1、摘要本論文主要是對小型工廠供配電系統的電氣部分進行設計。工廠由戶外引入10kV的高壓電源，經過工廠變電所降為220/380V的低壓電，直接供給工廠車間的動力系統和照明系統。在選擇電氣設備之前，先對工廠負荷進行計算，確定工廠總的負荷容量，同時在低壓母線側進行無功功率的補償，以提高功率因數。根據補償后的負荷容量，選擇工廠變電所變壓器的容量和臺數，然后確定工廠采用的供電系統，選擇合適的車間配電方案，畫出供配電系統主接線圖。高壓一次設備、低壓一次設備和導線截面積選擇時，都必須滿足電路正常條件下和短路故障條件下工作的要求。電氣設備不僅要滿足在短路故障條件下的工作要求，還必須按最大可能的短路故障時的動穩態

2、度和熱穩態度進行校驗，以判斷設備是否滿足工作要求。電路發生三相短路時的短路電流電流最大，計算三相短路電流，以進行設備的校驗。最后，進行繼電保護和防雷接地，來提高系統的安全性和可靠性。關鍵詞：負荷計算，三相短路，主接線，繼電保護，設備選擇目錄摘要IAbstractII目錄III1 緒論12 電力負荷及其計算22.1 負荷分級及供電電源措施22.1.1 工廠電力負荷的分級22.1.2 各級負荷的供電措施22.2工廠計算負荷的確定32.2.1負荷計算的目的和意義32.2.2負荷計算的方法32.2.3需要系數法確定計算負荷42.2.4二項式法確定計算負荷62.2.5工廠負荷的計算62.3無功功率補償9

3、2.3.1功率因數92.3.2無功補償的選擇102.3.3無功補償的計算113 變壓器的選擇及其電氣主接線133.1變壓器的選擇133.1.1電力變壓器及其分類133.1.2電力變壓器的連接組別133.1.3變壓器臺數和容量的選擇143.1.4電力變壓器的校驗153.2工廠變配電所的主接線圖153.2.1電氣主接線的概況153.2.2車間和小型工廠變電所的主接線圖163.2.3本工廠變電所主接線的確定214 短路電流的計算224.1短路的原因、后果及其形式224.1.1短路的原因224.1.2短路的后果224.1.3短路的形式234.2無限大容量電力系統的三相短路計算234.2.1無限大容量電

4、力系統234.2.2短路電流的計算方法234.2.3工廠三相短路電流的計算25第5章 金工車間的配電285.1低壓配電線路接線方式285.2低壓配電系統的接地型式29第6章 設備選擇與校驗336.1導線的選擇與校驗336.1.1車間導線截面及配電箱的選擇336.1.2車間導線的校驗386.2高壓一次設備的選擇與校驗406.2.1一次設備及其分類406.2.2一次設備的選擇416.2.3一次設備的校驗436.3低壓補償柜選擇45第7章 繼電保護與防雷接地467.1工廠的繼電保護467.1.1繼電保護的選擇467.1.2繼電保護的整定及計算467.2工廠的防雷與接地47總結49參考文獻50致謝51

5、附錄A1 緒論電能是現代工業生產的主要能源和動力。電能既易于由其他形式的能量轉換而來，又易于轉換為其他形式的能量以供應用。電能的輸送和分配既簡單經濟，又便于控制、調節和測量，有利于實現生產自動化。因此，電能在現代工業生產及整個國民經濟生活中應用極為廣泛。一般中小型工廠的電壓進線電壓為6-10kV。電能先經高壓配電所集中，在由高壓配電線路將電能分送到各車間變電所，或者高壓配電線路供給給高壓用電設備。車間變電所內裝設有電力變壓器，將6-10kV的高壓降為一般低壓用電設備所需的電壓（220/380V），然后由低壓配電線路將電能分送給各用電設備。對于大型工廠及其某些電源進線電壓為35 kV及以上的中型

6、工廠，一般經過兩次降壓，也就是電源進廠后，先經總降壓變電所，有大容量的電力變壓器將35kV及以上的電源電壓降為6-10kV的配電電壓，再通過高壓配電線路或高壓配電所將電能送到各個車間變電所，最后經變壓器降為一般低壓用電設備所需的電壓。有的35kV進線的工廠，只經一次降壓，及35kV線路直接引入靠近負荷中心的車間變電所，經車間變電所的配電變壓器直接降為低壓用電設備所需電壓。這種配電方式稱為高壓深入負荷中心的直配方式。這樣可以省去一級中間變壓，從而簡化了供電系統，節約有色金屬，降低電能損耗和電壓損耗，提高供電質量。然而這要根據廠區環境條件是否滿足35kV架空線路深入負荷中心的“安全走廊”要求而定，

7、否則不宜采用，以確保供電安全。對于總供電容量不超過1000kV的小型工廠，通常只設一個降壓變電所，將6-10kV電壓降為低壓用電設備所需的電壓（220/380V）。如果工廠所需容量不大于160kVA時，一般采用低壓電源進線，工廠只需設一個低壓配電間。本廠屬于中小型工廠，采用10kV供電電源，在金工車間東側1020m處有一座10kV配電室，先用1km的架空線路，后改為電纜線路至本廠變電所，將6-10kV的高壓降為一般低壓用電設備所需的電壓（220/380V），然后由低壓配電線路將電能分送給各用電設備。2 電力負荷及其計算2.1 負荷分級及供電電源措施2.1.1 工廠電力負荷的分級工廠的電力負荷，

8、按GB 50052-1995供配電系統設計規范規定，根據對供電可靠性及中斷供電在政治、經濟上造成的損失或影響的程度進行分級，負荷可以分為一級負荷、二級負荷、三級負荷。 一級負荷 符合下列條件之一的，為一級負荷 1）中斷供電，將造成人身傷亡的負荷； 2）中斷供電，將在政治、經濟上造成重大損失的負荷； 3）中斷供電，將影響有重大政治、經濟意義的用電單位的正常工作的負荷。在一級負荷中，當中斷將發生中毒、爆炸和火災等情況的負荷，以及特別重要場所不允許中斷的負荷，應視為特別重要的負荷。 二級負荷 符合下列條件之一的，為二級負荷 1）中斷供電，將在政治上、經濟上造成較大損失的負荷； 2）中斷供電，將影響重

9、要用電單位的正常工作的負荷。 三級負荷 不屬于一、二級負荷者為三級負荷。2.1.2 各級負荷的供電措施 一級負荷的供電措施 一 級負荷應有兩個獨立電源供電，當一個電源發生故障時，另一個電源應不至于同時受到損壞，以維持供電；而且當一個電源中斷供電時，另一個電源應能承擔本用戶的全部一級負荷設備的供電。一級負荷用戶的變配電室內的高低壓配電系統，應采用單母線分段的主結線形式，分列運行并互為備用。一級負荷設備應采用雙電源供電，并在最末一級配電盤（箱）處設置自動切換裝置。一級負荷中特別重要的負荷，除上述兩個電源外，還必須增設應急電源。 二級負荷的供電措施 二級負荷應有兩個電源供電，即應有兩回路供電。當發生

10、電力變壓器故障或線路常見故障時不至于中斷供電（或中斷后能立即回復）。 三級負荷的供電措施 三級負荷對供電無特殊要求，可采用單回路市電供電。但應使配電系統簡潔可靠，盡量減少配電級數，低壓配電級數一般不超過四級，并且應在技術經濟合理的情況下，盡量減少電壓偏差和電壓波動。2.2工廠計算負荷的確定2.2.1負荷計算的目的和意義計算負荷是一個假想的持續負荷，其熱效應與同時間內實際變動負荷所產生的熱效應相等。在供配電系統中，以30min的最大計算負荷作為選擇電氣設備的依據，并認為只要電氣設備能承受該負荷的長期作用，即可在正常情況下長期運行。一般將這個最大計算負荷簡稱計算負荷Pc。負荷計算的目的是： 計算變

11、配電所內變壓器的負荷電流及視在功率，作為選擇變壓器容量的依據。 計算流過各主要電氣設備(斷路器、隔離開關、母線、熔斷器等)的負荷電流，作為選擇這些設備的依據。 計算流過各條線路(電源進線、高低壓配電線路等)的負荷電流，作為選擇這些線路電纜或導線截面的依據。 計算尖峰負荷，用于保護電器的整定計算和校驗電動機的啟動條件。 為電氣設計提供技術依據。計算負荷是工程設計中按照發熱條件選擇導線和電氣設備的依據。計算負荷是確定供電系統、選擇變壓器容量、電氣設備、導線截面和儀表量程的依據，也是整定繼電保護的重要依據。計算負荷確定的是否正確，直接影響到電器和導線的選擇是否經濟合理。正確進行負荷計算是供電設計的前

12、提，也是實現供電系統安全、經濟運行的必要手段。如果計算負荷確定的過大，將使電器和導線電纜選得過大，造成投資和有色金屬的浪費，而變壓器負荷率較低運行時，也將造成長期低效率運行。如果計算負荷確定的過小，又將使電器和導線處于過負荷運行，增加電能損耗，產生過熱，導致絕緣過早老化甚至產生火災，造成更大的經濟損失。因此，正確確定計算負荷具有很大的意義。2.2.2負荷計算的方法在已知用電設備的情況下，負荷計算有需要系數法、二項式法和利用系數法；在未知用電設備的情況下，負荷計算有負荷密度法、單位指標法和住宅用電量指標法。 需要系數法用設備功率乘以需要系數，直接求出計算負荷。這種方法比較簡便，應用廣泛，尤其適用

13、于配變電所的負荷計算。 利用系數法采用利用系數求出最大負荷班的平均負荷，再考慮設備臺屬和功率差異的影響，乘以與有效臺數有關的最大系數的計算負荷。這種方法的理論根據是概率論和數理統計，因而計算結果比較接近實際，但因利用系數的實測與統計較困難，在電氣設計中一般不用。 二項式法在設備組容量之和的基礎上，考慮若干容量最大設備的影響，采用經驗系數進行加權求和法計算負荷。 負荷密度法當已知某建筑面積負荷密度時，某建筑的平均負荷可按下式計算 Pav =·A（kW）式中:負荷密度（kW/m2） A某建筑面積（m2）在建筑方案設計階段，可采用建筑面積負荷密度法進行負荷估算。在建筑施工階段設計時，可采用

14、需要系數法進行復核。2.2.3需要系數法確定計算負荷 基本公式需要系數法確定用電設備組的有功計算負荷的基本公式為： 式（2.1）無功計算負荷為： 式（2.2）視在計算負荷為： 式（2.3）計算電流為： 式（2.4）-需要系數-有功計算負荷，單位為kW-無功計算負荷，單位為kvar-視在計算負荷，單位為kVA-用電設備組的平均功率因數-用電設備組平均功率因數的正切值 多組用電設備計算負荷的確定在確定擁有多組用電設備的干線上或車間變電所低壓母線上的計算負荷時，應考慮各組用電設備的最大負荷不同時出現的因素。因此在確定多組用電設備的計算負荷時，應結合具體情況對其用功負荷和無功負荷分別計入一個同時系數和

15、。對車間干線，取對低壓母線，分兩種情況：1）由用電設備組計算負荷直接相加來計算時，取2）由車間干線計算負荷直接相加來計算時，取總的有功計算負荷為： 式（2.5）總的無功計算負荷為： 式（2.6）以上兩式中的和分別為各組設備的有功和無功計算負荷之和。總的視在計算負荷為： 式（2.7）總的計算電流為： 式（2.8）由于各組設備的功率因數不一定相同，因此總的視在計算負荷和計算電流一般不能用各組的視在計算負荷或計算電流之和來計算。2.2.4二項式法確定計算負荷 二項式法的基本公式是 式（2.9）式中，表示用電設備組的平均功率，其中是用電設備組的總容量，其計算方法如前需要系數法所述；表示用電設備組中x臺

16、容量最大的設備投入運行時增加的附加負荷，其中是x臺最大容量的設備總容量，b.c為二項式系數。由于二項式法不僅考慮了用電設備組最大負荷時的平均負荷，而且考慮了少數容量最大設備投入運行時對總計算負荷的額外影響，所以二項式法比較適合確定設備臺數較少而容量差別較大的低壓干線和分支線的計算負荷。2.2.5工廠負荷的計算基礎資料： 工廠各車間負荷情況，如表2.1所示表2.1 各車間負荷表車間/kW/kvar最大電動機/kW冷作10011030裝配809022倉庫20207.5戶外照明2015金工車間設備負荷如表2.2所示 表2.2 金工車間負荷表序號設備名稱設備容量/kW臺數/臺13 1316 23253

17、6 3234車床7+0.125144銑床10+2.815 21 35搖臂鉆4.5+1.7+0.6+0.12536 7 41 42銑床7+2.848 9銑床7+1.7210砂輪機3.2111 12砂輪機1217 18磨床7+1.7+0.5219磨床10+2.8+1.5120 38磨床10+2.8+0.5222 37車床10+0.125226 27磨床14+1+0.6+0.15228 29立床55+7+1137+1.7130車床20+0.15131搖臂鉆10+0.5139 40龍門刨75+4.5+1.7+1.7+1+1+0.5243 44 45銑床7+1.7346鏜床6.5+2.8147銑床7+2

18、.8148橋式起重機（=25%）11+5+5+2.2149 50橋式起重機（=25%）16+5+5+3.52全廠照明密度為：12W/ 根據基礎資料提供的各廠房電力負荷清單，全廠都是三級負荷。按需要系數法分別計算出各個廠房及全廠的計算負荷。1）金工車間負荷計算a.金屬切削機床設備容量： 對于大批生產的金屬冷加工機床電動機，其需要系數：，有功計算負荷：無功計算負荷：b.橋式起重機容量；對于鍋爐房和機加、機修、裝配等類車間的吊車，其需要系數: ，有功計算負荷：無功計算負荷：C金工車間照明： 車間面積： 設備容量： 對于生產廠房及辦公室、閱覽室、實驗室照明，其需要系數： ，有功計算負荷： 無功計算負荷

19、： 2）全廠總負荷取有功同時系數，無功同時系數有功計算負荷： 無功計算負荷： 視在計算負荷： 功率因數： 按逐級法計算法確定工廠的計算負荷工廠的計算負荷，應該是高壓母線上所以高壓配電線路計算負荷之和，在乘以一個同事系數。高壓配電線路的計算負荷，應該是該線路所供車間變電所低壓側的計算負荷加上變壓器的功率損耗和高壓配電線路的功率損耗，如此逐級計算即可求得供電系統所有元件的計算負荷。但對一般工廠供電系統來說，由于高低壓配電線路一般不長，其損耗較小，因此在確定計算負荷時往往不記線路損耗。在符合計算中，新型低損耗電力變壓器的功率損耗可按下列簡化公式計算：有功損耗： 無功損耗： 為變壓器二次側的視在計算負

20、荷機器廠變壓器高壓側的有功計算負荷：機器廠變壓器高壓側的無功計算負荷： 機器廠變壓器高壓側的視在計算負荷： 功率因數： 2.3無功功率補償工業與民用用電設備中，有大量設備的工作需要通過向系統吸收感性的無功功率來建立交變的磁場，這使系統輸送的電能容量中無功功率的成分增加，在系統變配電設備及輸送線路規格一定的情況下，直接影響到有功功率的輸送。電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝并聯電容器等無功補償設備以后，可以提供感性負載所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網中的流動

21、，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。2.3.1功率因數 功率因數低對供配電系統的影響功率因數低是無功功率大的表現，無功功率大會對系統造成如下影響：1）使配電設備的容量增加：在三相交流系統中，電流和有功功率的關系式是： 式（2.10）其中有功功率是系統向用電設備提供的，要轉化為其他形式能量的功率，這部分功率是不能減少的。因此在電壓一定時，功率因數越小，即無功分量越大，則電流越大。若要承受較大的電流，系統電氣設備的容量必然要加大，這就會增加系統成本，使電氣設備利用率降低。2）使供電系統的損耗增加：從供配電系統功率損耗計算式中不難看出，通過系統的電流增加，系統上的

22、功率損耗也會增加。3）使電壓損失增加：線路電流越大，電壓損失也就越大。4）使發電機效率降低：系統中負荷對無功功率需求量增大時，發電機必須增發相應的無功功率去平衡，這樣就降低了效率。 提高功率因數的意義在用電設備中絕大部分為感性負荷，使用電單位功率因數小于1。為了保證供電質量和節能，充分利用電力系統中發配電設備的容量，減小供電線路的截面，減小電網的功率損耗、電能損耗，減小線路的電壓損失，必須提高用電單位的功率因數。對用戶的補償容量在全國供電規則中已有規定：“無功電力應就地平衡，用戶應在提高用電自然功率應屬的基礎上，設計和裝置無功補償設備，并做到隨其負荷和電壓變動及時投入和切除，防止無功電力倒送，

23、用戶在當地供電局規定的電網高峰時的功率因數，應達到下列規定：高壓供電的用戶和高壓供電裝有負荷調整電壓裝置的電力用戶，功率因數為0.9以上；其他100kVA（kW）及以上電力用戶和大、中型電力排灌站，功率因數為0.85以上。因此，在供配電系統中，必須改變無功功率大小，即提高功率因數，以便提高系統中設備的有效利用率。2.3.2無功補償的選擇要使供配電系統的功率因數提高，一般可從兩個方面采取措施。一是提高用電設備的自然功率因數，自然功率因數是指不用任何補償裝置時的功率因數；一是采取人工補償的方法使使總功率因數得以提高，總功率因數是指采用了補償裝置后得到的功率因數。 提高自然功率因數的方法：電動機類電

24、氣設備的額定功率因數是較高的，一般都在0.85以上，可是當它們在非額定狀態下（如輕載）工作時，功率因數和效率都將大幅度降低，對此，主要采用如下措施改善自然功率因數：1）合理選擇電動機的型號和規格。2）合理選擇變壓器的型號和規格，避免因長期輕載運行而造成的功率因數降低。 采用人工補償提高功率因數的方法：人工補償方法有發電機補償、電容器補償、調相機補償和靜止補償器補償，主要有兩種，一是采用同步電動機補償，一是采用并聯電容器補償。1）在供配電系統中一般只有在能使負荷使用要求得以滿足的情況下，才采用同步電動機代替異步電動機工作，且同步電動機兼作無功補償設備，此時無功補償的調節可以做到平滑的自動調節；專

25、為無功補償而設的同步電動機稱為同步調相機，由于投資和損耗較大，又不便于維護、檢修，供配電系統中很少采用這種補償方式。2) 采用并聯電容器補償是目前供配電系統中普遍采用的一種無功補償方法，也叫移相電容器靜止無功補償。它具有功損耗小、運行維護方便、補償容量增減方便、個別電容器的損壞不影響整體使用等特點，但不能實現無級調節。2.3.3無功補償的計算要使功率因數由提高到，必須裝設無功補償裝置，其容量為： 式（2.11），稱為無功補償率 工廠無功功率的補償： 取為 補償后變壓器的容量和功率因數補償后變壓器器低壓側的視在計算負荷： 變壓器低壓側的計算電流：主變壓器的功率損耗：變壓器高壓側的計算負荷：有功計

26、算負荷：無功計算負荷：視在計算負荷：計算電流：功率因數：補償后功率因數滿足要求。3 變壓器的選擇及其電氣主接線3.1變壓器的選擇3.1.1電力變壓器及其分類電力變壓器是變電所中最關鍵的一次設備，其主要功能是將電力系統的電能電壓升高或降低，以利于電能的合理輸送、分配和使用。常用變壓器的種類，在中低壓供配電系統中，常用的電力變壓器有如下幾種分類方式： 按相數分類：有三相電力變壓器和單相電力變壓器。大多數場合使用三相電力變壓器，在一些低壓單相負載較多的場合，也使用單相變壓器。 按繞組導電材料分類：有銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器，目前一般采用銅繞組變壓器。 按絕緣介質分類：有油浸式變壓器和干式變壓器兩大

27、類。 按繞組聯結組別分類：有Yyn0和Dyn11兩種。3.1.2電力變壓器的連接組別電力變壓器的聯結組別，是指變壓器一、二次繞組因采取不同的聯結方式而形成變壓器一、二次側對應的線電壓之間不同相位關系。中壓配電變壓器有Yyn0,和Dyn11兩種常見的聯結組，配電變壓器用Dyn11聯結較之采用Yyn0聯結有一下優點： 對Dyn11聯結變壓器來說，其3n次諧波電流在其三角形接線的一次繞組內形成環流，從而不致注入公共的高壓電網中去，這交之一次繞組接成星形接線的Yyn0聯結變壓器更有利于抑制高次諧波電流。 Dyn11聯結變壓器的零序阻抗較之Yyn0聯結變壓器的零序阻抗小的多，從而更有利于低壓單相接地故障

28、保護的動作和故障的切除。 當低壓側接用單相不平衡負荷時，由于Yyn0聯結變壓器要求低壓中性線電流不超過低壓繞組額定電流的25%，因而嚴重限制了其接用單相負荷的容量，影響了變壓器設備能力的發揮。GB 50052-1995供配電系統設計規范規定，低壓為TN及TT系統時，宜與選用Dyn11聯結變壓器。Dyn11聯結變壓器的低壓側中性線電流允許達到低壓繞組額定電流的75%以上，其承受單相不平衡負荷的能力遠比Yyn0聯結變壓器大。因此，機器廠的電力變壓器選擇Dyn11聯結形式。3.1.3變壓器臺數和容量的選擇 選擇主變壓器臺數應考慮下列原則:1) 三級負荷一般設一臺變壓器，但考慮現有開關設備開斷容量的限

29、制，所選單臺變壓器的容量一般不大于1250kVA；當用電負荷所需的變壓器容量大于1250kVA時，通常應采用兩臺或更多臺變壓器。2) 當季節性或晝夜性的負荷較多時，可將這些負荷采用單獨的變壓器供電，以便這些負荷不投入使用時，切除相應的供電變壓器，減少空載損耗。3) 當有較大的沖擊性負荷時，為避免對其他負荷供電質量的影響，可單獨設變壓器對其供電。4) 當有大量一、二級負荷時，為保證供電可靠性，應設兩臺或多臺變壓器。以起到相互備用的作用。5) 在確定變電所住變壓器臺數時，應考慮負荷的發展，留有一定的余量。 變壓器容量的選擇1）只裝一臺主變壓器的變電所主變壓器容量SN.T應滿足全部用電設備總計算負荷

30、S30的需求，即 式（3.1）2) 裝有兩臺主變壓器的變電所 每臺變壓器的容量SN.T應該同時滿足以下兩個條件： a.任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總的計算負荷S30的大約60%-70%的需要，即 式（3.2） b.任一臺變壓器單獨運行時，應滿足全部一、二級負荷的要求。即 式（3.3） 車間變電所主變壓器的單臺容量上限車間變電所主變壓器的單臺容量，一般不宜大于1000kVA。這一方面是受以往低壓開關電器斷流能力和短路穩定度要求的限制，另一方面也是考慮到可以使變壓器更接近于車間負荷中心，以減少低壓配電線路的電能損耗、電壓損耗和有色金屬消耗量。 適當考慮負荷的發展應適當考慮今后510年電力負荷的增

31、長，留有一定的余地。本工廠的負荷屬于三級負荷，并且補償后可選500kVA的變壓器，考慮到今后發展的要求，選擇S9-630/10型變壓器一臺。3.1.4電力變壓器的校驗電力變壓器的額定容量SN.T是在一定溫度條件下的持續最大輸出容量。如果安住地點的年平均氣溫時，則年平均氣溫每升高1°C，變壓器容量相應地減少1%，戶外電力變壓器的實際容量為 式（3.4）對于戶內變壓器，由于散熱條件差，一般變壓器室的出風口與進風口間有約15°C的溫差，從而使處于室內中間的變壓器環境溫度比戶外變壓器環境溫度要高出大約8°C，因此戶內變壓器的實際容量較之上式所計算的容量還要小8%。對于S9

32、-630/10型變壓器，考慮本地年平均氣溫為23.2°C，即年平均氣溫不等于20°C，對于室內變壓器，其實際容量為 因此，選擇的變壓器滿足要求。3.2工廠變配電所的主接線圖3.2.1電氣主接線的概況電氣主接線圖即主電路圖，是表示供電系統中電能輸送和分配線路的電路圖，亦稱一次電路圖。它的設計，直接關系著全廠電氣設備的選擇、配電裝置的布置、繼電保護和自動裝置的確定，關系著電力系統的安全、穩定、靈活和經濟運行。電氣主接線應滿足可靠性、靈活性和經濟性三方面： 可靠性：為了向用戶供應持續、優質的電力，電氣主接線首先必須滿足這一可靠性的要求。主接線的可靠性的衡量標準是運行實踐，要充分地

33、做好調研工作，力求避免決策失誤，鑒于進行可靠的定量計算分析的基礎數據尚不完善的情況，充分做好調查研究工作顯的尤為重要。為了提高主接線的可靠性，選用運行可靠性高的設備是條捷徑，這就要兼顧可靠性和經濟性兩方面，做出切合實際的決定。 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轉換。靈活性包括以下幾個方面：1）操作的方便性 電氣主接線應該在服從可靠性的基本要求條件下，接線簡單，操作方便，盡可能地使操作步驟少，以便于運行人員掌握，不致在操作過程中出差錯。2）調度的方便性 電氣主接線在正常運行時，要根據調度要求，方便的改變運行方式。并且發生事故時，要能盡快地切出故障，故停電時間最短，

34、影響范圍最小，不致過多地影響對用戶的供電和破壞系統的穩定運行。3）擴建的方便性 對將來要擴建的發電廠和變電站，其主接線必須具有擴建的方便性。 經濟性：采用簡單的接線方式，少用設備，節省設備上的投資。3.2.2車間和小型工廠變電所的主接線圖 車間變電所的主接線圖車間變電所的主接線分兩種情況：1） 有工廠總降壓變電所或高壓配電所的車間變電所其高壓側的開關電器、保護裝置和測量儀表等，一般都安裝在高壓配電線路的首段，即總配電所的高壓配電室內，而車間變電所只設變壓器室和低壓配電室，其高壓側多數不安裝開關，或只安裝簡單的隔離開關、熔斷器、避雷器等，如圖3.1所示。圖3.1 車間變電所高壓側主接線方案a）高

35、壓電纜進線，無開關 b）高壓電纜進線，裝隔離開關 c）高壓電纜進線，裝隔離開關-熔斷器 d）高壓電纜進線，裝負荷開關-熔斷器 e）高壓架空進線，裝跌開式熔斷器和避雷器 f）高壓架空進線，裝隔離開關-熔斷器和避雷器g）高壓架空線，裝隔離開關-熔斷器和避雷器由圖可以看出，凡是高壓架空進線，變電所高壓側必須裝設避雷器，以防雷電波沿著架空線路侵入變電所擊毀電力變壓器及其他設備的絕緣。而采用高壓電纜進線時，避雷器則裝設在電纜的首端，而且避雷器的接地端要連同電纜的金屬外皮一起接地。此時變壓器高壓側一般可以不再裝設避雷器。如果變壓器高壓側為架空線又經過一段電纜引入時，則變壓器高壓側仍應裝設避雷器。 2）工廠

36、無總變、配電所的車間變電所工廠內無總降壓變電所和高壓配電所時，其車間變電所往往就是工廠的降壓變電所，其高壓側的開關電器、保護裝置和測量儀表等，都必須配備齊全，所以一般要設置高壓配電室。在變壓器容量較小、供電可靠性要求不高的情況下，就可以不設高壓配電室，其高壓側的開關電器就裝在變壓器室的墻上或電桿上，而在低壓側計量電能，或者其高壓柜就裝在低壓配電室內，在高壓側計量電能。小型工廠變電所的主接線圖1）只裝有一臺主變壓器的小型變電所主接線圖只裝有一臺主變壓器的小型變電所，其高壓側一般采用無母線的接線。根據其高壓側采用的開關電器不同，有以下三種比較經典的主接線方案。a.高壓側采用隔離開關-熔斷器或戶外跌

37、開式熔斷器的變電所主接線圖（圖3.2）這種主接線，受隔離開關和開式熔斷器切斷空載變壓器容量的限制，一般只用于500kVA及以下容量的變電所。圖3.2 高壓側采用隔離開關-熔斷器 圖3.3 高壓側采用負荷開關-熔斷器或跌開式熔斷器的變電所主接線圖 或負荷跌開式熔斷器的變電所直接線圖這種變電所相當簡單經濟，但供電可靠性不高，當主變壓器或高于側停電檢修或發生故障時，整個變電所要停電。由于隔離開關和跌開式熔斷器不能帶負荷操作，因此變電所送電和停電的操作程序比較復雜，如果稍有疏忽，還容易發生帶負荷拉閘的嚴重事故，而且在熔斷器熔斷后，更換熔體需一定時間，從而影響供電的可靠性。但是這種主接線簡單經濟，對于三

38、級負荷的小容量變電所是相當適宜的。b.高壓側采用負荷開關-熔斷器或負荷跌開式熔斷器的變電所主接線圖（圖3.3） 由于負荷開關和負荷跌開式熔斷器能帶負荷操作，從而使變電所停、送電的操作簡便靈活得多，也不存在著在帶負荷拉閘的危險。但在發生短路故障時，只能是熔斷器熔斷，因此這種主接線仍然存在著在排除短路故障時恢復供電的時間較長的缺點，供電可靠性仍然不高，一般也只用于三級負荷的變電所。圖3.4 高壓側采用隔離開關 圖3.5 高壓雙回路進線的一臺主 -斷路器的變電所主接線圖 變壓器變電所主接線圖c.高壓側采用隔離開關-斷路器的變電所主接線圖（圖3.4）這種主接線由于采用了高壓斷路器，因此變電所的停、送電

39、操作十分靈活方便，而且在發生短路故障時，過電流保護裝置動作，斷路器會自動跳閘，如果短路故障已經消除，則可立即合閘回復供電。如果配備自動重合閘裝置，則供電可靠性更高。但是如果變電所只此一路電源進線時，一般也只用于三級負荷；但如果變電所低壓側有聯絡線與其他變電所相連時，或另有備用電源時，則可用于二級負荷。如果變電所有兩路電源進線，如圖3.5所示，則供電可靠性相當提高，可供二級負荷或少量一級負荷。圖3.6 高壓側無母線、低壓側單母分段的變電所主接線圖2）裝有兩臺主變壓器的小型變電所主接線圖a.高壓無母線、低壓單母線分段的變電所主接線圖（圖3.6） 這種主接線的供電可靠性較高，當任一主變壓器或任一電源

40、進線停電檢修或發生故障時，該變電所通過閉合低壓母線分段開關，即可迅速恢復對整個變電所的供電。如果兩臺主變壓器高壓側斷路器裝設互為備用的備用電源自動投入裝置，則任一主變壓器高壓側斷路器因電影斷電而跳閘時，另一主變壓器高壓側的斷路器在備用電源自動投入裝置作用下自動合閘，恢復整個變電所的供電。這時變電所可供一、二級負荷。圖3.7 高壓采用單母線、低壓單母線分段的變電所主接線b.高壓側采用單母線、低壓側采用單母分段的變電所主接線圖（圖3.7） 這種主接線適用于裝有兩臺及以上主變壓器或具有多路高壓出線的變電所，其供電可靠性也較高。任一主變壓器檢修或發生故障是，通過切換操作，即可迅速恢復對整個變電所的供電

41、。但是高壓母線或電源進線進線檢修或發生故障時，整個變電所仍要停電。這時只能供電給三級負荷。如果有與其他變電所相連的高壓或低壓聯絡線時，則可供一、二級負荷。c.高低壓側均采用單母線分段的變電所主接線圖（圖3.8） 這種主接線的兩段高壓母線，在正常時可以接通運行，也可以分段運行。任一臺主變壓器或任一路電源進線停電檢修或發生故障時，通過切換操作，均可迅速恢復整個變電所的供電。因此，其供電可靠性相當高，可供一、二級負荷。圖3.8 高低壓側均為單母線分段的變電所主接線圖3.2.3本工廠變電所主接線的確定 本工廠為三級負荷，供電可靠性要求不高，因此選擇高壓側采用隔離開關-斷路器的變電所主接線圖，主接線圖見

42、附錄A4 短路電流的計算4.1短路的原因、后果及其形式4.1.1短路的原因系統中最常見的故障就是短路，短路就是指不同電位的導電部分對地之間的低阻性短接。產生短路的原因有： 電氣設備絕緣被損壞絕緣損壞多由于未及時發現和消除設備的缺陷，以及設計、安裝和運行維護不良所致。例如，過電壓、設備遭雷擊、絕緣材料陳舊、機械損傷等等。 有關人員誤操作這種情況大多是由于操作人員違反安全操作規程而發生的，例如帶負荷拉閘，或者誤將低電壓設備接入較高電壓的電路中而造成擊穿短路。 鳥獸為害事故鳥獸跨越在裸露的相線之間或者相線與接地物體之間，或者咬壞設備和導線電纜的絕緣，從而導致短路。4.1.2短路的后果短路后，系統中出

43、現的短路電流比正常負荷電流大得多。在大電力系統中，短路電流可達幾萬安甚至幾十萬安。短路電流對系統產生較大的危害： 短路時要產生很大的點動力和很高的溫度，而使故障元件和短路電路中的其他元件受到損害和破壞，甚至引發火災事故。 短路時電路的電壓驟降，嚴重影響電氣設備的正常運行。 短路時保護裝置動作，將故障電路切除，從而造成停電，而且短路點越靠近電源，停電范圍越大，造成的損失也越大。 嚴重的短路要影響電力系統運行的穩定性，可使并列運行的發電機組失去同步，造成系統結列。 不對稱短路包括單相和兩相短路，其短路電流將產生較強的不平衡交變電磁場，對附近的通信線路、電子設備等產生電磁干擾，影響其正常運行，甚至使

44、之發生誤動作。由此可見，短路的后果是十分嚴重的，因此必須盡力設法消除可能引起短路的一切因素；同時需要進行短路電流的計算，以便正確地選擇電氣設備，使設備具有足夠的動穩定性和熱穩定性，以保證在發生可能有的最大短路電流時不致損壞。為了選擇切除短路故障的開關電器、整定短路保護的繼電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。4.1.3短路的形式在三相系統中，短路的形式有三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路等，其中兩相接地短路，實質是兩相短路。按短路電路的對稱性來分，三相短路屬于對稱性短路，其他形式短路均不為對稱短路。電力系統中，發生單相短路的可能性最大，而發生三相短路的可能性

45、最小。但一般情況下，特別是遠離電源的工廠供電系統中，三相短路的短路電流最大，因此造成的危害也最為嚴重。為了使電力系統中的電氣設備在最嚴重的短路狀態下也能可靠的工作，因此作為選擇和校驗電氣設備用的短路計算中，以三相短路計算為主。實際上，不對稱短路也可以按對稱的短路電流分解為對稱的正序、負序、零序分量，然后按對稱量來分析和計算，所以對稱的三相短路分析計算也是不對稱短路分析計算的基礎。4.2無限大容量電力系統的三相短路計算4.2.1無限大容量電力系統無限大容量電力系統，是指供電容量先對于用戶供電系統容量大的多的電力系統。其特點是：當用戶供電系統的負荷變動甚至發生短路時，電力系統變電所饋電母線上的電壓

46、能基本維持不變。如果電力系統的電源總阻抗不超過短路總阻抗的5%-10%，或者電力系統容量超過用戶供電系統容量的50倍時，可將電力系統視為無限大容量系統。對一般工廠供電系統來說，由于工廠供電系統的容量遠比電力系統總容量小，而阻抗又較電力系統大得多，因此工廠供電系統內發生短路時，電力系統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視為無限大容量的電源。4.2.2短路電流的計算方法進行短路電流計算，首先要繪出計算電路圖，在電路圖上，將短路計算所需要考慮的各元件的額定參數都表示出來，并將個元件依次編號，然后確定短路計算點。短路計算點要選擇得使需要進行短路校驗的電氣元件有最大可能的短路電流通

47、過。 電力系統的阻抗計算電力系統的電阻相對于電抗來說很小，一般不予考慮。電力系統的電抗，可由電力系統變電站饋電線出口斷路器的斷路容量來估算，電力系的電抗為 式（4.1）式中，為電力系統饋電線的短路計算電壓，但為了便于短路電路總阻抗的計算，免去阻抗換算的麻煩，此式中的可直接采用短路點的短路計算電壓；為系統出口斷路器的斷流容量，如果只有斷路器的開斷電流，則其斷流容量，這里的為斷路器的額定電壓。 電力變壓器的阻抗計算1）變壓器的電阻 可由變壓器的短路損耗近似計算因故 式（4.2）式中，為短路點短路計算電壓；為變壓器的額定容量；為變壓器的短路損耗。2）變壓器的電抗 可由變壓器的短路電壓近似地計算。因故

48、 式（4.3）式中，為變壓器的短路電壓百分值。 電力線路的阻抗計算1）線路的電阻 可由導線電纜的單位長度電阻乘以線路長度求得，即 式（4.4）式中，為導線電纜單位長度電阻，為線路長度。2）線路的電抗 可由導線電纜的單位長度電抗乘以線路長度求得，即 式（4.5）表4.1 電力線路每相的單位長度電抗平均值線路結構線路電壓35kV及以上6-10kV220V/380V架空線路電纜線路0.40.120.350.080.320.066在計算短路電路的阻抗時，假如電路內含有電力變壓器時，電路內各元件的阻抗都應該統一換算到短路點的短路計算電壓去，阻抗等效換算的條件是元件的功率損耗不變。4.2.3工廠三相短路電

49、流的計算畫出短路計算電路圖，如圖4.1所示：圖4.1 短路計算電路圖畫出短路等效電路圖，如圖4.2所示：圖4.2 短路等效電路圖 求短路點K-1處短路電流和短路容量（）。1) 計算短路電路中各元件的電流和總阻抗。a.電力系統的電抗：查表得SN10-10型斷路器的斷流容量b架空線路的電抗：c電纜線路的電抗：計算總電抗：2) 計算K-1點的三相短路電流和短路容量。三相短路電流周期分量有效值:三相短路次暫態電流和穩態電流:三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值:三相短路容量:求K-2點三相短路電流和短路容量（）1)計算短路電路中各元件的電抗和總電抗a電力系統的電抗：b架空線路的電抗:c電纜線路

50、的電抗:d電力變壓器的電抗：查表則總電抗3) 計算K-2點三相短路電流和短路容量。三相短路電流周期分量有效值:三相次暫態短路電流和短路穩態電流三相短路沖擊電流及第一個周期短路全電流有效值：三相短路容量：5 金工車間的配電5.1低壓配電線路接線方式工廠的低電壓配電線路有放射式、樹干式和環形三種基本結線方式。放射式結線的特點是：其引出線發生故障時互不影響，供電可靠性較高，而且便于裝設自動裝置。但有色金屬消耗較多，采用的開關設備也較多。放射式接線方式多用于設備容量大或供電可靠性要求較高的設備供電。而樹干式結線的特點正好與放射式接線相反。很適于供電給容量較小而分布均勻的用電設備。環形結線供電可靠性較高

51、，但其保護裝置及整定配合比較復雜。因此，根據金工車間的具體情況，本系統采用放射式和樹干式組合的結線方式，能滿足生產要求。配電設計方案1：如圖5.1所示：配電設計方案2：如圖5.2所示：圖5.1 金工車間配電方案1方案比較： 方案1和方案2對金工車間的供電是可行且都能達到目的。 方案1和方案2中，方案1中得干線和方案2中的干線是同樣地。對功率較大的靠近變電所的設備采用放射性供電，放射式線路之間互不影響，因此供電可靠性較高。 方案1中得干線跨過20多米把設備10、11、12連接，電能損耗大，金屬損耗多，這樣既不經濟的，供電可靠性不可靠。而方案2中，設備1到9由一干線樹干式供電，能減少線路的有色金屬

52、消耗量，采用的高壓開關數量少，投資少，能彌補以上的缺點。 方案1中的干線供電的范圍中，包括功率較大的設備30和29。由于其他設備功率小，這樣起動電流大，供電不可靠。方案2中干線只對13到21、31這小功率的設備供電，功率平衡，供電可靠性相對較高。大功率設備3029直接采用放射式供電。 方案1中，三只橋式起重機用同一干線采用樹干式供電，若有一臺起重機出故障，則三臺起重機均不能使用，供電可靠性極差。而對于方案2中，用干線對起重機設備49、50和48供電，若一臺起重機出現故障，至少還有一臺起重機可工作。這樣，供電可靠性就提高了。 方案2中得干線把22到27、 32到38及10到12的設備采用樹干式供電，減少電能損耗，減短導線長度。從經濟上看，節省開支，且不影響供電可靠性。圖5.2 金工車間配電方案2結論：經以上比較，從經濟性、供電可靠性兩方面考慮，方案2比方案1好。因此采用方案2對金工車間供電。5.2低壓配電系統的接地型式我國220/380V低壓配電系統，廣泛采用中性