某纺织厂电气系统设计最新版本.docx

兰州理工大学毕业设计第1章 绪论1.1设计的技术基础和前提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提供应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制和测量，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）。例如在机械工业中，电费开支仅占产品成本的5%左右。从投资额来看，一般工厂在供电设备上的投资也仅占总投资的5%左右。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。例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人身事故给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。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作用。工厂供电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。1.2设计要求1）课题名称：某纺织厂电气部分设计2）毕业设计的主要内容工厂负荷数据：工厂多数车间为2班制，年最大负荷利用小时数4600小时。设计需要考虑工厂5年发展规划负荷（工厂负荷年增长率按2%）。供电电源请况：按与供电局协议，本厂可由16公里处的城北变电所（110/38.5/11kV），90MVA变压器供电，供电电压可任选。另外，与本厂相距5公里处的其他工厂可以引入10kV电缆做备用电源，但容量只能满足本厂负荷的20%（重要负荷），平时不准投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。电源的短路容量（城北变电所）：35kV母线的出线断路器断流容量为400MVA；10kV母线的出线断路器断流容量为350MVA。1.3本次设计的目的和意义电力资源是支持我国国民经济发展不可或缺的一种宝贵能源，电能的生产、传输、储存高效、洁净，它在现代工农业生产、人们日常生活及社会各个邻域中已获得了广泛应用。电力于广大人民群众的日常生活及整个社会的生存发展息息相关。随着工业时代的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是对供电的稳固性、可靠性和持续性的要求。然而电网的稳固性、可靠性和持续性往往取决于变电站的合理设计和配置。一个变电站要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。出于这几方面的考虑，设计一座符合电力系统整体规划的变电站就显得尤为重要。由于现代科学技术的发展，电力网容量的增大，电压等级的提高，综合自动化水平的需求，使变电站设计问题变得越来越复杂。随着我国城乡电网建设与改造工程的开展，对变电站设计也提出了更高、更新的要求。根据在电力系统中的地位，变电站可分为枢纽变电站、中间变电站、地区变电站和终端变电站。在这次对变电站的设计，把我们以前所学的电路、电力系统分析、电力系统继电保护、电机学、高电压等各科进行一个综合，这在我们加深理论理解的同时，又增加了实际运用的操作，使理论与实际较好的结合。1.4本次设计的内容（1） 确定主接线：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23个方案，经过技术经济比较，确定最优方案。（2） 选择主变压器：选择变压器型号等。（3） 无功补偿：根据系统要求，确定所采取的补偿方式。（4） 电气设备的选择：选择开关柜、断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等设备并进行相关校验，选用设备的型号、数量汇总成设备一览表； （5）配电装置设计：进行屋内、屋外配电装置设计，确定配电型式及安全净距。（6）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，选择短路计算点，绘制等值网络图，手工和计算机编程计算对称和不对称短路时短路电流及冲击电流，并列表汇总。（7）继电保护设计：对变压器和线路配置相应保护，并进行整定计算。（8） 防雷设计：确定变电站的防雷措施，进行避雷器参数选择，确定避雷针保护范围。（9） 接地保护设计：计算接地电阻大小，计算接地装置电位和最大跨步电压差等。 第2章 接入系统的设计2.1电力负荷定义及分级在电力系统中，电气设备所需用的电功率称为负荷或电力（W或KW）。由于电功率分为视在功率、有功功率和无功功率， 一般用电流表示的负荷，实际上是对应视在功率而言。目前供电部门所分配的负荷指标，主要是指小时平均的有功负荷指标， 而不是视在功率和无功功率。电力负荷又称电力负载。它有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用电单位，如说重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷等。另一种是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。电力负荷的分级按用户电力负荷的重要性及要求对其供电连续性和可靠性程度的不同，一般将电力负荷分为三个等级：（1）一级负荷 重要的电力负荷。对该类负荷供电的中断，将招致人的生命危险、设备损坏、重要的产品报废，使生产过程长期紊乱，给国民经济带来重大损失或超成社会秩序混乱。属于这类负荷的有冶金、电炉炼钢企业、重要的国防工业和科研机构、医院手术室、铁路与交通的电力牵引和铁路铁路枢纽、行车信号与集中闭塞负荷等。对一级负荷一律应由两个独立电源供电。（2）二级负荷 较重要的电力负荷供电的中断，将超成工农业大量减产、工矿交通运输停顿、生产率下降以及市人民正常生活和业务活动遭受重大影响等。一般大型工厂企业、科研院校等都属于二级负荷。（3）三级负荷 不属于一、二级的其他电力负荷，如附属企业、附属车间和某些非生产性场所中不重要的电力负荷等。各级电力负荷对供电电源的要求：（1）一级负荷对供电电源的要求要求应有两个供电电源，当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏。对一级负荷特别重要的负荷，除要求有上述两个电源外，还要求增设应急电源。常用的应急电源有：1） 独产于正常电源的发电机组2） 干电池3） 蓄电池4） 供电系统中有效地独立于正常电源的专门供电线路。（2）二级负荷对电源的要求要求做到当发生电力变压器故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。通常要求两回路供电，供电变压器也应有两台。（3）三级负荷对供电电源的要求由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对电源无特殊要求。2.2计算负荷方法及适用范围计算负荷，是通过统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中的各元件的负荷值计算负荷是供电设计的基本依据。通常取半小时平均最大负荷P30（亦即年最大负荷）作为计算负荷。但是由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能，生产的组织以及能源供应的状况等多种因素有关，因而负荷计算也只能力求实际。电力负荷的确定，为选择变压器容量、电气主接线、电气设备以及供电网络接线和导线型号等提供依据。负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线的选择是否经济合理。若负荷确定得过大，将使电器和导线过大，造成投资增大和有色金属的浪费；若负荷确定得过小，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热，加速电气设备的绝缘老化，降低设备的使用寿命，影响供电系统的安全性、可靠性。因而必须正确进行电力负荷的计算。其计算方法有：需要系数法、二项式系数法、单耗法（1）需要系数法确定计算负荷需要系数法是将电力设备的额定容量加起来，再乘以需要系数，就得到计算负荷。由于需要系数法的需要系数值是根据设备台数较多、容量差别不是很大的一般情况来确定的，未考虑设备容量相差悬殊时少数大容量设备对计算机负荷的影响，因此此法较适用于设备台数较多的车间及全厂范围额的计算负荷的确定。(2) 二项式法适用范围：当用电设备台数较少，有的设备容量相差悬殊时，特别在确定干线和分支线的计算负荷时，宜于使用。根据上述各种方法的适用范围，并结合纺织厂的生产生活情况和原始资料，我们选用需要系数法初步估算本设计的计算负荷，用需要系数法确定计算负荷都有如表1的通用公式：表1：公式表名称公式备注用电设备组的容量设备的额定容量设备组的同时系数设备组的负荷系数设备组的平均效率 配电线路的平均效率 对应用电设备组的正切值 用电设备组的平均功率因数 用电设备组的额定电压以上参数由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取。用电设备组有功计算负荷需要系数 无功计算负荷视在计算负荷计算电流有功负荷的同时系数无功负荷的同时系数总的有功计算负荷总的无功计算负荷总的视在计算负荷2.2.1各车间的负荷计算：1. 纺练车间：纺丝机： 筒绞机： 烘干机 脱水机 通风机 淋洗机 变频机 传送机 总的计算负荷，取同时系数 2. 原液车间照明： 总的计算负荷， 3. 酸站照明: 总的计算负荷， 4. 锅炉房照明： 总的计算负荷， 5. 排毒车间照明： 总的计算负荷， 6. 其他车间照明： 总的计算负荷， 各车间计算负荷统计见表2。表2 纺织厂各车间计算负荷表序号车间及设备安装容量KW需要系数tan计算负荷P(KW)Q(Kvar)S(KVA)I(KA）1纺练车间纺丝机2000.80.78160124.81241.411.89筒绞机300.750.7522.516.875烘干机850.751.0263.7565.025脱水机120.60.87.25.76通风机1800.70.7512694.5淋洗机60.750.784.53.51变频机8400.80.7672470.4传送机400.80.73222.42原液车间照明10400.750.7780546952.111.453酸站照明2600.650.7169118.3206.30.314锅炉房照明3200.750.752401803000.465排毒车间照明1600.70.611267.2130.610.26其他车间照明2400.70.751681262100.322.3全厂负荷的计算： 计算全厂的计算负荷时，总的计算负荷要小于每个用电负荷加起来的和，我们在通常情况下取的全部用电负荷之和的。取全部用电负荷之和的，这样在一定程度上就避免了大马拉小车情况的发生,提高了运行效率,符合了经济生产、生活的需要。因此，本次课程设计中的全厂计算负荷就为各个设备计算负荷之和的95%即：全厂计算负荷=(纺练车间计算负荷+原液车间计算负荷+酸站照明计算负荷+锅炉房照明计算负荷+ 排度车间计算负荷+其他车间计算负荷)对于全厂负荷系数，取 有功功率： 无功功率：视在功率：考虑5年的发展，年增长率按2%计算，全厂计算负荷2.4城北变电压等级的确定输电线路电压等级的确定应符合国家规定的标准电压等级，选择电压等级时，应根据输送容量和输电距离，以及接入电网的额定电压的情况来确定，输送容量应该考虑变电所总负荷和五年发展规划。 2.4.1电压等级的确定电网电压等级的确定，是与供电方式、供电负荷、供电距离等因素有关的。 有关资料提供了供电电压与输送容量的关系： 1.当负荷为2000kw时，供电电压易选6kv，输送距离在3-10公里； 2.当负荷为3000-5000kw时，供电电压易选10kv，输送距离在5-15公里； 3.当负荷为2000-10000kw时，供电电压易选，35kv输送距离在20-50公里； 4.当负荷为10000-50000kw时，供电电压易选110kv，输送距离在50-150公里； 5.当负荷为50000-200000kw时，供电电压易选220kv，输送距离在150-300公里； 6.当负荷为200000kw以上时，供电电压易选500kv，输送距离在300公里以上。 2.4.2本厂电压等级的确定设计任务书提供了三个电压等级：110/38.5/10.5KV在要 考虑工厂5年发展规划负荷（工厂负荷年增长率按2%），五年以后的最大功率为2435.89KW并且输送距离为16公里，因此我选用负荷为2000-10000KW,供电电压易选35KV,输送距离在20-50公里。2.5城北变的线路回数的确定本厂多数车间为二班制，年最大负荷利用小时为4600小时，并且有20%的重要负荷，考虑到本厂有重要负荷，为了保证重要负荷的供电可靠性，本设计采用35kv二回路进线，这样当有一回路发生故障时，另一回路可以继续供电。另外，在与本厂相距5公里处引入其他工厂10KV电缆做备用电源，但只能满足本厂20%的重要负荷，平时不准投入，只有在本厂主要电源故障或检修时投入。第3章 车间供电系统设计3.1变电所所址的选择变电所所址的选择是否合理,直接影响供配电系统的造价和运行。工厂变配电所所址的选择,应考虑以下原则:1.尽量靠近负荷中心,以便减少电压损耗、电能损耗和有色金属消耗量。2.节约用电,不占或少占耕地及经济效益高的土地。3.与城乡或工矿企业规划相协调,便于架空线路和电缆线路的引入和引出。4.交通运输方便。5.尽量避开污染源或选择在污染源的上风侧。6.应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。7.尽量不设在低洼积水场所及其下方。8.应远离易燃易爆等危险场所。3.2车间变电所位置的确定根据地理位置及各车间计算负荷大小，决定设立3个车间变电所，各自供电范围如下：变电所：纺炼车间、锅炉房。变电所：原液车间。变电所：排毒车间、其他车间、酸站。3.3变压器的选择3.3.1确定原则1.对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。2.对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。3.对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的 12 级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。3.3.2选择变压器台数时,考虑的因素:1.应满足用电负荷对供电的可靠性的要求，对供有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。2.对于一级负荷的场所，邻近又无备用电源联络线可接,或季节性负荷变化较大时,宜采用两台变压器。3.是否装设变压器，应视其负荷的大小和邻近变电所的距离而定。当负荷超过320KVA时，任何距离都应装设变压器。3.3.3变压器绝缘结构的选择根据绝缘结构方式不同，一般有矿物油变压器、硅油变压器、六氟化硫变压器、干式变压器及环氧树脂浇变压器等。多层或高层主体建筑内变电所，一般选用不燃或难燃型变压器.在多尘或有腐蚀性气体严重影响安全运行的场所内，应选用防尘型或防腐型变压器。3.3.4变电所选择一台或两台变压器各有其优点和缺点：1. 选用两台变压器的变电所，当一台变压器发生故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。当负荷大时候，两台变压器又可以配合运用。但是两台变压器的投资比较大，一般小的变电所甚至承担不起这样的消耗,运行损耗也比较大，它工作时候两个铁心同时运行,这样势必增大了运行成本。2.选用一台变压器的变电所，当变压器发生故障或检修时，那么将会出现全厂停电的严重情况，如果一级负荷遇到了停电情况,那么损失将会是无法估算的，因此一台变压器的供殿可靠性比较差，但是一台变压器的投资小、运行损耗小，因为太工作时只要一个铁心在工作，这样势必减少了运行成本。 变电所通常为了生产、生活、用电等的需要，都会选用两台变压器。3.4变压器容量的确定3.4.1变压器容量选择时应遵循的原则1.只装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要。2.装有两台变压器的变电所，每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件：a.任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要b.任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备的需要。变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的为宜，以提高运行率。4.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，同时要考虑变压器的正常过负荷能力。3.5功率因数补偿计算在工厂供电系统中，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。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。按相关规定，补偿后变电所高压侧的功率因数不应低于0.9，即。考虑到变压器的无功损耗远大于有功功率损耗，所以低压侧补偿后的功率因数应略大于0.9，取0.92。 3.5.1提高功率因数方法1.通过适当措施提高自然功率因数。提高自然功率因数可以通过合理选择感应电动机的容量、使用中减少感应电动机的空载运行、条件许可时尽量使用同步电动机、以最佳负荷率选择变压器等方法达到目的。2.并联同步调相机。同步调相机是一种专用于补偿无功功率的同步电动机，通过调节同步调相机的励磁电流可补偿供电系统的无功功率，从而提高系统的功率因数。同步调相机输出无功功率为无极调节方式，调节的范围较大，并且在端电压下降以内时，无功输出基本不变，当端电压下降以上时，可强行励磁增加无功输出。但是，同步调相机补偿单位无功功率造价高。每输出1Kvar的无功功率要损耗0.5%-3%的有功功率，基建安装要求高、不易扩建、运行维护复杂，所以一般用于电力系统中的枢纽变电站及地区降压变电站。3.并联适当的静电电容器。并联电容安装简单、容易扩建、运行维护方便，补偿单位无功功率的造价低、有功损耗小（小于），因此广泛用于工厂企业及民用建筑供电系统中。3.5.2.电容器的补偿方式和联接方式1）电容器的补偿方式分散就地补偿方式低压成组补偿低压集中补偿方式设计中考虑到经济实用的原则采用低压成组补偿方式，其特点是能补偿低压母线以前的无功功率，可使变压器的无功功率得到补偿，从而有可能改变变压器容量，且运行维护也较方便。2）电容器的联接方式三角形接法星形接法或Y（双Y） 优选，因为容量为Y的1/3且电压低，放电1分钟，残压以下。以上的电容器应采用电压互感器放电。电容器放电回路中不得装设熔断器或开关，以免放电回路断开，危及人身安全。补偿容量可按下式确定：，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3.5.3各车间变电所变压器台数及容量选择1变电所1变压器及容量选择a变电所1的供电负荷统计。取同时系数： b无功补偿 查电力工程手册，选BW0.4-15-1型电容器，则所需电容器个数为;取n=33,则实际补偿容量为。无功补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为c变电所1的变压器选择，为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：查电力工程手册，选择SL7-1000/10.5型的变压器，其数据如下,.变压器的负荷率，则变压器的功率损耗为变压器高压侧计算负荷为2变电所2变压器及容量选择a.变电所2的供电负荷统计。 b无功补偿 查电力工程手册，选BW0.4-15-1型电容器，则所需电容器个数为;取n=18,则实际补偿容量为。无功补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为C变电所2的变压器选择，为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：查电力工程手册，选择SL7-630/10.5型的变压器，其数据如下,.变压器的负荷率，则变压器的功率损耗为变压器高压侧计算负荷为3变电所3变压器及容量选择a变电所3的供电负荷统计。 b无功补偿 查电力工程手册，选BW0.4-15-1型电容器，则所需电容器个数为;取n=12,则实际补偿容量为。无功补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为C变电所2的变压器选择，为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：查电力工程手册，选择SL7-315/10.5型的变压器，其数据如下,.变压器的负荷率，则变压器的功率损耗为变压器高压侧计算负荷为根据以上选择条件选出各变电所变压器，见表3：表3 各变电所变压器型号序号变压器型号额定容量（KVA）变压器联结组别空载电流%阻抗电压%损耗/W空载短路NO.1SL7-1000/10.51000Yd112.54.51.811.6NO.2SL7-630/10.5630Yd1134.51.38.1NO.3SL7-315/10.5315Yd113.240.754.8第4章 工厂总降压变的主变选择在发电厂和变电站中，用来向电力系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本所（厂）用的变压器，称为站（所）用变压器或自用变压器。本章是对变电站主变压器的选择。4.1供电方案论证 由于本地区能提供、和三个电压等级，由于城北变电所提供电压，经变压器变成或对工厂进行供电，所以需要或中的一种电压，所以将两种电压的优缺点扼要分析如下：.与供电特点方案一：采用电压供电的特点:1.供电电压较高，线路的功率损耗及电能损耗小，年运行费用低；2.电压损失小，调压问题容易解决；3.对的要求较低，可以减少提高功率因数补偿设备的投资；4.需建设总降压变电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占一定的土地面积；5.根据运行统计数据，架空线路的故障比架空线路的故障低一半，因而供电的可靠性高；6.有利于工厂的进一步扩展方案二：采用电压供电的特点:1.不需要投资建设工厂总降压变电所，并少占土地面积；2.工厂内不装设主变压器，可简化接线，便于运行操作；3.减轻维护工作量，减少管理人员；4.供电电压较低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也会增大；5.要求的值高，要增加补偿设备的投资；6.线路的故障比的高，即供电可靠性不如。由上述分析可知，方案一优于方案二。因此，选用方案一，即采用电压供电，建设厂内总降压变电所是合理的。4.2工厂主变压器台数及容量选择 无功补偿 查电力工程手册，选BW10.5-25-1型电容器，则所需电容器个数为;取n=36,则实际补偿容量为。无功补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为工厂主变压器选择，为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：查电力工程手册，选择SL7-2000/35型的变压器，其数据如下,.变压器的负荷率，则变压器的功率损耗为变压器高压侧计算负荷为第5章 主接线设计电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。5.1电气主接线方案的设计5.1.1 主接线的设计原则 主接线应满足可靠性，灵活性和经济性的基本要求。 1.可靠性安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电力生产和分配的首要要求，主接线首先应满足这个要求。可靠性的具体要求：(1)断路器检修时，不影响对系统和负荷的供电。(2)断路器和母线故障以及母线检修应尽量减少停电时间和回数，并要保证一级负荷及大部分二级负荷的供电。(3)尽量避免全所停运、停电的可靠性。2.灵活性主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。(1)调度时，应可以灵活的投入和切除变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。(2)检修时，可以方便地停运断路器，母线及其继电保护设备，进行安全检修，而不致影响电力网的运行和对用户的供电。(3)扩建时，可以容易地从初期接线过度到最终接线。在不影响连续供电和停电时间最短的情况下，投入变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作量最少。3.经济性主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，做到经济合理。(1)努力节省投资(2)努力降低电能损耗(3)尽量减少占地5.1.2基本接线形式1.单母线接线 a.优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。b.缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段。但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，方能恢复非故障段的供电。c.适用范围： 配电装置出线回路数不超过5 回； 配电装置出线回路数不超过3 回；配电装置的出线回路数不超过两回。 2.单母线分段接线a.优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段短路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不使重要用户停电 。b.缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需两个方向均衡扩建。c.适用范围：配电装置出线回路数为6 回及以上时；配电装置出线回路数为回时；V配电装置的出线回路数为回时。3.双母线接线：双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。由于母线继电保护的要求一般某一回路固定与某一组母线连接，以固定的方式运行。4.双母线分段接线：当 进出线回路数甚多时，双母线需要分段。a.分段原则：当进出线回路数为 回时，在一组母线上用断路器分段；当进出线回路数为15 回及以上时，两组母线均用断路器分段；在双母线分段接线中，均装设两台母联兼旁路断路器；为了限制 母线短路电流或系统解裂运行的要求，可根据需要将母线分段；变压器-线路单元接线：b.优点：接线最简单，设备最少，不需要高压配电装置。c.缺点：线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时线路停运3 适用范围：只有一台变压器和一回线路时；当发电厂内不设高压配电装置，直接将电能输送至枢纽变电所时。5.桥形接线：两回变压器-线路单元接线相连，接成桥形接线。分为内桥和外桥两种接线，是长期开环运行的四角形接线a.内桥形接线优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器；缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运；桥联断路器检修时，两个回路须解裂运行；出线断路器检修时，线路需长时期停运，为避免此缺点，可加装正常断开运行的跨条，为了轮流停电检修任何一组隔离开关，在跨条上需加装两组隔离开关，桥联断路器检修时，也可利用此跨条；适用范围：适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高的情况。b.外桥形接线优点：同内桥形接线；缺点:线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运；桥联断路器检修时，两个回路须解裂运行；变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。为避免此缺点，可加装正常断开运行的跨条。桥联断路器检修时，也可利用此跨条；3适用范围：适用于较小容量的发电厂或变电所，并且变压器的切换较为繁或线路较短，故障率较少的情况。此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线；c.角形接线：多角形接线的各断路器互相连接而成闭合的环形，是单环形接线。为减少因断路器检修而开环运行的时间，保证角形接线运行的可靠性，以采用角形为宜。并且变压器与出线回路一对角对称布置。此外，当进出回路数较多时，我国个别水电厂采用了双连四角形接线，形成多环形，从而保证了供电的可靠性。但断路器数量增多，有的回路连着三个断路器，布置和继电保护复杂，没有推广使用。5.2主接线初步设计方案综上所述，下面有两个技术合理的方案供比较选择：单母线分段接线 双母线接线。总结：对比两种接线方式，从可靠性、灵活性、经济性以及可扩建性等几方面考虑，我认为单母线分段接线方式较适合本设计要求，故高、中、低压三侧均采用单母线分段接线方式。第6章 短路电流计算6.1 短路电流的相关概念 工厂供电系统要求正常地不间断地对用电符合供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于各种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路。短路就是不同电位的导电部分之间的短接。造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备长期运行、绝缘老化，或由于设备本身不合格、绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备绝缘正常而被过电压击穿，或者是设备绝缘受到外力损伤而造成短路。在供电系统的设计与运行中，不仅要考虑正常工作状态，还要考虑可能发生的故障以及不正常运行情况。对供电系统危害最大的是短路故障。短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等。因此短路电流是电气主结线的方案比较、电气设备及载流导体的选择、接地计算以及继电保护选择和整定的基础。由于短路后，电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小的多，所以短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达几万安培甚至几十万安培。这样大的短路电流对供电系统将产生极大的危害：（1）短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其它元件损坏；（2）短路时电压要骤降，严重影响电气设备的正常运行；（3）短路时要造成停电事故，而且越靠近电源，短路引起的停电的范围越大，给国民经济造成的损失也越大；（4）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，造成系统解列；（5）但相对地短路，其电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通讯线路，信号系统及电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。由此可见，短路的后果时非常严重的，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计算，以便正确地选择电气设备，使电气设备具有足够的动稳定性和热稳定，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保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。62短路电流的计算 6.2.1短路的种类及计算1.短路：供电系统中不等电位的点没有经过用电器而直接相连通。2.类型：三相、两相、两相接地、单相、单相接地。分对称性短路和非对称性短路。 对称短路：、最关键的两个短路电流：最大短路电流-选择设备、导线，最小短路电流-继电保护装置校验 短路的电压与电流的相位差较正常时增大，接近于90度。 单相短路只发生在中性点直接接地系统或三相四线制系统中。 其他：层间、层间短路。主要指电动机、变压器和线圈等。3.造成短路原因：绝缘损坏、设备老化、使用不当、外力作用、误操作、鸟兽触及等。4.短路电流的计算见表4。表4 公式及参数列表参数名称有名值标幺值说明功率S一般取Sd=100MVA电压U一般取Ud=Uev电流I电抗X=是以Sd为基准容量的标幺值变压器电抗线路电抗为线路每公里电抗值电抗器电抗%为电抗器铭牌上数值系统等值电抗（MVA）（KA）为某点短路容量，为该点的三相短路电流电动机电抗为启动电流倍数按无穷大系统供电计算短路电流。短路计算电路图见图2 。为简单起见，标幺值符号全去掉。6.2.2短路电流的计算 1.工厂总降压变35kv母线短路电流（短路点K1) a.确定标幺值基准：，b.计算各主要元件的电抗标幺值：系统电抗（取短路器）线路电抗c.求三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值：三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流电流值：三相短路容量： 2. 10kv母线短路电流（短路点K2)a.确定标幺值基准：，b.计算各主要元件的电抗标幺值：系统电抗线路电抗 电力变压器电抗c.求三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值：求三相短路电流周期分量有效值：其他三相短路电流电流值：三相短路容量：3. 0.4kv母线短路电流（短路点K3)a.确定标幺值基准：，b.计算各主要元件的电抗标幺值：系统电抗线路电抗电力变压器电抗厂内架空线路电抗：此工厂车间设计要求中，总共是有三个变电所，使用到了三种不同型号规格的电力变压器，故而计算此处的电力变压器的电抗时，需要分开单独计算。a.NO.1车间变电所电力变压器（1000KV变压器）总电抗标幺值：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： b.NO.2车间变电所 电力变压器（630KV变压器）总电抗标幺值：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： c. NO.3车间变电所 电力变压器（315KV变压器）总电抗标幺值：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：三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总如表5所示。表5：三相短路电流计算列表短路计算点变电所号码三相短路电流/KA三相短路容量/MVA（S）II I i IK-12.842.842.847.244.32181.82K-22.522.522.526.433.8345.87K-3NO.113.2113.2113.2124.3114.49.15K-3NO.211.7811.7811.7821.6812.848.16K-3NO.39.69.69.617.6610.646.65第7章 电力线路的设计7.1主变35KV侧进线1计算负荷电流： 选择经济截面：由设计资料知年最大负荷利用小时为4600小时，根据电力工程电气设备手册查得经济电流密度，按经济电流密度选择接入系统每回导线型号、规格、截面的选择：截面的选择： 选择标准截面，即选型钢芯绞线线2回路。2 校验发热条件 30度是LGJ-50型铝绞线的允许载流量=220A45.13A,因此满足发热条件。3 校验机械强度： 35KV钢芯铝绞线的最小允许截面为35，因此所选LGJ-50型钢芯铝绞线满足机械强度要求。7.2主变10KV侧出线 1计算负荷电流： 选择经济截面：由设计资料知年最大负荷利用小时为4600小时，根据电力工程电气设备手册查得经济电流密度，按经济电流密度选择接入系统每回导线型号、规格、截面的选择：截面的选择： 选择标准截面，即选型钢芯绞线线2回路。2.校验发热条件 30度是LGJ-150型铝绞线的允许载流量=0.94445=418A150A,因此满足发热条件。3.校验机械强度： 10K以上V钢芯铝绞线的最小允许截面为16，因此所选LGJ-150型钢芯铝绞线满足机械强度要求。10KV母线也选取LGJ-150型钢芯铝绞线，计算过程同上。7.3.各车间变压器侧的进线1.供电给变电所的10KV线路为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：计及变压器的损耗：由于变电所紧邻35/11KV主变压器，10KV线路很短，其功率损耗可忽略不计。线路首端功率：由于任务书中给出的最大负荷利用小时数为小时，查表可得：架空线的经济电流密度。所以可得经济截面：可选用导线型号，其允许载流量为。 相应参数为，。在按发热条件检验