某化工降压变电所电气设计 毕业论文.doc

毕业论文（设计） 题 目： 某化工降压变电所电气设计 系部名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 年 月 日 i 摘 要 本文根据某化纤厂负荷情况原始资料详细介绍，完成某化工降压变电所电气 设计。文中对供电电压的选择、主接线的设计、负荷计算、短路电流计算、高压 设备的选择,继电保护选择和整定计算等内容皆有详细的说明。特别对主接线的 选择,变压器的选择通过无功功率补偿,负荷计算利用需要系数法，短路电流计算 利用标幺值法，还有一些电气设备如断路器、电流互感器、电压互感器等的选择 校验作了详细的说明、分析和计算。其中还对变电所的主接线等通过 microsoft office visio 制图直观的展现出来。 关键字：电气主接线、短路电流计算、高压电气设备、继电保护 ii step-down substation electrical design of a chemical factory abstract according to a source waste-water from load conditions to complete a detailed introduction of electrical design chemical step-down substation. in this paper, the main supply voltage choice wiring design, load calculation, short-circuit current calculation, high pressure equipment choice, relay protection choice and setting calculation content is detailed instructions. especially for the lord, the choice of transformer wiring choice through the reactive power compensation, load calculation using need coefficient method, using standard short-circuit current calculation method of what value, and some electrical equipment such as circuit breaker, current transformer, voltage transformer, etc choice made detailed descriptions of calibration, analysis and calculation. the lord of substation including visio through microsoft office such as wiring the show. graphics intuitive11. keywords：main electrical connection table the calculation of short current the protection of relay high-voltage electrical equipment iii 目 录 第一章 引言 1 1.1 设计的原始资料 .1 1.2 设计的基本原则： .2 1.3 设计的主要内容 .2 第二章 主接线的设计 .3 2.1 电气主接线的概述 .3 2.2 电气主接线基本要求 .3 2.3 电气主接线设计的原则 .3 2.4 主接线的基本接线形式 .4 2.5 主接线的设计 .4 第三章 负荷计算 5 3.1 负荷的分类 .5 3.2 计算厂总降压变负荷 .5 3.2.1 计算负荷概念 .5 3.2.2 用电负荷 .6 3.2.3 计算负荷目的 .6 3.2.4 计算负荷定义 .6 3.2.5 计算负荷方法 .7 3.2.6 负荷系数 .8 3.3 设备的功率因素 .8 3.3.1 有关功率的名词解释 .9 3.3.2 提高功率因数的意义 .9 3.3.3 提高功率因数方法 10 3.4 动力支路负荷计算 11 3.5 各车间的负荷计算 .11 3.5.1 纺练车间 11 3.5.2 车间计算负荷统计(同时系数） .13 3.5.3 其余各车间负荷计算 13 iv 3.5.4 全厂计算负荷计算 14 3.6 城北变电压等级的确定 16 3.6.1 电压等级的规定 .16 3.6.2 电压等级的确定 16 3.6.3 本厂电压等级的确定 17 3.7 无功功率补偿并确定变压器容量及台数 17 3.7.1 无功补偿概述 17 3.7.2 35kv 工厂总降压变电所无功功率补偿主变压器台数及容量选择 .18 3.7.3 10kv备用线路变压器选择 .19 第四章 短路电流计算 20 4.1 产生短路的原因和短路的定义 20 4.2 电力系统的短路故障类型 20 4.3 短路电流计算的一般原则 20 4.4 短路电流计算的目的 20 4.5 短路电流计算方法 21 第五章 电气设备选择 .25 5.1 电气设备选择的一般条件 25 5.1.1 按正常工作条件选择设备 25 5.1.2 按工作电流选择设备额定电流 26 5.1.3 按短路条件校验设备的动稳定和热稳定 26 5.2 各种电气设备的选择 27 5.2.1 断路器型式的选择 27 5.2.2 隔离开关的选择 28 5.2.3 电流互感器的选择与校验 28 5.2.4 电压互感器应按以下条件选择 29 5.3 本变电所高低压电气设备的选择 .29 5.3.1.35kv线路设备选择如下表 5-1 所示 30 5.3.2. 10线路设备选择如表 5-2 所示 .31 第六章 继电保护和整定计算 32 v 6.1 继电保护的规划 32 6.1.1 继电保护的基本作用 32 6.1.2 继电保护的基本任务 32 6.1.3 继电保护装置的构成 32 6.1.4 对继电保护的基本要求 33 6.2 本设计变压器保护的整定 33 第七章 变电所的防雷保护 .36 7.1 变电所防雷概述 36 7.2 避雷针的选择 .36 结论 .38 致谢 .39 参考文献 .40 附录 1 35kv 变电所电气主接线图 .41 附录 2 定时限过电流保护展开接线图 .42 1 第一章 引言 1.1 设计的原始资料 .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。工厂负荷统计资料见表 1-1(本表数据为设计方案分配表第九组数据） 。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%） 。 表 1-1 某化纤厂负荷情况表 某化纤厂负荷情况表 序号 车间设备名称 安装容量 kw 纺练车间 纺丝机 200 筒绞机 30 烘干机 85 脱水机 12 通风机 180 淋洗机 6 变频机 840 1 传送机 40 2 原液车间照明 1040 3 酸站照明 260 4 锅炉房照明 320 5 排毒车间照明 160 6 其他车间照明 240 .供电电源请况：按与供电局协议，本人可由 16 公里处的城北变电所 ， 变压器供电，供电电压可任选。另外，与本厂相距 510/38.kv90ma 公里处的其他工厂可以引入 电缆做备用电源，但容量只能满足本厂负荷的1kv 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）： 母线的出线断路器断流容量为35kv ； 母线的出线断路器断流容量为 。40va1k 0ma 2 .电费制度：按两部制电费计算。变压安装容量每 为 15 元/月，动力1kva 电费为 0.3 元/ ,照明电费为 0.155 元/ 。.kvh.kvh .气象资料：本厂地区最高温度为 38 度，最热月平均最高气温为 30 度。 .地质水文资料：本厂地区海拔 ，底层以杀粘土为主，地下水位为 。60m2m 1.2 设计的基本原则： 化工降压变电所直接为生产提供电源，是电力系统的一个重要环节，此类变 电所能否正确运行关系到整个工厂生产的稳定和安全问题，因此设计一个优质、 安全、可靠、灵活的变电所至关重要。设计原则有以下几点： （1）变电所的设计应根据工程的 510 年发展规划进行，与城建部分的城 市规划相结合，做到远、近期的结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发 展的关系，适当考虑扩建的可能。 （2）变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容 量、工程特点和地区供电条件，结合本地情况合理地确定设计方案，做到因地制 宜，兼顾变电所经济、安全、可靠、灵活的特点。 （3）对变电所的选址有以下几点要求：一是靠近负荷中心；二是要节约用 地，不占或不占耕地及经济效益高的土地；三是与城区或企业规划相协调，便于 架空和电缆线路的引入和引出；四是交通运输方便；五是具有适宜的地质，并且 周围环境无明显污秽。 1.3 设计的主要内容 本次设计完成了某化工厂降压变电所设计的总过程，设计过程中遵循国家的 法律、法规，按照国家标准及规范，明确设计的目的，逐步完成了电气主接线的 选择、负荷的计算和无功补偿、主变的选择、短路电流的计算、高压设备的选择、 继电保护选择及整定等工作，特别是对电气主接线的选择、变压器的选择和高压 电气设备（如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等）的选择及校验作 了详细的说明和分析，形成了较为完整的论文。 3 第二章 主接线的设计 2.1 电气主接线的概述 电气主接线是由电气设备通过连接线，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。电气 主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要 组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电器选择、配电装置布置、继 电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。 2.2 电气主接线基本要求 （1）可靠性：安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接 线最基本的要求。停电会给国民经济各部门带来严重的损失，在经济发达地区， 故障停电的经济损失是难以保量的，甚于会导致人身伤亡、设备损坏、产品报废、 城市生活混乱等。电气主接线的可靠性不是绝对的，在分析电气主接线的可靠性 时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设 备制造水平及运行经验等诸多因素。 （2）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 式的转换。灵活性应该满足以下几个方面，一是操作的方便性；二是高度的方便 性；三是扩建的方便性。 （3）经济性：在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。 通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。经济性主要从以下几 个方面考虑，一是节省一次投资；二是占地面积少；三是电能损耗少。 2.3 电气主接线设计的原则 电气主接线的设计是变电站电气设计的主体，其设计必须结合电力系统和变 电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的，经过技术、经 济比较、合理地选择主接线方案。 电气主接线设计的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、 4 政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调试灵活、 满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取 材同，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济的 原则5。 2.4 主接线的基本接线形式 （1）有汇流母线：单母线接线及单母线分段接线；双母线接线及双母线分 段接线；带旁路母线的单母线和双母线接线。 （2）无汇流母线：桥形接线；角形接线；单元接线。 2.5 主接线的设计 （1） 35kv 主接线的设计：由电力工程电气设计手册可知：当 35 63kv 配电装置出线回路数为 48 回，采用单母分段连接。故 35kv 可采用单母分 段连接方式。 （2） 10kv 备用主接线的设计：由电力工程电气设计手册可知：当 6- 10kv 配电装置出线回路数为 6 回及以上时，采用单母分段连接；当负荷较大、短 路电流较大、出线需要带电抗器时可采用双母线接线。故 10kv 采用单母分段连 接方式，也可采用单母分段连接方式。 本设计均选用单母线分段式连接方式如下图 2-1 所示。 图 2-1 单母线分段式接线 5 第三章 负荷计算 3.1 负荷的分类 根据用户负荷的性质和中断供电在经济、政治上所造成的损失和影响程度， 规定将负荷分为三级： 1.一级负荷：中断供电将造成人身伤亡的负荷；中断供电将在政治、经济上 造成重大损失如重大设备损坏，重大产品报废，重要原材料生产的产品大量报废， 国民经济中重点企业的连续生产被打乱，需要长时间才能恢复；中断供电影响有 重大政治、经济意义的用电单位正常工作。如重要的铁路枢纽，重要的通信枢纽， 重要宾馆及经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电 力负荷。这些属于电力系统中的一级负荷。 2.二级负荷：中断供电将在政治、经济上造成重大损失者。如：主要设备的 损坏，大量产品报废，连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复，重点企业大量 减产等；中断供电将影响重要单位的正常工作者。这些属于电力系统的二级负荷。 3.三级负荷：不属于一级和二级负荷者，短时停电不会带来严重后果的负荷。 为保证供电的可靠性，一级负荷应由两个独立的电源供电，有特殊要求的一 级负荷，两个独立的电源应来自不同的地点，发生故障时两个独立电源互不影响； 二级负荷的供电系统，应尽量做到发生故障时不发生中断供电，或中断供电后能 迅速恢复，在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回 6kv 及以上专 用线供电；三级负荷对供电电源无特殊要求，当系统发生故障时，如出现电力不 足的情况，就首先考虑切除三级负荷，以保证一、二级负荷的用电。 3.2 计算厂总降压变负荷 3.2.1 计算负荷概念 供电系统要能够在正常条件下可靠运行，则其中各个元件（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 6 电力负荷进行统计计算。通过负荷的统计计算求出的，来选择供电系统中设备。 3.2.2 用电负荷 所谓电负荷是指用电客户的用电设备在某一时刻实际取用的功率总和。从电 力系统来讲，则是指为了满足用户用电所需具备的发电出力。用电负荷是一个不 断变动的量，对一个地区而言，负荷变化的特性主要取决于用电行业结构、地域、 季节变化、经济发展和生活水平。用电负荷在时间上的不均衡性使得某一时段用 电较多，某一时段用电较少，这就形成了用电高峰负荷与低谷负荷。 由于用户的用电性质不同，各类用户最大负荷出现的时间也不相同。当用电 负荷增加时，电力系统的出力也随之增加；当用电负荷减少时，电力系统的出力 也须相应减少。如果各类用户的用电最大负荷出现的时间过分集中，电力系统就 得有足够的出力来满足用户需要，否则电力系统的出力和负荷就不能平衡，出现 供小于求的状况造成拉闸限电。当用电高峰时段一过，电力供大于求，造成发电 设备的压机运行或停机。电网的大峰谷差运行方式会带来危害，一方面浪费了大 量的电力投资，增加了发、供电成本，另一方面发电机组的频繁启停或压负荷运 行造成能源和电力资源的浪费，并对电网的安全稳定运行带来威胁。因此实施电 力需求侧管理，合理调整负荷，优化用电方式，避峰、错峰用电，移峰填谷是一 项成本低、收效快的有效措施。 3.2.3 计算负荷目的 计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接 影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和 导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电 器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负 荷重要性。 3.2.4 计算负荷定义 所谓计算负荷，是指与实际用电负荷较接近的假想负荷，按计算负荷选择的 电气设备既能满足生产和生活、工作需要又不会使设备选得过大造成浪费和运行 不经济。它也是指一组用电负载实际运行时，在线路中形成的或负载自身消耗的 7 最大平均功率。如果某一不变的假想负荷在线路中产生的最大热效应（使导线产 生的平均最高温升）相等，则把这一不变的假想负荷叫做该组实际负载的计算负 荷。 所谓负荷计算，是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析， 从而求出该线路的计算负荷的过程。负荷计算与计算负荷，是两个不同的概念， 不可混淆。 在现行的设计规范中，负荷计算的内容不仅包括确定计算负荷，还包括确定 尖峰电流和确定一极、二级负荷的容量已及季节性负荷的容量。 3.2.5 计算负荷方法 目前负荷计算常用需要系数法、二项式法、和利用系数法,前二种方法在国 内设计单位的使用最为普遍。此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、 单位面积功率法、变值系数法和 abc 法等. 常采用需用系数法计算用电设备组的 负荷时，应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出 相应的需用系数 ，然后按照表一给出的公式求出该组用电设备的计算负荷。xk 此设计采用的是需用系数法来对电力负荷计算的。 因为，需用系数是用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。 这种方法简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。采用利用系数法 求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数 有关的最大系数得出计算负荷，计算过程十分繁琐。而单位面积功率法和单位指 标法主要多用于民用建筑；单位产品耗电量法主要适用于某些工业。 需要系数法，是把用电设备的总设备容量乘以需要系数和同时系数，直接求 出计算负荷的一种简便方法。需要系数法主要用于工程初步设计及施工图设计阶 段，对变电所母线、干线进行负荷计算。 需要系数法确定计算负荷都有如表 3-1 的通用公式： 8 表 3-1 公式表 名称 公式 备注 用电设备组的容量 pne 用电设备组有功计算负荷 pkewll30 需要系数 ed30wllped30 无功计算负荷 tanq 视在计算负荷 cos30s 计算电流 uin30 有功负荷的同时系数 9.8kp 无功负荷的同时系数 5q 总的有功计算负荷 pp3030 总的无功计算负荷 qq 总的视在计算负荷 s23030 设备的额定容量n 设备组的同时系数 设备组的负荷系数l 设备组的平均效率e 配电线路的平均效率wl 对应用电设备组tan 的正切值cos 用电设备组的平均 功率因数 用电设备组的额定电压n 以上参数由用电设备组计算负 荷直接相加来计算时取。 3.2.6 负荷系数 所谓负荷系数是指实际计算负荷容量与额定负荷容量的比值，应用负荷系数 是为了更真实地统计实际的直流负荷，进而更确切地计算设备的容量。 3.3 设备的功率因素 按照我国供电部门的规定，高压供电的用户必须保证功率因数在 以上，9.0 低压供电的用户必须在 以上。为了使用户注意提高功率因数，供电部门还对85.0 大宗用电单位实行按户月平均功率因数调整电费的办法。调整功率因数标准一般 为 ，大于 时给以奖励，低于 时便要增收电费甚至罚款，功率因数很85.0. 5.0 9 低时供电部门要停止供电。 3.3.1 有关功率的名词解释 输入功率=输入电流(乘)输入电压;也就决定是我们要用的电量. 输出功率=输入功率-无用功部分;就是我们实际上的到的功率. 输出功率是各类能源或能源转换设备（如动力、照明设备）向外输出的能量 与时间的比值，即单位时间内能源或设备向外界提供的能量。其单位一般为瓦特、 千瓦，在电力系统中也常用伏安、千伏安来表示。 无功功率:电网中的感性负载（如电机，扼流圈，变压器，感应式加热器及 电焊机等）都会产生不同程度的电滞，即所谓的电感。感性负载具有这样一种特 性 -即使所加电压改变方向，感性负载的这种滞后仍能将电流的方向（如正 向）保持一段时间。一旦存在了这种电流与电压之间的相位差，就会产生负功率， 并被反馈到电网中。电流电压再次相位相同时，又需要相同大小的电能在感性负 载中建立磁场，这种磁场反向电能就被称作无功功率。 无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备 中建立和维持磁场的电功率。它不对外做功，而是转变为其他形式的能量。凡是 有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。无功功率过高： a.无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致系统容量下降； b.无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加； c.使线路的压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。 在交流电路中，由于有感性或容性储能设备，电压与电流有相位差，通俗讲 就是电压与电流不在同一时间到达； 因此，表面看电压有多大、电流有多大，实际并没有做那么大的功，有电源 与储能设备的能量转换: 视在功率=有功功率+无功功率。 电力变压器就用视在功率表示容量，单位为伏安 。 va 意思是不管有功功率与无功功率是多少，只能输出这么大的电压与电流。 功率因数=有功功率/视在功率即 功率因数是在 之间，它cos/w01 表示负载电流做的有用功率的百分比。 10 3.3.2 提高功率因数的意义 a.提高功率因数，可以降低线路上的损耗，提高输出功率。在建筑供电系统 中，供电线路，其电阻不可忽略。 b.提高功率因数，可以减少线路上电压降，提高末端电压，有利于用电提高 供电可靠性。可减少对供配电设施的投资，增加供配电系统的功率储备，使用户 获得直接的经济利益。在同样的有功功率下，功率因数提高，负荷电流就减少， 而向符合传输功率所经过的变压器、开关、导线等供配电设备都增加了功率储备， 从而满足了负荷增长的需要，亦即可以增大原有设备的供电能力。对尚处于设计 阶段的新建筑来说，提高功率因数则能降低配电设备的设备容量，从而减少投资 费用。 c.充分发挥电源设备潜力。 3.3.3 提高功率因数方法 a.通过适当措施提高自然功率因数。据统计，在建筑供电系统的总无功功率 中，电动机和变压器约占 左右，其余则消耗在输电线路及其他感应设备中，80% 因此，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。 b.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10%10% 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 的1vark 无功功率要损耗 的有功功率，基建安装要求高、不易扩建、运行维护.53 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。 c.并联适当的静电电容器。我们知道，电感性负载并联适当的电容器可以提 高功率因数，所以在建筑供电系统中，同样可以并联适当的静电电容器以提高系 统的功率因数。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0.3% 系统中。 11 3.4 动力支路负荷计算 在采用需要系数法进行动力支路负荷计算时，应将计算范围内的用电设备 分组，分别进行各个组内的负荷计算并将计算结果相加得到总的计算负荷，然后 根据用电设备的台数和容量的大小以及用电设备的性质乘以一个同时系数，得到 计算结果。 每个组内的负荷计算可以采用通用计算公式进行，动力支路的负荷计算采 用下式进行： (3-1)cpkdep (3-2)tanqq (3-3) 2ccs (3-4)/(3)niu 式中 支路上有功计算负荷，单位为 ；cpkw 支路上无功计算负荷，单位为 ；var 支路上视在计算负荷，单位为 ；cs va 、 分别为支路上有功同时系数，无功同时系数；pkq 支路上计算电流；ci 支路的额定电压。nu 在使用上述公式时要注意： 1.分组的原则：用电设备的性质相同、功率因数相同、需要系数相同的分一 组。 2.有功、无功同时系数的概念和数值是不同的，通常对于同一组用电设备组 无功同时系数的值比有功同时系数要大。通常情况下有功同时系数的范围 、无功同时系数范围 。(0.897)(0.81) 3.5 各车间的负荷计算 各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法） 3.5.1 纺练车间 单台机械负荷计算 （1）纺丝机 12 已知： ， ， 。20epkw0.8dktan0.78 故： 16dktan16.724.vrq （2）筒丝机 已知： ， ， 。30epkw.5dktan0.75 故： 72dkwtan2.18.vr （3）烘干机 已知： ， ， 。85epkw0.75dktan1.02 故： 63dkwtan63.12.vrq （4）脱水机 已知： ， ， 。8epkw0.6dktan0.8 故： 1dkwtan4vr （5）通风机 已知： ， ， 。180epkw.70dktan.75 故： 126dktan26.594.vrq （6）淋洗机 已知： ， ， 。epkw0.7dktan0.78 故： 654dktan.83.1vr （7）变频机 已知： ， ， 。40epkw.0dktan.70 故： 8672dkwtan6724vrq （8）传送机 已知： ， ， 。40epkw.80dktan.70 故： 32dktan32.7.4vr 13 纺练车间单台机械负荷统计见表 3-2。 表 3-2 纺练车间负荷统计列表 计算负荷 序号 车间设备名称 安装容kwdktanpkwvarq 1 纺丝机 200 0. 8 0.7 8 160 124.8 2 筒绞机 30 0. 75 0.7 5 22.5 18.88 3 烘干机 85 0. 75 1.0 2 63.75 65.03 4 脱水机 12 0. 6 0.8 10.8 8.4 5 通风机 180 0. 7 0.7 5 126 94.5 6 淋洗机 6 0. 75 0.7 8 4.5 3.57 7 变频机 840 0. 8 0.7 672 470.4 8 传送机 40 0. 8 0.7 32 22.4 9 小计 1393 1091. 55 870.18 3.5.2 车间计算负荷统计(同时系数） 取同时系数： ，0.9pk0.95q.1824p kw57.6.7varq222913.9s va 14 3.5.3 其余各车间负荷计算 （1）原液车间 已知： ， ， 。04epkw0.75dktan0.7 故： 18dkwtan78.6vrq22549.1sva （2）酸站照明 已知： ， ， 。60epkw.6dktan0.7 故： 2519dktan19.78.3vrq222606.s va （3）锅炉房照明 已知： ， ， 。0epkw.75dktan.75 故： 3240dkwtan4.18vrq223sva （4）排毒车间 已知： ， ， 。160epkw.7dktan0.6 故： 12dktan3vrq22673.sva (5)其他车间 已知： ， ， 。40epkw.dktan0.75 故： 27168dktan168.5vrq220sva 15 3.5.4 全厂计算负荷计算 各车间计算负荷统计见表 3-3。 表 3-3 各车间计算负荷统计列表 序号 车间设备名称 安装容量 kwpkvarqkskva 1 纺练车间 1393 982.4 826.67 1283.94 2 原液车间照明 1040 780 546 952 3 酸站照明 260 169 118.3 206.3 4 锅炉房照明 320 240 180 300 5 排毒车间照明 160 112 67.2 130.6 6 其他车间照明 240 168 126 210 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 。95% 因为在一定的情况下是不可能发生所有的用电设备同时工作的情况,，如果 按照全部用电设备的用电负荷之和来计算全厂计算负荷的话，势必会造成,经济 不运行和浪费等,情况,也就是我们常说的大马拉小车。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90% 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+0.9 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) .(82.47016924168)20.ppk kw 16 0.95(826.7418.3067.21)0.96varqk k2 20.95spkva7.345.63i au 考虑 5 年的发展，年增长率按 2%计算，全厂计算负荷5206.12%.89pkw5797varq2225435.13075.s kva507.8.3i au 3.6 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。 3.6.1 电压等级的规定 1.电压等级和最高一级电压的选择，应根据现有实际情况和远景发展进行慎 重研究后确定。应尽量简化变压层次，一般情况下应少于 4 个变压层次。老城市 在简化变压层次时可以分期分区进行。 2. 标称电压应符合国家电压标准。送电电压为 (或 )，高压配电20kv1 电压为 、 、 ，中压配电电压为 ，低压配电电压为 ，选10635kv1380/2v 用电压等级时，应尽量避免重复降压。现有的非标准电压应限制发展，合理利用， 根据设备使用寿命与发展需要分期分批进行改造10。 3. 一个地区同一电压相位和相序应相同。 4. 现有供电容量严重不足或老旧设备需要全面进行技术改造时，可采取升 压措施。升压改造是扩大供电能力的有效措施但应结合远期规划注意做好以下工 作： a.研究现在供电设施全部或部分进行升压改造的技术经济合理性； 17 b.升压改造中应对旧设备的利用或更新以及其它方面制订有关的技术要求， 以保证它们的安全运行； c.在升压过渡期间应有妥善可靠的过渡方案及其相应的技术措施，尽量不削 弱供电可靠性。 3.6.2 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3： 1.当负荷为 时，供电电压易选 ，输送距离在 公里； 20kw6kv310 2.当负荷为 时，供电电压易选 ，输送距离在 公里； 35105 3.当负荷为 时，供电电压易选 ，输送距离在 公里；152 4.当负荷为 时，供电电压易选 ，输送距离在05kw10kv 公里； 501 5.当负荷为 时，供电电压易选 ，输送距离在202 公里； 3 6.当负荷为 以上时，供电电压易选 ，输送距离在 公里以0kw50kv30 上。 但近年来，随着电气设备的进步及电力技术的发展，输送容量及距离有了很 大进步。 3.6.3 本厂电压等级的确定 设计任务书提供了三个电压等级： 在要 考虑工厂 5 年发展规180/3.5kv 划负荷（工厂负荷年增长率按 ） ，五年以后的最大功率为 并且输送2%243.89kw 距离为 公里，因此我选用负荷为 ，供电电压易选 ，输送距离16w 在 公里7。205 18 3.7 无功功率补偿并确定变压器容量及台数 3.7.1 无功补偿概述 电力系统中有许多根据电磁感应原理工作的电气设备，如变压器、电动机、 感应炉等。都是依靠磁场来传送和转换电能的电感性负载，在电力系统中感应电 动机约占全部负荷的 50%以上。电力系统中的无功功率很大，必须有足够的无功 电源，才能维持一定的电压水平，满足系统安全稳定运行的要求。电力系统中的 无功电源由三部分组成： 一是发电机可能发出的无功功率（一般为有功功率的 40%50%） ； 二是无功功率补偿装置（并联电容器和同步调相机）输出无功功率； 三是 110kv 及以上电压线路的充电功率； 电力系统中如无功功率小，将引起供电电网的电压降低。电压低于额定电压 值时，将使发电、送电、变电设备均不能达到正常的出力，电网的电能损失增大， 并容易导致电网震荡而解列，造成大面积停电，产生严重的经济损失和政治影响。 电压下降到额定电压值的 60%70%时，用户的电动机将不能启动甚至造成烧毁。 所以进行无功补偿是非常有必要的。 无功补偿使用专用的电力电容器，其规格品种很多，按安装方式分为户内式 和户外式，按相数分为单相和三相，按额定电压分为高压和低压电容器等等。 1.电容器的选择 电容器无功容量的计算 (3-5)tantantacciqp 2.电容器的补偿方式和联接方式 (1) 电容器的补偿方式单独就地补偿方式、分散补偿方式和集中补偿方式。 (2）电容器的联接方式有三角形接法和星形接法。 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50v10 得装设熔断器或开关，以免放电回路断开，危及人身安全。 19 3.7.2 35kv 工厂总降压变电所无功功率补偿主变压器台数及容量选择 由： 5243.89cos0.7.92ps 令： 5s0. 计算补偿后的视在功率为： 5243.8967.1()0.pskva2 255q5.8647.1()ccqkva 由视在功率计算应补偿的功率为： 2218764.135.891703.6984.1(var)c k 为保证供电的可靠性，选用两台主变压器（每台可供总负荷的 ）：70%0.7.2647.1853.0ntskva 选择变压器型号 ，两台3。/sl 查表得出变压器的各项参数： 空载损耗 ；3.4opkw 负载损耗 ；198 阻抗电压 ；%6.5ku 空载电流 。oi 3.7.3 备用线路变压器选择10kv022785.3.17()skva 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 的重要负荷，有原始资料得知重要的负荷为：纺织机和锅炉房照明。% 五年后： 10520%375.861.7()s k 20 101065.73.23si au 选择变压器型号 ，一台。0/1l 查表得出变压器的各项参数： 空载损耗 ；.3opkw 负载损耗 ；81 阻抗电压 ；%4.5ku 空载电流 。 20oi 第四章 短路电流计算 4.1 产生短路的原因和短路的定义 产生短路的主要原因是电器设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的原因多因 设备过电压、直接遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外， 如输电线路断线、线路倒杆也能造成短路事故。所谓短路时指相与相之间通过电 弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系 统中，还指单相和多相接地。 4.2 电力系统的短路故障类型 电力系统中可能发生的短路故障，主要有三相短路、两相短路和单相短路。 一般情况下，三相短路电流都大于两相和单相短路电流。在计算短路电流时，通 常把电源容量视为无穷大的电力系统12。 21 4.3 短路电流计算的一般原则 (1)计算短路电流用于验算电器和导体的开断电流、动稳定和热稳定时，应 按本工程的设计规划内容计算。一般应以最大运行方式下的三相短路电流为依据， 并适当考虑电网 5-10 年的远景发展规划进行计算。 (2)计算短路电流时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式进行计算。 短路点应选择在适中电流为最大的地点。 (3)导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流，一般按三相短路电 流验算。 (4)计算某一电压级的短路电流时，应用平均电压。 (5)计算高压系统短路电流时，一般采用标幺值方法、短路功率法进行计算。 4.4 短路电流计算的目的 （1）电气主接线比选； （2）选择导体和电器； （3）确定中性点接地方式； （4）计算软导体的短路摇摆； （5）确定分裂导线间隔棒的间距； （6）验算接地装置的接触电压和跨步电压； （7）选择继电保护装置和进行整定计算。 4.5 短路电流计算方法 电力系统供电的工业企业内部发生短路时，由于工业企业内所装置的元件， 其容量比较小，而其阻抗较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路情况时，系统 母线上的电压变动很小，可以认为电压维持不变，即系统容量为无穷大。所谓无 限容量系统是指容量为无限大的电力系统，在该系统中，当发生短路时，母线电 业维持不变，短路电流的周期分量不衰减。当然，容量所以们在这里进行短路电 流计算方法，以无穷大容量电力系统供电作为前提计算的，其步骤如下8： （1）对各等值网络进行化简，求出计算电抗； （2）求出短路电流的标么值； 22 （3）归算到各电压等级求出有名值。 为了选择和校验电气设备、载流导体，一般应计算下列短路电流值，即 短路电流周期分量有效值，单位为 ka；ki 稳态短路电流有效值，单位 ka； 短路全电流最大冲击值，单位为 ka；shi 短路全电流最大有效值，单位为 ka;i 短路容量，单位为 mva。ks 短路电流的计算公式见表 4-1。 表 4-1 公式及参数列表 参数名称 有名值 标幺值 说明 功率 s ds 一般取 sd=100mva 电压 u du一般取 ud=uev 电流 i di ddu3si 电抗 x =dx2s是以 sd 为基准容 量的标幺值 变压器电抗 n 2kt10su%nkt10%u 线路电抗 l2dls为线路每公里电抗1 值 23 电抗器电抗 n ri310u%x2dnruis310%x %为电抗器铭牌上rx 数值 系统等值电 抗 k 2ns kdsi （mva） （ka）k 为某点短路容量， 为该点的三相短路ki 电流 电动机电抗 n 2mu10%xnstdmx 为启动电流倍数st 按无穷大系统供电计算短路电流。短路计算电路图。为简单起见，标幺值符 号 全去掉。* 1.工厂总降压变 母线短路电流图示如图 4-135kv a.确定标幺值基准： ，10dsa37avukv.6337ddavsi ku b.计算各主要元件的电抗标幺值： 系统电抗（短路器 ）40ocmva10.254docsx 线路电抗35kv0.2/xm2210.46.4937x c.求三相短路电流和短路容量： 总电抗标幺值： 10.25.490.5x 三相短路电流周期分量有效值： 3.63.1205dkika 其他三相短路电流电流值： 33“ .kii“2.127.96shi k 24 33“1.52.124.7shiika 三相短路容量： 30.5dksmvx 图 4-1 35kv 短路计算电路图 2. 母线短路电流图示如图 4-210kv a.确定标幺值基准： ，10dsmva10.5avukv22105.3ddsi ku b.计算各主要元件的电抗标幺值： 系统电抗（短路器 ）3ocsmva10.2935docsx 线路电抗kv.4/xm22105.9 c.求三相短路电流和短路容量： 总电抗标幺值： 4 0 0 m v a 3 5 k v s 7 - 2 0 0 0 / 3 5 车间 x 0 = 0 . 4 2 欧姆 / k m 1 6 k m 25 211.9024x 求三相短路电流周期分量有效值： 35.dkika 其他三相短路电流电流值： 33“4.kii“2.51.32shi k331.675i a 三相短路容量： 308.1.24dksmvx 3 5 0 m v a 1 0 k v s 7 - 6 3 0 / 1 0 车间 x 0 = 0 . 4 2 欧姆 / k m 5 k m 图 4-2 10kv 短路计算电路图 第五章 电气设备选择 5.1 电气设备选择的一般条件 不同类别的电气设备承担的任务和工作条件各不相同，因此它们的具体选择 方法也不相同。但是，为了保证工作的可靠性及安全性，在选择它们时的基本要 求是相同的，即按正常工作条件选择，按短路条件进行校验。对于断路器、熔断 器等，特别要校验其开断短路电流的能力。 5.1.1 按正常工作条件选择设备 1.按使用环境选择设备 a.温度和湿度：一般高压电气设备可在环境温度 的范围内长期c403 26 正常运行。当使用环境温度低于 时，应选用适合高寒地区的产品；若使c30 用环境温度超过 时，应选用型号带“ta“字样的干热带型产品。一般高压40 电气设备可在温度为 ，相对湿度为 90%的环境下长期正常运行。当环境2 的相对湿度超过标准时，应选用型号带有“th”字样的湿度热带型产品。 b.污染环境：安装在污染严重，有腐蚀性物质、烟气、粉尘等恶劣环境中的 电气设备，应选用防污型产品或将设备布置在室内。 c.海拔高度：一般电气设备的使用条件为不超过 1000m。当用在高原地区时， 由于气压较底，设备的外绝缘水平将相应下降。因此，设备应选用高原型产品或 外绝缘提高一线的产品。现行电压等级为 及以下的设备，其外绝缘都有一10kv 定的裕度，实际上均可使用在海拔不超过 2000m 的地区。 d.安装地点：配电装置为室内布置时，设备应选户内式；配电装置为室外布 置时，设备则选户外式。此外，还应考虑地形、地质条件以及地震影响等。 2.按正常工作电压选择设备额定电压 所选电气设备的最高允许电压，必须高于或等于所在电网的最高运行电压。 设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压的 倍，而电网实际的最高工作电压也在此范围，故选择时只要满足下式1.5: 即可： (5-1)nsu 式中 设