《某工廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)》11000字

-PAGEV-某工廠供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和居民生活的主要能源和動(dòng)力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來(lái),又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用;電能的輸送的分配既簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì),又便于控制、調(diào)節(jié)和測(cè)量,有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。在現(xiàn)代社會(huì)中，信息技術(shù)和前沿科學(xué)無(wú)一不是建立在電能應(yīng)用的基礎(chǔ)的上面，所以電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)與社會(huì)生活中極為重要。一個(gè)現(xiàn)代的工廠同樣也離不開(kāi)供電系統(tǒng)的支持。本次設(shè)計(jì)為某工廠供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)中的若干問(wèn)題：負(fù)荷計(jì)算、功率補(bǔ)償、變壓器數(shù)量與容量的選擇、主接線方案、短路電流的計(jì)算、高低壓設(shè)備的選擇與校驗(yàn)、防雷與接地等幾方面設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，根據(jù)所選的電氣設(shè)備畫出變電所的主接線圖。該工廠變電所采用10kV電源進(jìn)線（有備用電源），采用兩臺(tái)1250kV·A容量的變壓器，采用并聯(lián)電容器進(jìn)行低壓集中補(bǔ)償，在對(duì)短路電流等計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電氣設(shè)備的選擇與校驗(yàn)，再根據(jù)相關(guān)的國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)變電所進(jìn)行防雷與接地裝置的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：工廠供配電；負(fù)荷計(jì)算；功率補(bǔ)償；防雷與接地目錄摘要 II1緒論 11.1課題的背景與意義 11.2國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀 11.3課題的主要內(nèi)容 22負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功補(bǔ)償 32.1計(jì)算負(fù)荷 32.2無(wú)功補(bǔ)償 113變電所變壓器與主接線方案的選擇 153.1變電所主變壓器的設(shè)計(jì) 153.2變電所主接線方案的選擇 164短路電流的計(jì)算 184.1短路的后果 184.2短路計(jì)算的目的與意義 184.3短路等效電路圖 184.4計(jì)算K-1點(diǎn)的短路電流 204.5計(jì)算K-2點(diǎn)的短路電流 214.6短路電流計(jì)算表 215高低壓電氣設(shè)備與母線的選擇與校驗(yàn) 235.1電氣設(shè)備選擇的一般原則 235.2高壓一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 255.3低壓一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn) 265.4母線的選擇與校驗(yàn) 266變電所的防雷與接地設(shè)計(jì) 286.1變電所的防雷 286.2變電所的接地設(shè)計(jì) 30結(jié)論 32參考文獻(xiàn) 34附錄1緒論1.1課題的背景和意義電能作為現(xiàn)在整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)與國(guó)民生活的主要能源和核心動(dòng)力。主要是由于電能很容易從其他形式的能量經(jīng)過(guò)相應(yīng)的設(shè)備處理轉(zhuǎn)化為電能，并很容易通過(guò)電氣設(shè)備轉(zhuǎn)化為熱能、光能、機(jī)械能等其他形式來(lái)讓人類社會(huì)有使用效應(yīng)的能量。在電能的輸配環(huán)節(jié)中，人們可以智能監(jiān)控、輕易調(diào)節(jié)、較為普遍的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用，對(duì)整個(gè)車間生產(chǎn)的自動(dòng)化流程非常契合。電能能被整個(gè)人類社會(huì)普遍接受并使之應(yīng)用于現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)和整個(gè)國(guó)民日常經(jīng)濟(jì)生活中。據(jù)《2020年全球電力報(bào)告》世界主要的主權(quán)國(guó)家總的發(fā)電量中得出，中國(guó)仍舊是全球市場(chǎng)上電力生產(chǎn)最多的而且在增幅上也是領(lǐng)先其他競(jìng)爭(zhēng)者的國(guó)家，自從2011年起始，中國(guó)的總發(fā)電量就持續(xù)的穩(wěn)居世界第一的位置，并逐年拉大與后一名美國(guó)的差距。發(fā)電量的增幅一方面也反映了國(guó)民生產(chǎn)總值的變化，因?yàn)殡娔苌a(chǎn)出來(lái)就是因?yàn)樾枨蟠嬖?，能轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。在工業(yè)化進(jìn)程中，對(duì)工廠電能的研究就不曾停止，如何在保證正常生產(chǎn)需求的情況，在經(jīng)濟(jì)上最大程度的提高電能的使用效率。在安全上，盡最大的努力保證人身安全與設(shè)備安全，盡可能的去避免電路系統(tǒng)的短路。與選擇設(shè)備考慮現(xiàn)在的電力需要，預(yù)計(jì)將來(lái)發(fā)展設(shè)備是否也能滿足需求。工廠供配電就是供應(yīng)和分配工廠電能的一個(gè)持續(xù)性的過(guò)程，對(duì)整個(gè)工廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要?，F(xiàn)代化的工廠都離不開(kāi)電能，不管是在生產(chǎn)過(guò)程還是行政管理上，電能都是現(xiàn)階段最適合與實(shí)用的能源。1.2國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀在20世紀(jì)70年代開(kāi)始，國(guó)外就對(duì)配電自動(dòng)化技術(shù)投入大量的資金和人員進(jìn)行理論研究與具體實(shí)踐，總體上分為了前后三個(gè)發(fā)展階段，初始階段：這個(gè)階段主要是讓相關(guān)的自動(dòng)化開(kāi)關(guān)的電氣設(shè)備能夠彼此間相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化技術(shù)的過(guò)程，其中重要的設(shè)備有重合器與分段器等。發(fā)展階段：便隨著對(duì)先進(jìn)算力的要求，計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的蓬勃發(fā)展，基于饋線監(jiān)控終端、通信網(wǎng)絡(luò)和配電站的應(yīng)用系統(tǒng)從而研發(fā)出來(lái)。最后階段：可以實(shí)時(shí)應(yīng)用與生產(chǎn)管理應(yīng)用同時(shí)進(jìn)行的配電網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)開(kāi)始大行其道，它包含了整個(gè)配電網(wǎng)的調(diào)度、運(yùn)行、生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程。相比之下，在配電網(wǎng)技術(shù)上的理論研究國(guó)內(nèi)起步就比較晚，最早時(shí)期的理論研究在80年代，適用于中國(guó)特殊國(guó)情，能夠在國(guó)內(nèi)實(shí)際使用的供配電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，在清華大學(xué)的電機(jī)工程學(xué)院被成功的研發(fā)出來(lái)。并成功的在山東的變電站投入運(yùn)行。進(jìn)入21世紀(jì)，在對(duì)高爐供配電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，中南大學(xué)的控制工程系教授確定了整個(gè)系統(tǒng)硬件采用總線結(jié)構(gòu)的分散式集中組屏的方法進(jìn)行架構(gòu)，選擇一體化的通訊管理機(jī)器和多模光纖系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。形成了供配電系統(tǒng)的基本模式。1.3課題的主要內(nèi)容本次課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為：一、根據(jù)對(duì)該工廠的用電具體情況進(jìn)行計(jì)算，使用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，對(duì)比補(bǔ)償因數(shù)進(jìn)行相關(guān)無(wú)功功率的補(bǔ)償計(jì)算，再根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)要求設(shè)計(jì)補(bǔ)償方案。二、根據(jù)該工廠的總的負(fù)荷，并考慮到變配電所的未來(lái)發(fā)展和用電的安全等來(lái)確定主變壓器的容量和臺(tái)數(shù)；三、根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)和各車間變配電所的供給和各車間變配電所的供給與配送的需求關(guān)系，從安全可靠、經(jīng)濟(jì)靈活等方面來(lái)進(jìn)行變配電所電氣主接線方案的選擇；四、選擇合適的短路計(jì)算點(diǎn)，采用標(biāo)幺制法進(jìn)行三相短路電流的計(jì)算，為后面設(shè)備的選擇與校驗(yàn)提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。五、考慮一次電路在正常與短路情況下，從設(shè)備安全、運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等方面來(lái)進(jìn)行變配電所一次電氣設(shè)備的選擇。六、根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行變配電所的防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計(jì)，確保電氣設(shè)備使用時(shí)的安全可靠。七、按照相應(yīng)的畫圖標(biāo)準(zhǔn)，使用AutoCAD軟件繪制供電系統(tǒng)電氣原理圖。2負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算負(fù)荷的目的是為了使得計(jì)算電流通過(guò)線路時(shí)，線路中的設(shè)備和導(dǎo)線不會(huì)因?yàn)榘l(fā)熱而損毀。2.1計(jì)算負(fù)荷該工廠的各車間負(fù)荷計(jì)算表如表2.1所示表2.1車間負(fù)荷計(jì)算表序號(hào)車間名稱計(jì)算負(fù)荷P30計(jì)算負(fù)荷Q301空調(diào)機(jī)房（一）98.672.32廠務(wù)公用站房136.895.63TG車間163.7137.54鍋爐房10780.25水泵房108.690.56污水處理廠53.647.27TA車間151120.28空壓站134.2100.19空調(diào)機(jī)房（二）95.677.210冷凍機(jī)（一）192.7145.611冷凍機(jī)（二、三）185.415112制冷站10582.213照明用電107.590.62.1.1空調(diào)機(jī)房（一）視在計(jì)算負(fù)荷為S30(1)=(P30(1))2由（2.1）式代入數(shù)據(jù)得S30計(jì)算電流為I30(1)=S30(1)3由（2.2）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.2廠務(wù)公用站房視在計(jì)算負(fù)荷為S30(2)=(P30(2))由（2.3）式代入數(shù)據(jù)得

S計(jì)算電流為I30(2)=S30(2)由（2.4）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.3TG車間視在計(jì)算負(fù)荷為S30(3)=(P由（2.5）式代入數(shù)據(jù)得S計(jì)算電流為I30(3)=S30(3)3由（2.6）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.4鍋爐房視在計(jì)算負(fù)荷為S30(4)=(P30(4)由（2.7）式代入數(shù)據(jù)得S計(jì)算電流為I30(4)=S30(4)3由（2.8）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.5水泵房視在計(jì)算負(fù)荷為S30(5)=(P30(5)由（2.9）式代入數(shù)據(jù)得S計(jì)算電流為I30(5)=S30(5)3由（2.10）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.6污水處理廠視在計(jì)算負(fù)荷為S30(6)=(P由（2.11）式代入數(shù)據(jù)得S計(jì)算電流為I30(6)=S30(6)由（2.12）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.7TA車間視在計(jì)算負(fù)荷為S30(7)=(P由（2.13）式代入數(shù)據(jù)得S計(jì)算電流為I30(7)=S30(7)由（2.14）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.8空壓站視在計(jì)算負(fù)荷為S30(8)=(P30(8)由（2.15）式代入數(shù)據(jù)得S計(jì)算電流為I30(8)=S30(8)3由（2.16）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.9空調(diào)機(jī)房（二）視在計(jì)算負(fù)荷為S30(9)=(P30(9)由（2.17）式代入數(shù)據(jù)得S計(jì)算電流為I30(9)=S30(9)3由（2.18）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.10冷凍機(jī)（一）視在計(jì)算負(fù)荷為S30(10)=(P30(10)由（2.19）式代入數(shù)據(jù)得S計(jì)算電流為I30(10)=S30(10)由（2.20）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.11冷凍機(jī)（二、三）視在計(jì)算負(fù)荷為S30(11)=(P由（2.21）式代入數(shù)據(jù)得S計(jì)算電流為I30(11)=S30(11)由（2.22）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.12制冷站視在計(jì)算負(fù)荷為S30(12)=(P由（2.23）式代入數(shù)據(jù)得S計(jì)算電流為I30(12)=S30(12)由（2.24）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.13照明用電等效三相有功功率P等效三相無(wú)功功率Q視在計(jì)算負(fù)荷為S30(13)=(P30(13)由（2.25）式代入數(shù)據(jù)得S計(jì)算電流為I30(13)=S30(13)由（2.26）式代入數(shù)據(jù)得I2.1.14全廠負(fù)荷計(jì)算計(jì)算總的負(fù)荷時(shí)應(yīng)代入一個(gè)同時(shí)系數(shù)p和q進(jìn)行計(jì)算總的有功功率和無(wú)功功率。照明用電負(fù)荷應(yīng)等效為三相負(fù)荷計(jì)算總的三相有功功率計(jì)算負(fù)荷為P總的三相無(wú)功功率計(jì)算負(fù)荷為Q總的視在功率為S總的計(jì)算電流為I2.2無(wú)功補(bǔ)償2.2.1無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑碛捎谠诠S內(nèi)，有很多的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電弧爐、氣體放電燈等感應(yīng)負(fù)載，以及感應(yīng)功率變壓器，使工廠的功率因數(shù)降低。如果設(shè)備的潛在性能得到充分開(kāi)發(fā)，設(shè)備的運(yùn)行性就能夠得到提高，那設(shè)備的自然功率因數(shù)自然就得到了提高，但如果仍未達(dá)到工廠功率因數(shù)要求，則有必要考慮增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置。圖2.1功率因數(shù)提高與無(wú)功功率和視在功率變化的關(guān)系圖2.1展示的是功率因數(shù)提高與無(wú)功功率和視在功率變化的關(guān)系。假設(shè)功率因數(shù)由cosφ提高到cosφ'，這時(shí)在用戶需要用的有功功率P30不變的條件下，無(wú)功功率將由Q30減小為Q'30，視在功率將由S302.2.2無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算圖3.1可知，要使功率因數(shù)由cosφ提高到cosQc=Q30-或Qc=?qc上式（2.28）中，?qc稱為無(wú)功補(bǔ)償率，或比補(bǔ)償容量，?qc=tanφ-tan計(jì)算出需要的補(bǔ)償容量之后，能夠依據(jù)選擇的并聯(lián)電容器容量qcn由于本次設(shè)計(jì)中要求cosφcos因此在需要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進(jìn)行高壓集中補(bǔ)償。為使高壓側(cè)的功率因數(shù)大于或等于0.90，則低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)高于0.90,取:Q取Qc=900kvar,選擇18個(gè)BWF10.5-則補(bǔ)償后變壓所低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為：S'變壓器的功率損耗為：??變壓器高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷為：P'QS'無(wú)功功率補(bǔ)償后，工廠的功率因數(shù)稱為：cos符合設(shè)計(jì)任務(wù)的要求cosφ最終選擇使用18個(gè)BWF10.5-50-1的并聯(lián)電容三角形聯(lián)結(jié)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償使用。主要是因?yàn)槿切谓泳€是，電容器組所接的是線電壓，它的補(bǔ)償?shù)男Ч刃切蔚囊靡恍?，還可以將諧波阻擋于系統(tǒng)的外邊。讓它只出現(xiàn)在電容器的內(nèi)部。3變電所變壓器與主接線方案的選擇3.1變電所主變壓器的設(shè)計(jì)3.1.1變電所主變壓器臺(tái)數(shù)的選擇為了選擇較為準(zhǔn)確的主變壓器臺(tái)數(shù)，通常會(huì)去考慮幾個(gè)影響比較大的方面：1)要滿足電力用戶對(duì)負(fù)荷供電穩(wěn)定性的需求。如果說(shuō)在整個(gè)變壓站中二級(jí)負(fù)荷比較多，要使用兩臺(tái)變壓器進(jìn)行并列供電，以確保在碰到其中一臺(tái)變壓器出現(xiàn)意外不能正常工作時(shí)，還有一臺(tái)變壓器能夠持續(xù)地為二級(jí)負(fù)荷提供電力。如果變電站中只有二級(jí)負(fù)荷而沒(méi)有一級(jí)負(fù)荷，變電站就只能用一臺(tái)變壓器，并能夠有備用電源，不管是自行準(zhǔn)備還是在低壓側(cè)敷設(shè)聯(lián)絡(luò)線與其他的變電站相連作為備用電源。2)對(duì)于特定季節(jié)負(fù)荷改變較大或早晚時(shí)間負(fù)荷改變較大且實(shí)際運(yùn)行實(shí)惠的變電站，也可以選擇兩臺(tái)變壓器。3)除了前面講述的相關(guān)情況外，對(duì)于普通的車間變電站要使用一臺(tái)變壓器。如果變壓站是負(fù)荷都在一個(gè)較小范圍且容量也比較可觀。也可以使用兩臺(tái)及兩臺(tái)以上的變壓器，即使都是三級(jí)負(fù)荷。4)在選擇變電站主變壓器的數(shù)量的過(guò)程中，盡可能想到變電站未來(lái)發(fā)展，留出一定的空間。本此課題中工廠負(fù)荷多數(shù)為三級(jí)負(fù)荷，為了確保二級(jí)負(fù)荷的供電可持續(xù)，可以從相鄰的變電站用聯(lián)絡(luò)線作為備用電源。從經(jīng)濟(jì)型的角度考慮，所以該廠可以選擇一臺(tái)主變壓器設(shè)計(jì)比較合理，可是對(duì)于小型工廠變電所，國(guó)標(biāo)設(shè)計(jì)規(guī)定單臺(tái)變壓器的設(shè)備容量不得大于1250kV·A，而在負(fù)荷計(jì)算時(shí)變壓器的低壓側(cè)計(jì)算視在容量S'30(2)=1839.2kV·A>12503.1.2變電所主變壓器容量的選擇裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的變電所，每臺(tái)變壓器的容量SN·T1）隨便一臺(tái)變壓器獨(dú)自運(yùn)行時(shí)，都可以滿足總計(jì)算負(fù)荷S30的大約60%到70S2）任一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷的需要，即S由于S'301SN·T≥（0.6~0.7）×2267.6=（1360.6~1587.3且SN·T≥408.5為滿足上述要求，可以選擇兩臺(tái)S9-1250/10（6）型低損耗配電變壓器。其技術(shù)參數(shù)如下表3.1。表3.1S9-1250/10（6）變壓器的技術(shù)參數(shù)型號(hào)額定容量/kV·A一次額定電壓/kV二次額定電壓/kV聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)空載損耗/W負(fù)載損耗/W空載電流（%）阻抗電壓（%）S9-1250/10（6）1250100.4Dyn112000110002.553.2變電所主接線方案的選擇在變壓器高低壓側(cè)都采用單母線段的變電站主接線。主要原因從下圖中可以知道，在一般的條件中，兩段高壓母線既能夠通過(guò)連接運(yùn)行，也能分段運(yùn)行。這種形式的主接線能夠通過(guò)切換開(kāi)關(guān)的操作使變電站的供電盡快的恢復(fù)過(guò)來(lái)，在其中一個(gè)變壓器出現(xiàn)意外或者電源的輸入電力線路出現(xiàn)了故障的時(shí)候。圖3.1、圖3.2為高低壓側(cè)母線分段的變電站主接線圖。圖3.1高壓側(cè)為單母線分段的變電所主接線圖圖3.2低壓側(cè)為單母線分段的變電所主接線圖4短路電流的計(jì)算4.1短路的后果通常短路之后，正常電流會(huì)比系統(tǒng)電路中出現(xiàn)的短路電流小很多，在特別大的電力系統(tǒng)中，短路電流可以高達(dá)幾萬(wàn)安培或者幾十萬(wàn)安培。這會(huì)使得整個(gè)電路遭受不可逆的變化，電路中的電氣設(shè)備和元件受到損壞，造成經(jīng)濟(jì)損失，更嚴(yán)重的情況會(huì)出現(xiàn)人員傷亡。在短路的時(shí)候，保護(hù)裝置會(huì)采取動(dòng)作將故障段及只與之串聯(lián)的電路切斷，使得后續(xù)電路失去電能供應(yīng)，最靠近電源的地方發(fā)生短路，范圍更大的元件就會(huì)失去電能供應(yīng)，從而遭遇的經(jīng)濟(jì)損失就會(huì)更大。由上可知，電路短路的影響特別的大，對(duì)此一定要可能的去消除可能引發(fā)短路的各種情況，4.2短路計(jì)算的目的與意義計(jì)算短路電流主要是能夠讓短路事故的損失和影響規(guī)模都控制在一定范圍內(nèi)，進(jìn)行變電所與電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)一定要進(jìn)行短路電流的相關(guān)計(jì)算。在設(shè)備的選擇與校驗(yàn)提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，選擇與校驗(yàn)設(shè)備的性能不能在電路中穩(wěn)定運(yùn)行。讓電氣設(shè)備即使在最嚴(yán)重的斷路事故中，也能將損失與影響控制在最低限度內(nèi)。在選擇主接線方案提供最相關(guān)的理論數(shù)據(jù)。能在準(zhǔn)確和快速的在整定與保護(hù)裝置的幫助下切除發(fā)生的故障。短路電流的計(jì)算是進(jìn)行電氣設(shè)備、母線等選擇與校驗(yàn)的重要參考依據(jù)，保證線路的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。4.3短路等效電路圖在一般的供電系統(tǒng)中各主要電路元件含有電力系統(tǒng)、電力線路和電力變壓器的阻抗計(jì)算。其他的比如說(shuō)供電系統(tǒng)中的母線、線圈型電流互感器一次繞組、低壓斷路器過(guò)電流脫扣器等的阻抗及開(kāi)關(guān)觸頭的接觸電阻，對(duì)于電力系統(tǒng)（電源）、電力線路和電力變壓器的阻抗來(lái)說(shuō)非常的小，在計(jì)算過(guò)程中基本可以忽略不計(jì)。在忽略上面說(shuō)的阻值后，計(jì)算電流比實(shí)際值偏大一些，但較大的計(jì)算電流正好可以用來(lái)校驗(yàn)電氣設(shè)備，使其能夠穩(wěn)定的安全運(yùn)行。確定基準(zhǔn)值取Sd=100MV·A，Uc1=10.5kV,II計(jì)算在短路電流中各主要元件的電抗標(biāo)幺值電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值：由查閱資料得Soc=500M·VAX架空線路的電抗標(biāo)幺值：由查閱相關(guān)資料得XX電力變壓器的電抗標(biāo)幺值：由查閱相關(guān)資料得UkX繪制短路等效電路如圖4.2所示，圖4.2上標(biāo)注了各個(gè)元件的標(biāo)號(hào)和電抗標(biāo)幺值，明確了短路計(jì)算點(diǎn)的位置。其中各個(gè)短路計(jì)算點(diǎn)的選擇通常來(lái)講要使得需要進(jìn)行校驗(yàn)的元件盡量的使盡可能大的短路電流能夠順利通過(guò)。如果說(shuō)一段導(dǎo)體的阻抗較小到能夠可以不去考慮時(shí)，短路電流在這一段范圍是能夠作相等處理的，如變壓器高壓側(cè)、變壓器低壓側(cè)，設(shè)備接入段等；也方便加上斷路器作繼電保護(hù)。本次短路電流計(jì)算點(diǎn)用變壓器高壓側(cè)作K-1點(diǎn)、變壓器低壓側(cè)作K-2點(diǎn)。工廠配電系統(tǒng)的短路計(jì)算電路，如圖4.1圖4.1工廠配電系統(tǒng)的短路計(jì)算電路圖4.2短路等效電路圖4.4計(jì)算K-1點(diǎn)的短路電流1）總電抗標(biāo)幺值X2)三相短路電流周期分量有效值I3)其他三相短路電流IiI4)三相短路容量S4.5計(jì)算K-2點(diǎn)的短路電流1）總電抗標(biāo)幺值XX2)三相短路電流周期分量有效值I3)其他三相短路電流IiI4)三相短路容量S4.6短路電流計(jì)算表通過(guò)對(duì)K-1點(diǎn)、K-2點(diǎn)的三相短路計(jì)算，得出各點(diǎn)的三相短路電流周期分量有效值、其他三相短路電流、三相短路容量。表4.1短路計(jì)算表短路計(jì)算點(diǎn)三相短路電流/KA三相短路電容容量/MV·AIIIiISK-11.831.831.834.672.7633.3K-228.828.828.853.031.420.05高低壓電氣設(shè)備與母線的選擇與校驗(yàn)5.1電氣設(shè)備選擇的一般原則在一般的變電站里，電氣設(shè)備的類型是比較的多，即使相關(guān)設(shè)備的工作情況和運(yùn)行條件都會(huì)不盡相同，在選擇這些電氣設(shè)備的基本條件是一樣的。選擇電氣設(shè)備的一般條件是確保電氣設(shè)備在正常條件下能夠可靠的工作，即使在在短路的條件下也不會(huì)被損壞。即根據(jù)長(zhǎng)期工作狀況進(jìn)行選擇，根據(jù)短路工作狀況進(jìn)行驗(yàn)證。電氣設(shè)備按長(zhǎng)期工作狀況選擇，有以下幾個(gè)方面可以參考：1）使用環(huán)境條件使用場(chǎng)景條件主要包括設(shè)備的安裝場(chǎng)景（室內(nèi)和室外）、環(huán)境溫度、海拔高度、相對(duì)濕度等，還要考慮灰塵防護(hù)、水汽防護(hù)、爆炸防護(hù)、火災(zāi)防護(hù)等要求。即根據(jù)安裝場(chǎng)景的不同，可分為室內(nèi)型和室外型兩種。2）額定電壓設(shè)備安裝地點(diǎn)電網(wǎng)的最高工作電壓UW·max應(yīng)不高于電氣設(shè)備的額定電壓UU3）額定電流設(shè)備安裝地點(diǎn)電網(wǎng)的最高工作電流IW·max應(yīng)不高于電氣設(shè)備的額定電流II按短路工作狀況進(jìn)行校驗(yàn)，電氣設(shè)備按短路工作狀況進(jìn)行校驗(yàn)，主要包括以下幾個(gè)方面：1）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定是對(duì)電氣設(shè)備能夠經(jīng)受多大短路電流力效應(yīng)的客觀體現(xiàn)，而滿足動(dòng)穩(wěn)定的條件是imax≥i或Imax≥Is式（5.1）與式（5.2）中，imax、Imax分別為電氣設(shè)備允許通過(guò)的最大電流峰值和有效值，可查相關(guān)手冊(cè)或產(chǎn)品樣本；is2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)熱穩(wěn)定是指電氣設(shè)備承受短路電流熱效應(yīng)的能力，滿足熱穩(wěn)定的條件是It2t≥式（5.3）中，It電氣設(shè)備在時(shí)間t內(nèi)的熱穩(wěn)定電流（kA）；I∞為三相短路穩(wěn)態(tài)短路電流（kA）；t為廠家給出的熱穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)時(shí)間（s）；tima為假想時(shí)間（s）。I3）斷流能力校驗(yàn)斷路器及熔斷器等電氣設(shè)備都會(huì)具有在有最大短路電流通過(guò)能夠有力的將電路切斷的能力。因此，在選擇使用相關(guān)的設(shè)備時(shí)，都要讓它的額定開(kāi)斷容量或額定開(kāi)斷電流大于其安裝處的最大三相短路容量或短路電流，即Ioc>Ik或Soc>Sk式（5.4）與（5.5）中，Ioc、Soc分別為斷路器在額定電壓下的最大開(kāi)斷電流（KA）和開(kāi)端容量（MV·A），可查相關(guān)手冊(cè)或產(chǎn)品樣本；Ik(3)、Sk在進(jìn)行高低壓電氣設(shè)備的選擇過(guò)程中，要根據(jù)項(xiàng)目的具體的狀況去選擇比較經(jīng)濟(jì)高效、可以保證設(shè)備的長(zhǎng)久運(yùn)行安全與操作人員的人身安全。5.2高壓一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)高壓一次設(shè)備一定要讓它在一次電路正常條件下可靠工作和在短路條件下也能夠工作的要求，運(yùn)行維護(hù)成本較低，滿足當(dāng)前與長(zhǎng)遠(yuǎn)的需求。本次設(shè)計(jì)的高壓一次設(shè)備的選擇如下表5.1所示表5.1高壓一次設(shè)備的選擇表校驗(yàn)項(xiàng)目電壓電流斷流能力動(dòng)穩(wěn)定熱穩(wěn)定項(xiàng)目參數(shù)UIIiI計(jì)算數(shù)據(jù)1068.71.834.677.37少油戶內(nèi)斷路器SN10-10II10100031.5801984.5高壓隔離開(kāi)關(guān)GN8-10T/20010200—25.5500高壓熔斷器RN2-10100.550——電壓互感器JDZ-1010/0.1————電流互感器LQJ-1010100/5—31.881電壓互感器JDZJ-1010————注：tima=tk=少油戶內(nèi)斷路器SN10-10II的動(dòng)穩(wěn)定參數(shù)imax為80kA，動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)滿足imax≥ish(3)。熱穩(wěn)定參數(shù)It=31.5kA，t=2S，It2t=31.52×2=1984.5kA2·S。熱穩(wěn)定校驗(yàn)滿足It2t≥I∞2tima。高壓隔離開(kāi)關(guān)GN8-10T/200的動(dòng)穩(wěn)定參數(shù)imax5.3低壓一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)低壓一次設(shè)備的選擇與高壓一次設(shè)備的選擇類似。低壓一次設(shè)備一定要讓它在一次電路正常條件下可靠工作和在短路條件下也能夠工作的要求，運(yùn)行維護(hù)成本較低，滿足當(dāng)前與長(zhǎng)遠(yuǎn)的需求。。本次設(shè)計(jì)的低壓一次設(shè)備的選擇如表5.2所示表5.2低壓一次設(shè)備的選擇表校驗(yàn)項(xiàng)目電壓電流斷流能力動(dòng)穩(wěn)定熱穩(wěn)定項(xiàng)目參數(shù)UIIiI計(jì)算數(shù)據(jù)380189928.853.01825低壓斷路器DW15-2500380250060——低壓刀開(kāi)關(guān)HD13-2000/303802000———電流互感器LMZJ1-0.51250/55002000———電流互感器LMZ1-0.5500/55002000———刀熔開(kāi)關(guān)HR3-200/32380200———注：校驗(yàn)方法如表5.1下方注解。5.4母線的選擇與校驗(yàn)（1）按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)體截面線路的計(jì)算電流為I導(dǎo)體材料優(yōu)先選擇鋁線，年最大負(fù)荷利用小時(shí)4600h，查經(jīng)濟(jì)電流密度表得jecA選用與84mm2接近的標(biāo)準(zhǔn)截面70（2）校驗(yàn)發(fā)熱條件查鋼芯鋁絞線的允許載流量表得LGJ-70型的允許載流量（室外、25℃）Ial（3）校驗(yàn)機(jī)械強(qiáng)度查架空線路按機(jī)械強(qiáng)度要求的最小允許導(dǎo)線截面積得：10kV鋼芯鋁絞線在非居民區(qū)的最小允許截面積為16mm2，因此所選的（4）校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定性鋼芯鋁絞線是軟導(dǎo)線，所以不需要校驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定。選擇LGJ-70作為10kV母線。6變電所的防雷與接地設(shè)計(jì)6.1變電所的防雷雷電，主要是由于大氣層中的正負(fù)電荷劇烈摩擦，會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象，電力系統(tǒng)中的一些線路、電氣設(shè)備又或者是高層建筑物遭受到雷擊或者是雷電感應(yīng)而引發(fā)電力系統(tǒng)的過(guò)電壓現(xiàn)象。雷電沖擊波的電壓值會(huì)非常的大，時(shí)間雖然短暫，但破壞性十分巨大。因此對(duì)供電系統(tǒng)的危害極大，必須加以防護(hù)。閃光接收器是一種金屬物體，專門用來(lái)接收直接的閃電(閃電)。與閃光相連的金屬棒稱為閃光棒和避雷針。避雷線，俗稱避雷線，也稱架空地面。閃光技術(shù)帶，俗稱閃光帶，俗稱防雷帶。閃光金屬網(wǎng)，俗稱閃電網(wǎng)，俗稱閃電網(wǎng)。本次設(shè)計(jì)任務(wù)會(huì)使用避雷針加上引下線和接地的裝置進(jìn)行防雷的保護(hù)。使得建筑物可以避免雷電擊中。避雷針?biāo)饕饔檬侨ソ右纂姸沟媒ㄖ锲渌糠置馐芾讚?，它?huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的感應(yīng)電場(chǎng)，這個(gè)感應(yīng)電場(chǎng)是雷電對(duì)避雷針的靜電感應(yīng)而產(chǎn)生。它能夠讓雷電場(chǎng)產(chǎn)生異變，是的雷電向各自不可測(cè)的方向吸引到避雷針的針尖，流經(jīng)接地引下線再通過(guò)接地裝置將極大的雷電電流宣泄到大地里。使得建筑物能夠在雷雨天氣中免遭雷電襲擊。雖然它的名稱是叫做避雷針，實(shí)際上它是為建筑物避雷，自身去接引雷電，引導(dǎo)雷電電流，接引至地下的一類裝置。避雷針的結(jié)構(gòu)如果使用鍍鋅圓鋼的材質(zhì)。那如果避雷針的針長(zhǎng)1m在以下時(shí)，它的直徑應(yīng)該至少為12mm、如果避雷針的針長(zhǎng)1～2m時(shí)，那它的直徑應(yīng)該至少為16mm。避雷針的結(jié)構(gòu)如果使用鍍鋅鋼管的材質(zhì)。那么避雷針針長(zhǎng)在1m以下時(shí)，它的直徑應(yīng)該至少為20mm，避雷針針長(zhǎng)如果在1～2m時(shí)，那么直徑應(yīng)該至少為25mm。避雷針一般安裝在支柱上或者是在建筑物頂端，在下端會(huì)與接地引下線相連再連接接地裝置。這里根據(jù)防護(hù)等級(jí)在10kV母線上選取FZ-10型避雷針，380V母線上選取YH-0.5/2.6。避雷針在頂端的接引雷電的空間范圍，可以用它來(lái)表示避雷針的對(duì)建筑物的保護(hù)能力。在我國(guó)防雷保護(hù)領(lǐng)域就有《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》來(lái)進(jìn)行明確，該規(guī)范使用了IEC常用的“滾球法”來(lái)確定空間范圍?！皾L球法”，顧名思義的理解就為挑選一個(gè)半徑為hr的球體，該球就被稱之為滾球，按照接受防雷保護(hù)的建筑物部分滾動(dòng)，如果球體沒(méi)有接觸接受防雷保護(hù)部分，只會(huì)接觸到避雷針或者地面，那么該部分就在避雷針的防雷保護(hù)范圍內(nèi)。滾球半徑hr表6.1按建筑物防雷類別確定滾球半徑建筑物防雷類別滾球半徑h第一類防雷建筑物30第二類防雷建筑物45第三類防雷建筑物60工廠內(nèi)建設(shè)的變配電所，屬于第二類防雷建筑物，滾球半徑應(yīng)取hr圖6.1單支避雷針的保護(hù)范圍變電站建設(shè)時(shí)是14m×10m×10m的長(zhǎng)方體建筑，避雷針的高度為10m。計(jì)算的滾球半徑為hr=45m，而h=10m+10m=20m，hx故避雷針在變電所房頂?shù)乃奖Ｗo(hù)半徑為：r而變配電所頂部最遠(yuǎn)一角距離避雷針的水平距離為r由此可見(jiàn)，變配電所屋頂?shù)谋芾揍樋梢酝耆Ｗo(hù)這一變配電所。其中支架高8.5m，接閃器高1.5m。內(nèi)徑為16mm的鍍鋅圓鋼，接地引下線選截面12mm×4mm扁鋼。接閃器和引下線做防腐處理。6.2變電所的接地設(shè)計(jì)6.2.1接地阻值要求因?yàn)樽兣潆娝鶠?kV以上的小電流接地裝置且與1kV以下的系統(tǒng)共用接地裝置，查閱電力裝置要求的工作接地電阻值表，此變電所公共接地裝置的接地電阻應(yīng)同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件：RE≤120VI且R（6.1）式中IEI計(jì)算得到IR此變電所的接地電阻應(yīng)為RE6.2.2接地裝置的初步設(shè)計(jì)方案現(xiàn)在初始假設(shè)在變電站的實(shí)際建筑附近，距離變電所的墻體大概2～3m，打入一圈直徑為50mm、長(zhǎng)為2.5m的鋼管接地體，每隔5m打入一根。鋼管間用40mm×4mm的扁鋼焊接相連。計(jì)算每根鋼管的接地電阻，查土壤電阻率參考值可知，黃土的ρ=200Ω·mR確定接地的鋼管數(shù)和最后的接地方案，根據(jù)RE1/RE=80/4Ω=20,并考慮到管間電流屏蔽效應(yīng)的影響，因此初步選擇30根管徑為50mm、長(zhǎng)為2.5m的鋼管作接地體。以n=30n接地體需要進(jìn)行相鄰間距的對(duì)稱式布置，現(xiàn)在選擇34根直徑是50mm、長(zhǎng)是2.5m的鋼管作接地體，使用40mm×4mm的扁鋼焊接相連接，環(huán)形布置。6.2.3校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定度鋼線的熱穩(wěn)定系數(shù)查閱資料得C=70，其滿足短路熱穩(wěn)定度的鋼接地線的最小允許截面積（mm2），其為A鋼接地線的截面積A該剛接線短路熱穩(wěn)定度滿足條件，符合標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)論完成本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程里，使我熟悉了對(duì)一個(gè)工廠進(jìn)行供電的整體過(guò)程，既鞏固了所學(xué)知識(shí)，又使我對(duì)這些知識(shí)的認(rèn)識(shí)更加深刻，知識(shí)之間的聯(lián)系更加緊密；同時(shí)還學(xué)會(huì)了如何查閱文獻(xiàn)資料和各類手冊(cè)。在設(shè)計(jì)工廠的一次系統(tǒng)時(shí)，首先應(yīng)該計(jì)算各個(gè)車間的計(jì)算負(fù)荷，然后根據(jù)實(shí)際情況，決定各個(gè)車間應(yīng)該怎么分配為其供電的變電所，確定變電所供電容量后，選擇變壓器的臺(tái)數(shù)和容量，在這個(gè)過(guò)程中，需要去查閱《常用供配電設(shè)備選型手冊(cè)》，這個(gè)手冊(cè)包括變電所和變壓器的選擇，設(shè)計(jì)完這些以后，后面的電氣設(shè)備選擇與校驗(yàn)，短路電流計(jì)算和變電所防雷保護(hù)及接地裝置等的設(shè)計(jì)計(jì)算與相關(guān)設(shè)備的校驗(yàn)，都可以通過(guò)查閱《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)電氣原理圖的繪制，對(duì)于如何熟練地使用CAD軟件也有了自己的一些技巧。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，讓我熟練掌握了如何使用這些手冊(cè)，也讓我意識(shí)到查閱資料和閱讀材料的重要性，對(duì)自己閱讀能力也有了更高的要求。同時(shí)，也讓我覺(jué)得實(shí)踐對(duì)于設(shè)計(jì)的重要性，腦想的想法可以無(wú)邊無(wú)際，但在現(xiàn)實(shí)的環(huán)境就要考慮各種參數(shù)的影響，在遇見(jiàn)自己實(shí)踐出的結(jié)果與預(yù)期的結(jié)論明顯不符時(shí)，耐心的從每個(gè)步驟里去查找錯(cuò)誤的原因，去分析此次的問(wèn)題。今后，應(yīng)該多多地參與實(shí)踐，通過(guò)實(shí)踐去提高自己的能力，更新自己的知識(shí)庫(kù)，讓自己不與社會(huì)脫軌，能更好的做好每一件事。參考文獻(xiàn)[1]王語(yǔ)園,戴明.塑料廠變電所一次側(cè)配電設(shè)計(jì)[J].電子質(zhì)量,2017.[2]王文莉，架空線路導(dǎo)線截面選擇方法的探討[J].廣東水利水電,2006.[3]夏泉，北京東城和北新橋變電站電壓等級(jí)的選擇比較[J].華北電力技術(shù),1999.[4]張志偉,王曉龍,