某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计毕业论文.doc

设计题目：某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计 学 院： 机电工程学院 专业年级： 电气工程及其自动化 2008 级 学 号： 学生姓名： 指导教师、职称： 2012 年 5 月 20 日 福建农林大学本科毕业设计说明书 The design of general voltage substation and high voltage distribution system for a metallurgical machinery plants College： Mechanical and Electrical Engineering College Specialty and Grade： Electrical Engineering and Automation, 2008 Number： 081292048 Name: Weibin Zou Advisor： Chenghong Ren Associate Professor Submitted time: May，2012 福建农林大学本科毕业设计说明书 目录目录 摘要.I ABSTRACT.II 1 引言.1 1.1 工厂供电的意义和要求 .1 1.2 工厂供电设计的一般原则及主要内容 .1 2 设计任务及原始资料.3 2.1 设计任务 .3 2.2 原始资料 .3 3 负荷计算和无功补偿及主变的选择.5 3.1 负荷计算 .5 3.2 无功功率补偿 .8 3.3 主变的选择 .9 3.3.1 总降压变电所主变压器容量的选择.9 3.3.2 车间变电所变压器的选择.10 4 变电所位置及主接线的选择.12 4.1 变电所位置的选择 .12 4.2 系统主接线的选择 .12 5 系统短路电流的计算.14 6 变电所电气设备的选择.19 6.1 变电所高低压母线的选择 .19 6.1.1 变电所高压母线的选择19 6.1.2 车间低压母线的截面选择19 6.2 变电所进出线选择 .20 6.2.1 35kV 高压进线的选择.20 6.2.2 6kV 高压馈电线的选择.21 6.3 35KV 侧一次设备的选择.21 6.4 6KV 侧一次设备的选择.22 7 继电保护方案和二次回路的选择.24 7.1 35KV 主变压器保护.24 7.1.1 气体保护（瓦斯保护）24 福建农林大学本科毕业设计说明书 7.1.2 装设过电流保护和电流速断保护25 7.1.3 差动保护（纵差保护）26 7.2 电力线路的继电保护 .26 7.3 二次回路选择 .27 8 防雷保护及接地装置的设计.29 8.1 防雷保护措施 .29 8.2 接地装置的设计 .29 9 结束语.31 参考文献.32 致谢.33 附录.34 福建农林大学本科毕业设计说明书 摘要摘要 总降压变电所及高压配电系统的设计，是现代工业企业初期建设必须考虑、解决 的问题，也是工厂供配电设计的一项重要内容。众所周知，电能是一种清洁的二次能 源，更是现代工业生产不可缺少的主要动力。因此，结合实际情况，采取相应的技术 手段，合理有效地设计总降压变电所及高压配电系统，就是为了节约能源，提高电能 利用率而进行的。 本设计是针对某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计。本设计的理 论基础是工厂供电 。结合该修造厂各个车间内的负荷进行计算，通过无功补偿来提 高系统的功率因数。根据负荷计算结果选择变压器容量大小和台数及设计电气主接线、 供电线路。为确保工厂用电安全，系统正常运行，进行一系列的系统短路计算，由结 果对高低压设备进行选择和校验。进而确定继电保护装置和二次回路，防雷和接地装 置设置。 关键词：关键词：工厂供配电 节约能源 负荷计算 短路计算 福建农林大学本科毕业设计说明书 Abstract The design of general voltage substation and high voltage distribution system,is the problem which must be considered and solved early in the modern industrial enterprise,and is an important content for design of the factory supply and distribution. As is known to all,the electricity is a kind of clean secondary energy,it also is indispensable main power in modern industrial production. Therefore, combining with actual conditions and taking the corresponding technical means,the rational design of general voltage substation and high voltage distribution system,just for saving energy and increasing the energy utilization rate. This design is general voltage substation and high voltage distribution system design for a metallurgical machinery plants.This design is based on the theory of “factory power supply“. Combined with the plants in the workshop on each load calculation, through the reactive power compensation to improve the power factor of system. According to the load calculation result choose transformer capacity size and the numbers and design the main electrical wiring, power lines. To ensure that the factory in safety, the normal operation of the system, a series of system short circuit calculation, the results of high and low voltage equipments to choose and calibration. We determine the relay protection device and the secondary circuit, lightning protection and grounding device set. Key words: factory supply and distribution energy conservation load calculation short circuit calculation 福建农林大学本科毕业设计说明书 0 1 1 引言引言 1.11.1 工厂供电的意义和要求工厂供电的意义和要求 工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。 众所周知，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，有利于实现生产过程自动化。现代社会的信息技术和其他 高新技术都是建立在电能应用的基础之上的。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1。 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（除电化工业外） 。因此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，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果供电突然中 断，则对工业生产可能造成严重的后果。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产、 实现工业现代化，具有十分重要的意义1。 工厂供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， 并做好节能和环保工作，就必须达到下列基本要求1： (1)安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 (2)可靠 应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。 (3)优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。 (4)经济 供电系统的投资要省，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。 此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远的关系，既要照顾 局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 1.21.2 工厂供电设计的一般原则及主要内容工厂供电设计的一般原则及主要内容 供电工程新建或改造的设计必须遵守以下的设计原则1: 1 遵守规程，执行政策。必须遵守国家的有关规程及标准，执行国家的有关方针 政策，包括节约能源、保护环境等技术经济政策。 福建农林大学本科毕业设计说明书 1 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，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，以近期为主、设当考虑扩建的可能性。 4 全局出发，统筹兼顾。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等，合理确定设计方案。 全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，解决对各部门的安全可靠， 经济的分配电能问题。其设计的主要内容有负荷计算，工厂总降压变电所的位置和主 变压器的台数及容量选择，改善功率因数装置设计，工厂总降压变电所主接线设计， 工厂供配电系统短路电流计算，继电保护装置设计，变电所防雷、接地装置设计等方 面。 福建农林大学本科毕业设计说明书 2 2 2 设计任务及原始资料设计任务及原始资料 2.12.1 设计任务设计任务 完成某冶金机械修造厂总降压变电所及高压配电系统设计。 2.22.2 原始资料原始资料 1 工厂的总平面布置图，见附录图一。 2 工厂的生产任务、规模及产品规格：本厂主要承担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 10000t，铸铁件 3000t，锻件 1000t，铆焊件 2500t。 3 工厂各车间的负荷情况及车间变电所的容量，见第 3 章表 3-1 和表 3-2。 4 供用电协议 （1）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。 （2）系统的短路数据，见表 2-1。 表 2-1 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式系统短路容量 最大运行方式MVASoc200 max. 最小运行方式MVASoc175 min. （3）供电部门对工厂提出的技术要求：系统变电站 35kV 馈电线路定时限过电流保 护的整定时间 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 35kV 电源侧进行电能计算；工厂最大负荷时功率因数不得低于 0.9。 5 工厂负荷性质：本厂为三班工作制，年最大有功年利用小时数为 6000h，属二级负荷。 6 工厂自然条件： （1）气象条件：最热月平均最高温度为 30；土壤中 0.7-1 米深处一年中最热月平 均温度为 20；年雷暴日为 31 天；土壤冻结深度为 1.10 米；夏季主导风向为南风。 福建农林大学本科毕业设计说明书 3 （2）地质及水文条件：根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦， 地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为 2.8-5.3 米。地耐压为 20 吨/平方 米。 福建农林大学本科毕业设计说明书 4 3 3 负荷计算和无功补偿及主变的选择负荷计算和无功补偿及主变的选择 3.13.1 负荷计算负荷计算 工厂供电系统负荷计算的目的是确定工厂最大负荷，作为按允许发热条件选择供 电变压器、输电线路导线及开关电器等电气设备的一局。 电力负荷计算的方法主要有需要系数法、二项式法和单位产值耗电量法。需要系 数法计算简单对任何工业企业都适用，特别适用长期工作制用电设备占用主要负荷的 车间，计算结果基本符合实际。针对该冶金机械修造厂的各车间负荷情况，采用需要 系数法进行负荷计算2。 由原始资料上可得知用电设备组的设备容量，需要系数，余弦值。 e P d Kcos 用电设备组计算负荷的计算式为 (3-1) ed PKP 30 (3-2)tan 3030 PQ (3-3) cos 30 30 P S (3-4) N U S I 3 30 30 多组用电设备组计算负荷的计算式为 (3-5) i p PKP 3030 (3-6) i q QKQ 3030 (3-7) 2 30 2 3030 QPS (3-8) N U S I 3 30 30 :有功负荷同时系数，一般为 0.85-1.0，取。 p K95 . 0 p K :无功负荷同时系数，一般为 0.95-1.0，取。 q K97 . 0 q K 各车间的 380V 负荷计算，以车间一为例，计算如下：已知，2000kW e P 福建农林大学本科毕业设计说明书 5 ，。由可得出，从而得到，所0.4 d K0.65cos0.65cos0.76sin1.17tan 以 kWPKP ed 80020004 . 0 30 var93617 . 1 800tan 3030 kPQ kVA P S 8 . 1230 65 . 0 800 cos 30 30 A U S I N 0 . 1870 38 . 0 3 8 . 1230 3 30 30 车间二至车间五的负荷计算以此类推，同理各车间 6kV 高压负荷计算也是如此， 只是在计算时，。详细计算结果见表 3-1 和表 3-2。 30 IkVUN6 380V 侧总负荷计算： 380V 侧总有功功率： kW PPPPPKP NONONONONO p 0 . 2340) 5 . 281 7 . 523381477800(95 . 0 )( 5 . 30 4 . 30 3 . 30 2 . 30 1 . 3030 380V 侧总无功功率： var 4 . 2839) 3 . 222 9 . 529 6 . 728 4 . 510936(97 . 0 )( 5 . 30 4 . 30 3 . 30 2 . 30 1 . 3030 k QQQQQKQ NONONONONO q 380V 侧总视在功率：kVAQPS 4 . 36794 .2839 0 . 2340 22 2 30 2 3030 380V 侧负荷电流: A U S I N 3 . 5590 38 . 0 3 4 . 3679 3 30 30 6kV 侧总负荷计算： 6kV 侧总有功功率: kWP 3 . 2845)4253202250(95 . 0 30 6kV 侧总无功功率：var 6 . 1648) 5 . 263 6 . 153 5 . 1282(97 . 0 30 kQ 6kV 侧总视功功率：kVAQPS 4 . 3288 6 . 1648 3 . 2845 22 2 30 2 3030 6kV 侧负荷电流：A U S I N 4 . 316 63 4 . 3288 3 30 30 福建农林大学本科毕业设计说明书 6 表 3-1 各车间 380V 负荷计算表 计算负荷 序 号 车间 (单位) 名称 设备容量 /kW Kd costan P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A 车间变电 所代号 变压器台 数及容量 /kVA 1 铸钢车间 20000.40.651.178009361230.81870 No.1 车变 2*800 2 铸铁车间 10000.40.701.02400408 57148682 砂库 1100.70.601.3377 102412831949 小计 477 51046997 1063.1 No.2 车变 2*500 3 铆焊车间 12000.30.451.98360712.88001215 No.1 水泵房 280.750.80.752115.8 263 40 小计 381728.6 8263 1255 No.3 车变 1*1000 4 空压站 3900.850.750.88331.5291.7442671.5 机修车间 1500.250.651.1737.543.957.787.7 锻造车间 2200.30.551.5266 1003 120 1823 木型车间 1860.350.601.33 65186610851648 制材场 200.280.601.335.67.49.314.1 综合楼 200.91018018 273 小计 523.7529.9755.51147.7 No.4 车变 1*800 5 锅炉房 3000.750.800.75225168.8 28134274 No.2 水泵房 280.750.800.752115.8 263 40 仓库 （1、2） 880.30.651.17 264309406617 污水提升站 140.650.800.75 91 6.8 114173 小计28152223 359.6546.4 No.5 车变 1*400 福建农林大学本科毕业设计说明书 7 表 3-2 各车间 6kV 高压负荷计算表 计算负荷 序 号 车间（单位） 名称 高压设备 名称 设备容量 /kW Kdcostan P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A 1 铸钢车间电弧炉 2*12500.90.870.572250 12825258622489 2 铸铁车间工频炉 2*2000.80.90.483203 空压站空压机 2*2500.850.850.62425 2635 500 481 小计 29951699.63441.8331.2 3.23.2 无功功率补偿无功功率补偿 在工厂供电系统中，绝大多数用电设备都具有电感的特性。这些设备不仅需要从 电力系统中吸收有功功率，还要吸收无功功率，以此来产生这些设备正常工作时所必 要的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，就会降低功率因 数。因此功率因数是衡量工厂供电系统电能利用程度及电气设备使用状况的一个具有 代表性的重要指标。 由负荷计算可得，全厂最大负荷时，有功功率，无功功率kWP 3 . 5185 30 ，视在功率，因此，功率因数var 0 . 4488 30 kQkVAQPS8 .6857 2 30 2 3030 。756 . 0 cos 30 30 Q P 由于达不到电业部门对工厂用电的要求，所以要在变压器的低压侧进756 . 0 cos 行无功功率补偿，而且该冶金机械修造厂要求工厂最大负荷时功率因数不得低于 0.90。 在设计时，无功补偿容量可按下式确定： （3-9）) tan(tan 30 PQc ：补偿前平均功率因数角对应的正切值；tancos ：需要补偿到的功率因数对应的正切值。tan 在这里取。要使低压侧功率因数由 0.756 提高到 0.93，低压侧需要装93 . 0 cos 设的并联电容器的容量为： 福建农林大学本科毕业设计说明书 8 var 3 . 2440)93 . 0 arccostan756 . 0 arccos(tan 3 . 5185) tan(tan 30 kPQc 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：。kVAQQPS c 0 . 5575)( 2 30 2 30 30 变压器的损耗包括有功和无功两部分，在负荷计算中，对于 S9、SC9 等新系列低 损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式计算： （3-10） 30 01 . 0 SPT （3-11） 30 05 . 0 SQT 所以变压器的功耗为： var 8 . 278 0 . 557505 . 0 05 . 0 8 . 55 0 . 557501 . 0 01 . 0 30 30 kSQ kWSP T T 变电所高压侧的计算负荷为： A U S I kVAQPS kQQQQ kWPPP N TC T 6 . 94 353 3 .5734 3 3 .5734 var 5 . 2326)( 1 . 5241 )2(30 )2(30 2 )2(30 2 )2(30)2(30 30)2(30 30)2(30 补偿后的功率因数为：，满足规定（0.9）要求。91 . 0 cos )2(30 )2(30 S P 采用并联电容器进行无功补偿，在变压器低压侧，即 6kV 母线处集中补偿。选用 并联电容器的型号为 BWF6.3-100-1W，额定容量为 100kvar，每相装设一个，共 27 个。 3.33.3 主变的选择主变的选择 工厂总降压变电所主变压器的台数和容量选择在很大程度上取决于负荷大小及其 供电的可靠性要求，同时应考虑工厂发展规划等因素与电气主接线的选择统筹安排。 力求使变电所主接线简单、运行方便、供电可靠、节约能源及减少投资。变压器台数 多则可靠性高，但设备投资加大，年运行费用也要增加。因此，在能够满足供电可靠 性的条件下，选择变压器的台数越少越好。 3.3.13.3.1 总降压变电所主变压器容量的选择总降压变电所主变压器容量的选择 只装设一台主变压器的变电所，主变压器容量应满足全部用电设备总计算负荷 T S 的需要，即。装有两台主变压器的变电所，每台主变压器容量应 30 S 30. SSS TNT T S 福建农林大学本科毕业设计说明书 9 同时满足以下两个条件：（1）任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的 30 S 60%-70%的需要，即；（2）任一台变压器单独运行时，应满足 30. )7 . 06 . 0(SSS TNT 全部一、二级负荷的需要，即。车间变电所主变压器的单台 )(30 S ）（ 30. SSS TNT 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这间负荷中心，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。适当考虑今后负荷的发展，留有 一定的余地，同时可考虑变压器一定的正常过负荷能力1。 工厂总降压变电所变压器一般采用三相双绕组变压器。由于该厂电源从电力系统 某变电站 35kV 双回路架空线引入，一路作为工作电源，另一路作为备用电源,且两个 电源不并列运行，所以在两路电源侧分别要装设一台主变压器，电压等级为 35/6kV。 由前面计算，无功补偿后的变电所高压侧的计算负荷为，所以主变kVAS 3 . 5734 )2(30 的额定容量选择为 6300kVA，采用 S9 型三相铜绕组油浸式无励磁调压电力变压器4， 见表 3-3。 表 3-3 35kV 主变压器选择参数表 电压组合重量/kg 型号 高压 分接 低压 联接 组标 号 空 载 损 耗 /W 负 载 损 耗 /W 短 路 阻 抗 /% 空 载 电 流 /% 器身重 油重 总重 外形尺寸 /mm S9- 6300/35 35 5% 6.3Dyn116.6037.07.50.606860232011580 3090*2285 *3150 3.3.23.3.2 车间变电所变压器的选择车间变电所变压器的选择 由计算负荷表可选择出各变压器容量大小,型号均为 S9 型三相铜绕组油浸式无励 磁调压电力变压器,具体参数4见表 3-4。 福建农林大学本科毕业设计说明书 10 表 3-4 车间变电所变压器选择参数表 电压组合重量/kg 车 间 变 电 所 代 号 型号 高压 分接 低压 /kV /% /kV 联接 组标 号 空载 损耗 /W 负载 损耗 /W 短 路 阻 抗 /% 空 载 电 流 /% 器身重 油重 总重 外形尺寸/mm No.1S9-800/10140075001.0136040021401730*890*1680 No.2S9-500/1096051501.294529014851510*870*1530 No.3S9-1000/101700103001.0147044024001750*980*1770 No.4S9-800/10140075001.0136040021401730*890*1680 No.5S9-400/10 6 5% 或 2*2. 5% 0.4 Dyn1 1 8004300 4.5 1.382525012901400*800*1500 福建农林大学本科毕业设计说明书 11 4 4 变电所位置及主接线的选择变电所位置及主接线的选择 4.14.1 变电所位置的选择变电所位置的选择 工厂变配电所的位置与供电可靠性、经济性及电压质量有关，因此其位置确定很 重要，要满足变配电所所址选择的一般原则。 变配电所所址的选择,应根据下列要求并经技术、经济分析比较确定3：（1）尽 量靠近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；（2）进 出线方便，特别是要考虑便于架空进出线；（3）靠近电源侧，特别是在选择工厂总变 配电所时要考虑这一点；（4）设备运输方便，以便运输电力变压器和高低压开关柜等 大型设备；（5）不应设在有剧烈振动或高温的场所；（6）不宜设在多尘或有腐蚀性 气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；（7）不应设在厕所、 浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；（8）不应设在有爆炸 危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有 爆炸或火灾危险环境的建筑物毗邻时，应符合现行国家标准 GB 50058-1992爆炸和火 灾危险环境电力装置设计规范的规定；（9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。 工厂的负荷中心可以利用以负荷圆表示的负荷指示图确定，负荷圆的圆心一般选 在车间的中央，圆半径为 (4-1) K P r c 式中，K 为适当的比例系数。利用负荷圆表示的负荷指示图,可以大致地判断负荷中心 位置。 4.24.2 系统主接线的选择系统主接线的选择 变配电所的电气主接线是变配电所电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的 重要组成部分，他与电力系统供电电源情况、工厂负荷对供电可靠性的要求、配电装 置的布置、继电保护自动装置和控制方式的拟定都有决定性关系。对电气主接线的基 本要求是安全性、可靠性、灵活性和经济性2。 变配电所 35kV 及以下的配电装置一般采用屋内配电装置。本设计中总降压变电所 是 35kV 级别，其余是 6kV，因此采用屋内配电装置。 变配电所常用的主接线设计有单母线式主接线、双母线式主接线和桥式主接线， 其中又可分为好几种接线方式。本机械厂实际情况为采用两路电源，一路作为供电电 源，另一路作为备用电源，两路电源不并列运行，因此本厂在运行过程中总降压变电 福建农林大学本科毕业设计说明书 12 所只有一台主变压器在使用。 采用单母线式主接线方式使用电气设备少，接线简单，建设投资也省，但可靠性 和灵活性较低，对于本厂属于二级负荷，不考虑采用。采用双母线式主接线方式相比 单母线式主接线可靠性、灵活性提高不少，但接于母线的隔离开关数量多，操作几率 高，一旦发生误操作，容易引起线路短路而造成大面积停电，且双母线式主接线的一 次设备数量多，联锁机构也复杂，继电保护要求也高，特别是整体投资高。对于桥式 主接线，又可分为内桥式和外桥式主接线。内桥式主接线适用于 35kV 及以上且故障几 率较高的长线路和主变压器不需要经常操作的变电所，而外桥式主接线适用于 35kV 及 以上且故障几率较低的断线路和主变压器经常操作的变电所5。由于本厂的主变压器 使用情况且 35kV 供电线路才 8km，属于短线路供电，因此电气主接线方式选择为桥式 主接线方式中的外桥式主接线。 福建农林大学本科毕业设计说明书 13 5 5 系统短路电流的计算系统短路电流的计算 工厂供电系统的设计和运行中不仅要考虑正常运行状态，还要考虑可能发生故障 及非正常工作状态。其中短路故障的危害最大，短路电流引起的电气设备热效应和力 效应使设备损坏，电压降落严重影响非故障元件的正常运行。但是只要正确选择电气 设备，满足短路电流的动稳定、热稳定要求，采取限制短路电流的措施就可以完全消 除或减轻短路电流的危害2。 进行短路电流计算时要考虑供电系统的最大运行方式和最小运行方式。在最大运 行方式下，通过故障元件的短路电流值最大，作为选择和校验电气设备的依据及继电 保护整定计算的依据；在最小运行方式下，通过保护安装处的短路电流值最小，可作 为继电保护校验灵敏度的依据2。 对于该厂的供电系统，如图 5-1。 图 5-1 供电系统图 短路电流计算公式如下： 电力系统的电抗标幺值 （5-1） k d s S S X * 电力变压器的电抗标幺值 （5-2） N dk T S SU X 100 % * 架空线路电抗标幺值 （5-3） 2 0 * c d L U S lXX 由变压器台数可画出该厂的系统等效图如图 5-2，对应的等效电路图如图 5-3。 福建农林大学本科毕业设计说明书 14 图 5-2 系统等效图 图 5-3 等效电路图 福建农林大学本科毕业设计说明书 15 取基准容量，基准电压，则基MVASd100kVUU cd 37 11 kVUU cd 3 . 6 22 准电流分别为 kA U S I c d d 56 . 1 373 100 3 1 1 kA U S I c d d 16 . 9 3 . 63 100 3 2 2 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值： 电力系统电抗标幺值 （最大运行方式下）5 . 0 200 100 max * 6 d d S S X （最小运行方式下）571 . 0 175 100 min * 6 d d S S X 架空线路电抗标幺值 205 . 0 37 100 835 . 0 22 0 * 7 c d U S lXX 总降压变压器电抗标幺值 19 . 1 6300 10100 100 5 . 7 100 % 3 * 8 N dk S SU X 车间变压器电抗标幺值 625 . 5 800 10100 100 5 . 4 100 % 3 * 1 N dk S SU X 5 . 4 500 10100 100 5 . 4 2 1 3 * 22 * 21 * 2 XXX 同理可得 ，。5 . 4 * 3 X625. 5 * 4 X25.11 * 5 X 当，35kV 母线上 k1点三相短路时，有MVASd200 max 705. 0205 . 0 5 . 0 * 7 * 6 * 1 XXXk kA X I I k d k 21 . 2 705 . 0 56 . 1 * 1 1 )3( 1 所以 kAIik ksh 64 . 5 21 . 2 55. 255. 2 )3( 1 1 福建农林大学本科毕业设计说明书 16 kAIIk sh 34 . 3 21 . 2 51 . 1 51 . 1 )3( 1 三相短路容量 MVA X S S k d k 8 . 141 705 . 0 100 * 1 )3( 1 当 6.3kV 母线 k2点三相短路时，有 895 . 1 19 . 1 205 . 0 5 . 0 * 8 * 7 * 6 * 2 XXXXk kA X I I k d k 83 . 4 895 . 1 16 . 9 * 2 2 )3( 2 所以 kAIik ksh 32.1283 . 4 55 . 2 55 . 2 )3( 2 2 kAIIk sh 29. 783 . 4 51. 151 . 1 )3( 2 三相短路容量 MVA X S S k d k 8 . 52 895 . 1 100 * 2 )3( 2 当时，同理可得 k1点三相短路，MVASd175 min kAIk01 . 2 )3( 1 kAi ksh 13. 5 1 ，；k2点三相短路，kAIsh04 . 3 MVASk9 .128 )3( 1 kAIk66 . 4 )3( 2 kAi ksh 88.11 2 ，。具体数值见表 5-1。kAIsh04 . 7 MVASk 9 . 50 )3( 2 表 5-1 k1、k2点短路计算数据表 三相短路电流/kA（最大运 行方式下） 三相短路电流/kA（最小运 行方式下） 三相短路容 量/MVA 短路 计算 点 IkishIsh 三相短路容 量/MVA Sk IkishIshSk k12.215.643.34141.82.015.133.04128.9 k24.8312.327.2952.84.6611.887.0450.9 各个车间 380V 侧三相短路电流计算法同 k1、k2点计算，下面以车间一为例。 同样选取基准容量，基准电压，则基准电流分别为 MVASd100kVUd4 . 0 福建农林大学本科毕业设计说明书 17 kA U S I c d d 34.144 4 . 03 100 3 最大运行方式下 52 . 7 625 . 5 19 . 1 205 . 0 5 . 0 1 * 8 * 7 * 6 * XXXXXk kA X I I k d k 2 . 19 52 . 7 34.144 * )3( 因为是在低压电路中发生的三相短路，因此短路冲击电流冲击系数有所变化， 所以 kAIik sh 33.352 .1984 . 1 84 . 1 )3( kAIIk sh 93.20 2 . 1909 . 1 51 . 1 )3( 三相短路容量 MVA X S S k d k 3 . 13 52 . 7 100 * )3( 同样求最小运行方式下的短路数据，其他车间方法同样求得。详细数据见表 5-2。 表 5-2 各车间 380V 侧短路电流计算数据表 三相短路电流/kA（最大运行方 式下） 三相短路电流/kA（最小运行方 式下） 短路计 算车间 IkishIsh 三相短 路容量 /MVA Sk IkishIsh 三相短 路容量 /MVA Sk No.119.235.3320.9313.319.0235.020.7313.17 No.222.5541.4924.5815.6322.3141.0524.3215.46 No.322.5541.4924.5815.6322.3141.0524.3215.46 No.419.235.3320.9313.319.0235.020.7313.17 No.510.9820.211.977.610.9220.0911.97.56 福建农林大学本科毕业设计说明书 18 6 6 变电所电气设备的选择变电所电气设备的选择 变电所高低压电气设备的选择是输配电线路及变电所设计的主要内容之一。正确 地选择电气设备，保证电气设备在供电网络中能够安全、可靠、经济运行。 首先根据正常工作要求和环境条件以及技术先进性、合理性等要求，初步确定其 型号规格，然后进一步进行各项校验，即按正常运行条件选择电气设备，按短路条件 校验电气设备2。 6.16.1 变电所高低压母线的选择变电所高低压母线的选择 6.1.16.1.1 变电所高压母线的选择变电所高压母线的选择 由及室外最热月平均最高温度为 30，初选硬铝母线 LMY 型 25*3.在AI 6 . 94 30 30时，满足发热条件。 30 233IAIal 对母线作热稳定校验，假想时间为，不大于要求的stk95 . 0 05 . 0 2 . 07 . 0 1.5s，则热效应允许的最小截面积为， 2 33 )3( 8 . 2495 . 0 87 1021 . 2 10 mmt C I A eqt 其中 C 为热温度系数，查表得铝母线的热稳定系数 C=87。A=25*3=7524.8，所以热稳 定合格。 对母线作动稳定校验，母线采用水平布置，根据低压配电屏结构尺寸确定 ，Kf为 1。母线受电动力为0.25ma 0.9ml N a l iKF shf 3 . 1010 25 . 0 9 . 0 )1007. 4(13103 7237 2 母线弯曲力矩为 mNlFM93 . 0 10/9 . 0 3 . 1010/ 母线截面系数为 37 22 1013 . 3 6 003 . 0 025 . 0 6 m hb W 计算应力为 MPaPa W M c 3100 . 3 1013 . 3 93 . 0 6 7 （硬铝母线）合格。MPa alc 70 6.1.26.1.2 车间低压母线的截面选择车间低压母线的截面选择 福建农林大学本科毕业设计说明书 19 车间低压母线,可以选用 LMY 型矩形铝母线，同样按经济电流密度选择, 查得经济 电流密度。如车间一，计算电流，因此经济截面积为54. 1 ec JAI1870 30 ，选 LMY 型硬铝母线 120*10，在环境温度为 30时竖放 230 3 . 1214 54 . 1 1870 mm J I A ec ec ，平均减少 8%，为 1904A。可见，母线允许载流量大于母线计算电流值。AIal2070 对母线作热稳定校验，假想时间为，则热效应允许的最小截面stk3 . 12 . 01 . 1 积为，其中 C 为热温度系数，查表 2 33 )3( 2 . 2283 . 1 87 1041.1710 mmt C I A eqt 得铝母线的热稳定系数 C=87。A=120*10=1200228.2，所以热稳定合格。 对母线作动稳定校验，母线采用水平布置，根据低压配电屏结构尺寸确定 ，Kf为 1.05。母线受电动力为0.25ma 0.9ml N a l iKF shf 4 . 67010 25 . 0 9 . 0 )1032(05 . 1 3103 7237 2 母线弯曲力矩为 mNlFM 3 . 6010/9 . 0 4 . 67010/ 母线截面系数为 36 22 10 3 . 13 6 008 . 0 1 . 0 6 m hb W 计算应力为 MPaPa W M c 53 . 4 1053 . 4 10 3 . 13 3 . 60 6 6 （硬铝母线）合格。其他车间可由同样方法选择校验。MPa alc 70 6.26.2 变电所进出线选择变电所进出线选择 6.2.16.2.1 35kV35kV 高压进线的选择高压进线的选择 负荷较大，线路较长，特别是 35kV 的输电线路，主要按经济电流密度来选择导线 截面，可以选用 LJ 型铝绞线。根据年最大负荷小时数，最热月平均最高hT6000 max 温度为 30，查得经济电流密度，。于是90. 0 ec JAI6 .94 )2(30 。取最接近的标准截面 120mm2，选用 LJ-120 型铝绞线， 1 . 105 90 . 0 6 . 94 30 ec ec J I A ,满足发热条件。35kV 架空线铝绞线的最小允许截面，AAI 6 . 94352 2 min 35mmA 福建农林大学本科毕业设计说明书 20 LJ-120 型铝绞线也满足机械强度要求。由于线路短，不需要校验电压损耗。 6.2.26.2.2 6kV6kV 高压馈电线的选择高压馈电线的选择 馈电给 No.1 车间变电所的线路，采用 YJL22 型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接麦 迪敷设。按发热条件选择，由及土壤温度，初选缆芯为 25mm2的交联电缆，AI34 30 其，满足发热条件。校验短路热稳定，满足 30 6 . 93IAIal 22 min 25 8 . 13mmmmA 要求。因此选择 YJL22-3*25 的电缆。其他车间可由同种方法选择校验，具体型号规格 见下表 6-1。 表 6-1 6kV 馈电线路电缆选择 线路名称电缆型号规格 馈电给 No.1 变电所的线路 YJL22-3*25 馈电给 No.2 变电所的线路 YJL22-3*25 馈电给 No.3 变电所的线路 YJL22-3*25 馈电给 No.4 变电所的线路 YJL22-3*25 馈电给 No.5 变电所的线路 YJL22-3*25 馈电给