某化纤厂总配电所及配电系统设计(1)

1.1工厂供电的意义和要求

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。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。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。

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，并做好节能工作，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，适应发展。 1.2 研究大型工厂供电系统背景

我国的电力工业已居世界前列，但与发达国家相比还是有一定的差距，我们人均电量水平还很低，电力工业分布也不均匀，还不能满足国民经济发展的需要。电力市场还未完

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善，管理水平、技术水平都有待提高。

为了使我国电力工业赶上世界电力技术的发展水平,丛21世纪一开始，我国就进一步加强在电网安全、稳定、经济运行、电力系统的自动化调度与管理、电力通信、网络技术、继电保护等领域开展研究，尤其注意完善电力市场，研究电力市场的技术支持系统，促进我们的电力工业不断前进。

工厂供电就是指工厂所需电能的供应和分配。我们知道,电能是现代工业生产的主要能源和动力，工业生产应用电能和实现电气化以后,能大大增加产量,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,改善工人的劳动条件,有利于实现生产过程自动化。但是,工厂的电能供应如果突然中断,则将对工业生产造成严重的后果,甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事故；由此可见,搞好工厂供电工作对于工业生产的正常进行和实现工业现代化,具有十分重大的意义。

工业企业生产所需电能，一般是由外部电力系统供给，经企业内各级变电所变电压后，分配到各用电设备。工业企业变电所是企业电力供应的纽约，所处地位十分重要，所以正确计算选择各级变电站的变压器容量及其他设备是实现安全可靠供电的前提。进行企业电力负荷计算的目的就是为正确选择企业各级变电站的变压器容量，各种电气设备的型号，规格以及供电网络所用导线型号等提供科学的依据。 1.3 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。

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（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。

2、工厂供电设计的要求

2.1 负荷类型

多数车间为三班制，少数车间为一班或两班制。本厂绝大部分用电设备属长期连续负荷，要求不间断供电。全年为306个工作日，年最大负荷利用小时为6000小时。属于二级负荷。

2.2 设计内容及步骤

全厂总降压变电所及配电系统设计，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。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。其基本内容有以下几方面。 1、负荷计算

全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。

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

参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。 3、工厂总降压变电所主结线设计

根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。 4、厂区高压配电系统设计

根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置方案，计算出导线截面及电压损失，由不同方案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。

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5、工厂供、配电系统短路电流计算

工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。 6、改善功率因数装置设计

按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。有谐波影响，还要考虑串联调谐电抗器。 7、变电所高、低压侧设备选择

参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。

8、继电保护及二次结线设计

为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。

设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。35kv及以上系统尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置图。 9、变电所防雷装置设计

参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地 电阻计算。

10、总降压变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。 2.3 供用电协议

本厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：

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(1)电业部门某35/10千伏变电所，用10千伏双回架空线路向本厂供电，该所在厂南侧1.0公里；

(2)该变电所千伏配出线路定时限过流保护装置的整定时间为1.5秒，要求配电所不大于1.0秒；

(3)在总配变电所10千伏则计量； (4)要求本厂的功率因数值在0.9以上。 (5)配电系统技术数据：

变电所10千伏母线短路数据如表2-1。

表2-1 变电所10千伏母线的数据

运 行 方 式 系统最大运行方式时 系统最小运行方式时 2.4电源情况

电源10千伏母线短路容量 S(3)dmax=187兆伏安 S(3)dmin说 明 系统为无限大容量 =107兆伏安 本厂拟从电业部门某35/10千伏变电所，用10KV双回路架空线路向本厂配电，该变电所在厂南侧0.5公里。其中一回为备用电源。系统要求，只有在工作电源停电时，才允许备用电源供电。详见供电系统图2-1。

图2-1 供 电 系 统 图

3、负荷计算及功率因数补偿

3.1电力负荷定义及分级

在电力系统中，电气设备所需用的电功率称为负荷或电力（W或KW）。由于电功率分

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为视在功率、有功功率和无功功率， 一般用电流表示的负荷，实际上是对应视在功率而言。目前供电部门所分配的负荷指标，主要是指小时平均的有功负荷指标， 而不是视在功率和无功功率。

电力负荷又称电力负载。它有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用电单位，如说重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷等。另一种是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。

电力负荷的分级按用户电力负荷的重要性及要求对其供电连续性和可靠性程度的不同，一般将电力负荷分三等级：

（1）一级负荷 重要的电力负荷。对该类负荷供电的中断，将招致人的生命危险、设备损坏、重要的产品报废，使生产过程长期紊乱，给国民经济带来重大损失或超成社会秩序混乱。属于这类负荷的有冶金、电炉炼钢企业、重要的国防工业和科研机构、医院手术室、铁路与交通的电力牵引和铁路铁路枢纽、行车信号与集中闭塞负荷等。对一级负荷一律应由两个独立电源供电。

（2）二级负荷 较重要的电力负荷供电的中断，将超成工农业大量减产、工矿交通运输停顿、生产率下降以及市人民正常生活和业务活动遭受重大影响等。一般大型工厂企业、科研院校等都属于二级负荷。

（3）三级负荷 不属于一、二级的其他电力负荷，如附属企业、附属车间和某些非生产性场所中不重要的电力负荷等。

各级电力负荷对供电电源的要求： （1）一级负荷对供电电源的要求

要求应有两个供电电源，当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏。对一级负荷特别重要的负荷，除要求有上述两个电源外，还要求增设应急电源。

常用的应急电源有：

1）独产于正常电源的发电机组 2）干电池 3）蓄电池

4）供电系统中有效地独立于正常电源的专门供电线路。 （2）二级负荷对电源的要求

要求做到当发生电力变压器故障时不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。通常要求两回路供电，供电变压器也应有两台。

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（3）三级负荷对供电电源的要求

由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对电源无特殊要求。 3.2计算负荷定义及相关计算

计算负荷，是通过统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中的各元件的负荷值 计算负荷是供电设计的基本依据。通常取半小时平均最大负荷P30（亦即年最大负荷）作为计算负荷。但是由于负荷情况复杂，影响计算负荷的因素很多，实际上，负荷也不可能是一成不变的，它与设备的性能，生产的组织以及能源供应的状况等多种因素有关，因而负荷计算也只能力求实际。

电力负荷的确定，为选择变压器容量、电气主接线、电气设备以及供电网络接线和导线型号等提供依据。负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线的选择是否经济合理。若负荷确定得过大，将使电器和导线过大，造成投资增大和有色金属的浪费；若负荷确定得过小，又将使电器和导线运行时增加电能损耗，并产生过热，加速电气设备的绝缘老化，降低设备的使用寿命，影响供电系统的安全性、可靠性。因而必须正确进行电力负荷的计算。

其计算方法有：需要系数法、二项式系数法、单耗法 （1）需要系数法确定计算负荷

需要系数法是将电力设备的额定容量加起来，再乘以需要系数，就得到计算负荷。由于需要系数法的需要系数值是根据设备台数较多、容量差别不是很大的一般情况来确定的，未考虑设备容量相差悬殊时少数大容量设备对计算机负荷的影响，因此此法较适用于设备台数较多的车间及全厂范围额的计算负荷的确定。 相关计算：

变电所1

制条车间 查表得

P30(1)KxPe0.8340272kw

Q30(1)P30(1)tan2720.75204kvar S30(1)P30(1)cos272340kvA 0.8 I30(1)S303UN340517A

1.7320.38纺纱车间 P30(2)KxPe0.8340272kw

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Q30(2)P30(1)tan2720.75204kvar S30(2)P30(2)cos272340kvA 0.8 I30(2)S30340517A cos1.7320.38饮水站 P30(3)KXPe0.658656kw Q30(3)P30(3)tan560.7542kvar S30(3)P30(3)cos5670kvA 0.8 I30(3)S30(3)3UN70106A

1.7320.38锻工车间 P30(4)KXPe0.33711.07kw

Q30(4)P30(4)tan11.071.1712.95kvar S30(4)P30(4)cos11.0717kvA 0.65 I30(4)S303UN1725.83A

1.7320.38机修车间 P30(5)KXPe0.329688.86kw

Q30(5)P30(5)tan88.861.73153.73kvar S30(5)P30(5)cos88.86177.72kvA 0.5 I30(5)S303UN177.72270A

1.7320.38托儿所 P30(6)KXPe0.612.87.68kw

Q30(6)P30(6)tan7.681.3310.21kvar S30(6)P30(6)cos7.6812.8kvA 0.6- 8 -

I30(7)S303UN12.830.3819.45A

仓库 P30(7)KXPe0.33811.388kw

Q30(7)P30(7)tan11.3881.1713.32kvar S30(7)P30(7)cos11.38822.776kvA 0.5 I30(7)变电所2

S30(7)3UN22.77634.6A

1.7320.38织造车间 P30(1)KXPe0.8525420kw Q30(1)P30(1)tan4200.75315kvar S30(1)P30(1)cos420525kvA 0.8 I30(1)

S303UN525797.7A

1.7320.38染整车间 P30(2)KXPe0.8525420kw Q30(2)P30(2)tan3920.75294kvar S30(2)P30(2)cos392490kvA 0.8 I30(2)S30(2)3UN490744.5A

1.7320.38浴室 P30(3)KXPe0.854kw Q30(3)P30(3)tan S30(3)P30(3)cos55kvA 1- 9 -

I30(3)S30(3)3UN57.59A

1.7320.38食堂 P30(4)KXPe0.754030kw

Q30(4)P30(4)tan300.7522.5kvar S30(4)P30(4)cos3037.5kvA 0.8 I30(4)S30(4)3UN37.556.97A

1.7320.38单身宿舍 P30(5)KXPe0.85040kw Q30(5)P30(5)tan S30(5)P30(5)cos4040kvA 1 I30(5)变电所3

S30(5)3UN4030.3860.77A

锅炉房 P30(1)KXPe0.75151113.25kw

Q30(1)P30(1)tan113.250.7584.9375kvar S30(1)P30(1)cos113.25141.56kvA 0.8 I30(1)S303UN141.56215.08A

1.7320.38水泵房 P30(2)KXPe0.7511888.5kw

Q30(2)P30(2)tan88.50.7566.375kvar S30(2)P30(2)cos88.5110.625kvA 0.8 I30(2)S30(2)3UN110.62530.38168.08A

化验室 P30(3)KXPe0.755037.5kw

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Q30(3)P30(3)tan37.50.7528.125kvar S30(3)P30(3)cos37.546.875kvA 0.8 I30(3)S30(3)3UN46.87571.2A

1.7320.38卸油泵房 P30(4)KXPe0.752821kw

Q30(4)P30(4)tan210.7515.75kvar S30(4)P30(4)cos2126.25kvA 0.8 I30(4)

S30(4)3UN26.2539.88A

1.7320.38变电所 设定KP0.95 Kq0.95 变电所1

P300.95(2722725611.0788.867.6811.388)683.048kw Q300.95(2042044212.95153.7310.2113.32)640.21kvar

S30P30Q30683.0482640.212936.17kvA

22I30S303UN936.171351.28A

1.7320.4变电所2

P300.95(4203921.50415.4716)802.73kw Q300.95(31529411.6)589.57kvar

S30P30Q30802.732589.572995.97kvA

22I30S303UN995.971437.6A

1.7320.4变电所3

P300.95(113.2588.537.521)247.34kw

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Q300.95(84.937566.37528.12515.75)185.43kvar

S30P30Q30247.342185.432309.13kvA

22I30S303UN309.13446.2A

1.7320.4表3-1各车间和车间变电所负荷计算表 各车间和车间变电所负荷计算表(380V) 计算容量 需用功率因功率因车间(单位)名设备容序系数数cos数角正P30/KQ30/KvS30/KV号称 量KW Kd Φ 切tanΦ W ar A I30/A 车变所代号 （1）No.1变电所 制条车间 纺纱车间 软水站 锻工车间 1 机修车间 托二所 仓库 小计 同期系数 K∑=0.95 （2）No.2变电所 织造车间 染整车间 浴室 2 食堂 单身宿舍 小计 同期系数 K∑=0.95 （3）No.3变电所 锅炉房 水泵房 化验室 3 卸油泵房 小计 同期系数 K∑=0.95

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340 340 86 37 296 12.8 38 0.8 0.8 0.8 0.8 0.75 0.75 0.75 272 56 204 42 340 70 17 517 517 106 25.83 270 NO.1 272 204 340 0.65 0.8 0.3 0.65 0.3 0.6 0.3 0.5 0.6 0.5 1.17 11.07 12..95 1.33 1.17 1.73 88.86 153.73 1 77.72 7.68 10.21 12.80 19.45 11.388 13.32 22.776 34．6 640 683.04 936.17 1351.28 8 640.21 420 315 525 392 294 5 30 40.0 620.6 5 797.7 7.59 719 525 490 5 40 50 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 1.0 1.0 0.75 0.75 0.75 490 744.5 0.75 0.8 22.5 37.5 56.97 40.0 60.77 NO.2 829 802.73 589.7 995.97 1437.6 151 50 28 344 309.6 0.75 0.8 0.75 0.8 0.75 0.8 0.75 113.25 84.94 141.56 215.08 0.75 0.75 0.75 88.5 66.38 110.63 168.09 37.5 28.13 46.88 25.65 21 15.75 26.25 39.88 258 193.51 322..5 NO.3 118 0.75 0.8 247.34 185.43 309.13 446.2 变压器1的损耗 △PT0.015S30936.170.01514.04kw △QT0.06S300.06936.1756.1702kvar △ST △ITPTQT14.04256.1702257.84kw

22ST3UN57.8483.49A

1.7320.4变压器2的损耗 △PT0.015S30995.970.01514.94kw △QT0.06S300.06995.9759.76kvar △ST △ITPTQT14.94259.76261.60kw

22ST3UN61.6088.91A

1.7320.4 变压器3的损耗 △PT0.015S300.015309.134.64kw △QT0.06S300.06309.1318.55kvar △ST △ITPTQT4.64218.55219.12kvA

22ST3UN19.1227.6A

1.7320.43.3功率因数补偿计算

在工厂供电系统中，绝大多数用电设备都具有电感的特性。这些设备不仅需要从电力系统吸收有功功率，还要吸收无功功率以产生这些设备正常工作所必需的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，就会降低供电系统的功率因数。因此，功率因数是衡量工厂供电系统电能利用程度及电器设备使用状况的一个具有代表性的重要指标。

功率因数的降低产生的不良影响：(1)系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用；(2)由于无功功率的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大；(3)由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，就使的供电系统中的电压损失增加，使得调压困难；(4)对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，使发电机转子的去磁效

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应增加，电压降低，过度增大激磁电流，从而使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，发电机就不能达到预定的出力。

无功功率对电力系统及工厂内部的供电系统都有不良的影响。因此，供电单 位和工厂内部都有降低无功功率需要量的要求，无功功率的减少就相应地提高了功率因数。

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cos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。

按相关规定，补偿后变电所高压侧的功率因数不应低于0.9，即cos0.9。考虑到变压器的无功损耗远大于有功功率损耗，所以低压侧补偿后的功率因数应略大于0.9，取0.95。

补偿容量可按下式确定：QCP30(tan1tan2)qC.P30，nQCqc 式中， tan1——补偿前自然平均功率因数cos1对应的正切值；

tan2——补偿后自然平均功率因数cos2对应的正切值；

△qc——补偿率kvarkw

P30——设计时求得的平均负荷，单位为 kw； qc ——单个电容器的容量 kvar n——并联电容器的个数

补偿计算：

变压器总1 P30(3)683.04814.04697.088kw Q30(3)640.2156.1702696.38kvar S30(3) I30(3)697.0882696.382985.33kvA

S30(3)3UNP30985.331422.24A

1.7320.46979850.7

无功补偿 cos2S30- 14 -

QC2P301(tan1tan2) P30(tanarccos0.7tanarccos0.95)

482kvar 取整490

(2) S306972(696490)2727kvA

补偿后选800kvA

(2)0.01572710.9kw △PT0.015S30(2)0.0672743.6kvar △QT0.06S30(1)P30(2)△PT69710.9708kw P30(1)69649043.6251kvar Q30(1) S3070022512751kvA

7510.94＞0.9

cos708

变压器2 P30(3)802.7314.94817.67kw Q30(3)589.5761.60651.17kvar S30(3)817.67651.171045.28kvA I30(3)22S30(3)3UN1045.281508.78A

1.7320.40.78

无功补偿 cos28181045QC2P302(tan1tan2) P302(tanarccos0.78tanarccos0.95)

350kvar(2)818(651350)872kvA S30 补偿后选1000kvA

22(2)0.01587213.08kw △PT0.015S30(2)0.0687252.32kvar △QT0.06S30(1)81813.08813.08813kw P30- 15 -

(1)65135052.32317kvar Q30(1)813317873kvA S30 cos813228730.93＞0.9

变压器3 P30(3)247.344.64251.98kw Q30(3)185.4318.55203.98kvar S30(3) I30(3)251.982203.982324.19kvA

S30(3)3UN324,19467.94A

1.7320.40.78

无功补偿 cos2252324QC3P303(tan1tan2) P30(tanarccos0.78tanarccos0.95)

3118kvar取整120kvar

(2) S302522(204120)2266kvA

补偿后选300kvA

(2)0.0152664kw △PT0.015S30(2)0.0626616kvar △QT0.06S30(1)2524256kw P30(1)20412016100kvar Q30(1) S3025621002275kvA

2750.93＞0.9

cos256补偿前各变电所功率因数如下表3-2所示：

表3-2 补偿前各变电所的功率因数

序 号 COSΦ NO.1 0.69 NO.2 0.78 NO.3 0.78 设计中考虑到经济实用的原则采用低压集中补偿方式，其特点是能补偿低压母线以前的无功功率，可使变压器的无功功率得到补偿，从而有可能改变变压器容量，且运行维护

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也较方便。适用于中小型工厂或车间变电所低压侧无功功率的补偿。

并联电容器采用我国生产的BW 0.4—14—3系列静电电容器，其单台静电电容器发出的无功功率少，qc=14 kvar，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 220V 25W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℃—40℃，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qC，根据以上公式求得各变电所所需的电容器个数，列于下表：

表3-3 各变电所所需的电容器个数

NO.1 0.71 459.4 33 NO.2 0.47 350 21 NO.3 0.47 118 6 qC QC n 补偿后各变电所的计算负荷如下表所示：

表3-4 补偿后各变电所的计算负荷

序 号 NO.1 NO.2 NO.3 有功（千瓦） 708 813 256 计算负荷 无功（千乏） 251 317 100 视在（千伏安） 751 873 275 功率因数 COSΦ 0.95 0.95 0.95

3.4变压器的选择

变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电器设备，它的作用就是升高和降低电压。

车间变电站变压器台数的选择原则：

（1）对于一般的生产车间尽量装设一台变压器；

（2）如果车间的一、二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，则应装设两台变压器。每台变压器均能承担对全部一、二级负荷的供电任务。如果与相邻车间有联络线时，

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当车间变电站出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，则亦可以只选用一台变压器。

（3）当车间负荷昼夜变化较大时，或由独立（公用）车间变电站向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时，如选用一台变压器在技术经济上显然是不合理的，则亦装设两台变压器。

变压器容量的选择：

（1）变压器的容量ST（可近似地认为是其额定容量SN·T）应满足车间内所有用电设备计算负荷S30的需要，即 ST≥S30 ；

（2）低压为0.4Kv的主变压器单台容量一般不宜大于1000KV·A（JGJ/T16—92规定）或1250 KV·A（GB50053—94规定）。如果用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量的变压器。这样选择的原因：一是由于一般车间的负荷密度，选用1000-1250 KV·A的变压器更接近于负荷中心，减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；另一是限于变压器低压侧总开关的断流容量。

低压为230/400V的配电变压器联结组别的选择： （1） 选择Yyn0联结组别的几种情况：

①三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不致超过低压绕组额定电流25%时； ②供电系统中高次谐波干扰不严重时；

③低压单相接地短路保护的动作灵敏度达到要求时； （2） 选择Dyn11联结组别的几种情况：

①由单相不平衡负荷引起的中性电流超过变压器低压绕组额定电流25%时； ②供电系统中存在较大的“谐波源”，三次及以上高次次谐波电流比较突出时； ③需要增大单相短路电流值，以确保低压单相接地短路保护的动作灵敏度； 综合考虑以上因素和技术经济比较，从本厂每个车间变电所的计算负荷来看，每个车间变电所选择1个变压器是最为经济可靠的；其变压器的额定容量SNT应满足全部用电设备的计算负荷S30，留有裕量，并考虑变压器的经济运行，

SNT—单台变压器容量 S30—变电所总的计算负荷

Snt(1.151.4)S30

变压器损耗

SL等型低损耗变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算：

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有功（KW） △PT0.015SNT 无功（Kvar）△QT0.06SNT

根据以上选择条件选出各变电所变压器，见下表：

表3-5 各变电所变压器型号

变压器 序号 变压器型号 容量 （KVA） NO.1 SJL1—800/10 NO.2 SJL1—1000/10 NO.3 SJL1—315/10 全厂总负荷见下表：

800 1000 315 变压器 联结组别 Y/Y0—12 Y/Y0—12 Y/Y0—12 变压器 % 5.5 5.5 4 变压器损耗 阻抗电压 有功损耗 无功损耗 (千瓦) 14.04 14.94 4.64 （千乏） 56.17 61.6 18.55 表3-6 全厂的总负荷

项目 总计

计算负荷 有功（千瓦） 1766.74 无功（千乏） 1551.53 视在（千伏安） 2351.3 这时全厂的功率因数小于0.9。由于题目要求本厂的功率因数值在0.9以上，所以再进行一次高压集中补偿，将功率因数补偿到0.95。 经过这次补偿后全厂负荷如下表所示：

表3-7 补偿后全厂的负荷 项目 全厂负荷总计 计算负荷 有功（千瓦） 1777 无功（千乏） 668 视在（千伏安） 1898.4 高低压电容器柜的选择

高低压电容器柜分为可自动调节的和不可自动调节的两大类。在负荷或电压昼夜变动较大的情况下，低压电容器组尽可能地采用自动调节装置。

电能需求量的计算

工厂年有功电能消耗量WaaP30Ta 工厂年无功电能消耗量WraaQ30Ta

因为本工厂为三班制，经查表得 当T6000S时

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0.8

0.85

Wa0.81472.7760007069296(KW.H) Wra0.8629.4560003021360(KVar.H)

4、 短路电流概念及计算

4.1 短路电流的相关概念

工厂供电系统要求正常地不间断地对用电符合供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于各种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路。短路就是不同电位的导电部分之间的短接。造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备长期运行、绝缘老化，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造成短路。在供电系统的设计与运行中，不仅要考虑正常工作状态，还要考虑可能发生的故障以及不正常运行情况。对供电系统危害最大的是短路故障。短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等。因此短路电流是电气主结线的方案比较、电气设备及载流导体的选择、接地计算以及继电保护选择和整定的基础。

由于短路后，电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小的多，所以短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达几万安培甚至几十万安培。这样大的短路电流对供电系统将产生极大的危害：

（1）短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路 中的其它元件损坏；

（2）短路时电压要骤降，严重影响电气设备的正常运行；

（3）短路时要造成停电事故，而且越靠近电源，短路引起的停电的范围越大，给国民经济造成的损失也越大；

（4）严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列；

（5）但相对地短路，其电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通讯线路，信号系统及电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。

由此可见，短路的后果时非常严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素。同时需要进行短路电流计算，以便正确地选择电气设备，使电气设备具有足够的动稳定性和热稳定，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。为了选择切除短路故障

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的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。

4.2短路电流的计算

对于工厂供电系统，短路电流的计算一般采用近似的方法，计算中假定： （1）供电电源是无限大功率系统； （2）认为短路回路的元件的电抗为常数；

（3）元件的电阻，一般略去不计，只有在短路电阻中总电阻RΣ大于总电抗的三分之一时才考虑电阻，否则认为Z=X。

短路计算常用的两种方法是:有名值法和标幺值法。本设计中用有名值法进行短路计算。根据题目给定条件可知电力系统出口断路器的断流容量最大为187MVA。根据主结线图绘制如下的短路计算电路图：

图4-1 短路计算电路图

求k-1点的三相短路电流和短路容量（Uc1=10.5KV） (1) 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗：

经查表得架空线路的电抗 :

高 压 X00.38/km 低 压 X00.32/km 1) 电力系统的电抗：

X1UC1/SOC(10.5KV)2/187MVA0.59 2) 架空线路的电抗：

X2X0L0.3810.38

23） 绘制K—1点的等效电路如下图：

k—1

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K-1 X1VC12SOC10.520.22 500 X2xol0.380.50.19 Xx1x20.220.190.41 三相短路电流 Ik1(3)Vc3X(3)(3)10.530.4114.79kA

I(3)IIk14.79kA

(3) ish2.55I2.5514.7937.71kA (3) Ish1.51I1.5114.7922.33kA

三相短路容量 Sk1(3)3UCIk1310.514.79268.97MVA

4）绘制k—2点的等效电路图：

k-2 X1VC12SOC(VC222VC10.42)3.2104

5002 X2xol(VC2VC1)20.380.5(20.42)2.7104 10.5VK%SC250.428103 X3100SN1001000 XX1X2X33.210 三相短路电流

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42.710481038.59103

Ik1(3)Vc23X(3)(3)0.438.5910326.89kA

 I2(3)IIk26.89kA

(3) ish1.84I1.8426.8949.48kA

Ish(3)1.09I(3)1.0926.8929.31kA

三相短路容量 Sk2(3)3UC2Ik230.426.8918.63MVA

表4-1 短路计算点的电流和容量 三相短路电流（KA） 三相短路容量 (3)Ish (3)Sk 短路计算点 k-1 k-2 Ik(3) I(3) 14.79 26.89 I(3) (3)ish 14.79 26.89 14.79 26.89 37.71 49.48 22.33 29.31 268.97 18.63

5、 总配电所主接线方案的设计

5.1概述

配电所在大中型工厂中的作用是厂内电能的中转站，它的位置应当尽量地接近负荷中心 ，经常是配电所与车间变电所设在一起。每个配电所的馈电线路一般不少于4～5回，配电所一般为单母线制，根据负荷的类型及进出线回路数可考虑将母线分段。

配电所的进出线回路数与用户的可靠性要求和传送的功率大小有关。配电所的进线可以采用负荷开关或断路器。负荷开关断流能力小，且不能实现供电系统的自动化。

配电所设计的一般原则并结合工厂实际归纳如下： 1、安全性：

1）在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关； 2）在低压断路器（自动开关）的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关；

3）在装设高压熔断器-负荷开关的出线柜母线侧，必须装高压隔离开关； 4）配电所高压母线上及架空线末端，必须装设避雷器。装于母线上的避

雷器应与电压互感器共用一组隔离开关，线路上的避雷器前不必再装隔离开关。 2、 可靠性：

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1）配电所的主结线方案必须与其负荷级别相一致。对二级负荷，应有两回路或者一回专用架空线路供电；

2）接于公共干线上的（即采用树干式供电的）配电所电源进线首端，应 装设带有短路保护的开关设备；

3）对于一般生产区的车间变电所，易由工厂总变配电所采用放射式高压 配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区及生活区的变电所，可采用树干式配电；

4）变电所低压侧（电压0.4KV）的总开关，宜采用低压断路器。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和低压分段开关均采用低压断路器。 3、 灵活性:

1）配电所进线采用双母线供电和单母线分段结线； 2）主接线方案应与主变压器运行要求相实应。 4、 经济性:

1）由于工厂所选用的都是安全可靠且经济美观的成套的配电装置，故柜型一般采用固定式；

2）工厂电源进线上装设专用的计量柜，其互感器只供记费的电度表用。

5.2总配电所主结线的设计

电气主结线是变电所的主要电路，它明确表示了变（配）电所电能接受与分配的主要关系，是变（配）电所运行，操作的主要依据。在设计中，主接线的拟定对电气设备选择，配电装置布置，保护和控制测量的设计，建设投资以及变电所运行的可靠性，灵活性及经济性等都有密切关系，所以主结线的选择是供电系统设计中一项综合性的重要环节。

在三相对称情况下，电气主结线图通常以单线图表示，图上所有电器元件均用统一规定的图形符号表示。

5.2.1 配电所（即车间变电所）的位置的确定

变配电所位址选择的一般原则：尽量靠近负荷中心、靠近电源侧、进出线方便、设备运输方便、有扩建和发展的余地。

由于工厂厂区供电来自总配电所，为经济起见：高压配电所采用室内型独立式；车间变电所采用室内型附设式。变电所采用附设式，不占或少占建筑面积，建筑费用和维护费用也较低。

据前面已确定的供电方案,结合本厂区平面示意图,考虑总降压变电所尽量接近负荷中心,且远离人员集中区,不影响厂区面积的利用,有利于安全等诸多因素,决定将降压变

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电所设在厂区东北部,如图5-1

车间变电所3 区域变电站

车间变电所2 工厂总配电所 车间变电所1 图5-1 供配电位置

5.2.2 对电气主结线的基本要求

1）根据用电负荷的要求，保证供电的可靠性； 2）电气主结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结线，桥式结线提高了线路运行灵活性，增强了供电可靠性。

根据上述方案，可决定总配电所采用下图所示的电气主结线，其特点如下： 1）变压器高压侧设有少油式断路器，便于配电所的控制、运行、维修； 2）10KV侧采用单母线分段结线，用10千伏少油式断路器将母线分成两段； 3）各车间的一级负荷都由两段母线供电，以保证供电可靠性；

4）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，而高压侧的分段断路器在正常时是闭和的；

5）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（BZT），当工作电源因故障而断开时，备用电源会自动投入；

6）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有变压器； 5.2.3 主接线图

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图5-2 主接线图

6、 工厂电力线路的设计

6.1 架空线路的设计

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由于架空线路与电缆线路相比有较多优点，如成本低，投资少，安装容易，维护和检修方便，易于发现和排除故障。根据本厂的情况，在本设计中，所有进出线全部采用架空线的方式。

架空线路有以下主要元件组成：导线、电杆、绝缘子和线路金属等。为了防雷，有的架空线路上还架设有避雷器（架空地线）。为了加强电杆的稳定性，有的电杆还安装有拉线或扳桩。

架空线路一般都采用裸导线，裸导线按其结构分，有单股线和多股绞线，工厂中一般都用绞线。绞线又有铜绞线、铝绞线和钢心铝绞线。本次次设计中的架空线路基本上选用了铝绞线。根据机械强度的要求，一般规定架空裸导线最小截面如下表所示：

表6-1 导线的最小截面 最小允许截面 /mm 导线种类 高压（至10KV） 铝及铝合金线 钢芯铝线 35 25 低压 16 16 与铁路交叉跨越时应为35mm2 备 注 架空线路在进行铺设时，要严格遵守有关技术规程的规定。整个施工过程中，要重视安全教育采取有效的安全措施，特别是立杆、组装和架线时，更要注意人身安全，防止发生事故。竣工后，要按照规定的手续进行检查和实验，确保工程质量。

选择架空线路的路径时，应考虑以下原则： （1）路径要短，转角要少；

（2）交通运输方便，便于施工架设和维护；

（3）尽量避开河洼河雨水冲刷地带及易撞、易燃、易爆等危险的场所； （4）不应引起机耕、交通和人行困难； （5）应与建筑物保持一定的安全距离；

（6）应与工厂和城镇的规划协调配合，并适当考虑今后的发展。

6.2 导线截面的选择

6.2.1 概述

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆时必须满足下列条件：

(1) 发热条件：导线和电缆包括母线在通过正常最大负荷电流时产生发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

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(2) 电压损耗条件：导线和电缆在通过最大负荷电流时产生的电压损耗，不应超过正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

(3) 经济电流密度：高压线路及特大电流的低压线路，一般应按规定的经济电流密度选择导线和电缆的截面，以使线路的年运行费用接近最小，节约电能和有色金属。但对工厂内的很短的10KV及以下的高压线路和睦线，可不按经济电流密度选择。

(4) 机械强度：导线的截面不应不小于最小允许截面。 6.2.2 10KV高压配电出线的选择

10KV高压配电出线的选择应按经济电流密度来选择。 (1) 高压配电进出线截面选择校验的步骤与方法如下表所示：

表6-2 高压配电进出线截面选择校验的步骤与方法

序号 1 选择校验项目 按经济电流密度选择（较短的高压线路可不按此选择） 2 校验发热条件（较短的高压线路直接按此选择） 选择校验方法与要求 线查处经济电流密度jec，再按下式计算经济截面：AecI30/jecIal，然后选以接近于Aec的标准截A 先查出所选截面A再当地环境温度下的允许载流量：，如IalI30则满足发热条件。 根据线路电压、导线材料及敷设条件查出导线满足3 校验机械强度 机械强度要求的最小截面Amin，如AAmin则满足热稳定条件。

(2) 经济电流密度的选择见下表：

表6-3 经济电流密度的选择

年最大负荷利用小时 (A/mm2) 线路类别 导线材料 3000h以下 铝 架空线路 铜 铝 电缆线路 铜 2.50 2.25 2.00 3.00 1.92 2.25 1.73 1.75 1.54 1.65 3000h—5000h 1.15 0.9 5000h以上 (3) 导线的最小截面的选择：

由于选择的是铝导线，在高压10KV时，最小截面Amiv应为35mm2。 （4）线型：

母线选择选用标准截面为304的矩形铝母线，截面积为120mm2

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最大跨距lmax2.19m,GG-1A型的柜宽1.4m,能满足条件。

表6-4 车间变电所的线型 序号 变电一 变电二 变电三 车间变电所进线 JL-35型裸铝绞线 JL-35型裸铝绞线 JL-35型裸铝绞线 （注：UN=10KV）

表6-5 设备清单表

设备 变压器1 变压器2 变压器3 高压断路器 高压隔离开关 电流互感器 数量 1 1 1 8 17 5 续表 6-5设备清单表 低压断路器 低压负荷开关 电流互感器 3 3 3 DW10-1500/3 HK1-60/3 LAJ-10 型号 SJL1—800/10 SJL1—1000/10 SJL1—315/10 ZN3—10 GN10/200 LQJ-10

图6-1 各车间示意图

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7、 主要电气设备的选择与校验

7.1 概述

工厂总降压配电所的各种高压电气设备，主要指6-10KV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，电缆等。这些电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选取，并且按短路情况进行校验。

所谓的正常工作条件是指：

电器的额定电压Ue不应小于所在回路的工作电压。

电器的额定电流Ie不应小于该回路的最大长期工作电流Imax。

选择电器时应考虑设备的装设地点，即按工作环境，运行条件和要求，选择设备的型号规格，如屋内或屋外设备，防爆型或普通型，如工作环境污染严重，应加强绝缘的电器，电路操作频繁时应选取胜任频繁操作的真空断路器而不应选取不适于频繁操作的少油断路器。

7.2 按短路情况校验电器的稳定性

7.2.1 短路热稳定校验

短路热稳定校验就是要求所选的电器，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允许温度，即：

22IRtjIt2Rt 或 ItjIt2t

2式中 IRtj——短路电流所产生的热量；

It2Rt——电器在短路时的允许发热量,制造厂通常以t秒（通常为1，4，5秒）内通

过的电流It所产生的热量表示；

tj——短路延续时间，秒；

tjtd0.05秒=tbtfd0.05秒

式中 td——短路延续时间，秒；

tb——主保护动作时间，秒； tfd——断路器分闸时间，秒。

如果缺乏断路器分闸时间数据，当主保护为速动时，短路电流可取下列数据； 对于快速及中速短路器，td=0.15秒。 对于低速断路器td=0.2秒。

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此外，当td＞1秒时，可认为td=tj 7.2.2 动力稳定校验

电动力稳定是指电器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 ichimax 或 IchImax

式中 ich,Ich——短路冲击电流及其有效值；

imax,Imax——电器极限通过电流的最大值及有效值。

对于下列情况，可不进行短路校验：

(1) 用熔断器保护的电器和导体可不校验热稳定。除有限流作用的熔断器保护电路，电器和裸导体的动稳定仍应校验。

(2) 装设在电压互感器回路内的电器和裸导线可不校验动、热稳定。 (3) 架空线可不校验动、热稳定。

(4) 在非重要用电场所的导体，当变压器容量在1250KVA以下，高压侧电压为10KV以下，且不致因短路故障损坏导体而产生严重后果者，可不校验动、热稳定。 7.2.3 选择电气设备时应校验的项目

表7-1选择电气设备时应校验的项目

序 号 1 2 3 4 5 6 7 设备名称 高压断路器 高压负荷开关 高压隔离开关 熔断器 电流互感器 电压互感器 套管绝缘子 电压 KV √ √ √ √ √ √ √ 电流A √ √ √ √ √ — √ 断流能力 动稳定 √ √ — √ — — — 设备的 √ √ √ — √ — √ 按三相短路冲击电流校验 按三相短路稳态电流校验 热稳定 √ √ √ — √ — √ 短路稳定度校验 Pe应满足的条件 Iav装置设地的PE 备的计算电流 I开断max＞ I可能开断max - 31 -

续表 7-1选择电气设备时应校验的项目 （1） 表中“√”表示必须校验，“—”表示不要校验； 备注 （2） 选择变电所高压侧的设备和导体时，其计算电流应取主变压器高压侧额定电流； （3） 对高压断路器，其最大开断电流应不小于实际开断时间。 7.3 电气设备的选取

7.3.1 主要电气设备介绍

断路器是供电系统中最重要的电气设备之一。它能在有负荷情况下接通和断开电路，当系统发生短路故障时，能迅速切断短路电流。这里选择少油式户外型断路器。

电压互感器是测量高压用的。其一次绕组与高压电路并联，额定电压与电路电压同一等级，二次绕组额定电压均为100V；电流互感器的一次线圈匝数很少，导线相当粗，其二次线圈很细，匝数相当多。工作时，一次线圈于一次线路中，而二次线圈则与仪表、继电器等的电流线圈串联成闭和回路。本厂选用的LFZB6-10型电流互感器适用于10KV及以下的线路中作为测量和继电保护用。

隔离开关的主要用途是在检修高压电器时，将被修理的设备与其他带电部分可靠地断开，并构成明显的断开点，以保证修理时的安全。在一定条件下，允许用隔离开关接通或隔开小功率电路，如容量不大得空载变压器或电压互感器。 7.3.2 电气设备的选取

根据短路电流的计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况校验确定的变电所高低压电气设备如下： (1)10KV侧设备

表7-2 10KV侧电气设备

设 高压断路器 数 备 据 Us=10KV I30=57.7A ZN3—10 10KV 600A GN10/200 10KV 200A - 32 -

隔离开关 电压互感器 电流互感器 避雷器 JDZ-10 10KV LQJ-10 10KV FZ-10 10KV 续表7-210KV侧电气设备 Ik(3)6.25KA (3)ish15.91KA (3)2Itima8.7KA 22KA 25KA 24.5KA 6.252(20.2)8.722 85.94 结 论 151.38 满 足 满 足 满 足 满 足 满 足 （2）0.4KV侧设备

表7-3 0.4KV侧电气设备

设 数 备 据 Us=0.4KV I30=1443.4A (3)Ih22.12KA (3)ish40.7 低压断路器 DW10-1500/3 380V 1500A 低压负荷开关 HK1-60/3 380V 1500A 电流互感器 LAJ-10 380V 1500/5 2Itj22.1221.5733.94

8、供电系统的保护

8.1概述

工厂供电系统中发生故障时，必须有相应的保护装置将故障部分及时的从系统中切除，以保证非故障部分的正常工作，或发出报警信号，以便值班人员检查并采取消除故障的措施。工厂供电系统的高压配电网保护装置采用继电保护装置或高压熔断器，车间低压配电系统保护装置采用低压断路器和低压熔断器。

继电保护装置及各种不同类型的继电器，以一定的方式连接与组合，在系统发生故障时，继电保护动作，作用于断路器脱扣线圈或给出报警信号，以达到对系统进行保护的目的。

8.2变压器保护

8.2.1 概述

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变压器是供电系统中的重要设备，它的运行较为可靠，故障率教低。但在运行中它还是可能发生内部故障、外部故障及不正常工作状态。变压器的不正常运行方式，主要是指由于外部短路或过负荷引起的过电流和温度升高超过允许值以及油面降低等。因此要设置各种专用的保护。对于变压器的内部故障和外部故障应动作与跳闸；对于外部相间短路引起的过电流，保护装置应带时限动作于跳闸；对过负荷、油面降低、温度升高等不正常状态的保护一般只用于信号。

变压器故障一般分为内部故障和外部故障两种。内部故障是指变压器油箱内可能发生的故障，如线圈的相间短路，从间或匝间短路等。内部故障如不迅速排除，有引起油箱爆炸的严重后果。变压器外部故障系指引出线上绝缘套管相间短路和引出线接地等。

车间变电所的保护应力求简单，首先应考虑用熔断器与负荷开关或反时限的过电流保护，操作电源可用交流，继电器可用直接动作式。其次可考虑采用定时限和反时限的过电流保护，其整定方法与单端供电线路情况相同。当动作时限大于0.7s时，可加装速断保护。320KVA以上的户内变电所变压器和800KVA以上的户外变电所变压器都应加设气体变压器。气体继电器能反映的故障包括漏油、漏气、油内有气、匝间故障、绕组相间短路。其结构简单、价格便宜，如能妥善安装，精心维护，误动作的可能情况不大。气体继电器只能反映变压器的内部故障，如对变压器外部端子上的短路情况就无法反映。因此除设置气体继电器外，还需设置过流、速断或差动保护 8.2.2 车间变电所的各分厂变压器保护

（1） 瓦斯保护：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

作用于跳闸。

（2） 电流速断保护：防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。 （3） 过电流保护：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。

（4） 过负荷保护：防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。按具体条

件装设。

8.2.3 降压变电所变压器保护

总降压变电所变压器护方式取决于它的数量和容量：

（1）对容量为7500KVA及以下的单台变压器，可考虑设置以下的保护：

1） 对于由外部短路引起的变压器过电流可采用过电流保护，保护装置的整定值应考虑故障时可能出现的过负荷，当这种保护不能满足灵敏度要求时，可考虑采用复合电压（负序及线电压）启动的过电流保护；

2） 当过电流保护时限大于0.5s（或0.7s）时，可采用电流速断保护； 3） 气体保护；

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4） 温度监视。

（2）对容量是10000KVA及以上的单独运行的变压器或并列运行的每台容量为6300KVA及以上的变压器，除应设置（1）、（3）、（4）等项保护装置外，为了对变压器的内部故障（包括套管的故障）达到速断的目的，还需采用纵联速断差动保护。

本次设计中采用的变压器保护：

（1）由于各变电所的变压器选择了一台、容量小于7500KVA，所以采用了过电流保护； （2）由于各变电所的动作时限大于0.7s，所以采用了电流速断保护；

（3）由于NO1，NO2两个变电所变压器的容量大于800KVA，应装设了气体继电器。

9、防雷与接地

9.1 概 述

工厂供电系统中防雷与接地在工厂供电系统中占有极其重要的地位，其中由于过电压使绝缘破坏是造成系统故障的主要原因，系统中磁能和电能的转化，或电能通过电容的传递，以及线路参数选择不当，致使工频电压或高次谐波电压下发生谐振等产生的过电压，称为内过电压。单从工厂供电系统来看，不会造成很大威胁，所以对内过电压不必多做考虑。由雷击引起的过电压属于外过电压，；雷电流流过地面的被击物时，具有极大的破坏性，其电压可达数百万伏至数千万伏，电流达几十万安，造成人畜伤亡，建筑物炸毁或燃烧，线路停电及电气设备损坏等严重事故。

9.2 防 雷

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，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。

架空线路的防雷措施

（1）架设避雷线 这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66KV及以上的架空线路上才沿全线装设。35KV的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。而10KV及以下的线路上一般不装设避雷线。

（2）提高线路本身的绝缘水平 在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝

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缘子，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架空线路防雷的基本措施。

（3）利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 由于3～10KV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。

（4）装设自动重合闸装置 线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD，使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。

（5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器 对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。

变配电所的防雷措施：

（1）装设避雷针室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。

（2）高压侧装设避雷器 这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。阀式避雷器至3—10KV主变压器的最大电气距离如下表9-1：

表9-1 阀式避雷器至3—10KV主变压器的最大电气距离

雷雨季节经常运行的进线路数 避雷器至主变压器的最大电气距离/m 1 15 2 23 3 27 >=4 30 避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。

（3）低压侧装设避雷器 这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。

9.3 接地

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电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。 接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。

在本设计中，查表可知此变电所公共接地装置的接地电阻应为RE<4Ω．现初步考虑围绕变电所建筑四周，距变电所2—3m，打入一圈直径50mm、长2.5m的钢管接地，每隔5m打入一根，管间用40*4mm2的扁钢焊接。

致谢

经过一周刻苦努力，在指导老师的悉心指导下，在同学们的帮助下，终于完成了这次设计，回头看看，其间有酸甜苦辣，也有喜怒哀乐，尤其是由于理论基础不过硬，更是困难重重。经过自己的努力和同事的帮助，虽然说还是存在诸多不足，但是这次设计带给我的收获是巨大的。切实感受到所掌握的理论知识不够，需要通过学习提高完善自己。

现在，整个设计已经全部结束，这是在全部理论课程及完成各项实习的基础上进行的一项综合性环节，设计的目的：

1.巩固和扩大所学的专业理论知识，并在毕业设计的实践中得到灵活应用； 2.培养独立分析和解决问题的工作能力及解决实际工程设计的基本技能； 3.学习查阅有关设计手册、规范及其他参考资料的技能。

通过专业学习，使我的理论基础有了很大提高，与工作实践相结合，我想对今后的学习工作会有巨大的帮助。

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参 考 文 献

[1] 《工厂供电设计与实验》.王荣藩主编. 天津：天津大学出版社，2002.3 [2] 《工厂供电简明设计手册》.刘介才.北京：机械工业出版社，1993.8 [3] 《工厂供电》.苏文成. 陕西.机械工业出版社，2002.10 [4] 《配电系统可靠性评估》.别朝江.中国电力出版社,1997 [5] 《配电系统的防雷设计》.李华主.电力系统通信出版社,2004.3 [6] 《中国电力百科全书》.沈根才.中国电力出版社,1997.4

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