某电机修造厂110kV供配电系统设计

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1 引言

1.1 工厂供电的意义和要求

随着经济的发展和现代工业建设的迅速崛起，对供电系统的设计越来越全面系统。电力系统由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统[1]。工厂用电量的迅速增长，对电能质量、供电的可靠性能指标也日益提高。而变电所是电力系统中重要环节，变电站能否正常运行关系到电力系统的稳定和安全，尤其是现在居民、企业对供电的安全可靠性要求越来越高，因此设计安全、可靠、优质、经济的变电所是至关重要的?2?。

电能是电力工业的基本形态，它是发、送、变、配、用电各个环节电气设备连成的整体。是现代工业生产的主要能源和动力，是人类现代文明的物质技术基础，电能与国民经济各部门及人民日常生活关系密切。由于自然界的一次能源都可转换成电能，且电能转换成其他形式十分方便，电能宜于大量生产、远距离输送和自动控制。所以，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中广泛应用。

所谓电能质量，主要是指是指通过公用电网向用户提供的交流电能的品质。衡量电能质量的主要指标包括电压、频率和波形等，在合格的电能质量下工作，用电设备性能最好、效率最高?3?。

电能质量直接关系到电力系统的供电安全和质量，在工厂里，电能在生产产品所占的成本中比重一般很小，电能在工业生产中的重要性，在于工业生产实现电气化以后可以大大地增加产量，降低生产成本，提高产品质量，提高劳动生产率，减轻劳动强度，改善工人工作条件，并且有利于实现生产过程自动化，而并不仅仅在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重的多少。人类社会生活只有在实现电气化以后，才使得社会秩序和生活质量得到充分保障，从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对生产可能造成严重的后果，不仅会打乱生产和生活秩序，有时甚至可能发生重大的设备损坏事故或人身伤亡事故。 因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产、实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源，支

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援国家经济建设，也具有重大的作用。

基于工厂供电对社会生产和人民生活至关重要的作用，我们对供电部门提出了以下严格要求：

（1） 安全：在电能的生产、供应、分配和使用上，不应该发生意外事故。 （2） 可靠：应满足电能用户对供电可靠性的需求。

（3） 优质：应满足电能用户对电能电压、频率和波形等质量的要求。 （4） 经济：供电系统的建设投资要少，运行和维护费用要低，并应最大限度的节约电能、减少有色金属的消耗量。

1.2 工厂供电设计的一般原则

工厂供电设计必须遵循以下原则：

（1）工厂供电设计必须要遵守国家的有关法令、标准和规范，执行国家的有关方针、政策，包括节约能源和有色金属等技术经济政策。

（2）工厂供电设计应做到保证人身和设备安全，供电可靠，电能质量合格、技术先进和经济合理。设计中应采用负荷国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。

（3）工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等合理确定设计方案。

（4）工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近期结合，以近期为主，适当的考虑扩建可能性?4?。

1.3 供配电国内外发展现状

中国电网目前正处于“西电东送、南北互供、全国联网”和电力市场化的特殊历史时期，由于我国能源分布与需求量极不平衡：西部的水力资源占全国 84%，煤炭资源占全国 82%，而能源需求的 75％分布在中、东部。因此，西电东送是我国电力流向的必然趋势，也是 21 世纪国家能源工业建设的基本战略方针[5]。电力事业发展突飞猛进，与此同时，电网的规模逐渐扩大，安全事故的影响范围越来越大，安全问题也越来越突出。

我国传统的电网工程设计存在很多明显的不足之处：设计标准规范不统一；设备型号多、产品通用性差；存在着大量重复性的设计工作；设计评审、批复争

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议多、耗时长；建设和运行维护成本高等。根据具体工程环境、建设要求和运行方式来进行针对性的设计，是一种“量体裁衣”式的设计。目前输变电工程典型设计是一种先进的设计理念，它采用集约化管理的思想，具有统一建设标准规范、发挥规模效益、提高工作效率、降低建设运营和维护成本等优势。这种全新的设计方法和理念，使我国电网工程的设计方式从“量体裁衣”式改变为“成衣定制”式，从而突出了设计重点，加快了设计进度，满足了大规模电网建设的需求?6?。

世界上大多数工业发达的国家都建立了全国统一系统，甚至相邻国家都建立了跨国电力系统。我国的电力行业发展也十分的迅猛。目前全国已有东北、华东、华北、华中、西北、南方6个跨省电网和山东、福建、海南、新疆、西藏等5个独立省（区）网。随着西部大开发战略的实施，建设了内蒙古西部、山西、陕西、宁夏、河南西部火电基地，开发了多个大型水电站，开辟了“西电东送”输电大通道，这些将促进电网的快速发展。

现在世界各地的研究和开发工作主要集中在以下几个方面来使得配电自动化更智能、更符合成本效益，以实现全面大规模电力系统的目标。 ? 电力系统通信协议，实现互联互通 ? 通信系统使其在商业上可行

? 通过仪表电气图，开关设备和变压器使得他们自身智能化 ? 智能远程终端单元 ? 智能仪表系统

? 电力系统算法提供快速、准确的控制决策?7?

随着经济的快速发展，全球资源短缺，环境破坏严重，社会开始对环境保护、节能减排和可持续性发展等问题的重视程度日益提高；同时，随着电力市场化进程的不断推进以及用户对电能可靠性和质量要求的不断提升，要求电网必须能够提供更加安全、可靠、清洁、优质的电力供应?8?，能够适应多种能源类型发电方式的需要，能够适应用户自主选择的需要，能够更加适应高度市场化的电力交易的需求，进一步提高电网资产利用效率和效益，提供更加优质的服务?9?。智能电网为未来电力系统的最新发展方向?10?。为此，以美国和欧盟为代表国家和组织不约而同地提出要建设安全、灵活、可靠、经济的智能电网。

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智能电网(smart grid)也叫知识型电网(intelligrid)或现代电网(modern grid)，是有机融合了信息、数字等多种前沿技术的输配电系统；其发展目标是建设节能、环保、高效、可靠、稳定的现代化电网?11?。

美国对智能电网的研究已经开展了10 年, 对智能电网的构成仍然没有达成共识。但是, 一直致力于推进将智能电网的思想理论变为现实的政府、相关行业、技术和政策团体等都基本认同： 智能电网将利用数字技术, 对系统的所有元件, 从发电到用户用电的各个环节进行综合、实时的监控。根据美国艾克赛尔能源公司分析师最新公布的白皮书, 智能电网被大致定义为: 以最少的人工干预, 把各种燃料转化为电能提供给消费者的智能化、能够自动平衡和自我监测的电网。这样的系统将会最大限度地利用可再生资源, 减少对环境的污染，达到环保经济的目的。智能电网可以监测到当系统出现超载现象时, 灵活改变系统运行方式, 降低设备潮流, 防止发生断电情况。同时,智能电网可以保证用户和公用事业公司的实时沟通, 使用户能够对环境保护和价格进行选择, 使公用事业公司可以优化用户的能源利用?12?。

在中国，国家电网公司以奉献清洁能源、促进经济发展以及社会和谐为基本使命, 在认真分析世界电网发展新趋势和中国基本国情的基础上,提出了建设中国特色智能电网。这是一项高度复杂的系统工程，它紧密结合中国能源供应新形势和用电服务新需求, 提出了立足自主创新,注重理论和技术创新与应用，加快建设以特高压电网为骨干网架,各级电网协调发展, 具有信息化(实时和非实时信息的高度集成、共享和利用)、数字化(电网对象、结构、特性及状态的定量描述和各类信息的精确高效的采集与传输)、自动化(电网控制策略的自动优选、运行状态的自动监控和故障状态的自动恢复)、互动化(电源、电网和用户资源的友好互动和协调运行)等基本特征的智能电网的发展目标?13?。

尽管智能电网的研究与实践尚处于起步阶段，但是建设智能电网已经成为世界电力行业的一种美好愿景，必将进一步推动电力工业的变革与进步。

1.4 设计的主要内容

本工厂供配电系统的设计是根据厂区每个车间的负荷情况和分布情况，以及生产对负荷的要求并结合国家供电标准确定的。设计的主要内容主要包括以下几

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个方面。 （1）负荷计算

负荷计算是在厂区各车间的具体负荷的基础上进行的。通过计算负荷选择车间变压器，并根据车间变压器的相关参数计算出车变电所变压器的功率损耗，从而计算总降压变电所高压侧的负荷功率因数，然后确定无功补偿容量。最后列出车间负荷的计算表。

（2）确定总降压变电所的位置、型式和主变压器的台数、容量

根据电源进线的方向和工厂的地理环境等确定总降压变电所的位置和型式，结合厂区计算负荷以及扩建的需要确定主变压器的台数和容量。 （3）总降压变电所电气主接线的设计

根据电源进线的回路数，和负荷要求的供电可靠性、连续性，确定变电所高、低压侧的接线方式。

（4）供配电系统短路电流的计算

对一般工厂来说，电源方向的大型电力系统可看作是无限大容量的系统，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。通过绘制等效电路图，并计算电气元件的电抗标幺值，从而计算各短路点的短路电流。 （5）电气设备的选择和校验

根据短路电流计算的数据和各回路计算负荷的及其对应的额定值，选择变电所高、低压侧电气设备，如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器等设备。并进行相应的动稳定和热稳定等校验。 （6）变电所进出线的选择

根据电压等级和周围环境情况选择导线的类型，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件、电压损耗条件、经济电流密度、机械强度。 （7）二次回路设计

设计包括控制与信号装置，测量与监视仪表，操作电源与控制电缆组成的二次回路系统。 （8）继电保护配置

根据需要，对总降压变电所的如下设备安装继电保护装置：主变压器、10kV馈电线路、10kV母线。

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总降压变电所主变压器的容量为6300kVA，且两台并列运行，根据规程要求，应装设瓦斯保护、电流速断保护、过电流保护以及过负荷保护。10kV馈电线路装设电流速断保护、定时限过电流保护。并对保护装置进行整定计算和校验灵敏度系数。

（9）确定防雷和接地方案

参考当地气象地质资料，设计防雷装置。防雷设计包括直击雷防护和雷电侵入波防护。进行直击雷防护的避雷针保护范围的计算，选择防护装置；确定雷电侵入波防护装置的型号和安装地点。确定接地装置的类型并计算接地电阻是否满足要求。

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2 负荷计算和无功功率补偿

2.1 负荷计算的目的和意义

进行电力设计的原始资料是用电部门提供的用电设备安装容量，这些用电设备品种多、用量大、工作情况复杂，所以，如何根据这些原始资料正确估算出所需的用电量是一个非常重要的问题。估算的准确与否将直接影响电力设计的质量。若估算过高，将使选择的设备和导线等容量和型号偏大，造成投资和有色金属的浪费；若估算过低，将使选择的设备和导线等容量和型号偏小，使得电气设备超负荷运行，使设备过热，加快绝缘的老化，降低使用寿命，甚至损坏设备，影响系统的正常运行?14?。可见，正确的负荷计算具有十分重要的作用。

另外，负荷计算是系统设计时作为选择电力变压器、开关设备、保护装置以及导线参数的依据，所以十分重要。

2.2 负荷计算的方法

负荷计算的方法主要有需要系数法、利用系数法以及二项式系数法等几种。本设计采用需要系数法。需要系数法的特点是计算方便简单，对于所有性质的企业都适用，且计算结果基本上符合实际要求，尤其是对设备容量相差较小且用电设备数量较多的用电设备组，因此这种方法是世界范围内普遍采用的计算负荷的一种基本方法。

对于一组用电设备，当在最大负荷情况下运行时，所涉及的所有用电设备不可能全部在同一时间运行，也不可能全部在满负荷情况下运行，并且线路在输送功率时要产生功率损耗，同时用电设备本身也产生损耗，所以不能简单的将所有设备的额定容量相加结果作为用电设备组的计算负荷，必须考虑在运行的时候出现的上述各种情况。

一个用电设备组的需要系数可以表示为

Kd?K?KL ?e?WL式中，K?为用电设备的同时系数；KL为用电设备的负荷系数；?e为用电设备组的平均效率；?WL为供电效率的平均功率。需要系数Kd小于1。

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（1）单组用电设备计算负荷的确定

单组用电设备计算负荷可按下列式子计算：

P30?KdPe

Q30?P30tan? S30?P30cos?

I30?S303UN

式中，P30 、Q30、S30分别为该用电设备组的有功计算负荷（kW）、无功计算负荷（kvar）和视在计算负荷（kVA）；Pe为用电设备组的设备容量，是指用电

at设备组所有用电设备（不包括备用设备）的容量总和（kW）；n?为该用电设备

组的平均功率因数角的正切值；UN为该用电设备组的额定电压（kV）；I30为该用电设备组的计算电流（A）。 （2）多组用电设备计算负荷的确定

在配电线或车间变电所低压母线上，通常是连接有多组用电设备组同时工作，但是由于各个用电设备组的最大功率负荷不一定会在同一时间出现，所以在计算配电线或车间变电所低压母线上的计算负荷时，应该对其有功负荷和无功负荷计入一个同时系数K?,多组用电设备计算负荷可按下列式子计算：

P30?K??P30。i Q30?K??Q30.i

22S30?P30?Q30

I30?S303UN

式中，K?为同时系数，一般取为0.85~0.95。

由于各组用电设备的功率因数不一定相同，所以总的计算负荷和总的计算电流不能简单的将各组设备的视在计算负荷和计算电流相加来计算得到。

2.3 负荷计算

各车间的负荷统计情况如表2-1

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表2-1 电机修造厂各车间负荷统计情况

设备容量

KW

计算负荷

变压器台数及容量

序号 车间名称

p30 kw609 163 222 310 199 36 197 181 30 187 365 640 163 338 2880 3302

Q30S30 kvarkVA500 258 336 183 158 58 172 159 27 118 287 480 139 288 2300 2875

788 305 403 360 254 68 262 241 40 221 464 800 214 444 3686 —

车间变电

所代号

kVA

1?1000 1?400 1?500 1?400 1?315 1?100 1?315 1?315 1?80 1?250 1?500 1?1000 1?250 1?500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

电机修造车间 机械加工车间 新品试制车间 原料车间 备件车间 锻造车间 锅炉房 空压站 汽车库 大线圈车间 半成品试验站 成品试验站 加压站

设备处仓库（10KV转

供负荷） 成品试验站内大型集中负荷(10KV)

总计（380V侧）

2505 886 634 514 562 150 269 322 53 335 2290 256 3600 —

No.1 车变 No.2 车变 No.3 车变 No.4 车变 No.5 车变 No.6 车变 No.7 车变 No.8 车变 No.9 车变 No.10车变 No.11车变 No.12车变 No.13车变

—

主要为高压整流装置,要

求专线供电

—

以一车间变电所为例，380V侧有功负荷609kW，无功功率500kvar。一车间变压器选择型号为S9—1000型，电压为10/0.4kV，Yyn0联结的变压器，其技术数据如下：?P0?1.7kW,?Pk?10.3kW，I000?0.7,Uk率??7881000?0.788，则变压器的功率损耗为

00?4.5。变压器的负荷

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?PT??P0??2?Pk?1.7?0.7882?10.3kW?8.1kW

?QT?SN?I000??2Uk10000??1000??0.7?0.788?4.5?kvar?34.9kvar

1002所以10kV侧计算负荷

2?816.7kVA P1?617.1kW,Q1?534.9kvar，S1?P12?Q1其他车间计算负荷的计算过程同上，此处从略。将各车间的计算负荷汇总于表2-2。

表2-2 各车间计算负荷汇总

380V侧计算负荷

变压器

车间名称

有功负 荷/kW

No.1车间 No.2车间 No.3车间 No.4车间 No.5车间 No.6车间 No.7车间 No.8车间 No.9车间 No.10车间 No.11车间 No.12车间 No.13车间 总计

609 163 222 310 199 36 197 181 30 187 365 640 163 —

无功负

视在负

容量/kVA

荷/kvar 荷/kVA 500 258 336 183 158 58 172 159 27 118 287 480 139 —

788 305 403 360 254 68 262 241 40 221 464 800 214 —

1000 400 500 400 315 100 315 315 80 250 500 1000 250 —

耗/kW 8.1 3.3 4.3 4.3 3.0 1.0 3.2 2.8 0.6 2.9 5.4 8.3 2.8 —

耗/kvar 34.9 13.3 18.0 17.0 11.7 3.4 12.2 10.8 2.2 10.8 22.2 35.8 10.3 —

荷/kW 617.1 166.3 226.3 314.3 202 37 200.2 183.8 30.6 189.9 370.4 648.3 165.8 3352

荷/kvar 荷/kVA 534.9 271.3 354 200 169.7 61.4 184.2 169.8 29.2 128.8 309.2 515.8 149.3 3077.6

816.7 318.2 420.2 372.5 263.8 71.7 272.0 250.2 42.3 229.5 482.5 828.5 223.1 4550.6

有功损

无功损

有功负

无功负

视在负

变压器功率损耗

10kV侧计算负荷

2.4 无功功率补偿

2.4.1 无功功率补偿目的

在工厂供电系统中，绝大部分负荷为感性用电负荷，这些用电设备不仅要从

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电力系统中吸收有功功率，而且还要吸收无功功率，以此产生正常系统运行时所需要的交变磁场，但是在输送有功功率一定的情况下，随着无功功率的增大，将产生以下不良的后果:

(1) 使线路总电流增大，从而使供电系统中的功率损耗增大。

(2) 随着电流增大,使供电系统中电压损失增大，影响负荷端的电压质量。 (3) 使系统中设备的容量不能得到充分利用，降低了设备使用效率。 (4) 使发电机的输出能力降低，发电机的发电效率下降。

综上所述，工厂无功功率的增大对供配电系统将产生不良影响，从增大供配 电设备的利用率和提高电能质量等方面考虑，都必须设法降低负荷的无功功率,减少由其引起的不良影响，因此，需要装设无功功率补偿设备。功率因数是衡量供配电系统的一项重要技术指标，功率因数通常用无功功率补偿后的效果来表现。《全国供用电规则》规定：100kVA及以上的高压供电用户，其功率因数不应低于0.9，其他电力用户的功率因数不应低于0.85。如果达不到以上要求，则应装设无功补偿设备。 2.4.2 无功功率补偿计算

取K?p=0.9，K?q=0.9由表2-1知P30.1?3302kW，Q30.1?2875kvar，所以

P30?kQ30?k?p?P30.1?0.9?3302kW?2972kW

?q?Q30.1?0.9?2875kvar?2588kvar

22S30?P30?Q30?3941kVA

cos??P302972??0.75 S303941所以该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75，但是原始条件要求工厂最大负荷时功率因数不应低于0.9，考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

QN.C?p30(tan?1?tan?2)?2972[tan(arccos0.75)?tan(arccos0.92)]kvar?1355kvar初选BWF0.4-75-3型并联电容器进行补偿，每组容量qN.C?75kvar，则需要安装

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的并联电容器组数为n=QN.C/qN.C?1355/75?18.07,n取整数19，补偿的容量为

?Q?75?19?1425kvar，

补偿后，

PC?2972kw

?kvar?1163kvar，QC??2588?14252SC?PC2?QC?29722?11632kV.A?3191kV.A

所以cos??2972/3191?0.931.考虑到变压器的功率损耗

?Sc?PT??PFe??PCu??P0??Pk??S?N?T??? ?2?Sc?QT??Q0??QN??S?N.T2?I%?U%?S?0kc????S?N.T?100100????SN.T?????2?? ??在负荷计算中，公式简化为：?PT?0.015Sc ， ?QT?0.06Sc 即：?PT?0.015SC?48kw ， ?QT?0.06SC?191kvar 所以10kv侧计算负荷为：

Pkw 1?PC??PT?P10KV?2972?48?338?2880?6238Q1?QC??QT?Q10KV?1163?191?288?2300?3942kvar

S1?P12?Q12?7379kVA

10KV侧未补偿时的功率因数为：cos?1?P1/S1?0.85 ，取功率因数为0.92来计算10kv侧所需无功功率补偿容量：

?tan?arccos0.85??tan?arccos0.92??kvar?1208kvar QN.C1?6238选BWF10.5-50-1型并联电容器进行补偿，则需要安装的并联电容器组数为

n1=QN.C1/qN.C=1208/50=24.16

对于单相电容器，n1应为3的倍数，取27。所以补偿的容量为

?Q1?27?50kvar?1350kvar，补偿后：

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'Pkw 1?6238Q1'?Q1??Q1?(3942?1350)kvar?2592kvar

S1'?P1'2?Q1'2?6755kVA

cos?1'?6238/6755?0.923

应用公式?PT?0.015Sc ?QT?0.06Sc得主变压器的功率损耗为

?P2?0.015?6755kw?101kw ?Q2?0.06?6755kvar?405kvar

所以110KV侧计算负荷为

'P2?Pkw 1??P2?6339'Q2?Q2??Q2?2997kvar 2S2?P22?Q2?7012kVA

此时110KV侧功率因数cos?2?6339/7012?0.904， 满足要求。

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3 确定变电所的位置与型式

（1） 总降压变电所位置选择

变电所选址是可行性研究的重要环节，需依据电力系统规划设计中所确定的地点或范围进行，在符合系统功能要求的可选范围内，选出相对最优所址?15?。 合理选择变电所的位置，对于工厂的投资、有色金属的消耗、供电系统的合理布局、供电系统供电质量和可靠性以及线路损耗等都有着直接的关系。

根据供电电源的进线情况，并考虑到尽量将主降压变电所设置在远离人员密集区，结合厂区平面图，将主降压变电所设置在厂区西南侧，如图3-1所示。 （2） 车间变电所位置选择

根据各车间负荷情况，本厂拟设置13个车间变电所，每个车间变电所装设一台变压器，由各车间的进线和负荷分布情况，并结合接近电源侧、进出线方便等其他各项选择基本原则确定变电所位置，车间变电所位置如图3-1所示。

自行 车库 门卫 锻造车间 空压站 加压站 材料 设备处仓库 成品试验站 办公楼 俱乐部 食堂泵房 备件车间 浴池 水池 水塔 110kV电源进线 车库 新制车间 锅炉房 原料车间 图3-1 厂区供电平面图 半成品试验站 大线圈车间 电机修造车间 加工 车间

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厂区平面布置图的比例标尺为1:5000，经测量计算得主变压器至各车间变压器的距离如表3-1。

表3-1 主变压器至各车间变压器的距离

车间序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

距离

0.7 1.025 0.5 0.6 0.575 0.975 0.515 0.55 0.425 0.915 0.8 0.75 0.92

(km)

（3）变电所型式的选择

变配电所有屋内式和屋外式两大型式。屋内式运行维护方便，占地面积少，受环境影响相对较小。在选择工厂总变电所型式时，应根据具体的厂区地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优先选择屋内式。负荷较大的车间，宜选附设式或半露天式变电所。此处总降压变电所选为附设式，车间变电所全部安装为屋内式。

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4 主变压器的选择

4.1 主变压器的选择原则

（1）变电所主变压器台数的选择

主变压器台数应根据负荷的特点和负荷经济运行要求等方面进行选择，当满足下列条件之一时，应装设两台及以上变压器： 1）有大量一级负荷或二级负荷。

2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所。 3）集中负荷较大，例如大于1250kVA的负荷。

其他情况下应装设一台变压器，并且在确定变电所主变压器台数时，应当考虑负荷未来十年的发展情况，留有一定的余量。 （2）变电所主变压器容量的选择 1）只装一台主变压器的变电所

主变压器的容量SN.T应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即

SN.T≥S30

2）装有两台主变压器的变电所

每台变压器的容量SN.T应同时满足以下两个条件： ①任一台单独运行时， SNT?0.7S30 ②任一台单独运行时， SNT?S30?????

4.2 主变压器台数和容量的选择

由于工厂有大量的二级负荷，根据上述原则，选择装设两台主变压器。 每台主变压器容量应满足全部负荷的70%，并能满足全部一、二类负荷的需要，即

SN?T?0.7?7012kV.A?4908.4kV.A

且

SN?T?S30??????(788?305?403?360?254?68?262?241?221?214)?3116kVA因此选两台SF9-6300/110型双绕组变压器，联结组别为YNd11。

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5 电气主接线的设计

5.1 电气主接线设计原则

装有两台主变压器的总降压变电所的电气主接线设计原则

（1） 一次侧采用外桥或内桥接线、二次侧采用单母线分段接线。这种主接线 方式优点是结构简单，所需设备少，操作方便，供电可靠性较高。可供一、二级负荷，适用于具有两回路电源进线和有两台主变压器的总降压变电所。 （2） 一、二次侧均采用单母线分段接线。这种主接线方式对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电?16?。所用高压开关设备较多，接线简单方便，供电可靠性高，运行灵活。可供一、二类负荷，适用于一、二次侧进出线较多的降压变电所。

（3）一、二次侧均采用双母线。该接线的供电可靠性高，运行灵活，但所需设备多，投资大，占地面积大，配电装置复杂，适合于负荷容量大，进出线回路多的变电所。

5.2 变电所电气主接线设计的基本要求

（1） 保证供电可靠性和电能质量

确保供电可靠性和电能质量是对电气主接线的最基本要求。当供电系统发生故障时，要求停电范围要小，供电恢复要快。电压、频率和波形是表征电能质量的基本指标，电气主接线应能在各种运行方式下都满足以上这些方面的基本要求。

（2） 具有灵活性和便捷性

主接线应能适应各种运行方式，能灵活地进行运行方式切换，能适应一定时期内没有预期到的负荷水平变化，在改变运行方式时操作灵活快捷。 （3） 具有经济性

在确保供电可靠和满足电能质量的要求下，要尽量节省建设投资和运行维护费用，减少厂区建筑用地面积。 （4） 简化主接线

智能电网即配网自动化、变电所无人化是现代电网发展的必然趋势，简化主

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接线方式为这一技术的全面实施创造了非常有利的条件。 （5） 设计标准化

同种类型的变电所采用相同的主接线方式，可使设计规范化、标准化，有利于系统运行和设备检修维护。 （6）具有发展和扩建的可能性

考虑工厂未来几年的发展扩建，变电站电气主接线应具有一定的扩展性?17?。

5.3 本变电所电气主接线的选择

结合以上的原则和基本要求，本变电所电气主接线方案选用双回路电源进线，主变压器高压侧和低压侧均采用单母线分段接线型式。变电所电气主接线图见附录1。

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6 短路电流计算

6.1产生短路电流的原因及其后果

短路就是指载流体相与相之间发生非正常接通的情况．短路是电力系统中最经常发生的故障，危害极大?18?。

短路电流是电力系统在运行时 ，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时流过的电流。其值可能远远大于额定电流，这取决于短路点距电源的电气距离。大容量电力系统中，短路电流可达数万安。在电流急剧增加的同时，系统中的电压将急剧下降，如果发生三相短路，短路点的电压将降为零，这将会对电力系统的正常运行造成极其严重的危害。

三相系统中发生的短路情况有4种基本类型：三相短路、两相短路、单相接地短路和两相接地短路。其中三相短路的三相回路依旧对称，因而又称对称短路，其余三种情况均属不对称短路。在中性点接地的电力系统中，以一相接地的短路故障最多，约占全部故障类型的90％。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。

基于短路的特点，短路引起的后果是非常严重的。具体表现为： （1） 短路电流的热效应

短路电流流通设备时将会使电气设备发热急剧增加，短路时间持续到一定阶 段，将会使设备损坏。 （2） 短路电流的力效应

短路电流将在电气设备中产生很大的电动拉力，从而引起设备变形损坏。 （3） 影响电气设备的正常运行

短路时系统电压水平急剧下降，使得系统中的电动机因电磁转矩降低，从而 使转速下降甚至变为零，造成产品损坏、设备报销等事故。 （4） 破坏系统稳定性

短路将会使电力系统中的功率分布发生变化，导致并列运行的发电设备失去 同步性，破坏系统的稳定性，可能造成大范围的停电。

为了消除或减轻短路引起的后果，就需要进行短路电流计算，以正确地选择电器设备、设计继电保护装置等元器件。

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6.2 短路电流计算

为了选择高低压电气设备，整定继电保护，必须进行短路电流计算。短路电流按系统正常运行方式进行计算。计算短路电流时电路图及短路点的设置如图6-1所示（以一车间为例）。

∞系统 k1WL1 8km T1 WL2 k2 k3 T2 ~ 0.4Ω/km 3)S(k .max ?600MVA

S(3)k.min?280MVA6300kVA 110/10.5kV 1000kVA 10/0.4kV Uk%?10.5 Uk%?5 图6-1 短路电流计算电路及短路点的设置

（1）求各元件电抗标幺值

设Sd?100MV?A,Ud1?115kV,Ud2?10.5kV,Ud3?0.4kV,则

Id1?Sd3Ud1Sd3Ud2Sd3Ud3?1003?115100kA?0.502kA

Id2??3?10.51003?0.4kA?5.499kA

Id3?1) 电力系统

?kA?144.342kA

?3) 当S(时，X?600MVA1.min?k.maxSdS(k3.)maxSdS(k3.)min?100?0.167 600100?0.357 280100?0.014 1152?3) 当S(MVA时，X1.max?k.min?280?2）线路WL1

X?2?0.4?(4.5?0.17)?3）主变压器T1

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X?3?10.5100??1.667 1006.3100?0.254 210.5 4) 线路WL2

X?4?0.4?0.7? 5) 车间变压器T2

4.5100??4.5 1001绘制计算短路电流的等效电路如图6-2

k1 312k2 4 0.167(0.357)0.014 1.6670.254 图6-2 等效电路

（2）系统最大运行方式下三相短路电流及短路容量计算

X?5?5 4.5k3

1）k1点短路 总电抗标幺值为

??X??X?X?11.min2?0.167?0.014?0.181

因此，k1点短路时的三相短路电流及短路容量分别为

Ik1?Id10.502??2.773kA ?X?10.181ish1?2.55Ik1?2.55?2.773kA?7.071kA Ish1?1.51Ik1?1.51?2.773kA?4.187kA

Sk1?2) k2点短路 总电抗标幺值为

Sd100?MVA?552.486MVA ?X?10.181???X??2?X1.min?X2?X3?0.167?0.014?1.667?1.848

因此，k2点短路时的三相短路电流及短路容量分别为

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Ik2?Id25.499??2.976kA ?X?21.848ish2?2.55Ik2?2.55?2.976kA?7.589kA Ish2?1.51Ik2?1.51?2.976kA?4.494kA

Sk2?3) k3点短路 总电抗标幺值为

Sd100?MVA?54.113MVA ?X?21.848?????X??3?X1.min?X2?X3?X4?X5?0.167?0.014?1.667?0.254?4.5?6.602

因此，k3点短路时的三相短路电流及短路容量分别为

Ik3?Id3144.342??21.863kA 6.602X??3ish3?1.84Ik3?1.84?21.863kA?40.228kA Ish3?1.09Ik3?1.09?21.863kA?23.831kA

Sk3Sd100???MVA?15.147MVA X?36.602系统最小运行方式下短路电流计算过程从略，将计算结果汇总于表6-1中。

表6-1 短路电流计算结果汇总

三相短路电流/kA

短路计算点 运行方式

最大 最小 最大 最小 最大 最小

短路容量/MVA

Ik

2.773 1.353 2.976 2.698 21.863 21.252

ish

7.071 3.450 7.589 6.880 40.228 39.104

Ish

4.187 2.043 4.494 4.074 23.831 23.165

Sk

552.486 269.542 54.113 49.068 15.147 14.723

k1 k2

k3

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7 主要电气设备的选择和校验

7.1 假想时间tima的确定

不同地点的假想时间如表7-1。

表7-1 不同地点的假想时间tima

地点 假想时间tima/s

主变压器110kV侧

1.5

主变压器10kV侧

1

车间变压器380V侧

0.5

7.2 设备选择

（1）主变压器110kV侧设备选择 主变压器110kV侧计算电流I30?63003?110A?33A,由于110kV配电装置为户

外布置，所以断路器选用少油断路器SW4—110/1000;隔离开关选用GW4—110D/600型；电流互感器选用LCWD2—110，变比为Ki?400/5,级次组合为10P/10P/0.5，1s热稳定倍数为20，动稳定倍数为45；电压互感器选用JCC2—110型；避雷器选用FZ—110型。各设备有关参数见表7-2。

表7-2 主变压器110kV侧电气设备有关参数

安装地点电气条件 项目 数据 项目 设备型号规格 SW4—110/ GW4—110D/ LCWD2—110 1000断路器 600隔离开关 电流互感器 JCC2—110 电压互感器 FZ—110 避雷器 UN/kV 110 UN/kV 110 110 110 1100.1//0.133 110 I30/A Ik/kA 33 2.773 IN/A 1000 18.4 600 400/5 Ioc/kA imax/kA ish/kA 7.071 55 50 2?45?0.4?25.45 2.7732?I2It/tt/ 1.5?11.5 22kA?SkA?S2?ima21?5 ?2205214?5 ?9802?20?0.4?2?1?64

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（2）主变压器10kV侧电气设备 主变压器10kV侧计算电流I30?63003?10.5A?346.42A,选用GG—1A(F)—04型高

压开关柜，各设备有关参数如表7-3。

表7-3 主变压器10kV侧电气设备有关参数

安装地点电气条件 项目 数据 项目 SN10—10I/ 630断路器 设备型号规格 GN8—10T/ LAJ—10 600隔离开关 电流互感器 JDZJ—10 电压互感器 FZ—10 避雷器 UN/kV 10 UN/kV 10 10 10 100.10.1//333 10 I30/A Ik/kA Sk/MVA 346.42 2.976 54.113 IN/A 630 16 300 600 500/5 2?110?0.5 ?77.77 Ioc/kA Soc/MVA ish/kA 7.589 imax/kA 40 52 It2?ima2/2.9762? 1?8.857 It/kA?S22t kA?S16?4 ?1024220?5 ?20002?60?0.5?2?1?900 （3）10kV馈电线路设备

以通往一车间的馈电线路为例，已知一车间线路的计算电流为

I30?816.73?10A?47.15A，选用GG—1A(F)—03型高压开关柜，各设备有关参数

如表7-4。

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表7-4 10kV馈电线路电气设备有关参数

安装地点电气条件 项目 数据 10 47.15 2.976 54.113 7.589 项目 设备型号规格 SN10—10I/ GN8—10T/ 630断路器 600隔离开关 10 630 16 300 40 10 600 52 LAJ—10 电流互感器 10 500/5 2?110?0.5 ?77.77UN/kV I30/A Ik/kA Sk/MVA UN/kV IN/A Ioc/kA Soc/MVA ish/kA 2I?tima/imax/kA kA?S2 2.9762?1?8.857I2tt/kA?S2 162?4 ?1024202?5 ?2000?60?0.5?2?1 ?90010kV母线电压互感器及避雷器选用GG—1A(F)—54型高压开关柜，联络线选用GG-1A（F）-11+95型高压开关柜，计算方法同上。

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8 变电所进出线的选择

架空线路和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。但是对于工厂内的导线线路，由于线路较短，电压损耗可忽略不计，可不进行电压损耗校验。

8.1 110kV汇流母线

户外配电装置的汇流母线多采用软导线，因此110kV汇流母线选用钢芯铝绞线。

(1)按经济电流密度选择导线截面

110kV母线的最大持续工作电流为33A，年最大负荷利用小时数Tmax?2300 h，查相关资料得经济电流密度jec?1.65Amm2，则导线的经济截面积为

Aec?I3033?mm2?20mm2 jec1.65初选LGJ—16型钢芯铝绞线。 （2）校验热稳定度

满足热稳定度的最小允许截面积为

Amin?I??10?3timaC?2.773?103?1.5?39.04mm2?16mm2 87热稳定度校验不满足要求，故改选LGJ—50型。 (3) 校验机械强度

查相关资料得35kV以上钢芯铝绞线最小允许截面积为35mm2，因此所选 LGJ—50满足机械强度要求。 (4) 校验发热条件

32℃时，LGJ—50型钢芯铝绞线允许载流量为K?Ial

?al???70?320K????0.92，Ial?220A

?al??070?25因为

K?Ial?0.92?220A?202.4A?33A

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因此满足发热条件。

主变压器110kV侧引出线的选择方法同上，也选LGJ—50型钢芯铝绞线。选择与校验过程同上。

8.2 10kV汇流母线

10kV汇流母线按发热条件选择截面，然后进行机械强度和热稳定度校验。 (1) 按发热条件选择截面

10kV汇流母线的最大持续工作电流为346.42A,32℃时，温度校正系数

K??0.92。采用LJ型铝绞线架空屋外敷设，初选LJ—150型。

K?Ial?0.92?440A?404.8A?346.42A

满足发热条件。 (2) 按机械强度校验

铝绞线按机械强度要求的最小允许导线截面Amin?35mm2?150mm2，满足机械强度要求。 (3) 按热稳定度校验 满足热稳定度的最小截面

Amin?I??10?3timaC?2.976?103?1mm2?34.2mm2 87实际选用的截面积150mm2?34.2mm2，所以热稳定度满足要求。

主变压器10kV侧引出线的选择方法同上，也选LJ—150型铝绞线。选择与校验过程同上。

8.3 10kV配电线路

由于厂区面积不大，各车间变电所距离总降压变电所较近，车间高压配电线路采用电缆线路，直埋敷设。按发热条件选择截面，然后进行热稳定度校验。 以一车间变电所为例，其计算电流I30?47.15A,查阅资料可知，25℃时ZLQ2—3×16油浸纸绝缘电力电缆的允许载流量Ial?65A?I30,满足要求。

因为厂区10kV配电线路很短，线路始末两端短路电流相差不多，故以10kV 母线上短路时（k2点）的短路电流进行校验。

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timaC?2.976?103?1mm2?33.8mm2?16mm2 88Amin?I??103?热稳定度不满足要求，改选ZLQ2—3×35型电力电缆。

其他车间的电缆截面选择过程相似，都选ZLQ2—3×35型电力电缆。

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9 确定二次回路方案

二次设备是指对一次设备的工作进行监测、调节、控制、保护以及为运行维护人员提供运行情况和生产指挥所需要的低压电气设备。由二次设备连接构成的对一次设备进行监测、调节、控制和保护的电气回路称为二次回路，二次回路在供配电系统的安全运行中起着极为重要的作用?19?。 （1）选择二次回路电源

二次回路操作电源分为直流电源，交流电源两类。 因为交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且运行安全可靠，维护方便简单，所以这里采用交流操作电源。

（2）高压断路器的操动机构控制与信号回路

对断路器控制回路和信号回路的要求：①应能监视控制回路保护装置，以保证断路器能够正常工作；②合闸或跳闸完成后应能使脉冲解除，即能及时的切断控制合闸或跳闸的电源开关；③应能正确指示断路器正常合闸和跳闸的状态，有明显的指示灯信号；④断路器的事故跳闸信号回路应该按照“不对应原理”接线。当断路器采用手力操动机构时，利用手力操动机构的辅助触点和断路器的辅助触点的不对应关系，发出事故跳闸信号；⑤对可能出现非正常工作状态的装置设置预告信号；⑥如果断路器操动机构没有装设机械防跳装置，则应在控制回路装设防跳装置。根据以上要求，断路器采用手力操动机构。 （3）变电所的电能计量回路

变电所的高压侧装设计量柜，装设三相有功电能表和无功电能表，并据此计算工厂每月的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。 （4）变电所的测量和绝缘监察回路

在变电所的高压侧上装设3个JCC2—110型电压互感器，组成Yyd联结。Y绕组联结的互感器二次侧电压母线装设1只电压表及切换开关测量3个线电压和3只电压表来测量3个相对地电压（监测绝缘）；d联结的互感器二次侧接零序电压继电器。

低压侧的动力出线上，装设有功电能表和无功电能表，低压照明线路上装有三相四线有功电能表。低压并联电容器组线路上装设无功电能表。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。

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10 继电保护配置与整定

10.1 继电保护的作用

供配电系统的故障运行或非正常运行状态，对于工厂安全生产有着很严重的威胁，甚至可能造成设备损坏或人身伤亡等严重后果。为了保证供电系统的正常运行，必须加入继电保护装置，使其尽快将故障元件检测出来并迅速切离，防止故障造成严重后果，对整个供电系统提供安全可靠的保护措施。

当被保护的电力系统电气元件发生故障时，应该由该元件的继电保护装置迅速准确地向故障元件最近的断路器发出跳闸命令，使得故障元件能及时从系统中切除，以最大限度地减少对电力系统元器件本身的损坏，降低对电力系统正常供电的影响，并满足系统特定要求。反映电气设备的故障运行或不正常工作运行情况，并根据不正常工作情况和设备运行条件的不同发出信号，以方便值班人员进行处理，或由继电保护装置自动地进行调整，或将那些继续运行可能会引起事故的电气元件迅速切除?20?。

根据需要，对总降压变电所的如下设备安装继电保护装置：主变压器、10kV馈电线路。

10.2 主变压器保护

总降压变电所主变压器的容量为6300kVA，且两台并列运行，根据规程要求，应装设瓦斯保护、纵联差动保护、过电流保护以及过负荷保护。 （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。

一般气体继电器气体容积整定范围为250~300cm3，本所主变压器容量为6300kVA，整定值取250cm3，重瓦斯保护油流速度整定范围为0.6~1.5m3s，为防止穿越性故障时瓦斯保护误动作，将油流速度整定为1m3s。

瓦斯保护装置动作后，可由聚积在气体继电器内的气体特点来分析和判断故障的原因及处理的要求，具体情况如表10-1。

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表10-1 变压器瓦斯保护动作后的故障分析表

气体性质 无色、无味、不可燃 灰白色、有剧臭、可燃

黄色、不易燃 深灰色或黑色、易燃

故障原因 变压器内含有空气 纸质绝缘烧毁 木质绝缘烧毁 油内闪络，油质碳化

处理要求 允许继续运行 应停电检修 应停电检修 分析油样并停电检修

（2） 纵联差动保护

选用BCH—2型差动继电器

1）计算两侧一次额定电流，选择电流互感器变比。确定各侧互感器的二次额定电流，计算结果见表10-2

表10-2 电流互感器二次侧额定电流的计算结果

名称 额定电压/kV 额定电流/A 电流互感器的

D

接线方式 电流互感器一次 电流计算值/A 电流互感器 变比选择 电流互感器二次 额定电流/A

y

110

各侧数值

10.5

63003?110?33.08

63003?10.5?346.42

3?33.08?57.3

80?16 557.3?3.58 16346.42

500?100 5346.42?3.46 100取二次额定电流最大的110kV侧为基本侧。 2）按下列三个条件确定保护装置的动作电流 ① 躲过变压器的励磁涌流，即

Iop?Krel?IN1.T?1.3?33.08A?43A

② 躲过变压器的外部短路时的最大不平衡电流，即

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Iop?Krel?Idsq.max?Krel??Knp?Ksam?fi??Uh??Umid??fb???Ik.max

?1.3??1?1?0.1?0.1?0.05?0.05??2.976?103??106A

10.5A 115③ 躲过电流互感器二次回路断线的最大负荷电流，即

Iop?Krel?IN1.T?1.3?33.08A?43A

取Iop?106A，则差动继电器的动作电流值为

Iop。K?3?106A?11.5A 163) 确定基本侧差动线圈的匝数

Nd.c?AN060??5.2 Iop11.5根据继电器差动线圈的实有抽头，选择比Nd.c稍小而又相接近的匝数。作为差动线圈的整定匝数Nd.set，所以取Nd.set?5匝，则继电器和保护装置的实际动作电流分别为

Iop.K?AN060?A?12A Nd.set5Iop?Ki16Iop.K??12A?110.9A Kw34) 确定非基本侧平衡线圈匝数

根据正常运行时差动继电器内部的磁动势平衡条件计算，可求出非基本侧平衡线圈匝数，即

IN2.ba?Nd.set?IN2.nba?Nd.set?Nb.c?

所以10kV侧

3.58?5?3.46??5?Nb.c?

则

Nb.c?3.58?5?5?0.17 3.46

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取平衡线圈匝数Nb.set?0匝。 5）校验相对误差?fb 10kV侧

?fb?Nb.c?Nb.set0.17?0??0.033?0.05

Nb.c?Nd.set0.17?5说明以上选择结果有效，无需重新计算。 6) 校验保护灵敏度

保护安装处发生短路时的最小两相短路电流

?I?k2.min?3?1.353?103A?1171.7A 2?I?k2.min1171.7Ks???10.57?2

Iop110.9灵敏度满足要求。 （3） 过电流保护

1) 110kV侧复合电压起动的过电流保护

过电流保护采用三相星形接线，电压互感器变比Ki?110kV母线电压互感器。

动作电流按躲过变压器额定电流整定，即

80?16，电压元件接于 5Iop?则

Krel1.2IN1.T??33A?46.9A Kre0.85Iop.K?Ki1?46.9Iop?A?2.9A Kw16低电压继电器动作电压按躲过电动机自起动的条件整定，即

Uop?0.7UN1.T?0.7?110kV?77kV

则

Uop.K?UopKu77?103?V?70V 110/0.1

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负序电压继电器的动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定，即

Uop2?0.06UN1.T?0.06?110kV?6.6kV

则

Uop2.K?Uop2Ku6.6?103?V?6V 110/0.1保护的灵敏度按后备保护范围末端最小短路电流来校验，即

Ik..min3??Iop2?2?2.698?Ks?10.5?103115?4.5?1.5 46.92）10kV侧过电流保护

过电流保护采用三相星形接线，继电器为DL-11型，电流互感器变比

Ki?500?100。动作电流应满足以下两个条件: 5① 躲过并列运行中切除一台变压器时所产生的过负荷电流，即

Iop?Kreln1.22IN2.T???346.42A?978.1A

Kren?10.852?1② 躲过电动机自起动的最大工作电流，即

Iop?取Iop?978.1A，则

Krel?Kst1.2?1.5IN2.T??346.42A?733.6A Kre0.85Iop.K?Kw978.1Iop?A?9.78A Ki100作近后备时，保护的灵敏度为

Ks?Ik..min?Iop?2?2.698?103?978.132?2.4?1.5

灵敏度满足要求。动作时间取1.3s。 (4)过负荷保护

用一个DL-11型继电器构成，装设在主变压器110kV侧，按躲过变压器额定电流整定

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Krel1.05IN1.T??33A?40.76A Kre0.85Kw40.76Iop?A?2.55A Ki16Iop?Iop.K?动作时间取10~15s。

10.3 10kV馈电线路保护

（1）电流速断保护

保护采用两相两继电器式接线，继电器为DL-11型，电流互感器变比

Ki?100?20。 5以通往一车间的10kV出线为例，计算电流

I30?SN3UN?10003?10A?57.7A

动作电流按躲过线路末端最大短路电流整定。

Iop?KrelI?k3.?max?1.3?2.976?103A?3869A

Iop.K?Kw3869Iop?A?193.5A Ki20灵敏度按保护安装处最小两相短路电流来校验，即

Ks?Ik.minIop?2?3?2.698?103?2?0.6?2

3869灵敏度不满足要求，因此改用电流电压联锁速断保护，整定过程从略。 （2）定时限过电流保护

保护采用两相两继电器式接线，继电器为DL-11型，电流互感器变比

Ki?20，动作电流按躲过线路最大负荷电流整定，即

Iop?Krel?Kst1.2?1.5IL.max??57.7A?129.8A Kre0.8Iop.K?Kw129.8Iop?A?6.5A Ki20

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灵敏度按线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流来校验，即

Ks?Ik.minIop?2?3?2.698?103?2?18?1.5

129.8满足灵敏度要求。动作时间取t=1s。

其他10kV馈电线路的线路保护与上述计算方法相同，从略。

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11 确定防雷和接地装置

11.1 直击雷防护

在变电所纵向中心轴位置设置一支高度为h=35m的避雷针，保护室外高压配电装置、主变压器及所有建筑物。已知出线构架高12.5m（变电所最高点），其最远点距较近避雷针11.5m,建筑物高7m，其最远点距较近避雷针18.7m。按“滚球法”校验避雷针保护范围如下：

本变电所建筑物防雷级别为二级，滚雷半径为hr?60m。因为

h?35m?hr?60m，且避雷针在出线构架高度上的水平保护半径为

rx?h?2hr?h??hx?2hr?hx?

?35??2?60?35?m?12.5??2?60?12.5?m

?17.89m

而其最远点距离避雷针11.5m?rx,可见建筑物也在避雷针保护范围内。所以装设一支35m高的避雷针能保护变电所内的所有设施。

11.2 雷电波侵入保护

为防止线路侵入的雷电波过电压，在变电所1~2km的110kV进线段架设避雷线，主变压器各侧出口分别安装阀型避雷器。为保护主变压器中性点绝缘，在主变压器110kV侧中性点装设一台避雷器。

11.3 接地装置设计

（1）接地电阻的要求

110kV为大电流接地系统，查阅资料知其接地电阻要求不大于0.5Ω，10kV系统的接地电流为

IE?35?9.25?10A?9.25A

350查相关资料知，要求接地装置接地电阻满足以下条件：

RE?120IE?1209.25??13?

且RE?4?，380/220V系统的接地电阻要求不大于4Ω。所以共用接地装置接地

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电阻应不大于0.5Ω。

接地装置采用长2.5m、直径50mm的钢管，在装避雷针的杆塔附近作环形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6m。接地管间用40mm?4mm的镀锌扁钢焊接相连，查阅相关资料知单根钢管的接地电阻为

RE?1??K??32.6?10-4?1000??3.26?

因为RE?1?RE?3.260.5?6.52,考虑到管间电流屏蔽效应的影响，初选10根钢管作为接地体，管间距离a与管长l之比为a/l=5/2.5=2,由n=10和a/l=2,查相关资料得η=0.7，则钢管根数为

n?0.9RE?1??RE?0.9?3.26?8.38

0.7?0.5所以最终选10长2.5m、直径50mm的钢管作为接地体，用40mm?4mm的镀锌扁钢焊接相连，成环形排列。由此得接地电阻为

RE?符合要求。

0.9RE?1?n??0.9?3.26??0.42??0.5?

10?0.7

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总结

我的设计题目是某电机修造厂110kV供配电系统设计设计。通过查阅资料和细心研究学习，让我基本掌握了有关110kV供配电系统设计的一般步骤和方法。

工厂供配电系统设计以可靠性、灵活性、经济性为目的，根据本变电站所接入的电源及用电负荷的等实际情况，并综合考虑厂区生产发展、环境等因素，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求进行设计。

（1）主变压器的选择：根据地区供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等条件综合考虑来确定。本设计选择两台SF9-6300/110型双绕组变压器，联结组别为YNd11。

（2）接线方案选择：通过变压器各侧电气主接线的技术经济比较，综合考虑后，110kV及10kV侧均采用单母线分段接线。

（3）导线截面选择：110kV侧汇流母线和主变压器110kV侧引出线按经济密度选择导线截面，按热稳定度、机械强度及发热条件进行校验，选用LGJ—50型钢芯铝绞线。各车间10kV侧进线和汇流母线按发热条件选择导线截面，按机械强度和热稳定进行校验，选用LJ—150型铝绞线。10kV配电线路采用电缆直埋敷设按计算电流选择电缆截面，按热稳定度进行校验。

（4）设置短路点进行短路计算，根据各短路点的短路电流选择合适的电气设备，包括高压断路器，高压隔离开关，电流、电压互感器等。

（5)设计中变压器主保护采用瓦斯保护和纵联差动保护，后备保护采用零序保护，过流保护和过负荷保护。10kV出线采用电流速段保护和过电流保护。

通过本次毕业设计，我对Word编写和AutoCAD制图等功能也加深了了解，并达到了熟练应用的程度，对论文书写格式和相关专业工具书的查阅也能熟练掌握。

但是由于个人水平有限，知识结构单一，设计中难免出现错误和疏漏，望各位老师批评指正，不吝赐教。

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致谢

本设计是在我的导师王慧老师的细心指导下完成的，在每次遇到问题时，王老师都不辞辛苦的耐心指导，使得我的毕业设计能够顺利的进行下去。从选题到最后设计的修改，这个过程花费了王老师很多宝贵的时间和精力，她严谨的治学态度和对学生高度负责的精神深深的感染了我，使我受益匪浅，在此向王老师表示衷心的感谢和崇高的敬意！

同时我还要感谢和我一组的几位同学，经过和你们的讨论分析，让我及时发现问题，走出困扰，使设计能够顺利进行下去，没有大家的帮助我不可能顺利地完成设计，在此表示深深的谢意！

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