机械厂供配电系统设计

题 目：某机械厂供配电系统设计

姓 名：段石磊

学 号：130123096

专 业：电气工程及其自动化

指导老师：孟鹏

设计时间：2016年12月

目录

一、设计任务...................................... 错误!未定义书签。

二、变电所位置和型式的选择............................................ 4

三、负荷计算和无功功率补偿............................................ 5

四、变电所主变压器的选择和主结线方案的选择........................... 22

五、短路电流的计算................................................... 27

六、高、低压电气设备的选择与校验..................................... 33

七、供配电线路及电缆线路的选择....................................... 43

八、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定......................... 53

九、防雷接地......................................................... 59

十、电费计算......................................................... 60

十一、参考文献....................................................... 61

一、设计任务

1.1设计要求

要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，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、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，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。

1.2设计原始资料

.工厂总平面图

图1 工厂平面图

1.3工厂负荷情况

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。本厂的负荷统计资料如表1.1所示。

厂房编号 厂房名称 负荷类别 设备容量/kW 需要系数 功率因数 1 铸造车间 动力 300 0．3 0．7 照明 5 0．8 1．0 2 锻压车间 动力 350 0．3 0．65 照明 8 0．7 1．0 7 金工车间 动力 400 0．2 0．65 照明 10 0．8 1．0 6 工具车间 动力 360 0．3 0．6 照明 7 0．9 1．0 4 电镀车间 动力 250 0．5 0．8 照明 5 0．8 1．0 3 热处理车间 动力 150 0．6 0．8 照明 5 0．8 1．0 9 装配车间 动力 180 0．3 0．7 照明 6 0．8 1．0 10 机修车间 动力 160 0．2 0．65 照明 4 0．8 1．0 8 锅炉车间 动力 50 0．7 0．8 照明 1 0．8 1．0 5 仓库 动力 20 0．4 0．8 照明 1 0．8 1．0 生活区 照明 350 0．7 0．9 表1.1 工厂负荷统计资料

1.4 供电电源情况

按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，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。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为80km，电缆线路总长度为25km。

1.5 气象资料

本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-9℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8米处平均气温为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。

1.6 地质水文资料

本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。

1.7 电费制度

本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.5元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：6~10VA为800/kVA。

二、变电所位置和型式的选择

变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心.工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+…=∑Pi.

xP1x1P2x2P3x3(Pixi) (3.1)

P1P2P3Pi yP1y1P2y2P3y3(Piyi) (3.2)

P1P2P3Pi图2.1 机械厂总平面图

按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示。

表3.1各车间和宿舍区负荷点的坐标位置

坐标轴 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 生活区 X(㎝) 8.35 7.30 5.65 6.22 3.31 3.31 3.31 1.40 1.40 1.40 9.65 Y(㎝) 1.65 3.50 6.1 0.6 0.6 3.8 4.32 0.6 2.5 4.32 6.34 由计算结果可知，x=6.15， y=3.75由下图可知与其他车间的相对位置

三、负荷计算和无功功率补偿

3.1.负荷计算公式

1单组用电设备计算负荷的计算公式

1.1有功计算负荷（单位为kW）

P30=KdPe , Kd为同时系数

1.2 无功计算负荷（单位为kvar）

Q30= P30tanφ

1.3 视在计算负荷（单位为kvA）

S30= P30/cosφ

1.4 计算电流（单位为A）

I=S30 /（√3×UN），UN为用电设备的额定电压，单位为kV

2 多组用电设备计算负荷的计算公式

2.1 有功计算负荷（单位为kW）

P30=K∑p∑P30d , ∑P30d是所有设备组有功计算负荷P30之和，荷同时系数

2.2 无功计算负荷（单位为kvar）

∑p是有功负 K Q30=K∑q∑Q30d , ∑Q30d是所有设备组无功计算负荷P30之和， K∑q是无功负荷同时系数

2.3 视在计算负荷（单位为kvA）

S30= P230Q230

2.4 计算电流（单位为A）

I=S30 /（√3×UN），UN为用电设备的额定电压，单位为kV

3.2 负荷计算

在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。具体步骤如下。

1、铸造车间：

动力部分：P30=300×0.4=90kW； Q30=90×1.02=91.8kvar

S30= 90/0.7=128.57kVA； I30=128.57/（3x0.38）=195.34A

照明部分：P30=5×0.8=4kW； Q30=0kvar

S30= 4/1=4kVA； I30=4/（√3×0.22）=10.59A

2、锻压车间：

动力部分：P30=350×0.3=105kW； Q30=105×1.169=122.76kvar

S30=105/0.65=161.54kVA； I30=161.54/（3×0.38）=245.43A

照明部分：P30=8×0.7=5.6kW； Q30=0kvar

S30= 5.6/1=5.6kVA； I30=5.6/（√3×0.22）=14.69A

3、金工车间：

动力部分：P30=400×0.2=80kW； Q30=80×1.169=93.54kvar

S30=80/0.65=123.7kVA； I30=123.07 /（√3×0.38）=187A

照明部分：P30=10×0.8=8kW； Q30=0kvar

S30= 8/1=8kVA； I30=8/（√3×0.22）=20.99A

4、工具车间：

动力部分：P30=360×0.3=108kW； Q30=108×1.33=143.kvar

S30=108/0.6=180kVA； I30=180/（√3×0.38）=273.48A

照明部分：P30=7×0.9=6.3kW； Q30=0kvar

S30= 6.3/1=6.3kVA； I30=6.3/（√3×0.22）=16.53A

5、机修车间：

动力部分：P30=160×0.2=32kW； Q30=32×1.169=37.408kvar

S30=32/0.65=49.23kVA； I30=49.23 /（√3×0.38）=74.08A

照明部分：P30=4×0.8=3.2kW； Q30=0kvar

S30= 3.2/1=3.2kVA； I30=3.2/（√3×0.22）=8.398A

6、电镀车间：

动力部分：P30=250×0.5=125kW； Q30=125×0.75=93.75kvar

S30= 125/0.8=156.25kVA； I30=156.25/（√3×0.38）=237.404A

照明部分：P30=5×0.8=4kW； Q30=0kvar

S30= 4/1=4kVA； I30=4/（√3×0.22）=10.49A

7、热处理车间：

动力部分：P30=150×0.6=90kW； Q30=90×0.75=67.5kvar

S30=90/0.8=112.5kVA； I30=112.5 /（√3×0.38）=170.91A

照明部分：P30=5×0.8=4kW； Q30=0kvar

S30= 4/1=4kVA； I30=4/（√3×0.22）=10.49A

8、锅炉房：

动力部分：P30=50×0.7=35kW； Q30=35×0.75=26.25kvar

S30=35/0.8=43.75kVA； I30=43.75 /（√3×0.38）=66.73A

照明部分：P30=1×0.8=0.8kW； Q30=0kvar

S30=0.8/1=0.8kVA； I30=0.8/（√3×0.22）=2.099A

9、仓库：

动力部分：P30=20×0.4=8kW； Q30=8×0.75=6kvar

S30=8/0.8=10kVA； I30=3.8 /（√3×0.38）=15.19A

照明部分：P30=1×0.8=0..8kW； Q30=0kvar

S30=0.8/1=0.8kVA； I30=0.8/（√3×0.22）=2.099A

10、所有车间的照明负荷： P’30=55KW

11、 取全厂的同时系数为：K∑p= K∑q=0.9，则全厂的计算负荷为：

P30=0.9×(1012.5)=912.15 KW

P30=0.9×855.58=770.kvar

S30=1194.15

I30=1194.15/（√3×0.38）=1814.37A

12、 经过计算，得到各车间的负荷计算如表2所示

设备编号 名称 类别 需要cosφ tanφ 计算负荷 容量 系数 P30/ Q30/Kvar S30/KI30/A VA Kw 300 铸造1 车间 动力 0.3 0.7 1.02 90 128.591.8 714286 195.34980 照明 5 0.8 1 0 4 0 4 10.49758556 132.5 205.8473919 小计 305 - - - 94 91.8 714286 350 锻压2 车间 动力 0.3 0.65 122.71.169 105 45 161.5384615 245.4395003 8 0.7 1 0 5.6 0 5.6 14.69661978 照明 167.1110. 260.1361201 122.73846145 5 小计 358 - - - 6 7 金工动力 400 0.2 0.65 1.169 80 93.52 123.076923187.001524车间 1 1 10 0.8 1 0 8 0 8 20.99517111 照明 131.0 207.9966952 小计 410 - - - 88 93.52 769231 360 工具6 车间 动力 0.3 0.6 143.61.33 108 4 180 273.472 7 0.9 1 0 6.3 0 6.3 16.53369725 照明 114. 143.6186.3 4 小计 367 - - - 3 290.0234262 250 电镀4 车间 动力 0.5 0.8 156.20.75 125 93.75 5 237.4042786 5 0.8 1 0 4 0 4 10.49758556 照明 247.9160.2 小计 255 - - - 129 93.75 5 0182 热处3 理车间 动力 150 0.6 0.8 0.75 90 170.967.5 112.5 310806 照明 5 0.8 1 0 4 0 4 10.49758556 181.4 小计 155 - - - 94 67.5 116.5 286661 77.14装配9 车间 4 动力 180 0.3 0.7 1.02 54 55.08 28571117.2098838 7.293 照明 6 0.8 1 0 4.8 0 4.8 059438 81.94 124.5029433 小计 186 58.8 55.08 285714 机修10 车间 动力 160 0.2 0.65 1.169 32 37.408 49.230769274.80060963 2 4 0.8 1 0 3.2 0 3.2 8.398068444 照明 52.4337.40 83.19867807 小计 1 - - - 35.2 8 076923 50 锅炉8 房 动力 0.7 0.8 0.75 35 66.4726.25 43.75 319801 1 0.8 1 0 0.8 0 0.8 2.099517111 照明 小计 51 - - - 35.8 26.25 44.55 68.57271512 20 5 仓库 动力 0.4 0.8 0.75 8 6 10 15.19387383 1 0.8 1 0 0.8 0 0.8 2.099517111 照明 17.29 小计 21 - - - 8.8 6 10.8 339094 272.2生活 413.6110098 118.5照明 350 0.7 0.9 0.484 245 8 2 22222区 总计(380V动力 2220 侧) - - - 727 737.693 286. 118.58 照明 402 5 1814.计入KΣp=0.9 0.763- 87339 912.15 770.57 1194.317941115 7 KΣq=0.9 3.3 无功功率补偿

无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。由于并联电抗器具有安装简单，运行维护方便、有功损耗小及组装灵活、扩容方便等优点。因此并联电抗器在供电系统中

由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：S30=1194.1115kVA

这时低压侧的功率因数为：cosφ=0.76

而根据设计要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9。考虑到主变电器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.93来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

Qc=P30(tanφ1-tanφ2)=912.5[tan(arccos0.76)-

tan(arccos0.93)]=419.3 kvar

则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：

S’30（2） =980.24kVA

计算电流I’30（2）=980.24/（√3×0.38）=14.36A

变压器的功率损耗为：

△Pr≈0.015 S’30（2）=0.015×980.24=14.7KW

△Qr≈0.06 S’30（2）=0.06×980.24= 58.81kvar

变电所高压侧的计算负荷为：

P’30（1）=912.11+14.7=926.815KW

Q’30（1）=(770.-419.3)+58.81=410.15kvar

S’30（1）=1013.5kVA

I’30（1）=1013.5/（√3×10）=58.51A

补偿后的功率因数为：cosφ=926.815/1013.5=0.914满足（大于0.90）的要求。

表3 无功功率补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表所示

cosφ 项目 P30/KW 计算负荷 Q30/kvar S30/KVA I30/A 380V侧补偿前负荷 0.76 912.115 770. 1194.115 1814.317 380V侧无功补偿容量 - - -419.3 - - 380V侧补偿后负荷 0.93 912.115 351.34 980.24 14.36 主变压器功率损耗 - 0.015S30=14.7.0.06S30=58.81 7 - - 10KV侧负荷总计 0.90 926.815 410.15 1013.5 58.51 四、变电所主变压器的选择和主结线方案的选择

4.1 系统主接线的选择原则

1.主接线：主接线是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备依一定的次序相连接的接受和分配电能的电路。

2.主接线设计的一般原则：安全性、经济性、灵活性、可靠性。此外，主接线还应适当考虑发展，有扩充改建的可能性。合理处理局部和全局，当前和长远等关系。既照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

3.主接线的选择原则： (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，装设单台变压器时候，宜采用线路变压器组接线。 (4)为了配出线短路电流，具有多台变压器同时运行时，应采用变压器运行。 (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现回路中，应装设线路隔离开关。 (7)采用6-10kv 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)由地区电网供电的电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器。 (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。低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。 (10)多层住宅、一般工厂车间等，当其负荷等级为三级负荷时，若需使用变压器降压，一般变压器一次侧采用单元式接线，二次侧采用单母线接线。这种接线简单、经济，也能适合负荷对可靠性的要求。

4.变压器台数的选择：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、二级负荷，季节性负荷变化较大，集中负荷较大

4.2 系统主接线的初选和分析

1 变电所主变压器的选择

根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案：

1.1 装设一台主变压器 型式采用S9，而容量根据式SN.T≥S’30，一般取

S30=(0.85~0.9)S’30(1)=861.5~912.1kVA，

因此选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

1.2 装设两台主变压器 型号亦采用S9，二每台容量按式SN*T≈(0.6-0.7)S30和SN.T≥S30(Ⅰ+Ⅱ)，即SN.T≈（0.6-0.7）×1013.5kVA=（608.1-709.48）kVA≥S30(Ⅰ+Ⅱ)

因此选两台S9-800/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用Yyn0。

按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案：

(1）装设一台主变压器的主接线方案，如图A所示

（2）装设两台主变压器的主接线方案，如图B所示

A图 B图

4.3 两种主结线方案的技术经济比较

如表.4.1所示。

表4.1 两种主接线方案的比较

比较项目 装设一台主变的方案 装设两台主变的方案 技供电安全性 术指供电可靠性 标 供电质量 满足要求 满足要求 基本满足要求 满足要求 由于一台主变，电压损耗由于两台主变并列，电压较大 损耗小 灵活方便性 只一台主变，灵活性稍差 由于有两台主变，灵活性较好 扩建适应性 稍差一些 更好一些 经 电力变压器的由手册查得S9—1000/10由手册查得S9—800单价综合投资 单价为15.1万元，而由手为10.5万元，因此两台综册查得变压器综合投资约合投资为4×10.5万元=42为其单价的2倍，因此其万元，比一台变压器多投济 指 综合投资为2×15.1万元资11.8万元 =30.2万元 标 高压开关柜查手册得 GG—A（F）型柜本方案采用6台GG—A（含计量柜）的按每台4万元计，查手册（F）柜，其综合投资额约综合投资额 得其综合投资按设备价1.5为6×1.5×4=36万元，比倍计，因此其综合投资约一台主变的方案多投资12为4×1.5×4=24万元 万元 电力变压器和参照手册计算，主变和高主变和高压开关柜的折旧高压开关柜的年压开关柜的折算和维修管费和维修管理费每年为运行费 理费每年为6.2万元 8.94万元，比一台主变的方案多耗274万元 供电贴费 按800元/KVA计，贴费为贴费为2×800×0.08万元1000×0.08=80万元 =128万元，比一台主变的方案多交48万元 从表4.1可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设两台主变的方案。（说明：如果工厂负荷近期可有较大增长的话，则宜采用装设两台主变的方案。）

4.3系统主接线的确定

停电影响不大的负荷属于三级负荷，如工厂的附属车间、小城镇的公共负荷等。【8】所以，该厂为三级负荷供电，容量大于1250kva，对电能质量要求较高。根据以上分析，选择用两台变压器供电。主接线图为（B）。图中，变压器用T1\\T2表示，全厂用电用D1-D12表示。D1-D4为分别铸造，锻压，金工，工具车间动力，D5-D8分别为电镀，热处理，装配，机修车间，D9为锅炉房动力，D10为仓库动力，D11为生活区照明，D12为除生活区照明以外的其它照明。。下图为各车间用电接线示意图，

由上面的分析计算可得可B1的视在功率位376.1KW ，可选变压器(S9—500/10, Ur=10KV)，同理B2处计算可得634.2KW ，故选 S9—800/10, Ur=10KV)

五、短路电流的计算

短路是电力系统中最常见的故障。所谓短路，是指一切不正常的相与相或者中性点接地系统中相与地之间的短路。短路故障对电力系统的正常运行影响很大，所造成的后果也十分严重，短路电流将引起电动力效应和热效应及电压的降低。因此，短路电流计算是电气主接线方案比较、电气设备及载流导体的选择、接地计算以及继电保护选择和整定的基础。【7】

短路电流计算的目的是用来合理选择和校验各种高、低压电气设备，确定继电保护装置的整定计算，便于系统运行维护和事故分析。所以，进行短路电流计算时应考虑系统中最严重的短路情况--三相短路。在电力系统设计和工程应用中，短路电流计算通常有标幺值法和有名值法两种，本次设计采用标幺值法计算短路电流。采用标幺值法计算的优点是可以规避因变压器两侧电压等级不同带来的计算和表达

上的麻烦。具体就是（1）便于比较电力系统各元件的参数和特性；（2）便于判断电气设备和参数的好坏；（3）可以使用短路计算工作简化。

短路电流计算的步骤有：①确定基准值②计算各元件电抗标幺值③绘制等效电路图④计算三相短路电流和短路容量。

5.1短路电流计算的公式

Sj100MVAUjUav1.05UNUav1.05UN1.基准容量，工程设计中通常取

2.供配电系统各元件电抗标幺值

1) 电力系统的电抗标幺值

Sk为电力系统变电所高压馈电线出口处的短路容量。

2）电力线路的电抗标幺值

式中， L为线路长度，x0为线路单位长度的电抗，可查手册。查手册的 [5]。

3）电力变压器的电抗标幺值

短路电路中各主要元件的电抗标么值求出以后，即可利用其等效电路图进行电路化简求总电抗标么值。

4）三相短路电流的计算

无限大容量系统三相短路周期分量有效值的标么值按下式计算:

由此可得三相短路电流周期分量有效值：

I(3)(3)Iz其他短路电流：

（对高压系统）i sh2.55IzIsh1.51Iz（对低压系统）

三相短路容量：

5.2确定基准值、计算各元件电抗标幺值

1.确定基准值

=1.8

Sj100MVA,Uj110.5kV, 2.计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1）电力系统的电抗标幺值

X1* =0.25

j20.4kVU

2）电力线路的电抗标幺值

X2* =0.73

3）电力变压器的电抗标幺值

X3* =8

X4* =5.625

5.3短路电流计算图

根据电气主接线图，绘制出短路电流计算图。高压侧10kv进线末端确定K1为短路点，电源进线长度为10km，变压器T1低压侧380v母线确定K2为短路点，变压器T2低压侧380v母线确定K3为短路点。绘制等值电路如图5-1所示。

图5-1 等值电路 5.4短路电流的计算 （1）K1点短路时总电抗标幺值为

x* =0.98

三相短路电流周期分量有效值为

I3k1 =5.6KA

其它三相短路电流

ish =14.28KA

3 Ish=8.46 KA

3 I3=5.6 KA

k1 三相短路容量

Sk1=102.04 MVA

3(2)k2点短路时总电抗标幺值为

x* =8.98

三相短路电流周期分量有效值为

Ik2=16.07 KA

3其他三相短路电流为

ish =29.57 KA

3 Ish =17.51 KA

3

I3k2=16.07 KA

三相短路容量为

Sk2=11.14 MVA

3（3）K3点短路时总电抗标幺值为

x* =6.6

三相短路电流周期分量有效值

Ik3 =21.87 KA

3其他三相短路电流

ish =40.24 KA

3 Ish =23.84 KA

3 Ik3 =21.87 KA

3三相短路容量

Sk3 =15.15 MVA

3 将以上短路电流计算结果绘制成表如表4-1所示。

表4-1 三相短路电流及短路容量计算结果

短路电流\\KA 及容量 \\KA \\KA \\MVA K1 5.6 14.28 8.46 102.04 K2 16.07 29.57 17.51 11.14 K3 21.87 40.24 23.84 15.15 六、高、低压电气设备的选择与校验

电气设备及线缆的选择是供配电系统设计的重要步骤，其选择的恰当与否将影响到整个系统能否安全可靠的运行，故必须遵循一定的选择原则。选择电气设备的最高允许电压，一般可按照电气设备的额定电压不低于安装地点电网的工作电压

U0来确定，即满足UNUO；选择电气设备的额定电流IN不得小于安装地点电

气的最大持续工作电流IN0,即满足INIＮ０　。6.1高压设备的选择、校验

1.选择QF2高压断路器，根据变压器额定电流选择断路器的额定电流。

IN=27.5A，查表，选择真空断路器ZN3-1-I。

表6-1 高压断路器选择校验表

序号 ZN3-1-I 选择装设地点电气条件 要求 结论 项目 数据 项目 数据 1 10kv 10kv 合格 2 630A 27.5A 合格 3 8KA 5.6KA 合格 4 20KA 14.28KA 合格 5 884=256 5.65.61.2=37.合格 9 2. 选择QF3高压断路器，根据变压器额定电流选择断路器的额定电流。

IN =44A，查表，选择真空断路器ZN3-1-I。

表5-2 高压断路器选择校验表

序号 ZN3-1-I 选择要装设地点电气条件 求 结论 项目 数据 项目 数据 1 10kv 10kv 合格 2 630A 44A 合格 3 8KA 5.6KA 合格 4 20KA 14.28KA 合格 5 884=256 5.65.61.2=37.92 合格 3. QF1断路器的选择和QF2，QF3相同，同样选择ZN3-1-I断路器。

4. 选择QS3\\4处隔离开关 查表12【1】，选择GN-10T/200高压隔离开关。选择校验结果列于下表。

表5-3 高压隔离开关选择校验表

序号 GN-10T/200 选择装设地点电气条件 结论 项目 数据 要求 项目 数据 1 10kv 10kv 合格 2 200A 27.5A 合格 4 25.5KA 14.28KA 合格 5 500 5.65.61.2=37.92 合格 5.选择QS5\\6处隔离开关 查表12【1】，选择GN-10T/200高压隔离开关。选择计算结果列于下表。

表5-4 高压隔离开关选择校验表

序号 GN-10T/200 选择装设地点电气条件 要求 结论 项目 数据 项目 数据 1 10kv 10kv 合格 2 200A 44A 合格 4 25.5KA 14.28KA 合格 5 500 5.65.61.2=3合格 7.92 6.QS1\\2隔离开关的选择和QS3\\4，QS5\\6相同，同样选择GN-10T/200隔离开关。

7.TA1，TA2，TA3及进线处高压侧电流互感器的选择

TA1处，根据10kv额定电流为27.5A查表，选择变比为50A的LQJ-10型电流互感器，Kes=225,KN=90,0.5级二次绕组的ZN=0.4

(1) 动稳定校验

KesX2IN=225*1.414x0.4=127.26=14.28KA,满足动稳定要求。

（2）热稳定校验

2

（KTIN） xt=1296x>5.6x5.6x1.2=37.63满足热稳定要求。

所以，选择LQJ-10型电流互感器满足要求。

TA2处，根据10kv额定电流为44A查表，选择变比为75A的LQJ-10型电流互感器，Kes=160 KN=75,0.5级二次绕组的ZN=0.4

(1)动稳定校验

KesX2IN=160*1.414*0.4=127.26=14.28KA,满足动稳定要求。

（2）热稳定校验

2

（KTIN） xt=900x>5.6x5.6x1.2=37.63满足热稳定要求。

所以，选择LQJ-10型电流互感器满足要求。

TA3跟TA2相同，所以，选择LQJ-10型电流互感器满足要求。

8.电压互感器TV的选择

电压互感器的选择与配置，除应满足一次回路的额定电压外，其容量与准确度等级应满足测量仪表、保护装置和自动装置的要求。负荷分配应在满足相位要求下

尽量平衡，接地点一般设在配电装置端子箱处。电压互感器的选择不需进行动稳定、热稳定校验。【7】

根据10kv额定电压，查表16【1】 ，选择JSJW-10型电压互感器。

9.变压器及补偿装置

关于电力变压器，在负荷计算处已经选择。其选择主要是对容量和最大负荷率两个参数加以选择。常用变压器容量系列为R10系列。即变压器容量等级是按R10=为倍数确定的，如100KVA、125KVA、160KVA、200KVA、250KVA、315KVA等；最大负荷率一般取;所以，选择T1为S7-500/10,T2为S7-800/10。

关于补偿装置，在负荷计算处也已选择。其选择主要是对补偿容量的选择。所以选择两处补偿装置为BW-0.4-12-3。

6.3低压设备的选择

根据电流电压选择原则选择低压设备。选择电气设备的最高允许电压，一般可按照电气设备的额定电压不低于安装地点电网的工作电压来确定，即满足；选择电气设备的额定电流不得小于安装地点电气的最大持续工作电流,即满足。

1.低压断路器有框架式、塑壳式、模数化型短路器。塑壳式低压断路器具有瞬时长延时性，主要用于低压配电柜中，作为配电线路电动机、照明电路及电热器的设备的电源控制开关及保护。本次设计选择塑壳式低压断路器。根据以上电压电流选择原则，从表21【1】可选择低压断路器，选择结果列于下表（表5-5）。

表5-5 低压设备选择明细表

设备名称 选择型号 设备名称 选择型号 设备名称 选择型号 QF-4 MW06630A QF-13 NS100100A TA-8 200/5 QF-5 MW101000A QF-14 NS100100A TA-9 300/5 QF-6 NS250250A QF-15 NS100100A TA-10 300/5 QF-7 NS400400A QF-16 NS630630A TA-11 200/5 QF-8 NS250250A QF-17 NS100100A TA-12 150/5 QF-9 NS630630A TA-4 600/5 TA-13 100/5 QF-10 NS400400A TA-5 1000/5 TA-14 75/5 QF-11 NS250250A TA-6 200/5 TA-15 20/5 QF-12 NS250250A TA-7 300/5 TA-16 500/5 TA-17 75/5 2.低压电流互感器的选择原则为除上述电压电流原则外，主要考虑准确度等级和互感器变比，一般要求。所以，选择LMZ1-0.5型电流互感器，选择结果列于表5-5 。

3.低压线路一般以载流量条件选择导线截面，其通过计算电流选择。所以，低压出线处导线选择塑料绝缘型，它绝缘性能良好、价格低廉、在室内铺设常用。根据电压电流选择原则，选择低压出线侧导线列于下表（表5-6）。

表5-6 低压导线选择明细表

导线出处 选择型号 导线出处 选择型号 导线出处 选择型号 D1 BV-50 D2 BV-70 D3 BLV-70 D4 BLV-120 D5 BV-70 D6 BLV-70 D7 BLV-35 D8 BV-16 D9 BV-10 D10 BV-2.5 D11 BV-185 D12 BV-10 6.4母线的选择

供配电系统中，各种电压等级配电装置的主母线，发电机、变压器与相应配电装置之间的连接导体，统称为母线。其中，母线起汇集和分配电能的作用。【4】在

通常的工程应用中一般都采用铝母线，本次设计采用散热条件较好，便于固定和连接的矩形硬铝母线。

一般，硬母线的选择按持续工作电流选择，即，为母线的长期最大工作电流，为相应温度母线长期允许通过的电流值。所以选择母线如下:

(1)BW母线选择LMY硬吕母线，165A==21.71A。查表，选择LMY-3（304）。

（2）BW1母线选择LMY硬吕母线，1425A==544A。查表，选择LMY-3（1006）。

（3）BW2母线选择LMY硬吕母线，1900A==925.93A。查表，选择LMY-3（1208）。

（4）母线的热稳定校验应满足 ,其中C为热稳定系数，查表得97，为假想时间，取1.2 。为三相短路电流。所以对于母线：

BW =63.21120=S,满足热稳定

BW1 =188.52600=S,满足热稳定

BW2 =246.860=S,满足热稳定

(5)母线动稳定的校验应满足,其中应为是硬铝母线，=70MPa;为短路时母线的计算应力。当母线档数大于2时，设母线跨距为1.1m,母线中心距为0.5m，查表得0.7。则。所以，对于母线：

BW 70==0.45（满足动稳定要求）

BW1 70==1.92（满足动稳定要求）

BW2 70==3.56（满足动稳定要求）

七、供配电线路及电缆线路的选择

7、1 10KV高压侧进线和引入电缆的选择

（1）10kV高压进线的选择校验 采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。

1) 按发热条件选择 由=58.3A及室外环境温度32C，查附表12，初选LJ-16，其

35C时的Ial93.5AI30满足发热条件。

2）校验机械强度 查附表20，最小允许截面Amin35mm2，因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。

由于此线路很短，不需校验电压损耗。

（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。

1）按发热条件选择 由=58.3A及土壤温度25C查附表17，初选缆芯截面为

Amin25mm2的交联电缆，其Ial90AI30，满足发热条件。

2）校验短路热稳定

式中C值由附表14差得；tima按终端变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路时间0.2s，再加0.05s计，故tima0.75s。

因此YJL22-10000-325电缆满足短路热稳定条件。

7、2 380V低压出线的选择

（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路 采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

1）按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度25C，查附表17，初选缆芯截面，其，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由图2.1所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为60m，而由附表13查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度75C计），km，又1号

厂房的，，因此按式UpRqX得：

UN故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验

由于前面按发热条件所选的缆心截面小于Amin，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为300mm2的电缆，即选VLV22100033001150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。

（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路 亦采用VLV22-1000的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

1）按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度25C，查附表17，初选缆芯截面，其，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由图2.1所示工厂平面图量得变电所至2号厂房距离约为30m，而由附表13查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度75C计），

X00.07km，又2号厂房的，，因此按式UpRqXUN得：

故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验

由于前面按发热条件所选的缆心截面小于Amin，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为300mm2的电缆，即选VLV22100033001150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。

（3）馈电给3号厂房（金工车间）的线路 亦采用VLV22-1000的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

1）按发热条件选择 由I301A及地下0.8m土壤温度25C，查表17，初选缆芯截面120mm2，其Ial212AI30，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由图2.1所示工厂平面图量得变电所至3号厂房距离约为50m，而由表13查得120mm2的铝芯电缆R00.31km（按缆芯工作温度75C计），X0pRqX0.07km，又3号厂房的，，因此按式U得：

UN

故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验

由于前面按发热条件所选120mm2的缆心截面小于Amin，不满足短路热稳定要求，

故改选缆芯截面为300mm2的电缆，即选VLV22100033001150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。

（4）馈电给4号厂房（工具车间）的线路 亦采用VLV22-1000的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

1）按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度25C，查附表17，初选缆芯截面，其，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由图2.1所示工厂平面图量得变电所至4号厂房距离约为65m，而由附表13查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度75C计），

X0pRqX0.07km，又2号厂房的，因此按式U得：

UN故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验

由于前面按发热条件所选120mm2的缆心截面小于Amin，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为300mm2的电缆，即选VLV22100033001150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。

（5）馈电给5号厂房（电镀车间）的线路 亦采用VLV22-1000的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

1）按发热条件选择 由及及地下0.8m土壤温度25C，查附表17，初选缆芯截面，其，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由图2.1所示工厂平面图量得变电所至5号厂房距离约为75m，而由附表13查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度75C计），

X00.07km，又2号厂房的，，因此按式UpRqXUN得：

故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验

由于前面按发热条件所选的缆心截面小于Amin，不满足短路热稳定要求，故改选缆芯截面为300mm2的电缆，即选VLV22100033001150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。

（6）馈电给6号厂房（热处理车间）的线路 亦采用VLV22-1000的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

1）按发热条件选择 由及地下0.8m土壤温度25C，查附表17，初选缆芯截面，其，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由图2.1所示工厂平面图量得变电所至6号厂房距离约为50m，而由附表13查得的铝芯电缆（按缆芯工作温度75C计），

X00.07km，又2号厂房的，，因此按式UpRqXUN得：

故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验

选VLV22100033001150的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。

（7）按照上述方法可以校验VLV22100033001150四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆均满足8,9,10号车间的要求，在这里就不在赘述。

（8）馈区的线路 采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。

查附表16，初选BLX-10001240,其32C时的Ial455AI30，满足发热条件。

2）校验机械强度 查附表20，最小允许截面积Amin10mm2，因此

BLX-10001240满足机械强度要求。

3）校验电压损耗 由图2.1所示工厂平面图量得变电所至生活区负荷中心距离约90m，而由表13查得其阻抗与BLX-10001240近似等值的LJ-240的阻抗

R00.14/km,X0pRqX0.30km，又生活区，，因此按式U得：

UN故满足允许电压损耗的要求。

7.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10kV母线相联。

(1)按发热条件选择

工厂二级负荷容量共337.4KVA, ,而最热月土壤平均温度为25C,因此查附表17，初选缆芯截面为25mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其Ial90AI30,满足发热条件。

（2）校验电压损耗 由附表13可查得缆芯为25mm的铝芯电缆的R0=1.54km

(缆芯温度按80C计)，X0=0.12km，而二级负荷的，线路长度按2km计，因此按式UpRqXUN得：

故满足允许电压损耗的要求。

（3）短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25mm2的交联电缆是满足短路热稳定要求的.

综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表7.1所示。

表7.1变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格

线路名称 导线或电缆的型号规格 10kV电源进线 LJ-35铝绞线（三相三线架空） 主变引入电缆 YJL22-10000-325交联电缆（直埋） 38至1号厂房 VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） 0 至2号厂房 VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） V 至3号厂房 VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） 低 至4号厂房 VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） 压 至5号厂房 VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） 出 至6号厂房 VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） 线 至7号厂房 VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） 至8号厂房 VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） 至9号厂房 VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） 至10号厂房 VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） 至生活区 单回路，回路线3LJ-240（架空） 与邻近单位10kV联络YJL22-10000-325交联电缆（直埋） 线 八、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定

8.1二次回路方案选择

二次回路电源选择

二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。

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。

高压断路器的控制和信号回路

高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。

电测量仪表与绝缘监视装置

这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。

10KV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。

变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。

电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。

380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。

低压动力线路：装设电流表一只。

电测量仪表与绝缘监视装置

在二次回路中安装自动重合闸装置、备用电源自动投入装置。

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。

1)变压器继电保护

变电所内装有一台10/0.4kV1250kVA的变压器。低压母线侧三相短路电流为=21.72KA，高压侧继电保护用电流互感器的变比为100/5A，继电器采用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，动作时限和速断电流倍数。

a)过电流保护动作电流的整定：

Krel1.3,Kre0.8,Kw1，Ki200/540

故其动作电流：

动作电流整定为6A。

b)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。

c)电流速断保护速断电流倍数整定

取Krel1.5,，故其速断电流为：

因此速断电流倍数整定为：。

2）10KV侧继电保护

在此选用GL-25/10型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短路电流为2kA；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为9A。下面对高压母线处的过电流保护装置KA1进行整定。（高压母线处继电保护用电流互感器变比为100/5A）

整定KA1的动作电流

取，Krel1.3,Kre0.8,Kw1，Ki200/540，故

，

根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为7A 。

整定KA1的动作时限：

母线三相短路电流Ik反映到KA2中的电流：

Ik'(2)对KA2的动作电流Iop(2)的倍数，即：

由《反时限过电流保护的动作时限的整定曲线》确定KA2的实际动作时间：

'=0.6s。 t2'KA1的实际动作时间：t1't20.7s0.6s0.7s1.3s

母线三相短路电流Ik反映到KA1中的电流：

Ik'(1)对KA1的动作电流Iop(1)的倍数，即：

所以由10倍动作电流的动作时限曲线查得KA1的动作时限：t11.1s。

3）0.38KV侧低压断路器保护

整定项目：

(a)瞬时过流脱扣器动作电流整定：

满足Iop(0)KrelIpk

Krel：对万能断路器取1.35；对塑壳断路器取2～2.5。

(b)短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：

满足: Iop(s)KrelIpk Krel取1.2。

另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差0.2s(0.4s,0.6s)。

(c)长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：

满足：Iop(l)KrelI30 Krel取1.1。

(d)过流脱扣器与被保护线路配合要求：

九、防雷接地

9.1 防雷

防雷设备因为为屋内防雷，所以用的是避雷器。避雷器就是用来防止雷电产生的过电压波沿线路进入变电所或者其他建筑物内，以免危及被保护设备。避雷器的作用是过电压以保护电气设备。【6】避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及被保护设备的过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。

防雷措施为：架设壁垒线，提高线路本身绝缘水平，装设自动重合闸装置。

9.2接地

将电气装置中应该接地的部分通过接地装置与大地良好的连接起来称为接地。

【7】

接地体与接地线总称为接地装置。接地装置是为了防止高压电气设备不能带电

部分带电，引起人身安全及电气设备损坏等事故而设置的。【4】电力系统中各种电气设备的接地方式可分为三种：保护接地、工作接地、防雷接地。

配电系统的系统接地型式是指配电系统的保护线与系统中某一部分相连接的方式。本次设计采用TN-C-S接地型式，T表示电源有一点直接接地，N表示外露可导电部分通过保护线与该系统接地点连接，C-S表示系统中中心线和保护线一部分合

一，一部分分开。它兼有TN-C和TN-S系统的特点。

一般的做法是根据安全和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后再在避雷器安装处增加接地体以满足防雷接地的要求。

十、电费计算

本厂与当地供电部门达成协议，在本厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费交电费。每月基本电费按主变压器容量计为20元/KVA，动力电费为0.3元/kwh，照明电费为0.5元/kwh。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9.此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交供电贴费：6~10KV为900元/KVA。

供电贴费：主变压器容量为每KVA900元，供电贴费为1000KVA*0.09万元/ KVA =90万元。

月基本电费按主变压器容量计为20元/KVA，故每年电费为1000*20*12=24万元。

根据年最大负荷利用小时T可求得：

动力费用：627.5*T*0.3

照明费用：31.3*T*0.5

十一、参考文献

[1]张莹等. 工厂供配电技术. 电子工业出版社第二版, 2006

[2]刘介才. 供配电技术. 机械工业出版社 第二版, 2000

[3]刘介才. 实用供配电技术手册. 中国水利水电出版社 第二版, 2000

[4]芮静康. 供配电系统图集. 中国电力出版社第二版, 2005

附录：变电所整体接线图