冶金机械修造厂输配电系统设计

摘要一间冶金机械修造厂如果对输配电系统进行一个完善的规划，能很好地节约资金、合理规划用地、降低电能损耗、提高电压质量、保证系统的正常运行。本论文对输配电进行全面的设计，内容分四大部分。第一部分先从论文的背景和目的进行阐述，然后对原始资料来进行初步的分析，再确定好本论文的设计步骤。第二部分确定好冶金厂各部分的负荷，进行精确的计算，通过无功补偿来提高系统的功率因数减少电能的损耗。根据负荷的重要性和负荷的大小进行初步的变压器选择和合理的主接线、供电线路的设计。第三部分主要是确保系统的安全，首先对系统进行精确的短路计算，然后根据所得到的短路电流和冲击电流进行一系列的高低压设备的选择与校验，保证系统的正常运行。第四部分根据设计的要求，最后进行防雷保护措施的选择和接地装置的设计，增加系统的安全性。在论文的最后还附上设计的图纸和计算过程。关键词：负荷计算,主接线设计，短路计算，配电装置

目录第一章 绪论 11.1工厂供电的意义及要求 11.2工厂供电设计的一般原则 21.3工厂原始资料 21.4设计具体内容 6第二章 工厂负荷计算与无功补偿 62.1负荷计算 62.2无功功率补偿及其计算 11第三章 降压变电所的位置和主变压器的型号、台数及容量选择 133.1降压变电所所址的选择 133.2主变压器型式选择 153.3主变压器台数选择 153.3主变压器容量选择 15第四章变电所主接线的设计 174.1变电所主接线的基本要求 174.2变配电所主结线的选择原则 184.3主接线设计方案 194.4总降压变电所主接线图 22第五章短路电流计算 225.1短路电流计算目的 225.2短路电流计算的方法和步骤 235.3短路电流计算过程 25第六章总降压变电所高、低压侧设备选择 296.1一次设备选择及校验的条件 296.235kV高压设备的选择及校验 306.36kV高压设备的选择及校验 34第七章高压配电线路选择 357.1高压配电线路种类 357.2导线截面的选择及校验 36第八章继电保护方案及整定计算 408.1继电保护概述及基本要求 408.2故障的危害及继电保护的任务 418.3主变压器继电保护 428.335kV主变压器继电保护 428.46kV变压器继电保护 46第九章防雷保护与接地装置的设计 479.1防雷保护设计 479.2接地装置设计 48第十章设计总结 49附录1参考资料 50绪论1.1工厂供电的意义及要求电能不仅是人们生活的能源，更重要的是工业生产的主要能源和动力。电能容易从其他一次能源中获得，也容易转化为工业生产中的电能、动能，而且使用方便灵活。电能的输送和分配简单经济是电能的又一优点，通过导线可以直接把电能引至负荷，不像蒸汽机、内燃机那样笨重，更避免了一次能源费时耗力的运输。当代工厂里应用的信息技术、生产自动化技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。因此，电能在当代工业生产有着及其广泛的应用，是工业生产中不可替代的能源。在工厂里，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，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。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。在工厂中，供电系统起着至关重要的作用。要保证工厂内的正常生活生产秩序、保证人民群众财产，就要有一个可靠稳定的供电系统。一个优质的工厂供电系统必须达到以下基本要求：（1）安全电能在供应、分配和使用中，要保证输电线路的安全性，设计合理的供电系统，不能够因为供电系统出现人身伤亡事故和设备事故；（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。对于一些要求连续不间断供电的企业，可靠性是第一位的。对于一些负荷，如果由于电力系统故障供电系统突然中断，可能会造成重大设备损坏、大量产品报废很严重的经济财产损失，甚至发生重大的人身伤亡事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失；（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。使用电设备在额定的电压、频率下进行生产，不仅可以避免设备损坏，而且也以提高产品质量，给企业带来利润；（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的消耗量。1.2工厂供电设计的一般原则工厂供电设计必须遵循以下原则：（1）工厂供电设计必须遵守国家的有关法令、标准和技术规范，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属和保护环境等技术经济政策；（2）工厂供电设计应做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，设计中应采用符合国家标准的效率高、能耗低、性能先进及与用户投资能力相适应的经济合理的电器产品；（3）工厂供电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，合理确定设计方案； （4）工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。1.3工厂原始资料1.3.1生产任务及车间组成1本厂产品及生产规模本厂主要承担全国冶金工业系统矿山、冶炼和轧钢设备的配件生产，即以生产铸造、锻造、铆焊、毛坯件为主体，生产规模为：铸钢件1万吨、铸铁件3千吨、锻件1千吨、铆焊件2千5百吨。2本厂车间组成（1）铸钢车间；（2）铸铁车间；（3）锻造车间；（4）铆焊车间；（5）木型车间及木型库；（6）机修车间；（7）砂库；（8）制材场；（9）空压站；（10）锅炉房；（11）综合楼；（12）水塔；（13）水泵房；（14）污水提升站等，各车间位置见全厂总车间布置图，如图水塔1所示。1.3.2设计依据（1）（1）（2）（8）（5）（13）（4）（6）（9）（3）（7）（10）（12）（14）N图1-1全厂总平面图（11）1设计总平面布置图如图1-1所示2全厂各车间负荷计算表如下（表1-1、表1-2）表1-1各车间380V负荷序号车间或用电单位名称设备容量（kW）变压器台数及容量备注（1）No.1变电所1铸钢车间15000.40.651.1720.9（2）No.2变电所1铸铁车间15000.40.71.0220.92砂库1000.70.61.33（3）No.3变电所1铆焊车间10000.30.451.9810.921＃水泵房300.750.80.75（4）No.4变电所1空压站4000.850.750.8810.92机修车间1500.250.651.173锻造车间2000.30.551.524木型车间1900.350.61.335制材场300.280.61.336综合楼300.911（5）No.5变电所1锅炉房3000.750.80.7510.922＃水泵房300.750.80.753仓库（1、2）800.30.651.174污水提升站200.650.80.75表1-2各车间6kV负荷序号车间或用电单位名称设备容量（kW）备注1电弧炉215000.90.870.570.92工频炉24000.80.90.483空压机25000.850.850.623供用电协议工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：（1）工厂电源从电业部门某220/35kV变压所，用35kV双回架空线引入本厂，其中一个作为工作电源，一个作为备用电源，两个电源不并列运行，该厂变所距厂东侧8公里。（2）供电系统短路技术数据表1-3区域变电所35kV母线短路数据系统运行方式短路容量说明最大运行方式最小运行方式供电系统如下图（图1-2）所示：区域降压变电所区域降压变电所220/35kV本厂总降压变电所（待设计）d(3)d(3)l=8km=0.4Ω/km（同上）图1-2供电系统图（3）电业部门对本厂提出的技术要求区域变电所35kV配出线路定时限过流保护装置的整定时间为2秒，工厂“总降”不应大于1.5秒；在总降压变电所35kV侧进行计量；本厂的功率因数值应在0.9以上。1.3.3本厂负荷性质本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。1.3.4自然条件1气象条件（1）最热月平均最高气温为30；（2）土壤中0.7～1米深处一年中最热月平均温度为20；（3）年雷暴日为31天；（4）土壤冻结深度为1.1米；（5）夏季主导风向为南风。2地质及水文条件根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8～5.3米，地耐压力为20吨/平方米。1.4设计具体内容 该冶金机械厂总降压变电所及高压配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对电能分配的安全可靠，经济合理的问题。其基本内容有以下几方面：1负荷计算；2工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择；

3工厂总降压变电所主结线设计；4厂区高压配电系统设计；5工厂供、配电系统短路电流计算；6改善功率因数装置设计；7变电所高、低压侧设备选择；8继电保护装置及二次结线的设计（选做）；9变电所防雷装置设计（选做）。工厂负荷计算与无功补偿2.1负荷计算2.1.1负荷计算定义 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。2.1.2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。2.1.3负荷计算方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。需要系数法的优点是简便，适用于全厂和车间变电所负荷的计算，二项式法适用于机加工车间，有较大容量设备影响的干线和分支干线的负荷计算。但在确定设备台数较少而设备容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，采用二项式法较之采用需要系数法合理，且计算也较简便。本设计采用需要系数法确定。1、单组用电设备的计算负荷的确定主要计算公式有功功率（2-1）无功功率（2-2）视在功率（2-3）计算电流（2-4）式中、、——用电设备组的有功、无功、视在功率的计算负荷；——用电设备组的设备总额定容量；——功率因数角的正切值；——用电设备组的计算负荷电流；——额定电压。2、多组用电设备的计算负荷的确定主要计算公式有功功率（2-5）无功功率（2-6）视在功率（2-7）计算电流（2-8）式中——所有设备组有功计算负荷之和；——有功负荷同时系数，本设计取0.9；——所有设备组无功计算负荷之和；——无功负荷同时系数，本设计取0.9。2.1.4车间变电所计算负荷确定1、车间变电所低压侧计算负荷的确定根据以上公式，以铸钢车间为例进行负荷统计：由已知数据得：，，，2、车间变电所高压侧计算负荷的确定主要计算公式有（2-9）（2-10）（2-11）其中:，。根据以上公式，以No.3变电所为例进行负荷统计：根据负荷计算表中的数据，得：表2-1全厂各车间380V负荷计算表序号车间或用电单位名称设备容量（kW）计算负荷变压器台数及容量备注（kW）（kVar）（kVA）（A）（1）No.1变电所1铸钢车间15000.40.6511140320.9合计1500540631.8830.81262（2）No.2变电所1铸铁车间15000.40.71.02600612857.1130320.92砂库1000.70.61.337093.1116.7177合计1600603634.6876.41331（3）No.3变电所1铆焊车间10000.30.451.98300594666.7101310.921＃水泵房300.750.80.7522.516.928.143合计1030290.3549.8625.3950（4）No.4变电所1空压站4000.850.750.88331.5291.7244267210.92机修车间1500.250.651.1737.543.957.7883锻造车间2000.30.551.526091.2109.11664木型车间1900.350.61.3366.588.4110.81685制材场300.280.61.338.411.214216综合楼300.9102702741合计1000477.8498.1684.51040（5）No.5变电所1锅炉房3000.750.80.75225168.8281.342710.922＃水泵房300.750.80.7522.516.928.1433仓库（1、2）800.30.651.172428.136.9564污水提升站200.650.80.75139.816.325合计430256.1201.2326.3496总计55601950.52264300945720.9表2-2全厂各车间6kV负荷计算表序号车间或用电单位名称设备容量（kW）计算负荷备注（kW）（kVar）（kVA）（A）1电弧炉215000.90.870.57270015393103.42990.92工频炉24000.80.90.48640307.2711.1683空压机25000.850.850.62850527100096合计480037712135.94333.14172、车间变电所高压侧计算负荷的确定主要计算公式有（2-9）（2-10）（2-11）其中:，。根据以上公式，以No.3变电所为例进行负荷统计：由表2-1中的数据，得：3、总降压变电所二次侧计算负荷的确定主要计算公式有（2-12）（2-13）（2-14）4、总降压变电所一次侧计算负荷的确定主要计算公式（2-14）（2-15）（2-16）表2-3工厂负荷统计表计算内容cosφ车间1T计算负荷1T低压侧负荷540631.8830.81262变压器1T损耗12.549.91T高压侧负荷552.5681.7877.584.4车间2T计算负荷2T低压侧负荷603634.6876.41332变压器2T损耗13.152.62T高压侧负荷616.1687.2922.988.8车间3T计算负荷3T低压侧负荷290.3549.8625.3950.0变压器3T损耗9.437.53T高压侧负荷299.7587.3659.463.45车间4T计算负荷4T低压侧负荷477．8498.1684.51040变压器4T损耗10.341.14T高压侧负荷488.1539.2727.370.0车间5T计算负荷5T低压侧负荷256.1201.2326.3496变压器5T损耗4.919.65T高压侧负荷261220.8341.932.9电弧炉270015393103299工频炉64030771168空压机8505271000966KV侧总计算负荷0.783576745807364709总降变损耗110442全厂计算负荷0.7605877502277307442.2无功功率补偿及其计算 根据本资料所给的条件：工厂最大负荷时的功率因数值在0.9以上，所以必需采用并联电容器来采取无功补偿。供电系统中装设无功功率补偿装置以后，对前面线路和变压器的无功功率进行了补偿，从而使前面线路和变压器的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流得以减小，功率因素得以提高。综合考虑经济效果，选用高压集中补偿。高压集中补偿是指将高压电容器组集中装设在总降压变电所6～10kV母线上。该补偿方式只能补偿总降压变电所的6～10kV母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响，而对无功功率在企业内部的供配电系统中引起的损耗无法补偿，因此补偿范围最小，经济效果较其它补偿方式差。但由于装设集中，运行条件好，维护管理方便，投资较少。且总降压变电所6～10kV母线停电机会少，因此电容器利用率高。 补偿前6kV母线处功率因数： 补偿后6kV母线处功率因数：根据系统要求，主变压器高压侧的功率因数应大于0.9。因此总降压变电所低压侧补偿后的功率因数可取： 补偿容量：查表可选BWF6.3-100-1型电容器,其个数为27个。则实际补偿容量为补偿后6kV母线处的视在计算负荷为补偿后35kV母线处功率因数：表2-46kV高压母线自动补偿前后计算负荷及功率因数统计项目计算负荷6kv侧补偿前负荷0.783576745807364708.66kv侧无功补偿容量-27006kv侧补偿后负荷0.95576718806066583.7主变压器功率损耗91.0364.035kV侧负荷总计0.934585822446273103.4降压变电所的位置和主变压器的型号、台数及容量选择3.1降压变电所所址的选择3.1.1总降压变电所所址选择要求 变电所所址的选择按照国家有关标准和规范，应根据下列要求，选择确定：1、靠近负荷中心；2、节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地；3、与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出；4、交通运输方便；5、环境宜无明显污秽，如空气污秽时，所址宜设在受污源影响最小处；6、具有适宜的地质、地形和地貌条件(例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞 地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所)，所址宜避免选在有重要 文物或开采后对变电所有影响的矿藏地点，否则应征得有关部门的同意；7、所址标高宜在50年一遇高水位之上，否则，所区应有可靠的防洪措施或 与地区(工业企业)的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位；8、应考虑职工生活上的方便及水源条件；9、应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。 根据上面的要求，本设计结合该工厂的负荷情况和工厂的布局，选择该厂的西南角锅炉房东面作为总降压变电所的所址，其变电所所址示意图见图3-1所示。3.1.2车间降压变电所形式的选择变电所的形式有很多种，优点各异。露天式配电装置具有运行维护方便，占地面积少、投资少等优点，而屋内式配电装置安装方便、运行可靠，故本设计总降压变电所35kV侧采用屋外式配电装置，变压器放置于露天，6kV侧采用屋内式配电装置。根据各车间的地理位置，车间建筑物结构、周围环境和车间负荷等情况，本设计详细考虑了各个车间的变电所形式，其中第一、二、三和四号车间变电所采用车间附设式变电所。由于第五号车间变电所在锅炉房旁边，故采用独立式，以保证供电安全。铸钢车间铸钢车间No.1变电所铸铁车间No.5变电所制材场木型车间及木型库水泵房铆焊车间No.3变电所机修车间空压站No.4变电所锻造车间砂库锅炉房No.5变电所水塔污水提升站N综合楼总降压变电所3-1工厂高压配电系统示意图3.2主变压器型式选择变压器是变电所中关键的一次设备，其主要功能是升高或降低电压，以利于电能的合理输送、分配和适用。在选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S9系列或S10系列。供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器（S9、S10-M、S11、S11-M等）。本设计选择S9系列三相油浸自冷电力变压器。3.3主变压器台数选择主变压器台数应根据负荷特点和经济运行的要求进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台以上主变压器。有大量一级或二级负荷季节性符合变化较大，适于采用经济运行方式。集中符合较大，例如大于1250kVA时本冶金厂最大视在功率达到6273kVA，且属于2级负荷，应装设2台变压器。由于本厂有2回35kV进线，即有两个进线电源，根据前面所选择的主结线方案，如果采用2台变压器，则能满足供电可靠性、灵活性的要求。如果装设1台变压器，投资会节省一些，但一旦出现1台主变故障，将会造成全厂失压从而造成巨大的损失。为避免前述情况的出现，充分利用双电源的作用，所以选择安装2台主变压器。 对于380kV的系统中，我们可以从资料的图中得出No.1和No.2变电所里面有2个主变压器，其他3个变电所都只有1个主变压器。3.3主变压器容量选择3.3.1选择原则1）装设一台时，应满足：主变压器容量应不小于总计算负荷，即（3-1）2）装设两台时，应满足：每台变压器的容量不应小于总的计算负荷的60%，最好为总计算负荷的70%左右，即 （3-2）同时每台主变压器容量不应小于全部一、二级负荷之和，即（3-3） 3）车间变电所主变压器容量的上限：车间变电所主变压器的单台容量一般不宜大于1250kVA。这是因为，一方面受到以往低压电器的断流能力以及短路稳定度要求的限制；另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电系统的电能损耗和电压损耗。3.3.2各车间变电所所选变压器的容量选择 （一）NO.1车间变电所 选择两台S9-1000/6变压器。（二）NO.2车间变电所 选择两台S9-1000/6变压器。（三）NO.3车间变电所 选择一台S9-630/6变压器。（四）NO.4车间变电所 选择一台S9-800/6变压器。（五）NO.5车间变电所 选择一台S9-400/6变压器。3.3.3总降压变电所变压器容量选择 选择两台S9-6300/35变压器。表3-1各车间变电所变压器选择型号车间型号电压组合(kV)损耗(kW)阻抗电压(%)空载电流（%）额定容量kVA联接租标号一次二次空载负载NO.1S9-1000/660.41.70010.3004.50.71000Y,yn0NO.2S9-1000/660.41.70010.3004.50.71000Y,yn0NO.3S9-630/660.41.2006.2004.50.9630Y,yn0NO.4S9-800/660.41.4007.5004.50.8800Y,yn0NO.5S9-400/660.40.8004.3004.01.0400Y,yn0表3-2总降压变电所变压器选择型号型号电压组合(kV)损耗(kW)阻抗电压(%)空载电流（%）额定容量kVA联接租标号一次二次空载负载S9-6300/353566.5636.907.50.96300Y,d11第四章变电所主接线的设计4.1变电所主接线的基本要求变电所主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，对其主要有以下几个基本要求：安全：主接线的设计应符合国家有关技术规范要求，能充分保证人身和设备安全；可靠：应满足用电单位可靠性的要求；灵活：能适应各种不同的运行方式，操作检修方便；经济：设计简单，投资少，运行管理费用低，考虑节约电能和有色金属消耗量。4.2变配电所主结线的选择原则（1）当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。（2）当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接 线。（3）当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器 组结线。（4）为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用 变压器分列运行。（5）接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与 电压互感器合用一组隔离开关。（6）6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线 回路中，应装设线路隔离开关。（7）采用6～10KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开 关。（8）由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电 流互感器（一般都安装计量柜）。（9）变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电 保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断 路器。（10）当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路 器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。4.3主接线设计方案方案一：一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段图4-1采用内桥式接线的总降压变电所主接线图特点：(1)线路发生故障时，仅故障线路的断路器跳闸，其余支路可继续工作，并保持相互间的联系。(2)变压器故障时，联络断路器及与故障变压器同侧的线路断路器均自动跳闸，使未故障线路的供电受到影响，需经倒闸操作后，方可恢复对该线路的供电。(3)正常运行时变压器操作复杂。如需切除变压器T1，应首先断开断路器QF21、QF111和联络断路器QF10，再拉开变压器侧的隔离开关，使变压器停电。然后，重新合上断路器QF21、QF111和联络断路器QF10，恢复线路1WL的供电。适用范围：适用于输电线路较长、线路故障率较高、穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式的场合。方案二：一次侧采用外桥式接线，二次侧采用单母线分段图4-2采用外桥式接线的总降压变电所主接线图特点：(1)变压器发生故障时，仅跳故障变压器支路的断路器，其余支路可继续工作，并保持相互间的联系。(2)线路发生故障时，联络断路器及与故障线路同侧的变压器支路的断路器均自动跳闸，需经倒闸操作后，方可恢复被切除变压器的工作。（3）线路投入与切除时，操作复杂，并影响变压器的运行。适用范围：该方案适用于线路较短、故障率较低、主变压器需按经济运行要求经常投切以及电力系统有较大的穿越功率通过桥臂回路的场合。方案三：一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图图4-3一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图特点：这种主接线兼有上述两种桥式接线运行灵活性的优点，具有两路电源进线时，采用单母线分段接线，可对一、二级负荷供电，特别是装设了备用电源自动投入装置后，更加提高了用断路器分段单母线接线的供电可靠性，但采用的高压开关设备较多。可供一、二级负荷。适用范围：适于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。所选方案：本次设计的冶金机械修造厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较长（8km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。采用一次侧内桥式接线、二次侧单母线分段的总降压变电所主结线（如图4-4）。4.4总降压变电所主接线图图4-4总降压变电所内桥式主接线图第五章短路电流计算5.1短路电流计算目的短路电流将引起下列严重后果：短路电流往往会有电弧产生，它不仅能烧坏故障元件本身，也可能烧坏周围设备和伤害周围人员。巨大的短路电流通过导体时，一方面会使导体大量发热，造成导体过热甚至熔化，以及绝缘损坏；另一方面巨大的短路电流还将产生很大的电动力作用于导体，使导体变形或损坏。短路也同时引起系统电压大幅度降低，特别是靠近短路点处的电压降低得更多，从而可能导致部分用户或全部用户的供电遭到破坏。网络电压的降低，使供电设备的正常工作受到损坏，也可能导致工厂的产品报废或设备损坏，如电动机过热受损等。短路计算的目的主要有以下几点：1．用于变压器继电保护装置的整定。2．选择电气设备和载流导体。3．选择限制短路电流的方法。4．确定主接线方案和主要运行方式。5.2短路电流计算的方法和步骤进行短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法），工程上常用标幺制法。故本设计采用标幺值法进行计算。1、绘制计算电路图、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有电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。短路计算点应选择得使需要进行短路效验的电器元件有最大可能的短路电流通过。2、设定基准容量Sd=100MVA和基准电压Ud=Uc（短路计算电压，即1.05UN），并计算基准电流Id。（5-1）3、计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值（一般只计算电抗标幺值）（1）电力系统的电抗标幺值（5-2） 式中，SOC—电力系统出口断路器的断流容量，单位为MVA。（2）电力线路的电抗标幺值（5-3） 式中，UC—线路所在电网的短路计算电压，单位为kV，UC=1.05UN.采用标幺值计算时，无论短路计算点在哪里，线路的电抗标幺值不需换算。（3）电力变压器的电抗标幺值（5-4） 式中，Uk%—变压器的短路电压（阻抗电压）百分值； SN—变压器的额定容量。 4、绘制短路回路等效电路，并计算总阻抗（总电抗标幺值）。 5、计算短路电流，分别对各短路计算点计算各短路电流、、、 等。（5-5） 在无穷大容量系统中，存在下列关系：==（5-6） 高压电路中的短路冲击电流及其有效值，按下列公式近似计算：（5-7）（5-8） 低压电路中的短路冲击电流及其有效值，按下列公式近似计算：（5-9）（5-10）6、计算短路容量，三相短路容量按下式计算：（5-11）5.3短路电流计算过程取基准容量为,基准电压、相应的基准电流分别为、。5.3.1最大1、求K-1点的短路电流和短路容量(=37kV)图5-1短路计算电路图（1）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 架空线路的电抗标幺值 其中为导线的单位长度电抗平均值,查表得为。绘K-1点的短路等效电路图，如图5-2(a)所示，并计算其总电抗标幺值=0.63（2）计算K-1点的三相短路电流和短路容量K-1点所在电压级的基准电流为K-1点短路电流各值2、求K-2点的短路电流和短路容量(=6.3kV)（1）计算短路电路中各元件的电抗标幺值变压器T1,T2的电抗标幺值（a）K-1点的短路等效电路图（b）K-2点的短路等效电路图图5-2最小运行方式下的短路等效图所以K-2点的短路等效电路图如图5-2(b)所示，并计算其总电抗电抗标幺 值（2）计算K-2点的三相短路电流和短路容量K-2点所在电压级的基准电流为K-2点短路电流各值7.3.2最小运行方式下短路电流的计算1、求K-1点的短路电流和短路容量(=37kV)(1)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 绘K-1点的短路等效电路图，如图5-3(a)所示，并计算其总电抗标幺值(2)计算K-1点的三相短路电流和短路容量K-1点所在电压级的基准电流为K-1点短路电流各值2、求K-2点的短路电流和短路容量()(1)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 绘K-2点的短路等效电路图，如图5-3(b)所示，并计算其总电抗(2)计算K-2点的三相短路电流和短路容量K-2点所在电压级的基准电流为K-2点短路电流各值（a）K-1点的短路等效电路图（b）K-2点的短路等效电路图图5-3最大运行方式下的短路等效图同理可其它各车间二次侧的短路电流，计算结果见表5-1。5.3.3短路电流计算结果表5-1三相短路电流计算结果表短路计算点运行方式三相短路电流∕kA三相短路容量∕MVAK-1最小2.142.142.145.463.23137最大2.482.482.486.313.74159K-2最小6.926.926.9217.6510.4575.5最大7.487.487.4819.7011.2981.6K-3最小40.3740.3740.37102.960.9627.97最大41.5241.5241.52105.962.7028.78K-4最小40.3740.3740.37102.960.9627.97最大41.5241.5241.52105.962.7028.78K-5最小17.0517.0517.0543.4725.7411.81最大17.2417.2417.2443.9726.0411.95K-6最小20.7720.7720.7752.9631.3614.39最大21.0521.0521.0553.6831.7914.59K-7最小12.7512.7512.7532.5019.258.83最大12.8612.8612.8632.7819.418.91注：K-3、K-4、K-5、K-6、K-7依次为No.1~5车间变电所380V侧线路上的短路点第六章总降压变电所高、低压侧设备选择6.1一次设备选择及校验的条件为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列条件选择和校验：（1）按正常工作条件包括电压、电流、频率及开断电流等选择；（2）按短路条件包括动稳定和热稳定进行校验；（3）考虑电气设备运行的环境条件如温度、湿度、海拔高度以及有无防尘、 防爆、防腐、防火等要求；选择一次设备时应考虑和效验的项目如表6-1所示。表6-1一次设备选择校验的项目及满足的条件序号设备名称电压/kV电流/kA断流能力/kA短路稳定度校验动稳定热稳定1高压断路器√√√√√3高压隔离开关√√—√√4低压断路器√√√△△7电流互感器√√√√√8电压互感器√————9母线—√—√√10电缆√√——√应满足的条件设备的额定电压应不小于装置地点的额定电压设备的额定电流应不小于通过设备的计算电流设备的最大开端电流（或功率）应不小于它可能开端的最大电流（或功率）按三相短路冲击电流校验按三相短路稳态电流校验备注√校验—不校验△一般可不校验6.235kV高压设备的选择及校验1、高压断路器的选择及校验断路器形式的选择，除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。根据当前我国生产制造情况，电压6～200kV的电网一般选用少油断路器；电压110～330kV的电网，当少油短路器技术条件不能满足要求时，可选用六氟化硫或空气断路器；大容量机组采用封闭母线时，如果需要装设断路器，宜选用发电机专用断路器。本设计35kV等级变压器高压侧选择少油户内断路器SN10-35I。(1)动稳定校验 满足要求。 式中———开关的极限通过电流的峰值； ———开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值。(2)热稳定效验 满足要求。 式中——开关的热稳定电流有效值； ——开关的热稳定试验时间； ——开关所在处的三相短路稳态电流； ——短路发热假想时间。(3)断流能力效验 满足要求。 （4）额定电流校验 满足要求2、高压熔断器的选择及校验 熔断器的形式可根据安装地点、使用要求选用。高压熔断器熔体在满足可靠性和下一段保护选择性的前提下，当在本段保护范围内发生短路时，应能在最短时间内切断故障，以防止熔断时间过长而加剧被保护电器的损坏。 本设计装设地点高压熔断器选RN1-35。 （1）额定电压校验 满足要求。 （2）额定电流校验 由于高压熔断器是接在电压互感器上，最大工作电流非常小，因此满足 要求 （3）断流能力校验 满足要求。3、高压隔离开关的选择及校验 负荷开关型式的选择，其技术条件与断路器相同，但由于其主要是用来接通和断开正常工作电流，而不能断开短路电流，所以不校验短路开断能力。隔离开关型式的选择，应该根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较然后确定。本设计35KV高压侧选择GW4-35。(1)动稳定校验 满足要求。(2)热稳定效验 满足要求。 （3）额定电压校验 满足要求。 （4）额定电流校验 满足要求。4、电流互感器的选择及校验 电流互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。对于6—20kV屋内配电装置，可采用次绝缘技工或树脂浇注绝缘结构的电流互感器。对于35kV及以上配电装置，一般采用油浸瓷箱式绝缘接共的独立式电流互感器。一般尽量采用套管式电流互感器本设计装设地点电流互感器选LCZ-35。(1)动稳定校验 满足要求。 式中——电流互感器的动稳定电流； ——电流互感器的动稳定倍数； ——电流互感器的额定一次电流。(2)热稳定校验条件 即 满足要求。 式中——电流互感器的热稳定倍数； ——电流互感器的热稳定倍数。 （3）额定电压校验 满足要求。 （4）额定电流校验 满足要求。5、电压互感器的选择及效验 电压互感器的选择和配置应按以下条件：6—20kV屋内配电装置，一般采用油浸绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘接共的电压互感器。35—110kV配电装置，一般采用油浸绝缘结构的电压互感器。220kV及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用容式电压互感器。在需要检查和监视一次回路单相接地时，应选用三相五柱式电压互感器或具有第三绕组的单相电压互感器组。 本次设计装设地点电压互感器选JDJ2-35 （1）额定电压校验 满足要求。表6-235kV设备选型表选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件(kV)IC（A）Ik(3)(kA)ish(kA)I∞(3)2tima(kA)35103.52.486.3112.3额定参数(kV)IN（A）Ioc(kA)imax(kA)It2t(kA)高压断路器SN10-35I3510001646高压隔离开关GW4-35T35600—50电压互感器JDJ2-3535————电流互感器LCZ-3535200/5—42.4高压熔断器RN2-35350.517——避雷器Y5CZ4—42/11735————6.36kV高压设备的选择及校验6kV高压设备的选择及校验方法与35kV侧相似，对其中的一次设备按高压设备的要求项目进行校验合格才行,经校验可满足要求,校验结果见表6-3。表5.36kV设备选型表选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度装置地点条件(kV)IC（A）Ik(kA)ish(kA)I0tima(kA)6kV583.77.4819.7067.14额定参数(kV)IN（A）Ioc(kA)imax(kA)It2t(kA)高压断路器SN10-10Ⅱ10100031.580高压隔离开关GN19-10101000—75高压熔断器RN1-660.5192.5——电压互感器JDZB-66————电流互感器LZZQB-661000/5—156避雷器HY5W4—7.6/310————表6-3所选设备均满足要求。第七章高压配电线路选择7.1高压配电线路种类7.1.1架空线路是指室外架设在电杆上用于输送电能的线路．由于其要经常承受自身重量和各种外力的作用，且受大气中有害物质的侵蚀，所以导线材质必须具有良好的导电性，耐腐蚀性和机械强度。1、架空线路的选择（1）一般采用铝绞线。（2）当档距或交叉档距较长、电杆较高时，宜采用钢心铝绞线。（3）沿海地区或有腐蚀性介质的场所，宜采用铝绞线或防腐铝绞线。2、架空线的敷设原则（1）在施工和竣工验收中必须遵循有关规定，以保证施工质量和线路安全 运行。（2）合理选择路径，做到路径短，转角小，交通运输方便，并与建筑物保 持一定的安全距离。（3）按有关规程要求，必须保证架空线路与地及其他设施在安全距离内。（4）电杆尺寸应满足以下要求 1)不同电压等级线路的档距不同,6～10KV线路档距为80～120m； 2)同杆导线线距与线路电压等级及档距等有关，10KV线路线距约为 0.6m～1m； 3)弧垂要根据档距,导线型号与截面积，导线所受拉力及气温条件等决 定。垂弧过大易碰线，过小易造成断线或倒杆。7.1.21、一般环境和场所，可采用铝芯电缆；但在有特殊要求的场所，采用铜芯 电缆。2、埋地敷设的电缆，应采用有外保护层的铠装电缆；但在无机械损伤可能 的场所，可采用塑料护套电缆或带外保护层的铅包电缆。3、在可能发生位移的土壤中埋地敷设的电缆，应采用钢丝铠装电缆。4、敷设在管内或排管内的电缆，一般采用塑料护套电缆，也可采用裸铠装 电缆。5、电缆沟内敷设的电缆，一般采用裸凯装电缆、塑料护套电缆或裸铅包电 缆。6、交联聚乙烯绝缘电缆具有优良的性能，宜优先选用。7、电缆除按敷设方式及环境条件选择外，还应符合线路电压要求。7.2导线截面的选择及校验7.2.1导线截面选择条件 1、发热条件 导线在通过正常最大负荷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。一般6～10kV及以下高压配电线路及低压动力线路，电 流较大，线路较短，可先按发热条件选择截面，再校验其电压损失和机械强 度 2、电压损耗条件 导线在通过正常最大负荷电流时，产生的电压损失不应超过正常运行时 的允许的电压损失。一般10kV及以下电压等级的送电线路往往按允许电压 损耗选择导线截面，再按允许载流量、机械强度条件校验。 3、经济电流密度 对35kV及以上高压线路或35kV以下但距离长，电流大的线路者用此条件 选择；对10kV及以下线路，一般不按此条件选择。 4、机械强度条件 导线截面应不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。母线也应校验短路时的稳定度。7.2.2高压配电线路选择及校验 1、35kV高压进线的选择根据本次设计要求,从某220/35kV变电站35kV双回路架空线引入本厂，本厂年最大负荷利用小时为6000h，架空线采用LGJ型钢心铝绞线。（一）经济截面的选择 查表可得，,则 选择标准截面,即选型号为LGJ-150。（二）校验发热条件 查表可知，LGJ-150在室外30℃时，允许载流量 满足发热要求。（三）校验机械强度 查表可得,35kVLGJ机械强度最小截面 满足机械强度要求。 2、6kV高压母线的选择 一般6～10kV高压母线，电流较大，线路较短，可先按发热条件选择截面，再校验其热稳定和动稳定。（一）按发热条件选择 查表可知：LMY-50×5在30℃时的载流量为，初选 （二）动稳定校验 将数据代入上面各式经检验满足要求。（三）热稳定校验 满足要求。 3、6kV母线至各车间变压器线路选择由于厂区面积不大，各车间变电所与总降压变电所距离较近，可采用直埋电缆线路，其施工简单，散热效果好，且投资少适合于电缆数量少、敷设途径较长的场合。下面以6KV母线至No.3车间变电所为例进行线路选择。根据所给资料,土壤中0.7～1米深处一年中最热月平均温度为20，故需计算在20℃时的载流量校正系数K试选YJV22型交联聚乙烯电力电缆直接埋地敷设。（一）按发热条件选择 由负荷计算表可知 初选截面,查表可得其 满足发热要求。（二）热稳定校验 满足热稳定要求要求。故改选缆芯截面为95的电缆，即选YJV22-6KV395电缆。表5.4变电所进出现的型号规格线路名称导线或电缆的型号规格35kV进线LGJ-150铝绞线（三相三线架空）6kV母线LMY-505硬型钢母线6kV变压器进线至1号车间YJV22-6KV395电缆至2号车间YJV22-6KV395电缆至3号车间YJV22-6KV395电缆至4号车间YJV22-6KV395电缆至5号车间YJV22-6KV395电缆第八章继电保护方案及整定计算8.1继电保护概述及基本要求供电系统在运行中可能发生一些故障和不正常的运行状态。常见的主要故障是单相短路和接地短路。不正常的运行状态主要是指电流超过额定值引起的过负荷，断线、接地及漏电等不正常工作情况。短路故障往往造成严重后果，并伴随着强烈的电弧、发热燃烧和电动力，使回路内的电气设备损坏。长期的过负荷使设备绝缘老化和损坏；断线易引起电动机过负荷；对于中性点不接系统，接地可能形成电弧接地过电压，并使其它两相对地电压升高倍，两种过电压都可能引起相间短路。在煤矿井下，接地能引起火灾或瓦斯、煤尘爆炸。因此，当故障或不正常运行状态发生时必须及时消除。为了保证安全可靠地供电，供电系统的主要电气设备及线路都要装设继电保护装置。为了使继电保护装置能准确地及时完成上述保护任务，在技术上一般应满足以下四个基本要求，即可靠性、选择性、速动性、灵敏性。1)可靠性可靠性是指在保护范围内发生故障时，保护装置应正确动作，不应拒动；在不该动作时，不应误动。保护装置动作的可靠性是非常重要的，任何时候拒动都将使事故扩大，造成严重的后果。2)选择性选择性是指保护装置动作时，在可能最小的区间内将故障从电力系统终端开，最大限度地保证系统中无故障部分仍能继续安全运行。它包含俩方面意思：其一是只应由装在故障元件上的保护装置动作切除故障;其二是要力争相邻元件的保护装置对它起后备保护的作用3)速动性速动性是指尽可能快的切除故障，以减少设备及用户在大短路电流、低电压下运行的时间，降低设备的损坏程度，提高电力系统并列运行的稳定性4)灵敏性灵敏性是指保护装置对保护范围内发生故障或不正常运行状态的反应能力，一般用灵敏系数衡量，灵敏系数是以被保护设备或线路发生故障时，其故障参数和保护装置整定值来确定。8.2故障的危害及继电保护的任务在电力系统中，继点保护和自动装置是保证电力系统安全运行和提高电能质量的重要工具。电力系统运行中，由于风、雨，雷电的影响，设备的缺陷和设备的老化、运行维护不当和操作错误等原因，致使组成电力系统的电器元件（发电机、变压器、母线、输电线路、电动机等）可能发生各种故障和不正常工作状态。电力系统发生的故障主要是各种类型的短路，及三相短路、两相短路、单相接地短路，以及发电机、变压器同一相绕组的匝间短路。此外，还有书店线路的断线，以及短路与断线组合的复故障等。常见的不正常工作状态主要是过负荷，系统震荡和频率降低等。故障的危害：故障点的电弧可能烧坏故障设备。故障回路中的设备，由于短路电流产生的热效应和电动力的作用，会遭受破坏或损伤。电力系统部分地区的电压大幅度下降，影响用户的正常生产。破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使整个系统瓦解，造成大面积停电。因此，任何电力系统在设计和运行时，必须考虑到系统中可能发生的故障和不正常工作状态，并利用继电保护装置予以消除，以保证电力系统正常运行。继点保护的任务：当被保护的电器元件发生故障，保护装置迅速动作，使短路器跳闸，将故障的电气元件从电力系统中切除，使其损坏程度减至最小，并保证无故障部分继续正常运行；当被保护的电气元件出现不正常的工作状态时，保护装置发出信号，告诉运行人员予以处理。在无人值班的变电所，保护可作用与减负荷或延时跳闸。电力系统的安全自动装置一方面配合继电保护装置提高供电的可靠性（如自动重合闸、备用电源自动投入装置）；另一方面不断调整系统电压与频率，以保证供电质量及并联运行机组间功率的合理分配。8.3主变压器继电保护8.3.1变压器保护装置的配置要求1、对于高压侧为6kV的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护；如过电流保护动作时间大于0.5～0.7s时，还应装设电流速断保护。2、容量在800kV·A及以上的油浸式变压器和400kV·A及以上的车间内油浸式变压器，按规定应装设瓦斯保护。3、容量在400kV·A及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在轻微故障时，动作于信号，而其它保护包括瓦斯保护在严重故障时，一般均动作于跳闸。4、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，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。8.335kV主变压器继电保护1、瓦斯保护对变压器邮箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，他反应与油箱内所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作与跳开变压器电源侧的短路器。 应该设瓦斯保护的变压器容量界限是：800kVA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。同样对待负荷调压的油浸式变压器的调压器装置，也应装设瓦斯保护。图8-1瓦斯保护接线原理图2、反时限过电流保护 对于单侧电源的变压器，过电流保护安装在电源侧，保护动作时切断变压器各侧开关。过电流保护的动作时间应按躲过变压器的最大工作电流整定，采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线（如图8-2），去分流跳闸的操作方式。图8-2两相两继电器式接线图（一）整定电流的计算： (8-1)—变压器的最大负荷电流，可取为（1.5～3）I1N为变压器的额定一次 电流—可靠系数，对反时限取1.3。—接线系数，对相电流接线去1。—继电器返回系数，一般为0.8。—电流互感器的电流比。——电流互感器变比200/5；。因此过电流保护动作电流整定为10A。过电流保护动作时间整定为0.5秒。（二）过电流保护灵敏系数的检验。 (8-2)—在电力系统最小运行方式下，低压母线两项短路电流折算到变压器 高压侧的值。—继电保护动作电流折算到一次侧,即变压器高压侧的值。满足规定的灵敏系数要求。3、电流速断保护 工厂供电系统变压器的电流速断保护，一般采用两相式接线。