1、XX鋼鐵廠供配電系統設計摘要本文按照供電系統可靠性、經濟性的要求，根據鋼鐵廠的負荷性質、負荷大小和負荷的分布情況對本廠供電系統做了全面綜合的分析，詳細闡述了工廠總降壓變電所實現的理論依據。通過對整個供電系統的分析和對鋼鐵廠的電力負荷、功率補償、短路電流的計算，合理的選擇電力變壓器、斷路器等各種電氣設備；對工廠總降壓變電所不同的主接線方案進行比較,選擇可靠性高，經濟性好的主接線方案，實現了工廠供電系統安全、可靠、優質、經濟地運行。關鍵詞 電力負荷；功率補償；短路電流；防雷與接地目錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc231053434 1電力負荷及其計算 PAGER

2、EF _Toc231053434 h 2 HYPERLINK l _Toc231053435 1.1 工廠的電力負荷 PAGEREF _Toc231053435 h 2 HYPERLINK l _Toc231053436 計算負荷確定的方法 PAGEREF _Toc231053436 h 2 HYPERLINK l _Toc231053437 1.3 變壓器功率損耗的計算 PAGEREF _Toc231053437 h 5 HYPERLINK l _Toc231053438 1.4 工廠的計算負荷和年電能消耗量 PAGEREF _Toc231053438 h 6 HYPERLINK l _To

3、c231053439 2 變配電所選擇 PAGEREF _Toc231053439 h 12 HYPERLINK l _Toc231053440 變配電所的類型 PAGEREF _Toc231053440 h 12 HYPERLINK l _Toc231053441 變電所主變壓器容量的選擇 PAGEREF _Toc231053441 h 13 HYPERLINK l _Toc231053442 3 電氣主接線 PAGEREF _Toc231053442 h 14 HYPERLINK l _Toc231053443 3.1 具有母線的電氣主接線 PAGEREF _Toc231053443 h

4、15 HYPERLINK l _Toc231053444 3.2 無母線的電氣主接線 PAGEREF _Toc231053444 h 16 HYPERLINK l _Toc231053445 工廠總降壓變電所的主接線方案選擇 PAGEREF _Toc231053445 h 17 HYPERLINK l _Toc231053446 4 電力線路接線方式 PAGEREF _Toc231053446 h 19 HYPERLINK l _Toc231053447 高壓放射式接線 PAGEREF _Toc231053447 h 19 HYPERLINK l _Toc231053448 高壓樹干式接線 P

5、AGEREF _Toc231053448 h 19 HYPERLINK l _Toc231053449 5 電力線路的敷設 PAGEREF _Toc231053449 h 20 HYPERLINK l _Toc231053450 架空線路 PAGEREF _Toc231053450 h 20 HYPERLINK l _Toc231053451 電纜線路 PAGEREF _Toc231053451 h 20 HYPERLINK l _Toc231053452 6 高壓供電線路導線截面及型號的選擇 PAGEREF _Toc231053452 h 20 HYPERLINK l _Toc2310534

6、53 按經濟電流密度選擇導線截面 PAGEREF _Toc231053453 h 20 HYPERLINK l _Toc231053454 導線截面及型號的選擇 PAGEREF _Toc231053454 h 21 HYPERLINK l _Toc231053455 母線的選擇 PAGEREF _Toc231053455 h 22 HYPERLINK l _Toc231053456 7 電氣設備的選擇 PAGEREF _Toc231053456 h 22 HYPERLINK l _Toc231053457 電氣設備選擇的一般條件 PAGEREF _Toc231053457 h 22 HYPER

7、LINK l _Toc231053458 高壓一次設備的選擇 PAGEREF _Toc231053458 h 23 HYPERLINK l _Toc231053459 8 短路電流計算 PAGEREF _Toc231053459 h 30 HYPERLINK l _Toc231053460 三相短路電流的計算 PAGEREF _Toc231053460 h 30 HYPERLINK l _Toc231053461 電力系統的短路電流計算 PAGEREF _Toc231053461 h 31 HYPERLINK l _Toc231053462 9 防雷與接地 PAGEREF _Toc231053

8、462 h 34 HYPERLINK l _Toc231053463 10 附圖紙 PAGEREF _Toc231053463 h 36 HYPERLINK l _Toc231053464 11 謝辭 PAGEREF _Toc231053464 h 37 HYPERLINK l _Toc231053465 12 參考文獻 PAGEREF _Toc231053465 h 381電力負荷及其計算1.1 工廠的電力負荷（1）電力負荷的概念電力負荷又稱為電力負載。它有兩重含義：一是指耗用電能的用電設備或用電單位（用戶），如說重要負荷、不重要負荷、動力負荷、照明負荷等。另一是指用電設備或用電單位所耗用的

9、電功率或電流大小，如說輕負荷（輕載）、重負荷（重載）、空負荷（空載）、滿負荷（滿載）等。電力負荷的具體含義視具體情況而定。（1）需要系數法利用一個需要系數乘以設備容量即可求得設備的有功計算負荷的一種方法。該方法計算十分簡便，它是最早提出的也是至今應用最為普遍的一種方法。但由于需要系數值是根據設備臺數較多、容量差別不是很大的一般情況來確定的，未考慮設備容量相差懸殊時少數大容量設備對計算機負荷的影響，因此此法較適用于設備臺數較多的車間及全廠范圍的計算負荷的確定。需要系數法的基本公式為： 有功計算負荷： （1）式中 ：稱為需要系數； ：為該組內各設備額定功率之和，即=； ：為有功功率負荷；其中： ：

10、設備組的同時使用系數（即最大負荷時運行設備的容量與設備組總額定容量之比）；：設備組的平均加權負荷系數（表示設備組在最大負荷時輸出功率與運行的設備容量的比值）；：設備組的平均加權效率；：配電線路的平均效率。 無功計算負荷： （2）tan：用電設備組的功率因數角的正切值； 視在計算負荷： （3）cos：用電設備組的平均功率因數； 計算電流： （4） U：用電設備組的額定電壓； 注意：需要系數值是按設備較多的情況來確定的，對單臺設備，=1；即 ；但對于電動機，它本身損耗較大，因此當只有一臺時，。（2）二項式系數法確定用電設備組有功計算負荷的公式為二項式。它考慮了設備組中容量最大的幾臺對整個設備組計算

11、負荷的影響，彌補了需要系數法的不足。此法計算也十分簡便，至今仍為我國不少設計單位和設計人員所采用。 有功計算負荷： （5）：表示用電設備組的平均負荷。：表示用電設備組中的x臺容量組大的設備投入運行時增加的附加負荷，其中為x臺容量最大的設備之和； b、c：二項式系數，其數值隨用電設備組的類別和臺數而定； 無功計算負荷： （6） 視在計算負荷： （7） 計算電流： （8）（3）利用系數法先根據利用系數求出各用電設備組在最大負荷時的平均負荷，然后求總的平均利用系數和用電設備的有效臺數，并由此查出對應的最大系數，最后由各平均負荷之和乘以最大系數，從而求得總的有功計算負荷。利用系數法對于用電設備組無論臺

12、數多少和容量差別大小，計算結果都比較準確。但此法計算繁復，因此應用不甚普遍。（4）多組用電設備計算負荷的確定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數。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有功負荷和無功負荷分別記入一個同時系數 、；對車間干線取： ；對低壓母線取： 由用電設備組計算負荷直接相加來計算時取 ； 由車間干線計算負荷直接相加計算時取 ；總的有功計算負荷為 （9）總的無功計算負荷為 （10）（以上兩式中的P30,i和Q30,i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 （11）總的計算

13、電流為 （12）1.3 變壓器功率損耗的計算對于雙繞組變壓器，（有功功率損耗）和（無功功率損耗）分別為 （13） （14）式中，P0變壓器器空載有功損耗； I0%變壓器空載電流百分數； SN變壓器的額定容量； P通過變壓器的有功負荷； Q通過變壓器的無功負荷； V變壓器運行線電壓； RT變壓器每相電阻；XT變壓器每相電抗。精確計算時，P、Q、V為同一點的功率和電壓。近似計算中，可用變壓器額定電壓代替實際運行電壓。在VVN的條件下，將RT及XT的公式代入上式，就可得到用變壓器實驗數據直接求其功率損耗的表達式了，即 （15） （16）式中，n變壓器臺數；PS變壓器短路損耗； S通過變壓器的負荷視在

14、計算功率；VS%變壓器短路電壓百分數。當有n臺同型號同容量的變壓器并聯對功率為S的負荷供電時，其總功率損耗為 （17） （18）在負荷計算中，SL7、S7、S9等型低損耗電力變壓器的功率損耗可按下列簡化公式近似計算。 （19） （20）1.4 工廠的計算負荷和年電能消耗量1.4.1 工廠計算負荷的確定工廠計算負荷是選擇工廠電源進線一、二次設備的基本依據，也是計算工廠的功率因數和工廠需電量的基本依據。（1）按逐級計算法確定工廠計算負荷如圖1所示，工廠的計算負荷P30。應該是高壓母線上所有高壓配電線計算負荷之和，在乘上一個同時系數。高壓配電線的計算負荷P30。應該是該線所供車間變電所低壓側的計算負

15、荷P30。工廠及變電所低壓側總的計算負荷P30、Q30、S30和I30的計算公式，分別如前面式（9）（12）所示，其 ， 0.85。（2）按需要系數法確定工廠計算負荷將全廠用電設備的總容量Pe（不含備用設備容量）乘上一個需要系數Kd，即得到全廠的有功計算負荷，即 （21） 全廠的無功計算負荷、視在計算負荷和計算電流按式（6）（8）計算。（3）按年產量估算工廠計算負荷將工廠年產量A乘上單位產品耗電量a，就得到工廠全年的需電量 （22）各類工廠的單位產品耗電量a可由有關設計單位根據實測統計資料確定，亦可查有關設計手冊。在求出年需電量Wa后，除以工廠的年最大負荷利用小時Tmax，就可求出工廠的有功計

16、算負荷 （23）其他計算負荷Q30、S30、I30的計算，與上述需要系數法相同。（4）工廠的功率因數、無功補償及補償后的工廠計算負荷1）工廠的功率因數 = 1 * GB3 瞬時功率因數 瞬時功率因數可由功率因數表（相位表）直接測量，亦可以由功率表、電流表和電壓表的讀數按下式求出（間接測量） （24）式中，P為功率表測出的三相功率讀數（kW）；I為電流表測出的線電流讀數（A）；U為電壓表測出的線電壓讀數（kV）瞬時功率因數只用來了解和分析工廠或設備在生產過程中無功功率的變化情況，以便采取適當的補償措施。 = 2 * GB3 平均功率因數 平均功率因數亦稱加權平均功率因數，按下式計算 （25）式中

17、，Wp為某一時間內消耗的有功電能，由有功電度表讀出；WQ為某一時間內消耗的無功電能，由無功電度表讀出。我國電業部門每月向工業用戶收取電費，就規定電費要按月平均功率因數的高低來調整。 = 3 * GB3 最大負荷時的功率因數 最大負荷時的功率因數指在年最大負荷（即計算負荷）時的功率因數，按下式計算 （26）2）無功功率補償工廠中由于有大量的感應電動機、電焊機、電弧爐及氣體放電燈等感應負荷，從而使功率因數降低，需考慮人工補償。要使功率因數由提高到，必須裝設的無功功率補償裝置容量為 （27）或 （28）式中，稱為無功補償率，或比補償容量。這無功補償率，是表示要使1kW的有功功率由提高到所需要的無功補

18、償容量kvar值。在確定了總的補償容量后，即可根據所選并聯電容器的單個容量qC來確定電容器的個數，即 （29）由上式計算所得的電容器個數n,對于單相電容器來說，因取3的倍數。 3）無功補償后的工廠計算負荷工廠裝設了無功補償裝置后，則在確定補償裝置裝設地點以前的的總計算負荷時，應扣除無功補償的容量，即總的無功計算負荷 （30）補償后總的視在計算負荷 （31）（由上式可以看出，在變電所低壓側裝設了無功補償裝置以后，由于低壓側總的視在計算負荷減小，從而可使變電所主變壓器的容量選得小一些。著不僅降低了變電所的初投資，而且可減少工廠的電費開支。由此可見，提高功率因數不僅對整個電力系統大有好處，而且對工廠

19、本上也是有一定經濟實惠的。）1.5 鋼鐵廠的負荷計算1各車間的計算負荷序號用電單位名稱設備容量(kW)Kd計算負荷P30 (kW)Q30(kvar)S30(kVA)1高爐車間200080060010002煉鋼車間11707023軋鋼車間8004004線材車間12007805機電修車間300766水泵站5003257氧氣站300195表1 各車間低壓側的計算負荷1.5.2 各車間電力變壓器的功率損耗序號用電單位名稱變壓器功率損耗PT(kW)QT(kvar)1高爐車間15602煉鋼車間3軋鋼車間4線材車間5機電修車間6水泵站7氧氣站表2 各車間電力變壓器的功率損耗1各車間電力變壓器的功率損耗序號用

20、電單位名稱計算負荷P30 (kW)Q30(kvar)S30(kVA)I30(A)1高爐車間8156602煉鋼車間715.23軋鋼車間1724線材車間75機電修車間6水泵站32417氧氣站表3 各車間電力變壓器的功率損耗1.5.4 全廠總的計算負荷 根據以上數據得出 P30=KpP30(1) Q30=KqQ30(1) S30=kVA =1.5.5 總降壓變電所的功率補償（1）補償前的變壓器容量和功率因素：根據工廠的一、二級負荷情況，選擇2臺主電力變壓器，因此，主電力變壓器的容量選擇為SNT5812.7=4068.9kVA因此未進行無功補償時，主變壓器容量應選為5000kVA，型號為SJL1500

21、0/35這時變電所低壓側的功率因數為 cos（2）無功補償容量按設計要求，變電所高壓側的。考慮到變壓器的無功功率損耗QT遠大于有功功率損耗PT，因此在變壓器低壓側補償時，低壓側補償后的功率因數應略高于0.90,這里取。要使低壓側功率因數由提高到，低壓側需要裝設的并聯電容器的容量為QC =P30(tanarccos0.78-tanarccos0.92) (0.802-0.426) 在確定了總的補償容量后，就可根據選定的并聯電容器的單個容量qc來確定電容器的個數 由上式計算所得的電容器個數n，對于單相電容器來說，應取3的倍數，以便三相均衡分配。在確定了并聯電容器的容量后，根據產品目錄，就可以選擇并

22、聯電容器的單臺容量（這里選50kvar），并確定并聯電容器的數量： =（個） 取n=36式中 單個電容器的額定容量（kvar）。則實際補償容量為=3650 kvar =1800 kvar選擇兩臺電容器柜，單臺的容量為900kvar，型號為TBB36-900/50。（3）補償后的變壓器容量和功率因數變電所低壓側的視在計算負荷為 S30(2)=kVA A因此無功補償后主變壓器容量SNT4902.99=3432.1kVA變壓器容量應選為4000kVA，型號為SJL14000/35。變壓器的功率損耗為=11.8+29.30=41.1kW =88+210.26 =298.26kvar變電所高壓側的計算負

23、荷為kWkvarkVAA無功補償后，工廠的功率因數為 這一功率因數滿足規定要求。1.5.6 工廠的年電能消耗量Tmax=6500h，取，則工廠年有功電能消耗量 Wpa=4598.692107kWh工廠年無功電能消耗量 Wqa=21107kvarh2 變配電所選擇車間變電所按其主變壓器的安裝位置來分,有下列類型：（1）車間附設變電所 變壓器室的一面墻或幾面墻與車間的墻共用，變壓器室的大門朝車間外開。如果按變壓器室位于車間的墻內還是墻外，還可以進一步分為內附式和外附式。（2）車間內變電所 變壓器室位于車間內的單獨房間內，變壓器室的大門朝車間內開。（3）露天變電所 變壓器安裝在室外抬高的地面上。如果

24、變壓器的上方設有頂板或挑檐的，則稱為半露天變電所。在負荷較大的多跨廠房、負荷中心在廠房中部且環境許可時，可采用車間內變電所。這種車間內變電所，位于車間的負荷中心，可以縮短低壓配電的距離，降低電能損耗和電壓損耗，減少有色金屬的消耗量，因此這種變電所的技術經濟指標比較好。但是變電所建在車間內部，要占一定的生產面積，因此對一些生產面積比較緊湊和生產流程要經常調整、設備也要相應變動的生產車間不太合適；而且其變壓器門朝車間內開，對生產的安全有一定的威脅。這種變電所在大型冶金企業中較多。按照上述原則，車間變電所的類型均采用車間附設變電所，如表4。序號用電單位名稱變電所類型1高爐車間車間附設變電所2煉鋼車間

25、車間附設變電所3軋鋼車間車間附設變電所4線材車間車間附設變電所5機電修車間車間附設變電所6水泵站車間附設變電所7氧氣站車間附設變電所表4 車間變電所的類型2.2變電所主變壓器容量的選擇（1）只裝一臺主變壓器的變電所主變壓器容量ST（設計中，一般可概略地當作其額定容量）應滿足全部用電設備總計算負荷S30需要，即 STS30 （34）（2）裝有兩臺主變壓器的變電所每臺變壓器的容量ST（一般可概略地當作）應同時滿足以下兩個條件：任一臺變壓器單獨運行時，宜滿足總計算負荷S30的大約60%70%的需要，即 ST=(00.7)S30 （35）當1臺主變退出運行時，其余變壓器應能保證全部一級負荷及大部分二級

26、負荷用電，此時允許變壓器過負荷40運行。（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（或1250 kVA）。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。現在我國已能生產一些斷流能力更大和短路穩定度更好的新型低壓開關電器如DW15、ME等型低壓斷路器及其它電器，因此如車間負荷容量較大、負荷集中且運行合理時，也可以選用單臺容量為12502000 kVA的配電變壓器，這樣能減少主變壓器臺數及高壓開關電器和電纜等。（4）適當考慮符

27、合的發展應適當考慮今后510年電力負荷的增長，留有一定的余地，同時要考慮變壓器的正常過負荷能力。（根據上述原則及工廠的實際情況，廠總變電所主變壓器的臺數選擇2臺。2臺變壓器并聯運行，單臺變壓器的容量為4000kVA，型號為SJL1-4000/35。變壓器容量及型號的選擇詳見功率補償部分。車間變壓器亦選用1臺變壓器運行，單臺容量為SJL1-1000/10。）3 電氣主接線主接線又稱一次接線或主電路。電氣主接線是由各種主要電氣設備（如發電機、變壓器、開關電氣、互感器、電抗器及連接線路等設備），按一定順序連接而成的一個接受和分配電能的總電路。由于交流供電系統通常是三相對稱的，故在主接線圖中，一般用一

28、根線來表示三相電路，僅在個別三相設備不對稱或需進一步說明的地方，部分地用三條線表示，這樣就將三相電路圖繪成了單線圖。為使看圖容易起見，圖上只繪出系統的主要元件及相互間的連接。 電氣主接線單線圖應按行業標準規定的圖形符號與文字符號繪制，通常還在圖上標明主要電氣設備的型號和技術參數，以方便閱讀。主接線代表了發電廠和變電站電氣部分主體結構，是電力系統網絡結構的重要組成部分。概括地說，對主接線的基本要求包括安全、可靠、靈活、經濟四個方面。主接線的繪制3.1 具有母線的電氣主接線（1）單母線接線在主接線中，斷路器是電力系統的主開關；隔離開關的功能主要是隔離高壓電源，以保證其它設備和線路的安全檢修。例如，

29、固定式開關柜中的斷路器工作一段時間需要檢修時，在斷路器斷開電路的情況下，拉開隔離開關；恢復供電時，應先合隔離開關，然后合斷路器。這就是隔離開關與斷路器配合操作的原則。由于隔離開關無滅弧裝置，斷流能力差，所以不能帶負荷操作。如下圖2所示。（2）單母線分段單母線分段接線是采用斷路器將母線分段，通常是分成兩段，如圖下3所示。母線分段后可進行分段檢修，對于重要用戶，可以從不同段引出兩個回路，當一段母線發生故障時，由于分段斷路器QF1在繼電保護作用下自動將故障段迅速切除，從而保證了正常母線段不間斷供電和不致使重要用戶停電。兩段母線同時故障的幾率很小，可以不予考慮。在供電可靠性要求不高時，亦可用隔離開關分

30、段（QS1），任一段母線發生故障時，將造成兩段母線同時停電，在判斷故障后，拉開分段隔離開關QS1，完好段即可恢復供電。（3）雙母線及雙母線分段 如上圖4所示，這種接線，每一回路都通過一臺斷路器和兩組隔離開關（也有采用兩臺斷路器和兩組隔離開關）連接到兩組母線上，母線W1和W2都是工作母線。兩組母線可同時工作，并通過母線聯絡短路器并聯運行。電源和引出線適當地分配在兩組母線上。雙母線分段接線如上圖5所示。 無母線的電氣主接線當具有兩臺變壓器和兩條線路時，在變壓器-線路接線的基礎上，在其中間架一連接橋，則成為橋形接線。如圖6所示。按照連接橋斷路器的位置，可分為內橋（圖6(a)）和外橋（圖6（b）兩種接

31、線。前者橋連斷路器設置在變壓器側；而后者，橋連斷路器則設置在線路側。橋形接線中，四個回路只有三臺斷路器，是需要斷路器最少也是最節省的一種接線。但其可靠性和靈活性較差，只能應用于小型變電所、發電廠;內橋式適宜輸電線路較長，故障幾率較多，而變壓器又不需要經常切換時；外橋式則在出線較短，且變壓器隨經濟運行的要求需經常切換時，就更為適宜。有時為了檢修出線和在變壓器回路中的斷路器時不中斷線路和變壓器正常運行，再在橋形接線中附加一個正常工作時斷開的帶隔離開關的跨條。在跨條上裝設兩臺隔離開關的目的是可以輪換停電檢修任何一組隔離開關。 工廠電源進線電壓為35KV及以上的工廠，通常是先經工廠總降壓變電所降為61

32、0KV的高壓配電電壓，然后經過車間變電所，降為一般低壓用電設備所需的電壓如220/380V。方案1 一次側采用內橋式接線，二次側采用單母線分段的總降壓變電所主接線圖（如圖7）所示。這種主接線，其一次側的高壓斷路器QF10跨在兩路電源進線之間，猶如一座橋梁，而且處在線路斷路器QF11和QF12的內側，靠近變壓器，因此稱為內橋式接線。這種主接線的運行靈活性較好，供電可靠性較高，適用于一、二級負荷的工廠。如果某路電源例如WL1線路停電檢修或發生故障時，則斷開QF11，投入QF10（其兩側QS先合），即可由WL2恢復對變壓器T1的供電。這種內橋式接線多用于電源線路較長因而發生故障和停電的機會較多、并且

33、變電所的變壓器不需經常切換的總降壓變電所。方案2 一次側采用外橋式接線，二次側采用單母線分段的總降壓變電所主接線圖（如圖8）所示。這種主接線，其一次側的高壓斷路器QF10也跨接在兩路電源進線之間，但處在線路斷路器QF11和QF12的外側，靠近電源方向，因此稱為外橋式接線。這種主接線的運行靈活性也較好，供電可靠性同樣較高，適用于一、二級負荷的工廠。但與內橋式接線的適用場合有所不同。如果某臺變壓器例如T1停電檢修或發生故障時，則斷開QF11，投入QF10（其兩側QS先合），使用兩路電源進線又恢復并列運行。這種外橋式接線適用于電源線路較短而變電所負荷變動較大、適于經濟運行需經常切換的總降壓變電所。（

34、根據本廠的實際情況，工廠總降壓變電所距該城鎮220/35KV變電所5公里，距離較遠；而變電所負荷變動不大，故采用方案1（一次側采用內橋式接線，二次側采用單母線分段的總降壓變電所主接線）。方案2更適用于電源線路較短而變電所負荷變動較大,適于經濟運行需經常切換的總降壓變電所；采用橋式接線，最大的特點就是使用斷路器數量較少，使用斷路器數量較少，一般采用斷路器數都等于或少于出線回路數，從而結構簡單，投資較少。）3.4 工廠電力線路主接線又稱一次接線或主電路。電氣主接線是由各種主要電氣設備（如發電機、變壓器、開關電氣、互感器、電抗器及連接線路等設備），按一定順序連接而成的一個接受和分配電能的總電路。由于

35、交流供電系統通常是三相對稱的，故在主接線圖中，一般用一根線來表示三相電路，僅在個別三相設備不對稱或需進一步說明的地方，部分地用三條線表示，這樣就將三相電路圖繪成了單線圖。為使看圖容易起見，圖上只繪出系統的主要元件及相互間的連接。主接線代表了發電廠和變電站電氣部分主體結構，是電力系統網絡結構的重要組成部分。概括地說，對主接線的基本要求包括安全、可靠、靈活、經濟四個方面。4 電力線路接線方式工廠的高壓線路有放射式、樹干式和環形等基本接線方式。圖10為放射式結構，放射式線路之間互相不影響，因此供電可靠性較高，而且便于裝自動裝置，但是高壓設備用的較多，且每臺高壓斷路器須裝設一個高壓柜，從而使投資增加，

36、而這種放射式線路發生故障或檢修時，該線路所有供電的負荷都要停電，要提高其供電可靠性，可在低壓變電所高壓側之間或低壓側之間敷設聯絡線，要近一步提高其供電可靠性，還可采用來自兩個電源的兩路高壓進線，然后經分段母線，由兩段母線用雙回路對用戶交叉供電。圖11是高壓樹干式線路的電路圖。樹干式結線與放射式結線相比，具有以下優點：多數情況下，能減少線路的有色金屬消耗量；采用高壓開關數量少，投資較省。但有下列缺點：供電可靠性較低，當高壓配電干線發生故障或檢修時，接于干線的所有變電所都要停電，且在實現自動化方面，適應性較差。（本廠由于車間一、二級負荷較多，需要較高的供電可靠性故采用放射式接線。）5 電力線路的敷

37、設由于架空與電纜線路相比有較多的優點，如成本低、投資少，安裝容易，維護和檢修方便易于發現和排除故障等，所以架空線路在一般工廠中應用相當廣泛。敷設架空線路，要嚴格遵守有關技術規程的規定，在整個施工中，要注重安全教育，采取有效的安全措施，特別是立桿、組裝和架線時，更加要注意人身安全，防止發生事故。竣工以后，要按規定的手續和要求進行檢查和驗收，確保工程質量。電纜線路與架空線路相比，具有成本高，投資大，維修不便等缺點，但是它具有運行可靠、不易受外界影響、不需架設電桿、不占地面、不礙觀瞻等優點，特別是在有腐蝕性氣體和易燃、易爆場所，不宜架設架空線路時，只有敷設電纜線路。（由于架空與電纜線路相比有較多的優

38、點，如成本低、投資少，安裝容易，維護和檢修方便，易于發現和排除故障等，所以架空線路在一般工廠中應用相當廣泛。由于本廠的地形不復雜，按經濟性及可操作性來選擇，故高壓供電線路選擇為架空線。）6 高壓供電線路導線截面及型號的選擇【導線（或電纜，下同）的截面越大，電能損耗就越小，但是線路投資、維修管理費用和有色金屬消耗量卻要增加。因此從經濟方面考慮，導線應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】各國根據其具體國情特別是有色金屬資源的情況，規定了導線和電纜的經濟電流密度。我國現行的經濟電流密度規定如表5所列。線路類別導線材質年最大負荷利用小時3000

39、h以下30005000h5000h以上架空線路鋁銅電纜線路鋁銅表5 導線和電纜的經濟電流密度（A/mm2）按經濟電流密度jec計算經濟截面Aec的公式為 （36）式中，I30為線路的計算電流。按上式計算出Aec后，應選最接近的標準截面（可取較小的標準截面），然后校驗其它條件。（1）總降壓變電所高壓側導線（35kV架空線）按經濟電流密度選擇1）選擇經濟截面按已知條件，查表得jec=/mm2,因此Aec=I30/jec=8A/2mm2選擇標準截面95mm2，即選LGJ-95型鋼芯鋁絞線。2）線路電壓損耗幾何均距為1.5m,A=95mm2，查表得/km，/km。故線路的電壓損耗與線路的電壓損耗百分值

40、為表6線路的電壓損耗323v線路的電壓損耗百分值表6 線路的電壓損耗與線路的電壓損耗百分值它小于，因此所選LGJ-95型鋼芯鋁絞線滿足電壓損耗要求。（2）車間高壓側導線(6kV架空線)選擇原則及校驗同35kV架空線的選擇一樣,各車間高壓側導線的型號見表7。序號裝設地點導線型號1總降壓變電所高壓側LGJ-952總降壓變電所低壓側LGJ-4003高爐車間變電所高壓側LGJ-954煉鋼車間變電所高壓側LGJ-955軋鋼車間變電所高壓側LGJ-1856線材車間變電所高壓側LGJ-957機電修車間變電所高壓側LGJ-508水泵站變電所高壓側LGJ-359氧氣站變電所高壓側LGJ-35表7 各裝設地點導線

41、型號常用的母線材料是銅、鋁和鋼。目前，變電所的母線除因大電流采用銅以外，一般盡量采用鋁母線，而電流不大的支干線或低壓系統的零線則有時用鋼母線。（1）動穩定校驗 （37）式中 母線的最大允許應力，鋁母線為69 M；母線通過時受到的最大計算應力（M）；M母線在通過時產生的最大彎矩（N.m）； W母線的截面系數（）；而 （38）式中 通過時產生的最大作用力（N）；檔矩（m）； a 母線間距離（m）。7 電氣設備的選擇（1） 按正常運行條件選擇電氣設備按正常工作條件選擇，就是要考慮裝置地點的環境條件和電氣要求。環境條件是指電氣裝置所處的位置特征；電氣要求是指對設備的電壓、電流、頻率（一般為50HZ）等

42、方面的要求；對一些斷路電器如開關、熔斷器等，還應考慮其斷流能力。考慮所選設備的工作環境。如戶內、戶外、防腐蝕、防暴、防塵、防火等要求，以及沿海或是濕熱地域的特點 。所選設備的額定電壓UN,et應不低于安裝地點電網的額定電壓UN，即 UN,etUN （39）一般設備的電壓設計值滿足1.1UN,et，因而可在1.1UN,et下安全工作。設備的額定電流IN是指在額定周圍環境溫度下，設備的長期允許電流。IN應不小于通過設備的計算電流I30，即 INI30 （40）設備的最大開斷電流應不小于它可能開斷的最大電流，即 （41）（2） 按短路條件校驗動穩定校驗動穩定校驗（電動力穩定）是指導體和電器承受短路電

43、流機械效應的能力。滿足穩定的條件是 （42）或 （43）式中，、設備安裝地點短路沖擊電流的峰值及其有效值； 、設備允許通過的電流峰值及其有效值。高壓一次設備的選擇，必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下工作的要求，同時設備應工作安全可靠，運行維護方便，投資經濟合理。高壓一次設備的選擇和校驗可按表9所列各項條件進行。高壓開關柜是按一定的線路方案將有關一、二次設備組裝而成的一種高壓成套配電裝置，在發電廠和變配電所中作為控制和保護發電機、變壓器和高壓線路之用，也可以作為大型高壓交流電動機的啟動和保護之用，其中安裝有高壓開關設備、保護電器、檢測儀表和母線、絕緣子等。高壓開關柜有固定式和手車式（移開

44、式）兩大類型。在一般中小型工廠中，普遍采用較為經濟的固定式高壓開關柜。我國現在大量生產和觀感應用的開關柜主要為GG-1A（F）型。這種防誤型開關柜裝設了防止電器誤操作和保障人身安全的閉鎖裝置，即所謂“五防”防止誤跳、誤合斷路器，防止帶負荷拉、合隔離開關，防止帶電掛接地線，防止帶接地線合隔離開關，防止人員誤入帶電間隔。高壓斷路器（文字符號為QF）的功能是，不僅能通斷正常負荷電流，而且能接同和承受一定時間的短路電流，并能在保護裝置作用下自動跳閘，切除短路故障。（1）總降壓變電所高壓側由安裝地點的電壓和最大工作電流，初選斷路器規格為SN10-35/1000-1000型斷路器進行校驗，如表8所示。由校

45、驗結果可知，所選SN10-35/1000-1000型斷路器是滿足要求的。繼電保護的動作時間為1s，斷路器的短路時間取0.1s，假想時間為： 序號裝置地點的電氣條件SN10-35/1000-1000型斷路器項目數據項目數據結論1UN35kV35kV合格2I30IN1000A合格3Ik(3)Ibr16kA合格4ish(3)imax45kA合格5I(3)2timaIt2t1624=1024合格表8廠變電所高壓側斷路器的選擇與校驗（2）總降壓變電所低壓側由安裝地點的電壓和最大工作電流，初選斷路器規格為SN10-10/630-300型斷路器進行校驗，如表9所示。由校驗結果可知，所選SN10-10/630

46、-300型斷路器是滿足要求的。繼電保護的動作時間為1s，斷路器的短路時間取0.1s，假想時間為： 序號裝置地點的電氣條件SN10-10/630-300型斷路器項目數據項目數據結論1UN6kV10kV合格2I3047IN630A合格3Ik(3)Ibr16kA合格4ish(3)imax40kA合格5I(3)2timaIt2t1622=512合格表9 總降壓變電所低壓側斷路器的選擇與校驗序號裝設地點斷路器型號1總降壓變電所高壓側 SN10-35/1000-10002總降壓變電所低壓側SN10-10/630-3003高爐車間變電所高壓側SN10-10/630-3004煉鋼車間變電所高壓側SN10-10

47、/630-3005軋鋼車間變電所高壓側SN10-10/630-3006線材車間變電所高壓側SN10-10/630-3007機電修車間變電所高壓側SN10-10/630-3008水泵站變電所高壓側SN10-10/630-3009氧氣站變電所高壓側SN10-10/630-300表10高壓隔離開關的選擇高壓隔離開關（QS）的功能主要是隔離高壓電源，以保證其它設備和線路的安全檢修。它的結構有如下特點：斷開后有明顯可見的斷開間隙，而且斷開間隙的絕緣及相間絕緣都是足夠可靠的，能充分保證人身和設備安全。但是隔離開關沒有專門的滅弧裝置，因此不允許帶負荷操作。高壓隔離開關按安裝地點，分為戶內式和戶外式兩大類。（

48、1）總降壓變電所高壓側由安裝地點的電壓和最大工作電流，初選高壓隔離開關規格為GN2-35/400進行校驗，如表13所示。由校驗結果可知，所選GN2-35/400型隔離開關是滿足要求的。繼電保護的動作時間為1s，斷路器的短路時間取0.1s，假想時間為：序號裝置地點的電氣條件GN2-35/400型隔離開關項目數據項目數據結論1UN35kV35kV合格2I30IN400A合格3ish(3)imax50kA合格4I(3)2timaIt2t2024=1600合格表11 總降壓變電所高壓側隔離開關的選擇與校驗（2）總降壓變電所低壓側由安裝地點的電壓和最大工作電流，初選高壓隔離開關規格為GN5-6/600進

49、行校驗，如表12所示。由校驗結果可知，所選GN5-6/600型隔離開關是滿足要求的。繼電保護的動作時間為1s，斷路器的短路時間取0.1s，假想時間為：序號裝置地點的電氣條件GN5-6/600型隔離開關項目數據項目數據結論1UN6kV6kV合格2I30IN600A合格3ish(3)imax52kA合格4I(3)2timaIt2t2025=2000合格表12 總降壓變電所低壓側隔離開關的選擇與校驗熔斷器（文字符號為FU）是一種當所在電路的電流超過規定值并經一定時間后，使其熔體熔化而分斷電流、斷開電路的一種保護電器。熔斷器的功能主要是對電路及電路設備進行短路保護，但有的也具有過負荷保護的功能。工廠供

50、電系統中，室內廣泛采用RN1、RN2型高壓管式熔斷器，室外則廣泛采用RW4、RW10(F)等型跌開式熔斷器。根據安裝地點的電氣條件，初選高壓熔斷器的型號為RN2-35/0.5進行校驗，如表13所示。由校驗結果可知，所選RN2-35/0.5型熔斷器是滿足要求。序號裝置地點的電氣條件RN2-35/0.5型熔斷器項目數據項目數據結論1UN35kV35kV合格2Ik(3)Ibr17kA合格表13 廠變電所高壓側熔斷器的選擇與校驗電流互感器（簡稱CT，文字符號為TA）又稱儀用變流器。電壓互感器（簡稱PT，文字符號為TV）又稱儀用變壓器。它們合稱為互感器。從基本結構和工作原理來說，互感器就是一種特殊變壓器

51、，由鐵心、遠繞組和副繞組構成。主要為測量與保護服務。供電系統中使用互感器的主要目的是： = 1 * GB3 使儀表、繼電器與主電路的高電壓、大電流隔離。這樣既可降低儀表、繼電器等的絕緣水平，使其結構簡化，又可降低成本并有利于安全； = 2 * GB3 互感器二次側的電量是標準化的。電壓互感器為100V，電流互感器為5A或1A，這樣，使測量儀表、繼電器等標準化，規格單一，有利于大批量生產，從而降低成本。（1）電流互感器的選擇與校驗主要有以下幾個條件：1）電流互感器額定電壓應不低于安裝地點線路額定電壓；2）根據一次負荷計算電流選擇電流互感器變比；3）根據二次回路的要求選擇電流互感器的準確度并校驗準

52、確度；4）校驗動穩定度和熱穩定度。（2）電流互感器變比選擇電流互感器一次側額定電流有20、30、40、50、75、100、150、200、300、400、600、800、1000、1200、1500、2000（A）等多種規格，二次側額定電流均為5A。一般情況下，計量用的電流互感器變比的選擇應使其一次額定電流不小于線路計算電流，如線路中負荷計算電流為350A，則電流互感器的變比應選擇400/5。保護用的電流互感器為保證其準確度要求，可以將變比選得大一些。（3）電流互感器準確度選擇及校驗準確度選擇的原則：計費計量用的電流互感器其準確度為0.20.5級，計量用的電流互感器其準確度為0.13.0級。為

53、了保證準確度誤差不超過規定值，一般還校驗電流互感器二次負荷（伏安），互感器二次負荷不大于二次額定負荷，所選準確度才能得到保證。準確度校驗公式為： （44）二次回路的負荷取決于二次回路的阻抗的值，則： （45）或 （46）式中，、為二次回路中的儀表、繼電器線圈的額定負荷和阻抗，為二次回路導線電阻，計算公式為： （47）式中，為導線的導電率，銅線，鋁線，S為導線截面積，為導線的計算長度（m）。設互感器到儀表、繼電器的單向長度為，則互感器為星形接線時，；為V形接線時，；為一相接線時，。（4）電流互感器動穩定度和熱穩定度校驗廠家的產品技術參數中都給出了動穩定倍數和熱穩定倍數，因此，按下列公式分別校驗動

54、穩定和熱穩定即可。1）動穩定度校驗 （48）式中，電流互感器的額定一次電流。（5）電流互感器型號的選擇 1）總降壓變電所高壓側由于這里所選的電流互感器是計量用的，根據安裝地點的電氣條件，初選變比為150/5的LCW-35型電流互感器進行校驗，如表14所示。由校驗結果可知，所選LCW-35型電流互感器是滿足要求的。序號裝置地點的電氣條件LCW-35型電流互感器項目數據項目數據結論1UN35kV35kV合格2I30I1N150A合格3kA合格4合格表14 總降壓變電所高壓側電流互感器的選擇與校驗2）總降壓變電所低壓側由于這里所選的電流互感器是計量用的，根據安裝地點的電氣條件，初選變比為500/5的

55、LAJ-10型電流互感器進行校驗，如表15所示。由校驗結果可知，所選LAJ-10型電流互感器是滿足要求的。序號裝置地點的電氣條件LAJ-10型電流互感器項目數據項目數據結論1UN6kV10kV合格2I3047I1N500A合格321.24kAkA合格48.332合格表15 總降壓變電所低壓側電流互感器的選擇與校驗電壓互感器的選擇應按以下幾個條件：（1）按安裝地點環境及工作要求選擇裝置類型；（2）電壓互感器的額定電壓應不低于裝設點線路額定電壓；（3）按測量儀表對電壓互感器準確度要求選擇并校驗準確度。電壓互感器準確度的設置一般有5檔，計量用的為0.5級以上，一般測量用的準確度為1.03.0級，保護

56、用的準確度為3P級和6P級。為了保證準確度的誤差在規定范圍內，二次負荷應不大于相應的額定值，計算公式為 （49） （50）式中，和分別為儀表、繼電器電壓線圈消耗的總有功功率和總無功功率。這里所選的電壓互感器是用來計量的，而本設計又不涉及計量儀表方面的內容，故不需做準確度校驗，只需滿足電壓要求就行。根據前面所述，廠變電所高壓側選擇JDJ-35型電壓器。8 短路電流計算 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最小。但一般三相短路的短路電流最大，造成的危害也最嚴重。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地工作，因此作為選擇檢驗電氣設備用的短路計算中，以三相短路計

57、算為主。三相短路用文字符號k(3)表示。標幺制法，即相對單位制算法，因其短路計算中的有關物理量是采用標幺值（相對單位）而得名。按標幺制法進行短路計算時，一般是先選定基準容量S d和基準電壓Ud。基準容量，工程設計中通常取Sd=100MVA。基準電壓，通常取元件所在處的短路計算電壓，即取Ud=Uc。選定了基準容量Sd和基準電壓Ud以后，基準電流Id按下式計算 （51）基準電抗Xd則按下式計算 （52）供電系統中各主要元件的電抗標幺值的計算（取Sd=100MVA,Ud=Uc）。（1）電力系統的電抗標幺值 （53）（2）電力變壓器的電抗標幺值 （54）（3）電力線路的電抗標幺值 （55）短路電路中各

58、主要元件的電抗標幺值求出以后，即可利用其等效電路圖進行電路化簡，計算其總電抗標幺值X*。由于各元件電抗均采用相對值，與短路計算點的電壓無關，因此無須進行電壓換算，這也是標幺值法較之歐姆法優越之處。三相短路電流周期分量有效值 （56）其他三相短路電流 （57） （58） （59）（1）繪短路計算電路圖，并根據短路計算的目的確定短路計算點，如圖13所示。（2）系統短路時的等效電路圖（如圖14）（3）確定基準值取 Sd=100MVA，Uc1=37kV，而 kA kA（4）計算短路電流中各主要元件的電抗標幺值1）電力系統，2）架空線路（查表得，LGJ185型，幾何間距為時的電抗X0=/km， LGJ9

59、5型，幾何間距為時的電抗X0=/km） 3）電力變壓器（查表得工廠變電所變壓器的Ud%=7） （5）求k1點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量1）總電抗標幺值 2）三相短路電流周期分量有效值 3）其他三相短路電流 4）三相短路容量 同上求出K-2的三相短路電流 (kA)和三相短路容量(MVA)，如下表16。短路計算點三相短路電流 (kA)三相短路容量(MVA)k-1k-2表16 短路電流計算結果（1）對全廠的電力負荷、功率補償、短路電流進行了計算；（2）確定了總降壓變電所的位置及主變壓器的容量、臺數及型號；（3）通過分析，確定了總降壓變電所的一次接線圖；（4）確定了高壓供電線路的敷

60、設方式，并選擇了高壓供電線路導線的截面及型號；（5）選擇并校驗了總降壓變電所的一次設備。9 防雷與接地防雷的設備主要有接閃器和避雷器。其中，接閃器就是專門用來接受直接雷擊（雷閃）的金屬物體。接閃的金屬稱為避雷針。接閃的金屬線稱為避雷線，或稱架空地線。接閃的金屬帶稱為避雷帶。接閃的金屬網稱為避雷網。避雷器是用來防止雷電產生的過電壓波沿線路侵入變配電所或其它建筑物內，以免危及被保護設備的絕緣。避雷器應與被保護設備并聯，裝在被保護設備的電源側。當線路上出現危及設備絕緣的雷電過電壓時，避雷器的火花間隙就被擊穿，或由高阻變為低阻，使過電壓對大地放電，從而保護了設備的絕緣。避雷器的型式，主要有閥式和排氣式