供配电实习报告

扬州大学广陵学院

本科生课程设计

题 目： 建威大厦10kV配变电所电气设计 课 程： 供配电工程 专 业： 建筑电气 班 级： 建电80901 学 号： 090010223 姓 名： 翟亚权 指导教师： 于照 完成日期： 2012年6月8日

扬州大学广陵学院 供配电工程课程设计任务书

1．题 目

建威大厦10kV变电所电气设计 2．原始资料 2.1 课题原始资料

各课题的工程概况及负荷详见工程图纸资料（另附）。 2.2 供电条件

（1）供电部门110/10kV变电所位于工程附近1.5km处，10kV母线短路电流为20kA，根据需要可提供给用户1路或2路10kV专线供电。

（2）采用高供高计，要求月平均功率因数不少于0.95。不同电价负荷，计量分开。如学校用电统一执行居民电价，公共建筑执行商业照明电价、非工业动力电价，工业企业生产用电统一执行大工业电价、职工生活用电执行居民电价。

（3）供电部门要求用户变电所高压计量柜在进线主开关柜之前，且第一柜为隔离柜。 2.3 其他资料

当地最热月的日最高气温平均值为38℃，年最热月地下0.8m处最高温度平均值为25℃。当地年雷暴日数为35天。当地地质平坦，海拔高度为100m，土壤为普通粘土。

3．具体任务及技术要求

本次课程设计共1周时间，具体任务与日程安排如下：

第1周周一：熟悉资料及设计任务，负荷计算与无功补偿、变压器选择。 周二：供配电系统一次接线设计，设计绘制变电所高压侧主接线图。

周三：短路电流计算，高低压电器及电线电缆选择计算。 周四：设计绘制变电所低压侧主接线图。

周五：编制设计报告正文（设计说明书、计算书）电子版，整理打印

设计报告，交设计成果。

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要求根据设计任务及工程实际情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，独立完成10kV变电所的电气设计。设计深度应达到初步设计要求，制图应符合国家规范要求。 4．实物内容及要求

课程设计报告文本内容包括：1.封面；2.任务书；3.目录；4.正文；5.致谢；6.参考文献；7.附录（课程设计有关图纸）。 4.1 设计报告正文内容

（1）工程概况与设计依据 （2）负荷计算与无功补偿设计 （3）供配电系统一次接线设计 （4）短路计算与高低压电器选择 （5）电线电缆选择 （6）低压配电线路保护设计

设计报告正文编写的一般要求是：必须阐明设计主题，突出阐述设计方案、文字精炼、计算简明，条理清晰、层次分明。（变电所出线部分内容各有侧重）

设计报告正文采用A4纸打印。 4.2 设计图纸

（1）变电所高压侧电气主接线图（1张A3） （2）变电所低压侧电气主接线图（2～4张A3）

设计图纸绘制的一般要求是：满足设计要求，遵循制图标准，依据设计规范，比例适当、布局合理，讲究绘图质量。

设计图纸采用A3图纸CAD出图。与报告正文一起装订成册。 5．参考文献

[1] 翁双安．供配电工程设计指导[M]．北京：机械工业出版社，2008 [2] 翁双安．供电工程[M]．北京：机械工业出版社，2004

[3] 任元会．工业与民用配电设计手册[M]．3版．北京：中国电力出版社，2005 6．完成期限

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任务书写于2012年5月30日，完成期限为2012年6月8日 7、指导教师： 于照

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目 录

1 工程概况与设计依据……………………………………………………….6 1.1 工程概况………………………………………………………………6 1.2 设计依据………………………………………………………………6 2 负荷计算及无功补偿设计………………………………………………….7 2.1 负荷数据………………………………………………………………7 2.2 负荷计算……………………………………………………………… 7 2.2.1照明负荷低压配电干线负荷计算…………………………………7 2.2.2电力负荷与平时消防负荷低压配电干线负荷计算………………8 2.2.3 火灾时消防负荷低压配电干线负荷计算…………………………8 2.2.4 变电所负荷计算……………………………………………………9 3 供配电系统一次接线设计………………………………………………… 10

3.1 负荷分级及供电电源………………………………………………… 10 3.2 电压选择与电能质量………………………………………………… 12 3.3 电力变压器选择……………………………………………………… 12 3.4 变电所电气主接线设计……………………………………………… 14 3.4.1 变电所高压侧电气主接线设计………………………………… 14 3.4.2 变电所低压侧电气主接线设计………………………………… 15 4 短路电流计算与高低压电器选择…………………………………………… 16

4.1 变电所高压侧短路电流计算……………………………………………16 4.2 低压电网短路电流计算…………………………………………………16 4.2.1 变压器低压侧短路电流计算………………………………………16 4.2.2 低压配电线路短路电流计算………………………………………17 4.3 高压电器选择……………………………………………………………19 4.4 高压互感器选择…………………………………………………………21 4.5 低压断路器的初步选择…………………………………………………21 4.5.1配电干线保护断路器过电流脱扣器的初步选择…………………..21 4.5.2变电所低压电源进线断路器的初步选择…………………………..22 5 电线电缆选择………………………………………………………………… 23

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5.1 高压进出线电缆选择……………………………………………………23 5.2 变电所硬母线选择………………………………………………………24 5.3 低压配电干线电缆选择…………………………………………………26 6低压配电线路保护设计…………………………………………………………31

6.1 低压配电线路的保护设置……………………………………………….31 6.2 低压断路器过电流脱扣器的整定………………………………………31 6.2.1 配电干线保护断路器过电流脱扣器的整定…………………… 31 6.2.2 变电所低压电源进线断路器的整定……………………………… 33 7 致谢…………………………………………………………………………… 34 8 参考文献……………………………………………………………………… 35

9 附录 ……………………………………………………………………

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1 工程概况与设计依据

1.1 工程概况

本工程位于南京市健康路。为二期工程，双子塔形商住楼，其中地上15层，地下一层。地上一、二层为商场，三~十五层为单身小公寓，地下为战时六级人防，平时为停车库，平战结合。

本工程低压配电电压为220/380V,电源引自地下变配电室，变配电室电气参见当地有关部门施工图纸，处穿钢管保护，同时做好防水处理。 1.2 设计依据

设计根据国家有关电气规范及江苏建设标准,建筑专业提供的平、立、剖面甲方提供的设计要求。

1.《民用建筑电气设计规范》 JGJ/T 16-92 2.《供配电设计规范》 GB50052-95 3.《10kV及以下变电所设计规范》 GB50053-94 4.《低压配电设计规范》 GB50054-95

5.《建筑设计防火规范》 GB50016-2006(2006版) 6.《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94(2000版) 7.《建筑电气工程施工质量验收规范》 GB-50303-2002 8.《剩余电流动作保护装置安装和运行》 GB-13955-2005 9.《建筑照明设计标准》 GB50034-2004 10.《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 GB50343-2004 11.《通用用电设备配电设计规范》 GB50055-93 12.国家和江苏建筑标准设计有关规范等。

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2 负荷计算及无功补偿设计

2.1 负荷数据

商住要运行的用电设备，也有在发生火灾时才需要运行的消防用电设备。楼有220V单相用电设备（如照明回路），也有380V三相用电设备(如电力负荷)。各类负荷中有平时需

根据方案设计，各层用电设备负荷数据见表2-1。

表2-1 本建筑工程各层用电设备负荷数据

回路名称 一层商场照明和空调 二层商场照明和空调 一层商场应急照明 二层商场应急照明 一区排烟 二区排烟 自动扶梯 空调循环水泵 风冷热泵机组1 风冷热泵机组2 风冷热泵机组3 风冷热泵机组4 一区普通电梯 一区消防电梯 二区普通电梯 额定容量 /kW 95 71 8.9 10.2 6 23 22 44 154 154 154 154 22 22 22 需要系数Kd 0.95 1 1 1 1 1 0.85 0.75 1 1 1 1 1 1 1 功率因数cosφ 0.85 0.85 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.7 0.7 0.7 二区消防电梯 2.2 负荷计算

22 1 0.7 按需要系数法确定三相用电设备组计算负荷的基本公式如下： 有功功率（kw） PC=KdPC 无功功率（kvar） QC=PCtanφ 视在功率（kVA） SC=PC/cosφ 计算电流（A） IC=SC/(3UN) 2.2.1照明负荷低压配电干线负荷计算

照明负荷回路低压配电干线计算负荷按照需要系数法计算，见表2-2。

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照明回路名称 一层商场照明和空调 二层商场照明和空调 一层商场应急照明 二层商场应急照明 合计 乘同时系数（0.75/0.80) 额定容量 /kW 95 71 8.9 10.2 185.1 185.1 需要系数Kd 0.95 1 1 1 0.97 0.73 功率因数cosφ 0.85 0.85 0.9 0.9 0.86 0.84 有功 无功 视在 计算功率 功率 功率 电流 /kW /kvar /kVA A 90.3 71.0 8.9 10.2 180.4 135.3 55.9 44.0 4.3 4.9 109.2 87.3 106.2 83.5 9.9 11.3 210.8 161.0 161.4 127.0 15.0 17.2 320.5 244.7 2.2.2电力负荷与平时消防负荷低压配电干线负荷计算

电力负荷与平时消防负荷低压配电干线负荷计算采用需要系数法计算，见表2-3。

表2-3电力负荷与平时消防负荷低压配电干线负荷计算

电力回路名称 一区排烟 二区排烟 自动扶梯 空调循环水泵 风冷热泵机组1 风冷热泵机组2 风冷热泵机组3 风冷热泵机组4 一区普通电梯 一区消防电梯 二区普通电梯 二区消防电梯 合计 乘同时系数（0.75/0.80) 额定容需要系量 /kW 数Kd 6 23 22 44 154 154 154 154 22 22 22 22 799 799 1 1 0.85 0.75 1 1 1 1 1 1 1 1 0.98 0.74 功率因数cosφ 0.8 0.8 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.7 0.7 0.7 0.7 0.79 0.77 有功 无功 视在 功率 功率 功率 计算电流 A /kW /kvar /kVA 6.0 23.0 18.7 33.0 154.0 154.0 154.0 154.0 22.0 22.0 22.0 22.0 784.7 588.5 4.5 17.3 19.1 24.8 115.5 115.5 115.5 115.5 22.4 22.4 22.4 22.4 617.4 493.9 7.5 28.8 26.7 41.3 192.5 192.5 192.5 192.5 31.4 31.4 31.4 31.4 998.4 768.3 11.4 43.7 40.6 62.7 292.6 292.6 292.6 292.6 47.8 47.8 47.8 47.8 1517.6 1167.8 2.2.3 火灾时消防负荷低压配电干线负荷计算

火灾时消防负荷低压配电干线负荷计算采用需要系数法计算，见表2-4。

表2-4火灾时消防负荷低压配电干线负荷计算

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火灾时消防回路名称 一区排烟 二区排烟 一区消防电梯 二区消防电梯 合计 乘同时系数（0.95/0.98) 额定容量 /kW 6 23 22 10 61 61 需要系数Kd 1 1 1 1 1.00 0.95 功率因数cosφ 0.8 0.8 0.7 0.9 0.78 0.77 有功 无功 视在 计算功率 功率 功率 电流 /kW /kvar /kVA A 6.0 23.0 22.0 10.0 61.0 58.0 4.5 17.3 22.4 4.8 49.0 48.1 7.5 28.8 31.4 11.1 11.4 43.7 47.8 16.9 78.3 119.0 75.3 114.4 2.2.4 变电所负荷计算

先计算变电所总计算负荷，以便选择变压器的台数与容量。变电所总计算负荷见表2-5。

表2-5 变电所负荷计算

回路名称 照明回路 电力回路 合计 乘同时系数（0.75/0.80) 功率因数补偿 功率因数补偿后 变压器损耗 高压侧负荷 变压器选择2×500KVA 变压器负荷率 额定容量 /kW 185.1 799.0 984.1 984.1 984.1 984.1 需要系数Kd 0.97 0.98 0.98 0.74 0.74 0.74 功率因数cosφ 0.86 0.79 0.80 0.78 0.93 0.92 有功 无功 视在 计算电功率 功率 功率 流 A /kW /kvar /kVA 180.4 784.7 0.0 965.1 723.8 723.8 7.7 731.6 109.1 617.4 0.0 726.5 581.2 -305 276.2 38.7 314.9 210.8 998.5 0.0 1208.0 928.3 774.7 796.5 1000 77% 320.5 1517.7 0.0 1836.1 1411.0 1177.6 46.0

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3 供配电系统一次接线设计

3.1 负荷分级及供电电源

A. 电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度进行分级，并应符合下列规定： 一、符合下列情况之一时，应为一级负荷： (１)中断供电将造成人身伤亡时。

(2)中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如：重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。

(3)中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。

二、符合下列情况之一时，应为二级负荷：

(1)中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如：主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。 (2)中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如：交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。

三、不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。 B.一级负荷的供电电源应符合下列规定：

(1)一级负荷应由两个电源供电；当一个电源发生故障时，另一个电源不应同时受到损坏。

(2)一级负荷中特别重要的负荷，除由两个电源供电外，尚应增设应急电源，并严禁将其它负荷接入应急供电系统。 下列电源可作为应急电源： (1)独立于正常电源的发电机组。

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(2)供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。 (3)蓄电池。 (4)干电池。

C.根据允许中断供电的时间可分别选择下列应急电源：

（1）允许中断供电时间为15s以上的供电，可选用快速自启动的发电机组。 （2）自投装置的动作时间能满足允许中断供电时间的，可选用带有自动投入装置的独立于正常电源的专用馈电线路。

（3）允许中断供电时间为毫秒级的供电，可选用蓄电池静止型不间断供电装置、蓄电池机械贮能电机型不间断供电装置或柴油机不间断供电装置。

应急电源的工作时间，应按生产技术上要求的停车时间考虑。当与自动启动的发电机组配合使用时，不宜少于10min。

D.二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6KV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时，可为一回架空线供电；当采用电缆线路时，应采用两根电缆组成的线路供电，其每根电缆应能承受100%的二级负荷。

1、本工程负荷等级为：

二级负荷：用电负荷中消防设备用电（消防泵、消防电梯、防排烟

风机、消防控制室等）、应急照明、疏散指示标志、门厅照明、楼梯通道照明、人防电力和照明、重要动力（客梯、消防水泵）。变配电所、和重要机房照明等。

三级负荷:其它电力负荷以及一般照明

2、供电电源：本工程由城市公共电网引接双回路10KV电源至地下

变配电所，变配电所不在本设计范围之内。 平时一二级负荷见表3-1。

表3-1 平时一二级负荷计算 平时一二级负荷回路名称 一层商场应急照明 二层商场应急照明 一区排烟 二区排烟 自动扶梯 额定容量 /kW 8.9 10.2 6 23 22 需要系数Kd 1 1 1 1 0.85 功率因数cosφ 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 有功 无功 视在 计算电流 功率 功率 功率 A /kW /kvar /kVA 8.9 10.2 6.0 23.0 18.7 4.3 4.9 4.5 17.3 19.1 9.9 11.3 7.5 28.8 26.7 15.0 17.2 11.4 43.7 40.6

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一区普通电梯 一区消防电梯 二区普通电梯 二区消防电梯 合计 乘同时系数（0.80/0.85) 功率因数补偿 功率因数补偿后 平时三级负荷见表3-2

22 22 22 22 158.1 158.1 158.1 1 1 1 1 0.98 0.78 0.78 0.7 0.7 0.7 0.7 0.74 0.72 0.93 22.0 22.0 22.0 22.0 154.8 123.8 123.8 22.4 22.4 22.4 22.4 139.9 118.9 -70 48.9 31.4 31.4 31.4 31.4 208.6 171.7 133.1 47.8 47.8 47.8 47.8 317.1 260.9 202.4 表3-2 平时三级负荷计算 三级负荷回路名称 一层商场照明和空调 二层商场照明和空调 空调循环水泵 风冷热泵机组1 风冷热泵机组2 风冷热泵机组3 风冷热泵机组4 合计 乘同时系数（0.80/0.85) 功率因数补偿 功率因数补偿后 额定容量 /kW 95 71 44 154 154 154 154 826 826 826 需要系数Kd 0.95 1 0.75 1 1 1 1 0.98 0.78 0.78 功率因数cosφ 0.85 0.85 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.81 0.79 0.93 有功 无功 视在 计算电流 功率 功率 功率 A /kW /kvar /kVA 90.3 71.0 33.0 154.0 154.0 154.0 154.0 810.3 648.2 648.2 55.9 44.0 24.8 115.5 115.5 115.5 115.5 586.7 498.7 -250 248.7 106.2 83.5 41.3 192.5 192.5 192.5 192.5 1000.4 817.8 694.3 161.4 127.0 62.7 292.6 292.6 292.6 292.6 1520.5 1243.1 1055.3 3.2 电压选择与电能质量

低压配电系统采用220/380V放射式与树干式相结合的方式，对于单台容量较大的负荷或者重要负荷采用放射式供电，对于照明以及一半负荷采用树干式和放射式相结合的供电方式。所有二级负荷采用双电源供电，重要的二级负荷在末端自动切换，三级负荷采用单电源供电。

配电线路电压损失计算： 3.3 电力变压器选择 （1）变压器形式与台数

本工程为一般高层建筑，变电所位于主体建筑地下一层内，故采用SGB10型三相双绕组干式变压器。变压器采用无励磁调压方式，电压比10±0.5%/0.4KV,联接组别为Dyn11，考虑到与开关柜布置在同一房间内，带IP2x防护外壳。因

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?U%??0.85=2.34<5 ,满足电压损失要求。 1(Pr?Qx)l210Un本工程有较多的二级负荷，故采用两台变压器。 （2）变压器容量选择

本工程乘同时系数后的总视在功率为777.4kVA。

选择两台变压器，每台变压器的容量为500kVA，正常运行是为照明回路和电力回路。

（3）变压器负荷分配计算及补偿 变压器负荷分配计算及补偿见表3-2。

表3-2 变压器负荷分配计算及无功补偿 回路名称 照明回路 电力回路 合计 乘同时系数（0.75/0.80) 功率因数补偿 功率因数补偿后 变压器损耗 高压侧负荷 变压器选择2×500KVA 变压器负荷率

额定容量 需要系数/kW Kd 185.1 799.0 984.1 984.1 984.1 984.1 0.97 0.98 0.98 0.74 0.74 0.74 功率因数cosφ 0.86 0.79 0.80 0.78 0.93 0.92

有功 无功 视在 计算电流 功率 功率 功率 A /kW /kvar /kVA 180.4 784.7 0.0 965.1 723.8 723.8 7.7 731.6 109.1 617.4 0.0 726.5 581.2 -305 276.2 38.7 314.9 210.8 998.5 0.0 1208.0 928.3 774.7 796.5 1000 77% 320.5 1517.7 0.0 1836.1 1411.0 1177.6 46.0 变压器T1和T2的负荷分配与计算见表3-3、3-4。

表3-3 变压器T1负荷计算

变压器T1回路名称 一层商场照明和空调 二层商场照明和空调 一层商场应急照明 二层商场应急照明 风冷热泵机组1 风冷热泵机组2 合计 乘同时系数（0.75/0.80) 功率因数补偿 功率因数补偿后 额定容量 需要系数/kW Kd 95 71 8.9 10.2 154 154 493.1 493.1 493.1 0.95 1 1 1 1 1 0.99 0.74 0.74 功率因数cosφ 0.85 0.85 0.9 0.9 0.8 0.8 0.82 0.80 0.93 有功 无功 视在 计算电流 功率 功率 功率 A /kW /kvar /kVA 90.3 71.0 8.9 10.2 154.0 154.0 0.0 488.4 366.3 366.3 55.9 44.0 4.3 4.9 115.5 115.5 0.0 340.2 272.1 -130 142.1 106.2 83.5 9.9 11.3 192.5 192.5 0.0 595.2 456.3 392.9 161.4 127.0 15.0 17.2 292.6 292.6 0.0 904.6 693.6 597.2

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表3-4 变压器T2负荷计算

变压器T2回路名称 风冷热泵机组3 风冷热泵机组4 一区普通电梯 一区消防电梯 二区普通电梯 二区消防电梯 一区排烟 二区排烟 自动扶梯 空调循环水泵 合计 乘同时系数（0.75/0.80) 功率因数补偿 功率因数补偿后 额定容量 需要系数/kW Kd 154 154 22 22 22 22 6 23 22 44 491 491 491 1 1 1 1 1 1 1 1 0.85 0.75 0.97 0.73 0.73 功率因数cosφ 0.8 0.8 0.7 0.7 0.7 0.7 0.8 0.8 0.7 0.8 0.78 0.76 0.92 有功 无功 视在 计算电流 功率 功率 功率 A /kW /kvar /kVA 154.0 154.0 22.0 22.0 22.0 22.0 6.0 23.0 18.7 33.0 476.7 357.5 357.5 115.5 115.5 22.4 22.4 22.4 22.4 4.5 17.3 19.1 24.8 386.4 309.1 -160 149.1 192.5 192.5 31.4 31.4 31.4 31.4 7.5 28.8 26.7 41.3 613.6 472.6 387.4 292.6 292.6 47.8 47.8 47.8 47.8 11.4 43.7 40.6 62.7 932.7 718.4 588.8 3.4 变电所电气主接线设计 3.4.1 变电所高压侧电气主接线设计

采用分段单母线形式，由10KV电源A和电源B同时供电，母线联络断路器断开，两个电源各承担一半负荷。当电源B故障或检修时，闭合母联断路器，由电源A承担全部负荷；当电源A故障或检修时，母联断路器仍断开，由电源B承担一半负荷。

分段单母线接线

14

二级负荷及部分三级负荷。见图纸目录变电所高压侧电气主接线图，图号电01，共1张。

3.4.2 变电所低压侧电气主接线设计

采用分段单母线形式。常运行时，两台变压器同时运行，母联断路器断开，两台变压器分列运行，各承担一半负荷。当任一台变压器故障或检修时，切除部分三级负荷后，闭合母联断路器，由另一台变压器承担全部一、

见图纸目录变电所低压侧电气主接线图，图号电

15

02

4 短路电流计算与高低压电器选择

4.1 变电所高压侧短路电流计算

高压三相短路电流与短路容量的计算公式：

Ik3\ X*Id Ib =Ik33 Ik3\ip3=2KpIk3\Sk3\3cUn Ik3\

根据所设计的供配电系统一次接线，本工程变电所高压侧短路电流计算电路如图4-1所示。短路点k-1点选在变电所一段10kV母线上。

图4-1 变压器高压

S K K-1

电缆线1.5Km ∞电源 A10kV SCB10-500 侧短路电流计算电路

采用标幺值法计算，计算结果见表4-1。

表4-1 变电所高压侧短路计算过程及结果

4.2 低压电网短路电流计算 4.2.1 变压器低压侧短路电流计算

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计算有关电路元件的阻抗 ⑴高压系统电抗（归算到400V侧） 每相阻抗:

Zs= Uc2x10-3/Sk 相零阻抗:

XL-PE=2 Xs/3 RL-PE=2 Rs/3

⑵变压器的阻抗（由附录表查得SCB10-500/10变压器Dyn11联接， △Pk=5.5KW Uk％=4 每相阻抗:

RT=△PkUC2/ SNT2 ZT= Uk％UC2/100SNT XT=ZT2- RT2 相零阻抗：

RL-PE = RT XL-PE = XT ⑶ 母线和电缆的阻抗 每相阻抗:

Rwb=R*L Xwb=X*L 相零阻抗:

RL-PE =rL-PE L XL-PE =xL-PE L

计算K-5点的三相和单相短路电流 三相短路回路总阻抗：

R∑= Rs+ RT+ RWB X∑= Xs+ XT+ XWB 三相短路电流:

I（3）k= Uc/3

R∑2+ X∑2

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短路电流冲击系数:

Kp=1+ e(-∏R∑/ X∑)2 三相短路冲击电流：

i（3）p3=2Kp I（3）K 单相短路回路总相零阻抗：

R= R-PE X= XL-PE 两相短路电流：

I（2）k2=0.866x I（2）k 单相短路电流：

I（1）k=U/

R2+ X2

计算K-7点的三相和单相短路电流 每相阻抗:

Rwb=R*L Xwb=X*L 相零阻抗:

RL-PE =rL-PE L XL-PE =xL-PE L 三相短路回路总阻抗：

R∑= X∑= 三相短路电流:

I

（3）

k

= Uc/3

R∑+ X∑

22

短路电流冲击系数:

Kp=1+ e(-∏R∑/ X∑)2 三相短路冲击电流：

i（3）p3=2Kp I（3）K 单相短路回路总相零阻抗：

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R X

两相短路电流：

I（2）k2=0.866x I（2）k 单相短路电流：

I（1）k=U/

R2+ X2

本工程变电所低压侧短路电流计算电路如图5-2所示。短路点选在一台变压器低压绕组出口处k-3点和一台低压进线开关负荷侧k-5点（即低压柜AA1处）和离低压进线开关最远端母线处k-7点（即低压柜AA9处）。

k-7T1WB2 l=7mTMY-3[2(100×10)]+(100×10)AA9sk-110kVT1k-3k-5T1WB1 l=3mTMY-3[2(100×10)]+(100×10)AA1...∞电源ASCB10-1600

图4-2变电所低压侧短路电流计算电路

采用欧姆法计算，短路电流计算结果见表4-2。计算时，配电母线的型号规格先按发热条件初选。

4.3 高压电器选择

高压断路器的选择：

本工程高压断路器作为变压器回路、电源进线回路的控制和保护电器及分段

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联络用电器。查光盘资料选用VD4-12-630A/20kA型户内高压真空断路器，配用弹簧操动机构，二次设备电压为DC 110V，高压断路器的选择校验见表5-5，由表可知，所选断路器合格。

表4-3 高压断路器的选择校验

序选择项目 号 额定电压与最1 高工作电压 装置地点技术数据 断路器技术数据 结论 Un=10kV，Um=10×1.15kV=11.5 kV Ur=12kV Ur>Um， 合格 2 额定电流 AH4柜：Imax=72.5A Ir=630A 50Hz Ir>Imax， 合格 3 额定频率 额定短路 50Hz 合格 4 开断电流 额定峰值 5 耐受电流 Ib3=13.8kA Ib=20kA Ib>Ib3， 合格 ip3=35.2kA 2imax=50kA imax>ip3， 合格 AH4柜：Qt=13.8×额定短时（4s）6 耐受电流 =123.786kA·S 额定断路 7 关合电流 2It2t=202×4=1600kA·S 2（0.1+0.5+0.05）It2t>Qt， 合格 ip3=35.2kA i=50kA 雷电冲击耐受电压i>ip3，合格 承受过电压能8 力及绝缘水平 10kV系统中性点经消弧线圈接地 75kV 满足条件 1min工频耐受电压42kV 9 10 环境条件 其他条件 北楼一层高压开关柜内 无特殊要求 正常使用环境 额定操作顺序： 满足条件 满足条件 分-180s-合分

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-180s-合分 4.4 高压互感器选择

高压电流互感器的选择：

本工程高压电流互感器安装于变压器保护柜AH4/AH5内作继电保护（测量）用。查光盘资料，选用LZZBJ12-10A型的选择户内高压电流互感器。 4.5 低压断路器的初步选择

4.5.1 配电干线保护断路器过电流脱扣器的初步选择

变电所配电干线保护断路器过电流脱扣器的初步选择见表5-6、表5-7。

表4-4 配电干线保护断路器过电流脱扣器的初步选择（以WP-1APE1为例）

序号 1 选择 极数 2 选择 额定电3 流选择 分断能4 力选择 附件 5 选择

表4-5 配电干线保护断路器过电流脱扣器的初步选择（以ZAP1为例）

序号 1 选择 2 极数 保护用ZAP1 TN-C-S系统 T5S,400,PR222P-LSI 3P 合格 选择 装置地点技术数据 项目 类别 低压大容量出线 塑壳式断路器，选择型三段保护，合格 断路器技术数据 结论 动作信号返回 及过电流脱扣器动作信号 TN-C-S系统 3P 合格 WP-1APE1 T2S,160,PR221DS-LS 选择 装置地点技术数据 项目 类别 低压小容量出线保护用塑壳式断路器，选择型两段保护，合格 断路器技术数据 结论 Iu≥In＞Ic=28.5A Iu=160A，In=160A Ic,合格 Ib3≤30.70kA 非消防用电回路断电及Ics=Icu=50kA 电分AC220，带合分辅助触点信号 Ics＞Ib3， 合格 满足要求

21

选择 额定电3 流选择 分断能4 力选择 附件 5 选择 动作信号返回 及过电流脱扣器动作信号 Ic=390.5A Iu=400A，In=400A Iu≥In>Ic,合格 Ib3≤31.08kA 非消防用电回路断电及Ics=Icu=50kA 电分AC220，带合分辅助触点信号 Ics＞Ib3， 合格 满足要求 4.5.2 变电所低压电源进线断路器的初步选择

变电所低压电源进线断路器的初步选择见表4-6

表4-6变电所低压电源进线断路器的初步选择

选择 序号 项目 类别 1 选择 E3N,32,PR122/P-LSI 极数 2 选择 额定电流 3 选择 分断能力 4 选择 附件 5 选择 配置 及过电流脱扣器动作信号 TN-C-S系统 3P 合格 电源进线 选择型三段保护，合格 技术数据 抽出式空气断路器， 装置地点 断路器技术数据 结论 Ic=2309.5A Iu=3200A，In=3200A Iu≥In＞Ic 合格 Ib3≤33.05kA 标准附件 Ics=Icu=65kA 电分AC220，带合分辅助触点信号 Ics＞Ib3， 合格 满足要求

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5 电线电缆选择

5.1 高压进出线电缆选择 （一）高压电源进线电缆选择 1.类型选择及敷设

10 kV专线电源A引入电缆选用YJV22——8.7/10型3芯电缆，在变电所外采用直埋/穿管埋地、在变电所内采用梯架/电缆沟相结合的敷设方式。 2．电缆截面选择

高压电源进线电缆截面先按允许温升条件选择，然后校验其电压损失和短路热稳定，见表5-1。

表5-1 高压电源进线电缆截面选择

序号 选择校验项目 线路计算电流 初选电缆截面 1 允许温升 按敷设方式与环境条件确定的母线载流量 具体内容 结论 IC?46A S?95mm2 Ial?215A?0.9?193.5A (已知电缆直埋/穿管埋地0.8m，环境温度25℃,2根电缆有间距并列敷设。查附录表2-22得电缆载流量，并根据附录表2-30校正) 满足条件 IC?Ial 合格 计算负荷 P?1525.4kW,Q?474.0kvar r?0.229Ω/km,x?0.096Ω/km 线路参数 2 电压损失 电压损失计算值 （查光盘附录表2-10）。已知线路长度L=2.5km 满足条件 ?U%??Ual%合格 ?U%??0.991(Pr?Qx)l2 10Un允许电压损失 三相短路电流 3 短路热稳定 短路持续时间 ?Ual%?5 \Ik3?11.2kA 满足条件 Smin?S tk?tp?tb?0.9s 23

合格

热稳定系数 K?137A?s/mm2 热稳定最小允许截面 Smin?\IK3(tk?0.05)K?103 ?79.68mm2S?95mm2 电缆实际截面 （二）高压出线电缆选择

以高压柜至电压器T1一次侧的电缆为例。 1.类型选择及敷设

高压柜至变压器T1一次侧的电缆选用ZB——YJV——8.7/10型3芯电缆，在变电所内采用电缆沟敷设，考虑防火要求，选用B级阻燃电缆（本工程为一级火灾自动报警保护对象）。 2.电缆截面选择

高压出线电缆截面先按短路热稳定选择，然后校验其允许温升条件。由于该电缆长度较短，电压损失极小，不需校验，见表5-2。

表5-2 高压出线电缆截面选择

序号 1 选择校验项目 短路热稳定 具 体 内 容 三相短路电流 短路持续时间 热稳定系数 热稳定最小允许截面 选取电缆截面 2 允许温升 线路计算电流 结 论 Ik3”=11.2kA tk =tp +tb=0.6s K=137A﹒s/ mm2 Smin=65.9mm2 S=70 mm2 满足条件 Smin

本工程采用KYN44A——12型高压开关柜，选用硬裸铜母线，每相1片。母线截面先按允许温升条件选择，然后校验其短路热稳定和动稳定。由于母线长度较短，电压损失较小，不需校验。开关柜有主母线和分支母线，以主母线截面选择为例，见表5-3。

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表5-3 高压主母线截面选择

序号 选择校验项目 具体内容 结论 IC?46A 母线计算电流 高压断路器额定电流Ir?630A 1 允许温升 初选母线截面 按敷设方式与环境条件确定确定的母线载流量 满足条件 S?80mm?8mm或载流量相当的异型母线 IC?Ial 合格 Ial?1490A（已知环境温度35℃，查光盘附录表2-23得母线载流量） \Ik3?11.2kA 三相短路电流热效应 2 短路热稳定 tk?tp?tb?0.6s \Qt?IK3(tk?0.05)满足条件 ?81.54kA?s2It2t?Qt 合格 KYN44A-12型高压开关柜：额定短时(4s)耐受电流 It?20kA,t?4s （查光盘附录三设备技术数据） 三相短路电流峰值 短路动稳定 ip3?28.6kA KYN44A-12型高压开关柜: 满足条件 imax?ip3 3 额定峰值耐受电流 imax?50kA （查光盘附录三设备技术数据） 合格 （二）低压开关柜母线选择

本工程采用MNS（BWL3）—04型低压开关柜，柜内主母线选用每相2片硬裸铜母线。截面选择先按允许温升条件选择，然后校验短路热稳定和动稳定。由于主母线长度较短，电压损失较小，不需校验。开关柜有主母线和分支母线，以主母线截面选择为例，见表5-4。

表5-4 低母线桥及低压开关柜主母线截面选择

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序号 选择校验项目 具体内容 结论 Ic?I2rT?1804.2A 母线计算电流 允许变压器1.2倍过载时Imax?1.2I2rT?2165.04A 1 允许温升 项母线S?2?(100mm?8mm),N初选母线截面 母线截面为100mm?8mm或载流量相当的其他规格母线 满足条件 IC?Ial 合格 按敷设方式与环境条件确定确定的母线载流量 Ial?2694A（已知环境温度35℃。查光盘附录表2-23得母线载流量) \Ik3?25.84kA(依据表5-2) 2 短路热稳定 三相短路电流热效应 tk?tp?tb?0.6s \2Qt?IK3(tk?0.05)满足条件 It2t?Qt 合格 ?434.01kA2?s额定短时(1s)耐受电流 三相短路电流峰值 MNS(BWL3)-04型低压开关柜：It?100kA,t?1s（查附录三） ip3?59.92kA MNS(BWL3)-04型低压开关柜：满足条件 3 短路动稳定 imax?ip3 合格 额定峰值耐受电流 imax?200kA（查附录三） 5.3 低压配电干线电缆选择 1、类型选择及敷设

由于干线负荷容量较大且为树干式照明配电线路，故采用CCX6型普通插接式密集绝缘母线槽，交流380V三相五线等截面，IP4X铝合金外壳。母线槽从变电所采用吊装引致电气竖井后，采用垂直支架安装固定（参见标准图集D701---1《电气竖井设备安装》）。

2、母线槽选择

母线槽先选择额定电流，然后校验其短路热稳定、动稳定。由于本工程所用母线槽较长，还应校验其电压损失。主要进行了四组配电干线的母线槽选择，分别为2层商店照明（W9）、4~7层照明（W13）、五层排烟风机（W25）、喷淋泵（W88）。母线槽选择的情况见5-5~表5-8。

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表5-5 W9电力配电出线电缆截面选择

序选择校验项号 目 线路计算电流 具体内容 结论 IC?108.1A 相线S?70mm、N线为2初选电缆截面 35mm、PE线为35mm 1 允许温升 22满足条件 IC?Ial Ial?171A?0.9?153.9A按敷设方式与环境条件确定确定的母线载流量 (多回路多芯电缆穿管埋地敷设，环境温度25℃。先查附录2-21，再由附录2-33校正) 所带负荷均匀分布，将其等效成集中负荷为计算负荷 合格 P?64.0kW,Q?31.0kvar r?0.310Ω/km,x?0.078Ω/k2 电压损失 线路参数 （见附录表2-10）电压损失计算用的线路等效长度为0.03km 满足条件 ?U%??Ual% 合格 电压损失计算值 ?U%??0.461(Pr?Qx)l2 10Un允许电压损失 三相短路电流 短路持续时间 热稳定系数 3 短路热稳定 热稳定最小允许截面 ?Ual%?5 \Ik3?14.32kA t?0.25s K?143A?s/mm2 满足条件 Smin?\IK3tSmin?S 合格 K?50.1mm2电缆实际截面 S?70mm2

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表5-6 W13母线槽选择

序选择校验项号 目 线路计算电流 1 额定电流 母线槽额定电流 选择Ir?1250A 具体内容 结论 IC?1001.4A 满足条件 IC?Ir 合格 \ Ik3?14.96kA，三相短路电流热效应 2 短路热稳定 t?0.2s \2Qt?IK3t满足条件 ?67.14kA2?s 额定短时(1s)耐受电流 三相短路电流峰值 CCX6-1250/5型母线槽设计值：It?50kA，t?1s It2t?Qt 合格 ip3?35.27kA CCX6-1250/5型母线槽设计满足条件 3 短路动稳定 额定峰值耐受电流 Smin?S 合格 值： imax?105kA， 所带负荷均匀分布，将其等效成集中负荷为计算负荷 P?560.0kW,Q?347.1kvar r?0.027Ω/km,x?0.014Ω/km4 电压损失 线路参数 等效集中负荷布置于负荷分布线段的中点，电压损失计算用的线路等效长度为 l?0.05s 满足条件 ?U%??Ual%合格 电压损失计算值 ?U%??0.691(Pr?Qx)l2 10Un允许电压损失

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?Ual%?1 表5-7 W25电力配电出线电缆截面选择

序选择校验项号 目 线路计算电流 具体内容 结论 IC?14.3A 相线S?6mm、N线为2初选电缆截面 6mm、PE线为6mm 1 允许温升 22满足条件 IC?Ial Ial?44A?0.9?39.6A(按敷设方式与环境条件确定确定的母线载流量 多回路多芯电缆穿管埋地敷设，环境温度25℃。先查附录2-21，再由附录2-33校正) 所带负荷均匀分布，将其等效成集中负荷为合格 计算负荷 P?7.5kW,Q?5.6kvar r?3.554Ω/km,x?0.092Ω/k线路参数 2 电压损失 （见附录表2-10）电压损失计算用的线路等效长度为0.045km 满足条件 ?U%??Ual% 合格 电压损失计算值 ?U%??0.851(Pr?Qx)l2 10Un允许电压损失 ?Ual%?5 满足条件 3 短路热稳定 三相短路电流 \Ik3?1.42kA Smin?S 合格

表5-8 W88电力配电出线电缆截面选择

序选择校验项号 目 线路计算电流 1 允许温升 初选电缆截面 相线S?150mm、N线为2具体内容 结论 满足条件 IC?209.0A IC?Ial 合格

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70mm2、PE线为70mm2 Ial?260A?0.9?234A按敷设方式与环境条件确定确定的母线载流量 (多回路多芯电缆穿管埋地敷设，环境温度25℃。先查附录2-21，再由附录2-33校正) 所带负荷均匀分布，将其等效成集中负荷为计算负荷 P?110.0kW,Q?82.5kvar r?0.145Ω/km,x?0.077Ω/k2 电压损失 线路参数 （见附录表2-10）电压损失计算用的线路等效长度为0.026km 满足条件 合格 ?U%??Ual%电压损失计算值 ?U%??0.401(Pr?Qx)l2 10Un允许电压损失 三相短路电流 短路持续时间 热稳定系数 3 短路热稳定 热稳定最小允许截面 ?Ual%?5 \Ik3?17.83kA t?0.25s K?143A?s/mm2 满足条件 Smin?\IK3tSmin?S 合格 K?62.4mm2电缆实际截面 S?150mm2

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6 低压配电线路保护设计

6.1 低压配电线路的保护设置 （一）过电流保护设置

(1)本工程低压配电线路装设有短路保护、过负荷保护，保护作用于切断供电电源。保护电器安装于线路首端。

(2)变电所低压电源进线及母联开关、低压配电干线均采用配置微处理器脱扣器的三段保护(LSI)或两段保护(LS)选择型熔断器，以实现过电流保护的选择型。所有低压配电干线与配电支线的保护电器上下级之间均按选择性配合要求配置。

（二）接地故障电气火灾防护设置

本工程为火灾危险场所，故在电源进线处设置用于防火的剩余电流保护电器。正常照明线路的剩余电流保护电器直接动作于切断电源，公共通道照明及应急照明线路的剩余电流保护电器动作与信号，由火灾自动报警及消防联动控制系统接收，反馈给消防控制中心。 6.2 低压断路器过电流脱扣器的整定

6.2.1 配电干线保护断路器过电流脱扣器的整定 （一）配电干线WP-1APE1保护断路器的选择与整定

配电干线WP-1APE1保护用断路器的初选型号为T2S，160，PR222P-LSI，R160，3P。其过电流脱扣器整定见表6-1。

表6-1 配电干线WP-1APE1保护用断路器过电流脱扣器的整定

序号 整定项目 整定计算公式 已知Ic=28.5A，Iu=160A； 1 过电流脱扣器额定电流选择 要求Iu≥In＞Ic 2 长延时过电流脱扣器整定电流 整定值/结论 In=40A Ir1≥Ic=28.5A 1）躲过短时尖峰电流 Ir1=0.7In 短延时过电流脱扣器 3 整定电流及时间 Ir2=5In t2=0.25s Ir2≥（4～7）Ic 2）整定时间0.25s

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已知Ik.min=1.61kA 4 保护灵敏度的检验 Ik.min/Ir2＞1.3 合格 Ik.min=8.1 Ir22过负荷保护 已知电缆截面为16mm， 与被保护线路 5 的配合 短路保护 满足短路热稳定条件 配合 配合 Ir1＜Ial 合格 Ial=96A×0.55=52.8A 合格 （二）配电干线ZAP1保护断路器的选择与整定

配电干线ZAP1保护用断路器的初选型号为T5S，630，PR221DS-LS，R630，3P。其过电流脱扣器整定见表6-2。

表6-2 配电干线ZAP1保护用断路器过电流脱扣器的整定

序号 整定项目 整定计算公式 已知Ic=390.5A，Iu=630A； 1 过电流脱扣器额定电流选择 要求Iu≥In＞Ic 2 长延时过电流脱扣器整定电流 整定值/结论 In=500A Ir1≥Ic=390.5A 1）躲过短时尖峰电流 Ir1=0.8In 短延时过电流脱扣器 3 整定电流及时间 Ir2=5.5In t2=0.25s Ir2≥（4～7）Ic 2）整定时间0.25s 已知Ik.min=15.84kA 4 保护灵敏度的检验 Ik.min/Ir2＞1.3 合格 Ik.min=5.8 Ir22 过负荷保护 已知电缆截面为300mm，配合 5 与被保护线路的配合 短路保护 满足短路热稳定条件 配合 Ir1＜Ial 合格 Ial=596A×0.8=476.8A 合格

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6.2.2 变电所低压电源进线断路器的整定

变整定电所低压电源进线断路器初选型号为E3N，32，PR122/P-LSI，R2500，3P。其过电流脱扣器见表6-3。

表6-3 变电所低压电源进线断路器过电流脱扣器的整定

序号 整定项目 整定计算公式 已知Ic=1873.7A，Iu=3200A； 1 过电流脱扣器额定电流选择 要求Iu≥In＞Ic 满足正常符合要求： 2 长延时过电流脱扣器整定电流 整定值/结论 In=2000A Ir1≥Ic=1873.7A，同时Ir1≤1.2Ic（允许变压器1.2倍的过载） 1）躲过短时尖峰电流 Ir1=0.9In Ir2≥1.2[Ist.M+Ic(n?1)]=5060A（以短延时过电流脱扣器 3 整定电流及时间 最大容量为685kW的南楼实验用电配电箱全压启动计算，取实验室额定电流390.5A，启动电流倍数为7） 2）整定时间0.25s（下级延时最长时间）+0.15s=0.4s 躲过瞬时尖峰电流 4 瞬时过电流脱扣器整定电流 Ir2=2.5In t2=0.4s Ir3≥1.2[I'st.M+Ic(n?1)]=8340A Ir3=8.1In 已知Ik.min=25.53kA 5 保护灵敏度的检验 Ik.min/Ir2＞1.3 合格 Ik.min=5.04 Ir2已知母线Ial=2924A 过负荷保护与被保护线路6 的配合 短路保护 配合 Ir1＜Ial 合格 满足短路热稳定条件 配合 合格

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7 致谢

为期一周的课程设计终于在紧张的节奏中接近尾声，我们大家都收获了很多，一是忙碌而又充实的设计。

我们做了供配电工程10KV配变电所的课程设计，这是供配电工程课程的最后一个重要的教学环节，是我们电气一次很重要的专业课程设计。

当然，在课程设计过程中，我也得到了好多人的帮助。首先，我要感谢老师在课程设计专业上给予我的指导、提供给我的支持与帮助，让我从刚开始的无从下手到顺利完成课程设计。

其次，我还要感谢我的组员们，他们还指出了我出错的地方，并和我共同讨论，避免了走弯路，而且还有许多其他帮助过我的同学们，我也要感谢他们，他们为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。同时也感谢学院给我们提供的良好环境。

在这次课程设计中，我不仅学到了许多新的知识，还将许多课上学到的东西用于课程设计中，才知道它的使用价值，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

最后，再一次感谢在课程设计中帮助过我的老师和同学们。

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8 参考文献

[1] 翁双安．供配电工程设计指导[M]．北京：机械工业出版社，2008 [2] 翁双安．供电工程[M]．北京：机械工业出版社，2004

[3] 任元会．工业与民用配电设计手册[M]．3版．北京：中国电力出版社，2005

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9附录

图 纸 目 录

序号 1 2 3 4 图 纸 名 称 变电所高压侧电气主接线图 变电所低压侧电气主接线图 图幅 图纸编号 A3 A3 电01 备 注 共1张 电02—05 共4张

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