南方冶金機械修造廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設計-本科畢業(yè)設計論文

1、 本科畢業(yè)設計（論文） 南方冶金機械修造廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設計 學 院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 年級班別 學 號 學生姓名 指導教師 年 月摘 要一間冶金機械修造廠如果對輸配電系統(tǒng)進行一個完善的規(guī)劃，能很好地節(jié)約資金、合理規(guī)劃用地、降低電能損耗、提高電壓質量、保證系統(tǒng)的正常運行。本論文對輸配電進行全面的設計，內(nèi)容分四大部分。第一部分先從論文的背景和目的進行闡述，然后對原始資料來進行初步的分析，再確定好本論文的設計步驟。第二部分確定好冶金廠各部分的負荷，進行精確的計算，通過無功補償來提高系統(tǒng)的功率因數(shù)減少電能的損耗。根據(jù)負荷的重要性和負荷的大小進行初步的變壓器選擇和合理的主接線、供

2、電線路的設計。第三部分主要是確保系統(tǒng)的安全，首先對系統(tǒng)進行精確的短路計算，然后根據(jù)所得到的短路電流和沖擊電流進行一系列的高低壓設備的選擇與校驗，保證系統(tǒng)的正常運行。第四部分根據(jù)設計的要求，最后進行防雷保護措施的選擇和接地裝置的設計，增加系統(tǒng)的安全性。在論文的最后還附上設計的圖紙和計算過程。關鍵詞： 負荷計算, 主接線設計，短路計算，配電裝置AbstractA Metallurgical Machinery factory if the transmission and distribution system have a sound planning, savings can be good,

3、 reasonable land use planning, reducing power loss, upgrade quality and ensure the normal operation of systems. In this paper, transmission and distribution of a comprehensive design, content is divided into four parts. The first part discussed the background and purpose, then the raw data to conduc

4、t a preliminary analysis, to determine a good step in the design of this thesis. The second part of the metallurgical have plant to identify good part of the load, an accurate calculation, through the reactive power compensation system to improve the power factor to reduce the power loss. According

5、to load the importance and the size of a reasonable load the main cables, power supply lines and preliminary design of the transformer choice. The third part is to ensure that the safety system, first of all, the system accurate short-circuit, and then be the basis of the current short-circuit curre

6、nt and impact of a series of high and low voltage equipment selection and validation to ensure the normal operation of systems. The fourth part of the design in accordance with the requirements of lightning protection measures for the final selection and ground equipment design, increased system sec

7、urity. In the final papers also include the design drawings and calculation process.Key words：Load calculation, Main wiring design, Short-circuit calculation, Distribution Device目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc201586828 1 緒 論 PAGEREF _Toc201586828 h 1 HYPERLINK l _Toc201586829 1.1 論文背景及目的 PAGERE

8、F _Toc201586829 h 1 HYPERLINK l _Toc201586830 1.2 論文研究方法 PAGEREF _Toc201586830 h 1 HYPERLINK l _Toc201586831 1.3 供電設計的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc201586831 h 1 HYPERLINK l _Toc201586832 2 負荷計算與無功功率補償 PAGEREF _Toc201586832 h 2 HYPERLINK l _Toc201586833 2.1 負荷計算 PAGEREF _Toc201586833 h 2 HYPERLINK l _Toc20158683

9、4 2.1.1 負荷計算的意義 PAGEREF _Toc201586834 h 2 HYPERLINK l _Toc201586835 2.1.2 按需要系數(shù)法確定計算負荷 PAGEREF _Toc201586835 h 2 HYPERLINK l _Toc201586836 2.1.3 6kV負荷計算 PAGEREF _Toc201586836 h 3 HYPERLINK l _Toc201586837 變電所380V負荷計算 PAGEREF _Toc201586837 h 3 HYPERLINK l _Toc201586838 2.2 無功補償計算 PAGEREF _Toc20158683

10、8 h 4 HYPERLINK l _Toc201586839 2.2.1 確定補償容量 PAGEREF _Toc201586839 h 4 HYPERLINK l _Toc201586840 2.2.2 補償后的功率因素 PAGEREF _Toc201586840 h 7 HYPERLINK l _Toc201586841 3 變壓器選擇與主接線方案的設計 PAGEREF _Toc201586841 h 8 HYPERLINK l _Toc201586842 3.1 選擇降壓變壓器 PAGEREF _Toc201586842 h 8 HYPERLINK l _Toc201586843 3.1

11、.1 35kV/6kV變壓器的選擇 PAGEREF _Toc201586843 h 8 HYPERLINK l _Toc201586844 3.1.2 6kV/380V變壓器的選擇 PAGEREF _Toc201586844 h 9 HYPERLINK l _Toc201586845 3.2 工廠主接線方案的比較 PAGEREF _Toc201586845 h 10 HYPERLINK l _Toc201586846 3.2.1 工廠總降壓變電所高壓側主接線方式比較 PAGEREF _Toc201586846 h 10 HYPERLINK l _Toc201586847 3.2.2 工廠總降壓

12、變電所低壓側主接線方式比較 PAGEREF _Toc201586847 h 10 HYPERLINK l _Toc201586848 3.2.3 工廠總降壓變電所供配電電壓的選擇 PAGEREF _Toc201586848 h 11 HYPERLINK l _Toc201586849 總降壓變電所電氣主接線設計 PAGEREF _Toc201586849 h 11 HYPERLINK l _Toc201586850 3.4 高低壓配電柜選擇 PAGEREF _Toc201586850 h 11 HYPERLINK l _Toc201586851 4 短路電流計算 PAGEREF _Toc201

13、586851 h 13 HYPERLINK l _Toc201586852 4.1 短路計算的意義 PAGEREF _Toc201586852 h 13 HYPERLINK l _Toc201586853 4.2 短路計算 PAGEREF _Toc201586853 h 13 HYPERLINK l _Toc201586854 5 電氣設備選擇 PAGEREF _Toc201586854 h 15 HYPERLINK l _Toc201586855 5.1 電氣設備選擇與校驗的條件與項目 PAGEREF _Toc201586855 h 15 HYPERLINK l _Toc201586856

14、5.2 設備選擇 PAGEREF _Toc201586856 h 15 HYPERLINK l _Toc201586857 5.2.1 斷路器的選擇 PAGEREF _Toc201586857 h 15 HYPERLINK l _Toc201586858 5.2.2 隔離開關的選擇 PAGEREF _Toc201586858 h 17 HYPERLINK l _Toc201586859 5.2.3 高壓熔斷器選擇 PAGEREF _Toc201586859 h 18 HYPERLINK l _Toc201586860 5.2.4 電壓互感器的選擇 PAGEREF _Toc201586860 h

15、 19 HYPERLINK l _Toc201586861 5.2.5 電流互感器的選擇 PAGEREF _Toc201586861 h 20 HYPERLINK l _Toc201586862 5.3 母線與各電壓等級出線選擇 PAGEREF _Toc201586862 h 23 HYPERLINK l _Toc201586863 5.3.1 6kV母線的選擇 PAGEREF _Toc201586863 h 23 HYPERLINK l _Toc201586864 5.3.2 選擇35kV線路導線 PAGEREF _Toc201586864 h 25 HYPERLINK l _Toc2015

16、86865 5.3.3 6kV出線的選擇 PAGEREF _Toc201586865 h 26 HYPERLINK l _Toc201586866 6 繼電保護選擇與整定 PAGEREF _Toc201586866 h 33 HYPERLINK l _Toc201586867 6.1 35kV側電壓互感器二次回路方案與繼電保護的整定 PAGEREF _Toc201586867 h 33 HYPERLINK l _Toc201586868 6.1.1 35kV主變壓器保護 PAGEREF _Toc201586868 h 33 HYPERLINK l _Toc201586869 6.1.2 6kV

17、變壓器保護 PAGEREF _Toc201586869 h 36 HYPERLINK l _Toc201586870 6.1.3 6kV母線保護 PAGEREF _Toc201586870 h 37 HYPERLINK l _Toc201586871 6.1.4 6kV出線保護 PAGEREF _Toc201586871 h 37 HYPERLINK l _Toc201586872 7 防雷保護與接地裝置的設計 PAGEREF _Toc201586872 h 40 HYPERLINK l _Toc201586873 7.1 防雷保護設計 PAGEREF _Toc201586873 h 40 H

18、YPERLINK l _Toc201586874 7.2 接地裝置設計 PAGEREF _Toc201586874 h 40 HYPERLINK l _Toc201586875 結 論 PAGEREF _Toc201586875 h 42 HYPERLINK l _Toc201586876 參 考 文 獻 PAGEREF _Toc201586876 h 43 HYPERLINK l _Toc201586877 致 謝 PAGEREF _Toc201586877 h 441 緒 論1.1 論文背景及目的 電能是一種清潔的二次能源。由于電能不僅便于輸送和分配，易于轉換為其它的能源，而且便于控制、管

19、理和調度,易于實現(xiàn)自動化。在目前各種形式的能源中，電能具有如下特點：易于去其它形式的能源相互轉化；輸配電簡單經(jīng)濟；可以精確控制、調節(jié)和測量。因此，電能在工業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活中得到廣泛應用，生產(chǎn)和輸配電能的電力工業(yè)相應得到極大發(fā)展。本論文主要對冶金機械修造廠進行全面的配電系統(tǒng)設計。1.2 論文研究方法 對與冶金機械修造廠全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計這個題目，要結合基本理論的系統(tǒng)性與實用性，圍繞供電技術的基本知識來確認工程設計的方法。對論文每一步都一定要遵循國家的線性技術標準和設計規(guī)范來設計。 1.3 供電設計的主要內(nèi)容 供電系統(tǒng)的設計是根據(jù)電力用戶所處地理環(huán)境、地區(qū)供電條件、工程設計所提的用

20、電負荷資料進行的。供電設計一般分兩個階段，初步設計階段和施工圖設計階段。初步設計主要落實供電電源及供電方式，確定供電系統(tǒng)的方案；施工圖設計階段一句初步設計的方案具體繪制主接線圖。本篇設計論文的內(nèi)容有：先完成一篇外文論文的閱讀和翻譯工作；按照設計所提供的用電設備資料來計算負荷；通過進行無功補償來提高系統(tǒng)的功率因素；根據(jù)負荷等級和計算負荷，選定供電電源、電壓等級和供電方式；根據(jù)環(huán)境和計算負荷來選擇變電所位置、變壓器數(shù)量和容量；確定變配電所的最佳主接線的方案；選擇并校驗電氣設備及配電網(wǎng)絡載流導體截面；繼電保護系統(tǒng)設計和參數(shù)整定計算；對系統(tǒng)進行防雷設計和接地設計；歸納設計的計算部分編成計算書；繪制供電

21、系統(tǒng)主接線圖。 2 負荷計算與無功功率補償2.1 負荷計算2.1.1 負荷計算的意義計算負荷是用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負荷值。由于載流導體一般通電半小時后即可達到穩(wěn)定的溫升值，因此通常取“半小時最大負荷”作為發(fā)熱條件選擇電器元件的計算負荷。有功負荷表示為P30，無功計算負荷表示為Q30，計算電流表示為I30。用電設備組計算負荷的確定，在工程中常用的有需要系數(shù)法和二項式法。需要系數(shù)法是世界各個普遍應用的確定計算負荷的基本方法，而二項式法應用的局限性較大，主要應用于機械加工企業(yè)。關于以概率輪為理論基礎而提出的用以取代二項式發(fā)達利用系數(shù)法，由于其計算比較繁復而未能得到普遍應用，所以只介紹

22、需要系數(shù)法與二項式法。當用電設備臺數(shù)多、各臺設備容量相差不甚懸殊時，宜采用需要系數(shù)法來計算。當用電設備臺數(shù)少而容量又相差懸殊時，則宜采用二項式法計算。根據(jù)原始資料，用電設備臺數(shù)較多且各臺容量相差不遠，所以選擇需要系數(shù)法來進行負荷計算1。2.1.2 按需要系數(shù)法確定計算負荷 根據(jù)原始資料分析，本論文負荷是多組用電設備計算，所以，要根據(jù)多組用電設備計算負荷的計算公式來計算。 有功計算負荷的計算公式9：(2.1)式中所有設備組有功計算負荷P30之和； 有功符合同時系數(shù)，本文資料有提供為0.9 無功計算符合（單位為kVar）的計算公式： (2.2)式中對應于用電設備組功率因數(shù)的正切值，本設計資料有提供

23、。 視在計算負荷（單位為kVA）的計算公式： (2.3) 計算電流（單位為A）的計算公式： (2.4)2.1.3 6kV負荷計算6kV車間包括鑄鋼車間、鑄鐵車間、空壓站，我們可以根據(jù)需要系數(shù)法計算各車間的有功功率、無功功率、容量與工作電流。計算過程在附錄A設計計算書中。把所有結果歸納得出下面的表2.1。2.1.4 NO.1NO.5變電所380V負荷計算380V變電所包括：1號車間：鑄鋼車間。2號車間：鑄鐵車間、砂庫。3號車間：鉚焊車間、1#水泵房。4號車間：空壓站、機修車間、鍛造車間、木型車間、制材場、綜合樓。5號車間：鍋爐房、2#水泵房、倉庫（1、2）、污水提升機。根據(jù)以上的公式，我們可以算

24、出各車間變電所的負荷，計算過程在附錄A設計計算書中。結果所得工廠各車間負荷情況及車間變電所的容量見表2.2。表2.1 各車間6kV負荷結果表序號車間（單位）名稱高壓設備名稱設備容量(kW)Kdcostg計算負荷P30(kW)Q30(kVar)S30(kVA)I30(A)1鑄鋼車間電弧爐2125020252鑄鐵車間工頻爐22002883空壓站空壓機22503小計表2.2 各車間380V負荷結果表序號車間（單位）名稱設備容量(kW)Kdcostg計算負荷車間變電所代號變壓器臺數(shù)及容量（kVA）P30(kW)Q30(kVar)S30(kVA)I30(A)1鑄鋼車間200072016842_2鑄鐵車間

25、10003607811_砂庫110175小計（K=0.9）9553鉚焊車間120032410911_1#水泵房28小計（K=0.9）11244空壓站390604機修車間150鍛造車間220108木型車間1861_制材場20綜合樓20100小計（K=0.9）10195鍋爐房3001_2#水泵房2828倉庫（1、2）8836.6污水提升機14小計（K=0.9）2002.2 無功補償計算2 確定補償容量 根據(jù)本資料所給的條件：工廠最大負荷時的功率因數(shù)值在0.9以上，所以必需采用并聯(lián)電容器來采取無功補償。 供電系統(tǒng)中裝設無功功率補償裝置以后，對前面線路和變壓器的無功功率進行了補償，從而使前面線路和變壓

26、器的無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流得以減小，功率因素得以提高2。補償前功率因數(shù)：(2.5)補償后功率因數(shù)：根據(jù)系統(tǒng)要求，變壓器高壓側的功率因數(shù)應大于0.9。因此變電所低壓側補償后的功率因數(shù)可?。?補償容量：(2.6)取標準值Qc=2700kvar。根據(jù)上面的計算可以初步選出主變壓器：可選變壓器S9-6300/35。 補償后總降壓變電所低壓側計算負荷：有功功率補償前后不變：無功功率變化為：視在功率變化為：其中Qc為無功補償。損耗計算：變壓器是一種能量轉換裝置，在轉換能量過程中必然同時產(chǎn)生損耗。變壓器的損耗可以分為鐵損耗和銅損耗。變壓器的基本鐵損耗就是主磁通在鐵心中引起的磁滯損耗和渦流損耗。

27、變壓器的基本銅損耗是指電流流過時所產(chǎn)生的直流電阻損耗。我們可以同過查詢變壓器得到空載損耗和短路損耗，也就是鐵損耗和銅損耗。通過查閱文獻3，4043，可得功率損耗公式：(2.7)鐵損耗 銅損耗 有功功率損耗 負載系數(shù)負載系數(shù)可以通過系統(tǒng)最大工作電流與變壓器最大工作電流的比計算得出，通過查閱變壓器的數(shù)值可以得出：無功功率的計算：一臺變壓器的空載無功功率的損耗計算公式為：(2.8)變壓器空載電流。 (2.9)-變壓器阻抗電壓。根據(jù)上面2個公式相加便得出無功功率損耗如下：(2.10)2.2.2 補償后的功率因素總降壓變電所高壓母線計算負荷高壓側平均功率因數(shù)為：滿足要求。 一般此類系統(tǒng)采用并聯(lián)電容器進行

28、補償。即在6kV母線上每相設計3個型號為BWF6.3-100-1(額定容量為100kVar)的并聯(lián)電容補償器。3 變壓器選擇與主接線方案的設計3.1 選擇降壓變壓器一般正常環(huán)境的變電所，可以選用油浸式變壓器，且應優(yōu)先選用S9、S11等系列變壓器。在多塵或由腐蝕性氣體嚴重影響變壓器安全運行的場所，應選用S9-M、S11-M。R等系列全密封式變壓器。多層或高層建筑內(nèi)的變電所，宜選用SC9等系列環(huán)氧樹脂注干式變壓器或SF6充氣型變壓器。根據(jù)本論文給出的條件我們可以選用油浸式變壓器2。3.1.1 35kV/6kV變壓器的選擇主變壓器臺數(shù)應根據(jù)負荷特點和經(jīng)濟運行的要求進行選擇。當符合下列條件之一時，宜裝

29、設兩臺以上主變壓器。有大量一級或二級負荷季節(jié)性符合變化較大，適于采用經(jīng)濟運行方式。集中符合較大，例如大于1250kVA時本冶金廠最大視在功率達到5325.2kVA，且屬于2級負荷，應裝設2臺變壓器。由于本廠有2回35kV進線，即有兩個進線電源，根據(jù)前面所選擇的主結線方案，如果采用2臺變壓器，則能滿足供電可靠性、靈活性的要求。如果裝設1臺變壓器，投資會節(jié)省一些，但一旦出現(xiàn)1臺主變故障，將會造成全廠失壓從而造成巨大的損失。為避免前述情況的出現(xiàn)，充分利用雙電源的作用，所以選擇安裝2臺主變。對于380kV的系統(tǒng)中，我們可以從資料的圖中得出車間1里面有2個配電所，其他4個車間都只有1個配電所，因此我們可

30、以根據(jù)每個車間的符合來選擇變壓器來進行降壓 4。本廠的最大視在功率：考慮到經(jīng)濟運行、將來擴建、可靠性等因素，所以本方案選擇安裝2臺型號為S9-6300/35的主變壓器，即使其中一臺變壓器檢修另外一臺主變也可供全廠負荷。參數(shù)見下表3.1相應部分4：表 35kV 200012500kVA S9系列雙繞組壓變壓器技術參數(shù) 項目容量(kVA)電壓組合聯(lián)結組標號空載電流(%)短路阻抗(%)空載損耗(kW)負載損耗(kW)高壓(kV)高壓分接范圍(%)低壓(kV)200035Yd1125003150357.0400050006300117.58000YNd111000012500 表3.2 S9系列銅線配

31、電變壓器的主要技術數(shù)據(jù)項目容量(kVA)電壓組合聯(lián)結組標號空載電流(%)短路阻抗(%)空載損耗(W)負載損耗(W)高壓(kV)低壓(kV)400106Dyn113487042005003103049506303513004950800140075001000170092003.1.2 6kV/380V變壓器的選擇 通過上面負荷計算，我們可以得到380V那5個車間的最大視在功率：S30NO。1=1108.2kVA，可以選擇2個S9-630/10(6)變壓器，分別裝進車間1的2個配電房；S30NO。2=628.8kVA，可以選擇1個S9-800/10(6)變壓器裝進車間2的配電房；S30NO。3=

32、739.9kVA，可以選擇1個S9-800/10(6)變壓器裝進車間3的配電房；S30NO。4=670.9kVA，可以選擇1個S9-800/10(6)變壓器裝進車間4的配電房；S30NO。5=322.8kVA，可以選擇1個S9-400/10(6)變壓器裝進車間5的配電房。參數(shù)見上面圖表1：3.2 工廠主接線方案的比較3.2.1 工廠總降壓變電所高壓側主接線方式比較從原始資料可知工廠的高壓側僅有2回35kV進線，其中一回架空線路作為工作電源，另一回線路作為備用電源，兩個電源不并列運行，且線路長度較短，只有8km。因此將可供選擇的方案有如下三種： 1、單母線分段。該接線方式的特點是結線簡單清晰、運

33、行操作方便、便于日后擴建、可靠性相對較高，但配電裝置占地面積大，斷路器增多投資增大。根據(jù)本廠的實際情況進線僅有2回，其中一回為工作，另一回備用，擴建可能性不大。故此沒有必要選擇單母線分段這種投資相對較大的接線方式； 2、內(nèi)橋。該接線方式的特點是需用斷路器和其它設備少，占地面積和所需投資相對較少，但可靠性不太高；適用于輸電線路較長，故障機率較高，而變壓器又不需經(jīng)常切換時采用。根據(jù)本廠特點輸電線路僅8km，出現(xiàn)故障的機率相對較低，因此該接線方式不太合適。 3、外橋。該接線方式的特點是需用斷路器和其它設備少，占地面積和所需投資相對較少，但可靠性不太高；適用于較短的輸電線路，故障機率相對較低，而變壓器

34、又需經(jīng)常切換，或系統(tǒng)有穿越功率流經(jīng)就較為適宜。而輸送本廠電能的輸電線路長度僅8km，出現(xiàn)故障的機會較少，因此，該接線方式比較合適。通過上述接線方式比較，選擇C即外橋的接線方式4。3.2.2 工廠總降壓變電所低壓側主接線方式比較 考慮到本廠低壓側的負荷較大和出線較多，以及便于日后饋線的增擴，決定選擇有匯流母線的接線方式，具體方案論證如下：A、單母線。具有接線簡單清晰、設備少、投資相對小、運行操作方便，易于擴建等優(yōu)點，但可靠性和靈活性較差，故不采用；B、單母線隔離開關分段。具有單母線的所有優(yōu)點，且可靠性和靈活性相對有所提高，用隔離開關分段雖然節(jié)約投資，但隔離開關不能帶負荷拉閘，對日后的運行操作等帶

35、來相當多的不便，所以不采用；C、單母線用斷路器分段。具有單母線隔離開關分段接線的所有優(yōu)點，而且可帶負荷切合開關，便于日后的運行操作，可靠性和靈活性較高。經(jīng)綜合比較，選擇方案C作為工廠總降壓變電所低壓側主接線方式4。3.2.3 工廠總降壓變電所供配電電壓的選擇目前，此類降壓變電所的低壓側常用電壓等級一般為：10kV和6kV兩個，但考慮到本廠低壓側有6kV的負荷，如采用10kV的電壓等級，還需進行二次降壓，這樣會增加一套降壓設備，投資增大，不符合經(jīng)濟原則。所以，在本設計中選擇只用6kV的電壓等級，將35kV的電壓降為6kV等級的電壓使用即可。選擇這種變壓的供配電方式既可以節(jié)省投資，又能夠降低損耗。

36、而對于380V的5個車間，分別根據(jù)容量來選擇6kV的電壓降為380kV的變壓器。3.3 總降壓變電所電氣主接線設計總降壓變電所35kV側（高壓側）采用外橋接線方式，2臺主變，一臺運行另一臺熱備用（定期切換，互為備用，不并列運行）；6kV側（低壓側）由運行的主變供電，采用單母（開關）分段的接線方式，經(jīng)開關供9路出線負荷，其中6路通過變壓器將6kV降到380V。根據(jù)上述對于變電所高壓側、低壓側主結線方式的比較討論；變壓器的選擇，確定了總降壓變電所的主接線圖。3.4 高低壓配電柜選擇本次設計的高低壓配電柜分別選擇為：35kV線路上的電壓互感器可選擇JYN-35,112。35kV線路上的電流互感器可選

37、擇JYN-35,43。35kV主變壓器低壓側的6kV出線端電流互感器可選擇JYN2-10。6kV變壓器低壓側的380V出線端電流互感器可選擇PGL2-05。6kV母線上的電壓互感器可選擇GG1A(F)-54。通過以上各步驟的設計，我們可以得出比較完整的變配電所主接線圖，我們可以通過AUTOCAD2005繪制得出，圖在附錄B中7。35kV進線235kV進線1#2線路PT#1線路PT#2主變#1主變6kV段母線6kV段母線#1PT#2PT 饋 饋 饋 饋 饋 饋 饋 饋 饋 線 線 線 線 線 線 線 線 線 1 2 3 4 5 6 7 8 9圖3.1 主接線圖4 短路電流計算4.1 短路計算的意

38、義短路時電力系統(tǒng)的嚴重故障。所謂短路，是指一切不正常的相與相之間或相與地（對于中性點接地的系統(tǒng)）發(fā)生通路的情況。在電力系統(tǒng)和電氣設備設計和運行中，短路計算是解決一系列技術問題所不可缺少的基本計算，這些問題主要是：選擇有足夠動穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設備，例如斷路器、互感器、母線、電纜等，必須以短路計算作為依據(jù)。這里包括計算沖擊電流以校驗設備的電動力穩(wěn)定度；計算若干時刻的短路電流周期分量以校驗設備的熱穩(wěn)定度；計算制定時刻的短路電流有效值以校驗斷路器的斷流能力等。為了合理配置各種繼電保護和自動裝置并正確整定其參數(shù)，必須對電力網(wǎng)中發(fā)生的各種短路進行計算與分析。在這些計算中不但要知道故障支路中的電流值，

39、還必須知道電流在網(wǎng)絡中的分布情況。有時還要知道系統(tǒng)中某些節(jié)點的電壓值。在設計和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線時，為了比較各種不同方案的接線圖，確定是否需要采取限制短路電流的措施等，都要進行必要的短路電流計算。進行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計算，研究短路對用戶工作的影響等，也包含有一部分短路計算的內(nèi)容。要對系統(tǒng)進行短路計算，必須先要求出變壓器和輸電線路的電抗值，所以先要選擇線路的材料5。4.2 短路計算短路電流實用計算中，采用以下假設條件和原則5：正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運行。所有電源的電動勢相位角相同。短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。不考錄短路點的電弧阻抗和變壓器的勵磁電流。元件的計算數(shù)均取其額定值，

40、不考慮參數(shù)的誤差和調整范圍。輸電線路的電容略去不計。繪制計算電路 如圖4.1所示：圖4.1 系統(tǒng)等值電路根據(jù)原始資料，我們應該分別計算系統(tǒng)最大運行方式即和最小運行方式時的短路電流。而對于短路點d-3，由于系統(tǒng)中的變壓器不相同，而變壓器的阻抗分別為4.5和5，所以下面的計算中6kV變壓器短路點會分兩種情況d-3和d-3。所有短路點的計算過程在附錄A的設計計算書中。而我們可得得到的短路電流歸納在下面2個表中。表4.1 200MVA短路計算表短路計算點三相短路電流/kAIk(3)I”(3)I(3)Ish(3)d1d212.49d3d312.7412.742表4.2 175MVA 短路計算表短路計算點

41、三相短路電流/kAIk(3)I”(3)I(3)Ish(3)d1d26.586.581d310.3810.3810.3818.7d3205 電氣設備選擇5.1 電氣設備選擇與校驗的條件與項目為了保證一次設備安全可靠地運行，必須按下列條件選擇和校驗2：1)按正常工作條件包括電壓、電流、頻率及開斷電流等選擇。2)按短路條件包括動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定進行校驗。3)考慮電氣設備運行的環(huán)境條件如溫度、濕度、海拔高度以及有無防塵、防腐、防火、防爆等要求。4)按各類設備的不同特點和要求如短路器的操作性能、互感器的二次負荷和準確度級等進行選擇。5.2 設備選擇5.2.1 斷路器的選擇斷路器形式的選擇，除需滿足各項技術條

42、件和環(huán)境條件外，還應考慮便于安裝調試和運行維護，并經(jīng)技術經(jīng)濟比較后才能確定。根據(jù)當前我國生產(chǎn)制造情況，電壓6200kV的電網(wǎng)一般選用少油斷路器；電壓110330kV的電網(wǎng)，當少油短路器技術條件不能滿足要求時，可選用六氟化硫或空氣斷路器；大容量機組采用封閉母線時，如果需要裝設斷路器，宜選用發(fā)電機專用斷路器6。斷路器選擇的具體技術要求如下：（1）電壓： (5.1)（2）電流： (5.2)（3）開斷電流： (5.3)斷路器實際開斷時間t秒的短路電流周期分量。斷路器t秒的開斷容量。斷路器的額定開斷電流。斷路器額定開斷容量。（4）動穩(wěn)定： (5.4)斷路器極限通過電流峰值。三相短路電流沖擊值。（5）熱穩(wěn)

43、定： (5.5)穩(wěn)態(tài)三相短路電流。短路電流發(fā)熱等值時間。斷路器t秒而穩(wěn)定電流。各電壓等級斷路器的選擇：35kV等級變壓器高壓側選擇少油斷路器SW3-356。電壓：電流：斷流能力：動穩(wěn)定度：熱穩(wěn)定度： 滿足要求6kV等級變壓器低壓側與出線選擇少油短路器SN10106。電壓： 電流： 斷流能力： 動穩(wěn)定度： 熱穩(wěn)定度： 滿足要求380V等級選擇低壓斷路器DW151500/3D4。電壓： 電流： 斷流能力： 380V低壓短路器不需要考慮動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，所以滿足。5.2.2 隔離開關的選擇 負荷開關型式的選擇，其技術條件與斷路器相同，但由于其主要是用來接通和斷開正常工作電流，而不能斷開短路電流，所以不

44、校驗短路開斷能力。 隔離開關型式的選擇，應該根據(jù)配電裝置的布置特點和使用要求等因素，進行綜合的技術經(jīng)濟比較然后確定6。（1）電壓： (5.6)（2）電流： (5.7)（3）動穩(wěn)定： (5.8)斷路器極限通過電流峰值。三相短路電流沖擊值。（4）熱穩(wěn)定： (5.9)穩(wěn)態(tài)三相短路電流。短路電流發(fā)熱等值時間。斷路器t秒而穩(wěn)定電流。各電壓等級隔離開關的選擇：35kV等級：變壓器高壓側選擇隔離開關GW435T6。電壓： 電流： 動穩(wěn)定度： 熱穩(wěn)定度： 滿足要求。6kV等級：變壓器低壓側選擇隔離開關GN1910/10001。電壓： 電流： 動穩(wěn)定度： 熱穩(wěn)定度： 滿足要求。380V等級隔離開關選擇為HD13

45、1500/306。電壓：電流：低壓隔離開關不需要考慮動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，所以滿足要求。5.2.3 高壓熔斷器選擇 熔斷器的形式可根據(jù)安裝地點、使用要求選用。高壓熔斷器熔體在滿足可靠性和下一段保護選擇性的前提下，當在本段保護范圍內(nèi)發(fā)生短路時，應能在最短時間內(nèi)切斷故障，以防止熔斷時間過長而加劇被保護電器的損壞4。（1）電壓：(5.10) 限流式高壓熔斷器不宜使用在工作低于其額定電網(wǎng)中，以免因過電壓使電網(wǎng)中的電器損壞，故應該。（2）電流： (5.11)熔體的額定電流。熔斷器的額定電流。（3）斷流容量： (5.12)三相短路沖擊電流的有效值。熔斷器的開斷電流。各電壓等級高壓熔斷器的選擇：35kV等級：變壓

46、器高壓側選擇高壓熔斷器RW10-35/0.54。電壓：電流：由于高壓熔斷器是接在電壓互感器上，最大工作電流非常小，因此滿足要求。斷流容量： 滿足要求。6kV等級：變壓器低壓側選擇高壓熔斷器RN164。電壓：電流：由于高壓熔斷器是接在電壓互感器上，最大工作電流非常小，因此滿足要求。斷流容量： 滿足要求。5.2.4 電壓互感器的選擇（1）電壓互感器的選擇和配置應按以下條件6：620kV屋內(nèi)配電裝置，一般采用油浸絕緣結構，也可采用樹脂澆注絕緣接共的電壓互感器。35110kV配電裝置，一般采用油浸絕緣結構的電壓互感器。220kV及以上配電裝置，當容量和準確度等級滿足要求時，一般采用容式電壓互感器。在需

47、要檢查和監(jiān)視一次回路單相接地時，應選用三相五柱式電壓互感器或具有第三繞組的單相電壓互感器組。（2）一次電壓： (5.13)為電壓互感器額定一次線電壓，和是允許的一次電壓的波動范圍，即為。（3）準確等級：電壓互感器應在那一準確等級下工作，需根據(jù)接入的測量儀表和繼電器和自動裝置等設備對準確等級的要求確定。各電壓等級電壓互感器的選擇：35kV等級：變壓器高壓側選擇油浸式電壓互感器JDJ2352。根據(jù)環(huán)境要求和上述條件應選擇油浸式電壓互感器電壓：35kV滿足要求準確等級：準確等級為0.5級。6kV等級：變壓器低壓側選擇JDZX86環(huán)氧樹脂全封閉澆注電壓互感器根據(jù)環(huán)境要求和上述條件應選擇油浸式電壓互感器

48、：電壓：6kV滿足要求。準確等級：準確等級為0.5級。5.2.5 電流互感器的選擇（1）型式：電流互感器的型式應根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情況選擇。對于620kV屋內(nèi)配電裝置，可采用次絕緣技工或樹脂澆注絕緣結構的電流互感器。對于35kV及以上配電裝置，一般采用油浸瓷箱式絕緣接共的獨立式電流互感器。一般盡量采用套管式電流互感器6。（2）一次回路電壓： (5.14) 為電流互感器安裝處一次回路工作電壓，為電流互感器額定電壓。（3）一次回路電流： (5.15)為電流互感器安裝處的一次回路最大工作電流，為電流互感器原邊額定電流。（4）準確等級：電流互感器準確等級的確定與電壓互感器相同。（5）動穩(wěn)定：內(nèi)部動

49、穩(wěn)定(5.16)式中電流互感器動穩(wěn)定倍數(shù)，它等于電流互感器極限通過電流峰值與一次繞組額定電流峰值之比。（6）熱穩(wěn)定： (5.17)為電流互感器的1秒鐘熱穩(wěn)定倍數(shù)。各電壓等級電流互感器的選擇：35kV等級：變壓器高壓側選擇LZZB835（D）電流互感器2。電壓：電流：動穩(wěn)定度：熱穩(wěn)定度： 滿足要求。6kV等級：變壓器低壓側與出線選擇LZZQB66/10002。電壓： 電流： 動穩(wěn)定度： 熱穩(wěn)定度： 滿足要求。380等級：變壓器選擇LMZ10.5電流互感器2。電壓： 電流： 380V低壓電流互感器不需要動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗。經(jīng)過以上的一次設備的選擇與校驗，我們可以歸納出以下表：表5.1、表5.2、表

50、5.3。所選設備均滿足要求。表5.1 35kV設備選型表選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件(kV)I30（A）Ik(30)(kA)ish(30) (kA)I(30)2tima(kA)3588額定參數(shù)(kV)IN（A）Ioc(kA)imax(kA)It2t(kA)少油斷路器SW3-35356306.617174.24隔離開關GW4-35T356005015.8電壓互感器JDJ2-3535電流互感器LZZB8-35(D)35200/522.3k40高壓熔斷器RW10-35/0.5350.566k避雷器Y5CZ442/11735表5.2 380V設備選擇選擇校驗項目電壓電流斷流

51、能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件(kV)I30（A）Ik(kA)ish(kA)I0tima(kA)380V1124A10.48kA18.8kA163kA額定參數(shù)(kV)IN（A）Ioc(kA)imax(kA)It2t(kA)變壓器低側斷路器DW15-1500/3D380150040低壓刀開關HD13-1500/30380150025主變低壓電流互感器LMZJ10.53801500/5表5.3 6kV設備選型表選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度裝置地點條件(kV)I30（A）Ik(kA)ish(kA)I0tima(kA)6kV512AkAkAkA額定參數(shù)(kV)IN（A）Ioc(kA)

52、imax(kA)It2t(kA)變壓器斷路器SN10-1010100031.5801984出線斷路器SN10-1010100031.5801984隔離開關GN19-10/1000101000803969高壓熔斷器RN1-660.5192.5電壓互感器JDZB-66主變低壓電流互感器LZZQB-6/100061000/51563721出線電流互感器LZZQB6-6/100061000/51563721避雷器HY5W47.6/3105.3 母線與各電壓等級出線選擇5.3.1 6kV母線的選擇 在35kV及以下、持續(xù)工作電流在4000及以下的屋內(nèi)配電裝置中，一般采用矩形母線。已知：6kV母線最大負荷

53、電流可達608A，所以選擇LMY-505的鋁母線，相間距離，熱穩(wěn)定校驗：母線最小截面積4：(5.18) 短路電流通過電器時所產(chǎn)生的熱效應。校正系數(shù)。熱穩(wěn)定系數(shù)。(5.19) 母線通過持續(xù)工作電流Imax時的溫度。 實際環(huán)境溫度。母線正常最高允許溫度，一般為70度。母線對應于允許電流。取，查表得 ，。(5.20) ， ， 與的數(shù)值較接近所以用代替。滿足要求。共振校驗：(5.21)(5.22)(5.23) 選取 則。動穩(wěn)定校驗： (5.24)(5.25) 滿足要求。3）結論：從上面的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定分析，選用LMY-505（截面積為250mm）的鋁母線是符合要求的。5 選擇35kV線路導線裸導體應根

54、據(jù)具體使用情況按下列條件選擇與校驗1: 載流導體一般采用鋁質材料?；芈氛９ぷ麟娏髟?000A及以下時，一般選用矩形導體。根據(jù)計算負荷所得，降壓變電所高壓側：S30=5325.2kVA，P30=4942.9Kw， Q30(5.26)查資料并考慮到經(jīng)濟輸送功率的要求，選擇線徑為50mm2的導線，因此選擇LGJ-70/kM）型號的導線。要求： 根據(jù)公式：7)得：根據(jù)公式：(5.28)得：熱穩(wěn)定校驗：根據(jù)選擇好的導體界面S，還應校驗其在短路條件下的熱穩(wěn)定。(5.29)根據(jù)熱穩(wěn)定決定的導體最小允許截面。C熱穩(wěn)定系數(shù)。穩(wěn)態(tài)短路電流。短路電流等值時間。滿足要求。5 6kV出線的選擇電纜應按下列條件選擇1:

55、明敷的電纜，一般采用裸鋼帶鎧裝或塑料外護層電纜。在易受腐蝕地區(qū)應選用塑料外護層電聯(lián)。在需要使用鋼帶鎧裝電纜時，宜選擇用二級外護層式。直埋敷設時，一般選用鋼帶鎧裝電纜。在潮濕或腐蝕性土壤的地區(qū)，應帶有塑料外護層。其他地區(qū)可選用黃麻外護層。電力電纜除充油電纜外，一般采用三芯鋁芯電纜。（1）對NO.1車間6kV進線進行電纜選擇： 工作電流：選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜。母線距離廠房約150m，由及地下0.7m土壤溫度為20度可知，可初步選取纜芯截面50mm2R=0.76/km X=0.079/km滿足要求。熱穩(wěn)定校驗：滿足要求。所以50mm2的截面積不符合，要選擇150mm2。所以

56、， 選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的環(huán)境信息，可以選擇直接埋地敷設。（2）對NO.2車間6kV進線進行電纜選擇： 工作電流：選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜。母線距離廠房約150m，由及地下0.7m土壤溫度為20度可知，可初步選取纜芯截面150mm2。R=0.21/km X=0.082/km滿足要求。熱穩(wěn)定校驗：滿足要求。所以， 選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的環(huán)境信息，可以選擇直接埋地敷設。（3）對NO.3車間6kV進線進行電纜選擇： 工作電流：選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣

57、鋁芯電纜。母線距離廠房約150m，由及地下0.7m土壤溫度為20度可知，可初步選取纜芯截面150mm2。R=0.21/km X=0.082/km滿足要求。熱穩(wěn)定校驗：滿足要求。所以， 選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的環(huán)境信息，可以選擇直接埋地敷設。（4）對NO.4車間6kV進線進行電纜選擇： 工作電流：選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜。母線距離廠房約150m，由及地下0.7m土壤溫度為20度可知，可初步選取纜芯截面150mm2。R=0.21/km X=0.082/km滿足要求。熱穩(wěn)定校驗：滿足要求。所以， 選擇VLV22-6000型

58、聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的環(huán)境信息，可以選擇直接埋地敷設。（5）對NO.5車間6kV進線進行電纜選擇： 工作電流：選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜。母線距離廠房約150m，由及地下0.7m土壤溫度為20度可知，可初步選取纜芯截面150mm2。R=0.21/km X=0.082/km滿足要求。熱穩(wěn)定校驗：滿足要求。所以， 選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的環(huán)境信息，可以選擇直接埋地敷設。（6）對負荷最大的6KV鑄鋼車間進行電纜選擇： 選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜。母線距離廠房約150m，由及

59、地下0.7m土壤溫度為20度可知，可初步選取纜芯截面150mm2。R=0.21/km X=0.082/km滿足要求。熱穩(wěn)定校驗：滿足要求。所以， 選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的環(huán)境信息，可以選擇直接埋地敷設。（7）對鑄鐵車間6kV進線進行電纜選擇： 工作電流：選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜。母線距離廠房約150m，由及地下0.7m土壤溫度為20度可知，可初步選取纜芯截面150mm2。R=0.21/km X=0.082/km滿足要求。滿足要求。所以， 選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的

60、環(huán)境信息，可以選擇直接埋地敷設。（8）對空壓站車間6kV進線進行電纜選擇： 工作電流：選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜母線距離廠房約150m，由及地下0。7m土壤溫度為20度可知，可初步選取纜芯截面150mm2。R=0.21/km X=0.082/km滿足要求。熱穩(wěn)定校驗：滿足要求。所以， 選擇VLV22-6000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的環(huán)境信息，可以選擇直接埋地敷設。綜合以上所選變電所進出線和聯(lián)絡線的導線和電纜型號規(guī)格如表5.4所示。表5.4變電所進出現(xiàn)的型號規(guī)格線路名稱導線或電纜的型號規(guī)格35kV進線LGJ-70鋁絞線（三相三線架空）6kV母線