工廠供電技術論文
工廠供電技術論文
工廠供電，就是指工廠所需電能的供應和分配，亦稱工廠配電。 下面是由學習啦小編整理的工廠供電技術論文，謝謝你的閱讀。
工廠供電技術論文篇一
工廠供電的設計
一、工廠供電的意義和要求
工廠供電，就是指工廠所需電能的供應和分配，亦稱工廠配電。
眾所周知，電能是 現(xiàn)代 工業(yè) 生產的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉換而來，又易于轉換為其它形式的能量以供 應用 ;電能的輸送的分配既簡單 經濟 ，又便于控制、調節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產過程自動化。因此，電能在現(xiàn)代工業(yè)生產及整個國民經濟生活中應用極為廣泛。
在工廠里，電能雖然是工業(yè)生產的主要能源和動力，但是它在產品成本中所占的比重一般很小(除電化工業(yè)外)。電能在工業(yè)生產中的重要性，并不在于它在產品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產量，提高產品質量，提高勞動生產率，降低生產成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應突然中斷，則對工業(yè)生產可能造成嚴重的后果。
因此，做好工廠供電 工作對于 發(fā)展 工業(yè)生產，實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經濟建設具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經濟建設，也具有重大的作用。
工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產服務，切實保證工廠生產和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達到以下基本要求：
(1) 安全 在電能的供應、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故和設備事故。
(2) 可靠 應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。
(3) 優(yōu)質 應滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求
(4) 經濟 供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。
此外，在供電工作中，應合理地處理局部和全局、當前和長遠等關系，既要照顧局部的當前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應發(fā)展。
二、工廠供電設計的一般原則
按照國家標準GB50052-95 《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》、GB50053-94 《10kv及以下設計規(guī)范》、GB50054-95 《低壓配電設計規(guī)范》等的規(guī)定，進行工廠供電設計必須遵循以下原則：
(1) 遵守規(guī)程、執(zhí)行政策;
必須遵守國家的有關規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術經濟政策。
(2) 安全可靠、先進合理;
應做到保障人身和設備的安全，供電可靠，電能質量合格，技術先進和經濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產品。
(3) 近期為主、考慮發(fā)展;
應根據(jù)工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設與遠期發(fā)展的關系，做到遠近結合，適當考慮擴建的可能性。
(4) 全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。
按負荷性質、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設計方案。工廠供電設計是整個工廠設計中的重要組成部分。工廠供電設計的質量直接 影響 到工廠的生產及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設計的有關知識，以便適應設計工作的需要。
三、 設計 內容 及步驟
全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計，是根據(jù)各個車間的負荷數(shù)量和性質，生產工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經濟的分配電能 問題 。其基本內容有以下幾方面。
1、負荷 計算
全廠總降壓變電所的負荷計算，是在車間負荷計算的基礎上進行的?？紤]車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出全廠總降壓變電所高壓側計算負荷及總功率因數(shù)。列出負荷計算表、表達計算成果。
2、工廠總降壓變電所的位置和主變壓器的臺數(shù)及容量選擇
參考 電源進線方向，綜合考慮設置總降壓變電所的有關因素，結合全廠計算負荷以及擴建和備用的需要，確定變壓器的臺數(shù)和容量。
3、工廠總降壓變電所主結線設計
根據(jù)變電所配電回路數(shù)，負荷要求的可靠性級別和計算負荷數(shù)綜合主變壓器臺數(shù)，確定變電所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經濟，安裝容易維修方便。
4、廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設計
根據(jù)廠內負荷情況，從技術和經濟合理性確定廠區(qū)配電電壓。參考負荷布局及總降壓變電所位置，比較幾種可行的高壓配電網(wǎng)布置放案，計算出導線截面及電壓損失，由不同放案的可靠性，電壓損失，基建投資，年運行費用，有色金屬消耗量等綜合技術經濟條件列表比值，擇優(yōu)選用。按選定配電系統(tǒng)作線路結構與敷設方式設計。用廠區(qū)高壓線路平面布置圖，敷設要求和架空線路桿位明細表以及工程預算書表達設計成果。
5、工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計算
工廠用電，通常為國家電網(wǎng)的末端負荷，其容量運行小于電網(wǎng)容量，皆可按無限容量系統(tǒng)供電進行短路計算。由系統(tǒng)不同運行方式下的短 路參數(shù)，求出不同運行方式下各點的三相及兩相短路電流。
6、改善功率因數(shù)裝置設計
按負荷計算求出總降壓變電所的功率因數(shù)，通過查表或計算求出達到供電部門要求數(shù)值所需補償?shù)臒o功率。由手冊或廠品樣本選用所需 移相 電容器的規(guī)格和數(shù)量，并選用合適的電容器柜或放電裝置。如工廠有大型同步電動機還可以采用控制電機勵磁電流方式提供無功功率，改善功率因數(shù)。
7、變電所高、低壓側設備選擇
參照短路電流計算數(shù)據(jù)和各回路計算負荷以及對應的額定值，選擇變電所高、低壓側電器設備，如隔離開關、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關柜等設備。并根據(jù)需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗。用總降壓變電所主結線圖，設備材料表和投資概算表達設計成果。
8、繼電保護及二次結線設計
為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機、母線分段斷路器及聯(lián)絡線斷路器，皆需要設置相應的控制、信號、檢測和繼電器保護裝置。并對保護裝置做出整定計算和檢驗其靈敏系數(shù)。
設計包括繼電器保護裝置、監(jiān)視及測量儀表，控制和信號裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展開圖以及元件材料表達設計成果。35kv及以上系統(tǒng)尚需給出二次回路的保護屏和控制屏屏面布置圖。
9、變電所防雷裝置設計
參考本地區(qū)氣象地質材料，設計防雷裝置。進行防直擊的避雷針保護范圍計算，避免產生反擊現(xiàn)象的空間距離計算，按避雷器的基本參數(shù)選擇防雷電沖擊波的避雷器的規(guī)格型號，并確定其接線部位。進行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗以及沖擊接地 電阻計算。
10、 專題設計
11、總降壓變電所變、配電裝置總體布置設計綜合前述設計計算結果，參照國家有關規(guī)程規(guī)定，進行內外的變、配電裝置的總體布置和施工設計。
第二章 負荷計算及功率補償
一、 負荷計算的內容和目的
(1) 計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續(xù)性的負荷，其熱效應與同一時間內實際變動負荷所產生的最大熱效應相等。在配電設計中，通常采用30分鐘的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或導體的依據(jù)。
(2) 尖峰電流指單臺或多臺用電設備持續(xù)1秒左右的最大負荷電流。一般取啟動電流上午周期分量作為計算電壓損失、電壓波動和電壓下降以及選擇電器和保護元件等的依據(jù)。在校驗瞬動元件時，還應考慮啟動電流的非周期分量。
(3) 平均負荷為一段時間內用電設備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最大負荷班(即有代表性的一晝夜內電能消耗量最多的一個班)的平均負荷，有時也計算年平均負荷。平均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。
二、負荷計算的 方法
負荷計算的方法有需要系數(shù)法、利用系數(shù)法及二項式等幾種。
本設計采用需要系數(shù)法確定。
主要計算公式有： 有功功率： P30 = Pe·Kd
無功功率: Q30 = P30 ·tgφ
視在功率: S3O = P30/Cosφ
計算電流: I30 = S30/√3UN
三、各用電車間負荷計算結果如下表：
四、全廠負荷計算
取K∑p = 0.92; K∑q = 0.95
根據(jù)上表可算出：∑P30i = 6520kW; ∑Q30i = 5463kvar
則 P30 = K∑P∑P30i = 0.9×6520kW = 5999kW
Q30 = K∑q∑Q30i = 0.95×5463kvar = 5190kvar
S30 = (P302+Q302)1/2 ≈7932KV·A
I30 = S30/√3UN ≈ 94.5A
COSф = P30/Q30 = 5999/7932≈ 0.75
五、功率補償
由于本設計中上級要求COSφ≥0.9,而由上面計算可知COSф=0.75<0.9，因此需要進行無功補償。
綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進行高壓集中補償。
可選用BWF6.3-100-1W型的電容器，其額定電容為2.89µF
Qc = 5999×(tanarc cos0.75-tanarc cos0.92)Kvar
=2724Kvar 取Qc=2800 Kvar
因此，其電容器的個數(shù)為： n = Qc/qC = 2800/100 =28
而由于電容器是單相的，所以應為3的倍數(shù)，取28個 正好
無功補償后，變電所低壓側的計算負荷為：
S30(2)′= [59992+(5463-2800) 2] 1/2 =6564KV·A
變壓器的功率損耗為：
△QT = 0.06 S30′= 0.06 * 6564 = 393.8 Kvar
△PT = 0.015 S30 ′= 0.015 * 6564= 98.5 Kw
變電所高壓側計算負荷為：
P30′= 5999+ 98.5 = 6098 Kw
Q30′= (5463-2800 )+ 393.8= 3057 Kvar
S30′ = (P302 + Q302) 1/2
= 6821 KV .A
無功率補償后，工廠的功率因數(shù)為：
cosφ′= P30′/ S30′= 6098 / 6821= 0.9
則工廠的功率因數(shù)為：
cosφ′= P30′/S30′= 0.9≥0.9
因此，符合本設計的要求
第三章 變壓器的選擇
(1) 主變壓器臺數(shù)的選擇
由于該廠的負荷屬于二級負荷，對電源的供電可靠性要求較高，宜采用兩臺變壓器，以便當一臺變壓器發(fā)生故障后檢修時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續(xù)供電，故選兩臺變壓器。
(2) 變電所主變壓器容量的選擇
裝設兩臺主變壓器的變電所，每臺變壓器的容量ST應同時滿足以下兩個條件：
?、?任一臺單獨運行時，ST≥(0.6-0.7)S′30(1)
?、?任一臺單獨運行時，ST≥S′30(Ⅰ+Ⅱ)
由于S′30(1)= 7932 KV·A，因為該廠都是上二級負荷所以按條件2 選變壓器。
?、?ST≥(0.6-0.7)×7932=(4759.2～5552.4)KV·A≥ST≥S′30(Ⅰ+Ⅱ)
因此選5700 KV·A的變壓器二臺
第四章 主結線方案的選擇
一、變配電所主結線的選擇原則
1.當滿足運行要求時，應盡量少用或不用斷路器，以節(jié)省投資。
2.當變電所有兩臺變壓器同時運行時，二次側應采用斷路器分段的單母線接線。
3.當供電電源只有一回線路，變電所裝設單臺變壓器時，宜采用線路變壓器組結線。
4.為了限制配出線短路電流，具有多臺主變壓器同時運行的變電所，應采用變壓器分列運行。
5.接在線路上的避雷器，不宜裝設隔離開關;但接在母線上的避雷器，可與電壓互感器合用一組隔離開關。
6.6～10KV固定式配電裝置的出線側，在架空線路或有反饋可能的電纜出線回路中，應裝設線路隔離開關。
7.采用6～10 KV熔斷器負荷開關固定式配電裝置時，應在電源側裝設隔離開關。
8.由地區(qū)電網(wǎng)供電的變配電所電源出線處，宜裝設供計費用的專用電壓、電流互感器(一般都安裝計量柜)。
9.變壓器低壓側為0.4KV的總開關宜采用低壓斷路器或隔離開關。當有繼電保護或自動切換電源要求時，低壓側總開關和母線分段開關均應采用低壓斷路器。
10.當?shù)蛪耗妇€為雙電源，變壓器低壓側總開關和母線分段開關采用低壓斷路器時，在總開關的出線側及母線分段開關的兩側，宜裝設刀開關或隔離觸頭。
二、主結線方案選擇
對于電源進線電壓為35KV及以上的大中型工廠，通常是先經工廠總降壓變電所降為6—10KV的高壓配電電壓，然后經車間變電所，降為一般低壓設備所需的電壓。
總降壓變電所主結線圖表示工廠接受和分配電能的路徑，由各種電力設備(變壓器、避雷器、斷路器、互感器、隔離開關等)及其連接線組成，通常用單線表示。
主結線對變電所設備選擇和布置，運行的可靠性和經濟性，繼電保護和控制方式都有密切關系，是供電設計中的重要環(huán)節(jié)。
1、一次側采用內橋式結線，二次側采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖如下這種主結線，其一次側的QF10跨接在兩路電源線之間，猶如一座橋梁，而處在線路斷路器QF11和QF12的內側，靠近變壓器，因此稱為內橋式結線。這種主結線的運行靈活性較好，供電可靠性較高，適用于一、二級負荷工廠。如果某路電源例如WL1線路停電檢修或發(fā)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，這種內橋式結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、并且變電所的變壓器不需要經常切換的總降壓變電所。
2、 一次側采用外橋式結線、二次側采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖(下圖)，這種主結線，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，因此稱為外橋式結線。這種主結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。但與內橋式結線適用的場合有所不同。如果某臺變壓器例如T1停電檢修或發(fā)生故障時，則斷開QF11 ，投入QF10 (其兩側QS先合)，使兩路電源進線又恢復并列運行。這種外橋式適用于電源線路較短而變電所負荷變動較大、適用經濟運行需經常切換的總降壓變電所。當一次電源電網(wǎng)采用環(huán)行結線時，也宜于采用這種結線，使環(huán)行電網(wǎng)的穿越功率不通過進線斷路器QF11 、QF12 ，這對改善線路斷路器的工作及其繼電保護的整定都極為有利。
3、一、二次側均采用單母線分段的總降壓變電所主電路圖(見下圖)
這種主結線圖兼有上述兩種橋式結線的運行靈活性的優(yōu)點，但所用高壓開關設備較多，可供一、二級負荷，適用于一、二次側進出線較多的總降壓變電所
4、一、二次側均采用雙母線的總降壓變電所主電路圖采用雙母線結線較之采用單母線結線，供電可靠性和運行靈活性大大提高，但開關設備也大大增加，從而大大增加了初投資，所以雙母線結線在工廠電力系統(tǒng)在工廠變電所中很少運用主要用與電力系統(tǒng)的樞紐變電所。本次設計的電機修造廠是連續(xù)運行，負荷變動較小，電源進線較短(2.5km),主變壓器不需要經常切換，另外再考慮到今后的長遠發(fā)展。采用一、二側單母線分段的總降壓變電所主結線(即全橋式結線)。
第五章 短路計算
一、短路電流計算的目的及方法
短路電流計算的目的是為了正確選擇和校驗電氣設備，以及進行繼電保護裝置的整定計算。
進行短路電流計算，首先要繪制計算電路圖。在計算電路圖上，將短路計算所考慮的各元件的額定參數(shù)都表示出來，并將各元件依次編號，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過。
接著，按所選擇的短路計算點繪出等效電路圖，并計算電路中各主要元件的阻抗。在等效電路圖上，只需將被計算的短路電流所流經的一些主要元件表示出來，并標明其序號和阻抗值，然后將等效電路化簡。對于工廠供電系統(tǒng)來說，由于將電力系統(tǒng)當作無限大容量電源，而且短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串、并聯(lián)的方法即可將電路化簡，求出其等效總阻抗。最后計算短路電流和短路容量。
短路電流計算的方法，常用的有歐姆法(有稱有名單位制法)和標幺制法(又稱相對單位制法)。
二、本設計采用標幺制法進行短路計算
1. 在最小運行方式下：
(1)確定基準值
取 Sd = 100MV·A,UC1 = 60KV,UC2 = 10.5KV
而 Id1 = Sd /√3UC1 = 100MV·A/(√3×60KV) = 0.96KA
Id2 = Sd /√3UC2 = 100MV·A/(√3×10.5KV) = 505KA
(2)計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值
1)電力系統(tǒng)(SOC = 310MV·A)
X1* = 100KVA/310= 0.32
2)架空線路(XO = 0.4Ω/km)
X2* = 0.4×4×100/ 10.52= 1.52
3)電力變壓器(UK% = 7.5)
X3* = UK%Sd/100SN = 7.5×100×103/(100×5700) = 1.32
繪制等效電路如圖，圖上標出各元件的序號和電抗標幺值，并標出短路計算點。
(3)求k-1點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量
總電抗標幺值
X*Σ(K-1)= X1*+X2*= 0.32+1.52= 1.84
三相短路電流周期分量有效值
IK-1(3) = Id1/X*Σ(K-1)= 0.96/1.84 =0.52
3)其他三相短路電流
I"(3) = I∞(3) = Ik-1 (3) = 0.52KA
ish(3) = 2.55×0.52KA = 1.33KA
Ish(3) = 1.51×0.52 KA= 0.79KA
4)三相短路容量
Sk-1(3) = Sd/X*Σ(k-1) =100MVA/1.84=54.3
(4)求k-2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
X*Σ(K-2) = X1*+X2*+X3*// X4* =0.32+1.52+1.32/2=2.5
2)三相短路電流周期分量有效值
IK-2(3) = Id2/X*Σ(K-2) = 505KA/2.5 = 202KA
3)其他三相短路電流
I"(3) = I∞(3) = Ik-23) = 202KA
ish(3) = 1.84×202KA =372KA
Ish(3) =1.09×202KA = 220KA
4)三相短路容量
Sk-2(3) = Sd/X*Σ(k-1) = 100MVA/2.5 = 40MV·A
在最大運行方式下：
(1)確定基準值
取 Sd = 1000MV·A,UC1 =60KV,UC2 = 10.5KV
而 Id1 = Sd /√3UC1 = 1000MV·A/(√3×60KV) =9.6
Id2 = Sd /√3UC2 = 1000MV·A/(√3×10.5KV) = 55KA
(2)計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值
1)電力系統(tǒng)(SOC = 1338MV·A)
X1*= 1000/1338= 0.75
2)架空線路(XO = 0.4Ω/km)
X2* = 0.4×4×1000/602 =0.45
3)電力變壓器(UK% = 4.5)
X3* = X4* = UK%Sd/100SN = 7.5×1000×103/(100×5700) = 13.2
繪制等效電路如圖，圖上標出各元件的序號和電抗標幺值，并標出短路計算點。
(3)求k-1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
X*Σ(K-1) = X1*+X2* = 0.75+0.45= 1.2
2)三相短路電流周期分量有效值
IK-1(3) = Id1/ X*Σ(K-1)= 9.6KA/1.2 = 8KA
3)其他三相短路電流
I"(3) = I∞(3) = Ik-1(3) = 8KA
ish(3) = 2.55×8KA = 20.4KA
Ish(3) = 1.51×X*Σ(K-1)8KA = 12.1KA
4)三相短路容量
Sk-1(3) = Sd/X*Σ(k-1)= 1000/1.2 = 833MVA
(4)求k-2點的短路電路總電抗標幺值及三相短路電流和短路容量
K 1)總電抗標幺值
X*Σ(K-2) = X1*+X2*+X3*∥X4* = 0.75+0.45+13.2/2 = 7.8
2)三相短路電流周期分量有效值
IK-2(3) = Id2/X*Σ(K-2) = 55KA/7.8 = 7.05KA
3)其他三相短路電流
I"(3) = I∞(3) = Ik-2(3) = 7.05KA
ish(3) = 2.55×7.05KA =17.98KA
Ish(3) = 1.51×7.05KA = 10.65KA
4)三相短路容量
Sk-2(3) = Sd/X*Σ(k-2) = 1000/7.05= 141.8MV·A
三.短路電流計算結果：
1.最大運行方式
2.最小運行方式
第六章 導線、電纜的選擇
概述
為了保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質、經濟地運行，進行導線和電纜截面時必須滿足下列條件:
發(fā)熱條件
導線和電纜(包括母線)在通過正常最大負荷電流即線路計算電流時產生的發(fā)熱溫度，不應超過其正常運行時的最高允許溫度。
2.電壓損耗條件
導線和電纜在通過正常最大負荷電流即線路 計算 電流時產生的電壓損耗，不應超過其正常運行時允許的電壓損耗。對于工廠內較短的高壓線路，可不進行電壓損耗校驗。
3. 經濟 電流密度
35KV及以上的高壓線路及電壓在35KV以下但距離長電流大的線路，其導線和電纜截面宜按經濟電流密度選擇，以使線路的年費用支出最小。所選截面，稱為“經濟截面”。此種選擇原則，稱為“年費用支出最小”原則。工廠內的10KV及以下線路，通常不按此原則選擇。
4.機械強度
導線(包括裸線和絕緣導線)截面不應小于其最小允許截面。對于電纜，不必校驗其機械強度，但需校驗其短路熱穩(wěn)定度。母線也應校驗短路時的穩(wěn)定度。對于絕緣導線和電纜，還應滿足 工作電壓的要求。
根據(jù)設計 經驗，一般10KV及以下高壓線路及低壓動力線路，通常先按發(fā)熱條件來選擇截面，再校驗電壓損耗和機械強度。低壓照明線路，因其對電壓水平要求較高，因此通常先按允許電壓損耗進行選擇，再校驗發(fā)熱條件和機械強度。對長距離大電流及35KV以上的高壓線路，則可先按經濟電流密度確定經濟截面，再校驗其它條件。
架空進線的選擇按發(fā)熱條件選擇導線截面
補償功率因素后的線路計算電流
1)已知I30 = 76.33A
由課本表 5-3 查得jec=1.65，因此
Aec=76.33/1.65=46.26mm2
選擇準截面45mm2 ，既選LGJ—45型鋁絞線
校驗發(fā)熱條件和機械強度都合格
第七章 開關柜的選擇
第八章 高、低壓設備的選擇
高壓設備選擇的一般要求必須滿足一次電路正常條件下和短路故障條件下的工作要求，同時設備應工作安全可靠，運行方便，投資經濟合理。
高壓刀開關柜的選擇應滿足變電所一次電路圖的要求，并各方案經濟比較優(yōu)選出開關柜型號及一次結線方案編號，同時確定其中所有一次設備的型號規(guī)格。
工廠變電所高壓開關柜母線宜采用LMY型硬母線
二、配電所高壓開關柜的選擇
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(fā)電廠和變配電所中作為控制和保護發(fā)電機、變壓器和高壓線路之用，也可作為大型高壓開關設備、保護電器、監(jiān)視儀表和母線、絕緣子等。
高壓開關柜有固定式和手車式(移可式)兩大類型。
由于本設計是10KV電源進線，則可選用較為經濟的固定式高壓開關柜，這里選擇GG1A-10Q(F)型。
第九章 變壓器的繼電保護
概述
按GB50062—92《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》規(guī)定：對電力變壓器的下列故障及異常運行方式，應裝設相應的保護裝置：
(1)繞組及其引出線的相間短路和在中性點直接接地側的單相接地短路;
(2)繞組的匝間短路;
(3)外部相間短路引過的過電流;
(4)中性點直接接地電力網(wǎng)中外部接地短路引起的過電流及中性點過電壓;
(5)過負荷;
(6)油面降低;
(7)變壓器溫度升高或油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障。
對于高壓側為6～10KV的車間變電所主變壓器來說，通常裝設有帶時限的過電流保護;如過電流保護動作時間大于0.5～0.7s時，還應裝設電流速斷保護。容量在800KV·A及以上的油浸式變壓器和400KV·A及以上的車間內油浸式變壓器，按規(guī)定應裝設瓦斯保護(又稱氣體繼電保護)。容量在400KV·A及以上的變壓器，當數(shù)臺并列運行或單臺運行并作為其它負荷的備用電源時，應根據(jù)可能過負荷的情況裝設過負荷保護。過負荷保護及瓦斯保護在輕微故障時(通稱“輕瓦斯”)，動作于信號，而其它保護包括瓦斯保護在嚴重故障時(通稱“重瓦斯”)，一般均動作于跳閘。
對于高壓側為35KV及以上的工廠總降壓變電所主變壓器來說，也應裝設過電流保護、電流速斷保護和瓦斯保護;在有可能過負荷時，也需裝設過負荷保護。但是如果單臺運行的變壓器容量在10000KV·A及以上和并列運行的變壓器每臺容量在6300KV·A及以上時，則要求裝設縱聯(lián)差動保護來取代電流速斷保護。
在本設計中，根據(jù)要求需裝設過電流保護、電流速斷保護、過負荷保護和瓦斯保護。對于由外部相間短路引起的過電流，保護應裝于下列各側：
1)、對于雙線圈變壓器，裝于主電源側
2)、對三線圈變壓器，一般裝于主電源的保護應帶兩段時限，以較小的時限斷開未裝保護的斷路器。當以上方式滿足靈敏性要求時，則允許在各側裝設保護。
各側保護應根據(jù)選擇性的要求裝設方向元件。
3)、對于供電給分開運行的母線段的降壓變壓器，除在電源側裝設保護外，還應在每個供電支路上裝設保護。
4)、除主電源側外，其他各側保護只要求作為相鄰元件的后備保護，而不要求作為變壓器內部故障的后備保護。
5)、保護裝置對各側母線的各類短路應具有足夠的靈敏性。相鄰線路由變壓器作遠后備時，一般要求對線路不對稱短路具有足夠的靈敏性。相鄰線路大量瓦斯時，一般動作于斷開的各側斷路器。如變壓器高采用遠后備時，不作具體規(guī)定。
6)、對某些稀有的故障類型(例如110KV及其以上電力網(wǎng)的三相短路)允許保護裝置無選擇性動作。
差動保護
變壓器差動保護動作電流應滿足以下三個條件
應躲過變壓器差動保護區(qū)外出現(xiàn)的最大短路不平衡電流
應躲過變壓器的勵磁涌流
在電流互感器二次回路端線且變壓器處于最大符合時，差動保護不應動作
變壓器的過電流保護
1.過電流保護動作電流的整定
IL.max =2×5700/(√3×60)A = 109.7A
取Krel = 1.3 , Ki = 150/5 = 30 , KW = 1 , Kre = 0.8
因此
Iop = Krel×KW×IL.max/(Kr×eKi) = 1.3×1×109.7A/(0.8×30) =5.94A
故動作電流整定為6A。
2.保護動作時間
t〈=t1-△t=2-0.5=1.5S
3.變壓器過電流保護的靈敏度
Ik.max = 0.866×7.02×1000× 10/60= 1037A
則：
Sp = KW×Ik.min/(Ki×Iop) = 1×1037/(6×30) = 5.761>1.5
滿足保護靈敏度的要求
4.結線圖
四、變壓器的過負荷保護
過負荷保護動作電流的整定
IOP(OL) = 1.3I1N.T/Ki = 1.3×104/40A = 3A
動作時間取10～15s
五、變壓器的瓦斯保護
瓦斯保護，又稱氣體繼電保護，是保護油浸式電力變壓器內部故障的一種基本的保護裝置。按GB50062—92規(guī)定，800KV·A及以上的一般油浸式變壓器和400KV·A及以上的車間內油浸式變壓器，均應裝設瓦斯保護。
瓦斯保護的主要元件是氣體繼電器。它裝設在變壓器的油箱與油枕之間的聯(lián)通管上。為了使油箱內產生的氣體能夠順暢地通過氣體繼電器排往油枕，變壓器安裝應取1%～1.5%的傾斜度;而變壓器在制造時，聯(lián)通管對油箱頂蓋也有 2%～4%的傾斜度。
當變壓器油箱內部發(fā)生輕微故障時，由故障產生的少量氣體慢慢升起，進入氣體繼電器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有殘余的油而使其力矩大于另一端平衡錘的力矩而降落。這時上觸點接通而接通信號回路，發(fā)出音響和燈光信號，這稱之為“輕瓦斯動作”。
當變壓器油箱內部發(fā)生嚴重故障時，由故障產生的氣體很多，帶動油流迅猛地由變壓器油箱通過聯(lián)通管進入油枕。這大量的油氣混合體在經過氣體繼電器時，沖擊擋板，使下油杯下降。這時下觸點接通跳閘回路(通過中間繼電器)，同時發(fā)出音響和燈光信號(通過信號繼電器)，這稱之為“重瓦斯動作”。
如果變壓器油箱漏油，使得氣體繼電器內的油也慢慢流盡。先是繼電器的上油杯下降，發(fā)出報警信號，接著繼電器內的下油杯下降，使斷路器跳閘，同時發(fā)出跳閘信號。
變壓器瓦斯保護動作后的故障 分析
變壓器瓦斯保護動作后，可由蓄積于氣體繼電器內的氣體性質來分析和判斷故障的原因幾處理要求，如下表：
第十章 二次回路操作電源和中央信號裝置
二次回路的操作電源
二次回路操作電源是供高壓斷路器跳、合閘回路和繼電保護裝置、信號回路、監(jiān)測系統(tǒng)及其它二次回路所需的電源。因此對操作電源的可靠性要求很高，容量要求足夠大，盡可能不受供電系統(tǒng)運行的 影響 。
二次回路操作電源，分直流和交流兩大類。直流操作電源又有由蓄電池組供電的電源和由整流裝置供電的兩種。交流操作電源又由所用(站用)變壓器供電的由儀用互感器供電的兩種。
其中，蓄電池主要有鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池兩種;整流電源主要有硅整流電容儲能式和復式整流兩種。而交流操作電源可分為電流源和電壓源兩種。
采用鎘鎳蓄電池組作操作電源，除不受供電系統(tǒng)運行情況的影響、工作可靠外，還有大電流放電性能好，比功率大，機械強度高，使用壽命長，腐蝕性小，無需專用房間等優(yōu)點，從而大大降低了投資等優(yōu)點，因此在工廠供電系統(tǒng)這 應用 比較普遍。
采用交流操作電源，可使二次回路大大簡化，投資大大減少，工作可靠，維護方便，但是它不適于比較復雜的電路。
中央信號裝置
中央信號裝置是指裝設在變配電所值班室或控制室的信號裝置。中央信號裝置包括事故信號和預告信號兩種。
中央信號裝置的要求是：在任一斷路器事故跳閘時，能瞬時發(fā)出音響信號，并在控制屏上或配電裝置有表示事故跳閘的具體斷路器位置的燈光指示信號。事故音響信號通常采用電笛(蜂鳴器)，應能手動或自動復歸。
中央事故信號裝置按操作電源分，有直流操作的交流操作的兩類。按事故音響信號的動作特性分，有不能重復動作的和能重復動作的兩種。
中央預告信號裝置的要求是：當供電系統(tǒng)中發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)但不需立即跳閘的情況時，應及時發(fā)出音響信號，并有顯示故障性質和地點的指示信號(燈光或光字牌指示)。預告音響信號通常采用電鈴，應能手動或自動復歸。
中央預告信號裝置亦有直流操作的和交流操作的兩種，同樣有不能重復動作的和能重復動作的兩種。
利用ZC-23型沖擊繼電器的中央復歸重復動作的事故音響信號裝置結線圖
第十一章 電測量儀表與絕緣監(jiān)視裝置
電測量儀表
這里的“電測量儀表”按GBJ63—90《電力裝置的電測量儀表裝置設計規(guī)范》的定義，“是對電力裝置回路的電力運行參數(shù)所經常測量、選擇測量、記錄用的儀表和作計費、技術經濟分析考核 管理用的計量儀表的總稱。”
為了監(jiān)視供電系統(tǒng)一次設備(電力裝置)的運行狀態(tài)和計量一次系統(tǒng)消耗的電能，保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質和經濟合理地運行，工廠供電系統(tǒng)的電力裝置中必須裝設一定數(shù)量的
電測量儀表。
電測量儀表按其用途分為常用測量儀表和電能計量儀表兩類，前者是對一次電路的電力運行參數(shù)作經常測量、選擇測量和記錄用的儀表，后者是對一次電路進行供用電的技術經濟考核分析和對電力用戶用電量進行測量、計量的儀表，即各種電度表。
變配電裝置中各部分儀表的配置
供電系統(tǒng)變配電裝置中各部分儀表的配置要求如下：
1. 在工廠的電源進線上，或經供電部門同意的電能計量點，必須裝設計費的有供電度表和無功電度表，而且宜采用全國統(tǒng)一標準的電能計量柜。為了解負荷電流，進線上還應裝設一只電流表。
2. 變配電所的每段母線上，必須裝設電壓表測量電壓。在中性點非有效接地的(即小接地電流的)系統(tǒng)中，各段母線上還應裝設絕緣監(jiān)視裝置。如出線很少時，絕緣監(jiān)視電壓表可不裝設。
3. 35～110/6～10KV的電力變壓器，應裝設電流表、有功功率表、無功功率表、有功電能表和無功電能表各一只，裝在哪一側視具體情況而定。 6～10/3～6KV的電力變壓器，在其一側裝設電流表、有功和無功電度表各一只。6～10/0.4KV的電力變壓器，在高壓側裝設電流表和有功電度表各一只，如為單獨經濟核算單位的變壓器，還應裝設一只無功電度表。
4. 3～10KV的配電線路，應裝設電流表、有功和無功電度表各一只。如不是送往單獨經濟核算單位時，可不裝無功電度表。當線路負荷在5000KV·A及以上時，可再裝設一只有功功率表。
5.380V的電源進線或變壓器低壓側，各相應裝一只電流表。如果變壓器高壓側未安裝設有功電度表一只。
6.低壓動力線路上，應安裝一只電流表。低壓照明線路及三相負荷不平衡率大于15%的線路上，應裝設三只電流表分別測量三相電流。如需計量電能，一般應裝設一只三相四線有功電度表。對負荷平衡的動力線路，可只裝設一只單相有功電度表，實際電能按其計度的3倍計。
7.并聯(lián)電力電容器組的回路上，應裝設三只電流表，分別測量三相電流，并應裝設一只無功電度表。
二、絕緣監(jiān)視裝置
絕緣監(jiān)視裝置用于小接地電流的系統(tǒng)中，以便及時發(fā)現(xiàn)單相接地故障，設法處理，以免故障 發(fā)展 為兩相接地短路，造成停電事故。
6～35KV系統(tǒng)的絕緣監(jiān)視裝置，可采用三相雙繞組電壓互感器和三只電壓表，也可采用三個單相三繞組電壓互感器或者一個三相五芯柱三繞組電壓互感器。接成Y0的二次繞組，其中三只電壓表均接各相的相電壓。當一次電路其中一相發(fā)生接地故障時，電壓互感器二次側的對應相的電壓表指零，其它兩相的電壓表讀數(shù)則升高到線電壓。由指零電壓表的所在相即可得知該相發(fā)生了單相接地故障，但不能判明是哪一條線路發(fā)生了故障，因此這種絕緣監(jiān)視裝置是無選擇性的，只適于出線不多的系統(tǒng)及作為有選擇性的單相接地保護的一種輔助裝置。
第十二章 防雷與接地
防雷
1.防雷設備
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(wǎng)稱為避雷網(wǎng)。
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(lián)，裝在被保護設備的電源側。當線路上出現(xiàn)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?yōu)榈妥?，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等。
2.防雷措施
1. 架空線路的防雷措施
(1)架設避雷線 這是防雷的有效措施，但造價高，因此只在66KV及以上的架空線路上才沿全線裝設。35KV的架空線路上，一般只在進出變配電所的一段線路上裝設。而10KV及以下的線路上一般不裝設避雷線。
(2)提高線路本身的絕緣水平 在架空線路上，可采用木橫擔、瓷橫擔或高一級的絕緣子，以提高線路的防雷水平，這是10KV及以下架空線路防雷的基本措施。
(3)利用三角形排列的頂線兼作防雷保護線 由于3～10KV的線路是中性點不接地系統(tǒng)，因此可在三角形排列的頂線絕緣子裝以保護間隙。在出現(xiàn)雷電過電壓時，頂線絕緣子上的保護間隙被擊穿，通過其接地引下線對地泄放雷電流，從而保護了下面兩根導線，也不會引起線路斷路器跳閘。
(4)裝設自動重合閘裝置 線路上因雷擊放電而產生的短路是由電弧引起的。在斷路器跳閘后，電弧即自行熄滅。如果采用一次ARD，使斷路器經0.5s或稍長一點時間后自動重合閘，電弧通常不會復燃，從而能恢復供電，這對一般用戶不會有什么影響。
(5)個別絕緣薄弱地點加裝避雷器 對架空線路上個別絕緣薄弱地點，如跨越桿、轉角桿、分支桿、帶拉線桿以及木桿線路中個別金屬桿等處，可裝設排氣式避雷器或保護間隙。
2.變配電所的防雷措施
(1)裝設避雷針 室外配電裝置應裝設避雷針來防護直接雷擊。如果變配電所處在附近高建(構)筑物上防雷設施保護范圍之內或變配電所本身為室內型時，不必再考慮直擊雷的保護。
(2)高壓側裝設避雷器 這主要用來保護主變壓器，以免雷電沖擊波沿高壓線路侵入變電所，損壞了變電所的這一最關鍵的設備。為此要求避雷器應盡量靠近主變壓器安裝。閥式避雷器至3～10KV主變壓器的最大電氣。
避雷器的接地端應與變壓器低壓側中性點及金屬外殼等連接在一起。在每路進線終端和每段母線上，均裝有閥式避雷器。如果進線是具有一段引入電纜的架空線路，則在架空線路終端的電纜頭處裝設閥式避雷器或排氣式避雷器，其接地端與電纜頭外殼相聯(lián)后接地。
(3)低壓側裝設避雷器 這主要用在多雷區(qū)用來防止雷電波沿低壓線路侵入而擊穿電力變壓器的絕緣。當變壓器低壓側中性點不接地時(如IT系統(tǒng))，其中性點可裝設閥式避雷器或金屬氧化物避雷器或保護間隙。
在本設計中，配電所屋頂及邊緣敷設避雷帶，其直徑為8mm的鍍鋅圓鋼，主筋直徑應大于或等于10mm的鍍鋅圓鋼。
二、接地
1.接地與接地裝置
電氣設備的某部分與大地之間做良好的電氣連接，稱為接地。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體，稱為接地體，或稱接地極。專門為接地而人為裝設的接地體，稱為人工接地體。兼作接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構件、金屬管道及建筑物的鋼筋混凝土基礎等，稱為 自然 接地體。連接接地體與設備、裝置接地部分的金屬導體，稱為接地線。接地線在設備、裝置正常運行情況下是不載流的，但在故障情況下要通過接地故障電流。
接地線與接地體合稱為接地裝置。由若干接地體在大地中相互用接地線連接起來的一個整體，稱為接地網(wǎng)。其中接地線又分為接地干線和接地支線。接地干線一般應采用不少于兩根導體在不同地點與接地網(wǎng)連接。
2.確定此配電所公共接地裝置的垂直接地鋼管和連接扁鋼
(1)確定接地電阻
按相關資料可確定此配電所公共接地裝置的接地電阻應滿足以下兩個條件：
RE ≤ 250V/IE
RE ≤ 10Ω
式中IE的計算為
IE = IC = 60×(60+35×4)A/350 = 34.3A
故 RE ≤ 350V/34.3A = 10.2Ω
綜上可知，此配電所總的接地電阻應為RE≤10Ω
(2)接地裝置初步方案
現(xiàn)初步考慮圍繞變電所建筑四周，距變電所2～3m，打入一圈直徑50mm、長2.5m的鋼管接地體，每隔5m打入一根，管間用40×4mm2的扁鋼焊接。
(3)計算單根鋼管接地電阻
查相關資料得土質的ρ = 100Ω·m
則單根鋼管接地電阻RE(1) ≈ 100Ω·m/2.5m = 40Ω
(4)確定接地鋼管數(shù)和最后的接地方案
根據(jù)RE(1)/RE = 40/4 = 10。但考慮到管間的屏蔽效應，初選15根直徑50mm、長2.5m的鋼管作接地體。以n = 15和a/l = 2再查有關資料可得ηE ≈ 0.66。 因此可得
n = RE(1)/(ηERE) = 40Ω/(0.66×4)Ω ≈ 15
考慮到接地體的均勻對稱布置，選16mm根直徑50mm、長2.5m的鋼管作
地體，用40×4mm2的扁鋼連接，環(huán)形布置。
選擇雙針等高避雷
小 結
我做的是某電機修造廠全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)的設計.通過這次畢業(yè)設計，我加深了對工廠供電知識的理解，基本上掌握了進行一次設計所要經歷的步驟，象總降壓的設計，我與其他同學一起進行課題分析、查資料，進行設計，整理說明書到最后完成整個設計。作為大學階段一次重要的 學習 經歷我感覺自己受益非淺，同時深深的感覺的自己的學習能力在不斷提高，一個月的時間就這樣匆匆的過去了，再指導老師我經過多少個白天，黑夜，我們刻苦 研究 。
這次設計使我對工廠供電有了新的認識，對總降壓變電所的設計由一無所知到現(xiàn)在的一定程度的掌握，起到了非常重要的作用，對秦緒平老師的關心，指導大家有感于心，事實上這次設計對我們的鍛煉是多方面的，除了對設計過程熟悉外，我們還進一步提高了作圖，說明書編輯，各種信息的分析，對WORD文檔的使用等多方面的能力。
不久我們將走上工作崗位，這樣的學習機會對我們來說已經不多了，我們非常重視。我們發(fā)揚團隊合作的精神，互相配合
主要 參考 文獻
《工廠供電》劉介才 主編
《工廠供電設計》李宗綱、劉玉林、施慕云、韓春生 主編
《工廠供電》蘇文成 主編
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