汽车工厂供配电系统

题目：汽车工厂供配电系统摘要本设计主要是对某中大型汽车工厂供配电系统的电气部分进行设计。该汽车工厂由高压电缆引入110kV的高压电源，经过汽车工厂总降压站将电压降为10kV，将10kV电压向各车间（单位）配电，由各车间（单位）变压所降为380/220V的低压电，380/220V电压供给汽车工厂车间（单位）的动力和照明系统。首先确定汽车工厂各车间（单位）主要电气设备，再对汽车工厂各车间（单位）负荷进行计算，确定整个汽车工厂总负荷容量，同时对低压母线侧进行无功功率补偿，提高功率因数。根据补偿后的负荷容量，确定整个汽车工厂变电所变压器的容量和台数，然后确定汽车工厂车间单位供电系统，选择合适的车间（单位）配电方案，画出供配电系统主接线图。在选择高低压一次设备和导线截面积时，都须满足电路正常条件下、短路故障条件下要求。电气设备既要满足在短路故障条件下的工作要求，还必须校验在最大可能短路故障时的动稳态度和热稳态度，来判断电气设备是否满足工作要求。电路发生三相短路时的短路电流最大，计算三相短路电流，用来校验设备。最后，为提高系统的可靠性和安全性，要对系统进行继电保护和防雷接地。关键词：汽车工厂；供配电；负荷计算

AbstractThisdesignismainlyofalargecarfactoryelectricpartofpowersupplyanddistributionsystemdesign.Thecarfactoryintroducedbyhighvoltagecable110kVhighvoltagepowersupply,afteracarfactorygeneralvoltagewilldropto10kV,10kVvoltagetoeachworkshop(units)distribution,byourworkshop(units)pressuredropfor380/220Vlowvoltageelectrical,380/220Vvoltagesupplycarfactoryworkshop(units)ofpowerandlightingsystem.Firstdetermineeachcarfactoryworkshop(units),themainelectricalequipmenttocarfactory(unit)theworkshopsloadcalculation,determinethecarfactorytotalloadcapacity,reactivepowercompensationforthelowvoltagebusbarside,improvepowerfactor.Accordingtothecompensationofloadcapacity,determinethecarfactorysubstationtransformercapacityandtheNumbers,andthendeterminethecarfactoryworkshopunitpowersupplysystem,selecttheappropriateworkshopdistributionscheme(units),anddrawthepowersupplyanddistributionsystemisthemainwiringdiagram.Inchoosingahighandlowvoltageequipmentsandwirecross-sectionalarea,shallmeettherequirementsundertheconditionofshort-circuitfaultcircuitundernormalconditions,.Electricalequipmentshouldnotonlymeettherequirementofworkingundertheconditionofshortcircuitfault,alsomustcheckthepossiblefaultwhenthedynamicstabilityofattitudeandthermalstability,electricalequipmenttodeterminewhethermeetthejobrequirements.Circuitofthreephaseshortcircuitoccursmaximumshort-circuitcurrent,three-phaseshort-circuitcurrentcalculation,usedtocheckequipment.Finally,inordertoimprovethereliabilityandsecurityofthesystem,totherelayprotectionandlightningprotectiongroundingsystem.Keywords:Carfactory;Powersupply;Loadcalculation目录第1章绪论 第1章绪论在现代工业生产中，电能作为重要的能源和动力，能够让生产顺利地进行，推动了现代工业的飞速发展。工厂生产中对于供电的要求较高,而供电整个系统中设计环节是其中的关键。因此，做好工厂供配电系统对于发展工业自动化生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。在汽车工厂里，电能在完整产业链里成本所占的比重较小，但是汽车工厂主要能源和动力供应是基于电能供应。电能在工业生产的主要是为生产系统中提供基础支撑，是为了实现电气自动化，机械化的基础，从而能为产品生产提供便利，降低生产成本，减少或不需要人工的劳动。增加工业生产效率，增加产量，提高产品生产质量，目的是完成整个生产系统的产业自动化。因此,做好工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[1]刘介才，工厂供电[M].北京:机械出版社,2009.。从另一个角度来说，电力的稳定供应也是为了保证工厂生产有序的进行，假如电力突然中断，可能会对工业生产[1]刘介才，工厂供电[M].北京:机械出版社,2009.本厂属于中大型汽车工厂，考虑发展或距离较远，目前向电力部门引入110kV高压进线电源，经过两次降压处理配电。厂区供电电源选择110kV时，在厂区内设置110kV总降压站，将电压从110kV总降压站进行降压处理降至10kV；在车间（单位）设置10kV变配电所，10kV变配电所降压为0.4/0.23kV分别向各车间（单位）供电，然后由低压配电线路将电能分送给各车间和建筑单位的电力系统设备。

第2章电力负荷及计算2.1负荷分级及供电电源措施2.1.1工厂电力负荷的分级按照GB500522016《供配电系统设计规范》中的规范要求，对负荷分为三个等级，分别是一级负荷，二级负荷，三级负荷，各负荷的分级和要求参见表2.1表2.1电力负荷分级要求负荷级别要求规定备注一级负荷中断供电，将造成人身伤亡的负荷;在一级负荷中，当中断将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所不允许中断的负荷，应视为特别重要的负荷中断供电，将在政治、经济上造成重大损失的负荷中断供电，将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作的负荷二级负荷中断供电，将在政治上、经济上造成较大损失的负荷中断供电，将影响重要用电单位的正常工作的负荷三级负荷不属于一、二级负荷者为三级负荷注：对供电可靠性及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响的程度进行分级2.1.2各等级负荷的供电措施（1）一级负荷的供电措施对于一级负荷，常用于非常重要的电力系统中，需要设置两个独立的电源供电，并且两个电源不能属于同一个电力系统中，即当一个电源若发生故障不能供电时，另一个电源不受故障电源影响且能正常工作运行。两个电源需要同时满足电力负荷要求，并且两个电源间互相不影响。一级负荷的双电源供电需要采取单母线分段的接线结构，对变配电所的高低压系统内要分段连接，各个接线之间要交替运行互不干扰且在需要时互为备用。在一级负荷中还存在特别重要负荷，在对特别重要负荷设置两个电源之外，另外需要对特别重要负荷增设应急电源或加装自发电系统。（2）二级负荷的供电措施对于二级负荷，需要满足的供电措施不如一级负荷要求苛刻，即需要两回路供电系统供电，当一条电源线路发生故障时，另一条线路能积极相应，并能作为备用线路及时切换成供电线路，能够保证用电设备的正常运行，不对电力系统造成较大影响。（3）三级负荷的供电措施对于三级负荷的供电要求，则相对一级负荷和二级负荷较为宽松，也是民用供电系统中常用的供电措施。即采用三级负荷常为单回路供电，并对供电系统要求较为简单，并无特殊要求。三级负荷要求线路电压稳定，减少电流波动，要求接线线路简单方便，实用性较高。2.2工厂计算负荷的确定2.2.1负荷计算的目的和意义对计算负荷常用表示，计算负荷作为参考数值去对电气设备进行估算，比如本次设计需要计算的则为各个车间，建筑单位内计算负荷。即对电气设备在30分钟里运行的最大负荷作为参考设备功率的依据，并理想认为电气设备在此最大负荷里长期运行能满足负荷的要求，即为计算负荷。负荷计算的目的是:（1）在对变配电所内变压器进行选择时，可以根据负荷计算的视在功率和负荷电流来判断变压器容量和数量（2）在对电力线路的一次设备选择时，可以跟据负荷电流和设备数据参数对设备进行选择，比如线路电气设备中断路器，电流/电压互感器，隔离开关等。（3）在对电力线路中导线截面积选择时，要根据计算负荷的负荷电流来判断，如本厂的110kV进线，10kV传输线路和低压传输线路均要对截面积进行计算来判断是否符合负荷要求。（4）在一些设备的打开或许关闭时，常常伴有较大的电流——尖峰电流，会对设备和电力线路造成安全隐患，这时则需要对尖峰电流进行计算，用整流装置来保护设备启动和关闭时线路安全。（5）常常在选择设备时，要考虑设备伴有是电流电压稳定条件，用负荷计算来计算设备的发热情况，再对设备的接线和电路安全进行判断。计算负荷是本次设计的重点，是对本厂车间负荷配比，车间负荷计算参考的重要依据。计算负荷会直接影响到本汽车工厂的供电线路的选择，以及对车间变配电所，变压器数量和容量的重要参考依据，在整个供配电系统中，计算负荷作为基础的预算，也影响着线路的选择和本次供配电设计的合理性。正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段[2]余建明,同向前,苏文成,供电技术DM」.北京:机械工业出版社,1997[2]余建明,同向前,苏文成,供电技术DM」.北京:机械工业出版社,19972.2.2负荷计算的方法在进行车间（单位）变电所负荷计算时，要先确定各个车间内的电力设备的功率和设备数量，由各个车间为单位进行分组，在联立各个车间的负荷，再求厂区总负荷。如本设计先要确定各个车间单位，如各车间进行单独分组，建筑单位如综合楼，污水处理厂，停车场再进行同一分组。再对总功率统一求和，按照依据来选择需要系数计算单位负荷，最后将各组别联立求和，获得全厂的计算负荷。常规对负荷进行计算由用电设备的情况，可以分别有需要系数法，利用系数法，二项式法和负荷密度法，本设计运用方法为需要系法和负荷密度法，并对此进行简单介绍。（1）需要系数法需要系数法运用较为广泛，简单明了，根据设备的功率，乘以需要系数，可以直接明了得到计算负荷，即可求得计算负荷数值。（2）负荷密度法当已知某建筑面积负荷密度时，某建筑的平均负荷计算式如下式(2.1)式中:——负荷密度(kW/)A——某建筑面积()在建筑方案初步设计阶段，常常对建筑面积内使用负荷密度法进行估算。在建筑施工阶段设计时，当出现计算有出入时，常用需要系数法进行二次计算。2.2.3需要系数法确定计算负荷（1）基本公式需要系数法计算有功计算负荷的公式为:式(2.2)无功计算负荷为:式(2.3)视在计算负荷为:式(2.4)计算电流为:式(2.5)——需要系数——有功计算负荷，单位为kW——无功计算负荷，单位为kvar——视在计算负荷，单位为kVA——用电设备组的平均功率因数——用电设备组平均功率因数的正切值——用电设备额定电压（2）多组用电设备计算负荷的确定当在电力线路上有多个用电设备组时，要将各组的计算负荷累加在一起，对车间变配电所的负荷进行计算时，要对用电设备考虑不同负荷因数，所以在有多组设备同时运行，要进行计算负荷时，要分别增加同时系数和，同时系数用于计算有功功率，同时系数用于计算无功功率。对车间干线，取=0.85—0.95=0.90—0.97对变压器低压母线，分别有以下情况：1)由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取=0.80—0.90=0.85—0.952)由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取=0.90—0.95=0.93—0.97总的有功计算负荷为:式(2.6)总的无功计算负荷为:式(2.7)以上两式中的为各组设备的有功负荷之和，为各组设备无功计算负荷之和。那么，总的视在计算负荷为:式(2.8)总的计算电流为:式(2.9)2.2.4工厂负荷的计算（1）本设计的基础资料如下：1）汽车工厂总平面布置图，参见图2.1图2.1汽车工厂平面布置图2）本汽车工厂主要以汽车生产组装厂房及相关建筑单位组成，工厂主要负荷车间厂房及建筑面积为：1联动厂房3600，2焊装车间3000，3涂装车间2000，4总装车间1900。主要建筑单位:污水处理站800，综合楼950×3层，停车场4800。3）本汽车工厂各车间（单位）负荷情况及变电所资料如表2.1表2.1负荷计算表资料序号车间（单位）名称设备名称设备容量/kWKd计算负荷P30/kWQ30/kvaS/kVAI/A车间变电所1联合厂房循环泵145×6制冷机1000×5冷冻泵185×6吊车150×2照明36002焊接车间焊接主线1500×3门盖线1500调整线1500输送设备200照明30003涂装车间电泳涂装设备1500车间风机160×2×21变电所风机22×3冷却水泵220×20照明20004总装车间装配生产线11600装配生产线22000照明19005污水处理站污水设备200风机160×4照明8006综合楼照明953×37停车场照明48004）供用电协议:本汽车工厂从电力系统变电站以110kV双回路架空线由工厂西侧引入,选择其中一路作为工厂供电电源,另一路电源备用保证工厂稳定运行，两个电源可以选择交替运行。架空线由工厂西侧1km处引入总降压站向全厂进行供电。（2）负荷计算根据基础资料，本汽车工厂各车间负荷及单位负荷，厂区负荷属于三级负荷，根据用电设备的负荷，选择需要系数法计算出全部车间（单位）计算负荷。1)联合厂房汽车工业联合生产厂房是现代工厂车间必不可少的部分,首先是面积较大,从原材料进厂到产品出厂,各工序在一个厂房内完成;其次是生产流短,少生产过程中间运输,节约时问成本。因此,在工程机械行业中,越来越多的工程采用联合生产厂房的方案进行设计。由于厂房面积大、厂房用电负荷变化大,所以,在厂房配电设计时,应重点考虑变配电所位置及供电电缆长度合理性。附起重机和电焊机计算式：起重机（吊车电动机）:式（2.10）额定有功功奉,电机额定负载持续率（计算中用小数计算）。电焊机:式（2.11）——额定功率因数——额定负载持续率（用小数计算）2）焊接车间焊接车间以焊接工艺为主，车间対配电要求较高，供电质量对车间焊接影响较大，供电质量会直接影响焊接产品质量，焊接车间需要较为特殊的电力供应，以电焊机为主的电力负荷会对电网造成冲击，稳定的电力供应会保证设备的正常运行。此外，焊接车间供配电系统设计需要规范设计，要求设备的电力平衡，同时考虑到后续的企业扩大，需要预留一定空间，以保证以后的发展。3)涂装车间涂装车间对整个汽车生产制造耗能较大，一般会占据整厂耗能的60%左右。空调风机系统设备占据涂装车间能耗一半以上，一般为60%—70%左右。涂装车间的能耗控制和节能控制会影响到整厂的汽车制造成本占比，在现代节能系统中，对涂装车间的节能研究也是较为热门的。风机和水泵是汽车涂装车间主要耗电设备，车间内的空调送风需要风机输送，同时喷漆室冷热排风、烘干室热风系统的温度控制以及整个车间内部的通风换气等都需要风机来控制，并且需要较多的水泵来配合降温升温来保持车间内部系统的正常运行及满足系统的温度要求。在本车间内，主要选择离心式风机及冷却水泵配合来保证车间稳定运行。4）总装车间汽车总装是汽车生产焊接涂装后的最后一步，也是汽车在出厂前最后的环节，需要对整车的全部部件进行组装检查，在这个环节中,要考虑很多问题,比如在保证整车质量的情况下，降低组装成本，提高效率，以及需要组装部分的步骤及方法，在有完整车间内对整场的质量检查监控，减少工作人员劳动实现自动化组装。汽车总装车间内部主要的电气设备为输送设备，这是对整个系统内部工艺流程很重要的部分，输送设备必须满足各个部件的传输运送，以保证车间的有序进行，故车间采取分段式输送，可以对不同的部件进行传输，保证了车间的灵活性，能更有效率的完成工作任务。根据负荷密度法，选择建筑面积负荷密度，汽车工厂的平均负荷可按下式计算根据汽车工厂的基础资料,计算及整理,得出该工厂车间（单位）的负荷计算表，参见表2.2表2.2负荷计算表序号车间（单位）名称设备名称设备容量/kWKd计算负荷/kW/kVar/kVAI/A车间变电所1联合厂房循环泵145×60.70.80.75609456.75761.25车间变电所#1制冷机1000×50.70.80.75350026254375冷冻泵185×60.70.80.75777582.75971.31吊车150×20.150.51.734577.8589.92照明360043.20.81034.56034.56其他500500707小计5465.564242.356918.8110511.122焊接车间焊接主线1500×30.350.651.3315172094.752620.8车间变电所#2门盖线15000.350.651.33525698.25873.4调整线15000.350.651.33525698.25873.4输送设备2000.650.750.88130114.4173.17照明3000360.81028.8028.8其他500500707小计3283.84105.655245.357969.183涂装车间电泳涂装设备15000.70.80.751050787.51312.5车间变电所#3.1，#3.2车间风机160×2×210.750.80.75504037806300变电所风机22×30.80.80.7552.839.666冷却水泵220×200.750.80.75330024754125照明2000240.81019.1019.1其他100010001000小计10461.98082.111957.918167.314总装车间装配生产线116000.550.750.888801928.162119.48车间变电所#4装配生产线220000.550.750.8811009681465.27照明190022.80.81018.24018.242其他400400565.69小计2398.243296.164076.36193.025污水处理站污水设备2000.80.80.75160120200车间变电所#5风机160×40.750.80.75480360600照明8009.60.8107.6807.68其他10075125小计747.685559311399.356综合楼照明953×334.30.81027.52027.52其他101014.14小计37.521038.8358.957停车场照明480057.60.81046.08046.0885.2全厂总负荷取值同时系数=0.9=0.95有功计算负荷=0.9×（5465.6+3283.8+10461.9+2398.2+747.7+37.5+46.1）=0.9×22440.8=20196.7kW无功计算负荷=0.95×（4242.4+4105.7+8082.1+3296.2+555+10）=0.95×20291.4=19276.8kvar视在计算负荷=27919.6kVA功率因数cos=20196.7/27919.6=0.72.3无功功率补偿工厂内有大量的感应电动机、焊机、电弧炉、气体放电灯、感应电源变压器等感性负载，降低了功率因数。在充分挖掘设备潜力、提高设备运行性能、提高自然功率因数的情况下，当不满足电厂规定的功率因数要求时，应增设无功补偿装置。假设功率因数由提高到,这时在用户需要的有功功率不変的条件下,由公式(2.3)和公式(2.4)知无功计算功率和视在功率都会减小。相应地负荷电流也得以减小,这将降低系统的功率损耗和电压损耗，既节约了电能，又提高了电压质量，并选择容量较小的供电设备和电线电缆，因此提高功率因数对供电系统是有利的。在提高功率因素的同时,工厂总降压变电所的主变压器容量可以选的小一些,这不仅可降低变电所的初投资,而且可以减少工厂的电费开支,因此进行无功功率补偿对工厂本身也有一定经济实惠[3]胡虔生,胡敏强.电机学[M].北京:中国电力出版社,2005:41-43。[3]胡虔生,胡敏强.电机学[M].北京:中国电力出版社,2005:41-432.3.1无功功率补偿的分类无功人工补偿装置有两种：同步补偿机和并联电容器。并联电容器具有安装简单、操作维护方便、有功损耗小、装配灵活、容量扩展方便等优点，在供电系统中得到了广泛的应用。对电容器并联补偿方式,有以下三种:（1）高压集中补偿在变配电所的高低压侧电容器室内集中装设电容装置，电容器与高压母线进行连接。按GB500532013《10kV及以下变电所设计规范》要求，在电容器容量在450kvar及以下时，可以定义为容量较小，则采用星型连接，规定中性点不接地，容量较小可用三角形接地，参见图2.2。(2)低压集中补偿在变配电所的低压配电室或独立出来的低压电容器室内集中装设电容装置，电容器与低压母线进行连接。按GB500532013《10kV及以下变电所设计规范》要求，一般采用三角形接线,参见图2.3。(3)低压分散补偿变配电所采取并联接线，与低压配电箱或用电设备并联。低压电容器选用三角形接线，用感应电动机等本身具有的用电设备对绕组进行放电，参见图2.4。图2.4低压电容器分散补偿接线图图2.2图2.4低压电容器分散补偿接线图图2.2高压集中补偿接线图图2.3低压电容器集中补偿接线图2.3.2无功补偿的选择为了提高供配电系统的功率因数，可以从两个方面采取措施。一是提高电气设备的自然功率因数，即不使用补偿装置时的功率因数；一是采用人工补偿的方法提高总功率因数，即补偿装置使用后获得的功率因数。（1）提高自然功率因数的方法：电机电气设备的额定功率因数较高，一般在0.85以上，但在非额定状态（如轻载）工作时，功率因数和效率会大大降低。那么，主要采取以下措施提高自然功率因数：1)电机型号规格的合理选择。2)电机型号规格的合理选择，避免因长期轻载运行而降低功率因数（2）提高功率因数的方法有两种：发电机补偿、电容补偿、电容补偿和静止补偿。一种是采用同步电动机补偿，另一种是采用并联电容补偿。1)在供配电系统中，只有在满足负荷要求的情况下，同步电动机才能代替异步电动机，同步电动机也可以作为无功补偿设备。此时，无功补偿的调节可以实现平滑的自动调节；专门为无功补偿而设计的同步电动机称为同步电容器。由于投资大、损耗大、维护维修不方便，这种补偿方式在供配电系统中很少使用。2)并联电容补偿是供配电系统中常用的一种无功补偿方法，也称移相电容静态无功补偿。具有功率损耗小、操作维护方便、补偿容量增减方便、单个电容器损坏不影响整体使用等特点，但不能实现无级调节。2.3.3无功补偿的计算要使功率因数由提高到，必须装设无功补偿装置，其容量为式（2.12），称为无功补偿率。故所需无功补偿率补偿容量为：=8664.4Kvar取Qc为8700Kvar补偿后变压器器低压侧的视在计算负荷=22798.6kVA变压器功耗为kWkvar变压所高压侧的计算负荷为kWkvarkVA补偿后工厂的功率因数＞0.9补偿后功率因数满足要求

第3章变压器的分类与选择3.1変电所所址选择的一般原则变电所所址的选择按照国家有关标准和规范,应根据下列要求,选择确定[4][4]姚春球发电厂电气部分[M].北京:中国电力出版社,2004:241-283具有适宜的地质、地形和地貌条件,选址应征得有关部门的同意所址标高宜在50年一遇高水位之上,具有适宜的地质、地形和地貌条件,选址应征得有关部门的同意所址标高宜在50年一遇高水位之上,高于内涝水位应考虑职工生活上的方便及水源条件应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响靠近负荷中心节约用地,不占或少占土地与城多或工矿企业规划相调交通运输方便所址宜设在受污源影响最小处变压器选址变压器选址3.2降压变电所形式的分类与选择(1)独立变电所独立变电所有独立完整的变电站建筑。它主要用于负荷过于分散，无法在任何车间内建设变电所时，或由于生产环境的限制，如防火、防爆、防尘、腐蚀性气体等，考虑独立变电所。设置独立变电站时，应考虑合理的低压输电容量和距离。考虑本厂建筑位置及车间分布均衡，本设计采取两个变电所采用独立变压所。独立式变电所具有建筑费用高、馈电距离远、线路损耗大等缺点。[5][5]何仰赞,温增银.电力系统分析[M.武汉:华中科技大学出版社,2002:133-146(2)附设变电所在建设附设变电所时，常常建在厂房的一面或两面墙。当工厂生产区域有限、生产环境特殊或设备因生产工艺要求经常变动时，应采用外型，否则应采用内型。附属变电所宜布置在厂区长侧，并使其与供电方向稍有偏离。在两跨或三跨厂房内，变电站也可分为两段布置。在厂区内局部允许的情况下，也可在厂区内或梁架上设置变电所，使供电点尽量靠近负荷中心。(3)箱式变电所箱式变电所通常包含配电变压器和开关电器于两部分,配电变压器和开关电气装在配电箱内,变电所整体可独立置于户外,具有体积小、安装方便灵活、占据建筑位置较小等特点,适用于小型工业企业、居民建筑公寓和人员聚集的广场附件等位置。(4)地下变电所地下变电所设置与地下室内，或增设在另设地下位置，地下变电所适用于有防空，地质变化较强等特殊要求的场合，并且地下变电所通风不良,投资大,另外,民用高层建筑为了节约建筑面积，部分变电所所位于地下室内。综合考虑本设计需要设立两台独立式变电所，五台车间附设变电所。总降压站#0，单位变配电所#5均采用独立式设置焊装车间与联合厂房中间位置。根据工厂内部各车间（单元）的地理位置分布、车间（单位）建筑结构分布、建筑物周围环境及车间负荷等情况，本设计考虑了各个车间和建筑单位的变电所形式，其中联合厂房，焊装车间，涂装车间，总装车间车间变电所均采用车间附设式变电所，附设变压所分别为车间变电所#1，车间变电所#2，车间变电所#3.1、#3.2，车间变电所#4。各车间变电所向车间进行低压380V配电，同时再由单位变配电#5所向综合楼，污水处理厂及停车场进行380V配电。变配电所位置图参考图3.1.图3.1变配电所位置图3.3变压器的选择3.3.1变压器及其分类变压器是变配电所内中变压最重要一次设备，可以将电压按照电力负荷要求将减压按照变压器匝数比对电力电压升降，如本设计中总降压站是将110kV电压降压为10kV，根据电力系统内地要求，可以获得适合电力设备的电压，同时变压器可以让电力系统更稳定输送，对电力进行分配使用。常见的变压器分类如表3.1表3.1常见变压器分类分类条件变压器形式功能升压变压器降压变压器相数单相变压器三相变压器绕组导体的材质铜绕组变压器铝绕组变压器冷却方式和绕组绝缘油浸式变压器油浸自冷式、油浸风冷式、油浸水冷式和强迫油循环冷却方式干式变压器绕注式、开启式、充气式(SF6)用途普通变压器特种变压器3.3.2变压器选择的原则(1)变压器台数选定原则[6][6]刘增良,刘国亭.电气工程CAD[M].北京:中国水利水电出版社,2006根据计算负荷来判断变压器台数，在考虑安全稳定条件下，也要考虑成本来判断主变压器的台数。当电力系统内有一级负荷或者大量的二级负荷，集中负荷较大时需要对变配电所内设置两个变压器保障电力系统稳定安全运行。(2)变压器容量选择原则当变配电所装有一台变压器时,变压器的额定容量需要大于或等于全部用电设备计算负荷。即式（3.1）当变配电所装有两台台变压器时,两台变压器的额定容量需要满足以下两个条件a．变压器单独运行时,需要满足一级负荷、二级负荷的需要b．变压器单独运行时,需要单独变压器容量满足用电容量设备70%。(3)变配电所内变压器为提高运行率，负荷率应在容量的60%-70%。式（3.2）(4)考虑以后汽车工厂发展,变压器容量要保留一定的余量，应保留15%-25%量。3.3.3变压器容量确定（1）110kv/10kv总降压站;10kv/0.4,0.23kv变配电所变压器的选择由变压器的选择原则可知:由上计算得出计算负荷，视在功率为27919.6kVA，全厂负荷值较大，则对总降压站装设2台变压器，由110kV降至10kV。对总降压站选择安装2台额定容量为4MVA变压器，型号为S9-40000/110,两个变压器可以交替工作不需同时工作，即使其中一台变压器出现故障另外一台主变压器也能向全厂提供电力。主降压站由电力部门引入110kv，分别向各车间单位供配电。变配电所由总降压站主引出10kv电压，要向综合楼，污水处理厂，停车场进行380v供配电，根据综合楼，污水处理厂，停车场位置及总总压站位置分布及负荷考虑，变配电所选择安装1台独立变压器，电压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要kV，故选用型号为S9-1000/10。(2)10kV/380V车间变压器的选择通过计算负荷，由联动厂房，焊装车间，涂装车间，总装车间4个车间的最大视在功率得出车间变压器:1)联动厂房：kVA,可以选择1个S9-8000(10)变压器#1装进车间的配电房2)焊装车间：kVA,可以选择1个S9-5000/(10)变压器#2装进车间的配电房3)涂装车间：kVA,可以选择2个S9-8000/(10)变压器装#3.1,变压器#3.2进车间的配电房4)总装车间：kVA,可以选择1个S9-4000/(10)变压器#4装进车间的配电房。对以上各车间单位变压器选择均留有一定裕量,各车间单位变压器的选择结果如表3.1表3.1变压器的选择变压器型号额定容量/kVA额定电压/kV高压低压总降压#02×S9-40000/11040000011010联合厂房#1S9-8000/108000100.4焊接车间#2S9-5000/105000100.4涂装车间#32×S9-8000/108000100.4总装车间#4S9-4000/104000100.4变电所#5S9-1000/101000100.4

第4章总降压变电所主接线设计4.1变电所主接线方案的设计原则与要求变电所的主接线,应根据变配电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等因素综合分析确定,并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求[7]Behrendt,KandM.Dood,SubstationRelayDataandCommunication,TechnicalReport,SchweitzerEngineeringLabs,Pullman,WA,2000[7]Behrendt,KandM.Dood,SubstationRelayDataandCommunication,TechnicalReport,SchweitzerEngineeringLabs,Pullman,WA,2000表4.1变电所主接线方案的设计原则与要求性质设计原则与要求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的电源侧及可能反馈电能的另一侧,必须装设低压刀开在装设高压熔断器,负荷开关的出线柜母线侧,必须装设高压隔离开关35kV及以上的线路末端,应装设与隔离开关并联的接地刀闸变电所高压母线上及架空线路末端,必须装设避雷器。装于母线上避雷器,宜与电压互感器公用一组隔离开关,接于变压器引出线上的避雷器,宜装设隔离开关可靠性变电所的主接线方案,必须与其负荷级别相适应。对一级负荷,应由两个电源供电。对二级负荷,应由两回路或一回6kV及以上专用架空线或电缆供电;其中采用电缆供电时,应采用两根电缆并联供电,且每根电缆应能承受100%的二级负荷；变电所的非专用电源进线侧,应装设带短路保护的断路器或负荷开关熔断器。当双电源供多个变电所时,宜采用环网供电方式对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,但对于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的总开关,宜采用低压断路器。当低压侧为单母线,且有自动切换电源要求时,低压总开关和低压母线分段开关,均应采用低压断路器。灵活性变配电所的高低压母线,一般宜采用单母线或单母线分段接线方式；35kV及以上电源进线为双回路时,宜采用桥形接线和线路一变压器组接线)需带负荷切换主变压器的变电所,高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关变电所的主接线方案应与主变压器的经济运行要求相适应变电所的主接线方案应考虑到今后可能的增容扩展,特别是出线柜便于添置经济性变电所的主接线方案在满足运行要求的前提下,应力求简单。变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线；变电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产品,不得选用国家明令淘汰的产品；工厂的电源进线上应装设专用的计量柜,其中的电流、电压互感器只供计费的电能表使用；应考虑无功功率的人工补偿,使最大负荷时功率因素达到规定的要求4.2车间（单位）变电所主接线图（1)工厂无总变配电所的车间变电所当工厂无总变配电所时，没有电力部门到工厂配电系统中的总变配电所，那么就直接从电力部门直接向车间变配电所引线，通过车间变配电所实现了降压，直接由变配电所向车间内电力设备供电。一般为电力负荷较小的工厂或对电力要求不高的厂区，对高压侧的基础设备需要备齐，比如隔离开关，保护装置，故对这类常要设置高压配电室保证基础的电力供应。（2)工厂有总降压变电所，有高压配电所的车间变电所在高压侧装设隔离开关，熔断器，避雷器的高压配电线路，在总变配电所高压侧设置高压配电室，对设备进行统一管理监控，高压配电室要设置保护装置和值班工作人员，方便及时做出反应。车间内也需设置配电室，其中要安装简单的保护装置。车间变电所高压侧主接线方案参考图4.1。b）b）c）d）e）f）g）a)高压电缆进线，无开关a)高压电缆进线，无开关b)高压电缆进线，装隔离开关c)高压电缆进线，装隔离开关--熔断器d)高压电缆进线，装负荷开关-熔断器e)高压架空进线，装开式熔断器和避雷器f)高压架空进线，装隔离开关-熔断器和避雷器g)高压架空线，装隔离开关-熔断器和避雷器图4.1车间变电所高压侧主接线方案根据图4.1可得到在电力架空线路中，高压侧需要安装避雷器，避雷器要安装在电缆线路的首端，还要对避雷器和变压器的金属外盒一起进行接地处理。防止雷击对电力线路造成破坏，雷击会造成瞬时的超大电流，需要加设避雷装置对电力线路进行保护。本汽车工厂所在地区有降雨雷击,要设置避雷器来防雷。为了防止雷击造成较大的电弧影响，由于隔离开关没有灭弧装置，需要开式熔断器来进行灭弧保护电力线路。综上，本设计选择方案E。4.3总降压站主接线图总降压站高压侧采用外桥接线方式，总降压站内安装2台4MVA主变压器，一台保持正常运行另一台做备用或两主变压器交替运行，定期互相检查维护。低压侧向车间（单位）配电所供电，车间内变压器均为将10kV高压降为380V低压设备供电,总降压站采用单母线分段式供电的接线方式,经开关直接向车间（单位）进行10kV配电,其中5路通过变压器直接将10kV输送至车间变电所，车间内在对10kV降压成380V对车间供电，1路将10kV降到380V直接向建筑单位供电。则对总降压变电所的主接线图如图4.2所示。图4.2高压采用单母线、低压单母线分段的变电所主接线

第5章短路电流计算5.1短路计算意义在电力系统中，会出现相与相之间的非正常连接，或者是相与接地端线路的非正常连接，会造成电力线路的通路的情况叫做短路。短路对对电力线路造成严重的影响，常见的短路会造成线路的发热，电力设备的损坏，会对整个电力系统造成很大的损失。在电力系统和电气设备设计和运行中,短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算,这些问题主要是[8][8]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理[M]北京:中国电力出版社,2004:277,288-290(1)对动稳定和热稳定有要求的电气设备，必须以短路电流的计算作为参考，来对电气设备选型，如常见的断路器，熔断器，电缆线路，隔离开关等。比如在校验检查电气设备的动态稳定性和热稳定性时，需要参考短路计算的冲击电压，短路电流周期，短路电流的有效值来判断电气元件的断流能力。(2)对短路电流的计算可以对继电保护装置进行配置参考，还需整定装置的设备参数，再进行分析计算。如电力系统内某处发生故障，可以计算得到电路中的电流值，及在电力系统内电流的分布状况，或者某些节点处的电压可以通过计算作为参考。(3)在对负荷计算后，需要确定电力系统接线方式，可以通过短路电流的计算，采取是否限制短路来判断接线方式是否满足条件。5.2短路电流计算的方法和步骤在对短路电流计算时，一般用的是有欧姆法(有名单位制法)和标么值法(相对单位制法)计算，在工程计算短路电流常用标么制法。故本工厂短路电流采用标么值法进行计算[9][9]吕继绍,电力系统继电保护设计原理[M].北京:水利电力出版社,1992(1)对电力系统绘制计算电路图、要对不同位置短路电流进行计算。(2)设定基准容量和基准电压(短路计算电压,即),并计算基准电流。式（5.1）(3)计算短路回路中电气元件的阻（电）抗标么值1）电力系统的电抗标么值式（5.2）式中,——电力系统出露断路器的断流容量，单位MVA.2)电力线路的电抗标压值式（5.3）式中，——线路所在电网的短路计算电压,单位为kV，标么值计算时，线路的电抗标幺值不需换算附：表5.1电力线路每相的单位长度电抗平均值线路结构线路电压35kV及以上6-10kV220V/380V架空线路0.40.350.32电缆线路0.120.080.0663）电力变压器的电抗标么值式（5.4）式中,——变压器的短路电压(阻抗电压)百分值——变压器的额定容量(4)绘制电力回路的等效电路,并计算总电抗标么值(5)计算短路电流，需要对各短路计算点计算各短路电流，，，等。式（5.5）在无穷大容量系统中,存在下列关系式（5.6）高压电路短路冲击电流及其有效值,按下列公式近似计算式（5.7）式（5.8）低压电路短路冲击电流及其有效值,按下列公式近似计算式（5.9）式（5.10）(6)计算短路容量,三相短路容量按下式计算:式（5.11）5.3短路计算下面绘制计算电路图，如图5.1所示图5.1计算电路图画出短路电流计算等效电路图，如图5.2所示图5.2短路电流等效电路取基准容量=100MVA,,110kV线路只有一路运行，另一路备用。3个电压等级的基准电压分别为,相应的基准电流分别为。则各元件电抗标幺值为系统S:架空线路1WL,查表，线路长5km变压器，查资料110kV/10kV变压器10.5变压器，查资料10kV/0.4kV变压器（1）计算K1点总阻抗标幺值K1点所在电压级的基准电流计算K1点短路电流总量三相短路容量（2）计算K2点总阻抗标幺值K2点所在电压级的基准电流计算K2点短路电流总量三相短路容量（3）计算K3点总阻抗标幺值K3点所在电压级的基准电流计算K3点短路电流总量三相短路容量

第6章设备选型及校验6.1变电所一次设备的选择校验6.1.1设备校验项目选在择一次设备时，应考虑和校验的项目及满足的条件参见表6.1表6.1一次设备选择校验的项目及满足的条件序号设备名称电压/kV电流/断流能力短路稳定度校验动稳定热稳定1高压断路器2隔离开关—3低压断路器ΔΔ-4电流互感器5电压互感器————应满足的条件设备的额定电压应不小于装置地点的额定电压设备的额定电流应不小于通过设备的计算电流设备的最大开端电流(或功率)应不小于它可能开端的最大电流(或功率)按三相短路冲击电流校验按三相短路稳态电流校验备注校验Δ一般可不校验—不校验6.1.2设备选择(1)断路器、隔离开关的选择在选择断路器时，需要考虑断路器安装条件和在运行时稳定安全，以及在环境满足的条件下各项技术安全的要求，还需考虑安装调试后后期的维护运行，断路器选择成本数量。根据国标规范要求，在不同的电压情况下，需要选择不同的断路器。常常选择少油断路器是在6—200kV电压条件下，当在110kV以上330kV以下选择时，少油断路器不能满足要求时，可以选择空气断路器，或者在选择六氟化硫进行短路要求，大容量机组采用封闭母线时,如果需要装设断路器,宜选用发电机专用断路[10][10]黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料[M].北京:中国电力出版社，1998对于断路器选择的电压，电流，稳定性等具体技术要求如下:1)电压：(系统工作电压)≤式(6.1)2)电流：(最大持续工作电流)≤式(6.2)3)开断电流:(或)式(6.3)——断路器实际开断时间秒的短路电流周期分量。——断路器t秒的开断容量。——断路器的额定开断电流。——断路器定开断量。4)动稳定:式(6.4)——断路器极限通过电流峰值。——三相短路电流冲击值。5)热稳定式(6.5)——稳态三相短路电流——短路电流发热等值时间——断路器t秒的稳定电流(2)电压互感器的选择依据1)电压互感器的选择和配置应按以下条件时[11][11]谭金超.10KV配电工程设计手册[M].北京:中国电力出版社,20046—20kV屋内配电装置，可以选择的电压互感器可以有环氧树脂全封闭浇注电压互感器，油浸绝缘结构电压互感器。对本厂车间（单位）接线可以选择环氧树脂全封闭浇注电压互感器。35—110kV配电装置，对于本厂恰好满足110kV电压互感器选择，可以选用油浸绝缘结构的电压互感器。220kV及以上配电装置，220kV属于高压线路，一般采用容式电压互感器。2)电压取值范围选择一次电压:式（6.6）——电压互感器额定一次线电压1.1和0.9是允许的一次电压的波动范围,即为±10%3)准确等级：在电压互感器处于统一准确等级时，要求电压互感器工作时要确定测量仪表器和继电器设备标准，需要配合自动装置下的等级要求。选择不同电压等级下的电压互感器:根据以上电压互感器的选择要求，再对110kV，10kV条件下配置选择和取值电压及准确等级进行选择110kV等级电压互感器：变压器高压侧选择油浸式电压互感器，选择型号为JDJ2-110。准确等级:准确等级为0.5级。10kV等级电压互感器：变压器低压侧选择环氧树脂全封闭浇注电压互感器，选择型号为JDZX8-6。准确等级：准确等级为0.5级。(3)电流互感器选择1）对于35kV及以上配电装置（本厂选择110kV），套管式的油浸瓷箱式绝缘接共的独立式电流互感器可以选择，电流互感器的选择要考虑好不同的产品情况，并要求电流互感器在满足条件的环境下能稳定安全工作，后期维护检查也要满足条件。2)一次回路电压:式（6.7）为电流互感器安装处一次回路工作电压为电流互感器额定电压3)一次回路电流:式（6.8）为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流为电流互感器原边额定电流4)准确等级:：在电流互感器处于统一准确等级时，要求电流互感器工作时要确定测量仪表器和继电器设备标准，需要配合自动装置下的等级要求。5)动稳定:内部动稳定式（6.9）式中电流互感器动稳定倍数,它等于电流互感器极限通过电流峰值与一次绕组额定电流峰值之比。6)热稳定:式（6.10）——电流互感器的1秒钟热稳定倍数在对厂区各电压等级下设备考虑整理后，针对本厂110kV、10kV和380V下设备的选择。一次设备选择校验表参见表3.2110kV，表6.310kV，表6.4380V设备选型。表6.2110kV设备选型表设备名称型号规格数量/台少油断路器SW3-1102隔离开关GW4-110T2电流互感器LZZB8-110(D)2表6.310kV设备选型表设备名称型号规格数量/台变压器断路器SN10-10Ⅱ6出线断路器SN10-10Ⅱ6隔离开关GN19-10/10006主变低压电流互感器LZZQB-10/10006出现电流互感器LZZQB-10/10006表6.4380V设备选型表设备名称型号规格数量/台变压器低侧断路器DW15-11500/3D6低压刀开关HD13-1500/306主变低压电流互感器LMZJ1-0.566.2变电所线路选择6.2.1导线截面的选择原则导线电缆截面的选择要求必须满足安全、可靠和经济的条件,其选择原则为[12][12]马志溪.电气工程设计与绘图[M].北京:中国电力出版社,2007表6.5导线截面的选择原则截面选择条件 选择原则载流量选择导线和电缆的截面通过导线或电缆的最大负荷电流不应大于其允许载流量电压损失选择导线和截面在导线和电缆(包括母线)通过正常最大负荷电流(即计算电流)时,线路上产生的电压损失不应超过正常运行时允许的电压损失经济电流密度选择导线和电缆截面经济电流密度是指使线路的年运行费用支出最小的电流密度。按这种原则选择的导线和电缆截面称为经济截面机械强度选择导线和电缆截面这是对架空线路而言的。要求所选的截面不小于其最小允许截面。对电缆不必校验其机楲强度满足短路稳定度的条件架空线路因其散热性较好,可不作稳定性校验,绝缘导线和电缆应进行热稳定校验,母线也要校验其热稳定。选择导线截面时,要求在满足上述五个原则的基础上选择其中截面数最大的那个值6.2.2计算母线型号（1）110kV侧进线的选择降压变电所高压侧:查表经济电流密度选择导线截面185即型号为LGJ-185钢芯铝绞线对母线检验要求满足大于或等于110kV架空铝绞线对应机械强度下最小截面积，即，则选择110kV进线满足要求。（2）10kV母线的选择对于本车间（单位）变配电所需要设立10kV母线连接在总降压站，对于本厂10kV的车间建筑室内配电装置中，可以选用矩形母线连接。对于10kV母线最大负荷电流为608A，则本厂各车间（单位）选择LMY-50×8（截面积400mm）的铝母线进线连接。（3）10kV出线的选择电缆应按下列条件选择[13][13]李金伴.供用电技术手册[M]北京:化学工业出版社,2009.在选择10kV出线敷设可以选择明敷和暗敷两种。明敷一般采用裸钢带铠装或塑料外护层电缆。明敷要求对电缆强度要求较高，明敷易受外界环境干扰，比如在易受腐蚀地区和冲击强度较高环境下，需要对电缆选用塑料外护层电联，在明敷状态下直埋敷设,需要选择强度较大的钢带铠装电缆。在潮湿冲击较大或腐蚀性土壤的地区,需要另外对电缆选用塑料外护层。电力电缆除充油电缆外,一般采用三芯铝芯电缆。对汽车工厂联动厂房进线进行电缆选择选择VLV22-6000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆。截面积选择300线型选择结果，如表6.5所示表6.5线型选择结果线路名称导线或电缆型号规格110kV进线LGJ-185钢芯铝绞线（三相三线架空）18510kV进线LMY-50x5硬型钢母线40010kV出线至联动厂房VLV2-6000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆(直埋)300至焊装车间VLV2-6000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆(直埋)240至涂装车间VLV2-6000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆(直埋)800至总装车间VLV2-6000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆(直埋)240至综合楼，污水处理厂，停车场VLV2-6000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆(直埋)150由此我们可以画出该汽车工厂的平面布置图,如图6.1所示图6.1平面布置图

第7章继电保护及防雷接地7.1工厂的继电保护7.1.1继电保护装置继电保护装置是按照保护的要求,将各种继电器按一定的方式进行连接和组合而成的电气装置,其任务是[14][14]中华人民共和国国家标准[S].北京:中国标准出版社,1983-2008[15]王崇林.供电技术[M].北京:煤炭工业出版社,1996.[16]吴希再.电力工程[M].北京:华中科技大学出版社,1996[17]孙国凯.电力系统继电保护原理[M].北京:中国水利水电出版社,2002[18]熊信银.发电厂电气部分[M]北京:中国电力出版社,2009[19]于永源,电力系统分析[M].北京:中国电力出版社,2007[20]苏小林.电气工程及其自动化专业英语[M].北京:中国电力出版社,2008[21]苑舜,配电网无功优化及无功补偿装置[M].北京:中国电力出版社,2003[22]李光琦,电力系统暂态分析[M].北京:中国电力出版社,2001[23]张保会.电力系统继电保护[M.北京:电力出版社,1990.[24]焦留成.实用供配电技术手册[M].北京:机械工业出版社,2001[25]陈学庸。电力工程电气设备手册[M]北京:中国电力出版社,2007[26]AEFizgersld,CKingsley,Jr,SDUmans[M].2ndED.Van-nostrand1961[27]DCWhite,HHWoodson,ElectromechanicalEnergyConcersion[M].JohnWiley&Sons,1989[28]AlexandetCK,SadikuMNO.FundamentalsofElectricCircuits.[s.l.]:Mcgraw-hillInc.2000致谢经过近一年时间的努力,我最终完成了毕业设计,为我的大学生活,我的学生生涯画上一个句号。在这里,我首先要感谢我的指导老师,向礼丹老师,在这段时间里刘老师给了我宽容、耐心的指导教学,让我专心做好我自己的事情,我十分感激向老师对我的帮助。在此,我还要感谢我的朋友、同学和父母对我的帮助和关心,因为他们,我才能更加顺利的完成我的毕业设计。（1）故障时动作于跳闸当出现故障时，为了维持正常的电路运行，需要将系统内出现故障的位置排查出来，继电保护装置及时反应，将信号传输至断路装置，将最近的断路器跳闸，同时将信号传递到工作人员，提醒工作人员对出现故障位置排查处理，能做到系统的及时反映。(2)在电力线路中出现电气元件不能正常运行，能将故障信号发出并及时传递到值班人员，提醒工作人员去查找线路找出故障位置，在找出故障位置后能及时处理，避免对电力线路造成破坏影响正常生产。7.1.2继电保护介绍选择在电力系统中，电力部件和电力设备作为一个整体，需要统一规范的控制。但是时实际运行中常常伴有不可意料的自然和人为电气事故，比如常见的自然因素雷电，冰雹，动植物干扰等，以及在工作人员操作的失误，误操作等。这样如果发生意外，会对整个系统由一个位置迅速扩大到整个电力线路，造成巨大的经济损失。为了避免发生这样的意外情况，需要对线路设置继电保护，去减少或者避免重大事故。同时能够去保证系统的稳定可靠运行，提高电力系统的安全系数。对继电保护的设置也有许多的要求，其中包括动作的选择性，迅速性及灵敏性，继电保护设置的要求