工厂供电课程设计报告 - 全厂总配变电所及配电系统设计

工厂供电课程设计报告

题 目 姓 名 学 号 班 级 指导老师 日 期

某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计

自动化0802

前 言

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，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。

在国民经济高速发展的今天，电能的应用越来越广泛，生产、科学、研究、日常生活都对电能的供应提出更高的要求，因此确保良好的供电质量十分必要。本设计书注重理论联系实际，理论知识力求全面、深入浅出和通俗易懂，实践技能注重实用性，可操作性和有针对性。

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的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。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、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求： （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。

此外，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。

这次课程设计是在《工厂供电》课程学习之后一个重要的实践性教学环节，通过本次课程设计把理论知识运用于实践，加深对这门课程的理解和掌握其精髓，通过实践巩固理论知识，实现理论与实践的结合，为今后解决实际问题打下坚实的基础。同时也加强实践意识，培养迅速把理论知识运用于实践的能力。

课程设计的题目是《化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计》。根据该厂负荷统计资料及所能取得的电源和用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂将来的发民，按照可靠性、技术先进性、经济合理性的要求，完成工厂供电系统的设计

设计将分十一章，第一章分析了设计的要求和基本的自然条件和地理条件。了解了用户的需求，寻找设计的难点和需要重点考虑的设计内容。第二章讲述负荷计算，符合计算作为全厂供电设计的基础，必须首先被论证。第三章是关于无功功率计算及补偿，，提高无功功率有助于减少变压器容量，减少有色金属损耗。有了此基础，在第四章便讨论 变压器台数，配电所及变电所的位置，第五章便是配变电所主接线方案确定，这是整个工厂供电课程设计的核心内容。第六章为短路电流计算，并以此为基础，在第七章讨论变电所一，二次设备的选择与校验，

然后第八章是基于自然风向和气候条件以及地址条件选择配电所位置和机构。第九章考虑防雷的相关设计。第十章是对变电所二次回路方案选择及继电保护的整定，第十一章总结在此次工厂供电设计重点一些收获和体会。在本文最后还附带了变电所平面图及主接线图。

本次课程设计涉及面非常广，查阅了大量资料，由于很多方面的知识都是临时去学习，对所查阅的资料的正确性也没有完全考证，因此，错误与疏漏之处再所难免，望老师批评指正。

2011年8月

目 录

前 言........................................................................................................................................... 2 目 录............................................................................................................................................ I 某化纤毛纺织厂全厂总配电所及配电系统设计 ........................................................................... 1 第一章 设计任务 ........................................................................................................................... 1

1.1 设计要求 ........................................................................................................................... 1 1.2 设计依据 ........................................................................................................................... 1

1.2.1 工厂总平面图 ....................................................................................................... 1 1.2.2 工厂负荷情况 ....................................................................................................... 2 1.2.3供用电协议 ............................................................................................................ 2 1.2.4负荷性质 ................................................................................................................ 3 1.2.5自然条件 ................................................................................................................ 3

第二章 负荷计算 ........................................................................................................................... 4

2.1 单组用电设备计算负荷的计算公式 ............................................................................... 4 2.2 多组用电设备计算负荷的计算公式 ............................................................................... 4 第三章 无功功率的补偿及变压器的选择 ................................................................................... 6

3.1 无功补偿装置简介 ........................................................................................................... 6 3.2 无功补偿计算 ................................................................................................................... 8 3.2 10kv高压侧功率因数校验 .............................................................................................. 9 第四章 变压器台数，配电所和各车间变电所位置 ................................................................. 12

4.1变压器台数选择原则 ...................................................................................................... 12 4.2变电所主变压器容量的选择原则 .................................................................................. 12 第五章 主接线设计 ..................................................................................................................... 13

5.1方案选择原则 .................................................................................................................. 14 5.2变配电所主结线的选择原则 .......................................................................................... 14 5.3各方案简述 ...................................................................................................................... 15 第六章 短路电流的计算 ............................................................................................................. 18

6.1 短路计算的目的 ............................................................................................................. 18 6.2短路电流计算方法： ...................................................................................................... 18 6.3短路电流的计算 .............................................................................................................. 19 第七章 变电所一次设备的选择与校验 ..................................................................................... 24

7.1一次设备的选择校验原则 ...................................................................................... 24 7.2高压设备器件的选择及校验 .................................................................................. 25 7.2.1断路器的选择与校验 .......................................................................................... 25 7.2.2隔离开关的选择与校验 ...................................................................................... 26 7.2.3电流互感器选择与校验（高压侧电流互感器） .............................................. 27 7.2.4 电压互感器的选择与校验 ................................................................................. 27 7.2..5 高压熔断器的选择与校验 ............................................................................... 27 7.2.6避雷器的选择 ...................................................................................................... 28 7.2.7 10kV进线与各车间变电所进线的校验 .......................................................... 28 7.3低压设备器件的选择及校验 .................................................................................. 29

I

7.4各车间的进线装设低压熔断器 .............................................................................. 34 7.5母线的选择与校验 .................................................................................................. 35 7.5.1高压母线选择与校验： ...................................................................................... 35 7.5.2低压母线选择与校验： ...................................................................................... 36 7.6绝缘子和套管选择与校验 ...................................................................................... 38 7.6.1户内支柱绝缘子 .................................................................................................. 38

第八章 变配电所得布置与机构设计 ......................................................................................... 39 第九章 防雷装置及接地装置设计 ............................................................................................. 39

9.1直击雷保护 ...................................................................................................................... 39 9.2配电所公共接地装置的设计 .......................................................................................... 39 9.3行波保护 .......................................................................................................................... 40 第十章 二次回路方案的选择及继电保护的整定计算 ............................................................. 41

10.1变电所二次回路方案的选择 ........................................................................................ 41 10.2 二次回路方案的选择 ................................................................................................... 41 10.3 变电所继电保护装置配置 ........................................................................................... 42 10.3.1 电力线路继电保护 ................................................................................................... 42 10.2.2变压器继电保护配置 ................................................................................................ 44 结 束 语..................................................................................................................................... 46 参考文献......................................................................................................................................... 47

II

某化纤毛纺织厂全厂总配电所及配电系统设计

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用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂的发展，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及分厂变压器的台数、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。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

1.2 设计依据 1.2.1 工厂总平面图

3

7

（6）

N

11

9 5 15 10

14

1 2

11

12

3 4

13

9 9

图1.1 全厂总平面布置图

1

1-制条车间；2－纺纱车间；3－织造车间；4－染整车间；5－软水站；6－锻工车间；

7－机修车间；8－托儿所；9－仓库；10－锅炉房；11－宿舍；12－食堂；13－木工车间；14－污水调节池；15－卸油泵房

本厂设有一个主厂房，其中有制条车间、纺纱车间、织造车间、染整车间四个生产车间，设备选型全部采用我国最新定型设备。除上述车间外，还有辅助车间及其它设施，详见全厂总平面图（图1.1）。

1.2.2 工厂负荷情况

全厂各车间电气设备及车间变电所计算表如下（表1.1）所示。

表1.1 工厂负荷统计资料 设备KX cos?序车间或用电容量号 单位名称 （kW） （1）No.1变电所 1 制条车间 340 2 纺纱车间 340 3 软水站 86 4 锻工车间 37 5 机修车间 296 6 托儿所 13 7 仓库 38 （2）No.2变电所 1 制造车间 525 2 染整车间 490 3 浴室 1.88 4 食堂 21 5 独身宿舍 20 （3）No.3变电所 1 锅炉房 151 2 水泵房 118 3 化验室 50 4 卸油泵房 28 计算负荷 tan? Pjs Qjs Sjs （kW） （kVar） （kVA） 0.8 0.8 0.65 0.3 0.3 0.6 0.3 0.8 0.8 0.8 0.65 0.5 0.6 0.5 0.75 0.75 0.75 1.17 1.73 1.33 1.17 变压备器台注 数及K? 容量 1 0.9 0.8 0.8 0.75 0.8 0.8 0.75 0.8 1 － 0.75 0.8 0.75 0.8 1 － 0.75 0.75 0.75 0.75 0.8 0.8 0.8 0.8 0.75 0.75 0.75 0.75 1 待设计 1.2.3供用电协议

工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：

2

（1）从电业部门某35/10kV变电所，用10kV双回架空线路向本厂配电，该变

电所在厂南侧0.5km；

（2）该变电所10kV配出线路定时限过流保护装置的整定时间为1.5s，要求

配电所不大于1.0s；

（3）在总配电所10kV侧进行计量； （4）功率因数值应在0.9以上； （5）配电系统技术数据

表1.2 配电所10kV母线短路数据 系统运行方式 短路容量 说明 最大运行方式 最小运行方式

(3)SdMVA max?187(3)SdMVA max?107系统为无限大容量 配电系统如下图（图1.2）所示： 10kV母线

本厂总配电所 （待设计） d(3) ?0=0.4Ωxt=1.5s d(3) 10kV母线 图1.2 配电系统图

1.2.4负荷性质

多数车间为三班工作制，少数车间为一班或两班制，全年为306个工作日，

最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。

1.2.5自然条件

1 气象条件

（1）最热月平均最高气温为30?C；

（2）土壤中0.7～1米深处一年中最热月平均温度为20?C； （3）年雷暴日为31天；

（4）土壤冻结深度为1.1米； （5）夏季主导风向为南风。

3

2 地质及水文条件

根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8～5.3米，地耐压力为20吨/平方米。

第二章 负荷计算

2.1 单组用电设备计算负荷的计算公式

1）有功计算负荷Pc（单位为kW）

Pc?KnePs式中Kne为需要系数，一般小于1. 2）无功计算负荷Qc（单位为kvar）

(2?1)

Qc?Pctan?3）视在计算负荷Sc（单位为kV.A）

(2?2)

Sc?Pc/cos?或Sc?Pc2?Qc2(2?3)

4）计算电流Ic（单位为A）

Ic?Pc/?3UNcos?或Ic?Sc/??3UN?(2?4)

式中UN为用电设备的额定电压（kV）；cos?和 tan?为用电设备组的平均功率因数及对应的正切值。

2.2 多组用电设备计算负荷的计算公式

1）总的有功计算负荷Pc（单位为kW）

Pc?K??Pci(2?5)

式中K?为用电设备组的同时系数，对于低压干线K?可取0.9?1.0；对于低压母线，用电设备组计算负荷直接相加来计算时，K?可取0.8?0.9。

2）总的无功计算负荷Qc（单位为kvar）

Qc?K??Qci3）总的视在计算负荷Sc（单位为kV.A）

4

(2?6)

Sc?Pc2?Qc2(2?7)

4）总的计算电流Ic（单位为A）

Ic?Sc/?3UN?(2?8)

式中UN为用电设备的额定电压（kV），由于各组设备的功率因数cos?不同，总的计算负荷和计算电流一般不能按照式（2-3）和式（2-4）的前半部分计算，也不能用各组的视在负荷之和或计算电流之和来计算。

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负荷计算表 设备KX cos?序车间或用电容量号 单位名称 （kW） （1）No.1变电所 1 制条车间 340 2 纺纱车间 340 3 软水站 86 4 锻工车间 37 5 机修车间 296 6 托儿所 13 7 仓库 38 （2）No.2变电所 1 制造车间 525 2 染整车间 490 3 浴室 1.88 4 食堂 21 5 独身宿舍 20 （3）No.3变电所 1 锅炉房 151 2 水泵房 118 3 化验室 50 4 卸油泵房 28 计算负荷 tan? Pjs Qjs Sjs （kW） （kVar） （kVA） 0.8 0.8 0.65 0.3 0.3 0.6 0.3 0.8 0.8 0.8 0.65 0.5 0.6 0.5 0.75 272 0.75 272 0.75 55.9 1.17 11.1 1.73 88.8 1.33 7.8 1.17 11.47 204 340 204 340 41.925 69.875 12.987 17.08 153.62 177.6 10.374 13 13.348 22.94 315 294 0 11.8 0 525 490 1.504 19.688 16 变压备器台注 数及K 容量 ?1 0.9 0.8 0.8 0.75 420 0.8 0.8 0.75 392 0.8 1 － 1.504 0.75 0.8 0.75 15.75 0.8 1 － 16 0.75 0.75 0.75 0.75 0.8 0.8 0.8 0.8 1 0.9 0.75 113.25 28.125 141.56 0.75 88.5 66.375 110.63 0.75 37.5 28.125 46.88 0.75 21 15.75 26.25 2 0.9 注：由于各组设备的功率因数不一定相同，因此总的视在计算负荷和计算电

流一般不能用各组的视在计算负荷或计算电流之和来计算。在计算多组设备总的计算负荷时，为了简化和统一，各组的设备台数不论多少，各组的计算负荷均按

K表2.1所列的计算系数计算，而不必考虑设备台数少而适当增大d和cosθ。

5

第三章 无功功率的补偿及变压器的选择

补偿无功功率主要作用是提高功率因数，在满足同样有功功率的同时，降低无功功率和视在功率，从而减少负荷电流。这样就降低了电力系统的电能损耗和电压损耗，既节约了电能，又提高了电压质量，而且还可以选用较小的导线或电缆截面，节约有色金属。

3.1 无功补偿装置简介

无功补偿装置主要有三种：并联电容补偿、同步补偿机和静止无功补偿器。三种无功补偿装置的性能见表3.1。

表3.1 三种无功补偿装置的比较 同步补偿机 静止无功补偿器 旋转机械，要附属系设备情况 静止电器，设备简单 静止电器，设备复杂 统、设备复杂 1.通过开关投切，属于1.通过控制系统实1.通过控制系统实现 静态无功补偿， 现双向平滑调节 双向平滑调节 运行特性 2.主要用于稳态电压2.属于动态无功补2.属于快速动态无功调整和功率因数校正偿 大 使用范围 2.用于电力系统及负限制 荷变电站 补偿，响应速度快 压 活 3.运行中本身损耗小 3.运行中本身损耗3.主要用于调相、调1.容量和设置点灵活 1.容量和设置点受1.容量和设置地点灵2.主要用于电力系2.用于电力系统枢纽统枢纽变电站、换流变电站、换流站 站 运行维护要求1.运行维护工作量1.运行维护技术水平运行要求1.简单，和费用 低 大 要高 2.单位容量投资低 3.运行费用最低 2.单位容量投资大 3.运行费用最大 3.单位容量投资大 4.运行费用次之 并联电容器 由上表可见，采用并联电容器进行无功补偿是一种投资少、施工简单、见效快的补偿方式，它可以很方便的就地控制电容投切，以减少线损，消除无功馈乏给系统带来的负面影响。所以我们选用并联电容器来补偿。

并联电容器的装设方式有高压集中补偿，低压集中补偿和单独就地补偿三种。其中高压集中补偿补偿范围小，只能补偿总降压变电所的10KV母线之前的供配电系统中由无功功率产生的影响，而对对无功功率在企业内部的供配电系统中

6

引起的损耗无法补偿，因此不选用。低压集中补偿补偿范围较大，能使变压器的视在功率减小，从而使变压器的容量可选得较小，因此比较经济。单独就地补偿投资较大，电容器的利用效率较低。综上考虑，我们选择BSMJ0.4-14-3型电容器进行低压集中补偿如图1.1所示：

图3.1 BSMJ0.4-14-3型电容器

BSMJ0.4-14-3型电容器符合GB12747.1-2004和IEC60831-1996标准，使用条件如下：

室内使用

温度类别 : -25℃～50℃ 湿度 : 小于85%RH

海拔高度 : 2000米以下

安装场所 : 无有害气体和蒸气,无导电性或爆炸性尘埃,无剧烈振动.

通风散热 : 设置两个以上的电容器时,间距>25mm以上.夏季温度较高时应采取有效的散热措施. 。

BSMJ0.4-14-3型电容器主要特点如下：

1.体积小、重量轻：由于使用金属化聚丙烯薄膜新材料作为介质，体积、重量公为老产品的1/4或1/5。

2.损耗低：实际值低于0.10%，所以电容器自身能耗很低，发热小，温升低，工作寿命长，节能效果更佳。

3.优良的自愈性能，过电压所造成的介质局部击穿能迅速自愈，恢复正常工作，使可靠性大为提高。

4.安全性：内装自放电电阻和保险装置。内装放电阻能使电容器上所储的电能自动泄放掉；当电容器发生故障时，保险装置能及时断开电源，避免故障的进一步发展，确保使用安全

5.不漏油：本电容器采用先进的半固体浸渍剂，滴熔点高于70℃，在使用过程中不漏洞，避免了环境污染，电容器也不会因漏油而失效。

技术指标

额定电压： 400VAC 额定容量：14kvar 容量允差：-5～+10%

损耗角正切值：低于0.10% 极间耐电压：2.15Un.2s

7

极壳间耐压：3kV(AC)10s

绝缘性：极壳间500VDC 1分钟大于1000MΩ 最高过电流：额定电流的130%

自放电特性：断开电源3分钟后，剩余电压降至50V以下

电力部门规定，无带负荷调整电压设备的工厂cos?必须在0.9以上。为此，一般工厂均需安装无功功率补偿设备，以改善功率因数。要求在高压侧的功率因数不低于0.9，而变压器的无功损耗远大于有功损耗，故在低压侧补偿时应要求低压侧的功率因数大于0.95，因此在功率补偿时，暂定低压侧功率因数为0.95，这样也满足低压侧的功率因数大于0.86。（由负荷关系和负荷计算可知，由于厂房有二级负荷，所以需要两回10kv进线，供给各个分厂的四台10/0.4KV降压变压器）

3.2 无功补偿计算

根据供电协议的功率因数要求，取补偿后的高压侧功率因数cos??0.9，各个补偿的容量计算如下：

低压0.4KV侧：

NO.1变压器

补偿前的无功功率：Q303 ? KΣ * Q30=576.2kvar

补偿后的有功功率不变，为： P303 ? KΣ *Pc）=647.1KW

cos??P303?0.7468S30

补偿前功率因数补偿后功率因数

cos?'?0.95

需要补偿的无功功率：

''QC?Q303?Q30?P(tan??tan?)=363.51 Kvar 303补偿电容器的个数为n?Qc/qC=363.51/14?26,取n=26

'Q302补偿后的无功功率：= Q303- Qc=212,2Kvar

'2S30?P303?(Q303?QC)2补偿后的视在容量： =681KVA

'S补偿后的计算电流：30/3UN =681/(√3×0.4)=982.94A

NO.2变压器

补偿前的无功功率：Q303 ? KΣ * Q30=558.73kvar

补偿后的有功功率不变，为： P303 ? KΣ *Pc=760.7286KW

8

cos??补偿前功率因数补偿后功率因数

P303?0.806S30

cos?'?0.95

需要补偿的无功功率：

''QC?Q303?Q30?P303(tan??tan?)=307.69 Kvar

补偿电容器的个数为n?Qc/qC=307.69/14?22,取n=22

'Q补偿后的无功功率：302= Q303- Qc=251.04Kvar

'2S30?P303?(Q303?QC)2补偿后的视在容量： =800.98KVA

'S30补偿后的计算电流：/3UN =681/(√3×0.4)=1154.7A

NO.3变压器

补偿前的无功功率：Q303 ? KΣ * Q30=175.67kvar

补偿后的有功功率不变，为： P303 ? KΣ *Pc=234.23KW

cos??P303?0.8S30

补偿前功率因数补偿后功率因数

cos?'?0.95

需要补偿的无功功率：

''QC?Q303?Q30?P303(tan??tan?)=98.37 Kvar

补偿电容器的个数为n?Qc/qC=98.37/14?7,取n=7

'Q补偿后的无功功率：302= Q303- Qc=77.67Kvar

'2S30?P303?(Q303?QC)2补偿后的视在容量： =246.77KVA

'S30补偿后的计算电流：/3UN =681/(√3×0.4)=356.18A

3.2 10kv高压侧功率因数校验

变压器本身无功的消耗对变压器容量的选择影响较大，故应该先进行无功补

偿才能选出合适的容量。

取

K??0.9

9

P30?=

K?P?P30

Q30?=K?Q?Q30

22S30?=P30??Q30? NO.1变电所：

S30?=681Kva

`S考虑15%裕量：?681??1?15%??783.15kVA

根据《工厂供电》308页附表1 选SL-800/10 接线方式Y/Y0?12

P0?3100WPk?12000WI0%?5.5%该变压器的参数为： Uk%?4.5?PT?0.02?681?13.62kW ?QT?0.1?681?68.1Kvar=48kVar

高压侧有功功率P=660.7kw

高压侧无功功率Q=280.3kvar 高压侧总容量S=717.71KVA

高压侧功率因数cos?=0.915>0.9，满足要求。

NO.2变电所：

S30?=800.98Kva

`S考虑15%裕量：?800.98??1?15%??921.127kVA

根据《工厂供电》308页附表1 选SL-1000/10 接线方式Y/Y0?12

P0?3700WPk?14500WI0%?5%该变压器的参数为： Uk%?4.5?PT?0.02?800.98?16.02kW

?QT?0.1?800.98?80.1Kvar=48kVar

10

高压侧有功功率P=776.75kw 高压侧无功功率Q=330.83kvar 高压侧总容量S=844.27KVA

高压侧功率因数cos?=0.92>0.9，满足要求。

NO.3变电所：

S30?=246.77Kva

`S考虑15%裕量：?246.77??1?15%??283.79kVA

根据《工厂供电》308页附表1 选SL-315/10 接线方式Y/Y0?12

P0?1450WPk?5600WI0%?6.5%该变压器的参数为：Uk%?4

1821?QT?0.1?246.77?24.68Kvar=48kVar 高压侧有功功率P=239.17kw

高压侧无功功率Q=102.35kvar 高压侧总容量S=260.15KVA

高压侧功率因数cos?=0.919>0.9，满足要求。

高压侧总功率因数校验

P'?660.72?776.75?239.17?1676.39KWQ'?280.3?330.83?102.35?713.48KVar S'?P'2?Q'2?1821.9KVA

cos??P'?0.92?0.9S'，符合要求。

最后补偿结果如下表3.2所示。

表3.2 最后补偿结果

补偿后剩补偿后补偿前无理论补偿实际补偿余无功功补偿前功率因功率因功功率 量 量 率 数 数 Q(kVar) Q′(kVar) Qc(kVar) Q′(kVar) 11

序号 NO.1 NO.2 NO.3 576.2 558.73 175.67 363.51 307.69 98.37 364 208 98 212.2 250.73 77.296 713.48 0.7468 0.806 0.8 0.705 0.915 0.92 0.919 0.92 高压侧 1310.6 第四章 变压器台数，配电所和各车间变电所位置

4.1变压器台数选择原则

(1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所应采用两台变压器，对只有二级负荷，而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，并在低压侧架设与其他变电所的联络线。

(2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大的工厂变电所，可考虑采用两台主变压器。

(3)一般的三级负荷，只采用一台主变压器。

(4)考虑负荷的发展，留有安装第二台主变压器的空间。 (5)车间变电所中，单台变压器容量不宜超过1000kVA，现在我国已能生产一些断流量更大和短路稳定度更好的新型低压开关电器，因此如车间负荷容量较大，负荷集中且运行合适时，也可以选用单台容量为1250—2000KVA的配电变压器，这样可以减少主变压器台数及高压开关电器和电缆等。

(6)对装设在二层楼以上的干式变压器，其容量不宜大于630kVA。

4.2变电所主变压器容量的选择原则

(1)只装一台主变压器时 主变压器的额定容量SN.T应满足全部用电设备总的计算负荷S30的需要，且留有余量，并考虑变压器的经济运行，即：

SN?T?S30

(2)装有两台变压器时

每台主变压器的额定容量SN.T应同时满足以下两个条件：

SN?TSN?T ≥ （0.6~0.7）S30 ≥ S30(1+2)

其中S30(1+2)——计算负荷中的全部一、二级负荷。 3）两台变压器的备用方式有明备用和暗备用两种。

明备用：两台变压器均按100%的负荷选择（即一台工作，一台备用）。

12

暗备用：每台变压器都按最大负荷的70%选择，正常情况下各承担50%最大负荷，负荷率为50%/70%?70%，完全满足经济工作的要求。在故障情况下，由于

??0.75，所以可以过负荷1.4倍，6小时，连续5天，即1.4?70%?100%，承担全部负荷。这种备用方式既能满足正常工作时经济运行的要求，又能在故障情况下承担全部负荷，是比较合理的备用方式。

4）适当考虑负荷的发展

应适当考虑进货5~10年电力负荷的增长，留有一定得余地。这里必须指出：电力变压器的额定容量SN?T是在一定温度条件下的持续最大输出容量。如果安装地点的年平均气温时，则年平均气温每高出1摄氏度，变压器的容量相应的减小百分之一。

因此户外变压器的实际容量为：

对于户内变压器，由于散热条件较差，一般变压器室的出风口与进风口间约15摄氏度温差，从而使处在室中间的变压器环境温度要比室外变压器的环境温度高出大约8°C，因此户内变压器的实际容量较之上式所计算的容量还要减小百分之八。

最后还必须指出：变电所主变压器台数和容量的最后确定，应结合主接线方案，经技术经经济比较择优而定。

由于年平均温度及最高温度如下：

表4.1

最热月平均最高温度

35℃

年平均温度 18℃

最热月土壤平均温度

30℃

因为变压器都用在室内，故取?av高于室外8摄氏度 (取其系数为0.7)

)SN.T100

本厂设备有二级负荷，尤其NO.3变电所中有重要设备，停电将对经济产生重大影响。故NO.3变电所用两台变压器，并选为明备用。其余均为一台变压器，并从临近变电所母线上取出联络线，以供给本车间重要二级负荷，在故障时不至于长时间停电，对经济长生重大的影响和严重损失。

TS

?(1??av?20第五章 主接线设计

变配电所主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，对其主要有以下几个基本要求：

安全 主接线的设计应符合国家有关技术规范要求，能充分保证人身和设备安全；

13

可靠 应满足用电单位可靠性的要求；

灵活 能适应各种不同的运行方式，操作检修方便；

经济 设计简单，投资少，运行管理费用低，考虑节约电能和有色金属消耗量。

5.1方案选择原则

1、当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。

2、接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。

3、6～10KV固定式配电装置的进线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。

4、采用6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。

5、由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器。

5.2变配电所主结线的选择原则

(1).当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。

(2).当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。

(3).当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。

(4).为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。

(5).接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。

(6).6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。

(7).采用6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。

(8).由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。

(9).变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。

(10).当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。

14

5.3各方案简述

方案一：只装有一台主变压器的总降压变电所主接线图 这种接线的一次侧无母线，二次侧采用单母线。 特点：

简单经济，可靠性不高。 适用范围：

只适用于三级负荷的工厂。

方案二：一、二次侧均采用单母线分段主接线 特点：

由于进线开关和母线分段开关均采用了断路器控制，操作十分灵活；供电可靠性较高，适用于大型企业的一、二级负荷供电。

适用范围：

适用于大中型企业的一、二级负荷供电。

方案三：一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段

15

图5-1 采用内桥式接线的总降压变电所主接线图

特点：

(1) 线路发生故障时，仅故障线路的断路器跳闸，其余支路可继续工作，并保持相互间的联系。

(2) 变压器故障时，联络断路器及与故障变压器同侧的线路断路器均自动跳闸，使未故障线路的供电受到影响，需经倒闸操作后，方可恢复对该线路的供电。

(3) 正常运行时变压器操作复杂。如需切除变压器 T1，应首先断开断路器QF21、QF111 和联络断路器 QF10，再拉开变压器侧的隔离开关，使变压器停电。然后，重新合上断路器 QF21 、QF111和联络断路器 QF10，恢复线路 1WL 的供电。

适用范围：

适用于输电线路较长、线路故障率较高、穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式的场合。

方案四：一次侧采用外桥式接线，二次侧采用单母线分段

图5-2 采用外桥式接线的总降压变电所主接线图

特点：

(1)变压器发生故障时，仅跳故障变压器支路的断路器，其余支 路可继续工作，并保持相互间的联系。

(2)线路发生故障时，联络断路器及与故障线路同侧的变压器支

16

路的断路器均自动跳闸，需经倒闸操作后，方可恢复被切除变压器的工作。 （3）线路投入与切除时，操作复杂，并影响变压器的运行。 适用范围：

该方案适用于线路较短、故障率较低、主变压器需按经济运行要求经常投切以及电力系统有较大的穿越功率通过桥臂回路的场合。

方案五：一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图

图5-3 一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图 特点：

这种主接线兼有上述两种桥式接线运行灵活性的优点，但采用的高压开关设备较多。可供一、二级负荷。

适用范围：

适于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。

方案六：一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主接线图 特点：

采用双母线接线较之采用单母线接线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资。

适用范围：

双母线接线在工厂变电所中很少应用，主要应用于电力系统中的枢纽变电站。

因为该厂是二级负荷切考虑到经济因素故本方案采用10kV双回进线，单母线分段供电方式，在NO.3车变中接明备用变压器。采用这种接线方式的优点有

17

可靠性和灵活性较好，当双回路同时供电时，正常时，分段断路器可合也可开断运行，两路电源进线一用一备，分段断路器接通，此时，任一段母线故障，分段与故障断路器都会在继电保护作用下自动断开。故障母线切除后，非故障段可以继续工作。当两路电源同时工作互为备用试，分段断路器则断开，若任一电源故障，电源进线断路器自动断开，分段断路器自动投入，保证继续供电。

具体接线图附图1。

第六章 短路电流的计算

短路是由绝缘损坏、过电压、外力损伤、违反操作规程、自然灾害等造成的。其危害在于产生很大的电动力、很高温度、元器件损坏；电压骤停、影响电气设备正常运行；停电、电力系统运行的稳定性遭到破坏；不平衡电流、不平衡逆变磁场、电磁干扰等出现。

6.1 短路计算的目的

进行短路电流计算的目的是为了保证电力系统的安全运行，在设计选择电气设备时都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发故障引起的发热效应和电动力效应的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，采用了各种继电保护和自动装置，这些装置的整定计算也需要准确的短路电流数据

为了校验各种电气，必须找到可能出现的最严重的短路电流。经分析，发现在空载线路上且恰好当某一相电压过零时刻发生三相短路看，在该相中就会出现最为严重的短路电流。为了保证电力系统安全运行，选择电气设备时，要用流过该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和点动力的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸。继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要短路电流数据。

6.2短路电流计算方法：

此处采用标幺值计算短路电流。具体公式如下：

Ij?Sj3Uav

基准电流

Ij*(3)XI三相短路电流周期分量有效值 Z=?

18

Sj*(3)X?Sk三相短路容量的计算公式 =

在10/0.4kV变压器二次侧低压母线发生三相短路时，一般

R??1X?3。

6.3短路电流的计算

取基准容量SB=100MVA，高压侧基准电压Uav1?10.5kV ，低压侧基准电压

Uav2?0.4kV

Ij1?SB?5.5kA3Uav1，低压侧基准电流

高压侧基准电流

Ij2?SB?144.34kA3Uav2

X*sMax?系统最小阻抗标幺值

X*smin?SB?0.535Smax

系统最大标幺值变压器阻抗标幺值：

SB?0.935Smin

Uk%SB4.5100?106*??5.6253XT100S100800?10TN11所以 == Uk%SB4.5100?106??4.5*3100SXTN1=1001000?10 T2= Uk%SB4100?106??12.7*3XT100S3100315?10TN3 == 总配进线：XL=0.4?0.5?0.2?

SB100

2*2

XL?XLUav=0.2?10.5=0.18

最大运行方式下： 绘制等效电路图

19

图6-1 最大运行方式下等效电路图

对于K1点发生三相短路:

1X*??0.535??0.18?0.6252

Ij? I(3)ZSj3UavIjX*??1003?10.5?5.5kA

=

5.5?8.8kA0.625=

(3)(3)ish =2.55Iz=22.43kA (3)ish?13.31kA(3)I sh=1.686

Sj S(3)k=

X*?100?160MVA=0.625

对于K2点发生三相短路:

1?0.18?5.625?6.25X2 =0.535+

*?Ij? I

(3)ZSj3UavIjX*??1003?0.4144.34kA

=

144.34?23.09kA6.25=

(3)ish(3)Iz=1.84=1.84?23.09?42.5kA

(3)ish42.5??25.11kA(3)Ish1.6921.692 =

20

Sj S(3)k=

X*?100?16MVA6.25=

对于K3点发生三相短路:

1?0.18?4.5?5.125X2 =0.535+

*?Ij?

Sj3UavIj*??1003?0.4144.34kA

(3)XIZ =

144.34?28.16kA=5.125

(3)(3)iIshz =1.84=1.84?28.16?51.82kA (3)ish51.82??30.63kA(3)Ish1.6921.692 =

Sj S(3)k=

X*?100?19.5MVA5.125=

对于K4点发生三相短路:

1?0.18?12.7?13.325X

=0.535+2

*

?

Ij I

(3)Z=

X*?144.34?10.83kA13.325=

(3)ish(3)Iz=1.84=1.84?10.83?19.93kA

(3)ish19.93??11.78kA(3)I sh=1.6921.692

Sj

S(3)k=

X*?100?7.5MVA13.325=

最小运行方式下： 绘制等效电路图

21

图6-2 最小运行方式下等效电路图

对于K1点发生三相短路:

*X? =0.935+0.18=1.115

Ij I(3)Z=

X*?5.5?4.93kA1.115=

(3)(3)ish =2.55IZ=2.55?4.93?12.58kA (3)ish?7.46kA(3)I sh=1.686

Sj S(3)k=

X*?100?89.69MVA=1.15

对于K2点发生三相短路:

*X?=1.115+5.625=6.74

Ij I

(3)Z=

X*?144.34?21.42kA=6.74

(3)ish(3)IZ=1.84=1.84?21.42?39.4kA

(3)ish?23.29kA(3)Ish1.692 =

Sj 对于

K3S(3)k=

X*?100?14.84MVA=6.74

点发生三相短路:

22

*X? =1.115+4.5=5.615

Ij I(3)Z=

X*?144.34?25.71kA5.615=

(3)(3)iIsh =1.84Z=1.84?25.71?47.3kA (3)ish47.3??27.95kA(3)I sh=1.6921.692

Sj S(3)k=

X*?100?17.81MVA=5.615

对于K4点发生三相短路:

*X? =1.115+12.7=13.815

Ij I(3)Z=

X*?144.34?10.45kA=13.815

(3)ish =1.84?10.45?19.22kA (3)ish19.22??11.36kA(3)Ish1.6921.692 =

Sj S(3)k=

X*?100?7.24MVA=13.815

表6.1 最大运行方式 将以上数据列成短路计算表，如表6.1和表6.2所示：

短路点 Iz(3)（kA） 8.8 23.09 28.16 10.83 (3)ish（kA） (3)Ish（kA） 三相短路容量Sk（MVA） k1 k2 22.43 42.5 51.82 19.93 13.31 25.11 30.63 11.78 160 16 19.5 7.5 k3 k4 表6.2 23

最小运行方式 三相短路容量短路点 Iz(3)（kA） 4.93 21.42 25.71 10.45 (3)（kA） ish(3)（kA） IshSk（MVA） 89.69 14.84 17.81 7.24 k1 k2 12.58 39.4 47.3 19.22 7.46 23.29 27.95 11.36 k3 k4 第七章 变电所一次设备的选择与校验

7.1一次设备的选择校验原则

（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高压设备的额定电压

UN?eUN

，即UN?e?。而

UN?e?Umax应不小于其所在系统的最高电压

UmaxUmax，即。

查表知: UN=10kV， 定电压

UN?e=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额

UN?e=12kV，穿墙套管额定电压

IN?e=11.5kV，熔断器额定电压

I30UN?e=12kV。

（2）按工作电流选择 设备的额定电流

不应小于所在电路的计算电流

Soc，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

，对分断短路电流的设备来说，不应

(3)(3)

SIk小于它可能分断的最大短路有效值k或短路容量，即

(3)Ioc?Ik(3)SocSk(3)?或

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为流。

Ioc?IOL?max，

IOL?max为最大负荷电

(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

24

(3)(3)imax?ishI?Imaxsh或

(3)(3)imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ishIsh、分别为开关

所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值

2(3)2It?Itima t?b)热稳定校验条件

7.2高压设备器件的选择及校验

供电系统的电气设备主要有断路器、负荷开关、隔离开关、熔断器、电抗

器、互感器、母线装置及成套电设备等。电气设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。

电气设备按在正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件是指电气装置所处的位置（室内或室外）、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑断流能力。

表7.1 高压侧设备选型 计算数据 断路器 隔离开关 电流互感器 LA-10（D级） 10kV 200/5 — — — — 电压互感器 高压熔断器 RW10避雷器 型号 SN10-10I GW1-6（10）/400 10kV 400A — — 25kA JDZ-10 I30(F)/200FZ-10 10kV 2A — 200MVA — — 10kV U=10kV 10kV 630A 16kA 300MVA 40kA 11000/100 — — — — — I30=105.59A Iz=8.94kA Sk=162.6MVA ish=22.8kA 22I?t=8.94×t 162×2 142×5 7.2.1断路器的选择与校验

（1）按工作环境选型：户外式

25

（2）断路器额定电压

UN.QF及额定电流

IN.QF

UN.QF=10kV=

UN.

I'N.QF?IN.QFIN.QF?N-?170-30?630?727.46A?I30?105.2A?N-?070-40

I30=630A>=105.2A (3)动稳定校验

断路器最大动稳试验电流峰值值

ishimax.QF不小于断路器安装处的短路冲击电流

即=40kA>=22.43A (4)热稳定校验

要求断路器的最高温升不超过最高允许温度即

22即16?2>8.94?0.15

imax.QFish2It2.QF?t?I??tj

(5)断流容量的校验：

断路器的额定断流容量应大于断路器安装处的最大三相短路电流容量即

S(3)N.k.QF?300MVA>S(3)k.max?160MVA 综上，断路器的选择满足校验条件。

7.2.2隔离开关的选择与校验

（1） 按工作环境选型：户外型

（2） 隔离开关的额定电压及额定电流UN.QS=10kV=UN.

IN.QS=200>I30=105.2A

I'N.QS?IN.QS?N-?170-30?400?461.9A?I30?105.2A

?N-?070-40（3） 动稳定校验imax.QS=25.5kA>ish=22.43kA

2（4） 热稳定校验142?5?980>8.942?0.15?12.0即It2.QS?t?I??tj

26

7.2.3电流互感器选择与校验（高压侧电流互感器）

10kV电流互感器

UU该电流互感器额定电压UN.TA?安装地点的电网额定电压N.即UN.TA?N.

电流互感器一次侧额定电流

I'N.ct?IN.ct动稳定校验

?N-?170-30?200?231A?1.2?I30?1.2?105.2A?126.24A?N-?070-40

ish动稳定倍数Kd=160 =22.43A

'IN.CT?IN一次侧额定电流

?N??1?231A?N??0

ishish22.43?103K???68.66?160d''2?I2I2?231N.CT动稳定性满足 N.CT则即（4）热稳定性校验 热稳定倍数Kt=90热稳定时间

tsh=0.15，I?=8.8kA

223(KI)(90?231)TN.TA即==4.3?10

2'I?tj?89402?0.15?1.2?107?(Kt?IN.CY)热稳定性满足

7.2.4 电压互感器的选择与校验

经

查

表

该

型

号

电

压

互

感

器

额

定

容

量

SN?500VAIN?SN500??0.05A?0.5AUN10000

所以满足要求

7.2..5 高压熔断器的选择与校验

（1）高压熔断器额定电压大于安装处电网的额定电压 即

UNFu?10kV?UN

(2)断流能力

SFU?200MVA?162.6MVA

27

7.2.6避雷器的选择

避雷器的额定电压大于等于安装处电网的额定电压

7.2.7 10kV进线与各车间变电所进线的校验

1、根据短路电流进行热稳定校验 （1）10kV进线：

按经济电流密度选择进线截面积：

2已知Tmax?6000小时，经查表可得，经济电流密度jec=0.9A/mm

进线端计算电流

I30?S1822.135??105.2A3U3?10

I30105.2??116.89mm20.9可得经济截面 Aec=jec

经查表，选择LJ型裸绞线LJ-120,取导线间几何间距D=0.6m 该导线技术参数为：R=0.27?/km X=0.29?/km 校验：短路时发热的最高允许温度下所需导线最小截面积

(3)I?8.8?1000Amin?tj?0.15?39.17mm2?120mm2C87

所以满足要求。

（2）No.1变电所进线：

按上述方法选择LJ型裸绞线LJ-50,取导线间几何间距D=0.6m 该导线技术参数为：R=0.64?/km X=0.323?/km

(3)I?8.8?1000Amin?tj?0.15?39.17mm2?50mm2C87校验：

所以满足要求。

（3）No.2变电所进线：

按上述方法选择LJ型裸绞线LJ-70,取导线间几何间距D=0.6m 该导线技术参数为：R=0.46?/km X=0.312?/km

(3)I?8.8?1000Amin?tj?0.15?39.17mm2?70mm2C87校验：

所以满足要求。

28

No.3变电所进线：

按上述方法选择LJ型裸绞线LJ-25,取导线间几何间距D=0.6m

(3)I?8.8?1000Amin?tj?0.15?39.17mm2?25mm2C87

不满足要求，故选取LJ型裸绞线LJ-50,，导线间集合间距D=0.6m，满足条

件。

2、根据电压损耗进行校验 （1）10kV进线：

?u%?PR?QX1664.451?0.162?757.89?0.177%??0.4!00010UN PR?QX647.07?0.64?292.18?0.323%??0.095!00010UN PR?QX234.225?1.28?101.44?0.646%??0.37!00010UN

（2）No.1车间变电所进线：

?u%?

（3）No.3车间变电所进线：

?u%?

3、根据符合长期发热条件进行校验 （1）10kV进线：

选LJ－120型裸铝绞线 取导线间几何间距D=0.6m

经查表可得，最大允许载流量IZ?375A>105.2A（总负荷电流） （2）No.1车间变电所进线

选LJ－50型裸铝绞线 取导线间几何间距D=0.6m 经查表可得，最大允许载流量IZ?215A>41.44A 3）No.2车间变电所进线：

选LJ－70型裸铝绞线 取导线间几何间距D=0.6m 经查表可得，最大允许载流量IZ?249A>48.74A （3）No.3车间变电所进线：

选LJ－50型裸铝绞线 取导线间几何间距D=0.6m 经查表可得，最大允许载流量IZ?215A>15.02A

7.3低压设备器件的选择及校验

NO.1变电所

表7-2-1 低压侧设备选型

29

计算数据 型号 U=0.4kV 低压断路器 DW48-1600 0.4kV 1600A 50kA — — — 1 隔离开关 HD11~14 0.4kV 1000A — — 60kA（杠杆式） 电流互感器 LMZJ1-0.5 0.4kV 1000/5 — — 135 75 8 I30=933.96A IZ=26.7kA Sk=18.5MVA ish=49.13kA 22I?t=26.7t 302?1 7 个数

NO.2变电所

表7-2-2 低压侧设备选型

计算数据 型号 U=0.4kV 低压断路器 DW48-1600 0.4kV 1600A 50kA — — — 隔离开关 HD11~14 0.4kV 1500A — — 80kA（杠杆式） 电流互感器 LMZJ1-0.5 0.4kV 2000/5 — — 135 75 I30=1277.89A IZ=28.22kA Sk=19.55MVA ish=51.92kA 22I?t=28.22t 402?1 NO.3变电所

表7-2-3 低压侧设备选型

计算数据 型号 U=0.4kV 低压断路器 DW15-630 0.4kV 630A 30kA 30

隔离开关 HD11~14 0.4kV 600A — 电流互感器 LMZB6-0.38 0.4kV 300~800/5 — I30=368.42A IZ=10.38kA

Sk=7.18MVA — — — ish=19.11kA — 50kA（杠杆式） 135 I2382?t=10.t — 252?1 75 个数 1 4 5 NO.1变电所设备校验 低压断路器的选择与校验 （1）按工作环境选型：户外式 I（2）断路器额定电压

UN.QF及额定电流

N.QF

UN.QF=0.4kV=

UN.

I'N.QF?I?N-?1N.QF???160070-30?1847.5A?I30?982.94AN-070-40

隔离开关的选择与校验

(1)按工作环境选型：户外型 (2)隔离开关的额定电压UN.QS及额定电流

IN.QS

UN.QS=0.4kV=UN

?N??170?30 I`N.QS=IN.QS?N??0=100070?40=1154.7A>I30=982.94A

满足要求 (3)动稳定校验

iet=60kA>

ish=42.5KA

满足要求 (4)热稳定校验

I2tt=302?1=900

I2?tj=23.092?0.15=80 所以I2t>I2t?tj 满足要求

电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器） (1)该电流互感器额定电压

UN.TA不小于安装地点的电网额定电压

UN，即

UN.TA?UN

31

(2)

'IN.CT?IN电流互感器一次侧额定电流

?N??170?30?1000??1154.7A?N??070?40I>30=982.94A 满足要求

(3)动稳定校验（Kd=135）

ish42.5?103??26?135'2?1154.7 2IN.CT 满足要求 (4)热稳定校验（Kt=75）

229(KI)(75?1154.7)TN.TA ==7.4?10

227(KI2I?tj23090)8?10?0.15TN.TA ==< 满足要求

NO.2变电所设备校验 断路器的选择与校验

（1）按工作环境选型：户外式 （2）断路器额定电压

UN.QF及额定电流

IN.QF

UN.QF=0.4kV=

UN.

I'N.QF?IN.QFIN.QF?N-?170-30?1600?1847.5A?I30?1154.7A?N-?070-40

I30=1600A>=1154.7A 满足要求 隔离开关的选择与校验 按工作环境选型：户外型 隔离开关的额定电压及额定电流

UN.QS=0.4kV=

UN.

IN.QS=1500>

I30=1154.7A

I'N.QS?IN.QS?N-?170-30?1500?1732A?I30?1154.7A?N-?070-40 满足要求

imax.QS2动稳定校验=80kA>

ish=51.82kA

2热稳定校验40?1?1600>28.16?0.15?118.9即电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器） 0.4kV电流互感器

2It2.QS?t?I??tj

U（1）该电流互感器额定电压UN.TA?安装地点的电网额定电压N.即

32

UN.TA?UN.

（2）电流互感器一次侧额定电流

I'N.ct?IN.ct?N-?170-30?1500?1732A?I30?1154.7A?N-?070-40

ish（3）动稳定校验 动稳定倍数Kd=135

=51.82kA

'IN.CT?IN一次侧额定电流

?N??1?1732A?N??0

ishish51.82?103K???21.2?135d''2?I2I2?1732N.CT动稳定性满足 N.CT则即（4）热稳定性校验 热稳定倍数Kt=75热稳定时间

ish=0.15I?=28.16kA

2(KI))2=1.7?1010 TN.TA即=(75?173222'I?tj?28160?0.15?1.05?108?(Kt?IN.TA)热稳定性满足

NO.3变电所设备校验 断路器的选择与校验

（1）按工作环境选型：户外式 （2）断路器额定电压

UN.QF及额定电流

IN.QF

UN.QF=0.4kV=

UN.

I'N.QF?IN.QFIN.QF?N-?170-30?630?727.5A?I30?356.18A?N-?070-40

I30=630A>=356.18A 满足要求 隔离开关的选择与校验

（1）按工作环境选型：户外型 （2）隔离开关的额定电压及额定电流

UN.QS=0.4kV=

UN.

IN.QS=600>

I30=356.18A

I'N.QS?IN.QS?N-?170-30?600?693A?I30?356.18A?N-?070-40 满足要求

33

（3）动稳定校验

imax.QS2=50kA>

ish=19.93kA

2（4）热稳定校验25?1?625>10.83?0.15?16.6即 电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器） 0.4kV电流互感器

2It2?t?I.QS??tj

U（1）该电流互感器额定电压UN.TA?安装地点的电网额定电压N.即

UN.TA?UN.

（2）电流互感器一次侧额定电流

I'N.ct?IN.ct?N-?170-30?600?693A?I30?356.18A?N-?070-40 满足要求

ish（3）动稳定校验 动稳定倍数Kd=135

=19.93kA

'IN.CT?IN一次侧额定电流

?N??1?693A?N??0

ishish19.93?103K???20.34?135d''2?I2I2?693N.CT动稳定性满足 N.CT则即（4）热稳定性校验 热稳定倍数Kt=75热稳定时间

ish

=0.15I?=10.83kA

2210(KI)(75?693)TN.TA即==2.7?10

22'I?tj?10830?0.15?1.76?107?(Kt?IN.TA)热稳定性满足

7.4各车间的进线装设低压熔断器

表7-3 低压熔断器的型号 FU1 FU2 FU3 FU4 FU5 FU6 FU7 型号 RM10 RM10 RM10 RM10 RM10 RM10 RM10 熔断电流 600 600 200 60 350 60 60 34

熔体电流 600 600 160 35 300 20 35 分段电流 10000 10000 10000 3500 10000 3500 3500 FU8 FU9 FU10 FU11 FU12 FU13 FU14 FU15 FU16 RM10 RM10 RM10 RM10 RM10 RM10 RM10 RM10 RM10 1000 1000 15 60 60 350 200 100 60 850 850 15 35 25 225 200 80 45 12000 12000 1200 3500 3500 10000 10000 3500 3500 经校验，满足条件。 7.5母线的选择与校验 7.5.1高压母线选择与校验：

工厂供电，（LMY） 母线尺寸：15×3（mm） 铝母线载流量：165A 热稳定校验：

AminI?8.8?103?tima?0.15?39.17mm2?45mm2C87

2所以满足热稳定要求； 动稳定校验：

?c?MW

Fc(3)lb2h(3)2lM?W?F?1.732?10?7Kf(ish)a K6

带

?7(3)2sh入数据

l1.732?10?7?(22.8?103)2?1?1.1F?1.732?10Kf(i)?330.1(N)a=0.3

Fc(3)l330.1?1.1M??36.311(N?m)10K= b2h0.0152?0.003W??1.125?10?6(m3)6=6

?c?M36.311?32.28MPa?70MPaW=1.125?10?6

35

所以满足动稳定要求。

7.5.2低压母线选择与校验：

No.1变电所: I30?982.94A （LMY） 母线尺寸：80×6（mm） 铝母线载流量：1150A 热稳定校验：

AminI??Ctima26.7?103?0.15?118.86mm2?480mm287

2所以满足热稳定要求； 动稳定校验：

?c?MW

Fc(3)lb2h(3)2lM?W?F?1.732?10?7Kf(ish)a K6

带入数据如下：

l1.732?10?7?(49.13?103)2?1?1.1F?1.732?10Kf(i)?1532.9(N)a=0.3

?7(3)2shFc(3)l1532.9?1.1M??168.62(N?m)10K= b2h0.082?0.006W??6.4?10?6(m3)6=6

?c?M168.62?26.35MPa?70MPaW=6.4?10?6

所以满足动稳定要求

.7A No.2变电所: I30?1154 （LMY） 母线尺寸：100×6（mm） 铝母线载流量：1425A 热稳定校验：

AminI??Ctima28.22?103?0.15?125.63mm2?600mm287

2所以满足热稳定要求；

36

动稳定校验：

?c?MW

Fc(3)lb2h(3)2lM?W?F?1.732?10?7Kf(ish)a K 6

带入数据如下：

l1.732?10?7?(51.92?103)2?1?1.1F?1.732?10Kf(i)?1711.94(N)a=0.3

?7(3)2shFc(3)l1711.94?1.1M??188.31(N?m)10K= b2h0.12?0.006W??1.0?10?5(m3)6=6

?c?M188.31?18.83MPa?70MPa?5W=1.0?10

所以满足动稳定要求

No.3变电所: I30?356.18A （LMY） 母线尺寸：40×4（mm） 铝母线载流量：480A 热稳定校验：

AminI??Ctima10.38?103?0.15?46.21mm2?160mm287

2所以满足热稳定要求； 动稳定校验：

?c?MW

Fc(3)lb2h(3)2lM?W?F?1.732?10?7Kf(ish)a K6

带入数据如下：

l1.732?10?7?(19.11?103)2?1?1.1F?1.732?10Kf(i)?231.92(N)a=0.3

?7(3)2shFc(3)l231.92?1.1M??25.51(N?m)10K=

37

b2h0.042?0.004W??1.07?10?6(m3)6=6

?c?M25.51?23.84MPa?70MPa?6W=1.07?10

所以满足动稳定要求

7.6绝缘子和套管选择与校验 7.6.1户内支柱绝缘子

型号：ZA—10Y 额定电压10kV 动稳定校验：

经查表可得，支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷（弯曲）为3.75kN

3F?0.6?3.75?10?2250(N) 则： Kal(3)F?KFal?2250(N) c 经验证：

所以支柱绝缘子满足动稳定要求。

7.6.2穿墙套管： 型号：CWL—10/600 1）动稳定校验：

经查表可得，Fal?7.5kN，l1?1.8m，l2?0.56m，a=0.22m

k(l1?l2)(3)20.862?(1.8?0.56)?(22.8?103)2?10?7Fc?(ish)??480.69(N)a0.22

30.6F?0.6?7.5?10?4500(N)?Fc?480.69(N) al

所以此穿墙套管满足动稳定要求 2)热稳定校验：

额定电流为600A的穿墙套管5s热稳定电流有效值为1.2kA 则：

(3)222222(I)t?(8.94)?0.15?12(kA?s)?It?12?5?720(kA?s) ?imat

所以穿墙套管满足热稳定要求。

38

第八章 变配电所得布置与机构设计

总配电所的地点应尽量接近工厂的负荷中心，进出线方便，靠近电源侧，尽量使进出线方便，设备运输方便。不应设在有爆炸危险或有腐蚀性气体的场所周围。

根据提供的自然条件，本厂在夏季主导风向为南风。为减少进线书谷发生率，减小进线在夏季收到的刮风阻力，进线架空线宜从南顺风向进线。而NO.2变电所符合最重，所以总配电所宜建在靠近NO.2变电所的位置，以减少导线上的电压损耗和热损耗，降低导线选择条件，降低建造成本。

工厂东北角远离负荷中心，且有一卸油台和化验室，总配电所不宜靠近易爆易燃与具有腐蚀性物品的场所，所以不应该在此地建设总配电所。

车间变电所位置选择应尽量深入负荷中心，分散设置并接近于负荷中心的原则选取，以便于电压电网的备用联络，尽量减少事故的影响波及面。

工厂总配电变电所和各车间变电所平面布置简图见附图2。

第九章 防雷装置及接地装置设计

9.1直击雷保护

（1）由于No.1,No.3变电站中电气设备并不集中，只各有一台或两台变压器，所以不设独立的避雷保护，而采用在各变压器侧加装避雷器的方法来防止雷电波和操作过电压。

（2）由于NO.2变电站符合重，容量较大，电气设备较集中，所以设置独立的避雷针保护，设避雷针高度为22m，保护半径同上计算24.89m，同时为防止反击，避雷针建设在距离总配10m处，并使避雷针接地体与总配接地体相距大于3m。

9.2配电所公共接地装置的设计

对于大量使用动力电的矿工企业，供电系统采用YN-C系统，即保护接线与零线相统一，电气设备外壳接保护零线与系统共地。

（1）确定接地电阻要求值

经查表可确定此变电所公共接地装置的接地电阻应该满足一下两个条件：

UN(loh?lcab)350 RE≤120/IE 其中IE=（A）

RE≤4Ω

39

式中：

UN-----系统的额定电压

------有电的联系的架空线路总长度（km） ------有电的联系的电缆线路总长度（km）

lohlcab

10(loh?lcab)350所以IE==

所以RE≤120/IE=

比较可得：总接地电阻RE≤4Ω

（2）人工接地电阻：应不考虑自然接地体，所以REmax=RE=4Ω

（3）接地装置方案初选

采用“环路式”接地网，初步考虑围绕变电所建筑四周打入一圈钢管接地体，钢管直径50mm,长2.5m，间距为2.4m；管间用40×4mm的扁钢连接

（4）计算单根接地电阻

'R?Eg 查表可得砂质粘土电阻率=100??m，单根钢管接地电阻≈

21002.5=2.5=40?

（5）确定接地钢管数和最后接地方案

?aR根据RE/E(max)=40÷4=10；故选择10根钢管做接地体；l=1，利用系数

?=0.52～0.58，取?E=0.55，因此接地体数量n为

'0.9REgn=RE?=16

所以最后确定为用16根直径50mm长2.5m的钢管体接地体管间距为2.5m，环式布置。用40×4扁管连接，附加均压带。

'REGEEH140?2.41????0.54'R?EEH?REG?2.4?8?400.55=<4?

9.3行波保护

装设避雷器用来防止雷电入侵波与操作过电压对配电所电气装置特别是对

40

变压器的危害，根据本厂总配电处系统高压侧为10kV电压等级。所以按额定电压选择避雷器。故FZ-10型避雷器。

第十章 二次回路方案的选择及继电保护的整定计算

10.1变电所二次回路方案的选择

工厂供电系统或变配电所得二次回路是由二次设备（包括：电压、电流和电能的测量表计，保护用电压和电流继电器，各类开关的操作控制设备，信号指示设备，自动装置与远动装置等）所组成的回路。二次回路是用来控制、指示、监视和保护一次设备的电路，按功能可分为断路器控制回路、信号回路、保护回路、监测回路和自动装置回路等。

变电所二次接线需满足以下内容：

（1)高压断路器的操作机构控制与信号回路

（2)变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜，其上装有三相有功电能表和无功电能表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由有关供电部门加封和管理。

（3)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/?（开口三角）的接线，用以实现电压测量和绝缘监视。

作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电能表和三相无功电能表、电流表，高压进线上，也装上电流表。

低压侧的动力出线上，均装有有功电能表和无功电能表，低压照明线路上，装上三相四线有功电能表。低压并联电容器组线路上，装上无功电能表。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规范要求。

高压侧继电保护安装于10kV进线,低压侧继电保护装置安装于0.4kv侧，变压器保护装置安装于变压器两端。

10.2 二次回路方案的选择

（1）断路器控制和信号回路设计。采用灯光监视的断路器控制信号回路接线。

（2）变电所测量及计量仪表。10kV变电所计量表的装设如表9-1所示

表9.1 10kV变电所计量仪表的装设 电流表 10kV进线 1 10kV母线（每段） 10kV联络线 1

线路名称 电压表 4 41

装设的表计数量 有功功率表 有功电能表 1 1 2 无功电能表 1 10kV出线 1 1 1 变压器高压侧 1 1 1 变压器低压侧 3 1 低压母线（每段） 1 出线（>100A） 1 1 （3）中央信号装置。在变电所控制或值班室内一般装设中央信号装置，由事故信号和预告信号组成。

车间变电所中央信号装置一般采用重复动作的信号装置。若变电所接线简单可采用不重复动作信号装置。本变电所采用集中复归不能重复动作的事故信号装置和集中的复归预告信号装置，它们均采用交流操作电源，取自电压互感器作为信号电路电源。

10.3 变电所继电保护装置配置

继电保护装置应该满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性。电力设备和线路短路故障的保护应设有主保护和后备保护，必要时再增加辅助保护。

10.3.1 电力线路继电保护

（1）线路过电流保护

线路过电流保护接线原理图和展开图如下：

42

各参数整定计算如下：

IIIIKssop.1?KrelKI1.2?1.3l.max??105.59?193.8Are0.85 IIII?IIIIop.1193.8op.r KKcon?TA200?1?4.85A5，取整数5A 保护时限 tIIIIIIp?tT??t?0.15?0.5?0.65s<1s 3I(3)KIII?2k1.min0.866?sen 灵敏系数校验：IIII?5.05?103?22.57?1.5op.1193.8（1）电流速断保护 电流速断保护原理图和展开图接线图如下：

图10-2 电流速断保护原理图和展开图接线图如下

各参数整定计算如下：

Ik.max=8.8kA

II(3)set.I=

KrelIk.max=1.25?8.8=11kA 43

合格

11Iset.IIopNTA2005继电保护动作电流 ===0.275kA 动作时间 t=0s

?3?Elmin1?2?%??Zs.msxlZ1?Iset.I??保护范围校验

??????

?310????13?0.59?=—59.4% ?2 =

?0.1622?0.1772?11.175????Zs.max2Uav?0.535??0.59SB

其中

所以无保护范围

10.2.2变压器继电保护配置

对于高压侧为6~10kV的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护；如果电流保护的动作时间大于0.5~0.7秒时，还应装设电流速断保护。容量在800kVA及以上的油侵式变压器和400kVA及以上的车间内油侵式变压器，按规定应专设瓦斯保护。瓦斯保护在变压器轻微故障时，动作于信号，而其他保护包括瓦斯保护在变压器发生严重故障时，一般均动作于跳闸。但是，如果单台运行的变压器容量在10000kVA及以上和并列运行的变压器每台容量在6300KVA及以上时，则要求装设纵连差动保护来取代电流速断保护。经分析整定计算后本方案确定采用过电流保护，单相接地短路保护过负荷保护和瓦斯保护。变压器保护原理图及展开图见附图 。

a.变压器过电流保护动作跳闸，应作如下检查和处理： （1）检查母线及母线上的设备是否有短路； （2）检查变压器及各侧设备是否短路；

（3）检查低压侧保护是否动作，各条线路的保护有无动作； （4）确认母线无电时，应拉开该母线所带的线路；

（5）如是母线故障，应视该站母线设置情况，用倒母线或转带负荷的方法处理；

（6）经检查确认是否越级跳闸，如是，应试送变压器； （7）试送良好，应逐路检查故障线路。

变压器过电流保护保护装置一次侧动作电流为

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IOP1?KrelK1.2?2IT.L.max?relITN??57.74?163.03AKreKre0.85

ITN?SN.T3UN1?10003?10?57.74A

电流继电器动作电流为灵敏系数校验

Iopr?Iop1KTAKcon?163.03?1?4.08A200/5

Ksen.T3(IK2.min/KT)0.866?24.55?103?0.410?5.22?1.5?2?Iop.1163.03??

保护时限tT?tb??t?1.3?0.5?0.8s因为变压器过电流保护时限大于0.5s所以变压器应设电流速断保护。

b.变压器电流速断保护

Iop1?KrelIK2.max/KT?1.5?Iop.r?Iop1Kcon/KTA?10??28220/0.4=1693.2A?120=84.66A

1693.2

Ksen`0.866Ik0.866?50501.min???2.6?2Iop11693.2

c.变压器过负荷保护

在变压器高压侧设置过负荷保护，因为负荷多数情况下是三相对称的，因此过负荷只用一个电流继电器接于一相电流，经延时9~10s作用于预告信号。保护装置一次侧动作电流

Iop1

和电流继电器的动作电流

Iopr为

Krel1.05IT.L??57.74?71.32AIop1Kre0.85 =

Iop1

Iopr=KTAKcon?71.32?1?3.57A20

d.变压器低压侧单相接地短路保护，利用高压侧三相过电流保护兼做单相接

地短路保护。

e.瓦斯保护（如图9-2）

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