10kV用戶電力接入工程初步設計

10kV用戶電力接入工程初步設計摘要在工業(yè)生產(chǎn)過程中，電能就屬于其中的一個重要能源，能夠?qū)S的正常生產(chǎn)形成非常大的影響。故而，怎樣去更為合理的、安全的、高質(zhì)量的以及節(jié)約性的用電已變成了工廠建設與運營的一個關鍵性問題。對于任何工廠來講，其生產(chǎn)過程的安全和順利，以及節(jié)電節(jié)能、生產(chǎn)率的提高均要有一個安全可靠的且比較經(jīng)濟的供配電能體系給予支持，才可以讓企業(yè)利潤的最大化得以實現(xiàn)。本文是某塑膠企業(yè)供電系統(tǒng)的設計，按照設計要求，對負荷、無功補償計算，總配電所的所址和型式選擇，總配電所的主接線方案及主變的參數(shù)型號，短路計算，并選擇主要開關電器、母線、饋線、PT、CT、等一次設備，對變電站二次部分設計、總配電所防雷保護與接地系統(tǒng)，總變電所自動優(yōu)化方案進行設計。設計的目的是通過對該電力用戶所處的地理環(huán)境、地區(qū)供電條件、生產(chǎn)工藝和公用工程等用電負荷資料的分析，為該工廠尋找完善的供配電系統(tǒng)及防雷接地設計方案。關鍵詞：工廠供電，總降壓變電所，電氣主接線，高壓配電系統(tǒng)AbstractIntheprocessofindustrialproduction,electricenergyisoneoftheimportantenergy,whichcangreatlyaffectthenormalproductionofthefactory.Therefore,howtouseelectricityinamorereasonable,safe,high-qualityandeconomicalwayhasbecomeakeyissueintheconstructionandoperationoftheplant.Foranyfactory,thesafetyandsmoothproductionprocess,aswellastheimprovementofpowersavingandenergysavingandproductivityshouldbesupportedbyasafe,reliableandeconomicalpowersupplyanddistributionsystem,soastomaximizetheprofitoftheenterprise.Thispaperisthedesignofthepowersupplysystem,aplasticenterpriseinaccordancewiththedesignrequirements,theloadandthereactivepowercompensationcalculation,thetotaldistributionofthesiteandtypeselection,thetotalofthesubstationmainwiringschemeandtheparametersofthemaintransformermodel,shortcircuitcalculation,andselectthemainswitchelectricalequipment,busbar,feeder,PT,adevice,suchasCT,thesubstationsecondarypartdesign,thetotaldistributionoflightningprotectionandgroundingsystem,totalsubstationautomaticoptimizationdesign.Thepurposeofthedesignistofindaperfectpowersupplyanddistributionsystemandlightningprotectiongroundingdesignschemefortheplantthroughtheanalysisofthegeographicalenvironment,regionalpowersupplyconditions,productionprocess,publicworksandotherpowerloaddataofthepowerusers.Keywords：Factorypowersupply,totalstep-downsubstation,mainelectricalwiring,highvoltagedistributionsystem目錄TOC\h\z\t"論文節(jié)標題,2,論文章標題,1,論文條標題,3"1緒論 緒論1.1工廠總平面布置圖1、該工廠的總平面布置圖如下：圖1.1工廠總平面布置圖2、工廠生產(chǎn)任務、規(guī)模及產(chǎn)品規(guī)格：本廠年生產(chǎn)能力為10000T聚已烯及烴塑料制品。其原料來源于某石油化纖總廠。1.2工廠情況介紹1、工廠負荷性質(zhì)：本廠大部分車間為三班制，少數(shù)車間為一班或二班制，年最大有功負荷利用小時數(shù)為5000h，本廠屬三級負荷。2、工廠自然條件：1）氣象資料：年最高氣溫為38℃，年平均氣溫為23℃，年最低氣溫為-8℃，年最熱月平均氣溫為26℃，年最熱月最高氣溫為33℃，年最熱月地下0.8m處的平均溫度為25℃，雷電日為40℃。2）地質(zhì)水文資料：平均海拔高度為1500m，地層以砂粘土為主，地下水位10m。1.3工廠用電協(xié)議1）從電力系統(tǒng)某66/10KV區(qū)域變電站提供電源，用10KV架空線供電，此站距廠南側1KM。2）電力系統(tǒng)及短路數(shù)據(jù)如下圖所示：圖1.2電力系統(tǒng)及短路數(shù)據(jù)圖3）供電部門對工廠的技術要求：系統(tǒng)變電站饋線的定時限過電流保護整定時間為2.0秒，要求工廠總降壓變電所的過流保護整定時間不大于1.5秒；在工廠10KV電源側進行電能計量；工廠最大負荷時功率因數(shù)應不低于0.9。已知與本廠高壓側有電氣聯(lián)系的架空線總長度為100KM，電纜線路總長度為15KM。4）供電貼費為700元/KV.A。每月電費按兩部制電價：基本電價為18元/KV.A，動力電費為0.4元/KW.h，照明電價為0.5元/KW.h。2負荷計算與無功補償2.1負荷的分級在負荷的等級劃分方面，則主要被分成了一、二、三級，下面對其分別闡述：在一級負荷用電方面，如果出現(xiàn)了供電中斷的情況，就有可能會導致生命危險、裝置損壞以及生產(chǎn)過程被影響等情況，進而會導致生產(chǎn)線上的產(chǎn)品出現(xiàn)報廢等情況，導致更多的且比較嚴重的損失；在二級負荷用電方面，如果出現(xiàn)了供電中斷的情況，就有可能會導致生產(chǎn)線減產(chǎn)、交通癱瘓以及城鎮(zhèn)居民日常生活被嚴重影響等情況；對于三級負荷來講，其就是除了一、二級負荷之外的其他用電負荷。2.2負荷計算的目的對于電力負荷進行計算的主要目的則包括了下面幾點：①對于負荷進行計算就成為了建筑物報裝容量和變壓器容量安設時的主要參照；②對于電流進行計算就成為了選用電纜線與開關等裝置的主要參照；③對于有功和無功兩類負荷情況進行計算就成為了靜電電容器容量確定的主要參照。2.3各車間負荷計算在對負荷進行核算時所使用的方式主要包括了：需要系數(shù)法、二項式法等，而在此次的核算中則使用的是前一種方式。下面對于各類相關的核算方式及相應的式子進行詳細介紹：（1）關于有功計算負荷（）的式子為：(2.1)其中的就代表了用電裝置組所具有的相應容量（）。就代表了用電裝置組的相關需需求系數(shù)。（2）關于無功計算負荷（）的式子是：(2.2)其中的就代表了和用電裝置組相對應的正切數(shù)值。（3）關于視在計算負荷（）的式子是：(2.3)（4）關于電流的計算式子是：(2.4)其中的就代表了用電裝置組所需要的額定電壓，而在此次的設計中則將確定為。相關的多種負荷計算情況和詳細數(shù)據(jù)則在下面的表2.1中展示：表2.1各車間和車間變電所負荷計算表（380V）序號車間

名稱設備

容量

KWKdcosψtanψ計算負荷變壓器臺數(shù)

及容量

KVAP30

KWQ30

KvarS30

KVAI30

A1薄膜車間140038401117139921271×1600原料庫3037.512.91523生活間100.81080--成品間（1）37.512.9914.9923成品間（2）37.212.4714.3922包裝材料庫3610.3911.9918小計（KΣ=0.95）0.598321131140421272單絲車間13850.60.651.17831972.3127819371×1600水泵房200.650.80.75139.7516.2525小計（KΣ=0.95）0.64801952.612451886.53注塑車間1890.40.651.1675.688.37116.31912×630管材車間8800.350.80.75308231385777小計（KΣ)364303.4476.29314備料車間13382.8143.2165.5251.01×500生活間100.8108080.46浴室50.8104040.23鍛工車間300.30.651.17910.5213.8420.98原料間150.81012012226.8倉庫34.57.798.9913.64機修模具車間1000.250.651.162529.2238.4558.28熱處理車間15029091.8128.5198.7鉚焊車間18035493.52107.9163.64小計（KΣ=0.87）251327.3424.0634.97鍋爐房2000.70.750.88140123.3186.5282.8續(xù)表2.1序號車間

名稱設備

容量

KWKdcosψtanψ計算負荷變壓器臺數(shù)

及容量

KVAP30

KWQ30

KvarS30

KVAI30

A5試驗室1331.2554.1262.4994.72×400輔助材料庫132238.1043.9966.7油泵房150.650.61.339.7512.9916.2424.62加油站120.550.51.736.611.4313.1923.64辦公樓、食堂、招待所5033039.9949.9975.76小計（KΣ=0.9）215251.9335.2899.952.4全廠負荷計算在上文中的表2.1中就展示出了車間變電所在低壓母線上所形成的各種計算負荷，此類結果則能夠被用于對變壓器的安設容量進行挑選，然后選擇車間變壓器，查表算出變壓器上的功率損耗。為了簡化計算，可以采用公式△≈(0.015～0.02)，△≈(0.08～0.1)估算。當采用低損耗變壓器時，也可以用公式△≈0.015S,△≈0.06S,估算出車間變壓器上的功率損耗。車間變電所1：△≈0.015SNT(kW)=0.015*1386=20.79kW△≈0.06SNT(kvar)=0.06*1386=83.16kvar車間變電所2：△≈0.015SNT(kW)=0.015*1230=18.45kW△≈0.06SNT(kvar)=0.06*1230=73.8kvar車間變電所3：△≈0.015SNT(kW)=0.015*476=7.14kW△≈0.06SNT(kvar)=0.06*476=28.56kvar車間變電所4：△≈0.015SNT(kW)=0.015*424=6.36kW△≈0.06SNT(kvar)=0.06*424=25.44kvar車間變電所5：△≈0.015SNT(kW)=0.015*335=5.025kW△≈0.06SNT(kvar)=0.06*335=20.1kvar由于廠區(qū)高壓配電網(wǎng)距離較短，故在確定計算負荷時，廠區(qū)高壓輸電線路上的功率損耗可以忽略不計。故而，針對于高壓配電所的引出線而核算出的負荷，也就能夠被當作是變電所低壓母線的相應負荷與功率損耗。高壓引出線上的計算負荷分別為：△=853.19kW，△=1186.16kvar；△=820.25kW，△=1005.9kvar；△=371.54kW，△=331.96kvar；△=258.06kW，△=352.84kvar；△=220.625kW,△=272.1kvar。依照負荷等級能夠查表得出，這一高壓配電母線上所具有的同期系數(shù)就是在之間，本設計則取。由于此次用電并無高壓負荷，所以說在配電所的進線上給出的負荷核算就是：P=0.92=2321.8kW，Q=0.92=2897.04kvar。2.5功率因數(shù)和無功功率補償2.5.1功率因數(shù)（1）全部擁有著電感性質(zhì)的用電裝置均需從供配電體系內(nèi)去獲取無功功率，進而也就會讓功率因數(shù)隨之減小。若是功率因數(shù)過低的話，就有可能會造成供配電體系出現(xiàn)異常情況，通常包括下面幾種：①導致整體性的電流增大依照式子：(2.1)能夠得出，當傳輸?shù)挠泄β氏嗤瑫r，功率因數(shù)的減小就能夠讓整體上的電流增大；②導致電能損耗的進一步增大依照式子：(2.2)能夠得出，當電流出現(xiàn)增大的時候，就能夠讓有功損耗隨之增大，進而會造成電能損耗的進一步增大；③導致電壓損失的增多依照式子：（2.3）能夠得出，當功率因數(shù)變得更低，也就是值變得更大時，則也會隨之變大。進而會對供電質(zhì)量形成不利影響。（2）對于功率因數(shù)予以有效提高的方式則包括了下面幾點：①讓自然功率因數(shù)得以提升；②對于電動機的類型和規(guī)格予以科學的選用；③有效預防電動機空轉(zhuǎn)的情況發(fā)生；④對于電動機予以高質(zhì)量的檢修；⑤對于變壓器容量實施科學的選用；⑥采用人工方式去對功率因數(shù)實施補償。2.5.2無功補償?shù)挠嬎闳绻胱尮β室驍?shù)從升高至，則一定需要安裝無功補償設備，而相應的容量計算方式是：(2.4)此次所選用的補償設備為型電容器，具體參數(shù)在下面的表2.2中展示：表2.2電容器型號及參數(shù)電容器型號額定電壓kV額定容量kvar額定電容頻率Hz相數(shù)BWF6.3-100-1W6.31008.0501（1）工廠無功功率的補償：=5397×[tan(arccos0.75)－tan(arccos0.9)=2146var所需要的電容器個數(shù)為n=2146/100=22(個）電容器的個數(shù)應該是3的倍數(shù)每相8個故取24個實際補償?shù)娜萘繛?200kvar。補償后變壓器的容量和功率因數(shù)（2）補償后變壓器低壓側的視在計算負荷：==5978KVA主變壓器的功率損耗：ΔP≈0.01S30=0.01×5978=60KWΔQ≈0.05S30=0.05×5978=299kvar變壓器高壓側的計算負荷：有功計算負荷：=5978+60=6038KW無功計算負荷：=4716-2146+299=2869kvar視在計算負荷： =6685KVA計算電流：=110.3A功率因數(shù)：=6038/6685=0.903>0.9補償后功率因數(shù)滿足要求。在下面的圖2.1中展示的就是安設于母線中的電容器（并聯(lián)）接線圖。主要是使用了三角形接線方式，并選用成套的高壓電容器柜。FU是為防止電容器擊穿時引起相間短路的高壓熔斷器保護。電壓互感器TV作為電容器放電裝置。圖2.1高壓集中補償?shù)牟⒙?lián)電容器接線圖3配電所的所址選擇和形式選擇3.1配電所設計原則（1）依照工程的特征、規(guī)模與發(fā)展計劃對其設計進行合理留有余量；（2）對于比較關鍵的配電所進行設計時，需依照負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點、所址環(huán)境、地區(qū)供電條件和節(jié)約電能等因素去進行規(guī)劃，盡可能的保證技術上的先進、供電上的可靠、經(jīng)濟上的合理與應用上的安全等；（3）在設計時理應和當?shù)氐墓╇姴块T簽署相關協(xié)議作為設計依據(jù)；（4）變配電所電氣設備的可導電金屬外殼，應與接地裝置有可靠的連接，成列安裝的定型開關柜兩端應與接地裝置連接，并做好變配電所的等位連接；（5）對于接地問題予以解決時，一定要依照相應要求去施行；（6）在變壓器的低壓側，應當對于進出線端實施避雷設備的安裝。3.2配電所位置選擇（1）高壓進線和低壓出線方便，并接近電源側。（2）方便設備運輸、裝卸及搬運。大型高層建筑，可以分層設置變電所。但應考慮好配變電設備的垂直運輸條件。設在地下室的變配電所宜留運輸和吊裝條件。（3）靠近負荷中心。（4）不應設在有劇烈震動或高溫的場所。（5）不應設在廁所、浴室、廚房或其他經(jīng)常積水場所的正下方，且不宜與上述場所貼鄰。（6）不宜設在多塵或有腐蝕性氣體的場所，當無法遠離時，不應設在污染源盛行風向的下風側等場所。（7）不應設在有爆炸危險環(huán)境的正上方或正下方，不宜設在有火災危險環(huán)境的正上方或正下方（8）不應設置在地勢低洼和積水的場所；設置在地下室的變配電所的地宜抬高以防水侵入。一般不宜設在地下室的最底層。（9）不適合鄰近存在著電磁干擾的場所進行安裝。（10）需要有效避讓建筑物的伸縮縫及沉降縫等位置。3.3配電所的形式選擇（1）應當依照用電負荷的相應分布情況以及周邊環(huán)境等予以整體性考慮。（2）對于高層或者是大型民用樓房，則選擇室內(nèi)形式的變配電所。（3）在城市小區(qū)中需根據(jù)負荷去選用獨立形式的變配電所，對于各棟樓的使用則選擇低壓供電形式。（4）對于偏遠的旅游景點等建筑或者線路有施工有困難、經(jīng)濟上不合理時，可以使用或者是線路供電。（5）戶外箱式變電站，可以用于負荷小而分散的建筑群。4總配電所主接線方案設計4.1主接線的基本要求（1）可靠性其屬于電力體系實施生產(chǎn)和分配的首要任務，包括發(fā)生事故可能性和發(fā)生事故后停電范圍小，恢復供電快。因為可靠性與投資經(jīng)濟性之間存在矛盾，使得在主接線設計中應該充分考慮到當?shù)貙嶋H情況和供電負荷對可靠性的要求，即要求注意以下幾個問題。主接線可靠性應與系統(tǒng)及負荷對供電可靠度的要求相適應負荷作用不同、地位不同，對供電可靠性要求也不同，那就必須根據(jù)負荷重要程度、停電對負荷造成的損失大小，分清主次，對不允許停電的一類、二類負荷采用高可靠性的接線方式，而那些供電連續(xù)性要求不高的負荷，則可以考慮降低主接線可靠性標準來提高其經(jīng)濟性。故而，對于所存在的主接線設計越是可靠則越好的觀點來講，則為不正確的。在對于主接線是不是可靠的情況進行評定時，應該是客觀的、科學的和整體性的評測，包括了備用電源、備用裝置以及備用線路等等諸多方面。然而，也不是說簡單的去增多裝置的安設或者是采用復雜方式進行接線就是可靠的，而是在某些情況下還會因接線過于復雜則造成應用程序的繁瑣，進而容易造成更多的錯誤操作，也就讓可靠性降低了；同時電力系統(tǒng)從可靠性計算角度可簡化為有一定故障概率的元件串并聯(lián)網(wǎng)絡，設備數(shù)量的增加在某些條件下也會引起系統(tǒng)供電中斷的可能性增大。因此應結合具體參數(shù)及運行人員運行經(jīng)驗、水平等多種因素全面地評價主接線的可靠性。主接線的可靠性程度是相對的由于系統(tǒng)容量、規(guī)模、作用不同和用戶對供電可靠性要求不同，在實際運行中對同一主接線的可靠性評價可能不同，因此必須針對用戶具體情況，對某種主接線是否滿足其可靠性要求作具體分析、評價，而不能一味采用可靠性很高而經(jīng)濟性小差的方式。主接線的可靠性是發(fā)展的隨著設備生產(chǎn)制造水平的提高，以及自動重合閘的采用和不斷電快速檢修技術的出現(xiàn)，使得過去被認為不夠可靠的那些主接線（如單母分段接線方式）具有足夠高的可靠性，而廣泛地應用于很多電壓等級接線中。因此不應該用一成不變的觀點去看待主接線的可靠性，而應根據(jù)當前的設備制造水平、運行水平用發(fā)展的眼光對主接線可靠性作出評價。（2）靈活性、方便性、適應性在這些基本要求中，則主要包括了下面的幾大方面：①主接線應當是能夠便捷操作和靈活運轉(zhuǎn)的，并且可以某些負荷改變情況予以適應；②能夠?qū)嵤╈`活的調(diào)度，以達到體系在出現(xiàn)故障、檢修等情況下保持正常運轉(zhuǎn)；③所需檢修的相關設備要盡可能的少一些，盡可能減少對使用者的供電與體系運轉(zhuǎn)形成影響。④在進行擴建的時候，保障能夠進行方便的和快速的過渡，有效減少停電的時間。（3）經(jīng)濟性基于可靠性和靈活性的相關要求，主接線還應當考慮經(jīng)濟上的合理性，主要包含的內(nèi)容有：①在投資方面比較節(jié)省，比如說主接線設計要盡可能的簡潔，減少一次裝置的數(shù)量等；②在占地面積上要盡可能的減小，也需要考慮搬遷及安裝等方面的費用，在經(jīng)濟發(fā)達的大城市這一點尤為重要。③年運行費用少。在變電所中要合理選擇主變壓器的容量和臺數(shù)，以便于減少電能損耗的費用。④由于主接線設計中，可靠性和經(jīng)濟性之間有比較大的矛盾，因而要注意在一定程度上協(xié)調(diào)解決。（4）簡化接線有益于電網(wǎng)自動化的有效實施?，F(xiàn)如今，對于配電所的自動化發(fā)展已經(jīng)成為了大勢所趨，那么在主接線方面就應當對此類問題予以考慮。（5）標準化對于類型比較接近的廠、站就應當使用相同的設計、安裝及操作方式，并進一步形成規(guī)范化和標準化的管理方式，以方便后期的檢修以及未來的發(fā)展。對主接線形式的評價應該結合具體地區(qū)的政治、經(jīng)濟條件和地理環(huán)境考慮，不能以單一的標準，而應該從電網(wǎng)用戶兩方面綜合考察各項指標。4.2主接線的基本形式對于主接線所采用的基本接線方式就包括了單母線、單母線分段、雙母線以及雙母線分段等多種。由于工廠進出線回路較多，為保證工廠的良好運作，再綜合本工廠實際情況考慮，最終使用了單母線分段的接線形式。其主要是擁有著單母線接線的部分優(yōu)勢，并且對他的不足之處也有一定的完善，然而，此類接線方式依舊無法彌補回路檢修所需的長時間停電等缺陷。圖4.14.3高壓配電系統(tǒng)的類型在工廠的供電體系設計中，經(jīng)常使用的配電方法包括3類：放射式、樹干式、環(huán)式。其中的放射式所具有的特征就是配電母線中的各條導出線屬于單獨供電方式，其主要的優(yōu)勢包括下面幾點：①較高的可靠性，產(chǎn)生故障時的影響較??；②繼電保護設備比較簡潔，容易實現(xiàn)自動化的轉(zhuǎn)變；③簡單的運行和便捷的操作等。而它的不足之處包括：①線路或者是開關裝置產(chǎn)生故障時，則相應回路供電會停止，并且是無法恢復的；②配電線路和高壓開關柜數(shù)量多，投資大。根據(jù)不同的供電可靠性要求，可以選擇單回路或者是雙回路放射式配電。樹干式：樹干式的特點是一條配電線路沿廠區(qū)走線，連接多個用戶，為檢修方便，線路通常采用架空線，一般用于對三級負荷供電。樹干式的優(yōu)點是配電所饋出線回路數(shù)少，投資小，結構簡單，其缺點是可靠性差，線路，線路故障范圍大。

環(huán)式有著比較高的可靠性和靈活的運轉(zhuǎn)，還能夠被使用到二、三級負荷的供電設計中，其不足之處是保護裝置整定和配合都比較復雜。5變壓器的選擇5.1變壓器選擇原則（1）對于變壓器的容量實施選用的相關原則首先應當達到計算負荷的相應要求，保證變壓器可以長時間的及可靠的運轉(zhuǎn)。其次，為適用工廠發(fā)展和調(diào)整的需要，變壓器容量還應留有一定的裕量。最后需要考慮的就是運行的經(jīng)濟成本盡可能的降低。（2）對于變壓器的類型實施選用的相關原則

通常選用雙繞組三相變壓器，并且選擇使用等一些損耗比較低的變壓器。在對于多塵或者是具有腐蝕性可能的環(huán)境中，則最好是選用具有防塵和防腐功能的變壓器，比如說等全密封形式的變壓器。在安設于高層建筑中的變壓器則選擇使用不燃或者是難燃類型，比如說系列或者是型號。在雷電常發(fā)的地區(qū)，則最好是選擇使用等具有防雷電功能的變壓器。另外，對于電壓偏移比較大且對電壓質(zhì)量有著比較高要求的安裝，則應當選擇使用具有調(diào)壓功能的變壓器，比如說系列等。5.2變壓器臺數(shù)選擇在對變壓器的按照臺數(shù)予以選定時，則需要對下面的幾種原則予以考慮：①可達到用電負荷的可靠性；②負荷改變比較大的時候則選用兩臺經(jīng)濟型變壓器；③在合理考慮負荷未來發(fā)展情況后，應保留一定的擴建增容量。通過負荷核算得出，各個車間變電所和相應的低壓側負荷分別是：車間變電所1：P=832.4kVQ=1103kvarS=1385.5kVA車間變電所2：P=801.8kVQ=932.1kvarS=1230kVA車間變電所3：P=364.4kVQ=303.4kvarS=476.2kVA車間變電所4：P=251.7kVQ=327.4kvarS=424.1kVA車間變電所5：P=215.6kVQ=252kvarS=335.3kVA最終，在車間變電所3與5主要使用了兩臺變壓器，并采用了雙回路放射形式的配電，這樣做的好處是供電可靠性高，在變壓器故障時，另外一臺變壓器可以承擔整個車間的負荷。而在其他車間變電所則均使用1臺。5.3變壓器容量選擇在1號變電所按照了1臺變壓器，其低壓側計算負荷為1385.5kVA，變壓器選擇時應留有一定裕量，但是也要保證其負荷率不能過低，這樣會浪費變壓器的容量。綜合考慮，選擇1600kVA的變壓器。另外，對于2、3、4、5號變電所則分別使用的是1臺、兩臺、1臺和兩臺變壓器。5.4變壓器型號選擇選擇S9型低損耗變壓器，按照其容量大小，選擇變壓器型號如下表所示：表5.110KV級S9系列電力變壓器技術數(shù)據(jù)車間變電所型號額定容量KVA額定電壓KV阻抗電壓%連接組標號損耗KW臺數(shù)高壓低壓空載短路1S9-1600/10160010、6.3、60.44.5Y，dn02.451412S9-1600/1016002.451413S9-630/1063010、6.3、60.44.5Y，dn01.23624S9-500/1050041515S9-400/104000.844.22所選的S9型電力變壓器采用無激磁調(diào)壓，調(diào)壓范圍是±5%，足以保證電壓質(zhì)量。6短路計算6.1短路的原因和類型及后果短路通常屬于電力體系所出現(xiàn)的嚴重后果，其指的就是所有不正常的相和相或相和地所產(chǎn)生的短路的狀況。此種形成因素是比較多的，比較常見的就包括元器件損壞、氣象條件惡化影響、違規(guī)操作以及其他因素等等。另外，在三相體系中有可能會產(chǎn)生的短路則通常包括三相短路、兩相接地短路、兩相短路以及單項短路等，而這里的三相短路還被叫做對稱短路。對于各種短路情況來講，最為常見的就是單項短路，而最為少見的是三相短路，然而，出現(xiàn)三相短路的時候，則通常會形成比較嚴重的后果，這是應當給予重視的。因短路所形成的位置、持續(xù)時間以及類型的各不相同，則造成的后果也是不同的，通常情況下會出現(xiàn)下面的幾種：①造成短路位置附近的線路形成非常大的電流，進而損壞相應設施；②短路電流能夠讓連接中的裝置過度發(fā)熱，在較長時間的短路情況下就容易讓相關裝置燒毀；③造成短路體系中的電壓降低很多，影響使用者的正常使用或是導致相關裝置損毀；④短路點距離電源比較近的話，還以對整個體系的穩(wěn)定形成不良影響，導致大范圍的停電情況產(chǎn)生，而這也是短路故障中最為嚴重的后果。6.2短路計算的目的實施短路計算就成為了變電所相應設計過程中關鍵性步驟之一，而這種計算的主要目的就包括下面幾個方面：①對于更加可靠的電氣裝置實施選用提供有效參照；②對于線路中的繼電保護與自動合閘等相關設備進行選用提供更多的參數(shù)依據(jù)；③能夠?qū)ψ冸娝姎庵鹘泳€的合理設計與選用，以及判定是不是需使用限制短路電流的相關措施等提供重要依據(jù)；④實施電力體系暫態(tài)剖析與核算，以及對短路影響維護工作的情況剖析提供依據(jù)等。在現(xiàn)實的工作過程中，依照相關條件去實施短路計算的時候，應當先對計算條件予以確定，而此類條件就包含了下面幾點：①產(chǎn)生短路的時侯，體系的運轉(zhuǎn)方式；②短路產(chǎn)生的位置及其類型；③短路產(chǎn)生之后所采取的應對方式等。6.3短路計算對于短路電流實施計算的時候，則通常包括下面的幾個環(huán)節(jié)：①對于等效電路圖進行繪制；②對于阻抗進行計算；③對于短路電流進行計算。圖6.1等效電路圖由變壓器阻抗計算公式：（6.1）式（6.1）中為基準容量在計算中我們令=100MVA,為變電器容量，為阻抗電壓。）可得：其中車間變電所3和車間變電所5有兩臺變壓器我們采用并聯(lián)接法得出其總阻抗分別為：由公式：（6.2）從原始資料上可知三相短路容量，得出。線路阻抗,系統(tǒng)的總相電勢由式：（6.3）計算出各短路點的短路電流；由公式：（6.4）可算出其沖擊電流。6.4短路計算匯總表該系統(tǒng)的短路計算匯總表如下：(KA)1.1671.1631.1631.1621.1561.160(KA)2.8062.7962.7962.7942.7792.789表6.1短路計算匯總表7導線的選擇在電源的進線方面則是單回架空線，在廠區(qū)的配電方面則是使用了電纜，下面對于進線與高壓配電電纜的類型予以挑選。7.1選擇的方法對于導線實施挑選的方式通?？紤]下面幾種情況：①依照發(fā)熱的相關條件實施選用；②依照經(jīng)濟電流密度的情況實施選用；③依照電壓的損失情況實施選用。根據(jù)有關的要求，對于低于的高壓和低壓動力兩類線路來講，則往往是先依照發(fā)熱的相關條件去對截面進行挑選，然后校驗電壓的損耗、熱穩(wěn)定以及機械強度等相關情況。對于低壓照明線路來講，因?qū)﹄妷旱馁|(zhì)量有著比較高的要求，故而，往往會先依照允許電壓損耗實施選用，然后校驗發(fā)熱的相關條件、熱穩(wěn)定以及機械強度等其他情況。對于架空線路來講，則能夠不校驗動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，而電纜可不校驗動穩(wěn)定。7.2氣候條件當?shù)啬曜顭嵩伦罡邭鉁貫?3度，年最熱月地下0.8米處的平均溫度為25度。進行電纜選擇時，這兩個溫度都是常用的基準溫度，故不必校正電流。7.3架空進線的選擇總配電所電源進線上的計算負荷為：P=K∑*∑P=0.92*1702.26=1566.08kW；Q=K∑*∑Q=0.92*757.8=697.18kvar；=1714.11kVA；0.914考慮到進線或者母線故障時，單回線路要帶全部負荷，架空線的截面按此情況計算。沒有總降壓變電所，不能用總降變壓器的容量來確定導線的計算電流，可用總的計算負荷進行選擇：。如果以車間變壓器的工作電流作為參考，不妨把進線的最大工作電流取做各車間額定工作電流的總和,經(jīng)過配電母線的時候要考慮同期，同期系數(shù)為0.92。按照發(fā)熱條件選擇導線截面：工廠實際情況可知當?shù)刈罡咂骄鶜鉁貫?6℃。查表可知，低壓單根架空銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣電線選50mm2架空線，30℃時載流量為168A，查校正系數(shù)表可知36℃時的校正系數(shù)為0.87實際載流量為0.87×168=146.16﹥128.56，滿足發(fā)熱條件。電壓損失校驗：要求電壓損失在5%以內(nèi)，由所選導線的型號查表可知：r0=0.65Ω/km,x0=0.35Ω/km，帶入公式（7.1）可得：△U%=[P*(*l)+Q*(*l)]/10（7.1）△U%=[1566.08*0.65*0.5+697.18*0.35*0.5]/[10*10*10]=0.63﹤5從而反映出選用的導線已經(jīng)達到了電壓損失的相應要求，此次選用導線符合體系的要求。7.4配電母線到車間變電所的電纜選擇在1號變電所中安裝的是一臺變壓器，當處于正常工作狀態(tài)時，電纜通過的最大電流按變壓器的額定電流計算。按照發(fā)熱條件選擇電纜截面：環(huán)境溫度即土壤溫度為時，根據(jù)相關的表能夠得出，銅芯交聯(lián)乙烯絕緣電纜（明敷）在截面是的時候，其載流量達到了，故而是達到了電纜的正常工作條件。對于熱穩(wěn)定實施校驗：對于短路電流所持續(xù)的時間假定為tj，并且是等同于短路電流周期與非周期分量作用兩種假定時間之和的。電力系統(tǒng)變電所的饋出線路的定時限過流保護裝置的整定時間為1.5秒（主保護時間），設計時擬采用中速斷路器。由于電源是無限大功率電源，短路電流非周期分量作用的假想時間為：=0.05s查表可知，BLV鋁芯聚氯乙烯絕緣電纜的熱穩(wěn)定系數(shù)C=65。是滿足熱穩(wěn)定的最小截面，為了滿足熱穩(wěn)定要求，故選擇銅芯交聯(lián)乙烯絕緣電纜電壓損失校驗：要求電壓損失控制在5%以內(nèi)，由所選導線的型號查表可知：△U%=[P*(*l)+Q*(*l)]/10△U%=[654.02*0.25*0.08+283.16*0.08*0.08]/[10*10*10]=0.015﹤5所選導線也滿足電壓損失的要求，因此選擇的導線能夠滿足系統(tǒng)的要求。采用同樣的方法2-5號配電母線到車間變電所的電纜。7.5配電母線到所用變的電纜選擇按照發(fā)熱條件選擇電纜截面：環(huán)境溫度即土壤溫度為時，查表可知交聯(lián)乙烯絕緣電纜（明敷）截面為2.5mm2時，載流量為25A﹥4.62A，滿足電纜的正常工作條件。熱穩(wěn)定校驗：由于三個變電所和所用變的短路情況均相同，因此利用短路條件選擇的電纜型號也應相同，即選擇銅芯交聯(lián)聚氯乙烯絕緣電纜。經(jīng)檢驗，這段電纜也滿足電壓損失要求。7.6線路上的電壓和功率損失由于離電源較近，電源和配電母線之間又沒有變壓器，故母線短路阻抗小，短路電流較大，從熱穩(wěn)定方面考慮選擇了粗導線。該工廠的架空線和電纜都比較短，粗導線的阻抗又小，加之負荷和負荷電流的值較小，所以電壓和功率的損失非常小，容易保證電壓質(zhì)量和電能節(jié)約。8電氣設備的選擇和校驗本設計只對配電所內(nèi)高壓設備進行選擇。在總配電所中的各類高壓電氣裝置在功能與特征方面均是不一樣的，對于運轉(zhuǎn)的相關條件與裝設環(huán)境的要求也各不相同，但有共同遵守的原則。若想讓它們能夠可靠的工作，就要依照正常的工作條件去實施挑選，并且要依照短路的狀況去實施校驗。8.1選擇與校驗電器的原則8.1.1按正常工作條件選擇電器這里的正常工作條件指的就是下面幾種：①電器所在回路的工作電壓需低于其額定電壓；②電器所在回路的最高長期工作電流需低于其額定電流；③對于電器實施選用的時候，需要對其安裝環(huán)境予以考慮。我國目前生產(chǎn)的電器，在設計的時候?qū)τ谥苓厹囟榷ㄎ?，若是電器所處的工作環(huán)境為超過或者是低于的時候，因冷卻條件的不一樣，則其允許電流應加以校正。而此次安裝環(huán)境的最高平均氣溫為，故而是無需對其工作電流實施校正的。8.1.2按短路情況校驗電器的穩(wěn)定性對于熱穩(wěn)定實施校驗：在實施短路熱穩(wěn)定校驗的時候，其重點要求所選用的電器處于短路電流狀態(tài)下的最高溫度應低于生產(chǎn)廠家給予的最高允許溫度。對于動穩(wěn)定實施校驗：其重點是電器對于短路電流影響的最大承受能力，因此說在校驗的時候需對短路電流的最大幅值和廠家要求的最大允許電流實施對比。特殊情況：（1）在產(chǎn)生短路時，熔斷器能夠產(chǎn)生熔斷而有效保護其它裝置，故而在應用熔斷器實施保護的相關設備則能夠不實施熱穩(wěn)定校驗。另外，應用具有著限流功能的熔斷器所予以保護的相關電器則無需校驗動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定。（2）電壓互感器二次側呈開路，阻抗大，且兩端均有熔斷器保護，故不必考慮短路情況，只校驗額定電壓即可；（3）架空線路可不驗算動、熱穩(wěn)定。電纜動穩(wěn)定由廠家保證，只校驗熱穩(wěn)定；（4）如果采用出線電抗器，應進行殘壓校驗。8.210KV高壓電氣設備的選擇與校驗8.2.1斷路器的選擇與校驗在供電體系中，高壓斷路器就屬于一個非常重要的開關設備，因其擁有著非常好的滅弧性能，故而可以非常安全的切合負荷電流，還可以在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，在保護裝置的作用下可靠并迅速地切除短路電流。斷路器的種類和形式選擇：在此次的設計中使用了室內(nèi)類型的少油斷路器。設備額定電壓，電網(wǎng)額定電壓:設備銘牌標出的額定電流:=630A進線側和母聯(lián)的斷路器選擇：考慮單回路進線帶全部負荷，忽略母線阻抗。當一回電源的進線出現(xiàn)異常之后，則閉合母聯(lián)開關，應用單回線路去承受所有負荷，這個時候母聯(lián)與正常進線開關處于串聯(lián)狀態(tài)，并且都為最大負荷電流，將這個時候的負荷電流當做主要參照去實施挑選。（在現(xiàn)實情況中，短路與負荷兩種電流的最大值是不會一起產(chǎn)生的，因為最大運行方式時負荷電流分到兩條進線上，而最小方式時短路電流較?。┻M線側斷路器和母聯(lián)斷路器可以選擇同一型號。電路的計算數(shù)據(jù)：在計算時，保護動作時間定為1.5秒。擬采用少油斷路器，其固有分閘時間t0.1秒，以0.1秒計算。由于短路假想時間超過了1秒，故忽略非周期分量產(chǎn)生的熱量。短路電流熱效應，是熱量計算公式的一部分，為了方便比較，已將常數(shù)約去。通過查表，可選擇SN10-10I戶內(nèi)型少油斷路器，其參數(shù)如下：校驗表5可知：經(jīng)過比較可知各校驗條目均滿足要求，故所選斷路器型號SN10-10I型滿足要求。根據(jù)相關規(guī)定，出線斷路器應該選擇輕型斷路器，如果不符合這個條件的應該采取限流措施，由于SN10-10I型斷路器屬于輕型斷路器，故滿足相關要求。表8.1SN10-101戶內(nèi)少油斷路器計算數(shù)據(jù)SN10-10I備注UN.S=10KVUN.et=10KVINC1—斷路器額定關合電流Imax=75.06AIN.net=630Aish=22.44KAINC1=40KAI∞2tima=123.9（KA）2*sIt2t=512（KA）2*sish=22.44KAies=40KASK=160MV*ASN.K.QF=300MV*AI″=8.8KAI⑶∞=16KA從2號車間的斷路器選擇上我們可以看到，其短路數(shù)據(jù)和進線的短路數(shù)據(jù)一致。由于負荷電流都在630A以下，而少油斷路器最小負荷電流只到630A，沒有更小的型號，故所有饋線的斷路器都只能選擇同一型號。經(jīng)過上面的分析，在3個車間饋線均采用SN10-10I戶內(nèi)型少油斷路器，斷路器的最大工作電流﹤128.56A﹤=630A，滿足條件，別的多種項目校驗和上表所示是類似的。8.2.2隔離開關的選擇與校驗對于發(fā)電廠與變電所中經(jīng)常使用的電器來講，隔離開關就屬于其中的重要一種，并且是它往往是與斷路器相互配合來應用的。其并不具備滅弧功能，因此不可以使用到連接或者是斷開負荷或短路電流中，其通常會被使用到隔離電壓、倒閘操作和對較小的電流實施分、合等方面。在額定電壓方面主要選用：=在額定電流方面主要選用：熱穩(wěn)定校驗：QK=I″DL42tk=123.9[(kA)2s]動穩(wěn)定校驗：電路的計算數(shù)據(jù)：斷路器的情況相同，額定電流為已經(jīng)是最小型號，故所有進出線的隔離開關均選用同一型號，型號選擇以進線的負荷數(shù)據(jù)以及短路數(shù)據(jù)為準?？蛇x用型號的室內(nèi)隔離開關，相關的參數(shù)在下面的表8.2中展示。表8.2隔離開關的校驗校驗項目GN6-10T/200UN.S=10KVUN=10KVImax=128.56AIN=200AQK=123.9（KA）2*sIt2t=102*5=500（KA）2*sish=22.44KAies=25.5KA由表格知選用GN6-10T/200型戶內(nèi)型隔離開關滿足要求。8.2.3電流互感器的選擇與校驗（1）對于電流互感設備來講，需要達到其一次回路額定電壓與電流，并且是為保障相應儀表的精準度，則其一次側額定電流需要和最大工作電流是比較相近的。在此次的設計中，對于電流互感器的二次額定電流則是選用了。在這個選用的過程中主要是考慮了安裝的地點（比如說室內(nèi)或者是室外）、安裝的方法（比如說穿墻式及裝入式等）等多方面的問題。而在此次的設計中就使用了室內(nèi)形式。為讓測量儀器獲得更高的精準度，則互感器所應有的精準級別需高于所供測量儀器的精準級別；另外，為保障互感器的相應精準級別，則其二次側所連接的負荷需高于這個精準級別所要求的額定容量。因此次設計被相關條件所限，則在挑選電流互感器的時候重點參照了前面四點，最終選用了兩個二次繞組的，分別用于測量和保護。（2）電源進線和母聯(lián)開關的電流互感器的選擇、校驗選擇型號：型高壓電流互感器，變比為200/5校驗：此類裝置以及電網(wǎng)的額定電壓應當滿足：額定電流應當為：熱穩(wěn)定校驗：動穩(wěn)定校驗：通過校驗能夠得出，選擇使用型電流互感器是可以達到現(xiàn)實需求的。（3）對于車間的饋線電流互感器進行選用以及校驗選用類型：型高壓電流互感器，其相應的變比是（對于額定電流是150的CT是在本設計情況下能夠同時滿足熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定的最小型號，故舍棄100/5的型號而選取高一級的CT）校驗：此類裝置以及電網(wǎng)的額定電壓應當滿足：額定電流應當為：熱穩(wěn)定校驗：動穩(wěn)定校驗：通過校驗能夠得出，選擇使用型電流互感器是可以達到現(xiàn)實需求的。（4）車間饋線電流互感器的選擇、校驗選擇型號：型高壓電流互感器，變比為校驗：此類裝置以及電網(wǎng)的額定電壓應當滿足：額定電流應當為：，其也屬于現(xiàn)實應用中的電流。熱穩(wěn)定校驗：動穩(wěn)定校驗：而查的參數(shù)有:通過校驗能夠得出，選擇使用型電流互感器是可以達到現(xiàn)實需求的。（5）所用變饋線電流互感器選擇與校驗選用類型：型高壓電流互感器，其相應的變比是校驗：此類裝置以及電網(wǎng)的額定電壓應當滿足：額定電流應當為：。所用變采用帶限流作用的RN1型熔斷器進行保護，因此電流互感器不必進行動、熱穩(wěn)定的校驗。通過校驗能夠得出，選擇使用型電流互感器是可以達到現(xiàn)實需求的。8.2.4電壓互感器的選擇與校驗對于電壓互感器來講，其二次側屬于開路情況，有著非常大的阻抗，還設置了熔斷器給予保護，故而，不需要對其動、熱穩(wěn)定進行校驗。對這一設備進行挑選時，主要考慮下面的幾點：①先是對于一次回路電壓進行選用，其一次繞組連接的電網(wǎng)電壓的變化幅度是處于之間的，并且是電網(wǎng)的額定電壓是，因此說最終選用的一次側額定電壓是；②對于電壓互感設備的型號則是選用了室內(nèi)型；③在對二次回路電壓予以確定時，考慮到它的二次側額定電壓需要符合保護、測量以及監(jiān)控儀器等需求，并且儀器用電通常為，在此次的設計中就選用三相五芯三繞組電壓互感器進行Y0/Y0/開口三角的聯(lián)結方式（如圖），據(jù)此查表可知電壓互感器的二次側電壓應為。圖8.1（4）對于相應的容量與精準級別進行挑選：先是依照儀器與繼電器在接線方面的需求，進而對電壓互感器的線路連接方法予以確定，并且盡量把負荷平均的分擔在各個相上，再對各相負荷予以核算，根據(jù)所接儀器的精準級別以及容量去對互感器所需的精準級別以及額定容量實施挑選。因電壓互感器在三相上的負荷通常是不一樣的，為達到精準級別的需求，則往往采用負荷最大的相實施對比。（5）對于電壓互感器實施選用：在此次的設計中，主要是選用了型三相室內(nèi)電壓互感器，其參數(shù)如下=；額定電壓比系數(shù)：10000/100/100/3；額定容量：0.5級時為120VA；1級時為200VA；3級時為480VA；最大容量為960VA。8.2.5負荷開關的選擇和校驗負荷開關目前只用到及以下。負荷開關的選擇只需按照一般條件進行，不需進行動、熱穩(wěn)定校驗。對于負荷開關進行選用：型室內(nèi)高壓負荷開關，并且是相關的參數(shù)都可以達到應用要求。8.2.610KV母線的選擇和校驗高壓母線一般選擇矩形或槽型。現(xiàn)選擇型號為：LMY—40×4單條矩形鋁母線。選取母線支柱絕緣子跨距l(xiāng)=1.2m，相間距離a=0.3m，室內(nèi)空氣溫度T=36℃。10kV母線的最大持續(xù)工作電流A。校驗如下：（1）按長期發(fā)熱條件校驗：選用40mm×4mm單條矩形豎放鋁導線，環(huán)境溫度為36℃，經(jīng)查表知，此母線的載流量為395A，集膚效應系數(shù)Ks為1.0。I=395﹥=128.56，故該母線滿足長期發(fā)熱條件8.2.7避雷器的選擇和校驗對于避雷設備的選用重點依照其額定電壓的有效值，應當比工頻過電壓要高。而對于工頻過電壓的取值情況要求如下表。此次選用的是HY5WZ-51/134型配電用閥形式的避雷設備，這一設備的額定電壓是，而滅弧電壓則為，另外在工頻放電電壓方面則達到了，均符合此次應用的要求。表8.3閥式避雷器參數(shù)中性點接地方式不直接接地直接接地系統(tǒng)標稱電壓（kV）3～1035～66110～220330500母線線路母線線路過電壓值（kV）1.1表8.4閥式避雷器不同電壓等級下的值電壓等級3kV6kV10kV35kV3.5kV6.9kV12.7kV40.5kV由于兩段母線分列運行，因此在每個分段上都應該裝設一個避雷器。8.2.8配電裝置該工廠由電源供電。配電系統(tǒng)的大多采用成套配電裝置，因此選擇合適的室內(nèi)開關柜即可。現(xiàn)選擇GG-1A（F）II型開關柜，根據(jù)進線、母聯(lián)和饋線的不同接線方案，選擇不同的開關柜型號。

9防雷與接地9.1防雷設備及其作用在防雷裝置方面重點包括了避雷針、避雷線、避雷帶以及避雷網(wǎng)等多種。此類裝置就是可以預防雷電而造成的過電壓波沿線路而侵入變配電所，也或者是其它的建筑，從而對于被保護裝置的絕緣功能予以保護。避雷設備往往需要和被保護裝置形成并聯(lián)關系，并安設于被保護裝置的電源側。在出現(xiàn)雷電過電壓的時候，避雷設備的火花間隙就能夠被擊穿，也或者是從高阻轉(zhuǎn)變成低阻，讓過電壓能夠?qū)τ诖蟮剡M行放電，如此一來就能夠?qū)ο嚓P裝置的絕緣功能予以保護。在此次的設計中就選擇使用閥式避雷器。9.2防雷措施9.2.1架空線路的防雷措施在這一形式的防雷措施中，通常包括下面的幾類操作：①對于避雷線予以架設的方式就成為了一種非常有效的防雷措施，然而其不足之處