么值為 （4-7） 電力變壓器的電抗標(biāo)么值為 （4-8） 電力線路的電抗標(biāo)么值為 （4-9）4.3.3 繪制計(jì)算電路 由第一章機(jī)械廠原始資料可畫得計(jì)算電路如下，下面計(jì)算本廠變

34、電所高壓10kV母線上k-1點(diǎn)短路和低壓380V母線上k-2點(diǎn)短路的三相短路電流和短路容量。計(jì)算電路圖如下：4.3.4 確定短路計(jì)算基準(zhǔn)值設(shè)，即高壓側(cè)，低壓側(cè)，則，4.3.5 各元件電抗標(biāo)幺值（1）電力系統(tǒng) 已知，故（2）架空線路 查得LJ-150的，而線路l長8km，故（3）電力變壓器 查得，故因此等效電路如下圖所示：4.3.6 10kV側(cè)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）其他短路電流 （4）三相短路容量 4.3.7 380V側(cè)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）其他短路電流（4）三相短路容量以上計(jì)算結(jié)

35、果綜合如下表4-1所示：表4-1 短路電流計(jì)算結(jié)果短路計(jì)算點(diǎn) 三相短路電流三相短路容量k-12.012.012.015.133.0436.5k-228.8728.8728.8753.1231.4720 5 一次設(shè)備的選擇和校驗(yàn)5.1 一次設(shè)備選擇與校驗(yàn)項(xiàng)目和條件 為保證一次設(shè)備安全地運(yùn)行，必須按照以下條件進(jìn)行選擇和校驗(yàn)：（1）按照正常工作條件選擇；（2）按照短路條件；（3）考慮外部特殊環(huán)境要求；（4）按各種元件的特點(diǎn)和要求等進(jìn)行選擇。5.2 一次設(shè)備選擇依據(jù)5.2.1 按正常工作條件選擇（1）按工作電壓選擇 設(shè)備電壓應(yīng)該大于該設(shè)備所存在的線路的電壓，即 （5-1）注：最高工作電壓應(yīng)該大于該設(shè)備

36、所存在的系統(tǒng)的最高電壓，即： （5-2） （2）按照工作電流選擇 該設(shè)備的電流應(yīng)該大于等于該設(shè)備所在線路的計(jì)算電流，即 （5-3）（3）按照斷流能力選擇 設(shè)備的額定開斷電流或者是斷流容量應(yīng)該大于等于設(shè)備分?jǐn)嗨查g短路電流有效值或，即或 （5-4）5.2.2按短路情況進(jìn)行校驗(yàn)短路條件校驗(yàn)，就是校驗(yàn)動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。1. 隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定性校驗(yàn)（1）動穩(wěn)定性校驗(yàn) 就是校驗(yàn)該元件承受短路電流力效應(yīng)的能力，校驗(yàn)公式為： 或 （5-6）其中 和分別為最大電流峰值和有效值；和分別為短路沖擊電流和有效值。（2）熱穩(wěn)定校驗(yàn) 就是校驗(yàn)該元件能夠承受短路電流熱效應(yīng)的能力，校驗(yàn)公式為： （5-7

37、）式中 為熱穩(wěn)定電流（kA）；為三相短路穩(wěn)態(tài)電流（kA）；t為熱試驗(yàn)時(shí)間（s）；為假想時(shí)間。假想時(shí)間可按下式計(jì)算： （5-8）由于在無限大系統(tǒng)中，,故 （5-9）式中 短路持續(xù)時(shí)間。當(dāng)1s時(shí) （5-10）2. 電流互感器短路穩(wěn)定性校驗(yàn) 動穩(wěn)定校驗(yàn)條件 或 （5-11）式中 動穩(wěn)定電流（單位為kA）； 動穩(wěn)定倍數(shù)（對）； 額定一次電流（單位為A）。 熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件 或 （5-12）式中 熱穩(wěn)定電流； 熱穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)間，一般取1； 熱穩(wěn)定倍數(shù)（對）。3熔斷器的選擇校驗(yàn)（1）熔斷器的電壓 應(yīng)該與其設(shè)備所在電力線路的電壓相適應(yīng)，即等于該系統(tǒng)的最高電壓: （5-13）（2）熔斷器的電流應(yīng)該不小于它所安裝熔

38、體的電流 （5-14）（3）所選熔斷器的型號應(yīng)該與實(shí)際情況相適應(yīng)，不能偏差太大。（4）熔斷器應(yīng)該滿足安裝處對斷流能力的要求，因此熔斷器需要進(jìn)行斷流能力校驗(yàn)。對“限流式”按照下式： （5-15）其中 為最大分?jǐn)嚯娏?；對“非限流式”可按下式?（5-16）對有上下限斷流能力的熔斷器可按下式： （5-17）其中 最大電流有效值； 最小電流有效值； 兩相短路電流。（5）熔斷路應(yīng)滿足保護(hù)靈敏度的要求，保護(hù)靈敏度可按下式進(jìn)行校驗(yàn)： （5-18）式中 最小運(yùn)行方式下的最小短路電流。熔體額定電流 4-10A 16-32A 40-63A 80-200A 250-500A熔斷時(shí)間 5s 4.5 5 5 6 7 0

39、.4s 8 9 10 11 -K滿足靈敏度要求的最小比值，如下表5-1所示:5.3 一次設(shè)備的選擇校驗(yàn)（1）高壓斷路器的選擇校驗(yàn)根據(jù)斷路器選擇原則這里選擇ZN3-10/630型高壓真空斷路器，其參數(shù)如表5-2所示：表5-2 各項(xiàng)參數(shù)取值額定電流IN (A)開斷電流動穩(wěn)定電流熱穩(wěn)定電流6308208校驗(yàn)：額定工作電壓10kV線路電壓10kV。動穩(wěn)定校驗(yàn)： =20kA， = 5.13kA，則： 符合要求。熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 因?yàn)椋瑓⒖脊┡潆娂夹g(shù)當(dāng)時(shí)，可認(rèn)為所以： 則 開斷電流校驗(yàn)：開斷電流: 三相短路電流: 經(jīng)校驗(yàn)所選斷路器滿足需求。（2）戶內(nèi)高壓隔離開關(guān)的選擇校驗(yàn)根據(jù)隔離開關(guān)的選擇原則，所以選擇GN-

40、10T/200的隔離開關(guān)，如5-3所示：表5-3 各項(xiàng)參數(shù)取值額定電流動穩(wěn)定電流峰值熱穩(wěn)定電流20025.510校驗(yàn)：額定工作電壓10kV線路計(jì)算電壓10kV動穩(wěn)定校驗(yàn)： ，則 ： 符合要求。熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 經(jīng)上述校驗(yàn)所高壓隔離開關(guān)滿足需求。（3）戶外高壓隔離開關(guān)的選擇校驗(yàn)選擇：GW4-10/400型高壓隔離開關(guān)，其參數(shù)如表5-4所示：表5-4 各項(xiàng)參數(shù)取值額定電流動穩(wěn)定電流峰值熱穩(wěn)定電流4002510 校驗(yàn)：額定工作電壓12kV線路計(jì)算電壓10kV動穩(wěn)定校驗(yàn)： ，則： 符合要求。熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 經(jīng)上述校驗(yàn)所選高壓隔離開關(guān)滿足設(shè)計(jì)選擇需求。（4）高壓熔斷器選擇校驗(yàn)根據(jù)高壓熔斷器的選擇原則，選擇RN

41、2-10型高壓熔斷器，其參數(shù)表5-5所示：表5-5 各項(xiàng)參數(shù)取值額定電壓額定電流最大開斷電流100.550 校驗(yàn)：最大開斷電流50kA =2.01kA額定工作電壓10kV線路電壓10kV額定工作電流0.5A可作為電流互感器的短路和過負(fù)荷保護(hù)設(shè)備使用經(jīng)上述校驗(yàn)所選高壓熔斷器滿足需求。（5）電壓互感器選擇校驗(yàn)選擇： JDZJ-10校驗(yàn): 額定工作電壓10kV線路電壓10kV電壓互感器一、二次側(cè)裝有熔斷器保護(hù)因此不需要進(jìn)行動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度校驗(yàn)。（6）電流互感器選擇校驗(yàn)選擇: LQJ-10 150/5 校驗(yàn)：額定工作電壓10kV線路電壓10kV額定一次電流150A線路計(jì)算電流64.98A動穩(wěn)定校驗(yàn)：

42、額定動穩(wěn)定電流有效值31.8kA 符合要求。熱穩(wěn)定校驗(yàn)： 滿足要求。通過校驗(yàn)以上均滿足要求。6 變電所進(jìn)出線的選擇6.1 輸電線路的選擇6.1.1 導(dǎo)線截面選擇的基本原則導(dǎo)線截面對于電網(wǎng)的性能有著非常重大的影響。選擇導(dǎo)線截面應(yīng)該遵循以下原則：（1）發(fā)熱條件通過導(dǎo)線的電流越大，導(dǎo)線發(fā)熱越嚴(yán)重，導(dǎo)線溫度上升就越高，很容易造成接線處過度氧化以致產(chǎn)生過熱從而造成斷線影響11。（2）電壓損耗條件由于線路上存在電抗和電阻，因此，當(dāng)電流通過導(dǎo)體時(shí)將會產(chǎn)生電壓損耗和電能損耗，當(dāng)在規(guī)定范圍內(nèi)不滿足電壓損耗時(shí)，用電設(shè)備的正常工作將受到嚴(yán)重影響。（3）機(jī)械強(qiáng)度條件導(dǎo)線應(yīng)該能夠承受外部環(huán)境條件的惡劣變化。按其機(jī)械強(qiáng)度所要求的導(dǎo)線最小截面面積如表6-1所示11。表6-1 架空線路按機(jī)械強(qiáng)度要求的導(dǎo)線最小允許截面面積（單位：mm2）導(dǎo)線種類35kV及以上線路6kV10kV線路1kV以下低壓線路居民區(qū)非居民區(qū)一般與鐵路交叉時(shí)鋁及鋁合金線3535251635鋼芯鋁絞線3525161616鋼線3525161616（4）經(jīng)濟(jì)條件選擇導(dǎo)線截面的時(shí)候，在降低維修費(fèi)和線路的電能損耗等年運(yùn)行費(fèi)用的同時(shí)，又要盡可能減少有色金屬消耗量和對于線路的投資，對于按照經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面可以按照國家規(guī)定。（5）電暈條件對于架空線路超過60kV以上的