1、1 引言 眾所周知，電能是現代工業生產的主要能源和動力。電能既易于由其它形式的能量轉換而來，又易于轉換為其它形式的能量以供應用；電能的輸送的分配既簡單經濟，又便于控制、調節和測量，有利于實現生產過程自動化。因此，電能在現代工業生產及整個國民經濟生活中應用極為廣泛。在工廠里，電能雖然是工業生產的主要能源和動力，但是它在產品成本中所占的比重一般很小（除電化工業外）。電能在工業生產中的重要性，并不在于它在產品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業生產實現電氣化以后可以大大增加產量，提高產品質量，提高勞動生產率，降低生產成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現生產過程自動化。從另

2、一方面來說，如果工廠的電能供應突然中斷，則對工業生產可能造成嚴重的后果。因此，做好工廠供電工作對于發展工業生產，實現工業現代化，具有十分重要的意義。由于能源節約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節約對于國家經濟建設具有十分重要的戰略意義，因此做好工廠供電工作，對于節約能源、支援國家經濟建設，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業生產服務，切實保證工廠生產和生活用電的需要，并做好節能工作，就必須達到以下基本要求：（1）安全 在電能的供應、分配和使用中，不應發生人身事故和設備事故。（2）可靠 應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（3）優質 應滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求（4） 經濟

3、供電系統的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節約電能和減少有色金屬的消耗量。此外，在供電工作中，應合理地處理局部和全局、當前和長遠等關系，既要照顧局部的當前的利益，又要有全局觀點，能顧全大局，適應發展。 2.負荷計算和無功功率補償21 負荷計算的目的、意義及原則 （1）供電系統要能安全可靠地正常運行，其中各個元件（包括電力變壓器、開關設備及導線、電纜等）都必須選擇得當，除了滿足工作電壓和頻率的要求外，最重要的就是要滿足負荷電流的要求。因次，有必要對供電系統中各個環節的電力負荷進行統計計算。（2）計算負荷是供電設計計算的基本依據。計算負荷確定的是否正確合理，直接影響到電器和導線電纜的選擇是否經濟

4、合理。如果計算負荷確定的過大，將使電器和導線電纜選的過大，造成投資和有色金屬的浪費。如果計算負荷確定的過小，又將使電器和導線電纜處于過負荷下運行，增加電能損耗，產生過熱，導致絕緣過早老化甚至燃燒引起火災，同樣會造成更大損失。由此可見，正確確定計算負荷意義重大。（3）平均負荷為一段時間內用電設備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最大負荷班（即有代表性的一晝夜內電能消耗量最多的一個班）的平均負荷，有時也計算年平均負荷。平均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。（4）計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續性的負荷，其熱效應與同一時間內實際變動負荷所產生的最大熱效應相等。在配電設計中，通

5、常采用30分鐘的最大平均負荷作為按發熱條件選擇電器或導體的依據。（5）尖峰電流指單臺或多臺用電設備持續1秒左右的最大負荷電流。一般取啟動電流上午周期分量作為計算電壓損失、電壓波動和電壓下降以及選擇電器和保護元件等的依據。在校驗瞬動元件時，還應考慮啟動電流的非周期分量。22 負荷計算表1) 單組用電設備計算負荷的計算式: 有功計算負荷 無功計算負荷 視在計算負荷 計算電流2)單組用電設備計算負荷的計算式： 有功計算負荷 無功計算負荷視在計算負荷 計算電流各廠房和生活區的負荷計算如表2.1編號名稱類別設備容量需要系數功率因數計 算 負 荷1鑄造車間動力0.360.701.0579.283.1611

6、4.8174.42照明1.005.905.926.9小計36885.183.16120.7201.322鍛壓車間動力0.631.3384.1112.1140.2213.0照明1.007.10.07.132.3小計32691.2112.1145.5221.13金工車間動力0.621.2772.091.1116.1176.4照明1.008.40.08.438.2小計35580.491.1121.5184.64工具車間動力0.631.1762.473.0196.0145.8照明1.007.90.07.935.9小計20570.373.01103.9181.75電鍍車間動力0.740.9996.996

7、.1136.5207.4照明1.005.70.05.725.8小計276102.696.1140.6213.66熱處理車間動力0.760.7556.442.370.5107.1照明1.005.40.05.424.5小計16761.842.374.9113.87裝配車間動力0.651.0560.863.888.1133.9照明1.005.30.05.324.0小計15666.163.893.4157.98機修車間動力0.651.2627.334.544.066.9照明1.002.40.02.411.0小計170 29.734.545.569.29鍋爐房動力0.800.9944.944.463.2

8、96.0照明1.000.80.00.83.6小計8745.744.464.099.610倉庫動力0.900.625.33.36.29.4照明1.001.50.01.56.8小計6.83.37.5611.511生活區照明0.29272.079.3283.3430.5總計（380V側）動力2380911.77723.071200.861884.8照明352計入=0.85=0.90.74774.9650.81020.731602.1 表2.1 機械廠負荷計算表2.3 無功功率補償由表2.1可知，該廠380V側最大負荷是的功率因數只有0.74.而供電部門要求該廠10KV進線側最大負荷是功率因數不應該低

9、于0.91?？紤]到主變壓器的無功損耗遠大于有功損耗，因此380V側最大負荷是功率因素應稍大于0.91，暫取0.91來計算380V側所需無功功率補償容量：故選PGJ1型低壓自動補償屏，并聯電容器為BW0.4-12-3型，采用其方案1（主屏）1臺與方案3（輔屏）4臺相組合，總共容量725=360kvar。因此無功補償后工廠380V側和10KV側的負荷計算如表2.2所示。表2.2無功補償后的負荷計算表項 目計算負荷380V側補償前負荷0.74774.9650.81020.731602.1380V側無功補償容量-360380V側補償后負荷0.93774.9320.3837.71314,9主變壓器功率損

10、耗13.051.810kV側負荷總計0.91787.9372.1895.551.33.變電所位置和型式的選擇變電所的位置應盡量接近工廠的負荷中心。工廠的負荷中心按功率矩法來確定，計算公式為式（3.1）和（3.2）。變電所的位置應盡量接近工廠的負荷中心.工廠的負荷中心按負荷功率矩法來確定.即在工廠平面圖的下邊和左側,任作一直角坐標的X軸和Y軸,測出各車間和宿舍區負荷點的坐標位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工廠的負荷中心設在P(x,y),P為P1+P2+P3+=Pi.因此仿照力學中計算重心的力矩方程,可得負荷中心的坐標: (3.1) (3.2)圖3.1

11、 XX機械廠總平面圖按比例K在工廠平面圖中測出各車間和宿舍區負荷點的坐標位置表3.1所示表3.1各車間和宿舍區負荷點的坐標位置表編 號12345678910生活區橫坐標X(cm)1.82.13.65.55.86.26.58.79.09.80.7縱坐標Y(cm)2.84.86.62.03.65.26.62.13.56.67.4由計算結果可知，x=9.6y=5.9工廠的負荷中心在10號廠房的西南角?？紤]的方便進出線及周圍環境情況，決定在10號廠房的西側緊靠廠房修建工廠變電所，其型式為附設式。4.變電所主變壓器的選擇和主接線方案的選擇4.1 變電所主變壓器的選擇 根據工廠的負荷性質和電源情況，工廠變

12、電所的主變壓器考慮有下列兩種可供選擇的方案：（1）裝設一臺主變壓器型式采用S9型，而容量根據式，選=1000=895.0kva，即選一臺S9-1000/10型低損耗配電變壓器。至于工廠二級負荷所需的備用電源，考慮由與鄰近單位相聯的高壓聯絡線來承擔。（2）裝設兩臺主變壓器 型號亦采用S9，而每臺變壓器容量按式和式選擇，即=(0.60.7）=（0.60.7）895.0=537kva626.5kva且因此選兩臺S9630/10型低損耗配電變壓器。工廠二級負荷所需的備用電源亦由與鄰近單位相聯的高壓聯絡線來承擔。主變壓器的聯結組均采用Yyn0。4.2 變壓器主接線方案的選擇 按上面考慮的兩種主變壓器方案

13、可設計下列兩種主接線方案：（1）裝設兩臺主變壓器的主接線方案，如圖4.1所示 （2）裝設一臺主變壓器的主接線方案，如圖4.2所示 圖4.1裝設一臺主變壓器的主結線方案圖4.2 裝設兩臺主變壓器的主接線方案4.3 兩種主接線方案的技術經濟比較表4.1 兩種主接線方案的比較比較項目裝設一臺主變的方案裝設兩臺主變的方案技術指標供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性基本滿足要求滿足要求供電質量由于一臺主變，電壓損耗較大由于兩臺主變并列，電壓損耗小靈活方便性只一臺主變，靈活性稍差由于有兩臺主變，靈活性較好擴建適應性稍差一些更好一些經濟指標電力變壓器的綜合投資由手冊查得S91000單價為10.76萬元，而由

14、手冊查得變壓器綜合投資約為其單價的2倍，因此其綜合投資為2×10.76萬元=21.52萬元由手冊查得S9630單價為7.47萬元，因此兩臺綜合投資為4×7.47萬元=29.88萬元，比一臺變壓器多投資8.36萬元高壓開關柜（含計量柜）的綜合投資額查手冊得 GGA（F）型柜按每臺3.5萬元計，查手冊得其綜合投資按設備價1.5倍計，因此其綜合投資約為4×1.5×3.5=21萬元本方案采用6臺GGA（F）柜，其綜合投資額約為6×1.5×3.5=31.5萬元，比一臺主變的方案多投資10.5萬元電力變壓器和高壓開關柜的年運行費參照手冊計算，主變

15、和高壓開關柜的折算和維修管理費每年為4.893萬元（其余略）主變和高壓開關柜的折舊費和維修管理費每年為7.067萬元，比一臺主變的方案多耗2.174萬元供電貼費按800元/KVA計，貼費為1000×0.08=80萬元貼費為2×630×0.08萬元=100.8萬元，比一臺主變的方案多交20.8萬元從表4.1可以看出，按技術指標，裝設兩臺主變的主接線方案略優于裝設一臺主變的主接線方案，但按經濟指標，則裝設一臺主變的方案優于裝設兩臺主變的方案，因此決定采用裝設兩臺主變的方案。（說明：如果工廠負荷近期可有較大增長的話，則宜采用裝設兩臺主變的方案。）5 短路電流的計算5.1

16、 繪制計算電路 如圖5.1所示 圖5.1 短路計算電路5.2 確定短路計算基準值設，即高壓側，低壓側，則 5.3 計算短路電路中各元件的電抗標幺值（1) 電力系統 已知=300MVA,故=100MVA/300MVA=0.3（2) 架空線路 LJ-70的=0.37/km，而線長13km故（3）電力變壓器 查表得，故因此繪短路計算等效電路如圖5.2所示。5.4 10KV側三相短路電流和短路容量(1) 總電抗的標幺值 =0.3+4.36=4.66(2) 三相短路電流周期分量有效值=1.18(3) 短路次暫態短路電流=1.18KA(4) 短路穩態電流 =1.18KA(5) 短路沖擊電流 =2.551.

17、18KA=3.01KA(6) 短路后第一個周期的短路電流有效值=1.511.18KA=1.78KA(7) 三項短路容量 =21.46MVA5.5 380KV側三相短路電流和短路容量（1） 總電抗的標幺值 =0.3+4.36+4.5=9.16（2） 三相短路電流周期分量有效值=15.72KA（3） 短路次暫態短路電流=15.72KA（4） 短路穩態電流 =15.72KA（5） 短路沖擊電流 =1.8415.72KA=28.92KA（6） 短路后第一個周期的短路電流有效值=1.0915.72KA=17.14KA（7） 三項短路容量 =10.9MVA以上計算結果綜合如表5.1表5.1 短路的計算結果

18、短路計算點三相短路電流/kA三相短路容量/MVAk-11.181.181.183.011.7821.46l-215.7215.7215.7228.9217.1410.96 變電所一次設備的選擇校驗6.1 10kV側一次設備的選擇校驗 如表6.1所示。表6.1 10kV側一次設備的選擇校驗選擇校驗項目電 壓電 流斷 流能 力動 穩定 度熱 穩定 度其 他裝置地點條件參數數據1057.71.183.013.85一次設備型號規格額定參數高壓少油斷路器SN10-10I/63010kV630A16kA40kA512高壓隔離開關GN-10/20010kV200A25.5Ka500高壓熔斷器RN2-1010

19、kV0.5A50kA電壓互感器JDJ-1010/0.1kV電壓互感器JDZJ-10電流互感器LQJ-1010Kv100/5A31.8Ka81二次負荷0.6避雷器FS4-1010kV戶 外 式 高 壓隔離開關GW4-15G/20012kV400A25Kv500表6.1所選一次設備均滿足要求。6.2 380V側一次設備的選擇校驗如表6.2所示。表6.2 380V側一次設備的選擇校驗選擇校驗項目電 壓電 流斷 流能 力動 穩定 度熱 穩定 度其 他裝置地點條件參數數據380159815.7228.92594.0一次設備型號規格額定參數低壓斷路器DW15-1500/3D380V1500A40kV低壓斷

20、路器DZ20-630380V630A30kA低壓斷路器DZ20-200380V200A25kA低壓刀開關HD13-1500/30380V1500A電流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A電流互感器LMZ1-0.5500V100/5160/5避雷器戶外隔離開關6.3 高低壓母線的選擇 參照表，10kV母線選LMY-3（），即母線尺寸為；380V母線選LMY-3,即母線尺寸為，而中性線母線尺寸為。7 變電所進出線以及鄰近單位聯絡線的選擇7.1 10kV高壓進線和引入電纜的選擇（1）10kV高壓進線的選擇校驗 采用LJ型鋁絞線架空敷設，接往10kV公用干線。1) 按發熱條件選擇 由380V

21、低壓出線的選擇（1）饋電給1號廠房（鑄造車間）的線路 采用VLV22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。1）按發熱條件選擇 由及地下0.8m土壤溫度，查表8-43，初選纜芯截面，其，滿足發熱條件。=80.7kW，=78.5kvar的纜心截面小于，不滿足短路熱穩定要求，故改選纜芯截面為的電纜，的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜，中性線芯按不小于相線芯一半選擇。（2）饋電給2號廠房（鍛壓車間）的線路 亦采用的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設。1）按發熱條件選擇 由及地下0.8m土壤溫度，查表8-43，初選纜芯截面，其，滿足發熱條件。=91.21kW，=111.85kva的纜心截面小于，不滿足

22、短路熱穩定要求，故改選纜芯截面為的電纜，的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜，中性線芯按不小于相線芯一半選擇。（3）饋電給3、4、5、6、7、8、9、號廠房的線路 亦采用的四芯聚氯乙烯絕緣的鋁芯電纜直埋敷設。（ 4 ）饋電給10號廠房（倉庫）的線路 由于倉庫就在變電所旁邊，而且共一建筑物，因此采用的聚氯乙烯絕緣的鋁芯導線BLV-100016型（見表8-30）5根（包括3根相線、一根N線、1根PE線）穿硬塑料管埋地敷設。1）按發熱條件選擇 由及環境溫度（年最熱月平均氣溫），查表8-41，相線截面初選6，其滿足發熱條件。按規定，N線和PE線也都選為6，與相線截面相同，即選用BLV-1000-16塑料導線3

23、根穿內徑25mm的硬塑管埋地敷設。2）校驗機械強度 查表8-35，最小允許截面積因此上面所選6的導線滿足機械強度要求。3) 校驗電壓損耗 所穿選管線，估計長44m，而由查8-39查得,又倉庫的=6.75kW，=3.26kva，因此故滿足允許電壓損耗的要求。（7）饋電給生活區的線路 采用BLX-1000型鋁芯橡皮絕緣線架空敷設。1）按發熱條件選擇 由及室外環境溫度為，查表8-40，初選-1240,其時的，滿足發熱條件。2）校驗機械強度 查表最小允許截面積，因此-1240滿足機械強度要求。 3）校驗電壓損耗 由圖11-2所示工廠平面圖量得變電所至生活區負荷中心距離約70m，,又生活區的=272kW

24、，=78.88kva，因此滿足允許電壓損耗要求。由此可見該電纜滿足允許電壓損耗要求。（3）短路熱穩定校驗 按本變電所高壓側短路校驗，由前述引入電纜的短路熱穩定校驗，可知纜芯的交聯電纜是滿足短路熱穩定要求的。綜合以上所選變電所進出線和聯絡線的導線和電纜型號規格如表7.1所示。表7.1導線和電纜型號規格如表BLV-100016聚氯乙烯絕緣的鋁芯導線（架空）-1240聚氯乙烯絕緣的銅芯導線8 變壓所的防雷保護8.2 變壓所的防雷保護（1）直擊雷防護 在變電所屋頂裝設避雷針或避雷帶，并引出兩根接地線與變電所公共接地裝置相連。避雷針采用直徑20mm的鍍銀圓鋼，避雷帶采用的鍍鋅扁鋼。（2）雷電侵入波的防護1）在10kV電源進線的終端桿上裝設FS4-10型閥式避雷器。其引下線采用的鍍鋅扁鋼，下面與公共接地網焊接相聯，上面與避雷器接地端螺栓連接。2）在10kV高壓配電室內裝設的GG-1A（F）-54型高壓開關柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主變壓器。主變壓器主要靠此避雷器來防護雷電侵入波的危害。3)在380V低壓架空出線桿上，裝設保護間隙，或將其絕緣子的鐵腳接地，用以防護沿低壓架空線侵入雷電波。8.3 變電所公共接地裝置的設計 （1）接地電阻的要求 按表9-23，本變電所的公共接地裝置的接地電阻應滿足以下條件： 且 式中 因此公共接地裝置接地電阻應滿足（2）接地裝置的設計 采用長2.5