钢铁厂供配电系统设计毕业设计(论文) 精品

2022-06-11 来源：好走旅游网

毕业设计论文钢铁厂供配电系统设计

摘要

本文按照供电系统可靠性、经济性的要求，根据钢铁厂的负荷性质、负荷大小和负荷的分布情况对本厂供电系统做了全面综合的分析，详细阐述了工厂总降压变电所实现的理论依据。通过对整个供电系统的分析和对钢铁厂的电力负荷、功率补偿、短路电流的计算，合理的选择电力变压器、断路器等各种电气设备；对工厂总降压变电所不同的主接线方案进行比较,选择可靠性高，经济性好的主接线方案，实现了工厂供电系统安全、可靠、优质、经济地运行。

关键词电力负荷；功率补偿；短路电流；防雷与接地

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1电力负荷及其计算 ........................................................................................................................................ 2 1.1 工厂的电力负荷 ................................................................................................................................... 2 1.2计算负荷确定的方法 ............................................................................................................................ 2 1.3 变压器功率损耗的计算 ....................................................................................................................... 5 1.4 工厂的计算负荷和年电能消耗量 ....................................................................................................... 6 2 变配电所选择 ............................................................................................................................................. 12 2.1变配电所的类型 .................................................................................................................................. 12 2.2变电所主变压器容量的选择 .............................................................................................................. 13 3 电气主接线 ................................................................................................................................................. 14 3.1 具有母线的电气主接线 ..................................................................................................................... 15 3.2 无母线的电气主接线 ......................................................................................................................... 16 3.3工厂总降压变电所的主接线方案选择 .............................................................................................. 17 4 电力线路接线方式 ..................................................................................................................................... 19 4.1高压放射式接线 .................................................................................................................................. 19 4.2高压树干式接线 .................................................................................................................................. 19 5 电力线路的敷设 ........................................................................................................................................... 0 5.1架空线路 ................................................................................................................................................ 0 5.2电缆线路 ................................................................................................................................................ 0 6 高压供电线路导线截面及型号的选择 ....................................................................................................... 0 6.1按经济电流密度选择导线截面 ............................................................................................................ 0 6.2导线截面及型号的选择 ........................................................................................................................ 1 6.3母线的选择 ............................................................................................................................................ 2 7 电气设备的选择 ........................................................................................................................................... 2 7.1电气设备选择的一般条件 .................................................................................................................... 2 7.2高压一次设备的选择 ............................................................................................................................ 3 8 短路电流计算 ............................................................................................................................................. 10 8.1三相短路电流的计算 .......................................................................................................................... 10 8.2电力系统的短路电流计算 ................................................................................................................... 11 9 防雷与接地 ................................................................................................................................................. 13 10 附图纸 ....................................................................................................................................................... 16 11 谢辞 ........................................................................................................................................................... 17 12 参考文献 ................................................................................................................................................... 18

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1电力负荷及其计算

1.1 工厂的电力负荷（1）电力负荷的概念

电力负荷又称为电力负载。它有两重含义：一是指耗用电能的用电设备或用电单位（用户），如说重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷等。另一是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（轻载）、重负荷（重载）、空负荷（空载）、满负荷（满载）等。电力负荷的具体含义视具体情况而定。 1.2计算负荷确定的方法（1）需要系数法

利用一个需要系数乘以设备容量即可求得设备的有功计算负荷的一种方法。该方法计算十分简便，它是最早提出的也是至今应用最为普遍的一种方法。但由于需要系数值是根据设备台数较多、容量差别不是很大的一般情况来确定的，未考虑设备容量相差悬殊时少数大容量设备对计算机负荷的影响，因此此法较适用于设备台数较多的车间及全厂范围的计算负荷的确定。需要系数法的基本公式为： ① 有功计算负荷：

P30Kx.PN （1）式中：Kx：称为需要系数；

PN：为该组内各设备额定功率之和，即PN=PN； P30：为有功功率负荷；其中：

KxK.KL.WL

K：设备组的同时使用系数（即最大负荷时运行设备的容量与设备组总额定容量之比）；KL：设备组的平均加权负荷系数（表示设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量的比值）；：设备组的平均加权效率；WL：配电线路的平均效率。

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② 无功计算负荷：

n （2） Q30P30.tatan：用电设备组的功率因数角的正切值； ③ 视在计算负荷：

22S30P30Q30

P30cos （3）

cos：用电设备组的平均功率因数； ④ 计算电流：

I30

S303UN （4）

UN：用电设备组的额定电压；

Kx=1；注意：需要系数值是按设备较多的情况来确定的，对单台设备，即 P30PN；

P30PN但对于电动机，它本身损耗较大，因此当只有一台时，（2）二项式系数法

。

确定用电设备组有功计算负荷的公式为二项式。它考虑了设备组中容量最大的几台对整个设备组计算负荷的影响，弥补了需要系数法的不足。此法计算也十分简便，至今仍为我国不少设计单位和设计人员所采用。 ① 有功计算负荷：

P30bPNcPx （5）

bPN：表示用电设备组的平均负荷。cPx：表示用电设备组中的x台容量组大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中

Px为x台容量最大的设备之和； b、c：二项

式系数，其数值随用电设备组的类别和台数而定； ② 无功计算负荷：

n （6） Q30P30.ta③ 视在计算负荷：

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④ 计算电流：

22S30P30Q30P30cos （7）

I30 （3）利用系数法

S303UN （8）

先根据利用系数求出各用电设备组在最大负荷时的平均负荷，然后求总的平均利用系数和用电设备的有效台数，并由此查出对应的最大系数，最后由各平均负荷之和乘以最大系数，从而求得总的有功计算负荷。利用系数法对于用电设备组无论台数多少和容量差别大小，计算结果都比较准确。但此法计算繁复，因此应用不甚普遍。

（4）多组用电设备计算负荷的确定

确定拥有多组用电设备的干线上或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应考虑各组用电设备的最大负荷不同时出现的因数。因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应结合具体情况对其有功负荷和无功负荷分别记入一个同时系数

Kp 、

Kq；

对车间干线取：

Kp0.85~0.95对低压母线取：

；

Kq0.90~0.97

① 由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取

Kp0.80~0.90 ；

Kq0.85~0.95

② 由车间干线计算负荷直接相加计算时取

Kp0.90~0.95 ；

Kq0.93~0.97

③总的有功计算负荷为

P30KpP30,i （9）

④总的无功计算负荷为

Q30KqQ30,i （10）

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（以上两式中的∑P30,i和∑Q30,i分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。）总的视在计算负荷为

22S30P30Q30 （11）

总的计算电流为

I30S301.3 变压器功率损耗的计算

对于双绕组变压器，（有功功率损耗）和（无功功率损耗）分别为

P2Q2PTP0RT2V （13） I0%P2Q2QTSNXT2100V （14）

3U

N （12）

式中，P0—变压器器空载有功损耗； I0%—变压器空载电流百分数； SN—变压器的额定容量； P—通过变压器的有功负荷； Q—通过变压器的无功负荷； V—变压器运行线电压； RT—变压器每相电阻；XT—变压器每相电抗。

精确计算时，P、Q、V为同一点的功率和电压。近似计算中，可用变压器额定电压代替实际运行电压。在V≈VN的条件下，将RT及XT的公式代入上式，就可得到用变压器实验数据直接求其功率损耗的表达式了，即

SPTP0PsSN

 （15）

SSN （16）

I%V%SNQT0SNs100100式中，n—变压器台数；PS—变压器短路损耗；

S—通过变压器的负荷视在计算功率；VS%—变压器短路电压百分数。当有n台同型号同容量的变压器并联对功率为S的负荷供电时，其总功率损耗为

PPTnP0snSSN （17）

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I%V%SNQTn0SNs100100nSSN （18）

2在负荷计算中，SL7、S7、S9等型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算。

PT0.015S30 （19） QT0.06S30 （20） 1.4 工厂的计算负荷和年电能消耗量 1.4.1 工厂计算负荷的确定

工厂计算负荷是选择工厂电源进线一、二次设备的基本依据，也是计算工厂的功率因数和工厂需电量的基本依据。（1）按逐级计算法确定工厂计算负荷

如图1所示，工厂的计算负荷P30。①应该是高压母线上所有高压配电线计算负荷之和，在乘上一个同时系数。高压配电线的计算负荷P30。②应该是该线所供车间变电所低压侧的计算负荷P30。工厂及变电所低压侧总的计算负荷P30、Q30、S30和I30的计算公式，分别如前面式（9）～（12）所示，其

Kp0.8～0.95， 0.85～0.97。

Kq（2）按需要系数法确定工厂计算负荷

将全厂用电设备的总容量Pe（不含备用设备容量）乘上一个需要系数Kd，即得到全厂的有功计算负荷，

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即P30KdPe （21）全厂的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流按式（6）～（8）计算。（3）按年产量估算工厂计算负荷

将工厂年产量A乘上单位产品耗电量a，就得到工厂全年的需电量

WaAa （22）各类工厂的单位产品耗电量a可由有关设计单位根据实测统计资料确定，亦可查有关设计手册。

在求出年需电量Wa后，除以工厂的年最大负荷利用小时Tmax，就可求出工厂的有功计算负荷

P30WaTmax （23）其他计算负荷Q30、S30、I30的计算，与上述需要系数法相同。（4）工厂的功率因数、无功补偿及补偿后的工厂计算负荷 1）工厂的功率因数

① 瞬时功率因数瞬时功率因数可由功率因数表（相位表）直接测量，亦可以由功率表、电流表和电压表的读数按下式求出（间接测量） cosP3IU （24）

式中，P为功率表测出的三相功率读数（kW）； I为电流表测出的线电流读数（A）； U为电压表测出的线电压读数（kV）

瞬时功率因数只用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率的变化情况，以便采取适当的补偿措施。

② 平均功率因数平均功率因数亦称加权平均功率因数，按下式计算

cosWpWp2Wq21Wq1Wp （25）

2式中，Wp为某一时间内消耗的有功电能，由有功电度表读出； WQ为某一时间内消耗的无功电能，由无功电度表读出。

我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数的高低

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来调整。

③ 最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数，按下式计算

cosP30S30 （26） 2）无功功率补偿

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应负荷，从而使功率因数降低，需考虑人工补偿。

要使功率因数由cos提高到cos，必须装设的无功功率补偿装置容量为

ntan （27） QCQ30Q30P30ta或 QCqCP30 （28）

式中，qCtantan，称为无功补偿率，或比补偿容量。这无功补偿率，是表示要使1kW的有功功率由cos提高到cos所需要的无功补偿容量kvar值。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QCqC （29）由上式计算所得的电容器个数n,对于单相电容器来说，因取3的倍数。 3）无功补偿后的工厂计算负荷

工厂装设了无功补偿装置后，则在确定补偿装置装设地点以前的的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量，即总的无功计算负荷

 Q30Q30QC （30）补偿后总的视在计算负荷

2P30S30(Q30QC)2 （31）

（由上式可以看出，在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器的容量选得小一些。着不仅降低了变电所的初投资，而且可减少工厂的电费开支。由此可见，提高功率因数不

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仅对整个电力系统大有好处，而且对工厂本上也是有一定经济实惠的。） 1.5 钢铁厂的负荷计算 1.5.1各车间的计算负荷

序号 1 2 3 4 5 6 7 用电单位名称高炉车间炼钢车间轧钢车间线材车间机电修车间水泵站氧气站设备容量(kW) 2000 1170 800 1200 300 500 300 计算负荷 Kd 0.4 0.6 0.5 0.65 0.3 0.65 0.65 cos 0.8 0.8 0.81 0.83 0.8 0.8 0.8 tan 0.75 0.75 0.72 0.67 0.75 0.75 0.75 P30 (kW) 800 702 400 780 100.1 325 195 Q30(kvar) S30(kV·A) 600 526.5 289.6 524.2 76 243.75 146.25 1000 877.5 493.8 939.8 125.7 406.25 243.75 表1 各车间低压侧的计算负荷

1.5.2 各车间电力变压器的功率损耗

序号 1 2 3 4 5 6 7 用电单位名称高炉车间炼钢车间轧钢车间线材车间机电修车间水泵站氧气站变压器功率损耗 PT(kW) 15 13.2 9.3 14.1 9.3 6.1 3.7 QT(kvar) 60 52.7 37.2 56.4 37.2 24.4 14.6 表2 各车间电力变压器的功率损耗

1.5.3各车间电力变压器的功率损耗

序号 1 2 3 4 5 6 7 用电单位名称计算负荷 P30 (kW) 高炉车间炼钢车间轧钢车间线材车间机电修车间水泵站氧气站 815 715.2 1433.9 794.1 509.4 331.1 198.7 Q30(kvar) 660 579.2 1067.8 580.6 402.8 268.2 160.9 S30(kV·A) 1048.73 920.31 1787.81 983.71 649.41 426.03 255.68 I30(A) 100.9 88.6 172 94.7 62.5 41 24.6 表3 各车间电力变压器的功率损耗

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1.5.4 全厂总的计算负荷根据以上数据得出 P30=K∑p

∑P30(1)=0.95(815+715.2+1433.9+794.1+509.4+331.1+198.7)=4557.5kW Q30=K∑q

∑Q30(1)=0.97(660+579.2+1067.8+580.6+402.8+268.2+160.9)=3607.9kvar S30=

22P30Q30224557.53607.9==5812.7kV·A

.7(36)=559.3A I30=S30(3UN)=58121.5.5 总降压变电所的功率补偿（1）补偿前的变压器容量和功率因素：

根据工厂的一、二级负荷情况，选择2台主电力变压器，因此，主电力变压器的容量选择为

SN·T≈0.7 S30=0.75812.7=4068.9kV·A

因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为5000kV·A，型号为SJL1—5000/35 这时变电所低压侧的功率因数为

cos(2)=P30/S30 =4557.5/5812.7=0.78 （2）无功补偿容量

按设计要求，变电所高压侧的cos0.9。考虑到变压器的无功功率损耗

QT远大于有功功率损耗PT，因此在变压器低压侧补偿时，低压侧补偿后的

功率因数应略高于0.90,这里取cos'0.92。

要使低压侧功率因数由0.78提高到0.92，低压侧需要装设的并联电容器的容量为

QC =P30(tanarccos0.78-tanarccos0.92) =4557.5(0.802-0.426) =1713.62kvar

在确定了总的补偿容量后，就可根据选定的并联电容器的单个容量qc来确定电容器的个数

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n

Qcqc

由上式计算所得的电容器个数n，对于单相电容器来说，应取3的倍数，以便三相均衡分配。

在确定了并联电容器的容量后，根据产品目录，就可以选择并联电容器的单台容量（这里选50kvar），并确定并联电容器的数量：

n

Qc1713.6234qcN=50（个）取n=36

式中 qcN—单个电容器的额定容量（kvar）。则实际补偿容量为Qc=36×50 kvar =1800 kvar

选择两台电容器柜，单台的容量为900kvar，型号为TBB36-900/50。（3）补偿后的变压器容量和功率因数变电所低压侧的视在计算负荷为 S30(2)=

2P30(Q30QC)2=

4557.52(3607.91800)24902.99kV·A

I30(2)S30(2)3U4902.9936471.79A

N因此无功补偿后主变压器容量SN·T≈0.7 S30=0.74902.99=3432.1kV·A 变压器容量应选为4000kV·A，型号为SJL1—4000/35。变压器的功率损耗为

PTnP025.9PSS2() nSn394902.992() 24000=11.8+29.30 =41.1kW

QTnI0%V%SNSNS(SN)2 100100n1.1740004902.99224000()

10010024000 =88+210.26 =298.26kvar

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变电所高压侧的计算负荷为

(1)P30PT4557P30.541.14598.6kW

kvar

(1)(Q30QC)QT(3607Q30.91800)298.262106.16(1)P302(1)Q302(1)4598S30.622106.1625057.97kV·A

S30(1)I303U5057.9733583.43A

N无功补偿后，工厂的功率因数为

(1)S30(1)4598cosP30.65057.970.909 这一功率因数满足规定要求。 1.5.6 工厂的年电能消耗量 Tmax=6500h，取0.7，0.8 则工厂年有功电能消耗量

Wp·a=P30Tmax=0.74598.66500=2.092107kW·h 工厂年无功电能消耗量

Wq·a=Q30Tmax=0.82106.166500=1.095107kvar·h

2 变配电所选择

2.1变配电所的类型

车间变电所按其主变压器的安装位置来分,有下列类型：

（1）车间附设变电所变压器室的一面墙或几面墙与车间的墙共用，变压器室的大门朝车间外开。如果按变压器室位于车间的墙内还是墙外，还可以进一步分为内附式和外附式。

（2）车间内变电所变压器室位于车间内的单独房间内，变压器室的大门朝车间内开。

（3）露天变电所变压器安装在室外抬高的地面上。如果变压器的上方设有顶板或挑檐的，则称为半露天变电所。

在负荷较大的多跨厂房、负荷中心在厂房中部且环境许可时，可采用车间

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内变电所。这种车间内变电所，位于车间的负荷中心，可以缩短低压配电的距离，降低电能损耗和电压损耗，减少有色金属的消耗量，因此这种变电所的技术经济指标比较好。但是变电所建在车间内部，要占一定的生产面积，因此对一些生产面积比较紧凑和生产流程要经常调整、设备也要相应变动的生产车间不太合适；而且其变压器门朝车间内开，对生产的安全有一定的威胁。这种变电所在大型冶金企业中较多。

按照上述原则，车间变电所的类型均采用车间附设变电所，如表4。序号 1 2 3 4 5 6 7 用电单位名称高炉车间炼钢车间轧钢车间线材车间机电修车间水泵站氧气站变电所类型车间附设变电所车间附设变电所车间附设变电所车间附设变电所车间附设变电所车间附设变电所车间附设变电所表4 车间变电所的类型

2.2变电所主变压器容量的选择（1）只装一台主变压器的变电所

主变压器容量ST（设计中，一般可概略地当作其额定容量SN.T）应满足全部用电设备总计算负荷S30需要，即

ST≥S30 （34）（2）装有两台主变压器的变电所

每台变压器的容量ST（一般可概略地当作SN.T）应同时满足以下两个条件： ①任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60%～70%的需要，即

ST=(0～0.7)S30 （35） ②当1台主变退出运行时，其余变压器应能保证全部一级负荷及大部分二级负荷用电，此时允许变压器过负荷40％运行。（3）车间变电所主变压器的单台容量上限

车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000kV·A（或1250 kV·A）。这一方面是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制；另一方面

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也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。现在我国已能生产一些断流能力更大和短路稳定度更好的新型低压开关电器如DW15、ME等型低压断路器及其它电器，因此如车间负荷容量较大、负荷集中且运行合理时，也可以选用单台容量为1250～2000 kV·A的配电变压器，这样能减少主变压器台数及高压开关电器和电缆等。

（4）适当考虑符合的发展

应适当考虑今后5～10年电力负荷的增长，留有一定的余地，同时要考虑变压器的正常过负荷能力。

（根据上述原则及工厂的实际情况，厂总变电所主变压器的台数选择2台。2台变压器并联运行，单台变压器的容量为4000kV·A，型号为SJL1-4000/35。变压器容量及型号的选择详见功率补偿部分。车间变压器亦选用1台变压器运行，单台容量为SJL1-1000/10。）

3 电气主接线

主接线又称一次接线或主电路。电气主接线是由各种主要电气设备（如发电机、变压器、开关电气、互感器、电抗器及连接线路等设备），按一定顺序连接而成的一个接受和分配电能的总电路。由于交流供电系统通常是三相对称的，故在主接线图中，一般用一根线来表示三相电路，仅在个别三相设备不对称或需进一步说明的地方，部分地用三条线表示，这样就将三相电路图绘成了单线图。为使看图容易起见，图上只绘出系统的主要元件及相互间的连接。电气主接线单线图应按行业标准规定的图形符号与文字符号绘制，通常还在图上标明主要电气设备的型号和技术参数，以方便阅读。

主接线代表了发电厂和变电站电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。

概括地说，对主接线的基本要求包括安全、可靠、灵活、经济四个方面。主接线的绘制

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3.1 具有母线的电气主接线（1）单母线接线

在主接线中，断路器是电力系统的主开关；隔离开关的功能主要是隔离高压电源，以保证其它设备和线路的安全检修。例如，固定式开关柜中的断路器工作一段时间需要检修时，在断路器断开电路的情况下，拉开隔离开关；恢复供电时，应先合隔离开关，然后合断路器。这就是隔离开关与断路器配合操作的原则。由于隔离开关无灭弧装置，断流能力差，所以不能带负荷操作。如下图2所示。（2）单母线分段

单母线分段接线是采用断路器将母线分段，通常是分成两段，如图下3所示。母线分段后可进行分段检修，对于重要用户，可以从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障时，由于分段断路器QF1在继电保护作用下自动将故障段迅速切除，从而保证了正常母线段不间断供电和不致使重要用户停电。两段母线同时故障的几率很小，可以不予考虑。在供电可靠性要求不高时，亦可用隔离开关分段（QS1），任一段母线发生故障时，将造成两段母线同时停电，在判断故障后，拉开分段隔离开关QS1，完好段即可恢复供电。

（3）双母线及双母线分段

如上图4所示，这种接线，每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关（也有采用两台断路器和两组隔离开关）连接到两组母线上，母线W1和W2都是工作母线。两组母线可同时工作，并通过母线联络短路器并联运行。电源和引

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出线适当地分配在两组母线上。双母线分段接线如上图5所示。

3.2 无母线的电气主接线 3.2.1桥形接线

当具有两台变压器和两条线路时，在变压器-线路接线的基础上，在其中间架一连接桥，则成为桥形接线。如图6所示。按照连接桥断路器的位置，可分为内桥（图6(a)）和外桥（图6（b））两种接线。前者桥连断路器设置在变压器侧；而后者，桥连断路器则设置在线路侧。桥形接线

中，四个回路只有三台断路器，是需要断路器最少也是最节省的一种接线。但其可靠性和灵活性较差，只能应用于小型变电所、发电厂;内桥式适宜输电线路较长，故障几率较多，而变压器又不需要经常切换时；外桥式则在出线较短，且变压器随经济运行的要求需经常切换时，就更为适宜。有时为了检修出线和在变压器回路中的断路器时不中断线路和变压器正常运行，再在桥形接线中附加一个正常工作时断开的带隔离开关的跨条。在跨条上装设两台隔离开关的目的是可以轮换停电检修任何一组隔离开关。

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3.3工厂总降压变电所的主接线方案选择

工厂电源进线电压为35KV及以上的工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6~10KV的高压配电电压，然后经过车间变电所，降为一般低压用电设备所需的电压如220/380V。

方案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主接

线图（如图7）所示。这种主接线，其一次侧的高压断路器QF10跨在两路电源进线之间，犹如一座桥梁，而且处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式接线。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。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QS先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电。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的机会较多、并且变电所的变压器不需经常切换的总降压变电所。

方案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主接线图（如图8）所示。这种主接线，其一次侧的高压断路器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF11和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式接线。这种主接线的运行灵活性也

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较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式接线的适用场合有所不同。如果某台变压器例如T1停电检修或发生故障时，则断开QF11，投入QF10（其两侧QS先合），使用两路电源进线又恢复并列运行。这种外桥式接线适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适于经济运行需经常切换的总降压变电所。

（根据本厂的实际情况，工厂总降压变电所距该城镇220/35KV变电所5公里，距离较远；而变电所负荷变动不大，故采用方案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主接线）。方案2更适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大,适于经济运行需经常切换的总降压

变电所；采用桥式接线，最大的特点就是使用断路器数量较少，使用断路器数量较少，一般采用断路器数都等于或少于出线回路数，从而结构简单，投资较少。）

3.4 工厂电力线路

主接线又称一次接线或主电路。电气主接线是由各种主要电气设备（如发电机、变压器、开关电气、互感器、电抗器及连接线路等设备），按一定顺序连接而成的一个接受和分配电能的总电路。由于交流供电系统通常是三相对称的，故在主接线图中，一般用一根线来表示三相电路，仅在个别三相设备不对称或需进一步说明的地方，部分地用三条线表示，这样就将三相电路图绘成了单线图。为使看图容易起见，图上只绘出系统的主要元件及相互间的连接。主接线代表了发电厂和变电站电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。概括地说，对主接线的基本要求包括安全、可靠、灵活、经济四个方面。

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4 电力线路接线方式

工厂的高压线路有放射式、树干式和环形等基本接线方式。 4.1高压放射式接线

图10为放射式结构，放射式线路之间互相不影响，因此供电可靠性较高，而且便于装自动装置，但是高压设备用的较多，且每台高压断路器须装设一个高压柜，从而使投资增加，而这种放射式线路发生故障或检修时，该线路所有供电的负荷都要停电，要提高其供电可靠性，可在低压变电所高压侧之间或低压侧之间敷设联络线，要近一步提高其供电可靠性，还可采用来自两个电源的两路高压进线，然后经分段母线，由两段母线用双回路对用户交叉供电。 4.2高压树干式接线

图11是高压树干式线路的电路图。树

干式结线与放射式结线相比，具有以下优点：多数情况下，能减少线路的有色金属消耗量；采用高压开关数量少，投资较省。但有下列缺点：供电可靠性较低，当高压配电干线发生故障或检修时，接于干线的所有变电所都要停电，且在实现自动化方面，适应性较差。

（本厂由于车间一、二级负荷较多，需要较高的供电可靠性故采用放射式接线。）

5 电力线路的敷设

5.1架空线路

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。敷设架空线路，要严格遵守有关技术规程的规定，在整个施工中，要注重安全教育，采取有效的安全措施，特别是立杆、组装和架线时，更加要注意人身安全，防止发生事故。竣工以后，要按规定的手续和要求进行检查和验收，确保工程质量。 5.2电缆线路

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。）

6 高压供电线路导线截面及型号的选择

6.1按经济电流密度选择导线截面

【导线（或电缆，下同）的截面越大，电能损耗就越小，但是线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量却要增加。因此从经济方面考虑，导线应选择一个比较合理的截面，既使电能损耗小，又不致过分增加线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量】各国根据其具体国情特别是有色金属资源的情况，规定了导线和电缆的经济电流密度。我国现行的经济电流密度规定如表5所列。

线路类别

导线材质年最大负荷利用小时陕西航空职业技术学院毕业论文

3000h以下架空线路电缆线路铝铜铝铜 1.65 3.00 1.92 2.50 3000～5000h 1.15 2.25 1.73 2.25 5000h以上 0.90 1.75 1.54 2.00 表5 导线和电缆的经济电流密度（A/mm2）

按经济电流密度jec计算经济截面Aec的公式为

Aec

I30jec （36）

式中，I30为线路的计算电流。

按上式计算出Aec后，应选最接近的标准截面（可取较小的标准截面），然后校验其它条件。

6.2导线截面及型号的选择

（1）总降压变电所高压侧导线（35kV架空线）按经济电流密度选择 1）选择经济截面

按已知条件，查表得jec=0.90/mm2,因此 Aec=I30/jec=83.43A/(0.90A/mm2)=92.7mm2

选择标准截面95mm2，即选LGJ-95型钢芯铝绞线。 2）线路电压损耗

几何均距为1.5m,A=95mm2，查表得R0=0.33Ω/km，X0=0.353Ω/km。故线路的电压损耗与线路的电压损耗百分值为表6

线路的电压损耗线路的电压损耗百分值 323v 0.95 表6 线路的电压损耗与线路的电压损耗百分值

它小于Ual5%，因此所选LGJ-95型钢芯铝绞线满足电压损耗要求。（2）车间高压侧导线(6kV架空线)

选择原则及校验同35kV架空线的选择一样,各车间高压侧导线的型号见表7。

序号 1

装设地点总降压变电所高压侧导线型号 LGJ-95 1

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2 3 4 5 6 7 8 9 总降压变电所低压侧高炉车间变电所高压侧炼钢车间变电所高压侧轧钢车间变电所高压侧线材车间变电所高压侧机电修车间变电所高压侧水泵站变电所高压侧氧气站变电所高压侧 LGJ-400 LGJ-95 LGJ-95 LGJ-185 LGJ-95 LGJ-50 LGJ-35 LGJ-35 表7 各装设地点导线型号

6.3母线的选择

常用的母线材料是铜、铝和钢。目前，变电所的母线除因大电流采用铜以外，一般尽量采用铝母线，而电流不大的支干线或低压系统的零线则有时用钢母线。（1）动稳定校验

aloMW （37）

(3)式中 al─母线的最大允许应力，铝母线为69 MPa；o─母线通过ish时受到的最大计算应力（MPa）；M─母线在通过ish时产生的最大弯矩（N.m）； W─母线的截面系数（m）；而

3)2MF(3)l/83i(shl/10a(3)3(3) （38）

式中 F─ish通过时产生的最大作用力（N）；l─档矩（m）； a ─母线间距离（m）。

(3)7 电气设备的选择

7.1电气设备选择的一般条件（1）按正常运行条件选择

电气设备按正常工作条件选择，就是要考虑装置地点的环境条件和电气要求。环境条件是指电气装置所处的位置特征；电气要求是指对设备的电压、电流、频率（一般为50HZ）等方面的要求；对一些断路电器如开关、熔断器等，还应考虑其断流

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能力。

①考虑所选设备的工作环境。如户内、户外、防腐蚀、防暴、防尘、防火等要求，以及沿海或是湿热地域的特点。

②所选设备的额定电压UN,et应不低于安装地点电网的额定电压UN，即 UN,et≥UN （39）一般设备的电压设计值满足1.1UN,et，因而可在1.1UN,et下安全工作。

③设备的额定电流IN是指在额定周围环境温度下，设备的长期允许电流。IN应不小于通过设备的计算电流I30，即

IN≥I30 （40） ④设备的最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流，即

IbrIk(3) （41）（2）按短路条件校验 ①动稳定校验

动稳定校验（电动力稳定）是指导体和电器承受短路电流机械效应的能力。满足稳定的条件是

(3)ii maxsh （42） (3)IImaxsh或（43） (3)(3)iIshsh式中，、——设备安装地点短路冲击电流的峰值及其有效值； xImax——设备允许通过的电流峰值及其有效值。 ima、

7.2高压一次设备的选择

高压一次设备的选择，必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。高压一次设备的选择和校验可按表9所列各项条件进行。 7.2.1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，

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也可以作为大型高压交流电动机的启动和保护之用，其中安装有高压开关设备、保护电器、检测仪表和母线、绝缘子等。高压开关柜有固定式和手车式（移开式）两大类型。在一般中小型工厂中，普遍采用较为经济的固定式高压开关柜。我国现在大量生产和观感应用的开关柜主要为GG-1A（F）型。这种防误型开关柜装设了防止电器误操作和保障人身安全的闭锁装置，即所谓“五防”——防止误跳、误合断路器，防止带负荷拉、合隔离开关，防止带电挂接地线，防止带接地线合隔离开关，防止人员误入带电间隔。 7.2.1.1高压断路器的选择

高压断路器（文字符号为QF）的功能是，不仅能通断正常负荷电流，而且能接同和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。（1）总降压变电所高压侧

由安装地点的电压和最大工作电流，初选断路器规格为SN10-35Ⅰ/1000-1000型断路器进行校验，如表8所示。由校验结果可知，所选SN10-35Ⅰ/1000-1000型断路器是满足要求的。

继电保护的动作时间为1s，断路器的短路时间取0.1s，假想时间为： tima=1+0.1=1.1s

装置地点的电气条件序号项目 1 2 3 4 5 UN I30 Ik(3) ish(3) I∞(3)2tima 数据 35kV 83.43A 6.93kA 17.67kA 6.9321.1=52.83 项目 UN.et IN Ibr imax It2t 数据 35kV 1000A 16kA 45kA 1624=1024 结论合格合格合格合格合格 SN10-35Ⅰ/1000-1000型断路器表8厂变电所高压侧断路器的选择与校验

（2）总降压变电所低压侧

由安装地点的电压和最大工作电流，初选断路器规格为SN10-10Ⅰ/630-300型断路器进行校验，如表9所示。由校验结果可知，所选SN10-10Ⅰ/630-300型断路器是满足要求的。

继电保护的动作时间为1s，断路器的短路时间取0.1s，假想时间为： tima=1+0.1=1.1s

序号

装置地点的电气条件 SN10-10Ⅰ/630-300型断路器 4

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项目 1 2 3 4 5 UN I30 Ik(3) ish(3) I∞(3)2tima 数据 6kV 471.79A 8.33kA 21.24kA 8.3321.1=76.33 项目 UN.et IN Ibr imax It2t 数据 10kV 630A 16kA 40kA 1622=512 结论合格合格合格合格合格表9 总降压变电所低压侧断路器的选择与校验

7.2.1.2高压隔离开关的选择

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 装设地点总降压变电所高压侧总降压变电所低压侧高炉车间变电所高压侧炼钢车间变电所高压侧轧钢车间变电所高压侧线材车间变电所高压侧机电修车间变电所高压侧水泵站变电所高压侧氧气站变电所高压侧断路器型号 SN10-35Ⅰ/1000-1000 SN10-10Ⅰ/630-300 SN10-10Ⅰ/630-300 SN10-10Ⅰ/630-300 SN10-10Ⅰ/630-300 SN10-10Ⅰ/630-300 SN10-10Ⅰ/630-300 SN10-10Ⅰ/630-300 SN10-10Ⅰ/630-300 表10高压隔离开关的选择

高压隔离开关（QS）的功能主要是隔离高压电源，以保证其它设备和线路的安全检修。它的结构有如下特点：断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，能充分保证人身和设备安全。但是隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。

高压隔离开关按安装地点，分为户内式和户外式两大类。（1）总降压变电所高压侧

由安装地点的电压和最大工作电流，初选高压隔离开关规格为GN2-35/400进行校验，如表13所示。由校验结果可知，所选GN2-35/400型隔离开关是满足要求的。继电保护的动作时间为1s，断路器的短路时间取0.1s，假想时间为：tima=1+0.1=1.1s

序号

装置地点的电气条件 GN2-35/400型隔离开关 5

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项目 1 2 3 4 UN I30 ish(3) I∞(3)2tima 数据 35kV 83.43A 17.67kA 6.9321.1=52.83 项目 UN.et IN imax It2t 数据 35kV 400A 50kA 2024=1600 结论合格合格合格合格表11 总降压变电所高压侧隔离开关的选择与校验

（2）总降压变电所低压侧

由安装地点的电压和最大工作电流，初选高压隔离开关规格为GN5-6/600进行校验，如表12所示。由校验结果可知，所选GN5-6/600型隔离开关是满足要求的。继电保护的动作时间为1s，断路器的短路时间取0.1s，假想时间为：tima=1+0.1=1.1s

装置地点的电气条件序号项目 1 2 3 4 UN I30 ish(3) I∞(3)2tima 数据 6kV 471.79.68A 21.24kA 8.3321.1=76.33 项目 UN.et IN imax It2t 数据 6kV 600A 52kA 2025=2000 结论合格合格合格合格 GN5-6/600型隔离开关表12 总降压变电所低压侧隔离开关的选择与校验

7.2.1.3高压熔断器的选择

熔断器（文字符号为FU）是一种当所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，使其熔体熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。熔断器的功能主要是对电路及电路设备进行短路保护，但有的也具有过负荷保护的功能。

工厂供电系统中，室内广泛采用RN1、RN2型高压管式熔断器，室外则广泛采用RW4、RW10(F)等型跌开式熔断器。

根据安装地点的电气条件，初选高压熔断器的型号为RN2-35/0.5进行校验，如表13所示。由校验结果可知，所选RN2-35/0.5型熔断器是满足要求。

序号装置地点的电气条件项目 1 2

RN2-35/0.5型熔断器项目 UN.et Ibr 数据 35kV 17kA 结论合格合格数据 35kV 6.93kA UN Ik(3) 6

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表13 厂变电所高压侧熔断器的选择与校验

7.2.1.4互感器的选择

电流互感器（简称CT，文字符号为TA）又称仪用变流器。电压互感器（简称PT，文字符号为TV）又称仪用变压器。它们合称为互感器。从基本结构和工作原理来说，互感器就是一种特殊变压器，由铁心、远绕组和副绕组构成。主要为测量与保护服务。

供电系统中使用互感器的主要目的是：① 使仪表、继电器与主电路的高电压、大电流隔离。这样既可降低仪表、继电器等的绝缘水平，使其结构简化，又可降低成本并有利于安全；② 互感器二次侧的电量是标准化的。电压互感器为100V，电流互感器为5A或1A，这样，使测量仪表、继电器等标准化，规格单一，有利于大批量生产，从而降低成本。 7.2.1.5电流互感器

（1）电流互感器的选择与校验主要有以下几个条件： 1）电流互感器额定电压应不低于安装地点线路额定电压； 2）根据一次负荷计算电流I30选择电流互感器变比；

3）根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度； 4）校验动稳定度和热稳定度。（2）电流互感器变比选择

电流互感器一次侧额定电流有20、30、40、50、75、100、150、200、300、400、600、800、1000、1200、1500、2000（A）等多种规格，二次侧额定电流均为5A。一般情况下，计量用的电流互感器变比的选择应使其一次额定电流I1N不小于线路计算电流I30，如线路中负荷计算电流为350A，则电流互感器的变比应选择400/5。保护用的电流互感器为保证其准确度要求，可以将变比选得大一些。（3）电流互感器准确度选择及校验

准确度选择的原则：计费计量用的电流互感器其准确度为0.2～0.5级，计量用的电流互感器其准确度为0.1～3.0级。为了保证准确度误差不超过规定值，一般还校验电流互感器二次负荷（伏安），互感器二次负荷S2不大于二次额定负荷S2N，所选准确度才能得到保证。准确度校验公式为：

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 S2S2N （44）

二次回路的负荷S2取决于二次回路的阻抗Z2的值，则：

 S2I2NZ2I2NZiRWLRXC （45）

22或 S2SiI2NRWLRXC （46）

2式中，Si、Zi为二次回路中的仪表、继电器线圈的额定负荷和阻抗，RXC为二次回路中所有接头、触点的接触电阻，一般取0.1，RWL为二次回路导线电阻，计算公式为：

(S) RWLLc （47）

2253m32mmmmm式中，为导线的导电率，铜线，铝线，S为导线截

面积mm，Lc为导线的计算长度（m）。设互感器到仪表、继电器的单向长度为l1，

2LCl1；LC2l1。LC3l1；则互感器为星形接线时，为V形接线时，为一相接线时，（4）电流互感器动稳定度和热稳定度校验

厂家的产品技术参数中都给出了动稳定倍数Kes和热稳定倍数Kt，因此，按下列公式分别校验动稳定和热稳定即可。 1）动稳定度校验

Kes2I1Nish （48）式中，I1N－电流互感器的额定一次电流。（5）电流互感器型号的选择 1）总降压变电所高压侧

由于这里所选的电流互感器是计量用的，根据安装地点的电气条件，初选变比为150/5的LCW-35型电流互感器进行校验，如表14所示。由校验结果可知，所选LCW-35型电流互感器是满足要求的。

序装置地点的电气条件数据 35kV LCW-35型电流互感器项目 UN.et 数据 35kV 结论合格号项目 1

UN 8

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2 3 4 I30 83.43A 17.67kA 2I1N 150A 合格合格合格 ish Kes2I1N 10020.1521.21kA (3)Itima 6.9321.1=52.83 KtI1N2t 650.152183.72 表14 总降压变电所高压侧电流互感器的选择与校验

2）总降压变电所低压侧

由于这里所选的电流互感器是计量用的，根据安装地点的电气条件，初选变比为500/5的LAJ-10型电流互感器进行校验，如表15所示。由校验结果可知，所选LAJ-10型电流互感器是满足要求的。

序装置地点的电气条件数据 6kV 471.79A 21.24kA LAJ-10型电流互感器项目 UN.et I1N 数据 10kV 500A 结论合格合格合格合格号项目 1 2 3 4 UN I30 ish Kes2I1N 13520.595.46kA I(3)2imat 8.3321.1=76.33 KtI1N2t 750.5211406.3 表15 总降压变电所低压侧电流互感器的选择与校验

7.2.1.4电压互感器

电压互感器的选择应按以下几个条件：

（1）按安装地点环境及工作要求选择装置类型；

（2）电压互感器的额定电压应不低于装设点线路额定电压；（3）按测量仪表对电压互感器准确度要求选择并校验准确度。

电压互感器准确度的设置一般有5档，计量用的为0.5级以上，一般测量用的准确度为1.0～3.0级，保护用的准确度为3P级和6P级。

为了保证准确度的误差在规定范围内，二次负荷应不大于相应的额定值，计算公式为

 S2SN （49）

S2Pu2Qu2

（50）

cosuQuSusinu式中，PuSu和分别为仪表、继电器电压线圈消耗的总

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有功功率和总无功功率。

这里所选的电压互感器是用来计量的，而本设计又不涉及计量仪表方面的内容，故不需做准确度校验，只需满足电压要求就行。根据前面所述，厂变电所高压侧选择JDJ-35型电压器。

8 短路电流计算

电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但一般三相短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选择检验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。三相短路用文字符号k(3)表示。 8.1三相短路电流的计算

标幺制法，即相对单位制算法，因其短路计算中的有关物理量是采用标幺值（相对单位）而得名。

按标幺制法进行短路计算时，一般是先选定基准容量S d和基准电压Ud。基准容量，工程设计中通常取Sd=100MV·A。

基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取Ud=Uc。选定了基准容量Sd和基准电压Ud以后，基准电流Id按下式计算

Id

Sd3UdSd3Uc （51）

基准电抗Xd则按下式计算

Uc2XdSd3Id （52）

Ud供电系统中各主要元件的电抗标幺值的计算（取Sd=100MV·A,Ud=Uc）。（1）电力系统的电抗标幺值

XXs

*sUc2XdScUc2SdSdSoc （53）

（2）电力变压器的电抗标幺值

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XXT*TUk%Uc2Xd100SNUc2Uk%SdSd100SN （54）

（3）电力线路的电抗标幺值

*WLXWLUc2SXdX0lX0ld2SdUc （55）

短路电路中各主要元件的电抗标幺值求出以后，即可利用其等效电路图进行电路化简，计算其总电抗标幺值X∑*。由于各元件电抗均采用相对值，与短路计算点的电压无关，因此无须进行电压换算，这也是标幺值法较之欧姆法优越之处。三相短路电流周期分量有效值

(3)(3)*IIIIXkkdd （56）

其他三相短路电流

(3)(3)(3)IIIk （57） (3)(3)i2.55Ish （58） (3)(3)I1.51Ish （59）

8.2电力系统的短路电流计算

（1）绘短路计算电路图，并根据短路计算的目的确定短路计算点，如图13所示。

（2）系统短路时的等效电路图（如图14）

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（3）确定基准值

取 Sd=100MV·A，Uc1=37kV，UC2=6.3Kv 而 Id1Sd Id2Sd3Uc1100MVA(337kV)1.56kA

3Uc2100MVA(36.3kV)9.16kA

（4）计算短路电流中各主要元件的电抗标幺值 1）电力系统

Sc，XC0

2）架空线路（查表得，LGJ—185型，几何间距为3.5m时的电抗X0=0.386Ω/km， LGJ—95型，几何间距为1.5m时的电抗X0’=0.353Ω/km）

100MVA0.1462115 100MVAX5X60.353/km5km0.129237

3）电力变压器（查表得工厂变电所变压器的Ud%=7）

X1X20.386/km50kmUd%Sd14100103kVAXX0.175100SN10080000

34Ud%Sd7100103kVAXX1.75100S1004000N

78（5）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(k1)X1//X2X3//X4X5//X6

0.14620.17520.1292 0.225

2）三相短路电流周期分量有效值

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(3)IkIXkA1d1(k1)1.56kA0.2256.93

3）其他三相短路电流

(3)(3)(3)IIIk16.93kA

(3)(3)2.556.9317.67kAi2.55Ish (3)(3)I1.51I1.516.9310.46kA sh4）三相短路容量

(3)SkMVA0.225444.4MVA1SdX(k1)100

同上求出K-2的三相短路电流 (kA)和三相短路容量(MV·A)，如下表16。

三相短路电流 (kA) 短路计算点三相短路容量(MV·A) (3)I Ik(3) k-1 k-2 6.93 8.33 I(3) (3)ish (3)Ish Sk(3) 444.4 90.9 6.93 8.33 6.93 8.33 17.67 21.24 10.46 12.58 表16 短路电流计算结果

（1）对全厂的电力负荷、功率补偿、短路电流进行了计算；（2）确定了总降压变电所的位置及主变压器的容量、台数及型号；（3）通过分析，确定了总降压变电所的一次接线图；（4）确定了高压供电线路的敷设方式，并选择了高压供电线路导线的截面及型号；（5）选择并校验了总降压变电所的一次设备。

9 防雷与接地

9.1防雷

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

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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。 9.1.2.1架空线路的防雷措施

（1）架设避雷线这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66KV及以上的架空线路上才沿全线装设。35KV的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。而10KV及以下的线路上一般不装设避雷线。

（2）提高线路本身的绝缘水平在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架空线路防雷的基本措施。（3）利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线由于3～10KV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。

（4）装设自动重合闸装置线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD，使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。

（5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。

9.1.2.2变配电所的防雷措施

（1）装设避雷针,室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。

（2）高压侧装设避雷器,这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。

避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线

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路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。

（3）低压侧装设避雷器这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。 9.2 接地

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。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。

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。

在本设计中，查表可知此变电所公共接地装置的接地电阻应为RE<4Ω．现初步考虑围绕变电所建筑四周，距变电所2-3m，打入一圈直径50mm、长2.5m的钢管接地，每隔5m打入一根，管间用40*4mm2的扁钢焊接。

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10 附图纸

钢铁厂供电系统电气原理图

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11 谢辞

经过几个月的查资料、整理材料、写作论文，今天终于可以顺利的完成论文的最后的谢辞了，想了很久，写下这一段谢词，表示可以进行毕业答辩了，自己想想求学期间的点点滴历历涌上心头，时光匆匆飞逝，三年多的努力与付出，随着论文的完成，终于让学生在大学的生活，得以划下了完美的句点。

论文的顺利完成，要感谢的人实在太多了。首先要感谢我的指导老师王刚，因为论文是在王刚老师的悉心指导下完成的。王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，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。王老师指引我的论文的写作方向和架构，并对本论文初稿进行逐字批阅，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向。他的循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，他的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我工作、学习中的榜样。

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。这不仅是理论与实践的结合，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良好的开端和铺垫。

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、周乐挺《工厂供配电技术》高等教育出版社,2007 2、刘涤尘《电气工程基础》武汉理工大学出版社，2003 3、汪永华《工厂供电》机械工业出版社，2003 4、唐志平《工厂供配电》电子工业出版社，2002 5、刘介才《实用供配电技术手册》中国水利水电出版社，2002 6、刘介才《工厂供电设计指导》机械工业出版社，1998 7、刘介才《工厂供电简明设计手册》机械工业出版社，1993 8、丁德劭《怎样读新标准电气一次接线图》中国水利水电出版社，2001

XX钢铁厂供配电系统设计

摘要

关键词电力负荷；功率补偿；短路电流；防雷与接地

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6.3母线的选择 ............................................................................................................................................ 2 7 电气设备的选择 ........................................................................................................................................... 2 7.1电气设备选择的一般条件 .................................................................................................................... 2 7.2高压一次设备的选择 ............................................................................................................................ 3 8 短路电流计算 ............................................................................................................................................. 10 8.1三相短路电流的计算 .......................................................................................................................... 10 8.2电力系统的短路电流计算 ................................................................................................................... 11 9 防雷与接地 ................................................................................................................................................. 13 10 附图纸 ....................................................................................................................................................... 16 11 谢辞 ........................................................................................................................................................... 17 12 参考文献 ................................................................................................................................................... 18

1电力负荷及其计算

1.1 工厂的电力负荷（1）电力负荷的概念

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P30Kx.PN （1）式中：Kx：称为需要系数；

PN：为该组内各设备额定功率之和，即PN=PN； P30：为有功功率负荷；其中：

KxK.KL.WL

K：设备组的同时使用系数（即最大负荷时运行设备的容量与设备组总额定容量之比）；KL：设备组的平均加权负荷系数（表示设备组在最大负荷时输出功率与运行的设备容量的比值）；：设备组的平均加权效率；WL：配电线路的平均效率。 ② 无功计算负荷：

n （2） Q30P30.tatan：用电设备组的功率因数角的正切值； ③ 视在计算负荷：

22S30P30Q30

P30cos （3）

cos：用电设备组的平均功率因数； ④ 计算电流：

I30

S303UN （4）

UN：用电设备组的额定电压；

Kx=1；注意：需要系数值是按设备较多的情况来确定的，对单台设备，即 P30PN；

P30PN但对于电动机，它本身损耗较大，因此当只有一台时，（2）二项式系数法

。

确定用电设备组有功计算负荷的公式为二项式。它考虑了设备组中容量最大的几台对整个设备组计算负荷的影响，弥补了需要系数法的不足。此法计算也十分简便，至今仍为我国不少设计单位和设计人员所采用。

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① 有功计算负荷：

P30bPNcPx （5）

bPN：表示用电设备组的平均负荷。cPx：表示用电设备组中的x台容量组大的设备投入运行时增加的附加负荷，其中

Px为x台容量最大的设备之和； b、c：二项

式系数，其数值随用电设备组的类别和台数而定； ② 无功计算负荷：

n （6） Q30P30.ta③ 视在计算负荷：

22S30P30Q30 ④ 计算电流：

P30cos （7）

I30 （3）利用系数法

S303UN （8）

（4）多组用电设备计算负荷的确定

Kp 、

Kq；

对车间干线取：

Kp0.85~0.95对低压母线取：

；

Kq0.90~0.97

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① 由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取

Kp0.80~0.90 ；

Kq0.85~0.95

② 由车间干线计算负荷直接相加计算时取

Kp0.90~0.95 ；

Kq0.93~0.97

③总的有功计算负荷为

P30KpP30,i （9）

④总的无功计算负荷为

Q30KqQ30,i （10）

（以上两式中的∑P30,i和∑Q30,i分别为各组设备的有功和无功计算负荷之和。）总的视在计算负荷为

22S30P30Q30 （11）

总的计算电流为

I30S301.3 变压器功率损耗的计算

对于双绕组变压器，（有功功率损耗）和（无功功率损耗）分别为

P2Q2PTP0RT2V （13） I0%P2Q2QTSNXT2100V （14）

3U

N （12）

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SPTP0PsSN  （15）

SSN （16）

I%V%SNQT0SNs100100式中，n—变压器台数；PS—变压器短路损耗；

S—通过变压器的负荷视在计算功率；VS%—变压器短路电压百分数。当有n台同型号同容量的变压器并联对功率为S的负荷供电时，其总功率损耗为

PPTnP0snSSN （17）

SSN （18）

I%V%SNQTn0SNs100100n在负荷计算中，SL7、S7、S9等型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算。

PT0.015S30 （19） QT0.06S30 （20）

1.4 工厂的计算负荷和年电能消耗量

1.4.1 工厂计算负荷的确定工厂计算负荷是选择工厂电源进线一、二次设备的基本依据，也是计算工厂的功率因数和工厂需电量的基本依据。

（1）按逐级计算法确定工厂计算负荷

如图1所示，工厂的计算负荷P30。

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①应该是高压母线上所有高压配电线计算负荷之和，在乘上一个同时系数。高压配电线的计算负荷P30。②应该是该线所供车间变电所低压侧的计算负荷P30。工厂及变电所低压侧总的计算负荷P30、Q30、S30和I30的计算公式，分别如前面式（9）～（12）所示，其

Kp0.8～0.95， 0.85～0.97。

Kq（2）按需要系数法确定工厂计算负荷

将全厂用电设备的总容量Pe（不含备用设备容量）乘上一个需要系数Kd，即得到全厂的有功计算负荷，

即P30KdPe （21）全厂的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流按式（6）～（8）计算。（3）按年产量估算工厂计算负荷

将工厂年产量A乘上单位产品耗电量a，就得到工厂全年的需电量

WaAa （22）各类工厂的单位产品耗电量a可由有关设计单位根据实测统计资料确定，亦可查有关设计手册。

在求出年需电量Wa后，除以工厂的年最大负荷利用小时Tmax，就可求出工厂的有功计算负荷

式中，P为功率表测出的三相功率读数（kW）； I为电流表测出的线电流读数（A）；

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U为电压表测出的线电压读数（kV）

瞬时功率因数只用来了解和分析工厂或设备在生产过程中无功功率的变化情况，以便采取适当的补偿措施。

② 平均功率因数平均功率因数亦称加权平均功率因数，按下式计算

cosWpWp2Wq21Wq1Wp （25）

2式中，Wp为某一时间内消耗的有功电能，由有功电度表读出； WQ为某一时间内消耗的无功电能，由无功电度表读出。

我国电业部门每月向工业用户收取电费，就规定电费要按月平均功率因数的高低来调整。

③ 最大负荷时的功率因数最大负荷时的功率因数指在年最大负荷（即计算负荷）时的功率因数，按下式计算

cosP30S30 （26） 2）无功功率补偿

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应负荷，从而使功率因数降低，需考虑人工补偿。

要使功率因数由cos提高到cos，必须装设的无功功率补偿装置容量为

ntan （27） QCQ30Q30P30ta或 QCqCP30 （28）

nQCqC （29）由上式计算所得的电容器个数n,对于单相电容器来说，因取3的倍数。

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3）无功补偿后的工厂计算负荷

工厂装设了无功补偿装置后，则在确定补偿装置装设地点以前的的总计算负荷时，应扣除无功补偿的容量，即总的无功计算负荷

 Q30Q30QC （30）补偿后总的视在计算负荷

2P30S30(Q30QC)2 （31）

（由上式可以看出，在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器的容量选得小一些。着不仅降低了变电所的初投资，而且可减少工厂的电费开支。由此可见，提高功率因数不仅对整个电力系统大有好处，而且对工厂本上也是有一定经济实惠的。） 1.5 钢铁厂的负荷计算 1.5.1各车间的计算负荷

1.5.2 各车间电力变压器的功率损耗

序号 1 2 3 4 5 6 7 用电单位名称高炉车间炼钢车间轧钢车间线材车间机电修车间水泵站氧气站变压器功率损耗 PT(kW) 15 13.2 9.3 14.1 9.3 6.1 3.7 QT(kvar) 60 52.7 37.2 56.4 37.2 24.4 14.6 27

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表2 各车间电力变压器的功率损耗

1.5.3各车间电力变压器的功率损耗

1.5.4 全厂总的计算负荷根据以上数据得出 P30=K∑p

∑P30(1)=0.95(815+715.2+1433.9+794.1+509.4+331.1+198.7)=4557.5kW Q30=K∑q

∑Q30(1)=0.97(660+579.2+1067.8+580.6+402.8+268.2+160.9)=3607.9kvar S30=

22P30Q30.523607.92=5812.7kV·=4557A

.7(36)=559.3A I30=S30(3UN)=58121.5.5 总降压变电所的功率补偿（1）补偿前的变压器容量和功率因素：

根据工厂的一、二级负荷情况，选择2台主电力变压器，因此，主电力变压器的容量选择为

SN·T≈0.7 S30=0.75812.7=4068.9kV·A

因此未进行无功补偿时，主变压器容量应选为5000kV·A，型号为SJL1—5000/35 这时变电所低压侧的功率因数为

cos(2)=P30/S30 =4557.5/5812.7=0.78 （2）无功补偿容量

按设计要求，变电所高压侧的cos0.9。考虑到变压器的无功功率损耗

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QT远大于有功功率损耗PT，因此在变压器低压侧补偿时，低压侧补偿后的

功率因数应略高于0.90,这里取cos'0.92。

要使低压侧功率因数由0.78提高到0.92，低压侧需要装设的并联电容器的容量为

QC =P30(tanarccos0.78-tanarccos0.92) =4557.5(0.802-0.426) =1713.62kvar

在确定了总的补偿容量后，就可根据选定的并联电容器的单个容量qc来确定电容器的个数

n

Qcqc

由上式计算所得的电容器个数n，对于单相电容器来说，应取3的倍数，以便三相均衡分配。

在确定了并联电容器的容量后，根据产品目录，就可以选择并联电容器的单台容量（这里选50kvar），并确定并联电容器的数量：

n

Qc1713.6234qcN=50（个）取n=36

式中 qcN—单个电容器的额定容量（kvar）。则实际补偿容量为Qc=36×50 kvar =1800 kvar

选择两台电容器柜，单台的容量为900kvar，型号为TBB36-900/50。（3）补偿后的变压器容量和功率因数变电所低压侧的视在计算负荷为 S30(2)=

2P30(Q30QC)2=

4557.52(3607.91800)24902.99kV·A

I30(2)S30(2)3U4902.9936471.79A

N因此无功补偿后主变压器容量SN·T≈0.7 S30=0.74902.99=3432.1kV·A 变压器容量应选为4000kV·A，型号为SJL1—4000/35。变压器的功率损耗为

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PPSTnP0n(S2S) n25.9392(4902.9924000) =11.8+29.30 =41.1kW

QTnI0%100SVS%SNN100n(SN)2 21.11004000740001002(4902.994000)2

=88+210.26 =298.26kvar

变电所高压侧的计算负荷为

P30(1)P30PT4557.541.14598.6kW

Q30(1)(Q30QC)QT(3607.91800)298.262106.16kvar

S30(1)P302(1)Q302(1)4598.622106.1625057.97kV·A

I30S30(1)3UN5057.9733583.43A

无功补偿后，工厂的功率因数为

cosP30(1)S30(1)4598.65057.970.909 这一功率因数满足规定要求。 1.5.6 工厂的年电能消耗量 Tmax=6500h，取0.7，0.8 则工厂年有功电能消耗量

Wp·a=P30Tmax=0.74598.66500=2.092107kW·h 工厂年无功电能消耗量

Wq·a=Q30Tmax=0.82106.166500=1.095107kvar·h

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2 变配电所选择

2.1变配电所的类型

车间变电所按其主变压器的安装位置来分,有下列类型：

（2）车间内变电所变压器室位于车间内的单独房间内，变压器室的大门朝车间内开。

（3）露天变电所变压器安装在室外抬高的地面上。如果变压器的上方设有顶板或挑檐的，则称为半露天变电所。

在负荷较大的多跨厂房、负荷中心在厂房中部且环境许可时，可采用车间内变电所。这种车间内变电所，位于车间的负荷中心，可以缩短低压配电的距离，降低电能损耗和电压损耗，减少有色金属的消耗量，因此这种变电所的技术经济指标比较好。但是变电所建在车间内部，要占一定的生产面积，因此对一些生产面积比较紧凑和生产流程要经常调整、设备也要相应变动的生产车间不太合适；而且其变压器门朝车间内开，对生产的安全有一定的威胁。这种变电所在大型冶金企业中较多。

2.2变电所主变压器容量的选择（1）只装一台主变压器的变电所

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主变压器容量ST（设计中，一般可概略地当作其额定容量SN.T）应满足全部用电设备总计算负荷S30需要，即

ST≥S30 （34）（2）装有两台主变压器的变电所

每台变压器的容量ST（一般可概略地当作SN.T）应同时满足以下两个条件： ①任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60%～70%的需要，即

车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000kV·A（或1250 kV·A）。这一方面是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制；另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。现在我国已能生产一些断流能力更大和短路稳定度更好的新型低压开关电器如DW15、ME等型低压断路器及其它电器，因此如车间负荷容量较大、负荷集中且运行合理时，也可以选用单台容量为1250～2000 kV·A的配电变压器，这样能减少主变压器台数及高压开关电器和电缆等。

（4）适当考虑符合的发展

应适当考虑今后5～10年电力负荷的增长，留有一定的余地，同时要考虑变压器的正常过负荷能力。

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3 电气主接线

主接线代表了发电厂和变电站电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。

概括地说，对主接线的基本要求包括安全、可靠、灵活、经济四个方面。主接线的绘制

3.1 具有母线的电气主接线（1）单母线接线

在主接线中，断路器是电力系统的主开关；隔离开关的功能主要是隔离高压电源，以保证其它设备和线路的安全检修。例如，固定式开关柜中的断路器工作一段时间需要检修时，在断路器断开电路的情况下，拉开隔离开关；恢复

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供电时，应先合隔离开关，然后合断路器。这就是隔离开关与断路器配合操作的原则。由于隔离开关无灭弧装置，断流能力差，所以不能带负荷操作。如下图2所示。（2）单母线分段

（3）双母线及双母线分段

如上图4所示，这种接线，每一回路都通过一台断路器和两组隔离开关（也

有采用两台断路器和两组隔离开关）连接到两组母线上，母线W1和W2都是工作母线。两组母线可同时工作，并通过母线联络短路器并联运行。电源和引出线适当地分配在两组母线上。双母线分段接线如上图5所示。 3.2 无母线的电气主接线 3.2.1桥形接线

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方案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主接

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3.4 工厂电力线路

主接线又称一次接线或主电路。电气主接线是由各种主要电气设备（如发电机、变压器、开关电气、互感器、电抗器及连接线路等设备），按一定顺序连接而成的一个接受和分配电能的总电路。由于交流供电系统通常是三相对称的，故在主接线图中，一般用一根线来表示三相电路，仅在个别三相设备不对称或需进一步说明的地方，部分地用三条线表示，这样就将三相电路图绘成了单线图。为使看图容易起见，图上只绘出系统的主要元件及相互间的连接。主接线代表了发电厂和变电站电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。概括地说，对主接线的基本要求包括安全、可靠、灵活、经济四个方面。

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4 电力线路接线方式

工厂的高压线路有放射式、树干式和环形等基本接线方式。 4.1高压放射式接线

图11是高压树干式线路的电路图。树

（本厂由于车间一、二级负荷较多，需要较高的供电可靠性故采用放射式接线。）

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5 电力线路的敷设

5.1架空线路

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。）

6 高压供电线路导线截面及型号的选择

6.1按经济电流密度选择导线截面

【导线（或电缆，下同）的截面越大，电能损耗就越小，但是线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量却要增加。因此从经济方面考虑，导线应选择一个比较合理的截面，既使电能损耗小，又不致过分增加线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量】各国根据其具体国情特别是有色金属资源的情况，规定了导线

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和电缆的经济电流密度。我国现行的经济电流密度规定如表5所列。

线路类别架空线路电缆线路导线材质铝铜铝铜年最大负荷利用小时 3000h以下 1.65 3.00 1.92 2.50 3000～5000h 1.15 2.25 1.73 2.25 5000h以上 0.90 1.75 1.54 2.00 表5 导线和电缆的经济电流密度（A/mm2）

按经济电流密度jec计算经济截面Aec的公式为

Aec

I30jec （36）

式中，I30为线路的计算电流。

按上式计算出Aec后，应选最接近的标准截面（可取较小的标准截面），然后校验其它条件。

6.2导线截面及型号的选择

（1）总降压变电所高压侧导线（35kV架空线）按经济电流密度选择 1）选择经济截面

按已知条件，查表得jec=0.90/mm2,因此 Aec=I30/jec=83.43A/(0.90A/mm2)=92.7mm2

选择标准截面95mm2，即选LGJ-95型钢芯铝绞线。 2）线路电压损耗

几何均距为1.5m,A=95mm2，查表得R0=0.33Ω/km，X0=0.353Ω/km。故线路的电压损耗与线路的电压损耗百分值为表6

线路的电压损耗线路的电压损耗百分值 323v 0.95 表6 线路的电压损耗与线路的电压损耗百分值

它小于Ual5%，因此所选LGJ-95型钢芯铝绞线满足电压损耗要求。（2）车间高压侧导线(6kV架空线)

选择原则及校验同35kV架空线的选择一样,各车间高压侧导线的型号见表7。

陕西航空职业技术学院毕业论文序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 装设地点总降压变电所高压侧总降压变电所低压侧高炉车间变电所高压侧炼钢车间变电所高压侧轧钢车间变电所高压侧线材车间变电所高压侧机电修车间变电所高压侧水泵站变电所高压侧氧气站变电所高压侧导线型号 LGJ-95 LGJ-400 LGJ-95 LGJ-95 LGJ-185 LGJ-95 LGJ-50 LGJ-35 LGJ-35 表7 各装设地点导线型号

6.3母线的选择

aloMW （37）

3)2MF(3)l/83i(shl/10a(3)3(3) （38）

式中 F─ish通过时产生的最大作用力（N）；l─档矩（m）； a ─母线间距离（m）。

(3)7 电气设备的选择

7.1电气设备选择的一般条件（1）按正常运行条件选择

电气设备按正常工作条件选择，就是要考虑装置地点的环境条件和电气要求。环境条件是指电气装置所处的位置特征；电气要求是指对设备的电压、电流、频率

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（一般为50HZ）等方面的要求；对一些断路电器如开关、熔断器等，还应考虑其断流能力。

①考虑所选设备的工作环境。如户内、户外、防腐蚀、防暴、防尘、防火等要求，以及沿海或是湿热地域的特点。

②所选设备的额定电压UN,et应不低于安装地点电网的额定电压UN，即 UN,et≥UN （39）一般设备的电压设计值满足1.1UN,et，因而可在1.1UN,et下安全工作。 ③设备的额定电流IN是指在额定周围环境温度下，设备的长期允许电流。IN应不小于通过设备的计算电流I30，即

IN≥I30 （40） ④设备的最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流，即

IbrIk(3) （41）（2）按短路条件校验 ①动稳定校验

动稳定校验（电动力稳定）是指导体和电器承受短路电流机械效应的能力。满足稳定的条件是

7.2高压一次设备的选择

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

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之用，也可以作为大型高压交流电动机的启动和保护之用，其中安装有高压开关设备、保护电器、检测仪表和母线、绝缘子等。高压开关柜有固定式和手车式（移开式）两大类型。在一般中小型工厂中，普遍采用较为经济的固定式高压开关柜。我国现在大量生产和观感应用的开关柜主要为GG-1A（F）型。这种防误型开关柜装设了防止电器误操作和保障人身安全的闭锁装置，即所谓“五防”——防止误跳、误合断路器，防止带负荷拉、合隔离开关，防止带电挂接地线，防止带接地线合隔离开关，防止人员误入带电间隔。 7.2.1.1高压断路器的选择

高压断路器（文字符号为QF）的功能是，不仅能通断正常负荷电流，而且能接同和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。

（1）总降压变电所高压侧

继电保护的动作时间为1s，断路器的短路时间取0.1s，假想时间为： tima=1+0.1=1.1s

（2）总降压变电所低压侧

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继电保护的动作时间为1s，断路器的短路时间取0.1s，假想时间为： tima=1+0.1=1.1s

装置地点的电气条件序号项目 1 2 3 4 5 UN I30 Ik(3) ish(3) I∞(3)2tima 数据 6kV 471.79A 8.33kA 21.24kA 8.3321.1=76.33 项目 UN.et IN Ibr imax It2t 数据 10kV 630A 16kA 40kA 1622=512 结论合格合格合格合格合格 SN10-10Ⅰ/630-300型断路器表9 总降压变电所低压侧断路器的选择与校验

7.2.1.2高压隔离开关的选择

高压隔离开关（QS）的功能主要是隔离高压电源，以保证其它设备和线路的安全检修。它的结构有如下特点：断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的，能充分保证人身和设备安全。但是隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。高压隔离开关按安装地点，分为户内式和户外式两大类。（1）总降压变电所高压侧

由安装地点的电压和最大工作电流，初选高压隔离开关规格为GN2-35/400进行

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校验，如表13所示。由校验结果可知，所选GN2-35/400型隔离开关是满足要求的。

继电保护的动作时间为1s，断路器的短路时间取0.1s，假想时间为：tima=1+0.1=1.1s

装置地点的电气条件序号项目 1 2 3 4 UN I30 ish(3) I∞(3)2tima 数据 35kV 83.43A 17.67kA 6.9321.1=52.83 项目 UN.et IN imax It2t 数据 35kV 400A 50kA 2024=1600 结论合格合格合格合格 GN2-35/400型隔离开关表11 总降压变电所高压侧隔离开关的选择与校验

（2）总降压变电所低压侧

7.2.1.3高压熔断器的选择

熔断器（文字符号为FU）是一种当所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，使其熔体熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。熔断器的功能主要是对电路及电路设备进行短路保护，但有的也具有过负荷保护的功能。工厂供电系统中，室内广泛采用RN1、RN2型高压管式熔断器，室外则广泛采用RW4、RW10(F)等型跌开式熔断器。

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根据安装地点的电气条件，初选高压熔断器的型号为RN2-35/0.5进行校验，如表13所示。由校验结果可知，所选RN2-35/0.5型熔断器是满足要求。

序号装置地点的电气条件项目 1 2 UN Ik(3) 数据 35kV 6.93kA RN2-35/0.5型熔断器项目 UN.et Ibr 数据 35kV 17kA 结论合格合格表13 厂变电所高压侧熔断器的选择与校验

7.2.1.4互感器的选择

3）根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度； 4）校验动稳定度和热稳定度。（2）电流互感器变比选择

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应选择400/5。保护用的电流互感器为保证其准确度要求，可以将变比选得大一些。

（3）电流互感器准确度选择及校验

准确度选择的原则：计费计量用的电流互感器其准确度为0.2～0.5级，计量用的电流互感器其准确度为0.1～3.0级。为了保证准确度误差不超过规定值，一般还校验电流互感器二次负荷（伏安），互感器二次负荷S2不大于二次额定负荷

S2N，所选准确度才能得到保证。准确度校验公式为：

 S2S2N （44）

二次回路的负荷S2取决于二次回路的阻抗Z2的值，则：

 S2I2NZ2I2NZiRWLRXC （45）

22或 S2SiI2NRWLRXC （46）

(S) RWLLc （47）

22式中，为导线的导电率，铜线53mmm，铝线32mmm，S为导线2，Lc为导线的计算长度（m）mm截面积。设互感器到仪表、继电器的单向长度

为l1，则互感器为星形接线时，LCl1；为V形接线时，LC3l1；为一相接线时，LC2l1。

（4）电流互感器动稳定度和热稳定度校验

厂家的产品技术参数中都给出了动稳定倍数Kes和热稳定倍数Kt，因此，按下列公式分别校验动稳定和热稳定即可。 1）动稳定度校验

Kes2I1Nish （48）

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式中，I1N－电流互感器的额定一次电流。（5）电流互感器型号的选择 1）总降压变电所高压侧

序装置地点的电气条件数据 35kV 83.43A 17.67kA LCW-35型电流互感器项目 UN.et I1N 数据 35kV 150A 结论合格合格合格合格号项目 1 2 3 4 UN I30 ish Kes2I1N 10020.1521.21kA I(3)2imat 6.9321.1=52.83 KtI1N2t 650.152183.72 表14 总降压变电所高压侧电流互感器的选择与校验

2）总降压变电所低压侧

序装置地点的电气条件数据 6kV 471.79A 21.24kA 2LAJ-10型电流互感器项目 UN.et I1N 数据 10kV 500A 结论合格合格合格合格号项目 1 2 3 4 UN I30 ish Kes2I1N 13520.595.46kA (3)Itima 8.3321.1=76.33 KtI1N2t 750.5211406.3 表15 总降压变电所低压侧电流互感器的选择与校验

7.2.1.4电压互感器

电压互感器的选择应按以下几个条件：

（1）按安装地点环境及工作要求选择装置类型；

（2）电压互感器的额定电压应不低于装设点线路额定电压；

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（3）按测量仪表对电压互感器准确度要求选择并校验准确度。

电压互感器准确度的设置一般有5档，计量用的为0.5级以上，一般测量用的准确度为1.0～3.0级，保护用的准确度为3P级和6P级。

为了保证准确度的误差在规定范围内，二次负荷应不大于相应的额定值，计算公式为

 S2SN （49）

 S2Pu2Qu2

（50）

cosuQsinu式中，PuSu和uSu分别为仪表、继电器电压线圈消耗

的总有功功率和总无功功率。

8 短路电流计算

标幺制法，即相对单位制算法，因其短路计算中的有关物理量是采用标幺值（相对单位）而得名。

按标幺制法进行短路计算时，一般是先选定基准容量S d和基准电压Ud。基准容量，工程设计中通常取Sd=100MV·A。

基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取Ud=Uc。选定了基准容量Sd和基准电压Ud以后，基准电流Id按下式计算

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Id

Sd3UdSd3Uc （51）

基准电抗Xd则按下式计算

Uc2XdSd3Id （52）

Ud供电系统中各主要元件的电抗标幺值的计算（取Sd=100MV·A,Ud=Uc）。（1）电力系统的电抗标幺值

XXs*sUc2XdScUc2SdSdSoc （53）

（2）电力变压器的电抗标幺值

XXT*TUk%Uc2Xd100SNUc2Uk%SdSd100SN （54）

（3）电力线路的电抗标幺值

*WLXWLUc2SXdX0lX0ld2SdUc （55）

短路电路中各主要元件的电抗标幺值求出以后，即可利用其等效电路图进行电路化简，计算其总电抗标幺值X∑*。由于各元件电抗均采用相对值，与短路计算点的电压无关，因此无须进行电压换算，这也是标幺值法较之欧姆法优越之处。

三相短路电流周期分量有效值

(3)(3)*IIIIXkkdd （56）

其他三相短路电流

(3)(3)(3)IIIk （57） (3)(3)i2.55Ish （58） (3)(3)I1.51I sh （59）

8.2电力系统的短路电流计算

（1）绘短路计算电路图，并根据短路计算的目的确定短路计算点，如图13所示。

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（2）系统短路时的等效电路图（如图14）

（3）确定基准值

取 Sd=100MV·A，Uc1=37kV，UC2=6.3Kv 而 Id1Sd Id2Sd3Uc1100MVA(337kV)1.56kA 3Uc2100MVA(36.3kV)9.16kA

（4）计算短路电流中各主要元件的电抗标幺值 1）电力系统

Sc，XC0

2）架空线路（查表得，LGJ—185型，几何间距为3.5m时的电抗X0=0.386Ω/km， LGJ—95型，几何间距为1.5m时的电抗X0’=0.353Ω/km）

100MVA0.1462115 100MVAX5X60.353/km5km0.129237

3）电力变压器（查表得工厂变电所变压器的Ud%=7）

X1X20.386/km50kmUd%Sd14100103kVAXX0.175100S10080000N

34Ud%Sd7100103kVAXX1.75100SN1004000

78

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（5）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(k1)X1//X2X3//X4X5//X6

0.14620.17520.1292 0.225

2）三相短路电流周期分量有效值

(3)IkkA1Id1X(k1)1.56kA0.2256.93

3）其他三相短路电流

(3)(3)(3)IIIk16.93kA

(3)(3)i2.55I2.556.9317.67kA sh(3)(3)1.516.9310.46kAI1.51Ish

4）三相短路容量

(3)SkSXMVA0.225444.4MVA1d(k1)100

同上求出K-2的三相短路电流 (kA)和三相短路容量(MV·A)，如下表16。

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9 防雷与接地

9.1防雷

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。 9.1.2.1架空线路的防雷措施

9.1.2.2变配电所的防雷措施

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（2）高压侧装设避雷器,这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。

避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。

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10 附图纸

钢铁厂供电系统电气原理图

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11 谢辞

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、周乐挺《工厂供配电技术》高等教育出版社,2007 2、刘涤尘《电气工程基础》武汉理工大学出版社，2003 3、汪永华《工厂供电》机械工业出版社，2003 4、唐志平《工厂供配电》电子工业出版社，2002 5、刘介才 6、刘介才 7、刘介才 8、丁德劭

工厂供电简明设计手册》怎样读新标准电气一次接线图》中国水利水电出版社，2002 机械工业出版社，1998 机械工业出版社，1993 中国水利水电出版社，2001 57

《实用供配电技术手册》《工厂供电设计指导》《《

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