10kV降压变电站电气设计

工厂供电课程设计

专业班级： 学生姓名： 指导教师：

设计时间： 2014年6 月

题目：机械厂10kV降压变电所电气设计

目 录

第一节 前言………………………………………………………………………………2 第二节 设计任务书………………………………………………………………………3 第三节 设计说明书……………………………………………………………………...7 一、负荷计算………………………………………………………………………………7 二、无功功率补偿计算……………………………………………………………………10 三、变电所位置和形式选择………………………………………………………………11 四、变电所主变压器台数和容量…………………………………………………………12 五、变电所主接线选择……………………………………………………………………12 六、短路电流的计算………………………………………………………………………13 七、变电所一次设备的选择与校验………………………………………………………15 八、变电所高、低压线路设计……………………………………………………………19 九、变电所二次回路设计及继电保护的整定……………………………………………21 十、防雷和接地装置设计…………………………………………………………………24 第四节 电气设计图……………………………………………………………………...26 一、《变电所平面布置图》.………….……………………………………………………26 二、《厂区供电线路规划图》………………………………………………………………27 三、《变电所高压配电主接线图》、…………………………………………………………28 四、《变电所低压配电主接线图》、…….....…………………………………………………29 五、《变电所变压器保护二次回路图》……………………………………………………30 第五节 心得和体会 ……………………………………………………………………...31 第六节 附录参考文献 …………………………………………………………………...32

- 1 -

第一节 前 言

课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。

本设计根据设计任务书可分为三大部分，第一部分为设计计算书，包括负荷计算、无功功率及补偿计算、短路电流的计算、设备选择及校验计算、配电变压器保护定值计算；第二部分为设计说明书，包括变电所位置和形式选择、变电所主接线设计、变电所主变压器台数和容量、变电所一次设备的选择与校验、变电所高、低压线路设计、变电所二次回路设计及继电保护的整定、防雷和接地装置设计；第三部分为电气设计图，包括《变电所平面布置图》、《厂区供电线路规划图》、《变电所高压配电主接线图》、《变电所低压配电主接线图》、《变电所变压器保护二次回路图》。

本设计基于本人掌握的供电知识基础，尚有正确和不完善的地方，敬请老师、同学指正！

2014年6月

- 2 -

第二节 设计任务

一、原始资料

1．概况

某地区新建工厂，设备情况如附表所示。经供电部门批准，距离该厂15kM的一10kV变电所专用线供电，该变电所的出口短路容量为200MVA。，地区气温为38。C，平均气温为25。C，该厂区土壤电阻率为200Ω/m2。 2．厂区布局

热处理车间 锻轧车间 机修车间 生 铸工车间 电镀车间 总装车间 活 焊接车间 喷漆车间 仓库 区

配电房 金工车间 办公楼 3．厂区负荷分布 序号 车间名称 设备名称 各种电炉 1 热处理 车间 通风机 照明 电弧熔炉 2 铸工 车间 通风机 照明 各种焊接 3 焊接 车间 通风机 照明 4 金工车间 机床 通风机 设备容量 （kW） 600 60 6 900 80 6 400 25 6 500 30 - 3 -

需要系数 0.8 0.8 0.9 0.9 0.85 0.9 0.5 0.9 0.85 0.25 0.8 负荷类别 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 电压（kV） 0.38 0.38 0.22 0.38 0.38 0.22 0.38 0.38 0.22 0.38 0.38 功率因数 0.8 0.7 0.95 0.8 0.75 0.95 0.45 0.7 0.95 0.7 0.7

冲床 照明 电镀炉 吊车 5 电镀车间 水泵 通风机 照明 电热柜 6 喷漆车间 吊车 风机 照明 吊车 7 总装 车间 风机 照明 轧床 8 锻轧车间 机床 通风机 照明 机床 9 机修车间 吊车 通风机 照明 吊车 10 仓库 通风机 照明 空调 11 办公楼 热水器 照明 12

160 6 80 90 20 30 8 800 70 120 8 960 30 6 175 200 60 6 120 40 45 6 30 15 4 300 70 10 300 0.45 0.9 0.8 0.6 0.6 0.8 0.9 0.8 0.6 0.8 0.9 0.7 0.9 0.9 0.5 0.3 0.8 0.9 0.25 0.6 0.8 0.9 0.5 0.8 0.9 0.5 0.7 0.9 0.5 - 4 -

2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0.38 0.22 0.38 0.38 0.38 0.38 0.22 0.38 0.38 0.38 0.22 0.38 0.38 0.22 0.38 0.38 0.38 0.22 0.38 0.38 0.38 0.22 0.38 0.38 0.22 0.38 0.38 0.22 0.38 0.8 0.95 0.75 0.7 0.7 0.75 0.95 0.95 0.7 0.7 0.95 0.7 0.7 0.95 0.67 0.75 0.7 0.95 0.7 0.7 0.7 0.95 0.7 0.7 0.95 0.8 0.85 0.95 0.8 生活区 空调 热水器 照明 空调 13 配电房 热水器 照明 150 50 40 13 3 0.7 0.9 0.5 0.7 0.9 2 2 2 2 2 0.38 0.22 0.38 0.38 0.22 0.85 0.95 0.8 0.85 0.95 - 5 -

第三节 设计说明书

一、负荷计算

厂区各用电车间的计算负荷，按照如下经验公式计算。 1、三相类负荷计算公式：

P为计算有功，Kd为需要系数，PPKdPe——e为三相设备额定有功容量

QP——Q为计算无功， 为功率因数角 tg2、单相类负荷等效三相负荷计算公式：

P3KdPn——P为等效三相计算有功，Kd为需要系数，Pn为单相设备有功容量

QP——Q为计算无功， 为功率因数角 tg3、用电车间计算负荷计算公式：

Pi为车间计算有功负荷 iPij——i为车间序号，j为车间内负荷类别数，Pj1QiQij——i为车间序号，j为车间内负荷类别数，Qi为车间计算无功负荷

j1SiPi2Qi2——Si为车间计算视在功率

IiSi3Ue——Ii为车间计算负荷电流，Ue为额定线电压

4、计算各车间负荷 （1）热处理车间

电炉：P1111Kd11Pe11＝0.8×600＝480kW；QP48011＝=640kVar 1tg(cos0.8)tg11P4812＝=47.05kVar 1tg(cos0.7)tg12P13＝tg13kW；Q12通风机：P12Kd12Pe12＝0.8×60＝48

照明：P3KdP131n3＝×0.9×6＝9.35kW；Q1311.73239.3528=16.43kVar 1tg(cos0.95)

- 6 -

P1＝P11＋P12＋P13＝480＋48＋9.35＝537.35kW Q1＝Q11＋Q12＋Q13＝640＋240＋19.31＝899.31kVar

2222S1PQ537.35899.31＝1047.62kVA 11I1S11047.62＝1591.7A 3Ue30.38（2）按照以上的计算方法，计算得厂区各车间的计算负荷如下表所示。

厂区各车间的计算负荷表

车间序名称 号 (i) 名称 (j) 各种600 热处1 理 车间 电炉 通风60 机 照明 电弧900 熔炉 铸工 2 车间 机 照明 各种400 焊接 焊接 3 车间 机 照明 机床 金工4 车间 机 通风30 0.8 0.7 23.52 6 500 0.85 0.25 0.95 0.7 15.51 122.52 通风25 0.9 0.7 22.05 0.5 0.45 100.78 6 0.9 0.95 16.42 通风80 0.85 0.75 77.1 0.9 0.8 1080 6 0.9 0.95 16.42 0.8 0.7 47.04 0.8 0.8 640 设备Pij (kW) Kdij cosij Qij Pi Qi Si (kVA) Ii (A) (kVar) (kW) (kVar) 666 703.46 968.71 1471.84 986 1173.52 1532.75 2328.84 431 138.34 452.65 687.75 696 258.46 742.44 1128.05 - 7 -

冲床 照明 电镀160 6 80 0.45 0.9 0.8 0.6 0.6 0.8 0.9 0.8 0.6 0.8 0.9 0.7 0.9 0.9 0.5 0.3 0.8 0.9 0.25 0.6 0.8 0.9 0.5 0.8 0.8 0.95 0.75 0.7 0.7 0.75 0.95 0.95 0.7 0.7 0.95 0.7 0.7 0.95 0.67 0.75 0.7 0.95 0.7 0.7 0.7 0.95 0.7 0.7 96 16.42 72.56 52.93 11.76 27.21 21.9 1947.15 41.16 94.09 21.9 658.69 26.46 16.42 78.97 68.03 炉 吊车 电镀5 车间 通风30 机 照明 电热800 柜 喷漆6 车间 风机 照明 吊车 总装 7 车间 照明 轧床 机床 锻轧8 车间 机 照明 机床 吊车 机修9 车间 机 照明 吊车 10 仓库 通风

90 20 水泵 228 186.36 294.47 447.41 8 吊车 70 120 8 960 30 6 175 200 60 6 120 40 45 6 30 15 998 2104.3 2328.96 3538.59 风机 996 701.57 1218.28 1851.03 通风47.04 16.42 29.4 23.52 441 210.46 488.64 742.43 通风35.28 16.42 14.7 211 104.62 235.51 357.83 49 11.76 37.41 61.64 93.65 - 8 -

机 照明 空调 办公11 楼 器 照明 空调 生活12 区 器 照明 空调 配电13 房 器 照明 3 总计 0.9 0.95 8.21 热水13 0.7 0.85 14.68 50 40 0.9 0.5 0.95 0.8 136.9 26.66 热水150 0.7 0.85 169.42 10 300 0.9 0.5 0.95 0.8 27.38 200 热水70 0.7 0.85 79.06 4 300 0.9 0.5 0.95 0.8 10.95 200 380 306.44 488.16 741.7 500 506.32 711.58 1081.16 56 49.55 74.77 113.6 6638 6480.81 9277.06 14095.44

二、无功功率补偿计算

1、变压器低压侧的视在计算负荷

由计算负荷表可知：P(2)＝6638kW；Q(2)＝6480.81kVar；S(2)＝9277.06kVA；I(2)＝

14095.44 A

2、低压侧功率因数

cos6638＝0.72

9277.063、无功补偿容量

为使高压侧的功率因数0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，取：

cos'0.95 。要使低压侧的功率因数由0.72提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量QC为：

kVar QCP(2)(tanarccos0.72tanarccos0.95)=6638×0.6352＝4216.25

- 9 -

取:QC=480×9个＝4320kvar，则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：

Q('2)Q(2)QC6480.814320＝2160.81kVar

2'22S('2)P('2663822160.8)Q(2)6980.84kVA

I('2)S('2)3Ue6980.8430.38计算电流为：10606.6 A

4、变压器的功率损耗 有功损耗：无功损耗：

'PT0.015S(2)0.0156980.84104.71kW

QT0.06S('2)0.066980.84418.85kW

5、变电所高压侧的计算负荷

''P(1P)(2)PT6638＋104.71＝6742.71kW 2160.81＋418.85＝2579.66kVar

7219.33kVA

Q('1)Q('2)QT'2'22S('1)P(16742.7122579.66)Q(1)I('1)S('1)3Ue7219.33310416.82 A

cos''P(1)补偿后的功率因数为：6、年耗电量的估算

S('1)6742.717219.330.93>0.9，满足要求。

年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到： 年有功电能消耗量：年无功电能耗电量：

'Wp.aP(1)T

Wq.aQ('1)T结合本厂的情况，年负荷利用小时数T为4800h，取年平均有功负荷系数0.72，年平均无功负荷系数0.78。由此可得本厂：

年有功耗电量：年无功耗电量：

Wp.a0.726742.71480023.3106kWhWq.a0.782579.6648009.66106kWh

三、变电所位置和形式选择

- 10 -

由于本厂有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10kV公共市电架空进线（中间有电缆接入变电所），另一路引自邻厂高压联络线。

变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和形式的选择规定》及GB50053－1994的规定，结合本厂的实际情况，这里变电所采用单独设立方式，其设立位置参见《厂区供电线缆规划图》，内部布置形式参见《变电所平面布置图》。

四、变电所主变压器台数和容量

1、变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。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。

2、变电所主变压器容量选择。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：SNT(0.6~0.7)S30

(2)任一台变压器单独运行时，应满足：SNTS30(111)，即满足全部一、二级负荷需求。 代入数据可得：SNT=（0.6~0.7）×7219.33=（4331.6~5053.5）kVA。

另外，考虑到本厂的气象资料（年平均气温为20C），所选变压器的实际容量：

SNT实（1－0.08）SNT＝4600kVA也满足使用要求，同时又考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取SNT=5000kVA 。考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC3系列箱型干式变压器。型号：SC10-5000/10 ，其主要技术指标如下表所示：

额定容变压器型号 量/kVA SC10-5000/10 备注 高压 低压 0.4 额定电压/kV 联 结 组型 号 Dyn11 损耗/kW 空载 负载 空载电流短路阻抗I0% 1.3 UK% 6 1000 10.5 2.45 7.45 参考尺寸（mm）：长：1760宽：1025高：1655 重量（kg）：3410 五、变电所主接线选择

1、方案一

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

- 11 -

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检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。

2、方案二

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对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。

3、方案三

高压采用单母线、低压单母线分段。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，采用三方案时虽经济性最佳，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，它们的经济性能较差；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一。

根据所选的接线方式，画出主接线图，参见《变电所高压电气主接线图》。

六、短路电流的计算

本厂的供电系统简图如图（一）所示。采用两路电源供线，一路为距本厂6km的馈电变电站经LGJ-185（额定载流515A>416.82 A）架空线（系统按∞电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为500MVA；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量，如图1所示短路点。

K-1Dyn11∞系统GQF架空线L＝6kM邻厂高压联络线10KV380VK-2SC10-5000/10

- 12 -

图1 计算短路点

下面采用标么制法进行短路电流计算： 1、确定基准值

取Sd100MVA，Uc110.5kV，Uc20.4kV 所以：Id1Sd3Uc1100MVA310.5kV5.5kA；Id2Sd3Uc2100MVA30.4kV144kA

2、计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗） （1）电力系统的电抗标么值：X1*Sd100MVA0.2 Ss500MVA（2）架空线路的电抗标么值：查手册得X00.35/km，因此：

*0.35(/km)6km X2100MVA1.904

(10.5kV)2（3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得Uk%6，因此：

**X3X46100MVA1.2

1005000kVA可绘得短路等效电路图如图2所示。

K-13/1.21/0.22/1.9044/1.2K-2 图2

3、计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

*（1）总电抗标么值：X(k1)X1X20.2001.9042.104

（2）三相短路电流周期分量有效值： Ik(3)1Id1X(k1)5.50kA2.614kA 2.104 - 13 -

(3)(3)（3）其他三相短路电流：I''(3)IIk12.614kA (3)(3) ish2.552.614kA6.666kA Ish1.512.6kA143.kA 947（4）三相短路容量：Sk(3)1SdX(k1)100MVA47.529MVA

2.1044、计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量 （1）总电抗标么值：X*(k2)***X1*X2(X3//X4)0.21.9041.2/22.704

)（2）三相短路电流周期分量有效值：I((k32)Id2X*(k2)144kA53.25kA 2.704(3)(3)（3）其他三相短路电流：I''(3)IIk253.25kA (3)(3)isk1.8453.25kA97.98kA；Isk1.0953.25kA58.04kA

)（4）三相短路容量： S((k32)SdX*(k2)100MVA36.98MVA

2.704七、变电所一次设备的选择与校验

1、变电所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JYN2-10（Z）型户内移开式交流金属封闭开关设备。此高压开关柜的型号：JYN2-10/4ZTTA（说明：4：一次方案号；Z：真空断路器；T：弹簧操动；TA ：干热带）。其内部高压一次设备根据本厂需求选取，具体设备见《变电所高压电气主接线图》。初选设备：

高压断路器： ZN24-10/1250/20 高压熔断器：RN2-10/0.5 -50

电流互感器：LZZQB6-10-0.5-200/5 电压互感器：JDZJ-10 接地开关：JN-3-10/25

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3.75kN（户内支柱绝缘子）

从高压配电柜引出的10kV三芯电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆，型号：YJV-350，无钢铠护套，缆芯最高工作温度90C。

2、变电所高压一次设备的校验

- 14 -

根据《高压一次设备的选择校验项目和条件》，在据电压、电流、断流能力选择设备的基础上，对所选的高压侧设备进行必需的动稳定校验和热稳定度校验。

１）设备的动稳定校验

（1）高压电器动稳定度校验 校验条件： imax(3)(3)ish;ImaxIsh

(3)(3)由以上短路电流计算得ish= 6.666kA；Ish= 2.614kA。并查找所选设备的数据资

料比较得：

高压断路器ZN24-10/1250/20 imax=50kA6.666kA ，满足条件； 电流互感器LZZQB6-10-0.5-200/5 imax=79kA6.666kA，满足条件； JN-3-10/25接地开关 ima=63 kA6.666kA ，满足条件。 x（2）绝缘子动稳定度校验

校验条件： FalFc(3) 母线采用平放在绝缘子上的方式，则：

(3)2lFc(3)F(3)3ish107N/A2（其中a=200mm；l=900mm），所以：Fc(3)=

a0.9m3(6.666kA)2107N/A234.63N3.75kN满足要求。

0.2m（3）母线的动稳定校验

校验条件： alc TMY母线材料的最大允许应力al=140MPa。10kV母线的

(3)(3)短路电流Ish=3.947kA；ish=6.666kA 三相短路时所受的最大电动力： )3(6.666kA)2Fc(3=0.9m107N/A234.63N 0.2m)F(3l34.63N0.m93.12Nm母线的弯曲力矩： M 1010b2h(0.05m)20.004m1.67106m3 母线的截面系数： W66母线在三相短路时的计算应力： cM3.12Nm1.87MPa W1.67106m3可得，al=140MPac=1.87MPa，满足动稳定性要求。

２）高压设备的热稳定性校验

- 15 -

（1）高压电器热稳定性校验

2(3)2ItItima 查阅产品资料： t校验条件：

高压断路器：It=31.5kA,t=4s；

电流互感器：It=44.5kA ,t=1s；接地开关：It=25kA,t=4s。取

ti(3)

2.614kA，将数据代入上式，经计算以上电器均满，tt0.70.1sImaopoc=

足热稳定性要求。

（2）高压母线热稳定性校验

(3)校验条件： AAmin=Itimas查产品资料，得铜母线的C=171A，取2mmCtima0.75s。

母线的截面： A=504mm2=200mm2 允许的最小截面： Amin2.614kA0.75s13.24mm2 s171Amm2从而，AAmin，该母线满足热稳定性要求 。 （3）高压电缆的热稳定性校验

(3)校验条件： AAmin=Itima C0.75s13.24mm2 s171Amm2允许的最小截面： Amin2.614kA所选电缆YJV-350的截面 A=50mm2从而，该电缆满足热稳定性要求 。 AAmin，3、变电所低压一次设备的选择

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四《变电所低压电气主接线图》。部分初选设备：

低压断路器：NA1 型智能万能断路器、TMS30型塑壳无飞弧智能断路器 低压熔断器：NT系列

- 16 -

电压互感器：JDZ1系列

电流互感器：LMZJ1 、LMZ1 系列 母线型号： TMY-3（8010）+1（606）

绝缘子型号：ZA-6Y抗弯强度：Fal3.75kN（户内支柱绝缘子）

另外，无功补偿柜选用2个GCJ1-01型柜子，采用自动补偿，满足补偿要求。 4、变电所低压一次设备的校验

由于根据《低压一次设备的选择校验项目和条件》进行的低压一次侧设备选择，不需再对熔断器、刀开关、断路器进行校验。关于低压电流互感器、电压互感器、电容器及母线、电缆、绝缘子等校验项目与高压侧相应电器相同，这里仅列出低压母线的校验：380kV侧母线上母线动稳定性校验：校验条件：

alc

TMY母线材料的最大允许应力al=140MPa。

(3)(3)380kV母线的短路电流isk97.98kA、Isk58.04kA，三相短路时所受的最大电动力

为：F(3)3(97.98kA)20.9m107N/A27482.31N 0.2mF(3)l7482.3N0.9m673.41Nm 母线的弯曲力矩：M1010b2h(0.08m)20.01mW1.07105m366 母线的截面系数：

母线在三相短路时的计算应力： cM673.41Nm62.94Mpa 53W1.0710m 可得，al=140MPac=62.94Mpa，满足动稳定性要求。

IAmin380V侧母线热稳定性校验：校验条件： A=

A2(3)timaC

查产品资料，得铜母线的C=171

smm2，取tima0.75s。

2母线的截面： A=8010mm=800mm

- 17 -

允许的最小截面： Amin53.25kA0.75s171Asmm2269.71mm2，从而AAmin，满足

热稳定性要求 。

八、变电所高、低压线路设计

为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。

根据设计经验：一般10KV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。

1、高压线路导线的选择

架空进线后接了一段交联聚乙烯绝缘电力电缆YJV 8.7/10kV-3300做引入线（直埋），高压主接线如附图三所示。

''高压侧计算电流I30，满足发热416.82A，所选电缆的允许载流量Ial485AI30条件。

2、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TN-C-S系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用VV22型铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。其中导线和电缆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； 3）保护线（PE线）的截面选择 （1）A35mm2时，APE0.5A； （2）A16mm2时，APEA

（3）16mm2A35mm2时，APE16mm2

4）保护中性线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。

- 18 -

结合计算负荷，可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为：

车间名称 序号 (i) 热处理车间 计算负荷电流 Ii (A) 导线型号 额定载流 (A) A/B/C相分别采用630mm2型号2根并联，Ial＝2×880＝1760A；N相采用1根800mm2型号Ial＝1×1100＝1100A A/B/C相分别采用630mm2型号3根并联，Ial＝3×880＝2640A；N相采用1根800mm2型号Ial＝1×1100＝1100A A/B/C相分别采用630mm2型号1根，Ial＝1×880＝880A；N相采用1根150mm2型号Ial＝1×350＝350A A/B/C相分别采用400mm2型号2根并联，Ial＝2×650＝1300A；N相采用1根400mm2型号Ial＝1×650＝650A A/B/C相分别采用300mm2型号1根，Ial＝1×560＝560A；N相采用1根95mm2型号Ial＝1×260＝260A A/B/C相分别采用1000mm2型号3根并联，Ial＝3×1300＝3900A；N相采用2根800mm2型号Ial＝2×1100＝2200A A/B/C相分别采用800mm2型号2根并联，Ial＝2×1100＝2200A；N相采用1根800mm2型号Ial＝1×1100＝1100A A/B/C相分别采用630mm2型号1根，Ial＝1×880＝880A；N相采用1根185mm2型号Ial＝1×410＝410A A/B/C相分别采用300mm2型号1根，Ial＝1×480＝480A；N相采用1根95mm2型号Ial＝1×260＝260A A/B/C相分别采用35mm2型号1根，Ial＝1×145＝145A；N相采用1根10mm2型号Ial＝1×65＝65A A/B/C相分别采用630mm2型号1根，Ial＝1×880＝880A；N相采用1根185mm2型号Ial＝1×410＝410A A/B/C相分别采用400mm2型号2根并联，Ial＝2×650＝1300A；N相采用1根400mm2型号Ial＝1×650＝650A A/B/C相分别采用35mm2型号1根，Ial＝1×145＝145A；N相采用1根10mm2型号Ial＝1×65＝65A 1 1471.84 VV22-1KV-3×630+1×800 VV22-1KV-3×630+1×800 VV22-1KV-3×630+1×150 VV22-1KV-3×400+1×400 VV22-1KV-3×300+1×95 VV22-1KV-3×1000+1×800 VV22-1KV-2×800+1×800 VV22-1KV-3×630+1×185 VV22-1KV-3×240+1×95 VV22-1KV-3×35+1×10 VV22-1KV-3×630+1×185 VV22-1KV-3×400+1×400 VV22-1KV-3×35+1×10 2 铸工车间 2328.84 3 焊接车间 687.75 4 金工车间 1128.05 5 电镀车间 447.41 6 喷漆车间 3538.59 7 总装车间 1851.03 8 锻轧车间 742.43 9 机修车间 357.83 10 仓库 93.65 11 办公楼 741.7 12 生活区 1081.16 13 配电房 113.6 - 19 -

九、变电所二次回路设计及继电保护的整定

1、二次回路方案选择 1）二次回路电源选择

二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。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；由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。这里采用交流操作电源。

2）高压断路器的控制和信号回路

高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。

3）电测量仪表与绝缘监视装置

这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。

（1）10kV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。

（2）变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。 （3）电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。 （4）380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。 （5）低压动力线路：装设电流表一只。

4）电测量仪表与绝缘监视装置

在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备用电源自动投入装置（APD）。

2、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。由于本厂的高压线路不

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

- 20 -

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过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。

1)变压器低压侧继电保护

变电所内装有两台10/0.4kV－5000kVA的变压器。低压母线侧三相短路电流为

3)低压侧继电保护用电流互感器的变比为600/5A，继电器采用GL-25/10I((k2)53.25kA，

型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。

a)过电流保护动作电流的整定：

Krel1.3,Kre0.8,Kw1，Ki600/5120

LLmax22I1NT45000kVA/(310kV)1154.73A 故其动作电流：Iop1.311154.73A15.64A

0.8120动作电流整定为15A。 b)过电流保护动作时限的整定

由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。

c)电流速断保护速断电流倍数整定

取Krel1.5，Lkmax53.25kA0.4kV/10kV2130A，故其速断电流为：

Iqb1.5126.322130A26.63A，因此速断电流倍数整定为：nqb3。 1209

2）10KV侧继电保护

- 21 -

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；高压侧线路首端的三相短路电流为2.614kA；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为9A。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）

（1）整定KA1的动作电流：

'取ILmax2.5I30(1)Krel1.3,Kre0.8,Kw1，Ki200/540，2.567.50A168.75A，

故Iop(1)KrelKw1.31ILmax168.75A6.9A， 根据GL-25/10型继电器的规格，动KreKi0.840作电流整定为7A 。

（2）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'(2)Ik'(2)Iop(2)Kw(2)Ki(2)Ik12.614kA65.35A 40I'k(2)对KA2的动作电流Iop(2)的倍数，即：n265.35A7.3，由《反时限过电流9A'保护的动作时限的整定曲线》确定KA2的实际动作时间：t2=0.6s。KA1的实际动作时间：

't1't20.7s0.6s0.7s1.3s，母线三相短路电流Ik反映到KA1中的电流：

I'k(1)Kw(1)Ki(1)Ik12.614kA65.35A，Ik'(1)对KA1的动作电流Iop(1)的倍数，即：40n1Ik'(1)Iop(1)65.35A9.3，所以，由10倍动作电流的动作时限曲线查得KA1的动作时7限：t11.1s。

（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：满足Iop(0)KrelIpk，对万能断路器取1.35；Krel：对塑壳断路器取2～2.5。

(b)短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足: Iop(s)KrelIpk Krel取1.2。

- 22 -

另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差0.2s(0.4s,0.6s)。

(c)长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足：Iop(l)KrelI30 Kre取1.1。 l(d)过流脱扣器与被保护线路配合要求：满足：Iop(l)KolIal Kol：绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数(对瞬时和短延时过流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，取1.1～1.2)。

(e)热脱扣器动作电流整定：满足：IopTRKrelI30 Kre取1.1，一般应通过实际运l行进行检验。

可根据以上整定要求，参考相关产品资料对低压侧的NA1和TMS30系列低压断路器进行整定，在此不详述。

十、防雷和接地装置的确定 1、防雷装置确定

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。

- 23 -

本厂的大接地体采用扁钢，经校验，截面选择为60mm2，厚度为3mm。 铜接地线截面选择：低压电器设备地面上的外露部分截面选择为1.5mm2（绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为1mm2。

所用的接地电阻选择：查表得接地电阻应满足R5，Re120V/IE，根据经验

UN(Loh35lcab)其中：Ioh为同一电压的具有电联系的架空线线路总长度；Icab35010(6354.5)为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度，则 RE(1)=4.67，所以

350RE公式：

变电所的接地电阻应选为5。

- 24 -

第四节 图纸设计

一、《变电所平面布置图》

A2#1变压器A4A6A8A10A9A7A5A3A1B1B2B3B4B5高压配电室#2变压器B6B7B8B9低压配电室电容器室值班室变电所平面布置图二、《厂区供电线路规划图》

热处理车间锻轧车间机修车间铸工车间电镀车间总装车间生活区焊接车间喷漆车间仓库VV22-1kV-3×1×630+1×150VV22-1kV-3×3×630+1×800VV22-1kV-3×2×630+1×800配电房VV22-1kV-3×1×630+1×185VV22-1kV-3×1×300+1×95VV22-1kV-3×3×1000+2×800VV22-1kV-3×2×400+1×400金工车间VV22-1kV-3×1×630+1×185VV22-1kV-3×1×35+1×10办公楼VV22-1kV-3×2×800+1×800VV22-1kV-3×1×240+1×95VV22-1kV-3×2×400+1×400注：（1）图中导线型号含义，如VV22-1kV-3×2×400+1×400，表示VV22-1kV电缆型号，A/B/C相分别用2根截面400平方毫米电缆并联，N相用一根截面400平方毫米电缆； （2）本图用microsoft visio2003绘制。厂区供电线路规划图 - 1 -

三、《变电所高压配电主接线图》

A1#1进线隔离.PT柜A3#1进线柜A5#1计量柜A7#1主变出线A9母线联络柜KwHKvaH至架空进线至#1主变变高A2#2进线隔离.PT柜A4#2进线柜A6#2计量柜A8#2主变出线A11母线断路器柜KwHKvaH至邻厂进线至#2主变变高变电所高压配电主接线图四、《变电所低压配电主接线图》

#1变压器B1#1受电柜B2#1补偿柜B3馈线柜B4馈线柜B5母线联络柜KA1热处理车间#2变压器焊接车间金工车间电镀车间铸工车间锻轧车间机修车间备用至电容器室B6#2受电柜B7#2补偿柜B8馈线柜B9馈线柜KA2总装车间办公大楼生活区配电房喷漆车间仓库备用备用至电容器室

- 1 -

变电所低压配电主接线图五、《变电所变压器保护二次回路图》

#1变低压出线CT柜HLaKA1aHLbKA1bHLcKA1c引自10kV电压互感器U1~100VW1引自低压配电柜U2~220VW2主变保护电流回路#1#1至接地检查继电器装置KV1KV1U2~220VKV1~A~NKA1aKA1aKA1aTQ#1变低压出线开关主变保护跳闸回路10kV母线控制电源10kV母线储能电源信号事故电源信号预告电源W2WFS预告音响控制电源切换#2变低压出线CT柜HLaKA1aHLbKA1bHLcKA1c主变保护电流回路#2#2#1主变保护控制信号回路~A~NKA1aKA1aKA1aTQ#2变低压出线开关主变保护跳闸回路变电所变压器保护二次回路图- 2 -

第五节 心得和体会

通过本次设计，所学理论知识很好的运用到了实际的工程当中，在具体的设计过程中，真正做到了学以致用，并使自己的实际工程能力得到了很大的提高，主要体现在以下几个方面。

1、知识系统化能力得到提高

设计过程中运用了很多的知识，因此如何将知识系统化就成了关键。如本设计中用到了工厂供电的绝大多数的基础理论和设计方案，因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养，为今后的工作和学习打下了很好的理论基础。

2、计算和微机应用能力得到提高

通过本次锻炼，使自己计算准确度有了进步；绘图方面，熟练了对AUTOCAD、天正电气、WORD等软件的掌握。

3、自学能力提高

此次设计过程中遇到了很多的困难，为了解决问题，激发了对获取 知识的寻求，自学能力得到提高。

总之，此次课程设计的完成带给我了很大的收获，为以后的学习和工作打下了扎实的基础。

第六节 参考文献

1. 《工厂供电》 2005年7月第4版 机械工业出版社 刘介才 编

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

5. 《10kV及以下供配电设计与安装图集》中册 2002年1月第一版 煤炭工业出版社 王子午 陈昌 编

- 3 -

6. 《工厂常用电气设备手册下册补充本（一），（二）》 2003年二月第一版 中国电力出版社 7. 《建筑工程常用材料设备产品大全》 1992年10月第一版 中国建筑工业出版社 8. 《工业与民用配电设计手册第二版》 1994年12月第一版 中国电力出版社 9. 《现代建筑电气设计实用指南》 2000年1月第一版 中国水利水电出版社 10. 《建筑电气设计与施工》 年9月第一版 中国建筑工业出版社- 4 -

2000