工廠供電課設(shè)-春蕾機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)

1、黑龍江大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化課程名稱：工廠供電設(shè)計(jì)題目：春蕾機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)姓名：XXX學(xué)號(hào)：2012XXXX指導(dǎo)教師：XXX成績(jī)：II目錄前言1第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)31.1設(shè)計(jì)要求31.2設(shè)計(jì)依據(jù)31.2.1 工廠總平面圖31.2.2 工廠的負(fù)荷情況31.2.3 供電電源情況31.2.4 氣象資料51.2.5地質(zhì)水文資料51.3 設(shè)計(jì)任務(wù)51.4 設(shè)計(jì)時(shí)間5第二章 負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功補(bǔ)償52.1 負(fù)荷計(jì)算62.1.1 負(fù)荷計(jì)算方法的選取62.1.2 單組用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算62.1.3多組用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算72.2 無(wú)功功率的補(bǔ)償92.2.1 無(wú)功補(bǔ)償裝

2、置的選擇92.2.2 補(bǔ)償容量的計(jì)算與校驗(yàn)10第三章 變電所位置與型式的選擇113.1 變電所位置的選擇113.1.1 變電所所址選擇的一般原則113.1.2 工廠負(fù)荷中心的確定113.1.3 變電所位置的確定133.2 變電所類型的選擇14第四章 變電所主變壓器及主接線方案的選擇154.1 變電所主變壓器的選擇154.1.1 變壓器臺(tái)數(shù)和容量的確定154.1.2 變壓器類型的選擇164.2變電所主接線方案的選擇164.2.1 裝設(shè)一臺(tái)主變壓器的主接線方案174.2.2 裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的主接線方案17第五章 短路電流計(jì)算175.1 計(jì)算電路圖的繪制185.2 三相短路的短路電流計(jì)算18結(jié)論2

3、1參考文獻(xiàn)22附錄23春蕾機(jī)械廠降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)前言工廠供電，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(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。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。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。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個(gè)重要方面，而能源節(jié)約對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)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(duì)于節(jié)約能源、支援國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。工廠供電工

4、作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實(shí)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(dá)到以下基本要求：（1）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。（2）可靠: 應(yīng)滿足電能用戶對(duì)供電可靠性的要求。（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（4）經(jīng)濟(jì): 供電系統(tǒng)的投資要少，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。工廠供電設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括工廠變配電所設(shè)計(jì)、工廠高壓配電線路設(shè)計(jì)、車間低壓配電線路設(shè)計(jì)及電氣照明設(shè)計(jì)等。其基本內(nèi)容如下： （1）負(fù)荷計(jì)算全廠總降壓變電所的負(fù)荷計(jì)算，是在車間負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的?？紤]車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出全廠總

5、降壓變電所高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷及總功率因數(shù)。列出負(fù)荷計(jì)算表、表達(dá)計(jì)算成果。 （2）工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺(tái)數(shù)及容量選擇參考電源進(jìn)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(jì)算負(fù)荷以及擴(kuò)建和備用的需要，確定變壓器的臺(tái)數(shù)和容量。 （3）工廠總降壓變電所主結(jié)線設(shè)計(jì)根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負(fù)荷要求的可靠性級(jí)別和計(jì)算負(fù)荷數(shù)綜合主變壓器臺(tái)數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對(duì)它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經(jīng)濟(jì)，安裝容易維修方便。 （4）廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)廠內(nèi)負(fù)荷情況，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理性確定廠區(qū)配電電壓。參考負(fù)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(jì)算出導(dǎo)線截面及電壓

6、損失，由不同放案的可靠性，電壓損失，基建投資，年運(yùn)行費(fèi)用，有色金屬消耗量等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jì)。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(xì)表以及工程預(yù)算書表達(dá)設(shè)計(jì)成果。 （5）工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計(jì)算工廠用電，通常為國(guó)家電網(wǎng)的末端負(fù)荷，其容量運(yùn)行小于電網(wǎng)容量，皆可按無(wú)限容量系統(tǒng)供電進(jìn)行短路計(jì)算。由系統(tǒng)不同運(yùn)行方式下的短 路參數(shù)，求出不同運(yùn)行方式下各點(diǎn)的三相及兩相短路電流。 （6）改善功率因數(shù)裝置設(shè)計(jì)按負(fù)荷計(jì)算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過(guò)查表或計(jì)算求出達(dá)到供電部門要求數(shù)值所需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功率。由手冊(cè)或廠品樣本選用所需移相電容器的

7、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(dòng)機(jī)還可以采用控制電機(jī)勵(lì)磁電流方式提供無(wú)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(jì)算數(shù)據(jù)和各回路計(jì)算負(fù)荷以及對(duì)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(jìn)行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗(yàn)。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(dá)設(shè)計(jì)成果。 （8）繼電保護(hù)及二次結(jié)線設(shè)計(jì)為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運(yùn)行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動(dòng)機(jī)、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(hào)、檢測(cè)和繼電器保護(hù)裝置。并對(duì)保護(hù)裝

8、置做出整定計(jì)算和檢驗(yàn)其靈敏系數(shù)。設(shè)計(jì)包括繼電器保護(hù)裝置、監(jiān)視及測(cè)量?jī)x表，控制和信號(hào)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(dá)設(shè)計(jì)成果。（9）變電所防雷裝置設(shè)計(jì)參考本地區(qū)氣象地質(zhì)材料，設(shè)計(jì)防雷裝置。進(jìn)行防直擊的避雷針保護(hù)范圍計(jì)算，避免產(chǎn)生反擊現(xiàn)象的空間距離計(jì)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(hào)，并確定其接線部位。進(jìn)行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗(yàn)以及沖擊接地電阻計(jì)算。本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)有負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功補(bǔ)償、變電所位置及變壓器的選擇、變電所主接線設(shè)計(jì)及短路電流的計(jì)算等。第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為降壓

9、變電所的電氣設(shè)計(jì)。根據(jù)所掌握的依據(jù)和要求為春蕾機(jī)械廠設(shè)計(jì)一個(gè)降壓變電所，主要包括變壓器選型和主接線方式確定。1.1設(shè)計(jì)要求根據(jù)本廠所能取得的電源和本廠用電負(fù)荷的實(shí)際情況， 到工廠的生產(chǎn)發(fā)展，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，確定變電所的位置、型式，變電所主變壓器的型號(hào)（臺(tái)數(shù)、容量和類型），并選擇變電所的主接線方案。最后，按照要求寫出設(shè)計(jì)說(shuō)明書，繪制變電所主接線圖。1.2設(shè)計(jì)依據(jù)1.2.1 工廠總平面圖工廠總平面圖如圖1-1所示。1.2.2 工廠的負(fù)荷情況本廠多數(shù)車間為兩班制， ，日最大持續(xù)時(shí)間為5h。該廠除鑄造車間、電鍍車間和鍋爐房屬于二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬于三級(jí)負(fù)荷。低壓動(dòng)力設(shè)備均為三相

10、，額定電壓為380V，電氣照明和家用電器均為單相，額定電壓為220V。該廠的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料如表1-1。1.2.3 供電電源情況按照工廠與當(dāng)?shù)毓╇姴块T前低昂的供電用電協(xié)議規(guī)定，本廠由附近距本廠10km地方的一條6kV公用電源干線取得工作電源。該干線的走向參看工廠總平面圖。干線導(dǎo)線型號(hào)LGJ-120，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距1.5米。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量。此斷路器配有定時(shí)限過(guò)流和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過(guò)流保護(hù)圖1-1春蕾機(jī)械廠總平面圖表1-1工廠負(fù)荷資料廠房編號(hào)廠房名稱負(fù)荷類別設(shè)備容量/kW需要系數(shù)功率因數(shù)1鑄造車間動(dòng)力照明 35080.40.80.71.02金工車間動(dòng)力照明40070

11、.20.70.651.03鍛壓車間動(dòng)力照明320100.20.80.71.04工具車間動(dòng)力照明38050.20.90.651.05電鍍車間動(dòng)力照明28050.40.80.81.06熱處理車間動(dòng)力照明20040.50.80.751.07裝配車間動(dòng)力照明16080.30.80.71.08機(jī)修車間動(dòng)力照明20040.30.80.71.09鍋爐房動(dòng)力照明6010.80.80.751.010倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力照明2510.40.80.81.0生活區(qū)照明3500.70.90的動(dòng)作時(shí)間整定為1.7s，為了滿足工廠二級(jí)負(fù)荷的要求，可采用高壓聯(lián)絡(luò)線由附近的單位取得備用電源。已知與本廠高壓側(cè)由電氣聯(lián)系的架空線總長(zhǎng)度為60k

12、m,電纜線總長(zhǎng)度為15km。1.2.4 氣象資料本廠所在地區(qū)的年最高氣溫為，年平均氣溫為，年最低氣溫為，年最熱月的平均最高氣溫為，年最熱月的平均氣溫為，年最熱月地下0.8m處平均溫度為。當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，年雷暴日為20。1.2.5地質(zhì)水文資料本廠所在地區(qū)平均海拔500m，地層以砂粘土為主，地下水位2m。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書，其中包括：1）緒論。2）目錄。3）負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功補(bǔ)償。4）變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量、類型的選擇。5）變電所主接線方案的設(shè)計(jì)。6）短路電流計(jì)算。2、設(shè)計(jì)圖樣，包括：變電所主接線圖1張（A4紙張）1.4 設(shè)計(jì)時(shí)間2015年6月15日至2015年6月20日（1周）第

13、二章 負(fù)荷計(jì)算和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)變電所首先應(yīng)進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，以確定降壓變壓器的容量，并為有關(guān)設(shè)備的選型提供依據(jù)。供電營(yíng)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)的功率因數(shù)應(yīng)滿足100 kVA及以上高壓時(shí)在0.9以上，并規(guī)定，凡功率因數(shù)未達(dá)到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無(wú)功補(bǔ)償裝置，通常采用并聯(lián)電容器補(bǔ)償。所以，也應(yīng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)計(jì)算，不符合規(guī)定時(shí)確定補(bǔ)償電容的容量及型號(hào)。2.1 負(fù)荷計(jì)算負(fù)荷計(jì)算是供電設(shè)計(jì)計(jì)算的基本依據(jù)，計(jì)算負(fù)荷確定的是否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)荷確定過(guò)大，將使電器和導(dǎo)線電纜的選擇過(guò)大，造成投資和有色金屬的浪費(fèi)。但是確定過(guò)小又會(huì)導(dǎo)致電器和導(dǎo)線過(guò)負(fù)

14、荷運(yùn)行，產(chǎn)生過(guò)熱，非常危險(xiǎn)。因此，正確確定計(jì)算負(fù)荷非常重要。2.1.1 負(fù)荷計(jì)算方法的選取方案一：需要系數(shù)法。需要系數(shù)法是國(guó)際上普遍采用的確定計(jì)算負(fù)荷的基本方法，計(jì)算過(guò)程非常簡(jiǎn)便，結(jié)果也較為合理。方案二：二項(xiàng)式系數(shù)法。二項(xiàng)式系數(shù)法的應(yīng)用局限性較大，但在確定設(shè)備臺(tái)數(shù)較少而容量差別懸殊的分支干線的計(jì)算負(fù)荷時(shí)，此方法較為合理，且計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)便。該機(jī)械廠的車間較多，需要計(jì)算的設(shè)備臺(tái)數(shù)也較多，且設(shè)備容量間差別不是很大，所以選擇需要系數(shù)法更為合理。2.1.2 單組用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算單組用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算公式如下：a)有功計(jì)算負(fù)荷（單位為kW）= （2-1）為系數(shù)b)無(wú)功計(jì)算負(fù)荷（單位為kvar）=tan （

15、2-2）c)視在計(jì)算負(fù)荷（單位為kVA）= （2-3）d)計(jì)算電流（單位為A）= （2-4）為用電設(shè)備的額定電壓（單位為kV）以廠房1為例計(jì)算各負(fù)荷參數(shù)：動(dòng)力設(shè)備容量350kW，需要系數(shù)0.4，功率因數(shù)0.7；照明設(shè)備容量8kW，需要系數(shù)0.8，功率因數(shù)1.0。動(dòng)力設(shè)備: 。照明設(shè)備：?jiǎn)蜗嘭?fù)荷為8kW,轉(zhuǎn)化為三相負(fù)荷:所以，；其他9組廠房及生活區(qū)的負(fù)荷計(jì)算類似。2.1.3多組用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算多組用電設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算公式：a)有功計(jì)算負(fù)荷（單位為kW）：= （2-5）式中是所有設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷之和，是有功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，可取0.850.95。b)無(wú)功計(jì)算負(fù)荷（單位為kvar）：= （2-6）是所

16、有設(shè)備無(wú)功之和，是無(wú)功負(fù)荷同時(shí)系數(shù)，可取0.90.97。c)視在計(jì)算負(fù)荷（單位為kVA）：= （2-7）d)計(jì)算電流（單位為A）：= （2-8）取=0.9，=0.95。經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到各廠房及生活區(qū)的有功功率、無(wú)功功率、視在功率和計(jì)算電流，整個(gè)機(jī)械廠區(qū)的有功、無(wú)功和視在功率、計(jì)算電流，并計(jì)算出其功率因數(shù)為0.88。將所有的計(jì)算數(shù)據(jù)列成一個(gè)表格如表2-1所示（額定電壓為380V）。表2-1各廠房和生活區(qū)的負(fù)荷計(jì)算表編號(hào)名稱類別設(shè)備容量需要系數(shù)計(jì) 算 負(fù) 荷1鑄造車間動(dòng)力3500.40.71.02140142.8200303.9照明80.81.0019.2019.229.2小計(jì)358143.3142

17、.8202.3307.42金工車間動(dòng)力4000.20.651.178093.6123.1187.0照明70.71.0014.7014.722.3小計(jì)40785.293.6126.6192.33鍛壓車間動(dòng)力3200.20.71.026465.391.4138.9照明100.81.002402436.5小計(jì)33079.265.3102.61564工具車間動(dòng)力3800.20.651.177688.9116.9177.6照明50.91.0013.5013.520.5小計(jì)38580.688.9120182.35電鍍車間動(dòng)力2800.40.80.7511284140212.7照明50.81.0012012

18、18.2小計(jì)285111.684139.7212.26熱處理車間動(dòng)力2000.50.750.8810088133.3202.5照明40.81.009.609.614.5小計(jì)20498.688132.2200.87裝配車間動(dòng)力1600.30.71.02484968.6104.2照明80.81.0019.2019.229.1小計(jì)16860.54977.9118.38機(jī)修車間動(dòng)力2000.30.71.026061.285.7130.2照明40.81.009.609.614.6小計(jì)204 62.661.287.51339鍋爐房動(dòng)力600.80.750.884842.26497.2照明10.81.002

19、.402.43.6小計(jì)6145.442.26294.210倉(cāng)庫(kù)動(dòng)力250.40.80.75107.512.519.0照明10.81.002.402.43.6小計(jì)2611.27.513.520.511生活區(qū)照明3500.70.900.48735352.8816.61240.7總計(jì)（380V側(cè)）動(dòng)力23751599.2840.11806.41921.4照明403計(jì)入=0.9=0.950.881512.8798.11710.42598.72.2 無(wú)功功率的補(bǔ)償由于工廠中有大量的異步電動(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，從而使功率因數(shù)降低。由以上計(jì)算得知，其功率因數(shù)為0.

20、88，并未達(dá)到規(guī)定中的要求。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運(yùn)行性能和提高其自然功率因數(shù)的情況下，仍達(dá)不到規(guī)定的工廠功率因數(shù)0.9時(shí)，則需要增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置。2.2.1 無(wú)功補(bǔ)償裝置的選擇為達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?，常在線路中增加無(wú)功補(bǔ)償裝置，無(wú)功補(bǔ)償裝置主要有同步補(bǔ)償機(jī)和并聯(lián)電抗器兩種。由于并聯(lián)電抗器具有安裝簡(jiǎn)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)，因此并聯(lián)電抗器在供電系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍。設(shè)計(jì)中采用并聯(lián)電抗器的補(bǔ)償方式。2.2.2 補(bǔ)償容量的計(jì)算與校驗(yàn)由以上計(jì)算結(jié)果知，該廠補(bǔ)償前380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)只有0.88，而供電部門要求該廠6kV進(jìn)線側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)不低于0.9

21、?？紤]到主變壓器的無(wú)功損耗元大于有功損耗，因此380V側(cè)最大負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)應(yīng)稍大于0.9，暫取0.92來(lái)計(jì)算380V側(cè)所需無(wú)功功率補(bǔ)償容量：=(tan - tan)=1512.8tan(arccos0.88) - tan(arccos0.92) = 172.1kvar故選PGJ1型低壓自動(dòng)補(bǔ)償屏，并聯(lián)電容器為BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1臺(tái)與方案3（輔屏）1臺(tái)相組合，總?cè)萘?4kvar*2=168kvar。對(duì)補(bǔ)償后的無(wú)功功率進(jìn)行校驗(yàn)。380V側(cè)：有功功率不變，P30=1512.8kW；無(wú)功功率 Q30=798.1-168 kvar=630.1 kvar；1638.8 kVA；

22、2489.9A0.92。6KV側(cè)：；P30(1)=1512.8+16.4 kW =1529.2 kW；Q30(1)=630.1+82 kvar=712.1 kvar；1686.9 kVA；cos(1)=0.91。因此無(wú)功補(bǔ)償后工廠380V側(cè)和6KV側(cè)的負(fù)荷計(jì)算如表2-2所示。表2-2無(wú)功補(bǔ)償后工廠的計(jì)算負(fù)荷項(xiàng)目cos計(jì)算負(fù)荷/kW/kvar/kVA/A380V側(cè)補(bǔ)償前負(fù)荷0.881512.8798.11710.42598.7380V側(cè)無(wú)功補(bǔ)償容量-168380V側(cè)補(bǔ)償后負(fù)荷0.921512.8630.11638.82489.9主變壓器功率損耗0.01=16.40.05=8210KV側(cè)負(fù)荷計(jì)算0

23、.911529.2712.11686.9162.3第三章 變電所位置與型式的選擇3.1 變電所位置的選擇3.1.1 變電所所址選擇的一般原則變電所所址的選擇應(yīng)根據(jù)下列要求并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較后確定：1）盡量接近負(fù)荷中心，以降低配電系統(tǒng)的電能損耗、電壓損耗及有色金屬損耗。2）進(jìn)出線方便，特別要便于架空線進(jìn)出。3）接近電源側(cè)，測(cè)別是工廠的總降壓變電所和高壓配電所。4）設(shè)備運(yùn)輸方便，特別要考慮電力變壓器和高低壓成套配電裝置的運(yùn)輸。5）不宜設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場(chǎng)所，無(wú)法遠(yuǎn)離時(shí)，不應(yīng)設(shè)在污染源下風(fēng)側(cè)。6）不應(yīng)設(shè)在有劇烈震動(dòng)或高溫的場(chǎng)所，無(wú)法避免時(shí)應(yīng)有防震和隔熱措施。7）不應(yīng)設(shè)在常積水的場(chǎng)所或相鄰近的

24、地方。8）不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險(xiǎn)環(huán)境或有火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境的正上方或正下方。3.1.2 工廠負(fù)荷中心的確定確定工廠負(fù)荷中心的方法主要有兩個(gè)，即負(fù)荷指示圖和負(fù)荷功率矩法。負(fù)荷指示圖是將電力負(fù)荷一定比例用負(fù)荷圓的形式表示在工廠的平面圖上，各車間的負(fù)荷圓的圓心應(yīng)與車間的負(fù)荷中心大致相符。在負(fù)荷大體均勻分布的車間內(nèi)，這一中心就是車間的中心，在負(fù)荷分布不均勻的車間內(nèi)，這一中心應(yīng)偏向負(fù)荷集中的一側(cè)。負(fù)荷功率矩法是將工廠中所有車間表示在坐標(biāo)系中，按照各車間的負(fù)荷比重以一定規(guī)律計(jì)算出負(fù)荷中心的坐標(biāo)位置的一種方法。工廠負(fù)荷指示圖雖然可以直觀的大致確定工廠的負(fù)荷中心，但還必須結(jié)合其他條件，總體比較分析才能確定最后的結(jié)果。相

25、比而言，負(fù)荷功率矩法過(guò)程較為簡(jiǎn)單，選擇該方法確定該工廠的負(fù)荷中心。如下圖3-1所示，將該廠的平面圖放置到網(wǎng)格標(biāo)尺當(dāng)中，得到各車間的坐標(biāo)如表3-1。圖3-1 網(wǎng)格中的工廠平面圖表3-1 各車間的坐標(biāo)及功率表格廠號(hào)12345678910生活區(qū)X()120120120260260260450400380260540Y()1202102901001702501802403103050P30(kW)143.385.279.280.6111.698.660.562.645.411.2735設(shè)P1、P2、P3P10表示1到10車間的有功計(jì)算負(fù)荷，P11表示生活區(qū)負(fù)荷中心的有功計(jì)算負(fù)荷；x1、x2x10表示1

26、到10車間在坐標(biāo)系中的橫坐標(biāo)，x11為生活區(qū)負(fù)荷中心的橫坐標(biāo)；y1、y2y10表示1到10車間在坐標(biāo)系中的縱坐標(biāo)，y11為生活區(qū)負(fù)荷中心的縱坐標(biāo)。則由公式xPi=(Pixi) （3-1）yPi=(Piyi) （3-2）可計(jì)算出負(fù)荷中心的坐標(biāo)為：x=(Pixi)/ Pi=385y=(Piyi)/ Pi=123將計(jì)算出的幾何中心的坐標(biāo)表示在原坐標(biāo)圖上如圖3-1所示?？芍浯篌w位于車間4和車間5中間位置的東方，7號(hào)車間的西北方。3.1.3 變電所位置的確定工廠負(fù)荷中心是確定變電所位置的重要因素，但要具體確定變電所位置還要考慮諸多因素，比如第一小節(jié)中的選址原則和土地建筑費(fèi)用、未來(lái)發(fā)展要求等等。變電所的

27、總體布置應(yīng)因地制宜，合理設(shè)計(jì)。這里首先提出三種方案，再逐一比較選出最合理的方案。方案一：車間4的東側(cè)。距離負(fù)荷中心較近，能夠有效的降低配電系統(tǒng)的電能損耗、電壓損耗及有色金屬損耗。同時(shí)距離廠后門也非常近，且無(wú)任何阻礙，設(shè)備的運(yùn)輸方便。車間4為工具車間，無(wú)高溫、無(wú)震動(dòng)，沒有爆炸或火災(zāi)等的危險(xiǎn)，不會(huì)對(duì)變電所產(chǎn)生特別的影響。方案二：車間4的北側(cè)。首先距離負(fù)荷中心較近，能節(jié)約一定的能源。其次交通方便，便于設(shè)備的運(yùn)輸。再者距離其西側(cè)的電源干線較近，且無(wú)任何阻礙，便于架空線的進(jìn)出。而且其周圍車間都是諸如工具車間，倉(cāng)庫(kù)等的安全車間，無(wú)干擾無(wú)威脅。方案三：車間5的東側(cè)。距離負(fù)荷中心較近。距離廠門右側(cè)的電源干線較

28、近，能夠滿足靠近電源側(cè)的要求。與電源干線間無(wú)阻礙，便于架空線的架設(shè)。與廠后門之間無(wú)阻礙，交通方便，便于運(yùn)輸。車間5為電鍍車間，對(duì)變電所的影響不大。通過(guò)比較以上三種方案，得出以下結(jié)論。表3-2 變電所位置選擇方案比較方案一方案二方案三接近負(fù)荷中心等級(jí)高，特別接近負(fù)荷中心較高，相比于其他兩種方案稍遠(yuǎn)一些與方案一基本相同接近電源側(cè)等級(jí)距離西側(cè)電源干線較近比方案一近些距離南側(cè)電源干線與方案一近似周圍環(huán)境無(wú)積水，無(wú)干擾同方案一幾乎無(wú)影響架空線進(jìn)出方便程度距離個(gè)別廠房較遠(yuǎn)，不利于架空線的鋪設(shè)同方案一近似位于工廠中心，距離任何車間相對(duì)較近，便于架空線的鋪設(shè)經(jīng)過(guò)以上比較，我們認(rèn)為方案三相對(duì)更加合理。它距離負(fù)荷

29、中心很近，距離電源也較近，交通方便，且便于架空線的鋪設(shè)。因此，變電所位置選擇在5號(hào)車間的東側(cè)。3.2 變電所類型的選擇工廠變電所分總降壓變電所和車間變電所，這里只需要確定車間變電所。車間變電所安主變壓器的安裝位置來(lái)分，主要有車間附設(shè)變電所、車間內(nèi)變電所、露天變電所、獨(dú)立變電所、桿上變電所、地下變電所、樓上變電所及移動(dòng)式變電所等。選型時(shí)從最常用且最適合本次設(shè)計(jì)的三種類型入手，再進(jìn)一步確定最終的類型。方案一：車間內(nèi)變電所。以上分析確定了變電所應(yīng)位于車間5附近，該位置靠近工廠的負(fù)荷中心，所以考慮選擇車間內(nèi)變電所。選擇車間內(nèi)變電所，可以縮短低壓配電距離，從而降低電能損耗和資源的浪費(fèi)。但是變電所建設(shè)在車

30、間內(nèi)部需要占用一定的生產(chǎn)面積，而且變壓器室門朝車間內(nèi)開，對(duì)生產(chǎn)的安全有一定的威脅。方案二：露天變電所。經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，通風(fēng)散熱好，只要周圍環(huán)境正常，無(wú)腐蝕、爆炸性氣體和粉塵的場(chǎng)所可以采用。但是這種變電所安全可靠性差，存在一定的安全隱患。方案三：附設(shè)式變電所。對(duì)于生產(chǎn)面積比較緊湊和生產(chǎn)流程需要經(jīng)常調(diào)整、設(shè)備也要相應(yīng)變動(dòng)的生產(chǎn)車間宜采用此類型的變電所，此類型變電所建筑緊湊，能夠合理分配一定的建筑的面積，靠近車間和負(fù)荷中心也能減少能源的浪費(fèi)，易于架空線的架設(shè)。附設(shè)式變電所常用于機(jī)械類工廠。綜合比較以上三種方案，露天式變電所存在安全隱患，從安全的角度來(lái)看首先被排除。車間內(nèi)變電所需要占用一定的生產(chǎn)面積，存在威

31、脅的同時(shí)減少了產(chǎn)出，從經(jīng)濟(jì)性和安全性的角度也要排除。附設(shè)式變電所比較適合該機(jī)械廠的需要，選擇方案三為最終的選擇類型。但附設(shè)式分內(nèi)附式和外附式。方案一：內(nèi)附式。內(nèi)附式需要占用一定的生產(chǎn)面積，適合用于負(fù)荷中心在車間內(nèi)部的情況。從建筑外觀來(lái)看，內(nèi)附式比外附式要美觀。方案二：外附式。外附式不占或很少占用車間生產(chǎn)面積，而且變壓器室處于車間的墻外，比內(nèi)附式更加安全。該工廠的負(fù)荷中心在車間外，從這點(diǎn)看不適合采用內(nèi)附式。且內(nèi)附式需占用生產(chǎn)面積，相比外附式不安全。所以，變電所類型選用外附式的附設(shè)變電所。第四章 變電所主變壓器及主接線方案的選擇電力變壓器室變電所中最關(guān)鍵的一次設(shè)備，主要功能是將電力系統(tǒng)的電能電壓升

32、高或降低，以利于電能的合理輸送、分配和使用。該廠二次側(cè)電壓為380V，需將電源干線的6kV降壓到380V，選用降壓變壓器。設(shè)計(jì)中需要通過(guò)計(jì)算確定變壓器的臺(tái)數(shù)和容量，進(jìn)而確定變壓器的型號(hào)；具體選擇時(shí)又涉及到變壓器類型的選擇。變電所的主接線電路是電力系統(tǒng)中電能輸送和分配路線的電路。設(shè)計(jì)中根據(jù)工廠變配電所主接線的基本要求來(lái)選擇最合適的設(shè)計(jì)方案，并繪制出主接線圖。4.1 變電所主變壓器的選擇4.1.1 變壓器臺(tái)數(shù)和容量的確定由于該工廠的負(fù)荷中大部分為三級(jí)負(fù)荷，同時(shí)含有3個(gè)車間為二級(jí)負(fù)荷。所以選擇變壓器臺(tái)數(shù)和容量時(shí)有以下兩種可供選擇的方案：方案一：裝設(shè)一臺(tái)變壓器。型號(hào)為S9型，而容量根據(jù)式來(lái)確定。為主變

33、壓器容量，為總的計(jì)算負(fù)荷。選=2000 kVA>=1710.4kVA，即選一臺(tái)S9-2000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級(jí)負(fù)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(lái)承擔(dān)。方案二：裝設(shè)兩臺(tái)變壓器。型號(hào)為S9型，而每臺(tái)變壓器容量根據(jù)式（4-1）、（4-2）選擇，即1710.4 kVA=（1026.21197.3）kVA （4-1）=(202.3+139.7+62) kVA=404 kVA （4-2）因此選兩臺(tái)S9-1250/10型低損耗配電變壓器。工廠二級(jí)負(fù)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(lái)承擔(dān)。比較以上兩種方案時(shí)考慮以下原則：1）滿足用電負(fù)荷對(duì)供電可靠性的

34、要求。對(duì)于含有一、二級(jí)負(fù)荷的變電所一般采用兩臺(tái)變壓器，以便當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障時(shí)另一臺(tái)可以繼續(xù)為前兩級(jí)負(fù)荷供電。2）有二級(jí)負(fù)荷無(wú)一級(jí)負(fù)荷時(shí)，如果有其他變電所的聯(lián)絡(luò)線作為備用電源可以選擇一臺(tái)變壓器。3）對(duì)于負(fù)荷集中且容量相當(dāng)大的變電所，雖為三級(jí)負(fù)荷，也應(yīng)采用兩臺(tái)或多臺(tái)變壓器。4）確定變壓器臺(tái)數(shù)時(shí)應(yīng)考慮負(fù)荷發(fā)展，留有一定余地。5）車間變電所主變壓器的單臺(tái)容量受低壓開關(guān)電器斷流能力和短路穩(wěn)定度的要求限制，一般不宜大于1000kVA。6）經(jīng)濟(jì)性原則。根據(jù)以上原則，方案二更為優(yōu)越。從供電可靠度的方面看，兩臺(tái)變壓器能夠滿足二級(jí)負(fù)荷的要求；該廠的負(fù)荷較大，且較為集中，宜采用兩臺(tái)變壓器；考慮負(fù)荷發(fā)展時(shí)，一臺(tái)變

35、壓器總?cè)萘繛?000 kVA，而兩臺(tái)總?cè)萘?500 kVA，比一臺(tái)稍大。雖然兩臺(tái)變壓器相比一臺(tái)而言經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差，但總體考慮選擇兩臺(tái)更為合適。聯(lián)結(jié)組別選擇為Dyn11型。4.1.2 變壓器類型的選擇從繞組型式上看，采用應(yīng)用最為普遍的雙繞組變壓器。而從變壓器繞組絕緣及冷卻方式上看，有油浸式、干式和充氣式等變壓器。油浸式變壓器相比于其他兩種類型有同時(shí)兼具散熱和絕緣的特點(diǎn)，并且可正常過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，戶內(nèi)正常過(guò)負(fù)荷20%，其他兩種不考慮正常過(guò)負(fù)荷。所以宜選用油浸式變壓器。4.2變電所主接線方案的選擇發(fā)電廠、變電所的一次接線是由直接用來(lái)生產(chǎn)、匯聚、變換、傳輸和分配電能的一次設(shè)備的一次設(shè)備構(gòu)成的，通常又稱為電

36、氣主接線。主接線代表了發(fā)電廠（變電所）電氣部分的主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。它對(duì)電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置的配置起著決定性的作用，也將直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性。因此，主接線必須綜合考慮各方面因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后方可確定出正確、合理的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)以上兩種變壓器方案，可設(shè)計(jì)以下兩種主接線方案。4.2.1 裝設(shè)一臺(tái)主變壓器的主接線方案裝設(shè)一臺(tái)主變壓器時(shí)，從電源干線引入工廠的線路只有一條，經(jīng)主變壓器變壓后連接到工廠的母線側(cè)。該線路首末兩端應(yīng)裝設(shè)負(fù)荷開關(guān)和斷路器，以保證線路的安全供電及檢修時(shí)的可靠關(guān)斷。為保證干路電源故障時(shí)工廠中的二級(jí)負(fù)荷能夠正常工

37、作，要求主變一次側(cè)母線應(yīng)由附近的單位取得備用電源，即經(jīng)高壓聯(lián)絡(luò)線與臨近單位母線相連。同樣為保證發(fā)生故障時(shí)的可靠關(guān)斷和檢修時(shí)的可靠關(guān)斷應(yīng)裝設(shè)斷路器和負(fù)荷開關(guān)。為便于測(cè)量及檢測(cè)，該側(cè)母線也應(yīng)裝設(shè)電壓互感器，為避免雷電波入侵對(duì)工廠造成的威脅應(yīng)裝設(shè)避雷器。主變二次側(cè)連接到工廠的母線上，再依次將電能輸送到各生產(chǎn)車間。裝設(shè)一臺(tái)主變時(shí)的主接線方案圖見附錄2。4.2.2 裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的主接線方案為保證工廠二級(jí)負(fù)荷的可靠供電，可選擇兩臺(tái)主變壓器的主接線方案。當(dāng)其中的一臺(tái)故障時(shí)，可保證另外一臺(tái)正常為負(fù)荷供電，提高了供電的可靠性。兩臺(tái)變壓器的一次側(cè)都與6kV電源干線相連，同一臺(tái)主變類似，線路中至少裝設(shè)一套負(fù)荷開

38、關(guān)和斷路器。同時(shí)與高壓側(cè)母線連接的還應(yīng)有高壓聯(lián)絡(luò)線和避雷器、電壓互感器等設(shè)備。主變的低壓側(cè)采用單母線分段的方式，即將1號(hào)主變的低壓側(cè)連接到分段母線的一側(cè)，2號(hào)主變的低壓側(cè)連接分段母線的另一側(cè)，兩段母線由母聯(lián)開關(guān)相連。正常工作時(shí)，每段母線承受一定的車間負(fù)荷，互不干擾；當(dāng)一條供電線路出現(xiàn)故障時(shí)，將母聯(lián)開關(guān)閉合，由另一條供電線路暫時(shí)為全廠供電，這樣提高了供電的可靠性。裝設(shè)兩臺(tái)主變的主接線方案圖見附錄1。第五章 短路電流計(jì)算工廠供電系統(tǒng)要求正常不斷的對(duì)用電負(fù)荷供電，以保證工廠生產(chǎn)的正常運(yùn)行。但是由于各種原因，難免出現(xiàn)故障，短路就是最常見的故障。短路故障出現(xiàn)的短路電流比正常負(fù)荷電流大的多，如此大的電流會(huì)

39、對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生極大的危害，因此需要對(duì)短路電流進(jìn)行必要的計(jì)算，以此來(lái)確定短路時(shí)通過(guò)各元件的電流，并設(shè)置保護(hù)裝置動(dòng)作的電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的保護(hù)。短路形式主要有三相短路、兩相間短路和單相短路等。電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路的可能性最大，但三相短路的短路電流比單相大的多，造成的危害也最為嚴(yán)重。因此，作為選擇和校驗(yàn)電器和導(dǎo)體依據(jù)的短路電流通常選為三相短路電流。本章從繪制計(jì)算電路圖開始，據(jù)此依步計(jì)算三相短路電流。5.1 計(jì)算電路圖的繪制本廠由附近距本廠10km地方的一條6kV公用電源干線取得工作電源，干線導(dǎo)線型號(hào)LGJ-120，導(dǎo)線為等邊三角形排列，線距1.5米。干線首端所裝設(shè)的高壓斷路器斷流容量，此斷路器

40、配有定時(shí)限過(guò)流和電流速斷保護(hù)，定時(shí)限過(guò)流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間整定為1.7s。據(jù)此，繪制出計(jì)算電路圖： 圖5-1 計(jì)算電路圖5.2 三相短路的短路電流計(jì)算計(jì)算過(guò)程采用簡(jiǎn)便的標(biāo)幺值法。1、確定短路計(jì)算基準(zhǔn)值：設(shè)基準(zhǔn)容量=100MVA，基準(zhǔn)電壓=1.05，為短路計(jì)算電壓，即高壓側(cè)=6.3kV，低壓側(cè)=0.4kV，則2、計(jì)算短路電路中各個(gè)主要元件的電抗標(biāo)幺值：1）電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值已知電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量=200MVA，故 =100MVA/200MVA=0.52）架空線路的電抗標(biāo)幺值查表得LGJ-150的線路電抗，而線路長(zhǎng)10km，故 3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值查表得變壓器的短路電壓百分值=5，故繪制等效電路圖如圖5-2所示：圖5-2 短路等效電路圖（標(biāo)幺值法）3、計(jì)算k-1點(diǎn)的短路電路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量：1）總電抗標(biāo)幺值=0.5+8.8=9.