電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)

1、32電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì) 某冶金機(jī)械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 某冶金機(jī)械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)課 程 名 稱 電力系統(tǒng)分析 目錄電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)1一、緒論1二、工廠供電的設(shè)計(jì)22.1工廠供電的意義及要求22.2工廠供電設(shè)計(jì)的一般原則42.3設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容42.4工廠原始資料4三、工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算63.3工廠的電力負(fù)荷63.2 車間計(jì)算負(fù)荷的確定63.3 工廠計(jì)算負(fù)荷的確定73.4 無功功率補(bǔ)償及其計(jì)算9四、總降壓變電所變壓器臺(tái)數(shù)和容量的選擇10五、 短路電流計(jì)算115.1 短路電流計(jì)算的目的115.2 短路電流計(jì)算的方法和步驟115.3 該廠供電系

2、統(tǒng)電路及短路等效電路125.4 短路計(jì)算145.5 短路計(jì)算結(jié)果20六、總降壓變電所35kv側(cè)一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)21七、繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算237.1 總降壓變電所35kv變壓器的保護(hù)237.2 35kv電力線路保護(hù)25八、防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計(jì)278.1 變電所防雷保護(hù)與防雷裝置的選擇278.2 接地裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算27心得體會(huì)28參考文獻(xiàn)29電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計(jì)某冶金機(jī)械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、緒論 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)對(duì)電力的需求也越來越迫切。隨著中國工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)電力供應(yīng)的安全性、可靠性提出了更高的要求，因此電力系統(tǒng)與用戶直接關(guān)聯(lián)的供電系統(tǒng)尤為重要。作

3、為供電系統(tǒng)的主要組成部分，電氣設(shè)備的質(zhì)量及其性能的先進(jìn)性是決定供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提條件之一。本設(shè)計(jì)根據(jù)該冶金機(jī)械廠的相關(guān)資料和實(shí)際情況，對(duì)該廠的總降壓變電所系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)首先根據(jù)工廠提供的資料對(duì)工廠的負(fù)荷情況進(jìn)行了計(jì)算，根據(jù)負(fù)荷情況對(duì)變壓器的容量和臺(tái)數(shù)進(jìn)行了選擇。該廠電源由某變電所以35kv雙回路架空線引出，本設(shè)計(jì)選擇在該廠設(shè)立總降壓變電所先將電壓降為廠區(qū)供電電壓10kv，在由各車間變電所降為負(fù)荷所需電壓。為保證供電系統(tǒng)的可靠性，總降壓變電所采用單母線分段式接線方式，廠區(qū)供電系統(tǒng)采用放射式接線方式。通過計(jì)算，本設(shè)計(jì)對(duì)各變電所的主要電氣設(shè)備、電纜和母線進(jìn)行了選擇和校驗(yàn)，對(duì)一次側(cè)主要設(shè)

4、備進(jìn)行了繼電保護(hù)整定。2、 工廠供電的設(shè)計(jì) 2.1工廠供電的意義及要求 電能不僅是人們生活的能源，更重要的是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力。電能容易從其他一次能源中獲得，也容易轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)中的電能、動(dòng)能，而且使用方便靈活。電能的輸送和分配簡單經(jīng)濟(jì)是電能的又一優(yōu)點(diǎn)，通過導(dǎo)線可以直接把電能引至負(fù)荷，不像蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)那樣笨重，更避免了一次能源費(fèi)時(shí)耗力的運(yùn)輸。當(dāng)代工廠里應(yīng)用的信息技術(shù)、生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)和其他高新技術(shù)無一不是建立在電能應(yīng)用的基礎(chǔ)之上的。因此，電能在當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)有著及其廣泛的應(yīng)用，是工業(yè)生產(chǎn)中不可替代的能源。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小。電

5、能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，在于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)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(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。因此，做好工廠供電工作對(duì)于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。電能不僅是人們生活的能源，更重要的是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力。電能容易從其他一次能源中獲得，也容易轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)中的電能、動(dòng)能，而且使用方便靈活。電能的輸送和分配簡單經(jīng)濟(jì)是電能的又一優(yōu)點(diǎn)，通過導(dǎo)線可以直接把電能引至負(fù)荷，不像蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)那樣笨重，更避免了一次能源費(fèi)時(shí)耗力的運(yùn)輸。當(dāng)代工廠里應(yīng)用的信息技術(shù)、生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)和其他高新技術(shù)無一不是建立

6、在電能應(yīng)用的基礎(chǔ)之上的。因此，電能在當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)有著及其廣泛的應(yīng)用，是工業(yè)生產(chǎn)中不可替代的能源。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，在于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)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(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。因此，做好工廠供電工作對(duì)于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。在工廠中，供電系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。要保證工廠內(nèi)的正常生活生產(chǎn)秩序、保證人民群眾財(cái)產(chǎn)，就要有一個(gè)可靠穩(wěn)定的供電系統(tǒng)。一個(gè)優(yōu)質(zhì)的工廠供電系統(tǒng)必須達(dá)到以下基本要求：（

7、1）安全 電能在供應(yīng)、分配和使用中，要保證輸電線路的安全性，設(shè)計(jì)合理的供電系統(tǒng)，不能夠因?yàn)楣╇娤到y(tǒng)出現(xiàn)人身傷亡事故和設(shè)備事故；（2）可靠 應(yīng)滿足電能用戶對(duì)供電可靠性的要求。對(duì)于一些要求連續(xù)不間斷供電的企業(yè)，可靠性是第一位的。對(duì)于一些負(fù)荷，如果由于電力系統(tǒng)故障供電系統(tǒng)突然中斷，可能會(huì)造成重大設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報(bào)廢很嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，甚至發(fā)生重大的人身傷亡事故，給國家和人民帶來經(jīng)濟(jì)上甚至政治上的重大損失；（3）優(yōu)質(zhì) 應(yīng)滿足電能用戶對(duì)電壓和頻率等質(zhì)量的要求。使用電設(shè)備在額定的電壓、頻率下進(jìn)行生產(chǎn)，不僅可以避免設(shè)備損壞，而且也以提高產(chǎn)品質(zhì)量，給企業(yè)帶來利潤；（4）經(jīng)濟(jì) 供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要

8、低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。2.2工廠供電設(shè)計(jì)的一般原則工廠供電設(shè)計(jì)必須遵循以下原則：（1）工廠供電設(shè)計(jì)必須遵守國家的有關(guān)法令、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源、節(jié)約有色金屬和保護(hù)環(huán)境等技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策；（2）工廠供電設(shè)計(jì)應(yīng)做到保障人身和設(shè)備的安全、供電可靠、電能質(zhì)量合格、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理，設(shè)計(jì)中應(yīng)采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的效率高、能耗低、性能先進(jìn)及與用戶投資能力相適應(yīng)的經(jīng)濟(jì)合理的電器產(chǎn)品；（3）工廠供電設(shè)計(jì)必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件，合理確定設(shè)計(jì)方案；（4）工廠供電設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與

9、遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，做到遠(yuǎn)近結(jié)合，以近期為主，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能性。2.3設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容該冶金機(jī)械廠總降壓變電所及高壓配電系統(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(duì)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(duì)電能分配的安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理的問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面：（1） 工廠的負(fù)荷計(jì)算及無功補(bǔ)償；（2） 確定工廠總配變電所的所址和型式；（3） 確定工廠總配變電所的所址、形式、主接線方式，確定主變壓器的型式、容量和臺(tái)數(shù)；（3） 短路電流計(jì)算；（4） 一次設(shè)備的選擇；（5） 選擇工廠電源進(jìn)線及高壓配電線路；（6） 對(duì)一次側(cè)進(jìn)行繼電保護(hù)整定計(jì)算；2.4工廠原始資料 2.4.1生產(chǎn)任務(wù)

10、及車間組成 本廠主要承擔(dān)冶金系統(tǒng)的配件生產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模為：鑄鋼件1萬噸，鑄鐵件3千噸，鍛件1千噸，鉚焊件2千噸。 本廠車間組成如表1所示。 2.4.2設(shè)計(jì)依據(jù) 1）設(shè)計(jì)總平面布置圖2）全廠各車間負(fù)荷如表2所示，各車間均為380v的負(fù)荷，但有一部分為高壓設(shè)備為6kv的負(fù)荷。3）供用電協(xié)議工廠與供電部門所簽定的供用電協(xié)議主要內(nèi)容如下：（1）工廠從供電部門用35千伏雙回架空線引入本廠，其中一個(gè)作為工作電源，一個(gè)作為備用電源，兩個(gè)電源不并列運(yùn)行。（即不同時(shí)工作），供電部門短路容量為200mva，該變電所距廠東側(cè)8公里。（2）在本廠的總降壓變電所35千伏側(cè)進(jìn)行計(jì)算，本廠的功率因數(shù)應(yīng)大于0.9。3.本廠負(fù)荷

11、性質(zhì)本廠為三班工作制，最大有功負(fù)荷年利用小時(shí)數(shù)為6000小時(shí)，屬于二級(jí)負(fù)荷。3、 工廠的電力負(fù)荷及其計(jì)算 3.3工廠的電力負(fù)荷 電力負(fù)荷（electric power load）又稱電力負(fù)載，有兩種含義：一是指耗用電能用電設(shè)備或用戶，另一是指用電設(shè)備或用戶耗用的功率或電流大小，如說輕負(fù)荷（輕載）、重負(fù)荷（重載）、空負(fù)荷（空載）、滿負(fù)荷（滿載）等。電力負(fù)荷的具體含義視具體情況而定，本章指的是用電設(shè)備或用戶耗用的功率大小。計(jì)算負(fù)荷又稱需要負(fù)荷或最大負(fù)荷pmax。計(jì)算負(fù)荷是一個(gè)假想的持續(xù)性的負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同一時(shí)間內(nèi)實(shí)際變動(dòng)負(fù)荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。在配電設(shè)計(jì)中，通常采用半小時(shí)最大平均負(fù)荷p30作

12、為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。計(jì)算負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)計(jì)算的基本依據(jù)。計(jì)算負(fù)荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟(jì)合理。如果計(jì)算負(fù)荷確定得過大，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(fèi)。如果計(jì)算負(fù)荷確定得過小，又將使電器和導(dǎo)線電纜處于過負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，增加電能損耗，產(chǎn)生過熱，導(dǎo)致絕緣過早老化甚至燃燒引起火災(zāi)。由此可見，正確確定計(jì)算負(fù)荷意義重大。但是負(fù)荷情況復(fù)雜，影響負(fù)荷計(jì)算的因素很多，雖然各類負(fù)荷的變化有一定規(guī)律可循，但仍難準(zhǔn)確確定計(jì)算負(fù)荷的大小。實(shí)際上，負(fù)荷也不是一成不變的，它與設(shè)備的性能、生產(chǎn)的組織、生產(chǎn)者的技能及能源供應(yīng)的狀況等多種因素有關(guān)。因此負(fù)荷計(jì)算只

13、能力求接近實(shí)際。3.2 車間計(jì)算負(fù)荷的確定車間計(jì)算負(fù)荷是選擇工廠內(nèi)配電線路電纜型號(hào)和主要電氣設(shè)備包括車間變壓器的基本依據(jù)。我國目前普遍采用的確定計(jì)算負(fù)荷的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和二項(xiàng)式法。需要系數(shù)法是國際上普遍采用的確定計(jì)算負(fù)荷的基本方法，本設(shè)計(jì)采用需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。計(jì)算的基本公式如下：有功計(jì)算負(fù)荷p30為 （2.1）這里的kd稱為需要系數(shù)（demand coefficient），pe為車間用電設(shè)備總?cè)萘俊o功計(jì)算負(fù)荷q30為 （2.2）式中，tan為對(duì)應(yīng)于車間用電設(shè)備的正切值。視在計(jì)算負(fù)荷為 （2.3）式中，為車間供電設(shè)備的平均功率因素。計(jì)算電流i30為 （2.4）式中，un為用

14、電設(shè)備組的額定電壓。根據(jù)工廠給出的資料，通過計(jì)算整理，得出該工廠各車間的負(fù)荷計(jì)算表及該工廠6kv高壓設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算表，結(jié)果見表3.1和表3.2。3.3 工廠計(jì)算負(fù)荷的確定工廠計(jì)算負(fù)荷是選擇工廠電源進(jìn)線及主要電氣設(shè)備包括主變壓器的基本依據(jù)，也是計(jì)算工廠的功率因素及無功補(bǔ)償容量的基本依據(jù)，確定工廠計(jì)算負(fù)荷的方法很多，有需要系數(shù)法、年產(chǎn)量估算工廠計(jì)算負(fù)荷和逐級(jí)計(jì)算法等。根據(jù)國際普遍的計(jì)算方法和該冶金機(jī)械廠的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)采用需要系數(shù)法計(jì)算工廠的計(jì)算負(fù)荷。根據(jù)該廠提供的各車間及工廠高壓設(shè)備負(fù)荷數(shù)據(jù)，運(yùn)用需要系數(shù)法，根據(jù)上面給出的公式通過計(jì)算、整理得出該工廠的負(fù)荷計(jì)算表3.3。表 3.1 各車間380

15、v負(fù)荷計(jì)算表序號(hào)車間（單位）名稱設(shè)備容量/kwkd計(jì)算負(fù)荷車間變電所代號(hào)變壓器臺(tái)數(shù)及容量/kvap30/kwq30/kvars30/kvai30/a1鑄鋼車間20000.40.651.178009361232.771870no.1車變216002鑄鐵車間10000.40.701.02400408571.3867.5no.2車變2800砂庫1100.70.601.237794.71122.1194.9小計(jì)(k=0.9)2110429.3452.439624.06955.4（續(xù)表）序號(hào)車間（單位）名稱設(shè)備容量/kwkd計(jì)算負(fù)荷車間變電所代號(hào)變壓器臺(tái)數(shù)及容量/kvap30/kwq30/kvars30

16、/kvai30/a3鉚焊車間12000.30.451.98360712.8738.551215.no.3車變21000no.1水泵房280.750.80.752115.7526.2539.6小計(jì)(k=0.9)1228342.9655.695688.3211244空壓站3900.850.750.88331.5291.72442671.5no.4車變1800機(jī)修車間1500.250.651.1737.543.87557.787.7鍛造車間2200.30.551.5266100.32120182.3木型車間185.50.350.601.3365.0586.51108.2164.8制材場200.280

17、.601.335.67.4489.3314.1綜合樓200.911181825.527.3小計(jì)(k=0.9)986471.3476.9686.0410185鍋爐房12000.750.800.75225168.81125427.4no.5車變1400no.2水泵房280.750.800.752115.826.340.0倉庫（1、2）88.120.650.651.1726.430.988.1661.9污水提升站140.80.800.759.16.81417.3小計(jì)(k=0.9)430253.4200.11128490.6表3.2 各車間6kv高壓負(fù)荷計(jì)算表序號(hào)車間（單位）名稱高壓設(shè)備名稱設(shè)備容量/

18、kwkd計(jì)算負(fù)荷p30/kwq30/kvars30/kvai30/a1鑄鋼車間電弧爐212500.90.870.5722501282.52589.8248.92鑄鐵車間工頻爐23000.80.90.48320153.6532.434.23空壓站空壓機(jī)22500.850.850.52425263.5479.0348.1小計(jì)360029951699.63241.1331.4表3.3 工廠負(fù)荷計(jì)算表全廠設(shè)備容量/kwkd計(jì)算負(fù)荷p30/kwq30/kvars30/kvai30/a111540.350.790.785773.514787.27598.83285.33.4 無功功率補(bǔ)償及其計(jì)算工廠中由于

19、有大量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、電弧爐及氣體放電燈等感性負(fù)載，還有感性的電力變壓器，從而使功率因素降低。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運(yùn)行性能、提高其自然功率因素的情況下，尚達(dá)不到規(guī)定的工廠功率因素要求時(shí)，則需考慮增設(shè)無功功率補(bǔ)償裝置。假設(shè)功率因數(shù)由cos提高到cos，這時(shí)在用戶需要的有功功率p30不變的條件下，由公式（2.2）和公式（2.3）知無功計(jì)算功率和視在功率都有所減小。相應(yīng)地負(fù)荷電流i30也得以減小，這將使系統(tǒng)的電能損耗和電壓損耗相應(yīng)降低，既節(jié)約了電能，又提高了電壓質(zhì)量，而且可選較小容量的供電設(shè)備和導(dǎo)線電纜，因此提高功率因素對(duì)供電系統(tǒng)大有好處。在提高功率因素的同時(shí)，工廠總降壓變電所的主變

20、壓器容量可以選的小一些，這不僅可降低變電所的初投資，而且可以減少工廠的電費(fèi)開支，因此進(jìn)行無功功率補(bǔ)償對(duì)工廠本身也有一定經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。通過該廠的負(fù)荷計(jì)算表可知該廠的功率因素=0.79，不能達(dá)到供電部門的要求。在供電營業(yè)規(guī)則中規(guī)定：“用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)的功率因素應(yīng)達(dá)到下列規(guī)定：100kva及以上高壓供電的用戶功率因素為0.90以上?！辈⒁?guī)定，凡功率因素未達(dá)到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補(bǔ)償裝置。無功功率的人工補(bǔ)償裝置主要有同步補(bǔ)償機(jī)和并聯(lián)電容器兩種。由于并聯(lián)電容器具有安裝簡單、運(yùn)行維護(hù)方便、有功損耗小以及組裝靈活、擴(kuò)容方便等優(yōu)點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)選用并聯(lián)電容進(jìn)行無功補(bǔ)償。由該廠的負(fù)荷計(jì)算表可知

21、，總變壓器低壓側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷為4942kva，因此為進(jìn)行功率補(bǔ)償時(shí)，主變壓器容量應(yīng)選為5000kva。此時(shí)變電所低壓側(cè)的功率因素未0.79。按規(guī)定，變電所高壓側(cè)的功率因素cos0.9.?？紤]到變壓器本身的無功功率損耗qt遠(yuǎn)大于其有功功率損耗pt，一般qt=（45）pt，因此在變壓器低壓側(cè)進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，低壓側(cè)補(bǔ)償后的功率因素應(yīng)略高于0.90，這里取cos=0.93。要使低壓側(cè)功率因素由0.79提高到0.93，低壓側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為qc = 4787.2（tanarccos0.76tanarccos0.96）kvar = 2697.6kvar取 qc=2700kvar補(bǔ)償后變電所低壓側(cè)

22、的視在計(jì)算負(fù)荷為kva.因此主變補(bǔ)償后選擇容量變選擇7000kva。變壓器的功率損耗為pt 0.015= 0.0156139.2kva =92.1kwqt 0.06=0.066139.2 kva=368.4kvar變電所高壓側(cè)的計(jì)算負(fù)荷為= 5773.5kw +92.1kw = 5865.6kw =（4787.22700）kvar + 368.4kvar =2455.6kvar=109.25a補(bǔ)償后工廠的功率因素為這一功率因素滿足供電部門規(guī)定的要求。根據(jù)以上計(jì)算，本設(shè)計(jì)從常用并聯(lián)電容器中選出型號(hào)為bwf10.5-120-1的并聯(lián)電容器13臺(tái)進(jìn)行該工廠的無功功率補(bǔ)償。四、總降壓變電所變壓器臺(tái)數(shù)和

23、容量的選擇根據(jù)工廠提供的數(shù)據(jù)，本工廠負(fù)荷為二級(jí)負(fù)荷，且工廠視在計(jì)算負(fù)荷為4941.9kva，故本工廠總降壓變電所應(yīng)選擇兩臺(tái)主變壓器。由于本工廠選用兩臺(tái)主變壓器，故每臺(tái)主變壓器的容量snt不應(yīng)小于總的計(jì)算負(fù)荷s30的60%70%。但由于本工廠的負(fù)荷均為二級(jí)負(fù)荷，故該工廠的總降壓變電所選用兩臺(tái)容量為5000kva型號(hào)為s9-5000/35的變壓器，其技術(shù)參數(shù)見表4.1。表4.1 s9-5000/35變壓器技術(shù)參數(shù)額定容量/kva額定電壓/kv損耗/kw阻抗電壓（%）空載電流（%）聯(lián)結(jié)組別總體質(zhì)量/t備注高壓低壓空載短路500035，38 22.5%3.156.310.56.5031.0070.7y

24、 d1111.15沈變上變福變武變五、 短路電流計(jì)算5.1 短路電流計(jì)算的目的工廠供電系統(tǒng)要求正常地不間斷地對(duì)用電負(fù)荷供電，以保證工廠生產(chǎn)和生活的正常進(jìn)行。然而由于各種原因（如工作人員誤操作、鳥獸跨越在裸露的相線之間）也難免出現(xiàn)故障，而使系統(tǒng)的正常運(yùn)行遭到破壞。系統(tǒng)中最常見的故障就是短路（short circuit）。短路就是指不同電位的導(dǎo)電部分包括導(dǎo)電部分對(duì)地之間的低阻性短接。短路后，系統(tǒng)中出現(xiàn)的短路電流（short-circuit current）比正常負(fù)荷電流大得多。在大電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)幾萬安甚至幾十萬安。如此大的電流可產(chǎn)生很大的點(diǎn)動(dòng)力和很高的溫度，而使線路中的原件受到損害。由于

25、短路時(shí)電路的電壓驟降，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和降低產(chǎn)品質(zhì)量。繼電保護(hù)裝置在發(fā)現(xiàn)短路電流后動(dòng)作，切除故障線路，可造成不同范圍的停電。由此可見，短路的危害是很大的，因此必須盡力設(shè)法消除可能引起短路的一切因素；同時(shí)需要進(jìn)行短路電流計(jì)算，以便正確地選擇電氣設(shè)備，使設(shè)備具有足夠的動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證在發(fā)生可能有的最大短路電流時(shí)不致?lián)p壞。 為了斷則切除短路故障的開關(guān)電源、整定短路保護(hù)的繼電保護(hù)裝置和選擇限制短路電流的原件等，也必須計(jì)算短路電流。5.2 短路電流計(jì)算的方法和步驟進(jìn)行短路電流計(jì)算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標(biāo)幺值法（又稱相對(duì)單位制法），工程上常用標(biāo)幺制法。故本設(shè)計(jì)采用

26、標(biāo)幺值法進(jìn)行計(jì)算。1、繪制計(jì)算電路圖、選擇短路計(jì)算點(diǎn)。計(jì)算電路圖上應(yīng)將短路計(jì)算中需計(jì)入的所有電路元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各個(gè)元件依次編號(hào)。短路計(jì)算點(diǎn)應(yīng)選擇得使需要進(jìn)行短路效驗(yàn)的電器元件有最大可能的短路電流通過。2、設(shè)定基準(zhǔn)容量sd=100mva和基準(zhǔn)電壓ud=uc（短路計(jì)算電壓，即1.05un），并計(jì)算基準(zhǔn)電流id。 （5.1）3、計(jì)算短路回路中各主要元件的阻抗標(biāo)幺值（一般只計(jì)算電抗標(biāo)幺值）（1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值 （5.2）式中，soc電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量，單位為mva。（2）電力線路的電抗標(biāo)幺值 （5.3）式中，uc線路所在電網(wǎng)的短路計(jì)算電壓，單位為kv，uc=1.05un

27、.采用標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)，無論短路計(jì)算點(diǎn)在哪里，線路的電抗標(biāo)幺值不需換算。（3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值 （5.4）式中，uk%變壓器的短路電壓（阻抗電壓）百分值； sn 變壓器的額定容量。4、繪制短路回路等效電路，并計(jì)算總阻抗（總電抗標(biāo)幺值）。5、計(jì)算短路電流，分別對(duì)各短路計(jì)算點(diǎn)計(jì)算各短路電流、等。 （5.5）在無窮大容量系統(tǒng)中，存在下列關(guān)系： = （5.6）高壓電路中的短路沖擊電流及其有效值，按下列公式近似計(jì)算： （5.7） （5.8）低壓電路中的短路沖擊電流及其有效值，按下列公式近似計(jì)算： （5.9） （5.10）5、計(jì)算短路容量，三相短路容量按下式計(jì)算： （5.11）5.3 該廠供電系統(tǒng)電路及

28、短路等效電路該廠電源從位于距該廠東側(cè)8km處的220/35kv變電站以35kv雙回路架空線引入工廠，其中一路做為工作電源，另一路作為備用電源，兩個(gè)電源不并列運(yùn)行。其供電系統(tǒng)電路圖如圖5.1所示。該供電系統(tǒng)中，需計(jì)算圖中的四處短路點(diǎn)的短路電流、短路容量等，以用于確定一次設(shè)備，其短路等效電路圖如圖5.2所示。圖5.1 工廠供電系統(tǒng)電路圖5.4 短路計(jì)算1、取基準(zhǔn)容量sd=100mva；2、計(jì)算基準(zhǔn)電流3、電力系統(tǒng)的電抗：4、架空線路電抗：本設(shè)計(jì)采用表5.1的數(shù)據(jù)進(jìn)行架空線路電抗的計(jì)算表5.1 電力線路每相的單位長度電抗平均值線路結(jié)構(gòu)線 路 電 壓35kv及以上610kv220/380v架空線路0.

29、400.350.32電纜線路0.120.080.066因此5、變壓器電抗： 故可得出短路等效電路圖5.2，根據(jù)短路圖可算出各短路點(diǎn)的總阻抗如下： 6、計(jì)算三相短路電流和短路容量（1）k-1點(diǎn)短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路三相短路容量 圖5.2 短路等效電路圖（2）k-2點(diǎn)短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路三相短路容量（3）k-3點(diǎn)短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路三相短路容量（4）k-4點(diǎn)短路三相短路電流周期分量有效值三相短

30、路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路三相短路容量 （5）k-5點(diǎn)短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路三相短路容量（6）k-6點(diǎn)、k-9點(diǎn)短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路三相短路容量（7）k-7點(diǎn)短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路三相短路容量（8）k-8點(diǎn)短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路三相短路容量（10）k-10點(diǎn)短路三相短路電流周期分量有效值三相短路次

31、暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路三相短路容量5.5 短路計(jì)算結(jié)果根據(jù)前面短路計(jì)算得出的各種短路情況的數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理得出該廠的短路計(jì)算表見表5.2。表5.2 短路計(jì)算結(jié)果表電路點(diǎn)三相短路電流/ka三相短路容量/mvak-14.864.864.869.816.58277.78k-25.195.195.1911.687.8494.34k-354.5654.5654.56122.7682.3940.65k-44.054.054.059.116.1244.25k-535.6135.6135.6180.1353.7725.91k-61.121.121.122.531.6912.25k-7

32、62.4962.4962.49140.5994.3645.45k-820.6420.6420.6451.6031.1715.02k-91.121.121.122.531.6912.25k-1012.4312.4312.4327.9718.779.04六、總降壓變電所35kv側(cè)一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)1、35kv供電線路可先按經(jīng)濟(jì)電流密度確定經(jīng)濟(jì)截面，在校驗(yàn)其他條件。按經(jīng)濟(jì)電流密度jec計(jì)算經(jīng)濟(jì)截面aec的公式為 （6.1）式中，i30為線路的計(jì)算電流。我國現(xiàn)行的經(jīng)濟(jì)電流密度jec規(guī)定見表6.8所示。該工廠為三班工作制，年最大有功利用小時(shí)為6000h，進(jìn)線電纜選用鋁芯電纜，由表6.8查的jec=1.

33、54。由公式6.1計(jì)算得架空線路的經(jīng)濟(jì)截面因此選用截面為95mm2，型號(hào)為lgj-95的鋼芯鋁絞線，lgj-95的允許載流量ial=335ai30=71.84a，因此滿足發(fā)熱條件。2、35kv母線的選擇由發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)圖6.3查出鋁矩形導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)電流密度jec=0.68，故母線的經(jīng)濟(jì)截面故35kv母線選用255mm2單條豎放矩形導(dǎo)體，其載流量為350a，比i30大，因此滿足要求。表6.8 導(dǎo)線和電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度線路類別導(dǎo)線材質(zhì)年最大有功負(fù)荷利用小時(shí)3000h以下30005000h5000h以上架空線路銅3.002.251.75鋁1.651.150.90電纜線路銅2.502.252.00鋁1

34、.921.731.543、根據(jù)前面的計(jì)算數(shù)據(jù)，經(jīng)過綜合判斷，本設(shè)計(jì)的總降壓變電所35kv側(cè)選用中型屋外式配電裝置，并對(duì)該裝置所用到的電氣設(shè)備進(jìn)行了效驗(yàn)。其主要電氣設(shè)備的參數(shù)見表6.3，35kv側(cè)一次設(shè)備選擇效驗(yàn)表見表6.4。表6.3 35kv屋外配電裝置主要電氣設(shè)備參數(shù)名稱型號(hào)主要技術(shù)數(shù)據(jù)斷路器40 gi-e 16un=40.5kv，in=1600a，ioc=16ka電流互感器lcz-35i1n/i2n=201000a/5a電壓互感器jdj2-35u1n/u2n=35kv/0.1kvjdjj2-35熔斷器rn5-35un=35kv，in=100a，ioc=17karw10-35/2un=35k

35、v，in=2a，ioc=16.5ka 表6.4 35kv側(cè)一次設(shè)備選擇校驗(yàn)表選擇效驗(yàn)項(xiàng)目電壓電流斷流能力動(dòng)穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性裝置地點(diǎn)條件參數(shù)uni30數(shù)據(jù)35kv71.84a4.86ka9.81ka17.71ka設(shè)備型號(hào)參數(shù)uninioc/socimax斷路器40 gi-e 1640.5kv1600a16ka電流互感器lcz-3535kv1000/5a130ka900ka熔斷器rn5-3535kv100a900mva電壓互感器jdj2-3535/0.1kv4、各車間變電所二次側(cè)一次設(shè)備的選擇與效驗(yàn)低壓開關(guān)設(shè)備的選擇與校驗(yàn)，主要指低壓斷路器、低壓刀開關(guān)、低壓刀熔開關(guān)以及低壓負(fù)荷開關(guān)的選擇與校驗(yàn)。本設(shè)

36、計(jì)中個(gè)車間變電所二次側(cè)均采用低壓短路器作為開關(guān)電器，并對(duì)其進(jìn)行選擇、整定與校驗(yàn)，其結(jié)果見表6.7。表6.6 10kv側(cè)一次設(shè)備選擇校驗(yàn)表選擇效驗(yàn)項(xiàng)目電壓電流斷流能力動(dòng)穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性裝置地點(diǎn)條件參數(shù)uni30數(shù)據(jù)10kv285.3a5.19ka11.68ka20.20ka設(shè)備型號(hào)參數(shù)uninioc/socimax斷路器sn10-1010kv1000a31.5ka80ka31.5ka電流互感器laj-1010kv20800/5a181ka3600ka電壓互感器jdj2-3510/0.1kv7、 繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算為了保證工廠供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，避免過負(fù)荷和短路引起的過電流對(duì)系統(tǒng)的影響，因此在工

37、廠的總降壓變電所和廠區(qū)供電系統(tǒng)中有不同類型的繼電保護(hù)裝置。為了保證對(duì)保護(hù)裝置的選擇性、速動(dòng)性、可靠性和靈敏性的基本要求，就需要對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行整定計(jì)算，來達(dá)到目的。本章對(duì)該工廠的總降壓變電所和廠區(qū)供電系統(tǒng)的主要保護(hù)裝置進(jìn)行整定計(jì)算。7.1 總降壓變電所35kv變壓器的保護(hù)本設(shè)計(jì)的總降壓變電所采用s9-5000/35型電力變壓器，該變壓器的額定容量為5000kva，所以本設(shè)計(jì)選擇對(duì)該變壓器裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)。本設(shè)計(jì)變壓器保護(hù)均選用gl-15/10型繼電器進(jìn)行保護(hù)，采用兩相兩繼電器式接線，其接線形式見圖7.1所示，反時(shí)限過電流保護(hù)的原理圖見附錄c。下面分別對(duì)繼電保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算。1、差動(dòng)保護(hù)

38、差動(dòng)保護(hù)能正確區(qū)分被保護(hù)元件保護(hù)區(qū)內(nèi)、外故障，并能瞬時(shí)切除保護(hù)區(qū)內(nèi)的故障。變壓器差動(dòng)保護(hù)用來反映變壓器繞組，引出線及套管上各種短路故障，是變壓器的主保護(hù)。本設(shè)計(jì)差動(dòng)保護(hù)選用bch-2型繼電器，原理接線圖見附錄c，變壓器各側(cè)有關(guān)數(shù)據(jù)見表7.1。從表7.1可以看出，變壓器二次側(cè)電流i2大于一次側(cè)電流i1，所以選較大者10.5kv側(cè)為基本側(cè)。bch-2型繼電器的平衡繞組wb接于10.5kv的基本側(cè)，平衡繞組wb接于35kv側(cè)。計(jì)算差動(dòng)保護(hù)基本側(cè)動(dòng)作電流，在決定一次動(dòng)作電流時(shí)應(yīng)滿足下列三個(gè)條件：（1）躲過變壓器勵(lì)磁涌流的條件iop1=krelitn，d=1.3274.9a=357.4a（2）躲過電流互

39、感器二次短線不應(yīng)誤動(dòng)作的條件iop1=krelil，max=1.3450a=585a（3）躲過外部穿越性短路最大不平衡電流的條件式中 krel，kst可靠系數(shù)與電流互感器的同型系數(shù)，krel取1.3，kst取1；itn，d，il，max變壓器于基本側(cè)的額定電流與最大負(fù)荷電流；，改變變壓器分接頭調(diào)壓引起的相對(duì)誤差與整定匝數(shù)不同于計(jì)算匝數(shù)引起的相對(duì)誤差。去0.1，去初步0.05進(jìn)行計(jì)算；在最大運(yùn)行方式下，變壓器二次母線上短路，歸算于基本側(cè)的三相短路電流次暫態(tài)值。表7.1 s9-5000/35型變壓器差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)名稱各側(cè)數(shù)據(jù)35kv10.5kv變壓器額定電流82.5a274.9a電流互感器接線方

40、式y(tǒng)電流互感器變比計(jì)算值33.3a55a選擇電流互感器標(biāo)準(zhǔn)變比200/5600/5電流互感器二次連接臂電流3.57a2.29a選取上述條件計(jì)算值中最大的作為基本側(cè)的一次動(dòng)作電流，即iop1取585a。差動(dòng)繼電器基本側(cè)的動(dòng)作電流為式中 ktay，kcon基本側(cè)的電流互感器變比與其接線系數(shù)。該繼電器在保持時(shí)其動(dòng)作安匝數(shù)為為了平衡得更精確，是不平衡電流影響更小，可將接于基本側(cè)平衡繞組wb作為基本側(cè)動(dòng)作匝數(shù)的一部分，選取差動(dòng)繞組wb與平衡繞組wb的整定匝數(shù)wd，set=6匝，wb，set=6匝，即wop，set=wd，set +wb，set=12匝。確定費(fèi)平衡繞組匝數(shù)i1（wb+wd，set）=i2（

41、wb，set+ wd，set）選整定匝數(shù)wb,set=2匝，其相對(duì)誤差為要求相對(duì)誤差的絕對(duì)值不超過0.05，故滿足要求，不必重新計(jì)算動(dòng)作電流值。 確定短路繞組匝數(shù)，就是要確定短路繞組的插頭的插孔。它有四組插孔，短路繞組匝數(shù)越多，躲過勵(lì)磁涌流的性能越好，但當(dāng)內(nèi)部故障電流中有較大非周期分量時(shí)，bch-2型繼電器動(dòng)作時(shí)間要延長，因此，對(duì)勵(lì)磁涌流倍數(shù)大的中、小容量變壓器，當(dāng)內(nèi)部故障時(shí)短路電流非周期分量衰減較快，對(duì)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求較低，故多選用插孔c2-c1或d2-d1。本設(shè)計(jì)宜選用c1-c2插孔擰入螺釘，接通短路繞組。該繼電保護(hù)整定計(jì)算為單電源應(yīng)以最小運(yùn)行方式下10kv側(cè)兩相短路反應(yīng)到電源進(jìn)行效驗(yàn)，1

42、0.5kv側(cè)母線兩端短路歸算到35kv側(cè)流入繼電器的電流為35kv電源側(cè)bch-2型繼電器的動(dòng)作電流為則差動(dòng)保護(hù)裝置的最小靈敏系數(shù)為可見，滿足靈敏性要求.2、瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)又稱氣體繼電保護(hù)，是保護(hù)油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種基本的相當(dāng)靈敏的保護(hù)裝置，按gb500621992規(guī)定，800kva及以上的油浸式變壓器和400kva及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均裝設(shè)瓦斯保護(hù)。故該廠總降壓變電所主變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。7.2 35kv電力線路保護(hù)該工廠有35kv進(jìn)線線路兩條，一條為工作電源，另一條為備用電源。本設(shè)計(jì)35kv線路保護(hù)選用dl-10型繼電器，采用兩相兩繼電器式接線，其接線形式見圖7.1所

43、示。35kv線路采用的保護(hù)有過電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)和過負(fù)荷保護(hù)，其接線圖見附錄c，下面進(jìn)行保護(hù)的整定計(jì)算。 圖7.1 兩相兩繼電器式接線圖1、過電流保護(hù)的整定計(jì)算該線路的i30=285.3a，本設(shè)計(jì)的線路過電流保護(hù)的整定值取i30的2倍，故ilmax=2i30=570.6a。電流互感器變比為100/5，故整定電流所以動(dòng)作電流整定為43a。根據(jù)工廠的相關(guān)資料，該過電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為2s。2、電流速斷保護(hù)的整定計(jì)算該線路三相短路電流周期分量有效值ikmax=4860a，根據(jù)電流速斷保護(hù)的整定計(jì)算公式得動(dòng)作電流因此，電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流為84a。3、過負(fù)荷保護(hù)線路的過負(fù)荷保護(hù)一般對(duì)可能經(jīng)常出現(xiàn)

44、過負(fù)荷的電纜線路予以裝設(shè)，一般延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。由于本工廠負(fù)荷較大，容易出現(xiàn)過負(fù)荷現(xiàn)象，故本設(shè)計(jì)選用過負(fù)荷保護(hù)，過負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作電流故過負(fù)荷保護(hù)的整定值為18.5a，動(dòng)作時(shí)間取15s。八、防雷保護(hù)與接地裝置的設(shè)計(jì)8.1 變電所防雷保護(hù)與防雷裝置的選擇1、變電所防雷保護(hù)變電所及其屋外配電裝置，應(yīng)裝設(shè)避雷針來防護(hù)直擊雷。由于該廠變電所35kv采用屋外配電裝置，故屋外配電裝置和變電所均需裝設(shè)避雷針進(jìn)行直擊雷防護(hù)。變電所屋頂為平屋頂，宜用避雷帶做接閃器。根據(jù)它的防雷等級(jí)確定其引下線間距小于18m，避雷網(wǎng)格小于10m10m或12m8m，至少設(shè)兩處防雷接地測試點(diǎn)，其屋頂防雷平面圖見附錄d。為了防止雷電侵入波對(duì)變電所內(nèi)電氣裝置特別是對(duì)主變