电气工程课程设计

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

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目录

第一章 绪论 ............................................................................................................... 1

1.1工厂供电的意义及要求 ........................................................................................ 1 1.2工厂供电设计的一般原则 ..................................................................................... 2 1.3工厂原始资料 ...................................................................................................... 2 1.4设计具体内容 ...................................................................................................... 6 第二章 工厂负荷计算与无功补偿................................................................................ 6

2.1负荷计算 ............................................................................................................. 6

2.2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 ................................ 13

3.1降压变电所所址的选择 ...................................................................................... 13 3.2主变压器型式选择 ............................................................................................. 15 3.3主变压器台数选择 ............................................................................................. 15 3.3主变压器容量选择 ............................................................................................. 15 第四章 变电所主接线的设计 .......................................................................................... 17

4.1变电所主接线的基本要求 ................................................................................... 17

4.2变配电所主结线的选择原则 ............................................................................... 18 4.3主接线设计方案 ................................................................................................. 19 4.4总降压变电所主接线图 ...................................................................................... 22 第五章 短路电流计算 .................................................................................................... 22

5.1短路电流计算目的 ............................................................................................. 22 5.2短路电流计算的方法和步骤 ............................................................................... 23 5.3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 ..................................................................... 29

6.1一次设备选择及校验的条件 ............................................................................... 29

6.2 35kV高压设备的选择及校验.............................................................................. 30 6.3 6kV高压设备的选择及校验 ............................................................................... 34 第七章 高压配电线路选择 ............................................................................................. 35

7.1高压配电线路种类 ............................................................................................. 35 7.2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 ................................................................................... 40

8.1继电保护概述及基本要求 ................................................................................... 40

8.2 故障的危害及继电保护的任务 ........................................................................... 41 8.3主变压器继电保护 ............................................................................................. 42 8.3 35kV主变压器继电保护..................................................................................... 42 8.4 6kV变压器继电保护 .......................................................................................... 46 第九章 防雷保护与接地装置的设计 ............................................................................... 47

9.1 防雷保护设计.................................................................................................. 47 9.2 接地装置设计.................................................................................................. 48 第十章 设计总结 ........................................................................................................... 49

附录1参考资料 ...................................................................................................... 50

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第一章 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；

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（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。

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1.3.2设计依据

（13） （4） （6） （9） （3） （11） （5） （1） （2） （8） （12） （10） （7） （14） N 图1-1 全厂总平面图

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） KX cos? tan? 变压器台数及容量 备注 K? （1）No.1变电所 1 铸钢车间 （2）No.2变电所 1 铸铁车间 2 砂库 （3）No.3变电所 1 铆焊车间

1500 1500 100 1000 0.4 0.65 1.17 0.4 0.7 0.7 0.6 1.02 1.33 2 2 1 0.9 0.9 0.9 0.3 0.45 1.98 3

2 1＃水泵房 （4）No.4变电所 1 空压站 2 机修车间 3 锻造车间 4 木型车间 5 制材场 6 综合楼 （5）No.5变电所 1 锅炉房 2 2＃水泵房 3 仓库（1、2） 4 污水提升站 30 400 150 200 190 30 30 300 30 80 20 0.75 0.8 0.85 0.25 0.3 0.35 0.28 0.9 0.75 0.75 0.3 0.65 0.75 0.65 0.55 0.6 0.6 1 0.8 0.8 0.65 0.8 0.75 0.88 1.17 1.52 1.33 1.33 1 0.75 0.75 1.17 0.75 1 0.9 1 0.9 表1-2 各车间6kV负荷

备注 序号 车间或用电单位名称 设备容量（kW） KX cos? tan? K? 1 2 3 3 供用电协议

电弧炉 工频炉 空压机 2?1500 2?400 2?500 0.9 0.87 0.57 0.8 0.9 0.48 0.85 0.85 0.62 0.9 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 最大运行方式 最小运行方式 (3)短路容量 Sdmax?250MVA 说明 Sdmax?200MVA (3)供电系统如下图（图1-2）所示：

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区域降压变电所 220/35kV

本厂总降压变电所 （待设计）

d(3) ?0=0.4Ω/km l=8km x（同上） d(3)

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?C；

（2）土壤中0.7～1米深处一年中最热月平均温度为20?C； （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

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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）。

第二章 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。

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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 无功功率

视在功率 计算电流

P30?Pe?Kd （2-1）

（2-2）

P3?Q00 3 （2-3）

Q30?P30?tan?S30?P3/0co?s?I30?S30/3UN （2-4）

式中

P30pe、

Q30、

S30——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；

tan?——功率因数角的正切值；

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I30UN——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 P30?K??p?P30?i （2-5）

无功功率 Q30?K??q?P30?i 视在功率 S30?P302?Q302 计算电流 IS3030? 3UN式中

?P30?i——所有设备组有功计算负荷P30之和；

K??p——有功负荷同时系数，本设计取0.9；

?Q30?i——所有设备组无功计算负荷Q30之和；

K??q——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：

Pe?1500kW，Kd?0.4，cos??0.65， P30?1?KdPe?0.4?1500?600kW Q30?1?Petan??600?1.17?702kVar S30?1?Pe/cos??600?0.65?923.1kVA I?S30?130?923.1?1402.5A

3UN3?0.388

tan??1.17（2-6）

（2-7）

（2-8）

2、车间变电所高压侧计算负荷的确定

主要计算公式有

PC?Pi??Pt （2-9）

QC?Qi??Qt （2-10）

SC?PC?QC22 （2-11）

其中: ?Pt?0.015Si，?Qt?0.06Si。

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：

PC?3?P3??Pt?290.3?0.015?625.3?299.7kWQC?3?Q3??Qt?610.9?0.06?625.3?648.4kVar

SC?3?PC?3?QC?322?299.72?648.42?714.3kVA

表2-1 全厂各车间380V负荷计算表

设备KX cos?序车间或用电容量号 单位名称 （kW） 1 1 2 1 2 1 2 3 4 5

计算负荷 tan? QjsSjsIjs （kW） （kVar） （kVA） （A） Pjs变压备器台注 数及K容量 ? （1）No.1变电所 铸钢车间 1500 合计 1500 （2）No.2变电所 铸铁车间 1500 砂库 100 合计 1600 （3）No.3变电所 铆焊车间 1000 1＃水泵房 30 合计 1030 （4）No.4变电所 空压站 400 机修车间 150 锻造车间 200 木型车间 190 制材场 30 0.4 0.65 1.17 0.4 0.7 0.7 1.02 0.6 1.33 600 540 600 70 603 702 631.8 612 93.1 634.6 594 16.9 549.8 291.72 43.9 91.2 88.4 11.2 923.1 1403 830.8 1262 857.1 1303 116.7 177 876.4 1331 666.7 1013 28.1 43 625.3 950 442 57.7 109.1 110.8 14 672 88 166 168 21 2 0.9 2 0.9 0.3 0.45 1.98 300 0.75 0.8 0.75 22.5 290.3 0.85 0.25 0.3 0.35 0.28 0.75 0.65 0.55 0.6 0.6 9

1 0.9 0.88 331.5 1.17 37.5 1.52 60 1.33 66.5 1.33 8.4 1 0.9 6 1 2 3 4 综合楼 30 合计 1000 （5）No.5变电所 锅炉房 300 2＃水泵房 30 仓库（1、2） 80 污水提升站 20 合计 430 总计 5560 0.9 0.75 0.75 0.3 0.65 1 0.8 0.8 0.65 0.8 0 27 477.8 0 498.1 168.8 16.9 28.1 9.8 201.2 2264 27 41 684.5 1040 281.3 427 28.1 43 36.9 56 16.3 25 326.3 496 3009 4572 0.75 225 0.75 22.5 1.17 24 0.75 13 256.1 1950.5 1 0.9 0.9 表2-2 全厂各车间6kV负荷计算表 计算负荷 序车间或用电号 单位名称 设备容量（kW） KX cos?备注 js tan? Pjs QjsS Ijs （A） 299 68 96 417 K?1 2 3 电弧炉 工频炉 空压机 合计 2?1500 2?400 2?500 4800 0.9 0.87 0.8 0.9 0.85 0.85

（kW） （kVar） 0.57 2700 1539 0.48 640 307.2 0.62 850 527 3771 2135.9 （kVA） 3103.4 711.1 1000 4333.1 0.9 2、车间变电所高压侧计算负荷的确定

主要计算公式有

PC?Pi??Pt （2-9）

QC?Qi??Qt （2-10）

SC?PC?QC22 （2-11）

其中: ?Pt?0.015Si，?Qt?0.06Si。

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：

PC3?P3??Pt?290.3?0.015?625.3?299.7kW

QC3?Q3??Qt?549.8?0.06?625.3?587.3kVar SC3?PC3?QC322?299.72?587.32?659.4kVA3、总降压变电所二次侧计算负荷的确定

主要计算公式有

P?K?P??Pi （2-12） Q?K?q??Qi （2-13）

i?1in?1n10

S?P2?Q2 （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

PC?PC??Pt （2-14）

QC?QC??Pt （2-15）

SC?\\'\'PC?QC\2\2 （2-16）

表2-3 工厂负荷统计表

计 算 内 容 车间1T计算负荷 车间2T荷 车间3T荷 车间4T荷 车间5T荷 1T低压侧负荷 变压器1T损耗 1T高压侧负荷 2T低压侧负荷 2T高压侧负荷 3T低压侧负荷 3T高压侧负荷 4T低压侧负荷 4T高压侧负荷 5T低压侧负荷 5T高压侧负荷 电 弧 炉 工 频 炉 空 压 机 6KV侧总计算负荷 总降变损耗 全厂计算负荷 cosφ 0.783 0.760 Pc QC ?P ?Q 442 SC IC 540 631.8 110 830.8 877.5 876.4 922.9 684.5 727.3 326.3 341.9 3103 711 1000 7364 7730 1262 84.4 1332 88.8 1040 70.0 496 32.9 299 68 96 709 744 12.5 49.9 552.5 681.7 603 634.6 计算负变压器2T损耗 13.1 52.6 616.1 687.2 290.3 549.8 299.7 587.3 477．8 498.1 488.1 539.2 256.1 201.2 261 2700 640 850 5767 5877 220.8 1539 307 527 4580 5022 625.3 950.0 659.4 63.45 计算负变压器3T损耗 9.4 37.5 计算负变压器4T损耗 10.3 41.1 计算负变压器5T损耗 4.9 19.6 2.2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

11

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：

cos?1?PS?57677364?0.783

补偿后6kV母线处功率因数：

tg?1?0.794

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：

cos?2?0.95tg?2?0.329

补偿容量：

Q/kVar(?Q)

Qc?P?(tan?1?tan?2)?5767?(0.794?0.329)?2682kVar

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

Qc?27?100?2700kVar

补偿后6kV母线处的视在计算负荷为

Sc?P2?(Q?Qc)2?57672?(4580?2700)2?6066kVA

补偿后35kV母线处功率因数：

PC?P??Pt?5767?0.015?6066?5858kW QC?Q'''''??Qt?(4580?2700)?0.06?6066?2244kVar

PC'2'SC??QC'2?585812

2?22442?6273kVA

cos?1?'PS''?58586273?0.934

表2-4 6kV高压母线自动补偿前后计算负荷及功率因数统计

计 算 负 荷 项 目 6kv侧补偿前负荷 6kv侧无功 补偿容量 6kv侧补偿后负荷 主变压器功率损耗 35kV侧负荷总计 cos? P/kW(?P) Q/kVar(?Q) S/kVA 7364 6066 6273 I/A 0.783 0.95 0.934 5767 5767 91.0 5858 4580 -2700 1880 364.0 2244 708.6 583.7 103.4 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

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；

13

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。

水泵房 铆焊车间 No.3变电所 机修车锻造车间 综合楼 空压站 No.4变电所 木型车间及木型库 铸钢车间 No.1 变电所 铸铁车间 No.5 变电所 制材场 水塔 锅炉房 砂库 污水提升站 No.5 总降压变电所 变电所 N

3-1 工厂高压配电系统示意图

14

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SN?T应不小于总计算负荷S30，即

SN?S3015

（3-1）

2）装设两台时，应满足：每台变压器的容量SN?T不应小于总的计算负荷S30的60%，最好为总计算负荷的70%左右，即

SN?T?(0.6~0.7)S30同时每台主变压器容量SN?T （3-2）

不应小于全部一、二级负荷之和S30(???)，即

SN?T?S30(???)

（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

SN?(0.6~0.7)S30?(0.6~0.7)?830.8?(498.5~581.6)kVASN?T?S30(???)?830.8kVA

选择两台S9-1000/6变压器。 （二）NO.2车间变电所

SN?(0.6~0.7)S30?(0.6~0.7)?876.4?(525.8~613.5)kVASN?T?S30(???)?876.4kVA

选择两台S9-1000/6变压器。 （三）NO.3车间变电所

SN?S30?625.3kVA

选择一台S9-630/6变压器。 （四）NO.4车间变电所

SN?S30?684.5kVA

选择一台S9-800/6变压器。 （五）NO.5车间变电所

SN?S30?326.3kVA

选择一台S9-400/6变压器。

16

3.3.3总降压变电所变压器容量选择

SN?(0.6~0.7)S30?(0.6~0.7)?6273?(3764~4391)kVASN?T?S30(???)?6273kVA

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) 一二次 次 6 6 6 6 6 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 损耗 (kW) 空载 1.700 1.700 1.200 1.400 0.800 阻抗空载电压电流负载 (%) （%） 4.5 4.5 4.5 4.5 4.0 0.7 0.7 0.9 0.8 1.0 额定容量 kVA 1000 1000 630 800 400 联接租 标号 Y,yn0 Y,yn0 Y,yn0 Y,yn0 Y,yn0 NO.1 S9-1000/6 NO.2 S9-1000/6 NO.3 NO.4 NO.5

10.300 10.300 6.200 7.500 4.300 S9-630/6 S9-800/6 S9-400/6

表3-2 总降压变电所变压器选择型号

电压组合 (kV) 型号 一次 二次 损耗 (kW) 空载 阻抗空载额定容电压电流量 kVA 负载 (%) （%）联接租 标号 S9-6300/35 35 6 6.56 36.90 7.5 0.9 6300 Y,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

17

基本要求：

(1) 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；

(2) 可靠：应满足用电单位可靠性的要求；

(3) 灵活：能适应各种不同的运行方式，操作检修方便；

(4) 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6～10 KV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

18

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，

19

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

20

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。

21

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

22

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。

Id?Sd3Ud?100MVA3UC （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

XS??SdSOC?100MVASOC （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

23

X

*WL?X0lSdUC2?X0l100MVAUC2 （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

X

*T?Uk%Sd100SN?Uk%SN （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）。

（3）\(3)（3）（3）5、计算短路电流，分别对各短路计算点计算各短路电流I、、、III?ksh等。

I

(3)K?IdX*? （5-5）

在无穷大容量系统中，存在下列关系：

（3）（3） I\(3)=I=Ik （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：

（3）shi?2.25I（\3） （5-7） （5-8）

Ish?1.51I（3）（\3） 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：

（3）shi?1.84I（\3） （5-9） （5-10）

Ish?1.09I（3）（\3）6、计算短路容量，三相短路容量按下式计算：

Sk?（3）3UcIk （5-11）

（3）24

5.3短路电流计算过程

取基准容量为Sd?100MVA,基准电压Ud1?37kV、Ud2?6.3kV相应的基准电流分别为Id1、Id2。

5.3.1最大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(Uc1=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

X1?Sd/Soc?*100250?0.4

架空线路的电抗标幺值

X*2?X0lSdUd12?0.4?8?100372?0.23

其中X0为导线的单位长度电抗平均值,查表得为0.4?/km。

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

X*K?1?X1?X2=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

Id1?Sd3Ud1?1003?37?1.56kA

K-1点短路电流各值

25

*? IK?11X*?K?1?10.63?1.59

* IK?1?Id1IK?1.56?1.59?2.48kA ?1 ish?2.55IK?1?2.55?2.48?6.31kA

SK?1?SdX*?K?1?100?1.59?159MVA

2、求K-2点的短路电流和短路容量(Uc1=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

X3?X4?**UK0?SdSN?7.5100?1006.3?1.19

（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

X*K?2?X1?X**2?X*3//X*4?0.4?0.23?1.192?1..225

（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

Id1?Sd3Ud1?1003?6.3?9.16kA

K-2点短路电流各值

IK?2?*1X*?K?2?11.225?0.816

*?9.16?0.816?7.48kA IK?2?Id1IK?2 ish?2.55IK?2?2.55?7.48?19.07kA

26

SK?2?SdX*?K?2?100?0.816?81.6MVA

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(Uc1=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

X?K?1?X1?X2?0.73*'X1?Sd/Soc?*100200?0.5

*'*'

(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

Id1?Sd3Ud1?1003?37?1.56kA

K-1点短路电流各值

IK?1?*'1X*?K?1'?10.73?1.37

I'K?1?II*d1K?1''?1.56?1.37?2.14kAish?2.55IK?1?2.55?2.14?5.46kA'SK?1?SdX*?K?1'?100?1.37?137MVA

2、求K-2点的短路电流和短路容量(Uc2?6.3kV) (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

X1?Sd/Soc?*100200?0.5

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

XK?2?X1?X2?X3//X4?0.5?0.23?27

*'****1.192?1.325

(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

Id1?Sd3Ud1?1003?6.3?9.16kA

K-2点短路电流各值

IK?2?*'1X*?K?2'?11.325?0.755

I'K?2?II*d1K?2'?9.16?0.755?6.92kAish?2.55IK?2?2.55?6.92?17.65kA''

SK?2?SdX*?K?2'?100?0.755?75.5MVA

（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 最小 最大 最小 最大 最小 最大 最小 Ik三相短路电流∕kA I\ I?三相短路容量 ∕MVA Ish ish Sk K-1 K-2 K-3 K-4

2.14 2.48 6.92 7.48 2.14 2.48 6.92 7.48 2.14 2.48 5.46 3.23 6.31 3.74 137 159 75.5 81.6 27.97 28.78 27.97 6.92 17.65 10.45 7.48 19.70 11.29 40.37 40.37 40.37 102.9 60.96 41.52 41.52 41.52 105.9 62.70 40.37 40.37 40.37 102.9 60.96 28

高压熔断器RN2-35 避雷器Y5CZ4—42/117 35 0.5 17 — — 35 — — — — 6.3 6kV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5.3 6kV设备选型表

选择校验项目 装置地点条件 额定参数 高压断路器SN10-10Ⅱ 高压隔离开关 GN19-10 高压熔断器RN1-6 电压互感器JDZB-6 电流互感器LZZQB-6 避雷器

电压 UN电流 断流能力 Ik(kA) 7.48 Ioc(kA) 31.5 动稳定度 ish(kA) 19.70 imax(kA) 80 热稳定度 I0tima(kA) 67.14 It2t(kA) 31.5?2?1984.5 2(kV) IC（A） 583.7 6kV UN(kV) IN（A） 10 1000 10 1000 — 75 302?4?3600 6 0.5 192.5 — — 6 — 1000/5 — — — 6 — 156 61?1?37212 10 — — 34 — — HY5W4—7.6/3 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高压架空线

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。

35

7.1.2高压电缆线

1、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

Sec?I30jec

36

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

I30?S303UN?62733?35?103.5A

查表可得，jec?0.90A/mm2,则

Sec?I30jec?103.50.90?115mm

2 选择标准截面150mm2,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

Ial?418A?I30?103.5A

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

Smin?35mm?150mm22

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

37

I30?S303UN?60663?6?583.7A

查表可知：LMY-50×5在30℃时的载流量为621.34?I30?583.7A，初选

该型号母线。 （二）动稳定校验

f??1.73i2Lsha?10?7

M?f?L2/10

??b?h6M2

????

将数据代入上面各式经检验满足要求。

（三）热稳定校验

A?Amin?I??timaC(3)timaC

1.787A?250mm2?Amin?I???7480??112.1mm2

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?C，故需计算在20℃时的载流量校正系数K

K??(?m??2)(?m??1)?(90?20)(90?25)?1.04

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

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