电气工程基础课程设计 - 图文

电力工程基础课程设计说明书

1 引言

1.1 设计目的

通过本课程设计，巩固和加深在《电力系统基础》和《电力系统分析》课程中所学的理论知识，基本掌握变电所电气部分设计的一般方法，提高电气设计的设计能力，为今后从事生产和科研工作打下一定的基础。 1.2 设计要求

设计要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与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。 1.3 设计依据 1）工厂总平面图

如图1.1所示

图1.1 XX机械工厂总平面图

2）工厂负荷情况

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厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时数为4500h，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于二级负荷外，其余均属于三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气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1-1所示。

表1.1 工厂负荷统计资料

厂房厂房名负荷设备容量需要系功率因编号 称 类别 /KW 数Kd 数cos? 1 铸造车动力 360 0.3 0.65 间 照明 7 0.8 1.0 2 锻压车动力 300 0.3 0.65 间 照明 6 0.8 1.0 3 金工车动力 300 0.2 0.60 间 照明 8 0.7 1.0 4 工具车动力 240 0.3 0.65 间 照明 6 0.7 1.0 5 电镀车动力 230 0.6 0.80 间 照明 7 0.7 1.0 6 热处理动力 160 0.6 0.70 车间 照明 6 0.7 1.0 7 装配车动力 140 0.4 0.70 间 照明 7 0.7 1.0 8 机修车动力 150 0.2 0.65 间 照明 5 0.9 1.0 9 锅炉房 动力 70 0.6 0.75 照明 2 0.8 1.0 10 仓库 动力 25 0.4 0.85 照明 1 0.8 1.0 生活区 照明 300 0.8 0.95

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3）供电电源情况

按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10KV的干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LJ-120，导线为等边三角形排列，线距1.5m ,干线首端距离本厂约13km。干线首端所装设的高压短路器断流容量为 500MVA，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为1.7s，为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。

4）气象资料

本厂所在地年最高温度38℃，年平均气温为16℃，年最低温度为-10℃，年最热月平均最高温度32℃，年最热月地下0.8M处平均温度25℃，常年主导风向为南风，覆冰厚度是3CM，年雷暴日数35天。

5）地质水文资料

平均海拔1200M，地层以沙粘土为主，地下水位3-5M。 6）电费制度

供电贴费800元/KVA。每月电费按两部电费制：基本电费为按主变压器容量计为18元/KVA，动力电费为0.2元/KW.H，照明电费为0.5元/KW.H。工厂最大负荷时功率因数不得小于 0.9 。

2 负荷计算和无功功率补偿

2.1 计算负荷的方法

1)单组用电设备计算负荷的计算公式 a)有功计算负荷（单位为KW）

P30=KdPe ， Kd为系数

b)无功计算负荷（单位为kvar）

Q30= P30tan?

c)视在计算负荷（单位为kvA）

S30=

P30 cos?d)计算电流（单位为A）

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I30=

S303UN

, UN为用电设备的额定电压（单位为KV）

2)多组用电设备计算负荷的计算公式 a)有功计算负荷（单位为KW）

P30=K??p?P30?i

式中?P30?i是所有设备组有功计算负荷P30之和，K??p是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95

b)无功计算负荷（单位为kvar）

Q30=K??q?Q30?i，?Q30?i是所有设备无功Q30之和；K??q是无功负荷同时系数，可取0.85~0.95

c)视在计算负荷（单位为kvA）

22 S30=P30 ?Q30d)计算电流（单位为A） I30=2.2 负荷计算

S303UN

经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2.1所示（额定电压取380V）

表2.1

编号 名称 类别 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 设备容量需要系数 计算负荷 cos? 0．65 1．0 0．65 1．0 0．60 1．0 0．65 1．0 0．80 1．0 tan? 1.17 0 1.17 0 1.33 0 1.17 0 0.81 0 P30/kW Q30/kvar S30/kVA I30/A Pe/kW 铸造 车间 锻压 车间 金工 车间 工具 车间 电镀 车间 360 7 367 300 6 306 300 8 308 240 6 246 230 7 237 Kd 0．3 0．8 —— 0．3 0．8 —— 0．2 0．7 —— 0．3 0．7 —— 0．6 0．7 —— 1 2 3 4 5 108 5.6 114.6 90 4.8 94.8 60 8 68 72 4.2 76.2 138.0 4.9 142.9 126.4 0 126.4 105.3 0 105.3 80 0 80 84.2 0 84.2 111.8 0 111.8 —— —— 170.6 —— —— 141.7 —— —— 105.0 —— —— 113.6 —— —— 181.4 —— —— 259 —— —— 214 —— —— 160 —— —— 173 —— —— 276

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热处理车间 装配 车间 机修 车间 锅炉 车间 仓库 生活区 总计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 照明 小计 照明 动力 照明 160 6 166 140 7 147 150 5 155 70 2 72 25 1 26 300 1975 355 0．6 0．7 —— 0．4 0．7 —— 0．2 0．9 —— 0．6 0．8 —— 0．4 0．8 —— 0.8 0．70 1．0 0．70 1．0 0．65 1．0 0．75 1．0 0．85 1．0 0.95 0.77 1.02 0 1.02 0 1.17 0 0.88 0 0.62 0 0.33 96 4.2 100.2 56 4.9 60.9 30 4.5 34.5 42 0.8 42.8 10 0.8 10.8 240 985.7 834.8 97.9 0 97.9 57.1 0 57.1 35.1 0 35.1 37.0 0 37.0 6.2 0 6.2 79.2 820.2 697.2 —— —— 140.1 —— —— 83.5 —— —— 48.9 —— —— 56.6 —— —— 12.5 252.7 —— 1087 —— —— 213 —— —— 127 —— —— 74 —— —— 86 —— —— 19 384 —— 1652 6 7 8 9 10 11 计入K??p=0.85, K??q=0.85

2.3 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0.77。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)=834.8[tan(arccos0.77) - tan(arccos0.92) ] =

336.12kvar

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，而无功计算负荷Q30=（697.2-420）kvar=277.2

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'30230'230kvar，视在功率S?P?Q=879.6 kVA，计算电流I'30?'S303UN=1336.4 A,功率因数提

P30高为cos?='=0.949。

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。

图2.1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案

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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? 0.77 0.949 0.949 P30/KW Q30/kvar S30/kVI30/A 834.8 834.8 0.015S30=12.5 847.3 697.2 -420 277.2 0.06S30=16.3 293.8 A 1087 876.2 896.8 1652 1336.4 52 3 位置和型式的选择

3.1 变电所位置的选择

变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，P1、P2、P3?P10分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定P1(1.9，2.9)、P2(2.1, 4.9)、P3(3.7, 6.7)、P4(5.5, 2)、P5(5.8, 3.6)、P6(6.1, 5.1)、P7(6.5, 6.8)、P8(8.6, 2.1)、P9(9, 3.6)、P10(9.8, 6.8) ,并设P0(0.7, 7.5)为生活区的中心负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(x,y),其中P=P1+P2+P3?+P0=?Pi。因此仿照《力学》中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：

x?P1x1?P2x2?P3x3??P0x0?P1?P2?P3??P0?(Px) （3-1）

?Piiiiiy?P1y1?P2y2?P3y3??P0y0?P1?P2?P3??P0?(Py)

?Pi （3-2）

由计算结果可知，x=4.0 y=5.1工厂的负荷中心在3号厂房的南面，2号厂房的东面。在参考到周围环境及进出线的方便，决定在3号厂房的南侧紧靠厂房建造工厂变电所。

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图3.1 变电所位置图

3.2 变电所型式的选择

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，确定变电所的型式为附设式。

4 变电所主变压器型式和接线方案的选择

4.1 电所主变压器的选择

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=896.8KVA，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)?896.8 KVA=（538.08~627.76）KVA

（4-1） （4-2）

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SN?T?S30(?)=(170.6+181.4+56.6) KVA=408.6 KVA

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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 。 4.2 变电所主接线方案的选择

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： 1）装设一台主变压器的主接线方案

如图4-1所示（低压侧主接线从略）。

图4-1 方案一

2）装设两台主变压器的主接线方案

如图4-2所示

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图4-2 方案二

4.3 两种主接线方案的技术的经济比较

表4-1 主接线方案的技术经济比较

技术指标 比较项目 供电安全性 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S9-1000/10的单价为电力变压器的15.1万元，而变压器综合投资综合投资额 约为其单价的2倍，因此综合经投资约为2*15.1=30.2万元 济查得GG-1A(F)型柜可按每台4指高压开关柜万元计，其综合投资可按设备本方案采用6台GG-1A(F)柜，其标 （含计量柜）的1.5倍计，因此高压开关柜综合投资约为6*1.5*4=36万元，的综合投资额 的综合投资约为4*1.5*4=24比一台主变方案多投资12万元 万元

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S9-630/10的单价为10.5万元，因此两台变压器的综合投资约为4*10.5=42万元，比一台主变方案多投资11.8万元 第 10 页 共 29 页

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主变的折旧费=42万元*0.05=2.1万元；高压开关柜的折旧费=36万元*0.06=2.16万元；变配电的维修管理费=（42+36）万元*0.06=4.68万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（2.1+2.16+4.68）=8.94万元，比一台主变方案多投资2.74万元 主变容量每KVA为800元，供供电贴费=2*630KVA*0.08万元电贴费=1000KVA*0.08万元=100.8万元，比一台主变多交/KVA=80万元 20.8万元 主变的折旧费=30.2万元*0.05=1.51万元；高压开关柜的折旧费=24万元*0.06=1.44万元；变配电的维修管理费=（30.2+24）万元*0.06=3.25万元。因此主变和高压开关柜的折旧和维修管理费=（1.51+1.44+3.25）=6.2万元 电力变压器和高压开关柜的年运行费 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由于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。

5 短路电流的计算

5.1 绘制计算电路 如图5.1所示

(1) ～ ∞系统 500MVA (2) 10.5kV S9-1000 0.4kV

LJ-120,8km K-1 (3) K-2

图5.1短路计算电路

5.2 确定短路计算基准值

设基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=Uc=1.05UN，Uc为短路计算电压，即高压侧

Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则

Id1?Sd3Ud1Sd3Ud2?100MVA3?10.5kV100MVA3?0.4kV?5.5kA （5-1）

Id2???144kA （5-2）

5.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值

1)电力系统

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已知电力系统出口断路器的断流容量Soc=500MVA，故

X1?=100MVA/500MVA=0.2

（5-3）

2)架空线路

查表得LJ-120的线路电抗x0?0.353?/km，而线路长

?X2?x0l13km，故

Sd100MVA?(0.353?13)???4.16 22Uc(10.5kV) （5-4）

3)电力变压器

查表得变压器的短路电压百分值Uk%=4.5，故

?X3?Uk%Sd4.5100MVA=4.5 ??100SN1001000kVA （5-5）

式中，SN为变压器的额定容量

因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。

1 0.214.16图5.2 短路计算等效电路

k-1

1 4.5k-2

5.4 计算k-1点（10.5kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流的短路容量

1)总电抗标幺值

?**X?(k?1)?X1?X2=0.2+4.16=4.36

（5-6）

2)三相短路电流周期分量有效值

*Ik?1?Id1*X?(k?1)?5.5kA?1.26kA 4.36 （5-7）

3)其他短路电流

(3)(3)I''(3)?I??Ik?1?1.26kA

（5-8）

（5-9）

(3)ish?2.55I''(3)?2.55?1.26kA?3.21kA

(3)Ish?1.51I''(3)?1.51?1.26kA?1.90kA （5-10）

4)三相短路容量

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)Sk(3?1?SdX*?(k?1)?100MVA?22.94MVA 4.36

（5-11）

5.5 计算k-2点（0.4kV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流的短路容量

1)总电抗标幺值

?***X??X?X?X(k?1)123=0.2+4.16+4.5=8.86 （5-12）

2)三相短路电流周期分量有效值

*Ik?2?Id2X*?(k?2)?144kA ?16.25kA

8.86 （5-13）

3)其他短路电流

(3)(3)I''(3)?I??Ik.25kA ?2?16 （5-14）

（5-15） （5-16）

(3)ish?1.84I''(3)?1.84?16.25kA?29.9kA

(3)Ish?1.09I''(3)?1.09?16.25kA?17.71kA

4)三相短路容量

)Sk(3?2?SdX*?(k?2)?100MVA?11.29MVA 8.86

（5-17）

以上短路计算结果综合图表5-1所示。

表5-1 短路计算结果

三相短路电流 短路计算点 三相短路容量/MVA (3) ish(3) IshIk(3) k-1 k-2 1.26 16.25 I''(3) (3) I?Sk(3) 22.94 11.29 1.26 16.25 1.26 16.25 3.21 29.9 1.90 17.71

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6 变电所一次设备的选择校验

6.1 10kV侧一次设备的选择校验

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。UN=10kV，

Umax=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压UN?e=12kV，穿墙套管额定电压UN?e=11.5kV，熔断器额定电压UN?e=12kV。

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 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。 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分别为开关所处的三相imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ish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6-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

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表6-1 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 数据 电压 UN 电流 IN 断流能力 动态定度 (3) Ish热稳定度 (3)2I??tima 其它 Ik(3) 1.96kA 10kV 57.7A (I(1N?T)) 5.0kA 1.262?1.9?3.02 额定参数 高压少油断路器SN10-10I/630 UN?e 10kV UN?e 630kA Ioc 16kA imax 40 kA It2?t 162?2?512 二次负荷0.6 高压隔离开关一次设备高压熔断器RN2-10 型号电压互感器规JDJ-10 格 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

6.2 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6-2所示，所选数据均满足要求。

表6-2 380V一次侧设备的选择校验 GN-10/200 6810kV 200A - 25.5 kA 102?5?500 10kV 10/0.1kV 100.10.1//kV 3330.5A - - 50 kA - - - - - - - - 10kV 10kV 12kV 100/5A - 400A - - - 225?2?0.1kA =31.8 kA - 25kA (90?0.1)2?1 =81 - 102?5?500 选择校验项目 装置地点条件 参数 数据 电压 UN 电流 IN 断流 能力 动态 定度 (3) Ish热稳定度 (3)2I??tima 其它 - - Ik(3) 19.7kA 380V 1317.6A 36.2kA 16.252?0.7?184

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额定参数 低压断路器DW15-1500/3D UN?e 380V 380V UN?e 1500A 630A Ioc 40kA imax - - It2?t - - - - - 一次设备型号规格 低压断路器DW20-630 低压断路器DW20-200 低压断路HD13-1500/30 30Ka （大于I30） (一般) 200A 25 kA - - -

380V 380V 500V 500V （大于I30） 1500A 1500/5A 100/5A 160/5A - - - - - - - - - - - - 电流互感器LMZJ1-0.5 电流互感器LMZ1-0.5 6.3 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。

表6.3 6~10kv变电所高低压LMY型硬铝母线的常用尺寸

变压器容/kVA 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 高压母线 低压母线 中性母线 40?4 50?560?680?680?8100?8120?102(100相母线 40?4 40?4 ?10) 2(120 ?10)80?10 50?5 60?6 80?6 80?8 7 变电所进出线及与邻近单位联络线的选择

7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择

1）10KV高压进线的选择与校验

采用LJ型裸铝导线架空敷设，接往10KV公用干线。

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a).按发热条件选择

由I30=I1N?T=57.7A及室外环境温度32°，查表得，初选

LJ-16，其35°C时的Ial=93.5A>I30，满足发热条件。

b). 查参考书可知，最小允许截面Amin=35mm2，因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度的要求，故改选LJ-35。由于此线路很短，不需要校验电压损耗。

由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。

2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的校验

采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。 a)按发热条件选择

由I30=I1N?T=57.7A及土壤环境25°，查表得，初选缆线芯截

面为25mm2的交联电缆，其Ial=149A>I30,满足发热条件。

b) 校验短路热稳定 按式(5-42)计算满足短路热稳定的最小截面

Amin?I?(3)tima0.75?1960?mm2?22mm2?A?25mm2 C77式中C值由表5-13查得；tima按终端变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路时间0.2s，再加计0.05s，故tima=0.75s。

因此YJL22-10000-3?25电缆满足短路热稳定条件。 7.2 380V低压出线的选择

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=259A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选缆

芯截面240mm2，其Ial=319A>I30，满足发热条件。

b）校验电压损耗

由图1.1所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为70m，而由表8-42查得240mm2

的铝芯电缆的R0=0.16Ω/Km（按缆芯工作温度75°C计），X0=0.07?/Km,又1号厂房的P30=94.8kW，Q30=91.8kvar，因此按式（8-14）得：

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94.8kW?(0.31?0.15)??91.8kvar?(0.07?0.15)??14.14V0.38kV 14.14V?U%??100%?3.7%??Ual%?580V?U?故满足允许电压损耗的要求。 c）短路热稳定度的校验

按式（5-42）计算满足短路热稳定的最小截面 Amin?I?(3)tima0.75?19700?mm2?224mm2 C76由于前面按发热条件所选120mm2的缆芯截面小于Amin,不满足短路热稳定要求,故改为选缆芯截面为240mm2的电缆,即选VLV22-1000-3?240+1?120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.

2）锻压车间

馈电给2号厂房（锻压车间）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）。

3）热处理车间

馈电给3号厂房（热处理车间）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）。

4）电镀车间

馈电给4号厂房（电镀车间）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）。

5）仓库

馈电给5号厂房（仓库）的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，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=16.2A及环境温度23?C，初选截面积4mm2，其Ial=19A>I30，满足发热条件。 b）校验机械强度 械强度要求。

查表得，Amin=2.5mm2，因此上面所选的4mm2的导线满足机

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c) 所选穿管线估计长50m，而查表得R0=0.85?/km，X0=0.119?/km，又仓库的

P30=8.8kW, Q30=6 kvar，因此

(pR?qX)8.8kW?(8.55?0.05)?6kvar?(0.119?0.05)??U???10V

UN0.38kV?U%?10?100%?2.63%

故满足允许电压损耗的要求。 6） 工具车间

馈电给6号厂房（工具车间）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）。

7）金工车间

馈电给7号厂房（金工车间）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）。

8）锅炉房

馈电给8号厂房（锅炉房）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）。

9）装配车间

馈电给9号厂房（装配车间）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）。

10）机修车间

馈电给10号厂房（机修车间）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）。

11）生活区

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。

a）按发热条件选择 由I30=384A及室外环境温度（年最热月平均气温）32℃，初选BLX-1000-1?240，其31℃时Ial≈455A>I30,满足发热条件。

b）效验机械强度 查表可得，最小允许截面积Amin=10mm2，因此BLX-1000-1?240满足机械强度要求。

c）校验电压损耗 查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离600m左右，而

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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=245KW，Q30=117.6kvar，因此 X0=0.30?/km（按线间几何均距0.8m）

(pR?qX)245kW?(0.14?0.2)?117.6kvar?(0.3?0.2)??U???9.4V

UN0.38kV?U%?9.4?100%?2.5%

采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的母线相联。 1.按发热条件选择

工厂二级负荷容量共408.6KVA，I30?408.6kVA/(3?10kV)?23.5A，最热月土壤平均温度为25℃。查表《工厂供电设计指导》8-43，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。 2.校验电压损耗

由表《工厂供电设计指导》8-41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

P30?(94?129?35.8)kW?258.8kW,Q30?(91.8?93.8?26.3)kvar?211.9kvar，

线路长度按2km计，因此 ?U?258.8kW?(1.54?2)??211.9kvar?(0.12?2)??85V

10kV ?U%?(85V/10000V)?100%?0.85???Ual?5% 由此可见满足要求电压损耗5%的要求。 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，可知缆芯25mm2的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。

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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变电所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 导线和电缆型号规格 LJ-35铝绞线（三相三线架空） YJL22-10000-3?25交联电缆（直埋） 至1号厂房 VLV22-10000-3?240+1?120四芯塑料电缆（直埋） 至2号厂房 VLV22-10000-3?240+1?120四芯塑料电缆（直埋） 至3号厂房 VLV22-10000-3?240+1?120四芯塑料电缆（直埋） 至4号厂房 VLV22-10000-3?240+1?120四芯塑料电缆（直埋） 380 至5号厂房 BLV-1000-1?4铝芯塑料线5根穿内径25mm硬塑管 V 低压 出线 至6号厂房 VLV22-10000-3?240+1?120四芯塑料电缆（直埋） 至7号厂房 VLV22-10000-3?240+1?120四芯塑料电缆（直埋） 至8号厂房 VLV22-10000-3?240+1?120四芯塑料电缆（直埋） 至9号厂房 VLV22-10000-3?240+1?120四芯塑料电缆（直埋） 至10号厂房 至生活区 四回路，每回路3?BLX-1000-1?120+1?BLX-1000-1?75橡皮线（三相四线架空） VLV22-10000-3?240+1?120四芯塑料电缆（直埋） 与邻近单位10kVYJL22-1000-3?25交联电缆（直埋） 联络线 8 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定

8.1 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《工厂供电设计指导》图6-12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

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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《工厂供电设计指导》图6-8。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《工厂供电设计指导》图6-9。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。 8.2 变电所继电保护装置

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。

2）护动作电流整定

Iop?Krel?Kw?IL?max （7-1）

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?203）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 。

4）过电流保护灵敏度系数的检验

Sp?Ik?min （7-2） Iop?1(2)(3)其中，Ik?min?IKIK?2/KT?0.866?2/KT=0.866?19.7kA/(10kV/0.4kV)=0.682

Iop?1?IopKi/Kw?10A?20/1?200A，因此其灵敏度系数为： Sp=682A/200A=3.41>1.5 满足灵敏度系数的1.5的要求。

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8.3 装设电流速断保护

利用GL15的速断装置。 1）速断电流的整定：利用式Iqb?Krel?Kw(3)?Ik?max，其中Ik?max?Ik?2?16.25kA，

Ki?KTKrel=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?16250A?45.5A

20?25Kqp=Iqb/Iob=4.55(注意Kqb不为整数,但必须在2～8之间) 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?1.26?1.09kA，Iqb?1Iop?1?IopKi/Kw?45.5A?20/1?910A，因此其保护灵敏度系数为S=1700A/910=1.8>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。

8.4 作为备用电源的高压联络线的继电保护装置

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 IL.max=2I30，取

Kre?KiI30=?I30(?)?(S30.1?S30.4?S30.8)/(3U1N)?408.6kVA/(3?10kV)?23.5A

0.6×52A=43.38A，Krel=1.3，Kw =1，Kre=0.8，Ki =50/5=10，因此动作电流为：

Iop?1.3?1?2?23.5A?7.64A 因此过电流保护动作电流Iop整定为8A。

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

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验灵敏度系数，只有从略。

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。

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。

9 变电所的防雷保护与接地装置的设计

9.1 变电所的防雷保护

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（表9-6）。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。

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

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以防护沿低压架空线侵入的雷电波。 9.2 变电所公共接地装置的设计

1）接地电阻的要求

按《工厂供电设计指导》表9-6。此变电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? 其中,IE?10(80?35?25)A?27 因此公共接地装置接地电阻RE?4? 。

3502）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9-1所示。接地电阻的验算：

RE?

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。

RE(1)n???/l100??m/2.5m??3.85? n?16?0.65

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图9.1 变电所接地装置平面布置图

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9 总接线图

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10 设计总结

课程设计是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，它要求我们充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的自动控制系统。

通过这次课程设计，使我得到了很多的经验，并且巩固和加深以及扩大了专业知识面，锻炼综合及灵活运用所学知识的能力，正确使用技术资料的能力。

通过这次课程设计，使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

通过这次课程设计，我做了大量的参数计算，锻炼从事工程技术的综合运算能力，参数计算尽可能采用先进的计算方法。

通过这次课程设计，使我了解工厂供电设计的基本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解。

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参考文献

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