第3章 主接线及配电所设计

3.1工厂配电所主接线设计

3.1.1 概述
主接线图也就是主电路图，是表示系统中电路能输送和分配路线的电路图。而用来控制、测量、和保护主电路（既一次电路）及其中设备运行的电路图，称为二次接线图，或称二次电路图，通称二次回路图。
对工厂变配电所的主接线方案有下列基本要求：
（1）安全 应符合国家标准和有关技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。例如在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的负荷侧，必须装设低压刀开关。
（2）可靠 应满足各级电力负荷对供电可靠性的要求。例如对一、二级重要负荷，其主接线方案应考虑两台主变压器，且一般应为双电源供电。
（3）灵活 应能适应供电系统所需的各种运行方式，便于操作维护，并能适应负荷的发展，有扩充改建的可能性。
（4）经济 在满足上述要求的前提下，应尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量，应尽可能选用技术先进又经济适用的节能产品。

3.1.2 高压配电电压等级的选择
工厂供电电源电压主要是根据工厂负荷大小、供电距离，以及地区电网可能供电的电源电压，与其他部门协商决定。
根据设计说明书的要求，以及实际化纤厂内部有很多高压电机等设备，所以从临近电厂引入6.3KV电源两路进线，设置高配室和各低压变电所，省去了总降压变电所。而车间及其他建筑物的低压配电电压应采用220/380V。

3.1.3变电所电气主接线
变电所电气主接线是根据电能输送和分配的要求表示主要电气设备相互之间的连接关系,以及本变电所与电力系统的电气连接关系。
主接线的确定对电力系统的安全、经济运行，对系统的稳定和调度的灵活性，以及对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护及控制方式的拟定均有密切的关系。在确定变电所的接线方式时、要结合系统和用户的具体要求，同时还应考虑施工和检修是否方便。
（一）、基本要求
在选择发电厂或变电所的电气主接线时，应注意其在系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件，并考虑下列基本要求：

1. 供电的可靠性
   当个别设备发生事故或需停电检修时不宜影响对系统供电；断路器等母线故障，母线检修时尽量减少停运回路数和停运时间，并保证对一级负荷或大部分二级负荷的供电。
2. 运行上的安全性和灵活性
   电气主接线要尽可能适应各种运行方式。不但在正常运行时能很方便地投入或切换某些设备，而且在其中一部分电路检修时，应能尽量保证未检修的设备继续供电，同时又要保证检修工作的安全进行。
3. 接线简单操作方便
   电气主接线要在各种倒闸操作步骤最少。过于复杂的接线，会使运行人员操作困难，容易造成误操作而发生事故。电气设备增多，也增加了事故点，同时复杂的接线也给继电保护的选择带来很大困难。
4. 建设及运行的经济性
   设计主接线除考虑技术条件外，还要考虑经济性，即基建投资和年运行费用、年电能损耗的多少，一般要对满足技术要求的几个方案，进行技术经济比较，然后从中选定。
5. 电气主接线应考虑将来远景发展扩建的可能性
   （二）主接线的基本形式
   一）单母线接线
   该方案接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。但是不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可以用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。
   一般适用于一台发电机或一台主变压器的以下三种情况：
   1、6-10kV配电装置的出线回路数不超过5回。
   2、35-63kV配电装置的出现回路数不超过3回。
   3、110-220kV配电装置的出现回路数不超过两回。

二）单母线分段接线
该方案用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电。当一段母线发生故障后，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电；当一路进线发生故障时，可以配合备用电源自投装置，保证化纤厂内二级负荷的正常供电。但是当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该回路的母线都要在检修期间内停电。当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。容量扩建期间需要向两个方向均匀扩建。
其适用范围有：
1、6-10kV配电装置出线回路数为6回及以上时。
2、35-63kV配电装置出现回路数为4-8回时。
3、110-220kV配电装置出现回路数为3-4回时。

三）双母线接线
双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并列运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。由于母线继电保护的要求，一般某一回路固定与某一组母线连接，以固定连接的方式运行。
该方案供电可靠性高。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一
组母线而不致使供电中断；一组母线供电故障后，能迅速恢复供电；检修任何一回路的母线隔离开关，只停该回路。同时该方案也具有调度灵活、扩建方便、便于试验等优点。
但该方案增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，需要在断路器和隔离开关之间装设连锁装置。
四）双母线分段接线
当220kV进出线数甚多时，双母线需要分段，分段原则是：
1、当进出线回路数为10-14回时，在一组母线上用断路器分段。
2、当进出线回路数为15回以上时，两组母线均用断路器分段。
3、在双母线分段接线中，均装设两台母联兼旁路断路器。
4、为了限制220kV母线短路电流或系统解列运行的要求，可根据需要将母线分段。
五）增设旁路母线或旁路隔离开关的接线
为了保证采用单母线分段或双母线的配电装置。在进出线断路器检修时（包括其保护装置的检修和调试），不中断对用户的供电，可增设旁路母线或旁路隔离开关。
综上各方案比较，本设计采用单母线分段接线方式，可以满足供电的可靠性以及实际供电的需要。

3.2 变配电所的任务与类型及所址选择

变电所(transformer substation)担负着从电力系统受电，经过变压，然后分配电能的任务。配电所(distribution substation)担负着从电力系统受电，然后直接分配电能的任务，变配电所是工厂供电系统的枢纽，在工厂中占有特殊重要的地位。
工厂的高压配电所，应尽可能与邻近的车间变电所合建，以节约建筑费用。

3.2.1变配电所的所址选择
变配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术、经济分析比较
1）尽量靠近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。
2）进出线方便，特别是要考虑便于架空进出线。
3）靠近电源侧，特别是在选择工厂总变配电所时要考虑这一点。
4）设备运输方便，以便于输电力变压器和高低压开关柜等大型设备。
5）不应设在剧烈振动或高温的场所。
6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧。
7）不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。
8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058—1992）的规定9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。

3.2.2负荷中心的确定
负荷工厂或车间的负荷中心，可用下面所讲的负荷指示图或负荷矩计算方法近似地确定。
（1）按负荷指示图确定负荷中心
指示图是将电力负荷按一定比例（例如以1面积代表0.5KW等）用负荷圆的形式标示在工厂或车间的平面图上。各车间（建筑）的负荷圆的圆心应与车间（建筑）的负荷中心点大致相符。在负荷分布均匀的车间（建筑）内，负荷圆的圆心就在车间（建筑）的中心。负荷分布不均匀的车间（建筑）内，负荷圆的圆心应偏向负荷集中的一侧。
负荷圆的半径，由车间（建筑）的计算负荷得

负荷中心虽是选择变配电所所址的重要因素，但不是唯一因素，因此负荷中心的计算不要求十分精确。实际上负荷中心也不是固定不变的，精确的计算也没
有必要。
由于变配电所要求尽量靠近负荷中心，而负荷中心的随机性较大，因此计算要求精确度可以降低。所以，结合简化厂区负荷分布图，按负荷功率矩法确定负荷中心及全厂变配电所所址。
x=∑(Pixi)/∑Pi
=969.52.5+3853.2+9804+1587.8+5609+7.59.5+10513.4+36*13.1+15083.6+563.8822.2/（969.5+385+980+15+560+7.5+105+36+150+563.8）=7.76cm

y=∑(Piyi)/∑Pi
=（980+7.5+36）2.4+563.86.8+1507+969.58.9+15*11.2+(385+560+105) *14.9/（969.5+385+980+15+560+7.5+105+36+150+563.8）=8.43cm

根据计算结果可知，坐标（7.76，8.43）位于全厂布置图的2#位置。根据变配电所设置要求，配电所应该尽量靠近负荷中心。且2#位置旁及以北区域无污染源，另外由于工厂内部线路多为电缆线路，所以相对于2#位置，进出线较为方便，同时设备运输不存障碍。因此在2#位置单独建一个高压的配电所。具体全厂总平面图见大图纸。
厂区高压配电网络或高压供电系统是指从总降压变电所或总配电所至各车间变电所的接线系统。它与工厂的重要性、规模的大小、电力系统的情况以及工厂的总体布置和工厂的发展规划等因素有关。因此，在设计厂区高压配电网络时，必须全面分析有关因素，予以合理解决。
第4章 短路计算

4.1 短路的原因与后果

4.1.1短路的原因
工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行，但是，由于各种原因，也难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路(short circuit)。短路就是指不同电位的导电部分之间的低阻性短接。
造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备长期运行、绝缘自然老化或由于设备本身不合格、绝缘强度不够而被正常电压击穿，或设备绝缘正常而被过电压(包括雷电过电压)击穿，或者是设备绝缘受到外力损伤而造成短路。
工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压设备接入较高电压的电路中，也可能造成短路。
鸟兽跨越在裸露的相线之间与接地物体之间，或者咬坏设备和导线电缆的绝缘，也是导致短路的一个原因。

4.1.2 短路的后果
短路后，短路电流(short-circuit current)比正常电流大得多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害：
1)短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏。
2)短路时短路电路中的电压骤降，严重影响其中的电气设备的正常运行。
3)短路时保护装置动作，要造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大。
4)严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。
5)不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。
由此可见，短路的后果是十分严重的，必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流计算，以便正确地选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏，为了选择切除短路故障的开关电器，整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。

4.2短路电流形式

在选择和校验电气设备，载流导体以及进行继电保护整定计算中一般需要计算下列短路电流值：
——0秒时短路次暂态电流有效值
——短路电流周期分量有效值
——短路稳态电流
——短路冲击电流
——短路冲击电流有效值
——短路容量
注意：对于不同的短路点时和的求法将又所不同，具体如下：
（1）当在高压电路发生三相短路时
第5章 厂区配电系统的电力线路

5.1高压线路的接线方式

工厂的高压线路有放射式（radio type）、树干式（trunt type）和环形(ringlike type)等基本接线方式。
（1）放射式接线
放射式接线的线路之间互不影响，因此供电可靠性较高，而且便于装设自动装置，保护装置也较简单，但是高压开关设备用得较多。而且每台高压断路器须装设一个高压开关柜，从而使投资增加，而且在发生故障或检修时，该线路所供电的负荷都要停电。要提高这种放射式线路的供电可靠性，可在各车间变电所高压侧之间或低压侧之间敷设联络线。要进一步提高其供电可靠性，还可以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。
（2）树干式接线
树干式接线与上述放射式接线相比，具有以下优点：多数情况下，能减少线路的有色金属消耗量；采用的高压开关数量少，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停电，且在实现自动化方面，适应性较差。
第6章 高压一次设备选择及校验

6.1 概述

变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路或一次回路，亦称主回路。一次电路中所有的电气设备，称为一次设备。
凡用来控制、指示、监控和保护一次设备运行的电路，称为二次电路或二次回路，亦称副回路。二次电路通常接在互感器的二次侧。二次电路中的所有电气设备，称为二次设备。
一次设备按其功能来分，可分以下几类：
（1）变换设备 其功能是按电力系统工作的要求来改变电压或电流等，例如电力变压器、电流互感器、电压互感器等。
（2）控制设备 其功能是按电力系统工作的要求来控制一次电路的通、断，例如各种高低压开关。
（3）保护设备 其功能是按用来对电力系统进行过电流和过电压等的保护，例如熔断器和避雷针。
（4）补偿设备 其功能是用来补偿电力系统的无功功率，以提高电力系统的功率因素，例如并联电容器。
（5）成套设备 它是按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及二次设备组合为一体的电气装备，例如高压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱等。

6.1.1电气设备选择的一般方法
电力系统的各种电气设备的作用和工作条件并不一样，它们的具体选择方法也不完全相同，但对它们的基本要求却是一致的，因此，对各种电气设备必须按正常工作条件进行选择，并且按短路情况校验其热稳定和动稳定的基本方法。
（1）按正常工作条件选择电器。正常工作条件是指电器的额定电压和额定电流。
① 额定电压的选择。电器的额定电压就是铭牌上标出的电压。另外，电器还有最大工作电压，电器长期运行所允许的最大电压(一般指超过额定电压10～15％的电压)。制造厂对电器、绝缘子、电缆等都规定了它们的额定电压和最大工作电压，如10/11.5、35/40.5、110/121、220/242、330/360kV等。选择时必须使电器装置点的电网额定电压不应超过电器的额定电压。
② 额定电流的选择。电器的额定电流是指在额定周围环境温度下，长时间内电器所能允许通过的电流。选择电器时应满足额定电流不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流。
(2)按短路情况校验电器的热稳定和动稳定
① 短路热稳定校验。短路热稳定校验就是要求所选的电器，当短路电流通过时，其最高温度不应超过制造厂规定的短路时发热最高允许温度。
② 电动稳定校验。电动稳定是指电器承受短路电流引起的机械效应的能力，在校验时，须用短路电流的最大值与制造厂规定的设备允许通过的动稳定电流进行比较。
Ish≤ip 或 Ish≤IP
式中ish、Ish–短路冲击电流幅值及其有效值
Ip、IP–设备允许通过的动稳定电流的峰值及其有效值
但以下几种情况可以不校验热稳定或动稳定：
熔断器保护的电器，其热稳定由熔断器时间保证，故可不校验热稳定。
采用有限流电阻的熔断器保护的设备，可不校验动稳定。
装设在电压互感器回路中的裸导体和电器可不校验动稳定、热稳定。
6.2 高压开关柜

高压开关柜（high-voltage switchgear）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设备。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，也可以作为大型高压交流电动机的起动和保护之用，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。

6.2.1 高压开关柜类型
高压开关柜有固定式和手车式（移开式）两大类型。
手车式高压开关柜的特点是：高压断路器等主要电气设备是装在可以拉出和推入开关柜的手车上的。断路器等设备需检修时，可随时将其手车拉出，然后推入同类备用手车，即可恢复供电。因此采用手车式开关柜，较之采用固定式开关柜，具有检修安全、供电可靠性高等优点，但其价格较贵。
新系列高压开关柜全型号的表示和含义如下：