某電機修造廠總降壓變電所以及高壓配電系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計

1、某電機修造廠總降壓變電所以及高壓配電系統(tǒng)設(shè)計摘要 電力行業(yè)作為國家經(jīng)濟的命脈之一，無論在工農(nóng)業(yè)建設(shè)還是普通民用都扮演著中流砥柱的作用，為社會主義現(xiàn)代建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。宏觀意義電力行業(yè)需要通過客觀縝密的工廠供配電系統(tǒng)設(shè)計體現(xiàn)，這是本設(shè)計的價值所在。本設(shè)計內(nèi)容針對鄭州某電機修造廠的供配電設(shè)計，據(jù)任務(wù)書要求，通過查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)，運用大學(xué)階段學(xué)習(xí)成果，通過具體討論工廠配電系統(tǒng)方案設(shè)計的原理，進(jìn)行總體設(shè)計和詳細(xì)分析說明，包括：負(fù)荷計算和無功功率補償、變電所位置和型式的選擇、變電所主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇、變電所主接線方案、短路電流的計算、變電所一次設(shè)備的選擇與校驗、變電所出線的選擇、變電所二

2、次回路方案的選擇與繼電保護的整定、防雷保護與接地裝置。以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄍ瓿杀驹O(shè)計的內(nèi)容，達(dá)到設(shè)計任務(wù)書的要求，將電力行業(yè)中的單元組成工廠供配電系統(tǒng)設(shè)計反應(yīng)出來。關(guān)鍵詞： 負(fù)荷計算 短路電流計算 主接線方案 繼電保護整定 防雷和接地ABSTRACTPower industry as the lifeblood of the national economy, both in industrial and agricultural construction or ordinary civilian plays a pillar of strength for the socialist moder

3、nization construction has laid a solid foundation. Macro sense the power industry needs through objective careful plant design reflects the supply and distribution system, which is the design value. The design content for a motor built factory in Zhengzhou for the distribution design, according to t

4、he mission statement requirements, access to relevant information through literature, the use of university level learning outcomes, through specific discussion of plant distribution system design principles, design and carry out a detailed analysis of the overall Description, including: load calcul

5、ation and reactive power compensation, substation location and type selection, and the number of main transformer substation capacity, type of selection, substation main Wiring, short-circuit current calculations, a substation equipment selection and validation, substation outlet choice, substation

6、secondary circuit program selection and tuning protection, lightning protection and grounding devices. Rigorous scientific method to complete the content of this design, to meet the design requirements of the mission statement, the electric power industry in the units - factories reflected supply an

7、d distribution system design.Keywords:Load calculations, short circuit current calculation, Main Wiring, relay setting, lightning protection and grounding目 錄摘要IABSTRACTII1緒論11.1工廠供電的目的意義11.2本次設(shè)計的任務(wù)要求21.3設(shè)計資料21.4工廠平面圖32負(fù)荷計算和無功功率補償42.1負(fù)荷計算42.1.1負(fù)荷計算概述42.1.2按需要系數(shù)法確定計算負(fù)荷42.1.3多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的確定52.1.4工廠各車間負(fù)荷計

8、算表62.1.5全廠負(fù)荷計算62.2無功功率的補償73變電所參數(shù)的確定103.1總降壓變電所位置的選擇103.2總降壓變電所型式的選擇123.3總降壓變電所主變壓器臺數(shù)的選擇123.4總降壓變電所主變壓器容量的選擇123.5總降壓變電所主變壓器的選擇134變電所主接線方案的設(shè)計144.1變電所主接線方案的設(shè)計原則與一般要求144.2變電所主接線的接線方式144.3變電所主接線圖155短路電流的計算165.1短路電流計算方法165.2短路電流計算過程175.2.1最大運行方式175.2.2系統(tǒng)最小運行方式195.2.3三相短路電流統(tǒng)計表196總降壓變電所一次設(shè)備的選擇與校驗206.1一次設(shè)備選擇

9、與校驗的條件與項目206.1.1按正常工作條件選擇206.1.2按短路條件校驗206.2 35kV側(cè)一次設(shè)備選擇與校驗216.3 10kV側(cè)一次設(shè)備選擇與校驗226.4 高壓開關(guān)柜的選擇236.5 母線的選擇237變電所進(jìn)出線的選擇與校驗247.1進(jìn)出線方式的選擇247.2進(jìn)出線的選擇與校驗條件247.2.1按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)線和電纜的截面247.2.2按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線和電纜的截面257.2.3電壓損耗的計算257.3變電所35kV側(cè)進(jìn)線的選擇257.4變電所出線的選擇267.5備用電源線的選擇277.6車間饋線的選擇277.7進(jìn)出線選擇結(jié)果288變電所二次回路方案的選擇與繼電保護的整定2

10、98.1高壓斷路器的操動機構(gòu)控制與信號回路298.2電能計量回路298.3測量和絕緣監(jiān)察回路298.4繼電保護概述298.4.1對繼電保護裝置的基本要求298.4.2繼電保護的靈敏系數(shù)308.5電力變壓器的繼電保護308.5.1電力變壓器保護裝置的配置要求308.5.2變壓器過電流保護的整定計算308.5.3變壓器電流速斷保護的整定計算318.5.4變電所的保護裝置318.6電力線路的繼電保護328.6.1概述328.6.2電力線路的保護339變電所防雷接地保護與接地裝置的設(shè)計369.1變電所和線路的防雷保護369.1.1防雷設(shè)備369.1.2電力線路的防雷措施369.1.3總降壓變電所的防雷

11、措施369.2接地裝置的設(shè)計3610結(jié)論38參考文獻(xiàn)39致謝40附錄一41附錄二421 緒論1.1工廠供電的目的意義 眾所周知，電力工業(yè)是國民經(jīng)濟建設(shè)的重要部門，也是國民經(jīng)濟建設(shè)的基礎(chǔ)，它為工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)及社會生活提供能源。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化、自動化水平的快速發(fā)展，對電能的需求量越來越大，對供電的可靠性、經(jīng)濟性、靈活性及電能質(zhì)量的要求也越來越高1。雖然電能消耗在工業(yè)生產(chǎn)中的產(chǎn)品成本中占的比重在5%左右，供電設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)的總投資中也占5%左右。但是工廠供電卻能提高勞動生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、減輕工人勞動強度等，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。不過也同樣存在巨大的風(fēng)險，當(dāng)工

12、廠供電中斷，即使是短時間的中斷都將有可能引起重大人身事故、機械設(shè)備損壞、產(chǎn)生大量的報廢品等嚴(yán)重后果，給人民、工廠、國家?guī)斫?jīng)濟、環(huán)境的重大損失。因此，做好工廠供電對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，減少事故傷害都有著重要的意義。此外，在工廠供電的過程中，還要處理好局部和全局，當(dāng)前與長遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照顧當(dāng)前利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展2。為了使工廠供電工作更好地為生產(chǎn)服務(wù)，切實保證工廠生產(chǎn)和群眾生活用電的需要并節(jié)約能源，當(dāng)電能從電網(wǎng)引入到工廠時就應(yīng)滿足供電的基本要求。在工廠供電的基本要求中，安全性指在工廠供電的過程中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故等重大損失?？煽啃灾高B續(xù)供電的要求，負(fù)荷

13、等級的不同對供電可靠性的要求也不同，衡量供電可靠性的指標(biāo)一般以全部平均供電時間占全年時間的百分?jǐn)?shù)來表示。安全性、可靠性也是對電力系統(tǒng)的基本要求，但是，絕對的安全性、可靠性是不存在的，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，應(yīng)能借助保護裝置把故障隔離，使事故停止擴大并盡快恢復(fù)供電。衡量電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)是電壓和頻率，要保證供電的優(yōu)質(zhì)性，供電的電壓和頻率都必須滿足要求，在配電時需要知道線路、變電所的電壓損耗，通過計算實現(xiàn)電氣設(shè)備端電壓為額定電壓，同時電力系統(tǒng)應(yīng)對配電的頻率給予保證。經(jīng)濟性指的是供電系統(tǒng)的投資少，運行費用低，并盡可能的節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量，能源不但是國民經(jīng)濟的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時也是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要

14、因素，降低能源消耗、提高有效利用程度是一項重大政策，電能是高價的二次能源，它從一次能源的利用程度只有30%，因此節(jié)約電能是節(jié)約能源的重要方面，工業(yè)用電占電能消耗的70%以上，所以工廠的電能節(jié)約有特別重要的意義，節(jié)約電能需滿足技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理和對環(huán)境保護無妨礙3。本次設(shè)計是為電機修造廠設(shè)計一個總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)，在設(shè)計時不僅要滿足工廠生產(chǎn)工藝的具體要求，保證安全可靠的提供電能，同時要力求合理，投資少，運行費用低。在滿足這些要求后也要做到對環(huán)境無妨礙，對有色金屬的消耗量小的原則。1.2本次設(shè)計的任務(wù)要求鄭州某電機修造廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設(shè)計，是根據(jù)各個車間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生

15、產(chǎn)工藝對負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布局，結(jié)合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟的分配電能問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面：1）負(fù)荷計算和無功功率補償2）變電所位置和型式的選擇3）變電所主變壓器臺數(shù)和容量、類型的選擇4）變電所主接線方案的設(shè)計5）短路電流的計算6）變電所一次設(shè)備的選擇與校驗7）變電所出線的選擇與繼電保護的整定8）變電所二次回路方案的選擇與繼電保護的整定9）防雷保護與接地裝置的設(shè)計1.3設(shè)計資料 1.工廠生產(chǎn)任務(wù)、規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格本廠承擔(dān)某大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)各附屬廠的電機、變壓器修理和制造任務(wù)。年生產(chǎn)規(guī)模為修理電機7500臺，總?cè)萘繛?5萬KW；制造電機總?cè)萘繛?萬KW，制造單機最大容量

16、為5520KW；修理變壓器500臺；生產(chǎn)電氣備件為60萬件。是大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)重要組成部分。 2.供用電協(xié)議 1）當(dāng)?shù)毓╇姴块T可提供兩個供電電源，供設(shè)計部門選定：（1）從某220/35kV區(qū)域變電所提供電源，此站距廠南側(cè)4.5公里。（2）為滿足二級負(fù)荷的需求，從某35/10kV變電所，提供10kV備用電源，此所距廠南側(cè)4公里。 2） 電力系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)，如表1-1所示。其供電系統(tǒng)圖，如圖1.1所示。表1.1區(qū)域變電站35kV母線短路數(shù)據(jù)系統(tǒng)運行方式系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)系統(tǒng)運行方式系統(tǒng)短路數(shù)據(jù)系統(tǒng)最大運行方式600MVA系統(tǒng)最小運行方式280MVA 3）供電部門對工廠提出的技術(shù)要求：（1）區(qū)域變電所60k

17、V饋電線的過電流保護整定時間1.8s，要求工廠總降壓變電所的過電流保護整定時間不大于1.3s。（2）在企業(yè)總降壓變電所35kV側(cè)進(jìn)行電能計量。（3）該廠的總平均功率因數(shù)值應(yīng)在0.9以上。圖1.1 供電系統(tǒng)圖 4）供電貼費為700元/kVA。每月費用按兩部電費制：基本電費為18元/kVA，動力電費為0.4元/kVA，照明電費為0.5元/kVA。 3. 工廠負(fù)荷性質(zhì) 本廠大部分車間為一班制，少數(shù)車間為兩班或三班制，年最大有功負(fù)荷利用小時數(shù)為2300h。鍋爐房供生產(chǎn)用高壓蒸汽，停電會使鍋爐發(fā)生危險。又由于該廠距離市區(qū)較遠(yuǎn)，消防用水需廠方自備。因此，要求供電具有一定的可靠性。 4.鄭州氣象資料 年最高

18、氣溫43，年平均氣溫14.3，年最低氣溫-17.9，年最熱月平均氣溫32，年最熱月地下0.8m處平均溫度24.4，常年主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)和西北風(fēng)，年雷暴日數(shù)22天，平均海拔110.4m，底層以砂粘土為主，地下水位3到5m。1.4工廠平面圖2 負(fù)荷計算和無功功率補償2.1負(fù)荷計算負(fù)荷計算概述計算負(fù)荷指通過負(fù)荷的統(tǒng)計計算求出的、用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值。根據(jù)計算負(fù)荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，如果以計算負(fù)荷連續(xù)運行，其發(fā)熱溫度不會超過允許值。計算負(fù)荷是供電設(shè)計計算的基本依據(jù)。計算負(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)濟合理，因此，正確確定計算負(fù)荷非常重要。但是，

19、負(fù)荷情況復(fù)雜，影響計算負(fù)荷的因素很多，雖然各類負(fù)荷的變化有一定的規(guī)律可循，但仍難準(zhǔn)確確定計算負(fù)荷的大小。實際上，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)者的技能及能源的狀況等多種因素有關(guān)。因此負(fù)荷計算只能力求接近實際。目前普遍采用確定用電設(shè)備計算負(fù)荷的方法有需要系數(shù)法和二項式法?，F(xiàn)在國際上普遍采用需要系數(shù)法確定計算負(fù)荷，二項式法在確定設(shè)備臺數(shù)較少且各臺設(shè)備容量差別大的分支干線計算負(fù)荷時比較合理4。按需要系數(shù)法確定計算負(fù)荷1）有功計算負(fù)荷(kW) (2-1)式中，Pe為用電設(shè)備組的設(shè)備容量，為設(shè)備的需要系數(shù)。2）無功計算負(fù)荷(kvar) (2-2)式中，為對應(yīng)用電設(shè)備組的正切值。3

20、）視在計算負(fù)荷(kVA) (2-3)式中，為用電設(shè)備的平均功率因素。4）計算電流(A) (2-4)式中，為用電設(shè)備組的額定電壓(kV)。多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的確定確定擁有多組用電設(shè)備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負(fù)荷時，應(yīng)考慮各組用電設(shè)備的最大負(fù)荷不同時出現(xiàn)的因素。因此在確定多組用電設(shè)備的計算負(fù)荷時，應(yīng)結(jié)合具體情況對其有功負(fù)荷和無功負(fù)荷分別計入一個同時系數(shù)和。對車間干線，取 對低壓母線，分兩種情況：1） 由用電設(shè)備組計算負(fù)荷直接相加來計算時，取2)由車間干線計算負(fù)荷直接相加來計算時，取 總的有功計算負(fù)荷為 (2-5)總的無功計算負(fù)荷為 (2-6)以上兩式中的和分別為各組用電設(shè)備的有功和無

21、功計算負(fù)荷之和?？偟囊曉谟嬎阖?fù)荷為 (2-7)總的計算電流為 (2-8)工廠各車間負(fù)荷計算表表2.1 工廠各車間負(fù)荷計算表序號車間名稱設(shè)備容量（kW）計算負(fù)荷變壓器臺數(shù)及容量車間變電所代號P30（kW）Q30（kvar）S30（kVA）1電機修造車間250560950078811000No.1車變2機械加工車間8861632583051400No.2車變3新品試制車間6342223364031500No.3車變4原料車間5143101833601400No.4車變5備件車間5621991582541315No.5車變6鍛造車間1053658681100No.6車變7鍋爐房26919717226

22、21315No.7車變8空壓站3221811592411315No.8車變9汽車庫53302740180No.9車變10大線圈車間3351871182211250No.10車變11半成品試驗站3652874641500No.11車變12成品試驗站229064048080011000No.12車變13加壓站（10kV轉(zhuǎn)供負(fù)荷）256163139214125014設(shè)備處倉庫（10kV轉(zhuǎn)供負(fù)荷）338288444150015成品試驗站內(nèi)大型集中負(fù)荷3600288023003686主要為高壓整流裝置，要求專線供電。全廠負(fù)荷計算由于此處按逐級計算法計算全廠負(fù)荷，則應(yīng)該是高壓母線上所有高壓配電線路計算負(fù)荷

23、之和，再乘上一個同時系數(shù)。高壓配電線路的計算負(fù)荷，應(yīng)該是該線路所供車間變電所低壓側(cè)的計算負(fù)荷，加上變壓器功率損耗PT和高壓配電線路的功率損耗PWL，如此逐級計算即可求得供電系統(tǒng)所有元件的計算負(fù)荷。但對于一般工廠來說，由于高低壓配電線路一般不是很長，其損耗較小，因此在確定其計算負(fù)荷時往往不計線路損耗2。變壓器的功率損耗可簡化公式近似計算：有功損耗 (2-9)無功損耗 (2-10)以上二式中為變壓器二次側(cè)的視在計算負(fù)荷。由于加壓站、設(shè)備處倉庫、成品試驗站內(nèi)大型集中負(fù)荷都是高壓設(shè)備，因此沒有車間變電所，所以并無變電所損耗。在表2-1中可計算得知380V側(cè)總的視在計算負(fù)荷為則車間變電所有功損耗： 車間

24、變電所無功損耗： 取，由表2-1可計算得知，。因此總的計算負(fù)荷為 2.2無功功率的補償工廠中由于有大量的異步電動機、電焊機、電弧爐及氣體放電燈等感性負(fù)荷，還有感性的電力變壓器，從而使功率因數(shù)降低。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運行性能、提高其自然功率因數(shù)的情況下，尚達(dá)不到規(guī)定的工廠功率因數(shù)要求時，則需考慮增設(shè)無功功率補償裝置。電力系統(tǒng)中無功補償常用同步調(diào)相機、并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器3種方式。同步調(diào)相機是電力系統(tǒng)中最早使用補償裝置的典型代表，并聯(lián)電容器是應(yīng)用最廣泛的無功補償裝置。目前國內(nèi)外大多數(shù)工廠就采用并聯(lián)電容器的方式進(jìn)行無功補償。依照電力電容器在工廠供電系統(tǒng)中安裝地點的不同又可以分為高壓集中

25、補償、低壓集中補償和低壓分散補償3 種方式5。由于本次設(shè)計中的車間變電所較多，所以本次設(shè)計在總降壓變電所的10kV側(cè)進(jìn)行無功功率補償。在10kV側(cè)進(jìn)行無功功率補償后，可使得10kV側(cè)的總的視在計算負(fù)荷減小，使得總降壓變電所主變壓器的容量減小，不僅可以減小變電所的初投資，同時也可以減小工廠的電費開支。補償容量可按下式確定： (2-11) (2-12)式中，為補償前自然平均功率因數(shù)對應(yīng)的正切值；為補償后自然平均功率因數(shù)對應(yīng)的正切值；為補償率；為設(shè)計時求得的平均負(fù)荷，單位為；為單個電容器的容量，單位為；為并聯(lián)電容器的個數(shù)。在本次設(shè)計中，總降壓變電所10kV側(cè)的功率因數(shù)為按規(guī)定，該廠的總平均功率因數(shù)值

26、應(yīng)在0.9以上，考慮到總降壓變電所變壓器本身的無功功率損耗遠(yuǎn)大于其有功功率損耗，一般，因此在變壓器10kV側(cè)進(jìn)行無功功率補償時，10kV側(cè)補償后的功率因數(shù)應(yīng)略高于0.9，這里取。要使10kV側(cè)功率因數(shù)由0.739提高到0.92，10kV側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為取 補償后的變電所10kV側(cè)的視在計算負(fù)荷為主變壓器的功率損耗為 變電所高壓側(cè)的計算負(fù)荷為補償后工廠的功率因數(shù)為這一功率因數(shù)滿足要求。通過查表可選擇補償電容器的型號為BWF10.5-100-1,額定容量為100kvar，則通過2-12公式可知所需并聯(lián)電容器的個數(shù)為 無功補償前后的計算負(fù)荷如表2.2所示。表2.2 無功補償前后的計算負(fù)荷項

27、目計算負(fù)荷10kV側(cè)補償前負(fù)荷0.7395905.865389.647995.46461.6310kV側(cè)無功補償容量-300010kV側(cè)補償后容量0.9275905.862389.646371367.84主變壓器功率損耗63.7318.6總降壓變電所35kV側(cè)負(fù)荷總計0.9175969.62708.26555.2108.143 變電所參數(shù)的確定3.1總降壓變電所位置的選擇變電所位置的選擇，應(yīng)根據(jù)下列要求同時進(jìn)行經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析比較后確定：1）盡量接近負(fù)荷中心；2）進(jìn)出線方便；3）接近電源側(cè)；4）設(shè)備運輸方便；5）不應(yīng)設(shè)在有劇烈振動或高溫的場所，無法避開時，應(yīng)有防震和隔熱的措施；6）不宜設(shè)在多塵或

28、有腐蝕性氣體的場所，無法遠(yuǎn)離時，不應(yīng)設(shè)在污染源的下風(fēng)側(cè)；7）不應(yīng)設(shè)在浴室、廁所等經(jīng)常積水場所的下方，且不宜與上述場所相鄰；8）不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險環(huán)境的正上方或正下方，同時不宜設(shè)在有火災(zāi)危險環(huán)境的正上方或正下方；9）不應(yīng)設(shè)在地勢低洼和可能積水的地方。在滿足了技術(shù)經(jīng)濟比較后，同時需要滿足總體布置要求：1.便于運行維修和檢修。2.保證安全運行。3.便于進(jìn)出線。4.節(jié)約土地和建筑費用。5.適應(yīng)發(fā)展要求。在選擇負(fù)荷中心的確定方法時，本設(shè)計選擇利用功率矩法確定負(fù)荷中心。在工廠平面圖的下邊和左側(cè)，任作一直角坐標(biāo)x軸和y軸，測出各車間負(fù)荷區(qū)的坐標(biāo)位置，例如,、,、,等。而工廠的負(fù)荷中心設(shè)在,，P為。因此仿照力

29、學(xué)中計算重心的力矩方程，可得負(fù)荷中心的坐標(biāo)： (3-1) (3-2)通過該電機修造廠總平面圖可以測得每個車間負(fù)荷區(qū)的坐標(biāo)位置：No.1車變： ,=(16.4，8.2)；No.2車變： ,=(14.1，5.1)；No.3車變： ,=(9.3，5.0)；No.4車變： ,=(12.2，4.8)；No.5車變： ,=(11.1，9.3)；No.6車變： ,=(13.6，12.5)；No.7車變： ,=(9.8，7.0)；No.8車變： ,=(9.8，9.2)；No.9車變： ,=(7.2，4.9)；No.10車變： ,=(14.6，7.8)；No.11車變： ,=(16.4，4.8)；No.12車變

30、： ,=(16.4，10.5)；加壓站： ,=(16.4，10.5)；設(shè)備處倉庫： ,=(16.4，10.5)；成品試驗站內(nèi)大型集中負(fù)荷：,=(16.4，10.5)；坐標(biāo)圖如圖2.1所示。圖2.1 工廠車間坐標(biāo)圖將以上數(shù)據(jù)帶入公式3-1和3-2可得 所以全廠的負(fù)荷中心為,=(15.25，11.71)。由計算可知，工廠的負(fù)荷中心在成品試驗房的東側(cè)，該負(fù)荷中心位于水塔、水池等積水中心的正南側(cè)，由于鄭州常年主導(dǎo)風(fēng)向是東南風(fēng)和西北風(fēng)，因此負(fù)荷中心滿足不在這些積水場所的正下方。該負(fù)荷中心同時是處于該廠的南側(cè)，而該工廠是在距廠南側(cè)4.5公里的區(qū)域變電所提供電源，滿足了進(jìn)線方便的原則。同時，該負(fù)荷中心基本滿

31、足變電所所址選擇的一般原則。因此，將總降壓變電所位置設(shè)于成品試驗站的東南側(cè)。3.2總降壓變電所型式的選擇 35/10kV變電所分屋內(nèi)式和屋外式，屋內(nèi)式運行維護方便，占地面積少。在選擇35kV總降壓變電所型式時，應(yīng)考慮設(shè)在地區(qū)的地理情況和環(huán)境條件，因地制宜；技術(shù)經(jīng)濟合理時，應(yīng)優(yōu)先選用占地面積少的型式。35kV變電所宜用屋內(nèi)式。在負(fù)荷較大時，應(yīng)該采用附設(shè)式或半露天式變電所。而在半露天式的變電所不宜設(shè)在有可燃粉塵、可燃纖維的場所，容易沉積灰塵或?qū)щ妷m埃，且嚴(yán)重影響變壓器安全運行的場所。獨立式變電所中，不受車間生產(chǎn)影響，不占車間生產(chǎn)面積，但是建筑費用高，該型式主要應(yīng)用于總降壓變電所、高壓配電所及各車間

32、負(fù)荷小而分散，或需遠(yuǎn)離有易燃易爆危險及有腐蝕性車間。該負(fù)荷中心的周圍是材料房，屬于易燃易爆類，因此采用屋內(nèi)式。同時，在本次設(shè)計中采用獨立式變電所6。3.3總降壓變電所主變壓器臺數(shù)的選擇總降壓變電所主變壓器的臺數(shù)應(yīng)根據(jù)負(fù)荷特點和經(jīng)濟運行要求進(jìn)行選擇。當(dāng)符合下列條件之一時，宜裝設(shè)兩臺及以上變壓器：1） 有大量一級和二級負(fù)荷。2） 季節(jié)性負(fù)荷變化較大，適于采用經(jīng)濟運行方式。3） 集中負(fù)荷較大，例如大于1250kVA。其他情況宜裝設(shè)一臺變壓器2。在本工廠中，鍋爐房供生產(chǎn)用高壓蒸汽，停電會使鍋爐發(fā)生危險。又由于該廠距離市區(qū)較遠(yuǎn)，消防用水需廠房自備。因此，要求供電具有一定的可靠性，故鍋爐房屬于一級負(fù)荷。在

33、另外的車間中，大多數(shù)都屬于三級負(fù)荷。同時負(fù)荷晝夜變化較大，因此在選擇主變壓器臺數(shù)時選擇為兩臺。3.4總降壓變電所主變壓器容量的選擇 在3.3中已經(jīng)知道，主變壓器的臺數(shù)選擇為兩臺，而選擇變電所裝有兩臺主變壓器的容量時，每臺變壓器的容量SNT 應(yīng)滿足以下兩個條件：1） 任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總計算負(fù)荷S30的大約60%70%的需要，即 (3-3)2）任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足全部一、二級負(fù)荷的需要，即 （3-4)同時，對于總降壓變電所的選擇需要適當(dāng)考慮以后電力負(fù)荷的增長，留有一定的余地。由式3-3、3-4可知 當(dāng)選擇單臺變壓器的容量為5000kVA時，滿足式3-4。這里的容量是在一定溫

34、度（20）下的持續(xù)最大輸出容量。如果安裝地點的年平均氣溫不是20時，則年平均氣溫每升高1，變壓器容量相應(yīng)的減小1%，而在室內(nèi)運行時，在該基礎(chǔ)上還要減小8%。因此室內(nèi)電力變壓器的實際容量為 (3-5) 鄭州的年平均氣溫為14.3。因此鎖選擇變壓器的實際容量為 該實際容量滿足要求。3.5總降壓變電所主變壓器的選擇主變壓器的型式可分為一下幾類：1） 油浸式，一般正常的變電所。2） 干式，用于防火要求較高或環(huán)境潮濕、多塵的場所。3） 密閉式，用于具有化學(xué)腐蝕性氣體、蒸汽或具有導(dǎo)電、可燃粉塵、纖維會嚴(yán)重影響變壓器安全運行的場所。4） 防雷式，用于多雷區(qū)及土壤電阻率較高的山區(qū)。5） 有載調(diào)壓室，用于電力系

35、統(tǒng)供電電壓偏低或電壓波動嚴(yán)重且用電設(shè)備對電壓質(zhì)量又要求較高的場所。 綜合比較可選擇該變壓器型式為油浸式。 主變壓器的聯(lián)結(jié)組別通常有Yyn0、Dyn11、Yd11三種類型。Yyn0、Dyn11的聯(lián)結(jié)組別的主要適用于10KV系統(tǒng)。Yd11的聯(lián)結(jié)組別主要適用于35kV配電系統(tǒng)。因此，在本次設(shè)計中選用Yd11的聯(lián)結(jié)組別。總降壓變電所的變壓器的選擇可選S9-5000/35型變壓器，聯(lián)結(jié)組別是Yd11。4 變電所主接線方案的設(shè)計4.1變電所主接線方案的設(shè)計原則與一般要求在35kV變電所主接線設(shè)計應(yīng)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)、負(fù)荷容量大小、電源條件、變壓器容量及臺數(shù)、設(shè)備特點以及進(jìn)出線回路數(shù)等綜合分析來確定。主接線應(yīng)力求

36、簡單、操作方便、設(shè)備少并便于維修，節(jié)約投資和便于擴建等要求，同時主接線方案還應(yīng)滿足安全、可靠、靈活、經(jīng)濟的基本要求。4.2變電所主接線的接線方式 在本次設(shè)計中，采用的是兩臺變壓器，裝有兩臺主變壓器的總降壓變電所主接線有以下幾種情況：1.一次側(cè)采用內(nèi)橋式接線、二次側(cè)采用單母線分段。這種接線方式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、并且變壓器不需要經(jīng)常切換的總降壓變電所。2.一次側(cè)采用外橋式接線、二次側(cè)采用單母線分段。這種接線方式適用于電源線路較短而變電所晝夜負(fù)荷變動較大、宜于經(jīng)濟運行需經(jīng)常切換變壓器的總降壓變電所。3.一、二次側(cè)均采用單母線分段。這種方式兼有內(nèi)橋和外橋接線運行靈活性

37、的優(yōu)點，但采用的高壓開關(guān)設(shè)備較多，可供一、二級負(fù)荷，適用于一、二次側(cè)進(jìn)出線較多的總降壓變電所。4.一、二次側(cè)均采用雙母線的總降壓變電所主接線。供電可靠性和運行靈活性大大提高，但開關(guān)設(shè)備也相應(yīng)大大增加，從而大大增加了初投資，該主接線方式很少應(yīng)用于工廠變電所中2。在本次設(shè)計中，大部分車間為一班制，少數(shù)車間為兩班或三班制，因此變電所晝夜負(fù)荷變動較大，為了滿足經(jīng)濟運行，兩臺變壓器應(yīng)該經(jīng)常切換，故最佳的選擇方案是采用一次側(cè)為外橋式接線、二次側(cè)為單母線分段的接線方式。但是，在本次設(shè)計中只有一條電源進(jìn)線，因此，本次設(shè)計采用35KV側(cè)單母線，10KV側(cè)采用單母線分段的接線方式。4.3變電所主接線圖5 短路電流

38、的計算5.1短路電流計算方法短路電流計算的方法，常用的有歐姆法和標(biāo)幺制法。短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值求出以后，即可利用其等效電路圖進(jìn)行電路化簡，求出其總的電抗標(biāo)幺值。由于各元件均采用相對值，與短路計算點的電壓無關(guān)，因此電抗標(biāo)幺值無需進(jìn)行電壓換算，而在歐姆法中需要進(jìn)行換算，這也是標(biāo)幺制法較之歐姆法的優(yōu)越之處。因此在本次設(shè)計中采用標(biāo)幺制法計算短路電流。標(biāo)幺制法進(jìn)行短路電流計算時，一般先選定基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓。基準(zhǔn)容量，工程設(shè)計中通常取基準(zhǔn)電壓，通常取元件所在處的短路計算電壓，即取。選定了基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓以后，基準(zhǔn)電流則按下式計算： （5-1）基準(zhǔn)電抗則按下式計算： （5-2）電力系統(tǒng)的電抗

39、標(biāo)幺值： （5-3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值： （5-4）電力線路的電抗標(biāo)幺值： (5-5)無限大容量系統(tǒng)三相短路電流周期分量有效值的標(biāo)幺值按下式計算： （5-6）三相短路容量的計算公式為： (5-7)5.2短路電流計算過程供電系統(tǒng)的短路計算電路如圖5.1所示。圖5.1 短路電流計算電路由于該工廠晝夜負(fù)荷變化較大，因此在負(fù)荷小時需要單臺變壓器運行，而在負(fù)荷大時需要兩臺變壓器同時運行，所以在計算短路電流時需要考慮兩臺變壓器的并列與不并列運行。最大運行方式 系統(tǒng)的最大運行方式指電路的阻抗最小，在兩臺變壓器并列運行時阻抗最小。（）（1）確定基準(zhǔn)值取而 （2） 計算短路電路中各主要元件的電抗標(biāo)幺值 1）

40、電力系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值 2）架空線路電抗標(biāo)幺值通過查表可得，因此 3）電力變壓器的電抗標(biāo)幺值通過查表可知，因此 短路等效電路如圖5.2所示。 圖5.2 短路等效電路圖（3）計算k-1點的短路總電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量1）總電抗標(biāo)幺值2) 三相短路電流周期分量有效值3）其他三相短路電流4） 三相短路容量（4）計算k-2點的短路電路電抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量1）總電抗標(biāo)幺值2）三相短路電流周期分量有效值3）其他三相短路電流4）三相短路容量系統(tǒng)最小運行方式 計算方法同最大運行方式。三相短路電流統(tǒng)計表運行方式短路點三相短路電流/kA三相短路容量/MVA最大運行方式k-15.25.25.2

41、13.267.85333.3k-25.505.505.5010.126.0100最小運行方式k-13.183.183.188.114.8204.8k-22.912.912.915.353.1752.916 總降壓變電所一次設(shè)備的選擇與校驗6.1一次設(shè)備選擇與校驗的條件與項目為了保證一次設(shè)備安全可靠地運行，則須按下列條件選擇與校驗：1） 按正常工作條件，包括電壓、電流、頻率、開關(guān)電流等。2）按短路條件，包括動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定來校驗。3）考慮電氣設(shè)備運行的環(huán)境條件如溫度、濕度、海拔以及有無防塵、防腐、防火、防爆等要求。4）按各類設(shè)備的不同特點和要求如斷路器的操作性能、互感器的二次負(fù)荷和準(zhǔn)確級等進(jìn)行選擇

42、7。按正常工作條件選擇1.按工作電壓選擇 設(shè)備的額定電壓不能小于所在線路的額定電壓，即 （6-1）2.按工作電流選擇 設(shè)備的額定電流不能小于所在線路的計算電流，即 （6-2）3.按斷流能力選擇 設(shè)備的額定開斷電流或斷流容量不能小于設(shè)備分?jǐn)嗨查g的短路電流有效值或短路容量,即 （6-3）或 （6-4）按短路條件校驗短路條件校驗，就是校驗電器和導(dǎo)體在短路時的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。1. 隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定度校驗（1） 動穩(wěn)定校驗條件 （6-5）或 (6-6)式中、為開關(guān)的極限通過電流（動穩(wěn)定電流）峰值和有效值（單位為kA）；、為開關(guān)所在處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值（單位為kA）。（2

43、）熱穩(wěn)定校驗條件 (6-7）式中，是開關(guān)熱穩(wěn)定電流有效值（單位為kA）； t是開關(guān)熱穩(wěn)定試驗時間（單位為s）；是開關(guān)所在處的三相短路穩(wěn)態(tài)電流（單位為kA）；是短路發(fā)熱假想時間（單位為s）。短路發(fā)熱假想時間一般按下式計算： （6-8） 式中為短路持續(xù)時間，采用該電路主動保護動作時間加對應(yīng)的斷路器全分閘時間。當(dāng)時，取。 （6-9）2. 電流互感器的短路穩(wěn)定度校驗（1）動穩(wěn)定校驗條件 （6-10）式中，為電流互感器的動穩(wěn)定電流（單位為kA）。（2）熱穩(wěn)定校驗條件 （6-11）式中為電流互感器的熱穩(wěn)定電流（單位為kA）。3.母線的短路穩(wěn)定度校驗熱穩(wěn)定校驗條件 (6-12)式中，為母線截面積（單位）；為

44、滿足短路熱穩(wěn)定條件的最小截面積（單位）；為母線材料的熱穩(wěn)定系數(shù)（）；為母線通過的三相短路穩(wěn)態(tài)電流（單位為）7。6.2 35kV側(cè)一次設(shè)備選擇與校驗（1） 斷路器的選擇與校驗高壓斷路器有高壓少油斷路器、高壓真空斷路器和高壓六氟化硫斷路器，本次設(shè)計采用真空斷路器，因為該斷路器具有體積小、動作快、壽命長、安全可靠和便于維修等優(yōu)點。通過查表，初選高壓斷路器為ZN12-35。通過下表進(jìn)行校驗。選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其他裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)35kV108.14A5.2kA13.26kA額定參數(shù)ZN12-35351250A31.5kA63kA根據(jù)校驗條件比較得，該斷路器滿足要求。其他一

45、次設(shè)備選擇校驗同理可得。選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其他裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)35kV108.14A5.2kA13.26 kA一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)真空斷路器ZN12-3535kV1250A31.5kA63kA高壓隔離開關(guān)GN19-35、35XT35kV630A-50kA高壓熔斷器RN3-3535kV7.5A-電壓互感器JDJ -3535/0.1kV-電壓互感器JDZJ-35/ kV-電流互感器LZZB9-35C35kV200A-75kA避雷器FS4-3535kV-6.3 10kV側(cè)一次設(shè)備選擇與校驗10kV側(cè)一次設(shè)備的選擇方法與35kV側(cè)一次設(shè)備的選擇相同。選擇校驗項目電壓電

46、流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其他裝置地點條件參數(shù)數(shù)據(jù)10kV367.84A5.50kA10.12 kA一次設(shè)備型號規(guī)格額定參數(shù)真空斷路器ZN4-10/125010kV1250A20kA50-隔離開關(guān)GN24-10D10kV1250A-100-電流互感器LMZJ1-1010kV1500/5A-電流互感器LQJ-1010kV100/5A-31.8kA-刀開關(guān)HD13-40010KV400A-6.4 高壓開關(guān)柜的選擇開關(guān)柜編號開關(guān)柜名稱開關(guān)柜型號No.101電能計量柜GG-1A-JNo.102避雷器及電壓互感器GG-1A(F)-54No.1031號進(jìn)線開關(guān)柜GG-1A(F)-03No.1042號進(jìn)線開

47、關(guān)柜GG-1A(F)-03No.105避雷器及電壓互感器GG-1A(F)-54No.201出線柜PGL2-05ANo.202出線柜PGL2-05ANo.203備用電源進(jìn)線柜PGL2-05A6.5 母線的選擇 10kV母線初選LMY-3(505)，即母線尺寸為50mm5mm。 當(dāng)選擇母線為平放方式時，LMY-3(505)的允許載流量在25時為661A，鄭州的環(huán)境溫度為32，查表可得該溫度校正系數(shù)為0.94，因此該母線的實際允許載流量為，因此滿足要求。熱穩(wěn)定校驗： 該母線的截面為250，因此滿足熱穩(wěn)定條件。綜上所述，母線選擇為LMY-3(505)滿足要求。同理，35KV側(cè)的母線選擇為LMY-3(808)。7 變電所進(jìn)出線的選擇與校驗7.1進(jìn)出線方式的選擇進(jìn)出線的方式有架空線和電纜兩種方式，架空線主要用于供電可靠性要求不很高或投資較少的中小型工廠供電設(shè)計中優(yōu)先選用，電纜主要用于供電可靠性要求較高或投資較高的各類工廠供電設(shè)計中優(yōu)先選用7。在本次設(shè)計中，鍋爐房的供電要求較高，由于該工廠有備用電源，因此在選擇進(jìn)線時采用架空線，出線至母線時采用架空線的方式，備用電源線路也采用架空線路的方式，母線至車間變電所采用電纜的方式。7.2進(jìn)出線的選擇與校驗條件為保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行，選擇電纜和導(dǎo)線的截面時必須滿足以下四個