10kv工廠供電畢業(yè)設(shè)計
第1章 緒論
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)和分配，亦稱工廠配電。
電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力。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，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)及整個國民經(jīng)濟生活中應(yīng)用極為廣泛。
在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，但是它在產(chǎn)品成本中所占的比重一般很�。ǔ娀I(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。從另一方面來說，如果工廠的電能供應(yīng)突然中斷，則對工業(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。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經(jīng)濟建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經(jīng)濟建設(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，就必須達到以下基本要求：
（1） 安全 在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。 （2） 可靠 應(yīng)滿足電能用戶對供電可靠性的要求。 （3） 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
（4） 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。
此外，在供電工作中，應(yīng)合理地處理局部和全局、當(dāng)前和長遠等關(guān)系，既要照顧局部的當(dāng)前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應(yīng)發(fā)展。 第二節(jié) 工廠供電設(shè)計的一般原則
按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB50052-95 《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、GB50053-94 《10kv及以下設(shè)計規(guī)范》、GB50054-95 《低壓配電設(shè)計規(guī)范》等的規(guī)定，進行工廠供電設(shè)計必須遵循以下原則：
（1） 遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；
必須遵守國家的有關(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟政策。
（2） 安全可靠、先進合理；
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，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產(chǎn)品。 （3） 近期為主、考慮發(fā)展；
應(yīng)根據(jù)工作特點、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，適當(dāng)考慮擴建的可能性。 （4） 全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。
按負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計方案。工廠供電設(shè)計是整個工廠設(shè)計中的重要組成部分。工廠供電設(shè)計的質(zhì)量直接影響到工廠的生產(chǎn)及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設(shè)計的有關(guān)知識，以便適應(yīng)設(shè)計工作的需要。
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，變換和分配電能的場所，
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、控制與信號設(shè)備、繼電保護裝置和測量儀表、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)整電壓和無功功率的電容器組、靜止補償裝置或調(diào)相機。上述設(shè)備中，除控制與信號部分，繼電保護裝置、測量儀表、控制電源及通訊設(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：按電壓的升降分類，通常分為升壓變電所和降壓變電所兩大類。 （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)電機電壓升高用高壓或超高壓輸電線路把電能送到遠處負(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：主要特點是電壓等級高，進出回路多，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)計內(nèi)容及步驟
全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計，是根據(jù)各個車間的負(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝
對負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布局，結(jié)合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟的分配電能問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面。
(1)負(fù)荷計算:全廠總降壓變電所的負(fù)荷計算，是在車間負(fù)荷計算的基礎(chǔ)上進行的�？紤]車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)計算負(fù)荷及總功率因數(shù)。列出負(fù)荷計算表、表達計算成果。
(2)工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺數(shù)及容量選擇:參考電源進線方向，綜合考慮設(shè)置總降壓變電所的有關(guān)因素，結(jié)合全廠計算負(fù)荷以及擴建和備用的需要，確定變壓器的臺數(shù)和容量。
（3）工廠總降壓變電所主結(jié)線設(shè)計:根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負(fù)荷要求的可靠性級別和計算負(fù)荷數(shù)綜合主變壓器臺數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經(jīng)濟，安裝容易維修方便。
（4）廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設(shè)計:根據(jù)廠內(nèi)負(fù)荷情況，從技術(shù)和經(jīng)濟合理性確定廠區(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，計算出導(dǎo)線截面及電壓損失，由不同放案的可靠性，電壓損失，基建投資，年運行費用，有色金屬消耗量等綜合技術(shù)經(jīng)濟條件列表比值，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。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)算書表達設(shè)計成果。
（5）工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計算:工廠用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負(fù)荷，其容量運行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限容量系統(tǒng)供電進行短路計算。由系統(tǒng)不同運行方式下的短 路參數(shù)，求出不同運行方式下各點的三相及兩相短路電流。
（6）改善功率因數(shù)裝置設(shè)計:按負(fù)荷計算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過查表或計算求出達到供電部門要求數(shù)值所需補償?shù)臒o功率。由手冊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機還可以采用控制電機勵磁電流方式提供無功功率，改善功率因數(shù)。
（7）變電所高、低壓側(cè)設(shè)備選擇:參照短路電流計算數(shù)據(jù)和各回路計算負(fù)荷以及對應(yīng)的額定值，選擇變電所高、低壓側(cè)電器設(shè)備，如隔離開關(guān)、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關(guān)柜等設(shè)備。并根據(jù)需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗。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設(shè)計成果。
（8）變電所防雷裝置設(shè)計:考本地區(qū)氣象地質(zhì)材料，設(shè)計防雷裝置。進行防直擊的避雷針保護范圍計算，避免產(chǎn)生反擊現(xiàn)象的空間距離計算，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，并確定其接線部位。進行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗以及沖擊接地 電阻計算。
第二章 負(fù)荷計算與無功補償
第一節(jié) 工廠電力負(fù)荷的分級及其對供電的要求 （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），如說重要負(fù)荷、不重要負(fù)荷、動力負(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)荷的具體含義視具體情況而定。 （2）工廠電力負(fù)荷的分級
工廠的電力負(fù)荷，按GB50052—95規(guī)定，根據(jù)其對供電可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：
1）一級負(fù)荷
一級負(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)濟上造成重大損失者，如重大設(shè)備損壞、重大產(chǎn)品報廢、用重要原料生產(chǎn)的產(chǎn)品大量報廢、國民經(jīng)濟中重點企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需要長時間才能恢復(fù)等。
在一級負(fù)荷中，當(dāng)中斷供電將發(fā)生中毒、爆炸和火災(zāi)等情況的負(fù)荷，以及特別重要場所的不允許中斷供電的負(fù)荷，應(yīng)視為特別重要的負(fù)荷。
2）二級負(fù)荷
二級負(fù)荷為中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失者，如主要設(shè)備損壞、大量產(chǎn)品報廢、連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂需較長時間才能恢復(fù)、重點企業(yè)大量減產(chǎn)等。
3）三級負(fù)荷
三級負(fù)荷為一般電力負(fù)荷，所有不屬于上述一、二級負(fù)荷者。 （3）各級電力負(fù)荷對供電電源的要求
1）一級負(fù)荷對供電電源的要求
由于一級負(fù)荷屬重要負(fù)荷，如中斷供電造成的后果十分嚴(yán)重，因此要求由兩個電源供電，當(dāng)其中一個電源發(fā)生故障時，另一個電源應(yīng)不致同時受到損壞。
一級負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，除上述兩個電源外，還必須增設(shè)應(yīng)急電源。為保證對特別重要負(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)急電源可使用下列幾種電源：
① 獨立于正常電源的發(fā)電機組。
② 供電網(wǎng)絡(luò)中獨立于正常電源的專門饋電線路。 ③ 蓄電池。 ④ 干電池。
2）二級負(fù)荷對供電電源的要求
二級負(fù)荷，要求由兩回路供電，供電變壓器也應(yīng)有兩臺（這兩臺變壓器不一定在同一個變電所）。在其中一回路或一臺變壓器發(fā)生常見故障時，二級負(fù)荷應(yīng)不致中斷供電，或中斷后能迅速恢復(fù)供電。只有當(dāng)負(fù)荷較小或者當(dāng)?shù)毓╇姉l件困難時，二級負(fù)荷可由一回路6kV及以上的專用架空線路供電。這是考慮架空線路發(fā)生故障時，較之電纜線路發(fā)生故障時易于發(fā)現(xiàn)且易于檢查和修復(fù)。當(dāng)采用電纜線路時，必須采用兩根電纜并列供電，每根電纜應(yīng)能承擔(dān)全部二級負(fù)荷。
3）三級負(fù)荷對供電電源的要求
由于三級負(fù)荷為不重要的一般負(fù)荷，因此它對供電電源無特殊要求。 第二節(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： （1）連續(xù)工作制
這類工作制的設(shè)備在恒定負(fù)荷下運行，且運行時間長到足以使之達到熱平衡狀態(tài)，如通風(fēng)機、水泵、空氣壓縮機、電機發(fā)電機組、電爐和照明燈等。機床電動機的負(fù)荷，一般變動較大，但其主電動機一般也是連續(xù)運行的。
（2）短時工作制
這類工作制的設(shè)備在恒定負(fù)荷下運行的時間短（短于達到熱平衡所需的時間），而停歇時間長（長到足以使設(shè)備溫度冷卻到周圍介質(zhì)的溫度），如機床上的某些輔助電動機（例如進給電動機）、控制閘門的電動機等。
（3）斷續(xù)周期工作制
這類工作制的設(shè)備周期性地時而工作，時而停歇，如此反復(fù)運行，而工作周期一般不超過10min，無論工作或停歇，均不足以使設(shè)備達到熱平衡，如電焊機和吊車電動機等。
第三節(jié) 負(fù)荷名稱與等級確定 負(fù)荷資料
第四節(jié) 與負(fù)荷計算有關(guān)的物理量 （1）年最大負(fù)荷和年最大負(fù)荷利用小時
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)荷不是偶然出現(xiàn)的，而是全年至少出現(xiàn)過2～3次）消耗電能最大的半小時的平均功率，因此年最大符合也稱為半小時最大負(fù)荷P30。
2）年最大負(fù)荷利用小時
年最大負(fù)荷利用小時又稱為年最大負(fù)荷使用時間Tmax，它是一個假想時間，在此時間內(nèi)，電力負(fù)荷按年最大負(fù)荷Pmax（或P30）持續(xù)運行所消耗的電能，恰好等于該電力負(fù)荷全年實際消耗的電能。
年最大負(fù)荷利用小時是反映電力負(fù)荷特征的一個重要參數(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)荷在一定時間t內(nèi)平均消耗的功率，也就是電力負(fù)荷在該時間t內(nèi)消耗的電能Wt除以時間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 對負(fù)荷曲線來說，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)荷起伏變動的程度。從充分發(fā)揮供電設(shè)備的能力、提高供電效率來說，希望此系數(shù)越高越趨近于1越好。從發(fā)揮整個電力系統(tǒng)的效能來說，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)。
對用電設(shè)備來說，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)備組計算負(fù)荷的確定
供電系統(tǒng)要能夠在正常條件下可靠地運行，則其中各個元件（包括電力變壓器、開關(guān)設(shè)備及導(dǎo)線、電纜等）都必須選擇得當(dāng)，除了應(yīng)滿足工作電壓和頻率的要求外，最重要的就是要滿足負(fù)荷電流的要求。因此有必要對供電系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的電力負(fù)荷進行統(tǒng)計計算。
通過負(fù)荷的統(tǒng)計計算求出的、用來按發(fā)熱條件選擇供電系統(tǒng)中各元件的負(fù)荷值，稱為計算負(fù)荷。根據(jù)計算負(fù)荷選擇的電氣設(shè)備和導(dǎo)線電纜，如以計算負(fù)荷連續(xù)運行，其發(fā)熱溫度不會超過允許值。
由于導(dǎo)體通過電流達到穩(wěn)定溫升的時間大約為（3～4）τ，τ為發(fā)熱時間常數(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）后可達到穩(wěn)定溫升值。由此可見，計算負(fù)荷實際上與從負(fù)荷曲線上查得的半小時最大負(fù)荷P30（亦年最大負(fù)荷Pmax）是基本相當(dāng)?shù)摹Ｋ杂嬎阖?fù)荷也可認(rèn)為就是半小時最大負(fù)荷。因此使用半小時最大負(fù)荷P30來表示其有功計算負(fù)荷，而無功計算負(fù)荷、視在計算負(fù)荷和計算電流則分別表示為Q30、S30和I30。
計算負(fù)荷是供電設(shè)計計算的基本依據(jù)。計算負(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)濟合理。如計算負(fù)荷確定過大，將使電器和導(dǎo)線電纜選的過大，造成投資和金錢的浪費。如計算負(fù)荷確定過小，又將使電器和導(dǎo)線電纜處于過負(fù)荷下運行，增加電能損耗，產(chǎn)生過熱，導(dǎo)致絕緣過早老化甚至燒毀，同樣要造成損失。由此可見，正確確定計算負(fù)荷意義重大。但由于負(fù)荷情況復(fù)雜，影響計算負(fù)荷的因素很多，雖然各類負(fù)荷的變化有一定的規(guī)律可循，但仍難準(zhǔn)確確定計算負(fù)荷的大小。實際上，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)荷計算只能力求接近實際。
負(fù)荷計算的方法
負(fù)荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項式等幾種。 本設(shè)計采用需要系數(shù)法確定。 主要計算公式有： 總?cè)萘浚篜e=ΣPN
有功計算負(fù)荷：P30=Kd*Pe 無功計算負(fù)荷：Q30=P30*tanφ 視在計算負(fù)荷：S30=P30/cosφ 計算電流：I30=S30/√3Un
通過工廠供電有關(guān)書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)荷利用小時為5800小時。 由上述伏在資料可知該車間負(fù)載總?cè)萘繛椋篜e=4540kw
有功計算負(fù)荷為：P30= Kd*Pe=0.28*4540=1358kw 無功計算負(fù)荷為：Q30=P30*tanφ=1358*1.33=1806kvar 視在計算負(fù)荷為：S30=P30/cosφ=1358/0.6=2263var 計算電流為：I30=S30/√3Un=2263/√3*380=3.43
第三章 無功補償
第一節(jié) 無功補償?shù)哪康暮头桨?/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)備運行性能、提高其自然功率因數(shù)的情況下，尚達不到規(guī)定的工廠功率因數(shù)要求時，則需考慮人工補償。
我國電力工業(yè)部于1996年制定的《供電營業(yè)規(guī)則》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)荷時的功率因數(shù)應(yīng)達到下列規(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)為達到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補償裝置。
這里所指的功率因數(shù)，即為最大負(fù)荷時的功率因數(shù)。
第二節(jié) 無功補償?shù)挠嬎慵霸O(shè)備選擇
我國《供電營業(yè)規(guī)則》規(guī)定：容量在100kV·A及以上高壓供電用戶，最大負(fù)荷時的功率因數(shù)不得低于0.9，如達不到上述要求，則必須進行無功功率補償。
一般情況下，由于用戶的大量如：感應(yīng)電動機、電焊機、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，達不到上述要求，因此需要采用無功補償措施來提高功率因數(shù)。當(dāng)功率因數(shù)提高時，在有功功率不變的情況下，無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、開關(guān)設(shè)備和較小截面的電線電纜，減少投資和節(jié)約有色金屬。因此，提高功率因數(shù)對整個供電系統(tǒng)大有好處。
要使功率因數(shù)提高，通常需裝設(shè)人工補償裝置。最大負(fù)荷時的無功補償容量QN·C應(yīng)為：
'
QN·C=QC?QC=PC（tan?-tan?'） (2.7)
按此公式計算出的無功補償容量為最大負(fù)荷時所需的容量，當(dāng)負(fù)荷減小時，補償容量也應(yīng)相應(yīng)減小，以免造成過補償。因此，無功補償裝置通常裝設(shè)無功功率自動補償控制器，針對預(yù)先設(shè)定的功率因數(shù)目標(biāo)值，根據(jù)負(fù)荷的變化相應(yīng)投切電容器組數(shù)，使瞬時功率因數(shù)滿足要求。
提高功率因數(shù)的補償裝置有穩(wěn)態(tài)無功功率補償設(shè)備和動態(tài)無功功率補償設(shè)備。前者主要有同步補償機和并聯(lián)電容器。動態(tài)無功功率補償設(shè)備用于急劇變動的沖擊負(fù)荷。
低壓無功自動補償裝置通常與低壓配電屏配套制造安裝，根據(jù)負(fù)荷變化相應(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償容量后，就可根據(jù)選定的單相并聯(lián)電容器容量qN·C來確定電容器組數(shù)：
n?
QN.C
(2.8) qN.C
在用戶供電系統(tǒng)中，無功補償裝置位置一般有三種安裝方式：
(1)高壓集中補償 補償效果不如后兩種補償方式，但初投資較少，便于集中運行維護，而且能對企業(yè)高壓側(cè)的無功功率進行有效補償，以滿足企業(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)低壓集中補償 補償效果較高壓集中補償方式好，特別是它能減少變壓器的視在功率，從而可使主變壓器的容量選的較小，因而在實際工程中應(yīng)用相當(dāng)普遍。
(3)低壓分散補償 補償效果最好，應(yīng)優(yōu)先采用。但這種補償方式總的投資較大，且電容器組在被補償?shù)脑O(shè)備停止運用時，它也將一并被切除，因此其利用率較低。
本次設(shè)計采用低壓集中補償方式。
PC QC SC 取自低壓母線側(cè)的計算負(fù)荷，cos?提高至0.92
cos?=
Qnc=Pc(tan?-tan?')
PC
=1358/2263=0.60 SC
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）此時取Qnc=1300 qN.C
所以n=1300kvar/100kvar=13 取13 補償后的視在計算負(fù)荷
22
SC=PC?(QC?QN·C）=√1358*1358+(1806-1222)* (1806-1222)=1478kV·A
cos?=
PC
=1358/1478=0.919 SC
變壓器的功率損耗為：
△PT = 0.01 S30c= 0.01 * 1478= 14.78 Kw △QT = 0.05 S30c= 0.05 * 1478 = 57.95 Kvar 變電所高壓側(cè)計算負(fù)荷為： P30′= 1358+ 14.78 =1372.78 Kw
Q30′= (1806-1222 )+ 57.95= 641.95 Kvar S30′ = (P302 + Q302) 1/2= 1515.46 KV .A 無功率補償后，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)計的要求 因為0.91≥0.90
第四章 變壓器類型、臺數(shù)及容量選擇
第一節(jié) 變壓器類型選擇
電力變壓器類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。工廠變電所一般采用三相變壓器。 變壓器按調(diào)壓方式分為有無載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種。10kV配電變壓器一般采用無載調(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)大多采用雙繞組變壓器。
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)載能力強和高壓側(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，從而在TN及TT系統(tǒng)接地形式的低壓電網(wǎng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 第二節(jié) 變壓器臺數(shù)選擇
選擇主變壓器臺數(shù)時應(yīng)考慮下列原則：
（1）應(yīng)滿足用電負(fù)荷對供電可靠性的要求。對供有大量一、二級負(fù)荷的變電所，宜采用兩臺變壓器，以便當(dāng)一臺變壓器發(fā)生故障或檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負(fù)荷繼續(xù)供電。對只有二級而無一級負(fù)荷的變電所，也可以只用一臺變壓器，但必須在低壓側(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）對季節(jié)性負(fù)荷或晝夜負(fù)荷變動較大而宜采用經(jīng)濟運行方式的變電所，也可考慮采用兩臺變壓器。
（3）除上述情況外，一般車間變電所宜采用一臺變壓器。但是負(fù)荷集中而容量相當(dāng)大的變電所，隨為三級負(fù)荷，也可以采用兩臺或以上變壓器。
（4）在確定變電所主變壓器臺數(shù)時，應(yīng)適當(dāng)考慮負(fù)荷的發(fā)展，留有一定的余地。 根據(jù)上述原則及化纖廠的實際情況，該原液車間變電所主變壓器的臺數(shù)應(yīng)選擇為2臺。以便一臺發(fā)生故障或檢修時，另一臺變壓器能繼續(xù)供電。 第三節(jié) 變壓器容量選擇
裝設(shè)兩臺主變壓器的變電所，每臺變壓器的容量ST應(yīng)同時滿足以下兩個條件： 1） 任一臺單獨運行時，ST≥（0.6-0.7）S′30（1） 2） 任一臺單獨運行時，ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）
由于S′30（1）= 2263 KV·A，因為該廠都是上二級負(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1600 KV·A的變壓器二臺 。型號為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
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、變壓器、開關(guān)電氣、互感器、電抗器及連接線路等設(shè)備），按一定順序連接而成的一個接受和分配電能的總電路。由于交流供電系統(tǒng)通常是三相對稱的，故在主接線圖中，一般用一根線來表示三相電路，僅在個別三相設(shè)備不對稱或需進一步說明的地方，部分地用三條線表示，這樣就將三相電路圖繪成了單線圖。為使看圖容易起見，圖上只繪出系統(tǒng)的主要元件及相互間的連接。
電氣主接線單線圖應(yīng)按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖形符號與文字符號繪制，通常還在圖上標(biāo)明主要電氣設(shè)備的型號和技術(shù)參數(shù)，以方便閱讀。
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。
第二節(jié) 主結(jié)線的選擇原則
（1）當(dāng)滿足運行要求時，應(yīng)盡量少用或不用斷路器，以節(jié)省投資。
（2）當(dāng)變電所有兩臺變壓器同時運行時，二次側(cè)應(yīng)采用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)單臺變壓器時，宜采用線路變壓器組結(jié)線。
（4）為了限制配出線短路電流，具有多臺主變壓器同時運行的變電所，應(yīng)采用變壓器分列運行。
（5）接在線路上的避雷器，不宜裝設(shè)隔離開關(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)線路隔離開關(guān)。
（7)采用6～10 KV熔斷器負(fù)荷開關(guān)固定式配電裝置時，應(yīng)在電源側(cè)裝設(shè)隔離開關(guān)。 （8)由地區(qū)電網(wǎng)供電的變配電所電源出線處，宜裝設(shè)供計費用的專用電壓、電流互感器（一般都安裝計量柜）。
（9)變壓器低壓側(cè)為0.4KV的總開關(guān)宜采用低壓斷路器或隔離開關(guān)。當(dāng)有繼電保護或自動切換電源要求時，低壓側(cè)總開關(guān)和母線分段開關(guān)均應(yīng)采用低壓斷路器。 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)點是接線簡單清晰、設(shè)備少、操作方便、便于擴建和采用成套配電裝置；
缺點：不夠靈活可靠，任一元件（母線及母線隔離開關(guān)等）故障檢修，均需要使整個配電裝置停電，單母線可用隔離開關(guān)分段，但當(dāng)一段母線故障時，全部回路仍需短時停電，在用隔離開關(guān)將故障的母線段分開后才能恢復(fù)非故障段的供電。
適用范圍：適應(yīng)于容量較小、對供電可靠性要求不高的場合，出線回路少的小型變配電所，一般供三級負(fù)荷，兩路電源進線的單母線可供二級負(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線時，可用斷路器將母線分段，成為單母線分段接線。母線分段后，可提高供電的可靠性和靈活性。在正常工作時，分段斷路器可接通也可斷開運行。兩路電源進線一用一備時，分段斷路器接同運行，此時，任一段母線出現(xiàn)故障，分段斷路器與故障段進線斷路器都會在繼電保護裝置作用下自動斷開，將故障段母線切除后，非故障段母線便可繼續(xù)工作，而當(dāng)兩路電源同時工作互為備用時，分段斷路器則斷開運行，此時若任一電源出現(xiàn)故障，電源進線斷路器自動斷開，分段斷路器可自動投入，保證給全部出線或重要負(fù)荷繼續(xù)供電。
圖3.2 單母線分段主接線
單母線分段接線保留了單母線接線的優(yōu)點，又在一定程度上克服了它的缺點，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一級負(fù)荷的供電等。
第四節(jié) 電氣主接線的確定
電源進線為兩路，變壓器臺數(shù)為兩臺。二次側(cè)采用單母線分段接線。兩路外供電源容量相同且可供全部負(fù)荷，采用一用一備運行方式，故變壓器一次側(cè)采用單母線接線，而二次側(cè)采用單母線分段接線。
該方案中，兩路電源均設(shè)置電能計量柜，且設(shè)置在電源進線主開關(guān)之后。變電所采用直流操作電源，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，先斷開工作電源進線斷路器，然后接通備用電源進線斷路器，由備用電源供所有負(fù)荷。備用電源的投入方式采用備用電源自動投入裝置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重新合閘的裝置叫自動重合閘。工作原理見附錄表)。
第六章 短路計算與電氣設(shè)備選擇校驗
第一節(jié) 短路的原因及后果 1、短路的原因：
工廠供電系統(tǒng)要求正常地不簡短地對用電負(fù)荷供電，以保證工廠生產(chǎn)和生活的正常進行。但是由于各種原因，也難免出現(xiàn)故障，而使系統(tǒng)的正常運行遭到破壞。系統(tǒng)中最常見的故障就是短路。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)生通路的情況。
產(chǎn)生短路的原因很多，主要有以下幾個方面：
（1）元件損壞，例如絕緣材料的自然老化，設(shè)計、安裝及維護不良帶來的設(shè)備缺陷發(fā)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，例如運行人員帶負(fù)荷拉刀閘，線路或設(shè)備檢修后為拆除接地線就加上電壓等；
（4）其它，例如挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分等。 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，短路電流可達幾萬甚至幾十萬安。如此大的短路電流可對供電系統(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）短路時電壓要驟降，嚴(yán)重影響電氣設(shè)備的正常運行；
（3）短路可造成停電，而且越靠近電源，停電范圍越大，給國民經(jīng)濟造成的損失也越大；
（4）嚴(yán)重的短路要影響電流系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，可使并列運行的發(fā)電機組失去同步，造成系統(tǒng)解列；
（5）單相短路，其電流將產(chǎn)生較強的不平衡交變磁場，對附近的通信線路、電子設(shè)備等產(chǎn)生干擾，影響其正常運行，甚至使之發(fā)生誤動作。
由此可見，短路的后果是十分嚴(yán)重的，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)生可能的最大短路電流時不致?lián)p壞。為了選擇切除短路故障懂得開關(guān)電器、整定短路保護的繼電保護裝置和選擇限制短路電流的元件（如電抗器）等，也必須計算短路電流。 第二節(jié) 短路電流及其計算
供電系統(tǒng)應(yīng)該正常的不間斷地可靠供電，以保證生產(chǎn)和生活的正常進行。但是供電系統(tǒng)的正常運行常常因為發(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)體接地或相互接觸并產(chǎn)生超出規(guī)定值的大電流。
造成短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的絕緣損壞、誤動作、雷擊或過電壓擊穿等。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)它通過電氣設(shè)備時，設(shè)備的載流部分變形或損壞，選用設(shè)備時要考慮它們對短路電流的穩(wěn)定。短路電流在線路上產(chǎn)生很大的壓降，離短路點越近的母線，電壓下降越厲害，從而影響與母線連接的電動機或其它設(shè)備的正常運行。
計算方法采用標(biāo)幺值法計算。進行計算的物理量，不是用具體單位的值，而是用其相對值表示，這種計算方法叫做標(biāo)幺值法。標(biāo)幺值的概念是：
該量的實際值?任意單位?某量的標(biāo)幺值= （6.1） 該量的標(biāo)準(zhǔn)值與實際值同單位所謂基準(zhǔn)值是衡量某個物理量的標(biāo)準(zhǔn)或尺度，用標(biāo)幺值表示的物理量是沒有單位的。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點短路和380V低壓母線上K-2點短路電流和短路容量。電源側(cè)短路容量定為Sk=250MV·A ⑴．確定基準(zhǔn)值：
取 Sd=100MV·A Uc1=10kV Uc2=0.4kV Id1= Id2=
⑵．計算： 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=0.4 ②
架空線路
(10.5kV)
A X2*=X0LSd/Uc2=0.35Ω/km*1km*100MV·=0.38 2
③ 電力變壓器
4*100*103kV·A
*
X3=Uk%Sd/100SNT=100*1600kV·A=2.5
⑶．求K-1點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
三相短路電流周期分量有效值
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 =7.41kA i (3)sh =2.55*7.41kA=18.90kA I(3)sh =1.51*7.41kA=11.19kA ④
三相短路容量
S(3)k-1 = Sd/X*∑(k-1) =100MV·A/0.78=128.2 MV·A·
⑷．求K-2點的短路電路總阻抗標(biāo)幺值及三相短路電流和短路容量： 兩臺變壓器并列運行： ①
總電抗標(biāo)幺值
X**∑(k-2) =X1+X*2+X*3// X*4=0.4+0.38+2.52
=2.03 ②
三相短路電流周期分量有效值
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，R∑
此：
I”(3)k-2 =I (3)∞k-2 = I(3)k-2 =71.01kA i (3)sh =2.26*71.01kA=160.48kA I(3)sh =1.31*71.01kA=93.02kA ④
三相短路容量
S(3)k-2 = S*d/X∑(k-2) =100MV·A/2.03=49.26 MV·A 兩臺變壓器分列運行： ① 總電抗標(biāo)幺值
X*∑(k-2) =X*1+X*2+X*3=0.4+0.38+2.5=3.28 ② 三相短路電流周期分量有效值
I(3)*k-2 = Id2/X∑(k-2) =144.34kA/3.28=44.01kA ③ 其他三相短路電流
I”(3) (3)k-2 =I∞k-2 = I(3)k-2 =44.01kA i (3)sh =2.26*44.01kA=99.46kA I(3)sh =1.31*44.01kA=57.65kA ④ 三相短路容量
Sk-2(3) = Sd/X*∑(k-2) =100MV·A/3.28=30.49MV·A
表6.1 高壓短路計算結(jié)果
第四節(jié) 低壓電網(wǎng)三相短路計算
求短路點K-1和K-2處的三相和單相短路電流。
圖6.2 低壓電網(wǎng)短路電流計算圖
根據(jù)高壓電網(wǎng)短路計算及查表對照的結(jié)果，取變壓器高壓側(cè)短路容量為70MV·A ⑴ 計算有關(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= 0.995 ZS =0.995*2.29mΩ=2.28MΩ RS= 0.1 XS =0.1*2.28mΩ=0.228MΩ
相零阻抗
Xφ-0。S= 2XS/3=1.52MΩ
Rφ-0。S= 2RS/3=0.152 MΩ ②
變壓器的阻抗（查表得S9-1600/10 Dyn11型電力變壓器，△PK=4.95KW，UK%=4.5） 每相阻抗
RT=△PK Uc2/S2N.T=4.95kW*（400V）2/（1600kV·A）2=0.31 mΩ ZT= UK% Uc2/100SN.T=4*（400V）2/（100*1600kV·A）=4mΩ
22
XT= ZT?RT=42?0.312mΩ=3.99 mΩ
相零阻抗（Dyn11聯(lián)結(jié)） Rφ-0。T= RT=0.31mΩ Xφ-0。T= XT=3.99 mΩ
③
母線和電纜的阻抗
母線WB查表的單位長度每相阻抗及相零回路阻抗值： 每相阻抗
RWB=rL= 0.031mΩ/ m*6 m=0.186 mΩ
XWB=xL=0.170mΩ/ m*6 m=1.02 mΩ
相零阻抗
Rφ-0。WB = rφ-0 L = 0.104mΩ/ m*6 m=0.624 mΩ Xφ-0。WB= xφ- L 0=0.394mΩ/ m*6 m=2.364 mΩ
電纜WL查表的單位長度每相阻抗及相零回路阻抗值： 每相阻抗
RWL=rL= 0.310mΩ/ m*100 m=31 mΩ
XWL=xL=0.078mΩ/ m*100m=7.8mΩ
相零阻抗
Rφ-0。WL = rφ-0 L = 1.128mΩ/ m*100 m=112.8 mΩ Xφ-0。WL= xφ- L 0=0.178mΩ/ m*100 m=17.8mΩ ⑵ 計算各點的短路電流 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=0.724 mΩ
X∑= XS+XT+XWB=（2.28+3.99+1.02）mΩ=7.29 mΩ
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)= 2ksh Ik (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=1.086 mΩ Xφ-0 = Xφ-0。S+ Xφ-0。T+ Xφ-0。WB =（1.52+3.99+2.364）mΩ=7.87 mΩ
單相短路電流
22
Ik (1) = Uφ/R?= 220V/.0862?7.872 mΩ=27.7kA ?0?X??0
② k-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=31.72 mΩ X∑= 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)= 2ksh Ik (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=113.89 mΩ
Xφ-0 = Xφ-0。S+ Xφ-0。T+ Xφ-0。WB+ Xφ-0。WL
=（1.52+3.99+2.364+17.8）mΩ=25.67 mΩ
單相短路電流
2222 Ik (1) = Uφ/R??0?X??0= 220V/.89?25.67 mΩ=1.88kA
2
R2??X?）=400V/（3
31.722?15.092）mΩ=6.57kA
表6.2 低壓短路計算結(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，應(yīng)依照國家十至二十年的長遠規(guī)劃和五至十年的系統(tǒng)設(shè)計，搞清所選變電所的負(fù)荷分布，近期和遠期在系統(tǒng)中的地位和作用，系統(tǒng)連接方式，電源潮流，負(fù)荷對象，供電要求等，以滿足國民經(jīng)濟發(fā)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須適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)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，必然就會減少輸電線路的投資和電能的損耗，既經(jīng)濟又節(jié)省能源。
因此變電所位置的確定遵循以下原則：
(1)接近負(fù)荷中心。接近負(fù)荷中心主要從節(jié)約一次投資和減少運行時電能損耗的角度出發(fā)。
(2)進出線方便。要有足夠的進出線走廊，提供給架空進線、電纜溝或電纜隧道。
(3)靠近電源側(cè)。變電所應(yīng)靠近電源進線側(cè)布置，以免過大的功率倒送，產(chǎn)生不必要的電能損耗和電壓損失。
(3)滿足供電半徑的要求。由于電壓等級決定了線路最大的輸送功率和輸送距離，供電半徑過大導(dǎo)致線路上電壓損失太大，使末端用電設(shè)備處的電壓不能滿足要求。因此變電所的位置應(yīng)保證所有用電負(fù)荷均處于該站的有效供電半徑內(nèi)，否則應(yīng)增加變電所或采取其他措施。
(4)運輸設(shè)備方便。
(5)避免設(shè)在有劇烈震動和高溫的場所。
(6)避免設(shè)在多塵或有腐蝕性氣體的場所。
(7)避免設(shè)在潮濕或易積水場所。
第二節(jié) 配電室建筑要求
目前，在6～35KV 各級電壓屋內(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位置。也是土建專業(yè)進行房屋設(shè)計的主要依據(jù)之一。
室內(nèi)平面布置是依據(jù)上述配置圖和第一節(jié)所講述的對配電裝置基本要求第三條內(nèi)容及對尺寸進行布置，布置時還應(yīng)考慮下列內(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。
配電室宜采用百葉窗與軸流風(fēng)機并用進行通風(fēng)。風(fēng)機的選擇應(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，接閃器就是專門用來接受直接雷擊（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)。
避雷器是用來防止雷電產(chǎn)生的過電壓波沿線路侵入變配電所或其它建筑物內(nèi)，以免危及被保護設(shè)備的絕緣。避雷器應(yīng)與被保護設(shè)備并聯(lián)，裝在被保護設(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：
（1）架設(shè)避雷線 這是防雷的有效措施，但造價高，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，可采用木橫擔(dān)、瓷橫擔(dān)或高一級的絕緣子，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保護線 由于3～10KV的線路是中性點不接地系統(tǒng)，因此可在三角形排列的頂線絕緣子裝以保護間隙。在出現(xiàn)雷電過電壓時，頂線絕緣子上的保護間隙被擊穿，通過其接地引下線對地泄放雷電流，從而保護了下面兩根導(dǎo)線，也不會引起線路斷路器跳閘。 （4）裝設(shè)自動重合閘裝置 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。如果采用一次ARD使斷路器經(jīng)0.5s或稍長一點時間后自動重合閘，電弧通常不會復(fù)燃，從而能恢復(fù)供電，這對一般用戶不會有什么影響。
（5）個別絕緣薄弱地點加裝避雷器 對架空線路上個別絕緣薄弱地點，如跨越桿、轉(zhuǎn)角桿、分支桿、帶拉線桿以及木桿線路中個別金屬桿等處，可裝設(shè)排氣式避雷器或保護間隙。
第二節(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)避雷針來防護直接雷擊。如果變配電所處在附近高建（構(gòu)）筑物上防雷設(shè)施保護范圍之內(nèi)或變配電所本身為室內(nèi)型時，不必再考慮直擊雷的保護。
（2）高壓側(cè)裝設(shè)避雷器 這主要用來保護主變壓器，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。在每路進線終端和每段母線上，均裝有閥式避雷器。如果進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)中性點不接地時（如IT系統(tǒng)），其中性點可裝設(shè)閥式避雷器或金屬氧化物避雷器或保護間隙。
在本設(shè)計中，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。專門為接地而人為裝設(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、裝置正常運行情況下是不載流的，但在故障情況下要通過接地故障電流。
接地線與接地體合稱為接地裝置。由若干接地體在大地中相互用接地線連接起來的一個整體，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)采用不少于兩根導(dǎo)體在不同地點與接地網(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)滿足以下兩個條件：
RE ≤ 250V/IE
RE ≤ 10Ω
式中IE的計算為
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)和最后的接地方案
根據(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
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
考慮到接地體的均勻?qū)ΨQ布置，選16mm根直徑50mm、長2.5m的鋼管作接 地體，用40×4mm2的扁鋼連接，環(huán)形布置。
選擇雙針等高避雷
附錄：
1、備用電源自動投入裝置（APD）
備用電源自動投入裝置電路圖及工作原理:
（1）正常工作狀態(tài) 斷路器QF1合閘，電源WL1供電；而斷路器QF2斷開，電源WL2備用。QF1的輔助觸點QF13-4閉合，時間繼電器KT動作，其觸點是閉合的，但由于斷路器QF1的另一對輔助觸點QF11-2處于斷開狀態(tài)，因此合閘接觸器KO不會通電動作。
（2）備用電源自動投入 當(dāng)工作電源WL1斷電引起失壓保護動作使斷路器QF1跳閘時，其輔助觸點QF13-4斷開，使時間繼電器KT斷電。在其延時斷開觸點尚未斷開前，由于斷路器QF1的輔助觸點QF11-2閉合，接通合閘接觸器KO回路，使之動作，接通斷路器QF2的合閘線圈YO回路，使QF2合閘，從而使備用電源WL2投入運行。在KT的延時斷開觸點經(jīng)延時（0.5s）斷開時，切斷KO合閘回路。QF2合閘后，其輔助觸點QF21-2斷開，切斷YO合閘回路。
2、電力線路的自動重合閘裝置（ARD）
ARD簡介：ARD是一種供電系統(tǒng)中事故處理裝置。它主要裝設(shè)在有架空線路出現(xiàn)的斷路器上。架空線路故障機會最多，且大多屬于臨時性的短路故障，如雷擊、大風(fēng)時導(dǎo)線碰撞、鳥獸跨接線路等，均可自行消除。
當(dāng)架空線路發(fā)生故障，由繼電保護裝置動作斷開后，同時啟動ARD裝置，經(jīng)過一定時限ARD裝置使斷路器重新合上，若線路故障是臨時性的，則重合閘成功又恢復(fù)供電；若線路故障是永久性的不能自行消除，再借助于繼電保護將線路切斷。
ARD裝置本身所需設(shè)備少投資不多，并可以減少停電損失，給國民經(jīng)濟帶來巨大的經(jīng)濟效益，在工業(yè)企業(yè)供電中得到了廣泛應(yīng)用。
按照規(guī)程規(guī)定，電壓在1kV以上的架空線路和電纜線路與架空的混合線路，當(dāng)具有斷路器時，一般均應(yīng)裝設(shè)ARD；對電力變壓器的母線，必要時可以裝設(shè)ARD。 自動重合閘裝置按其操作方式分，有機械式和電氣式；按組成元件分，有機電型、晶體管型和微機型；按重合次數(shù)分，有一次重合式、二次重合式和三次重合式。 一次自動重合閘的原理電路圖：
供配電系統(tǒng)中的ARD，一般是一次重合式，因為一次重合式比較簡單經(jīng)濟，而且基本上能滿足供電可靠性的要求。運行經(jīng)驗證明，ARD的重合成功率隨著重合次數(shù)的增加而顯著降低。對架空線路來說，一次重合成功率可達60%~90%,而二次重合成功率只有15%左右,三次重合成功率僅3%左右。因此一般用戶的供配電系統(tǒng)中只采用一次重合閘。
（1）手動合閘 按下合閘按鈕SB1，使合閘接觸器KO通電動作，接通合閘線圈YO回路，使斷路器合閘。
（2）手動跳閘 按下跳閘按鈕SB2，接通跳閘線圈YR回路，使短路器跳閘。
（3）自動重合閘 當(dāng)線路上發(fā)生短路故障時，保護裝置動作，其出口繼電器觸點KM閉合，接通跳閘線圈YR的回路，使斷路器跳閘。斷路器跳閘后，其輔助觸點QF3-4閉合，同時重合閘繼電器KAR起動，經(jīng)短延時（一般為0.5s）接通合閘接觸器KO回路，接觸器KO又接通合閘線圈YO回路，使斷路器重新合閘，恢復(fù)供電。
結(jié) 束 語
通過對三友化纖集團原液車間10KV變電所的設(shè)計，我加深了對工廠供電知識的理解，基本上掌握了進行一次設(shè)計所要經(jīng)歷的步驟，像總降壓的設(shè)計，我與其他同學(xué)一起進行課題分析、查資料，進行設(shè)計，整理說明書到最后完成整個設(shè)計。作為大學(xué)階段一次重要的學(xué)習(xí)經(jīng)歷我感覺自己受益非淺，同時深深的感覺的自己的學(xué)習(xí)能力在不斷提高，大學(xué)的時間很快就要過去了，作為大學(xué)時期的最后一份課程，我會用心去完成它的。 不久我們將走上工作崗位，這樣的學(xué)習(xí)機會對我們來說已經(jīng)不多了，我們非常重視。對于本次畢業(yè)論文我充分考慮了電的安全性、可靠性和靈活性，同時兼顧經(jīng)濟性，因此，采用了兩路電源進線和雙變壓器的配置，兩路外供電源容量相同且可供全部負(fù)荷，一用一備運行方式，以滿足生產(chǎn)、生活中二級負(fù)荷的需要。主要電氣設(shè)備的選擇是根據(jù)各設(shè)備安裝地點的使用條件，對短路電流進行計算，查表選用后再經(jīng)過認(rèn)真校驗，最后選定使用的產(chǎn)品。
設(shè)計的最后結(jié)果，基本滿足原液車間各個用電組供電要求，基本滿足了GB50053-94《10kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》的規(guī)范要求，有效的提高負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力，進一步提高供電可靠性。
本次的畢業(yè)設(shè)計,時間長、內(nèi)容多，幾乎涵蓋了大學(xué)中所學(xué)的知識。經(jīng)過了從收集資料、設(shè)計、繪圖、審核的整個過程。在此期間，自己動手查閱了大量的資料，一方面，充分地檢驗自己的設(shè)計能力，豐富了自己在電氣設(shè)計特別是變電站設(shè)計方面的知識，為自己將來從事該專業(yè)工作打下了堅實的基礎(chǔ)；另一方面，使我體會到搞設(shè)計或科研需要具備嚴(yán)謹(jǐn)求實、一絲不茍和勇于獻身的精神。這次的設(shè)計，我最大的收獲就是學(xué)到了工廠變電所的設(shè)計步驟與方法，還有學(xué)會了如何使用資料。
設(shè)計雖然完成了，但是，由于是初次進行這種具有很強實際意義的設(shè)計，經(jīng)驗的欠缺造成了在設(shè)計中還有很多不夠完善的地方，比如：在選擇一次設(shè)備的時候，對現(xiàn)在的產(chǎn)品知之甚少，整個變配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不夠優(yōu)化等。另外我只是掌握了變電所設(shè)計中很少的一部分知識，還有很多深奧的專業(yè)知識等著我去挖掘、去探索、去學(xué)習(xí)。我也將會在今后的工作學(xué)習(xí)中不斷充實自己，不斷完善自己的專業(yè)知識，為自身的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。
由于種種原因，在設(shè)計過程中難免出現(xiàn)錯誤，敬請各位專家和老師批評指正。
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