10KV变电所供配电Doc

摘 要

变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备和线路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。变电所供配电设计需要考虑很多方面，分析变电所担负的任务及用户负荷等情况.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，从而确定变电所的主接线方式，再进行短路电流计算，选择导线，选择变电所高低压电气一次设备等。本变电所的设计包括了：（1）总体方案的确定（2）负荷分析（3）短路电流的计算（4）主接线方案的选择（5）继电保护的选择与整定（6）防雷设计。

关键词：变电所，负荷，短路电流，防雷设计

Abstract

The substation is an importance part of the electric power system, it is consisted of the electric appliances equipments and circuitry. It obtains the electric power from the electric power system, through its function of transformation and assign, transport and safety. Then transport the power to every place with safe. The design of substation supplypower distribution should consider many problems.Analyse change to give or get an electric shock a mission for carrying and customers carries etc. make good use of customer data proceed then carry calculation, ascertain the correct equipment of the customer. At the same time following the choice of every kind of transformer, then make sure the line method of the substation, then calculate the short-circuit electric current, choosing the style of the wire and once equipment of electric appliances and so on. This first step of design included:(1) ascertain the total project (2) load analysis(3) the calculation of the short-circuit electric current (4) the choice of line project (5) the choice and the settle of the protective facility (6) The design of prevent mine

Key words：Substation，Load，Short-circuit electric current，The design of

prevent mine

目 1．绪论

录

1．1工厂变电所的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1.1电力用户供电系统的分类„„„„„„„„„„„„„„ 1.1.2工厂变配电所的设计原则„„„„„„„„„„„„„„ 1．2课题来源及设计背景„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.2.1课题来源„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.2.2设计背景„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

2．变电所负荷计算和无功补偿的计算„„„„„„„„„„„„

2.1计算负荷的方法及负荷计算法的确定„„„„„„ 2.2需要系数法的基本知识„„„„„„„„ 2.3变电所的负荷计算„„„„„„„„„„„ 2.3.1负荷统计„„„„„„„„„„„ 2.3.2负荷计算„„„„„„„„„„„

2.4.无功补偿的目的和方案„„„„„„„„„„„

2.5 无功补偿的计算及电容器的选择„„„„„„„„„„„

3．变电所变压器台数和容量的选择„„„„„„„„„„„„„„7 3.1变压器的选择原则„„„„„„„„„„„„„„

3.2变压器类型的选择 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.3变压器台数的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.4变压器容量的选择„„„„„„„„„„„

4．电气主接线方案的设计…„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9

4.1主接线的基本要求 „„„„„„„„„„„„„„„9

4.2主接线的基本形式与分析 „„„„„„„„„„„„„„„„13 4.3变电所主接线方案的确定„„„„„„„„„„„„„„„„16 5.短路电流的计算„„„„„„„„„„„

5.1产生短路电流的原因、危害及计算方法„„„„„„„„„„„ 5.2高压电网三相短路计算„„„„„„„„„„„

6.变电所高压进线、一次设备和低压出线的选择…„„„„„„„„„„ 6.1高压侧的负荷计算„„„„„„„„„„„

6.1.1变压器功率损耗的计算„„„„„„„„„„„ 6.1.2高压侧的负荷计算„„„„„„„„„„„ 6.2变电所高压进线的选择与校验„„„„„„„„„„„ 6.2.1架空线的选择„„„„„„„„„„„ 6.2.2电缆进线的选择„„„„„„„„„„„ 6.3高压一次设备的选择„„„„„„„„„„„

6.3.1高压断路器的选择与效验„„„„„„„„„„„ 6.3.2高压隔离开关的选择与效验„„„„„„„„„„„ 6.3.3高压熔断器的选择与效验„„„„„„„„„„„ 6.3.4电流互感器的选择与效验„„„„„„„„„„„ 6.3.5电压互感器的选择与效验„„„„„„„„„„„ 6.3.6接地开关的选择与效验„„„„„„„„„„„ 6.3.7高压侧母线的效验„„„„„„ 6.3.8绝缘子的效验„„„„„„„„„„ 6.4变电所低压一次设备的选择„„„„„„„ 6.5低压线路导线的选择„„„„„„„„„„

7 变电所二次回路回路方案选择及继电保护的整定…„„„„„„„„„ 7.1二次回路的定义和分类„„„„„„„„„„ 7.2二次回路操作电源的选择„„„„„„„„„„ 7.3二次回路的接线要求„„„„„„„„„„ 7.4断路器的控制和信号回路„„„„„„„„„„ 7.5变电所的电能计量回路„„„„„„„„„„ 7.6变电所的测量和绝缘监测回路„„„„„„„„„„ 7.7继电保护的整定„„„„„„„„„„

8变电所防雷与接地装置的确定……„„„„„„„„ 8.1确定共用人工接地装置„„„„„„„„„„ 8.2防雷保护的选择„„„„„„„„„„

1 绪 论

1.1工厂变配电所的设计 1.1.1电力用户供电系统的分类

电力用户供配电系统由外部电源进线、用户变配电所、高低压配电线路和用电设备组成。按供电容量的不同，电力用户可分为大型（10000kV·A以上）、中型（1000-10000kV·A）、小型（1000kV·A及以下）

1.大型电力用户供电系统

大型电力用户的用户供电系统，采用的外部电源进线供电电压等级为35kV及以上，一般需要经用户总降压变电所和车间变电所两级变压。总降压变电所将进线电压降为6-10kV的内部高压配电电压，然后经高压配电线路引至各个车间

变电所，车间变电所再将电压变为220/380V的低电压供用电设备使用。如图1-1所示

图1-1 大型电力用户供电系统 某些厂区环境和设备条件许可的大型电力用户也有采用所谓“高压深入负荷中心”的供电方式，即35kV的进线电压直接一次降为220/380V的低压配电电压。

如图1-2所示

图1-2 具有高压深入负荷中心的大型电力用户供电系统 2.中型电力用户一般采用10kV的外部电源进线供电电压，经高压配电所和10kV用户内部高压配电线路馈电给各车间变电所，车间变电所再将电压变换成220/380V的低电压供用电设备使用。如图1-3 所示 图1-3 中型电力用户供电系统

3.小型电力用户供电系统

对于小型电力用户供电系统，由于所需容量较小，通常只设有一个相当于车间变电所的降压变电所，将6-10KV电压降为低压用电设备所需电压。如图1-4所示

(a) 装有一台变压器 (b)装有两台变压器

图1-4小型电力用户供电系统

1.1.2工厂变配电所的设计原则

1.必须遵守国家的有关规程和标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。

2.应做到保障人身和设备安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，应采用效率高、能耗低、性能较先进的电气产品。

3.应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远、近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。

4.必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。

1.2课题来源及设计背景

1.2.1课题来源

本课题是来源于云南锡业公司下属建安机械化安装公司的变电所新建项目。 1.2.2设计背景

本公司现要新建一个10/0.4kV的变配电所，向公司生产区、办公楼、职工住宅区及其生活水泵组供电。

原先变电所只能满足两个车间、办公楼和生活区的用电负荷。随着近年来，云锡集团公司的企业内部的调整，下属子公司之间的相互合并等原因，建安机械化安装公司扩充了规模，兼并了原来其他单位的一些用电设备，因此，原先的变电所已经不能满足需要，要在原址旁边新建一座10/0.4kV变配电所，以满足单位改革后用电负荷的要求。

鉴于云锡公司用电的特殊性，新建变电所的电源取自3km外云锡公司一专用35kV变电站和3km外市供电公司另一相同容量的35kV变电站。

新变电所建成后，能满足现有的生产、生活用电，有效地提高负荷转移能力，进一步提高供电可靠性。

2．变电所负荷计算和无功补偿的计算

2.1 计算负荷的方法及负荷计算法的确定

由于用电设备组并不一定同时运行，即使同时运行，也并不一定都能达到

额定容量。另外，各用电设备的工作制也不一样，有连续、短时、断续周期之分。在设计时，如果简单地把各用电设备的额定容量加起来，作为选择导线截面和电气设备容量的依据，选择过大会使设备欠载，造成投资和有色金属的浪费；选择过小则会使设备过载运行，出现过热，导致绝缘老化甚至损坏，影响导线或电气设备的安全运行，严重时会造成火灾事故。为避免这种情况的发生，设计时，应用计算负荷选择导线和电气设备。

计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续负荷，其热效应与某一段时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在供电设计中，通常采用半小时的最大平均值作为按发热条件选择电气设备和导体的依据。

用半小时最大负荷

P30来表示其有功计算负荷，而无功计算负荷、视在计

算负荷和计算电流则分别表示为Q30、S30和I30。

我国目前普遍采用的确定计算负荷的方法有需要系数法和二项式法。由于需要系数法的优点是简便，适用于全产和车间变电所负荷的计算，因此本设计变电所的负荷的计算采用需要系数法

2.2 需要系数法的基本知识

(1). 需要系数Kd

需要系数是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量的比值，即

P Kd = Pmax/ e=Pe (2-1) 30/P 用电设备组的设备容量P是指用电设备组所有设备（不含备用设备）e，的额定容量KN之和，即Pe=PN。而设备的额定容量，是设备在额定条件下的最大输出功率。但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不一定都满负荷，同时设备本身和配电线路都有功率损耗，因此用电设备组的需要系数为

Kd=KKL/eWL (2-2)

式中 K代表设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量之比;

KL代表设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行的设备容量之比；

e代表设备组的平均效率；

WL代表配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的末端功率与

首段功率之比。

(2).计算用电设备组的计算负荷 在求出有功计算负荷

P30后，可按下列各公式分别求出其余的计算负荷：

Q30=P30tan S30=P30cos (2-3)

I=S30/（303UN）

式中cos 代表用电设备组的平均功率因数 tan代表对应于用电设备组cos的正切值

(3 ).计算多组用电设备的计算负荷

在车间变电所低压母线上或配电干线上，常有多种用电设备，应考虑

各种用电设备的最大负荷不同时出现的因数，因此在确定多组用电设备的计算负荷时，应引入有功计算负荷和无功计算负荷的同时系数KP和KQ。对有N组用电设备的计算负荷如下：

P30=KpPi1N30(i)

Q30=KS30=30QQi1N30(i) (2-4)

22P30Q30 I=S30/（3UN）

同时系数KP和KQ的取值为： A.

对车间干线，KP取0.85-0.95，KQ取0.90-0.97

B. 对低压母线：

a. 由用电设备组计算负荷直接相加计算，KP取0.80-0.90，KQ取

0.85-0.95.

b. 由车间干线计算负荷直接相加计算，KP取0.90-0.95，KQ取

0.93-0.97

2.3 变电所的负荷计算 2.3.1负荷统计

对建安机械化安装公司全厂用电设备的统计如下表2.1

用电设备 机床设备组 电焊机设备组 起重机组 办公楼 住宅区水泵组 住宅用电 厂区照明 负荷统计（kW） 负荷类别 433.45 129.35 113.2 30 176 768 29 三级 三级 三级 三级 二级 三级 三级 表2.1 用电负荷统计

2.3.2 负荷计算

按需要系数法计算各组负荷由式子(2-1)和式子(2-3)可知： 有功功率

PP30=Kde

无功功率 Q30=P30tan

22Q30视在功率 S30=P30 上述三个公式中：Pe：每组设备容量之和，单位为kW；Kd：需要系数；

cos:用电设备组的平均功率因数；tan：对应于用电设备组cos的正切值

⒈ 小批量生产的金属冷加工机床电动机：

查附录A，Kd=0.16-0.2（取0.2）cos=0.5 tan=1.73

KdPe(1)= 0.2*433.45=86.69 （ kW ） 有功负荷 P30(1) =

无功负荷 Q30(1) =P30(1)tan= 86.69*1.73=149.97 （kvar ）

22Q30(1)视在功率 S30(1) = P30(1) = 174.74 （kV·A）

⒉ 电焊机组的计算负荷：

查附录A， Kd=0.35 cos=0.35 tan=2.68 有功负荷 Pe(2)=0.35*129.35=45.27(kW) 30(2)=KdP无功负荷 Q30(2)=P30(2)tan=45.27*2.68=121.33(kvar)

22Q30(2)视在功率 S30(2)=P30(2)=129.5(kV·A )

⒊ 起重机的计算负荷：

查附录A，Kd=0.1-0.15（取0.15） cos=0.5 tan=1.73

有功负荷 P30(3)=KdPe(3)=0.15*113.2=16.98(kW) 无功负荷 Q30(3)=P30(3)tan=16.98*1.73=29.38(kvar)

22Q30(3)视在功率 S30(3)=P30(3)=33.93(kV·A )

⒋ 住宅区水泵组：

查附录A，Kd=0.8 cos=0.8 tan=0.75 有功负荷 P30(4)=KdPe(4)4=0.8*176=140.8(kW) 无功负荷 Q30(4)=P30(4)tan=0.75*140.8=105.6(kvar)

22Q30(4)视在功率 S30(4)=P30(4)=176(kV·A )

⒌ 办公楼：

查附录A，Kd=0.8 cos=1 tan=0 有功负荷 P30(5)=KdPe(5)=0.8*30=24(kW) 无功负荷 Q30(5)=P30(5)tan=0(kvar)

22Q30(5)视在功率 S30(5)=P30(5)=24(kV·A )

⒍ 住宅区：

查附录A，Kd=0.45 cos=1 tan=0 有功负荷 P30(6)= KdPe(6)=0.45*768=345.6(kW) 无功负荷 Q30(6) =P30(6)tan=0(kvar)

22Q30(6)视在功率 S30(6)=P30(6)=345.6(kV·A )

⒎ 厂区照明：

查附录A，Kd=1 cos=1 tan=0 有功负荷 P30(7)= KdPe(7)=1*29=29(kW) 无功负荷 Q30(7) =P30(7)tan=0(kvar)

22Q30(7)视在功率 S30(7)=P30(7)=29(kV·A)

因此对于干线的总负荷的计算：（取

1.有功功率

Kp=0.95，KQ=0.97）

N30(i)P30=KpPi1=0.95*688.34=653.92 (KW)

2.无功功率 Q30=KQQi1N30(i)=0.97*406.28=394.09( kvar)

22Q30 3.视在功率 S30=P30=763.49 (kV·A)

对于低压母线的总负荷的计算：（取

Kp=0.90，KQ=0.95）

N30(i)1.有功功率 P30=KpPi1=0.90*688.34=619.506 (KW)

2.无功功率 Q30=KQQi1N30(i)=0.95*406.28=385.966 ( kvar)

22Q30 3.视在功率 S30=P30=729.9 (kV·A)

由上面计算得出如下表2.2所示

计算负荷 设备组 机床组 电焊机组 起重机 水泵组 办公楼 住宅区 厂区照明 Kd 0.2 0.35 0.15 0.8 0.8 0.45 1 cos 0.5 0.35 0.5 0.8 1 1 1 tan 1.73 2.68 1.73 0.75 0 0 0 —— P30/kW Q30/kvar S30/kV·A 86.69 45.27 16.98 140.8 24 345.6 29 688.34 653.92 149.97 121.33 29.38 105.6 0 0 0 406.28 394.09 174.74 129.5 33.93 176 24 345.6 29 —— 763.49 对干线 取KP=0.95, 总计 KQ=0.97 对低压母线 取KP=0.90, KQ=0.95

619.506 385.966 729.9

表2.2 计算负荷表

2.4无功补偿的目的和方案

由于用户的大量负荷如感应电动机、电焊机、气体放电灯等，都是感性负荷，使得功率因数偏低，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。电力系统要求用户的功率因数不低于0.9，按照实际情况本次设计要求功率因数为0.92以上，因此，必须采取措施提高系统功率因数。目前提高功率因数的常用的办法是装设无功自动补偿并联电容器装置。

根据现场的实际情况，拟定采用低压集中补偿方式进行无功补偿。 2.5 无功补偿的计算及电容器的选择

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：

'=P30（tan-tan'） (2-5) QN.C=Q30Q30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：

QN.C (2-6) nqN.C在用户供电系统中，无功补偿装置位置一般有三种安装方式：

(1)高压集中补偿 补偿效果不如后两种补偿方式，但初投资较少，便于集中运行维护，而且能对企业高压侧的无功功率进行有效补偿，以满足企业总功率因数的要求，所以在一些大中型企业中应用。

(2)低压集中补偿 补偿效果较高压集中补偿方式好，特别是它能减少变压器的视在功率，从而可使主变压器的容量选的较小，因而在实际工程中应用相当普遍。

(3)低压分散补偿 补偿效果最好，应优先采用。但这种补偿方式总的投资较大，且电容器组在被补偿的设备停止运用时，它也将一并被切除，因此其利用率较低。

由上面的分析并综合考虑本次设计采用低压集中补偿方式。

cos提高至0.92 P30Q30S30 取自低压母线侧的计算负荷，

619.506cos=P==0.85 /S3030729.9QN.CP30(tantan')=619.506*[tan(arccos0.85)-tan(arccos0.92)]=120 （kvar）

选择BSMJ0.4-20-3型自愈式并联电容器，qN.C=20kvar 由式子(2-6)可知

电容器组数: nQN.C qN.C=120kvar/20kvar=6 取6

补偿后的视在功率计算负荷

'2S30P30(Q30QN.C)2(619.506)2(385.966120)2=674.19kV·A

cos=

P30= 619.966/674.19=0.92 'S30补偿后的计算电流 I'30'S303UN2=674.19/(1.7320.38)=1024.33A

3 变电所变压器台数和容量的选择

3.1变压器的选择原则

电力变压器是供电系统中的关键设备，其主要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、分配和使用，对变电所主接线的形式及其可靠性与经济性有着重要影响。所以，正确合理地选择变压器的类型、台数和容量，是对接下来主接线设计的一个主要前题。

选择时必须遵照有关国家规范标准，因地制宜，结合实际情况，合理选择，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品，并优先选用技术先进的产品。 3.2变压器类型的选择

电力变压器类型的选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘及冷却方式、联结组别等。，

变压器按相数分，有单相和三相两种。用户变电所一般采用三相变压器。 变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两种。10kV配电变压器一般采用无载调压方式。

变压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器等。用户供电系统大多采用双绕组变压器。

变压器按绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等。 10kV配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见联结组。由于Dyn11联结组变压器具有低压侧单相接地短路电流大，具有利于故障切除、承受单相不平衡负荷的负载能力强和高压侧三角形接线有利于抑制零序谐波电流注入电网等优点，从而在TN及TT系统接地形式的低压电网中得到越来越广泛的应用。

由上面分析得出选择变压器的类型为油浸式、无载调压、双绕组、Dyn11联结组。 3.3变压器台数的选择

变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。《10kV及以下变电所设计规范GB50053－94》中规定，当符合以下条件之一时，宜装设两台及两台以上的变压器：

⑴ 有大量一级或二级负荷；

⑵ 季节性负荷变化较大； ⑶ 集中负荷容量较大。

结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。 3.4变压器容量的选择

变压器的容量SN.T首先应保证在计算负荷S30下变压器能长期可靠运行。 对有两台变压器的变电所，通常采用等容量的变压器，每台容量应同时满足以下两个条件：

① 满足总计算负荷70%的需要，即

SN.T≈0.7 S30； （3-1）

② 满足全部一、二级负荷S30()的需要，即

SN.T≥S30() （3-2）

条件①是考虑到两台变压器运行时，每台变压器各承受总计算负荷的50%，负载率约为0.7，此时变压器效率较高。而在事故情况下，一台变压器承受总计算负荷时，只过载40%，可继续运行一段时间。在此时间内，完全有可能调整生产，可切除三级负荷。条件②是考虑在事故情况下，一台变压器仍能保证一、二级负荷的供电。

根据无功补偿后的计算负荷：S30=674.19kV·A，代入数据可得

SN.T≥0.7*674.19=471.933kV·A ，同时又考虑到未来5-10年得负荷发

展，初步取 SN.T= 500kV·A 。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为S9系列油浸式变压器。型号：S9-500/10，其主要技术指标见表3

主变型号 额定容量 联结组别 空载损耗 短路损耗 空载电流 阻抗电压 SN/kV·A S9-500/10 500 Dyn11 PO/kW 1.03 PK/kW 4.95 IO% 3 UK% 4 表3 主变压器的技术指标

4 电气主接线方案的设计

4.1主接线的基本要求

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、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。它是电气设备选择及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的重要依据。概括地说，对一次接线的基本要求包括安全、可靠、灵活和经济四个方面。 （1）安全性

安全包括设备安全及人身安全。一次接线应符合国家标准有关技术规范的要求，正确选择电气设备及其监视、保护系统，考虑各种安全技术措施。 （2）可靠性

不仅和一次接线的形式有关，还和电气设备的技术性能、运行管理的自动化程度因素有关。 （3）灵活性

用最少的切换来适应各种不同的运行方式，适应负荷发展。 （4）经济性

在满足上述技术要求的前提下，主接线方案应力求接线简化、投资省、占地少、运行费用低。采用的设备少，且应选用技术先进、经济适用的节能产品。

总之，变电所通过合理的接线、紧凑的布置、简化所内附属设备，从而达到减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投资的目的。 4.2主接线的基本形式与分析

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）单母线接线

这种接线的优点是接线简单清晰、设备少、操作方便、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）故障检修，均需要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。

适用范围：适应于容量较小、对供电可靠性要求不高的场合，出线回路少的小型变配电所，一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。

如图4-1所示

图4-1 单母线不分段主接线

（2）．单母线分段主接线

当出线回路数增多且有两路电源进线时，可用断路器将母线分段，成为单母线分段接线。母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。在正常工作时，分段断路器可接通也可断开运行。两路电源进线一用一备时，分段断路器接同运行，此时，任一段母线出现故障，分段断路器与故障段进线断路器都会在继电保护装置作用下自动断开，将故障段母线切除后，非故障段母线便可继续工作，而当两路电源同时工作互为备用时，分段断路器则断开运行，此时若任一电源出现故障，电源进线断路器自动断开，分段断路器可自动投入，保证给全部出线或重要负荷

继续供电。如图4-2所示

图4-2 单母线分段主接线

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。

4.3 变电所主接线方案的选择

方案：高低压侧均采用单母线分段。优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电：当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常断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检修时该母线各出现须停电。

方案：单母线分段带旁路。优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断用户供电。缺点：投资高。

方案：高压采用单母线、低压采用单母线分段。优点：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。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。

以上三种方案均能满足主接线要求，采用第三个方案时虽然经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，他们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案。

5 短路电流的计算

5.1产生短路电流的原因、危害及计算方法

供电系统应该正常的不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但是供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。

所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。

造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏、误动作、雷击或过电压击穿等。短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它通过电气设备时，设备的载流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定。短路电流在线路上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而影响与母线连接的电动机或其它设备的正常运行。

计算方法采用标幺值法计算。进行计算的物理量，不是用具体单位的值，而是用其相对值表示，这种计算方法叫做标幺值法。标幺值的概念是：

某量的标幺值=

任意单位 该量的实际值与实际值同单位该量的标准值所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度，用标幺值表示的物理量是没有单位的。供电系统中的元件包括电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电力线路，为了求出电源至短路点电抗标幺值，需要逐一地求出这些元件的电抗标幺值。 5.2高压电网三相短路计算

电源取自距本变电所3km外的35kV变电站，用10kV双回架空线路向本变电所供电，出口处的短路容量为250MV·A。

图5.1 高压电网短路电流计算图

求10kV母线上K-1点短路和380V低压母线上K-2点短路电流和短路容量。电源侧短路容量定为Sk=250MV·A ⑴．确定基准值：

取Sd=100MV·A UC1=10.5kV UC2=0.4KV 而 Id1=

Sd3Uc1Sd3Uc2 =100MV·A/（3*10.5kV）=5.50kA

Id2=

=100M·VA/（3*0.4kV）=144.34kA

⑵．计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值： ① 电力系统

由于电源侧短路容量定为Sk=250MV·A,因此

* X1= Sd/Sk=100MV·A/250MV·A=0.4

② 架空线路

查附录B得X0 =(0.35Ω/km),因此

* X2=X0LSd/Uc22=0.35Ω/km*3km*

100MV·A=0.95 2(10.5kV)③ 电力变压器

查表3得 Uk%=4,而SNT =500KV·A,因此

4*100*103kV·A=8 X= X=UK%Sd/100SNT=

100*500kV·A*3*4然后绘出短路电路的等效电路如图5-1

图5-1等效电路

⑶．求K-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量： ① 总电抗标幺值

*** =+XXX12=0.4+0.95=1.35 (K1)② 三相短路电流周期分量有效值

*(3)IK1= Id1/X(K1) =5.50kA/1.35=4.07kA

③ 其他三相短路电流

''(3)(3)(3) IK == II1K1K1=4.07kA (3) iSh =2.55*4.07kA=10.38kA

(3) ISh=1.51*4.07kA=6.15kA

④ 三相短路容量

*(3) SK = S/X1d(K1)=100MV·A/1.35=74.1 MV·A·

⑷．求K-2点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量： 两台变压器并列运行： ① 总电抗标幺值

***** X(K2) =X1X2X3//X4=0.4+0.95+

8=5.35 2② 三相短路电流周期分量有效值

*(3)=I/XIK2d2(K2) =144.34kA/5.35=26.98kA

③ 其他三相短路电流

在10/0.4KV变压器二次侧低压母线发生三相短路时，由于R1/3X，可取KSh=1.6，

因此：

''(3)(3)(3) IK2IK2IK2=26.98kA (3) iSh =2.26*26.98kA=60.97kA (3) ISh=1.31*26.98kA=35.34kA

④ 三相短路容量

*(3) SK = S/X2d(K2)=100MV·A/5.35=18.69 MV·A

两台变压器分列运行：

① 总电抗标幺值

**** X(K2) =X1X2X3=0.4+0.95+8=9.35

② 三相短路电流周期分量有效值

*(3)IK2 =Id2/X(K2)=144.34kA/9.35=15.44kA

③ 其他三相短路电流

''(3)(3)(3) IK2IK2IK2=15.44kA (3) iSh =2.26*15.44kA=34.89kA (3) ISh =1.31*15.44kA=20.23kA

④ 三相短路容量

*(3) SK2 =Sd/X(K2) =100MV·A/9.35=10.7MV·A

由上面计算结果得出如下表5.1 总电抗 三相短路电流/ kA 标幺值 短路计算点 * X(3) IK三相短路 容量/MV·A I''(3) 4.07 (3) I(3) iSh(3) ISh(3) SKk-1 变压器并列运行 k-2 变压器分列运行 1.35 5.35 9.35 4.07 4.07 10.38 6.15 74.1 18.69 10.7 26.98 26.98 26.98 60.97 35.34 15.44 15.44 15.44 34.89 20.23 表5.1 高压短路计算结果

6 变电所高压进线、一次设备和低压线路的选择与效验

6.1高压侧的负荷计算 6.1.1.变压器的功率损耗计算 变压器的有功功率损耗：

'S30P)2 O+PE(T≈PSN.T'（查表3得P=1.03 kW ，=4.95 kW，=500kW ）又由PSSOEN.T30=674.19 kW

因此 PT ≈1.03+4.95*(674.192)=10.03kW 500 变压器的无功率损耗：

'I0%UK%S30C2()] （查表3得IO% =3 ，UE%=4，+ QT≈SN.T [

100100SN.T'=674.19 kW SN.T=500kW ）又由S30因此 QT=500*[

34674.192()]=51.36kvar +

1001005006.1.2 .高压侧的负荷计算

对于本单位而言，变电所高压侧的计算负荷即是全厂及家属住宅区的总计算负荷，因此，不需要采用需要系数逐级计算法和全厂需要系数法进行计算。 于是 高压侧的有功功率：

P= P30 +PT=619.506+10.03=629.91kW

高压侧的无功功率：

' QQ30QT=Q30QN.CQT=385.966-120+51.36=317.33kvar

高压侧的视在功率 ：

SP2Q2=629.912317.332=705.33kV·A

于是高压侧最大长期工作电流:I30S/3Un1=705.33/(1.73210)=40.72A 6.2变电所高压进线的选择与校验

对于高压开关柜，从柜下进线时一般需通过电缆引入，因此，采用架空线长距离传输，再由电缆线引入的接线方式。

对给高压开关柜引入的电缆线，因短路容量较大而负荷电流较小，一般先按短路热稳定条件选择导体截面，然后再校验发热条件。 6.2.1架空线的选择

① 按热稳定条件选择导体截面：长度为3km

查表，C=87A·s·mm2，tima取1.2（取值为继电器动作时间） A≥Amin=I*103tima/C=4.07*103*1.2/87=51.25 mm2 初选70 mm2的LGJ型钢芯铝绞线。 ② 按发热条件进行校验：

变压器高压侧最大长期工作电流为：I30 =40.72A

查表，70 mm2的LGJ型钢芯铝绞线在25℃、30℃时的载流量为275A、259A，大于40.72A，故满足条件。 6.2.2电缆进线的选择

① 按热稳定条件选择导体截面： 查表，C=143A·s·mm2，tima取1.2

A≥Amin=I*103tima/C=4.07*103*1.2/143=31.18mm2 初选35mm2的YJY型交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆 ② 按发热条件进行校验：

变压器高压侧最大长期工作电流：I30 =40.72A

查表，35 mm2的YJY型三芯交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆在25℃的空气中敷设时的载流量为172A，在20℃直埋敷设时的载流量为166A，大于计算电流，故选择35mm2的YJY型三芯交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆。

6.3高压一次设备的选择

根据机械厂所在地区的外界环境，高压侧采用天津市长城电器有限公司生产的KYN—12型户内移高压中置式开关设备。此开关柜的型号：KYN28A—12。其内部的高压一次设备根据本厂需要选取。初选设备：

高压断路器：VS1—12/630 接地开关：JN3-10 高压熔断器：RN2—10/200 电压互感器：JDZJ—10 电流互感器：LZZJ—10—200/5 隔离开关：GN19—10C/400

高压母线型号： TMY-3*（50*4）；TMY-3*(80*10)+1*(60*6)

绝缘子型号：ZA-10Y 抗弯强度：Fal3.75(户内支柱绝缘子) 6.3.1高压断路器的选择与效验

高压断路器除在正常情况下通断电路外，主要是在发生故障时，自动而快速的将故障切除，以保证设备的安全运行。

1.选择时，除按一般原则选择外，由于断路器还有切断短路电流，因而必须校验短路容量，热稳定性及动稳定性等各项指标。

按工作环境选择：选择户外或户内，若工作条件特殊，还需要选择特殊型式；按额定电压选择：应该大于或等于所在电网的额定电压，即： UN.QFUN；按额定电流选择：应该等于或大于变压器高压侧最大长期工作电流，即：

(3)IN.QFI30；校验高压断路器的开断电流：即：IocIK ； 校验高压断路器的2动稳定性： imaxish；校验高压断路器的热稳定性： It2tItima

2.高压断路器的选择 （1）额定电压：UN.QF=12KV

（2）额定电流：IN.QF>变压器高压侧最大长期工作电流I30，

I30S/3Un1=705.33/(1.73210)=40.72A （3）根据有关资料初选VS1—12/630型断路器

技术参数 型号 额定电流额定开断电极限通过电流 imax (kA) 40 4秒热稳定 流Ioc（KA） IN.QF（A）VS1—12/630 630 40 It电流(kA) 16 (4)校验：

a. UN.QF=12KV>UN b. IN.QF=630A>I30=40.72A c. 额定开断电流校验:

(3)10KV母线三相稳态短路电流IK =4.07KA

VS1—12/630断路器的额定开断电流Ioc=40KA

符合要求。

d.动稳定校验：

(3) 10KV母线三相短路冲击电流：iSh= 10.38（KV）

VS1—12/630型断路器的极限通过电流imax =40 （KA）

(3) iSh ＜ imax符合动稳定要求

e.热稳定效验：

根据资料继电器的动作时间取1.2 秒 ,即tima＝1.2秒

2高压母线短路容量: Qdt =Itima=(6.15kA)*(1.2)S=45.4 (kA·S)

2

2

ZN3—10/630—40型断路器的4秒热稳定电流: It=16(kA) It2t=(16kA)2*4S=1024 (kA2·S)

2 Itima< It2t 符合热稳定要求

通过以上效验可知, 10KV断路器选VS1—12/630型断路器完全符合要求.

6.3.2高压隔离开关的选择与效验

1． 高压隔离开关的作用：高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的输电设备，以及对被检修的高压母线、断路器等电器设备与带电的高压线路进行电气隔离的设备。

2． 按工作环境选择：选择户外或户内，若工作条件特殊，还需要选择特殊型式；按额定电压选择：应该大于或等于所在电网的额定电压，即： 按额定电流选择：应该等于或大于变压器高压侧最大长期工作电流，UN.gUN；

(3)即： IN.gI30；校验高压断路器的开断电流：即：Ioc  IK ； 校验高压

22ItI断路器的动稳定性： imaxish；校验高压断路器的热稳定性： ttima

3． 10KV隔离开关的选择 （1）额定电压：UN.g =10KV

（2）额定电流：IN.g >变压器高压侧最大长期工作电流I30

I30S/3Un1=705.33/(1.73210)=40.72A （3）根据有关资料初选GN19—10C/400型隔离开关

技术参数 型号 额定电流 IN.g（A）GN19—10C/400 400 极限通过电流 imax (kA) 50 4秒热稳定It电流(kA) 12.5 (4)校验：

a. UN.g=10KV= UN b. IN.g =400A>I30=40.72A

c.动稳定校验：

(3) 10KV母线三相短路冲击电流：iSh = 10.38（KV）

GN19—10C/400隔离开关的极限通过电流imax =50（KA）

(3) iSh ＜ imax 符合动稳定要求

d.热稳定效验：

由于继电器的动作时间取1.2 秒 ,即tima＝1.2秒

222 10KV母线短路容量: Qdt=Itima=(6.15kA)*(1.2)S=45.4 (kA·S)

GN19—10C/400隔离开关的4秒热稳定电流: It=12.5(kA) It2t =(12.5kA)2*4S=625 (kA2·S)

2 It2tItima 符合热稳定要求

通过以上效验可知, 10KV隔离开关选GN19—10C/400型隔离开关符合要求.

6.3.3高压熔断器的选择与效验

高压熔断器是一种过流保护元件,由熔件与熔管组成。当过载或短路时，熔件熔断，达到切断故障保护设备的目的。电流越大，熔断时间越短。在选择熔件时，除保证在正常工作条件下（包括设备的起动）熔件不熔断外，还应该符合保护选择性的要求。

高压熔断器的选择：按额定电压选择：熔断器的电压应该大于或等于所在电网的额定电压，即： UN.FUUN；按额定电流选择：熔断器的电流应该等于或大于它本身所安装的熔体额定电流，即： IN.FUI30；校验高压熔断器的

(3)开断电流：即：IocIK 。

10kV熔断器的选择

（1）额定电压：UN.FU=10KV

（2）额定电流：IN.FU>变压器高压侧最大长期工作电流I30，

I30S/3Un1=705.33/(1.73210)=40.72A （3）根据有关资料初选RN2—10/200型熔断器

技术参数 型号 额定电流额定开断电IN.FU（A） 流Ioc（KA） RN2—10/200 200 50 (4)校验：

a. UN.FU=10KV= UN b. IN.FU=200A>I30=40.72A c. 额定开断电流校验:

(3)10KV母线三相稳态短路电流IK =4.07KA

RN2—10/200型熔断器的额定开断电流Ioc=50KA

符合要求。

通过以上效验可知, 10KV熔断器选RN2—10/200型熔断器符合要求. 6.3.4电流互感器的选择与效验

电流互感器是一次电路与二次电路间的连接元件，用以分别向测量仪表和继电器的电压线圈与电流线圈供电。电流互感器的结构特点是：一次绕组匝数少，导体相当粗；而二次绕组匝数很多，导体较细。它接入电路的方式是：将一次绕组串联接入一次电路；而将二次绕组与仪表、继电器等的电流线圈串联，形成一个闭合回路，由于二次仪表、继电器等的电流线圈阻抗很小，所以电流互感器工作时二次回路接近短路状态。二次绕组的额定电流一般为5A。

电流互感器的选择条件：

（1）一次侧额定电压大于或等于电网电压： UINUN

（2）一次侧额定电流大于或等于长时最大工作电流: IIN(1.2~1.5)I30 （3）校验：

按热稳定校验: (KtI1N按动稳定校验：

(3)2)2t(I)tima

2I1NKamish

I1N: 电流互感器额定一次电流；

Kam：动稳定倍数

电流互感器的选择： （1）U1N= UN=10KV

（2）I1N 1.5I=1.5×40.7=61.08（A）

（3）初选：LZZJ—10—200/5 ，其技术参数如下表

技术参数 型号 电流比 LZZJ—10—200/5 200/5 额定电压U1N（KV） 10 Kam 135 Kt 75/1s （4）校验： ①热稳定校验：

2Qdt =Itima=45.4 (kA·S)，I1N=100A；Kt =75；t=1s

2

(KtI1N)2t=(0.1×75)×1=56．25 (kAS)

2

2

(3)2(KtI1N)2t(I)tima

符合要求

②动稳定校验：

Kam=135 ；I1N=100A ；ish=10.38（KA）

2I1NKam=2*0.1*135=19.1(KA) 2I1NKamish

符合要求

通过以上校验可知，选择LZZJ—10—200/5 型电流互感器符合要求。 6.3.5电压互感器的选择

电压互感器一次侧是并接在主接线高压侧，二次线圈与仪表和继电器电压线圈串联，一次侧匝数很多，阻抗很大，因而，它的接入对被测电路没有影响，二次线圈匝数少，阻抗小，而并接的仪表和继电器的线圈阻抗大，在正常运行时，电压互感器接近于空载运行。二次绕组的额定电压一般为100V。

电压互感器的类型及接线按相数分单相、三相三芯和三相五芯柱式；按线圈数来分有双线圈和三线圈；实际中广泛应用三相三线五柱式（Y－Y）.

结合上面内容并查相关资料电压互感器初选JDZJ—10型电压互感器

6.3.6接地开关的选择与效验

（1）初选接地开关为JN3-10型，经查资料可知JN3-10型的接地开关的技术参数如下 型号 技术参数 额定电压UN.J（KV） JN3-10 （2）动稳定效验：

(3) 10KV母线三相短路冲击电流：iSh = 10.38（KV）

极限通过电流 imax (kA) 10 50 JN3-10型接地开关的极限通过电流imax =50（KA）

(3) 因为 imax>iSh

所以接地开关选JN3-10型符合要求。

6.3.7高压侧母线的效验

1）按发热条件选择高压母线截面的效验 选择高压母线截面时必须使其载流量大于计算电流。

高压母线无功补偿后的电流计算由上面计算可知I30=40.72A，

根据计算电流，查表选择截面为200mm2 的TMY型铜排 在平放时的载流量为425A，在竖放时的载流量为422A，；选择截面为800 mm2 的TMY型铜排在平放时为1295A,在竖放时为1666A，它们均大于40.7A.

于是选择高压母线型号为TMY-3*(50*4)和TMY-3*(80*10)+1*(60*6)都符合。

2）按动稳定效验

效验条件：alc TMY母线材料的最大允许应力al=140MPa.

由于10KV母线的短路电流Ish=6.15KA; ish=10.38KA 三相短路时所受的最大点动力：

(3)(3)FCF

(3)(3)3(ish)2l/a107N/A2（其中a=200mm; l=900mm）

(3)

(3)

代入数据得FC=3(10.38KA)20.9m/0.2m107N/A2=83.91N 母线的弯曲力矩：MFCl/10=83.91N0.9m/10=7.6N/m

相

短

路

时

的

计

算

应

力

：

(3)母线的截面系数：Wb2h/6(0.05m)20.004m/6=1.67106m3 母

线

在

三

cM/W7.6(N/m)/1.67106m3=4.56MPa

可得，al=140MPac=4.56MPa,满足动稳定性要求。 3）按热稳定性效验

(3)

效验条件：A≥Amin=I tima/C 查产品资料，得铜母线的C=171A s/mm2，

取0.75S.

母线的截面：A=50*4mm2=200mm2

允许的最小截面：Amin4.07KA0.75S/171(s/mm2)=20.7mm2 从而，AAmin,该母线满足热稳定性要求。 6.3.8 绝缘子的效验 1）按动稳定效验

效验条件：FalFc(3) 母线采用平放在绝缘子上的方式，则：

FCF(3)

(3)(3)3(ish)2l/a107N/A2（其中a=200mm; l=900mm）

(3)所以：FC=3(10.38KA)20.9m/0.2m107N/A2=83.91N3.75KN满足要求。6.4 变电所低压一次设备的选择

（一） 低压侧采用的也是天津长城电器有限公司生产的GGD2型低压开关柜，所选择的主要低压一次设备参见附图一，低压部分设备初选： 低压断路器：DW15-1500 低压刀开关：KD13-1500/30

低压熔断器：RTO-1200 电容器：BSMJ0.4-20-3 电流互感器：LMZJ1—0.38—200/5

低压母线型号： TMY-3*(80*10)+1*(60*6)

另外，无功补偿柜选用2各GCJ1-01型柜子，采用自动补偿，满足补偿要求。 （二）变电所低压一次设备的效验

由于根据《低压一次设备的选择效验项目和条件》进行的低压一次侧设备选择，不需要对低压熔断器、低压刀开关、低压断路器进行效验，所以低压电流互感器和低压母线的效验如下： 1.电流互感器的效验

1）.按动稳定度效验

(3)(3)效验条件：imaxish ;ImaxIsk(3)(3)由以上短路电流计算得ish=60.97KA；Isk=35.34KA.并查找设备的数据资料比较

得：

电流互感器：LMZJ1—0.5—200/5 imax=400KA>60.97KA 2）．按热稳定性效验

(3)2效验条件：(It)2t(I)tima,查阅产品资料：

电流互感器：It= 50KA , t= 0.02S 。取timatoptoc=0.7+0.02=0.72S，

(3) I=26.98KA，将数据代入上式 ，即 (It)2t=(65)20.02=84.5K2S,

(3)2(I)tima=(26.98)20.72=19.43K2S

(3)2因为(It)2t(I所以选择LMZJ1—0.5—200/5型电流互感器满足稳定性要)tima，

求。

2．380V侧母线的效验

1）按发热条件选择低压母线截面的效验

选择低压母线截面时必须使其载流量大于计算电流。

低压母线无功补偿后的电流计算

由表2.2可知 P30=619.506kw Q30=385.966 kvar

'

= Q30QN.C=385.966-120=265.966kvar Q30

2'2'Q30=P30=(619.506)2(385.966120)2=674.19kV·A S30 补偿后的计算电流 '' I30S30/3UN=674.19/(1.7320.38)=1024.33A

根据计算电流，查表选择截面为800 mm2 的TMY型铜排 在平放时的载流量为1295A，在竖放时的载流量为1225A，均大于1024.33A. 于是选择低压母线型号为TMY-3*(80*10)+1*(60*6)满足要求。 2）按动稳定性效验： 效验条件：alc

查资料TMY母线材料的最大允许应力al=140 MPa。

(3)(3)380V母线的短路电流ish=60.97KA；Ish=35.34KA 三相短路时所受的最大点动力

为：

F(3)3(60.97KA)20.9m/0.2m107N/A2=2897.30(N)

母线的弯曲力矩：MF(3)l/102897.3N0.9m/10=260.76 (N/m) 母线的截面系数：Wb2h/6(0.08m)20.01m/6 1.07105（ m3） 母线在三相短路时的计算应力：cM/W260.76(N/m)/(1.07105)m3=24.37

(MPa)

可得，al=140MPa c=24.37 MPa，满足动稳定性要求。 查产品资料，得铜母线的C171A(s/mm2),取tima=0.75s。 母线的截面： A=8010mm2800mm2

允许的最小截面：Amin26.98KA0.75S/171(As/mm2)=136.64（mm2） 从而，AAmin，满足热稳定性要求。 6.5 低压线路导线的选择

由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TT系统；从变电所到各个车间、办公楼、住宅区等等都采用绝缘导线明敷，绝缘导线采用BLV-500型铜芯塑料线，根据不同的车间、不同的用电负荷采用不同的截面。其中导线的截面选择满足条件：

1）相线截面的选择以满足发热条件即，IalI30

2）中性线（N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足A00.5A 下面对各个车间、办公楼、住宅区等进行导线的选择。 1.电焊车间的导线选择 1)电焊车间的电流计算

Pc=45.27KW， QC=121.33 kvar

所以 ICPC2QC2/3UN= 45.272121.332K.V.A/30.38KV=198.4A 2）按发热条件选择导线的截面

(a) 相线截面的选择

查表，得截面为70 mm2的BLV-500型铜芯塑料线在250c、350c时的载

2流量为264A、228A,均大于198.4A。满足发热条件，故选A=70mm。

（b）N线截面的选择 按A00.5A，选A0=36mm2

综上可知，电焊车间所选的导线型号和规格可表示为

BLV-500-(3*70+1*36) 2.机车车间的导线选择 1)机床车间的电流计算

Pc=86.69KW， QC=149.97 kvar

所以 ICPC2QC2/3UN= 86.692149.972K.V.A/30.38KV=266.46A 2）按发热条件选择导线的截面

(a) 相线截面的选择

查表，得截面为95 mm2的BLV-500型铜芯塑料线在250c、350c时的载

2流量为323A、279A,均大于266.46A。满足发热条件，故选A=95mm。

（b）N线截面的选择 按A00.5A，选A0=48mm2

综上可知，机床车间所选的导线型号和规格可表示为

BLV-500-(3*95+1*48)

3.起重机车间的导线选择 1) 起重机车间的电流计算 Pc=16.98KW， QC=29.38 kvar

所以 ICPC2QC2/3UN= 16.98229.382K.V.A/30.38KV=51.42A 2）按发热条件选择导线的截面

(a) 相线截面的选择

查表，得截面为16 mm2的BLV-500型铜芯塑料线在250c、350c时的载

2流量为103A、89A,均大于51.42A。满足发热条件，故选A=16mm。

（b）N线截面的选择 按A00.5A，选A0=10mm2

综上可知，起重机车间所选的导线型号和规格可表示为

BLV-500-(3*16+1*10) 4.办公楼导线的选择 1) 办公楼的电流计算 Pc=24KW， QC=0 kvar

所以 ICPC2QC2/3UN= 24202K.V.A/30.38KV=36.36A 2）按发热条件选择导线的截面

(a) 相线截面的选择

查表，得截面为6 mm2的BLV-500型铜芯塑料线在250c、350c时的载

2流量为54A、46A,均大于36.36A。满足发热条件，故选A=6mm。

（b）N线截面的选择 按A00.5A，选A0=5mm2

综上可知，办公楼所选的导线型号和规格可表示为 BLV-500-(3*6+1*5)

5.水泵组导线的选择 1) 水泵组的电流计算

Pc=140.8KW， QC=105.6 kvar

所以 ICPC2QC2/3UN= 140.82105.62K.V.A/30.38KV=266.67A 2）按发热条件选择导线的截面

(a) 相线截面的选择

查表，得截面为95 mm2的BLV-500型铜芯塑料线在250c、350c时的载

2流量为323A、279A,均大于266.67A。满足发热条件，故选A=95mm。

（b）N线截面的选择 按A00.5A，选A0=48mm2

综上可知，水泵组所选的导线型号和规格可表示为 BLV-500-(3*95+1*48) 6.厂区照明导线的选择 1) 厂区照明的电流计算 Pc=29KW， QC=0 kvar

所以 ICPC2QC2/3UN= 29202K.V.A/30.38KV=43.94A 2）按发热条件选择导线的截面

(a) 相线截面的选择

查表，得截面为10mm2的BLV-500型铜芯塑料线在250c、350c时的载

2流量为76A、66A,均大于43.94A。满足发热条件，故选A=10mm。

（b）N线截面的选择 按A00.5A，选A0=6mm2

综上可知，厂区照明所选的导线型号和规格可表示为 BLV-500-(3*10+1*6) 7.住宅区一导线的选择 1) 住宅区一的电流计算 Pc=145.6KW， QC=0 kvar

所以 ICPC2QC2/3UN= 145.6202K.V.A/30.38KV=200.6A 2）按发热条件选择导线的截面

(a) 相线截面的选择

查表，得截面为70mm2的BLV-500型铜芯塑料线在250c、350c时的载

2流量为264A、228A,均大于200.6A。满足发热条件，故选A=70mm。

（b）N线截面的选择 按A00.5A，选A0=36mm2

综上可知，住宅区一所选的导线型号和规格可表示为 BLV-500-(3*70+1*36) 7.住宅区二导线的选择 1) 住宅区二的电流计算 Pc=200KW， QC=0 kvar

所以 ICPC2QC2/3UN= 200202K.V.A/30.38KV=303.3A 2）按发热条件选择导线的截面

(a) 相线截面的选择

查表，得截面为150mm2的BLV-500型铜芯塑料线在250c、350c时的载

2流量为419A、362A,均大于303.3A。满足发热条件，故选A=150mm。

（b）N线截面的选择 按A00.5A，选A0=76mm2

综上可知，住宅区二所选的导线型号和规格可表示为 BLV-500-(3*150+1*76)

7 变电所二次回路方案选择及继电保护的整定

7.1二次回路的定义和分类

二次设备是指测量表计、控制及信号设备、继电保护装置、自动装置和运动装置等。根据测量、控制、保护和信号显示的要求，表示二次设备互相连接关系的电路，称为二次接线或二次回路。

按二次接线的性质来分，有交流回路和直流回路，按二次接线的用途来分，有操作电源回路、测量表计回路、断路器控制和信号回路、中央信号回路、继电保护和自动装置回路等。 7.2二次回路操作电源的选择

变配电所的操作电源是供高压断路器控制回路、继电保护回路、信号回路、

监测装置及自动化装置等二次回路所需的工作电源。操作电源对变配电所的安全可靠运行起着极为重要的作用，正常运行时应能保证断路器的合闸和跳闸；事故状态下，在母线电压降低甚至消失时，应能保证继电保护系统可靠地工作，所以要求其充分可靠，容量足够并具有独立性。

操作电源按其性质分，有直流操作电源和交流操作电源两大类。

蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险：有整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。

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。因此这里采用交流操作电源，并且从电流互感器取得电流源。 7.3二次回路的接线要求

继电保护装置即各种不同类型的继电器，以一定的方式连结与组合，在系统发生故障时，继电保护动作，作用于断路器脱扣线圈或给出报警信号，以达到对系统进行保护的目的。继电保护的设计应以合理的运行方式和故障类型作为依据，并应满足速动性、选择性、可靠性和灵敏性四项基本要求：

1.选择性：当供电系统发生故障时，要求只离故障点最近的保护装置动作，切除故障，而供电系统的其它部分仍然正常运行。

2.速动性：为了防止故障扩大，减轻其危害程度，并提高电力系统运行的稳定性，因此在系统发生故障时，保护装置应尽快动作，切除故障。

3.可靠性：保护装置在应该动作时，就应该可靠动作，不应拒动作，而在不应该动作时就不应该误动作。

4.灵敏性：表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状态反应能力的一个参数，如果保护装置对其保护区内故障轻微的故障能力都能及时地反应动作，就说明保护装置的灵敏度高。 7.4高压断路器的控制和信号回路

断路器采用弹簧储能操作机构，其控制和信号回路（采用弹簧操作机构的断路器控制与信号回路），可实现一次重合闸。 7.5变电所的电能计量回路

变电所高压侧装设专用计量柜，其上装有三相有功电能表和无功电能表，分

别计量全程消耗的有功电能和无功电能。 7.6变电所的测量和绝缘监测回路

高压侧母线段装有电压互感器—避雷器柜，其中电压互感器为3个JDZJ—10型，组成YO/YO/（开口三角）的接线，用以实现电压测量和绝缘监视。 7.7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。

由于本变电所的高压线路不很长，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瓦斯保护、反时限过电流保护、电流速断保护. 1）主变压器的继电保护装置

（1）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：当因严重故障产生大量瓦斯时，则动作于跳闸。

（2）装设反时限过电流保护 采用GL-25/10型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。 （a）.过电流保护动作电流的整定

I利用公式Iopkreklw.mLa/xkrke式，为（1.5～3）I30，即i中IL.maxIL.ma=2I1N.T=2500KVA/(310KV)=57.74A，krel=1.3，kw=1，kre=0.8 ，xki=200A/5A，因此过电流保护动作电流

IopkrelkwIL.max/kreki=1.3157.74/(0.840)A=2.35A

因此过电流保护动作电流Iop整定为3A。 （b）．过电流保护动作时间的整定

由于本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的10倍动作电流

的动作时限整定为0.5S。

（c）．过电流保护灵敏系数的检验

(2)(3)利用式IK.minO.886Ik2/KT = 0.88615.44KV/(10KV/0.4KV)=0.55KA

(2)因此其保护灵敏系数为SPKWIK.min/(kiIop)=1550A/(404.69)A=2.93>1.5

满足其保护灵敏系数1.5的要求。

（3）装设电流速断保护 利用的电流速断装置来实现。

（a）.速断电流的整定

(3)利用式IqbkrelkwIK.max/kiKT,式中IK.maxIK2=15.44KA，kre=1.4，kw=1，

ki=200A/5A，KT=10KV/0.4KV=25，因此速断电流为

（1.4*1）/（40*25）］*15440A=21.62A Iqb=［

速断电流倍数整定为KqbIqb/Iop=21.62A/2.35A=9.22 （b）．电流速断保护灵敏系数的检验

(2)(2)(3)利用SPKWIK1/kiIq，b式中IK10.866IK1=0.866*26.98KA=23.36KA ,

kw=1，ki=200A/5A

因此其保护SP=23360A/(40*21.62)A=6.75>1.5 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；高压侧线路首段的三相短路电流为4.07KV；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流3A。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200/5A） 整定KA1的动作电流

取IL.max=2.5I30(1)=2.5*40.72A=101.8A, krel=1.3, kre=0.8，kw=1，ki=200A/5A 故Iop(1)krelkwIL.max/kreki=1.31101.8A/(0.840)=4.14A, 根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为4A. 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=KWIK/k（=14.07KA/40 （2）（2）i2） =101.8A

nIKIIK（2）/Iop(2)=101.8A/3A=33.9 2的动作电流op(2)的倍数，即：2（2）对KA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：

t2=0.5S.

KA1的实际动作时间：t1t20.7S=0.5S+0.7S=1.2S 3）0.38KV侧低压断路器保护

（a）瞬时过流脱扣器动作电流整定：

瞬时过流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流Ppk，即

IOP(O)KrelPpk

式中Krel为可靠系数，对Krel取1.35，PpkIst1.07I30 即

Ppk1.07*1024.33A=1096.03A 于是

IOP(O)KrelPpk=1.35*1024.33A=1479.64A

所以瞬时过流脱扣器动作电流整定为1480A （b）长延时过流脱扣器动作电流整定：

长延时过电流脱扣器的动作电流IOP(L)，应躲过线路的计算电流I30，即

IOP(L)KrelI30

式中对Krel取1.1，I30=1024.33A

于是 IOP(L)KrelI30=1.1*1024.33A=1126.76A 所以长延时过流脱扣器动作电流整定为1200A.

8 变电所防雷与接地装置的确定

8.1确定共用人工接地装置 ⑴ 确定接地电阻允许值RE

本变电所10KV侧属小电流接地系统，根据经验公式IEICUN(loh35lcab)/350 式中IC为单相接地电容电流，A;

UN为额定电压，KV；

loh为同一电压的具有电联系的架空线线路总长度，Km； lcab为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度,Km. 则其接地电流为

IE =U

N(loh35lcab)/350=10(36+35*15.68)/350=16.71A

查表，本变电所共用接地装置的接地电阻应该同时满足下面两个式子。

RE≤120V/IE （1）

把IE=16.71代入式子（1）得

RE≤4Ω （2）

， （3） RE≤120V/IE =120/16.71=7.18（）

较式（2）和式（3），接地电阻应取其最小值，即 RE =4Ω

⑵ 可利用的自然接地体电阻RE(nat) =60Ω

⑶RE(nat) > RE，需要补充人工接地体。人工接地体所需的总电阻RE(man)为

RE(man) = RE(nat) * RE /（RE(nat) - RE）=60*4/（60-4）=42.86Ω ⑷ 人工接地体的初步敷设方案

拟选用直径50mm，长2.5m的钢管接地体，沿变电所周边，距墙角2.5-3m，每隔5m打入一根钢管，钢管间接地体之间用40*4mm的扁钢相连（焊接）。此时，a/l=5/2.5=2。

⑸ 单根人工接地体钢管的接地电阻RE(man)(1) 查表得黄土的土壤电阻率ρ=200（Ω·m） 单根接地体的电阻

2

RE(man)(1)≈P/l=200Ω·m/2.5 m =80(Ω) ⑹ 人工接地装置需用的钢管数量及最终的接地方案

根据n=RE(man)(1) / RE(man) =80Ω/42.86Ω=1.87，初步选定为2根。以a/l=5/2.5=2和n=2查表，取η=0.9

所以，nRE(man)(1)/(RE(man)) =80Ω/（0.8*42.86）Ω=2

于是选用5根直径50mm,长2.5m的钢管作接地体，并用40*4mm2的扁钢连接，敷设成一排。 8.4防雷保护的选择

在每路进线终端和每组母线上装设避雷器，有电缆进线段的架空线路，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。

由于本站占地面积不大，从经济性和可靠性两方面考虑可利用建筑物混凝土的钢筋引地下的地基以作大地可靠接地，再在本站建设屋的房顶上用钢筋在外沿打20m*20m的方格子，竖直连结好后，沿房顶一圈再与混凝土内的钢筋连结牢固，形成避雷线。

结 束 语

为了满足云锡建安机械化安装公司企业内部调整后的生产、生活用电的需要，设计了向公司生产区、办公楼、职工住宅区及其生活水泵组供电的10kV变配电所。论文从负荷资料入手，分析了各个用电组的供电要求，主要从电气主接线、变压器、一次电气设备的选择、二次系统的设计出发，做了如下工作：

根据分析负荷资料，拟建项目为一厂用变配电所，电气主接线应充分考虑供电的安全性、可靠性和灵活性，同时兼顾经济性，因此，采用了两路电源进线和双变压器的配置，两路外供电源容量相同且可供全部负荷，一用一备运行方式，以满足生产、生活中二级负荷的需要。主要电气设备的选择是根据各设备安装地点的使用条件，对短路电流进行计算，查表选用后再经过认真校验，最后选定使用的产品。

设计的最后结果，基本满足了公司各个用电组供电要求，基本满足了GB50053-94《10kV及以下变电所设计规范》的规范要求，有效的提高负荷转移能力，进一步提高供电可靠性。

本次的毕业设计,时间长、内容多，几乎涵盖了大学中所学的知识。经过了从收集资料、设计、绘图、审核的整个过程。在此期间，自己动手查阅了大量的资料，一方面，充分地检验自己的设计能力，丰富了自己在电气设计特别是变电站设计方面的知识，为自己将来从事该专业工作打下了坚实的基础；另一方面，使我体会到搞设计或科研需要具备严谨求实、一丝不苟和勇于献身的精神。这次的设计，我最大的收获就是学到了工厂变电所的设计步骤与方法，还有学会了如何使用资料。

设计虽然完成了，但是，由于是初次进行这种具有很强实际意义的设计，经验的欠缺造成了在设计中还有很多不够完善的地方，比如：在选择一次设备的时候，对现在的主流产品知之甚少，整个变配电系统结构不够优化等。另外我只是掌握了变电所设计中很少的一部分知识，还有很多深奥的专业知识等着我去挖掘、去探索、去学习。我也将会在今后的工作学习中不断充实自己，不断完善自己的专业知识，为自身的发展打下坚实的基础。

由于上述原因，在设计过程中难免出现错误，敬请各位专家和老师批评指正。

用电设备组名称 需要系数 二项式系数 b c 0.4 最大容量设备台数X 5 0.5 1.73 cos tan Kd 小批生产的金属冷加工机床电动机 单头手动弧焊变压器 0.35 0.16～0.2 0.14 - - - 0.35 2.68

机加、机修、装配等类车间的吊车（=25%） 水泵、空压机 生产厂房及办公室、实验室照明 宿舍、生活区照明 室外照明、应急照明 0.1～0.15 0.06 0.2 3 0.5 1.73 0.7～0.8 0.8～1 0.65 - 0.25 - 5 - 0.8 1.0 0.75 0 0.45 - - - 1.0 0 1 - - - 1.0 0 附录A 用电设备组的需要系数、二项式系数及功率因数

线路结构 单位长度电抗平均值XO/（·Km） 6-10KV 架空线路 0.35（当线路结构数据不详时，可取此值 电缆线路 0.10 0.066 220/38OV 0.32 附录B电力线路每相的单位长度电抗平均值