工厂供电课程设计

新疆工业高等专科学校课程设计

工厂10kv降压变电所设计

贾武惠

系 别： 机械工程系 专业班级： 机电10-12（2）班 指导教师： 何颖 完成日期： 2012年6月13日

课程设计 评定意见书

设计（论文）题目：工厂10kv降压变电所设计

设 计 者：姓名 贾武惠 专业 机电一体化 班级 机电10-12（2）班 设计时间： 两周

指导教师：姓名 职称 单位 评 阅 人：姓名 职称 单位 评定意见：

评定成绩：

指导教师（签名）： 评阅人（签名）： 答辩委员会主任（签名）：

年 月 日 年 月 日

年 月 日

任务书

1. 设计思想

通过对工厂供电课程设计使我对所学知识理论的检验与总结，培养和提高了我独立分析和解决问题的能力 2.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、容量与类型，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，选择继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书。 3.参考文献

1、刘介才主编.工厂供电设计指导.北京：机械工业出版社，1999 2、江文、许慧中主编.供配电技术.北京：机械工业出版社，2005 3、刘介才主编.工厂供电简明设计手册.北京：机械工业出版社，1993

4、机械工程手册、电机工程手册编委会编.电气工程师手册.北京：机械工业出版社，1997 5、机械工厂电力设计规范，中国计划出版社，1994 6、电力系统，华智明，重庆大学出版社，2005

前 言

本课程设计检验我们本学期学习的情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定。

电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，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比例一般很小（除电化工业）。电能在工业生产中的重要性，并不在于在产品成本或投资总额所占比重多少，而在于工业生产实现电气化后可以大大增加产量，减轻工人劳动强度，降低生产成本，提高产品质量，提高劳动生产率，改善工作条件，有利于实现生产过程自动化。另一方面，如果工厂电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重后果。因此做好工厂供电工作对发展工业生、实现工业现代化都具有极其重要的意义，对于节约能源、支援国家经济建设同样也具有重大意义。

本设计为工厂变电所设计，对在工厂变电所设计中的若干问题如负荷计算，三相短路分析，短路电流计算，高低压设备的选择与校验，防雷与接地，变电所的过电压保护，计量无功补偿等几方面的设计进行了阐述。

工厂供电工作要很好为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，同时做好节能工作，要从以下基本要求做起:

（1）安全 在电能的供应、分配和利用过程中，不应发生人生事故及设备事故。 （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 供电系统投资要尽量少，运行费要低，尽可能节约电能和减少有色金属消耗。

此外，在供电工作中，要合理处理局部和全局、当前和长远等关系，要做到局部与全局协调，顾全大局，适应可持续发展要求。 关键词：变电所、选择、校验、短路计算、无功补偿

目录

1.设计题目............................................................. 6 2.设计依据............................................................. 6 2.1 工厂总平面图 2.2工厂负荷情况 2.3供电电源情况 2.4气象资料 2.5地质水文资料 2.6电费制度

3. 负荷计算和无功功率补偿............................................... 9 3.1负荷计算表 3.2无功功率补偿

4. 变电所位置和型式选择................................................. 1 5.变电所主变压器和主接线方案的择....................................... 11 5.1装设一台主变压器 5.2装设二台主变压器

6. 短路电流的计算....................................................... 1 6.1绘制计算电路 6.2选取基准容量 6.3计算各元件电抗标么值

6.4求k-1点总电抗标么值和短路电流和短路容量 6.5求k-2点总电抗标么值和短路电流和短路容量 6.6将计算结果列成表格形式

7. 变电所一次设备的选择校验............................................. 7.1 10KV侧一次设备的选择校验 7.2 380V侧一次设备的选择校验 7.3高低压母线的选择

8. 变电所进出线和邻近单位联络线的选择................................... 8.1 10KV高压进线和引入电缆的选择 8.2 380V低压出线的选择

8.3作为备用电源的高压联络线的选择校验

9. 变电所回路方案的选择与继电保护的整定................................. 9.1高压断路器的操动机构控制与信号回路 9.2变电所的电能计量回路 9.3变电所的测量和绝缘监察回路 9.4变电所的保护装置

10.变电所的防雷保护与接地装置的设计..................................... 29 10.1变电所的防雷保护

10.2变电所公共接地装置的设计

11. 机械厂降压变电所主结线电路图......................................... 总结................................................................. 33 谢词................................................................. 34 参考文献............................................................. 35

工厂供电课程设计

1.设计题目

1、某工厂10kv降压变电所设计 2.设计依据 2.1工厂总平面图

2.2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4200h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间、和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电器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如表所示：

表1 机械厂负荷统计资料

设需厂厂负备要功房房荷容系率编名类量数因号称 别 PK数 e d 300.0.65 铸造1 车动力 0 3 08 .8 350.间 照明 锻压车2 间 小计 照明 1 动力 0.0 3 6 07 .7 320.0.1 动金工7 车间 照明 工6 具车力 0 3 6 07 .9 280.0.1 动力 0 3 6 间 照1明 0 260.8 0.0.1 动电镀4 车间 照明 力 0 5 7 08 .8 180.0.1 热动处力 3 理车照间 明 0 5 8 06 .8 160.0.1 动装配9 车间 照明 力 0 4 7 07 .7 160.0.1 动机1修0 车间 照明 力 0 3 6 04 .9 0.1 锅动808 炉力 0 .

2.3供电电源情况

（1） 本厂可由附近一条10kv源。该干线的走向参看工厂总LGJ-150，干线首端导线为等边线首段距离本厂约8km。干线首为500MVA。此断路器配备有定护，定时限过电流保护整定的二级负荷的要求，可采用高压电源。已知与本厂高压侧有电80km，电缆线路长度为28km。 2.4气象资料

本厂所在地区年最高气温

房 照明 7 7 02 .8 0.0.1 的共用电源干线取得工作电平面图。干线的牌号为三角形排列，线距为1.5m，干

动2仓5 库 照明 生活区 力 0 4 9 端装设的高压断路器断流容量0时限过电流保护和电流速断保1 动作时间为1.5s。为满足工厂

联络线由邻近的单位取得备用0.为35℃，年平均气温为20℃，气联系的架空线路总长度为

2 .9 320.照明 0 8 9 年最低气温为－15℃，年最热月平均最高气温为30℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8m处年平均气温为24℃。当地主导风向为东风，年雷暴日数为35。 2.5地质水文资料

本厂所在地区平均海拔800m，地层以黄土为主，地下水位为3m。 2.6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0.50元/kW.h，照明电费为0.5元/kW.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.93。

' ?Qt?0.06S30=0.06?955.6=57.3 kw

因此无功功率补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表所示：

表3 无功补偿后工厂的计算负荷

项目 380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 cos ? 计算负荷 P30/kw 918.3 Q30/kvar 886.7 S30/kVA 1276.5 I30/A 1939.2 0.72 -588 380V侧补偿后负荷 0.958 918.3 298.7 955.6 1451.8 主变压器功率损耗 0.015S30=14.3 0.06S30=57.3 932.6 356 10kv侧负荷总计

0.95 998.2 57.6 4.变电所位置和型式选择

1、（2，3.5） 2、（2.8，2.4） 3、（5，1） 4（3.2，4.6） 5、（5.5，4.6）

6、（5.5，3） 7、（5.5，2） 8、7.8，4.6） 9、（7.8，3） 10（7.8，2）X=

p1x1?p2x2?......?p10x10=5.8

p1?p2?......p10 16

Y=

p1y1?p2y2?......?p10y10=3.2

p1?p2?......p10由计算结果知，工厂负荷中心在6号厂房东北角，考虑到进线、安全、电源等综合情况，决定在3号厂房东北角紧靠厂房修建工厂变电所。 5.变电所主变压器和主接线方案的选择：

根据工厂负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下面两种方案：

5.1装设一台主变压器：型式采用S9，而容量根据式SN.T≥S30，选SN.T=1000KVA＞

S30=928.6KVA

即选一台S9-1000/10型低损耗配电变电器。至于二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。 5.2装设二台主变压器：

型号采用S9，即SN.T=（0.6～0.7）×998.2KVA=（598.9～698.7）KVA

SN.T≥S30(二级负荷) =（144.9+192.1+81.5）=418.5KVA

因此选两台S9-800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。 主变压器的联结组别均采用Yyn0

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10kV

FA4-10 GW口-10 GG-1A(J)-03

GG-1A(F)-54 GG-1A(F)-07 GG-1A(F)-07

Y0 Y0 联络线 （备用电源） S9-:1000 10/0.4kV 220/380V 高压柜列

GG- 1A(J) -03

GG- 1A(F) -54

GG- 1A(F) -07

GG- 1A(F) -07

主变

联络（备用）

图2 装设一台主变的主接线方案

额定电压型号 额定容量 kV?A /kv 一次/二次 S9-1000/10

1000 10.5 /0.4 Yyn0 联结组标号 空载/负载 损耗/W 空载电流（%） 阻抗电压（%） 1700/10300 0.7 4.5 18

10kV FS4-10 GW口-10GG-1A(F)-113、11 GG-1A(J)-01 GG-1A(F)-07

GG-1A(F)-54 GG-1A(F)-96 YY0S9-8000 联络线 10/0.4kV S9-800 10/0.4kV （备用电源）

GG- GG- GG- GG- GG- 1A(F) GG- 1A(F) 1A(J) 1A(F) 1A(F) 1A(F)-113 -11

-01 -96

-07

-54主 主

联络 变变 （备用）

图3 装设两台主变压器的主接线方案

S9系列电力变压器的主要技术数据：

额定电压型号 额定容量 /kv 联结组标损耗/W 空载电阻抗电kV?A 一次/二次 号 空载/负载 流（%） 压（%） S9-800/10 800 10.5 /0.4 Yyn0 1400/7500 0.8 4.5 19

5.2.1主接线方案的技术经济比较 ：

比较项目 供电安全性 技术指标 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，电压损耗较大 只有一台主变，灵活性稍差 稍差一些 查得S9-1000的单价为10.76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，电压损耗较小 由于有两台主变，灵活性较好 更好一些 查得S9-800的单价为9.11万元，因此两台变压器的综合投资约为4?9.11=36.44万元，比一台主变方案多投资14.92万元 电力变压器的经济指标 高压开关柜（含计量柜）的综合投资额 综合投资额 万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此综合投资约为2?10.76=21.54万元 查得GG-1A(F)型柜可按每台3.5万元计，其综合投资可按设备的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资约为3.5?1.5?4?21万元 本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为3.5?1.5?6?31.5万元，比一台主变方案多投资10.5万元 主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为5.89万元。比一台主变方案多投资2.27万元 供电贴费=2×800KVA×0.08万元=128万元，比一台主变多交48万元 电力变压器和高压开关柜的年运行费 主变和高压开关柜的折旧费和维修管理费每年为3.63万元 供电贴费=1000KVA×0.08万元/KVA=80万元 供电贴费

从上表可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远小于装设两台主变的主接

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线方案。考虑到工厂近期可能有较大的负荷增加，可靠性，安全性，灵活性等综合因素，决定选两台主变压器的主接线方案。

6.短路电流的计算：

由原始材料知除铸造车间，电镀车间和锅炉房属于二级负荷外，其余的均属三级负 荷，故选用2台变压器，其型号为S9-800，Uk%=4.5（变压器短路电压百分比） 1、.绘制计算电路

2、选取基准容量，一般取Sd=100MVA，由Ud=Uc得：Uc1=10.5KV，Uc2=0.4KV得：

100MVASd

==5.5KA Id1=

3Uc13?10.5KV100MVASd144KA Id2=

3Uc23?0.4KV3、计算各元件电抗标么值 (1)、电力系统电抗标么值：

Xs=

*Sd100MVA==0.2 SOC500MVA(2)、电力线路标么值：

* Xwl=X0l

Sd100

=0.35×8=2.54 2210.5Uc（3）、电力变压器标么值：

*

=XT

Uk%Sd4.5?100?100==5.625

100?800100SN21

4、求k-1点总电抗标么值和短路电流和短路容量 （1）、总电抗标么值：

X*?**(k?1)=x1×x2=0.2+2.54=2.74 （2）、三相短路电流周期分量有效值：

I1k?1=

Id?X*=

5.5KA2.74=2KA ?(k?1)(3)、各三相短路电流：

I\=I?=IK?1=2KA Ish=1.51?2KA=3.02KA

（i3）sh=2.55?2=5.1KA

（4）、三相短路容量

S（3）100MVAk-1=

SdX*=

?(k?1)2.74=36.5MVA 6.5求k-2点总电抗标么值和短路电流和短路容量 6.5.1总电抗标么值：

X*?**+x*k-2=x1+x23=0.2+2.54+5.625=8.365

6.5.2三相短路电流周期分量有效值： IId2k?2=

X*=

144KA8.365=17.26KA ?(k?2)6.5.3三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：I\=I?=Ik?1=17.26KA

Ish=1.09?17.26=18.82KA

ish=1.84?17.26KA=31.76KA 6.5.4三相短路容量：

S（3）d2k-2=

IX*=

100MVA?(k?2)8.36=11.96MV

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6.6将计算结果列成表格形式：

短路计算结果

三相短路电流/kA 短路计算点 (3) IK三相短路容量/MVA 3）I（sh （3）ish I\3) (3) I?3）S（k k-1 k-2

2 17.26 2 17.26 2 17.26 3.02 18.82 5.1 31.76 36.5 11.96 23

7.变电所一次设备的选择校验： 7.1 10KV侧一次设备的选择校验：

表4 10KV侧一次设备的选择校验

选择校验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度 其他 参数 装置地点条件 数据 UN I30 Ik(3) (3) ish(3)2I?tk 10KV 46.2A 2KA 5.1KA 22×1.9 额定参数 UN IN IOC idy It2t 一次设备型号规格

真空断路器ZN3-10I 10KV 630A 16KA 40KA 162×4=1024 高压隔离开关GN-8-10/200 10KV 200A ---- 25.5KA 102×5=500KA 24

高压熔断器RN2-10 电压互感器JDJ-10 10KV 0.5A 50KA - - 10/0.1KV - - - - 电压互感器JDZJ-10 103/0.10.1/33- - - - KV 225×2 ×0.1 =31.8KA 电流互感器LQJ-10 10KV 100/5A (90?0.1)2二次负荷0.6 ×1=81KA 氧化锌避雷器Y5WZ-2.7 10KV 户外高压隔离开关GW4-15G/200 表1所选设备均满足要求

15KV 200KA 25

7.2 0.4KV侧一次设备的选择校验:

表5 380V侧一次设备的选择校验

断流能动稳定力 Ik(3) 选择校验项目 电压 电流 度 (3)热稳定度 (3)2I?tima 装置地点条件 参数 UN I30 1451.8A ish 数据 380V 17.26K31.76KA A 17.262?0.7?209 It2t 额定参数 低压断路器DW15-1500/3电动 UN IN IOC imax 380V 1500A 40KA 一次设备型号规格

低压断路器DZ20-630 630A 380V （大于I30） 200A380V （大于I30） 500V 1500/5A 160/5A 100/5A 一般为30KA 低压刀开关HD13-1500/30 电流互感器LMZJ1-0.5 电流互感器LMZ1-0.5 一般为25KA - 500V - 表2所选设备均满足要求

7.3高低压母线的选择

参照表5-25，10KV母线选LMY-3（40×4），即母线尺寸为40mm×4mm;380V母线选LMY-3（100×8）+60×6，即相母线尺寸为100mm×8mm，中性母线尺寸为60mm×6mm。

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8.变电所进出线和邻近单位联络线的选择 8.1 10KV高压进线和引入电缆的选择 8.1.1 10KV高压进线的选择检验：

采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10KV公用干线。

8.1.1.1 按发热条件选择，由I30=I1NT=46.2A及室外环境温度30C?查课本附录表8-35，初选LJ-16，其35C?时的Ial=95A>I30，满足发热条件。

8.1.1.2 校验机械强度，查课本附录表8-33得最小允许截面Amin=35mm2，因此LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。 由于此线路很短，不需检验电压损耗。

8.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验： 采用YJL22-10KV型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设

8.1.2.1 按发热条件:由I30=I1NT=46.2A及土壤的温度25C?查课本附录表8-43，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其Ial=90A>I30，满足发热条件。 8.1.2.2 校验短路热稳定:按下式计算满足短路热稳定的最小截面； Amin=I（3）?timaC=2000?0.75=22.5mm2

8.2.1馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-800型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆，敷设方式为电缆沟敷设；

8.2.1.1 按发热条件选择，由I30=220A,及地下0.8m土壤温度为25C?查设计指导书表8-42初选185mm2，其Ial=246A>I30，满足发热条件。

8.2.1.2 校验电压损耗：由图1所示平面图量得变电所至1号厂房距离取197m， 而由课本附录表8-41查得185mm2的铝芯电缆的R0=0.21?/km ； X0=0.07?/km 又

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因为1号厂房的P30=96.4 KW;Q30=105.3kvar；因此 ?U= ?U%=

P30(R0?L)?Q30(X0?L)96.4?（0.21?0.197）?105.3?（0.07?0.197）=V=14.3V

0.38U1N

14.3V?U?100%=?100%=3.77%

380VU1N8.2.1.3 短路热稳定校验：按下式求满足热稳定的最小截面

Amin=I（3）?timaC=17260?0.75=196mm2 76式中tima为变电所高压侧流过电流保护的动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器断路时间0.2s，再加0.05s。

由于前面所选的为185mm2的缆芯截面小于Amin不满足短路热稳定要求，因此改选为缆芯为240mm2的聚氯乙烯电缆，即VLV22-800-3?240+1?120的四芯电缆。

8.2.2 馈电给2号厂房（锻压车间）线路：采用VLV22-800型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆,敷设方式为电缆沟敷设；

8.2.2.1 按发热条件选择，由I30=273A,及地下0.8m土壤温度为25C?查设计指导书表8-42初选240mm2，其Ial=294A>I30，满足发热条件。

8.2.2.2 校验电压损耗：由图所示平面图量得变电所至2号厂房距离取212m， 而由表8-41查得R0=0.16?/km ； X0=0.07?/km 又因为2号厂房的P30=110 KW;Q30= 140kvar；因此 ?U=

P30(R0?L)?Q30(X0?L)110?（0.16?0.212）?140?（0.07?0.212）=V=15.3V

0.38U1N15.3?U?100%=?100%?4%

380U1N ?U%=

?U%=4%

8.2.2.3 短路热稳定校验：按下式求满足热稳定的最小截面

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3）Amin=I（?timaC=17260?0.75=196mm2 76故选缆芯截面为240mm2的聚氯乙烯电缆，即VLV22-800-3?240+1?120的四芯电缆。 8.2.3 馈电给3号厂房（热处理车间）线路：采用VLV22-800型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆,敷设方式为电缆沟敷设；

8.2.3.1 按发热条件选择，由I30=178.2A,及地下0.8m土壤温度为25C?查设计指导书表8-42初选120mm2，其Ial=181A>I30，满足发热条件。

8.2.3.2 校验电压损耗：由图所示平面图量得变电所至3号厂房距离取24m，

而由表8-41查得R0=0.31?/km ； X0=0.07?/km 又因为3号厂房的P30=95 KW;Q30= 67.5kvar；因此 ?U=

P30(R0?L)?Q30(X0?L)95?（0.31?0.024）?67.5?（0.07?0.024）=V=3.18V

0.38U1N3.18?U?100%=?100%?0.84%

380U1N ?U%=

?U%=0.84%

8.2.3.3 短路热稳定校验：按下式求满足热稳定的最小截面

3）Amin=I（?timaC=17260?0.75=196mm2 76前面所选缆芯截面为120mm2的聚氯乙烯电缆，不满足短路热稳定度要求，因此改选线芯为224mm2的聚氯乙烯电缆，即VLV22-800-3?240+1?120的四芯电缆。 8.2.4馈电给4号厂房（电镀车间）线路：采用VLV22-800型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆,敷设方式为电缆沟敷设；

8.2.4.1 按发热条件选择，由I30=291.9A,及地下0.8m土壤温度为25C?查设计指导书表8-42初选240mm2，其Ial=294A>I30，满足发热条件。

8.2.4.2 校验电压损耗：由图所示平面图量得变电所至4号厂房距离取185m， 而由表8-41查得R0=0.16?/km ； X0=0.07?/km 又因为4号厂房的P30=137 KW;Q30=

29

133kvar；因此 ?U=

P30(R0?L)?Q30(X0?L)137?（0.16?0.185）?133?（0.07?0.185）=V=15.2V

0.38U1N15.2?U?100%=?100%?4%

380U1N ?U%=

?U%=4%

3)短路热稳定校验：按下式求满足热稳定的最小截面

Amin=I（3）?timaC=17260?0.75=196mm2 76故选VLV22-800-3?240+1?120的四芯电缆。

8.2.5 馈电给5号厂房（仓库）线路：采用VLV22-800型聚氯乙烯绝缘铜芯电缆,敷设方式为电缆沟敷设；

8.2.5.1 按发热条件选择，由I30=16.3A,及地下0.8m土壤温度为25C?查设计指导书表8-42初选4mm2，其Ial=21A>I30，满足发热条件。

8.2.5.2 校验电压损耗：由图所示平面图量得变电所至5号厂房距离取120m， 而由表8-41查得R0=9.45?/km ； X0=0.093?/km 又因为5号厂房的P30=10KW;Q30= 3.8kvar；因此 ?U=

P30(R0?L)?Q30(X0?L)10?（9.45?0.12）?3.8?（0.093?0.12）=V=30V

0.38U1N30?U?100%=?100%?7.8%

380U1N ?U%=

?U%=7.8%＞Ual=5%不满足允许电压损耗要求。

8.2.5.3 短路热稳定校验：按下式求满足热稳定的最小截面

Amin=I（3）?timaC=17260?0.75=196mm2 76前面所选缆芯截面为4mm2的聚氯乙烯电缆，不满足短路热稳定度要求，因此改选线芯为240mm2的聚氯乙烯电缆，即VLV22-800-3?240+1?120的四芯电缆。

30

选择电缆截面为240mm2再次对电压损耗进行校验：

8.2.5.4 按发热条件选择，由I30=16.3A,及地下0.8m土壤温度为25C?查设计指导书表8-42再次选240mm2，其Ial=294A>I30，满足发热条件。

8.2.5.5 校验电压损耗：由图所示平面图量得变电所至5号厂房距离取120m， 而由表8-41查得R0=0.16?/km ； X0=0.07?/km 又因为5号厂房的P30=10KW;Q30= 3.8kvar；因此 ?U=

P30(R0?L)?Q30(X0?L)10?（0.16?0.12）?3.8?（0.07?0.12）=V=0.58V

0.38U1N0.58?U?100%=?100%?0.15%

380U1N ?U%=

?U%=0.15%＞Ual=5%满足允许电压损耗要求。 因此选VLV22-800-3?240+1?120的四芯电缆。

故6号、7号、8号、9号、10号都选VLV22-800-3?240+1?120的四芯电缆。 8.2.11 馈电给生活区的线路：用LJ型铝绞线架空敷设

8.2.11.1按发热条件选择，由I30=432A,查设计指导书表8-35初选185mm2，其

Ial=445A>I30，满足发热条件。

8.2.11.2校验电压损耗：由图所示平面图量得变电所至生活区距离取149m，

而由表8-41查得R0=0.18?/km ； X0=0.34?/km 又因为4号厂房的P30=256 KW;Q30= 123kvar；因此 ?U=

P30(R0?L)?Q30(X0?L)256?（0.18?0.149）?123?（0.34?0.149）=V=34.5V

0.38U1N34.5?U?100%=?100%?9.1%

380U1N ?U%=

?U%=9.1%＞Ual=5%不满足允许电压损耗要求。

由此看来，对生活区采用一回LJ-185架空线路供电是不行的。为了确保生活用电的电压质量，决定采用四回LJ-120架空线路对生活区供电。查8-35的LJ-120的

31

R0=0.28?/km ； X0=0.3?/km

?U=

P30(R0?L)?Q30(X0?L)(256/4)?（0.28?0.149）?(123/4)?（0.3?0.149）=V=10.64V

0.38U1N10.64?U?100%=?100%?2.8%

380U1N ?U%=

?U%=2.8%＜Ual=5%满足允许电压损耗要求

中性线采用LJ-70铝绞线。

8.3作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯绞线，直接埋地敷设与相距约300m的连接单位变配电所的10KV母线相联。 8.31 发热条件选择，工厂二级负荷容量共418.5KVA，I30=

418.5=24.2A,，最热月

3?10KV土壤平均温度为25C?，因此查表得，初选电缆芯截面为25mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其Ial=90A>I30，满足发热条件。

8.3.2 校验电压损耗：由图所示平面图量得变电所至生活区距离取300m，

而由表8-41查得R0=1.54?/km ； X0=0.12?/km ，二级负荷P30=（96.4+136.4+57.6）=290.4 KW;Q30=（105.3+132.6+57.1）=295kvar；因此 ?U=

P30(R0?L)?Q30(X0?L)290.4?（1.54?0.3）?295?（0.12?0.3）=V=381V

0.38U1N381?U?100%=?100%?3.81%

10000VU1N ?U%=

?U%=3.81%＜Ual=5%满足允许电压损耗要求。

8.3.4 短路热稳定 按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知电缆线芯25mm2的交联电缆是满足热稳定要求的。而邻近单位10KV的短路数据不知，因此该联络线的短路热稳定校验计算无法进行，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表3所示。

32

表6 变电所进出线和联络线的型号规格

线路名称 导线或电缆的型号规格 10KV电源进线 LJ-35铝绞线（三相三线架空） 主变引入电缆 YJL22-10000-3×25交联电缆（直埋） 至1号厂房 VLV22-800-3×240+1×120四芯塑料电缆（电缆沟） 至2号厂房 VLV22-800-3×240+1×120四芯塑料电缆（电缆沟） 至3号厂房 VLV22-800-3×240+1×120四芯塑料电缆（电缆沟） 至4号厂房 VLV22-800-3×240+1×120四芯塑料电缆（电缆沟） 380V至5号厂房 VLV22-800-3×240+1×120四芯塑料电缆（电缆沟） 低压至6号厂房 VLV22-800-3×240+1×120四芯塑料电缆（电缆沟） 出线 至7号厂房 VLV22-800-3×240+1×120四芯塑料电缆（电缆沟） 至8号厂房 VLV22-800-3×240+1×120四芯塑料电缆（电缆沟） 至9号厂房 VLV22-800-3×240+1×120四芯塑料电缆（电缆沟） 至10号厂房 VLV22-800-3×240+1×120四芯塑料电缆（电缆沟） 至生活区 四回路3×LJ-120+1×LJ-70（三相四线架空） 与邻近单位10KV联络线 YJL22-10000-3×25交联电缆（直埋）

33

9.所回路方案的选择与继电保护的整定 9.1高压断路器的操动机构控制与信号回路

断路器采用手力操动机构，其控制与信号回路如图所示

控制、信号小母线 熔断器 合闸控制回路 正常跳闸灯光信号 事故跳闸灯光信号 跳闸控制回路 正常合闸灯光回路 事故跳变回路 信号小母线 熔断器 音响信号回路 合闸小母线 熔断器

图4 电磁操动的断路器控制与信号回路

9.2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，分别计量全场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。计算柜由上级供电部门加封和管理。

9.3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-避雷柜，其中电压互感器为3个JDZJ-10型，组成

合闸回路 34

Y0/Y0/开口三角的结构，用以实现电压测量和绝缘监察，其结构图见

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。高压线进线上，亦装有电流表。

低压侧的动力出现上，军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。低压并联电容器组线路上，装有无功电度表。每一回路均装有电流表。低压母线装有电压表。仪表的准确度等级按规范要求。 9.4 变电所的保护装置 9.4.1 主变压器的继电保护装置

9.4.1.1 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，瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时应动作于高压侧断路器。

9.4.1.2 装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两线电器式结线，去分流跳闸的操作方式。

①、过电流保护动作电流的整定。利用式，其中IL.max=2I1N.T=2×800KVA/（3?10kV）=2×46.2A=92.4A，Krel=1.3，Kw=1，Kre=0.8，Ki=100/5=20，因此动作电流为：

Iop=

1.3?1×92.4A=7.5A整定为8A。（注意：Iop只能整数，且不能大于10A。）

0.8?20②、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。

(2)③、过电流保护灵敏系数的检验：利用式，其中Ik.min=Ik?2=/KT=0.866×17.26kA/

（10kV/0.4kV）=0.6kA，Iop.1=IopKi/Kw=8A×20/1=160A，因此其保护灵敏系数为：

Sp=600A/160A=3.75＞1.5满足灵敏系数1.5的要求。 9.4.1.3 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，其中Ik.max=Ik(3?2=17.26kA，Krel=1.4，Kw=1，Ki=100/5=20，

KT=10/0.4=25，因此速断电流为： Iqb=速断电流倍数整定为：

1.4?1?17260A=48.33A 20?25Kqb= Iqb/Iop=48.3A/8A=6.05

Kqb=6

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（注意：Kqb可不为整数，但必须在2～8之间。）

)②电流速断保护灵敏系数的检验：利用式，其中Ik.min=Ik(2?1=0.866×2kA=1.73kA，

Iqb.1=IqbKi/Kw=48.33A×20/1=966.6A，因此其保护灵敏系数为： Sp=1730A/966.6A=1.79

从表可知，按GB50062-92规定，电流保护（含电流速断保护）的最小灵敏系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏系数是达到要求的。但按JBJ6-96和JGJ/T16-92的规定，其最小灵敏系数为2，则这里装设的电流速断保护灵敏系数偏低一些。 9.4.2 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置

9.4.2.1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。利用式，其中IL.max=2I30，取

I30=

144.9?192.1?81.53?10kv=24.2AKrel=1.3， Kw=1，Kre=0.8，Ki=100/5=20，因此动作电

流为：

Iop=

1.3?1×2×24.2A=3.93A整定为4A。

0.8?20②、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。装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流

9.4.2 装设断流速断保护。亦利用GL15的速断装着。但因无经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。 9.4.3 变电所低压侧的保护装置

9.4.3.1 低压总开关采用DW15-1500/3型低压断路器，三相均装过流脱扣器，既可保护低压侧的相同短路和过负荷（利用其长延时脱扣器），而且可保护低压侧单相接地短路。脱扣器动作电流的整定可参考文献（1）或其它有关手册，限于篇幅，此略。

9.4.3.2 低压侧所有出线上均采用DZ20型低压断路器控制，其瞬时脱扣器可实现对线路故障的保护。限于篇幅，整定计算亦从略。

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10.变电所的防雷保护与接地装置的设计 10.1 变电所的防雷保护

10.1.1 直击雷防护 在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根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应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內时，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≤10?。通常采用3～6根长2.5m、Ф50mm的钢管，再装避雷针的杆塔附近作一排或多边形排列，管间距离5m,打入地中，管顶距地面0.6m。接地管间用40mm×4mm的镀锌扁钢焊接相连。引下线用25mm×4mm的镀锌扁钢，下与接地体焊接相连，并于装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相连接，上与避雷针焊接相连，避雷针采用Ф20mm 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以上距离。

10.1.2 雷电侵入波的防护

10.1.2.1 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25mm×4mm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连接。

10.1.2.2 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。 10.1.2.3 在380V低压架空出线杆上，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。

10.2 变电所公共接地装置的设计

10.2.1 接地电阻的要求 按表，此变压所的公共接地装置的接地电阻应满足一下条件： RE≤4?

RE≤120V/IE=120V/30.3A=3.96? 式中 IE=

10(80?35?28)A=30.3A

350因此公共接地装置接地电阻RE≤4?。

10.2.2 接地装置的设计 采用长2.5mm、Ф50mm的钢管34根，沿变电所三面均匀布置

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（变电所前面布置两排），管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。管间用40mm×4mm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25mm×4mm的镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置图

接地电阻的验算 R?E=

RE(1)n?=

8034?0.6=3.92?

满足RE≤4?的接地电阻要求。式中?=0.6查表“环形敷设”栏近似地选取。

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11. 机械厂降压变电所主结线电路图

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总结

通过本次近两周课程设计，工厂供电课程设计就临近尾声了，我能将所学理论知识很好的运用到了实际的工程设计当中，在具体的设计过程中，真正做到了学以致用，也使自己的实际工程能力得到了很大的提高。本次的课程设计，我主要负责的是负荷计算及无功功率计算和补偿、变电所位置选择等。在设计初期，曾遇到了一些问题，现将各问题已经都解决了。

通过这次设计，我懂得了学习的重要性，这次设计也为我今后学习兴趣奠定了基础，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉得作为一名机电一体化专业的学生这次课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。这次课程设计让我充分认识到团队合作的重要性，只有分工明确而又协作合作才能保证整个项目的有条不絮。在课程设计的过程中，当我们碰到许多不明白的问题时，通过查找资料及请教指导老师，给了我们以很大的帮助，使我们获益匪浅。

总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了

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