工厂供电课程设计10KV变电所设计,说明书论文 3

《 工厂供电 》课程设计

说 明 书

专业名称： 电气工程及其自动化

日期： 2012年6月26日

班 级： 专升本1班 学 号： 20110272026 姓 名： 郑标 指导教师： 王薇 工厂供电 课程设计评阅书

题目 学生姓名 10KV变电所初步设计 郑标 学号 20110272026 指导教师评语及成绩 指导教师签名： 年 月 日 答辩评语及成绩 答辩教师签名： 年 月 日 教研室意见 总成绩： 教研室主任签名： 年 月 日

摘 要

变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。变电所涉及方面很多，需要考虑的问题多，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况，选择所址，利用用户数据进行负荷计算，确定用户无功功率补偿装置。同时进行各种变压器的选择，从而确定变电站的接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算。选择变电所高低压电气设备，为变电所平面及剖面图提供依据。本变电所的初步设计包括了：（1）总体方案的确定（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）配电系统设计与系统接线方案选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷与接地保护等内容。

要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷情况，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，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求提交设计计算书及说明书，绘出设计图纸。

按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10KV及以下变电所设计规范》及GB50054-95《低压配电设计规范》等规范，进行工厂供电设计。做到“安全、可靠、优质、经济”的基本要求。并处理好局部与全局、当前与长远利益的关系，以便适应今后发展的需要，同时还要注意电能和有色金属的节约等问题。

关键词：变电所；输电系统；配电系统；电负荷；

1

目 录

1 课题描述 ................................................... 3 2 设计过程 ................................................... 3 2.1负荷计算 ................................................ 3 2.2进行无功补偿 ............................................ 7 2.3变电所的位置和型式的选择 ................................ 8 2.4变电所主变压器台数和容量的选择 ......................... 10 2.5主接线方案的选择 ....................................... 11 2.6 总降压变电所的接线方式 ................................ 12 2.7 短路电流计算 .......................................... 16 2.8 电气设备选择 .......................................... 18 2.9继电保护 ............................................... 19 2.10防雷和接地装置的确定 .................................. 19 3 总 结 .................................................... 21 参考文献 .................................................... 22

2

1 课题描述

要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷情况，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，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量，选择变电所主接线方案及高低压设备与进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求提交设计计算书及说明书，绘出设计图纸。

工厂供电工作要很好地为工业生产服务，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。 2 设计过程 2.1负荷计算

按需要系数法计算各组负荷：

有功功率 P30 KdPem 无功功率 Q P30tan

22视在功率 S PQ

计算电流 I30 S30/⑴锻造车间

3Un

动力：查表得 Pe400kW Kd0.4 cos0.7 tan1.02

P304000.4160kW Q301601.02163.2kvar

S301602163.22228.55kVA

I30228.55/0.383347.3A

⑵锻压车间

动力：查表得 Pe400kW Kd0.3 cos0.65 tan1.17



照明：查表得Pe12kW Kd0.9 cos1 tan0

P30120.910.8kW Q300

S3010.8kVA I3010.8/0.2249.1A `I30347.349.1396.4A

P304000.3120kW Q301201.17140.4kvar

22 S30120140.4184.7kVA I30184.7/30.38280.6A 照明：查表得Pe12kW Kd0.9 cos1 tan0

P30120.910.8kW Q300 S3010.8kVA I3010.8/0.2249.1A ` I30280.649.1329.7A

⑶金工车间

动力：查表得Pe400kW Kd0.3 cos0.65 tan1.17 P304000.3120kw Q301201.17140.4kvar

3

S301202140.42184.7kVA I30184.7/30.38280.6A

照明：查表得Pe12kW Kd0.9 cos1 tan0

P30120.910.8kW Q300 S3010.8kVA I3010.8/0.2249.1A `I30280.649.1329.7A

⑷工具车间

动力：查表得Pe400kW Kd0.3 cos0.65 tan1.17

P304000.3120kw Q301201.17140.4kvar

S301202140.42184.7kVA I30184.7/30.38280.6A 照明：查表得

Pe12kW Kd0.9 cos1 tan0 P30120.910.8kW Q300 S3010.8kVA I3010.8/0.2249.1A `I30280.649.1329.7A

⑸电镀车间

动力：查表得Pe300kW Kd0.6 cos0.8 tan0.75

P303000.6180kW Q301800.75135kvar S3018021352225kVA I30225/30.38341.9A

照明：查表得Pe12kW Kd0.9 cos1 tan0

P30120.910.8kW Q300

S3010.8kVA I3010.8/0.2249.1A `I30341.949.1391A

动力：查表得Pe200kW Kd0.6 cos0.8 tan0.75

⑹热处理车间

P302000.3120kW Q301200.7590kvar S301202902150kVA I30150/30.38228A

照明：查表得Pe12kW Kd0.9 cos1 tan0

P30120.910.8kW Q300

S3010.8kVA I3010.8/0.2249.1A ` I3022849.1277.1A

⑺装配车间

动力：查表得Pe200kW Kd0.4 cos0.75 tan0.88

P302000.480kW Q30800.8870.4kvar

S3080270.42106.6kVA I30106.6/0.38162A

照明：查表得Pe12kW Kd0.9 cos1 tan0

P30120.910.8kW Q300

S3010.8kVA I3010.8/0.2249.1A `I3016249.1211.1A

⑻机修车间

4

动力：查表得Pe200kW Kd0.3 cos0.7 tan1.02

P302000.360kW Q30601.0261.2kvar

S3060261.2285.7kVA I3085.7/0.38130.3A

照明：查表得Pe7kW Kd0.9 cos1 tan0

⑼锅炉房

P3070.96.3kW Q300 S306.3kVA I306.3/0.2228.6A `I30130.328.6158.9A

动力：查表得Pe200kW Kd0.6 cos0.7 tan1.02

P302000.6120kW Q301201.02122.4kvar S301202122.42171.4kVA I30171.4/0.38260.5A

照明：查表得Pe4kW Kd0.9 cos1 tan0

P3040.93.6kW Q300 S303.6kVA I303.6/0.2216.4A `I30260.516.4424.5A

⑽仓库

动力：查表得Pe100kW Kd0.3 cos0.7 tan1.02

P301000.330kW Q30301.0230.6kvar S3030230.6242.9kVA I3042.9/0.3865.1A

照明：查表得Pe4kW Kd0.9 cos1 tan0

P3040.93.6kW Q300

S303.6kVA I303.6/0.2216.4A `I3065.116.481.5A

⑾宿舍区

照明：查表得Pe400kW Kd0.8 cos1 tan0

P304000.8320kW Q300 S30320kVA I30320/0.221454.5A

7 计算总的负荷：（取K Kp0.95 Kq0.9）

P300.95（16010.812010.812010.812010.818010.8

12010.88010.8606.31203.6303.6320)1443.145kW1443kWQ300.97163.2140.4140.4140.41359070.461.2122.430.6 1061.18kvar1061 kvar

S3014432106121791.1kVA

二次计算电流：I3021791.1/一次计算电流：I30

30.382721.3A

11791.1/310103.4A

5

计算负荷表如下：

所有车间设备的计算负荷 序 号 用 电单位 负 荷等级 负 荷性质 动力 照明 容量 PekW 需要 cosφ tanφ 系数 Kd 0.3 0.9 0.4 0.9 0.3 0.9 0.3 0.9 0.3 0.9 0.6 0.9 0.6 0.9 0.4 0.9 0.3 0.9 0.6 0.9 0.8 0.7 1 0.7 1 0.65 1 0.65 1 0.65 1 0.8 1 0.8 1 0.75 1 0.7 1 0.7 1 1 计算负荷 P30 kWQ30 kvarS30 kVAI30A `I30A 1 仓库 三级 2 3 4 铸造车间 锻压车间 金工车间 工具车间 电镀车间 热处二级 100 1.02 30 0 0 0 0 3.6 10.8 10.8 10.8 1.02 160 1.17 120 1.17 120 30.6 0 163.2 0 140.4 0 140.4 0 140.4 0 135 0 90 0 70.4 0 61.2 0 122.4 0 0 42.9 3.6 228.6 10.8 184.7 10.8 184.7 10.8 184.7 10.8 225 10.8 150 10.8 106.6 10.8 85.7 6.3 171.4 3.6 320 65.1 16.4 347.32 49.1 280.6 49.1 280.6 49.1 280.6 49.1 341.9 49.1 228 49.1 162 49.1 130.3 28.6 260.5 16.4 1454.5 4 动力 400 照明 396.4 329.7 329.7 329.7 12 12 12 三级 动力 400 照明 动力 400 照明 三级 5 三级 动力 400 照明 1.17 120 0 0 0.75 0 10.8 10.8 120 10.8 391 12 12 6 二级 动力 300 照明 动力 200 0.75 180 277.1 7 理车间 装配车间 机修车间 锅炉房 三级 照明 12 211.1 8 9 10 三级 动力 200 照明 0.88 80 0 0 0 0 10.8 6.3 3.6 320 1506.32 1443 1.02 60 1.02 120 12 7 4 400 158.9 424.5 81.5 三级 动力 200 照明 动力 200 照明 二级 11 宿舍三级 照明 区 1454.5 3285 总计 取 Kp=0.95 Kq=0.97 1093.81 高:103.4 1061 1791.1 低:2721.3

6

2.2进行无功补偿

在用户供电系统中，无功补我国《供电营业规则》规定：容量在100kV·A及以上高压供电用户，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，如达不到上述要求，则必须进行无功功率补偿。

一般情况下，由于用户的大量如：感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等都是感性负荷，使得功率因数偏低，达不到上述要求，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。当功率因数提高时，在有功功率不变的情况下，无功功率和视在功率分别减小，从而使负荷电流相应减小。这就可使供电系统的电能损耗和电压损失降低，并可选用较小容量的电力变压器、开关设备和较小截面的电线电缆，减少投资和节约有色金属。因此，提高功率因数对整个供电系统大有好处。

要使功率因数提高，通常需装设人工补偿装置。最大负荷时的无功补偿容量QN·C应为：

`` (2.7) QN.CQCQCP（tantan）C按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量，当负荷减小时，补偿容量也应相应减小，以免造成过补偿。因此，无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿控制器，针对预先设定的功率因数目标值，根据负荷的变化相应投切电容器组数，使瞬时功率因数满足要求。

提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设备。前者主要有同步补偿机和并联电容器。动态无功功率补偿设备用于急剧变动的冲击负荷。

低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装，根据负荷变化相应循环投切的电容器组数一般有4、6、8、10、12组等。用上式确定了总的补偿容量后，就可根据选定的单相并联电容器容量qN·C来确定电容器组数：n=QC/qc

功率因数COS1443/1791.10.8050.92所以需要进行无功补偿，如下： (1) 补偿前的变压器容量和功率因数：

S3014432106121791.1kVA COS0.805

因此为进行无功补偿时，主变压器容量应选 2000kVA

(2)无功补偿容量：按规定，变电所高压侧的cos0.9，考虑到变压器本身无功功率损耗 ， QT远大于其有功功率损耗PT ，一般QT =（4~5）PT ，因此在变压器低侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.90，这里取cos0.92。

要使低压侧功率因数由0.805提高到0.92，低压侧需装设的并联电容器容量为

QCQ30Q30P30(tantan)1443（0.7370.426）448.8kvar

根据QCnqC, 取qC30kvar, nQC/qC448.8/3015个应选取并联电容器型号为

BKMJ0.4-30-1/3，个数为15个

QC1530=450kvar

（3）补偿后的变压器容量和功率因数 补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为

'S3014432106115301567kVA

2因此主变压器容量可改选为1600 kVA，比补偿前容量减少400 kVA。 变压器的功率损耗为

PT0.015S300.015156723.505kW QT0.06S300.06156794.02kvar

变电所高压侧的计算负荷为

7

P301144323.5051466.5KW

Q301106145094.02703.02kvar 'S30(1)1466.52703.0221626kVA

所以补偿后的功率因数为

COS P301/ S3010.901

所以这一功率因数满足规定（0.9）要求。

2.3变电所的位置和型式的选择 1、变配电所厂址的选择：

变配电所所址选择的一般原则：

(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损耗量。 (2)进出线方便，特别是架空进出线。

(3)接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。

(4)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。 (5)不应设在有剧烈震动或高温的场所，无法避免时，应有防振和隔热的措施。 (6)不应设在多尘的或有腐蚀气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧。 (7)不应设在厕所、浴室和其他积水场所的正下方，且不宜与上述场所向贴邻。

(8)不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火险危险的正上方或者正下方。当与有爆炸或火灾危险的建筑物相毗连时，应符合现行国家标准GB50058-1992《爆炸和危险环境电力装置设计规范》的规定。

(9)不应设在地势低洼和可能积水的场所。

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。在工厂平面图的下边和左侧，分别作一直角坐标的x轴和y轴，然后测出各车间（建筑）和宿舍区负荷点的坐标位置，P1、P2、P3PG、F、A、B、I、J、C、D、E号的功率，设定P1（2.5，10分别代表厂房H、5.6）、P2（3.6，3.6）、P3（5.7，1.5）、P4（4，6.6）、P5（6.2，6.6）、P6（6.2，5.2）、P7（6.2，3.5）、P8（8.8，6.6）、P9（8.8，5.2）、P，并设P11（1.2，1.2）为生活区的中心10（8.8，3.5）负荷，如图3-1所示。而工厂的负荷中心假设在P(x,y),其中P=P1+P2+P3+P11=Pi。因此仿照《力学》中计算中心的力矩方程，可得负荷中心的坐标：

xP1x1P2x2P3x3P11x11P1P2P3P11P1y1P2y2P3y3P11y11P1P2P3P11(Px) Piiiy(Py) Piii

把各车间的坐标代入上式，得到x=5.38，y=5.38 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在I号厂房的西北角。

8

yP4P1P2P5P8 P P6P7P9 P10P11P3x 按负荷功率矩法确定负荷中心

根据图纸中10处位置的考虑选择，我组选择靠近J位置。

选择的理由：因为考虑到降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属损耗量，且要接近电源侧，且靠近负荷中心，我们应在J、I、G、F四区附近做出选择，4个地区都相对靠近生活负荷中心，另外邻厂也对电能的消耗量比较大，所以在一定程度上减少电能的损耗量。考虑到变配电所的防尘、防震动，所以尽量的避免接近生活区或者街道，综上考虑，我组选择J区附近的位置作为变配电所的地址。如图标出处。

2、型式的选择：室内型，有值班室，二台变压器 具体情况见附图：变电所平面布置图。

9

2.4变电所主变压器台数和容量的选择

1、变电所主变压器台数的选择

选择主变压器台数时应考虑以下原则：

（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，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。

（2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所，也可以考虑两台变压器。

（3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。

工厂总降压变电所主变压器的容量和台数的选择主要取决于负荷的大小及其对工厂供电可靠的要求，同时应考虑工厂发展规划等因素并与电气主接线的选择统筹安排，力求变电所的点去主接线简单，运行方便，供电可靠，节约电能减少损耗。变压器台数多则供电可靠性高，但设备投资大，运行费用增加。本工厂具有额定容量较大的二级负荷和三级负荷，也有容量小的三级照明负荷，由于工厂负荷分布较不均匀，昼夜负荷变化较大，所以选用两台变压器，这样可大量降低电能损耗和提高供电可靠性。同时使设置两台变压器增加的设备投资，可在三到五年内由节约的电能中收回。

2、选用车间内变电所，变压器室位于车间内的单独房间内，变压器室的大门朝车间内开。本厂内负荷较大，选用车间内变电所，位于车间的负荷中心且进出线方便，可以缩短低压配电的距离，从而降低电能损耗和电压损耗，减少有色金属的消耗量，因此技术经济指标比较好。且本厂生产面积比较紧凑，生产流程不需经常调整，设备也不需经常变动，选用车间内变电所较合理。

3、变电所主变压器容量的选择

对装有两台主变压器的变电所，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，宜满足总计算负荷S30的大约60%-70%的需要，即 SN.T 0.60.7S30 经补偿，高压侧S30为1626KV.A

所以 SN.T0.60.7S30975.6~1138.2kV.A

2）任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即 SN.TS30(ⅠⅡ)

所以 SN.TS3011S3051S3091228.6225171.4

10

6kVA65 0 +10.8+10.8+3.因铸造车间、电镀车间、锅炉房属于二级负荷，其余属于三级负荷，对供有大量一、二级负荷的变电所，应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。

在低压侧用15个BKMJ0.4-30-1电容进行无功补偿后，低压侧的额定容量为1567KV.A，高压侧的为1626KV.A。考虑到车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜于大于1000KV.A。这一方面是受以往低压开馆电器断流能力和短路稳定要求的限制；另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量，所以选用S9-1000/10(6) 型三相油浸式铜线低损耗配电变压器，额定容量为1000KV.A，额定电压为10KV。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。

此外适当考虑今后5~10年电力负荷的增长，额定容量留有一定的余地。此外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。如果安装地点不在规定的温度下，则年平均气温每升高1℃，变压器容量相应地减少1%。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有15摄氏度的温差，从而使处在室中的变压器环境温度比户外变压器环境温度要高出约8摄氏度，因此户内变压器的实际容量较之计算所得的容量减少8%。所以选用的额定容量稍大一点。

由于变压器的负荷是变动的，大多数时间是欠负荷运行，因此必要时可以时当过负荷，并不影响其使用寿命。油浸式变压器，户内可正常过负荷20%。但干式变压器一般不考虑正常过负荷，且干式变压器的额定容量较小，不宜大于630KV.A，过负荷能力也较小，过负荷百分数和过负荷时间都较油浸式变压器的低，所以选用油浸式变压器。

4、变压器的选取如下表： 变压器型号 额定电压 联结组标号 空载损耗 S9-1000/10 一次为10kV 二次为0.4kV Dyn11 1700W 负载损耗 空载电流 阻抗电压 1700W 1.7% 5% 采用Dyn11型接线，较之Yyn11联接有以下优点：

1）对于Dyn11联接变压器来说，其3n次谐波电流在其三角形接线的一次绕组没形成环流，从而不致注入公共的高压电网中去，有利于抑制高次谐波。

2) Dyn11联接变压器的零序阻抗较之Yyn11联接变压器的零序阻抗小得多，从而更有利于低压单相接地短路故障保护的动作和故障的切除。

3）当低压侧用单相不平衡负载时，由于Yyn11联接变压器要求抵押中性线电流不超过低压绕组额定电流的25%，因而严重限制其接用单相负荷的容量，影响了变压器设备能力的充分发挥，所以宜选用Dyn11联接变压器。其低压侧中性线电流允许达到低压绕组额定电流的75%以上，其承受单相不平衡负荷的能力远比Yyn11联接变压器大。

5、两台变压器并列运行时，必须满足以下四个基本条件

1）并列变压器的额定一、二次电压必须对应相等，否则易形成环流。2）阻抗电压必须相等，否则易导致过负荷现象。3）连接组别必须相等，否则易形成环流，可能使变压器绕组烧毁。4）变压器容量尽量相同或相近，如果容量相差悬殊，不仅运行不方便，还易形成环流，使容量小的变压器过负荷烧毁。

2.5主接线方案的选择

主接线是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器、避雷器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。

电气主接线是变电所的主要电路，它明确表示了变电所电能接受与分配的主要关系，是变电所运行、操作的主要依据。在设计中，主接线的拟定对电气设备选择、配电装置布置、保护和控制测

11

量的设计、建设投资以及变电所运行的可靠性、灵活性及经济性等都密切相关，所以主接线的选择是供电系统设计中一项重要的环节。

在三相对称情况下，电气主接线图通常以单线图表示，图上所有电器元件均用统一规定的图形符号表示。

1、对电气主接线的基本要求

安全性：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。 可靠性：应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。

灵活性：应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检验，且适合符合的发展。

经济性：在满足上述要求的前提下，尽量是主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。

结合工厂发展的规划，留有扩建余地。 2、工厂总降压变电所电气主接线的选择

总降压变电所的电气主接线应根据工厂负荷的类型、供电及配电电压、电源进线的数目以及主变压器的数目来确定。一般说来，我们经过计算选择的工厂总降压变电所的特点是：

（1）供配电的电压是6~10千伏。电能先经过高压配电所集中，再由高压配电线路将电能分送到各车间变电所，或由高压配电线路直接供给高压用电设备。车间变电所内装有电力变压器，将6~10千伏的高压电将为一般低压设备所需电压，然后由低压配电线路将电能分送到各个用电设备。 （2）电源进线为2回进线。一路是架空线WL1，另一路是电缆线WL2。最常见的进线方案是一路电源来自发电厂或来自电力系统变电站，作为正常工作电源，而另一路电源则来自邻近单位的高压联络线，作为备用电源。

（3）主变压器的数目为2台。我们考虑到极不平衡，昼夜负荷或季节性负荷变化大，选用两台变压器大量降低电能损耗。工厂中有大量冲击性负荷，为减少它们对其它负荷的的影响，有必要为冲击性负荷单独设置变压器。 2.6 总降压变电所的接线方式

1、电源进线

该配电所有两路10KV电源进线，一路是架空线WL1，另一路是电缆线WL2。最常见的进线方案是一路电源来自发电厂或来自电力系统变电站，作为正常工作电源，而另一路电源则来自邻近单位的高压联络线，作为备用电源。

考虑到进线断路器在检修时有可能两端来电，因此为保证断路器检修时的人身安全，断路器两侧都必须装设高压隔离开关。 2、母线

母线，是配电装置中用来汇集和分配电能的导体。

高压配电所的母线，通常采用单母线制。如果是两路或以上电源进线时，则采用高压隔离开关或高压断路器（其两侧装隔离开关）分段的单母线制。母校采用隔离开关分段时，分段隔离开关可安装在墙上，也可采用专门的分段柜（亦称联络柜）。

为了测量、监视、保护和控制主电路设备的需要，每段母线上都接有电压互感器，进线上和出线上都接有电流互感器。附录图的高压电流互感器均有两个二次绕组，其中一个节测量仪器，另一个节继电保护装置。为了防止雷电过电压侵入配电所时击毁其中的电气设备，各段母线上都装设了避雷器。避雷器和电压互感器同装设在一个高压柜内，且共用一组高压隔离开关。

3、高压配电出线

由于这里的高压配电线都是由高压母线出来断路器需在其母线侧加隔离开关，以保证断路器和出线的安全检修。

4、主接线的方案与分析

主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。 （1）10kV主接线设计

12

10kV主要担负着为整个变电所供电的重任，主供电源由10kV母线引两回线供给，其中一回线路作为工作电源，另一回路作备用电源，因此有单母线接线，单母线分段接线，桥形接线三个方案可供选择。

方案I：采用单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少操作方便、设备少、经济性好，并且，母线便于向两端延伸，便于扩建和采用成套配电装置。

缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电；调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。

适用范围：一般适用于一台发电机或一台变压器的配电装置的出线回路数不超过3回。

图2.6-1 单母线接线 图2.6-2 单母线分段接线

图2.6-3 桥形接线（a）内桥接线（b）外桥接线

方案II：采用单母线分段接线

优点：可以提高供电可靠性和灵活性。用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出

13

两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，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故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。

方案Ⅲ：采用桥形接线 内桥接线：

优点：在线路故障或切除投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单。 缺点：在变压器故障或切除投入时，要使相应线路短时停电，并且操作复杂。 外桥接线：

优点：在变压器故障或切除投入时，不影响其余回路工作，并且操作简单。 缺点：在线路故障或切除投入时，要使相应线路短时停电，并且操作复杂。

桥形接线投资少，但可靠性不高，只适用于小容量变电站，以及作为最终将发展为单母线分段

[3]

接线或双母线接线的工程初期接线方式。

经过以上论证，决定采用方案II即单母线分段接线。如图2.6-2。 （2） 0.4kV主接线设计 方案I：采用单母线接线

优点：接线简单清晰、设备少操作方便、设备少、经济性好，并且，母线便于向两端延伸，便于扩建和采用成套配电装置。

缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电；调度不方便，电源只能并列运行，不能分列运行，并且线路侧发生短路时，有较大的短路电流。

方案II：采用单母线分段接线

优点：可以提高供电可靠性和灵活性。用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电;当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，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故或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。

经过以上论证，决定采用方案II即单母线分段接线。如图2.6-2。

单母线分段接线保留了单母线接线的优点，又在一定程度上克服了它的缺点，如缩小了母线故障的影响范围、分别从两段母线上引出两路出线可保证对一级负荷的供电等。

方案比较分析：

（一）只装有一台主变压器的小型变电所主接线图

只装有一台主变压器的小型变电所，其高压侧一般采用无母线的接线。根据其高压侧采用的开关器件不同，有以下三种比较典型的主接线方案。

（1）高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的变电所主接线图，这种主接线，受隔离开关和跌开式熔断器切断空载变压器容量的限制，一般只用于500kV.A及以下容量的变电所中。这种变电所相当经济，但供电可靠性不高，当主变压器或高压侧停电检修或发生故障时，整个变电所要停电。由于隔离开关和跌开式开关熔断器不能带负荷操作，因此变电所送点和停电的操作程序比较麻烦，如果稍有疏忽，还容易发生带负荷拉闸的严重事故，而且在熔断器熔断后，更换熔体需要一定的时间，从而影响供电可靠性。但是这种主接线对于三级负荷的小容量变电所是相当适宜的。 (2) 高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷型跌开关式熔断器的主变电所图，由于负荷开关和负荷型跌开式熔断器能带负荷操作，从而使变电所停、送电的操作比上述主接线图要简便灵活得多，也不存在带负荷拉闸的危险。但在发生短路鼓掌时，只能是熔断器熔断，因此这种主接线图仍然存在

14

着在排除短路故障时恢复供电的时间较长的缺点，供电可靠性仍然不高。这种主接一般也只用于三级负荷的变电所。

(3)高压侧采用隔离开关-熔断器的变电所主接线图，这种主接线由于采用了高压熔断器，因此变电所的停、送电操作十分灵活方便，而且在发生短路故障时，过电流保护装置动作，断路器会自动跳闸，如果短路故障已消除，则可立即合闸恢复供电。如果配备自动重合装置（ARD），则供电可靠性更高。但是如果变电所只此一路电源进线时，一般也只用于三级负荷；但如果变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时，或另有备用电源时，则可用于二级负荷。如果变电所有两路电源进线，如图，则供电可靠性相应提高，可供二级负荷或少量一级负荷。

分析：此接线方式具有一回电源进线和一台变压器接线，这种情况在变电所的高压侧采用线路一变压器组接线，而变压器的低压侧则采用单母线接线方式。变压器高压侧装有断路器的线路一变压器组接线，这种接线由于变压器高压侧装有断路器。主电气线路接线见附录1.

正常运行时，变压器的切投操作以及发生事故时故障短路的切除均可利用断路器进行，所以运行操作比较方便。低压侧单母接线是简单的母线接线，有母线引出馈电线到工厂配电所或车间变电所，馈电线可用断路器或负荷开关控制，，或者简单的采用隔离开关及熔断器控制方式，视负荷的大小及重要程度而定。

这种接线具有简单、经济的优点，虽然这种接线采用了高压断路器，投资稍大些，但是只有一回进线和一台变压器，低压侧有是单母接线，所以供电可靠性不高。当线路一变压器组中的任一原件或母线发生故障或进行检修时，全部都要停电。 （二）装有两台主变器的小型变电所主接线图

(1) 高压无母线、低压单母线分段的变电所主接线，这种主接线的供电可靠性较高，当任一主变压器或任一电源进线停电检修或发生故障时，该变电所通过闭合低压母线分段开关，即可恢复对整个变电所的供电。如果两台主变压器高压侧断路器装设互为备用的备用电源自动投入装置，则任一主变压器高压侧断路器因电源断电（失压）而跳闸时，另一主变压器高压侧的断路器在备用电源自动装置作用下自动合闸，恢复整个变电所的供电。这时该变电所可供一、二级负荷。

（2）高压采用单母线、低压单母线分段的变电所主接线图，这种主接线适合用于装有两台及以上主变压器或具有多路高压出线的变电所，其供电可靠性也较高。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。但在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变得所要停电。这时只能供电给三级负荷。如果有与其他变电所相连的高压或低压联络线时，则可供一、二级负荷。

(3)高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图（见附录） 这种变电所的两段高压母线，在正常时可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或发生故障时，通过切换操作，均可迅速恢复整个变电所的供电。 主接线方案的技术经济比较

比较项目 供电安全性 技术指标 供电可靠性 供电质量 灵活方便性 扩建适应性 经济电力变压器的综指合投资额 标 装设一台主变的方案 基本满足要求 供电可靠性低 由于一台主变，电压损耗较大 只有一台主变，灵活性稍差 稍差一些 装设两台主变的方案 满足要求 供电可靠性高 选用两台变压器可大量降低电能损耗。 由于有两台主变，灵活性较好 更好一些 设备投资少，运用费用也少 设备投资较大，运行费用也增加 15

5、电气主接线的确定

电源进线为两路，变压器台数为两台。二次侧采用单母线分段接线。两路外供电源容量相同且可供全部负荷，采用一用一备运行方式，故变压器一次侧采用单母线分段接线，而二次侧采用单母线分段接线。

该方案中，两路电源均设置电能计量柜，且设置在电源进线主开关之后。变电所采用直流操作电源，为监视工作电源和备用电源的电压，在母线上和备用进线断路器之前均安装有电压互感器。当工作电源停电且备用电源电压正常时，先断开工作电源进线断路器，然后接通备用电源进线断路器，由备用电源供所有负荷。

综上分析，选择高低压侧均为单母线分段的变电所主接线方法。

电源进线为两路，变压器台数为两台。故变压器一次侧采用单母线用高压断路器分段接线，而二次侧也采用单母线用高压断路器分段接线。所以我们选用单母用高压断路器分段，它的优点是：

(1)运行调度灵活,正常时两条母线和全部断路器运行，成多路环状供电；

(2)检修时操作方便，当一组母线停支时，回路不需要切换，任一台断路器检修，各回路仍按原接线方式运行，不需切换;

(3)运行可靠，每一回路由两台断路器供电，母线发生故障时，任何回路都不停电｡

它还有一定的缺点：使用设备较多，特别是断路器和电流互感器，投资费用大，保护接线复杂。 2.7 短路电流计算

短路计算电路图

工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电，系统中最常见的故障就是短路，其主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。短路电流比正常电流大得多，可对供电系统产生极大的危害。一般三相短路的电流最大，造成的危害也最严重。为了使电力系统的电气设备在最严重的短路状态下也可能可靠地工作，在选择和校验电气设备的短路计算中，常以三相短路计算为主。在计算短路电路的阻抗时，对于含有变压器的电路，电路内各元件的阻抗都应统一换算到短路点的短路计算电压去。对于高压侧电网当RX3时，不记入电阻。对于低压电网短路计算，通常计入短路电路所有元件的阻抗，即除了应计入前述主要元件的阻抗外，通常还要计入母线的阻抗、电流互感器一次线圈阻抗、低压断路器过电流线圈阻抗和低压线路中各开关触头接触电阻等，电阻较小时可忽略不计。

如图所示，取两个短路点k-1、k-2。高压架空线路采用LGJ钢芯铝绞线，已知架空线路电抗X0为0.33/km，10kV侧短路容量SOC为500MVA，ud%5。

1.求k-1点三相短路电流(Uc1=10.5kV) ① 电力系统的电抗：

16

Uc12(10.5kV)2X１＝＝＝0.22

500MVASoc② 架空线路电抗：

X2= X0l=0.33/km 6km=1.98

③k-1点短路的等效电路，如图：

④三相短路电流周期分量有效值：

IK1(3)=Uc110.5==2.76kA 3(0.221.98)3X(k1)⑤三相短路次暂态电流和稳态电流有效值：

(3)

I''(3)=I=IK1(3)=2.76kA

⑥三相短路冲击电流及其有效值：

ish2.55I2.552.76kA7.038kA

3'33Ish1.51I4.2kA

'3⑦三相短路容量：

Sk(3)Uc1Ik1(3)310.52.7650.2MVA 1=32.求k-2点三相短路电流(Uc2=0.4kV) ①电力系统的电抗：

Uc220.42X3.2104

Soc500'1Uc220.42②架空线路电抗：X2X0l0.3362.87103 22Uc110.5'③电力变压器的电抗：

Uk%Uc2250.42X3=X4=8103

100SN1001000④k-2点短路的等效电路，如图：

17

⑤总阻抗：

'X(k2)X1'X2X3X43.21042.8710341037.19103 ⑥三相

短路电流周期分量有效值：

Ik2(3)=0.4kVUc2==32.12kA 337.19103X(k2)⑦三相短路次暂态电流和稳态电流有效值：

(3)

I''(3)=I=Ik2(3)=32.12kA

⑧三相短路冲击电流及其有效值：

''(3)(3)=1.84I=1.8432.12kA=59.1kA ish''(3)(3)

=1.09I=35.01kA Ish

⑨三相短路容量：

Sk2(3)=3Uc2Ik2(3)30.4kV32.12kA22.25MVA

短路类型 短路点编号 短路点位置 短路电短路次短路稳短路冲短路冲击流周期暂态电态电流 击电流电流有效分量有流 I∞（kA） ish（kA） 值Ish效值IkI″（kA） （kA） （kA） 2.67 32.12 2.67 32.12 2.67 32.12 7.038 59.1 4.2 35.01 短路容量Sk(MVA) 三 10kV母K-1 相 线 短 0.4kV母K-2 路 线 50.2 22.25 2.8 电气设备选择

1、高压一次设备必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下工作的要求，工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。

2、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的位置、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。电气要求是指电气要求装置对设备的电压、电流、频率等的要求；对一些断流电器如开关、熔断器等，应考虑其断流能力。

3、电气设备要满足在短路故障条件下工作的要求，还必须按最大可能的短路故障时的动稳定度和热稳定度进行校验。但对熔断器及装有熔断器保护的电压互感器，不必进行短路 的校验，但必须进行短路热稳定度的校验。

（1）设备的额定电压应不小于装置地点的额定电压或最高电压电压（若设备额定电压按最高工作电压）。

（2）设备的额定电流应不小于通过设备的计算电流。

（3）最大开断电流（或功率）应不小于它可能开断的最大电流（或功率）。 （4）按三相短路冲击电流校验动稳定性。

（5）按三相短路稳定电流和短路发热假想时间校验热稳定性。 按照校验条件进行电气设备选择如下：

高压设备选择如下：

18

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 名称 钢芯铝绞线 避雷器 电力电缆 高压隔离开关 高压熔断器 电流互感器 电压互感器 高压断路器 型号 LGJ-185 FS4-10 ZLQ20-1000-3*120 GN8 10/400 RA2 10/0.5 LQJ-10 3000/5 JDZ-10 1000/100 JDZJ-10 1000/100 SN10 10I/630

低压设备选择如下：

序号 1 2 3 名称 并联电容器 低压隔离开关 低压断路器 型号 BKMJ0.4-30-1/3 GN6-0.4/100 SN10-0.4/1250

所选高压一次设备功能简介

高压隔离开关：主要是隔离高压电源，以保障其设备和线路的安全检修。 高压熔断器 ： RN2型作高压电压互感器一次侧的短路保护。

高压断路器 ： 不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能保护装置作用下自动跳闸，切断短路故障。 2.9继电保护

一、电力变压器的继电保护

1、对于高压侧为6-10kV的车间变电所主变压器来说，通常装设带时限的过电流保护，如果过电流保护动作时间大于0.5-0.7时，还应装设电流速断保护。

2、容量在800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及车间内油浸式变压器，按规定装设瓦斯保护（又称气体继电保护）。容量在400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护和瓦斯保护在轻微故障时（通称为“轻瓦斯故障”），动作于信号，而其他保护包括瓦斯保护在严重故障时（通称为“重瓦斯故障”），一般均动作于跳闸。

由于本设计方案中选择两台1000KVA的电力变压器，所以应进行瓦斯保护，定时限过电流保护，电流速断保护，过负荷保护等相应的保护。 二、高压线路的继电保护

1、作为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。如果过电流保护动作时间不大于0.5-0.7时，可不装设电流速断保护。相间短路保护应动作于断路器的跳闸机构，使断路器跳闸，切除短路故障部分。

2、作为线路的单相接地保护，有两种方式：①绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。②有选择性的单相接地保护，也动作于信号，但是当单相接地故障危及人身设备安全时，则动作于跳闸。

3、对于可能经常过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护，动作于信号。 2.10防雷和接地装置的确定 （1）防雷装置确定

19

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。

（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。 （3）雷电侵入波保护

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器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。 （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。

20

3 总 结

通过本次工厂供电课程设计，加深了我对工厂供电知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，象总降压的设计、负荷计算、变电所所址的选择、短路电流的计算以及各个用电设备的选择和校验、电线和电缆的选择、防雷措施等等，我与其他同学一起进行课题分析、查资料，进行设计，整理说明书到最后完成整个设计。作为大学阶段一次重要的学习经历我感觉自己受益非浅，同时深深的感觉的自己的学习能力在不断提高，两周的时间就这样匆匆的过去了。

这次设计使我对工厂供电有了新的认识，对总降压变电所的设计由一无所知到现在的一定程度的掌握，起到了非常重要的作用，对老师的关心，指导大家有感于心，事实上这次设计对我们的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图，说明书编辑，各种信息的分析，对WORD文档的使用等多方面的能力。不久我们将走上工作岗位，这样的学习机会对我们来说已经不多了，我们非常重视。我们发扬团队合作的精神，互相配合。

课程设计的过程是艰辛的，但是收获却是很大的。这次课程设计我主要是应用以前学习的工厂供电知识，综合起来才完成了这个课程设计。

首先，综合课程设计让我把以前学习到的知识得到巩固和进一步的提高认识，对已有知识有了更进一步的理解和认识，再次，我在课程设计中碰到了很多的问题，我通过查阅相关书籍，资料，通过自己钻研，特别是得到了王薇老师的谆谆教导，王老师给予了我很大的帮助，不仅给了我思路上的开阔，还让我认识到了自己对以前所学知识的不足方面。

电能是现代工业生产的主要的能源和动力，电能在工业生产的重要性，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自动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，改善工人的劳动条件，有利于实现生产自动化

当然，通过这次课程设计，我也发现了自身的很多不足之处，在以后的学习中，我会不断的完善自我，不断进取，能使自己在这方面有一个大的发展。

21

参考文献

[1]王子午 徐泽植，常用供配电设备选型手册 [2] 刘介才，工厂供电（第4版），机械工业出版社，2007

[3] 雷振山，中小型变电所实用设计手册，中国水利水电出版社，2000年5月 [4] 刘介才，实用供配电技术手册（第一版），中国水利水电出版社，2002年1月 [5] 王子午 徐泽植，常用供配电设备选型手册 ，煤炭工业出版社，1998年2月第一版

[6] 王子午 陈昌，10kV及以下供配电设计与安装图集中册，煤炭工业出版社，2002年1月第一版 [7]工厂常用电气设备手册下册补充本（一），（二），中国电力出版社，2003年二月第一版 [8]工业与民用配电设计手册第二版，中国电力出版社，1994

[9]现代建筑电气设计实用指南，中国水利水电出版社，2000年1月

22