某化纤毛纺厂总配变电所及高压配电设计

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河 南 工 业 职 业 技 术 学 院

Henan Polytechnic Institute

毕业设计（论文）

题 目:某化纤毛纺厂总配变电所及高压配电系 统设计

班 级：电气自动化技术1001

姓 名：柴 雅 乐

指导教师：张 季 萌

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目 录

摘 要 .................................................................................................................................................. 0 第1章 绪 论 .................................................................................................................................. 1

1.1 工厂供电的意义和要求 ............................................................................................... 1 1.2 工厂供电设计的一般原则 ......................................................................................... 1 1.3 设计要求 ..................................................................................................................... 2

第2章 设计背景资料 ...................................................................................................................... 3

2。1 工厂的总平面布置图 ................................................................................................. 3 2.2 工厂情况 ....................................................................................................................... 3 2。3 工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量 ............................................................. 3 2。4 工厂供用电协议 ......................................................................................................... 5 2。5 工厂负荷性质 ............................................................................................................. 5 2.6 工厂自然条件 ............................................................................................................... 6

第3章 设计过程 .............................................................................................................................. 6

3。1 工厂负荷计算及无功功率补偿 ................................................................................. 6

3.1。1 负荷计算 .................................................................................................. 6 3.1。2 无功功率补偿设计 .................................................................................. 9

3。2 工厂总降压变电所位置和型式的选择 ................................................................... 10

3。2.1 变电所所址的选择 ................................................................................ 10 3.2。2 变配电所型式的选择 ............................................................................ 13 3。2。3 变电所主变压器台数和容量的选择 .................................................. 13 3。2。4 变电所主变压器型式和联接组别的选择 .......................................... 14

3.3 变电所主变压器和主接线方案的选择 ..................................................................... 15

3.3.1 电气主接线的概述 .................................................................................. 15 3。3。2 工厂电气主接线的设计原则和要求 .................................................. 15 3。3。3 主接线的设计步骤 .............................................................................. 16 3。3。4 供电基本接线型式 .............................................................................. 17 3.3。5 配电所主接线方案的对比及选择 ........................................................ 19

3。4 计算短路电流 ........................................................................................................... 21

3。4。1 产生短路的原因和短路的种类 .......................................................... 22 3。4。2 绘制计算电路图 .................................................................................. 23 3.4.3 计算短路电流 .......................................................................................... 23

3。5 电气设备的选择校验 ............................................................................................... 25

3.5。1 高压电器选择的一般原则 .................................................................... 25 3.5。2 高压断路器的选择与校验 .................................................................... 26 3.5。3 低压断路器 ............................................................................................ 27 3。5.4 熔断器的选择与校验 ............................................................................ 28 3.5。5 隔离开关的选择与校验 ...................................................................... 28 3。5.6 电流互感器的选择与校验 .................................................................... 29 3。5。7 电压互感器的选择校验 ...................................................................... 29

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3.5。8 母线 ........................................................................................................ 30 3.5.9 低压断路器 .......................................................................................... 30 3.5。10 刀开关的选择和校验 .......................................................................... 31 3.5。11 高压开关柜 .......................................................................................... 31 3.5.12 低压开关柜 ............................................................................................ 32 3.5.13 高低压母线的选择 ................................................................................ 34 3。5。14 电缆选择 ............................................................................................ 34

3。7 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定 ................................................... 36

3。7.1 高压断路器的操作机构控制与信号回路 ............................................ 36 3.7.2 变电所的电能计量回路 .......................................................................... 37 3.7。3 变电所的测量和绝缘监察回路 ............................................................ 38 3.7。4 变电所的保护装置措施 ...................................................................... 39

3。8 变电所的防雷保护与接地装置的设计 ................................................................... 43

3.8。1 变电所的防雷措施 ................................................................................ 43 3.8.2 变电所公共接地装置的设计 .................................................................. 45

参 考 文 献 ...................................................................................................................................... 46

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摘 要

工厂供电系统就是将电力系统的电能降压再分配电能到各个厂房或车间中去,它由工厂降压变电所，高压配电线路,车间变电所,低压配电线路及用电设备组成.工厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质,生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况，解决对各部门安全可靠，经济技术的分配电能的问题.其基本内容有以下几方面：进线电压的选择， 变配电所位置的选择， 短路电流的计算及继电保护， 电气设备的选择，车间变电所位置和变压器数量、容量的选择, 防雷接地装置设计等.

关键词: 计算负荷,继电保护，变压器，短路电流

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第1章 绪 论

1.1 工厂供电的意义和要求

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用：电能输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有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。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力,但是他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发展工业生产,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，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.

1。2 工厂供电设计的一般原则

按照国家标准GB50052-95 《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kv

及以下设计规范》、GB50054—95 《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则： （1) 遵守规程、执行政策；

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必须遵守国家的有关规定及标准,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) 安全可靠、先进合理；

应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理,采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品.

(3) 近期为主、考虑发展；

应根据工作特点、规模和发展规划,正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合,适当考虑扩建的可能性。 (4) 全局出发、统筹兼顾。

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。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。

由此可见，一个好的供配电设计是一个工厂能顺利投产、运行、盈利的基石。对于一个工厂来说,一套好的供配电设计是必须有的。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.

1。3 设计要求

设计的题目是“某花钱毛纺厂总配电所及高压配电系统设计\".设计的详细数据将在随后的设计过程中给出,在此就不再重复了。通过工厂供电设计准则进行设计，设计要求如下：

（1) 工厂的负荷计算及无功补偿； (2） 确定工厂总配变电所的所址和型式；

（3） 确定工厂总配变电所的主接线方案(要求从两个比较合理的方案中优选），总降压变电所要结合主接线方案的确定,确定主变压器型式、容量和数量；

（4) 短路计算与动稳定度和热稳定度的校验，并选择一次设备； (5) 选择工厂进线及高压配电线路；

(6) 选择电源进线的二次回路方案及整定继电保护； (7) 工厂总变电所防雷保护及接地装置的设计。

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第2章 设计背景资料

2.1 工厂的总平面布置图

图2-1 工厂的总平面布置图

2.2 工厂情况

本厂主要从事生产化纤纺织产品以及印染精加工，年生产能力2。3×106米，其中：厚织物占50%,中厚织物占30％,薄织物占20%。全部产品中以腈纶为主体的混纺物占60%,以涤纶为主体的混纺物占40％。

2.3 工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量

工厂各车间负荷情况及车间变电所的容量如表2-1所示

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表2—1 各车间和车间变电所负荷计算表（380V）

计算负荷 序车间名称 号 设备容量 /kw Kd cosφ tanφ P30 kW Q30 kvar S30 kVA I30 A车间变电所代号 变压器台数及容量kVA 制条车间 纺纱车间 饮水站 1 锻工车间 机修车间 幼儿园 仓库 小计（K∑=0。9） 织造车间 染整车间 浴室、理发室 2 食堂 单身宿舍 小计（K∑=0。9) 锅炉房 水泵房 化验室 油泵房 小计(K∑=0.9）

340 340 86 37 296 12.8 38 525 490 5 40 50 151 118 88 14 0。8 0。8 0。65 0。2 0。80 0。80 0。80 0。65 0.60 0。50 N0。3车变 N0.2车变 1× N0.1车变 1× 0。3 0.50 0.6 0。3 0。8 0.80 0.8 0.8 0。75 0.80 1。0 0。80 0。8 1。0 0。75 0.80 0.75 0.75 0.75 0。80 0。80 0。80 3 1× 4

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2.4 工厂供用电协议

(1) 从电力系统的某35／10kv变电站，用双回10kv架空线路向工厂馈电。系统变电站在工厂南0.5km.

（2） 系统变电站馈电线的定时限过电流保护的整定时间Top=1。5s，要求工厂总配电所的保护整定时间不大于1s。

（3） 在工厂总配电所的10kv进线侧进行电能测量。工厂最大负荷时功率因数不得低于0。9。

（4） 电力系统的短路数据,如表2-2所示。其配电系统图，如图2—3所示。 表2—2 电力系统10kv母线的短路数据

表2-2 电力系统的短路数据 系统运行方式 10kv母线短路容量 备 注 系统最大运行方式时 S（3）k·max=187MVA 电力系统可视为无限大容量 系统最小运行方式时 S（3）k·min=107MVA

图2-3 配电系统图：

（5）供电贴费和每月电费制 电量计量:在总配电所10KV侧计量. 供电局实行两部电价:

①基本电价：按变压器安装容量每1千伏安每月4元计费。 ②电度电价：10KV ß =0.06元/KW

③线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按每千瓦1000元计。

2。5 工厂负荷性质

本厂多数车间为三班制，少数车间为一班或两班制，年最大有功负荷利用小

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时数位6000h。本厂属于二级负荷。

2。6 工厂自然条件

本场所在地区平均海拔215m，地层以砂粘土为主，地下水位5m;年最气温

为40℃，年平均气温29℃,年最低气温1℃，年最热月平均最高气温为32℃，年最热月平均气温为31℃,年最热月地下0.8m处平均为31℃，当地主导风向南风,年雷暴日数为35天。

第3章 设计过程

3。1 工厂负荷计算及无功功率补偿

3。1。1 负荷计算

1、负荷计算的意义

在电力系统中，用电设备需用的电功率称为电力负荷，简称负荷或功率。功率是表示能量变化速率的一个重要物理量.电功率又分为有功功率、无功功率和视在功率。电阻性用电设备总是消耗能量的,电阻所消耗的功率称为有功功率，用字母P表示；纯电感（或纯电容）性设备能够储存能量，但不消耗能量,它只是与电源之间进行能量的交换,时而由电源吸收能量储存在磁场（或电场）中，时而又将储存的能量释放，电感(或电容）并未真正消耗能量。这种与电源进行交换能量的功率，称为无功功率，用字母Q表示；视在功率，在三相交流电路中是乘以线电压与线电流，用字母S表示。

计算负荷是根据已知的工厂的用电设备安装容量确定的、预期不变的最大假想负荷。它是设计时作为选择工厂电力系统供电线路的导线截面、变压器容量、开关电器及互感器等的额定参数的重要依据。

2、负荷计算的内容和目的

在进行工厂供电设计时，基本的原始资料为工艺部门提供的各种用电设备的产品铭牌数据，如额定容量，额定电压等,这是设计的依据。但是能否简单地用设备额定容量来选择导体和各种供电设备呢？显然是不能的。因为所安装的设备并非都同时运行,而且运行的设备实际需用的负荷也并不是每一时刻都等于设备的额定容量，而是在不超过额定容量的范围内，时大时小地变化着。所以直接

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用额定容量（也称安装容量）选择供电设备和供配电系统，必将导致有色金属的浪费和工程投资的增加。因而，供配电设计的第一步,需要计算全厂和各车间的实际负荷。

负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器、开关等。负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。因此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。

负荷计算主要包括:

(1） 求计算负荷（也称需用负荷）。目的是为了合理地选择各级电压供电网络、变压器容量和电气设备型号等。

(2) 算出尖峰电流。用于计算电压波动、电压损失,选择熔断器和保护元件等. (3） 算出平均负荷。用来计算全场电能需要、电能损耗和选择无功补偿装置等.

3、负荷计算的方法

计算负荷是用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值。由于载流导体一般通电半小时(30min）后即可达到稳定的温升值，因此通常取“半小时最大负荷\"作为按发热条件选择电气元件的计算负荷.有功计算负荷表示为P30，无功计算负荷表示为Q30,时在计算负荷表示为S30，而计算电流表示为I30。

目前负荷计算常用需要系数法、二项式法和利用系数法，此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和ABC法等。用电设备组计算负荷的确定，在工程中常用的是需要系数法和二项式法.需要系数法是世界各国普遍应用的确定计算负荷的方法,而二项式法应用的局限性较大，主要应用于机械加工企业。关于以概率论为理论基础而提出的用以取代二项式法的利用系数法，由于计算比较繁复而未能得到普遍应用。

当用电设备台数较多、各台设备容量相差不甚悬殊时，宜采用需要系数法来计算。采用此方法计算用电设备组的负荷时，应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需要系数Kd，然后按照公式求出改组用电设备的计算负荷。

当用电设备台数较少而容量又相差悬殊时，宜采用二项式法计算。 无论采用哪一种计算方法来确定用电设备组的计算负荷，首先要正确判别用电设备的类别和工作性质，准确的分组。例如机修车间的机床，应属于小批量生产的冷加工机床。又如压塑机、拉丝机等，则应属热加工机床。

此设计采用的是需要系数法来对电力负荷计算.因为需要系数是用设备功率

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乘以需要系数和同时系数,直接求出计算负荷。这种方法简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。采用利用系数法求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响,乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，计算过程十分繁琐。而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑。单位产品耗电量法主要适用于某些工业.

负荷计算公式：

P30=Kd＊Pe Q30=P30＊tanφ S30=P30／COSφ I30=S30／（UN√3)

Pe—用电设备组总的设备容量（不含备用设备容量，单位为kw），UN-用电设备组的额定电压（单位为kv）。

表3-1 某化纤毛纺厂负荷计算表 计算负荷 序车间名称 号 设备容量 /kw Kd cosφ tanφ P30 kW Q30 kvar S30 kVA I30 A车间变电所代号 变压器台数及容量kVA 制条车间 纺纱车间 饮水站 1 锻工车间 机修车间 幼儿园 仓库 小计（K∑=0。9） 织造车间 染整车间 2 浴室、理发室 食堂 单身宿舍 小计（K∑=0。9） 3

340 340 86 37 296 12.8 38 525 490 5 40 50 151 0.8 0.8 0.65 0.2 0。80 0。80 0。80 0.65 8

N0。3 N0.2车变 1×1250 N0.1车变 1×1200 0。3 0.50 0。6 0.60 0.3 0.8 0。8 0.8 0.75 0.50 0。80 0。80 1。0 0.80 0。8 1。0 锅炉房 0。75 0。个人收集整理 勿做商业用途

80 水泵房 化验室 油泵房 小计（K∑=0.9）

118 88 14 0。75 0。75 0.75 0。80 0。80 0.80 车变 1×400 3。1.2 无功功率补偿设计

按我国原电力工业部1996年颁布实施的《供电营业规则》规定：“用户

应在提高用电自然功率因数的基础上，按有关标准设计和安装无功补偿设备,并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功电力倒送.除电网有特殊要求的用户外，用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数,应达到下列规定：100kVA及以上高压供电的用户，功率因数为0。9以上。其他电力用户和大、中型电力排灌站、泵购转售电企业，功率因数为0。85以上。农业用户，功率因数为0。80。凡功率因数不能达到上述规定的新用户，供电企业可拒绝接电。对已送电用户，供电企业应督促和帮助用户采取措施,提高功率因数。对在规定期限内仍未采取措施达到上述要求的用户，供电企业可以中止或限制供电。\"因此工厂的功率因数达不到上述要求时，必需增设无功功率的人工补偿装置.

1、无功功率的人工补偿装置

无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。

并联电容器的补偿方式，有以下三种：

①、高压集中补偿 电容器集中装设在变电所的高压电容器室内，与高压母线相联。

②、低压集中补偿 电容器集中装设在变电所的低压电容器室内，与低压母线相联。

③、低压分散补偿 电容器分散装设在低压配电箱旁或与用电设备并联。 2、并联电容器的选择与计算

⑴、无功功率补偿容量（单位为kvar）的计算： QC1=P30（tanφ1-tanφ2）

式中P30—工厂的有功计算负荷，单位为kw；

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tanφ1—对应于补偿前功率因数cosφ1的正切；

tanφ2—对应于补偿后达到功率因数cosφ2的正切.

⑵并联电容器个数的计算： N= Qc／qc

式中qc-单个电容器的容量,单位为kvar。

注意:对于单相电容器，n应取为3的整数倍，以便三相均衡分配。

表3-2 无功功率补偿量及设备选择 需无功 车间车间车间变总计 补偿处 变电所1 变电所2 电所3 需要的无功补偿量/kvar 选补偿电容器的型号为： QC1=P30（tanφ1-tanφ2） N= Qc／qc

因此，补偿电容器为3的倍数个。

无功补偿后的负荷情况如表3—3所示。

表3-3 无功补偿后的负荷情况 计算负荷 项目 cosφ P30 Q30 kW kvar 380V侧补偿前0。79 负荷 6kV设备侧补偿- 前负荷 无功补偿量 — - －2880 0。0.06S30变压器损耗 — 015S30=27 =90 35kV侧负荷总0。95 5033 1294 计

S30 kVA — — 5196 I30 A — — 85。7 3。2 工厂总降压变电所位置和型式的选择

3.2.1 变电所所址的选择

㈠、变电所所址选择的一般原则

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选择工厂变配电所的所址,应根据下列要求并经技术、经济比较后择优确定： ⑴ 接近负荷中心. ⑵ 进出线方便. ⑶ 接近电源侧。 ⑷ 设备吊装和运输方便。

⑸ 不应设在有剧烈振动或高温的场所。

⑹ 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所。当无法远离时，不应设在污染源的下风侧。

⑺ 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方,且不宜与上述场所贴邻.

⑻ 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GB 50058—1992《爆炸与火灾危险环境电力装置设计规范》的规定。

⑼ 不应设在地势低洼和可能积水的场所。

⑽ 高压配电所应尽量与邻近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起。

GB 50053—1994《10kv及以下变电所设计规范》还规定：

① 装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内,建筑物应采取局部防火措施。

② 多层建筑物中，装有可燃性油的电气设备，变、配电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁.

③ 高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的变、配电所。当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位,且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的来两旁，并应按现行国家标准GB 50045—1995《高层民用建筑设计防火规范》的有关规定，采取相应的防火措施。

④ 露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所:Ⅰ、有腐蚀性气体的场所；Ⅱ、挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物；Ⅲ、附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场；Ⅳ、容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。

㈡、负荷中心的确定方法

负荷中心的确定方法有两种:利用以负荷圆表示的负荷指示图来判定负荷中心和利用负荷功率矩法来确定负荷中心。

本设计采用的是利用负荷功率矩法来确定负荷中心.负荷中心坐标： X=∑（PiXi）／∑Pi

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Y=∑(PiYi）／∑Pi

式中：Pi—表示个负荷点的坐标位置,列入P1（x1,y1）… ∑Pi =P1+P2+P3+…

注意：负荷中心虽是选择变配电所位置的重要因数，但不是唯一因数。因此负荷中心的计算不必要求十分精确。变配电所的所址,必须全面分析比较后择优确定。

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表3—1 各变配电所位置图

3.2。2 变配电所型式的选择

变电所有屋内式和屋外式两大形式.屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择工厂总变配电所型式时，应根据具体地理环境，因地制宜;技术经济合理时，应优先选择屋内式.

负荷较大的车间，宜设附设式或半露天式变电所。

负荷较大的多跨厂房及高层建筑内，宜设车间内变电所或组合是成套变电站. 负荷小而分散的工厂车间及生活区,或需远离有易燃易爆危险环境及有腐蚀性车间时，宜设独立变电所。如屋外环境正常,亦可设露天变电所，有条件时亦可设户外箱式变电站。

工厂的生活区，当变压器容量在315kVA及以下时，宜设杆上式变电台或高台式变电所.

根据各车间变电所变压器的容量，本设计所有变电所均选择屋内式.

3。2.3 变电所主变压器台数和容量的选择

一、变电所主变压器台数的选择

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主变压器台数负荷特点和经济运行要求进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上主变压器:

⑴ 有大量一级或二级负荷。

⑵ 季节性负荷变化较大,适于采用经济运行方式。

⑶ 集中负荷较大，例如1250KVA时。其他情况下宜装设一台主变压器。 二、变电所主变压器容量的选择 1.装有一台主变压器的变电所

主变压器容量SN·T应不小于总的计算负荷S30,即：SN·T≥S30 2。装有两台主变压器的变电所

每台主变压器容量SN·T不应小于总的计算负荷S30的60%—70％， 即：SN·T≈（0。6~0.7）S30

同时每台主变压器容量SN·T不应小于全部一、二级负荷的计算负荷之和S30（Ⅰ﹢Ⅱ)，

即：SN·T≥S30(Ⅰ﹢Ⅱ)

3.主变压器单台容量上限

单台10（6）／0。4kV的配电变压器容量一般不宜大于1250KVA.当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用1600～2000kVA的变压器。生活区变电所的单台主变压器容量不宜大于630kVA。

变电所主变压器台数和容量的选择，还应结合变电所主接线方案的设计来综合考虑。

3.2。4 变电所主变压器型式和联接组别的选择

1、变电所主变压器型式的选择

一般正常环境的变电所，可选用油浸式变压器,且应优先选用S9、S11等系列变压器。

在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用S9-M、S11—M·R等系列全封闭式变压器.

多层或高层建筑屋内的变电所，宜选用SC9等系列环氧树脂浇注干式变压器或SF6充气型变压器.

多雷地区及土壤电阻率较高的山区，宜选用防雷型变压器。例如SZ等型变压器。

2、变电所主变压器联接组别的选择

三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不超过其低压绕组额定电流25%、且其

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供电系统谐波干扰不甚严重时，三相配电变压器的联接组可选YynO。

当由单相不平衡负荷引起的中性线电流超过变压器低压绕组额定电流25％时，或供电系统中存在较大的“谐波源”、高次谐波比较突出时，三项配电变压器的联接组宜选Dyn11。

3.3 变电所主变压器和主接线方案的选择

3。3。1 电气主接线的概述

工厂供电系统电气主接线是将变压器、开关电器、互感器等电气设备按一定顺序连接而成的接受、分配和传输电能的总电路，又称一次电路或一次接线图。通常用单线图表示。一次电路中的所有电气设备，称为一次元件或一次电气设备。

主接线是否合理，对变电所设备选择和布置，运行的灵活性、安全性、可靠性和经济性，以及继电保护和控制方式都有密切关系。它是供电设计中的重要环节.在图上所有电器均以新的国家标准图形符号表示,按它们的正常状态画出.所谓正常状态，就是电器所处的电路中既无电压，也无外力作用的状态。对于图中的断路器和隔离开关，是画出它们的断开位置。在图上高压设备均以标准图形符号代表，一般在主接线路图上只标出设备的图形符号，在主接线的施工图上，除画出代表设备的图形符号外,还应在图形符号旁边写明设备的型号与规范。从主接线图上我们可了解变电所设备的电压、电流的流向、设备的型号和数量、变电所的规模及设备间的连接方式等，因此，主接线图是变电所的最主要的图纸之一。

3。3.2 工厂电气主接线的设计原则和要求

变配电所的主接线,应根据变配电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等因数综合分析确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。

1、考虑变电所在电力系统的地位和作用

变电所在电力系统的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电所不管是枢纽变电所、地区变电所、终端变电所、企业变电所还是分支变电所,由于它们在电力系统中的地位和作用不同,对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

2、考虑近期和远期的发展规模

变电所主接线设计应根据五到十年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小及分布负荷增长速度和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线

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的形式以及所连接电源数和出线回数。

3、考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响

对一级用电负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后,应保证全部一级用电负荷不间断供电；对二级用电负荷,一般要有两个电源供电,且当一个电源失去后，能保证大部分二级用电负荷供电;三级用电负荷一般只需一个电源供电。

4、考虑主变台数对主接线的影响

变电所主变的容量和台数,对变电所主接线的选择将会产生直接的影响.通常对大型变电所,由于其传输容量大,对供电可靠性要求高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电所，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性的要求低.

5、考虑备用容量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如,当断路器或母线检修时,是否允许线路、变压器停运；当线路故障时否允切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

3.3。3 主接线的设计步骤

电气主接线的具体设计步骤如下： 1、分析原始资料

(1） 本工程情况 变电站类型,设计规划容量（近期，远景），主变台数及容量等。

(2) 电力系统情况 电力系统近期及远景发展规划（5～10年），变电站在电力系统中的位置和作用，本期工程和远景与电力系统连接方式以及各级电压中性点接地方式等。

(3) 负荷情况 负荷的性质及其地理位置、输电电压等级、出线回路数及输送容量等。

(4) 环境条件 当地的气温、湿度、覆冰、污秽、风向、水文、地质、海拔高度等因素，对主接线中电器的选择和配电装置的实施均有影响。

(5） 设备制造情况 为使所设计的主接线具有可行性，必须对各主要电器的性能、制造能力和供货情况、价格等资料汇集并分析比较，保证设计的先进性、经济性和可行性。

2、拟定主接线方案

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根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可拟定出若干个主接线方案。因为对出线回路数、电压等级、变压器台数、容量以及母线结构等考虑不同，会出现多种接线方案。应依据对主接线的基本要求，结合最新技术，确定最优的技术合理、经济可行的主接线方案。

3、短路电流计算

对拟定的主接线,为了选择合理的电器,需进行短路电流计算。 4、主要电器选择

包括高压断路器、隔离开关、母线等电器的选择。 5、绘制电气主接线图

将最终确定的主接线，按工程要求，绘制工程图.

3.3。4 供电基本接线型式

电气主接线的基本形式： 1。单母线接线

单母线是比较简单的接线方式。单母线接线又分为单母线不分段、用隔离开关分段的单母线接线和用高压断路器分段的单母线接线三种形式。

① 单母线不分段接线

单母线不分段接线的优点：接线简单清晰，使用设备少,经济性比较好.运行经验表明，误操作是造成系统故障的重要原因之一，主接线简单,操作人员发生错误操作的可能性小，因而接线简单也是评价主接线的条件之一。

单母线的缺点:可靠性和灵活性差。例如当母线或母线隔离开关发生故障或进行检修时，必须断开所有回路的电源，造成对全部用户供电中断.但当某一出线发生故障或检修出线断路器时，可只中断对该出线上用户的供电，而不影响其他用户，所以仍具有一定可靠性。

适用范围：可用于对供电连续性要求不高的二级负荷用户，或有备用电源的二级负荷用户。

② 单母线分段接线

为了克服上述缺点，可用隔离开关或断路器将单母线分段。当用隔离开关分段时，如需检修母线或母线隔离开关,可将分段隔离开关断开后分段进行。当母线发生该故障时，经过短时间倒闸操作将故障段切除，非故障段仍可继续运行，对1/2的用户仅短时间中断供电。

若用断路器分段时，除仍具有可分段检修母线的优点外还可在母线或母线隔离开关发生故障时，同时自动断开母线分段断路器和进线断路器,以保证非故障部

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分连续供电.

但是，上述两种单母线分段接线存在共同缺点，即在母线检修或发生故障时，仍有50％左右的用户停电;出线断路器检修仍对该出现上的用户停电。

为了进一步缩小停电范围,单母线可采用多分段（如三分段）接线方式,对重要用户可由两段母线同时供电，以提高供电可靠性。

适用范围：在有两回进线电源的条件下，采用单母线分段接线较为优越。特别是备用电源自动重合闸装置的采用，更能单母线用断路器分段接线的供电可靠性。目前，单母线分段已广泛用于10KV及以下变配电所。

2、双母线接线

双母线接线的主要优点是供电可靠、运行灵活、检修方便、易于扩建，在大、中型发电厂和变电所中广为采用。在双母线接线中,两组母线均可分别作为工作母线或备用母线使用,应视具体情况而定.

适用范围：当出线回路数或母线上电源较多，输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电，母线和母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用该接线方式.如：6~10kV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电带电抗器时；35~63kV配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多，负荷较大时;110~220kV配电装置,出线回路数为5回及级以上时。

3、桥形接线

对于具有两回电源进线和两台变压器的降压变压所，可考虑采用桥形接线。它是由单母线分段接线演变而成的一种更简单、经济并具有相当可靠性的接线方式。

桥形接线的接线特点是：用一组横向导线（包括断路器、隔离开关）将两回线路和两台变压器横向连接起来。横向导线谓之跨“桥\"，并省掉线路侧(或变压器侧）的断路器。

根据跨接“桥\"连接位置和省掉断路器的回路不同，又分为内桥接线和外桥接线。

①内桥接线

优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器;

缺点：变压器的切除和投入较复杂,需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运；桥联断路器检修时,两个回路须解裂运行；出线断路器检修时,线路需长时期停运，为避免此缺点，可加装正常断开运行的跨条,为了轮流停电检修任何一组隔离开关，在跨条上需加装两组隔离开关，桥联断路器检修时，也可利用此跨条.

适用范围：适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线

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路较长,故障率较高的情况.

②外桥形接线

优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器；

缺点：线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运；桥联断路器检修时，两个回路须解裂运行；变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。为避免此缺点,可加装正常断开运行的跨条.桥联断路器检修时，也可利用此跨条；

适用范围:适用于较小容量的发电厂或变电所，并且变压器的切换较为繁或线路较短,故障率较少的情况。此外，线路有穿越功率时,也宜采用外桥形接线。

③3~5角形接线

多角形接线的各断路器互相连接而成闭合的环形，是单环形接线。 为减少因断路器检修而开环运行的时间，保证角形接线运行的可靠性，以采用3～5角形为宜.并且变压器与出线回路一对角对称布置。此外，当进出回路数较多时，我国个别水电厂采用了双连四角形接线,形成多环形，从而保证了供电的可靠性。但断路器数量增多,有的回路连着三个断路器，布置和继电保护复杂，没有推广使用。

3。3。5 配电所主接线方案的对比及选择

配电所的主结线方案分一条电源进线和两条电源进线两种。 1、一条电源线的主结线方案 如图所示

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一条电源进线的主结线方案

2、两条电源线的主结线方案 如图所示

本设计采用的是装有两台主变压器的小型变电所主结线图，这种接法高低压侧均为单母线分段的变电所的主结线，变电所的两段高压母线，在正常时可以接通运行,也可以分段运行，当任一台变压器或任一电源进线停电或发生故障时，改变电所通过闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电，因此供电可靠性相当高.

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两条电源线进线的主结线方案

3、两种主结线方案的技术经济比较,如表所示

两种主接线方案的比较

根据表可以看出方案2的技术指标比方案1好，其供电的稳定性更高，但考虑到工厂属于二级负荷,故选择方案2,即一条电源进线的方案

3。4 计算短路电流

在供电系统中出现次数比较多的严重故障就是短路。所谓短路，是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接。发生短路时，系统中的总阻抗大大减少，因此短路电流可能达到几十WA。如此大的电流可对供电系统产生极大的危害。因

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此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素，需要进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大电流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。

3.4.1 产生短路的原因和短路的种类

1、短路类型

在三相供电系统中，可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路、单相接地短路.其中三相短路属于对称短路，其余三种为不对称短路。

2、造成短路的原因

产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏，而绝缘损坏主要是绝缘老化、过电压、机械性损坏等引起的，且认为误操作及鸟兽跨越裸导体也能引起短路。

3、短路的危害 (1） 特点：

① 电流剧增至正常电流的几十甚至几百倍（电流大）；②系统电压骤降。 (2) 后果

① 损害设备和线路；② 设备不能正常工作；③ 影响电力系统运行;④ 通信线路、电子设备干扰、产生误动作。

（3) 保护措施：限制、装设熔断器、继电保护装置等。 5、计算短路电流的目的和任务 （1） 选择导线和设备。 (2) 选择和整定继电保护装置。 （3) 确定接线和运行方式。 （4) 选择限流电抗器. 6、影响短路电流的因素

影响短路电流的因素主要有以下几点：

（1) 电源布局及其地理位置，特别是大容量发电厂及发电厂群距受端系统或负荷中心的电气距离;

(2) 发电厂的规模、单机容量、接入系统电压等级及主接线方式；

(3) 电力网结构（特别是主网架）的紧密程度及不同电压电力网间的耦合程度；

(4) 接至枢纽变电所的发电和变电容量，其中性点接地数量和方式对单相短

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路电流水平影响很大；

(5) 电力系统间互联的强弱及互联方式。 7、限制短路电流的措施

当电力网短路电流数值与系统运行和发展不适应时，应采取措施限制短路电流,一般可以从电力网结构、系统运行和设备等方面采取措施：

(1） 电力网结构方面：在保持合理电网结构的基础上，及时发展高一级电压、电网互联或新建线路时注意减少网络的紧密性，大容量发电厂尽量接入最高一级电压电网,合理选择开闭所的位置及直流联网等,要经过全面技术经济比较后决定。

(2) 系统运行方面：高一级电压电网形成后及时将低一级电压电网分片运行、多母线分列运行和母线分段运行等.

（3） 设备方面：结合电力网具体情况,可采用高阻抗变压器、分裂电抗器等常用措施,在高压电网必要时可采用LC谐振式或晶闸管控制式短路电流限制装置。

(4） 其他方面：为限制单相短路电流，可采用减少中性点接地变压器数目、变压器中性点经小电抗接地、部分变压器中性点正常不接地，在变压器跳开前使用快速接地开关将中性点接地、发电机变压器组的升压变压器不接地，但要提高变压器和中性点的绝缘水平及限制自耦变压器使用等。

3。4。2 绘制计算电路图

3。4.3 计算短路电流

1、确定基准值

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取Sd100MVA，Uc110.5kV，Uc20.4kV 所以：Id1Sd3Uc1Sd100MVA100MVA5.500kA Id2144.000kA

310.5kV3Uc230.4kV 2、计算短路电路中各元件的电抗标幺值

（1） 电力系统

*100MVA0.535最大运行方式下：X1M187MVA *100MVA0.935最小运行方式下：X1m107MVA（2） 架空线 查《工厂供电设计指导》表5—1得10kV架空线的x0=0.38

Ω/km,而

线长为0.5km,故

*0.38(/km)0.5kmX2100MVA0.172 2(10.5kV) （3) 电力变压器

*Uk%Sd4.5100MVA5.625车间变电所1：X31100SNT1000.8MVA*Uk%Sd4.5100MVA4.500车间变电所2：X32100SNT1001MVA*Uk%Sd4100MVA12.698车间变电所3：X33100SNT1000.315MVA 3、计算k1点(10.5kV侧）的短路总电抗及三相短路电流和短路容量 (1) 总电抗标幺值

 X∑k-1=X1+X2=0。707

（2） 三相短路电流周期分量有效值

(3)Ik1=Id1/X∑k-1=7。776 KA

（3) 其他短路电流

(3) I''(3)IIk(3)17.776kA (3) ish2.557.776kA19.830kA

(3) Ish1.517.776kA11.742kA

(4) 三相短路容量 Sk(3)1SdX(k1)100MVA141.424MVA

0.707

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4、计算k2点（0.4kV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XXX(k2)12316.332

(2） 三相短路电流周期分量有效值 Ik(3)2(3)其他短路电流

(3)(3) I''(3)IIk222.795kA

Id2X(k2)144kA22.795kA 6.332(3) ish1.8422.795kA41.942kA

(3) Ish1.0922.795kA24.846kA

（4)三相短路容量

Sk(3)2SdX(k2)

5、同理可算得k3、k4点的短路电流总电抗和三相短路电流和短路容量。

表3—7 短路计算结果 三相短路容量三相短路电流/kA 短路计算/MVA （3）（3）（3）（3）（3）(3)点 IishSk IshIIkk1 k2 k3 k4

100MVA15.793MVA6.332 3.5 电气设备的选择校验

3.5。1 高压电器选择的一般原则

高压电器选择的主要任务是选择满足变电所及输、配电线路正常和故障状态下工作要求的合理的电器，以保证系统安全、可靠、经济的运行条件。要使企业供电系统的安全可靠，必须正确合理的选择各种电气设备，选择企业供电系统中

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高压电气设备的一般原则，除按正常运行下的额定电压、额定电流等条件外,还应按短路情况下进行校验，但各种电气设备的选择与校验项目也不尽一样,见下表：

选择一次设备的校验项目

一次设备名称 额定电压 kV √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ — √ √ √ 额定电流 kA √ √ √ √ √ √ √ √ － － √ √ － √ 开断电流 kA √ √ √ √ √ √ √ － － － － － － － 短路电流校验 热稳定 × √ √ √ × × × √ － － √ － √ √ 动稳定 √ √ √ √ × × × √ － － √ √ － √ 环境条件 － √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 其它 高低压熔断器 高压隔离开关 高压负荷开关 高压断路器 低压刀开关 低压负荷开关 低压断路器 电流互感器 电压互感器 并联电容器 母线 电缆 支柱绝缘子 穿墙套管 备注 操作性能 操作性能 操作性能 操作性能 操作性能 操作性能 二次负荷准确级 二次负荷准确级 额定容量 表中“√\"表示必须校验项目，“－”表示不必校验项目，“×\"表示一般可不校验

3。5.2 高压断路器的选择与校验

高压断路器（QF）不仅能够通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置的作用下自动跳闸切除短路故障. 所以其做保护装置使用时要和电流互感器配合使用。所以在10KV的电力系统中我们采用高压断路器和电流互感器配合使用的方法来作为电路的主保护。

1 高压断路器的选择

高压断路器的指标主要有额定电压、额定电流、断流容量.在进行设备选择时

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我们主要考虑的也是这三者。

⑴ 高压断路器的额定电压须大于等于工作电网电压。

⑵ 高压断路器的额定遮断容量SN.QF必须大于或等于其安装处的短路容量

Sk(3)。

SN.QFSk(3)

⑶ 其额定断流能力IN.QF必须大于或等于其安装处的最大短路电流Ik(3)。

IN.QFIk(3)

⑷ 如果断路器装在较其额定电压低的电路中，其遮断容量也相应的减少。

UN.QFSN.QF SNUN.QF注：UN：电网电压；UN.QF:断路器的额定电压。 2 高压断路器的校验 ⑴ 动稳定度的校验： 按三相短路冲击电流校验。 ⑵热稳定度的校验：

按三相短路稳态电流和短路发热假想时间校验。 3.5。3 低压断路器

低压断路器（QF)又称低压自动开关，它既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和低电压（失压）时自动跳闸。所以在0.38KV的电力系统中，我们采用断路器作为电路的短路、过负荷、失压保护。

低压断路器的选择准则如下：

⑴ 断路器的额定工作电压≥线路额定电压；

⑵ 断路器的额定电流≥线路计算负载电流；

⑶ 断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流,一般有效值计算；

⑷ 线路末端单相对地短路电流≥1.25 倍断路器瞬时（或短延时）脱扣器整定电流；

⑸ 断路器欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压;

⑹ 具有短延时的断路器，若带欠电压脱扣器,则欠电压脱扣器必须是延时的,其延时时间≥短路延时时间；

⑺ 断路器的分励脱扣器额定电压=控制电源电压； ⑻ 电动传动机构的额定工作电压=控制电源电压；

⑼ 低压断路器可不用校验，若要校验,其方法和高压断路器的校验方法类似。

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3。5.4 熔断器的选择与校验

熔断器是根据电流超过规定值一定时间后,以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护，是应用最普遍的保护器件之一。

熔断器选择方法： （1) 照明电路

熔体额定电流≥被保护电路上所有照明电器工作电流之和。 （2） 电动机：

①单台直接起动电动机 熔体额定电流＝(1。5～2.5)×电动机额定电流。

②多台直接起动电动机

总保护熔体额定电流＝（1.5～2.5）×各台电动机电流之和。

③降压起动电动机 熔体额定电流＝（1.5～2)×电动机额定电流。 ④绕线式电动机 熔体额定电流＝（1。2～1.5)×电动机额定电流。 (3） 配电变压器低压侧

熔体额定电流＝（1。0～1。5）×变压器低压侧额定电流. (4) 并联电容器组

熔体额定电流＝（1.43~1。55）×电容器组额定电流。 (5) 电焊机

熔体额定电流＝(1.5~2。5)×负荷电流。 (6） 电子整流元件

熔体额定电流≥1.57×整流元件额定电流.

3.5.5 隔离开关的选择与校验

隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高,对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大.刀闸的主要特点是无灭弧能力，只能在没有负荷电流的情况下分、合电路。

隔离开关的选择： 的断口与电源隔离。

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（1） 断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显

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(2） 中性点直接接地的普通变压器，均应通过隔离开关接地。 （3） 在母线上的避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关，保证电器和母线的检修安全,每段母线上宜装设1—2组接地刀闸。

（4) 接在变压器引出线或中性点的避雷器可不装设隔离开关。 (5） 当馈电线路的用户侧没有电源时，断路器通往用户的那一侧可以不装设隔离开关。但为了防止雷电过电压，也可以装设。

3。5。6 电流互感器的选择与校验

电流互感器可以向计量仪表的电流线圈（如电流表、功率表等）和继电保护装置中的断路器的电流线圈供电,这样可以隔离高电压，有利于运行人员的安全，同时还可以是仪表及继电装置标准化.电流互感器的准确度分为若干等级：入0.2级、0。5级、1级、2级等。一般工程上用0。5级、1级.0.5级用于计量电费，1级用于继电保护.因为这次设计是窑尾电气室的设计，不用计量电费，所以我们均选择1级的电流互感器.

电流互感器选择的一般准则：

⑴ 电流互感器额定电压不小于装设点线路额定电压;

⑵ 根据一次负荷计算电流I30选择电流互感器变比; ⑶ 根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度; ⑷ 校验动稳定度和热稳定度。

3.5。7 电压互感器的选择校验

电压互感器的作用是：把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反.电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。

电压互感器在投入运行前要按照规程规定的项目进行试验检查。例如,测极性、连接组别、摇绝缘、核相序等。电压互感器的接线应保证其正确性，一次绕组和被测电路并联，二次绕组应和所接的测量仪表、继电保护装置或自动装置的电压线圈并联,同时要注意极性的正确性.电压互感器二次侧不允许短路。由于电

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压互感器内阻抗很小,若二次回路短路时，会出现很大的电流，将损坏二次设备甚至危及人身安全。电压互感器可以在二次侧装设熔断器以保护其自身不因二次侧短路而损坏.在可能的情况下，一次侧也应装设熔断器以保护高压电网不因互感器高压绕组或引线故障危及一次系统的安全。

电压互感器选择的一般准则：

⑴ 电压互感器额定电压不小于装设点线路额定电压； ⑵ 合适的类型:户内型、户外型

⑶ 根据二次回路的要求选择电压互感器的准确度并校验准确度； nSNTVS2到。

1Si及ii为仪表并联线圈所消耗的功率及其功率因数，从手册查(Scos)ii2(Sisini)2

⑷ 由于电压互感器两侧均装有熔断器，故不需进行短路的动稳定和热稳定校验。

3.5.8 母线

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。

⑴ 母线主要有两类TMY和LMY，即铜母线和铝母线，考虑节约有色金属的原则我们选择LMY。

⑵ 母线敷设方法有单条、双条和多条等。通常的变电所采用单条母线的接线方式,我们在此也采用单条母线。

⑶ 母线的放置方法不同其允许载流量Ial也是不同的,通常平放的Ial比竖放的Ial要小,为了可靠的运行，且留有余量,我们都按平放数据进行选择。

⑷ Ial≥I30

注： 其中I30用无功补偿后的I‵30代替

3.5.9 低压断路器

低压断路器（QF)又称低压自动开关，它既能带负荷通断电路，又能在短路、

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过负荷和低电压（失压）时自动跳闸。所以在0.38KV的电力系统中,我们采用断路器作为电路的短路、过负荷、失压保护.

低压断路器的选择准则如下：

⑴ 断路器的额定工作电压≥线路额定电压;

⑵ 断路器的额定电流≥线路计算负载电流；

⑶ 断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流，一般按有效值计算；

⑷ 线路末端单相对地短路电流≥1。25 倍断路器瞬时(或短延时）脱扣器整定电流;

⑸ 断路器欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压；

⑹ 具有短延时的断路器,若带欠电压脱扣器，则欠电压脱扣器必须是延时的，其延时时间≥短路延时时间；

⑺ 断路器的分励脱扣器额定电压=控制电源电压; ⑻ 电动传动机构的额定工作电压=控制电源电压；

⑼ 低压断路器可不用校验，若要校验，其方法和高压断路器的校验方法类似。

3.5。10 刀开关的选择和校验

刀开关又称闸刀开关或隔离开关，它是手控电器中最简单而使用又较广泛的一种低压电器.刀开关在电路中的作用是：隔离电源，以确保电路和设备维修的安全；分断负载,如不频繁地接通和分断容量不大的低压电路或直接启动小容量电机.

3.5.11 高压开关柜

GG-1A(F)高压开关柜产品具有防止误分断路器,防止带负荷拉分隔离开关,防止带电挂接地线和防止带地线合闸的”五防\"功能,能有效地防止错误操作,使产品运行安全可靠,额定电压10KV;最高工作电压11。5KV，额定电流600A;额定开断电流20KV,国内同类产品较好的水平。 额定电压（kV） 额定电流（A） SN10—10 I （ZN28-10 630A） 3，6，10 200，400，600,1000，2000，3000 16 31.5 额定开断电流（kA） SN10-10 Ⅱ (ZN28-10 1250A） 31

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额定断流容量（kV/MVA） 操作方式 母线系统 外形尺寸（mm) 长×宽×高 SN10—10 Ⅲ (ZN28-10 3150A） 3/150 6/300 10/500 手动、电动、弹簧 单母线 1200×1200×3100，方案25～28柜 1400×1540×3100，方案119柜长 1200×3400×3100 3。5.12 低压开关柜

GCS型低压抽出式开关柜适用于发电厂、石油、化工、冶金、纺织等行业以及高层建筑的配电系统。在大型发电厂、石油、化工等自动化程度高，要求与计算机接口的使用场所，作为三相交流频率50(60）HZ，额定工作电压为380(660)V，额定电流为4000A及以下的电力网络中的受电、馈电、电动机集中控制、无功功率补偿等使用的低压成套配电装置。

技术参数：

主电路额定电压:交流380（660)V 辅助电路额定电压：交流220、380V 直流110、220V 额定频率：50—60HZ 额定绝缘电压：660（1000）V 水平母线额定工作电流：630A 垂直母线额定电流：1000A

母线额定短时耐受电流：50，80KV，0，1S 母线额定峰值耐受电流：105，176KA，0，1S 主电路插接件额定电流：220A，400A 辅助电路插接件额定电流:15A 控制电动机最大容量：200KW 防护等级：IP3LO，IP4LO

操作方式：就地、远方、自动

按以上各设备的的选择和校验方法，总结为表６与表７：

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参数校验项目 装置地点条件 参数 表６ 10kV侧一次设备的选择校验 断流电压 电流 动稳定度 热稳定度 能力 其它 UN 10kv I30 91.37A Ik(3) 7.776kA (3) ish(3)2Itj 数据 19.830kA 7.77621.9114.9 额定参数 高压少油断路器SN10-10/630 高压隔离开关GN8-10/200 高压断路器RN2—10 电压互感器JDJ-10 一 次 设 备 型 电压互感器号 JDZJ—10 规 格 UN 10kV IN 630A I 16KA imax 40kA It2t 1622512 10kV 200A 25.5kA 1025500 10kV 10/0.1 kV 10/3kV 0.1/3kV 0.1/3kV 0.5A 50kA 电流互感器LQJ—10 避雷器FS4-10 户外式高压隔离开关GW4—15G/200

10kV 100/5A 22520.1kA31.8kA (900.1)281 10kV 15kV 200A 33

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表７ 1号车间变电所380V侧一次设备的选择校验 参数校验项目 装置地点条件 参数 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度 (3)2Itj 其它 UN I30 1582。58A Ik(3) 22。795kA (3) ish数据 380V 41。942 22.79520.7364 kA 额定参数 低压断路器DW15—一 1500/3电动 次 低压断路器设 DZ20-630 备 低压断路器型 DZ20—200 号 低压刀开关 规 HD13-1500/格30 电流互感器LMZJ1-0.5 电流互感器LMZJ1-0.5 UN 380V IN 1500A I 40kA 一般30kA 一般25kA imax It2t 380V 380V 630A 200A 380V 1500A 1500/5A 160/5A 100/5A 500V 500V 3.5.13 高低压母线的选择

根据母线选择方法，结合本厂短路电流和计算电流的计算数据，选定母线如下表:

母线选择 变电所 10kV侧母线选择 车间变电所1 LMY 3（8＊80) 车间变电所2 LMY 3（10*125） 车间变电所3 LMY 3(5＊50） 380V侧母线选择 LMY 3(8＊100） LMY 3（10＊125） LMY （5*50） 3.5.14 电缆选择

气象资料：本厂所在地区年最高气温为 40 度，年平均气温为 29 度，年最低气温为 1 度，年最热月平均最高气温为 32 度，年最热月平均气温为 31 度，

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年最热月地下0.8m处平均气温为 31 度,当地主导风向为南风，年雷暴日数为 35 天。

10kV高压进线和引入电缆的选择

采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV共用干线

按发热条件选择。由I30=91.37A及室外环境温度29°，查资料初选LJ—25，其35°时的Ial=119A，40°时的Ial=109A，满足发热条件。

校验机械强度，查表架空裸导线的最小允许截面为Amin=35mm2。故机械强度不满足条件。故选LJ-35。

由于此线路才0.5km,故不需要进行校验电压损耗。 由总配电所至各车间变电所的一段引入电缆的选择校验 以从配电所到1号车间变电所的电缆选择为例：

按发热条件选择.由I30=37。62A及当地环境温度，初选缆芯为25mm2的VLV22 3芯电力电缆，其Ial=80A〉I30,满足发热条件。

校验短路热稳定性，由公式 tima0.75(3)AAmin=I776088mm2

C77因此不满足热稳定条件,改选VLV22-95mm2的电缆。 按照以上方法，选择的电缆如下： 从配电所到车间变电所的电缆选择 车间变电所1 车间变电所2 车间变电所3

380V低压出线的选择

选择方法:

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

VLV22-95 VLV22-95 VLV22-95 A00.5A;

3) 保护线(PE线)的截面选择

i. A35mm2时,APE0.5A； ii. A16mm2时,APEA

iii. 16mm2A35mm2时，APE16mm2

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4) 保护中性线（PEN)的选择,取（N线）与（PE)的最大截面。

以从1号车间变电所馈电给1号厂房（制条车间）的线路采用2根VLV22-150型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

i. ii. iii.

按发热条件选择。由I30=516。80A及当地环境条件30°，查校验电压损耗。由于本厂厂房不大，这部分线路较短,线路上短路热稳定性校验. tima0.75(3)AAmin=I22795151.8mm2

C65表，初选VLV22-150，其Ial=346A〉258.4A,故满足发热条件。 的电压损耗较小,故满足要求.

故热稳定性不符合条件。故选择VLV22—185的电缆。 按照以上方法，初步选择的电缆总结为以下表格： 车间名称 制条车间 纺纱车间 饮水站 锻工车间 机修车间 幼儿园 仓库 织造车间 染整车间 浴室、理发室 食堂 单身宿舍 锅炉房 水泵房 化验房 油泵房 电缆型号 VLV22—185 VLV22-185 BLV 1＊50 BLV 1＊50 BLV 1＊50 BLV 1*50 BLV 1＊50 VLV22—240 VLV22—240 BLV 1*50 BLV 1＊50 BLV 1*50 BLV 1*95 BLV 1＊95 BLV 1＊50 BLV 1＊50 3.7 变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定

3.7.1 高压断路器的操作机构控制与信号回路

高压断路器控制回路，就是指控制高压断路器分、合闸的回路。在本设计中断路器采用电磁操动机构，其控制与信号回路如图8—1 所示。

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图8—1 电磁操动的短路控制与信号回路

当一次电路发生短路故障时，继电保护装置动作，其出口继电器KM触点闭合，接通跳闸线圈YR回路，使断路器自动跳闸。随后QF3—4断开,使红灯RD灭,并切断跳闸回路，同时QF1—2闭合，而SA在合闸位置，其触点SA5—6也闭合，从而接通闪光电源WF(+），使绿灯GN闪光，表示断路器自动跳闸。由于断路器自动跳闸,SA在合闸位置，其触点SA9—10闭合，而断路器已跳闸，其触点QF5-6也闭合，因此事故音响信号回路接通,又发出音响信号。当值班人员得知事故跳闸信号后，可将控制开关SA的操作手柄扳向分闸位置，使SA得触点与QF的辅助触点回复“对应”关系，全部事故信号立即解除.

3.7.2 变电所的电能计量回路

根据原始资料要求在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和无功电能，并据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。

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3。7。3 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，其中电压互感器为三个JDZJ-10型，组成Y0/Y0/8-2。

(开口三角）的结线，用以实现电压测量和绝缘监视，其接线图见图

图8—2 10KV母线的电压测量和绝缘监察原理接线图

绝缘监视装置用于小接地电流的电力系统中，一边及时发现单相接地故障，设法处理，以避免单相接地故障发展为两相接地短路，造成停电事故.本处可采用三个单相双绕组电压互感器和三只电压表，接成如图8-3所示的接线。

图8—3 电压互感器的接线方案

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图8-4 10KV线路测量和计量仪表的原理电路

3.7。4 变电所的保护装置措施

1、1号车间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；当产生大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。瓦斯保护接线图如图8-5所示。

图8-5 变压器瓦斯保护接线图

(2） 装设定时限过电流保护 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。其结线图如图8—6所示。

1） 过电流保护动作整定。采用过电流保护动作电流的整定计算公式

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IopKrelKwILmax KreKi式中 ILmax-变压器的最大负荷电流，可取为(1。5～3)I1NT,I1NT为变压器一次额定电流;

Krel—保护装置的可靠系数,对定时限，取1.2，对反时限，取1.3； Kw-保护装置的结线系数，对相电流结线取1，对相电流差结线取3； Kre-电流继电器的返回系数，一般取0。8； Ki-电流互感器的变流比. 其中，ILmax2IINT21600184.8A,Krel=1。2,Kw=1，Kre=0.8， 310Ki100/520,因此动作电流为:

Iop1.21184.8A9.86A 因此过电流保护动作电流整定为10A。

0.820

变压器继电保护护接线图

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2) 过电流保护动作时间的整定:因要求工厂总降压变电所保护的动作时间不得大于1。5s，且工厂还有车间变电所，故其过电流保护的动作时间可整定为1s。

3) 过电流保护灵敏系数的检验：

SPIkmin1.5 Iop1式中 Ikmin—在电力系统最小运行方式下，低压母线两相短路电流折合到变压器高压侧的值;

Iop1—继电保护动作电流折合到一次电路的值. 其中，

(2)IkminIk2/KT0.86639.34kA/(10kV/0.4kV)1.36kA,

Iop1IopKi/Kw10A20/1200A，因此其保护灵敏系数为：

SP=1360A/200A=6.8>1.5

满足灵敏系数1.5的要求。

(3) 装设电流速断保护 采用GL—15的速断装置。 1) 速断电流的整定：利用下式

IqbKrelKwIkmax KiKT式中 Ikmax-变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值;

Krel-可靠系数,对DL型继电器取1。2～1.3，对GL取1.4～1。5; KT—变压器的电压比；

Kw—保护装置的结线系数，对相电流结线取1，对相电流差结线取3； Ki—电流互感器的变流比。

对GL型继电器，速断电流通常用Iqb对Iop的倍数（速断电流倍数）Kqb来表示,Kqb=Iqb/Iop=2～8。

Krel=1。4，Kw=1,Ki=100/5=20， 本设计中,IkmaxIk(3)239.34kA，

KT=10/0.4=25,因此速断电流为

Iqb1.4139340A110A

205.6 41

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速断电流倍数整定为：

KqbIqb/Iop110A/10A11

2）电流速断保护灵敏系数的检验公式

SpIkmin Iqb.1式中Ikmin—在电力系统最小运行方式下,变压器高压侧的两相短路电流； Iqb1—速断电流折算到一次电路(变压器高压侧）的值。

如果Sp2有困难时，可取Sp1.5.

(2)本设计中,IkminIk10.8666.4kA5.54KA，

Iqb1IqbKi/Kw110A20/12200A，因此其保护灵敏系数为：

SP5540A/2200A2.52

故满足电流速断灵敏度要求。

2、变压器低压侧的保护装置

变压器低压侧单相接地短路保护的整定计算

利用高压侧三相三继电器结线来实现低压侧的单相接地短路保护时的整定计算

1）动作电流的整定计算公式与上面相同。 2） 过电流保护的动作时间可整定为1s. 3) 保护灵敏系数的检验公式

SP 满足灵敏系数要求。

Ikmin7.81.5 Iop1式中 Ikmin—在电力系统最小运行方式下，低压干线末端单相短路电流折合到变压

器高压侧的值；

Iop1—继电保护动作电流折合到一次电路的值。

3。 10kV侧电缆的继电保护

装设电流速断保护、定时限过电流保护、接地保护。其整定方法与主变压器

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整定继电保护一致,其接线图如图8-6所示。

10kV电缆继电保护护原理图

3.8 变电所的防雷保护与接地装置的设计

3.8.1 变电所的防雷措施

1、装设避雷针或避雷带（网）

变配电所及其屋外配电装置,应装设避雷针来防护直击雷。如无屋外配电装置,则可在配变电所的屋顶装设避雷针或避雷带（网)。如果变配电所及其屋外配电装置在相邻建(构）筑物防雷保护范围以内时，可不再装设避雷针或避雷带（网）。

独立避雷针宜独立的接地装置.在非高土壤电阻率地区,其工频接地电阻RE≦10Ω。当有苦难时,可将其接地装置与变配电所的主接地网连接，但避雷针的接地引下线与主接地网的地下连接点至35KV及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地线的长度不得小于15m。

独立避雷针及其引下线与变配电装置在空气中的水平距离S0（单位为m），应满足下列两式要求：

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S0≥0。2Rsh+0。1h； 且S0≥5m

式中 Rsh—避雷针的冲击接地电阻，单位为Ω；

h—避雷针引下线与变配电装置水平间距的检测点高度，单位为m。

独立避雷针的接地装置与变配电所主接地网在地下的水平距离S（单位为m），E

应满足下列两式要求：

SE≥0.3Rsh； 且SE≥3m 2、装设避雷线

处于峡谷地区的变配电所，可装设避雷线（架空地线）来防护直击雷。 在35KV及以上的变配电所架空进线上，架设1~2km的避雷线，以消除近区进线上的雷击闪络引起的雷电侵入波对变配电所电气装置的危害。

进线保护段范围内的电杆工频接地电阻RE≦10Ω。

进线保护段上的避雷线保护角不宜大于20°,最大不应大于30°. 3、装设避雷器

装设避雷器用以防止雷电侵入波对变配电所内电气装置特别是对变压器的危害。

⑴ 高压侧装设避雷器

这主要用来保护主变压器,以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。阀式避雷器至3～10KV主变压器的最大电气距离如下表 雷雨季节经常运行的进线路数 避雷器至主变压器的最大电气距离/m 15 1 23 2 27 3 30 ≥4 避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上,均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路,则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。

（2）低压侧装设避雷器

这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。

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3.8.2 变电所公共接地装置的设计

1、接地装置的设计计算步骤

①按设计规范确定允许的接地电阻最大值RE，可查阅《工厂供电设计指导》表9-23。

②实测或估算可利用的自然接地体的接地电阻RE(nat)。设计时应首先考虑自然接地体,包括直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等。

对于变配电所，可利用建筑的钢筋混凝土基础作自然接地体。10KV及以下变配电所,如果利用基础作接地体满足接地电阻要求时,可不另设人工接地体。而10KV以上变配电所及有爆炸危险的场所除外，这些场所仍需考虑装设人工接地体。

③在计入可利用的自然接地体基础上，需补充的人工接地体的接地电阻RE（man），计算式为： RE(man)=RE（nat）RE/[RE（nat）—RE］

④按RE（man）的要求初步考虑人工接地方案:

Ⅰ 人工接地体和接地线的最小尺寸规格查阅《工厂设计指导》表9—26.最常用的垂直接地体为直径50mm、长约2.5m的钢管。如用角钢，可采用50mm×50mm×5mm的,长仍为2。5m。接地线和水平连接导体，可采用25mm×4mm的镀锌扁钢。

Ⅱ 人工接地体宜沿建筑物四周环形均匀布置，离建筑物基础不得小于1.5m,一般取2~3m。

Ⅲ 垂直接地体之间距离不得小于5m，埋地深度不得小于0。6m. ⑤计算单根垂直接地体的接地电阻RE（1）.计算公式为：RE（1)=p/l ⑥用逐步法确定垂直接地体根数n。

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参 考 文 献

[1] 中国航空工业规划设计研究院组编. 工业与民用配电设计手册(第三版）.中国电力出版社，2005

［2] 中国航空工业规划设计研究院组编. 工业与民用配电设计手册（第二版）。水利水电出版社，1994，12

［3] 刘介才编. 工厂供电(第四版).机械工业出版社，2004 ［4] 刘介才主编。 工厂供电设计指导.机械工业出版社,1999 ［5］ 许建安主编. 电力系统继电保护(第二版).中国水利水电出版社，一2005

［6] 刘增良,刘国亭主编。 电气工程CAD(第二版）。中国水利水电出版社，2005

[7] 唐志平主编. 供配电技术.电子工业出版社，2005.1 ［8］韩风主编 建筑电气设计手册 ,1991.7。

［9] Institute of Electrical and Electronics Engineers。 Electric power distribution for industrial plants. New York ： The Institute of Electrical and Electronics Engineers， Inc。, c1969

［10] Gonen，Turan. Electric power distribution system engineering. New York : McGraw—Hill Book， 1986

［11] Pabla，A。S. Electric power distribution systems。 Pabla.New Delhi ： Tata McGraw—Hill Pub. Co.， 1981

[12］ Rolls, Thomas Burnand。 Power distribution in industrial installations。 London : Peter Peregrinus Ltd， 1979

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[14］ H. Cotton， H。 Barber. The transmission and distribution of electrical energy。 London : Hooder and Stoughton, 1970

［15］ INNOVATIVE SUBSTATION SOLUTIONS TO REDUCEINVESTMENT COSTS—IMPROVED AVAILABILITY ANDRELIABILITY

Kenneth Jabrand M.Sc Helge Nordli MSc

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指导 教师 评语 及成 绩评 定 论文成绩： 指导教师(签字）: 年 月 日 答辩 小组 评语 及成 绩评答辩成绩： 毕业设计成绩： 定 答辩小组负责人（签字)： 年 月 日 答辩委员会审定意见： 答辩委员会主任（签字）： 年 月 日 47

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答 辩 小 组 成 员 姓名

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职称 工作单位 备注