红星机械厂变电所设计

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摘 要

电能是现代工业生产的主要能源和动力。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。机械厂供电系统的核心部分是变电所。变电所主接线设计是否合理，关系到整个电力系统的安全、灵活和经济运行。

本设计在机械厂具体资料的基础上，依据变电所设计的一般原则和步骤，完成了变电所一次系统设计。为适应机械类企业，用电负荷变化大、自然功率因数低的特点，该设计中采用并联电容器的方法来补偿无功功率，以减少供电系统的电能损耗和电压损失，同时提高了供电电压的质量。此机械厂变电所一次系统设计包括：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；根据设计要求，绘制变电所一次系统图。

关键词：电能；变电所；一次系统。

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目录

一、前言 ................................. 错误！未定义书签。 1.1 引言 .............................. 错误！未定义书签。 1.2 设计原则 ........................................... 1 1.3 本课题设计的主要工作 ............................... 2 二、负荷计算及电容补偿 ..................................... 4 2.1 负荷计算的定义 ..................................... 4 2.2 负荷计算 ........................................... 4 2.2.1 负荷计算的方法 ............................... 4 2.2.2 负荷统计计算 ................................. 5 2.3 电容补偿 ........................................... 7 三、变电所主变压器及主接线方案的选择 ....................... 9 3.1 主变压器台数选择 ................................... 9 3.2 主变压器容量选择 ................................... 9 3.3 主接线方案确定 .................................... 10 3.3.1 装设一台主变压器的主接线方案 ................ 10 3.3.2 装设两台主变压器的主接线方案 ................ 10 四、短路计算 ............................................. 15 4.1 短路计算的目的及方法 .............................. 15 4.2 绘制短路电流计算电路 .............................. 15 4.3 确定基准值 ........................................ 15 4.2 计算短路电路中各元件的电抗标准值 .................. 21

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4.5 算K-1点（10.5kv）的短路总电抗及三相短路电流和容量 21 4.6 算K-2点（0.4kv）的短路总电抗及三相短路电流和容量 . 22 五、变电所一次设备的选择校验 .............. 错误！未定义书签。 5.1 10kV侧一次设备的选择校验 .......... 错误！未定义书签。 5.1.1按工作电压选则 ................................ 4 5.1.2按工作电流选择 ................................ 5 5.1.3按断流能力选择 ................................ 7 5.1.4隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 .... 2 5.2 380V侧一次设备的选择校验 ........................... 4 5.3 高低压母线的选择 ................................... 4 六、变压所进出线与邻近单位联络线的选择 ..................... 4 6.1 10kV高压进线和引入电缆的选择 ....................... 5 6.1.1 10kV高压进线的选择校验 ....................... 7 6.2 380低压出线的选择 .................................. 9 6.2.1铸造车间 ...................................... 9 6.2.2铁铆车间 ...................................... 9 6.2.3金工1车间 ................................... 10 6.2.4金工2车间 ................................... 10 6.2.5工具车间 ..................................... 10 6.2.6氧气车间 ..................................... 15 6.2.7热处理车间 ................................... 15 6.2.8装配车间 ..................................... 15

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6.2.9机修车间 ..................................... 21 6.2.10锅炉房 ...................................... 21 6.2.11仓库 ....................................... 22 6.2.12生活用电 .................... 错误！未定义书签。 6.3作为备用电源的高压联络线的选择校验 .................. 4 6.3.1按发热条件选择 ................................ 5 6.3.2校验电压损耗 .................................. 7 6.3.3短路热稳定校验 ................................ 2 七、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 ............... 4 7.1变电所二次回路方案的选择 ............................ 4 7.2变电所继电保护装置 .................................. 4 7.2.1主变压器的继电保护装置 ........................ 5 7.2.2护动作电流整定 ................................ 7 7.2.3过电流保护动作时间的整定 ...................... 1 7.2.4过电流保护灵敏度系数的检验 .................... 4 7.3装设电流速断保护 .................................... 5 7.3.1速断电流的整定 ............................... 10 7.3.2电流速断保护灵敏度系数的检验 ................. 10 7.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 .............. 5 7.4.1装设反时限过电流保护 ......................... 10 7.4.2装设电流速断保护 ............................. 10 7.4.3变电所低压侧的保护装置 ........................ 5

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八、降压变电所防雷与接地装置的设计 ......................... 7 8.1变电所的防雷保护 .................................... 9 8.1.1 直接防雷保护 ................................. 9 8.1.2 雷电侵入波的防护 ............................. 9 8.2变电所公共接地装置的设计 ........................... 10 8.2.1接地电阻的要求 ............................... 10 8.2.2接地装置的设计 ............................... 10 九、设计总结 ............................................. 15 十、参考文献 ............................................. 15

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一、前言

1.1引言

电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。

在工程机械制造厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。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总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。

电能从区域变电站进入机械厂后，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。在机械厂，担负这一任务的是供电系统，供电系统的核心部分是变电所。一旦变电所出了事故而造成停电，则整个机械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。

机械厂变电所要很好地为生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：

(1)安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 (2)可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。

(3)优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 (4)经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

1.2设计原则

按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kV及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》、JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》等的规定，进行变电所设计必须遵循以下原则：

1、遵守规程、执行政策

必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。

2、安全可靠、先进合理

应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

3、近期为主、考虑发展

应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。

4、全局出发、统筹兼顾

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。

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工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。

1.3本课题设计的主要工作

目前世界上机械生产能源和动力主要来源于电能。电网的正常运行是保证机械生产安全前提。根据设计任务书的要求，结合实际情况和市场上现有的电力产品及其技术，本文主要做了以下工作：

1、负荷计算

机械厂变电所的负荷计算，是根据所提供的负荷情况进行的，本文列出了负荷计算表，得出总负荷。

2、一次系统图

跟据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算，绘制一次系统图，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济，安装容易维修方便。

3、电容补偿

按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜的规格和数量。

4、变压器选择

根据电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器型号。

5、短路电流计算

工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。求出各短路点的三相短路电流及相应有关参数。

6、高、低压设备选择及校验

参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择高、低压配电设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验，并列表表示。

7、电缆的选择

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行电缆截面选择时必须满足发热条件：电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路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。

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二、负荷计算及电容补偿

2.1负荷计算的定义

1．计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。

2．平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。

2.2负荷计算

2.2.1负荷计算的方法

负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。

由于本机械厂用电部门较多，用电设备台数较多，设计采用需要系数法予以确定。

1．单台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)：

P30?KdPe (2-1)

式中 P30—设备有功计算负荷(单位为kW)；

Pe—用电设备组总的设备容量(不含备用设备容量，单位为kW)； Kd—用电设备组的需要系数。

(2).无功计算负荷(单位为kvar)

Q30=P30tan? (2-2)

式中 Q30—设备无功计算负荷(单位为kvar)；

tan?—对应于用电设备组功率因数cos?的正切值。

(3).视在计算负荷(单位为kVA)

S30=P30 (2-3) cos?式中 S30—视在计算负荷(单位为kVA)；

cos?—用电设备组的功率因数。

(4).计算电流(单位为A)

I30=S303UN (2-4)

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式中 I30—计算电流(单位为A)；

S30—用电设备组的视在功率(单位为kVA)； UN—用电设备组的额定电压(单位为kV)。 2．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)

P3z?K ∑?p∑P30·i (2-5)

式中 P3z—多组用电设备有功计算负荷(单位为kW)；

∑P30·i—所有设备组有功计算负荷P30之和； K ∑?p—有功负荷同时系数，可取0.7～0.95。

(2).无功计算负荷(单位为kvar)

Q3z=KΣ?q∑Q30?i (2-6)

式中 Q3z—多组用电设备无功计算负荷(单位为kvar)；

∑Q30?i—所有设备组无功计算负荷Q30之和；

KΣ?q—无功负荷同时系数，可取0.8～0.95。

(3).视在计算负荷(单位为kVA)

S3z?p23z+Q23z (2-7) (4).计算电流(单位为A)

I3z=S3z3U (2-8)

N(5).功率因数

cos??P3zS (2-9) 3z

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2.2.2负荷统计计算

根据提供的资料，列出负荷计算表。因设计的需要，计算了各负荷的有功功率、无功功率、视在功率、计算电流等。表中生活区的照明负荷中已经包括生活区各用户的家庭动力负荷。具体负荷的统计计算见表2.1。

表2.1红星机械厂负荷计算表

需设备编名称 号 别 /KW 类容量要系数功率因数 计算负荷 tan? p30(kW) Q30(kvar) S30(kVA) I30(A) Kd 铸造车间动300 力 动220 车间 金工动3 1车力 间 金工动4 2车力 间 工具5 车间 氧气6 车间 热处动7 理车力 间 280 0.4 力 力 动180 0.3 动210 0.3 230 0.4 250 0.4 力 0.3 0.4 1 0.75 0.88 120 109 160 243 铁铆2 0.7 1.02 66 67.3 94.3 143.3 0.75 0.88 100 88.2 133.3 202.5 0.7 1.02 92 94 131.4 199.6 0.7 1.02 63 64.3 90 136.7 0.8 0.75 54 40.5 67.5 102.6 0.8 0.75 112 84 140 212.7

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装配8 车间 机修9 车间 锅炉10 房 11 仓库 动260 力 动220 力 动75 力 动35 力 照150 0.7 1.0 0 105 0 105 159.5 明 动2260 力 照150 明 计入K??p=0.8, 0.76 758.625 650.16 999.11 1782.1 892.5 722.4 0.4 0.7 1.02 14 14.3 20 30.4 0.3 0.7 1.02 22.5 23 32.1 48.8 0.3 0.75 0.88 66 58.2 88 133.7 0.3 0.7 1.02 78 79.6 111.4 169.3 生活12 用电 总计 K??q=0.85

2.3电容补偿

1.意义

感性负载是需要电网提供的有功及无功电流运行的，即变压器及线路都要输送有功及无功电流，这样，变压器效率降低，线路载流变大，增加了损耗。电力电容器并联于线路中是产生无功电流的，即自主提供了无功电流，减少电网的输送，变压器及线路尽可能少地输送无功电流，变压器效率得以提高，线路减少了不必要的载流量，线损减低。一般在工厂线路进行集中补偿或者分散补偿。

在变电所低压侧装设无功补偿后，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容量选的小一些，这不仅可以降低变电所的初投资，而且可减少工厂的电费开支，因为我国供电企业对工业用户是实行的“两部电费制”；一部分叫基本电费，按所装用的主变压器容量来计算，规定每月按KVA容量大小缴纳电费，容量越大，缴纳的基本电费越多，容量越小，缴纳的基本电费就越

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少。另一部分叫电能电费，按每月实际耗用的电能KWh来计算电费，并且要根据月平均功率因数的高低乘上一个调整系数。凡月平均功率因数高于规定的，可减收一定百分率的电费；凡低于规定的，则加收一定百分率的电费。由此可见，提高工厂功率因数不仅对整个电力系统大有好处，而且对工厂本身也有一定的经济实惠。

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。

由表2.1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：

QC=P30(tan?1 - tan?2)=810.8[tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) ] = 369.66 kvar 参照图2-1，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1（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为84kvar?5=420kvar。补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功

'2'2'?P30?Q30计算负荷Q30=（727.6-420）kvar=286.16 kvar，视在功率S30=867.2

kVA，计算电流I'30P30=1231.9 A,功率因数提高为cos?='=0.935。 ?S303UN''S30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。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表2.2所示。

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主屏辅屏C1#方案6支路2#方案8支路C3#方案6支路4#方案8支路C

图2-1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案

表2.2 无功补偿后工厂的计算负荷 计算负荷 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侧负荷计算 cos? 0.76 0.94 0.94 P30/KW 758.6 758.6 0.015S30=12.2 770.8 Q30/kvar 722.4 -364 286.2 0.06S30=48.7 334.8 S30/kVA 999.1 810.8 840.4 I30/A 1782.1 1231.9 48.5

三、变压器选择及主接线方案确定

3.1主变压器台数选择

选择主变压器台数时应考虑下列原则：

1．应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须有备用电源。

2．对季节性负荷或昼夜负荷变动较大，适于采用经济运行方式的变电所，可采用两台变压器。

3．当负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。

4．在确定变电所台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。

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3.2主变压器容量选择

1．只装一台主变压器的变电所

主变压器容量S应满足全部用电设备总计算负荷S3的需要，即

SN.T ≥ S30 (3-1)

2．装有两台主变压器的变电所

每台变压器的容量Sz应同时满足以下两个条件：

(1)任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷S3的大约60%?80%的需要，即

SN.T = (0.6~0.7) S30 (3-2)

(2)任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即

SN.T ≥ S30(Ⅰ＋Ⅱ) (3-3)

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SN?T?S30，SN?T为主变压器容量，S30为总的计算负荷。选SN?T=1000 KVA>S30=840.4 KVA，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

SN?T?(0.6~0.7)?840.4KVA=（504.24—588.28）KVA （4-1）

SN?T?S30(?)=(160+32.1) KVA=192.1 KVA （4-2） 因此选两台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Yyn0 。

3.3主接线方案确定

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：

3.3.1装设一台主变压器的主接线方案 如图3.1所示

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10kVFS4-10GG-1A(J)-03GG-1A(F)-07GW2-10YOY0GG-1A(F)-07联络线(备用电源)S9-100010/0.4kV220/380V高压柜列GG-GG-GG-GG-1A(J)1A(F)1A(F)1A(F)-54-07-03-07主变图3.1 装设一台主变电压器的主结线方案图联络（备用）GG-1A(F)-07

3.3.2装设两台主变压器的主接线方案 如图3.2所示

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GW2-10GG-1A(F)-113、1110kVFS4-10GG-1A(F)-54YOY0GG-1A(F)-96联络线(备用电源)S9-63010/0.4kVS9-63010/0.4kV220/380V高压柜列GG-GG-GG-GG-GG-1A(J)1A(F)1A(J)1A(F)1A(F)-11-113-96-07-01GG-1A(F)-54联络主变主变（备用）图3.2 装设两台主变电压器的主结线方案图GG-1A(J)-01GG-1A(F)-07

按技术指标，装设两台主变的主结线方案略优于装设一台主变的主结线方案，但按经济指标,则装设一台主变的方案远优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设一台主变的方案。

四、短路电流的计算

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4.1短路计算的目的及方法

短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法），本设计采用标幺制法进行短路计算。

进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。

4.2绘制短路电流计算电路

短路电流计算电路如图4.1所示：

4.3确定基准值

设Sd=100MVA,Ud?UC,即高压侧Ud1=10.5KV, 低压侧Ud2=0.4KV,

则： Id1?Sd/(3Ud1)=100MVA/(

×10.5)=5.5kA ×0.40)=144kA

Id2?Sd/(3Ud2)=100MVA/(

1.电力系统

4.4计算短路电路中各元件的电抗标幺值

X1*=100MVA/500MVA=0.2

2.架空线路 查附录表8得LGJ-150的x0=0.36Ω/km,而线路长为8km,

S?故： X2?x0ld2?(0.36?8)??100MVA/(10.5)2?0.98

Uc3.电力变压器 查相关资料得,UZ%=4.5,故:

X3=(4.5×100 MVA)/(100×1000KVA)=4.5

因此绘等效电路,如图4.2所示。

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1 0.21 2.6图4.2 电抗等效电路

k-1

1 4.5k-2

4.5计算K-1点（10.5kv）的短路总电抗及三相短路电流和容量

(1) 总电抗标么值

**=0.2+0.98=1.18 X??X1*?X2(k?1)(2) 三相短路电流

3*IK?1?Id1/X?(k?1)=5.5kA/1.18=4.66kA

(3) 其它短路容量

(3)I\?I??Ik(3)?1=4.66kA

(3)ish?2.55I\=2.55×4.66=11.89kA (3)Ish?1.51I\=1.51×4.66=7.04kA

(4) 三相短路容量

*A/1.18=84.75MVA Sk(3)?1?Sd/X?(k?1)=100MV

4.6计算K-2点（0.4kv）的短路总电抗及三相短路电流和容量

1.总电抗标么值

***=0.2+1.18+4.5=5.68 X??X1*?X2?X3(k?2)2.三相短路电流周期分量有效值

(3)*IK?2?Id2/X?(k?2)=144/5.68=25.35kA

3.其它短路电流

(3)I\?I??Ik(3)?1=25.35kA

(3)ish?1.84I\=1.84×25.35=46.65kA (3)Ish?1.09I\=1.09×25.35=27.63kA

4.三相短路容量

*A Sk(3)?2?Sd/X?(k?2)=100MVA/5.68=17.61MV

以上结果综合如表4.1所示：

表4.1 短路计算电流表

三相短路电流/kA 三相短路容量/MVA (3) ish(3) Ish短路 计算点 Ik(3) k-1点 4.66 I\ (3) I?Sk(3) 84.75 4.66 4.66 11.89 7.04 红星机械厂变电所设计

k-2点

25.35 25.35 25.35 46.65 27.63 17.61 五、变电所一次设备的选择校验

5.1 10kV侧一次设备的选择校验

5.1.1按工作电压选则

设备的额定电压UN?e一般不应小于所在系统的额定电压UN，即UN?e?UN，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。

Umax=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压UN?e=12kV，UN=10kV，

穿墙套管额定电压UN?e=11.5kV，熔断器额定电压UN?e=12kV。 5.1.2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 5.1.3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

(3)Ioc?Ik(3)或Soc?Sk(3)

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。

5.1.4 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

(3)(3)或Imax?Ish imax?ish(3)(3)

、Ish分别为开关所imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ish处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值

(3)2b)热稳定校验条件 It2t?I? tima对于上面的分析，如表5.1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

表5.1 10 kV一次侧设备的选择校验 选择校验项目 参数 装置地点条件 电压 电流 断流能力 动态定度 (3) Ish热稳定度 (3)2I??tima 其它 UN 10kV IN 49.28A (I(1N?T)) Ik(3) 4.66kA 数据 7.04kA 4.662?1.9?41.26 一次额定参数 UN?e IN?e Ioc imax It2?t 红星机械厂变电所设计

设备型号规格 高压少油断路器SN10-10I/630 10kV 630A 16kA 40 kA 162?2?512 二次负荷 高压隔离开关GN-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 避雷针FS4-10 户外隔离开关GW4-12/400 6810kV 200A - 25.5 kA 102?5?500 10kV 10/0.1kV 0.5A - 50 kA - - - - - 100.10.1//kV 33310kV 10kV 12kV - - - - 100/5A - 400A

- - - 225?2?0.1kA =31.8 kA - 25kA (90?0.1)2?1 =81 - 102?5?500 5.2 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5.2所示，所选数据均满足要求。

表5.2 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 电压 电流 断流 能力 动态 定度 (3) Ish热稳定度 (3)2I??tima 其它 - UN 380V IN 1231.9A Ik(3) 数据 27.63k25.35kA A 27.632?0.7?534.4 - 额定参数 低压断路器一次DW15-1500/3D 设低压断路器备DW20-630 型号低压断路器规DW20-200 格 低压断路HD13-1500/30 UN?e 380V IN?e 1500A 630A Ioc 40kA 30Ka (一般) imax - It2?t - - - 380V （大于I30） 200A - - - 380V （大于I30） 1500A 25 kA - - - 380V - - - -

红星机械厂变电所设计

电流互感器LMZJ1-0.5 电流互感器LMZ1-0.5 500V 500V 1500/5A 100/5A 160/5A

- - - - - - - - 5.3 高低压母线的选择

查表得到，10kV母线选LMY-3(40?4mm),即母线尺寸为40mm?4mm;380V母线选LMY-3（120?10）+80?6，即相母线尺寸为120mm?10mm，而中性线母线尺寸为80mm?6mm。

六、变电所进出线与邻近单位联络线的选择

6.1 10kV高压进线和引入电缆的选择

6.1.1 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。 a).按发热条件选择 由I30=I1N?T=49.28A及室外环境温度30°，查表得，初选LGJ-35,其35°C时的Ial=149A>I30,满足发热条件。

b).校验机械强度 查表得，最小允许截面积Amin=25mm2＜35mm2 ，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。

6.2 380低压出线的选择

6.2.1铸造车间

馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

a）按发热条件需选择 由I30=243A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选缆芯截面185mm2，其Ial=250A>I30，满足发热条件。

b）校验电压损耗 由设计要求变电所至1号厂房距离约为170m，而查表得到185mm2的铝芯电缆的R0=0.21?/km （按缆芯工作温度75°计），

X0=0.07?/km，又1号厂房的P30=120kW, Q30=109kvar，故线路电压损耗为

?U?

?(pR?qX)?120kW?(0.21?0.17)?109kvar?(0.07?0.1)?13.28VUN0.38kV?U%?13.28?100%?3.4%＜?Ual%=5%。 所以满足要求 380b）断路热稳定度校验

(3)Amin?I?timaC?25350?0.75?261mm2 84红星机械厂变电所设计

不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为300mm2的电缆，即选VLV22-1000-3?300+1?150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。 6.2.2 铁铆车间

馈电给2号厂房（铁铆车间）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）。

a）按发热条件需选择 由I30=143.3A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选缆芯截面120mm2，其Ial=160A>I30，满足发热条件。

b）校验电压损耗 由设计要求变电所至1号厂房距离约为170m，而查表得到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2号厂房的P30=66kW, Q30=67.3kvar，故线路电压损耗为

?U?

?(pR?qX)?66kW?(0.31?0.17)?67.3kvar?(0.07?0.1)?10.39VUN0.38kV?U%?10.39?100%?2.7%＜?Ual%=5%。 所以满足要求 380b）断路热稳定度校验

(3)Amin?I?timaC?25350?0.75?261mm2 84不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为300mm2的电缆，即选VLV22-1000-3?300+1?150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。 6.2.3 金工1车间

馈电给3号厂房（金工1车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3?300+1?150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 6.2.4 金工2车间

馈电给4号厂房（金工2车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3?300+1?150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 6.2.5 工具车间

馈电给5号厂房（工具车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3?300+1?150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略） 6.2.6 氧气车间

馈电给6号厂房（氧气车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3?300+1?150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略） 6.2.7 热处理车间

馈电给7号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3?300+1?150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 6.2.8 装配车间

馈电给8号厂房（装配车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3?300+1?150 的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。

红星机械厂变电所设计

6.2.9 机修车间

馈电给9号厂房（机修车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3?300+1?150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 6.2.10 锅炉房

馈电给10号厂房（锅炉房）的线路 亦采用VLV22-1000-3?300+1?150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 6.2.11仓库

馈电给11号厂房（仓库）的线路，由于仓库距变电所较近且仓库无对铺设线路有特殊要求，因此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）穿硬塑料管埋地敷设。 a）按发热条件需选择

由I30=30.4A及环境温度30?C，初选截面积16mm2，其Ial=41A>I30，满足发热条件。

b）校验机械强度 查表得，Amin=2.5mm2，因此上面所选的16mm2的导线满足机械强度要求。

c) 所选穿管线估计长100m，而查表得R0=2.16?/km，X0=0.102?/km，又仓库的P30=14kW, Q30=14.3kvar，因此

(pR?qX)14kW?(2.16?0.1)?14.3kvar?(0.102?0.1)??U???8.3V

UN0.38kV8.3?100%?2.18%

所以中性线A0≥0.5Aψ=8mm2，保护线APE≥Aψ,所以取25mm2 选择结果表示为BLV-1000-（3×16+1×8+PE25）—PC40—F 6.2.12 生活用电

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=159.5A及室外环境温度（年最热月平均气温）30℃，初选BLX-1000-1?240，其30℃时Ial=455A>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=16mm2，因此BLX-1000-1?240满足机械强度要求。

3）校验电压损耗 按变电所至生活区的负荷中心距离200m左右，而查表得其阻抗值与BLX-1000-1?240近似等值的LJ-240的阻抗R0=0.14?/km，

，又生活区的P30=105KW，Q30=0kvar，X0=0.30?/km（按线间几何均距0.8m）因此

?U??(pR?qX)?105kW?(0.14?0.2)?0kvar?(0.3?0.2)?7.7V

UN0.38kV?U%?7.7?100%?2.0%

红星机械厂变电所设计

完全合格。

6.3 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10KV母线相连。 6.3.1按发热条件选择

工厂二级负荷容量共192.1KVA，I30?192.1kVA/(3?10kV)?11.1A，最热月土壤平均温度为25℃。查表《工厂供电》附录表，初选缆心截面为25mm2的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其Ial=90A>I30满足要求。 6.3.2校验电压损耗

由表《工厂供电》附录表可查得缆芯为25mm2的铝R0?1.54?/km （缆芯温度按

80℃计），X0?0.12?/km，而二级负荷的

线路长度按2kmP30?(120?22.5)kW?142.5kW,Q30?(109?23)kvar?132kvar，

计，因此

142.5kW?(1.54?2)??132kvar?(0.12?2)??47V ?U?10kV ?U%?(47V/10000V)?100%?0.47%???Ual?5% 由此可见满足电压损耗小于5%的要求。 6.3.3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，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，据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行。

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 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11号厂房 至生活区 导线或电缆的型号规格 LGJ-35铝绞线（三相三线架空） YJL22—10000—3×25交联电缆（直埋） VLV22—1000—3×300+1×150四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×300+1×150四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×300+1×150四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×300+1×150四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×300+1×150四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×300+1×150四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×300+1×150四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×300+1×150四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×300+1×150四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×300+1×150四芯塑料电缆（直埋） BLV-1000-（3×16+1×8+PE25）—PC40—F 四回路，每回路3×BLX-1000-1×120+1×BLX-1000-1×75橡皮线（三相红星机械厂变电所设计

四线架空线） 与临近单位10KV联络线 YJL22—10000—3×25交联电缆（直埋）

七、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定

7.1变电所二次回路方案的选择

a)高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用手动操动机构，其控制与信号回路如《工厂供电》图7-3所示。

b)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。

c)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)Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察，其接线图见《工厂供电》图7-9。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，接线图见《工厂供电》图7-6。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。

7.2 变电所继电保护装置

7.2.1主变压器的继电保护装置

a）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，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。

b）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。 7.2.2保护动作电流整定

Iop?Krel?Kw?IL?max

Kre?Ki其中ILmax?2I1N?T?2?1000KVA/(3?10KV)?2?57.7A?115A，可靠系数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Ki=100/5=20 ，因此动作电流为：

IOP?1.3?1 ?115A?9.3A 因此过电流保护动作电流整定为10A。

0.8?207.2.3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 。 7.2.4过电流保护灵敏度系数的检验

红星机械厂变电所设计

Sp?Ik?min Iop?1(2)(3)其中，Ik?min?IKIK?2/KT?0.866?2/KT=0.866×25.35KA/(10KV/0.4KV)=0.878 Iop?1?IopKi/Kw?10A?20/1?200A，因此其灵敏度系数为： SP?878/200?4.39＞1.5 满足灵敏度系数的1.5的要求。

7.3装设电流速断保护

利用GL15的速断装置。 7.3.1速断电流的整定：利用式Iqb?Krel?Kw?Ik?max，其中

Ki?KT(3)Ik?max?Ik?2?25.35kA，Krel=1.4，Kw=1，Ki=100/5=20，KT=10/0.4=25，因此

速断保护电流为Iqb?1.4?1?25350A?71A

20?25速断电流倍数整定为 Kqb?Iqb/Iop?71A/10A?7.1 (注意Kqb不为整数,但必须在2～8之间)

7.3.2、电流速断保护灵敏度系数的检验

利用式Sp?Ik?min(2)(3)，其中Ik?min?IKIK?2?0.866?2?0.866?25.35?21.95kA，Iqb?1Iop?1?IqbKi/Kw?71A?20/1?1420A，因此其保护灵敏度系数为

S?21950A/1420A?15.46＞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。但按JBJ6—96和JGJ/T16—92的规定，其最小灵敏度为2，则这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。

7.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置

7.4.1装设反时限过电流保护。

亦采用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。

a)过电流保护动作电流的整定,利用式Iop?

Krel?Kw?IL?max，其中

Kre?KiIL.max=2I30，取

I30=?I30(?)?(S30.1?S30.4S30.8)/(3U1N)?(160?32.1)kVA/(3?10kV)?11.1A 0.6×52A=43.38A，Krel=1.3，Kw =1，Kre=0.8，Ki =50/5=10，因此动作电流

红星机械厂变电所设计

为：

1.3?1?2?11.1A?3.6A 因此过电流保护动作电流Iop整定为4A。

0.8?10b)过电流保护动作电流的整定

按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。 c)过电流保护灵敏度系数

因无临近单位变电所10kV母线经联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，只有从略。 7.4.2装设电流速断保护

亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变电所联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，也只有从略。 7.4.3变电所低压侧的保护装置

a）低压总开关采用DW15—1500/3型低压短路器，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。

b）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，整定亦从略。 Iop?八、变电所防雷与接地装置的设计

8.1变电所的防雷保护

8.1.1 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R<10W。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，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。 8.1.2 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。

8.2 变电所公共接地装置的设计

8.2.1接地电阻的要求

红星机械厂变电所设计

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?4? 且 RE?120V/IE?120V/27A?4.4?

10(80?35?25)A?27 因此公共接地装置接地电阻RE?4? 。 其中,IE?350 8.2.2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，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm×4mm的镀锌扁刚焊接相接。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的镀锌扁刚。变电所接地装置平面布置图如图8.1所示。接地电阻的验算：

RE?RE(1)n???/l100??m/2.5m??3.85? n?16?0.65满足RE?4?欧的接地电阻要求，式中,??0.65查《工厂供电设计指导》表9-10”环行敖设”栏近似的选取。

图8.1变电所接地装置平面布置

红星机械厂变电所设计

九、 设计总结

本次课设应该感谢学院的安排，让我们在学习课本知识的同时，能够有这样的机会实践。更应该感谢导老师的细心指导，要不然靠我们自己不可能那么顺利完成。因为认真对待所以感觉学到了东西。

本次课设应该感谢学院的安排，让我们在学习课本知识的同时，能够有这样良好的机会实践,加深对所学理论知识的理解,掌握工程设计的方法。通过这次课程设计,我深深懂得要不断的把所学知识学以致用,还需通过自身不断的努力,不断提高自己分析问题,解决问题和编程技术终结报告的能力!

最后更应该感谢我的指导老师:范心明老师的细心指导.正是由于老师的辛勤培养,谆谆教导,才使此次课程设计得以圆满完成!最后道一声:老师,您辛苦了！

十、参考文献

①《工厂供电》第二版 主编 苏文成 机械工业出版社 ②《电力工程综合设计指导书》 主编 卢帆兴 肖清 周宇恒 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《工厂供电设计指导》 主编 刘介才 机械工业出版社

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