第第頁(yè)10kv工廠供電畢業(yè)設(shè)計(jì)1、工廠供電的意義和要求

工廠供電，就是指工廠所需電能的供應(yīng)和安排，亦稱工廠配電。

電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來(lái)，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供應(yīng)用；電能的輸送的安排既簡(jiǎn)潔經(jīng)濟(jì)，又便于掌握、調(diào)整和測(cè)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中應(yīng)用極為廣泛。

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)品本錢(qián)中所占的比重一般很小〔除電化工業(yè)外〕。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)品本錢(qián)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)本錢(qián)，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(guò)程自動(dòng)化。從另一方面來(lái)說(shuō)，假如工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對(duì)工業(yè)生產(chǎn)可能造成嚴(yán)峻的后果。

因此，做好工廠供電工作對(duì)于進(jìn)展工業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有非常重要的意義。由于能源節(jié)省是工廠供電工作的一個(gè)重要方面，而能源節(jié)省對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有非常重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對(duì)于節(jié)省能源、支援國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，也具有重大的作用。

工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實(shí)保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必需到達(dá)以下基本要求：

〔1〕平安在電能的供應(yīng)、安排和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。〔2〕牢靠應(yīng)滿意電能用戶對(duì)供電牢靠性的要求?！?〕優(yōu)質(zhì)應(yīng)滿意電能用戶對(duì)電壓和頻率等質(zhì)量的要求

〔4〕經(jīng)濟(jì)供電系統(tǒng)的投資要少，運(yùn)行費(fèi)用要低，并盡可能地節(jié)省電能和削減有色金屬的消耗量。

此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長(zhǎng)遠(yuǎn)等關(guān)系，既要照看局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點(diǎn)，能顧全大局，適應(yīng)進(jìn)展。其次節(jié)工廠供電設(shè)計(jì)的一般原則

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50052-95《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50053-94《10kv及以下設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50054-95《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》等的規(guī)定，進(jìn)行工廠供電設(shè)計(jì)必需遵循以下原則：

〔1〕遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；

必需遵守國(guó)家的有關(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行國(guó)家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)省能源，節(jié)省有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。

〔2〕平安牢靠、先進(jìn)合理；

應(yīng)做到保障人身和設(shè)備的平安，供電牢靠，電能質(zhì)量合格，技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理，采納效率高、能耗低和性能先進(jìn)的電氣產(chǎn)品?！?〕近期為主、考慮進(jìn)展；

應(yīng)依據(jù)工作特點(diǎn)、規(guī)模和進(jìn)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期進(jìn)展的關(guān)系，做到遠(yuǎn)近結(jié)合，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能性。〔4〕全局動(dòng)身、統(tǒng)籌兼顧。

按負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計(jì)〔方案〕。工廠供電設(shè)計(jì)是整個(gè)工廠設(shè)計(jì)中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及進(jìn)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和把握工廠供電設(shè)計(jì)的有關(guān)學(xué)問(wèn)，以便適應(yīng)設(shè)計(jì)工作的需要。

第三節(jié)變電所的作用及原理

(一)變電所是電力系統(tǒng)重要組成部分。它是變換和調(diào)整電壓，變換和安排電能的場(chǎng)所，

往往擔(dān)負(fù)向用電設(shè)備供電任務(wù)。變電所一般由變電所、配電裝置、掌握與信號(hào)設(shè)備、繼電愛(ài)護(hù)裝置和測(cè)量?jī)x表、通訊和電源設(shè)備、導(dǎo)線及電纜等組成。有些變電所還裝調(diào)整電壓和無(wú)功功率的電容器組、靜止補(bǔ)償裝置或調(diào)相機(jī)。上述設(shè)備中，除掌握與信號(hào)部分，繼電愛(ài)護(hù)裝置、測(cè)量?jī)x表、掌握電源及通訊設(shè)備等儀壓電氣設(shè)備外，其余部分稱為一次設(shè)備，由一次設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)又稱一次系統(tǒng)。

〔二〕變電所的分類(lèi)：按電壓的升降分類(lèi)，通常分為升壓變電所和降壓變電所兩大類(lèi)。〔1〕升壓變電所多與發(fā)電廠建在一起，所以又稱為發(fā)電廠升壓站，它把發(fā)電機(jī)電壓上升用高壓或超高壓輸電線路把電能送到遠(yuǎn)處負(fù)荷區(qū)，或與其它的高壓變電所聯(lián)結(jié)或統(tǒng)一的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

〔2〕降壓變電所按性質(zhì)和規(guī)模將劃分為區(qū)域變電所、地方變電所、終端變電所。區(qū)域變電所：主要特點(diǎn)是電壓等級(jí)高，進(jìn)出回路多，變壓器容量大，在系統(tǒng)中地位比較重要，其高壓側(cè)均在110千伏以上，低壓側(cè)電壓在35千伏以上。它由大電網(wǎng)供電，通過(guò)降壓后主要向地方變電所供電。

地方變電所：地方變電所多由區(qū)域變電所或發(fā)電廠供電，通過(guò)降壓主要向終端變電所供電，它的高壓側(cè)一般為10－110千伏，低壓側(cè)多為6－10千伏。

終端變電所：多說(shuō)是工業(yè)企業(yè)變電所和農(nóng)村的鄉(xiāng)鎮(zhèn)變電所，它的高壓側(cè)多為10－35千伏，低壓側(cè)為3－10千伏和0.4千伏，終端變電所主要由地方變電所或發(fā)電廠供電，降壓后直接向各種用電設(shè)備供電。第四節(jié)設(shè)計(jì)內(nèi)容及步驟

全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是依據(jù)各個(gè)車(chē)間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝

對(duì)負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布局，結(jié)合國(guó)家供電狀況。解決對(duì)各部門(mén)的平安牢靠，經(jīng)濟(jì)的安排電能問(wèn)題。其基本內(nèi)容有以下幾方面。

(1)負(fù)荷計(jì)算:全廠總降壓變電所的負(fù)荷計(jì)算，是在車(chē)間負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。考慮車(chē)間變電所變壓器的功率損耗，從而求出全廠總降壓變電所高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷及總功率因數(shù)。列出負(fù)荷計(jì)算表、表達(dá)計(jì)算成果。

(2)工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺(tái)數(shù)及容量選擇:參考電源進(jìn)線方向，綜合考慮設(shè)置總降壓變電所的有關(guān)因素，結(jié)合全廠計(jì)算負(fù)荷以及擴(kuò)建和備用的需要，確定變壓器的臺(tái)數(shù)和容量。

〔3〕工廠總降壓變電所主結(jié)線設(shè)計(jì):依據(jù)變電所配電回路數(shù)，負(fù)荷要求的牢靠性級(jí)別和計(jì)算負(fù)荷數(shù)綜合主變壓器臺(tái)數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對(duì)它的基本要求，即要平安牢靠有要敏捷經(jīng)濟(jì)，安裝簡(jiǎn)單修理便利。

〔4〕廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì):依據(jù)廠內(nèi)負(fù)荷狀況，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理性確定廠區(qū)配電電壓。參考負(fù)荷布局及總降壓變電所位置，比較幾種可行的高壓配電網(wǎng)布置放案，計(jì)算出導(dǎo)線截面及電壓損失，由不同放案的牢靠性，電壓損失，基建投資，年運(yùn)行費(fèi)用，有色金屬消耗量等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件列表比值，擇優(yōu)選用。按選定配電系統(tǒng)作線路結(jié)構(gòu)與敷設(shè)方式設(shè)計(jì)。用廠區(qū)高壓線路平面布置圖，敷設(shè)要求和架空線路桿位明細(xì)表以及工程預(yù)算書(shū)表達(dá)設(shè)計(jì)成果。

〔5〕工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計(jì)算:工廠用電，通常為國(guó)家電網(wǎng)的末端負(fù)荷，其容量運(yùn)行小于電網(wǎng)容量，皆可按無(wú)限容量系統(tǒng)供電進(jìn)行短路計(jì)算。由系統(tǒng)不同運(yùn)行方式下的短路參數(shù)，求出不同運(yùn)行方式下各點(diǎn)的三相及兩相短路電流。

〔6〕改善功率因數(shù)裝置設(shè)計(jì):按負(fù)荷計(jì)算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過(guò)查表或計(jì)算求出到達(dá)供電部門(mén)要求數(shù)值所需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功率。由手冊(cè)或廠品樣本選用所需移相電容器的規(guī)格和數(shù)量，并選用合適的電容器柜或放電裝置。如工廠有大型同步電動(dòng)機(jī)還可以采納掌握電機(jī)勵(lì)磁電流方式供應(yīng)無(wú)功功率，改善功率因數(shù)。

〔7〕變電所高、低壓側(cè)設(shè)備選擇:參照短路電流計(jì)算數(shù)據(jù)和各回路計(jì)算負(fù)荷以及對(duì)應(yīng)的額定值，選擇變電所高、低壓側(cè)電器設(shè)備，如隔離開(kāi)關(guān)、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開(kāi)關(guān)柜等設(shè)備。并依據(jù)需要進(jìn)行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗(yàn)。用總降壓變電所主結(jié)線圖，設(shè)備材料表和投資概算表達(dá)設(shè)計(jì)成果。

〔8〕變電所防雷裝置設(shè)計(jì):考本地區(qū)氣象地質(zhì)材料，設(shè)計(jì)防雷裝置。進(jìn)行防直擊的避雷針愛(ài)護(hù)范圍計(jì)算，避開(kāi)產(chǎn)生還擊現(xiàn)象的空間距離計(jì)算，按避雷器的基本參數(shù)選擇防雷電沖擊波的避雷器的規(guī)格型號(hào)，并確定其接線部位。進(jìn)行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗(yàn)以及沖擊接地電阻計(jì)算。

其次章負(fù)荷計(jì)算與無(wú)功補(bǔ)償

第一節(jié)工廠電力負(fù)荷的分級(jí)及其對(duì)供電的要求〔1〕電力負(fù)荷的概念

電力負(fù)荷又稱為電力負(fù)載。它有兩重含義：一是指耗用電能的用電設(shè)備或用電單位〔用戶〕，如說(shuō)重要負(fù)荷、不重要負(fù)荷、動(dòng)力負(fù)荷、照明負(fù)荷等。另一是指用電設(shè)備或用電單位所耗用的電功率或電流大小，如說(shuō)輕負(fù)荷〔輕載〕、重負(fù)荷〔重載〕、空負(fù)荷〔空載〕、滿負(fù)荷〔滿載〕等。電力負(fù)荷的詳細(xì)含義視詳細(xì)狀況而定?！?〕工廠電力負(fù)荷的分級(jí)

工廠的電力負(fù)荷，按GB50052—95規(guī)定，依據(jù)其對(duì)供電牢靠性的要求及中斷供電造成的損失或影響的程度分為三級(jí)：

1〕一級(jí)負(fù)荷

一級(jí)負(fù)荷為中斷供電將造成人身傷亡者；或者中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失者，如重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報(bào)廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報(bào)廢、國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重點(diǎn)企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程被打亂需要長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)等。

在一級(jí)負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等狀況的負(fù)荷，以及特殊重要場(chǎng)所的不允許中斷供電的負(fù)荷，應(yīng)視為特殊重要的負(fù)荷。

2〕二級(jí)負(fù)荷

二級(jí)負(fù)荷為中斷供電將在政治、經(jīng)濟(jì)上造成較大損失者，如主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報(bào)廢、連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程被打亂需較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)、重點(diǎn)企業(yè)大量減產(chǎn)等。

3〕三級(jí)負(fù)荷

三級(jí)負(fù)荷為一般電力負(fù)荷，全部不屬于上述一、二級(jí)負(fù)荷者?！?〕各級(jí)電力負(fù)荷對(duì)供電電源的要求

1〕一級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源的要求

由于一級(jí)負(fù)荷屬重要負(fù)荷，如中斷供電造成的后果非常嚴(yán)峻，因此要求由兩個(gè)電源供電，當(dāng)其中一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源應(yīng)不致同時(shí)受到損壞。

一級(jí)負(fù)荷中特殊重要的負(fù)荷，除上述兩個(gè)電源外，還必需增設(shè)應(yīng)急電源。為保證對(duì)特殊重要負(fù)荷的供電，嚴(yán)禁將其它負(fù)荷接入應(yīng)急供電系統(tǒng)。

常用的應(yīng)急電源可使用以下幾種電源：

①于正常電源的發(fā)電機(jī)組。

②供電網(wǎng)絡(luò)中于正常電源的特地饋電線路。③蓄電池。④干電池。

2〕二級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源的要求

二級(jí)負(fù)荷，要求由兩回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺(tái)〔這兩臺(tái)變壓器不肯定在同一個(gè)變電所〕。在其中一回路或一臺(tái)變壓器發(fā)生常見(jiàn)故障時(shí)，二級(jí)負(fù)荷應(yīng)不致中斷供電，或中斷后能快速恢復(fù)供電。只有當(dāng)負(fù)荷較小或者當(dāng)?shù)毓╇姉l件困難時(shí)，二級(jí)負(fù)荷可由一回路6kV及以上的專(zhuān)用架空線路供電。這是考慮架空線路發(fā)生故障時(shí)，較之電纜線路發(fā)生故障時(shí)易于發(fā)覺(jué)且易于檢查和修復(fù)。當(dāng)采納電纜線路時(shí)，必需采納兩根電纜并列供電，每根電纜應(yīng)能承當(dāng)全部二級(jí)負(fù)荷。

3〕三級(jí)負(fù)荷對(duì)供電電源的要求

由于三級(jí)負(fù)荷為不重要的一般負(fù)荷，因此它對(duì)供電電源無(wú)特別要求。其次節(jié)工廠用電設(shè)備的工作制

工廠的用電設(shè)備，按其工作制分以下三類(lèi)：〔1〕連續(xù)工作制

這類(lèi)工作制的設(shè)備在恒定負(fù)荷下運(yùn)行，且運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)到足以使之到達(dá)熱平衡狀態(tài)，如通風(fēng)機(jī)、水泵、空氣壓縮機(jī)、電機(jī)發(fā)電機(jī)組、電爐和照明燈等。機(jī)床電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，一般變動(dòng)較大，但其主電動(dòng)機(jī)一般也是連續(xù)運(yùn)行的。

〔2〕短時(shí)工作制

這類(lèi)工作制的設(shè)備在恒定負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間短〔短于到達(dá)熱平衡所需的時(shí)間〕，而停留時(shí)間長(zhǎng)〔長(zhǎng)到足以使設(shè)備溫度冷卻到四周介質(zhì)的溫度〕，如機(jī)床上的某些幫助電動(dòng)機(jī)〔例如進(jìn)給電動(dòng)機(jī)〕、掌握閘門(mén)的電動(dòng)機(jī)等。

〔3〕斷續(xù)周期工作制

這類(lèi)工作制的設(shè)備周期性地時(shí)而工作，時(shí)而停留，如此反復(fù)運(yùn)行，而工作周期一般不超過(guò)10min，無(wú)論工作或停留，均缺乏以使設(shè)備到達(dá)熱平衡，如電焊機(jī)和吊車(chē)電動(dòng)機(jī)等。

第三節(jié)負(fù)荷名稱與等級(jí)確定負(fù)荷資料

第四節(jié)與負(fù)荷計(jì)算有關(guān)的物理量〔1〕年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時(shí)

1〕年最大負(fù)荷

年最大負(fù)荷Pmax，就是全年中負(fù)荷最大的工作班內(nèi)〔這一工作班的最大負(fù)荷不是偶然消失的，而是全年至少消失過(guò)2～3次〕消耗電能最大的半小時(shí)的平均功率，因此年最大符合也稱為半小時(shí)最大負(fù)荷P30。

2〕年最大負(fù)荷利用小時(shí)

年最大負(fù)荷利用小時(shí)又稱為年最大負(fù)荷使用時(shí)間Tmax，它是一個(gè)假想時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷Pmax〔或P30〕持續(xù)運(yùn)行所消耗的電能，恰好等于該電力負(fù)荷全年實(shí)際消耗的電能。

年最大負(fù)荷利用小時(shí)是反映電力負(fù)荷特征的一個(gè)重要參數(shù)，它與工廠的生產(chǎn)班制有明顯的關(guān)系。例如一班制工廠，Tmax≈1800～3000h；兩班制工廠，Tmax≈3500～4800h；三班制工廠，Tmax≈5000～7000h。〔2〕平均負(fù)荷和負(fù)荷系數(shù)

1〕平均負(fù)荷

平均負(fù)荷Pav，就是電力負(fù)荷在肯定時(shí)間t內(nèi)平均消耗的功率，也就是電力負(fù)荷在該時(shí)間t內(nèi)消耗的電能Wt除以時(shí)間t的值。

2〕負(fù)荷系數(shù)

負(fù)荷系數(shù)又稱為負(fù)荷率，它是用電負(fù)荷的平均負(fù)荷Pav與其最大負(fù)荷Pmax的比值，即KL?PavPmax對(duì)負(fù)荷曲線來(lái)說(shuō)，負(fù)荷系數(shù)亦稱負(fù)荷曲線填充系數(shù)，它表征負(fù)荷曲線不平坦的程度，即表征負(fù)荷起伏變動(dòng)的程度。從充分發(fā)揮供電設(shè)備的力量、提高供電效率來(lái)說(shuō)，盼望此系數(shù)越高越趨近于1越好。從發(fā)揮整個(gè)電力系統(tǒng)的效能來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡量使工廠的不平坦的負(fù)荷曲線“削峰填谷”，提高負(fù)荷系數(shù)。

對(duì)用電設(shè)備來(lái)說(shuō)，就是設(shè)備的輸出功率P與設(shè)備額定容量PN的比值，即負(fù)荷系數(shù)。第五節(jié)三相用電設(shè)備組計(jì)算負(fù)荷確實(shí)定

供電系統(tǒng)要能夠在正常條件下牢靠地運(yùn)行，則其中各個(gè)元件〔包括電力變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備及導(dǎo)線、電纜等〕都必需選擇得當(dāng)，除了應(yīng)滿意工作電壓和頻率的要求外，最重要的就是要滿意負(fù)荷電流的要求。因此有必要對(duì)供電系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的電力負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

通過(guò)負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)計(jì)算求出的、用來(lái)按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值，稱為計(jì)算負(fù)荷。依據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，如以計(jì)算負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行，其發(fā)熱溫度不會(huì)超過(guò)允許值。

由于導(dǎo)體通過(guò)電流到達(dá)穩(wěn)定溫升的時(shí)間大約為〔3～4〕τ，τ為發(fā)熱時(shí)間常數(shù)。截面在16mm2及以上的導(dǎo)體，其τ≥10min，因此載流導(dǎo)體大約經(jīng)30min〔即半小時(shí)〕后可到達(dá)穩(wěn)定溫升值。由此可見(jiàn)，計(jì)算負(fù)荷事實(shí)上與從負(fù)荷曲線上查得的半小時(shí)最大負(fù)荷P30〔亦年最大負(fù)荷Pmax〕是基本相當(dāng)?shù)摹Ｋ杂?jì)算負(fù)荷也可認(rèn)為就是半小時(shí)最大負(fù)荷。因此使用半小時(shí)最大負(fù)荷P30來(lái)表示其有功計(jì)算負(fù)荷，而無(wú)功計(jì)算負(fù)荷、視在計(jì)算負(fù)荷和計(jì)算電流則分別表示為Q30、S30和I30。

計(jì)算負(fù)荷是供電設(shè)計(jì)計(jì)算的基本根據(jù)。計(jì)算負(fù)荷確定得是否正確合理，直接影響到

電器和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟(jì)合理。如計(jì)算負(fù)荷確定過(guò)大，將使電器和導(dǎo)線電纜選的過(guò)大，造成投資和金錢(qián)的鋪張。如計(jì)算負(fù)荷確定過(guò)小，又將使電器和導(dǎo)線電纜處于過(guò)負(fù)荷下運(yùn)行，增加電能損耗，產(chǎn)生過(guò)熱，導(dǎo)致絕緣過(guò)早老化甚至燒毀，同樣要造成損失。由此可見(jiàn)，正確確定計(jì)算負(fù)荷意義重大。但由于負(fù)荷狀況冗雜，影響計(jì)算負(fù)荷的因素許多，雖然各類(lèi)負(fù)荷的改變有肯定的規(guī)律可循，但仍難精確確定計(jì)算負(fù)荷的大小。事實(shí)上，負(fù)荷也不是一成不變的，它與設(shè)備的性能、生產(chǎn)的組織、生產(chǎn)者的技能及能源供應(yīng)的狀況等多種因素有關(guān)。因此負(fù)荷計(jì)算只力量求接近實(shí)際。

負(fù)荷計(jì)算的方法

負(fù)荷計(jì)算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項(xiàng)式等幾種。本設(shè)計(jì)采納需要系數(shù)法確定。主要計(jì)算公式有：總?cè)萘浚篜e=ΣPN

有功計(jì)算負(fù)荷：P30=Kd*Pe無(wú)功計(jì)算負(fù)荷：Q30=P30*tanφ視在計(jì)算負(fù)荷：S30=P30/cosφ計(jì)算電流：I30=S30/√3Un

通過(guò)工廠供電有關(guān)書(shū)籍可以知道化纖廠的需要系數(shù)Kd=0.28，功率因數(shù)cosφ=0.6，tanφ=1.33.該工廠年最大負(fù)荷利用小時(shí)為5800小時(shí)。由上述伏在資料可知該車(chē)間負(fù)載總?cè)萘繛椋篜e=4540kw

有功計(jì)算負(fù)荷為：P30=Kd*Pe=0.28*4540=1358kw無(wú)功計(jì)算負(fù)荷為：Q30=P30*tanφ=1358*1.33=1806kvar視在計(jì)算負(fù)荷為：S30=P30/cosφ=1358/0.6=2263var計(jì)算電流為：I30=S30/√3Un=2263/√3*380=3.43

第三章無(wú)功補(bǔ)償

第一節(jié)無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康暮头桨?/p>

工廠中由于有大量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、電弧爐及氣體放電燈等感應(yīng)負(fù)荷，從而使功率因數(shù)降低。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運(yùn)行性能、提高其自然功率因數(shù)的狀況下，尚達(dá)不到規(guī)定的工廠功率因數(shù)要求時(shí)，則需考慮人工補(bǔ)償。

我國(guó)電力工業(yè)部于1996年制定的《供電營(yíng)業(yè)規(guī)章》規(guī)定：用戶在當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)應(yīng)到達(dá)以下規(guī)定：100kV·A及以上高壓供電的用戶功率因數(shù)為0.90以上，其他電力用戶和大、中型電力排灌站、泵購(gòu)轉(zhuǎn)售電企業(yè)，功率因數(shù)為0.85以上。并規(guī)定，凡功率因數(shù)為到達(dá)上述規(guī)定的，應(yīng)增加無(wú)功補(bǔ)償裝置。

這里所指的功率因數(shù)，即為最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)。

其次節(jié)無(wú)功補(bǔ)償?shù)挠?jì)算及設(shè)備選擇

我國(guó)《供電營(yíng)業(yè)規(guī)章》規(guī)定：容量在100kV·A及以上高壓供電用戶，最大負(fù)荷時(shí)的功率因數(shù)不得低于0.9，如達(dá)不到上述要求，則必需進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償。

一般狀況下，由于用戶的大量如：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)、電弧爐及氣體放電燈等都是感性負(fù)荷，使得功率因數(shù)偏低，達(dá)不到上述要求，因此需要采納無(wú)功補(bǔ)償措施來(lái)提高功率因數(shù)。當(dāng)功率因數(shù)提高時(shí)，在有功功率不變的狀況下，無(wú)功功率和視在功率分別減小，從而使負(fù)荷電流相應(yīng)減小。這就可使供電系統(tǒng)的電能損耗和電壓損失降低，并可選用較小容量的電力變壓器、開(kāi)關(guān)設(shè)備和較小截面的電線電纜，削減投資和節(jié)省有色金屬。因此，提高功率因數(shù)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)大有好處。

要使功率因數(shù)提高，通常需裝設(shè)人工補(bǔ)償裝置。最大負(fù)荷時(shí)的無(wú)功補(bǔ)償容量QN·C應(yīng)為：

'

QN·C=QC?QC=PC〔tan?-tan?'〕(2.7)

按此公式計(jì)算出的無(wú)功補(bǔ)償容量為最大負(fù)荷時(shí)所需的容量，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，補(bǔ)償容量也應(yīng)相應(yīng)減小，以免造成過(guò)補(bǔ)償。因此，無(wú)功補(bǔ)償裝置通常裝設(shè)無(wú)功功率自動(dòng)補(bǔ)償掌握器，針對(duì)預(yù)先設(shè)定的功率因數(shù)目標(biāo)值，依據(jù)負(fù)荷的改變相應(yīng)投切電容器組數(shù)，使瞬時(shí)功率因數(shù)滿意要求。

提高功率因數(shù)的補(bǔ)償裝置有穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備和動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備。前者主要有同步補(bǔ)償機(jī)和并聯(lián)電容器。動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備用于急劇變動(dòng)的沖擊負(fù)荷。

低壓無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置通常與低壓配電屏配套制造安裝，依據(jù)負(fù)荷改變相應(yīng)循環(huán)投切的電容器組數(shù)一般有4、6、8、10、12組等。用上式確定了總的補(bǔ)償容量后，就可依據(jù)選定的單相并聯(lián)電容器容量qN·C來(lái)確定電容器組數(shù)：

n?

QN.C

(2.8)qN.C

在用戶供電系統(tǒng)中，無(wú)功補(bǔ)償裝置位置一般有三種安裝方式：

(1)高壓集中補(bǔ)償補(bǔ)償效果不如后兩種補(bǔ)償方式，但初投資較少，便于集中運(yùn)行維護(hù)，而且能對(duì)企業(yè)高壓側(cè)的無(wú)功功率進(jìn)行有效補(bǔ)償，以滿意企業(yè)總功率因數(shù)的要求，所以在一些大中型企業(yè)中應(yīng)用。

(2)低壓集中補(bǔ)償補(bǔ)償效果較高壓集中補(bǔ)償方式好，特殊是它能削減變壓器的視在功率，從而可使主變壓器的容量選的較小，因此在實(shí)際工程中應(yīng)用相當(dāng)普遍。

(3)低壓分散補(bǔ)償補(bǔ)償效果最好，應(yīng)優(yōu)先采納。但這種補(bǔ)償方式總的投資較大，且電容器組在被補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備停止運(yùn)用時(shí)，它也將一并被切除，因此其利用率較低。

本次設(shè)計(jì)采納低壓集中補(bǔ)償方式。

PCQCSC取自低壓母線側(cè)的計(jì)算負(fù)荷，cos?提高至0.92

cos?=

Qnc=Pc(tan?-tan?')

PC

=1358/2263=0.60SC

Qnc=1358*[tan(arccos0.60)-tan(arccos0.92)]=1358*〔1.33-0.43〕=1222kvar選擇BWF6.3-100-1W型的電容器，其額定電容為2.89μF，qN·C=100kvar

n?

QN.C

〔2.9〕此時(shí)取Qnc=1300qN.C

所以n=1300kvar/100kvar=13取13補(bǔ)償后的視在計(jì)算負(fù)荷

22

SC=PC?(QC?QN·C〕=√1358*1358+(1806-1222)*(1806-1222)=1478kV·A

cos?=

PC

=1358/1478=0.919SC

變壓器的功率損耗為：

△PT=0.01S30c=0.01*1478=14.78Kw△QT=0.05S30c=0.05*1478=57.95Kvar變電所高壓側(cè)計(jì)算負(fù)荷為：P30′=1358+14.78=1372.78Kw

Q30′=(1806-1222)+57.95=641.95KvarS30′=(P302+Q302)1/2=1515.46KV.A無(wú)功率補(bǔ)償后，工廠的功率因數(shù)為：

cosφ′=P30′/S30′=1372.78/1515.46=0.91則工廠的功率因數(shù)為：

cosφ′=P30′/S30′=0.91≥0.9因此，符合本設(shè)計(jì)的要求由于0.91≥0.90

第四章變壓器類(lèi)型、臺(tái)數(shù)及容量選擇

第一節(jié)變壓器類(lèi)型選擇

電力變壓器類(lèi)型的選擇是指確定變壓器的相數(shù)、調(diào)壓方式、繞組形式、絕緣及冷卻方式、聯(lián)結(jié)組別等。，

變壓器按相數(shù)分，有單相和三相兩種。工廠變電所一般采納三相變壓器。變壓器按調(diào)壓方式分為有無(wú)載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種。10kV配電變壓器一般采納無(wú)載調(diào)壓方式。

變壓器按繞組形式分，有雙繞組變壓器、三繞組變壓器和自耦變壓器等。用戶供電

系統(tǒng)大多采納雙繞組變壓器。

變壓器按絕緣及冷卻方式分，有油浸式、干式和充氣式〔SF6〕等。

10kV配電變壓器有Yyn0和Dyn11兩種常見(jiàn)聯(lián)結(jié)組。由于Dyn11聯(lián)結(jié)組變壓器具有低壓側(cè)單相接地短路電流大，具有利于故障切除、承受單相不平衡負(fù)荷的負(fù)載力量強(qiáng)和高壓側(cè)三角形接線有利于抑制零序諧波電流注入電網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，從而在TN及TT系統(tǒng)接地形式的低壓電網(wǎng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。其次節(jié)變壓器臺(tái)數(shù)選擇

選擇主變壓器臺(tái)數(shù)時(shí)應(yīng)考慮以下原則：

〔1〕應(yīng)滿意用電負(fù)荷對(duì)供電牢靠性的要求。對(duì)供有大量一、二級(jí)負(fù)荷的變電所，宜采納兩臺(tái)變壓器，以便當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障或檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器能對(duì)一、二級(jí)負(fù)荷連續(xù)供電。對(duì)只有二級(jí)而無(wú)一級(jí)負(fù)荷的變電所，也可以只用一臺(tái)變壓器，但必需在低壓側(cè)敷設(shè)與其它變電所相聯(lián)的聯(lián)絡(luò)線作為備用電源。

〔2〕對(duì)季節(jié)性負(fù)荷或晝夜負(fù)荷變動(dòng)較大而宜采納經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的變電所，也可考慮采納兩臺(tái)變壓器。

〔3〕除上述狀況外，一般車(chē)間變電所宜采納一臺(tái)變壓器。但是負(fù)荷集中而容量相當(dāng)大的變電所，隨為三級(jí)負(fù)荷，也可以采納兩臺(tái)或以上變壓器。

〔4〕在確定變電所主變壓器臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮負(fù)荷的進(jìn)展，留有肯定的余地。依據(jù)上述原則及化纖廠的實(shí)際狀況，該原液車(chē)間變電所主變壓器的臺(tái)數(shù)應(yīng)選擇為2臺(tái)。以便一臺(tái)發(fā)生故障或檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器能連續(xù)供電。第三節(jié)變壓器容量選擇

裝設(shè)兩臺(tái)主變壓器的變電所，每臺(tái)變壓器的容量ST應(yīng)同時(shí)滿意以下兩個(gè)條件：1〕任一臺(tái)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，ST≥〔0.6-0.7〕S′30〔1〕2〕任一臺(tái)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，ST≥S′30〔Ⅰ+Ⅱ〕

由于S′30〔1〕=2263KV·A，由于該廠都是上二級(jí)負(fù)荷所以按條件2選變壓器。3〕ST≥〔0.6-0.7〕×2263=〔1357.8～1584.1〕KV·A≥ST≥S′30〔Ⅰ+Ⅱ〕。因此選1600KV·A的變壓器二臺(tái)。型號(hào)為S9-M-1600/10

表3.1主變壓器的選擇

第五章配變電所電氣主接線設(shè)計(jì)

第一節(jié)概述

主接線又稱一次接線或主電路。電氣主接線是由各種主要電氣設(shè)備〔如發(fā)電機(jī)、變壓器、開(kāi)關(guān)電氣、互感器、電抗器及連接線路等設(shè)備〕，按肯定挨次連接而成的一個(gè)接受和安排電能的總電路。由于溝通供電系統(tǒng)通常是三相對(duì)稱的，故在主接線圖中，一般用一根線來(lái)表示三相電路，僅在個(gè)別三相設(shè)備不對(duì)稱或需進(jìn)一步說(shuō)明的地方，部分地用三條線表示，這樣就將三相電路圖繪成了單線圖。為使看圖簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖上只繪出系統(tǒng)的主要元件及互相間的連接。

電氣主接線單線圖應(yīng)按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號(hào)與文字符號(hào)繪制，通常還在圖上標(biāo)明主要電氣設(shè)備的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)，以便利閱讀。

主接線代表了發(fā)電廠和變電站電氣部分主體結(jié)構(gòu)，是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。

其次節(jié)主結(jié)線的選擇原則

〔1〕當(dāng)滿意運(yùn)行要求時(shí)，應(yīng)盡量少用或不用斷路器，以節(jié)約投資。

〔2〕當(dāng)變電全部?jī)膳_(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，二次側(cè)應(yīng)采納斷路器分段的單母線接線。〔3〕當(dāng)供電電源只有一回線路，變電所裝設(shè)單臺(tái)變壓器時(shí)，宜采納線路變壓器組結(jié)線。

〔4〕為了限制配出線短路電流，具有多臺(tái)主變壓器同時(shí)運(yùn)行的變電所，應(yīng)采納變壓器分列運(yùn)行。

〔5〕接在線路上的避雷器，不宜裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)；但接在母線上的避雷器，可與電壓互感器合用一組隔離開(kāi)關(guān)。

〔6〕6～10KV固定式配電裝置的出線側(cè)，在架空線路或有反饋可能的電纜出線回路中，應(yīng)裝設(shè)線路隔離開(kāi)關(guān)。

〔7)采納6～10KV熔斷器負(fù)荷開(kāi)關(guān)固定式配電裝置時(shí)，應(yīng)在電源側(cè)裝設(shè)隔離開(kāi)關(guān)?！?)由地區(qū)電網(wǎng)供電的變配電所電源出線處，宜裝設(shè)供計(jì)費(fèi)用的專(zhuān)用電壓、電流互感器〔一般都安裝計(jì)量柜〕。

〔9)變壓器低壓側(cè)為0.4KV的總開(kāi)關(guān)宜采納低壓斷路器或隔離開(kāi)關(guān)。當(dāng)有繼電愛(ài)護(hù)或自動(dòng)切換電源要求時(shí)，低壓側(cè)總開(kāi)關(guān)和母線分段開(kāi)關(guān)均應(yīng)采納低壓斷路器。第三節(jié)變電所電氣主接線方案選擇

主接線的基本形式有單母線接線、雙母線接線、橋式接線等多種。1．單母線接線

這種接線的優(yōu)點(diǎn)是接線簡(jiǎn)潔清楚、設(shè)備少、操作便利、便于擴(kuò)建和采納成套配電裝置；

缺點(diǎn)：不夠敏捷牢靠，任一元件〔母線及母線隔離開(kāi)關(guān)等〕故障檢修，均需要使整個(gè)配電裝置停電，單母線可用隔離開(kāi)關(guān)分段，但當(dāng)一段母線故障時(shí)，全部回路仍需短時(shí)停電，在用隔離開(kāi)關(guān)將故障的母線段分開(kāi)后才能恢復(fù)非故障段的供電。

適用范圍：適應(yīng)于容量較小、對(duì)供電牢靠性要求不高的場(chǎng)合，出線回路少的小型變配電所，一般供三級(jí)負(fù)荷，兩路電源進(jìn)線的單母線可供二級(jí)負(fù)荷。

圖3.1單母線不分段主接線

2．單母線分段主接線

當(dāng)出線回路數(shù)增多且有兩路電源進(jìn)線時(shí)，可用斷路器將母線分段，成為單母線分段接線。母線分段后，可提高供電的牢靠性和敏捷性。在正常工作時(shí)，分段斷路器可接通也可斷開(kāi)運(yùn)行。兩路電源進(jìn)線一用一備時(shí)，分段斷路器接同運(yùn)行，此時(shí)，任一段母線消失故障，分段斷路器與故障段進(jìn)線斷路器都會(huì)在繼電愛(ài)護(hù)裝置作用下自動(dòng)斷開(kāi)，將故障段母線切除后，非故障段母線便可連續(xù)工作，而當(dāng)兩路電源同時(shí)工作互為備用時(shí)，分段斷路器則斷開(kāi)運(yùn)行，此時(shí)若任一電源消失故障，電源進(jìn)線斷路器自動(dòng)斷開(kāi)，分段斷路器可自動(dòng)投入，保證給全部出線或重要負(fù)荷連續(xù)供電。

圖3.2單母線分段主接線

單母線分段接線保存了單母線接線的優(yōu)點(diǎn)，又在肯定程度上克服了它的缺點(diǎn)，如縮小了母線故障的影響范圍、分別從兩段母線上引出兩路出線可保證對(duì)一級(jí)負(fù)荷的供電等。

第四節(jié)電氣主接線確實(shí)定

電源進(jìn)線為兩路，變壓器臺(tái)數(shù)為兩臺(tái)。二次側(cè)采納單母線分段接線。兩路外供電源容量相同且可供全部負(fù)荷，采納一用一備運(yùn)行方式，故變壓器一次側(cè)采納單母線接線，而二次側(cè)采納單母線分段接線。

該方案中，兩路電源均設(shè)置電能計(jì)量柜，且設(shè)置在電源進(jìn)線主開(kāi)關(guān)之后。變電所采納直流操作電源，為監(jiān)視工作電源和備用電源的電壓，在母線上和備用進(jìn)線斷路器之前均安裝有電壓互感器。當(dāng)工作電源停電且備用電源電壓正常時(shí)，先斷開(kāi)工作電源進(jìn)線斷路器，然后接通備用電源進(jìn)線斷路器，由備用電源供全部負(fù)荷。備用電源的投入方式采納備用電源自動(dòng)投入裝置APD(當(dāng)斷路器跳閘后，能夠不用人工操作而很快使斷路器自動(dòng)重新合閘的裝置叫自動(dòng)重合閘。工作原理見(jiàn)附錄表)。

第六章短路計(jì)算與電氣設(shè)備選擇校驗(yàn)

第一節(jié)短路的緣由及后果1、短路的緣由：

工廠供電系統(tǒng)要求正常地不簡(jiǎn)短地對(duì)用電負(fù)荷供電，以保證工廠生產(chǎn)和生活的正常進(jìn)行。但是由于各種緣由，也難免消失故障，而使系統(tǒng)的正常運(yùn)行遭到破壞。系統(tǒng)中最常見(jiàn)的故障就是短路。所謂短路，就是指一切不正常的相與相之間或相與地之間發(fā)生通路的狀況。

產(chǎn)生短路的緣由許多，主要有以下幾個(gè)方面：

〔1〕元件損壞，例如絕緣材料的自然老化，設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)不良帶來(lái)的設(shè)備缺陷進(jìn)展成短路等；

〔2〕氣象條件惡化，例如雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動(dòng)作，架空線路由于大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌等；

〔3〕人為事故，例如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉刀閘，線路或設(shè)備檢修后為撤除接地線就加上電壓等；

〔4〕其它，例如挖溝損傷電纜，鳥(niǎo)獸跨接在暴露的載流部分等。2、短路的后果：

短路后，短路電流比正常電流大得多；在大電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)安。如此大的短路電流可對(duì)供電系統(tǒng)產(chǎn)生極大的危害，即

〔1〕短路是要產(chǎn)生很大的電動(dòng)力和很高的溫度，而使故障元件和短路電路中的其他元件損壞；

〔2〕短路時(shí)電壓要驟降，嚴(yán)峻影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行；

〔3〕短路可造成停電，而且越靠近電源，停電范圍越大，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的損失也越大；

〔4〕嚴(yán)峻的短路要影響電流系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，可使并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組失去同步，造成系統(tǒng)解列；

〔5〕單相短路，其電流將產(chǎn)生較強(qiáng)的不平衡交變磁場(chǎng)，對(duì)四周的通信線路、電子設(shè)備等產(chǎn)生干擾，影響其正常運(yùn)行，甚至使之發(fā)生誤動(dòng)作。

由此可見(jiàn)，短路的后果是非常嚴(yán)峻的，因此必需盡力設(shè)法消退可能引起短路的一切因素；同時(shí)需要進(jìn)行短路電流計(jì)算，以便正確地選擇電氣設(shè)備，使設(shè)備具有足夠的動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證在發(fā)生可能的最大短路電流時(shí)不致?lián)p壞。為了選擇切除短路故障懂得開(kāi)關(guān)電器、整定短路愛(ài)護(hù)的`繼電愛(ài)護(hù)裝置和選擇限制短路電流的元件〔如電抗器〕等，也必需計(jì)算短路電流。其次節(jié)短路電流及其計(jì)算

供電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)正常的不間斷地牢靠供電，以保證生產(chǎn)和生活的正常進(jìn)行。但是供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行經(jīng)常由于發(fā)生短路故障而遭到破壞。

所謂短路，就是供電系統(tǒng)中一相或多相載流導(dǎo)體接地或互相接觸并產(chǎn)生超出規(guī)定值的大電流。

造成短路的主要緣由是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞、誤動(dòng)作、雷擊或過(guò)電壓擊穿等。短路電流數(shù)值通常是正常工作電流值的十幾倍或幾十倍。當(dāng)它通過(guò)電氣設(shè)備時(shí)，設(shè)備的載流部分變形或損壞，選用設(shè)備時(shí)要考慮它們對(duì)短路電流的穩(wěn)定。短路電流在線路上產(chǎn)生很大的壓降，離短路點(diǎn)越近的母線，電壓下降越厲害，從而影響與母線連接的電動(dòng)機(jī)或其它設(shè)備的正常運(yùn)行。

計(jì)算方法采納標(biāo)幺值法計(jì)算。進(jìn)行計(jì)算的物理量，不是用詳細(xì)單位的值，而是用其相對(duì)值表示，這種計(jì)算方法叫做標(biāo)幺值法。標(biāo)幺值的概念是：

該量的實(shí)際值?任意單位?某量的標(biāo)幺值=〔6.1〕該量的標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際值同單位所謂基準(zhǔn)值是衡量某個(gè)物理量的標(biāo)準(zhǔn)或尺度，用標(biāo)幺值表示的物理量是沒(méi)有單位的。供電系統(tǒng)中的元件包括電源、輸電線路、變壓器、電抗器和用戶電力線路，為了求出電源至短路點(diǎn)電抗標(biāo)幺值，需要逐一地求出這些元件的電抗標(biāo)幺值。

第三節(jié)短路電流的計(jì)算

電源取自距本變電所0.5km外的35kV變電站，用10kV雙回架空線路向本變電所供電，出口處的短路容量為250MV·A。

求10kV母線上K-1點(diǎn)短路和380V低壓母線上K-2點(diǎn)短路電流和短路容量。電源側(cè)短路容量定為Sk=250MV·A⑴．確定基準(zhǔn)值：

取Sd=100MV·AUc1=10kVUc2=0.4kVId1=Id2=

⑵．計(jì)算：①

電力系統(tǒng)

SdUc1Sd3Uc2

=100MV·A/〔3*10kV〕=5.78kA=100M·VA/〔*0.4kV〕=144.34kA

X1*=Sd/Sk=100MV·A/250MV·A=0.4②

架空線路

(10.5kV)

AX2*=X0LSd/Uc2=0.35Ω/km*1km*100MV·=0.382

③電力變壓器

4*100*103kV·A

*

X3=Uk%Sd/100SNT=100*1600kV·A=2.5

⑶．求K-1點(diǎn)的短路電路總阻抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量：①

總電抗標(biāo)幺值

X*∑(k-1)=X1*+X2*=0.4+0.95=0.78

②

三相短路電流周期重量有效值

Ik-1(3)=Id1/X*∑(k-1)=5.78kA/0.78=7.41kA

③其他三相短路電流

I”(3)(3)k-1=I(3)∞k-1=Ik-1=7.41kAi(3)sh=2.55*7.41kA=18.90kAI(3)sh=1.51*7.41kA=11.19kA④

三相短路容量

S(3)k-1=Sd/X*∑(k-1)=100MV·A/0.78=128.2MV·A·

⑷．求K-2點(diǎn)的短路電路總阻抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量：兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行：①

總電抗標(biāo)幺值

X**∑(k-2)=X1+X*2+X*3//X*4=0.4+0.38+2.52

=2.03②

三相短路電流周期重量有效值

I(3)k-2=Id2/X*∑(k-2)=144.34kA/2.03=71.10kA

③

其他三相短路電流

在10/0.4KV變壓器二次側(cè)低壓母線發(fā)生三相短路時(shí)，R∑

此：

I”(3)k-2=I(3)∞k-2=I(3)k-2=71.01kAi(3)sh=2.26*71.01kA=160.48kAI(3)sh=1.31*71.01kA=93.02kA④

三相短路容量

S(3)k-2=S*d/X∑(k-2)=100MV·A/2.03=49.26MV·A兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行：①總電抗標(biāo)幺值

X*∑(k-2)=X*1+X*2+X*3=0.4+0.38+2.5=3.28②三相短路電流周期重量有效值

I(3)*k-2=Id2/X∑(k-2)=144.34kA/3.28=44.01kA③其他三相短路電流

I”(3)(3)k-2=I∞k-2=I(3)k-2=44.01kAi(3)sh=2.26*44.01kA=99.46kAI(3)sh=1.31*44.01kA=57.65kA④三相短路容量

Sk-2(3)=Sd/X*∑(k-2)=100MV·A/3.28=30.49MV·A

表6.1高壓短路計(jì)算結(jié)果

第四節(jié)低壓電網(wǎng)三相短路計(jì)算

求短路點(diǎn)K-1和K-2處的三相和單相短路電流。

圖6.2低壓電網(wǎng)短路電流計(jì)算圖

依據(jù)高壓電網(wǎng)短路計(jì)算及查表對(duì)比的結(jié)果，取變壓器高壓側(cè)短路容量為70MV·A⑴計(jì)算有關(guān)電路元件的阻抗①

高壓系統(tǒng)電抗〔歸算到400V側(cè)〕每相阻抗

ZS=Uc2*10-3/Sk=〔400V〕2*10-3/70MV·A=2.29MΩ

XS=0.995ZS=0.995*2.29mΩ=2.28MΩRS=0.1XS=0.1*2.28mΩ=0.228MΩ

相零阻抗

Xφ-0。S=2XS/3=1.52MΩ

Rφ-0。S=2RS/3=0.152MΩ②

變壓器的阻抗〔查表得S9-1600/10Dyn11型電力變壓器，△PK=4.95KW，UK%=4.5〕每相阻抗

RT=△PKUc2/S2N.T=4.95kW*〔400V〕2/〔1600kV·A〕2=0.31mΩZT=UK%Uc2/100SN.T=4*〔400V〕2/〔100*1600kV·A〕=4mΩ

22

XT=ZT?RT=42?0.312mΩ=3.99mΩ

相零阻抗〔Dyn11聯(lián)結(jié)〕Rφ-0。T=RT=0.31mΩXφ-0。T=XT=3.99mΩ

③

母線和電纜的阻抗

母線WB查表的單位長(zhǎng)度每相阻抗及相零回路阻抗值：每相阻抗

RWB=rL=0.031mΩ/m*6m=0.186mΩ

XWB=xL=0.170mΩ/m*6m=1.02mΩ

相零阻抗

Rφ-0。WB=rφ-0L=0.104mΩ/m*6m=0.624mΩXφ-0。WB=xφ-L0=0.394mΩ/m*6m=2.364mΩ

電纜WL查表的單位長(zhǎng)度每相阻抗及相零回路阻抗值：每相阻抗

RWL=rL=0.310mΩ/m*100m=31mΩ

XWL=xL=0.078mΩ/m*100m=7.8mΩ

相零阻抗

Rφ-0。WL=rφ-0L=1.128mΩ/m*100m=112.8mΩXφ-0。WL=xφ-L0=0.178mΩ/m*100m=17.8mΩ⑵計(jì)算各點(diǎn)的短路電流①

k-1的三相和單相短路電流三相短路回路總阻抗

R∑=RS+RT+RWB=〔0.228+0.31+0.186〕mΩ=0.724mΩ

X∑=XS+XT+XWB=〔2.28+3.99+1.02〕mΩ=7.29mΩ

三相短路電流Ik(3)=Uc/〔3

2

R2?X??〕=400V/〔3

0.7242?7.292〕mΩ=7.33kA

短路沖擊系數(shù)

ksh=1+e??R?/X?=1+e-3.14*0.724/7.29=3.41三相短路沖擊電流

ish(3)=2kshIk(3)=2*3.41*7.33=35.34kA

Ish(3)=Ik(3)?2(ksh?1)2=7.33kA*?2(3.41?1)2=26.02kA

單相短路回路總相零阻抗

Rφ-0=Rφ-0。S+Rφ-0。T+Rφ-0。WB=〔0.152+0.31+0.624〕mΩ=1.086mΩXφ-0=Xφ-0。S+Xφ-0。T+Xφ-0。WB=〔1.52+3.99+2.364〕mΩ=7.87mΩ

單相短路電流

22

Ik(1)=Uφ/R?=220V/.0862?7.872mΩ=27.7kA?0?X??0

②k-2的三相和單相短路電流

三相短路回路總阻抗

R∑=RS+RT+RWB+RWL=〔0.228+0.31+0.186+31〕mΩ=31.72mΩX∑=XS+XT+XWB+XWL=〔2.28+3.99+1.02+7.8〕mΩ=15.09mΩ三相短路電流

Ik(3)=Uc/〔3

短路沖擊系數(shù)

ksh=1+e??R?/X?=1+e-3.14*31.72/15.09=2.22三相短路沖擊電流

ish(3)=2kshIk(3)=2*2.22*5.52=17.32kA

Ish(3)=Ik(3)?2(ksh?1)2=5.52kA*?2(2.22?1)2=10.98kA單相短路回路總相零阻抗

Rφ-0=Rφ-0。S+Rφ-0。T+Rφ-0。WB+Rφ-0。WL

=〔0.152+0.31+0.624+112.8〕mΩ=113.89mΩ

Xφ-0=Xφ-0。S+Xφ-0。T+Xφ-0。WB+Xφ-0。WL

=〔1.52+3.99+2.364+17.8〕mΩ=25.67mΩ

單相短路電流

2222Ik(1)=Uφ/R??0?X??0=220V/.89?25.67mΩ=1.88kA

2

R2??X?〕=400V/〔3

31.722?15.092〕mΩ=6.57kA

表6.2低壓短路計(jì)算結(jié)果

第七章配變電所電氣裝置布置

第一節(jié)變電所的位置選擇

選擇變電所位置時(shí)，應(yīng)按照國(guó)家十至二十年的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃和五至十年的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，搞清所選變電所的負(fù)荷分布，近期和遠(yuǎn)期在系統(tǒng)中的地位和作用，系統(tǒng)連接方式，電源潮流，負(fù)荷對(duì)象，供電要求等，以滿意國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)展的需要，從而使所址位置選擇得比較合理。變電所位置的選擇必需適應(yīng)電力系統(tǒng)進(jìn)展規(guī)劃和布局的要求，盡可能的接近主要用戶，靠近負(fù)荷中心。這樣，必定就會(huì)削減輸電線路的投資和電能的損耗，既經(jīng)濟(jì)又節(jié)約能源。

因此變電所位置確實(shí)定遵循以下原則：

(1)接近負(fù)荷中心。接近負(fù)荷中心主要從節(jié)省一次投資和削減運(yùn)行時(shí)電能損耗的角度動(dòng)身。

(2)進(jìn)出線便利。要有足夠的進(jìn)出線走廊，供應(yīng)給架空進(jìn)線、電纜溝或電纜隧道。

(3)靠近電源側(cè)。變電所應(yīng)靠近電源進(jìn)線側(cè)布置，以免過(guò)大的功率倒送，產(chǎn)生不必要的電能損耗和電壓損失。

(3)滿意供電半徑的要求。由于電壓等級(jí)確定了線路最大的輸送功率和輸送距離，供電半徑過(guò)大導(dǎo)致線路上電壓損失太大，使末端用電設(shè)備處的電壓不能滿意要求。因此變電所的位置應(yīng)保證全部用電負(fù)荷均處于該站的有效供電半徑內(nèi)，否則應(yīng)增加變電所或?qū)嵭衅渌胧?/p>

(4)運(yùn)輸設(shè)備便利。

(5)避開(kāi)設(shè)在有猛烈震驚和高溫的場(chǎng)所。

(6)避開(kāi)設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場(chǎng)所。

(7)避開(kāi)設(shè)在潮濕或易積水場(chǎng)所。

其次節(jié)配電室建筑要求

目前，在6～35KV各級(jí)電壓屋內(nèi)配電裝置中，成套柜已被廣泛使用。這些柜在屋內(nèi)的布置，雖有單、雙列之分或所處樓層的不同，其布置方法基本相同。

室內(nèi)平面布置，主要是協(xié)調(diào)室內(nèi)設(shè)備、通道及地下管溝道的相對(duì)位置。也是土建專(zhuān)業(yè)進(jìn)行房屋設(shè)計(jì)的主要根據(jù)之一。

室內(nèi)平面布置是根據(jù)上述配置圖和第一節(jié)所講解并描述的對(duì)配電裝置基本要求第三條內(nèi)容及對(duì)尺寸進(jìn)行布置，布置時(shí)還應(yīng)考慮以下內(nèi)容：

(1)柜體基礎(chǔ)槽鋼的埋設(shè)。

(2)電纜管溝道的布置。

(3)防爆緩沖間的設(shè)置。

配電室宜采納百葉窗與軸流風(fēng)機(jī)并用進(jìn)行通風(fēng)。風(fēng)機(jī)的選擇應(yīng)按事故排煙量要求，裝設(shè)足夠數(shù)量的事故通風(fēng)裝置。

第八章配變電所的防雷與接地裝置

第一節(jié)防雷與防雷措施

防雷的設(shè)備主要有接閃器和避雷器。其中，接閃器就是特地用來(lái)接受直接雷擊〔雷閃〕的金屬物體。接閃的金屬稱為避雷針。接閃的金屬線稱為避雷線，或稱架空地線。接閃的金屬帶稱為避雷帶。接閃的金屬網(wǎng)稱為避雷網(wǎng)。

避雷器是用來(lái)防止雷電產(chǎn)生的過(guò)電壓波沿線路侵入變配電所或其它建筑物內(nèi)，以免危及被愛(ài)護(hù)設(shè)備的絕緣。避雷器應(yīng)與被愛(ài)護(hù)設(shè)備并聯(lián)，裝在被愛(ài)護(hù)設(shè)備的電源側(cè)。避雷器的型式，主要有閥式和排氣式等。

防雷措施主要有以下幾點(diǎn)：

〔1〕架設(shè)避雷線這是防雷的有效措施，但造價(jià)高，因此只在66KV及以上的架空線路上才沿全線裝設(shè)。35KV的架空線路上，一般只在進(jìn)出變配電所的一段線路上裝設(shè)。而10KV及以下的線路上一般不裝設(shè)避雷線。

〔2〕提高線路本身的絕緣水平在架空線路上，可采納木橫擔(dān)、瓷橫擔(dān)或高一級(jí)的絕緣子，以提高線路的防雷水平，這是10KV及以下架空線路防雷的基本措施。

〔3〕利用三角形排列的頂線兼作防雷愛(ài)護(hù)線由于3～10KV的線路是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，因此可在三角形排列的頂線絕緣子裝以愛(ài)護(hù)間隙。在消失雷電過(guò)電壓時(shí)，頂線絕緣子上的愛(ài)護(hù)間隙被擊穿，通過(guò)其接地引下線對(duì)地泄放雷電流，從而愛(ài)護(hù)了下面兩根導(dǎo)線，也不會(huì)引起線路斷路器跳閘?！?〕裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置線路上因雷擊放電而產(chǎn)生的短路是由電弧引起的。在斷路器跳閘后，電弧即自行熄滅。假如采納一次ARD使斷路器經(jīng)0.5s或稍長(zhǎng)一點(diǎn)時(shí)間后自動(dòng)重合閘，電弧通常不會(huì)復(fù)燃，從而能恢復(fù)供電，這對(duì)一般用戶不會(huì)有什么影響。

〔5〕個(gè)別絕緣薄弱地點(diǎn)加裝避雷器對(duì)架空線路上個(gè)別絕緣薄弱地點(diǎn)，如跨越桿、轉(zhuǎn)角桿、分支桿、帶拉線桿以及木桿線路中個(gè)別金屬桿等處，可裝設(shè)排氣式避雷器或愛(ài)護(hù)間隙。

其次節(jié)變配電所的防雷措施

〔1〕裝設(shè)避雷針室外配電裝置應(yīng)裝設(shè)避雷針來(lái)防護(hù)直接雷擊。假如變配電所處在四周高建〔構(gòu)〕筑物上防雷設(shè)施愛(ài)護(hù)范圍之內(nèi)或變配電所本身為室內(nèi)型時(shí)，不必再考慮直擊雷的愛(ài)護(hù)。

〔2〕高壓側(cè)裝設(shè)避雷器這主要用來(lái)愛(ài)護(hù)主變壓器，以免雷電沖擊波沿高壓線路侵入變電所，損壞了變電所的這一最關(guān)鍵的設(shè)備。為此要求避雷器應(yīng)盡量靠近主變壓器安裝。在每路進(jìn)線終端和每段母線上，均裝有閥式避雷器。假如進(jìn)線是具有一段引入電纜的架空線路，則在架空線路終端的電纜頭處裝設(shè)閥式避雷器或排氣式避雷器，其接地端與電纜頭外殼相聯(lián)后接地。

〔3〕低壓側(cè)裝設(shè)避雷器這主要用在多雷區(qū)用來(lái)防止雷電波沿低壓線路侵入而擊穿電力變壓器的絕緣。當(dāng)變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)不接地時(shí)〔如IT系統(tǒng)〕，其中性點(diǎn)可裝設(shè)閥式避雷器或金屬氧化物避雷器或愛(ài)護(hù)間隙。

在本設(shè)計(jì)中，配電所屋頂及邊緣敷設(shè)避雷帶，其直徑可以為為8mm的鍍鋅圓鋼，主筋直徑應(yīng)大于或等于10mm的鍍鋅圓鋼。

第三節(jié)接地

電氣設(shè)備的某部分與大地之間做良好的電氣連接，稱為接地。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體，稱為接地體，或稱接地極。特地為接地而人為裝設(shè)的接地體，稱為人工接地體。兼作接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬管道及建筑物的鋼筋混凝土基礎(chǔ)等，稱為自然接地體。連接接地體與設(shè)備、裝置接地部分的金屬導(dǎo)體，稱為接地線。接地線在設(shè)備、裝置正常運(yùn)行狀況下是不載流的，但在故障狀況下要通過(guò)接地故障電流。

接地線與接地體合稱為接地裝置。由若干接地體在大地中互相用接地線連接起來(lái)的一個(gè)整體，稱為接地網(wǎng)。其中接地線又分為接地干線和接地支線。接地干線一般應(yīng)采納不少于兩根導(dǎo)體在不同地點(diǎn)與接地網(wǎng)連接

第四節(jié)確定公用人工接地裝置

〔1〕確定接地電阻

按相關(guān)資料可確定此配電所公共接地裝置的接地電阻應(yīng)滿意以下兩個(gè)條件：

RE≤250V/IE

RE≤10Ω

式中IE的計(jì)算為

IE=IC=60×(60＋35×4)A/350=34.3A

故RE≤350V/34.3A=10.2Ω

綜上可知，此配電所總的接地電阻應(yīng)為RE≤10Ω

〔2〕接地裝置初步方案

現(xiàn)初步考慮圍繞變電所建筑四周，距變電所2～3m，打入一圈直徑50mm、長(zhǎng)2.5m的鋼管接地體，每隔5m打入一根，管間用40×4mm2的扁鋼焊接。

〔3〕計(jì)算單根鋼管接地電阻

查相關(guān)資料得土質(zhì)的ρ=100Ω·m

則單根鋼管接地電阻RE(1)≈100Ω·m/2.5m=40Ω

〔4〕確定接地鋼管數(shù)和最終的接地方案

依據(jù)RE(1)/RE=40/4=10。但考慮到管間的屏蔽效應(yīng)，初選15根直徑50mm、長(zhǎng)

2.5m的鋼管作接地體。以n=15和a/l=2再查有關(guān)資料可得ηE≈0.66。因此可得

n=RE(1)/(ηERE)=40Ω/(0.66×4)Ω≈15

考慮到接地體的勻稱對(duì)稱布置，選16mm根直徑50mm、長(zhǎng)2.5m的鋼管作接地體，用40×4mm2的扁鋼連接，環(huán)形布