某机床厂供配电系统的设计

1、本科毕业设计本科毕业设计题 目 清华机床厂供配电系统设计 学 院 工 学 院 专 业 电气化及其自动化 毕业届别 2011 届 姓 名 指导教师 职 称 教 授 甘肃农业大学教务处制 二一一年六月机床厂供电系统设计 第 1 页 共 50 页清华机床厂供配电系统设计小强（清华农业大学 工学院 07 农电班）摘要摘要：电力行业是国民经济的基础工业，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。电能是现代工业生产的主要能源和动力.随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。工厂供电系统的核心部分是变电所。本文是清华机床厂的供配电系统设计。以发电厂电气部

2、分、高电压技术、继电保护、供配电系统、电力工程基础等专业知识为理论依据，主要进行了该厂的降压变电所设计。设计主要包括：通过负荷重要性确定了工厂的供配电方式以及降压变电所电气主接线的选择；通过车间负荷的计算和无功补偿的计算，选择了各车间变电所和总降压变电所的变压器型号以及台数；通过短路电流的计算对线路以及设备进行了继电保护的设计：通过变电所的布局设置以及电压等级，对变电所进行了防雷与接地保护等。本设计对于建造一个安全、经济的变电所具有极为重要的参考价值。关键词关键词 ：供配电系统；负荷统计；短路电流计算；继电保护；防雷接地。Abstract:The electric power professi

3、on is the primary industry of national economy,it provides the motive of essential to have for the modern industry, agriculture, science technique and national defense. Energy modern industrial production is the major energy and power. With the development of modern civilization and progress, social

4、 production and life to the quality of power supply and management of the increasingly high demands. Factories power supply system is the core of the substation. The design is for the machine tool plant of Lan zhou for distribution design. The electric power plants to some, high-voltage technology,

5、such as protection for the theoretical basis of professional knowledge, high Voltage Substation on the main part of the plant design graduate training. Design steps include: Determined by the importance of the plant load distribution methods and step-down substation for the main electric connection

6、of choice; through the shop load calculation and the calculation of reactive power compensation, choose the workshop and the total step-down substation Transformer model and the number of Taiwan; by short-circuit current calculation of the lines and equipment for the protection of the design: the la

7、yout settings, and through the substation voltage level, carried out on the substation lightning protection and grounding protection. The design for the construction of a safe and economical substation has a very important reference value.Keywords ：Power supply system,Load counts, Short circuit Elec

8、tric current Secretly scheme against ，lightning protection.机床厂供电系统设计 第 2 页 共 50 页目 录第 1 章 设计任务书 .51.1 技术背景和设计依据 .51.1.1 变电所建设规模：.51.1.2 环境条件.51.2 设计的任务.61.3 设计的主要内容.61.4 设计提交成果.6第 2 章 方案设计及论证 .72.1 电气主接线.72.1.1 电气主接线的要求 .72.1.2 电气主接线基本形式 .72.1.2.1 有汇流母线单母线接线.82.1.2.2 有汇流母线双母线接线.82.2 电气主接线方案设计及分析.92.

9、2.1 电气主接线方案设计 .92.2.2 方案分析.10第 3 章 供配电系统的负荷计算 .113.1 供配电系统组成.113.2 负荷计算的目的与意义.123.3 计算负荷的确定.13第 4 章 供电系统方案设计与确定 .144.1 变配电所的总体布置设计 .144.1.1 变配电所总体布置的基本要求.144.1.2 变电所布置方案设计.14第 5 章 变压器的选择 .165.1 变压器容量、台数的确定原则.165.1.1 变电所主变压器容量确定原则.165.1.2 主变压器型式选择原则.165.2 各变电所容量和无功补偿计算 .175.2.1 变电所容量计算公式.175.2.2 各变电所

10、的无功补偿.175.2.3 各车间变电所无功补偿的计算.185.2.3.1 变电所 1 无功补偿的计算 .185.2.3.2 变电所 2 无功补偿计算 .185.2.3.3 变电所 3 无功补偿计算 .195.2.3.4 总降压变电所无功补偿 .195.2.4 无功补偿后变压器容量的计算及变压器的选择.195.2.4.1 变电所 1 变压器的选择 .195.2.4.2 变电所 2 变压器的选择 .20机床厂供电系统设计 第 3 页 共 50 页5.2.4.3 变电所 3 变压器的选择.205.2.4.4 总降压变电所变压器的选择.20第 6 章 短路电流及其计算 .216.1 短路的原因与后果

11、.216.1.1 短路及原因.216.1.2 短路的后果及短路计算的目的.216.2 短路电路的计算.226.2.1 变电所供电回路示意图.236.2.2 短路电流计算.23第 7 章 继电保护 .267.1 继电保护的任务与要求 .267.1.1 继电保护的任务.267.1.2 对继电保护的要求.267.2 供电系统的继电保护 .277.2.1 总降压变电所的继电保护.277.2.2 各车间变电所的继电保护.287.2.3 各车间变电所的具体继电保护设计（以变电所 1 为例设计）.297.2.3.1 输电线路的继电保护.297.2.3.2 变压器的保护.307.2.3.2 母线的保护.31第

12、 8 章 电力线和用电设备的选择 .328.1 各变电所线路导线截面的选择 .328.2 各变电所母线的选择 .358.2.1 35kv 供电线路母线选择.358.2.2. 10kv 供电线路母线选择 .358.2.3 断路器 QF 及隔离开关 QS 选择.368.2.3.1 35kv 侧断路 QF 及隔离开关 QS 选择.368.2.3.2 侧断路 QF 及隔离开关 QS 选择.378.2.3.3.电流继电器和时间继电器的选择 .388.2.3.4.电压互感器的选择 .398.2.3.5.高压开关柜的选择 .398.2.3.6. 总降压变电所主要设备清单 .408.2.3.7 子变电所主要电

13、气设备清单.42第 9 章 防雷与接地设计 .439.1 变电站的防雷保护 .439.2 变电站的进线段保护 .449.2.1 总降压变电所避雷器的选择： .449.2.2 车间变电所避雷器的选择 .45第 10 章 总结与建议 .4510.1 结论 .4510.2 建议 .46机床厂供电系统设计 第 4 页 共 50 页致 谢 .47参考文献 .48附录 1-清华机床厂主降压变电所电气主接线图.49附录 2-清华机床厂子变电所 2 电气主接线图.50机床厂供电系统设计 第 5 页 共 50 页第 1 章 设计任务书1.1 技术背景和设计依据 1.1.11.1.1 变电所建设规模： 变电所容量

14、：31.5MW 电压等级：35/10KV 出线回路数：35KV 2 回架空线；10KV 8 回架空线； 与变电所连电力系统短路容量 1000MVA； 负荷情况：最大负荷 30MW，最小负荷 15MW。 10 千伏侧负荷情况表：Tmax=5600 小时 COS=0.85 用户名称 最大负荷（KW） 线路长度（KM） 回路数 基础车间 260 6 1 齿轮车间 800 4 1 铸造车间 300 3 1 导轨车间 300 5 1 装配车间 380 4 1 维修车间 300 3 1 实验车间 450 2 1 行政办公 50 3 1 其中车间等处电压等级：10/0.4KV远景发展：10 千伏侧远景拟发展

15、 6 回电缆出线，最大综合负荷 18MW，功率因数 0.85 1.1.2 环境条件 年最高温度：40； 年最低温度：-20；年平均温度：20；海拔高度：1200M； 土制：粘土；雷暴日：30 日/年。 机床厂供电系统设计 第 6 页 共 50 页1.2 设计的任务 熟悉题目要求，查阅相关科技文献； 主接线方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容；） 选择主变压器； 短路电流计算； 电气设备选择； 配电装置设计； 防雷保护设计； 撰写设计说明书、绘制图纸。 1.3 设计的主要内容主要内容： 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 2-3个方案，经过技术经济比

16、较，确定最优方案； 选择主变压器：选择变压器的容量、台数、型号等； 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，计算短路电流，并列表汇总； 电气设备的选择：选择并效验断路器、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、选用设备的型号、数量汇总设备一览表； 配电装置设计； 防雷保护设计。 主要设计指标 本设计的变电所电气部分应具有可靠性、灵活性、经济性、并能满足工程建设规模要。 1.4 设计提交成果 设计说明书； 机床厂供电系统设计 第 7 页 共 50 页图纸：电气主接线图一张（1#图纸）； 第 2 章 方案设计及论证2.1 电气主接

17、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。2.1.1 电气主接线的要求可靠性：保证供电可靠性是电气主接线最基本的要求，通常从以下几个方面来考虑主接线的可靠性：断路器检修时能否不影响供电；线路、断路器或母线故障时以及母线或隔离开关检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对、类负荷的供电；发电厂或变电站全部停电的可能性；大型机组突然停运时，对电力系统稳定运行的影响与后果等。灵活性：电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的切换既能灵活地投、切某些机组、变压器或线路，调配电源和

18、负荷，又能满足系统在事故、检修与特殊运行方式下的调度要求，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。设计主接线时应留有发展和扩建的余地，必要时，还要考虑到从初期接线过渡到最终接线的可能性和分阶段施工的可行方案。经济性 ：投资省；占地面积少；电能损耗少。2.1.2 电气主接线基本形式有汇流母线的接线：单母线接线，双母线接线，一台半断路器接线 。无汇流母线的接线：单元接线、桥型接线、角型接线机床厂供电系统设计 第 8 页 共 50 页2.1.2.1 有汇流母线单母线接线单母线接线：只有一组母线的接线 ,进出线并接在这组母线上。优点：简单清晰、设备少、投资小、运行操作方便，且有利于扩建。缺点是

19、：可靠性和灵活性较差。单母线分段接线：避免单母线接线可能造成全厂停电的缺点 ，提高供电可靠性及灵活性.这种接线方式广泛用于中、小容量发电厂的 610KV 主接线 6220KV 变电所配电装置中。610kV 配电装置的出线回路数不超过 5 回；3563kV 配电装置的出线回路数不超过 3 回；110220kV 配电装置的出线回路数不超过 2 回。单母线带旁路接线接线：检修出线断路器，不致中断该回路供电 2.1.2.2 有汇流母线双母线接线双母线接线特点：每回线路都经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接，母线之间通过母线联络断路器 QF（简称母联）连接。优点：可靠性和灵活性大大提高 ：可以轮

20、流检修母线 ；一组母线故障后，可将接在其上的回路倒闸到另一组母线上；检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开该回路和与此隔离开关相连的母线；可用母联断路器代替任一回路的需要检修的断路器，而只需短时停电（需要跨条连接） ； 在个别回路需要单独进行试验时可以将该回路分出来；亦可用一组备用母线作为熔冰母线；便于扩建 。缺点：倒闸操作比较复杂，在运行中隔离开关作为操作电器，容易发生误操作。尤其当母线出现故障时，须短时切换较多电源和负荷；当检修出线断路器时，仍然机床厂供电系统设计 第 9 页 共 50 页会使该回路停电。配电装置复杂，投资较多，经济性差。2.2 电气主接线方案设计及分析2.2.1 电气主接

21、线方案设计方案一：电源进线采用双电源，在主变电所电源进线侧采用双母线接线，其中一个电源为工作电源，另一个为备用电源。主变电所的主变高压侧采用单母线分段方式，低压侧采用单母线分段方式，各个子变电所采用的是单母线分段的主接线方式。方案一图如图 2-1 所示。 图 2-1 电气主接线方案一方案二：电源进线采用双电源，主变电所的电源进线侧采用双母线接线，其中一个电源为工作电源，另一个为备用电源。主变电所的高压侧采用单母线分段方式，低压侧双母线分段方式，各个子变电所采用的是单母线分段的主接线方式。方案三：电源进线采用双电源，主变电所的电源进线侧采用单母线接法，其中一个电源为工作电源，另一个为备用电源。主

22、变电所的高压侧采用无母线接线方式，低压侧采用单母线接线方式，各个子变电所采用的是单母线带旁路母线的主接线方式.机床厂供电系统设计 第 10 页 共 50 页图 2-2 电气主接线方案二图 2-3 电气主接线方案三2.2.2 方案分析单母线分段：优点：简单清晰，设备少，投资少，运行操作方便，当某一进线断路器故障或检修时，可维持两台变压器同时运行向负荷供电。缺点：可靠性和灵活性较差。无母线接线：线路变压器组接线是无母线的一种方式。缺点：由于无汇流母线，不利于功率的汇集和平均分配，当某一进线断路器故障或检修是，该回路必须暂时停用，导致过负荷运行。内桥接线:机床厂供电系统设计 第 11 页 共 50

23、页优点：高压断路器数量少，两个回路只需三台断路器。缺点:变压器的切除和投入较复杂。需要动作两台断路器。影响一回路暂时停运；桥形断路器检修时，两回路需要解列运行，当进线短路器检修时，线路需要长时间停运。根据可靠性方面看来讲，对于 35kv 等级的高压母线母线采用双母线接线方式要比单母线接线方式可靠的多，对于 35kv 的变电所母线的接线方式在可靠性保证的前提下才能去考虑经济性。据以上分析比较，无母线接线可靠性差，故放弃无母线接线方式，从技术上选择单母线分段和内桥接线。从经济上分析可知，由于内桥式接线当中高压断路器数量少，且由于断路器的价格非常昂贵，尽量少用断路器就会节省很多投资，这样比较下来，内

24、桥式接线方式比较经济。最终确定方案二比较经济合理。第 3 章 供配电系统的负荷计算供配电系统包括工业企业供配电系统和民用建筑供配电系统，它是电能的用户，也是电力系统的组成部分。电能是现代工业生产和社会生活中的主要能源和动力，由于电能的生产、输送、分配和使用的全过程是在同一瞬间完成的，在了解供配电系统之前，先了解一下电力系统的情况。3.1 供配电系统组成各类电能用户为了接受从电力系统输送来的电能，就需要有一个内部的供电系统。内部供配电系统是指从电源线路进用户到高、低压用电设备止的整个电路系统，它由高压及低压配电线路、变电所（包括配电所）和用电设备组成。供配电系统的构成与其负荷的重要性及大小等因素

25、有关。电力负荷的分级：按 GB50052-1955供配电系统设计规则规定，电力负荷根据供电可靠性及中断供电（事故）在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。一级负荷 一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者，或者供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏。重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国名经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等，一级负荷如矿井、电机床厂供电系统设计 第 12 页 共 50 页炉炼钢、电解槽、特种化工、医院手术室、重要交通枢纽。重要港口、重要宾馆、电台、高精端科研部门、军事机关与基地等。在一级负荷中，中断供电将发生中

26、毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要的场所中不允许中断供电的电荷，应视为特别重要的负荷。在工业生产中，如正常电源中断时处理安全停产所必需的应急照明、通信系统；保证安全停产的自动控制装置等。在名用建筑中，如大型金融中心的关键电子计算机系统和防盗报警系统；大型国际比赛馆的记分系统以及监控系统等；国宾馆、国家积极承担大国事活动会堂等。二级负荷 中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，或影响重要用户的正常工作，或造成公共场所秩序混乱者为二级负荷。在工业生产中，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱徐长时间才能恢复的以及重点企业大量减产等；其它如交通枢纽、通信枢纽。大型影剧院、大型商场和高

27、层建筑等。三级负荷 不属于一级负荷和二级负荷的电力负荷。这次“清华机床厂供配电系统”属于二级负荷，设计时要根据二级负荷的要求进行设计3.2 负荷计算的目的与意义供配电系统的设计，首先要根据用户的基本资料及用电设备的容量，对系统中各个环节的电力负荷进行系统的计算，其目的是确定供配电系统方案，并选择其中的各个元件（如电力变压器，开关设备、导线及电缆等），以使其满足正常运行时负荷电流热效应的要求。另外，负荷计算也是合理进行无功功率补偿的重要依据。这种根据用电设备容量统计计算出来的，用来按发热条件选择供配电系统中各元器件的负荷值，称为计算负荷。按计算负荷选择的电气设备、导线和电缆。在计算负荷下连续运行

28、时，其发热温度不会超过允许值。显而易见，计算负荷应是电气元件连续运行时能够承担的最大负荷。用户的用电设备品种繁多、数量大、工作情况复杂，实际用电电荷或所需电量并不是用电设备容量的简单相加。如何根据用电设备的资料正确估计计算负荷，直接影响到电气设备和导线、电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定过大。那么将使电气设备和导线、电缆选择的过大。造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定过小，那么有将使电气设备和电缆、导线处于过负荷运行，增加电能损耗，产生过热现象，导致绝缘过早老化甚至烧毁，同样会造成损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。但机床厂供电系统设计 第 13 页 共 50 页是影响计算负

29、荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定的规律可循，但仍难准确确定计算负荷的大小。实际上，负荷也不是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织形式、生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关，因此负荷计算只能力求接近实际。“电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小3.3 计算负荷的确定据资料查知同时系数在泵系设计中取 Kd=0.9,本次设计要求的功率因数为 0.85用到的公式为 30.depk p303030303030tancos3/NUQPSPIS其中 为额定电压NU表 4-1 各车间的计算负荷为下表车间名车有功功率（kW）

30、无功功率 （kvar） 视在功率（MV.A）短路电流(A)基础车间234145.08275.30418.275齿轮车间720446.40847.061286.97铸造车间270167.40317.65482.615导轨车间270167.40317.65482.615装配车间342212.04402.35611.312维修车间270167.40317.65482.615实验车间 405251.10476.47723.923行政办公 4527.9052.9480.434机床厂供电系统设计 第 14 页 共 50 页第 4 章供电系统方案设计与确定4.1 变配电所的总体布置设计4.1.1 变配电所总

31、体布置的基本要求变配电所的布置是在其位置与数量、电气主接线、变压器型式、数量及容量确定的基础上进行的，且与变电所的形式密切相关。变电所总体布置满足一线要求 便于运行维护 有人值班的变配电所，应设单独值班室，且尽量靠近高、低压配电室。高、低压配电室与值班室应直通或经过通道相同。低压配电室也可兼做值班室，但保证安全距离。有人值班的独立变配电所，宜设有厕所和及排水设施。 保证运行安全 户内变电所的每台油量为 100Kg 及以上的三相油鳹式变压器，应装设在单独的变压器室内，其门应朝马路开。高压电容器柜一般也要设在单独的电容器室内，低压电容器柜可与低压开关柜同室布置，但容量较大时也应单独设室。高、低压电

32、容器室、配电室的门应向外开或双向开启。变配电装置要有足够的安全净距和维护操作通道。变配电所应设置防止雨、雪和小动物从采光窗、通风窗、门或电缆沟等进入室内的设施。另外，变配电所还应设置考虑防火、通风等要求。 便于进出线 如果是高压架空进线，那么高压配电室宜位于进线侧。变压器的安装位置宜靠近低压配电室。低压配电室宜位于其低压架空出线侧。 节约土地与建筑费用 高压开关柜的数量少时，可和低压配电屏同室布置。高压配电所应尽量与邻近的车间变电所合建。 适应发展要求 高、低压配电室内，宜留有适当数量配电装置的备用位置。变压器室应考虑到扩建时有更换大一级容量变压器的可能。4.1.2 变电所布置方案设计方案一如

33、下图 4-1 所示 机床厂供电系统设计 第 15 页 共 50 页总降压变电所变电所 1变电所 2变电所 3铸造车间维修车间行政办公导轨车间基础车间装配车间齿轮车间实验车间 图 4-1 清华机床厂供配电系统方案一方案二如下图 4-2 所示总降压变电所变电所 1变电所 2变电所 3变电所 4齿轮车间行政办公基础车间导轨车间维修车间铸造车间装配车间实验车间 图 4-2 清华机床厂供配电系统方案二方案分析:方案一: 将距离相同或差不多的车间设置在一个变电所，且三个变电所的总容量差不多，便于在总变电所选择变压器时有更好的余量，且可以选择大容量电压器以降低经济投入。机床厂供电系统设计 第 16 页 共

34、50 页方案二:相比方案一，方案二的优点：四个变电所的容量也很平均，且每两个变电所的容量也很平均，在总降压变电所选择变压器时可以用容量相同类型相同的变压器，以便在负荷变换时方便切换。缺点:相比方案一，方案二多了一个变电所，这无形中就增加了变电所建筑投入和占地投入，同时也增加了变压器的数量，在继电保护方面啊有了更大的投入。 综上比较，本设计采用方案一。第 5 章 变压器的选择5.1 变压器容量、台数的确定原则 主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统 510 年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级已经接入系统的紧密程

35、度等因素，进行综合分析和合理选择。 5.1.1 变电所主变压器容量确定原则变电所主变压器容量，一般应按 510 年规划负荷来选择。根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足类及类负荷的供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的 70%80%。5.1.2 主变压器型式选择原则相数的确定:330kV 及以下电力系统，一般都应选用三相变压器 变压器制造条件和运输条件的限制，选用三台单相变压器组成. 绕组接线组别的确定:变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，

36、否则，不能并列运行。变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定:110kV 及以上电压，变压器三相绕组都采 用“YN”连接；机床厂供电系统设计 第 17 页 共 50 页35kV 采用“Y”连续，其中性点多通过消弧线圈接地；35kV 以下高压电压，变压器三组绕组都采用“D”连接。调压方式的确定:切换方式有两种：不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在22.5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达 30%。5.2 各变电所容量和无功补偿计算5.2.1 变电所容量计算公式 总的用功计算负荷 3030.iPPKP总的无功计算负荷 3030.iqQKQ以上两式中的和分别为各设备的有

37、功和无功计算负荷之和。、30.iP30.iQqK为无功和有功计算负荷的同时系数，可取=0.93-0.97, =0.90-0.95PKqKPK总的视在计算负荷 总的计算电流22303030SPQ3030/ 3NISU各变电所计算负荷如下表所示变电所名称总有功计算负荷(KW).1SUMP总无功计算负荷(Kvar)SUMQ总视在计算负荷(MV.A)SUMS总的计算电流（A）SUMI变电所 1544.05344.565643.98437.180变电所 2786.78498.294926.95053.518变电所 31046.25662.6251238.43071.501总降压变电所2939.37214

38、00.10013255.79353.707备注其中在子变电所时取 0.95，总变电所时取 0.93 在子变电qKPK所取 0.93，总变电所时取 0.905.2.2 各变电所的无功补偿在用电单位，大量的用电设备是异步电动机、电力变压器、电焊机、电弧炉及气体机床厂供电系统设计 第 18 页 共 50 页放电灯等感性负荷，从而使功率因数低。若在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，上达不到规定功率因数时，则需要人工补偿。 无功补偿的基本原理：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联在同一电路中，能量在两种负荷之间相互交换，这样，感性功率负荷所需要的无功功率可由容性功率负

39、荷输出的无功功率补偿。当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置，这种方法安装方便，建设周期短、造价低、运行维护简便以及自身损耗小。5.2.3 各车间变电所无功补偿的计算由于变电所 1，变电所 2、变电所 3 都采用 10kv 供电线路，则取工厂变电所高压侧cos=0.95，满足 10kv 供电时，工厂变电所高压侧的要求。cos0.95.2.3.1 变电所 1 无功补偿的计算.544.05sum cakwP1.344.565 varSUMcakQ1.643.984.SUMcakv AS则11.1.0.845cos/SUMcaSUMcaPS11.tan(arccos0.845)tan(arc

40、cos0.95)544.05(0.6330.329)165.39 varcSUMcakQP5.2.3.2 变电所 2 无功补偿计算SUM2.caP786.78kw=2.498.294 varsumcakQSUM1.ca926.950kv.AS=则22.2.0.849cos/SUMcaSUMcaPS22.tan(arccos 0.849) - tan(arccos 0.95) 786.78(0.622 - 0.329)230.53 varcSUMcakQP机床厂供电系统设计 第 19 页 共 50 页5.2.3.3 变电所 3 无功补偿计算3.1046.25sum cakwP3.662.623

41、varsum cakQ1.1238.430 .SUM cakv AS则33.3.cos0.845/SUMcaSUMcaPS33.tan(arccos0.845)tan(arccos0.95)1046.25 (0.633 0.329)314.92 varcSUMcakQP5.2.3.4 总降压变电所无功补偿由于总降压变电所采用 35kv 供电线路，则取工厂变电所高压侧，满足 35kvcos0.92供电时，工厂变电所高压侧的要求。cos0.9.2139.372sum cakwP.1400.1001 varsum cakQ.2556.793 .SUM cakv AS则.cos0.837/SUM ca

42、SUM cazPS.tan(arccos0.837)tan(arccos0.92)2139.372 (0.6580.426)496.334 varczSUM cakQP5.2.4 无功补偿后变压器容量的计算及变压器的选择5.2.4.1 变电所 1 变压器的选择 则取1165.39 varCkQ 1200 varCkQ222211.1.1(544.05)(344.565200)562.93.()SUMcaSUMcaCKV ASPQQ当占所选变压器容量的 70%时，所选变压器效率最高，符合要求。1S 则变电所 1 所选的变压器是：S9-M-800 型变压器。11804.19./0.7KV ASS机

43、床厂供电系统设计 第 20 页 共 50 页5.2.4.2 变电所 2 变压器的选择 则取2230.53 varCkQ2250 varCkQ222222.2.2(786.78)(498.294250)825.03.()SUMcaSUMcaCKV ASPQQ当占所选变压器容量的 70%时，所选变压器效率最高，符合要求。2S 则变电所 2 所选的变压器是：S9-M-1250 型变压器。220.71178.61./KV ASS5.2.4.3 变电所 3 变压器的选择 则取3314.92 varckQ 3350 varCkQ222233.3.3(1046.25)(622.623350)1081.19.

44、()SUMcaSUMcaCKV ASPQQ当占所选变压器容量的 70%时，所选变压器效率最高，符合要求。3S 则变电所 3 所选的变压器是：S9-M-1600 型变压器。330.71544.55./KV ASS5.2.4.4 总降压变电所变压器的选择 则取496.334 varczkQ 500 varCzkQ 2222.(2139.372)(1400.1001600)2284.08.()czSUM caSUM caCzKV ASPQQ当占所选变压器容量的 70%时，所选变压器效率最高，符合要求。czS 则总降压变电所选的变压器是是、SZ9-M-4000/35 型变压器。0.73262.97./

45、czczKV ASS 由于总降压变电所采取两回路进线的供电线路，为方便供电，提高变电所的供电可靠性，根据计算结果及要求，可有两台变压器，分别为变压器 1、变压器 2，变压器 1 负责给变电所 1 和变电所 2 供电，可选变压器的容量为 2500KV.A，即 SZ9-2500/35 型变压器；变压器 2 负责给变电所 3 供电，可选变压器 2 的容量为 2000KV.A，即 SZ9-2000/35型变压器。机床厂供电系统设计 第 21 页 共 50 页第 6 章 短路电流及其计算6.1 短路的原因与后果6.1.1 短路及原因供配电系统在运行过程中，不可避免地会发生各种故障和不正常运行状态，其中最

46、常见的也是最为严重一种是短路。短路是指供配电系统中不同电位的导体之间的低阻性短接。引起电路发生的原因有很多，主要有以下方面：电气绝缘损坏 由于设备长期运行，绝缘自然老化而损坏；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导致短路。误操作 工作人员由于未遵守安全操作规程而发生误操作；或者误将低电压的设备接入到较高电压的电路中而造成的击穿短路。鸟兽危害 鸟兽跨在裸露的相线之间或相线与接地物体之间；咬坏设备导线电缆的绝缘，也是导致短路发生的一个原因。6.1.2 短路的后果及短路计算的目的在供配电系统中发生短路事故后，短路电流往往要比正

47、常负荷电流大得多，可达几万安培甚至几十万安培。如此大的短路电流对电力系统可产生极大的危害。短路电流通过电气设备时，温度急剧上升，会使绝缘老化或损坏；同时产生很大的电动力，会使设备载流部分发生机械形变甚至损坏。短路会使系统电压骤降，影响系统其他设备的正常运行。短路可能造成停电事故，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成的损失也就越大。严重的短路会影响电力系统运行的稳定性，可是并列运行的发电机组失去同步，造成电力系统裂解。电力系统发生不对称短路时，其电流会产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设备产生电磁干扰，影响其正常工作，甚至发生误动作。机床厂供电系统设计 第 22 页 共 5

48、0 页6.2 短路电路的计算公式如下表 6-1 所示。 图表 6-1 短路电流计算公式及参数列表参数名称有名值标幺值说明功率SbSSS一般取100bMVAS 电压UbUUU一般取bavUU电流IbIII3ddSdUI电抗X2bbbXSXXUX是以为基准容量的标XbS幺值变压器电抗2%100/TKNNXUUS%100KbTNUSXS线路电抗LXXL12LbbX LSUX为线路每公里电抗值1X电抗器电抗100(%)/3RRNNXXUI%10023SUXNbRXRI UNb为电抗器铭牌上的数%RX值系统等值电抗2/SNKXUS3bbKKNSSSSI UX为某点短路电容，为KSKI该点三相短路电流电动

49、机电抗2%100NKNMUUSXbSTNMSKSX为启动电流STK机床厂供电系统设计 第 23 页 共 50 页6.2.1 变电所供电回路示意图图 6-1 清华机床厂供电示意图6.2.2 短路电流计算查相关资料：6-10kv 架空供电线路，电力线路每相的单位长度电抗平均值为0.38，6-10KV 电缆线电力线路每相的单位长度的电抗平均值为 0.08/km.km变压器的容量为 2500,查表得;1TKV A%6.5KU变压器的容量为 800,查表得;2TKV A%4KU变压器的容量为 1250,查表得;3TKV A%4KU变压器的容量为 2000,查表得;4TKV A%5KU变压器的容量为 16

50、00,查表得;5TKV A4%KU选基准值： , , .100bMV AS10.4bKVU210bKVU则 1110033 0.4144.3bbbSUKAI 2210033 105.77bbbSUKAI计算各阻抗元件标幺值：10 1223511000.38200.62bavSUXx l机床厂供电系统设计 第 24 页 共 50 页%3116.51001001002500 102.6KbTTUSSX0 22210221000.08 0.20.016bavSUXx l%3210042100100800 105KbTUSTSX2210230 31000.08 0.30.024bavSUXx l%33

51、100431001001250 103.2KbTUSTSX223510 410040.38 200.62bavSUXx l%34510041001002000 102.5KbTUSTSX0 32210210050.08 0.30.024bavSUXx l%35100451001001600 102.5KbTUSTSX则清华机床厂供电等值图如下图 6-2 图所示 图 6-2 清华机床厂供电等值图当个短路点短路时，从电源到各短路点的总阻抗标幺值计算：(1)11*220.622.60.01658.236KTTXXXXX 机床厂供电系统设计 第 25 页 共 50 页(2)11*330.622.60.

52、0243.26.444KTTXXXXX(3)44*550.622.52.50.0245.644KTTXXXXX(4)11*0.622.63.22KTXXX(5)441*0.622.53.12KXXX计算短路电流的周期分量和冲击电流(短路电流)：周期分量标幺值的计算：(1)11(1)8.2360.121KKXI (2)11(2)6.4440.155KKXI(3)11(3)5.6440.177KKXI(4)11(4)3.220.311KKXI(5)11(5)3.120.320KKXI周期分量有效值的计算：(1)(1)10.121 144.317.46()KKbKAIII (2)(2)10.155

53、144.322.37()KKbKAIII(3)(3)10.177 144.325.54()KKbKAIII(4)(4)20.311 5.771.794()KKbKAIII(5)(5)20.320 5.771.846()KKbKAIII短路电流的计算：取冲击系数：对于高压侧 ， 1.8shK2.55shIi 对于低压侧 ， 1.3shK1.84shIi则短路电流：(1)(1)1.84 17.4632.126()sh kmKKAiK I3(2)(2)1.84 22.3741.161()sh kmKKAiK I机床厂供电系统设计 第 26 页 共 50 页(3)(3)1.84 25.5446.994

54、()sh kmKKAiK I(4)(4)2.55 1.7944.575()sh kmKKAiK I(5)(5)2.55 1.6464.707()sh kmKKAiK I第 7 章 继电保护7.1 继电保护的任务与要求7.1.1 继电保护的任务供配电系统在运行过程中，不可避免的发生一些故障或处于不正常工作状态。最常见的故障是各种形式的短路；不正常运行状态主要有过负荷、设备温度升高等。故障或不正常运行状态若不及时处理或处理不当。就可能引发事故。为保证供配电系统安全可靠的运行，系统中各主要电气设备和线路必须装设保护装置，其基本任务是:自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继

55、续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件(如有无经常值班人员)而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短的运行波动造成不必要的动作和干扰而引起的误动。继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。7.1.2 对继电保护的要求供配电系统对继电保护装置有以下要求： 可靠性：可靠性包括安

56、全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。所谓安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。所谓信赖性是要求继电保护机床厂供电系统设计 第 27 页 共 50 页在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。安全性和信赖性主要取决于保护装置本身的制造质量、保护回路的连接和运行维护的水平。一般而言，保护装置的组成元件质量越高、回路接线越简单，保护的工作就越可靠。同时正确的调试、整定、运行及维护，对于提高保护的可靠性都具有重要的作用。选择性：所谓选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器

57、拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。速动性：所谓速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。灵敏性：灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。能满足灵敏性要求的继电保护，在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。7.2 供电系统的继电保护7.2.1 总降压变电所的继电

58、保护 供电线路采用方向电流保护。方向电流保护装置动作选择性是依照逆向阶梯原则的时限特性和方向元件来保证的。方向过电流保护采用的继电器和接线都比较简单，故运行中动作可靠。因此方向过电流保护主要用于 35kv 及以下电网。常用三段式方向电流保护作为相间断路地主保护，某些情况下可以用自动重合闸来补助。 变压器采用定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护和气体保护。变压器的气体保护即为气体继电器的保护，又称瓦斯保护，是油浸式变压器内部保护一种基本的继电保护装置。气体保护的主要器件是气体继电器。他装设在变压器的油箱和储油柜之间的连通管上。变压器的定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路图

59、7-1 如下：机床厂供电系统设计 第 28 页 共 50 页 图 71 定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护综合电路图表 7-1 定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护继电器的选择序号型号动作电流(A)整定电流/时限整定KA1、KA2DL-25C5O25-100AKA3、KA4DL-25C2912.5-50AKA5、DL-25C13.112.5-50A1KTDS-31/2X动作时间为 0.5s0.1251.25s2KTDS-32/X动作时间为 0.3s0.5-5sKCODZ-31B动作电压不大于 0.7NU动作时间为 0.05sKS1、KS2、DX-11动作电压不大于 0.6NU-母

60、线保护采用不完全差动电流保护。不完全差动电流保护由于只需在供电元件上装设母线保护用的电流互感器，而不需要在母线的全部出线连接上装设，因而大大降低了设备费用，简化了保护接线。7.2.2 各车间变电所的继电保护供电线路采用三段式电流保护 。无时限电流速断保护只能保护线路的一部分，带时限的电流速断保护只能保护本线路全长，但不能作为相邻下一线路的后被保护，还必须机床厂供电系统设计 第 29 页 共 50 页采用过时限保护作为本线路和下一级线路的后备保护。输电线通常采用三段式电流保护，即由无时限电流速断作为第一段保护，带时限电流速断保护作为第二段保护，定时限过电流保护作为第三段保护，构成一套保护装置。