【正文】 電能是 現(xiàn)代 工業(yè) 生產(chǎn)的主要能源和動力。電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，并不在于它在產(chǎn)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(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)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(chǎn)過程自動化。 工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)，切實保證工廠生產(chǎn)和生活用電的需要，并做好節(jié)能工作，就必須達(dá)到以下基本要求： （ 1） 安 全 在電能的供應(yīng)、分配和使用中，不應(yīng)發(fā)生人身事故和設(shè)備事故。 工廠供電設(shè)計的一般原則 按照國家標(biāo)準(zhǔn) GB5005295 《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、 GB5005394 《 10kv及以下設(shè)計規(guī)范》、GB5005495 《低壓配電設(shè)計規(guī)范》等的規(guī)定，進(jìn)行工廠供電設(shè)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(guān)規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行國家的有關(guān)方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策。 按負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設(shè)計方案。 設(shè)計內(nèi)容及步驟 全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(fù)荷數(shù)量和性質(zhì)，生產(chǎn)工藝對負(fù)荷的要求，以及負(fù)荷布局，結(jié)合國家供電情況。列出負(fù)荷計算表、表達(dá)計算成果。廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設(shè)計 根據(jù)廠內(nèi)負(fù)荷情況，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)合理性確定廠區(qū)配電電壓。 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(fù)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(jìn)行短路計算。 如工廠有大型同步電動機(jī)還可以采用控制電機(jī)勵磁電流方式提供無功功率，改善功率因數(shù)。 繼電保護(hù)及二次結(jié)線設(shè)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(jī)、母線分段斷路器及聯(lián)絡(luò)線斷路器，皆需要設(shè) 置相應(yīng)的控制、信號、檢測和繼電器保護(hù)裝置。 變電所防雷裝置設(shè)計 參考本地區(qū)氣象地質(zhì)材料，設(shè)計防雷裝置。 4 第二章 設(shè)計任務(wù)及原始資料 設(shè)計任務(wù) 完成某冶金機(jī)械修造廠全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計 原始資料 1. 生產(chǎn)任務(wù)及車間組成 本廠主要承擔(dān)全國冶金工業(yè)系統(tǒng)礦山、冶煉和軋鋼設(shè)備的配件生產(chǎn)，即以生產(chǎn)鑄造、鍛造、鉚焊 、毛坯件為主體，生產(chǎn)規(guī)模為：鑄鋼件 1萬噸、鑄鐵件 3千噸、鍛件 1千噸、鉚焊件 2千 5百噸。 4. 廠的自然條件 (1) 氣象條件 ① 最熱月平均最高溫度為 30℃； ② 土壤中 ~1米深處一年中最熱月平均溫度為 20℃； ③ 年雷暴日為 31天； ④ 土壤凍結(jié)深度為 ； ⑤ 夏季主導(dǎo)風(fēng)向為南風(fēng)。由于載流導(dǎo)體一般通電半小時后即可達(dá)到穩(wěn)定的溫升值，因此通常取“半小時最大負(fù)荷”作為發(fā)熱條件選擇電器元件的計算負(fù)荷。關(guān)于以概率論為理論基礎(chǔ)而提出的用以取代二項式發(fā)達(dá)利用系數(shù)法，由于其計算比較繁復(fù)而未能得到普遍應(yīng)用，所以只介紹需要系數(shù)法與二項式法。 按需要系數(shù)法確定計算負(fù)荷 根據(jù)原始資料分析，本論文負(fù)荷是多組用電設(shè)備計算，所以，要根據(jù)多組用電設(shè)備計算負(fù)荷的計算公式來計算。如在充分發(fā)揮設(shè)備潛力、改善設(shè)備運行性能、提供其自然功率因數(shù)的情況下，尚達(dá)不到規(guī)定的工廠功率因數(shù)要求時，則需考慮人工補償．要求工廠最大負(fù)荷時的功率因數(shù)不得低于 ，我們?nèi)?cosφ’ = 補償前功率因數(shù)： 1cos PS? ? () 1 4 9 1 2 .4c o s 0 .7 66 4 4 0 .1PS? ? ? ? ??tg 補償后 功率因數(shù)： 根據(jù)系統(tǒng)要求，變壓器高壓側(cè)的功率因數(shù)應(yīng)大于 。 39。 4 9 1 2 . 4c o s 0 . 9 5 839。變壓器的基本銅損耗是指電流流過時所產(chǎn)生的直流電阻損耗。 根據(jù)上面 2個公式相加便得出無功功率損耗如下： 0 % ( % )1 0 0 1 0 0NNbdSSQ I U? ? ? () 0 6 3 0 0 6 3 0 0% ( % ) 0 . 7 7 . 5 5 1 6 . 51 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0NNbd SSQ I U k V a r? ? ? ? ? ? ? ? 補償后的功率因素： 總降壓變電所高壓母線計算負(fù)荷 30 30 3039。即在 6kV 母線上每相設(shè)計 3 個型號為(額定容量為 100kVar)的并聯(lián)電容補償器。 多層或高層建筑內(nèi)的變電所，宜選用 SC9等系列環(huán)氧樹脂注干式變壓器或 SF6充氣型變壓器。 ? 有大量一級或二級負(fù)荷 ? 季節(jié)性符合變化較大，適于采用經(jīng)濟(jì)運行方式。為避免前述情況的出現(xiàn)，充分利用雙電源的作用，所以選擇安裝 2臺主變。 1=，可以選擇 2個 S9630/10(6)變壓器，分別裝進(jìn)車間 1的 2個配電房； S30NO。 5=，可以選擇 1個 S9400/10(6)變壓器裝進(jìn)車間 5的配電房。根據(jù)本廠的實際情況進(jìn)線僅有2回，其中一回為工作，另一回備用，擴(kuò)建可能性不大。 外橋。 工廠總降壓變電所低壓側(cè)主接線方式比較 考慮到本廠低壓側(cè)的負(fù)荷較大和出線較多，以及便于日后饋線的增擴(kuò)，決定選擇有匯流母線的接線方式，具體方案論證如下： A、單母線。 經(jīng)綜合比較，選擇方案 3作為工廠總降壓變電所低壓側(cè)主接線方式 [4]。 而對于 380V的 5個車間，分別根據(jù)容量來選擇 6kV的電壓降為 380kV的變壓器。 35kV線路上的電流互感器可選擇 JYN35,43。 14 第五章 短路電流計算 三相短路電流計算的目的 短路電流將引起下列嚴(yán)重后果：短路電流往往會有電弧產(chǎn)生，它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設(shè)備和傷 害周圍人員。 短路計算的目的主要有以下幾點： 1．用于變壓器繼電保護(hù)裝置的整定。 短路電流計算 表 51 電力系統(tǒng)各元件電抗標(biāo)幺值計算公式 設(shè)備 計算電抗公式 無窮大電源 d/SSX D? 變壓器 )/S% /1 0 0 ) ( S(UXT ( N )dkT ?? 輸電線 )/(X2avdLL USX?? 注： dS 為系統(tǒng)無限大電源處不同運行方式時的短路容量 短路電流實用計算中，采用以下假設(shè)條件和原則 [5]： ? 正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運 行。 ? 元件的計算數(shù)均取其額定值，不考慮參數(shù)的誤差和調(diào)整范圍。而我們可得得到的短路電流歸納在下面 2個表中。 4)按各類設(shè)備的不同特點和要求如短路器的操作性能、互感器的二次負(fù)荷和準(zhǔn)確度級等進(jìn)行選擇。 .dtS — 斷路器 t秒的開斷容量。 chi — 三相短路電流沖擊值。 各電壓等級斷路器的選擇： 35kV等級變壓器高壓側(cè)選擇少油斷路器 SW335[6]。 隔離開關(guān)的選擇 負(fù)荷開關(guān)型式的選擇，其技術(shù)條件與斷路器相同，但由于其主要是用來接通和斷開正常工作電流，而不能斷開短路電流，所以不校驗短路開斷能力。 （ 4）熱穩(wěn)定： 22dz tI t I t? ? () I? — 穩(wěn)態(tài)三相短路電流。 電壓： 35 35kV kV? 電流： 88 630AA? 動穩(wěn)定度： 50kA kA? 熱穩(wěn)定度： 222. 1 2 8. 82dzI t kV? ? ? ? 2 t kV? 22dz tI t I t? ? 滿足要求。 電壓： 380 380VV? 19 電流： 1124 1500AA? 低壓隔離開關(guān)不需要考慮動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定，所以滿足要求。 （ 2）電流： .m ax 2 1g f N f NI I I?? () 2fNI — 熔體的額定電流。 各電壓等級高壓熔斷器的選擇： 35kV等級 ：變壓器高壓側(cè)選擇高壓熔斷器 RW1035/[4]。 電壓： 66kV kV? 電流：由于高壓熔斷器是接在電壓互感器上，最大工作電流非常小，因此滿足要求。 ? 220kV及以上配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)確度等級滿足要求時，一般采用容式電壓互感器。 各電壓等級電壓互感器的選擇： 35kV等級：變壓器高壓側(cè)選擇油浸式電壓互感器 JDJ2— 35[2]。 電流互感器的選擇 （ 1）型式：電流互感器的型式應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境條件和產(chǎn)品情況選擇。 （ 2）一次回路電壓： gNUU? () gU 為電流互感器安裝處一次 回路工作電壓， NU 為電流互感器額定電壓。 （ 6）熱穩(wěn)定： 221()dz N tI t I K? ? ? ? () tK 為電流互感器的 1秒鐘熱穩(wěn)定倍數(shù)。 電壓： 66kV kV? 電流： 512 1000AA? 動穩(wěn)定度： 110kA kA? 熱穩(wěn)定度： 4 2 96 .33dzI t kV? ? ? ? 226 1 1 3 7 2 1tI t kV? ? ? 22dz tI t I t? ? 滿足要求。 已知： 6kV母線最大負(fù)荷電流可達(dá) 608A，所以選擇 LMY50?5的鋁母線，相間距離 ?? ， ? ， 107 10E Pa?? ， 50h mm? ， 5b mm? 熱穩(wěn)定校驗：母線最小截面積 [4]： min kSQKS C? () kQ — 短路電流通過電器時所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。 ? — 實際環(huán)境溫度。 2 2 22( 1 0 )12 kkk t ktQ I I I t? ? ? () ? ， kA? ， kA? 2 2 2 21 . 5 ( 1 2 . 9 1 0 1 2 . 4 9 6 . 9 4 ) 2 2 1 . 8 2 ( )12kQ k A S? ? ? ? ? ? 22ktI與 2I 的數(shù)值較接近所以用 2I 代替。 3） 結(jié)論：從上面的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定分析，選用 LMY50?5（截面積為 250mm）的鋁母線是符合要求的。 要求： 5%U?? 根據(jù)公式： ()ePR QXU U??? () 得： ( ) ( 4 9 4 2 . 9 0 . 4 6 8 1 9 8 1 . 2 0 . 3 1 5 8 ) 5 9 9 . 638eP R Q XUVU? ? ? ? ? ?? ? ? ? 根據(jù)公式： % 10 0%eUU U?? ? ? () 得： 0 . 5 9 9 6% 1 0 0 % 1 0 0 % 1 . 5 7 % 5 %38eUU U?? ? ? ? ? ? ? 熱穩(wěn)定校驗：根據(jù)選擇好的導(dǎo)體界面 S，還應(yīng)校驗其在短路條件下的熱穩(wěn)定。 dzt — 短路電流等值時間。在需要使用鋼帶鎧裝電纜時，宜選擇用二級外護(hù)層式。 電力電纜除充油電纜外，一般采用三芯鋁芯電纜。 所以 50mm2的截面積不符合，要選擇 150mm2。 R= /km X= /km ( ) ( 4 2 9 . 3 0 . 2 5 0 . 1 5 4 5 9 . 4 0 . 0 8 5 0 . 1 5 ) 3 . 76eP R Q XUVU? ? ? ? ? ?? ? ? ? 3 .7% 5 %6000UU U?? ? ? ? 滿足要求。 母線距離廠房約 150m，由 30 ? 及地下 20度可知，可初步選取纜芯截面 150mm2。 （ 4） 對 6kV進(jìn)線進(jìn)行電纜選擇： 30 kVA? 30 kW? 30 kVar? 工作電流： 30 6 7 0 .9 6 4 .636IA??? 選擇 VLV226000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜。 所以， 選擇 VLV226000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的環(huán)境信息，可以選擇直接埋地敷設(shè)。 熱穩(wěn)定校驗： m i n 7 . 1 8 1 . 7 11085dzIS t m mC? ?? ? ? 22m i n 110 150S mm mm?? 滿足要求。 R= /km X= /km 28 ( ) ( 2 0 2 5 0 . 2 5 0 . 1 5 1 1 5 4 . 2 5 0 . 0 8 5 0 . 1 5 ) 156eP R Q XUVU? ? ? ? ? ?? ? ? ? 15% 5 %6000UU U?? ? ? ? 滿足要求。 母線距離廠房約 150m，由 30 ? 及地下 20度可知，可初步選取纜芯截面 150mm2。 （ 8）對空壓站車間 6kV進(jìn)線進(jìn)行電纜選擇： 30 450S kVA? 30 kW? 30 kVar? 工作電流： 30 450 4 3 .336IA??? 選擇 VLV226000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜 29 母線距離廠房約 150m，由 30 ? 及地下 0。 所以， 選擇 VLV226000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜是滿足需求的，根據(jù)原始資料所提供的環(huán)境信息，可以選擇直接