信息与通信兰州机床厂供配电系统的设计

毕业设计是检验我们四年来学习的情况的一项综合测试，它要求我们把以往所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的自动控制系统。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源。电能即易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节、测量。有利于实现生产过程自动化。而工厂供电就是指工厂所需要电能的供应和分配。工厂供电设计要达到为工业生产服务，保障工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须做到：安全、可靠、优负、经济。我本次设计的课题为：“兰州机床厂供配电系统”我所设计的属于二级电力负荷。如果中断供电造成的后果十分严重，因此在高压侧采用双电源互为备用自动投入式的设计方案，在低压侧采用单母线分段控制、交流低压配电柜和无功补偿柜都采用的是GGD型，为了实现系统的可靠性，在高压侧有线路和变压器保护等继电保护，还有工厂接地保护和变配电所避雷保护，但工厂接地保护和变配电所避雷保护是互相独立的。总之，通过这次设计应该能够树立正确的设计思想和严肃认真的工作态度，树立正确的生产观念，经济意识的全面观念。从工厂切身利益经济状况等因素出发进行合理的设计。第一章设计任务书毕业设计的技术背景和设计依据变电所建设规模：变电所容量：31.5MW电压等级：35/10KV出线回路数：35KV2回架空线；10KV8回架空线；与变电所连电力系统短路容量1000MVA；负荷情况：最大负荷30MW，最小负荷15MW。10千伏侧负荷情况表：Tmax=5600小时COS0=0.85用户名称最大负荷（KW）线路长度（KM）回路数基础车间26061齿轮车间80041铸造车间30031导轨车间30051装配车间38041维修车间30031实验车间45021行政办公5031其中车间等处电压等级：10/0.4KV远景发展：10千伏侧远景拟发展6回电缆出线，最大综合负荷18MW，功率因数0.85环境条件年最高温度：40°C；年最低温度：-20r；年平均温度：20°C；海拔高度：1200M；土制：粘土；雷暴日：30日/年。毕业设计的任务熟悉题目要求，查阅相关科技文献；主接线方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容；）选择主变压器；短路电流计算；电气设备选择；配电装置设计；防雷保护设计；撰写设计说明书、绘制图纸。 毕业设计的主要内容、功能及技术指标主要内容：确定主接线：根据设计任务书，分析原始资料与数据、列出技术上可能实现的2-3个方案，经过技术经济比较，确定最优方案；选择主变压器：选择变压器的容量、台数、型号等；短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护整定的需要，选择短路计算点，绘制等值网络图，计算短路电流，并列表汇总；电气设备的选择：选择并效验断路器、隔离开关、电抗器、电流互感器、电压互感器、母线、电缆、避雷器等、选用设备的型号、数量汇总设备一览表；配电装置设计；防雷保护设计。主要设计指标本设计的变电所电气部分应具有可靠性、灵活性、经济性、并能满足工程建设规模要;变电所功率因数不低与0.9。毕业设计提交成果设计说明书；图纸：①电气主接线图一张（1#图纸）；②配电断面图（2#图纸）；第2章供配电系统的基本概念供配电系统包括工业企业供配电系统和民用建筑供配电系统，它是电能的用户，也是电力系统的组成部分。电能是现代工业生产和社会生活中的主要能源和动力，由于电能的生产、输送、分配和使用的全过程是在同一瞬间完成的，在了解供配电系统之前，先了解一下电力系统的情况。2.1电力系统简介电能是由发电厂生产的，发电厂多建在一次能源所在地，一般居人口密集的城市和用电集中的工业企业很远，因此必须采用高压输电线路进行远距离输电。而且为了更加合理地利用动力资源减少电能损耗，降低发电成本，保障电能质量及提高供电可靠性，必须将一些发电厂，变配电所和电能用户各级电压的电力线路联系起来，组成发电、输电、变电和用电的整体，及为电力系统。2.2电力系统运行的特点及要求电力系统运行的特点主要有以下几个方面：（1） 电能生产输送和消费的连续性电能不能大量廉价地储存，发电输电变电及用电是同时进行的。若其中一环节出现故障，都会影响电力系统的运行。（2） 电能生产的重要性电力工业与国民经济人们生活的关系极为密切，电能供应不足或中断，将直接影响经济发展和人们的正常生活，甚至会危及设备和人生安全。（3） 暂态过程的快速性电力系统由于运行方式的改变而引起的电磁机电暂态过程是非常短暂的。所以，电力系统运行必须采取自动化程度高且能迅速而且准确动作的继电保护自动装置和监控设备。根据这些特点，电力系统（包括用户供配电系统）的设计与运行必须达到以下要求：（1） 安全在电能的生产、输、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2） 可靠应满足电能用户对电能可靠性的要求。（3） 优质应满足电能用户对电压质量和频率质量的要求。（4） 经济建设投资要少，运行费用要低。并尽量节约电能和减少有色金属消耗量。2.3供配电系统概况各类电能用户为了接受从电力系统输送来的电能，就需要有一个内部的供电系统。内部供配电系统是指从电源线路进用户到高、低压用电设备止的整个电路系统，它由高压及低压配电线路、变电所（包括配电所）和用电设备组成。供配电系统的构成与其负荷的重要性及大小等因素有关。电力负荷的分级按GB50052-1955<<供配电系统设计规则》规定，电力负荷根据供电可靠性及中断供电（事故）在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。（1） 一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者，或者供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏。重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国名经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等，一级负荷如矿井、电炉炼钢、电解槽、特种化工、医院手术室、重要交通枢纽。重要港口、重要宾馆、电台、高精端科研部门、军事机关与基地等。在一级负荷中，中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要的场所中不允许中断供电的电荷，应视为特别重要的负荷。在工业生产中，如正常电源中断时处理安全停产所必需的应急照明、通信系统；保证安全停产的自动控制装置等。在名用建筑中，如大型金融中心的关键电子计算机系统和防盗报警系统；大型国际比赛馆的记分系统以及监控系统等；国宾馆、国家积极承担大国事活动会堂等。二级负荷中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，或影响重要用户的正常工作，或造成公共场所秩序混乱者为二级负荷。在工业生产中，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱徐长时间才能恢复的以及重点企业大量减产等；其它如交通枢纽、通信枢纽。大型影剧院、大型商场和高层建筑等。三级负荷不属于一级负荷和二级负荷的电力负荷。本次“兰州机床厂供配电系统”属于二级负荷，设计时要根据二级负荷的要求进行设计2.4各级负荷对供电电源的要求根据负荷的重要性，各级负荷对供电电源的要求为：一级负荷对供电电源的要求以及符合要求由两个电源供电,当一个电源发生故障时，另一个电源应不致于同时受到损坏。有一级负荷的用电单位难以从地区电网取得两个电源，而有可能从邻近单位取得第二个电源时，已从临近单位取得第二电源。一级负荷中对于特别重要的负荷，除具备以上所述的两个电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其它负荷接入应急供电系统。电网的各种故障，可能引起全部电源进线同时失去电源，造成停电事故。因此对一级负荷中特比重要的负荷要由与电网不并列的、独立的应急电源供电。常用的应急电源可采用下列几种电源：独立于正常电源的发电机组，供电网络中独立于正常电源的专门馈线路、蓄电池。二级负荷对供电电源的要求二级负荷要求由两回路供电，供电变压器也应该有两台。在其中一回路或已台变压器发生故障时，二级负荷不至于中断供电，或中断后能迅速恢复供电。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路6KV及以上的专用架空线路或电缆线路供电，且每根电缆能100%承受的二级负荷.三级负荷对供电电源的要求三级负荷对供电电源没有特殊要求。2.5用户供配电系统电压的选择1・高压配电电压的选择用户供配电系统的高压配电电压主要根据用电容量、用电设备特性、供电距离、供电线路回数、当地公共电网现状及其发展规划等，经技术经济分析确定。通常采用6~10kv，从技术经济指标来看，最好采用10KV。分析如下：在配电线路方面，在同样的输电功率和输电距离条件下，配电电压越高。线路电流越小，因而线路所采用的导线或电缆的很截面积越小，从而可降低线路的初投资和金属消耗量，且可减少线路的电能损耗和电压损耗。在开关设备的投资方面，实际使用的6KV开关设备的型号规格与10KV基本相同，因此采用10KV电压的投资不会比6KV电压增加多少。在供电的安全性和可靠性方面，采用6KV和采用10KV无多少差别.在适应发展方面，采用10KV更优于6KV.国家标准GB156-2003<<标准电压》规定，3KV、6KV不得用于公共配电系统。从发展趋势上看，高压配电电压采用更具有优越性。通过技术经济比较，代替高压配电电压，更能增加供电能力，保证电压质量、降低电网的电能损耗以及节能电网的建设费用等。我国苏州已在新开发的工业园区内投入运行20高压配电，随着城镇配电网负荷密度的增大。采用20电压作为配电网的高压配电电压势在必行。当然改造现有的10KV高压配电网过渡到20KV高压配电，将是一项庞大的和长期的系统工程，10KV、20KV高压配电电压可先期并存，逐步创造条件，积极推广应用。低压配电电压的选择用户供配电系统的供电电压一般采用的是220/380V。但某些用户负荷中心往往离变电所较远，为保证负荷端的电压水平宜采用660或更高的电压1140配电。与380配电电压相比，采用660配电电压不仅可以线路的电压损耗，提高负荷端的电压水平，而且能减少线路的电能损耗，降低线路的有色金属消耗量和初投资，增加配电半径，提高供电能力，减少变电点，简化供配电系统，同时还能进一步扩大异步电动机的制造容量。因此提高低压供配电电压有明显的经济效益，是节约电能的有效措施之一，这在世界各国已成为发展趋势。但是将380升高为660.需要电力行业及其它行业的全面配合，短时间内很难实现。第3章供配电系统的负荷计算3.1负荷计算的目的与意义供配电系统的设计，首先要根据用户的基本资料及用电设备的容量，对系统中各个环节的电力负荷进行系统的计算，其目的是确定供配电系统方案，并选择其中的各个元件（如电力变压器,开关设备、导线及电缆等），以使其满足正常运行时负荷电流热效应的要求。另外，负荷计算也是合理进行无功功率补偿的重要依据。这种根据用电设备容量统计计算出来的，用来按发热条件选择供配电系统中各元器件的负荷值，称为计算负荷。按计算负荷选择的电气设备、导线和电缆。在计算负荷下连续运行时，其发热温度不会超过允许值。显而易见，计算负荷应是电气元件连续运行时能够承担的最大负荷。用户的用电设备品种繁多、数量大、工作情况复杂，实际用电电荷或所需电量并不是用电设备容量的简单相加。如何根据用电设备的资料正确估计计算负荷，直接影响到电气设备和导线、电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定过大。那么将使电气设备和导线、电缆选择的过大。造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定过小，那么有将使电气设备和电缆、导线处于过负荷运行，增加电能损耗，产生过热现象，导致绝缘过早老化甚至烧毁，同样会造成损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。但是影响计算负荷的因素很多，虽然各类负荷的变化有一定的规律可循，但仍难准确确定计算负荷的大小。实际上，负荷也不是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织形式、生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关，因此负荷计算只能力求接近实际。“电力负荷”在不同的场合可以有不同的含义，它可以指用电设备或用电单位，也可以指用电设备或用电单位的功率或电流的大小3.2计算负荷的确定考虑到在变配电系统中，并不是所有用电设备都同时运行，即使同时运行的设备也不一定每台都达到额定容量，因此不能用简单地把所有用电设备的容量相加的方法来确定计算负荷。3.2.1计算负荷的估算法在作设计任务书或初步设计阶段，尤其当需要进行方案比较时，车间或企业的年平均有功功率和无功功率往往可按下述方法估算。一）单位产品耗电量法已知企业的生产量n及每一单位产品电能消耗量W,可先求出企业年电能需要量Wn。W=Wnn于是可以求得最大有功功率如下：pmax■-T 式中Tmax—年最大有功负荷利用小时数二）车间生产面积负荷密度法当已知车间生产面积负荷密度指标p（单位为kW/m2）时,车间的平均负荷按下式求得P=pAav式中A一车间生产面积。3.2.2求计算负荷的方法（一） 对单台电动机供电线路在30min内出现的最大平均负荷即计算负荷为pP=NM„Pca, N-M式中 PNM一电动机的额定功率；nN—电动机在额定负荷下的效率。（二） 多组用电设备的负荷计算多组用电设备求计算负荷的常用方法如下：1、需要系数法用需要系数法求计算负荷的具体步骤如下：⑴将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。⑵查出各组用电设备相应的需要系数及对应的功率因数。P=KP P=KP...ca-1d1N1 ca-2d2N2Q=Ptan… Q=Ptan…ca-1cal 1 ca-2ca2 2

于疋P =£P.Q=^Q .S=JP2+Q2ca ca-i ca ca-1 V 之ca caca用需要系数法求车间或全厂计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数。2、形状系数法用形状系数法求计算负荷的具体步骤如下:将用电设备分组，求出各用电设备组的总额定容量。查出各组用电设备的利用系数及对应的功率因数。P=KPav1 u，1N，1=Ptan…P=KPav1 u，1N，1=Ptan…Pav-2 2 avQa^v-2⑶求负荷的有效值PcaPav-2=zPav-i=KPN-2u-2Q=zQav av-iav-1av-1P=KP牝(1.05〜1.1)Pcazav avQ=KQcazav=(1.05~1.1)Qavca用第2种方法求计算负荷不需要乘以同期系数。本次设计采用同时系数法据资料查知同时系数在泵系设计中取Kd=0.9,本次设计要求的功率因数为0.85Q=Ptan030 30用到的公式为p=k.p30d,S=P/cos用到的公式为p=k.p30d,30 30I=S/J3U30 30 七N其中U为额定电压N各车间的计算负荷为下表车间名车有功功率无功功率视在功率短路电流(kW)(kvar)(MV.A)(A)基础车间234145.08275.30418.275齿轮车间720446.40847.061286.97铸造车间270167.40317.65482.615导轨车间270167.40317.65482.615装配车间342212.04402.35611.312维修车间270167.40317.65482.615实验车间405251.10476.47723.923行政办公4527.9052.9480.434第4章方案设计及论证4.1电气主接线电气主接线:是由高压电器通过连接线，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。4.1.1电气主接线的要求1可靠性：保证供电可靠性是电气主接线最基本的要求，通常从以下几个方面来考虑主接线的可靠性：断路器检修时能否不影响供电；线路、断路器或母线故障时以及母线或隔离开关检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对1、11类负荷的供电；发电厂或变电站全部停电的可能性；大型机组突然停运时，对电力系统稳定运行的影响与后果等。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切换既能灵活地投、切某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，又能满足系统在事故、检修与特殊运行方式下的调度要求，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。设计主接线时应留有发展和扩建的余地，必要时，还要考虑到从初期接线过渡到最终接线的可能性和分阶段施工的可行方案。3经济性：①投资省；②占地面积少；③电能损耗少。4.1.2电气主接线基本形式有汇流母线的接线：单母线接线，双母线接线，一台半断路器接线。无汇流母线的接线：单元接线、桥型接线、角型接线①有汇流母线一单母线接线单母线接线：只有一组母线的接线，进出线并接在这组母线上。优点：简单清晰、设备少、投资小、运行操作方便，且有利于扩建。缺点是：可靠性和灵活性较差。单母线分段接线：避免单母线接线可能造成全厂停电的缺点，提高供电可靠性及灵活性。供电可靠性及灵活性。这种接线方式广泛用于中、小容量发电厂的6~10KV主接线6-220KV变电所配电装置中。6〜10kV配电装置的出线回路数不超过5回；35〜63kV配电装置的出线回路数不超过3回;

110〜220kV配电装置的出线回路数不超过2回。单母线带旁路接线接线：检修出线断路器，不致中断该回路供电②有汇流母线一双母线接线2-5双QF——^②有汇流母线一双母线接线2-5双QF——^专聯样断路器双母线接线特点：每回线路都经一台断路器和两组隔离开关分别与两组母线连接,母线之间通过母线联络断路器QF（简称母联）连接。优点：可靠性和灵活性大大提咼：1、 可以轮流检修母线；2、 一组母线故障后，可将接在其上的回路倒闸到另一组母线上；3、 检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开该回路和与此隔离开关相连的母线；4、 可用母联断路器代替任一回路的需要检修的断路器，而只需短时停电（需要跨条连接）；5、 在个别回路需要单独进行试验时可以将该回路分出来；6、 亦可用一组备用母线作为熔冰母线，7、 便于扩建缺点：1、 倒闸操作比较复杂，在运行中隔离开关作为操作电器，容易发生误操作。2、 尤其当母线出现故障时，须短时切换较多电源和负荷；当检修出线断路器时，仍然会使该回路停电。3、 配电装置复杂，投资较多，经济性差；③无汇流母线接线无汇流母线一单元接线无汇流母线一桥形接线4.2.1电气主接线方案设计方案一：电源进线采用双电源，在主变电所的高压测采用内桥式接线方式，其中一个电源为工作电源，另一个为备用电源。主变电所的低压侧采用双母线方式，各个子变电所采用的是单母线分段的主接线方式。方案二，电源进线采用双电源，主变电所的高压侧采用外桥式接法，其中一个电源为工作电源，另一个为备用电源。主变电所的低压侧采用双母线分段方式，各个子变电所采用的是单母线分段的主接线方式。方案三：电源进线采用双电源，主变电所的高压侧采用外桥式接法，其中一个电源为工作电源，另一个为备用电源。主变电所的低压侧采用双母线带旁路母线方式，各个子变电所采用的是单母线带旁路母线的主接线方式。4.2.2方案分析⑴单母线分段优点：简单清晰，设备少，投资少，运行操作方便，当某一进线断路器故障或检修时，可维持两台变压器同时运行向负荷供电。缺点;可靠性和灵活性较差。(2)无母线接线线路变压器组接线是无母线的一种方式。缺点：由于无汇流母线，不利于功率的汇集和平均分配，当某一进线断路器故障或检修是，该回路必须暂时停用，导致过负荷运行。（4）内桥接线优点;高压断路器数量少，两个回路只需三台断路器。缺点:变压器的切除和投入较复杂。需要动作两台断路器。影响一回路暂时停运；桥形断路器检修时，两回路需要解列运行，当进线短路器检修时，线路需要长时间停运。据以上分析比较，无母线接线可靠性差，故放弃无母线接线方式，从技术上选择单母线分段和内桥接线。从经济上分析可知，由于内桥式接线当中高压断路器数量少，且由于断路器的价格非常昂贵，尽量少用断路器就会节省很多投资，这样比较下来，内桥式接线方式比较经济。综上分析，方案三比较适合本次设计。即采用变压器高压侧用内桥式接线，主变电所变压器低压侧采用双母线接线，以保证电气主接线的可靠性，而车间变电所低压侧采用单母线接线。4.3变配电所的总体布置设计4.3.1变配电所总体布置的基本要求变配电所的布置是在其位置与数量、电气主接线、变压器型式、数量及容量确定的基础上进行的，且与变电所的形式密切相关。变电所总体布置满足一线要求（1）便于运行维护有人值班的变配电所，应设单独值班室，且尽量靠近高、低压配电室。高、低压配电室与值班室应直通或经过通道相同。低压配电室也可兼做值班室，但保证安全距离。有人值班的独立变配电所，宜设有厕所和及排水设施。保证运行安全户内变电所的每台油量为lOOKg及以上的三相油鳹式变压器，应装设在单独的变压器室内其门应朝马路开。高压电容器柜一般也要设在单独的电容器室内，低压电容器柜可与低压开关柜同室布置，但容量较大时也应单独设室。高、低压电容器室、配电室的门应向外开或双向开启。变配电装置要有足够的安全净距和维护操作通道。变配电所应设置防止雨、雪和小动物从采光窗、通风窗、门或电缆沟等进入室内的设施。另外，变配电所还应设置考虑防火、通风等要求。便于进出线如果是高压架空进线，那么高压配电室宜位于进线侧。变压器的安装位置宜靠近低压配电室。低压配电室宜位于其低压架空出线侧。节约土地与建筑费用高压开关柜的数量少时，可和低压配电屏同室布置。高压配电所应尽量与邻近的车间变电所合建。适应发展要求高、低压配电室内，宜留有适当数量配电装置的备用位置。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。4.3.2变电所布置方案设计方案一如下图所示

方案分析方案一将距离相同或差不多的车间设置在一个变电所，且三个变电所的总容量差不多，便于在总变电所选择变压器时有更好的余量，且可以选择大容量电压器以降低经济投入。方案二相比方案一，方案二的优点：四个变电所的容量也很平均，且每两个变电所的容量也很平均，在总降压变电所选择变压器时可以用容量相同类型相同的变压器，以便在负荷变换时方便切换。缺点:相比方案一，方案二多了一个变电所，这无形中就增加了变电所建筑投入和占地投入，同时也增加了变压器的数量，在继电保护方面啊有了更大的投入。综上比较，本设计采用方案一。第5章变压器的选择5.1变压器容量、台数的确定原则主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应根据电力系统5~10年发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级已经接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。5.1.1变电所主变压器容量确定原则变电所主变压器容量，一般应按5~10年规划负荷来选择。根据城市规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足I类及II类负荷的供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%~80%。5.1.1主变压器型式选择原则（一）相数的确定330kV及以下电力系统，一般都应选用三相变压器变压器制造条件和运输条件的限制，选用三台单相变压器组成.（二） 绕组接线组别的确定变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。别必须和系统电压相位一110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”连接；35kV采用“Y”连续，其中性点多通过消弧线圈接地；35kV以下高压电压，变压器三组绕组都采用“D”连接。（三） 调压方式的确定切换方式有两种：不带电切换，称为无激磁调压，调整范围通常在土2X2.5%以内；另一种是带负荷切换，称为有载调压，调整范围可达30%。5.2各变电所容量和无功补偿计算5.2.1变电所容量计算公式总的用功计算负荷p=缺£pTOC\o"1-5"\h\z30 £p 30.i总的无功计算负荷Q=K£Q30 £ q 30. i以上两式中的£p和£q分别为各设备的有功和无功计算负荷之30.i 30. i和。k£、k£为无功和有功计算负荷的同时系数，可取£q £PKy=0.93-0.97,k£=0.90-0.95£q £P总的视在计算负荷S=.P2,Q2总的计算电流I=S顷U30Y30 30 30 30N各变电所计算负荷如下表所示变电所名称总有功计算负 荷p(KW)SUM.1总无功计算负 荷Q(Kvar)SUM总视在计算负 荷S(MV.A)SUM总的计算电流i(A)SUM变电所1544.05344.565643.98437.180变电所2786.78498.294926.95053.518变电所31046.25662.6251238.43071.501总降压变电所2939.3721400.10013255.79353.707备注其中k€在子变电所时取0.95，总变电所时取0.93k€在子变电所取0.93，总变电所时取0.90€P5.2.2各变电所的无功补偿在用电单位，大量的用电设备是异步电动机、电力变压器、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷，从而使功率因数低。若在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，上达不到规定功率因数时，则需要人工补偿。无功补偿的基本原理：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联在同一电路中，能量在两种负荷之间相互交换，这样，感性功率负荷所需要的无功功率可由容性功率负荷输出的无功功率补偿。当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置，这种方法安装方便，建设周期短、造价低、运行维护简便以及自身损耗小。各车间变电所无功补偿的计算由于变电所1,变电所2、变电所3都采用10kv供电线路，则取工厂变电所高压侧cos0=0.95,满足10kv供电时，工厂变电所高压侧cos0>0.9的要求。变电所1无功补偿的计算PkwSUM1.ca,544.05",344.56*var 则cos0，P/S,0.845S ，643.984v.A 1 SUM1'ca SUM1.caSUM1.caQ，Px[tan(arccos0.845)-tan(arccos0.95)]，544.05x(0.633-0.329)，165.39kvarclSUM1.ca变电所2无功补偿计算PkwSUM2.ca,786.78QSUM2.ca，498.294kvar 则cos0，P/S,0.849S ，926.950kv.A 2 SUM2'ca SUM2caSUM1.caQ,Px[tan(arccos0.849)-tan(arccos0.95)],786.78x(0.622—0.329),230.53kvarc2 SUM2.ca变电所3无功补偿计算P ，1046.25kwsum3.caQ ,662.623kvar则厶八小sum3.ca 则COS0，P/S,0.845S ,1238.430kv.A 3 SUM3.ca SUM3.caSUM1.caQ,Px[tan(arccos0.845)-tan(arccos0.95)],1046.25x(0.633—0.329),314.92kvarc3 SUM3.ca总降压变电所无功补偿由于总降压变电所采用35kv供电线路，则取工厂变电所高压侧cos0,0.92，满足35kv供电时，工厂变电所咼压侧cos0>0.9的要求。P ，2139.372kwsum.caQsum.ca=1400.1001k也则*0Z，P /S，0.837SUM.caSUM.caS ，2556,793kv.ASUM.caQ=P x[tan(arccos0.837)-tan(arccos0.92)]=2139.372x(0.658—0.426)=496.334kvarcz SUM.ca无功补偿后变压器容量的计算及变压器的选择变电所1变压器的选择Q=165.39kvar 则取Q'=200kvarTOC\o"1-5"\h\zC1 C1S‘=P2 +(Q ,Q‘)2="544.05)2+(344.565—200)2=562.93KV.A*SUM1.ca SUM1.ca C1 *当s'占所选变压器容量的70%时，所选变压器效率最高，符合要求。1S=ST07=804.19KV.A 则变电所1所选的变压器是是、S9-M-8001型变压器。变电所2变压器的选择Q=230.53kvar 则取Q'=250kvarC2 C2S'=JP2 +(Q ,Q‘)2^.(786.78)2+(498.294-250)2=825.03KV.A'SUM2.ca SUM2.ca C2 *当s'占所选变压器容量的70%时，所选变压器效率最高，符合要2求。S=S'/0.7=1178.61KV.A 则变电所2所选的变压器是是、TOC\o"1-5"\h\z2S9-M-1250型变压器。变电所3变压器的选择Q=314.92kvar 则取Q'=350kvarc3 C3S'=Jp2 +(Q ,Q‘)2=；;(1046.25)2+(622.623-350)2=1081.19KV.A*'SUM3.ca SUM3.ca C3 、当s'占所选变压器容量的70%时，所选变压器效率最高，符合要3求。S=S'/0.7=1544.55KV.A 则变电所3所选的变压器是是、3S9-M-1600型变压器。总降压变电所变压器的选择Q=496.334kvar 则取Q'=500kvarcz CzS'=\,：' +(Q -Q')2^,''(2139.372)2+(1400.1001-600)2=2284.08KV.Acz'SUM.ca SUM.ca Cz当s'占所选变压器容量的70%时，所选变压器效率最高，符合要求。cz,S=S'/0.7=3262.97KV.A则总降压变电所选的变压器是是、czczSZ9-M-4000/35型变压器。由于总降压变电所采取两回路进线的供电线路，为方便供电，提高变电所的供电可靠性，根据计算结果及要求，可有两台变压器，分别为变压器1、变压器2,变压器1负责给变电所1和变电所2供电，可选变压器的容量为2500KV.A，即SZ9-2500/35 型变压器；变压器2负责给变电所3供电，可选变压器2的容量为2000KV.A，即SZ9-2000/35型变压器。第6章短路电流及其计算6.1概述6.1.1短路及原因供配电系统在运行过程中，不可避免地会发生各种故障和不正常运行状态，其中最常见的也是最为严重一种是短路。短路是指供配电系统中不同电位的导体之间的低阻性短接。引起电路发生的原因有很多，主要有以下方面：(1)电气绝缘损坏由于设备长期运行，绝缘自然老化而损坏；或由于设备本身不合格、绝缘强度不够而被正常电压击穿；或设备绝缘正常而被过电压击穿；或者是设备绝缘受到外力损伤而导致短路。误操作工作人员由于未遵守安全操作规程而发生误操作；或者误将低电压的设备接入到较高电压的电路中而造成的击穿短路。鸟兽危害鸟兽跨在裸露的相线之间或相线与接地物体之间；咬坏设备导线电缆的绝缘，也是导致短路发生的一个原因。6.1.2短路的后果及短路计算的目的在供配电系统中发生短路事故后，短路电流往往要比正常负荷电流大得多，可达几万安培甚至几十万安培。如此大的短路电流对电力系统可产生极大的危害。短路电流通过电气设备时，温度急剧上升，会使绝缘老化或损坏；同时产生很大的电动力，会使设备载流部分发生机械形变甚至损坏。短路会使系统电压骤降，影响系统其他设备的正常运行。短路可能造成停电事故，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成的损失也就越大。严重的短路会影响电力系统运行的稳定性，可是并列运行的发电机组失去同步，造成电力系统裂解。电力系统发生不对称短路时，其电流会产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设备产生电磁干扰，影响其正常工作，甚至发生误动作。6.1.3计算短路电流的目的和任务:选择导线和设备；选择和整定继电保护装置；确定接线和运行方式；选择限流的电抗器。6.2短路电路的计算公式如下表所示：短路电流计算公式及参数列表参数名称有名值标幺值说明功率SS=s€Sb-般取S=100MVAb电压UU=U€Ub般取U=Ub av电流II=I€LI=Sdd疋电抗XX=X=XS€Xb祁X是以S为基准容量* b的标幺值变压器电抗X=U%U2/100ST K N NX=5T* 100sN线路电抗X=X•LLX=翌L* U2X为线路每公里电抗1值电抗器电抗X=(X%U)I/1OO0R R NNX 丄R* 100君IU2X%为电抗器铭牌上R的数值系统等值电抗X=U2/sS N KX=父=sS€ SK、"nS为某点短路电容，KI为该点三相短路电K流电动机电抗Xn=U..%U2八 K NM 100SNX=丄渺鬱NK为启动电流ST6.2.1变电所供电回路示意图6.2.2短路电流计算查相关资料：6-10kv架空供电线路，电力线路每相的单位长度电抗平均值为0.38世•，6-10KV电缆线电力线路每相的单位长度的电抗平■km均值为0.08,/km.T变压器的容量为2500KV•A,查表得U%=6.5；TOC\o"1-5"\h\zKT变压器的容量为800KV•A,查表得U%=4；KT变压器的容量为1250KV•A,查表得U%=4；KT变压器的容量为2000 •A,查表得U%=5；KT变压器的容量为1600KV-A,查表得U%=4；K选基准值 S=100MV-A,U=0.4KV,U=10K^V・b bl b2I=Sb=100=144KA则 b1TUM4b1I=Sb=100=5.7KAb2瓦可3计算各阻抗元件标幺值X=xlxSb=U2v10.38x20x10^=0.623521*01X=△UK%x丄:=6.5x100 =2.6T1*100ST11002500x10-3X二xlxSb=0.08x0.2x100=0.0162*02Uv2102X=△UK%x丄=4x100 =5T2*100ST2100800x10-3X-xlxSb=0.08x0.3x100=0.0243*03Ua2102X=△UV%x丄=4x100 =3.2T3*100ST31001250x10-3X二xlxSb=0.38x20x100=0.624*04%352X=△UK%x丄=5x100 =2.5T4*100ST41002000x10-3X-xlxSb=0.08x0.3x100=0.0245*03Uv2102X=△UK%x丄=4x100 =2.5T5*100ST51001600x10-3根据以上结果，可画出变电所等值电路图如下图所示4.当个短路点短路时，从电源到各短路点的总阻抗标幺值计算X =X+X+X+X=0.63-2.6b0.01€5=8.236…（K_1Ki*n* 2*T2*X „X+X+X+X=0.6+2.6^0.02+3.2^6.444TOC\o"1-5"\h\z…（K-2；* 1* T1* 3* T3*X =X+X+X+X=0.6+2.5^2.5^0.02=5.644…（聞；* 4* T4*5* T5*X =X+X=0.6+2.6=3.22…（S；* 1* T1*X =X+X=0.6+2.5=3.12^（K-5） 4* 41*5.计算短路电流的周期分量和冲击电流（短路电流）①周期分量标幺值的计算I =1 =1.=0.121〜(K—1)，X匸€(K-1)*8.236I =1 =1-=0.155~(K—2)*X匸€(K-2)*6.444I =1 =1=0.177~(K—3)*X匸€(K-3)*5.644I =1 =1=0.311~(K—4)*X匸€(K-4)*3.22I =1 =1=0.320〜（K-5）* X€（k-5）,②周期分量有效值的计算3.12I=I„I=0.121x144.3=17.46(KA)TOC\o"1-5"\h\z-1) 〜(K—1)* blI =I xI=0.155x144.3=22.37(KA)\o"CurrentDocument"~(K-2) 〜(K—2)* b1I =I xI=0.177x144.3=25.54(KA)~(K-3) 〜(K—3)*b1I =I xI=0.311x5.77=1.794(KA)\o"CurrentDocument"~(K-4) 〜(K—4)* b2I =I xI=0.320x5.77=1.846(KA)~(K-5) 〜(K—5)*b2③短路电流的计算取冲击系数;对于高压侧K=1.8,shi=2.5Ish 〜对于低压侧K=1.3,shi=1.84sh 〜i=KI=1.84x17.46=32.126(KA)sh(k-1) m〜(K-1)i =KI =1.84x22.37=41.161(KA)sh(k一2) m〜(K一2)i =KI =1.84x25.54=46.994(KA)一 sh(k-3) m〜(K-3)则短路电流：i =kI =2.55x1.794=4.575(KA)sh(k-4) m〜(K-4)i =KI =2.55x1.646=4.707(KA)sh(k-5) m〜(K-5)

第7章继电保护7.1继电保护的基本知识7.1.1继电保护的任务供配电系统在运行过程中，不可避免的发生一些故障或处于不正常工作状态。最常见的故障是各种形式的短路；不正常运行状态主要有过负荷、设备温度升高等。故障或不正常运行状态若不及时处理或处理不当。就可能引发事故。为保证供配电系统安全可靠的运行，系统中各主要电气设备和线路必须装设保护装置，其基本任务是：自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行。反应电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件(如有无经常值班人员)而动作于信号，以便值班员及时处理，或由装置自动进行调整，或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除。此时一般不要求保护迅速动作，而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时，以免暂短的运行波动造成不必要的动作和干扰而引起的误动。继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。7.1.2对继电保护的要求供配电系统对继电保护装置有以下要求:1）可靠性可靠性包括安全性和信赖性，是对继电保护最根本的要求。所谓安全性是要求继电保护在不需要它动作时可靠不动作，即不发生误动。所谓信赖性是要求继电保护在规定的保护范围内发生了应该动作的故障时可靠动作，即不拒动。安全性和信赖性主要取决于保护装置本身的制造质量、保护回路的连接和运行维护的水平。一般而言，保护装置的组成元件质量越高、回路接线越简单，保护的工作就越可靠。同时正确的调试、整定、运行及维护，对于提高保护的可靠性都具有重要的作用。2）选择性所谓选择性就是指当电力系统中的设备或线路发生短路时，其继电保护仅将故障的设备或线路从电力系统中切除，当故障设备或线路的保护或断路器拒动时，应由相邻设备或线路的保护将故障切除。3） 速动性所谓速动性就是指继电保护装置应能尽快地切除故障，以减少设备及用户在大电流、低电压运行的时间，降低设备的损坏程度，提高系统并列运行的稳定性。4） 灵敏性灵敏性是指电气设备或线路在被保护范围内发生短路故障或不正常运行情况时，保护装置的反应能力。能满足灵敏性要求的继电保护,在规定的范围内故障时，不论短路点的位置和短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能正确反应动作，即要求不但在系统最大运行方式下三相短路时能可靠动作，而且在系统最小运行方式下经过较大的过渡电阻两相或单相短路故障时也能可靠动作。7.2继电保护方式的选择7.2.1电力线路的继电保护按GB50062-1992＜＜电力装置的继电保护和自动装置设计规范＞＞规定:对于3~66KV电力线路，应当装设有相间短路保护、单相接地保护、和过负荷保护。作为线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬间动作的电流速断保护。如果过电流保护的时限不大于0.5~0.7s时,那么按照GB50062-1992规定，可不装设电流速断保护。相间短路保护应动作于断路器的跳闸机构，使断路器跳闸，切除断路故障部分。作为线路的单相接地保护，有两种方式：绝绝缘监视装置，装设在变电所的高压母线上,动作于信号。有选择的单相接地保护，亦动作于信号，但当单相接地危机人身和设备安全时，则应动作与跳闸。对可能经常过负荷的电缆线路，按GB50062-1992规定，应装设过负荷保护，动作于信号。7.2.2电力变压器的继电保护电力变压器是供配电系统中最重要的电气设备，她的故障将对供配电系统的正常运行造成严重的影响，同时大容量的变压器也是十分昂贵的器件，因此对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：绕组及其引出线的相间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路；绕组的闸间短路；夕卜部相间短路引起的过电流；中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；过负荷；油面降低;变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。对于高压侧为6~10kv的车间变电所主变压器来说，通常设有带时限的过电流保护。如果过电流保护动时间大于0.5~0.7s，那么还应当舍友电流速断保护。容量在800kv。A及以上的油浸式变压器和400kvA及以上的车间内油浸式变压器，按规定应装有瓦斯保护，有成气体继电保护。容量在400KV.A及以上容量的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其它设备的备用电源时，应根据可能过负荷的情况设有过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在变压器内部有轻微故障时，动作于信号，而其他保护包括瓦斯保护的变压器内部有严重故障时，一般均动作于跳闸。对于高压侧为35kv及以上的工厂总降压变电所主变压器来说,也应当设过电流保护、电流速断保护、和瓦斯保护；在有可能过负荷的情况设有过负荷保护。如果单台运行的变压器容量在10000KV.A及以上或并列运行的变压器每台容量在6300KV.A及以上时，则要求装设纵联保护来取代电流速断保护。7.2.3母线保护在发电厂和变电所中，屋内和屋外配电装置中的母线是电能集中和分配的重要环节，她的安全运行对不间断供电具有极为重要的意义。虽然对母线进行着严格的监视和维护，但他仍有可能发生故障。运行经验表明，大多数母线故障是单相接地，多相短路故障所占的比例很小。发生母线故障的原因主要有母线绝缘子及断路器套管闪络、电压互感器或装于母线与断路器之间的电流互感器故障、母线隔离开关在操作子损坏以及运行维护人员的误操作。母线故障是发电厂和变电所中电气设备最严重的故障之一，他将使连接在故障母线上所有元件在母线故障修复期间或切换到另一母线所必须的时间内被停电；母线故障时，由于母线电压极度降低，可能破坏整个电力系统的正常工作。为了断开母线上的短路故障，必须装设相应的保护装置。母线保护的主要方式有两种：利用供电元件的保护装置来保护母线在不太重要的较低电压的发电厂和变电站中，可以利用供电设备如发电机、线路、变压器等设备的第段，第段保护来反应并切除母线故障。当母线本身就属于被保护设备的单元部分，可以不装设专用的母线保护。在这种情况下，母线为保护设备的一部分，母线上的故障也应有该元件的保护来切除。装设母线的专用保护利用供电元件的保护来保护母线的主要优点是简单、经济。但是,一般供电元件快速动作的主保护如差动保护，不能反应母线故障，应由其后备保护动作，而往往切除故障的时间很长。此外，当双母线同时运行或分段单母线时，上述保护不能保证有选择性的切除故障母线。因此，在下列情况下，母线应设有专用保护装置：在110kv及以上电压等级电网的发电厂变电所双母线和分段单母线。llOkv及以上电压的单母线，重要发电厂35kv母线以及高压侧为llOkv及以上重要降压变电所的35kv母线,若依靠供电元件的保护装置带有时限切除故障，会引起系统振荡、电力系统稳定性遭破坏等极其严重的后果时，母线应当设有能快速切除故障的专用保护。在某些较简单的电网或电压较低的电网中，虽然没有稳定性问题，但当母线上发生三相短路使主要发电厂厂用母线的残余电压低于50%~60%额定电压、切除时间又较长时,将影响厂用电的安全运行，而重要用户将会由于电压的剧烈降低而自动切除负荷。为了保证对厂用电及重要用户的供电，也应当采用母线专用保护。此外，还必须考虑发电厂和变电所容量大小和在系统中的重要程度。一般6~10kv的供电线路的短路器是按照电抗器后短路选择的，母线应装有专用保护，以便在电抗器前短路时，由母线保护装置断开部分或全部供电元件，以减小供电线路的短路器所切除的短路功率。7.3本设计的继电保护7.3.1总降压变电所的继电保护供电线路采用方向电流保护。方向电流保护装置动作选择性是依照逆向阶梯原则的时限特性和方向元件来保证的。方向过电流保护采用的继电器和接线都比较简单，故运行中动作可靠。因此方向过电流保护主要用于35kv及以下电网。常用三段式方向电流保护作为相间断路地主保护，某些情况下可以用自动重合闸来补助。电力变压器的保护采用差动保护和气体保护。变压器的差动保护，主要用来保护变压器内部以及引出线和绝缘套管的相间短路，并且也可以用来保护变压器内部的闸间短路，其保护区在变压器一、二次侧所装电流互感器之间。纵联差动保护是利用比较被保护元件各侧电流的幅值和相位原理而构成的。压器的气体保护即为气体继电器的保护，又称瓦斯保护，是油浸式变压器内部保护一种基本的继电保护装置。气体保护的主要器件是气体继电器。他装设在变压器的油箱和储油柜之间的连通管上。母线保护采用不完全差动电流保护。不完全差动电流保护由于只需在供电元件上装设母线保护用的电流互感器，而不需要在母线的全部出线连接上装设，因而大大降低了设备费用，简化了保护接线。7.3.2各车间变电所的继电保护供电线路采用三段式电流保护。无时限电流速断保护只能保护线路的一部分，带时限的电流速断保护只能保护本线路全长，但不能作为相邻下一线路的后被保护，还必须采用过时限保护作为本线路和下一级线路的后备保护。输电线通常采用三段式电流保护，即由无时限电流速断作为第一段保护，带时限电流速断保护作为第二段保护，定时限过电流保护作为第三段保护，构成一套保护装置。电力变压器采用电流保护和气体保护。变压器的过电流保护主要对变压器的外部故障进行保护，也可作为变压器内部故障的后备保护。变压器的电流速断保护主要是对变压器的内部故障进行保护。变压器的气体保护即为气体继电器的保护，又称瓦斯保护，是油浸式变压器内部保护一种基本的继电保护装置。气体保护的主要器件是气体继电器。他装设在变压器的油箱和储油柜之间的连通管上。母线采用供电元件的保护装置来保护。利用线路、变压器等设备二段，三段保护来反应并切除母线故障。章电力线和用电设备的选择8.1各变电所线路导线截面的选择 导线的选择要求具有较好的导电性能、较好的机械强度、和耐腐蚀性等特点。 导线的种类有铝绞线、铜芯铝绞线、铜绞线、电力电缆、低压塑料线、低压橡胶线等。极大部分的高、低压电力线路为裸铝线、铜芯铝绞线。高压绝缘线主要用于城镇街道上，以提高线路的运行安全和降低线路损耗；而380V以下的低压线路，一般采用塑料C橡皮绝缘线和塑料地埋电力线。选择导线截面时的计算公式 有功损耗€P，€P0+号T4+W2=6-260KW€Q,S+si 100N100S无功损耗 N 实际有功功率P',PSUM+€P实际无功功率Q€Q +，Q-QSUM c实际视在功率S'=l：''（Q，）2