工廠供配電系統(tǒng)畢業(yè)設計供配電在企業(yè)的應用

1、 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備組成。工廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)量和性質，生產(chǎn)工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結合國家供電情況.解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟技術的分配電能問題。其基本內容有以下幾方面：進線電壓的選擇, 變配電所位置的電氣設計, 短路電流的計算及繼電保護, 電氣設備的選擇,車間變電所位置和變壓器數(shù)量、容量的選擇, 防雷接地裝置設計等.關鍵詞: 電氣設備 電氣設計 變壓器 防雷接地目錄1緒論11.1工廠供電11.2工廠供電設計的一般原則21.3 設計

2、內容及步驟22工廠進線電壓的選擇52.1 電壓損耗條件52.2機械廠設計基礎資料52.3工廠常用架空線路裸導線型號及選擇72.4方案初定及經(jīng)濟技術指標的分析73 總降壓變電所的位置電氣設計113.1變配電所所址選擇的一般原則113.2結合方案要求設計位置圖123.3主結線方案的選擇134 短路電流和功率補償?shù)挠嬎慵袄^電保護154.1短路電流的計算154.2功率補償174.3繼電器保護的整定185 電氣設備的選擇197 防雷277.1防雷設備277.2防雷措施278 接地299 電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置309.1電測量儀表309.2變配電裝置中各部分儀表的配置319.3絕緣監(jiān)視裝置3210 二次

3、回路操作電源和中央信號裝置3210.1二次回路的操作電源3210.2中央信號裝置33總結33致謝35參考文獻36第一章 緒論1.1工廠供電工廠供電，即指工廠所需電能的供應和分配，亦稱工廠配電眾所周知，電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉換而來，又易于轉換為其它形式的能量以供應用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟，又便于控制、調節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟生活中應用極為廣泛。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

4、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)品質量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，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，如果工廠的電能供應突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴重的后果。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)濟建設具有十分重要的戰(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)濟建設，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達到以下基本要求

5、：（1） 安全 在電能的供應、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故和設備事故。（2） 可靠 應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（3） 優(yōu)質 應滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求。（4） 經(jīng)濟 供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，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，應合理地處理局部和全局、當前和長遠等關系，既要照顧局部的當前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應發(fā)展。 1.2工廠供電設計的一般原則按照國家標準GB50052-95 供配電系統(tǒng)設計規(guī)范、GB50053-94 10kv及以下設計規(guī)范、GB50054-95 低壓配電設計規(guī)范等的規(guī)定，進行工廠供電設計必須遵循以下原則

6、：（1） 遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；必須遵守國家的有關規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術經(jīng)濟政策。（2） 安全可靠、先進合理；應做到保障人身和設備的安全，供電可靠，電能質量合格，技術先進和經(jīng)濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產(chǎn)品。（3） 近期為主、考慮發(fā)展；應根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設與遠期發(fā)展的關系，做到遠近結合，適當考慮擴建的可能性。（4） 全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。按負荷性質、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設計方案。工廠供電設計是整個工廠設計中的重要組成部分。工廠供電設計的質量直接影響到工廠的生產(chǎn)及發(fā)展。作為從事工廠供電工作

7、的人員，有必要了解和掌握工廠供電設計的有關知識，以便適應設計工作的需要。1.3 設計內容及步驟全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)量和性質，生產(chǎn)工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟的分配電能問題。其基本內容有以下幾方面。1、負荷計算全廠總降壓變電所的負荷計算，是在車間負荷計算的基礎上進行的?？紤]車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出全廠總降壓變電所高壓側計算負荷及總功率因數(shù)。列出負荷計算表、表達計算成果。2、工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺數(shù)及容量選擇參考電源進線方向，綜合考慮設置總降壓變電所的有關因素，結合全廠計算負荷以及擴建和備

8、用的需要，確定變壓器的臺數(shù)和容量。3、工廠總降壓變電所主結線設計根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負荷要求的可靠性級別和計算負荷數(shù)綜合主變壓器臺數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經(jīng)濟，安裝容易維修方便。4、廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設計根據(jù)廠內負荷情況，從技術和經(jīng)濟合理性確定廠區(qū)配電電壓。參考負荷布局及總降壓變電所位置，比較幾種可行的高壓配電網(wǎng)布置放案，計算出導線截面及電壓損失，由不同放案的可靠性，電壓損失，基建投資，年運行費用，有色金屬消耗量等綜合技術經(jīng)濟條件列表比值，擇優(yōu)選用。按選定配電系統(tǒng)作線路結構與敷設方式設計。用廠區(qū)高壓線路平面布置圖，敷設要求和架空線路桿位明細表以及工程預

9、算書表達設計成果。5、工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計算工廠用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負荷，其容量運行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限容量系統(tǒng)供電進行短路計算。由系統(tǒng)不同運行方式下的短 路參數(shù)，求出不同運行方式下各點的三相及兩相短路電流。6、改善功率因數(shù)裝置設計按負荷計算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過查表或計算求出達到供電部門要求數(shù)值所需補償?shù)臒o功率。由手冊或廠品樣本選用所需 移相 電容器的規(guī)格和數(shù)量，并選用合適的電容器柜或放電裝置。如工廠有大型同步電動機還可以采用控制電機勵磁電流方式提供無功功率，改善功率因數(shù)。7、變電所高、低壓側設備選擇參照短路電流計算數(shù)據(jù)和各回路計算負荷以及對應的額定值，選擇變電所高

10、、低壓側電器設備，如隔離開關、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關柜等設備。并根據(jù)需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗。用總降壓變電所主結線圖，設備材料表和投資概算表達設計成果。8、繼電保護及二次結線設計為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機、母線分段斷路器及聯(lián)絡線斷路器，皆需要設置相應的控制、信號、檢測和繼電器保護裝置。并對保護裝置做出整定計算和檢驗其靈敏系數(shù)。設計包括繼電器保護裝置、監(jiān)視及測量儀表，控制和信號裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展開圖以及元件材料表達設計成果。35kv及以上系統(tǒng)尚需給出二次回

11、路的保護屏和控制屏屏面布置圖。9、變電所防雷裝置設計參考本地區(qū)氣象地質材料，設計防雷裝置。進行防直擊的避雷針保護范圍計算，避免產(chǎn)生反擊現(xiàn)象的空間距離計算，按避雷器的基本參數(shù)選擇防雷電沖擊波的避雷器的規(guī)格型號，并確定其接線部位。進行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗以及沖擊接地 電阻計算。10、專題設計11、總降壓變電所變、配電裝置總體布置設計綜合前述設計計算結果，參照國家有關規(guī)程規(guī)定，進行內外的變、配電裝置的總體布置和施工設計。2 工廠進線電壓的選擇2.1 電壓損耗條件導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的電壓損耗，不應超過其正常運行時允許的電壓損耗。即設計線路時，

12、高壓配電線路的電壓損耗一般不超過線路額定電壓的5%。對于輸電距離較長或負荷電流較大的線路，必須按工廠設計的基礎資料來選擇或校驗。電壓損耗：電壓損耗UAC%= P(Rol)+Q(Xol)10UN2 式中，UAC%線路實際的電壓損耗；P、Q干線上總的有功負荷和無功負荷；l線路的長度；Ro、Xo線路單位長度的電阻和電抗；UN線路的額定電壓。對于架空線路可取Xo=0.4/km.2.2機械廠設計基礎資料機械廠東北方向6KM處有一地區(qū)降壓變電所，用一臺110/35/10KV，1*25MV.A的變壓器作為工廠主電源，允許用35KV或10KV的一種電壓，以一回架空線向工廠供電。此處正北方向有其他工廠引入10K

13、V電纜作為備用電源，平時不準投入，只有在該廠的主供電源發(fā)生故障或檢修時提供照明及部分重要負荷用電，輸送容量不得超過1000KV.A。當以35KV供電時，cos=0.9;當以10KV供電時，cos=0.95。配電計量點名稱設備臺數(shù)n設備容量nP計算有功功率Pis計算無功功率Qjs計算視功功率Sojs計算電流Iis功率因數(shù)costan平均有功功率Ppj平均無功功率Qpj有功功率損耗Pb無功功率損耗Qb變壓器容量Seb一車間7014194701835067700.930.393451381050630二車間177222361241674411300.820.685123481574800三車間194

14、251173548789613600.820.676284201889.61000鍛工車間37175592027695714520.960.363219019961000 機修車間 8112894961295107750.920.264001041051630空壓鍋爐煤氣45126685416887213740.980.563312517871000全廠總負荷6041046340871659448568113159132589447.650002.3工廠常用架空線路裸導線型號及選擇鋁絞線（LJ）。戶外架空線路采用的鋁絞線導電性能好，重量輕，對風雨作用的抵抗力強，但對化學腐蝕作用的抵抗力較差，多

15、用在10KV及以下線路上，其桿距不超過100125m。鋼芯鋁絞線（LGJ）。此種導線的外圍用鋁線，中間線芯用鋼線，解決了鋁絞線機械強度差的缺點。由于交流點的趨膚效應，電流實際上只從鋁線通過，所以鋼芯鋁絞線的截面積面積是指鋁線部分的面積。在機械強度要求較高的場所和35KV及以上的架空線路上多被選用。銅絞線（TJ）。銅絞線導電性能好，對風雨及化學腐蝕作用的抵抗力強，但造價高，且密度過大，選用要根據(jù)實際需要而定。2.4方案初定及經(jīng)濟技術指標的分析目前機械廠東北方向6KM處有一地區(qū)降壓變電所，用一臺110/35/10KV、1*25MV.A的變壓器作為工廠主電源，允許用35KV或10KV的一種電壓，以一

16、回架空線向工廠供電。根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電的實際情況，并適當考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠，技術先進，經(jīng)濟合理的要求，綜合上述資料進行考慮分析兩方案如下：方案一：采用35kv電壓供電的特點1、供電電壓較高，線路的功率損耗較小，年運行費用較低；2、電壓損失小，調壓問題容易解決；3、對cos的要求較低，可以減少高功率因數(shù)補償設備的投資；4、需要建設總降壓變電所，工廠供電設備便于集中控制管理，易于實現(xiàn)自動化，但要多占一定的土地面積；5、根據(jù)運行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，35kv架空線路的故障率比10kv架空線路的故障率低一半，因而供電可靠性高； 6、有利于工廠進一步擴展。方案二：采用10kv電壓供電的

17、特點1、不需投資建設工廠總降壓變電所，并少占土地面積；2、工廠內不裝設主高壓器，可簡化接線，便于運行操作；3、減輕維護工作量，減少管理人員；4、供電電壓較35kv低，會增加線路的功率損耗和電能損耗，線路的電壓損失也會增大；5、要求的cos值高，要增加補償設備的投資；6、線路的故障率比35kv的高，即供電可靠性不如35kv.方案一：正常運行時以35kv單回路架空線路供電，由鄰廠10kv電纜線路作為備用電源。根據(jù)設計基礎資料全廠計算負荷情況，S30=4485kv·A，且只有少數(shù)的負荷為二級負荷，大多數(shù)為三級負荷，故擬廠內總降壓變電所裝設一臺容量為5000kv·A的變壓器，型號為

18、SJL1-5000/35型，電壓為35/10kv,查產(chǎn)品樣本，其有關技術參數(shù)為：P0=6.9kw, Pk=45kw,Uk%=7,I0%=1.1。變壓器的功率損耗：有功功率損耗 PTP0+Pk(S30/SN)2=6.9+45*(4485/5000)2=43.1kw無功功率損耗QTQ0+QN(S30/SN)2=SNI0%/100+UK%/100*(S30/SN)2=5000*1.1/100+7/100*(4485/5000)2=336.6kvar35kv線路功率等于全廠計算負荷與變壓器功率損耗之和.P30=P30+PT=4087+43.1=4130.1kwQ30=Q30+QT=1659+336.6

19、=1995.6kvarS30= P30 + Q30 =4130.1+1995.6=6125.7kvarcos= P30/ Q30 =4130.1/6125.7=0.67 考慮到本廠負荷的增長是逐漸的,為了節(jié)約有色金屬消耗量,按允許發(fā)熱條件選擇導線截面,而未采用經(jīng)濟電流密度選擇導線截面.查有關手冊或產(chǎn)品樣本,選擇鋼芯鋁鉸線LGJ-70,其允許電流為275A> I30=101.05A滿足要求.該導線單位長度電阻R0=0.46/km,單位長度電抗X0=0.365/km. 35kv線路電壓損失為（線路長度l=6km）:    U=(P30lR0+Q30LX0)/UN

20、=(4087*6*0.46+1659*6*0.365)/35=426.1V    UAC%=(P30lR0+Q30LX0)/10UN2=426.1/352=0.34%5% 符合要求。查相關設計手冊,經(jīng)過計算,35 kv供電的投資費用Z1見表2,年運行費用F1見表3。表2 35kv的投資費用Z1項目說明單價數(shù)量費用/萬元線路綜合投資LGJ-701.73萬元/km6km10.4 變壓器綜合投資SJL-5000/3512萬元1臺12 35kv斷路器Sw2-35/10003.4萬元1臺3.4避雷器及互感器FZ-35，JDJJ-351.6萬元各1臺1.6附加投資3 I302

21、R0l+PT=3*101.052*0.85*6+43.10.15萬元/km130.7km19.6合計47.3表3 35kv供電的年運行費用F1項目說明費用/萬元線路折舊費按線路投資的5%計,8.4*5%0.42氣設備折舊費按設備投資的8%計,(12+3.4+1.6)*8%1.36線路電能損耗費FT=3 I302R0L*10-3=3*101.052*0.85*6*2300*0.055*10-31.1變壓器電能損耗費FT=P0*8760+PK(S30/SN)2=6.9*8760+45*(4485/5000)2*2300*0.0550.8基本電價費每年有效生產(chǎn)時間為10個月,5000*10*420合

22、計24.6方案二:采用10KV電壓供電,廠內不設總降壓變電所,即不裝設變壓器,所以無變壓器損耗問題.此時,10KV架空線路計算電流而 cos=P30/S30=4087/4485=0.911<0.95 不符合要求.為使兩個方案比較在同一基礎上進行,也按允許發(fā)熱條件選擇導線截面.選擇LGJ-70鋼芯鋁絞線,其允許載流量為275A,R0=0.46/km,X0=0.365/km. 10kv線路電壓損失為（線路長度l=6km）:    U=(P30lR0+Q30LX0)/UN=(4087*6*0.46+1659*6*0.365)/10=1491.3VUAC%=(P30

23、lR0+Q30LX0)/10UN2 =1491.3/102=14.9%>5% 不符合要求。10 kv供電的投資費用Z2見表4，年運行費用F2見表5。表4 10kv供電的投資費用Z2項目說明單價數(shù)量費用/萬元線路綜合投資LGJ-701.73萬元/km6km10.4附加3I302R0l=3*258.952*0.46*6*10-30.1萬元/km555.22km55.52合計65.92表5 10kv供電的年運行費用F2項目說明費用/萬元線路拆舊費以線路投資的5%計，10.4*5%0.52線路電能損耗費用合計F1=3I302R0l=3*258.952*0.46*6*10-347.2547.77在

24、上述各表中,變壓器全年空載工作時間為8760h;最大負荷利用小時Tmax=4000h;最大負荷損耗小時可由Tmax=4500和cos=0.9查有關手冊中-Tmax關系曲線，得出 =2300h;為電度電價35kv時，=0.055元/kw·h；10kv時，=0.083元/kw·h.由上述分析計算可知,方案一較方案二的投資費用及年運行費用均少.而且方案二以10kv電壓供電,電壓損失達到了極為嚴重的程度,無法滿足二級負荷長期正常運行的要求.因此,選用方案一,即采用35 kv電壓供電,建立廠內總降壓變電所,不論從經(jīng)濟上還是從技術上來看,都是合理的。3 總降壓變電所的位置電氣設計3.1

25、變配電所所址選擇的一般原則變配電所所址的選擇，應根據(jù)下列要求并經(jīng)技術經(jīng)濟分析比較后確定。盡量接近負荷中心，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。進出線方便，特別是要便于架空進出線。不應妨礙企業(yè)的發(fā)展，有擴建的可能。接近電源側，特別是工廠的總降壓變電所和高壓配電所。設備運輸方便，特別是要考慮電力變壓器和高低壓成套配電裝置的運輸。不應設在有劇烈震動或高溫的場所，無法避開時，應有相應的保護措施。不宜設在多塵或有腐蝕性氣體的場所，無法遠離時，不應在污染原的下風側。不應設在廁所、浴室和其它經(jīng)常積水場所的正下方，且不宜與上述場所相鄰。不應設在有爆炸危險環(huán)境的正上方或正下方，且不宜設在有火災危

26、險環(huán)境的正上方或正下方。當與有爆炸或火災危險環(huán)境的建筑物毗連時，應符合現(xiàn)行國標GB50058-1992的規(guī)定。不應設在地勢低洼和可能積水的場所。3.2結合方案要求設計位置圖根據(jù)前面已確定的供電方案,結合本廠區(qū)平面示意圖,考慮總降壓變電所盡量接近負荷中心,且遠離人員集中區(qū),不影響廠區(qū)面積的利用,有利于安全等諸多因素,擬將決降壓變電所設在廠區(qū)東北部根據(jù)運行而要,對總降壓變電提出以下要求:1、 總降壓變電所所裝設一臺5000kv·A、35/10kv的降壓變壓器，與35kv架空線路接成線路-變壓器組。為便于檢修、運行、控制和管理，在變壓器高壓側進一處應設置高壓斷路器。 2、 根據(jù)規(guī)定，備用電

27、源只有主電源線路解列及變壓器有故障或檢修時才允許投入，因此備用10 kv電源進線斷路器在正常工作時必須斷開。 3、 變壓器二次側（10kv）設置少油斷路器，與10kv備用電源進線斷路器組成備用電源自動投入裝置（APD），當工作電源失去電壓時，備用電源立即自動投入。 4、 變壓器二次側10kv母線采用單母線分段接線。變壓器二次側10kv接在分段I上，而10kv備用電源接在分段上。單分母線分段聯(lián)絡開關在正常工作時閉合，重要二級負荷可接在母線分段上，在主電源停止供電時，不至于使重要負荷的供電受到影響。 5、 本總降壓變電所的操作電源來自備用電源斷路器前的所用變壓器。當主電源停電時，操作電源不至于停電

28、。 6、 用雙母線供電，當有一個根母線出故障或需要檢修時，可以用另一根母線投入使用，以免影響到工廠的生產(chǎn)。3.3主結線方案的選擇變配電所主結線的選擇原則1.當滿足運行要求時，應盡量少用或不用斷路器，以節(jié)省投資。2.當變電所有兩臺變壓器同時運行時，二次側應采用斷路器分段的單母線接線。3.當供電電源只有一回線路，變電所裝設單臺變壓器時，宜采用線路變壓器組結線。4.為了限制配出線短路電流，具有多臺主變壓器同時運行的變電所，應采用變壓器分列運行。5.接在線路上的避雷器，不宜裝設隔離開關；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。6.610KV固定式配電裝置的出線側，在架空線路或有反饋可能的

29、電纜出線回路中，應裝設線路隔離開關。7.采用610 KV熔斷器負荷開關固定式配電裝置時，應在電源側裝設隔離開關。8.由地區(qū)電網(wǎng)供電的變配電所電源出線處，宜裝設供計費用的專用電壓、電流互感器（一般都安裝計量柜）。9.變壓器低壓側為0.4KV的總開關宜采用低壓斷路器或隔離開關。當有繼電保護或自動切換電源要求時，低壓側總開關和母線分段開關均應采用低壓斷路器。10.當?shù)蛪耗妇€為雙電源，變壓器低壓側總開關和母線分段開關采用低壓斷路器時，在總開關的出線側及母線分段開關的兩側，宜裝設刀開關或隔離觸頭。主結線方案選擇對于電源進線電壓為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

30、電電壓，然后經(jīng)車間變電所，降為一般低壓設備所需的電壓。總降壓變電所主結線圖表示工廠接受和分配電能的路徑，由各種電力設備（變壓器、避雷器、斷路器、互感器、隔離開關等）及其連接線組成，通常用單線表示。主結線對變電所設備選擇和布置，運行的可靠性和經(jīng)濟性，繼電保護和控制方式都有密切關系，是供電設計中的重要環(huán)節(jié)。1、一次側采用內橋式結線，二次側采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖如下這種主結線，其一次側的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的內側，靠近變壓器，因此稱為內橋式結線。這種主結線的運行靈活性較好，供電可靠性較高，適用于一、二級負荷工廠。如果某路電源例如

31、WL1線路停電檢修或發(fā)生故障時，則斷開QF11 ，投入QF10 （其兩側QS先合），即可由WL2恢復對變壓器T1的供電，這種內橋式結線多用于電源線路較長因而發(fā)生故障和停電檢修的機會較多、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、 一次側采用外橋式結線、二次側采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖(下圖)，這種主結線，其一次側的高壓斷路器QF10也跨接在兩路電源進線之間，但處在線路斷路器QF11 和QF12的外側，靠近電源方向，因此稱為外橋式結線。這種主結線的運行靈活性也較好，供電可靠性同樣較高，適用于一、二級負荷的工廠。但與內橋式結線適用的場合有所不同。如果某臺變壓器例如T1停電檢修或

32、發(fā)生故障時，則斷開QF11 ，投入QF10 （其兩側QS先合），使兩路電源進線又恢復并列運行。這種外橋式適用于電源線路較短而變電所負荷變動較大、適用經(jīng)濟運行需經(jīng)常切換的總降壓變電所。當一次電源電網(wǎng)采用環(huán)行結線時，也宜于采用這種結線，使環(huán)行電網(wǎng)的穿越功率不通過進線斷路器QF11 、QF12 ，這對改善線路斷路器的工作及其繼電保護的整定都極為有利。3、一、二次側均采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖（見下圖）這種主結線圖兼有上述兩種橋式結線的運行靈活性的優(yōu)點，但所用高壓開關設備較多，可供一、二級負荷，適用于一、二次側進出線較多的總降壓變電所4、一、二次側均采用雙母線的總降壓變電所主電路圖采用雙母線

33、結線較之采用單母線結線，供電可靠性和運行靈活性大大提高，但開關設備也大大增加，從而大大增加了初投資，所以雙母線結線在工廠電力系統(tǒng)在工廠變電所中很少運用主要用與電力系統(tǒng)的樞紐變電所。本次設計的電機修造廠是連續(xù)運行，負荷變動較小，電源進線較短（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發(fā)展。采用一、二側單母線分段的總降壓變電所主結線（即全橋式結線）。4 短路電流和功率補償?shù)挠嬎慵袄^電保護4.1短路電流的計算短路電流計算的目的是為了正確選擇和校驗電氣設備，以及進行繼電保護裝置的整定計算。短路電流按系統(tǒng)正常運行方式計算為了選擇高壓電氣設備，整定斷電保護，需計算總降壓變電所的35kv側

34、、10kv母線以及廠區(qū)高壓配電線路末端（即車間變電所10kv母線）的短路電流，分別為k-1、k-2和k-3點。但因工廠廠區(qū)不大，總降壓變電所到最遠車間的距離不過數(shù)百來，因此總降壓變電所10kv母線（k-2點)與廠區(qū)高壓配電線路末端處（k-3點)的短路電流值差別極小，所以只計算主變壓器高、低壓側k-1和k-2兩點短路電流。根據(jù)計算電路作出計算短路電流的等效電路圖如附圖3-2所示1、 求各元件電抗（用標幺制法計算） 設基準容量 Sd=100MV·A 基準電壓 Ud1=37kv,Ud2=10.5kA 而基準電流 Id1=Sd/Ud1=100/*371.56kA Id2=Sd/Ud2=100

35、/*10.5=5.50kA a、 電力系統(tǒng)電抗 當S（3）k·m =1000MV·A時，X * max=Sd/S3 k·m =100/1000=0.1 當S3 k·m =500MV·A時，X* 1·m =Sd/S3 k·m =100/500=0.2 b、 架空線路電抗 X* 2=X0lSd/U2 d1=0.36*6*100/372 =0.1578 c、 主變壓器電抗 X* 3=Uk%Sd/100SN=7*100*102/100*5000=1.4 2、 k-1點三相短路電流計算 系統(tǒng)最大運行方式時，總電抗標幺值 X*k- =X

36、* 1ma+X* 2=0.1+0.1578=0.2578 系統(tǒng)最小運行方式時，總電抗標幺值 X*（ =X* 1mi +X* 2=0.2+0.1578=0.3578 因此，系統(tǒng)最大運行方式時，三相短路電流及短路容量各為I（3）k-1 =Id1/X*k- =1.56/0.2578=6.05kAI3 （k =I"3 k-1=I3 k-1=6.05kA i3 sh =2.55I3 k- =2.55*6.05=15.43kAS3 k-1=Sd/X*k- =100/0.2578=387.9MV·A而最小運行方式時，三相短路電流及短路容量各為I（3）k-1=1.56/0.3578=4.3

37、6kA I3sh =I"3k =I 3k- =4.36kA i3sh=2.55I3k- =2.55*4.36=11.12kA S3k- =Sd/Z*"k- =100/0.3578=279.49MV·A 3、 k-2點三相短路電流的計算系統(tǒng)最大運行方式時 X*（k =X* 1ma +X* 2=X* 3=0.1+0.1578+1.4=1.6578 系統(tǒng)最小運行方式時 X*" （k =X* 1mi+X* 2+X* 3=0.2+0.1578+1.4=1.7578 因此，三相短路電流及短路容量各為I（3） k- =Id2/X*k- =5.50/1.6578=3.3

38、2kAI3'k-=Id2/X*"k- =5.50/1.7578=3.13kA I3 k =I"3 k- =I3 k-2=I3 k-2=3.32kA I3' =I"3' k =I3'k- =3.13kA i3 sh =2.55I3 k- =2.55*3.32=8.47kA S3 k-2=Sd/X*'k- =100/1.6578=60.32MV·A4.2功率補償由于本設計中上級要求COS0.9,而由上面計算可知COS=0.75<0.9，因此需要進行無功補償。綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進行高壓集中補償?？蛇x用BW

39、F6.3-100-1W型的電容器，其額定電容為2.89µFQc = 5999×（tanarc cos0.75tanarc cos0.92）Kvar=2724Kvar 取Qc=2800 Kvar因此，其電容器的個數(shù)為： n = Qc/qC = 2800/100 =28而由于電容器是單相的，所以應為3的倍數(shù)，取28個 正好無功補償后，變電所低壓側的計算負荷為： S30（2）= 59992+(5463-2800) 2 1/2 =6564KV·A變壓器的功率損耗為：QT = 0.06 S30= 0.06 * 6564 = 393.8 KvarPT = 0.015 S30

40、= 0.015 * 6564= 98.5 Kw變電所高壓側計算負荷為： P30= 5999+ 98.5 = 6098 KwQ30= (5463-2800 )+ 393.8= 3057 KvarS30 = (P302 + Q302) 1/2= 6821 KV .A無功率補償后，工廠的功率因數(shù)為： cos= P30/ S30= 6098 / 6821= 0.9則工廠的功率因數(shù)為： cos= P30/S30= 0.90.9因此，符合本設計的要求4.3繼電器保護的整定對于線路的相間短路保護，主要采用帶時限的過電保護和瞬時機構，使斷路器跳閘，切除短路故障部分。對于單相接地保護可才用絕緣監(jiān)視裝置，裝設在變

41、配電所的高壓母線上，動作于信號。原則：帶時限過電流保護的動作電流Iop,應躲過線路的最大負荷電流；電流速斷保護的動作電流即速斷電流Iqb應按躲過它所保護線路的末端的最大短路電流Ik.max來整定。變壓器過電流保護和速斷保護：繼電器采用DL-15/10，動作時限設為1S。TA的變相比：Ki=5000/35=143 所以采用150/5A，計算電流：Ii=2*Seb/3UN=2*5000/3*35=164.97過電流保護: IopKrelKwIk.max/KreKi=1.3×1×164.97/0.8×30=8.94A整定動作電流為9A，過電流保護一次側動作電流為： Io

42、pl=Ki/Kw*Iop=30*9=270A靈敏度校驗：Ks=Ik.min/Iopl=0.87*3.13*103/270=10.08>1.5WL2過電流保護整定滿足要求。速斷保護：Ike(2)=3.32*103*10/35=948.57Iop.KA=Kel.Kw/Ki*Ike(2)=1.3*1/30*948357=41.1A速斷電流倍數(shù)整定為 nqb=41.1A/10A=4.11整定動作倍數(shù)4.11倍，Iopl（qb）=4.11*270=1109.7A靈敏度校驗：Ks=Ik.min(2)/Iopl=4.36*0.87*103/1109.7=3.42>1.5WL2過電流速斷保護整定滿

43、足要求。 5 電氣設備的選擇根據(jù)上述短路電流計算結呆，按正正常工作條件選項擇和按短路情況校驗確定的總降壓變電所高、低壓電氣設備如下：（1） 主變35kA側高備如表6所示。表6 35kV側電氣設備 設備名稱及型號計算數(shù)據(jù)高壓斷路器SW2-35/100隔離開關JDJJ-35電壓互感器LCW-35電流互感器LCW-35避雷器/（MV·A）U=35kv35kv35kv35kv35kv35kvI30=SN/UN1=82.48A1000A600A150/5I3 k-1=6.05KA24.8KAK3 K-1=387.9MV·A1500MV·AI3 shk =15.43KA63.

44、4KA50KA100*150=21.2KAI32tma=6.052*0.7I2 tt=24.82*4142*5I2 tt=(65*0.15)2*1（2）主變10kv側設備（主變壓器低壓側及備用電源進線）如表8所示。該設備分別組裝在兩套高壓開關柜GG-1A（F）中。其中10kV母線按經(jīng)濟電流密度選為LMY-3（50*5）鋁母線，其允許電流740A大于10kV側計算電流288.7A，動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定均滿足要求10kV側設備的布置、排列順序及用途.表8 10kV側電氣設備（變壓器低壓側及備用電源進線）設備名稱及型號 計算數(shù)據(jù)高壓斷路器SN 10-10I/600隔離開關GN8-10T/600電

45、流互感器LAJ-10/D隔離開關GN6-10T/600備注U=10KV10KV10KV10KV10KV采用GG-1A（F）高壓開關柜I30=SN/UN2=288.7A600A600A400/5，300/5600AI3 K2=3.32KA16KA30KA30KA I3 K2=60.32MV·A300MV·AI3 sh=8.47KA40KA52KA180*0.3=57KA52KAI32tma=3.322*0.7I2 tt=162*2202*5(100*0.3)2*1202*5（3） 10kV饋電線路設備選擇。以一車間的饋電線路為例，10kV饋電線路設備如表12-9。該設備組裝在

46、11臺GG-A（F）型高壓開關柜中，其編號、排列順序及用途見圖12-2所示。表9 10kA饋電線路設備設備名稱及型號計算數(shù)據(jù)高壓斷路器SN 10-10I/600隔離開關GN6-10T/600電流互感器LDC-10/0.5電力電纜ZLQ20-10-3*25U=10KV10KV10KV10KV10KVI30=SN/UN2=36.37600A600A300/580AI3 K2=3.32KA16A30KAI3 K2=60.32MV·A300MV·I3 sh=8.47KA40KA52KA135*0.3Amin=18.7mm2I32tma=3.322*0.2I2 tt=162*2202

47、*5<A=25mm2(4) 導線、電纜的選擇概述為了保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質、經(jīng)濟地運行，進行導線和電纜截面時必須滿足下列條件:發(fā)熱條件導線和電纜(包括母線)在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的發(fā)熱溫度，不應超過其正常運行時的最高允許溫度。電壓損耗條件導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生的電壓損耗，不應超過其正常運行時允許的電壓損耗。對于工廠內較短的高壓線路，可不進行電壓損耗校驗。經(jīng)濟電流密度35KV及以上的高壓線路及電壓在35KV以下但距離長電流大的線路，其導線和電纜截面宜按經(jīng)濟電流密度選擇，以使線路的年費用支出最小。所選截面，稱為“經(jīng)濟截面”。此種選擇原則

48、，稱為“年費用支出最小”原則。工廠內的10KV及以下線路，通常不按此原則選擇。機械強度導線（包括裸線和絕緣導線）截面不應小于其最小允許截面。對于電纜，不必校驗其機械強度，但需校驗其短路熱穩(wěn)定度。母線也應校驗短路時的穩(wěn)定度。對于絕緣導線和電纜，還應滿足工作電壓的要求。根據(jù)設計經(jīng)驗，一般10KV及以下高壓線路及低壓動力線路，通常先按發(fā)熱條件來選擇截面，再校驗電壓損耗和機械強度。低壓照明線路，因其對電壓水平要求較高，因此通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗發(fā)熱條件和機械強度。對長距離大電流及35KV以上的高壓線路，則可先按經(jīng)濟電流密度確定經(jīng)濟截面，再校驗其它條件。架空進線的選擇按發(fā)熱條件選擇導線截面

49、補償功率因素后的線路計算電流已知I30 = 76.33A由課本表 5-3 查得jec=1.65，因此Aec=76.33/1.65=46.26mm2選擇準截面45mm2 ，既選LGJ45型鋁絞線校驗發(fā)熱條件和機械強度都合格 (5) 開關柜的選擇高壓開關柜是按一定的線路方案將有關一、二次設備組裝而成的一種高壓成套配電裝置，在發(fā)電廠和變配電所中作為控制和保護發(fā)電機、變壓器和高壓線路之用，也可作為大型高壓開關設備、保護電器、監(jiān)視儀表和母線、絕緣子等。高壓開關柜有固定式和手車式（移可式）兩大類型。由于本設計是10KV電源進線，則可選用較為經(jīng)濟的固定式高壓開關柜，這里選擇GG1A-10Q（F）型。 (6)

50、變壓器的選擇1 主變壓器臺數(shù)的選擇由于該廠的負荷屬于二級負荷，對電源的供電可靠性要求較高，宜采用兩臺變壓器，以便當一臺變壓器發(fā)生故障后檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續(xù)供電，故選兩臺變壓器。2 變電所主變壓器容量的選擇裝設兩臺主變壓器的變電所，每臺變壓器的容量ST應同時滿足以下兩個條件： 任一臺單獨運行時，ST（0.6-0.7）S30（1） 任一臺單獨運行時，STS30（+）由于S30（1）= 7932 KV·A，因為該廠都是上二級負荷所以按條件2 選變壓器。 ST（0.6-0.7）×7932=（4759.25552.4）KV·ASTS30（+）因此選570

51、0 KV·A的變壓器二臺 6 車間變電所位置和變壓器數(shù)量、容量的選擇車間變電所的位置、變壓器數(shù)量和容量，可根據(jù)廠區(qū)平面布置圖提供的車間分布情況及車間負荷的中位置、負荷性質、負荷大小等，結合其他各項選項擇原則，與工藝、土建有關方面協(xié)商確定。本廠擬設置六個車間變電所，每個車間變配電系統(tǒng)設計規(guī)范電所裝設一臺變壓器，其位置附如圖1-1所示，變壓器容量見表10。表10 車間變電所變壓器一覽表變壓器名稱位置及型式容量/（KV·A）變壓器型號變壓器名稱位置及型式容量/（KV·A）變壓器型號T1一車間630SL7-630/10T4鍛工車間1000SL7-1000/10T2二車間8

52、00SL7-800/10T5工具、機修630SL7-630/10T3三車間1000SL7-1000/10T6空壓、煤氣1000SL7-1000/101變壓器的繼電保護概述按GB5006292電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范規(guī)定：對電力變壓器的下列故障及異常運行方式，應裝設相應的保護裝置：（1）繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地側的單相接地短路；（2）繞組的匝間短路；（3）外部相間短路引過的過電流；（4）中性點直接接地電力網(wǎng)中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓；（5）過負荷；（6）油面降低；（7）變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障。對于高壓側為610KV的車間變電所主變壓

53、器來說，通常裝設有帶時限的過電流保護；如過電流保護動作時間大于0.50.7s時，還應裝設電流速斷保護。容量在800KV·A及以上的油浸式變壓器和400KV·A及以上的車間內油浸式變壓器，按規(guī)定應裝設瓦斯保護（又稱氣體繼電保護）。容量在400KV·A及以上的變壓器，當數(shù)臺并列運行或單臺運行并作為其它負荷的備用電源時，應根據(jù)可能過負荷的情況裝設過負荷保護。過負荷保護及瓦斯保護在輕微故障時（通稱“輕瓦斯”），動作于信號，而其它保護包括瓦斯保護在嚴重故障時（通稱“重瓦斯”），一般均動作于跳閘。對于高壓側為35KV及以上的工廠總降壓變電所主變壓器來說，也應裝設過電流保護、電

54、流速斷保護和瓦斯保護；在有可能過負荷時，也需裝設過負荷保護。但是如果單臺運行的變壓器容量在10000KV·A及以上和并列運行的變壓器每臺容量在6300KV·A及以上時，則要求裝設縱聯(lián)差動保護來取代電流速斷保護。在本設計中，根據(jù)要求需裝設過電流保護、電流速斷保護、過負荷保護和瓦斯保護。對于由外部相間短路引起的過電流，保護應裝于下列各側1）、對于雙線圈變壓器，裝于主電源側2）、對三線圈變壓器，一般裝于主電源的保護應帶兩段時限，以較小的時限斷開未裝保護的斷路器。當以上方式滿足靈敏性要求時，則允許在各側裝設保護。各側保護應根據(jù)選擇性的要求裝設方向元件。3）、對于供電給分開運行的母線

55、段的降壓變壓器，除在電源側裝設保護外，還應在每個供電支路上裝設保護。4）、除主電源側外，其他各側保護只要求作為相鄰元件的后備保護，而不要求作為變壓器內部故障的后備保護。5）、保護裝置對各側母線的各類短路應具有足夠的靈敏性。相鄰線路由變壓器作遠后備時，一般要求對線路不對稱短路具有足夠的靈敏性。相鄰線路大量瓦斯時，一般動作于斷開的各側斷路器。如變壓器高采用遠后備時，不作具體規(guī)定。6）、對某些稀有的故障類型（例如110KV及其以上電力網(wǎng)的三相短路）允許保護裝置無選擇性動作。差動保護變壓器差動保護動作電流應滿足以下三個條件應躲過變壓器差動保護區(qū)外出現(xiàn)的最大短路不平衡電流應躲過變壓器的勵磁涌流在電流互感器二次回路端線且變壓器處于最大符合時，差動保護不應動作變壓器的過電流保護1過電流保護動作電流的整定IL.max