小型工厂供配电设计

新 疆 工 业 高 等 专 科 学 校

毕 业 设 计（ 论 文）

课题名称： 动力车间配电系统

系 别： 电气与信息工程系

专业班级：

学生姓名：

指导教师： * * *

2007 年 06 月 18 日

毕业设计（论文）格式要求：

（一）论文目录分三级，统一按1，1.1，1.1.1等层次编写，并注明页码，正文中没有第三级小标题的，可以只列二级目录。目录还应包含参考文献、附录。

（二）正文一般应分为几个大的部分，每个部分应由小标题；正文中引用的符号较多，可在正文前列出符号表；正文中引用的技术数据要注明出处；正文中引用的重要论断要注明作者，年份。 （三）正文中的注释采用脚注或尾注。其格式为：

1．著作：作者姓名，《书名》，xx出版社[M]，xxxx年第x版，第xx页

２．论文：作者姓名，《论文题目》，《杂志名称》[D]，xxxx年第x期，第xx页

以英文大写字母方式标识各种参考文献,专著[M]、论文集[C]、报纸文章[N]、期刊文章[J]、学位论文[D]、报告[R]

（四）参考文献一般不低于4本（篇），引用格式与正文注释一致。

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毕 业 设 计 成 绩 评 定 报 告

班级：自动化04-28 专业：电气自动化 姓名： 王增云 日期： 2007.06.21

1、设计题目： 氯碱厂动力车间空压、冷冻装置配电系统 专 题： 2、指导教师：姓名：庞 晓 虹 职称： 教 授

单位： 新疆工业高等专科学校 3、设计评阅人: 姓名： 职称：

单位： 4、答辩评定意见：

成绩： 5、答辩委员会（签名）： 日 期：

毕业设计评定意见参考提纲

1.学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。

2.设计或论文（说明书）的优缺点，包括：学生理论水平、独立实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力、勤勉态度等。 3.设计或论文（说明书）中较成功的部分。

4.作毕业设计或论文（说明书）时遇到的困难和问题。

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毕 业 设 计 任 务 书

班级：自动化04-28 专业：电气自动化 姓名： 王增云 日期： 2007.06.21

1、设计题目： 氯碱厂动力车间空压、冷冻装置配电系统

专 题： 2、原始资料： 空压、冷冻装置相关原始参数 3、设计要求

说明书： 按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供配电设计。

图 纸： 4、设计日期：任务下达日期2007.5.15完成日期 2007.6.18 5、设计指导教师： 庞 晓 虹 设计内容： 答疑教师： 设计内容： 答疑教师： 设计内容： 答疑教师： 6、教研室审核（签名）： 7、系部负责人审核（签名）：

目录

摘 要 1．概述…………………………………………………………………………………1 1.1工厂供电的意义和要求…………………………………………………………1 1.2工厂供电设计的一般原则………………………………………………………1 1.3 设计内容及步骤…………………………………………………………………2 2．车间电力负荷计算及变压器的选择………………………………………………4 2.1 负荷计算的目的…………………………………………………………………4 2.2负荷计算的方法及空压 、冷冻装置主要原始资料…………………………4 2.3按需要系数法确定负荷计算……………………………………………………6 2.3.1 需用系数法计算负荷的有关公式……………………………………………6 2.3.2 需用系数法计算负荷的结果…………………………………………………7 2.4车间变压器的选择………………………………………………………………9 3．短路及短路电流的计算……………………………… ……………………….11 3.1短路的概述……………………………………………………………………11 3.2 电力网络中的短路计算………………………………………………………13 3.2.1 短路计算的相关公式………………………………………………………13 3.2.2短路计算中应注意的问题…………………………………………………14 4.导线及其截面的选择…………………………………………………………16 4.1 导线和电缆的选择……………………………………………………………16 4.2 导线截面选择及校验的方法………………………………………………….16 5. 车间高、低压电气设备及其选择………………………………………………19 5.1电气设备………………………………………………………………………19 5.2 高压电气选择及校验条件……………………………………………………25 6. 车间变电所和供配电系统的主结线………………………………………….27 6.1 车间变电所所址选择的要求…………………………………………………27 6.2 车间变电所的总体布置及要求………………………………………………27 6.3变配电所主结线的选择原则…………………………………………………28 6.4 车间供电系统的主结线………………………………………………………29 7.供电系统的继电保护……………………………………………………………30 7.1 继电保护的概述………………………………………………………………30 7.2 车间部分装置的继电保护……………………………………………………31 8. 防雷和接地…………………………………………………………………….33 8.1防雷简介………………………………………………………………………33 8.2 车间变电所采用单支避雷针保护……………………………………………34 8.3 接地保护………………………………………………………………………35 8.3.1.接地与接地装置……………………………………………………………35 8.3.2 车间低压系统的接地保护…………………………………………………35 谢 辞………………………………………………………………………………36 参考文献……………………………………………………………………………37

摘 要

工业企业生产所需要的电能，除大型厂矿企业建有自备发电厂可供应部分外，通常均由电力系统供给。工业企业所使用的电能都是通过企业的各级变电站经过变换电压后，分配到各用电设备。因此，工业企业变电站可以说是企业电力供应的枢纽，所处地位十分重要。

本人对某氯碱厂，空压、冷冻装置供配电系统进行了设计,氯碱化工企业负荷等级属第一类负荷, 它对供电的可靠性和电能品质的要求很高,这类负荷在供电突然中断时将造成剧烈反应的反应釜由于中断冷却水温度急剧升高严重时会发生爆炸,给国民经济带来极大损失.所以,如何正确地计算选择各级变电站的变压器容量及其它主要电气设备，这是保证企业安全可靠供电的重要前提。进行企业电力负荷计算的主要目的就是为了正确选择企业各级变电站的变压器容量，各种电气设备的型号、规格以及供电网络所用导线牌号等提供科学的依据。一般常用于企业电力负荷计算的方法有需用系数法、利用系数法、单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法。此设计采用的是需用系数法、标幺值法等方法对加氢裂化装置电力负荷、最大短路电流等进行了计算的。经过优化计算, 科学合理对配电间进行选址、布局,并选用新一代S10系列节能型变压器, 最大化的为企业节省投资、运行成本,为加氢裂化装置供配电系统方面的安全稳定节能可靠运行、保证优质供电提供了强有力的保证.

关键词：电力负荷 变压器 电缆 电气设备

动力车间配电系统设计

1 概述

1.1工厂供电的意义和要求

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。 众所周知，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。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。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。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。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

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。

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工厂供电设计的一般原则

按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：

（1） 遵守规程、执行政策；

必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。

（2） 安全可靠、先进合理；

应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

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动力车间配电系统设计

（3） 近期为主、考虑发展；

应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。

（4） 全局出发、统筹兼顾。

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。 1.3 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，结合国家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。其基本内容有以下几方面。 （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。

（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，结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。

（3）工厂总降压变电所主结线设计

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数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。

（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放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，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结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。

（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。

（6）变电电气设备的选择

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、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果

（7）继电保护及二次结线设计

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动力车间配电系统设计

为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。

设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。35kv及以上系统尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置图。

（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。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地 电阻计算。

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动力车间配电系统设计

2 车间电力负荷计算及变压器的选择

2.1 负荷计算的目的

工业企业生产所需要的电能，除大型厂矿企业建有自备发电厂可供应部分外，通常均由电力系统供给。工业企业所使用的电能都是通过企业的各级变电站经过变换电压后，分配到各用电设备。因此，工业企业变电站可以说是企业电力供应的枢纽，所处地位十分重要。如何正确地计算选择各级变电站的变压器容量及其它主要电气设备，这是保证企业安全可靠供电的重要前提。进行企业电力负荷计算的主要目的就是为了正确选择企业各级变电站的变压器容量，各种电气设备的型号、规格以及供电网络所用导线牌号等提供科学的依据。

2.2 负荷计算的方法及空压、冷冻装装置主要原始资料

一般常用于企业电力负荷计算的方法有需用系数法、利用系数法、单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法。

此设计采用的是需用系数法来对加氢裂化装置进行电力负荷计算的。

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。

（表2.1） 空压、冷冻装置相关原始参数一览表

装置名称 5℃冷凝器水泵 -35℃冷凝器水泵 机封水循环水泵 5℃冷凝器风扇 -35℃冷凝器风扇 氨冷机组 氨冷机组出线 电容柜 空气压缩机 7℃水泵 5℃水泵 排风机 现场仪表电源 台数 4 3 1 12 8 4 5 5 4 1 4 8 1 4

Pe（KW） 7.5 5.5 30 5.5 5.5 60 30 75 90 30 Ue(V) 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 Ie(A) 11.6 8.6 56.8 11.1 11.1 90 45 80.6 98 58 动力车间配电系统设计

控制室仪表电源 -35℃盐水泵 蒸发器搅拌机 配电室抽风机 -35℃搅拌泵 螺杆压缩机油泵 干燥塔 冷干机 变压器风机 变压器进线 母联 纯水电源引出线 循环水出线

1 2 28 1 4 3 5 2 1 4 1 2 1 30 45 55 75 70 75 70 75 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 72 36 49 80.6 83.9 140.1 83.9 140.1 946.1 （表2.2） 空压、冷冻装置技术参数一览表

装置名称 5℃冷凝器水泵 -35℃冷凝器水泵 机封水循环水泵 5℃冷凝器风扇 -35℃冷凝器风扇 氨冷机组 氨冷机组出线 电容柜 空气压缩机 7℃水泵 5℃水泵 排风机 现场仪表电源 控制室仪表电源 -35℃盐水泵 Pe(kw) 7.5 5.5 30 5.5 5.5 60 30 75 90 30 30 kx 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.5 0.8 0.8 cosφ 0.84 0.88 0.89 0.88 0.88 0.85 0.89 0.84 0.65 0.89 0.89 tanφ 0.646 0.54 0.512 0.54 0.54 0.6 0.512 0.646 1.17 0.512 0.512 5

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蒸发器搅拌机 配电室抽风机 -35℃搅拌泵 螺杆压缩机油泵 干燥塔 冷干机 变压器风机 变压器进线 母联 纯水电源引出线 循环水出线 45 55 75 70 75 70 75 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.89 0.89 0.84 0.88 0.84 0.88 0.84 0.512 0.512 0.646 0.54 0.646 0.54 0.646 2.3 按需要系数法确定负荷计算

2.3.1 需用系数法计算负荷的有关公式

有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。单位有瓦(W)、千瓦(kW)、兆瓦(MW)、Pjs (P30)。

无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)、Qjs(Q30)。

视在功率是在交流电路中，由于有感性或容性储能设备，电压与电流有相位差，通俗讲就是电压与电流不在同一时间到达;因此，表面看电压有多大、电流有多大，实际并没有做那么大的功，有电源与储能设备的能量转换;既，有功功率+无功功率。电力变压器就用视在功率表示容量，单位为伏安(VA)。

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A. 确定用电设备组或用电单位计算负荷的公式:

a. 有功计算负荷 (KW) P30=Kx•Pe；式中，Kx为用电设备组或用电单位的需要系数；Pe为用电设备组或用电单位的总设备容量；

b. 无功计算负荷 Kvar Q30P30•tan

式中，tan为设备铭牌给定功率因数角用电设备组或用电单位功率因数角的正切值

c. 视在计算负荷(KV·A) S30P30

cosSd. 计算电流(A) I3030UN 式中UN为用电设备组或用电单位供电

3电压额定值(KV)

B. 确定多组用电设备组或多个用电单位总计算负荷的公式: a. 有功计算负荷 (KW) P30=KPP30i 式中，P30i为各组的计算负荷(KW)；KP为有功负荷同时系数，由设备组计算车间配电干线负荷时可取KP=0.85～0.95，由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取KP=0.8～0.9。

b. 无功计算负荷 Kvar Q30KqQ30i

式中，Q30i为各组无功计算负荷(Kvar)；Kq为无功负荷同时系数,由设备组计算车间配电干线负荷时可取Kq=0.9～0.97，由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取Kq=0.85～0.95 。

c. 视在计算负荷(KV·A) S30P30Q30

Sd. 计算电流(A) I3030U 式中UN为用电设备电压额定值(KV)

3Ne. 无功补偿公式 QCP30•(tan1tan2)

补偿前 cos1=0.85, tan1=0.62 补偿后cos2=0.95, tan2=0.33 2.3.2 需用系数法计算负荷的结果

（表1.3） 空压、冷冻装置 计 算 负 荷 一 览 表

装置名称 P30i（KW) Q30i（Kvar） S30i（KVA） 2227

动力车间配电系统设计

5℃冷凝器水泵 -35℃冷凝器水泵 机封水循环水泵 5℃冷凝器风扇 -35℃冷凝器风扇 氨冷机组 氨冷机组出线 电容柜 空气压缩机 7℃水泵 5℃水泵 排风机 现场仪表电源 控制室仪表电源 -35℃盐水泵 蒸发器搅拌机 配电室抽风机 -35℃搅拌泵 螺杆压缩机油泵 干燥塔 冷干机 变压器风机 变压器进线 母联 纯水电源引出线 循环水出线 …… …… …… 6.4 4.4 24 4.4 4.4 48 24 63 82 24 24 38 43 63 60 64 60 64 …… …… …… 4.134 2.376 12.288 2.376 2.376 28.8 12.288 40.698 91.594 12.288 12.288 19.456 22.016 40.698 32.4 41.344 32.4 41.344 …… …… …… 7.619 5 26.966 5 5 56.47 26.966 75 126.153 26.963 26.966 42.696 16.627 75 68.181 76.190 68.181 76.190 …… …… …… 8

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车间低压装置合计 （380V） 乘以同时系数 低压无功补偿 补偿后计算负荷 …… …… …… 车间总合计 乘以同时系数 高压无功补偿 补偿后计算负荷 车间变压器损耗 6KV侧计算负荷 P30（KW） 2594.9 Kp=0.9 2335.41 2335.41 …… …… …… 10632.31 Kp=0.9 9569.079 9569.079 4.404 9573.483 Q30（Kvar） 1734.42 Kq=0.95 1647.699 -677.2689 970.4301 …… …… …… 5258.2801 Kq=0.95 4995.3661 -2775.032 2220.3341 21.12 2241.4541 S30（KVA） 3121.17 921.052 2529.01 (依此数据选车间变压器) …… …… …… 12108.11 7670.476 9832.38 备注： 低压（380V）侧： I30=3842.5A ；高压(6KV)侧： I30=946.1A

2.4车间变压器的选择

变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电器设备，它的作用就是升高和降低电压。

车间变电站变压器台数的选择原则：

（1） 对于一般的生产车间尽量装设一台变压器；

（2）如果车间的一、二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，则应装设两台变压器。每台变压器均能承担对全部一、二级负荷的供电任务。如果与相邻车间有联络线时，当车间变电站出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，则亦可以只选用一台变压器。

（3）当车间负荷昼夜变化较大时，或由独立（公用）车间变电站向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时，如选用一台变压器在技术经济上显然是不合理的，则亦装设两台变压器。

变压器容量的选择：

（1） 变压器的容量ST（可近似地认为是其额定容量SN·T）应满足车

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动力车间配电系统设计

间内所有用电设备计算负荷S30的需要，即 ST≥S30 ；

（2）低压为0.4Kv的主变压器单台容量一般不宜大于1000KV·A（JGJ/T16—92规定）或1250 KV·A（GB50053—94规定）。如果用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量的变压器。[这样选择的原因：一是由于一般车间的负荷密度，选用1000-1250 KV·A的变压器更接近于负荷中心，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；另一是限于变压器低压侧总开关的断流容量。]

低压为230/400V的配电变压器联结组别的选择： （1） 选择Y,yn0联结组别的几种情况：

① 三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不致超过低压绕组额定电流25%时；

② 供电系统中高次谐波干扰不严重时；

③ 低压单相接地短路保护的动作灵敏度达到要求时； （2） 选择D,yn11联结组别的几种情况：

① 由单相不平衡负荷引起的中性电流超过变压器低压绕组额定电流25%时；

② 供电系统中存在较大的“谐波源”，三次及以上高次次谐波电流比较突出时；

③ 需要增大单相短路电流值，以确保低压单相接地短路保护的动作灵敏度；

除此之外,考虑到空压、冷东装置在整个厂生产过程中所起到的作用，车间应该设有四台变压器，四套设备同时运行；每台变压器承担50%的计算负荷，两台变压器互为暗备用；但两台变压器的容量均按计算负荷的70%∽80%来选择。这样，变压器在正常运行时的负载率β不超过下列百分值：

β=(50/80)%∽(50/70)%≈62.5%∽71%

基本上满足经济运行的要求。在故障的情况下,不用考虑变压器的过负荷能力就能担负起对全部负荷供电的任务。 综上所述:

依据车间低压装置的计算负荷可以选定催化车间变压器为： 选用10KV级S10系列节能型电力变压器四台。 其技术参数如下：

额定容量：1600KVA 一次侧额定电压：6000V

二次侧额定电压：400V 联结组别：Y,yn0或Dyn11 空载损耗：ΔPk=2.20KW 短路损耗：ΔPe=13.8KW

短路电压百分值：ud %=4.5 空载电流百分值：Ik %=0.6

当电流通过变压器时，就要引起有功功率和无功功率的损耗，这部分功率损耗也需要由电力系统供给。因此，在确定车间主结母线时需要考虑到这部分功率损耗。

变压器的负荷率：β=S30/Se =2529.01/1600·4≈40% 变压器的有功损耗为：ΔPb=ΔPk+β²·ΔPe

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动力车间配电系统设计

ΔPb =2.20+0.4²·13.8=4.408Kw

变压器的无功损耗为：ΔQb=ΔQk+β²·ΔQe

ΔQb = Ik %/100 ·Se+β²·[ud %/100 · Se ]

=0.6/100·1600+0.4²·[4.5/100 ·1600 ] =21.12Kva

3 短路及短路电流的计算

3.1 短路的概述

“短路”是电力系统中常发生的一种故障。所谓短路是指电网某一相导体未通过任何负荷而直接与另一相导体或地接触。电器设备载流部分绝缘损坏是形成短路的主要原因，它带来的危害也是相当严重的后果：

（1）损坏电气设备：短路电路要产生很大的电动力和很高的温度，可使故障设备造成严重的损坏，并可能损坏电路其它设备。

（2）造成停电事故：由于电路中装设有短路保护装置，因此在电路短路时，将使得短路电路断开，从而造成停电。短路点越靠近电源，短路引起停电的范围越大，给国民经济造成的损失越大。

（3）引起电压骤降：短路时电压要骤降，从而严重影响电气设备的运行。电压的严重下降，还可能破坏各发电厂并列运行的稳定性，使得并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列.

（4）造成电磁干扰：不对称短路电流产生的不平衡磁场，对附近的通信线路、信号系统及电子设备等产生严重的干扰，影响其正常运行，甚至可能造成误动作。

常见的几种短路类型 （1） 对称短路： （2） 三相短路k(3)：

（3） 不对称短路：

11

动力车间配电系统设计

两相短路k(2)

两相接地短路k(1.1)

单相短路k:

(1)

12

动力车间配电系统设计

进行短路电流计算的目的是为了保证电力系统安全运行，在设计选择电器设备时都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路故障引起的发热效应和电动理效应的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，采用了各种继电保护和自动装置，这些装置的整定计算也需要准确的短路电流数据。

为了校验各种电器设备，必须找出可能出现的最严重的短路电流。经分析，发现在空载线路上且恰好当某一相电压过零时刻发生三相短路，在该相中就会出现最为严重的短路电流。

3.2 电力网络中的短路计算

3.2.1 短路计算的相关公式

（表3.1） 有名值与标幺值换算公式

参数名称 有名值 标幺值 说明 SS 功率 S 一般取Sd=100MVA Sd电压 U UIU UdI Id一般取Ud=Uev 电流 I IdSd3Ud 电抗 X XXXSd=2 XdUdX是以Sd为基准容量的标幺值 变压器电抗 UK%U2N XT100SNXLX1L XTUk%Sd 100SNX1LSd 2Ud 线路电抗 XLX1为线路每公里电抗值 13

动力车间配电系统设计

电抗器电抗 XRXR%UN1003 INXRXR%UNSd21003INUdXR%为电抗器铭牌上数值 XS系统等值电抗 U2XSN SKSdSdSK3IKUNSK（MVA） IK（KA） SK为某点短路容量，Ik为该点的三相短路电流 UK%U2电动机电''N XMSd'X'M KST为启动电流倍数 100SN抗 KSTSN 根据经验值，一般6KV 电压级的基准数据如下示：

Sd=100MVA；Ud=Uav；基准电压为6.3KV；基准电抗为0.397；基准电流为

9.16KA

高压网络中对于无穷大电源系统三相短路标幺值法计算公式： ''IIIt1XX 为系统电源到短路点间的总阻抗；

I''I1XSd3Ud（KA） Ud为短路点处的平均电压，I''为次暂态短路电流；

'S'K=3I''UN（MVA）；

ish2kshI''（KA） ish为冲击电流，ksh为短路电流冲击系数；

低压配电网络中短路电流的计算： （1） 高压侧系统的的等值电抗

配电变压器容量较小，阻抗值较大，一般可认为短路时其高压侧母线电压保持不变，即为无穷大电源系统。可据下式算出系统的等值阻抗（折算到400V 侧）：

4002 Sk配电变压侧短路容ZSm；RS0.1XS；XS0.995ZSm；SK量，KVA

（2） 变压器的阻抗

PKU2UK%U222NNRTm；ZTm；XTZTRTm 2100SNSN式中，PK的单位为KW；UN的单位为V；SN的单位为KVA

（4） 低压电网内电阻值较大，不能略去。用ZR2X2来代替计算中

的电抗X。

（5） 一般采用标幺值法或有名值计算比较简便。

采用有名值计算时电压单位用V，电流用KA，容量用KVA，阻抗用m。

14

动力车间配电系统设计

有关计算公式：

UavUav（3）‘’（2）（3） III；IKK0.866IK 223Z3RX式中，Z 为短路回路每相的总阻抗，m；R、X分别为短路回路每

相的总电阻、总电抗，m；Uav为平均额定线电压V。 3.2.2短路计算中应注意的问题

（1） 短路电流冲击系数ksh的取值

在高压电网中其它地点短路取1.8；在1000V 及以下变压器低压侧0.4KV 短路时取1.3。

（2）对电网中异步电动机负荷的处理

一些接在短路点附近（5m内）且容量较大的异步电动机（电动机容量大于100KW或总容量大于100 KW的感应电动机），在短路初瞬次暂态阶段，短路点的电压为零，这些电动机因为有较大的惯性，转速不能立即降到零，因此其反电动势大于电网的剩余电压。此时看作一台发电机，能向短路点反馈次暂态短路电流和冲击短路电流。可按下公式计算：

'E'M0.9''IMN5.3IMN； IM''IMN0.17XM'ish(M)2Ksh(M)I'M2Ksh(M)5.3IMN7.48KshIMN；

'式中，E'M为电动机次暂态电势标幺值，一般取0.9； 'X'M一般取0.17；Ksh(M)为电动机短路电流冲击为电动机次暂态电抗标幺值，

系数，一般高压电动机取1.4~1.6，低压电动机取1.0。

（3）系统等值电抗的估算：

SXSd， Sk为系统分界母线处的短路容量（有时用该处断路器额定断

Sk流容量代替）

(4)短路时母线残压的计算：

电网中发生三相短路时，短路点的电压降为零，短路点附近的电压也大为降低。为分析短路时电力系统的运行状态或因继电保护整定计算的要求，需要计算系统中某点在短路时的电压（残压）

UreIX X为由短路点算起到系统某点的电抗标幺值。

15

动力车间配电系统设计

4 导线及其截面的选择

4.1 导线和电缆的选择

导线和电缆选择是工业企业供电网络设计中的一个重要组成部分，因为它们是构成供电网络的主要元件，电能必须依靠它们来输送分配。在选择导线和电缆的型号及截面时，既要保证供电的安全可靠，又要充分利用导线和电缆的负载能力。

选择导线和电缆截面时，必须考虑以下几个因素，这些因素也是我们的选择原则：

（1）发热问题 电流通过导线或电缆时将引起发热，从而使其温度升高。当通过的电流超过其允许电流时，将其绝缘线和电缆的绝缘加速老化，严重时将烧毁导线或电缆，或引起其它的事故，不能保证安全供电。另一方面为了避免浪费有色金属，应该充分利用导线和电缆的负荷能力。因此，必须按导线或电缆的允许载流量来选择其截面。

（2）电压损失问题 电流通过导线时，除产生电能损耗外，由于线路上有电阻和电抗，还产生电压损失。当电压损失超过一定的范围后，将使用电设备端子上的电压不足，严重影响用电设备的正常运行。

（3）架空线路的机械强度 架空线路经受风、雪、覆冰和温度变化的影响，因此必须有足够的机械强度以保证其安全运行，其截面不得小于某一最小允许截面。

（4） 经济条件 导线和电缆截面的大小，直接影响网络的出投资及电能损耗的大小。截面选的小些，可节约有色金属和减少电网投资，但网络中的电能损耗增大。反之，网路中的电能损耗虽然减少，但有色金属耗用量和电网投资都随之增大。因此这里有一个经济运行的问题，即所谓按经济电流密度选择导线和电缆截面，此时网路中的年运行费用最小。 4.2 导线截面选择及校验的方法

常用选择导线截面的方法有：按发热条件选择；按照允许电压损失条件

16

动力车间配电系统设计

选择；按照机械强度条件选择；按照经济电流密度条件选择。

从原则上讲，上述四个条件都满足，以其中最大的截面作为我们应该选取的导线截面。但是，对一般工业企业6~10KV线路来说，因为电力线路不长，如按照经济电流密度来选择导线的截面，则往往偏大，所以一般只作为参考数据。只有大型工业企业的外部电源线路，但负荷较大、线路较长时，特别是35KV 及以上的输电线路，主要应按经济电流密度来选择导线截面。

对于一般的工业企业内部6~10KV 线路，因线路不长，其电压损失不大，所以一般按发热条件选择，然后按其它条件进行校验。对于380V 低压线路，虽然线路不长，但因电流较大，在按发热条件选择的同时，还应按允许电压损失的条件进行校验。

按照允许电压损失条件选择条件：

R0nX0nU%pLqL≤5% 进行校验，各设备导线的选择均满2aa2aa10UN110UN1足此条件。

式中，R0、X0为每公里线路的电阻和电抗； R0npaLa为由有功负荷及电阻引起的电压损失； 10U2N1X0nqaLa为由无功负荷及电抗引起的电压损失； 10U2N1除此校验条件外，还需考虑到熔断器和自动开关与导线截面的配合问题，它们之间也需要满足一定的关系：

（1） 对于动力支线采用电缆敷设时，熔断器和电缆允许电流的倍数关系是Ier2.5（Ier 为熔断器熔体的额定电流，A；IY 为电缆允许的电流，）自动开IYIgzdI关和电缆允许电流的倍数关系是1.0，szd4.5（Igzd 为长延时脱扣器整

IYIY定电流，Iszd为瞬时脱扣器整定电流，A）。

（2） 对于动力干线采用电缆敷设时，熔断器和电缆允许电流的倍数关系是

IgzdIerI1.5；自动开关和电缆允许电流的倍数关系是1.0，szd4.5。 IYIYIY（3） 对于有爆炸危险的厂房中选择电缆截面的条件为

IY>1.25。 IN综上所述：

动力车间各用电设备导线及其截面的选择和校验情况如下表所示：

（表4.1） 车间各用电设备导线截面的选择和校验

IN(A) 设备名称 电缆型号 IY（A） IY>1.25 IN合格 5℃冷凝器水泵 VLV29-34 17

30 11.6 动力车间配电系统设计

-35℃冷凝器水泵 机封水循环水泵 5℃冷凝器风扇 -35℃冷凝器风扇 氨冷机组 氨冷机组出线 电容柜 空气压缩机 7℃水泵 5℃水泵 排风机 现场仪表电源 控制室仪表电源 -35℃盐水泵 蒸发器搅拌机 配电室抽风机 -35℃搅拌泵 螺杆压缩机油泵 干燥塔 冷干机 高压干线 低压干线

VLV29-325 VLV29-34 VLV29-316 VLV29-316 VLV29-316 VLV29-316 VLV29-316 VLV29-325 VLV29-325 VLV29-325 VLV29-325 VLV29-325 VLV29-36 VLV29-3×4 VLV29-3×25 VLV29-3×25 VLV29-3×10 VLV29-3×4 VLV29-3×4 VLV29-34 2 (VLV29-3×240) 2×(VV-1×800) 87 30 67 67 67 67 67 87 87 87 87 87 38 30 87 87 51 51 87 67 473 1921 56.8 11.1 42 42 42 42 42 56.8 56.8 56.8 56.8 56.8 29.4 11.1 56.5 56.5 35.5 3505 56.5 42 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 18

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5 车间高、低压电气设备及其选择

5.1电气设备

低压设备 刀开关

➢ 开启式负荷开关 （胶盖闸） 常见型号HK1 、HK2型

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开启式负荷开关（胶盖闸）实物图（5-1）

➢ 封闭式负荷开关 （铁盖闸）

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封闭式负荷开关（铁盖闸）实物图（5-2）

低压断路器——自动空气开关 是电路发生过载、短路或欠电压时能自动分断电路的电器。 它是低压交、直流配电系统中的重要保护电器之一。

断路器原理图（5-3）

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断路器实物图（5-4）

低压熔断器

熔断器是最简单的保护电器，当其熔体被通过大于额定值很多的电流时，熔体发生过热而熔断，实现对电路的保护。 熔断器按其结构可分为开启式、半封闭式和封闭式三类。开启式很少采用，半封闭式如瓷插式熔断器，封闭式又可分为有填 料管式、无填料管式及有填料螺旋式等。

❖ 瓷插式熔断器 ❖ 螺旋式

❖ 无填料管式 ❖ 有填料管式

低压熔断器实物图（5-5）

各主要电器设备简介：

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LMZJ1-0.5型电流互感器为母线式、浇注绝缘、户内产品，适用于交流50HZ、500V及以下的线路中，供电流、电能和功率测量以及继电保护用。

RT0系列有填料封闭管式熔断器，适用于交流50 HZ、额定电压380V及以下短路电流大的网络或配电装置中，作为电缆、导线及电器设备的短路保护及导线、电缆的过负荷保护。尤其适用于供电线路或断流能力要求较高的场所。

CJ10 系列交流接触器为一般任务接触器，适用于50HZ、电压380V及以下，电流150A及以下电力线路中，并适用于频繁启动和控制交流电动机。

JR15系列热继电器是一种双金属片式热继电器，适用于长期工作的一般交流电动机的过载保护。

低压电气的选择及校验条件 按工作电压选择

一般电器额定电压UNe应不低于所在电路额定电压UN即UNeUN

按工作电流来选择熔断器熔体的额定电流

一般电器额定电流INe应不低于所在电路的计算电流I30即INeI30 A 保护动力线路的熔断器的选择

a. 熔体的电流INFE应不小于电路的计算电流I30，即 INFEI30 b. 熔体电流INFE应躲过电路的尖峰电流Ipk，即 INFEK·Ipk 轻载起动电动机K=0.25~0.3； 供多台电动机K=0.5~1

c. 熔体电流INFE应与被保护线路配合，以免线路过负荷引起过热甚至绝缘燃烧而熔体不熔断F，因此需要满足 INFE≤KOL·Ial

Ial 为导线或电缆的允许载流量；KOL为导线或电缆的允许短时过负荷系数(当

熔断器只作短路保护时，对电缆导线取 KOL =2.5；当熔断器同时作短路保护和过载保护时，KOL =1)。

B. 保护照明线路的熔断器的选择

INFE≥KI·I30 对于荧光灯或高压汞灯取KI=1

根据经验一般选择RC1A型熔断器 C. 保护变压器的熔断器的选择

保护变压器的熔断器的熔体电流INFE应躲过变压器的允许过负荷电流和励磁涌流,须按下式选择:

INFE=（1.5~2.0）I1NT；I1NT为变压器一次侧额定电流 D. 保护电容器的熔断器的选择

保护并联电容器的熔断器容体电流应躲过电容器的合闸电流，一般应按下公式选择：

INFE= KC·INC 式中INC为电容器的额定电流； KC为计算系数 （一台电容器 KC = 1.5~2.0）

E. 保护电压互感器的熔断器的选择

根据经验: 保护电压互感器的熔断器熔体电流INFE=0.5A 低压熔断器的选择

低压熔断器宜选择限流式熔断器（RT、RS 等型）。

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动力车间配电系统设计

因为这类限流式熔断器的熔件一般为导热性好、热容量小的铜、银等金属材料，通常熔件上焊锡，利用其“冶金效应”来改善其保护性能；熔断管内一般充填石英砂，以改善灭弧性能。主要用于要求快速断开短路、断流能力要求较大及同时要求保护过负荷的场所。

而非限流式熔断器（RC、RM 等型）的熔件一般为导热性差、热容量较大的铅、锡、锌等金属材料，熔管内一般不充填石英砂，一般用于断流能力要求较小及次要场所。

车间配电屏的选择

选用BFC—2B 型抽屉式低压配电屏。BFC—2B 型抽屉式低压配电屏适用于发电厂、变电所等500V以下的交流三相三线制或三相四线制系统，作为动力及照明配电用。该配电屏配用了AH系列开关，按主电路方案的组合方式分为空气断路器柜、单面抽屉柜和双面抽屉柜三种类型。

（表5.1） 车间各设备选用低压配电屏的主结线方案表 设备名称 结线方案 主要电器设备 5℃冷凝器水泵 额定电流100A -35℃冷凝器水泵 RT0-200型熔断器 5℃冷凝器风扇 LMZJ1-0.5型电流互感器 -35℃冷凝器风扇 7℃水泵 5℃水泵 现场仪表电源控 制室仪表电源 机封水循环水泵 排风机 空气压缩机 -35℃盐水泵 蒸发器搅拌机 配电室抽风机 -35℃搅拌泵 -35℃搅拌泵 螺杆压缩机油泵 干燥塔 冷干机 额定电流40A RT0-100型熔断器 CJ10-40型接触器 JR15-40型热继电器 额定电流10A RT0-50型熔断器 CJ10-10型接触器 JR15-40型热继电器 24

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左右联络线（120） 总受电柜（106） 电容器室（9） AH---16B型自动开关 额定电流1500A AH---16B型自动开关 LMZJ1-0.5型电流互感器 额定电流400A DW15-600自动开关 LMZJ1-0.5型电流互感器 5.2 高压电气选择及校验条件

按工作电压选择

电器额定电压UNe应不低于所在电路额定电压UN即UNeUN

按工作电流来选择熔断器熔体的额定电流

一般电器额定电流INe应不低于所在电路的计算电流I30即INeI30 短路动稳定度的校验条件:

（1） 断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的动稳定电流的峰值imax应不小于可能的最大的短路冲击电流ish，或其动稳定电流有效值Imax 应不小于可能的最大的短路冲击电流Ish即 imaxish；ImaxIsh

i（2）电流互感器大多数给出动稳定倍数 Kesmax校验条件为 Kes2I1Nish；

式中，I1N为电流互感器的额定一次电流

短路热稳定度的校验条件

(3)2断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的热稳定度校验条件为I2ttItima 式中，It为电器的热稳定电流；t为其热稳定时间；I(3)为通过电器的三相短路稳态电流；tima为短路发热假象时间。

电流互感器大多给出热稳定倍数Ktit(2I1N)和热稳定时间t，其热稳

I1N)，其动稳定度

(2定度校验条件为 (KtI1N)2tI(3)2tima 式中，I1N为电流互感器额定一次电流

母线、电缆的短路热稳定度，可按其满足热稳定度的最小截面Amin来校

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动力车间配电系统设计

I(3)tima 式中，A 为母线、电缆的导体截面积；C 为验，即 AAminC导体的短路热稳定系数

并联电容器的选择:

并联电容器是一种静止的无功功率发生器。将并联电容器接在35KV、10KV、6KV 或0.38KV 电压母线上，由开关设备分组投入或切除，以满足系统对无功负荷增加或减少的需求变化，使系统无功平衡使负荷的功率因数保持在一个合适的范围内，同时也使母线电压保持在规定的范围内。

A. 电力电容器及放电电阻的选择计算： a. 容量的选择

U%用于调整母线电压时电压时所需电容量QCSK(Kvar)

100式中，U%为要实现的电压变化百分数，一般为1.5%~2.5%左右； SK为该母线处系统的短路容量，MVA

2%一般对于6KV 母线：QC4500.09Kvar

1002%对于380V母线：QC7000.14Kvar

100根据车间的负荷的无功补偿容量的计算可知，6KV母线的无功补偿容量为677.3Kvar；380V母线的无功补偿容量为2775.032Kvar

6KV母线侧并联电容器台数的选择计算：

Q677.30.09nC57（台）

qc12380V母线侧并联电容器台数的选择计算： Q2775.0320.14nc214（台）

qc13b. 电容器放电电阻的选择计算：

0.7077106；6.3 KV时R106 0.4KV 时RQCQC式中，R 为每相的放电电阻；Qc为每相电容器的容量Kvar

综上所述：选用GR-1型高压电容器柜和PGJ1型低压无功功率自动补偿屏 A. GR-1型高压电容器柜采用01号方案结线图 （5-6）

（a） （b）

图a为01号方案结线图，图b为放电互感器柜03号方案结线图 电容器为BW6.3—12型，互感器为JSJB型。

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动力车间配电系统设计

B. PGJ1型低压无功功率自动补偿屏01号方案结线图（5-7）

电容器为BW0.4—14—3型，每屏六个，84kvar；采用6步控制，每步投入14kvar。

6 车间变电所和供配电系统的主结线

6.1 车间变电所所址选择的要求

（1）接近负荷中心

这样可以缩短低压配电线路，降低了线路的电能损耗、电压损耗和有色金属的消耗量。

（2）接近电源侧。 （3） 设备运输方便

应考虑到电力变压器和高低压开关柜等大件设备的运输通道。 （4） 不应设在有剧烈振动的场所

振动场所不仅影响变配电所本身建筑及其中设备的安全，而且可导致开关设备和继电保护、自动装置的误动作。

（5） 不应设在厕所、浴室附近及地势低洼和易积水的场所。 （6） 不宜设在有爆炸危险和火灾危险环境的正下方或正上方。 （7） 不应妨碍企业单位的发展，并适当考虑将来发展的可能。

6.2 车间变电所的总体布置及要求

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便于运行维护；保证运行安全；便于进出线；节约土地和建筑费；留有发展余地。

380kv配电室（二层）（6-1）

6kv配电室（二层）（6-2）

备注：1、2 ------6KV 电缆进线 ；3 ---- 高压开关柜；T1、T2、T3、T4 ------

6/0.4KV变压器；5 、6----- 低压配电屏；配电间为四层，一三层为电缆夹层，二四层为高低压配电间；

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动力车间配电系统设计

6.3变配电所主结线的选择原则

（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结线。

（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。

（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。

6.4 车间供电系统的主结线

车间变电站的主结线由于车间的负荷性质及生产工艺要求决定。一般采用线路---变压器组、单母线及分段单母线三种结线方式。

（1） 线路---变压器组主结线多用在只对三级负荷供电且用电量较小的车间

变电站。

（2） 当6---10KV 高压负荷的出线较多时，可采用单母线结线。如负荷中心

有一、二级负荷，则应有与其它电源相联络的线路，作为备用电源。 （3） 分段单母线结线方式主要用在一、二级负荷比较重，要求供电可靠性高

的车间。

低压配电线路常见的结线方式有放射式结线、树干式结线、变压器—干线结线、环形结线和柴油发电机组作备用电源的结线。

放射式结线方式的优点是配电线路互不影响，供电可靠性高；主要用于容量大、负荷集中或重要的用电设备，或需要集中联锁起动、停车的用电设备。

树干式结线方式虽配电设备和导线材料耗用较少，运行灵活性好，但是干线故障时影响范围比较大；一般用于用电设备布置较均匀、容量不大的场

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动力车间配电系统设计

合。

变压器---干线式结线方式虽结线简单，能大量减低压配电设备，但是供电可靠性不高，并且不适用于频繁起动，容量较大的冲击负荷及对电压质量要求严格的用电设备。

环形结线方式供电可靠性高，但是保护装置及其整定配合较复杂。 综上所述，车间供配电系统的结线方式选择为分段单母线式和放射式结线方式。

7 供电系统的继电保护

7.1 继电保护的概述

继电保护的任务

(1) 故障时作用于跳闸

在电力系统出现短路等故障时，作用于前方最近的断路器，使之迅速跳闸，切除故障部分，恢复系统其它部分的正常运行，同时发出信号，提醒运行值班人员及时处理事故。

（2）异常时发出信号

在电力系统出现不正常工作状态如过负荷或故障苗头时，发出报警信号，提醒运行值班人员及时处理，以免发展为故障。

继电保护的要求

可靠性；选择性；灵敏性；速动性 继电保护装置的操作电源

继电保护装置常用的操作电源采用镉镍蓄电池组直流操作电源。

镉镍蓄电池组的优点：不受供电系统运行情况的影响，工作可靠，大电流放电性能好，使用寿命长，腐蚀性小，投资少，运行维护简便。

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常用继电保护的结线及整定计算 常用继电保护的结线

A. 定时限过电流保护的结线图

图（7-1）

图（7-1）中QF ----断路器 TA----电流互感器 KA----DL型电流继电器KM----DZ型中间继电器 YR----跳闸线圈 KT----DS型时间继电器 KS----DX型信号继电器

B. 电流速断保护的接线图（6-2）

图（7-2）

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图（7-2）中QF ----断路器 TA----电流互感器 KA----DL型电流继电器

KM----DZ型中间继电器 YR----跳闸线圈 继电保护的整定计算公式

A. 过电流保护动作电流整定计算公式

KK IOPrelwILmax 式中，Krel为保护装置的可靠系数，对DL

KreKi型电流继电器取1.2，对GL型电流继电器取1.3；Kw为保护装置的结线系数，对两相两继电器式结线取1，对两相一继电器式结线取3；Kre为保护装置的返回系数，一般取0.8或0.85；Ki为电流互感器变流比；ILmax为线路或变压器的最大负荷电流。

B. 速断电流整定计算公式

KK IqbrelwIkmax 式中Ikmax为线路末端的最大短路电流

Ki7.2 车间部分装置的继电保护

车间变压器的保护配置

A. 车间变压器需要的保护：

过电流保护-----防御内外部相间短路及作后备保护； 电流速断保护-----防御内外部引线短路；

瓦斯保护-----防御内部匝间故障，油面降低； 过负荷保护-----监视变压器的过负荷；

温度保护------监视变压器油温升高和冷却系统得故障； B. 保护配置

装设两个GL---11型继电器和变比为1500/5的电流互感器1~2TA，组成过电流保护兼作电流速断保护；装设瓦斯保护；

高压电动机及电容器的保护配置

尾油泵(P-3206A/B) 分溜塔进料泵(P-3204A/B) 注水泵(P-3103/A.B.C)需装设电流速断保护、过负荷保护和低压保护；新氢压缩机主机 反应进料泵需装设纵联差动保护、过负荷保护和低压保护；

采用GL----13 型感应式电流继电器构成电动机的过负荷与瞬时电流速断保护。

高压并联电容器组需要装设电流速断保护、低压保护和单相接地保护。 6KV线路的继电保护

6KV线路二相式过电流保护结线图

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图（7-3）

图（7-3）中 TAa、TAc------电流互感器 KA1、KA2-----电流继电器（GL型） TAN-----零序电流互感器

8 防雷和接地

8.1防雷简介

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。

防雷措施

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。

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（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。 变电所的防雷保护

一般35KV及以下变、配电所的直击雷需用独立避雷针保护。 独立避雷针的设置要求：

（1）独立避雷针与被保护物之间应保持一定的距离，以免避雷针上落雷时造成对保护物的反击。

避雷针对被保护物不发生反击的最小距离Sa应满足下式的要求：

Sa0.3Rsh0.1h 式中，Rsh为独立避雷针的冲击接地电阻；h为独立避雷

针校验高度；

（2）独立避雷针宜装设独立的接地电阻，工频接地电阻不宜大于10。独立避雷针的接地装置与被保护物的接地间最小允许的距离Se0.3Rsh式中，Se为地中距离，一般不应小于3m。

（3）独立避雷针不宜设在人经常通行的地方。

8.2 车间变电所采用单支避雷针保护

避雷针在地面上的保护半径r=1.5h，如被保护物的高度为hx时，在hx水平面上的保护半径rx按下列公式计算：

当hxh/2时，rx=（h-hx）p；当hx﹤h/2时，rx=（1.5h-2hx）p p-----考虑到针太高时保护半径不成比例而应减小的系数。

5.5当h≤30m时，p=1；当30﹤h≤120m时，p。

hh---避雷针的高度；rx----避雷针在hx高度水平面上的保护半径； hx----被保护物的高度；

该车间变电所的高度hx=10m ；避雷针高度h=30m；则避雷针保护的半径rx=（30-10）×1=20m 。

配电变压器的保护

一般3~10KV变压器应装设阀型避雷器。

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6KV Y，yn0 接线变压器防雷保护接线图

图（8-1）

电力电容器的保护

装在配电线路上的电容器，既是较贵重的电气设备，也是线路的绝缘弱点，宜装设阀型避雷器或间隙保护。

电容器的保护接线图

图（8-2）

8.3 接地保护

在电力系统中有两类接地保护方式：一类为中性点接地，即大电流接地系 统；另一类为中性点不接地系统，即小电流接地系统。 8.3.1.接地与接地装置

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。 8.3.2 车间低压系统的接地保护

为保证电气设备的正常工作和工作人员的安全，车间变压器采用中性点直接接地的方式，即工作接地。其它配电设备与电器采用接零保护，即将设备的金属外壳接到零线上；另外还需重复接地保护，这样当线路发生碰壳或

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接地短路时，可以降低零线对地电压，使人身避免触电危险。

接地电阻的计算

6KV配电系统为中性点不接地系统，过电压保护规程中规定独立避雷针的冲击接地电阻应不大于10。初步考虑采用三相放射式的复式接地装置，每支水平射线长10m，射线用40×4mm2的扁钢，每支水平射线上焊三支垂直接地体，垂直接地体半径为50mm，长为2m的铁管。 试校验次接地体装置能否符合要求：

4l0.81044200LnLn32.3 单根垂直接地的工频为：RCZ2ld22005水平接地体的工频接地电阻为：

0.810430002l2RSPLnALn0.8675.2 2ldh23000502式中A查资料为0.867，埋深h=1m，扁钢等值直径为2cm。

已知Im=100KA，故每支路水平射线泄流约33KA，每支垂直接地体最多泄流11KA。已知单根垂直接地体的冲击系数为0.8，水平射线冲击系数为0.55，因此可以求得：

单根垂直接地体的接地电阻RCZC=0.8×32.3=25.84；水平接地体的冲击接地电阻RSPC=0.55×5.2=2.87。

已知此复式接地体的冲击系数ch0.65，故其冲击接地电阻为

RchRCZCRSPC125.842.8712.2

RCZCnRSPCch25.8492.870.65故接地装置满足要求。

谢 辞

三年精彩的大学生活即将结束，经过近两个月时间的努力，我初步完成了化工厂动力车间空压、冷冻装置供配电系统设计。通过本次设计，使我对工厂企业供配电系统各方面的知识有了更全面、更深入的了解和认识，对自己所学知识也有了更进一步的巩固加深，为今后的工作学习奠定了一定的基础。由于本人的知识水平有限，考虑问题不够全面，所以设计过程中有许多的不足之处，还望各位老师给予批评指正，在此深表感谢！

在本设计过程中，电工车间班长给予了我很大的支持和帮助给我提供了车间的一些材料。在此，表示感谢！同时也对指导教师庞晓虹老师对我的指导表示感谢！

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参考文献

[2] 王士政.工矿企业电气工程师手册,中国水利水电出版社,2002. [4] 刘介才.工厂供电简明设计手册, 机械工业出版社,1991. [5] 张修正.化工厂电气手册,化学工业出版社,1993. [6] 耿毅.工业企业供电,冶金工业出版社,1985.

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