某电机修造厂110kV供配电系统设计

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1 引言

1.1 工厂供电的意义和要求

随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，对供电系统的设计越来越全面系统。电力系统由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统[1]。工厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电的可靠性能指标也日益提高。而变电所是电力系统中重要环节，变电站能否正常运行关系到电力系统的稳定和安全，尤其是现在居民、企业对供电的安全可靠性要求越来越高，因此设计安全、可靠、优质、经济的变电所是至关重要的?2?。

电能是电力工业的基本形态，它是发、送、变、配、用电各个环节电气设备连成的整体。是现代工业生产的主要能源和动力，是人类现代文明的物质技术基础，电能与国民经济各部门及人民日常生活关系密切。由于自然界的一次能源都可转换成电能，且电能转换成其他形式十分方便，电能宜于大量生产、远距离输送和自动控制。所以，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中广泛应用。

所谓电能质量，主要是指是指通过公用电网向用户提供的交流电能的品质。衡量电能质量的主要指标包括电压、频率和波形等，在合格的电能质量下工作，用电设备性能最好、效率最高?3?。

电能质量直接关系到电力系统的供电安全和质量，在工厂里，电能在生产产品所占的成本中比重一般很小，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地增加产量，降低生产成本，提高产品质量，提高劳动生产率，减轻劳动强度，改善工人工作条件，并且有利于实现生产过程自动化，而并不仅仅在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重的多少。人类社会生活只有在实现电气化以后，才使得社会秩序和生活质量得到充分保障，从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对生产可能造成严重的后果，不仅会打乱生产和生活秩序，有时甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事故。 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

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援国家经济建设，也具有重大的作用。

基于工厂供电对社会生产和人民生活至关重要的作用，我们对供电部门提出了以下严格要求：

（1） 安全：在电能的生产、供应、分配和使用上，不应该发生意外事故。 （2） 可靠：应满足电能用户对供电可靠性的需求。

（3） 优质：应满足电能用户对电能电压、频率和波形等质量的要求。 （4） 经济：供电系统的建设投资要少，运行和维护费用要低，并应最大限度的节约电能、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）工厂供电设计必须要遵守国家的有关法令、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，包括节约能源和有色金属等技术经济政策。

（2）工厂供电设计应做到保证人身和设备安全，供电可靠，电能质量合格、技术先进和经济合理。设计中应采用负荷国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。

（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等合理确定设计方案。

（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，做到远近期结合，以近期为主，适当的考虑扩建可能性?4?。

1.3 供配电国内外发展现状

中国电网目前正处于“西电东送、南北互供、全国联网”和电力市场化的特殊历史时期，由于我国能源分布与需求量极不平衡：西部的水力资源占全国 84%，煤炭资源占全国 82%，而能源需求的 75％分布在中、东部。因此，西电东送是我国电力流向的必然趋势，也是 21 世纪国家能源工业建设的基本战略方针[5]。电力事业发展突飞猛进，与此同时，电网的规模逐渐扩大，安全事故的影响范围越来越大，安全问题也越来越突出。

我国传统的电网工程设计存在很多明显的不足之处：设计标准规范不统一；设备型号多、产品通用性差；存在着大量重复性的设计工作；设计评审、批复争

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议多、耗时长；建设和运行维护成本高等。根据具体工程环境、建设要求和运行方式来进行针对性的设计，是一种“量体裁衣”式的设计。目前输变电工程典型设计是一种先进的设计理念，它采用集约化管理的思想，具有统一建设标准规范、发挥规模效益、提高工作效率、降低建设运营和维护成本等优势。这种全新的设计方法和理念，使我国电网工程的设计方式从“量体裁衣”式改变为“成衣定制”式，从而突出了设计重点，加快了设计进度，满足了大规模电网建设的需求?6?。

世界上大多数工业发达的国家都建立了全国统一系统，甚至相邻国家都建立了跨国电力系统。我国的电力行业发展也十分的迅猛。目前全国已有东北、华东、华北、华中、西北、南方6个跨省电网和山东、福建、海南、新疆、西藏等5个独立省（区）网。随着西部大开发战略的实施，建设了内蒙古西部、山西、陕西、宁夏、河南西部火电基地，开发了多个大型水电站，开辟了“西电东送”输电大通道，这些将促进电网的快速发展。

现在世界各地的研究和开发工作主要集中在以下几个方面来使得配电自动化更智能、更符合成本效益，以实现全面大规模电力系统的目标。 ? 电力系统通信协议，实现互联互通 ? 通信系统使其在商业上可行

? 通过仪表电气图，开关设备和变压器使得他们自身智能化 ? 智能远程终端单元 ? 智能仪表系统

? 电力系统算法提供快速、准确的控制决策?7?

随着经济的快速发展，全球资源短缺，环境破坏严重，社会开始对环境保护、节能减排和可持续性发展等问题的重视程度日益提高；同时，随着电力市场化进程的不断推进以及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升，要求电网必须能够提供更加安全、可靠、清洁、优质的电力供应?8?，能够适应多种能源类型发电方式的需要，能够适应用户自主选择的需要，能够更加适应高度市场化的电力交易的需求，进一步提高电网资产利用效率和效益，提供更加优质的服务?9?。智能电网为未来电力系统的最新发展方向?10?。为此，以美国和欧盟为代表国家和组织不约而同地提出要建设安全、灵活、可靠、经济的智能电网。

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智能电网(smart grid)也叫知识型电网(intelligrid)或现代电网(modern grid)，是有机融合了信息、数字等多种前沿技术的输配电系统；其发展目标是建设节能、环保、高效、可靠、稳定的现代化电网?11?。

美国对智能电网的研究已经开展了10 年, 对智能电网的构成仍然没有达成共识。但是, 一直致力于推进将智能电网的思想理论变为现实的政府、相关行业、技术和政策团体等都基本认同： 智能电网将利用数字技术, 对系统的所有元件, 从发电到用户用电的各个环节进行综合、实时的监控。根据美国艾克赛尔能源公司分析师最新公布的白皮书, 智能电网被大致定义为: 以最少的人工干预, 把各种燃料转化为电能提供给消费者的智能化、能够自动平衡和自我监测的电网。这样的系统将会最大限度地利用可再生资源, 减少对环境的污染，达到环保经济的目的。智能电网可以监测到当系统出现超载现象时, 灵活改变系统运行方式, 降低设备潮流, 防止发生断电情况。同时,智能电网可以保证用户和公用事业公司的实时沟通, 使用户能够对环境保护和价格进行选择, 使公用事业公司可以优化用户的能源利用?12?。

在中国，国家电网公司以奉献清洁能源、促进经济发展以及社会和谐为基本使命, 在认真分析世界电网发展新趋势和中国基本国情的基础上,提出了建设中国特色智能电网。这是一项高度复杂的系统工程，它紧密结合中国能源供应新形势和用电服务新需求, 提出了立足自主创新,注重理论和技术创新与应用，加快建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展, 具有信息化(实时和非实时信息的高度集成、共享和利用)、数字化(电网对象、结构、特性及状态的定量描述和各类信息的精确高效的采集与传输)、自动化(电网控制策略的自动优选、运行状态的自动监控和故障状态的自动恢复)、互动化(电源、电网和用户资源的友好互动和协调运行)等基本特征的智能电网的发展目标?13?。

尽管智能电网的研究与实践尚处于起步阶段，但是建设智能电网已经成为世界电力行业的一种美好愿景，必将进一步推动电力工业的变革与进步。

1.4 设计的主要内容

本工厂供配电系统的设计是根据厂区每个车间的负荷情况和分布情况，以及生产对负荷的要求并结合国家供电标准确定的。设计的主要内容主要包括以下几

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个方面。 （1）负荷计算

负荷计算是在厂区各车间的具体负荷的基础上进行的。通过计算负荷选择车间变压器，并根据车间变压器的相关参数计算出车变电所变压器的功率损耗，从而计算总降压变电所高压侧的负荷功率因数，然后确定无功补偿容量。最后列出车间负荷的计算表。

（2）确定总降压变电所的位置、型式和主变压器的台数、容量

根据电源进线的方向和工厂的地理环境等确定总降压变电所的位置和型式，结合厂区计算负荷以及扩建的需要确定主变压器的台数和容量。 （3）总降压变电所电气主接线的设计

根据电源进线的回路数，和负荷要求的供电可靠性、连续性，确定变电所高、低压侧的接线方式。

（4）供配电系统短路电流的计算

对一般工厂来说，电源方向的大型电力系统可看作是无限大容量的系统，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。通过绘制等效电路图，并计算电气元件的电抗标幺值，从而计算各短路点的短路电流。 （5）电气设备的选择和校验

根据短路电流计算的数据和各回路计算负荷的及其对应的额定值，选择变电所高、低压侧电气设备，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器等设备。并进行相应的动稳定和热稳定等校验。 （6）变电所进出线的选择

根据电压等级和周围环境情况选择导线的类型，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件、电压损耗条件、经济电流密度、机械强度。 （7）二次回路设计

设计包括控制与信号装置，测量与监视仪表，操作电源与控制电缆组成的二次回路系统。 （8）继电保护配置

根据需要，对总降压变电所的如下设备安装继电保护装置：主变压器、10kV馈电线路、10kV母线。

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总降压变电所主变压器的容量为6300kVA，且两台并列运行，根据规程要求，应装设瓦斯保护、电流速断保护、过电流保护以及过负荷保护。10kV馈电线路装设电流速断保护、定时限过电流保护。并对保护装置进行整定计算和校验灵敏度系数。

（9）确定防雷和接地方案

参考当地气象地质资料，设计防雷装置。防雷设计包括直击雷防护和雷电侵入波防护。进行直击雷防护的避雷针保护范围的计算，选择防护装置；确定雷电侵入波防护装置的型号和安装地点。确定接地装置的类型并计算接地电阻是否满足要求。

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2 负荷计算和无功功率补偿

2.1 负荷计算的目的和意义

进行电力设计的原始资料是用电部门提供的用电设备安装容量，这些用电设备品种多、用量大、工作情况复杂，所以，如何根据这些原始资料正确估算出所需的用电量是一个非常重要的问题。估算的准确与否将直接影响电力设计的质量。若估算过高，将使选择的设备和导线等容量和型号偏大，造成投资和有色金属的浪费；若估算过低，将使选择的设备和导线等容量和型号偏小，使得电气设备超负荷运行，使设备过热，加快绝缘的老化，降低使用寿命，甚至损坏设备，影响系统的正常运行?14?。可见，正确的负荷计算具有十分重要的作用。

另外，负荷计算是系统设计时作为选择电力变压器、开关设备、保护装置以及导线参数的依据，所以十分重要。

2.2 负荷计算的方法

负荷计算的方法主要有需要系数法、利用系数法以及二项式系数法等几种。本设计采用需要系数法。需要系数法的特点是计算方便简单，对于所有性质的企业都适用，且计算结果基本上符合实际要求，尤其是对设备容量相差较小且用电设备数量较多的用电设备组，因此这种方法是世界范围内普遍采用的计算负荷的一种基本方法。

对于一组用电设备，当在最大负荷情况下运行时，所涉及的所有用电设备不可能全部在同一时间运行，也不可能全部在满负荷情况下运行，并且线路在输送功率时要产生功率损耗，同时用电设备本身也产生损耗，所以不能简单的将所有设备的额定容量相加结果作为用电设备组的计算负荷，必须考虑在运行的时候出现的上述各种情况。

一个用电设备组的需要系数可以表示为

Kd?K?KL ?e?WL式中，K?为用电设备的同时系数；KL为用电设备的负荷系数；?e为用电设备组的平均效率；?WL为供电效率的平均功率。需要系数Kd小于1。

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（1）单组用电设备计算负荷的确定

单组用电设备计算负荷可按下列式子计算：

P30?KdPe

Q30?P30tan? S30?P30cos?

I30?S303UN

式中，P30 、Q30、S30分别为该用电设备组的有功计算负荷（kW）、无功计算负荷（kvar）和视在计算负荷（kVA）；Pe为用电设备组的设备容量，是指用电

at设备组所有用电设备（不包括备用设备）的容量总和（kW）；n?为该用电设备

组的平均功率因数角的正切值；UN为该用电设备组的额定电压（kV）；I30为该用电设备组的计算电流（A）。 （2）多组用电设备计算负荷的确定

在配电线或车间变电所低压母线上，通常是连接有多组用电设备组同时工作，但是由于各个用电设备组的最大功率负荷不一定会在同一时间出现，所以在计算配电线或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应该对其有功负荷和无功负荷计入一个同时系数K?,多组用电设备计算负荷可按下列式子计算：

P30?K??P30。i Q30?K??Q30.i

22S30?P30?Q30

I30?S303UN

式中，K?为同时系数，一般取为0.85~0.95。

由于各组用电设备的功率因数不一定相同，所以总的计算负荷和总的计算电流不能简单的将各组设备的视在计算负荷和计算电流相加来计算得到。

2.3 负荷计算

各车间的负荷统计情况如表2-1

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表2-1 电机修造厂各车间负荷统计情况

设备容量

KW

计算负荷

变压器台数及容量

序号 车间名称

p30 kw609 163 222 310 199 36 197 181 30 187 365 640 163 338 2880 3302

Q30S30 kvarkVA500 258 336 183 158 58 172 159 27 118 287 480 139 288 2300 2875

788 305 403 360 254 68 262 241 40 221 464 800 214 444 3686 —

车间变电

所代号

kVA

1?1000 1?400 1?500 1?400 1?315 1?100 1?315 1?315 1?80 1?250 1?500 1?1000 1?250 1?500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

电机修造车间 机械加工车间 新品试制车间 原料车间 备件车间 锻造车间 锅炉房 空压站 汽车库 大线圈车间 半成品试验站 成品试验站 加压站

设备处仓库（10KV转

供负荷） 成品试验站内大型集中负荷(10KV)

总计（380V侧）

2505 886 634 514 562 150 269 322 53 335 2290 256 3600 —

No.1 车变 No.2 车变 No.3 车变 No.4 车变 No.5 车变 No.6 车变 No.7 车变 No.8 车变 No.9 车变 No.10车变 No.11车变 No.12车变 No.13车变

—

主要为高压整流装置,要

求专线供电

—

以一车间变电所为例，380V侧有功负荷609kW，无功功率500kvar。一车间变压器选择型号为S9—1000型，电压为10/0.4kV，Yyn0联结的变压器，其技术数据如下：?P0?1.7kW,?Pk?10.3kW，I000?0.7,Uk率??7881000?0.788，则变压器的功率损耗为

00?4.5。变压器的负荷

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?PT??P0??2?Pk?1.7?0.7882?10.3kW?8.1kW

?QT?SN?I000??2Uk10000??1000??0.7?0.788?4.5?kvar?34.9kvar

1002所以10kV侧计算负荷

2?816.7kVA P1?617.1kW,Q1?534.9kvar，S1?P12?Q1其他车间计算负荷的计算过程同上，此处从略。将各车间的计算负荷汇总于表2-2。

表2-2 各车间计算负荷汇总

380V侧计算负荷

变压器

车间名称

有功负 荷/kW

No.1车间 No.2车间 No.3车间 No.4车间 No.5车间 No.6车间 No.7车间 No.8车间 No.9车间 No.10车间 No.11车间 No.12车间 No.13车间 总计

609 163 222 310 199 36 197 181 30 187 365 640 163 —

无功负

视在负

容量/kVA

荷/kvar 荷/kVA 500 258 336 183 158 58 172 159 27 118 287 480 139 —

788 305 403 360 254 68 262 241 40 221 464 800 214 —

1000 400 500 400 315 100 315 315 80 250 500 1000 250 —

耗/kW 8.1 3.3 4.3 4.3 3.0 1.0 3.2 2.8 0.6 2.9 5.4 8.3 2.8 —

耗/kvar 34.9 13.3 18.0 17.0 11.7 3.4 12.2 10.8 2.2 10.8 22.2 35.8 10.3 —

荷/kW 617.1 166.3 226.3 314.3 202 37 200.2 183.8 30.6 189.9 370.4 648.3 165.8 3352

荷/kvar 荷/kVA 534.9 271.3 354 200 169.7 61.4 184.2 169.8 29.2 128.8 309.2 515.8 149.3 3077.6

816.7 318.2 420.2 372.5 263.8 71.7 272.0 250.2 42.3 229.5 482.5 828.5 223.1 4550.6

有功损

无功损

有功负

无功负

视在负

变压器功率损耗

10kV侧计算负荷

2.4 无功功率补偿

2.4.1 无功功率补偿目的

在工厂供电系统中，绝大部分负荷为感性用电负荷，这些用电设备不仅要从

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电力系统中吸收有功功率，而且还要吸收无功功率，以此产生正常系统运行时所需要的交变磁场，但是在输送有功功率一定的情况下，随着无功功率的增大，将产生以下不良的后果:

(1) 使线路总电流增大，从而使供电系统中的功率损耗增大。

(2) 随着电流增大,使供电系统中电压损失增大，影响负荷端的电压质量。 (3) 使系统中设备的容量不能得到充分利用，降低了设备使用效率。 (4) 使发电机的输出能力降低，发电机的发电效率下降。

综上所述，工厂无功功率的增大对供配电系统将产生不良影响，从增大供配 电设备的利用率和提高电能质量等方面考虑，都必须设法降低负荷的无功功率,减少由其引起的不良影响，因此，需要装设无功功率补偿设备。功率因数是衡量供配电系统的一项重要技术指标，功率因数通常用无功功率补偿后的效果来表现。《全国供用电规则》规定：100kVA及以上的高压供电用户，其功率因数不应低于0.9，其他电力用户的功率因数不应低于0.85。如果达不到以上要求，则应装设无功补偿设备。 2.4.2 无功功率补偿计算

取K?p=0.9，K?q=0.9由表2-1知P30.1?3302kW，Q30.1?2875kvar，所以

P30?kQ30?k?p?P30.1?0.9?3302kW?2972kW

?q?Q30.1?0.9?2875kvar?2588kvar

22S30?P30?Q30?3941kVA

cos??P302972??0.75 S303941所以该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75，但是原始条件要求工厂最大负荷时功率因数不应低于0.9，考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

QN.C?p30(tan?1?tan?2)?2972[tan(arccos0.75)?tan(arccos0.92)]kvar?1355kvar初选BWF0.4-75-3型并联电容器进行补偿，每组容量qN.C?75kvar，则需要安装

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的并联电容器组数为n=QN.C/qN.C?1355/75?18.07,n取整数19，补偿的容量为

?Q?75?19?1425kvar，

补偿后，

PC?2972kw

?kvar?1163kvar，QC??2588?14252SC?PC2?QC?29722?11632kV.A?3191kV.A

所以cos??2972/3191?0.931.考虑到变压器的功率损耗

?Sc?PT??PFe??PCu??P0??Pk??S?N?T??? ?2?Sc?QT??Q0??QN??S?N.T2?I%?U%?S?0kc????S?N.T?100100????SN.T?????2?? ??在负荷计算中，公式简化为：?PT?0.015Sc ， ?QT?0.06Sc 即：?PT?0.015SC?48kw ， ?QT?0.06SC?191kvar 所以10kv侧计算负荷为：

Pkw 1?PC??PT?P10KV?2972?48?338?2880?6238Q1?QC??QT?Q10KV?1163?191?288?2300?3942kvar

S1?P12?Q12?7379kVA

10KV侧未补偿时的功率因数为：cos?1?P1/S1?0.85 ，取功率因数为0.92来计算10kv侧所需无功功率补偿容量：

?tan?arccos0.85??tan?arccos0.92??kvar?1208kvar QN.C1?6238选BWF10.5-50-1型并联电容器进行补偿，则需要安装的并联电容器组数为

n1=QN.C1/qN.C=1208/50=24.16

对于单相电容器，n1应为3的倍数，取27。所以补偿的容量为

?Q1?27?50kvar?1350kvar，补偿后：

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'Pkw 1?6238Q1'?Q1??Q1?(3942?1350)kvar?2592kvar

S1'?P1'2?Q1'2?6755kVA

cos?1'?6238/6755?0.923

应用公式?PT?0.015Sc ?QT?0.06Sc得主变压器的功率损耗为

?P2?0.015?6755kw?101kw ?Q2?0.06?6755kvar?405kvar

所以110KV侧计算负荷为

'P2?Pkw 1??P2?6339'Q2?Q2??Q2?2997kvar 2S2?P22?Q2?7012kVA

此时110KV侧功率因数cos?2?6339/7012?0.904， 满足要求。

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3 确定变电所的位置与型式

（1） 总降压变电所位置选择

变电所选址是可行性研究的重要环节，需依据电力系统规划设计中所确定的地点或范围进行，在符合系统功能要求的可选范围内，选出相对最优所址?15?。 合理选择变电所的位置，对于工厂的投资、有色金属的消耗、供电系统的合理布局、供电系统供电质量和可靠性以及线路损耗等都有着直接的关系。

根据供电电源的进线情况，并考虑到尽量将主降压变电所设置在远离人员密集区，结合厂区平面图，将主降压变电所设置在厂区西南侧，如图3-1所示。 （2） 车间变电所位置选择

根据各车间负荷情况，本厂拟设置13个车间变电所，每个车间变电所装设一台变压器，由各车间的进线和负荷分布情况，并结合接近电源侧、进出线方便等其他各项选择基本原则确定变电所位置，车间变电所位置如图3-1所示。

自行 车库 门卫 锻造车间 空压站 加压站 材料 设备处仓库 成品试验站 办公楼 俱乐部 食堂泵房 备件车间 浴池 水池 水塔 110kV电源进线 车库 新制车间 锅炉房 原料车间 图3-1 厂区供电平面图 半成品试验站 大线圈车间 电机修造车间 加工 车间

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厂区平面布置图的比例标尺为1:5000，经测量计算得主变压器至各车间变压器的距离如表3-1。

表3-1 主变压器至各车间变压器的距离

车间序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

距离

0.7 1.025 0.5 0.6 0.575 0.975 0.515 0.55 0.425 0.915 0.8 0.75 0.92

(km)

（3）变电所型式的选择

变配电所有屋内式和屋外式两大型式。屋内式运行维护方便，占地面积少，受环境影响相对较小。在选择工厂总变电所型式时，应根据具体的厂区地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优先选择屋内式。负荷较大的车间，宜选附设式或半露天式变电所。此处总降压变电所选为附设式，车间变电所全部安装为屋内式。

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4 主变压器的选择

4.1 主变压器的选择原则

（1）变电所主变压器台数的选择

主变压器台数应根据负荷的特点和负荷经济运行要求等方面进行选择，当满足下列条件之一时，应装设两台及以上变压器： 1）有大量一级负荷或二级负荷。

2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所。 3）集中负荷较大，例如大于1250kVA的负荷。

其他情况下应装设一台变压器，并且在确定变电所主变压器台数时，应当考虑负荷未来十年的发展情况，留有一定的余量。 （2）变电所主变压器容量的选择 1）只装一台主变压器的变电所

主变压器的容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即

SN.T≥S30

2）装有两台主变压器的变电所

每台变压器的容量SN.T应同时满足以下两个条件： ①任一台单独运行时， SNT?0.7S30 ②任一台单独运行时， SNT?S30?????

4.2 主变压器台数和容量的选择

由于工厂有大量的二级负荷，根据上述原则，选择装设两台主变压器。 每台主变压器容量应满足全部负荷的70%，并能满足全部一、二类负荷的需要，即

SN?T?0.7?7012kV.A?4908.4kV.A

且

SN?T?S30??????(788?305?403?360?254?68?262?241?221?214)?3116kVA因此选两台SF9-6300/110型双绕组变压器，联结组别为YNd11。

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5 电气主接线的设计

5.1 电气主接线设计原则

装有两台主变压器的总降压变电所的电气主接线设计原则

（1） 一次侧采用外桥或内桥接线、二次侧采用单母线分段接线。这种主接线 方式优点是结构简单，所需设备少，操作方便，供电可靠性较高。可供一、二级负荷，适用于具有两回路电源进线和有两台主变压器的总降压变电所。 （2） 一、二次侧均采用单母线分段接线。这种主接线方式对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电?16?。所用高压开关设备较多，接线简单方便，供电可靠性高，运行灵活。可供一、二类负荷，适用于一、二次侧进出线较多的降压变电所。

（3）一、二次侧均采用双母线。该接线的供电可靠性高，运行灵活，但所需设备多，投资大，占地面积大，配电装置复杂，适合于负荷容量大，进出线回路多的变电所。

5.2 变电所电气主接线设计的基本要求

（1） 保证供电可靠性和电能质量

确保供电可靠性和电能质量是对电气主接线的最基本要求。当供电系统发生故障时，要求停电范围要小，供电恢复要快。电压、频率和波形是表征电能质量的基本指标，电气主接线应能在各种运行方式下都满足以上这些方面的基本要求。

（2） 具有灵活性和便捷性

主接线应能适应各种运行方式，能灵活地进行运行方式切换，能适应一定时期内没有预期到的负荷水平变化，在改变运行方式时操作灵活快捷。 （3） 具有经济性

在确保供电可靠和满足电能质量的要求下，要尽量节省建设投资和运行维护费用，减少厂区建筑用地面积。 （4） 简化主接线

智能电网即配网自动化、变电所无人化是现代电网发展的必然趋势，简化主

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接线方式为这一技术的全面实施创造了非常有利的条件。 （5） 设计标准化

同种类型的变电所采用相同的主接线方式，可使设计规范化、标准化，有利于系统运行和设备检修维护。 （6）具有发展和扩建的可能性

考虑工厂未来几年的发展扩建，变电站电气主接线应具有一定的扩展性?17?。

5.3 本变电所电气主接线的选择

结合以上的原则和基本要求，本变电所电气主接线方案选用双回路电源进线，主变压器高压侧和低压侧均采用单母线分段接线型式。变电所电气主接线图见附录1。

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6 短路电流计算

6.1产生短路电流的原因及其后果

短路就是指载流体相与相之间发生非正常接通的情况．短路是电力系统中最经常发生的故障，危害极大?18?。

短路电流是电力系统在运行时 ，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可能远远大于额定电流，这取决于短路点距电源的电气距离。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。在电流急剧增加的同时，系统中的电压将急剧下降，如果发生三相短路，短路点的电压将降为零，这将会对电力系统的正常运行造成极其严重的危害。

三相系统中发生的短路情况有4种基本类型：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。其中三相短路的三相回路依旧对称，因而又称对称短路，其余三种情况均属不对称短路。在中性点接地的电力系统中，以一相接地的短路故障最多，约占全部故障类型的90％。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。

基于短路的特点，短路引起的后果是非常严重的。具体表现为： （1） 短路电流的热效应

短路电流流通设备时将会使电气设备发热急剧增加，短路时间持续到一定阶 段，将会使设备损坏。 （2） 短路电流的力效应

短路电流将在电气设备中产生很大的电动拉力，从而引起设备变形损坏。 （3） 影响电气设备的正常运行

短路时系统电压水平急剧下降，使得系统中的电动机因电磁转矩降低，从而 使转速下降甚至变为零，造成产品损坏、设备报销等事故。 （4） 破坏系统稳定性

短路将会使电力系统中的功率分布发生变化，导致并列运行的发电设备失去 同步性，破坏系统的稳定性，可能造成大范围的停电。

为了消除或减轻短路引起的后果，就需要进行短路电流计算，以正确地选择电器设备、设计继电保护装置等元器件。

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6.2 短路电流计算

为了选择高低压电气设备，整定继电保护，必须进行短路电流计算。短路电流按系统正常运行方式进行计算。计算短路电流时电路图及短路点的设置如图6-1所示（以一车间为例）。

∞系统 k1WL1 8km T1 WL2 k2 k3 T2 ~ 0.4Ω/km 3)S(k .max ?600MVA

S(3)k.min?280MVA6300kVA 110/10.5kV 1000kVA 10/0.4kV Uk%?10.5 Uk%?5 图6-1 短路电流计算电路及短路点的设置

（1）求各元件电抗标幺值

设Sd?100MV?A,Ud1?115kV,Ud2?10.5kV,Ud3?0.4kV,则

Id1?Sd3Ud1Sd3Ud2Sd3Ud3?1003?115100kA?0.502kA

Id2??3?10.51003?0.4kA?5.499kA

Id3?1) 电力系统

?kA?144.342kA

?3) 当S(时，X?600MVA1.min?k.maxSdS(k3.)maxSdS(k3.)min?100?0.167 600100?0.357 280100?0.014 1152?3) 当S(MVA时，X1.max?k.min?280?2）线路WL1

X?2?0.4?(4.5?0.17)?3）主变压器T1

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