1、黑龍江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 35KV變電站及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)班級 電氣自動化技術(shù)0936 姓 名 馬明慧 學(xué) 號 200831027 2011年 06月 07日畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目：35KV變電站及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計1 本課題的來源、選題依據(jù)：變電所是變換電壓分配和接受電能和控制電流流向和調(diào)節(jié)點電壓的電力設(shè)施，隨著我過電力技術(shù)的發(fā)展就對變電所提出了更高的要求，這就需要對變電所的新設(shè)計.某工廠為了代替原有的供電系統(tǒng)，擬建設(shè)一新的35KV變電站2 本課題的設(shè)計（研究）意義（相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢）：本設(shè)計為了提高變電所的靈活性和實用性。變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分它直

2、接影響整個電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用變電站擔負著從電力系統(tǒng)受電、經(jīng)過變壓、然后分配電能的任務(wù)，同時保持與系統(tǒng)的聯(lián)系，無論什么時候在人們的生活中都起著非常重要的作用。3 本課題的基本內(nèi)容、重點和難點，擬采用的實現(xiàn)手段（途徑）：（可以另附頁）負荷的計算及無功功率的補償；主變壓器臺數(shù)和容量、型式的確定；主接線方案、進出線的選擇；短路計算和開關(guān)設(shè)備的選擇；車間配電線路布線方案的確定；線路導(dǎo)線及其配電設(shè)備和保護設(shè)備的選擇及工廠電氣照明。4 文獻綜述（列出主要參考文獻的作者、名稱、出版社、出版時間以及與本課題相關(guān)的主要參考要點）：劉介才.工廠供電機械工業(yè)

3、出版社.張瑩.工廠供配電技術(shù)電子工業(yè)出版社.王立彬某重型機器廠供電系統(tǒng)設(shè)計出版社：太原理工大學(xué)電氣與動力工程學(xué)院 姚春球發(fā)電廠電氣部分出版社：中國電力出版社賀家李 宋從矩電力系統(tǒng)繼電保護原理出版社：中國電力出版社黃純?nèi)A發(fā)電廠電氣部分課程設(shè)計參考資料出版社：中國電力出版社指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師： 年 月 日專業(yè)部意見： 簽字 年 月 日中期進展情況檢查表年 月 日課題名稱35KV變電站及低壓配電系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名馬明慧學(xué) 號200831027專 業(yè)電氣自動化技術(shù)指導(dǎo)教師嚴興喜職 稱主要研究內(nèi)容及進展變電所負荷計算、短路計算與主接線選擇已完成，主變壓器臺數(shù)及形式已確認尚須完成的任務(wù)車間照明部分的設(shè)

4、計；電力線路的選擇存在的主要問題及解決措施格式不正確、文段錯誤較多，車間照明用具的選擇查閱資料并請教老師指導(dǎo)教師審查意見專業(yè)部審查意見畢業(yè)設(shè)計(論文)結(jié)題驗收一、完成日期二、完成質(zhì)量三、存在問題四、結(jié)論指導(dǎo)教師： 年 月 日目錄摘要1一、原始資料及任務(wù)書2（一）設(shè)計原始資料2二、負荷的計算及無功功率的補償3（一）計算負荷的定義、意義及目的3（二）用電設(shè)備的計算負荷3（三）變所低壓母線上的負荷計算6（四）無功功率的補償計算7（五）變電所中變壓器臺數(shù)與容量的選擇7三、全廠供電系統(tǒng)草圖9（一）電氣主接線概述9（二）變電所中電氣主接線的作用9（三）全廠供電系統(tǒng)草圖9四、短路電流計算11（一）短路的基本

5、概念11（二）短路電流計算得目的與基本假設(shè)12（三）無限大容量電源系統(tǒng)的三相短路過程分析12（四）無限大容量電源系統(tǒng)的三相短路電流計算15五、35KV、6KV供電線路的選擇22（一）導(dǎo)線和電纜截面的選擇方法22（二）35KV架空線的選擇22六、室內(nèi)供電及照明線路的選擇25（一）電壓的選擇25（二）照度計算25（三）光電源類型的選擇27（四）燈具的布置28（五）負荷計算29（六）電氣設(shè)備與管線的選擇29（七）電氣照明相關(guān)圖紙31致謝34參考文獻35摘要本文對某重型機器廠供電系統(tǒng)的供配電情況進行相關(guān)的研究和設(shè)計，其負荷中既有一級負荷，也存在二、三級負荷，針對不同的負荷，供電系統(tǒng)需要有不同的供電方式

6、，設(shè)計按要求對其全場負荷進行了計算并合理的選擇了主變壓器，采用了單母線、橋式接線等多種主接線方式，綜合各方面的要求，按照電氣設(shè)備的一般選擇原則和主要電氣設(shè)備的具體選擇和校驗方法，對電氣設(shè)備以及導(dǎo)線、電纜的選擇進行了深層次的討論，較好的完成了預(yù)定的任務(wù)。工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.解決對各部門的安全可靠，經(jīng)濟技術(shù)的分配電能問題。其基本內(nèi)容有以下幾方面：進線電壓的選擇, 變配電所位置的電氣設(shè)計, 短路電流的計算及保護, 電氣設(shè)備的選擇,車間變電所位置和變壓器數(shù)量、容量的選擇, 車間照明設(shè)計等。關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng)

7、 變壓器 負荷 照明設(shè)計 一、原始資料及任務(wù)書（一）設(shè)計原始資料該廠為大型國有企業(yè)，下屬九個車間、兩個站，各車間、站用電設(shè)備安裝容量見表1-1，其中水壓機、鑄鋼車間、煤氣、氧氣站為一級負荷，其他為二、三級負荷。供電電源取自12KM 處一110/35KV變電所 35KV 的兩段母線，母線最大運行方式、最小運行方式短路容量分別為Skmax=215MVA 和Skmin=150MVA，35KV 架空進線繼電保護時間為1.5S，35KV電氣設(shè)備及主變壓器采用戶外布置，6KV為成套高壓開關(guān)柜采用戶內(nèi)布置，廠變電所35KV采用內(nèi)橋接線，6KV采用單母線分段接線，一級負荷分別從6KV兩段母線配出兩回線路，其余

8、為單回路供電。該地區(qū)年最高氣溫38。表1-1 全廠各車間負荷情況匯總表序號負荷名稱安裝容量（KW）Kdcos供電距離（KM）1金工車間1140.790.820.82鑄鋼車間57750.710.810.63鑄鐵車間4820.830.830.424水壓機車間18860.700.850.755冷作車間5850.650.790.936附件車間1640.550.800.87熱處理車間4760.630.750.988鑄件清理車間4750.590.820.529機修車間1540.520.771.1510煤氣站12880.800.841.2211氧氣站10830.840.860.952.設(shè)計任務(wù)： (1)負荷

9、的計算及無功功率的補償；(2)變電所主變壓器臺數(shù)和容量、型式的確定；(3)變電所主接線方案的選擇、進出線的選擇；(4)短路計算和開關(guān)設(shè)備的選擇；(5)車間配電線路布線方案的確定；(6)線路導(dǎo)線及其配電設(shè)備和保護設(shè)備的選擇及工廠電氣照明。3.設(shè)計要求按照國家標準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，進行工廠的供電設(shè)計要求根據(jù)本廠所能取得的電源及本廠用電負荷的實際情況，按照安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的要求，確定供電設(shè)備的型式，選擇主接線方案及高低壓設(shè)備和進出線。 二、負荷的計算及無功功率的補償（一）

10、計算負荷的定義、意義及目的計算負荷是按發(fā)熱條件選擇電氣設(shè)備的一個假定負荷，其物理含義是計算負荷所產(chǎn)生的恒定溫升等于實際變化負荷長生的最高溫升。供配電系統(tǒng)要在正常條件下可靠地運行，則其中每個元件都必須選擇得當，除了應(yīng)該滿足工作電壓和頻率的要求外，最重要的就是要滿足負荷電流的要求。因此，有必要對供電系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的電力負荷進行統(tǒng)計計算。 計算負荷是進行供電系統(tǒng)設(shè)計，選擇變壓器容量、電氣設(shè)備、導(dǎo)線截面和儀表量程的依據(jù)，也是整定繼電保護的重要數(shù)據(jù)。計算負荷的計算是否準確合理，直接影響到電器和導(dǎo)線電纜的選擇是否經(jīng)濟、合理。如果計算負荷偏大，則使電器和導(dǎo)線截面選擇偏大，造成投資和有色金屬的浪費；如果計算負荷

11、偏小，則使電器和導(dǎo)線處于過負荷下運行，增加電能損耗，產(chǎn)生過熱，導(dǎo)致絕緣過早老化，甚至燒毀，以致發(fā)生事故，同樣給國家造成經(jīng)濟損失。因此，計算負荷意義重大，是供電設(shè)計的前提，也是實現(xiàn)供電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟運行的必要手段。（二）用電設(shè)備的計算負荷 負荷計算的常用方法有需要系數(shù)法、二項式法、和利用系數(shù)法。需要系數(shù)法因為比較簡便因而廣泛使用，用電設(shè)備少而功率相差大時，計算結(jié)果一般偏小，故不能適用于低壓配電線路的計算，而適用于計算變、配電所的負荷。二項式法也比較簡便，它考慮了數(shù)臺大功率設(shè)備工作時對負荷影響的附加功率，但一般計算結(jié)果偏大，適用于低壓配電支干線的計算。 在本次供電系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)中，我們已知工廠所用的

12、額定電壓值UN以及各車間、場站的安裝容量PN和需要系數(shù)Kd和cos。利用需要系數(shù)法便可方便準確的計算出各個負荷的計算容量和計算電流等數(shù)值。 需要系數(shù)法用到的公式有： Pca·1=KdPN (式2-1)tan=sincos=1-cos2cos (式2-2)Qca·1=Pcatan (式2-3)Sca·1=Pca·12+Qca·12 (式2-4)lca·1=Sca·13UN (式2-5)式中Pca·1表示用電設(shè)備組的有功計算負荷 Qca·1表示用電設(shè)備組的無功計算負荷 Sca·1表示用電設(shè)備組的視在

13、計算負荷 lca·1表示計算電流，Kd表示用電設(shè)備組的需要系數(shù)PN表示用電設(shè)備組的額定容量之和 是用電設(shè)備組的功率因數(shù)角 UN表示設(shè)備組的額定功率。 下面開始計算： 金工車間： Pca·1=KdPN=0.79×1143=902.970KWtan=sincos=1-cos2cos=1-0.8220.82=0.698Qca·1=Pca·1tan=902.97×0.698=630.277KWSca·1=Pca·12+Qca·12=902.9702+630.2732=1101.183KWIca·1=Sc

14、a·13UN=1101.1833×6=105.961A鑄鋼車間： Pca·2=KdPN=0.71×5775=4100.250KWtan=sincos=1-cos2cos=0.724Qca·2=Pca·2tan=4100.520×0.724=2968.530KWSca·2=Pca·22+Qca·22=4100.2502+2968.5302=5062.037KWIca·2=Sca·23UN=5602.0373×6=487.095A鑄鐵車間： Pca·3=KdP

15、N=0.83×482=400.060KWtan=sincos=1-cos2cos=1-0.8320.83=0.672Qca3=Pca·3tan=400.060×0.672=268.842KWSca·3=Pca·32+Qca·32=400.0602+268.8422=482.0KWIca·3=Sca·33UN=482.03×6=46.380A水壓機車間：Pca·4=KdPN=0.7×1886=1320.20KWtan=sincos=1-cos2cos=1-0.8520.85=0.62Qc

16、a·4=Pca·4tan=1320.20×0.620=818.197KWSca·4=Pca·42+Qca·42=1320.202+818.1872=1553.176KWIca·4=Sca·43UN=1553.1763×6=149.464A按同樣的方法，我們對其余車間（包括冷卻車間、附件車間、熱處理車間、鑄件清理車間、機修車間、煤氣站、氧氣站）進行相關(guān)計算，并將所有計算出的數(shù)據(jù)，總結(jié)填入表2-1中。 表2-1 負荷統(tǒng)計序號負荷名稱tan有功負荷KW無功負荷KVAR視在負荷KVA計算電流KA1金工車間0.69

17、8004902.97630.27691101.1830.1059612鑄鋼車間0.7239884100.252968.535062.0370.4870953鑄鐵車間0.672004400.06268.8424820.046384水壓機車間0.6197441320.2818.18651553.1760.1494545冷軋車間0.776085380.25295.1062481.32910.0463166附件車間0.7590.267.65112.750.0108497熱處理車間0.881917299.88264.4693399.840.0384758鑄件清理車間0.698004280.25195.6

18、157341.76830.0328879機修車間0.82862880.0866.356561040.01000710燃氣站0.6459361030.4665.57261226.6670.11803611氧氣站0.593365909.72539.79611057.8140.101788（三）變所低壓母線上的負荷計算計算變電所低壓母線上的計算負荷，亦采用同樣的方法，即將車間各用電設(shè)備組計算負荷相加后，乘以最大負荷同時系數(shù)，使得車間變電所低壓母線上的計算負荷，其計算公式如下： 總有功計算負荷：Pca·3=KPca·2(式2-6)總無功計算負荷：Qca·3=KQca

19、83;2(式2-7)總視在功率：Sca·3=Pca·32+Qca·32(式2-8)式中， Pca·3，Qca·3，Sca·3分別為車間變電所低壓母線上的有、無功及視在計算負荷；K Pca·2, Qca·2表示各用電設(shè)備組的有功、無功計算負荷的總和； 表示最大負荷時的同時系數(shù)。考慮各用電設(shè)備組最大計算負荷不會同時出現(xiàn)而引入的系數(shù)。 表2-1中我們已經(jīng)求出各個車間的有功、無功和視在計算負荷，根據(jù)所給的條件查表得K = 0.9 ，下面我們進行計算： Pca·3=KPca·2=0.9×9794

20、.26=8814.83Qca·3=KQca·2=0.9×6780.402=6099.97Sca·3=Pca·32+Qca·32=10719.65 總功率因數(shù)cos=PcaSca=8814.83410721.01=0.822（四）無功功率的補償計算工廠電力供應(yīng)在設(shè)計階段要根據(jù)設(shè)計計算的功率因數(shù)和供電局指定的功率因數(shù)提出為提高功率因數(shù)所用的補償裝置類型和容量。100kV·A 及以上高壓供電的用戶，功率因數(shù)為0.90 以上，凡功率因數(shù)未達到上述規(guī)定的，應(yīng)增添無功補償裝置，通常采用并聯(lián)電容器進行補償。并聯(lián)電容器補償即用靜電電容器作無

21、功補償以提高功率因數(shù)，電力電容器的補償容量Qc = Pca(tan1 -tan2)式中，Pca表示最大有功計算負荷 tan1表示補償前的平均功率因數(shù)角的正切值。即 tan1=sin1cos1=1-cos12cos1=0.69針對任務(wù)要求，我們令補償后的cos2 = 0.95 即 tan2=sin2cos2=1-cos22cos2=0.329Qc=Pcatan1-tan2=0.75×8814.83×0.69-0.329=2386.615由并聯(lián)電容器容量，我們選取電容型號為：BWF6.3-100-1W，其額定容量為100kvar，按要求我們需選取24 臺該型號的并聯(lián)電容器，每相

22、裝 8 臺，此時的實際補償容量為24×100=2400kvar 補償后的實際平均功率因數(shù) cosAV=caPca2+Pcatan1-Qc2=0.936Sca=PcacosAV=8814.830.936=9417.55（五）變電所中變壓器臺數(shù)與容量的選擇1.主變壓器臺數(shù)時應(yīng)考慮下列原則。 (1)應(yīng)滿足用電負荷對供電可靠性的要求。對供有大量一、二級負荷的變電所，應(yīng)采用兩臺變壓器，以便當一臺變壓器發(fā)生故障或檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續(xù)供電。對只有二級而無一級負荷的變電所，也可以只采用一臺變壓器，但必須在低壓側(cè)敷設(shè)與其他變電所相連的聯(lián)絡(luò)線作為備用電源，或另有自備電源。 (2)對季

23、節(jié)性負荷或晝夜負荷變動較大而宜于采用經(jīng)濟運行方式的變電所，也可考慮采用兩臺變壓器。 (3)除上述兩種情況外，一般車間變電所宜采用一臺變壓器。但是負荷集中且容量相當大的變電所，雖為三級負荷，也可以采用兩臺或多臺變壓器。 (4)在確定變電所主變壓器臺數(shù)時，應(yīng)適當考慮負荷的發(fā)展，留有一定的余地。在本次設(shè)計中，水壓機、鑄鋼車間、煤氣、氧氣站四個車間為一級負荷，其他為二三級負荷，應(yīng)采用兩臺變壓器使變壓器能對負荷持續(xù)不間斷供電。2.所主電壓器容量的選擇每臺變壓器的容量SN.T應(yīng)同時滿足以下兩個條件： (1)任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總計算負荷S30的70%的需要。 (2)任一臺變壓器單獨運行時，應(yīng)滿足

24、全部一、二級負荷的需要。由節(jié)計算的結(jié)果，總視在計算負荷為9560.79KVA，根據(jù)所給參數(shù)，查閱相關(guān)資料，選定的變壓器型號為：S9-12500/35（2 臺），其性能參數(shù)見表2-2表2-2 S9-12500/35電力變壓器性能參數(shù)型號額定容量KV·A額定電壓KV阻抗電壓百分數(shù)聯(lián)結(jié)組損耗KW空載電流百分數(shù)高壓低壓空載短路S9-12500/3512500356.37.5YN,d1112.856.70.55三、全廠供電系統(tǒng)草圖（一）電氣主接線概述 電氣主接線是指變電所中的一次設(shè)備按照設(shè)計要求連接起來，表示接受和分配電能的電路，也稱為主電路。電氣主接線中的設(shè)備用標準的圖形符號和文字符號表示的

25、電路圖稱為電氣主接線圖。因為三相交流電氣設(shè)備的每相結(jié)構(gòu)一般是相同的，所以電氣主接線圖一般繪成單線圖，只是在局部需要表明三相電路不對稱連接時，才將局部繪制成三線圖；電氣主接線對變電所以及電力系統(tǒng)的安全、可靠和經(jīng)濟的運行起著重要作用。因此，對變配電所主接線有著安全、可靠、靈活、經(jīng)濟的基本要求。（二）變電所中電氣主接線的作用1.電氣主接線是電氣運行人員進行各種操作和事故處理的重要依據(jù)，因此電氣運行人員必須熟悉變電所中電氣主接線，了解電路中各種設(shè)備的用途、性能及維護檢查項目和運行操作步驟等。 2.電氣主接線表明了變壓器、斷路器和線路等電氣設(shè)備的數(shù)量、規(guī)格、連接方式及可能的運行方式。電氣主接線直接關(guān)系著

26、全廠電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定。是變電所電器部分投資大小的決定性因素。 3.由于電能生產(chǎn)的特點是：發(fā)電、變電、輸電和用電是在同一時刻完成的，所以主接線的好壞直接關(guān)系著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、靈活和經(jīng)濟運行，也直接影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活。 所以電氣主接線擬訂是一個綜合性問題，必須在國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策的前提下，力爭使其技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，安全可靠。（三）全廠供電系統(tǒng)草圖 根據(jù)設(shè)計要求，變電所裝有兩臺主變壓器，且一次側(cè)采用內(nèi)橋接線，二次側(cè)采用單母線分段接線，其主接線圖如圖3-1所示。 工廠中水壓機、鑄鋼車間、煤氣、氧氣站為一級負荷，其余為二三級負荷。一級負荷由于其涉

27、及到人身安全和重要經(jīng)濟部門，所以對一級負荷的供電必須采用雙回路，此處先從單母分段的 6kV 線路的兩段母線分別向負荷供電，以保證一類負荷不會斷電。二、三級負荷不需要不間斷供電，因此，只需從6kV 母線的一段上引出進線即可，但需將各個負荷較為均勻的分配在兩段母線上。圖3-1采用內(nèi)橋式接線的總降壓變電所主接線圖設(shè)計采用內(nèi)橋式結(jié)線的總降變電所主接線，這種主接線，其一次側(cè)的高壓斷路器QF3跨接在兩路電源進線之間，猶如一架橋梁，而且處在線路斷路器 QF1 和 QF2的內(nèi)側(cè)，靠近變壓器，因此稱為內(nèi)橋式接線。這種主接線的運行靈活性較好，供電可靠性較高，適用一、二級負荷的工廠。如果某路電源例如 WL1線路停電

28、檢修或發(fā)生故障時，則斷開QF1，投入 QF3(其兩側(cè) QS先合)，即可由WL2 恢復(fù)對變壓器T1的供電。這種內(nèi)橋式接線多用于電源線路較長因而發(fā)生故障和停電檢修的機會較多、變壓器不需經(jīng)常切換的總降壓變電所。四、短路電流計算（一）短路的基本概念1.短路電流的原因用戶供配電系統(tǒng)要求安全、可靠、不間斷地供電，以保證生產(chǎn)和生活的需要。但是由于各種原因，系統(tǒng)難免出現(xiàn)故障，其中最嚴重的故障就是短路。所謂短路，是指供配電系統(tǒng)正常運行之外的相與相或相與地之間的“短接”。短路發(fā)生的原因是多種多樣的，主要有： (1)電氣設(shè)備存在隱患，如設(shè)備的絕緣材料自然老化、絕緣材料機械損傷、設(shè)備缺陷未被發(fā)現(xiàn)和消除、設(shè)計安裝有誤等

29、。 (2)運行、維護不當，如不遵守操作規(guī)程而發(fā)生誤操作，技術(shù)水平低，管理不善等。 (3)自然災(zāi)害，如雷電過電壓擊穿設(shè)備絕緣，特大的洪水、大風、冰雪、地震等引起的線路倒桿、斷線，鳥、老鼠及蛇等小動物跨越裸露的導(dǎo)體等。2.短路的種類圖4-1三相供電系統(tǒng)短路種類在三相供電系統(tǒng)中，短路的種類主要有 4種： (1)三相短路，是指供電系統(tǒng)中三相導(dǎo)線間發(fā)生對稱性的短路，用k(3)表示，如圖4-1 (a)所示。 (2)兩相短路，是指三相供電系統(tǒng)中任意兩相間發(fā)生的短路，用k(2)表示，如圖4-1 (b)所示。 (3)單相短路，是指供電系統(tǒng)中任一相經(jīng)大地與電源中性點發(fā)生短路，用k(1)表示，如圖4-1 (c)、圖

30、4-1 (d)所示。 (4)兩相接地短路，兩相接地短路是指中性點不接地的電力系統(tǒng)中兩不同相的單相接地所形成的相間短路，用k(1.1)表示。如圖4-1 (e)所示；也指兩相短路又接地的情況，如圖4-1 (f)所示。 上述的三相短路，屬對稱性短路；其他形式的短路，都屬不對稱短路。電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路的可能性最大，而發(fā)生三相短路的可能性最小。從短路電流大小來看，一般三相短路的短路電流值最大，造成的危害也最嚴重；而兩相短路的短路電流值最小。為了使電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備在最嚴重的短路狀態(tài)下也能可靠地工作，因此作為選擇校驗電氣設(shè)備用的短路電流采用系統(tǒng)最大運行方式下的三相短路電流。而在繼電保護(如過電流保

31、護)的靈敏度計算中，則采用系統(tǒng)最小運行方式下的兩相短路電流。（二）短路電流計算得目的與基本假設(shè) 1.短路電流計算的目的 為確保電氣設(shè)備在短路情況下不致?lián)p壞，減輕短路危害和防止故障擴大，必須事先對短路電流進行計算。計算短路電流的目的是： (1)選擇和校驗電氣設(shè)備。 (2)進行繼電保護裝置的選型與整定計算。 (3)分析電力系統(tǒng)的故障及穩(wěn)定性能，選擇限制短路電流的措施。 (4)確定電力線路對通信線路的影響等。 2.短路電流計算的基本假設(shè) 選擇和校驗電氣設(shè)備時，一般只需近似計算在系統(tǒng)最大運行方式下可能通過設(shè)備的最大三相短路電流值。設(shè)計繼電保護和分析電力系統(tǒng)故障時，應(yīng)計算各種短路情況下的短路電流和各母線

32、接點的電壓。要準確計算短路電流是相當復(fù)雜的，在工程上多采用近似計算法。這種方法建立在一系列假設(shè)的基礎(chǔ)上，計算結(jié)果稍偏大。基本假設(shè)有： (1)忽略磁路的飽和與磁滯現(xiàn)象，認為系統(tǒng)中各元件參數(shù)恒定。 (2)忽略各元件的電阻。高壓電網(wǎng)中各種電氣元件的電阻一般都比電抗小得多，各阻抗元件均可用一等值電抗表示。但短路回路的總電阻大于總電抗的1/3 時，應(yīng)計入電氣元件的電阻。此外，在計算暫態(tài)過程的時間常數(shù)時，各元件的電阻不能忽略。 (3)忽略短路點的過渡電阻。過渡電阻是指相與相或者相與地之間短接所經(jīng)過的電阻。一般情況下，都以金屬性短路對待，只是在某些繼電保護的計算中才考慮過渡電阻。 (4)除不對稱故障處出現(xiàn)局

33、部不對稱外，實際的電力系統(tǒng)通常都可以看做三相對稱的。（三）無限大容量電源系統(tǒng)的三相短路過程分析 1.無限大容量電源系統(tǒng) 電力系統(tǒng)的容量即為其各發(fā)電廠運轉(zhuǎn)發(fā)電機的容量之和。實際電力系統(tǒng)的容量和阻抗都有一定的數(shù)值。系統(tǒng)容量越大，則系統(tǒng)內(nèi)阻抗就越小。 無限大容量電源系統(tǒng)，指其容量相對于用戶供電系統(tǒng)容量大得多的電力系統(tǒng)，當用戶供配電系統(tǒng)的負荷變動甚至發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所中母線上的電壓能基本維持不變。如果電力系統(tǒng)的電源總阻抗不超過短路回路總阻抗的5%10%，或電力系統(tǒng)的容量超過用戶供電系統(tǒng)容量 50倍時，可將電力系統(tǒng)看作無限大容量電源系統(tǒng)。 對一般用戶供配電系統(tǒng)來說，由于用戶供配電系統(tǒng)的容量遠比電

34、力系統(tǒng)的總?cè)萘啃。杩褂州^電力系統(tǒng)大得多。因此，用戶供配電系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生短路時，電力系統(tǒng)變電所饋電母線上的電壓幾乎維持不變，也就是說可將電力系統(tǒng)看作無限大容量電源系統(tǒng)。在等值電路圖中表示為S和X0。 按無限大容量電源系統(tǒng)計算所得的短路電流是裝置通過的最大短路電流。因此，在估算裝置的最大短路電流時，就可以認為短路回路所接電源是無限大容量電源系統(tǒng)。2.三相短路過渡過程分析 電力系統(tǒng)的短路故障往往是突然發(fā)生的。短路發(fā)生后，電系統(tǒng)就由工作狀態(tài)經(jīng)過一個暫態(tài)過程(或稱短路瞬變過程)，然后進入短路后的穩(wěn)定狀態(tài)。電流也將由原來正常的負荷電流突然增大，再經(jīng)過暫態(tài)過程達到短路后的穩(wěn)態(tài)值。由于暫態(tài)過程中的短路電流比起

35、穩(wěn)態(tài)值要大得多，所以暫態(tài)過程雖然時間很短，但它對電氣設(shè)備的危害遠比穩(wěn)態(tài)短路電流的危害要嚴重得多。因此，有必要對三相短路的暫態(tài)過程加以分析。 圖4-3(a)是一個電源為無限大容量的用戶供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路時的電路圖。假設(shè)電源和負荷都是三相對稱，則可取一相來分析，電路如圖4-3 (b)所示。圖4-2 三相短路電路圖及其等效電路設(shè)電源相電壓u = Um sint正常負荷電流為i = Im sin(t-) 現(xiàn)t=0時短路(等效為開關(guān)閉合)，則圖 (b)所示等效電路的電壓方程為 RIk+Ldikdt=Umsint(式4-1)式中 Ik表示每相短路電流瞬時值： R、L表示短路回路的總電阻和總電感。這個微分

36、方程的解為 Ik=Ikmt-k+Ce-t(式4-2)式中 Ikm 表示短路電流周期分量的幅值 k表示短路電流與電壓之間的相角， 表示短路回路的時間常數(shù)，C是積分常數(shù)，其值由初始條件決定。 當t0 發(fā)生三相短路瞬間，由于短路回路存在著電感，因此電流不能突變，即i0 = ik0，故由正常負荷電流為i = Im sin(t-)與式(4-2)中ik相等并代入t0，可求得積分常數(shù)為 C = Ikm sink -Im sin將上式代入式(4-2)即得短路電流為 Ik=Ikmsint-k+Ikmsink-Imsine-t(式4-3)在式(4-3)中，令I(lǐng)p=Ikmsint-k,Inp=Ikmsink-Ims

37、ine-tip為短路電流周期分量；inp為短路電流非周期分量。由式(4-3)可以看出：當t時(實際上經(jīng)過10個周期左右時間)， inp0，這時ik=ik=2Isint-(式4-4)式中I表示短路穩(wěn)態(tài)電流。圖給出無限大容量供電系統(tǒng)發(fā)生三相短路時前后電流、電壓的變化曲線。圖4-2無限大容量系統(tǒng)發(fā)生三相短路時前后電壓、電流的變化曲線從圖可以看出，短路電流在到達穩(wěn)態(tài)值之前，要經(jīng)過一個暫態(tài)過程，這一暫態(tài)過程是短路非周期分量電流存在的那段時間。從物理概念上講，短路電流周期分量是因短路后電路阻抗突然減小很多，而按歐姆定律應(yīng)突然增大很多倍的電流；短路電流非周期分量則是因短路電路含有感抗，電路電流不可能突變，而

38、按楞次定律感應(yīng)的用以維持短路初瞬間( t0 時電流不致突變的一個反向衰減性電流。此電流衰減完畢后，短路電流達到穩(wěn)定狀態(tài)。3.三相短路的有關(guān)物理量(1)短路電流次暫態(tài)值 短路電流次暫態(tài)值是指短路以后幅值最大的一個周期（即第一個周期）的短路電流周期分量的有效值。在無限大容量系統(tǒng)中，短路電流周期分量幅值保持不變，則有IN=IP=Ipm2(式4-5)(2)短路電流穩(wěn)態(tài)值I 短路電流穩(wěn)態(tài)值是指短路進入穩(wěn)態(tài)之后短路電流的有效值。 無窮大容量電源系統(tǒng)發(fā)生三相短路時，短路電流周期分量的幅值恒定不變，則 IN=IP=I(式4-6)(3)短路電流沖擊值ish 短路電流沖擊值即在發(fā)生最大短路電流的條件下，短路發(fā)生后

39、約半個周期出現(xiàn)短路電流最大可能的瞬時值。當t=0.01s時，有ish=ikt=0.01s=Ipm1+e-tTa=2KshIN(式4-7)式中，Ksh=1+e-tTa稱為沖擊系數(shù)，是一個大于1小于2的系數(shù)，一般在高壓供電系統(tǒng)中通常取Ta = 0.05s，故Ksh = 1.8，則ish = 2.55I 。低壓供電系統(tǒng)中發(fā)生短路，常取Ksh = 1.3，則ish = 1.84I 。 (4)短路沖擊電流有效值Ish 短路沖擊電流有效值指的是短路后第一個周期內(nèi)短路全電流的有效值。為了簡化計算，可假定非周期分量在短路后第一個周期內(nèi)恒定不變，取該中心時刻t=0.01s的電流值計算。對于周期分量，無論是否為無

40、窮大容量電源系統(tǒng)，在短路后第一個周期內(nèi)都可認為是幅值的正弦量。所以 Ish=1T0Tipt+iapt2dtIn2+2INe-0.01Ta2=IN1+2Ksh-12在高壓供電系統(tǒng)中取Ksh = 1.8，則Ish = 1.51I ；在低壓供電系統(tǒng)中取Ksh = 1.3，則Ish = 1.09I(5)短路功率Sk 短路功率又稱短路容量，它等于短路電流有效值同短路處的正常工作電壓（一般用平均額定電壓）的乘積。在短路的實用計算中，常只用次暫態(tài)短路電流來計算短路功率，稱為次暫態(tài)功率S，即SN=3uavIN（四）無限大容量電源系統(tǒng)的三相短路電流計算短路電流的計算方法有歐姆法、標幺制法和短路容量法。這里介紹一

41、般常用的歐姆法和標幺制法。歐姆法屬最基本的短路電流計算法，但標幺制法在工程設(shè)計中應(yīng)用廣泛。這次設(shè)計中關(guān)于短路電流的計算我們采用了標幺值法。1.標幺值的概念在電路計算中，一般比較熟悉的是有名單位。在電力系統(tǒng)計算短路電流時，如計算低壓系統(tǒng)的短路電流，常采用有名單位制；但計算高壓系統(tǒng)的短路電流，由于有多個電壓等級，存在著阻抗換算問題，為使計算簡化，常采用標幺制。 標幺制中各元件的物理量不用有名單位值，而用相對值來表示。相對值(Ad* )就是實際有名值(A)與選定的基準值A(chǔ)d* = AA (Ad)間的比值，即Ad*=AAd(式4-5)從上式可以看出，標幺值是沒有單位的。另外，采用標幺值法計算時必須先選

42、定基準值。 按標幺值法進行短路計算時，一般先選定基準容量Sd和基準電壓U。確定了基準容量Sd和基準電壓Ud以后，根據(jù)三相交流電路的基本關(guān)系。 基準電流 Id=Sd3Ud(式4-6)基準電抗 Xd=Ud3Id=Ud2Sd(式4-7)據(jù)此，可以直接寫出以下標幺值表示式 容量標幺值 S*=SSd(式4-8)電壓標幺值 U*=UUd(式4-9)電流標幺值 I*=IId=3IUdSd (式4-10)電抗標幺值 X*=XXd=XSdUd2 (式4-11)工程設(shè)計中，為計算方便起見通常取基準容量Sd = 100MV*A，基準電壓Ud通常就取元件所在處的短路計算電壓，即取Ud = Uc。 2.標幺值法計算的優(yōu)

43、點(1)在三相電路中，標幺值相量等于線量。 (2)三相功率和單相功率的標幺值相同。 (3)當電網(wǎng)的電源電壓為額定值時(U* = 1)，功率標幺值與電流標幺值相等，且等于電抗標幺值的倒數(shù)，即 S*=I*=1X*(式4-12)(4)兩個標幺值相加或相乘，仍得同一基準下的標幺值。 由于以上優(yōu)點，用標幺值法計算短路電流可使計算簡便，且結(jié)果明顯，便于迅速及時地判斷計算結(jié)果的正確性。（五）用標幺值法進行相關(guān)計算1.最大運行方式系統(tǒng)以最大運行方式工作時，進線回路為兩條，兩臺變壓器同時工作，并且分段斷路器和隔離開關(guān)均閉合，一級負荷采用雙回路供電，如圖4-3所示：圖4-3最大運行方式計算電路圖設(shè)Sd = 100

44、MV*A,Ud = Uav,各元件的標幺值如下：電源：X*G=SdSd max=100215=0.465線路L1、L2：X*L1=X*L2=X0ISdUav2=0.4×13×100372=0.379式中：X0表示線路單位長度電抗，取0.4/km。變壓器T1、T2：X*T1=X*T2=Uk%100·SdSNT=7.5100×100100=0.75線路L3：X*L3=X0ISdUav2=0.08×0.8×1006.32=0.161式中：X0表示線路單位長度電抗，取0.08/km。線路L4：X*L4=X0ISdUav2=0.08×

45、0.42×1006.32=0.085線路L5：X*L5=X0ISdUav2=0.08×0.93×1006.32=0.187線路L6、L7：X*L6=X*L7=X0ISdUav2=0.08×0.6×1006.320.121線路L8、L9：X*L8=X*L9=X0ISdUav2=0.08×0.75×1006.32=0.151線路L10、L11：X*L10=X*L11=X0ISdUav2=0.08×0.95×1006.32=0.191線路L12、L13：X*L12=X*L13=X0ISdUav2=0.08

46、15;1.22×1006.32=0.246線路L14：X*L14=X0ISdUav2=0.08×0.8×1006.32=0.161線路L15：X*L15=X0ISdUav2=0.08×0.98×1006.32=1.98線路L16：X*L16=X0ISdUav2=0.08×0.52×1006.32=0.105線路L17：X*L17=X0ISdUav2v=0.08×1.15×1006.32=0.232(1)當k1發(fā)生短路時X*k1=X*G+X*L12=0.465+0.3512=0.6405S*=I*=1X*k

47、1=10.6405=1.561Id=Sd3Uav=1003×37=1.560KAIk3=I*Sd=1.561×1.560KA=2.435KA Sk=S*Sd=1.561×100MV·A=156.1MV·Aish=2.55Ik3=2.55×2.435KA=6.209KA(2)當k2發(fā)生短路時X*k2=X*G+X*L12+X*T22=0.465+0.3512+0.62=0.9405S*=I*=1X*k2=10.9405=1.063Id=Sd3Uav=1003×6.3=9.164KAIk3=I*Id=1.063×9.16

48、4KA=9.741KASk=S*Sd=1.063×100MVAish=2.55Ik3=2.55×9.741KA=24.840KA(3)當k3發(fā)生短路時X*k3=X*G+X*L12+X*T12+X*I3=0.465+0.3512+0.62+0.161=1.1015S*=I*=1X*k3=11.1015=0.908Id=Sd3Uav=1003×6.3=9.164KAIk3=I*Id=0.908×9.164KA=8.32KASk=S*Sd=0.908×100MVA=90.8MVAish=2.55Ik3=2.55×8.321KA=21.219

49、KA(4)當k6發(fā)生短路時X*k3=X*G+X*L12+X*T12X*L62=0.465+0.3512+0.62+0.1212=1.001S*=I*=1X*k3=11.001=0.999Id=Sd3Uav=1003×6.3=9.164KAIk3=I*Id=0.999×9.164KA=9.155KASk=S*Sd=0.999×100MVA=99.9MVAish=2.55Ik3=2.55×9.155KA=23.345KA同樣的方法，我們可以得到發(fā)生其他短路的IK(3)、Sk、ish，求出來，填入表4-1中表4-1 最大運行方式下的短路電流編號短路點Ik3(K

50、A)Skish1k12.435156.16.2092K29.741106.324.8403k38.32190.821.2194k48.93597.522.7845K58.12888.720.7266K69.15599.923.3457K79.01798.422.9938K88.84396.522.5509K98.61494.021.96610K108.32190.821.21911K118.03787.720.49412K128.76195.622.34113K137.81785.319.9332.最小運行方式系統(tǒng)以最小運行方式工作時，進線回路為一條，兩臺變壓器只有一臺使用，一臺作為備用。同時

51、，一級負荷與二三級負荷均采用單回路供電，如圖所示： 設(shè)Sd = 100MV*A,Ud = Uav,各元件的標幺值如下：電源：X*G=SdSd max=100150=0.667其余各元件電抗標幺值都和最大運行方式下的標幺值相同 (1)當k1發(fā)生短路時X*k1=X*G+X*L1=0.667+0.351=1.018S*=I*=1X*k1=11.018=0.982Id=Sd3Uav=1003×37=1.560KAIK2=32I*Id=32×0.982×1.560KA=1.327KA圖4-4最小運行方式計算電路圖(2)當k2發(fā)生短路時X*k2=X*G+X*L1+X*T1=0

52、.667+0.351+0.6=1.618S*=I*=1X*k1=11.618=0.618Id=Sd3Uav=1003×63=9.164KAIk2=32I*Id=32×0.618×9.164KA=4.905KA(3)當k3發(fā)生短路時X*k3=X*G+X*L1+X*T1+X*L3=0.667+0.351+0.6+0.161=1.779S*=I*=1X*k1=11.779=0.562Id=Sd3Uav=1003×63=9.164KAIk2=32I*Id=32×0.562×9.164KA=4.460KA(4)當k6發(fā)生短路時X*k3=X*G+

53、X*L1+X*T1+X*L6=0.667+0.351+0.6+0.121=1.739S*=I*=1X*k1=11.379=0.575Id=Sd3Uav=1003×63=9.164KAIk2=32I*Id=32×0.575×9.164KA=4.56.KA五、35KV、6KV供電線路的選擇（一）導(dǎo)線和電纜截面的選擇方法為了保證用戶供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行，選擇導(dǎo)線和電纜截面時必須滿足下列條件。(1)發(fā)熱條件 導(dǎo)線和電纜(包括母線)在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時要產(chǎn)生熱量，其發(fā)熱溫度不應(yīng)超過其正常運行的最高允許溫度。 (2)電壓損耗條件導(dǎo)線和電纜在通

54、過正常最大的負荷電流即線路計算電流時產(chǎn)生電壓損耗，其電壓損耗不應(yīng)超過正常運行時允許的電壓損耗。對于較短的高壓線路，可不進行電壓損耗校驗。 (3)經(jīng)濟電流密度 35kV及以上的高壓線路以及35kV以下但距離長電流大的線路，其導(dǎo)線和電纜截面宜按經(jīng)濟電流密度選擇，以使線路的年費用支出最小而又適當考慮有色金屬的節(jié)約，所選截面稱為“經(jīng)濟截面”。用戶10kV及以下線路，通常不按此原則選擇。 (4)機械強度 導(dǎo)線短路時沖擊電流將使相鄰導(dǎo)體之間產(chǎn)生很大的電動力，從而使得載流部分遭受嚴重破壞，其截面不應(yīng)小于其最小允許截面。對于電纜，不必校驗其機械強度。 （二）35KV架空線的選擇實際工程設(shè)計中，對于35KV的較

55、長線路，一般按經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)線截面，再校驗允許載流量、允許電壓損失和機械長度。 導(dǎo)線的截面越大，電能損耗就越小，而線路投資、維修管理費用和有色金屬消耗卻要增加。因此，從經(jīng)濟方面考慮，導(dǎo)線選擇一個比較合理的截面，既使電能損耗小，又不致過分增加線路投資、維修管理費用和有色金屬消耗量。 如圖5-1所示，曲線3表示線路的年運行費用C與導(dǎo)線截面A的關(guān)系曲線。其中曲線1 表示線路的年折舊費(即線路投資除以折舊年限之值)和線路的年維修管理費之和與導(dǎo)線截面的關(guān)系曲線；曲線2 表示線路的年電能損耗費與導(dǎo)線截面的關(guān)系曲線。曲線3 為曲線1 與曲線2 的疊加。由曲線3 可知，與年運行費用最小值Ca(a點)相對應(yīng)的導(dǎo)線截面Aa不一定是很經(jīng)濟合理的