0242-某精细化工厂高压配电所及全厂配电系设计【CAD图+说明书】
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精细
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全厂
设计
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摘 要
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化而来，又易于转化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。
本次设计是在“安全、合理、优质、经济”的设计要求之上，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作。在设计的过程中合理地处理了局部和全局、当前和长远等关系。既照顾局部和当前的利益，又顾全大局，适应发展。
本次设计包括电力负荷及其计算，短路电流及其计算，工厂变配电所及其一次系统设计，工厂高压电气设备的选择，工厂供电系统的继电保护及二次接线等五大部分的内容。由于时间的关系，防雷与接地这块内容没有涉及。本次设计在变压器的选择，导线选择，微机保护和供电自动化等方面，作了一些新的论述，相应的补充了有关的技术资料。
本设计注重理论结合实际，在设计的过程当中穿插了我国的最新标准规范，同时为了更好的有关专业术语和符号的含义，对部分专业术语在首次出现时加注了英文。
在设计的过程中，为了更好的联系实践，还到巨化的电化厂，锦纶厂等相关工厂实地考察了他们的高配设计，还请相关的技术人员加以指导。
限于本人的知识水平和实践经验，错漏在所难免，敬请原谅。
关键词：自动化；配电系统；短路电流；无功补偿；继电保护；备自投；二次接线等
- 内容简介：
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第3章 短路电流及计算3、1 短路的原因、后果 (一) 短路的原因工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，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(short circuit)。短路就是指不同电位的导电部分之间的低阻性短接。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、绝缘自然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(包括雷电过电压)击穿，或者是设备绝缘受到外力损伤而造成短路。工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压设备接入较高电压的电路中，也可能造成短路。鸟兽跨越在裸露的相线之间与接地物体之间，或者咬坏设备和导线电缆的绝缘，也是导致短路的一个原因。(二)短路的后果短路后，短路电流(short-circuit current)比正常电流大得多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害：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他元件损坏。2)短路时短路电路中的电压骤降，严重影响其中的电气设备的正常运行。3)短路时保护装置动作，要造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，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)不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、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，短路的后果是十分严重的，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。为防止短路故障带来的危害,必须设法降低短路电流或缩短故障持续时间，可用串接电抗器或选用合适的设备元件和线路来实现后者依靠选用和整定好继电保护装置，使故障电流造成危害之前即被自动切除，从而保护其它正常设备安全可靠运行无论是选择合适的设备还是整定继电保护装置，都需要对本系统中可能产生的短路电流值有所了解3、2 高压短路电流计算的特点1、近似计算准确计算短路电流是相当复杂的，同时必要性也不大，因为解决大部分实际问题并不要求非常准确的计算结果为此实用中采用近似的计算方法，这种方法略去了个元件磁饱和的影响，认为短路元件的电抗为一常数，并略去了变压器励磁电流和所有元件的分布电容，为计算方便，一般当短路电路中总电阻大于总电抗的三分之一时才考虑电阻，否则认为等于、认为国家电网为无限但功率系统工厂用电负荷容量皆小于电网容量或距电源很远，工厂侧发生短路时对电源端电压影响可以忽略不计，故国家电网对工厂供电，皆可按无限大电源系统进行短路电流计算，使计算简化、考虑电网的运行状态的影响当电源运行状态改变时，短路电流也发生显著变化，选择设备时，需要知道通过该设备最大可能的三相短路电流，因此需要按最大运行方式状态计算短路电流，当校验继电保护装置的灵敏度时，又需要知道最小短路电流时灵敏系数是否合格，所以要算出最小运行状态下的最小短路电流，为此需要供电部门提供国家电网供电接线点的两种运行状态下的系统短路参数做为计算的依据3、3 短路电流的种类在选择和校验电气设备，载流导体以及进行继电保护整定计算中一般需要计算下列短路电流值：0秒时短路次暂态电流有效值短路电流周期分量有效值短路稳态电流短路冲击电流短路冲击电流有效值短路容量注意：对于不同的短路点时和的求法将又所不同，具体如下：（1） 当在高压电路发生三相短路时 =2.55=1.51（2）在1000KVA及以下的电力变压器二次侧及低压电路中发生三相短路时 =1.84=1.09在无限大的容量系统中，由于系统母线电压维持不变，近似其短路电流周期分量有效值在短路的全过程中也维持不变，即=。3、4 无限大容量电力系统中三相短路电流的计算短路电流的计算有采用欧姆法和标幺制法两种。而采用标幺制法进行计算时，短路电路中所有元件的电抗标幺值后，就利用其等效电路进行电路化简，计算其总的电抗标幺值X*，由于各元件电抗都采用相对值。与短路计算点和电压无关，因此无需进行换算，这就比欧姆法优越的多。因此高压系统的短路电流计算多用标幺制法。341 标幺值法计算任一物理量的标幺值，为物理量的实际值A与所选定的基准值的比值，即 按标幺制法进行短路计算时，一般是先选定基准容量和基准电压。基准容量，工程设计中通常取=100MVA。基准电压，通常取元件所在处短路计算电压，即。现在选定基准电压和基准电压以后，基准电流按下式计算： 基准电抗则按正式计算：下列分别讲述供电系统中各主要元件的电抗标幺值的计算：1 电力系统的电抗标幺值2 电力变压器的电抗标幺值3 电力线路的电抗标幺值 短路电路中各主要元件的电抗标幺值求出以后，即可利用其等效电路图进行电路化简，计算其总电抗标幺值。无限大容易系统三相短路电流周期分量有效值的标幺值按下式计算： 由此可求得三相短路电流周期分量有效值为 求得后，即可利用前面的公式求出、和等 三相短路容量的计算公式为342 欧姆法进行短路计算欧姆法计算短路电流时，电抗都采用有名单位“欧姆”而得名其计算公式基本和标么值相一致，此处的计算公式就简略不写了在高压电路的短路计算中，由于总的电抗值通常远大于电阻值，因此一般只计算电抗，不计电阻，只有在短路电路的电阻大于电抗的三分之一时才计入电阻在计算短路电路的阻抗时，假如电路内含有电力变压器，则电路内个元件的阻抗都应统一换算到短路点的短路计算电压去，阻抗等效换算的条件是元件的功率损耗保持不变求取电力线路的电抗值可参考下表表 电力线路每相的单位长度电抗平均值 （单位：/）线路结构线路电压220/380V610KV35KV架空线路0.320.350.40电缆线路0.0660.080.123、5 本次设计中的三相短路电流计算。本厂的供电电源是距离本厂西北角1公里处的发电厂的6.3KV母线用双回路电缆向本厂供电。总配电所距厂西北角0.26千米，电缆应考虑5%10%的裕量，但由于距离较短，所以在短路电流计算时，可以忽略不计该裕量。供电系统的短路技术数据如下：最大运行方式：最大运行方式：本系统采用是两回路电源进线，且两回路电源均为工作电源，互为暗备用，正常工作是母分断开的。当任一回路进线电源发生故障时或检修时，母分合上，由另一进线电源带全部负荷，如出现过负荷，可暂时停掉一些不重要负荷，从而保证供电的可靠性。车间变压器分列运行，可以有效的限制610KV侧的短路电流。在计算系统的短路电流时可分为两类来计算：一类是带车间变压器的支路计算；一类是带高压电机的支路计算。这两类的计算过程有所不同，以带车间变压器的短路计算为例：1.2公里电源电缆k-1k-2k-3G0.4公里图3.2 短路计算电路图具体的计算以NO.1变电所1250KVA变压器为例1确定基准值取=100MVA，2计算短路电流中各主要元件的的电抗标么值1）电力系统的电抗标幺值最大运行方式下：最小运行方式下：2）电力线路的电抗标幺值3）电力变压器的电抗标幺值3求k-1点的短路电路总的电抗标么值和三相短路电流和短路容量1）总电抗标么值最大运行方式：最小运行方式：2）三相短路电流周期分量有效值最大运行方式：(KA)最小运行方式：(KA)3）其他三相短路电流最大运行方式：最小运行方式：4）三相短路容量最大运行方式：最小运行方式：4k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1）总电抗标么值最大运行方式：最小运行方式：2）三相短路电流周期分量有效值最大运行方式：(KA)最小运行方式：(KA)3)其他三相短路电流最大运行方式：最小运行方式：4）三相短路容量最大运行方式：最小运行方式：5. k-3点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量1）总电抗标么值最大运行方式：最小运行方式：2）三相短路电流周期分量有效值最大运行方式：(KA)最小运行方式：(KA)3）其他三相短路电流最大运行方式：最小运行方式：4）三相短路容量最大运行方式：最小运行方式：表3.3 NO.1变压器容量为1250KVA的支路短路计算结果短路计算点运行方式三相短路电流/KA三相短路容量Sk（3）/MVAIk3）I（3）I（3）ish（3）Ish（3）k-1点最大运行方式9.8719.8719.87125.1714.91107.758最小运行方式7.8027.8027.80219.89511.7885.179k-2点最大运行方式9.5029.5029.50224.2314.35103.734最小运行方式7.6727.6727.67219.5611.5883.712k-3点最大运行方式31.53131.53131.53158.01734.36821.896最小运行方式30.0230.0230.0255.2332.7220.846变压器容量为800KVA,1250KVA,800KVA的支路的短路计算过程与上述计算过程类似，过程从略，具体见下列个表表3.4 NO.2变压器容量为800KVA的支路短路计算结果短路计算点运行方式三相短路电流/KA三相短路容量Sk（3）/MVAIk3）I（3）I（3）ish（3）Ish（3）k-1点最大运行方式9.8719.8719.87125.1714.91107.758最小运行方式7.8027.8027.80219.89511.7885.179k-2点最大运行方式9.5029.5029.50224.2314.35103.734最小运行方式7.6727.6727.67219.5619.5683.712k-3点最大运行方式21.8421.8421.8440.1823.8115.17最小运行方式21.1121.1121.1138.8423.0114.65表3.5 NO.3变压器容量为1250KVA的支路短路计算结果短路计算点运行方式三相短路电流/KA三相短路容量Sk（3）/MVAIk3）I（3）I（3）ish（3）Ish（3）k-1点最大运行方式9.8719.8719.87125.1714.91107.758最小运行方式7.8027.8027.80219.89511.7885.179k-2点最大运行方式9.5029.5029.50224.2314.35103.734最小运行方式7.6727.6727.67219.5611.5883.712k-3点最大运行方式31.53131.53131.53158.01734.36821.896最小运行方式30.0230.0230.0255.2332.7220.846表3.6 NO.4变压器容量为800KVA的支路短路计算结果短路计算点运行方式三相短路电流/KA三相短路容量Sk（3）/MVAIk3）I（3）I（3）ish（3）Ish（3）k-1点最大运行方式9.8719.8719.87125.1714.91107.758最小运行方式7.8027.8027.80219.89511.7885.179k-2点最大运行方式9.5029.5029.50224.2314.35103.734最小运行方式7.6727.6727.67219.5619.5683.712k-3点最大运行方式21.8421.8421.8440.1823.8115.17最小运行方式21.1121.1121.1138.8423.0114.653、6两相短路电流计算关于两相短路电流与三相短路电流的关系，可求得： (3-1)因此 (3-2)上式说明，无限大容量系统中，同一地点的两相短路电流为其三相短路电流的0.866倍。因此无限在容量系统中的两相短路电流，可在求出三相短路电流后利用式(3-2)直接求得。其它两相短路电流和等，都可按前面三相短路的对应公式计算。下面对k-1点的两相短路电流进行计算：已知k-1点的短路电流见上表，即可求得=8.56KA,=8.56KA=8.56KA,=21.8KA,=12.91KA。其它的两相短路电流计算相同，不再一一计算，具体数据见下表：表3.7NO.1变压器容量为1250KVA的支路短路计算结果短路计算点运行方式两相短路电流/KAIk3）I（3）I（3）ish（3）Ish（3）k-1点最大运行方式8.568.568.5621.812.91最小运行方式6.766.766.7617.2310.20k-2点最大运行方式8.238.238.2320.9812.43最小运行方式6.646.646.6416.9410.03k-3点最大运行方式27.3127.3127.3150.2429.76最小运行方式26.0026.0026.0047.8328.34表3.8NO.2变压器容量为800KVA的支路短路计算结果短路计算点运行方式两相短路电流/KAIk2）I（2）I（2）ish（2）Ish（2）k-1点最大运行方式8.568.568.5621.812.91最小运行方式6.766.766.7617.2310.20k-2点最大运行方式8.238.238.2320.9812.43最小运行方式6.646.646.6416.9410.03k-3点最大运行方式18.9118.9118.9134.7920.62最小运行方式18.2818.2818.2833.6419.93表3.9 NO.3变压器容量为1250KVA的支路短路计算结果短路计算点运行方式两相短路电流/KAIk（2）I（2）I（2）ish（2）Ish（2）k-1点最大运行方式8.568.568.5621.812.91最小运行方式6.766.766.7617.2310.20k-2点最大运行方式8.238.238.2320.9812.43最小运行方式6.646.646.6416.9410.03k-3点最大运行方式27.3127.3127.3150.2429.76最小运行方式26.0026.0026.0047.8328.34表3.10NO.4变压器容量为800KVA的支路短路计算结果 短路计算点运行方式两相短路电流/KAIk（20I（2）I（2）ish（2）Ish（2）k-1点最大运行方式8.568.568.5621.812.91最小运行方式6.766.766.7617.2310.20k-2点最大运行方式8.238.238.2320.9812.43最小运行方式6.646.646.6416.9410.03k-3点最大运行方式18.9118.9118.9134.7920.62最小运行方式18.2818.2818.2833.6419.933.7 短路电流的热效应和稳定度校验供电系统发生短路时，短路电流是相当大的。当它通过电器和导体时，一方面要产生很大的电动力，即电动效应；另一方面要产生很高的温度，即热效应。3.7.1短路电流的电动效应和动稳定度供电系统发生短路时，短路电流特别是冲击电流使相邻导体之间产生很大的电动力，可能使电器和载流部分遭受严重破坏，所以电路元件必须具有足够的电动稳定度，即电器和载流部分必须进行动稳定度校验。由于电缆的机械强度很好，无须校验其短路动稳定度。（1）短路时的最大电动力 系统发生两
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