電氣工程,工廠供電,完整畢業(yè)設(shè)計(jì)
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
題目 某制品廠總配變電所
及配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
教學(xué)院系
專業(yè)年級(jí)
指導(dǎo)教師
單 位 輔導(dǎo)教師
單 位 學(xué) 號(hào) 電氣信息學(xué)院 電氣工程及其自動(dòng)化2008級(jí) 職 稱 職 稱
完成日期
年 月 日
A Plastic Products Factory Total Substation and High-Voltage
Power Distribution System Design
Grade:
Name:
Specialty: Electrical Engineering and Automation
Instructor:
School of Electrical Engineering and Information
2012.6
摘 要
針對(duì)塑料制品廠的實(shí)際情況，根據(jù)現(xiàn)行的相關(guān)國家技術(shù)和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并適當(dāng)考慮到工廠未來負(fù)荷的發(fā)展情況，按照安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求，提出了塑料制品廠總配變電所及配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。
變電所是電氣系統(tǒng)的一個(gè)重要的組成部分，通過分析和討論本設(shè)計(jì)所擔(dān)負(fù)的任務(wù)及其負(fù)荷情況，根據(jù)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)出所有用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷，確定配電系統(tǒng)無功功率補(bǔ)償及控制方式。同時(shí)進(jìn)行變壓器的選擇，從而確定變電站的主接線方式，根據(jù)主接線的方式及系統(tǒng)的不同運(yùn)行方式，進(jìn)行了短路電流計(jì)算，從而選擇變電站高低壓側(cè)的電氣設(shè)備，并根據(jù)系統(tǒng)的最大運(yùn)行方式校驗(yàn)了個(gè)電氣設(shè)備。文章中，討論了無功功率補(bǔ)償及控制方式和繼電保護(hù)原理和變電站設(shè)備的繼電保護(hù)，并針對(duì)本次設(shè)計(jì)提出了相應(yīng)設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞：變電所；配電系統(tǒng)；負(fù)荷和短路計(jì)算；設(shè)備選型；接線圖
Abstract
For the actual situation of the plastic products factory can get and based on the related design standards, according to the existing relevant national technical and design standards and taking into account of the development of product's load, according to safe reliable, technological advance and the economical reasonable request, a design plan for the distribution transformer station's electrical system of the garden is presented in this paper.
Substation is an important part of the electrical system, through the analysis and discussion of the role of the substation and its load, according to the method of load calculation, getting the result of the calculated load. At the same time, determines how the reactive power compensation of distribution systems and control. Simultaneous selection of transformers, which determines how the main wiring in substations, according to the main-line system and different method of operation, calculation of short circuit current, to choose high and low voltage electrical equipment in substation, and calibrating the electrical equipment according to the system's maximum running mode. In the article, the reactive power compensation and its rationale and Substation relay protection is discussed, and come out a corresponding plan for this design.
Keywords: transformer substation；load calculation； main wiring design； power distribution system
目 錄
1 緒論 .................................................................................................................................. 1
1.1本設(shè)計(jì)的目的及意義 ................................................................................................ 1
1.2本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則 .................................................................................................... 1
1.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)概況 ....................................................................................................... 2
1.4 本設(shè)計(jì)研究方法 ....................................................................................................... 2
2 計(jì)算負(fù)荷和無功功率補(bǔ)償 .............................................................................................. 3
2.1 概述 ........................................................................................................................... 3
2.2設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算方法 ................................................................................................ 3
2.2.1按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷 ............................................................................. 3
2.2.2各個(gè)車間和車間變電所負(fù)荷計(jì)算 ..................................................................... 4
2.2.3車間變電所低壓側(cè)補(bǔ)償 ..................................................................................... 6
2.2.4變壓器損耗計(jì)算 ................................................................................................. 7
2.2.5高壓側(cè)無功補(bǔ)償計(jì)算 ......................................................................................... 7
2.3變壓器選擇 ................................................................................................................ 8
2.3.1變壓器選擇原則 ................................................................................................. 8
2.3.2變壓器選擇 ......................................................................................................... 9
2.3.2變壓器選擇 ......................................................................................................... 9
2.4總配變電所位置和型式的選擇 ................................................................................ 9
2.4.1變配電所所址選擇的一般原則 ......................................................................... 9
2.4.2負(fù)荷中心的確定 ................................................................................................ 10
2.4.2負(fù)荷中心的確定 ................................................................................................ 11
3變配電所主接線方案的設(shè)計(jì) .......................................................................................... 13
3.1變配電所主接線方案的設(shè)計(jì)原則與要求 ............................................................... 13
3.2主接線方案的技術(shù)指標(biāo) ........................................................................................... 13
3.3主接線方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo) ........................................................................................... 13
3.4高壓配電所主接線方案 ........................................................................................... 13
3.5配電所主接線方案圖 ............................................................................................... 14
4短路電流計(jì)算及一次設(shè)備選擇 ...................................................................................... 15
4.1短路電流計(jì)算 ........................................................................................................... 15
4.1.1短路電流計(jì)算的目的和意義 ............................................................................ 15
4.1.2歐姆法計(jì)算短路電流 ........................................................................................ 16
4.2高壓一次側(cè)設(shè)備選擇與校驗(yàn) ................................................................................... 19
4.2.1高壓側(cè)設(shè)備的校驗(yàn)條件 .................................................................................... 19
4.2.2隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定校驗(yàn)條件 .................................... 19
4.2.3電流互感器的短路穩(wěn)定度校驗(yàn)條件 ................................................................ 20
4.2.4 高壓側(cè)設(shè)備選擇與校驗(yàn)表 ............................................................................... 20
4.2.5各車間變電所10kv側(cè)進(jìn)線回路設(shè)備選擇與校驗(yàn)表 ...................................... 21
4.2.6各變電所低壓側(cè)出線回路設(shè)備選擇與校驗(yàn)表 ................................................ 22
4.3各車間變電所車間干線設(shè)備的選擇 ....................................................................... 25
5供配電線路的選擇計(jì)算 .................................................................................................. 28
5.1總配電所架空線進(jìn)線選擇 ....................................................................................... 28
5.1.1選線計(jì)算 ............................................................................................................ 28
5.1.2電壓損耗的校驗(yàn) ................................................................................................ 28
5.1.3發(fā)熱條件的校驗(yàn) ................................................................................................ 29
5.2 10kv母線的選擇 ...................................................................................................... 29
5.3車間變電所高壓進(jìn)線選擇 ....................................................................................... 31
5.3.1選擇原則與說明 ................................................................................................ 31
5.3.2各車間變電所引進(jìn)線的選線及計(jì)算 ................................................................ 31
5.3.3各車間變電所引進(jìn)線的選線及計(jì)算 ................................................................ 33
5.4車間變電所低壓進(jìn)線線的選擇 ............................................................................... 33
5.5低壓母線選擇 ........................................................................................................... 34
5.6車間變電所各用電設(shè)備進(jìn)線選擇 ........................................................................... 34
6供電系統(tǒng)繼電保護(hù)及二次回路方案 .............................................................................. 38
6.1繼電保護(hù) ................................................................................................................... 38
6.1.1 繼電保護(hù)裝置及特性 ....................................................................................... 38
6.1.2 繼電器與繼電特性 ........................................................................................... 39
6.2 電力變壓器的繼電保護(hù) .......................................................................................... 39
6.2.1 變壓器的常見故障及保護(hù)類型 ....................................................................... 39
6.3 電力線路的保護(hù) ...................................................................................................... 40
6.3.1 電源進(jìn)線的繼電保護(hù) ....................................................................................... 40
6.3.2 車間變電所高壓進(jìn)線的繼電保護(hù) ................................................................... 41
6.4變壓器繼電保護(hù)與整定 ........................................................................................... 43
6.4.1 變電所低壓側(cè)的保護(hù)裝置 ............................................................................... 45
6.5并聯(lián)電容器的保護(hù)裝置 ........................................................................................... 45
6.6變電所二次回路方案 ............................................................................................... 46
7防雷接地 .......................................................................................................................... 47
7.1 變電所的防雷保護(hù) .................................................................................................. 47
7.1.1 直接防雷保護(hù) ................................................................................................... 47
7.1.2 雷電侵入波的防護(hù) ........................................................................................... 47
7.2 變電所接地裝置的計(jì)算及布置 .............................................................................. 47
總 結(jié) ................................................................................................................................... 49
致 謝 ................................................................................................................................... 51
參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 52
1 緒論
1.1本設(shè)計(jì)的目的及意義
工廠供電，就是指工廠所需電能的供應(yīng)和分配，亦稱工廠配電。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的分配既簡單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測(cè)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很小。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對(duì)工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)重的后果。因此，做好工廠供電工作對(duì)于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。能源節(jié)約對(duì)于國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對(duì)于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。本論文主要對(duì)塑料制品廠總配變電所及配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1.2本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則
本設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的一般原則：
（1）工廠供電設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格遵守國家的有關(guān)法令、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，執(zhí)行國家的有關(guān)方針、政策，如節(jié)約有色金屬，以鋁代銅，采用低能耗設(shè)備以節(jié)約能源等；
（2）必須從全局出發(fā)，按照負(fù)荷的等級(jí)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電規(guī)劃統(tǒng)籌規(guī)劃，合理確定整體設(shè)計(jì)方案；
（3）工廠供電設(shè)計(jì)應(yīng)做到供電可靠、保證人身和設(shè)備安全。要求供電電能質(zhì)量合格、優(yōu)質(zhì)、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。設(shè)計(jì)應(yīng)采用符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的效率高、能耗低、性能先進(jìn)的設(shè)備；
（4）應(yīng)根據(jù)整個(gè)工程的特點(diǎn)、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理工程的近、遠(yuǎn)期的建設(shè)發(fā)展關(guān)系，以近期為主，遠(yuǎn)、近結(jié)合，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能性。
1.3 本設(shè)計(jì)任務(wù)概況
根據(jù)工廠的規(guī)模、負(fù)荷情況、供電條件、技術(shù)要求、自然條件，設(shè)計(jì)其總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的工作任務(wù)按照工程實(shí)用的條件進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：
（1）負(fù)荷計(jì)算和無功補(bǔ)償；
（2）變電所位置和型式選擇；
（3）變電所主變壓器臺(tái)數(shù)和容量、類型的選擇；
（4）變電所主接線方案的設(shè)計(jì)；
（5）短路電流計(jì)算；
（6）變電所一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)；
（7）變電所進(jìn)出線的選擇和校驗(yàn)；
（8）主要設(shè)備繼電保護(hù)的選擇與整定；
（9）防雷保護(hù)和接地裝置的設(shè)計(jì)；
（10）高、低壓配電柜的選擇；
（11）電容補(bǔ)償容量的計(jì)算和補(bǔ)償設(shè)備的選擇。
1.4 本設(shè)計(jì)研究方法
對(duì)于塑料制品廠總配變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)這個(gè)題目，要結(jié)合基本理論的系統(tǒng)性與實(shí)用性，圍繞供電技術(shù)的基本知識(shí)來確認(rèn)工程設(shè)計(jì)的方法。對(duì)論文每一步都一定要遵循國家的線性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范來設(shè)計(jì)。
2 計(jì)算負(fù)荷和無功功率補(bǔ)償
2.1 概述
“計(jì)算電荷”是按發(fā)熱條件選擇導(dǎo)體和電器設(shè)備時(shí)所使用的一個(gè)假象負(fù)荷，其物理量意義是按這個(gè)計(jì)算負(fù)荷持續(xù)運(yùn)行所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，與按實(shí)際變動(dòng)負(fù)荷長期與運(yùn)行所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等，也可用持續(xù)時(shí)間為半小時(shí)平均有功負(fù)荷的最大值來描述計(jì)算負(fù)荷。因此通常取“半小時(shí)最大負(fù)荷”作為發(fā)熱條件選擇電器元件的計(jì)算負(fù)荷。有功負(fù)荷表示為P30，無功計(jì)算負(fù)荷表示為Q30，計(jì)算電流表示為I30，視在負(fù)荷為S30。
2.2設(shè)備的負(fù)荷計(jì)算方法
用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷的確定，在工程中常用的有需要系數(shù)法和二項(xiàng)式法。需要系數(shù)法是世界各個(gè)普遍應(yīng)用的確定計(jì)算負(fù)荷的基本方法，而二項(xiàng)式法應(yīng)用的局限性較大，主要應(yīng)用于機(jī)械加工企業(yè)。關(guān)于以概率輪為理論基礎(chǔ)而提出的用以取代二項(xiàng)式發(fā)達(dá)利用系數(shù)法，由于其計(jì)算比較繁復(fù)而未能得到普遍應(yīng)用，所以只介紹需要系數(shù)法與二項(xiàng)式法。
根據(jù)原始資料，用電設(shè)備臺(tái)數(shù)較多且各臺(tái)容量相差不遠(yuǎn)，所以選擇需要系數(shù)法來進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。
2.2.1按需要系數(shù)法確定計(jì)算負(fù)荷
根據(jù)原始資料分析，本設(shè)計(jì)負(fù)荷是多組用電設(shè)備計(jì)算，所以，要根據(jù)多組用電設(shè)備計(jì)算負(fù)荷的計(jì)算公式來計(jì)算。
有功計(jì)算負(fù)荷（單位為kW）的計(jì)算公式：
P30?K?p??P
i
(2.1)
式中?P30i為所有設(shè)備組有功計(jì)算負(fù)荷P30之和；K?p為有功符合同時(shí)系數(shù)，本文資料有提供為0.9。
無功計(jì)算負(fù)荷（單位為kvar）的計(jì)算公式：
Q30=P30?tg?
(2.2)
式中tg?—對(duì)應(yīng)于用電設(shè)備組功率因數(shù)cos?的正切值，本設(shè)計(jì)資料有提供。
3
視在計(jì)算負(fù)荷（單位為kVA）的計(jì)算公式：
S30?
(2.3)
計(jì)算電流（單位為A）的計(jì)算公式：
I30?
(2.4)
各車間、變電所負(fù)荷計(jì)算（均采用需要系數(shù)法）各車間、各變電所負(fù)荷合計(jì)時(shí)，同時(shí)系數(shù)取值：K??p?0.9。
2.2.2各個(gè)車間和車間變電所負(fù)荷計(jì)算
一共五個(gè)車間加上各個(gè)車間的用電設(shè)備，根據(jù)需要系數(shù)法計(jì)算各車間的有功功率、無功功率、視在負(fù)荷與計(jì)算電流。計(jì)算過程在附錄設(shè)計(jì)計(jì)算書中。把所有結(jié)果歸納得出下面的表2.1。
表2.1 各車間380V負(fù)荷計(jì)算表
4
續(xù)表2.1
5
2.2.3車間變電所低壓側(cè)補(bǔ)償
由于NO.1和NO.2車間容量很大，可以考慮在NO.1和NO.2低壓側(cè)進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。無功功率補(bǔ)償容量的計(jì)算公式
Qc?P30?tan?1?tan?2???qcP30
(2.5)
式中P30為工廠的有功計(jì)算負(fù)荷；
tan?1為原來功率因數(shù)的正切；
tan?2為需要補(bǔ)償?shù)降墓β室驍?shù)的正切； ?qc為無功補(bǔ)償率。
1） NO.1車間無功補(bǔ)償計(jì)算
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，功率因數(shù)cos?一般在0.9以上，故取cos?2?0.92 ①功率因數(shù)：cos?1?
P30S30
?1411.72343.9
?0.602＜0.9
（需要補(bǔ)償）
②需補(bǔ)償容量計(jì)算：Qc?P30?tan?1?tan?2???qcP30?0.91?1411.7?1286.647kva
?(1)?P30?1411.7kW ③補(bǔ)償后：P30
?(1)?Q30?QC?1871.1?1286.647?
584.4kvarQ30
?(1)?S30?1527.8kVA 1411.71527.8
?0.924（滿足要求）
?(1)/S30?(1)?功率因數(shù)：cos???P30
④并聯(lián)電容器個(gè)數(shù)的計(jì)算:
n?
Qcqc
(2.6)
式中qc為單個(gè)電容器的容量（單位是kvar）。 通過計(jì)算n?
Qcqc
?
1286.647
75
?17.1
并聯(lián)的電容器型號(hào)：BWF0.4-75-1/3，取18個(gè)。
低壓電容器柜型號(hào)：GBJ-1-0.4所需數(shù)量為：4個(gè)，單個(gè)電容器柜內(nèi)可裝5個(gè)電容器
2）NO.2車間補(bǔ)償計(jì)算同上， 相關(guān)計(jì)算數(shù)據(jù)如下：
QC(2)?618.1kvar
6
?(2)?P30?883kWP30
?(2)?Q30?QC(2)?1023?618.1?
404.9kvarQ30
?(2)?S30?971.4kVA
?(2)/Q30?(2)?0.908（滿足要求） cos???P30
n?
Qcqc
?
618.175
?8.24
并聯(lián)的電容器型號(hào)：BWF0.4-75-1/3，取9個(gè)。
2.2.4變壓器損耗計(jì)算
（1）負(fù)荷計(jì)算中，電力變壓器的功率損耗可按下列簡化公式近似計(jì)算有功損耗：
近似計(jì)算無功損耗：
?QT?0.06S30 ?PT?0.015S30
(2.7)
(2.8)
式中S30為變壓器二次側(cè)的視在計(jì)算負(fù)荷
（2）現(xiàn)計(jì)算個(gè)車間變電所變壓器損耗和算入損耗后的各負(fù)荷,其計(jì)算數(shù)據(jù)和結(jié)果見表2.2：
表2.2 變壓器損耗計(jì)算及加入損耗后負(fù)荷表
2.2.5高壓側(cè)無功補(bǔ)償計(jì)算
（1）所有變電所的負(fù)荷計(jì)算：
?P30?K??p?P30?0.9?(PT(1)?PT(2)?PT(3)?PT(4)?PT(5))?0.9?3007.62?2706.8kW
?Q30?K??q?Q30?0.95?(QT(1)?QT(2)?QT(3)?QT(4)?QT(5))?0.95?2486.3?
2361.9kvar
7
?S3031.9?
2
3k5V92.3 A
（2）功率因數(shù)： cos???P30/?S30?2706/3592.3?0.75＜0.9 （3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本廠功率因數(shù)cos?要求在0.9以上 （4）故需要補(bǔ)償?shù)娜萘浚?/p>
Qc?P30?tan?1?tan?2???qcP30?0.45?2706.8?1218.06kva
（5）補(bǔ)償后：
??P30
?P
30
?2706.8kW
Q'30??Q30?QC?2361.9?1218.06?
1143.84kvar
S'30?
?2938.5kVA ?/S30??2706.8/2938.5?0.921＞0.9（滿足要求） 功率因數(shù)： cos???P30
2.3變壓器選擇
2.3.1變壓器選擇原則
選擇的原則為：
(1) 只裝一臺(tái)變壓器的變電所
變壓器的容量ST應(yīng)滿足用電設(shè)備全部的計(jì)算負(fù)荷S30的需要，即ST?S30，但一般應(yīng)留有15％的容量，以備將來增容需要。
(2) 裝有兩臺(tái)變壓器的變電所
每臺(tái)變壓器的容量應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件:
1）任一臺(tái)變壓器工作時(shí)，應(yīng)滿足總計(jì)算負(fù)荷S30的大約70％的需要，即為
ST?0.7S30
(2.9)
2）任一臺(tái)變壓器工作時(shí)，應(yīng)滿足全部一、二級(jí)負(fù)荷S30的需要，即
ST?S30
（I?Ⅱ）
(2.10)
(3)車間變電所變壓器的容量上限
單臺(tái)變壓器不宜大于1000kVA，并行運(yùn)行的變壓器容量比不應(yīng)超過3：l。同時(shí)，并聯(lián)運(yùn)行的兩臺(tái)變壓器必須符合以下條件：
1）并聯(lián)變壓器的變化相等，其允許差值不應(yīng)超過±0．5％，否則會(huì)產(chǎn)生環(huán)流引起電能損耗，甚至繞組過熱或燒壞。
8
2）各臺(tái)變壓器短路電壓百分比不應(yīng)超過10％，否則，阻抗電壓小的變壓器可能過載。
3）各臺(tái)變壓器的連接組別應(yīng)相同，若不同，否則側(cè)繞組會(huì)產(chǎn)生很大的電流，甚 至燒毀變壓器。
2.3.2變壓器選擇
以NO.1變電所選型為例（查看各個(gè)負(fù)荷計(jì)算大小，可確認(rèn)選擇一臺(tái)變壓器既滿
?(1)?1585.2kVA 。選擇的變足），根據(jù)負(fù)荷計(jì)算是所得變電所補(bǔ)償后總視在功率：S30
壓器應(yīng)該滿足：應(yīng)選變壓器的容量SN.T
?(1)?S30
。
查詢附錄表可知選擇的變壓器容量為1600kVA，故選擇的變壓器型號(hào)為：S9—1600\10，參照變壓器各參數(shù)，可以滿足要求。
2.3.2變壓器選擇
表2.3 變壓器型號(hào)及參數(shù)匯總
2.4總配變電所位置和型式的選擇
2.4.1變配電所所址選擇的一般原則
選擇工廠變配電所的所址，應(yīng)根據(jù)下列要求經(jīng)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)比較后確定： （1）接近負(fù)荷中心。 （2）進(jìn)出線方便。 （3）接近電源側(cè)。 （4）設(shè)備運(yùn)輸方便。
9
（5）不應(yīng)設(shè)在有劇烈震動(dòng)或高溫的場(chǎng)所。
（6）不宜設(shè)在多塵或有腐蝕氣體的場(chǎng)所，當(dāng)無法遠(yuǎn)離時(shí)，不應(yīng)設(shè)在污染源盛行風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)。
（7）不應(yīng)設(shè)在廁所浴池或其它經(jīng)常積水場(chǎng)所的正下方，且不宜與上述場(chǎng)所相貼鄰。
（8）不應(yīng)設(shè)在有爆炸危險(xiǎn)的正上方或正下方，且不易設(shè)在有火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境的正上方或正下方，當(dāng)與有爆炸或火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境的建筑物毗連時(shí)，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB50058-92《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。
（9）不應(yīng)設(shè)在地勢(shì)低洼和可能積水的場(chǎng)所。
（10）高壓配電所應(yīng)盡量與鄰近車間變電所或有大量高壓用電設(shè)備的廠房合建在一起。
GB50053-94《10kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》還規(guī)定：
（1）裝有可燃性浸電力變壓器的車間內(nèi)變電所，不應(yīng)設(shè)在三四級(jí)耐火等級(jí)的建筑物內(nèi)；當(dāng)設(shè)在二級(jí)耐火等級(jí)的建筑物內(nèi)時(shí)，建筑物應(yīng)采取局部防火措施。
（2）多層建筑中，裝有可燃性油的電氣設(shè)備的變配電所應(yīng)設(shè)在底層靠外墻部位，且不應(yīng)設(shè)在人員密集場(chǎng)所的正上方，正下方，貼鄰和疏散出口的兩旁。
（3）高層主體建筑物內(nèi)不宜設(shè)裝有可燃性油的電氣設(shè)備的變配電所。當(dāng)受條件限制必須設(shè)置時(shí)，應(yīng)在底層靠外墻部位，且不應(yīng)設(shè)在人員密集的場(chǎng)所的正上方，正下方，貼鄰和疏散出口的兩旁，并采取相應(yīng)的防火措施。
（4）露天或半露天的變電所，不應(yīng)設(shè)在下列場(chǎng)所：有腐蝕氣體的場(chǎng)所；挑檐為燃燒體或難燃燒和耐火等級(jí)為四級(jí)的建筑物旁；附近有棉糧及其它易燃易爆物品集中的露天堆放場(chǎng)；容易沉積粉塵，可燃纖維和灰塵，或?qū)щ妷m埃且嚴(yán)重影響變壓器安全運(yùn)行的場(chǎng)所。
2.4.2負(fù)荷中心的確定
變電所位置應(yīng)盡量接近負(fù)荷中心，工廠的負(fù)荷中心用功率矩法確定。通過此方法計(jì)算后確定有本設(shè)計(jì)負(fù)荷中心為?7.41,6.4?，按圖紙比例及綜合考慮變電所位置選擇的原則后,確定此點(diǎn)為總配變點(diǎn)所坐標(biāo)中心。此計(jì)算過程在計(jì)算書中體現(xiàn)。
10
圖2.1 塑料制品廠平面圖
2.4.2負(fù)荷中心的確定
變電所有屋內(nèi)式和屋外式兩大類別，屋內(nèi)式運(yùn)行維護(hù)方便，占地面積少。在選擇工廠總配電所型式時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體地理環(huán)境，因地制宜；技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用屋內(nèi)式。
負(fù)荷較大的車間，宜選用附設(shè)式或半露天式變電所。
負(fù)荷較大的多跨廠房及高層建筑內(nèi)，宜設(shè)室內(nèi)變電所或組合式成套變電站。 負(fù)荷小而分散的工廠車間及生活區(qū)，或需遠(yuǎn)離有易燃易爆危險(xiǎn)及腐蝕性車間時(shí)，宜設(shè)獨(dú)立變電所。
工廠的生活區(qū)，當(dāng)變壓器容量在315kV及以下時(shí)，宜設(shè)桿上式邊電臺(tái)或高臺(tái)式變電所。
由廠區(qū)平面圖和計(jì)算結(jié)果，考慮到1號(hào)車間變電所距離總配變電所距離很近，可
11
以設(shè)置成為高壓配電所帶一附設(shè)車間變電所的方案，所址靠近主要負(fù)荷車間，同時(shí)，有利于高壓進(jìn)出線及周圍環(huán)境的經(jīng)濟(jì)型。2號(hào)車間變電所同樣選用附設(shè)式。3、4、5號(hào)車間變電所均采用獨(dú)立式。
12
3變配電所主接線方案的設(shè)計(jì)
3.1變配電所主接線方案的設(shè)計(jì)原則與要求
變配電所得主接線，應(yīng)根據(jù)變配電所在供電系統(tǒng)中的地位，進(jìn)出線回路數(shù)，設(shè)備特點(diǎn)及負(fù)荷性質(zhì)等條件確定，并應(yīng)滿足安全，可靠，靈活，經(jīng)濟(jì)等要求。
3.2主接線方案的技術(shù)指標(biāo)
（1）供電的安全性，主接線方案在確保運(yùn)行維護(hù)和檢修的安全方面的情況。 （2）供電的可靠性，主接線方案在與用電負(fù)荷對(duì)可靠性要求的適應(yīng)性方面的情況。
（3）供電的電能質(zhì)量主要是指電壓質(zhì)量，含電壓偏差、電壓波動(dòng)及高次諧波等方面的情況。
（4）運(yùn)行的靈活性和運(yùn)行維護(hù)的方便性。
3.3主接線方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
（1）線路和設(shè)備的綜合投資額 （2）變配電所的年運(yùn)行費(fèi) （3）供電貼費(fèi)（系統(tǒng)增容費(fèi)） （4）線路的有色金屬消耗量
3.4高壓配電所主接線方案
由本設(shè)計(jì)原始資料知：電源由電業(yè)部門變電所10kV母線提供，一次進(jìn)線長1km，線路阻抗：XL?0.4?/km年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)為6000h，且工廠屬于三級(jí)負(fù)荷，所以只進(jìn)行總配電在進(jìn)行車間10/0.4kV變電。由于有五個(gè)車間變電所，負(fù)荷要求較大，而且需要可靠的供電性。母線聯(lián)絡(luò)線采用單母線分段接線方式，提高故障時(shí)檢修效率，保證整體工廠的'供電可靠性。低壓側(cè)應(yīng)根據(jù)情況具體對(duì)待，但對(duì)于本塑料制品廠而言，按可靠性第一的原則，所以采用放射式供電。
13
3.5配電所主接線方案圖
圖3.3 總配電所主接線圖方案
上述電氣主接線方案，采用的是單母線分段接法，由10kV電源進(jìn)線分別對(duì)兩段母線接線供電，由兩端母線分別對(duì)各用電設(shè)備供電，兩段母線的供電負(fù)荷基本相等。另一條10kV電纜作為備用電源，它與正常運(yùn)行下，形成了電氣或者機(jī)械連鎖，以確保負(fù)荷在故障情況下的正常供電，詳細(xì)的設(shè)計(jì)情況可見附電氣主接線圖。
14
4短路電流計(jì)算及一次設(shè)備選擇
供電系統(tǒng)應(yīng)該正常地不間斷的可靠供電，以保證生活和生產(chǎn)的正常進(jìn)行，但是這種情況經(jīng)常會(huì)因?yàn)榘l(fā)生短路故障而遭到破壞。短路就是供電系統(tǒng)中單相或多相載流導(dǎo)體接地或相互接觸而在配電網(wǎng)中產(chǎn)生超出規(guī)定值的大電流。設(shè)備短路的主要原因是絕緣損壞、誤操作、雷擊或操作過電壓等等，其中誤操作產(chǎn)生的故障約占短路故障的70%。短路的基本類型分三相短路、兩相短路、單相接地短路和兩相接地短路，其中三相短路稱為對(duì)稱短路，其他稱為不對(duì)稱短路。為了選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備、載流導(dǎo)體和整定供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，需要計(jì)算三相短路電流。
4.1短路電流計(jì)算
4.1.1短路電流計(jì)算的目的和意義
短路電流計(jì)算的目的是為了正確選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備以及進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算。
進(jìn)行短路電流計(jì)算，首先要繪制計(jì)算電路圖。在計(jì)算電路圖上，將短路計(jì)算所考慮的各元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號(hào)，然后確定短路計(jì)算點(diǎn)。短路計(jì)算點(diǎn)要選擇得使需要進(jìn)行短路校驗(yàn)的電氣元件有最大可能的短路電流通過。接著，按所選擇的短路計(jì)算點(diǎn)繪出等效電路圖，并計(jì)算電路中各主要元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計(jì)算的短路電流所流經(jīng)的一些主要元件表示出來，并標(biāo)明其序號(hào)和阻抗值，然后將等效電路化簡。對(duì)于公園供電系統(tǒng)來說，由于將電力系統(tǒng)當(dāng)作無限大容量電源，而且短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可將電路化簡，求出其等效總阻抗。最后計(jì)算短路電流和短路容量，當(dāng)然，在計(jì)算的過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)還要考慮系統(tǒng)的不同運(yùn)行方式。
短路電流計(jì)算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標(biāo)幺值法（又稱相對(duì)單位制法）。
15
4.1.2歐姆法計(jì)算短路電流
010.5kV S9-1600 0.4kV
圖4.1 短路計(jì)算電路
先求K—1點(diǎn)的三相短路電流和短路容量（UC1=10.5KV） （1）計(jì)算短路電路中各元件的電抗和總電抗 1）電力系統(tǒng)的電抗：X1?
Uc1Soc
2
?
(10.5kV)
2
200MVA
?0.551?
2）架空線路的電抗：X2?X0l?0.4?1?0.4?
3）經(jīng)K—1點(diǎn)短路的等效電路如圖所示，圖上標(biāo)出各元件的序號(hào)（分子）和電抗值（分母），然后計(jì)算電路總電抗：
X?
(k?1)
?X1?X2?0.551?0.4?0.951?
圖4.2 K-1點(diǎn)短路等效電路
（2）計(jì)算三相短路電流和短路容量 1）三相短路電流周期分量有效值
Ik?1?
(3)
U?
?6.381KA
2）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流
I??
(3)
?I∞=Ik?1?6.381KA
(3)(3)
3）三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路全電流有效值
ish?2.55I??Ish?1.51I??
(3)(3)
(3)
?2.55?6.381KA=16.27KA?1.51?6.381KA?9.63KA
(3)
4）三相短路容量
Sk?1?
(3)
c1Ik?1?
(3)
10.5?6.381?116.04MV?A
16
再求K—2點(diǎn)的三相短路電流和短路容量（UC2=0.4KV） （1）計(jì)算短路電路中各元件的電抗和總電抗 1）電力系統(tǒng)的電抗：X1??
Uc2Soc
2
?
(0.4kV)
2
200MVA
2
?8?10?
?4
?3
??X0l(2）架空線路的電抗：X2
Uc2Uc1
)?0.4?1?(
0.410.5
)?0.58?10?
2
3）電力變壓器的電抗
此工廠車間設(shè)計(jì)要求中，總共是有五個(gè)變電所，使用到了五種不同型號(hào)規(guī)格的電力變壓器，故而計(jì)算此處的電力變壓器的電抗時(shí)，需要分開單獨(dú)計(jì)算。
①NO.1 配電所
電力電壓器型號(hào)：S9—1600\10 查附表得知： UK%?6 則： X3??
Uk%Uc2100SN
2
?
6
?100
(0.K4V
2
1K6VA00
)?3
?6?10?
經(jīng)K—2點(diǎn)短路的等效電路如圖所示：
圖4.3 K-2點(diǎn)短路等效電路
計(jì)算電路總阻抗：
X?(k?2)
??X3??8?10?X1??X2
?4
?0.58?10
?3
?6?10
?3
?7.38?10?
?3
②NO.2車間變換所 電力變壓器電抗：X3??總阻抗：X
Uk%Uc2100SN
2
?
5100
?
(0.4KV)
2
1250KVA
?6.4?10?
?3
?7.78?10?
?3
?(k?2)
??X3??8?10?X1??X2
?4
?0.58?10
?3
?6.4?10
?3
③NO.3 變電所 電力變壓器電抗：X3??總阻抗： X
Uk%Uc2100SN
2
?
5100
?
(0.4KV)
2
1000KVA
?4
?8?10?
?3
?3
?(k?2)
??X3??8?10?X1??X2
?0.58?10
?3
?8?10
?9.38?10?
?3
④NO.4變電所
17
Uk%Uc2100SN
2
電力變壓器阻抗：X3??總阻抗： X
?
5100
?
(0.4KV)
2
630KVA
?4
?12.6?10?
?3
?3
?(k?2)
??X3??8?10?X1??X2
?0.58?10
?3
?12.6?10
?13.98?10?
?3
⑤NO.5變電所
電力變壓器阻抗： X3??總阻抗：X
Uk%Uc2100SN
2
?
4100
?
(0.4KV)
2
500KVA
?12.8?10?
?3
?(k?2)
??X3??8?10?4?0.58?10?3?12.8?10?3?14.18?10?3? ?X1??X2
（2）計(jì)算三相短路電流和短路容量 此處以NO.1變電所計(jì)算為例： 1）三相短路電流周期分量有效值
Ik?2?
(3)
?
?31.29KA
2）三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流
I??
(3)
?I∞=Ik?1?31.29KA
(3)(3)
3）三相短路沖擊電流及第一個(gè)周期短路全電流有效值
ish?1.84I??
(3)(3)
(3)
?1.84?31.29KA=57.57KA?1.09?31.29KA?34.1KA
Ish?1.09I??
(3)
4）三相短路容量
Sk?2?
(3)
c2Ik?2?
(3)
0.4?31.29?21.67MVA
NO.2、NO.3、NO.4、NO.5等變電所的短路計(jì)算見計(jì)算書，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表4.1
表4.1 短路電流計(jì)算統(tǒng)計(jì)
18
4.2高壓一次側(cè)設(shè)備選擇與校驗(yàn)
4.2.1高壓側(cè)設(shè)備的校驗(yàn)條件
（1）按工作電壓選擇時(shí)所選設(shè)備的額定電壓UN.e不應(yīng)小于所在線路的額定電壓
UN
,即UN.e?UN，但需注意：使用限流式高壓熔斷器時(shí)，熔斷器的額定電壓與線路的
額定電壓相同，即：
而不能UN.e＞UN
（2）按工作電流選擇時(shí)所選設(shè)備的額定電流IN.e不應(yīng)小于所在電路的計(jì)算電流
I30，即：
UN.e=UN
(4.1)
IN
e
?I
(4.2)
（3）按斷流能力選擇時(shí)所選設(shè)備的額定開斷電流Ioc或斷流容量Soc不應(yīng)小于設(shè)備分段瞬間的的短路電流有效值Ik或短路容量Sk,即：
I
?I或S
?S
(4.3)
4.2.2隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)和斷路器的短路穩(wěn)定校驗(yàn)條件
（1）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)條件 或
Imax?Ish
(3)
imax?ish
(3)
(4.4)
(4.5)
(3)(3)
式中imax、Imax為開關(guān)的極限通過電流峰值和有效值（單位為kA）；ish、Ish為
開關(guān)所在處的三相短路沖擊電流瞬時(shí)值和有效值（單位為kA）
（2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件
Itt?I∞tima
2
(3)2
(4.6)
式中It為開關(guān)的熱穩(wěn)定電流有效值（單位為kA）；t為開關(guān)的熱穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)間（單
(3)
位為s）；I∞為開關(guān)所在處的三相短路穩(wěn)態(tài)電流（單位為kA）；tima為短路發(fā)熱假想
時(shí)間（單位為s）。
短路發(fā)熱假想時(shí)間tima一般按下式計(jì)算：
19
tima?tk?0.05(
I??I∞
)
2
(4.7)
在無限大容量系統(tǒng)中，由于I???I∞，因此
tima=tk?0.05
(4.8)
式中tk為短路持續(xù)時(shí)間，采用該電路主保護(hù)動(dòng)作時(shí)間加對(duì)應(yīng)的斷路器全分閘時(shí)間。當(dāng)tk?1s時(shí)，tima?tk。低速斷路器，其分閘時(shí)間取0.2s；高速斷路器，其全分閘時(shí)間取0.1s。
4.2.3電流互感器的短路穩(wěn)定度校驗(yàn)條件
（1）動(dòng)穩(wěn)定校驗(yàn)條件 或
imax?ish
?ish
(3)
(4.9) (4.10)
esI1N?10
?3
式中imax為電流互感器的動(dòng)穩(wěn)定電流（單位為kA）；
Kes為電流互感器的動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)；
I1N
為電流互感器的額定一次電流（單位為A）。
（2）熱穩(wěn)定校驗(yàn)條件
It?I∞
(3(4.11)
式中It為電流互感器的熱穩(wěn)定電流（單位為kA）；
t為電流互感器的熱穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)間，一般取1s；
4.2.4 高壓側(cè)設(shè)備選擇與校驗(yàn)表
運(yùn)用上一章節(jié)知識(shí)，將裝置點(diǎn)電氣條件與設(shè)備比較后，高壓側(cè)設(shè)備進(jìn)行初步選定如下表4.2所示。
由下表數(shù)據(jù)可知設(shè)備型號(hào)規(guī)格校驗(yàn)滿足條件裝置點(diǎn)，查《工廠供電指導(dǎo)手冊(cè)得》高壓開關(guān)柜型號(hào)選用：GG-1A(F)型，GG-1A-(F)-11，GG-1A-(F)-54；高壓進(jìn)線側(cè)計(jì)量柜型號(hào)選用：GG-1A-J。詳細(xì)見附圖里的高壓配電所主接線圖。其主要設(shè)備選擇原因及校驗(yàn)過程見設(shè)計(jì)計(jì)算書中一次設(shè)備校驗(yàn)章節(jié)。
20
表4.2 10kV側(cè)設(shè)備列表
4.2.5各車間變電所10kv側(cè)進(jìn)線回路設(shè)備選擇與校驗(yàn)表
各車間變電所回路電流計(jì)算值如下：
NO.1變電所：回路電流I30=91.51A，電壓UN=10KV； NO.2變電所：回路電流I30=57.3A，電壓UN=10KV； NO.3變電所：回路電流I30=42.7A，電壓UN=10KV；
21
NO.4變電所：回路電流I30=29.6A，電壓UN=10KV； NO.5變電所：回路電流I30=24.9A，電壓UN=10KV。
此處設(shè)備器材均以k-1點(diǎn)的短路電流來進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定校驗(yàn)，因此各車間變電所10kV進(jìn)線回路設(shè)備相同。此處只列出第一車間的設(shè)備型號(hào)，其他車間選用設(shè)備型號(hào)均相同。各個(gè)車間進(jìn)線的配電柜詳見主接線圖，檢驗(yàn)過程見設(shè)計(jì)計(jì)算書內(nèi)。
表4.3 NO.1車間10KV側(cè)進(jìn)線設(shè)備選擇
4.2.6各變電所低壓側(cè)出線回路設(shè)備選擇與校驗(yàn)表
（1）NO.1車間變電所：低壓側(cè)回路電流I30?2408A,UN?380V
表4.4 NO.1車間變電所低壓側(cè)進(jìn)線端設(shè)備選擇
22
續(xù)表4.4
I30?1510.1AUN?380V表4.5 NO.2車間變電所低壓側(cè)進(jìn)線端設(shè)備選擇
23
表4.6 NO.3車間變電所低壓側(cè)進(jìn)線端設(shè)備選擇
（4）NO.4車間變電所，低壓側(cè)回路電流I30?781.1A,UN?380V
表4.7 NO.4
車間變電所低壓側(cè)進(jìn)線端設(shè)備選擇
24
表4.8 NO.5車間變電所低壓側(cè)進(jìn)線端設(shè)備選擇
4.3各車間變電所車間干線設(shè)備的選擇
車間干線低壓開關(guān)柜型號(hào)均選擇：GGD2-(B)系列，詳細(xì)型號(hào)見主接線附錄圖，其中薄膜車間和單絲車間均選擇5個(gè)，管材車間選擇2個(gè)。
表4.9 車間干線設(shè)備型號(hào)表
25
26
27
5供配電線路的選擇計(jì)算
5.1總配電所架空線進(jìn)線選擇
5.1.1選線計(jì)算
年最大負(fù)荷在5000h以上的架空線路且材料為鋁的經(jīng)濟(jì)電流密度是0.9，按經(jīng)濟(jì)電流密度計(jì)算導(dǎo)線經(jīng)濟(jì)截面?ec的公式：
I'30jec
?ec?169.60.9
I30jec
(5.1)
帶入數(shù)值計(jì)算：?ec=
=
?188.4mm
2
其中：I'30?
?
?169.6A（高壓側(cè)補(bǔ)償后的計(jì)算電流）
查詢相關(guān)附錄表：選擇最近導(dǎo)線截面240mm2，則選擇LGJ—240型鋼芯鋁絞線。
5.1.2電壓損耗的校驗(yàn)
按照規(guī)定，高壓配電線路的損耗，一般不得超過線路額定電壓的5%，由于總降壓架空進(jìn)線屬于較短線路，且為地區(qū)性供應(yīng)，所以允許電壓損耗?Ual%算的電壓損耗滿足?U
??Ual。
?5%
,因此計(jì)
因?yàn)?0KV級(jí)的電壓等級(jí)的幾何均距為600mm，查《工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)》可得
Ro?0.14?/km
，Xo?0.28?/km，且進(jìn)線線路長為1km。
計(jì)算電壓損耗值為：
△U?(P30RO?Q30X0)/UN
(5.2)
代入數(shù)值?U?(2706.8?1?0.14?1218.06?0.28?1)/10?72V 計(jì)算電壓損耗百分值為：△U%?
?UUN
?100%?
7210000
?100%?0.72%＜?Ual%
計(jì)算電壓損耗值小于允許電壓損耗值，因此所選LGJ—240滿足允許電壓損耗要求。
28
5.1.3發(fā)熱條件的校驗(yàn)
本設(shè)計(jì)中最熱月平均最高溫度為25℃，查《工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)》可知導(dǎo)線截面為
240mm
2
和溫度為25℃時(shí)的允許載流量為610A＞169.6A，因此滿足發(fā)熱條件。
5.2 10kv母線的選擇
（1）選擇原則：按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面并且按發(fā)熱條件、熱穩(wěn)定度和動(dòng)穩(wěn)定度進(jìn)行校驗(yàn)。
（2）按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇母線截面，由公式Aec?
I30jec
，式中jec是經(jīng)濟(jì)電流密度。
查《工廠供電》資料得年最大負(fù)荷利用小時(shí)在5000h以上的架空線且材料為鋁的經(jīng)濟(jì)電流密度為0.9，即jec?0.9(A/mm2)，所以所選母線截面為：
Aec?
I30jec
?169.60.9
?188.4mm
2
查《工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)》可選擇LMY型矩形硬鋁母線的截面為：50?4mm2，該母線在環(huán)境溫度為25℃時(shí)，平放時(shí)，其允許載流量Ial為586A。
（3）發(fā)熱條件的校驗(yàn)：要滿足長期發(fā)熱的條件，安裝處的實(shí)際載流量Ial要滿足：
Ial=KtIal?I30
'
'
(5.3)
式中Kt為環(huán)境溫度不同于額定敷設(shè)溫度（25℃）時(shí)的校正溫度系數(shù)；查《工廠供電》可知在溫度為25℃時(shí)，Kt為1，所以安裝處的實(shí)際載流量為：
Ial=KtIal?1?586?586A?169.6A,滿足發(fā)熱條件的要求。
'
（4）短路熱穩(wěn)定度校驗(yàn)：
母線通過最大電流I30時(shí)的正常溫度為：
I30Ial
22
???0?(?al??0)
I30Ial
22
(5.4)
帶入數(shù)據(jù)???0?(?al??0)
?25?(70?25)?
169.6586
2
2
?28.7℃
母線材料的熱穩(wěn)定系數(shù)C=87，則滿足熱穩(wěn)定的母線最小截面積要求為：
29
C
Amin?Ioc
(3)
?10?
3
(5.5)
(3)
式中C為導(dǎo)體熱穩(wěn)定系數(shù)（AS/mm2）；Ioc為三相短路穩(wěn)態(tài)電流；tima為短
路發(fā)熱假想時(shí)間。
本設(shè)計(jì)中，tima為一次進(jìn)線末端的主動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，因?yàn)檫M(jìn)線電源保護(hù)動(dòng)作時(shí)限tB?2.4s，且tB?tima?to，toc為高壓斷路器的短路時(shí)間，一般為0.2s。所以c
tima?tB?t
，Amin=6.38?10??2.4?0.2?
2.s2oc
3
87
?108mm
2
。所以50?4mm2滿足
熱穩(wěn)定的要求，短路熱穩(wěn)定校驗(yàn)合格
（5）短路動(dòng)穩(wěn)定度的校驗(yàn)：母線滿足動(dòng)穩(wěn)定度的校驗(yàn)條件為：?al≥?c，式中?al
為母線材料的最大允許應(yīng)力（Pu），這里硬鋁母線（LMY）：
?c為母線通過ish
(3)
?al?70MPa
(5.6)
時(shí)所受到的最大計(jì)算應(yīng)力，最大應(yīng)力
?c?
MW
M
(5.7)
為母線通過時(shí)所受到的彎曲力矩；
M?
F
(3)
l為母線的檔距(l?0.84m)；
l
8
(5.8)
W?
hb6
2
hb6
2
(5.9)
，式中b為母線截面的水
W為母線對(duì)垂直于作用力方向軸的截面系數(shù)，W?
平寬度，h為母線截面的垂直高度。
F
(3)
?
fish
(3)2
la
?10
?7
(5.10)
式中Kf為形狀系數(shù)，取1，F(xiàn)(3)為母線受到的最大點(diǎn)動(dòng)力，a為相鄰兩相的軸線距離，所以有
F(3)?3?1?(9.7?103)2?
0.840.25
?10
?7
?55N
30
母線在F(3)作用力時(shí)的彎曲力矩為M?的截面系數(shù)W?計(jì)算應(yīng)力為：?c
hb6?MW
2
55?0.84
8
?7
?6Ngm
，母線對(duì)垂直于作用力方向
=
(0.004)?0.063
6
61.7?10
?7
2
?1.7?10
m，因此母線在三相短路時(shí)受到的
3
?
?35MPa
，因?yàn)?al
?70MPa＞?c=35MPa
所以該母線滿足短路動(dòng)穩(wěn)定度的要求。
綜上所述，10KV母線選用截面為50?4mm2的LMY型矩形硬鋁母線。
5.3車間變電所高壓進(jìn)線選擇
5.3.1選擇原則與說明
選擇原則：按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面，按發(fā)熱條件，允許電壓損失校驗(yàn)及熱穩(wěn)定度校驗(yàn)。
1號(hào)車間到5號(hào)車間饋出線都選用ZLQ型三芯油浸紙電纜鋁芯鉛包鋼帶鎧裝防腐電纜兩回路供電，（電纜為直埋敷設(shè)）。
5.3.2各車間變電所引進(jìn)線的選線及計(jì)算
這里以NO.1 變電所引進(jìn)線為例進(jìn)行選線校驗(yàn) （1）計(jì)算及選型
計(jì)算方法：按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇電纜截面積
查課本《工廠供電》可得，年最大負(fù)荷利用小時(shí)在5000h以上的架空線路且材料為鋁芯電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度為1.54A/mm2。
一號(hào)變電所回路電流是I30?根據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度：?ec?
I30jec
S?S?2
?91.52A
?
91.521.54
?59.4mm
線型號(hào)：ZLQ20—10000—3×70mm2
查附表知：10KV的ZLQ20—10000—3×70mm2的三芯油浸紙電纜鋁芯鉛包鋼帶凱裝防腐電纜相關(guān)參數(shù)如下：
在溫度為25℃時(shí)，允許的載流量是133A，正常允許的最高溫度為60℃。
（2）發(fā)熱條件校驗(yàn)
31
線路工作最大電流：Imax=91.52A
要滿足長期發(fā)熱的條件，安裝處的載流量應(yīng)該滿足：
式中K為修正系數(shù)
由本設(shè)計(jì)在這里的土壤在0.8米深處年最熱月平均最高溫度為22℃，可知電纜在流量溫度修正系數(shù)為1.05， KIal=1.05?133=139A?Imax=91.52A 滿足要求。
（3）電壓損耗的校驗(yàn)
查表可得R0=0.52?/km，X0=0.083?/km，線路長度取50m（根據(jù)工廠平面布置圖的比例估算），所以電壓損耗值為：
△U=
1411.7?0.05?0.52+1871?0.05?0.083
10
=44.410
=4.44V
KIal?Imax
(5.11)
△U%?(4.44V/10000V)?100%=0.044%＜5%
所以電壓損耗滿足要求。
（4）熱穩(wěn)定校驗(yàn)
在溫度為25℃時(shí)，電纜允許的載流量是133A，正常允許的最高溫度為60℃，電纜通過最大電流Imax時(shí)的正常溫度為：
???0?(?al??0)
I30Ial
22
?25?(70?25)?
91.52133
2
2
?40℃
查《供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知C=88，則滿足熱穩(wěn)定的最小截面應(yīng)該為：
Amin?Ioc
(3)
?10?
3
C
(5.12)
(3)
式中C為導(dǎo)體熱穩(wěn)定系數(shù)（AS/mm2）；Ioc為三相短路穩(wěn)態(tài)電流；tima為短
路發(fā)熱假想時(shí)間。
本設(shè)計(jì)中，tima為一次進(jìn)線末端的主動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，因?yàn)檫M(jìn)線電源保護(hù)動(dòng)作時(shí)
toc為高壓斷路器的短路時(shí)間，一般為0.2s。所以限tB?2.4s，且tB?tima?to，c
tima?tB?t
oc
?2.4?0.2?2.s2，因此：
Amin=6.38?10?
3
88
?107.53mm
2
所以滿足熱穩(wěn)定校驗(yàn)，綜上校驗(yàn)結(jié)果：選擇ZLQ20—10000—3×70mm2的三芯粘性油浸漬紙絕緣電力電纜。另外幾個(gè)變電所高壓引進(jìn)線電纜選擇和校驗(yàn)過程同上，
32
具體結(jié)果見表5-1。
5.3.3各車間變電所引進(jìn)線的選線及計(jì)算
1號(hào)，2號(hào)，3號(hào)，4號(hào)，5號(hào)車間變電所高壓側(cè)進(jìn)線均采用ZLQ20—10000型電纜直埋敷設(shè)，所以其選擇結(jié)果列于下表5.1：
表5.1車間變電所高壓引進(jìn)線列表
5.4車間變電所低壓進(jìn)線線的選擇
（1）NO.1 變電所
一號(hào)車間變電所低壓側(cè)回路電流I?所選母線載流量應(yīng)大于回路電流
查詢（《工廠供電》可查知：矩形硬鋁母線LMY—100×6.3,其平放時(shí)的載流量是1371A，能夠滿足載流要求。
（2）NO.2 車間變電所
二號(hào)車間變電所低壓側(cè)回路電流I=
S3023U
N
?
?2408A
=
9343?0.38
=1419A
查詢《工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)》可查知：矩形硬鋁母線LMY—80×10,其平放時(shí)的載流量是1427A，能夠滿足載流要求。
（3）NO.3 變電所
三號(hào)車間變電所低壓側(cè)回路電流I?
?
?904A
33
查詢《工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)》可查知：矩形硬鋁母線LMY—63×6.3，其平放時(shí)的載流量是910A，能夠滿足載流要求。
（4）NO.4變電所
四號(hào)車間變電所低壓側(cè)回路電流I?
S?
?684A
查詢《工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)》可查知：矩形硬鋁母線LMY—63×6.3，其平放時(shí)的載流量是910A，能夠滿足載流要求。
（5）NO.5 變電所
五號(hào)車間變電所低壓側(cè)回路電流I?
S?
300?456A
查詢《工廠供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)》可查知：矩形硬鋁母線LMY—40×4，其平放時(shí)的載流量是480A，能夠滿足要求。
表5.2 車間變電所低壓進(jìn)線
5.5低壓母線選擇
選擇原則和校驗(yàn)方法與高壓母線選擇一致，此處省略選擇計(jì)算過程。
查表得到，380V母線選用LMY-3(125?10)+80?8，即相母線尺寸為125?10，中性線母線尺寸為80?8。
5.6車間變電所各用電設(shè)備進(jìn)線選擇
以1號(hào)車間變電所中的用電設(shè)備為例 （1）薄膜車間：I30(1)?
S?
?3798A
34
查詢相關(guān)《工廠供電簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)》附錄：選擇9根XLQ—3?185的500V橡膠絕緣銅芯電纜，敷設(shè)于22℃的土壤中的允許電流為445A。
1）校驗(yàn)電壓損耗。由平面圖量得變電所至薄膜車間距離約10m，由銅芯電纜的
R0?0.12?/km
（按纜芯工作溫度75℃計(jì)），X0=0.07?/km，又由于車間
P30?1411.7kW,Q30?1871.1kvar，因此可得電壓損耗為
△U=
1411.7?0.12?0.01+1871?0.07?0.01
0.38
=
1.69+1.300.38
=7.8V
△U％?（7.8V/380V）?100%?2.05%
滿足小于△Ual%?5%的要求。
2）滿足機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)，符合允許最小截面的要求。 （2
）原料庫：I30(2)?
S?
?45.5A
查詢相關(guān)《工廠供電簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)》附錄：選擇1根XLQ—3?10的橡膠絕緣銅芯電纜，敷設(shè)于22℃的土壤中的允許電流為60A。
（3
）生活間：I30(3)?
S?
20?30.3A
查詢相關(guān)《工廠供電簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)》附錄：選擇1根XLQ—3?4的橡膠絕緣銅芯電纜，敷設(shè)于22℃的土壤中的允許電流為32A。
（4）成品庫（一）
：I30(4)?
S?
?50.1A
查詢相關(guān)《工廠供電簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)》附錄：選擇1根XLQ—3?10的橡膠絕緣銅芯電纜，敷設(shè)于22℃的土壤中的允許電流為60A。
（5）成品庫（二）
：I30(5)?
S?
?30.9A
查詢相關(guān)《工廠供電簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)》附錄：選擇1根XLQ—3?4的橡膠絕緣銅芯電纜，敷設(shè)于22℃的土壤中的允許電流為32A。
（6
）包裝材料庫：I30(6)?
S?
?20.9A
查詢相關(guān)《工廠供電簡明設(shè)計(jì)手冊(cè)》附錄：選擇1根XLQ—3?2.5的橡膠絕緣銅芯電纜，敷設(shè)于22℃的土壤中的允許電流為25A。其余幾個(gè)車間變電所的車間干線
35
計(jì)算過程同上，具體線號(hào)結(jié)果見個(gè)車間干線表格，每車間干線均為XLQ型的橡膠絕緣銅芯電纜。
（1）NO.1 車間變換所各車間干線匯總
表5.3 NO.1變電所各車間干線匯總
（2）NO.2 車間變換所各車間干線匯總
表5.4 NO.2變電所各車間干線匯總
（3）NO.3 車間變電所各車間干線匯總
表5.5 NO.3變電所各車間干線匯總
36
（4）NO.4 車間變電所各車間干線匯總
表5.6 NO.4變電所各車間干線匯總
（5）NO.5 車間變電所各車間干線匯總
表5.7 NO.5變電所各車間干線匯總
37
6供電系統(tǒng)繼電保護(hù)及二次回路方案
繼電保護(hù)是指繼電保護(hù)設(shè)備和各種繼電保護(hù)設(shè)備組成的保護(hù)系統(tǒng)，具體的包括：繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)、整定、調(diào)試等技術(shù)。繼電保護(hù)裝置是一種能發(fā)現(xiàn)并甄別供電系統(tǒng)中電氣元件，（電力線路、變壓器、母線、用電設(shè)備）發(fā)生故障或者處于不正常運(yùn)行狀態(tài)、并動(dòng)作于斷路器跳閘或者發(fā)出信號(hào)的自動(dòng)裝置。
6.1繼電保護(hù)
6.1.1 繼電保護(hù)裝置及特性
繼電保護(hù)由一般由三部分組成，即測(cè)量比較部分、邏輯判斷部分和執(zhí)行輸出部分，其基本框圖如下：
圖6.1 繼電保護(hù)裝置的組成框圖
（1）測(cè)量比較部分，測(cè)量通過被保護(hù)對(duì)象的物理量，通過適當(dāng)處理后并與給定的值比較，根據(jù)比較的結(jié)果給出“是”或者“非”的邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)裝置是否應(yīng)該啟動(dòng)。
（2）邏輯判斷部分，通過測(cè)量比較部分各個(gè)輸出量的大小、性質(zhì)、邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)順序、持續(xù)時(shí)間等，是保護(hù)裝置按照一定的邏輯關(guān)系判斷故障的類型和范圍，最后確定是否是斷路器跳閘，發(fā)出動(dòng)作信號(hào)或者不動(dòng)作，并將有關(guān)指令傳出給輸出執(zhí)行部分。
（3）輸出執(zhí)行部分，根據(jù)邏輯判斷部分來的指令，最后完成繼電保護(hù)所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。比如，故障時(shí)動(dòng)作與跳閘并發(fā)出信號(hào)等。
要完成繼電保護(hù)的基本任務(wù)，必須要區(qū)分出供電系統(tǒng)的正常，不正常和故障運(yùn)行三種運(yùn)行狀態(tài)，并甄別出發(fā)生故障和出線異常的電氣元件。
繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)應(yīng)以合理的運(yùn)行方式和故障類型為依據(jù)，并應(yīng)滿足速動(dòng)性、選擇性、可靠性和靈敏性的基本要求。
（1）繼電保護(hù)裝置應(yīng)盡快的切除故障，以縮小故障范圍及減小因故障而造成的
38
電氣設(shè)備的損壞，保證非故障部分的正常運(yùn)行。
（2）繼電保護(hù)裝置應(yīng)有足夠的靈敏性。保護(hù)裝置的靈敏性應(yīng)根據(jù)不利的運(yùn)行方式和故障類型，進(jìn)行計(jì)算。靈敏度系數(shù)Ksen為保護(hù)區(qū)域發(fā)生短路時(shí)，流過保護(hù)處的最小短路電流與保護(hù)裝置的一次動(dòng)作電流之比。
（3）動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)應(yīng)有選擇性，選擇性是指首先由故障設(shè)備的繼電保護(hù)切除故障，當(dāng)故障設(shè)備的繼電保護(hù)或斷路器拒絕動(dòng)作時(shí)，才允許相鄰保護(hù)的繼電保護(hù)切除故障。
（4）繼電保護(hù)的可靠性，是指被保護(hù)設(shè)備的各種故障，都能正確無誤的快速的切除，因此處配置的繼電保護(hù)符合被保護(hù)設(shè)備的各種故障類型以外，還要靠繼電保護(hù)的其他幾個(gè)性質(zhì)來配合完成。
6.1.2 繼電器與繼電特性
繼電保護(hù)裝置是由若干個(gè)繼電器組成的。繼電器是一種能夠自動(dòng)執(zhí)行續(xù)、斷控制的部件，當(dāng)輸入達(dá)到一定的值時(shí)，能使其輸出的量達(dá)到一個(gè)預(yù)期的變化，如觸點(diǎn)的打開和閉合等。繼電器有很多的種類，有電流繼電器、電壓繼電器、功率方向繼電器等等。
6.2 電力變壓器的繼電保護(hù)
在電力系統(tǒng)中廣泛地用變壓器來升高或者是降低電壓，同樣在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，公園變配電站采用了兩臺(tái)干式變壓器，為了保證供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，必須要對(duì)變壓器裝設(shè)一定的繼電保護(hù)裝置。
6.2.1 變壓器的常見故障及保護(hù)類型
（1）變壓器的常見故障
變壓器的常見故障分為內(nèi)部故障和外部故障，針對(duì)配電站的實(shí)際情況，可預(yù)見的有變壓器溫度升高，繞組匝間短路，繞組及其引出線相間短路，外部相間短路引起的過電流，單相接地短路和過負(fù)荷等故障。
（2）變壓器應(yīng)當(dāng)裝設(shè)的保護(hù)
變壓器的一般保護(hù)類型包括差動(dòng)保護(hù)，電流速斷保護(hù)，瓦斯保護(hù)，過電流保護(hù)，
39
過負(fù)荷保護(hù)，溫度保護(hù)等。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，10kV變壓器的繼電保護(hù)配置如下：
表6.1 10kV變壓器的繼電保護(hù)配置
6.3 電力線路的保護(hù)
6.3.1 電源進(jìn)線的繼電保護(hù)
（1）裝設(shè)定時(shí)限過電流保護(hù)，采用DL-15型電磁式過電流繼電器。 1）過電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定
Iop?
Krel?KwKre?Ki
?IL?max
(6.1)
I30為線路的最大負(fù)荷電流，I30為線路的計(jì)算電流，由上已知式中IL.max=(1.5~3)I30?169.4A，Krel?1.2
，Kw=1，Kre=0.8，Ki=200/5=40，因此動(dòng)作電流為：
，因此過電流保護(hù)動(dòng)作電流Iop整定為13A。
Iop?
1.2?10.8?40
?2?169.6A?12.72A
2）過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定
題目中給出變電站10KV配電線路定時(shí)限過電流保護(hù)裝置整定時(shí)間為1.5s，所以這里的電源進(jìn)線過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)整定為1.5s。
3）過電流保護(hù)靈敏系數(shù)的檢驗(yàn)
40
Sp?
Ik.minIop,1
?1.5 (6.2)
式中Ik.min為在電力系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，被保護(hù)線路末端的兩相短路電流，
Ik.min?0.866Ik?1
(3)
?0.866?6.38KA?5525.A，Iop.1為動(dòng)作電流折算到一次電路的值。
Iop?1?IopKi/Kw?13A?40/1?520A
，因此其靈敏度系數(shù)為：
?5525520
?10.62＞1.5
Sp?
Ik.minIop.1
滿足靈敏度系數(shù)的要求。
（2）裝設(shè)電流速斷保護(hù)，利用GL-15的速斷裝置。 1）電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流（速斷電流）的整定
Iqb?
Kre1Kw
Ki
Ik.max
(6.3)
式中Ik.max為被保護(hù)線路末端的三相短路電流，這里Ik.max=6.38KA，Krel?1.2，
Kw=1，Ki=200/5=40，因此動(dòng)作電流為：Iqb?
1.2?140
?6.38?0.191KA
,因此動(dòng)作電流
整定為200A。整定的速斷電流倍數(shù)nqb?
2）電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)的校驗(yàn)
Sp?
IqbIop
?
20013
?15.3。
Ik.minIop,1
?2 (6.4)
式中Ik.min為在電力系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，被保護(hù)線路首端的兩相短路電流，
Ik.min?0.866Ik?1
(3)
?0.866?6.38KA?5525.A，Iop.1為速斷電流折算到一次電路的值，
Iop?1?IopKi/Kw?13A?40/1?520A
，因此靈敏度系數(shù)為：Sp?
Ik.minIop.1
?
5525520
?10.6＞2，
滿足靈敏度系數(shù)的要求。
6.3.2 車間變電所高壓進(jìn)線的繼電保護(hù)
以NO.1車間變電所高壓進(jìn)線為例，其他車間變電所高壓進(jìn)線的保護(hù)方案與NO.1車間變電所高壓進(jìn)線保護(hù)方案相同。
（1）裝設(shè)定時(shí)限過電流保護(hù)，采用DL-15型電磁式過電流繼電器。
41
1）過電流保護(hù)動(dòng)作電流的整定
Sp?
Ik.minIop,1
?2
(6.5)
I30=91.5A，Krel?1.2,Kw=1，
式中IL.max=(1.5~3)I30，I30為線路的計(jì)算電流，
Kre=0.8，Ki=150/5=30，因此動(dòng)作電流為：Iop?
1.2?10.8?30
?2?91.5A?9.15A
，因
此過電流保護(hù)動(dòng)作電流Iop整定為10A。
2）過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的整定
t1?t2??t
(6.6)
式中t1為后一級(jí)保護(hù)的線路首端發(fā)生三相短路時(shí)，前一級(jí)保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間；t2為后一級(jí)保護(hù)中最長的一個(gè)動(dòng)作時(shí)間，這里取0.5s，?t為前后兩級(jí)保護(hù)裝置的時(shí)間級(jí)差，對(duì)定時(shí)限過電流保護(hù)取0.5s，前一級(jí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為2s，故?t?0.5s，所以過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間整定為1.5s。
3）過電流保護(hù)靈敏系數(shù)的檢驗(yàn)
Sp?
Ik.minIop,1
?1.5
(6.7)
式中Ik.min為在電力系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下，被保護(hù)線路末端的兩相短路電流，
Ik.min?0.866Ik?1
(3)
?0.866?6.38KA?5525.A，Iop.1為動(dòng)作電流折算到一次電路的值。
Iop?1?IopKi/Kw?10A?30/1?300A
， 因此其靈敏度系數(shù)是18.41，滿足要求。
（2）裝設(shè)定時(shí)電流速斷保護(hù)，利用DL-15的速斷裝置。 1）電流速斷保護(hù)動(dòng)作電流（速斷電流）的整定
Iqb?
Kre1Kw
Ki
Ik.max
(6.8)
式中Ik.max為被保護(hù)線路末端的三相短路電流，這里Ik.max=6.38KA，Krel?1.2，Kw=1，
Ki=150/5=30，因此動(dòng)作電流為：Iqb?
1.2?130
?6.38?0.255KA
，因此動(dòng)作電流整定為
260A。整定的速斷電流倍數(shù)nqb?
IqbIop
?
26010
?26。
42
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