工厂供电课程设计

广东水利电力职业技术学院

课程：工厂供电课程设计

任务：某机械厂供配电系统设计

系别：自动化工程系

专业：电气自动化技术 班别：10电气1班

小组成员：张添瑞 100216151 张伟涛 100216152 张劲 100216150 指导教师：韩琳

时间：2012年07月

绪论

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。

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目录

第一章 设计任务

第二章 负荷计算和无功功率补偿 第三章 变电所位置与型式的选择

第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择 第五章 短路电流的计算

第六章 变电所一次设备的选择校验

第七章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择 第八章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 第九章 降压变电所防雷与接地装置的设计 第十章 机械厂变电所主接线电气原理图 第十一章 课程设计总结心得体会 参考文献

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第一章 设计任务

1.1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，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。

1.2 设计依据

1.2.1工厂总平面图

(4)(5)(8)(1)(6)(9)(2)(7)(10)(3)

图1.1 工厂平面图

1.2.2 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4600h，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。本厂的负荷统计资料如表1.1所示。 厂房编号 厂房名称 负荷类别 设备容量/kW 需要系数 功率因数 1 铸造车间 动力 300 0．3 0．7 照明 5 0．8 1．0 2 锻压车间 动力 350 0．3 0．65 照明 8 0．7 1．0 7 金工车间 动力 400 0．2 0．65 照明 10 0．8 1．0 6 工具车间 动力 360 0．3 0．6 照明 7 0．9 1．0 4 电镀车间 动力 250 0．5 0．8 照明 5 0．8 1．0

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3 9 10 8 5 生活区 热处理车间 装配车间 机修车间 锅炉车间 仓库 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 照明 150 5 180 6 160 4 50 1 20 1 350 0．6 0．8 0．3 0．8 0．2 0．8 0．7 0．8 0．4 0．8 0．7 0．8 1．0 0．7 1．0 0．65 1．0 0．8 1．0 0．8 1．0 0．9 表1.1 工厂负荷统计资料

1.2.3 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的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。

1.2.4 气象资料

本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-9℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8米处平均气温为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。 1.2.5 地质水文资料

本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。 1.2.6 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为18元/kVA，动力电费为0.9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0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：6~10VA为800/kVA。

第二章 负荷计算和无功功率补偿

2.1 负荷计算

2.1.1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?

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c)视在计算负荷（单位为kvA）

S30=

P30 cos?d)计算电流（单位为A）

I30=

S303UN

, UN为用电设备的额定电压（单位为KV）

2.1.2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

0.9~0.97

c)视在计算负荷（单位为kvA） d)计算电流（单位为A）

22 S30=P30 ?Q30 I30=

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 设备容量名称 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 动力 各厂房和生活区的负荷计算表

计算负荷 cos? tan? 0．7 1．0 1．0 1．0 0．6 1．0 0．8 1．0 0．8 - 5 -

需要系数 Pe/kW 300 5 305 350 8 358 400 10 410 360 7 367 250 5 255 150 Kd 0．3 0．8 —— 0．3 0．7 —— 0．2 0．8 —— 0．3 0．9 —— 0．5 0．8 —— 0．6 P30/kW 90 4.0 94 105 5.6 110.6 80 8 88 108 6.3 114.3 125 4 129 90 Q30/kvar 91.8 0 91.8 123 0 123 93.6 0 93.6 144 0 144 93.8 0 93.8 67.5 S30/kVA —— —— 132 —— —— 165 —— —— 128 —— —— 184 —— —— 160 —— I30/A —— —— 201 —— —— 251 —— —— 194 —— —— 280 —— —— 244 —— 1 铸造 车间 锻压 车间 金工 车间 工具 车间 电镀 车间 热处理

1.02 0 0 0 1.33 0 0.75 0 0.75 0．65 1.17 2 0．65 1.17 7 6 4 3 车间 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 5 155 180 6 186 160 4 164 50 1 51 20 1 21 350 2219 403 0．8 —— 0．3 0．8 —— 0．2 0．8 —— 0．7 0．8 —— 0．4 0．8 —— 0.7 1．0 0．7 1．0 1．0 0．8 1．0 0．8 1．0 0.9 0.75 0 1.02 0 0 0.75 0 0.75 0 0.48 4 94 54 4.8 58.8 32 3.2 35.2 35 0.8 35.8 8 0.8 8.8 245 1013.5 810.8 0 67.5 55.1 0 55.1 37.4 0 37.4 26.3 0 26.3 6 0 6 117.6 856.1 727.6 —— 116 —— —— 80.6 —— —— 51.4 —— —— 44.4 —— —— 10.7 272 —— 1089 —— 176 —— —— 122 —— —— 78 —— —— 67 —— —— 16.2 413 —— 1655 9 装配 车间 机修 车间 锅炉 车间 0．65 1.17 10 8 5 仓库 11 生活区 总计 计入K??p=0.8, K??q=0.85 2.2 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，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=（727.6-420）kvar=307.6 kvar，

视在功率S'30?P?Q=867.2 kVA，计算电流I230'230'30?'S303UN=1317.6 A,功率因数提高为

P30cos?='=0.935。

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3所示。

- 6 -

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? 0.75 0.935 0.935 P30/KW 810.8 810.8 0.015S30=13 823.8 Q30/kvar 727.6 -420 307.6 0.06S30=52 359.6 S30/kVA 1089 867.2 898.9 I30/A 1655 1317.6 52

第三章 变电所位置与型式的选择

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（2.5，5.6）、P2（3.6，3.6）、P3（5.7，1.5）、P4（4，6.6）、P5（6.2，6.6）、P6（6.2，5.2）、P7（6.2，3.5）、P8（8.8，6.6）、P9（8.8，5.2）、P10（8.8，3.5），并设P11（1.2，1.2）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?+P11=?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??P11x11?P1?P2?P3??P11?(Px) （3-1） ?Piii - 7 -

Py?P2y2?P3y3??P11y11y?11?P1?P2?P3??P11?(Py) ?Piii

（3-2）

把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到x=5.38，y=5.38 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房（工具车间）的西北角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。

yP4P1P2P5P8 P P6P7P9 P10P11P3x 图3-1 按负荷功率矩法确定负荷中心

第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择

4.1 变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：

SN?T为主变压器容量，S30 a)装设一台变压器 型号为S9型，而容量根据式SN?T?S30，

为总的计算负荷。选SN?T=1000 KVA>S30=898.9 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)?898.9 KVA=（539.34~629.23）KVA （4-1）

SN?T?S30(?)=(134.29+165+44.4) KVA=343.7 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 。

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： 4.2.1装设一台主变压器的主接线方案 如图4-1所示

- 8 -

10kFS4-1GW口-10 GG-1A(J)-0GG-1A(F)-5GG-1A(F)-0GG-1A(F)-0Y0Y0 联络（备用电源）

S9-10010/0.4k220/380高压柜GG1A(J-0

GG1A(F-5

GG1A(F-0

GG1A(F-0

主

联络（备用）

图4-1 装设一台主变压器的主接线方案

4.2.2装设两台主变压器的主接线方案 如图4-2所示

- 9 -

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

GG-1A(F)-54 GG-1A(F) -96 S9-630 Y00Y10/0.4kV S9-630 10/0.4kV （备用电源）

联络线 高压柜列 GG- 1A(F) -113

GG- 1A(F) -11

GG- 1A(J) -01

220/380V GG- 1A(F) -96

GG- 1A(F) -07

GG- 1A(F) -54

联络 主 主

变 变 （备用）

图4-2 装设两台主变压器的主接线方案

4.3 主接线方案的技术经济比较

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 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，电压损耗较由于一台主变，电压损耗较大 小 - 10 -

装设一台主变的方案 满足要求 基本满足要求 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；变配电的电力变压器和维修管理费=（42+36）万元高压开关柜的*0.06=4.68万元。因此主变和高年运行费 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*0.08万元供电贴费 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 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。

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 经济指标 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，因此综合投资约为2*15.1=30.2万元 查得GG-1A(F)型柜可按每台4高压开关柜万元计，其综合投资可按设备（含计量柜）的1.5倍计，因此高压开关柜的综合投资额 的综合投资约为4*1.5*4=24万元 灵活方便性 扩建适应性 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 本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为6*1.5*4=36万元，比一台主变方案多投资12万元 第五章 短路电流的计算

5.1 绘制计算电路

(1) ～ ∞系统 500MVA (2) LGJ-150,8km 10.5kV S9-1000 0.4kV

图5-1 短路计算电路

K-1 (3) K-2 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?Sd3Ud1?100MVA3?10.5kV?5.5kA （5-1）

- 11 -

Id2?Sd3Ud2?100MVA3?0.4kV?144kA （5-2）

5.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值

5.3.1电力系统

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）

5.3.2架空线路

查表得LGJ-150的线路电抗x0?0.36?/km，而线路长8km，故

?X2?x0lSd100MVA?(0.36?8)???2.6 22Uc(10.5kV) （5-4）

5.3.3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。

11 0.22.61 4.5k-1 k-2

图5-2 短路计算等效电路

5.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算

5.4.1总电抗标幺值

?**X??X?X(k?1)12=0.2+2.6=2.8

（5-6）

5.4.2 三相短路电流周期分量有效值

*Ik?1?Id1X*?(k?1)?5.5kA?1.96kA 2.8 （5-7）

5.4.3 其他短路电流

(3))I''(3)?I??Ik(3?1?1.96kA

（5-8）

（5-9） （5-10） （5-11）

(3)ish?2.55I''(3)?2.55?1.96kA?5.0kA

(3)Ish?1.51I''(3)?1.51?1.96kA?2.96kA

5.4.4 三相短路容量

)Sk(3?1?SdX*?(k?1)?100MVA?35.7MVA 2.8- 12 -

5.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算

5.5.1总电抗标幺值

?***X?(k?1)?X1?X2?X3=0.2+2.6+4.5=7.3 （5-12）

5.5.2三相短路电流周期分量有效值

*Ik?2?Id2*X?(k?2)?144kA?19.7kA 7.3 （5-13）

5.5.3 其他短路电流

(3))I''(3)?I??Ik(3?1?19.7kA

（5-14）

（5-15） （5-16）

(3)ish?1.84I''(3)?1.84?19.7kA?36.2kA

(3)Ish?1.09I''(3)?1.09?19.7kA?21.5kA

5.5.4三相短路容量

)Sk(3?2?SdX*?(k?2)?100MVA ?13.7MVA

7.3表5-1 短路计算结果 （5-17）

以上短路计算结果综合图表5-1所示。

三相短路电流 短路计算点 k-1 k-2 三相短路容量/MVA (3)ish Ik(3) 1.96 19.7 I''(3) 1.96 19.7 (3)I? (3) IshSk(3) 35.7 13.7 1.96 19.7 5.0 36.2 2.96 21.5

第六章 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

6.1.1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。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。 6.1.2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 6.1.3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)

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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。 6.1.4 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)imax?ish或Imax?Ish

(3)(3)

imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ish、Ish分别为开关所处的三相

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6-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

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 电流 断流能力 动态定度 (3)Ish 热稳定度 (3)2I??tima 其它 二次负荷0.6 UN 10kV IN 57.7A (I(1N?T)) Ik(3) 1.96kA 5.0kA 1.962?1.9?7.3 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 高压隔离开关GN-10/200 一次设备型号规格 高压熔断器RN2-10 电压互感器JDJ-10 电压互感器JDZJ-10 6810kV 200A - 25.5 kA 102?5?500 10kV 10/0.1kV 0.5A - 50 kA - - - - - 100.10.1//kV333 - - - - 电流互感器LQJ-10 避雷针FS4-10 户外隔离开关GW4-12/400 10kV 10kV 12kV 100/5A - 400A - - - 225?2?0.1kA =31.8 kA - 25kA (90?0.1)2?1 =81 - 102?5?500 6.2 380V侧一次设备的选择校验

- 14 -

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 选择校验项目 参数 数据 电压 电流 断流 能力 动态 定度 (3)Ish 热稳定度 (3)2I??tima 其它 - - - - 装置地点条件 UN 380V IN 总1317.6A Ik(3) 19.7kA 36.2kA 19.72?0.7?272 额定参数 低压断路器DW15-1500/3D UN?e 380V UN?e 1500A 630A Ioc 40kA 30Ka (一般) imax - It2?t - 一低压断路器次DW20-630 设备低压断路器型DW20-200 号低压断路规格 HD13-1500/30 电流互感器LMZJ1-0.5 电流互感器LMZ1-0.5 380V （大于I30） 200A - - - 380V （大于I30） 1500A 1500/5A 100/5A 160/5A 25 kA - - - 380V 500V 500V - - - - - - - - - - - - 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。

第七章 变压所进出线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

7.1.1 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=57.7A及室外环境温度33°，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，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。

7.1.2 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验

采用YJL22-10000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。

- 15 -

b)校验热路稳定

(3)按式A?Amin?I?timaC，A为母线截面积，单位为mm2；Amin为

(3)满足热路稳定条件的最大截面积，单位为mm2；C为材料热稳定系数；I?为母线通过的(3)三相短路稳态电流，单位为A；tima短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中I?=1960，

tima=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=77，

把这些数据代入公式中得Amin?I(3)?timaC?1960?0.75?22mm2

7.2 380低压出线的选择

7.2.1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=201A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选缆芯截面120mm2，其Ial=212A>I30，满足发热条件。

b）校验电压损耗 由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为288m，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1号厂房的P30=94kW, Q30=91.8 kvar，故线路电压损耗为

?U?

?(pR?qX)?94kW?(0.31?0.288)?91.8kvar?(0.07?0.1)?23.78VUN0.38kV?U%?23.78?100%?6.3%>?Ual%=5%。 380c）断路热稳定度校验

(3)Amin?I?timaC?19700?0.75?224mm2 76不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为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。 7.2.2 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）。 7.2.3 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）。 7.2.4 电镀车间

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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）。 7.2.5 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26?C，初选截面积4mm2，其Ial=19A>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4mm2的导线满足机械强度要求。

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%

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）。 7.2.7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）。 7.2.8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）。 7.2.9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）。 7.2.10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）。 7.2.11 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。

1）按发热条件选择 由I30=413A及室外环境温度（年最热月平均气温）33℃，初选BLX-1000-1?240，其33℃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=10mm2，因此BLX-1000-1?240满足机械强度要求。

3）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，X0=0.30?/km（按线间几何均距0.8m），又生活区的P30=245KW，Q30=117.6kvar，因此

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

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

7.3 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10KY母线相连。 7.3.1按发热条件选择

工厂二级负荷容量共335.1KVA，I30?335.1kVA/(3?10kV)?19.3A，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。 7.3.2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

258.8kW?(1.54?2)??211.9kvar?(0.12?2)??85V ?U?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。 7.3.3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，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。

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 380V 低压 出线 至3号厂房 至4号厂房 至5号厂房 至6号厂房 至7号厂房

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—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） BLV—1000—1×4铝芯线5根穿内径25mm硬塑管 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） - 18 -

2至8号厂房 至9号厂房 至10号厂房 至生活区 与临近单位10KV联络线 VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋） 四回路，每回路3×BLX-1000-1×120+1×BLX-1000-1×75橡皮线（三相四线架空线） YJL22—10000—3×16交联电缆（直埋）

第八章 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

8.2.1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。

8.2.2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?208.2.3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 。

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8.2.4过电流保护灵敏度系数的检验

Sp?Ik?min 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。

8.3装设电流速断保护

利用GL15的速断装置。 8.3.1速断电流的整定：利用式Iqb?Krel?Kw(3)其中Ik?max?IkKrel=1.4，?Ik?max，?2?19.7kA，

Ki?KTKw=1，Ki=100/5=20，KT=10/0.4=25，因此速断保护电流为Iqb?1.4?1?19700A?55A

20?25速断电流倍数整定为Kqb=Iqb/Iop=55A/10A=5.5(注意Kqb不为整数,但必须在2～8之间) 8.3.2、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?IK?0.866I?2K?2?0.866?1.96?1.7kA，Iqb?1Iop?1?IopKi/Kw?55A?20/1?1100A，因此其保护灵敏度系数为S=1700A/1100A=1.55>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

8.4.1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 IL.max=2I30，取

Kre?KiI30=?I30(?)?(S30.1?S30.4S30.8)/(3U1N)?(132?160?44.4)kVA/(3?10kV)?19.4A 0.6×52A=43.38A，Krel=1.3，Kw =1，Kre=0.8，Ki =50/5=10，因此动作电流为：

1.3?1Iop??2?19.4A?6.3A 因此过电流保护动作电流Iop整定为7A。

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。 8.4.2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

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据，无法检验灵敏度系数，也只有从略。 8.4.3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。

第九章 降压变电所防雷与接地装置的设计

9.1变电所的防雷保护

9.1.1 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（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。 9.1.2 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。

9.2 变电所公共接地装置的设计

9.2.1接地电阻的要求

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?

V/IE?120V/27A?4.4? 且 RE?12010(80?35?25)A?27 因此公共接地装置接地电阻RE?4? 。 其中,IE?350 9.2.2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9-1所示。接地电阻的验算：

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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9－1变电所接地装置平面布置

第十章 机械厂变电所主接线电气原理图

机械厂变电所主接线电气原理图

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第十一章 课程设计总结心得体会

张伟涛：经过一周时间的课程设计，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。在本次的课程设计，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。如下是我都这些方面的总结：

1.在负荷计算及无功功率计算和补偿过程中，要注意下列几点：1）根据不同类型的工

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厂，不同类型的用电设备组及不同类型的民用建筑等，应合理选用需要系数，这对负荷计算的精确度有着决定性因素；2）计算全厂用电负荷时，不论工艺设备用电设备和其它空调通风，给排水专业的用电设备以及照明及消防用电设备等，均应不能漏项，以免影响计算负荷的准确性；3）合理确定，干线、车间及全厂各级有功和无功负荷的同时系数；4）在计算出无功功率的补偿容量后，在工程设计中，应选取补偿容量大于计算值，并且应按实际所采用的电容器容量计算，另外，补偿总容量宜为变压器容量的20%~30%；5）高供高计系统时，一定要计入变压器的有功和无功损耗，应保证功率因数在高压侧大于0.9；6）关于变压器的负荷率，即平均负载率问题，一般认为变压器的负载率为60%左右时，运行效率最高，即变压器损耗最低。但由于目前我国的电费为二部制电价，即基本电价加电度电价，因此，设计中将负荷率控制在70%~85%为宜；7）多层建筑或高层建筑主体内变电所，宜选用不燃或难燃型变压器。在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用密闭型变压器或防腐蚀型变压器；8）负荷计算中，对于变压器的容量及台数和变压器绕组结线及其类型等，应根据各工程实际情况，合理、正确选择。

2.变电所位置选择，要注意下列几点：1）变电所的位置应尽量靠近负荷中心，特别是车间变电所更应如此；2）进出线方便，特别是采用架空线进出线时更应该考虑这一点；3）尽量靠近电源侧，对工厂总降压变电所要特别考虑这一点；4）交通运输方便，以便于变压器和控制柜等设备的运输；5）尽量避开污染源或选择在污染源的上风侧；6）尽量不设在有剧烈振动的场所周围；7）尽量不设在低洼积水场所及其下方；8）应远离有易燃易爆等危险场所，变电所与其他工业建筑之间应保持一定的防火间距；9）选定变电所的位置不应妨碍工厂或车间的发展，应留有扩建的余地，适当考虑变电所本身扩建的可能。

张添瑞： 张劲：

参考文献

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1、工厂供电技术 陈小虎主编 高等教育出版社 2、供配电技术 唐志平主编 电子工业出版社 3、工厂供电 刘介才编 机械工业出版社 4、工厂供电 黄纯华编 天津大学出版社 5、工厂供配电技术 何首贤编 中国电力出版社

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1、工厂供电技术 陈小虎主编 高等教育出版社 2、供配电技术 唐志平主编 电子工业出版社 3、工厂供电 刘介才编 机械工业出版社 4、工厂供电 黄纯华编 天津大学出版社 5、工厂供配电技术 何首贤编 中国电力出版社

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