电厂电力系统课程设计报告书

1、 1 前言 电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性与经济合理性等起着决定性作用。一般在研究主接线方案和运行方式时，为了清晰和方便，通常将三相电路图描绘成单线图。在绘制主接线全图时，将互感器、避雷器、电容器、中性点设备以与载波通信用的通道加工元件（也称高频阻波器）等也表示出来。对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模与电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的

2、灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。2. 负荷计算和无功功率补偿2.1 负荷计算 各厂房和生活区的负荷计算如表2.1编号名称类别设备容量需要系数计算负荷1铸造车间动力3800.40.651.17152177.7233.8355.3照明90.81.007.207.232.7小计389159.2177.7238.6362.52锻压车间动力3600.20.651.177284.2110.8168.3照明70.81.005.605.625.5小计36777.684.2114.51743金工车间

3、动力3000.30.651.1790105.2138.5210.4照明80.91.007.207.232.7小计30897.2105.2143.2217.64工具车间动力3000.30.651.1790105.2138.5210.4照明90.81.007.207.232.7小计30997.2105.2143.2217.65电镀车间动力2800.60.750.88168148.2224340.3照明70.91.006.306.328.6小计287174.3148.2228.8335.36热处理车间动力1600.50.750.888070.6106.7162.1照明70.71.004.904.92

4、2.3小计16784.970.6110.4167.77装配车间动力1600.40.71.026465.391.4138.9照明80.91.007.207.232.7小计16871.265.396.6146.8 8机修车间动力1600.30.651.174856.173.8112.2照明30.81.002.402.410.9小计16350.456.175.4114.69锅炉房动力600.60.750.883631.74872.9照明20.81.001.601.67.3小计6237.631.749.274.810仓库动力150.30.850.624.52.85.38照明20.71.001.401.

5、46.4小计175.92.86.59.911生活区照明3000.80.90.48240116.2266.7344.4 总计（380V侧）动力21751095.5963.2照明362计入=0.8=0.850.73876.4818.711991821.72.2 无功功率补偿 由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷是的功率因数只有0.73。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.91。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.91，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：c=P30()=871.6×(0.94-0.

6、42)=453.23kvar故选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）5台相组合，总共容量84kvar×6=504kvar如图所示。图2.1 PGJ1型低压自动补偿屏因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2.2所示。项 目cos计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A380V侧补偿前负荷0.73876.4818.711991821.7380V侧无功补偿容量-504380V侧补偿后负荷0.941876.4314.7931.21414.8主变压器功率损耗0.015S30=140.06S30

7、=55.910kV侧负荷总计0.923890.4370.6964.455.7表2.2 无功补偿后工厂的计算负荷3 变电所位置和型式的选择变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心.工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+=Pi.因此仿照力学中计算重心的力矩方程,可得负荷中心的坐标: (3.1) (3.2)图.1 ××机械厂总平面图3.1变电所位置的选择变电所的位置应尽量

8、接近工厂的负荷中心。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一条直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间（建筑）和生活区负荷点的坐标位置p1(2.5,5.51)；p2(3.6,3.54)；p3(5.56,1.3)；p4(4,6.7)；p5(6.2,6.7)p6(6.2,5)；p7(6.2,3.4)；p8(8.55,6.7)；p9(8.55,5)；p10(8.55,3.4)；p0(1.2,1.1)（工厂生活区），如图3-1所示：而工厂的负荷中心假设在P（x，y），其中P=P1+P2+P3=Pi。仿照力学计算重心的力矩方程，可得负荷中心的坐标如图3-1：由计算结果可知，x=4.33 y=4.17工厂的负荷中心

9、在2号厂房的东北角。考虑的方便进出线与周围环境情况，决定在2号厂房的东侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。4 变电所主变压器和主结线方案的选择4.1变电所主变压器的选择 根据工厂的负荷性质和电源情况,工厂变电所的主变压器可有下列两种方案: 装设一台主变压器 型式采用S9，而容量根据式有1000>964.4，即选择一台S9-1000/10配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与临近单位相连的高压联络线来承担。装设两台主变压器 形式采用S9，而每台容量根据下式选择，即：（0.60.7）964.4=（578.64675.08）KVA而且=（238.6+228.8+49.2）kVA=5

10、16.6KVA因此选两台S9-800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由与临近单位相联的高压联络线来承担。4.2变电所主结线方案的选择按上面考虑的两种主变压器的方案可设计以下两种主结线方案：（1） 装设一台主变的主结线方案,如图4.1所示。（2） 装设两台主变的主结线方案,如图4.2所示。 图4.1 装设一台主变压器的主结线方案 图4.2 装设两台主变压器的主结线方案（3） 两种主结线方案的技术经济比较如下表所示：表.1 两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主编的方案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满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗

11、略大由于两台主变并列，电压损耗略小灵活方便性由于一台主变，灵活性稍差由于两台主变，灵活性较好扩建适应性稍差一些更好一些经济指标电力变压器的综合投资额由表2-8得S9-1000单价为10.76万元，而由表4-1查得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为210.76万元=21.52万元由表2-8得S9-800单价为9.11万元，因此两台综合投资为49.11万元=36.44万元，比一台主变压器方案多投资14.92万元高压开关（含计量柜）的综合投资额查表4-10得GG-1A(F)型柜单价为3.5万元，而由表4-1查得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为41.53.5万元=21万元

12、本方案采用6台GG-1A(F)型柜，因此其综合投资约为61.53.5万元=31.5万元，比一台主变压器方案多投资10.5万元电力变压器和高压开关柜的年运行费参照表4-2计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为4.893万元主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为7.788万元，比一台主变压器方案多耗2.895万元交供电部门的一次性供电贴费按800元/kVA计，贴费为10000.08万元=80万元贴费为28000.08万元=128万元，比一台主变压器方案多交48万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变的主结线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主结线方案远

13、优于装设两台主变的主结线方案，因此决定采用装设两台主变的主结线方案。5 短路电流的计算5.1绘制计算电路图5.1 短路计算电路5.2 确定基准值 设=100MVA, ,即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则 =5.5kA=144kA5.3 计算短路电流中各元件的电抗标幺值(1)电力系统 =100MVA/400MVA=0.25(2)架空线路 查表8-36，得LJ-95的=0.36/km，而线路长8km故=（0.368）=2.6(3) 电力变压器 查表2-8，得%=4.5,故 =5.6，因此得图5.2 等效电路5.4 算k1点（10.5kV侧）的短路电路总电抗与三相短路电流的短路容量（1）

14、 总电抗标幺值 =+=0.25+2.6=2.85（2）三相短路电流周期分量有效值 =/=5.5/2.85=1.9KA（3）其他短路电流=1.9 KA=2.55=2.551.9=4.9 KA=1.51=1.511.9=2.9 KA（4）三相短路容量=/=100MVA/2.85=35.09MVA5.5 计算k2点（0.4kV侧）的短路电路总电抗与三相短路电流的短路容量(1)总电抗标幺值 =5.65(2)三相短路电流周期分量的有效值 =/=144kA/5.65=25.5kA(3)其它短路电流 =25.5 KA=1.84=1.8425.5=46.9 KA=1.09=1.0925.5=27.8KA(4)

15、三相短路容量 =/=100MVA/5.65=17.7MVA表5.1 短路的计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/MVAk-11.91.91.94.92.935.09l-225.525.525.546.927.817.76 变电所一次设备的选择校验6.1 10kV侧一次设备的选择校验表6.1 10KV侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kV57.7A1.9kA4.9 KA1.91.9=6.859一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10I/63010kV630A16 KA40 KA162=512高压隔离开关-10/20

16、010kV200A25.5 KA105=500高压熔断器RN2-1010kV0.5A50 KA电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-10KV电流互感器LQJ-1010kV100/5A2250.1kA=31.81=81二次负荷0.6避雷器FS4-1010kV户外是高压隔离开关GW4-15G/20015kV200A表6.1所选设备均满足要求。6.2 380V侧一次设备的选择校验 表 6.2 380V侧一次设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其它装置地点条件参数数据380V1414.8A19.6kA36.1 kA25.50.7=455.2一次设备型号规格额定

17、参数低压断路器DW15-1500/3电动380V1500A40 kA低压断路器DZ20-630 380V630A30kA低压断路器 DZ20-200 380V200A25 kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZ1-0.5500V160/5A100/5A表6.2所选设备均满足要求。6.3 高低压母线的选择 参照表5-25,10kV母线选LMY-3(404)，即母线尺寸为40mm4mm；380V母线选LMY-3(12010)+806，即母线尺寸为120mm10mm，中性母线尺寸为80mm6mm。7 变电所进出线以与

18、邻近单位联络线的选择7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择 1.10kV高压进线的选择校验 采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。 (1) 按发热条件选择 由与室外环境温度，查表8-35，初选LJ-16，其时的满足发热条件。 (2）校验机械强度 查表8-33，最小允许截面，因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。由于此线路很短，不需校验电压损耗。 2.由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。 (1）按发热条件选择 由与土壤温度查表8-43，初选缆芯截面为的交联电缆，其，满足发热条件。(

19、2）校验短路热稳定 按式计算满足短路热稳定的最小截面式中C值由表5-12查得；按终端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。 因此YJL22-10000-3*25电缆满足要求。7.2 380V低压出线的选择 1.馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VV22-1000型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆直埋地敷设。(1）按发热条件选择 由与地下0.8m土壤温度，查表8-42，初选缆芯截面，其，满足发热条件。(2）校验电压损耗 由图11-1所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为36m，而由表8-41查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又1号厂房的，因此按式得：故满足允许电

20、压损耗的要求。 (3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面故选缆芯截面为的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铜芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。 2.馈电给2号厂房（锻压车间）的线路 由于锻压车间就在变电所旁边，而且共筑物，因此采用的聚氯乙烯绝缘的铝芯导线BLV-1000型（见表8-30）5根（包括3根相线、一根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。 (1）按发热条件选择 由与环境温度（年最热月平均气温），查表8-40，相线截面初选，其,满足发热条件。 按规定，N线和PE线也都选为，与相线截面一样，即选用塑料导线5根穿径25mm的硬塑管埋地敷设。 (2）校验机械强度 查表8-

21、34，最小允许截面积,因此上面所选的导线满足机械强度要求。 (3) 校验电压损耗 所穿选管线，估计长18m，而由查8-38查得,又锻压车间的,因此故满足允许电压损耗的要求。 3.馈电给3号厂房（金工车间）的线亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。 (1）按发热条件选择 由与地下0.8m土壤温度，查表8-42，初选缆芯截面，其，满足发热条件。 (2）校验电压损耗 由图11-1所示工厂平面图量得变电所至3号厂房距离约为34m，而由表8-41查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又3号厂房的，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面 由于前面

22、按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。 4.馈电给4号厂房（工具车间）线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。 (1）按发热条件选择 由与地下0.8m土壤温度，查表8-42，初选缆芯截面，其，满足发热条件。 (2）校验电压损耗 由图11-1所示工厂平面图量得变电所至4号厂房距离约为42m，而由表8-41查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又4号厂房的，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。 (3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面 由于前面按发热条件所选的缆心截面小

23、于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。 5.馈电给5号厂房（电镀车间）线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。 (1）按发热条件选择 由与地下0.8m土壤温度，查表8-42，初选缆芯截面，其，满足发热条件。 (2）校验电压损耗 由图11-1所示工厂平面图量得变电所至5号厂房距离约为64m，而由表8-41查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又5号厂房的,，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。 (3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面故选缆芯截面为的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性

24、线芯按不小于相线芯一半选择。 6.馈电给6号厂房（热处理车间）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。 (1）按发热条件选择 由与地下0.8m土壤温度，查表8-42，初选缆芯截面，其，满足发热条件。 (2）校验电压损耗 由图11-1所示工厂平面图量得变电所至6号厂房距离约为50m，而由表8-41查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又6号厂房的,，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。 (3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面 由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一

25、半选择。 7.馈电给7号厂房（装配车间）的线亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。 (1）按发热条件选择 由与地下0.8m土壤温度，查表8-42，初选缆芯截面，其，满足发热条件。 (2）校验电压损耗 由图11-1所示工厂平面图量得变电所至7号厂房距离约为56m，而由表8-41查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又7号厂房的,，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。 (3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面 由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。 8.馈电给8号

26、厂房（机修车间）线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。 (1）按发热条件选择 由与地下0.8m土壤温度，查表8-42，初选缆芯截面，其，满足发热条件。 (2）校验电压损耗 由图11-1所示工厂平面图量得变电所至8号厂房距离约为108m，而由表8-41查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又8号厂房的,，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。 (3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面 由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。 9.馈电给9号厂房（锅炉房）的线路

27、亦采用的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。 (1）按发热条件选择 由与地下0.8m土壤温度，查表8-42，初选缆芯截面，其，满足发热条件。 (2）校验电压损耗 由图11-1所示工厂平面图量得变电所至9号厂房距离约为98m，而由表8-41查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），又9号厂房的,，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。 (3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面 由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。 10.馈电给10号厂房（仓库）的线路亦采用的四芯聚氯乙烯绝

28、缘的铝芯电缆直埋敷设。 (1）按发热条件选择 由与地下0.8m土壤温度，查表8-42，初选缆芯截面，其，满足发热条件。 (2）校验电压损耗 由图11-1所示工厂平面图量得变电所至10号厂房距离约为102m，而由表8-41查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度计），10号厂房的,，因此按式得：故满足允许电压损耗的要求。 (3) 短路热稳定度校验 按式计算满足短路热稳定的最小截面 由于前面按发热条件所选的缆心截面小于，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为的电缆，即选的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。 11.馈电给生活区的线路 采用LJ型铝绞线架空敷设。(1）按发热条件选择 由

29、与室外环境温度为，查表8-35，初选LJ-185,其时的，满足发热条件。2）校验机械强度 查表8-33，最小允许截面积，因此LJ-185满足机械强度要求。 3）校验电压损耗 由图11-1所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约86m，而由表8-35查得LJ-185的阻抗,，又生活区的,，因此满足允许电压损耗要求。7.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10kV母线相联。按发热条件选择 工厂二级负荷容量共330.6k,而最热月土壤平均温度为,因此查表8-43，初选缆芯截面为的交联聚乙烯绝

30、缘铝芯电缆（注：该型电缆最小芯线截面积为），其,满足发热条件。（2）校验电压损耗 由表8-41可查得缆芯为25mm的铝芯电缆的 (缆芯温度按计)，而二级负荷的，线路长度按2km计，因此由此可见该电缆满足允许电压损耗要求。（3）短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯的交联电缆是满足短路热稳定要求的。综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表7.1所示。表7.1 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铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL22-10000-325交联电缆（直埋）380V低压出线

31、至1号厂房VV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房BLV-1000-1×4 铝芯线5根穿径25mm硬塑管（直埋）至3号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至6号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV22-1000

32、-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV22-1000-3240+1120四芯塑料电缆（直埋）至生活区单回路，回路线LJ-185（架空）与邻近单位10kV联络线YJL22-10000-325交联电缆（直埋）8 变压所的防雷保护8.1 变压所的防雷保护（1） 直击雷防护 在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。 如变电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时,则应在变电缩外面的适当位置装设独立避雷针,其装设高度应使其防雷保护围包括整个变电所。如果变电所处在其他建筑物的直击雷防护围以时，则可不另设独立避雷针。按规定，独立避雷针的接地装置接地电阻RE

33、=10（表9.6）。通常采用36根长2.5cm、50mm的钢管，在装避雷针的杆塔附近作一排或多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6mm。接地管间用40mm×40mm的镀锌扁钢焊接相连。引下线用25mm×4mm的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔与其基础的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌圆钢，长11.5m。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上距离。 （2）雷电侵入波的防护1）在10kV电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器。其引下线采用的镀锌扁钢，下面与公共接地网焊接相联，上面与避雷器接地端螺栓连接。2）在10kV高压配电室装设的GG-1A（F）-54型高压开关柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来防护雷电侵入波的危害。3)在380V低压架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入雷电波。8.2 变电所公共接地装置的设计（1）接地电阻的要求 按表9-6，本变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： 且 式中 因此公共接地装置接地电阻应满足（2）接地装置的设计 采用长2.5m、50mm的镀锌钢管数，按式（9.24）计算初选16根，沿变电所三面均匀布置（变电所前面布置两