工厂供配电系统设计

摘要工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。工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，经济技术的分配电能问题。其基本内容有以下几方面：进线电压的选择, 变配电所位置的电气设计, 短路电流的计算及继电保护, 电气设备的选择,车间变电所位置和变压器数量、容量的选择, 防雷接地装置设计等.本设计在对化纤厂进行供配电调研、论证的基础上，完成了化纤厂的负荷计算、10KV变配电所主接线设计；还进行了短路计算、电气设备的选择和校验以及继电保护的选择与整定。在设计的最后对化纤厂的供电系统进行了防雷保护。此次设计还专门针对化纤厂的机修车间进行了具体的供电线路的设计。关键词：变电所、负荷、短路、电力设备绪论电能是现代工业生产的主要能源和动力，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，如果工厂的电能供应突然中断，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。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义。因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大意义，工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去，它由工厂降压变电所，高压配电线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。工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，经济技术的分配电能问题其基本内容有以下几方面：进线电压的选择，变配电所位置的电气设计，短路电流的计算及继电保护，电气设备的选择，车间变电所位置和变压器数量、容量的选择，防雷接地装置设的作用。一、工厂电气设计总则（一）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。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。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。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）。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，如果工厂的电能供应突然中断，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。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。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，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：（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。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 （二）工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-2009 供配电系统设计规范、GB50053-94 10kv及以下设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1） 遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。（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，适当考虑扩建的可能性。（4） 全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。（三）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.负荷等级确定根据全场用电负荷性质，确定全厂用电负荷等级。2、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。3、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，防火距离要求，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。4、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。5、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方案，计算出导线截面及电压损失，由不同方案的可靠性，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。6、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。7、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。由手册或产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。有谐波影响，还要考虑串联调谐电抗器。采用过零可控硅切换装置。8、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。9、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。10、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。11、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。二、负荷计算及功率因数补偿计算（一）负荷计算1、负荷计算的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。因此，我们在设计时必须认真确定。2、负荷计算的方法常用负荷计算的方法：(1)需要系数法(2)二项式系数法(3)形状系数法。在此次选择的设计中，设备台数较多，各台设备容量相差不太悬殊，所以考虑采用需要系数法。需要系数法的主要步骤：(1)将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。(2)查出各组用电设备相应需要系数及对应的功率因数。(3)用需要系数法求车间或全厂的计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数K。需要系数法的计算过程：先从用电端起逐级往电源方向计算，即：首先按需要系数法求得各车间低压侧有功及无功计算负荷，加上本车间变电所的变压器有功及无功功率损耗，即得车间变电所高压侧计算负荷；其次是将全厂各车间高压则负荷相加同时加上厂区配电线路的功率损耗，再乘以同时系数。便得出工厂总降压变电所低压侧计算负荷；然后再考虑无功功率的影响和总降压变电所主变压器的功率损耗，其总和就是全厂计算负荷。需要系数法的计算公式表2-1计算公式计算负荷计算公式适用条件有功（K w）已知三相用电设备组或用电单位（工厂、车间）的设备容量及功率因数，求其计算负荷。无功（Kvar）tan视在（KVA）电流（A）计算负荷计算公式适用条件有功（K w）已求出各设备组或各单位的有功和无功计算负荷后，求总的计算负荷。无功（Kvar）视在（KVA）电流（A）设备组或单位的设备容量，不记备用设备容量。设备额定电压。需要系数有功和无功符荷同时系数。设备组的有功和无功计算负荷。（1）对反复短时工作制设备，其容量必须按规定的负荷持续率进行换算（2）用电设备组、车间和工厂的需要系数参见有关表格。（3）由设备组计算车间配电干线时，可取：K=0.850.95,K=0.90.95。3、 全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表表2-2负荷计算表序号用电或车间单位名称(千瓦)设备容量KXCOSTg计算负荷备注KPjs(千瓦) Qs(千乏)Sjs(千伏安)表2-3变电所车间1制条车间3400.80.80.75272204340 2纺纱车间3400.80.80.75272204340 3软水站86.10.650.80.7555.9741.9869.96 4锻工车间36.90.30.651.1711.0712.9517.03 5机修车间296.20.30.51.7388.86153.7177.7 6托儿所幼儿园12.80.60.61.337.6810.2112.8 7仓 库37.960.30.51.1711.3913.3322.78 0.98小 计10353.384.196.89647.1576.16866.43 表2-4变电所设备1织造车间5250.80.80.75420315525 2染整车间4900.80.80.75392294490 3浴 室理发室1.880.81-1.504-1.504 4食 堂20.630.750.80.7515.4711.619.34 5独身宿舍200.81-16-16 6小 计951.83.563.962.03760.48558.54946.62 表2-5变电所1锅炉房1510.750.80.75113.384.94141.562水泵房1180.750.80.7588.566.375110.6253化验室500.750.80.7537.528.12546.8754卸油泵房280.750.80.752115.7526.256小 计312.32.72.882.7234.2175.67292.79（二）功率因数补偿计算1、功率因数对供电系统的影响在工厂供电系统中，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吸收有功功率，还要吸收无功功率以产生这些设备正常工作所必需的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，就会降低供电系统的功率因数。因此，功率因数是衡量工厂供电系统电能利用程度及电器设备使用状况的一个具有代表性的重要指标。功率因数的降低产生的不良影响：(1)系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用；(2)由于无功功率的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大；(3)由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，就使的供电系统中的电压损失增加，使得调压困难；(4)对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，使发电机转子的去磁效应增加，电压降低，过度增大激磁电流，从而使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，发电机就不能达到预定的出力。无功功率对电力系统及工厂内部的供电系统都有不良的影响。因此，供电单位和工厂内部都有降低无功功率需要量的要求，无功功率的减少就相应地提高了功率因数。2、功率因数的补偿供电单位在工厂进行初步设计时对功率因数都要提出一定的要求，它是根据工厂电源进线、电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的。根据全国供用电规则的规定，本设计要求用户的功率因数。供电单位对工厂功率因数这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，一般不能满足要求。因此，工厂便需要装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿。补偿容量可按下式确定： （1-1） （1-2）式中 补偿前自然平均功率因数对应的正切值；补偿后自然平均功率因数对应的正切值；补偿率设计时求得的平均负荷，单位为 ； 单个电容器的容量 并联电容器的个数补偿前各变电所功率因数如下表所示：表2-6功率因数序 号NO.1NO.2NO.3COS0.660.790.8设计中考虑到经济实用的原则采用低压集中补偿方式，其特点是能补偿低压母线以前的无功功率，可是变压器的无功功率得到补偿，从而有可能建交变压器容量，且运行维护也较方便。适用于中小型工厂或车间变电所低压侧基本无功功率的补偿。并联电容器采用我国生产的BW 0.4143系列静电电容器，其单台静电电容器能够发出的无功功率少，=14 ，容易组成所需的补偿容量，并且安装拆卸方便，对于放电电阻采用6只 220V 25W白炽灯泡星形连接，即可满足要求，但必须注意以下特点：(1)静电电容器的周围空气极限温度是-4040，因此电容器室应有良好的通风，当周围空气温度达到35时，应将电容器从电网中切除；(2)电容器对电压较敏感，运行时要严格监视其电压；(3)电容器从电网上切除时，电容器上有残余电量，危及工作人员安全，必须加接放电电阻。经查表得，根据以上公式求得各变电所所需的电容器个数，列于下表：表2-7电容器个数NO.1NO.2NO.30.710.380.33459.428977.333216补偿后各变电所的计算负荷如下表所示：表2-8变电所负荷序号计算负荷功率因数COS有功（千瓦）无功（千乏）视在（千伏安）NO.1647.07275.65703.340.92NO.2760.48323.96826.610.92NO.3234.2399.78254.600.92（三）变压器的选择1、变压器台数的确定工厂总降压变电所变压器的容量与于台数的选择在很大程度上取决于负荷的大小及对供电可靠性的要求，同时应考虑工厂发展规划等因素并于电气主结线的选择统筹安排，应力求变电所的电气主结线简单，运行方便，供电可靠，节约电能与减少投资。变压器台数多则供电可靠性高，但设备投资也大，运行费用也要增加。因此，在能满足可靠性要求时，变压器台数越少越好，对不重要负荷供电的变电所或能取得低压备用电源的一级负荷供电时，皆选用一台变压器。设计中由于工厂属于二级负荷，且各变电所总计算负荷均小于1250 KVA，所以各变电所变压器都只选用一台就可以了。2、变压器容量的选择当选用一台变压器的时候，容量的选择应遵循下面的公式： （1-3）单台变压器容量 （1-4）变电所总的计算负荷 （1-5）3、变压器损耗SL等型低损耗变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算：有功（KW） （1-6）无功（Kvar） （1-7）根据以上选择条件选出各变电所变压器，见下表：表2-9变电变压器序号变压器型号变压器容量（KVA）变压器联结组别变压器阻抗电压%变压器损耗有功损耗(千瓦)无功损耗（千乏）NO.1SJL1800/10800Y/Y0125.51248NO.2SJL11000/101000Y/Y0125.51560NO.3SJL1315/10315Y/Y01244.72518.9全厂总负荷见下表：表2-10负荷计算项目计算负荷有功（千瓦）无功（千乏）视在（千伏安）总计1472.77629.451601.64这时全厂的功率因数小于0.9。由于题目要求本厂的功率因数值在0.9以上，所以再进行一次高压集中补偿，将功率因数补偿到0.94。经查表得 ,Qc=0.261472.77=382.9 kvar。选用BW 0.4-14-3 电容器，其容量为14 kvar。N=27经过这次补偿后全厂负荷如下表所示：表2-11补偿负荷项目计算负荷有功（千瓦）无功（千乏）视在（千伏安）全厂负荷总计1472.77246.551493.34、高低压电容器柜的选择高低压电容器柜分可自动调节的和不可自动调节的两大类。在负荷或电压昼夜变动较大的情况下，低压电容器组尽可能地采用自动调节装置。5、电能需求量的计算工厂年有功电能消耗量工厂年无功电能消耗量因为本工厂为三班制，经查表得 当S时三、总配电所主结线方案的设计（一） 概述配电所在大中型工厂中的作用是厂内电能的中转站，它的位置应当尽量地接近负荷中心 ，经常是配电所与车间变电所设在一起。每个配电所的馈电线路一般不少于45回，配电所一般为单母线制，根据负荷的类型及进出线回路数可考虑将母线分段。配电所的进出线回路数与用户的可靠性要求和传送的功率大小有关。配电所的进线可以采用负荷开关或断路器。负荷开关断流能力小，且不能实现供电系统的自动化。配电所设计的一般原则并结合工厂实际归纳如下：1、安全性：在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关；在低压断路器（自动开关）的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关；在装设高压熔断器-负荷开关的出线柜母线侧，必须装高压隔离开关；配电所高压母线上及架空线末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器应与电压互感器共用一组隔离开关，线路上的避雷器前不必再装隔离开关。2、 可靠性：配电所的主结线方案必须与其负荷级别相一致。对二级负荷，应有两回路或者一回专用架空线路供电；接于公共干线上的（即采用树干式供电的）配电所电源进线首端，应装设带有短路保护的开关设备；对于一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区及生活区的变电所，可采用树干式配电；变电所低压侧（电压380V）的总开关，宜采用低压断路器。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和低压分段开关均采用低压断路器。3、灵活性:配电所采用单母线和单母线分段结线；主结线方案应于主变压器运行要求相实应。4、经济性:由于工厂所选用的都是安全可靠且经济美观的成套的配电装置，故柜型一般采用固定式；工厂电源进线上装设专用的计量柜，其互感器只供记费的电度表用。（二）总配电所主结线的设计电气主结线是变电所的主要电路，它明确表示了变（配）电所电能接受与分配的主要关系，是变（配）电所运行，操作的主要依据。在设计中，主结线的拟定对电气设备选择，配电装置布置，保护和控制测量的设计，建设投资以及变电所运行的可靠性，灵活性及经济性等都有密切关系，所以主结线的选择是供电系统设计中一项综合性的重要环节。在三相对称情况下，电气主结线图通常以单线图表示，图上所有电器元件均用统一规定的图形符号表示。1、配电所（即车间变电所）的位置的确定变配电所位址选择的一般原则：尽量靠近负荷中心、靠近电源侧、进出线方便、设备运输方便、有扩建和发展的余地。由于工厂厂区供电来自总配电所，为经济起见：高压配电所采用室内型独立式；车间变电所采用室内型附设式（外附）。变电所采用附设式，不占或少占建筑面积，建筑费用和维护费用也较低。根据上述条件，本设计中把配电所的位置选在制条车间和纺纱车间的中间处。2、对电气主结线的基本要求根据用电负荷的要求，保证供电的可靠性；电气主结线应具有一定的运行灵活性；结线简单，运行方便；结合工厂发展规划，留有扩建余地。设计中为了保证对本厂二级负荷可靠供电，总配电所采用两回路供电，装设两台主变压器的桥式结线，桥式结线提高了线路运行灵活性，增强了供电可靠性。根据上述方案，可决定总配电所采用下图所示的电气主结线，其特点如下：变压器高压侧设有少油式断路器，便于配电所的控制、运行、维修；10KV侧采用单母线分段结线，用10千伏少油式断路器将母线分成两段；各车间的一级负荷都由两段母线供电，以保证供电可靠性；根据规定，备用电源只有在主电源停止运行及主变压器故障或检修时才能投入，因此备用电源进线开关在正常时是断开的，而高压侧的分段断路器在正常时是闭和的；（5）在母线侧，工作电源与备用电源之间设有备用电源自动投入装置（BZT），当工作电源因故障而断开时，备用电源会自动投入；（6）当主电源发生故障时，变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所有变压器；3、主接线图图3-1主接线图四、 全厂变电所一次系统设计（一）变电所的位置确定1确定变电所位置原则：1.靠近负荷中心2.进出线方便3.不碍工厂的发展和变电所增容扩建的可能4.避开低洼地区和剧烈振动环境5.变压器室大门避免朝西开2负荷中心的确定（1）负荷指示图负荷指示图是将电力负荷按一定比例用负荷圆的形式，标示在车间的平面图上。各车间负荷圆的圆心位于车间的负荷“重心”（负荷中心）。在负荷均匀分布的车间，负荷中心就是车间的中心，在负荷分布不均匀的车间内，负荷中心应偏向负荷集中的一侧。由车间的计算负荷得负荷圆的半径r为 （3-1） 式中K为负荷圆的比例（kW/mm2）,Pc为计算负荷。（2）按负荷功率矩法确定负荷中心设有负荷P1、P2、P3，它们在任选的直角坐标系中的坐标分别为P1（x1，y1）、P2（x2，y2）、 P3（x3，y3）。现假设总负荷的负荷中心位于坐标P（x，y）处。负荷中心的坐标为： （3-2） （3-3）按负荷功率矩法确定负荷中心，只考虑了各负荷的功率和位置，而未考虑各负荷的工作时间，因而负荷中心被认为是固定不变的。我们采用的是第二种方法，过程如下：本设计中负荷中心的计算：任选五个坐标P1（5.1，7）、P2（4.9，2.7）、P3（10.1，6.9）、P4(9.8，3.3) 、p5(13.7，3.1)图3-2按负荷功率矩法确定负荷中心P1=95.1 P2=113 P3=369.5 P4=237.3 P5=159.2Pi=P1+P2+P3+P4+P5=95.1+113+369.5+237.3+159.2=974.1PiXi=95.15.1+1134.9+369.510.1+237.39.8+159.213.7=9277X=PiXi/Pi=9277/974.1=9.5PiYi=95.17+1132.7+369.56.9+237.33.3+159.23.1=4797Y=PiYi/Pi=4797/974.1=4.9全厂变电所的负荷中心坐标为（9.5,4.9）由于从10KV拉线距离过远，所以我们把变电所调到适当位置。变电所的位置应靠近负荷中心且偏向电源侧。（二）变压器的选择1、器型号选择（1）变压器的分类按绝缘介质分：油浸式；干式按调压方式分：有载调压；无载调压按相数分：单相；三相按导线分：铜芯；铝芯按冷却方式分：自冷；风冷；强冷变压器型号的选择型号：节能型变压器S9、S10系列。均为铜芯，损耗小。注意：全厂变电所留1.151.4的裕量，即SN（1.151.4）Sc车间变电所稍留点裕量即可，即SNSc，不用留的似全厂变那么大。本设计中我们选的是三相油浸自冷电力变压器，是低损耗节能型变压器S9系列。二.变压器台数和容量的确定2、电所变压器台数和容量的确定（1）变压器台数的确定应满足用电负荷对可靠性的要求。有一、二级负荷的变电所中，选择两台主变压器，当在技术、经济上比较合理时，主变压器选择也可多于两台； 对季节性负荷变化较大的采用经济运行方式的变电所，技术经济合理时可选择两台主变压器；三级负荷一般选择一台主变压器，负荷较大时，也可选择两台主变压器。 （2）变压器的容量的确定1台变压器：SN = (1.151.4) Sc （3-4）2台变压器：SN = (0.60.7) Sc （3-5） SN SC（+）选择的变压器为三级负荷 容量：全厂变电所 若为一台时 单台变压器容量不宜超过1000KVA，所以用两台变压器时的公式计算。3变电所的变压器台数和容量的确定1台变压器：SN SC （3-6）2台变压器：SN = (0.60.7) SC （3-7）SN SC（+） （3-8）单台容量不宜超过1000KVA我们全厂变电所选两台，车间变电所选一台全厂变电所的变压器型号为S9-500/10，车间变电所的变压器型号为S9-315/10。（三）主接线设计1、电所主结线的要求对变电所主结线的要求是：安全、可靠、灵活、经济。变配电所主接线的选择原则当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。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。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结线。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。.接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。610KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。采用610 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。2、线方案选择对于电源进线电压为610KV的变电所，应先降为一般低压设备所需的电压。变电所主接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。一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图，这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。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、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图，这种主结线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式结线适用的场合有所不同。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主电路图这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所一次侧单母线，二次侧单母线分段接线这种主接线适用于两台及以上变压器或具高压出线的变电所，当任一台检修或发生故障时，通过切换操作，仍能很快恢复供电。（四）变电所主接线设计1高压侧：首先选成套设备即高压开关柜：选固定式，KGN型。电流互感器采用两相式接线，广泛用于中性点不接地系统，测量三相电流、电能及做过电流保护之用。电压互感器采用V-V型接线，采用两相电压互感器。供仪表和继电器测量3个线电压。2.低压侧：低压开关柜选GGD1型，两台补偿屏型号为GGJ1-01型。三相供电，让电路都能正常工作。五、电气设备选择（一）短路电流计算的目的及方法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。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。（二）短路电流计算本设计采用标幺制法进行短路计算短路电流计算图5-1短路电路1. 在最小运行方式下： （1）确定基准值取 Sd = 100MVA,Ud1 = 10.5KV,Ud2 = 0.4KV而 Id1 = Sd /3Ud1 = 100MVA/(310.5KV) = 5.5KAId2 = Sd /3Ud2 = 100MVA/(30.4KV) = 144.3KA （2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1）电力系统（SOC = 250MVA）X1* = 100KVA/250= 0.42）架空线路（XO = 0.369/km）X2* = 0.3695100/ (10.510.5)= 1.673）电力变压器（UK% = 4）X3* = UK%Sd/100SN =( 4/100)(100/0.5)= 8绘制等效电路如图5-2，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。图5-2等效电路(3)求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量总电抗标幺值X*(K-1)= X1*X2*= 0.4+1.67= 2.07三相短路电流周期分量有效值IK-1(3) = Id1/X*(K-1)= 5.5/2.07 =2.66KA3)其他三相短路电流I(3) = I(3) = Ik-1 (3) =2.66KAish(3) = 2.552.66KA = 6.78KA4)三相短路容量Sk-1(3) = Sd/X*(k-1) =100MVA/2.07=48.3MVA(4)求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1)总电抗标幺值X*(K-2) = X1*X2*X3*+X4* =0.4+1.67+8=10.07三相短路电流周期分量有效值IK-2(3) = Id2/X*(K-2) = 144.3KA/10.07= 14.33KA3)其他三相短路电流I(3) = I(3) = Ik-23) = 14.33KAish(3) = 1.8414.33KA =26.4KA4)三相短路容量Sk-2(3) = Sd/X*(k-1) = 100MVA/10.07 = 9.9MVA2.在最大运行方式下：（1）确定基准值取 Sd = 100MVA,Ud1 =10.5KV,Ud2 = 0.4KV而 Id1 = Sd /3Ud1 = 100MVA/(310.5KV) =5.5KAId2 = Sd /3Ud2 = 100MVA/(30.4KV) = 144.3KA（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值1）电力系统（SOC = 250MVA）X1*= 100/250= 0.42）架空线路（XO = 0.369/km）X2* = 0.36951000/(10.510.5) =1.673）电力变压器（UK% = 4）X3* = X4* = UK%Sd/(100SN) = 4100/(1000.5) =8绘制等效电路如图5-3，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。图5-3等效电路(3)求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量1)总电抗标幺值X*(K-1) = X1*X2* = 0.4+1.67= 2.072)三相短路电流周期分量有效值IK-1(3) = Id1/ X*(K-1)=5.5KA/2.07 = 2.66KA3)其他三相短路电流I(3) = I(3) = Ik-1(3) = 2.66KAish(3) = 2.552.66KA = 6.78KA4)三相短路容量Sk-1(3) = Sd/X*(k-1)= 100/2.07 = 48.3MVA(4)求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量K 1)总电抗标幺值X*(K-2) = X1*X2*X3*X4* = 0.41.678/2 = 6.072)三相短路电流周期分量有效值IK-2(3) = Id2/X*(K-2) = 144.3KA/6.07 = 23.8KA3)其他三相短路电流I(3) = I(3) = Ik-2（3） = 23.8KAish(3) = 1.8423.8KA =43.8KA4)三相短路容量Sk-2(3) = Sd/X*(k-2) = 100/6.07= 16.5MVA短路电流计算结果：1运行方式(2台变压器)：表5-1短路变压器三相短路电流/KA三相短路电流/MVAIkIIishICH（3）K-1点2.662.662.666.7848.3K-2点23.823.823.843.816.52.最小运行方式（1台变压器）：三相短路电流/KA三相短路电流/MVAIkIIishICH(3)K-1点2.662.662.666.7848.3K-2点14.3314.3314.3326.49.9 六、工厂电力线路的设计（一）架空线路的设计由于架空线路与电缆线路相比有较多优点，如成本低，投资少，安装容易，维护和检修方便，易于发现和排除故障。根据本厂的情况，在本设计中，所有进出线全部采用架空线的方式。架空线路有以下主要元件组成：导线、电杆、绝缘子和线路金属等。为了防雷，有的架空线路上还架设有避雷器（架空地线）。为了加强电杆的稳定性，有的电杆还安装有拉线或扳桩。架空线路一般都采用裸导线，裸导线按其结构分，有单股线和多股绞线，工厂中一般都用绞线。绞线又有铜绞线、铝绞线和钢心铝绞线。本次次设计中的架空线路基本上选用了铝绞线。根据机械强度的要求，一般规定架空裸导线最小截面如下表所示：表6-1最小截面导线种类最小允许截面 /mm备 注高压（至10KV）低 压铝及铝合金线3516与铁路交叉跨越时应为35mm2钢芯铝线2516表6.1架空线路在进行铺设时，要严格遵守有关技术规程的规定。整个施工过程中，要重视安全教育采取有效的安全措施，特别是立杆、组装和架线时，更要注意人身安全，防止发生事故。竣工后，要按照规定的手续进行检查和实验，确保工程质量。选择架空线路的路径时，应考虑以下原则：（1）路径要短，转角要少；（2）交通运输方便，便于施工架设和维护；（3）尽量避开河洼河雨水冲刷地带及易撞、易燃、易爆等危险的场所；（4）不应引起机耕、交通和人行困难；（5）应与建筑物保持一定的安全距离；（6）应与工厂和城镇的规划协调配合，并适当考虑今后的发展。（二）