工厂供电课程设计4(22-)

目 录

前 言…………………………………………………………………………1 第一章 设计原始资料………………………………………………………3 第二章 供电设计步骤及内容………………………………………………5 第一节 负荷计算和无功功率补偿……………………………………..5 第二节 变电所位置和型式的选择……………………………………..7 第三节 变电所主变压器和主结线方案的选择………………………..8 第四节 变电所主结线方案的设计……………………………………..9 第五节 短路电流的计算………………………………………………..10 第六节 变电所一次设备的选择和校验………………………………..12 第七节 变电所进出线及与邻近单位联络线的选择…………………..14 第八节 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定……………..19 第九节 变电所的防雷保护和接地装置的设计………………………..22 设计图样……………………………………………………………………..24 一 A4图样——小图（略去图框和标题栏） 二 A2图样——大图（另附）

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参考文献……………………………………………………………... …….25 设计小结……………………………………………………………………..26

第一章 设计原始资料

一、设计题目

╳╳机械厂降压变电所的电气设计 二、设计要求

要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，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型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电器保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

三、设计依据

1、工厂总平面图，如图1所示

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图1 工厂总平面图

2、工厂负荷情况

本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4500h，日最大负荷持续时间为8h。该厂除铸造车间和电镀车间属二级负荷外，其余均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明及家用电器均为单相额定电压为220V。本厂的负荷统计资料入附表1所示。

编号 1 2 3 4 5 6 7 名称 机修 车间 电 镀车 间 工 具车 间 热 处理车间 装 配车 间 仓 库 铸 造类别 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 设备容量Pe/kW 160 4 250 5 400 7 200 6 200 6 20 1 300 - 3 -

需要系数Kd 0.2 0.8 0.5 0.8 0.3 0.9 0.6 0.8 0.3 0.8 0.4 0.8 0.3 功率因数cosΦ 0.65 1.0 0.8 1.0 0.6 1.0 0.8 1.0 0.7 1.0 0.8 1.0 0.7

附表工厂统计

车 间 8 9 备注 金 工车 间 生活区 照明 动力 照明 照明 6 400 10 250 0.8 0.2 0.8 0.7 1.0 0.65 1.0 0.9 1 负荷资料

表中生活区的照明负荷中含有家用电器

3、供电电源情况

按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10KV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线型号为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6~8km。干线首端说装设的高压断路器的断流容量为300~500MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.5~1.8s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近单位取得备用电源。已知与本厂高压侧电气联系的架空线路总长度为100km，电缆线路总长度为30km。

4、气象资料

本厂所在地区的年最高气温为38oC，年平均气温为23oC，年最低气温为-8oC，年最热月平均气温为26oC，年最热月地下0.8m处平均温度为25oC。当地主导风向为西北风，年雷暴日数为20。

5、地质水文资料

本厂所在地区平均海拔500m，底层以砂粘土为主，地下水位为2m。

6、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计为18元/KVA，动力电费为0.80元/kw.h，照明电费为0.50元/kw.h。工厂年最大负荷的功率因数不得低于0.90.此外，电力用户需按新装变压器容量

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计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6~10kv为800元/KVA。

第二章 供电设计步骤及内容 第一节 负荷计算和无功功率补偿

一、负荷计算

例如：机修车间负荷计算 （1）动力部分

①有功负荷计算 P30（1）=Kd·Pe=0.2Χ160kw=32kw ②无功负荷计算 Q30（1）= P30（1）·tanΦ=32Χ1.17kvar=37.4kvar (2)照明部分

①有功负荷计算 P30（2）=Kd·Pe=0.8Χ4=3.2 kw ②无功负荷计算 Q30（2）= P30（2）·tanΦ=32Χ0=0 (3)总负荷

①设备容量 Pe= P30（1）+ P30（2）=160 kw +4kw=164kw ②有功负荷 P30=32kw+3.2kw=35.2kw ③无功负荷 Q30= Q30（1）=37.4kvar ④视在计算负荷 S30=P30?Q30=51.4 kV·A ⑤计算电流 I30=S30223UN?51.4/3Χ0.38A=78.2A

其它各组设备容量的计算方法与举例类似，此略。 各厂房和生活区的负荷计算如附表2所示。

附表2 ╳╳机械厂负荷计算表 编号 1 2 3 名称 机 修车 间 电 镀车 间 工 具车 间 类别 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 热 处4 理车间 装 配动力 照明 小计 动力 设备容量Pe/kW 160 4 164 250 5 255 400 7 4.7 200 6 206 200 需要系数Kd 0.2 0.8 0.5 0.8 0.3 0.9 0.6 0.8 0.3 cosΦ 0.65 1.0 0.8 1.0 0.6 1.0 0.8 1.0 0.7 tanΦ 1.17 0 0.75 0 1.33 0 0.75 0 1.02 - 5 -

计算负荷 P 30/kW Q30/kvar S30/kV·A 32 3.2 35.2 125 4 129 120 6.3 126.3 120 4.8 124.8 60 37.4 0 37.4 93.8 0 93.8 159.6 0 159.6 90 0 90 60.1 51.4 154.5 203.5 153.9 I30/A 78.2 242.6 309.6 234.1

5 6 7 8 车 间 仓 库 铸 造车 间 金 工车 间 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 照明 动力 6 206 20 1 21 300 6 306 400 10 410 250 1930 0.8 0.4 0.8 0.3 0.8 0.2 0.8 0.7 1.0 0.8 1.0 0.7 1.0 0.65 1.0 0.9 0.74 0 0.65 0 1.02 0 1.17 0 0.48 4.8 64.8 8 0.8 8.8 90 8 94.8 80 8 88 175 846.7 677.4 0 60.1 5.2 0 5.2 90.2 0 90.2 93.6 0 93.6 84 713.9 606.8 88.4 10.2 130.8 128.5 194.1 909.3 134.5 15.6 199.0 195.4 510.0 1383.2 9 生活区 总计 照明 295 （380V侧） KΣp=0.8 计入 KΣq=0.85

二、无功功率补偿

由表1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10kV进线侧最大负荷功率因数不应低于0.90。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量。

QC=P30(tanΦ1-tanΦ2)= 677.4[tan(arccos0.74)- (tanarccos0.92)]kvar=308kvar 参照图2（PGJ1型低压自动补偿屏），并联电容器为BW-0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）3台相组合，总共容量为：（1+3）Χ6Χ14=336 kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如附表3所示：

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项 目 380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 380V侧补偿后负荷 主变压器功率损耗 10KV侧负荷总计 cosΦ 0.76 0.929 0.91 计 算 负 荷 P 30/kW 677.4 677.4 0.015 S30=11 688.4 Q30/kvar 606.8 -336 270.8 0.06 S30=44 314.8 S30/kV·A 909.3 729.5 756.6 I30/A 1383.2 1109.7 43.7

图2 PGJ1型低压无功功率的结线方案自动补偿屏

附表3 无功补偿后工厂的计算负荷

第二节 变电所位置和型式的选择

一、 变配电所所址选择的一般原则

选择工厂变、配电所的所址，应根据下列要求经技术、经济比较后确定： 1） 接近负荷中心。 2） 进出线方便。 3） 接近电源侧。 4） 设备运输方便。

5） 不应设在有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、浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。

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8） 不应设在有爆炸危险的正上方或正下方，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GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。 9） 不应设地势低洼和可能积水的场所。

10）高压配电所应将两与邻近车间变电所活有大量高压用电设备的厂房合建在一起。 二、利用负荷功率矩法确定负荷中心

在工厂平面图的下边和左侧，任作一直角坐标的x轴和y轴，测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，例如：P1（x1,y1），P2（x2,y2），P3（x3,y3）等。而工厂的负荷中心设在P（x,y），P为P1+ P2 +P3+···=ΣPi

各车间在图3中的坐标分别为：P1（8，5.2），P2（8，6.7），P3（10.5，6），P4（4.5，6.7），P5（8，3.4），P6（8，1.8），P7（2，5.7），，P8（5.2，2.4），生活区P9（10.5，8）。

(Px)(Py)??利用负荷功率矩法确定负荷中心坐标P（x，y），由X= ；Y=得：

PP??iiiiiiX=

P1x1?P2x2?P3x3?P4x4?P5x5?P6x6?P7x7?P8x8?P9x9

P1?P2?P3?P4?P5?P6?P7?P8?P9

=

164?8?255?8?407?10.5?206?8?206?4.5?21?8?306?2?410?5.2?250?10.5

164?255?407?206?206?21?306?410?250P1y1?P2y2?P3y3?P4y4?P5y5?P6y?P7y7?P8y8?P9y9

P1?P2?P3?P4?P5?P6?P7?P8?P9=7.1（cm） Y=

=

164?5.2?255?6.7?407?6?206?6.7?206?3.4?21?1.8?306?5.7?410?2.4?250?8

164?255?407?206?206?21?306?410?250=5.3(cm)

由计算结果可知，工厂的负荷中心在1号厂房（机修车间）的西面，参看图3。考虑到方便进出线和风向及周围环境情况，决定在1号厂房（机修车间）的北侧紧靠厂房修建工厂变电所，其型式为附设式。

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图3 各车间分布图

第三节 变电所主结线方案的设计

按上面考虑的两种不变压器的方案可设计下列两种主结线方案：

(1) 装设一台主变压器的主结线方案 如图4所示（低压侧主结线从略） (2) 装设两台主变压器的主结线方案 如图5所示（低压侧主结线从略） (3) 两种主结线方案的技术经济比较 如附表4所示

附表4 两种主结线方案的技术经济比较 比较项目 技术指标 供电安全性 供电可靠性 供电质量 灵活方便性 扩建适应性 装设一台主变的方案 满足要求 基本满足要求 由于一台主变，电压损耗略大 只一台主变，灵活性稍差 稍差一些 由《设指》中表2-8查得S9-800单- 9 -

装设两台主变的方案 满足要求 满足要求 由于两台主变并列，电压损耗略小 由于有两台主变，灵活性较好 更好一些 由表《设指》中表2-8查得S9-500

经 济 指 标 电力变压器的综合投资额 高压开关柜（含计量柜）的综合投资额 价为9.11万元，总投资为2Х9.11万元=18.22万元 由《设指》中表4-10得GG-1A(F)型柜按每台3.5万元计，由表4-11得综合投资设备价按1.5倍计，共5台总投资为5Х1.5Х3.4万元=25.5万元 由《设指》中表4-2得总折旧费=18.22Х5%+25.5Х6%维修管理费=（18.22+25.5）Х6% 总计为5.0642万元 按800元/kVA计，贴费为800Х0.08万元=64万元 单价为6.33万元，综合投资为2Х2Х6.33=25.32万元。比一台多投资3.8万元 本方案5台GG-1A（F）型柜，综合投资为5Х1.5Х3.5万元=26.25万元，比一台多投资0.7万元 电力变压器和高压开关柜的年运行费 交供电部门的一次性供电贴费 总折旧费=25.32Х5%+26.25Х6%维修管理费=（25.32+26.25）Х6% 总计为6.4288万元，比一台多投资1.3646万元 贴费为2Х500Х0.08万元=80万元，比一台多投资16万元 从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案，略优先于装设一台主变压器的主结线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案远优先于装设两台主变的方案，因考虑到工厂将来的发展余地，所以决定采用装设两台主变的方案。

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图4 装设一台主变压器的主结线方案 图5 装设两台主变压器的主结线方案

第四节 变电所主变压器

根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案： 1、装设一台主变压器

型式采用S9式，容量根据公式SN?T?S30 ,根据《设计指导书》中表2-8可查得

SN?T?800kVA?S30?756kVA。考虑到756kVA与800kVA十分接近，而从工厂的发展前途应选一

台S9-1000/10型低压损耗变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由邻近单位相联的高压联络线来承担。

2、装设两台主变压器

根据《设计指导书》，型号采用S9，容量根据公式：SN?T=(0.6~0.7) Χ756=(453.6~529.2)kVA

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而且 SN?T?S30(?)?(130.8?154.5)kVA?285.3kVA

因此选两台S9-500/10型低压损耗变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由邻近单位相联的高压联络线承担，主变压器的联结组别均采用Tyn0。

第五节 短路电流的计算

1、绘制计算电路 （图6）

图6 短路计算电路

2、k-1点的三相多路电路和短路容量（UC1=10.5KV） （1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗

1）电力系统的电抗：由《教材》附录表8，已知Soc =500MVA

U2C1(10.5KV)2因此 x1===0.22Ω

SOC500MVA2）架空线的电抗：LGJ-150由《设指》中表8-36得x0=0.36Ω/km 因此x2= x0l=0.36Ω/kmХ8km=2.8Ω

3)绘k-1点短路的等效电路如图7-1所示，并计算其总电抗如下：

X?(k?1)= x1 +x2=0.22Ω+2.8Ω=3.02Ω

图7-1 k-1点短路的等效电路

（2）计算三相短路电流和短路容量 1）三相短路电流周期分量有效值

I(3)k1?Uc110.5kv??2.0kA

3X?(k?1)3?3.82?(3)2）三相次暂态电流和稳态电流 I???I(3)??I(3)k?1?2.0kA

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3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

(3)(3)ish?2.55I??(3)?2.55?2.0kA?5.1kA Ish?1.51I??(3)?1.51?2.0kA?3.02kA

4）三相短路容量 Sk?1?3UC1Ik?1?3?10.5kV?2.0kA?36.4MVA 3、k-2点的三相多路电路和短路容量（UC2=0.4KV） （1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 1）电力系统的电抗：

(3)(3)U2C2(0.4KV)2??因此 X1=?3.2?10?4?

SOC500MVA??X0l(2）架空线的电抗：因此X2U0.4kv2)2?0.36?/km?8km?()?4?10?3?

10.5kvUC1C23)店里变压器的电抗：查《设指》中表2-8得UK%=4

Uk%Uc224(0.4kV)2???1.3?10?5kΩ 因此X3?X4?100SN100500kVA4)绘k-2点短路的等效电路如图7-2所示，并计算其总电抗如下：

??X2??X3X4?3.2?10?4??4?10?3??1.3?10?2/2?1.082?10?2? X?(k?1)?X1

图7-2 k-2点短路的等效电路

(2) 计算三相短路电流和短路容量

1）三相短路电流周期分量有效值

I(3)k2?Uc23X?(k?2)?0.4kv3?1.082?10??2?21.3kA

(3)(3)(3)2）三相次暂态电流和稳态电流 I???I??Ik?1?21.3kA

3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

(3)(3)ish?1.84I??(3)?1.84?21.3kA?39.2kA Ish?1.09I??(3)?1.09?21.3kA?23.2kA

4）三相短路容量 Sk?2?3UC2Ik?2?3?0.4kV?21.3kA?14.8MVA

(3)(3)- 13 -

以上计算结果综合如表5所示

表5 短路计算结果 短路计算 k-1 k-2 三相短路电流/kA 三相短路容量/MVA (3)Ish I(3)k 2.0 21.3 I??(3) 2.0 21.3 I(3)? 2.0 21.3 (3)ish Sk(3) 36.4 14.8 5.1 39.2 3.07 23.2

第六节 变电所一次设备的选择和校验

一、10KV侧一次设备的选择校验（表6）

表2-6 10KV侧一次设备的选择校验 选择校验项目 参数 装 置 地 点 条 件 数据 一 次 设 备 型 号 规 格 额定参数 高压少油断路器SN10-10I/630 高压隔离开关GN8-10/200 高压熔断器RN2-10 电压互感器JDJ-10 电压互感器JDZJ-10 电流互感器LQJ-10 避雷器FS4-10 户外式高压隔离开关GW4-15G/200 10 10/0.1 0.5 50 6电压 UN /kV 10 UN 10 电流 I30/A 28.9 IN 630 断流能力 (3)Ik动稳定度 (3)ish/kA 热稳定度 (3)2I?tmax 其它 /kA 2.0 IOC 16 5.1 2.02?1.8?7.2 It2t imax 40 216?4?1024 10 200 25.5 102?5?500 100.10.1// 33310 10 15 100/5 200 31.8 (90?0.1)2?1=81 二次负荷0.6Ω

上表中所选设备均满足要求。

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备注：上表中高压少油断路器由《教材》中附表8查得；高压隔离开关、高压熔断器、电压互感器、电流互感器、户外式高压隔离开关分别为《设指》中的表5-15、表5-20、表5-24、和表5-22查得。

二、380V侧一次设备的选择校验 （表7）

表2-7 380V侧一次设备的选择校验 选择校验项目 参数 装 置 地 点 条 件 数据 一 次 设 备 型 号 规 格 额定参数 低压断路器DW15-1500/3电动 低压断路器DZ20-630 低压断路器DZ20-200 低压到开关HD13-1500/30 电流互感器JMZJ1-0.5 电流互感器LMZ1-0.5 电压 UN /V 电流 I30/A 断流能力 动稳定度 (3)ish/kA 热稳定度 (3)2I?tmax 其它 Ik(3)/kA 21.3 IOC 一般40 380 UN 380 总1110 IN 1500 39.2 21.32?0.7?317.6 It2t imax 380 380 380 500 500 630 一般30 （大于I30） 200 （大于I30） 1500 1500/5 160/5 100/5 25

上表中所选设备均满足要求。 备注：上表中低压断路器、低压到开关、电流互感器分别为《设指》中的表5-16和表5-17、表5-18、表5-23中查得。

第七节 变电所进出线及与邻近单位联络线的选择

一、10KV高压进线的选择校验和引入电缆的选择

采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10KV公用干线。 1、 按发热条件选择

由I30=2INT=2Х28.9A=57.8A及室外环境温度33oC，查《设指》中表8-35LJ型铝绞线的主要技术数据表，初选LJ-16，其35oC时的Ial≈93.5> I30，满足发热条件。 2、校验机械强度

查《设指》中表8-33，最小允许截面Amin=35mm,因此LJ-16不满足机械强度要求，所以改选

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LJ-35，由于此线路很短，不需校验电压损耗。 3、有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直接埋地敷设。

1)按发热条件选择。由I30=INT=28.9A及土壤温度25oC查《设指》中表8-43，初选缆芯为25mm的交联电缆，其Ial=90A> I30，满足发热条件。

2)校验短路了稳定。 按《设指》中公式5-40计算满足短路热稳定的最小截面

(3)Amin?I?2timaC?2000?0.75mm2?22.3mm2?A?25mm2 77 式中C——母线材料的热稳定系数，查《设指》中表5-12得。 因此YJL22-10000-3Х25电缆满足要求。

二、高低压母线的选择 参照《设指》中表5-25，10KV母线LMY-3(40Х4),即母线尺寸为40mmХ4mm；380V母线LMY-3(120Х10)+8Х6,即相母线尺寸为120mmХ10mm，中性母线尺寸为80mmХ6mm。表中选择的母线尺寸，一般均满足短路动稳定和热稳定要求，因此不必再进行短路校验。

三、380V低压出线的选择

1、馈电给1号厂房（机修车间）的线路

由于机修车间就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝心导线BLV-1000型（见《设指》中表8-29）5根（3根相线、1根中性线、1根保护线）穿硬塑料管埋地敷设。 1）按发热条件选择。由I30=78.2A及土壤温度25oC，查《设指》中表8-43，初选缆芯为25mm的交联电缆，其Ial=90A> I30，满足发热条件。

按规定，中性线和保护线也选为25mm，与相线截面相同，即选用BLV-1000-1Х25mm塑料导线5根穿管内径25mm的硬塑管。

222 2）校验机械强度。查《设指》中表8-34，最小允许截面Ami=2.5mm2，因此上面所选25mm2n的相线满足机械强度要求。

3）校验电压损耗。所选穿管线，估计长度50m，而由《设指》中表8-38查得Ro=1.36Ω/km（按缆芯工作温度75oC计），Xo=0.09Ω/km，又机修车间的P30=35.2kw，Q30=37.4kvar，因此由

?U??(pR?qx)及?U%??Ual%得： UN35.2?(1.36?0.05)?37.4?(0.09?0.05)?6.7V 0.38?U%?(6.7V/380V)?100%?1.8%??Ual%5%?U?满足允许电压损耗5%的要求。

2、馈电给2号厂房（电镀车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。 1）按发热条件选择。由I30=242.6A及土壤温度25oC，查《设指》中表8-43，初选185mm，

2- 16 -

其Ial=273A> I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗。由图3所示平面图量的变电所至2号厂房距离约为22m（从图中▲的负荷中心量到2号厂房的负荷中心点处距离按1∶2000比例求得，下同），而由《设指》中表8-41查得Ro=0.21Ω/km，Xo=0.07Ω/km，又电镀车间的P30=129kw，Q30=93.8kvar，因此

129?(0.21?0.022)?93.8?(0.07?0.022)?16.1V 0.38?U%?(16.1V/380V)?100%?4.2%??Ual%5%?U?满足允许电压损耗5%的要求。

3)短路热稳定度校验。按《设指》中5-40式求满足短路热稳定度的最小截面

Amin?I(3)?timaC?21300?0.75mm2?243mm2 76式中tima——变电所高压侧过电流保护动作时间按0.5s整定（中断变电所），再加上断路器短路时间0.2s，再加0.05s（参看《设指》中5-33式）。

由于前面所选185mm的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯为240mm的聚氯乙烯电缆，即VLV22-1000-3Х240+1Х120的四芯电缆（中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同）。 3、馈电给3号厂房（工具车间）的线路也采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。 1）按发热条件选择。由I30=309.6A及土壤温度25oC，查《设指》中表8-43，初选240mm，其Ial=319A> I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗。由图3所示平面图量的变电所至3号厂房距离约为66m，而由《设指》中表8-41查得Ro=0.16Ω/km，Xo=0.07Ω/km，又工具车间的P30=126.3kw，Q30=159.6kvar，因此

222126.3?(0.16?0.066)?159.6?(0.07?0.066)?5.45V 0.38?U%?(5.45V/380V)?100%?1.4%??Ual%5%?U?满足允许电压损耗5%的要求。

3)短路热稳定度校验。按《设指》中5-40式求满足短路热稳定度的最小截面

(3)Amin?I?timaC?21300?20.75mm2?243mm2 76由于前面所选240mm的缆芯截面略小于Amin，满足短路热稳定度要求，因此选缆芯为240mm的聚氯乙烯电缆，即VLV22-1000-3Х240+1Х120的四芯电缆。

4、馈电给4号厂房（热处理车间）的线路也采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。

2- 17 -

1）按发热条件选择。由I30=234.1A及土壤温度25oC，查《设指》中表8-43，初选150mm，其Ial=242A> I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗。由图3所示平面图量的变电所至4号厂房距离约为60m，而由《设指》中表8-41查得Ro=0.25Ω/km，Xo=0.07Ω/km，又热处理车间的P30=124.8kw，Q30=90kvar，因此

2124.8?(0.25?0.06)?90?(0.07?0.06)?5.9V 0.38?U%?(5.9V/380V)?100%?1.5%??Ual%5%?U?满足允许电压损耗5%的要求。

3)短路热稳定度校验。按《设指》中5-40式求满足短路热稳定度的最小截面

Amin?I(3)?timaC2?21300?0.75mm2?243mm2 762由于前面所选150mm的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯为240mm的聚氯乙烯电缆，即VLV22-1000-3Х240+1Х120的四芯电缆。 5、馈电给5号厂房（装配车间）的线路也采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。 1）按发热条件选择。由I30=134.5A及土壤温度25oC，查《设指》中表8-43，初选70mm，其Ial=157A> I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗。由图3所示平面图量的变电所至5号厂房距离约为50m，而由《设指》中表8-41查得Ro=0.54Ω/km，Xo=0.07Ω/km，又装配车间的P30=64.8kw，Q30=60.1kvar，因此

264.8?(0.54?0.05)?60.1?(0.07?0.05)?5.2V 0.38?U%?(5.2V/380V)?100%?1.4%??Ual%5%?U?满足允许电压损耗5%的要求。

3)短路热稳定度校验。按《设指》中5-40式求满足短路热稳定度的最小截面

Amin?I(3)?timaC2?21300?0.75mm2?243mm2 762由于前面所选70mm的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯为240mm的聚氯乙烯电缆，即VLV22-1000-3Х240+1Х120的四芯电缆。

6、馈电给6号厂房（仓库）的线路也采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。 1）按发热条件选择。由I30=15.6A及土壤温度25oC，查《设指》中表8-43，初选4mm，其Ial=31A> I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗。由图3所示平面图量的变电所至6号厂房距离约为80m，而由《设指》中表8-41查得Ro=9.45Ω/km，Xo=0.093Ω/km，又仓库电镀车间的P30=8.8kw，Q30=5.2kvar，因此

2- 18 -

8.8?(9.45?0.08)?5.2?(0.093?0.08)?17.6V

0.38?U%?(17.6V/380V)?100%?4.6%??Ual%5%?U?满足允许电压损耗5%的要求。

3)短路热稳定度校验。按《设指》中5-40式求满足短路热稳定度的最小截面

Amin?I(3)?timaC2?21300?0.75mm2?243mm2 762由于前面所选4mm的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯为240mm的聚氯乙烯电缆，即VLV22-1000-3Х240+1Х120的四芯电缆。 7、馈电给7号厂房（铸造车间）的线路也采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。 1）按发热条件选择。由I30=199.0A及土壤温度25oC，查《设指》中表8-43，初选120mm，其Ial=212A> I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗。由图3所示平面图量的变电所至7号厂房距离约为106m，而由《设指》中表8-41查得Ro=0.31Ω/km，Xo=0.07Ω/km，又铸造车间的P30=94.8kw，Q30=90.2kvar，因此

294.8?(0.31?0.106)?90.2?(0.07?0.0106)?10.3V0.38

?U%?(10.3V/380V)?100%?2.7%??Ual%5%?U?满足允许电压损耗5%的要求。

3)短路热稳定度校验。按《设指》中5-40式求满足短路热稳定度的最小截面

Amin?I(3)?timaC2?21300?0.75mm2?243mm2 762由于前面所选120mm的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯为240mm的聚氯乙烯电缆，即VLV22-1000-3Х240+1Х120的四芯电缆。 8、馈电给8号厂房（金工车间）的线路也采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝心电缆直接埋地敷设。 1）按发热条件选择。由I30=195.4A及土壤温度25oC，查《设指》中表8-43，初选120mm，其Ial=212A> I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗。由图3所示平面图量的变电所至8号厂房距离约为80m，而由《设指》中表8-41查得Ro=0.31Ω/km，Xo=0.07Ω/km，又金工车间的P30=88kw，Q30=73.6kvar，因此

288?(0.31?0.08)?73.6?(0.07?0.08)?6.8V 0.38?U%?(6.8V/380V)?100%?1.8%??Ual%5%?U?满足允许电压损耗5%的要求。

3)短路热稳定度校验。按《设指》中5-40式求满足短路热稳定度的最小截面

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(3)Amin?I?timaC2?21300?0.75mm2?243mm2 762由于前面所选120mm的缆芯截面小于Amin，不满足短路热稳定度要求，因此改选缆芯为240mm的聚氯乙烯电缆，即VLV22-1000-3Х240+1Х120的四芯电缆。 9、馈电给生活区的线路 采用LJ铝绞线架空敷设。

1）按发热条件选择。由I30=510A及室外环境温度33oC，查《设指》中表8-35，初选LJ-240，其33oC时的 Ial=548A> I30，满足发热条件。

2）校验机械强度。由《设指》中表8-33查得最小允许截面Amin=16mm因此LJ-240满足机械强度要求。

3）校验电压损耗。由图3所示平面图量的变电所至生活区距离约为80m，为了确保生活用电（照明、家电）的电压质量，决定采用两回LJ-120架空线路对生活区供电。由《设指》中表8-35查得的Ro=0.28Ω/km，Xo=0.3Ω/km（接线间几何均距按0.6m计），又生活区的P30=175kw，Q30=84kvar，因此

2(175/2)?(0.28?0.08)?(84/2)?(0.07?0.08)?7.8V 0.38?U%?(7.8V/380V)?100%?2.1%??Ual%5%?U?满足允许电压损耗5%的要求。 中性线采用LJ—70铝绞线。

四、作为备用电源的高压联络线的选择校验

采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10kV母线相联。

(1)按发热条件选择

工厂二级负荷容量共285.3kVA，I30?285.3kVA/3?10kV?16.5A，最热月土壤平均温度为25oC，因此查《设指》中表8-43，初选缆芯截面为25mm的交联聚乙烯绝缘铝心电缆，其Ial=90A> I30，满足发热条件。

（2）校验电压损耗 查《设指》中表8-41得电缆为25mm的铝心电缆的Ro=1.54Ω/km（缆芯温度按80oC计），Xo=0.12Ω/km，而二级负荷的P30=（129+94.8）kW=223.8kW, Q30=(93.8+90.2)kvar=184 kvar,线路长度按2km计，因此

22223.8?(1.54?2)?184?(0.12?2)?73.3V 10?U%?(73.3V/10000V)?100%?0.73%???Ual%5%?U?满足允许电压损耗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度校验，可知缆芯为25mm的交联电缆是满足了稳定要求的。而邻近单位10kV的短路数据不知，因

2- 20 -

此该联络线的短路热稳定度校验计算无法进行，只有暂缺。

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附表8所示。

附表8 变电所进出线和联络线的型号规格

线路名称 10kV电源进线 主变引入电缆 380V 低 压 出 线 至1号厂房 至2号厂房 至3号厂房 至4号厂房 至5号厂房 至6号厂房 至7号厂房 至8号厂房 至生活区 与邻近单位10kV联络线 导线或电缆型号 LJ-35铝绞线（三相三线架空） YJL22-10000-3Х25交联电缆（直埋） BLV-1000-1Х25铝心线5根穿内径25mm硬塑管 VLV22-1000-3Х240+1Х120四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3Х240+1Х120四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3Х240+1Х120四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3Х240+1Х120四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3Х240+1Х120四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3Х240+1Х120四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3Х240+1Х120四芯塑料电缆（直埋） 二回路3ХLJ-240+1ХLJ-120（三相四线架空） YJL22-10000-3Х25交联电缆（直埋） 第八节 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定

1、 高压断路器的操动机构控制与信号回路 短路器采用手力操动机构，其控制与信号回路 如图8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，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和无功电能，并据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。

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Yo/Yo/(开口三角)的结线，用于实现电压测量和绝缘监察，其结线图见图9所示。

作为备用电源的高压联络线上，装有三相有功电度表、三相无功电度表和电流表，结线见图10。高压进线上，亦装有电流表。

低压侧的动力出现上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装有三相四线有功电度表。低压并联电容器主线路上，装有无功电度表。每一回路均装有电流表。低压母线装有点也表。仪表的准确度等级按规范要求。

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图8 电磁操动的断路器控制与信号回路

WC—控制小母线 WL—灯光指示小母线 WF—闪光信号小母线 WS—信号小母线 WAS—事故音响小母线 WO—合闸小母线 SA—控制开关（操作开关） KO—合闸接触器 YO—合闸线圈 YR—跳闸线圈（脱扣器） KA—保护装置 QF—断路器辅助触点 GN—绿色指示灯 RD—红色指示灯 ON—合闸 OFF—跳闸（箭头指向为撒的返回位置）

图9 6~10kV线路测量和计量仪表的原理电路

PA—电流表 PJ1—三相有功电度表（DS2，DS862） PJ2—三相无功电度表（DX2,DX863）

图10 220/380V线路测量和计量仪表的原理电路

PA—电流表 PJ—三相四线有功电度表

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4、变电所的保护装置

（1）主电压器的继电保护装置

1）装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作与信号；当产生大量瓦斯时，应动作与高压侧断路器。

2）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。

①过电流保护动作电流的整定。利用《设指》中式Iop?KrelK?IL?max

KreKi其中IL?max=2I1NT=2X28.9A=57.8A，Krel=1.3，K?=1，Kre=0.8，Ki=100/5=20，因此动作电流为：

Iop?1.3?1?57.8A?5.7A整定为6A。

0.8?20注：上式中IL?max——变压器的最大负荷电流，可取为（1.5~3）I1NT，I1NT为变压器一次额定电流；

Krel——保护装置的可靠系数，对定时限，取1.2，对反时限，取1.3； K?——保护装置的结线系数，对相电流结线取1，对相电流差结线取3； Kre——电流继电器的返回系数，一般取0.8； Ki——电流互感器的变流比。

②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倍动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s。

③过电流保护灵敏系数的检验：利用《设指》中式（6-4）其中Ik.min=Ik?2／KT=0.866×21.3KA∕(10KV∕0.4KV)=0.738KA ，Iop.1=Iop·Ki∕Kw=6A×20／1=120A，因此保护灵敏系数为：Sp=738／120=6.15>1.5 故满足要求。

3）装设电流速断保护。利用GL15的速断装置。

①速断电流的整定：利用《设指》中式(6-5),其中Ik.max = Ik?2=21.3kA，Krel=1.2,Kw=1,Ki=100/5=20,KT=10.5/0.4=26.25,所以速断电流为：Iqb=[1.2×1/(20×26.25)] ×21300A=48.5A 速断电流倍数整定为：Kqb=Iqb/Iop=48.5/6=8

②电流速断保护灵敏系数的校验。利用《设指》中式（6-6），其中Ik.min= Ik?1 =0.866×2.0kA=1.7kA,Iqb·1=Iqb·Ki/Kw=48.5A×20/1=970A ,因此其保护灵敏系数为：Sp=1700A/970A=1.8,满足要求。

（2）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GL15感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。

①过电流保护动作电流的整定。利用《设指》中式(6-2),其中Ik.max=2I30，取I30=0.6×43.5=26.1A，Krel=1.3,Kw=1,Ki=50/5=10,因此动作电流为：Iop=(1.3×1×2×26.1)/(0.8×10)=8.5A整定为9A。

(3)(3)(3)- 23 -

②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。 ③过电流保护灵敏系数。因无邻近单位变电所10kV母线经联络线至本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏系数，只有从略。

2）装设电流速断保护。亦利用GL15的速断装置。但因无经济邻近单位变电所和联络线至本厂变电所高低压母线的短路数据，无法整定计算和检验灵敏系数，也只有从略。

（3）变电所低压侧的保护装置

1）低压总开关采用DW15-1000/3型低压断路器，三相均装有过流脱扣器，既可保护低压侧的相间短路和过流负荷（利用长延时脱扣器），而且还可以保护低压侧单相接地短路。

2）低压侧所有出线上都采用DZ20型低压断路器控制，其瞬时脱扣器可实现对线路短路故障保

第九节 变电所的防雷保护和接地装置的设计

1、变电所的防雷保护

（1）直击雷保护。在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两条接地线与变电所公共接地装置相连。

如变电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时，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括整个变电所。如果变电所处在其他建筑物的直击雷防护范围以内时，则可不另设独立避雷针。按规定，独立避雷针的接地装置接地电阻RE≤100欧（见《设指》表9-6）。通常采用3-6根长2.5m 直径50㎜的钢管，在避雷针的杆塔附近作一排或多边形排列，管间距离为5m，打入地下，管顶距地面0.6m。接地管间用40㎜×4㎜的镀锌扁钢焊接相连。引下线用25㎜×4㎜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20㎜的镀锌圆钢，长1-1.5m。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。

（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。引下线采用25㎜×4㎜的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端螺栓相连。

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保护，防护雷电侵入波的危害。

3）在380V抵押架空出线杆上，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。

2、变电所公共接地装置的设计

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（1）接地电阻的要求 按《设指》中表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： RE≤4欧

IE=10×(100+35×30)/350=32.8A RE≤120V/32.8A=3.7

(注该计算根据公式：IE=Ic=UN(Loh+35Lcab)/350A 。该式中UN为电网的额定电压（kV）， Loh为 UN 电网中架空线总长（km） ，Lcab为UN电网中电缆线路总长（km）

(2)接地装置的设计

采用长2.5m 直径为50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置（变电所前面布置两排），管距5m，垂直打入地下，管顶距离地面0.6m。管间用40㎜×4㎜的镀锌扁钢焊接相连。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㎜×4㎜的镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置图如图11所示。

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参考文献：

1、《工厂供电》第四版 刘介才主编 2、《工厂供电设计指导》 刘介才主编

设计小结

本次供电设计让我学到了很多知识。虽然时间不是很长，仅仅为期五

天，但是我受益匪浅，这次设计让我对供电的知识有了更深的了解，对此次设计，颇有体会。

过本次设计，我掌握了高压电缆、低压电缆、变压器的选择及高低压控制开关配电装置的选择，理解国家有关政策、法规，学会查阅各种规程、规定和手册的方法，做到理论联系实际，提高分析问题、解决问题的能力。从这个过程中让我深刻的理解了过去所学过的知识，并且对其进一步的巩固和完善，并且从中学会了设计的流程以及独立创作的方法。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！”在短暂的实训过程中，让我深深的感觉到自己在实际运用中的专业知识的匮乏，从而让我更加坚定了努力学习的信念。

这次设计让我学到的东西太多，使我受益非浅，它让我知道了工作上的辛苦，让我知道工作并不像在学校里学习一样轻松。不过，虽然辛苦了点，但能让我学到不同的东西，我心里还是高兴的。人非生而知之，要学得知识，一靠学习，二靠实践。没有实践，学习就是无源之水，无本之木。

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不到一年的时间就将步入社会的我们，面临者继续深造，还是就业的压力，我想我们更应该把握住最后的一段时间，充实、完善自我，争取做一名出色的大学生！

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