机械工厂变配电所的设计-毕业设计

--61-1绪论1.1课题的意义众所周知，电能是机械工厂生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，也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、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。在机械工业中，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，电费开支仅占产品成本的5%左右，从投资额来看，一般机械工厂在供电设备上的投资也仅占总投资额的5%左右。因此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，而是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。从另一方面来说，如果工厂的电力供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。因此，做好工厂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。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。机械工厂变配电所是工厂供电系统的枢纽及核心，所以经过技术经济比较设计好工厂变配电所的主接线及其设备选型，对机械工厂供电具有十分重要的意义。1.2课题研究概述工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的运输、变换，分配到工厂车间中每一个用电设备上。随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等的要求也日益提高。供电设计是否完善，不仅影响工厂的基本建设投资、运行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂供电的可靠性和工厂的安全生产上，它与企业的经济效益、设备和人身安全等是密切相关的。现在除个别大型工业联合企业有自备电厂外，绝大多数工厂都是从国家电力系统取得电能的。因此，工厂工业负荷是电力系统的主要用户，工厂供电系统也是电力系统的一个组成部分，保证企业安全供电和经济运行，不仅关系到企业的利益，也关系到电力系统的安全和经济运行以及合理利用能源。工厂供电系统是由工厂总降压变电所、高压配电线路、车间变电所、低压配电线路及用电设备组成。一般中型工厂的电源是6~10kV。电能先经高压配电所，由高压配电线路将电能分送至各个车间变电所。车间变电所内装设有电力变压器，将6~10kV的高压降为一般低压用电设备所需的电压，通常降为220/380V（220V为三相电路相电压，380V为其线电压）。如果工厂有6~10kV的高压用电设备，则由高压配电所直接对其进行配电。对于大型工厂及某些进线电压为35kV及以上的中型工厂，通常经过两次降压，也就是电源进厂以后，先经总降压变电所，其中装有较大容量的电力变压器，将35kV及以上的电源电压降为6~10kV的配电电压，然后经过6~10kV高压配电线路将电能送到各个车间变电所，也有的经高压配电所再送到车间变电所，最后经车间变电所的配电变压器降为一般低压设备所需的电压。有的35kV进线的工厂，只经一次降压，即35kV线路直接引入靠近负荷中心的车间变电所，经车间变电所的变压器直接降为低压用电设备所需的电压。这种供电方式，称为高压深入负荷中心的直配方式。这种直配方式，可以省去一级中间变压，从而简化了供电系统，节约了有色金属，降低了电能损耗和电压损耗，提高供电质量。然而这要根据厂区的环境条件是否满足35kV架空线路深入负荷中心的“安全走廊”而定，否则不宜采用，以确保供电安全。配电所的任务是接受电能和分配电能，不改变电压，而变电所的任务是接受电能，变换电压和分配电能。以上所讲的工厂供电系统，是指从电源进线进厂起到高低压用电设备进线端止的整个电路系统，包括厂内的变、配电所和所有高低压配电线路。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，就必须遵循国家的各项方针政策，设计方案必须符合国家标准中的有关规定，同时应满足以下几项基本要求：（1）安全：在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。（2）可靠：应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。（3）优质：应满足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减少有色金属消耗量。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，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。1.3本课题的设计任务与目标机械工厂供配电系统设计的任务包括：（1）供电电压的选择根据供电部门提供的资料，选择本厂最优供电电压等级。（2）总降压变电站的设计=1\*GB3①主接线设计：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多个方案，经过概略分析比较，留下2~3个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，确定最优方案。=2\*GB3②短路计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。=3\*GB3③无功补偿：求出工厂平均功率因数，确定补偿方式，选出相应的补偿设备。=4\*GB3④主要电气设备的选择：包括断路器、隔离开关、互感器、导线等设备的选择及校验。选用设备型号、数量并汇成设备一览表。=5\*GB3⑤主要设备继电保护设计：主要为主变压器的保护方式进行选择和整定计算。=6\*GB3⑥总降压变电所二次回路的设计：主要包括对操作电源及电测量仪表的设计。（3）厂区10kV配电系统的设计配电装置的选择：包括配电装置如高压开关柜、线路的选择。（4）车间变电所的设计=1\*GB3①主接线设计：根据所给资料，选择车间变电所的台数、容量并设计主接线。=2\*GB3②配电装置的选择：包括配电装置如低压配电屏、线路的选择。2负荷计算及功率补偿2.1负荷调查2.1.1工厂总平面图2.1某机械工厂总平面图2.1.2工厂负荷情况本厂多数车间为三班制，年最大负荷利用小时数为，全年实际工作小时数为。该厂除铸造车间、电镀车间、空气压缩车间、锅炉房属于二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表2.1所示：表2.1工厂负荷统计资料车间编号车间名称设备容量（kW）需要系数功率因数1铸造车间5000.30.72空气压缩车间7400.70.83锻压车间5500.30.654金工车间5800.20.655工具车间5700.30.66电镀车间4200.50.87热处理车间2600.60.88装配车间3000.30.79机修车间2800.20.6510锅炉车间2200.70.811配料车间3100.40.812生活区480.3供电电源情况当地供电部门提供两个供电电源，供设计者选用。从某区域变电所提供电源，该变电所距厂南。从某区域变电所提供电源，该变电所距厂西南侧。该厂可通过高压联络线由距该厂的邻近单位取得备用电源。2.1.4工厂自然条件（1）气象资料：年最高气温，年平均气温，年最低气温，年最热月平均最高气温。年最热月地下土壤中~处平均温度为，常年主导风向为南风。年雷暴日天。（2）地质水文资料：平均海拔，地层以沙质黏土为主，地下水位~，地耐压力为。2.1.5电费制度本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费为元/，动力电费为元/。此外，电力用户需按新装变压器的容量，一次性向供电部门交纳供电贴费为元/。2.2按需要系数法确定计算负荷2.2.1基本公式用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷。用电设备组的设备容量，是指用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容量之和，即。而设备的额定容量，是设备在额定条件下的最大输出功率。但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不太可能都满负荷，同时设备本身有功率损耗，配电线路也有功率损耗，因此用电设备组的有功计算负荷应为 （2.1）式中，为设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部容量之比；为设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行的设备容量之比；为设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时的输出功率与取用功率之比；为配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率（亦即设备组的取用功率）与首端功率（亦即计算负荷）之比。令上式中的，这里的称为需要系数。由上式可知需要系数的定义式为 （2.2）即用电设备组的需要系数，是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量的比值。由此可得按需要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为 （2.3）实际上，需要系数不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关，而且与操作人员的技能和生产组织等多种因素有关，因此应尽可能地通过实测分析确定，使之尽量接近实际。在求出有功计算负荷后，可按下列各式分别求出其余的计算负荷。无功计算负荷为 （2.4）式中，为对应于用电设备组的正切值。视在计算负荷为 （2.5）式中，QUOTEcosφ为用电设备组的平均功率因数。计算电流为 （2.6）式中，为用电设备组的额定电压。负荷计算中常用的单位：有功功率为“千瓦”，无功功率为“千乏”，视在功率为“千伏·安”，电流为“安”，电压为“千伏”。2.2.2多组用电设备计算负荷的确定确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因素。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数（又称参差系数或综合系数）和：对车间干线取~~对低压母线（1）由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取~~（2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时取~~总的有功计算负荷为 （2.7）总的无功计算负荷为 （2.8）以上两式中的和QUOTEP30,i和Q30,i分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。总的视在计算负荷为 （2.9）总的计算电流为 （2.10）注意：由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算，总的视在计算负荷也不能按式（2.5）计算。根据式（2.3）~（2.6），可以得到各车间的负荷计算表，如表2.2所示。表2.2各车间的负荷计算表序号车间名称1铸造车间150153214.3325.62空气压缩车间518388.5647.5983.83锻压车间165193253.8385.64金工车间116135.7178.5271.25工具车间171227.42854336电镀车间210157.5262.5398.87热处理车间156117195296.38装配车间9091.8128.6195.49机修车间5665.586.213110锅炉车间154115.5192.5292.511配料车间12493155235.512生活区336161.3420638.1总计22461899.230194586.8取，，根据式（2.7）~（2.10）可得QUOTEKP=0.8，Kq=0.85总有功计算负荷总无功计算负荷总的视在计算负荷总的计算电流2.3无功功率补偿2.3.1无功功率补偿的意义许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，因此，所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能、热能而已。因此在供电系统中除了需要有功电源外，还需要无功电源，两者缺一不可。对广大供电企业来说，用户功率因数的高低，直接关系到电力网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压波动，而且关系到节约用电和整个供电区域的供电质量。在电网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。因此，提高电力系统的功率因数，已成为电力工业中的一个重要内容，而提高电力系统功率因数，首先就要提高各用户的功率因数。用户功率因数的高低，对于电力系统发、供、用电设备的充分利用，有着显著的影响。适当提高用户的功率因数，不但可以充分的发挥发、供电设备的生产能力，减少线路损失，改善电压质量，而且可以提高用户用电设备的工作效率和为用户本身节约电能。因此，对于全国广大供电企业，若能有效的搞好低压补偿，不但可以减轻上一级电网补偿的压力，改善提高用户功率因数，而且能够有效降低电能损失，减少用户电费，其社会经济效益是非常显著的。我国电力工业部于年制定的«供电营业规则»规定“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数应达到下列规定”：及以上高压供电的用户功率因数为以上，其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为以上。并规定，凡功率因数未达到上述规定的，应添加无功补偿装置。2.3.2无功功率的补偿方式（1）高压集中补偿高压集中补偿是将高压电容器组集中装设在工厂变配电所的~QUOTE6∼10kV母线上。这种补偿方式只能补偿~母线前所有线路上的无功功率，而此母线后的厂内线路的无功功率得不到补偿，所以这种补偿方式的经济效果较后两种补偿方式差。但这种补偿方式的初投资较少，便于集中运行维护，而且能对工厂高压侧的无功功率进行有效的无功补偿，以满足工厂总功率因数的要求，所以这种补偿方式在一些大中型工厂中应用相当普遍。按规定：室内高压电容器装置宜设置在单独房间内。当电容器组容量较小时，可设置在高压配电室内，但与高压配电装置的距离不应小于1.5m。（2）低压集中补偿低压集中补偿是将低压电容器集中装设在车间变电所的低压母线上。这种补偿方式能补偿车间变电所低压母线前车间变电所和前面高压配电线路及电力系统的无功功率。由于这种补偿能使车间主变压器的视在功率减小从而可使主变压器容量选得较小，因此比较经济，而且这种补偿的低压电容器一般可安装在低压配电室内（只在电容器柜比较多时才考虑单设一房间），运行维护安全方便，因此这种补偿方式在工厂中相当普遍。（3）单独就地补偿单独就地补偿，又称个别补偿或分散补偿，是将并联补偿电容器组装设在需进行无功补偿的各个用电设备旁边。这种补偿方式能够补偿安装部位以前的所有高低压线路和电力变压器的无功功率，因此其补偿范围最大，补偿效果最好，应予优先采用。但这种补偿方式的总投资较大，且电容器组在被补偿的用电设备停止工作时，它也将一并被切除，因此其利用率较低。对于供电系统中高压侧和低压侧的基本无功功率的补偿，仍宜采用高压集中补偿和低压集中补偿的方式。2.3.3无功功率补偿计算（1）功率因数补偿计算公式补偿前平均负荷功率因数为 （2.11）式中，为年平均有功负荷系数，一般取0.7~0.75；为年平均无功负荷系数，一般取0.76~0.82；为年实际工作小时数，三班制可取6900h；本设计取0.7，取0.76。要使功率因数由提高到，必须装设的无功补偿装置容量为 （2.12）式中，为无功补偿后的无功功率。电容器实际容量与实际工作电压平方成正比，即 （2.13）其中，为单只电容器的额定容量；为电容器的额定电压。并联电容器的台数为 （2.14）式中，为无功补偿容量；为电容器的实际容量。变压器的有功功率损耗及无功功率损耗为 （2.15） （2.16）式中，为补偿后侧的视在计算负荷。补偿后平均负荷功率因数为 （2.17）式中，和为补偿后的计算负荷。（2）功率因数补偿的方案及计算为了便于集中管理并减小投资，本厂采用高压集中补偿方式。无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种，由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此本厂采用并联电容器作为无功补偿装置。由式（2.11）得补偿前平均负荷功率因数为该厂侧平均负荷时的功率因数只有，而供电部门要求进线侧最大负荷时功率因数不低于。由式（2.12）得无功补偿容量为因此，若选，由式（2.13）知该电容器的实际容量为由式（2.14）得并联电容器的台数为由于是单相电容器，所以应取的倍数以便三相均衡分配，因此，可选三台并联电容器。则实际补偿容量。补偿后侧的视在计算负荷为由式（2.15）及式（2.16）得变压器的功率损耗为变电所侧的计算负荷为由式（2.17）得无功补偿后工厂的平均功率因数为满足要求。3供电电压及总降压变电所主电路的确定3.1总降压变电所主电路3.1.1总降压变电所主电路的分类（1）具有一回电源进线和一台变压器的主电路接线这种情况在变电所的高压侧通常是线路一变压器组的接线，而变压器低压侧则采用单母线接线方式。图为变压器高压侧装有断路器的线路—变压器组结线，这种接线由于变压器高压侧装有断路器，正常运行时变压器的投切操作及发生故障时故障线路的切除均可利用断路器进行，所以运行操作比较方便。低压侧单母线接线是最简单的母线接线，由母线引出馈电线路到工厂配电所或车间变电所。馈电线路可用断路器或负荷开关控制，或者简单地采用隔离开关及熔断器控制方式，视负荷的大小及重要程度而定。图3.1高压侧装有断路器的图3.2高压侧只装隔离开关的线路—变压器组结线线路—变压器组结线在工厂供电系统中，为了简化配电装置，减少投资，往往从简化变压器一次侧的开关设备入手。图3.2为变压器高压侧只设隔离开关的结线图。正常工作时，若要切除变压器，首先需要断开变压器低压侧断路器，然后再打开隔离开关；投入变压器时，要先合上，再合。由于利用隔离开关进行变压器的空载分闸和合闸，这种结线在变压器容量上有一定限制：对于电压，变压器容量限制在以下；对于电压，变压器容量限制在以下。这两种结线都具有简单、经济的优点，虽然第一种结线还采用了高压断路器，投资稍大些，但是由于只有一回进线和一台变压器，低压侧又是单母线结线，所以供电可靠性都不高。当线路一变压器组中的任一元件或低压母线发生故障或进行检修时，全所都要停电。因此，这一类结线一般仅用于给三级负荷的中小型变电所供电。（2）具有两回电源进线和两台变压器的变电所主电路接线为使重要负荷得到可靠的供电，大型企业变电所通常有两回电源进线并且设置两台主变压器，在这种情况下，变电所高压侧多采用桥式结线。当供电线路较长、工厂负荷比较平稳，两台变压器需要经常投入运行时采用内桥式接线，如图所示；如供电线路较短，而工厂负荷又极不均衡，需要按经济运行方式经常投切变压器的变电所，则采用外桥式接线，如图3.4所示。图3.3内桥接线图3.4外桥接线由于装设两台变压器，因此变压器低压侧可以采用单母线分段接线方式，一般分两段。分段开关可采用断路器或隔离开关，如果采用断路器分段，则接线的供电可靠性和灵活性均较高。车间重要负荷可用双回路供电，二回线路分别接在两段上，可保证重要负荷的不间断供电。根据桥断路器及低压母线分段开关的不同状态，桥式接线在正常情况下有多种运行方式：=1\*GB3①高压桥断路器闭合，低压母线分段开关也闭合。这时两回电源进线和两台变压器作并联运行，可靠性高，但短路电流大，继电保护装置复杂。=2\*GB3②高压桥断路器断开，低压分段开关闭合。这种运行方式可以限制短路电流，宜用于来自同一电源的双回进线。=3\*GB3③高压桥断路器断开，低压母线分段开关也断开。这适用于两个未经同期的独立电源，它的运行性能相当于两个互为备用的线路一变压器组。=4\*GB3④高压桥断路器闭合，低压母线分段开关断开。这种运行方式适用于高压两回电源进线来自不同地区变电所，其中有一电源进线是正常工作电源，而另一电源进线在正常情况下则是备用电源。这种情况下低压母线分段开关断开是为了减少短路电流。为了进一步提高这种高压采用桥式接线、低压采用单母线分段接线的变电所的供电可靠性和灵活性，通常在高压侧和低压侧都装设备用电源自动投入装置。为了简化结线和减少配电装置的投资，对双电源进线和两台变压器的总降压变电所，也可以在变压器高压侧不设断路器只设隔离开关。当电源进线来自两个不同独立电源，而变压器低压侧的单母线分段接线中设有备用电源自动投入装置时，这种接线完全可以满足任何类型用户的要求。3.1.2供电电源及总降压变电所主接线方案根据电力系统电源提供的情况，供电电压等级以及总降压变电所主接线有三个方案可供选择：（1）方案一：工作电源与备用电源均用电压，在这个方案中，工厂总降压变电所的高压侧接线方式可用的有两种，即单母线分段接线和內桥型接线。经技术经济比较可知，二者初投资差不多，只是內桥型接线要多投资一个高压断路器，但显然在灵活性上桥型接线优于单母线分段接线，因此采用內桥型接线作为本方案的接线方式，总降压变电所内装两台主变压器。（2）方案二：工作电源和备用电源均采用电压，因此不用设总降压变电所，只需设一个高压配电所，配电所的母线采用单母线分段接线方式，电源进线均用断路器控制。（3）方案三：工厂电源采用，用架空线路引入，厂内总降压变电所中装设一台主变压器，由于主变压器容量大于，所以变压器高压侧必须装设高压断路器，备用电源为，接在总降压变电所内母线的一个分段上。3.2经技术经济比较确定总降压变电所主接线方案3.2.1三个方案的优缺点分析方案一：工作电源与备用电源均为优点（1）供电电压高，线路功率损耗及电能损耗少。（2）电压损失小，调压问题易解决。（3）要求的值低，补偿容量小，可减少补偿设备及其投资。（4）要建总降压变电所，对供电设备便于集中管理，易于实现自动化。（5）根据运行经验的统计数据，的架空线路的故障率比的架空线路的故障率低一半，因而供电可靠性高。缺点（1）厂内要设总降压变电所，需占一定的土地面积。（2）要装设两台主变压器，投资及运行费用均增加。方案二：工作电源及备用电源均为优点（1）工厂内不装主变压器，可简化结线，降低投资及运行费用。（2）厂内不设总降压变电所，可减少土地面积，减少管理人员及维护工作量。缺点（1）供电电压低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也大。（2）要求的值高，要增加补偿容量及投资。（3）要设总配电所。（4）线路的故障率要比的高，所以供电可靠性不如。方案三：工作电源是，备用电源为这个方案的技术经济指标介于上述两个方案之间。3.2.2三个方案35kV高压线路的选择及电压损耗计算（1）变压器功率损耗及线路功率损耗计算公式=1\*GB3①变压器电压损耗计算公式 （3.1） （3.2）式中，为变压器的计算负荷；为变压器的额定容量；为变压器空载有功损耗；为变压器短路有功损耗；为变压器空载电流百分数；为变压器短路电压百分数；为变压器台数。=2\*GB3②线路的电压损耗计算 （3.3）式中，和为线路QUOTEr0、x0为线路单位长度的电阻和电抗；和为QUOTEpi、qi为线路各负荷点的有功负荷和无功负荷；为各负荷点至电源的长度和各段干线的长度。（2）三个方案高压进线线路的选择及损耗计算=1\*GB3①方案一：根据全厂计算负荷为，考虑一台变压器故障，另一台变压器可以过负荷运行，本方案选用两台容量为变压器，查设备手册可选型号为的两台变压器，其主要技术数据如下：，，，。线路功率等于计算负荷与变压器损耗之和由式（2.9）及（2.10）得计算负荷和线路电流为QUOTE∆QT=nI0据规定，及以上铝及铝合金架空裸导线的最小截面为，按发热条件选择导线，由设备选择手册查得其允许载流量为，大于，满足要求。=2\*GB3②方案二：用电压供电，厂内不设主变压器，无变压器损耗。由式（2.9）及（2.10）得计算负荷和线路电流为QUOTEI30=S30,按发热条件选择导线，设备选择手册查得其允许载流量为，大于，满足要求。=3\*GB3③方案三：正常运行时以单回路供电，另设一条线路作为备用电源，根据计算负荷情况，厂内总降压变电所设一台容量为的变压器，型号为，其主要技术数据为：，QUOTE∆Pd=23kW，QUOTEI0%=1.3，QUOTEUd%=6.5。QUOTE∆QT=nI0%由式（2.9）及（2.10）得计算负荷和线路电流为QUOTEP301,=QUOTEQ301,=Q按发热条件选择导线，由设备选择手册查得其允许载流量为，大于，满足要求。备用线路仅考虑供二级负荷用，则由式（2.9）及（2.10）得计算负荷和线路电流为按发热条件选择导线，设备选择手册查得其允许载流量为，满足条件。由式（3.1）~（3.3）可得到三个方案的变压器损耗及高压线路电压损耗率如表3.1和表3.2所示。表3.1三个方案变压器功率损耗计算结果项目方案一方案二方案三有功功率损耗（kW）21.24025.47无功功率损耗（kvar）184.190184.19表3.2三个方案高压线路电压损耗率项目方案一方案二方案三高压线路电压损耗率1.81%21.1%1.79%3.2.3方案的技术经济分析由上述计算比较可知，方案一供电可靠，运行灵活，电压损失和能量损失都较低，但因装设两台变压器和三台高压断路器致使投资增大很多。方案二投资虽少，但电压损失严重，无法满足负荷长期正常运行的要求，因此不予考虑。方案三介于上述两个方案之间，正常运行时，电压损失不大，能满足要求。线路故障时，备用线路运行期间，电压降较大，但这种情况较少且时间不长；从设备投资来看，方案三比方案一少一台主变压器和两台断路器，投资将降低，至于备用线路的电压损失问题，可以采用适当提高线路导线截面的办法来降低电压损失。因此将方案一与方案三再作进一步的经济比较，如表3.3和表3.4所示。经济计算包括基本建设投资和年运行费用两大项。（1）基建投资基建投资一般采用供配电系统中各主要设备从订货到安装完成所需的全部工程费用的综合投资指标表示。所谓综合投资，包括设备本体价值、辅助设备及配件、材料费、设备的试验调整费用，土建及安装费用，也包括设备的运输费。由式3.1表示为 （3.4）式中，为变电所综合投资，包括变压器、开关设备、配电装置等综合投资，为线路综合投资。表3.3方案一和方案三的投资费比较比较项目方案一方案三线路综合投资单价为万元/千米，需要千米，则费用为万元单价为万元/千米，需要千米，单价为万元/千米，需要千米，则费用为万元电力变压器综合投资单价为万元，需要两台，由于变压器的综合投资为其单价的两倍，则费用为万元单价为万元，需要一台，由于变压器的综合投资为其单价的两倍，则费用为万元断路器单价为万元，需要三台，则费用为万元单价为万元，需要一台，则费用为万元供电贴费按元/计，贴费为万元按元/计，贴费为万元合计万元万元（2）年运行费由式（3.5）~（3.8）可得方案一与方案三的年运行费用比较如表3.4所示。表3.4方案一和方案三的年运行费比较比较项目方案一方案三线路折旧费按线路综合投资费的计算，则费用为万元按线路综合投资费的计算，则费用为万元线路维修管理费按线路综合投资费的计算，则费用为万元按线路综合投资费的计算，则费用为万元变压器折旧费按变压器综合投资的计算，则费用为万元按变压器综合投资的计算，则费用为万元变压器维修费按变压器综合投资的计算，则费用为万元按变压器综合投资的计算，则费用为万元基本电价费用按每月元/计算，则费用为万元按每月元/计算，则费用为万元合计万元万元年运行费是指设备投入运行后为维持正常运行每年所付出的费用，一般包括以下三项：=1\*GB3①设备的折旧费用供电系统的各种设备在运行期间将逐年陈旧、老化，因此，每一个设备过了一定的使用年限，就需要更换新的设备，更新设备的费用，要靠工厂在原设备使用年限内逐年积累。对每一设备每年所必须提存的资金称为折旧费，折旧费一般按设备投资的一个百分数提取。这个百分比称为折旧率。折旧费按下式计算 QUOTEFZ=Z×C1万元/年 （3.5）=2\*GB3②设备维护管理费为使供电系统保持良好的性能和正常运行，必须对各种设备经常进行维护检查和管理，为此需配备各种维修管理人员。设备维修管理所需的设备及交通工具等所需的费用统称为设备的维修管理费，一般也按设备投资的百分数计算，这个百分比称为维修管理费率。维修管理费按下式计算 万元/年 （3.6）=3\*GB3③年基本电价费工厂大多数皆按大宗工业用电计算电费，为二部电价制。一部分叫基本电费，是按所装用的主变压器容量来计费的，规定每月按容量要交多少钱，容量越大，交的基本电费就多，容量减小了，交的基本电费就少了。另一部分电费叫电度电费，是按每月实际耗用的电能数来计算电费，并且根据月平均功率因数的高低乘上一个调整系数。年基本电费用下式计算 =基本电价总降压变电所主变压器总容量万元/年 （3.7）整个供电系统的年运行费为 （3.8）3.3.4总降压变电所电气主接线的设计由以上分析可知，方案三的综合投资及年运行费均低于方案一，可节省大约万元，从供电可靠性来讲，两个方案接近，因此决定采用方案三，即正常运行时以单回路供电，另加备用线路。根据所确定的供电方案，可设计出总降压变电所的主接线如附图。该主接线的主要特点如下：（1）总降压变电所设一台容量为的降压变压器，变压器与架空线路接成线路变压器组。在变压器高压侧设置少油断路器，这便于变电所的控制、运行和维修。（2）总降压变电所的侧采用单母线分段接线，用少油断路器将母线分成两段。（3）主变压器低压侧经少油断路器接在母线的一个分段上，而备用线路也经少油断路器接在另一段上。（4）备用电源只为二级负荷供电，所以所有二级负荷车间接在连接备用电源的分段母线上。（5）根据规定，备用电源只有在主电源停止运行及主变压器故障或检修时才能投入，因此备用电源进线开关在正常时是断开的，而母线的分段断路器在正常时则是闭合的。（6）在母线侧，工作电源与备用电源之间设有备用电源自动投入装置，当工作电源因故障而断开时，备用电源会立即投入。（7）当主电源发生故障时，变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。4高压电气设备的选择及二次回路设计4.1短路计算4.1.1短路计算的意义和类型（1）意义工厂供电系统的设计和运行中不仅要考虑正常运行状态，还要考虑可能发生故障及非正常运行状态。其中短路故障危害最大，短路的电流引起的电气设备热效应和力效应使设备损坏，电压降落严重影响非故障元件的正常运行。但是只要正确选择电气设备，满足短路电流的动稳定、热稳定要求，采取限制短路电流的措施就可以完全消除或减轻短路电流的危害。进行短路电流计算时要考虑供电系统的最大运行方式和最小运行方式。在最大运行方式下，通过故障元件的短路电流值最大，作为选择和校验电气设备的依据及继电保护整定计算的依据；在最小运行方式下，通过保护安装处的短路电流值最小，可作为继电保护校验灵敏度的依据。短路电流计算高压（及以上）宜采用标幺值法（相对单位制），低压宜采用欧姆法（有名单位制）。采用标幺值法计算高压电路的短路电流十分方便，因为无论计算哪个短路点，电抗标幺值都不需要折算。计算步骤同欧姆法，只是采用基准电抗标幺值进行计算。（2）类型三相系统中短路的基本类型有：三相短路、两相短路、单相短路（单相接地短路）和两相接地短路。除了上述各种短路以外，变压器或电机还可能发生一相绕组匝间或层间短路等。根据运行经验统计，最常见的是单相接地短路，约占故障总数的，两相短路约占，两相接地短路约占，三相短路约占。三相短路虽少，但不能不考虑，因为它毕竟有发生的可能，并且对系统的稳定运行有着十分不利的影响。单相短路虽然机会多短路电流也大，但可以人为的减小单相短路电流数值，使单相短路电流最大可能值不超过三相短路电流的最大值。这就使全部电气设备可以只根据三相或两相短路电流来选择。（3）采用标幺制法进行短路计算标幺制法，即相对单位制法，因其短路计算中的有关物理量是采用标幺制而得名。按标幺制法进行短路计算时，一般是先选定基准容量和基准电压。基准容量，工程设计中通常取或。基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取。选定了基准容量和基准电压以后，基准电流按下式计算。 （4.1）基准电抗则按下式计算。 （4.2）下面分别讲述供电系统中各主要元件的电抗标幺值的计算=1\*GB3①电力系统的电抗标幺值 （4.3）式中，为电力系统出口的短路容量。=2\*GB3②电力变压器的电抗标幺值 （4.4）式中，为变压器的阻抗电压百分值；为变压器的额定容量。=3\*GB3③电力线路的电抗标幺值 （4.5）式中，为电力线路每相的单位长度电抗平均值；为线路的长度；为电力线路所在电网的短路计算电压。无限大容量系统三相短路电流周期分量有效值按下式计算。 （4.6）三相短路电流次暂态电流和稳定电流为 （4.7）三相短路电流冲击电流及第一个周期短路全电流有效值为 （4.8） （4.9）短路容量为 （4.10）4.1.2短路计算短路电流按正常运行方式计算如图4.1所示。图4.1短路电流计算电路根据计算电路作出的计算短路电流的等值电路如图4.2所示。图4.2基本等值电路（1）求各元件电抗，用标幺值计算：设基准容量,基准QUOTESd=1000MVA，基准电压，，QUOTEUc2=10.5kV，已知地区变电所母线的短路容量。由式（4.1）计算基准电流分别为由式（4.3）~（4.5）可得=1\*GB3①电力系统电抗标幺值 =2\*GB3②地区变电所三绕组变压器的高压—中压绕组之间的电抗 式中，地区变电所三绕组变压器的阻抗电压百分值，为该变压器的额定容量。=3\*GB3③供电线路的电抗 =4\*GB3④总降压变电所的主变压器电抗 式中，为总降压变电所主变压器的阻抗电压百分值，为该变压器的额定容量。（2）最大运行方式下点与点QUOTEd1点与d2点的三相短路电流计算最大运行方式下的等值电路如图4.3所示：图4.3系统最大运行方式时的等值电路=1\*GB3①点QUOTEd1点三相短路电流的计算短路回路总电抗按无限大容量系统计算，由式（4.6）~（4.10）可得点三相短路电流周期分量有效值为三相短路电流次暂态电流和稳定电流为三相短路电流冲击电流及第一个周期短路全电流有效值为短路容量为=2\*GB3②点QUOTEd2点三相短路电流的计算短路回路总电抗按无限大容量系统计算，由式（4.6）~（4.10）可得点三相短路电流周期分量有效值为三相短路电流次暂态电流和稳定电流为三相短路电流冲击电流及第一个周期短路全电流有效值为短路容量为（3）最小运行方式下点与点QUOTEd1点与d2点的三相短路电流计算最小运行方式下的等值电路如图4.4所示：图4.4系统最小运行方式时的等值电路=1\*GB3①点QUOTEd1点三相短路电流的计算短路回路总电抗按无限大容量系统计算，由式（4.6）~（4.10）可得点三相短路电流周期分量有效值为 三相短路电流次暂态电流和稳定电流为 三相短路电流冲击电流及第一个周期短路全电流有效值为 短路容量为 =2\*GB3②点QUOTEd2点三相短路电流的计算短路回路总电抗按无限大容量系统计算，由式（4.6）~（4.10）可得点三相短路电流周期分量有效值为 三相短路电流次暂态电流和稳定电流为 三相短路电流冲击电流及第一个周期短路全电流有效值为 短路容量为 经过以上计算，可得到点三相短路电流计算结果和点三相短路电流计算结果如表4.1和表4.2所示：表4.1点三相短路计算结果运行方式最大运行方式3.273.273.278.344.94209.55最小运行方式2.432.432.436.203.67155.72表4.2点三相短路计算结果运行方式最大运行方式1.791.791.794.562.7032.55最小运行方式1.701.701.704.342.5730.924.2总降压变电所及高压配电系统电气设备的选择4.2.1高压电气设备选择的一般原则工厂总降压变电所的各种高压电气设备，主要是指~千伏以上的断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、互感器、电抗器、母线、电缆、支持绝缘子及穿墙套管等。这些电气各自的功能和特点不同，要求的运行条件和装设环境也各不相同，但也具有共同遵守的原则。电气设备要能可靠地工作，必须按正常工作条件进行选择，并且按短路情况进行稳定校验。各种高压电气设备的选择项目与校验项目如表4.3所示，表中“ᄋ”为选择高压电气设备时应进行校验的项目。表4.3各种高压电气设备的选择项目与校验项目电气设备名称额定电压额定电流额定开断电流动稳定热稳定额定断流容量断路器ᄋᄋᄋᄋᄋᄋ隔离开关ᄋᄋᄋᄋ熔断器ᄋᄋᄋᄋ电流互感器ᄋᄋᄋᄋ电压互感器ᄋ母线ᄋᄋᄋ电缆ᄋᄋᄋ（1）按正常工作条件选择高压电气设备按工作电压选择：所选电气设备的额定电压和额定电流不低于设备所在网络的最大电压和最大工作电流，即 （4.11）（2）按短路条件进行热稳定性校验=1\*GB3①电器设备的短路热稳定性校验电器设备如断路器、隔离开关、电流互感器、负荷开关要求做短路热稳定性校验。短路热稳定校验就是要求所选的电气设备，当短路电流通过它时，其最高温度不应超过制造厂规定的短路时发热最高允许温度，则短路热稳定性校验条件为 （4.12）式中，表示短路电流产生的热量；表示电气设备在短路时的允许发热量，制造厂常以秒(通常为，，秒)内允许通过的电流所产生的热量表示。为短路电流的假想时间 （4.13）式中，为短路延续时间，为主保护动作时间，为断路器分闸时间，单位均为秒。如果缺乏断路器分闸时间数据，当主保护为速动时，短路延续时间可取下列数值：对于快速及中速断路器，秒；对于低速断路器秒；此外，当秒时，可认为。=2\*GB3②母线、电缆的短路热稳定校验条件 （4.14）式中，为满足短路热稳定的最小截面积；为稳态三相短路电流周期分量有效值；为线路材料的热稳定系数；为短路发热假想时间，取。（3）动稳定性校验=1\*GB3①电器设备的短路动稳定性校验动稳定是指电气设备承受短路电流引起机械效应的能力，在校验时，用短路电流的最大幅值与制造厂规定的最大允许电流进行比较，即： （4.15）式中，和为短路冲击电流及其有效值；和为电气设备极限通过电流的最大值及有效值。=2\*GB3②母线的短路动稳定校验条件母线受电动力为 （4.16）式中，为两导体的轴间距离；为导体的两相邻支持点间距离，即档距；为母线通过时所受的弯曲力矩为 （4.17）母线的截面系数为 （4.18）式中，为母线截面的水平宽度；为母线截面的垂直高度。最大计算应力为 （4.19）当母线的最大许用应力大于最大计算应力时，满足要求。（4）对于下列情况，可不进行短路校验：=1\*GB3①用熔断器保护的电气设备和导体可不验算热稳定。除有限流作用的熔断器保护设备外，电气设备和裸导体的动稳定仍应校验。=2\*GB3②装设在电压互感器回路内的电气设备和裸导体可不验算动、热稳定。=3\*GB3③架空线路可不验算动、热稳定。=4\*GB3④电缆的机械强度很好，无须校验其短路动稳定性。=5\*GB3⑤在非重要用电场所的导体，当变压器容量在以下，高压侧电压为及以下，且不致因短路故障损坏导体而产生严重后果者，可不验算动、热稳定。（5）断流能力校验短路电流通过开关电器时，要求开关电器的额定开断电流或额定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。4.2.235kV侧电气设备的选择根据上述短路电流的计算结果，在正常工作条件下按工作电压和短路情况，由式（4.11）、（4.12）、（4.15）可确定总降压变电所侧高压电气设备如表4.4所示：表4.4侧设备选择校验项目电压电流断流能力动稳定性热稳定性短路容量装置地点条件参数数据额定参数高压少油断路器隔离开关电压互感器电流互感器避雷器4.2.310kV侧电气设备的选择根据上述短路电流的计算结果，在正常工作条件下按工作电压和短路情况，可确定总降压变电所10kV侧高压电气设备如表4.5和表4.6所示：（1）变压器低压侧及备用电源进线，采用高压开关柜：表4.5侧设备（变压器低压侧及备用电源进线）选择校验项目电压电流断流能力动稳定性热稳定性设备容量装置地点条件参数数据额定参数高压少油断路器隔离开关电流互感器隔离开关（2）侧馈电线路电气设备的选择，采用高压开关柜：表4.6侧设备（馈电线路）选择校验项目电压电流断流能力动稳定性热稳定性设备容量装置地点条件参数数据额定参数高压少油断路器隔离开关电流互感器隔离开关4.2.4母线的选择母线的材料有铜和铝两种，铜的电阻率低，机械强度大，抗腐蚀性强，是很好的母线材料。但由于铜在工业上有很多重要用途，而且储量不多，价格较贵，因此铜母线仅用于空气中含腐蚀性气体（如靠近海岸或化工厂等）的配电装置中。铝的电阻率为铜的~倍，重量只有铜的，而且储藏量多，价格也低，因此广泛应用于屋内外的配电装置中。工厂供电系统以下的母线主要是用矩形铝母线，而母线的三相排列布置则根据具体情况而定。（1）按经济电流密度选择导线的截面 （4.20）式中，为线路的计算电流；为经济电流密度。（2）10kV母线的选择主变压器低压侧出线按经济电流密度选择，根据经济电流密度选择母线可使其年运行费用降低。引出线工作电流：根据式（4.20）得母线计算截面为：由参考资料查得最大负荷利用小时数以上的裸铝导线和母线的经济电流密度为。选用标准截面的铝母线LMY，其允许电流大于工作电流，满足要求。=1\*GB3①热稳定校验：由式（4.14）得短路热稳定的最小截面式中，由资料查得裸铝母线的热稳定系数为；=2\*GB3②动稳定校验：由式（4.16）~（4.19）得母线受电动力为母线的截面系数为弯曲力矩为最大计算应力为硬铝母线的最大许用应力大于最大计算应力，满足要求。4.3总降压变电所二次回路的设计4.3.1二次回路概述工厂供电系统或工厂变配电所的二次回路，是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路，亦称二次系统，包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护和自动化系统等。二次回路按电源性质分，有直流回路和交流回路。交流回路又分交流电流回路和交流电压回路。交流电流回路由电流互感器供电，交流电压回路由电压互感器供电。二次回路按其用途分，有断路器控制(操作)回路、信号回路、测量回路、继电保护回路和自动装置回路等。二次回路在工厂供电系统中虽是其一次电路的辅助系统，但它对一次电路的安全、可靠、优质、经济地运行有着十分重要的作用，因此必须予以充分的重视。4.3.2操作电源的设计（1）操作电源的含义操作电源是供高压断路器跳、合闸回路和继电保护装置、信号回路、监测系统及其它二次回路所需的电源。（2）对操作电源的基本要求=1\*GB3①在生产情况下，提供信号、保护、自动装置、断路器跳合闸以及其他设备的操作控制电源。=2\*GB3②在事故状态下，电网电压下降甚至消失时，应能提供继电保护跳闸及应急照明电源，避免事故扩大。（3）操作电源的选择由于本厂含二级负荷，且变电所容量大于，宜采用直流操作电源。直流操作电源分为由蓄电池组供电的电源和由整流装置供电的电源。由蓄电池组供电的电源可靠性高，但投资较大且运行维护复杂，所以本厂采用由整流装置供电的直流操作电源，整流电源为硅整流直流电源。如果单独采用硅整流器来作直流操作电源，则交流供电系统电压降低或电压消失时，将严重影响直流的二次系统的正常工作，因此宜采用有电容储能的硅整流电源，在供电系统正常运行时，通过硅整流器供给直流操作电源，同时通过电容器储能，在交流供电系统电压降低或消失时，由储能电容器对继电器和跳闸回路放电，使其正常工作。图4.5是硅整流电容储能式直流操作电源系统的接线图。为了保证直流操作电源的可靠性，采用两个交流电源和两台硅整流器。硅整流器主要用作断路器合闸电源，并向控制电路供电。硅整流器的容量较小，仅向控制回路供电。逆止元件和的主要作用为：一是当直流电源电压因交流供电系统电压降低而降低时，使储能电容、所储能量仅用于补偿自身所在的保护回路，而不向其他元件放电；二是限制、向各断路器控制回路中的信号灯和重合闸继电器等放电，以保证其所供的继电保护和跳闸线圈可靠供电。逆止元件和限流电阻接在两组直流母线之间，使直流合闸母线只向控制小母线供电，防止断路器合闸时硅整流器向合闸母线供电。用来限制控制回路短路时通过的电流，以免烧毁。储能电容器用于对高压线路的继电保护和跳闸回路供电，而储能电容器用于对其他元件的继电保护和跳闸回路供电。储能电容器多采用比容量大的电解电容器，其容量应能保证继电保护和跳闸线圈回路可靠地动作。图4.5硅整流电容储能直流系统接线4.3.3电测量仪表的设计（1）电测量仪表的概念电测量仪表是对电力装置回路的电力运行参数所经常测量、选择测量、记录用的仪表和作计费、技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。（2）电测量仪表的作用及分类为了监视供电系统一次设备的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行，工厂供电系统的电力装置中必须装设一定数量的电测量仪表。电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表两类，前者是对一次电路的电力运行参数作经常测量、选择测量和记录用的仪表，后者是对一次电路进行供用电的技术经济考核分析和对电力用户用电量进行测量、计量的仪表，即各种电度表。（3）测量仪表测量范围的选择要求=1\*GB3①仪表的测量范围的选择，应满足当电力装置回路以额定值的条件运行时，仪表的指示在标度尺的70%~100%处。=2\*GB3②对有可能过负荷运行的电力装置回路，仪表测量范围宜留有适当过负荷的裕度。=3\*GB3③经变送器的二次测量，宜采用磁电系列直流仪表。（4）电测量仪表的配置根据供电系统变配电装置中各部分仪表的配置要求，则本厂高压侧电测量仪表的配置如表4.7所示：表4.7电测量仪表的配置线路名称装设的仪表数量电流表电压表有功功率表无功功率表有功电能表无功电能表进线11111变压器11111进线111母线111联络线1122出线111高压线路电测量仪表的电路图如图4.6所示：其中，、为电流互感器，为电压互感器，为电流表，为三相有功电度表，为三相无功电度表，为电压小母线。图4.6高压线路电测量仪表的电路图4.3.4中央信号装置（1）中央信号装置的概念中央信号装置是指装设在变配电所值班室或控制室的信号装置。中央信号装置包括事故信号和预告信号两种。=1\*GB3①中央事故信号装置中央事故信号装置按操作电源分，有直流操作的和交流操作的两类，按事故音响信号的动作特征分，有不能重复动作的和能重复动作的两种。中央事故信号装置的要求是：在任一断路器事故跳闸时，能瞬时发出音响信号，并在控制屏或配电装置上有表示事故跳闸的具体断路器位置的灯光指示信号。事故音响信号通常采用电笛（蜂鸣器），应能手动或自动复归。=2\*GB3②中央预告信号装置中央预告信号装置亦有直流操作的和交流操作的两种，同样有不能重复动作的和能重复动作的两种。中央预告信号装置的要求是：当供电系统中发生故障或不正常工作状态但不需要立即跳闸的情况时，应及时发出音响信号，并有显示故障性质和地点的指示信号（灯光和光字牌指示）。预告音响信号通常采用电铃，应能手动或自动复归。（2）中央信号装置的设计企业变电所的中央事故信号与预告信号一般应采用重复动作的信号装置。如变电所主接线较简单，中央事故信号可采用不能重复动作，工业企业和民用建筑配电所，一般应采用不重复动作的中央信号装置。由于本厂变电所属中型变电所且主接线较简单，所以采用中央复归不重复动作的中央事故信号和中央复归不重复动作的中央预告信号装置。4.4主变压器继电保护的选择与整定4.4.1继电保护装置的基本要求（1）继电保护的设计应以合理的运行方式和故障类型作为依据，并满足以下四项基本要求。=1\*GB3①速动性。为了减少故障持续时间，限制故障影响范围，对动作于跳闸的保护装置，应尽快切除故障。=2\*GB3②选择性。供电系统某部分发生故障时保护装置仅将故障部分切除，保证无故障部分继续运行。如与速动性有矛盾时，应在保证选择性的基础上力求快速动作。带有时限阶段特性和反时限特性的保护，前后两级之间的灵敏性和动作时限均应相互配合。根据配电系统运行的要求，须加速切除短路时，可使保护装置无选择地动作，但应采用自动重合闸或备用电源自动投入装置来补救。=3\*GB3③可靠性。有故障时应该动作的继电器不拒动，不该动作不误动。一般说，继电器的质量越高，保护装置的接线越简单，则误动率及拒动率越低，也就是保护装置的可靠性越高。供电系统中的电气设备及线路应有主保护和后备保护两种。主保护应能快速并有选择地切除被保护区域内的故障，后备保护应在主保护或断路器拒绝动作时切除故障。后备保护可分为近后备和远后备，近后备保护方式即当本元件的主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护作为后备保护，远后备保护方式即当主保护或断路器拒绝动作时，由相邻设备或线路的保护实现后备保护。=4\*GB3④灵敏性。继电保护装置应有足够的灵敏性，灵敏性是保护装置在其保护范围内故障或不正常工作状态的反应能力。用灵敏系数来衡量。（2）变压器保护的整定计算=1\*GB3①变压器过电流保护的整定计算：过电流保护动作电流按躲过变压器的最大负荷电流整定，即保护装置一次侧动作电流为 （4.21）电流继电器动作电流为 （4.22）式中，为变压器一次侧额定电流；为可靠系数，采用型继电器取，采用型继电器取；为电流继电器的返回系数，一般取；为变压器的最大负荷电流；为过负荷系数，一般取~；为电流互感器变比；为接线系数，接于相电流时取，接于相电流差时取。灵敏度校验 （4.23）式中，为最小运行方式下，在灵敏度检验点发生两相短路时流过保护装置的最小短路电流值。=2\*GB3②变压器电流速断保护的整定计算：动作电流应躲过系统最大运行方式时变压器二次侧三相短路值整定，即保护装置一次侧动作电流为 （4.24）电流继电器动作电流为 （4.25）式中，为变压器外部（低压母线）三相短路时，流过保护装置的最大短路电流；为可靠系数，采用型继电器取1.2~1.3，采用型继电器取1.4~1.5；为电流互感器变比；为电流互感器变比；为接线系数，接于相电流时取，接于相电流差时取。灵敏度校验 （4.26）式中，为系统最小运行方式下，保护装置处两相金属性短路时流过保护的最小短路电流。=3\*GB3③变压器过负荷保护的整定计算：动作电流按躲过变压器额定电流整定，即保护装置一次侧动作电流 （4.27）电流继电器的动作电流 （4.28）式中，为可靠系数，取1.05~1.10；为返回系数，取0.85；为电流互感器变比；为变压器一次额定电流。4.4.1主变压器的继电保护根据规程规定，变压器设下列保护：（1）瓦斯保护瓦斯保护用来防御变压器铁壳内部短路和油面降低。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。（2）过电流保护过电流保护用来防御外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护。保护动作于跳闸。变压器一次侧额定电流为采用型继电器，由式（4.21）得保护装置一次侧动作电流为由式（4.22）得电流继电器的动作电流为根据式（4.23）进行灵敏系数校验满足要求。动作时间与母线保护配合，馈电线的保护动作时间为秒，母线保护动作时间为1秒，则变压器过电流保护的动作时间为（3）电流速断保护电流速断保护用来防御变压器线圈和引出线的多相短路，保护动作于跳闸。速断保护采用两相不完全星形接法，由式（4.24）得保护装置一次侧动作电流为归算到35kV侧为由式（4.25）得电流继电器的动作电流为由式（4.26）进行灵敏系数校验满足要求。（3）变压器过负荷保护变压器过负荷保护用来防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。在变压器高压侧设置过负荷保护，因为负荷多数情况下是三相对称的，因此过负荷只用一个电流继电器接于一相电流，经延时~秒作用于预告信号。由式（4.26）得保护装置一次侧动作电流由式（4.27）得继电器的动作电流（4）主变压器继电保护的设计主变压器装设了瓦斯保护、过电流保护、电流速断保护及过负荷保护，其中过电流保护、电流速断保护、过负荷保护的原理接线图如图4.7所示：定时限过电流保护就是保护装置的动作时间是按整定的动作时间固定不变的，与故障电流的大小无关。定时限过电流保护的工作原理为：当一次电路发生相间短路时，电流继电器、瞬时动作，闭合其触点，使时间继电器动作，经过整定的时限后，其延时触点闭合，使串联的信号继电器（电流型）和中间继电器动作。动作后，其指示牌掉下，同时接通信号回路，给出灯光信号和音响信号。动作后，接通跳闸线圈回路，使断路器跳闸，切除短路故障。跳闸后，其辅助触点随之切断跳闸回路，以减轻触点的工作。在短路故障被切除后，继电保护装置除外的其他所有继电器均自动返回起始状态，而可手动复位。图4.7主变压器保护的原理接线图上述带时限过电流保护有一个明显的缺点，就是越靠近电源的线路的过电流保护，其动作时间越长，而短路电流则是越靠近电源，其值越大，危害也就更加严重，因此规定，在过电流保护动作时间超过时，应装设瞬动的电流速断保护装置。电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护。对于采用系列电流继电器的速断保护来说，就相当于定时限过电流保护中抽去时间继电器，即在起动用的电流继电器、之后，直接接信号继电器和中间继电器，最后由中间继电器触点接通断路器的跳闸回路。过负荷保护用来防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。当一次线路过载超出规定的范围时，电流继电器瞬时动作，闭合其触点，使时间继电器动作，经过整定的时限后，其延时触点闭合，使串联的信号继电器（电流型）和中间继电器动作。动作后，其指示牌掉下，同时接通信号回路，给出灯光信号和音响信号。动作后，接通跳闸线圈回路，使断路器跳闸，切除短路故障。4.5总降压变电所所址的选择4.5.1所址的选择选择变电所位置时，应依照国家十至二十年的长远规划和五至十年的系统设计，搞清所选变电所的负荷分布，近期和远期在系统中的地位和作用，系统连接方式，电源潮流，负荷对象，供电要求等，以满足国民经济发展的需要，从而使所址的位置选择得比较合理。变电所位置的选择必须适应电力系统发展规划和布局的要求，尽可能的接近主要用户，靠近负荷中心，这样就会减少输电线路的投资和电能的损耗，既经济又节省能源。因此变电所位置的确定遵循以下原则：（1）接近负荷中心。接近负荷中心主要从节约一次投资和减少运行时电能损耗的角度出发。（2）进出线方便。要有足够的进出线走廊，提供架空进线、电缆沟或电缆隧道。（3）靠近电源侧。变电所应靠近电源进线侧布置，以免过大的功率倒送，产生不必要的电能损耗和电压损失。（4）满足供电半径的要求。由于电压等级决定了线路最大的输送功率和输送距离，供电半径过大导致线路上电压损失太大，使末端用电设备处的电压不能满足要求。因此，变电所的位置应保证所有用电负荷均处于该站的有效供电半径内，否则应增加变电所或采取其他措施。（5）运输设备方便。（6）避免设在有剧烈震动和高温的场所。（7）避免设在潮湿或易积水的场所。5工厂车间变电所的设计5.1车间变电所的位置及变压器的选择5.1.1车间变电所的位置车间变电所的位置一般按下述原则确定：（1）分散设置并接近负荷中心；（2）便于低压网络的备用联络；（3）节省变压器及开关等设备的投资。根据厂区平面布置图提供的车间分布情况及各车间负荷的性质及大小，本厂拟设置四个车间变电所，其中，、、、车间由同一间变电所供电，即号车间变电所供电，且这四个车间负荷为二级负荷，所以设两台变压器并联运行，每台变压器的容量按能担负全部车间负荷来选择。、、、车间由同一间变电所供电，即号车间变电所供电。、、车间由同一间变电所供电，即号车间变电所供电。生活区由于距离各车间较远，如果经车间变电所降压再用低压输电线路传输，损耗较大，所以由一个距离生活区较近专门的小变电所降压。5.1.2各车间变电所的负荷计算及变压器的选择（1）各车间变电所的负荷计算取，，则由式（2.7）~（2.10）得四个车间变电所的计算负荷如表5.1所示。表5.1各车间变电所计算负荷项目（kW）（kvar）（kVA）（A）（A）二号车间变电所825.6692.33107762.181636.38七号车间变电所356342.5549428.52750.58九号车间变电所346.4442.34561.8332.44853.64生活区变电所268.8137.11301.7517.42458.48=1\*GB3①二号车间变电所变压器的选择由于该车间变电所所供负荷均为二级负荷，则可设两台变压器并联运行，考虑到当一台变压器停止工作时，另一台变压器能保证全部二级负荷的用电，变压器单台运行可承受一定的过负荷，并且并列运行时每台变压器的负荷率高于，则根据计算结果，可选择两台型号为的变压器。=2\*GB3②七号车间变电所变压器的选择该车间变电所由一台变压器单独运行，该变压器需承担、、号车间所有负荷的用电，考虑到未来年的扩展需求，可选择一台型号为的变压器。=3\*GB3③九号车间变电所变压器的选择 该车间变电所由一台变压器单独运行，该变压器需承担、、、号车间所有负荷的用电，考虑到未来年的扩展需求，可选择一台型号为的变压器。=4\*GB3④生活区变电所变压器的选择该变电所由一台变压器单独运行，该变压器需承担生活区所有负荷的用电，考虑到未来年的扩展需求，可选择一台型号为的变压器。5.2短路计算及车间变电所设备的选择5.2.1短路计算先选取基准容量，基准电压，。（1）由式（4.1）得基准电流（2）由式（4.3）~（4.5）可得查资料已知SN10-10І型断路器的断流容量为300MVA，由式（4.3）得电源内阻=1\*GB3①电力系统电抗标幺值=2\*GB3②总降压变电所的主变压器电抗=3\*GB3③查表可知电缆线路，线路电抗 （5.1）式中，为总降压变电所与车间变电所的距离。最大运行方式下的等效电路图如图5.1所示：图5.1系统最大运行方式时的等值电路图（3）二号车间变电所短路计算由于二号车间变电所与总降压变电所之间的距离，则由式（5.1）得线路电抗。由式（4.4）得车间配电变压器电抗计算、点的短路回路总电抗按无限大容量系统计算，由式（4.6）可得最大运行方式下、点的短路电流为（4）七号车间变电所短路计算由于七号车间变电所与总降压变电所之间的距离，则由式（5.1）得线路电抗。由式（4.4）得车间配电变压器电抗计算、点的短路回路总电抗按无限大容量系统计算，由式（4.6）可得最大运行方式下、点的短路电流为（5）九号车间变电所短路计算由于九号车间变电所与总降压变电所之间的距离，则由式（5.1）得线路电抗。由式（4.4）得车间配电变压器电抗计算、点的短路回路总电抗按无限大容量系统计算，由式（4.6）可得最大运行方式下、点的短路电流为（6）生活区变电所短路计算由于九号车间变电所与总降压变电所之间的距离，则由式（5.1）得线路电抗。由式（4.4）得车间配电变压器电抗计算、点的短路回路总电抗按无限大容量系统计算，由式（4.6）可得最大运行方式下、点的短路电流为由式（4.7）~（4.9）可得各车间变电所短路电流计算结果如表5.2所示：表5.2短路电流计算值结果项目短路点运行方式二号车间变电所最大3.333.333.338.49最大30.1930.1930.1976.98七号车间变电所最大3.293.293.298.39最大14.9214.9214.9238.05九号车间变电所最大3.293.293.298.39最大15.0215.0215.0238.30生活区车间变电所最大58.29最大10.0310.0310.0325.585.2.2车间低压配电屏的选择二号车间变电所低压配电屏选择PLG2A-03，七号车间变电所低压配电屏选择PLG2B-03，九号车间变电所低压配电屏选择PLG2B-03，生活区变电所低压配电屏选择PLG2E-03，其技术参数如表5.3、5.4、5.5所示。表5.3二号车间变压器低压侧出线处低压配电屏技术参数选择校验项目电压电流断流能力动稳定校验热稳定校验装置地点条件参数数据3801636.3830.1976.98额定参数电动型自动开关380160050刀开关380150080电流互感器3801500/5表5.4七号、九号车间变压器低压侧出线处低压配电屏技术参数选择校验项目电压电流断流能力动稳定校验热稳定校验装置地点条件七号车间380750.5814.9238.05九号车间380853.6415.0238.30额定参数电动型自动开关380100050刀开关380100050电流互感器3801500/5表5.5生活区变压器低压侧出线处低压配电屏技术参数选择校验项目电压电流断流能力动稳定校验热稳定校验装置地点条件参数数据380458.4810.0325.58额定参数f电动型自动开关38060050刀开关38060050电流互感器3801500/55.2.3车间进线电缆的选择根据设计任务要求选择高压配电所到车间变电所的进线电缆，按经济电流密度选择经济截面积，由参考资料查得年最大负荷利用小时以上的铝电缆线路的经济电流密度，选型交联聚乙烯铝芯电力电缆直埋敷设。（1）高压配电所至二号车间变电所=1\*GB3①进线电缆的选择已知，则由式（4.20）得经济截面为选用标准截面的交联聚乙烯电缆，其允许电流180A大于工作电流，满足要求。=2\*GB3②进线电缆热稳定校验由式（4.14）得热稳定最小截面为式中，为交联聚乙烯绝缘铝电缆热稳定系数，查表知该值为；为短路发热假想时间，取。按热稳定要求选交联聚乙烯电缆，电缆不作动稳定校验。（2）高压配电所至七号车间变电所=1\*GB3①进线电缆的选择已知，则由式（4.20）得经济截面为选用标准截面的交联聚乙烯电缆，其允许电流123A大于工作电流28.52A，满足要求。=2\*GB3②进线电缆热稳定校验由式（4.14）得热稳定最小截面为按热稳定要求重选交联聚乙烯电缆，允许载流量180A，满足要求。电缆不作动稳定校验。（3）高压配电所至九号车间变电所=1\*GB3①进线电缆的选择已知，则由式（4.20）得经济截面为选用标准截面的交联聚乙烯电缆，其允许电流123A大于工作电流32.44A，满足要求。=2\*GB3②进线电缆热稳定校验由式（4.14）得热稳定最小截面为按热稳定要求重选交联聚乙烯电缆，允许载流量，满足要求。电缆不作动稳定校验。（4）高压配电所至生活区变电所=1\*GB3①进线电缆的选择已知，则由式（4.20）得经济截面为：选用标准截面的交联聚乙烯电缆，其允许电流123A大于工作电流17.42A，满足要求。=2\*GB3②进线电缆热稳定校验由式（4.14）得热稳定最小截面为按热稳定要求重选交联聚乙烯电缆，允许载流量180A，满足要求。电缆不作动稳定校验。5.2.4车间低压母线的选择车间低压母线，可以选择型矩形铝母线，按经济电流密度选择，铝母线的热稳定系数。（1）二号车间变电所低压母线的选择=1\*GB3①选择母线截面积已知，则由式（4.20）得经济截面积为查表选型矩形铝母线。在环境温度为时竖放允许载流量为，平放减少，则，可见，母线允许载流量大于母线计算电流。=2\*GB3②对母线作热稳定校验由式（4.14）得热稳定最小截面为因为实际选母线截面积，满足要求。=3\*GB3③对母线作动稳定校验母线采用平放布置，根据低压配电屏结构尺寸确定，两导体的轴线间距离为，导体相邻两支持点间距离为。由式（4.16）~（4.19）得母线受电动力为母线弯曲力矩为母线的截面系数为最大计算应力为硬铝母线的最大许用应力，所以满足要求。（2）七号车间变电所低压母线的选择=1\*GB3①选择母线截面积已知，