工厂供电课程设计

课 程 设 计 说 明 书

课程名称 工厂供电 题 目 工厂变电所供配电设计

学 院 信息工程学院 班 级 电气1401 学生姓名 颜东 王俊朋 金久阳 指导教师 孔晓光 日 期 2017年6月15日 摘 要 工业企业供电，就是指工厂所需电能的供应和分配问题。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量，它的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，又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。从而搞好工业企业供电工作对于整个工业生产发展，实现工业现代化具有十分重要的意义。工厂供电设计是整个工厂设计的重要组成部分，工厂供电设计的质量影响到工厂的和生产及其发展，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。 在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它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。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。

我们这次的课程设计的题目是：某冶金机械修造厂变电所及配电系统设计；作为工厂随着时代的进步和推进和未来今年的发展，工厂的设施建设，特别是电力设施将提出相当大的挑战。因此，我们做供配电设计的工作，要做到未雨绸缪。为未来发展提供足够的空间。这主要变现在电力电压器及一些相当重要的配电线路上，应力求在满足现在需求的基础上从大选择，以避免一台变压器或一组变压器刚服役不到几年就因为容量问题而出现“光荣下岗”的情况发生。

关键字：变电所 供配电 负荷计算 无功补偿

目录 第一章 绪论

配电网络与输电系统相比有几个明显的特点：配电馈线中的断路器沿线链状布置，线路中没有母线；线路中有任意数量的断开点，断开点随运行方式变化，电流方向不确定，因此保护必须是双向的；配电网络是有分支的网络，配电线路中节点的分支具有任意性，使保护配合关系复杂化；配电网络中有分布负荷，线路两端负荷不平衡；在双端供电的配电系统中电源可能有不相等的相角。根据配电网的特点，以常开型联络开关为界可以将配电网划分成两种基本类型的网络：一种是单侧电源供电网络，例如辐射状、树状网和处于开环运行的环状网络；另一种是双侧电源供电网络或处于闭环运行的配电网络环状网络。 我国配电网自动化的发展是电力市场和经济建设的必然结果,长期以来配电网的建设未得到应有的重视, 建设资金短缺, 设备技术性能落后, 事故频繁发生, 严重影响了人民生活和经济建设的发展, 随着电力的发展和电力市场的建立, 配电网的薄弱环节显得越来越突出, 形成电力需求与电网设施不协调的局面。 国家颁布设施的电力法的贯彻后, 电力作为一种商品进入市场, 接受用户的监督和选择, 甚至于对电力供应中的停电影响追究电力经营者的责任。另一方面, 高精密的技术和装备对电能质量要求, 配电网供电可靠性已是电力经营者必须考虑的主要问题。 随着市场观念的转变和电力发展的需求, 配电网的自动化已经作为供电企业十分紧迫的任务。城市电网, 从八十年代就意识到配电网的潜在危险, 并竭力呼吁致力于城市电网的改造工程,并组织全国性的大型会议对配电网改造提出了具体实施计划, 各种渠道凑集资金, 提出更改计划，利用高技术、好性能的设备从事电网的改造。

当前我国配电网处于高速发展的时期, 国家从政策上给予很大支持, 具有相应的资金条件, 但我国配电网仍处于方案的探索时期, 特别是我国配电网的规模及覆盖面, 市场之大是任何一个经济发达或发展中国家无法比拟的, 而我国配电网的发展也是随经济发展同步进行, 为了探索我国配电网自动化方案, 先后对国外配电网的模式进行考察并在国内进行实验试点。

第二章 总体设计

2.1 工厂的负荷计算和无功功率补偿

2.1.1 全厂用电设备情况

1 生产任务及车间组成

工厂的生产任务、规模及产品规格：本厂主要承担全国冶金工业系统矿山、冶炼

和轧钢设备的配件生产，即以生产铸造、锻压、铆焊、毛坯件为主体。年生产规模为铸钢件10000t，铸铁件3000t，锻件1000t，铆焊件2500t。 (2) 本厂车间组成

铸钢车间；铸铁车间；锻造车间；柳焊车间；木型车间及木型库；机修车间；砂库；制材场；空压站；锅炉房；综合楼；水塔；水泵房；污水提升站等。 2 全厂用电设备情况

（1）负载大小

用电设备总安装容量：7469.9KW 计算负荷 有功：4912.3KW 无功：4180.2KVar 计算视在功率：6450.2KVA （2）负荷类型 本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。 （3）全厂各车间负荷计算见表2-1。 表2-1各车间380V负荷 车间或用电序号 单位名称 (1)No1变电所 1 铸钢车间 (2)No2变电所 1 铸铁车间 2 砂库 3 小计 (3)No3变电所 1 柳焊车间 2 1水泵房 3 小计 (4) No4变电所 1 高压站 2 3 4 5 6 7

机修车间 锻造车间 木型车间 制材场 综合楼 小计

设备容量(KW) 2000 1000 110 1110 1200 28 Kd Cosφ Tga P30 计算负荷 Q30 S30 I30 变压器台数及容量 2*630 0.4 0.4 0.7 0.65 0.7 0.6 1.17 1.02 1.23 800 400 77 477 360 21 381 331.5 37.5 66 65.1 5.6 18 523.6 225 21 26.4

936 408 102.41 510.41 712.8 15.75 728.55 291.72 43.875 100.32 86.514 7.448 18 547.877 168.75 15.75 30.93

1230.8 517.42 128.33 698.6 800 26.25 822.2 442 57.69 120 108.41 9.33 18 757.8

1870 786.1 195 2*400 0.3 0.75 0.45 0.8 1.98 0.75 1215.5 39.9 1*1000

390 150 220 186 20 20

0.85 0.25 0.3 0.35 0.28 0.9

0.75 0.65 0.55 0.6 0.6 1

0.88 1.17 1.52 1.33 1.33 1

671.5 87.7 182.3 164.7 14.2 27.3

1*800

(5)No5变电所 1 锅炉房 2 2水泵房 3 仓库

300

28 88 0.75 0.75 0.3 0.8 0.8 0.65 0.75 0.75 1.17 281.25 26.25 40.67 427.3 39.9 61.8

4 5 污水提升站 14

小计

0.65

0.8

0.75

9.1

281.5 2250 320 425 2995

6.825 222.255 1282.5 153.6 263.5 1699.6

11.375 358.7

17.3

1*400

各车间6千伏高压负荷 1 电弧炉 2*1250 2 工频炉 2*200 3 空压机 2*250

4 小计

0.9

0.8 0.85

0.87 0.9 0.85

0.57 0.48 0.62

2586.2 355.6 500 3443.6

248.9 34.2 48.1

1*4000

说明：NO1，NO2车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器

根据本厂实际情况，采用并联电容器在总压降变电所的低压(10KV)侧进行无功补偿，将功率因数提高到0.9。 补偿前的功率因数： COSφ=P30/S30=4912.3÷6450.2=0.76。 将COSφ由0.76提高到0.9所需的补偿容量（由无功功率补偿率表查得无功功率补偿Δqc=0.38）为： Qc=Δqc×P30=0.38×4912.3=1867KVar。 采用BGF10.5-200-IW型苯甲基硅油纸、薄膜复合并联电容器。其主要技术数据如下：额定电压：10.5KV；标称容量：200Kvar；标称电容：5.79uf；频率：50Hz；相数：1。

电容器的个数为：n= Qc/q0=1867÷200=9.4，由于是单相的，n应为3的倍数，所以12是3的倍数，电容器取12个。 10KV侧补偿后：S30′=4912.32+(4180.2-1867)2=5429.7KVA； P30′=4912.3+0.015×5429.7=4993.7KW； Q30′=4180.2-1867+0.06×5429.7=2639KVar； 35KV侧补偿后：S30\"=4993.72+26392=5534.5KVA； COSφ′= P30′/ S30\"=0.903>0.9,满足要求。 工厂电源从电业部门某220/35KV变压所，用35KV双回架空线引入本厂，其中一个做为工作电源，一个做为备用电源，两个电源不并列运行，该变电所距厂东侧8公里。

供电电压等级：由用户选用35KV或10KV的一种电压供电。

2.2 工厂总降压变电所的所址和型式的选择

2.2.1 车间变电所所址的选择

一般在靠近负荷中心设变配电所，包括变压器室，高压配电室、低压配电室、控制室、值班室、维修室。在负荷比较大而集中的车间设车间变电所。

变配电所应尽量远离多尘、有腐蚀性气体的场所，如无法远离，则不设在污染源的下风侧。变压器室尽量避免西晒，配电室一般应有个门，各房间的门均应朝外开，

当高压室与控制室、低压室间有门相通时，门应朝控制室或低压室方向开。 1 车间变电所所址选择的要求

(1) 接近负荷中心这样可以缩短低压配电线路，降低了线路的电能损耗、电压损耗和有色金属的消耗量。

(2) 接近电源侧。

(3) 设备运输方便应考虑到电力变压器和高低压开关柜等大件设备的运输通道。 (4) 不应设在有剧烈振动的场所振动场所不仅影响变配电所本身建筑及其中设备的安全，而且可导致开关设备和继电保护、自动装置的误动作。

(5) 不应设在厕所、浴室附近及地势低洼和易积水的场所。 (6) 不宜设在有爆炸危险和火灾危险环境的正下方或正上方。 (7) 不应妨碍企业单位的发展，并适当考虑将来发展的可能。 2 车间变电所的总体布置及要求 (1) 车间变电所的总体布置及要求 便于运行维护；保证运行安全；便于进出线；节约土地和建筑费；留有发展余地。N01变电所装设在铸钢车间内，N02变电所装设采用外附式，N03变电所装设采用外附式，N04变电所装设采用独立式。机械厂的总降压变电所及车间变电所的指示如图3-1所示。 1-铸钢车间；2-铸铁车间；3-锻造车间；4-柳焊车间；5-木型车间及木型库；6-机修车间；7-砂库；8制材场；9-空压场；10-锅炉房；11综合楼；12水塔；13水泵房1#2#；14污水提升站 35kv高压变电所；车间变电所；负荷圈； 高压配电线；低压配电线 图3-1 2.3 工厂总降压变电所主变压器的型式、容量和数量的选择 2.3.1 供电变压器的选择 1 主变压器台数的选择

由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。

2 变电所主变压器容量的选择

装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件： （1）任一台单独运行时，ST≥（0.6～0.7）S′30（1）；

（2）任一台单独运行时，ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）；

①由于S′30（1）= 6450.2KVA，且该厂本厂三班制，年最大有功负荷利用小时数为6000h。属二级负荷。

②选变压器

ST（0.6～0.7）×6450.2=（3870.12～4515.14）KVASTS′30（Ⅰ+Ⅱ） 因此选5000 KV·A的变压器二台

故选用35KV级SZ9型有载调压电力变压器, SZ9-5000/35。其技术参数如下： 额定容量：5000KVA 一次侧额定电压：35KV 二次侧额定电压：10KV 联结组别：Yd11 空载损耗：ΔPk=5.20KW 短路损耗：ΔPe=36KW 短路阻抗百分值：UZ%=7% 空载电流百分值：Ik%=0.7% 当电流通过变压器时，就要引起有功功率和无功功率的损耗，这部分功率损耗也需要由电力系统供给。因此，在确定车间主结线母线时需要考虑到这部分功率损耗。 2.3.2 车间变电器的选择 1 车间变电站变压器台数的选择原则： （1） 对于一般的生产车间尽量装设一台变压器； （2） 如果车间的一、二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，则应装设两台变压器。每台变压器均能承担对全部一、二级负荷的供电任务。如果与相邻车间有联络线时，当车间变电站出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，则亦可以只选用一台变压器。 （3） 当车间负荷昼夜变化较大时，或由独立（公用）车间变电站向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时，如选用一台变压器在技术经济上显然是不合理的，则亦装设两台变压器。 变压器容量的选择： （1） 变压器的容量ST（可近似地认为是其额定容量SN·T）应满足车间内所有用电设备计算负荷S30的需要，即 STS30 ； （2）低压为0.4KV的主变压器单台容量一般不宜大于1000KV·A（JGJ/T16—92规定）或1250 KV·A（GB50053—94规定）。如果用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量的变压器。这样选择的原因：一是由于一般车间的负荷密度，选用1000-1250 KV·A的变压器更接近于负荷中心，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；另一是限于变压器低压侧总开关的断流容量。 2 车间变电所的变压器选择

根据负荷的大小容量选择变压器的型号。 变压器需要考虑的技术参数:

额定容量；一次侧额定电压；二次侧额定电压；联结组别 空载损耗；短路损耗；短路阻抗百分值；空载电流百分值

变压器的有功损耗为：ΔPT=0.015×S30 变压器的无功损耗为：ΔQT=0.06×S30

以上二式中S30为变压器二次侧的视在计算功率。 车间变电所的设计变压器选择如表4-1。

表4-1

车间

变压器型号

变电所 No1 No2 No3 No4 No5 高压 设备端 S9-630/10（6） S9-400/10（6） S9-1000/10（6） S9-800/10（6） S9-500/10（6） S9-4000/10（6） 0.9 44.93 101.98 Yd11 1×4000 0.83 0.94 0.9 5.72 7.85 4.2 43.71 32.71 13.34 Yyn0 Yyn0 Yyn0 1×1000 1×800 1×500 0.97 0.81 负荷率

耗 12 7.16 耗 56.16 30.62 标号 Yyn0 Yyn0 容量 2×630 2×400 有功损

无功损

联结组

台数及

2.4 工厂总降压变电所主接线方案的设计 一般大中型企业采用35～110KV电源进线时都设置总降压变电所，将电压降至6～10KV后分配给各车间变电所。总降压变电所主接线一般有线路—变压器组、单母线、内桥式、外桥式等几种接线方式。 经过一系列的比较，机械修造厂选择的总降压变电所为内桥式主接线方式。 内桥式主接线如图5-1所示。线路1WL，2WL来自两个独立电源，经过断路器1QF，2QF分别接至变压器1T，2T的高压侧，向变电所供电，变压器回路仅装隔离开关3QS，6QS。当线路1WL发生故障或检修时，断路器1QF断开，变压器1T由线路2WL经桥接断路器3QF继续供电。同理，当2WL发生故障或检修时，变压器2T可由线路1WL继续供电。因此，这种主接线大大提高了供电的可靠性和灵活性。但当变压器检修或发生故障时，须进行倒闸操作，操作较复杂且时间较长。当变压器1T发生故障时1QF和3QF因故障跳闸，此时，打开3QS后再合上1QF和3QF，即可恢复1WL线路的工作。这种接线适用于大中型企业的一、二级负荷供电。

内桥式接线适用于以下条件的总降压变电所： （1） 供电线路长，线路故障几率大；

（2） 负荷比较平稳，主变压器不需要频繁切换操作； （3） 没有穿越功率的终端总降压变电所。

所谓穿越功率，是指某一功率由一条线路流入并穿越横跨桥又经另一线路流出的功率。

图5-1

2.5 短路电流的计算

2.5.1 计算方法

工厂供电系统要求正常的不间断的对用电负荷供电，以保证工厂生产和生活的正常进行，但由于各种原因也难免出现故障。因此，在工厂供电设计和运行中不仅要考虑正常运行的情况，而且还要考虑发生故障的情况，最严重的是发生短路故障。

(1)短路的原因：短路的主要原因是由电器设备载流部分的绝缘损坏，此外，还有工人操作时违反规程发生失误等。 (2) 短路的形成在三相系统中,可能发生三相短路、单相短路和两相接地短路。 (3) 高压电网中短路电流的计算方法。 ① 对称的短路电流计算 对于无限容量系统,有标么电抗法、短路功率法。 对于有限容量系统,有实用运算曲线法，有单位制计算发。 ② 非对称的短路电流计算 应用(电)网阻抗合成计算在本设计中，供电部门变电所0.1KV母线为无限大电源系统，计算三相短路电流方法，采用标么电抗法。 2.5.2 计算过程 (1) 绘制计算电路如图6-1所示。 图6-1 (2) 确定基准值 设Sd=100MVA, Ud1=Uc,即高压侧Ud1=37KV,另一侧Ud2=10.5KV,则 Id1= Sd/3 Ud1=100MVA÷(1.32×37KV)=1.56KA Id2= Sd/3 Ud2=100MVA÷(1.32×10.5KV)=5.5KA (3) 计算短路中各元件的电抗标幺值 最大运行下： ① 电力系统

X1*=100MVA÷200MVA=0.5 ② 架空线路

查表6得LJ-120型铝绞线也满足机械强度查得：R0=0.28Ω/KM,X0=0.4Ω/KM,故 X2*=X4*=（0.4×8）×(100MVA÷37KV2)=0.24 ③ 电力变压器 查5表得Uz%=7%,故

X3*=X5*=0.07×100MVA÷5000KVA=1.4 因此绘等效电路，如图6-2所示。

图6-2

(4) 计算K-1点（37KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量。 ① 总电抗标幺值 X*=X1*+X2*//X4*=0.5+0.24÷2=0.62

(K1)*)② 三相短路电流周期分量效值I(K31=Id1/X

(K1)=1.56KA÷0.62=2.6KA

③ 其它短路电流

)I\" (3)=I(3)=I(K31=2.6KA 3)i(sh=2.55 I\" (3) =2.55×2.6KA=6.63KA 3)I(sh=1.51 I\" (3) =1.51×2.6KA=3.9KA ④三相短路容量 )*S(K31=Sd/ X(K1)=100MVA÷0.62=161.3MVA (5) 计算K-2点（10.5KV）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 ① 总电抗标幺值 X*=X1*+X2*//X4*+X3*//X5*=0.5+0.24÷2+1.4÷2=1.32 (K2)② 三相短路电流周期分量有效值 I*=Id1/X*=5.5KA÷1.32=4.2KA K1(K2)③ 其它短路电流 )I\"(3)=I(3)=I(K32=4.2KA 3)i(sh=1.84 I\" (3) =2.55×4.2KA=10.7KA 3)I(sh=1.09 I\" (3) =1.51×5.07KA=6.3KA

④ 三相短路容量

)*S(K32=Sd/ X

(K2)=100MVA÷1.32=76MVA

最大运行方式下得到的结果见表6-1所示。

表6-1

三相短路电流/KA

三相短路容量/MVA

IK（3）

K-1 K-2

2.6 4.2

I（3） 2.6 4.2

I∞（3） 2.6 4.2

ish（3） 6.6 10.7

Ish（3） 3.9 6.3

SK（3） 161.3 76

2.6 总降压变电所一次设备的选择与校验

2.6.1 高压电气设备的选择

35KV 侧选择SW2-35/600型高压断路器、GW5-35G/600-72 型高压隔离开关、LCW-35 型电流互感器、JDJ-35 型电压互感器、ZS-35/4棒式和ZSX一35/4悬挂式棒式两种类型的绝缘子，避雷器FZ-35，RN2-35型熔断器。10KV侧选择SN10-10I/630型少油断路器、GN6-10/600-52 型隔离开关、LFZJ1-10 型屋内式电流互感器、JSJW-10型三相五柱油浸式电压互感器, RN2-10型熔断器, 避雷器FS-10。 2.6.2 高压电气设备校验 1按工作电压选择 电器额定电压UNe应不低于所在电路额定电压UN即UNeUN。 2 按工作电流来选择熔断器熔体的额定电流 一般电器额定电流INe应不低于所在电路的计算电流I30即INeI30。 3 短路动稳定度的校验条件 （1） 断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的动稳定电流的峰值imax应不小于可能的最大的短路冲击电流ish，或其动稳定电流有效值Imax应不小于可能的最大的短路冲击电流Ish即 imaxish；ImaxIsh。 （2）电流互感器大多数给出动稳定倍数Kesimax/(2I1N)，其动稳定度校验条件为Kes2I1Nish；式中，I1N为电流互感器的额定一次电流。 4 短路热稳定度的校验条件 (3)2断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的热稳定度校验条件为I2ttItima 式

中，It为电器的热稳定电流；t为其热稳定时间；I(3)为通过电器的三相短路稳态电流；

tima为短路发热假想时间。

电流互感器大多给出热稳定倍数Kitt和热稳定时间t，其热稳定度校验条件为

2I1N3)2(KtI1N)2tI(tima式中，I1N为电流互感器额定一次电流母线、电缆的短路热稳定度,可

按其满足热稳定度的最小截面Amin来校验，即 AAminI(3)Ctima式中，A 为母线、电

缆的导体截面积；C 为导体的短路热稳定系数，35千伏高压侧的短路计算值：Ik=2.6KA,Ish=3.9KA,ish=6.6KA。

过程：SW2-35/630型高压断路器

校验：额定工作电压35KV线路计算电压35KV 额定工作电流630A线路计算电流92.75A 额定动稳定电流峰值17KA ish(3)=6.6KA

4S热稳定电流是6.62×422.62×1.12 GW5-35G/630-72 型高压隔离开关 校验：额定工作电压35KV线路计算电压35KV 额定工作电流630A线路计算电流92.75A 额定动稳定电流峰值72KA ish(3)=6.6KA LCW-35 型电流互感器 校验：额定工作电压35KV线路计算电压35KV 额定工作电流500A线路计算电流92.75A 额定动稳定电流峰值210KAish(3)=6.6KA 热稳定合格 JDJ-35 型电压互感器 校验：额定工作电压35KV线路计算电压35KV 1S热稳定电流是(65+0.1)2×1=4238.01KA2.62×1.12 经计算以上设备都合格。 2.7 变电所进线的选择与校验 2.7.1 高压进线引入线的选择

负荷较大、线路较长时，特别是35KV 及以上的输电线路，主要应按经济电流密度来选择导线截面。 1 选铝架空线的线路 I30PUNcos)4912.3KW/(335KV0.9)90A，由于最大有功负荷年利用小时30(3数为6000小时，jl=0.9A/mm2,Al=90/0.9A/mm2=100mm2取最接近的标准截面120 mm2，选用LJ-120型铝绞线，Ial=352A＞90A，满足发热条件，35KV架空线铝绞线的最小允

许截面Amin=35mm2, LJ-120型铝绞线也满足机械强度要求。查得：RO=0.28/KM,X0=0.4/KM。 线路电压损耗：故△U=(P30×R0+Q30×X0)/UN=[4912.3×(8×0.28)+ 4180.2×(8×0.4)]/35=696.5V。线路电压损耗百分值： △U﹪=△U/ UN×100﹪=1.99﹪。 线路功率损耗： △Pwl=3I30×I30Rwl+3I30×I30Xwl =16.5KW。 2 选钢芯铝绞线架空线的线路 由于最大有功负荷年利用小时数为6000小时，j2=1.75A/mm2，A2=90A/1.75 A/mm2=51.4mm2取最接近的标准截面70 mm2，选用LGJ-70型铝绞线Ial=259A＞90A,满足发热条件，35KV架空线钢芯铝绞线的最小允许截面Amin=25mm2, LGJ-70型钢芯铝绞线也满足机械强度要求。查得：RO=0.48/KM，X0=0.41/KM.故△U=(P30×R0+Q30×X0)/UN=[4912.3×(8×0.48)+ 4180.2×(8×0.41)]/35=930.7V。线路电压损耗百分值： △U﹪=△U/ UN×100﹪=2.65﹪ 线路功率损耗； △Pwl=3I30×I30Rwl+3I30×I30Xwl=21.6KW。 两种线路方案的经济比较如表8-1所示 表8-1 电压损耗 是否满足 是否满足 线路架空线 功率损耗(kw) 百分值 发热 机械强度 LJ 16.5 1.99﹪ 是 是 LGJ 21.6 2.65﹪ 是 是 从上述的技术比较来看.选择LJ-120型铝绞线比较经济,故线路采用LJ-120型铝绞线。 2.8 工厂高压配电线路的确定 2.8.1 车间变电所的接线 6～10kV配电所一般采用单母线或单母线分段的接线方式。 1 单母线接线

一般为一路电源进线，而引出线可以有任意数目。 只适用于对三级负荷供电。 2 单母线分段接线

两回路电源进线、母线分段运行的方式比较适用于大容量的二、三级负荷。所以10KV侧采用单母线分段接线。

车间变电所在系统中的作用:将6～10KV的电源电压降至380/220V的使用电压，

并送至车间各个低压用电设备。

对一、二级负荷或用电量较大的车间变电所（或全厂性的变电所），应采用两回路进线两台变压器的接线，如图9-1所示。

图9-1

对供电可靠性要求较高、季节性负荷或昼夜负荷变化较大、以及负荷比较集中的车间（或中、小企业），其变电所设有二台以上变压器，并考虑今后的发展需要（如增加高压电动机回路），采用高压侧单母线、低压侧单母线分段的接线方式，如图9-2所示。

图9-2

备注：在确定变配电所的主接线时，除了应满足对主接线所提出的基本要求之外，还要注意以下几个问题： （1）备用电源：对一级负荷，变配电所的进线必须有备用电源，对二级负,应设法取得低压备用电源。 （2）电源进线方式：有条件的都宜采用架空进线加电缆引入段。 （3）设备选择原则：在满足安全可靠供电的前提下，力求简化线路，选用最经济的设备。 3 双电源车间变电所的低压母线分段方式 对双电源的车间变电所，其工作电源可引自本车间变电所低压母线，也可引自邻近车间变电所低压母线。备用电源则引自邻近车间 380/220V配电网。 如要求带负荷切换或自动切换时，在工作电源和备用电源的进线上，均需装设自动空气开关。 对于装有两台变压器的车间变电所，低压 380/220V母线的分段方式及分段开关设备，可根据车间负荷的重要性而有所不同。 对于只用一台变压器的车间，就直接一条线引入就可，用单母线。 2.8.2 导线及其截面的选择 1 高低压母线的选择 根据《电力变压器室布置》标准图集的规定，35KV、10KV母线选择LMY-3（40×4）即母线大小为40mm×40mm；380母线选NO1：LMY-3（80×8）+50×5即母线大小为80mm×8mm,中性母线大小为50mm×5mm；NO2： LMY-3（60×6）+40×4；NO3：LMY-3(120×10)+80×8；NO4：LMY-3(100×8)+60×6。 2 由主变到引入电缆的选择校验

采用YJL22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I30=410.8A及土壤温度，初选缆芯为500mm2的交联电缆，其Ial=441A＞I30，满足发热条件。

(2)校验短路热稳定。按式Amin=170mm2＜500mm2，因此YJL22-3×500的电缆满足要求。

3 车间变电所进线的选择

（1）馈电给NO1的变电所的线路

采用YJL22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I30=34A及土壤温度，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其Ial=93.6A＞I30, 满足发热条件。

② 校验短路热稳定。按式Amin= 13.8mm2＜25mm2 因此YJL22 满足要求，即选YJL22-3×25的电缆。

（2）馈电给NO2的变电所的线路

采用YJL22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I30=17.8A及土壤温度，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其Ial=93.6A＞I30，满足发热条件。 ② 校验短路热稳定。 按式Amin=9mm2＜25mm2 因此YJL22 满足要求,即选YJL22-3×25的电缆。 (3) 馈电给NO3的变电所的线路 采用YJL22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I30=45A及土壤温度，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其Ial=93.6A＞I30，满足发热条件。 ② 校验短路热稳定。按式Amin=23mm2＜25mm2 因此YJL22 满足要求，即选YJL22-3×25的电缆。 (4) 馈电给NO4的变电所的线路 采用YJL22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I30=42A及土壤温度，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其Ial=93.6A＞I30，满足发热条件。 ② 校验短路热稳定。按式Amin=21mm2＜25mm2 因此YJL22 满足要求，即选YJL22-3×25的电缆。 (5) 馈电给NO5的变电所的线路 采用YJL22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I30=20A及土壤温度，初选缆芯为25mm2的交联电缆，其Ial=93.6A＞I30，满足发热条件。 ② 校验短路热稳定。 按式Amin=10mm2＜25mm2 因此YJL22 满足要求，即选YJL22-3×25的电缆。 4 车间6千伏变压负荷端的变压器线路的选择

采用YJL22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I30=199A及土壤温度，初选缆芯为120mm2的交联电缆，其Ial=205A＞I30，满足发热条件。

2）校验短路热稳定。 按式Amin=6.4mm2＜25mm2，因此YJL22 满足要求,即选YJL22-3×120的电缆。综合以上所选变电所进线的电缆型号规格如下表9-1所示。

表9-1

线路名称 由主变到引入电

缆

馈电给NO1的 变电所的线路 馈电给NO2的 变电所的线路 馈电给NO3的 变电所的线路 馈电给NO4的 变电所的线路 馈电给NO5的 变电所的线路 车间6千伏变压负荷端的变压器线路 导线或电缆的型号规格

YJL22-3×500 YJL22-3×25 YJL22-3×25 YJL22-3×25 YJL22-3×25 YJL22-3×25 YJL22-3×120 结论 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 2.9 变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定 2.9.1 二次回路方案选择 二次回路操作电源是供高压断路器跳、合闸回路和继电保护装置、信号回路、监视系统及其他二次回路所需的电源。二次回路是用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路。设置自动重合闸APD以使短路器自动重新合闸，迅速恢复供电；准备备用电源，自动投入装置APD，提高供电的可靠性，而且还应装设绝缘监视装置和中央信号装置。 2.9.2 继电器保护的整定 对于线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电保护和瞬时机构，使断路器跳闸，切除短路故障部分。对于单相接地保护可才用绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。 原则：带时限过电流保护的动作电流Iop，应躲过线路的最大负荷电流；电流速断保护的动作电流即速断电流Iopi应按躲过它所保护线路的末端的最大短路电流Ik.max来整定。

变压器过电流保护和速断保护；

过电流保护 Iop＝KrelKwIL.max/KreKi＝1.3×1×2×82.5÷0.8×40=6.5A

选择DL15型电流继电器，线圈并联，动作电流整定为7A；则保护一次侧的动作电流为： Iopl=

Ki×Iop Kw =(40/1.0) ×7 =280A

灵敏度校验：

(2)IK KS=min

Iopl =(1/2×Imin×10.5÷37)÷280 =1.98>1.5

满足要求。

2.10 总降压变电所防雷保护和接地装置的设计

2.10.1 变电所的防雷保护

一般35KV及以下变、配电所的直击雷需用独立避雷针保护。 独立避雷针的设置要求： （1）独立避雷针与被保护物之间应保持一定的距离，以免避雷针上落雷时造成对保护物的反击。 Sa0.3Rsh0.1h避雷针对被保护物不发生反击的最小距离Sa应满足下式的要求：式中，Rsh为独立避雷针的冲击接地电阻；h为独立避雷针校验高度。 （2）独立避雷针宜装设独立的接地电阻，工频接地电阻不宜大于10。独立避雷针的接地装置与被保护物的接地间最小允许的距离Se0.3Rsh式中，Se为地中距离，一般不应小于3m。 （3）独立避雷针不宜设在人经常通行的地方。 2.10.2 变电所采用单支避雷针保护 在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。 避雷针在地面上的保护半径r=1.5h，如被保护物的高度为hx时，在hx水平面上的保护半径rx按下列公式计算： 当hxh/2时，rx=（h-hx）p；当hx﹤h/2时，rx=（1.5h-2hx）p p-----考虑到针太高时保护半径不成比例而应减小的系数。 当h30m时，p=1；当30﹤h120m时，p5.5h。

h---避雷针的高度；rx----避雷针在hx高度水平面上的保护半径；

hx----被保护物的高度。

2.10.3 雷电侵入波的防护

（1）在10KV电源进线的终端杆上装设FS-10型阀式避雷器。引下线采用25mm×4mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端相连。

（2）在10KV高压配电室内装设与GG-1A（F）-54型开关柜，其中配有FS-10型阀式避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠这个避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。

（3）在380V低压架空线出险杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁角接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。 2.10.4 配电变压器和电容器的保护 配电变压器的保护一般3～10KV变压器应装设阀型避雷器。6KV Y，yn0 接线变压器防雷保护接线图。如图11-1所示。 图11-1 电力电容器的保护：装在配电线路上的电容器，既是较贵重的电气设备，也是线路的绝缘弱点，宜装设阀型避雷器或间隙保护。电容器的保护接线图11-2所示。

图11-2 2.10.5 接地装置的设计 1 车间低压系统的接地保护 为保证电气设备的正常工作和工作人员的安全，车间变压器采用中性点直接接地的方式，即工作接地。其它配电设备与电器采用接零保护，即将设备的金属外壳接到零线上；另外还需重复接地保护，这样当线路发生碰壳或接地短路时，可以降低零线对地电压，使人身避免触电危险。 2 公共接地装置的设计 (1)接地电阻的要求 1KV以上电流的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件： RE120/IE RE4 所以公共接地装置接地电阻 RE4。 (2)接地装置的设计

采用长2.5m，Φ 50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置（变电所前面布置两排），管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m，管间用40mm×40mm的镀锌扁钢焊接相连。变电所的变压器有两条接地干线，高低压配电室各有一条接地干线与外面的公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25mm×4mm镀锌扁钢。接地电阻的验算：RE= RE（1）/nηE=3.79。满足接地电阻的设计要求。

第三章 结 论

本设计的总体方法首先我根据需要系数法求得工厂的有功功率、无功功率及计算视在功率，然后根据要求算出无功功率补偿容量。由于该厂是个二级负荷所以根据变压器选择的条件，选择二台SZ9-5000/35有载调压电力变压器。且电源进线较长，发生故障和停电检修的机会较多，并且不需经常切换的总降压变电所，所以采用内桥式主接线。短路电流的计算我运用标幺制法，比欧姆法较为简单。总降压变电所的一次设备我是根据设备的工作电压；工作电流；短路动稳定度及短路热稳定度来选择的。变电所进线的选择是根据经济电流密度来选择导线截面。工厂的高压配电线路是根据《电力变压器室布置》标准图集的规定来选择母线的大小，变电所的防雷保护是采用单支避雷针保护。

参 考 文 献 [1] 刘介才.工厂供电（第4版）.北京：机械工业出版社，2004. [2] 刘介才.工厂供电设计指导.北京：机械工业出版社，1999. [3] 刘介才.供电工程师技术手册.北京：机械工业出版社，1998. [4] 苏文成.工厂供电（第2版）.北京：机械工业出版社，1990. [5] 张华.电类专业毕业设计指导.北京：机械工业出版社，2001. [6] 吕光大.建筑电气安装工程图集.北京：水利电力出版社，1987. [7] 李宗纲.工厂供电设计.长春：吉林科学技术出版社，1985. [8] 陈家斌.SF6断路器实用技术 (第1版) .北京：中国水利水电出版社， 2004. [9] 陈跃.电气工程专业毕业设计指南.电力系统分册 (第1版) .北京：中国水利水电出版，2003. [10] 徐玉琦. 工厂高层建筑供电 (第1版) .北京：机械工业出版社，2004. [11] 岳保良.电气运行 (第1版) .中国水利水电出版社，1998. [12] 沈培坤 刘顺喜.防雷与接地装置 (第1版) .化学工业出版社，2006. [13] [美] Ronaid P.O’Riley着 沙斐 吕飞燕 谭海峰 译.电气工程接地技术 (第1版) .电子工业出版社，2004. [14] 苏文成.工厂供电 (第2版) .机械工业出版社，2003. [15] [日] 松蒲虔士.电力传输工程 (第1版) .科学出版社OHM社，2001. [16] 刘健.配电自动化系统 (第2版) .中国水利水电出版社，2003. 附录：

电所主结线图 变电所主平面图 变电所剖面图 变电所接地平面图 高压配电系统平面布线图 变