1、本科畢業設計本科畢業設計題 目 清華機床廠供配電系統設計 學 院 工 學 院 專 業 電氣化及其自動化 畢業屆別 2011 屆 姓 名 指導教師 職 稱 教 授 甘肅農業大學教務處制 二一一年六月機床廠供電系統設計 第 1 頁 共 50 頁清華機床廠供配電系統設計小強（清華農業大學 工學院 07 農電班）摘要摘要：電力行業是國民經濟的基礎工業，它為現代工業、農業、科學技術和國防提供必不可少的動力。電能是現代工業生產的主要能源和動力.隨著現代文明的發展與進步，社會生產和生活對電能供應的質量和管理提出了越來越高的要求。工廠供電系統的核心部分是變電所。本文是清華機床廠的供配電系統設計。以發電廠電氣部

2、分、高電壓技術、繼電保護、供配電系統、電力工程基礎等專業知識為理論依據，主要進行了該廠的降壓變電所設計。設計主要包括：通過負荷重要性確定了工廠的供配電方式以及降壓變電所電氣主接線的選擇；通過車間負荷的計算和無功補償的計算，選擇了各車間變電所和總降壓變電所的變壓器型號以及臺數；通過短路電流的計算對線路以及設備進行了繼電保護的設計：通過變電所的布局設置以及電壓等級，對變電所進行了防雷與接地保護等。本設計對于建造一個安全、經濟的變電所具有極為重要的參考價值。關鍵詞關鍵詞 ：供配電系統；負荷統計；短路電流計算；繼電保護；防雷接地。Abstract:The electric power professi

3、on is the primary industry of national economy,it provides the motive of essential to have for the modern industry, agriculture, science technique and national defense. Energy modern industrial production is the major energy and power. With the development of modern civilization and progress, social

4、 production and life to the quality of power supply and management of the increasingly high demands. Factories power supply system is the core of the substation. The design is for the machine tool plant of Lan zhou for distribution design. The electric power plants to some, high-voltage technology,

5、such as protection for the theoretical basis of professional knowledge, high Voltage Substation on the main part of the plant design graduate training. Design steps include: Determined by the importance of the plant load distribution methods and step-down substation for the main electric connection

6、of choice; through the shop load calculation and the calculation of reactive power compensation, choose the workshop and the total step-down substation Transformer model and the number of Taiwan; by short-circuit current calculation of the lines and equipment for the protection of the design: the la

7、yout settings, and through the substation voltage level, carried out on the substation lightning protection and grounding protection. The design for the construction of a safe and economical substation has a very important reference value.Keywords ：Power supply system,Load counts, Short circuit Elec

8、tric current Secretly scheme against ，lightning protection.機床廠供電系統設計 第 2 頁 共 50 頁目 錄第 1 章 設計任務書 .51.1 技術背景和設計依據 .51.1.1 變電所建設規模：.51.1.2 環境條件.51.2 設計的任務.61.3 設計的主要內容.61.4 設計提交成果.6第 2 章 方案設計及論證 .72.1 電氣主接線.72.1.1 電氣主接線的要求 .72.1.2 電氣主接線基本形式 .72.1.2.1 有匯流母線單母線接線.82.1.2.2 有匯流母線雙母線接線.82.2 電氣主接線方案設計及分析.92.

9、2.1 電氣主接線方案設計 .92.2.2 方案分析.10第 3 章 供配電系統的負荷計算 .113.1 供配電系統組成.113.2 負荷計算的目的與意義.123.3 計算負荷的確定.13第 4 章 供電系統方案設計與確定 .144.1 變配電所的總體布置設計 .144.1.1 變配電所總體布置的基本要求.144.1.2 變電所布置方案設計.14第 5 章 變壓器的選擇 .165.1 變壓器容量、臺數的確定原則.165.1.1 變電所主變壓器容量確定原則.165.1.2 主變壓器型式選擇原則.165.2 各變電所容量和無功補償計算 .175.2.1 變電所容量計算公式.175.2.2 各變電所

10、的無功補償.175.2.3 各車間變電所無功補償的計算.185.2.3.1 變電所 1 無功補償的計算 .185.2.3.2 變電所 2 無功補償計算 .185.2.3.3 變電所 3 無功補償計算 .195.2.3.4 總降壓變電所無功補償 .195.2.4 無功補償后變壓器容量的計算及變壓器的選擇.195.2.4.1 變電所 1 變壓器的選擇 .195.2.4.2 變電所 2 變壓器的選擇 .20機床廠供電系統設計 第 3 頁 共 50 頁5.2.4.3 變電所 3 變壓器的選擇.205.2.4.4 總降壓變電所變壓器的選擇.20第 6 章 短路電流及其計算 .216.1 短路的原因與后果

11、.216.1.1 短路及原因.216.1.2 短路的后果及短路計算的目的.216.2 短路電路的計算.226.2.1 變電所供電回路示意圖.236.2.2 短路電流計算.23第 7 章 繼電保護 .267.1 繼電保護的任務與要求 .267.1.1 繼電保護的任務.267.1.2 對繼電保護的要求.267.2 供電系統的繼電保護 .277.2.1 總降壓變電所的繼電保護.277.2.2 各車間變電所的繼電保護.287.2.3 各車間變電所的具體繼電保護設計（以變電所 1 為例設計）.297.2.3.1 輸電線路的繼電保護.297.2.3.2 變壓器的保護.307.2.3.2 母線的保護.31第

12、 8 章 電力線和用電設備的選擇 .328.1 各變電所線路導線截面的選擇 .328.2 各變電所母線的選擇 .358.2.1 35kv 供電線路母線選擇.358.2.2. 10kv 供電線路母線選擇 .358.2.3 斷路器 QF 及隔離開關 QS 選擇.368.2.3.1 35kv 側斷路 QF 及隔離開關 QS 選擇.368.2.3.2 側斷路 QF 及隔離開關 QS 選擇.378.2.3.3.電流繼電器和時間繼電器的選擇 .388.2.3.4.電壓互感器的選擇 .398.2.3.5.高壓開關柜的選擇 .398.2.3.6. 總降壓變電所主要設備清單 .408.2.3.7 子變電所主要電

13、氣設備清單.42第 9 章 防雷與接地設計 .439.1 變電站的防雷保護 .439.2 變電站的進線段保護 .449.2.1 總降壓變電所避雷器的選擇： .449.2.2 車間變電所避雷器的選擇 .45第 10 章 總結與建議 .4510.1 結論 .4510.2 建議 .46機床廠供電系統設計 第 4 頁 共 50 頁致 謝 .47參考文獻 .48附錄 1-清華機床廠主降壓變電所電氣主接線圖.49附錄 2-清華機床廠子變電所 2 電氣主接線圖.50機床廠供電系統設計 第 5 頁 共 50 頁第 1 章 設計任務書1.1 技術背景和設計依據 1.1.11.1.1 變電所建設規模： 變電所容量

14、：31.5MW 電壓等級：35/10KV 出線回路數：35KV 2 回架空線；10KV 8 回架空線； 與變電所連電力系統短路容量 1000MVA； 負荷情況：最大負荷 30MW，最小負荷 15MW。 10 千伏側負荷情況表：Tmax=5600 小時 COS=0.85 用戶名稱 最大負荷（KW） 線路長度（KM） 回路數 基礎車間 260 6 1 齒輪車間 800 4 1 鑄造車間 300 3 1 導軌車間 300 5 1 裝配車間 380 4 1 維修車間 300 3 1 實驗車間 450 2 1 行政辦公 50 3 1 其中車間等處電壓等級：10/0.4KV遠景發展：10 千伏側遠景擬發展

15、 6 回電纜出線，最大綜合負荷 18MW，功率因數 0.85 1.1.2 環境條件 年最高溫度：40； 年最低溫度：-20；年平均溫度：20；海拔高度：1200M； 土制：粘土；雷暴日：30 日/年。 機床廠供電系統設計 第 6 頁 共 50 頁1.2 設計的任務 熟悉題目要求，查閱相關科技文獻； 主接線方案設計（包括方案論證與確定、技術經濟分析等內容；） 選擇主變壓器； 短路電流計算； 電氣設備選擇； 配電裝置設計； 防雷保護設計； 撰寫設計說明書、繪制圖紙。 1.3 設計的主要內容主要內容： 確定主接線：根據設計任務書，分析原始資料與數據、列出技術上可能實現的 2-3個方案，經過技術經濟比

16、較，確定最優方案； 選擇主變壓器：選擇變壓器的容量、臺數、型號等； 短路電流計算：根據電氣設備選擇和繼電保護整定的需要，選擇短路計算點，繪制等值網絡圖，計算短路電流，并列表匯總； 電氣設備的選擇：選擇并效驗斷路器、隔離開關、電抗器、電流互感器、電壓互感器、母線、電纜、避雷器等、選用設備的型號、數量匯總設備一覽表； 配電裝置設計； 防雷保護設計。 主要設計指標 本設計的變電所電氣部分應具有可靠性、靈活性、經濟性、并能滿足工程建設規模要。 1.4 設計提交成果 設計說明書； 機床廠供電系統設計 第 7 頁 共 50 頁圖紙：電氣主接線圖一張（1#圖紙）； 第 2 章 方案設計及論證2.1 電氣主接

17、線電氣主接線是由高壓電器通過連接線，按其功能要求組成接受和分配電能的電路，成為傳輸強電流、高電壓的網絡，故又稱為一次接線或電氣主系統。2.1.1 電氣主接線的要求可靠性：保證供電可靠性是電氣主接線最基本的要求，通常從以下幾個方面來考慮主接線的可靠性：斷路器檢修時能否不影響供電；線路、斷路器或母線故障時以及母線或隔離開關檢修時，停運出線回路數的多少和停電時間的長短，以及能否保證對、類負荷的供電；發電廠或變電站全部停電的可能性；大型機組突然停運時，對電力系統穩定運行的影響與后果等。靈活性：電氣主接線應能適應各種運行狀態，并能靈活地進行運行方式的切換既能靈活地投、切某些機組、變壓器或線路，調配電源和

18、負荷，又能滿足系統在事故、檢修與特殊運行方式下的調度要求，不致過多地影響對用戶的供電和破壞系統的穩定運行。設計主接線時應留有發展和擴建的余地，必要時，還要考慮到從初期接線過渡到最終接線的可能性和分階段施工的可行方案。經濟性 ：投資省；占地面積少；電能損耗少。2.1.2 電氣主接線基本形式有匯流母線的接線：單母線接線，雙母線接線，一臺半斷路器接線 。無匯流母線的接線：單元接線、橋型接線、角型接線機床廠供電系統設計 第 8 頁 共 50 頁2.1.2.1 有匯流母線單母線接線單母線接線：只有一組母線的接線 ,進出線并接在這組母線上。優點：簡單清晰、設備少、投資小、運行操作方便，且有利于擴建。缺點是

19、：可靠性和靈活性較差。單母線分段接線：避免單母線接線可能造成全廠停電的缺點 ，提高供電可靠性及靈活性.這種接線方式廣泛用于中、小容量發電廠的 610KV 主接線 6220KV 變電所配電裝置中。610kV 配電裝置的出線回路數不超過 5 回；3563kV 配電裝置的出線回路數不超過 3 回；110220kV 配電裝置的出線回路數不超過 2 回。單母線帶旁路接線接線：檢修出線斷路器，不致中斷該回路供電 2.1.2.2 有匯流母線雙母線接線雙母線接線特點：每回線路都經一臺斷路器和兩組隔離開關分別與兩組母線連接，母線之間通過母線聯絡斷路器 QF（簡稱母聯）連接。優點：可靠性和靈活性大大提高 ：可以輪

20、流檢修母線 ；一組母線故障后，可將接在其上的回路倒閘到另一組母線上；檢修任一回路的母線隔離開關時，只需斷開該回路和與此隔離開關相連的母線；可用母聯斷路器代替任一回路的需要檢修的斷路器，而只需短時停電（需要跨條連接） ； 在個別回路需要單獨進行試驗時可以將該回路分出來；亦可用一組備用母線作為熔冰母線；便于擴建 。缺點：倒閘操作比較復雜，在運行中隔離開關作為操作電器，容易發生誤操作。尤其當母線出現故障時，須短時切換較多電源和負荷；當檢修出線斷路器時，仍然機床廠供電系統設計 第 9 頁 共 50 頁會使該回路停電。配電裝置復雜，投資較多，經濟性差。2.2 電氣主接線方案設計及分析2.2.1 電氣主接

21、線方案設計方案一：電源進線采用雙電源，在主變電所電源進線側采用雙母線接線，其中一個電源為工作電源，另一個為備用電源。主變電所的主變高壓側采用單母線分段方式，低壓側采用單母線分段方式，各個子變電所采用的是單母線分段的主接線方式。方案一圖如圖 2-1 所示。 圖 2-1 電氣主接線方案一方案二：電源進線采用雙電源，主變電所的電源進線側采用雙母線接線，其中一個電源為工作電源，另一個為備用電源。主變電所的高壓側采用單母線分段方式，低壓側雙母線分段方式，各個子變電所采用的是單母線分段的主接線方式。方案三：電源進線采用雙電源，主變電所的電源進線側采用單母線接法，其中一個電源為工作電源，另一個為備用電源。主

22、變電所的高壓側采用無母線接線方式，低壓側采用單母線接線方式，各個子變電所采用的是單母線帶旁路母線的主接線方式.機床廠供電系統設計 第 10 頁 共 50 頁圖 2-2 電氣主接線方案二圖 2-3 電氣主接線方案三2.2.2 方案分析單母線分段：優點：簡單清晰，設備少，投資少，運行操作方便，當某一進線斷路器故障或檢修時，可維持兩臺變壓器同時運行向負荷供電。缺點：可靠性和靈活性較差。無母線接線：線路變壓器組接線是無母線的一種方式。缺點：由于無匯流母線，不利于功率的匯集和平均分配，當某一進線斷路器故障或檢修是，該回路必須暫時停用，導致過負荷運行。內橋接線:機床廠供電系統設計 第 11 頁 共 50

23、頁優點：高壓斷路器數量少，兩個回路只需三臺斷路器。缺點:變壓器的切除和投入較復雜。需要動作兩臺斷路器。影響一回路暫時停運；橋形斷路器檢修時，兩回路需要解列運行，當進線短路器檢修時，線路需要長時間停運。根據可靠性方面看來講，對于 35kv 等級的高壓母線母線采用雙母線接線方式要比單母線接線方式可靠的多，對于 35kv 的變電所母線的接線方式在可靠性保證的前提下才能去考慮經濟性。據以上分析比較，無母線接線可靠性差，故放棄無母線接線方式，從技術上選擇單母線分段和內橋接線。從經濟上分析可知，由于內橋式接線當中高壓斷路器數量少，且由于斷路器的價格非常昂貴，盡量少用斷路器就會節省很多投資，這樣比較下來，內

24、橋式接線方式比較經濟。最終確定方案二比較經濟合理。第 3 章 供配電系統的負荷計算供配電系統包括工業企業供配電系統和民用建筑供配電系統，它是電能的用戶，也是電力系統的組成部分。電能是現代工業生產和社會生活中的主要能源和動力，由于電能的生產、輸送、分配和使用的全過程是在同一瞬間完成的，在了解供配電系統之前，先了解一下電力系統的情況。3.1 供配電系統組成各類電能用戶為了接受從電力系統輸送來的電能，就需要有一個內部的供電系統。內部供配電系統是指從電源線路進用戶到高、低壓用電設備止的整個電路系統，它由高壓及低壓配電線路、變電所（包括配電所）和用電設備組成。供配電系統的構成與其負荷的重要性及大小等因素

25、有關。電力負荷的分級：按 GB50052-1955供配電系統設計規則規定，電力負荷根據供電可靠性及中斷供電（事故）在政治、經濟上所造成的損失或影響的程度，分為一級負荷、二級負荷及三級負荷。一級負荷 一級負荷為中斷供電將造成人身傷亡者，或者供電將在政治、經濟上造成重大損失者，如重大設備損壞。重大產品報廢、用重要原料生產的產品大量報廢、國名經濟中重點企業的連續生產過程被打亂需要長時間才能恢復等，一級負荷如礦井、電機床廠供電系統設計 第 12 頁 共 50 頁爐煉鋼、電解槽、特種化工、醫院手術室、重要交通樞紐。重要港口、重要賓館、電臺、高精端科研部門、軍事機關與基地等。在一級負荷中，中斷供電將發生中

26、毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要的場所中不允許中斷供電的電荷，應視為特別重要的負荷。在工業生產中，如正常電源中斷時處理安全停產所必需的應急照明、通信系統；保證安全停產的自動控制裝置等。在名用建筑中，如大型金融中心的關鍵電子計算機系統和防盜報警系統；大型國際比賽館的記分系統以及監控系統等；國賓館、國家積極承擔大國事活動會堂等。二級負荷 中斷供電將在政治、經濟上造成重大損失者，或影響重要用戶的正常工作，或造成公共場所秩序混亂者為二級負荷。在工業生產中，如主要設備損壞、大量產品報廢、連續生產過程被打亂徐長時間才能恢復的以及重點企業大量減產等；其它如交通樞紐、通信樞紐。大型影劇院、大型商場和高

27、層建筑等。三級負荷 不屬于一級負荷和二級負荷的電力負荷。這次“清華機床廠供配電系統”屬于二級負荷，設計時要根據二級負荷的要求進行設計3.2 負荷計算的目的與意義供配電系統的設計，首先要根據用戶的基本資料及用電設備的容量，對系統中各個環節的電力負荷進行系統的計算，其目的是確定供配電系統方案，并選擇其中的各個元件（如電力變壓器，開關設備、導線及電纜等），以使其滿足正常運行時負荷電流熱效應的要求。另外，負荷計算也是合理進行無功功率補償的重要依據。這種根據用電設備容量統計計算出來的，用來按發熱條件選擇供配電系統中各元器件的負荷值，稱為計算負荷。按計算負荷選擇的電氣設備、導線和電纜。在計算負荷下連續運行

28、時，其發熱溫度不會超過允許值。顯而易見，計算負荷應是電氣元件連續運行時能夠承擔的最大負荷。用戶的用電設備品種繁多、數量大、工作情況復雜，實際用電電荷或所需電量并不是用電設備容量的簡單相加。如何根據用電設備的資料正確估計計算負荷，直接影響到電氣設備和導線、電纜的選擇是否經濟合理。如果計算負荷確定過大。那么將使電氣設備和導線、電纜選擇的過大。造成投資和有色金屬的浪費。如果計算負荷確定過小，那么有將使電氣設備和電纜、導線處于過負荷運行，增加電能損耗，產生過熱現象，導致絕緣過早老化甚至燒毀，同樣會造成損失。由此可見，正確確定計算負荷意義重大。但機床廠供電系統設計 第 13 頁 共 50 頁是影響計算負

29、荷的因素很多，雖然各類負荷的變化有一定的規律可循，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，它與設備的性能、生產的組織形式、生產者的技能及能源供應的狀況等多種因素有關，因此負荷計算只能力求接近實際。“電力負荷”在不同的場合可以有不同的含義，它可以指用電設備或用電單位，也可以指用電設備或用電單位的功率或電流的大小3.3 計算負荷的確定據資料查知同時系數在泵系設計中取 Kd=0.9,本次設計要求的功率因數為 0.85用到的公式為 30.depk p303030303030tancos3/NUQPSPIS其中 為額定電壓NU表 4-1 各車間的計算負荷為下表車間名車有功功率（kW）

30、無功功率 （kvar） 視在功率（MV.A）短路電流(A)基礎車間234145.08275.30418.275齒輪車間720446.40847.061286.97鑄造車間270167.40317.65482.615導軌車間270167.40317.65482.615裝配車間342212.04402.35611.312維修車間270167.40317.65482.615實驗車間 405251.10476.47723.923行政辦公 4527.9052.9480.434機床廠供電系統設計 第 14 頁 共 50 頁第 4 章供電系統方案設計與確定4.1 變配電所的總體布置設計4.1.1 變配電所總

31、體布置的基本要求變配電所的布置是在其位置與數量、電氣主接線、變壓器型式、數量及容量確定的基礎上進行的，且與變電所的形式密切相關。變電所總體布置滿足一線要求 便于運行維護 有人值班的變配電所，應設單獨值班室，且盡量靠近高、低壓配電室。高、低壓配電室與值班室應直通或經過通道相同。低壓配電室也可兼做值班室，但保證安全距離。有人值班的獨立變配電所，宜設有廁所和及排水設施。 保證運行安全 戶內變電所的每臺油量為 100Kg 及以上的三相油鳹式變壓器，應裝設在單獨的變壓器室內，其門應朝馬路開。高壓電容器柜一般也要設在單獨的電容器室內，低壓電容器柜可與低壓開關柜同室布置，但容量較大時也應單獨設室。高、低壓電

32、容器室、配電室的門應向外開或雙向開啟。變配電裝置要有足夠的安全凈距和維護操作通道。變配電所應設置防止雨、雪和小動物從采光窗、通風窗、門或電纜溝等進入室內的設施。另外，變配電所還應設置考慮防火、通風等要求。 便于進出線 如果是高壓架空進線，那么高壓配電室宜位于進線側。變壓器的安裝位置宜靠近低壓配電室。低壓配電室宜位于其低壓架空出線側。 節約土地與建筑費用 高壓開關柜的數量少時，可和低壓配電屏同室布置。高壓配電所應盡量與鄰近的車間變電所合建。 適應發展要求 高、低壓配電室內，宜留有適當數量配電裝置的備用位置。變壓器室應考慮到擴建時有更換大一級容量變壓器的可能。4.1.2 變電所布置方案設計方案一如

33、下圖 4-1 所示 機床廠供電系統設計 第 15 頁 共 50 頁總降壓變電所變電所 1變電所 2變電所 3鑄造車間維修車間行政辦公導軌車間基礎車間裝配車間齒輪車間實驗車間 圖 4-1 清華機床廠供配電系統方案一方案二如下圖 4-2 所示總降壓變電所變電所 1變電所 2變電所 3變電所 4齒輪車間行政辦公基礎車間導軌車間維修車間鑄造車間裝配車間實驗車間 圖 4-2 清華機床廠供配電系統方案二方案分析:方案一: 將距離相同或差不多的車間設置在一個變電所，且三個變電所的總容量差不多，便于在總變電所選擇變壓器時有更好的余量，且可以選擇大容量電壓器以降低經濟投入。機床廠供電系統設計 第 16 頁 共

34、50 頁方案二:相比方案一，方案二的優點：四個變電所的容量也很平均，且每兩個變電所的容量也很平均，在總降壓變電所選擇變壓器時可以用容量相同類型相同的變壓器，以便在負荷變換時方便切換。缺點:相比方案一，方案二多了一個變電所，這無形中就增加了變電所建筑投入和占地投入，同時也增加了變壓器的數量，在繼電保護方面啊有了更大的投入。 綜上比較，本設計采用方案一。第 5 章 變壓器的選擇5.1 變壓器容量、臺數的確定原則 主變壓器的容量、臺數直接影響主接線的形式和配電裝置的結構。它的確定除依據傳遞容量基本原始資料外，還應根據電力系統 510 年發展規劃、輸送功率大小、饋線回路數、電壓等級已經接入系統的緊密程

35、度等因素，進行綜合分析和合理選擇。 5.1.1 變電所主變壓器容量確定原則變電所主變壓器容量，一般應按 510 年規劃負荷來選擇。根據城市規劃、負荷性質、電網結構等綜合考慮確定其容量。對重要變電所，應考慮當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力允許時間內，應滿足類及類負荷的供電；對一般性變電所，當一臺主變壓器停運時，其余變壓器容量應能滿足全部負荷的 70%80%。5.1.2 主變壓器型式選擇原則相數的確定:330kV 及以下電力系統，一般都應選用三相變壓器 變壓器制造條件和運輸條件的限制，選用三臺單相變壓器組成. 繞組接線組別的確定:變壓器三相繞組的接線組別必須和系統電壓相位一致，

36、否則，不能并列運行。變壓器三相繞組的連接方式應根據具體工程來確定:110kV 及以上電壓，變壓器三相繞組都采 用“YN”連接；機床廠供電系統設計 第 17 頁 共 50 頁35kV 采用“Y”連續，其中性點多通過消弧線圈接地；35kV 以下高壓電壓，變壓器三組繞組都采用“D”連接。調壓方式的確定:切換方式有兩種：不帶電切換，稱為無激磁調壓，調整范圍通常在22.5%以內；另一種是帶負荷切換，稱為有載調壓，調整范圍可達 30%。5.2 各變電所容量和無功補償計算5.2.1 變電所容量計算公式 總的用功計算負荷 3030.iPPKP總的無功計算負荷 3030.iqQKQ以上兩式中的和分別為各設備的有

37、功和無功計算負荷之和。、30.iP30.iQqK為無功和有功計算負荷的同時系數，可取=0.93-0.97, =0.90-0.95PKqKPK總的視在計算負荷 總的計算電流22303030SPQ3030/ 3NISU各變電所計算負荷如下表所示變電所名稱總有功計算負荷(KW).1SUMP總無功計算負荷(Kvar)SUMQ總視在計算負荷(MV.A)SUMS總的計算電流（A）SUMI變電所 1544.05344.565643.98437.180變電所 2786.78498.294926.95053.518變電所 31046.25662.6251238.43071.501總降壓變電所2939.37214

38、00.10013255.79353.707備注其中在子變電所時取 0.95，總變電所時取 0.93 在子變電qKPK所取 0.93，總變電所時取 0.905.2.2 各變電所的無功補償在用電單位，大量的用電設備是異步電動機、電力變壓器、電焊機、電弧爐及氣體機床廠供電系統設計 第 18 頁 共 50 頁放電燈等感性負荷，從而使功率因數低。若在充分發揮設備潛力、改善設備運行性能、提高其自然功率因數的情況下，上達不到規定功率因數時，則需要人工補償。 無功補償的基本原理：把具有容性功率負荷的裝置與感性功率負荷并聯在同一電路中，能量在兩種負荷之間相互交換，這樣，感性功率負荷所需要的無功功率可由容性功率負

39、荷輸出的無功功率補償。當前，國內外廣泛采用并聯電容器作為無功補償裝置，這種方法安裝方便，建設周期短、造價低、運行維護簡便以及自身損耗小。5.2.3 各車間變電所無功補償的計算由于變電所 1，變電所 2、變電所 3 都采用 10kv 供電線路，則取工廠變電所高壓側cos=0.95，滿足 10kv 供電時，工廠變電所高壓側的要求。cos0.95.2.3.1 變電所 1 無功補償的計算.544.05sum cakwP1.344.565 varSUMcakQ1.643.984.SUMcakv AS則11.1.0.845cos/SUMcaSUMcaPS11.tan(arccos0.845)tan(arc

40、cos0.95)544.05(0.6330.329)165.39 varcSUMcakQP5.2.3.2 變電所 2 無功補償計算SUM2.caP786.78kw=2.498.294 varsumcakQSUM1.ca926.950kv.AS=則22.2.0.849cos/SUMcaSUMcaPS22.tan(arccos 0.849) - tan(arccos 0.95) 786.78(0.622 - 0.329)230.53 varcSUMcakQP機床廠供電系統設計 第 19 頁 共 50 頁5.2.3.3 變電所 3 無功補償計算3.1046.25sum cakwP3.662.623

41、varsum cakQ1.1238.430 .SUM cakv AS則33.3.cos0.845/SUMcaSUMcaPS33.tan(arccos0.845)tan(arccos0.95)1046.25 (0.633 0.329)314.92 varcSUMcakQP5.2.3.4 總降壓變電所無功補償由于總降壓變電所采用 35kv 供電線路，則取工廠變電所高壓側，滿足 35kvcos0.92供電時，工廠變電所高壓側的要求。cos0.9.2139.372sum cakwP.1400.1001 varsum cakQ.2556.793 .SUM cakv AS則.cos0.837/SUM ca

42、SUM cazPS.tan(arccos0.837)tan(arccos0.92)2139.372 (0.6580.426)496.334 varczSUM cakQP5.2.4 無功補償后變壓器容量的計算及變壓器的選擇5.2.4.1 變電所 1 變壓器的選擇 則取1165.39 varCkQ 1200 varCkQ222211.1.1(544.05)(344.565200)562.93.()SUMcaSUMcaCKV ASPQQ當占所選變壓器容量的 70%時，所選變壓器效率最高，符合要求。1S 則變電所 1 所選的變壓器是：S9-M-800 型變壓器。11804.19./0.7KV ASS機

43、床廠供電系統設計 第 20 頁 共 50 頁5.2.4.2 變電所 2 變壓器的選擇 則取2230.53 varCkQ2250 varCkQ222222.2.2(786.78)(498.294250)825.03.()SUMcaSUMcaCKV ASPQQ當占所選變壓器容量的 70%時，所選變壓器效率最高，符合要求。2S 則變電所 2 所選的變壓器是：S9-M-1250 型變壓器。220.71178.61./KV ASS5.2.4.3 變電所 3 變壓器的選擇 則取3314.92 varckQ 3350 varCkQ222233.3.3(1046.25)(622.623350)1081.19.

44、()SUMcaSUMcaCKV ASPQQ當占所選變壓器容量的 70%時，所選變壓器效率最高，符合要求。3S 則變電所 3 所選的變壓器是：S9-M-1600 型變壓器。330.71544.55./KV ASS5.2.4.4 總降壓變電所變壓器的選擇 則取496.334 varczkQ 500 varCzkQ 2222.(2139.372)(1400.1001600)2284.08.()czSUM caSUM caCzKV ASPQQ當占所選變壓器容量的 70%時，所選變壓器效率最高，符合要求。czS 則總降壓變電所選的變壓器是是、SZ9-M-4000/35 型變壓器。0.73262.97./

45、czczKV ASS 由于總降壓變電所采取兩回路進線的供電線路，為方便供電，提高變電所的供電可靠性，根據計算結果及要求，可有兩臺變壓器，分別為變壓器 1、變壓器 2，變壓器 1 負責給變電所 1 和變電所 2 供電，可選變壓器的容量為 2500KV.A，即 SZ9-2500/35 型變壓器；變壓器 2 負責給變電所 3 供電，可選變壓器 2 的容量為 2000KV.A，即 SZ9-2000/35型變壓器。機床廠供電系統設計 第 21 頁 共 50 頁第 6 章 短路電流及其計算6.1 短路的原因與后果6.1.1 短路及原因供配電系統在運行過程中，不可避免地會發生各種故障和不正常運行狀態，其中最

46、常見的也是最為嚴重一種是短路。短路是指供配電系統中不同電位的導體之間的低阻性短接。引起電路發生的原因有很多，主要有以下方面：電氣絕緣損壞 由于設備長期運行，絕緣自然老化而損壞；或由于設備本身不合格、絕緣強度不夠而被正常電壓擊穿；或設備絕緣正常而被過電壓擊穿；或者是設備絕緣受到外力損傷而導致短路。誤操作 工作人員由于未遵守安全操作規程而發生誤操作；或者誤將低電壓的設備接入到較高電壓的電路中而造成的擊穿短路。鳥獸危害 鳥獸跨在裸露的相線之間或相線與接地物體之間；咬壞設備導線電纜的絕緣，也是導致短路發生的一個原因。6.1.2 短路的后果及短路計算的目的在供配電系統中發生短路事故后，短路電流往往要比正

47、常負荷電流大得多，可達幾萬安培甚至幾十萬安培。如此大的短路電流對電力系統可產生極大的危害。短路電流通過電氣設備時，溫度急劇上升，會使絕緣老化或損壞；同時產生很大的電動力，會使設備載流部分發生機械形變甚至損壞。短路會使系統電壓驟降，影響系統其他設備的正常運行。短路可能造成停電事故，而且越靠近電源，停電范圍越大，給國民經濟造成的損失也就越大。嚴重的短路會影響電力系統運行的穩定性，可是并列運行的發電機組失去同步，造成電力系統裂解。電力系統發生不對稱短路時，其電流會產生較強的不平衡交變磁場，對附近的通信線路、電子設備產生電磁干擾，影響其正常工作，甚至發生誤動作。機床廠供電系統設計 第 22 頁 共 5

48、0 頁6.2 短路電路的計算公式如下表 6-1 所示。 圖表 6-1 短路電流計算公式及參數列表參數名稱有名值標幺值說明功率SbSSS一般取100bMVAS 電壓UbUUU一般取bavUU電流IbIII3ddSdUI電抗X2bbbXSXXUX是以為基準容量的標XbS幺值變壓器電抗2%100/TKNNXUUS%100KbTNUSXS線路電抗LXXL12LbbX LSUX為線路每公里電抗值1X電抗器電抗100(%)/3RRNNXXUI%10023SUXNbRXRI UNb為電抗器銘牌上的數%RX值系統等值電抗2/SNKXUS3bbKKNSSSSI UX為某點短路電容，為KSKI該點三相短路電流電動

49、機電抗2%100NKNMUUSXbSTNMSKSX為啟動電流STK機床廠供電系統設計 第 23 頁 共 50 頁6.2.1 變電所供電回路示意圖圖 6-1 清華機床廠供電示意圖6.2.2 短路電流計算查相關資料：6-10kv 架空供電線路，電力線路每相的單位長度電抗平均值為0.38，6-10KV 電纜線電力線路每相的單位長度的電抗平均值為 0.08/km.km變壓器的容量為 2500,查表得;1TKV A%6.5KU變壓器的容量為 800,查表得;2TKV A%4KU變壓器的容量為 1250,查表得;3TKV A%4KU變壓器的容量為 2000,查表得;4TKV A%5KU變壓器的容量為 16

50、00,查表得;5TKV A4%KU選基準值： , , .100bMV AS10.4bKVU210bKVU則 1110033 0.4144.3bbbSUKAI 2210033 105.77bbbSUKAI計算各阻抗元件標幺值：10 1223511000.38200.62bavSUXx l機床廠供電系統設計 第 24 頁 共 50 頁%3116.51001001002500 102.6KbTTUSSX0 22210221000.08 0.20.016bavSUXx l%3210042100100800 105KbTUSTSX2210230 31000.08 0.30.024bavSUXx l%33

51、100431001001250 103.2KbTUSTSX223510 410040.38 200.62bavSUXx l%34510041001002000 102.5KbTUSTSX0 32210210050.08 0.30.024bavSUXx l%35100451001001600 102.5KbTUSTSX則清華機床廠供電等值圖如下圖 6-2 圖所示 圖 6-2 清華機床廠供電等值圖當個短路點短路時，從電源到各短路點的總阻抗標幺值計算：(1)11*220.622.60.01658.236KTTXXXXX 機床廠供電系統設計 第 25 頁 共 50 頁(2)11*330.622.60.

52、0243.26.444KTTXXXXX(3)44*550.622.52.50.0245.644KTTXXXXX(4)11*0.622.63.22KTXXX(5)441*0.622.53.12KXXX計算短路電流的周期分量和沖擊電流(短路電流)：周期分量標幺值的計算：(1)11(1)8.2360.121KKXI (2)11(2)6.4440.155KKXI(3)11(3)5.6440.177KKXI(4)11(4)3.220.311KKXI(5)11(5)3.120.320KKXI周期分量有效值的計算：(1)(1)10.121 144.317.46()KKbKAIII (2)(2)10.155

53、144.322.37()KKbKAIII(3)(3)10.177 144.325.54()KKbKAIII(4)(4)20.311 5.771.794()KKbKAIII(5)(5)20.320 5.771.846()KKbKAIII短路電流的計算：取沖擊系數：對于高壓側 ， 1.8shK2.55shIi 對于低壓側 ， 1.3shK1.84shIi則短路電流：(1)(1)1.84 17.4632.126()sh kmKKAiK I3(2)(2)1.84 22.3741.161()sh kmKKAiK I機床廠供電系統設計 第 26 頁 共 50 頁(3)(3)1.84 25.5446.994

54、()sh kmKKAiK I(4)(4)2.55 1.7944.575()sh kmKKAiK I(5)(5)2.55 1.6464.707()sh kmKKAiK I第 7 章 繼電保護7.1 繼電保護的任務與要求7.1.1 繼電保護的任務供配電系統在運行過程中，不可避免的發生一些故障或處于不正常工作狀態。最常見的故障是各種形式的短路；不正常運行狀態主要有過負荷、設備溫度升高等。故障或不正常運行狀態若不及時處理或處理不當。就可能引發事故。為保證供配電系統安全可靠的運行，系統中各主要電氣設備和線路必須裝設保護裝置，其基本任務是:自動、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統中切除，使故障元件免于繼

55、續遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復正常運行。反應電氣元件的不正常運行狀態，并根據運行維護的條件(如有無經常值班人員)而動作于信號，以便值班員及時處理，或由裝置自動進行調整，或將那些繼續運行就會引起損壞或發展成為事故的電氣設備予以切除。此時一般不要求保護迅速動作，而是根據對電力系統及其元件的危害程度規定一定的延時，以免暫短的運行波動造成不必要的動作和干擾而引起的誤動。繼電保護裝置還可以與電力系統中的其他自動化裝置配合，在條件允許時，采取預定措施，縮短事故停電時間，盡快恢復供電，從而提高電力系統運行的可靠性。7.1.2 對繼電保護的要求供配電系統對繼電保護裝置有以下要求： 可靠性：可靠性包括安

56、全性和信賴性，是對繼電保護最根本的要求。所謂安全性是要求繼電保護在不需要它動作時可靠不動作，即不發生誤動。所謂信賴性是要求繼電保護機床廠供電系統設計 第 27 頁 共 50 頁在規定的保護范圍內發生了應該動作的故障時可靠動作，即不拒動。安全性和信賴性主要取決于保護裝置本身的制造質量、保護回路的連接和運行維護的水平。一般而言，保護裝置的組成元件質量越高、回路接線越簡單，保護的工作就越可靠。同時正確的調試、整定、運行及維護，對于提高保護的可靠性都具有重要的作用。選擇性：所謂選擇性就是指當電力系統中的設備或線路發生短路時，其繼電保護僅將故障的設備或線路從電力系統中切除，當故障設備或線路的保護或斷路器

57、拒動時，應由相鄰設備或線路的保護將故障切除。速動性：所謂速動性就是指繼電保護裝置應能盡快地切除故障，以減少設備及用戶在大電流、低電壓運行的時間，降低設備的損壞程度，提高系統并列運行的穩定性。靈敏性：靈敏性是指電氣設備或線路在被保護范圍內發生短路故障或不正常運行情況時，保護裝置的反應能力。能滿足靈敏性要求的繼電保護，在規定的范圍內故障時，不論短路點的位置和短路的類型如何，以及短路點是否有過渡電阻，都能正確反應動作，即要求不但在系統最大運行方式下三相短路時能可靠動作，而且在系統最小運行方式下經過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時也能可靠動作。7.2 供電系統的繼電保護7.2.1 總降壓變電所的繼電

58、保護 供電線路采用方向電流保護。方向電流保護裝置動作選擇性是依照逆向階梯原則的時限特性和方向元件來保證的。方向過電流保護采用的繼電器和接線都比較簡單，故運行中動作可靠。因此方向過電流保護主要用于 35kv 及以下電網。常用三段式方向電流保護作為相間斷路地主保護，某些情況下可以用自動重合閘來補助。 變壓器采用定時限過電流保護、電流速斷保護和過負荷保護和氣體保護。變壓器的氣體保護即為氣體繼電器的保護，又稱瓦斯保護，是油浸式變壓器內部保護一種基本的繼電保護裝置。氣體保護的主要器件是氣體繼電器。他裝設在變壓器的油箱和儲油柜之間的連通管上。變壓器的定時限過電流保護、電流速斷保護和過負荷保護的綜合電路圖

59、7-1 如下：機床廠供電系統設計 第 28 頁 共 50 頁 圖 71 定時限過電流保護、電流速斷保護和過負荷保護綜合電路圖表 7-1 定時限過電流保護、電流速斷保護和過負荷保護繼電器的選擇序號型號動作電流(A)整定電流/時限整定KA1、KA2DL-25C5O25-100AKA3、KA4DL-25C2912.5-50AKA5、DL-25C13.112.5-50A1KTDS-31/2X動作時間為 0.5s0.1251.25s2KTDS-32/X動作時間為 0.3s0.5-5sKCODZ-31B動作電壓不大于 0.7NU動作時間為 0.05sKS1、KS2、DX-11動作電壓不大于 0.6NU-母

60、線保護采用不完全差動電流保護。不完全差動電流保護由于只需在供電元件上裝設母線保護用的電流互感器，而不需要在母線的全部出線連接上裝設，因而大大降低了設備費用，簡化了保護接線。7.2.2 各車間變電所的繼電保護供電線路采用三段式電流保護 。無時限電流速斷保護只能保護線路的一部分，帶時限的電流速斷保護只能保護本線路全長，但不能作為相鄰下一線路的后被保護，還必須機床廠供電系統設計 第 29 頁 共 50 頁采用過時限保護作為本線路和下一級線路的后備保護。輸電線通常采用三段式電流保護，即由無時限電流速斷作為第一段保護，帶時限電流速斷保護作為第二段保護，定時限過電流保護作為第三段保護，構成一套保護裝置。