某冶金机械厂总降压变电所和高压供电系统设计

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1、 .wd. 某冶金机械厂总降压变电所及配电系统设计摘 要 随着我国国民经济的飞速开展，工业对电力的需求也越来越迫切。随着中国工业规模的不断扩大，对电力供给的安全性、可靠性提出了更高的要求，因此电力系统与用户直接关联的供电系统尤为重要。作为供电系统的主要组成局部，电气设备的质量及其性能的先进性是决定供电系统安全可靠运行的前提条件之一。本设计根据该冶金机械厂的相关资料和实际情况，对该厂的总降压变电所和高压供电系统进展设计。本设计首先根据工厂提供的资料对工厂的负荷情况进展了计算，根据负荷情况对变压器的容量和台数进展了选择。该厂电源由某变电所以35kV双回路架空线引出，本设计选择在该厂设立总降压变电所

2、先将电压降为厂区供电电压10kV，在由各车间变电所降为负荷所需电压。为保证供电系统的可靠性，总降压变电所采用单母线分段式接线方式，厂区供电系统采用放射式接线方式。通过计算，本设计对各变电所的主要电气设备、电缆和母线进展了选择和校验，对一次侧主要设备进展了继电保护整定，对避雷和接地装置进展了选择。关键词：变电所；供电系统；电气设备目 次1 绪论11.1工厂供电的意义及要求11.2工厂供电设计的一般原则21.3设计的具体内容21.4 工厂原始资料32 工厂的电力负荷及其计算42.1 工厂的电力负荷42.2 车间计算负荷确实定42.3 工厂计算负荷确实定52.4 无功功率补偿及其计算73 降压变电所

3、及变压器的选择93.1 总降压变电所所址的选择93.2 降压变电所形式的选择93.3 厂区供电电压的选择103.4 总降压变电所变压器台数和容量的选择113.5 车间变电所变压器选择114 总降压变电所主接线方案及供电线路的设计134.1 总降压变电所的任务和类型134.2 变电所主接线方案的设计原则与要求134.3 主接线方案的选择144.4 厂区配电线路的设计154.5 总降压变电所二次回路操作电源设计155 短路电流计算175.1 短路电流计算的目的175.2 短路电流计算的方法和步骤175.3 该厂供电系统电路及短路等效电路195.4 短路计算195.5 短路计算结果266 一次设备的

4、选择与校验276.1 一次设备的选择校验的条件与工程276.2 一次设备效验公式276.3 一次设备的选择与校验286.4 电缆、母线的选择307 继电保护装置的整定计算347.1 总降压变电所35/10kV变压器的保护347.2 35kV电力线路保护367.3 10kV电力线路保护388 防雷保护与接地装置的设计398.1 变电所防雷保护与防雷装置的选择398.2 接地装置的设计计算39结论41致谢42参考文献43附录A 总降压变电所平面布置图44附录B 10kV开关柜室平面图45附录C 二次保护原理图46附录D 变电所防雷平面布置图47附录E 变电所接地平面布置图481 绪论从十九世纪七十

5、年代开场，人类开场了以电能的广泛使用为显著特点的第二次工业革命。这个时期的电力工业和电器制造业迅速开展起来，同时为社会创造了巨大的社会财富，也极大地提高了人们的生活水平，更为以后电子计算机的问世奠定了根基。1831年，法拉第发现了电磁感应定律，它提醒了电、磁现象之间的相互联系，为以后发电机的创造、电能的大规模生产和传输以及电能的广泛应用提供了重要理论根基。随着电能在社会各个方面的广泛应用，人类社会从此进入了电气化时代，电能成为主要的能源，并极大地促进了社会生产力的开展。1.1 工厂供电的意义及要求电能不仅是人们生活的能源，更重要的是工业生产的主要能源和动力。电能容易从其他一次能源中获得，也容易

6、转化为工业生产中的电能、动能，而且使用方便灵活。电能的输送和分配简单经济是电能的又一优点，通过导线可以直接把电能引至负荷，不像蒸汽机、内燃机那样笨重，更防止了一次能源费时耗力的运输。当代工厂里应用的信息技术、生产自动化技术和其他高新技术无一不是建设在电能应用的根基之上的。因此，电能在当代工业生产有着及其广泛的应用，是工业生产中不可替代的能源。在工厂里，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。电能在工业生产中的重要性，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，有利于实现生产过程

7、自动化。因此，做好工厂供电工作对于开展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。在工厂中，供电系统起着至关重要的作用。要保证工厂内的正常生活生产秩序、保证人民群众财产，就要有一个可靠稳定的供电系统。一个优质的工厂供电系统必须到达以下 基本要求：1安全 电能在供给、分配和使用中，要保证输电线路的安全性，设计合理的供电系统，不能够因为供电系统出现人身伤亡事故和设备事故；2可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。对于一些要求连续不连续供电的企业，可靠性是第一位的。对于一些负荷，如果由于电力系统故障供电系统突然中断，可能会造成重大设备损坏、大量产品报废很严重的经济财产损失，甚至发生重大的人身伤亡事

8、故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失；3优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。使用电设备在额定的电压、频率下进展生产，不仅可以防止设备损坏，而且也以提高产品质量，给企业带来利润；4经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。1.2 工厂供电设计的一般原则工厂供电设计必须遵循以下原则：1工厂供电设计必须遵守国家的有关法令、标准和技术标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属和保护环境等技术经济政策；2工厂供电设计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，设计中应采用符合国家标准的效率高、能耗低、性

9、能先进及与用户投资能力相适应的经济合理的电器产品；3工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案；4工厂供电设计应根据工程特点、规模和开展规划，正确处理近期建设与远期开展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。1.3 设计的具体内容该冶金机械厂总降压变电所及高压配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对电能分配的安全可靠，经济合理的问题。其 基本内容有以下几方面：（1） 工厂的负荷计算及无功补偿；（2） 确定工厂总配变电所的所址和型式；3 确定工厂总配变电所

10、的所址、形式、主接线方式，确定主变压器的型式、容量和台数；（3） 短路电流计算；（4） 一次设备的选择；（5） 选择工厂电源进线及高压配电线路；（6） 对一次侧进展继电保护整定计算；（7） 工厂总配变电所防雷保护及接地装置的设计。1.4 工厂原始资料本设计的原始资料如下：1、工厂总平面布置图，如图1.1。2、工厂生产任务、规模及产品规格：本厂主要承当全国冶金工业系统矿山、冶炼和轧钢设备的配件生产，即以生产铸造、锻压、铆焊、毛坯件为主体。年生产规模为铸钢件1000t，铸铁件3000t，锻件1000t，铆焊件2500t。3、工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量见表2.1和表2.2。4、供用电协议1

11、工厂电源从供电部门某220/35kV变电站以35 kV双回架空线路引入本厂，其中一路作为工作电源，另一路作为备用电源。两个电源不并列运行。变电站距厂东侧8km。2系统的短路数据，如表1.1所示。3供电部门对工厂提出的技术要求:区域变电站35kV馈线电路定时限过流保护装置的整定时间top=2s，工厂总降压变电所保护的动作时间不得大于1.5s工厂在总降压变电所35k电源侧进展电能计量。工厂最大负荷时功率因数不得低于0. 9。5、厂负荷性质：本厂为三班工作制，年最大有功利用小时为6000h属二级负荷。图1.1 工厂总平面布置图表1.1 区域变电站35kV母线短路数据系统运行方式系统短路容量系统运行方

12、式系统短路容量最大运行方式Socmax=200MVA最小运行方式Socmin=175MVA2 工厂的电力负荷及其计算2.1 工厂的电力负荷电力负荷electric power load又称电力负载，有两种含义：一是指耗用电能用电设备或用户，另一是指用电设备或用户耗用的功率或电流大小，如说轻负荷轻载、重负荷重载、空负荷空载、满负荷满载等。电力负荷的具体含义视具体情况而定，本章指的是用电设备或用户耗用的功率大小。计算负荷又称需要负荷或最大负荷Pmax。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用半小时最大平均负荷P30作为按发热条

13、件选择电器或导体的依据。计算负荷是供电设计计算的 基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定得过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定得过小，又将使电器和导线电缆处于过负荷状态下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。但是负荷情况复杂，影响负荷计算的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定规律可循，但仍难准确确定计算负荷的大小。实际上，负荷也不是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织、生产者的技能及能源供给的状况等多种因素有关。因此负荷计算只能力求接

14、近实际。2.2 车间计算负荷确实定车间计算负荷是选择工厂内配电线路电缆型号和主要电气设备包括车间变压器的 基本依据。我国目前普遍采用确实定计算负荷的方法有需要系数法、利用系数法和二项式法。需要系数法是国际上普遍采用确实定计算负荷的 基本方法，本设计采用需要系数法进展负荷计算。计算的 基本公式如下：有功计算负荷P30为 2.1这里的Kd称为需要系数demand coefficient，Pe为车间用电设备总容量。无功计算负荷Q30为 2.2式中，tan为对应于车间用电设备的正切值。视在计算负荷为 2.3式中，为车间供电设备的平均功率因素。计算电流I30为 2.4式中，UN为用电设备组的额定电压。根

15、据工厂给出的资料，通过计算整理，得出该工厂各车间的负荷计算表及该工厂6kV高压设备的负荷计算表，结果见表2.1和表2.2。2.3 工厂计算负荷确实定工厂计算负荷是选择工厂电源进线及主要电气设备包括主变压器的 基本依据，也是计算工厂的功率因素及无功补偿容量的 基本依据，确定工厂计算负荷的方法很多，有需要系数法、年产量估算工厂计算负荷和逐级计算法等。根据国际普遍的计算方法和该冶金机械厂的实际情况，本设计采用需要系数法计算工厂的计算负荷。根据该厂提供的各车间及工厂高压设备负荷数据，运用需要系数法，根据上面给出的公式通过计算、整理得出该工厂的负荷计算表2.3。表 2.1 各车间380V负荷计算表序号车

16、间单位名称设备容量/kWKd计算负荷车间变电所代号变压器台数及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸钢车间20000.40.651.178009361230.81870No.1车变216002铸铁车间10000.40.701.02400408571.4867.5No.2车变2800砂库1100.70.601.3377102.4128.3194.9小计(K=0.9)2110429.3459.4628.8955.4续表序号车间单位名称设备容量/kWKd计算负荷车间变电所代号变压器台数及容量/kVAP30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A3铆焊车间12000

17、.30.451.98360712.88001215.No.3车变21000No.1水泵房280.750.80.752115.826.339.6小计(K=0.9)1228342.9655.7740.011244空压站3900.850.750.88331.5291.7442671.5No.4车变1800机修车间1500.250.651.1737.543.957.787.7锻造车间2200.30.551.5266100.3120182.3木型车间1860.350.601.3365.186.6108.5164.8制材场200.280.601.335.67.49.314.1综合楼200.91018018

18、27.3小计(K=0.9)986471.3476.9670.510185锅炉房3000.750.800.75225168.8281.3427.4No.5车变1400No.2水泵房280.750.800.752115.826.340.0仓库1、2880.30.651.1726.430.940.661.9污水提升站140.650.800.759.16.811.417.3小计(K=0.9)430253.4200.1322.9490.6表2.2 各车间6kV高压负荷计算表序号车间单位名称高压设备名称设备容量/kWKd计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1铸钢车间电弧炉21250

19、0.90.870.5722501282.52586.2248.92铸铁车间工频炉22000.80.90.48320153.6355.634.23空压站空压机22500.850.850.62425263.550048.1小计340029951699.63443.6331.4表2.3 工厂负荷计算表全厂设备容量/kWKd计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A111540.350.790.7839043045.14941.8285.32.4 无功功率补偿及其计算工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载，还有感性的电力变压器，从而使功率因素降低。如在充分

20、发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因素的情况下，尚达不到规定的工厂功率因素要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。假设功率因数由cos提高到cos，这时在用户需要的有功功率P30不变的条件下，由公式2.2和公式2.3知无功计算功率和视在功率都有所减小。相应地负荷电流I30也得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因素对供电系统大有好处。在提高功率因素的同时，工厂总降压变电所的主变压器容量可以选的小一些，这不仅可降低变电所的初投资，而且可以减少工厂的电费开支，因此进展无功功率补偿对工厂本身也有一

21、定经济实惠。通过该厂的负荷计算表可知该厂的功率因素=0.79，不能到达供电部门的要求。在供电营业规则中规定：“用户在当地供电企业规定的电网顶峰负荷时的功率因素应到达以下规定：100kVA及以上高压供电的用户功率因素为0.90以上。并规定，凡功率因素未到达上述规定的，应增添无功补偿装置。无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此本设计选用并联电容进展无功补偿。由该厂的负荷计算表可知，总变压器低压侧的视在计算负荷为4942kVA，因此为进展功率补偿时，主变压器容量应选为5000kVA。此时变电所低压

22、侧的功率因素未0.79。按规定，变电所高压侧的功率因素cos0.9.。考虑到变压器本身的无功功率损耗QT远大于其有功功率损耗PT，一般QT=45PT，因此在变压器低压侧进展无功补偿时，低压侧补偿后的功率因素应略高于0.90，这里取cos=0.93。要使低压侧功率因素由0.79提高到0.93，低压侧需装设的并联电容器容量为QC = 3904tanarccos0.79tanarccos0.93kvar = 1486.9kvar取 QC=1500kvar补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为因此主变补偿后选择容量不变，仍为5000kVA。变压器的功率损耗为PT 0.015= 0.0154198.6kVA

23、 = 63kWQT 0.06= 0.064198.6 kVA=251.9kvar变电所高压侧的计算负荷为= 3904kW + 63kW = 3967kW=3045.11500kvar + 251.9kvar =1797kvar补偿后工厂的功率因素为这一功率因素满足供电部门规定的要求。根据以上计算，本设计从常用并联电容器中选出型号为BWF10.5-120-1的并联电容器13台进展该工厂的无功功率补偿。3 降压变电所及变压器的选择3.1 总降压变电所所址的选择变电所所址的选择按照国家有关标准和标准，应根据以下要求，选择确定：1、靠近负荷中心；2、节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地；3、与城

24、乡或工矿企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出；4、交通运输方便；5、环境宜无明显污秽，如空气污秽时，所址宜设在受污源影响最小处；6、具有适宜的地质、地形和地貌条件(例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所)，所址宜防止选在有重要文物或开采后对变电所有影响的矿藏地点，否则应征得有关部门的同意；7、所址标高宜在50年一遇高水位之上，否则，所区应有可靠的防洪措施或与地区(工业企业)的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位；8、应考虑职工生活上的方便及水源条件；9、应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。根据上面的要求，本设计结合该工厂的负荷情况和工厂的布局，

25、选择该厂的西南角锅炉房东面作为总降压变电所的所址，其变电所所址示意图见图3.1所示3.2 降压变电所形式的选择变电所的形式有很多种，优点各异。露天式配电装置具有运行维护方便，占地面积少、投资少等优点，而屋内式配电装置安装方便、运行可靠，故本设计总降压变电所35kV侧采用屋外式配电装置，变压器放置于露天，10kV侧采用屋内式配电装置。根据各车间的地理位置，车间建筑物构造、周围环境和车间负荷等情况，本设计详细考虑了各个车间的变电所形式，其中第一、二、三和四号车间变电所采用车间附设式变电所。由于第五号车间变电所在锅炉房旁边，故采用独立式，以保证供电安全。3.1 工厂高压配电系统示意图3.3 厂区供电

26、电压的选择工厂供电电压的选择，主要取决于当地电网的供电电压登记，同时也要考虑工厂用电设备的电压、容量和供电距离等因素。由于在同一输送功率和输送距离条件下，供电电压越高，则线路电流越小，从而使线路导线或电缆截面越小，可减少线路的初投资和有色金属消耗量。该冶金机械厂经过与当地供电部门协商，工厂电源从电力系统的某220/35kV变电站以35kV双回路架空线引入工厂，其中一路作为工作电源，另一路作为备用电源，两个电源不并列运行。系统变电站距工厂东侧8km。工厂供电系统的高压配电电压，主要取决于工厂高压用电设备的电压和容量、数量等因素。工厂通常采用的高压配电电压为10kV。如果工厂拥有想当数量的6kV用

27、电设备，或者供电电源电压就是从邻近发电厂取得的6.3kV直配电压，则可考虑采用6kV作为工厂的高压配电系统。如果当地电网供电电压为35kV，而厂区环境条件又允许采用35kV架空线路和较经济的35kV电气设备时，则可考虑采用35kV作为高压配电电压深入工厂各车间负荷中心。这种高压深入负荷中心的直配方式，可以省去一级中间变压，大大简化供电系统接线，节约投资和有色金属，降低电能损耗和电压损耗，提高供电质量，但必须要保证人身生产安全。该厂从邻近变电所引入35kV电压电源作为工厂电源，考虑到该工厂车间密集，道路狭窄，厂区布局复杂，为了确保厂区内的人身和生产安全，保障正常的生产生活秩序，故本设计不采用35

28、k高压深入负荷中心的直配方式，而需要经过工厂内的总降压变电所降压后在厂内配电。工厂有6kV高压负荷电弧炉2台，工频炉2台和空压机2台，但6kV高压用电设备不多，所以本设计仍采用将35kV电源经总降压变电所降压至10kV作高压配电电压，而6kV高压负荷则通过专用的10/6.3kV变压器单独供电。3.4 总降压变电所变压器台数和容量的选择根据工厂提供的数据，本工厂负荷为二级负荷，且工厂视在计算负荷为4941.9kVA，故本工厂总降压变电所应选择两台主变压器。由于本工厂选用两台主变压器，故每台主变压器的容量SNT不应小于总的计算负荷S30的60%70%。但由于本工厂的负荷均为二级负荷，故该工厂的总降

29、压变电所选用两台容量为5000kVA型号为S9-5000/35的变压器，其技术参数见表3.1。3.5 车间变电所变压器选择电力系统的35kV供电电源引入该厂后，经过厂区内的35/10kV总降变电所将电压降至10kV给厂区供电。10kV仍是高压电源，不能被380V以下负荷所用，固还需要进展降压才能供负荷使用。根据工厂布局并结合实际情况，在该工厂设立五个10/0.4kV车间变电所，给车间380V以下负荷供电。由于该厂有6kV高压负荷，故在有高压负荷的车间变电所需专门设立10/6kV变压器给高压负荷供电。对于有重要的二级负荷且容量较大的车间变电所，需要采用两台变压器进展供电，以保证供电的可靠性。本设

30、计结合工厂实际情况和各车间的负荷需要，总结各车间变电所所需变压器型号见表3.2所示，以及所需变压器的技术参数见表3.3所示。表3.1 S9-5000/35变压器技术参数额定容量/kVA额定电压/kV损耗/kW阻抗电压%空载电流%联结组别总体质量/t备注高压低压空载短路500035，38 22.5%3.156.310.56.5031.0070.7Y d1111.15沈变上变福变武变等表3.2 车间变电所变压器型号车间变电所代号变压器台数及容量/kVA变压器型号No.121600S9-1600/1012500S7-2500/10No.22800S9-800/101630S7-630/10No.32

31、1000S9-1000/10No.41800S9-800/101630S7-630/10No.51400S9-400/10表3.3 各型号变压器技术参数变压器型号额定容量/kVA额定电压/kV损耗/kW阻抗电压%空载电流%联结组别总体质量/t备注高压低压空载短路S7-630/10630105%6.31.308.14.52.0Yd112.385常变天变宁变福变佛变等S7-2500/1025003.65235.51.26.34S9-400/1040065%6.35%105%0.40.844.2041.4Y yn01.64S9-800/108001.457.204.51.23.26S9-1000/1

32、010001.7210.01.13.82S9-1600/1016002.4514.01.05.1584 总降压变电所主接线方案及供电线路的设计4.1 总降压变电所的任务和类型总降压变电所是工厂供电系统中最重要的变电所，它担负着从电力系统中受电，然后将电压从35kV降至厂区内高压供电系统电压，然后将电能分配到各车间变电所。总降压变电所是工厂能源的命脉，在工厂中占有特殊重要的地位。工厂变配电所分总降压变电所和车间变电所，不过一般中小型工厂不设总降压变电所。变电所的主要类型有露天式、独立式、地下式、楼上式等。由于本章内容设计的是总降压变电所，故本设计的总降压变电所采用半露天式变电所，这种变电所建筑费

33、用低，人力物力投入小，并且考虑到该厂为大型冶金机械厂，负荷很大，总降压变电所是全厂电能的来源，要保证总降压变电所的可靠运行，所以我们结合实际情况，将35kV母线和主变压器露天放置，10kV采用屋内开关柜接线。4.2 变电所主接线方案的设计原则与要求变电所的主接线，应根据变配电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等因素综合分析确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。1、安全性1在高压断路器的电源侧及可能反响电能的另一侧，必须装设高压隔离开关；2在低压断路器的电源侧及可能反响电能的另一侧，必须装设低压刀开关；3在装设高压熔断器-负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关；4

34、35kV及以上的线路末端，应装设与隔离开关联锁的接地刀闸；5变电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器，宜与电压互感器公用一组隔离开关，接于变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。2、可靠性1变电所的主接线方案，必须与其负荷级别相适应。对一级负荷，应由两个电源供电。对二级负荷，应由两回路或一回6kV及以上专用架空线或电缆供电； 其中采用电缆供电时，应采用两根电缆并联供电，且每根电缆应能承受100%的二级负荷；2变电所的非专用电源进线侧，应装设带短路保护的断路器或负荷开关-熔断器。当双电源供多个变电所时，宜采用环网供电方式；3对一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变配电所

35、采用放射式高压配电，以确保供电可靠性，但对于辅助生产区及生活区的变电所，可采用树干式配电；4变电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器。当低压侧为单母线，且有自动切换电源要求时，低压总开关和低压母线分段开关，均应采用低压断路器。3、灵活性1变配电所的上下压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线方式；235kV及以上电源进线为双回路时，宜采用桥形接线和线路-变压器组接线；3需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关；4变电所的主接线方案应与主变压器的经济运行要求相适应；5变电所的主接线方案应考虑到今后可能的增容扩展，特别是出线柜便于添置；4、经济性1变电所的主接线方案在满足运

36、行要求的前提下，应力求简单。变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线；2变电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产品，不得选用国家明令淘汰的产品；3工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电能表使用；4应考虑无功功率的人工补偿，使最大负荷时功率因素到达规定的要求。4.3 主接线方案的选择由于工厂的负荷为二级负荷，总降压变电所出线较多，故本降压变电所采用单母线分段方式的接线，电气接线图见图4.1。这种接线方式采用的高压开关设备较多，初期投资较大。但单母线分段接线方式比其他接线方式的灵活性、可靠性更高，考虑到总降压变电所的在工厂的特殊地位，故本设计采用单母线

37、分段方式的主接线方案，变电所平面布置图见附录A。作为主变照明及应急用电，本设计采用由主变一次侧单引一个35/0.4的小型干式变压器供电，作为主变照明及应急用电，并加直流屏，以保证供电系统检修和维护的可靠性。4.4 厂区配电线路的设计该工厂高压配电系统采用常见的单回路放射式接线方式。该种方式线路敷设容易，维护简便，易于实现自动化，切运行中线路之间互不影响，较之单回路树干式的供电可靠性高，但高压开关设备用的较多，投资较高。其接线方案示意图见图4.1。图4.1 总降压变电所电气主接线图4.5 总降压变电所二次回路操作电源设计变电所二次回路secondary circuit，是指用来控制、指使、监测和

38、保护一次电路primary circuit运行的电路，包括控制系统、信号系统、监测系统和自动化系统等。二次回路操作电源分直流和交流两大类。直流操作电源有由蓄电池组供电的电源和由整流装置供电的电源两种。交流操作电源有由所用变压器供电的和通过仪用互感器供电的两种。1、直流操作电源本设计总降压变电所采用复式整流的直流操作电源做工作电源，用镉镍蓄电池作为备用直流操作电源。复式整流是指提供直流操作电压的整流装置有两个：1电压源由所用变压器或电压互感器供电，经铁磁谐振稳压器和硅整流器供电给控制等二次回路。2电流源由电流互感器供电，同样经铁磁谐振稳压器和硅整流器供电给控制等二次回路。复式整流装置的接线示意图

39、如图4.2所示。图4.2 复式整流装置接线示意图TA电流互感器 TV电压互感器 U1、U2硅整流器直流操作电源采用镉镍蓄电池组作为备用电源。镉镍蓄电池组具有工作可靠，大电流放电性能好，比功率大，机械强度高，使用寿命长，腐蚀性小，无需专用房间装设等优点。故总变电所的镉镍蓄电池组安放在电容器室即可。2、交流操作电源本设计总降压变电所只用到了交流电压源，可取自变压互感器，作为保护变压器内部故障的瓦斯保护电源。5 短路电流计算5.1 短路电流计算的目的工厂供电系统要求正常地不连续地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进展。然而由于各种原因如工作人员误操作、鸟兽跨越在裸露的相线之间也难免出现故障，

40、而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路short circuit。短路就是指不同电位的导电局部包括导电局部对地之间的低阻性短接。短路后，系统中出现的短路电流short-circuit current比正常负荷电流大得多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的电流可产生很大的点动力和很高的温度，而使线路中的原件受到损害。由于短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行和降低产品质量。继电保护装置在发现短路电流后动作，切除故障线路，可造成不同范围的停电。由此可见，短路的危害是很大的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进展短路电流计算，以便正确

41、地选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。 为了断则切除短路故障的开关电源、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的原件等，也必须计算短路电流。5.2 短路电流计算的方法和步骤进展短路电流计算的方法，常用的有欧姆法有称有名单位制法和标幺值法又称相对单位制法，工程上常用标幺制法。故本设计采用标幺值法进展计算。1、绘制计算电路图、选择短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入的所有电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。短路计算点应选择得使需要进展短路效验的电器元件有最大可能的短路电流通过。2、设定基准容量Sd=100MVA

42、和基准电压Ud=Uc短路计算电压，即1.05UN，并计算基准电流Id。5.13、计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值一般只计算电抗标幺值1电力系统的电抗标幺值5.2式中，SOC电力系统出口断路器的断流容量，单位为MVA。2电力线路的电抗标幺值5.3式中，UC线路所在电网的短路计算电压，单位为kV，UC=1.05UN.采用标幺值计算时，无论短路计算点在哪里，线路的电抗标幺值不需换算。3电力变压器的电抗标幺值5.4式中，Uk%变压器的短路电压阻抗电压百分值； SN变压器的额定容量。4、绘制短路回路等效电路，并计算总阻抗总电抗标幺值。5、计算短路电流，分别对各短路计算点计算各短路电流、等。5.5在无

43、穷大容量系统中，存在以下关系：= 5.6高压电路中的短路冲击电流及其有效值，按以下公式近似计算：5.7 5.8低压电路中的短路冲击电流及其有效值，按以下公式近似计算： 5.9 5.105、计算短路容量，三相短路容量按下式计算： 5.115.3 该厂供电系统电路及短路等效电路该厂电源从位于距该厂东侧8km处的220/35kV变电站以35kV双回路架空线引入工厂，其中一路做为工作电源，另一路作为备用电源，两个电源不并列运行。其供电系统电路图如图5.1所示。该供电系统中，需计算图中的四处短路点的短路电流、短路容量等，以用于确定一次设备，其短路等效电路图如图5.2所示。图5.1 工厂供电系统电路图5.

44、4 短路计算1、取基准容量Sd=100MVA；2、计算基准电流3、电力系统的电抗：4、架空线路电抗：本设计采用表5.1的数据进展架空线路电抗的计算表5.1 电力线路每相的单位长度电抗平均值线路构造线 路 电 压35kV及以上610kV220/380V架空线路0.400.350.32电缆线路0.120.080.066因此5、变压器电抗：故可得出短路等效电路图5.2，根据短路图可算出各短路点的总阻抗如下：6、计算三相短路电流和短路容量1k-1点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量图5.2 短路等效电路图2k-2点短路三相短路电流周期

45、分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量3k-3点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量4k-4点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量5k-5点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量6k-6点、k-9点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量7k-7点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和

46、稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量8k-8点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量10k-10点短路三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路三相短路容量5.5 短路计算结果根据前面短路计算得出的各种短路情况的数据，经过整理得出该厂的短路计算表见表5.2。表5.2 短路计算结果表电路点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-14.864.864.869.816.58277.78k-25.195.195.1911.687.8494.34k-354.5654.5654.5

47、6122.7682.3940.65k-44.054.054.059.116.1244.25k-535.6135.6135.6180.1353.7725.91k-61.121.121.122.531.6912.25k-762.4962.4962.49140.5994.3645.45k-820.6420.6420.6451.6031.1715.02k-91.121.121.122.531.6912.25k-1012.4312.4312.4327.9718.779.046 一次设备的选择与校验6.1 一次设备的选择校验的条件与工程为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按以下条件选择和校验：1按正常工作

48、条件包括电压、电流、频率及开断电流等选择；2按短路条件包括动稳定和热稳定进展校验；3考虑电气设备运行的环境条件如温度、湿度、海拔高度以及有无防尘、防爆、防腐、防火等要求；选择一次设备时应考虑和效验的工程如表6.1所示。表6.1 一次设备选择校验的工程及满足的条件序号设备名称电压/kV电流/kA断流能力/kA短路稳定度校验动稳定热稳定1高压断路器3高压隔离开关4低压断路器7电流互感器8电压互感器9母线10电缆应满足的条件设备的额定电压应不小于装置地点的额定电压设备的额定电流应不小于通过设备的计算电流设备的最大开端电流或功率应不小于它可能开端的最大电流或功率按三相短路冲击电流校验按三相短路稳态电流

49、校验备注校验 不校验 一般可不校验6.2 一次设备效验公式本设计查阅相关资料，经过整理一次设备效验所需的公式得出一次设备效验公式表见表6.2。表6.2 一次设备效验公式表序号设备名称校验工程校验公式1高压断路器、高压负荷开关、高压隔离开关动稳定imaish(3)热稳定I2ttI(3)2tima2电流互感器动稳定KesIini(3)sh热稳定(KtIin)2tI(3)2tima3母线动稳定alc热稳定AAmin=I(3)/c4电缆和绝缘导线热稳定AAmin=I(3)/c符号含义ima设备的极限通过电流峰值kA，ish(3)通过设备的三相短路冲击电流kA，It设备的t秒热稳定电流kA，t设备的热稳

50、定实验时间，I(3)三相短路稳态电流KA，序号3、4中用A，tima短路假想时间，Kes动稳定倍数，Kt热稳定倍数，al母线的最大允许应力，c母线通过时ish(3)受到的最大计算应力，A导体的截面，Amin导体满足热稳定的最小截面。6.3 一次设备的选择与校验1、总降压变电所35kV侧一次设备的选择与校验根据前面的计算数据，经过综合判断，本设计的总降压变电所35kV侧选用中型屋外式配电装置，并对该装置所用到的电气设备进展了效验。其主要电气设备的参数见表6.3，35kV侧一次设备选择效验表见表6.4。2、总降压变电所10kV侧一次设备的选择与校验该工厂总降压变电所10kV侧选用GG-1AF型开关

51、柜，其主要电气设备参数及电气设备校验表见表6.5和表6.6所示，10kV开关柜室平面布置图见附录B。3、各车间变电所10kV侧一次设备的选择与校验该工厂共有五个车间变电所，经过分析和计算，本设计的各个车间变电所10kV侧的电气设备均可选用同总降压变电所一样型号的电气设备和GG-1AF型开关柜。经过校验该型高压开关柜和电气设备的参数均合格，满足工厂各个车间变电所的用电需求。固各车间变电所10kV侧一次设备均选用同总降压变电所一样型号的电气设备和高压开关柜，其具体参数见表6.6。表6.3 35kV屋外配电装置主要电气设备参数名称型号主要技术数据断路器40 GI-E 16UN=40.5kV，IN=1

52、600A，Ioc=16kA电流互感器LCZ-35I1N/I2N=201000A/5A电压互感器JDJ2-35U1N/U2N=35kV/0.1kVJDJJ2-35熔断器RN5-35UN=35kV，IN=100A，Ioc=17kARW10-35/2UN=35kV，IN=2A，Ioc=16.5kA 表6.4 35kV侧一次设备选择校验表选择效验工程电压电流断流能力动稳定性热稳定性装置地点条件参数UNI30数据35kV71.84A4.86kA9.81kA17.71kA设备型号参数UNINIoc/Socimax断路器40 GI-E 1640.5kV1600A16kA电流互感器LCZ-3535kV1000

53、/5A130kA900kA熔断器RN5-3535kV100A900MVA电压互感器JDJ2-3535/0.1kV表6.5 GG-1AF型高压开关柜主要电气设备参数名称型号主要技术数据断路器SN10-10UN=10kV，IN=1000A，Soc=500MVA隔离开关GN8-10UN=10kV，IN=400A电流互感器LAJ-10UN=10kV，I1N/I2N=20800A/5A电压互感器JDZ-10U1N/U2N=10kV/0.1kV避雷器FZ-10UN=10kV4、各车间变电所二次侧一次设备的选择与效验低压开关设备的选择与校验，主要指低压断路器、低压刀开关、低压刀熔开关以及低压负荷开关的选择与

54、校验。本设计中个车间变电所二次侧均采用低压短路器作为开关电器，并对其进展选择、整定与校验，其结果见表6.7。表6.6 10kV侧一次设备选择校验表选择效验工程电压电流断流能力动稳定性热稳定性装置地点条件参数UNI30数据10kV285.3A5.19kA11.68kA20.20kA设备型号参数UNINIoc/Socimax断路器SN10-1010kV1000A31.5kA80kA31.5kA电流互感器LAJ-1010kV20800/5A181kA3600kA电压互感器JDJ2-3510/0.1kV6.4 电缆、母线的选择导电和电缆是电能传输的唯一途径，因此合理的选择电缆来保证供电系统安全、可靠、

55、优质、经济的运行时至关重要的。导线的界面越大，电能损耗越小，但是线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量都要增加。因此从经济方面考虑，可选择一个对比合理的导线截面，既是电能损耗小，又不致过分增加线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量。表6.7 各车间变电所二次侧断路器选择与效验表变电所编号断路器型号装设地点参数校验参数UN/VI30/AIk(3)/kAUN/VIN/AIoc/kANO.1DW17-2000380187054.56690200080SN1-106000248.94.05600060020No.2DW15-1600380955.435.61690125040SN1-10600034.

56、21.12600060020No.3DW17-2000380112462.49690200080No.4DW17-1600380101820.64690125050SN1-10600048.11.12600060020No.5DW15-630380490.612.43690630301、35kV架空线路的选择35kV供电线路可先按经济电流密度确定经济截面，在校验其他条件。按经济电流密度jec计算经济截面Aec的公式为 6.1式中，I30为线路的计算电流。我国现行的经济电流密度jec规定见表6.8所示。该工厂为三班工作制，年最大有功利用小时为6000h，进线电缆选用铝芯电缆，由表6.8查的jec=1.54。由公式6.1计算得架空线路的经济截面因此选用截面为95mm2，型号为LGJ-95的钢芯