大型工厂供电系统的设计

大型工厂供电系统的 摘 要 本设计在对化纤厂进行供配电调研、论证的基础上，完成了化纤厂的负荷计算、10KV变配电所主接线设计;还进行了短路计算、电气设备的选择和校验以及继电保护的选择与整定。在设计的最后对化纤厂的供电系统进行了防雷保护。此次设计还专门针对化纤厂的机修车间进行了具体的供电线路的设计。 关键词:变电所、负荷、短路、电力设备 ABSTRACT Based on surveying, studying, expounding and proving, the load calculating of the chemical fibre factory and the design of main electrical connection line in 10KV is completed. At the same time, the short-circuit current, the selection and rectify of electric appliance and the selection and consolidation of protection relays had calculated. At the end of the design, the anti lighting stroke and earthing are fulfilled. In the course of this design, the designs of the supply electricity circuit of the mechanism workshop of the chemical fiber factory have been specially done in detail. Keywords: substation, load, short-circuit, electric appliance. 大型工厂供电系统的设计 目 录 第一章 工厂简介及设计要求 .......................................................................... 1 1.1 研究大型工厂供电系统的背景 ................................... 1 1.2 工厂供电系统设计的原则 ....................................... 1 1.3 工厂供电系统设计的意义 ....................................... 1 工厂简介及设计要求 .......................................................................... 3 第二章 2.1 工厂生产任务及车间组成 ....................................... 3 2.2 设计依据 ..................................................... 3 第三章 负荷计算及功率因数补偿计算 ............................................................ 6 3.1 负荷计算 ..................................................... 6 3.2 功率因数补偿计算 ............................................. 9 3.3 变压器的选择 ................................................ 11 第四章 总配电所主接线的设计 .............................................................. 13 4.1 概述 ........................................................ 13 4.2 总配电所主接线的设计 ........................................ 14 第五章 短路计算 ........................................................................................ 16 5.1 概述 ........................................................ 16 5.2 短路计算 .................................................... 17 第六章 电气设备的选择与校验 .................................................................... 21 6.1 概述 ........................................................ 21 6.2 按短路情况校验电器的稳定性 .................................. 21 6.3 电气设备的选取 .............................................. 23 第七章 工厂电力线路的设计 ........................................................................ 25 7.1 架空线路的设计 .............................................. 25 7.2 导线截面的选择 .............................................. 25 第八章 供电系统的保护 .............................................................................. 31 8.1 概述 ........................................................ 31 大型工厂供电系统的设计 8.2 继电保护 .................................................... 31 8.2 变压器保护 .................................................. 32 8.4 继电保护的选择与整定 ........................................ 33 第九章 防雷与接地 ..................................................................................... 37 9.1 概述 ........................................................ 37 9.2 防雷与接地 .................................................. 37 第十章 电气照明 ........................................................................................ 40 10.1 合理选择光源 ............................................... 40 10.2 灯具的选择与布置 ........................................... 40 参考文献 .................................................................................................... 42 致 谢 ......................................................................................................... 43 大型工厂供电系统的设计 第一章 前 言 1.1 选题背景 随着经国民济的不断发展，世界各国的用电量也随之不断增加，电能已经成为一种特别重要的能源，电能对国民经济各部门以及人民生活的作用越来越重要，可以说，国民经济各部门和人民生活已经离不开电能了。合理用电、节约用电的迫切性和必要性已为人们所认识。科学技术的发展，使用电和节电技术渗透到设计、运行、制造、管理等部门，其设计面愈来愈宽，愈来愈深，与实际联系也愈来愈密切，这都为培养高质量的供用电人才提出了更高的要求。为了更好的适应现代工业社会的要求，把自己培养成一个合格的电气工程人员，我们必须尽可能多的掌握供配电知识、用电知识、节电知识。为了更好的掌握书本知识，为了更好的把所学知识应用到生产实践，我们必须从教学实际出发，结合国情对工厂供电，配电的基本原理和实际应用有更深入的了解。因此，我选择大型工厂供电系统的设计，使我更深入的掌握工厂供配电知识，为将来走上工作岗位打下良好的基础。 供电系统设计的原则 1.2 工厂供电设计必须遵循国家的各项方针政策，设计方案必须符合国家中的有关规定，同时必须满足以下几项基本要求: 1、保证工厂生产工艺所要求的供电可靠性; 2、保证电能质量; 3、在必要的供电可靠性基础上，力求经济，使供电系统的投资少、运行费用低， 并且尽可能的减少又涩精梳消耗量; 4、设计中应合理地处理局部与全局、当前与长远的关系，并能适应发展的需要。 1.3 供电系统设计的意义 电能是工业生产的主要动力能源。工厂供电设计的任务是从电力系统取得能源，经过合理的传输、变换、分配到工厂车间中的每一个用电设备上。随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电可靠性以及技术经济指标等要求也日益提高。供电设计是否完善，不仅影响工厂的基本建设投资、 1 大型工厂供电系统的设计 用行费用和有色金属消耗量，而且也反映到工厂供电的可靠性和安全生产上，它与企业的经济效益、设备和人生安全等是密切相关的。 现在除了个别大型工业联合企业有自备电厂外，绝大多数工厂都是从国家电力系统取得电能的。因此，工厂工业负荷是电力系统的主要用户，工厂供电系统也是电力系统的一个组成部分，保证企业安全供电和经济运行，不仅关系到企业的利益、也关系到电力系统安全和经济运行以及合理利用能源.随着经济建设突飞猛进和人民生活水平的日益提高, 城市配电网正日益面临着提高供电可靠性的迫切要求。拔地而起的高楼大厦、办公设施的现代化、生活用品的电气化以及生产过程的自动化都无法忍受任何理由的哪怕是很短时间 的停电.因为即便是很短时间的停电都会给工厂和企业带来重大的损失。工厂工业 负荷是电力系统的主要用户,合理的工厂供电系统的设计,不仅可以保证企业的安全合理供电和经济运行,也有利于电力系统的安全经济运行,最大限度的节约能源。所以工厂供电的可靠性和安全性就显得非常重要了。工厂供电设计对国民经济各部门以及人民生活都有极其重要的意义。 2 大型工厂供电系统的设计 第二章 工厂简介及设计要求 2.1工厂生产任务及车间组成 2.1.1 生产规模及产品规格 本厂规模为万锭精梳化纤毛织染整联合厂。生产化纤产品，全年生产能力为230万米，其中厚织物占50%，中厚织物占30%，薄织物占20%，全部产品中以晴纶为主体的混纺物占60%，以涤纶为主体的混纺物为40%。 2.2.2 车间组成及布置 本厂设有一个主厂房，其中有制条车间、纺纱车间、织造车间、染整车间等四个生产车间，设备选型全部采用我国最新定型设备。除上述车间外，还有辅助车间及其它设施，详见全厂总平面布置图(图1)。 2.2设计依据 2.2.1 工厂总平面布置图:(如下图所示) 3 大型工厂供电系统的设计 2.2.2 供用电协议 本厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下: (1)电业部门某35/10千伏变电所，用10千伏双回架空线路向本厂供电，该所 在厂南侧1.0公里; (2)该变电所千伏配出线路定时限过流保护装置的整定时间为1.5秒，要求配 电所不大于1.0秒; (3)在总配变电所10千伏则计量; (4)要求本厂的功率因数值在0.9以上。 (5)配电系统技术数据: 变电所10千伏母线短路数据为 运 行 方 式 电源10千伏母线短路容量 说 明 (3)系统最大运行方式时 S=187兆伏安 dmax 系统为无限大容量 (3)系统最小运行方式时 S=107兆伏安 dmin 供电系统如图2所示: 4 大型工厂供电系统的设计 2.2.3 本厂的负荷性质 生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制。全年为306个工作日，年最大负荷利用时数6000小时。属于二级负荷。 2.2.4 本厂自然条件 一、气象条件: (1) 最热月平均最高温度为30?C。 (2) 土壤中0.7-1米深处一年中最热月平均温度为20?C。 (3) 年雷暴日为31天。 (4) 土壤冻结深度为1.10米。 (5) 主导风向夏季为南风。 二、 地质及水文条件: 根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8—5.3米。地耐压力为20吨/平方米。 5 大型工厂供电系统的设计 第三章 负荷计算及功率因数补偿计算 3.1 负荷计算 3.1.1负荷计算的意义 负荷计算是根据已知工厂的用电设备安装容量来确定预期不变的最大假想负荷。它是按发热条件选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的依据，所以非常重要。如估算过高，将增加供电设备的容量，使工厂电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量。特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。但是如果估算过低，又会使工厂投入生产后，供电系统的线路及电器设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。因此，我们在设计时必须认真确定。 3.1.2负荷计算的方法 常用负荷计算的方法:(1)需要系数法(2)二项式系数法(3)形状系数法。 在此次选择的设计中，设备台数较多，各台设备容量相差不太悬殊，所以考虑采用需要系数法。 需要系数法的主要步骤: (1)将用电设备分组，求出各组用电设备的总额定容量。 (2)查出各组用电设备相应需要系数及对应的功率因数。 (3)用需要系数法求车间或全厂的计算负荷时，需要在各级配电点乘以同期系数K。 需要系数法的计算过程:先从用电端起逐级往电源方向计算，即:首先按需要系数法求得各车间低压侧有功及无功计算负荷，加上本车间变电所的变压器有功及无功功率损耗，即得车间变电所高压侧计算负荷;其次是将全厂各车间高压则负荷相加同时加上厂区配电线路的功率损耗，再乘以同时系数。便得出工厂总降压变电所低压侧计算负荷;然后再考虑无功功率的影响和总降压变电所主变压器的功率损耗，其总和就是全厂计算负荷。 6 大型工厂供电系统的设计 需要系数法的计算公式 计算负荷 计算公式 适用条件 P,Kp 有功(K w) 30de 已知三相用电设备组或tanφ Q,P无功(Kvar) 3030用电单位(工厂、车间) 的设备容量及功率因数，φ S,P/cos视在(KVA) 3030求其计算负荷。 I,S/3U电流(A) 3030N 计算负荷 计算公式 适用条件 ,PKp ,有功(K w)` 30p30.I, ,QKP ,无功(Kvar) 30p30.i,已求出各设备组或各单 位的有功和无功计算负22 S,P，Q荷后，求总的计算负荷。 视在(KVA) 303030 I,S/3U电流(A) 3030N —设备组或单位的设备容量，不记备用设备容量。 pE —设备额定电压。 Ue —需要系数 Kd KK—有功和无功符荷同时系数。 p\q,, P\K—设备组的有功和无功计算负荷。 P30.i30.i,, (1)对反复短时工作制设备，其容量必须按规定的负荷持续率进行换算 (2)用电设备组、车间和工厂的需要系数参见有关表格。 (3)由设备组计算车间配电干线时，可取:K=0.85—0.95,K=0.9—0.95。 Pq,, 7 大型工厂供电系统的设计 3.1.3 全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表 计算负荷 用电或车备序 设备 间单位名K COSΦ TgΦ 注 PQSXjs s js 号 容量 称(千瓦) K (千瓦) (千乏) (千伏安) ? (1) N变电所 O1 1 制条车间 340 0.8 0.8 0.75 272 204 340 2 纺纱车间 340 0.8 0.8 0.75 272 204 340 3 软水站 86.1 0.65 0.8 0.75 55.97 41.98 69.96 4 锻工车间 36.9 0.3 0.65 1.17 11.07 12.95 17.03 5 机修车间 296.2 0.3 0.5 1.73 88.86 153.7 177.7 托儿所 6 12.8 0.6 0.6 1.33 7.68 10.21 12.8 幼儿园 7 仓 库 37.96 0.3 0.5 1.17 11.39 13.33 22.78 0.9 8 小 计 1035 3.38 4.19 6.89 647.1 576.16 866.43 (2)N变电所 O2 1 织造车间 525 0.8 0.8 0.75 420 315 525 2 染整车间 490 0.8 0.8 0.75 392 294 490 浴 室 3 1.88 0.8 1 -- 1.504 --- 1.504 理发室 4 食 堂 20.63 0.75 0.8 0.75 15.47 11.6 19.34 5 独身宿舍 20 0.8 1 -- 16 --- 16 6 小 计 951.8 3.56 3.96 2.03 760.48 558.54 946.62 (3)N变电所 O3 1 锅炉房 151 0.75 0.8 0.75 113.3 84.94 141.56 2 水泵房 118 0.75 0.8 0.75 88.5 66.375 110.625 3 化验室 50 0.75 0.8 0.75 37.5 28.125 46.875 4 卸油泵房 28 0.75 0.8 0.75 21 15.75 26.25 6 小 计 312.3 2.7 2.88 2.7 234.2 175.67 292.79 8 大型工厂供电系统的设计 3.2 功率因数补偿计算 3.2.1 功率因数对供电系统的影响 在工厂供电系统中，绝大多数用电设备都具有电感的特性。这些设备不仅需要从电力系统吸收有功功率，还要吸收无功功率以产生这些设备正常工作所必需的交变磁场。然而在输送有功功率一定的情况下，无功功率增大，就会降低供电系统的功率因数。因此，功率因数是衡量工厂供电系统电能利用程度及电器设备使用状况的一个具有代表性的重要指标。 功率因数的降低产生的不良影响:(1)系统中输送的总电流增加，使得供电系统中的电气元件，如变压器、电器设备、导线等容量增大，从而使工厂内部的启动控制设备、测量仪表等规格尺寸增大，因而增大了初投资费用;(2)由于无功功率的增大而引起的总电流的增加，使得设备及供电线路的有功功率损耗相应地增大;(3)由于供电系统中的电压损失正比于系统中流过的电流，因此总电流增大，就使的供电系统中的电压损失增加，使得调压困难;(4)对电力系统的发电设备来说，无功电流的增大，使发电机转子的去磁效应增加，电压降低，过度增大激磁电流，从而使转子绕组的温升超过允许范围，为了保证转子绕组的正常工作，发电机就不能达到预定的出力。 无功功率对电力系统及工厂内部的供电系统都有不良的影响。因此，供电单 位和工厂内部都有降低无功功率需要量的要求，无功功率的减少就相应地提高了功率因数。 3.2.2 功率因数的补偿 供电单位在工厂进行初步设计时对功率因数都要提出一定的要求，它是根据工厂电源进线、电力系统发电厂的相对位置以及工厂负荷的容量决定的。根据《全国供用电规则》的规定，本设计要求用户的功率因数。 cos,,0.9 供电单位对工厂功率因数这样高的要求，仅仅依靠提高自然功率因数的办法，一般不能满足要求。因此，工厂便需要装设无功补偿装置，对功率因数进行人工补偿。 补偿容量可按下式确定: Q,P(tan,,tan,),,q.PC3012C30 n,Q,qCC 式中 9 大型工厂供电系统的设计 tan,cos,11——补偿前自然平均功率因数对应的正切值; tan,cos,22——补偿后自然平均功率因数对应的正切值; ,qkvar/kWC——补偿率 P30KW——设计时求得的平均负荷，单位为 ; qkvarC ——单个电容器的容量 ——并联电容器的个数 n 补偿前各变电所功率因数如下表所示: 序 号 NO.1 NO.2 NO.3 COSΦ 0.66 0.79 0.8 设计中考虑到经济实用的原则采用低压集中补偿方式，其特点是能补偿低压母线以前的无功功率，可是变压器的无功功率得到补偿，从而有可能建交变压器容量，且运行维护也较方便。适用于中小型工厂或车间变电所低压侧基本无功功率的补偿。 并联电容器采用我国生产的BW 0.4—14—3系列静电电容器，其单台静电电容 kvar器能够发出的无功功率少，q=14 ，容易组成所需的补偿容量，并且安装C 拆卸方便，对于放电电阻采用6只 220V 25W白炽灯泡星形连接，即可满足要求，但必须注意以下特点:(1)静电电容器的周围空气极限温度是-40?—40?，因此电容器室应有良好的通风，当周围空气温度达到35时，应将电容器从电网中切除;(2)电容器对电压较敏感，运行时要严格监视其电压;(3)电容器从电网上切除时，电容器上有残余电量，危及工作人员安全，必须加接放电电阻。 ,qC经查表得，根据以上公式求得各变电所所需的电容器个数，列于下表: NO.1 NO.2 NO.3 ,qC 0.71 0.38 0.33 Q 459.4 289 77.3 C n 33 21 6 10 大型工厂供电系统的设计 补偿后各变电所的计算负荷如下表所示: 计算负荷 序 功率因数 号 COSΦ 有功(千瓦) 无功(千乏) 视在(千伏安) NO.1 647.07 275.65 703.34 0.92 NO.2 760.48 323.96 826.61 0.92 NO.3 234.23 99.78 254.60 0.92 3.3 变压器的选择 3.3.1变压器台数的确定 工厂总降压变电所变压器的容量与于台数的选择在很大程度上取决于负荷的大小及对供电可靠性的要求，同时应考虑工厂发展规划等因素并于电气主结线的选择统筹安排，应力求变电所的电气主结线简单，运行方便，供电可靠，节约电能与减少投资。变压器台数多则供电可靠性高，但设备投资也大，运行费用也要增加。因此，在能满足可靠性要求时，变压器台数越少越好，对不重要负荷供电的变电所或能取得低压备用电源的一级负荷供电时，皆选用一台变压器。 设计中由于工厂属于二级负荷，且各变电所总计算负荷均小于1250 KVA，所以各变电所变压器都只选用一台就可以了。 3.3.2 变压器容量的选择 当选用一台变压器的时候，容量的选择应遵循下面的公式: S,S N.T30 S—单台变压器容量 N.T S—变电所总的计算负荷 30 3.3.3 变压器损耗 SL等型低损耗变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算: ,P,0.015S有功(KW) TN.T ,Q,0.06S无功(Kvar) TN.T 11 大型工厂供电系统的设计 根据以上选择条件选出各变电所变压器，见下表: 变压器损耗 变压器 变压器 变压器 序号 变压器型号 容量 阻抗电压 有功损耗 无功损耗 联结组别 (KVA) % (千瓦) (千乏) NO.1 SJL—800/10 800 Y/Y0—12 5.5 12 48 1 NO.2 SJL—1000/10 1000 Y/Y0—12 5.5 15 60 1 NO.3 SJL—315/10 315 Y/Y0—12 4 4.725 18.9 1 全厂总负荷见下表: 项目 计算负荷 有功(千瓦) 无功(千乏) 视在(千伏安) 总计 1472.77 629.45 1601.64 这时全厂的功率因数小于0.9。由于题目要求本厂的功率因数值在0.9以上，所以再进行一次高压集中补偿，将功率因数补偿到0.94。经查表得 ,Qc=0.26×1472.77=382.9 kvar。选用BW 0.4-14-3 电容器，其容,q,0.26C 量为14 kvar。N=27 经过这次补偿后全厂负荷如下表所示: 计算负荷 项目 有功(千瓦) 无功(千乏) 视在(千伏安) 全厂负荷总计 1472.77 246.55 1493.3 3.3.4 高低压电容器柜的选择 高低压电容器柜分可自动调节的和不可自动调节的两大类。在负荷或电压昼夜变动较大的情况下，低压电容器组尽可能地采用自动调节装置。 3.4.5电能需求量的计算 W,aPT工厂年有功电能消耗量 a30a W,aQT工厂年无功电能消耗量 ra30a T,6000因为本工厂为三班制，经查表得 当S时 ,,0.8 ,,0.85 W,0.8，1472.77，6000,7069296(KW.H) a W,0.8，629.45，6000,3021360(KVar.H) ra 12 大型工厂供电系统的设计 第四章 总配电所主结线方案的设计 4.1 概述 配电所在大中型工厂中的作用是厂内电能的中转站，它的位置应当尽量地接近负荷中心 ，经常是配电所与车间变电所设在一起。每个配电所的馈电线路一般不少于4,5回，配电所一般为单母线制，根据负荷的类型及进出线回路数可考虑将母线分段。 配电所的进出线回路数与用户的可靠性要求和传送的功率大小有关。配电所的进线可以采用负荷开关或断路器。负荷开关断流能力小，且不能实现供电系统的自动化。 配电所设计的一般原则并结合工厂实际归纳如下: 一、安全性: (1) 在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离 开关; (2) 在低压断路器(自动开关)的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装 设低压刀开关; (3) 在装设高压熔断器-负荷开关的出线柜母线侧，必须装高压隔离开关; (4) 配电所高压母线上及架空线末端，必须装设避雷器。装于母线上的避 雷器应与电压互感器共用一组隔离开关，线路上的避雷器前不必再装隔 离开关。 二、 可靠性: (1) 配电所的主结线方案必须与其负荷级别相一致。对二级负荷，应有两回 路或者一回专用架空线路供电; (2) 接于公共干线上的(即采用树干式供电的)配电所电源进线首端，应 装设带有短路保护的开关设备; (3) 对于一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变配电所采用放射式高压 配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区及生活区的变电所，可采用 树干式配电; (4) 变电所低压侧(电压380V)的总开关，宜采用低压断路器。当有继电 保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和低压分段开关均采用低压 断路器。 13 大型工厂供电系统的设计 三、 灵活性: (1) 配电所采用单母线和单母线分段结线; (2) 主结线方案应于主变压器运行要求相实应。 四、 经济性: (1) 由于工厂所选用的都是安全可靠且经济美观的成套的配电装置，故柜型 一般采用固定式; (2) 工厂电源进线上装设专用的计量柜，其互感器只供记费的电度表用。 4.2总配电所主结线的设计 电气主结线是变电所的主要电路，它明确表示了变(配)电所电能接受与分配的主要关系，是变(配)电所运行，操作的主要依据。在设计中，主结线的拟定对电气设备选择，配电装置布置，保护和控制测量的设计，建设投资以及变电所运行的可靠性，灵活性及经济性等都有密切关系，所以主结线的选择是供电系统设计中一项综合性的重要环节。 在三相对称情况下，电气主结线图通常以单线图表示，图上所有电器元件均用统一规定的图形符号表示。 4.2.1 配电所(即车间变电所)的位置的确定 (1) 变配电所位址选择的一般原则:尽量靠近负荷中心、靠近电源侧、进出线 方便、设备运输方便、有扩建和发展的余地。 (2) 由于工厂厂区供电来自总配电所，为经济起见:高压配电所采用室内型独 立式;车间变电所采用室内型附设式(外附)。变电所采用附设式，不占 或少占建筑面积，建筑费用和维护费用也较低。 根据上述条件，本设计中把配电所的位置选在制条车间和纺纱车间的中间处。 4.2.2 对电气主结线的基本要求 (1) 根据用电负荷的要求，保证供电的可靠性; (2) 电气主结线应具有一定的运行灵活性; (3) 结线简单，运行方便; (4) 结合工厂发展规划，留有扩建余地。 设计中为了保证对本厂二级负荷可靠供电，总配电所采用两回路供电，装设两台主变压器的桥式结线，桥式结线提高了线路运行灵活性，增强了供电可靠性。 根据上述方案，可决定总配电所采用下图所示的电气主结线，其特点如下: 14 大型工厂供电系统的设计 (1)变压器高压侧设有少油式断路器，便于配电所的控制、运行、维修; (2)10KV侧采用单母线分段结线，用10千伏少油式断路器将母线分成两段; (3)各车间的一级负荷都由两段母线供电，以保证供电可靠性; (4)根据规定，备用电源只有在主电源停止运行及主变压器故障或检修时才能 投入，因此备用电源进线开关在正常时是断开的，而高压侧的分段断路器 在正常时是闭和的; (5)在母线侧，工作电源与备用电源之间设有备用电源自动投入装置(BZT)， 当工作电源因故障而断开时，备用电源会自动投入; (6)当主电源发生故障时，变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所有变压器; 4.2.3 主接线图 15 大型工厂供电系统的设计 第五章 短路计算 5.1 概述 工厂供电系统要求正常地不间断地对用电符合供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是由于各种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路。短路就是不同电位的导电部分之间的短接。造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备长期运行、绝缘老化，或由于设备本身不合格、绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备绝缘正常而被过电压击穿，或者是设备绝缘受到外力损伤而造成短路。在供电系统的设计与运行中，不仅要考虑正常工作状态，还要考虑可能发生的故障以及不正常运行情况。对供电系统危害最大的是短路故障。短路电流将引起电动力效应和发热效应以及电压的降低等。因此短路电流是电气主结线的方案比较、电气设备及载流导体的选择、接地计算以及继电保护选择和整定的基础。 由于短路后，电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小的多，所以短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达几万安培甚至几十万安培。这样大的短路电流对供电系统将产生极大的危害: (1)短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路 中的其它元件损坏; (2)短路时电压要骤降，严重影响电气设备的正常运行; (3)短路时要造成停电事故，而且越靠近电源，短路引起的停电的范围越大， 给国民经济造成的损失也越大; (4)严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去 同步，造成系统解列; (5)但相对地短路，其电流将产生较强的不平衡磁场，对附近的通讯线路，信 号系统及电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。 由此可见，短路的后果时非常严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素。同时需要进行短路电流计算，以便正确地选择电气设备，使电气设备具有足够的动稳定性和热稳定，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。 16 大型工厂供电系统的设计 5.2短路计算 5.2.1 短路的形式 在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。电力系统中，发生单相短路的可能性最大，但三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电力系统总的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选择校验电气设备的短路计算中，以最严重的三相短路计算为主。 5.2.2 短路计算 对于工厂供电系统，短路电流的计算一般采用近似的方法，计算中假定: (1)供电电源是无限大功率系统; (2)认为短路回路的元件的电抗为常数; (3)元件的电阻，一般略去不计，只有在短路电阻中总电阻RΣ大于总电抗的 三分之一时才考虑电阻，否则认为zΣ=xΣ。 短路计算常用的两种方法是:有名值法和标么值法。本设计中用有名值法进行短路计算。根据题目给定条件可知电力系统出口断路器的断流容量最大为187MVA。根据主结线图绘制如下的短路计算电路图:(以NO.2变电所为例) K-1 变压器 K-2 电力系统 架空线(1公里) SL—1000 G G 187MVA 架空线(0.5公里) (1) (2) (3) (4) (短路计算电路图) 5.2.3 求k-1点的三相短路电流和短路容量(Uc1=10.5KV) (1) 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗: 经查表得架空线路的电抗 : 高 压 低 压 X,0.38,/kmX,0.32,/ km 00 1) 电力系统的电抗: 22 X,U/S,(10.5KV)/187MVA,0.59,COC11 2) 架空线路的电抗: X,X,L,0.38，1,0.38, 20 17 大型工厂供电系统的设计 3) 绘制K—1点的等效电路如下图: k—1 等效电路图 X,X，X,0.59，0.38,0.97,4) 总电抗: ,(K,1)12 (1) k—1点的三相短路电路电流和短路容量: 1) 相短路电流分量有效值: (3) I,U/3X,10.5KV/(3，0.97,),6.25KAK,1C1,(K,1) 2) 三相次暂态电流和短路稳态电流: (3)"(3)(3) I,I,I,6.25KA,K,1 3) 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值: K,1.8在高压系统中短路冲击系数 sh 所以 短路冲击电流: (3)"(3) i,K,2,I,2.55，6.25KA,15.91KAshsh (3)2"(3)"(3)I,1，2(K,1)I,1.51,I,1.51，6.25KA,9.44KA shsh 5) 三相短路容量: (3)(3) S,3U,I,3，10.5KV，9.44KA,172MVAk,Csh11 5.2.4 k—2电的短路电流和短路容量(Uc2=0.4KV) (1) 计算电路中各元件的电抗及总阻抗: 1) 电力系统的电抗: 2'2,3 X,U/S,(0.4KV)/187MVA,0.86，10,COC12 2) 高压架空线的电抗: '22,3X,X,L(U/U),0.38，1，(0.4/10.5),0.55，10, CC2021 3) 低压架空线的电抗: 18 大型工厂供电系统的设计 '22,3X,X,L(U/U),0.32，0.5(0.4/10.5),0.23，10, CC3021 4) 电力变压器的电抗: U%,5.5K 22,3X=U%/100U=5.5/100(0.4KV)/1000KVA=Ω ，，8.8，104KC2 5) 绘制k—2点的等效电路图: (等效电路图) 5)求线路的总阻抗: '''' X,X，X，X，X,K,(2)1234 ,3,3,3,3 ,0.86，10,，0.55，10,，0.23，10,，8.8，10,,0.01044, (2) 算k—2点的三相短路电流和短路容量: 1) 三相短路电流同周期分量有效值: (3) I,U/3X,0.4/(3，0.01044),22.12KAK,2C2,(K,2) 2) 三相次暂态短路电流及短路稳态电流: "(3)(3)(3)I,I,I,22.12KA ,K,2 3) 三相冲击电流及第一个周期短路全电流: K,1.3在低压系统中短路冲击系数 sh (3)"(3)所以 i,K,2I,1.84，22.12,40.7KAshsh 32"(3)I,1，2(K,1)I,1.09，22.12,24.11KA shsh 4) 相短路容量: (3)(3) S,3U,I,3，0.4，24.11,16.7MVAk,Csh22 19 大型工厂供电系统的设计 5.2.5 短路计算结果:(见下表) 短路 短路电流 短路容量计算点 (KA) (MVA) (3)(3)(3)(3)(3)"(3)IiIS I Ikshshk, K—1 6.25 6.25 6.25 15.91 9.44 172 K—2 22.12 22.12 22.12 40.7 24.11 16.7 20 大型工厂供电系统的设计 第六章 主要电气设备的选择与校验 6.1 概述 工厂总降压配电所的各种高压电气设备，主要指6-10KV以上的断路器，隔离 开关，负荷开关，熔断器，互感器，电抗器，母线，电缆等。这些电气设备要能可 靠的工作，必须按正常工作条件进行选取，并且按短路情况进行校验。 所谓的正常工作条件是指: (1) 电器的额定电压U不应小于所在回路的工作电压。 e I(2) 电器的额定电流I不应小于该回路的最大长期工作电流。 maxe (3) 选择电器时应考虑设备的装设地点，即按工作环境，运行条件和要求，选择设备的型号规格，如屋内或屋外设备，防爆型或普通型，如工作环境污染严重，应加强绝缘的电器，电路操作频繁时应选取胜任频繁操作的真空断路器而不应选取不适于频繁操作的少油断路器。 6.2 按短路情况校验电器的稳定性 6.2.1 短路热稳定校验 短路热稳定校验就是要求所选的电器，当短路电流通过它时，其最高温度不应超过制造厂规定的短路时发热允许温度，即: 22 IRt,IRt,jt 22或 It,It,jt 2式中 ——短路电流所产生的热量; IRt,j 2IRt——电器在短路时的允许发热量,制造厂通常以t秒(通常t I为1，4，5秒)内通过的电流所产生的热量表示; t t——短路延续时间，秒; j t,t，0.05秒 jd t，t，0.05=秒 bfd t式中 ——短路延续时间，秒; d t——主保护动作时间，秒; b t——断路器分闸时间，秒。 fd 如果缺乏断路器分闸时间数据，当主保护为速动时，短路电流可取下列数据; t对于快速及中速短路器，=0.15秒。 d t对于低速断路器=0.2秒。 d 21 大型工厂供电系统的设计 t此外，当1秒时，可认为= tt,jdd 6.2.2 动力稳定校验 电动力稳定是指电器承受短路电流引起机械效应的能力，在校验时，用短路电流的最大幅值与制造厂规定的最大允许电流进行比较 i,i即 chmax 或 I,Ichmax i,I式中 ——短路冲击电流及其有效值; chch i,I——电器极限通过电流的最大值及有效值。 maxmax 对于下列情况，可不进行短路校验: (1) 用熔断器保护的电器和导体可不校验热稳定。除有限流作用的熔断器保护 电路，电器和裸导体的动稳定仍应校验。 (2) 装设在电压互感器回路内的电器和裸导线可不校验动、热稳定。 (3) 架空线可不校验动、热稳定。 (4) 在非重要用电场所的导体，当变压器容量在1250KVA以下，高压侧电压为 10KV以下，且不致因短路故障损坏导体而产生严重后果者，可不校验动、 热稳定。 6.2.3 选择电气设备时应校验的项目 短路稳定度校验 序 设备 电压 电流 断流能力 号 名称 KV A 动稳定 热稳定 1 高压断路器 ? ? ? ? ? 2 高压负荷开关 ? ? ? ? ? 3 高压隔离开关 ? ? — ? ? 4 熔断器 ? ? ? — — 5 电流互感器 ? ? — ? ? 6 电压互感器 ? — — — — 7 套管绝缘子 ? ? — ? ? I,设设备的 按三相短按三相短路avP,装置eI,应满足的条件 备的计 路冲击电稳态电流校开断max地的P EI算电流 流校验 验 可能开断max 22 大型工厂供电系统的设计 (1) 表中“?”表示必须校验，“—”表示不要校验; (2) 选择变电所高压侧的设备和导体时，其计算电流应取主变压器高备注 压侧额定电流; (3) 对高压断路器，其最大开断电流应不小于实际开断时间。 6.3 电气设备的选取 6.3.1 主要电气设备介绍 断路器是供电系统中最重要的电气设备之一。它能在有负荷情况下接通和断开电路，当系统发生短路故障时，能迅速切断短路电流。这里选择少油式户外型断路器。 电压互感器是测量高压用的。其一次绕组与高压电路并联，额定电压与电路电压同一等级，二次绕组额定电压均为100V;电流互感器的一次线圈匝数很少，导线相当粗，其二次线圈很细，匝数相当多。工作时，一次线圈于一次线路中，而二次线圈则与仪表、继电器等的电流线圈串联成闭和回路。本厂选用的LFZB6-10型电流互感器适用于10KV及以下的线路中作为测量和继电保护用。 隔离开关的主要用途是在检修高压电器时，将被修理的设备与其他带电部分可靠地断开，并构成明显的断开点，以保证修理时的安全。在一定条件下，允许用隔离开关接通或隔开小功率电路，如容量不大得空载变压器或电压互感器。 6.3.2 电气设备的选取 根据短路电流的计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况校验确定的变电所高低压电气设备如下: (1)10KV侧设备 设 隔离 电压 电流 高压断路器 避雷器 数 开关 互感器 互感器 备 ZN3—10 GN10/200 JDZ-10 LQJ-10 FZ-10 据 Us=10KV 10KV 10KV 10KV 10KV 10KV I=57.7A 600A 200A 30 (3)I,6.25KA 8.7KA k (3)i,15.91KA 22KA 25KA 24.5KA sh 23 大型工厂供电系统的设计 (3)2It,,ima28.7，2,151.3826.25，(2，0.2) ,85.94 结 论 满 足 满 足 满 足 满 足 满 足 (2) 0.4KV侧设备 设 低压断路器 低压负荷开关 电流互感器 数 备 DW10-1500/3 HK1-60/3 LAJ-10 据 Us=0.4KV 380V 380V 380V I=1443.4A 1500A 1500A 1500/5 30 (3)I,22.12KA h (3)i,40.7 sh 22,733.94 It,22.12，1.5,j 24 大型工厂供电系统的设计 第七章 工厂电力线路的设计 7.1 架空线路的设计 由于架空线路与电缆线路相比有较多优点，如成本低，投资少，安装容易，维护和检修方便，易于发现和排除故障。根据本厂的情况，在本设计中，所有进出线全部采用架空线的方式。 架空线路有以下主要元件组成:导线、电杆、绝缘子和线路金属等。为了防雷，有的架空线路上还架设有避雷器(架空地线)。为了加强电杆的稳定性，有的电杆还安装有拉线或扳桩。 架空线路一般都采用裸导线，裸导线按其结构分，有单股线和多股绞线，工厂中一般都用绞线。绞线又有铜绞线、铝绞线和钢心铝绞线。本次次设计中的架空线路基本上选用了铝绞线。根据机械强度的要求，一般规定架空裸导线最小截面如下表所示: 最小允许截面 /mm 导线种类 备 注 高压(至10KV) 低 压 铝及铝合金线 35 16与铁路交叉跨越 2 时应为35mm钢芯铝线 25 16 架空线路在进行铺设时，要严格遵守有关技术规程的规定。整个施工过程中，要重视安全教育采取有效的安全措施，特别是立杆、组装和架线时，更要注意人身安全，防止发生事故。竣工后，要按照规定的手续进行检查和实验，确保工程质量。 选择架空线路的路径时，应考虑以下原则: (1)路径要短，转角要少; (2)交通运输方便，便于施工架设和维护; (3)尽量避开河洼河雨水冲刷地带及易撞、易燃、易爆等危险的场所; (4)不应引起机耕、交通和人行困难; (5)应与建筑物保持一定的安全距离; (6)应与工厂和城镇的规划协调配合，并适当考虑今后的发展。 7.2 导线截面的选择 7.2.1 概述 为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆时必须满足下列条件: 25 大型工厂供电系统的设计 (1) 发热条件:导线和电缆包括母线在通过正常最大负荷电流时产生发热温 度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。 (2) 电压损耗条件:导线和电缆在通过最大负荷电流时产生的电压损耗，不 应超过正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进 行电压损耗校验。 (3) 经济电流密度:高压线路及特大电流的低压线路，一般应按规定的经济电 流密度选择导线和电缆的截面，以使线路的年运行费用接近最小，节约电 能和有色金属。但对工厂内的很短的10KV及以下的高压线路和睦线，可 不按经济电流密度选择。 (4) 机械强度:导线的截面不应不小于最小允许截面。 7.2.2按发热条件选择车间进线(以NO.2变电所为例) I按发热条件选择三相线路中的相线截面时，应使其允许载流量不小于通过al I相线的计算电流，即: 30 I,I al30 所谓导线的允许载流量，就是在规定的环境温度条件下，导线能够连续承受而 不致使其稳定温度超过规定值的最大电流。 I,P/3U3030N 1) NO.2变电所各车间负荷及计算电流如下表所示: 车 间 车间负荷(KW) 计算电流 (A) 纺织车间 525 797.7 染整车间 490 744.5 浴室、理发室 1.504 2.3 食堂 19.34 29.4 独身宿舍 16 24.3 (注:U=380V) N 2) 根据计算电流选择导线截面及其载流量(见下表): 允许载 导线型号 导线截面导线数量 车 间 流量 结论 2(铝绞线) (mm) (根) (A) 纺织车间 LJ—185型 185 2 440，2 合格 26 大型工厂供电系统的设计 染整车间 LJ—185 185 2 4402 合格 ，浴室、理发室 LJ—35 35 1 150 合格 食堂 LJ—35 35 1 150 合格 独身宿舍 LJ—35 35 1 150 合格 7.2.3 380V侧低压母线的选择 1) 各车间变电所计算电流计算如下 序号 车间负荷(KW) 计算电流 (A) NO.1 703.34 1068.6 NO.2 826.61 1256 NO.3 254.6 386.8 (注:U=380V) N 2) 根据计算电流选择母线截面及其载流量(见下表): 导线截面导线数量 允许载流量 序号 导线型号 结论 2(mm) (根) (A) NO.1 矩形铝母线808 640 1 1155 合格 ， NO.2 矩形铝母线1008 800 1 1425 合格 ， NO.3 矩形铝母线408 160 1 425 合格 ， 7.2.4 10KV高压配电出线的选择 10KV高压配电出线的选择应按经济电流密度来选择。 (1) 高压配电进出线截面选择校验的步骤与方法如下表所示: 序号 选择校验项目 选择校验方法与要求 j按经济电流密度选择(较线查处经济电流密度，再按下式计算经济ec 1 短的高压线路可不按此选截面: A,I/jA择) ，然后选以接近于的标准截A ec30ecec 先查出所选截面A再当地环境温度下的允许 校验发热条件(较短的高 2 载流量: 压线路直接按此选择) II,I，如则满足发热条件。 alal30 根据线路电压、导线材料及敷设条件查出导 A3 校验机械强度 线满足机械强度要求的最小截面，如min A,A则满足热稳定条件。 min 27 大型工厂供电系统的设计 (2) 经济电流密度的选择见下表: 2年最大负荷利用小时 (A/mm) 线路类别 导线材料 3000h以下 3000h—5000h 5000h以上 铝 1.65 1.15 0.9 架空线路 铜 3.00 2.25 1.75 铝 1.92 1.73 1.54 电缆线路 铜 2.50 2.25 2.00 (3) 导线的最小截面的选择: 2A由于选择的是铝导线，在高压10KV时，最小截面应为35mm。 miv (4) 10KV高压配电出线线路上的计算电流如下表所示: 序号 总负荷(KW) 计算电流 (A) NO.1 703.34 40.6 NO.2 826.61 47.7 NO.3 254.6 14.7 (注:U=10KV) N (5) 配电所出线的选择: 1) NO.1变电所进线的选择: 2ja) 经查表得经济电流密度=1.15 A/mm ec 2 A,I/j则经济截面=40.6/1.15=34.4mmec30ec 2选LJ-35型裸铝绞线，截面积为35mm。 b) 检验发热条件:查得JL-35型裸铝绞线的允许载流量(室外35?C) 时 II=150A>=40.6A a,30 所以 所选JL-35型裸铝绞线满足发热条件。 22 c) 检验机械强度:因为 A=35mm=A=35mmmin 所以所选JL-35型裸铝绞线也满足机械强度要求。 2) NO.2变电所进线的选择: 2ja) 经查表得经济电流密度=1.15 A/mm ec 2 A,I/j则经济截面=47.7/1.15=41.5mmec30ec 28 大型工厂供电系统的设计 2选LJ-35型裸铝绞线，截面积为35mm。 b) 检验发热条件:查得JL-35型裸铝绞线的允许载流量(室外35?C) 时 =150A>=47.7A IIa,30 所以 所选JL-35型裸铝绞线满足发热条件。 22 c) 检验机械强度:因为 =35mm=A=35mmAmin 所以所选JL-35型裸铝绞线也满足机械强度要求。 3) NO.3变电所进线的选择: 2a) 经查表得经济电流密度j=1.15 A/mm ec 2 A,I/j则经济截面=14.7/1.15=12.9mmec30ec 2选LJ-35型裸铝绞线，截面积为35mm。 b) 检验发热条件:查得JL-35型裸铝绞线的允许载流量(室外35?C) 时 I=150A>I=14.7A a,30 所以 所选JL-35型裸铝绞线满足发热条件。 c) 检验机械强度: 22 因为 =35mm=A=35mmAmin 所以所选JL-35型裸铝绞线也满足机械强度要求。 7.2.5 10KV母线的选择 3=1472.77/10=85A ，I,P/3U3030N 2j经查表得经济电流密度=1.15 A/mm ec 2 A,I/j则经济截面=85/1.15=73.9mmec30ec 2选用标准截面为304的矩形铝母线，截面积为120mm。 ， 1) 检验发热条件: 查得标准截面为304的矩形铝母线的允许载流量(室外35?C时) ， II=309A>=85A a,30 所以 所选标准截面为304的矩形铝母线满足发热条件。 ， 2) 热稳定校验: 3I6.25，1022,S,t,，1,71.8mm,120mm jminc87 29 大型工厂供电系统的设计 满足要求。 3) 力稳定校验: 母线采用平放装设 222,7m W,0.167bh,0.167，(0.3)，0.004,6.01，10 (3)2(i),7sh (为母线间距离) f,1.732，10aa 215910,7= 1.732，，100.25 175.4N/m= 母线最大允许跨度: 5以知δ=700 ，10N/my 5,510，W,10，700，10，6.01，10y l,,,2.19mmaxf191.6l,2.19m,GG-1A型的柜宽1.4m,能满足条件。 max 4) 校验电压损耗: -3查文献6表ZD8-11得(Δu%)/(kW?km)=2.30×10 所以实际电压损耗值为 -3Δu%=2.30×10×800×0.9×0.016%=0.026% 远小于ΔU%=5,8%，故电压损耗满足要求。 al 30 大型工厂供电系统的设计 第八章 供电系统的保护 8.1 概述 工厂供电系统中发生故障时，必须有相应的保护装置将故障部分及时的从系统中切除，以保证非故障部分的正常工作，或发出报警信号，以便值班人员检查并采取消除故障的措施。工厂供电系统的高压配电网保护装置采用继电保护装置或高压熔断器，车间低压配电系统保护装置采用低压断路器和低压熔断器。 继电保护装置及各种不同类型的继电器，以一定的方式连接与组合，在系统发生故障时，继电保护动作，作用于断路器脱扣线圈或给出报警信号，以达到对系统进行保护的目的。 8.2 继电保护 8.2.1 继电保护的要求 (1) 选择性:指在供电系统发生故障时，只使电源一侧距离故障点最近的 继电保护置动作，通过开断电器将故障切除，而非故障部分仍然正常工 作。 (2) 灵敏度:保护范围内发生故障和不正常工作状态时，继电保护的反应能 力称为灵敏性。 (3) 可靠性:继电保护装置必须可靠的工作，接线方式力求简单，触点回路 少，设计时不必考虑故障极难发生的特殊情况。继电保护装置的可靠性 可以用据动率及误动率来衡量。显然据动率及误动率越小，则保护的可 靠性越高。 (4) 速动性:速动性就是快速切断故障。当系统内发生短路故障时，快速切 除故障可使电压降低的时间缩短，减少对用电设备的影响。 工业企业供电线路基本上是开式单端供电网络，厂区内距离较短，常用的保护装置有:带定限或反时限的过电流保护;低电压保护;速断保护;中性点不接地系统的单相接地保护，以及由双电源供电时的功率方向保护。 8.2.2 过电流保护 当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时就使断路器跳闸或给 出报警信号的装置。 (1) 定时限过电流保护装置——电流继电器本身的动作时限是固定的，与通 过他的电流大小无关。整定保护装置的电流值时，必须使返回电流大于 31 大型工厂供电系统的设计 线路出现且能持续1~2秒的尖峰电流。 (2) 反时限过电流保护装置——继电器本身动作带有时限，并有动作指示掉 牌信号，所以回路不需接时间继电器和信号继电器。和定时限保护装置 比较，反时限过电流保护装置所须的继电器数量少，因而投资少、接线 简单，可用于交流操作，且能实现电流速断保护。缺点是它的动作时限 误差大，尤其是在速断部分。 8.2.3 电流速断保护 定时限电流保护装置的时限一经整定便不能变动，当某段发生三相短路故障时，断路器的继电保护动作时间必须经过t，2,t才能动作，达不到速断的目的，0 为了减小本段线路故障下的事故影响范围，当过电流保护的动作限大于0.5~0.7时，便需设置电流速断保护，以保证本段线路的短路故障能迅速切除。 8.3 变压器保护 8.3.1 概述 变压器是供电系统中的重要设备，它的运行较为可靠，故障率教低。但在运行中它还是可能发生内部故障、外部故障及不正常工作状态。变压器的不正常运行方式，主要是指由于外部短路或过负荷引起的过电流和温度升高超过允许值以及油面降低等。因此要设置各种专用的保护。对于变压器的内部故障和外部故障应动作与跳闸;对于外部相间短路引起的过电流，保护装置应带时限动作于跳闸;对过负荷、油面降低、温度升高等不正常状态的保护一般只用于信号。 变压器故障一般分为内部故障和外部故障两种。内部故障是指变压器油箱内可能发生的故障，如线圈的相间短路，从间或匝间短路等。内部故障如不迅速排除，有引起油箱爆炸的严重后果。变压器外部故障系指引出线上绝缘套管相间短路和引出线接地等。 车间变电所的保护应力求简单，首先应考虑用熔断器与负荷开关或反时限的过电流保护，操作电源可用交流，继电器可用直接动作式。其次可考虑采用定时限和反时限的过电流保护，其整定方法与与单端供电线路情况相同。当动作时限大于0.7s时，可加装速断保护。320KVA以上的户内变电所变压器和800KVA以上的户外变电所变压器都应加设气体变压器。气体继电器能反映的故障包括漏油、漏气、油内有气、匝间故障、绕组相间短路。其结构简单、价格便宜，如能妥善安装，精心维护，误动作的可能情况不大。气体继电器只能反映变压器的内部故障，如对变 32 大型工厂供电系统的设计 压器外部端子上的短路情况就无法反映。因此除设置气体继电器外，还需设置过流、速断或差动保护 8.3.2 车间变电所的各分厂变压器保护 (1) 瓦斯保护:防御变压器铁壳内部短路和油面降低。轻瓦斯动作于信号; 重瓦斯作用于跳闸。 (2) 电流速断保护:防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。 (3) 过电流保护:防御外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后 备保护。保护动作于跳闸。 (4) 过负荷保护:防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。 按具体条件装设。 8.3.3 降压变电所变压器保护 总降压变电所变压器护方式取决于它的数量和容量。 (1)对容量为7500KVA及以下的单台变压器，可考虑设置以下的保护: 1) 对于由外部短路引起的变压器过电流可采用过电流保护，保护装置的 整定值应考虑故障时可能出现的过负荷，当这种保护不能满足灵敏度要求 时，可考虑采用复合电压(负序及线电压)启动的过电流保护; 2) 当过电流保护时限大于0.5s(或0.7s)时，可采用电流速断保护; 3) 气体保护; 4) 温度监视。 (2)对容量是10000KVA及以上的单独运行的变压器或并列运行的每台容量为6300KVA及以上的变压器，除应设置(1)、(3)、(4)等项保护装置外，为了对变压器的内部故障(包括套管的故障)达到速断的目的，还需采用纵联速断差动保护。 本次设计中采用的变压器保护: (1)由于各变电所的变压器选择了一台、容量小于7500KVA，所以采用了过电流保护; (2)由于各变电所的动作时限大于0.7s，所以加采用了电流速断保护; (3)NO1，NO2两个变电所变压器的容量大于800KVA，装设了气体继电器。 8.4 继电保护的选择与整定 8.4.1 继电保护的种类 33 大型工厂供电系统的设计 厂区10KV线路保护:根据本厂的实际情况，设下列保护: (1) 过电流保护 (2) 电流速断保护 8.4.2 反时限过电流保护 反时限过电流保护装置所需的继电器数量少，因而投资少、接线简单，可用于交流操作，且能同时实现电流速断保护。缺点是它的动作时限误差大，尤其是在速断部分。鉴于反时限过电流保护装置具有简单、经济等特点，在中小型工厂供电系统中应用的很普遍。在本设计中也采用反时限过电流保护。为了保证动作的选择性过电流保护动作时限的整定，应从距离电源最远的保护装置(末级)开始，即自负载侧向电源侧数过去，后一级的线路保护的动作时限应比前一级线路的保护时限大一个时间阶级?t 。各段线路保护的时限是逐级提高的，一般?t取0.5,0.7秒。 1)继电保护的整定计算公式: 序类 别 整定参数 整定计算公式 号 1 带时限的过电动作电流 kkrelw I,I流保护 OPL,maxkkrei 动作时限 一般应比前一级保护短一个时间级差 ,t=0.5—0.7s但终端变电所的动作时限可取 为最短时限0.5s。 2 电流速断保护 速断电流 KKrelwI,I qbk.maxKi 34 大型工厂供电系统的设计 符 ——线路的最大负荷电流，对于变压器高压侧的过电流保护，通常取2 IL,max 号 I。 1N.T 含 (3)I——线路末端的最大短路电流，对于变压器高压侧的速断保护，应Ikk.max 义 取低压母线 (3)I折算到高压侧的值。 k k——可靠系数，对于GL型继电器取1.2。 rel k——接线系数，相电流取1。 w k——继电器返回系数，通常取(0.8—0.85) re k——电流互感器变比。 i I——变压器一次侧额定电流。 1N.T I——变压器二次侧额定电流。 2N.T 2) 继电保护灵敏度的计算公式: 序号 类 别 保护灵敏度计算公式与要求 1 带时限过电流保K(2)W,1.25S,I—1.5 护 pk.minKIiop (2)I式中——心路末端(对变压器为低压侧母线)在 k.min 系统最小运行方式下的两相短路电流(对变压器为此 电流折算到高压侧之值)。 I——过电流保护装置动作电流。 op 2 电流速短保护 K(2)W,1.25S,I—1.5 pkKIiqb (2)I式中——线路首端(对变压器为高压侧)在系统最k 小运行方式下的两相短路电流。 I ——电流速断装置的动作电流。 qb 35 大型工厂供电系统的设计 (1) 过电流装置的整定计算(以NO.2变电所为例): 1) 反时限过电流保护装置动作电流计算: 当线路末端k-1点发生三相短路时 根据以前所选的电流互感器得知变比为200/5A 保护动作电流: kk1.2，11000relw，整定为5。 I,I,，2，,4.1AOPL,maxkk0.85，403，10rei 选用GL-11/5型电流继电器。 动作时限:由于车间变电所属终端变电所，动作时限可按最小值整定， 即整定为0.5s。 2) 灵敏度校验: K10.4(2)W，0.866，(26670，)AS,I= pk.min40，5A10.5KIiop ,4.4,1.5 所以满足灵敏度要求。 (2)流速断保护:利用以上所选GL型继电器的电流速断装置 KK1.4，10.4relw,35A速断电流:I,I,，(26670，)A qbk.maxK4010.5i K,I/I,35/5,7速断电流倍数:即整定为7倍 qbqbop K1(2)W,4,1.5S,I,，0.866，6520A灵敏度检验: pkKI40，35Aiqb 满足灵敏度要求。 36 大型工厂供电系统的设计 第九章 防雷与接地 9.1 概 述 工厂供电系统中防雷与接地在工厂供电系统中占有极其重要的地位，其中由于过电压使绝缘破坏是造成系统故障的主要原因，系统中磁能和电能的转化，或电能通过电容的传递，以及线路参数选择不当，致使工频电压或高次谐波电压下发生谐振等产生的过电压，称为内过电压。单从工厂供电系统来看，不会造成很大威胁，所以对内过电压不必多做考虑。由雷击引起的过电压属于外过电压，;雷电流流过地面的被击物时，具有极大的破坏性，其电压可达数百万伏至数千万伏，电流达几十万安，造成人畜伤亡，建筑物炸毁或燃烧，线路停电及电气设备损坏等严重事故。 9.2 防雷与接地 9.2.1 防雷装置 (1)避雷针——避雷针的作用是它能对雷电场产生一个附加电场，使雷电场畸 变，因而将雷云的放电通路吸引到避雷针本身，由它及与它相连的引下线 和接地体将雷电流安全导入地中，从而保护了附近的建筑物和设备免受雷 击。 (2)避雷器——雷电击中送电线路后，雷电波沿导线传播，若无适当保护措施， 必然进入变电所或其他用电设施，造成变压器、电压互感器或大型电动机 的绝缘损坏，避雷器就是防止行波侵入而设置的保护装置。避雷器有管式 避雷器和阀式避雷器。 9.2.2 工厂供电系统的防雷保护 (1) 工厂供电系统架空线路的防雷:送电线路防雷的目的是尽量保持导线不受雷击，即使受到雷击，也不致发展成为稳定电弧而中断供电。工厂供电系统的输电线路的特点如下: 1) 一般厂区架空线路都在35KV以下，中性点不接地系统，当雷击杆顶对一 相导线放电时，工频接地电流很小，不会引起线路的跳闸。 2) 工厂配电线路一般不长，厂区内一般采用电缆供电，即使用架空线，也会 受到建筑物和树木的屏蔽，遭受雷击的机会比较小。 3) 对重要负荷的工厂较易实现双电源供电和自动合闸装置，可以减轻雷害事 故的影响。 37 大型工厂供电系统的设计 对于10.5KV架空线高度较低，不需装设避雷线，防雷方式可以采用钢筋混泥土杆的自然接地，必要时采用双电源供电和自动合闸。 (2) 变电所的防雷: 工厂变电所是工厂电力供应的枢纽，一旦遭受雷击，会造成全厂停产，影响很大，工厂还有许多其他建筑物和构筑物，有的较高，有的易燃，有的易爆，也需要可靠的防雷措施，对他们的防雷要求，水电部颁发的过电压保护规程中均有明确的规定。 根据运行经验表明，按规程规定装设避雷针或避雷线对直击雷的防护是非常可靠的。在本设计中由于沿线路侵入雷电波所形成的雷害事故比较频繁，所以在距变电所1~2KM的进线段加强防雷措施，装设避雷线。 对直击雷的线路侵入冲击波的防护: 1)避雷针和附近导体间有一定距离，足以使绝缘介质闪络电压大于反击电压。 2)当雷击于线路导体时，沿导线就有雷电冲击波流动，从而会传到变电所。为保护电气设备中最重要、最昂贵、绝缘最薄弱的变压器，避雷器的选择，必需使其伏秒特性的上限低与变压器的伏秒特性的下限，并且避雷器的残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。但是他们的数值都必需小于冲击波的幅值，以保证侵入波能够受到避雷器放电的限制。并且避雷器要尽量靠近变压器。 9.2.3 电力系统的接地 电力系统的接地有两类接地方式，中性点接地(大电流接地)和中性点不接地(小电流接地)。在高压或超高压电力系统中一般采用大电流接地，其目的是为了降低电气设备的绝缘水平，防止系统发生接地故障后引起的过电压。工厂供电系统中一般采用中性点不接地系统，工厂中电气设备的接地分为三大类:IT类、TN类、TT;类其中TN类又分为三个系统:TN-S，TN-C，TN-C-S。 9.2.4 设计中采用的防雷及接地系统 配电所防雷分为对直接雷击的防护与对雷电冲击波的的防护.对直接雷击的防护采用避雷针,避雷针由接闪器,引入线及接地装置三部分组成。对雷击冲击波的防护采用避雷器。利用阀型避雷器以及与阀型避雷器相配合的进线保护段作为配电所配电装置,电器设备绝缘不致被沿供电线路传来的雷电冲击波击穿。阀式避雷器型号选择FS4-10GY。 38 123456 DD 大型工厂供电系统的设计 NO.2变电所防雷要求与配电所基本一致。变电所避雷器型号选择分为高压部 分和低压部分。高压部分选择FS4-10GY型阀式避雷器低压部分选择FS-0.38型低 压阀式避雷器。 本设计中配电系统的接地采用TN-C系统，整个系统中的中性线N与保护线 PE是合一的，如下图所示，在这种系统中由于电气设备的外壳接到保护中性线PEN 上，当一相绝缘损坏与外壳相连，则由该相线，设备外壳，保护中性线形成闭合回 路。这时，电流值一般说是比较大的，从而引起保护电器动作使故障设备脱离电源。 TN-C系统由于是将保护线与中性线合一的，所以通常适用于三相负荷比较平衡而CC 且单相负荷比较小的场所。 A B C PEN BB AA Title SizeNumberRevision B Date:12-Jun-2000Sheet of File:D:\Client98\11.schDrawn By:39 123456 大型工厂供电系统的设计 第十章 电气照明 良好的照明是保证安全生产、提高劳动效率，保证视看者视力健康、创造舒适环境的必要条件。为了获得良好的照明就必须有合理的照明设计。 10.1 合理选择光源 10.1.1 光源分类 电光源，按其发光原理分热辐射光源和气体放电光源两类。 (1) 热辐射光源: 利用电流将物体加热到白炽程度而辐射发光的光源称热辐射光源。白炽 灯，卤钨灯等均属此类。 (2) 气体放电光源 : 在电场的作用下，载流子在气体或蒸气大量产生并激烈运动，从而有电通过 气体或蒸气，并伴随有光的副射，这种利用气体放点发光的原理所制造的光源 称为气体放电光源，莹光灯，高压汞灯，高(底)压钠灯，金属卤化物等和氙 均属次类，这里的高压，低压是指灯光内放电时气体的气压高底而言。 10.1.2 高压配电所及各变电所光源的合理选择 由于变配电所均属不间断工作场合，且照度及显色性要求高，不频繁开闭， 根据光源合理选择的几点要求，变配电所光源均选择白炽灯与荧光灯混合(这是由于白炽灯虽然有光视效能低、寿命短、能耗大、维护费高等缺点，所以工厂一般照明目前国内已渐少采用它作为照明光源，但为防止照明因电压突降而全灭，安装少量的白炽灯还是需要的。另外，在照度及显色性别要求高，悬挂高度在,m以下不频繁开闭的场合，易选用荧光灯。根据上述条件，选择白炽灯与荧光灯比较合适。 10.2 灯具的选择和布置: 由光电源与控制器组成的一种照明器件称为照明器，有称灯具。灯具可以使光源发出的光得到更充分的利用和更合理的分配，还可以限制眩光，保护灯泡，增加美感等。 10.2.1 灯具的分类 国际照明学会(CIE)采用配光分类法 ，它以灯上半球和下分为半球发出光通量的百分比为依据，分为直线型，半直线射型，漫射型，半间接型，间接型。 灯具的分类方法很多，除上述CIE按配光方式分类以外，还有按光源，照明器形状 ，材料，使用场合，使用目的，安装手段，安装状态等方法，例如，在建筑 40 大型工厂供电系统的设计 上广泛应用的所谓吊行装 ，制形，吸顶型，嵌入型，壁灯，可移动的台灯，落地灯，插入口灯，应急灯等，名目繁多。经来年国际电工委员会(CIE)认为灯具只须两类，及对“电击的保护程度”和“按对水和异物侵入的保护程度”。而且对“抗电击的保护程度”被认为是近年确定的重要分类，这类分类主要是只灯具是否需要接地保护，是否允许人们直接接触灯具而无电击危险，至于“异物侵入”的异物包括尘、煤气、蒸气、腐蚀气体等。防水型又可分为防漏、防雨、防溅、防喷射、防侵、水中、耐水、防湿等八类，这种分类方法极为简单、实用清晰，已为世界上大多数国家接受使用。 10.2.2 变配电所灯具的选择 变配电所选用直接照明类灯具，这是因为直接型光线集中，工作面上可获得充分照度，输出光通量的90%--100%向下半球发射，只有0%--10%的光通向上半球发射，是照明效率最高的一类灯具。 10.2.3 灯具的布置 对灯具布置的要求除需保证最低照度条件外,还应使工作面满足要求这是由于白只灯虽然有光视效能低、寿命短、能耗大、维护费高等缺点，所以工厂一般照明目前国内已减少采用它作为照明光源，但为防止照明因电压突降而全灭，安装少量的白只等还是需要的。 另外，在照度及显色性要求高，悬挂高度在4M以下不频繁开闭的场合，宜选用荧光灯。根据上述条件，选择白只等与荧光灯比较合适。 10.2.4 厂区灯具的选择与布置 在要求照度高的主要通道及交叉路口，采用荧光高压汞灯、高压钠灯等;在要求照度较底行人稀少的次要通道，采用白只灯或小功率荧光高压汞灯。需要照明的宽敞的工作场所，采用大功率的荧光高压汞灯等高功率光源。厂区照度灯具，选用 0保护角大于10的配照型灯具。化纤厂区通道，一般不很宽，采用单侧布灯，灯具用支架或臂挑出5,3M，以提高路面照度和防止树木遮光。为限制眩光，对于125,250W的荧光高压汞灯，悬挂高度高于6M。厂区路灯的间距，采用30,40M，但当路灯线路与电力线路公杆时，间距加大些。 41 大型工厂供电系统的设计 参 考 文 献 [1] 王荣藩主编. 工厂供电设计与实验. 天津:天津大学出版社，2002,3 [2] 刘介才. 工厂供电简明设计手册. 北京:机械工业出版社，1993,8 [3] 苏文成. 工厂供电 陕西.机械工业出版社，2002,10 [4] 别朝江.配电系统可靠性评估。中国电力。1997 [5] 李华主. 配电系统的防雷设计。电力系统通信。2004。3 [6] 沈根才.中国电力百科全书。 中国电力出版社。1997。4 [7] Wen FS,chang C S.Tabu search Approach to Alarm processing in power systems.IEE proceeding S-L,1997 42 大型工厂供电系统的设计 致 谢 本是在马景兰老师的精心指导下顺利完成的。在毕业设计期间，我遇到很多的困难和疑问，是指导老师耐心的讲解和积极的引导帮助我完成了论文。他们对我无微不至的照顾、严格的要求和悉心的教诲是我完成设计任务的保障。在此完成论文之际，对恩师表示衷心的感谢和无尽的敬意～ 同时也要感谢系里和电气教研室的老师们，给我提供了很多方便，给予了我很大的帮助。在此特向他们表示由衷的感谢! 43