中南大学电气工程课程设计--某冶金机械厂全厂供电系统的电气设计

1、电气工程基础课程设计 日期：2014年12月20日 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY设计题目：某冶金机械厂全厂供电系统的电气设计姓 名： 班 级： 指导老师： 摘 要本文是某冶金机械厂全厂供电系统的设计说明。设计的目的是通过对该电力用户所处的地理环境、地区供电条件、生产工艺和公用工程等用电负荷资料的分析，为该工厂寻找完善的供配电系统设计方案。电能是工业生产的主要能源，对整个工厂的正常生产起着举足轻重的作用，因此如何进行合理用电、安全用电、节约用电、高质量用电已经成为工厂建设和运行的主要问题之一。工厂的安全正常生产、节电节能、提高劳动生产率，都必须有一个安全、可靠、经济、合理供配

2、电能和使用电能的系统作保障，才能实现企业利润的最大化。 关键词：工厂供电；总降压（总配）变电所；电气主接线；短路计算；供电可靠性；电气设备选择；继电保护 目 录冶金机械厂全厂供电系统电气设计说明书1一、概述11.1 设计目的1设计内容11.3 设计要求1二、设计基础资料2总平面布置图2供用电协议2负荷情况2自然条件情况3其他4三、主变压器选择及主接线设计43.1 电力负荷计算43.1.1 需要系数法进行车间负荷计算53.1.2 电力线路损耗的计算143.1.3 电力变压器功率损耗计算153.1.4 无功补偿及补偿容量确定153.2 工厂变配电所电气主接线设计183.2.1 车间变电所位置的确定

3、183.2.2 车间变电所电压等级确定和主接线方案设计21四、短路计算254.1 计算短路电流的目的和任务254.2 短路计算的方法与步骤264.3 短路计算27五、电气设备的选择295.1 高低压电力网导线的选择295.1.1 10KV高压进线和引入电缆的选择305.1.2 低压出线的型号及截面选择315.1.3 备用电源高压联络线的型号及截面选择345.2 变电所一次设备的选择与校验35选择与校验电器的原则355.2.2 10KV高压电气设备的选择与校验375.3 380V低压电气设备的选择与校验445.3.1 低压开关电器：熔断器、断路器、刀开关。445.3.2 低压侧电流互感器和电压互

4、感器的选择46六、继电保护与二次回路方案设计476.1 继电保护486.2 电力变压器的保护49二次回路方案的选择556.2.2 变电所测量及计量仪表。566.2.3 中央信号装置。56七、其他577.1 防雷与接地57接地587.2 照明系统设计59照明系统设计的要求59总配电所照明系统设计的大致步骤59八、课程设计总结与心得60参考文献60附图全厂供电系统电气主接线图冶金机械厂全厂供电系统电气设计说明书一、概述1.1 设计目的Ø 在电气工程基础学习的基础上，加强对供电理论的应用。Ø 培养综合运用所学知识，分析问题并解决问题的能力Ø 培养初步的工程设计能力，掌握

5、电气工程设计的步骤及方法，编写设计说明书，并按国家标准绘制工程图样。本次课程设计针对给定的某冶金机械厂，只完成电气部分的初步设计，未进行施工图设计。具体设计内容如下：1) 由配出电压和用电设备的电压要求，参考国家规定的标准电压等级确定车间变电所的电压级别2) 采用需要系数法计算负荷。按对负荷可靠性要求，确定车间变电所电气主接线；按车间变电所低压母线的计算负荷确定变电器的容量和台数3) 选择高低压电力网的导线型号与截面。支线和干线按发热条件选择，进线电缆按经济性、电流密度选择，按允许发热、电压损失和短路的热进行校验4) 改善功率因数装置设计（高压侧最大功率时功率因数不应低于0.9，低压侧不应低于

6、0.85）5) 短路电流计算，绘制计算电流和等值电路图，确定短路点，计算出各短路点的最大和最小短路电流值及短路容量6) 车间变电所一次设备的选择与校验7) 继电保护装置的设计8) 变电所防雷保护的装置设计（选做）1.3 设计要求要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求提交设计计算书及说明书，绘出设计图纸。二、设计基础资料设计总平面布置图如下图2-1所示图2

7、-1 设计总平面布置图按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10Kv的公用电源线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ185,导线为等边三角形排列，线距为米；电力系统馈电变电站距本厂6km,该干线首端所装高压断路器的断流容量为500MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为秒。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压或低压联络线由邻近的单位取得备用电源。本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4800h，日最大负荷持续时间8h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力

8、设备均为三相，额定电压为380V。照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。全厂各车间负荷计算表如表2-1所示表2-1 全厂各车间负荷计算参考表厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量/kW需要系数功率因数1仓库动力72照明42铸造车间动力320照明103锻压车间动力250照明104金工车间动力240照明85工具车间动力350照明106电镀车间动力220照明107热处理车间动力200照明88装配车间动力200照明109机修车间动力150照明610锅炉房动力160照明3宿舍区照明250（1）气象条件Ø 最热月平均最高气温为31.5；Ø 年最高气温为40；Ø 土壤中米深

9、处一年中最热月平均温度为；Ø 年雷暴日为天；Ø 土壤冻结深度为米；Ø 夏季主导风向为东风。（2）地质及水文条件Ø 本厂所在地区平均海拔130mØ 地层以沙粘土为主，Ø 地下水位为3m考虑安全可靠、技术先进、经济合理的要求进行设计，未尽事宜按照设计常规假设。三、主变压器选择及主接线设计 3.1 电力负荷计算供电系统要能安全可靠的正常运行，其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。计算负荷（

10、calculated load），即通过负荷统计计算求的，用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。根据计算负荷仙子的电气设备和导线电缆，如果以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。由于导体通过电流达到稳定温升的时间大约需要（3-4），为发热时间常数。截面在16以上的导体，其，因此载流导体大约经过30min(半小时)后可达到稳定温升值。由此可见，计算负荷实际上与从负荷曲线上查得的半小时最大负荷（亦即年最大负荷）是基本相当的，所以计算负荷也可认为就是半小时最大负荷。工厂供电系统负荷计算的目的是确定工厂最大负荷，作为按允许发热条件选择供电变压器、输电线路导线及开关电器等电气设备的依据。负荷

11、计算的内容包括：1 设备容量（装机容量），是设备铭牌上的额定容量或额定功率。本项值在基础资料负荷计算参考表中已提供，无须计算。2 计算容量（计算负荷）：是选择变压器、确定备用电源容量，确定无功功率补偿容量的依据。3 计算电流：是计算负荷在额定电压下的电流。是寻找变压器、电器元件、电缆、导线，计算电压偏差、功率损耗的依据。4 尖峰电流：是负荷起动时的最大电流。是计算电压降、电压波动，选择电缆、导线，选择电气元件及保护元件的依据。电力负荷计算的方法主要有需要系数法、二项式法和单位产值耗电量法。需要系数法计算简单，对任何工业企业都适用，特别适用于长期工作制用电设备占主要负荷的车间，计算结果基本符合实

12、际。二项式法稍微麻烦一点，但它考虑了用电设备的数量和大容量用电设备负荷的影响，计算结果偏大。在实际工程配电设计中，广泛采用系数法。综合考虑，本设计中选用了需要系数法进行负荷的计算。3.1.1 需要系数法进行车间负荷计算下面对需要系数法的计算进行说明：l 三相用电设备组的计算负荷根据用电设备组的设备容量，即可算得设备的计算负荷：有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流 式中 设备组的需要系数； 设备组设备容量（KW）； 用电设备功率因数角；U 线电压（V）； 计算电流（A）。上述公式适用计算三相用电设备组的计算负荷l 单相用电设备的计算负荷单相设备接在三相线路上，应尽可能均衡分配，使三

13、相负荷尽可能均衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%，则不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按照三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过三相设备容量的15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。换算方法按以下两种情况进行换算。1 相负荷 在供配电设计中，应将相负荷尽量均匀地分配到三相之中，按照最大的单相设备乘以3，求得等效的三相设备容量，然后按上述公式求得计算电流（线电流）。（最大负荷相的单相设备容量）2 线间负荷 线间负荷是指额定工作电压为线电压的单相用电负荷，正常工作时，线间负荷换算为等效的相负荷，再按照相负荷求得计算电流。（

14、接于线电压的单相设备容量）l 配电干线或变电所的计算负荷 用电设备按类型分组后的多个用电设备组均连接在配电干线或变电所的低压母线上，考虑到各个用电设备组并不同时都以最大负荷运行，配电干线或变电所的计算负荷应等于各个用电设备组的计算负荷求和以后，再乘以一个同时系数，即配电干线或变电所低压母线上的计算负荷为：有功计算负荷 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流 式中 有功功率和无功功率的同时系数，一般取为0.80.9和0.930.97； 各用电设备组有功计算负荷之和（kW）； 各用电设备组无功计算负荷之和（kvar）； U 用电设备额定线电压（V）。注：因为各用电设备组类型不同，其功率因数也不尽相同

15、。所以，一般情况下，总的视在计算负荷不能按来计算，总的视在计算负荷或计算电流也不能取为各组用电设备的现在计算负荷之和或计算电流之和。下面进行各厂房的负荷计算：（其中，由于每个厂房的单相设备总容量均不超过三相设备总容量的15%，所以不论单相设备如何分配，单相设备可与三相设备综合按照三相负荷平衡计算）仓库:动力设备（三相）： 照明设备（单相）：总的车间计算负荷铸造车间:动力设备（三相）： 照明设备（单相）：总的车间计算负荷锻压车间:动力设备（三相）： 照明设备（单相）：总的车间计算负荷金工车间:动力设备（三相）： 照明设备（单相）：总的车间计算负荷工具车间:动力设备（三相）： 照明设备（单相）：总

16、的车间计算负荷电镀车间:动力设备（三相）： 照明设备（单相）：总的车间计算负荷热处理车间:动力设备（三相）： 照明设备（单相）：总的车间计算负荷装配车间:动力设备（三相）： 照明设备（单相）：总的车间计算负荷机修车间:动力设备（三相）： 照明设备（单相）：总的车间计算负荷锅炉房:动力设备（三相）： 照明设备（单相）：总的车间计算负荷宿舍区: 照明设备（单相）： 全厂变电的计算负荷:有功功率: 无功功率: 综合上述计算结果，用表3-1表示如下： 表3-1 机械厂各厂房负荷计算表厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量/kW需要系数功率因数计算负荷Pc(kw)Qc(kvar)Sc(kvA)IC(A)1

17、仓库动力721821照明432铸造车间动力320128照明103锻压车间动力25070照明104金工车间动力2406066照明865工具车间动力35095照明106电镀车间动力220110照明10（续表3-1）厂房编号用电单位名称负荷性质设备容量/kW需要系数功率因数计算负荷Pc(kw)Qc(kvar)Sc(kvA)IC(A)7热处理车间动力200100106照明868装配车间动力20080照明109机修车间动力15042照明610锅炉房动力16080照明3宿舍区照明2502000200小结全厂合计（取同时系数KP=0.85;KQ=0.95）/3.1.2 电力线路损耗的计算对于中小工厂，其线路

18、不长，功率损耗可忽略不计。3.1.3 电力变压器功率损耗计算对于610KV的低损耗变压器，可采用下述估算式进行计算：3.1.4 无功补偿及补偿容量确定由表3-1机械厂各厂房负荷计算表，该厂低压侧最大负荷时的功率因数为。该自然功率因数太低，不能满足供电部门的要求，由基础资料中设计要求，高压侧功率因数不应低于，低压侧功率因数不应低于，因此需要对其进行补偿。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时的功率因数应稍大于，在此暂取来计算380V侧所需无功功率补偿容量。无功补偿装置主要有三种：并联电容补偿、同步补偿机和静止无功补偿器。三种无功补偿装置的性能见表3-2。 表3-2 三种

19、无功补偿装置的比较并联电容器同步补偿机静止无功补偿器设备情况静止电器，设备简单旋转机械，要附属系统、设备复杂静止电器，设备复杂运行特性1.通过开关投切，属于静态无功补偿，2.属于快速动态无功补偿，响应速度快3.主要用于调相、调压使用范围2.主要用于电力系统枢纽变电站、换流站2.用于电力系统枢纽变电站、换流站运行要求和费用1.简单，运行维护要求低可以看出，采用并联电容器进行无功补偿是一种投资少、施工简单、见效快的补偿方式，在工厂中普遍采用并联电容器人工补偿，并联电容器补偿方式又可分为以下三种：1) 高压集中补偿。电容器装设在总降压变电所的高压电容器室内，与变电所二次高压母线相连，利用电压互感器放

20、电。2) 低压集中补偿。电容器装设在车间低压配电室或低压电容器室内，与低压母线并联。利用指示灯HL或放电电阻放电。3) 低压分散补偿。电容器装设在低压配电箱旁或与用电设备并联，用用电设备本身放电。由于集中补偿利于维护和管理，因此本设计采用低压集中补偿的方式。Ø 无功功率补偿容量的计算无功功率补偿容量的计算式为 对应于原来的功率因数的正切值 需要补偿到的功率因数的正切值因此，无功功率补偿容量为 Ø 并联电容器台数确定电容器实际容量与实际工作电压的平方成正比。即 式中为单只电容器的额定容量表3-2 并联电容器的常用型号及主要技术数据序号电容器型号额定电压（KV）额定容量(Kva

21、r)额定电容（F）频率（Hz）相数1424050124240503353015014122405015122405036142805017142805038125019165011012501 结合上表3-2 并联电容器的常用型号及主要技术数据，在这里选取电容器，采用PGJ1型无功功率补偿装置。PGJ 型无功功率补偿装置的一次方案图如下图3-1。 图3-1 PGJ 型无功功率补偿装置一次方案图采用2号主屏1台，电容器型，每屏112Kvar，采用8步控制，每步投入14Kvar。考虑到实际电压对补偿容量的影响，在实际电压下的实际容量为，最终选择2号主屏1台，4号辅屏4台相组合，总容量为：补偿后，

22、满足要求。可用下表3-3 表示无功补偿前后工厂的计算负荷： 表3-3 无功补偿前后工厂的计算负荷表项目计算负荷380V侧补偿前负荷380V侧无功补偿容量/380V侧补偿后负荷主变压器功率损耗/10KV侧负荷总计与补偿前相比，补偿后低压侧的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流都明显减小，功率因数显著提高。补偿前该变电所变压器的容量要选用1250KVA才能满足负荷用电需求，补偿后变压器容量选择1000KVA即可满足。同时，由于电流的减小，使补偿点以前系统中各元件上的功率损耗也相应降低，从而获得较为可观的经济效益。3.2 工厂变配电所电气主接线设计3.2.1 车间变电所位置的确定变电所所址选择是一项

23、复杂而繁锁的工作，不仅要综合考虑地区的经济发展和电网规划，还要对周围的环境进行分析研究，从而得出一个比较切合实际的最佳方案。1. 变电所的所址选择一般要求Ø 所址靠近供电区域负荷中心 通常先对变电所的供电对象，负荷分布情况以及近期和远期在电力系统中的地位作用，作出综合分析，选择比较接近负荷中心的位置作为所址，以便减少工程建设投资及电网损耗。Ø 使地区电源分布合理 应充分考虑变电所所在地区原有电源、新建电源及规划建设电源使电源布局分散，既可达到安全可靠供电的目的，又可减少二次网的投资和电网损耗。Ø 高低各侧进出线方便 统筹安排好变电所各级电压出线的走廊。不仅要使进出

24、线方便，而且要使送电线路交叉、跨越少，转角少。根据发展规划预留扩建位置。高压架空进出线路走廊的位置应同时确定。Ø 交通运输方便 不仅要考虑变电所施工时设备材料及变压器等大型设备的运输，还要考虑长期运行、检修的交通运输方便。一般情况下所址要靠近公路。公路引进路程要短，以便减少投资。2. 另外GB50053一9410kV及以下变电所设计规范规定: （1）装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内;当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。 （2）多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的变、配电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正

25、上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。 （3）高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的变、配电所。当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准GB50045-95高层民用建筑设计防火规范有关规定，采取相应的防火措施。 （4）露夭或半露天的变电所，不应设置在下列场所:有腐蚀性气体的场所。挑枪为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁。附近有棉、粮及其它易燃、易爆物品集中的露天堆放场。容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。3. 负荷中心的确定首先，作出以负荷圆表示的负荷指示图如

26、下图3-2所示：图3-2 负荷圆法绘制负荷指示图在工厂总平面图上，按适当的比例K（kW/mm2）作出各车间(建筑)及宿舍区的负荷圆。负荷圆的圆心一般选在车间或宿舍区的中央。圆半径(单位为mm)为式中车间或宿舍区的计算负荷(单位为kw)利用以负荷圆表示的负荷指示图，可以大致地判明负荷中心的位置。综合变电所位置选址所提出的各项原则及考虑到工厂日后的发展，确定变电所的位置。结合负荷指示图，各厂房负荷点坐标见下表3-4： 表3-4 各厂房负荷点坐标厂房编号用电单位名称横坐标X纵坐标Y1仓库2铸造车间3锻压车间4金工车间5工具车间6电镀车间7热处理车间8装配车间9机修车间10锅炉房11宿舍区 因此，可求

27、得负荷中心点的坐标为：（2316.69,1228.60）。在负荷指示图中可找出该点，如图3-2中红色指示圆处。因此，考虑将变电所建于该点附近。2、变配电所型式的选择 变配电所有屋内式和屋外式两大型式。屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择工厂总变配电所型式时，应根据具体地理环境，因地制宜;技术经济合理时，应优先选用屋内式。 负荷较大的车间，宜设附设式或半露天式变电所。 负荷较大的多跨厂房及高层建筑内，宜设车间内(室内)变电所或组合式成套变电站。 负荷小而分散的工厂车间及生活区，或需远离有易燃易爆危险及有腐蚀性车间时，宜设独立变电所。如户外环境正常，亦可设露夭式变电所。工厂的生活区，当变压器容量

28、在315kvA及以下时，宜设杆上式变电台或高台式变电所。3.2.2 车间变电所电压等级确定和主接线方案设计 由基础资料供用电协议中规定：本厂由附近一条10KV的公用电源线取得工作电源，根据电源条件，高压侧选定为10KV，低压侧额定电压为380V，因此选降压变压器额定电压为。根据该冶金机械厂负荷大多为三级负荷，对供电可靠性要求不高，并结合经济性等多方面考虑，可采用线路变压器组接线方式。其优点是接线简单、使用设备少和建设投资省；缺点是供电可靠性差，当供电线路、变压器及其低压母线上发生短路或任何高压设备检修时，全部负荷将停止供电。这种接线只适合于三级负荷的变电所。为了满足铸造车间、电镀车间和锅炉房这

29、几个二级负荷的要求，在变压器低压侧引入其他变电所联络线作为备用电源。下面将针对变压器容量、台数的确定及电气主接线设计进行详细描述。1. 变压器台数和容量选择：工厂总降压变电所主变压器的台数和容量选择在很大程度上取决于负荷大小及其供电的可靠性要求，同时应考虑工厂发展规划等因素与电气主接线的选择统筹安排。力求使变电所主接线简单、运行方便、供电可靠、节约电能及减少投资。变电所台数多则可靠性高，但设备投资加大，年运行费用也要增加。因此，在能够满足供电可靠性的条件下，选择变压器的台数越少越好。在下述情况下需选择两台变压器：Ø 一、二级负荷比重大（大于70%）Ø 工厂有大型冲击负荷（大

30、容量高压电动机或电弧炉等）时，为减小它们对其他负荷的影响，应单设为冲击负荷供电的变压器。Ø 工厂负荷不均衡，昼夜负荷或季节性负荷变化大Ø 由于生产发展原一台主变压器容量不够用而又不能增大容量变压器时Ø 分期建设的大企业，为节约投资，提高变压器运行效率，可分期投入2-3台变压器，以达到经济运行效果。 对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。而对于本设计，二级负荷

31、仅铸造车间、电镀车间、锅炉房，负荷比重约为40%，且能从邻近变电所取得备用电源，并考虑其经济性，有以下两种方案：1) 选择一台主变压器。低压侧采用单母线，并采用低压联络线作为备用电源。由表3-3，无功功率补偿后高压侧负荷容量为，,根据查表（10KV级S9系列铝线电力变压器的主要技术数据），选低损耗配电变压器。其技术数据如下表3-5所示：表3-5低损耗配电变压器技术数据型号额定容量（KVA）损耗（W）空载电流（%）阻抗电压（%）连接组别参考价格（元/台）空载短路10001700103005Yyn01076002) 选择两台主变压器（含备用），低压侧采用单母线分段方式作为主接线。由于高压侧负荷总容

32、量为，二级负荷容量为，因此，选择两台额定容量为500KVA的变压器可满足需求，查表选择 低损耗配电变压器。其技术数据如下表3-6所示。型号额定容量（KVA）损耗（W）空载电流（%）阻抗电压（%）连接组别参考价格（元/台）空载短路50096051004Yyn063300若选用两台变压器，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。常见的接线方案有如下三种：1 高、低压侧均采用单母线接线优点：结构设计简单，便于装设与维修。从经济方面上看能够节省预算，费用低。缺点：线路负荷重，容易老化，使用寿命低；出现故障的概率大，在检修或发生故障时，变电所需要停电。2 单母线分

33、段带旁路优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。3 高压采用单母线、低压单母线分段优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。综合比较上述三种方案，方案一虽经济性最佳，但可靠性相比其他方案差；方案二需要的断路器数量多，接线复杂，经济性能较差；方案三既满足负荷供电要求又较经济。因此，考虑两台变压器，高压为单母线接线，低压为单母线分段。 如下图所示3-3，为单台变压器和双变压器的主接线示意图。 图3-3 单台变压器和双变压器的主接

34、线下面将两种方案分别从技术指标和经济指标两个方面进行比较，用表3-7显示如下： 表3-7 两种电气接线方案的比较比较项目方案1:一台变压器，单母线主接线方案2:两台变压器，单母线分段主接线技术指标供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求基本满足要求供电质量电压损耗大两台并列运行，电压损耗小灵活方便性灵活性差灵活性好扩建适应性扩建余地小，适应性差适应性好（续表3-7）比较项目方案1:一台变压器，单母线主接线方案2:两台变压器，单母线分段主接线比较项目经济指标电力变压器的综合投资变压器的综合投资约为其单价的2倍，高压开关柜的综合投资电力变压器和高压开关柜的年运行费用交给供电部门的一次性费用

35、按800元/(KVA)计，贴费为0.8*1000=800万元按800元/(KVA)计，贴费为0.8*500*2=800万元根据上表分析，方案2在技术指标方面优于方案1，而方案1在经济指标方面优于方案2，结合本设计题目综合考虑，采用方案1更为合理，单台变压器，单母线主接线方式。四、短路计算4.1 计算短路电流的目的和任务Ø 选择导线和设备。Ø 选择和整定继电保护装置。Ø 确定接线和运行方式。Ø 选择限流电抗器。4.2 短路计算的方法与步骤对于一般的工厂来说，电源方向的大型电力系统可看做是无限大容量的系统。无限大容量系统中的短路计算方法有两种：欧姆法、标幺值

36、法。采用标幺值计算时，无论短路计算点在哪里，电抗标幺值均不需要换算，并且无论有几个短路计算点，其短路等效电路只有一个。由于标幺值法具备这些优越性，本设计采用标幺值法来计算短路电流。计算步骤如下：1 绘制计算电路图，选短路计算点。 2 设定基准容量Sd 和基准电压Ud，计算短路点基准电流Id，一般设Sd=100MVA，设Ud=Ut(短路计算电压)。短路基准电流按下式计算：3 计算短路回路中个主要元件的阻抗标幺值，一般只计算电抗。（1） 电力系统的电抗标幺值：式中电力系统出口断路器的断流容量（单位为MVA）。（2） 电力线路中的电抗标幺值：式中线路所在电网的短路计算电压。（3） 电力变压器的电抗标

37、幺值式中变压器的短路点呀（阻抗电压）百分值； 变压器的额定容量（单位为kVA，计算时化为与同单位）4 绘短路回路等效电路，并计算总阻抗。5 计算短路电流。分别对各短路计算点计算其三相短路电流周期分量、短路次暂态短路电流、短路稳态电流 、短路冲击电流和短路后第一个周期的短路电流。三相短路电流周期分量有效值按照下式计算：当时，可不计电阻，因此：在无限大容量系统中存在关系：高压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算：低压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算：6 计算短路容量。三相短路容量按下式计算：4.3 短路计算 下面计算供电系统发生三相短路，即最严重的短路情况时的短路电流。供电

38、系统简图如图4-1，采用标么值法进行短路计算，由该图画出短路电流计算等效电路图，如图4-2。1、绘制计算电路 图4-1 短路计算电路2、确定基准值 设，即高压侧，低压侧，则3、计算短路电路中各元件的电抗标幺值（1）电力系统（2）架空线路 根据计算电流、线间几何间距与环境温度，查LGJ型钢芯铝线的主要技术数据表，得架空线的，而线路长6km，故：（3）电力变压器 查表3-4，得，故由此绘制等效电路图 图4-2 等效电路图4、计算k一1点(10kV侧)的短路电路总电杭及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标么值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量4、计算k一2点(0.4

39、kV侧)的短路电路总电杭及三相短路电流和短路容量（1）总电抗标么值（2）三相短路电流周期分量有效值（3）其他短路电流（4）三相短路容量以上计算结果综合如表4-1所示。表4-1 短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量k-1k-2五、电气设备的选择5.1 高低压电力网导线的选择高低压电力网进出线方式包括：Ø 架空线 在供电可靠性要求不高或投资较少的中小型工厂供电设计中优先选用Ø 电缆 在供电可靠性要求较高或投资较多的各类工厂供电设计中优先选用。如下图所示为变电所平面图，由公共电源线引入高压进线，由变电所向各个厂房供电。图5-1 变电所平面分布图5.1.1 10KV

40、高压进线和引入电缆的选择Ø 选择从公共干线至高压配电室的引入线，采用LJ型铝绞线架空。按照发热条件对其进行选择，由表3-3 无功补偿前后工厂的计算负荷， 及最热月平均最高温度，查表LJ型铝绞线的主要技术数据，初步选择LJ-16，其在35时的，满足发热条件。下面进行校验：机械强度校验：根据架空裸导线铝及铝合金线在6-10KV的允许最小截面积为35mm2。所以LJ-16的截面积16mm2不符合要求，故改选用LJ-35。电压损耗校验：由于10KV高压线路允许电压损耗为10000*5%=500V，而架空线路长度较短，线路损耗一定不会超过500V，必将满足要求。综上，高压进线选择为LJ-35型

41、铝绞架空线。Ø 选择从高压配电室到主变电室的引入电缆，采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设。按照发热条件对其进行选择，由表3-3 无功补偿前后工厂的计算负荷，初选缆心截面为25mm2的交联电缆，其在25下的，满足发热条件。下面进行校验：短路热稳定校验：电缆的短路热稳定校验的条件为式中 A导电截面积，单位：mm2 满足短路热稳定条件的最大截面积，单位：mm2 C线路材料的热稳定系数 通过电缆的三相短路稳态电流，单位为A由短路计算，三相短路电流周期分量有效值，tmin按中断变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路时间0.2s，再加0.05s计，故为0.75s

42、；查表得C值为77。代入公式得短路热稳定的最小截面：，因此改选35mm2的截面电缆。即选择YJL2210000-3×35交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆电缆。5.1.2 低压出线的型号及截面选择低压电缆线一般选用铝芯导线，只有在特别重要的及有特殊要求的线路才采用铜芯导线。结合本设计机械厂的实际情况，考虑到当前空气质量欠佳，厂区人员活动较为频繁，出于安全考虑，选择绝缘导线。且明敷电缆一般采用裸铠装电缆。关于其低压动力线路导线和电缆截面积通常按允许发热条件选择、安机械强度、允许电压损失进行校验；对于低压照明线路首先按允许电压损失选择、按允许发热和机械强度校验、对于电缆线路，还要做短路热稳定计算，

43、对于低压线路还要满足与保护设备的配合要求。下面对各厂房供电导线的选择进行详细解释说明：1 供电给1号厂房（仓库）的线路选择：采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆（铝芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套内钢带铠装电力电缆）直接埋地敷设。按发热条件进行截面积选择：由表3-1 各厂房负荷计算表，查表1-3KV 铝芯电缆的允许载流量表，初选4芯电缆缆芯截面积为10mm2 电压损耗校验： 由图2-1 厂区总平面布置图，量得变电所到1号厂房的距离约为：75m。查表电力电缆的电阻和电抗值，其对应的电阻值为（电缆缆芯温度按照75计）,对应电抗值为。由负荷计算表，厂房1的，计算线路电压损耗，按照公式： （式3-

44、1）式中 p、q 线路上各负荷点的有功和无功负荷 R、X 线路首端至负荷点的线路电阻和电抗 线路额定电压电压损耗百分值为： （式3-2）代入上述公式,计算得：所以其满足电压损耗的要求。短路热稳定校验：按照式：进行校验。，满足短路热稳定的最小截面为。因此之前选择的截面积不能满足短路热稳定需求，因此将缆芯截面积更换为。采用三相四线制，中性线截面积取为相线截面积的一半，即。即最终选择线路型号为：2. 供电给2号厂房（铸造车间）的线路选择：选择线路型号为。（计算方法和原理同上）3. 供电给3号厂房（锻压车间）的线路选择：选择线路型号为。（计算方法和原理同1）4. 供电给4号厂房（金工车间）的线路选择：

45、选择线路型号为。（计算方法和原理同1）5. 供电给5号厂房（工具车间）的线路选择：虽然5号厂房就在变电所旁边，且工具车间负荷属于三级负荷，但其负荷容量较大，计算电流较大，在这里依然选择VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设，型号为（截面积选择和校正计算方法同1）6. 供电给6号厂房（电镀车间）的线路选择：选择线路型号为。（计算方法和原理同1）7. 供电给7号厂房（热处理车间）的线路选择：选择线路型号为。（计算方法和原理同1）8. 供电给8号厂房（装配车间）的线路选择：选择线路型号为。（计算方法和原理同1）9. 供电给9号厂房（机修车间）的线路选择：选择线路型号为。（计算方法和原

46、理同1）10. 供电给10号厂房（锅炉房）的线路选择： 由设计平面布置图，10号厂房位于小河流对面，考虑到施工环境的限制，在此选择绝缘架空导线。初步选择铝芯聚氯乙烯绝缘导线BLV-1000。由发热条件进行截面积选择：，查表聚氯乙烯绝缘导线眀敷允许载流量，初步选择，其在35时的，满足发热条件。下面进行校验：机械强度校验：最小允许截面积为，所以上述截面积满足机械强度需求。电压损耗校验：由表3-1负荷计算，锅炉房由图2-1设计平面图量得变电所距离锅炉房的距离约为：80m。查表得导线阻抗近似为：（按线间几何均距为1m计），根据式3-1、3-2，代入其中求得：,满足允许电压损耗的要求。11.供电给宿舍区

47、的线路选择：由于宿舍区分布范围较大，负荷分布较为均匀，采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。根据允许电压损失进行截面积选择：对于工厂高压配电线路和低压配电线路一般允许电压损失为5%，而低压照明线路，为保证照明质量，其允许电压损失为2.5%-5%。对低压380V/220V迪亚网络，若整条线路的导线截面积、材料都相同，不计线路电抗，且，则电压损失可用下式计算：式中 总负荷矩，； C 线路计算系数，根据电压和导线材料而定，具体见表5-1； A 导线截面积，。表5-1 线路计算系数C值线路电压（V）线路类别C的计算式计算系数铜线铝线220/380三相四线制两相三线220单相及直流110（表中C

48、只是导线工作温度为50，功率矩M单位为KW·m,导线截面积为mm²时数值）由图2-1设计平面图量得变电所距离宿舍区负荷中心的距离约为：105m，且P=200KW，由公式，根据其发热条件，由及，查表后选BLX-1000-1200，可满足发热条件。即采用四回BLX-1000-1200的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-1100橡皮绝缘线。5.1.3 备用电源高压联络线的型号及截面选择采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与邻近单位变配电所的10KV母线相联。按发热条件选择 工厂二级负荷总容量为，从而计算电流为：,，查表10K

49、V铝芯电缆的允许载流量，初步选择25mm²截面积的电缆（为交联聚乙烯铝芯电缆的最小截面积），允许载流量为90mm²>27.64mm²，满足发热条件。电压损耗校验：查表可得，所选铝芯电缆的电阻值为(缆芯温度按80)，而二级负荷的，线路长度暂按2km来计算，得到： 因此，满足允许电压损耗要求。短路热稳定校验：由于临近单位10KV短路数据欠缺，无法进行高压联络线的短路热稳定校验，一般情况下是满足要求的。综上，变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格可总结为下表5-2所示： 表5-2 变电所进出线和联络线的型号规格线路名称导线或电缆的型号规格10kv电源进线LJ-35型铝绞线(三相三线架空)主变引入电缆YJL22-10000-3×35交联电缆(只埋)380v低压出线至1号厂房(直埋)至2号厂房(直埋)至3号厂房(直埋)至4号厂房(直埋)至5号厂房(直埋)至6号厂房(直埋)至7号厂房(直埋)至8号厂房(直埋)至9