某 機械廠降壓變電所的電氣設(shè)計

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1、1 引言 工廠供電，就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配，亦稱工廠配電。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(zhuǎn)換而來，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單經(jīng)濟，又便于控制、調(diào)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(yīng)用極為廣泛。 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)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。電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它

2、在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很?。ǔ娀I(yè)外）。如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴重的后果。 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(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)濟建設(shè)，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(wù)，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：首先是安全，在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。其次是要可靠， 應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。再者就是優(yōu)質(zhì)，電力系統(tǒng)應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求。還有就是要經(jīng)濟，供電系統(tǒng)的投資要少

3、，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。 目前，我國一般大、中型城市的市中心地區(qū)每平方公里的負荷密度平均已達左右，有些城市市中心局部地區(qū)的負荷密度甚至高達上萬千瓦，乃至幾萬千瓦，且有繼續(xù)增長的勢頭。因此供配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是：提高供電電壓：如以進城，用配電。以解決大型城市配電距離長，配電功率大的問題，這在我國城市已經(jīng)有先例。 簡化配電的層次：如按的電壓等級供電。逐步淘汰等級：因為過細的電壓分級不利于電氣設(shè)備制造和運行 業(yè)的發(fā)展。提高設(shè)備配套能力，只是由于我國在設(shè)備上 還不能全面配套而尚未推廣。 廣泛使用配電自動化系統(tǒng)：借助計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，對 配電網(wǎng)進行離線和在線的

4、智能化監(jiān)控管理。做到保護、運行、管理的 自動化，提高運行人員工作效率，增強供配電系統(tǒng)可靠性。 1．1 工廠供電設(shè)計的一般原則 按照國家標準GB50052-95 《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、GB50053-94 《10kv及以下設(shè)計規(guī)范》、GB50054-95 《低壓配電設(shè)計規(guī)范》等的規(guī)定，進行工廠供電設(shè)計必須遵循以下原則： （1） 遵守規(guī)程、執(zhí)行政策； （2） 安全可靠、先進合理； （3） 近期為主、考慮發(fā)展； （4） 全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。 1．2 工廠供電設(shè)計的基本內(nèi)容 工廠供電設(shè)計主要內(nèi)容包括工廠變配電所設(shè)計、工廠高壓配電線路設(shè)計、車間低壓配電線路設(shè)計及電氣照明設(shè)計等。其基

5、本內(nèi)容如下： （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(chǔ)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(cè)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(shè)置總降壓變電所的有關(guān)因素，結(jié)合全廠計算負荷以及擴建和備用的需要，確定變壓器的臺數(shù)和容量。 （3）工廠總降壓變電所主結(jié)線設(shè)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，

6、安裝容易維修方便。 （4）廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)廠內(nèi)負荷情況，從技術(shù)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(dǎo)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(shù)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(jié)構(gòu)與敷設(shè)方式設(shè)計。用廠區(qū)高壓線路平面布置圖，敷設(shè)要求和架空線路桿位明細表以及工程預(yù)算書表達設(shè)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

7、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(shè)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(cè)設(shè)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(yīng)的額定值，選擇變電所高、低壓側(cè)電器設(shè)備，如隔離開關(guān)、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關(guān)柜等設(shè)備。并根據(jù)需要進行熱穩(wěn)定和力

8、穩(wěn)定檢驗。用總降壓變電所主結(jié)線圖，設(shè)備材料表和投資概算表達設(shè)計成果。 （8）繼電保護及二次結(jié)線設(shè)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(luò)線斷路器，皆需要設(shè)置相應(yīng)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(shè)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(jié)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(shè)計成果。 （9）變電所防雷裝置設(shè)計 參考本地區(qū)氣象地質(zhì)材料，設(shè)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

9、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。 2 設(shè)計任務(wù) 2．1 設(shè)計題目 ××廠降壓變電所的電氣設(shè)計 2．2 設(shè)計要求 要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負荷的實際情況，并適當考慮到工廠生產(chǎn)的發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的要求、確定變電所的位置與型式，確定變電所主變壓器的臺數(shù)與容量、類型，選擇變電所主接線方案及高低壓設(shè)備和進出線，確定二次回路方案，選擇整定繼電保護裝置，確定防雷和接地裝置，最后按要求寫出設(shè)計說明書，繪出設(shè)計圖樣。

10、2．3 設(shè)計依據(jù) [1] 工廠總平面布置圖 圖2.1 工廠總平面布置圖 [2] 工廠負荷情況 本廠多數(shù)車間為兩班制，年最大負荷利用小時數(shù)為4500h，日最大負荷持續(xù)時間為8h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬于二級負荷外，其余均屬于三級負荷。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。本廠的負荷統(tǒng)計資料如表2-2所示： 表 2-2 工廠負荷統(tǒng)計資料 廠房編號 廠房名稱 負荷類別 設(shè)備容量/KW 需要系數(shù)Kd 功率因數(shù) 1 鑄造車間 動力 380 0.3 0.70 照明 9 0.8 1.0 2

11、 鍛壓車間 動力 350 0.3 0.60 照明 8 0.8 1.0 3 金工車間 動力 300 0.25 0.65 照明 8 0.7 1.0 4 工具車間 動力 320 0.3 0.60 照明 8 0.7 1.0 5 電鍍車間 動力 250 0.5 0.75 照明 8 0.9 1.0 6 熱處理車間 動力 178 0.4 0.80 照明 9 0.8 1.0 7 裝配車間 動力 180 0.3 0.70 照明 7 0.7 1.0 8 機修車間 動力 150 0.26

12、0.65 照明 4 0.8 1.0 9 鍋爐房 動力 80 0.7 0.74 照明 2 0.7 1.0 10 倉庫 動力 27 0.3 0.80 照明 2 0.8 1.0 生活區(qū) 照明 350 0.8 0.90 [3] 供電電源情況 按照工廠與當?shù)毓╇姴块T簽定的供用電協(xié)議規(guī)定，本廠可由附近一條10KV的干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。該干線的導(dǎo)線牌號為LJ-150，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距1.2m ,干線首端距離本廠約9km。干線首端所裝設(shè)的高壓短路器斷流容量為 450MVA，此斷路器配備有定時限過電流保護和電流速

13、斷保護，定時限過電流保護整定的動作時間為1.7s，為滿足工廠二級負荷的要求，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20km。 [4] 氣象資料 本廠所在地年最高溫度38℃，年平均氣溫為16℃，年最低溫度為-10℃，年最熱月平均最高溫度30℃，年最熱月平均氣溫為25℃，年最熱月地下0.8M處平均溫度25℃，常年主導(dǎo)風(fēng)向為南風(fēng)，覆冰厚度是3CM，年雷暴日數(shù)35天。 [5] 地質(zhì)水文資料 平均海拔1200M，地層以沙粘土為主，地下水位3m。 [6] 電費制度 供電貼費800元/KVA。每月電費按兩部

14、電費制：基本電費為按主變壓器容量計為18元/KVA，動力電費為0.2元/KW.H，照明電費為0.5元/KW.H。工廠最大負荷時功率因數(shù)不得小于 0.92 。 3 負荷計算和無功功率補償 3．1 負荷計算 [1] 單組用電設(shè)備計算負荷的計算公式 a) 有功計算負荷（單位為KW） = ， 為系數(shù) b) 無功計算負荷（單位為kvar） = tan c) 視在計算負荷（單位為kvA） = d) 計算電流（單位為A） =, 為用電設(shè)備的額定電壓（單位為KV） [2] 多組用電設(shè)備計算負荷的計算公式 a) 有功計算負荷（單位為KW） = 式中是所有

15、設(shè)備組有功計算負荷之和，是有功負荷同時系數(shù)，可取0.8~0.95 b) 無功計算負荷（單位為kvar） = 式中是所有設(shè)備無功計算負荷之和；是無功負荷同時系數(shù)，可取0.85~0.97 c) 視在計算負荷（單位為kvA） = d) 計算電流（單位為A） =經(jīng)過計算，得到各廠房和生活區(qū)的負荷統(tǒng)計表，如下表所示（額定電壓取380V） 表3-1 機械廠負荷計算表 廠房編號 廠房名稱 負荷類別 設(shè)備容量/KW 需要系數(shù)Kd 功率因數(shù) 計 算 負 荷 1 鑄造車間 動力 380 0.3 0.70

16、 1.02 114.00 116.28 照明 9 0.8 1.0 0 7.2 0 小計 389 　 　 121.2 116.28 170.06 258.38 2 鍛壓車間 動力 350 0.3 0.60 1.33 105 139.65 照明 8 0.8 1.0 0 6.4 0 小計 358 　 　 111.4 139.65 181.4 275.61 3 金工車間 動力 300 0.25 0.65 1.17

17、 75 87.75 照明 8 0.7 1.0 0 5.6 0 小計 308 　 　 1.17 80.6 87.75 120.98 183.81 4 工具車間 動力 320 0.3 0.60 1.33 96 127.68 照明 8 0.7 1.0 0 5.6 0 小計 228 　 　 1.33 101.6 127.68 165.6 251.6 5 電鍍車間 動力 250 0.5 0.75 0.88 125 11

18、0 照明 8 0.9 1.0 0 7.2 0 小計 258 　 　 0.88 132.2 110 173.87 264.17 6 熱處理車間 動力 178 0.4 0.80 0.75 71.2 53.4 照明 9 0.8 1.0 0 7.2 0 小計 187 　 　 0.75 78.4 53.4 96.2 146.16 7 裝配車間 動力 180 0.3 0.70 1.02 54 55.08 照明 7

19、0.7 1.0 0 4.9 0 小計 187 　 　 1.02 58.9 55.08 82.04 124.65 8 機修車間 動力 150 0.26 0.65 1.17 39 45.63 照明 4 0.8 1.0 0.00 3.2 0 小計 154 　 　 1.17 42.2 45.63 63.2 96.02 9 鍋爐房 動力 80 0.7 0.74 0.91 56 50.96 照明 2 0.7 1.0 0

20、 1.4 0 小計 82 　 　 0.91 57.4 50.96 77.08 117.11 10 倉庫 動力 27 0.3 0.80 0.75 8.1 6.075　 照明 2 0.8 1.0 0 1.6 0 小計 29 　 　 0.75 9.7 6.075 11.725 17.81 11 生活區(qū) 照明 350 0.8 0.90 0.48 280 134.4 311.11 472.68 總計 （380V側(cè)） 動力 2215

21、 1073.6 926.91 照明 415 計入=0.9 =0.95 0.4 966.24 880.56 1307.29 2587.88 3．2 無功功率補償 由上表可知，該廠380V側(cè)最大負荷時的功率因數(shù)是0.74，而供電部門要求該廠10kv進線側(cè)最大負荷時因數(shù)不應(yīng)低于0.92.考慮到主變壓器的無功損耗遠大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負荷時因數(shù)應(yīng)稍大于0.92，暫取0.92來計算380V側(cè)所需無功功率補償容量： ——補償前的自然平均功率因數(shù)對應(yīng)的正切 ——補償后的功率因數(shù)對應(yīng)的正切值 故選PGJ1型

22、低壓自動補償屏，并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1臺與方案3（輔屏）4臺相組合，如圖3.總共容量。 圖3-1 PGJ1型低壓無功功率自動補償屏的接線方案 因此無功補償后工廠380V側(cè)和10KV側(cè)的負荷計算如表所示： 項目 cosφ 計算負荷 P30/kw Q30/kvar S30/kva I30/A 380v側(cè)補償前負荷 0.74 966.24 880.56 1307.29 1656 380v側(cè)無功補償容量 -420 380v側(cè)補償后負荷 0.903 966.24 460.56 1070 1625.7

23、主變壓器功率損耗 0.015S30=13 0.06S30=52 10kv側(cè)負荷計算 0.86 979.24 512.56 1138.65 52.1 4 變電所位置和型式的選擇 變電所的位置應(yīng)盡量接近工廠的負荷中心，工廠的負荷中心按負荷功率矩法來確定。在工廠平面圖的下邊和左側(cè)，分別作一直角坐標的軸和軸，然后測出各車間（建筑）和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置，、、分別代表廠房1、2、3...10號的功率，設(shè)定（1.3，5.3）、（1.3，3.6）、（3.5，5.2）、（3.5，3.6）、（4.2，1.7）、（6.7，6.4）、（6.7，4.7）、（6.7，3.1）、（6.

24、7，1.5）、（9.5，4.7），并設(shè)（1.2，1.2）為生活區(qū)的中心負荷，如圖3-1所示。而工廠的負荷中心假設(shè)在P(,),其中P=+++=。因此仿照《力學(xué)》中計算中心的力矩方程，可得負荷中心的坐標： （4-1） （4-2） 把各車間的坐標代入（4-1）、（4-2），得到=3.61，=3.60 。由計算結(jié)果可知，工廠的負荷中心在6號廠房（工具車間）的西北角?？紤]到周圍環(huán)境及進出線方便，決定在6號廠房的西側(cè)緊靠廠房建造工廠變電所，器型式為附設(shè)式。 圖4-1 按負荷功率矩法確定負荷中心 5 變電所主變壓器及主接線方案的選擇 5．1 變電所主變壓器的

25、選擇 根據(jù)工廠的負荷性質(zhì)和電源情況，工廠變電所的主變壓器考慮有下列兩種可供選擇的方案： a) 裝設(shè)一臺變壓器 型號為S9型，而容量根據(jù)式，為主變壓器容量，為總的計算負荷。選=1000 KVA>=762.69KVA，即選一臺S9-1000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。 b) 裝設(shè)兩臺變壓器 型號為S9型，而每臺變壓器容量根據(jù)式（5-1）、（5-2）選擇，即 762.69KVA=（457.61~533.88）KVA （5-1） =(124.3+212.2+84.3) KVA=420.7 KVA （5-2）

26、 因此選兩臺S9-630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷所需的備用電源，考慮由鄰近單位相聯(lián)的高壓聯(lián)絡(luò)線來承擔(dān)。主變壓器的聯(lián)結(jié)組均為Yyn0 。 5．2 變壓器主接線方案的選擇 按上面考慮的兩種主變壓器方案可設(shè)計下列兩種主接線方案： [1] 裝設(shè)一臺主變壓器的主接線方案 如圖5-1所示 Y0 Y0 S9-1000 GG-1A(F)-07 10/0.4kV 聯(lián)絡(luò)線 （備用電源） GG-1A(F)-54 GW口-10 10kV FS4-10 GG-1A(J)-03 GG- 1A(J) -03 GG-1A(F)-07

27、 GG- 1A(F) -54 GG- 1A(F) -07 GG- 1A(F) -07 主變 聯(lián)絡(luò)（備用） 220/380V 高壓柜列 圖5-1 裝設(shè)一臺主變壓器的主接線方案 [2] 裝設(shè)兩臺主變壓器的主接線方案 如圖5-2所示 Y0 Y0 220/380V S9-630 GG-1A(F) GG-1A(F)-07 10/0.4kV S9-630 10/0.4kV 聯(lián)絡(luò)線 （備用電源） GG-1A(F)-54 GG-1A(F)-113、11

28、 GW口-10 10kV FS4-10 GG-1A(J)-01 GG- 1A(F) -113 GG- 1A(F) -11 GG- 1A(J) -01 GG- 1A(F) -96 GG- 1A(F) -07 GG- 1A(F) -54 主 變 主 變 聯(lián)絡(luò) （備用） 高壓柜列 -96 圖5-2裝設(shè)兩臺主變壓器的主接線方案 5．3 主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟比較 表5-1主接線方案的技術(shù)經(jīng)濟比較 比較項目 裝設(shè)一臺主變的方案 裝設(shè)兩臺主變的方案 技術(shù)指標 供電安全性 滿足要求 滿足要求 供電可靠性 基本滿足要

29、求 滿足要求 供電質(zhì)量 由于一臺主變，電壓損耗較大 由于兩臺主變并列，電壓損耗較小 靈活方便性 只有一臺主變，靈活性稍差 由于有兩臺主變，靈活性較好 擴建適應(yīng)性 稍差一些 更好一些 經(jīng)濟指標 電力變壓器的綜合投資額 查得S9-1000/10的單價為15.1萬元，而變壓器綜合投資約為其單價的2倍，因此綜合投資約為2*15.1=30.2萬元 查得S9-630/10的單價為10.5萬元，因此兩臺變壓器的綜合投資約為4*10.5=42萬元，比一臺主變方案多投資11.8萬元 高壓開關(guān)柜（含計量柜）的綜合投資額 查得GG-1A(F)型柜可按每臺4萬元計，其綜合投資可按設(shè)備的

30、1.5倍計，因此高壓開關(guān)柜的綜合投資約為4*1.5*4=24萬元 本方案采用6臺GG-1A(F)柜，其綜合投資約為6*1.5*4=36萬元，比一臺主變方案多投資12萬元 電力變壓器和高壓開關(guān)柜的年運行費 主變的折舊費=30.2萬元*0.05=1.51萬元；高壓開關(guān)柜的折舊費=24萬元*0.06=1.44萬元；變配電的維修管理費=（30.2+24）萬元*0.06=3.25萬元。因此主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修管理費=（1.51+1.44+3.25）=6.2萬元 主變的折舊費=42萬元*0.05=2.1萬元；高壓開關(guān)柜的折舊費=36萬元*0.06=2.16萬元；變配電的維修管理費=（42+

31、36）萬元*0.06=4.68萬元。因此主變和高壓開關(guān)柜的折舊和維修管理費=（2.1+2.16+4.68）=8.94萬元，比一臺主變方案多投資2.74萬元 供電貼費 主變?nèi)萘棵縆VA為800元，供電貼費=1000KVA*0.08萬元/KVA=80萬元 供電貼費=2*630KVA*0.08萬元=100.8萬元，比一臺主變多交20.8萬元 從上表可以看出，按技術(shù)指標，裝設(shè)兩臺主變的主接線方案略優(yōu)于裝設(shè)一臺主變的主接線方案，但按經(jīng)濟指標，則裝設(shè)一臺主變的主接線方案遠由于裝設(shè)兩臺主變的主接線方案，因此決定采用裝設(shè)一臺主變的主接線方案。 6 短路電流的計算 6．1 繪制計算電路

32、 450MVA K-1 K-2 LJ-150,9km 10.5kV S9-1000 0.4kV (2) (3) (1) ～ ∞系統(tǒng) 圖6-1短路計算電路 6．2 確定短路計算基準值 設(shè)基準容量=100MVA，基準電壓==1.05，為短路計算電壓，即高壓側(cè)=10.5kV，低壓側(cè)=0.4kV，則 （6-1） （6-2） 6．3 計算短路電路中各元件的電抗標幺值 [1] 電力系統(tǒng) 已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量，故 =100MVA/450MVA=0.22

33、 （6-3） [2] 架空線路 查表得LJ-150的線路電抗，而線路長9km，故 （6-4） [3] 電力變壓器 查表得變壓器的短路電壓百分值=4.5，故 =4.5 （6-5） 式中，為變壓器的額定容量 因此繪制短路計算等效電路如圖5-2所示。 k-1 k-2 圖6-2短路計算等效電路 6．4 k-1點（10.5kV側(cè)）的相關(guān)計算 [1] 總電抗標幺值 =0.22+2.94=3.16 （6-6） [2] 三相短路電流周期分量有效值 （6-7） [3] 其他短路電

34、流 （6-8） （6-9） （6-10） [4] 三相短路容量 （6-11） 6．5 k-2點（0.4kV側(cè)）的相關(guān)計算 [1] 總電抗標幺值 =0.22+2.94+4.5=7.66 （6-12） [2] 三相短路電流周期分量有效值 （6-13） [3] 其他短路電流 （6-14） （6-15） （6-16） [4] 三相短路容量 （6-17） 以上短路計算結(jié)果綜合圖表5-1所示。 表5-1短路計算結(jié)果 短路計算點 三

35、相短路電流 三相短路容量/MVA k-1 1.74 1.74 1.74 4.44 2.63 31.65 k-2 18.84 18.84 18.84 34.67 20.54 13.05 7 變電所一次設(shè)備的選擇校驗 7．1 10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 [1] 按工作電壓選則 設(shè)備的額定電壓一般不應(yīng)小于所在系統(tǒng)的額定電壓，即，高壓設(shè)備的額定電壓應(yīng)不小于其所在系統(tǒng)的最高電壓，即。=10kV， =11.5kV，高壓開關(guān)設(shè)備、互感器及支柱絕緣額定電壓=12kV，穿墻套管額定電壓=11.5kV，熔斷器額定電壓=12kV。 [2] 按工

36、作電流選擇 設(shè)備的額定電流不應(yīng)小于所在電路的計算電流，即 [3] 按斷流能力選擇 設(shè)備的額定開斷電流或斷流容量，對分斷短路電流的設(shè)備來說，不應(yīng)小于它可能分斷的最大短路有效值或短路容量，即 或 對于分斷負荷設(shè)備電流的設(shè)備來說，則為，為最大負荷電流。 [4] 隔離開關(guān)、負荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗 a) 動穩(wěn)定校驗條件 或 、分別為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值，、分別為開關(guān)所處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值 b) 熱穩(wěn)定校驗條件 對于上面的分析，如表6-1所示，由它可知所選一次設(shè)備均滿足要求。 表7-1 10 kV一次側(cè)設(shè)備的選擇校驗 選擇

37、校驗項目 電壓 電流 斷流能力 動態(tài)定度 熱穩(wěn)定度 其它 裝置地點條件 參數(shù) 數(shù)據(jù) 10kV 57.7A 1.74kA 4.44kA 一次設(shè)備型號規(guī)格 額定參數(shù) 高壓少油斷路器SN10-10I/630 10kV 630kA 16kA 40 kA 高壓隔離開關(guān)-10/200 10kV 200A —— 25.5 kA 高壓熔斷器RN2-10 10kV 0.5A 50 kA —— —— 電壓互感器JDJ-10 10/0.1kV —— —— —— —

38、— 電壓互感器JDZJ-10 —— —— —— —— 電流互感器LQJ-10 10kV 100/5A —— 二次負荷0.6Ω 避雷針FS4-10 10kV —— —— —— —— 戶外隔離開關(guān)GW4-12/400 15kV 200A —— 7．2 380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗 同樣，做出380V側(cè)一次設(shè)備的選擇校驗，如表6-2所示，所選數(shù)據(jù)均滿足要求。 表7-2 380V一次側(cè)設(shè)備的選擇校驗 選擇校驗項目 電壓 電流 斷流 能力 動態(tài) 定度 熱穩(wěn)定度 其它 裝置地點條件 參數(shù)

39、 - 數(shù)據(jù) 380V 1625.7A 18.84kA 34.67kA - 一次設(shè)備型號規(guī)格 額定參數(shù) - 低壓斷路器DW15-1500/3D 380V 1500A 40kA - - - 低壓斷路器DW20-630 380V 630A （大于） 30Ka (一般) - - - 低壓斷路器DW20-200 380V 200A （大于） 25 kA - - - 低壓斷路HD13-1500/30 380V 1500A - - - - 電流互感器LMZJ

40、1-0.5 500V 1500/5A - - - - 電流互感器LMZ1-0.5 500V 100/5A 160/5A - - - - 7．3 高低壓母線的選擇 查表得到，10kV母線選LMY-3(404mm),即母線尺寸為40mm4mm;380V母線選LMY-3（12010）+806，即相母線尺寸為120mm10mm，而中性線母線尺寸為80mm6mm。 8 變壓所進出線與鄰近單位聯(lián)絡(luò)線的選擇 8．1 10kV高壓進線和引入電纜的選擇 [1] 10kV高壓進線的選擇校驗 采用LJ型裸鋁導(dǎo)線架空敷設(shè)，接往10kV公用干線。 a) 按發(fā)熱條件選擇

41、 由==52.1A及室外環(huán)境溫度32°，查表得，初選LJ-16,其40°C時的=86.1A>,滿足發(fā)熱條件。 b) 校驗機械強度 查表得，最小允許截面積=35，而LJ-16不滿足要求，故改選LJ-35。 由于此線路很短，故不需要校驗電壓損耗。 [2] 鑄高壓配電室至主變的一段引入電纜的選擇校驗 采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜之間埋地敷設(shè)。 a) 按發(fā)熱條件選擇 由==52.1A及土壤環(huán)境25°，查表得，初選纜線芯截面為25的交聯(lián)電纜，其=90A>,滿足發(fā)熱條件。 b) 校驗熱路穩(wěn)定 按式，A為母線截面積，單位為；為滿足熱路穩(wěn)定條件的最大截面積，單位為；

42、C為材料熱穩(wěn)定系數(shù)；為母線通過的三相短路穩(wěn)態(tài)電流，單位為A；短路發(fā)熱假想時間，單位為s。本電纜線中=1960，=0.5+0.2+0.05=0.75s，終端變電所保護動作時間為0.5s，斷路器斷路時間為0.2s，C=77，把這些數(shù)據(jù)代入公式中得，滿足發(fā)

43、熱條件。 b）校驗電壓損耗 工廠平面圖量得變電所至1號廠房距離約為288m，而查表得到120的鋁芯電纜的=0.31 （按纜芯工作溫度75°計），=0.07，又1號廠房的=84.4kW, =91.2 kvar，故線路電壓損耗為 >=5% c）斷路熱穩(wěn)定度校驗 不滿足短熱穩(wěn)定要求，故改選纜芯截面為240的電纜，即選VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜，中性線芯按不小于相線芯一半選擇，下同。 [2] 鍛壓車間 饋電給2號廠房（鍛壓車間）的線路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方

44、法同上）。 [3] 熱處理車間 饋電給3號廠房（熱處理車間）的線路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上）。 [4] 電鍍車間 饋電給4號廠房（電鍍車間）的線路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上）。 [5] 倉庫 饋電給5號廠房（倉庫）的線路，由于倉庫就在變電所旁邊，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯絕緣鋁芯導(dǎo)線BLV-1000型5根（包括3根相線、1根N線、1根PE線）穿硬塑料管埋地敷設(shè)。 a）按發(fā)熱條件需選擇 由=16.2A及環(huán)境溫度22，初選截面積4，其

45、=19A>，滿足發(fā)熱條件。 b）校驗機械強度 查表得，=2.5，因此上面所選的4的導(dǎo)線滿足機械強度要求。 c) 所選穿管線估計長50m，而查表得=0.85，=0.119，又倉庫的=10.7kW, =7.5 kvar，因此 <=5% 故滿足允許電壓損耗的要求。 [6] 工具車間 饋電給6號廠房（工具車間）的線路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上）。 [7] 金工車間 饋電給7號廠房（金工車間）的線路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上）。 [8

46、] 鍋爐房 饋電給8號廠房（鍋爐房）的線路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上）。 [9] 裝配車間 饋電給9號廠房（裝配車間）的線路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上）。 [10] 機修車間 饋電給10號廠房（機修車間）的線路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設(shè)（方法同上）。 [11] 生活區(qū) 饋電給生活區(qū)的線路 采用BLX-1000型鋁芯橡皮絕緣線架空敷設(shè)。 1) 按發(fā)熱條件選擇 由I30=

47、413A及室外環(huán)境溫度（年最熱月平均氣溫）32℃，初選BLX-1000-1240，其32℃時Ial ≈455A>I30,滿足發(fā)熱條件。 2) 效驗機械強度 查表可得，最小允許截面積Amin=10mm2，因此BLX-1000-1240滿足機械強度要求。 3) 校驗電壓損耗 查工廠平面圖可得變電所至生活區(qū)的負荷中心距離600m左右，而查表得其阻抗值與BLX-1000-1240近似等值的LJ-240的阻抗=0.14，=0.30（按線間幾何均距0.8m），又生活區(qū)的=272KW，=131.7kvar，因此 >=5% 滿足允許電壓損耗要求。因此決定采用四回BLX-1000-1120的三相架空線

48、路對生活區(qū)供電。PEN線均采用BLX-1000-175橡皮絕緣線。重新校驗電壓損耗，完全合格。 8．3 為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的選擇校驗 采用YJL22—10000型交聯(lián)聚氯乙烯絕緣的鋁心電纜，直接埋地敖設(shè)，與相距約2Km的臨近單位變配電所的10KY母線相連。 [1] 按發(fā)熱條件選擇 工廠二級負荷容量共420.7KVA，，最熱月土壤平均溫度為21℃。查表得，初選纜心截面為25的交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁心電纜，其滿足要求。 [2] 校驗電壓損耗 由表可查得纜芯為25的鋁（纜芯溫度按80℃計），，而二級負荷的 ,，線路長度按2km計，因此

49、 由此可見滿足要求電壓損耗5%的要求。 [3] 短路熱穩(wěn)定校驗 按本變電所高壓側(cè)短路電流校驗，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗，可知纜芯25的交聯(lián)電纜是滿足熱穩(wěn)定要求的。而臨近單位10KV的短路數(shù)據(jù)不知，因此該聯(lián)路線的短路熱穩(wěn)定校驗計算無法進行，只有暫缺。 以上所選變電所進出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格如表 8-1所示。 表8-1 進出線和聯(lián)絡(luò)線的導(dǎo)線和電纜型號規(guī)格 線 路 名 稱 導(dǎo)線或電纜的型號規(guī)格 10KV電源進線 LGJ-35鋁絞線（三相三線架空） 主變引入電纜 YJL22—10000—3×25交聯(lián)電纜（直埋） 380V 低壓 出線 至1號廠房 VL

50、V22—1000—3×240+1×120四芯塑料電纜（直埋） 至2號廠房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料電纜（直埋） 至3號廠房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料電纜（直埋） 至4號廠房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料電纜（直埋） 至5號廠房 BLV—1000—1×4鋁芯線5根穿內(nèi)徑25硬塑管 至6號廠房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料電纜（直埋） 至7號廠房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料電纜（直埋） 至8號廠房 VLV22—1000—3×240+1×120

51、四芯塑料電纜（直埋） 至9號廠房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料電纜（直埋） 至10號廠房 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料電纜（直埋） 至生活區(qū) 四回路，每回路3×BLX-1000-1×120+1×BLX-1000-1×75橡皮線（三相四線架空線） 與臨近單位10KV聯(lián)絡(luò)線 YJL22—10000—3×16交聯(lián)電纜（直埋） 9 變電所二次回路方案的選擇與繼電保護的整定 9．1 變電所二次回路方案的選擇 a)高壓斷路器的操作機構(gòu)控制與信號回路 斷路器采用手動操動機構(gòu)，其控制與信號回路如《工廠供電設(shè)計指導(dǎo)》圖6-1

52、2所示。 b)變電所的電能計量回路 變電所高壓側(cè)裝設(shè)專用計量柜，裝設(shè)三相有功電度表和無功電度表，分別計量全廠消耗的有功電能表和無功電能，并以計算每月工廠的平均功率因數(shù)。計量柜由上級供電部門加封和管理。 c)變電所的測量和絕緣監(jiān)察回路 變電所高壓側(cè)裝有電壓互感器——避雷器柜。其中電壓互感器為3個JDZJ——10型，組成Y0/Y0/的接線，用以實現(xiàn)電壓側(cè)量和絕緣監(jiān)察，其接線圖見《工廠供電設(shè)計指導(dǎo)》圖6-8。作為備用電源的高壓聯(lián)路線上，裝有三相有功電度表和三相無功電度表、電流表，接線圖見《工廠供電設(shè)計指導(dǎo)》圖6-9。高壓進線上，也裝上電流表。低壓側(cè)的動力出線上，均裝有有功電度表和無功電

53、度表，低壓照明線路上裝上三相四線有功電度。低壓并聯(lián)電容器組線路上，裝上無功電度表。每一回路均裝設(shè)電流表。低壓母線裝有電壓表，儀表的準確度等級按符合要求。 9．2 變電所繼電保護裝置 [1] 主變壓器的繼電保護裝置 a）裝設(shè)瓦斯保護。當變壓器油箱內(nèi)故障產(chǎn)生輕微瓦斯或油面下降時，瞬時動作于信號；當產(chǎn)生大量的瓦斯時，應(yīng)動作于高壓側(cè)斷路器。 b）裝設(shè)反時限過電流保護。采用GL15型感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器 [2] 護動作電流整定 其中，可靠系數(shù)，接線系數(shù)，繼電器返回系數(shù)，電流互感器的電流比=100/5=20 ，因此動作電流為： 因此過電流保護動

54、作電流整定為10A [3] 過電流保護動作時間的整定 因本變電所為電力系統(tǒng)的終端變電所，故其過電流保護的動作時間（10倍的動作電流動作時間）可整定為最短的0.5s 。 [4] 過電流保護靈敏度系數(shù)的檢驗 其中，=0.86620.1kA/(10kV/0.4kV)=0.696 ，因此其靈敏度系數(shù)為： 滿足靈敏度系數(shù)的1.5的要求。 9．3 裝設(shè)電流速斷保護 利用GL15的速斷裝置。 [1] 速斷電流的整定 利用式，其中，，，，，因此速斷保護電流為 速斷電流倍數(shù)整定為 (注意不為整數(shù),但必須在2～8之間) [2] 電

55、流速斷保護靈敏度系數(shù)的檢驗 利用式，其中，，因此其保護靈敏度系數(shù)為 從《工廠供電課程設(shè)計指導(dǎo)》表6-1可知，按GB50062—92規(guī)定，電流保護的最小靈敏度系數(shù)為1.5，因此這里裝設(shè)的電流速斷保護的靈敏度系數(shù)是達到要求的。但按JBJ6—96和JGJ/T16—92的規(guī)定，其最小靈敏度為2，則這里裝設(shè)的電流速斷保護靈敏度系數(shù)偏底。 9．4 作為備用電源的高壓聯(lián)絡(luò)線的繼電保護裝置 [1] 裝設(shè)反時限過電流保護 亦采用GL15型感應(yīng)式過電流繼電器，兩相兩繼電器式接線，去分跳閘的操作方式。 a) 過電流保護動作電流的整定,利用式，其中 =2，取= 0.6×52A=43.38A，， =1，

56、=0.8， =50/5=10，因此動作電流為： 因此過電流保護動作電流整定為7A。 b) 過電流保護動作電流的整定 按終端保護考慮，動作時間整定為0.5s。 c) 過電流保護靈敏度系數(shù) 因無臨近單位變電所10kV母線經(jīng)聯(lián)絡(luò)線到本廠變電所低壓母線的短路數(shù)據(jù)，無法檢驗靈敏度系數(shù)，只有從略。 [2] 裝設(shè)電流速斷保護 亦利用GL15的速斷裝置。但因無臨近單位變電所聯(lián)絡(luò)線到本廠變電所低壓母線的短路數(shù)據(jù)，無法檢驗靈敏度系數(shù)，也只有從略。 [3] 變電所低壓側(cè)的保護裝置 a）低壓總開關(guān)采用DW15—1500/3型低壓短路器，三相均裝設(shè)過流脫鉤器，既可保護低壓側(cè)的相間短路和過負荷

57、，而且可保護低壓側(cè)單相接地短路。 b）低壓側(cè)所有出線上均采用DZ20型低壓短路器控制，其瞬間脫鉤器可實現(xiàn)對線路的短路故障的保護。 10 降壓變電所防雷與接地裝置的設(shè)計 10．1 變電所的防雷保護 [1] 直接防雷保護 在變電所屋頂裝設(shè)避雷針和避雷帶，并引進出兩根接地線與變電所公共接裝置相連。如變電所的主變壓器裝在室外和有露天配電裝置時，則應(yīng)在變電所外面的適當位置裝設(shè)獨立避雷針，其裝設(shè)高度應(yīng)使其防雷保護范圍包圍整個變電所。如果變電所所在其它建筑物的直擊雷防護范圍內(nèi)時，則可不另設(shè)獨立的避雷針。按規(guī)定，獨立的避雷針的接地裝置接地電阻（表9-6）。通常采用3-6根長2.5 m的剛

58、管，在裝避雷針的桿塔附近做一排和多邊形排列，管間距離5 m，打入地下，管頂距地面0.6 m。接地管間用40mm×4mm 的鍍鋅扁剛焊接相接。引下線用25 mm ×4 mm的鍍鋅扁剛，下與接地體焊接相連，并與裝避雷針的桿塔及其基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋相焊接，上與避雷針焊接相連。避雷針采用直徑20mm的鍍鋅扁剛，長1～1.5。獨立避雷針的接地裝置與變電所公共接地裝置應(yīng)有3m以上的距離。 [2] 雷電侵入波的防護 a)在10KV電源進線的終端桿上裝設(shè)FS4—10型閥式避雷器。引下線采用25 mm ×4 mm的鍍鋅扁剛，下與公共接地網(wǎng)焊接相連，上與避雷器接地端栓連接。 b）在10KV高壓配電室內(nèi)

59、裝設(shè)有GG—1A（F）—54型開關(guān)柜，其中配有FS4—10型避雷器，靠近主變壓器。主變壓器主要靠此避雷器來保護，防雷電侵入波的危害。 c）在380V低壓架空線出線桿上，裝設(shè)保護間隙，或?qū)⑵浣^緣子的鐵腳接地，用以防護沿低壓架空線侵入的雷電波。 10．2 變電所公共接地裝置的設(shè)計 [1] 接地電阻的要求 按《工廠供電設(shè)計指導(dǎo)》表9-6。此邊點所的公共接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足以下條件： 且 其中, 因此公共接地裝置接地電阻 。 [2] 接地裝置的設(shè)計 采用

60、長2.5m、50mm的鋼管16根，沿變電所三面均勻布置，管距5 m，垂直打入地下，管頂離地面0.6 m。管間用40mm×4mm的鍍鋅扁剛焊接相接。變電所的變壓器室有兩條接地干線、高低壓配電室各有一條接地干線與室外公共接地裝置焊接相連，接地干線均采用25 mm ×4 mm的鍍鋅扁剛。變電所接地裝置平面布置圖如圖9-1所示。接地電阻的驗算： 滿足歐的接地電阻要求，式中,查《工廠供電設(shè)計指導(dǎo)》表9-10”環(huán)行敖設(shè)”欄近似的選取 11 設(shè)計總結(jié) 通過這次電力系統(tǒng)課程設(shè)計，使我學(xué)到了很多的知識，并且鞏固和加深以及擴大了專業(yè)知識面，鍛煉綜合及靈活運用所學(xué)知識

61、的能力，正確使用技術(shù)資料的能力。知識系統(tǒng)化能力得到提高,設(shè)計過程中運用了很多的知識，因此如何將知識系統(tǒng)化就成了關(guān)鍵。如本設(shè)計中用到了工廠供電的絕大多數(shù)的基礎(chǔ)理論和設(shè)計方案，因此在設(shè)計過程中側(cè)重了知識系統(tǒng)化能力的培養(yǎng)，為今后的工作和學(xué)習(xí)打下了很好的理論基礎(chǔ)。動得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 這次課程設(shè)計，我做了很多設(shè)計計算，包括負荷計算及短路的計算，熟悉了從事工程技術(shù)的綜合運算能力，參數(shù)計算盡可能采用先進的計算方法。使我了解工廠供電設(shè)計的基本方法，了解工廠供電電能分配等各種實際問題，培養(yǎng)獨立分析和解決實際工程技術(shù)問題的能力，同時對電力工業(yè)的有關(guān)政策、方針、技術(shù)規(guī)程有一定的了解。 參 考 文 獻 [1] 孫麗華.電力工程基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006 [2] 劉介才.工廠供電設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999 [3] 余建明，同向前，蘇文成.供電技術(shù)[M].3版.北京：機械工業(yè)出版社，2001 [4] 康志平.供配電技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005　 附錄