某塑料制品厂总配电所及配电系统设计

本科毕业设计论文 论文题目：某塑料制品厂全厂总配电所及配电系统设计 作者姓名 指导教师 所在院系 专业班级 提交日期 2010. 某塑料制品厂全厂总配电所及配电系统设计某塑料制品厂全厂总配电所及配电系统设计 The Design Of Power Distribution System For A Plastics Products Factory 学生姓名： 指导教师： 浙江工业大学 信息工程学院电气工程系 毕业设计论文 A Thesis Submitted to Zhejiang University of Technology in Partial Fulfillment of the Requirements for the Undergraduate Thesis in Electrical Engineering 20 年 月 June 20 浙浙 江江 工工 业业 大大 学（函授）学（函授） 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 专 业 班 级 学生姓名 一设计（论文）题目：一设计（论文）题目： 某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计 二原始资料：二原始资料： 三设计（论文）要求：三设计（论文）要求： 四毕业设计（论文）内容：四毕业设计（论文）内容： 1 设计（论文）说明书（根据大纲要求） 一份 2 设计（论文）图纸 1、变电所的电气主接线图 2、典型的继电保护和二次电路图 3、变电所的平面布置图 和厂区平面布线图 五毕业设计（论文）工作期限：五毕业设计（论文）工作期限： 任务书发给日期 年 月 日 设计（论文）工作自 年 月 日 至 年 月 日 设计（论文）指导教师 系主任 主管院长 某塑料制品厂全厂总配电所及配电系统设计某塑料制品厂全厂总配电所及配电系统设计 摘摘 要要 关键词：配电系统，短路计算，主接线，继电保护 THE DESIGN OF POWER DISTRIBUTION SYSTEM FOR A PLASITCS PRODUCTS FACTORY ABSTRACT 目录目录 摘摘 要要 ABSTRACT 目录目录 第第 1 章章绪论绪论1 1.1工厂供电的意义和要求.1 1.2设计原则.2 1.3内容及步骤.2 第第 2 章章负荷计算、无功补偿及变压器选型负荷计算、无功补偿及变压器选型3 2.1负荷计算.3 2.1.1 负荷计算的意义3 2.1.2 负荷计算的方法3 2.1.3 负荷计算的步骤4 2.1.4 负荷计算示意图4 2.1.5 负荷计算基本公式和举例5 2.2 变压器的选择 .8 2.3 供电系统中的功率损耗 .9 2.4 无功功率补偿 10 2.4.1 提高功率因数的意义12 2.5.2 提高功率因数的方法12 2.5.3 电力电容器的安装方式13 2.5.4 电容器补偿量的计算13 2.5.5 全厂计算负荷13 第第 3 章章全厂总供电系统设计全厂总供电系统设计15 3.1总配电所的主接线设计的原则和意义15 3.2电气主接线的基本方式15 3.3本设计的主接线的基本方式16 3.4一次接线系统图17 第第 4 章章短路电流计算短路电流计算18 4.1短路电流计算的意义和方法18 4.2短路计算18 4.2.1 绘制短路电流计算示意图18 4.2.2 短路电流及容量的计算19 4.2.3 最小、最大运行方式下的短路计算22 4.2.4 短路计算表22 第第 5 章章电气设备、电缆、母线的选择电气设备、电缆、母线的选择24 5.1按正常工作条件下选择24 5.1.1 按工作电压选择24 5.1.2 按工作电流选择24 5.1.3 按断流能力选择25 5.2按短路条件校验25 5.3开关设备及母线电缆的校验27 第第 6 章章继电保护整定及二次保护继电保护整定及二次保护29 6.1概述29 6.2总配电所的继电保护装置29 6.2.1 总配电所保护装置的作用29 6.2.2 对继电保护装置的基本要求29 6.3继电保护的灵敏系数30 6.4电力变压器保护装置的配置要求30 6.5变压器过电流保护的整定计算31 6.5.1 过电流保护动作电流的整定计算32 6.5.2 过电流保护动作时间的整定计算33 6.5.3 过电流保护灵敏系数的校验33 6.6变压器电流速断保护的整定计算33 6.6.1 电流速断保护动作电流的整定计算33 6.6.2 电流速断保护灵敏系数的校验33 6.7变压器过负载保护的整定计算34 6.7.1 过负荷保护动作电流的整定计算34 6.7.2 过负荷保护动作时间得整定计算34 6.8变压器过负载保护的整定计算34 6.8.1 过电流保护动作电流的整定计算35 6.8.2 过电流保护动作时间35 6.8.3 过电流保护灵敏系数的校验35 第第 7 章章接地与防雷设计接地与防雷设计35 7.1接地36 7.2防雷37 7.2.1防雷装置.37 7.2.2 防雷措施37 第第 8 章章结论结论40 致谢致谢41 参考文献参考文献42 附录附录43 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1工厂供电意义和要求工厂供电意义和要求 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；电能的输送和分配既 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。 在工程机械制造厂里，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，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。 (4)优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 (5)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。 1.21.2设计原则设计原则 按照国家标准GB50052-95供配电系统设计规范、GB50059- 9235110kV变电所设计规范、GB50053-9410kv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。 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。 1.31.3内容及步骤内容及步骤 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、显示计算结果。 2、一次系统图 根据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算，绘制一次系统图， 确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济，安 装容易维修方便。 3、电容补偿 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。由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜 的规格和数量。 4、变压器选择及变电所布置 根据电源进线方向，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，确定变压器型号及全厂供电平面图。 5、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 无限大容量系统供电进行短路计算。求出各短路点的三相短路电流及相应有关参 数。 6、高、低压设备选择及校验 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，选择高、 低压配电设备，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动稳定检验，并列表表示。 7、导线、电缆的选择 为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面选 择。 8、整定及二次保护 为了监视、控制和保证安全可靠运行，各用电设备，皆需设置相应的控制、 信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算。给出二次系统图。 9、防雷与接地 参考本地区气象及地质资料，设计防雷接地装置，绘制防雷接地平面图 第第 2 2 章章 负荷计算、无功补偿及变压器选型负荷计算、无功补偿及变压器选型 2.12.1负荷计算负荷计算 2.1.1 负荷计算的意义 “计算电荷”是按发热条件选择导体和电器设备时所使用的一个假象负荷， 其物理量意义是按这个计算负荷持续运行所产生的热效应，与按实际变动负荷长 期与运行所产生的最大热效应相等。也可用持续时间为半小时平均有功负荷的最 大值来描述计算负荷。实际情况表明，一般导体要达到最稳定温升需负荷曲线上 求得的半小时最大负荷(年最大负荷)相当.所以计算负荷也可以认为就是持 maxP 续半小时最大负荷，用符号、表示，并用 和 、 和 30P 30Q 30S30I jsPjsSjsI 分别表示有功、无功、视在和电流计算负荷。 jsQ 计算负荷也称需要负荷或最大负荷，目的是为了合理地选择工厂各级电压供 电网络、变压器容量和设备型号等。 负荷计算的内容包括: (l)求尖峰电流，用于计算电压波动、电压损失、选熔断器和保护元件等。 (2)求平均负荷，用来计算全厂电能需要量、电能损耗和选择无功补偿装置 等。 2.1.2 负荷计算的方法 常用的负荷计算方法有需用系数法、二项式法、利用系数法、ABC法、单位 产品耗电量法和面积功率法等。在实际工程配电设计中，广泛采用系数法，因其 计算方便，多采用方案估算，初步设计和全厂大型车间变电所的施工设计。 在本设计中我多采用的是需用系数法来确定计算负荷。需用系数法是把设备 功率乘以需用系数（；），直接求出计算负荷的一种简单计算方法。因 sP pKqK 而在实际应用中被广泛采用。 按需要系数法确定计算，应从实际每台用电设备开始，逐级向电源推进，一 直计算到电源，用每一级的计算负荷为选择该用电器的依据。需用系数法的计算， 现在己普遍应用于供配电设计中，其缺点是它未考虑到用电设备中少数容量特大 的设备对计算负荷的影响。因而在用电台数较少而容量差别较大的场合中，应用 二项式系数法来计算负荷。这种场合用需用系数法来计算负荷所得值往往偏小。 本设计的情况符合需用系数法，因此，在本设计中采用按需用系数法来确定计算 负荷。 2.1.3 负荷计算的步骤 (1) 用电设备的计算负荷。 (2) 求车间变压器低压侧的计算负荷。求低压各用电设备组的计算负荷总和 乘以同时系数即为该车间变压器低压侧计算负荷。 (3) 求车间变压器高压侧的计算负荷。计算车间变压器的功率损耗，变压器 低压侧计算负荷加该变压器有功、无功损耗即得变压器高压侧计算负荷 该值可用于选择车间变电所高压侧进线导线侧面。 3030PPP (4) 配电所进线的计算负荷。 (5) 总降压变电所低压侧计算负荷。 (6) 主变压器的功率损耗，计算，。 bP bQ (7) 全厂计算负荷。 2.1.4 负荷计算示意图 本设计所采用的电力负荷计算示意图如图2-1所示，将每个计算点编号，由 用电设备依次逆推到电源侧。 图 2-1 电力负荷计算示意图 2.1.5 负荷计算基本公式和举例 （1）设备组的负荷计算公式 （2-1）30()()FdNPKPKW （2-2）30(f )30()(var)fQPtgK （2-3） 22 30()30()30()()FFFSPQKVA （2）车间变电所的负荷计算公式 （2-4） i 30( )30()(KW)pdEPKP （2-5）i 30(D)30()Q= (Kvar)qEKQ （2-6） 22 30()30()30()()DDDSPQVA 以上公式中用电气设备组的设备额定功率； NP 需要系数； dk 用电设备的功率因数角的正切值； tg ， 有功、无功同时系数，分别取0.8-0.9及0.93- pKqK 0.97。 （3）配电所的负荷计算公式 为各车间变电所计算负荷之和再乘以同时系数和 。一对配电 qKpK 所分别取0.85-1和0.95-1。 （4）以NO.1变电所为例，计算用电设备的计算负荷: 薄模车间: 有功功率: 无功功率: 原料库: 有功功率: 无功功率: 生活间: 有功功率: 成品库1: 有功功率: 无功功率: 成品库2: 有功功率: 无功功率: 包装材料库: 有功功率: 3010.3 206dNPkpKW 无功功率: 3013016 1.7310.38varQPtgK NO.1车间变电的计算负荷: 0.9pK 0.95qK 有功功率: 302p30190 (8407.587.57.26)788.6PKPKW 无功功率: 3023010.95 (1117.2 13 13 12.5 10.4) 1165.58var qQKQ K 视在功率： 2222 302301301778.61165.58 1407.2 SPQ KVA 其余变压所计算如NO.1变电所计算方式，计算结果如表2-1所示。 表 2-1 所有变电所负荷计算表 计 算 负 荷序 号 车间或用电单 位名称 设备 容量 （千 瓦） 需用 系数 Kd 功率 因数 COS 功率 因数 角正 切 tg 有功 P30（ 千瓦） 无功 Q30（ 千乏） 视在 S30（ 千伏安） （1）No1 变电所 1 薄膜车间 2 原料库 3 生活间 4 成品库（一） 5 成品库（二） 6 包装材料库 7 小计 （2）No2变电所 1 单丝车间 2 水泵房及其附 属设备 3 小计 （3）No3变电所 1 注塑车间 2 管材车间 3 小计 （4）No4变电所 1 备料复制从车间 2 生活间 3 浴室 4 锻工车间 5 原料、生活间 6 仓库 7 机修模具车间 8 热处理车间 9 铆焊车间 10 小计 （5）No5变电所 1 锅炉房 2 实验室 3 辅助材料房 4 油泵房 5 加油站 6 办公楼、招待所、 食堂 7 小结 8 全厂合计 9 乘以参差系数全厂 合计 （KP=0.9,KQ=0.95 ） 说明：上表系根据各车间配电系统设计后所提供的资料。 其中 NO.3、NO.4 变电所设置一台变压器，其余皆设置两台变压器。 2.22.2变压器的选择变压器的选择 所谓变压器是变电所中最重要的一项设备，有升压变压器和降压变压器，通 常工矿企业使用的变压器均是降压三相变压器。按变压器绕组材料可分为铝绕组 和铜绕组变压器两大类。铝绕组变压器采用较广泛，可它的过载能力较低。 35KV 及以下电压等级的变压器可以分为油浸式、干式两种，而我国目前广泛使 用的油浸式变压器为 SL7 型。 本设计中所采用的变压器为降压器中的 10KV 级 SL7 系列三相油浸自冷式铝 线电力变压器，这一系列产品采用优质晶粒取向冷扎硅钢片，45 度全斜结缝， 天冲孔，钢带绑扎，片状散热器，绕组采用缩醛漆包线等。新材料、新结构、新 工艺，具有体积小，重量轻，损耗底，效率高，节能，节约运行费用等显著优点。 本设计中由于各车间变压器台数己定，只需进行容量的选择。选择的原则为: (1)只装一台变压器的变电所 变压器的容量:应满足用电设备全部的计算负荷的需要，即 ，TS30S30TSS 但一般应留有 15%的容量，以备将来增容需要，本设计中的 NO.3、NO.4、NO.5 变电所采用此原则。 (2)装有两台变压器的变电所 每台变压器的容量应满足以下两个条件。 任一台变压器工作时，宜满足总计算负荷 的大约 70%的需要，即为30S 。300.7TSS 任一台变压器工作时，应满足全部一、二级负荷的需要，即30S 。30()TSS 本设计中所有负荷均为三级负荷，故 NO.1、NO.2 变电所选取的变压器仅考 虑即可。 (3)车间变电所变压器的容量上限 单台变压器不宜大于 1000KVA，并行运行的变压器容量比不应超过 3:1。同 时，并联运行的两台变压器必须符合以下条件： 并联变压器的变化相等，其允许差值不应超过 ，否则会产生环流引5% 起电能损耗，甚至绕组过热或烧坏。 各台变压器短路电压百分比不应超过 10%，否则阻抗电压小的变压器可能 过载。 各台变压器的连接组别应相同，若不同，否则侧绕组会产生很大的电流， 甚至烧毁变压器。 以 NO.5 变电所变压器的选择为例，所以其容量为 400KVA 的 SL7-400/10 的 变压器一台，同理，求出其它变电所变压器的容量。结果如表 2-2： 表 2-2 变电所变压器的容量 变电所 NO.1NO.2NO.3NO.4NO.5 台数 30.2S TS eS 所选变压器技术数据如表 2-3 所示： 表 2-3 选变压器技术数据 额定电压消耗（W） 阻抗 电压 空载 电压 变 电 所 号额定容 量 KVA高压低压空载短路（%）（%） NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 NO.5 2.32.3供电系统中的功率损耗供电系统中的功率损耗 在电流通过导线和变压器时耗也需要由电力系统供给。因此就要引起有功功 率和无功功率的损耗，这部分功率损在确定全厂的计算负荷时应把这部分功率损 耗加进去。 以 NO.1 变电所为例，计算功率损耗。 由 SL7-1000/10 可得： 空载损耗：18001.8kPWKW 短路损耗： 1160011.6ePWKW 短路电压百分比：%4.5dU 空载电流百分比：%2.5dI 变压器的有功损耗为 302788.6PKW3021165.6varQK3021407.2SKVA 30 1407.2 /0.7 2000 eSS 变压器的无功损耗： % 100100 1.80.7 0.7 11.67.5 dd bkeee IU QQQSS KW 303b3027.5788.6796.1PPPKW 30330294.1 1165.61259.1varbQQQK 2222 303303303796.11259.11489.7SPQKVA 其余变电所计算方法如同 NO.1，将计算结果列于表 2-4： 表 2-4 各变电所功率损耗参数 12345 302P 302Q 302S 303P 303Q 303S 303I 2.42.4无功功率补偿无功功率补偿 供电系统未采用无功补偿措施之前的功率因数称为自然功率因数。供电单位 一般对用电用企业要求要求每月平均功率因数达到0.9以上，当总平均功率因数 较低时，常采用提高用电设备的自然功率因数的方法提高总平均功率因数。 在工厂生产供电系统中，由于绝大多数用电设备均属于感性负载，如电动机、 电焊机等，这些用电设备在运行时除了从供电系统用有用功率P外，还取用相当 数量的无功功率Q。从电路理论知道，无功功率的增大，使供电系统的功率因数 降低，电网中的功率因数的高低是关系到降低电能损耗、提高供电质量、以及运 行经济效益的重要问题。 本设计中的功率因数为: （2-7） 301 301 2188.7 cos0.560.9 3937.7 P S 因此需要进行功率补偿提高功率因数。 2.4.1 提高功率因数的意义 高低，关系到降低电能损耗，提高供电质量运行，提高经济效益，减 cos 少供电网的功率损耗。 2.4.2 提高功率因数的方法 (1)采用电力电容进行无功补偿。 (2)采用同步电动机进行无功补偿。 (3)采用同步调相机进行无功补偿。 (4)合理选择电机的型号、规格和电容，使其接近满载运行。 (5)降低轻载感应电机的定子绕组电压。 (6)合理的选择应变器的容量，改善变压器的运行方式等提高功率因数的途 径主要在于如何减少系统中各个部分所需的无功功率，特别是减少用户端用电器 设备取用的无功功率，使电力网载输送一定的有功功率时，可降低其中通过的无 功电流。 本设计中采用的是电力电容进行无功补偿，它是目前最行之有效且应用最广 的无功补偿的措施，它主要用于频率为50Hz的电网中提供功率因数，作为产生无 功功率的电源。 2.4.3 电力电容器的安装方式 (1)集中补偿 电容器组集中装设在企业工厂的总配电所6-10千伏母线上，用以提高整个配 电所的功率因数，使该配电所供电范围内的功率基本平衡，减少了高压线路的无 功损耗，同时能提高本配电所的供电质量。 (2)分组补偿 将电容器组分别装设在功率因数较低的车间或变电所高压或低压母线上，这 种补偿具有与集中补偿相同的优点，但补偿的容量和范围相对较小，可补偿效果 较明显。 (3)就地补偿 将电容器组分别装设在感性设备的附近，就地进行补偿。它即提高用电设备 供电线路的功率因数，又改善用电设备的电压质量。一般，中、小型用电设备尤 为适用。 本设计中采用集中补偿。 2.4.4 电容器补偿量的计算 所以 304 304 2216.8 cos0.55 4046.2 P S 155 补偿到0.92，所以 223 30412()2216.8 (1.430.42) 2239var cQPtgtg K 本设计中所用电容器型号为GR-I(107)BWl0.5-30-1 2239 n74.6 30 CQ q 75 302250varcQK 所以n=75个。 2.4.5 全厂计算负荷 3043042216.8PPKW 3043043384.8522501130.85varcQQQK 2222 3043043044914202.241278821.7232488.6SPQKVA 30 30 2488.6 143.7( ) 33 10 S IA V 30 30 2216.8 cos0.89 2488.6 P S 第第 3 3 章章 全厂总供电系统设计全厂总供电系统设计 根据本厂与供电部分所签定的供用电协议，供电电压为从供电部门某 110/10KV变电所用10KV架空线路向本厂供电，工作电源仅采用10KV电压一种。总 配电所内的10KV母线采用母线不分段，电源进线均用断路器控制。 3.13.1总配电所的主接线设计的原则和意义总配电所的主接线设计的原则和意义 根据与供电部门的协议，决定厂内设高压配电所，配电所得主接线也称一次 接线。它的涵义是指由各种开关电气、电力变压器、母线电力电缆及电抗器、避 雷器、电容器等电气设备按一定次序连接起来的，接受和分配电能的电路，而主 接线图是指该种电路的接线方法。 电气主接线对电气设备的选择，配电所的布置，运行的可靠性和灵活性，操 作和检修的安全以及今后的扩建，对电力工程建设和运行的经济节约等，都有很 大的影响。 进行工厂变电所主接线选择设计时，应满足一下几点要求： （1）安全。设计应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身 安全和设备的安全。 （2）可靠。应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。 （3）灵活。应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应 负荷的发展。 （4）经济。力求要使主接线结构简单，投资少，运行费用低。 3.23.2电气主接线的基本方式电气主接线的基本方式 (1)单母线接线 母线是连接电源和引出线的中间环节，起汇集和分配电能的作用，只有一组 母线的接线称为单母线.单母线接线简单明了，操作方便，便于扩建，投资少。 (2)双母线连线 在单母线连线的基础上，设备备用母线，就成为双母线。它在供电可靠性和 运行灵活性方面是最好的一种主接线。可投资大，开关电器多，配电装置复杂， 占地面积大，不适合一般配电所。 (3)桥式接线 当配电所只有两回路电源进线和两台主变压器时，采用桥式接线用的断路器 台数最少，投资低。 (4)线路一变压器组单元接线 当单回路单台变压器供电时，宜采用此进线，所有的电气设备少，配电装置 简单，节约建设投资。 3.33.3本设计的主接线的基本方式本设计的主接线的基本方式 本设计中，由于只有一条进线和多台变压器，且负荷均为三类负荷，因此， 在10kv侧采用单母线不分段接线方式较合适。 该种接线的主要特点如下: (l)总配电所不装主变压器，无变压器损耗，简化接线，减低了成本及运行 费用。用10kV真空短路器保护。 (2)总配电所进线装置短路保护控制，切换操作十分方便灵活，而且可配以 继电器保护和自动装置，使供电可靠性大大提高。 (3)为了保证短路器检修人员的人身安全，短路器侧应装高压熔断器。 (4)为了与供电部门经济费用明确，在电源进线总开关(高压短路器)柜台， 装置一台CFC-15Z-19型高压计量柜，其中的电压互感器和电流互感器只用来连接 计费电度表。 (5)各车间的负载都由单母线供电，这样能够保证可靠供电。 (6)为了便于测量、监视、保护和控制主电路设备，母线上接有电压互感器， 进(出)线上均串有电流互感器。 (7)为了防止雷电过电压侵入配电室击毁电气设备，母线上设有避雷器。 (8)由于高压配电线路都是由高压母线来电，因此，其出线侧母线上加装真 空断路器，以保证出线的安全检查。 3.43.4一次接线系统图一次接线系统图 见附图中的一次主接线图。 第第 4 4 章章 短路电流计算短路电流计算 4.14.1短路电流计算的意义和方法短路电流计算的意义和方法 短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装 置的整定计算。 进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算 所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计 算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电 流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元 件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表 示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说， 由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需 采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电 流和短路容量。 短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法 （又称相对单位制法），工程上常用标幺制法。 4.24.2短路计算短路计算 4.2.1 绘制短路电流计算示意图 图 4-1 短路电流计算示意图 4.2.2 短路电流及容量的计算 1）最小运行方式下的短路计算 确定基准值 =100MVA, =10.5kv, =0.4kv 则 d S 2C U 3C U =1.5KA 1 1 3 c d d U S I =5.50KQ 2 2 3 c d d U S I =144.34KA 3 3 c d d U S I 短路电路中各主要元件的电抗标幺值 （1）区域变电站电力系统电抗标幺值由=400MVA。得 OC S =100/1400=0.25 ocd SSXX/ * 2 * 1 （2）电力线路的电抗标幺值 根据计算电流，初选架空线进线为LGJ-35，=0.4欧/千米 0 X 145 . 0 35 100 *5 . 4*4 . 0* 22 0 * 4 * 3 U S LXXX d （3）总降压变电所变压器的电抗标幺值 4 . 1 5000*100 100*7 100 % * 6 * 5 N dk S SU XX （4）1#车间变电所变压器的电抗标幺值 2 . 5 1250*100 100*5 . 6 100 % * 7 N dk S SU X 其余各车间变计算方法相同，故在这不做列举。 2）k-1点的短路电流和短路容量 （1）总电抗标幺值 198 . 0 2 145 . 0 25 . 0 2 * 2 * 1* )1( XX X k （2）三相短路电流周期分量有效值 KA X I I K d K 6 . 7 198 . 0 5 . 1 * )1( 1)3( 1 （3）其他三相短路电流 = )3( 1 )3()3( K III = )3( sh i = )3( sh I （4）三相短路容量 MVA X S S k d K 1 . 505198 . 0 100 * )1( )3( 1 3）K-2点的短路电流和短路容量 （1）总电抗标幺值 898 . 0 2 4 . 1 2 145 . 0 25 . 0 22 * 3 * 2 * 1* )2( XXX X k （2）三相短路电流周期分量有效值 KA X I I K d K 125 . 6 898 . 0 5 . 5 * )2( 1)3( 2 （3）其他三相短路电流 =6.125KA )3( 2 )3()3( K III =2.55*6.125=15.62KA )3( sh i =1.51*6.125=9.25KA )3( sh I （4）三相短路容量 =100/0.898=111.36MVAMVA X S S k d K 36.111898 . 0 100 * )2( )3( 2 4）车间变电所K1-1，K1-2点短路电流和容量 由于总降压变电所距车间变电所很近且为点缆输电，故忽略其线路阻抗。所 以车间变电所K1-1点的短路电流和容量均等于总降压变电所低压侧K-2点的短路 电流和容量。所以只计算车间变电所低压侧K1-2处短路电流和容量。 （1）总电抗标幺值 098 . 6 2 . 5 2 4 . 1 2 145 . 0 25 . 0 22 * 7 * 3 * 2 * 1* )21( X XXX X k （2）三相短路电流周期分量有效值 KA X I I K d K 67.23 098 . 6 34.144 * )21( 1)3( 21 （3）其他三相短路电流 =23.67KA )3( 21 )3()3( K III =1.84*23.67=43.55KA )3( sh i =1.09*23.67=25.80KA )3( sh I （4）三相短路容量 =100/6.098=16.40MVA * )21( )3( 21 k d K X S S 其他4个车间变电所计算过程与NO.1变电所计算过程相同，故不再列出。 4.2.3 最大运行方式下的短路计算 计算过程相同，也不再列出。 4.2.4 短路计算表 表 4-1 总变的短路计算电流及容量 三相短路电流/KA三相短 路容量 /MVA 短路计算点 IK )3( )3( I )3( I )3( sh i )3( sh I )3( K S K-1最小运 行方式 K-2 K-1最大运 行方式 K-2 表 4-2 各车间变电所短路计算表 三相短路电流/KA三相短 路容量 /MVA 短路计算点 IK )3( )3( I )3( I )3( sh i )3( sh I )3( K S K1-1最小运 行方式K1-2 K1-1 N0.1 最大运 行方式K1-2 K2-1最小运 行方式K2-2 K2-1 N0.2 最大运 行方式K2-2 K3-1最小运 行方式K3-2 K3-1 N0.3 最大运 行方式K3-2 K4-1最小运 行方式K4-2 K4-1 N0.4 最大运 行方式K4-2 K5-1最小运 行方式K5-2 K5-1 N0.5 最大运 行方式K5-2 第第 5 5 章章 电气设备、电缆、母线的选择电气设备、电缆、母线的选择 关于电器设备选择，虽然发电厂、变电所及配电系统中采用的各种电器设备， 其工作条件和运行要求不尽相同，然而在选择这些电器设备时，都应遵守以下几 项共同原则: (1)按正常工作条件，包括电压、电流、频率、开断电流等选择。 (2)按短路条件，包括动稳定和热稳定来校验。 (3)考虑电器设备运行的环境条件如温度、湿度、海拔以及有无防尘、防腐、 放火、防爆等要求。 (4)按各类设备的不同特点和要求如断路器的操作性能、互感器的二次负荷 和准确等级等进行选择。 5.15.1按正常工作条件下选择按正常工作条件下选择 5.1.1 按工作电压选择 设备的额定电压 ，不仅要求符合设备所在电网的额定电压，并应等于或大 于正常工作时可能出现的最大工作电压 ，即。 wmxUNwmxUU 电气设备装设地点的海拔越高，空气密度和湿度相对越低，因此应选用额定 电压较高的电气设备。根据实验结果，海拔在1000-4000M范围，其使用电压约降 低 。 5.1.2 按工作电流选择 电气设备的额定电流应大于或等于所在电路中的计算电流 ，即 NI30I 。 30NII 5.1.3 按断流能力选择 设备的额定 的开断电流或断流容量应不小于设备分断瞬间的短路电 OCIOCS 流有效值 或短路容量，即 ， 。 KI KSOCKIIOCKSS 在此设计中以上校验手段均要用到，同时还要用到下面的按短路条件进行校 验的方法，这些都是配电设备中必备的条件，因此，前面所有的计算结论在此都 将得到应用或检验。 5.25.2按短路条件校验按短路条件校验 按短路条件校验，就是校验电气设备的热稳定和动稳定性。表5-1给出各类 设备对热稳定和动稳定性的校验。 表 5-1 各设备对热稳定性和动稳定性的校验 设备名称计算项目计算公式说明 动稳性 (3) maxcii -设备的极限 maxi 通过电流及其有 效值（KA） -三相短路冲 (3) ci 击电流峰值及全 电流有效值 （KV） 断路器 负荷开关 隔离开关 热稳性 It ima t I t -设备在t秒内 tI 允许通过的热稳 定电流（KA） -短路稳态电 I 流（KA） -假想时间（S） t 动稳性(3) 2IcdwiciK-电流互感器 dwK 动稳定倍数 -电流互感器 Iic 额定一次电流(A) 电流互感器 热稳性 ie I t t ima IK I t 电流互感器的 tK 一秒钟热稳定性 倍数 -短路稳态电 I 流（KA） 母线动稳性 jsy 式中： 2 (3)2 js=1.76()c l I aW -母线计算机 js 械应力 -母线允许机 y 械应力 热稳性铜母线 min 171 imaIt S 铝母线 min 87 imaIt S -导体所需 minS 最小截面 电缆热稳性10KV以下绝缘电缆 铜电缆 min 148 imaIt S 铝电缆 min 48 imaIt S -导体所需 minS 最小截面 而在对电气设备热稳定校验时其三相短路电流发热假想时间在无限大容量 tjx 供电系统中一般按此式计算: （考虑短路电流非周期分量的影响)。 0.05imatt t-短路延续时间，为保护继电器整定动作时间与开关动作时间之和，短路 器的短路动作时间一般为0.25s；对电力电缆，由于其机械强度足够，所以不必 进行短路动稳定度的校验。 5.35.3开关设备及母线电缆的校验开关设备及母线电缆的校验 表中的参数: 为线路的计算电流， 为极限分断电流， 为熔体 30IOCINFEI 的额定电流，熔断器的断流容量， 为可靠系数，取为1.2，为线路的尖 OCSrelK 峰电流，为导线允许的过负荷系数，取为4.5，为导线允许载流量。 pkI olKalI 表 5-2 高压真空断路器的数据要求 序号项目安装地点电 器条件 高压母线受 电条件 项目数据 1NU 230I 3 (3) kI 4 (3) shI 5 (3) imaIt 表 5-3 高压熔断器断的数据要求 序号项目安装地点电器 条件 项目数据 1NU 230I 3 (3) 1KS 4 表 5-4 电压互感器的数据要求 序号项目安装地点电 器条件 项目数据 1NU10KVNU10KV 表 5-5 电流互感器的数据要求 序号项目安装地点 电器条件 项目数据 1NUNU 230I1IN 3 (3) Ish dw1INK 4 (3) I 1INt ima K t 表 5-6 高压母线的数据要求 项目安装地点 电器条件 项目数据 2 (3)2 js=1.76() 0.167 c l I W y min 87 imaIt S A 从以上数据表可以得知:该供配电系统中所选开关设备及母线电缆都是能够 满足系统运行要求的。 第第 6 6 章章 继电保护整定及二次保护继电保护整定及二次保护 6.16.1概述概述 继电保护装置是指能反应电气设备同等对待生故障或不正常状态而作用于跳 闸或发出信号的自动装置。其主要任务是借助于断路器，自动的、迅速的、有选 择性的将故障元件免于继续受损坏。 继电保护装置为了完成其自动保护任务，必须满足选择性，速动性、可靠性 和灵敏性。 继电保护装置是由各种继电器组成的自动装置，继电器可分为控制继电器和 保护继电器，有机电式的、晶体式两类，而机电式继电器又分为电磁式和感应式 两种，本设计采用电磁式的保护继电器。 6.26.2总配电所的继电保护装置总配电所的继电保护装置 6.2.1 总配电所保护装置的作用 大楼供电系统保护装置的作用主要有两个方面:第一，当供电系统发生故障 时，保护装置能迅速地切除事故，供电系统的事故部分迅速及时的从系统中切除， 是为了减少事故范围，避免给整个系统造成不良影响，保证无事故部分继续正常 进行。第二，当系统处于不正常运行时，保护装置发出报警信号，通知值班人员 及时处理。 6.2.2 对继电保护装置的基本要求 (1)可靠性指保护装置该动作时，不拒动；而不该动作时不误动。前者为信 赖性，后者为安全性，即可靠性，包括信赖性和安全性。为此继电保护装置就应 简单可靠，使用的元件和接点应尽量减少，接线回路力求简单，运行维护方便， 在能够满足要求有前提下宜采用最简单的保护。 (2)选择性指首先由故障设备或线路的本身的保护切除故障。当设备或线路 本身的保护时，则应由相邻设备或线路的保护切除故障。为此，对相邻设备和线 路有配合要求的保护，前后两级之间的灵敏性和动作时间应相互配合。 (3)灵敏性指保护设备或线路范围内发生金属性断路时，保护装置应具有必 要的灵敏系数。 (4)速动性指保护装置应尽快的切除短路故障，提高系统稳定性，减轻故障 设备和线路的损坏程度。当需要加速切除短路故障时，可允许保护装置无选择性 动作，但应利用自动重合闸和备用电源投入装置，缩小停电范围。 6.36.3继电保护的灵敏系数继电保护的灵敏系数 保护装置的灵敏系数，应根据不利运行方式和故障类型进行计算。 保护装置灵敏系数按下式计算: （6-1） k. min .1 p OP I S I 式中：为继电保护的保护区内在电力系统的最小运行方式下的最小断路 k. minI 电路（单位为A）。 为继电保护的动作电流换算到变压器一侧电路的值，称为一次动作电 .1OPI 流(单位为A)。 6.46.4电力变压器保护装置的配置要求电力变压器保护装置的配置要求 （1）瓦斯保护 80KVA及以上的油侵式变压器和40KVA及以上的车间内油侵式变压器，均应装 设瓦斯保护。当油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬间动作于信号;当 产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧短路器。当变压器安装处电源侧无断 路器或短路开关时，可作用于信号。 (2)纵差保护 1000KVA及以上的单独运行变压器和630KVA及以上的并列运行变压器，应装 设纵联差动保护。630KVA及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。 (3)过电流保护和电流速断保护 1000KVA以下的变压器，可装设过电流保护和电流速断保护。10KVA及以上的 变压器，当电流速断灵敏系数不符合要求时，宜改装纵联差动保护。40KVA及以 上、一次电压为10KV及以下、线圈为三角一星型联结的变压器可采用两相三继电 器时的过电流保护。 以上纵联差动保护、过电流保护和电流速断保护，用于对变压器引出线、套 管及内部的短路故障的保护。保护装置动作时，应使变压器各侧的断路器跳闸。 过电流保护带一个较长的动作时限时，可用于对变压器外部相间短路的保护。 40KVA及以上、一次电压为10KV及以下、线圈为三角一星型联结、低压侧中性点 直接接地的变压器，对低压侧单相接地短路，当灵敏性符合要求时，可利用高压 侧的过电流保护；保护装置带时限动作于跳闸。 (4)负荷保护 400KVA及以上变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其它附和的备用电 源时，应根据可能过负荷的