電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計--某冶金機械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　題 目 某冶金機械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　課 程 名 稱 電力系統(tǒng)分析 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　《電力系統(tǒng)分析》課程設(shè)計1&

2、lt;/p><p><b>　　一、緒論1</b></p><p>　　二、工廠供電的設(shè)計2</p><p>　　2.1工廠供電的意義及要求2</p><p>　　2.2工廠供電設(shè)計的一般原則4</p><p>　　2.3設(shè)計的具體內(nèi)容4</p><p>　　2.4工

3、廠原始資料4</p><p>　　三、工廠的電力負荷及其計算6</p><p>　　3.3工廠的電力負荷6</p><p>　　3.2 車間計算負荷的確定6</p><p>　　3.3 工廠計算負荷的確定7</p><p>　　3.4 無功功率補償及其計算9</p><p>　

4、　四、總降壓變電所變壓器臺數(shù)和容量的選擇10</p><p>　　五、 短路電流計算11</p><p>　　5.1 短路電流計算的目的11</p><p>　　5.2 短路電流計算的方法和步驟11</p><p>　　5.3 該廠供電系統(tǒng)電路及短路等效電路12</p><p>　　5.4 短路計算

5、14</p><p>　　5.5 短路計算結(jié)果20</p><p>　　六、總降壓變電所35kV側(cè)一次設(shè)備的選擇與校驗21</p><p>　　七、繼電保護裝置的整定計算23</p><p>　　7.1 總降壓變電所35kV變壓器的保護23</p><p>　　7.2 35kV電力線路保護25<

6、/p><p>　　八、防雷保護與接地裝置的設(shè)計27</p><p>　　8.1 變電所防雷保護與防雷裝置的選擇27</p><p>　　8.2 接地裝置的設(shè)計計算27</p><p><b>　　心得體會28</b></p><p><b>　　參考文獻29</b>

7、</p><p>　　《電力系統(tǒng)分析》課程設(shè)計</p><p>　　某冶金機械修造廠總降壓變電所一次系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　一、緒論 </b></p><p>　　隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工業(yè)對電力的需求也越來越迫切。隨著中國工業(yè)規(guī)模的不斷擴大，對電力供應(yīng)的安全性、可靠性提出了更高的要求，因此電力系統(tǒng)與

8、用戶直接關(guān)聯(lián)的供電系統(tǒng)尤為重要。作為供電系統(tǒng)的主要組成部分，電氣設(shè)備的質(zhì)量及其性能的先進性是決定供電系統(tǒng)安全可靠運行的前提條件之一。本設(shè)計根據(jù)該冶金機械廠的相關(guān)資料和實際情況，對該廠的總降壓變電所系統(tǒng)進行設(shè)計。本設(shè)計首先根據(jù)工廠提供的資料對工廠的負荷情況進行了計算，根據(jù)負荷情況對變壓器的容量和臺數(shù)進行了選擇。該廠電源由某變電所以35kV雙回路架空線引出，本設(shè)計選擇在該廠設(shè)立總降壓變電所先將電壓降為廠區(qū)供電電壓10kV，在由各車間變電所降

9、為負荷所需電壓。為保證供電系統(tǒng)的可靠性，總降壓變電所采用單母線分段式接線方式，廠區(qū)供電系統(tǒng)采用放射式接線方式。通過計算，本設(shè)計對各變電所的主要電氣設(shè)備、電纜和母線進行了選擇和校驗，對一次側(cè)主要設(shè)備進行了繼電保護整定。</p><p><b>　　工廠供電的設(shè)計</b></p><p>　　2.1工廠供電的意義及要求</p><p>　　電能不僅

10、是人們生活的能源，更重要的是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能容易從其他一次能源中獲得，也容易轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)中的電能、動能，而且使用方便靈活。電能的輸送和分配簡單經(jīng)濟是電能的又一優(yōu)點，通過導線可以直接把電能引至負荷，不像蒸汽機、內(nèi)燃機那樣笨重，更避免了一次能源費時耗力的運輸。當代工廠里應(yīng)用的信息技術(shù)、生產(chǎn)自動化技術(shù)和其他高新技術(shù)無一不是建立在電能應(yīng)用的基礎(chǔ)之上的。因此，電能在當代工業(yè)生產(chǎn)有著及其廣泛的應(yīng)用，是工業(yè)生產(chǎn)中不可替代的能源。<

11、;/p><p>　　在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，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，在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。</p><p>　　電能不僅是人們

12、生活的能源，更重要的是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。電能容易從其他一次能源中獲得，也容易轉(zhuǎn)化為工業(yè)生產(chǎn)中的電能、動能，而且使用方便靈活。電能的輸送和分配簡單經(jīng)濟是電能的又一優(yōu)點，通過導線可以直接把電能引至負荷，不像蒸汽機、內(nèi)燃機那樣笨重，更避免了一次能源費時耗力的運輸。當代工廠里應(yīng)用的信息技術(shù)、生產(chǎn)自動化技術(shù)和其他高新技術(shù)無一不是建立在電能應(yīng)用的基礎(chǔ)之上的。因此，電能在當代工業(yè)生產(chǎn)有著及其廣泛的應(yīng)用，是工業(yè)生產(chǎn)中不可替代的能源。</p

13、><p>　　在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，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，在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。</p><p>　　在工廠中，供電系統(tǒng)起

14、著至關(guān)重要的作用。要保證工廠內(nèi)的正常生活生產(chǎn)秩序、保證人民群眾財產(chǎn)，就要有一個可靠穩(wěn)定的供電系統(tǒng)。一個優(yōu)質(zhì)的工廠供電系統(tǒng)必須達到以下基本要求：</p><p>　　（1）安全 電能在供應(yīng)、分配和使用中，要保證輸電線路的安全性，設(shè)計合理的供電系統(tǒng)，不能夠因為供電系統(tǒng)出現(xiàn)人身傷亡事故和設(shè)備事故；</p><p>　　（2）可靠 應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。對于一些要求連續(xù)不間斷供電的企業(yè)

15、，可靠性是第一位的。對于一些負荷，如果由于電力系統(tǒng)故障供電系統(tǒng)突然中斷，可能會造成重大設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢很嚴重的經(jīng)濟財產(chǎn)損失，甚至發(fā)生重大的人身傷亡事故，給國家和人民帶來經(jīng)濟上甚至政治上的重大損失；</p><p>　?。?）優(yōu)質(zhì) 應(yīng)滿足電能用戶對電壓和頻率等質(zhì)量的要求。使用電設(shè)備在額定的電壓、頻率下進行生產(chǎn)，不僅可以避免設(shè)備損壞，而且也以提高產(chǎn)品質(zhì)量，給企業(yè)帶來利潤；</p><p>

16、;　?。?）經(jīng)濟 供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。</p><p>　　2.2工廠供電設(shè)計的一般原則</p><p>　　工廠供電設(shè)計必須遵循以下原則：</p><p>　?。?）工廠供電設(shè)計必須遵守國家的有關(guān)法令、標準和技術(shù)規(guī)范，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源、節(jié)約有色金屬和保護環(huán)境等技術(shù)經(jīng)濟政策；</p&g

17、t;<p>　　（2）工廠供電設(shè)計應(yīng)做到保障人身和設(shè)備的安全、供電可靠、電能質(zhì)量合格、技術(shù)先進和經(jīng)濟合理，設(shè)計中應(yīng)采用符合國家標準的效率高、能耗低、性能先進及與用戶投資能力相適應(yīng)的經(jīng)濟合理的電器產(chǎn)品；</p><p>　?。?）工廠供電設(shè)計必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件，合理確定設(shè)計方案；</p><p>　　（4）工廠供電設(shè)計應(yīng)根據(jù)

18、工程特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設(shè)與遠期發(fā)展的關(guān)系，做到遠近結(jié)合，以近期為主，適當考慮擴建的可能性。</p><p>　　2.3設(shè)計的具體內(nèi)容</p><p>　　該冶金機械廠總降壓變電所及高壓配電系統(tǒng)設(shè)計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結(jié)合國家供電情況，解決對電能分配的安全可靠，經(jīng)濟合理的問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面：</p>

19、<p>　　工廠的負荷計算及無功補償；</p><p>　　確定工廠總配變電所的所址和型式；</p><p>　?。?） 確定工廠總配變電所的所址、形式、主接線方式，確定主變壓器的型式、容量和臺數(shù)；</p><p><b>　　短路電流計算；</b></p><p><b>　　一次設(shè)備的選擇；<

20、;/b></p><p>　　選擇工廠電源進線及高壓配電線路；</p><p>　　對一次側(cè)進行繼電保護整定計算；</p><p><b>　　2.4工廠原始資料</b></p><p>　　2.4.1生產(chǎn)任務(wù)及車間組成</p><p>　　本廠主要承擔冶金系統(tǒng)的配件生產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模為：鑄鋼件

21、1萬噸，鑄鐵件3千噸，鍛件1千噸，鉚焊件2千噸。</p><p>　　本廠車間組成如表1所示。</p><p><b>　　2.4.2設(shè)計依據(jù)</b></p><p>　　1）設(shè)計總平面布置圖</p><p>　　2）全廠各車間負荷如表2所示，各車間均為380V的負荷，但有一部分為高壓設(shè)備為6kV的負荷。</p&g

22、t;<p><b>　　3）供用電協(xié)議</b></p><p>　　工廠與供電部門所簽定的供用電協(xié)議主要內(nèi)容如下：</p><p>　?。?）工廠從供電部門用35千伏雙回架空線引入本廠，其中一個作為工作電源，一個作為備用電源，兩個電源不并列運行。（即不同時工作），供電部門短路容量為200MVA，該變電所距廠東側(cè)8公里。</p><p&

23、gt;　　（2）在本廠的總降壓變電所35千伏側(cè)進行計算，本廠的功率因數(shù)應(yīng)大于0.9。</p><p><b>　　3.本廠負荷性質(zhì)</b></p><p>　　本廠為三班工作制，最大有功負荷年利用小時數(shù)為6000小時，屬于二級負荷。</p><p>　　工廠的電力負荷及其計算</p><p>　　3.3工廠的電力負荷&l

24、t;/p><p>　　電力負荷（electric power load）又稱電力負載，有兩種含義：一是指耗用電能用電設(shè)備或用戶，另一是指用電設(shè)備或用戶耗用的功率或電流大小，如說輕負荷（輕載）、重負荷（重載）、空負荷（空載）、滿負荷（滿載）等。電力負荷的具體含義視具體情況而定，本章指的是用電設(shè)備或用戶耗用的功率大小。</p><p>　　計算負荷又稱需要負荷或最大負荷Pmax。計算負荷是一個假想

25、的持續(xù)性的負荷，其熱效應(yīng)與同一時間內(nèi)實際變動負荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。在配電設(shè)計中，通常采用半小時最大平均負荷P30作為按發(fā)熱條件選擇電器或?qū)w的依據(jù)。</p><p>　　計算負荷是供電設(shè)計計算的基本依據(jù)。計算負荷確定得是否正確合理，直接影響到電器和導線電纜的選擇是否經(jīng)濟合理。如果計算負荷確定得過大，將使電器和導線電纜選得過大，造成投資和有色金屬的浪費。如果計算負荷確定得過小，又將使電器和導線電纜處于過負荷狀

26、態(tài)下運行，增加電能損耗，產(chǎn)生過熱，導致絕緣過早老化甚至燃燒引起火災。由此可見，正確確定計算負荷意義重大。但是負荷情況復雜，影響負荷計算的因素很多，雖然各類負荷的變化有一定規(guī)律可循，但仍難準確確定計算負荷的大小。實際上，負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)。因此負荷計算只能力求接近實際。</p><p>　　3.2 車間計算負荷的確定</p>

27、<p>　　車間計算負荷是選擇工廠內(nèi)配電線路電纜型號和主要電氣設(shè)備包括車間變壓器的基本依據(jù)。我國目前普遍采用的確定計算負荷的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和二項式法。需要系數(shù)法是國際上普遍采用的確定計算負荷的基本方法，本設(shè)計采用需要系數(shù)法進行負荷計算。計算的基本公式如下：</p><p>　　有功計算負荷P30為</p><p><b>　?。?.1）</b>

28、</p><p>　　這里的Kd稱為需要系數(shù)（demand coefficient），Pe為車間用電設(shè)備總?cè)萘俊?lt;/p><p>　　無功計算負荷Q30為</p><p><b>　　（2.2）</b></p><p>　　式中，tan為對應(yīng)于車間用電設(shè)備的正切值。</p><p><b&g

29、t;　　視在計算負荷為</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　式中，為車間供電設(shè)備的平均功率因素。</p><p><b>　　計算電流I30為</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p>&l

30、t;p>　　式中，UN為用電設(shè)備組的額定電壓。</p><p>　　根據(jù)工廠給出的資料，通過計算整理，得出該工廠各車間的負荷計算表及該工廠6kV高壓設(shè)備的負荷計算表，結(jié)果見表3.1和表3.2。</p><p>　　3.3 工廠計算負荷的確定</p><p>　　工廠計算負荷是選擇工廠電源進線及主要電氣設(shè)備包括主變壓器的基本依據(jù)，也是計算工廠的功率因素及無功補

31、償容量的基本依據(jù)，確定工廠計算負荷的方法很多，有需要系數(shù)法、年產(chǎn)量估算工廠計算負荷和逐級計算法等。根據(jù)國際普遍的計算方法和該冶金機械廠的實際情況，本設(shè)計采用需要系數(shù)法計算工廠的計算負荷。</p><p>　　根據(jù)該廠提供的各車間及工廠高壓設(shè)備負荷數(shù)據(jù)，運用需要系數(shù)法，根據(jù)上面給出的公式通過計算、整理得出該工廠的負荷計算表3.3。</p><p>　　表 3.1 各車間380V負荷計算表&

32、lt;/p><p><b>　?。ɡm(xù)表）</b></p><p>　　表3.2 各車間6kV高壓負荷計算表</p><p>　　表3.3 工廠負荷計算表</p><p>　　3.4 無功功率補償及其計算</p><p>　　工廠中由于有大量的感應(yīng)電動機、電焊機、電弧爐及氣體放電燈等感性負載，還有

33、感性的電力變壓器，從而使功率因素降低。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運行性能、提高其自然功率因素的情況下，尚達不到規(guī)定的工廠功率因素要求時，則需考慮增設(shè)無功功率補償裝置。假設(shè)功率因數(shù)由cos提高到cos＇，這時在用戶需要的有功功率P30不變的條件下，由公式（2.2）和公式（2.3）知無功計算功率和視在功率都有所減小。相應(yīng)地負荷電流I30也得以減小，這將使系統(tǒng)的電能損耗和電壓損耗相應(yīng)降低，既節(jié)約了電能，又提高了電壓質(zhì)量，而且可選較小容量的

34、供電設(shè)備和導線電纜，因此提高功率因素對供電系統(tǒng)大有好處。在提高功率因素的同時，工廠總降壓變電所的主變壓器容量可以選的小一些，這不僅可降低變電所的初投資，而且可以減少工廠的電費開支，因此進行無功功率補償對工廠本身也有一定經(jīng)濟實惠。</p><p>　　通過該廠的負荷計算表可知該廠的功率因素=0.79，不能達到供電部門的要求。在《供電營業(yè)規(guī)則》中規(guī)定：“用戶在當?shù)毓╇娖髽I(yè)規(guī)定的電網(wǎng)高峰負荷時的功率因素應(yīng)達到下列規(guī)定：

35、100kVA及以上高壓供電的用戶功率因素為0.90以上。”并規(guī)定，凡功率因素未達到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補償裝置。</p><p>　　無功功率的人工補償裝置主要有同步補償機和并聯(lián)電容器兩種。由于并聯(lián)電容器具有安裝簡單、運行維護方便、有功損耗小以及組裝靈活、擴容方便等優(yōu)點，因此本設(shè)計選用并聯(lián)電容進行無功補償。</p><p>　　由該廠的負荷計算表可知，總變壓器低壓側(cè)的視在計算負荷為494

36、2kVA，因此為進行功率補償時，主變壓器容量應(yīng)選為5000kVA。此時變電所低壓側(cè)的功率因素未0.79。按規(guī)定，變電所高壓側(cè)的功率因素cos≥0.9.。考慮到變壓器本身的無功功率損耗ΔQT遠大于其有功功率損耗ΔPT，一般ΔQT=（4~5）ΔPT，因此在變壓器低壓側(cè)進行無功補償時，低壓側(cè)補償后的功率因素應(yīng)略高于0.90，這里取cos＇=0.93。</p><p>　　要使低壓側(cè)功率因素由0.79提高到0.93，低壓

37、側(cè)需裝設(shè)的并聯(lián)電容器容量為</p><p>　　QC = 4787.2×（tanarccos0.76－tanarccos0.96）kvar</p><p>　　= 2697.6kvar</p><p>　　取 QC=2700kvar</p><p>　　補償后變電所低壓側(cè)的視在計算負荷為</p>

38、;<p><b>　　KVA.</b></p><p>　　因此主變補償后選擇容量變選擇7000kVA。</p><p><b>　　變壓器的功率損耗為</b></p><p>　　ΔPT ≈ 0.015= 0.015×6139.2kVA =92.1kW</p><p>　　

39、ΔQT ≈ 0.06=0.06×6139.2 kVA=368.4kvar</p><p>　　變電所高壓側(cè)的計算負荷為</p><p>　　= 5773.5kW +92.1kW = 5865.6kW</p><p>　　=（4787.2—2700）kvar + 368.4kvar =2455.6kvar</p><p><b&

40、gt;　　=109.25A</b></p><p>　　補償后工廠的功率因素為</p><p>　　這一功率因素滿足供電部門規(guī)定的要求。</p><p>　　根據(jù)以上計算，本設(shè)計從常用并聯(lián)電容器中選出型號為BWF10.5-120-1的并聯(lián)電容器13臺進行該工廠的無功功率補償。</p><p>　　四、總降壓變電所變壓器臺數(shù)和容量的

41、選擇</p><p>　　根據(jù)工廠提供的數(shù)據(jù)，本工廠負荷為二級負荷，且工廠視在計算負荷為4941.9kVA，故本工廠總降壓變電所應(yīng)選擇兩臺主變壓器。由于本工廠選用兩臺主變壓器，故每臺主變壓器的容量SN·T不應(yīng)小于總的計算負荷S30的60%~70%。但由于本工廠的負荷均為二級負荷，故該工廠的總降壓變電所選用兩臺容量為5000kVA型號為S9-5000/35的變壓器，其技術(shù)參數(shù)見表4.1。</p>

42、;<p>　　表4.1 S9-5000/35變壓器技術(shù)參數(shù)</p><p>　　五、 短路電流計算</p><p>　　5.1 短路電流計算的目的</p><p>　　工廠供電系統(tǒng)要求正常地不間斷地對用電負荷供電，以保證工廠生產(chǎn)和生活的正常進行。然而由于各種原因（如工作人員誤操作、鳥獸跨越在裸露的相線之間）也難免出現(xiàn)故障，而使系統(tǒng)的正常運行遭到破

43、壞。系統(tǒng)中最常見的故障就是短路（short circuit）。短路就是指不同電位的導電部分包括導電部分對地之間的低阻性短接。</p><p>　　短路后，系統(tǒng)中出現(xiàn)的短路電流（short-circuit current）比正常負荷電流大得多。在大電力系統(tǒng)中，短路電流可達幾萬安甚至幾十萬安。如此大的電流可產(chǎn)生很大的點動力和很高的溫度，而使線路中的原件受到損害。由于短路時電路的電壓驟降，嚴重影響電氣設(shè)備的正常運行和降

44、低產(chǎn)品質(zhì)量。繼電保護裝置在發(fā)現(xiàn)短路電流后動作，切除故障線路，可造成不同范圍的停電。</p><p>　　由此可見，短路的危害是很大的，因此必須盡力設(shè)法消除可能引起短路的一切因素；同時需要進行短路電流計算，以便正確地選擇電氣設(shè)備，使設(shè)備具有足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證在發(fā)生可能有的最大短路電流時不致?lián)p壞。 為了斷則切除短路故障的開關(guān)電源、整定短路保護的繼電保護裝置和選擇限制短路電流的原件等，也必須計算短路電流。

45、</p><p>　　5.2 短路電流計算的方法和步驟</p><p>　　進行短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標幺值法（又稱相對單位制法），工程上常用標幺制法。故本設(shè)計采用標幺值法進行計算。</p><p>　　1、繪制計算電路圖、選擇短路計算點。計算電路圖上應(yīng)將短路計算中需計入的所有電路元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各個元件依次編號。短

46、路計算點應(yīng)選擇得使需要進行短路效驗的電器元件有最大可能的短路電流通過。</p><p>　　2、設(shè)定基準容量Sd=100MVA和基準電壓Ud=Uc（短路計算電壓，即1.05UN），并計算基準電流Id。</p><p><b>　　（5.1）</b></p><p>　　3、計算短路回路中各主要元件的阻抗標幺值（一般只計算電抗標幺值）</p

47、><p>　?。?）電力系統(tǒng)的電抗標幺值</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　式中，SOC—電力系統(tǒng)出口斷路器的斷流容量，單位為MVA。</p><p>　?。?）電力線路的電抗標幺值</p><p><b>　?。?.3）</b></p&g

48、t;<p>　　式中，UC—線路所在電網(wǎng)的短路計算電壓，單位為kV，UC=1.05UN.</p><p>　　采用標幺值計算時，無論短路計算點在哪里，線路的電抗標幺值不需換算。</p><p>　?。?）電力變壓器的電抗標幺值</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　式中，Uk%

49、—變壓器的短路電壓（阻抗電壓）百分值；</p><p>　　SN —變壓器的額定容量。</p><p>　　4、繪制短路回路等效電路，并計算總阻抗（總電抗標幺值）。</p><p>　　5、計算短路電流，分別對各短路計算點計算各短路電流、、、等。</p><p><b>　?。?.5）</b></p>&l

50、t;p>　　在無窮大容量系統(tǒng)中，存在下列關(guān)系：</p><p>　　== （5.6）</p><p>　　高壓電路中的短路沖擊電流及其有效值，按下列公式近似計算：</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p><b>　?。?.8）<

51、/b></p><p>　　低壓電路中的短路沖擊電流及其有效值，按下列公式近似計算：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　5、計算短路容量，三相短路容量按下式計算：</p><p><

52、;b>　?。?.11）</b></p><p>　　5.3 該廠供電系統(tǒng)電路及短路等效電路</p><p>　　該廠電源從位于距該廠東側(cè)8km處的220/35kV變電站以35kV雙回路架空線引入工廠，其中一路做為工作電源，另一路作為備用電源，兩個電源不并列運行。其供電系統(tǒng)電路圖如圖5.1所示。該供電系統(tǒng)中，需計算圖中的四處短路點的短路電流、短路容量等，以用于確定一次設(shè)備

53、，其短路等效電路圖如圖5.2所示。</p><p>　　圖5.1 工廠供電系統(tǒng)電路圖</p><p><b>　　5.4 短路計算</b></p><p>　　1、取基準容量Sd=100MVA；</p><p><b>　　2、計算基準電流</b></p><p>　　3

54、、電力系統(tǒng)的電抗：</p><p>　　4、架空線路電抗：本設(shè)計采用表5.1的數(shù)據(jù)進行架空線路電抗的計算</p><p>　　表5.1 電力線路每相的單位長度電抗平均值</p><p><b>　　因此</b></p><p><b>　　5、變壓器電抗：</b></p><p

55、>　　故可得出短路等效電路圖5.2，根據(jù)短路圖可算出各短路點的總阻抗如下：</p><p>　　6、計算三相短路電流和短路容量</p><p><b>　　（1）k-1點短路</b></p><p>　　三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流</p><p&

56、gt;　　三相短路沖擊電流及第一個周期短路</p><p>　　三相短路容量 </p><p>　　圖5.2 短路等效電路圖</p><p><b>　?。?）k-2點短路</b></p><p>　　三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流<

57、/p><p>　　三相短路沖擊電流及第一個周期短路</p><p><b>　　三相短路容量</b></p><p><b>　?。?）k-3點短路</b></p><p>　　三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流</p>&

58、lt;p>　　三相短路沖擊電流及第一個周期短路</p><p><b>　　三相短路容量</b></p><p><b>　　（4）k-4點短路</b></p><p>　　三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流</p><p>　

59、　三相短路沖擊電流及第一個周期短路</p><p><b>　　三相短路容量</b></p><p><b>　?。?）k-5點短路</b></p><p>　　三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流</p><p>　　三相短路沖擊電流

60、及第一個周期短路</p><p><b>　　三相短路容量</b></p><p>　?。?）k-6點、k-9點短路</p><p>　　三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流</p><p>　　三相短路沖擊電流及第一個周期短路</p><

61、;p><b>　　三相短路容量</b></p><p><b>　?。?）k-7點短路</b></p><p>　　三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流</p><p>　　三相短路沖擊電流及第一個周期短路</p><p><

62、;b>　　三相短路容量</b></p><p><b>　?。?）k-8點短路</b></p><p>　　三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流</p><p>　　三相短路沖擊電流及第一個周期短路</p><p><b>　　三

63、相短路容量</b></p><p>　?。?0）k-10點短路</p><p>　　三相短路電流周期分量有效值</p><p>　　三相短路次暫態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流</p><p>　　三相短路沖擊電流及第一個周期短路</p><p><b>　　三相短路容量</b></p>

64、<p>　　5.5 短路計算結(jié)果</p><p>　　根據(jù)前面短路計算得出的各種短路情況的數(shù)據(jù)，經(jīng)過整理得出該廠的短路計算表見表5.2。</p><p>　　表5.2 短路計算結(jié)果表</p><p>　　六、總降壓變電所35kV側(cè)一次設(shè)備的選擇與校驗</p><p>　　1、35kV供電線路可先按經(jīng)濟電流密度確定經(jīng)濟截面，在校

65、驗其他條件。按經(jīng)濟電流密度jec計算經(jīng)濟截面Aec的公式為</p><p><b>　　（6.1）</b></p><p>　　式中，I30為線路的計算電流。我國現(xiàn)行的經(jīng)濟電流密度jec規(guī)定見表6.8所示。</p><p>　　該工廠為三班工作制，年最大有功利用小時為6000h，進線電纜選用鋁芯電纜，由表6.8查的jec=1.54。由公式6.1

66、計算得架空線路的經(jīng)濟截面</p><p>　　因此選用截面為95mm2，型號為LGJ-95的鋼芯鋁絞線，LGJ-95的允許載流量Ial=335A﹥I30=71.84A，因此滿足發(fā)熱條件。</p><p>　　2、35kV母線的選擇</p><p>　　由《發(fā)電廠電氣主系統(tǒng)》圖6.3查出鋁矩形導體的經(jīng)濟電流密度jec=0.68，故母線的經(jīng)濟截面</p>

67、<p>　　故35kV母線選用25×5mm2單條豎放矩形導體，其載流量為350A，比I30大，因此滿足要求。</p><p>　　表6.8 導線和電纜的經(jīng)濟電流密度</p><p>　　3、根據(jù)前面的計算數(shù)據(jù)，經(jīng)過綜合判斷，本設(shè)計的總降壓變電所35kV側(cè)選用中型屋外式配電裝置，并對該裝置所用到的電氣設(shè)備進行了效驗。其主要電氣設(shè)備的參數(shù)見表6.3，35kV側(cè)一次設(shè)備選擇

68、效驗表見表6.4。</p><p>　　表6.3 35kV屋外配電裝置主要電氣設(shè)備參數(shù)</p><p>　　表6.4 35kV側(cè)一次設(shè)備選擇校驗表</p><p>　　4、各車間變電所二次側(cè)一次設(shè)備的選擇與效驗</p><p>　　低壓開關(guān)設(shè)備的選擇與校驗，主要指低壓斷路器、低壓刀開關(guān)、低壓刀熔開關(guān)以及低壓負荷開關(guān)的選擇與校驗。本設(shè)計中個車

69、間變電所二次側(cè)均采用低壓短路器作為開關(guān)電器，并對其進行選擇、整定與校驗，其結(jié)果見表6.7。</p><p>　　表6.6 10kV側(cè)一次設(shè)備選擇校驗表</p><p>　　繼電保護裝置的整定計算</p><p>　　為了保證工廠供電系統(tǒng)的安全運行，避免過負荷和短路引起的過電流對系統(tǒng)的影響，因此在工廠的總降壓變電所和廠區(qū)供電系統(tǒng)中有不同類型的繼電保護裝置。為了保證對

70、保護裝置的選擇性、速動性、可靠性和靈敏性的基本要求，就需要對繼電保護裝置進行整定計算，來達到目的。本章對該工廠的總降壓變電所和廠區(qū)供電系統(tǒng)的主要保護裝置進行整定計算。</p><p>　　7.1 總降壓變電所35kV變壓器的保護</p><p>　　本設(shè)計的總降壓變電所采用S9-5000/35型電力變壓器，該變壓器的額定容量為5000KVA，所以本設(shè)計選擇對該變壓器裝設(shè)差動保護和瓦斯保護

71、。本設(shè)計變壓器保護均選用GL-15/10型繼電器進行保護，采用兩相兩繼電器式接線，其接線形式見圖7.1所示，反時限過電流保護的原理圖見附錄C。下面分別對繼電保護進行整定計算。</p><p><b>　　1、差動保護</b></p><p>　　差動保護能正確區(qū)分被保護元件保護區(qū)內(nèi)、外故障，并能瞬時切除保護區(qū)內(nèi)的故障。變壓器差動保護用來反映變壓器繞組，引出線及套管上各

72、種短路故障，是變壓器的主保護。本設(shè)計差動保護選用BCH-2型繼電器，原理接線圖見附錄C，變壓器各側(cè)有關(guān)數(shù)據(jù)見表7.1。</p><p>　　從表7.1可以看出，變壓器二次側(cè)電流I2大于一次側(cè)電流I1，所以選較大者10.5kV側(cè)為基本側(cè)。BCH-2型繼電器的平衡繞組WbⅠ接于10.5kV的基本側(cè)，平衡繞組WbⅡ接于35kV側(cè)。</p><p>　　計算差動保護基本側(cè)動作電流，在決定一次動作電

73、流時應(yīng)滿足下列三個條件：（1）躲過變壓器勵磁涌流的條件</p><p>　　Iop1=KrelITN，d=1.3×274.9A=357.4A</p><p>　?。?）躲過電流互感器二次短線不應(yīng)誤動作的條件</p><p>　　Iop1=KrelIL，max=1.3×450A=585A</p><p>　?。?）躲過外部穿

74、越性短路最大不平衡電流的條件</p><p>　　式中 Krel，Kst—可靠系數(shù)與電流互感器的同型系數(shù)，Krel取1.3，Kst取1；</p><p>　　ITN，d，IL，max—變壓器于基本側(cè)的額定電流與最大負荷電流；</p><p>　　，—改變變壓器分接頭調(diào)壓引起的相對誤差與整定匝數(shù)不同于計算匝數(shù)引起的相對誤差。去0.1，去初步0.05進行計算；<

75、/p><p>　　—在最大運行方式下，變壓器二次母線上短路，歸算于基本側(cè)的三相短路電流次暫態(tài)值。</p><p>　　表7.1 S9-5000/35型變壓器差動保護數(shù)據(jù)</p><p>　　選取上述條件計算值中最大的作為基本側(cè)的一次動作電流，即Iop1取585A。</p><p>　　差動繼電器基本側(cè)的動作電流為</p><

76、p>　　式中 KTAy，Kcon—基本側(cè)的電流互感器變比與其接線系數(shù)。</p><p>　　該繼電器在保持時其動作安匝數(shù)為</p><p>　　為了平衡得更精確，是不平衡電流影響更小，可將接于基本側(cè)平衡繞組WbⅠ作為基本側(cè)動作匝數(shù)的一部分，選取差動繞組Wb與平衡繞組WbⅠ的整定匝數(shù)Wd，set=6匝，WbⅠ，set=6匝，即Wop，set=Wd，set +WbⅠ，set=12匝。&

77、lt;/p><p><b>　　確定費平衡繞組匝數(shù)</b></p><p>　　I1（WbⅡ+Wd，set）=I2（WbⅠ，set+ Wd，set）</p><p>　　選整定匝數(shù)WbⅡ,set=2匝，其相對誤差為</p><p>　　要求相對誤差的絕對值不超過0.05，故滿足要求，不必重新計算動作電流值。</p>

78、;<p>　　確定短路繞組匝數(shù)，就是要確定短路繞組的插頭的插孔。它有四組插孔，短路繞組匝數(shù)越多，躲過勵磁涌流的性能越好，但當內(nèi)部故障電流中有較大非周期分量時，BCH-2型繼電器動作時間要延長，因此，對勵磁涌流倍數(shù)大的中、小容量變壓器，當內(nèi)部故障時短路電流非周期分量衰減較快，對保護動作時間要求較低，故多選用插孔C2-C1或D2-D1。本設(shè)計宜選用C1-C2插孔擰入螺釘，接通短路繞組。</p><p>

79、　　該繼電保護整定計算為單電源應(yīng)以最小運行方式下10kV側(cè)兩相短路反應(yīng)到電源進行效驗，10.5kV側(cè)母線兩端短路歸算到35kV側(cè)流入繼電器的電流為</p><p>　　35kV電源側(cè)BCH-2型繼電器的動作電流為</p><p>　　則差動保護裝置的最小靈敏系數(shù)為</p><p>　　可見，滿足靈敏性要求.</p><p><b>

80、;　　2、瓦斯保護</b></p><p>　　瓦斯保護又稱氣體繼電保護，是保護油浸式電力變壓器內(nèi)部故障的一種基本的相當靈敏的保護裝置，按GB50062—1992規(guī)定，800KVA及以上的油浸式變壓器和400KVA及以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均裝設(shè)瓦斯保護。故該廠總降壓變電所主變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護。</p><p>　　7.2 35kV電力線路保護</p>&l

81、t;p>　　該工廠有35kV進線線路兩條，一條為工作電源，另一條為備用電源。本設(shè)計35kV線路保護選用DL-10型繼電器，采用兩相兩繼電器式接線，其接線形式見圖7.1所示。35kV線路采用的保護有過電流保護、電流速斷保護和過負荷保護，其接線圖見附錄C，下面進行保護的整定計算。</p><p>　　圖7.1 兩相兩繼電器式接線圖</p><p>　　1、過電流保護的整定計算</p

82、><p>　　該線路的I30=285.3A，本設(shè)計的線路過電流保護的整定值取I30的2倍，故IL·max=2I30=570.6A。電流互感器變比為100/5，故整定電流</p><p>　　所以動作電流整定為43A。根據(jù)工廠的相關(guān)資料，該過電流保護的動作時間為2s。</p><p>　　2、電流速斷保護的整定計算</p><p>　　該

83、線路三相短路電流周期分量有效值Ik·max=4860A，根據(jù)電流速斷保護的整定計算公式得動作電流</p><p>　　因此，電流速斷保護的動作電流為84A。</p><p><b>　　3、過負荷保護</b></p><p>　　線路的過負荷保護一般對可能經(jīng)常出現(xiàn)過負荷的電纜線路予以裝設(shè)，一般延時動作于信號。由于本工廠負荷較大，容易出

84、現(xiàn)過負荷現(xiàn)象，故本設(shè)計選用過負荷保護，過負荷保護的動作電流</p><p>　　故過負荷保護的整定值為18.5A，動作時間取15s。</p><p>　　八、防雷保護與接地裝置的設(shè)計</p><p>　　8.1 變電所防雷保護與防雷裝置的選擇</p><p><b>　　1、變電所防雷保護</b></p>

85、<p>　　變電所及其屋外配電裝置，應(yīng)裝設(shè)避雷針來防護直擊雷。由于該廠變電所35kV采用屋外配電裝置，故屋外配電裝置和變電所均需裝設(shè)避雷針進行直擊雷防護。變電所屋頂為平屋頂，宜用避雷帶做接閃器。根據(jù)它的防雷等級確定其引下線間距小于18m，避雷網(wǎng)格小于10m×10m或12m×8m，至少設(shè)兩處防雷接地測試點，其屋頂防雷平面圖見附錄D。</p><p>　　為了防止雷電侵入波對變電所內(nèi)電

86、氣裝置特別是對主變壓器產(chǎn)生危害，應(yīng)該在變電所以下位置裝設(shè)避雷器：</p><p>　?。?）高壓架空線路的終端桿裝設(shè)閥式避雷器，且由于該工廠需要一段引入電纜，故在架空線終端裝設(shè)的避雷器要與電纜頭處的金屬外皮相連并一同接地；</p><p>　?。?）每組高壓母線上都應(yīng)裝設(shè)閥式避雷器。變電所內(nèi)所有閥式避雷器應(yīng)以最短的接地線與配電裝置的主接地網(wǎng)相連。</p><p>&

87、lt;b>　　2、防雷裝置的選擇</b></p><p>　?。?）接閃器及其引下線的選擇</p><p>　　按GB 50057-1994規(guī)定，本設(shè)計避雷帶均直徑為16mm的圓鋼。</p><p><b>　?。?）避雷器的選擇</b></p><p>　　該變電所采用電站型碳化硅閥式避雷器，其中35

88、kV側(cè)采用磁吹閥式避雷器，10kV側(cè)采用普通閥式避雷器。其技術(shù)特性見表8.1所示。</p><p>　　8.2 接地裝置的設(shè)計計算</p><p>　　因該工程未給出自然接地體的相關(guān)數(shù)據(jù)，因此該變電所采取人工接地體的形式，對各高低壓設(shè)備及變電所的其他設(shè)施進行接地保護。按《工廠供電》附錄表24可確定此變電所公共接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足以下兩個條件：</p><p>

89、　　RE≤120V/IE （1）</p><p>　　RE≤4Ω （2）</p><p>　　表8.1 電站型碳化硅閥式避雷器的技術(shù)特性</p><p>　　本設(shè)計總降壓變電所的接地電阻要求RE≤4Ω?，F(xiàn)初步考慮圍繞變電所周圍一圈直徑50mm、長2.5的鋼管

90、接地體，每隔5m打入一根，管子之間用40×4mm2的扁鋼焊接相聯(lián)。該變電所土質(zhì)屬于砂質(zhì)粘土，插《工廠供電》附錄表25得砂質(zhì)粘土的電阻率=100·m，求得單根鋼管接地電阻</p><p>　　RE（1）≈100/2.5Ω=40Ω</p><p>　　根據(jù)RE（1）/ RE=40/4=10，考慮到管子之間的電流屏蔽效應(yīng)和變電所布局，初選28根接地體。</p>

91、<p>　　以n=28和a/l=5m/2.5m=2去查《工廠供電》附錄表26.2，可得ηE≈0.58。因此可得</p><p>　　隨意滿足要求。接地裝置平面布置圖見附錄。</p><p><b>　　心得體會</b></p><p>　　在本次課程設(shè)計開始之前，我們搜集了許多相關(guān)的資料，參考了以前學過的變電所主結(jié)線圖，作了充分的準備

92、，然而在著手設(shè)計時，又出現(xiàn)了許多未預料的問題，如數(shù)據(jù)的計算的選取，主接線圖形式的選取等等，但在思考和老師的幫助之后還是做了妥善的解決。</p><p>　　通過對總圖的設(shè)計、負荷計算、無功補償?shù)挠嬎恪⒍搪冯娏鞯挠嬎慵霸O(shè)備的選型等一系列問題的處理，使我們對這門課有了更全面系統(tǒng)的認識。工廠供電就是從全局考慮電能的輸送分配，電能在電網(wǎng)中運輸及線路計算等，它有利于節(jié)約能源，避免浪費，確保工廠生產(chǎn)和生活用電的要求。<

93、/p><p>　　通過本次課程設(shè)計，也使我們深刻體會到電力系統(tǒng)這個方面的重要和強大。通過親手做設(shè)計，使自己的實踐動手能力有了一個很大的提高，為自己將來的設(shè)計工作作好了充分的準備。</p><p>　　總之，在本次設(shè)計中，我們發(fā)現(xiàn)了許多以往學習中的不足，也讓我們鞏固了許多以往掌握不太牢固的知識，學到了很多的東西。</p><p><b>　　參考文獻</b

94、></p><p>　　[1] 作者.書名[M].出版地:出版者，出版年.</p><p>　　[2] 國名或地區(qū)(加圓括弧)原作者.書名[M].譯者.出版地:出版社,出版年.</p><p>　　[3] 作者.篇名[J].期刊名,出版年,卷（期）:</p><p>　　[4] 作者.篇名[N].報紙名,年-月-日（版次）.&l

95、t;/p><p>　　[5] 作者.篇名[A].編著者.論文集名[C].出版地:出版者,出版 年.</p><p>　　[6] 作者.題名[D].保存地:保存單位,年份.</p><p>　　[7] 標準編號-發(fā)布年,標準名稱[S].</p><p>　　[8] 作者.電子文獻名.[電子文獻及載體類型標識].電子文獻出處或可獲得地址.&l