选煤厂供电系统

河南理工大学毕业设计（说明）书前言41 绪论41.1 本设计题目简介41.2 本课题研究内容41.2.1 电力系统的基本概念51.2.2 电力系统运行的特点和要求51.2.3 电力网额定电压61.3 本设计的原始资料91.4 本论文解决的主要问题92 负荷计算102.1 负荷计算目的与负荷分级102.1.1 负荷计算的内容和目的102.1.2 电力负荷的分级及其对供电的要求112.2 负荷曲线与计算负荷112.2.1 负荷曲线112.2.2 与负荷计算有关的物理量142.3 计算负荷的实用计算方法172.3.1 负荷计算的方法172.3.2 负荷资料182.3.3 求计算负荷213 电气主接线选择设计293.1 主接线的基本要求293.2 电气主接线设计原则303.3 几种常用主接线方式比较与选择（厂区供电）313.3.1 双母线接线313.3.2 单母线分段接线323.4 变压器的选择333.4.1 变压器台数选择333.4.2 变压器型式的选择343.4.3 变压器联接组别的选择343.4.4 变压器的选择计算354 短路计算384.1 短路的原因及危害384.2 短路的类型394.3 短路计算的目的404.4 短路计算的方法与步骤404.4.1 欧姆法404.4.2标幺值法404.5 短路计算415 电气设备的选择455.1 导线截面的选择465.2 母线的选择525.3 断路器及隔离开关的选择565.3.1 断路器的选择565.3.2 隔离开关的选择575.3.3、按短路条件进行校验576 无功补偿596.1 功率因数的基本概念596.2 提高功率因数的方法606.2.1 提高自然功率因数606.3.1 高压集中补偿616.3.2 低压集中补偿626.3.3 单独就地补偿626.4 无功功率补偿计算636.5 无功功率补偿的意义667 防雷与接地677.1 避雷针677.1.1 避雷针的作用与组成677.1.2 避雷针的装设原则：687.2 避雷器697.2.1 避雷器的作用：697.2.2 避雷器的形式697.2.3 避雷器的工作原理：697.3 保护接地707.3.1 工作原理：707.3.2 适用范围：717.3.3 接地类型：718 结 束 语72致 谢73参 考 文 献73前 言毕业设计是我们大学阶段必修的最后一个综合性教学环节,它主要考察了我们三年来对理论知识的掌握程度，是学习的深化和升华。通过毕业设计可以有力地衡量我们的独立思考、自行分析、理论应用以及现场实际操作能力。本文题目是大庄矿选煤厂供电系统设计，是根据选煤厂负荷的特点，就供电系统设计的主要内容展开说明，其内容包括电气主接线的方案比较和选择，负荷计算和统计，变压器的选择，三相短路计算，母线的选择和导线的选择、计算及校验，设备的选择，无功功率的补偿容量的计算和无功补偿方式的选择，防雷及接地。当然，在做毕业设计的过程遇到了许许多多的困难，为了更好的巩固所学的专业知识，解决毕业设计过程中出现的问题，我参考了电力工程设计手册、供电技术、电气工程、电力系统继电保护原理、发电厂电气部分等书籍 。同时得到了同学的帮忙和张展老师的悉心指导，特别是张展老师根据自己的实际经验在本文的设计过程中提出了许多有益的具体的修改意见，使我受益非浅，在此表示衷心的感谢！由于我的水平有限，在设计中难免有一些错误和不当之处，恳请各位老师批评指正。1 绪论1.1 本设计题目简介平顶山矿区 1952 年被列为国家“一五”计划的重大建设项目， 1953 年被列为全国十个矿区建设项目之一，是新中国开发建设的第一个大型矿区。 1954 年 4 月，平顶山煤矿筹备处成立， 1955 年 9 月，平顶山第一对矿井二矿动工兴建， 1957 年河南省平顶山矿务局成立， 1985 年 2 月平顶山矿务局划归煤炭工业部直接领导， 1996 年 1 月改制为国有独资的有限责任公司， 1998 年 9 月平煤集团公司下放河南省管理， 2002 年 12 月改制为多元投资主体的有限公司。本设计内容是平煤集团大庄矿选煤厂供电系统。平煤集团大庄矿是一座年产120万吨的现代化大型煤矿。其附属选煤厂承担着全矿选煤任务，该厂设备多，且选用国内先进选煤技术，全员效率高，是该矿主要配套生产企业。1.2.1 电力系统的基本概念目前，我国工业、农业以及其他电力用户所需的电能多数是由生产电能的火力和水力发电厂供给。发电厂可位于用户附近，也可距用户很远，但在任何情况下，电能总是从发电厂经过线路输送给用户。若用户与发电厂相距很远电能的输送则须采用升高电压的方法，以减少电能损耗。同时为了满足用户对电压的要求、输送到用户时又须降低电压，所以在发电厂与用户之间，就必须建立升压和降压变电所。从经济观点来看，将发电厂设置在燃料、水力蕴藏地区或附近较为有利。这样不但可取得廉价的动力，同时由线路输送电能比用运输工具输送燃料可使成本显著降低，因此大型火力发电厂般建设在蕴藏燃料的地方。绝大多数的工厂都由国家电力系统供电，所谓电力系统就是将各种类型发电厂中的发电机、升压和降压变压器、输电线路以及各种用电设备联系在一起所构成的统一整体，该系统起着电能少产、输送、分配和消费的作用。1.2.2 电力系统运行的特点和要求一、电力系统的运行与其他工业生产相比，具有以下明显特点：(1)电能不能大量储存，电能的生产、输送、分配和消费，几乎是同时进行的，由于电能只有很高的传输速度，发电机在某一时刻发出的电能，经过输电线路立刻送给用电设备，而用电设备立刻将电能转换成其他形式的能量，一瞬间就完成从发电供电用户的全过程。而且发电量是随着用电量的变化而变化，生产量和消费量是严格平衡的。(2)电力系统暂态过程非常短促，如开关切换操作、电网短路等过程，都是在很短时间内充成的。电力系统由一种运行状态到另一种运行状态的过渡过程是非常短促的。(3)电力系统运行与国民经济各部门关系密切，由于电能的生产、输送、分配和消费比较方便。便十大量生产、远距离输送、集中管理利自动控制等，使用电能较其他能量有显著优点所以各部门广泛使用电能。电能供应的小断或减少将影响国民经济各部门的正常生产和工作以及人们的生活。二、根据上述特点，对电力系统有如下要求：(1)保证电力系统供电的可靠性，供电中断将使生产停顿、生活混乱甚至危及人身和设备安全给国民经济造成的损失远超过电力系统本身的损失。因此，电力系统首先要满足安全发供电的要求、。(2)保证电力系统的电能质量，电力系统的电能质量是指电压、频率和波形的质量。 (3)保证电力系统远行的经济性，降低生产每一千瓦小时电所消耗的能源及输送、分配时的电能损耗具有重要意义。为此应力求电力系统运行经济使负荷在发电厂之间合理分配。此外，还应保证电力系统运行的灵活性和扩建的可能件等。应当指出上述要求是相互关联、相互制约而又往往相互矛盾的，因此，在预计满足某项要求时必须兼顾其他以便取得综合的经济效益。1.2.3 电力网额定电压一、额定电压等级 电力网额定电压的等级是根据国民经济发展的需要，技术经济上的合理性，电器制造工业的水平等因素。我国公布的标准额定电压系列如表ll所示。额定电压是用电设备、发电机和变压器正常工作时具有最好技术经济指标的电压、从表11中可以看出在同一电压等级下。各种设备的额定电压并不完全相等。表11 我国交流电力网和电力设备的额定电压 电力网和用电设备的额定电压发电机额定电压电力变压器额定电压一次绕组二次绕组低压220/380380/6601000（1140）115230400690220/127380/220660/380230/133400/230690/400高压3610（20）3566110220330500（750）3.156.310.513.8;15.75;1820；22；24；263及3.156及6.310及10.513.8；15.75;35631102203305007503.15及3.36及6.610.5及1138.569121242363350注释：、表中“/”左边数字为三相电路的线电压，右边数字为相电压。、括号中的数值为用户有要求时使用。二、各种电压等级的适用范围目前，我国电力系统中，220kv以上电压等级多用于大型电力系统的主干线；110kv则多用于中、小型电力系统的主于线，也可用于大型电力系统的二次网络；一般工厂内部多采用610kV的高压配电电压。从技术经济指标来看，最好采用10kv。如果工厂拥有相当数量的6kV用电设备时，可考虑采用6kv电压作为工厂配电电压。380220v电压等级多作为工厂的低压配电电压。表12列出了不同线路额定电压等级及与其相适应的输送功率和输送距离的经验数据。额定电压Un输送功率P/kW输送距离/kM0.2250 以下0.15以下0.38100以下0.6以下3100100013610012004151020020006203520001000020501101000050000501502201000005000001003001.3 本设计的原始资料1.3.1 电压等级：10KV/660V,380V； 1.3.2 设计容量：拟设计安装五台主变压器；1.3.3 进出线及负荷情况：（1）、由矿中央变电所引进两趟10KV进线；（2）、变电所出线为电缆出线；（3）、负荷功率因数为0.8左右；1.3.4.环境条件当地最高气温37.6摄氏度，最低气温-25摄氏度，最热月份平均温度23.3摄氏度，变电所所处海拔高度200m。污秽程度中级。1.4 本论文解决的主要问题 本文主要首先进行电气主接线方案的比较，其次是负荷计算，然后就变压器的选择、短路计算、电气设备的选择、无功功率补偿逐一进行介绍，并进行相关的计算、选择和校验。还对防雷接地也进行了说明。最后对整个设计工作作一个总结。2负荷计算电力负荷的计算，对合理配置电源，合理布局供电线路，以及正确选择各种电器设备和导线、电缆等都是不可缺少的。负荷计算得准确，使设计工作建立在可靠的基础资料之上，得出的工程设计方案经济合理。反之，若负荷计算得过大或过小，则会造成投资和设备器材的浪费，或使设备承受不了符合电流而造成事故，影响安全供电。2.1 负荷计算目的与负荷分级2.1.1 负荷计算的内容和目的 在进行工厂供电设计时，基本的原始资料为工艺部门提供的各种用电设备的产品铭牌数据，如额定容量、额定电压等，这是设计的依据。但是，能否简单地用设备额定容量来选择导体和各种供电设备呢?显然是不能的。因为所安装的设备并非都同时运行，而且运行着的设备实际需用的负荷也并不是每一时刻都等于设备的额定容量，而是在不超过额定容量的范围内，时大时小地变化着。所以直接用额定容量(也称安装容量)选择供电设备和供配电系统，必将导致有色金属的浪费和工程投资的增加。因而，供配电设计的第一步需要计算全厂和各车间的实际负荷。 负荷计算主要包括：(1)求计算负荷(也称需用负荷)。目的是为了合理地选择工厂各级电压供电网络变压器容量和电器设备型号等。(2)算出尖峰电流。用与计算电压波动、电压损失，选择熔断器和保护元件等。(3)算出平均负荷。用来计算全厂电能需要量、电能损耗和选择无功补偿装置等。2.1.2 电力负荷的分级及其对供电的要求 根据用电设备在工艺生产中的作用，以及供电中断对人身和设备安全的影响，电力负荷通常可分为三个等级。（1） 一级负荷中断供电将造成人身伤亡，或重大设备损坏难以修复，带来极大的政治、经济损失者，属于一级负荷：一级负荷要求有两个独立电源供电。（2） 二级负荷 中断供电将造成设备局部破坏或生产流程紊乱且需较长时间才能恢复，或大量产品报废、重要产品大量减产、造成较大经济损失者，属于二级负荷；二级负荷应由两回线供电。但当两回线路有困难时(如边远地区)，允许由一回专用架空线路供电。（3） 三级负荷 不属于级和二级的一般电力负荷即为三级负荷。三级负荷对供电无特殊要求，允许较长时间停电可用单回线路供电。2.2 负荷曲线与计算负荷2.2.1 负荷曲线 负荷曲线是表示一组用电设备的用电功率随时间变化的图形。它反映了用户用电的特点和规律。该曲线绘制在直角坐标内，纵坐标表示电力负荷，横坐标表示时间。 根据纵坐标表示的负荷性质不同，可分有功负荷曲线和无功负荷曲线；根据横坐标表示的持续工作时间不同，又可分为日负荷曲线和年负荷曲线。当然如果工作需要也可绘制月负荷曲线，或某一工作班的负荷曲线等。 日负荷曲线代表用户一昼夜(0时一24时)实际用电负荷的变化情况如图21(a)所示。 通常，为了使用方便，负荷曲线多绘制成阶梯形。如图21(b)为某工厂阶梯形的日负荷曲线。 日负荷曲线可用测量的方法绘制。绘制的方法是：先将横坐标按一定时间间隔(一般为半小时)分格，再根据功率表读数，将每一时间间隔内功率的平均值，对应于横坐标相应的时间间隔绘在图上，即得阶梯形日负荷曲线。其时间间隔取的愈短，则曲线愈能反映负荷的实际变化情况。日负荷曲线与坐标所包围的面积代表全日所消费的电能数量。 年负荷曲线代表用户全年(8760 h)内用电负荷变化规律。年负荷曲线又分日最大负荷全年时间变化曲线(又称运行年负荷曲线)和年持续负荷曲线。前种曲线可根据全年日负荷曲线间接制成。年负荷持续曲线的绘制，需借助一年中具有代表性的夏季和冬季日负荷曲线。一般取冬季为213天夏季为152天，全年365天，共8760h。 图21 某厂日有功负荷曲线（a）逐点描绘的日有功负荷曲线 （b）阶梯型的日有功负荷曲线P有功功率；h小时；日最大有功负荷；日平均有功负荷；P日最大有功负荷与平均有功负荷的差值绘制的方法示于图22，先由图22(a)和(b)中功率最大值开始，依功率递减，逐一绘制在图22(c)中。例如功率为P1(最大值)时，其工作小时数仅在冬季日负荷曲线(a)上有小时，全年以P1运行的总时数=213h，在图22(c)中的横坐标(时间轴)上按一定比例取T1点，并过T1点作垂直于横坐标的直线。该线与过功率P1的水平线相交于点，O矩形的面积即为以P1运行小时所消费的电能。同理可得、，连接各点可得年持续负荷曲线。但功率为P5时，以P5在冬季日负荷曲线上运行+小时，在夏季日负荷曲线上运行人小时，所以全年运行总时数小时，所以全年运行总时数=（+ ）213+ X152h。图22(c)中年持续负荷曲线与直角坐标所包围的面积代表用户全年消费的电能。 图22 年持续负荷曲线（a）冬季代表日负荷曲线（b）夏季代表日负荷曲线（c）年持续负荷曲线2.2.2 与负荷计算有关的物理量一、年最大负荷和最大负荷利用小时数年最大负荷是指全年中最大工作班内半小时平均功率的最大值，并用符号、和分别表示年有功、无功和视在最大负荷。所谓最大工作班，是指一年中最大负荷月份内最少出现23次的最大负荷工作班，而不是偶然出现的某一个工作班。年最大负荷利用小时数，是一个假想时间。其物理意义是：如果用户以年最大负荷持续运行小时所消耗的电能恰好等于全年实际消耗的电能，那么即为年最大负荷利用小时数。如图22所示，年持续负荷曲线与两轴所包围的面积等于与的乘积(即面积I等于面积II)所以可表达为 =（h） （21）同理 (无功)= （22）式中W全年消耗的电量；有功电量(kwh)；无功电量(kvarh)；一是标志工厂负荷是否均匀的一个重要指标。这一概念在计算电能损耗和电气设备选择中均要用到。二、 平均负荷和负荷系数（1） 平均负荷平均负荷是指电力用户在一段时间内消费功率的平均值，记作、。如图21(b)所示为平均有功负荷，其值为用户在由0到t时间内所消费的电能(KWh)除以时间t，即 t (kw) （23）式小 由0到t时间内消托的有功电能 (kWh)。 对于年平均负荷，全年小时数t取8760，是全年消费的总电能。 在最大工作班内，平均负荷与最大负荷之比称为负荷系数并用、分别表示有功、无功负荷系数。其关系式为 （24） （25）（2） 负荷系数 负荷系数也称负荷率，又叫负荷曲线填充系数。它是表征负荷变化规律的一个参数。其值愈大，则负荷曲线愈平坦，负荷波动愈小。根据经验数字，一般工厂负荷系数年平均值多为070075；O76082。 上述数据说明无功负荷曲线的变动比有功负荷曲线平坦。除了大量使用电焊设备的工厂或车间外，一般 值比值高10一15左右。相同类型的工厂或车间具有近似的负荷系数。三、需用系数和利用系数在工厂供配电系统设计和运行中，常使用需用系数和利用系数，其定义为需用系数 = （26）利用系数 = （27）式中 额定功率。实践表明，同类型的工厂，需用系数，利用系数十分相近，可以分别用典型数值表示它们。四、计算负荷定义 “计算负荷”是按发热条件选择导体和电器设备时使用的一个假想负荷。其物理意义为：按这个“计算负荷”持续远行所产生的热效应，与按实际变动负荷长期运行所产生的最大热效应相等。换句话说，当导体持续流过“计算负荷”时所产生的导体恒定温升，恰好等于导体流过实际变动负荷时所产生的平均最高温升。从发热的结果来看，二者是等效的。 通常规定取30分钟(min)平均最大负荷、和作为该用户的“计算负荷”，并用、和分别表示其有功、无功和现在计算负荷。为什么取用“30分钟平均最大负荷”呢? 这是考虑：对于中、小截面的导体，发热时间常数(即表示发热过程进行快慢的时间数值)T约为10 min左右，在短暂的时间内通过尖峰负荷时，导体温度来不及升高到相应值而尖峰负荷就消失了，所以尖峰负荷虽比 、和大，但不是造成导体达到最高温升的主要原因。实验表明，导体达到稳定温升的时间约为3T4T，所以对于中、小截面导体达到稳定温升的时间可近似为3T310=30min；对于较大截面导体，发热时间常数T多大子10 min，因而在30 min时间内，一般达不到稳定温升，取30 min平均最大负荷为计算负荷偏于保守，但为选择计算的方便和一致性，如上规定还是合理的。因此，计算负荷是按发热条件选择导线和电器设备的依据，并有如下关系：Pjs=； （28）=； （29）= ； （210）式中 Pjs、一分别为最大工作班的有功计算负荷、30 min平均最大负荷、最大负荷。2.3 计算负荷的实用计算方法常用的计算方法有需用系数法、二项式法、利用系数法、用ABC法单位产品耗电量法和单位面积功率法等。在实际工程供配电设计中，广泛采用需用系数法。因此种方法计算简便，多用于方案估算、初步设计和全厂、大型车间变电所的施工设计。二项式法考虑了用电设备数量和大容量设备对计算负荷的影响，因而一般用于低压配电线、机械加工业的施工设计。利用系数法、ABC法，虽从理论分析来看，计算结果更接近实际，但目前累积的实用数据不多，在工程设计中仍未得到普遍采用。最后的两种方法常用于方案估算。2.3.1 负荷计算的方法(1) 需要系数是把设备功率乘以需要系数和同时系数，直接来计算负荷。这种方法比较简便，因而广泛使用。当用电设备少而功率相差悬殊时，这种方法的计算结果往往偏小，所以不适用于低压配电线路的计算，常用于计算变、配电所的负荷。(2) 二项式法指计算负荷包括用电设备组的平均功率，同时考虑数台大功率设备工作对负荷影响的附加功率。这种方法也比较简便但计算结果往往偏大，一般用于低压配电支干线和配电箱的负荷计算。(3) 利用系数法是采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，在考虑设备台数和功率差异的心的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，这种方法的理论根据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，适用于各种范围的负荷计算，但计算过程繁琐，工程设计中仍不普遍采用。(4) 除以上方法外，还有单位产品电量法、单位面积功率法、负荷密度法、ABC法、变量需要系数法等。这些方法有的只适用某些工业，有的使用数据不多，有的尚未推广。2.3.2 负荷资料变压器一： 变压器二：负荷统计表21 负荷统计表22负荷名称容量（KW）负荷名称容量（KW）皮带16.5矸石皮带18.5清洗泵15给煤机4清扫泵7.5介质车间37压滤机22.5皮带一18.5排水泵22皮带二75入料泵150皮带三30合介泵360皮带四37稀介泵270皮带五55联防配电点35刮板机160变压器三： 变压器四：负荷统计表23 负荷统计表24负荷名称容量（KW）负荷名称容量（KW）主控2主照240磁选机17.516.21磁选机27.5主照9128磁选机37.57照明10磁选机47.515151253737主照3主照413捞坑斗提112捞坑斗提2主照56.06皮带主照611.36块煤脱介筛1照明上1.2块煤脱介筛26照明1.6矸石脱介筛4422822主控1Y焊40排矸轮3焊42等厚筛14焊42等厚筛23022306焊42等厚筛38焊21等厚筛4煤样室16.02分级筛307.5电梯7.5手选带除尘器137刮板机118.5电动葫芦114刮板机230Y给下8.8皮带130555.5电动葫芦213皮带2电动葫芦31事故斗提7焊21变压器五：负荷统计表25负荷名称容量（KW）转排泵1转排泵2破碎机皮带1皮带2合介泵1合介泵2稀介泵1稀介泵2联防消防装置联合泵房消防泵清扫泵303055909014014013513520153475根据负荷类型，选择需用系数法求出计算负荷。2.3.3 求计算负荷一、设备容量的确定进行负荷计算时，需按性质将用电设备分为不同的用电设备组，然后确定设备容量(或称设备功率)。用电设备铭牌上标出的功率(或容量)称为用电设备的额定功率(或额定容量)。该功率是指用电设备(如电动机)额定的输出功率。由于各用电设备的额定工作条件不同，有的长期工作，有的短时工作，因而在求计算负荷时，不能将额定功率直接相加，而需将不同工作制的用电设备额定功率换算为统一规定工作条件下的功率。这个功率称为用电设备的设备功率(或设备容量)，并用表示。其值分别为：（1）对长期工作制的用电设备，P n(额定功率)；（2）对短时但连续工作制的用电设备，P n；（3）以反复短时工作制的用电设备，设备功率是将某一暂载率下的铭牌额定功率统一换算为标准暂载率下的功率。所谓暂载率，是指用电设备工作时间与整个工作周期时间之比值，用Jc表示 Jc100% （211）式中 工作时间； 停歇时间。设备铭牌上所给的额定功率时的哲载率用J表示，称额定暂载率。二、按需用系数法求计算负荷（1）用电设各组的计算负荷用电设备组是由工艺性质相同、需用系数相近的一些设备合并成的一组用电设备。在一个车间中，可根据具体情况将用电设备分为若干组。再分别计算各用电设备组的计算负荷。其计算公式为式中、该用电设备组的有功、无功和视在计算负荷；该用电设备组的设备容量总和，但不包括备用设备容量(kW)；额定电压(kv)；与运行功率因数角相对应的正切值；参见表26；该用电设备组的计算电流(A)；Kx该用电设备组的需用系数；参见表26；需用系数的物理意义是： （213）式中用电设备组平均效率(用电设备在运行时要产生功率损耗，用电设备(如电动机)输出的功率与实际输人的功率之比即用电设备的效率，1)；同时系数(用电设备组的设备并非同时都运行。该设备组在最大负荷时工作着的用电设备容量与该组用电设备总容量之比即为同时系数，1，参见表27，对于一台电动机而言=1)；负荷系数(工作着的用电设备一般并非全在满负荷下运行。该设备组在最大负荷时，工作着的用电设备实际所需功率与工作着的用电设备总功率之比称为负荷系数，1)； 线路供电效率（因为电功率通过电力线路在线路上要产生功率损耗，所以末端功率要小于始端功率。其线路末端功率与端功率之比称为线路供电效率，一般为095098)。由上述分析可以看出，需用系数是一个综合系数，它标志着用电设备组投入运行时，从供电网络实际取用的功率与用电设备组设备功率之比。需用系数一般小于l。表26 用电设备的、（供参考）用电设备组名称单独传动的金属加工机床：小批生产的金属冷加工机床大批生产的金属冷加工机床小批生产的金属热加工机床大批生产的金属热加工机床木工机械液压机电阻炉（带调压器或变压器）：非自动装料自动装料干燥箱、加热器等工频感应电炉（不带无功补偿装置）高频感应电炉（不带无功补偿装置）单头手动弧焊变压器多头手动弧焊变压器单头直流弧焊机多头直流弧焊机真空浸渍设备0.12-0.160.17-0.20.2-0.250.25-0.280.250.2-0.30.75-0.850.65-0.70.6-0.70.7-0.80.4-0.70.80.80.350.40.350.70.70.50.50.55-0.60.650.60.50.60.80.8-0.850.95-0.980.95-0.9810.350.60.350.350.60.750.951.731.731.52-1.331.171.331.73-1.330.750.75-0.620.33-0.20.33-0.202.671.332.672.671.330.880.33表27、需用系数法的同时系数（供参考）应用范围一、确定车间变电所低压母线的最大负荷时所采用的有功负荷同时系数1、冷加工车间2、热加工车间3、动力站二、确定配电所母线的最大负荷时采用的有功负荷同时系数1、计算负荷小于5000kW2、计算负荷为5000kW-10000Kw3、计算负荷超过10000kW0.7-0.80.7-0.90.8-1.00.9-1.00.850.80注：、无功负荷的同时系数一般采用与有功负荷的同时系数相同数；、当由全厂各车间的设备容量直接计算全厂最大负荷时，应同时乘以表中两中同时系数。（2）多个用电设备组的计算负荷在配电干线上或车间变电所低压母线上，常有多个用电设备组同时工作，但是各个用电设备组的最大负荷也非同时出现，因此在求配电干线或车间变电缩低压母线的计算负荷时，应在计入一个同时系数。具体如下：式中、为配电干线或变电站低压母线的有功、无功、视在计算负荷；同时系数，参见表27；m该配电干线或变电站低压母线上所接用电设备总数；，分别为某一用电设备组的需用系数，功率因数角正切值，总设备容量；为该干线或变电站低压母线上的计算电流；（A） 为该干线或低压母线上的额定电压；（kV）对于五个变压器，代入以上公式计算如下：（1）变压器一：根据表31，已知P934kW，取cos=0.75，现求其总的计算负荷,并取有功同时系数.无功同时系数都为=0.9，则：tan=根据负荷电流,选择自动开关的额定电流为800A.（2）变压器二：根据表32，已知P770kW，取cos=0.8，=0.8，现求其总的计算负荷,并取有功同时系数.无功同时系数都为=0.9，则： 根据负荷电流,选择自动开关的额定电流为700A.（3）变压器三：根据表33，已知P590kW，取cos =0.7，现求其总的计算负荷,并取有功同时系数.无功同时系数都为=0.9，则：根据负荷电流,选择自动开关的额定电流为800A.（4）变压器四：根据表34，已知P694kW，取cos=0.85，现求其总的计算负荷,并取有功同时系数,无功同时系数都为=0.9，则： 根据负荷电流,选择自动开关的额定电流为600A.（5）变压器五：根据表35，已知P991kW，取cos=0.8，现求其总的计算负荷，并取有功同时系数、无功同时系数都为=0.9,则：根据负荷电流,选择自动开关的额定电流为800A.根据以上计算制表36，表中P,Q值可以作为第三章变压器选择，第四章短路电流计算，第五章无功补偿提供数据，其中电流值可以作为选择电缆型号和选择自动开关的依据。表28 各个变压器负荷统计结果汇总变压器名P/kWQ/kvarS/kVAcosI/Asintan一号934593.127896.640.75784.380.6610.6620.751.010.620.75二号770415.8693.00.8606.2350.6三号590379.134464.620.7705.9450.714四号694309.802587.8590.85514.8590.527五号1195645.31075.50.8940.8460.63电气主接线选择设计主接线设计主要包括选择变压器的容量、台数和电气接线方式。要研究常用类型的电气接线方案，并根据工厂对供电可靠性的要求，经技术经济比较选出最合理的电气主接线。3.1 主接线的基本要求（1）保证供电的可靠性 变配电所的一次接线应根据用电负荷的等级，方式下提高供电的连续性。供电因事故被迫中断的机会越少，影响范围越小。停电时间越短，则主接线供电的可靠性就越高。(2)具有一定的灵活性和方便性 主接线应能适应各种运行方式，并能灵活地进行方式转换，不仅公正常远行时能安全可靠供屯而且在系统故障或设备检修时，也能保证非故障和非检修回路继续供屯并能灵活简便，迅速改变运行方式，使停电时间最短影响范围最小。(3)具有经济性 设计主接线时。可靠性和经济性之间是矛盾的。欲使主接线可靠、灵活将导致投资增加。所以必须把技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠运行灵活方便基础上，尽量使设备投资费用和运行费用最少。(4)具有发展和扩建的可能性 在设计主接线对应有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。此外安全也是全关重要的，包括设备安全及人身安全，要满足这一点，必须符合国家标准和有关技术规程的要求。3.2 电气主接线设计原则变电所主接线是由变压器、母线、隔离开关、断路器和电抗器等电气设备及其线路联接而成的。主接线应按负荷等级不同对供电可靠性的要求、介许停电时间及用电单位规模、性质和负荷大小，并结合地区供电条件综合选定。关于主接线设计原则：（1）一级负荷应由两个独立电源供电。所谓两个独立电源是指互不联系， 互不影响的两个电源。按照负荷需要和允许停电时间，采用双电源自动或手动切换方式保证连续供电。对一级负荷比重较大的变电缩，高压侧应引入两条独立电源线路，对一级负荷用电设备则往往采用变压器低压侧独立电源同时供电。（2）二级负荷应由两条独立线路供电，当引入两条线路有困难时，允许采用一条专用线路供电。（3）三级负荷无特殊要求。由于选煤厂对供电的特殊要求，特别是防灰尘，防爆等的要求较高，必须保证供电安全摒弃人并且其负荷大部分为二级负荷和少量一级负荷。按照按照电力设计技术规范规定，应尽量做到当发生电力变压器故障或电力线路常见故障时，不致中断供电或当中断供电后可以迅速恢复供电。当部分供电条件困难或负荷较小时，可由一条6KV以上专用线路供电。当采用电缆供电时，宜设置备用电缆并使之处于热备用状态。综上所述，选煤厂一般都要求有两个及两个以上的供电电源，而且每路进线都应考虑其中一路发生故障时，另一路应能承担全部负荷。3.3 几种常用主接线方式比较与选择（厂区供电）3.3.1 双母线接线 图3.1 双母线接线如图3.1所示，为不分段的双母线主接线图。它具有两组母线W1、W2，两组母线之间用母线联络短路器QF（简称母联）连接起来，每一个回路都经过一台断路器和两组隔离开关接到两组母线上。但母连短路器QF短开时，一组母线带电，另一组母线不带电。带电的称为工作母线，不带电的称为备用母线。正常运行时，接至工作母线的隔离开关接通，接到备用母线的隔离开关断开。采用双母线接线具有以下特点：（1） 供电可靠，通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断。一组母线故障后，能够迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条电路和与此隔离开关相连的该组母线，其它电路均可通过另一组母线继续运行，但其操作步骤必须正确。（2） 调度灵活，各个电源的各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。（3） 扩建方便，向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。综上所述，双母线接线的主要优点是可以在不影响供电的情况下对母线系统进行检修。但是双母线接线仍存在下述缺点：（1） 倒闸操作比较复杂，且以隔离开关作为“操作电器”，易导致误操作，引起事故。并对实现自动化和远动化带来不便。（2） 工作母线故障时或外部故障而出线断路器拒绝动作时，接在该母线上的所有回路需短时停电。母联断路器故障时，需导致两组母线停电，检修出线断路器时，该回路需短时停电。（3）接线所用设备多（特别是隔离开关），配电装置复杂，故经济性较差。3.3.2 单母线分段接线图3.2 单母线分断接线如图3.2,单母线用分段断路器QF1进行分段，可以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时，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，不致重要用户停电。其缺点主要是：（1） 当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。（2） 当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越。（3） 扩建时需向两个方向均衡扩建。通过比较可知，方案一比方案二可靠性要高,但从经济技术条件来说，结合设备选型，综合考虑，方案二在保证供电可靠性的前提下，是比较经济的最佳方案。3.4 变压器的选择3.4.1 变压器台数选择变压器台数选择原则是：（1）选择一台,适用范围：a 总计算负荷不大于1250kVA的三级负荷变电所；b变电所另有低压联络线，或有其它备用电源，而总的计算负荷不大于1250kVA的含有部分一、二级负荷的变电所。（2）选择两台，适用范围：a、供含有大量一、二级负荷的变电所；b、供总的计算负荷大于1250kVA的三级负荷变电；c、季节性负荷变化较大，从技术经济上考虑经济运行有利的。（3）选择多台,适用范围：a、供电网过大,接地电流过大，对人身及设备安全不利。b、供电会造成电压严重波动的设备较多。根据选煤厂的负荷特点选用五台变压器对厂区供电。3.4.2 变压器型式的选择（1）油浸式。适用范围为一般正常环境的变电所，可优先选择SL7、S7、S9等系列低损耗配电变压器。（2）干式。适用于防火要求较高或环境潮湿、多尘的场所，可选择SCL等系列环氧树脂浇注式变压，它具有较好的难燃、防尘和防潮的性能。（3）密闭式。用于具有化学腐蚀性气体、蒸汽或具有导电、可燃粉尘、纤维会严重影响变压器安全运行的场所，可选用SL14等系列全密闭式变压器，它具有防震，防尘、防腐蚀性能，并可与可爆性气体隔离。（4）防雷式。适用于多雷区及土壤电阻率较高的 山区，可选用Sz和S7等系列的防雷变压器，具有良好的防雷性能，承受单相负荷能力较强。（5）有载调压式。适用于电力系统供电电压偏低或电压波动严重而用电负荷对电压质量又要求较高的场所，可选用SL7和SZ9等系列有载调压变压器，属低损耗配电变压器，可优先选用。根据以上变压器型号选用低损耗变压器型号为S9系列。3.4.3 变压器联接组别的选择（1）D，yn11。适用范围：a、由单相不平衡负荷引起的 中性线电流超过变压器低压绕组额定电流的25%；b、供电系统中存在着较大的“谐波源”，高次谐波电流比较突出。（2）Y，yn。适用范围：a、三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不致超过该组额定电流的25时；b、系统中谐波干扰不严重时。根据选煤厂的负荷特点，考虑环境条件变压器应选用Y,yn联结组别。3.4.4 变压器的选择计算在负荷计算中变压器的有功功率和无功功率损耗可以按照以下简化公式计算:对等型的电力变压器 （31） （32）对,S7,S9等低损耗电力变压器 （33） （34）（1）对于变压器一：现已知，,其有功和无功损耗计算，及其变压器的视在功率，功率因数计算如下: 根据以上计算的视在功率，选择变压器一的容量为1000kVA。再根据工程手册工变压器的型号，现选用S91000/10型的三相电力变压器，它表示三相、油浸自冷式、铜导线绕组、额定容量为1000kVA、高压侧绕组电压为10kV，第九次系列设计的电力变压器，联结组别为Y，yn0。（2）对于变压器二：现已知,其有功和无功损耗计算，及其变压器的视在功率，功率因数计算如下:根据以上计算的视在功率，选择变压器二的容量为800kVA。再根据工程手册工变压器的型号，现选用S9800/10型的三相电力变压器，它表示三相、油浸自冷式、铜导线绕组、额定容量为800kVA、高压侧绕组电压为10kV，第九次系列设计的电力变压器，联结组别为Y，yn0。（3）对于变压器三：现已知，其有功和无功损耗计算，及其变压器的视在功率，功率因数计算如下:根据以上计算的视在功率，选择变压器三的容量为630kVA。再根据工程手册工变压器的型号，现选用S9630/10型的三相电力变压器，它表示三相、油浸自冷式、铜导线绕组、额定容量为630kVA、高压侧绕组电压为10kV，第九次系列设计的电力变压器，联结组别为Y，yn0。（4）对于变压器四：现已知，其有功和无功损耗计算，及其变压器的视在功率，功率因数计算如下:根据以上计算的视在功率，选择变压器四的容量为630kVA。再根据工程手册工变压器的型号，现选用S9630/10型的三相电力变压器，它表示三相、油浸自冷式、铜导线绕组、额定容量为630kVA、高压侧绕组电压为10kV，第九次系列设计的电力变压器，联结组别为Y，yn0。（5）对于变压器五：现已知，其有功和无功损耗计算，及其变压器的视在功率，功率因数计算如下:根据以上计算的视在功率，选择变压器五的容量为1250kVA。再根据工程手册工变压器的型号，现选用S91250/10型的三相电力变压器，它表示三相、油浸自冷式、铜导线绕组、额定容量为1250kVA、高压侧绕组电压为10kV，第九次系列设计的电力变压器，联结组别为Y，yn0。根据以上计算制表如下：表31各个变压器型号统计变压器名型号容量(KVA)cos联结组别一号二号三号四号五号958.492704.428555.917607.2531079.56S9-1000/10S9-800/10S9-630/10S9-630/10S9-1250/10100080063063012500.7200.7870.6810.8230.673Y，yn0Y，yn0Y，yn0Y，yn0Y，yn0 4 短路计算为保证电力系统的安全、可靠运行，在电力系统设计和运行分析中，不仅要考虑系统在正常状态下的运行情况，还应该考虑系统发生故障时的运行情况及故障产生的后果等。电力系统短路是各种系统故障中出现最多、情况最严重的一种。所谓“短路”，就是电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地（指中性点直接接地系统）之间发生通路的情况。4.1 短路的原因及危害发生短路的原因主要有下列几种：（1）电气设备及载流导体因绝缘老化、或遭受机械损伤，或因雷击、过电压引起绝缘损坏；（2）架空线路因大风或导线覆冰引起电杆倒塌等，或因鸟兽跨接裸露导体等。（3）电气设备因设计、安装及维护不良所导致的设备缺陷引发的短路。（4）运行人员违反安全操作规程而误操作，如运行人员带负荷拉隔离开关，线路或设备检修后没有拆除接地线就加上电压等。短路故障发生后，由于网络电路总阻抗大为减少，将在系统中产生几倍甚至几十倍于正常工作电流。强大的短路电流将造成严重的后果，主要有下列几个方面：（1）强大的短路电流通过电气设备使发热急剧增加，短路持续时间较长时，足以使设备因过热而损坏甚至烧毁。（2）巨大的短路电流将在电气设备的导体间产生很大的电动力，可能使导体变形、扭曲或损坏。（3）短路将引起系统电压的突然大幅度下降，系统中主要负荷异步电动机将因转矩下降而减速或停转，造成产品报废甚至设备损坏。（4）短路将引起系统中功率分布的突然变化，可能导致并列运行的发电厂失去同步，破坏系统的稳定性，造成大面积停电。这是短路所导致的严重后果。（5）巨大的短路电流将在周围空间产生很强的电磁场，尤其是不对称短路时，不平衡电流所产生的不平衡交变磁场，对周围的通信网络、信号系统、晶闸管触发系统及自动控制系统产生干扰。4.2 短路的类型短路的类型有：三相短路、两相短路、单相接地短路及两相接地短路。三相短路时，由于被短路的三相阻抗相等，因此，三相电流和电压仍是对称的，又称为对称短路。其余几种类型的短路，因系统的三相对称结构遭到破坏，网络中的三相电压、电流不再对称，故称为不对称短路。运行经验表明，电力系统各种短路故障中，单相短路占大多数，约为总短路故障的65%，三相短路只占5%10%。4.3 短路计算的目的因为短路故障对电力系统可能造成极其严重的后果，所以一方面应采取措施以限制短路电流，另一方面要正确选择电气设备、载流导体和继电保护装置。这一切都离不开对短路故障的分析和短路电流的计算。概括起来，计算短路电流的主要目的在于；为选择和校验各种电气设备的机械稳定性和热稳定性提供依据，为此，计算短路冲击电流以校验设备的机械稳定性，计算短路电流的周期分量以校验设备的热稳定性。为设计和选择发电厂和变电所的电气主接线提供必要的数据。为合理配置电力系统中各种继电保护和自动装置并正确整定其参数提供可靠的依据。4.4 短路计算的方法与步骤4.4.1 欧姆法(1) 计算短路回路中各主要元件的阻抗；(2) 绘短路回路等效电路，按阻抗串并联求等效阻抗求等效阻抗的方法，化简电路，计算短路回路的总阻抗；(3) 计算三相短路电流周期分量有效值及其它短路电流和三相短路容量；(4) 列出短路计算表。4.4.2标幺值法(1) 设顶基准容量Sd和基准电压Ud，计算短路点基准电流Id；(2) 计算短路回路中各主要元件的电抗标幺值；(3) 绘短路回路的等效电路，按阻抗串并联回路求等效阻抗的方法，化简电路，计算短路回路的总电抗标幺值；(4) 计算三相短路电流周期分量有效值及其它短路电流和三相短路容量；(5) 列出短路计算表。根据选煤厂的特点及短路类型选用欧姆法进行短路计算