某工厂10kV变配电系统设计

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1、目录第1章绪论1第2章线路设计32.1 配电线路设计32.1.1 高压配电线路放射式接线32.1.2 高压配电线路树干式接线52.1.3 高压配电线路环形接线72.2 短路电流计算82.3 配电系统电气设备的选型92.3.1 电气设备选择的一般条件92.3.2 配电线路的元器件选型102.3.2.1 变压器的选择102.3.2.2 高压断路器112.3.2.3 高压隔离开关112.3.2.4 防雷设备的选择122.3.2.5 互感器选择142.3.3工厂常用架空线路裸导线型号及电缆的选择152.3.3.1 裸导线型号及选择152.3.3.2电力电缆的型号及选择162.4 控制线路设计172.4

2、.1 定子串电阻降压启动控制线路172.4.2 星形-三角形降压启动控制线路182.4.3 控制线路元器件选型192.4.3.1 接触器选择192.4.3.2 时间继电器选择192.4.3.3 热继电器选择192.4.3.4 熔断器的选择20第3章功率补偿213.1 功率补偿的意义及方式213.2 功率补偿接线的设计233.2.1 三角形接线233.3.2 星形接线233.3 功率补偿原理及控制线路设计243.3.1 无功补偿的基本原理243.3.2 无功补偿控制线路243.4 功率补偿的计算25第4章总线路设计27结论28致29参考文献3031 / 32第1章 绪论工厂供电，即指工厂所需电能

3、的供应和分配，亦称工厂配电。电能是现代工业生产的主要能源和核心动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在企业工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产

4、过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。 可见，做好工厂供电工作对于发展工业自动化生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。变配电系统是变电系统和配电系统的总称。其中变电系统的主要作用是通过变压器对一次侧电压进行升高或者降低，再从二次侧输出。变电系统的核心元件是各种变比的变压器，总之有电压改变的系统就是变电系统。至于配电系统可理解为一个用电系统中不存在电压的改变，就是配电系统，它的核心

5、元件是各种电流级别的开关。工厂供配电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并确实做好节能环保工作，就必须达到以下基本要求：1. 安全应符合有关国家标准和技术规的要求，能充分保障人身和设备的安全。2可靠应满足电力负荷，特别是其中一二级负荷对供电可靠性的要求。3. 灵活 应能适应各种必要的运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。4. 经济 在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应社会的发展。为了保证

6、工厂供电的正常运转，就必须要有一套完整的保护，监视和测量装置。目前多以采用自动装置，将计算机应用到工厂配电控制系统中去。工厂供电设计的一般原则：按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规GB50053-94 10kV及以下设计规GB50054-95 低压配电设计规等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：1. 遵守规程执行政策必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。2.安全可靠先进合理应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。3.近期为主考虑发展应根据工作特点

7、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。4.全局出发统筹兼顾按负荷性质用电容量工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。第2章 线路设计2.1 配电线路设计供配电线路按电压等级的不同可分为高压线路(1kV以上)和低压线路(1kV以下)。本设计为某工厂变配电系统的设计,电压等级为10kV,则为高压线路。而高压配电线路有放射式，树干式，环形三种接线方式。2.1.1高压配电

8、线路放射式接线(一) 单回路放射式接线图2-1单回路放射式接线，这种接线方式的优点：接线清晰，操作维护方便，各供电线路互不影响，供电可靠性较高，便于装设自动装置，保护装置也较简单，但高压开关设备数量多，投资大，而且当某一线路发生故障或检修时，该线路供电的全部负荷都要停电。因此，单回路放射式接线只能用于二，三级负荷或容量较大以及较重要的专用设备。图2-1 单回路放射式接线(二)公共备用干线的放射式接线对二级负荷供电时，为提高供电的可靠性，可根据增加公共备用线路，图2-2公共备用干线的放射式接线。该接线方式的供电可靠性得到了提高，单开关设备的数量和导线材料的消耗量也有所增加。如果备用干线采用独立电

9、源供电且分支较少，则可采用一级负荷。图2-2 公共备用干线的放射式接线(三) 双回路放射式接线图2-3采用双回路放射式接线，然后经分段母线用双回路对用户进行交叉供电。其供电可靠性高，可供电给一，二级的重要负荷，但投资相对较大。图2-3 采用双回路放射式接线(四) 采用低压联络线作备用干线的放射式接线图2-4所示为采用低压联络线作备用干线的放射式接线。该接线方式比较经济，灵活，除了可提高供电可靠性以外，还可实现变压器的经济运行。低压侧采用单母线分段接线形式，可以在故障时实现不间断供电，保证负荷正常运行，供电可靠性较高。低压侧也可采用双母线分段接线形式。图2-4 低压联络线作备用干线的放射式接线2

10、.1.2高压配电线路树干式接线高压树干式接线是指变配电所高压母线上引出的每路高压配电干线上沿线均连接了数个负荷点的连接方式。(一) 单回路树干式接线图2-5为单回路树干式接线。该接线方式较之单回路放射式接线，变配电所的出线数量大大减少，高压开关柜的数量也相应减少，同时可节约有色金属的消耗量。但因多个用户采用干线供电，各用户之间互相影响，故当某条干线发生故障或需要检修时，将引起干线上的全部用户停电，所以这种接线方式供电可靠性差，且不容易实现自动化控制。单回路树干式接线一般用于对三级负荷配电，而且干线上连接的变压器不得超过5台，总容量不应大于2300kVA。图2-5 单回路树干式接线(二) 单侧供

11、电的双回路树干式接线为了提高供电可靠性，可采用如图2-6所示的单侧供电的双回路树干式接线方式。该接线方式可供电给二，三级负荷，但投资也相应地有所增加。图2-6 单侧供电的双回路树干式接线(三) 两端供电的单回路树干式接线图2-7为两端供电的单回路树干式接线。若一侧干线发生故障，则可采用另一侧干线供电，因此供电可靠性也较高，与单侧供电的双回路树干式接线相当。当正常运行时，由一侧供电或在线路的负荷分界处断开，当发生故障时要手动切换，但寻查故障时也需中断供电。所以，两端供电的单回路树干式接线只可用于对二，三级负荷供电。图2-7 两端供电的单回路树干式接线(四) 两端供电的双回路树干式接线图2-8是两

12、端供电的双回路树干式接线。这种接线方式比单侧供电的双回路树干式接线的供电可靠性有所提高，主要用于对二级负荷供电，当供电电源足够可靠时，亦可用于一级负荷。这种接线方式的投资不比单侧供电的双回路树干式接线增加很多，关键是要有双电源供电的条件。图2-8两端供电的双回路树干式接线2.1.3高压配电线路环形接线高压环形接线实际上是两端供电的树干式接线，如图2-9所示，两路树干式接线连接起来就构成了环形接线。图2-9 高压环形接线这种接线方式运行灵活，供电可靠性高。线路检修时可切换电源，故障时可切除故障线段，从而缩短了停电时间。高压环形接线可供电给二，三级负荷，且在现代化城市电网中应用较广泛。经过以上的比

13、较和分析，高压变配电系统的接线往往是几种接线方式的组合，究竟采用什么接线方式，应根据具体情况对应供电可靠性的要求，通过技术，经济综合比较后才能确定。一般来说，高压配电系统应优先考虑采用放射式，对于供电可靠性要求不高的辅助生产区和生活住宅区，可考虑采用树干式或环形配电式。通过分析比较，某工厂10kV的变配电系统，最终采用低压联络线作备用干线的放射式接线方式,如图2-4所示。2.2 短路电流计算短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后

14、确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。为了选择高压电气设备，整定继电保护，需计算总降压变电所的35kV侧、10kV母线以及厂区高压配电线路末端(即车间变电所10kV母线)的短路电流，分别为k-

15、1、k-2和k-3点。但因工厂厂区不大，总降压变电所到最远车间的距离不过数百米，因此总降压变电所10kV母线(k-2点)与厂区高压配电线路末端处(k-3点)的短路电流值差别极小，所以只计算主变压器高、低压侧k-1和k-2两点短路电流。短路电流按系统正常运行方式计算，其计算电路图如附图2-10所示短路电流计算的方法，常用的有欧姆法(有称有位制法)和标幺制法(又称相对单位制法)。图2-10 等值电路现在用标幺值法进行计算。由题意知：由题意知：SN=400kVA UN=400V2.3配电系统电气设备的选型2.3.1 电气设备选择的一般条件尽管电力系统中各种电气设备的作用和工作条件并不一样，具体选择方

16、法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验动稳定和热稳定。(一)按正常工作条件选择电气设备1.额定电压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所需电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压，通常，规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.11.15倍，而电网运行电压的波动围，一般不超过电网额定电压的1.15倍。因此，在选择电气设备时，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压USN的条件选择，即UNUSN (2-1)2.额定电流电气设备的额定电流

17、IN是指在额定环境温度0下，电气设备的长期允许电流。IN不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即INImax(2-2)3.环境条件对设备选择的影响当电气设备安装地点的环境(尤其注意小环境)条件如温度、风速、污秽等级、海拔高度、地震烈度和覆冰厚度等条件超过一般电气设备使用条件时，应采取措施。一般当海拔在10003500m围，若海拔比厂家规定值每升高100m，则电气设备允许最高工作电压要下降1%。当最高工作电压不能满足要求时，应采用高原型电气设备，或采用外绝缘高一电压等级的产品。对于110kV及以下电气设备，由于外绝缘裕度较大，可在海拔2000m以下使用。我国生产的电气设备一

18、般使用的额定环境温度0=40oC，若周围环境温度高于40oC但不大于60oC时，其允许电流一般可按每增高1oC，额定电流减少1.8%进行修正；当环境温度低于+40oC时，环境温度每降低1oC，额定电流可增加0.5%，但其最大电流不得超过额定电流的20%。(二)按短路状态校验1.短路热稳定校验短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。满足热稳定的条件为 (2-3)式中：Qk短路电流产生的热效应； It、t分别为电气设备允许通过的热稳定电流和时间。2.动稳定校验动稳定是电气设备承受短路电流和机械效应的能力，亦称动稳定。满足动稳定的条件为ies ish 或 IesIsh

19、 (2-4)式中：ish、Ish分别为短路冲击电流幅值及其有效值；ies、Ies分别为电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。同时，应按电气设备在特定的工程安装使用条件，对电气设备的机械负荷能力进行校验，即电气设备的端子允许荷载应大于设备引线在短路时的最大电动力。2.3.2 配电线路的元器件选型2.3.2.1 变压器的选择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器。主变压器的选型原则：(1) 一般应优先选用S9、S11等系列的低损耗变压器。(2)在多尘或有腐蚀性气体以致严重影响变压器安全运行的场所，应选用密闭式电力变压器。如BSL1型。(3)对于高层建筑、地下

20、建筑、化工单位等对消防要求较高的场所，主采用干式变压器，如SC、SCZ、SG3、SG10、SC6等系列。(4)对电网电压波动较大的场所，以改善电能质量应采用有载调压电力变压器，如SZ7、SFSZ、SGZ3等系列。在电力变压器的选择中，变电所主变压器台数的选择。选择主变压器的台数，应考虑下列原则：(1)应满足用电负荷对供电的可靠性的要求，有大量二级负荷的变电所，应采用两台变压器，当一台发生故障或检修时，另一台变压器能对一二级负荷和连续供电。只有二级而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，但必须在低压侧铺设与其它变电所相连的联络线作为备用电源。(2)对导线性负荷或昼夜负荷变动较大且要求采用经济

21、运行方式的变电所可考虑采用两台主变压器。(3)除上述情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或三台及以上变压器。(4)在确定变电所主变压器台数时应适当考虑负荷的发展并留取一定的余地。因此，本次设计为了确保电力线路的安全性和可靠性，选用两台主变压器。由设计要求知: 额定容量为400KVA 。根据查表 (S9系列610 kV级钢绕组低损耗电力变压器的技术指标)如表一:表一 S9-400/10基本参数规格型 号额定电压额定容量连接组别号一次二次400kVADyn11S9-400/1010.5kV0.4kV损 耗空载电流阻抗电压空 载(W)负

22、 载(W)3%4%87042002.3.2.2 高压断路器高压断路器QF是高压输配电线路中最为重要的电气设备。它的性能直接关系到线路运行的可靠性和安全性。在电网中，高压断路器既有控制作用，又有保护作用。高压断路器按灭弧介质的不同可分为油断路器、真空断路器、六氟化硫(SF6)断路器。 (1) 油断路器 油断路器分为少油断路器和多油断路器两种。少油断路器具有油量少、体积小、重量轻、运输安装方便的特点，油只作为灭弧介质使用。多油断路器具有油量多的特点，油兼有灭弧和绝缘的双重功能。在不需要频繁操作且要求不高的高压电网中，少油断路器得到了广泛的应用。在610KV户配电装置中常用的少油断路器为SN10-1

23、0型。按断流容量可将其分为、型，型断流容量Soc为300MVA，型断流容量Soc为500MVA， 型断流容量Soc为750MVA。(2) 真空断路器真空断路器有噪音低、体积小、寿命长、体积简单、可靠性高的优点。主要用于平凡操作的场所，尤其是安全要求较高的工矿企业、住宅区、商业区等。常用的真空断路器有ZN3-10、ZN12-12、ZN28A-12、ZN5-10型。(3) 六氟化硫(SF6)断路器六氟化硫断路器有灭弧能力强、绝缘强度高、开断电流大、燃弧时间短、检修时间长、断开电流电容或电感电流时，无重燃，过电压低等优点。但SF6断路器要求加工精度高，密封性要求严，价格相对昂贵。主要用于需频繁操作且

24、有易燃易爆的场所，特别适用于全封闭组合电器，常用的有LN2-10型。因为本设计为某工厂10kV变配电系统，则通过比较选用真空断路器。其基本参数如表二。表二真空断路器基本参数规格型号额定电压额定电流开断电流断流容量ZN5-1010kV1250A25kA动稳定电流峰值热稳定电流固有分闸时间1S合闸时间1S配用操动机构型号63kA25(2S)kA0.050.1CD102.3.2.3 高压隔离开关高压隔离开关(QS)是高压电气装置中保证工作安全的开关电器。其作用主要有：(1)隔离电源，保证安全。(2)倒闸操作。(3)接通或切断小电流电路。高压隔离开关一般分为户外隔离开关(GW)和户隔离开关(GN)两种

25、。户隔离开关其额定电压一般在35kV以下，10kV高压隔离开关型号较多，常用的有GN13、GN19、GN22、GN24、GN28、GN30等户式系列。户外隔离开关由于触头暴露在大气中，工作条件比较恶劣，因此一般要求有较高的绝缘等级和机械强度。户外隔离开关其额定电压一般在35kV以上，常用的有GW2-35、GW4-35(D)和GW4-110D。通过比较，根据设计要求选用高压隔离开关。其基本参数如表三。表三高压隔离开关基本参数规格型号额定电压额定电流热稳定电流极限通过电流GN6-10/1000-8010kV1000A31.5(4S)kA峰值80kA2.3.2.4 防雷设备的选择(一)避雷器的分类及

26、特点防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击(雷闪)的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。避雷器是变电所保护雷电入侵的主要装置，用于过电压保护。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源

27、侧。在供配电系统正常工作的时候，并不导电。避雷器的种类有阀型避雷器、保护间隙、管型避雷器和金属避雷器四种。(1) 阀型避雷器阀型避雷器又称阀式避雷器，阀型避雷器分为普通阀式避雷器和磁吹阀式避雷器两大类。普通阀型避雷器有FS型和FZ型两大系列。磁吹阀型避雷器有FCD型和FCZ型两个系列。普通阀型避雷器为了提高灭弧能力制成了磁吹避雷器，其部附有磁吹装置来加速放电火花间隙中电弧的熄灭，专用于保护重要的或绝缘能力较弱的设备。(2) 保护间隙 保护间隙又称角形避雷器，它简单经济，维护方便，但保护性能差，灭弧能力小。一般用于10kV及以下的电网中，并尽量与自动重合闸装置配合使用，以便减少线路的停电事故发生

28、。为了改善供电系统的可靠性，凡采用保护间隙作为过电压保护装置时，一般在断路器上也要配备自动重合闸装置。(3) 管型避雷器管型避雷器也称排气管式避雷器，具有与保护间隙相同的缺点，目前仅用于安装在输电线路上绝缘比较薄弱的地方和用于变电所的进线端保护中。一般用于中小型变配电所的避雷器为FS型阀式避雷器。(4) 金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器具有保护性能好，通流能力强，体积小，安装方便等优点。目前已广泛应用到电气设备的防雷保护中，随其制造成本的降低，金属氧化物避雷器的应用会越来越广泛。通过比较分析，根据本设计基本要求选用阀型避雷器，其基本参数见表四。表四 阀型避雷器基本参数型号系统标称电压(kV)额

29、定电压(kV)工频放电电压(kV) 1.2/50s冲击放电电压不大于波前冲击放电电压不大于标称电流下残压不大于不小于不大于FS系列FZ系列FS系列FZ系列FS系列FZ系列3kA5kA5kAFS-10(FZ-10)1012.72631504562.556.3504520.541497391672551618510681.525566711013881.5(二)架空线路的防雷措施(1)架设避雷线防雷的有效措施，但造价高，因此只在66kV及以上的架空线路上才沿全线装设。35kV的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。而10kV及以下的线路上一般不装设避雷线。(2)提高线路本身的绝缘水平

30、在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10kV及以下架空线路防雷的基本措施。(3)利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 由于310kV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。(4)装设自动重合闸装置 线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的，在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD，使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响

31、。(5)个别绝缘薄弱地点加装避雷器 对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。(三)变配电所的防雷措施(1)装设避雷针室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护围之或变配电所本身为室型时，不必再考虑直击雷的保护。(2)高压侧装设避雷器这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。阀式避雷器至310kV主变压器的最大电气距离如表五：表五阀式避雷器至310kV主变压器的最大电气距离雷雨季节

32、经常运行的进线路数123=4避雷器至主变压器的最大电气距离/m15232730避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相连后接地。 (3)低压侧装设避雷器这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时(如IT系统)，其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。2.3.2.5 互感器选择电流互感器(TA)又称仪用变流器，电压互感器(TV)又称仪用变压器。它们合

33、称为仪用互感器，简称互感器。其作用主要是将高电压和大电流变为二次回路的标准低电压和小电流。还可用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘。(一) 电流互感器电流互感器根据其安装地点的不同可分为户式和户外式两种。20kV及其以下制成户式，35kV及其以上多制成户外式。电流互感器使用时的注意事项：(1)电流互感器在工作时二次侧不得开路。(2)电流互感器二次侧有一端必须接地。为了防止一、二次绕组间绝缘击穿时一次测高电压窜入二次侧，危机设备和人身的安全。(3)电流互感器在接线时，要注意其端子的极性。1.电流互感器的特点(1)电流互感器一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测电

34、路的负荷电流，而与二次电流的大小无关。(2)电力互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下电流互感器在近似于短路状态下运行。电流互感器的额定电流比Ki为 （2-5）2.电流互感器的准确级为了保证测量仪表的准确度，互感器的准确级不得低于所供测量仪表的准确级。(1)对测量精确度要求较高的大容量发电机和变压器、系统干线、发电企业上网电量、电网或供电企业之间的电量交换的关口计量点，宜用0.2级。(2)装于重要回路中的互感器，准确级应采用0.20.5级。(3)对供运行监视、100MW及以下发电机组的厂用电、较小用电负荷以及供电企业部考核经济指标分析的电能表和控制盘上的仪表，其电流互感器应为

35、0.51级。当所供仪表要求不同准确级时，应按相应最高级别来确定电流互感器的准确级。根据设计要求，选择电流互感器基本参数如表六。表六电流互感器基本参数型号额定电流比级次组合准确度等级二次负荷准确度等级0.51LMZ1-102000,3000/54000,5000/50.5/D0.5D1.622.43 (二)电压互感器电压互感器是一种小型的变压器，其一次绕组并接于电力系统一次回路中。常见的电压互感器有：三相五柱式电压互感器、三相三柱式电压互感器、电容式电压互感器。电压互感器的特点：(1)电压互感器正常运行时近似空载状态。(2)电压互感器二次侧不允许短路。(3)电压互感器的接线方式根据二次负载的需要

36、而定。根据设计要求，选择电压互感器基本参数如表七。表七 电压互感器的基本参数型号额定电压（kV）二次绕组额定容量（）最大容量（）一次绕组二次绕组0.513JDZ-10100.150802004002.3.3 工厂常用架空线路裸导线型号及电缆的选择2.3.3.1 裸导线型号及选择(一)导线分类(1)铝绞线(LJ)。户外架空线路采用的铝绞线导电性能好，重量轻，对风雨作用的抵抗力强，但对化学腐蚀作用的抵抗力较差，多用在10kV及以下线路上，其杆距不超过100125m。(2)钢芯铝绞线(LGJ)。此种导线的外围用铝线，中间线芯用钢线，解决了铝绞线机械强度差的缺点。由于交流点的趋肤效应，电流实际上只从铝

37、线通过，所以钢芯铝绞线的截面积面积是指铝线部分的面积。在机械强度要求较高的场所和35kV及以上的架空线路上多被选用。(3)铜绞线(TJ)。铜绞线导电性能好，对风雨及化学腐蚀作用的抵抗力强，但造价高，且密度过大，选用要根据实际需要而定。(二)导线选择根据设计要求将选择铝绞线。(1)铝导线的横截面选择导体横截面可按长期发热允许电流或经济电流密度选择。对年负荷利用小时数大（通常指），传输容量大，长度在20m以上的导体，如发电机，变压器的连接导体及截面一般按经济电流密度选择。而配电装置的汇流母线通常在正常运行方式下，传输容量不大，故可按长期运行电流来选择。按导体长期发热允许电流选择按导体长期发热允许电

38、流选择，则计算式为： （2-6）式中：为导体所在回路中最大持续工作电流（A）；为额定环境温度时导体允许电流（A）；K为与实际环境温度和海拔有关的综合修正系数，见发电厂电气部分第四版第六章：综合修正系数K还可以计算为 （2-7）式中：、分别为导体安装处的实际环境温度和导体额定载流量的基准温度。为导体长期发热允许最高温度。按经济电流密度选择 按经济电流密度选择导体截面可使年年计算费用最低。不同种类的导体和不同最大负荷利用小时数将有一个年计算费用最低的电流密度，称为经济电流密度J,各种导体的经济电流密度见发电厂电气部分第四版第六章图6-17所示。则导体的经济截面为 （2-8）2.3.3.2电力电缆的

39、型号及选择(一)电缆分类电缆芯线有铜芯和铝芯，电缆的型号很多，按绝缘方式和结构不同，可分为：(1)油浸纸绝缘电缆，又可分为黏性和不滴流纸绝缘两类。按不同结构可分为带绝缘电缆、屏蔽型和分铅型电缆。油浸式电缆性能非常稳定，但不适于用于高差大的场合。(2)挤压绝缘电缆。用聚合材料挤压再导体上作电缆绝缘，它制造工艺简单，敷设接头方便，故在某些应用场合逐步取代油浸纸绝缘电缆。(3)压力电缆，主要用63kV及以上，按填充或压缩气的措施不同，可分为自容式充油、充气和压气绝缘电缆。(二)电缆选择根据设计要求，经过比较优选油浸式绝缘电缆。其横截面积的选择电缆横截面积的选择和导线的基本相同。则 (2-9)由发电厂

40、电气部分第六章导体的经济电流密度曲线知： (2-10) (2-11)2.4 控制线路设计对三相交流异步电动机直接启动，虽然控制线路结构简单，使用维护方便，但异步电动机的启动电流很大，如果电源容量不比电动机容量大许多倍，则启动电流可能会明显的影响同一电网中其他电气设备的正常运行。因此，异步电动机可采用定子串电阻降压启动，星形三角形降压启动等方式。2.4.1 定子串电阻降压启动控制线路定子串电阻降压启动是指启动时，在电动机定子绕组上串联电阻启动电流在电阻上产生电压降，使实际加到电动机定子绕组中的电压低于额定电压，待电动机转速上升到一定的值后，再将串联电阻短接，使电动机在额定电压下运行。时间继电器控

41、制电动机定子串电阻降压启动控制线路，如图2-10所示。图2-10定子串电阻降压启动控制线路由以上分析可见，按下启动按钮SB2后，电动机M先串电阻R降压启动，经一定延时，电动机M才全压运行，但在全压运行期间，时间继电器KT和接触器KM1线圈均通电，不仅消耗电能，而且减少了电器的使用寿命。2.4.2星形-三角形降压启动控制线路对于正常运行时电动机额定电压等于电源线电压，定子绕组为三角形连接方式的三相交流异步电动机，可以采用星形-三角形降压启动。它是指启动时，将电动机定子绕组接成星形，待电动机的转速上到一定值时，再换成三角形连接。这样，电动机启动时每相绕组的工作电压为正常时绕组电压的倍，启动电流为三

42、角形直接启动时的1/3。星形三角形自动控制线路采用接触器控制星形-三角形降压启动线路，如图2-11所示。图2-11星形-三角形降压启动自动控制线路图中使用了三个接触器KM1,KM2,KM3和一个通电延时型时间继电器KT，当接触器KM1，KM3主触点闭合时，电动机星形连接；当接触器KM1，KM2主触点闭合时，电动机三角形连接。上述线路，电动机三角形运行时，时间继电器KT和接触器KM3均断电释放，这样，不仅使已完成星形-三角形降压启动任务的时间继电器KT不再通电，而且可以确保接触器KM2通电后，KM3无电，从而避免KM3与KM2同时通电造成短路事故。根据以上的分析可优先选择星形-三角形降压启动自动

43、控制线路。2.4.3 控制线路元器件选型2.4.3.1 接触器选择接触器是一种自动控制电器，它可以用来频繁的远距离接通或断开大容量的交、直流负载。接触器按其主触点通过电流的种类不同可分为直流和交流接触器两种，目前在大多数情况下采用交流接触器。交流接触器主要由电磁系统、触点系统和灭弧装置及其他部件等四部分组成。交流接触器动作原理：线圈得电以后产生的磁场将铁芯磁化，吸引动铁芯，克服反作用弹簧的弹力向静铁芯运动，拖动触点系统运动，使得动合触点闭合、动断触点断开。一旦电源电压消失或者显著降低，以致电磁线圈没有激磁或激磁不足，动铁芯就会因电磁吸力消失或过小而在反作用弹簧的弹力作用下释放，使得动触点与静触

44、点脱离，触点恢复线圈未通电时的状态。根据本设计基本要求将选择交流接触器，其型号如表八：表八 交流接触器的技术指标型号额定电压(V)额定电流电寿命操作频率外形尺寸(mm)交流线圈频率HZ辅助触头控制容量数量380(V)三级AC-151000VADC-1390W6对AC-3AC-4AC-2CJ12-100380100015600372194195502.4.3.2 时间继电器选择时间继电器也称延时继电器，是一种用来实现触点延时接通或断开的控制电器。时间继电器按延时可分为：通电延时型和断电延时型两种。通电延时型时间继电器在其感测部分接收到信号后开始延时，一旦延时完毕就通过执行部分输出信号以操纵控制电

45、路，当输入信号消失时，继电器就立即回复到动作前的状态。断电延时型与通电延时型相反。断电延时型时间继电器在其感测部分接收输入信号后，执行部分立即动作，但当输入信号消失后，继电器必须经过一定的延时，才能恢复到原来的状态，并且有信号输出时间继电器是由电磁系统、延时机构和工作触点三部分组成。将电磁机构翻转180度安装后，通电延时型可以转换成断电延时型，同样，断电延时型可以转换成通电延时型。根据本设计基本要求将选择通电延时型时间继电器,其型号如表九：表九时间继电器技术指标型号额定电压延时一致性返回电压功率消耗SS-22DC220%0.2最大整定值%5额定值5.5W2.4.3.3 热继电器选择在电路中串入

46、热继电器FR，是对电动机起过载保护作用的。电动机若遇到频繁启、停操作或运转过程中遇到负载过重或缺相。都可能引起电动机定子绕组中负载电流长时间超过额定电流，而熔断器的保护特性使得它可能会暂时不会熔断，所以必须采用热继电器对电动机实行过载保护。电动机过载时，过载电流将使热继电器中双金属片弯曲动作，使串联在控制电路的动断触点断开，从而切断接触器KM线圈的电路，主触点断开，电动机脱离电源而停转。根据本设计基本要求，选用热继电器的型号如表十：表十 热继电器的技术指标型号额定电流(A)热元件等级热元件额定电流（A）电流调节围（A）JR36-32321610-162214-223220-322.4.3.4

47、熔断器的选择 主要依据负载的保护特性和短路电流的大小选择熔断器的类型。对于容量小的电动机和照明支线，常采用熔断器作为过载及短路保护，因而希望熔体的熔化系数适当小些。通常选用铅锡合金熔体的RQA系列熔断器。对于较大容量的电动机和照明干线，则应着重考虑短路保护和分断能力。通常选用具有较高分断能力的RM10和RL1系列的熔断器；当短路电流很大时，宜采用具有限流作用的RT0和RTl2系列的熔断器熔体的额定电流可按以下方法选择：(1)保护无起动过程的平稳负载如照明线路、电阻、电炉等时，熔体额定电流略大于或等于负荷电路中的额定电流。(2)保护单台长期工作的电机熔体电流可按最大起动电流选取，也可按下式选取：

48、IRN (1.52.5)IN式中IRN-熔体额定电流；IN-电动机额定电流。如果电动机频繁起动，式中系数可适当加大至33.5，具体应根据实际情况而定。(3)保护多台长期工作的电机（供电干线）IRN (1.52.5)IN max+ININ max-容量最大单台电机的额定电流。IN其余.电动机额定电流之和。根据设计要求，将选择具有限流作用的RT0型熔断器，其基本参数如表十一所示。表十一熔断器基本参数型号额定电压(V)额定电流(A)RT0-1000380800，1000第3章 功率补偿3.1 功率补偿的意义及方式无功功率补偿简称无功补偿，在电子供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器的损

49、耗，提高供电效率，改善供电环境。所以无功功率补偿装置在电力供电系统中出在一个不可缺少的非常重要的位置。在中小企业中，使用较多的补偿装置是并联静电电容器。对三相电容器应取相近偏大的整数；若为单相电容器，则应取3的整数倍，以便三项均衡分配，三相电容器通常在其部接成三角形。单相电容器的电压若与额定电压相等，则应将电容器接成三角形，只有当电容器电压低于电网额定电压时，才接成星形，相同的电容器，接成三角形所补偿的容量是星形接线的3倍，若补偿容量相等，则采用三角形接线比星形接线可节约电容值2/3，因此在实际工作中，电容器组多采用三角形接线。采用并联静电电容器来提高功率因数时，电容器装设部位的补偿方式分别有

50、单独补偿、分组补偿和集中补偿三种。1.个别补偿个别补偿指将电容器组直接安装在用电设备附近，就地补偿，一般和用电设备合用一套开关，如图3-1所示。个别补偿的优点是补偿效果好，缺点是电容器利用率低。对连续运行的用电设备所需补偿的无功功率容量较大时，采用个别补偿较为合适。图3-1个别补偿2.分组补偿分组补偿指将电容器组分别安装在功率因数较低的各车间配电母线上，分散补偿，如图3-2所示。这样配电变压器及变电站至车间的线路都可以收到效果。分组补偿方式的电容器组利用率比个别补偿方式高，所需容量也比个别补偿方式少。图3-2 分组补偿3.集中补偿集中补偿指将电容器组集中安装在变电站(或配电站)的高压或低压母线

51、上，对整个企业进行补偿，如图3-3所示。这种补偿方式的电容器组利用率较高，但不能减少客户部配电网络的无功负荷所引起的损耗。图3-3 集中补偿从理论上讲，个别补偿这种安装补偿方式设备总的投资大，且电容器在用电设备停止工作时，电容器也一并被切除，所以利用率不高。因此，个别补偿只适用于个别补偿容量大的补偿设备。在实际中，对于需要无功补偿容量相当大的工厂多采用高压集中补偿。对于用电负荷分散且补偿容量较小的工厂，一般可采用低压集中补偿。低压补偿装置可以选用成套的电容器柜并可集中装设在变配电所低压配电室，切合低压配电屏并列安装，便于运行维护。这种方式的补偿围和经济效果介于高压集中补偿和个别补偿之间，因此，

52、它在中小型企业中应用比较普遍。通过比较分析，根据设计基本要求将选择分组补偿的方法。3.2功率补偿接线的设计并联电容器组的接线方式通常分为三角形接线和星形接线两种。采用何种接线方式，一般应根据并联电容器组的电压等级、容量大小和保护方式等的不同来决定。根据GB5005310kV及以下变电所设计规规定：高压电容器宜接成中性点不接地星形接线；电容器组容量较小时（指400kvar及以下）宜接成三角形接线；低压电容器组宜接成三角形接线。3.2.1三角形接线在10kV的配电网中，当并联电容器组的额定电压10.5kV或11kV时，应采用三角形接线并联在配电网上，使并联电容器组得到充分利用。并联电容器组的三角形

53、接线方式如图3-4所示。图3-4 并联电容器的三角形接线方式此种接线方式中并联电容器组的容量Qc为星形接线中容量Qcy的三倍，这是由于Qc=WCU2,即QcU2，而三角形接线时加在电容器C上的电压为星形接线时的三倍，即U= UY，因此Qc=3Qcy。这就是说，相同的三个并联电容器，采用三角形接线的补偿容量为采用星形接线的补偿容量的三倍，充分发挥了他的补偿效果，是最经济合理的。所以额定电压在10kV及以下的配电网中，并联电容器组应采用三角形接线。另外当三角形接线中任一相并联器组断线时，三相配电线路仍能得到无功补偿。但三角形接线也存在不足，即并联电容器组直接承受配电网的线电压，当任何一台并联电容器

54、因故障被击穿发生短路故障时，就形成了两相短路，通过故障点的电流为相间短路电流，短路电流非常大，可能导致并联电容器组油箱爆炸，威胁配电网的安全运行。所以，三角形接线多用于短路容量较小的工矿企业客户变电站和配电线路中。3.3.2星形接线星形接线方式如图3-5所示。图3-5 星形接线方式由于星形接线的并联电容器承受的是相电压，当一台电容器被击穿而短路时，通过故障点的电流是额定相电流的三倍；如果采用每相两段串联的星形接线时，一台被击穿，则通过故障点的短路电流仅为1.5倍，因此运行就安全多了，所以星形接线能较好的防止并联电容器爆炸。另外，星形接线的一相被击穿时，当单台保护熔断器将故障电容器断开后，不易造

55、成相间短路，使其与并联电容器继续运行。星形接线方式的不足是当一相并联电容器断线时，造成该相失去补偿，引起三相不平衡。通过分析比较，根据本次设计要求将采用三角形接线方式。3.3 功率补偿原理及控制线路设计3.3.1无功补偿的基本原理把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。无功补偿的意义： (1)补偿无功功率，可以增加电网中有功功率的比例常数。 (2)减少发、供电设备的设计容量，减少投资，例如当功率因数cos=0.8增加到cos=0.95时，装1Kvar电容器可节省设备容量0.52KW；反之，

56、增加0.52KW对原有设备而言，相当于增大了发、供电设备容量。因此，对新建、改建工程，应充分考虑无功补偿，便可以减少设计容量，从而减少投资。 (3)降低线损，由公式%=（1-cos/cos）100%得出其中cos为补偿后的功率因数，cos为补偿前的功率因数则： coscos，所以提高功率因数后，线损率也下降了，减少设计容量、减少投资，增加电网中有功功率的输送比例，以及降低线损都直接决定和影响着供电企业的经济效益。所以，功率因数是考核经济效益的重要指标，规划、实施无功补偿势在必行。 加装无功补偿设备，不仅可使功率消耗小，功率因数提高，还可以充分挖掘设备输送功率的潜力。3.3.2无功补偿控制线路控

57、制电容器投切的器件主要有投切电容器专用接触器、复合开关、同步开关和晶闸管。 投切电容器专用接触器有一组辅助接点串联电阻后与主接点并联。在投入过程中辅助接点先闭合，与辅助接点串联的电阻使电容器预充电，然后主接点再闭合，于是就限制了电容器投入时的涌流。 复合开关就是将晶闸管与继电器接点并联使用，由晶闸管实现电压过零投入与电流过零切除，由继电器接点来通过连续电流，这样就避免了晶闸管的导通损耗问题，也避免了电容器投入时的涌流。但是复合开关既使用晶闸管又使用继电器，于是结构就变得比较复杂，成本也比较高，并且由于晶闸管对过流、过压及对dv/dt的敏感性也比较容易损坏。在实际应用中，复合开关故障多半是由晶闸

58、管损坏所引起的。同步开关是近年来最新发展的技术，顾名思义，就是使机械开关的接点准确地在需要的时刻闭合或断开。对于控制电容器的同步开关，就是要在接点两端电压为零的时刻闭合，从而实现电容器的无涌流投入，在电流为零的时刻断开，从而实现开关接点的无电弧分断。由于同步开关省略了晶闸管，因此不仅成本降低，而且可靠性提高。同步开关是传统机械开关与现代电子技术完美结合的产物，使机械开关在具有独特技术性能的同时，其高可靠性以及低损耗的特点得以充分显示出来。 晶闸管是动态无功补偿装置唯一可选的器件，晶闸管的动作速度快，可以在一个交流周期完成电容器的投入与切除，并且对投切次数没有限制。但是晶闸管的导通损耗大，价格高

59、，可靠性差，除非用于动态补偿，否则并没有优势可言。经过比较分析，根据设计要求选择接触器分组投切的控制线路，其接线原理图如图3-6所示。图3-6 接触器分组投切3.4功率补偿的计算功率因数是电力企业的一项重要技术经济指标，提高功率因数通常有两种途径：一是再不添置任何附加补偿设备的前提下，合理选择和使用电气设备，改善他们的运行方式，提高检修质量，从而提高自然功率因数，但自然功率因数的提高往往很有限。另一种则是采用人工补偿装置来提高功率因数，人工补偿装置可采用同步电动机或并联静电电容器。根据本次设计要求将选择采用并联电容器的方法来改变功率因数，由设计要求知： 功率因数由0.45，通过采取合适的方式，

60、应将其补偿到0.9。称为无功补偿率Pe 55390160415kWPe设备组的总容量通过查表 (用电设备组的需要系数，二项式系数及功率因数值) 可知: 变配电所，仓库照明 kd0.50.7 则: 此处选 kd0.7有功计算负荷为：P30=kdPe=0.7415290.5(kW)无功计算负荷为：Q30=P30 290.51.98575.19(kvar)要将功率因数由提高到,所需补偿的无功容量为QcQ30.1Q30.2P30290.5(1.980.48) 435.7 qc为并联电容器的单个容量Qc为所需补偿的无功容量取qc50 ， 则故取n9，说明无功补偿装置需要三个电容器组。第4章总线路设计根据

61、设计要求，结合第二章和第三章设计容，总线路设计如图所示：这种主接线的两段高压母线，在正常时可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或发生故障时，通过切换操作，均可迅速恢复整个变电所的供电。因此其供电可靠性相当高，可供一、二级负荷。高压侧采用单母线分段接线形式，用分段断路器QFD进行分段，可以提高供电可靠性和灵活性。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电；而两段母线同时故障的几率很小，可以不予考虑。在可靠性要求不同时，亦可以用隔离开关分段，任一段母线故障时，将造成两段母线同时停电，在判别故障后，拉开分段隔离开关，完好段即可恢复供电。低压侧采用双母线分段接