某工厂供配电系统毕业设计

河南城建学院本科毕业设计（论文）摘要摘要本论文主要是对小型工厂供配电系统的电气部分进行设计。工厂由户外引入10kV的高压电源，经过工厂变电所降为220/380V的低压电，直接供给工厂车间的动力系统和照明系统。在选择电气设备之前，先对工厂负荷进行计算，确定工厂总的负荷容量，同时在低压母线侧进行无功功率的补偿，以提高功率因数。根据补偿后的负荷容量，选择工厂变电所变压器的容量和台数，然后确定工厂采用的供电系统，选择合适的车间配电方案，画出供配电系统主接线图。高压一次设备、低压一次设备和导线截面积选择时，都必须满足电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求。电气设备不仅要满足在短路故障条件下的工作要求，还必须按最大可能的短路故障时的动稳态度和热稳态度进行校验，以判断设备是否满足工作要求。电路发生三相短路时的短路电流电流最大，计算三相短路电流，以进行设备的校验。最后，进行继电保护和防雷接地，来提高系统的安全性和可靠性。关键词：负荷计算，三相短路，主接线，继电保护，设备选择52河南城建学院本科毕业设计（论文）目录目录摘要IAbstractII目录III1 绪论12 电力负荷及其计算22.1 负荷分级及供电电源措施22.1.1 工厂电力负荷的分级22.1.2 各级负荷的供电措施22.2工厂计算负荷的确定32.2.1负荷计算的目的和意义32.2.2负荷计算的方法32.2.3需要系数法确定计算负荷42.2.4二项式法确定计算负荷62.2.5工厂负荷的计算62.3无功功率补偿92.3.1功率因数92.3.2无功补偿的选择102.3.3无功补偿的计算113 变压器的选择及其电气主接线133.1变压器的选择133.1.1电力变压器及其分类133.1.2电力变压器的连接组别133.1.3变压器台数和容量的选择143.1.4电力变压器的校验153.2工厂变配电所的主接线图153.2.1电气主接线的概况153.2.2车间和小型工厂变电所的主接线图163.2.3本工厂变电所主接线的确定214 短路电流的计算224.1短路的原因、后果及其形式224.1.1短路的原因224.1.2短路的后果224.1.3短路的形式234.2无限大容量电力系统的三相短路计算234.2.1无限大容量电力系统234.2.2短路电流的计算方法234.2.3工厂三相短路电流的计算25第5章 金工车间的配电285.1低压配电线路接线方式285.2低压配电系统的接地型式29第6章 设备选择与校验336.1导线的选择与校验336.1.1车间导线截面及配电箱的选择336.1.2车间导线的校验386.2高压一次设备的选择与校验406.2.1一次设备及其分类406.2.2一次设备的选择416.2.3一次设备的校验436.3低压补偿柜选择45第7章 继电保护与防雷接地467.1工厂的继电保护467.1.1继电保护的选择467.1.2继电保护的整定及计算467.2工厂的防雷与接地47总结49参考文献50致谢51附录A河南城建学院本科毕业设计（论文）绪论1 绪论电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产自动化。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。一般中小型工厂的电压进线电压为6-10kV。电能先经高压配电所集中，在由高压配电线路将电能分送到各车间变电所，或者高压配电线路供给给高压用电设备。车间变电所内装设有电力变压器，将6-10kV的高压降为一般低压用电设备所需的电压（220/380V），然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备。对于大型工厂及其某些电源进线电压为35 kV及以上的中型工厂，一般经过两次降压，也就是电源进厂后，先经总降压变电所，有大容量的电力变压器将35kV及以上的电源电压降为6-10kV的配电电压，再通过高压配电线路或高压配电所将电能送到各个车间变电所，最后经变压器降为一般低压用电设备所需的电压。有的35kV进线的工厂，只经一次降压，及35kV线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所，经车间变电所的配电变压器直接降为低压用电设备所需电压。这种配电方式称为高压深入负荷中心的直配方式。这样可以省去一级中间变压，从而简化了供电系统，节约有色金属，降低电能损耗和电压损耗，提高供电质量。然而这要根据厂区环境条件是否满足35kV架空线路深入负荷中心的“安全走廊”要求而定，否则不宜采用，以确保供电安全。对于总供电容量不超过1000kV的小型工厂，通常只设一个降压变电所，将6-10kV电压降为低压用电设备所需的电压（220/380V）。如果工厂所需容量不大于160kVA时，一般采用低压电源进线，工厂只需设一个低压配电间。本厂属于中小型工厂，采用10kV供电电源，在金工车间东侧1020m处有一座10kV配电室，先用1km的架空线路，后改为电缆线路至本厂变电所，将6-10kV的高压降为一般低压用电设备所需的电压（220/380V），然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备。河南城建学院本科毕业设计（论文）电力负荷及其计算2 电力负荷及其计算2.1 负荷分级及供电电源措施2.1.1 工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，按GB 50052-1995供配电系统设计规范规定，根据对供电可靠性及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响的程度进行分级，负荷可以分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。 一级负荷 符合下列条件之一的，为一级负荷 1）中断供电，将造成人身伤亡的负荷； 2）中断供电，将在政治、经济上造成重大损失的负荷； 3）中断供电，将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作的负荷。在一级负荷中，当中断将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断的负荷，应视为特别重要的负荷。 二级负荷 符合下列条件之一的，为二级负荷 1）中断供电，将在政治上、经济上造成较大损失的负荷； 2）中断供电，将影响重要用电单位的正常工作的负荷。 三级负荷 不属于一、二级负荷者为三级负荷。2.1.2 各级负荷的供电措施 一级负荷的供电措施 一 级负荷应有两个独立电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不至于同时受到损坏，以维持供电；而且当一个电源中断供电时，另一个电源应能承担本用户的全部一级负荷设备的供电。一级负荷用户的变配电室内的高低压配电系统，应采用单母线分段的主结线形式，分列运行并互为备用。一级负荷设备应采用双电源供电，并在最末一级配电盘（箱）处设置自动切换装置。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。 二级负荷的供电措施 二级负荷应有两个电源供电，即应有两回路供电。当发生电力变压器故障或线路常见故障时不至于中断供电（或中断后能立即回复）。 三级负荷的供电措施 三级负荷对供电无特殊要求，可采用单回路市电供电。但应使配电系统简洁可靠，尽量减少配电级数，低压配电级数一般不超过四级，并且应在技术经济合理的情况下，尽量减少电压偏差和电压波动。2.2工厂计算负荷的确定2.2.1负荷计算的目的和意义计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与同时间内实际变动负荷所产生的热效应相等。在供配电系统中，以30min的最大计算负荷作为选择电气设备的依据，并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用，即可在正常情况下长期运行。一般将这个最大计算负荷简称计算负荷Pc。负荷计算的目的是： 计算变配电所内变压器的负荷电流及视在功率，作为选择变压器容量的依据。 计算流过各主要电气设备(断路器、隔离开关、母线、熔断器等)的负荷电流，作为选择这些设备的依据。 计算流过各条线路(电源进线、高低压配电线路等)的负荷电流，作为选择这些线路电缆或导线截面的依据。 计算尖峰负荷，用于保护电器的整定计算和校验电动机的启动条件。 为电气设计提供技术依据。计算负荷是工程设计中按照发热条件选择导线和电气设备的依据。计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电保护的重要依据。计算负荷确定的是否正确，直接影响到电器和导线的选择是否经济合理。正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。如果计算负荷确定的过大，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，而变压器负荷率较低运行时，也将造成长期低效率运行。如果计算负荷确定的过小，又将使电器和导线处于过负荷运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至产生火灾，造成更大的经济损失。因此，正确确定计算负荷具有很大的意义。2.2.2负荷计算的方法在已知用电设备的情况下，负荷计算有需要系数法、二项式法和利用系数法；在未知用电设备的情况下，负荷计算有负荷密度法、单位指标法和住宅用电量指标法。 需要系数法用设备功率乘以需要系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简便，应用广泛，尤其适用于配变电所的负荷计算。 利用系数法采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台属和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数的计算负荷。这种方法的理论根据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数的实测与统计较困难，在电气设计中一般不用。 二项式法在设备组容量之和的基础上，考虑若干容量最大设备的影响，采用经验系数进行加权求和法计算负荷。 负荷密度法当已知某建筑面积负荷密度时，某建筑的平均负荷可按下式计算 Pav =A（kW）式中:负荷密度（kW/m2） A某建筑面积（m2）在建筑方案设计阶段，可采用建筑面积负荷密度法进行负荷估算。在建筑施工阶段设计时，可采用需要系数法进行复核。2.2.3需要系数法确定计算负荷 基本公式需要系数法确定用电设备组的有功计算负荷的基本公式为： 式（2.1）无功计算负荷为： 式（2.2）视在计算负荷为： 式（2.3）计算电流为： 式（2.4）-需要系数-有功计算负荷，单位为kW-无功计算负荷，单位为kvar-视在计算负荷，单位为kVA-用电设备组的平均功率因数-用电设备组平均功率因数的正切值 多组用电设备计算负荷的确定在确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其用功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数和。对车间干线，取对低压母线，分两种情况：1）由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取总的有功计算负荷为： 式（2.5）总的无功计算负荷为： 式（2.6）以上两式中的和分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。总的视在计算负荷为： 式（2.7）总的计算电流为： 式（2.8）由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。2.2.4二项式法确定计算负荷 二项式法的基本公式是 式（2.9）式中，表示用电设备组的平均功率，其中是用电设备组的总容量，其计算方法如前需要系数法所述；表示用电设备组中x台容量最大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中是x台最大容量的设备总容量，b.c为二项式系数。由于二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而且考虑了少数容量最大设备投入运行时对总计算负荷的额外影响，所以二项式法比较适合确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。2.2.5工厂负荷的计算基础资料： 工厂各车间负荷情况，如表2.1所示表2.1 各车间负荷表车间/kW/kvar最大电动机/kW冷作10011030装配809022仓库20207.5户外照明2015金工车间设备负荷如表2.2所示 表2.2 金工车间负荷表序号设备名称设备容量/kW台数/台13 1316 232536 3234车床7+0.125144铣床10+2.815 21 35摇臂钻4.5+1.7+0.6+0.12536 7 41 42铣床7+2.848 9铣床7+1.7210砂轮机3.2111 12砂轮机1217 18磨床7+1.7+0.5219磨床10+2.8+1.5120 38磨床10+2.8+0.5222 37车床10+0.125226 27磨床14+1+0.6+0.15228 29立床55+7+1137+1.7130车床20+0.15131摇臂钻10+0.5139 40龙门刨75+4.5+1.7+1.7+1+1+0.5243 44 45铣床7+1.7346镗床6.5+2.8147铣床7+2.8148桥式起重机（=25%）11+5+5+2.2149 50桥式起重机（=25%）16+5+5+3.52全厂照明密度为：12W/ 根据基础资料提供的各厂房电力负荷清单，全厂都是三级负荷。按需要系数法分别计算出各个厂房及全厂的计算负荷。1）金工车间负荷计算a.金属切削机床设备容量： 对于大批生产的金属冷加工机床电动机，其需要系数：，有功计算负荷：无功计算负荷：b.桥式起重机容量；对于锅炉房和机加、机修、装配等类车间的吊车，其需要系数: ，有功计算负荷：无功计算负荷：C金工车间照明： 车间面积： 设备容量： 对于生产厂房及办公室、阅览室、实验室照明，其需要系数： ，有功计算负荷： 无功计算负荷： 2）全厂总负荷取有功同时系数，无功同时系数有功计算负荷： 无功计算负荷： 视在计算负荷： 功率因数： 按逐级法计算法确定工厂的计算负荷工厂的计算负荷，应该是高压母线上所以高压配电线路计算负荷之和，在乘以一个同事系数。高压配电线路的计算负荷，应该是该线路所供车间变电所低压侧的计算负荷加上变压器的功率损耗和高压配电线路的功率损耗，如此逐级计算即可求得供电系统所有元件的计算负荷。但对一般工厂供电系统来说，由于高低压配电线路一般不长，其损耗较小，因此在确定计算负荷时往往不记线路损耗。在符合计算中，新型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式计算：有功损耗： 无功损耗： 为变压器二次侧的视在计算负荷机器厂变压器高压侧的有功计算负荷：机器厂变压器高压侧的无功计算负荷： 机器厂变压器高压侧的视在计算负荷： 功率因数： 2.3无功功率补偿工业与民用用电设备中，有大量设备的工作需要通过向系统吸收感性的无功功率来建立交变的磁场，这使系统输送的电能容量中无功功率的成分增加，在系统变配电设备及输送线路规格一定的情况下，直接影响到有功功率的输送。电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性负荷，在运行过程中需向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器等无功补偿设备以后，可以提供感性负载所消耗的无功功率，减少了电网电源向感性负荷提供、由线路输送的无功功率，由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗，这就是无功补偿。2.3.1功率因数 功率因数低对供配电系统的影响功率因数低是无功功率大的表现，无功功率大会对系统造成如下影响：1）使配电设备的容量增加：在三相交流系统中，电流和有功功率的关系式是： 式（2.10）其中有功功率是系统向用电设备提供的，要转化为其他形式能量的功率，这部分功率是不能减少的。因此在电压一定时，功率因数越小，即无功分量越大，则电流越大。若要承受较大的电流，系统电气设备的容量必然要加大，这就会增加系统成本，使电气设备利用率降低。2）使供电系统的损耗增加：从供配电系统功率损耗计算式中不难看出，通过系统的电流增加，系统上的功率损耗也会增加。3）使电压损失增加：线路电流越大，电压损失也就越大。4）使发电机效率降低：系统中负荷对无功功率需求量增大时，发电机必须增发相应的无功功率去平衡，这样就降低了效率。 提高功率因数的意义在用电设备中绝大部分为感性负荷，使用电单位功率因数小于1。为了保证供电质量和节能，充分利用电力系统中发配电设备的容量，减小供电线路的截面，减小电网的功率损耗、电能损耗，减小线路的电压损失，必须提高用电单位的功率因数。对用户的补偿容量在全国供电规则中已有规定：“无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率应属的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入和切除，防止无功电力倒送，用户在当地供电局规定的电网高峰时的功率因数，应达到下列规定：高压供电的用户和高压供电装有负荷调整电压装置的电力用户，功率因数为0.9以上；其他100kVA（kW）及以上电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数为0.85以上。因此，在供配电系统中，必须改变无功功率大小，即提高功率因数，以便提高系统中设备的有效利用率。2.3.2无功补偿的选择要使供配电系统的功率因数提高，一般可从两个方面采取措施。一是提高用电设备的自然功率因数，自然功率因数是指不用任何补偿装置时的功率因数；一是采取人工补偿的方法使使总功率因数得以提高，总功率因数是指采用了补偿装置后得到的功率因数。 提高自然功率因数的方法：电动机类电气设备的额定功率因数是较高的，一般都在0.85以上，可是当它们在非额定状态下（如轻载）工作时，功率因数和效率都将大幅度降低，对此，主要采用如下措施改善自然功率因数：1）合理选择电动机的型号和规格。2）合理选择变压器的型号和规格，避免因长期轻载运行而造成的功率因数降低。 采用人工补偿提高功率因数的方法：人工补偿方法有发电机补偿、电容器补偿、调相机补偿和静止补偿器补偿，主要有两种，一是采用同步电动机补偿，一是采用并联电容器补偿。1）在供配电系统中一般只有在能使负荷使用要求得以满足的情况下，才采用同步电动机代替异步电动机工作，且同步电动机兼作无功补偿设备，此时无功补偿的调节可以做到平滑的自动调节；专为无功补偿而设的同步电动机称为同步调相机，由于投资和损耗较大，又不便于维护、检修，供配电系统中很少采用这种补偿方式。2) 采用并联电容器补偿是目前供配电系统中普遍采用的一种无功补偿方法，也叫移相电容器静止无功补偿。它具有功损耗小、运行维护方便、补偿容量增减方便、个别电容器的损坏不影响整体使用等特点，但不能实现无级调节。2.3.3无功补偿的计算要使功率因数由提高到，必须装设无功补偿装置，其容量为： 式（2.11），称为无功补偿率 工厂无功功率的补偿： 取为 补偿后变压器的容量和功率因数补偿后变压器器低压侧的视在计算负荷： 变压器低压侧的计算电流：主变压器的功率损耗：变压器高压侧的计算负荷：有功计算负荷：无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流：功率因数：补偿后功率因数满足要求。河南城建学院本科毕业设计（论文）变压器的选择及其电气主接线3 变压器的选择及其电气主接线3.1变压器的选择3.1.1电力变压器及其分类电力变压器是变电所中最关键的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。常用变压器的种类，在中低压供配电系统中，常用的电力变压器有如下几种分类方式： 按相数分类：有三相电力变压器和单相电力变压器。大多数场合使用三相电力变压器，在一些低压单相负载较多的场合，也使用单相变压器。 按绕组导电材料分类：有铜绕组变压器和铝绕组变压器，目前一般采用铜绕组变压器。 按绝缘介质分类：有油浸式变压器和干式变压器两大类。 按绕组联结组别分类：有Yyn0和Dyn11两种。3.1.2电力变压器的连接组别电力变压器的联结组别，是指变压器一、二次绕组因采取不同的联结方式而形成变压器一、二次侧对应的线电压之间不同相位关系。中压配电变压器有Yyn0,和Dyn11两种常见的联结组，配电变压器用Dyn11联结较之采用Yyn0联结有一下优点： 对Dyn11联结变压器来说，其3n次谐波电流在其三角形接线的一次绕组内形成环流，从而不致注入公共的高压电网中去，这交之一次绕组接成星形接线的Yyn0联结变压器更有利于抑制高次谐波电流。 Dyn11联结变压器的零序阻抗较之Yyn0联结变压器的零序阻抗小的多，从而更有利于低压单相接地故障保护的动作和故障的切除。 当低压侧接用单相不平衡负荷时，由于Yyn0联结变压器要求低压中性线电流不超过低压绕组额定电流的25%，因而严重限制了其接用单相负荷的容量，影响了变压器设备能力的发挥。GB 50052-1995供配电系统设计规范规定，低压为TN及TT系统时，宜与选用Dyn11联结变压器。Dyn11联结变压器的低压侧中性线电流允许达到低压绕组额定电流的75%以上，其承受单相不平衡负荷的能力远比Yyn0联结变压器大。因此，机器厂的电力变压器选择Dyn11联结形式。3.1.3变压器台数和容量的选择 选择主变压器台数应考虑下列原则:1) 三级负荷一般设一台变压器，但考虑现有开关设备开断容量的限制，所选单台变压器的容量一般不大于1250kVA；当用电负荷所需的变压器容量大于1250kVA时，通常应采用两台或更多台变压器。2) 当季节性或昼夜性的负荷较多时，可将这些负荷采用单独的变压器供电，以便这些负荷不投入使用时，切除相应的供电变压器，减少空载损耗。3) 当有较大的冲击性负荷时，为避免对其他负荷供电质量的影响，可单独设变压器对其供电。4) 当有大量一、二级负荷时，为保证供电可靠性，应设两台或多台变压器。以起到相互备用的作用。5) 在确定变电所住变压器台数时，应考虑负荷的发展，留有一定的余量。 变压器容量的选择1）只装一台主变压器的变电所主变压器容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需求，即 式（3.1）2) 装有两台主变压器的变电所 每台变压器的容量SN.T应该同时满足以下两个条件： a.任一台变压器单独运行时，宜满足总的计算负荷S30的大约60%-70%的需要，即 式（3.2） b.任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的要求。即 式（3.3） 车间变电所主变压器的单台容量上限车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000kVA。这一方面是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制，另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。 适当考虑负荷的发展应适当考虑今后510年电力负荷的增长，留有一定的余地。本工厂的负荷属于三级负荷，并且补偿后可选500kVA的变压器，考虑到今后发展的要求，选择S9-630/10型变压器一台。3.1.4电力变压器的校验电力变压器的额定容量SN.T是在一定温度条件下的持续最大输出容量。如果安住地点的年平均气温时，则年平均气温每升高1C，变压器容量相应地减少1%，户外电力变压器的实际容量为 式（3.4）对于户内变压器，由于散热条件差，一般变压器室的出风口与进风口间有约15C的温差，从而使处于室内中间的变压器环境温度比户外变压器环境温度要高出大约8C，因此户内变压器的实际容量较之上式所计算的容量还要小8%。对于S9-630/10型变压器，考虑本地年平均气温为23.2C，即年平均气温不等于20C，对于室内变压器，其实际容量为 因此，选择的变压器满足要求。3.2工厂变配电所的主接线图3.2.1电气主接线的概况电气主接线图即主电路图，是表示供电系统中电能输送和分配线路的电路图，亦称一次电路图。它的设计，直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。电气主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三方面： 可靠性：为了向用户供应持续、优质的电力，电气主接线首先必须满足这一可靠性的要求。主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况，充分做好调查研究工作显的尤为重要。为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾可靠性和经济性两方面，做出切合实际的决定。 灵活性：电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的转换。灵活性包括以下几个方面：1）操作的方便性 电气主接线应该在服从可靠性的基本要求条件下，接线简单，操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不致在操作过程中出差错。2）调度的方便性 电气主接线在正常运行时，要根据调度要求，方便的改变运行方式。并且发生事故时，要能尽快地切出故障，故停电时间最短，影响范围最小，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。3）扩建的方便性 对将来要扩建的发电厂和变电站，其主接线必须具有扩建的方便性。 经济性：采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。3.2.2车间和小型工厂变电所的主接线图 车间变电所的主接线图车间变电所的主接线分两种情况：1） 有工厂总降压变电所或高压配电所的车间变电所其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，一般都安装在高压配电线路的首段，即总配电所的高压配电室内，而车间变电所只设变压器室和低压配电室，其高压侧多数不安装开关，或只安装简单的隔离开关、熔断器、避雷器等，如图3.1所示。图3.1 车间变电所高压侧主接线方案a）高压电缆进线，无开关 b）高压电缆进线，装隔离开关 c）高压电缆进线，装隔离开关-熔断器 d）高压电缆进线，装负荷开关-熔断器 e）高压架空进线，装跌开式熔断器和避雷器 f）高压架空进线，装隔离开关-熔断器和避雷器g）高压架空线，装隔离开关-熔断器和避雷器由图可以看出，凡是高压架空进线，变电所高压侧必须装设避雷器，以防雷电波沿着架空线路侵入变电所击毁电力变压器及其他设备的绝缘。而采用高压电缆进线时，避雷器则装设在电缆的首端，而且避雷器的接地端要连同电缆的金属外皮一起接地。此时变压器高压侧一般可以不再装设避雷器。如果变压器高压侧为架空线又经过一段电缆引入时，则变压器高压侧仍应装设避雷器。 2）工厂无总变、配电所的车间变电所工厂内无总降压变电所和高压配电所时，其车间变电所往往就是工厂的降压变电所，其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，都必须配备齐全，所以一般要设置高压配电室。在变压器容量较小、供电可靠性要求不高的情况下，就可以不设高压配电室，其高压侧的开关电器就装在变压器室的墙上或电杆上，而在低压侧计量电能，或者其高压柜就装在低压配电室内，在高压侧计量电能。小型工厂变电所的主接线图1）只装有一台主变压器的小型变电所主接线图只装有一台主变压器的小型变电所，其高压侧一般采用无母线的接线。根据其高压侧采用的开关电器不同，有以下三种比较经典的主接线方案。a.高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的变电所主接线图（图3.2）这种主接线，受隔离开关和开式熔断器切断空载变压器容量的限制，一般只用于500kVA及以下容量的变电所。图3.2 高压侧采用隔离开关-熔断器 图3.3 高压侧采用负荷开关-熔断器或跌开式熔断器的变电所主接线图 或负荷跌开式熔断器的变电所直接线图这种变电所相当简单经济，但供电可靠性不高，当主变压器或高于侧停电检修或发生故障时，整个变电所要停电。由于隔离开关和跌开式熔断器不能带负荷操作，因此变电所送电和停电的操作程序比较复杂，如果稍有疏忽，还容易发生带负荷拉闸的严重事故，而且在熔断器熔断后，更换熔体需一定时间，从而影响供电的可靠性。但是这种主接线简单经济，对于三级负荷的小容量变电所是相当适宜的。b.高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷跌开式熔断器的变电所主接线图（图3.3） 由于负荷开关和负荷跌开式熔断器能带负荷操作，从而使变电所停、送电的操作简便灵活得多，也不存在着在带负荷拉闸的危险。但在发生短路故障时，只能是熔断器熔断，因此这种主接线仍然存在着在排除短路故障时恢复供电的时间较长的缺点，供电可靠性仍然不高，一般也只用于三级负荷的变电所。图3.4 高压侧采用隔离开关 图3.5 高压双回路进线的一台主 -断路器的变电所主接线图 变压器变电所主接线图c.高压侧采用隔离开关-断路器的变电所主接线图（图3.4）这种主接线由于采用了高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分灵活方便，而且在发生短路故障时，过电流保护装置动作，断路器会自动跳闸，如果短路故障已经消除，则可立即合闸回复供电。如果配备自动重合闸装置，则供电可靠性更高。但是如果变电所只此一路电源进线时，一般也只用于三级负荷；但如果变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时，或另有备用电源时，则可用于二级负荷。如果变电所有两路电源进线，如图3.5所示，则供电可靠性相当提高，可供二级负荷或少量一级负荷。图3.6 高压侧无母线、低压侧单母分段的变电所主接线图2）装有两台主变压器的小型变电所主接线图a.高压无母线、低压单母线分段的变电所主接线图（图3.6） 这种主接线的供电可靠性较高，当任一主变压器或任一电源进线停电检修或发生故障时，该变电所通过闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电。如果两台主变压器高压侧断路器装设互为备用的备用电源自动投入装置，则任一主变压器高压侧断路器因电影断电而跳闸时，另一主变压器高压侧的断路器在备用电源自动投入装置作用下自动合闸，恢复整个变电所的供电。这时变电所可供一、二级负荷。图3.7 高压采用单母线、低压单母线分段的变电所主接线b.高压侧采用单母线、低压侧采用单母分段的变电所主接线图（图3.7） 这种主接线适用于装有两台及以上主变压器或具有多路高压出线的变电所，其供电可靠性也较高。任一主变压器检修或发生故障是，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。但是高压母线或电源进线进线检修或发生故障时，整个变电所仍要停电。这时只能供电给三级负荷。如果有与其他变电所相连的高压或低压联络线时，则可供一、二级负荷。c.高低压侧均采用单母线分段的变电所主接线图（图3.8） 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。图3.8 高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图3.2.3本工厂变电所主接线的确定 本工厂为三级负荷，供电可靠性要求不高，因此选择高压侧采用隔离开关-断路器的变电所主接线图，主接线图见附录A河南城建学院本科毕业设计（论文）短路电流的计算河南城建学院本科毕业设计（论文）总结河南城建学院本科毕业设计（论文）短路电流的计算4 短路电流的计算4.1短路的原因、后果及其形式4.1.1短路的原因系统中最常见的故障就是短路，短路就是指不同电位的导电部分对地之间的低阻性短接。产生短路的原因有： 电气设备绝缘被损坏绝缘损坏多由于未及时发现和消除设备的缺陷，以及设计、安装和运行维护不良所致。例如，过电压、设备遭雷击、绝缘材料陈旧、机械损伤等等。 有关人员误操作这种情况大多是由于操作人员违反安全操作规程而发生的，例如带负荷拉闸，或者误将低电压设备接入较高电压的电路中而造成击穿短路。 鸟兽为害事故鸟兽跨越在裸露的相线之间或者相线与接地物体之间，或者咬坏设备和导线电缆的绝缘，从而导致短路。4.1.2短路的后果短路后，系统中出现的短路电流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。短路电流对系统产生较大的危害： 短路时要产生很大的点动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件受到损害和破坏，甚至引发火灾事故。 短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。 短路时保护装置动作，将故障电路切除，从而造成停电，而且短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。 严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统结列。 不对称短路包括单相和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交变电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。由此可见，短路的后果是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流的计算，以便正确地选择电气设备，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。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电装置和选择限制短路电流的元件（如电抗器）等，也必须计算短路电流。4.1.3短路的形式在三相系统中，短路的形式有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路等，其中两相接地短路，实质是两相短路。按短路电路的对称性来分，三相短路属于对称性短路，其他形式短路均不为对称短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但一般情况下，特别是远离电源的工厂供电系统中，三相短路的短路电流最大，因此造成的危害也最为严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠的工作，因此作为选择和校验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。实际上，不对称短路也可以按对称的短路电流分解为对称的正序、负序、零序分量，然后按对称量来分析和计算，所以对称的三相短路分析计算也是不对称短路分析计算的基础。4.2无限大容量电力系统的三相短路计算4.2.1无限大容量电力系统无限大容量电力系统，是指供电容量先对于用户供电系统容量大的多的电力系统。其特点是：当用户供电系统的负荷变动甚至发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压能基本维持不变。如果电力系统的电源总阻抗不超过短路总阻抗的5%-10%，或者电力系统容量超过用户供电系统容量的50倍时，可将电力系统视为无限大容量系统。对一般工厂供电系统来说，由于工厂供电系统的容量远比电力系统总容量小，而阻抗又较电力系统大得多，因此工厂供电系统内发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压几乎维持不变，也就是说可将电力系统视为无限大容量的电源。4.2.2短路电流的计算方法进行短路电流计算，首先要绘出计算电路图，在电路图上，将短路计算所需要考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将个元件依次编号，然后确定短路计算点。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。 电力系统的阻抗计算电力系统的电阻相对于电抗来说很小，一般不予考虑。电力系统的电抗，可由电力系统变电站馈电线出口断路器的断路容量来估算，电力系的电抗为 式（4.1）式中，为电力系统馈电线的短路计算电压，但为了便于短路电路总阻抗的计算，免去阻抗换算的麻烦，此式中的可直接采用短路点的短路计算电压；为系统出口断路器的断流容量，如果只有断路器的开断电流，则其断流容量，这里的为断路器的额定电压。 电力变压器的阻抗计算1）变压器的电阻 可由变压器的短路损耗近似计算因故 式（4.2）式中，为短路点短路计算电压；为变压器的额定容量；为变压器的短路损耗。2）变压器的电抗 可由变压器的短路电压近似地计算。因故 式（4.3）式中，为变压器的短路电压百分值。 电力线路的阻抗计算1）线路的电阻 可由导线电缆的单位长度电阻乘以线路长度求得，即 式（4.4）式中，为导线电缆单位长度电阻，为线路长度。2）线路的电抗 可由导线电缆的单位长度电抗乘以线路长度求得，即 式（4.5）表4.1 电力线路每相的单位长度电抗平均值线路结构线路电压35kV及以上6-10kV220V/380V架空线路电缆线路0.40.120.350.080.320.066在计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有电力变压器时，电路内各元件的阻抗都应该统一换算到短路点的短路计算电压去，阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗不变。4.2.3工厂三相短路电流的计算画出短路计算电路图，如图4.1所示：图4.1 短路计算电路图画出短路等效电路图，如图4.2所示：图4.2 短路等效电路图 求短路点K-1处短路电流和短路容量（）。1) 计算短路电路中各元件的电流和总阻抗。a.电力系统的电抗：查表得SN10-10型断路器的断流容量b架空线路的电抗：c电缆线路的电抗：计算总电抗：2) 计算K-1点的三相短路电流和短路容量。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全电流有效值:三相短路容量:求K-2点三相短路电流和短路容量（）1)计算短路电路中各元件的电抗和总电抗a电力系统的电抗：b架空线路的电抗:c电缆线路的电抗:d电力变压器的电抗：查表则总电抗3) 计算K-2点三相短路电流和短路容量。三相短路电流周期分量有效值:三相次暂态短路电流和短路稳态电流三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：三相短路容量：河南城建学院本科毕业设计（论文）设备选择与校验5 金工车间的配电5.1低压配电线路接线方式工厂的低电压配电线路有放射式、树干式和环形三种基本结线方式。放射式结线的特点是：其引出线发生故障时互不影响，供电可靠性较高，而且便于装设自动装置。但有色金属消耗较多，采用的开关设备也较多。放射式接线方式多用于设备容量大或供电可靠性要求较高的设备供电。而树干式结线的特点正好与放射式接线相反。很适于供电给容量较小而分布均匀的用电设备。环形结线供电可靠性较高，但其保护装置及整定配合比较复杂。因此，根据金工车间的具体情况，本系统采用放射式和树干式组合的结线方式，能满足生产要求。配电设计方案1：如图5.1所示：配电设计方案2：如图5.2所示：图5.1 金工车间配电方案1方案比较： 方案1和方案2对金工车间的供电是可行且都能达到目的。 方案1和方案2中，方案1中得干线和方案2中的干线是同样地。对功率较大的靠近变电所的设备采用放射性供电，放射式线路之间互不影响，因此供电可靠性较高。 方案1中得干线跨过20多米把设备10、11、12连接，电能损耗大，金属损耗多，这样既不经济的，供电可靠性不可靠。而方案2中，设备1到9由一干线树干式供电，能减少线路的有色金属消耗量，采用的高压开关数量少，投资少，能弥补以上的缺点。 方案1中的干线供电的范围中，包括功率较大的设备30和29。由于其他设备功率小，这样起动电流大，供电不可靠。方案2中干线只对13到21、31这小功率的设备供电，功率平衡，供电可靠性相对较高。大功率设备3029直接采用放射式供电。 方案1中，三只桥式起重机用同一干线采用树干式供电，若有一台起重机出故障，则三台起重机均不能使用，供电可靠性极差。而对于方案2中，用干线对起重机设备49、50和48供电，若