[供配电系统设计规范]某工厂供配电系统毕业设计

供配电系统设计规范某工厂供配电系统毕业设计篇一某工厂供配电系统毕业设计河南城建学院本科毕业设计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I河南城建学院本科毕业设计目录目录摘要IABSTRACT错误未定义书签。目录II1绪论12电力负荷及其计算221负荷分级及供电电源措施2211工厂电力负荷的分级2212各级负荷的供电措施222工厂计算负荷的确定3221负荷计算的目的和意义3222负荷计算的方法3223需要系数法确定计算负荷4224二项式法确定计算负荷6225工厂负荷的计算623无功功率补偿9231功率因数9232无功补偿的选择10233无功补偿的计算113变压器的选择及其电气主接线1331变压器的选择13311电力变压器及其分类13312电力变压器的连接组别13313变压器台数和容量的选择14314电力变压器的校验1532工厂变配电所的主接线图15321电气主接线的概况15322车间和小型工厂变电所的主接线图16323本工厂变电所主接线的确定214短路电流的计算2241短路的原因、后果及其形式22411短路的原因22412短路的后果22413短路的形式2342无限大容量电力系统的三相短路计算23421无限大容量电力系统23422短路电流的计算方法23423工厂三相短路电流的计算25第5章金工车间的配电2851低压配电线路接线方式2852低压配电系统的接地型式29第6章设备选择与校验3361导线的选择与校验33II河南城建学院本科毕业设计目录611车间导线截面及配电箱的选择33612车间导线的校验3862高压一次设备的选择与校验40621一次设备及其分类40622一次设备的选择41623一次设备的校验4363低压补偿柜选择45第7章继电保护与防雷接地4671工厂的继电保护46711继电保护的选择46712继电保护的整定及计算4672工厂的防雷与接地47总结49参考文献50致谢51附录AIII河南城建学院本科毕业设计绪论1绪论电能是现代工业生产的主要能源和动力。，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35KV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610KV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610KV电压降为低压用电设备所需的电压。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610KV的高压降为一般低压用电设备所需的电压，然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备。1河南城建学院本科毕业设计电力负荷及其计算2电力负荷及其计算21负荷分级及供电电源措施211工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，按GB500521995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。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。212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。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河南城建学院本科毕业设计电力负荷及其计算22工厂计算负荷的确定221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。的负荷电流，作为选择这些设备的依据。计算流过各条线路的负荷电流，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。222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。3河南城建学院本科毕业设计电力负荷及其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。式中负荷密度A某建筑面积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。223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P30KDPE式无功计算负荷为Q30P30TAN式视在计算负荷为S30P30/COS式计算电流为I30S30/N式KD需要系数P30有功计算负荷，单位为KWQ30无功计算负荷，单位为KVARS30视在计算负荷，单位为KVACOS用电设备组的平均功率因数4河南城建学院本科毕业设计电力负荷及其计算TAN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。式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。5河南城建学院本科毕业设计电力负荷及其计算224二项式法确定计算负荷二项式法的基本公式是P30BPECPX式式中，BPE表示用电设备组的平均功率，其中PE是用电设备组的总容量，其计算方法如前需要系数法所述；CPX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PX是X台最大容量的设备总容量，BC为二项式系数。电力负荷及其计算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。KW654525KW对于大批生产的金属冷加工机床电动机，其需要系数KD018025，COS05，TAN173有功计算负荷PKW16363KW30KDPE无功计算负荷Q30P30TANKVAR28308KVARB桥式起重机容量；PEPN2322952822KW对于锅炉房和机加、机修、装配等类车间的吊车，其需要系数7河南城建学院本科毕业设计电力负荷及其计算KD01015COS05，TAN173有功计算负荷PKW1233KW30KDPE无功计算负荷Q30PKVAR2133KVAR30TANC金工车间照明车间面积60241440M2W17280W设备容量PE对于生产厂房及办公室、阅览室、实验室照明，其需要系数KD08，1COS1，TAN0有功计算负荷PKW1728KW30KDPE无功计算负荷Q30P3T0AN8K02）全厂总负荷取有功同时系数KP095，无功同时系数KQ097有功计算负荷P30095P30VAKR0VAR0951636312331728100802039258KW无功计算负荷Q30097Q3052323KVAR20KW097283082133110902015KVAR视在计算负荷S3065413KV功率因数06COSP30/S30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8河南城建学院本科毕业设计电力负荷及其计算以一个同事系数。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9河南城建学院本科毕业设计电力负荷及其计算I式其中有功功率P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09以上；其他100KVA及以上电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数为085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。232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085以上，可是当它们在非额定状态下工作时，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10河南城建学院本科毕业设计电力负荷及其计算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。233无功补偿的计算要使功率因数由COS提高到COS，必须装设无功补偿装置，其容量为QCQ30Q30P30QCP30式QCTANTAN，称为无功补偿率工厂无功功率的补偿QCP308TANTAN392542516KVA变压器低压侧的计算电流I30N42516/03864598AS30/主变压器的功率损耗PT001S3000142516KW425KW11河南城建学院本科毕业设计电力负荷及其计算QT005S3000542516KVAR2126KVAR变压器高压侧的计算负荷有功计算负荷P30P30PT3925842539683KW无功计算负荷Q30Q30QT52323360212618449KVAR视在计算负荷S3043762KVA计算电流I3042516/03864598AS30/N功率因数COSP30/S3039683/43762090709补偿后功率因数满足要求。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31变压器的选择311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。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。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SNT应满足全部用电设备总计算负荷S30的需求，即SNTS30式2装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量SNT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6070的需要，即SNTS30式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SNTS30式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42516KVAS30可选500KVA的变压器，考虑到今后发展的要求，选择S9630/10型变压器14河南城建学院本科毕业设计变压器的选择及其电气主接线一台。314电力变压器的校验电力变压器的额定容量SNT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0AV20C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20STSNT式100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S9630/10型变压器，考虑本地年平均气温为232C，即年平均气温不等于20C，对于室内变压器，其实际容量为2023220STSNT630KVA10010059944KVA42516KVA因此，选择的变压器满足要求。32工厂变配电所的主接线图321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15河南城建学院本科毕业设计变压器的选择及其电气主接线简单，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。322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31所示。T图31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QSQSFUQLFUFDFVQSFVQSFUFVTTTTTTABCDEFG16河南城建学院本科毕业设计变压器的选择及其电气主接线由图可以看出，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32高压侧采用隔离开关熔断器图33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610KV电源进线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17河南城建学院本科毕业设计变压器的选择及其电气主接线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。610KV电源进线图34高压侧采用隔离开关图35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18河南城建学院本科毕业设计变压器的选择及其电气主接线便，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35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。TV1TV2图36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、二19河南城建学院本科毕业设计变压器的选择及其电气主接线级负荷。图37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。20河南城建学院本科毕业设计变压器的选择及其电气主接线TV1图38高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图323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A21河南城建学院本科毕业设计短路电流的计算4短路电流的计算41短路的原因、后果及其形式411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。412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等，也必须计算短路电流。22河南城建学院本科毕业设计短路电流的计算413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。42无限大容量电力系统的三相短路计算421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510，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。422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SOC来估算，电力系的电抗为23河南城建学院本科毕业设计短路电流的计算UC2式XSSOC式中，UC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UC可直接采用短路点的短路计算电压；SOC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IOC，则其断流容量SOCOCUN，这里的UN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RT可由变压器的短路损PK耗近似计算因PK3IN2RT故2RTRTUCRTPK式SN式中，UC为短路点短路计算电压；SN为变压器的额定容量；PK为变压器的短路损耗。2）变压器的电抗XT可由变压器的短路电压UK近似地计算。因UK故NXTSX100N2T100UCUCUKUC2式XT100SN式中，UK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RWL可由导线电缆的单位长度电阻R0乘以线路长度求得，即RWLR0L式24河南城建学院本科毕业设计短路电流的计算式中，R0为导线电缆单位长度电阻，L为线路长度。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25河南城建学院本科毕业设计短路电流的计算UC122X10221SOC500MVA查表得SN1010型断路器的断流容量SOC500MVAB架空线路的电抗X2X0L0351035C电缆线路的电抗X3XL100800200016计算总电抗XX1X2X305732计算K1点的三相短路电流和短路容量。21058KA三相短路次暂态电流和稳态电流III1058KA三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值ISH255I255105826979KVAISH151I151105815976KVA三相短路容量SC1I1051058192414MVAK1求K2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U2C2042X132104SOC500B架空线路的电抗U2042X0LX2035508104UC1105C电缆线路的电抗26河南城建学院本科毕业设计短路电流的计算UC22042XX3000162321061UC1105D电力变压器的电抗查表UK5则UKU2C25042X400127100SN100630总电抗X2X3X4000135XX13计算K2点三相短路电流和短路容量。21711KA三相次暂态短路电流和短路稳态电流III1711KA三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值ISH184VAISH184VA三相短路容量SC2I0417111185MVAK227河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验5金工车间的配电51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。设备选择与校验资少，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，若一台起重机出现故障，至少还有一台起重机可工作。这样，供电可靠性就提高了。方案2中得干线把22到27、32到38及10到12的设备采用树干式供电，减少电能损耗，减短导线长度。从经济上看，节省开支，且不影响供电可靠性。1256879433928294930图52金工车间配电方案2结论经以上比较，从经济性、供电可靠性两方面考虑，方案2比方案1好。因此采用方案2对金工车间供电。52低压配电系统的接地型式我国220/380V低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线、保护线或保护中性线。中性线的功能一是用来接用额定电压为系统相电压的单相用电设备；二是用来传导三相系统的不平衡电流；三是减小负荷中性点的电位偏移。保护线的功能它是用来保障人身安全、防止发生触电事故用的29河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验接地线。通过保护线接地，可在设备发生基地故障是减少触电危险。保护中性线的功能它兼有中性线和保护线的功能。这种线在我国通常称为“零线”，俗称地线。低压配电系统接地型式，分为TN系统、TT系统和IT系统。TN系统TN系统的中性点直接接地，所有设备的外露可导电部分均接公共的保护线线或公共的保护中性线。这种公共PE线或PEN线的方式，通称为“接零”。TN系统又分为TNC系统、TNS系统和TNCS系统。1TNC系统电源负荷图53TNC系统其中的N线与PE线全部合为一根PEN线。PEN线中可有电流通过，因此对某些接PEN线的设备将产生电磁干扰。如果PEN线断线，还可造成断线点后边的外露可导电部分带电而造成人身触电危险。该系统由于PE线与N线合为一根PEN线，因而节约了有色金属和投资。较为经济。该系统在发生单相接地故障时，线路的保护装置应该动作，切除故障线路。TNC系统过去在我国低压配电系统中应用最为普遍，但不适用对人身安全和抗电磁干扰要求高的场所。2TNS系统其中的N线与PE线全部分开，设备的外露可导电部分均接PE线。由于PE线中无电流通过，因此设备之间不会产生电磁干扰。PE先断线时，正常情况下不会使断线点后边接PE线的设备外露可导电部分带电；但在断线点后边有设备发生一相接壳故障是，将使断线点后边其他所有接PE线的设备外露可导电部分带电，而造成人身触电危险。该系统在发生单相接地故障时，线路的保护装置应该动作，切除故障线路。该系统较之TNC系统在有色金属消耗量和投资方面有所增加。TNS系统限制广泛应用于对安全要求较高的场所设备选择与校验等）及对电磁干扰要求较高的数据处理和精密检测等试验场所，也越来越多地用于住宅供电系统。）负荷图54TNS系统3TNCS系统该系统的前一部分全部为TNC系统，而后边有一部分为TNC系统，有一部分则为TNS系统，其中设备的外露可导电部分姐PEN线或PE线。该系统综合了TNC系统和TNS系统的特点，因此比较灵活，对安全要求和电磁要求高的场所，宜采用TNS系统。而其他一般场所则采用TNC系统。TT系统TT系统的中性点直接接地，而其中设备的外露可导电部分均各自经PE线单独接地，如图56所示。由于TT系统中各设备的外露可导电部分的接地PE线是分不开的，互无电气联系，因此相互之间不会发生电磁干扰问题。该系统如发生单相接地故障，则形成单相短路，线路的保护装置动作于跳闸，切除故障线路。但是该系统在出现绝缘不良而引起漏电事，由于漏电电流较小可能不足以使线路的过电流保护动作，从而是漏电设备的外露可导电部分长期带电，增加了触电的危险，因此该系31负荷图55TNCS系统河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验统必须装设灵敏度较高的漏电保护装置，以确保人身安全。MAX6589A18589AKIPKA7436A根据熔体额定电流INFEI30，且INFEKIPK即选熔断器时应满足INFE7436A。选INFE80A，即RT0100/80的熔断器。选干线截面时，应留有余量，以备负荷发展。干线导线有两部分组成一部分是敷设在车间的明敷部分，按明敷设选导线；另一部分是从配电箱引到干线小33河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验于2M要加保护措施，采用穿管敷设，应按穿管导线选择导线。）35C时每相的BLX型导线线芯截面积为16MM2的单芯线的允许载流量为IAL73AI306589A按发热条件，相线截面选为16MM2，而中性线截面按05A选，选10MM2。选BLX500明敷设。35C时每相的BLX型导线线芯截面积为35MM2的4根单芯线穿钢管时的允许载流量为IAL71AI306589A按发热条件，相线截面选为35MM2，而中的性线截面选为05A，选25MM2。穿线钢管内径查表选为40MM2。选BLX500G40，G为钢管代号。熔断器、导线及分电箱的选择如表61所示。其他各分电箱选出结果见表62至表610。E30INFU为熔断器额定电流。34河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验表6505号分电箱35河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验表6707号分电箱表61010号分电箱36河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验选总线干线时，每路干线所接设备台数不多，干线的计算电流也应按二项式法计算。明敷设BLX500穿钢管敷设依此法计算，可分别选出金工车间干线型号及规格，选择结果如表611所示。表611金工车间干线型号及规格37河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验612车间导线的校验2号分干线的校验导线明敷设校验根据IAL73A,而I306808AIAL73A，满足发热要求。根据AMIN25MM216MM2，满足机械强度要求。熔断器与导线配合RT0100/80则INFE80A,IAL73AKALIAL15731095A,则INFEKALIAL满足配合要求。穿管的导线的校验根据IAL81A,I306808AIAL81A，满足发热要求。根据AMIN25MM235MM2，满足机械强度要求。38河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验KALIAL25812025A,则INFEKALIAL满足配合要求。2号干线的校验已知I3010599A,根据IAL119A,则I3010599AIAL119A，满足发热要求。根据AMIN25MM225MM2，满足机械强度要求。KALIAL251192975A,则INFE120AKALIAL满足导线配合要求。穿管线的校验根据IAL115AI3010599A，满足发热要求。根据AMIN25MM270MM2，满足机械强度要求KALIAL251152875A,则INFE120AKALIAL满足导线配合要求。电压损耗校验由于线路存在阻抗，所以在符合电流通过线路时要产生电压损耗。按规定，高压配电线路的电压损耗，一般不超过线路额定电压的5；从变压器低压侧母线到用电设备受电端的低压线路的电压损耗，一般不超过用电设备额定电压的5。例如，干线1的电压损耗校验。干线1截面为25MM2，COS05，电压损失为0419AKM，I309098A,L70M007KMUK104199098072675满足要求。6M导线穿管L6M000K对于截面为70MM2，COS05，电压损失为0419AKM，有UK22041990980006069UK1UK22670693365干线1的电压损耗满足要求。其他个干线校验的结果见表61239河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验62高压一次设备的选择与校验621一次设备及其分类变电所中承担输送和分配电能的任务电路，称为一次电路，一次电路中的所有设备，称为一次设备。一次设备按其功能来分，可分为以下几类变换设备其功能是按电力系统运行的要求改变电压或电流、频率等，40河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验例如电力变压器、电压互感器、电力互感器、变频机等。控制设备其功能是按电力系统运行的要求来控制一次设备的通、断，例如各种高低压开关设备。保护设备其功能是用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护，例如熔断器和避雷器等。补偿设备其功能是用来补偿电力系统中的无功功率，提高系统的功率因数，例如并联电容器等。成套设备它是按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及控制、指示、监测和保护一次设备的二次设备组合为一体的电气装置，例如高压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等。622一次设备的选择高压一次设备的选择高压开关柜有固定式和手车式两大类，手车式高压开关柜，虽具有检修安全、供电可靠性高等优点，但价格较贵。在一般中小型工厂中，往往采用较为经济的固定式高压开关柜。我国现在大量生产和广泛应用的是GG1A型。这种防误型开关柜装设了防止电气误操作和保障人身安全的闭锁装置，即所谓“五防”功能防止误跳、误合断路器，防止带负荷拉、合隔离开关，防止带电挂接地线，防止带接地线合隔离开关，防止人员误入带电隔离。本次设计中，确定用630KVA的变压器把10KV的高压降到动力设备所需要的电压04KV。若有重要负荷，可靠性要求较高，则可选用手车式开关柜，如JYN、KYN。本厂都是动力设备，无重要负荷，因此，变电所可采用固定式开关柜。这里选用GG1A03，此柜装有GN1910型隔离开关1个，隔离高压电流，以保证其他电气设备的安全检修。SN1010/630500型少油断路器1个，可以通断线路正常的负荷电流，也可以进行短路保护。GG1A03除备有以上两种开关外，还有LQJ10型电流互感器2个，分别接仪表和继电器，以满足测量和保护的不同要求。容量500KVA以上的变压器，宜采用高压计量。因此，对于630KVA的变压器，要求在变压器的高压侧进行计费，可选用与GG1A型高压开关柜配套使用、户外安装的PJ1A/J3型单电源电缆进出线的计量柜，正好满足要求。柜内装有隔离开关、高压断路器及提供测量信号的电流互感器、电压互感器。考虑架空线路较之电缆线路发生故障时易于发现且易于检查和修复。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承担全部二级负荷。本设计中高压开关柜的进出线，采用经一段电缆后接到架空线上。41河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验高压计量柜中的设备如表613所示。一次设备选择校验的条件1）电压设备的额定电压应不小于装置地点的额定电压或最高电压2）电流设备的额定电流应不小于通过设备的计算电流3）断流能力设备的最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流4）动稳态度按三相短路冲击电流校验5）热稳态度按三相短路稳态电流和短路发热假想时间校验各设备的校验1GN1910隔离开关的校验，见表6172SN1010/630少油断路器的校验，见表6183LQJ10型电流互感器的校验，见表6194HD131000型刀开关校验，见表6205DW101000型低压断路器的校验，见表62143河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验表618高压断路器校验表44河南城建学院本科毕业设计设备选择与校验63低压补偿柜选择根据电容器在供电系统中的装设位置，有高压集中补偿、低压集中补偿和就地补偿三种方式。,自动控制各组电容器回路中基础器的投切，使电网无功功率自动得到补偿，又不致过补偿。因此，本系统拟采用无功功率自动补偿屏，装在变电低压母线侧集中补偿。选用总容量为360KVA。电容屏型号选PGJ12，PGJ13三台45河南城建学院本科毕业设计继电保护与防雷接地7继电保护与防雷接地71工厂的继电保护711继电保