6KV低压配电系统及车间变电设计

毕 业 设 计 论 文

题 目 6KV车间变电所及配电线路设计

（院）系 电气与信息工程系

专业 电气工程及其自动化 班级 0003 学号 0001120123

学生姓名 王豫

导师姓名 陈小明

完成日期 2004年6月14日

6KV变电所及低压配电系统设计

湖南工程学院

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目： 6KV变电所及低压配电系统设计 姓名 王豫 系别 电气系 专业 电气工程 班级 电气0003学号 23 指导老师 陈小明 教研室主任 陈意军

一、基本任务及要求：

1、变电所设计：变电所负荷的计算及无功功率的补偿；变电所主变压器台数和容量、型式的确定；变电所主接线方案的选择；进出线的选择；短路计算和开关设备的选择；二次回路方案的确定及继电器保护的选择和

整定；防雷保护与接地装置的设计；变电所电气照明的设计。

2、低压配电系统设计：车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择；车间电气照明设计。

二、进度安排及完成时间：

1、2月16日：布置任务，下达设计任务书。 2、2月16日-3月6日：查阅资料，撰写文献综述，撰写开题报告 3、3月7日-3月21日：毕业实习，撰写实习报告。 4、3月22日-4月30日：变电所设计，中期检查。 5、5月1日-6月15日：低压配电系统设计，撰写毕业设计说明书 6、6月16日-6月20日：修改、装订毕业设计说明书。 7、6月20日-6月26日：毕业设计答辩。

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6KV车间变电所及低压配电线路设计

摘要：随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。作为电能传输与控制的中间枢纽，变电所必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。此工厂供电设计包括：负荷的计算及无功功率的补偿；变电所主变压器台数和容量、型式的确定；变电所主接线方案的选择；进出线的选择；短路计算和开关设备的选择；二次回路方案的确定及继电器保护的选择和整定；防雷保护与接地装置的设计；车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其配电设备和保护设备的选择；以及电气照明的设计，还有电路图的绘制。

关键词：变电所 变压器 断路器 继电器 隔离开关 互感器 熔断器

Transformer Substation And the Low electric Circuit wire design

Keyword: Transformer substation Voltage transformer Circuit breaker Relay Isolate the switch Mutual inductor Fuse box

ABSTRACT： With development and progress of modern civilization, social production and is it put forward high request more and more to quality and management that electric energy supply to live. As the pivot between what the electric energy is transmitted and controlled, the transformer substation must change the traditional design and control the mode , could meet modern power system , modernized industrial production and development trend of social life . This factory supplies power and designs including: Calculation of load and compensation of the inactive power; Transformer substation main voltage transformer platform count and capacity , sureness of pattern; Mainly wire the choice of the scheme in the transformer substation; Pass in and out the choice of the thread; Choice of shorting out and calculating and switchgear ; Two return circuit sureness and choice that relay protect of scheme exactly make; Defend the thunder and protect the design with the earth device ; The workshop distribution line connects up the sureness of the scheme; Circuit wire and distribution equipment and protecting the choice of the equipment; And the electric design that lighted, there is drawing of circuit diagram.

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6KV变电所及低压配电系统设计

目 录

摘 要 ································································································································· Ⅰ Abstract································································································································ Ⅰ 第1章 6KV车间变电所及低压配电线路设计 ································································ 1

1.1 总体设计方案·········································································································· 1 1.2负荷计算及无功补偿······························································································· 3

1.2.1 负荷计算 ····································································································· 3 1.2.2 无功补偿 ····································································································· 7 1.3 变电所的主变压器台数和容量的选择 ································································ 8

1.3.1 主变压器台数的选择 ················································································· 8 1.3.2 主变压器容量的选择··················································································· 8 1.4 变电所主接线方案的设计······················································································ 9 1.5 短路电流和容量的计算 ······················································································ 11 1.6 变电所一次设备的选择 ······················································································ 14

1.6.1 一次设备选择的一般要求········································································· 14 1.6.2 选择各类电气设备的特殊要求 ······························································· 14 1.6.3 一次设备校验应满足的条件 ··································································· 15 1.7 变电所高压进线和低压出线的选择···································································· 17

1.7.1 变电所进线方式的选择············································································· 17 1.7.2 变配电所进出导线和电缆的选择 ··························································· 17 1.7.3 各类电力线路的导线截面的选择步骤 ··················································· 17 1.7.4 电力线路选择的具体公式 ······································································· 18 1.7.5 设计进出线的选择····················································································· 19 1.8 车间配电线路的设计···························································································· 21

1.8.1 6KV高压母线的选择 ·············································································· 22 1.8.2 车间变电所低压侧母线的选择································································· 23

第2章 继电保护及二次回路的设计················································································· 24

21 继电保护装置的基本要求····················································································· 24 2.2 二次回路的接线安装要求 ·················································································· 24 2.3 引入盘、柜的电缆及其芯线应符合的要求 ······················································ 25

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湖南工程学院毕业论文 2.4 6KV车间主变压器的保护装置设计 ·································································25 2.5 高压断路器的操动机构控制与信号回路 ··························································27 2.6 防雷保护和接地装置的设计 ··············································································28 结束语···························································································································30 参考文献 ·····················································································································31 致 谢 ·························································································································32 附录A ··························································································································45 附录B ··························································································································46

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6KV变电所及低压配电系统设计

前 言

电能是现代工业生产的主要能源和动力，是实现生产自动化的重要物质基础。随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。作为电能传输与控制的中间枢纽，变电所必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。电能从区域变电站进入工厂后，首先要解决的就是如何对电能进行控制、变换、分配和传输等问题。而变电所就担负着这一重任,一旦变电所出了事故而造成停电，则整个工厂的生产过程都将停止进行，甚至还会引起一些严重的安全事故.。因此,变电所的安全、可靠、经济、优质，对于保障工厂生产安全、连续地进行，发展工业生产，实现工业现代化，具有举足轻重的作用。近年来，随着微电子技术、微机控制与应用技术、计算机通信与网络技术的高速发展和应用，为变电所的自动化和自能化提供了强大的技术支持。现今，只有加大变电所的科技含量，汲取国内外先进技术，向自动化、现代化、智能化发展，才能更好的为社会主义现代化建设服务。

本设计的指导老师为陈小明老师，在此感谢他的耐心指导。由于本人水平有限，设计中难免出现不足之处，敬请各位老师批评指正。

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湖南工程学院毕业论文 3．车间变电所配电范围

车间变电所设在机加工一车间的东南角，除为机加工一车间配电外，尚要为机加工二车间和铸造、铆焊、电修等车间供电。其他车间的负荷计算表如表1-2所示。 4．负荷性质

序号 车间名称 供电回路代号 设备容量 计算负荷 kVA 1 机加工 2车间 No.1供电回路 No.2供电回路 No.3照明回路 2 铸造 车间 No.4供电回路 No.5供电回路 No.6供电回路 No.7照明回路 3 铆焊 车间 No8供电回路 No.9供电回路 155 120 10 160 140 180 8 150 170 P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A 45.6 36 8 64 56 72 6.4 45 51 5.6 45 43.9 8 54.4 42.1 0 65.3 57.1 73.1 0 89.1 101 0 78 75.9 0 71.6 55.4 91.4 80 102.6 99.8 113.1 90 87.7 108.7 84.2 138.9 121.6 155.9 151.6 171.9 136.7 133.2 No.10照明回路 7 4 电修 车间 No.11供电回路 150 No.12供电回路 146.2 No.13照明回路 10 本厂为三班工作制，年最大负荷利用小时数为5500小时，属三级负荷。 5．供电电源条件

1）本车间变电所从本厂35/6kV总降压变电所用架空线路引进6kV电源，如图1-3所示。架空线路长300m。

2）工厂总降压变电所6kV c厂总母线上的短路容量按200MVA变电计。 3）工厂总降压变电所6kV配电出线定时限过流保护装置的整定时间Top=1.7s。 4）要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0.9。

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6KV变电所及低压配电系统设计 5）要求在车间变电所6kV侧计算。 6．车间自然条件： （1）气象资料

1）车间内最热月的平均温度为300C 2）地中最热月的平均温度为200C 3）土壤冻结深度为1.10m。 4）车间环境，属正常干燥环境。 （2）地质水文资料

车间原址为耕地，地势平坦。地层以砂粘土为主。地下水位为2.8~5.3m.

第一章 6KV车间变电所及低压配电线路设计

1.1总体设计方案

<一> 查阅有关资料

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湖南工程学院毕业论文 <二> 变电所的设计步骤： 1、负荷统计和无功补偿计算

2、变电所所址的选择:应尽量接近工厂的负荷中心，并处于负荷中心的电源一侧.工厂的负荷中心按功率矩法来确定

3、根据工厂的负荷性质及供电的可靠性,确定变电所主变压器的台数、容量和型式

4、按〝安全、可靠 、灵活 、经济〞的总体要求选择变电所主接线的最佳方案 5、根据发热条件、电压损耗条件、经济条件、机械强度条件来确定电力线路的导线和电缆截面 6、短路电流的计算

7、变、配电所一次设备的选择变 8、电所建筑物结构型式的确定 9、变电所电气照明的设计：

a、确定照明供电系统的主接线方案，并绘成图纸。

b、选择照明线路的导线（包括导线的类型、型号和截面积）。 c、选择照明配电箱（箱内应有APD装置）。 d、选择、整定和校验照明供电系统的保护装置。 e、出照明供电系统的电气平面布线图。 10、变电所二次回路方案的确定：

a、继电保护电路的设计和确定

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6KV变电所及低压配电系统设计 b、短路器的控制回路、信号系统和自动装置的确定

c、变电所的电能计量回路：变电所35KV侧安装计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂损耗的有功功率和无功功率

d、变电所的测量和绝缘监测回路：变电所高压侧装有电压互感器-避雷器柜

12、防雷和接地方案的设计

a、架空线的防雷措施:架设避雷线、提高线路的本身绝缘水平、装设自

动化和闸装置、在线路个别薄弱环节装设避雷器或保护间隙 b、变电所的防雷措施:装设避雷器和避雷针

<三> 设计低压配电系统

1、车间配电线路布线方案采用动力照明合一的380/220V三相四线制TN-C，树干式接线方式。

2、选择线路导线及其配电设备和保护设备。 3、车间电气照明设计：

a、电光源、灯具及其布置的选择 b、照明设计计算（利用系数法） c、其余照明灯具的选择 d、电照明线截面的选择 <四> 用计算机绘制电气图 <五> 撰写毕业设计说明书

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1.2 车间变电所负荷计算及无功补偿

根据电力复核对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上造成的损失或影响程度，电力负荷一般分为三级：

一级负荷：一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废等等。

在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应看着特别重要的负荷。

二级负荷：二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如大量产品报废、中断供电将影响重要用电部门正常工作等。

三级负荷：三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述的一、二级负荷者。 计算负荷是供电设计的基本依据。计算负荷确定的是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理，如计算负荷确定过大，将使电器和导线电缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费。如果选的过小，又使电器和导线电缆处在过负荷下运行，增加了电能的损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至烧毁，同样造成损失。可见，正确的确定计算负荷意义重大，但由于负荷情况复杂，影响因素多，虽然负荷的变化有点规律，但仍难准确的计算出来，实际上，它的不是一成不变的，它与设备的性能、生产的组织、生产者的技能及能源的供应的状况等多种因素有关。因此负荷的计算只能接近实际。

我国的确定负荷的方法，主要有需要系数法、二项式法，需要系数法是世界上普遍采用的计算负荷的基本方法，二项式法应用局限很大，但确定设备台数教少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，比较的合理，而且方便。

1.2.1车间负荷计算（机加工一车间）

根据表1-1，按车间用电设备工作性质，把用电设备分成冷加工机床、电阻炉和吊车三组。经过初步分析计算及根据用电设备的平面布置情况将车间的用电设备分配到三条干线上（见图 ） 1．1号干线计算符合（16台金属冷加工机床） 查参考文献 取二项式系数 b=0.14,c=0.5,

X=5,cos?=0.5,tg?=1.73. （1.1） 则1号干线计算负荷为

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6KV变电所及低压配电系统设计 P30.1?bPe?cPX

?0.14??74kW157.1kW75??0.5?(70?10.?12?510kW2

7Q30.1?P30.1tg??74kW?1.73?128kvarS30.1?P30.1/cos??74/0.5?148kV?AQ30.1?P30.1tg??74kW?1.73?128kvarS30.1?P30.1/cos??74/0.5?148kV?A

2.2号干线计算负荷（15台金属冷加工机床、1台吊车） （1）金属冷加工机床组计算负荷

二项式系数及功率因数参考值查表得：二项式系数 b=0.14,c=0.5, X=5,cos?=0.5,tg?=1.73.

P30?21?bPe?1?cPX?1

?0.14?139.775kW?0.5?(31.9?35.7?13?10.125?9.125)kW

6] ?69.kWQ30?21?P30?21tg??69.5?1.73?120.2kvar

(2)吊车计算负荷

因只有一台设备，故就以其额定工作参数作为计算负荷。

P30?22?Pe?10.2kWQ30?22?P30?22tg??10.2kW?1.73?17.6kvar

（3）干线计算负荷

P30?2?P30?21?P30?22?69.5kW?10.2kW?79.7kWQ30?2?Q30?21?Q30?22?120.2kvar?17.6kvar?137.8kvar

S30?2?P30?2?Q30?2?2279.7?137.8kV?A?159.1kV?A22

I30?2?S30?2/(3U)?159.1/(3?0.38)A?241.7A

3．3号干线计算负荷（3台电阻炉） 查参考文献 取b?0.5,c?0.5,

s? co?0.9tg5?,?0x.?33, ，则

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湖南工程学院毕业论文 P30?3?bPe?cPx?0.5?89kW?0.5?45kW?67kWQ30.3?P30.3tg??67kW?0.33?22.1kWS30.3?P30.3/cos??67kW/0.95?70.5kV?AI30.3?S30.3/(3U)?70.53/(3?0.38)A?107.2A

4. 机加工一车间照明负荷 （1） 车间照明的安装容量

右车间工艺平面图可知车间照明总面积约为1080 m2，查参考文献 可知单位面积安装功率为6W/m（计算高度8~12m），则本车间均匀布置的一般照明负荷为

P30?Aa?1080?6?10?32kW?6.48kW

（2）其他部分的照明负荷见表1-1

表1-1 其他部分的照明负荷

单独使用一般照明强度 （1x） 工具库 工艺室 低压配电室 变压器室 高压室 总计 30 30 30 20 20 面积 （m2） 3?6 3?6 3?7.5 3?3.75 3?3.75 安装功率 （W） 120 120 120 75 100 535 （3）总照明负荷

Q30?21?P30?21tg??69.5?1.73?120.2kvar

同样可以计算其他车间负荷计算，计算结果见表1-2

表1-2 车间变电所负荷计算表

序 车间名称 号 机加工一车间 No.1 供电回路 1 No.2 供电回路 No.3 供电回路 No.4 车间照明 -13-

157.2 150 89 74 79.7 67 7 128 137.8 22.1 148 159.1 70.5 224.8 241.7 107.2 （Kw） P30(kW) Q30(kvar) 容量计算负荷 备注 S30(kV?A) I30(A) 6KV变电所及低压配电系统设计 机加工二车间 No.1 供电回路 2 No.2 供电回路 No.3 车间照明 铸造车间 No.1 供电回路 3 No.2 供电回路 No.3 供电回路 No.4 车间照明 铆焊车间 No.1 供电回路 4 No.2 供电回路 No.3 车间照明 电修车间 No.1 供电回路 5 No.2 供电回路 No.3 车间照明 小 计 考虑同期系数后， 6 变压器低压侧总计算 负荷（Kp?Kq?0.8） S'30 155 120 46.5 36 10 64 56 72 8 45 51 7 64.4 42.1 71.6 55.4 91.4 80 102.6 108.7 84.2 160 140 180 65.3 57.1 73.1 138.9 121.6 155.9 150 170 89.1 101 99.8 113.1 151.6 171.9 150 146.2 45 43.9 10 722.1 77.9 75.9 923.8 90 87.7 136.7 133.2 577．7 739 938 7 380V侧 无功补偿容量 500 902 = 625 KVA 8 9 变压器功率损耗 补偿后变压器 9.4 587 37.5 276.5 649 37.5 高压侧计算负荷 -14-

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1.2.2无功功率补偿

变电所的无功补偿对于整个工厂的设计是极为重要的。按《全国供用电规则》规定:高压供电的工业用户,功率因素不得低于0.9;其他情况,功率因素不得底于0.85.如达不到上述要求,则需增设无功功率的人工补偿装置. 工厂中功率因数降低是由于有大量的感应电机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷.如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到工厂规定的功率因数要求时，则考虑人工补偿。在变压器低压侧装设了无功补偿装置后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器的容量选择得小一些。这不仅降低了变电所的初投资，而且可减少工厂的电费开支。工厂中普遍采用并联电容器来补偿供电系统中的无功功率。它一般分为三中：高压集中补偿、低压集中补偿、低压分散补偿。 1．补偿容量Qc

补偿前变压器低压侧平均功率因数为（取??0.7,??0.85）

??Q30?cos??1/1???

?P30???0.85?739??1/1????0.54

?0.7?577.7?22将cos?由0.54提高到0.9以上所需补偿容量（由表查得?qc?1.08）为

Qc??P30?qc?0.7?577.7?1.08kvar?437kvar

取Qc?500kvar,则补偿后视现在计算负荷为

S'30? ?P30?(Q30?QC)

577.7?(739?500)kV?A?625kV?A

22222．补偿装置的选择

在车间变电所内进行低压集中补偿。查参考文献 选用PGJ1A型无功功率自动补偿屏，采用2444组合方式，内装BW0.4-14-4型电容器， 电容个数：

n?50014?(380/400)

2?39.5 （1.2）

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6KV变电所及低压配电系统设计 故选用40个，

安装容量为： 40?1k4

1.3车间变电所主变压器的选择

v?ark560

（一）台数

本车间负荷和转供负荷均属于三类负荷，且负荷容量不大，故选用一台车间变压器。

变电所装有一台主变压器时， 其容量应满足下列要求 SNT≥S30

式中：S30—为该变电所承担的全部计算负荷（无功补偿后的计算负荷）。

（二）容量、型号

变压器低压侧总负荷S30?625kV?A，考虑到车间的发展，故选用容量为

800kV?A的SL7-800-6/0.4型变压器

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1.4 变电所主接线方案的设计

变电所的主接线,应根据变配电所在供电系统中的地位﹑进出线回路﹑设备特点及负荷性质等条件来确定.其主结线方案的设计原则与一般要求为：安全性、可靠性、灵活性和经济性。必须注意几点： 安全性

1、 在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。 2、 在低压短路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装低压刀开关。 3、 在装设高压熔断器和负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。 4、 6KV及以上的线路末端,应装上与隔离开关联锁的接地铡刀。 可靠性

1﹑变电所的主结线方案，必须与其负荷级别相适应。对一级负荷，应由两个电源供电，对二级负荷，应由两回路或者一回6kv及以上专用架空线或电缆供电。 其中采用电缆供电时,应采用两根电缆组成的线路,且每根电缆应承受100% 的二级负荷。

2﹑变电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器，当有继电器保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和低压侧母线分段开关，均应采用低压断路器。 3﹑变电所的非专用电源进线侧,应装设带短路保护的断路器或负荷开关.当双电源供多个变电所时,宜采用环网供电方式。

4﹑对一般生产区的车间变电所，宜工厂总变电采放射高压配电，以1确保供电可靠，但辅助生产区和生活区的变电所，可采用树干式。 灵活性

1、 变配电所的高低压母线，一般采用母线或单母线分段结构。

2、 6KV及以电源进线为双母线时，宜采用桥型接线或线路变压器组接线。 3、 需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路电器高压负荷开

关。

4、 主接线方案应与变压器经济运行的要求适应。 经济性

1、 主结线方案应力求简单，采用的一次设备特别是高压断路器应较少或不用 断路器的接线

2、 变配电所的电器设备应选用技术先进、经济适用的节能产品，不得选用国

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6KV变电所及低压配电系统设计 家明令淘汰的产品

3、 中小工厂变电所一般采用高压少油断路器；在需要频繁操做的场合，则采 用真空断路器或SF6断路器

4、 工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电度表用

5、 主接线方案应与变压器经济运行的要求相适应，还要考虑到今后的发展。负荷切换主变压器的变电所高压侧还应装设高压断路器和高压负荷开关。 几种常用的高压电器有如下功能和特点：

高压隔离开关的功能主要是：隔离高压电源，以保证其它设备和线路的安全检修。结构特点：即断开有明显可见的断开间隙，而断开间隙的绝缘及相间绝缘都是足够可靠的。它能够保证人身和设备的安全。因为隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。

高压断路器的功能是：不仅能通断正常电流，而且能接同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。

高压熔断器是：一种当所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，使其熔体熔化而分断断开电路的一种保护电器。熔断器的功能主要是对电路及电路设备进行短路保护，但也具有过负荷保护的功能。

本设计主变压器的主进电源线引自电网的6KV高压供电线路。供电系统在实际设计中一般都在总降压变压器的一次侧和二次侧设有隔离开关、断路器、电流互感器和电压互感器。当总降压变压器的一次侧附有电流互感器时，则可装设三只电流表。通过电流表监测负荷是否均匀，并可判断某一相线是否缺相要求在6KV电源电源侧进行电能测量，所以要装设电度表、功率表和功率因数表，以便对其电能、功率因数进行测量和补偿。这时必须在总降压变压器的一次侧附设电压互感器和电流互感器。

在总降压变电所供电引向各车间变电所时，在总降压变电所或配电所的高压开关柜内，仅装设电流表和电度表即可，电流表可装一只，电度表装一只，如果有必要可装设计量无功电能的仪表和有功电度表。

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湖南工程学院毕业论文

1.5 短路电流和容量的计算

所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。

造成短路的主要原因，是电气设备载流部分的绝缘损坏，误操作、雷击或过电压击穿等。由于误操作产生的故障约占全部故障的70%。短路电流数值通常是工作电流值的十几倍或几十倍。它通过电气设备时，设备温度急剧上升，过热会使绝缘自然老化或损害，同时产生大的电动力，使设备的载流部分变形损坏，同时短路电流会在线上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而影响与母线连接的电动机或其他的设备的正常的运行。另外：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击穿，或者是设备绝缘受外力损伤而造成短路；工作人员由于未遵守安全操作规则而发生误操作，也可造成短路。

供电系统要求正常的不断的可靠供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。但是供电系统的正常运行常常因为发生短路而受到破坏，所以，我们一定要避免电力系统短路以免造成重大的损害。在选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定性。由此可见，短路的后果是非常严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路计算，目的就是为了正确的选择电气设备，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。为了切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电器保护装置和选择限制短路电流的元件（如电抗器）等，也需要计算短路电流。

供电系统中短路的类型与其电源的中性点是否接地有关，可分为三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，为了选折和校验电气设备、载流导体和整定供电系统的继电保护装置，所以要计算三相短路电流。在校验继电保护装置的灵敏度是要计算不对称短路的短路电流值。校验电气设备及载流导体的力稳定和热稳定，要用到短路冲击电流、稳态短路电流、短路容量。但对瞬时动作的低压自动空气开关，则需要用冲击电流有效值来进行起动稳定性。

供电系统的短路电流的大小与系统运行的方式有关，系统的运行方式可以分为最大和最小运行方式。最大运行方式下发电机组投入多、双回输电线路及并联变压器均全部运行。此时，整个系统短路阻抗最小，短路电流最大。如果在最小运行方式下，则短路阻抗最大，短路电流相应的减小。在工厂供电系统

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6KV变电所及低压配电系统设计 中用最小方式求IZ（3），供校验继电保护用。

对一般工厂来说，电源方向的电力系统可看作无限大容量的系统。无限大容统的特点是其母线电压总维持不变 短路电流计算： 1.绘制计算电路

图1-1 短路计算电路图

2.确定基准值：设Sd=100MVA，Ud=UC即高压侧Ud1=6.3KV，低压侧Ud2=0.4KV，则： Id1=Sd/30.5×Ud1=100/1.732×6.3=9.56kA Id3=Sd/30.5×Ud3=100/1.732×0.4=144.3KA 3.计算短路系统电路中各元件的电控标幺值 1）电力系统:

X1M*=100MVA/200MVA=0.5

2)架空线路: 查表得LGJ-120的Ｘ0=0.35Ω/KM，而线路长0.3KM,故 X2*=(0.35×0.3) Ω×100MVA/(6.3KV)2 =0.26

3)电力变压器：查表知4.5%， X3*=4.5/100×100MVA/800KVA =5.63

4.绘制等效电路图，如下：

图1-2 等效电路图

5.计算k-1点(6.3kv侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量

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湖南工程学院毕业论文 总电抗标幺值

X∑(k-1)*=X1*+X2*=0.5+0.26=0.76 1) 短路三相电流周期分量有效值 IK-1=Id1/XΣ(K-1)=9.56kA/0.74=12.9KA 2) 其他短路电流

I\(3)=I∞(3)=IK-1(3)=12.9KA

ish=2.55×I\(3)=2.55×12.9KA =32.89KA Ish

（3）(3)

*

=1.51×I\=1.51×12.9KA=20.0KA

(3)

3) 三相短路容量

SK-1(3)=Sd/X*∑(k-1)=100MVA/0.75=133.3MVA

6. 计算k-2点(0.4kv侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量

最大运行方式： 1) 总电抗标幺值

X∑(k-2)*=X1*+X2*+X３*＝0.5+0.26+5.63＝6.39

2) 三相短路电流周期分量有效值

IK-2(3)=Id2/ XΣ（k-2）*＝144.3KA／6.39＝22.58KA 3) 其它短路电流

I\=I∞=IK-2=22.58KA

ish(3)=1.84 I\(3)=1.84×22.58KA=41.54kA Ish(3)=1.09I\(3)=1.09×22.58kA=24.61kA 4). 三相短路容量

SK-2=Sd/X∑(k-2)=100MVA/6.39=16MVA

总的短路计算结果如表所示：

表1-3 短路计算结果 (3)

*

(3)

(3)

(3)

计 算 点 K-1 K-2

三相短路电流/kA IK 12.9 22.58 (3)短路容量 (3)I\ 12.9 22.58 (3)I∞ ish 12.9 32.59 22.58 41.54 (3)Ish 20 24.61 (3)SKMVA 133.3 16 (3)

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6KV变电所及低压配电系统设计

1.6 变电所一次设备的选择

1.6.1 一次设备选择的一般要求

各种电气设备的功能尽管不同，但都在供电系统中工作，所以在选择时必然有相同的基本要求。在正常工作时，必须保证工作安全、运行维护方便，投资经济合理。在短路的情况下，能满足力稳定和热稳定的要求。

按正常的工作条件，选择时要根据以下的几个方面：

1、环境产品制造时分户内和户外型，户外的设备工作条件较差，选择时要注意。 2、对电压选择设备时应使装设时应使装设地点的电路额定电压小于或等于设备的额定电压。

3、电流电气设备铭牌上给的额定电流是指周围空气温度为某个值时电气设备长期允许通过的电流。

1.6.2 选择各类电气设备的特别的要求

1、 断路器 负荷开关，高压断路器是供电系统中最重要的开关电器，它不仅能安全的切合负荷电流，而且更重要的是它能可靠的和迅速的切除短路电流，所以高压断路器的额定容量必须大于或者等于其安装处的短路容量，其额定的断流能力必须大于或者等于其安装处的短路电流。

2、 隔离开关 ：隔离开关在供电系统中只用于接通和开断没有负荷电流流过的电路，它的作用是为保证电气设备检修时，使要检修的设备与处于电压下的其余部分构成明显的隔离。它没有灭弧装置，所以它的接通和切断必须在断路器分断后才能进行。隔离开关因为无切断故障电流的要求，所以它只根据一般条件进行选择，并按照短路情况下作力稳定和热稳定的校验。

3、电流互感器 ：在高压电网中，计量仪表的电流线圈和继电保护装置中断电器的电流线圈都是通过电流互感器供电的。这样可以隔离高压电，有利于运行人员的安全，同时可以使仪表及继电器等制造的标准化。它的准确度与它的二次侧所接的负荷大小有关，即与它接入的阻抗大小有关。

4、电压互感器：电压互感器是测量高压用的，其一次绕组与高压电路并联，额定电压与电路电压同一等级，二次绕组额定电压均为100v，它的二次侧不能短路运行，所以它的两侧要装熔断器来切除内部故障。

5、母线：常用的母线材料是铜、铝和钢。目前变电所的母线除因大电流用

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湖南工程学院毕业论文 铜的以外，一般尽量用铝母线，而电流不大的支干线或低压系统的零线则有时用钢母线。

1.6.3 一次设备校验应满足的条件

1、设备的额定电压Un.e应不小于所在线路的额定电压UN:

即： UN.e≥UN （1.3）

但需要注意：使用限流式高压断路器时，熔断器的额定电压应与线路的额定电压相等， 即： UN.e=UN。

1、设备的额定电流IN.e应不小于通过设备的计算电流IN： （1.4） 即： IN.e=IN。 （1.5） 2、设备的最大开断电流IOC（或断流容量SOC）应不小于它可能开断的最大电流IK（或断流容量SK）

即： Ioc≥Ik 或： Soc≥Sk （1.6）

3、短路稳定度校验:

热稳定度、动稳定度按三相短路冲击电流校验，校验公式详见参考资料2表ZD6-24；

表1-4 短路冲击电流校验公式

序号 1 设备名称 高压断路器 高压隔离开关 校验项目 动稳定性 2校 验 公 式 i max≥ishIt≥I∞(3)符 号 含 义 i max--设备的极限通过电流峰值 ish—三相短路电流 It—三设备ts热稳定电流 (3) 高压负荷开关 热稳定性 (3) 2tima (3)2 3 4 电流互感器 母线 动稳定性 热稳定性 动稳定性 热稳定性 keεI1N1.414≥ish22 keε—动稳定倍数 kt---动稳定倍数 Amin--倍导体满足热稳定的最小截面 σ线的最大允许应力 al—母(ktI1n)t≥I∞tima σal≥σc (3)(3)A≥Amin=1.414I∞A≥Amin=1.414I∞tima/c tima/c 电缆、绝缘导线 热稳定性 c—导体的短路稳定系数 按设备装设地点、工作环境、使用要求选择电气设备的适当型号。本设计中变电所一次设备均选用专业厂家生产的配套开关柜（屏）。 1.高压开关柜的选择

根据主接线方案要求，要选择高压进线、计量和互感器柜。以选择进线开关柜为例。

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6KV变电所及低压配电系统设计 根据主接线方案，选择GG-1A（F）-11型作为进线开关柜，其设备型号、规格的选择及校验见表

校验结果列表如下：

表1-5 JYN1-35进线开关柜的校验表

选择校验项目 参数 装设地点条件 数据 一次额定参数 设备ZN2-6 规格 GN8-10/630 LA-10

电压 UN KV 6 UN 6 10 10 电流 I30（3）A 37.5 IN 630 630 500/5 断流能力 IK（3）KA 12.9 IOC 16 -- -- 动稳定度 ish(3) KA 32.59 IMAX 40 40 160×21/2×1 热稳定度 I∞(3) 2tima 12.92×0.7 It2t (16KA)2×4 (14KA)2×4 (90×0.1)2×1 2、低压配电屏的选择

根据变电所低压配电室的面积及配电的需要，选择低压配电屏7台，其中一台低压出线屏，四台馈电屏，一台照明屏和一台备用屏。其型号与组要设备见表

表1-6 低压配电屏的选择

配电屏编号 配电屏型号 刀开关 自动开关 熔断器 电流互感器 1 PG1-2-3A HD13- 1500/30 DW15- 1500/3 2 PGL1-30 HD13- 400/31 DZP- 250/3 3 PGL1-23B HD13- 200/31 4 PGL1-27 HD13- 1000/31 DZ10- 250/3 RN2-200 5 PGL1-27 HD13- 100/31 DZ10- 250/3 6 7 PGL1-40 PGL1-21 HD13- 400/31 DZX10- 100/3 HD13- 600/31 RN2-600 LMZJ1-0.5 LMZ1-0.5 LMZJ1-0.5 LMZ1-0.5 LMZ1-0.5 LMZ1-0.5 LMZ-0.5 -口/5 -口/5 -口/5 -口/5 -口/5 -口/5 -口/5 车变出线 馈线 馈线 馈线 馈线 照明 照明

用途 -24-

湖南工程学院毕业论文

1.7 变电所高压进线和低压出线的选择

1.7.1变电所进线方式的选择

架空线 在供电可靠性要求不很高或投资较少的中小型工厂供电设计中优先

选用。

电缆 在供电可靠性要求较高或投资较高的各类工厂供电设计中优先选用。

1.7.2 变配电所进出导线和电缆的选择

1、高压架空线

1）一般采用铝绞线

2）当档距或交叉档距较厂、电杆较高时，应采用铝绞线

3）沿海地区及有腐蚀性介质的场所，宜采用铜绞线或防腐铝绞线

2、高压电缆线

1） 一般环境可采用铝心电缆；但在有特殊要求的场所，应采用铜心电缆 2) 埋地敷设的电缆，应采用有外护层的铠装电缆；但在无机械损伤的场

所，可采用塑料护套电缆或带外护层的铅包电缆

3) 敷设在管内或排管内的电缆，一般用塑料护套电缆，也可采用裸铠装

电缆

4) 交联聚乙烯电缆具有优良的性能，应优先选用 5） 电缆除按敷设方式和环境外，还应符合线路电压要求 4、低压电缆线

1） 一般采用铝心电缆，但特别重要的或特别要求的线路可采用铜心电缆 2） 明敷设电缆一般采用裸铠装电缆。当明敷在无机械损伤的场所可用无

铠装电缆。明敷在有腐蚀性的场所，应采用塑料护管电缆或 防腐电缆

1.7.3 各类电力线路的导线截面的选择步骤

1）对于低压电力线路 其负荷电流较大，导线发热是个突出的问题。因此，

应先按发热条件选择，再依次 校验电压损耗和机械强度。

2）对于照明线路 因照明器对线路的电压移非常敏感，线路的电压损耗是个

突出的问题。因此，应先按电压损耗条件选择，再校验其发热条件和机械强度。

3）对于较长的6-10KV高压线路 应先按经济电流密度选择，再校验其电压损

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6KV变电所及低压配电系统设计 耗和发热条件。但是对于厂区内很短的6-10KV高压线路以及高压母线，可以不按经济电流密度选择。

4）对于较长的大电流线路或35KV及以上的高压线路，还应满足经济电流密度

的要求

5）对于矩型母线 应先按发热条件选择，校验

其短路动、热稳定度。但可不必校验其电压损耗和机械强度。

6）对于电缆线路 除应按低压动力线路或照明线路、高压线路的选择步骤外，

还应校验其短路热稳定度，并使其额定电压不低于线路的工作电压。对于绝缘导线 也应按其短路热稳定度，并使其额定电压不低于线路的工作电压。对于低压电力线路 其负荷电流较大，导线发热是个突出的问题。因

此，应先按发热条件选择，再依次几校验电压损耗和机械强度。

1.7.4 电力线路选择的具体公式

1、 按发热条件选择导线截面 对于相线当导线的截面A及周围的实际环境温度一定时，其允许的载流Ial量也一定,必须满足条件：

Ial≥I30； （1.7）

对中性线其截面A0应按下列公式选择：

①当配电变压器为Yyn0联结时：A0=（0.5-0.6）Aф。 ②当配电变压器为Dyn11联结时：A0=（0.7-0.8）Aф。 对于保护线其截面APE应按下列公式选择：

①当Aф≤16mm时，APE≥Aф。

②当16mm2＜Aф≤35 mm2时，APE≥16mm2 ③当Aф≥35mm2时, APEN≥0.5Aф；

对于零线其截面APEN应同时满足上述N线和PE线截面选择条件，此外还要满足下述公式：①PNE干线采用单芯导线时

铜芯线：APEN≥10mm2 铝芯线：APEN≥16mm2

②PNE干线采用多芯导线时

APEN≥4mm2

2、 按电压损耗条件选择导线截面 可按公式：

ΔU%=Δu%PL （1.8） 计算出电压百分比。

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2

湖南工程学院毕业论文 式中：Δu%—电压损耗近似值，可以通过查表得到；

P—一次的计算负荷； L—高压进线长度。

工厂的高压配电区和低压动力区的允许电压损耗一般为5%，照明线路一般为2.5%-5%

3、按经济密度选择导线截面线路的经济电流密度Jec的大小与线路类别、导线材料和工厂的年最大负荷利用小时数有关。可查表求得。为了使线路的年运行费用最低，线路的截面Aec应按下式选择 ：

Aec= I30/Jec （1.9）

式中：I30为流过线路的计算电流。

5、按短路热稳定度校验母线、绝缘导线和电缆的芯线截面

A≥AKmin （1.10）

1.7.5 设计进出线的选择

（一）高压进线

架空线长0.3km，变电所高压侧计算负荷P30=587KW。 cosΦ=0.9,I30=37.5A,Tmax=5500h,线路允许的电压损耗为5%。 1、导线截面的选择：

按经济电流密度选择导线截面。由Tmax=5500h查参考资料一表8-31得经济电流密度Jec=0.90A/mm2，因此经济截面为： Aec= I30/Jec=37.5A/0.90=41.7mm

2

选标准截面120mm2，即选用LGJ-50型铝绞线。 2、校验发热条件：

查参考资料二表ZL14-3得25℃时LGJ-120的允许载流量Ial=325A>I30=37.5A满足发热条件 3、校验机械强度

查参考资料二表ZD8-12得6KV架空裸导线的最小截面Amin=35mm2因此LGJ-50满足机械强度要求 4、校验电压损失：

利用LGJ-50和cosφ=0.9,UN=6KV,查参考资料二表ZD8-10得三相架空线路的电压损耗Δu%近似值（Δu%）/（KWkm）=0.844×10-3因此线电压损耗为 Δu%=（0.844×10-3）PL%

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6KV变电所及低压配电系统设计 =0.844×10×587×0.3%=4.32%<5% 因此，满足电压损耗要求。 （二）低压动力干线

由低压配电屏引至各配电箱的配电干线共记19条，其中动力干线13条，照明干线5条。动力干线截面按发热条件选择截面，再校验机械强度。由于线路不长，故不需要校验其电压损失条件。以机加工一车间1号干线为例。

1号干线计算电流I30.1?108.7A 按发热条件Iat?I30查参考文献

选取BLV型导线截面A?150mm2的导线（Iat?228A）；

零线按相线的一般选择截面。因此，选取BLV-（3?150?1?75）-VG-80型导线。

按机械强度要求，最小截面Amin?10m，因此所选导线满足机械强度条件。 同样，可选择机加工一车间期于两条动力干线的型号、规格。

-3

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湖南工程学院毕业论文

1.8 车间配电线路设计

（一）车间配电线路结线方案

本车间采用动力照明合一的380/220V三相四线制TN-C。车间用电设备较多，排列成器，且属于第三类符合。经过综合考虑后采用树干式结线方式。机加工一车间配电布置如图 （二）动力配电箱的选择

以机加工一车间1号干线上的NO.1动力配电箱为例。 1．各用电设备的计算符合

现以1号设备为例说明。1号设备的额定容量Pe?10.125kW， 则其计算电流为

I30?Pe3Ue?cos?10.1253?0.38?0.85?0.8?

A?22.62A其起动电流Iqd?KqdIe?(5?7)Ie

取Kqd?7，则:Iqd?7Ie?7?22.62A?158.34A；

Iqd/a?158.34A/3?52.78A,

系数a的数值通过查参考文献可得。 2．确定熔断器的参数

熔体的额定电流IN?FE应满足

IN?FE?I30及IN?FE?Iqd/a， （1.11）

故选择熔体IN?FE?60A。 3．选择导线截面型号

（1）对于低压电力线路 其负荷电流较大，导线发热是个突出的问题。因此，

应先按发热条件选择，再依次几校验电压损耗和机械强度。

（2） 对于照明线路 因照明器对线路的电压移非常敏感，线路的电压损耗是

个突出的问题。因此，应先按电压损耗条件选择，再校验其发热条件和机械强度。

（3） 对于较长的6-10KV高压线路 应先按经济电流密度选择，再校验其电

压损耗和发热条件。但是对于厂区内很短的6-10KV高压线路以及高压母线，可以不按经济电流密度选择。

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6KV变电所及低压配电系统设计 （4） 对于矩型母线 应先按发热条件选择，校验

其短路动、热稳定度。但可不必校验其电压损耗和机械强度。

（5） 对于电缆线路 除应按低压动力线路或照明线路、高压线路的选择步骤

外，还应校验其短路热稳定度，并使其额定电压不低于线路的工作电压。对于绝缘导线 也应按其短路热稳定度，并使其额定电压不低于线路的工作电压。对于低压电力线路 其负荷电流较大，导线发热是个突出的 问题。因此，应先按发热条件选择，再依次几校验电压损耗和机械强度。

根据允许温升选择截面，则应满足Ial?I30?22.62A。查参考文献选取A=4mm2即可。按机械强度要求知穿管导线最小截面为2.5mm2，故选取

(3?4)mm2的BLV型聚氯乙烯绝缘导线。

查参考文献知(3?4)mm2的导线需要直径为15mm的铁管（即焊接钢管） 4．选择动力配电箱

按1号设备计算参数的方法，将NO.1动力配电箱的相应参数都计算出来。查参考文献选取XL（F）-14型动力配电箱，并由此配电箱回路方案表得出配电箱内个设备的主要技术参数。

机加工一车间各动力配电箱、各支线和干线的选择结果见图 （三）配电线路敷设方式

各配电干线及支线均采用BLV型绝缘导线穿钢管沿地暗敷设。动力配电箱

安装高度中心距地1.6m，铁壳开关安装高度1.5m。

1.8.1 6KV高压母线的选择

本设计所选车间变压器容量均在1000KVA以下，所以其母线选择可资料二表ZD6-26来选择。查参考资料二表ZD6-26可选40×4的硬铝母线作为相母线，即选LMY-3（40×5）+1（40×4）作为高压母线，其35℃时允许载流量：

Ial=585A>441.7A满足发热条件

动稳定度的校验：铝母线σal=69Mpa>σc满足要求。 热稳定度校验 A=160mm2

Amin=I∞(3)tima1/2/C=4.16×1.414×1000/87 =67.62mm2

A＞Amin满足要求

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6pj2.html