工厂10kv供配电设计

目 录

第一章 设计内容和要求 ..................................................................................................................................... 1 1.1原始资料分析 .............................................................................................................................................. 1 1.1.1工厂总平面图 ....................................................................................................................................... 1 1.1.2负荷情况 ............................................................................................................................................... 1 1.1.3供用电协议 ........................................................................................................................................... 2 1.1.4自然条件 ............................................................................................................................................... 2 1.2设计原则和基本要求................................................................................................................................... 2 1.2.1 设计任务 .............................................................................................................................................. 2 1.2.2设计目的 ............................................................................................................................................... 2 1.2.3设计任务及要求 ................................................................................................................................... 3 第二章 负荷计算和无功补偿 ............................................................................................................................. 4 2.1负荷计算和无功功率计算 ........................................................................................................................... 4 2.2无功功率补偿计算 ...................................................................................................................................... 6 2.3年耗电量的估算 .......................................................................................................................................... 7 第三章 变电所位置和型式选择 ......................................................................................................................... 8 3.1变配电所所址选择的一般原则 ................................................................................................................... 8 3.2变配电所所址选择的一般方法 ................................................................................................................... 8 3.2.1负荷指示图法 ....................................................................................................................................... 8 3.2.2按负荷功率矩法确定负荷中心............................................................................................................ 9 3.3变配电所位置和型式的确定 ....................................................................................................................... 9 第四章 主变台数、容量选择及主接线方式 .................................................................................................... 11 4.1变电所主变台数选择.................................................................................................................................. 11 4.2变电所主变容量选择.................................................................................................................................. 11 4.3变电所主接线方式的选择 ......................................................................................................................... 12 第五章 短路电流和短路容量计算 ................................................................................................................... 13

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5.1短路计算的目的及假设 ............................................................................................................................. 13 5.1.1短路电流计算的目的 ......................................................................................................................... 13 5.1.2短路电流计算的一般规定 ................................................................................................................. 13 5.2短路电流计算的步骤................................................................................................................................. 13 5.3元件阻抗计算 ............................................................................................................................................ 15 5.4 K1点短路计算 ........................................................................................................................................... 15 5.5 K2点短路计算 ........................................................................................................................................... 15 第六章 一次设备选择与校验 ........................................................................................................................... 17 6.1电气设备的选择原则................................................................................................................................. 17 6.2 变电所高压一次设备的选择 .................................................................................................................... 17 6.2.1 高压断路器 ........................................................................................................................................ 18 6.2.2 高压熔断器 ........................................................................................................................................ 18 6.2.3 互感器 ................................................................................................................................................ 18 6.2.4 接地开关、绝缘子、母线 ................................................................................................................ 18 6.3 变电所高压一次设备的动稳定校验 ........................................................................................................ 18 6.4 变电所高压一次设备的热稳定校验 ........................................................................................................ 19 6.5 变电所低压一次设备的热稳定校验 ........................................................................................................ 20 6.6 变电所低压一次设备的动稳定校验 ........................................................................................................ 20 第七章 变电所高低压线路选择 ....................................................................................................................... 22 7.1 高压线路导线的选择 ................................................................................................................................ 22 7.2 低压线路导线的选择 ................................................................................................................................ 22 第八章 变电所二次回路方案选择及继电保护整定 ....................................................................................... 24 8.1 二次回路方案选择 .................................................................................................................................... 24 8.2 继电保护的整定 ........................................................................................................................................ 24 第九章 防雷和接地装置的确定 ....................................................................................................................... 26 9.1 防雷装置确定 ............................................................................................................................................ 26 9.2 直击雷的防治 ............................................................................................................................................ 26 9.3 雷电侵入波防治 ........................................................................................................................................ 26

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9.4 接地装置确定 ............................................................................................................................................ 26 总结与体会 .......................................................................................................................................................... 28 参考文献 .............................................................................................................................................................. 29

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第一章 设计内容和要求

1.1原始资料分析

1.1.1工厂总平面图

图1-1 某工厂总平面示意图

1.1.2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。全厂设一个降压变电所，各车间（380V侧）的负荷统计情况如表1-1所示。

表1-1 各车间负荷统计资料

编号 1 2 3 4 5 6 7 名称 铸造车间(二) 锻压车间 金工车间 工具车间 电镀车间（二） 热处理车间 装配车间 设备容量/kW 350 320 400 375 250 175 185 需要 系数 0.25 0.3 0.2 0.35 0.5 0.6 0.3 计算负荷 cosΦ 0.75 0.60 0.65 0.60 0.75 0.80 0.70 h

tanΦ 0.88 1.33 1.17 1.33 0.88 0.75 1.02 Pc/kW Qc/kvar Sc/kVA Ic/A h

8 9 10 机修车间 锅炉房（二） 仓库 160 60 50 0.25 0.7 0.4 0.65 0.80 0.80 1.17 0.75 0.75 h

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总计 — 1.1.3供用电协议

1．供电电源：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。干线首端距离本厂约8km。

2．系统短路数据：干线首端所装设的高压断路器断流容量为400MVA。此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，定时限过电流保护整定的动作时间为3s。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。

3．电业部门对功率因数要求值: 工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.90。 1.1.4自然条件

本厂所在地区的年最高气温为40℃，年平均气温为20℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均最高气温为30℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。年雷暴日数为32天，土壤性质以砂质粘土为主。

1.2设计原则和基本要求

1.2.1 设计任务

1．负荷计算和无功功率计算及补偿； 2．变电所位置和型式的选择；

3．主变压器台数和容量及主接线方案的选择； 4．短路电流的计算；

5．变电所一次设备的选择与校验； 6．变电所高、低压线路的选择；

7．变电所二次回路方案选择及继电保护的整定；

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8．防雷和接地装置的确定。 1.2.2设计目的

1．进一步巩固理论知识，培养所学理论知识在实际中的应用能力； 2．掌握供配电设计的基本方法；

3．通过解决各种实际问题，培养分析和解决实际工程技术问题的能力；

4．对电力工业的有关、方针、技术规程有一定的了解；

5．在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练；

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6．培养查阅图书资料、工具书的能力； 7．培养工程绘图、书写技术报告的能力； 8．培养团队合作、沟通交流的能力。 1.2.3设计任务及要求

根据“电力系统分析”课程所学理论知识和工厂供电设计、发电厂电气的基本理论，在负荷大小已确定的情况下，完成工厂的各项电气设计，具体内容如‘设计课题’栏。要求完成各部分的具体计算。

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第二章 负荷计算和无功补偿

2.1负荷计算和无功功率计算

P设备容量需要系数

（2-1）

QPtan（2-2）

SP2Q2 IS3U（U2为各车间380V侧） 2按照式（2-1）、（2-2）、（2-3）、（2-4），把表1-1的数据带入可得： 1、铸造车间：

P30(1)350kW0.2587.5kW Q30(1)87.5KW0.8877kvar

S30(1)87.52772116.56kVA IkVA30(1)116.5630.38kV177.10A

2、锻压车间：

P30(2)3200.396kW Q30(2)96kW1.33127.68kvarSkVA30(2)962127.682159.74kVA I30(2)159.7430.38kV242.71A

3、金工车间：

P30(7)4000.280kW Q30(7)80kW1.1793.6kvar

S30(7)80293.62123.13kVA I123.13kVA30(7)30.38kV187.08A

4、工具车间：

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2-3）

2-4）

（（

h

P30(6)3750.35131.25kW Q30(6)131.25kW1.33174.56kvar

S30(6)131.252174.562218.40kVA I30(6)218.40kVA331.83A

30.38kVh

h

5、电镀车间：

P30(4)2500.5125kW Q30(4)125kW0.88110kvar

S30(4)12521102166.51kVA I30(4)166.51kVA252.99A

6、热处理车间：

P30(3)1750.6105kW S30(3)105278.752131.25kVA 7、装配车间：

P30(9)1850.355.5kW S30(9)55.5256.61279.28kVA 8、机修车间：

P30(10)1600.2540kW S30(10)40246.8261.56kVA 9、锅炉房：

P30(8)600.742kW S30(8)42231.5252.5kVA 10、仓库：

P30(5)500.420kW S30(5)20215225kVA 取全厂的同时系数为：Kp0.95，30.38kVQ30(3)105kW0.7578.75kvarI131.25kVA30(3)30.38kV199.42A

Q30(9)55.5kW1.0256.61kvarI30(9)79.28kVA30.38kV120.46A

Q30(10)40kW1.1746.8kvar

I61.56kVA30(10)30.38kV93.53A

Q30(8)42kW0.7531.5kvar

I52.5kVA30(8)30.38kV79.77A

Q30(5)20kW0.7515kvar

IkVA30(5)2530.38kV37.98A

Kq0.97，则全厂的计算负荷为：

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h

10P300.95P30(i)0.95782.25781.25kWi1h

h

10Q300.97Q30(i)0.97811.5787.155kvari1

S30781.252787.15521109.04kVA

I301109.04kVA1685.06A

30.38kV现将计算结果汇总，如表2-1所示。

表2-1 各车间负荷计算结果

编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 名称 铸造车间(二) 锻压车间 金工车间 工具车间 电镀车间（二） 热处理车间 装配车间 机修车间 锅炉房（二） 仓库 总计 设备容量/kW 350 320 400 375 250 175 185 160 60 50 需要 系数 0.25 0.3 0.2 0.35 0.5 0.6 0.3 0.25 0.7 0.4 — 计算负荷 cosΦ 0.75 0.60 0.65 0.60 0.75 0.80 0.70 0.65 0.80 0.80 tanΦ 0.88 1.33 1.17 1.33 0.88 0.75 1.02 1.17 0.75 0.75 Pc/kW 87.5 96 80 131.25 125 105 55.5 40 42 20 781.25 Qc/kvar 77 127.68 93.6 174.56 110 78.75 56.61 46.8 31.5 15 787.155 Sc/kVA 116.56 159.74 123.13 218.40 166.51 131.25 79.28 .56 52.5 25 1109.04 Ic/A 177.1 242.71 187.08 331.83 252.99 199.42 120.46 93.53 79.77 37.98 1685.06 2.2无功功率补偿计算

由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：S301109.04kVA 这时低压侧的功率因数为：cos1PC781.250.7 SC1109.04由原始资料提供的供电协议中要求可知，高压侧功率因素应不低于0.9。为使高压侧的功率因数0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90。

由于变压器本身存在损耗，所以这里取：cos20.95。要使低压侧的功率因数由0.7提高到0.95，需要采取一些无功补偿的措施，在这里采用加装并联电容器方式进行无功补偿，则低压侧需装设的并联电容器容量为：

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QCPC(tan1tan2) （2-5）

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Qc781.25(tanarccos0.7tanarccos0.95)kvar539.06kvar 取：QC=540kvar则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：

'S30(2)781.252(787.155540)2819.41kVA

'I30(2)819.41kVA1245A

30.38kV变压器的功率损耗为：

'P0.015ST30(2)0.015819.41kVA12.29kW 'QT0.06S30(2)0.06819.41kVA49.16kvar

变电所高压侧的计算负荷：

'P30(1)781.25kW12.29kW793.54kW

'Q30(1)(787.155540)kvar49.16kvar296.32kvar'S30(1)793.542296.322847.06kVA

I'30(1) 847.06kVA48.91A310kV793.540.94 满足（大于0.90）的要求。

847.06补偿后的功率因数为：cos'2.3年耗电量的估算

年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到。

年有功电能消耗量： Wp.P（2-6） 30T 年无功电能耗电量： Wq.Q30T （2-7） 结合本厂的情况，年负荷利用小时数T为4600h，取年平均有功负荷系数0.72，年平均无功负荷系数0.78。由此可得本厂：

年有功耗电量：Wp年无功耗电量：Wq0.72781.25kW4600h2.59106kWh

0.78787.155kvar4600h2.82106kWhh

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第三章 变电所位置和型式选择

3.1变配电所所址选择的一般原则

变配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术经济分析比较后确定。

①尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。 ②进出线方便，特别是要便于架空进出线。 ③不应妨碍企业的发展，有扩建的可能。

④接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。

⑤设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。 ⑥不应设在有剧烈震动或高温的场所，无法避开时，应有相应的保护措施。 ⑦不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应在污染原的下风侧。 ⑧不应设在厕所、浴室和其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。 ⑨不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方。当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国标GB50058-1992的规定。

⑩不应设在地势低洼和可能积水的场所。

3.2变配电所所址选择的一般方法

3.2.1负荷指示图法

负荷指示图是指电力负荷按一定比例用负荷圆的形式标示在工厂或车间的平面图上。各车间（建筑）的负荷圆的圆心应与车间（建筑）的负荷“重心”（负荷中心）大致相等。在负荷大体均匀分布的车间（建筑）内，这一重心就是车间（建筑）的中心。在

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负荷分布不均匀的车间（建筑）内，这一重心应偏向负荷集中的一侧。

2负荷圆的半径r，由车间（建筑）的计算负荷P得 Kr30 (3-1)

rP30K

3-1式中，P30为车间（建筑）内的有功计算负荷（kW），K为负荷圆的比例（kW/mm2h

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）。

工厂负荷指示图可以直观地大致确定工厂的负荷中心，但还必须结合其它条件，综合分析比较多个方案，最后选择其最佳方案来确定变配电所的所址。 3.2.2按负荷功率矩法确定负荷中心

假设有负荷P1、P2和P3（均为有功计算负荷），它们在任选的直角坐标系中的坐标为P1（X1、Y1）、P2（X2、Y2）和P3（X3、Y3）。现假设总负荷PPiP1P2P3的负荷中心坐标为P（X、Y），则仿照力学中求重心的力矩方程可得：

XPPXPXPX （3-2）

i112233

（3-3） YPPYPYPYi112233写成一般式为：

XPiPXii （3-4）

（3-5）

因此，可求得负荷中心的坐标为： （3-6）

YPYii （3-7） Pi

YPiPYii

XPXii Pi

由此可确定变配电所位置。

3.3变配电所位置和型式的确定

根据3.1和3.2所述，结合设计的工厂总平面图，由重心法可得出变配电所的确切

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位置。先假定一个坐标原点，然后根据式(3-2)、(3-3)、(3-4)、(3-5)、(3-6)、(3-7)计算出工厂的负荷中心，然后在根据选择变电所位置的原则确定出变电所的具体位置，最后根据工厂的地理位置进行布线。依据上述原则和要求，变电所的位置如图3-1所示A。

由于本厂有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10kV公共市电架空进线（中间有电缆接入变电所）；一路引自邻厂高压联络线。h

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图3-1 工厂变电所位置位置A示意

变电所的型式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和型式的选择规定》及GB50053－1994的规定，结合本厂的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。

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第四章 主变台数、容量选择及主接线方式

4.1变电所主变台数选择

变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。

4.2变电所主变容量选择

设计选择的是两台主变变压器，那么选择其单台容量时，每台变压器的容量SNT应同时满足以下两个条件：

1．任一台变压器单独运行时，宜满足：SNT(0.6~0.7)S30

2．任一台变压器单独运行时，应满足：SNTS30()，即满足全部一、二级负荷需求。

由第二章表2-1可知，本工厂一、二级负荷为S30()S铸+S电+S锅。 代入数据可得：

SNT(0.6~0.7)S30(0.6~0.7)847.06(508.24~592.94)kVA SS116.56166.5152.5335.57kVANT30()又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为20C），所选变压器的实际容量也满足使用要求，同时又考虑到未来5~10年的负荷增长，在这里，假设负荷以每年5%的速度增长，10年后SNT=546.61kVA，这里初步取SNT=630kVA。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC9系列干式变压器。型号：SC9-630/10，其主要技术指标如表4-1所示。

表4-1 SC9-630/10型变压器主要技术指标

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型号 SC9-630/10 P0/W 1200 Pk(75oC)/W Uk/% 5400 4 I0(%) 1.2 Lp/dB（A） 52 GT/kg 2210 注：P空载损耗；Pk—负载损耗；Uk—阻抗电压；I0—空载电流；Lp—声压级；GT—总重。0—

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4.3变电所主接线方式的选择

方案Ⅰ：高、低压侧均采用单母线分段。优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电 。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。

方案Ⅱ：单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。

方案Ⅲ：高压采用单母线、低压单母线分段。优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。

以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案Ⅰ。

（本处应该有一张变电所主接线图，请补全！）

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第五章 短路电流和短路容量计算

5.1短路计算的目的及假设

5.1.1短路电流计算的目的

1．在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案或确定某一接线是否需要采取短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

2．在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

3．在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件检验软导线的相间和相对地的安全距离。

4．在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时的短路电流为依据。 5．按接地装置的设计，也需用短路电流。 5.1.2短路电流计算的一般规定

1．验算导体和电器动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按工程的设计规划容量计算，并考虑电力系统的远景发展规划（一般为本期工程建成后5～10年）。确定短路电流计算时，应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应仅按在切换过程中可能并列运行的接线方式。

2．选择导体和电器用的短路电流，在电气连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电机的影响和电容补偿装置放电电流的影响。

3．选择导体和电器时，对不带电抗器回路的计算短路点，应按选择在正常接线方式时短路电流为最大的地点。

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4．导体和电器的动稳定、热稳定以及电器的开断电流一般按三相短路验算。

5.2短路电流计算的步骤

目前在电力变电站建设工程设计中，计算短路电流的方法通常是采用实用曲线法，其步骤如下：

1．选择要计算短路电流的短路点位置。 2．按选好的设计接线方式画出等值电路网络图。

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1）在网络图中，首选去掉系统中所有负荷支路，线路电容，各元件电阻。 2）选取基准容量和基准电压Ub（一般取各级的平均电压）。 3）将各元件电抗换算为同一基准值的标么电抗。 4）由上面的推断绘出等值网络图。

3．对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，即转移电抗。

4．求其计算电抗。

5．由运算曲线查出短路电流的标么值。 6．计算有名值和短路容量。 7．计算短路电流的冲击值。

1）对网络进行化简，把供电系统看为无限大系统，不考虑短路电流周期分量的衰减求出电流对短路点的电抗标幺值，并计算短路电流标幺值、有名值。

标幺值：IdIdi；有名值：IdiIjId Ij2）计算短路容量，短路电流冲击值。

短路容量：SVjI''；短路电流冲击值：Icj2.55I''。 8．绘制短路电流计算结果表。

本厂的供电系统简图如图5-1所示。采用两路电源供线，一路为距本厂8km的馈电变电站经LGJ-185架空线（系统按∞电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为400MVA；一路为邻厂高压联络线。

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图5-1 工厂供电系统示意图

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下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。

5.3元件阻抗计算

2Uav10.5KV20.28 1．系统电抗Xs：XsSk400MVA2．架空输电线路电抗为0.4Ω/km，XlXol0.483.2

Uav10.523．变压器电抗XT：XTuk%6%10.5

SNT0.63由此，可绘得短路等效电路图如图5-2所示。

25.4 K1点短路计算

1．短路总电抗：Xk1XsXl10.283.23.48

(3)2．三相短路周期分量有效值：Ik1Uav13Xk110.51.74kA 6.0273．短路冲击电流与短路全电流最大有效值：

ish12.551.744.437kA Ish11.521.742.5kA 4．短路容量Sk1：

(3)Sk13Uav1Ik11.73210.51.7431.MVA

5.5 K2点短路计算

1．短路总电抗：Xk2(XsXl1XT0.42)()(0.283.25.25)0.013 210.5(3)2．三相短路周期分量有效值：Ik2Uav23Xk2h

0.417.39kA 0.023h

3．短路冲击电流与短路全电流最大有效值：

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ish2(3)2.5517.3944.34kA

Ish2(3)1.5217.3926.43kA 4．短路容量Sk2：

(3)Sk23Uav2Ik21.7320.417.3912.05MVA

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第六章 一次设备选择与校验

6.1电气设备的选择原则

电气装置中的载流导体和电气设备，在正常运行和短路状态时，都必须安全可靠地运行。为了保证电气装置的可靠性和经济性，必须正确地选择电气设备和载流导体。各种电气设备选择的一般程序是：先按正常工作条件选择出设备，然后按短路条件校验其动稳定和热稳定。

电气设备与载流导体的设计，必须执行国家有关的技术经济，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和为今后扩建留有一定的余地。

电气设备选择的一般要求包括：

1．应满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求，并考虑远景发展的需要。 2．应按当地环境条件校核。 3．应力求技术先进和经济合理。 4．选择导体时应尽量减少品种。

5．扩建工程应尽量使新老电气型号一致。

6．选用的新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 7．按短路条件来校验热稳定和动稳定。

8．验算导体和110kV以下电缆短路热稳定时，所有的计算时间，一般采用主保护的动作时间加相应的断路器全分闸时间；而电器的计算时间一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间；断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间。

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6.2 变电所高压一次设备的选择

由于变电所位置和型式都确定好了，电气设备如开关柜是安装在变电所内，高压设备装于柜子内，所以这里选择户内电气设备，且高压电器应可在高于(10%~15%)UN的情况下长期安全运行，估设备额定电压不小于电网的额定电压，即UNU。采用上海输配电气有限公司的JYN-10型户内移开式交流金属封闭开关设备。

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6.2.1 高压断路器

正常工作条件选择额定电压及额定电流，UNU，INImax，则： UN10KV，INSN3UN163036.37A。 310选用ZN-10/1250-20断路器。断路器额定电流为：1250A，额定电压为：10kV。 6.2.2 高压熔断器

熔断器额定电流的选择为INRINJImax，其中ImaxSN3UN36.37A。熔断器的

额定电流为变压器额定电流的1.5~2倍，则INR73A。但电压互感器的熔断器不需要考虑负荷电流，本设计选用浙江西电高压电气有限公司的熔断器：RN210，它的额定电流为0.5A，三相断流容量为1000MVA，最大开断电流20kA。 6.2.3 互感器

电流互感器：上海华通LZZBJ9-10干式电流互感器。额定电压10kV，额定绝缘12/42/75KV，精度0.5级别。

电压互感器：一次额定电压选择满足1.1U1NU10.9U1N。选择上海华通JDZX-10电压互感器。

6.2.4 接地开关、绝缘子、母线

接地开关：选用无锡中亚电器设备厂的JN15-12/20接地开关。 绝缘子型号：ZA-10Y，抗弯强度Fal3.75kN（户内支柱绝缘子）。 母线型号：TMY-3504；TMY-38010+1606。

从高压配电柜引出的10kV三芯电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆，型号：

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YJV-350，无钢铠护套，缆芯最高工作温度90C。

6.3 变电所高压一次设备的动稳定校验

1．高压断路器：校验条件： imax(3)(3)。 ish;ImaxIsh(3) 查资料可知，iMAX50KAish4.437KA，满足条件。

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(3)2．电流互感器：iMAX56.5KAish4.437KA，满足条件。 (3)3．接地开关：iMAX80KAish4.437KA，满足要求。

4．绝缘子：FalFc(3)。母线采用平放在绝缘子上的方式，则：

(3)2lFc(3)3ish107N/A2（其中a=200mm；l=900mm）。得：

a0.9Fc(3)34.437210715.34N3.75KN，满足要求。

0.25．母线：校验条件： alc TMY母线材料的最大允许应力al=140Mpa， 三相短路时所受的最大电动力Fc(3)34.43720.910715.34N。 0.2F(3)l15.430.9母线的弯曲力矩：M1.39Nm。

1010b2h(0.05m)20.004m母线的截面系数： W1.67106m3

66母线在三相短路时的计算应力：cM1.39Nm0.83MPa 63W1.6710m可得，al140MPac0.83MPa，满足动稳定性要求。

6.4 变电所高压一次设备的热稳定校验

1．高压断路器：校验条件：ItsItititrtoff0.2s。，断路器热稳定电流20kA，tts时间为4S，则Its20KA1.740.2，满足要求。 42．电流互感器：Its22.5KA1.740.2，满足要求。 43．接地开关：Its20KA1.740.2，满足要求。 44．母线：校验条件：AmAminIti，取ti0.7s。ch

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母线截面：Am504mm2200mm2， 最小允许面积：Amin1.740.716.99mm2，满足要求。 85.75．电缆：截面积也大于最小允许面积，故满足要求。

6.5 变电所低压一次设备的热稳定校验

低压侧选择天威集团保定高压开关厂的GCS型低压抽出式开关柜，所选主要低压一次设备如下：

低压断路器：NA1型智能万能断路器 ABB公司simax塑壳断路器 低压熔断器：NT系列 电压互感器：JDZ1系列 电流互感器：LMZJ1 、LMZ1 系列 母线型号：TMY-3（8010）+1（606）

绝缘子型号：ZA-6Y抗弯强度：Fal3.75kN（户内支柱绝缘子）

无功补偿柜：选用广州南网电子科技有限公司的两部TQB800智能全自动无功补偿控制柜，柜型选用GCK。

6.6 变电所低压一次设备的动稳定校验

由于根据《低压一次设备的选择校验项目和条件》进行的低压一次侧设备选择，不需再对熔断器、刀开关、断路器进行校验。关于低压电流互感器、电压互感器、电容器及母线、电缆、绝缘子等校验项目与高压侧相应电器相同，这里仅列出低压母线的校验：

380V侧母线上母线动稳定性校验条件：alc TMY母线材料的最大允许应力al=140MPa。

(3)(3)44.34kA;Ik380V母线的短路电流ish 217.39kA三相短路时所受的最大电动力为：2=

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F(3) 0.9m723(44.34kA)10N/A1532.3N0.2m2F(3)l1532.3N0.9m137.907Nm 母线的弯曲力矩： M1010b2h(0.08m)20.01m1.07105m3母线的截面系数： W66h

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母线在三相短路时的计算应力： cM137.907Nm12.MPa 53W1.0710m可得，al=140MPac=12.MPa，满足动稳定性要求。 380V侧母线热稳定性校验：校验条件：AmAminI母线的截面： A=8010mm2=800mm2 允许的最小截面： Amin17.39kA0.7169.77mm2 85.7ti，取ti0.7s c从而，AAmin，满足热稳定性要求 。

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第七章 变电所高低压线路选择

为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，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。

根据设计经验：一般10kV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。

7.1 高压线路导线的选择

架空进线后接了一段交联聚乙烯绝缘电力电缆YJV-350做引入线（直埋）。高压侧计算电流：I30(2)780.06KVA45.04A，所选电缆的允许载流量：

1.73210KV'Ial125AI30(2)45.04A满足发热条件。

7.2 低压线路导线的选择

在这里，由于变电所是对各车间进行直接配电，没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用VV22型铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。其中导线和电缆的截面选择满足条件：

1．相线截面的选择以满足发热条件即，IalI30；

2．中性线（N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足A00.5A； 3．保护线（PE线）的截面选择 ①A35mm2时，APE0.5A； ②A16mm2时，APEA

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③16mm2A35mm2时，APE16mm2

4．保护中性线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。 结合计算负荷，可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为：

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电镀车间：VV22-1KV-3×120+1×70 两根并联；Ial2072414A252.99A 锻压车间：VV22-1KV-3×240+1×120 Ial310A242.71A 锅炉房：VV22-1KV-3×120+1×70 Ial207A79.77A 铸造车间：VV22-1KV-3×150+1×95； Ial237A177.1A 金工车间：VV22-1KV-3×185+1×95 Ial2A187.08A

工具车间：VV22-1KV-3×120+1×70 两根并联；Ial2072414A331.83A 热处理车间：VV22-1KV-3×150+1×95 Ial237A199.19A 装配车间：VV22-1KV-3×70+1×50 Ial152A120.46A 机修车间：VV22-1KV-3×50+1×35 Ial129A93.63A 仓库：VV22-1KV-3×25+1×16 Ial87A37.98A

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第八章 变电所二次回路方案选择及继电保护整定

8.1 二次回路方案选择

二次回路操作电源有直流电源、交流电源之分。

蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。

考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。

8.2 继电保护的整定

继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。

由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。

继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。

此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。

变电所内装有两台10/0.4kV 630kVA的变压器。低压母线侧三相短路电流为高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采用无锡昌林公Ik(3)17.39kA，

司的GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限

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和速断电流倍数。

1．过电流保护动作电流的整定：

保护的起动电流按照躲开变压器可能出现的最大负荷电流来整定，IsetKrelIL.max。 Kre.max，其中IL.max为降选取Krel1.3,Kre0.9,Kw1，Ki200/540，ILmaxKssIL压变压器额定电流，

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Kss为综合负荷自启动系数，取为2。则：

.max2630kVA/(310kV)72.75A ILmaxKssIL故其动作电流：Iset1.3172.75A2.627A

0.940动作电流整定为2.5A。 2．过电流保护动作时限的整定

由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。

3．电流速断保护速断电流倍数整定

取Krel1.5, Ikmax17.39kA0.40KV/10kV695.6A，故其速断电流为： 1.51Iset0.6956kA26.08A4026.0810.43。 因此，速断电流倍数整定为： nqb2.5

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第九章 防雷和接地装置的确定

9.1 防雷装置确定

雷电引起的大气过电压会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。下面分情况对防雷装置进行选择。

9.2 直击雷的防治

根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置。在进线段的1km长度内进行直击雷保护。防直击雷的常用设备为避雷针。所选用的避雷器：接闪器采用直径10mm的圆钢；引下线采用直径6mm的圆钢；接地体采用三根2.5m长的50mm50mm5mm的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。

9.3 雷电侵入波防治

由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。对变电所来说，雷电侵入波保护利用阀式避雷器以及与阀式避雷器相配合的进线保护段；为了其内部的变压器和电气设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器（避雷器有管式和阀式两大类。阀式避雷器分为碳化硅避雷器和金属氧化物避雷器。管式避雷器主要用于变电所、发电厂的进线保护和线路绝缘弱点的保护。碳化硅避雷器广泛应用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘。）。在这里，选用了西安西电高压电瓷电器厂FS系列阀式避雷器，具体技术参数如表9-1所示。

表9-1 FS8-10型阀式避雷器技术参数

型号 系统标额定电压工频放电1.2/50μs 电导电流 重量 h

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称电压KV有效值 FS8-10 10 KV(有效值) 压KV（有效值） 冲击放电电压不大于kV（峰值） 电流 直流试验 (kA) (kg) 电压(kV) 10 10 6.2 12.7 26~31 50 9.4 接地装置确定

接地装置为接地线和接地体的组合，结合本厂实际条件选择接地装置：交流电器设备可采用自然接地体，如建筑物的钢筋和金属管道。本厂的大接地体采用扁钢，经校验，截面选择为

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60mm2，厚度为3mm。铜接地线截面选择：低压电器设备地面上的外露部分截面

选择为15mm2（绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为1mm2。

所用的接地电阻选择：查表得接地电阻应满足R5，Re120V/IE 根据经验公式： REUN(Loh35lcab)其中：Ioh为同一电压的具有电联系的架空

350线线路总长度；Icab为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度。

则： RE(1)10(6354.5)=4.67

350所以，变电所的接地电阻选为5。

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总结与体会

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参考文献

[1] 刘维仲．中小型变电站-电气设备的原理与运行．科学出版社，1991． [2] 何仰赞,温增银．电力系统分析(上)．武汉：华中科技大学出版社，2002． [3] 何仰赞,温增银．电力系统分析(下)．武汉：华中科技大学出版社，2002． [3] 范锡普．发电厂电气部分. 北京：中国电力出版社，1995．

[4] 曹绳敏．电力系统课程设计及毕业设计参考资料．北京：水利电力出版社，1995．

[5] 陈跃．电力工程专业毕业设计指南．北京：中国水利水电出版社，2003． [6] 李玉盛,马良玉,牟道槐．发电厂-变电站电气部分．重庆大学出版社，1996． [7] 刘介才．工厂供电(第四版) ．北京：机械工业出版社,2007．

资料仅供参考!!!

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