机修厂供配电系统设计方案.docx

机修厂供配电系统设计方案第一章 电力工程课程设计任务书1.1 原始资料 本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的电机、变压器修理和制造任务。年生产规模为修理电机7500台，总容量为45万kW；制造电机总容量为6万kW，制造单机最大容量为5000kW；修理变压器500台；生产电气备件为60万件。本厂为某大型钢铁联合企业的重要组成部分。(1)工厂总平面布置图如下：图1.1 工厂总平面布置图(2)工厂的生产任务、规模及产品规格：本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的电机、变压器修理和制造任务。年生产规模为修理电机7500台，总容量为45万kW；制造电机总容量为6万kW，制造单机最大容量为5000kW；修理变压器500台；生产电气备件为60万件。本厂为某大型钢铁联合企业的重要组成部分。(3)工厂各车间的负荷情况及各车间预计配置变压器台数如表1.1所示。表1.1 工厂各车间负荷情况及各车间变电所容量序号车间名称设备容量(kW)需要系数车间变电所代号变压器台数1电机修造车间25050.240.82No.112机械加工车间8860.181.58No.213新品试制车间6340.351.51No.314原料车间5140.60.59No.415备件车间5620.350.79No.516锻造车间1500.241.6No.617锅炉房2690.730.87No.718空压站3220.560.88No.819汽车库530.570.9No.9110大线圈车间3350.560.63No.10111半成品试验站12170.30.79No.11112成品试验站22900.280.75No.12113加压站（10kV专供负荷）2560.640.85114设备处仓库（10kV专供负荷）5600.60.85115成品试验站内大型集中负荷36000.80.8主要为35kV高压整流装置，要求专线供电。(4)供电协议：1.当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选择：1）从某220/35kV区域变电站提供电源，此区域变电站距工厂南侧4.5km。2）从某35/10kV变电所，提供10kV备用电源，此变电所距工厂南侧约4km。2.电力系统的短路数据，如表1.2，其供电系统图，如图1.2。 表1.2 区域变电站35kV母线短路数据系统运行方式系统短路数据最大运行方式最小运行方式 图1.2 供电系统图 3.供电部门对工厂提出的技术要求：1）区域变电站35kV馈电线的过电流保护整定时间，要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于1.3s。2）在工厂35kV电源侧进行电能计量。3）工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9。4.电费制度：每月基本电费按主变压器容量计为18元/kVA，电费为0.5元/kWh。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：610kV为800元/kVA。(5)工厂负荷性质：本厂大部分车间为一班工作制，少数车间为两班或三班工作制，工厂的年最大有功负荷利用小时数为2300h。锅炉房供应生产用高压蒸汽，其停电将使锅炉发生危险。又由于工厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。因此锅炉房供电要求有较高的可靠性。(6)工厂自然条件：1.气象资料：本厂所在地区的年最高气温为38oC，年平均气温为23 oC，年最低气温为8 oC，年最热月平均最高气温为33 oC，年最热月平均气温为26 oC，年最热月地下0.8m处平均温度为25 oC。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。2.地质水文资料：本厂地区海拔60m，底层以砂粘土为主，地下水位为2m。1.2 设计任务1高压供电系统设计主要任务是工厂内部高压供电等级选择，需考虑供电的经济性（设备及损耗费用）和技术要求（线路电压损耗、以及供电电源变压器的断路器出线容量等）。2总降压变电站设计（1）主结线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，经过概略分析比较，留下23个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。（2）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。（3）主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号等设备的选择及校验。选用设备型号、数量、汇成设备一览表。（4）主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。（5）配电装置设计：包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。（6）防雷、接地设计：包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。3车间变电所设计根据车间负荷情况，选择车间变压器的型号。4 厂区10KV配电系统设计根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。1.3 设计内容及步骤 全厂总降压变电所及配电系统设计，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。其基本内容有以下几方面。1.负荷计算 全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。2.工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择 参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。3.工厂总降压变电所主结线设计 根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。4.厂区高压配电系统设计 根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。5.工厂供、配电系统短路电流计算 工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短 路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。6.改善功率因数装置设计 按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需 移相 电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。7.变电所高、低压侧设备选择 参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。8.继电保护及二次结线设计 为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。35kv及以上系统尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置图。9.变电所防雷装置设计 参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地 电阻计算。总降压变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。第二章 负荷计算2.1 负荷计算的目的和意义 负荷计算是根据已知工厂的用电设备安装容量来确定预期不变的最大假想负荷。它是按发热条件选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据，所以非常重要。如估算过高，将增加供电设备的容量，使工厂电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量。特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。但是如果估算过低，又会使工厂投入生产后，供电系统的线路及电器设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。 （1） 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。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30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 （2） 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。 （3） 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.2 各车间负荷计算计算各车间负荷：按需要系数法公式,，计算各车间的有功计算负荷，无功计算负荷，视在计算负荷。计算总的负荷：由公式，计算总的有功计算负荷，无功计算负荷，视在计算负荷。负荷计算表格汇总如下表2.1所示：表2.1 计算负荷汇总表序号车间名称计算负荷车间变电所代号变压器台数(KW)(Kvar)(KVA)1电机修造车间601.2492.98777.48No.112机械加工车间159.48251.98298.21No.213新品试制车间221.9335.07401.88No.314原料车间308.4181.96358.08No.415备件车间196.7155.39250.67No.516锻造车间3657.667.92No.617锅炉房196.37170.84260.28No.718空压站180.32158.68240.20No.819汽车库30.2127.1940.64No.9110大线圈车间187.6118.19221.73No.10111半成品试验站365.1288.43465.28No.11112成品试验站641.2480.9801.5No.12113加压站（10kV专供负荷）163.84139.26215.03114设备处仓库（10kV专供负荷）336285.6440.98115成品试验站内大型集中负荷288023043626.07主要为35kV高压整流装置，要求专线供电。 2.3 工厂电力负荷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，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高自然功率因数的情况下，尚达不到规定的功率因数要求，则需要增设无功功率补偿装置。这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约电能又提高电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。（1）全车间变电所低压母线上计算负荷由2.2已知各个车间的计算负荷见表1，取可得（2） 因为有变压器的功率损耗，所以:（3）全车间高压母线上计算负荷 Pm和Qm分别为车间10KV用电设备的有功计算负荷和无功计算负荷，2.4 无功补偿 题目中要求工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9，并且提高功率因数可减少电费，所以选择利用电容器并联在10KV侧进行功率补偿。功率因数为， 可得主降压变电器低压侧功率因数:设补偿后低压侧功率因素为0.92，补偿电容器选为BFM10.5-100-1W，又因电容器为单相电容器，所以n应为3的倍数，取n=18,所以带入可得检验高压侧：功率因数，满足要求。全厂总计算负荷:第三章 高压供电系统的设计3.1 高压供电方案的要求 工厂的供电方案主要依据工厂的用电要求、用电性质、现场调查的信息以及电网结构和运行情况来确定。其主要内容包括供电电源位置、出线方式、供电线路敷设、供电回路数、走径、跨越、工厂进线方式、工厂受（送）电装置容量、主接线、继电保护方式、电能计量方式、运行方式、调度通信等内容。3.2 高压供电方案的准则 （1)应能满足供用电安全、可靠、经济、运行灵活、管理方便的要求，并留有发展余度。 （2)符合电网建设、改造和发展规划的要求；满足工厂近期、远期对电力的需求，具有最佳的综合经济效益。 （3)具有满足工厂需求的供电可靠性及合格的电能质量。 （4)符合相关国家标准、电力行业技术标准和规程，以及技术装备先进要求，并应对多种供电方案进行技术经济比较，确定最佳方案。3.3 机修厂的用电情况 当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选择： （1)从某220/35kV区域变电站提供电源，此区域变电站距工厂南侧4.5km。 （2)从某35/10kV变电所，提供10kV备用电源，此变电所距工厂南侧约4km。 高压供电系统的设计要以安全、可靠运行为原则，同时兼顾运行的经济性和灵活性。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。本变电所原始资料有两路电源可供选择。其一从某220/35kV区域变电站提供电源，此区域变电站距工厂南侧4.5km。其二从某35/10kV变电所，提供10kV备用电源，此变电所距工厂南侧约4km。本机修厂中No.7锅炉房供应生产用高压蒸汽，其停电将使锅炉发生危险。又由于工厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。因此锅炉房供电要求有较高的可靠性。故No.7锅炉房定为级负荷。由于一级负荷属重要负荷，如果中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏。本厂大部分车间为一班工作制，少数车间为两班或三班工作制，工厂的年最大有功负荷利用小时数为2300h。3.4 高压供电方案的选择与确定 主要任务是工厂内部高压供电等级选择，需考虑供电的经济性（设备及损耗费用）和技术要求（线路电压损耗、以及供电电源变压器的断路器出线容量等）。3.4.1 高压供电系统的经济指标 (1)线路和设备的综合投资额:包括线路和设备自身的价格、运行费、管理费、基建安装费等。可按照当地电气安装部门的规定计算。 （2)变配电系统的年运行费用:包括线路各设备的折旧费、维修管理费和电能损耗费等。线路各设备的折旧费和维修管理费，通常都取为线路和设备综合投资的一个百分数。而电能损耗费，则根据线路和变压器的年电能损耗计算。总的年运行费即为以上线路变压器折旧费、维修费与年能损耗费之和。 （3)供电贴费:有关法规还规定申请用电，用户必须向相关供电部门一次性地缴纳供电贴费。 （4)线路上的有色金属消耗量:指导线和电缆的有色金属耗用的重量。3.4.2 高压供电系统的技术指标 (1)供电的安全性:高压供电方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况。 (2)供电的可靠性:高压供电方案在用电负荷对可靠性要求的适应方面的情况。 (3)供电的电能质量主要是指电压质量，包括电压偏差和电压波动等情况。 (4)运行的灵活性和运行维护的方便性。 (5)对变配电所今后增容扩建的适应性。3.4.3 高压供电系统的方案 根据系统的供电协议，供电电压有两个方案可供选择。因高压供电系统的基本要求是安全、可靠、经济、优质。所以在设计过程要对两种方案综合考虑，在安全可靠的基础上选择最好的方案。 方案一:工作电源与备用电源均采用35kV电压供电。由架空线引入电源，厂内总降压变电所内装设有两台主变压器，变压器一次侧装设断路器，备用电源接在 35kV 母线上，变压器二次侧采用单母线分段制接法。 方案的优缺点分析： 优点：供电电压高，线路功率损耗小，电压损失小，调压问题容易解决，要求的功率因数低，所需的功率补偿容量小，可减少投资，供电的安全稳定性高。 缺点：由于机修厂内设有总降压变电所，占用的土地面积较大。降压变电所要装有两台主变压器，投资及运行费用较高。 方案二：工作电源是 35kV，备用电源为 10kV，由架空线引入电源，场内总降压变电所内装设有两台主变压器，变压器高压侧装设断路器，备用电源接在总降压变电所内的 10kV 母线上，二次侧采用单母线分段制接法。 由于正常供电时只用一路工作电源供电，出现故障时方用备用电源，备用电源供电时间较少。因此该方案既能满足供电的安全可靠性又可降低投资及维护费用。3.4.4 变电所主变压器的选择 经计算可得补偿后的变压器二次侧的视在计算负荷为3688.74kV.A。 由于该厂的负荷大部分属于二、三级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，所以总降压变电所宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对负荷继续供电。 装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件： 任一台单独运行时，SN.T （0.6-0.7）S30 (2) 任一台单独运行时，SN.T S30 (2)（+） 由于S30 (2)= 3688.74 KVA，且该厂的负荷大部分为二、三级负荷： SN.T （0.6-0.7）3688.74=（2213.22582.1）KV.A S30 (2)（+）（0.6-0.7）S30 (2) 故可得 SN.T2582.1 KV.A，考虑到此地年平均气温为23度，高于20度。且变压器为户内安装，所以 ST=(1-(23-20)/100-0.08)SN.T，所以ST 2298.1 KV.A。型号额定容量（KVA）额定电压损耗/kW空载电流 （%）阻抗电压（%） 一次 二次 空载 负载S11-2500/35250035KV10KV2.418.250.77 因此选用容量为2500 KV.A的S11-2500/35变压器两台，其技术数据如下表所示：表3.1 S11-2500/35变压器技术数据表3.4.5 技术指标计算方案一：工作电源和备用电源均为35kV。 正常工作时以 35kV 单回路供电，另设一条 10kV 线路作为备用电源，补偿后变压器高压侧的视在计算负荷S30 =7428.5 KV.A，计算电流 I30 =S30/122.54A。 为保证供电系统安全可靠优质经济的运行，根据国家电线技术的有关规定，选择导线和电缆界面时候必须满足以下条件： (1)发热条件:导线和电缆在通过正常最大度和电流即计算电流时产生的发热温度不应该超过正常运行时允许的最高允许温度 (2)电压损耗条件:导线和电缆在通过正常最大负荷电流产生的电压损耗，不应该超过正常运行时候允许的电压损耗。对于工厂内较短的电压线路，可不进行电压损耗校验。 (3)经济电流密度:35kv及以上的高压线路及35KV以下的长距离，大电流线路例如较长的电源进线和电弧炉的短网进线，其导线截面宜按照经济电流密度选择，以使年运行费用最低，工厂内10KV及以下的线路通常不按照经济电流密度进行选择。 (4)机械强度:导线截面不应小于其最小允许截面。对于电缆,不必校验其机械强度，但需要校验其短路热稳定度。母线则应校验其短路的动稳定度和热稳定度。 对长距离大电流线路和35kV及以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其他条件。 根据以上条件，对于35kv的线路按经济电流密度选择导线截面：由于工厂的年最大有功负荷利用小时数为2300h，且选用钢芯铝绞线的机械强度最好，经过查表，可得 = 1.65 A / mm2。所以可选导线截面为74.3mm2，选择最近的标准截面，由已知条件环境平均温度为23，查表可知LGJ-95（几何均距确定为1.6米）的允许载流量足够，且满足发热条件，同时35KV架空线路铝绞线的最小允许截面为35mm2，因此机械强度也是满足条件的。由截面A=95mm2，a=1.26x1.6=2 m，查表得r=0.35，x=0.37，由之前的负荷计算可得：电压损失计算: = 6329.9 (4.5 0.35)3887.79 (4.5 0.37)/35=469.8V % = 100 469.8/35000 = 1.34% % 5%，电压损失合格。备用电源同为35kV，电压损失为： =6329.9 (4 0.35)3887.79 (4 0.37)/35=417.6V % =100 204.9/35000 = 1.19% % 5%，电压损失不合格。由此可见，系统不能长时间工作在备用电源下。综上所述，虽然方案二的备用电源电压损失不合格，但超出范围不多。考虑到备用电源使用较少，且方案二没有变压器的功率损耗，再加上其供电电源变压器的断路器出线容量较小，故在技术指标方面还是选择方案二更为合理。3.4.6 经济指标计算方案一：表3.2 方案一的基建投资设备名称型号规格单价(万元)数量综合投资（万元）电力变压器S11-2500/3535.0270线路投资LGJ-951.2(4.5+4)km10.2高压断路器SN10-10I2.0612.06电压互感器JDZJ-100.9221.84附加投资-0.08/KVA3688.74kVA295.09合计-379.19表3.3 方案一的年运行费用项目计算标准金额（万元）线路折旧费按照线路投资的4%计算0.41线路维护费按照线路折旧标准计算0.41变电设备维护费按照综合投资的6%计算4.43变电设备折旧费按照综合投资的6%计算4.43线路电能损耗(350001.34/100)2/r1+(350001.19/100)2/r2）)23000.50.00526.7 变压器电能损耗 (36.890.52300)+(184.441812)8.2基本电价费用 (3413.010.52300)+(1399.351812)422.7合计-467.28方案二:表3.4 方案二的基建投资设备名称型号规格单价(万元)数量综合投资（万元）电力变压器S11-2500/3535.0270.00线路投资LGJ-70+LGJ-951.0+1.2(4+4.5)km9.4高压断路器SN10-35I2.0612.06电压互感器JDJJ-350.9221.84附加投资-0.08/VA3688.74kVA295.09合计-378.39表3.5 方案二的年运行费用项目计算标准金额（万元）线路折旧费按照线路投资的4%计算0.38线路维护费按照线路折旧标准计算0.38变电设备维护费按照综合投资的6%计算4.43变电设备折旧费按照综合投资的6%计算4.43线路电能损耗（(350001.34/100)2/r1+(100008.86/100)2/r2）)23000.00518.4变压器电能损耗 (36.890.52300)+(184.441812)0.86.6基本电价费用 (3413.010.52300)+(1399.351812)0.8338.2合计-372.79方案经济对比：比较项目方案一方案二初期投资(万元)379.19378.39年运行费用(万元)471.78372.79总投资(万元)850.97751.18表3.6 方案经济对比 综上，根据技术指标计算和经济指标计算结果，方案一的经济总投资大于方案二，且方案二的综合技术指标要优于方案一。所以经过综合考虑选择方案二，工作电源为35kV,备用电源为10kV，总降压变电所内设两台台容量为 2500kV.A的变压器，型号为S11-2500/35。 第四章 总降压变电所的设计4.1 主接线的基本要求安全 符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全可靠 应满足电力负荷特别是期中一二级负荷对供电系统的可靠性的要求。灵活 应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应符合的发展。经济 在满足上述要求的前提下，应尽量是主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。 4.2 变电站主接线的选择原则 (1)当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。 (2）当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。 (3)当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组接线。 (4)为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。4.3 变电站主接线方案的拟定 对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为610KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。主接线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。 只装有一台主变压器的总降压变电所主接线的一次侧无母线，二次侧为单母线。特点是简单经济，不用向供电部门缴纳额外的供电贴费，但供电可靠性不高，只适合三级负荷。机修厂供电系统的负荷包含二级负荷、三级负荷较为集中，且在高压供电系统的设计中已经选择采用两台变压器，所以该方案不适用。 装有两台主变压器的总降压变电所主接线分3种: （1）一次侧内桥式、二次侧采用单母线分段； （2）一次侧外桥式、二次侧采用单母线分段； （3）一二次侧均采用单母线分段。 下面对三种主接线方案进行论述，以便选出最经济合理的接线方案: 方案一: 一次侧采用内桥式接线、二次侧采用单母线分段式接线的总降压变电所主接线方案，主接线图如下图所示。 图4.1 一次侧采用内桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图 这种主接线，其一次侧的高压断路器QF10跨接在两路电源进线之间，犹如一架桥梁，而且处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式接线。这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用一、二级负荷的工厂。这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变压器器不需要经常切换的总降压变电所。 方案二: 一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段式接线的总降压变电所主接线方案，主接线图如下图所示。 图4.2 一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图 这种主接线，其一次侧的高压断路器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF11和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式接线。这种主接线的运行灵活性也较好，供电可靠性也较高，适用于一、二级负荷的工厂。这种外侨式接线适用于电源线路较短而变电所昼夜负荷变动较大、适于经济运行需经常切换变压器的总降压变电所。 方案三: 一、二次侧均采用单母线分段式接线的总降压变电所主接线方案，主接线图如下图所示。 图4.3 一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图 这种主接线兼有前两种桥式接线运行灵活性的有点，但采用的高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。4.4 三种方案的比较4.4.1 技术指标 三种主接线方案都有两个高压隔离开关，但隔离开关装设的位置不同、起的作用也不相同。(1)供电安全性:三种方案的保护基本原理相同，故都能满足要求。(2)供电可靠性:一次侧采用单母线分段制，可起到联络开关的作用，所以方案三的供电可靠性高于方案一和方案二，但方案一和方案二的供电可靠性也较高。(3)供电质量:三种方案都是有35kV电源进线供电，供电质量均满足要求。(4)灵活性:方案三在一次侧采用单母线分段制，其灵活性较高。(5)扩建适应性:三种方案的扩建适应性与灵活性基本相当，方案三较高。4.4.2 经济指标 三种主接线方案都有两个主变压器，高压一次设备的选择不同。(1) 电力变压器的综合投资:三种方案都使用了两个主变压器，且型号相同，所以电力变压器的综合投资费用相同。 (2)高压开关柜的综合投资:方案一的一次侧有三个高压断路器、六个高压隔离开关；方案二的一次侧有一个高压断路器、四个高压隔离开关；方案三的一次侧有三个高压断路器、八个高压隔离开关。所以高压开关柜的投资为(高压断路器的单价为1.84万元，高压隔离开关的单价为1.25万元）： S1 = 1.843+1.256 = 13.02(万元)； S2 = 1.841+1.254 = 6.84(万元)； S3 = 1.843+1.258 = 15.52(万元)； 由计算结果，可以看出方案三的高压开关柜综合投资最多，方案二的投资最少。(3)年运行费:三种方案的电力变压器年运行费基本相同，考虑到高压断路器的电能损耗要高于高压隔离开关，所以方案一和方案二的年运行费基本相同，而方案三的年运行费较高。(4)供电贴费:三种方案均采用两个主变压器的供电方式，所以缴纳的供电贴费基本相同，供电贴费为W1=W2=W3=3688.740.08 = 295.09(万元)。综上所述，三种主接线方案的技术经济指标如下表所示：表4.1 主接线的技术经济比较指标方案一次侧内桥式、二次侧单母线分段一次侧外桥式、二次侧单母线分段一、二次侧均用单母线分段技术指标供电安全性满足要求满足要求满足要求供电可靠性较高较高高供电质量满足要求满足要求满足要求灵活性较好较好好扩建适应性较高较高高经济指标电力变压器的综合投资相同相同相同高压开关柜的综合投资13.02(万元)6.84(万元)15.52(万元)年运行费正常正常较多供电贴费三者均为295.09万元，按变压器二次侧缴纳为800元/KVA。 通过表4.1的对比可得出：在技术指标方面，三个方案均满足要求；在经济指标方面，方案三的投资费用较多，所以方案三不适用。比较方案一和方案二，方案二的总投资比方案一少，较为经济；方案一多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变压器不需要经常切换的总降压变电所，方案二多用于电源进线短而变电所昼夜负荷变动较大、宜于经济运行需经常切换变压器的总降压变电所；机修厂的电源进线较短，昼夜负荷变动较大，且不能经常停电检修，所以选择方案二较为合理。综上所述，选择 方案二 最为经济合理，即一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段式接线的总降压变电所主接线方案。第五章 车间变电所设计5.1 车间变电所变压器形式的选择 (1)油浸式:一般正常环境的变电所； (2)干式:用于防火要求较高或环境潮湿，多尘的场所； (3)密闭式:用于具有化学腐蚀性气体、蒸汽或具有导电、可燃粉尘、纤维会严重影响变压器安全运行场所； (4)防雷式:用于多雷区及土壤电阻率较高的山区； (5)有载调压式:用于电力系统供电电压偏低或电压波动严重且用电设备对电压质量又要求较高的场所。 由于该系统的车间变电所为独立式、封闭建筑，故采用油浸式变压器。5.2 车间变电所变压器的台数、容量在计算得出车间总计算负荷的基础上，按分散设置并接近负荷中心的原则确定车间变电所位置，便于低压电网的备用联络；尽量减少故障影响波及面等。负荷中心的概念，从理论上讲，可以用力学上求重心的方法计算出来，然而工艺、建筑、运输及低压配电的方式、结构都有可能使车间变电所偏离理论上的负荷中心。但在设计时应尽量满足这一基本的要求。 根据车间变电所的计算负荷可得各变电所变压器的容量，各车间变电所变压器如下表所示:表5.1 车间变电所的变压器选择序号车间名称计算负荷S（KV.A)变压器型号额定容量KVA车间变电所代号变压器台数1电机修造车间777.48S9-800/10(6)800No.112机械加工车间298.21S9-315/10(6)315No.213新品试制车间401.88S9-500/10(6)500No.314原料车间358.08S9-400/10(6)400No.415备件车间250.67S9-315/10(6)315No.516锻造车间67.92S9-80/10(6)80No.617锅炉房260.28S9-315/10(6)315No.718空压站240.20S9-250/10(6)250No.819汽车库40.64S9-50/10(6)50No.9110大线圈车间221.73S9-250/10(6)250No.10111半成品试验站465.28S9-500/10(6)500No.11112成品试验站801.5S9-1000/10(6)1000No.121 加压站（10kV专供负荷）和 设备处仓库（10kV专供负荷）接在总降压变电所的10KV母线上，所以不需要车间变电所，成品试验站内大型集中负荷则由35KV专线供电。5.3 锅炉房的设计 锅炉房供应生产用高压蒸汽，其停电将使锅炉发生危险。又由于工厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。因此锅炉房供电要求有较高的可靠性。 针对锅炉房的特点，可做如下设计: (1)在低压侧装设与其他变电所相连的联络线作为备用电源； (2)增设自备电源，如柴油发电机； (3)在二次侧装设自动重合闸装置； (4)二次侧还应装设电源自动投入装置； 这些设计能大大提高锅炉房的供电可靠性，提高供电系统的安全性。5.4 车间变电所位置的考虑原则 工厂电源进线电压是35kV，先经过总降压变电所（一次降压）降成10kV，通过高压配电到车间变电所经过二次降压，降为一般低压设备所用的220/380V电压。车间变电所所址选择的一般原则： (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损耗； (2)进出线方便； (3)接近电源侧特别是工厂的总降压变电所和高压配电所（本厂在同一建筑内）； (4)设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输； (5)不应设在有剧烈震动或者高温的场所，无法避开时，应有防振和隔热设施； (6)不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，不应设在污染源的下风侧； (7)不应设在厕所、浴室以及其他经常积水场所的正下方，不宜与上述场所相邻； (8)不应设在有爆炸危险的正上方或者正下方，且不宜设在有火灾危险的环境的正上方或者正下方； (9)不应设在地势低洼和可能积水的场所。第六章 短路电流计算6.1 短路电流计算的目的 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。6.2 确定短路计算点为了选择电气设备，整定继电保护，需要计算总降压变电所35KV侧、10KV侧和380V侧的短路电流，短路点如图6.1所示。图6.1 短路计算点的选择6.3 短路电流的计算6.3.1 最大运行方式(1)确定基准值(2) 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1. 电力系统()2. 架空线路()3. 电力变压器()4.10KV侧的断路器()5