[供配电课程设计]供配电课程设计一次系统设计

课程设计说明书

题 目： 某工厂全厂总降压变电所及配电系统设计

院（系、部、中心）： 电气工程系

专 业： 电气自动化技术

班 级：

学 生 姓 名：

学 号 ：

指 导 教 师：

2014 年5 月 21 日至 2014 年 6月 20 日

摘 要

本课题设计了一个机械厂的供配电系统，在满足工厂供电设计中安全、可靠、优质、经济的基本要求的前提下，本文首先根据全厂和车间的用电设备情况和生产工艺要求，进行了负荷计算，通过功率因数的计算，进行无功补偿设计（包括无功补偿容量计算和补偿设备选择、校验），确定了机加工厂的供电方案，通过技术经济比较，确定了供电系统的主接线形式，选择了主变压器的台数和容量。其次，本文设计了厂区供电和配电网络，按照经济电流密度法，选择了合适的导线和电缆，通过合理设置短路点，进行正确的短路电流计算，进行了主要电气设备的选型和校验。最后，本文还进行了主变电压器和主要电力线路的继电保护设计。通过上述设计，基本确定了某机加工厂内部的供配电系统，并且在本设计中，尽可能选择低损耗电气设备，以节约电能，体现了节能环保的设计思想。

供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求：

（1） 安全——在电力的供应、分配及使用中，不发生人身事故和设备

事故。

（2） 可靠——应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。 （3） 优质——应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。 （4） 经济——应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约

电能和减少有色金属消耗。

关键词：工厂供电 主接线 负荷计算 变压器

目录

1概论 ....................................................................................................................................... 4 2原始资料 ............................................................................................................................... 5

2.1、冶金厂的条件 ......................................................................................................... 5 2.2、负荷数据表 ............................................................................................................. 5 3 负荷计算及主变压器的选择 .............................................................................................. 7

3.1电力负荷 .................................................................................................................... 7 3.2 主变压器的选择 ..................................................................................................... 10 4 35kV变电所及10kV 配电主接线方案选择 ..................................................................... 11

4.1 概述 ......................................................................................................................... 11 4.2 本章小结 ................................................................................................................. 13 5短路电流计算 ..................................................................................................................... 14

5.1概述 .......................................................................................................................... 14 5.2 短路电流计算的目的 ............................................................................................. 14 5.3 短路发生的原因 ..................................................................................................... 14 5.4确定计算电路及计算电抗 ...................................................................................... 14 6各原件和设备的型号规格的选择 ..................................................................................... 16

6.1隔离开关的选择 ...................................................................................................... 16 6.2 断路器的选择 ......................................................................................................... 16 6.3 母线的选择 ............................................................................................................. 17 6.4 架空线路和电缆的选择 ......................................................................................... 17 6.5互感器的选择 .......................................................................................................... 18 6.6本章小结 .................................................................................................................. 19 7继电保护 ............................................................................................................................. 20

7.1 概述 ......................................................................................................................... 20 7.2继电保护的整定 ...................................................................................................... 21 8防雷与接地措施 ................................................................................................................. 23 9 结论 .................................................................................................................................... 24 参考文献 ................................................................................................................................ 25

1概论

供配电系统基本知识

供电系统概述。电力系统是由发电厂，电力网和电能用户组成的一个发电，输电，变电，配电和用电的整体。供电是指电力用户所需电能的供应和分配问题。对供电的基本要求是：安全，可靠，优质，经济。供配电系统是由总降压变电所（或高压配电所），高压配电所线路，车间变电所，低压配电线路及用电设备组成。变电所的任务是接受电能，变换电压和分配电能；配电所的任务是接受电能和分配电能。

大中型工厂和电力用户，一般采用35~110KV电源进线，并拥有总降压变电所进行二次变压的供电系统。一般中型工厂和电力用户，多采用6~10KV电源进线，经高压配电所将电能分配给各车间变电所进行一次变压的供电系统；在条件允许时，也采用将35KV 电源进线直接引入负荷中心，进行一次变压的供电系统。某些无高压用电设备且总用电容量较小的小型工厂和电力用户，可直接采用380/220V低压供电。

电力系统的电压。供电质量的主要指标是电压和频率。额定电压是指用电设备处于最佳运行状态的工作电压。一般用电设备的工作电压允许在额定电压的+_5％范围内变动。我国规定了电力系统各环节（发电机，电力变压器，电力线路，用电设备）的额定电压。

电力系统中性点运行方式。电力系统的中性点通常采用不接地，经消弧线圈接地，直接接地和经低电阻接地四种运行方式。前两种系统发生单相接地时，三个线电压不变，但会使非接地相对地电压升高√3倍，因此，规定带接地故障运行不得超过2h 。中性点直接接地系统发生单相接地时，则构成单相对地短路，引起保护装置动作跳闸，切除接地故障。

我国6~10KV电力网和部分35KV 电力网采用中性点不接地方式；110KV 以上电力网和380/220V低压电网均采用中性点直接接地方式；20KV 及以上系统中单相接地电流大于10A 及3~10KV电力网中单相接地电流大于30A ，其中性点均采用经消弧线圈接地方式；我国一些大城市的10KV 系统采用经低电阻接地方式。低压配电的380/220三相四线制系统，通常接TN 系统。因其N 线和PE 线的不同形式，又可分为TN-C,TN-S,TN-C-S 三种系统。

2.1、冶金厂的条件

2原始资料

自然条件：1）最热月平均最高气温气温为30度；

2）土壤中0.7~1米处一年中最热月平均温度为20度； 3）年雷暴日为31天；

4）土壤东街深度为1.10米； 5）夏季主导风向为南风。

地质水文条件：根据工程地质勘探材料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8~5.3米。地耐压力为20顿/平方米。 该厂的负荷性质为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时。属于二级负荷。工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：工厂电源从电业部门某220/35KV变电亚所，该变电所基准220KV 母线基准容量为100MV A ，装设两台SSPL-120000/220

双绕组变压器。用35KV 双回架空线引入本厂，其中一个作为工作电源，一个作为备用电源，两个电源并列运行，该变电所剧厂东侧8公里。总降压变电所距车间变电所距离均取1km.

2.2、负荷数据表

3 负荷计算及主变压器的选择

3.1电力负荷

电力负荷的分级

按规定，电力负荷根据其对供电可靠性的要求以及中断供电造成的损失或影响分为三级：

1) 一级负荷

一级负荷为中断供电将造成人身伤亡；或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备的损坏等。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。

2) 二级负荷

二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备的损坏等。 3) 三级负荷

三级负荷为一般电力负荷，指所有不属于上述一、二级的负荷。

各级电力负荷对供电电源的要求

1) 一级负荷对供电电源的要求

由于一级负荷属于重要负荷，如中断供电造成的后果十分严重，因此要求由两个电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不至于同时受到损坏。

一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源，为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。

2) 二级负荷对供电电源的要求

二级负荷也属于重要负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应有两台。其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。

3) 三级负荷对供电电源的要求

三级负荷属于不重要的一般负荷，对供电负荷没有特殊要求。

具体的负荷计算

计算负荷是供电设计的基本依据。计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电气设备和导线电缆选择是否经济合理。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。

我国普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法，主要是需要系数法和二项式法。需要系数法是国际通用的确定计算负荷的方法，最为简便实用。本次设计，负荷计算的方法采用需要系数法。 有功计算负荷的计算公式：

P 30=K d P e

无功计算负荷的计算公式：

Q 30=P 30⨯tan ϕ

则每个车间变电所的总的计算公式为：

P 3030 （总）=K ∑p ∑P

Q 3030 （总）=K ∑q ∑P

S 30=P 30（总）+Q 30（总）

2

2

I 30=

S 30

⨯U N

同个以上公式，我们可以计算出各个变电所的计算负荷和总的计算负荷：

铆焊车间：P 1=K d ⋅P e =700kw ⨯0. 3=210kw , Q 1=P . 2k var 1tan ϕ=319

1号水房：P 2=K d ⋅P e =190kw ⨯0. 3=142. 5kw , Q 2=P 2tan ϕ=166. 7k var

铸铁车间：P kw ⨯0. 35=105kw , Q 3=P . 1k var 3=K d ⋅P e =3003tan ϕ=107然后我们可以算出有功和无功的计算负荷：

P kw 1+P （1）30=K ∑p (P 2+P 3) =412

Q k var （1）30=K ∑q

(Q 1+Q 2+Q 3) =534

通过对有功和无功的计算，可以算出总的计算负荷和功率因数：

2

S P =674kVA （1）30=（1）30+Q （1）30

cos ϕ=0. 61 tan ϕ=1. 30

其他3个车间变电所按照相同的方法计算，可以绘制出负荷总表为： 2

总降压变电所的功率补偿

按规定，变电所最高侧的COS ϕ≥0. 90，考虑到变压器的无功功率损耗∆Q T 远大于有功功率的损耗∆P T ，一般∆Q T =(4~5) ∆P 因此在变压器低压侧进行无功补T ，偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于高压侧补偿后的功率因数0.90，这里取

cos ϕ" =0. 92

在这里，我们运用单独就地补偿的方式。单独就地补偿，又称分散就地补偿，是将并联电容的组装设在需进行无功补偿的各个用电设备旁边。这种补偿方式能够补偿安装部位以前的所有高低压线路和电力变压器的无功功率，因此其补偿范围最大，补偿效果最好。但这种补偿方式总的投资较大，且电容器组在被补偿的用电设备停止工作时，它也将一并被切除。 无功功率补偿的公式：

要使功率因数由cos ϕ提高到cos ϕ" ，则无功补偿装置的容量为：

Q C =Q 30-Q 30" =P 30(tanϕ-tan ϕ" )

或

Q C =∆q C P 30

式中，∆q C =tan ϕ-tan ϕ" ，称为无功补偿率，或比补偿容量。 以1号车间变电所为例： Q C 1=P ϕ-tan ϕ" ) =412(1. 30-0. 43) =358k var （1）30(tan取Q C 1=358k var

Q (1) 30" =Q (1) 30-Q C 1=534k var -358k var =176k var ∴S (1) 30" =447kVA 那么综上所述，我们可以算出补偿后的有功计算负荷，无功计算负荷，计算容量和补偿后的功率因数。

P 30=K ∑（p ∑P (i ) 30+

i =14

4

∆P Ti ）=∑i

=1

4

1692. 22kw

Q 30=K ∑（q ∑Q (i ) 30+

i =1∆Q Ti ）=∑i

=1

4

812. 88k var

S 30=

（这里的同时系数K ∑p , K ∑q 都取0.9)

功率因数符合要求cos ϕ>0.9。

22P 30+Q 30=1877. 4kVA

s =0. 90 c o ϕ 1

3.2 主变压器的选择

电力变压器是变电所中最关键的一次设备，其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送、分配和使用。

总降压变电所主变压器台数和容量的选择直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定在很大程度上取决于负荷的大小及其对供电可靠性的要求，同时还应依据电力系统5～10年的发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择，力求变电所的电气主接线简单，运行方便，供电可靠，节约电能与减少投资。

变压器台数多则供电可靠性高，但设备的投资就会加大，运行费用也要增加。因此，在能满足可靠性要求的基础上，变压器的台数越少越好，对不重要负荷供电的变电所或对能取得低压备用电源的一级负荷供电时，皆选用一台主变压器。

35kV 变电所变压器台数，容量及型号的选择： 因为此负荷为二级负荷，应选用2台变压器并联运行。 考虑到以后5年内的发展：

" S 30=(1+5%)5S 30=2396. 09kVA

考虑到变压器的经济运行，变压器不能满负荷运行。那么，我们选择的变压器容量为2500kV A 。

所以我们的变压器选择应该为：S9-2500/35。

3.3 本章小结

本章介绍了电力系统中负荷的含义以及负荷的分类，并且详细的介绍了各类负荷

对电力系统供电可靠性的要求，并通过各车间的原始数据，对各车间负荷和总降压变电所进行了负荷计算。除此之外，本章还介绍了变电所中主变压器的选择原则，包括台数的确定原则和容量的确定原则，并分别确定了各车间变电所和总降压变电所的变压器的型号。

4 35kV变电所及10kV 配电主接线方案选择

4.1 概述

电气主接线是发电厂、变电所电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定对电力系统整体及发电厂、变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方式的拟订有较大的影响。因此，必须正确处理好各方面的关系，全面分析有关因素的影响，通过技术经济法的比较，合理的确定主接线的方案。

主接线的设计依据

在选择电气主接线的时候，应以下列各点作为设计依据：

1) 发电厂、变电所在电力系统中的地位和作用；

2) 发电厂、变电所的分期和最终建设规模；

发电厂的机组容量，应根据电力系统规划容量、负荷增长速度和电网结构等因素进行选择，最大机组容量以占系统总容量的8～10%为宜。

3) 负荷的大小和重要性；

对于一级负荷必须有两个独立的电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证对全部一级负荷不间断的供电。

对于二级负荷一般要有两个独立电源供电，且当任何一个电源失去后，能保证全部或大部分二级负荷的供电

对于三级负荷一般只需一个电源供电。

4) 系统备用容量大小；

系统中需要有一定的发电机装机备用容量。运用备用容量不宜少于8～10%，以适应负荷突增、机组维修和故障停运三种情况。

装有两台（组）及以上主变压器的变电所，其中一台（组）事故断开，其余主变压器的容量应保证该所70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷。

系统备用容量的大小将会影响运行方式的变化。如：检修母线或断路器时是否允许线路、变压器或发电机停运；故障时允许切除的线路、变压器和机组的数量等。设计主接线时，应充分考虑这些因素。

5) 系统专业对电气主接线提供的具体资料。

主接线设计的基本要求

主接线应满足可靠性、灵活性和经济性三项要求。

可靠性

供电中断不仅给电力系统造成损失，而且给国民经济各部门造成损失，后者往往比前者大几十倍，以至于导致人身伤亡、设备损坏、产品报废等经济损失和政治影响。

因此，供电可靠性是电力生产和分配的首要要求，电气主接线必须满足这一要求。

1) 一类负荷

其供电要求为：任何时间都不能停电。

2) 二类负荷

其供电要求为：仅在必要的时间可短时停电。

3) 三类负荷

其供电要求为：即使停电也不会造成较大的影响，必要时可长时间停电。

主接线可靠性的具体要求：

1) 断路器检修时，不宜影响对系统的供电；

2) 断路器或母线故障，以及母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线的回路树和停运时间，并保证一、二类负荷的供电；

3) 尽量避免发电厂或变电所全部停运的可能性；

4) 对装有大型机组的发电厂及超高压变电所，应满足可靠性的特殊要求。

灵活性

主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。

1) 调度时，应可以灵活地投入和切除发电机、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式、检修方式以及特殊方式下的系统调度要求；

2) 检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电力网的运行和对用户的供电；

3) 扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。

经济性

1) 投资省

主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。要能限制短路电流，以便于选择廉价的电气设备。如能满足系统安全运行及继电保护要求，110kV 及以下终端或分支变电所可采用简易电器。

2) 占地面积少

主接线设计要为配电装置创造条件，尽量使占地面积减少。

3) 电能损失少

经济合理地选择主变压器的种类、容量、数量，要避免因两次变压而增加电能损失。

本次课程设计主接线的选择：

考虑到此负荷是二级负荷，需要有较高的供电可靠性，而且此变电所昼夜负荷变化不

大，且并不会经常切换变压器。我们可以一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线图。

内桥式接线如上图所示。

4.2 本章小结

本章主要介绍了电气主接线在电力系统中的作用以及设计电气主接线的依据，并且在设计主接线的时候必须满足可靠性、灵活性和经济性的要求。还分别介绍了几种常见的电气主接线的特点及适用范围。从而根据理论依据，结合待建总降压变电所的具体情况，给出了本次待建变电所的主接线形式。

5短路电流计算

5.1概述

1. 短路就是指不同电位导电部分之间的不正常短接。2. 三相系统中的短路基本类型有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。3. 无限大容量电力系统是指容量相对于用户供电系统容量大得多的电力系统，当用户供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压基本不变，可将该电力系统视为无限大容量电力系统。4. 采用标幺制法计算短路电流。基准容量一般取Sd=100MVA 或Sd=1000MVA, 基准电压取元件所在处的短路电压，即Ud=Uc,基准电流Id=Sd/√3Ud=Sd/√3Uc, 基准电抗Xd=Ud/√3Id=U2c/Sd

5.2 短路电流计算的目的

在变电所的电气设计中，短路电流计算式其中的一个重要环节，也是电气设计的主要计算项目，其中目的有以下几个方面：

1、 在选择电气主接线时，为比较各种接线方案或确定某一接线是否采取限制短路电 流措施等均要进行必要的短路电流计算。

2、 在选择电气设备时，如高压断路器，隔离开关等，为保证设备在正常运行和故障情况下都能安全可靠的工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。

3、 在计算屋外高压配电装置时，需要短路条件校验的相同时间和相对地的距离。在选择继电保护方式和进行整定计算时，需要一各种短路时短路电流为依据。

4、 接地装置的设计，也需要短路电流计算。

5.3 短路发生的原因

电力系统在运行过程中常常会遇到各种扰动，其中，对电力系统影响较大的是系统中发生的各种障碍。常见的故障有短路、断线和各种复杂故障，而最为常见和对电力系统影响最大的是短路故障。因此，故障分析重点是对短路故障的分析。电力系统短路故障发生的原因有很多，既有客观的也有主观的，而且由于设备的结构和安装地点的不同，引发短路故障的原因也不同。但是，根本原因是电力设备载流部分相与相之间或相与地之间的绝缘遭到破坏。例如，架空线路的绝缘子有可能由于遭受雷电过压而发生闪络，或者由于绝缘子表面的污渍而正常工作电压下放电。再如发电机、变压器、电缆等设备中载流部分的绝缘材料在运行中损坏。有时因鸟兽跨接在裸露的载流部分，或者因为大风或在导线上浮冰，引起架空线路杆塔倒塌而造成的短路。此外，线路检修后，在未拆除底线的情况相爱运行人员就对线路送电而发生的错误操作，也会引起故障。

5.4确定计算电路及计算电抗

Sd max =580MVA Sd min =265MVA

L =5km XO =0. 4Ω/km

S N =10MVA

Vs %=7. 5

设基准容量S B =100MVA

基准电压 V B 1=Vav 1=37kV V B 2=Vav 2=10. 5kV

架空线路电抗 X2*=XL*=XO L （S B /VB12）=0.4×5×100/372=0.146

变压器电抗 X3*=XT1*=（S S %/100）×（S B /ST1）

=(7.5/100) ×(100/10)=0.75

短路电流标幺值:

d1点：Id1"=1/x1+X2=1/0.172+0.146=3.145

I"=Id1"XSB/√3UB=3.145X100/√3x37=4.908KA

d2点：Id1*"=1/x1+X2+X3=1/0.172+0.146+0.75=0.936

I"=Id1*"XSB/√3UB=0.936X100/√3X10.5=5.15KA

6各原件和设备的型号规格的选择

6.1隔离开关的选择

隔离开关是发电厂和变电所中常用的开关电器。它是一种最简单的高压开关，类似低压闸刀开关，所以现场也有称闸刀的。

它的主要用途是保证高压装置检修工作的安全。用隔离开关构成明显的断开点，将需要检修的高压设备与带点部分可靠地断开隔离。

为了让检修人员能看到明显的断开点，从而产生安全感，所以隔离开关的触头必须全部敞露在空气中，不能装灭弧罩，因而不能用做操作电器来切断负荷电流，否则将造成严重的事故。因此，它一般只在电路已被断开的情况下，才能接通和断开。

选择的技术条件

1) 电压：

[2] U n ≥U Ns （3.8）

式中: U Ns ——电网额定电压

2) 电流：

I al =KI N ≥I max

3) 动稳定校验:

i ch ≤i max [2] （3.9）

式中: i ch —— 三相短路电流冲击值

i max ——设备极限通过电流峰值

4) 热稳定校验:

I ∞2t dZ ≤I t 2t [2] （3.10）

式中: I ∞ ——稳态三相短路电流（A ）

t dZ ——短路电流发热等值时间（又称假想时间）（s ）

I t ——设备t 秒的热稳定电流 （s ）

6.2 断路器的选择

断路器是性能最完善的高压开关，它能在各种情况下迅速而可靠地熄灭电弧，它的最繁重的任务就是开断短路电流。为此，它有不同结构的灭弧装置，它的触头被灭弧室包围，一般看不到断口，所以也称“遮断器”。在开关电器中，它的构造最复杂，地位最重要，它的制造水平往往反映电力系统的发展水平。

高压断路器的选择：

(3) 1、K 2短路电流I k -2=3. 18kA I 30(max)=40. 32A

四个车间变电所均可以选择：ZN3-10I I oc =8kA

2、主变压器低压侧的断路器选择：

) I k (3-2=1. 59kA 单回路短路电流：2

I 30=2086=120. 46A ⨯10

可选ZN3-10I I oc =8kA

3、主变压器高压侧的断路器选择：

(3) 最大支路：I k I 30=33. 94A -1=1. 82kA (最小运放）

可选ZN-35，I N =630A ，I oc =8kA ，I max =20kA

6.3 母线的选择

母线材料的选择

一般情况下，我们采用铝母线；在持续工作电流较大，且位置特别狭窄的发电机、变压器出口处，以及污秽对铝有严重而对铜腐蚀较轻的场所，采用铜母线。

母线截面形状的选择

在35kV 及以下、持续工作电流在4000A 及以下的屋内配电装置中，一般采用矩形母线；35kV 及以上的屋外配电装置，可采用钢芯铝绞线。

母线布置的方式

1) 三相水平布置

其建筑部分简单，可降低建筑物高度，安装比较容易；

2) 三相垂直布置

其相间距可取得较大，无需增加间隔深度，便于观察。

6.4 架空线路和电缆的选择

导线（或电缆，下同）的截面越大，电能损耗越小，但是线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量都要增加。因此从经济方面考虑，可选择一个比较合理的导线截面，既使电能损耗小，又不知过分增加线路投资、维修管理费用和有色金属消耗量。 从全国的经济效益考虑，既使线路的年运行的年运行费用接近于最小而有适当考虑有色金属节约的导线截面，称为经济截面，用符号A ec 表示。

各国根据其具体国情特别是其有色金属资源的情况，规定了导线和电缆的经济电流密度。按经济电流密度j ec 计算经济截面A ec 的公式为：

I 30A ec =j ec

式中，I 30为线路的计算电流。

按上式计算出A ec 后，应选最接近的标准截面（可取较小的标准截面），然后校验其他条件。

选择一号车间变电所导线。

因为空内线，选择BLV 明敷。 铆焊车间：I 30=P 30=580. 1A U 2cos ϕ

" 考虑采用两根导线，I 30=290A ，选150mm 2

相截面A ϕ=150mm 2

中性线截面A 0≥0. 5A ϕ A 0=95mm 2

保护线截面A PE 选择 A PE ≥0. 5A ϕ A PE =95mm 2

∴可选择BLV -500-(3⨯150+1⨯95+PE 95)

1号水房：可选择BLV -500-(3⨯185+1⨯95+PE 95)

铸铁车间： 可选择BLV -500-(3⨯95+1⨯50+PE 50)

6.5互感器的选择

电压互感器的选择

高压电力系统的测量和保护必须通过电压互感器，通过电压互感器把任何高电压均变成100V 电压，即电压互感器的二次额定电压为100V ，这样使高压装置与二次设备在电气上可靠地隔离，保证工作人员的安全；同时使二次设备小型化和标准化。

选10kV 侧电流互感器

1号车间变电所：P 30=412kw Q 30=176kw

r ∆P T =4. 47kw ∆Q T =22. 55k v a

S 30=461. 29k V A

I 30=S 30=26. 63A U N

可选LBJ -10，变比为K 1=30/5A

2号车间变电所：可选LBJ -10，变比为K 2=40/5A

3号车间变电所：可选LQJC -10，变比为K 3=15/5A

4号车间变电所： 可选LQJC -10，变比为K 4=40/5A

35/10kV 的总降压变

10kV 侧：可选LQJC -10，变比为K =100/5A

35kV 侧：可选LQJC -10，变比为K =100/5A

6.6本章小结

本章以各种电气设备的选择为主，给出了设备选择的一般原则以及各种电气设备的选择条件和动、热稳定的校验条件，包括隔离开关、断路器、互感器、母线以及避雷器等，并对它们进行了具体的选型和校验。

7继电保护

7.1 概述

在电力系统中，继电保护是保证电力系统安全运行和提高电能质量的重要的工具。电力系统运行中，由于天气的影响、设备的缺陷和绝缘的老化、运行维护不当和操作失误等原因，会使电力系统中各电气元件发生各种故障。

故障的危害有：

1) 故障点电弧可能烧坏故障设备；

2) 故障回路中的设备，由于短路电流产生的热效应和电动力的作用，会遭受破坏或损伤；

3) 电力系统部分地区的电压大幅度下降，影响用户的正常生活；

4) 破坏电力系统并列运行的稳定性，引起系统震荡，甚至使整个系统瓦解，造成大面积停电；

因此，任何电力系统在设计和运行时，必须考虑到系统中可能发生的故障和不正常工作状态，并利用继电保护装置予以消除，以保证电力系统正常运行。

电力变压器的继电保护

电力变压器是电力系统的重要设备，它的故障将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重的影响。因此，必须根据变压器的容量和重要程度，装设性能良好、动作可靠的保护装置。

1) 瓦斯保护

容量在800MVA 及以上的油浸式变压器因个装设瓦斯保护，用以反应变压器油箱内故障及油面降低；

2) 差动保护

容量在10000kVA 及以上的变压器应装设丛差动保护，用以反应变压器绕组、套管及引出线相间短路；

3) 电流速断保护

对于容量为10MVA 以下的变压器，且当其过电流保护的动作时限大于0.5s ，可装设电流速断保护，以代替丛差动保护；

4) 接地保护

对于大电流接地系统中中性点直接接地运行的变压器，应装设零序电流保护，用作外部接地短路及变压器内部接地短路的后备保护；

5) 过负荷保护

变压器过负荷时，应利用过负荷保护发出信号，在无人值班的变电所内也可将其作用于跳闸或自动减负荷；

6) 过励磁保护

对于大容量变压器，应装设过励磁保护，动作于信号或跳闸。

7.2继电保护的整定

过电流保护：

带时限过电流保护（含定时限和反时限）的动作电流I op ，应躲过被保护线路的最大负荷电流（包括正常过负荷电流和尖峰电流）I L . max ，以免在I L . max 通过时使保护装置误动作；而且其返回电流I re 也应该躲过被保护线路的最大负荷电流I L . max 否则保护装置还可能发生误动作。

过电流保护装置动作电流的整定计算公式为：

I op =

K rel K w

I L . max K re K i

式中，K rel 为保护装置的可靠系数，对DL 型电流继电器取1.2，对GL 型电流继电器取1.3；K w 为保护装置的接线系数，对两项两继电器式（相电流接线）为1，对两项一继电器接线（两项电流差接线）为3；I L . max 危险路上的最大负荷电流，可取为（1.5~3）

I 30，I 30为线路计算电流。

因此，本线路的过电流保护取K rel =1. 3, K w =1, K re =0. 8, K i =20 I L . max =2I 1N . T =2⨯

2500

=82. 48A 3⨯35

I op =

K rel K w 1. 3⨯1

I L . max =82. 48A =6. 7A ，取I op =7A K re K i 0. 8⨯20

过电流保护的灵敏度：

保护灵敏度S p =I k . min /I op . 1。对于线路过电流保护，I k . min 应取被保护线路末端在系

)

统最小运行方式下的两项短路电流I k (. 2min 。而I op . 1=I op K i /K w 。因此按照规定过电流保

护的灵敏度的条件为：

)

K w I k (. 2min

S p =≥1. 5

K i I op

如果过电流保护是作为后备保护时，则其保护灵敏度S p ≥1. 2即可。

当过电流保护灵敏度达不到上述要求时，可采用下属的低电压闭锁保护来提高灵

敏度。

K I

=K i I op

(2) w k . min

1⨯0. 866⨯159⨯

20⨯7

对于本系统，S p =

10

=2. 81>1. 5

符合要求。 电流速断保护：

电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护。

电流速断保护的动作电流（速断电流）的整定公式为：

I qb =

K rel K w

I k . max K i

式中，K rel 为可靠系数，对DL 型电流继电器取1.2~1.3，对GL 型电流继电器取1.4~1.5，对过流脱扣器，取1.8~2；

因此，本线路的速断电流取K rel =1.5，I k . max =1. 59⨯10/35kA =454A I qb = n qb =

K r e K 1. 5⨯1l w

I k . max =⨯454=34A K i 20

34

=4. 9 7

电流速断保护的灵敏度：

电流速断保护的灵敏度按其安装处（即线路首段）在系统最小运行方式下的两项

短路电流I k (2) 作为最小短路电流I k . min 来检验。因此电流速断保护的灵敏度必须满足的条件为：

K w I k (2)

S p =≥1. 5~2

K i I qb

8防雷与接地措施

有关的防雷措施

1) 装设避雷针

室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。

2) 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个最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。

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。

3) 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，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。

具体的防雷措施

1) 为防御直击雷，在总降压变电所内装设避雷针；

2) 为防止雷电波侵入，在35kV 进线断路器前设一组避雷器，避雷器型号可以为FZ-35型。在10kV 的两段母线上各装一组阀型避雷器，其型号可以为FZ-10；

3) 总降压变电所接地采用环型接地网，用直径50mm, 长2.5m 的钢管作接地体，埋深1m ，用扁钢连接。

9 结论

本次设计是一个实际的工厂总降压变电所的设计。本次设计通过对该厂已有的各种数据，结合电力系统中各种设计规程，来进行具体的设计。

首先，介绍了电力系统中各种负荷的等级及其各自在电力系统中供电所需的要求，并且明确了一、二类负荷的重要性。在此基础上，通过该待建35kV 总降压变电所各车间变电所所带的负荷的实际数据，进行该变电所的各种负荷计算。计算出各车间变电所及总降压变电所的有功计算负荷和无功计算负荷及视在功率和计算电流，并对总降压变电所进行了功率补偿。在计算出各种计算负荷的基础上，对各车间变电所和总降压变电所进行了变压器的选择，并具体给出了各变压器的型号。

其次，对整个变电所进行了短路电流的计算，求出了在系统最大和最小方式下，两个短路点处的各种短路电流的数据。根据电力系统中各种电气设备的选择和校验的原则，结合已经算出来的短路电流的各种数据，对待建的35kV 总降压变电所的各种电气设备进行了选择并且进行了动、热稳定的校验。

然后，以电气主接线的可靠性、灵活性和经济性的三个准则为依据，对单母线分段这种形式的主接线进行了介绍，包括其优缺点和适用范围。再结合待建变电所的实际情况和各种电气设备的参数，给出了待建变电所的主接线的形式，即以一个主变压器作为工作电源，另一个变压器为备用电源，以此来提高供电的可靠性，10kV 母线则采用单母分段的形式。

最后，在选出待建总降压变电所的主接线的基础上，介绍了继电保护的作用和任务，给出了待建的变电所的继电保护的方式，并着重对主变压器进行了继电保护方式的选择，并对其进行了电流速断和过电流保护的整定。

本次设计以传统的计算为主要的方法，对待建的总降压变电所的电气主接线、各种表格以及系统的等值阻抗图进行了绘制，以利于研究和分析。

尽管如此，本次设计中还是存在着不少不足的地方，比如由于没有具体的参数数据，而无法对母线和熔断器进行选择。

参考文献

1. 江文 许慧中编 《供配电技术》 北京：机械工业出版社，2014 2. 戴绍基主编 《工厂供电 》 北京：机械工业出版社，2002 3. 唐治平等主编 《 工厂供配电 》 北京：电子工业出版社