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1、摘 要本论文主要是对小型工厂供配电系统的电气部分进行设计。工厂由户外引入 10kV的高压电源，经过工厂变电所降为220/380V的低压电，直接供给工厂车间 的动力系统和照明系统。在选择电气设备之前，先对工厂负荷进行计算，确定工厂总的负荷容量，同 时在低压母线侧进行无功功率的补偿，以提高功率因数。根据补偿后的负荷容量， 选择工厂变电所变压器的容量和台数，然后确定工厂采用的供电系统，选择合适 的车间配电方案，画出供配电系统主接线图。高压一次设备、低压一次设备和导线截面积选择时，都必须满足电路正常条 件下和短路故障条件下工作的要求。电气设备不仅要满足在短路故障条件下的工 作要求，还必须按最大可能的短
2、路故障时的动稳态度和热稳态度进行校验，以判 断设备是否满足工作要求。电路发生三相短路时的短路电流电流最大，计算三相 短路电流，以进行设备的校验。最后，进行继电保护和防雷接地，来提高系统的安全性和可靠性。关键词：负荷计算，三相短路，主接线，继电保护，设备选择目录摘要 I.Abstract II目录 III1 绪论 12 电力负荷及其计算 22.1 负荷分级及供电电源措施 22.1.1 工厂电力负荷的分级 22.1.2 各级负荷的供电措施 22.2 工厂计算负荷的确定 32.2.1 负荷计算的目的和意义 32.2.2 负荷计算的方法 32.2.3 需要系数法确定计算负荷 42.2.4 二项式法确定
3、计算负荷 62.2.5 工厂负荷的计算 62.3 无功功率补偿 92.3.1 功率因数 92.3.2 无功补偿的选择 102.3.3 无功补偿的计算 113 变压器的选择及其电气主接线 133.1 变压器的选择 133.1.1 电力变压器及其分类 133.1.2 电力变压器的连接组别 133.1.3 变压器台数和容量的选择 143.1.4 电力变压器的校验 153.2 工厂变配电所的主接线图 153.2.1 电气主接线的概况 153.2.2 车间和小型工厂变电所的主接线图 163.2.3 本工厂变电所主接线的确定 214 短路电流的计算 224.1 短路的原因、后果及其形式 224.1.1 短
4、路的原因 224.1.2 短路的后果 224.1.3 短路的形式 234.2 无限大容量电力系统的三相短路计算 234.2.1 无限大容量电力系统 234.2.2 短路电流的计算方法 234.2.3 工厂三相短路电流的计算 25第5章金工车间的配电 285.1 低压配电线路接线方式 285.2 低压配电系统的接地型式 29第6章设备选择与校验 336.1 导线的选择与校验 336.1.1 车间导线截面及配电箱的选择 336.1.2 车间导线的校验 386.2 高压一次设备的选择与校验 406.2.1 一次设备及其分类 406.2.2 一次设备的选择 416.2.3 一次设备的校验 436.3
5、低压补偿柜选择 45第7章 继电保护与防雷接地 467.1 工厂的继电保护 467.1.1 继电保护的选择 467.1.2 继电保护的整定及计算 467.2 工厂的防雷与接地 47总结 49参考文献 50致谢 51附录A1 绪论电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换 而来，又易于转换为其他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。一般中小型工厂的电压进线电压为6-10kV。电能先经高压配电所集中，在 由高压配电线路将电能分送到各车间变电所，或者高压配电线
6、路供给给高压用电 设备。车间变电所内装设有电力变压器，将6-10kV的高压降为一般低压用电设 备所需的电压（220/380V），然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备。对于大型工厂及其某些电源进线电压为35 kV及以上的中型工厂，一般经过 两次降压，也就是电源进厂后，先经总降压变电所，有大容量的电力变压器将 35kV及以上的电源电压降为6-10kV的配电电压，再通过高压配电线路或高压配 电所将电能送到各个车间变电所，最后经变压器降为一般低压用电设备所需的电 压。有的35kV进线的工厂，只经一次降压，及35kV线路直接引入靠近负荷中 心的车间变电所，经车间变电所的配电变压器直接降为低压用电设备
7、所需电压。 这种配电方式称为高压深入负荷中心的直配方式。这样可以省去一级中间变压， 从而简化了供电系统，节约有色金属，降低电能损耗和电压损耗，提高供电质量。 然而这要根据厂区环境条件是否满足35kV架空线路深入负荷中心的“安全走廊” 要求而定，否则不宜采用，以确保供电安全。对于总供电容量不超过1000kV的小型工厂，通常只设一个降压变电所，将 6-10kV电压降为低压用电设备所需的电压（220/380V）。如果工厂所需容量不 大于160kVA时，一般采用低压电源进线，工厂只需设一个低压配电间。本厂属于中小型工厂，采用10kV供电电源，在金工车间东侧1020m处有一 座10kV配电室，先用1km
8、的架空线路，后改为电缆线路至本厂变电所，将6-10kV 的高压降为一般低压用电设备所需的电压（220/380V），然后由低压配电线路将 电能分送给各用电设备。2 电力负荷及其计算2.1 负荷分级及供电电源措施2.1.1 工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，按 GB 500521995供配电系统设计规范规定，根 据对供电可靠性及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响的程度进行分级， 负荷可以分为一级负荷、二级负荷、三级负荷。 一级负荷 符合下列条件之一的，为一级负荷1）中断供电，将造成人身伤亡的负荷；2）中断供电，将在政治、经济上造成重大损失的负荷；3）中断供电，将影响有重大政治、经济意义的用电单
9、位的正常工作的负荷。在一级负荷中，当中断将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重 要场所不允许中断的负荷，应视为特别重要的负荷。 二级负荷 符合下列条件之一的，为二级负荷1）中断供电，将在政治上、经济上造成较大损失的负荷；2）中断供电，将影响重要用电单位的正常工作的负荷。 三级负荷 不属于一、二级负荷者为三级负荷。2.1.2 各级负荷的供电措施 一级负荷的供电措施 一 级负荷应有两个独立电源供电，当一个电源发 生故障时，另一个电源应不至于同时受到损坏，以维持供电；而且当一个电源中 断供电时，另一个电源应能承担本用户的全部一级负荷设备的供电。一级负荷用 户的变配电室内的高低压配电系统，应采
10、用单母线分段的主结线形式，分列运行 并互为备用。一级负荷设备应采用双电源供电，并在最末一级配电盘（箱）处设 置自动切换装置。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设 应急电源。 二级负荷的供电措施 二级负荷应有两个电源供电，即应有两回路供电。 当发生电力变压器故障或线路常见故障时不至于中断供电（或中断后能立即回 复）。 三级负荷的供电措施 三级负荷对供电无特殊要求，可采用单回路市电供 电。但应使配电系统简洁可靠，尽量减少配电级数，低压配电级数一般不超过四 级，并且应在技术经济合理的情况下，尽量减少电压偏差和电压波动。2.2 工厂计算负荷的确定2.2.1 负荷计算的目的和意义计算负
11、荷是一个假想的持续负荷，其热效应与同时间内实际变动负荷所产生 的热效应相等。在供配电系统中，以30min的最大计算负荷作为选择电气设备的 依据，并认为只要电气设备能承受该负荷的长期作用，即可在正常情况下长期运 行。一般将这个最大计算负荷简称计算负荷Pc。负荷计算的目的是： 计算变配电所内变压器的负荷电流及视在功率，作为选择变压器容量的 依据。 计算流过各主要电气设备（断路器、隔离开关、母线、熔断器等）的负荷 电流，作为选择这些设备的依据。 计算流过各条线路（电源进线、高低压配电线路等）的负荷电流，作为选 择这些线路电缆或导线截面的依据。 计算尖峰负荷，用于保护电器的整定计算和校验电动机的启动条
12、件。 为电气设计提供技术依据。计算负荷是工程设计中按照发热条件选择导 线和电气设备的依据。计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量 程的依据，也是整定继电保护的重要依据。计算负荷确定的是否正确，直接影响 到电器和导线的选择是否经济合理。正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是 实现供电系统安全、经济运行的必要手段。如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色 金属的浪费，而变压器负荷率较低运行时，也将造成长期低效率运行。如果计算 负荷确定的过小，又将使电器和导线处于过负荷运行，增加电能损耗，产生过热， 导致绝缘过早老化甚至产生火灾，造成更大的经济损
13、失。因此，正确确定计算负 荷具有很大的意义。2.2.2 负荷计算的方法在已知用电设备的情况下，负荷计算有需要系数法、二项式法和利用系数法； 在未知用电设备的情况下，负荷计算有负荷密度法、单位指标法和住宅用电量指 标法。 需要系数法用设备功率乘以需要系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简便，应用广 泛，尤其适用于配变电所的负荷计算。 利用系数法采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台属和功率差异的影 响，乘以与有效台数有关的最大系数的计算负荷。这种方法的理论根据是概率论 和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数的实测与统计较困难， 在电气设计中一般不用。 二项式法在设备组容量
14、之和的基础上，考虑若干容量最大设备的影响，采用经验系数 进行加权求和法计算负荷。 负荷密度法当已知某建筑面积负荷密度时，某建筑的平均负荷可按下式计算Pav =A（kW）式中:负荷密度（kW/m2）A某建筑面积（m2）在建筑方案设计阶段，可采用建筑面积负荷密度法进行负荷估算。在建筑施 工阶段设计时，可采用需要系数法进行复核。2.2.3 需要系数法确定计算负荷 基本公式需要系数法确定用电设备组的有功计算负荷的基本公式为：无功计算负荷为：视在计算负荷为：计算电流为：式（2.1）式（2.2）式（2.3）式（2.4）P = K P30d eQ = P tan 3030S = P /cos3030I =
15、S /(3U )3030N需要系数P30有功计算负荷，单位为kWQ30无功计算负荷，单位为kvarS30视在计算负荷，单位为kVAcos -用电设备组的平均功率因数tan -用电设备组平均功率因数的正切值 多组用电设备计算负荷的确定在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素。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用功负荷和无功负荷分别计入一个同时系数 K 和K 。 P q对车间干线，取K = 0.85 - 0.95 PK = 0.90 - 0.97 q对低压母线，分两种情况：1）由用电设备组计算负荷直接相加
16、来计算时，取K = 0.80 - 0.90 PK = 0.85 - 0.95 q2）由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取K = 0.90 - 0.95 PK = 0.93 - 0.97 q总的有功计算负荷为：P = K P# r30 P30.i式（2.5）总的无功计算负荷为：Q =K Q30 q30.i式（2.6）以上两式中的P和Q分别为各组设备的有功和无功计算负荷之30.i 和。总的视在计算负荷为：30.iS 30 =也02 + Q302式（2.7）总的计算电流为：I30 =S 30yUN）式（2.8）由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电流一 般不能用各组的视在计
17、算负荷或计算电流之和来计算。2.2.4 二项式法确定计算负荷P = bP + CP30 e x二项式法的基本公式是式（2.9）式中，bP表示用电设备组的平均功率，其中P是用电设备组的总容量，其 ee计算方法如前需要系数法所述；cP表示用电设备组中x台容量最大的设备投入x运行时增加的附加负荷，其中P是x台最大容量的设备总容量，b.c为二项式系 x数。由于二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而且考虑了少 数容量最大设备投入运行时对总计算负荷的额外影响，所以二项式法比较适合确 定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。2.2.5 工厂负荷的计算基础资料： 工厂各车间负荷
18、情况，如表2.1所示表2.1 各车间负荷表车间P /kW 30Q /kvar 30最大电动机 /kW冷作10011030装配809022仓库20207.5户外照明2015金工车间设备负荷如表2.2所示表2.2 金工车间负荷表序号设备名称设备容量/kW台数/台13 1316 232536 3234车床7+0.125144铣床10+2.815 21 35摇臂钻4.5+1.7+0.6+0.12536 7 41 42铣床7+2.848 9铣床7+1.7210砂轮机3.2111 12砂轮机1217 18磨床7+1.7+0.5219磨床10+2.8+1.5120 38磨床10+2.8+0.5222 37车
19、床10+0.125226 27磨床14+1+0.6+0.15228 29立床55+7+1137+1.7130车床20+0.15131摇臂钻10+0.5139 40龙门刨75+4.5+1.7+1.7+1+1+0.5243 44 45铣床7+1.7346镗床6.5+2.8147铣床7+2.8148桥式起重机 ( =25%)11+5+5+2.2149 50桥式起重机 ( =25%)16+5+5+3.52全厂照明密度为：12W/m2 根据基础资料提供的各厂房电力负荷清单，全厂都是三级负荷。按需要 系数法分别计算出各个厂房及全厂的计算负荷。1)金工车间负荷计算a.金属切削机床设备容量：Pe = (7.1
20、25 4 +12.8 + 6.925 3 + 9.8 + 85.4 2 + 8.7 3 + 9.3 + 9.8) kW=654.525kW对于大批生产的金属冷加工机床电动机，其需要系数：Kd = 0.18 - 0.25 , cos = 0.5 , tan = 1.73有功计算负荷：P = KP = (0.25654.525)W = 163.63kW30 d e无功计算负荷：Q = P tan = (163.63 1.73) Var = 283.08kvar3030b.桥式起重机容量；P = P =(23.2 + 29.5 2)= 82.2kWeN对于锅炉房和机加、机修、装配等类车间的吊车，其需
21、要系数:K = 0.1 - 0.15; CoS = 0.5 , tan 隼=1.73d有功计算负荷：P = K p = (0.15 82.2) W = 12.33kW30 d e无功计算负荷：Q = P tan =(12.33 1.73) Var = 21.33kvar 3030c.金工车间照明：车间面积：60 X 24 = 1440m 2设备容量：Pe = (121440) W = 17280W对于生产厂房及办公室、阅览室、实验室照明，其需要系数：K = 0.8-1, cos = 1, tan = 0 d有功计算负荷：P = K P =(1 17.28) W = 17.28kW30 d e无
22、功计算负荷：Q = P tan = (17.28 0) var = 0k var 30302)全厂总负荷取有功同时系数K = 0.95，无功同时系数K = 0.97 P q有功计算负荷：P = 0.95P30(2)30=0.95 (i63.63 +12.33 +17.28 +100 + 80 + 20 + 20)kW=392.58 kW无功计算负荷：Q = 0.97 Q 30(2)30=0.97 (283.08 + 21.33 +110 + 90 + 20 +15 )kvar=523.23kvar视在计算负荷：S = ；P 2 + QT30(2)30(2)30(2)=654.13 kVA功率因
23、数：cos = P / S = 0.6(2)30(2)30(2)在符合计算中，新型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式计算：有功损耗：P 0.01 ST30无功损耗：Q 0.05SS为变压器二次侧的视在计算负荷T3030机器厂变压器高压侧的有功计算负荷：P = P+ P = 392.58+ 0.01 654.13 = 399.12kW30(1)30(2) T机器厂变压器高压侧的无功计算负荷：Q = Q + Q = 523.23 + 0.05 654.13 = 555.94 k Var 30(1)30(2)T机器厂变压器高压侧的视在计算负荷：S =、 P 2 + QT =、/399.122
24、 + 555.942 = 684.37 kVA 30(1)30(1)30(1)功率因数：cos = P / S = 399.12/684.37 = 0.58 (1)30(1)30(1)2.3 无功功率补偿。2.3.3无功补偿的计算要使功率因数由cos 提高到cos ,必须装设无功补偿装置，其容量为：Q = Q - Q = P (tan - tan ) = q P式(2.11)c303030c 30q = tan- tan，称为无功补偿率 c 工厂无功功率的补偿：Q = P (tan - tan ) c30=392.5tan(arccos0.6)-tan(arccos0.92)=356.2 kv
25、ar取Q为360kvar 补c 偿后变压器的容量和功率因数 补偿后变压器器低压侧的视在计算负荷：S = JP 2 + Q2 = J392.582 +(523.23-360)2kVA30(2)30(2)30(2)=425.16 kVA 变压器低压侧的计算电流：I = S /(J3U) = 425.16/(3 X 0.38) = 645.98 A30(2)30(2)N(2)主变压器的功率损耗：P 0.01 S = 0.01 425.16kW = 4.25kW T30Q 0.05S = 0.05 X 425.16k Var = 21.26kvar T30变压器高压侧的计算负荷： 有功计算负荷：P =
26、 P + P = 392.58 + 4.25 = 396.83 kW30(1)30(2) T无功计算负荷：Q = Q+ Q = 523.23-360 + 21.26 = 184.49 k var30(1)30(2)T视在计算负荷：S = Jp 2+ Q2 = 396.832 +184.492 = 437.62kVA30(1)30(1)30(1)计算电流：I = S /(3U) = 425.16/(3 X0.38) = 645.98 A30(2)30N(1)功率因数：cos = P / S = 396.83 / 437.62 = 0.907 0.9(1) 30(1)30(1)补偿后功率因数满足要
27、求。3 变压器的选择及其电气主接线3.1 变压器的选择3.1.1 电力变压器及其分类电力变压器是变电所中最关键的一次设备，其主要功能是将电力系统的电能 电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。常用变压器的种类，在中低压供配电系统中，常用的电力变压器有如下几种 分类方式： 按相数分类：有三相电力变压器和单相电力变压器。大多数场合使用三 相电力变压器，在一些低压单相负载较多的场合，也使用单相变压器。 按绕组导电材料分类：有铜绕组变压器和铝绕组变压器，目前一般采用 铜绕组变压器。 按绝缘介质分类：有油浸式变压器和干式变压器两大类。 按绕组联结组别分类：有Yyn0和Dyn11两种。3.1.2
28、 电力变压器的连接组别电力变压器的联结组别，是指变压器一、二次绕组因采取不同的联结方式而 形成变压器一、二次侧对应的线电压之间不同相位关系。中压配电变压器有Yyn0,和Dyn11两种常见的联结组，配电变压器用Dyn11 联结较之采用Yyn0联结有一下优点： 对Dyn11联结变压器来说，其3n次谐波电流在其三角形接线的一次绕 组内形成环流，从而不致注入公共的高压电网中去，这交之一次绕组接成星形接 线的Yyn0联结变压器更有利于抑制高次谐波电流。 Dyn11联结变压器的零序阻抗较之Yyn0联结变压器的零序阻抗小的多， 从而更有利于低压单相接地故障保护的动作和故障的切除。 当低压侧接用单相不平衡负荷
29、时，由于Yyn0联结变压器要求低压中性 线电流不超过低压绕组额定电流的25%，因而严重限制了其接用单相负荷的容 量，影响了变压器设备能力的发挥。GB 50052-1995供配电系统设计规范规定，低压为TN及TT系统时，宜 与选用Dyn11联结变压器。Dyn11联结变压器的低压侧中性线电流允许达到低 压绕组额定电流的75%以上，其承受单相不平衡负荷的能力远比Yyn0联结变压 器大。因此，机器厂的电力变压器选择Dyn11联结形式。3.1.3 变压器台数和容量的选择 选择主变压器台数应考虑下列原则:1） 三级负荷一般设一台变压器，但考虑现有开关设备开断容量的限制，所 选单台变压器的容量一般不大于12
30、50kVA；当用电负荷所需的变压器容量大于 1250kVA时，通常应采用两台或更多台变压器。2） 当季节性或昼夜性的负荷较多时，可将这些负荷采用单独的变压器供电， 以便这些负荷不投入使用时，切除相应的供电变压器，减少空载损耗。3） 当有较大的冲击性负荷时，为避免对其他负荷供电质量的影响，可单独 设变压器对其供电。4） 当有大量一、二级负荷时，为保证供电可靠性，应设两台或多台变压器。 以起到相互备用的作用。5） 在确定变电所住变压器台数时，应考虑负荷的发展，留有一定的余量。3.1.4 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SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需求，即S
31、S式（3.1）N.T302） 装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量SN.T应该同时满足以下两个条件：a.任一台变压器单独运行时，宜满足总的计算负荷S30的大约60%-70%的 需要，即S=（0.60.7） S式（3.2）N.T30S SNT30(+)b.任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的要求。即式（3.3）3.1.5 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1000kVA。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。
32、3.1.6 适当考虑负荷的发展应适当考虑今后510年电力负荷的增长，留有一定的余地。该厂的负荷属于三级负荷，并且补偿后S力=425.16kVA，选50CkVA的变30（2）压器，考虑到今后发展的要求，选择S9-630/10型变压器一台。3.1.4 电力变压器的校验电力变压器的额定容量SN.T是在一定温度条件下的持续最大输出容量。如 果安住地点的年平均气温 20。C时，则年平均气温每升高1 C,变压器容0.av量相应地减少1%，户外电力变压器的实际容量为S = (1-L-20) S式(3.4)T100N.T对于户内变压器，由于散热条件差，一般变压器室的出风口与进风口间有约 15C的温差，从而使处
33、于室内中间的变压器环境温度比户外变压器环境温度要 高出大约8C，因此户内变压器的实际容量较之上式所计算的容量还要小 8%。对于S9-630/10型变压器，考虑本地年平均气温为23.2C，即年平均气温 不等于20C，对于室内变压器，其实际容量为S = (0.92 - o,av-20)S =(0.92- 232-20)630kVAT100N.T100=599.44 kVA 425.16 kVA因此，选择的变压器满足要求。3.2 工厂变配电所的主接线图3.2.1 电气主接线的概况电气主接线图即主电路图，是表示供电系统中电能输送和分配线路的电路 图，亦称一次电路图。它的设计，直接关系着全厂电气设备的选
34、择、配电装置的 布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济 运行。电气主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三方面： 可靠性：为了向用户供应持续、优质的电力，电气主接线首先必须满足 这一可靠性的要求。主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研 工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠的定量计算分析的基础数据尚不完善的 情况，充分做好调查研究工作显的尤为重要。为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾 可靠性和经济性两方面，做出切合实际的决定。 灵活性：电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式 的转换。灵活性包括以下几个方面：1
35、)操作的方便性电气主接线应该在服从可靠性的基本要求条件下，接线简单，操作方便，尽可能地使操作步骤少，以便于运行人员掌握，不致在操作过程中出差错。2）调度的方便性 电气主接线在正常运行时，要根据调度要求，方便的改 变运行方式。并且发生事故时，要能尽快地切出故障，故停电时间最短，影响范 围最小，不致过多地影响对用户的供电和破坏系统的稳定运行。3）扩建的方便性 对将来要扩建的发电厂和变电站，其主接线必须具有扩 建的方便性。 经济性：采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。3.2.2 车间和小型工厂变电所的主接线图 车间变电所的主接线图车间变电所的主接线分两种情况：1） 有工厂总降压变电所或高
36、压配电所的车间变电所其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，一般都安装在高压配电线路 的首段，即总配电所的高压配电室内，而车间变电所只设变压器室和低压配电室， 其高压侧多数不安装开关，或只安装简单的隔离开关、熔断器、避雷器等，如图 3.1所示。TFVTa) b) c) d) e)f) g)图3.1 车间变电所高压侧主接线方案a）高压电缆进线，无开关 b）高压电缆进线，装隔离开关 c）高压电缆进线，装隔离开关-熔断器 d）高压电缆进线，装负荷开关-熔断器 e）高压架空进线，装跌开式熔断器和避雷器 f）高压架空进线，装隔离开关-熔断器和避雷器g）高压架空线，装隔离开关-熔断器和避雷器由图可以看出
37、，凡是高压架空进线，变电所高压侧必须装设避雷器，以防雷电波沿着架空线路侵入变电所击毁电力变压器及其他设备的绝缘。而采用高压电 缆进线时，避雷器则装设在电缆的首端，而且避雷器的接地端要连同电缆的金属 外皮一起接地。此时变压器高压侧一般可以不再装设避雷器。如果变压器高压侧 为架空线又经过一段电缆引入时，则变压器高压侧仍应装设避雷器。2）工厂无总变、配电所的车间变电所工厂内无总降压变电所和高压配电所时，其车间变电所往往就是工厂的降压 变电所，其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，都必须配备齐全，所以 一般要设置高压配电室。在变压器容量较小、供电可靠性要求不高的情况下，就 可以不设高压配电室，其高
38、压侧的开关电器就装在变压器室的墙上或电杆上，而 在低压侧计量电能，或者其高压柜就装在低压配电室内，在高压侧计量电能。小型工厂变电所的主接线图1）只装有一台主变压器的小型变电所主接线图只装有一台主变压器的小型变电所，其高压侧一般采用无母线的接线。根据 其高压侧采用的开关电器不同，有以下三种比较经典的主接线方案。a.高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的变电所主接线图（图 3.2）这种主接线，受隔离开关和开式熔断器切断空载变压器容量的限制，一般 只用于500kVA及以下容量的变电所。610KV 电源进线FD图3.2 高压侧采用隔离开关-熔断器或跌开式熔断器的变电所主接线图图3.3 高压侧采
39、用负荷开关-熔断器或负荷跌开式熔断器的变电所直接线图这种变电所相当简单经济，但供电可靠性不高，当主变压器或高于侧停电检修或发生故障时，整个变电所要停电。由于隔离开关和跌开式熔断器不能带负荷 操作，因此变电所送电和停电的操作程序比较复杂，如果稍有疏忽，还容易发生 带负荷拉闸的严重事故，而且在熔断器熔断后，更换熔体需一定时间，从而影响供电的可靠性。但是这种主接线简单经济，对于三级负荷的小容量变电所是相当 适宜的。b.高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷跌开式熔断器的变电所主接线图（图 3.3） 由于负荷开关和负荷跌开式熔断器能带负荷操作，从而使变电所停、送电 的操作简便灵活得多，也不存在着在带负荷拉闸
40、的危险。但在发生短路故障时， 只能是熔断器熔断，因此这种主接线仍然存在着在排除短路故障时恢复供电的时 间较长的缺点，供电可靠性仍然不高，一般也只用于三级负荷的变电所。图3.4 高压侧采用隔离开关610KV 电源进线图3.5 高压双回路进线的一台主-断路器的变电所主接线图变压器变电所主接线图c.高压侧采用隔离开关-断路器的变电所主接线图（图3.4）这种主接线由于采用了高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分灵活方 便，而且在发生短路故障时，过电流保护装置动作，断路器会自动跳闸，如果短路故障已经消除，则可立即合闸回复供电。如果配备自动重合闸装置，则供电可 靠性更高。但是如果变电所只此一路电源进线时
41、，一般也只用于三级负荷；但如 果变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时，或另有备用电源时，则可用于二 级负荷。如果变电所有两路电源进线，如图3.5所示，则供电可靠性相当提高， 可供二级负荷或少量一级负荷。QS1QS2 QF2TV1610KV 电源进线V TV2220/380V图3.6 高压侧无母线、低压侧单母分段的变电所主接线图2）装有两台主变压器的小型变电所主接线图a.高压无母线、低压单母线分段的变电所主接线图（图3.6） 这种主接线 的供电可靠性较高，当任一主变压器或任一电源进线停电检修或发生故障时，该 变电所通过闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电。如果两 台主变压器高压
42、侧断路器装设互为备用的备用电源自动投入装置，则任一主变压 器高压侧断路器因电影断电而跳闸时，另一主变压器高压侧的断路器在备用电源 自动投入装置作用下自动合闸，恢复整个变电所的供电。这时变电所可供一、二 级负荷。电源进线I610KVQF5 -.,QF3QS3QK2图3.7 高压采用单母线、低压单母线分段的变电所主接线b.高压侧采用单母线、低压侧采用单母分段的变电所主接线图（图3.7） 这 种主接线适用于装有两台及以上主变压器或具有多路高压出线的变电所，其供电 可靠性也较高。任一主变压器检修或发生故障是，通过切换操作，即可迅速恢复 对整个变电所的供电。但是高压母线或电源进线进线检修或发生故障时，整
43、个变 电所仍要停电。这时只能供电给三级负荷。如果有与其他变电所相连的高压或低 压联络线时，则可供一、二级负荷。c.高低压侧均采用单母线分段的变电所主接线图（图3.8） 这种主接线的 两段高压母线，在正常时可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任 一路电源进线停电检修或发生故障时，通过切换操作，均可迅速恢复整个变电所 的供电。因此，其供电可靠性相当高，可供一、二级负荷。TV1FV1610KV电源进线QF1QF2FV2V ? TV2TA1TA2V/ T1T2尸YQF3QF4220/380V图3.8 高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图3.2.3 本工厂变电所主接线的确定本工厂为三级负荷，
44、供电可靠性要求不高，因此选择高压侧采用隔离开 关-断路器的变电所主接线图，主接线图见附录A4 短路电流的计算4.1 短路的原因、后果及其形式4.1.1 短路的原因系统中最常见的故障就是短路，短路就是指不同电位的导电部分对地之间的 低阻性短接。产生短路的原因有： 电气设备绝缘被损坏绝缘损坏多由于未及时发现和消除设备的缺陷，以及设计、安装和运行维护 不良所致。例如，过电压、设备遭雷击、绝缘材料陈旧、机械损伤等等。 有关人员误操作这种情况大多是由于操作人员违反安全操作规程而发生的，例如带负荷拉 闸，或者误将低电压设备接入较高电压的电路中而造成击穿短路。 鸟兽为害事故鸟兽跨越在裸露的相线之间或者相线与接地物体之间，或者咬坏设备和导线 电缆的绝缘，从而导致短路。4.1.2 短路的后果短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大得多。在大电力系统中， 短路电流可达几万安甚至几十万安。短路电流对系统产生较大的危害： 短路时要产生很大的点动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中 的其他元件受到损害和破坏，甚至引发火灾事故。 短路时电路的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。 短路时保护装置动作，将故障电路切除，从