毕业设计正文

第 1 章 设计概况 第 1 章 设计概况

供配电系统是电力系统的电能用户，也是电力系统的重要组成部分。它由总降压变电所、配电线路、车间变电所和用电设备组成。做好供配电系统设计，对于促进工业生产、降低生产成本、实现生产自动化和工业现代化有着十分重要的意义。所以，对于供配电系统的设计需要具备以下几点要求：

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。

5．发展：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。

1.1 工程概况

本设计为华瑞机械制造厂供电系统设计。该厂坐落在经济技术开发区内，交通便利，环境优美，成立于2001年，目前企业占地面积约10000平方米，建筑面积8800平方米，工厂现有专业技术人员20余人，年产值实现1500余万。该制造厂总共有10个车间，分别为锻压车间、铸造车间、铆焊车间、机工车间、试验车间、压气车间、装配车间、热处理车间、电镀车间、辅助车间，工厂另外有办公区域和生活区域，各产生了一定的电能负荷。工厂各车间之间负荷相对分散，输电距离较远。因此工厂在三处设置了三个车间变电所（其中一个为总降压变电站，其所在位置的用电负荷相对较大），每个车间变电站均需要提供400V的供电电源。在地理位置上，三个车间变电站之间相距大约200m的距离，整个制造厂的用电负荷形成整体分散，区域集中的特点。其用电设备情况具有以下两个特点：

（1） 负荷类型：该企业绝大部分用电设备属于长期连续负荷。要求不间断供电，

停电时将造成加工厂品的报废，故主要车间及其附属设备均为二级负荷。

（2） 该企业为三班工作制，全年工作小时为8760小时，最大负荷利用小时数为

5200小时。

该机械制造厂最高月份平均气温30℃，最高月平均地温13℃，冻土层厚度0.7m，地下水位1.5m，土地性质为粘土，海拔高度50m，主导风向为西北（冬）与东西（夏），年雷暴日25天。

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第 1 章 设计概况 1.2 电源与负荷情况

该机械制造厂绝大多数负荷均为二级负荷，因此考虑采用双电源引入该厂，供电变压器也采用两台，从而做到当电力变压器发生故障或电力线路发生故障时，不至于中断供电或中断后能迅速恢复。经向当地供电部门申请，可从该厂东北方向6KM处引入一路35KV电压等级电源，其出口短路容量为Sd=130MVA，从该厂西北方向5KM处引入另一路35KV电压等级电源，其出口短路容量Sd=110MVA。两电源的使用要求有以下两点：

（1）供电电源A要求功率因数大于0.94，供电电源B要求功率因数大于0.95。各

车间变电站功率因数大于0.92。

（2） 供电电价为两部电价。基本电价与变压器容量相关为4元/KVA。35KV供电电

压的电度电价为0.8元/KWH。

该机械制造厂的主要负荷如下表所示：

表1.1 主要负荷表

车间站 负荷序号 符合名称 负荷等级 有功负荷 无功负荷 车 间 站 1 车 间 站 2 车 间 站 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 锻压车间 铸造车间 机工车间 试验车间 压气车间 装配车间 办公负荷 热处理车间 电镀车间 辅助车间 整理车间 2 2 2 2 2 2 3 2 2 2 2 110 115 130 100 90 90 80 55 85 70 80 50 95 110 105 90 85 70 55 30 75 60 60 45 铆焊车间 2 1.3

设计依据

本次供配电系统设计主要依据以下资料：

1、《10KV及以下变电所设计规范》(GB50053-94) 2、《3～110KV高压配电装置设计规范》(GB 50060-92) 3、《35～110KV 变电所设计规范》(GB50059－92) 4、《并联电容器装置设计规范》(GB 50227－95) 5、《低压配电设计规范》(GB 50054-95)

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第 1 章 设计概况 6、《电力工程电缆设计规范》(GB 50217-94)

7、《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB 50062-92） 8、《供配电系统设计规范》（GB 50052-95）

9、《建筑物防雷设计规范》（GB 50057-94）(2000年版)） 10、《建筑照明设计标准》（GB 50034—2004） 11、《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T 16-92） 12、《工业企业照明设计标准》(GB 50034-92) 13、《98系列建筑标准设计图集98D》

1.4 设计内容

本次设计涵盖以下内容： （1）全厂的计算负荷。

（2）总降压变电所、车间变电所的形式、变压器的台数及容量。 （3）全厂的供电系统及供电形式。 （4）短路电流及选择主要电器设备。 （5）无功功率补偿装置。 （6）变配电所的保护方式。

（7）总降压变电所及车间配电所的平、立、剖面图以及布置图。 （8）总降压变电所的接地、照明装置。 （9）总降压变电所的防雷保护。 （10）总降压变电所的运行管理建议。 本册说明包括了以下内容： （1）设计说明书。

（2）总降压变电所、车间变配电所系统图。 （3）总降压变电所平面图、剖面图。

（4）接地、防雷、照明布置、总降压变电所低压配电系统图。 （5）供电系统继电保护原理图。 （6）系统二次回路原理图。 （7）系统主接线图。

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第 2 章 关于主接线方案的确定 第 2 章 关于主接线方案的确定

2.1 主接线设计要求

变电所的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，表示了各种电气设备的相对电气连接关系。一般来说，主接线方案的确定应根据当地电网所能提供的外电源情况、建设单位的用电负荷等级和重要性、任务书的要求等因素综合考虑。对变电所的主接线有以下几个要求：

1 运行的可靠：断路器检修时是否影响供电；设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

2 具有一定的灵活性：主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的，而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且在检修时可以保证检修人员的安全。

3 操作应尽可能简单、方便：主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。

4 经济上合理：主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。

5 应具有扩建的可能性：由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。

2.2 方案比较

2.2.1 直变与二级变压的比较

本工程中，两路电网均提供了35kV的电源进线，而且该机械制造厂中设备均是400V设备。按照分析，供电形式可采用35/0.4kV直变和35/10kV+10/0.4kV变压两种做法，主要比较如下：

35/0.4kV变电形式适用于大容量的变电所,对用电量大的厂矿供电优点很多。首先，这种做法简化了部分35/10kV及10/0.4kV二次变压的工厂供电系统，减少了很多相应的设备，便于维护和管理。其次，这种变压方式一次电压高,可减少高压侧输电的电压损失和电能损耗,有明显的节能效果。但是,35kV直变变电所单台变压器一般容量很大,需要用高分断能力的低压断路器及限流开关,配电设备选择的正确与否,直接影响变电所运行的可靠性和安全性。而35/10kV+10/0.4kV二级变压虽然在系统复杂程度和节能效果上不如直接变压，但其可靠性、安全性和可操作性上均优于直接变压。

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第 2 章 关于主接线方案的确定 综合分析该机械制造厂的综合情况，我们现决定采用35/10kV+10/0.4kV变压方式。理由如下：1。该机械制造厂绝大部分用电负荷均为长期连续负荷，负荷小，用电量小，所需的电力变压器容量不大。2.本厂负荷属于二级负荷，要求不间断供电，停电时将造成加工产品的报废，故本厂对供电可靠性要求高。3。该厂采用三个车间变电所进行供电，其中一个为总降压变电所，内部设置管理人员值班室和休息室，派专人管理和维护供电系统。鉴于系统安全性和可操作性上的考虑，采用35/10kV+10/0.4kV二级变压更为合适。

2.2.2 变压器绕组数目的比较

本工程中，两路电网均提供了35kV的电源进线，而且该机械制造厂中设备均是400V设备。按照分析，变压器可以选用三绕组的变压器也可完全采用双绕组变压器，主要比较如下：

三绕组变压器可以认为是在每相上都有三个在电路上独立的绕组的变压器(电路而非磁路! )，可以把其看成是由三对双绕组变压器组成的。其高压绕组，中压绕组，低压绕组，他们同心地套装在同一铁心柱上，其中一个绕组接电源，另两个绕组便有两个等级的电压输出。三个绕组在铁心柱内、外层的排列布置，既考虑绝缘处理的方便，又考率传递的方向。从绝缘上考虑，高压绕组不宜靠近铁心，应放在外层。当三绕组变压器用在发电机的升压场合，功率传递方向是由低压绕组分别向中、高压边传递，就选用低压绕组放在中间，中压绕组放在内层的排列布置方式，当用在降压场合，功率传递方向是由高压侧向中低压侧传递，就选用中压绕组放在中间，低压绕组放在内层的排列布置方式。即由外向里可以是高、中、低的排列，也可以是高、低、中的排列。在实际应用中，同一发电厂或变电所可能有三种不同电压等级的电压，例如：35kV、10kV及0.4kV，此时，可用两台双绕组变压器，也可用一台三绕组变压器，把不同电压的输电系统联系起来。显然，采用三绕组变压器较经济，维护也方便。而双绕组变压器是普通常用的变压器，在35kV以下变配电所得到广泛应用，有一定的实用性。

综合分析该机械制造厂的综合情况。该厂设置了三个车间变电所（其中一个为总降压变电站，其所在位置的用电负荷相对较大），每个车间变电站均需要提供400V的供电电源。在地理位置上，三个车间变电站之间相距大约200m的距离，整个制造厂的用电负荷形成整体分散、区域集中的特点。鉴于此，我们在总降压变电所设置两台三绕组变压器，变压等级为35kV-10kV-0.4kV。10kV出线提供给其余两个车间变电站，0.4kV供给总降压变电站的车间负荷，在其余两个车间变电所内选用两个10/0.4kV的双绕组变压器进行变压配电。理由如下：1。该厂设置了三个车间站，站与站之间采用高电压等级（本次采用10kV）进行电力传输优于利用380V进行传输，电缆的载流量也大幅下降，电缆截面也大大变小，所占用的地理区域面积也相应的有所减小，所以这种高电压传送在投资，运行等诸多方面上考虑都显得更加合理。这就使得总降压变电站内存在三个电压等级（35kV、10kV、0.4kV）。利用三绕组变压器本身的特点，我们选择两台变压器就

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第 2 章 关于主接线方案的确定 能提供上述三种电压等级。而普通的双绕组则至少需要四台。相比之下，采用三绕组变压器不光降低了变压器室的地理空间，简化了接线，便于维护，使整个主接线清晰、简洁。2。采用三绕组变压器降低了运行的复杂程度，便于操作人员的故障排查。3。采用三绕组变压器省去了10kV母线，节约了投资。

2.2.3 电源切换方式的选择

本工程中，两路电网均提供了35KV的电源进线，当一路电源发生故障停电时，另外一路正常电源可通过电源切换的方式带起故障线路上的负荷。主要的切换方式有以下几种，分别说明如下： 1． 桥式接线：

当只有两台变压器和两条线路时，可以采用桥式接线，桥式接线按照连接桥的位置可分为内桥接线和外桥接线。内桥接线的连接桥设置在变压器侧，外桥接线的连接桥设置在线路侧。连接桥上亦装设断路器，正常运行时此断路器是接通的。这种接线中，四条回路只用了三台断路器，所用的断路器数量是较少的。桥式接线具有工作可靠、灵活、使用电器少、装置简单清晰、建造费用低和易于发展成单母线分段接线等优点。

内桥式接线主要适用于供电线路长，线路故障几率大，负荷平稳，主变压器不需要频繁切换操作，没有穿越功率的降压变电站中。缺点是在当变压器检修或发生故障时，须进行倒闸操作，操作过程复杂且时间较长。

外桥式接线主要适用于供电线路短，线路故障几率小，负荷变化大，主变压器需要频繁切换操作，有穿越功率的降压变电站中。缺点是在当线路检修或发生故障时，须进行倒闸操作，操作过程复杂且时间较长。 2． 单母线分段：

为了提高母线接线的供电可靠性和灵活性，可采用单母线分段接线，当其中一段母线或母线隔离开关需要清扫、检修时，可以拉开分段断路器及两侧的隔离开关，则另一段母线仍能照常工作。如果有一段母线发生故障，继电保护装置可迅速跳开分段断路器和故障母线上的电源，而没有故障的一段母线仍能继续工作。其主要的优缺点有：1）、用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同断引出两个回路由两个电源供电。2）、当一段母线发生故障，断开母联断路器，自动将故障隔离，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。3）、当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电。4）、当出现为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越。5）、扩建时需向两个方向均衡扩建。 3． 双回线路：

双回路供电的重要用户，两回路分别接到两段10kV出线上，供电的可靠性很高。但是由于目前的10kV传输线路采用电缆形式，采用这种做法需要两路电缆线路，需要占用很大的地理空间和有色金属消耗量，一定程度上显得稍不经济。 4． 低压单母线分段：

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第 2 章 关于主接线方案的确定 鉴于双回线路的上述缺点，可采用两路低压线路的联络来解决。当一路电源线路失电时，另一路电源通过低压联络线带动故障线路上的负荷，保证了可靠性，同时也降低了物理空间的占用量。但是，由于低压联络的载流量普遍很大，这就给联络电缆的选择、保护、电压损失均提出了挑战。 5． 两路变压器线路：

为了避开上述的低压电缆选择问题，同时又要保证供电可靠性要求。工程也可采用两路变压器线路组的形式。若采用一用一备的形式，则正常工作时只有一台变压器运行，另一台一般处于冷备用状态；若采用两路变压器均运行的供电形势，可降低变压器的选择容量，当其中一路变压器故障时，另一台变压器只需带动相应的一二级负荷。尽管这些做法保证了可靠性，解决了电缆线径的问题，方便了日后负荷扩大，但不管哪种方式，在经济上由于采用了两组线路变压器组都显得不经济，初期投资和后期运行费用都很大，一般的企业不采用。

综合分析该机械制造厂的综合情况，结合上述几种切换方式的优缺点，我们采用如下的主接线方案：两路高压进线采用内桥式接线，低压采用单分段母联。主要考虑如下：

1。由于两路电源在正常运行条件下采用一用一备的形式，考虑变压器的容量和负荷问题，采用桥式连接，桥式连接上的断路器长期处于工作状态以减小变压器的负担。

2。两路35KV电源进线供电距离均很长（A电源为6km。B电源为5km），线路故障几率大，没有穿越功率，采用内桥式接线较为合适。

3。由于采用了三绕组电力变压器，主接线上省去了10kV母线，不考虑中压的切换方式。

4。低压均采用单分段母线方式保证可靠性，考虑节省初期投资不采用两路变压器组形式，考虑物理空间的占用量不采用双回线路形式。在低压联络线上的问题上，由于两个车间站之间的距离仅有200m，而且交联型的聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆能达到上千的载流量，无论在电压损失还是在流量上都能合格要求。

2.3 所选方案的可行性

综上所述，该机械制造厂的供电线路主接线有以下几个特点：

1．采用两路35KV电源进线，在35KV侧进行内桥式连接，以提高供电的可靠性。 2．选用两台三绕组电力变压器，以提供三个电压等级，三个电压等级均为35/10/0.4KV，正常运行时，每台变压器带动大约一半的负荷。

3．考虑到该制造厂负荷具有整体分散、区域集中的特点，形成三个负荷圈。在三个负荷中心分别设立车间变电站。其中负荷最大的车间变电所为总降压变电所，两路电源进线在总降压变电站进行总降压后再进行配电。

4．总降压变电所的低压负荷电源由两个三绕组变压器的380V出线共同提供，并采用母线联络的方式提高可靠性，当任何一路出线出现故障而导致停电时，另一路可以直

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第 2 章 关于主接线方案的确定 接通过母联继续保证负荷的不间断供电。

5．考虑到三个车间站之间存在一定的物理距离，在站与站之间采用10kV电缆进行传输，即减小了电缆的载流量，缩小了线缆直径，也减小了电缆对物理空间的占用。

6．为了保证车间站内负荷的可靠供电，在两个独立车间站之间采用低压联络方式。不足之处是低压电缆所承受的载流量很大，线径较粗，电压损失也较大。

7．无论是低压联络还是母联，当母线出现故障时，当段母线的负荷均需在母线检修期内停电。

8．由于该主接线变压器的稳定工作是关键，变压器的容量需要偏大选择以满足所有二级负荷的供电要求，一定程度上增加了初期投资。

9．正常运行时，综合考虑线路距离和电价，采用B电源进行供电，仅当B电源出现故障时才选择A电源进行供电。

10．该主接线有如下几种运行方式：正常运行：A/B电源+两台三绕组变压器+两台10/0.4kV变压器，内接接线工作，所有低压联络断开；故障运行方式一：当某一个三绕组变压器故障维修时，A/B电源+一台三绕组变压器+一台10/0.4kV变压器，内接接线工作，所有低压联络闭合；故障运行方式二：当某一个10/0.4kV变压器故障维修时，A/B电源+两台三绕组变压器+一台10/0.4kV变压器，内接接线工作，总降压变电站低压母联闭合； 另外两个车间变电站低压联络线工作。

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第 3 章 关于用户的负荷计算 第 3 章 关于用户的负荷计算

该制造厂绝大部分用电设备属于长期连续负荷，要求不间断供电，停电时将造成加工产品的报废，故主要车间及其附属设备均为二级负荷。另外，该企业为三班工作制，全年工作小时为8760小时，最大负荷利用小时数为5200小时。其中有功设备的同期系数K?p?0.9，无功设备的同期系数K?q?0.85。

3.1 各车间负荷计算

各车间的负荷情况（正常运行时）计算如下： 1．总降压变电站：

锻压车间： 负荷等级为2级，

Pc?110kw Qc?95kvar S22c?PC?QC?145.34KVA铸造车间： 负荷等级为2级

P22c?115kw Qc?110kvar Sc?PC?QC?159.14KVA铆焊车间： 负荷等级为2级

P22c?130kw Qc?105kvar Sc?PC?QC?167.11KVA机工车间： 负荷等级为2级

Pc?100kw Qc?90kvar Sc?P22C?QC?134.54KVA2．车间站2

试验车间： 负荷等级为2级

Pc?90kw Qc?85kvar S22c?PC?QC?123.79KVA 压气车间： 负荷等级为2级

Pc?90kw Q2c?70kvar Sc?PC?Q2C?114.02KVA装配车间： 负荷等级为2级

IC?S3U?220.83ANIC?S3U?242.79ANIC?S3U?254.9A

NIC?S3U?204A

NIC?S3U?188A

NISC?3U?173.24AN9

第 3 章 关于用户的负荷计算 P80kw Qvar S22 ISc?c?55kc?PC?QC?97.08KVAC?3U?147.50A

N办公负荷： 负荷等级为3级

Pc?55kw Qc?30kvar S22c?PC?QC?62.65KVA ISC?3U?92.5A

N3．车间站3

生活负荷： 负荷等级为3级

P22c?85kw Qc?75kvar Sc?PC?QC?113.36KVA IC?S3U?172.0A

N热处理车间：负荷等级为2级

Pc?70kw Q22c?60kvar Sc?PC?QC?92.19KVA ISC?3U?140A

N电镀车间： 负荷等级为2级

P22c?80kw Qc?60kvar Sc?PC?QC?100KVA IC?S3U?151.94A

N辅助车间： 负荷等级为2级

Pc?50kw Q22c?45kvar Sc?PC?QC?62.27KVA ISC?3U?102A

N3.2 车间变电所低压母线负荷计算

依据主接线（参照图）和上述各车间的负荷计算结果，各点的负荷计算如下：1．车间变电所2二次侧负荷： P22?0.9?(90?90?80?55)?283.5kw Q22?0.85?(85?70?55?30)?204kvar S2222?P22?Q22?349.27kVA IS2222??0.53kA3UN cos?P22

22?S?0.81222其中的二级负荷为： P'22?0.9?(90?90?80)?234kw Q'22?0.85?(85?70?55)?178.5kvar S' 22?P2222?Q22?294.3kVA2．线路变压器损耗估算如下：

?PT2?0.015S22?0.015?349.27?5.24kw

?QT2?0.06S22?0.06?349.27?20.96kw

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第 3 章 关于用户的负荷计算 3．车间变电所2一次侧负荷为（即总降压变电站一号变压器10KV出线的负荷）： 暂不记线路的有功和无功损耗：P 32?P22??PT2?283.5?5.24?288.74kw Q32?Q22??QT2?204?20.96?224.96var S2232?P32?Q32?366.03KVA IS3232?3U?21.13AN cos?32?P32S?0.789324．车间变电所3二次侧负荷： P23?0.9?(85?70?80?50)?256.5kw Q23?0.85?(75?60?60?45)?204kvar S223?P23?Q223?327.73KVA S23 I23?3U?0.498KAN

cos?P2323?S?0.78323其中的二级负荷为： P'23?0.9?(85?70?80)?180kw Q'23?0.85?(75?60?60)?140.25kvar 22 S'23?P22?Q22?290.64kVA5．线路变压器损耗估算如下：

?PT3?0.015S23?0.015?327.73?4.92kw

?QT3?0.06S23?0.06?327.73?19.66kw6．车间变电所3一次侧负荷为（即总降压变电站二号变压器10KV出线的负荷）： 暂不记线路的有功和无功损耗：P 33?P23??PT3?256.5?4.92?261.42kw Q33?Q23??QT3?204?19.66?223.662kvar S33?P2233?Q33?344.04KVA S33 I33?3U?19.86AN

cos?33?P33S?0.76333.3 总降压变电站母线负荷计算

总降压变电站内380V出线负荷： 一号变压器： P211?0.9?(110?115)?202.5kw Q211?0.85?(95?110)?174.25kvar

S22211?P21?Q21?267.15KVA IS21P21211??0.41KAcos?211??0.763UNS21 11

第 3 章 关于用户的负荷计算 二号变压器： P212?0.9?(130?110)?207kw Q212?0.85?(105?90)?165.75kvar S22212?P22?Q22?265.18KVA S22 I212??0.4KA3UN

cos?P22212?S?0.7822一号三绕组变压器二次侧负荷总计： P41?288.74?202.5?491.24kw Q41?224.96?174.25?399.21kvar S220VA

41?P4?Q4?633.一号三绕组变压器损耗估算： ?PT1?0.015S4?0.015?633.0?9.495kw ?QT1?0.06S4?0.06?633.0?37.98kw同理，二号三绕组变压器二次侧负荷总计：

P42?468.42kw Q42?389.41kvar

S42?609.14VA二号三绕组变压器损耗估算： ?PT1?0.015S42?9.14kw

?QT1?0.06S42?36.55kw3.4 电源进线负荷计算

一号三绕组变压器二次侧负荷总计：

P51?P41??PT4?491.24?9.495?500.735kw Q51?Q41??QT4?399.21?37.98?437.19var S51?P2251?Q51?664.73KVA IS5151?3U?10.96AN cos?P51 51?S?0.75?0.9551

二号三绕组变压器二次侧负荷总计：

P52?P4??PT4?491.24?9.495?500.735kw Q52?Q4??QT4?399.21?37.98?437.19var S2252?P52?Q52?664.73KVA IS5252?3U?10.96AN cos?52

52?PS?0.75?0.9552

12

第 1 章 设计概况 第 4 章 关于系统无功功率补偿

4.1 概述

在电力网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，我们希望的是功率因数越大越好。这样电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。影响功率因数的主要因素主要是：

(1)大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功率的主要消耗者。无功功率中，异步电动机的无功消耗占了60％～70％；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机总无功消耗的60％～70％。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空载运行并尽可能提高负载率。

(2)变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10％～15％，它的空载无功功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应空载运行或长期处于低负载运行状态。

(3)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。 当供电电压高于额定值的 10％时，由于磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，当供电电压为额定值的110％时，一般无功将增加35％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响电气设备的正常工作。所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

无功补偿通常采用的方法主要有 3种：低压个别补偿、低压集中补偿、高压集中补偿。下面简单介绍这3种补偿方式的适用范围及使用该种补偿方式的优缺点。

(1)低压个别补偿:

低压个别补偿就是根据个别用电设备对无功的需要量将单台或多台低压电容器组分散地与用电设备并接，它与用电设备共用一套断路器。通过控制、保护装置与电机同时投切。随机补偿适用于补偿个别大容量且连续运行 (如大中型异步电动机)的无功消耗，以补励磁无功为主。低压个别补偿的优点是：用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，因此不会造成无功倒送。具有投资少、占位小、安装容易、配置方便灵活、维护简单、事故率低等优点。

(2)低压集中补偿：

低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置，根据低压母线上的无功负荷而直接控制电容器的投切。电容器的投切是整组进行，做不到平滑的调节。低压补偿的优点：接线简单、运行维护工作量小，使无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低网损，具有较高的经济性，是目前无功补偿中常用的手段之一。

(3)高压集中补偿：

13

第5 章 关于变压器的选择 高压集中补偿是指将并联电容器组直接装在变电所的 6～10kV高压母线上的补偿方式。适用于用户远离变电所或在供电线路的末端，用户本身又有一定的高压负荷时，可以减少对电力系统无功的消耗并可以起到一定的补偿作用；补偿装置根据负荷的大小自动投切，从而合理地提高了用户的功率因数，避免功率因数降低导致电费的增加。同时便于运行维护，补偿效益高。

4.2 无功功率补偿计算

现在采用低压集中补偿的形式，分别在各个变电站内的低压母线上装设电容柜。具体计算如下： 二号车间变电所

低压侧：

变压器损耗： 高压侧：

现选择BW0.4-14-3的电容器，将车间变电所低压侧补偿到0.97，

Qcc?P22(tanarccos0.789?tanarccos0.97)?134.2kvarP22?0.9?(90?90?80?55)?283.5kwQ22?0.85?(85?70?55?30)?204kvarS22?I22?P22?Q22?349.27kVAS223UN22?0.53kAcos?22?P22S22?0.812?PT2?0.015S22?0.015?349.27?5.24kw?QT2?0.06S22?0.06?349.27?20.96kwP32?P22??PT2?283.5?5.24?288.74kwQ32?Q22??QT2?204?20.96?224.96varS32?I32?P32?Q32?366.03KVAS323UN22?21.13Acos?32?P32S32?0.789则有：

n?QccQCN?134.214?9.59,

取： n?12

则实际补偿能够达到：QC?12?14?168kvar，则补偿后：

14

第5 章 关于变压器的选择 低压侧：

变压器损耗：

高压侧：

同上方式补偿：

P22?283.5kwQ22?Q22?QC?204?168?36kvarS22?I22?'''''P22?Q22?285.78kVAS223UN'22''2'2?0.434KA?0.015?285.78?4.3kw?0.06?285.78?17.1kw?PT1?0.015S?QT1?0.06S'''22P32?283.5?4.3?287.8kwQ32?36?17.1?53.1kvarS32?cos?'32''P32?Q32?292.66kVA?PS''3232'2'2?0.98?0.92补偿合格总降压变电站内一号三绕组变压器380V母线上的补偿：选择BW0.4-14-3的电容器，将车间变电所低压侧补偿到0.96，取n?9，补偿后

P211?202.5kwQ211?48.5kvarS211?208.23KVAI211?'''''

P41?490.3kwQ41?101.6kvarS41?500.72VA'''?PT1?7.51kw?QT1?30.0kwS2113UN'?0.316KA

cos?211?0.97

P51?497.8kwQ51?131.6varS51?514.9KVAI51?8.5Acos?51?0.967'''''变压器一次测：

三号车间变电所：

低压侧补偿到0.97，取n?12，补偿后

P23?256.5kw

' Q?36kvar23 在低压母线上装设电容补偿柜进行补偿，选择BW0.4-14-3的电容器，将车间变电所

'?PT3?3.89kw?QT3?15.54kwP33?260.39kwQ33?51.54kvarS33?265.44KVAI33?'''''' S?259KVA 'I?0.393KA23S333UN

23?15.33Acos?33?0.98?0.92补偿合格15

第5 章 关于变压器的选择 总降压变电站内二号三绕组变压器380V母线上的补偿：选择BW0.4-14-3的电容器，将车间变电所低压侧补偿到0.96，取n?9，补偿后

' P?207kw '212 '

'Q212?39.75kvarS212?210.78KVAS223U'NP42?467.39kwQ42?91.29kvarS42?467.22VA'''?PT1?7.44kw?QT1?28.57kwI212?

?0.32KAcos?212?0.98变压器一次测：

P52?474.53kwQ52?119.86varS52?489.43KVAI52?8.074Acos?52?0.97'''''当单独用一路电源供电时：进线处负荷总计为：

P61?497.8?474.53?972.33kwQ61?131.6?119.86?251.46varS61?1004.32KVAI61?16.57Acos?61?0.968?0.95无功功率补偿合格'''''

4.3 补偿后故障运行负荷计算

根据上述主接线的设计，根据故障设备的n+1原则，只考虑一个设备出现故障的情况，主要有两种故障运行情况。

1．当其中某一个三绕组变压器出现故障而停止运行时（此时以一号三绕组变压器为例），此时，车间站2和3上的负荷均需要由车间站3的10/0.4kV变压器承担，车间站3的所有负荷均需要由二号三绕组变压器承担，故二号三绕组变压器承担了所有的负荷。

桥式接线上出现故障停运时的情况同上。

2．当其中某一台10/0.4KV变压器出现故障而停止运行时（以车间站2的变压器为例）。此时，车间站2和3上的负荷均需要由车间站3的10/0.4kV变压器承担，车间站3的所有负荷仍然由两台三绕组变压器共同承担。但从提高功率因数方面考虑，建议切除其中一号三绕组变压器。

10kV线缆出现故障时的情况同上。

16

第5 章 关于变压器的选择 4.3.1 故障运行一时的负荷计算

故障运行一时的负荷：

P'22

?283.5?256.5?541.0kwP3?549.19kwQ'22 ?72kvarQ3?104.75varS'.77kVAS22 ?5453?559.09KVAI'?829.24AI3?32.28A22 ?P 'T1?8.19kw ?Q'T1?32.75kw总降压变电所内低压母线上：

P1?202.5?207?409.5kwP4?549.19?409.5?958.69kw?P14.67kw

Q1?48.5?39.75?88.25kvarQ4?193.0kvarT??QT?58.68kw

S1?418.9KVAS4?977.9VA

I1?24.18KAI1?1.486KA进线处负荷总计为： P5?973.36kw Q5?251.68var S5?988.56KVA I5?16.58A

cos?'52?0.968?0.954.3.2 故障运行二时的负荷计算

故障运行二时（以二号车间站内的变压器故障维修为例）的负荷： P2?540.0kwP3?549.19kw Q?P'2?72kvarT1?8.19kwQ3?104.75var S2?545.77KVA?Q'T1?32.75kwS3?559.09KVA

I3?32.28A总降压变电站内380V出线负荷：

一号变压器： P'211?202.5kw二号变压器： P' 212?207kwQ'48.5kvar Q'211?212?39.75kvar S'211?208.23KVAS'212?210.78KVA' I'211?S211U?0.316KAI'S220.32KA 3212?N3U?Ncos?'' 211?0.97cos?212?0.98一号三绕组变压器二次侧负荷总计：

P41?202.5kw

Q41?48.5kvarS41?208.23VA 17

第5 章 关于变压器的选择 一号三绕组变压器损耗估算：

一号三绕组变压器一次侧负荷总计： ?PT1?0.015S4?3.12kw?QT1?0.06S4?12.48kwP51?P4??PT4?202.5?3.12?205.62kwQ51?Q4??QT4?48.5?12.48?60.98var

同理，二号三绕组变压器二次侧负荷总计：

二号三绕组变压器损耗估算：

二号三绕组变压器一次侧负荷总计：

单路电源供电时，负荷总计为：

S2251?P51?Q51?214.47KVAI51?3.54Acos?P551?S?0.9587?0.955P42?549.19?207?756.19kwQ42?104.75?39.75?144.5kvarS42?769.87VA?PT1?11.5kw?QT1?46.03kwP51?756.69?11.5?768.19kwQ51?144.5?16.03?160.53varS51?784.78KVAI51?12.95Acos?51?0.9763?0.95P'61?973.81kwQ'61?221.51varS'61?985.32KVAI'61?16.59Acos?'61?0.975?0.95无功功率补偿合格 18

第5 章 关于变压器的选择 第 5 章 关于变压器的选择

5.1 变压器选择依据及结果

5.1.1 全厂主变压器台数的选择

由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。

5.1.2 全厂变电所主变压器容量的选择

装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量应同时满足以下两个条件： ① 任一台单独运行时，其容量宜大于总计算容量的60%-70% ② 任一台单独运行时，其容量应大于整个制造厂的二级负荷。

5.1.3 变压器参数如下表所示：

依据上述计算负荷，具体选择如下：

表5.1 变压器选型参数表

配置场所 型号 数量 容量 空载损耗 负载损耗 1300 1300 5800 5800 阻抗电压% 高-中 高-低 6 7 5 5 中-低 5 空载电流 1 1 总变电所 2号车变 3号车变 SS9-1000/35 2 S9-630/10 S9-630/10 1 1 1000 630 630

5.2 变压器损耗校验

1. S9-630/10：

最大运行时的总负荷为：Smax?294.3?290.64?584.94KVA（两个车间变电站内的所有二级负荷总计）。参照上表的变压器参数，变压器实际损耗计算如下：

19

第5 章 关于变压器的选择 ?QN?630?0.05?31.5kvar?Q0?630?0.01?6.3kvar故有：Kec.T??P0?Kq?Q0?PK?Kq?QN?1.3?0.1?6.35.8?0.1?31.5?46.44%?2?ScSN?285.78/630?0.454 Sec.T?Kec.T?SN?292.56由上可见，变压器基本?PT??P0??PK??QT?SN(I00?2

达到经济工作。?2.55?4.3kvarUK100?)?6.3?17.1kvar，前述补偿合适2以上两值均小于估算值同理可计算知：车间变电站3内的变压器亦达到经济运行，损耗均小于估算损耗，无功功率补偿合格。 2. SS9-1000/35：

最大运行时的总负荷为：Smax?988.56KVA（故障运行一时的负荷）。参照上表的变压器参数，说明如下：

以其中一个三绕组变压器为例：

S10KV侧?292.66KVA S0.4KV测?208.23KVA，建议二次侧负荷分配为3：2，即实际容

量分配为：1000/600/400KVA。二次侧两个等级的实际负荷率为：

?10V?ScSN?292.66/600?48.78% ?2?ScSN?208.23/400?52.06%，

该变压器基本达到经济运行。

20

第6 章 关于电力传输线缆的选择 第 6 章 关于电力传输线缆的选择

6.1 线缆选择情况

6.1.1 两路35kV进线的线缆选择：

该机械制造厂年最大负荷利用小时数为5200h，采用35KV铝芯电线架空引入，并按照经济电流密度确定电缆规格，具体如下：

jec?0.9 Ic?16.574A Sec?Icjec?18.4mm

2考虑架空进线的最小机械强度，选择LJ-35型铝绞线，电阻值为0.92?/km，电抗值为0.334?/km，采用三角排列，线间间距为0.6m，当室外的温度为25摄氏度时，该架空线屋外的允许载流量为170A，显然满足发热量的要求。

6.1.2 两路10kV出线的电缆选择：

综合考虑初期投资和物理空间的局限性，在10kV出线处采用直埋地电缆的输配电形式，电缆规格为交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铝芯电力电缆3?16mm2，其电阻值为

2.25?/km，电抗值为0.110?/km。载流量为102A，显然满足发热量要求。

6.1.3 低压联络电缆的选择：

由上所述，低压联络电缆在工作时计算电流达到了0.394KA，电缆长度达到200m，选择电缆规格为交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铝芯电力电缆3?240mm2，其电阻值为

0.12?/km，电抗值为0.07?/km。载流量为400A，中性线线径为60mm2。

6.2 所选线缆的电压损失校验

6.2.1 两路35kV进线的线缆

两路电源的线缆电压损失校验如下： A电源 进线距离6km，则

?U%?0.92?[(497.8?474.53)?6]?0334?[(131.6?119.86)?6]10?352?0.48%?5%B电源

进线距离5km，则

?U%?0.478%?5%两路电线选择均合适。

21

第6 章 关于电力传输线缆的选择 6.2.2 两路10kV出线的电缆

两路出现的线缆电压损失校验如下： 一号三绕组变压器出线距离2km，则

?U%?2.25?[287.8?2]?0.11?[53.1?2]10?102?1.307%?5%

二号三绕组变压器出线距离2km，则

?U%?1.43%?5%两路电线选择均合适。

6.2.3低压联络电缆

为了考虑车间设备端有足够的电压，充分考虑车间电缆出线也同时存在电压损失，此时低压联络电缆的电压损失必须维持在3% 以内，具体校验计算如下：

?U%?0.08?256.5?0.2?0.06?36?0.2]10?0.382?2.76%?3%,选择合格。

22

第 8 章 关于系统电气设备的选择 第 7 章 关于系统短路电流的计算

7.1 概述

在供配电系统的设计和运行中，不仅要考虑系统的正常运行状态，还要考虑系统得故障状态，其中尤以三相短路故障最为严重。当发生短路故障时，由于短路电流的阻抗急剧降低，使得线路中产生极大的短路电流，降低系统电压并产生很大的热量和电动力，严重损坏导线和设备，故应该采取有效的措施，尽量的使系统安全可靠的运行。三相短路电流的计算是其他短路电流计算的基础，为了简化计算，视该机械制造厂的供配电系统为无限大容量系统，理想上，系统端电压保持稳定，没有内部阻抗并且视为容量无限大。

7.2 A电源单独运行时的短路电流计算

7.2.1 正常运行时的短路电流

A电源单独供电时，系统正常运行时：整个供电系统如下图所示：

图7.1 供电系统示意图

对应的短路电流计算等效电路图为：

图7.2 短路电流计算等效阻抗电路图

23

第 8 章 关于系统电气设备的选择 具体计算如下：

取基准容量Sd?100MVA，基准电压Ud?Uav，三个电压等级的基准电压分别为

Ud1?37kV,Ud2?10.5kV,Ud3?0.4kV,各元件标幺值有：

系统A： X*Sd1?S?100?0.77

k130系统B： X*Sd1002?S?k110?0.91

架空进线线路： X*3?XSd0l1?U2?0.334?6?100N372?0.146

三绕组变压器高-中绕组: X*Uk%4?100?SdS?6?100N100?0.6?10

三绕组变压器高-低绕组: X*Uk%Sd7?1005?100?S?N100?0.4?17.5

10kV电缆线路： X*Sd6?X0l2?U2?0.11?1?100N10.52?0.10

10/0.4kV变压器: X*Uk%Sd7?100?S?5?100N100?0.63?7.94

低压母联电缆： X*Sd8?X0l2?U2?0.07?0.2?100N0.382?9.7

当K1点发生三相短路时： X*k1?X*1?0.77?0.77 ISdd2??100.56kA3Ud21.732?37?1

则有： I*1k1?X*?1.301 I* k1?Ik1*Id2?2.03kAishk1?2.55Ik1?2.55*2.03?5.17kA Sd

Sk1?X*?130.0MVAk1其余各点的短路电流参数值如下表所示：

24

第 8 章 关于系统电气设备的选择 表7.1 A电源单独供电时，系统正常运行时短路电流参数表

短路点位置 K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8 K9 K10 基准电压 Ud（kV）35 35 10 0.38 10 0.38 0.38 10 10 0.38 总阻抗标幺值X *基准电流（kA） 1.56 1.56 5.5 144.34 5.5 144.43 144.34 5.5 5.5 144.43 电流标幺值 1.3 1.092 0.092 0.05 0.091 0.053 0.05 0.092 0.091 0.053 短路电流（kA） 2.03 1.7 0.506 7.84 0.499 7.656 7.84 0.506 0.499 7.656 冲击短路电流（kA） 5.17 4.34 1.29 14.42 0.92 14.07 14.42 1.29 0.92 14.07 短路容量（KVA） 130 109.2 9.2 5 9.1 5.3 5 9.2 9.1 5.3 0.77 0.916 10.916 18.42 11.016 18.956 18.42 10.916 11.016 18.956

7.2.2 故障运行时的短路电流

7.2.2.1 系统故障运行一的短路电流

A电源单独供电时，系统故障运行一时：整个供电系统如下图所示：

图7.3 系统故障运行一时的供电系统图

图7.4 系统故障运行一时的短路电流计算等效电路图

25

第 8 章 关于系统电气设备的选择 各点的短路电流参数值如下表所示：

表7.2 系统故障运行一时的短路电流参数值

短路点位置 K1 K2 K7 K8 K9 K10 K11 基准电压 Ud（kV）35 35 0.38 10 10 0.38 0.38 总阻抗标幺值X *基准电流（kA） 1.56 1.56 144.34 5.5 5.5 144.43 144.43 电流标幺值 1.3 1.092 0.05 0.092 0.091 0.053 0.035 短路电流（kA） 2.03 1.7 7.84 0.506 0.499 7.656 5.04 冲击短路电流（kA） 5.17 4.34 14.42 1.29 0.92 14.07 9.27 短路容量（KVA） 130 109.2 5 9.2 9.1 5.3 5.3 0.77 0.916 18.42 10.916 11.016 18.956 28.656 7.2.2.2 系统故障运行二的短路电流

A电源单独供电时，系统故障运行二时：整个供电系统如下图所示：

图7.5 系统故障运行二时的供电系统图

图7.6 系统故障运行二时的短路电流计算等效电路图

26

第 8 章 关于系统电气设备的选择 各点的短路电流参数值均可从上述两表中查得。

7.3 B电源单独运行时的短路电流计算

7.3.1 正常运行时的短路电流

B电源单独供电时，系统正常运行时：整个供电系统和短路电流计算等效电路图如下图所示：

图7.7 B电源单独供电，系统正常运行时的电路图和等效电路图

各点短路电流参数值如下表所示：

表7.3 短路电流参数值表

短路点位置 K1 K2 K3 K4 K5

基准电压Ud（kV） 总阻抗标幺值X *基准电流（kA） 1.56 1.56 5.5 144.3 5.5 电流标幺值 1.099 0.95 0.09 0.054 0.089 短路电流（kA） 1.71 1.482 0.4975 7.79 0.493 冲击短路电流（kA） 4.37 3.78 1.27 14.34 0.907 短路容量（KVA） 109.9 105.6 9 5.4 8.9 27

35 35 10 0.38 10 0.91 1.056 11.056 18.556 11.156 第 8 章 关于系统电气设备的选择 K6 K7 K8 K9 K10 0.38 0.38 10 10 0.38 19.096 18.556 11.056 11.156 19.096 144.43 144.3 5.5 5.5 144.43 0.052 0.054 0.09 0.089 0.052 7.56 7.79 0.4975 0.493 7.56 13.9 14.34 1.27 0.907 13.9 5.2 5.4 9 8.9 5.2 7.3.2 故障运行时的短路电流

B电源单独供电时，系统故障运行一时：整个供电系统如下图所示：

图7.8 B电源单独供电，系统故障运行一时的电路图和等效电路图

新增的短路点11的各项参数如下：

短路点位置 K11 基准电压Ud（kV） 总阻抗标幺值X *基准电流（kA） 144.43 电流标幺值 0.0347 短路电流（kA） 5.016 冲击短路电流（kA） 9.23 短路容量（KVA） 3.47 0.38 28.796

其余各点的参数值和系统在故障运行二时的短路电流均可在上述表中查得。

28

第 8 章 关于系统电气设备的选择 7.4 各短路点短路电流列表

综上所述，各点的最大最小三相短路电流如下表所示：

表7.4 短路电流参数值极值表

短路点位置 K1 最小值 最大值 K2 最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值 K5 最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值 最小值 K8 最大值 最小值 最大值 最小值 最大值 K11 最小值 最大值 0.38 10 10 35 基准电压UdkV 35 短路电流（kA） 冲击短路电流kA） 1.71 2.03 1.482 1.7 0.4975 0.506 7.79 7.84 0.493 0.499 7.56 7.656 7.79 7.84 0.4975 0.506 0.493 0.499 7.56 7.656 5.016 5.04 4.37 5.17 3.78 4.34 1.27 1.29 14.34 14.42 0.907 0.92 13.9 14.07 14.34 14.42 1.27 1.29 0.907 0.92 13.9 14.07 9.23 9.27 短路容量（KVA） 109.9 130 105.6 109.2 9 9.2 5.4 5 8.9 9.1 5.2 5.3 5.4 5 9 9.2 8.9 9.1 5.2 5.3 3.47 5.3 K3 10 K4 0.38 K6 0.38 K7 0.38 K9 10 K10 0.38

29

第 8 章 关于系统电气设备的选择 第 8 章 关于系统电气设备的选择

8.1 高压断路器的选择

高压断路器是供电系统中最重要的设备之一，由于成套配电装置应用普遍，断路器选择户内型的，具体的详述如下：

8.1.1 A电源总进线断路器选择：

根据短路电流计算结果，选择户内少油型断路器，型号为SN2-35Ⅰ，继电保护动作时间为2.0S，断路器相关参数校验如下：

表8.1 A电源35kV断路器参数表

序号 1 2 3 4 5 6 SN2-35/1000 额定电压kV 额定电流A 开断电流kA 断流容量MVA 极限通过峰值电流kA 热稳定值I?t 2t要求 35kv 1000A 16kA 1000MVA 45Ka ≥ ≥ ≥ ≥ ≥ ≥ 最恶劣装设地点条件 工作电压 计算电流 短路电流 短路容量 短路峰值电流 2结论 合格 合格 合格 合格 合格 合格 35kv 16.59A 1.7kA 109.2 MVA 4.34 kA 1.7?(2.0?0.1) ?6.06916x4=1024 2最大热稳定值 8.1.2 B电源总进线断路器选择：

根据短路电流计算结果，选择户内少油型断路器，型号为SN2-35Ⅰ，继电保护动作时间为2.0S，断路器相关参数校验如下：

表8.2 B电源35kV断路器参数表

序号 1 2 3 4 5 6 SN2-35/1000 额定电压kV 额定电流A 开断电流kA 断流容量MVA 极限通过峰值电流kA 热稳定值I?t 2t要求 35kv 1000A 16kA 1000MVA 45Ka ≥ ≥ ≥ ≥ ≥ ≥ 最恶劣装设地点条件 工作电压 计算电流 短路电流 短路容量 短路峰值电流 最大热稳定值 35kv 16.59A 1.482kA 105.6 MVA 3.78 kA 1.48?(2.0?0.1) ?4.612结论 合格 合格 合格 合格 合格 合格 16x4=1024 2 30

第 8 章 关于系统电气设备的选择 8.1.3 内桥接线断路器选择：

本设计采用的是内桥接线的方式，按照最恶劣环境条件选择该断路器，故内桥接线断路器同A电源总进线断路器配置。

8.1.4 三绕组变压器10kV出线断路器选择：

根据短路电流计算结果，选择户内少油型断路器，型号为SN10-10Ⅰ，继电保护动作时间为1.5S，断路器相关参数校验如下：

表8.3 10kV断路器参数表

序号 1 2 3 4 5 6 SN10-10Ⅰ 额定电压kV 额定电流A 开断电流kA 断流容量MVA 极限通过峰值电流kA 热稳定值I?t 2t要求 10kv 630A 16kA 300MVA 40KA 2最恶劣装设地点条件 工作电压 计算电流 短路电流 短路容量 短路峰值电流 最大热稳定值 10kv 32.28A 0.506kA 9.2MVA 1.29 kA 0.51?(2.0?0.1) ?0.412结论 合格 合格 合格 合格 合格 合格 ≥ ≥ ≥ ≥ ≥ 16x4=1024 ≥

8.2 低压断路器的选择

8.2.1 三绕组变压器低压380V出线断路器选择：

最恶劣工作环境下，线路计算电流为1.486kA，现选择DW15系列低压断路器，额定电流为1500A。瞬时极限通断能力达到40kA，0.4s内的短延时极限分断能力达到30kA,脱扣器额定电流为1500A，以上数据均满足环境条件要求。

8.2.2 三绕组变压器低压母联断路器选择：

最恶劣工作环境下，线路计算电流为320A，现选择DW15系列低压断路器，额定电流为400A。瞬时极限通断能力达到25kA，0.4s内的短延时极限分断能力达到8.8kA,热式脱扣器额定电流为400A，以上数据均满足环境条件要求。

8.2.3 2、3#车间变电站内低压380V出线断路器选择：

最恶劣工作环境下，线路计算电流为829.24A，现选择DW15系列低压断路器，额定电流为1000A。瞬时极限通断能力达到40kA，0.4s内的短延时极限分断能力达到30kA,脱扣器额定电流为1000A，以上数据均满足环境条件要求。

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第 8 章 关于系统电气设备的选择 8.2.4 2、3#车间变电站内低压联络断路器选择：

最恶劣工作环境下，线路计算电流为434A，现选择DW15系列低压断路器，额定电流为600A。瞬时极限通断能力达到30kA，0.4s内的短延时极限分断能力达到13.2kA,热式脱扣器额定电流为600A，以上数据均满足环境条件要求。

8.2.5 各个车间馈线上的断路器选择

选择情况如下表所示：

表8.4 车间馈线断路器参数表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 车间类型 锻压车间 铸造车间 铆焊车间 机工车间 试验车间 压气车间 装配车间 办公负荷 生活负荷 热处理车间 电镀车间 辅助车间 计算电流（A） 220.83 242.79 254.9 204 188 173.24 147.5 95.2 172 140 151.94 102 DZ20系列塑料外壳式低压断路器 断路器 额定电流（A） 400 400 400 400 200 200 200 100 200 200 200 200 脱扣器电流（A） 250 250 315 250 200 180 160 100 180 160 160 125 极限短路分断能力 30 30 30 30 25 25 25 18 25 25 25 25 Y级（一般型） 分断能力等级

8.3 高低压母线的选择

1. 35kv母线：最大计算电流为16.59A，选择LMY型号的，截面为15x3的，每项铝排数为1，允许的载流量为165A,由于母线采用平放形式，其载流量按92%考虑，即165x92%=151.8大于16.59A。合格。

2. 总降压变电所内380v母线：最大计算电流为1.486kA，选择LMY型号的，截面为100x8的，每项铝排数为1，允许的载流量为1625A,由于母线采用平放形式，其载流量按92%考虑，即1625x92%=1495大于1486A。合格。

3．车间变电站内380v母线：最大计算电流为829.24kA，选择LMY型号的，截面为80x6的，每项铝排数为1，允许的载流量为1150A,由于母线采用平放形式，其载流量按92%考虑，即1150x92%=1058大于829.24A。合格。

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第 8 章 关于系统电气设备的选择 8.4 互感器的选择

互感器是按比例变换电压或电流的设备。它的功能是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压（100V或）或标准小电流（5A或10A，均指额定值），以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。分为电压互感器和电流互感器两大类。

高压电流互感器二次线圈一般有一至数个不等，其中一个二次线圈用于测量，其他的二次线圈用于保护。均根据补偿后的计算电流来确定电流互感器的变比，在准确级的确定上，计量计费的均选用的0.5级的，保护的选择5P20级的电流互感器，具体型号见主接线系统图。

电压互感器主要有保护用的测量用的电压互感器。保护用的选择3P，其中三相五柱式的选择6P级的，计量用的选择0.5级的，测量的选择1.0级。

8.5 开关柜的选择

开关柜是成套设备，柜内主要有断路器，互感器等设备。开关柜主要是选择开关柜的型号和回路方案号。开关柜的回路方案号应按照主接线方案选择，保持一致。对柜内设备的选择主要按照装设地点的电气条件来选择。

本机械制造厂的负荷等级为二级，现选择JYN1-35的移开式开关柜，JYN2-10的抽出式开关柜。在低压侧选择GCK型抽屉式配电屏。

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第9 章 关于变电所的设计 第 9 章 关于变电所的设计

9.1 所址的选择

该机械制造厂因为车间多，负荷分散，为了保证配电干线上的最大电压损失不超过允许值，减少电能损耗。变配电所的位置选择便显得十分重要。现根据对该厂的分析主要考虑以下几点：

（1） 量。

（2） （3） （4）

考虑两路电源的进出线方向，在靠近电源侧的位置（车间站一）设置总降压考虑该机械制造厂的发展速度快、设备负荷增加快，在不妨碍该厂的发展时，为了避免车间生产与变配电所的相互影响，避开有腐蚀性气体和污水的影

变电所，并为两路35kV进线设置架空线走廊。 考虑变配电所的扩建的余量。

响，各车间与变配电所分开设计，并在物理上保证一定的距离。

各变电所接近负荷中心。将全场负荷分为三个区域，每个区域设置一个变配

电所，以形成各自的负荷中心，降低各车间供电的电能损耗、电压损失及有色金属消耗

9.2 变电所的配置

综合考虑该厂的基本情况，在变配电所的配置上考虑以下几点。 （1）

由于负荷较大，采用了两路35kV进线，而设备负荷均为低压380/220V供

电，需要将进线变压至10kV，再向各车间变电所配电，故应设置总降压变电所。考虑初期投资和后期运行维护，两路35kV进线在同一个总降压变电所内集中降压。即全厂仅装设一个总降压变电所。

（2）

综合考虑安全，方便等因素，设置独立的车间变电所，并且距各车间建筑物

有一定的距离。

9.3 变电所的设备布局

一般的，变配电所的设备布置主要考虑以下几点： （1） （2）

室内布置应紧凑合理，便于操作、检修和试验，配电装置安放位置应保证所合理布置变电所内各室的位置，各配电室的柜体设置应方便进出线路。控制

要求的最小允许通道宽度，考虑今后发展和扩建的可能。 室和值班室的位置应便于运行人员工作和管理。

34

第9 章 关于变电所的设计 （3） （4）

变配电站内各室应尽量采用自然光和自然风。

配电室内的设备之间应预留备用间隔，高低压开关柜为防止相互影响，将两

个电压等级的柜体分层布置。

（5） 为便于运行管理人员的工作生活，在站内设置控制室，值班室，休息室，维修间，仓库和厕所。 1. 控制室：

各配电装置的继电保护、计量仪表均在控制室内集中运行，室内主要设备有控制屏、信号屏、电源屏。室内设计有良好的采光塑钢窗，光照强度能达到300lx，而且整个控制室与高压配电室和值班室直接相通，室内面积达到51平方米。 2. 高压配电室：

高压配电室内有35kV配电柜8台，规格为1818x2200x2900，柜后的维修通道宽度为1.98米，柜体单排布置，两侧距墙均达到1米以上。柜前的工作距离达到了4.2米。整个高压配电室进深达到8.5米，长15米，总面积达到127.5平方米。

高压配电室在两侧均设置有门洞，方便高压柜的搬运，并设置有不能开启的自然采光窗，设置相应的防止雨水、雪和蛇鼠等小动物通过采光窗、通风窗、门等进入室内的设施。

3. 低压配电室：

低压配电室内主要设备是6台10kV配电柜（规格为840x1500x2200）和11台380V配电柜（规格为800x600x2200），并各自成单排布置。10kV配电柜靠近变压器室侧布置，柜后的接线距离达到1.2米，两侧均有2.4米，为日后设备的扩展提供了可能。380V配电柜与10kV配电柜面对面布置，其柜后接线距离为1米，两侧为900mm，与10kV配电柜的操作距离达到4.2米，不会影响相互的运行，操作及维修搬运。

低压配电室总进深为8.5米，长10米，总面积为85平方米，在操作通道的两侧均设置有门洞，方便高压柜的搬运和管理运行人员的进出，并设置有能开启的自然采光窗，设置相应的防止雨水、雪和蛇鼠等小动物通过采光窗、通风窗、门等进入室内的设施；在380V配电柜下方设置有电缆沟，便于车间馈线的电缆敷设。 4. 变压器室：

总降压变电室内主要有两台三绕组变压器，规格均为3750x1800x2570，设置两个变压器室，但两室之间设置有可供管理人员方便进出的通道。变压器室采用单层布置，最大高度为9.5米，长宽比为7x5米。变压器四侧的距离均达到了规范规定的要求，变压器室内的变压器安装方式为地平抬高方式（抬高600），推进方式为宽面推进，进线方式为架空进线。

在变压器室内设置有通风窗，但不设置有采光窗，金风窗设置在变压器室前门的下方，出风窗设置在变压器室的上方，并设置相应的防止雨水、雪和蛇鼠等小动物通过采光窗、通风窗、门等进入室内的设施，方便变压器室的散热。

为了方便运行管理人员的工作，在变电站内设置有一些功能性房间，包括值班室，

35

第9 章 关于变电所的设计 休息室，维修间，仓库以及厕所等，在值班室和休息室内均设置有空调，改善工作环境。

9.4 变配电所的土建设计

变配电所属于一类特殊的建筑，其特殊的功能需要土建做出特殊的处理。本设计的总降压变电所的做法说明如下：

（1） 屋面设置有保温、隔热层及良好的防水、排水措施；屋檐伸出墙面以防止屋

面的雨水沿墙面流下；顶棚为刷大白形式，提高照明反射率。

（2） 各个功能室的门均向外开，在高低压配电室和变压器室均设置为门洞，大门

为双向门，各门大小均满足相应设备的进出和人员的进出。

各个房间的特殊处理说明如下

高压配电室：耐火等级为二级；在临近带电部分的内墙面只刷大白，其他部分可抹灰刷白；地板采用水泥压光形式；在通向室外的门可装设为防火门，另一个可装设非燃烧体或难燃烧体成的门。

低压配电室：耐火等级为二级，内墙面均为抹灰刷大白墙，地板为水泥压光，电缆沟采用水泥磨光并具有防水、排水措施。

变压器室：耐火等级为一级，变压器各侧相应距离应满足要求。 控制室、值班室等同低压配电室。

9.5 变配电所的水暖配置情况

（1） 总降压变电室内除应采用自然通风，可设置事故通风装置和机械通风形式。 （2） 在高压配电室、低压配电室、变压器室等房间不设置采暖，在控制室和一些生

活性质的房间内可在规定的区域设置采暖设备。

（3） 由于该总降压变电站有人专门值守，故设置相应的给排水通道。

36

第 10 章 关于变电所的低压配电设计 第 10 章 关于变电所的低压配电设计

10.1 各室空间的照明设计

为了提高生产产品的质量和劳动生产率以及工作人员的工作生活，现专门对总降压变电室的室内照明进行设计。以一层低压配电室为例说明如下：

低压配电室房间参数为长10.0m，宽8.5m，层高4.5m，灯具吸顶安装形式，灯具型号为YG1-1，嵌入式荧光灯，光通量为2400lm，维护系数0.75，工作面高度0.8m，配电室墙面均为抹白灰墙面，反射比为0.7，窗户面积为1.2X0.6X7=50.4m2 ，门的面积忽略，地面反射比为0.2，规范规定最低照度为150lx，最高为250lx，现按200lx计算。现行功率密度要求为7.0，目标值为9.0。

室空间系数： RCR=

5hrc（l?w）5?(4.5?0.8（)10?8.5）l?whcchrchfchrc=

10?8.5=4.897

CCR?RCR?0

FCR?RCR?0.83.7?4.897?1.1

顶棚有效反射比：

????iAi?Ai?0.7?(10?8.5)?010?8.5?0.7

?cc??A0AS??AS??A0?0.7?10?8.510?8.5?0.7

地面空间反射比：同顶棚有效反射比计算方式

????iAi?Ai??0.353

??A0AS??AS??A0fc?0.201

墙面平均反射比：

?w?0.70?10?8.510?8.5?0.75?10?8.5?0.7?10?8.5?0.52取 ?w?0.5

计算利用系数：

37

第 10 章 关于变电所的低压配电设计 根据RCR=4，?w=0.5，?cc=0.7 查得U=0.46 根据RCR=5，?w=0.5，?cc=0.7 查得U=0.41

则当RCR=4.897，?w=0.5，?cc=0.7 利用内插法得U=0.4152 根据RCR=4，?w=0.7，?cc=0.7 查得U=0.56 根据RCR=5，?w=0.7，?cc=0.7 查得U=0.51

则当RCR=4.897，?w=0.7，?cc=0.7 利用内插法得U=0.5152

根据RCR=4.897，?cc=0.7 时U=0.4152和当RCR=4.897，?cc=0.7?w=0.5，?w=0.7，时U=0.5252继续进行内插法得到U=0.4252 计算灯具盏数： 灯具数N=

EavA?UK=

200?852400?0.4252?16.66盏。取16盏

验证光照强度： 平均照度为Eav=验证功率因数：

功率密度=

16?4085N?UKA=16×2400×0.4252×185=192.09,满足照度要求。

=7.53，符合要求。

灯具布置：

YG1-1型号的灯具规格为：L=1320m，考虑柜体的影响和接线与维修的照明，在各排配电柜的柜后矩形布置一排单管荧光灯灯具，中间走廊为两排双管荧光灯。均为矩形布置，灯管选择型号为TLD36W/54的T8管，灯管功率为36W，电子镇流器功率为4W。

依据上述方法，其余各室的照明计算如下表所示：

表10.1 总降压变电站室内灯具数目及选型表

房间名称 高压配电室 低压配电室 变压器室35KV 变压器室35KV 控制室 维修间 仓库 面积M2 127.5 85 30 30 51 17.5 17.5 规定照度(lx) 200 200 100 100 300 100 100 灯具型号 YGH1-1荧光灯(36+4)W YGH1-1荧光灯(36+4)W YGH1-1荧光灯(36+4)W YGH1-1荧光灯(36+4)W YGH1-1荧光灯(36+4)W YGH1-1荧光灯(36+4)W YGH1-1荧光灯(36+4)W 灯具数 26 16 1 1 15 2 2 38

第 10 章 关于变电所的低压配电设计 男厕所 女厕所 休息室 值班室 门厅 走廊 楼梯 10.5 10.5 21 10.5 10.5 21 75 75 100 200 100 50 50 SL-18P紧凑型节能灯(防水防尘)18W SL-18P紧凑型节能灯(防水防尘)18W YGH1-1荧光灯(36+4)W YGH1-1荧光灯(36+4)W SL-18P紧凑型节能灯18W SL-18P紧凑型节能灯18W SL-18P紧凑型节能灯18W 1 1 2 1 1 3 1 另外，充分考虑应急情况下的事故照明和应急照明，特设置专门的事故照明装置，主要是在各配电室、通道走廊、楼梯转角、配电柜后维修通道等处设立专门的照明装置，该装置正常时候从配电柜引的电源给自身自带的蓄电池组充电，当应急照明时，该事故照明装置能在短时间内投入运行，但运行时间受到一点程度上的限制。

10.2 各室空间的插座设计

考虑检修和工作人员的设备使用，现对总降压变电站进行插座设计，具体说明如下：

表10.2 总降压变电站室内插座布置规格表

房间名称 高压配电室 低压配电室 控制室 维修间 仓库 休息室 插座类型 插座规格 250V,10A 250V,10A 250V,10A 250V,10A 250V,10A 250V,10A 250V,16A 250V,10A 250V,16A 计算功率W 150 150 150 150 150 150+800 插座个数 8 6 8 5 4 3+1 所带负荷W 1200 900 1200 750 600 450+800 单相五孔普通插座 单相五孔普通插座 单相五孔普通插座 单相五孔普通插座 单相五孔普通插座 单相五孔普通插座 +空调插座 单相五孔普通插座 +空调插座 值班室 150+800 1+1 150+800 10.3 各配电箱负荷设计

为了更好的使三相负载平衡，平衡三相电压，各支路配平情况如下所述： 一层配电箱：

负荷情况： 表10.3 总降压变电站一层各室功率情况表

房间名称 低压配电室 变压器室1 变压器室2 照明情况(W) 640 40 40 插座情况(W) 900 公共区域 90 房间名称 休息室 照明情况(W) 80 插座情况(W) 450 800 39

第 10 章 关于变电所的低压配电设计 仓库 维修间 80 80 600 750 厕所 36

支路配平：

表10.4 总降压变电站一层配电箱负荷三相均衡表

线路名称 WL1 WL2 WL3 B相 C相 WL4 WL5 WL6 WL7 WL8 负荷情况 空调插座 休息室的插座回路 仓库、休息室、维修间照明回路 公共照明、厕所回路 维修间插座回路 低压配电室照明回路 低压配电室插座回路 仓库插座回路 功率W 800 450 240 126 750 640 900 600 1500 1516 4506 1490 各相功率总计W 总功率W A 相 二层配电箱： 负荷情况：

表10.5 总降压变电站二层各室功率情况表

支路配平：

房间名称 高压配电室 值班室 控制室 照明情况(W) 960 40 600 插座情况(W) 1200 150 800 1200 表10.6 总降压变电站二层配电箱负荷三相均衡表

线路名称 WL1 A 相 B相 C相 WL2 WL3 WL4 WL5 WL6 WL7 负荷情况 空调插座 值班室照明+控制室3排照明回路 控制室一排照明+高压配电室柜后照明回路 控制室插座回路 控制室一排照明+高压配电室单排照明回路 高压配电室、值班室插座回路 配电室单排照明 功率W 800 400 440 1200 440 1350 320 1640 4950 1640 各相功率总计W 总功率W 1670 40

第 10 章 关于变电所的低压配电设计 一层总配电箱：

三 相 线路名称 WL1 WL2 负荷情况 一层分配电箱 一层分配电箱 功率W 4506 4950 总功率W 9456 各配电箱负荷计算： 一层分配电箱

表10.7 总降压变电站配电箱负荷计算表

线路 WL1 WL2 WL3 WL4 WL5 WL6 WL7 WL8 同时 系数Kn 1 0.4 0.6 0.6 0.4 0.6 0.4 0.4 功率因数COSφ 0.85 1 0.95 1 1 0.95 1 1 设备负荷 800W 450W 240W 126W 750W 640W 900W 600W 计算负荷 Pc= Pe ?Kn 计算电流Ic?pcUcos? 800W 180W 144W 75.6W 300W 384W 360W 240W 4.28 A 0.82 A 0.69 A 0.345 A 1.364 A 1.84 A 1.64 A 1.091 A 二层分配电箱：

线路 WL1 WL2 WL3 WL4 WL5 WL6 WL7 同时 系数Kn 1 0.6 0.6 0.4 0.6 0.4 0.6 功率因数COSφ 0.85 0.95 0.95 1 0.95 1 0.95 设备负荷 800W 400W 440W 1200W 440W 1350W 320W 计算负荷 Pc= Pe ?Kn 计算电流Ic?pcUcos? 800W 240W 264W 480W 264W 540W 192W 4.28 A 1.15 A 1.263 A 2.182 A 1.263 A 2.455 A 0.92 A 总配电箱：

线路 WL1 WL2 同时 系数Kn 0.9 0.9 功率因数COSφ 0.8 0.89 设备负荷 4506W 4950W 计算负荷 Pc= Pe ?Kn 计算电流Ic?pcUcos? 4055.4W 4455W 7.24 A 6.66A 41

第 10 章 关于变电所的低压配电设计 10.4 各回路导线及断路器选择

现在按照导线发热量选择导线截面，导线工作环境温度取30摄氏度考虑。具体如下表所述： 一层分配电箱：

表10.8 总降压变电站配电箱导线选型表

线路 WL1 WL2 WL3 WL4 WL5 WL6 WL7 WL8 配电箱进线 用途 空调 插座 照明 照明 插座 照明 插座 插座 配电箱电源进线 Ic(A) 4.28 A 0.82 A 0.69 A 0.345 A 1.364 A 1.84 A 1.64 A 1.091 A 7.24 A 型号 ZR-BV3X2.5-PVC20-WC ZR-BV3X2.5-PVC20-CC WC ZR-BV2X2.5-PVC16-CC WC ZR-BV2X2.5-PVC16-WC ZR-BV3X2.5-PVC20-WC ZR-BV2X2.5-PVC16-CC WC ZR-BV3X2.5-PVC20-CC WC ZR-BV3X2.5-PVC20-WC ZR-BV5X2.5-SC40-WC 二层分配电箱：

线路 WL1 WL2 WL3 WL4 WL5 WL6 WL7 配电箱进线 用途 空调 插座 照明 插座 照明 插座 照明 配电箱电源进线 Ic(A) 4.28 A 1.15 A 1.263 A 2.182 A 1.263 A 2.455 A 0.92 A 6.66 A 型号 ZR-BV3X2.5-PVC20-WC ZR-BV3X2.5-PVC20-CC WC ZR-BV2X2.5-PVC16-CC WC ZR-BV3X2.5-PVC20-WC ZR-BV2X2.5-PVC16-WC ZR-BV3X2.5-PVC20-CC WC ZR-BV2X2.5-PVC16-CC WC ZR-BV5X2.5-SC40-WC 总配电箱进线电缆型号：ZR-BV5X4-SC50-WC 照明设备选择：

表10.9 总降压变电站配电箱开关设备选型表

配电箱支路 WL1 一层分配电箱 WL2 WL3 WL4 WL5 负荷类型 空调 插座 照明 照明 插座 计算电流 4.28 A 0.82 A 0.69 A 0.345 A 1.364 A 断路器型号 C65N-C16/1P+vigi C65N-C16/1P+vigi C65N-C16/1P C65N-C16/1P C65N-C16/1P+vigi 42

第 10 章 关于变电所的低压配电设计 WL6 WL7 WL8 电源进线 WL1 WL2 WL3 二层分配电箱 WL4 WL5 WL6 WL7 电源进线 WL1 总配电箱 WL2 电源进线 照明 插座 插座 配电箱电源进线 空调 插座 照明 插座 照明 插座 照明 配电箱电源进线 一层配电箱电源出线 二层配电箱电源出线 总配电箱电源进线 1.84 A 1.64 A 1.091 A 7.24 A 4.28 A 1.15 A 1.263 A 2.182 A 1.263 A 2.455 A 0.92 A 6.66 A 7.24 A 6.66 A 10.34 A C65N-C16/1P C65N-C16/1P+vigi C65N-C116/1P+vigi C65N-C16/3P C65N-C16/1P+vigi C65N-C16/1P+vigi C65N-C16/1P C65N-C16/1P+vigi C65N-C16/1P C65N-C16/1P+vigi C65N-C16/1P C65N-C16/3P C65N-C16/3P C65N-C16/3P C65N-C16/3P

43

第 11 章 关于系统的继电保护设计 第 11 章 关于系统的继电保护设计

继电保护的作用是防止因短路故障或不正常运行状态造成电气设备或供配电系统的损坏，提高供电可靠性。其主要任务是:

(1) 自动的、迅速的、有选择性地将故障设备从供配电系统中切除，是其他非故障部分

迅速恢复正常供电。

(2) 正确反映电气设备的不正常运行状态，发出预告信号，以便操作人员采取措施，恢

复电气设备的正常运行。

(3) 与供配电系统的自动装置（如自动重合闸装置、备用电源自动投入装置等）配合，

提高供配电系统的供电可靠性。

根据上述任务，设计时要求继电保护装置具有选择性、可靠性、速动性和灵敏性等。 该机械制造厂有三个电压等级，线路较短，均为单端供电，常见的故障有相间短路、单相接地和过负荷。因此，继电保护相对比较简单，按照GB50062-92<<电力装置的继电保护和自动装置设计规范〉〉规定采用电流保护，装设相间短路保护，单相接地保护和过负荷保护。其中，电力线路装设带时限的过电流保护和瞬时电流速断保护，保护动作于断路器跳闸，作为相间短路的保护，而电力线路装设绝缘监视装置（零序电压保护）或单相接地保护（零序电流保护），保护动作于信号，作为单相接地故障保护。经常发生过负荷的电缆线路，装设过负荷保护，动作于信号。

11.1 电力线路过电流保护

当通过线路的电流大于继电器的动作电流时，保护装置启动，并用时限保证动作的选择性。改制造成采用电磁式继电器构成的定时限过电流保护。其具体的整定如下：

11.1.1 电源进线

该线路属于35KV线路：继电动作保护时间为2.0S

可靠系数：Krel?1.2 返回系数：Kre?0.85 CT接线系数：Kw?1CT变比：Ki?4[20/5] 线路最大负荷电流：

整定动作电流如下：ILmax?2Icmax取故障运行时的计算电力电流ILmax=2x16.59A

IOP?KA?Krel?KwKre?KiILmax?1.2?10.85?4?33.18?11.71A，整定电流为25A。

44

第 11 章 关于系统的继电保护设计 K4过电流保护一次测动作电流为： IOP1?iK?IOP?KA?100A

w1?25?动作时限整定取：2.0S

校验灵敏度，按线路末端最小两相短路电流校验

I(2)K?min?0.87?1.482?1.29KA(2)KK?minKAS?II?1.29OP1100A?12.9?1.5主保护区合格

11.1.2 变压器出线

该线路属于10KV线路：继电动作保护时间为1.5S

可靠系数：Krel?1.2 返回系数：Kre?0.85 CT接线系数：Kw?1CT变比：Ki?8[40/5] 线路最大负荷电流：

整定动作电流如下：ILmax?2Icmax取故障运行时的计算电力电流ILmax=2x32.28A

I2?1OP?KA?Krel?KwKILmax?1.56?11.393A，整定电流为15A。

re?Ki0.85?8?64.过电流保护一次测动作电流为： IOP1?KiK?I8OP?KA?15?120A

w1?动作时限整定取：1.5S

校验灵敏度，按线路末端最小两相短路电流校验

I(2)K?min?0.87?0.493?0.423KA(2)KK?min423KAS?II?0.5主保护区合格

OP1120A?3.57?1.35KV线路作为10KV线路的后备保护，其灵敏度校验如下：

(2)KS?IK?minI?0.423KAOP1100A?4.23?1.5后备保护区合格

11.1.3 低压联络电缆

该线路属于380V线路：继电动作保护时间为1.0S

可靠系数：Krel?1.2 返回系数：Kre?0.85 CT接线系数：Kw?1CT变比：Ki?160[800/5]

45

第 11 章 关于系统的继电保护设计 线路最大负荷电流：

整定动作电流如下：ILmax?2Icmax取故障运行时的计算电力电流ILmax=2x0.434kA

IOP?KA?Krel?KwKre?KiILmax?1.2?10.85?160?868?7.66A，整定电流为8A。

过电流保护一次测动作电流为： IOP1?动作时限整定取：1.0S

KiKw?IOP?KA?1601?8?1280A

校验灵敏度，按线路末端最小两相短路电流校验

I(2)K?min?0.87?5.016?4.36KA(2)K?minKS?IIOP1?4.36KA1280A?3.4?1.5主保护区合格

10KV线路作为380V线路的后备保护，其灵敏度校验如下：

KS?I(2)K?minIOP1?4.36KA120A?36.33?1.5后备保护区合格

11.2 电力线路速断保护

线路越靠近电源，过电流保护的动作时限越长，而短路电流越大，危害也越大，这就是过电流保护的不足之处。GB50062-92规定，当过电流保护动作时间超过0.5-0.7秒应装设瞬动的电流速断保护。在整定中，定时限过电流保护和电流速断保护共用一套电流互感器和中间继电器。具体整定情况如下：

11.2.1 电源进线

该线路属于35KV线路：

可靠系数：Krel?1.3 变压器低压侧变比：KT?92.1 CT接线系数：Kw?1 CT变比：Ki?4[20/5]

按下一级线路首端发生最大短路电流整定

IK?max.1?7.84KA，即当三绕组变压器低压侧发生三相短路时的短路电流 ，即当三绕组变压器高压侧发生三相短路时的短路电流

IK?max.2?0.506KA整定动作电流如下：

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第 11 章 关于系统的继电保护设计 IOP?KA.1?Krel?KwKT?KiKrel?KwKT?KiIKmax?1.3?192.1?41.3?13.5?4?7.84KA?27.88A

IOP?KA.2?IKmax??0.506KA?46.99A

经比较，将动作电流整定为50A，以躲过下一级线路发生的最大三相短路电流。 过电流保护一次测动作电流为：

IOP1?KiKw?IOP?KA?41?50?200A

校验灵敏度，按线路首端最小两相短路电路电流校验

I(2)K?min?1.71KA?0.87?1.488A(2)K?minKS?IIOP1?1488A200A?7.44?1.5合格

11.2.2 三绕组变压器出线

该线路属于10KV线路：

可靠系数：Krel?1.3 变压器低压侧变比：KT?25(10/0.4) CT接线系数：Kw?1 CT变比：Ki?8[40/5]

按下一级线路首端发生最大短路电流整定

IK?max?7.56KA，即当10/0.4kV变压器低压侧发生三相短路时的短路电流

整定动作电流如下：

IOP?KA?Krel?KwKT?KiIKmax?1.3?125?8?7.56KA?49.14A

整定为50A

过电流保护一次测动作电流为：

IOP1?KiKw?IOP?KA?81?50?400A

校验灵敏度，按线路首端最小两相短路电路电流校验

I(2)K?min?0.4975KA?0.87?432.83A(2)K?minKS?IIOP1?432.83A400A?1.09?1.5电流速断灵敏度偏小。由于灵敏系数是对线路末端短路来讲的，速断不保护末端，所以速断保护的灵敏度往往是难以满足要求。而且虽然电流速断保护的灵敏度达不到要求，但已经配置了定时限过流保护，线路的全长已经能满足保护要求。

47

第 11 章 关于系统的继电保护设计 11.2.3 双绕组变压器出线：

该线路属于380V线路：由于该线路的定时限过流保护的动作时间设置得很小，一般为0.5S以下，故不设置电流速断保护。

11.3 电力线路单相接地保护

由于变压器出线回路较少，现采用在线路上安装有选择性的单相接地保护装置，在发生单相接地时发出报警信号，以便运行人员及时发现和处理。

11.3.1 35kV架空线路

该线路的单相接地保护采用三支电流互感器构成零序电流互感器，以利用线路单相接地时的零序电流较系统其他线路单相接地时的零序电流大的特点，实现有选择性的单相接地保护。当发生单相接地故障时，线路的电流继电器动作，发出信号，以便及时处理。

11.3.2 10kV电缆线路

该线路的单相接地保护用一支零序电流互感器。原理同上。

11.4 变压器的过电流保护

该设计的供配电系统的电力变压器主要有总降压变电站内的三绕组变压器和车间变电所内的10/0.4kV双绕组变压器，其常见的故障有短路故障和不正常运行状态。按照GB50062-92规定，变压器应装设过电流保护和电流速断保护装置，以保护相间短路。具体的详述如下： 过电流保护：

11.4.1 三绕组变压器

DL型继电器Krel?1.（可靠系数）21CT接线系数） Kw?（（返回系数） Ki?6[30/5] Kre?0.85变压器一次侧额定电流：I1N?Krel?KwKre?KiSN3UN?10003?35?16.496A

IOP?KA?(1.5?3)I1N?1.2?10.85?4?2?16.496?11.783A

整定为12A。

48

第 11 章 关于系统的继电保护设计 过电流保护一次测动作电流为：

IOP1?KiKw?IOP?KA?41?12?48A

校验灵敏度：

按变压器二次侧在系统最小运行方式下发生两相短路是一次侧的穿越电流校验。

I(2)K?min10kV?0.87?0.4975KA3.5?123.66A I(2)K?min380V?0.87?7.79KA92.1?73.59A

KS?I(2)(K?min)maxIOP1?73.59A48.A?1.533?1.5合格

动作时限整定：整定原则与线路过电流保护的一致，按照级差原则整定。变压器过电流保护动作时限比二次侧出线的过电流保护最大动作时间大一个时间级差0.5s,故设定为2.0s.

11.4.2 10/0.4kV变压器

DL型继电器Krel?1.（可靠系数）21CT接线系数） Kw?（（返回系数） Ki?8[40/5] Kre?0.85变压器一次侧额定电流：I1N?Krel?KwKre?KiSN3UN?6303?25?14.55A

IOP?KA?(1.5?3)I1N?1.2?10.85?4?2?14.55?10.27A

整定为11A。

过电流保护一次测动作电流为：

IOP1?KiKw?IOP?KA?81?11?96A

校验灵敏度：

按变压器二次侧在系统最小运行方式下发生两相短路是一次侧的穿越电流校验。

I(2)K?min?(2)0.87?7.56KA25K?min?263.088A

KS?IIOP1?263.088A96.A?2.74?1.5合格

动作时限整定：整定原则与线路过电流保护的一致，按照级差原则整定。变压器过电流保护动作时限比二次侧出线的过电流保护最大动作时间大一个时间级差0.5s,故设定为1.0s.

49

第 11 章 关于系统的继电保护设计 11.5 变压器的速断保护

11.5.1 三绕组变压器

DL型继电器Krel?1.（可靠系数）3Kw?（1CT接线系数）Ki?6[30/5]KT?35/10?3.5

按二次侧母线最大三相短路电流整定

I(3)K?min10kV?0.4975KA I(3)K?min380V?7.79KA

整定动作电流如下：

I?1OP?KA1?Krel?KwKI1.3Kmax??27.49A

T?Ki92.1?4?7.79KAIKrel?Kw1.3?1OP?KA1?KIKmax??0.4975KA?46.197A

T?Ki3.5?4综上所述，将动作电流整定为50A 过电流保护一次测动作电流为：

IKiOP1?K?IOP?KA?4w1?50?200A

校验灵敏度，按变压器一次侧最小两相短路电流校验

I(2)K?min?1.482KA?0.87?1289.34A(2)KIK?minS?I?1289.34A4467?2合格

OP1200A?6.11.5.2 10/0.4kV变压器

DL型继电器Krel?1.（可靠系数）3Kw?（1CT接线系数）Ki?8[40/5]KT?10/0.4?25

按二次侧母线最大三相短路电流整定：IK?max?7.656KA 整定动作电流如下：IKrel?KwOP?KA?KIKmax?1.3?1T?Ki25?8?7.656KA?49.764A整定为50A

过电流保护一次测动作电流为：IKiOP1?K?IOP?KA?8w1?50?400A

校验灵敏度，按变压器一次侧最小两相短路电流校验

50

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