某电机制造总厂降压变电所的电气设计

前言

工厂供电，是指工厂所需电能的供应和分配，也称工厂配电。

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量装换而来，也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经济简单，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化，而且现代科技的信息技术和其他高科技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。因此电能在现代工业生产及整个国民经济生活中的应用极为广泛。

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中所占的比重多少，而是在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高生产效率。从另一方面说，如果工厂供电突然中断，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。

供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，必须达到以下的基本要求：

（1）安全——在电力的供应分配及使用中，不发生人身事故和设备事故。 （2）可靠——应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。 （3）优质——应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。

（4）经济——应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。

另外，还应合理的处理局部和全局，当前与长远的关系，即要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，能照顾大局，适应发展。

本次课程设计的题目是：某电机制造总厂降压变电所的电气设计；内容主要有：工厂负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所型式及位置的选择；变电所主变压器及主接线方案的选择；短路电流计算；变电所一次设备的选择与校验；变电所高压进线和引入电缆的选择；以及变电所二次回路方案的选择和变电所继电保护，防雷保护。 由于电气设备种类繁多，以及手头资料的限制，所以我并不能保证所选设备为最合适。本次设计尚有不完整的地方，请指导老师批评指正。

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目录

第一章 设计任务书................................................... 4 1.1设计题目 ...................................................... 4 1.2设计要求 ...................................................... 4 1.3设计依据 ...................................................... 4 1.3.1工厂总平面图 .............................................. 4 1.3.2工厂负荷情况 .............................................. 4 1.3.3供电电源情况 .............................................. 5 1.3.4气象资料 .................................................. 6 第二章 设计说明书................................................... 7 2.1负荷计算和无功功率计算 ........................................ 7 2.2无功功率补偿 .................................................. 8 第三章 变电所位置与型式的选择..................................... 11 第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择........................... 12 4.1变电所主变压器的选择 ......................................... 12 4.2主接线方案的设计 ............................................. 13 4.2.1变配电所主接线的选择原则 ................................. 13 4.2.2变电所主接线方案的选择 ................................... 13 第五章 短路电流计算.............................................. 15 5.1 计算电路..................................................... 15 5.2 短路计算基准值............................................... 15 5.3 计算系统各元件阻抗标幺值，绘制等效电路图：................... 15 5.4求电源点至短路点的总阻抗及短路电流、容量。 ................... 15 第六章 变电所一次设备的选择校验.................................. 17 6.1 一次设备的选择校验原则....................................... 17 6.2 变电所一次设备的选择校验表................................... 18 第七章 变电所进出线与邻近单位联络线的选择.......................... 20 7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择 ................................ 20 7.1.1 10kV高压进线的选择校验 .................................. 20 7.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验............... 20

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7.2 380v低压出线的选择 .......................................... 20 7.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验........................... 23 第八章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定................... 25 8.1变电所二次回路方案的选择 ..................................... 25 8.2 变电所的保护装置............................................. 25 8.3装设电流速断保护 ............................................. 26 8.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 ....................... 26 第九章 降压变电所防雷与接地装置的设计............................. 28 9.1变电所的防雷保护 ............................................. 28 9.2 变电所公共接地装置的设计.................................... 28 第十章 课程设计心得体会........................................... 30 第十一章 参考资料................................................. 31 第十二章 附图..................................................... 32

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第一章 设计任务书

1.1设计题目

某电机制造总厂降压变电所的电气设计

1.2设计要求

要根据本厂所能取得的电源及用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂的发展，按照安全可靠，技术先进，经济合理的要求，确定变电所的位置与形式，确定主变压器的台数和分变压器的台数，容量及类型。选择变电所主要接线方案及高低压设备进出线。确定二次回路方案，选择整定继电器保护装置，确定防雷和接地保护装置，（横线部分内容本次课程设计不作具体要求）最后按要求写出设计说明书，绘制设计图样。

1.3设计依据

1.3.1工厂总平面图

公共电流干线

大街 厂门 大街

后门 5 9 2 4 8 1 3 7 10 6 桥 总平面图比列1:2000 生活区11 河流

图1 工厂总平面图

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1.3.2工厂负荷情况

本厂多数分厂为两班制，年最大负荷小时数为6800小时，日最大负荷持续时间为8小时。除特种电机分厂、成品试验站为一级负荷，铸造分厂、锅炉房为二级负荷外，其余为三级负荷。本总厂的负荷统计资料如表1所示。

表1 工厂负荷统计资料

编号 名称 类别 设备容量 额定电压 功率因数 tanθ 需要系数 动力 1 成品试验站 照明 动力 2 电机制造厂 照明 动力 3 新品制造厂 照明 动力 4 特种电机厂 照明 动力 5 铸造分厂 照明 动力 6 铸造分厂 照明 动力 7 原材料分厂 照明 动力 8 机加工分厂 照明 动力 9 线圈制造厂 照明 动力 10 11 锅炉房 照明 生活区 照明 2000 6～12 0.38 0.38 0.38 0.82～0.87 1 0.6～0.68 1 1.37 0 0.5～0.6 0.7～0.9 0.1～0.25 0.7～0.9 0.2～0.3 6 6～12 1.17 0 1000 0.38 5～10 0.6～0.7 1 0.65～0.72 1.16 0 0.7～0.9 0.65～0.7 0.7～0.9 0.5～0.6 0.7～0.9 0.3～0.35 0.7～0.9 0.3～0.36 0.7～0.9 0.2～0.32 0.7～0.9 0.2～0.3 0.7～0.9 0.6～0.8 0.7～0.9 0.7～0.8 700 0.38 5～10 1.23 0 1 0.38 170 6～12 0.6～0.7 1 0.62～0.68 1.02 0 380 5～10 0.38 1.17 0 1 0.63～0.72 0.38 1 0.6～0.65 150 4～8 500 5～10 0.38 1.17 0 1.12 0 1 0.38 320 6～12 0.6～0.7 1 1.17 0 120 3～5 0.38 0.38 0.8～0.9 1 0.9～1.0 1.05 0 600 0.5

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1.3.3供电电源情况

按照该总厂与当地供电部门鉴定的供电用电协议规定，该厂可以离厂5000米和8000米（0.4Ω/km）两处的35KV的公用电源干线上取得工作电源。干线首端所装设的高压断路器的断流容量为800MVA。该干线的走向见厂平面图。 1.3.4气象资料

最热月平均最高温度为35℃，平均温度为18℃，最高月平均土壤温度为30℃。

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第二章：设计说明书

2.1负荷计算和无功功率计算

2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式 有功计算负荷(单位为KW)

P30=Kd×Pe，Kd为需要系数 （2-1）

无功计算负荷(单位为kvar)

Q30= P30×tanθ （2-2）

视在计算负荷(单位为kvA)

S30P30 （2-3） cos计算电流

I30S30，UN为用电设备的额定电压。 （2-4） 3UN2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式

总的有功计算负荷

P30KpP30(i) （2-5）

总的无功计算负荷

Q30KqQ30(i) （2-6）

总的视在计算负荷，同式1-5

22S30P30Q30 （2-7）

总的计算电流，同式1-6

I30S30/3UN （2-8）

该电机制造总厂内电压等级分别为10kv与0.38kv，因此变电所需进行两次降压变换。由35k至10kv，成品试验站一部分从此取得电源，此外10kv继续降至0.38kv，供其他分厂取得电源。用公式（2-1）到公式（2-8），得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2所示（其中额定电压取380v）。

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表2 负荷计算表

编名称 号 动力 1 成品试验站 照明 动力 2 电机制造厂 照明 动力 3 新品制造厂 照明 动力 4 特种电机厂 照明 动力 5 铸造分厂 照明 动力 6 铸造分厂 照明 动力 7 原材料分厂 照明 动力 8 机加工分厂 照明 动力 9 线圈制造厂 照明 动力 10 11 总计（380V侧） 锅炉房 照明 生活区 照明 3 600 0.8 0.8 0.66 Keq=0.97 1 0.95 0 0.5 2.4 480 2805.3 2665 0 240 2.4 505.263 3.64 767.66 10 80 0.8 0.7 1 0.85 0 1.05 8 56 0 58.8 8 65.882 12.15 100.09 5 420 8 300 0.8 0.3 0.8 0.2 1 0.65 1 0.65 0 1.12 0 1.17 4 126 6.4 60 0 141.12 0 70.2 4 193.846 6.4 92.308 6.077 294.51 9.72 140.24 8 230 0.8 0.35 1 0.65 0 1.17 6.4 80.5 0 94.185 6.4 123.846 9.72 188.16 10 250 10 460 0.8 0.5 0.8 0.3 1 0.6 1 0.65 0 1.02 0 1.17 8 125 8 138 0 127.5 0 161.46 8 208.333 8 212.308 12.15 316.53 12.15 322.56 10 620 0.8 0.65 1 0.7 0 1.23 8 403 0 495.69 8 575.714 12.155 874.7 10 680 10 920 0.8 0.2 0.8 0.2 1 0.65 1 0.6 0 1.17 0 1.16 8 136 8 184 0 159.12 0 213.44 8 209.231 8 306.667 12.155 482.98 12.155 465.93 类别 容量 2000 系数 0.5 设备需要 cosφ tanφ P30/kw Q30/kvar S30/kva 0.85 1.37 1000 1370 1176.47 I30/A 1787.4 计算负荷 3131.5 3037.57 计入Kep=0.95 4040.94 6139.58 2.2无功功率补偿

无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿器和并联电抗器两种。由于并联电抗器

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具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。

由负荷计算表1.1知，该厂380V侧最大负荷时功率因数只有0.660。而供电部门要求该厂10KV进侧最大负荷时功率因数不小于0.92，二次侧大于0.86，因此现有情况明显不符合要求。考虑主变压器无功损耗远大于有功损耗，因此0.38KV侧最大负荷时功率因数因稍大于0.86。由前面备注所述，变电所需进行两次降压变换，因此无功补偿也较繁琐。可以取0.95来计算补偿容量： 2.2.1第一次无功功率补偿

qB=Pc(2)[tan(arccos0.66)-tan(arccos0.86)]=1452(kvar) （2-9） S30'=

Pc2(QcQb)2=3101 （2-10）

cos=2665.035/3100.718=0.86 （2-11）

参照图1.1，选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其

方案2（主屏）1台和方案3（辅屏）12台相结合，总共容量为112kvar×13=1456kvar。补偿前后，变压器的低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷减小。视在功

S3022率变S30P30Q303101kVA，计算电流I30=4711A，功率因数提高。因此

3UN无功补偿后，工厂0.38KV侧和对应10KV侧的计算负荷如表3所示。

表3第一次无功功率补偿后工厂的计算负荷

计算负荷 项目 0.38KV补偿前负荷 0.38KV无功补偿容量 0.38KV补偿后容量 主变压器功率损耗 10KV侧负荷计算 0.66 0.86 0.83 2665 47 2712 P30/KW 2665 Q30/kvar 3038 -1456 1582 186 1766 S30/kVA I30/A 6140 4711 4918 4041 3101 3237

2.2.2第二次无功功率补偿

qB=Pc(2)[tan(arccos0.709)-tan(arccos0.92)]=2964(kvar) （2-12）

S30'=Pc2(QcQb)2=5668 （2-13）

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cos=0.92 （2-14）

选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案2（主屏）1台和方案3（辅屏）26台相结合，总共容量为112kvar×27=3024kvar（近似完成了补偿任务）。补偿前后，变压器的低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负

S3022荷减小。视在功率变S30P30Q306447kVA，计算电流I30=372A，功率因

3UN数提高。

在无功补偿前，功率因数为0.703，无功补偿后近似为0.92。与此同时计算电流

也减小了，则供电系统中各元件的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。

表4 第二次无功功率补偿后工厂的计算负荷

计算负荷 项目 10KV补偿前负荷 10KV无功补偿容量 10KV补偿后容量 主变压器功率损耗 35KV侧负荷计算 0.71 0.92 0.92 P30/KW 5212 5212 85 5297 Q30/kvar 5191 -3024 2167 339 2506 S30/kVA I30/A 424.70 326 97 7356 5645 6010

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第三章 变电所位置与型式的选择

变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂总平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，P1、P2、P3P10分别代表厂房1、2、3...10号的功率，有所给总厂平面图近似测定各分厂负荷点坐标如下P1（2.5，9）、P2（2.5，5.5）、P3（6.5，9）、P4（6.5，5.5）、P5（6.5，2）、P6（11，11.5）、P7（11，9）、P8（11，6.5）、P9（11，4）、P10（15.5，9），并设P11（1，1）为生活区的中心负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(x,y),其中P=P1+P2+仿照《力学》中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：

PxP2x2P3x3P11x11 x11P1P2P3P11P3P11Pi+=。因此

y

P1y1P2y2P3y3P11y11P1P2P3P11(Px) （3-1） P(Py) （3-2） Piiiiii把各车间的坐标代入（3-1）、（3-2），得到x=3.686，y=7.717 ，因此近似取点（3.7,7.7）。由计算结果可知，工厂的负荷中心在1号厂房（成品试验站）的东北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在1号厂房的东侧紧靠厂房建造工厂变电所，器

型式为附设式。坐标位置如图2所示： Y

P6P1PP3P7P10P8P2P4P9P5P11 X

图2 按功率矩法确定负荷中心

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第四章 变电所主变压器及接线方案选择

4.1变电所主变压器的选择

易知，为本电机制造总厂所设计的为35kv/10kv，10kv/380v总降压变电所，其中，35kv/10kv: Smax=6010kva, 10kv/380v: Smax=3237kva,根据工厂负荷情况及电源情况，以及从可靠性的计算结果表明，总降压变电所中采取35kv/10kv侧设置一台变压器，10kv/380v侧设置两台变压器并采用暗备用的备用方式（每台变压器都按最大负的70%选择，正常情况下两台变压器都参加工作，这时每台变压器均承担50%最大负荷，变压器在正常工作情况下的负荷率50%/70%=70%,完全满足经济工作的要求。在故障情况下，由于x<=0.75，所以可以过负荷1.4倍，6h，连续5天，即1.4*70%=100%,承担全部最大负荷，因此既能满足正常工作时的经济运行要求，又能在故障时承担全部负荷，很合理）因此为整个电机制造总厂进行不间断供电是有保障的。而两台变压器的工厂变电所主变压器一般有以下两种方案可供选择： （1）35kv/10kv侧的一台变压器

容量根据式SNTS30, SNT为主变压器容量，S30为总计算负荷。选

SNT=7000kVA>S30=6620 kVA，即选一台SZ11-7000KVA/35KV型配电变压器。至于工厂

二级负荷的备用电源，考虑由邻近单位相邻的高压联络线来承担。 （2）10KV/0.38KV侧用两台变压器 容量根据以下两式来确定：

SNT(0.6~0.7)S30 （4-1）

SNTS30() （4-2）

因此选两台SL-5000KVA/10KV型配电变压器。工厂二级负荷的备用电源考虑由邻近单位相邻的高压联络线来承担。选择变压器后，总简化供电线路如图3

成品试验站（10kv部分）Y/YN0Y/Y-12800MVA各分厂电源G

QF35KVSZ11-7000KVA/35KV10KV10kv380v2台SL-3000KVA/10KV生活区图3 总简化供电线路

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4.2主接线方案的设计

4.2.1变配电所主接线的选择原则

（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）当供电电源只有一条线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组接线。

（3）当变电所有两台变压器同时运行是，二次侧应采用由断路器分段的单母线接线。 分段熔断器除具有分段隔离开关的作用外，与继电保护配合，还能切断负荷电流，故障电流以及实现自动分合闸。另外，检修故障段母线时，可直接操作分段断路器分段隔离开关，而且不引起正常段停电，保证其继续正常运行。 （4）变电所的接线应从安全，可靠，灵活，经济出发。

（5）为了限制配出线短路电流，即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。

（6）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。

（7）当低压母线为双电源，且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开关。 （8）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。当有继电保护或则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熔断器。 （9）由地区电网供电的变配电所电源出现触，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）

（10）6~10KV固定式配电装置出线侧，在架空线路或则有反馈可能的电缆出线回路，应装设线路隔离开关。

（11）采用6~10kv熔断器负荷开关固定式配电装置时，应该在电源侧装设隔离开关。 4.2.2变电所主接线方案的选择

方案一：高低压侧均采用单母线分段。优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户断电。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各处均需停电；当出线为双回路时架空线路出现交叉跨越；扩建时须向两个方向均衡扩建。

方案二：单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器是不会中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电枢纽，投资高。

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方案三:高压侧采用单母线，低压侧采用单母线分段。优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母线或电源进线端进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。

以上三种方案均能满足主接线要求，采用方案三时虽经济最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二所需的断路器数量多，接线复杂，其经济性能差；采用方案一既能满足符合供电要求又较经济，故本次设计选用方案一。

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第五章 短路电流计算

5.1 计算电路

图4 短路计算等效电路图

5.2 短路计算基准值

设基准容量为Sd=100MVA，基准电压Ud1.05UN。即高压侧为Ud1=37KV，低压侧为Ud2=10.5KV以及Ud3=0.4KV。

Id2Id1Sd100MVA1.56KA3Ud1337KVSd3Ud2（5-1）

100MVA5.5KA310.5KV （5-2）

Id3Sd3Ud3100MVA144KA30.4KV （5-3）

5.3 计算系统各元件阻抗标幺值，绘制等效电路图：

(1)电力系统：

*X1=100MVA/800MVA=0.125 （5-4）

(2)电力变压器：

X*3Uk1%100SSdNT1 710011007 （5-5）

X*41Uk2%Sd161001210021003SNT2 （5-6）

5.4求电源点至短路点的总阻抗及短路电流、容量。

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K1点的相关计算 （1）总电抗标幺值

=0.24 （5-7）

(2)三相短路电流周期分量有效值

（5-8）

(3）其他短路电流

（5-9）

（5-10）

（5-11）

(4）三相短路容量

（5-12）

同理计算的k2,k3点结果如表5所示： 表5 短路电流计算

三相短路容量三相短路电流/kA 短路计算点 X* K2 K3

1.246 2.246 /MVA I''(3) 0.803 0.455 (3)I (3)ish (3)Ish Sk(3) 80.3 44.5 4.417 64.140 9.938 118.02 5.894 69.75

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第六章 变电所一次设备的选择校验

6.1 一次设备的选择校验原则

6.1.1 按工作电压选则

变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，成为一次电路，或称为主电路、主接线。一次电路中的所有的电气设备，成为一次设备或一次元件。变电所一次设备的选在校验包括高压断路器，高压隔离开关，高压熔断器，电流互感器，电压互感器，避雷针等一次设备。选择正确的方法对以上设备进行校验，才能保证设备的正常运行，才不会产生意外事故，因此对一次设备的选择校验非常重要，再校验的过程中必须认真仔细负责。

设备的额定电压，一般不应小于所在系统的额定电压UN，即UNe。而高压设备的额定电压UNe应不小于其所在系统的最高电压Umax，即UNeUmax。

查表知: UN=10kV， Umax=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压

UNe=12kV，穿墙套管额定电压UNe=11.5kV，熔断器额定电压UNe=12kV。

6.1.2 按工作电流选择

设备的额定电流INe不应小于所在电路的计算电流I30，即

INeI30 （6-1）

6.1.3 按断流能力选择

设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值Ik(3)或短路容量Sk(3)，即

IocIk(3) （6-2）

(3)Sk(3) （6-3） Soc

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为IocIOLmax，IOLmax为最大负荷电流。 6.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 (1)动稳定校验条件

(3)imaxish （6-4）

(3) ImaxIsh （6-5）

(3)(3)imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ish、Ish分别为开关所处的

三相短路冲击电流瞬时值和有效值

(2)热稳定校验条件

(3)2It2tItima （6-6）

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6.2变电所一次设备的选择校验表

6.2.1 35KV侧一次设备的选择校验

校验包括高压断路器，高压隔离开关，高压熔断器，电流互感器，电压互感器，避雷针等一次设备。

表6 35kV一次侧设备的选择校验

选择校验项目 电压 参数 数据 额定参数 一次设备 高压断路器SW3-35 高压隔离开关GW4-40 高压熔断器RN1-35 电流互感器LCZ-35 避雷针FS4-35 UN电流 断流能力 动稳定度 (3)ish热稳定度 (3)2Itima装置地点条件 I30 Ik(3) 35kV 109A 6.34 16.17kA 30.15 UNe UNe Ioc imax It2t 35kV 35kV 35 kV 35kV 35kV 630A 630~4000A 40A 20~1000A - 6.6 - 50 kA - - 17kA 50~125 kA - 84.8 kA - 174.24 1600 - 676 - 易知，对于上面的分析，如表6所选一次设备均满足要求。 6.2.2 10KV侧一次设备的选择校验

表7 10 kV一次侧设备的选择校验

选择校验项目 参数 装置地点 数据 额定参数 高压断路器SN10-10I/630 一次设备 高压隔离开关GN19-10/400 高压熔断器RN2-10 电压互感器JDZ-10 电压互感器JDZJ-10 电流互感器LQJ-10 避雷针FS4-10 电压 电流 断流能力 动稳定度 (3) ish热稳定度 (3)2Itima UN 10kv IN 346.2A Ik(3) 4.417KA 9.938KA 14.65 UNe 10kV 10kV 10kV 10/0.1kV 100.10.1 //kV333UNe 630kA 400A 0.5A - - 400/5A - Ioc 16kA - 50 kA - - - - imax 40 kA 31.5 kA - - - 90.5 kA - It2t 512 625 - - - 900 - 10kV 10kV 易知，对于上面的分析，如表7所选一次设备均满足要求。 6.2.3 380V侧一次设备的选择校验

同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表8所示，所选数据均满足要求。

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表8 380V一次侧设备的选择校验

选择校验项目 参数 装置地点条件 数据 额定参数 低压断路器DW15-5500 一次低压断路器DWX15-600 设备 低压刀开关HD13-1500/30 电流互感器LMZJ1-0.5 电流互感器LMZ1-0.5 380V 500V 500V 1500A 3000/5A 100/5A - - - - - - - - - 380V 600A 70KA - - 低压断路器DW16-4000 380V 电压 电流 断流能力 动态定度 热稳定度 (3)2Itima UN I30 总5126A Ik(3) 64.14kA (3)ish 118kA 14515.2 UNe 380V 380V INe 5500A 4000A Ioc 80KA 80KA imax - - It2t - - 6.2.4 高低压母线的选择

查《工厂供电设计指导》表5-28得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3们2（12010）+8010，即相母线尺寸为2120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm10mm。

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第七章 变电所进出线与邻近单位联络线的选择

7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择

7.1.1 10kV高压进线的选择校验

采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。 （1）按发热条件选择

由I30=374 A及室外环境温度33°，查《工厂供电设计指导》表8-36得，初选LGJ-150,其35°C时的Ial=391A>I30,满足发热条件。 （2）校验机械强度

查《工厂供电设计指导》表8-34得，铝及铝合金线10kv时，最小允许截面积

Amin=35mm2，而LGJ-150满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损

耗。

7.1.2由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验

采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。 (1)按发热条件选择

由I30=I1NT=374A及土壤环境25°，查《工厂供电设计指导》表8-44得，初选缆线芯截面为500mm2的交联电缆，其Ial=428A>I30,,满足发热条件。

(2)校验短路热稳定 按式

(3)AAminItimaC （7-1）

2mm式中：A-----母线截面积，单位为；

2 Amin----满足热路稳定条件的最大截面积，单位为mm；

C为材料热稳定系数；

(3)I 为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；

tima短路发热假想时间，单位为s。

(3)本电缆线中I=4.417 KA，tima=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为

0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=77，把这些数据代入公式中得

(3)AminItimaC44170.7549.6mm2<7.2 380v低压出线的选择

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（1）成品试验站

馈电给1号厂房（铸造车间）的线路，由于试验站就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆5根（包括3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。

按发热条件需选择，由I30=170A及地下0.8m土壤温度为25℃，查《工厂供电设计指导》表8-43，初选缆芯截面150mm2，其Ial=242A>I30，满足发热条件。校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为288m，而查《工厂供电设计指导》表8-42得到120mm2的铝芯电缆的R0=0.31/km（按缆芯工作温度75°计），X0=0.07/km，又1号厂房的P30=94kW, Q30=91.8 kvar，故线路电压损耗为

U(pRUN

timaCqX)23.78V （7-2）

短路热稳定度校验

(3)AminI197000.75224mm276 （7-3）

2不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240mm的电缆，即选

VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。 （2）电机制造分厂

馈电给2号厂房（锻压车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 （3）芯片制造分厂

馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 （4）特种电机分厂

馈电给4号厂房（电镀车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 （5）铸造分厂

馈电给5号厂房的线路,亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 （6）锻造分厂

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馈电给6号厂房（工具车间）的线路,亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 （7）原材料分厂

馈电给7号厂房（金工车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 （8）机加工分厂

馈电给8号厂房（锅炉房）的线路,亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 （9）线圈制造厂

馈电给9号厂房（装配车间）的线路,亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 (10)锅炉房

馈电给10号厂房（机修车间）的线路,亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 (11) 生活区

馈电给生活区的线路采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。 ①按发热条件选择

由I30=760A及室外环境温度（年最热月平均气温）33℃，初选BLX-1000-1300，其33℃时Ial≈800A>I30,满足发热条件。

②效验机械强度

查表可得，最小允许截面积Amin=10mm2，因此BLX-1000-1300满足机械强度要求。

③校验电压损耗

查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离600m左右，而查《工厂供电设计指导》表8-36得其阻抗值与BLX-1000-1300近似等值的LJ-300的阻抗

R0=0.14/km，X0=0.30/km按线间几何均距0.8m），又生活区的P30=450KW，Q30=225kvar,因此

(pRqX)450kW(0.140.2)225kvar(0.30.2)U68.68VUN0.38kV （7-4）

U%68.68100%18.1%380 （7-5）

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不满足满足允许电压损耗要求。为确保生活用电（照明，家电）的电压质量，因此决定采用四回BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-175橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。

7.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验

电力负荷分为一级负荷、二级负荷、三级负荷，本电机制造总厂的特种电机分厂、成品试验站为一级负荷，铸造分厂、锅炉房为二级负荷，而一二级负荷中断供电会造成非常严重的后果，因此一二级负荷一般要求两路电源供电，当其中一路电源发生故障时，另一路电源不致同时受到损坏。有时还需要用到应急电源，常用的应急电源有：独立于正常电源的发电机组；供电网络中独立于正常电源的专门供电线路；蓄电池；干电池等。由此可见，保证一二级负荷的正常供电是多么重要。

采用YJL22—10000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敖设，与相距约2Km的邻近单位变配电所的10KV母线相连。 （1）按发热条件选择

工厂二级负荷容量共267KVA(铸造分厂142kva+锅炉房125kva)，

I30257kVA/(310kV)14.5A，最热月土壤平均温度为25℃。查表《工厂供电设计

指导》8-43，初选缆心截面为16mm的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，因此由上可知其

Ial=70A>I30满足要求。

2（2）校验电压损耗

由表《工厂供电设计指导》8-41：

可查得缆芯为16mm的铝R02.4/km（缆芯温度按80℃计），X00.133/km，而二级负荷的P30(10287)kW189kW,Q30(95.488.2)kvar183.6kvar，线路长度按2km计，因此

U189kW(2.42)183.6kvar(0.1332)95.6V10kV （7-6）

2

U%(95.6V/10000V)100%0.956%Ual5% （7-7）

由此可见满足要求电压损耗5%的要求。 （3）短路热稳定校验

按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯16mm的交联电缆是满足热稳定要求的。而邻近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。

2 23

综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表 9所示。

表9 进出线和联络线的导线和电缆型号规格

线 路 名 称 10KV电源进线 主变引入电缆 至1号厂房 至2号厂房 至3号厂房 至4号厂房 380V 低压 出线 至5号厂房 至6号厂房 至7号厂房 至8号厂房 至9号厂房 至10号厂房 至生活区 与临近单位10KV联络线 导线或电缆的型号规格 LGJ-150铝绞线（三相三线架空） YJL22—10000—3×500交联电缆（直埋） VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆5根 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） 四回路3×BLX-1000-1×120+1×BLX-1000-1×75橡皮线（架空线） YJL22—10000—3×16交联电缆（直埋）

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第八章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定

8.1变电所二次回路方案的选择

（1)高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用弹簧储能操作机构，其控制与信号回路如《工厂供电设计指导》图6-13所示。 （2)变电所的电能计量回路

变电所高压侧装设专用计量柜，其上装有三相有功电

能表和无功电能表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由有关供电部门加封和管理。

（3)变电所的测量和绝缘监察回路 变电所高压侧装有电压互感器—避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ——10型，组成Y0/Y0/（开口三角）的接线，用以实现电压测量和绝缘监视，其接线图见《工厂供电设计指导》图6-8。

作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电能表和三相无功电能表、电流表，接线图见《工厂供电设计指导》图6-9。高压进线上，也装上电流表。

低压侧的动力出线上，均装有有功电能表和无功电能表，低压照明线路上，装上三相四线有功电能表。低压并联电容器组线路上，装上无功电能表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按规范要求。

8.2变电所的保护装置

（1）主变压器的继电保护装置

装设瓦斯保护时，当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于跳闸。装设反时限过电流保护时，采用电磁式DL/11电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。 (2) 过电流保护动作电流的整定

IopKrelKw ILmax （8-1）

KreKi0VA/(31K0V)257.A7其中ILmax2IN1T22300KKi=100/5=20 ，因此动作电流为：

IOPA690靠系数，可

Krel=1.3，接线系数Kw=1，继电器返回系数Kre=0.8，电流互感器的电流比

1.31 690A55.8A （8-2）

0.820注：电磁式DL/11电流继电器整定电流范围：0.0025~200A，因此过电流保护动作电流

Iop整定为60A。

25

(3)过电流保护动作时间的整定

因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s 。 (4)过电流保护灵敏度系数的检验

SpIkmin （8-3） Iop1(2)(3)式中，IkminIK2/KT0.866IK2/KT=0.86664.14kA/(10kV/0.4kV)=2.22 KA

Iop1IopKi/Kw60A20/11200A，因此其灵敏度系数为：

Sp=2200A/1200A=1.833>1.5 因此，满足灵敏度系数的1.5的要求。

8.3装设电流速断保护

(1)速断电流的整定： 利用式IqbKrelKw(3)Ikmax，其中IkmaxIk24.42kA，

KiKTKrel=1.4，Ki=100/5=20，KT=10/0.4=25，速断电流Iqb1.4144200A123.4A，速断2025电流倍数整定为Kqb=Iqb/Iop=123.4A/60A=2.06(注意Kqb不为整数,但必须在2～8之间)

(2)电流速断保护灵敏度系数的检验 利用式SpIkmin，其中Iqb1IqbKi/Kw123.4A20/12468A，因此其保护灵敏Iqb1度S=3830A/2468A=1.55>1.5从《工厂供电课程设计指导》表6-1可知，按GB50062—92规定，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。、

8.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置

（1）装设反时限过电流保护。

亦采用DL13型电磁式电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。 过电流保护动作电流的整定,利用式IopKrelKwIL.max=2I30，又由备用ILmax，其中

KreKi电源为一二级负荷准备，所以考虑一二级负荷（），取I30=176A，Krel=1.3，Kw =1，

Kre=0.8，Ki =50/5=10，因此动作电流为：Iop1.312176A57.2A 因此过电

0.810 26

流保护动作电流Iop整定为60A。过电流保护动作时间的整定：按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。过电流保护灵敏系数因资料不全，暂缺。 （2）装设电流速断保护

采用GL15型继电器的电流速断装置。但因数据资料不全，其整定计算亦暂缺。 （3）变电所低压侧的保护装置

低压总开关采用DW15—1500/3型低压断路器，三相均装设过流脱钩器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路。脱钩器动作电流的整定可参看参考文献和其它有关手册。低压侧所有出线上均采用DZ20型低压短路器控制，其瞬间脱钩器可实现对线路的短路故障的保护，限于篇幅，其整定计算亦从略。

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第九章 降压变电所防雷与接地装置的设计

9.1变电所的防雷保护

9.1.1直击防雷保护

在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻R<10W（表9-6）。通常采用3-6根长2.5 m的钢管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁钢焊接相接。引下线用25 mm ×4 mm的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁钢，长1～1.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。 9.1.2雷电侵入波的防护

（1）在10KV电源进线的终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。其引下线采用25 mm

×4 mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上面与避雷器接地端螺栓连接。

（2）在10KV高压配电室内装设有GG—1A（F）—54型开关柜，其中配有FS4—10

型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来防护雷电侵入波的危害。

（3）在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以

防护沿低压架空线侵入的雷电波。

9.2 变电所公共接地装置的设计

9.2.1接地电阻的要求

按《工厂供电设计指导》表9-6。此边点所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：

RE10 （9-1） 且RE250V/IE250V/27A9.26 其中,IE10(803525)A27A 因此公共接地装置接地电阻RE10 。

3509.2.2接地装置的设计

采用长2.5m、50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m，垂直打入

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地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm×4mm的镀锌扁钢焊接相接。变电所的变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25 mm ×4 mm的镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置图如图5所示。接地电阻的验算：

RERE(1)n/l100m/2.5m3.85 （9-2） n160.65满足RE10的接地电阻要求。

图5 变电所接地装置平面布置

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第十章 课程设计心得体会

通过这次课程设计真的学到了很多东西，之前上课的时候感觉都还挺懂的，可做的时候却发现并没有那么简单。虽然之前在家里见过变电所，但感觉也就是一堆变压器，怎样设计一个变电所，要考虑哪些方面的问题，该如何开始做，这些都成了问题。想了很久都不知道怎么下手，不知道从何做起，然后就去问了王老师，才知道了怎么开始。

做得过程中，也遇到了很多问题。刚一开始我们题目中的一号分厂成品试验站就把我难住了，由于它的容量巨大，更关键的是它既需要10kv电压又需要380v电压，而我们的公共电源是从就近一处35kv高压线上取得的，因此这就涉及两次降压，35/10kv，10kv/380v，而这就为无功补偿增加了难度，要想满足与供电部门的用电协议就必须进行两次无功补偿，第一次在380v侧，第二次在 10kv侧，总算解决了这个问题。后面的各个计算也由于成品试验站的特殊而需要仔细斟酌。令人高兴的是，通过反复计算与比较，我深入理解了负荷计算，无功补偿以及短路计算，尖峰电流计算的计算原理与物理意义，同时也基本熟悉了继电保护，防雷保护的基本公式。

另外，由于画图及公式书写的需要，我也熟练掌握了公式编辑器的应用和微软visio制图软件，取得了很大的收获。

虽然此次课程设计只是初步的理论设计，要想真正实地建设，差的东西还太多太多，需要考虑的因素也还有很多，不会像现在这么容易。但我相信经历了这次课程设计，以后真正进行设计的时候一定会顺手很多。

在如此炎热的天气下做课程设计真的很辛苦，但苦中有乐，每解决一个问题那种兴奋都是无与伦比的。而且通过这次课程设计，不仅对变电所的设计有了整体的把握，而且培养了科学严谨认真负责的设计态度，可谓受益匪浅。非常感谢这次课程设计，以及王老师的指导，希望能有更多这样的机会来提高自己。

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第十一章 参考资料

①《工厂供电》第二版 主编 苏文成 机械工业出版社 ②《工厂供电设计指导》 主编 刘介才 机械工业出版社 ③《实用供配电技术手册》 中国水利水电出版社 ④《现代电工技术手册》 中国水利水电出版社

⑤《电气工程专业毕业设计指南供配电分册 》 中国水利水电出版社 ⑥《电气工程专业毕业设计指南继电保护分册》中国水利水电出版社 ⑦《电气工程专业毕业设计指南电力系统分册》中国水利水电出版社

⑧《实用电工电子技术手册》实用电工电子技术手册编委会编 机械工业出版社 ⑨《电力工程综合设计指导书》 主编 卢帆兴 肖清 周宇恒

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附图1 降压变电所主电气接线简图

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附图2 降压变电所主接线图

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