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XX厂供配电系统设计
摘要：
电能是现代工业生产的主要能源和动力；电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化；电能在工业生产中的重要性，在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。因此，所以工厂企业供配电的电路设计要联系到各个方面，负荷计算及无功补偿，变压器的型号、容量和数量的分配；短路的计算、设备的选择、线路的分配和设计等方面进行设计分析，把最好的供配电设计应用到现实生产中来，为经济的发展做出最好的服务。
关键词：配电所 电力负荷 功率补偿 短路电流
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目 录
1 工厂供电概述 ........................................................................................................... 3 1.1 工厂供电的意义和要求 ............................................................................................ 3 1.2 设计内容及步骤 ..................................................................................................... 4 2 负荷计算及功率补偿 .................................................................................................. 6 2.1 负荷计算的内容和目的 ............................................................................................ 6 2.2 负荷计算的方法 ..................................................................................................... 6 2.3 功率补偿 ............................................................................................................... 8 3 变配电所选型及总体布置 .......................................................................................... 10 3.1 变配电所位置的选择 ............................................................................................. 10 3.2 变电所总体布置要求 ............................................................................................. 10 4 变压器、主接线方案的选择 ....................................................................................... 12 4.1 主变压器台数的选择 ............................................................................................. 12 4.2 变电所主变压器容量的选择 .................................................................................... 13 4.3 变电所主变压器型式、主接线的选择 ........................................................................ 13 4.4 主接线方案选择 ................................................................................................... 15 5 电力线路接线及敷设方式 .......................................................................................... 17 5.1 电力线路的接线方式 ............................................................................................. 17 5.2 线路敷设 ............................................................................................................. 18 6 短路计算 ............................................................................................................... 20 6.1 短路电流计算的目的及方法 .................................................................................... 20 6.2 短路电流计算 ...................................................................................................... 20 7 主要电气设备选择 ................................................................................................... 25 7.1 电气设备选择的条件 ............................................................................................. 25 7.2 高压设备的选择要求 ............................................................................................. 26 7.3 配电所高压开关柜的选择 ....................................................................................... 26 8 电测量仪表与绝缘监视装置 ....................................................................................... 26 8.1 电测量仪表.......................................................................................................... 27 8.2 绝缘监视装置 ...................................................................................................... 27 9 防雷与接地 ............................................................................................................ 28 10 供电系统电气原理图及说明 ..................................................................................... 29 11谢辞 .................................................................................................................... 31 12 参考文献 ............................................................................................................. 32
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1 工厂供电概述
1.1 工厂供电的意义和要求
电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。
因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
1、安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故； 2、可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求； 3、优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求；
4、经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
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此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
1.2 设计内容及步骤
全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，接合国家供电情况，解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题，以电子厂为例，其基本内容有以下几方面。 1.2.1 负荷计算
全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。 1.2.2 工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择
参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，接合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。 1.2.3 工厂总降压变电所主接线设计
根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济、安装容易、维修方便。 1.2.4 厂区高压配电系统设计
根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考
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负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置方案，由不同方案的可靠性、电压损失、基建投资、年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路接构与敷设方式设计。 用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位。
1.2.5工厂供、配电系统短路电流计算
工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。 1.2.6 改善功率因数装置设计
按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或产品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。 1.2.7 变电所高、低压侧设备选择
参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、开关柜等设备。 1.2.8 变电所防雷装置设计
参考本地区气象地质材料，设计防雷接地装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。对接地和接地体做具体的理解。
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2 负荷计算及功率补偿
2.1 负荷计算的内容 2.1.1 计算负荷
计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 2.1.2 平均负荷
平均负荷指一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。
2.2 负荷计算的方法
负荷计算的方法有需要系数法、二项式等几种。本设计由于设备台数比较多，而单台设备容量相差不大所以采用需要系数法确定。 主要计算公式有： 有功功率：P30 = Pe〃Kd 无功功率: Q30 = P30 〃tgφ 视在功率: S30 = P30/Cosφ 计算电流: I30 = S30/UN
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下表是该电子厂的各个车间负荷的情况：
2.2.1 全厂负荷计算
取K∑p = 0.95; K∑q = 0.97
根据上表可算出：∑P30i = 7485.7kW; ∑Q30i = 4798kvar 则 P30 = K∑P∑P30i = 0.95×7485.7kW = 7111kW Q30 = K∑q∑Q30i = 0.97×4798.4kvar = 4654kvar
S30
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I30 = S30/UN ≈140 A
Cosφ= P30/S30 = 7111/8499≈0.84 2.3 功率补偿
工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等 感性负荷，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。如在充分发 挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达 不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。
上图表示功率因数提高与无功功率和视在功率变化的关系。假设功率因数有cos提高到cos′，这时在用户需用的有功功率P30不变的条件下，无功功率将由Q30减小到Q30′，视在功率将由S30减小到S30′。相应地负荷电流I30也得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。
由上图可知，要使功率因数由cos提高到cos′，必须装设无功补偿装置（并联电容器），其容量为：
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QcQ30Q30P30(tantan)
Qcqcp30Qc
在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电容器的单个容量qc来确定电容器的个数，即：
n
Qc
qc
由于本设计中要求Cosφ≥0.9,而由上面计算可知Cosφ=0.84
Qc = 7111×（tanarcCos0.84－tanarcCos0.95）Kvar=2275Kvar 取Qc=2300 Kvar
因此，其电容器的个数为： n = Qc/qC = 2300/150 =15 而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取15个正好。 无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为： S30（2
变压器的功率损耗为：
△QT = 0.06 S30′= 0.06 * 7538= 452Kvar △PT = 0.015 S30′= 0.015 * 7538= 113 Kw 变电所高压侧计算负荷为： P30′= 7111+ 113 = 7224 Kw
Q30′= (4798-2300)+ 452= 2950 Kvar S30
′ =
9
无功率补偿后，工厂的功率因数为：
Cosφ′= P30′/ S30′=7224/7803= 0.9
则工厂的功率因数为：cosφ′= P30′/S30′= 0.9≥0.9因此，符合本设计的要求。
3 变配电所选型及总体布置
3.1 变配电所位置的选择
变配电所所址选择的一般原则:
1、尽量靠近负荷中心；
2、尽量靠近电源侧；
3、进出线方便；
4、尽量避开污染源，或者在污染源上方口；
5、尽量避开振动、潮湿、高温及有易燃易爆物品的场所；
6、设备运输方便；
7、有扩建和发展的余地；
8、高压配电所与邻近车间的变电所合建。
3.2 变电所总体布置要求
3.2.1 便于运行维护和检修
有人值班的的变配电所，一般应设置值班室。值班室应靠近高低压配电室，而且有门直通。如值班室靠近高压配电室有困难时，则值班室可经走廊与高压配电室相通。
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值班室也可以与低压配电室合并，但在放置值班工作桌的一面或一端，低压配电装置到墙的距离不应小于3m。
主变压器应靠近交通运输方便的马路侧。条件许可的，可单设工具材料室或维修间。
昼夜值班室的变配电所应设休息室。有人值班的独立变配电所，宜设有厕所和给排水设施。
3.2.2 保证运行安全
值班室内不得有高压设备，值班室的门应朝外开。高压低压配电室的电容室的门应朝值班室开或朝外开。
变压器室的大门应朝马路开，但应避免朝向露天仓库。在炎热地区应避免朝西开门。
变电所宜单层布置。当采用双层布置时，变压器应设在底层。
高压电容器组一般应装设在单独的房间内，但数量较少时，可装设在高压配电室内，低压电容器组可装设在低压配电室内，但数量较多时，宜装设在单独的房间内。
所以带电部分离墙和离地的尺寸以及各室维护操作通道的宽度等，均应符合有关的规程的要求，以确保运行安全。
3.2.3 便于进出线
如果是架空进线，则高压配电室宜位于进线侧。
考虑变压器低压出线通常是采用矩形裸母线，因此变压器的安装位置，即为变压器室，宜靠近低压配电室。
低压配电室宜位于其低压架空出线侧。
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3.2.4 节约土地和建筑费用
值班室可以与低压配电室合并，这时低压配电室面积适当增大，以便安置值班室的桌子或控制台，满足运行值班的要求。
高压开关柜不多于6台时，可与低压配电屏设置在同一房间内，但高压柜与低压屏的间距不得小于2m。不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸电力变压器，可设置在同一房间内。
高压电容器柜数较少时，可装设在高压配电室内。
周围环境正常的变电所，宜采用露天或半露天变电所。
高压配电所应尽量与邻近的车间变电所合建。
3.2.5 适应发展要求
变压器室应考虑到扩建时有更换大一级容量的变压器的可能。高低压配电室内均应留有适当数量开关柜的备用位置。即要考虑到变电所留有扩展的余地，又要不妨碍工厂或车间今后的发展。
4 变压器、主接线方案的选择
4.1 主变压器台数的选择
主变压器台数选择的要求：
1、选择一台：供电计算负荷不大于1250KVA的三级负荷变电所；变电所另有低压联络线，或有其它备用电源，而总计算负荷不大于1250KVA的含有部分一、二级负荷的变电所。
2、选择两台：供含有大量一、二级负荷的变电所；总计算负荷大于1250KVA的三级负荷变电所；季节性负荷变化较大，从技术经济上考虑 12
运行有利的三级负荷变电所。
由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。
4.2 变电所主变压器容量的选择
装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件：
1、任一台单独运行时，ST≥（0.6～0.7）S′30（1）
2、任一台单独运行时，ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）
由于S′30（1）= 8499 KV〃A，因为该厂是二级负荷所以按条件2
选变压器。ST≥（0.6～0.7）×8499=（5099.4～5949.3）KV〃A≥ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）
因此选5000 KV〃A的变压器二台。
4.3 变电所主变压器型式、主接线的选择
4.3.1 变电所主变压器型式的选择
1、油浸式：一般正常环境的变电所；
2、干式：用于防火要求较高或环境潮湿，多尘的场所；
3、密闭式：用于具有化学腐蚀性气体、蒸汽或具有导电、可燃粉尘、纤维会严重影响变压器安全运行场所；
4、防雷式：用于多雷区及土壤电阻率较高的山区；
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5、有载调压式：用于电力系统供电电压偏低或电压波动严重且用电设备对电压质量又要求较高的场所。
由于本设计的变电所为独立式、封闭建筑，故采用油浸式变压器，
4.3.2 变配电所主接线的选择原则
1、当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资；
2、当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线；
3、当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组接线；
4、为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行；
5、接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关；
6、6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关；
7、采用6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关；
8、由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）；
9、变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器；
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10、当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。
4.4 主接线方案选择
对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6—10KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。
总降压变电所主接线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。
主接线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。
1、一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所，这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。
2、 一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所，这种主接线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式接线适用的场合有所不同。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行接线时，也宜于采用这种接线。
3、一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所，这种主接线方式兼有 15
上述两种桥式接线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。
4、 一、二次侧均采用双母线的总降压变电所，采用双母线接线较之采用单母线接线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线接线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用于电力系统的枢纽变电所。
本次设计的电子制造厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较长（2.5km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。采用主接线一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压主接线，如下图所示：
单母线分段接线图 内桥式接线图
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5 电力线路接线及敷设方式
5.1 电力线路的接线方式
工厂的高低压电路的线路基本接线方式有放射式、树干式和环形等基本接线方式。以高压为例。
1、放射式：
高压放射式接线是指工厂变配电所高压母线上引出的一回路，直接向一个车间变电所或高压用电设备供电，这种接线方式简捷，操作维护方便，保护简单，便于实现自动化。但是高压开关设备用的多，投资高，线路故障自检修时，又该线路供电的负荷要停电，为提高可靠性，根据情况可增加备用线路，如图5-1-1为放射式线路供电。
图5-1-1放射式线路
2、树干式
高压树干式接线是指由工厂变配电所高压母线上引出的每路高压配 17
电干线上，沿线分接了几个车间变电所或负荷点的接线方式，这种接线从变配电所引出的线路少，高压开关设备相应用的少。配电干线少可以节约有色金属，但供电可靠性差，干线故障或检修将引起干线上的全部用户停电，为提高供电可靠性同样可以采用增加备用的方法，如图5-1-2为树干式接线图。
图5-1-2树干式接线图
3、放射式
从工厂供电系统而言，高压环式其实就是树干式界限的改进，两路树干式线路连接起来就构成了环式接线。这种接线运行灵活，供电可靠性高。当干线上任何地方发生故障时，只要找出故障段，拉开其两端的隔离开关，把故障段切除后，全部线路可以恢复供电。由于闭环运行时继电保护整定比较复杂，所以运行时均采用开环运行方式。
5.2 线路敷设
5.2.1 架空线路的敷设
工厂架空线路长期漏天运行，受环境和气候影响会发生断线、污染等故障。为确保线路长期安全运行，必须按相关规定敷设并经常性的巡 18
视和检查，以便及时消除设备隐患。
架空线路的敷设以及电杆尺寸应满足下面四个要求：
1.不同电压等级线路的档柜（也成跨柜，即同一线路上相邻两电杆中心线之间的距离）不同。一般380V线路档柜为50～60m，6～10KV线路档距为80～120m。
2.同杆导线的线距与线路电压等级及档距等因数有关。380V线路线距约0.3～0.5m，10V线路线距约0.6～1m。
3.弧垂（架空导线最低点与悬挂点间的垂直距离）要根据档距、导线型号与截面积、导线所受拉力及气温条件等决定。垂弧过大易碰线；过小易造成断线或倒杆。
4.线距（导线最低点到地面或导线任意点到其他目标物的最小垂直距离）需遵循有关手册规定。
5.2.2 电缆线路的敷设
电缆线路与架空线路相比，具有成本高，投资大，维修不便等缺点，但是它具有运行可靠、不易受外界影响、不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻等优点，特别是在有腐蚀性气体和易燃、易爆场所，不宜架设架空线路时，只有敷设电缆线路。
（由于架空与电缆线路相比有较多的优点，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等，所以架空线路在一般工厂中应用相当广泛。
由于本厂的地形不复杂，按经济性及可操作性来选择，故高压供电线路选择为架空线。）
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6 短路计算
6.1 短路电流计算的目的及方法
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。
进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。
短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法）。
6.2 短路电流计算
本设计采用标幺值法进行短路计算
6.2.1 在最小运行方式下：
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绘制等效电路如图6-1，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。
图6-1 等效电路
1、确定基准值
取Sd =100MV〃A,UC1=60KV,UC2=10.5KV
而Id1 = Sd /U C1 =100MV〃A/(×60KV) =0.96KA
Id2 = Sd /UC2 =100MV〃A/(×10.5KV) =505KA
2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
1）电力系统（SOC = 310MV〃A）
X1* = 100KVA/310=0.32
2）架空线路（XO = 0.4Ω/km）
X2* = 0.4×4×100/ 10.52=1.52
3） 电力变压器（UK% = 7.5）
X3* = UK%Sd/100SN = 7.5×100×103/(100×5700) =1.32
3、求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1）总电抗标幺值
X*Σ(K-1)= X1*＋X2*= 0.32+1.52=1.84
2）三相短路电流周期分量有效值
IK-1(3) = Id1/X*Σ(K-1)= 0.96/1.84 =0.52
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3）其他三相短路电流
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点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1）总电抗标幺值
X*Σ(K-2) = X1*＋X2*＋X3*// X4* =0.32+1.52+1.32/2=2.5
2）三相短路电流周期分量有效值
IK-2(3) = Id2/X*Σ(K-2) = 505KA/2.5 = 202KA
3）其他三相短路电流
I"(3) = I∞(3) = Ik-2(3) = 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
6.2.2 在最大运行方式下：
绘制等效电路如图6-2，图上标出短路计算点。
22
图6-2 等效电路
1、确定基准值
取 Sd = 1000MV〃A,UC1=60KV,UC2= 0.5KV
而 Id1 = Sd /
Id2 = Sd /UC1=1000MV〃A/(×60KV) =9.6 UC2 =1000MV〃A/(×10.5KV)=55KA
2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
1）电力系统（SOC = 1338MV〃A）
X1*=1000/1338=0.75
2）架空线路（XO = 0.4Ω/km）
X2* = 0.4×4×1000/602 =0.45
3）电力变压器（UK% = 4.5）
X3* = X4* = UK%Sd/100SN = 4.5×1000×103/(100×5700) = 13.2
3、求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1）总电抗标幺值
X*Σ(K-1) = X1*＋X2* = 0.75+0.45=1.2
2）三相短路电流周期分量有效值
IK-1(3) = Id1/ X*Σ(K-1)= 9.6KA/1.2 =8KA
3）其它三相短路电流
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
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Sk-1(3) =Sd/X*Σ(k-1)=1000/1.2=833MVA
4、求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1） 总电抗标幺值
X*Σ(K-2)=X1*＋X2*＋X3*∥X4* = 0.75＋0.45＋13.2/2=7.8
2）三相短路电流周期分量有效值
IK-2(3) =Id2/X*Σ(K-2) =55KA/7.8=7.05KA
3） 其他三相短路电流
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
6.2.3 短路电流计算结果：
1、最大运行方式
2、最小运行方式
24
7 主要电气设备选择
7.1 电气设备选择的条件
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面计算时必须满足下列条件。
7.1.1 发热条件
导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。
7.1.2 电压损耗条件
导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其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。
7.1.3 经济电流密度
35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。
7.1.4 机械强度
导线截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。
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一般10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。 补偿功率因素后的线路计算电流。
7.2 高压设备的选择要求
高压设备选择的要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。
高压刀开关柜的选择应满足变电所一次电路图的要求，并各方案经比较优选出开关柜型号及一次接线方案编号，同时确定其中所有一次设备的型号规格。
7.3 配电所高压开关柜的选择
高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。
高压开关柜有固定式和手车式两大类型。由于本设计是10KV电源进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择KYN-12型。 8 电测量仪表与绝缘监视装置
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8.1 电测量仪表
这里的“电测量仪表”是对电力装置回路的电力运行参数所经常测量、选择测量、记录用的仪表和作计费、技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。”
为了监视供电系统一次设备的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济地运行，工厂供电系统的装置必须装设一定数量的电测量仪表。电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表两类，前者是对一次电路的电力运行参数作经常测量、选择测量和记录用的仪表，后者是对一次电路进行供用电的技术经济考核分析和对电力用户用电量进行测量、计量的仪表，即各种电度表。
8.2 绝缘监视装置
绝缘监视装置用于小电流接地的系统中，以便及时发现单相接地故障，设法处理，以免故障发展为两相接地短路，造成停电事故。
6～35KV 系统的绝缘监视装置，可采用三相双绕组电压互感器和三只电压表，也可采用三个单相三绕组电压互感器或者一个三相五芯柱三绕组电压互感器。接成Y0的二次绕组，其中三只电压表均接各相的相电压。当一次电路其中一相发生接地故障时，电压互感器二次侧的对应相的电压表指零，其它两相的电压表读数则升高到线电压。由指零电压表的所在相即可得知该相发生了单相接地故障，但不能判明是哪一条线路发生了故障，因此这种绝缘监视装置是无选择性的，只适于出线不多的系统及作为有选择性的单相接地保护的一种辅助装置。
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9 防雷与接地
9.1 防雷设备
防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。
避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。
9.2 接地装置
电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。
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10 供电系统电气原理图及说明
工厂电源进线电压为35KV，先经工厂总降压变电所（一次降压）降为6—10KV的高压配电电压，然后经过车间变电所，降为一般低压用电设备所需的电压如220/380V。由于电源进线线路较长因而发生故障和停电的机会较多、并且变电所的变压器不需经常切换。所以，总降压变电所一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF10（其两侧QS101、QS102先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电。这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷的工厂。二次降压的一次侧采用高压式放射式接线，直接向一个车间变电所或高压用电设备供电，沿线不接其他负荷，这种接线方式简捷，操作维护方便，保护简单，便于实现自动化。 29
供电系统电气原理图
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11谢辞
通过此次的论文，我学到了很多知识，首先感谢在我的指导老师江金兰老师，论文无论是在选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了李老师悉心细致的教诲和无私的帮助，江老师的悉心指导下完成的。江老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，对我影响深远。当然论文的顺利完成，也离不开其它各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在整个的论文写作中，各位老师、同学和朋友积极的帮助我查资料和提供有利于论文写作的建议和意见，在他们的帮助下，论文得以不断的完善，最终帮助我完整的写完了整个论文。
在论文的写作过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先做学问要一丝不苟，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就达退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解。
论文完成了，不仅是理论与实践的接合，还让我明白了做学问必须一丝不苟，严禁细致，也得注重团队合作。这将对我以后的学习工作有很大的启迪。总之，在此次论文的写作过程中，我收获很多。此次论文的完成既为大学三年划上了一个完美的句号，也为将来的人生之路作了一个很好的开端和铺垫。
最后再次感谢在大学传授给我知识以及给我帮助和鼓励的老师，同学和朋友，谢谢你们！
31
12 参考文献
[1] 刘介才 工厂供电简明设计手册 机械工业出版社 2004
[2] 李宗纲 工厂供电设计 吉林科技出版 1985
[3] 苏文成 工厂供电. 中国建筑工业出版社 1981
[4] 芮静康
[5] 王荣潘
[6] 周乐挺
工业与民用配电设计手册 中国水利水电出版社工厂供电设计与实验 天津大学出版社 2002 工厂供配电技术 高等教育出版社 2007 2004 32
[键入文字]
XX厂供配电系统设计
摘要：
电能是现代工业生产的主要能源和动力；电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化；电能在工业生产中的重要性，在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。因此，所以工厂企业供配电的电路设计要联系到各个方面，负荷计算及无功补偿，变压器的型号、容量和数量的分配；短路的计算、设备的选择、线路的分配和设计等方面进行设计分析，把最好的供配电设计应用到现实生产中来，为经济的发展做出最好的服务。
关键词：配电所 电力负荷 功率补偿 短路电流
1
目 录
1 工厂供电概述 ........................................................................................................... 3 1.1 工厂供电的意义和要求 ............................................................................................ 3 1.2 设计内容及步骤 ..................................................................................................... 4 2 负荷计算及功率补偿 .................................................................................................. 6 2.1 负荷计算的内容和目的 ............................................................................................ 6 2.2 负荷计算的方法 ..................................................................................................... 6 2.3 功率补偿 ............................................................................................................... 8 3 变配电所选型及总体布置 .......................................................................................... 10 3.1 变配电所位置的选择 ............................................................................................. 10 3.2 变电所总体布置要求 ............................................................................................. 10 4 变压器、主接线方案的选择 ....................................................................................... 12 4.1 主变压器台数的选择 ............................................................................................. 12 4.2 变电所主变压器容量的选择 .................................................................................... 13 4.3 变电所主变压器型式、主接线的选择 ........................................................................ 13 4.4 主接线方案选择 ................................................................................................... 15 5 电力线路接线及敷设方式 .......................................................................................... 17 5.1 电力线路的接线方式 ............................................................................................. 17 5.2 线路敷设 ............................................................................................................. 18 6 短路计算 ............................................................................................................... 20 6.1 短路电流计算的目的及方法 .................................................................................... 20 6.2 短路电流计算 ...................................................................................................... 20 7 主要电气设备选择 ................................................................................................... 25 7.1 电气设备选择的条件 ............................................................................................. 25 7.2 高压设备的选择要求 ............................................................................................. 26 7.3 配电所高压开关柜的选择 ....................................................................................... 26 8 电测量仪表与绝缘监视装置 ....................................................................................... 26 8.1 电测量仪表.......................................................................................................... 27 8.2 绝缘监视装置 ...................................................................................................... 27 9 防雷与接地 ............................................................................................................ 28 10 供电系统电气原理图及说明 ..................................................................................... 29 11谢辞 .................................................................................................................... 31 12 参考文献 ............................................................................................................. 32
2
1 工厂供电概述
1.1 工厂供电的意义和要求
电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。
因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
1、安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故； 2、可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求； 3、优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求；
4、经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
3
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
1.2 设计内容及步骤
全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，接合国家供电情况，解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题，以电子厂为例，其基本内容有以下几方面。 1.2.1 负荷计算
全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。 1.2.2 工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择
参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，接合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。 1.2.3 工厂总降压变电所主接线设计
根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济、安装容易、维修方便。 1.2.4 厂区高压配电系统设计
根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考
4
负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置方案，由不同方案的可靠性、电压损失、基建投资、年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路接构与敷设方式设计。 用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位。
1.2.5工厂供、配电系统短路电流计算
工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。 1.2.6 改善功率因数装置设计
按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或产品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。 1.2.7 变电所高、低压侧设备选择
参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、开关柜等设备。 1.2.8 变电所防雷装置设计
参考本地区气象地质材料，设计防雷接地装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。对接地和接地体做具体的理解。
5
2 负荷计算及功率补偿
2.1 负荷计算的内容 2.1.1 计算负荷
计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 2.1.2 平均负荷
平均负荷指一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。
2.2 负荷计算的方法
负荷计算的方法有需要系数法、二项式等几种。本设计由于设备台数比较多，而单台设备容量相差不大所以采用需要系数法确定。 主要计算公式有： 有功功率：P30 = Pe〃Kd 无功功率: Q30 = P30 〃tgφ 视在功率: S30 = P30/Cosφ 计算电流: I30 = S30/UN
6
下表是该电子厂的各个车间负荷的情况：
2.2.1 全厂负荷计算
取K∑p = 0.95; K∑q = 0.97
根据上表可算出：∑P30i = 7485.7kW; ∑Q30i = 4798kvar 则 P30 = K∑P∑P30i = 0.95×7485.7kW = 7111kW Q30 = K∑q∑Q30i = 0.97×4798.4kvar = 4654kvar
S30
7
I30 = S30/UN ≈140 A
Cosφ= P30/S30 = 7111/8499≈0.84 2.3 功率补偿
工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等 感性负荷，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。如在充分发 挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达 不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑增设无功功率补偿装置。
上图表示功率因数提高与无功功率和视在功率变化的关系。假设功率因数有cos提高到cos′，这时在用户需用的有功功率P30不变的条件下，无功功率将由Q30减小到Q30′，视在功率将由S30减小到S30′。相应地负荷电流I30也得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约了电能，又提高了电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。
由上图可知，要使功率因数由cos提高到cos′，必须装设无功补偿装置（并联电容器），其容量为：
8
QcQ30Q30P30(tantan)
Qcqcp30Qc
在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电容器的单个容量qc来确定电容器的个数，即：
n
Qc
qc
由于本设计中要求Cosφ≥0.9,而由上面计算可知Cosφ=0.84
Qc = 7111×（tanarcCos0.84－tanarcCos0.95）Kvar=2275Kvar 取Qc=2300 Kvar
因此，其电容器的个数为： n = Qc/qC = 2300/150 =15 而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取15个正好。 无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为： S30（2
变压器的功率损耗为：
△QT = 0.06 S30′= 0.06 * 7538= 452Kvar △PT = 0.015 S30′= 0.015 * 7538= 113 Kw 变电所高压侧计算负荷为： P30′= 7111+ 113 = 7224 Kw
Q30′= (4798-2300)+ 452= 2950 Kvar S30
′ =
9
无功率补偿后，工厂的功率因数为：
Cosφ′= P30′/ S30′=7224/7803= 0.9
则工厂的功率因数为：cosφ′= P30′/S30′= 0.9≥0.9因此，符合本设计的要求。
3 变配电所选型及总体布置
3.1 变配电所位置的选择
变配电所所址选择的一般原则:
1、尽量靠近负荷中心；
2、尽量靠近电源侧；
3、进出线方便；
4、尽量避开污染源，或者在污染源上方口；
5、尽量避开振动、潮湿、高温及有易燃易爆物品的场所；
6、设备运输方便；
7、有扩建和发展的余地；
8、高压配电所与邻近车间的变电所合建。
3.2 变电所总体布置要求
3.2.1 便于运行维护和检修
有人值班的的变配电所，一般应设置值班室。值班室应靠近高低压配电室，而且有门直通。如值班室靠近高压配电室有困难时，则值班室可经走廊与高压配电室相通。
10
值班室也可以与低压配电室合并，但在放置值班工作桌的一面或一端，低压配电装置到墙的距离不应小于3m。
主变压器应靠近交通运输方便的马路侧。条件许可的，可单设工具材料室或维修间。
昼夜值班室的变配电所应设休息室。有人值班的独立变配电所，宜设有厕所和给排水设施。
3.2.2 保证运行安全
值班室内不得有高压设备，值班室的门应朝外开。高压低压配电室的电容室的门应朝值班室开或朝外开。
变压器室的大门应朝马路开，但应避免朝向露天仓库。在炎热地区应避免朝西开门。
变电所宜单层布置。当采用双层布置时，变压器应设在底层。
高压电容器组一般应装设在单独的房间内，但数量较少时，可装设在高压配电室内，低压电容器组可装设在低压配电室内，但数量较多时，宜装设在单独的房间内。
所以带电部分离墙和离地的尺寸以及各室维护操作通道的宽度等，均应符合有关的规程的要求，以确保运行安全。
3.2.3 便于进出线
如果是架空进线，则高压配电室宜位于进线侧。
考虑变压器低压出线通常是采用矩形裸母线，因此变压器的安装位置，即为变压器室，宜靠近低压配电室。
低压配电室宜位于其低压架空出线侧。
11
3.2.4 节约土地和建筑费用
值班室可以与低压配电室合并，这时低压配电室面积适当增大，以便安置值班室的桌子或控制台，满足运行值班的要求。
高压开关柜不多于6台时，可与低压配电屏设置在同一房间内，但高压柜与低压屏的间距不得小于2m。不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸电力变压器，可设置在同一房间内。
高压电容器柜数较少时，可装设在高压配电室内。
周围环境正常的变电所，宜采用露天或半露天变电所。
高压配电所应尽量与邻近的车间变电所合建。
3.2.5 适应发展要求
变压器室应考虑到扩建时有更换大一级容量的变压器的可能。高低压配电室内均应留有适当数量开关柜的备用位置。即要考虑到变电所留有扩展的余地，又要不妨碍工厂或车间今后的发展。
4 变压器、主接线方案的选择
4.1 主变压器台数的选择
主变压器台数选择的要求：
1、选择一台：供电计算负荷不大于1250KVA的三级负荷变电所；变电所另有低压联络线，或有其它备用电源，而总计算负荷不大于1250KVA的含有部分一、二级负荷的变电所。
2、选择两台：供含有大量一、二级负荷的变电所；总计算负荷大于1250KVA的三级负荷变电所；季节性负荷变化较大，从技术经济上考虑 12
运行有利的三级负荷变电所。
由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。
4.2 变电所主变压器容量的选择
装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件：
1、任一台单独运行时，ST≥（0.6～0.7）S′30（1）
2、任一台单独运行时，ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）
由于S′30（1）= 8499 KV〃A，因为该厂是二级负荷所以按条件2
选变压器。ST≥（0.6～0.7）×8499=（5099.4～5949.3）KV〃A≥ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）
因此选5000 KV〃A的变压器二台。
4.3 变电所主变压器型式、主接线的选择
4.3.1 变电所主变压器型式的选择
1、油浸式：一般正常环境的变电所；
2、干式：用于防火要求较高或环境潮湿，多尘的场所；
3、密闭式：用于具有化学腐蚀性气体、蒸汽或具有导电、可燃粉尘、纤维会严重影响变压器安全运行场所；
4、防雷式：用于多雷区及土壤电阻率较高的山区；
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5、有载调压式：用于电力系统供电电压偏低或电压波动严重且用电设备对电压质量又要求较高的场所。
由于本设计的变电所为独立式、封闭建筑，故采用油浸式变压器，
4.3.2 变配电所主接线的选择原则
1、当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资；
2、当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线；
3、当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组接线；
4、为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行；
5、接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关；
6、6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关；
7、采用6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关；
8、由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）；
9、变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器；
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10、当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。
4.4 主接线方案选择
对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6—10KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。
总降压变电所主接线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。
主接线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。
1、一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所，这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。
2、 一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所，这种主接线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式接线适用的场合有所不同。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行接线时，也宜于采用这种接线。
3、一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所，这种主接线方式兼有 15
上述两种桥式接线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。
4、 一、二次侧均采用双母线的总降压变电所，采用双母线接线较之采用单母线接线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线接线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用于电力系统的枢纽变电所。
本次设计的电子制造厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较长（2.5km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。采用主接线一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压主接线，如下图所示：
单母线分段接线图 内桥式接线图
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5 电力线路接线及敷设方式
5.1 电力线路的接线方式
工厂的高低压电路的线路基本接线方式有放射式、树干式和环形等基本接线方式。以高压为例。
1、放射式：
高压放射式接线是指工厂变配电所高压母线上引出的一回路，直接向一个车间变电所或高压用电设备供电，这种接线方式简捷，操作维护方便，保护简单，便于实现自动化。但是高压开关设备用的多，投资高，线路故障自检修时，又该线路供电的负荷要停电，为提高可靠性，根据情况可增加备用线路，如图5-1-1为放射式线路供电。
图5-1-1放射式线路
2、树干式
高压树干式接线是指由工厂变配电所高压母线上引出的每路高压配 17
电干线上，沿线分接了几个车间变电所或负荷点的接线方式，这种接线从变配电所引出的线路少，高压开关设备相应用的少。配电干线少可以节约有色金属，但供电可靠性差，干线故障或检修将引起干线上的全部用户停电，为提高供电可靠性同样可以采用增加备用的方法，如图5-1-2为树干式接线图。
图5-1-2树干式接线图
3、放射式
从工厂供电系统而言，高压环式其实就是树干式界限的改进，两路树干式线路连接起来就构成了环式接线。这种接线运行灵活，供电可靠性高。当干线上任何地方发生故障时，只要找出故障段，拉开其两端的隔离开关，把故障段切除后，全部线路可以恢复供电。由于闭环运行时继电保护整定比较复杂，所以运行时均采用开环运行方式。
5.2 线路敷设
5.2.1 架空线路的敷设
工厂架空线路长期漏天运行，受环境和气候影响会发生断线、污染等故障。为确保线路长期安全运行，必须按相关规定敷设并经常性的巡 18
视和检查，以便及时消除设备隐患。
架空线路的敷设以及电杆尺寸应满足下面四个要求：
1.不同电压等级线路的档柜（也成跨柜，即同一线路上相邻两电杆中心线之间的距离）不同。一般380V线路档柜为50～60m，6～10KV线路档距为80～120m。
2.同杆导线的线距与线路电压等级及档距等因数有关。380V线路线距约0.3～0.5m，10V线路线距约0.6～1m。
3.弧垂（架空导线最低点与悬挂点间的垂直距离）要根据档距、导线型号与截面积、导线所受拉力及气温条件等决定。垂弧过大易碰线；过小易造成断线或倒杆。
4.线距（导线最低点到地面或导线任意点到其他目标物的最小垂直距离）需遵循有关手册规定。
5.2.2 电缆线路的敷设
电缆线路与架空线路相比，具有成本高，投资大，维修不便等缺点，但是它具有运行可靠、不易受外界影响、不需架设电杆、不占地面、不碍观瞻等优点，特别是在有腐蚀性气体和易燃、易爆场所，不宜架设架空线路时，只有敷设电缆线路。
（由于架空与电缆线路相比有较多的优点，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等，所以架空线路在一般工厂中应用相当广泛。
由于本厂的地形不复杂，按经济性及可操作性来选择，故高压供电线路选择为架空线。）
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6 短路计算
6.1 短路电流计算的目的及方法
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。
进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。
短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法）。
6.2 短路电流计算
本设计采用标幺值法进行短路计算
6.2.1 在最小运行方式下：
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绘制等效电路如图6-1，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。
图6-1 等效电路
1、确定基准值
取Sd =100MV〃A,UC1=60KV,UC2=10.5KV
而Id1 = Sd /U C1 =100MV〃A/(×60KV) =0.96KA
Id2 = Sd /UC2 =100MV〃A/(×10.5KV) =505KA
2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
1）电力系统（SOC = 310MV〃A）
X1* = 100KVA/310=0.32
2）架空线路（XO = 0.4Ω/km）
X2* = 0.4×4×100/ 10.52=1.52
3） 电力变压器（UK% = 7.5）
X3* = UK%Sd/100SN = 7.5×100×103/(100×5700) =1.32
3、求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1）总电抗标幺值
X*Σ(K-1)= X1*＋X2*= 0.32+1.52=1.84
2）三相短路电流周期分量有效值
IK-1(3) = Id1/X*Σ(K-1)= 0.96/1.84 =0.52
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3）其他三相短路电流
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点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1）总电抗标幺值
X*Σ(K-2) = X1*＋X2*＋X3*// X4* =0.32+1.52+1.32/2=2.5
2）三相短路电流周期分量有效值
IK-2(3) = Id2/X*Σ(K-2) = 505KA/2.5 = 202KA
3）其他三相短路电流
I"(3) = I∞(3) = Ik-2(3) = 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
6.2.2 在最大运行方式下：
绘制等效电路如图6-2，图上标出短路计算点。
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图6-2 等效电路
1、确定基准值
取 Sd = 1000MV〃A,UC1=60KV,UC2= 0.5KV
而 Id1 = Sd /
Id2 = Sd /UC1=1000MV〃A/(×60KV) =9.6 UC2 =1000MV〃A/(×10.5KV)=55KA
2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
1）电力系统（SOC = 1338MV〃A）
X1*=1000/1338=0.75
2）架空线路（XO = 0.4Ω/km）
X2* = 0.4×4×1000/602 =0.45
3）电力变压器（UK% = 4.5）
X3* = X4* = UK%Sd/100SN = 4.5×1000×103/(100×5700) = 13.2
3、求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1）总电抗标幺值
X*Σ(K-1) = X1*＋X2* = 0.75+0.45=1.2
2）三相短路电流周期分量有效值
IK-1(3) = Id1/ X*Σ(K-1)= 9.6KA/1.2 =8KA
3）其它三相短路电流
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
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Sk-1(3) =Sd/X*Σ(k-1)=1000/1.2=833MVA
4、求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
1） 总电抗标幺值
X*Σ(K-2)=X1*＋X2*＋X3*∥X4* = 0.75＋0.45＋13.2/2=7.8
2）三相短路电流周期分量有效值
IK-2(3) =Id2/X*Σ(K-2) =55KA/7.8=7.05KA
3） 其他三相短路电流
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
6.2.3 短路电流计算结果：
1、最大运行方式
2、最小运行方式
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7 主要电气设备选择
7.1 电气设备选择的条件
为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面计算时必须满足下列条件。
7.1.1 发热条件
导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。
7.1.2 电压损耗条件
导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其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。
7.1.3 经济电流密度
35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。
7.1.4 机械强度
导线截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。
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一般10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。 补偿功率因素后的线路计算电流。
7.2 高压设备的选择要求
高压设备选择的要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。
高压刀开关柜的选择应满足变电所一次电路图的要求，并各方案经比较优选出开关柜型号及一次接线方案编号，同时确定其中所有一次设备的型号规格。
7.3 配电所高压开关柜的选择
高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。
高压开关柜有固定式和手车式两大类型。由于本设计是10KV电源进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择KYN-12型。 8 电测量仪表与绝缘监视装置
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8.1 电测量仪表
这里的“电测量仪表”是对电力装置回路的电力运行参数所经常测量、选择测量、记录用的仪表和作计费、技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。”
为了监视供电系统一次设备的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济地运行，工厂供电系统的装置必须装设一定数量的电测量仪表。电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表两类，前者是对一次电路的电力运行参数作经常测量、选择测量和记录用的仪表，后者是对一次电路进行供用电的技术经济考核分析和对电力用户用电量进行测量、计量的仪表，即各种电度表。
8.2 绝缘监视装置
绝缘监视装置用于小电流接地的系统中，以便及时发现单相接地故障，设法处理，以免故障发展为两相接地短路，造成停电事故。
6～35KV 系统的绝缘监视装置，可采用三相双绕组电压互感器和三只电压表，也可采用三个单相三绕组电压互感器或者一个三相五芯柱三绕组电压互感器。接成Y0的二次绕组，其中三只电压表均接各相的相电压。当一次电路其中一相发生接地故障时，电压互感器二次侧的对应相的电压表指零，其它两相的电压表读数则升高到线电压。由指零电压表的所在相即可得知该相发生了单相接地故障，但不能判明是哪一条线路发生了故障，因此这种绝缘监视装置是无选择性的，只适于出线不多的系统及作为有选择性的单相接地保护的一种辅助装置。
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9 防雷与接地
9.1 防雷设备
防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。
避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。
9.2 接地装置
电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。
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10 供电系统电气原理图及说明
工厂电源进线电压为35KV，先经工厂总降压变电所（一次降压）降为6—10KV的高压配电电压，然后经过车间变电所，降为一般低压用电设备所需的电压如220/380V。由于电源进线线路较长因而发生故障和停电的机会较多、并且变电所的变压器不需经常切换。所以，总降压变电所一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF10（其两侧QS101、QS102先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电。这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷的工厂。二次降压的一次侧采用高压式放射式接线，直接向一个车间变电所或高压用电设备供电，沿线不接其他负荷，这种接线方式简捷，操作维护方便，保护简单，便于实现自动化。 29
供电系统电气原理图
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11谢辞
通过此次的论文，我学到了很多知识，首先感谢在我的指导老师江金兰老师，论文无论是在选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了李老师悉心细致的教诲和无私的帮助，江老师的悉心指导下完成的。江老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，对我影响深远。当然论文的顺利完成，也离不开其它各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在整个的论文写作中，各位老师、同学和朋友积极的帮助我查资料和提供有利于论文写作的建议和意见，在他们的帮助下，论文得以不断的完善，最终帮助我完整的写完了整个论文。
在论文的写作过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先做学问要一丝不苟，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就达退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解。
论文完成了，不仅是理论与实践的接合，还让我明白了做学问必须一丝不苟，严禁细致，也得注重团队合作。这将对我以后的学习工作有很大的启迪。总之，在此次论文的写作过程中，我收获很多。此次论文的完成既为大学三年划上了一个完美的句号，也为将来的人生之路作了一个很好的开端和铺垫。
最后再次感谢在大学传授给我知识以及给我帮助和鼓励的老师，同学和朋友，谢谢你们！
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12 参考文献
[1] 刘介才 工厂供电简明设计手册 机械工业出版社 2004
[2] 李宗纲 工厂供电设计 吉林科技出版 1985
[3] 苏文成 工厂供电. 中国建筑工业出版社 1981
[4] 芮静康
[5] 王荣潘
[6] 周乐挺
工业与民用配电设计手册 中国水利水电出版社工厂供电设计与实验 天津大学出版社 2002 工厂供配电技术 高等教育出版社 2007 2004 32