XX机械厂降压变电所的电气设计

目 录

第一章 设计任务 .................................................. 1 1.1设计要求 .................................................. 1 1.2 设计依据 .................................................. 1 第二章 负荷计算和无功功率补偿 ................................... 3 2.1 负荷计算 ................................................. 3 2.2 无功功率补偿 ............................................. 5 第三章 变电所位置与型式的选择 ................................... 7 第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择 ......................... 9 4.1变电所主变压器的选择 ....................................... 9 4.2 变电所主接线方案的选择 .................................... 9 4.3 主接线方案的技术经济比较 ................................ 11 第五章 短路电流的计算 .......................................... 12 5.1 绘制计算电路 ............................................ 12 5.2 确定短路计算基准值 ...................................... 12 5.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值 ........................ 12 5.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算 ............................. 13 5.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算 .............................. 13 第六章 变电所一次设备的选择校验 ............................... 15 6.1 10kV侧一次设备的选择校验 ................................ 15 6.2 380V侧一次设备的选择校验 ................................ 16 6.3 高低压母线的选择 ........................................ 17 第七章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择 ...................... 18 7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择 ............................ 18 7.2 380低压出线的选择 ....................................... 18 7.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 ....................... 20 第八章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 ................ 22 8.1变电所二次回路方案的选择 ................................. 22 8.2 变电所继电保护装置 ....................................... 22 8.3装设电流速断保护 ......................................... 23 8.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 ................... 23 第九章 降压变电所防雷与接地装置的设计 .......................... 25 9.1变电所的防雷保护 ......................................... 25 第十章 设计总结 ................................................ 27 参考文献 ........................................................ 28

第一章 设计任务

1.1设计要求

要求根据本厂所能取得的电源及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 设计依据

1.2.1工厂总平面图

图1-1XX机械厂总平面图

1.2.2 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4000h，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。 1.2.3 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100km，电缆线路总长度为18km。

1

1.2.4 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。 1.2.5 地质水文资料

本厂所在地区平均海拔500m，地层以红土为主，地下水位为2m。 1.2.6 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。

表1-1 工厂负荷统计资料

2

第二章 负荷计算和无功功率补偿

2.1 负荷计算

2.1.1单组用电设备计算负荷的计算公式

a)有功计算负荷（单位为KW）

P30=KdPe ， Kd为系数

b)无功计算负荷（单位为kvar）

Q30= P30tanϕ

c)视在计算负荷（单位为kvA）

S30=

P30

cosϕ

d)计算电流（单位为A）

I30=

S30UN

, UN为用电设备的额定电压（单位为KV）

2.1.2多组用电设备计算负荷的计算公式

a)有功计算负荷（单位为KW）

P30=K∑⋅p∑P30⋅i

式中∑P30⋅i是所有设备组有功计算负荷P30之和，可取0.85~0.95 K∑⋅p是有功负荷同时系数，

b)无功计算负荷（单位为kvar）

Q30=K∑⋅q∑Q30⋅i，∑Q30⋅i是所有设备无功Q30之和；K∑⋅q是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97

c)视在计算负荷（单位为kvA） d)计算电流（单位为A）

22

S30=P30 +Q30

I30=

S303UN

=1.52S30

经过计算，得到各厂房和生活区的负荷计算表，如表2-1所示（额定电压取380V）

3

4

2.2 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、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。

由表2-1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.75。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

QC=P30(tanϕ1 - tanϕ2)=862.3[tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) ] = 393 kvar

参照图2-1，选PGJ1型低压自动补偿评屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案（主屏）1台与方案3（辅屏）4台相结合，总共容量为84kvar⨯5=420kvar。补偿前后，

'

变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，而无功计算负荷Q30=（788.5-420）

kvar=368.5kvar，视在功率S

'

30

=P+Q=937.7kVA，计算电流I

230'230'30

=

'S30

UN

=1425 A,功

P30

率因数提高为cosϕ='=0.92。

S30

'

5

图2-1 PGJ1型低压无功功率自动补偿屏的接线方案

在无功补偿前，该变电所主变压器T的容量为应选为1250kVA,才能满足负荷用电的需要；而采取无功补偿后，主变压器T的容量选为1000kVA的就足够了。同时由于计算电流的减少，使补偿点在供电系统中各元件上的功率损耗也相应减小，因此无功补偿的经济效益十分可观。因此无功补偿后工厂380V侧和10kV侧的负荷计算如表2-2所示。

6

第3章变电所位置与型式的选择

3.1变电所位置的选择要求 一、接近负荷中心； 二、进出线方便； 三、接近电源侧； 四、设备运输方便；

五、不应设在有剧烈振动或高温的场所；

六、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；

七、不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻； 八、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，应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定；

九、不应设在地势低洼和可能积水的场所。

在同一配电室内单列布置高、低压配电装置时，当高压开关柜或低压配电屏顶面有裸露带电导体时，两者之间的净距不应小于2m；当高压开关柜和低压配电屏的顶面封闭外壳防护等级符合IP2X级时，两者可靠近布置。有人值班的配电所，应设单独的值班室。当低压配电室兼作值班室时，低压配电室面积应适当增大。高压配电室与值班室应直通或经过通道相通，值班室应有直接通向户外或通向走道的门。变电所宜单层布置。当采用双层布置时，变压器应设在底层。设于二层的配电室应设搬运设备的通道、平台或孔洞。高（低）压配电室内，宜留有适当数量配电装置的备用位置。高压配电装置的柜顶为裸母线分段时，两段母线分段处宜装设绝缘隔板，其高度不应小于0.3m。由同一配电所供给一级负荷用电时,母线分段处应设防火隔板或有门洞的隔墙。供给一级负荷用电的两路电缆不应通过同一电缆沟，当无法分开时，该电缆沟内的两路电缆应采用阻燃性电缆，且应分别敷设在电缆沟两侧的支架上。户外箱式变电站和组合式成套变电站的进出线宜采用电缆。配电所宜设辅助生产用房。 3.2变电所的形式

车间附设变电所 车间内变电所

露天（或半露天）变电所 独立变电所 杆上变电台 地下变电所 楼上变电所 成套变电所 移动式变电所

我们的工厂是10kv以下，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 P10分别代表厂房1、2、3...10号的功率，设定P1（1.8,2.8）、P2（2.1,4.9）、P3（3.7,6.7）、P4（5.5，2）、

7

P5（5.9,3.6）、P6（6.3,5.3）、P7（6.6,6.7）、P8（8.8,2.1）、P9（9.1,3.7）、P10（9.8,6.8），

并设P11（0.6,7.4）为生活区的中心负荷，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：

Px+P2x2+P3x3+ P11x11x=11=

P1+P2+P3+ P11y=

P1y1+P2y2+P3y3+ P11y11

=

P1+P2+P3+ P11

∑(Px) （3-1） P

iiiii

∑(Py) P

i

（3-2）

把各车间的坐标代入（1-1）、（2-2），得到x=4.2，y=5.2 。由计算结果可知，工厂的负荷中心在6号厂房（工具车间）的西南角。考虑到周围环境及进出线方便，决定在6号厂房的西侧紧靠厂房建造工厂变电所，器型式为附设式。

图3-1 按负荷功率矩法确定负荷中心

8

第四章 变电所主变压器及主接线方案的选择

4.1 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考虑有下列两种可供选择的方案：

S30SN⋅T为主变压器容量，a)装设一台变压器 型号为S9型，而容量根据式SN⋅T≥S30，

为总的计算负荷。选SN⋅T=1000 KVA>S30=971KVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于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。

b)装设两台变压器 型号为S9型，而每台变压器容量根据式（4-1）、（4-2）选择，即

SN⋅T≈(0.6~0.7)⨯971KVA=（582.6~679.7）KVA （4-1）

SN⋅T≥S30( )=(134.29+165+44.4) KVA=343.7 KVA

（4-2）

因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。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。 主变压器的联结组均为Yyn0 。

4.2 变电所主接线方案的选择

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：装设一台主变压器的主接线方案，如下图4-1所示，装设两台主变压器的主接线方案，如图4-2所示。

图4-1 装设一台主变压器的主接线方案

9

高压柜列GG- 1A(F) -113

GG- 1A(F) -11

GG- 1A(J) -01

GG- 1A(F) -96

GG- 1A(F) -07

GG- 1A(F) -54

联络 主 主

变 变 （备用）

图4-2 装设两台主变压器的主接线方案

10

4.3 主接线方案的技术经济比较

表4-1 主接线方案的技术经济比较

方案，但按经济指标，则装设一台主变的主接线方案远由于装设两台主变的主接线方案，因此决定采用装设一台主变的主接线方案。

11

第五章 短路电流的计算

5.1 绘制计算电路

10.5kV 0.4kV

图5-1 短路计算电路 5.2 确定短路计算基准值

设基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=Uc=1.05UN，Uc为短路计算电压，即高压侧

Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则

Id1=

SdUd1

=

100MVA⨯10.5kV=

=5.5kA （5-1）

Id2=

SdUd2

100MVA⨯0.4kV

=144kA （5-2）

5.3 计算短路电路中个元件的电抗标幺值

5.3.1电力系统

已知电力系统出口断路器的断流容量Soc=500MVA，故

X1*=100MVA/500MVA=0.2

（5-3）

5.3.2架空线路 查表得

*X2=x0l

LGJ-150

的线路电抗x0=0.36Ω/km，而线路长

（5-4）

8km，故

Sd100MVA

=(0.36⨯8)Ω⨯=2.6 22Uc(10.5kV)

5.3.3电力变压器

查表得变压器的短路电压百分值Uk%=4.5，故

*

X3=

Uk%Sd4.5100MVA

=4.5 =⨯

100SN1001000kVA

（5-5）

式中，SN为变压器的额定容量

因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。

12

1 0.21 2.6

k-1

1 4.5

图5-2 短路计算等效电路

5.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算

5.4.1总电抗标幺值

***X∑(k-1)=X1+X2=0.2+2.6=2.8

（5-6）

5.4.2 三相短路电流周期分量有效值

I*d1k=1=

IX

*

=

5.5kA

∑(k-1)

2.8

=1.96kA 5.4.3 其他短路电流

I''(3)=I(3)(3)

∞=Ik-1=1.96kA

i(3)

(3)sh=2.55I''=2.55⨯1.96kA=5.0kA

I(3)

(3)sh=1.51I''=1.51⨯1.96kA=2.96kA 5.4.4 三相短路容量

S(3)d100MVA

k-1=

SX

*

=

∑(k-1)

2.8

=35.7MVA 5.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算

5.5.1总电抗标幺值

X****∑(k-1)=X1+X2+X3=0.2+2.6+4.5=7.3 5.5.2三相短路电流周期分量有效值

I*d2k=2=

IX

*

=

144kA

∑(k-2)

7.3

=19.7kA

5.5.3 其他短路电流

I''(3)=I(3)3)

∞=I(k-1=19.7kA

i(3)

)sh=1.84I''(3=1.84⨯19.7kA=36.2kA

I(3)sh=1.09I''(3)=1.09⨯19.7kA=21.5kA

5.5.4三相短路容量

13

（5-7）

（5-8）

（5-9）

（5-10）

（5-11）

（5-12）

（5-13）

（5-14）

（5-15） （5-16）

)Sk(3-2=

SdX

*

∑(k-2)

=

100MVA

=13.7MVA

7.3

表5-1 短路计算结果

（5-17）

以上短路计算结果综合图表5-1所示。

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第六章 变电所一次设备的选择校验

6.1 10kV侧一次设备的选择校验

6.1.1按工作电压选则

设备的额定电压UN⋅e一般不应小于所在系统的额定电压UN，即UN⋅e≥UN，高压设备的额定电压UN⋅e应不小于其所在系统的最高电压Umax，即UN⋅e≥Umax。UN=10kV，

Umax=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压UN⋅e=12kV，穿墙套管额定电压UN⋅e=11.5kV，熔断器额定电压UN⋅e=12kV。

6.1.2按工作电流选择

设备的额定电流IN⋅e不应小于所在电路的计算电流I30，即IN⋅e≥I30 6.1.3按断流能力选择

设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值Ik(3)或短路容量Sk(3)，即

(3)

Ioc≥Ik(3)或Soc≥Sk(3)

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为Ioc≥IOL⋅max，IOL⋅max为最大负荷电流。 6.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验

a)动稳定校验条件

(3)(3)

imax≥ish或Imax≥Ish

(3)(3)

imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ish、Ish分别为开关所处的三相短路

冲击电流瞬时值和有效值

b)热稳定校验条件

(3)2

It2t=I∞tima

对于上面的分析，如表6-1所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

表6-1 10 kV一次侧设备的选择校验

15

6.2 380V侧一次设备的选择校验

同样，做出380V侧一次设备的选择校验，如表6-2所示，所选数据均满足要求。

16

6.3 高低压母线的选择

查表得到，10kV母线选LMY-3(40⨯4mm),即母线尺寸为40mm⨯4mm;380V母线选LMY-3（120⨯10）+80⨯6，即相母线尺寸为120mm⨯10mm，而中性线母线尺寸为80mm⨯6mm。

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第七章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择

7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择

7.1.1 10kV高压进线的选择校验

采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。 a).按发热条件选择

由I30=I1N⋅T=57.7A及室外环境温度33°，查表得，初选LGJ-35,

其35°C时的Ial=149A>I30,满足发热条件。

b).校验机械强度 查表得，最小允许截面积Amin=25mm2，而LGJ-35满足要求，故选它。 由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。

7.1.2 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之间埋地敷设。 a)按发热条件选择

由I30=I1N⋅T=57.7A及土壤环境25°，查表得，初选缆线芯截面为25mm2的交联电缆，其Ial=149A>I30,满足发热条件。 b)校验热路稳定

(3)∞

按式A≥Amin=I

timaC

，A为母线截面积，单位为mm2；Amin为满足热路稳定条件的

(3)

最大截面积，单位为mm2；C为材料热稳定系数；I∞为母线通过的三相短路稳态电流，(3)单位为A；tima短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中I∞=1960，

tima=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，

(3)C=77，把这些数据代入公式中得Amin=I∞

timaC

=1960⨯

0.75

=22mm2

因此JL22-10000-3 ⨯25电缆满足要求。

7.2 380低压出线的选择

7.2.1铸造车间

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。

a）按发热条件需选择

由I30=266A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选缆芯截面185mm2，其Ial=273A>I30，满足发热条件。

b）校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为300m，

18

而查表得到185mm2的铝芯电缆的R0=0.21Ω/km （按缆芯工作温度75°计），

X0=0.07Ω/km，又1号厂房的P30=120kW, Q30=122.4kvar，故线路电压损耗为

(pR+qX)120kW⨯(0.21⨯0.3)+122.4kvar⨯(0.07⨯0.3)∆U===26.7V

UN

0.38kV

∆U%=

26.7

⨯100%=7%>∆Ual%=5%。 380

故不满足电压损耗的要求

c）断路热稳定度校验

(3)

Amin=I∞

imaC

=19700⨯

0.75

=224mm2 76

不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240mm2的电缆，即选VLV22-1000-3⨯240+1⨯120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，下同。 7.2.2 锻压车间

馈电给2号厂房（锻压车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 7.2.3 热处理车间

馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 7.2.4 电镀车间

馈电给4号厂房（电镀车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 7.2.5 仓库

馈电给5号厂房（仓库）的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根（包括3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。

a）按发热条件需选择

由I30=13A及环境温度26︒C，初选截面积4mm2，其Ial=19A>I30，满足发热条件。

b）校验机械强度查表得，最小允许截面积Amin=2.5mm2，因此上面所选的4mm2的导线满足机械强度要求。

c) 所选穿管线估计长50m，而查表得R0=0.85Ω/km，X0=0.119Ω/km，又仓库的

P30=6.8kW, Q30=4.5 kvar，因此

∆U=

(pR+qX)=6.8kW⨯(8.55⨯0.05)+4.5kvar⨯(0.119⨯0.05)=7.72V

UN

0.38kV

19

7.72

⨯100%=2.03%

故满足允许电压损耗的要求。 7.2.6 工具车间

馈电给6号厂房（工具车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 7.2.7金工车间

馈电给7号厂房（金工车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 7.2.8锅炉房

馈电给8号厂房（锅炉房）的线路 亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 7.2.9装配车间

馈电给9号厂房（装配车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 7.2.10机修车间

馈电给10号厂房（机修车间）的线路 亦采用VLV22-1000-3⨯240+1⨯120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设（方法同上，从略）。 7.2.11 生活区

馈电给生活区的线路 采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。 1）按发热条件选择

由I30=413A及室外环境温度（年最热月平均气温）33℃，初选BLX-1000-1⨯240，其33℃时Ial≈455A>I30,满足发热条件。 2）效验机械强度

查表可得，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

查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离200m左右，而查表得其阻抗值与∆U%=

BLX-1000-1⨯240近似等值的LJ-240的阻抗R0=0.14Ω/km，X0=0.30Ω/km（按线间几何均距0.8m），又生活区的P30=245KW，Q30=117.6kvar，因此

(pR+qX)175kW⨯(0.18⨯0.2)+84kvar⨯(0.3⨯0.2)∆U===29.8V

UN

0.38kV

29.8

⨯100%=7.8%>∆Ual%=5% 380

不满足允许电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-1⨯120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-1⨯70橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，完全合格。

∆U%=

7.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验

采用YJL22—10000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敖设，与相距约2Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。 7.3.1按发热条件选择

工厂二级负荷容量共335.1KVA，I30=335.1kVA/(⨯10kV)=19.3A，最热月土壤平均温度

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为25℃。查表《工厂供电设计指导》8-43，初选缆心截面为25mm2的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其Ial=90A>I30满足要求。 7.3.2校验电压损耗

由表《工厂供电设计指导》8-41可查得缆芯为25mm2的铝R0=1.54Ω/km （缆芯温度按

80℃计），

X0=0.12Ω/km，而二级负荷的

P30=(94+129+35.8)kW=258.8kW,Q30=(91.8+93.8+26.3)kvar=211.9kvar，线路长度按2km计，因此

∆U=

258.8kW⨯(1.54⨯2)Ω+211.9kvar⨯(0.12⨯2)Ω

=85V

10kV

∆U%=(85V/10000V)⨯100%=0.85

由此可见满足要求电压损耗5%的要求。

7.3.3短路热稳定校验

按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25mm2

的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。

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 进出线和联络线的导线和电缆型号规格

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第八章 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定

8.1变电所二次回路方案的选择

a)高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用手动操动机构，其控制与信号回路如《工厂供电设计指导》图6-12所示。

b)变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能表和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。

c)变电所的测量和绝缘监察回路 变电所高压侧装有电压互感器——避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ——10型，组成Y0/Y0/∆(开口)Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察，其接线图见《工厂供电设计指导》图6-8。作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表和三相无功电度表、电流表，接线图见《工厂供电设计指导》图6-9。高压进线上，也装上电流表。低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按符合要求。

8.2 变电所继电保护装置

8.2.1主变压器的继电保护装置

a）装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。

b）装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。

8.2.2护动作电流整定

Iop=

Krel⨯Kw

⨯IL⋅max

Kre⨯Ki

其中ILmax=2I1N⋅T=2⨯1000KVA/(3⨯10KV)=2⨯57.7A=115A，可靠系数Krel=1.3，接线系数Kw=1，继电器返回系数Kre=0.8，电流互感器的电流比Ki=100/5=20 ，因此动作电流为：

IOP=

1.3⨯1

⨯115A=9.3A

0.8⨯20

因此过电流保护动作电流整定为10A。 8.2.3过电流保护动作时间的整定

因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s 。 8.2.4过电流保护灵敏度系数的检验

Sp=

Ik⋅min Iop⋅1

(2)(3)

其中，Ik⋅min=IKIK-2/KT=0.866-2/KT=0.866⨯19.7kA/(10kV/0.4kV)=0.682

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Iop⋅1=IopKi/Kw=10A⨯20/1=200A， 因此其灵敏度系数为：

Sp=682A/200A=3.41>1.5 满足灵敏度系数的1.5的要求。

8.3装设电流速断保护

8.3.1速断电流的整定

利用式Iqb=

Kre⨯lKw

⨯Ik⋅m

Ki⨯KT

ax

(3)

，其中Ik⋅max=Ik-2=19.7kA，Krel=1.4，Kw=1，

Ki=100/5=20，KT=10/0.4=25，因此速断保护电流为Iqb=

1.4⨯1

⨯19700A=55A

20⨯25

速断电流倍数整定为Kqb=Iqb/Iop=55A/10A=5.5(注意Kqb不为整数,但必须在2～8之间) 8.3.2、电流速断保护灵敏度系数的检验

利用式Sp=

Ik⋅mIqb⋅1

i

(2)(3)n

，其中Ik⋅min=IKIK-2=0.866-2=0.866⨯1.96=1.7kA，

因此其保护灵敏度系数为S=1700A/1100A=1.55>1.5 Iop⋅1=IopKi/Kw=55A⨯20/1=1100A，

从《工厂供电课程设计指导》表6-1可知，按GB50062—92规定，电流保护的最小灵敏度

系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。但按JBJ6—96和JGJ/T16—92的规定，其最小灵敏度为2，则这里装设的电流速断保护灵敏度系数偏底。

8.4作为备用电源的高压联络线的继电保护装置

8.4.1装设反时限过电流保护

亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。

a)过电流保护动作电流的整定,利用式Iop=

Krel⨯Kw

⨯IL⋅max，其中 IL.max=2I30，取

Kre⨯Ki

I30=∑I30( )≈(S30.1+S30.4S30.8)/(U1N)=(132+160+44.4)kVA/(⨯10kV)=19.4A

0.6×52A=43.38A，Krel=1.3，Kw =1，Kre=0.8，Ki =50/5=10，因此动作电流为：

1.3⨯1

⨯2⨯19.4A=6.3A 因此过电流保护动作电流Iop整定为7A。

0.8⨯10

b)过电流保护动作电流的整定

按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。 c)过电流保护灵敏度系数

因无临近单位变电所10kV母线经联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，只有从略。 8.4.2装设电流速断保护 Iop=

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亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变电所联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，也只有从略。 8.4.3变电所低压侧的保护装置

a）低压总开关采用DW15—1500/3型低压短路器，三相均装设过流脱钩器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷，而且可保护低压侧单相接地短路。脱钩器动作电流的整定可参看参考文献和其它有关手册。

b）低压侧所有出线上均采用DZ20型低压短路器控制，其瞬间脱钩器可实现对线路的短路故障的保护。

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第九章 降压变电所防雷与接地装置的设计

9.1变电所的防雷保护

9.1.1 直接防雷保护

在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻R

a)在10KV电源进线的终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。引下线采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。

b）在10KV高压配电室内装设有GG—1A（F）—54型开关柜，其中配有FS4—10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。

c）在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。

9.2 变电所公共接地装置的设计

9.2.1接地电阻的要求

按《工厂供电设计指导》表9-6。此边点所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：

RE≤4Ω

且 RE≤120V/IE=120V/27A=4.4Ω

10(80+35+25)

A=27 因此公共接地装置接地电阻RE≤4Ω 。

350

9.2.2接地装置的设计

采用长2.5m、Φ50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm×4mm的镀锌扁刚焊接相接。变电所的变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚。变电所接地装置平面布置图如图9-1所示。接地电阻的验算：

其中,IE=

RE=

RE(1)nη

≈

ρ/l100Ω⋅m/2.5m

==3.85Ω nη16⨯0.65

满足RE≤4Ω欧的接地电阻要求，式中,η=0.65查《工厂供电设计指导》。

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图9－1变电所接地装置平面布置

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设计总结

课程设计是培养我们综合运用所学知识的能力，是对学生发现问题、提出问题、分析问题、和解决问题能力的锻炼，对学生实际工作能力的聚集训练。刚开始的时候先认真审题，考虑某提升机系统的具体要求，复习了相关的课程内容，

经过三个礼拜说的努力，课程设计终于顺利完成了！回顾此次课程设计可谓感慨颇多。从理论到实践，在这三个星期里可以说苦多于甜但是学到了很多书本上没学过的知识。通过这次课程设计，我知道了理论联系实际是多么重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的知识灵活的运用到实际中才能提高自己的实际动手能力和独立思考能力。 这次课程设计终于顺利完成了，在设计的过程中遇到了很多困难，但都在钟国梁老师的辛勤指导下游刃而解。同时，在钟国梁老师的身上学到了很多实用的东西，在此我表示感谢！

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参考文献

[1]《工厂供电》第二版 主编 苏文成 机械工业出版社 [2]《电力工程综合设计指导书》 主编 卢帆兴 肖清 周宇恒 [3]《实用供配电技术手册》 中国水利水电出版社 [4]《现代电工技术手册》 中国水利水电出版社

[5]《电气工程专业毕业设计指南供配电分册 》 中国水利水电出版社 [6]《电气工程专业毕业设计指南继电保护分册》中国水利水电出版社 [7]《电气工程专业毕业设计指南电力系统分册》中国水利水电出版社 [8]《实用电工电子技术手册》实用电工电子技术手册编委会编 [9]《工厂供电设计指导》 主编 刘介才 机械工业出版

附录1 XX机械厂降压变电所主接线电路图（A3图纸) 附录2 XX机械厂降压变电所平、剖面图（A3图纸）

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