工厂供电毕业论文

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本文按照钢铁厂供电系统对供电可靠性、经济性的要求，根据钢铁厂的负荷性质、负荷大小和负荷的分

布情况对本厂供电系统做了全面综合的分析，详细阐述了工厂总降压变电所实现的理论依据。通过对整个供电系统的分析和对钢铁厂的电力负荷,功率补偿,短路电流的计算，合理的选择电力变压器、断路器等各种电气设备；对工厂总降压变电所不同的主接线方案进行比较,选择可靠性高,经济性好的主接线方案, 实现了工厂供电系统安全、可靠、优质、经济地运行。

关键词 供电系统；电力负荷；功率补偿；电气设备；主接线；继电保护

目 录

第1章 前 言 ....................................................... 4

概述 .......................................................... 4

工厂供电设计的一般原则 ....................................... 5

设计内容及步骤 ............................................... 5

第2章 变配电所的主接线图 .................................................................................................... 7

概述 .......................................................... 7

工厂供电必须达到以下基本要求 ............................ 7

主接线方式的介绍 .............................................. 8

母线连接方式 ............................................ 8

供电系统主接线图的确定 ................................. 8

车间变电所主变压器的选择 .................................... 10

变电所主变压器台数的选择的原则 ......................... 10

变电所主变压器容量的选择 ............................... 10

车间变电所总的负荷计算 ...................................... 11

炉管公司的负荷计算 ........................................... 12

各车间的负荷计算 ....................................... 12

第3章 短路电流的计算 .............................................. 21

概 述 ...................................................... 21

短路电流计算的目的 ..................................... 21

产生短路的原因 ......................................... 21

短路点位置的选择 ....................................... 21

３.2短路电流的计算 .............................................. 22

在最大运行方式下短路电流的计算 ............................... 23

最大运行方式下短路计算结果如下表3-2： ....................... 26

最小运行方式下短路计算结果如下表3-3： ....................... 27

第4章 电气设备的选择与校验 ........................................ 28

概述 ......................................................... 28

母线的选择 ................................................... 28

35kV高压开关柜的选择 ........................................ 31

高压开关柜型 ................................ 31

LDJ5-35型电流互感器的选择 ............................. 32

XRNP-35型高压限流熔断器 ............................... 32

HY5W型避雷器 .......................................... 33

JDZ9-35型电压互感器 ................................... 33

JN12-35型接地开关 ..................................... 33

型隔离开关 ................................... 34

10kV开关柜的选择 ............................................ 34

高压开关柜KYN28-12型 .................................. 34

、LZZJ-10Q型电流互感器： ................................... 36

、RZL10型电压互感器 .................................... 36

、XRNP3-10型高压熔断器 ................................. 36

、HY5W型避雷器 ......................................... 37

、GN22-10型隔离开关 .................................... 37

开关柜的选择 .......................................... 38

第5章 继电保护设计 ................................................ 40

概 述 ....................................................... 40

本变配电站的继电保护装置 .................................... 41

第6章 变电站防雷保护 ............................................ 42

概述 ........................................................ 42

变、配电所的防雷保护 ................................... 42

本设计采用的防雷保护措施 .................................... 43

电缆进线的保护 ......................................... 43

母线上的防雷保护 ....................................... 43

致 谢 .............................................................. 44

◆参考文献 .......................................................... 44

1 前 言

概述

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

在一般工厂里，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。例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人生事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。

因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：

（1）安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。

（2）可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。

（3）优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。

（4）经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

工厂供电设计原则

按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》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。

本课题设计内容

本供电系统设计主要包括总降压变电所一次、二次部分及高压配电线路设计，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，解决对各部门的电能分配问题，设计内容有以下几方面：

（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。不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。

（2）改善功率因数装置设计。按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率，并选用合适的电容器。

（3）变压器的台数及容量选择。参考电源进线方向，综合考虑设置变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。

（4）厂区高压配电系统设计。根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电，比较几种可行的高压配电网布置放案，择优选用。

（5）工厂总降压变电所主接线设计。根据变电所配电回路数，负荷要求的可

靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。

（6）工厂供电系统短路电流计算。工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相短路电流。

（7）变电所高压设备的选择。参照短路电流计算数据和计算负荷以及对应的额定值，选择变电所各种高压设备，并根据需要进行热稳定和动稳定检验。

（8）继电装置及二次保护设计。为了监视、控制和保证安全可靠运行，变压器需要设置相应的控制、检测和继电保护装置。

（9）防雷接地装置设计。参考本地区气象地质材料，设计总降压变电所的防雷接地装置。

（10）总降压变电所变、配电装置总体布置设计。综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置设计。

2 供配电系统主接线方案论证

概述

主接线图即主电路图,是表示系统中电能输送和分配线路的电路图,亦称一次电路图.而用来控制指示检测和保护的一次电路及其设备运行的电路图,则称为二次电路图,或二次接线图,通称二次回路图.二次回路是通过电流互感器和电压互感器与主电路相联系的.

我国《变电所设计的技术规程》规定：变电所的主要接线应根据变电所在电力系统中的地位，回路数，设备特点及负荷性质等条件确定，且应满足运行可靠，简单灵活，操作方便和节省投资等要求。

工厂供电必须达到以下基本要求

（1）安全性 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）可靠性 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，其中在检修时，不宜影响对系统的供电，断路器或引线检修及引线故障时，尽量减少长时间停电和大范围停电，并保证对大部分一级负荷及全部及大部分二级负荷的供电。

（3）灵活性 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，检修时，可以方便地停运，对母线及其继电保护设备进行安全检修而不致影响电力网和对用户的供电。

（4）经济性 在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金消耗量主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少， 电能损失小，经济合理地选择各种电气，减少电能损失。

主接线方式的介绍

母线连接方式

根据论文资料和电力系统的发展，用户的需求等几方面考虑，从近期及远景的发展规划所以确定某轮毂制造厂供配电系统初步设计：单母线分段。

单母线分段接线具有简单清晰，设备较少，投资较小，运行操作方便，且有利于扩建等优点，并可提高供电可靠性和灵活性。对重要用户可以从不同段引出两回馈电线路。由两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电，其高压侧采用内桥接线方式，低压侧也采用双回线路-变压器组单元接线，因此在车间变电所的低压侧，设有低压联络线互相连接，以提高供电系统运行的可靠性和灵活性。

供电系统主接线图的确定

工厂电源进线电压为35KV及以上的工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6~10KV的高压配电电压，然后经过车间变电所，降为一般低压用电设备所需的电压如220/380V。

方案1 一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图（如图7）所示。这种主接线，其一次侧的高压断路器QF10跨在两路电源进线之间，犹如一座桥梁，而且处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式接线。这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷的工厂。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF10（其两侧QS先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电。这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电的机会较多，并且变电所的变压器不需经常切换的总降压变电所。

方案2 一次侧采用外桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图（如图8）所示。这种主接线，其一次侧的高压断路器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF11和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式接线。这种主接线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二

级负荷的工厂。但与内桥式接线的适用场合有所不同。如果某台变压器例如T1停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF10（其两侧QS先合），使用两路电源进线又恢复并列运行。这种外桥式接线适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适于经济运行需经常切换的总降压变电所。

方案3 一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图（如图9）

这种主接线兼有上述两种桥式接线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二侧进出线较多的总降压变电所。

根据本厂的实际情况，工厂总降压变电所距该城镇220/35KV变电所（地区变电所）5公里，距离较远；而变电所负荷变动不大，故采用方案1（一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线）。方案2更适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大,适于经济运行需经常切换的总降压变电所；而方案3所用的高压设备较多，增加了初期投资，故不采用方案2和方案3。

采用桥式接线，最大的特点就是使用断路

器数量较少，使用断路器数量较少，一般采用

断路器数都等于或少于出线回路数，从而结构

简单，投资较少。

车间变电所主变压器的选择

变电所主变压器台数的选择

的原则

（1) 满足用电负荷对供电可靠性的要求。

（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。也可考虑采

用两台变压器。

（3) 除上述两种情况外，一般车间变电所

宜采用一台变压器。

（4) 在确定变电所主变压器台数时，应当

考虑负荷的发展，留有一定的余量。

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，主变压器的容量应满足全部用电设备总

计算负荷S30的需要，即≥Sc

考虑到节能和留有余量，变压器的负荷率一般取70﹪～85﹪。

（2）装有两台主变压器的变电所，通常采用等容量的变压器，每台容量应同时满足以下两个条件：

①任一台单独运行时，≈ （2-1）

②任一台单独运行时，≥SC(I+II) （2-2）

条件①是考虑到两台变压器运行时，每台变压器各承受总计算负荷的60％，负载率约为

，此时变压器效率较高。而在事故情况下，一台变压器承受总计算

负荷时，只过载40％，可继续运行一段时间。在此时间内，完全有可能调整生产，可切除三级负荷。条件②是考虑在事故情况下，一台变压器仍能保证一、二级负荷的供电。

车间变电所总的负荷计算

全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果. 供电示意图2—1如下：

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。本设计采用需要系数法确定。

主要计算公式有：

有功功率： Pc=K∑P∑

无功功率: Qc=K∑Q∑

2

视在功率: SC=PC2?QC

计算电流: IC=Sc3

UN

炉管公司的负荷计算

各车间的负荷计算

根据图1—1系统中各点的计算负荷 确定变压器T1的计算负荷

1.确定D1点的计算负荷（见下表）：

确定D1点的计算负荷，确定这一级计算负荷的目的是为了选择低压母线及其开关电器、无功补偿容量和变压器T1。这一级是一个车间的负荷计算。同时在低压母线上设置无功自动补偿装置，补偿后的目标功率因数一般取，以使变压器高压测得功率因数达到。计算结果见下表2-2：

2.确定C1点的计算负荷

确定这一级计算负荷的目的是为了选择变压器配电电缆及其开关电器，确定高压进线的计算负荷。C1点的计算负荷等于D1点计算负荷加上变压器T1的功率损耗，即=PD?D1+△PT1；QD?C1=+△QT1。根据D1点补偿后的视在计算负荷SC=1030kV·A，选择SCB10-1250/10型变压器，

变压器额定容量SN?T=1250KvA，(可查附录表13)。计算结果见下表2-3：

确定变压器T2的各点负荷确定

1.确定D2点的计算负荷（见下表）：

确定D2点的计算负荷，确定这一级计算负荷的目的是为了选择低压母线及其开关电器、无功补偿容量和变压器T2。这一级为一个车间用电设备的计算。

同时在低压母线上设置无功自动补偿装置，补偿后的目标功率因数一般取，以使变压器高压测得功率因数达到，计算结果见表2-4：

2.确定C2点的计算负荷

确定这一级计算负荷的目的是为了选择变压器配电电缆及其开关电器，确定高压进线的计算负荷。C2点的计算负荷等于D2点计算负荷加上变压器T2的功率损耗，即=PD?D2+△PT2；QD?C2=+△QT2。根据D2点补偿后的视在计算负荷SC=918 kV·A

，选择SCB10-1000/10型变压器，变压器额定容量SN?T=1000 kV·A (可查附录表13)。计算结果见下表2-5：

确定变压器T3的各点负荷确定

1.确定D3点的计算负荷（见下表）：

确定D3点的计算负荷，确定这一级计算负荷的目的是为了选择低压母线及其开关电器、无功补偿容量和变压器T3。这一级为一个车间用电设备的计算。同时在低压母线上设置无功自动补偿装置，补偿后的目标功率因数一般取，以使变压器高压测得功率因数达到，计算结果见表2-6：

2.确定C3点的计算负荷

确定这一级计算负荷的目的是为了选择变压器配电电缆及其开关电器，确定高压进线的计算负荷。C3点的计算负荷等于D3点计算负荷加上变压器T3的功率损耗，即=PD?D3+△PT3；QD?C3=+△QT3。根据D3点补偿后的视在计算负荷SC= kV·A，选择

SCB10-800/10型变压器，变压器额定容量SN?T=800kV·A (可查附录表13)。计算结果见下表2-7：

确定变压器T4的各点负荷确定 1.确定D4点的计算负荷（见下表）：

确定D4点的计算负荷，确定这一级计算负荷的目的是为了选择低压母线及其开关电器、无功补偿容量和变压器T4。这一级为一个车间用电设备的计算。同时在低压母线上设置无功自动补偿装置，补偿后的目标功率因数一般取，以使变压器高压测得功率因数达到，计算结果见表2-8：

2.确定C4点的计算负荷

确定这一级计算负荷的目的是为了选择变压器配电电缆及其开关电器，确定高压进线的计算负荷。C4点的计算负荷等于D4点计算负荷加上变压器T4的功率损耗，即=PD?D4+△PT4；QD?C4=+△QT4。根据D4点补偿后的视在计算负荷SC=742kV·A，选择

SCB10-800/10型变压器，变压器额定容量SN?T=800kV·A (可查附录表13)。计算结果见下表2-9：

确定变压器T5的各点负荷确定 1.确定D5点的计算负荷（见下表）：

确定D5点的计算负荷，确定这一级计算负荷的目的是为了选择低压母线及其开关电器、无功补偿容量和变压器T5。这一级为一个车间用电设备的计算。同时在低压母线上设置无功自动补偿装置，补偿后的目标功率因数一般取，以使变压器高压测得功率因数达到，计算结果见表2-10：

2.确定C5点的计算负荷

确定这一级计算负荷的目的是为了选择变压器配电电缆及其开关电器，确定高压进线的计算负荷。C5点的计算负荷等于D5点计算负荷加上变压器T5的功率损耗，即=PD?D5+△PT5；QD?C5=+△QT5。根据D5点补偿后的视在计算负荷SC=·A，选择

SCB10-800/10型变压器，变压器额定容量SN?T=800kV·A (可查附录表13)。计算结果见下表2-11：

确定变压器T6的各点负荷确定 1.确定D6点的计算负荷（见下表）：

确定D6点的计算负荷，确定这一级计算负荷的目的是为了选择低压母线及其开关电器、无功补偿容量和变压器T6。这一级为一个车间用电设备的计算。同时在低压母线上设置无功自动补偿装置，补偿后的目标功率因数一般取，以使变压器高压测得功率因数达到，计算结果见表2-12：

2.确定C6点的计算负荷

确定这一级计算负荷的目的是为了选择变压器配电电缆及其开关电器，确定高压进线的计算负荷。C6点的计算负荷等于D6点计算负荷加上变压器T6的功率损耗，即=PD?D6+△PT6；QD?C6=+△QT6。根据D6点补偿后的视在计算负荷SC=·A，选择

SCB10-630/10型变压器，变压器额定容量SN?T=630kV·A (可查附录表13)。计算结果见下表2-13：

确定B1点的计算负荷

确定这一级计算负荷的目的是为了选择高压母线及其开关电器和高压进线电力电缆。因此B1点的计算负荷由C1、C3、C6点的计算负荷确定，计算负荷见下表2-14：

确定A1点的计算负荷

确定这一级计算负荷的目的是为了选择变压器配电电缆及其开关电器，确定高压进线的计算负荷。A1点的计算负荷等于A1点计算负荷加上变压器T的功率损耗，即=PC?C1+△PT；QC?B1=QC?C1+△QT。根据A1点视在计算负荷SC =·A，选择SZ9系列双绕组有载变压器，每台变压器额定容量SN?T＞SC =·A 因此，取每台变压器额定容量SN?T=2500kV·A，计算结果见下表2-15：

确定B2点的计算负荷

确定这一级计算负荷的目的是为了选择高压母线及其开关电器和高压进线电力电缆。因此B2点的计算负荷由C2、C4、C5点的计算负荷确定，计算负荷见下表2-16：

确定A2点的计算负荷

确定这一级计算负荷的目的是为了选择变压器配电电缆及其开关电器，确定高压进线的计算负荷。A2点的计算负荷等于A2点计算负荷加上变压器T的功率损耗，即=PC?C+△PT；QC?B2=QC?C1+△QT。根据A2点视在计算负荷SC =·A，选择SZ9系列双绕组有载变压器，每台变压器额定容量SN?T＞SC =·A 因此，取每台变压器额定容量SN?T=2500kV·A，计算结果见下表2-17：

第3章 短路电流的计算

概 述

短路电流计算的目的

（1）校验电气接线的合理性，选择限制短路电流的方式。 （2）进行电气设备和校验。

（3）主变压器继电保护的整定计算，需以各种短路时的短路电流为依据 产生短路的原因

所谓短路是指电力系统正常运行情况以外的某处相与相式相与地之间的“短接”，在电力系统正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的，如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，我们就称电力系统发生了“短路”故障，如过电压、设备直接遭受雷击，绝缘材料陈旧和机械损伤等原因，就常使绝缘损坏。

电力系统其它某些故障也可能导致短路，如输电线路断线和倒杆事故等，此外运行人员不遵守操作技术规程和安全规程，造成误操作式小动物跨接裸导体时，都可能造成短路。 短路点位置的选择

（1）选择原则

短路电流的计算，是为了选择电气设备提供依据，使所选的电气设备能在各种情况下正常运行，因此短路点的选择应考虑到电器可能通过的最大短路电流。

（2）短路点的选择分析如图。

图短路计算电路图

３.2短路电流的计算

由于电力系统供电的工业企业内部发生短路时，由于工业企业内所装置的元件，其容量要小，而阻抗则较系统阻抗大得多，当这些元件遇到短路时，系统母线上的电压变动很小，可以为电压维持不变，即系统容量为无限大。所以我们在这里进行短路电流计算方法，以无限大容量电力系统供电作为前提计算的， 其方法常用的有欧姆法和标幺制法．

1、计算的基本情况

1）电力系统中所有电源均在额定负荷下进行。 2）短路发生在短路电流最大值的瞬间。

3）应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电流。 2、计算容量

应按本工程设计的规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划，根据设计任务书的要求，为选10KV配电装置的电器和导线需计算在最大运行方式下通过电气设备的短路电流，选择一个短路点K-1。其电抗值的选择如表3-1。

在最大运行方式下短路电流的计算

（1）确定基准值

设S d =100MV·A，Ud=Uc，即Ud1=，Ud2=，Ud3= 则 I d1=S d/U d1=100MV·A/（3×）= I d2 =S d/U d2=100MV·A/（×）= I d2 =S d/3U d2=100MV·A/（×）= kA

（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

1）电力系统（Soc= 500MV·A） X1*= 100/500=

2）电缆线路

X2*=（×5）Ω×100MV·A/（）2= 3）电力变压器

查表13得SZ9-2500/35变压器Uk%=

SCB10—1250/10变压器Uk%=6 SCB10—1000/10变压器Uk%=6 SCB10—800/10变压器Uk%=6 SCB10—630/10变压器Uk%=4

X3*= Uk%×S d／100SN?.T=×100×1000／100×2500= X4= Uk%×S d／100SN?.T=6×100×1000／100×1250= X5*= Uk%×S d／100SN?.T=6×100×1000／100×1000=6 X6*= Uk%×S d／100SN?.T=6×100×1000／100×800= X7*= Uk%×S d／100SN?.T=4×100×1000／100×630=

绘制等效电路如图，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。

*

图3-3 等效电路

（3）求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量

1）总电抗标幺值

X*Σ(K-1) = X1*+X2*=+= 2）三相短路电流周期分量有效值 I（3）k-1=Id1/X*∑（k-1）=/=1kA

3）其他三相短路电流 I"(3)=I(3)∞= I(3) k-1=1kA

i(3)sh= I"(3)=×1kA= I(3) sh = I"(3)=×1kA= 4）三相短路容量

S(3) k-1=S d/ X*∑（k-1）=100MVA/=·A

（4）求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量

1）总电抗标幺值

X*Σ(K-2) = X1*+X2*+X3*=++=

2）三相短路电流周期分量有效值 I（3）k-2=Id2/X*∑（k-2）=/=

3）其他三相短路电流 I"=I

(3)

(3)∞

=I

(3) k-2=

i(3)sh= I"(3)=×= I(3) sh ="(3)=×= 4）三相短路容量

S(3) k-2=S d/ X*∑（k-2）=100MVA/=·A

（5）求k-3点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量（变压器T1运行下）

1）总电抗标幺值

X*∑（k-3）=X*1+X*2+X3*+X*4=+++= 2）三相短路电流周期分量有效值

I（3）k-3=Id2/X*∑（k-3）=/= 3）其他三相短路电流 I"(3)=I(3)∞=I(3) k-3=

i(3)sh= I"(3)=×= I

(3) sh

="=×=

(3)

4）三相短路容量

S(3) k-2=S d/ X*∑（k-3）=100MVA/=·A

（6）求k-4点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量（变压器T2运行下）

1）总电抗标幺值

X*∑（k-4）=X*1+X*2+X3*+X*5=+++6=

2）三相短路电流周期分量有效值 I

（3）

k-4

=Id2/X∑（k-4）=/=

*

3）其他三相短路电流 I"(3)=I(3)∞=I(3) k-4=

i(3)sh= I"(3)=×= I(3) sh ="(3)=×= 4）三相短路容量

S(3) k-2=S d/ X*∑（k-4）=100MVA/=·A

（7）求k-5点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量（变压器T2运行下）

1）总电抗标幺值

X*∑（k-4）=X*1+X*2+X3*+X*6=+++=

2）三相短路电流周期分量有效值

I（3）k-4=Id2/X*∑（k-4）=/= 3）其他三相短路电流

I"(3)=I(3)∞=I(3) k-4=

i(3)sh= I"(3)=×= I(3) sh ="(3)=×= 4）三相短路容量

S(3) k-2=S d/ X*∑（k-4）=100MVA/=·A

（8）求k-6点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量（变压器T2运行下）

1）总电抗标幺值

X*∑（k-4）=X*1+X*2+X3*+X*7=+++=

2）三相短路电流周期分量有效值

I（3）k-4=Id2/X*∑（k-4）=/= 3）其他三相短路电流 I"(3)=I(3)∞=I(3) k-4=

i(3)sh= I"(3)=×= I(3) sh ="(3)=×=21kA 4）三相短路容量

S(3) k-2=S d/ X*∑（k-4）=100MVA/=·A

最大运行方式下短路计算结果如下表3-2：

表3-2 最大运行方式下短路计算结果

最小运行方式下短路计算结果如下表3-3：

表3-3最小运行方式下短路计算结果

第4章 电气设备的选择与校验

概述

电气设备的选择是变电站电气设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全。经济运行的重要条件，在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备，电气设备要可靠地工作必须按正常条件进行选择，并按短路状态校验其热稳定和动稳定。 电气设备选择的一般要求:

1）满足正常情况下短路、过电压、检修。 2）按当地环境条件校核。 3）力求技术先进和经济合理。 4）与整个工程建设标准协调一致。 5）同类设备尽量减少品种。

6）选用新产品应具有可靠试验数据，并经正式鉴定合格。

母线的选择

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时必须满足下列条件:

（1）发热条件：导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算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。

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

（3）经济电流密度:35kV及以上的高压线路及电压在35kV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工

厂内的10kV及以下线路，通常不按此原则选择。

（4）机械强度：导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

（5）短路热稳定条件：对绝缘导线、电缆和母线，应校验其短路热稳定性，检验公式Amin= I∞(3) tmin/C。

根据设计经验：①对于一般负荷电流较大的低压配电线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。②对负荷电流不大而配电距离较长的线路，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。③对给变压器供电的高压进线以及变电所用电电源线路，因短路容量较大而负载电流较小，一般先按短路热稳定条件选择导体截面，然后再校验发热条件。根据课题要求和负荷计算，我选择电缆线作为母线。 对电缆线的校验

对给变压器供电的高压进线以及变电所所用电电源进线，因短路容量较大而负荷电流较小，一般先按短路热稳定条件选择导体截面，然后再校验发热条件；对长距离大电流线路及35kV以上高压进线，可先按经济电流密度条件选择导体截面，然后再校验其他条件。

10KV变电所侧采用屋内配电装置中，所以配电线路母线选用硬母线，为了经济选用铝硬母线即矩形母线，矩形导体散热条件较好，便于固定和连接，但集肤效应较大。为了避免集肤效应系数过大，单条矩形截面最大不超过1250mm?。 （一）35kV及以上高压线路及电压35kV以下但距离长、电流大的线路，其导线和电缆截面按经济电流密度j计算经济截面Aec而选择电缆截面

35kV高压线路进线计算电流为Ic=。Aec= Ic／jec=／=，因此选择LMY40×4型电缆。

1、采用母线电缆的发热条件选电缆截面:

查附录表17，得160mm2截面的LMY型电缆在20℃的载流量Ial=480A＞I30=，因此满足发热条件。

2、对母线电缆的热稳定度校验:

可利用式Amin= I∞min×103/C =××103/87mm= mm2 由于母线实际截面为:A=40×4mm2=160mm2>Amin.，故该母线满足短路热稳定度要求.

因此校验结果满足要求。

（二）对负荷电流不大而配电距离较长的线路，因此通常先按按发热条件选择电缆截面，再校验短路热稳定的度。 A3点母线的选择和校验

1、先按发热条件选择电缆截面 10kV线路计算电流Ic=

查附录表29，得160mm2截面的LMY型电缆在20℃的载流量Ial=480A＞I30=，因此满足发热条件。

2、按短路热稳定的校验

可利用式Amin= I∞min×103/C =××103/87mm= 由于母线实际截面为:A=40×4mm2=160mm2>Amin.，故该母线满足短路热稳定度要求，因此校验结果满足要求。 A4点母线的选择和校验

1、先按发热条件选择电缆截面 10kV线路计算电流Ic=

查附录表29，得160mm2截面的LMY型电缆在20℃的载流量Ial=480A＞I30=，因此满足发热条件。

2、按短路热稳定的校验

可利用式Amin= I∞min×103/C =××103/87mm= 由于母线实际截面为:A=40×4mm2=160mm2>Amin.，故该母线满足短路热稳定度要求. 因此校验结果满足要求。

因此，10kV母线选择LMY40×4型电缆。

（三） 对于一般负荷电流较大的低压配电线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验短路热稳定度。

1、先按发热条件选择电缆截面 线路计算电流Ic=

查附录表17，得504mm2截面的LMY型电缆在20℃是载流量为1038A，大于1003A，因此，选择LMY63×8型电缆。

2、按短路热稳定的校验

可利用式Amin= I∞min×103/C =××103/87mm=

由于母线实际截面为:A=63×8mm2=504mm2>Amin.，故该母线满足短路热稳定度要求，因此校验结果满足要求。

35kV高压开关柜的选择

由电气设备手册可查得:本方案的开关柜选择为:型。 高压开关柜型 （1）概念

型高压开关柜是三相交流频率为50Hz，额定工作电压为35kV、最大额定电流为1000A及以下的供电系统中的变电所中，额定开断电流20kA的高压成套配电装置。

表4-1高压电器设备的选择与校验

（2）各开关器件的选择和校验

1、型真空断路器的选择

型户内高压真空断路器，适用于三相交流50Hz，额定电压电力系统中，可供工矿企业、发电厂及变电站作为分合负荷电流、过载电流、故障电流之用。

LZZBJ9-35型电流互感器的选择

LZZBJ9-35型电流互感器为环氧树脂真空浇注式全封闭式结构，供额定频率50-60HZ，额定电压35kV及以下系统中做电流，电能测量的继电保护。

XRNP-35型高压限流熔断器

本产品适用于交流50HZ，额定电压，本设计中采用XRNP-35型高压熔断器，用作高压电压互感器过载短路保护，熔断器在规定条件下，能可靠的分断，使其熔体熔化电流之间任何故障。

HY5W型避雷器

HY5W型避雷器就是金属氧化物避雷器的一种，在工频电压下，他呈现极大的电阻，能迅速有效的阻断工频续流，因此无需火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧。而在雷电过电压作用下，其电阻又变得很小，能很好的泄放雷电流。由于这种间隙的金属氧化物避雷器具有比普通的普通阀式避雷器更有优异的保护性能，且运行更安全可靠。

JDZ9-35型电压互感器

本型电压互感器与JDZ9-35型在结构和性能上有相同之处，都适用于交流50HZ

、10KV及以下线路中,供测量电压、电能和功率以及继电保护、自动装置和信号装置。为环氧树脂浇注成型的产品。

型接地开关

本型接地开关适用于 kV及以下交流50HZ的电力系统中，可与各种型号高压开关柜配套使用，亦可作为高压电器设备检修时接地保护用。

型隔离开关

高压隔离开关主要是隔离高压电能,以保证其他设备和线路的安全检修.因此其机构特点是断开后有明显可见的断开间隙,而且断开间隙的绝缘及相间绝缘是足够可靠的,能充分保障人身和设备的安全.但是隔离开关没有专门的灭弧装置,因此它不允许带负荷操作.然后可用来通断一定的小电流。

10kV开关柜的选择

由电气设备手册可查得:本方案的开关柜选择为:KYN28-12型 高压开关柜KYN28-12型 （1）概述:

KYN28-12/20型金属铠装移开式开关柜是根据国内特点自行设计研究的新一代开关设备，KYN28-12型高压开关柜用于交流50HZ、电压3～10KV、额定电流3000A及以下单母线以及母线分段系统中作为接受电能、分配电能的电气设备和输送电能计量户内配电装置.并对电路实现控制、保护、监测。该柜有完善的“五防”功能，即防误分、误合断路器；防带负荷分、合隔离开关；防带电挂地线；防带地线合闸；防误入带电间隔。配置ABB公司VD4型高性能真空断路器，和真空接触器、负荷开关，是一种理想的配电装置。

（2）各开关器件的选择和校验 1

、VD4型真空断路器的选择与校验

高压真空断路器，是利用“真空”灭弧的一种断路器，其触头装在真空灭弧室里，由于真空中不存在气体游离的问题，所以该断路器的触头断开时很难发生电弧，但是在感性电路中，灭弧速度过快，瞬间切断电流极大，从而使电路中的电压过大，这对系统很不利，因此，这真空不能是绝对的真空，而能在触头断开时因高电场和热电场发射而产生电弧，这个电弧称为真空电弧，它能在电流在第一次过零时熄灭。这样，燃弧时间既短，又不至产生很大的过电压。高压真空断路器具有体积小，动作快，寿命长，安全可靠和便于维护检修等优点，主要用在频繁操作的场所。根据负荷计算,可知:U=10KV

、LZZBJ9-12型电流互感器：

LZZJ-10Q型系列电流互感器是替代德国MWB公司的LZZBJ9型的产品，适用额定频率为50 HZ、额定电压为10KV以及下户内装置的电力系统中，作电气测量和继电保护用。根据负荷计算,可知:U=10KV≤10KV ,I=134A

、JDZ10型电压互感器

JDZ10型电压互感器，适用于交流50HZ、10KV及以下线路中,供测量电压、电能和功率以及继电保护、自动装置和信号装置。它们都为单相双线圈浇注式户内型产品。

、XRNP3-10型高压熔断器

熔断器是一种在电路电流超出规定值并经一定时间后,使其熔体熔化而分段电流、断开电路的一种保护电器.熔断器的功能是对电路及电路设备进行短路保护,有的熔断器还具有过负荷保护的功能。本设计中采用XRNP3-10型高压熔断器，用作高压电压互感器短路保护，其熔体额定电流为。

、HY5W型避雷器

HY5W型避雷器就是金属氧化物避雷器的一种，金属氧化物避雷器有两种类型，最常见的是一种无火花间隙只有压敏电阻片的避雷器，在工频电压下，他呈现极大的电阻，能迅速有效的阻断工频续流，因此无需火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧。而在雷电过电压作用下，其电阻又变得很小，能很好的泄放雷电流。由于这种间隙的金属氧化物避雷器具有比普通的普通阀式避雷器更有优异的保护性能，且运行更安全可靠。

、GN22-10型隔离开关

高压隔离开关主要是隔离高压电能,以保证其他设备和线路的安全检修.因此其机构特点是断开后有明显可见的断开间隙,而且断开间隙的绝缘及相间绝缘是足够可靠的,能充分保障人身和设备的安全.但是隔离开关没有专门的灭弧装置,因此它不允许带负荷操作.然后可用来通断一定的小电流。

开关柜的选择

由电气设备手册可查得:本方案的开关柜选择为:GCS型 低压开关柜GCS型 （1）概念

GCS低压抽出工开关柜是三相交流频率为50（60）Hz，额定工作电压为380（660）V、额定电流为4000A及以下的供电系统中的配电、电动机集中控制、电抗器限流、无功功率补偿使用的低压成套配电装置。

表4-15 低压电器设备的选择与校验

（2）各开关器件的选择和校验 1、DW15型低压断路器的选择

DW15型系列1000～4000A断路器适用于交流50HZ，额定电压 kV的配电网中作为接受，分配电能和线路及电源设备过载，短路，欠压保护和正常情况下作为不频繁转换的控制保护开关之用。根据负荷计算,可故可选择DW15型低压断路器。

2、型电流互感器的选择

型电流互感器为半封闭式浇注绝缘与全封闭浇注绝缘户内型产品。适用于交流50HZ，额定电压 kV的线路中，供电能，电流，功率测量和继电保护用。根据负荷计算,可知:U=

3、NT00型低压熔断器

熔断器是一种在电路电流超出规定值并经一定时间后,使其熔体熔化而分段电流、断开电路的一种保护电器.熔断器的功能是对电路及电路设备进行短路保护；适用于交流50HZ，额定绝缘电压690V，额定工作电流2150A，主要用于配电线路中的短路保护和过负荷保护。

第5章 继电保护设计

概 述

电力系统必须保证安全可靠的运行，在此前提下才能谈到运行的经济性、合理性。为了保证电力系统运行可靠，必须设置继电保护装置。 （1）继电保护

适用于要求供电可靠性较高、操作灵活方便特别是自动化程度较高的高压供配电系统中.继电保护装置在过负荷时动作,一般只发出报警信号,引起运行值班人员的注意,以便及时处理,只不过负荷危机人身或设备安全时,才动作于跳闸;而在发生短路故障时,则要求有选择性地动作于跳闸,将故障部分切除. （2）对保护装置的基本要求 ① 选择性

当供电系统发生故障时,只远离故障点最近的保护装置动作,切除故障,而供电系统的其他部分仍然正常工作.保护装置满足这一要求的动作,称为“选择性动作”.如果供电系统发生故障时,靠近故障点的保护装置不动作,而远离故障点的前一级保护装置动作,就称之为“失去选择性”

② 速动性

为了防止故障扩大,减轻其危害程度,并提高电力系统运行的稳定性,因此在系统发生故障时,保护装置应尽快地动作,切除故障.

③ 可靠性

保护装置在应该动作时,就应该动作,不应该拒绝动作;而不应该动作时,就不应该误动.保护装置的可靠程度,与保护装置的元件质量、接线方案以及安装、整定和运行维护等多种因素有关.

④ 灵敏度

灵敏度或灵敏系数是表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状态反应能力的一个参数.如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作,就说明保护装置的灵敏度.

本变配电站的继电保护装置

（1）概述

通过我们的分析本变电站的设计应该设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护.

作为线路的相间短路保护,主要采用带时限的过电流保护和瞬间动作的电流速断保护.如果过电流保护动作时限不大于—时,可不装设电流速断保护.相间短路保护应动作于断路器的跳闸机构,使断路器跳闸,切除短路故障部分.作为线路的单相接地保护,有两种方式:

① 绝缘监视装置,装设在变配电所的高压母线上,动作于信号.

② 有选择性的单相接地保护,也动作于信号,但是当单相接地鼓掌危及人身和设备安全时,则动作于跳闸.

（2） 反时限过电流保护装置的组成和原理

我们采用反时限过电流保护装置，GL型感应式电流继电器组成及其原理电路图，如附录2

当一次电路发生相间短路时,电流继电器KA动作,经过一定延时后,其常开触点闭合,紧接着其闭合触点断开,这时断路器QF因其跳闸线圈YR被“去分流”而跳闸,切除短路故障.在继电器KA去分流跳闸的同时,其信号牌掉下,指示保护装置已经动作.在短路故障却除后, 继点器自动返回,其信号牌可利用外壳上的旋扭手动复位.

（3）过电流保护动作电流的整定

带时限过电流保护的动作电流IOP,应躲多线路的最大负荷电流IL..MAX,以免在

IL..MAX通过时保护装置误动作;而且其返回电流IRE也应躲过线路的最大负荷IL..MAX,否则保护装置还可能发生误动作.

所以过电流保护装置不仅动作电流应躲过线路的最大负荷电流,而且其返回电流也应躲过线路的最大负荷电流。

第6章 变电站防雷保护

概述

电力系统受雷击时,系统内的电气设备会受到雷击损害. 雷电流在变、配电所母线上所引起的短路，将造成电力系统严重事故，为此,必须采取相应的防雷措施以保证安全运行. 变配电所为防护直击雷，一般采用避雷针保护。避雷针的作用是通过接闪器主动引导雷电流按预定的通道安全泻入大地，以保护变配电所免遭雷击。

变、配电所的防雷保护

3～10KA变电所为防止侵入雷电波,应在每一路进(出)线及每段母线上HY5W型避雷器,具体接线要求如下:

（1） 具有电缆进(出)线段的架空线路,应架空线路与电缆终端盒接续处,装设HY5W型避雷器并集中接地装置. 避雷器的接地线还应和电缆头金属外皮相连,电缆另一端的终端盒与变电所的接地网相连,这种连接法的目的是,一旦线路落雷时,避雷器放电,雷电流经集中接地体流入大地的同时,有一部分雷电流沿电缆金属外皮流入变电所内接地网,这样在电缆外皮产生螺旋磁场,相当于增加电缆的电感使波阻抗加大,因此,经电缆芯线侵入变电所的截断雷电波很快衰减,使波幅和陡度都有所减少,有利于保护变压器的安全.

（2） 母线上的HY5W型避雷器,应尽量靠近主变压器,如母线上的阀型避雷器离主变压器电气距离超过规定时,应考虑在变压器附近再加一组HY5W型避雷器. HY5W型避雷器与主变压器的电气距离应符合规定要求.

（3） 由于电缆进(出)线端与架空线路相连接处波阻抗变化较大,从架空线路侵入电缆的进行波,由于从高阻抗到底阻抗的变换,使进行波发生折射,有可能使电缆终端盒处的避雷器不动作,结果使较大幅值的雷电波直接侵入变电所,导致母线上避雷器流过的冲击电流过大,而引起爆炸的危险,因此,在木杆线路的情况下.应考虑在距电缆终端盒200M处,装设一组冲击放电电压为200～300KV的放电间隙.

（4） 对于在出线上装有限流电抗器的线路,又是与电缆线连接,考虑到电抗器的波阻抗大,防止雷电进行波在电抗器处发生反射,而引起电压升高损坏设备,因此,在电抗器和电缆之间还应加装一组HY5W型避雷器.

本设计采用的防雷保护措施

电缆进线的保护

由于本站全部进出线均为地下电缆，则变电所可以不安装防雷电过电压的避雷器。

母线上的防雷保护

为了防止雷电过电压侵入配电所是击毁其中的电气设备，其母线上装设了避雷器，避雷器与电压互感器同在一个高压柜内，如附录1所示。

致 谢

在这段时间里，我学到了不少的知识，这次的设计，是对我这这个学期学的专业知识的检验，也让我在这段时间中所学知识进行了综合。也让我温习了一些已经快要淡忘的专业知识，让我们能够更加牢固的记住自己所学的专业知识。

对某炉管工业公司供配电系统初步设计的初步理解，在徐老师的细心指导下，我基本上完成了本次设计的要求，从主接线路的设计、短路电流的计算、负荷计算、电气设备的选择及校验到继电保护等整个设计过程有了全面的认识和掌握。本次设计培养了工程设计、手册运用、资料查找、计算机绘图以及资料分析与处理等实际动手能力，提高了自学能力、组织能力和自身综合素质。同时，我还认识到在设计时应保持冷静、有条理，遇到疑难问题要联系书本积极思考。

我深深的体会到了老师为我们成材所付出的艰辛劳动，为我们提出了许多建设性的意见；在设计中，与我们一同讨论课题，对我们设计中遇到的难题一一进行认真的解答；在设计基本完成时，徐老师又对我们的初稿仔细审阅，并提出了宝贵的修改意见，在此向徐老师表示由衷的感谢

同时，我要通过自己的不懈努力，不断巩固自己所学的专业知识，加强自己的实际操作能力的训练把理论知识与实际相结合，做一名合格的大学生。

◆参考文献

[1]：刘介才.工厂供电:第四版.北京:机械工业出版社,2004

[2]：余键明等.供电技术:第三版.北京:机械工业出版社,1998

[3]：刘介才.实用供配电技术手册.北京:中国水利水电出版社,2002

[4]：黄德仁等.供用电实用技术手册.北京:中国水利水电出版社,1996

[5]：中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册:第2版.北京:水利电力出版社,1994

[6]：刘介才. 工厂供电设计指导.北京:机械工业出版社,1998

[7]：工厂常用电气设备手册(上册).北京:水利电力出版社,1983

[8]：郭仲礼.高压电工实用技术.第2版.机械工业出版社,2000

[9]：杨卫东.工厂供配电.北京:电子工业出版社，2002

[10]：周裕厚.变配电所常见故障处理及新设备应用. 北京:中国物资出版社,2002