某化工降压变电所电气设计

第一章 原始资料

二、原始资料

Ⅰ.工厂负荷数据：工厂多数车间为三班制，年最大负荷利用小时数4800小时。工厂负荷统计资料见表1(本表数据为设计方案分配表第九组数据）。三年后负荷可能会有30%的增长。

某化学纤维厂各车间负荷统计 序号

车间名称

负荷类型 计算负荷 P30(kW) Q30（kVar ） 1 纺炼车间 Ⅱ 如下 如下 2 原液车间 Ⅲ 750～850 480～550 3 酸站车间 Ⅲ 150～180 90～120 4 锅炉房 Ⅱ 200～280 150～200 5 排毒车间 Ⅱ 90～130 50～100 同时系数

0.9

0.95

其中纺炼车间内安装的生产设备有：

序号

车间设备名称

总装机容量pn (kW) kd tan

30

P （kw ）

30Q （kVar ）

1 纺丝机 150～180 0.8 0.78 120-144 117-140.4

2 筒绞机 20～50 0.75 0.75 15-37.5 15-37.5

3 烘干机 70～100 0.75 1.02 52.5-75 71.4-102

4 淋洗机等

600～680 400～450 5 通风机 0200～250 6 行车

100～200

Ⅱ.供电电源请况：区域变电所距离该厂15km ，能提供10kV 和35kV 两个等级的电压供选择，其电源出口处的短路容量分别Smax/10Kv=350MVA,Smax/35Kv=1500MVA ，此处要求另引入10kV 电源作为备用电源，平时不准投入，只在本厂主电源发生故障。

第二章 接入系统设计

一、负荷分级及供电要求

Ⅰ.负荷分级

电力负荷应根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。

1.一级负荷

a.中断供电将造成人身伤亡者。

b.中断供电将造成重大政治影响者。

c.中断供电将造成重大经济损失者。

d.中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。 (1).一级负荷中特别重要的负荷是指：

a. 中断供电将发生中毒，爆炸和火灾等情况的负荷；

b.特别重要场所的不允许中断供电的负荷；

c.如正常电源中断时，必须设有处理安全停产所必须的应急照明，通信系统，火灾报警系统，保证安全停产的自动控制装置等。

d.民用建筑中大型金属中心的关键电子计算机系统和防盗报警系统，大型国际比赛场的记分系统及监控系统等。

2.二级负荷

a.中断供电将造成较大政治经济损失的负荷。所谓较大损失指主要设备损坏，大量产品报废，连续生产过程被打乱需要较长时间才能恢复，重点企业大量减产等。

b. 中断供电将影响重要用电单位正常工作的负荷。如交通枢纽，通信枢纽用点单位中的重要电力负荷。

c.中断供电造成大型影剧院，商场等较多人员集中的公共场所秩序混乱的负荷。如商业住宅建筑属于二级负荷。

不属于一级，二级负荷的均属于三级负荷。对一些非连续生产的中小企业，停业仅影响产量或导致少量产品报废的用电设备，以及一般民用建筑的用电负荷等均属于三级负荷。

3.三级负荷

不属于一级，二级负荷的均属于三级负荷。对一些非连续生产的中小企业，停业仅影响产量或导致少量产品报废的用电设备，以及一般民用建筑的用电负荷等均属于三级负荷。

Ⅱ.各级负荷对电源的要求

1.一级负荷

一级负荷应有两个回路（或两个回路以上）的独立电源供电。两路电源应来自不同电源点或同一变电站的不同变压器供电的不同母线段。当其中一个电源发生故障时，另一路电源不受影响，且能承担全部负载。负荷容量较大或有高雅用电设备应采用两路高压电源。如一级容量不大，可从电力系统或邻近单位取得第二低压电源。

2.二级负荷

二级负荷应有两个电源供电，供电变压器也应由两台（两台变压器不一定在同一变电所）。做到当发生贷能力变压器故障或电力线路常见故障时不致中断供电或中断后能迅速恢复。

3.三级负荷

三级负荷对供电电源的要求。对松散级负荷供电无特殊要求。

二、计算厂总降压变负荷

Ⅰ.计算负荷概念

供电系统要能够在正常条件下可靠运行，则其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。通过负荷的统计计算求出的，来选择供电系统中设备。

Ⅱ.用电负荷

所谓电负荷是指用电客户的用电设备在某一时刻实际取用的功率总和。从电力系统来讲，则是指为了满足用户用电所需具备的发电出力。用电负荷是一个不断变动的量，对一个地区而言，负荷变化的特性主要取决于用电行业结构、地域、季节变化、经济发展和生活水平。用电负荷在时间上的不均衡性使得某一时段用电较多，某一时段用电较少，这就形成了

用电高峰负荷与低谷负荷。

Ⅲ.计算负荷目的

计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。

Ⅳ.计算负荷定义

所谓计算负荷，是指与实际用电负荷较接近的假想负荷，按计算负荷选择的电气设备既能满足生产和生活、工作需要又不会使设备选得过大造成浪费和运行不经济。它也是指一组用电负载实际运行时，在线路中形成的或负载自身消耗的最大平均功率。如果某一不变的假想负荷在线路中产生的最大热效应（使导线产生的平均最高温升）相等，则把这一不变的假想负荷叫做该组实际负载的计算负荷。

所谓负荷计算，是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。负荷计算与计算负荷，是两个不同的概念，不可混淆。

在现行的设计规范中，负荷计算的内容不仅包括确定计算负荷，还包括确定尖峰电流和确定一极、二级负荷的容量已及季节性负荷的容量。

Ⅴ.计算负荷方法

目前负荷计算常用需要系数法、二项式法、和利用系数法,前二种方法在国内设计单位的使用最为普遍。此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和ABC法等. 常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时，应将性质相同的用电设备

K，然后按照表一给出的公划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需用系数

x

式求出该组用电设备的计算负荷。

此设计采用的是需用系数法来对电力负荷计算的。

因为，需用系数是用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。采用利用系数法求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，计算过程十分繁琐。而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑；单位产品耗电量法主要适用于某些工业。

需要系数法，是把用电设备的总设备容量乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷的一种简便方法。需要系数法主要用于工程初步设计及施工图设计阶段，对变电所母线、干线进行负荷计算。当用电设备台数较多，各种设备容量相差不悬殊时，其供电线路的负荷计算也采用需要技术法。

需要技术时一个综合性系数，它是指用电设备组投入运行时，从供电网络实际取用的功率与用电设备组的设备功率之比。需要系数与用电设备组的运行规律、负荷率、运行效率、线路的供电效率等因数有关，工程上很难准确确定，只能靠测量确定。

一般工业与民用建筑中的用电负荷主要有单位负荷（如照明负荷）以及三相负荷（如动力负荷），其供电系统一般分为照明支路及动力支路进行供电。

照明支路主要供照明灯具、一般单相插座以及其他额定电压为220V的电气设备。器特点为用电负荷的额定电压均为单相220V求分布在A、B、C三相。这类负荷也叫做相负荷。

动力支路主要供电梯、水泵、服务行业的厨房饮食设备、电热开水器、工业生产中的各

380V的三相用电器等用电。器特点为用电负荷的额定电压种加工设备以及其他额定电压为

均为380V 且都是三相对称负荷

在工业生产中还有一些额定电压为380V 的单项负荷，接在两条相线之间，我们称之为间负荷，线间负荷可用照明支路供电，也可用动力支路供电。

各种负荷的供电线路组成如图所示，如果从供电形式的角度来讲：负荷计算可以分为单相和三相用电设备的负荷计算两种形式。从供电系统中所在的位置角度来讲：负荷计算可分为一组用电设备、多组用电设备的负荷计算。但无论是那种形式，用需要系数法确定计算负荷都有如表2的通用公式：

表2：公式表

名称

公式

备注

用电设备组的容量

∑=P

P n

e

P

n

—设备的额定容量

K

∑

－设备组的同时系数

K

L

－设备组的负荷系数

η

e

－设备组的平均效率

η

wl

－配电线路

的平均效率

?tan －对应用电设备组?cos 的正切值

?cos －用电设备组的平均功率因数

U

N

－用电设备

组的额定电压

以上参数由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取。

用电设备组有功计算负荷

p

K K P e

wl

e

L

η

η∑

=

30

需要系数

P

P K e

d

del 30 ()ηηwl

e

L

d

K K K

?=∑

P K P e d =∴30

无功计算负荷 ?tan 3030

P Q

=

视在计算负荷

?

cos 30

30

P

S =

计算电流

(

)

U S I N

?=330

30

有功负荷的同时系数 90.0~80.0=∑K

p

无功负荷的同时系数 95.0~85.0=∑K

q

总的有功计算负荷 ∑∑=P K P i p ,3030

'

总的无功计算负荷

∑∑=Q

K Q i q ,3030

'

总的视在计算负荷 ''2

30

2

3030Q P S +=

Ⅵ.负荷系数

所谓负荷系数是指实际计算负荷容量与额定负荷容量的比值，应用负荷系数是为了更真

实地统计实际的直流负荷，进而更确切地计算设备的容量。机械工业需要系数见表3。

表3：机械工业需要系数表

k cos?tan?用电设备组名称d

0.14~0.160.5 1.73

一般工作制的小批生产金属冷加工机

床

大批生产金属冷加工机床0.18~0.20.5 1.73 小批生产金属热加工机床0.2~0.250.55~0.6 1.51~1.33大批生产金属热加工机床0.27 0.65 1.17 生产用通风机0.7~0.750.8~0.850.75~0.62卫生用通风机0.65~0.70.8 0.75 泵、空气压缩机0.5~0.60.8 0.75

0.65~0.70.75 0.88

不联锁运行的提升机，皮带运输等连

续运输机械

带联锁的运输机械0.65 0.75 0.88 ε=25%的吊车及电动葫芦0.14~0.20.5 1.73 铸铁及铸钢车间起重机0.25~0.350.5 1.73 轧钢及锐锭车间起重机0.65~0.70.5 1.73

0.05~0.150.5 1.73

锅炉房、修理、金工、装配车间起重

机

加热器、干燥箱0.8 0.95~10~0.33高频感应电炉0.7~0.80.65 1.17 低频感应电炉0.8 0.35 2.67 电阻炉0.65 0.8 0.75 电炉变压器0.35 0.35 2.67 自动弧焊变压器0.5 0.5 1.73 点焊机、缝焊机0.35~0.60.6 1.33 对焊机、铆钉加热器0.35 0.7 1.02 单头焊接变压器0.35 0.35 2.67 多头焊接变压器0.4 0. 5 1.73 点焊机0.1~0.150.5 1.73 高频电阻炉0.5~0.70.7 1.02 自动装料电阻炉0.7~0.80.98 0.2 非自动装料电阻炉0.6~0.70.98 0.2 三、设备容量的确定

由于各用电设备的额定工作制不同，在确定计算负荷时，不可以将其额定功率直接相加，

应将额定功率换算为统一的设备功率。

Ⅰ.对于一般长期连续运行工作制和短时工作制的用电设备，包括一般电动机组和电热

设备等，其铭牌上的额定功率（额定容量）就等于设备功率。

()e N P P kw =

式中e P ——设备功率，kw ；

N P ——用电设备铭牌上的额定功率，kw 。

Ⅱ.对于断续或反复短时工作的用电设备，如吊车用电动机，电焊用变压器等，它们的设备功率时将其铭牌上标称下某一分与合持续率时的额定功率统一换算到一个新规定负荷持续率下的额定功率。

负荷持续率()ε优势也称负载持续率或赞载率，是用电设备在一个工作周期内工作时间和工作周期的百分比值，用ε表示：

0/100%/()100%t T t t t ε=?=+?

式中 T ——工作周期；

t ——工作周期内的工作时间； 0t ——工作周期内的停歇时间。

Ⅲ.对于电焊机及各类电焊装置的设备功率，是指将额定功率换算到负荷持续率为100%时的有功功率。当ε不等100%时，用下式换算：

100/cos e N n n P S εε?=?

式中 e P ——换算到100%ε=时的设备功率，kw ；

N ε——换算前铭牌上的负荷持续率，

应和N P 、n S 、cos N ?相对应（计算中用小数值）； N P 、n S 、cos N ?——分别为换算前与N ε对应的铭牌上的额定有功功率()kw 、额定

视在功率()kw ，额定功率因数；

100ε——其值为100%的负荷持续率（计算用1.00）。

Ⅳ.对于断续或短时工作制电动机的设备功率，是指将额定功率换算到负载持续率为

25%时的有功功率。当ε不等于25%时，用如下公式换算：

()25/2e N N N P P kw εεε?==?

式中 e P ——换算到25%ε=时的设备功率，kw ；

N P 、N ε——分别为对应换算前电动机铭牌标称的额定功率，kw ；额定负荷持续率（计算时用小数值）；

25ε——换算到25%ε=时的负荷持续率（计算时用小数值）。

四、设备的功率因素

建筑供电系统中的变配电设备及建筑物内的用电设备，如电力变压器、电抗器、电动机、日光灯、电焊机、高频炉等大部分都为电感性负载，其功率因数较低，工作时需要较大的无功功率，在线路中生产较大的无功电流，不利于供电系统的高效率运行，因此，在设计建筑供电系统时，要根据实际情况进行合理的无功补偿，提高供电系统的功率因数。

按照我国供电部门的规定，高压供电的用户必须保证功率因数在9.0以上，低压供电的用户必须在85.0以上。为了使用户注意提高功率因数，供电部门还对大宗用电单位实行按户月平均功率因数调整电费的办法。调整功率因数标准一般为85.0，大于85.0时给以奖励，低于85.0时便要增收电费甚至罚款，功率因数很低时供电部门要停止供电。

2.提高功率因数，可以减少线路上电压降，提高末端电压，有利于用电提高供电可靠性。可减少对供配电设施的投资，增加供配电系统的功率储备，使用户获得直接的经济利益。在同样的有功功率下，功率因数提高，负荷电流就减少，而向符合传输功率所经过的变压器、开关、导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要，亦即可以增大原有设备的供电能力。对尚处于设计阶段的新建筑来说，提高功率因数则能降低配电设备的设备容量，从而减少投资费用。

3.充分发挥电源设备潜力。

Ⅲ.提高功率因数方法

1.通过适当措施提高自然功率因数。据统计，在建筑供电系统的总无功功率中，电动机和变压器约占80%左右，其余则消耗在输电线路及其他感应设备中，因此，提高自然功率因数可以通过合理选择感应电动机的容量、使用中减少感应电动机的空载运行、条件许可时尽量使用同步电动机、以最佳负荷率选择变压器等方法达到目的。

2.并联同步调相机。同步调相机是一种专用于补偿无功功率的同步电动机，通过调节同步调相机的励磁电流可补偿供电系统的无功功率，从而提高系统的功率因数。同步调相机输出无功功率为无极调节方式，调节的范围较大，并且在端电压下降10%以内时，无功输出基本不变，当端电压下降10%以上时，可强行励磁增加无功输出。但是，同步调相机补偿单位无功功率造价高。每输出1var

k的无功功率要损耗0.5%~3%的有功功率，基建安装要求高、不易扩建、运行维护复杂，所以一般用于电力系统中的枢纽变电站及地区降压变电站。

3.并联适当的静电电容器。我们知道，

电感性负载并联适当的电容器可以提高功率因数，所以在建筑供电系统中，同样可以并联适当的静电电容器以提高系统的功率因数。并联电容安装简单、

容易扩建、运行维护方便，补偿单位无功功率的造价低、有功损耗小（小于0.3%），因此广泛用于工厂企业及民用建筑供电系统中。

无功补偿使用专用的电力电容器，其规格品种很多，按安装方式分为户内式和户外式，按相数分为单相和三相，按额定电压分为高压和低压电容器等等。

五、动力支路负荷计算

在采用需要系数法进行动力支路负荷计算时，应将计算范围内的用电设备分组，分别进行各个组内的负荷计算并将计算结果相加得到总的计算负荷，然后根据用电设备的台数和容量的大小以及用电设备的性质乘以一个同时系数，得到计算结果。

每个组内的负荷计算可以采用通用计算公式进行，动力支路的负荷计算采用下式进行：

c p K

d e

P K P

∑?

=?

∑

tan

c q K

d e

Q K P?

∑?

=∑

22

c c c

S P Q

=+

/(3)

c c N

I S U

=?

式中c

P——支路上有功计算负荷，kw；

c

Q——支路上无功计算负荷，var

k；

c

S——支路上视在计算负荷，kVA；

p

K∑、q

K∑——分别为支路上有功同时系数，无功同时系数；

c I——支路上计算电流；

N U ——支路的额定电压。

在使用上述公式时要注意：

1.分组的原则：用电设备的性质相同、功率因数相同、需要系数相同的分一组。

2.有功、无功同时系数的概念和数值是不同的，通常对于同一组用电设备组无功同时系数的值比有功同时系数要大。通常情况下有功同时系数的范围(0.8~0.97)、无功同时系数

范围(0.8~1.0)。 六、各车间的负荷计算

Ⅰ.各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法） 1.纺练车间

单台机械负荷计算 a.纺丝机

已知：180e P kw =，0.80d K =，tan 0.78?=。 故：

()

1800.80144e d P P K kw ==?= ()

tan 1440.78112.3var Q P k ?==?=、

b.筒丝机

已知：50e P kw =，0.75d K =，tan 0.75?=。 故：

()

500.7537.5e d P P K kw ==?= ()

tan 37.50.7528.1var Q P k ?==?=

c.烘干机

已知：100e P kw =，0.75d K =，tan 1.02?=。 故：

()

1000.7575e d P P K kw ==?= ()

tan 75 1.0276.5var Q P k ?==?=

e.通风机

已知：250e P kw =，0.70d K =，tan 0.75?=。 故：

()

2500.70175e d P P K kw ==?= ()

tan 1750.75131.3var Q P k ?==?=

f.淋洗机

已知：900e P kw =，0.75d K =，tan 0.5?=。

故：

()

9000.75680e d P P K kw ==?=

()

tan 6800.5340var Q P k ?==?=

h.传送机

已知：200e P kw =，0.80d K =，tan 0.70?=。 故：

()

2000.80160e d P P K kw ==?= ()

tan 1600.70112var Q P k ?==?=

纺练车间单台机械负荷统计见表4。

表4：纺练车间负荷统计列表

序号

车间设备名称

安装容

()kw

d K

tan ?

计算负荷

()

P kw

()

var Q k

1 纺丝机 180 0.8 0.78 144

112.3 2 筒绞机 50 0.75 0.75 37.5 28.1 3 烘干机 100 0.75 1.02 75

76.5

4 通风机 250 0.7 0.7

5 175 131.3 5 淋洗机 900 0.75 0.78 680 340

6 传送机 200 0.8

0.7

160 112 9

小计

1680

1271.5

800.2

2.车间计算负荷统计(计及同时系数） 取同时系数：0.9P K ∑=，0.95Q K ∑=

()

0.91271.51144.4P P K P kw ∑==?=∑ ()

0.95800.2760.2var Q Q K Q k ∑==?=∑

()

22221144.4760.21373.9S P Q kVA =+=+=

计算全厂的计算负荷时，总的计算负荷要小于每个用电负荷加起来的和，我们在通常情况下取的全部用电负荷之和的95%。

因为在一定的情况下是不可能发生所有的用电设备同时工作的情况,，如果按照全部用电设备的用电负荷之和来计算全厂计算负荷的话，势必会造成,经济不运行和浪费等,情况,也就是我们常说的大马拉小车。

取全部用电负荷之和的90%，这样在一定程度上就避免了大马拉小车情况的发生,提高了运行效率,符合了经济生产、生活的需要。

因此，本次课程设计中的全厂计算负荷就为各个设备计算负荷之和的95%即：

全厂计算负荷=0.90(纺练车间计算负荷+原液车间计算负荷+酸站照明计算负荷+锅炉房照明计算负荷+ 排度车间计算负荷+其他车间计算负荷)

()30300.9(1271850180280130)2440.4P P kw ==?++++=∑()30300.95(1057550120200100)1926var Q Q k ==?++++=∑

()

22222206.261700.963108.9S P Q kVA =+=+=

()3108.9

51.33335S I A U =

==??

考虑三年后负荷可能会有30%的增长，全厂计算负荷

()

319261.32503.82503.8var Q k =?=

()2222332435.8918783075.83S P Q kVA =+=+=

第三章 车间供电系统设计

二、车间变电所位置的确定

根据地理位置及各车间计算负荷大小，决定设立3个车间变电所，各自供电范围如下： 变电所Ⅰ：纺炼车间、锅炉房。 变电所Ⅱ：原液车间。

变电所Ⅲ：排毒车间、其他车间、酸站。 全厂供电平面图见下图1 、变压器容量的确定

Ⅰ

Ⅱ.各车间变压器台数及容量选择 1.变压所I 变压器及容量选择

a.变压所I 的供电负荷统计。取同时系数：0.9P K ∑=，0.95Q K ∑=

()()()

0.91100.16P

P K kw ∑==?=∑纺

锅Ｐ

＋Ｐ982.4+240 ()()()

0.95956.34var Q

Q K k ∑==?=∑纺

锅Q

＋Q 826.67+180

b.变压所I 得的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。

无功补偿试取：450var C Q k =

补偿以后：956.34450506.34var Q k =-=

()

()

2

2

2

2

1100.16

cos 0.910.9

1100.16956.34450c

P

P

Q Q ?=

=

=>+-+-∑∑

()32440.4 1.303172.5P kw =?=

()()

2

2

1211.09c P Q Q kVA =

+-=∑∑ⅠS

c.变电所I 的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：

()

10.70.71211.09847.76NT S S kVA ==?=

查《课程设计一毕业设计指导教程》附表3-2：选择变压器型号7SL 系列，额定容量为

1000kVA ，两台。

查表得出变压器的各项参数： 空载损耗 1.8o P kW ?=； 负载损耗11.6k P kW ?=； 阻抗电压% 4.5k U =； 空载电流% 1.1o I =。 d.计算每台变压器的功率损耗(

)

1n =。

()11

1211.09605.5522S S kVA =

=?=Ⅰ

()2

2

1605.551.811.6 6.051000T o k N S P nP P kW S n ?? ? ??????=+?=+?= ??? ()2

2

%1%605.55114527.5var 1001001000o k T N N I U S Q n S k S n ?? ? ??????=+=+?= ???

也可用简化经验公式：

()0.0150.015605.559.08T P S kW ?≈=?=()

0.060.06605.5536.33var T Q S k ?≈=?=

2.变压所Ⅱ变压器台数及容量选择 a.变压所Ⅱ的供电负荷统计。

780P kW =

546var Q k =

b.变压所Ⅱ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。 无功补偿试取：200var C Q k =

补偿以后：546200346var Q k =-=

()

()

2

2

2

2

780cos 0.910.9

780546200c

P

P Q Q ?=

=

=>+-+-∑∑

()()

2

2

853.3c P Q Q kVA =

+-=∑∑ⅠS

c.变电所Ⅱ的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：

()

0.70.7597.31Ng S S kVA ==?=ⅡⅡ853.3

查《课程设计一毕业设计指导教程》附表3-2：选择变压器型号7SL 系列，额定容量为

630kVA ，两台。

查表得出变压器的各项参数： 空载损耗 1.3o P kW ?=； 负载损耗8.1k P kW ?=； 阻抗电压% 4.5k U =； 空载电流%2o I =。

3.变压所Ⅲ变压器台数及容量选择

a.变压所Ⅲ的供电负荷统计。

()

P 169+112+168=449P

P P kW =++=∑酸

排其

()

Q Q +Q +Q =118.3+67.2+126=311.5var k =∑酸

排其

b.变压所I 的供电负荷统计。取同时系数：0.9P K ∑=，0.95Q K ∑=

()

0.9404.1P P K P kw ∑==?=∑∑Ⅲ

449

()

0.95295.93var Q Q

K Q k ∑==?=∑∑Ⅲ

311.5

c.变压所Ⅲ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。 无功补偿试取：150var C Q k =

补偿以后：295.93150145.93var Q k =-=

()

()

2

2

2

2

404.1

cos 0.940.9

404.1295.93150c

P

P Q Q ?=

=

=>+-+-∑∑

()()

2

2

429.64c P Q Q kVA =

+-=∑∑ⅠS

变电所Ⅱ的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：

()

0.70.7300.75Ng S S kVA ==?=ⅢⅢ429.64

查《课程设计一毕业设计指导教程》附表3-2：选择变压器型号7SL 系列，额定容量为

315kVA ，两台。

查表得出变压器的各项参数： 空载损耗0.76o P kW ?=； 负载损耗 4.8k P kW ?=； 阻抗电压%4k U =； 空载电流% 2.3o I =。

()

''2'222395.05198.71442.21S P Q kVA =+=+=

()

'442.21

25.53310310S I A ===??

根据地理位置图及比例尺，得到此线路长度为0.32l km =。

第六章 主接线设计

电力系统是由发电厂、变电站、线路和用户组成。变电站是联系发电厂和用户的

中间环节，起着变换和分配电能的作用。为满足生产需要，变电站中安装有各种电气设备，并依照相应的技术要求连接起来。把变压器、断路器等按预期生产流程连成的电路，称为电气主接线。电气主接线是由高压电器通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。用规定的设备文字和图形符号并按工作顺序排列，详细地表示电气设备或成套装置的全部基本组成和连接关系的单线接线图，称为主接线电路图。 一、 主接线的设计原则和要求

主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须

在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。

Ⅰ. 电气主接线的设计原则

电气主接线的基本原则是以设计任务书为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。

Ⅱ. 设计主接线的基本要求

在设计电气主接线时，应使其满足供电可靠，运行灵活和经济等项基本要求。

1.可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：

2.通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：

a.断路器检修时，能否不影响供电。

b.线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

3.变电站全部停运的可能性。

a.灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。

①调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

②检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。

③扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。

b.经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。

二、主接线的设计步骤

Ⅰ.电气主接线的具体设计步骤如下：

1.分析原始资料

2.拟定主接线方案

根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同，会出现多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理、经济可行的主接线

方案。

3.短路电流计算

对拟定的主接线，为了选择合理的电器，需进行短路电流计算。

4.主要电器选择

包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。

5.绘制电气主接线图

将最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图。

三、基本接线型式

Ⅰ.单母线接线

a.优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。

b.缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段。但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用

隔离开关将故障的母线段分开后，方能恢复非故障段的供电。

c.适用范围：6~10kV配电装置出线回路数不超过5 回；35~63kV配电装置出线回路数不超过3 回；110~220kV配电装置的出线回路数不超过两回。

Ⅱ.单母线分段接线

a.优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段短路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不使重要用户停电。

b.缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需两个方向均衡扩建。

c.适用范围：6~10kV配电装置出线回路数为6 回及以上时；35~63kV配电装置出

线回路数为4~8回时；110~220kV V配电装置的出线回路数为3~4回时。

Ⅳ.双母线分段接线：

当220kV进出线回路数甚多时，双母线需要分段。

a.分段原则：

①当进出线回路数为10~14回时，在一组母线上用断路器分段；

②当进出线回路数为15 回及以上时，两组母线均用断路器分段；

③在双母线分段接线中，均装设两台母联兼旁路断路器；

④为了限制220kV母线短路电流或系统解裂运行的要求，可根据需要将母线分段；变压器-线路单元接线：

b.优点：接线最简单，设备最少，不需要高压配电装置。

c.缺点：线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时线路停运3 适用范围：只有一台变压器和一回线路时；当发电厂内不设高压配电装置，直接将电能输送至枢纽变电所时。

Ⅴ.桥形接线：

两回变压器-线路单元接线相连，接成桥形接线。分为内桥和外桥两种接线，是长期开环运行的四角形接线

a.内桥形接线

①优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器；

②缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运；桥联断路器检修时，两个回路须解裂运行；出线断路器检修时，线路需长时期停运，为避免此缺点，可加装正常断开运行的跨条，为了轮流停电检修任何一组隔离开关，在跨条上需加装两组隔离开关，桥联断路器检修时，也可利用此跨条；

③适用范围：适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高的情况。

b.外桥形接线

①优点：同内桥形接线；

②缺点:线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运；桥

联断路器检修时，两个回路须解裂运行；变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。为避免此缺点，可加装正常断开运行的跨条。桥联断路器检修时，也可利用此跨条；3﹑适用范围：适用于较小容量的发电厂或变电所，并且变压器的切换较为繁或线路较短，故障率较少的情况。此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线；

总结：对比两种接线方式，从可靠性、灵活性、经济性以及可扩建性等几方面考虑，我认为单母线分段接线方式较适合本设计要求，故高、中、低压三侧均采用单母线分段接线方式。

第七章 短路电流计算

一、短路的种类及产生短路的原因

1.短路：供电系统中不等电位的点没有经过用电器而直接相连通。

2.类型：三相、两相、两相接地、单相、单相接地。 分对称性短路和非对称性短路。 对称短路：a b c Z Z Z ==、a b c U U U ==、a b c I I I ==

最关键的两个短路电流：最大短路电流---选择设备、导线，最小短路电流---继电保护装置校验

短路的电压与电流的相位差较正常时增大，接近于90度。 单相短路只发生在中性点直接接地系统或三相四线制系统中。 其他：层间、层间短路。主要指电动机、变压器和线圈等。

Ⅲ.造成短路原因：绝缘损坏、设备老化、使用不当、外力作用、误操作、鸟兽触及等。 Ⅷ.短路电流的计算见表7。

表7:公式及参数列表 参数名称

有名值 标幺值

说明

功率

S

d S S S =*

一般取Sd=100MVA

电压 U d U U U =*

一般取Ud=Uev

电流 I

d

I I I =

* d

d d U 3S I =

电抗 X

d X X X =

*=2d

d

U XS *X 是以Sd 为基准容

量的标幺值

变压器电抗

N

2N

K T 100S U %U X =

N d k T 100S S %U X =*

线路电抗

L X X 1L =

2

d

d

1L U LS X X =

* 1X 为线路每公里电

抗值

电抗器电抗

N N R R I 3

100U %X X =

2

d

N d

N R R U I S 3U 100%X X =

*

R X %为电抗器铭牌

上数值

系统等值电抗

K

2

N S S U X =

N

K d

K d S U I 3S S S X ==

*K S （MVA ）

K I （KA ）

K S 为某点短路容

量，k I 为该点的三相短路电流

电动机电抗

N

2N

K ''M

S U 100%U X

=

N

ST d

''M S K S X =

ST K 为启动电流倍

数

按无穷大系统供电计算短路电流。短路计算电路图见图2 。为简单起见，标幺值符号*全去掉。

1.工厂总降压变35kV 母线短路电流（短路点①) a.确定标幺值基准：100d S MVA =，37av U kV =

()100

1.563337d d av S I kA U =

==??

b.计算各主要元件的电抗标幺值： 系统电抗（取短路器400oc S MVA =）

11000.25400d oc S X S =

==

35kV 线路电抗

(

)35LGJ -

()

0.43/x km =Ω

22100

0.43190.637X =??

=

c.求三相短路电流和短路容量：

①总电抗标幺值：

1

0.250.60.55

2X ∑=+?=

②三相短路电流周期分量有效值：

()()3 1.56 2.840.55d k I I kA X ∑=

==

③其他三相短路电流电流值：

()()()()

333" 2.84k I I I kA ∞===

()

()

()

33

"2.55 2.55 2.847.24sh i I kA ==?=

()()

()

33

"1.1 1.52 2.84 4.32sh I I kA ==?=

④三相短路容量：

()()3100

181.820.55d k S S MVA X ∑=

==

2.10kV 母线短路电流（短路点②)

a.确定标幺值基准：100d S MVA =，10.5av U kV =

()22100

5.53310.5d d d S I kA U =

==??

b.计算各主要元件的电抗标幺值：

①系统电抗

1100

0.25400d oc S X S =

==

②35kV 线路电抗

()35LGJ -

()

0.43/x km =Ω

22100

0.43190.637X =??

=

③35/11kV kV 电力变压器电抗

()% 6.5k U =

3

3% 6.510010 3.25

1001002000k d N U S X S ???===?

c.求三相短路电流和短路容量： ①总电抗标幺值：

2310.6 3.25

0.25 2.1822X X X X ∑++=+

=+=

②求三相短路电流周期分量有效值：

()()3 5.5

2.522.18d k I I kA X ∑=

==

③其他三相短路电流电流值：

()()()()

333" 2.52k I I I kA ∞===

()

()

()33

"2.55 2.55 2.52 6.43sh i I kA ==?=

()()

()

33

"1.1 1.52 2.52 3.83sh I I kA ==?=

④三相短路容量：

()()3100

26.113.83d k S S MVA X ∑=

==

3.0.4kV 母线短路电流（短路点③)

a.确定标幺值基准：100d S MVA =，0.4av U kV =

()23100

144.34330.4d d d S I kA U =

==??

b.计算各主要元件的电抗标幺值：

①系统电抗

1100

0.25400d oc S X S =

==

②35kV 线路电抗

()35LGJ -

()

0.43/x km =Ω

22100

0.43190.637X =??

=

③35/11kV kV 电力变压器电抗

()% 6.5k U =

3

3% 6.51001016.25

100100400k d N U S X S ???===?

④10kV 厂内架空线路电抗（给变电所Ⅰ供电）： 因这段10kV

架空线路很短，0l

≈，电抗可不计。

4

0X =

⑤10/0.4kV 电力变压器（1000kVA 变压器% 4.5k U =）：

3

5% 4.510010 4.5

1001001000k d N U S X S ???===?

c.求三相短路电流和短路容量：

①总电抗标幺值：

0.616.250 4.5

0.2510.9322X ∑++==+

+=

②求三相短路电流周期分量有效值：

()()3144.34

13.2110.93d k I I kA X ∑=

==

③其他三相短路电流电流值：

()()()()

333"13.21k I I I kA ∞===

()()

()

33

"2.55 2.5513.2133.69sh i I kA ==?=

()()

()

3

3"1.1 1.5213.2120.08sh I I

kA ==?=

④三相短路容量：

()()31007.5713.21d k S S MVA X ∑=

==

三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总如表8所示。

表8：三相短路电流计算列表

短路点计算

三相短路电流

三相短路容量 ()

3k S

()

3k I

()

3k I

()3I ∞

()3sh

i

()3sh

I ①点35kV 2.84 2.84 2.84 7.42 4.32 181.82 ②点10kV 0.63 0.63 0.63 1.61 0.96 158.7 ③点0.4kV

13.21

13.21

13.21

33.69

20.08

7.57

第八章 电气设备选择

一、电气设备选择的一般条件

不同类别的电气设备承担的任务和工作条件各不相同，因此它们的具体选择方法也不相同。但是，为了保证工作的可靠性及安全性，在选择它们时的基本要求是相同的，即按正常工作条件选择，按短路条件进行校验。对于断路器、熔断器等，特别要校验其开断短路电流的能力。

2.按正常工作电压选择设备额定电压

所选电气设备的最高允许电压，必须高于或等于所在电网的最高运行电压。

设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压的1.1 1.15

:倍，而电网实际的最高工作电压也在此范围，故选择时只要满足下式即可：

N NS U U ≥

式中NS U —设备所在电网的额定电压， kV ；

N U —设备的额定电压，kV 。

Ⅱ.按工作电流选择设备额定电流

所选设备的额定电流，应大于或等于所在回路的最大长期工作电流：

N NS I I ≥

应当注意，有关守册中给出的各种电器的额定电流，均是按标准环境条件确定的。当设备实际使用环境条件不同时，应对其额定电流进行修正。

各种回路最大长期工作电流m I ax 的计算方法如下。