供电毕业论文

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3概述31.2 工厂供电设计的一般原则41.3 设计内容及步骤4第2章 变配电所的主接线图6概述6工厂供电必须达到以下基本要求6主接线方式的介绍72.2.1 母线连接方式72.2.2 供电系统主接线图的确定72.3 车间变电所主变压器的选择102.3.1 变电所主变压器台数的选择的原则102.3.2 变电所主变压器容量的选择102.4 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223.1 概 述223.1.1短路电流计算的目的22产生短路的原因22短路点位置的选择22.2短路电流的计算23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3-2：27最小运行方式下短路计算结果如下表3-3：28第4章 电气设备的选择与校验29概述29母线的选择294.3 35kV高压开关柜的选择324.3.1 高压开关柜型324.3.2 LDJ5-35型电流互感器的选择334.3.3 XRNP-35型高压限流熔断器334.3.4 HY5W型避雷器344.3.5 JDZ9-35型电压互感器344.3.6 JN12-35型接地开关34型隔离开关354.4 10kV开关柜的选择354.4.1 高压开关柜KYN28-12型35、LZZJ-10Q型电流互感器：37、RZL10型电压互感器37、XRNP3-10型高压熔断器37、HY5W型避雷器38、GN22-10型隔离开关38开关柜的选择39第5章 继电保护设计415.1 概 述415.2 本变配电站的继电保护装置42第6章变电站防雷保护436.1 概述436.1.1 变、配电所的防雷保护436.2 本设计采用的防雷保护措施44电缆进线的保护44母线上的防雷保护44致 谢45参考文献451 前 言工厂供电，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。1.2 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。 1.3 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。 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610KV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。2.3 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S应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即SSc考虑到节能和留有余量，变压器的负荷率一般取7085。（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：任一台单独运行时，SSC （2-1）任一台单独运行时，SSC(I+II) （2-2）条件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0.7，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21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： P=KPP无功功率: Q=KQQ视在功率: SC=计算电流: IC=各车间的负荷计算表21各车间的负荷计算项目设备容量Pc/kw需要系数Kd功率因数cosPc/kwQc/kvarSc/KVAIc/A铸造车间1180010081344铸造车间21600896整形车间198044163095整形车间2900405918机械加工车间1900315机械加工车间2720252钣金车间600300264400模具车间670335热处理车间590理化检测中心3208060100办公、食堂300180厂区照明3024根据图11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0.92，以使变压器高压测得功率因数达到0.9。计算结果见下表2-2：表2-2计算点D1的负荷计算点所有设备有功计算负P/kW所有设备无功计算负荷Q/kvar同 时系 数PC/kWQC/kvarSC/ kVAIC/A功率因 数cos补偿前C1点计算负荷10088871287补偿容量=实际取：16组30kvar=480kvar-480补偿后D1点计算负荷1030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P=P+P；Q=Q+Q。根据D1点补偿后的视在计算负荷SC=1030kVA，选择SCB10-1250/10型变压器，变压器额定容量S=1250KvA，(可查附录表13)。计算结果见下表2-3：表2-3计算点C1的负荷计算点变压器功率损耗（SC=1030kVA，S=1250kVA）PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功 率因 数cosP0/kWP/kWI0%UK%PT/kWQT/kvarC16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0.92，以使变压器高压测得功率因数达到0.9，计算结果见表2-4：表2-4计算D2点的负荷计算点所有设备有功计算负P/kW所有设备无功计算负荷Q/kvar同 时系 数PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功 率因数cos补偿前D2点计算负荷89611441738补偿容量=tg(arccos0.74)-tg(arc0.92)=411实际取：14组30kvar=420kvar-420补偿后D2点计算负荷9181395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P=P+P；Q=Q+Q。根据D2点补偿后的视在计算负荷SC=918 kVA，选择SCB10-1000/10型变压器，变压器额定容量S=1000 kVA (可查附录表13)。计算结果见下表2-5：表2-5计算点C2的负荷计算点变压器功率损耗（SC=513.32kVA，S=630 kVA）PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功 率因数cosP0/kWPK/kWI0%UK%PT/kWQT/kvarC26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0.92，以使变压器高压测得功率因数达到0.9，计算结果见表2-6：表2-6计算D3点的负荷计算点所有设备有功计算负P/kW所有设备无功计算负荷Q/kvar同 时系 数PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功 率因数cos补偿前D3点计算负荷6931485补偿容量=实际取：组1530kvar=450kvar450补偿后D3点计算负荷1082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P=P+P；Q=Q+Q。根据D3点补偿后的视在计算负荷SC=712.4 kVA，选择SCB10-800/10型变压器，变压器额定容量S=800kVA (可查附录表13)。计算结果见下表2-7：表2-7计算点C3的负荷计算点变压器功率损耗（SC=712.4kVA，S=800 kVA）PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功 率因数cosP0/kWPK/kWI0%UK%PT/kWQT/kvarC26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0.92，以使变压器高压测得功率因数达到0.9，计算结果见表2-8：表2-8计算D4点的负荷计算点所有设备有功计算负P/kW所有设备无功计算负荷Q/kvar同 时系 数PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功 率因数cos补偿前D4点计算负荷720684补偿容量=684实际取：组3230kvar=960kvar960补偿后D4点计算负荷684742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P=P+P；Q=Q+Q。根据D4点补偿后的视在计算负荷SC=742kVA，选择SCB10-800/10型变压器，变压器额定容量S=800kVA (可查附录表13)。计算结果见下表2-9：表2-9计算点C4的负荷计算点变压器功率损耗（SC=742kVA，S=800 kVA）PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功 率因数cosP0/kWPK/kWI0%UK%PT/kWQT/kvarC46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0.92，以使变压器高压测得功率因数达到0.9，计算结果见表2-10：表2-10计算D5点的负荷计算点所有设备有功计算负P/kW所有设备无功计算负荷Q/kvar同 时系 数PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功 率因数cos补偿前D5点计算负荷715补偿容量=tg(arccos0.7)-tg(arc0.92)=402实际取：组1430kvar=420kvar420补偿后D5点计算负荷1113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P=P+P；Q=Q+Q。根据D5点补偿后的视在计算负荷SCA，选择SCB10-800/10型变压器，变压器额定容量S=800kVA (可查附录表13)。计算结果见下表2-11：表2-11计算点C5的负荷计算点变压器功率损耗（SC=732.5kVA，S=800 kVA）PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功 率因数cosP0/kWPK/kWI0%UK%PT/kWQT/kvarC56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0.92，以使变压器高压测得功率因数达到0.9，计算结果见表2-12：表2-12计算D6点的负荷计算点所有设备有功计算负P/kW所有设备无功计算负荷Q/kvar同 时系 数PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功 率因数cos补偿前D6点计算负荷补偿容量=实际取：组1230kvar=360kvar360补偿后D4点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P=P+P；Q=Q+Q。根据D6点补偿后的视在计算负荷SCA，选择SCB10-630/10型变压器，变压器额定容量S=630kVA (可查附录表13)。计算结果见下表2-13：表2-13计算点C6的负荷计算点变压器功率损耗（SC=595.9kVA，S=630 kVA）PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功 率因数cosP0/kWPK/kWI0%UK%PT/kWQT/kvarC64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：表2-14计算点B1的负荷计算点C1、C3、C6有功计算负荷P/kWC1、C3、C6无功计算负Q/kvar同时系数有功计算负荷P/kw无功计算负荷Q/kvar视在计算负荷Sc/kva高压侧计算电流/A功率因数cosB1KPKQ补偿容量=实际取：组420kvar=80kvar80补偿后B1点计算负荷确定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P=P+P；Q=Q+Q。根据A1点视在计算负荷SC =kVA，选择SZ9系列双绕组有载变压器，每台变压器额定容量SSC =va 因此，取每台变压器额定容量S=2500kva，计算结果见下表2-15：表2-15计算点A1的负荷计算点变压器功率损耗（SC=2261.1 kVA，SN。T=2500 kVA）PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功率因数cosP0/kWPK/kWI0%UK%PT/kWQT/kvarA10.86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：表2-16计算点B2的负荷计算点C2、C4、C5有功计算负荷P/kWC2、C4、C5无功计算负Q/kvar同时系数有功计算负荷P/kw无功计算负荷Q/kvar视在计算负荷Sc/kva高压侧计算电流/A功率因数cosB2KPKQ补偿容量=实际取：组420kvar=80kvar80补偿后B2点计算负荷2326.98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P=P+P；Q=Q+Q。根据A2点视在计算负荷SC =kVA，选择SZ9系列双绕组有载变压器，每台变压器额定容量SSC =va 因此，取每台变压器额定容量S=2500kva，计算结果见下表2-17：表2-17计算点A2的负荷计算点变压器功率损耗（SC=2261.1 kVA，SN。T=2500 kVA）PC/kWQC/kvarSC/kVAIC/A功率因数cosP0/kWPK/kWI0%UK%PT/kWQT/kvarA2610952391第3章 短路电流的计算3.1 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3.1。 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。表3-1电力线路每相的单位长度电抗平均植线路结构线路电压35KV及以上610KV220380架空线路电缆线路（1）确定基准值设S d =100MVA，Ud=Uc，即Ud1=38.5kV，Ud2=10.5kV，Ud3则 I d1=S d/U d1=100MVA/（I d2 =S d/U d2=100MVA/（I d2 =S d/U d2=100MVA/（0.4kV）=144.34 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= 500MVA） X1*= 100/5002）电缆线路X2*5）100MVA/（38.5kV）3）电力变压器查表13得SZ9-2500/35变压器USCB101250/10变压器U%=6SCB101000/10变压器U%=6SCB10800/10变压器U%=6SCB10630/10变压器U%=4X3*= U%S d1001001000100X4*= U%S d100=61001000100X5*= U%S d100=610010001001000=6X6*= U%S d100=61001000100X7*= U%S d100=41001000100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*(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）3）其他三相短路电流 I(3)=I(3)= I(3) k-1=1kA i(3)sh I(3)1I(3) sh I(3)14）三相短路容量S(3) k-1=S d/ X*（k-1）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*(K-2) = X1*+X2*+X3*=0.2+1.29+2.6=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(3)=I(3)=I(3) k-2i(3)sh I(3)I(3) shI(3) 4）三相短路容量S(3) k-2=S d/ X*（k-2）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-3i(3)sh= I(3)=I(3) sh1I(3)1 4）三相短路容量S(3) k-2=S d/ X*（k-3）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=0.2+1.29+2.6+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-4i(3)sh= I(3)=I(3) sh1I(3)1 4）三相短路容量S(3) k-2=S d/ X*（k-4）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-4i(3)sh= I(3)=I(3) sh1I(3)1 4）三相短路容量S(3) k-2=S d/ X*（k-4）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-4i(3)sh= I(3)=I(3) sh1I(3)113.9kA=21kA 4）三相短路容量S(3) k-2=S d/ X*（k-4）A 3.4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计算点总标幺值三相短路电流/kA三相短路容量/MVAX*IK-1(3)I(3)I(3)i(3)shI(3) shS(3) kK-1点111K-2点K-3点K-4点K-5点K-6点213.5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计算点总标幺值三相短路电流/kA三相短路容量/MVAX*IK-1(3)I(3)I(3)i(3)shI(3) shS(3) kK-1点K-2点K-3点K-4点K-5点K-6点第4章 电气设备的选择与校验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。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) /C。根据设计经验：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。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。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A而选择电缆截面35kV高压线路进线计算电流为I=A。A= Ij=，因此选择LMY404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160mm截面的LMY型电缆在20的载流量I=480AI=A，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= I10/C 10 mm由于母线实际截面为:A=404mm2=160mm2Amin.，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I=A查附录表29，得160mm截面的LMY型电缆在20的载流量I=480AI=A，因此满足发热条件。2、按短路热稳定的校验可利用式Amin= I10/C 10mm由于母线实际截面为:A=404mm2=160mm2Amin.，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I=A查附录表29，得160mm截面的LMY型电缆在20的载流量I=480AI=A，因此满足发热条件。2、按短路热稳定的校验可利用式Amin= I10/C 10mm由于母线实际截面为:A=404mm2=160mm2Amin.，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LMY404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V线路计算电流I=A查附录表17，得504mm截面的LMY型电缆在20是载流量为1038A，大于1003A，因此，选择LMY638型电缆。2、按短路热稳定的校验可利用式Amin= I10/C 10mm由于母线实际截面为:A=638mm2=504mm2Amin.，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:KYN61-40.5型。4.3.1 高压开关柜KYN61（1）概念KYN61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设备名称额定电压额定电流短路电流断流能力热稳定动稳定LZZBJ9-35型电流互感器高压限流熔断器XRNP-35JN12-35型接地开关避雷器YH5W电压互感器JDZ9-35（2）各开关器件的选择和校验的选择ZN85-40.5型户内高压真空断路器，适用于三相交流50Hz，额定电压40.5kV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。表4序号装设地点的电气条件型真空断路器项目数 据项目数据结论135kV合格2Ic2000A合格31kAI合格480kA合格5合格4.3.2 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。表4-3 LZZBJ9-35型电流互感器的选择校验表序号装设地点的电气条件LDJ-35型电流互感器项目数 据项目数 据结论135KV35KV合格2IcA300A合格3kA150kA合格4375合格 XRNP-35型高压限流熔断器本产品适用于交流50HZ，额定电压3.6-40.5kV，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。表4-4 XRNP-35型高压限流熔断器选择校验表产品型号额定电压（kV）熔断器额定电流（A）熔体额定电流（A）额定开断电流（kA）XRNP-3535 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。表4-5 HY5W型避雷器的选择校验表产品型号额定电压（kV）持续运行电压（KV）1M参考电压（KV）标称放电电流下残压（KV）陡坡冲击残压（KV）HY5W355115 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50H