某机械厂供配电系统设计说明工厂供电课程设计

某机械厂供配电系统 设计说明 专业班级 学号 学生姓名 指导老师 目录 第一章 设计任务 3 第二章 负荷计算及其无功补偿 5 2.1负荷计算 5 2.2无功功率补偿 8 第三章 变压所位置与形式的选择 9 3.1变压所所址的选择原则 9 3.2工厂负荷中心的确定 10 第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择 11 4.1变电所主变压器的选择 11 4.2变电所主接线方案的选择 12 4.3主接线方案的技术经济比较 14 第五章 短路电流的计算 15 5.1短路电流计算电路 15 5.2确定短路计算基准值 15 5.3计算供电系统中各主要元件的电抗标幺值 15 5.4 k-1点（10.5kV侧）的计算 16 5.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算 17 第六章 变电所一次设备的选择校验 18 6.1电气设备选择的一般原则 18 6.2 10kV侧一次设备的选择校验 18 6.3 380V侧一次设备的选择校验 20 6.4 高低压母线的选择 21 第七章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择 21 7.1 概述 21 7.2 10kV高压进线和引入电缆的选择 21 7.3 380低压出线的选择 22 第八章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 26 8.1变电所二次回路方案的选择 26 8.2变电所继电保护装置 29 8.3装设电流速断保护 30 8.4备用电源的高压联络线的继电保护装置 32 8.5变电所低压侧的保护装置 32 8.6其他保护 32 第九章 变电所防雷与接地装置的设计 33 9.1变电所的防雷保护 33 9.2变电所公共接地装置的设计 34 第一章 设计任务 一 设计要求 按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10KV及以下变电所设计规范》及GB50054-95《低压配电设计规范》等规范，进行工厂供电设计。做到“安全、可靠、优质、经济”的基本要求。并处理好局部与全局、当前与长远利益的关系，以便适应今后发展的需要，同时还要注意电能和有色金属的节约等问题。

二 设计依据 2.1 工厂负荷及电源情况 2.1.1工厂负荷性质 本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1所示。

厂房编号 厂房名称 负荷类别 设备容量/kW 需要系数 功率因数 1 铸造车间 动力 300 0．3 0．7 照明 5 0．8 1．0 2 锻压车间 动力 350 0．3 0．65 照明 8 0．7 1．0 3 金工车间 动力 400 0．2 0．65 照明 10 0．8 1．0 4 工具车间 动力 360 0．3 0．6 照明 7 0．9 1．0 5 电镀车间 动力 250 0．5 0．8 照明 5 0．8 1．0 6 热处理车间 动力 150 0．6 0．8 照明 5 0．8 1．0 7 装配车间 动力 180 0．3 0．7 照明 6 0．8 1．0 8 机修车间 动力 160 0．2 0．65 照明 4 0．8 1．0 9 锅炉车间 动力 50 0．7 0．8 照明 1 0．8 1．0 10 仓库 动力 20 0.4 0.8 照明 1 0.8 1.0 11 生活区 照明 350 0．7 0．9 2.1.2供电电源情况 供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；

干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。

2.1.3电费制度 本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.5元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：6~10VA为800元/kVA。

2.2自然条件 2.2.1气象资料 本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-9℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8米处平均气温为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。

2.2.2地质水文资料 本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。

2.3厂区平面布置图 10 5 3 4 2 8 9 7 6 11 工厂总变压变电所 1 三 设计内容及步骤 1.确定全厂计算负荷，编制负荷总表；

合理确定无功补偿。要求10KV侧cosφ=0.92。

2.拟定供配电方案，确定变配电所位置。

3.合理确定变压器台数及容量，选择其规格型号。

4.拟定变电所主接线方案，并选择元件和设备的型号规格。

5.短路电流的计算。

6.变电所一次设备的选择及检验。

7.变压所进出线与邻近单位联络线的选择 8.变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 9.变电所防雷与接地装置的设计 四 编写设计说明书的具体要求 1、设计说明书应包括设计题目、方案论证、负荷计算、设备及导线的选择，动稳定度、热稳定度和断流能力校验等。

2、设计说明书要求方案可行，计算方法正确，图纸规范无误，条理清楚，语言通顺。

3、设计验收项目有:(1)电力负荷计算表，(2)电力设备明细表，(3)全厂及各车间供配电系统主接线图，（4）设计总结等。

五 设计成果 1．设计说明书，,包括全部设计内容，负荷计算，短路计算及设备选择要求 列表 2．电气主接线图（三号图纸）

3．继电保护配置图（三号图纸）

第二章 负荷计算及其无功补偿 2.1负荷计算 2.1.1计算方法 首先计算出各车间单组用电设备的计算负荷，再通过取同时系数，利用多组用电设备计算负荷的计算公式计算出整个车间的计算负荷。

单组用电设备计算负荷的计算公式（1）有功计算负荷（单位为KW）

=，为系数（2）无功计算负荷（单位为kvar）

= tan（3）视在计算负荷（单位为kvA）

=（4）计算电流（单位为A）

=, 为用电设备的额定电压（单位为KV）

多组用电设备计算负荷的计算公式（1）

有功计算负荷（单位为KW）

= 式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95（2）

无功计算负荷（单位为kvar）

= 式中是所有设备无功之和；

是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97（3）

视在计算负荷（单位为kvA）

=（4）

计算电流（单位为A）

= 2.1.2计算结果 经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取380V）。

表2.1 各厂房和生活区的负荷计算表 编号 名称 类别 设备容量/kW 需要系数 cos tan 计算负荷 /kW /kvar /kVA /A 1 铸造 车间 动力 300 0．3 0．7 1.02 90.00 91.82 128.57 195.34 照明 5 0．8 1．0 0 4.00 0 4.00 6.08 小计 305——94.00 91.82 131.40 199.65 2 锻压 车间 动力 350 0．3 0．65 1.17 105.00 122.76 161.54 245.43 照明 8 0．7 1．0 0 5.60 0 5.60 8.51 小计 358——110.60 122.76 165.23 251.05 3 金工 车间 动力 400 0．2 0．65 1.17 80.00 93.53 123.08 187.00 照明 10 0．8 1．0 0 8.00 0 8.00 12.15 小计 410——88.00 93.53 128.42 195.11 4 工具 车间 动力 360 0．3 0．6 1.33 108.00 144.00 180.00 273.48 照明 7 0．9 1．0 0 6.30 0 6.30 9.57 小计 367——114.30 144.00 183.85 279.33 5 电镀 车间 动力 250 0．5 0．8 0.75 125.00 93.75 156.25 237.40 照明 5 0．8 1．0 0 4.00 0 4.00 6.08 小计 255——129.00 93.75 159.47 242.29 6 热处理车间 动力 150 0．6 0．8 0.75 90.00 67.50 112.50 170.93 照明 5 0．8 1．0 0 4.00 0 4.00 6.08 小计 155——94.00 67.50 115.72 175.83 7 装配 车间 动力 180 0．3 0．7 1.02 54.00 55.09 77.14 117.21 照明 6 0．8 1．0 0 4.80 0 4.80 7.29 小计 186——58.80 55.09 80.58 122.42 8 机修 车间 动力 160 0．2 0．65 1.17 32.00 37.41 49.23 74.80 照明 4 0．8 1．0 0 3.20 0 3.20 4.86 小计 164——35.20 37.41 51.37 78.04 9 锅炉 车间 动力 50 0．7 0．8 0.75 35.00 26.25 43.75 66.47 照明 1 0．8 1．0 0 0.80 0 0.80 1.22 小计 51——35.80 26.25 44.39 67.45 10 仓库 动力 20 0．4 0．8 0.75 8.00 6.00 10.00 15.19 照明 1 0．8 1．0 0 0.80 0 0.80 1.22 小计 21——8.80 6.00 10.65 16.18 11 生活区 照明 350 0.7 0.9 0.48 245.00 118.66 272.22 413.60 总计 动力 2220 1013.50 856.77————照明 402 计入=0.8,=0.85 0.75 810.80 728.25 1089.84 1655.84 2.2无功功率补偿 2.2.1 无功补偿的作用 无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。

2.2.2 机械厂负荷无功补偿的计算 由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.74。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量；

因此，无功补偿量为：

=(tan-tan)=810.8[tan(arccos0.74)-tan(arccos0.92)] = 391.56 kvar 取=400Kvar 可选择BGMJ0.4-50-3 其额定电容为1000uF，需要n=/=400/50=8个 补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷=（728.25-400）kvar=328.25 kvar，视在功率=874.73kVA，计算电流=1329.01A,功率因数提高为cos==0.927。

在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；

而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上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。

2.2.3计算结果 经过计算后可得无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表3所示。

表2.2 无功补偿后工厂的计算负荷 项目 cos 计算负荷 /KW /kvar /kVA /A 380V侧补偿前负荷 0.74 810.80 728.25 1089.84 1655.84 380V侧无功补偿容量-400 380V侧补偿后负荷 0.927 810.80 328.25 874.73 1329.01 主变压器功率损耗 0.015=13.12 0.06=52.48 10KV侧负荷计算 0.935 823.92 380.73 907.63 52.40 第三章 变压所位置与形式的选择 3.1变压所所址的选择原则 变压所所址的选择，应根据以下要求并经技术经济分析比较后确定：

（1）尽量接近负荷中心，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，特别是要便于架空进出线。

（3）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。

（4）设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。

（5）不应设在有剧烈运动或高温的场所，无法避开时，应有防振和隔热的措施。

（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧。

（7）不应设在厕所、浴室和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，且不宜设在有火灾环境的正上方或正下方。当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GB50058-1992《爆炸和火灾环境电力装置设计规范》的规定。、（9）不应设在地势低洼和有可能积水的场所。

3.2工厂负荷中心的确定 变配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。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的轴和轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，、、分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定（40.2，22.7）、（21.2，15.3）、（21.2，22.4）、（7，15.3）、（5.8，22.4）、（29.7，16.2）、（29.6，22.2）、（5.8，9.5）、（5.8，3.6）、（39.2，14），并设（21.9，6）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(,),其中P=+++=。因此仿照《力学》中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：

把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到=19.9，=15.1，如图3-1。由计算结果可知，工厂的负荷中心在2号厂房（锻压车间）的西面。考虑到周围环境及进出线方便，决定在2号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式，工厂变电所位置及低压配线路如图3-2。

P=KΣΣPi 图3-1 按负荷功率矩法确定负荷中心 图3-2 工厂变电所位置及低压配线路 第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择 4.1变电所主变压器的选择 根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：

a)装设一台变压器 型号为S9型，而容量根据式，为主变压器容量，为总的计算负荷。选=1000 KVA>=900.00KVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。

b)装设两台变压器型号为S9型，而每台变压器容量根据式（4-1）、（4-2）选择，即 907.63KVA=（544.59-635.34）KVA（4-1）

=(131.40+159.47+44.39)KVA=335.26 KVA（4-2）

因此可以考虑选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Dyn11。

相比于Yyno来说，Dyn11联结有下列优点：

（1）对于Dyn11联结变压器来说，其3n次（n为正整数）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，这较之一次绕组接成星形接线的Yyn0联结变压器跟有利于抑制高次谐波电流。

（2）

Dyn11连结变压器的零序阻抗较之Yyn0连结变压器的零序阻抗小得多，从而更有利于低压单相接地短路故障保护的动作和故障的切除。

（3）当低压侧接用不平衡负荷时，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%，因而严重限制了其借用单相负荷的容量，影响了变压器设备能力的发挥。为此，GB50052-1995《供配电系统设计规范》规定，低压为TN及TT系统时，宜采用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。这在现代供配电系统中单相负荷急剧增长的情况下，推广应用Dyn11联结变压器就显得更有必要。

综合考虑以上因素，采用Dyn11联结更有优势。

4.2变电所主接线方案的选择 按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：

4.2.1装设一台主变压器的主接线方案 Y0 Y0 S9-1000 GG-1A(F)-07 10/0.4kV 联络线（备用电源）

GG-1A(F)-54 GW口-10 10kV FS4-10 GG-1A(J)-03 GG-1A(J)-03 GG-1A(F)-07 GG-1A(F)-54 GG-1A(F)-07 GG-1A(F)-07 主变 联络（备用）

220/380V 高压柜列 图4-1 装设一台主变压器的主接线方案 4.2.2装设两台主变压器的主接线方案 Y0 Y0 220/380V S9-630 GG-1A(F)GG-1A(F)-07 10/0.4kV S9-630 10/0.4kV 联络线（备用电源）

GG-1A(F)-54 GG-1A(F)-113、11 GW口-10 10kV FS4-10 GG-1A(J)-01 GG-1A(F)-113 GG-1A(F)-11 GG-1A(J)-01 GG-1A(F)-96 GG-1A(F)-07 GG-1A(F)-54 主 变 主 变 联络（备用）

高压柜列-96 图4-2 装设两台主变压器的主接线方案 4.3主接线方案的技术经济比较 表4-1 主接线方案的技术经济比较 比较内容 比较指标 一台主变压器 两台主变压器 主 要 技 术 指 标 安全性 经安全检验，满足要求 经安全检验，满足要求 可靠性 基本可靠 可靠 变压器用电损耗 电压损耗较大 电压损耗较小 灵活性 灵活性较弱 两台主变，灵活性较强 扩建方便性 不方便扩建 两台主变，方便扩建 主 要 经 济 指 标 电力变压器的综合投资成本 查得S9-1000/10的单价为15.1万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2*15.1=30.2万元 查得S9-630/10的单价为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，比一台主变方案多投资11.8万元 高压开关柜（含计量柜）的综合投资额 查得GG-1A(F)型柜可按每台4万元计，其综合投资可按设备的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为4*1.5*4=24万元 本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为6*1.5*4=36万元，比一台主变方案多投资12万元 电力变压器和高压开关柜的折旧费 主变的折旧费=30.2万元*0.05=1.51万元；

高压开关柜的折旧费=24万元*0.06=1.44万元；

变配电的维修管理费=（30.2+24）万元*0.06=3.25万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）=6.2万元 主变的折旧费=42万元*0.05=2.1万元；

高压开关柜的折旧费=36万元*0.06=2.16万元；

变配电的维修管理费=（42+36）万元*0.06=4.68万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（2.1+2.16+4.68）=8.94万元，比一台主变方案多投资2.74万元 供电费 主变容量每KVA为800元，供电贴费=1000KVA*0.08万元/KVA=80万元 供电贴费=2*630KVA*0.08万元=100.8万元，比一台主变多交20.8万元 从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。

我们在高压侧采用隔离开关-断路器的变电所接线，这种接线由于采用了高压断路器，因此变电所的停，送电操作非常方便，而且在发生短路故障时，过流保护装置动作，断路器会自动跳闸，如果短路故障已经消除，则可立即合闸恢复供电；

如果变压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。

第五章 短路电流的计算 我们用标幺值的方法计算该工厂的短路电流 5.1短路电流计算电路 500MVA K-1 K-2 LGJ-150,8km 10.5kV S9-1000 0.4kV(2)(3)(1)～ ∞系统 图5-1 短路计算电路 5.2确定短路计算基准值 设基准容量=100MVA，基准电压==1.05，为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则（5-1）

（5-2）

5.3计算供电系统中各主要元件的电抗标幺值 5.3.1电力系统 由电力系统出口断路器的断流容量=500MVA可知 =100MVA/500MVA=0.2（5-3）

5.3.2架空线路 查表得LGJ-150的线路电抗，而线路长8km，故（5-4）

5.3.3电力变压器 查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故 =4.5（5-5）

式中，为变压器的额定容量 因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。

k-1 k-2 图5-2 短路计算等效电路 5.4 k-1点（10.5kV侧）的计算 5.4.1总电抗标幺值 =0.2+2.54=2.74（5-6）

5.4.2 三相短路电流周期分量有效值（5-7）

5.4.3 其他短路电流（5-8）

（5-9）

（5-10）

5.4.4 三相短路容量（5-11）

5.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算 5.5.1总电抗标幺值 =0.2+2.54+4.5=7.24（5-12）

5.5.2三相短路电流周期分量有效值（5-13）

5.5.3 其他短路电流（5-14）

（5-15）

（5-16）

5.5.4三相短路容量（5-17）

将计算结果绘成表格可得表5-1 表5-1 短路计算结果 短路计算点 三相短路电流（KA）

三相短路容量/MVA k-1 2.01 2.01 2.01 5.12 3.03 36.50 k-2 19.94 19.94 19.94 36.68 21.73 13.81 第六章 变电所一次设备的选择校验 6.1电气设备选择的一般原则 1．按工作环境及正常工作条件选择电气设备（1）根据电气装置所处的位置（户内或户外），使用环境和工作条件，选择电气设备型号等；

（2）按工作电压选择电气设备的额定电压，电气设备的额定电压不应低于其所在线路的额定电压；

（3）按最大负荷电流选择电气设备的额定电流，电气设备的额定电流应不小于实际通过它的最大负荷电流。

2.按短路条件校验电气设备的动稳定度和热稳定度 3.开关电器断流能力校验 对具有断流能力的高压开关设备需校验其断流能力，开关设备的断流容量不小于安装地点最大三相短路容量 6.2 10kV侧一次设备的选择校验 6.2.1按工作电压选则 按照要求，设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV，=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。

6.2.2按工作电流选择 设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即 6.2.3按断流能力选择 设备的额定开断电流或断流容量，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或短路容量，即 或 对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。

6.2.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 a)动稳定校验条件 或、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值 b)热稳定校验条件 根据题设条件，我们需要对高压断路器，高压隔离开关，高压熔断器，电压电流互感器，户外隔离开关以及避雷设备进行选择。

高压断路器的功能是，不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。一般分为有油断路器，真空断路器，六氟化硫断路器以及压缩空气断路等。其中SN10-10型少油断路器适用于6~35KV的室内变配电装置中。由题设条件，综合考虑经济效益来说，我们初步选择高压少油SN10-10型断路器。

高压隔离开关的功能，主要是隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修。分为户内式和户外式两大类。综合题设条件，我们初步选定户内式高压隔离开关。

高压熔断器是一种在电路电流超过规定值并经一定时间后，使其熔体熔化而分断电流、断开电路的一种保护电器。熔断器的功能主要是对电路和设备进行短路保护，有的熔断器还具有过负荷保护的功能。室外侧广泛采用RW4-10、RW10-10（F）等高压跌开式熔断器和RW10-35等型高压限流式熔断器。室内则广泛采用RN1，RN2等型高压管式熔断器。其中，RN1型用于保护电力线路和变压器，额定电流可达100A；

RN2型用于保护电压互感器，额定电流一般为0.5A。经过考虑，我们选择RN2型高压管式熔断器。

经过综合考虑，我们选择的各个一次设备如下表，经检验知其符合条件。

表6-1 10 kV一次侧设备的选择校验 选择校验项目 电压 电流 断流能力 动态定度 热稳定度 其它 装置地点条件 参数 / 数据 10Kv/11.5kv 52.40A()2.01kA 5.12kA 一次电气设备型号规格 额定参数 高压少油断路器SN10-10I/630 10kV/12KV 630A 16kA 40 kA 高压隔离开关-10/200 10kV/12KV 200A-25.5 kA 二次负 荷0.6 高压熔断器RN2-10 10kV 0.5A 50 kA--电压互感器J党建-10 10/0.1kV----电压互感器JDZJ-10----电流互感器LQJ-10 10kV 100/5A-=31.8 kA =81 避雷针FS4-10 10kV----户外隔离开关GW4-12/400 12kV 400A-25kA 6.3 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6-2所示，所选数据均满足要求。

表6-2 380V一次侧设备的选择校验 选择校验项目 电压 电流 断流 能力 动态 定度 热稳定度 装置地点条件 参数 数据 380V 1329.01A 19.94kA 36.68kA 一次设备型号规格 额定参数 低压断路器DW15-1500/3电动 380V 1500A 40kA--低压断路器DW20-630 380V 630A（大于）

30Ka(一般)--低压断路器DW20-200 380V 200A（大于）

25 kA--低压刀开关HD13-1500/30 380V 1500A---电流互感器LMZJ1-0.5 500V 1500/5A---电流互感器LMZ1-0.5 500V 100/5A 160/5A---6.4 高低压母线的选择 查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12010）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。

第七章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择 7.1 概述 为保证供电系统安全、可靠、优质、经济的运行，选择导线和电缆截面时必须满足下列条件：

发热条件。导线和电缆再通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

电压损耗条件。导线和电缆在通过正常最大负荷电流即计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

经济电流密度。35KV及以上的高电压线路及35KV以下的长距离，大电流线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年运行费用支出最小。

机械强度 导线截面不应小于其最小允许截面，对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线则应校验其短路对的动稳定度和热稳定度。

对于绝缘单线和电缆，还应满足工作电压的要求。

7.2 10kV高压进线和引入电缆的选择 7.2.1 10kV高压进线的选择校验 由所给条件，可考虑采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。

a).按发热条件选择 由==52.40A及室外年最热月平均气温为33°，查表得，初选LGJ-35,其35°C时的=149A>,满足发热条件。

b).校验机械强度 查表得，最小允许截面积=25，而LGJ-35满足要求，故选它。

由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。

7.2.2 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。

a)按发热条件选择 由==52.40A及年最热地下0.8米处平均气温为25°C，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=149A>,满足发热条件。

b)热路稳定校验 按式，A为母线截面积，单位为；

为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为；

C为材料热稳定系数；

为母线通过的三相短路稳态电流，单位为A；

短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=2010，=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

因此YJL22-10000-325电缆满足要求。

7.3 380低压出线的选择 7.3.1铸造车间 根据条件，采用FS-YJLV23交联聚乙烯绝缘电缆直接埋地敷设馈电给1号厂房（铸造车间）。

a）按发热条件需选择 由=199.65A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选缆芯截面120，其=221A>，满足发热条件。

b）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50m，而查表得到120的铝芯电缆的=0.31（按缆芯工作温度75°计），=0.07，又1号厂房的=94kW,=91.8 kvar，故线路电压损耗为 <=5%。

c）短路热稳定度校验 式中，是变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器断路时间0.2s，再加上0.05s d）按经济电流密度选择导线。

前面的计算得出 由题目给的年利用4600h,查表可得 所以 校验结果，前面所述不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240的电缆，即选FS-YJLV23-1000-3240+1120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。

7.3.2 锻压车间 根据条件，考虑工厂布局中变电所和2号车间直接相邻，采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根（包括3根相线、1根N线、1根PE线）明敷设馈电给2号厂房（铸造车间）。

a）按发热条件需选择 由=251.05A，选择BLV芯线截面面积为，其=281A>，满足发热条件。

b）校验电压损耗 由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至2号厂房距离约为18m，而查表得到150的BLV的=0.2m（按缆芯工作温度75°计），=0.19，又2号厂房的=110.6kW,=122.76 kvar，故线路电压损耗为 <=5%。

7.3.3 热处理车间 馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，亦采用FS-YJLV23-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

7.3.4 电镀车间 馈电给4号厂房（电镀车间）的线路，亦采用FS-YJLV23-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

7.3.5 仓库 馈电给5号厂房（仓库）的线路，亦采用FS-YJLV23-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

7.3.6 工具车间 馈电给6号厂房（工具车间）的线路 亦采用FS-YJLV23-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

7.3.7金工车间 馈电给7号厂房（金工车间）的线路 亦采用FS-YJLV23-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

7.3.8锅炉房 馈电给8号厂房（锅炉房）的线路 亦采用FS-YJLV23-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

7.3.9装配车间 馈电给9号厂房（装配车间）的线路 亦采用FS-YJLV23-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

7.3.10机修车间 馈电给10号厂房（机修车间）的线路 亦采用FS-YJLV23-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

7.3.11 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=413.60A及室外环境温度（年最热月平均气温）33℃，初选BLX-1000-1240，其35℃时Ial≈441A>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-1000-1240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24m左右，而查表得其阻抗值与BLX-1000-1240近似等值的LJ-240的阻抗=0.14，=0.2，又生活区的=245KW，=118.66kvar，因此 <=5% 满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-175橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，符合要求。

7.4 作为备用电源的高压联络线的选择校验 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的临近单位变配电所的10KY母线相连。

7.4.1按发热条件选择 工厂二级负荷容量共335.26KVA，最热月土壤平均温度为25℃。查表得，初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其满足要求。

7.4.2校验电压损耗 由表《工厂供电设计指导》8-41可查得缆芯为25的铝（缆芯温度按80℃计），而二级负荷的,，线路长度按2km计，因此 由此可见满足要求电压损耗5%的要求。

7.4.3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25的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位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。

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 7-1所示。

表7-1 进出线和联络线的导线和电缆型号规格 线 路 名 称 导线或电缆的型号规格 10KV电源进线 LGJ-35铝绞线（三相三线架空）

主变引入电缆 YJL22—10000—3×25交联电缆（直埋）

380V 低压 出线 至1号厂房 FS-YJLV23-1000-3×240+1×120交联聚乙烯绝缘电缆（直埋）

至2号厂房 BLV-1000-1×4型5根 聚氯乙烯绝缘铝芯导线 明敷 至3号厂房 FS-YJLV23-1000-3×240+1×120交联聚乙烯绝缘电缆（直埋）

至4号厂房 FS-YJLV23-1000-3×240+1×120交联聚乙烯绝缘电缆（直埋）

至5号厂房 FS-YJLV23-1000-3×240+1×120交联聚乙烯绝缘电缆（直埋）

至6号厂房 FS-YJLV23-1000-3×240+1×120交联聚乙烯绝缘电缆（直埋）

至7号厂房 FS-YJLV23-1000-3×240+1×120交联聚乙烯绝缘电缆（直埋）

至8号厂房 FS-YJLV23-1000-3×240+1×120交联聚乙烯绝缘电缆（直埋）

至9号厂房 FS-YJLV23-1000-3×240+1×120交联聚乙烯绝缘电缆（直埋）

至10号厂房 FS-YJLV23-1000-3×240+1×120交联聚乙烯绝缘电缆（直埋）

至生活区 四回路，每回路3×BLX-1000-1×120+1×BLX-1000-1×75橡皮线（三相四线架空线）

与临近单位10KV联络线 YJL22—10000—3×16交联电缆（直埋）

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 8.1.1高压断路器的操作机构控制与信号回路 采用手动操作的断路器控制盒信号回路。如图8-1所示。

图8-1高压断路器的操作机构控制与信号回路 8.1.2变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能表和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。

8.1.3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/的接线，用以实现电压测量和绝缘监察.如图8-2.图8-2 变电所的测量和绝缘监察回路 8.1.4.备用电源自动投入装置 如图8-3所示，假设电源进线WL1为主电源，WL2为备用电源，断路器QF2断开。当工作电源WL1断开引起失压保护动作使QF1跳闸时，QF1-2断开，使得原来通电动作的时间继电器KT断电，但其延时断开触电尚未断开。这时QF1的另一常闭触电3-4闭合，从而使合闸接触器KO通电动作，使得断路器QF2的合闸线圈YO通电，使得QF2合闸，投入备用电源WL2，恢复对变配电所的供电。

图8-3 备用电源自动投入原理图 8.1.5.作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表。高压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压+照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。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符合要求。其接线原理图如图8-4 图8-4 220V/380V线路测量和计量仪表的原理电路 8.2变电所继电保护装置 8.2.1主变压器的继电保护装置 1）瓦斯保护：装设瓦斯保护，当邮箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；

当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。当变压器安装处电源侧无断路器或断路开关时，可作用于信号。

2）定时限过电流保护和电流速断保护：装设电流继电器，线圈为三角-星形联结的变压器。采用两相二继电器式的过电流保护。

8.2.2保护动作电流整定 其中：

变压器最大负荷电流 保护装置可靠系数 保护装置的结线系数：

电流继电器返回系数：

电流互感器变流比：=100/5=20 代入计算的动作电流为：

因此过电流保护动作电流整定为10A。

保护一次侧动作电流 Iop1=KiKwIop=201×10=200(A)8.2.3过电流保护动作时间的整定 过电流保护动作时间的整定计算公式：

t1≥t2+∆t 考虑本变电所是终端变电所，t2=0,所以直接取反时限电流保护值0.5s 8.2.4过电流保护灵敏度系数的检验 SP=Kw×IKmin(2)Ki×Iop 保护装置的结线系数：

电流互感器变流比：=100/5=20 短路电流归算到高压侧的值IKmin(2)=19940×0.410=797.87 保护动作电流整定 所以，SP=Kw×IKmin(2)Ki×Iop=1×32×19940×0.4101005×10=3.45≥1.5，满足要求。

8.3装设电流速断保护 8.3.1速断电流的整定: 其中：

因此速断保护电流为 速断电流倍数整定为=2~8.满足条件。

8.3.2电流速断保护灵敏度系数的检验 Iqb=3~5KwKiI1NT I1NT=52.40A 所以，Iqb=3~5KwKiI1NT=4×120×52.40=10.48(A)取动作电流为11A 完全达到了最小的灵敏度系数2，电流速断灵敏度达到要求。

8.3.3低压电压闭锁的过电流保护 对于装有低压闭锁的过电流保护线路的最大负荷电流IOP,需要按照躲过线路的计算电流I30来整定，其计算公式为：

其中，计算电流I30=1329A 保护装置可靠系数 保护装置的结线系数：

电流继电器返回系数：

电流互感器变流比：=100/5=20 所以，=1.3×10.8×20×1329=107.98（A）

8.4备用电源的高压联络线的继电保护装置 8.4.1装设反时限过电流保护。

采用GL15型感应式过电流继电器，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,，其中 =2，I30=S30(1)+S304+S30(8)3U1N=131.40+159.47+44.393×10=21.58(A)，=1，=0.8，=50/5=10，因此动作电流为：

因此过电流保护动作电流整定为8A。

b)过电流保护动作电流 按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。

8.5变电所低压侧的保护装置 低压总开关采用DW15—1500/3型低压短路器，三相均装设过流脱扣器，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。

8.6其他保护 8.6.1过负荷保护 考虑到工厂负荷量比较大，所以装设过负荷的电缆线路，用于延时于动作信号。而过负荷保护的动作电流IOP应躲过线路的计算电流I30.所以整定公式为：

Iop=(1.2~1.3)KiI30 其中：

电流互感器变流比：=100/5=20 计算电流I30=1329.01A 所以Iop=83.06A 动作时间为15s 8.6.2.单向短路保护 电力变压器低压侧装设三相均带电流脱扣器的低压断路器保护和熔断器保护，而且在中性点引出线上装设零序电流保护。其整定公式为：

Iop=Krel×KdsqKi×I2N.T 式中：变压器的额定二次电流I2N.T 不平衡系数Kdsq=0.25 零序电流互感器电流比Ki 可靠系数Krel=1.3 零序电流保护的动作时间一般为0.6s 第九章 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 直接防雷保护 在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，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（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 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，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的镀锌扁刚，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 a)在10KV电源进线的终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。引下线采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。

b）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保护，防雷电侵入波的危害。

c）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。此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：

其中 故 因此此变电所公共接地装置的接地电阻为。

9.2.2接地装置的设计 由于变电所采用附设式，考虑接地体的均匀对称布置，采用长2.5m、直径50mm的钢管16根，钢管接地体沿变电所三面均匀布置。管距5 m，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm×4mm的镀锌扁刚焊接相接。

查《工厂供电》附录表25，得砂质粘土的。得单根钢管接地电阻为 总的接地电阻为 满足的接地电阻要求。式中,查《工厂供电》附录表26-2，由取“敖设成环形”栏在时的中间值近似选取。

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的镀锌扁刚。变电所接地装置平面布置图如图9-1所示。

图9－1变电所接地装置平面布置

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