【正文】 全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計，是根據各個車間的負荷數量和性質，生產工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結合國家供電情況。其基本內容有以下幾方面 ： 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。列出負荷計算表、表達計算成果。 工廠總降壓變電所主結線設計 根據變電所配電回路數，負荷要求的可靠性級別和計算負荷數綜合主變壓器臺數，確定變電所高、低接線方式。廠區(qū)高壓配電系統(tǒng)設計 根據廠內負荷情況，從技術和經濟合理性確定廠區(qū)配電電壓。按選定配電系統(tǒng)作線路結構與敷設方式 設計。 工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計算 工廠用電，通常為國家電網的末端負荷，其容量運行小于電網容量，皆可按無限容量系統(tǒng)供電進行短路計算。 改善功率因數裝置設計 按負荷計算求出總降壓變電所的功率因數，通過查表或計算求出達到供電部門要求數值所 3 需補償的無功率。 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。并根據需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗。 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。 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。 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。 4 第二章 設計任務及原始資料 設計任務 完成某冶金機械修造廠全廠總降壓變電所及配電系統(tǒng)設計 原始資料 1. 生產任務及車間組成 本廠主要承擔全國冶金工業(yè)系統(tǒng)礦山、冶煉和軋鋼設備的配件生產，即以生產鑄造、鍛造、鉚焊 、毛坯件為主體，生產規(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。 （ 2）供電系統(tǒng)短路技術數據 區(qū)域變電所 35KV母線短路數據表 系 統(tǒng) 運 行 方 式 短 路 容 量 說 明 最大運行方式 200)( max ?sdS 兆伏安 35KV 最小運行方式 175)( min ?sdS 兆伏安 35KV （ 3）電業(yè)部門對本廠提出的技術要求 ① 區(qū)域變電所 35千伏配出線路定時限過流保護裝置的整定時間為 2秒，工廠“總降不應大于 ” ② 在總降變電所 35千伏側進行計量； ③ 本廠的功率因數值應在 。 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 土壤凍結深度為 ； ⑤ 夏季主導風向為南風。地耐壓力為 20噸 /平方米。由于載流導體一般通電半小時后即可達到穩(wěn)定的溫升值，因此通常取“半小時最大負荷”作為發(fā)熱條件選擇電器元件的計算負荷。 用電設備組計 算負荷的確定，在工程中常用的有需要系數法和二項式法。關于以概率論為理論基礎而提出的用以取代二項式發(fā)達利用系數法，由于其計算比較繁復而未能得到普遍應用，所以只介紹需要系數法與二項式法。 當用電設備臺數少而容量又相差懸殊時，則宜采用二項式法計算。 按需要系數法確定計算負荷 根據原始資料分析，本論文負荷是多組用電設備計算，所以，要根據多組用電設備計算負荷的計算公式來計算。 視在計算負荷（單位為 kVA）的計算公式： 2230 30 30S P Q?? () 計算電流（單位為 A）的計算公式： 3030 3NSI U? ? () 7 由以上公式可得 6KV計算負荷及各車間 380V計算負荷如 表 表 所示 所示計算過程見 附錄 A 表 380伏計算負荷 序 號 車間或電 單位名稱 設備 容量 ( 千瓦 ) xK ?cos ?tg 計 算 負 荷 變壓器臺 數及容量 備注 ?K P30 (千瓦 ) Q30 (千乏 ) S30 ( 千伏安 ) (1) No1變電所 2X1250 1 鑄鋼車間 2020 800 936 (2) No2變電所 2X500 1 鑄鐵車間 1000 400 408 2 砂庫 110 77 3 小計 477 (3) No3變電所 2X800 1 鉚焊車間 1200 360 2 1水泵房 28 21 3 小計 381 (4) No4變電所 1X1000 1 空壓站 390 442 2 機修車間 150 3 鍛造車間 220 66 120 4 術型車間 5 5 制材場 20 6 綜合樓 20 1 0 18 0 7 小計 (5) No5變電所 1X400 1 鍋爐房 300 225 2 2水泵房 28 21 3 倉庫 (1， 2) 4 污 水 提 升站 14 5 小計 6 5 2 8 說明： No1,No2,No3車間變電所設置兩臺變壓器外，其余設置一臺變壓器。如在充分發(fā)揮設備潛力、改善設備運行性能、提供其自然功率因數的情況下，尚達不到規(guī)定的工廠功率因數要求時，則需考慮人工補償．要求工廠最大負荷時的功率因數不得低于 ，我們取 cosφ’ = 補償前功率因數： 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： 根據系統(tǒng)要求，變壓器高壓側的功率因數應大于 。 4 9 1 2 .4P P kW?? 無功功率變化為： 30 3039。 39。 4 9 1 2 .4 1 4 6 4 .6 5 1 2 6 .2S P Q k V A? ? ? ? ? 其中 Qc為無功補償。 4 9 1 2 . 4c o s 0 . 9 5 839。變壓器的損耗可以分為鐵損耗和銅損耗。變壓器的基本銅損耗是指電流流過時所產生的直流電阻損耗。 通過查閱文獻 [3， 40— 43]，可得功率損耗公式： 2b Fe CuP P P?? ? ? ? () FeP — 鐵損耗 CuP — 銅損耗 bP? — 有功功率損耗 β — 負載系數 負載系數可以通過系統(tǒng)最大工作電流與變壓器最大工作電流的比計算得出，通過查閱變壓器的數值可以得出： 2235 3 630035 3NII??? ? ?? 1 34. 5 30. 5bP k W? ? ? ? ? 無功功率的計算： 一臺變壓器的空載無功功率的損耗計算公式為： 10% 100NSQI?? () 0%I — 變壓器空載電流。 根據上面 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荷 30 30 3039。 1 4 6 4 .6 5 1 6 .6 1 9 8 1 .1 8Q Q Q k V a r? ? ? ? ? ? 223 0 3 0 3 0 53 25 .2S P Q kV A? ? ? 高壓側平均功率因數為： os 1 ???? SPp? 滿足要求。即在 6kV 母線上每相設計 3 個型號為(額定容量為 100kVar)的并聯(lián)電容補償器。在多塵或由腐蝕性氣體嚴重影響變壓器安全運行的場所，應選用 S9M、 S11M。 多層或高層建筑內的變電所，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。 35kV/6kV變壓器的選擇 主變壓器臺數應根據負荷特點和經濟運行的要求進行選擇。 ? 有大量一級或二級負荷 ? 季節(jié)性符合變化較大，適于采用經濟運行方式。 由于本廠有 2回 35kV進線，即有兩個進線電源，根據前面所選擇的主結線方案，如果采用2臺變壓器，則能滿足供電可靠性、靈活性的要求。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。 考慮到經濟運行、將來擴建、可靠性等因素，所以本方案選擇安裝 2臺型號為 S96300/35的主變壓器，即使其中一臺變壓器檢修另外一臺主變也可供全廠負荷。 1=，可以選擇 2個 S9630/10(6)變壓器，分別裝進車間 1的 2個配電房； S30NO。 3=，可以選擇 1個 S9800/10(6)變壓器裝進車間 3的配電房； S30NO。 5=，可以選擇 1個 S9400/10(6)變壓器裝進車間 5的配電房。因此將可供選擇的方案有如下三種： 12 單母線分段。根據本廠的實際情況進線僅有2回，其中一回為工作，另一回備用，擴建可能性不大。該接線方式的特點是需用斷路器和其它設備少 ，占地面積和所需投資相對較少，但可靠性不太高；適用于輸電線路較長，故障機率較高，而變壓器又不需經常切換時采用。 外橋。而輸送本廠電能的輸電線路長度僅 8km，出現(xiàn)故障的機會較少，因此，該接線方式比較合適。 工廠總降壓變電所低壓側主接線方式比較 考慮到本廠低壓側的負荷較大和出線較多，以及便于日后饋線的增擴，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。具有單母線的所有優(yōu)點，且可靠性和靈活性相對有所提高，用隔離開關分段雖然節(jié)約投資，但隔離開關不能帶負荷拉閘，對日后的運行操作等帶來相當多的不便，所以不采用； C、單母線用斷路器分段。 經綜合比較，選擇方案 3作為工廠總降壓變電所低壓側主接線方式 [4]。所以，在本設計中選擇只用 6kV的電壓等級，將 35kV的電壓降為 6kV等級的電壓使用即可。 而對于 380V的 5個車間，分別根據容量來選擇 6kV的電壓降為 380kV的變壓器。 13 根據上述對于變電所高壓側、低壓側主結線方式的比較討論；變壓器的選擇，確定了總降壓變電所的主接線圖見附錄 C。 35kV線路上的電流互感器可選擇 JYN35,43。 6kV變壓器低壓側的 380V出線端電流互感器可選擇 PGL205。 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重后果：短路電流往往會有電弧產生，它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設備和傷 害周圍人員。短路也同時引起系統(tǒng)電壓大幅度降低，特別是靠近短路點處的電壓降低得更多，從而可能導致部分用戶或全部用戶的供電遭到破壞。 短路計算的目的主要有以下幾點： 1．用于變壓器繼電保護裝置的整定。 3．選擇限制短路電流的方 法。 短路電流計算 表 51 電力系統(tǒng)各元件電抗標幺值計算公式 設備 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，采用以下假設條件和原則 [5]： ? 正常工作時，三相系統(tǒng)對稱運 行。 ? 短路發(fā)生在短路電流為最大值的瞬間。 ? 元件的計算數均取其額定值，不考慮參數的誤差和調整范圍。而對于短路點 d3，由于系統(tǒng)中的變壓器不相同，而變壓器的阻抗分別為 5，所以下面的計算中 6kV變壓器短路點會分兩種情況 d3和 d3’。而我們可得得到的短路電流歸納在下面 2個表中。 2)按短路條件包括動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定進行校驗。 4)按各類設備的不同特點和要求如短路器的操作性能、互感器的二次負荷和準確度級等進行選擇。根據當前我國生產制造情況，電壓 6～ 200kV的電網一般選用少油斷路器；電壓 110～ 330kV的電網，當少油短路器技術條件不 能滿足要求時，可選用六氟化硫或空氣斷路器；大容量機組采用封閉母線時，如果需要裝設斷路器，宜選用發(fā)電機專用斷路器 [6]。 .d