某铸造厂总降压变电所的电气设计

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1、-* *铸造厂总降压变电所的电气设计铸造厂总降压变电所的电气设计前言前言电力业对我国社会主义建设工农业生产和人民生活影响很大， 因此，提高电力系统的可靠性，保证安全供电是从事电力设计的重要任务。变电站是电力系统不可或缺的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务。变电站不仅是实现自动化的重要基础之一，也是满足现代化供电的实时、可靠、安全、经济运行管理的需要，更是电力系统自动化 EMS 和 DMS 的基础。本课程设计根据老师所给原始资料，对资料进行分析，完成*铸造厂总降压变电所的电气设计，主要包括（1）对设计对象、设计原则、设计任务等作简要论述（

2、2）外部供电方案设计（3）总降压变电站设计1、选择最佳方案2、绘制有关图纸3、短路电流计算4、主要电气设备选择与校验5、工厂总降压变电所主变压器保护6、工厂总降压变电所 10KV 馈线保护（4）厂区 10KV 配电系统设计（5）车间变电所设计.z.-目目录录第一章概述.1第一节 设计对象简介 .1第二节 原始资料介绍 .1第三节 设计原则 .4第四节 设计任务 .4第二章外部供电方案设计.5第一节 供电方案的主要内容.5第二节 供电方案的基本原则.6第三节 铸造厂供用电情况分析.6第四节 供电方案的选择 .6第五节 方案三的经济计算 .7第六节 变压器的选择 .8第三章总降压变电站设计.8第一

3、节 主接线的设计 .8第二节 工厂负荷计算及无功补偿.12第三节 短路电流计算 .163.3.1基本概念.163.3.2确定短路点.163.3.3短路电流计算.16最大运行方式.16最小运行方式.19第四节 主要电气设备选择与校验.223.4.1概述.223.4.2断路器的选择与校验.233.4.3隔离开关的选择与校验.243.4.4负荷开关的选择与校验.253.4.5熔断器的选择与校验.263.4.6电压互感器的选择与校验.263.4.7电流互感器的选择与校验.273.4.8低压一次设备的选择与校验.27第五节 工厂总降压变电所主变压器保护.29第六节 工厂总降压变电所 10KV 馈线保护.

4、31第四章厂区 10KV 配电系统设计 .34第五章 车间变电所设计.35结束语 .37主要参考文献.38.z.-第一章第一章概述概述第一节第一节设计对象简介设计对象简介变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成 。其中 ，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电

5、所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装 23 台主变压器；330 千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入 5 10 年的预期负荷选择。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求 。变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。第二节第二节原始资料介绍原始资料介绍1 1 、厂区平面布置示意如图、厂区平面布置示意如图 1 1 所示所示.z.-图 1 *铸造厂厂区平面布置图2 2、全厂用电设备情况、全厂用电设备情况全厂负荷统计资料如表 1 所示。表1工厂负荷

6、统计资料负荷类序号车间名称型1空压车间（KW）1765Kd0.5设备容量需要系数功率因数cos0.75tan0.882模具车间12990.350.71.023熔制车间14900.60.720.964磨抛车间11200.40.80.755封接车间8000.320.720.966配料车间6620.40.760.86.z.-7锅炉房其他负荷4680.80.780.88其他负荷4560.530.80.759同期系数5610.450.750.8810K=0.9（2）负荷对供电质量要求16 车间为长期连续负荷，要求不间断供电。停电时间超过 2 分钟将造成产品报废，停电时间超过半小时，主要设备将受到损坏，故

7、这 6 个车间定为级负荷。该厂为三班工作制，全年时数为 8760 小时，最大负荷利用小时数为 5600小时。3 3、外部电源情况、外部电源情况电力系统与该厂连接如图 2 所示。图 2电力系统与*铸造厂连接示意图.z.-(1)工作电源距该厂 5km 有一座 A 变电站，其主要技术参数如下：主变容量为 231.5MVA；型号为 SFSLZ131500kVA110kV 三相三绕组变压器；短路电压比110KV/35KV 为uk%=10.5；110KV/10KV 为uk%=17%。110kV母线三相短路容量：1918MVA；供电电压等级：可选用 35kV 或 10kV 电压供电；最大运行方式：按 A 变

8、电站两台变压器并列运行考虑；最小运行方式：按 A 变电站两台变压器分列运行考虑；（2）备用电源拟由 B 变电站提供一回 10kV 架空线作为备电源。系统要求仅在工作电源停止供电时，才允许使用备用电源供电。（3）功率因数要求供电部门对该厂功率因数要求为：用 35kV 供电时，全厂总功率因数不低于 0.90;用 10kV 供电时，全厂总功率因数不低于 0.95。（4）电价实行两部电价：基本电价：工厂总降压变电所变压器总容量10 元kVA月；电能电价：可按所在地的工业电价计算。（5）线路功率损耗在发电厂引起的附加投资按 1000 元kW 计算。第三节第三节设计原则设计原则按照国家标准 GB50052

9、-95 供配电系统设计规*、GB50053-94 10kv 及.z.-以下设计规*、GB50054-95 低压配电设计规*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， 技术先进和经济合理，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、

10、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。第四节第四节设计任务设计任务（1）对设计对象、原始资料（电网状况、负荷等级、负荷统计资料、地质、气候条件等）设计原则及设计任务作简要论述（2）外部供电方案设计根据供电部门提供的资料，选择该厂适当的供电方案.z.-（3）总降压变电站设计1、 根据对原始资料的计算结果， 选择不同主线接线形式和主变形式及容量，组成 23 个不同方案，进行技术、经济方面的比较，选择最

11、佳方案。2、 绘制有关图纸， 对所选方案绘出变电所主接线草图及变电所平面布置草图。3、 短路电流计算， 根据电气设备选择校验和继电保护需要确定主接线上的短路计算点， 分别按系统最大运行方式和最小运行方式计算各短路点三相短路电流值。4、主要电气设备选择与校验，主要有断路器、隔离开关、负荷开关、熔断器、电压和电流互感器、导线、母线等电气设备的选择与校验。5、工厂总降压变电所主变压器保护，保护方式的选择、整定值的计算及灵敏度校验。6、工厂总降压变电所 10KV 馈线保护，保护方式的选择和整定值计算。（4）厂区 10KV 配电系统设计只要求对厂区 10KV 配电系统设计原则给予扼要的论述，对厂区线路进

12、行初步设计。（5）车间变电所设计只要求对车间变电所设计原则给予扼要的论述。第二章第二章外部供电方案设计外部供电方案设计第一节第一节供电方案的主要内容供电方案的主要内容工厂的供电方案主要依据工厂的用电要求、用电性质、现场调查的信息以及电网结构和运行情况来确定。其主要内容包括供电电源位置、出线方式、供电线.z.-路敷设、供电回路数、走径、跨越、工厂进线方式、工厂受（送）电装置容量、主接线、继电保护方式、电能计量方式、运行方式、调度通信等内容。第二节第二节供电方案的基本原则供电方案的基本原则（1）应能满足供用电安全、可靠、经济、运行灵活、管理方便的要求，并留有发展余度。（2）符合电网建设、改造和发展

13、规划的要求；满足工厂近期、远期对电力的需求，具有最佳的综合经济效益。（3）具有满足工厂需求的供电可靠性及合格的电能质量。（4）符合相关国家标准、电力行业技术标准和规程，以及技术装备先进要求，并应对多种供电方案进行技术经济比较，确定最佳方案。第三节第三节铸造厂供用电情况分析铸造厂供用电情况分析高压供电系统的设计要以安全、 可靠运行为原则，同时兼顾运行的经济性和灵活性。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。本变电所原始资料有两路电源可供选择。并且该厂 16 车间为长期连续负荷，要求不间断供电。停电时间超过 2 分钟将造成产品报废，停电时间超过半

14、小时，主要设备将受到损坏，故这 6 个车间定为级负荷。由于一级负荷属重要负荷，如果中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两路电源供电， 当其中一路电源发生故障时， 另一路电源应不致同时受到损坏。本厂为三本工作制，全年工作小时数为8760 小时，最大负荷利用小时数为5600小时。.z.-第四节第四节供电方案的选择供电方案的选择该厂供电电源可由 35KV 高压线和 10KV 高压线提供，可作出三种供电电源设计方案：1.工作电源与备用电源均来自 A 变电站 35KV 母线；2.工作电源与备用电源均来自 A 变电站或 B 变电站 10KV 母线；3.工作电源来自 A 变电站 35KV 母线，备用电源来

15、自 B 变电站 10KV 母线。因供电系统的基本要求是安全、可靠、经济、优质。所以在设计过程要对三种方案综合考虑，在安全可靠的基础上选择最经济的方案。由所给资料知，该厂工作电源由 A 变电站提供，备用电源由 B 变电站 10KV 架空线提供，故选择方案3 供电， 即工作电源来自 A 变电站 35KV 母线， 备用电源来自 B 变电站 10KV 母线。第五节第五节 方案三的经济计算方案三的经济计算表 2方案三的基建费用设备名称电力变压器线路投资高压断路器电压互感器附加投资合计型号规格SJL1-5000/35LGJ-35+LGJ_120SW2-25/1000JDJJ-35+FZ-35单价(万元)7

16、.001.00+1.032.060.921000 元/kw表 3方案三的年运行费用项目计算标准.z.数量15+711130.45综合投资7.0014.452.060.9213.04537.4753rI2L0.001 Pb金额（万元）-线路折旧费线路维护费变电设备维护费变电设备折旧费按照线路投资的 4%计算按照线路折旧标准计算按照综合投资的 6%计算按照综合投资的 6%计算0.580.580.60.6Fx 380.90.8555600线路电能损耗2.3420.0510-7Fb 6.98760+45变压器电能损耗(4985/5000)256000.05*10-71.55基本电价费用合计500012

17、410-424.0030.25第六节第六节变压器的选择变压器的选择由于该厂的负荷有一级负荷，对电源的供电可靠性要求高，应采用两台变压器， 以便当一台变压器发生故障后检修时， 另一台变压器能对一级负荷继续供电，故选两台变压器。变电所主变压器容量的选择：装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST 应同时满足以下两个条件： 任一台单独运行时，SN.T（0.60.7）S30 任一台单独运行时，SN.TS30(+)由所给资料计算得 S30=4889.81KVA， S30(+)=3885.57kVA， 所以 SN.T（0.6-0.7）4999.81KVA=（2933.893244.87）kVA且SN.

18、TS30(+)=3885.57kVA，因此，选定容量为 5000KVA 的变压器二台。.z.-第三章第三章总降压变电站设计总降压变电站设计第一节第一节主接线的设计主接线的设计（1）主接线基本要求安全符合有关国家标准和技术规*的要求，能充分保证人身和设备的安全可靠应满足电力负荷特别是期中一二级负荷对供电系统的可靠性的要求。灵活应能适应必要的各种运行方式， 便于切换操作和检修，且适应符合的发展。经济在满足上述要求的前提下，应尽量是主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量（2）变电站主接线的选择原则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

19、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接线。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。（3）变电站主接线方案的拟定方案一：一次侧采用内桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图，如下图 3图 3一次侧采用内桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图这种主接线，其一次侧的高压断路器 QF10 跨接在两路电源进线之间，犹如一架桥梁，而且处在线路断路器 QF11 和 QF12 的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式接线。这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适

20、用一、二级负荷.z.-的工厂。 这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变压器器不需要经常切换的总降压变电所。方案二： 一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图，如下图 4图 4一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图这种主接线，其一次侧的高压断路器 QF10 也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器 QF11 和 QF12 的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式接线。这种主接线的运行灵活性也较好，供电可靠性也较高，适用于一、二级负荷的工厂。这种外侨式接线适用于电源线路较短而变电所昼夜负荷变动较大、 适于经济运行需经

21、常切换变压器的总降压变电所。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，如下图图 5一二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图这种主接线兼有前两种桥式接线运行灵活性的有点， 但采用的高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。（4）主接线技术经济比较：表 4主接线技术经济比较比较方案一次侧内桥式一次侧外桥式一二次侧均用单母线分段技术供电安全性供电可靠性供电质量灵活方便性满足要求较高满足要求较好满足要求较高满足要求较好满足要求高满足要求好.z.-指标经济指标扩建适应性较高较高高电力变压器的综合投资高压开关柜的综合投资年运行费供电贴费一样一样一样一般

22、少一点多一般一般三种方案基本相同较多通过表 2 的比较得出：在技术指标方面，三种方案均能满足要求；在经济指标方面，方案三的初期投入较方案一、二的多。而方案一更适用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、 并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所； 方案二更适合用于电源线路较短而变电所昼夜负荷变动较大、适于经济运行需经常切换变压器的总降压变电所。本次设计电源距离变电所 5KM 或者 7KM，且本工厂采用三班工作制，昼夜负荷变动较小，切不需要经常切换变压器。所以综合技术经济指标，最终选择方案一，即一次侧采用内桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图。第二节第二节工厂负荷计

23、算及无功补偿工厂负荷计算及无功补偿一工厂负荷计算供电系统要能安全可靠的正常运行， 各个元件都必须选择得当，除了满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统各个环节的电力负荷进行统计计算。通过负荷的统计计算求出的、 用来按发热条件选择供电系统中各个元件的负.z.-荷值，称为计算负荷。我国目前普遍采用的确定用电设备计算负荷的方法，有需求系数法和二项式法。需要系数法是国际上普遍采用确定计算负荷的基本方法，最为简便。 二项式法的局限性比较大，但是确定设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，较之需要系数法合理，切计算比较简便。计算负荷的计算：先求各车间的计

24、算负荷空压车间设备总容量Pe1765kW，Kd 0.5，cos 0.75，tan 0.88，故P30(1)KdPe 0.51765kW 882.5kWP30(1)tan882.5kW 0.88 776.6k var，Q30(1)模具车间设备总容量Pe1299kW，Kd 0.35，cos 0.7，tan1.02，故P30(2)K P0.351299kW 454.65kWdeQ30(2)P30(2)tan 454.65kW 1.02 463.74k var熔制车间设备总容量Pe1490kW，Kd 0.6，cos 0.72，tan 0.96，故P30(3)K P0.61490kW 894kWdeQ3

25、0(3)P30(3)tan894kW 0.96 858.24k var磨抛车间设备总容量Pe1120kW，Kd 0.4，cos 0.8，tan 0.75，故P30(4)K P0.41120kW 448kWdeQ30(4)P30(4)tan 448kW 0.75 336k var封接车间设备总容量Pe800kW，Kd 0.32，cos 0.72，tan 0.96,故P30(5)K P0.32800kW 256kWdeQ30(5)P30(5)tan 256kW 0.96 245.76k var.z.-配料车间设备总容量Pe 662kW，Kd 0.4，cos 0.76，tan 0.86，故P30(6

26、)K P0.4662kW 264.8kW，deQ30(6)P30(6)tan 264.8kW 0.86 227.73k var锅楼房设备总容量Pe 468kW，Kd 0.8，cos 0.78，tan 0.8，故P30(7)K P0.8468kW 374.4kWdeQ30(7)P30(7)tan374.4kW 0.8 299.52k var其他负荷 设备总容量Pe 456kW，Kd 0.53，cos 0.8，tan 0.75,故P30(8)K P0.53456kW 241.68kWdeQ30(8)P30(8)tan 241.68kW 0.75 181.26k var其他负荷设备总容量Pe561k

27、W，Kd 0.45，cos 0.75，tan 0.88,故P30(9)K P0.45561kW 252.45kWdeQ30(9)P30(9)tan 252.45kW 0.88 222.16k var同时系数K 0.9，因此总的计算负荷为一级负荷总的计算负荷为各个车间的计算负荷、总的计算负荷及一级负荷总的计算负荷如下表所示。表 5计算负荷汇总表车间名称负荷类型计算负荷车间名称负荷类型计算负荷序号P30Q30kvS序30号P30Q30S30kWarkV AkW374.4kvarkV A1空压882.5776.61175.557锅炉299.52479.47.z.-车间房2模具车间熔制车间磨抛车间封接

28、车间454.65463.74649.438其他负荷其他负荷同时系数总计241.68181.26302.13894858.241239.289252.45222.16336.2844483365600.95256245.76354.87算负荷一级3653.533249.914889.816配料车间负荷264.8227.73349.26总计算负荷2871.862617.263885.57二、功率补偿工厂中由于有大量的感应电动机、 电焊机、 电弧炉及气体放电灯等感性负载，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高自然功率因数的情况下，尚达不到规定的功率因数

29、要求，则需要增设无功功率补偿装置。这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约电能又提高电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。按规定，用35kV 供电时，全厂总功率因数不低于0.90，用10kV 供电时，全厂总功率因数不低于 0.95。该铸造厂装设两台主变压器，经过计算可知低压侧有.z.-功计算负荷为 4760Kw，无功计算负荷为 1448kvar.视在功率 4985kw.高压侧有功计算负荷4522KVA。 无功计算负荷为1405KVAR,视在计算负荷为4735.24KVA。 35KV的功率因数为 0.93，10KV 线路的功率因数为 0.95

30、均满足供电要求。因此无需再次进行无功功率补偿。第三节第三节短路电流计算短路电流计算（1）基本概念短路是指不同电位的导体之间电气短接，这是电力系统中最常见的一种故障，也是电力系统中最严重的一种故障。短路的形式有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。 短路按短路电路的对称性来分可分为对称性短路和非对称性短路，三相短路属于对称性短路，其他形式的短路均为非对称性短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但是一般情况下，三相短路的短路电流最大，因此造成的危害也最为严重。为了使电力系统的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作， 因此作为选择和校验电气设备用的短路计算

31、中，以三相短路计算为主。短路电流的计算，常用的有欧姆法和标幺值法， （本次设计采用欧姆法） 。（2）确定短路点为了选择电气设备，整定继电保护，需要计算总降压变电所 35KV 侧、380v母线的短路电流。（3）短路电流计算1、最大运行方式计算电路图图 6 最大运行方式的短路计算电路图.z.-求 K1 点的三相短路电流（Uc1=37KV）电力系统的电抗:X1UC1=2(37kV)器的2Sd1918MVA=0.71电2三线圈变2压抗(uk%=10.5)：%X2X3=UKUC1=100SN10.5(37KV)=4.56 10031500KVA架空线路的电抗(X0 0.35Km)：X4=X0l=0.35

32、 Km5Km=1.75绘制 K1 点短路的等效电路，如下图所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值K1（分母），并计算其总电抗为XX1X2/X3X4=0.71+2.28+1.75=4.74图 7最大运行方式的 K1 点短路等效电路图三相短路电流IK1（3）U3XC1K1=37kV=4.51 kA34.74(3)三相短路次暂态电流和稳态电流IIIK1 4.51kA(3)(3)三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值三相短路容量SK13UC1IK1337kV4.51kA 289.03MVA求 K2 点的三相短路电流(UC210.5kV)电力系统的电抗:XUS12C2d(3)(3)(10.5k

33、V)=1918MVA2=0.057抗(三线圈变压器的电uk2%=10.5)：X架2X空3=UK%10010.5UC2=SN1002(10 .5 kV)31500k VA抗(=0.37)：线路的电X0 0.35Km.z.-X4=两10.5kV=0.14UC2=0.35 Km5Km()Xl(37kVUC1202线圈变压器电抗（uk2%=7）X5X6=UK%1007UC2=SN1002(10 .5 kV)5 000k VA=1.54绘制 K2 点短路的等效电路，如下图所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值（分母），并计算其总电抗为XK2X1X2/X3X4X5/X6=0.057+0.185+0.1

34、4+0.77图 8最大运行方式的 K2 点短路等效电路图=1.152三相短路电流IK2（3）U3XC2K2=10.5kV=5.27kA31.152(3)三相短路次暂态电流和稳态电流IIIK2 5.27kA(3)(3)三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值三相短路容量SK23UC2IK2310.5kV5.27kA95.84MVA2、最小运行方式计算电路图图 9 最小运行方式的短路计算电路图求 K1 点的三相短路电流（Uc1=37KV）电力系统的电抗:xUS12C1d(3)(3)(37kV)=21918MVA=0.712三线圈变压器的电抗 (uk%=10.5)：x2=UK%UC1=100SN

35、10.5(37KV)=4.5610031500KVA2.z.-架空线路的电抗(x0 0.35Km)：x3=x0l=0.35 Km5Km=1.75绘制 K1 点短路的等效电路，如下图所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗值 （分母） ， 并计算其总电抗为xK1x1x2x3=0.71+4.56+1.75=7.02图 10最小运行方式的 K1 点短路等效电路图三相短路电流IK1（3）U3xC1K1=37kV=3.05 kA37.02(3)三相短路次暂态电流和稳态电流IIIK13.05kA(3)(3)三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值三相短路容量SK13UC1IK1337kV3.05kA1

36、95.46MVA求 K2 点的三相短路电流(UC210.5kV)电力系统的电抗:x1UC2=2(3)(3)(10.5kV)1918MVA2S=0.057电抗(2d三线圈变压器的uk%=10.5)：x2=UK%10010.5UC2=SN1002(10 .5 kV)31500k VA电抗(2=0.37 架空线2路的x0 0.35Km)：x3=x0l(UC2)=0.35 Km5Km(UC110.5kV)37kV电=0.14两线圈变压器抗（2uk%=7）xx45=UK%1007UC2=SN1002(10 .5 kV)5 000k VA=1.54绘制 K2 点短路的等效电路，如下图所示，图上标出各元件的

37、序号（分子）和电抗值（分母），并计算其总电抗为.z.-xK2x1x2x3x4/x5=0.057+0.37+0.14+0.77=1.34图 11最小运行方式的 K2 点短路等效电路图三相短路电流IK2（3）U3xC2K2=10.5kV=4.53kA31.34(3)三相短路次暂态电流和稳态电流IIIK2 4.53kA(3)(3)三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值三相短路容量SK23UC2IK2310.5kV4.53kA82.38MVA表 6短路计算结果汇总表三相短路电流/kA三相 短路容量/MVA(3)(3)运行方短路计式算点I(3)KI(3)I(3)i(3)shI(3)shS(3)K最

38、大运K1行方式K24.515.273.054.534.515.273.054.534.515.273.054.5315.509.707.788.346.815.744.614.94289.0395.84195.4682.38最小运K1行方式K2第四节第四节主要电气设备选择与校验主要电气设备选择与校验（一）（一） 、概述、概述变配电所中承担输送和分配电能任务的电路， 称为一次电路， 或称为主电路、主接线（主结线） 。一次电路中所有电气设备成为一次设备或一次元件。一次设备按其功能来分，可分为以下几类：1、变换设备其功能是按照电力系统运行的要求改变电压或电流、频率等。例如电力变压器、电压互感器、电流

39、互感器、变频器等。.z.-2、控制设备其功能是按照电力系统运行的要求来控制一次电路的通、断，例如各种高低压侧开关。3、保护设备其功能是用来对电力系统进行过电流和过电压的保护，例如熔断器和避雷器。4、 补偿设备其功能是用来补偿电力系统的无功功率，提高系统的功率因数，例如并联电容器。5、成套设备它是按照一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及控制、指示、 监测和保护一次设备的二次设备组合为一体的电气设备， 例如高压开关柜、低压配电屏和照明配电箱等。正确的选择电气设备是使电气主接线和配电装置达到安全经济运行的重要条件。表 7高压一次设备的选择和校验项目和条件电气设备名称电压/kV电流/A断流能力/k

40、A 或MVA短路电流校验动稳定度高压断路器高压隔离开关高压负荷开关高压熔热稳定度.z.-断器电压互感器电流互感器选择校验的条件设备的额定电压应不小于装置地点的设备的额定电流应不小于通过设备的设备的最大开断能力（或功率）应不小于它可能开断的最大电流（或功率）按三相短路冲击电流校验按三相短路稳态电流和短路发热假想时间校验额定电压计算电流注：表中“”表示必须校验， “”表示不要校验。（二）（二） 、断路器的选择与校验、断路器的选择与校验高压断路器（文字符号为 QF）的功能是：不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。一 般 35KV 及

41、以 下 的 户 内 配 电 装 置 中 都 采 用 少 有 断 路 器 。 因 为I30S3U30N4889.81kVA80.76A,根据我国生产的高压户内少油断路器型335kV式，初步选用 SN10-35 型。又根据线路计算电流，试选 SN10-35型断路器来进行校验，如下表 5 所示，校验结果，所选 SN10-35型是合格的。表 8高压断路器的选择校验表序号装设地点电气条件SN10-35/1000-1000 型断路器.z.-项目12345数据35kV80.76A4.51kA15.50kA项目数据35kV1000A16kA40kA2结论合格合格合格合格合格UNUNIIi30(3)KIIINo

42、c(3)shmax(3)4.5121.5 30.51Itima24 102416Itt2（三）（三） 、隔离开关的选择与校验、隔离开关的选择与校验高压隔离开关（文字符号 QS）的功能主要是隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修。因此其结构特点是断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，能充分保障人身和设备的安全。但是隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。然而可用来隔离一定的小电流，如励磁电流不超过 2A 的空载变压器，电容电流不超过 5A 的空载线路及高压互感器和避雷电路等。高压隔离开关按安装地点不同，可分为户内及户外两大类。根据我国生产的高压户

43、内隔离开关型式，初步选用 GN5-35G/600-72 户内型隔离开关来进行校验，如下表 6 所示，校验结果，所选 GN5-35G/600-72 户内型隔离开关是合格的。表 9高压隔离开关的选择校验表序号装设地点电气条件项目数据GN5-35G/600-72 户内型隔离开关项目数据结论.z.-1234UN35kV80.76A15.50kAUN35kV600A72kA合格合格合格合格Ii30IIN(3)shmax(3)Itima24.511.530.512It2t164 10242（四）（四） 、负荷开关的选择与校验、负荷开关的选择与校验高压负荷开关（文字符号 QL）是一种功能介于高压断路器和高压

44、隔离开关之间的电器，高压负荷开关常与高压熔断器串联配合使用； 用于控制电力变压器。 高压负荷开关具有简单的灭弧装置，因为能通断一定的负荷电流和过负荷电流。 但是它不能断开短路电流， 所以它一般与高压熔断器串联使用，借助熔断器来进行短路保护。根据我国生产的高压户内负荷开关型式， 初步选用FN21-35/630-20 户内型负荷开关来进行校验，如下表 7 所示，校验结果，所选FN21-35/630-20 户内型负荷开关是合格的。表 10高压断路器的选择校验表序号装设地点电气条件项目12345数据35kV80.76A4.51kA15.50kAFN21-35/630-20 户内型负荷开关项目数据35k

45、V630A20kA50kA2结论合格合格合格合格合格UNUNIIi30(3)KIIINoc(3)shmax(3)Itima24.511.530.5124 160020Itt2.z.-（五）（五） 、熔断器的选择与校验、熔断器的选择与校验熔断器（文字符号为 FU）是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害；按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器如屋外跌落式、 屋内式，对于一些专用设备的高压熔断器应选专用系列；我们常说的保险丝就是熔断器类。根据我国生产的高压户内熔断器型式， 初步选用 RN1-35G/1000-2000 型熔断器来进行校验，如下表 8 所示，校验结果，所选 RN

46、1-35G/1000-2000 型熔断器是合格的。表 11高压熔断器的选择校验表序号装设地点电气条件项目123数据35kV80.76A4.51kARN1-35G/1000-2000 型熔断器项目数据35kV1000A20kA结论合格合格合格UNUNII30(3)KIINoc（六）（六） 、电压互感器的选择与校验、电压互感器的选择与校验电压互感器相当于降压变压器， 其特点是一次绕组匝数多，二次绕组匝数较少，工作时一次绕组并联在一次电路中，而二次绕组则并联仪表、继电器的电压线圈。根据我国生产的电压互感器型式， 初步选用 JDJJ-35 型单相油浸式电压互感器来进行校验，如下表 9 所示校验结果，故

47、所选 JDJJ-35 型单相油浸式电压互感器满足要求。表 12电压互感器的选择校验表序号装设地点电气条件JDJJ-35 型单相油浸式电压互感器.z.-项目1数据35kV项目数据35kV结论合格UNUN（七）（七） 、电流互感器的选择与校验、电流互感器的选择与校验电流互感器原理是依据电磁感应原理的。 电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。根据我国生产的电

48、流互感器型式，初步选用 LMCQ-35 型电流互感器来进行校验，如下表 10 所示校验结果，故所选 LMCQ-35 型电流互感器满足要求。表 13电流互感器的选择校验表序号装设地点电气条件项目1234数据35kV80.76A15.50kA项目LMCQ-35 型电流互感器数据35kV200A40kA2结论合格合格合格合格UNUNIi30IIN(3)shmax(3)Itima24.511.530.5124 102416Itt2（八）（八） 、低压一次设备的选择与校验、低压一次设备的选择与校验低压一次设备。是指供电系统中 1000V（或略高）及以下的电气设备。低压一次设备的选择与高压一次设备的选择一

49、样， 必须满足在正常条件下和短路故障.z.-条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。表 14低压一次设备的选择和校验项目和条件电气设备名称低压断路器低压隔离开关电压互感器电流互感器选择校验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注：表中“”表示必须校验， “”表示一般可不校验， “”表示不要校验。电压/kV电流/A断流能力/kA短路电流校验动稳定度热稳定度设备的最大开断能力（或功率）应不小于它可能开断的最大电流 （或功率）按三相短路冲击电流校验按三相短路稳态电流和短路发热假想时间校验表 15低压一次设备的选择和校验装设

50、地点电气条件断路器隔离开关电流互感器电压互感器.z.-DZ10-600LNH3-400380V400A32kA2000合格LAT-300380V300A52kA1024合格JDJ-0.38380V600A20kA1600合格UN380V285A15.45kA50.88结论380V600A52kA1632合格II30(3)K2(3)Itima第五节第五节工厂总降压变电所主变压器保护工厂总降压变电所主变压器保护根据规定，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，应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护； 在有可能过负荷时应装设过负荷保护。如果单台运行的变压器容量在 10000k

51、VA 及以上或者并列运行的变压器每台容量在 6300kVA 及以上时， 则应装设纵联差动保护来取代电流速断保护。 本课程设计所选主变压器容量为 5000kVA，故应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护。1、轻、重瓦斯保护瓦斯保护又称气体继电保护， 是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的相当灵敏的保护装置， 按照规定， 800KVA及以上的油浸式电力变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。气体保护装置主要由气体继电器构成。 当变压器油箱内出现故障时，电弧高温使变压器内的油分解为大量的油气体，气体保护就是利用这种气体实现保护的装置。.z.-瓦斯保护的主要原件是瓦斯继

52、电器，它装设在油箱和油枕之间的连通管中。为了使油箱内产生的气体能够顺畅地通过瓦斯继电器排往油枕， 变压器安装应取1%1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有 2%4%的倾斜度。2.电流速断保护变压器电流速度按保护的接线、 工作原理与线路电流速断保护相同。它是一种不带时限的过电流保护，实际中电流速断保护常与过电流保护配合使用。当线路发生短路，流经继电器的电流大于电流速断的动作电流时，电流继电器动作，其常开触点闭合，接通信号继电器和中间继电器，动作发讯和使用断路器跳闸。变压器电流速断保护的动作电流与线路电流素缎保护相似， 应躲过变压器二次侧母线三相短路时的最大穿越电流。变压器电流速

53、断保护的灵敏度校验，与线路速断保护灵敏度校验一样，以变压器一次侧最小两相短路电流进行校验，灵敏系数应大于等于 2，若电流速断保护的灵敏度不满足要求，应装设差动保护。采用两相不完全星型接法，动作电流按系统最大运行方式下变压器二次侧三相短路值整定IqbK KIKrelwik.max,其中，Krel1.5,Kw1，Ki 20，所以灵敏度按系统最小运行方式下变压器一次侧两相短路的短路电流进行校验SpK IK Iwi(2)k，Ik 0.886Ik 0.8864.51kA 4.0kA，(2)kw(2)(3)qb所以SpK IK Iiqb14.0kA2.072，满足要求。2096.75A3.过电流保护变压器

54、过电流保护装置的接线、 工作原理和线路过电流饱保护的接线、工作原理完全相同。 也按阶梯原则整定。但对电力系统的终端变电所入车间变电所的.z.-变压器来说， 其动作时间可整定为最小值 0.5S。 变压器过电流保护的动作时限应比二次侧出线过电流保护的最大动作时限大一个t,一般取 0.50.7S。变压器过电流饱和的灵敏度检验按最小运行方式下变压器二次侧发生两相短路时一次侧的穿越电流校验。采用两个电流互感器接成不完全星型， 保护电流按照躲过最大负荷电流来整定。IopK KIK KrelwreiL.max，其中Krel1.3，Kw1，Kre0.8，Ki20，IL.max 2I30 280.76A 161

55、.52A,所以IopK KIK KrelwreiL.max1.31161.52A13.12A。10KV 馈电线路的保护时0.820间为 0.5 秒，母线保护动作时间为 1 秒。则变压器过电流保护时间为 1.5 秒。灵敏度按最小运行 方式下二次侧母线发 生两相短路条件进行 校验：1(3)1Ik.min3Ik34.53kA 2.62kA，Sp(2)K IK Iwi(2)k.minop12.62kA 9.9 1.52013.12A满足要求。4.过负荷保护变 压 器 过 负 荷 保 护 的 动 作 电 流Iop(OL)的 整 定 计 算 公 式 为Iop(OL)1.2 1.3iKI1N.T，变压器过负

56、荷保护的动作时限一般取 1015s。5.变压器定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路图如下。图 12变压器定时限过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的综合电路图第六节第六节工厂总降压变电所工厂总降压变电所 10kV10kV 馈线保护馈线保护按GB50062-1992 电力装置的继电保护和自动装置设计规* 规定： 对3-66KV电力线路，应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。.z.-由于工厂的高压线路不很长， 容量不很大， 因此其继电保护装置通常比较简单。 作为线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流和瞬时动作的电流速断按保护。作为线路的单相接地保护，有两种方式：一、绝缘

57、监视装置；二、有选择性的单相接地保护。继电保护装置的接线主要由两种方式，一种为两相两继电器式接线，另一种是两相一继电器式接线。两相一继电器式接线能反映各种相间短路故障，但不同的短路保护灵敏度不同，有的甚至相差一倍，因此不如两相两继电器式接线。1.带时限的过电流保护带时限的过电流保护按照动作时限分可分为定时限和反时限过电流保护两种。反时限是保护装置的动作时限是按 10 倍动作电流来整定，而实际动作时间与短路电流成反比关系； 定时限是保护装置的动作时限按预先整定的动作时间固定不变，与短路电流无关。过电流整定计算， 带时限过电流保护的动作电流Iop,应躲过线路的最大负荷电流以免保护装置发生误动作，

58、而且其返回电流也应该躲过线路的最大负荷电流。整定动作电流，取Krel1.3，Kw1，Kre0.8，Ki20，IL.max 2I30 280.76A 161.52A，则IopK KIK KrelwreiL.max1.31161.52A13.12A，故动作电流整定为 10A。0.820灵敏度按最小运行方式下二次侧母线发生两相短路条件进行校验：1(3)1Ik.min3Ik34.53kA 2.62kA，Sp(2)K IK Iwi(2)k.minop12.62kA 9.9 1.52013.12A满足要求。.z.-2.电流速断保护电流速断保护就是一个瞬时动作的过电流保护， 在过电流保护动作时间超过0.5-

59、0.7s 时，都应装设顺动的电流速断保护。电流速断保护装置就相当于定时限过电流保护中抽去时间继电器， 在启动电流继电器后直接将信号继电器和中间继电器接通断路器的跳闸回路。电流速断整定计算，取Krel1.5,(3)Kw1，Ki 20，Ik.maxIk210kV/35kV 5.27kA10kV/35kV 1.51kA，则IqbK KIKrelwik.max1.511.51kA113.25A20灵敏度校验，Sp所以SpK IK Iwi(2)k，Ik 0.886Ik 0.8865.27kA 4.67kA，(2)(3)qbK IK Iwi(2)kqb14.67kA2.062，满足要求。20113.25A

60、3.线路的定时限过电流保护及电流速断保护连接图图 13线路的定时限过电流保护及电流速断保护连接图该图中同时装有定时限的过电流保护和电流速断保护，其中 KA1、KA2、KT、KS1、和 KM 属于定时限过电流保护，当线路发生短路时，起动用的电流继电器KA 动作，使时间继电器动作，经过一定延时后，接通信号继电器和中间继电器。KM 就接通断路器的跳闸回路使断路器 QF 自动跳闸。KA3、KA4、KS2 和 KM 属于电流速断保护， 当线路发生短路故障后，起动用的电流继电器动作不经过时间继电器，直接接通信号继电器及中间继电器，使跳闸回路的断路器迅速动作。4、小电流接地系统单相接地保护在小接地电流的电力

61、系统中， 若发生单相接地故障时，只有很小的接地电容电流，而相间电压不变，因此可暂时继续运行。但是这毕竟是一种故障，而且由.z.-于非故障相的对地电压要升高为原来对地电压的3倍，因此对线路绝缘是一种威胁， 如果长期下去可能引起非故障相的对地绝缘击穿而导致两相接地短路，这将引起开关跳闸，线路停电。因此，应装设绝缘监视装置或单相接地保护装置。单相接地保护动作电流的整定，Iop(_E)KIKrelic，取Krel1.5，Ki 20，Ic未知，故不能计算结果。第四章第四章厂区厂区 10kV10kV 配电系统设计配电系统设计变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配点的任务。而配电所担负着从电力系统受电

62、，然后直接配点的任务。显然，变、配电所是工厂供电系统的枢纽，在工厂中占有特殊重要的地位。高压配电所的设计原则及要求高压配电装置的设计必须认真贯彻国家技术经济政策， 遵循上级颁布的有关规程、规*及技术规定，并根据电力系统条件，自然环境特点和运行检修，施工方面的要求，合理制定布置方案和使用设备，积极慎重地选用布置新设备、新材料、新结构，使配电装置设计不断创新，并且经济合理、安全可靠运行。配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分，它是根据主接线的接线方式，由开关电器、保护和测量电器、母线和必要的辅助设备组成，用来接受和分配电能。 配电装置按照电气装设地点的不同可分为屋内和屋外配电装置。按照组装方式可分

63、为成套式和组装式。屋内式的特点：1、允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积小2、维修操作不受气候影响3、外界环境影响较小，可以减少维护工作量.z.-4、房屋建设投资大屋外式的特点：1、土建工作量及费用较小，建设周期短2、扩建比较方便3、相邻设备间距离较大，便于带电作业4、受外界环境影响设备运行条件差，必须加强绝缘5、占用面积达大，不良气候对设备维修和操作有影响成套配电装置的特点：1、电器布置在封闭半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑占地面积小2、所所有元件已经在工厂组成一体，大大缩减现场安装工作量，也便于扩建和搬迁。3、运行可靠性高，维护工作量小4、耗用钢材多，造价较高。第五

64、章第五章车间变电所设计车间变电所设计在计算得出车间总计算负荷的基础上， 按分散设置并接近负荷中心的原则确定车间变电所位置，便于低压电网的备用联络；尽量减少故障影响波及面等。负荷中心的概念，从理论上讲，可以用力学上求重心的方法计算出来，然而工艺、建筑、 运输及低压配电的方式、结构都有可能使车间变电所偏离理论上的负荷中心。但在设计时应尽量满足这一基本的要求。车间变电所的位置类型：一、独立变电所独立地设置在车间的外部。 主要是用在负荷过于分散，将.z.-变电所建到任一车间均不适宜，有时由于车间生产环境的限制，如防火、防爆、防尘、有腐蚀性气体等，才考虑设置独立变电所。现在采用独立变电所的情况已经很少了

65、。 因为它不太经济。设置独立变电所时要考虑该电压下的合理送电容量及距离，如果条件允许，变压器也可以设在户外。二、附设变电所附设变电所利用车间一面或两面墙壁， 其中外附设车间变电所一般用在厂房生产面积受限制，车间环境特殊，或因生产工艺要求设备经常变动的情况。 附设变电所最好布置在车间较长的一边上，并使其略偏向电源的方向，在两个跨度或三个跨度的车间，也可以将变电所棋布在车间的两端。三、车间内变电所车间内变电所设置在车间内部， 可使供电点最大程度的接近负荷中心，特别适用于跨度较大，设备配置稳定及一般环境的车间。如果能进一步发展全封闭组合电器，使变电所小型化，占地少，易于搬动，变压器采用干式变压器，车

66、间内变电所的应用*围还可以更广发些。四、地下或梁架上变电所前者设于地下，通风不良，投资较大，用于防空等特殊场合。而设于工厂梁、架上，主要是考虑车间生产面积狭窄，运输不便。但为了充分利用车间空间，接近负荷中心等方面原因，为减少体积，减轻重量，保证安全，地下或梁架上变电所可考虑采用全封闭组合电器及干式变压器。车间变电所变压器的数量选择原则，对二、三级负荷用户，变电所内只设置一台变压器其容量可根据计算负荷决定。 可以考虑从其车间的低压线取得备用电源， 这不仅在故障情况下可以对重要的二级负荷用户供电，而且在负荷极不均匀的轻负荷时， 也能使工厂供电系统达到经济运行。联络线的容量一般取总负荷的1525%。

67、对二级以上负荷用户比重较大的车间，如具有两回独立进线，当负荷分散时，可设置两个各有一台变压器的变电所。当负荷大而集中时，也可设置一.z.-个具有两台变压器的变电所。每台变压器的容量应考虑其中一台故障或检修时，另一台过负荷运行，就能满足全部重要负荷的用电要求。在无法确切了解重要负荷所占比重的条件下， 每台变压器的容量可按车间总计算负荷的 70%选择。 另外，与用户无关而选两台变压器的原因还有：负荷极不均匀；车间建筑及运输条件限制；负荷大而集中；有个别大型冲击负荷；车间动力及照明分别供电；根据未来发展要求。1 工厂供电*介才机械工业2007.052 工厂供电苏文成机械工业2009.062 AUTOCAD 电气绘图自学手册曹爱文人民邮电大学2007.63 工厂电气控制电路实例解析黄北刚化学工业2007.1.z.