电力系统课程设计

念队科技劈睨课程设计报告题目某化纤毛纺织厂总降压变电所一次系统设计课程名称电力系统分析院部名称机电工程学院专业电气工程及其自动化班 级 10电气2班学生姓名 卢妮妮学 号 1004202018课程设计地点C314课程设计学时 20 指导教师高峰TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、 绪论 5\o"CurrentDocument"二、 工厂简介及设计要求 6\o"CurrentDocument"2.1生产任务及车间组成 6\o"CurrentDocument"2.2设计依据 6\o"CurrentDocument"2.3本厂负荷性质 8\o"CurrentDocument"三、 负荷计算及功率因数补偿计算 8\o"CurrentDocument"3.1负荷计算 8\o"CurrentDocument"3.1.1负荷计算的意义 8\o"CurrentDocument"3.1.2负荷计算的方法 8\o"CurrentDocument"3.1.3车间变电所负荷计算 9\o"CurrentDocument"3.1.4全厂各车间负荷的计算表 13\o"CurrentDocument"3.2电压等级的确定 15\o"CurrentDocument"3.3本厂电压等级的确定 15\o"CurrentDocument"3.4功率因数补偿计算 16\o"CurrentDocument"3.4.1工厂的功率因数 16\o"CurrentDocument"3.4.2功率因数补偿的计算方法 16\o"CurrentDocument"3.4.3工厂功率因数补偿 17\o"CurrentDocument"四、 变电所位置和形式的选择 18\o"CurrentDocument"4.1站址选择 18\o"CurrentDocument"土建专业的配合问题 18\o"CurrentDocument"4.1.2变电所位置选择原则 19\o"CurrentDocument"4.1.3变电所的形式的选择 19\o"CurrentDocument"4.2车间变电所的位置的确定 19\o"CurrentDocument"4.3车间变压器台数的确定 20\o"CurrentDocument"4.4车间变压器容量、型号的选择 20\o"CurrentDocument"4.5车间变压器损耗的计算 21\o"CurrentDocument"4.6车变无功功率补偿 22\o"CurrentDocument"五、 主接线方案的设计 22\o"CurrentDocument"5.1电气主接线的基本要求 22\o"CurrentDocument"5.2电气主接线的确定 22\o"CurrentDocument"六、 主变压器台数、容量、型号的选择 25\o"CurrentDocument"6.1主变压器台数选择 25\o"CurrentDocument"6.2主变压器容量的选择 25\o"CurrentDocument"七、 变电所进出线的选择 26\o"CurrentDocument"110kV高压供电线截面计算选择 26\o"CurrentDocument"7.2厂内10kV进线截面积计算选择 26\o"CurrentDocument"八、 短路电流计算 27\o"CurrentDocument"求各元件电抗 27\o"CurrentDocument"k-1点110kV侧短路电流计算 28\o"CurrentDocument"k-2点10kV侧短路电流计算 29\o"CurrentDocument"8.4三相短路计算结果 30\o"CurrentDocument"九、 防雷 30\o"CurrentDocument"9.1防雷设备 30\o"CurrentDocument"9.2防雷措施 30\o"CurrentDocument"十、接地与接地装置 31\o"CurrentDocument"心得体会 32\o"CurrentDocument"参考文献 32\o"CurrentDocument"附录 33某化纤毛纺织厂总降压变电所一次系统设计摘要电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。以发电厂电气部分、高电压技术、继电保护等专业知识为理论依据，主要对该厂变电站高压部分进行毕业设计训练。设计步骤主要包括：负荷统计、负荷计算、方案比较、供电方式确定、短路电流计算、电气设备选择与继电保护整定以及防雷接地等内容。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与进步，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。工厂供电系统的核心部分是变电所。因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。关键词：变电站设计;负荷统计;短路电流计算;继电保护整定一、绪论工厂供电，即指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。电能是现代工业生产的主要能源和核心动力。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；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在企业工厂里，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（除电化工业外）。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。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。可见，做好工厂供电工作对于发展工业自动化生产，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。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并确实做好节能环保工作，就必须达到以下基本要求：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，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应社会的发展。为了保证工厂供电的正常运转，就必须要有一套完整的保护，监视和测量装置。目前多以采用自动装置，将计算机应用到工厂配电控制系统中去。工厂供电设计的一般原则按照国家标准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》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：1） 遵守规程、执行政策；必须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） 安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。3） 近期为主、考虑发展；应根据工作特点、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，适当考虑扩建的可能性。4） 全局出发、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直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。二、工厂简介及设计要求2.1生产任务及车间组成本厂规模为万锭精梳化纤毛织染整联合厂，全部生产化纤产品，全年生产能力为230万吨，其中厚织物占30%，薄织物占20%，全部产品中以睛纶为主体的混纺占60%，以涤纶为主体的混纺织物占40%。2.2设计依据1）设计总平面布置图:某化纤毛纺织厂全厂总平面布置图制条车间：2-纺纱车间；3-织渔车间4-染整车司：5•软衣站：6-锥工车间7-机修车司：8-托儿所.幼儿园；9■仓库，10窈炉奇；U-S舍，12-食堂：，3•木工车同；14•污水N节池：15■卸泊票房图2.1某化纤毛纺织厂平面图2） 全厂各车间负荷如表1所示，各车间均为380V的负荷，但有一部分为高压设备为6kV的负荷。3） 供用电协议工厂与供电部门所签定的供用电协议主要内容如下：1）工厂从供电部门用110千伏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，两个电源并列运行时为最大运行方式，一个电源运行时为最小运行方式。该变电所距厂南侧10公里。表2-1地区变电所110kV母线短路数据系统运行方式短路容量Sd最大运行方式187MVA最小运行方式107MVA2）在本厂的总降压变电所110千伏侧进行计算，本厂的功率因数应大于0.9。2.3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。三、负荷计算及功率因数补偿计算3.1负荷计算3.1.1负荷计算的意义电力负荷是供电设计的依据参数。计算准确与否，对合理选择设备，安全可靠与经济运行，均起决定性作用。工厂生产的电力负荷计算，基本上采用负荷密度法和需要系数法。负荷计算的目的是为了掌握用典情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、变压器、开关等，负荷计算过小则依此选用的设备和载流部分有过热的危险，轻者使线路和配电设备的寿命降低，重者则影响供电系统的安全运行，为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全，经济允许的必要手段。3.1.2负荷计算的方法常用负荷计算的方法：需要系数法二项式系数法形状系数法。在此次选择的设计中，设备台数较多，各台设备容量相差不太悬殊，所以考虑采用需要系数法。需要系数法的主要步骤：将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。查出各组用电设备相应需要系数及对应的功率因数。用需要系数法求车间或全厂的计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数K。需要系数法的计算过程：先从用电端起逐级往电源方向计算，即：首先按需要系数法求得各车间低压侧有功及无功计算负荷，加上本车间变电所的变压器有功及无功功率损耗，即得车间变电所高压侧计算负荷；其次是将全厂各车间高压

则负荷相加同时加上厂区配电线路的功率损耗，再乘以同时系数。便得出工厂总降压变电所低压侧计算负荷；然后再考虑无功功率的影响和总降压变电所主变压器的功率损耗，其总和就是全厂计算负荷。需要系数法计算公式如表2：表3-1需要系数法计算公式计算负荷计算公式适用条件有功计算负荷（KW）P30 = "已知三相用电设备组或用电单位（工厂、车间）的设备容量及功率因数，求其计算负荷。无功计算负荷（Kvar）Q=P30tan中视在计算负荷（KVA）S=P/cos中计算电流（A）130=S30/志UN计算负荷计算公式适用条件总的有功计算负荷（KW）P30=K P30,i已求出各设备组或各单位的有功和无功计算负荷后，求总的计算负荷。总的无功计算负荷（Kvar）Q'=KZQ30 30,i总的视在计算负荷（KVA）S=1P2+Q230 /30 30计算电流（A）130=S30/志UNPE—设备组或单位的设备容量，不记备用设备容量。ue—设备额定电压。Kd—需要系数。KZpXKZq一有功和无功符荷同时系数。PZP30i\kz30.—设备组的有功和无功计算负荷。（1） 对反复短时工作制设备，其容量必须按规定的负荷持续率进行换算（2） 用电设备组、车间和工厂的需要系数参见有关表格。（3） 由设备组计算车间配电干线时，可取：K=0.80-0.90K=0.85〜0.953.1.3车间变电所负荷计算No.1车变所辖各车间的负荷计算1）制条车间已知：p=340kw)，K=0.8，cos中=0.8,tan^=0.75故： P30=KP=0.8x340=272(kw)Q30=P30-tan甲=272x0.75=204(kvar)S30=P30/cosp=340(kVA)纺纱车间已知：P=340(kw),七=0.8,cosp=0.8,tanp=0.75故：P0=KP=0.8x340=272(kw)Q30=P30-tanp=272x0.75=204(kvar)S30=P30/cosp=340(kVA)饮水站已知：P=86.1(kw),K=0.65,cosp=0.8,tanp=0.75故：P0=KP=0.65x86.1=55.97(kw)Q30=P30-tanp=55.97x0.75=41.97(kvar)S=P/cosp=70(kVA)锻工车间已知：P=36.9(kw),Kd=0.3,cosp=0.65,tanp=1.17故：P0=KP=0.3x36.9=11.07(kw)Q30=P30-tanp=11.07x0.75=12.95(kvar)S30=P30/cosp=17.0(kVA)机修车间已知：P=296.2(kw),K=0.3,cosp=0.5,tanp=1.73故：P0=KP=0.3x296.2=88.86(kw)Q30=P30-tanp=88.86x1.73=153.73(kvar)6）托儿所等已知：P=12.8(kw),K=0.6，cos^=0.6,tan^=1.33故： P^=KP=0.6x12.8=7.68(知)Q30=P30-tan中=7.68x1.33=10.21Jvar)S30=P30/cosp=12.8(kVA)7)仓库已知：P=37.98(kw),K=0.3，cos^=0.5,tan^=1.17故： P30=KP=0.3x37.98=11.39(知)Q30=P30-tan中=11.39x1.17=13.33(kvar)S30=P30/cosp=22.8(kVA)No.2车变所辖各车间的负荷计算织造车间已知：P=525(kw)，K=0.8，cos^=0.8，tan^=0.75故： P30=KP=0.8x525=420(kw)Q30=P30-tan中=420x0.75=315(kvar)S30=P30/co单=525(kVA)染整车间已知：P=490(kw)，K=0.8，cos^=0.8，tan^=0.75故： P30=KP=0.8x490=392(kw)Q30=P30-tan中=392x0.75=294(kvar)S30=P30/cosp=490(kVA)浴室理发室已知：P=1.88(kw)， K=0.8，cos^=1S=P/cosp=1.5(kVA)食堂已知：P=20.63(kw),K=0.75，cosp=0.8, tanp=0.75故：P0=KP=0.8x20.63=15.47(知)Q30=P30-tanp=15.47x0.75=11.60(kvar)S30=P30/cosp=19.3(kVA)独身宿舍已知：P=20(kw),K=0.8，cosp=1故： P30=KP=0.8x20=16(kw)S30=P30/cop=16(kVA)No.3车变所辖各车间的负荷计算锅炉房已知：P=151(kw)，K=0.75，cosp=0.8， tanp=0.75故： P30=KP=0.75x151=113.25(kw)Q30=P30-tanp=113.25x0.75=84.94(kvar)S30=P30/cosp=141.6(kVA)水泵房已知：P=118(kw)，K=0.75，cosp=0.8，tanp=0.75故： P30=KP=0.75x118=88.5(kw)Q30=P30-tanp=88.5x0.75=66.38(kvar)S30=P30/cosp=110.6(kVA)化验室已知：P=50(kw)，K=0.75，cosp=0.8，tanp=0.75Q30=P30-tan中=37.5x0.75=28.13^var)S30=P^/cos甲=46.9(kVA)卸油泵房已知：P=28(kw),Kd=0.75，cos^=0.8, tanp=0.75故： P30=KP=0.75x28=21(kw)Q=Pxtanp=15.8(Kvar)S30=P30/cosp=16.2(kVA)3.1.4全厂各车间负荷的计算表表3-2全厂各车间负荷表电压等级的确定序号车间或用电单位名称设备容量（KW）需求系数KxcosptanpPQS（KVA）No1变电所1制条车间3400.80.80.752722043402纺纱车间3400.80.80.752722043403软水站86.10.650.80.7555.9641.9769.964锻工车间36.90.30.651.1711.0712.9517.0315机修车间296.20.30.51.7388.86153.73177.726托儿所等12.80.60.61.337.6810.2112.87仓库37.980.30.51.1711.4013.3322.798小计1149.98718.97640.20980.30No2变电所1织造车间5250.80.80.754203155252染整车间4900.80.80.753922944903浴室理发室1.880.81-1.5041.504食堂20.630.750.80.7515.4711.6019.34独身宿200.8116165舍-6小计1057.51844.98620.601051.84No3变电所1锅炉房1510.750.80.75113.2584.94141.562水泵房1180.750.80.7588.566.38110.633化验室500.750.80.7537.528.1346.884卸油泵房280.750.80.752115.7526.255小计347260.25195.19325.313全厂合2554.491824.201455.992357.45计因为在一定的情况下是不可能发生所有的用电设备同时工作的情况，如果按照全部用电设备的用电负荷之和来计算全厂计算负荷的话，势必会造成，经济不运行和浪费等，情况，也就是我们常说的大马拉小车。取全部用电负荷之和的90%，这样在一定程度上就避免了大马拉小车情况的发生，提高了运行效率，符合了经济生产、生活的需要。P=K睥£P=0.9x1824.20=1641.78(kw)Q=K/Q=0.95x1455.99=1383.19(kvar)S=(P2+Q2=\：1641.782+1383.192=2146.78(kVA)3.2电压等级的确定电网电压等级的确定，是与供电方式、供电负荷、供电距离等因素有关的。有关资料提供了供电电压与输送容量的关系：当负荷为2000kw时，供电电压易选6kv，输送距离在3-10公里；当负荷为3000-5000kw时，供电电压易选10kv，输送距离在5-15公里；当负荷为2000-10000kw时，供电电压易选35kv，输送距离在20-50公里；当负荷为10000-50000kw时，供电电压易选110kv，输送距离在50-150公里；当负荷为50000-200000kw时，供电电压易选220kv，输送距离在150-300公里；当负荷为200000kw以上时，供电电压易选500kv，输送距离在300公里以上。但近年来，随着电气设备的进步及电力技术的发展，输送容量及距离有了很大进步。3.3本厂电压等级的确定供电电压大于等于35kV时，用户的一级配电电压宜采用10kV；当6kV用电设备的总容量较大，选用6kV经济合理时，宜采用6kV；低压配电电压宜采用220/380V。由于工厂从供电部门用110千伏双回架空线引入本厂，工厂的最大功率为2146.78KV并且要求工厂变电所距厂南侧10公里，考虑到工厂以后的发展规划，工厂负荷会逐年增长，故我选择负荷为3000KW-5000KW，供电电压为10KV，输送距离在5-15公里左右的输电线路3.4功率因数补偿计算3.4.1工厂的功率因数最大负荷时的功率因数就是负荷计算中按有功计算负荷P30和视在计算负荷s30计算而得的功率因数，即p30cos中=―30S30《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：100kV・A及以上高压供电用户功率因数为0.90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0.85以上。农业用电，功率因数为0.80凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可以拒绝供电。对已送电的用户，供电企业应督促和帮助用户采取措施，提高功率因数。对在规定期限内仍未采取措施达到上述要求的用户，供电企业可以终止或限制供电。”3.4.2功率因数补偿的计算方法供电单位在工厂进行初步设计时对功率因数都要提出一定的要求，它是根据工厂电源进线、电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的。根据《全国供用电规则》的规定，本设计要求用户的功率因数cosQ>0.9。供电单位对工厂功率因数这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，一般不能满足要求。因此，工厂便需要装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿。补偿容量可按下式确定：Q=P(tan①-tan①)=Aq.PC30 1 2 C30式中tan91——补偿前自然平均功率因数cos%对应的正切值；tan七——补偿后自然平均功率因数cos02对应的正切值；Aq 补偿率kvar/kw；p30——设计时求得的平均负荷，单位为kw；q 单个电容器的容量kvar；n——并联电容器的个数。3.4.3工厂功率因数补偿No.1车变所辖各车间的功率因数为：cos甲=乌=_2里=0.733S30 980.3No.2车变所辖各车间的功率因数为：cos甲=乌二844,98=0.8033S301051.85No.3车变所辖各车间的功率因数为：cos甲=&=26025=0.7738S30 325.31补偿前各变电所功率因数如3-3表所示:表3-3补偿前各变压器功率因数序号NO.1NO.2NO.3cos40.7330.80330.7738并联电容器采用我国生产的BW0.4-14-3W系列静电电容器，其单台静电电容器能够发出的无功功率少，qc=14kvar，容易组成所需的补偿容量，并且安装拆卸方便，对于放电电阻采用6只220V25W白炽灯泡星形连接，即可满足要求，但必须注意以下特点：1） 静电电容器的周围空气极限温度是-40°C—40°C，因此电容器室应有良好的通风，当周围空气温度达到35时，应将电容器从电网中切除；2） 电容器对电压较敏感，运行时要严格监视其电压；3） 电容器从电网上切除时，电容器上有残余电量，危及工作人员安全，必须加接放电电阻。经查表得Aqc,根据以上公式求得各变电所所需的电容器个数，列于3-4表：表3-4各变电所所需的电容器个数NO.1NO.2NO.3Aq0.710.380.33QC(kvar)510.4732177.3n37217补偿后各变电所的计算负荷如3-5表所示:表3-5补偿后各变电所的计算负荷序号计算负荷功率因数cos有功（kW）无功（kvar）视在（kVA）NO.1719.0129.73730.600.984NO.2845.0299.00896.340.943NO.3260.3117.90285.760.920但是这种电气计算负荷还必须认真地确定，因为它的准确程度直接影响整个工厂供电设计的质量。如计算过高，将增加供电设备的容量，浪费有色金属，增加投资。计算过低则可能使供电元件过热，加速其绝缘损坏，增大电能损耗，影响供电系统的正常运行。还会给工程扩兼带来很大的困难。更有甚者，由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂计算负荷为基础的国家电力系统的建设，将给国民经济带来很大的浪费和危害。例如：由于计算结果的偏大，我国不少工厂企业投产后的三-五年内，在已经达到其正常产量的条件下，变压器的负荷率仍不足50%，这就意味着变压器安装容量被积压了50%—60%以外，还使有色金属消耗量增加75%—100%，浪费了大量开关设备和电缆、导线，积压了物资和资金，而且使电力系统的建设和运行质量受到影响，给国民经济带来很大损失。四、变电所位置和形式的选择4.1站址选择4.1.1土建专业的配合问题一个设计良好的变电所，除了技术先进、设备良好、电气开关设备和构架布置整齐合理、控制操作维护方便外，配电建筑也要求美观大方、通风采光良好，给运行人员创造一个舒适的环境。变电所的土木建筑是供配电的一个重要组成部分，如何在保证安全配电距离的前提下，因地制宜，设计出外型新颖、美观大方的配电建筑，是必须与土建专业技术人同密切配合、精心设计、精心施工的，比如过去有的变电所为了变压器的防爆防火问题，没有与土建配合好，使得10KV高压配电间不能开门开窗，影响了高压室的通风采光，如果有10KV高压室外墙预埋好进线架或电缆沟把主变10KV侧的进线改为架空进行或电缆沟埋设，就可以把变压器布置在防火防爆的距离之外，这样布置即可以使得进线美观，一次设备排列整齐、视野开阔，又能使10KV高压配电可配置大玻璃和开设大门，妥善解决了通风和采光问题4.1.2变电所位置选择原则1） 接近负荷中心。2） 变电所后为大片开阔地，进出线间隔走廊相当开阔。3） 交通运输方便，工程量小。4） 有适宜的地质条件。5） 变电所的所址标高在50年一遇的高水位之上，否则应有防护设施。6） 具有生产和生活有水的可靠的水源。7） 确定所址时应考虑对邻近设施的影响。4.1.3变电所的形式的选择1） 车间内变电所：设于车间内部，不与车间外墙相连，适用于负荷大的多跨厂房，能深入负荷中心，但对防火要求较严。2） 车间内附式变电所：设于车间与车间共用外墙，能保持车间外观整齐，但占车间面积。3） 车间外附式变电所：附设在车间外，不占车间面积但占厂区面积。4） 车间外附式露天变电所：与车间外附式相似，但变压器装于室外，结构简单但使用维护条件较差。5） 独立式露天变电所：变压器和配电装置均装在室外，结构简单。6） 独立式变电所：它是独立式建筑物，一般用于供给分配的负荷及有爆炸和火灾危险场所。7） 杆上变电所：变压器设于室外杆塔上，用于小容量分散负荷，如工人村等。8） 配电所：一般为独立式建筑物，也可以附于负荷较大的厂房，有时还带有变电所。根据本厂情况变电所形式选用车间内附式变电所和外附式变电所混合使用。4.2车间变电所的位置的确定1） NO.1车变所：制条车间与纺纱车间之间的墙壁；2） NO.2车变所：织造车间和染整车间之间的墙壁；3） NO.3车变所：水泵房的外墙壁4.3车间变压器台数的确定化纤厂总降压变电所变压器的容量与于台数的选择在很大程度上取决于负荷的大小及对供电可靠性的要求，同时应考虑化纤厂发展规划等因素并于电气主结线的选择统筹安排，应力求变电所的电气主结线简单，运行方便，供电可靠，节约电能与减少投资。变压器台数多则供电可靠性高，但设备投资也大，运行费用也要增加。因此，在能满足可靠性要求时，变压器台数越少越好，对不重要负荷供电的变电所或能取得低压备用电源的一级负荷供电时，皆选用一台变压器。设计中由于化纤厂属于二级负荷，且各变电所总计算负荷均小于1200KVA，所以各变电所变压器都只选用一台就可以了。4.4车间变压器容量、型号的选择当选用一台变压器的时候，容量的选择应遵循下面的公式：S*2，30SNT一单台变压器容量S30一变电所总的计算负荷装一台主变压器，主变压器容量SNT应不小于总计算负荷S30,计算各车变无功补偿后的视在功率，通过计算出视在功率的值，选择变压器采用哪种型号、容量的变压器。取同时系数 K仰=0.9,KyQ=0.95NO.1车变：P=K仰x£P=647.1kW」 Q=K^qx£Q=123.24kvarS30=（P'）2+（Q‘）2=658.73kVAS=800KVA>S=658.73kVA选用的变压器型号为S9-800/10；NO.2车变：P=KyPx£P=760.5kWQ=K^qx£Q=284.05kvar， ,—； ；—S30=（P）2+（Q）2=811.8kVAS=1000KVA>S=811.8kVA选用的变压器型号为S9-1000/10；NO.3车变： P'=KyPx£P=234.2kW

」— Q=K^qx£Q=112.0kvarS30=(P')2+(Q‘)2=259.6kVAS*=315KVA>S30=259.6KVA根据以上选择条件选出各变压器，见4-1表：表4-1各变电所变压器序号变压器型号容量（KVA）联结组别阻抗电压/%空载电流/%空载损耗/KW短路损耗/KWNO.1S9—800/10800Y/Y-12 0 4.50.81.47.5NO.2S9—1000/101000Y/Y-12 0 4.50.71.710.3NO.3S9—315/10315Y/Y-1204.01.10.673.654.5车间变压器损耗的计算NO.1车间变压器功率损耗:APb… 1…=nAP+—APAPb… 1…=nAP+—AP2…ru(730.60)

=1.4+7.5 2=7.66KWAQ0I%10)0S，AQd堂S100AQb=nAQ01 (S)+—AQJndkS)e2 (730一60、=0.008x800+4.5/100x800x k800)2=36.42KVarNO.2车间变压器功率损耗:APb1=nAP+AP2=APb1=nAP+AP2=1.7+10.3(8963412=9.98KWAQ0箜S,AQ100d堂S100AQb=nAQ0+1AQd廿kSe=0.007x1000+4.5/100x1000x(896.34¥k1000)=43.15KVarNO.3车间变电所功率损耗:APb=nAPb=nAP0+1APdIT2八”c"(285.76)

=0.67+3.65 k315)2=3.67KWAQ02 2 (285一76\=0.011x315+4.0/100x315x 2=13.83KVarAA1 (S)△3淄°+nmJ甘Ie4.6车变无功功率补偿由于车间变压器的功率损耗，重新计算全厂的总负荷如下表:表4-2全厂总负荷项目计算负荷有功（kW）无功（kvar）视在（kVA）总计1845.51640.031912.7此时功率因数cos中=上=1845.51/1912.7=0.965>0.92S30故不再对无功功率进行补偿。五、主接线方案的设计5.1电气主接线的基本要求1） 根据用电负荷的要求，保证供电的可靠性；2） 电气主接线应具有一定的运行灵活性；3） 结线简单，运行方便；4） 结合工厂发展规划，留有扩建余地。设计中为了保证对本厂二级负荷可靠供电，总配电所采用两回路供电，装设两台主变压器的桥式接线，桥式接线提高了线路运行灵活性，增强了供电可靠性。5.2电气主接线的确定目前变电所常用的主接线形式有:1） 单母线接线2） 单母线分段接线3） 单母线带旁路母线接线4） 双母线接线5） 双母线分段接线6） 双母线带旁路母线接线7） 内桥接线8） 外桥接线9） 全桥接线我们在比较各种电气主接线的优劣时，主要考虑其安全可靠性、灵活性、经济性三个方面。首先，在比较主接线可靠性的时候，应从以下几个方面考虑：1） 断路器检修时，能否不影响供电；2） 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类用户的供电；3） 变电所全部停电的可能性；4） 大型机组突然停电时，对电力系统稳定性的影响与后果因素。其次，电气主接线应该能够适应各种运行状态，并且能够灵活地进行运行方式的切换。不仅正常时能安全可靠的供电，而且在电力系统故障或电气设备检修时，也能够适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地切换运行方式，使停电的时间最短，影响的范围为最小。再次，在设计变电所电气主接线时，电气主接线的优劣往往发生在可靠性与经济性之间，欲使电气主接线可靠、灵活，必然要选用高质量的电气设备和现代化的自动化装置，从而导致投资的增力口。因此，电气主接线在满足可靠性与灵活性的前提下做到经济合理就可以了。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，需要较好的供电可靠性。随着新技术、高质量电气产品的运用，主接线方式日趋可靠、安全、简化。变电所电气主接线形式应根据可靠性、灵活性、经济性及技术环境统一性来决定。参考《35〜110KV变电站设计规范》第3.2.3条：35〜110KV线路为两回及以下时，宜采用桥形线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形单母线或单母分段的接线形式，35〜63KV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线，110KV线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。第3.2.4条：在采用单母线、分段单母线或双母线的35〜110KV主接线中，当不允许停电检修断路器时，可以设置旁路设施。当有旁路母线时，首先宜采用分段断路器或母联断路器兼做旁路断路器的接线，35〜63KV线路为8回及以上时，可装设专用的旁路断路器，主变压器35〜110KV回路中的断路器，有条件时，亦可接入旁路母线，采用SF6断路器的主接线不宜设旁路设施。第3.2.5条：当变电所装有两台主变时，6〜10KV侧宜采用分段单母线。线路为12回及以上时亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。综合以上规程规定，结合本厂资料，工厂从供电部门用110千伏双回架空线

引入本厂，其中一个作为工作电源，一个作为备用电源，两个电源并列运行时为最大运行方式，一个电源运行时为最小运行方式。变电所距厂南侧10公里。所以在110kV一次侧选择全桥接线。故可对各电压等级侧主接线设计方案作以下处理：1)110kv一次侧：110kv侧是本站的进线段，它对本站的可靠性有很大影响。全桥接线简图如图5-1所示：图5-2单母线分段和双母线接线简图2)10kV图5-2单母线分段和双母线接线简图选择单母线分段接线和双母线接线如图5-2所示单母分段的适用范围：6〜10kv配电装置出线回路数为6回及以上时。35〜66kv配电装置出线回路数为6〜8回时。110kv〜220kV配电装置出线回路数为3〜4回时。双母接线的适用范围：当母线回路数或母线上电源较多、输送和穿越功率较大、母线故障后要求迅速恢复供电、母线或母线设备检修时不允许影响对用户的供电、系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用，各级电压采用的具体条件如下：6〜10kv配电装置，当短路电流较大、出线需要带电抗器时。35〜66kV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多、负荷较大时。110〜220kv配电装置出线回路数为5回及以上时，或当110kv〜220kv配电装置，在系统中后重要地位，出线回路数为4回及以上。故在10kV的二次侧采用双母线接线。主接线方案选择为全桥双母线接线。六、主变压器台数、容量、型号的选择6.1主变压器台数选择根据本厂实际情况的综合考虑，为保证供电可靠性，我们选择两台主变压器作为主配电所的变压器，这个变电所采用两台变压器，一台作为备用。6.2主变压器容量的选择在工厂供电电气设计中，如何合理确定配电变压器的容量，是十分重要的。对于经营者来说，既希望变压器的容量不要选得过大，以免增加初投资；又希望变压器的运行效率高，电能损耗小，以节约运行费用。这是一对矛盾的两个对立面。本文通过对变压器相对年有功电能损耗率随相对节能负荷率变化的函数关系从中找出主要矛盾及矛盾的主要方面，从而得出一种电能损耗既不高且又节省初投资的配电变压器容量的。主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年负荷发展。对于城郊变电所，主变电所容量应与城市规划相适合。根据负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量。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保证全部负荷的70%-80%。装设两台主变压器，每台变压器容量Sr舟应小于总的计算负荷的60%，最好为总计算的70%左右。%尸（0.6〜0.7）S30=（0.6〜0.7）x1912.7KVA=（1148〜1338）KVA由于市场上110kV/10kV变压器的最小容量为6300kVA，故主变1、主变2选用SFZ10—6300/110配电变压器。Snt>S30（,n）=6300kVA（/+）七、变电所进出线的选择7.1110kV高压供电线截面计算选择由于为了保证供电的可靠性，选用双回110kV线路供电。,1 1一一,P'=P=—x1845.51=923(kW)TOC\o"1-5"\h\z2 2…1一1- , 、Q'=—Q=—x640.03=320(kvar)2 211S'=—S=—x1912.7=956(kVA)22I= —=_956 =5.02(A)<3xU v'3x110采用LGJ型铝绞线架空铺设，连接110kV/10kV线路。根据任务书中给出的最大负荷利用小时数为6000小时，查表得架空线的经济电流密度，按经济电流密度选择导线经济截面，再按发热条件选择。根据计算后选择LGJ-35，该导线符合长期发热条件。7.2厂内10kV进线截面积计算选择NO.1车变10kV进线:P'=P+AP=719+7.66=726.66(kW)Q'=Q+AQ=129.73+36.42=166.15(kvar) b S'=(P')2+(Q')2=745.41(kVA)I=一=715.41=43.03(A)<3xU板3x10根据任务书中给出的最大负荷利用小时数为6000小时，查表得架空线的经济电流密度，按经济电流密度选择导线经济截面，再按发热条件选择。根据计算后选择LGJ-70，该导线符合长期发热条件。NO.2车变10kV进线：P'=P+APb=845+9.98=854.98(kW)Q'=Q+AQ=299+43.15=342.15(kvar) b S'=((P')2+(Q')2=920.90(kVA)I=一= 一=53.17(A)v3xUv3x10同NO.1车变导线选择LGJ-70ONO.3车变10kV进线：P'=P+AP=260.3+3.67=263.97(kW)Q'=Q+AQ=117.9+13.83=131.73(kvar) b S'=(P')2+(Q')2=295.01(kVA)I=工=竺1=17.03(A)<3xU<3x10根据任务书中给出的最大负荷利用小时数为6000小时，查表得架空线的经济电流密度，按经济电流密度选择导线经济截面，再按发热条件选择。根据计算后选择LGJ-35，该导线符合长期发热条件。八、短路电流计算8.1求各元件电抗表8-1地区变电所110kV母线短路数据系统运行方式短路容量Sd最大运行方式187MVA最小运行方式107MVA确定基准值取基准容量SB=100MVA，基准电压UB=U,U犯=110kV，U22=10kV则Id1=SB/V3Ud1=100/(73x110)=0.5249(kA)I=S/V3U=100/(0x10)=5.7735(kA)计算短路电路中各主要元件电抗标幺值电力系统电抗当S.=107MVA时，X.=S/S.=100/107=0.9346当S=187MVA时，X.=S/S=100/187=0.5348架空线路(XO=0.4Q/kr)X2*=10x0.4xU_=10*0.4*100/1102=0.033B(3)电力变压器(气%=7)X*=—xM=7/100*(100/6.3)=1.113 100SN绘制等效电路图如下图8-1系统短路等效电路图8.2k-1点110kV侧短路电流计算系统最大运行方式：总电抗标幺值为：X£ =X*1+X2*=0.5348+0.033=0.5678三相短路电流周期分量有效值Ik1)=3。"X£ =0.5249/0.5678=0.9244(kA)冲击电流取七=1.8得：冲击电流i.=2.55I(k1)(3)=2.357(kA)最大短路电流有效值I.=1.521(k以3)=1.405(kA)三相短路功率Skt=Sd/X£ =100MVA/0.5678=176.12(MVA)系统最小运行方式总电抗的标幺值：X'£ =X1*+X2*=0.9346+0.033=0.9676三相短路电流周期分量有效值I/俄1)(3)=七"X、£ =0.5249/0.9676=0.5425(kA)冲击电流取%叫=1.8得：冲击电流i.=2.55y1)(广1.383(kA)最大短路电流有效值I.=1.521(火1)(疽.825(kA)三相短路功率Sk=Sd/Xw =100MVA/0.9676=103.35(MVA)8.3k-2点10kV侧短路电流计算1.系统最大运行方式总电抗标幺值：X尸=X*+X*+X*=0.5348+0.033+1.11=1.6778*2(K-2) 1 2 3三相短路电流周期分量有效值I-23=IJX2 =5.7735/1.6778=3.44(kA)冲击电流取K.=1.8得：冲击电流i.=2.551俄2)(3)=8.7748(kA)最大短路电流有效值I.=1.521(k1)(3)=5.23(kA)三相短路功率Sk=Sd/X2 =100MVA/1.6778=59.6(MVA)1.系统最小运行方式总电抗标幺值：X尸=X*+X*+X*=0.9344+0.033+1.11=2.077*2(K-2) 1 2 3三相短路电流周期分量有效值I俄2)⑶=IJX2 =5.7735/2.077=2.780(kA)冲击电流取%叫=1.8得：冲击电流i.=2.551(-割3)=7.088(kA)最大短路电流有效值I.=1.521(k项3)=4.225(kA)三相短路功率Sk=Sd/X2 =100MVA/2.077=48.1(MVA)8.4三相短路计算结果三相短路计算结果如下表所示:表8-2高压侧三相短路计算结果次暂态电流(kA)冲击电流(kA)最大冲击电流有效值(kA)最大短路功率(MVA)最大运行方式0.92442.3571.405176.2最小运行方式0.54251.3830.825103.4表8-3低压侧三相短路计算结果次暂态电流(kA)冲击电流(kA)最大冲击电流有效值(kA)最大短路功率(MVA)最大运行方式3.448.7755.23059.6最小运行方式2.787.0884.22548.1九、防雷9.1防雷设备防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击(雷闪)的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备