供配电工程课程设计任务书
1．题 目
能动学院10kV变电所电气设计
2．原始资料
2.1 课题原始资料
工程概况地下室为自行车库，地上五层，集实验室、办公室、研究室等综合性建筑。框架结构,现浇楼板，共有南北两栋楼。根据工程的总体规划，学院楼拟用两台变压器，一用一备，两路10kV电源进线引自校内10kV总配电所，变压器设在北楼一层的室内。现已建一台10/0.38kV变压器，另一台为二期工程，二级负荷的备用电源引自校内10kV总配电所。在南楼设置总配电间，电源引自北楼变电所。本工程消防负荷(如排烟风机、消防电源、应急照明、防火卷帘等)、弱电电源、客梯电力等为二级负荷，其余照明、空调、实验用电等均为三级负荷。二级负荷采用双回路(分别引自两段低压母线)供电，消防负荷采用双回路供电，两路电源末端配电箱自动切换；三级负荷采用单回路供电。
电力负荷：
变压器T1回路名称 额定容量 /kW 需要系数Kd 功率因数cosφ WP-1AL1 WP-2AL1 WP-3AL1 WP-4AL1 WP-5AL1 WP-1AK1 WP-2AK1 WP-3AK1 WP-4AK1 WP-5AK1 ZAP4 ZAP3 1AL4 1AL5 20 28 12 10.5 34.2 24 63 63 67.5 63 127.7 310.5 30 30 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.8 0.9 0.8 .
WP-1APE1 WP-1ALE4 WP-RAPE1 WP-3APE1 WP-RAPE3 ZAP5 WP-1AP1 WP-2AP1 WP-3AP1 WP-4AP1 WP-5AP1 ZAP1 ZAP2 YFD-1 合计 15 15 15 20 11 50.5 80 190 335 510 100 685 525 11.3 3446.2 1 1 0.85 0.85 0.9 0.9 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.8 0.45 0.8 0.9 0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.81 2.2 供电条件
（1）供电部门110/10kV变电所位于工程附近1.5km处，10kV母线短路电流为20kA，根据需要可提供给用户1路或2路10kV专线供电。
（2）采用高供高计，要求月平均功率因数不少于0.95。不同电价负荷，计量分开。如学校用电统一执行居民电价，公共建筑执行商业照明电价、非工业动力电价，工业企业生产用电统一执行大工业电价、职工生活用电执行居民电价。
（3）供电部门要求用户变电所高压计量柜在进线主开关柜之前，且第一柜为隔离柜。 2.3 其他资料
当地最热月的日最高气温平均值为38℃，年最热月地下0.8m处最高温度平均值为25℃。当地年雷暴日数为35天。当地地质平坦，海拔高度为100m，土壤为普通粘土。
3．具体任务及技术要求
本次课程设计共1.5周时间，具体任务与日程安排如下：
第1周周一：熟悉资料及设计任务，负荷计算与无功补偿、变压器选择。
周二：供配电系统一次接线设计，设计绘制变电所高压侧主接线图。 周三：设计绘制变电所低压侧主接线图。 周四：设计绘制变电所低压侧主接线图。
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周五：设计绘制变电所电气平面布置图。
第2周周一：短路电流计算，高低压电器及电线电缆选择计算。 周二：编制设计报告正文（设计说明书、计算书）电子版。 周三：整理打印设计报告，交设计成果。
要求根据设计任务及工程实际情况，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，独立完成10kV变电所的电气设计（变电所出线部分设计分工合作完成）。设计深度应达到初步设计要求，制图应符合国家规范要求。
4．实物内容及要求
课程设计报告文本内容包括：1.封面；2.任务书；3.目录；4.正文；5.致谢；6.参考文献；7.附录（课程设计有关图纸）。 4.1 设计报告正文内容
（1）工程概况与设计依据 （2）负荷计算与无功补偿设计 （3）供配电系统一次接线设计 （4）变电所设计
（5）短路计算与高低压电器选择 （6）电线电缆选择 （7）低压配电线路保护设计
设计报告正文编写的一般要求是：必须阐明设计主题，突出阐述设计方案、文字精炼、计算简明，条理清晰、层次分明。（变电所出线部分内容各有侧重）
设计报告正文采用A4纸打印。 4.2 设计图纸
（1）变电所高压侧电气主接线图（1张A3） （2）变电所低压侧电气主接线图（2～4张A3） （3）变电所电气平面布置图（1张A3）
设计图纸绘制的一般要求是：满足设计要求，遵循制图标准，依据设计规范，比例适当、布局合理，讲究绘图质量。（变电所出线部分内容各有侧重）
设计图纸采用A3图纸CAD出图。与报告正文一起装订成册。
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5．参考文献
[1] 翁双安主编．供配电工程设计指导[M]．北京：机械工业出版社，2008 [2] 翁双安主编．供电工程[M]．北京：机械工业出版社，2004
[3] 任元会主编．工业与民用配电设计手册[M]．3版．北京：中国电力出版社，2005
6．学生任务分配
表1 课程设计任务分配表
序号 2 课题名称 能动学院10kV变电所电气设计 班级 电气0701 电气0702 学号（末两位） 04，05 03，05，06 备注 变电所出线分工合作 7．完成期限
任务书写于2010年6月18日，完成期限为2010年7月8日
8．指导教师
翁双安
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目 录
1 工程概况与设计依据…………………………………………………………. 1.1 工程概况………………………………………………………………… 1.2 设计依据…………………………………………………………………. 2 负荷计算及无功补偿设计…………………………………………………….. 2.1 负荷数据………………………………………………………………….. 2.2 负荷计算…………………………………………………………………. 2.2.1 照明负荷低压配电干线负荷计算…………………………………… 2.2.2 电力负荷与平时消防负荷低压配电干线负荷计算………………… 2.2.3 火灾时消防负荷低压配电干线负荷计算………………………….. 2.2.4 变电所负荷计算…………………………………………………….. 3 供配电系统一次接线设计………………………………………………………
3.1 负荷分级及供电电源…………………………………………………….. 3.2 电压选择与电能质量……………………………………………………. 3.3 电力变压器选择…………………………………………………………. 3.4 变电所电气主接线设计…………………………………………………. 3.4.1 变电所高压侧电气主接线设计…………………………………….. 3.4.2 变电所低压侧电气主接线设计……………………………………… 4 变电所布置设计…………………………………………………………………. 4.1 总体布置……………………………………………………………………… 4.2 配电装置通道与安全净距………………………………………………….. 5 短路电流计算与高低压电器选择…………………………………………………
5.1 变电所高压侧短路电流计算……………………………………………….. 5.2 低压电网短路电流计算…………………………………………………..... 5.2.1 变压器低压侧短路电流计算…………………………………………. 5.2.2 低压配电线路短路电流计算…………………………………………. 5.3 高压电器选择……………………………………………………………… 5.4 高压互感器选择…………………………………………………………… 5.5 低压断路器的初步选择……………………………………………………
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5.5.1 配电干线保护断路器过电流脱扣器的初步选择………………….. 5.5.2 变电所低压电源进线断路器的初步选择………………………….. 6 电线电缆选择……………………………………………………………………
6.1 高压进出线电缆选择……………………………………………………. 6.2 变电所硬母线选择………………………………………………………. 6.3 低压配电干线电缆选择…………………………………………………. 7 低压配电线路保护设计………………………………………………………….
7.1 低压配电线路的保护设置……………………………………………….. 7.2 低压断路器过电流脱扣器的整定………………………………………….. 7.2.1 配电干线保护断路器过电流脱扣器的整定………………………….. 7.2.2 变电所低压电源进线断路器的整定…………………………………..
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1 工程概况与设计依据
1.1 工程概况
本工程，地下室为自行车库，地上五层，集实验室、办公室、研究室等综合性建筑。框架结构,现浇楼板，共有南北两栋楼。根据工程的总体规划，学院楼拟用两台变压器，一用一备，两路10kV电源进线引自校内10kV总配电所，变压器设在北楼一层的室内。现已建一台10/0.38kV变压器，另一台为二期工程，二级负荷的备用电源引自校内10kV总配电所。在南楼设置总配电间，电源引自北楼变电所。本工程消防负荷(如排烟风机、消防电源、应急照明、防火卷帘等)、弱电电源、客梯电力等为二级负荷，其余照明、空调、实验用电等均为三级负荷。二级负荷采用双回路(分别引自两段低压母线)供电，消防负荷采用双回路供电，两路电源末端配电箱自动切换；三级负荷采用单回路供电。
1.2 设计依据
1）设计任务书
2）国家行业现行设计规范
《民用建筑电气设计规范》 JGJ 16-2008 《供配电设计规范》 GB50052-1995
《10kV及以下变电所设计规范》 GB50053-1994 《10kV及以下变电所设计规范》 GB50054-1995 《建筑设计防火规范》 GB50016-2006
《建筑物防雷设计规范》 GB50057-1994(2000版) 《建筑电气工程施工质量验收规范》 GB-50303-2002 《剩余电流动作保护装置安装和运行》 GB-13955-2005 《建筑照明设计标准》 GB50034-2004
《建筑物电子信息系统防雷技术规范》 GB50343-2004 《通用用电设备配电设计规范》 GB50055-1993 国家和江苏建筑标准设计有关规范等。 3）建筑物电气图
2 负荷计算及无功补偿设计
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2.1 负荷数据
能源与动力工程学院用电包括南北两幢楼的用电，有220V单相用电设备（如照明负荷），也有380V三相用电设备（如电力负荷）；各类负荷中有平时需要运行的用电设备，也有在发生火灾时才需要运行的消防用电设备。以上设备均由设于北楼一层的10/0.38kV变电所采用低压三相四线制系统放射式或树干式配电。
表2-1 能源与动力工程学院用电设备负荷数据
变压器T1回路名称 照明配电箱WP-1AL1 照明配电箱WP-2AL1 照明配电箱WP-3AL1 照明配电箱WP-4AL1 照明配电箱WP-5AL1 分体空调配电箱WP-1AK1 分体空调配电箱WP-2AK1 分体空调配电箱WP-3AK1 分体空调配电箱WP-4AK1 分体空调配电箱WP-5AK1 照明配电箱ZAP4 分体空调配电箱ZAP3 庭院照明1AL4 泛光照明1AL5 消控室WP-1APE1 变电所WP-1ALE4 电梯WP-RAPE1 弱电机房WP-3APE1 排烟风机WP-RAPE3 电梯、排烟风机ZAP5 实验用电配电箱WP-1AP1 实验用电配电箱WP-2AP1 实验用电配电箱WP-3AP1 实验用电配电箱WP-4AP1 实验用电配电箱WP-5AP1 实验用电配电箱ZAP1 实验用电配电箱ZAP2 应急照明箱YFD-1 额定容量 /kW 20 28 12 10.5 34.2 24 63 63 67.5 63 127.7 310.5 30 30 15 15 15 20 11 50.5 80 190 335 510 100 685 525 11.3 需要系数Kd 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 1 1 0.85 0.85 0.9 0.9 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.8 功率因数cosφ 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.8 0.9 0.8 0.8 0.9 0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 负荷 等级 三级 三级 三级 三级 三级 三级 三级 三级 三级 三级 所在 楼层 1F 2F 3F 4F 5F 1F 2F 3F 4F 5F 备注 北楼 北楼 北楼 北楼 北楼 北楼 北楼 北楼 北楼 北楼 南楼 北楼 北楼 北楼 北楼 北楼 北楼 北楼 南楼 北楼 北楼 北楼 北楼 北楼 三级 1F~5F 三级 三级 二级 二级 二级 二级 二级 二级 三级 三级 三级 三级 三级 1F 1F 1F 1F RF 3F RF RF 1F 2F 3F 4F 5F 三级 1F~5F 南楼 三级 1F、2F 南楼 三级 3F、5F 南楼 二级 1F~5F 北楼 2.2 负荷计算
2.2.1 照明负荷低压配电干线负荷计算
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照明负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算采用需要系数法，见表2-2。负荷计算时不计备用回路负荷及备用设备功率。
表2-2 照明负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算
照明回路名称 WP-1AL1 WP-2AL1 WP-3AL1 WP-4AL1 WP-5AL1 WP-1AK1 WP-2AK1 WP-3AK1 WP-4AK1 WP-5AK1 ZAP4 ZAP3 1AL4 1AL5 合计 额定容量 /kW 20 28 12 10.5 34.2 24 63 63 67.5 63 127.7 310.5 30 30 883.4 需要系数Kd 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.80 0.60 功率因数cosφ 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.8 0.9 0.8 0.83 0.81 有功 无功 视在 计算电功率 功率 功率 流 A /kW /kvar /kVA 16.0 22.4 9.6 8.4 27.4 19.2 50.4 50.4 54.0 50.4 102.2 248.4 24.0 24.0 706.7 530.0 7.7 10.8 4.6 4.1 13.3 14.4 37.8 37.8 40.5 37.8 49.5 186.3 11.6 18.0 474.3 379.4 17.8 24.9 10.7 9.3 30.4 24.0 63.0 63.0 67.5 63.0 113.5 310.5 26.7 30.0 851.1 651.8 27.0 37.8 16.2 14.2 46.2 36.5 95.8 95.8 102.6 95.8 172.5 472.0 40.5 45.6 1293.7 990.8 乘同时系数（0.75/0.80) 883.4 2.2.2 电力负荷与平时消防负荷低压配电干线负荷计算
电力负荷和平时消防负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算采用需要系数法计算，见表2-3。负荷计算时不计备用回路负荷及备用设备功率。
表2-3 电力负荷和平时消防负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算
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电力及平时消防 回路名称 WP-1APE1 WP-1ALE4 WP-RAPE1 WP-3APE1 WP-RAPE3 ZAP5 合计 额定容量 /kW 15 15 15 20 11 50.5 126.5 需要系数Kd 1 1 0.85 0.85 0.9 0.9 0.91 0.68 功率因数cosφ 0.8 0.9 0.7 0.7 0.8 0.8 0.79 0.77 有功 无功 视在 计算功率 功率 功率 电流 /kW /kvar /kVA A 15.0 15.0 12.8 17.0 9.9 45.5 115.1 86.3 11.3 7.3 13.0 17.3 7.4 34.1 90.4 72.3 18.8 16.7 18.2 24.3 12.4 56.8 146.3 112.6 28.5 25.3 27.7 36.9 18.8 86.4 222.4 171.2 乘同时系数（0.75/0.80) 126.5
实验用电配电箱回路名称 WP-1AP1 WP-2AP1 WP-3AP1 WP-4AP1 WP-5AP1 ZAP1 ZAP2 合计 额定容量 /kW 80 190 335 510 100 685 525 2425 需要系数Kd 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.30 0.23 功率因数cosφ 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.80 0.78 有功 无功 视在 计算电功率 功率 功率 流 A /kW /kvar /kVA 24.0 57.0 100.5 153.0 30.0 205.5 157.5 727.5 545.6 18.0 42.8 75.4 114.8 22.5 154.1 118.1 545.6 436.5 30.0 71.3 125.6 191.3 37.5 256.9 196.9 909.4 698.7 45.6 108.3 191.0 290.7 57.0 390.5 299.3 1382.3 1062.1 乘同时系数（0.75/0.80) 2425 2.2.3 火灾时消防负荷低压配电干线负荷计算
火灾时消防负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算采用需要系数法计算，见表2-4。负荷计算时不计备用回路负荷及备用设备功率。
表2-4 火灾时消防负荷0.38kV配电干线及支干线负荷计算
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火灾时消防回路名称 YFD-1 WP-1APE1 WP-1ALE4 WP-3APE1 WP-RAPE3 ZAP5 ZAP4-N7 合计 额定容量 /kW 11.3 15 15 20 11 50.5 20 142.8 需要系数Kd 0.8 1 1 0.85 0.9 0.9 0.85 0.90 0.85 功率因数cosφ 0.9 0.8 0.9 0.7 0.8 0.8 0.7 0.79 0.78 有功 无功 视在 计算功率 功率 功率 电流 /kW /kvar /kVA A 9.0 15.0 15.0 17.0 9.9 45.5 17.0 128.4 122.0 4.4 11.3 7.3 17.3 7.4 34.1 17.3 99.1 97.1 10.0 18.8 16.7 24.3 12.4 56.8 24.3 162.2 155.9 15.3 28.5 25.3 36.9 18.8 86.4 36.9 246.5 237.0 乘同时系数（0.95/0.98) 142.8 2.2.4 变电所负荷计算
先计算变电所总负荷，见表2-5，以便选择变压器台数及容量
表2-5 10/0.38kV变电所总负荷计算
回路名称 照明回路 电力回路 实验箱回路 合计 功率因数补偿 功率因数补偿后 变压器损耗 高压侧负荷 变压器选择1×1600KVA 变压器负荷率 需要额定容系数量 /kW Kd 883.4 0.80 126.5 0.91 2425.0 0.30 3434.9 0.45 功率因数cosφ 0.83 0.79 0.80 0.81 0.79 0.95 0.93 有功 无功 视在 计算电功率 功率 功率 流 A /kW /kvar /kVA 706.7 115.1 727.5 0.0 1549.3 1162.0 1162.0 12.3 1174.2 474.3 90.4 545.6 0.0 1110.2 888.2 -500 388.2 61.3 449.5 851.1 146.3 909.4 0.0 1293.7 222.4 1382.2 0.0 1906.1 2897.2 1462.6 2223.1 1257.3 1600 77% 72.5 1225.1 1862.2 乘同时系数（0.75/0.80) 3434.9 0.34 3434.9 0.34 3434.9 0.34 在确定变压器台数及容量后，还应将所有负荷分配到每台变压器的低压母线上，然后进行负校核计算，以确定每台变压器的负荷率及具体选择无功功率补偿装置。
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3 供配电系统一次接线设计
3.1 负荷分级及供电电源
（一） 负荷等级及容量
本工程涉及能动学院南北两幢楼的供电，根据相关设计规范规定，本工程负荷等级如下：
一级负荷：无。
二级负荷：消防负荷(如排烟风机、消防电源、应急照明、防火卷帘等)、弱电电源、客梯电力等。
三级负荷：照明、空调、实验用电等均为三级负荷。
根据负荷计算结果可知：一级负荷合计0，二级负荷合计157.8 kW，三级负荷合计3434.9kW。考虑同时系数后的总有功负荷合计1168.8kW，其中一二级负荷合计141.1kW。 （二） 供电电源
本工程北楼两路10kV电源进线引自校内10kV总配电所。在北楼一层设置10/0.4kV变电所1座，在南楼设置总配电间，电源引自北楼变电所。本工程未设置自备发电机组。
3.2 电压选择与电能质量
本工程总有功负荷为1558.4kW，故采用10kV供电。本工程用电设备额定电压为220/380V，低压配电距离最长不超过400m，所以本工程只设置1座10/0.38kV变电所，对所有用电设备均采用低压220/380V三相四线制TN-C-S配电系统。
本工程将采取以下措施以使电能质量满足规范要求：
（1）选用Dyn11联结组别的三相配电变压器，采用±5%无励磁调压分接头； （2）采用铜芯电缆，选择合适导体截面，将电压损失限制在5%以内； （3）变电所低压侧采取集中补偿，自动投切； （4）将单相用电设备均匀分布于三相配电系统中；
（5）照明与电力配电回路分开；对较大容量的电力设备如电梯、空调机组、水泵等采用专线供电。
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3.3 电力变压器选择
（一）变压器型式及台数
本工程变压器位于北楼一层的室内，采用SCB10型三相双绕组干式变压器，联结组标号Dyn11,无励磁调压，电压比10（1±5%）/0.4kV。考虑到与开关柜布置在同一房间内，变压器外壳防护等级选用IP2X。SCB10型干式变压器符合GB20052-2006《三相配电变压器能效限定及节能评价》的要求。
因工程中具有二级负荷，故采用两台变压器。本工程现为一期工程，只安装了一台变压器，二级负荷的备用电源引自校内10kV总配电所。 （二）变压器容量选择
本工程变压器容量选择见表3-1。
表3-1 变压器容量选择
序号 1 2 3 4 项目 视在计算负荷Sc/kVA 0.7Sc/kVA 一二级负荷Sc/kVA 变压器负荷率 T1 计算负荷 选择1台变压器容量SNT/kVA 1906.1 1462.6 180.2 77% 1600 1600 查光盘附录三或者厂家样本得SCB10—2000/10型变压器技术数据：
Uk%=6，Pk=12.6kW，IP2X防护外壳尺寸：长2400mm*宽1550mm*高2400mm。
（三）变压器负荷分配计算及补偿装置选择 变压器负荷分配计算及补偿装置选择见表3-2。
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表3-2 10/0.38kV变电所变压器T1负荷分配计算及无功功率补偿装置选择 变压器T1回路名称 WP-1AL1 WP-2AL1 WP-3AL1 WP-4AL1 WP-5AL1 WP-1AK1 WP-2AK1 WP-3AK1 WP-4AK1 WP-5AK1 ZAP4 ZAP3 1AL4 1AL5 WP-1APE1 WP-1ALE4 WP-RAPE1 WP-3APE1 WP-RAPE3 ZAP5 WP-1AP1 WP-2AP1 WP-3AP1 WP-4AP1 WP-5AP1 ZAP1 ZAP2 YFD-1 合计 功率因数补偿 功率因数补偿后 额定容量 /kW 20 28 12 10.5 34.2 24 63 63 67.5 63 127.7 310.5 30 30 15 15 15 20 11 50.5 80 190 335 510 100 685 525 11.3 3446.2 3446.2 需要系数Kd 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 1 1 0.85 0.85 0.9 0.9 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.8 0.45 0.34 0.34 功率因数cosφ 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.8 0.9 0.8 0.8 0.9 0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.9 0.81 0.80 0.95 有功 无功 视在 计算电功率 功率 功率 流 A /kW /kvar /kVA 16.0 22.4 9.6 8.4 27.4 19.2 50.4 50.4 54.0 50.4 102.2 248.4 24.0 24.0 15.0 15.0 12.8 17.0 9.9 45.5 24.0 57.0 100.5 153.0 30.0 205.5 157.5 9.0 1558.4 1168.8 1168.8 7.7 10.8 4.6 4.1 13.3 14.4 37.8 37.8 40.5 37.8 49.5 186.3 11.6 18.0 11.3 7.3 13.0 17.3 7.4 34.1 18.0 42.8 75.4 114.8 22.5 154.1 118.1 4.4 1114.7 891.7 -500 391.7 17.8 24.9 10.7 9.3 30.4 24.0 63.0 63.0 67.5 63.0 113.5 310.5 26.7 30.0 18.8 16.7 18.2 24.3 12.4 56.8 30.0 71.3 125.6 191.3 37.5 256.9 196.9 10.0 27.0 37.8 16.2 14.2 46.2 36.5 95.8 95.8 102.6 95.8 172.5 472.0 40.5 45.6 28.5 25.3 27.7 36.9 18.8 86.4 45.6 108.3 191.0 290.7 57.0 390.5 299.3 15.3 1916.0 2912.3 1470.1 2234.5 1232.7 1873.7 乘同时系数（0.75/0.80) 3446.2 3.4 变电所电气主接线设计
3.4.1 变电所高压侧电气主接线设计
本工程变电所设有一台变压器，外供电源引自校内10kV总配电所，二级负荷的备用电源引自校内总配电所的低压电源。因此，高压侧电气主接线采用单母
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线分段接线型式。正常运行时，由该10kV外供电源给一台变压器同时供电，承担全部负荷。此方案优点是简单、清晰、设备少、运行操作方便且有利于扩展，但可靠性和灵活性不高，若母线故障或检修，会造成全部出线停电。
因本工程变压器容量大，高压开关柜采用XGN24—12型箱式固定式金属封闭开关柜，尺寸为L500*D860*H1800。按规定，电源进线第一台柜为隔离柜。
考虑到经济性，变电所不设所用变压器。
本工程变电所高压侧电气主接线图见附录图纸电01。 3.4.2 变电所低压侧电气主接线设计
变电所设一台变压器，因此，低压配电系统电气主接线采用单母线分段接线。 运行方式如下：正常运行时，母线断路器断开，一台变压器正常运行，承担全部负荷。当该台变压器故障或检修时，切除部分三级负荷后，闭合母联断路器，由校内总配电房的低压电源承担全部一、二级负荷和部分三级负荷。
低压配电柜采用MNS(BWL3)-0.4型抽出式开关柜。MNS(BWL3)-0.4型抽出式开关柜抽屉层的抽出组件规格有8E/4、8E/2、4E、8E、12E、16E、20E、24E等，根据出线回路的负荷及开关配置相应选择。
本工程变电所低压侧电气主接线图见附录图纸电02。
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4 变电所布置设计
4.1 总体布置
本工程变电所为单层布置，不单独设值班室。由于变压器为干式并带有IP2X防护外壳，所以，可与高低压开关柜设置于一个房间内（变配电室）。由于低压开关柜数量较多，故采用双列面对面布置形式。
图中，高压开关柜、低压开关柜及变压器的相对位置是基于电缆进出线方便的考虑。由于干式变压器防护外壳只有IP2X，故未与低压开关柜贴邻安装，两者低压母线之间采用架空封闭母线连接。双列布置的低压开关柜母线之间也采用架空封闭母线连接。
为保证运行安全，变配电室设有通向通道的门，与物业管理的值班室经过通道相通。同时，变配电室内留有发展空间和安全工具放置与设备检修区。需注意的是，高低压开关柜的排列应使其操作面正视图与高低压系统图一致。
本工程变电所电气平面布置图见附录图纸电03。
4.2 配电装置通道与安全净距
从附录图纸中的变电所电气平面布置图可以看出，本工程高压开关柜的柜后维护通道最小处为800mm，低压开关柜的柜后维护通道距墙最少1000mm，距承重柱750mm，柜前操作通道2400mm，干式变压器外廓与侧墙壁的净距最少为700mm，干式变压器正面之间的距离为1800mm。以上配电装置通道与安全净距均满足规范要求。
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5 短路电流计算与高低压电器选择
5.1 变电所高压侧短路电流计算
根据所设计的供配电系统一次接线，本工程变电所高压侧短路电流计算电路如图5-1所示。短路点k-1点选在变电所一段10kV母线上。
SK电缆线1.5KmK-1∞电源A10kVSCB10-1600
图5-1 变压器高压侧短路电流计算电路
采用标幺值法计算，计算结果见表5-1。
表5-1 变电所高压侧短路计算过程及结果
基准值 Sd=100MVA，Uc1=10.5kV，Id1=5.5 kA 序号 元件 短路点 1 SA k-1 运行参数 max x/Ω/km l/km 0.091 1.5 0.124 max X* Ik3\"/kA Ib3/kA Ik3/kA ip3/kA Sk3\"/MVA Ik2/kA 0.275 20.0 20.0 20.0 51.0 363.7 17.3 2 WHA 3 250.8 1＋2 0.399 13.8 13.8 13.8 35.2 11.9 由表5-1可知，变电所10kV母线上三相对称短路电流初始值13.8kA，两相对称短路电流初始值为11.9kA。
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5.2 低压电网短路电流计算
5.2.1 变压器低压侧短路电流计算
本工程变电所低压侧短路电流计算电路如图5-2所示。短路点选在一台变压器低压绕组出口处k-3点和一台低压进线开关负荷侧k-5点（即低压柜AA1处）和离低压进线开关最远端母线处k-7点（即低压柜AA9处）。
k-7T1WB2 l=7mTMY-3[2(100×10)]+(100×10)AA9sk-110kVT1k-3k-5T1WB1 l=3mTMY-3[2(100×10)]+(100×10)AA1...∞电源ASCB10-1600
图5-1 变电所低压侧短路电流计算电路
采用欧姆法计算，短路电流计算结果见表5-2。计算时，配电母线的型号规格先按发热条件初选。
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表5-2 变压器低压侧短路电流计算结果
Un=380V 序号 元件 1 2 3 SA T1 1＋2 短路点 运行参数 k-1 k-3 4 T1WB1 5 3＋4 k-5 6 T1WB2 7 5+6 k-7 Skmax/MVA R/mΩ X/mΩ Z/mΩ RL-PE/mΩ XL-PE/mΩ ZL-PE/mΩ Ik3\"/kA kp 250.80 0.063 0.635 0.638 0.042 △Pk/kW 12.3 x/mΩ/m 0.116 Uk％ 6 l/m 3 0.423 5.951 6.374 0.780 7.154 1.820 8.974 6.425 7.211 9.046 34.79 33.05 29.60 ip3/kA Ik2/kA Ik1E/kA 35.94 32.03 25.53 SrT/kVA 1600 r/mΩ/m 0.011 0.769 5.951 6.000 0.769 0.832 6.585 6.638 0.811 0.099 1.672 82.27 30.13 0.033 0.348 rL-PE/mΩ/m xL-PE/mΩ/m l/m 0.033 r/mΩ/m 0.011 0.26 x/mΩ/m 0.116 3 l/m 7 0.865 6.933 6.987 0.910 0.231 1.676 78.32 28.62 0.077 0.812 rL-PE/mΩ/m xL-PE/mΩ/m l/m 0.033 0.26 7 0.942 7.745 7.802 1.141 1.682 70.41 25.63
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5.2.2 低压配电线路短路电流计算
短路计算点首端为低压配电柜出线，末端为与低压配电柜相对应的配电总箱。本工程变电所低压配电线路短路电流计算电路如图5-3所示。
BF AA4sk-1TMY-3[2(100×10)]+(100×10)T110kV∞电源ASCB10-16000.38kV
图5-3 低压配电线路短路电流计算电路
采用欧姆法计算，以低压开关柜AA6配出的南楼实验用电配电箱配电干线ZAP1和低压开关柜AA7配出的配电干线WP-1APE1为例。其短路电流计算表格见表5-3和表5-4。计算时，配电干线及其分支线的型号规格先按发热条件初选。
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表5-3 变压器T1低压侧配电干线ZAP1（AA6柜配出）短路计算
Un=380V 序号 元件 1 SA 短路点 k-1 Skmax/MVA 250.80 0.063 运行参数 R/mΩ X/mΩ 0.635 Z/mΩ 0.638 6.00.769 5.951 00 RL-PE/mΩ 0.042 0.769 XL-PE/mΩ 0.423 5.951 ZL-PE/mΩ Ik3\"/kA kp ip3/kA Ik2/kA Ik1E/kA SrT/kV2 T1 A △Pk/kW Uk％ 12.3 x/mΩ/m 0.116 xL-PE/mΩ/m 0.26 x/mΩ/m 0.067 xL-PE/mΩ/m l/m l/m 50 4.050 3.350 l/m 6.8 l/m 6.8 0.075 0.789 6 1600 r/mΩ/ 3 T1WB m 0.011 rL-PE/mΩ/m 0.033 r/mΩ/ 0.224 1.035 1.768 8.142 4 1+2+3 AA6 7.430 0.907 7.374 8.207 31.08 1.679 73.82 26.92 28.14 5 ZAP1 m 0.081 rL-PE/mΩ/m .
6 4+5 4~6ATL1 0.145 0.077 50 4.957 10.724 11.7.250 8.23.850 11. 814 85 992 14.576 19.55 1.234 34.11 16.93 15.84
表5-4变压器T1低压侧配电干线WP-1APE1（AA7柜配出）短路计算
Un=380V 序号 元件 1 SA 短路点 k-1 Skmax/MVA 250.80 运行参数 R/mΩ RL-X/mΩ Z/mΩ PE/mΩ 0.635 0.638 0.042 0.760.769 5.951 6.000 9 XL-PE/mΩ 0.423 ZL-PE/mΩ Ik3\"/kA kp ip3/kA Ik2/kA Ik1E/kA 0.063 SrT/k2 T1 VA △Pk/kW 12.3 x/mΩ/m Uk％ 6 l/m 5.951 1600 3 T1WB r/mΩ .
/m 0.011 rL-PE/mΩ/ m 0.033 r/mΩ /m 2.175 rL-PE/mΩ/ m 2.175 xL-PE/mΩ/m 0.085 l/m 65 142.291 12.992 141.375 142.142.883 437 5.525 13.875 143.111 1.62 x/mΩ/m 0.085 l/m 65 141.375 5.525 xL-PE/mΩ/m 0.26 l/m 7.6 0.251 1.067.523 2 1.976 8.350 30.8.417 70 0.116 7.6 0.084 0.882 4 1+2+3 AA7 0.916 7.467 1.680 72.94 26.59 27.44 5 1APE1 6 4+5 4~6ATL1 1.000 2.29 1.40 1.61
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5.3 高压电器选择
高压断路器的选择：
本工程高压断路器作为变压器回路、电源进线回路的控制和保护电器及分段联络用电器。查光盘资料选用VD4-12-630A/20kA型户内高压真空断路器，配用弹簧操动机构，二次设备电压为DC 110V，高压断路器的选择校验见表5-5，由表可知，所选断路器合格。
表5-5 高压断路器的选择校验
序选择项目 号 额定电压与最1 高工作电压 装置地点技术数据 断路器技术数据 结论 Un=10kV，Um=10×1.15kV=11.5 kV AH4柜：Imax=72.5A Ur=12kV Ur>Um， 合格 2 额定电流 Ir=630A 50Hz Ir>Imax， 合格 3 额定频率 额定短路 50Hz 合格 4 开断电流 额定峰值 5 耐受电流 额定短时（4s）6 耐受电流 额定断路 7 关合电流 Ib3=13.8kA Ib=20kA Ib>Ib3， 合格 ip3=35.2kA 2imax=50kA It2t=202×4=2imax>ip3， 合格 AH4柜：Qt=13.8×（0.1+0.5+0.05）=123.786kA·S It2t>Qt， 合格 i>ip3，合格 1600kA·S 2ip3=35.2kA i=50kA 雷电冲击耐受电压承受过电压能8 力及绝缘水平 10kV系统中性点经消弧线圈接地 75kV 满足条件 1min工频耐受电压42kV 9 环境条件 北楼一层高压开关柜内 正常使用环境 满足条件 .
额定操作顺序： 10 其他条件 无特殊要求 分-180s-合分-180s-合分 满足条件 5.4 高压互感器选择
高压电流互感器的选择：
本工程高压电流互感器安装于变压器保护柜AH4/AH5内作继电保护（测量）用。查光盘资料，选用LZZBJ12-10A型的选择户内高压电流互感器。
5.5 低压断路器的初步选择
5.5.1 配电干线保护断路器过电流脱扣器的初步选择
变电所配电干线保护断路器过电流脱扣器的初步选择见表5-6、表5-7。
表5-6 配电干线保护断路器过电流脱扣器的初步选择（以WP-1APE1为例） 序号 1 选择 极数 2 选择 额定电3 流选择 分断能4 力选择 附件 5 选择 动作信号返回 及过电流脱扣器动作信号
TN-C-S系统 3P 合格 WP-1APE1 T2S,160,PR221DS-LS 选择 装置地点技术数据 项目 类别 低压小容量出线保护用塑壳式断路器，选择型两段保护，合格 断路器技术数据 结论 Ic=28.5A Iu=160A，In=160A Iu≥In＞Ic,合格 Ib3≤30.70kA 非消防用电回路断电及Ics=Icu=50kA 电分AC220，带合分辅助触点信号 Ics＞Ib3， 合格 满足要求 .
表5-7 配电干线保护断路器过电流脱扣器的初步选择（以ZAP1为例）
序号 1 选择 极数 2 选择 额定电3 流选择 分断能4 力选择 附件 5 选择 动作信号返回 及过电流脱扣器动作信号 TN-C-S系统 3P 合格 保护用ZAP1 T5S,400,PR222P-LSI 选择 装置地点技术数据 项目 类别 低压大容量出线 塑壳式断路器，选择型三段保护，合格 断路器技术数据 结论 Ic=390.5A Iu=400A，In=400A Iu≥In>Ic,合格 Ib3≤31.08kA 非消防用电回路断电及Ics=Icu=50kA 电分AC220，带合分辅助触点信号 Ics＞Ib3， 合格 满足要求 5.5.2 变电所低压电源进线断路器的初步选择
变电所低压电源进线断路器的初步选择见表5-8。
表5-8 变电所低压电源进线断路器的初步选择
选择 序号 项目 类别 1 选择 E3N,32,PR122/P-LSI 极数 2 选择 额定电流 3 选择 分断能力 4 选择 TN-C-S系统 3P 合格 电源进线 选择型三段保护，合格 技术数据 抽出式空气断路器， 装置地点 断路器技术数据 结论 Ic=2309.5A Iu=3200A，In=3200A Iu≥In＞Ic 合格 Ib3≤33.05kA Ics=Icu=65kA Ics＞Ib3， 合格 .
附件 5 选择 标准附件 配置 电分AC220，带合分辅助触点信号 满足要求 及过电流脱扣器动作信号
6 电线电缆选择
6.1 高压进出线电缆选择
已知当地最热月的日最高气温平均值为38℃，年最热月地下0.8m处最高温度平均值为25℃。
（一）高压电源进线电缆选择
10kV电源引入电缆选用YJV22-8.7/10型3芯电缆。高压电源进线电缆截面先按允许温升条件选择，然后检验其电压损失条件，短路热稳定条件未校验，见表6-1。
表6-1 高压电源进线电缆截面选择
序号 1 选择校具体内容 验项目 允许 线路电流计算 结论 Ic=72.5A 满足条件Ic 以高压柜至变压器T1一次侧的电缆为例。，高压柜至变压器T1一次侧的电缆选用ZB-YJV-8.7/10型3芯电缆。高压电源出线电缆截面仅按允许温升条件进行初选，未校验短路热稳定条件，由于该段电缆长度较短，电压损失极小，不需校验，见表6-2。 表6-2 高压电源出线电缆截面选择 序号 选择校验项目 线路电流计算 初选电缆截面 1 允许温升 按敷设方式与环境条件确定的电缆载流量 具体内容 结论 Ic=72.5A S=70mm 2满足条件Ic （一）高压开关柜母线选择 本工程采用XGN24型高压开关柜，选用硬裸铜母线，每相1片。母线截面先按允许温升条件选择，然后校验其短路动稳定条件，短路热稳定条件未校验。 . 由于母线长度较短，电压损失较小，不需校验。开关柜有主母线和分支母线，以主母线截面选择为例，见表6-3。 表6-3 高压主母线截面选择 序号 选择校验项目 母线电流计算 具体内容 结论 Ic=72.5A S=80mm×8mm 初选母线截面 1 允许温升 按敷设方式与环境条件确定的母线载流量 三相短路 电流峰值 2 短路动稳定 额定峰值 耐受电流 或载流量相当的异型母线 满足条件Ic （二）低压开关柜主母线选择 本工程采用MNS(BWL3)-04型低压开关柜，柜内主母线选用每相2片硬裸铜母线。母线截面先按允许温升条件选择，然后校验其短路动稳定条件，短路热稳定条件未校验。由于母线长度较短，电压损失较小，不需校验。开关柜有主母线和分支母线，以变压器T1低压侧主母线截面选择为例，见表6-4。 表6-4 低压主母线截面选择 序号 选择校验项目 具体内容 结论 Ic=1873.7A，允许变压器1.2倍母线电流计算 过载时Imax=2248.4A 1 允许温升 初选母线截面 相母线S=2（100mm×10mm），N及PE母线截面为100mm×10mm 满足条件Ic 6.3 低压配电干线电缆选择 （一）配电干线WP-1APE1电缆选择 WP-1APE1为北楼消控室配电线路，采用线缆型号为YJV-5×16，线缆截面先按温升条件选择，然后校验其电压损失条件，短路热稳定条件未校验，见表6-5。 表6-5 配电干线WP-1APE电缆截面选择 序号 选择校验项目 线路电流计算 具体内容 结论 Ic=28.5A 相线S=16mm，N线2初选电缆截面 1 允许温升 按敷设方式与环境条件确定的电缆载流量 计算负荷 2 电压损失 线路参数 已知线路长度L=0.065km P=15.0kW，Q=11.3kvar r=1.359Ω/km，x=0.082Ω/km。 S=16mm,PE线为16mm 22满足条件Ic ZAP1为南楼实验用电配电线路，采用线缆型号为YJV-2(4×300+1×150)，线缆截面先按温升条件选择，然后校验其电压损失条件，短路热稳定条件未校验，见表6-6。 表6-6 配电干线ZAP1电缆截面选择 序号 选择校验项目 线路电流计算 具体内容 结论 Ic=390.5 A 相线S=300mm，N线2初选电缆截面 1 允许温升 按敷设方式与环境条件确定的电缆载流量 计算负荷 2 电压损失 线路参数 r=0.088Ω/km，x=0.077Ω/km P=205.5kW，Q=154.1kvar S=300mm,PE线为150mm 22满足条件Ic 7 低压配电线路保护设计 7.1 低压配电线路的保护设置 （一）过电流保护设置 (1)本工程低压配电线路装设有短路保护、过负荷保护，保护作用于切断供电电源。保护电器安装于线路首端。 (2)变电所低压电源进线及母联开关、低压配电干线均采用配置微处理器脱扣器的三段保护(LSI)或两段保护(LS)选择型熔断器，以实现过电流保护的选择型。所有低压配电干线与配电支线的保护电器上下级之间均按选择性配合要求配置。 （二）接地故障电气火灾防护设置 本工程为火灾危险场所，故在电源进线处设置用于防火的剩余电流保护电 . 器。正常照明线路的剩余电流保护电器直接动作于切断电源，公共通道照明及应急照明线路的剩余电流保护电器动作与信号，由火灾自动报警及消防联动控制系统接收，反馈给消防控制中心。 7.2 低压断路器过电流脱扣器的整定 7.2.1 配电干线保护断路器过电流脱扣器的整定 （一）配电干线WP-1APE1保护断路器的选择与整定 配电干线WP-1APE1保护用断路器的初选型号为T2S，160，PR222P-LSI，R160，3P。其过电流脱扣器整定见表7-1。 表7-1 配电干线WP-1APE1保护用断路器过电流脱扣器的整定 序号 整定项目 整定计算公式 已知Ic=28.5A，Iu=160A； 1 过电流脱扣器额定电流选择 要求Iu≥In＞Ic 2 长延时过电流脱扣器整定电流 整定值/结论 In=40A Ir1≥Ic=28.5A 1）躲过短时尖峰电流 Ir1=0.7In Ir2=5In t2=0.25s 短延时过电流脱扣器 3 整定电流及时间 Ir2≥（4～7）Ic 2）整定时间0.25s 4 保护灵敏度的检验 已知Ik.min=1.61kA Ik.min/Ir2＞1.3 . Ik.min=8.1 Ir2过负荷保护 已知电缆截面为16mm， 与被保护线路 5 的配合 短路保护 满足短路热稳定条件 配合 配合 2合格 Ir1＜Ial 合格 Ial=96A×0.55=52.8A 合格 （二）配电干线ZAP1保护断路器的选择与整定 配电干线ZAP1保护用断路器的初选型号为T5S，630，PR221DS-LS，R630，3P。其过电流脱扣器整定见表7-2。 表7-2 配电干线ZAP1保护用断路器过电流脱扣器的整定 序号 整定项目 整定计算公式 已知Ic=390.5A，Iu=630A； 1 过电流脱扣器额定电流选择 要求Iu≥In＞Ic 2 长延时过电流脱扣器整定电流 整定值/结论 In=500A Ir1≥Ic=390.5A 1）躲过短时尖峰电流 Ir1=0.8In Ir2=5.5In t2=0.25s 短延时过电流脱扣器 3 整定电流及时间 Ir2≥（4～7）Ic 2）整定时间0.25s . 已知Ik.min=15.84kA 4 保护灵敏度的检验 Ik.min/Ir2＞1.3 合格 Ik.min=5.8 Ir22 过负荷保护 已知电缆截面为300mm，配合 5 与被保护线路的配合 短路保护 满足短路热稳定条件 配合 Ir1＜Ial 合格 Ial=596A×0.8=476.8A 合格 7.2.2 变电所低压电源进线断路器的整定 变电所低压电源进线断路器初选型号为E3N，32，PR122/P-LSI，R2500，3P。其过电流脱扣器整定见表7-3。 表7-3 变电所低压电源进线断路器过电流脱扣器的整定 序号 整定项目 整定计算公式 已知Ic=1873.7A，Iu=3200A； 1 过电流脱扣器额定电流选择 要求Iu≥In＞Ic 满足正常符合要求： 2 长延时过电流脱扣器整定电流 整定值/结论 In=2000A Ir1≥Ic=1873.7A，同时Ir1≤1.2Ic（允许变压器1.2倍的过载） Ir1=0.9In . 1）躲过短时尖峰电流 Ir2≥1.2[Ist.M+Ic(n1)]=5060A（以短延时过电流脱扣器 3 整定电流及时间 最大容量为685kW的南楼实验用电配电箱全压启动计算，取实验室额定电流390.5A，启动电流倍数为7） 2）整定时间0.25s（下级延时最长时间）+0.15s=0.4s 躲过瞬时尖峰电流 4 瞬时过电流脱扣器整定电流 Ir2=2.5In t2=0.4s Ir3≥1.2[I'st.M+Ic(n1)]=8340A Ir3=8.1In 已知Ik.min=25.53kA 5 保护灵敏度的检验 Ik.min/Ir2＞1.3 合格 Ik.min=5.04 Ir2已知母线Ial=2924A 过负荷保护与被保护线路6 的配合 短路保护 配合 Ir1＜Ial 合格 满足短路热稳定条件 配合 合格 . 图 纸 目 录 序号 1 2 3 4 图 纸 名 称 变电所高压侧电气主接线图 变电所低压侧电气主接线图 变电所设备布置平面图 图幅 A3 A3 A3 图纸编号 电01 电02 电03 共 4 张 备 注 ........忽略此处....... . . 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容