苏北三合板加工中心双回路10KV变配电所设计 - 图文

扬州大学本科毕业设计(论文）

本科生毕业论文

毕业论文题目 阜宁新区中学双回路10KV变配电所设计 学 生 姓 名 所 在 学 院 专业及班级

指 导 教 师 完 成 日 期 2014年 6 月

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摘 要

本设计针对阜宁新区中学10千伏变电所的有电负荷的现状、经济、综合技术等方面因素确定该地区的供电工程设计和技术应用为主线，论述了计算负荷，确定负荷数据，并进行无功功率补偿设计；供配电系统一次接线设计，选择变电所变压器台数、容量及型号变电所所址和型式的选择；计算短路电流选择各电线电缆导体截面及电线电缆的敷设；电器、电线电缆及其选择，变电所电气部分的设计以及供电系统的继电保护。设备的安装必须按照供配电系统设计规范GB50052－95、10kV及以下变电所设计规范GB50053－94、低压配电设计规范GB50054－95、民用建筑电气设计规范JGJ/T16－92等国家标准和范围规定，正确选择电器设备及正常情况下的监视系统和正常情况下的保护系统，考虑到各种人身安全的技术措施,接线应满足不同负荷的不中短供电要求。还要对变配电所电气装置布置及照明按照照明规范进行设计，在满足以上的情况满足的条件下，保障设计投资少。本论文的设计符合《10kV及以下变电所设计规范》以及《工业与民用配电设计手册》等相关规范，特别注重实用性、先进性、经济性，充分体现了我国供配电技术发展。 关键词：变电所，短路电流，负荷计算，系统主接线

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Abstract

This design for 10 kv substation funing district middle school with the current situation of the electric load, economic and comprehensive technical factors determine the region's power engineering design and technology application as the main line, discusses the calculation of load, load data is determined, and reactive power compensation design; A power supply and distribution system wiring design, select the substation transformer sets, capacity and the selection of substation site and type; Calculation of short-circuit current choose the cable conductor cross section and the laying of wire and cable; Electrical appliances, wire and cable and selection, the design of the electrical substation and power system relay protection. Equipment installation must be in accordance with the power supply and distribution system design specifications GB50052-95, 10 kv and below GB50053-94 substation design standard, low voltage power distribution design specification GB50054-95, the civil construction electrical design specification (JGJ/T16-92）standard and scope of state regulations, such as the correct selection of electrical equipment and under normal circumstances the surveillance system and protection system under normal circumstances, considering all kinds of safety technical measures, should satisfy the requirement of the different load is not short of power supply wiring. Also to distribution electrical equipment arrangement and the design, the lighting shall be carried out in accordance with the lighting specification under the condition of meet the above conditions meet, security design and less investment. In this paper the design of conform to the specifications for design of substation 10 kv and below, and industrial and civil power distribution design manuals and other relevant specifications, with a special focus on practical, advanced, economical, fully embodies the power supply technology development in our country.

Key Words: Substation, short-circuit current, the system master wiring

II

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目录

摘 要 .................................................................................I 1.负荷等级确定及供电电源 ...............................................................1

1.1 工程概况与设计参考资料 .........................................................1

1.1.1工程概况 .................................................................1 1.1.2设计参考项目 .............................................................2 1.2 负荷等级确定 ...................................................................2

1.2.1 电力负荷的分级原则规定 ...................................................2 1.2.2 供电电源的确定 ...........................................................3

2.负荷计算与无功补偿 ...................................................................4

2.1 负荷数据 .......................................................................4 2.2 用电设备的负荷计算 .............................................................4

2.2.1照明负荷低压配电干线负荷计算 ..............................................4 2.2.2电力负荷与平时消防负荷低压配电干线负荷计算 ................................5 2.2.3 变电所负荷计算 ...........................................................6

3.供配电系统一次接线设计 ...............................................................7

3. 1 电压选择与电能质量 ............................................................7 3.2 电力变压器的选择 ...............................................................7

3.2.1变压器型式选择 ...........................................................7 3.2.2变压器台数和容量选择......................................................8 3.3 变电所电气主接线设计 ..........................................................12

3.3.1变电所电气主接线设计遵循的步骤及基本原则 .................................12 3.3.2变电所电气主接线高压侧接线设计 ...........................................13 3.3.3变电所电气主接线低压侧接线设计 ...........................................14

4.短路电流计算与高低压电器选择 ........................................................15

4.1 变电所高压侧短路电流计算 ......................................................15 4.2 变电所低压侧短路电流计算 ......................................................19 4.3 高压电器的选择 ................................................................25

4.3.1 高压电器选择的一般要求 ..................................................25 4.3.2 高压断路器的选择 ........................................................25 4.3.3 高压熔断器的选择 ........................................................27 4.3.4 电流互感器的选择 ........................................................28 4.3.5 电压互感器的选择 ........................................................30 4.4 低压电气设备选择校验 ..........................................................31

4.4.1低压选择校验项目 ........................................................31 4.4.2低压空气断路器选择 ......................................................31 4.4.3电流互感器选择校验 ......................................................33

5.进出线电缆选择校验 ..................................................................34

5.1 高低压母线类型选择及敷设 ......................................................34

5.1.1高压电源进线电缆选择及敷设 ...............................................34 5.1.2高压电源出线电缆选择.....................................................35 5.2 变电所硬母线选择 ..............................................................35

5.2.1高压开关柜母线选择 ......................................................35 5.2.2低压开关柜主母线选择.....................................................36 5.3 低压配电干线电缆选择 ..........................................................37

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5.4 高压进出线电缆选择校验 ........................................................39 5.5 低压出线电缆选择校验 ..........................................................41 6.变配电所的二次接线 ..................................................................43 6.1 二次接线 ......................................................................43

6.1.1概念 ....................................................................43 6.1.2操作电源回路 ............................................................43 6.1.3电气测量回路 ............................................................43 6.1.4高压断路器的控制和信号回路 ...............................................43 6.1.5继电保护回路 ............................................................44 6.2 继电保护设计 ..................................................................45

6.2.1保护配置 ................................................................45

6.2.2整定计算 ................................................................45

6.3 二次接线设计 ..................................................................45

6.3.1电气测量与电能计量回路设计 ...............................................45 6.3.2高压断路器控制与信号回路设计 .............................................45 6.3.3中央信号装置设计 ........................................................46

7.配变电所电气装置布置及照明设计 ......................................................46

7.1 变电所的所址与结构形式 ........................................................47

7.1.1变电所的所址选择 ........................................................47 7.1.2变电所的结构形式 ........................................................47 7.2 变电所的总体布置设计 ..........................................................47 7.3 变配电所的具体布置与结构设计 ..................................................48

7.3.1高压配电装置布 ..........................................................48

7.3.2变压器布置 ..............................................................49

7.3.3 低压配电装置布置 ........................................................49 7.4 变配电所电气照明设计 ..........................................................49 8.变电所接地装置布置 ..................................................................50

8.1 接地类型及要求 ................................................................50 8.2 接地装置设计 ..................................................................50

8.2.1自然接地体和人工接地体...................................................50 8.2.2接地装置计算 ............................................................51 8.3 接地布置及等电位联结 ..........................................................51 8.4 防雷设计 ......................................................................52 致谢 ..................................................................................53 参考文献 ..............................................................................54 附 录 ...............................................................................55

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1.负荷等级确定及供电电源

1.1 工程概况与设计参考资料

1.1.1工程概况

教学照明电价负荷：

① 行政办公楼照明负荷容量120kW。Kd=0.8，cos=0.85。 ② 教学楼照明负荷容量七幢每幢120kW。Kd=0.8，cos=0.85。 ③ 图书馆照明负荷容量150kW。Kd=0.8，cos=0.85。 ④ 实验楼照明负荷容量85 kW Kd=0.7，cos=0.85 ⑤ 食堂照明负荷容量每处100kW。Kd=0.85，cos=0.8。 ⑥ 超市及服务设施照明负荷容量80kW。Kd=0.9，cos=0.8。 ⑦ 锅炉房照明负荷10kW。Kd=0.8，cos=0.85。

生活照明电价负荷：学生宿舍公寓楼三幢每幢150kW。Kd=0.8，cos=0.8。 电力电价负荷：

① 食堂动力容量120kW。Kd=0.8，cos=0.8。 ② 锅炉房动力容量80kW。Kd=0.8，cos=0.8。 ③ 行政楼电梯容量50kW。Kd=0.7，cos=0.8。

注：考虑变电所用电15kW，cos=0.85。各用电设备的负荷等级及其配电要求根据规范确定。 供电条件：

（1）供电部门提供双回路10kV电源，一用一备。 （2）电源进线处三相短路容量160MVA。

（3）采用高供高计，要求月平均功率因数不小于0.9。不同电价负荷，计量分开。 （4）考虑负荷发展，留有一路10kV电源出线备用，负荷容量630kVA。 （5）变配电所设于校区中心，为独立式，有人值班。低压最大供电距离350m。 其他资料

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当地年最高气温为38℃，年平均气温为25℃，年最低气温－6℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为27℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。当地年雷暴日数为25天。当地地质平坦，海拔高度为100m，土壤为普通粘土。

1.1.2设计参考项目

1）毕业设计任务书

2）国家现行电气设计规范：

a）供配电系统设计规范 GB50052—95 b) 10kV及以下变电所设计规范 GB50053—94 c) 低压配电系统设计规范 GB50054—95 d）民用建筑电气设计规范 JGJ/T 16—92 e)建筑物防雷设计规范 GB50057-94 f)工业企业照明设计标准 GB50034-92 g)民用建筑电气设计规范 JGJ16-2008 h)电气工程电缆设计规范 GB50217-2007

i)低压电器施工及验收规范 GB50254-96 j)电力交流设备施工及验收规范 GB50255-96 k)电气照明装置施工及验收规范 GB50259-96

l)电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 GB50168-92 3)相关专业提供的条件 4) 当地供电部门有关管理规定 5）业主有关要求

1.2 负荷等级确定

1.2.1 电力负荷的分级原则规定

根据GB 50052—2009《供配电系统设计规范》的规定，用电负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电在对人生安全、经济损失上所造成的影响程度，分为一级负荷、二级负荷、三级负荷，并应符合表1-1的规定。

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表1-1 负荷分级的原则

负荷分级 一级负荷 1）中断供电将造成人身伤亡 2）中断供电将在政治、经济上造成重大损失 3）中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作 4）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，以及特别重要场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷 二级负荷 1）中断供电在政治、经济上造成较大损失 2）中断将影响重要单位的正常工作 三级负荷

不属于一级、二级负荷者 原则定义 1.2.2 供电电源的确定

二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。两回线路与双重电源略有不同，两者都要求线路有两个独立部分，而后者还强调电源的相对独立。

在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6KV及以上专用的架空线路供电。当线路自配电所引出采用电缆线路时，应采用两回线路。这是考虑电缆发生故障后，有时检查故障点和修复需时较长，而一般架空线路修复方便。

三级负荷对供电方式无特殊要求，但在不增加投资或经济允许的情况下，也应尽量提高供电可靠性。

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2.负荷计算与无功补偿

2.1 负荷数据

阜宁新区中学由两路10KV电源进线引自10KV配电所。设置10/0.4KV变电所一座，变电所内设置10KV配电柜、变压器2台和若干低压配电柜。两路10KV电源同时工作，互为备用，当一路电源故障时，另一路承担全部一二级负荷和部分三级负荷。变电所低压侧设无功补偿，补偿后功率因数不低于0.92。见表2-1。

表2-1 负荷数据

2.2 用电设备的负荷计算

2.2.1照明负荷低压配电干线负荷计算

照明负荷0.38KV配电干线负荷计算采用需要系数法计算，详见表2-2. (1)一组用电设备组计算负荷的确定

有功计算负荷：

Pc?K?KL?e?WLPe?Kd?Pe

无功计算负荷：Qc = Pc tanφ 视在计算负荷：

Sc?Pc2?Qc2

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Ic?计算电流：

Sc?3UNPc3UNcosφ

(2)多组用电设备组计算负荷的确定（K∑p 、K∑q为有功同时系数和无功同时系数）

总的有功计算负荷：Pc =K∑p · ∑Pc 总的无功计算负荷：Qc =K∑q · ∑Qc 总的视在负荷：

Sc?Pc2?Qc2Ic?Sc3UN

总的计算电流：

?φ?tanφ?? (3)无功补偿容量的确定 ： Qr?c?Qc?Qc?Pc?tan? 补偿后的计算负荷为：Qc?Qc?Qr?c

??Pc2?Qc?2Sc

表2-2照明负荷低压配电干线负荷

2.2.2电力负荷与平时消防负荷低压配电干线负荷计算

电力负荷与平时消防负荷低压配电干线负荷计算采用需要系数法计算，见下表

表2-3电力负荷低压配电干线负荷

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2.2.3 变电所负荷计算

变电所负荷低压配电干线负荷计算采用需要系数法计算，见表2-4

表2-4变电所负荷低压配电干线负荷

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3.供配电系统一次接线设计

3.1 电压选择与电能质量

本工程的总有功负荷1395.4KW，采用10KV供电。本工程为低层建筑，用电设备额定电压为220/380V,低压配电距离最长不大于200m。所以本工程只设置一座10/0.4KV变电所，对所有用电设备均采用低压220/380KV三相四线制TN-S系统配电。 本工程将采取下列措施以使电能质量满足规范要求：

（1）变电所低压侧采用无功补偿，补偿后高压侧功率因数不低于0.92。 （2）采用铜芯电缆，选择合适的导体截面，将电压损失限制在5%以内。 （3）将单相用电设备均匀分布于三相配电系统中。

(4) 照明与电力配电回路分开。对于较大容量的电力设备采用专线供电。

3.2电力变压器的选择

为了保证变配电所中电气装置的安全运行，根据GB50053-1994《10kV及以下变电所设计规范》的规定，变压器应符合容量、结构、使用场合等。电力变压器是供配电系统中的重要的不可或缺的设备，其主要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、分配和使用，对变电所主接线的形式及其可靠性与经济性有着重要影响。所以，正确合理地选择变压器的类型、台数和容量，是主接线设计中的一个主要问题。

3.2.1变压器型式选择

变压器类型选择见表3-1。

表3-1 变压器型式选择

序号 1 2 3 类 型 变压器相数 变比及调压方式 绕组型式 选择结果 3 10kV/0.4kV无载调压 双绕组变压器 依 据 根据用户需要和技术要求 10kV配电变压器一般采用无载调压方式 用户供电系统大多采用双绕组变压器 7

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4 5 6 绝缘及冷却方式 外壳防护等级 联结组 干式风冷 IP20 Dyn11 用于室内，提高过载能力，防火 变压器和配电柜在附房内，防尘不防水 Dyn11联结组变压器具有低压侧单相接地短路电流大，有利于故障切除等优点 此型号变压器损耗小，而且容量符合要求，防护等级较高，安全性高 7 型号 SC(B)10

3.2.2变压器台数和容量选择

（一）在工程设计中，变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：

A、有大量一级或二级负荷；

B、季节性负荷变化较大，有利于变压器经济运行； C、集中负荷容量较大的三级负荷。

当备用电源容量受限制时，将重要负荷集中并且与非重要负荷分别由不同的变压器供电，可以方便备用电源的切换。结合本学校的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。

由于本校区有二级重要负荷，考虑到供电可靠性，采用两路进线，一路经10kV公共市电架空进线（中间有电缆接入变电所）；一路引自邻厂高压联络线。

变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和形式的选择规定》及GB50053－1994的规定，结合本校区的实际情况，这里变电所采用独立式结构，有人值班，最大供电距离350m。

（二）变压器容量应根据负荷特点和经济运行进行选择。对于有两台变压器运行的变电所，通常采用等容量的变压器，并且每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：

A、满足总计算负荷的60%~70%，即Sr.T?(0.6~0.7)Sc B、满足全部一、二级负荷Sc(1?2)的需求，即Sr.T?Sc(1?2)

表3-2变压器容量选择

选择两台变压器容量序号 项目 计算负荷 SNT/kVA 8

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1 2 4 视在计算负荷Sc/kVA 0.7Sc/kVA 变压器负荷率 T1 T2 1358.7 951.1 69% 66% 2000 1000 1000 综上所述，为了变压器的独立性和安全性，采用低损耗的SCB10型10/0.4kV三相干式双绕组电力变压器。变压器采用无励磁调压方式，分接头为±5%，联接组别为Dyn11，带风机冷却并配置温控仪自动控制。

其主要技术指标如下表所示：

表3-3 SCB10/0.4kV型变压器规格

变压器型号 额定 容量 kV·A SCB10/0.4kV 1000 额定电压 kV 高压 低压 10.5 0.4 联结 组型 号 Dyn11 损耗 kW 空载 2.03 负载 11.0 空载 电流 短路 阻抗 6.0 I0% 0.9 附：参考尺寸（单位：mm）1260×1270×1700 质量（单位：kg）3060

（三）变压器负荷分配计算及补偿装置选择 变压器负荷分配计算及补偿装置选择见下表。 本工程取K?P?0.95，K?q?0.97，故

变压器T1无功补偿前的低压母线计算负荷为：

PC?0.95?(672?72?64?38?8)?809 KwQC?0.97?(416.5?54?48?26.3?5)?533kvarSc?8092?5332?968.8kV?AIc?Sc?1.473kA3UNPc809??0.835 Sc968.8

cos??变压器T1无功自动补偿并联电容器装置的容量计算如下： （1）补偿前的视在计算负荷及功率因数

Sc?8092?5332?968.8kV?A

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Ic?Sc?1.473kA 3UN cos??Pc809??0.835?0.9 Sc968.8（2）确定无功补偿容量

Qr.C?P??tan?')?809?[tan(arccos0.835)-tan(arccos0.92)] kvar?174kvar （3）选择c(tan电容器组数及每组容量

考虑到无功自动补偿控制器电容器投切的回路数为4、6、8、10、12等。故选择成套并联电容器屏，可安装的电容器组数为12组，则需要安装的电容器单组容量为：

qr.C?Qr.C174kvar??14.5kvarn12

查询《治愈式低压并联电力电容器的主要技术数据》知，选择BSMJ0.4-15-3型治愈式并联电容器，每组容量qr.c?15kvar，则总容量为12×15=180 kvar。实际最大负荷时的补偿容量为12×15=180 kvar。补偿后视在计算负荷以及功率因数为：

22（QC-Qr。C）?8092?（533-180）?882.7kV?A 视在计算负荷：Sc?PC2? Ic?Sc?1.341kA 3UN功率因数： cos??故，满足要求。

Pc809??0.92 Sc882.7表3-4 变压器T1的负荷计算

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每相阻抗：

Rw?rl?0.019m?/m?6m?0.11m? XW?xl?0.105m?/m?6m?0.63m? 相—保护导体阻抗：

RL?PE.W?rL?PEl?0.045m??6m?0.27m? XL?PE.W?xL?PEl?0.260m?/m?6m?1.56m?

对于型号为YJV-3×39+2×50的电缆，查询《工业与民用配电设计手册》（第三版），得其20℃时单位长度每相阻抗r=0.185mΩ/m，相电抗x=0.077mΩ/m，相-保护导体电阻

rL?PE?0.804 mΩ/m，xL?PE=0.186 mΩ/m。

每相阻抗：

RWP?rl?0.185m?/m?350m?64.75m? XW?xl?0.105m?/m?350m?36.75m? 相—保护导体阻抗：

RL?PE.W?rL?PEl?0.804m?/m?350m?281.4m? XL?PE.W?xL?PEl?0.186m?/m?350m?65.1m? 2、计算各短路点的短路电流

（1）求k-1点的三相，两相和单相短路电流 三相短路回路总阻抗：

R???Rs?RT?0.11?1.76?1.87m? ?XS?XT?0.995?9.44?10.435m?

X三相短路电流：

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??3?Ik3?RcUn2??X2???400V31.87?10.435m?22?21.78kA

短路电流冲击系数：

KP?1?e??R?/X??1?e?3.14?1.87/10.435?1.57

三相短路冲击电流：

??3?1.57?2?21.78kA?48.36kA ip3?Kp2Ik??31?2(Kp?1)2?21.78kA?1?2?(1.57?1)2?27.98kA IP3?Ik单相对地短路回路的总相—保护导体阻抗为：

R?L?PE?RL?PE.S?RL?PE.T?(0.07?1.76)m??1.83m? X?L?PE?XL?PE.S?XL?PE.T?(0.66?9.44)m??10.10m? 单相对地短路电流为：

???Id220V?R2?L?PE?X2?L?PE??220V1.83?10.10m?22?21.43kA

（2）k-2点的三相，两相和单相短路电流 三相短路回路总阻抗：

R???Rs?RT?RW?0.11?1.48?0.11?1.7m? ?Xs?XT?XW?0.995?9.44?0.63?11.065m?

X三相短路电流：

??3?IkcUn2?3?R?X2???400V31.7?11.065m?22?20.63kA

短路电流冲击系数：

KP?1?e??R?/X??1?e?3.14?1.7/11.065?1.62

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三相短路冲击电流：

??3?1.62?2?20.63kA?47.26kA ip3?Kp2Ik??31?2(Kp?1)2?20.63kA?1?2?(1.62?1)2?27.44kA IP3?Ik单相对地短路回路的总相—保护导体阻抗为：

R?L?PE?RL?PE.S?RL?PE.T?RL?PE.W?(0.07?1.76?0.27)m??2.1m? X?L?PE?XL?PE.S?XL?PE.T?XL?PE.W?(0.66?9.44?1.56)m??11.66m? 单相对地短路电流为：

???Id220V?R2?L?PE?X2?L?PE??220V2.1?11.66m?22?18.57kA

（3）求k-3点的三相和单相短路电流 三相短路回路总阻抗：

R???RS?RT?RW?RWP?1.7?64.75?66.45m? ?Xs?XT?XW?XWP?11.065?36.75?47.82m?

X三相短路电流：

??3?IkcUn2?3?R?X2???400V366.45?47.82m?22?2.82kA

短路电流冲击系数：

KP?1?e??R?/X??1?e?3.14?66.45/47.82?1.01

三相短路冲击电流：

??3?1.01?2?2.82kA?4.03kA ip3?Kp2Ik??31?2(Kp?1)2?4.03kA?1?2?(1.01?1)2?4.03kA IP3?Ik 23

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单相对地短路回路的总相—保护导体阻抗为：

R?L?PE?RL?PE.S?RL?PE.T?RL?PE.W?RL?PE.WP?(2.1?281.4)m??283.5m? X?L?PE?XL?PE.S?XL?PE.T?XL?PE.W?XL?PE.WP?(11.66?65.1)m??76.76m? 单相对地短路电流为：

???Id220V?R2?L?PE?X2?L?PE??220V283.5?76.76m?22?0.75kA

采用欧姆法计算，计算结果见表4-5。

表4-5 低压短路计算表

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4.3 高压电器的选择

4.3.1 高压电器选择的一般要求

高压电器的选择，必须贯彻国家的经济技术政策，达到技术先进、安全可靠、经济适用、符合国情的要求。除了应该满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求外，还应按当地使用环境条件校核。为了保证高压电器的安全可靠运行，选择高压电器的一般要求见表4-6。

表4-6 选择高压电器的一般要求

序号 1 选择项目 一般要求 应满足电压、电流、频率、机械负荷等方面的要求；正常工作条件 对一些开断电流的电器，如熔断器、断路器和负荷开关等，则应该有开断电流能力的要求 短路条件 按最大可能的短路故障条件校验高压电器的动稳定性和热稳定性（熔断器不需要校验），对断路器还需要校验额定关合电流，对熔断器、断路器校验开断短路电流能力 环境条件 选用的高压电器应考虑电器的使用场合、环境温度、海拔，防尘、防腐、防火、防爆等要求，以及湿热或干热地区的特点。 2 3 4 承受过电压能应满足额定短时工频过电压及雷电冲击过电压下的绝力及绝缘水平 缘配合要求 5 其他条件 按所选高电压电器的不同特点进行选择，包括开关电器的操作性能、熔断器的保护特性配合、互感器的负载及准确度等级选择

4.3.2 高压断路器的选择

根据本学校所在地区的外界环境条件，以及设备设置的后备保护动作时间为0.8s。高压断路器采用常熟开关制造有限公司生产的VD4-12-630A/20kA型户内高压真空断路器，配用弹簧操作机构，二次设备为DC110V。高压断路器的选择校验见表，由表可知，所选断路器技术参数合格。

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4.4 低压电气设备选择校验

4.4.1低压选择校验项目

1、按正常工作条件选择

选择低压电气设备首先要考虑所选择设备的工作环境，如户内、户外、环境温度、海拔或有无防尘、防腐、防火、防爆等要求，以及沿海或是温热地域的特点，其次要保证电器的额定电压不低于所在线路的额定电压，电器的额定电流应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，最后保护电器要按保护特性选择。 2、按短路条件校验

（1）可能通过短路电流的电器（如刀开关、熔断器式开关），应满足在短路条件下短时和峰值耐受电流的要求。

（2）断开短路电流的保护电器（如熔断器、低压断路器），应满足在短路条件下分断能力的要求。

4.4.2低压空气断路器选择

已知本工程低压出线电流为 180A，本工程选用CW2系列抽出式空气断路器，电干线保护断路器和出线短路器均安装在柜内，如表4-8为变电所低压电源进线断路器的选择校验。

表4-11为变电所低压电源进线断路器的选择校验

序号 1 2 3 类别选择 电源进线， 母线联络保护用 TN-S系统 Ic?2I1r.T?108.3A 选择项目 装置地点技术数据 断路器技术数据 结论 抽出式空气断路器，选择型三段保护，CW2-2000/3 M25 合格 级数选择 额定电流选择 3P 合格 Iu?2000A,In?2000A Iu?In?Ic,合格 31

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4 分断能力选择 \Ik3?5.12kA Ics?Icu?80kA 电操、电分、电合均为AC Ics?Ik3，合格 满足要求 5 附件选择 220，带合分辅助触点信号及标准附件配置 过电流脱扣器动作报警信号

本工程变电所低压电源出线断路器选用CM2Z系列塑料外壳式断路器。校验如表4-12

表4-12 变电所低压电源出线断路器选择校验

序号 1 类别选择 低压出线 抽出式空气断路器，选择型三段保护，CM2Z-225M/3 2 3 级数选择 额定电流选择 TN-S系统 Ic?2I1r.T?108.3A 选择项目 装置地点技术数据 断路器技术数据 结论 合格 3P 合格 Iu?225A,In?225A Iu?In?Ic,合格 4 分断能力选择 \Ik3?5.12kA Ics?50kA Ics?Ik3，合格 5 附件选择 非消防用电回路断电分为AC 220V，带合分辅 满足 电及动作信号返回 助触点及脱扣器动作报警触点 要求

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4.4.3电流互感器选择校验

低压进线及主要配电干线测量用电流互感器选择校验及脱扣整定见表4-13，从表中可以看出所选设备均满足要求。低压联络测量用电流互感器选择同进线测量用电流互感器，其他出线测量用电流互感器选择方法同主要配电干线，具体型号规格及整定见设计图纸标注。

表4-13 低压电流互感器的选择校验

选择校验项目 电压Uk/Kv 系统 电压 低压进线电流 互感器 BH100-2000/5 配电干线1电 流互感器0.38 BH100-2000/5 配电干线2电 流互感器0. 38 BH100-2000/5

10 180 200：5 0.5 BH-30 10 306.6 300：5 0.5 BH-30 0.38 电流IN/A 互感器额计算电互感器定电流 10 流Ic 1283 变化 1500：5 精度等级 其他 0.5 BH-40 33

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5.进出线电缆选择校验

5.1高低压母线类型选择及敷设

5.1.1高压电源进线电缆选择及敷设

10KV电源引入电缆先按允许温升条件初步选用YJV22?8.7/15?3?120型电缆，其电压损失和短路热稳定校验见表。电缆型号规格表示：ZC-YJV22-0.6/1

表5-1高压电源出线电缆截面选择

选择校验项目 线路计算电流 初选电缆截面 1 允许温升 按敷设方式与环境条件确定的母线载流量 计算负荷 Pc=1061.55kw Qc=753kvar r?0.181?/km,x?0.095?/km 序号 具体内容 Ic=62.99A S?120mm2 结论 满足条件 IC?Ial Ial?245A?0.9?220.5A 合格 满足条件 ?U%??Ual%2 电压损失 线路参数 （见附录表2-10）。已知线路长度L=1.5km 合格 电压损失计算值 允许电压损失 三相短路电流 短路持续时间 短路热稳定 热稳定系数 热稳定最小允许截面 电缆实际截面 34

ΔU=0.4% ?Ual%?5 IK3=7.23A tk?tp?tb?0.9s 满足条件 3 K?137A?s/mm2 Smin?S Smin=51.44mm2 S?120mm2 合格 扬州大学本科毕业设计(论文）

5.1.2高压电源出线电缆选择

以高压柜至变压器T1一次侧的电缆为例。，高压柜至变压器T1一次侧的电缆选用ZB-YJV-8.7/10型3芯电缆。高压电源出线电缆截面仅按允许温升条件进行初选，未校验短路热稳定条件，由于该段电缆长度较短，电压损失极小，不需校验，见表。

表5-2高压电源出线电缆截面选择

序号 选择校验项目 线路电流计算 初选电缆截面 具体内容 结论 Ic=94.08A S=70mm2 满足条件1 允许温升 按敷设方式与环境条件确定的电缆载流量 0.91×0.72=167.1A Ial=255×Ic

5.2 变电所硬母线选择

5.2.1高压开关柜母线选择

本工程采用KYN44A-12型铠装移开式交流金属开关柜，选用硬裸铜母线。母线截面先按允许温升条件选择，然后校验其短路热稳定和动稳定。由于母线长度较短，电压损失较小，不需校验。

表5-3 高压开关柜母线选择

序号 选择校验项目 具体内容 Ic=62.99A 母线计算电流 1 允许温升 初选母线截面 高压断路器额定电流Ir?630A 结论 满足条件 IC?Ial 合格 S?100mm?8mm或载流量相当的异型母线 35

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按敷设方式与环境条件确定确定的母线载流量 Ial?1685A（已知环境温度38℃） IK3=7.23A 三相短路电流热效应 2 短路热稳定 额定短时(4s)耐受电流 三相短路电流峰值 3 短路动稳定 额定峰值耐受电流

tk?tp?tb?0.6s 满足条件 It2t?Qt Qt=33.9KA2s KYN44A-12： It?20kA,t?4s 合格 ip3=18.45KA KYN44A-12型高压开关柜: imax?50kA 满足条件 imax?ip3 合格 5.2.2低压开关柜主母线选择

本工程采用MNS(BWL3)-04型低压开关柜，选用硬裸铜母线。母线截面先按允许温升条件选择，然后校验其短路热稳定和动稳定。由于母线长度较短，电压损失较小，不需校验。

表5-4低压开关柜母线选择

序号 选择校验项目 具体内容 Ic?I2rT?1154.7A 结论 母线计算电流 1 允许温升 允许变压器1.2倍过载时满足条件 Imax?1.2I2rT?1385.64A 项母线初选母线截面 S?2?(100mm?8mm),NIC?Ial 合格 母线截面为100mm?8mm 36

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或载流量相当的其他规格母线 按敷设方式与环境条件确定确定的母线载流量 IK3=26A 三相短路电流热效应 2 短路热稳定 tk?tp?tb?0.6s Ial?2479A 满足条件 It2t?Qt Qt=439.4KA2s MNS(BWL3)-04型低压额定短时(1s)耐受电流 开关柜：It?100kA,t?1s（查附录三） 三相短路电流峰值 ip3=58.78KA MNS(BWL3)-04型低压额定峰值耐受电流 开关柜：imax?200kA（查附录三） 合格 满足条件 3 短路动稳定 imax?ip3 合格 母线型号规格表示：TMY-4(100×8)

5.3 低压配电干线电缆选择

采用ZC-YJV-0.6/1型电缆，电缆自变电所引出后，再经垂直与水平的管路或电缆桥架引至各强电间。由于干线负荷容量较大且为树干式照明配电线路，故采用CCX6型普通插接式密集绝缘母线槽，交流380V三相五线等截面，IP2X铝合金外壳。母线槽从变电所采用吊装引致电气竖井后，采用垂直支架安装固定。

表5-5配电干线1APE1电缆截面选择

序号 选择校验项目 线路电流计具体内容 结论 满足条件1 允许温升 算 初选电缆截Ic=67.6A 相线S=240mm2，N线 37

Ic

面 按敷设方式与环境条件确定的电缆载流量 计算负荷 S=120mm2 0.55=129.8A Ial=236A×P=40kW，Q=19.4kvar r=0.091Ω/km，线路参数 x=0.077Ω/km。已知线路长度L=0.028km 满足条件?U%

10 kV专线电源A引入电缆选用YJV22——8.7/10型3芯电缆，在变电所外采用直埋/穿管埋地、在变电所内采用用户内密集绝缘型母线槽。按发热条件选择母线截面，按动稳定校验，同时要校验母线截面与其保护装置是否配合得当。

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高低压开关柜内的硬母线选择校验见表5-6。从表中可以看出所选母线均满足要求。

表5-6 高低压配电装置母线选择校验

选择校验项目 装置 地点 条件 技术参数 高压开关柜 （TMY-3(80*10)） T1低压配电屏 （TMY-3(125*10)+80*10） T2低压配电屏 （TMY-3(125*10)+80* 625 10）

105 50 1 625 105 50 1 (3)Ia1/A Imax/kA It/kA 电流 动稳定 Ih/kA 13.46 9.28 9.28 3热稳定 I?/kA tmin/s 5.92 3.64 3.64 1.1 1.1 1.1 技术参数 高压电源进线 T1低压进线 数据 T2低压进线 Ic/A 95.1 95.1 95.1 开关柜内 母线规格 t/s 4 625 50 25

5.4高压进出线电缆选择校验

为了保证供配电线路的安全，可靠，优质，经济的运行，供配电线路的导线和电缆截面的选择必须满足以下要求：

（1）发热条件：导线和电缆（包括母线）在通过正常最大电流（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。

（2）电压损失条件：导线和电缆在通过最大正常负荷电流产生的电压损失不应超过正常运行时允许的电压损失。对于用户内部较短的高压线路，可不进行电压损失校验。

（3）机械强度条件：导线截面应不小于其最小允许截面。

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（4）短路热稳定条件：对绝缘导线，电缆，母线，应校验其短路热稳定。 高压进出线电缆选择校验见表5-7。从表中可以看出所选电缆均满足要求。

表5-7 高压进出线电缆选择校验

选择校验项目 装置 地点 条数据 件 高压电源进线 高压出线至T1 参 数 电压 电流 电压损失 ?Ua1%热稳定 UN/KvIc/A 10 10 Pc/kWQc/kvarL/km 1514.7 1514.7 646.29 646.29 I?/kA tmin/s 95.1 97.3 3 10 ±5 9.712 1.11 ±5 5.45 0.65 技术参数 U0/U Ia1/A r0 x0 L (km) 3 ?U%Amin(mm2) 8.7 A(mm2) 25 （kV） （A） 电高压进线 25：1 125 0.12 0.87 2.23 缆（YJV22-8.7/10-3型*95） 号高压出现至T1规（YJV22-8.7/10-3格 *50） 高压出现至T2（YJV22-8.7/10-3*50） 25：1 125 0.12 0.87 3 2.23 8.7 25 25：1 125 0.12 0.87 3 2.23 8.7 25 (Pcro?Qcxo)LI??1032C?143smm,A?t 注：?U%?，对于YJV电缆 min210UNC

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5.5低压出线电缆选择校验

为了保证供配电线路安全、可靠、优质、经济的运行 ，供配电线路的导线和电缆截面的选择必须满足下列条件：

（1）发热条件：导线和电缆（包括母线）在通过正常最大符合电流（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。

（2）电压损失条件：导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时，产生的电压损失不应超过正常运行时允许的电压损失。对于用户内部较短的高压线路，可不进行电压损失校验

（3）经济电流密度条件35kv及以上高压线路及电压35kv 一线但距离长、电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用指出接近最小，所选截面成为“经济截面”。拥护的10kv及以下线路，通常不按此条件选择。

（4）短路热稳定条件：对绝缘导线、电缆和母线，应校验稳定性。

本工程低压配电干线1、2电缆选择校验见表5-8。从表中可以看出所选电缆均满足要求。其余出线选择详见低压系统图。

表5-8 低压进出线电缆选择校验

选择校验项目 装置 参 数 地点 条件 数电压 电流 电压损失 热稳定 UN/Kv Ic/A - - Pc/kW - - Qc/kvarL/km?Ua1% I?/kAtmin/s - - 0.1 0.1 ±5 ±5 8.53 8.53 1.1 1.1 配电干线1 0.38 据 配电干线2 0.38 U0/U技术参数 电缆型号规格 （-0.6/ 1KV-4*35） Ia1/Ar0/ 299 x0/?.km L/km /kV 配电干线1 YJV 0.6/1 ?.km 0.18 ?U% Amin/A/2mm2 mm 120 0.077 0.1 4.67 18.68 41

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配电干线2 （-0.6/ 1KV-4*150） YJV 0.6/1 299 0.18 120 0.077 0.1 4.67 18.68 (Pcro?Qcxo)LI??1032注：?U%?10U2,A?NCtmin，对于YJV电缆C?143smm

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6.变配电所的二次接线

6.1二次接线

6.1.1概念

供电系统的二次接线是指用来对一次接线的运行进行控制、监控、指示和保护电路，亦称二次回路。

二次回路按电源性质分，有直流回路和交流回路。交流回路又分交流电源回路和交流电压回路。交流电流回路由电流互感器供电，交流电压回路由电压互感器供电。

二次回路按其功能分，有操作电源回路、电气测量回路与绝缘监控装置、高压断路器的控制和信号回路、中央信号装置、继电保护回路及其自动化装置。

结合本变配电所设计的实际情况，简单介绍以下几种二次回路。

6.1.2操作电源回路

变配电所的操作电源是供高压断路器控制回路、继电保护回路、信号回路、等二次回路所需要的工作电源。操作电源对变配电所的安全可靠运行起着极为重要的作用，正常运行时能保证断路器的合闸和跳闸；事故状态下，在母线电压降低甚至消失时，应能保证继电保护系统可靠地工作，所以要求其充分可靠，容量足够并具有独立性。

本工程中变配电所的二次回路采用带免维护铅酸蓄电池、镉镍电池组储能的硅整流的直流操作电源，在一次系统电压正常时直流负荷由开关电源输出的直流电直接供电，此时蓄电池组处于浮充状态用于弥补电池的自放电损失；当一次系统发生故障时，浮冲充的蓄电池组开始向直流负荷供电，保证二次回路特别是继电保护回路及断路器跳闸回路可靠工作，详见附录图纸。

6.1.3电气测量回路

为监视供电系统的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行，在变配电装置中必须装设一定数量的电气测量仪表。

6.1.4高压断路器的控制和信号回路

高压断路器的控制回路是指用控制开关或遥控命令操作断路器跳、合闸的回路，它主要取决于断路器的操动机构的形式和操作电源的类别。本设计中断路器采用了弹簧操动机构，其控制方式为开关柜就地控制。

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信号回路是用来指示一次设备运行状态的二次回路。信号按用途分，有位置信号、事故信号和预告信号。

断路器位置信号是用来显示断路器正常工作的位置状态，一般红灯亮，表示断路器处于合闸位置；绿灯亮，表示断路器处于跳闸位置。

事故信号是用来显示断路器在事故情况下的工作状态。一般红灯闪光，表示断路器自动合闸；绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。

预告信号是在系统出现不正常状态时或故障初期发出的报警信号。

6.1.5继电保护回路

1．继电保护的任务：

（1）有选择性将故障元件从供电系统中快速、自动切除，使其损坏程度减至最轻，保证最大限度地迅速恢复无故障部分的正常运行

（2）反应电气元件的异常运行状态，根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。 2．对继电保护装置的基本要求：

（1）选择性 当供电系统发生故障时，只有离故障最近的保护装置动作，切除故障，而供电系统的其他部分仍然正常运行。满足这一要求的动作，称为“选择性动作”。

（2）速动性 为防止故障扩大，减轻其危害程度，并提高电力系统运行的稳定性，因此在系统发生故障时，保护装置应尽快地动作，切除故障。

（3）可靠性 保护装置在应该动作时必须动作，不应该拒动作；而在不应该动作时不能误动作。

（4）灵敏度 保护装置的灵敏度是表征保护装置对其保护区故障和不正常工作状态反应能力的一个参数。如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作，说明保护装置的灵敏度高。

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6.2继电保护设计

6.2.1保护配置

本工程采用直流操作电源，采用静态电流继电器、时间继电器和信号继电器组成定时

限过电流保护和短时限电流速断保护，保护采用三相三继电器式。具体配置情况是：在电源进线处设短时限电流速断保护、定时限过电流保护、失压保护，在变压器保护处设置电流速断保护、定时限过电流保护、温度保护。

6.2.2整定计算

已知变压器低压侧无电动机自起动，其高压侧短时最大负荷电流取1.4I1rT。变压器低

压母线短路时，低压断路器瞬时脱扣跳闸。供电部门要求电源进线定时限过电流保护动作延时不大于0.8s。

6.3二次接线设计

6.3.1电气测量与电能计量回路设计

电源进线柜装设1只三相数字电流表、变压器柜装设1只三相数字电流表、1只三相有功电能表和1只三相无功电能表，数字表的辅助电源DC110V来自直流屏。

根据当地供电部门管理规定，专用电能计量柜内装设1只三相多功能电能表，1只电能计量专用接线盒、监视PT二次回路断线的1只三相数字电压表及电压互感器失压断相计时仪。电能计量柜二次接线图见电06~07。

电源进线电压互感器柜装设1只三相数字电压表和3只低电压继电器以监测电源电压，并设置有电压互感器切换装置，即当工作电源进线断路器失电跳闸后，由备用电源进线互感器供电。电源进线电压互感器柜二次电路图见附录图纸。

6.3.2高压断路器控制与信号回路设计

本工程变电所有人值守，高压断路器采用就地操作的灯光监视回路，采用“不对应接线”构成事故跳闸信号回路。进线断路器与进线隔离手车实现电气联锁，母线分段联络断

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