机械厂变电所一次系统设计

42/45摘要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和进步，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。机械厂供电系统的核心部分是变电所。变电所主接线设计是否合理，关系到整个电力系统的平安、敏捷和经济运行。本设计在机械厂详细资料的基础上，依据变电所设计的一般原则和步骤，完成了变电所一次系统设计。为适应机械类企业，用电负荷改变大、自然功率因数低的特点，该设计中采纳并联电容器的方法来补偿无功功率，以削减供电系统的电能损耗和电压损失，同时提高了供电电压的质量。此机械厂变电所一次系统设计包括：负荷的计算及无功功率的补偿；变电所主变压器台数和容量、型式的确定；变电所主接线方案的选择；进出线的选择；短路计算和开关设备的选择；依据设计要求，绘制变电所一次系统图。关键词：电能；变电所；一次系统。目录TOC\o"1-3"\u1前言 11.1引言。1.2设计原则 11.3本文所做的主要工作 22负荷计算及电容补偿 42.1负荷计算的定义 42.2负荷计算 42.2.1负荷计算的方法 42.2.2负荷统计计算 52.3电容补偿 73负荷计算及电容补偿 93.1主变压器台数选择 93.2主变压器容量选择 93.3主接线方案确定 103.3.1变电所主接线方案的设计原则和要求 103.3.2变电所主接线方案的技术经济指标 103.3.3工厂变电所常见的主接线方案 113.3.4确定主接线方案 113.4无功功率补偿修定 134凹凸压开关设备选择和变电所选址及布置概述 154.1短路电流的计算 154.1.1短路的定义 154.1.2短路计算的目的 154.1.3短路计算的方法 154.1.4本设计采纳标幺制法进行短路计算 154.2变电站一次设备的选择和校验 214.2.1一次设备选择和校验的条件 214.2.2按正常工作条件选择 224.2.3按短路条件校验 224.2.410kV侧一次设备的选择校验 234.2.5380V侧一次设备的选择校验 254.3凹凸压母线的选择 264.4变电所选址概述 274.5变电所总体布置概述 275变电所进出线和低压电缆选择 295.1变电所进出线的选择范围 295.2变电所进出线方式的选择 295.3变电所进出导线和电缆形式的选择 295.4导线和电缆截面的选择计算 305.5高压进线和低压出线的选择 305.5.110kV高压进线的选择校验 305.5.2由高压母线至主变的引入电缆的选择校验 315.5.3380V低压出线的选择 316总结和展望 377参考文献 38附录 39致谢 411前言1.1引言电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送和安排既简洁经济，又便于限制、调整和测量，有利于实现生产过程自动化。在工程机械制造厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。电能从区域变电站进入机械厂后，首先要解决的就是如何对电能进行限制、变换、安排和传输等问题。在机械厂，担负这一任务的是供电系统，供电系统的核心部分是变电所。一旦变电所出了事故而造成停电，则整个机械厂的生产过程都将停止进行，甚至还会引起一些严峻的平安事故。机械厂变电所要很好地为生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的须要，并做好节能工作，就必需达到以下基本要求：(1)平安在电能的供应、安排和运用中，不应发生人身事故和设备事故。(2)牢靠应满意电能用户对供电牢靠性的要求。(3)优质应满意电能用户对电压和频率等质量的要求(4)经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和削减有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照看局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。1.2设计原则依据国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kV及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》、JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》等的规定，进行变电所设计必需遵循以下原则：1、遵守规程、执行政策必需遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。2、平安牢靠、先进合理应做到保障人身和设备的平安，供电牢靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采纳效率高、能耗低和性能先进的电气产品。3、近期为主、考虑发展应依据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设和远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。4、全局动身、统筹兼顾按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量干脆影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和驾驭工厂供电设计的有关学问，以便适应设计工作的须要。1.3本文所做的主要工作目前世界上机械生产能源和动力主要来源于电能。电网的正常运行是保证机械生产平安前提。依据设计任务书的要求，结合实际状况和市场上现有的电力产品及其技术，本文主要做了以下工作：1、负荷计算机械厂变电所的负荷计算，是依据所供应的负荷状况进行的，本文列出了负荷计算表，得出总负荷。2、一次系统图跟据负荷类别及对供电牢靠性的要求进行负荷计算，绘制一次系统图，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要平安牢靠又要敏捷经济，安装简洁修理便利。3、电容补偿按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜的规格和数量。4、变压器选择依据电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的须要，确定变压器型号。5、短路电流计算工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。求出各短路点的三相短路电流及相应有关参数。6、高、低压设备选择及校验参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择高、低压配电设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并依据须要进行热稳定和力稳定检验，并列表表示。7、电缆的选择为了保证供电系统平安、牢靠、优质、经济地运行，进行电缆截面选择时必需满意发热条件：电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。2负荷计算及电容补偿2.1负荷计算的定义1．计算负荷又称须要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应和同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采纳30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。2．平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能和该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.2负荷计算2.2.1负荷计算的方法有须要系数法、利用系数法及二项式等几种。由于本机械厂用电部门较多，用电设备台数较多，设计采纳须要系数法予以确定。1．单台组用电设备计算负荷的计算公式(1).有功计算负荷(单位为kW)：(2-1)式中—设备有功计算负荷(单位为kW)；—用电设备组总的设备容量(不含备用设备容量，单位为kW)；—用电设备组的须要系数。(2).无功计算负荷(单位为kvar)(2-2)式中—设备无功计算负荷(单位为kvar)；—对应于用电设备组功率因数的正切值。(3).视在计算负荷(单位为kVA)(2-3)式中—视在计算负荷(单位为kVA)；—用电设备组的功率因数。(4).计算电流(单位为A)(2-4)式中—计算电流(单位为A)；—用电设备组的视在功率(单位为kVA)；—用电设备组的额定电压(单位为kV)。2．多组用电设备计算负荷的计算公式(1).有功计算负荷(单位为kW)(2-5)式中—多组用电设备有功计算负荷(单位为kW)；—全部设备组有功计算负荷之和；—有功负荷同时系数，可取0.7～0.95。(2).无功计算负荷(单位为kvar)(2-6)式中—多组用电设备无功计算负荷(单位为kvar)；—全部设备组无功计算负荷之和；—无功负荷同时系数，可取0.8～0.95。(3).视在计算负荷(单位为kVA)(2-7)(4).计算电流(单位为A)(2-8)(5).功率因数(2-9)2.2.2依据供应的资料，列出负荷计算表。因设计的须要，计算了各负荷的有功功率、无功功率、视在功率、计算电流等。表中生活区的照明负荷中已经包括生活区各用户的家庭动力负荷。详细负荷的统计计算见表2-1。表2-1某机械厂负荷计算表序号名称类别设备容量须要系数cos计算负荷1铸造车间动力3000.40.71.02120122.4——照明100.80.90.4883.8——小计310———128126.2179.82732锻压车间动力2800.30.61.3384111.7——照明100.70.90.4873.4——小计290———91115.1146.72233仓库动力300.40.850.62127.4——照明50.80.90.4841.9——小计12———169.318.5284电镀车间动力2000.50.850.6210062——照明80.80.90.486.43.1——小计208———106.465.1124.71895工具车间动力2500.30.651.177587.8——照明100.90.90.4894.3——小计260———8492.1124.71896组装车间动力2000.40.71.028081.6——照明260.80.90.4820.810——小计226———100.891.6136.22077修理车间动力3000.20.61.336079.8——照明130.80.90.4810.45——小计313———70.484.8110.21678金工车间动力3500.20.651.177081.9——照明80.80.90.486.43.1——小计358———76.485.0114.31749焊接车间动力8500.30.451.98255504.9——照明260.80.90.4820.810——小计876———275.8514.9584.188710锅炉房动力2000.70.80.75140105——照明40.80.90.483.21.5——小计204———143.2106.5178.527111热处理车间动力5000.60.71.02300306——照明100.80.90.4883.8——小计510———308309.8436.866412生活区照明2000.70.90.4814067.2155.3236总计（380v侧）动力3460———15401667.6——照明330取——12321334.1181627592.3电容补偿1.意义感性负载是须要电网供应的有功及无功电流运行的，即变压器及线路都要输送有功及无功电流，这样，变压器效率降低，线路载流变大，增加了损耗。电力电容器并联于线路中是产生无功电流的，即自主供应了无功电流，削减电网的输送，变压器及线路尽可能少地输送无功电流，变压器效率得以提高，线路削减了不必要的载流量，线损减低。一般在工厂线路进行集中补偿或者分散补偿。在变电所低压侧装设无功补偿后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器容量选的小一些，这不仅可以降低变电所的初投资，而且可削减工厂的电费开支，因为我国供电企业对工业用户是实行的“两部电费制”；一部分叫基本电费，按所装用的主变压器容量来计算，规定每月按KVA容量大小缴纳电费，容量越大，缴纳的基本电费越多，容量越小，缴纳的基本电费就越少。另一部分叫电能电费，按每月实际耗用的电能KWh来计算电费，并且要依据月平均功率因数的凹凸乘上一个调整系数。凡月平均功率因数高于规定的，可减收肯定百分率的电费；凡低于规定的，则加收肯定百分率的电费。由此可见，提高工厂功率因数不仅对整个电力系统大有好处，而且对工厂本身也有肯定的经济实惠。2.无功功率补偿初设由表2-1知：，，因此该厂380V侧最大负荷时的功率因数为。供电部门要求该厂10kV进线侧最大负荷时的功率因数不应低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，本文取0.93来计算380V侧所需无功功率补偿容量：(2-10)选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采纳其方案2（主屏）1台和方案4（辅屏）7台相组合，总共容量112kvar×8=896kvar。无功补偿后工厂380V侧的负荷计算：；；；补偿后低压侧的功率因素：3变压器选择及主接线方案确定3.1主变压器台数选择选择主变压器台数时应考虑下列原则：1．应满意用电负荷对供电牢靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采纳两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷接着供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采纳一台变压器，但必需有备用电源。2．对季节性负荷或昼夜负荷变动较大，适于采纳经济运行方式的变电所，可采纳两台变压器。3．当负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采纳两台或多台变压器。4．在确定变电所台数时，应适当考虑负荷的发展，留有肯定的余地。3.2主变压器容量选择1．只装一台主变压器的变电所主变压器容量S应满意全部用电设备总计算负荷S3的须要，即(3-1)2．装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量Sz应同时满意以下两个条件：(1)任一台变压器单独运行时，应满意总计算负荷S3的大约60%80%的须要，即(3-2)(2)任一台变压器单独运行时，应满意全部一、二级负荷的须要，即(3-3)依据工厂的负荷性质和电源状况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案：方案1装设一台主变压器依据式(3-1)，主变选用一台接线方式为D.yn11的S11-1600/10型变压器，依据民用建筑规范要求变压器的负载率不宜大于85%，而(3-4)明显满意要求。至于机械厂的二级负荷的备用电源，由和邻近单位相联的高压联络线来担当。因此装设一台主变压器时选一台接线方式为D.yn11的S11-1600/10型低损耗配电变压器。方案2装设两台主变压器依据式(3-2)和(3-3)，可知因此选两台接线方式为D.yn11的S11-1000/10型低损耗配电变压器。两台变压器并列运行，互为备用。3.3主接线方案确定3.3.变电所的主接线，应依据变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条件确定，并应满意平安、牢靠、敏捷和经济等要求。(1)平安应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的平安。(2)牢靠应满意电力负荷特殊是其中一、二级负荷对供电牢靠性的要求。(3)敏捷应能必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。(4)经济在满意上述要求的前提下，尽量使主接线简洁，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。3.3.1.主接线方案的技术指标(1)供电的平安性。主接线方案在确保运行维护和检修的平安方面的状况。(2)供电的牢靠性。主接线方案在和用电负荷对牢靠性要求的适应性方面的状况。(3)供电的电能质量主要是指电压质量，包括电压偏差、电压波动及高次谐波等方面的状况。(4)运行的敏捷性和运行维护的便利性。(5)对变电所今后增容扩建的适应性。2.主接线方案的经济指标(1)线路和设备的综合投资额包括线路和设备本身的价格、运输费、管理费、基建安装费等，可按当地电气安装部门的规定计算。(2)变配电系统的年运行费包括线路和设备的折旧费。修理管理费和电能损耗费等。(3)供电贴费（系统增容费）有关部门还规定申请用电，用户必需向供电部门一次性地交纳供电贴费。(4)线路的有色金属消耗费指导线和有色金属（铜、铝）耗用的重量。3.3.1.只装有一台主变压器的变电所主接线方案只装有一台主变压器的变电所，其高压侧一般采纳无母线的接线，依据高压侧采纳的开关电器不同，有三种比较典型的主接线方案：(1)高压侧采纳隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的主接线方案；(2)高压侧采纳负荷开关-熔断器或负荷型跌开式熔断器的主接线方案；(3)高压侧采纳隔离开关-断路器的主接线方案。2.装有两台主变压器的变电所主接线方案装有两台主变压器的变电所的典型主接线方案有：(1)高压无母线、低压单母线分段的主接线方案；(2)高压采纳单母线、低压单母线分段的主接线方案；(3)凹凸压侧均为单母线分段的主接线方案。3.3.4确定1.10kV侧主接线方案的拟定由原始资料可知，高压侧进线有一条10kV的公用电源干线，为满意工厂二级负荷的要求，又采纳和旁边单位连接高压联络线的方式取得备用电源，因此，变电所高压侧有两条电源进线，一条工作，一条备用，同时为保证供电的牢靠性和对扩建的适应性所以10kV侧可采纳单母线或单母线分段的方案。2.380V侧主接线方案的拟定由原始资料可知，工厂用电部门较多，为保证供电的牢靠性和敏捷性可采纳单母线或单母线分段接线的方案，对电能进行汇合，使每一个用电部门都可以便利地获得电能。3.方案确定依据前面章节的计算，若主变采纳一台S11型变压器时，总进线为两路。为提高供电系统的牢靠性，高压侧采纳单母线分段形式，低压侧采纳单母线形式，其系统图见：图3-1采纳一台主变时的系统图。若主变采纳两台S11型变压器时，总进线为两路，为提高供电系统的牢靠性，高压侧采纳单母线分段形式，两台变压器在正常状况下分裂运行，当其中随意一台出现故障时另一台作为备用，当总进线中的任一回路出现故障时两台变压器并列运行。低压侧采纳也单母线分段形式，其系统图见：图3-2采纳两台主变时的系统图。图3-1采纳一台主变时的系统图图3-2采纳两台主变时的系统图表3-3两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变的方案技术指标供电平安性满意要求满意要求供电牢靠性基本满意要求满意要求供电质量由于一台主变，电压损耗略大由于两台主变并列，电压损耗略小敏捷便利性只有一台主变，敏捷性不好由于有两台主变，敏捷性较好扩建适应性差一些更好经济指标电力变压器的综合投资额按单台22.598万元计，综合投资为2×22.598=45.196万元按单台15.217万元计，综合投资为4×15.217=60.868万元高压开关柜（含计量柜）的综合投资额按每台4.2万元计,综合投资约为5×1.5×4.2=31.5万元6台GG-1A（F）型柜综合投资约为6×1.5×4.2=37.8万元电力变压器和高压开关柜的年运行费主变和高压开关柜的折旧和修理管理费约7万元主变和高压开关柜的折旧和修理管理费约10万元交供电部门的一次性供电贴费按800元/kVA计，贴费为1600×0.08万元=128万元贴费为2×1000×0.08=160万元从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案优于装设一台主变的方案。从经济指标来看，装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案。由于集中负荷较大，已经大于1250kVA,低压侧出线回路数较多，且有肯定量的二级负荷，考虑今后增容扩建的适应性，从技术指标考虑，采纳于装设两台主变的方案。3.4无功功率补偿修定低压实行单母线分段接线方式，考虑铸造车间、电镀车间和锅炉房为二级负荷，采纳双回路供电，但在正常状态下只由一回路供电，另回路作为备用。计算负荷时则，只考虑其中一回路。为使两段母线的负荷基本平衡，Ⅰ段母线负荷设计为：铸造车间、仓库、电镀车间、工具车间、金工车间、焊接车间；Ⅱ段母线负荷设计为：锻压车间、组装车间、修理车间、锅炉房、热处理车间、生活区。Ⅰ段母线的负荷状况：，，，同时系数取为，，；Ⅱ段母线的负荷状况：，，，同时系数取为，，；对无功功率补偿进行修定：计算Ⅰ段母线所需无功功率补偿容量，取：选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采纳其方案2（主屏）1台和方案4（辅屏）4台相组合，总共容量112kvar×5=560kvar。补偿后的功率因素。计算Ⅱ段母线所需无功功率补偿容量，取：选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采纳其方案1（主屏）1台和方案4（辅屏）3台相组合，总共容量112kvar×3+80=416kvar。补偿后的功率因素。4凹凸压开关设备选择和变电所选址及布置概述4.1短路电流的计算4.1.1短路的定义产生短路的主要缘由是电气设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的缘由多因设备过电压、直流遭遇雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未刚好发觉和消退。此外，如输电线路断线、线路倒杆也可能造成短路事故。所谓短路是指相和相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点干脆接地系统中或三相四线制系统中，还指单相或多相接地。4.1.2短路计算的目的在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不行缺少的基本计算。在本设计中，短路计算主要为了解决以下问题。(1)选择足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，例如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等，必需以短路计算为依据。这里包括计算冲击电流以校验设备的电动力稳定度，计算若干时刻的短路电流周期重量以校验设备的热稳定度；计算指定时刻的短路电流有效值以校验断路器的断流实力等。(2)在设计和选择电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否须要实行限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。4.1.3短路计算的方法进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使须要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算出电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简洁，因此一般只需采纳阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最终计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（又称出名单位制法，因其短路计算中的阻抗都采纳出名单位“欧姆”而得名）和标幺制法（又称相对单位制法，因其短路计算中的有关物理量采纳标幺值即相对单位而得名）。4.1.4本设计采纳标幺制法进行短路计算1．标幺制法计算步骤和方法(1)绘计算电路图，选择短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入的所以电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。(2)设定基准容量和基准电压，计算短路点基准电流。一般设=100MVA，设=（短路计算电压）。短路基准电流按下式计算：(4-1)(3)计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值。一般只计算电抗。电力系统的电抗标幺值(4-2)式中——电力系统出口断路器的断流容量（单位为MVA）。电力线路的电抗标幺值(4-3)式中——线路所在电网的短路计算电压（单位为kV）。电力变压器的电抗标幺值(4-4)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（单位为kVA,计算时化为和同单位）。(4)绘短路回路等效电路，并计算总阻抗。用标幺制法进行短路计算时，无论有几个短路计算点，其短路等效电路只有一个。(5)计算短路电流。分别对短路计算点计算其各种短路电流：三相短路电流周期重量、短路次暂态短路电流、短路稳态电流、短路冲击电流及短路后第一个周期的短路全电流有效值（又称短路冲击电流有效值）。(4-5)在无限大容量系统中，存在下列关系：==(4-6)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：=2.55(4-7)=1.51(4-8)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：=1.84(4-9)=1.09(4-10)(6)计算短路容量(4-11)图4-1并列运行时短路计算电路2.两台变压器并列运行时(1)依据原始资料及所设计方案，绘制计算电路，选择短路计算点，如图4-1所示。(2)设定基准容量和基准电压，计算短路点基准电流,设=100MVA，=，即高压侧=10.5kV,低压侧=0.4kV,则(4-12)(4-13)(3)计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值(4-14)式中——电力系统出口断路器的断流容量架空线路的电抗标幺值，查得LGJ-150的单位电抗，而线路长8km,故(4-15)电力变压器的电抗标幺值，查得S9-1000的短路电压=4.5，故(4-16)(4-17)(4)绘制等效电路图，如图4-2所示：图4-2并列运行时短路等效电路图(5)求k1点（10.5kV侧）的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总阻抗标幺值(4-18)三相短路电流周期重量有效值(4-19)三相短路次暂态电流和稳态电流===1.96kA(4-20)三相短路冲击电流=2.55=2.55×1.96kA=5.0kA(4-21)第一个周期短路全电流有效值=1.51=1.51×1.96kA=2.96kA(4-22)三相短路容量(4-23)（6）求k2点（0.4kV侧）的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总阻抗标幺值(4-24)三相短路电流周期重量有效值(4-25)三相短路次暂态电流和稳态电流===28.5kA(4-26)三相短路冲击电流=1.84=1.84×28.5kA=52.5kA(4-27)第一个周期短路全电流有效值=1.09=1.09×28.5kA=31.1kA(4-28)三相短路容量(4-29)3.两台变压器分裂运行时(1)绘制计算电路，选择短路计算点，如图4-3所示。图4-3分裂运行时短路计算电路(2)基准值和短抗标幺值同并列运行时所算各值。(3)绘制等效电路图，如图4-4所示：图4-4分裂运行时短路等效电路图(4)k1点的短路计算值同并列运行时k1点的计算值。(5)k2点（0.4kV侧）的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总阻抗标幺值(4-30)三相短路电流周期重量有效值(4-31)三相短路次暂态电流和稳态电流===19.7kA(4-32)三相短路冲击电流=1.84=1.84×19.7kA=36.25kA(4-33)第一个周期短路全电流有效值=1.09=1.09×19.7kA=21.47kA(4-34)三相短路容量(4-35)(6)k3点的短路计算值同k2点的计算值。4.短路电流计算结果短路电流计算结果见表4-1、表4-2：表4-1并列运行时短路电流计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/K11.961.961.965.02.9635.7K25.825.825.852.531.119.8表4-2并列运行时短路电流计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/K11.961.961.965.02.9635.7K19.719.719.736.2521.4713.7K319.719.719.736.2521.4713.7比较变压器并列和分裂运行两种状况下的短路计算，可得出分裂运行时的低压侧短路电流较并列运行时有明显减小，因此，为降低短路电流水平，所设计变电站通常状况下应分裂运行。4.2变电站一次设备的选择和校验正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到平安、经济的重要条件。在进行设备选择时，应依据工程实际状况，在保证平安、牢靠的前提下，主动而稳妥地采纳新技术，并留意节约投资，选择合适的电气设备。电气设备的选择同时必需执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、平安牢靠、运行便利和适当的留有发展余地，以满意电力系统平安经济运行的须要。4.2.1一次设备选择和校验的条件为了保证一次设备平安牢靠地运行，必需按下列条件选择和校验：(1)按正常工作条件，包括电压、电流、频率、开断电流等选择。(2)按短路条件，包括动稳定和热稳定来校验。(3)考虑电气设备运行的环境条件和温度、湿度、海拔以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。4.2.2按正常工作条件选择1.按工作电压选择设备的额定电压不应小于所在线路的额定电压，即(4-36)2.按工作电流选择设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即(4-37)3.按断流实力选择设备的额定开断电流或断流容量不应小于设备分断瞬间的短路电流有效值或短路容量，即(4-38)或(4-39)4.2.3按短路条件校验短路条件校验，就是校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳定。1.隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验(1)动稳定校验条件(4-40)或(4-41)式中、——开关的极限通过电流（动稳定电流）峰值和有效值（单位为kA）；、——开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值（单位为kA）。(2)热稳定校验条件(4-42)式中——开关的热稳定电流有效值（单位为kA）；——开关的热稳定试验时间（单位为s）；——开关所在处的三相短路稳态电流（单位为kA）；——短路发热假想时间（单位为s）。2.电流互感器的短路稳定度校验(1)动稳定校验条件(4-43)或(4-44)式中——电流互感器的动稳定电流（单位为kA）；——电流互感器的动稳定倍数（对）；——电流互感器的额定一次电流（单位为A）。热稳定校验条件(4-45)或(4-46)式中——电流互感器的热稳定电流（单位为kA）；——电流互感器的热稳定试验时间，一般取1s；——电流互感器的热稳定倍数（对）。4.2.410kV侧一次设备的选择校验方案号004用途受电、馈电额定电流（A）630～4000主回路元器件真空断路器VS1型真空断路器电流互感器LZZBJ12－12避雷器HY5W接地开关JN15－10图4-510kv侧KYN28B－12开关柜接线图表4-3VS1真空断路器的校验：项目单位参数校验电压10kv电流147A断流实力1.42KA动稳imax≥ish(3)热稳It2t≥I∞(3)2tima额定电压kv12合格1min工频耐压（有效值）kv42雷电冲击耐压（峰值）kv75额定频率Hz50额定电流A630～4000合格4S热稳定电流电流（有效值）KA20－40合格额定动稳定电流（峰值）kA63－10063≥3.62合格额定短路开断电流KA25－40合格额定短路关合电流KA63－100额定操作依次0－0.3S－C0－180s－C0开断时间ms≤50额定短路开断电流开断次数次50额定操作电压V－110/～110,－220/～220机械寿命次20000本供电系统10kV侧配电柜选用KYN28B-12型开关柜，因采纳双回路进线单母线分段形式所以进线柜须要2台方案号为006，馈电回路2路需开关柜2台，方案号为003，母联加计量柜为2台，方案号为012和055，为保证供电质量各段母线上分别加1个消弧消协柜。因馈电柜和母联加计量柜已经包含了开关柜中全部元器件，所以如馈电柜和母联加计量柜的校验满意要求时，开关柜的其他方案配置也能满意要求。详细校验见图4-5、表4-3和图4-6、表4-4、表4-5。036用途进线+计量+母线额定电流（A）630～4000主回路元器件真空断路器VS1型真空断路器电流互感器LZZJB12－12电压互感器REL10熔断器RN3－10/200接地开关JN15－10图4-6KYN28B—12开关柜接线图表4-4VS1型真空断路器校验：电压电流断流实力动稳定热稳定合格合格合格合格合格表4-5LZZJB12－12电流互感器校验：参数电压12kv电流15断流实力动稳定热稳定校验12kv合格150＞147合格——44＞4.39合格24.52×1＞1.722×(1.5+0.05+0.05)合格因此可选LZZJB12－12150/5型。4.2.5380V侧一次设备的选择校验为满意设计需求本设计低压柜选用GCS型柜。其中2个进线柜，方案号为03；1个联络柜，方案号为04；4个馈电柜，方案号为11，低压柜总计7个。低压开关柜中个元件设备的校验见表4-6。表4-6380V侧一次设备的选择校验：选择交验项目电压电流断流实力动稳定度热稳定度装置地点条件参数数据380V总1960A28.5kA52.5kA一次设备型号参数额定参数低压断路器DW15-2500380V2500A60kA低压断路器DZ20J-1000DZ20J-1250380V10001250A(大于)一般30kA低压断路器DZ20-630380V630A(大于)一般30kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A—低压刀开关HD13-1000/30380V1000A—电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A630/5A—电流互感器LMZ1-0.5500V400/5A315/5A200/5A—表4-6所选设备均满意要求。4.3凹凸压母线的选择依据最大负荷计算高压母线上的最大电流为,低压母线上的最大电流。依据计算电流和《GB50053－9410kV及以下变电所设计规范》中的规定，高压母线选择TMY-3×(60×6)型母线，相母线尺寸均为60mm×6mm，其载流量为2240A；低压母线选择TMY-3×(80×10)+60×6型母线，即相母线尺寸为80mm×10mm,中性母线尺寸为60mm×6mm，其载流量为3232A。4.4变电所选址概述1、尽量接近负荷中心，以降低备电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。2、进出线便利，特殊是要便于架空进出线。3、接近电源侧，特殊是工厂的总降压变电所和高压配电所。4、设备运输便利，特殊是要考虑电力变压器和凹凸压成套配电装置的运输。5、不因设在有猛烈振动或高温的场所，无法避开时，应有防震和隔热的措施。6、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧。7、不应设在厕所、浴室和其他常常积水场所的正下方，且不宜和上述场所相贴邻。8、不应设在有爆炸危急环境的正下方或正上方，且不应设在有火灾危急环境的正上方或正下方。当和有爆炸或火灾危急环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058-1992《爆炸和火灾危急环境电力装置设计规范》的规定。9、不应设在地势低洼和可能积水的场所。4.5变电所总体布置概述1、便于运行维护和检修有人值班的变配电所，一般应设值班室。值班室应尽量靠近凹凸压配电室，且有门直通。如值班室靠近高压配电室有困难时，则值班室可经走廊和高压配电室相通。值班室也可以和低压配电室合并，但在放置值班工作桌的一面或一端,低压配电装置到墙的距离不应小于3m。主变压器应靠近交通运输便利的公路侧。条件许可时，可单设工具材料或检修间。昼夜值班的变配电所，应设休息室。有人值班的独立变配电所，宜设有厕所和给排水设施。2、保证运行平安值班室内不得有高压设备。值班室的门应外开。凹凸压配电室和电容器室的门应朝值班室开，或外开。油量为100kg及以上的变压器应装设在单独的变压器室内。变压器室的大门应朝公路开，但应避开朝向露天仓库。在燥热地区，应避开朝西开门。变电所宜单层布置。当采纳双层布置时，变压器应设在底层。高压电容器组一般应装设在单独得房间内；但数量较少时，可装设在高压配电室内。低压电容器组可装设在低压配电室内，但数量较多时，以装设在单独的房间内。全部带电部分隔墙和离地的尺寸以及各室维护操作通道的宽度等，均应符合有关规程的要求，以确保运行平安。3、便于进出线假如是架空进线，则高压配电室宜位于进线侧。考虑到变压器低压出线通常是采纳矩形裸母线因此变压器的安装位置（户内式变电所）即为变压器室，宜靠近低压配电室。4、节约土地和建筑费用值班室可和低压配电室合并，这时低压配电室面积应适当增大，以便安置值班桌或限制台，满意运行值班的要求。高压开关柜不多于6台时，可和低压配电屏设置在同一房间内，但高压柜和低压屏的间距不得小于2m。不带可燃油的凹凸压配电装置和非油浸电力变压器，可设置在同一房间内。具有符合IP3X房户等级外壳的不带可燃性油的凹凸压配电装置和非油浸电力变压器，当环境允许时，可相互靠近布置在车间内。四周环境正常的变电所，宜采纳露天或半露天。变电所高压配电所应尽量和邻近的车间变电所合建。5、适应发展要求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。凹凸压配电室内均应留有肯定数量开关柜（屏）的备用位置。既要考虑到变电所留有扩展的余地，又要不阻碍工厂或车间今后的发展。5变电所进出线和低压电缆选择5.1变电所进出线的选择范围1.高压进线(1)如为专用线路，应选专用线路的全长。(2)如从公共干线引至变电站，则仅选从公共干线到变电站的一段引出线。(3)对于靠墙安装的高压开关柜，柜下进线时一般须经电缆引入，因此架空进线至变电站高压侧，往往需选一段引入电缆。2.高压出线(1)对于全线一样的架空出线或电缆出线，应选线路的全长。(2)如经一段电缆从高压开关柜引出再架空配电的线路，则变电站高压出线的选择只选这一段引出电缆，而架空配电线路在厂区配电线路的设计中考虑。3.低压出线(1)如采纳电缆配电，应选线路的全长。(2)如经一段穿管绝缘导线引出，再架空配电线路，则变电站低压出线的选择只选这一段引出的穿管绝缘导线，而架空配电线路则在厂区配电线路或车间配电线路的设计中考虑。5.2变电所进出线方式的选择1.架空线。在供电牢靠性要求不很高或投资较少的中小型工厂供电设计中优先选用。2.电缆。在供电牢靠性要求较高或投资较高的各类工厂供电设计中优先选用。5.3变电所进出导线和电缆形式的选择1.高压架空线(1)一般采纳铝绞线。(2)当档距或交叉档距较长、电杆较高时，宜采纳钢芯铝绞线。(3)沿海地区及有腐蚀性介质的场所，宜采纳铜绞线或防腐铝绞线。2.高压电缆线(1)一般环境和场所，可采纳铝芯电缆；但在有特殊要求的场所，应采纳铜芯电缆。(2)埋地敷设的电缆，应采纳有外护层的铠装电缆；但在无机械损伤可能的场所，可采纳塑料护套电缆或带有外护层的铅包电缆。3.低压电缆线(1)一般采纳铝芯电缆，但特殊重要的或有特殊要求的线路可采纳铜芯电缆。(2)电缆沟内电缆，一般采纳塑料护套电缆，也可采纳裸铠装电缆。5.4导线和电缆截面的选择计算为保证供电系统平安、牢靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面时必需满意下列条件：(1)发热条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。(2)电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。(3)机械强度导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但须校验其短路热稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满意工作电压的要求。依据设计阅历，一般10kV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。5.5高压进线和低压出线的选择5.5.110kV高压进线的选择校验采纳LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用电源干线。(1)按发热条件选择。由线路最大负荷时的计算电流及室外环境温度30℃，选择LGJ-35，其30℃时的允许持续载流量=159A＞，满意发热条件。(2)校验机械强度。因为钢芯铝绞线架空裸导线在6～10kV的允许最小截面为25，所以LGJ-35满意机械强度要求。由于此线路很短，不需检验电压损耗。5.5.2由高压母线至主变的引入电缆的选择校验采纳YJV22-10kV型交联聚乙烯绝缘铜芯电缆干脆埋地敷设。(1)按发热条件选择。由线路最大负荷时的计算电流及土壤温度20℃，选择3芯交联聚乙烯绝缘铜芯电缆，其型号为，其=175A＞，满意发热条件。（2）校验短路热稳定。查得短路热稳定系数C=77(5-1)＜A=35所以电缆满意要求。5.5.3380V低压出线的选择1.馈电给铸造车间的线路采纳YJV22-1kV型交联聚乙烯绝缘铜芯电缆干脆埋地敷设。(1)按发热条件选择。由计算电流=273A，及该地区地下0.7～1米处全年最热月最高温度为20℃，初选，其，满意发热条件。(2)校验电压损耗。由总平面布置图量得变电站至铸造车间距离约140m，而185的铜芯电缆的（按缆芯工作温度60℃计），，又铸造车间的，，因此由线路电压损耗的一般计算公式(5-2)得：满意允许电压损耗5%的要求。(3)短路热稳定度检验。查得短路热稳定系数C=115，则(5-3)式中为变电站高压侧过电流爱护动作时间按0.5s整定，再加上断路器断路时间0.2s，再加0.05s。由于前面所选150的缆芯截面＞，满意短路热稳定度要求，因此选用的电缆型号为。2.馈电给锻压车间的线路采纳YJV22-1kV型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆干脆埋地敷设。线路计算电流为=223A，为满意断路器上下级之间的协作，此段电缆选用型号为，其载流量为358A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满意要求。3.馈电给仓库的线路由于仓库负荷太小，只有5.6kW，干脆从低压母线引线会造成奢侈，因此把它的负荷加到和它邻近的锻压车间，从锻压车间向其引线，对其供电。锻压车间电缆选取过程中已经将电缆型号上调一级，经检验完全能满意对锻压车间和仓库的供电要求。4.馈电给电镀车间的线路采纳YJV22-1kV型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆干脆埋地敷设。线路计算电流为=189A，为满意断路器上下级之间的协作，此段电缆选用型号为，其载流量为261A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满意要求。5.馈电给工具车间的线路采纳YJV22-1kV型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆干脆埋地敷设。线路计算电流为=189A，为满意断路器上下级之间的协作，此段电缆选用型号为，其载流量为261A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满意要求。6.馈电给组装车间的线路由于组装车间就在变电站旁边，因此采纳聚氯乙烯绝缘铝芯导线ZR-BV-750型5根（3根相线，1根中性线，1根爱护线）穿硬塑料管埋地敷设。(1)按发热条件选择。由=207A，及环境温度（年最热月最高温度）30℃，相线截面初选120，其，满意发热条件。按规定，中性线和爱护线也选为120，和相线截面相同，即选用ZR-BV-750-1×120塑料导线5根穿内径80的硬塑管。(2)校验机械强度。查得，穿管敷设的绝缘导线线芯的最小允许截面，因此上面所选120的相线满意机械强度要求。(3)校验电压损耗。所选穿管线，估计长度50m，查得，所选导线，，又组装车间，，因此(5-4)(5-5)满意允许电压损耗5%的条件。7.馈电给修理车间的线路采纳YJV22-1kV型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆干脆埋地敷设。线路计算电流为=167A，为满意断路器上下级之间的协作，此段电缆选用型号为，其载流量为217A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满意要求。8.馈电给金工车间的线路采纳YJV22-1kV型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆干脆埋地敷设。线路计算电流为=174A，为满意断路器上下级之间的协作，此段电缆选用型号为，其载流量为217A，经检验其发热条件、电压损耗和短路热稳定度均满意要求。9.馈电给焊接车间的线路采纳YJV22-1KV型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆干脆埋地敷设。由于热处理车间负荷较大，线路计算电流为=887A，线路长度为300m，确定(1)按发热条件选择。由计算电流=887A，及该地区地下0.7～1米处全年最热月最高温度为20℃，初选2×()，其，满意发热条件。(2)校验电压损耗。由总平面布置图量得变电站至铸造车间距离约300m，而400的铜芯电缆的（按缆芯工作温度60℃计），=，又焊接车间的，，因此由线路电压损耗的一般计算公式(5-6)得：满意允许电压损耗5%的要求。(3)短路热稳定度检验。查得短路热稳定系数C=115，则(5-7)式中为变电站高压侧过电流爱护动作时间按0.5s整定，再加上断路器断路时间0.2s，再加0.05s。由于前面所选400的缆芯截面＞，满意短路热稳定