某工厂总配变电所及配电系统设计

重庆大学网络教育学院

毕业设计（论文）

题目 某工厂总配变电所及配电系统设计

学生所在校外学习中心四川遂宁校外学习中心

批次 层次 专业201601、专科起点本科、电气工程及其自动化 学 号 W******* 学 生 杨敏 指 导 教 师 董光德 起 止 日 期 2016.02.14-2016.4.8

摘 要

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。论文注重理论联系实际，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。

本设计选择进行了一个模拟的中小型工厂10/0.4kV、容量为2149.01KVA的降压变电所，区域变电站经10KV双回进线对该厂供电。该厂多数车间为三班制。本厂绝大部分用电设备属长期连续负荷，要求不间断供电。全年为306个工作日，年最大负荷利用小时为6000小时。属于二级负荷。

论文论述了供配系统的整体功能和相关的技术知识，重点介绍了工厂供配电系统的组成和部分。系统的设计和计算相关系统的运行，并根据工厂所能取得的电源及工厂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，确定了变电所的位置与形式及变电所至变压的台数与容量、类型及选择变电所主接线方案及高低设备与进出线。

本论文共分部分包括：负荷计算和无功功率补偿、变电所位置和形式选择、变电所主变压器的台数、类型容量及主接线方案的选择、短路电流的计算、变电所一次设备的选择与校验、变电所电气主结线图、工厂二次回路方案的选择继电保护的设计与整定以及防雷、接地设计：包括直击雷保护、行波保护和接地网设计。 关键词：负荷计算 短路计算 主接线 无功补偿 设备选择

目 录

中文摘要…………………………………………………………………………………1 1 引言……………………………………………………………………………………1 2 原始材料分析………………………………………………………………………2 2.1 工厂供电设计的一般原则…………………………………………………………2 2.2 工程概况…………………………………………………………………………2 2.3 供电条件…………………………………………………………………………2 2.4全厂负荷计算………………………………………………………………………3 3 无功功率的补偿及变压器的选择…………………………………………………4 3.1 就地补偿…………………………………………………………………………4 3.2低压集中补偿………………………………………………………………………4 3.3 变压器的选择及高压集中补偿…………………………………………………5 4 主接线设计…………………………………………………………………………6 4.1 主接线设计的原则………………………………………………………………6 4.2 变配电所主接线方案的经济指标………………………………………………7 5 短路电流计算………………………………………………………………………8 5.1 短路电流的计算…………………………………………………………………8 6 变电所的一次设备选择和校验……………………………………………………12 6.1高压设备器件的选择及校验………………………………………………………12 6.1.1断路器的选择与校验……………………………………………………………12 6.1.2隔离开关的选择与校验…………………………………………………………13 6.1.3电流互感器选择与校验（高压侧电流互感器）………………………………13 6.1.4 电压互感器的选择与校验………………………………………………………14 6.1.5 高压熔断器的选择与校验………………………………………………………14 6.1.6避雷器的选择……………………………………………………………………14 6.1.7 10kV进线与各车间变电所进线的校验………………………………………14 6.2低压设备器件的选择及校验………………………………………………………16 6.3各车间的进线装设低压熔断器……………………………………………………20 6.4母线的选择与校验…………………………………………………………………21 6.4.1高压母线选择与校验……………………………………………………………21

6.4.2低压母线选择与校验……………………………………………………………22 6.5绝缘子和套管选择与校验…………………………………………………………23 6.5.1户内支柱绝缘子…………………………………………………………………23 6.5.2穿墙套管………………………………………………………………………24 7 变配电所得布置与机构设计………………………………………………………24 8 防雷装置及接地装置设计…………………………………………………………25 8.1直击雷保护…………………………………………………………………………25 8.2配电所公共接地装置的设计………………………………………………………25 8.3行波保护……………………………………………………………………………26 9 二次回路方案的选择及继电保护的整定计算…………………………………26 9.1 二次回路方案的选择……………………………………………………………26 9.2 变电所继电保护装置配置………………………………………………………27 9.2.1 电力线路继电保护………………………………………………………………27 9.2.2变压器继电保护配置……………………………………………………………28 10 结束语……………………………………………………………………………30 参考文献………………………………………………………………………………30

1 引言

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。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。

按照《工厂供电技术》以及所满足的必须原则进行初步设计、技术设计和施工设计等三个阶段去实行。满足所给的负荷条件、供电条件、技术条件和设备的选择的可行性。必须遵守国家的有关规程和标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。应做到保障人身和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，应采用效率高、能耗低、性能较先进的电气产品。应根据工程特点、规模和发展规则，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和供电地区的条件等，合理确定设计方案。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是他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，也具有重大的作用。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。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。由此可见，一个好的供配电设计是一个工厂能顺利投产、运行、盈利的基石。对于一个工厂来说，一套好的供配电设计是必须有的。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

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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。

2 原始材料分析

2.1 工厂供电设计的一般原则

按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：

（1）遵守规程、执行政策。

必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。

（2）安全可靠、先进合理。

应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

（3）近期为主、考虑发展。

应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。

（4） 全局出发、统筹兼顾。

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。 2.2 工程概况

化纤毛纺厂10kV配变电所供电给织造车间、染整车间、锅炉房、食堂、水泵房、化验室及其他车间变电所。已知工厂三班制工作，年最大负荷利用小数6000h，其中织造车间、染整车间、锅炉房为二级负荷。二级负荷是指中断供电将在政治上、经济上造成较大的损失的用电设备。在条件允许的情况下，二级负荷应有两条线路供电，例如煤气站的鼓风机、10吨以下的电弧炼钢炉的低压用电设备和刚玉冶炼电炉变压器等，中断供电可能造成主要设备损坏或大量产品报废 2.3 供电条件

（1）供电部门可提供双回路10kV电源，一用一备。

2

（2）电源1进线处三相短路容量120MVA，进线电缆长约150米。电源2进线处三相短路容量100MVA，进线电缆长约120米。

（3）采用高供高计，要求月平均功率因数不小于0.9，。要求计量柜在主进开关柜之后，且第一柜为主进开关柜。

（4）为其他车间变电所提供2路10kV电源出线，容量每路800kVA。 （5）配变电所设于厂区负荷中心，为独立式结构，有人值班。低压供电半径小于250m。配变电所建筑构造及面积由电气设计定。 2.4全厂负荷计算

采用需要系数法计算各车间变电所的计算负荷，具体数据如表2-1所示。

表2-1

车间或用电 单位名称 制条车间 纺纱车间 软水站 锻工车间 机修车间 幼儿园 仓库 织造车间 染整车间 浴室 食堂 独身宿舍 锅炉房 水泵房 化验室 卸油泵房 设备 容量(kW) 340 340 86.1 36.9 296.2 12.8 37.96 525 490 1.88 20.63 20 151 118 50 28 计 算 负 荷 变压器台数及容量 序号 Kx 0.8 0.8 0.65 0.3 0.3 0.6 0.3 0.8 0.8 0.8 0.75 0.8 0.75 0.75 0.75 0.75 cos 0.8 0.8 0.8 0.65 0.5 0.6 0.5 0.8 0.8 1 0.8 1 0.8 0.8 0.8 0.8 tg 0.75 0.75 0.75 1.17 1.73 1.33 1.17 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 P30 (kW) 272 272 55.965 11.07 88.86 7.68 11.388 420 392 1.504 15.472 16 113.25 88.5 37.5 21 Q30 (kVAR) 204 204 41.9737 12.9519 153.727 10.2144 13.3239 315 294 0 11.6043 0 84.9375 66.375 28.125 15.75 S30 (kVA) 480.8326 480.8326 121.763 52.18448 418.8900 18.10193 53.68354 742.4621 692.9646 2.65872 29.17522 28.28427 213.5462 166.8772 KPK Q 0.9 0.9 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 0.95 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0.9 SL7-1000/10 0.9 1000kVA*1 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 SL7-1000/10 0.9 1000kVA*1 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 SL7-400/10 400kVA39.59797 *1 70.71067 3

相关计算公式：

P30=SNcos P30=KPP30 Q30=P30tg Q30=KQQ30

2222S30=P30 S30=P30Q30Q30

3 无功功率的补偿及变压器的选择

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。我们采取的无功补偿方式是：高压补偿和低压补偿相结合、集中补偿与就地补偿相结合。在需要补偿容量大的车间采用就地补偿的方式其余采用低压集中补偿和高压集中补偿方式。根据该工厂的负荷特点，根据这一思路，我们选择在NO.1变电所选择1、2、5车间，NO.2变电所8、9车间采用就地补偿。

根据供电协议的功率因数要求，取补偿后的功率因数cos0.91，各个补偿的容量计算如下： 3.1 就地补偿：

列NO.1 车间变电所：

制条车间： QcQPtan2 cos20.91 联立得：Qc204272045678.88kVar

根据《供电技术》233页表26知并列电容器的标称容量选择六个BW0.4-14-3/3，即补偿容量为84kVar。

补偿后剩余容量：Q`QQc=204-84=120kVar

同理可得2、5、8、9车间的补偿容量及补偿后剩余容量。 3.2低压集中补偿

对NO.1变电所0.4kV母线，采用三个型号为BW0.4-12-3/3进行低压集中补偿，补偿容量为36kVar。

对NO.2变电所0.4kV母线，采用两个型号为BW0.4-12-3/2进行低压集中补偿，补偿容量为24kVar。

对NO.3变电所0.4kV母线，采用三个型号为BW0.4-14-3/6进行低压集中补偿，补偿容量为84kVar。

4

3.3 变压器的选择及高压集中补偿

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P0.9 KQ0.95

P30=KPP30 Q30=KQQ30

22 S30=P30Q30

NO.1变电所：S30=725.5327Kva

考虑15%裕量：S`725.5327115%834.36kVA

根据《供电技术》222页表4 选SL7-1000/10 接线方式Y,yn0

P01800WPk11600WI0%2.5%Uk%4.52该变压器的参数为：

S30PTPFePCuSNT710=1800+116007.7kW 10002.54.5710=10001000=48kVar 100100100022ScI%U%QTSNTSNTS100100NT2同理可得NO.2和NO.3的变压器选型及高压集中补偿前的参数，其中NO.2选SL7-400/10 接线方式Y,yn0

高压集中补偿：以上在车间和车变补偿之后，在高压侧的有功和无功变为各个车间变电所高压侧的有功，无功之和。

于是高压侧的有功与无功为：

PPPT1641.771+22.68=1664.51kW

QQQT=735.19+139.7=874.89kVar

QcPtan30tan=115.9kVar

选用三个型号为BF10.5-40-1/3进行高压集中补偿，补偿容量为120kVar。 补偿后的功率因数达到0.91

序号

车间无功功率 理论补偿量 实际补偿量 补偿后剩余无功 5

电容器型号及数量 视在功率(kVA) 功率因数 Q(kVar) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 就地补偿之后 低压集中补偿 高压侧功率因数 高压集中补偿 变压器损耗 204 204 41.98 12.95 153.73 10.21 13.32 315 294 0 11.6 0 84.94 66.38 28.13 15.75 No.1 640.1 No.2 620.6 No.3 195.2 No.1 328.18 No.2 365.57 No.3 185.44 总879.1905 874.8905 Qc′(kVar) Qc(kVar) 78.88 78.88 16.22 7.86 112.85 6.68 8.88 121.8 113.68 0 4.48 0 32.84 25.67 10.88 6.09 P 310.25 239.96 75.48 33.1180848 18.7916444 78.6334 130.543129 84 84 112 112 112 Q 280 224 0 36 24 84 144 Q′(kVar) 120 120 41.98 12.95 41.73 10.21 13.32 203 182 0 11.6 0 84.94 66.38 28.13 15.75 328.1805 365.57 185.44 292.1805 341.57 101.44 735.1905 BW0.4-14-3/6 BW0.4-14-3/6 BW0.4-14-3/8 BW0.4-14-3/8 BW0.4-14-3/8 BW0.4-12-3/3 BW0.4-12-3/2 BW0.4-14-3/6 725.5327 843.7829 298.7463 709.9752 833.6655 255.2478 1798.865 1880.38 0.89185 0.901273 0.784026 0.911393 0.912211 0.917638 0.91267 0.885167 874.8905 No.1 No.2 No.3 115.901049 117 757.8905 BF10.5-40-1/3 1828.878 0.910094 PT7.7 11.6 3.38 QT48 57 34.7 4 主接线设计

4.1 主接线设计的原则

一次接线图也叫做主接线图，是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。电气一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压

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电气设备。它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。

变电所主接线应满足以下几点要求：

安全：应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。 可靠：应满足电力负荷对供电可靠性的要求。

灵活：应能适应必要的各种运行方式，便于操作和检修，且适应负荷的发展。 经济：在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。 4.2 变配电所主接线方案的经济指标

设计变配电所主接线，应根据所选主变压器的容量以及负荷对供电可靠性的要求，初步确定2～3个比较合适的主接线方案来进行技术经济比较，择其忧者作为选定的变配电所主接线方案。主接线的基本方式有以下四种：

单母线接线

母线是连接电源和引出线的中间环节，起汇集和分配电能的作用，只有一组母线的接线称为单母线.单母线接线简单明了，操作方便，便于扩建，投资少。

双母线连线

在单母线连线的基础上，设备备用母线，就成为双母线。它在供电可靠性和运行灵活性方面是最好的一种主接线。可投资大，开关电器多，配电装置复杂，占地面积大，不适合一般配电所。

桥式接线

当配电所只有两回路电源进线和两台主变压器时，采用桥式接线用的断路器台数最少，投资低。

线路一变压器组单元接线

当单回路单台变压器供电时，宜采用此进线，所有的电气设备少，配电装置简单，节约建设投资。

因为该厂是二级负荷，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。

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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。

5 短路电流计算

5.1短路电流计算方法： 基准电流 IjSj3Uav

(3)三相短路电流周期分量有效值 IZ=

IjX

*

三相短路容量的计算公式 S(3)k=

SjX*在10/0.4kV变压器二次侧低压母线发生三相短路时，一般R5.1 短路电流的计算

取SB=100MVA，Uav10.5kV

Uk%SB4.51001064.5 所以 X==

100STN11001000103*T1** XT2=XT1=4.5

1X。 3 X*T3Uk%SB410010612.7 ==

100STN3100315总配进线：XL=0.2950.60.18

*XL XLSB100

=0.18=0.16 2Uav10.52

总配到NO.1变电所进线： XL=10.323=0.323

*XL XLSB100

=0.323=0.29 2Uav10.52

总配到NO.3变电所进线： XL=20.323=0.646

*XL XLSB100=0.646=0.58 2Uav10.52最大运行方式下： 绘制等效电路图

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1K1: X*0.5350.160.615

2 Ij(3) IZ=

Sj3Uav100310.55.5kA

Ij*X=

5.58.94kA 0.615(3) ish=2.55Iz(3)=22.8kA

I(3)sh(3)ish13.52kA =

1.686 S(3)k=

Sj*X=

100162.6MVA 0.1651*

K2: X=0.535+0.160.294.55.405

2(3) IZ=

Ij*X=

144.3426.7kA 5.405IjSj3Uav10030.4144.34kA

(3) ish=1.84Iz(3)=1.8426.749.13kA

I

(3)

sh

(3)ish49.1329.04kA =

1.6921.692 S(3)k=

Sj*X=

10018.5MVA 5.4051*

K3: X=0.535+0.164.55.115

2 I(3)Z=

Ij*X=

144.3428.22kA 5.115(3) ish=1.84Iz(3)=1.8428.2251.92kA

9

I

(3)sh

(3)ish51.9230.69kA =

1.6921.692 S(3)k=

Sj*X=

10019.55MVA 5.1151*

K4: X=0.535+0.160.5812.713.90

2 I(3)Z=

Ij*X=

144.3410.38kA 13.90(3) ish=1.84Iz(3)=1.8410.3819.11kA

I

(3)

sh

(3)ish19.1111.29kA =

1.6921.692 S

(3)k=

Sj*X=

1007.19MVA 13.90最小运行方式下：

绘制等效电路图

*

K1: X=0.93+0.16=1.09

I(3)Z=

Ij*X=

5.55.05kA 1.09(3)(3) ish=2.55IZ=2.555.0512.88kA

I

(3)

sh

(3)ish7.64kA =

1.686 S(3)k=

Sj*X=

10091.74MVA 1.09*K2: X=0.93+0.16+4.5+0.29=5.88

10

(3) IZ=

Ij*X=

144.3424.55kA 5.88(3)(3) ish=1.84IZ=1.8424.5545.17kA

I

(3)

sh

(3)ish26.69kA =

1.692 Sk(3)=

Sj*X=

10017.06MVA 5.88*

K3: X=0.93+0.16+4.5=5.59

(3) IZ=

Ij*X=

144.3425.82kA 5.59(3)(3) ish=1.84IZ=1.8425.8247.51kA

I

(3)

sh

(3)ish47.5128.08kA =

1.6921.692 Sk(3)=

Sj*X=

10017.89MVA 5.59*

K4: X=0.93+0.16+0.58+12.7=14.37

I(3)Z=

Ij*X=

144.3410.04kA 14.37(3) ish=1.8410.0418.48kA

I(3)sh(3)ish18.4810.92kA =

1.6921.692 S(3)k=

Sj*X=

1006.96MVA 14.37将以上数据列成短路计算表，如表5-1和表5-2所示：

表5-1

最大运行方式 短路点 k1 k2 k3 k4 Iz(3)（kA） (3)ish（kA） (3)Ish（kA） 三相短路容量Sk（MVA） 162.6 18.5 19.55 7.19 8.94 26.7 28.22 10.38 22.8 49.13 51.92 19.11 13.52 29.04 30.69 11.29

11

表5-2

最小运行方式 短路点 k1 k2 k3 k4 Iz(3)（kA） (3)ish（kA） (3)Ish（kA） 三相短路容量Sk（MVA） 91.74 17.06 17.89 6.96 5.05 24.55 25.82 10.04 12.88 45.17 47.51 18.48 7.64 26.69 28.08 10.92 6 变电所的一次设备选择和校验

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。

6.1高压设备器件的选择及校验

高压熔断避雷器 器 RW10（DFZ-1GW1-6（10）LA-10型号 SN10-10I JDZ-10 I30(F)/2000 /400 级） U=10kV 10kV 10kV 10kV 11000/100 10kV 10kV I30=105.59A 630A 400A 200/5 — 2A Iz=8.94kA 16kA — — — — Sk=162.6MVA 300MVA 200MVA — — — ish=22.8kA 40kA 25kA — — — 计算数据 断路器 隔离开关 2It=8.942×t 电流互感器 电压互感器 — — 162×2 142×5 个数 7 14 2 2 《供电技术》P227P230《工厂供电设计指导》P79P173 — 2 1 6.1.1断路器的选择与校验

（1）按工作环境选型：户外式

12

（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.QFN-170-30630727.46AI30105.59A

N-070-40IN.QF=630A>I30=105.59A

(3)动稳定校验

断路器最大动稳试验电流峰值imax.QF不小于断路器安装处的短路冲击电流值

ish即imax.QF=40kA>ish=22.8A

(4)热稳定校验

2要求断路器的最高温升不超过最高允许温度即It2.QFtItj

即1622>8.9420.15 (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162.6MVA

综上，断路器的选择满足校验条件。 6.1.2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=105.59A

I'N.QSIN.QSN-170-30400461.9AI30105.59A

N-070-40（3） 动稳定校验imax.QS=25.5kA>ish=22.8kA

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

6.1.3电流互感器选择与校验（高压侧电流互感器）

10kV电流互感器

（1） 该电流互感器额定电压UN.TA安装地点的电网额定电压UN.即

UN.TAUN.

13

（2） 电流互感器一次侧额定电流

I'N.ctIN.ctN-170-30200231A1.2I301.2105.59A126.7A

N-070-40（3） 动稳定校验

动稳定倍数Kd=160 ish=22.8A

'一次侧额定电流IN.CTINN1231A

N0ish2I'N.CT则

ish2I'N.CT22.8103223169.8160即Kd动稳定性满足

（4）热稳定性校验

热稳定倍数Kt=90热稳定时间ish=0.15I=8.94kA 即(KTIN.TA)2=(90231)2=4.3103

2'Itj894020.151.2107(Kt•IN.CY)热稳定性满足

6.1.4 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0.5A UN10000所以满足要求

6.1.5 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

6.1.6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 6.1.7 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：

14

已知Tmax6000小时，经查表可得，经济电流密度jec=0.9A/mm2 进线端计算电流 I30可得经济截面 Aec=

S3U1828.878310105.6A

I30105.6117.33mm2 jec0.9 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

Amin(3)ICtj8.940.1540mm2120mm2 87 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

校验：Amin(3)ICtj8.940.1540mm250mm2 87 所以满足要求。 （3）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

Amin(3)ICtj8.940.1540mm225mm2 872、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% 2100010UN（2）No.1车间变电所进线： u%PRQX647.070.64292.180.323%0.095% 2100010UN（3）No.3车间变电所进线：

15

u%PRQX234.2251.28101.440.646%0.37% 2100010UN3、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>105.6A（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>41.89A （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>17.25A 6.2低压设备器件的选择及校验

NO.1 计算数据 型号 U=0.4kV I30=933.96A IZ=26.7kA Sk=18.5MVA ish=49.13kA 2It=26.72t 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） 3021 7 电流互感器 LMZJ1-0.5 0.4kV 1000/5 — — 135 75 8 个数 NO.2 计算数据 型号 U=0.4kV I30=1277.89A IZ=28.22kA Sk=19.55MVA ish=51.92kA 2It=28.222t 低压断路器 DW48-1600 0.4kV 1600A 50kA — — — 1 隔离开关 HD11~14 0.4kV 1500A — — 80kA（杠杆式） 4021 5 电流互感器 LMZJ1-0.5 0.4kV 2000/5 — — 135 75 6 个数

16

NO.3 计算数据 型号 U=0.4kV I30=368.42A IZ=10.38kA Sk=7.18MVA ish=19.11kA 2It=10.382t 低压断路器 DW15-630 0.4kV 630A 30kA — — 隔离开关 HD11~14 0.4kV 600A — — 50kA（杠杆式） 电流互感器 LMZB6-0.38 0.4kV 300~800/5 — — 135 75 5 — 2521 个数 1 4 《供电技术》P231《工厂供电设计指导》P81 NO.1

1、低压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.QF

N-170-3016001847.5AI30933.96A

N-070-402、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

` IN.QS=IN.QSN17030=1000=1154.7A>I30=933.96A

7040N0 满足要求 (3)动稳定校验

iet=60kA>ish=49.13Ka 满足要求 (4)热稳定校验

It2t=3021=900

17

2 Itj=26.720.15=107 2 所以It2t>Itj 满足要求

3、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

(2)电流互感器一次侧额定电流

'IN.CTINN1703010001154.7A>I30=933.06A 满足要求

N07040 (3)动稳定校验（Kd=135）

ish2I'N.CT49.1310321154.730135 满足要求

(4)热稳定校验（Kt=75）

(KTIN.TA)2=(751154.7)2=7.4109

2 Itj=2670020.15=1.07108<(KTIN.TA)2 满足要求

NO.2

1、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.QFN-170-3016001847.5AI301217.89A

N-070-40IN.QF=1600A>I30=1217.89A 满足要求

2、隔离开关的选择与校验 （5） 按工作环境选型：户外型

（6） 隔离开关的额定电压及额定电流UN.QS=0.4kV=UN.

IN.QS=1500>I30=1217.89A

I'N.QSIN.QS

N-170-3015001732AI301217.89A 满足要求

N-070-4018

（7） 动稳定校验imax.QS=80kA>ish=51.92kA

2（8） 热稳定校验40211600>28.2220.15119.6即It2.QStItj

3、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

（4） 该电流互感器额定电压UN.TA安装地点的电网额定电压UN.即

UN.TAUN.

（5） 电流互感器一次侧额定电流

I'N.ctIN.ctN-170-3015001732AI301217.89A

N-070-40（6） 动稳定校验

动稳定倍数Kd=135 ish=51.92kA

'一次侧额定电流IN.CTINN11732A

N0ish2I'N.CT则

ish2I'N.CT51.921032173221.2135即Kd动稳定性满足

（4）热稳定性校验

热稳定倍数Kt=75热稳定时间ish=0.15I=28.22kA 即(KTIN.TA)2=(751732)2=1.71010

2'Itj2822020.151.2108(Kt•IN.TA)热稳定性满足

NO.3

1、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.QFN-170-30630727.5AI30368.42A

N-070-40IN.QF=630A>I30=368.42A 满足要求

19

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=0.4kV=UN.

IN.QS=600>I30=368.42A

I'N.QSIN.QSN-170-30600693AI30368.42A 满足要求

N-070-40（3）动稳定校验imax.QS=50kA>ish=19.11kA

2（4）热稳定校验2521625>10.3820.1516.2即It2.QStItj

3、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

（1）该电流互感器额定电压UN.TA安装地点的电网额定电压UN.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368.42A 满足要求

N-070-40（3）动稳定校验

动稳定倍数Kd=135 ish=19.11kA

'一次侧额定电流IN.CTINN1693A

N0

则

ish2I'N.CT19.11103269319.5135即Kdish2I'N.CT动稳定性满足

（4）热稳定性校验

热稳定倍数Kt=75热稳定时间ish=0.15I=10.38kA 即(KTIN.TA)2=(75693)2=2.71010

2'Itj1038020.151.6107(Kt•IN.TA)热稳定性满足

6.3各车间的进线装设低压熔断器

低压熔断器的型号

20

型号 FU1 RM10 FU2 RM10 FU3 RM10 FU4 RM10 FU5 RM10 FU6 RM10 FU7 RM10 FU8 RM10 FU9 RM10 FU10 RM10 FU11 RM10 FU12 RM10 FU13 RM10 FU14 RM10 FU15 RM10 FU16 RM10 6.4母线的选择与校验 6.4.1高压母线选择与校验：

熔断电流 600 600 200 60 350 60 60 1000 1000 15 60 60 350 200 100 60 熔体电流 600 600 160 35 300 20 35 850 850 15 35 25 225 200 80 45 分段电流 10000 10000 10000 3500 10000 3500 3500 12000 12000 1200 3500 3500 10000 10000 3500 3500 工厂供电，（LMY） 母线尺寸：15×3（mm2） 铝母线载流量：165A 热稳定校验：AminICtima8.941030.1539.79mm245mm2

87所以满足热稳定要求； 动稳定校验：cM WFc(3)lb2h(3)2l M W F1.732107Kf(ish )K6a带入数据

l1.732107(22.8103)211.1330.1(N) =F1.73210Kf(i)0.3a7(3)2shFc(3)l330.11.1M=36.311(N•m)

K10b2h0.01520.003W1.125106(m3) =

66cM36.311=32.28MPa70MPa W1.125106所以满足动稳定要求。

21

6.4.2低压母线选择与校验：

No.1: I301024.76A

（LMY） 母线尺寸：80×6（mm2） 铝母线载流量：1150A 热稳定校验：AminICtima26.7103870.15118.86mm2480mm2

所以满足热稳定要求； 动稳定校验：cM WFc(3)lb2h(3)2l M W F1.732107Kf(ish )K6a带入数据如下：

l1.732107(49.13103)211.11532.9(N) =F1.73210Kf(i)0.3a7(3)2shFc(3)l1532.91.1M=168.62(N•m)

K10b2h0.0820.006W6.4106(m3) =

66cM168.62=26.35MPa70MPa W6.4106所以满足动稳定要求

No.2: I301203.29A

（LMY） 母线尺寸：100×6（mm2） 铝母线载流量：1425A 热稳定校验：AminICtima28.221030.15125.63mm2600mm2

87所以满足热稳定要求； 动稳定校验：cM WFc(3)lb2h(3)2l M W F1.732107Kf(ish )K6a 22

带入数据如下：

l1.732107(51.92103)211.11711.94(N) =F1.73210Kf(i)0.3a7(3)2shFc(3)l1711.941.1M=188.31(N•m)

K10b2h0.120.006W1.0105(m3) =

66cM188.31=18.83MPa70MPa W1.0105所以满足动稳定要求

No.3: I30368.42A

（LMY） 母线尺寸：40×4（mm2） 铝母线载流量：480A 热稳定校验：AminICtima10.381030.1546.21mm2160mm2

87所以满足热稳定要求； 动稳定校验：cM WFc(3)lb2h(3)2l M W F1.732107Kf(ish )K6a带入数据如下：

l1.732107(19.11103)211.1231.92(N) =F1.73210Kf(i)0.3a7(3)2shFc(3)l231.921.1M=25.51(N•m)

K10b2h0.0420.004W1.07106(m3) =

66cM25.51=23.84MPa70MPa W1.07106所以满足动稳定要求 6.5绝缘子和套管选择与校验 6.5.1户内支柱绝缘子

23

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 则： KFal0.63.751032250(N) 经验证：Fc(3)KFal2250(N) 所以支柱绝缘子满足动稳定要求。 6.5.2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7(ish)480.69(N) Fca0.22 0.6Fal0.67.51034500(N)Fc480.69(N) 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)2)tima(8.94)20.1512(kA2•s)It2t1225720(kA2•s) (I所以穿墙套管满足热稳定要求。

7 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。

本设计中，工厂中心有一软水站和水塔，所以本工厂总配电所不宜设在工厂中心位置。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，所以也不应该在此地建设总配电所。本厂最重负荷有NO.2变电所承担，且周围负荷较均衡，故宜将总配建在此所附近。而且对负荷不大的用户，可将总配电所与某个10kV变电所合并，扩充为变配电所。根据本厂实际情况，出线相对较少，负荷总体水平不大，所以在设计时，将总配电所与NO.2变电所合并，建设成变配电所，同时节省了投资，便于管理。

24

8 防雷装置及接地装置设计

8.1直击雷保护

（1）本厂最高建设为水塔，设计高度为20m，加设2m高的避雷针，现计算水塔避雷针能否保护软水站。

本厂为第三类建设物，滚球半径hr=60m，水塔上避雷针高度为（20+2）=22m，软水站一般建筑高度hx=4m，经测量避雷针至软水站最远屋角距离为r=20m，避雷针保护半径rx=（1.5h-2hx）p=25>20m. 因此水塔避雷针能保护软水站

（2）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。

（3）因总配与No.2变电站合并，建设成总配电所，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。

8.2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：

RE≤120/IE 其中IE= RE≤4Ω

式中：UN-----系统的额定电压

loh------有电的联系的架空线路总长度（km） lcab------有电的联系的电缆线路总长度（km） 所以IE=

UN(lohlcab)（A）

35010(lohlcab)=

350所以RE≤120/IE=

比较可得：总接地电阻RE≤4Ω

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（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40×4mm2的扁钢连接

（4）计算单根接地电阻

'

查表可得砂质粘土电阻率=100•m，单根钢管接地电阻REg≈

100==40 2.52.5（5）确定接地钢管数和最后接地方案

根据RE/RE(max)=40÷4=10；故选择10根钢管做接地体；

a=1，利用系数l=0.52～0.58，取E=0.55，因此接地体数量n为

n=

'0.9REgRE=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2.41R=0.54<4 'EEHREG2.48400.558.3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。

9 二次回路方案的选择及继电保护的整定计算：

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。

高压侧继电保护安装于10kV进线 9.1 二次回路方案的选择

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（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

装设的表计数量 电流表 电压表 有功功率表 有功电能表 无功电能表 10kV进线 1 1 1 10kV母线（每段） 4 10kV联络线 1 1 2 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，由事线路名称 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。

9.2 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。 9.2.1 电力线路继电保护

（1）电流速断保护

Ik.max=8.94kA

I)Ik(3Iset.I=Krel.max=1.258.94=11.175kA

继电保护动作电流 Iop=动作时间 t=0s

Iset.I11.175==0.28kA 200NTA53Elmin12保护范围校验 %Zs.msx

lZ1Iset.I 27

3101230.59 ==—59.4% 2211.1750.1620.177 其中 所以无保护范围

2UavZs.max0.5350.59

SB（2）线路过电流保护

III Iop.1KrelKss1.21.3Il.max105.59193.8A Kre0.85IIIIop.1 IIIIop.rKTAKcon193.814.85A 2005IIIIII 保护时限 tptTt0.150.50.65s

III 灵敏系数校验：Ksen3(3)Ik1.min30.8665.05102III22.571.5 合格

193.8Iop.19.2.2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。

a.变压器过电流保护保护装置一次侧动作电流为

IOP1KrelK1.22IT.L.maxrelITN57.74163.03A KreKre0.85ITNSN.T3UN1100031057.74A

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电流继电器动作电流为Iopr灵敏系数校验

Iop1KTAKcon163.0314.08A

200/5Ksen.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28220/10Iop.rIop1Kcon/KTA1693.210.4=1693.2A

20=84.66A

Ksen0.866Ik`1.min0.86650502.62

Iop11693.2c.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

Iop1= Iopr=

Krel1.05IT.L57.7471.32A Kre0.85Iop1KTAKcon71.3213.57A 20d.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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图9-2 瓦斯保护

电力变压器继电保护保护原理图见附图3

10 结束语

本次供电工程设计设计，可以说是对我们所学理论知识整体的综合性运用，设计的内容贯穿了课本各章节始终，对我们从整体上把握供电工程学科有了很高的要求。通过本次设计我们对所学习的基础知识和专业知识有了更加理性和深层的认识，并锻炼和提高了实际动手和实践能力，为我们将来走向工作岗位打下了良好结实的基础。在参与设计的过程中我们同时意识到了组员间的团结合作、充分的利用资源、熟练运用各种软件的重要性，当然扎实的专业基础知识是本次设计成功的关键因素。

参考文献

[1] 孙丽华主编. 电力工程基础. 北京：机械工业出版社

[2] 刘介才主编. 工厂供电简明设计手册. 北京：机械工业出版社，1993 [3] 刘介才主编. 工厂供电. 北京：机械工业出版社

[4] 段建元编. 工厂配电线路及变电所设计计算. 北京：机械工业出版社，1982 [5] 刘介才主编. 工厂供电设计指导. 北京：机械工业出版社，1999

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