某锻造厂供配电系统设计(总54
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某锻造厂供配电系统设计
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第一章 概述 ............................. 错误!未定义书签。
设计对象简介 ................................................. 错误!未定义书签。 原始资料介绍 ................................................. 错误!未定义书签。
设计原则 .................................................... 错误!未定义书签。 设计任务 .................................................... 错误!未定义书签。
第二章 负荷计算 .......................... 错误!未定义书签。
负荷计算的意义 ............................................... 错误!未定义书签。 负荷计算..................................................... 错误!未定义书签。 功率补偿..................................................... 错误!未定义书签。
第三章 供电方案及主变压器选择 ............ 错误!未定义书签。
供电方案的选择 ............................................... 错误!未定义书签。 变电所主变压器型号 ........................................... 错误!未定义书签。
技术指标计算 ................................................ 错误!未定义书签。 方案经济计算 ................................................ 错误!未定义书签。
主接线的设计 ................................................. 错误!未定义书签。
第四章 短路电流计算 ...................... 错误!未定义书签。
短路电流计算的目的 ........................................... 错误!未定义书签。 短路电流计算 ................................................. 错误!未定义书签。
第五章 主要电气设备选择 .................. 错误!未定义书签。
功率损耗计算 ................................................. 错误!未定义书签。
35KV架空线路的导线选择 ..................................... 错误!未定义书签。 35KV
各设备的选择和校验 ..................................... 错误!未定义书签。
35kV断路器 ....................................... 错误!未定义书签。 35kV隔离开关 ..................................... 错误!未定义书签。 35kV电压互感器 ................................... 错误!未定义书签。 电流互感器 ....................................... 错误!未定义书签。
10KV各设备的选择和校验 .................................... 错误!未定义书签。
10kV断路器 ....................................... 错误!未定义书签。 10kV隔离开关 ..................................... 错误!未定义书签。 10kV电压互感器 ................................... 错误!未定义书签。 10kV电流互感器 .................................. 错误!未定义书签。
10KV母线 ................................................... 错误!未定义书签。
3
高压开关柜 ................................................. 错误!未定义书签。
车间变电所................................................... 错误!未定义书签。
10KV备用电源进线 ........................................... 错误!未定义书签。
第六章 主要设备继电保护设计 .............. 错误!未定义书签。
主变压器的保护方式选择和整定计算 ............................. 错误!未定义书签。
10KV高压线路的保护方式选择和整定计算 ........................ 错误!未定义书签。
第七章 配电装置设计 ...................... 错误!未定义书签。
变配电所的形式选择 ........................................... 错误!未定义书签。 配电设备布置图 ............................................... 错误!未定义书签。
第八章 防雷接地设计 ...................... 错误!未定义书签。
防雷设计..................................................... 错误!未定义书签。
防雷措施的选择 ..................................... 错误!未定义书签。 直击雷防护 ......................................... 错误!未定义书签。 雷电侵入波防护 ..................................... 错误!未定义书签。
接地设计..................................................... 错误!未定义书签。
第九章 车间变电所设计 .................... 错误!未定义书签。
车间变压器的台数、容量 ....................................... 错误!未定义书签。 变电所位置的原则考虑 ......................................... 错误!未定义书签。
第十章 厂区380V配电系统设计 ............. 错误!未定义书签。
三级负荷配电设计 ............................................ 错误!未定义书签。 二级负荷配电设计 ............................................ 错误!未定义书签。
心得体会 ................................. 错误!未定义书签。
附录一：设备汇总一览表.............................. 错误!未定义书签。 附录二：低压一次设备的选择校验项目 附录三：系统总接线图 附录四：继电保护图
4
第一章 概述
设计对象简介
变电所由主接线，主变压器，高、低压配电装置，继电保护和控制系统，所用电和直流系统，远动和通信系统，必要的无功功率补偿装置和主控制室等组成 。其中 ，主接线、主变压器、高低压配电装置等属于一次系统；继电保护和控制系统、直流系统、远动和通信系统等属二次系统。主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。一般分为单母线、双母线、一个半断路器接线和环形接线等几种基本形式。主变压器是变电所最重要的设备，它的性能与配置直接影响到变电所的先进性、经济性和可靠性。一般变电所需装2～3台主变压器；330 千伏及以下时，主变压器通常采用三相变压器，其容量按投入5 ～10年的预期负荷选择。此外，对变电所其他设备选择和所址选择以及总体布置也都有具体要求 。变电所继电保护分系统保护（包括输电线路和母线保护）和元件保护（包括变压器、电抗器及无功补偿装置保护）两类。
原始资料介绍
1.厂区平面布置图
10kV备用电源进线35kV电源进线仓库仓库仓库锻工车间一车间三车间锅炉房煤气站空气站二车间工具机修
1
配电计点名称 一车间、锻工车间 二车间 三车间 工具,机修车间 设备容量/kW 1419 2223 1755 1289 需要系数Kd tg 空气站、煤气站、锅炉1266 房 仓库 2.负荷
550 负荷类型及负荷量见上表，负荷电压等级为380V。除空气站，煤气站部分设备为二级负荷，其余均为三级负荷。
3.工厂为二班制，全年工厂工作小时数为4500小时，最大负荷利用小时数：Tmax=4000小时。年耗电量约为2015万kW·h（有效生产时间为10个月）。
4.电源：工厂东北方向6公里处有新建地区降压变电所，110/35/10kV，25MVA变压器一台作为工厂的主电源，允许用35kV或10kV中的一种电压，以一回架空线向工厂供电。35kV侧系统的最大三相短路容量为1000MV·A，最小三相短路容量为500MV·A。10kV侧系统的最大三相短路容量为800MV·A，最小三相短路容量为400MV·A。
备用电源：此外，由正北方向其他工厂引入10kV电缆作为备用电源，平时不准投入，只在该工厂主电源发生故障或检修时提供照明及部分重要负荷用电，输送容量不得超过全厂计算负荷的20%。
5.功率因数：要求cos≥。
6.电价计算：供电部门实行两部电价制。（1）基本电价：按变压器安装容量每1kV·A，6元/月计费；（2）电度电价：供电电压为35kV时，β=元/（kW·h）；供电电压为10kV时，β=元（kW·h）。附加投资：线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按1000元/kW计算。
2
7.工厂的自然条件：本厂所在地区年最高气温为38℃，年平均温度为23℃，年最低气温为-8℃ ，年最热月最高气温为33℃，年最热月平均气温为36℃，年最热月地下处平均温度为35℃ 。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。本厂所在地区平均海拔高度为500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。
设计原则
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。
（2） 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。
（3）??（2）安全可靠、先进合理。
（4） 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。
（5）??（3）近期为主、考虑发展。
（6） 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。
设计任务
1．总降压变电站设计 （1）负荷计算。
3
（2）主结线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，根据改方案初选主变压器及高压开关等设备，经过概略分析比较，留下2～3个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。
（3）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。
（4）主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号、绝缘子等设备的选择及校验。选用设备型号、数量、汇成设备一览表。
（5）主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。
（6）配电装置设计：包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。 （7） 防雷、接地设计：包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。 2.车间变电所设计
根据车间负荷情况，选择车间变压器的台数、容量，以及变电所位置的原则考虑。
3.厂区380V配电系统设计
根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。
4
第二章 负荷计算
负荷计算的意义
负荷计算是根据已知工厂的用电设备安装容量来确定预期不变的最大假想负荷。它是按发热条件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依据，所以非常重要。如估算过高，将增加供电设备的容量，使工厂电网复杂，浪费有色金属，增加初投资和运行管理工作量。特别是由于工厂企业是国家电力的主要用户，以不合理的工厂电力需要量作为基础的国家电力系统的建设，将给整个国民经济建设带来很大的危害。但是如果估算过低，又会使工厂投入生产后，供电系统的线路及电器设备由于承担不了实际负荷电流而过热，加速其绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。
负荷计算
各车间的计算负荷： ①一车间、锻工车间：
设备容量Pe=1419 kW，Kd=，
②二车间：
设备容量Pe=2223 kW， Kd=，
5
③三车间：
设备容量Pe=1755 kW，Kd=，
④空气站、煤气站、锅炉房：设备容量Pe=1289 kW， Kd=，
⑤工具,机修车间：设备容量Pe=1266 kW， Kd=，
⑥仓库:设备容量Pe=550 kW，Kd=，
负荷计算表格汇总： 序号 配电计点名称 表1 工厂负荷汇总表 负荷 计算负荷 类型 30(2)/kW /kvar III III III III II III 165 6
1 一车间、锻工车间 2 二车间 3 三车间 4 工具,机修车间 5 空气站、煤气站、锅炉房 6 仓库 总计 KP=，KQ= 功率补偿
工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负载，还有感性的电力变压器，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高自然功率因数的情况下，尚达不到规定的功率因数要求，则需要增设无功功率补偿装置。这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节约电能又提高电压质量，而且可选较小容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。
变压器（10KV/380V）的功率损耗：
该变压器对应的高压侧功率
变压器（电压变比为35KV/10KV）的无功和有功损耗
则可得该主变压器对应的高压侧功率
7
35kV侧功率因数：> 10kV侧功率因数：>
即功率因数符合要求,无需进行功率补偿。
第三章 供电方案及主变压器选择
供电方案的选择
该厂供电电源可由35KV高压线和10KV高压线提供，可作出两种供电电源。
设计方案：
1.电源及备用电源均由10KV高压线提供
2.电源由35KV高压线提供10KV高压线作为备用电源。
因供电系统的基本要求是安全、可靠、经济、优质。所以在设计过程要对两种方案综合考虑，在安全可靠的基础上选择最经济的方案。
方案1：工作电源和备用电源均采用10KV高压线供电。两路电源进线均采用断路器控制。
方案的优缺点分析：
优点：工厂内不设主变压器，可以简化接线，降低了投资及运行费用。工厂内不设降压变电所可以减少土地占有面积，减少工作人员及运行维护工作量。
缺点：供电电压低，线路的功率损耗和电压损耗大，要求的功率因数大，需要补偿的无功补偿容量大，补偿装置的费用会增加。工厂内设总配电所，供电的稳定性不如35KV。
方案2：供电电源采用35KV供电电源供电，装设一台主变压器。用架空线引入降压变电所，10KV作为备用电源。10KV经过降压变后接在10KV的一段配电母线上，10KV接在另一段配电母线上。
方案的优缺点分析：
8
优点：本方案的经济技术指标介于方案一和方案二之间，由于原始资料要求正常供电时只用一路供电，出现故障时方用备用电源，备用电源供电时间较少。因此该方案既能满足供电的安全可靠性又可降低投资及维护费用。
变电所主变压器型号
变电所主变压器型式的选择：
1、油浸式:一般正常环境的变电所；
2、干式:用于防火要求较高或环境潮湿，多尘的场所；
3、密闭式:用于具有化学腐蚀性气体、蒸汽或具有导电、可燃粉尘、纤维会严重影响变压器安全运行场所；
4、防雷式:用于多雷区及土壤电阻率较高的山区；
5、有载调压式:用于电力系统供电电压偏低或电压波动严重且用电设备对电压质量又要求较高的场所。
由于本设计的变电所为独立式、封闭建筑，故采用油浸式变压器。 总降压变电站的方案选用4000K?VA的油浸式变压器一台，型号为S11-4000/35，电压为35KV/10KV。有关技术指标见下表：
额定容量（K?VA） 4000 额定电压 一次 35KV 二次 10KV 损耗/kW 空载 负载 空载电阻抗电流（%） 压（%） 7 型号 S11-4000/35 技术指标计算
方案一
不设主变压器，变压器损耗按0计算。 =，=
/=，=
=
10kV架空线路选择，选择LGJ-70钢芯铝绞线，几何均径确定为米。查表得
，
。
9
电压损失：
电压损失不合格。且=倍规定损耗，差值过大，又是主电源进线，不满足要求，因此，此方案不可行。
10kV电缆线未给长度，电压损失按合格计算。 方案二
选择S11-4000/35型变压器，查资料知S11-4000/35变压器的技术参数为： 空载损耗为短路损耗为阻抗电压
=； =； %=7；
空载电流%=。
变压器的有功功率损耗：
=
其中
=，
=4000kVA，n=变压器台数1
变压器的无功功率损耗：
n
35kV线路功率：
= = = =
/
=
=
10
35kV线路选取LGJ-50型钢芯铝线，线路导线为水平等距排列，相邻线距设为，则线间几何均距确定
，
电压损失：
电压损失合格。
10kV电缆线未给长度，电压损失按合格计算。
。
。查书（189页）得
方案经济计算
方案一经济计算：
表2 方案一的基建费用
设备名称 电力变压器 线路投资 高压断路器 电压互感器 附加投资 合计 -
表3 方案一的年运行费用
项目 线路折旧费 线路维护费 变电设备维护费 计算标准 按照线路投资的4%计算 按照线路折旧标准计算 按照综合投资的6%计算 11
金额（万元） 0 型号规格 无 LGJ-70+铝芯粘性油浸纸型电缆 SN10-10I JDZJ-10 单价(万元) + kw - 数量 0 (6+5)km 1 2 6km - 综合投资（万元） 0 变电设备折旧费 线路电能损耗 变压器电能损耗 基本电价费用 合计
方案二经济计算
按照综合投资的6%计算 Fx 0 0 0 2015- 表2’ 方案二的基建费用
设备名称 电力变压器 线路投资 高压断路器 电压互感器 附加投资 合计 -
表3’ 方案二的年运行费用
项目 线路折旧费 线路维护费 变电设备维护费 计算标准 按照线路投资的4%计算 按照线路折旧标准计算 按照综合投资的6%计算 12
金额（万元） 型号规格 S11-4000/35 LGJ-50+铝芯粘性油浸纸型电缆 SN10-35I JDJJ-35 单价(万元) + kw - 数量 1 6+5 1 2 (kW) - 综合投资（万元） 变电设备折旧费 线路电能损耗 按照综合投资的6%计算 Fx 变压器电能损耗 = 基本电价费用 合计
方案经济对比：
比较项目 初期投资(万元) 年运行费用(万元) 总投资(万元) 400060+2015- 方案一 方案二 综上，可以看出，方案一的电压损失不合格，且投资很高，不划算。方案二虽然初期投资较贵，但年运行费用低，且所有指标合格。所以采用方案二，在正常运行时使用1台S11-4000/35变压器，另加10kV备用线路。
主接线的设计
（1）主接线基本要求
安全：符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全
可靠：应满足电力负荷特别是期中一二级负荷对供电系统的可靠性的要求。
灵活：应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应符合的发展。
经济“在满足上述要求的前提下，应尽量是主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量 （2）变电站主接线的选择原则
13
1.当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。 2.当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。
3.当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组接线。
4.为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。
（3）变电站主接线方案的拟定
根据课本P132~P134，可知：
只装有一台主变压器的总降压变电所主接线的一次侧无母线，二次侧为单母线。特点是简单经济。
装有两台主变压器的总降压变电所主接线分4种。 （1）一次侧内桥式、二次侧采用单母线分段； （2）一次侧外桥式、二次侧采用单母线分段； （3）一二次侧均采用单母线分段； （4）一二次侧君采用双母线分段。
本次设计中，该锻造厂大部分是三级负荷，只有个别二级负荷，且方案中只使用一台主变压器，因此不能使用两台变压器的4种结线方式，太不经济，也无必要；考虑到二级负荷要采用10kV备用电源线供电，因此，我们采用了以下结线方式：
35kV电源进线和10kV分别接到二次侧单母线分段侧，当正常运行时，断路器和隔离开关闭合，35kV降压二次侧供给所有用电车间，当发生故障或者检修变压器时，将 断开，同时闭合10kV侧的断路器和隔离开关，供二级负荷煤气站、空气站用电。这种结线满足了供电需求和供电可靠性，同时尽最大可能的节省了开支和预算。
14
第四章 短路电流计算
短路电流计算的目的
短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算为了保证电力系统安全运行，选择电气设备时，要用流过该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和点动力的巨大冲击。
短路电流计算
G 电源 SN10-35I S11-4000/35 降压
35k
10k母线
SN10-10I 配电
15
10kv母线
S9-1000/10
380V母线
三车间变电所
选择35KV处的断路器时，用最大短路容量，选择少油户内类型的SN10-35I。
K-1点的三相短路电流和短路容量（UC1=35*(1+5%)=）
(1) 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 1） 2）
电力系统的电抗：
架空线路的电抗：由书56页表3-1知X0=Ω/km，因此
3） 绘出k-1点的短路的等效电路，计算得总电抗
(2) 计算三相短路电流和短路容量 1）
三相短路电流周期分量有效值
2）
三相短路次暂态电流和稳态电流
3）
三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值
4）
三相短路容量
16
K-2点的三相短路电流和短路容量（UC2=10*(1+5%)=）
(1) 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗
1） 2）
电力系统的电抗：架空线路的电抗：
3）
电力变压器的电抗：由表知UK%=7%
4）绘出k-2点的短路的等效电路，计算得总电抗
(2) 计算三相短路电流和短路容量 1）
三相短路电流周期分量有效值
2）
三相短路次暂态电流和稳态电流
3）
三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值
4）
三相短路容量
K-3点的三相短路电流和短路容量（UC3=380V）
(1) 计算短路电路中各元件的电抗及总电抗 1） 2）
电力系统的电抗：架空线路的电抗：
17
3）
电力变压器的电抗：S11-4000/35型号的UK1%=7%，
S9-1000/10型号的UK2%=%
4）
电缆线路的电抗：由书56页表3-1知X0=Ω/km，取L=，因此
5）
绘出k-3点的短路的等效电路，计算得总电抗
(2) 计算三相短路电流和短路容量 1）
三相短路电流周期分量有效值
2）
三相短路次暂态电流和稳态电流
3）
三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值
4）
三相短路容量
三相短路电力计算汇总：
表4 三相短路电流
短路 三相短路电流/kA 18
三相短路容计算点 K-1 K-2 K-3
量/MV?A 第五章 主要电气设备选择
功率损耗计算
变压器（10KV/380V）的功率损耗：
该变压器对应的高压侧功率
变压器S11-4000/35（电压变比为35KV/10KV）的无功和有功损耗
则可得该主变压器对应的高压侧功率
19
35kV架空线路的导线选择
35KV线路初步选用LGJ钢芯铝绞线架设，（按经济电流密度选择电缆的截面），
导线和电缆的经济电流密度
线路类别 架空线路 铝 由题已知Tmax=4000h，所以经济电流密度
选取标准截面501）校验发热条件：
查附录表16（书382页）得LGJ-50的允许载流量（考虑到年最热月平均气温为36C，取环境温度为35C）
2）校验机械强度：
查附录表14（书381页）得35kv架空钢芯铝线的最小截面
，满足机械强度的要求。
3）
检验电压损失：
，满足发热条件。
，即选LGJ-50型钢芯铝线。
，故经济截面
导线材质 铜 年最大有功负荷利用小时（3000~5000h） 该线路导线为水平等距排列，相邻线距设为，则线间几何均距确定
。查书（189页）得
，
。
，电压损失合格。
所以，架空线路的导线选择LGJ-50型钢芯铝线。
20
35KV各设备的选择和校验
高压一次设备的选择校验项目
电气设备名称 电压/kv 高压断路器 高压隔离开关 电流互感器 电压互感器 √ √ √ √ 电流/A √ √ √ ? 断流能力/KA或MVA √ ? ? ? 短路电流校验 动稳定度 热稳定度 √ √ √ ? √ √ √ ?
35kV断路器
是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流，并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件（包括短路条件）下的电流的开关装置。在这里由于35KV侧的最高正常工作电流
，选择断路器为户内少油断路器，
型号是：SN10-35I，其继电保护时间取，断路器短路时间取，则
查附录表8（p374）知该断路器的热稳定电流为16（4s）/KA,可得
高压断路器SN10-35I的选择校验表
装设地点的电气条件 序号 项目 1 2 3 SN10-35I 项目 数据 35KV/ 1000A 16KA 结论 合格 合格 合格 数据 35KV 21
4 5 40KA 1024 合格 合格 由以上数据可知在35KV/10KV变压器的高压侧的断路器选择是合理的。
35kV隔离开关
是一种没有灭弧装置的开关设备，主要用来断开无负荷电流的电路，隔离电源，在分闸状态时有明显的断开点，以保证其他电气设备的安全检修。在这里由于35KV侧的最高正常工作电流
，选择的隔离开关型号为：GW4-
35DW/630A－25KA，其主要技术数据校验如表所示：
高压隔离开关的选择校验表
装设地点的电气条件 序号 项目 1 2 3 4 GW4-35DW/630A－25KA 项目 数据 35KV/ 630A 25KA 1024 结论 合格 合格 合格 合格 数据 35KV 所以高压隔离开关选择GW4-35DW/630A－25KA。
35kV电压互感器
是一个带铁心的变压器。它主要由一、二次线圈，铁心和绝缘组成。当在一次绕组上施加一个电压U1时，在铁心中就产生一个磁通φ，根据电磁感应定律，则在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。在这里由于互感器用于运行监视，选择准确度为1级，根据电压和工作环境，这里选择的型号为：JDJJ-35，其技术参数如下：
电压互感器JDJJ-35的选择校验表
序号 装设地点的电气条件 JDJJ-35型单相油浸式电压互感器 22
项目 1 数据 35KV 项目 数据 35KV/ 结论 合格 所以电压互感器选择JDJJ-35型单相油浸式电压互感器。
电流互感器
电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次侧绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次侧绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的二次侧回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器是把一次侧大电流转换成二次侧小电流来使用 ，二次侧不可开路。
由于35KV侧的最高正常工作电流感器。
电流互感器LCW-35-150/5的选择校验表
装设地点的电气条件 序号 项目 1 ，初步选定LCW-35-150/5电流互
LCW-35-150/5型电流互感器 项目 数据 35KV 数据 35KV/ 150A 结论 合格 合格 合格 合格 2 3 4 30KA 准确度级的选择：
由于互感器要供给计费电能表使用，所以选用级即可满足。所以电流互
感器选择LCW-35-150/型电流互感器。
10KV各设备的选择和校验
23
10kV断路器
选择10KV处的断路器时，由K-2点处的短路容量，初步选择少油户内类型的SN10-10I。由附录表8知该断路器的固有分闸时间为，该断路器的热稳定电流为16（4s）/KA，取保护动作时间为。
则允许的热稳定度：短路发热的假想时间为：计算的热稳定度：
高压断路器SN10-10I的选择校验表
装设地点的电气条件 序号 项目 1 2 3 4 5 。
SN10-10I 项目 数据 10KV/12KV 630A 16KA 40KA 1024 结论 合格 合格 合格 合格 合格 数据 10KV 所以10kv侧的断路器选择少油户内类型的SN10-10I。
10kV隔离开关
选择10KV处的隔离开关时，由于10KV侧的正常工作电流
，初步选择的隔离开关型号为：GN6-10T/400。该型号的隔离开关
的热稳定电流为14（5s）/KA。
则允许的热稳定度：
。
高压隔离开关GN6-10T/400的选择校验表
序号 装设地点的电气条件 GN6-10T/400 24
项目 1 2 3 4 数据 10KV 项目 数据 10KV/ 400A 40KA 结论 合格 合格 合格 合格 所以10kv侧的高压隔离开关选择户内类型的GN6-10T/400。
10kV电压互感器
电压互感器JDZJ-10的选择校验表
装设地点的电气条件 序号 项目 1 JDZJ-10型电压互感器 项目 数据 10KV/ 结论 合格 数据 10KV 所以10kv侧的电压互感器选择JDZJ-10型号的电压互感器。
10kV电流互感器
由线路的额定电压为10KV，初步选电流互感器为LQJ-10型号的。由附录表12（书380页）可知，动稳定倍数为160，1s热稳定倍数为75。所以
，
电流互感器LQJ-10-400/5的选择校验表
装设地点的电气条件 序号 项目 1 2 3 4 LQJ-10 项目 数据 10KV 数据 10KV/ 400A 40KA 结论 合格 合格 合格 合格 25
所以10kv侧的电流互感器选择LQJ-10-400/5型号的电流互感器。
10kv母线
采用单母线制。母线水平平放，档距设为900mm，档数取2，相邻两母线的轴线设置为160mm。初步选用LMY-50×5型的硬铝母线。 1）
计算10kv母线短路时所受的最大电动力
，
（考虑到该短路点
由表4知10kv母线的短路电流
为配电总线，与车间的交流电动机相隔较远，故忽略交流电动机的反馈冲击电流）。因此10kv母线在三相短路时所受的最大电动力为
2）校验母线短路时的动稳定度 母线在
作用时的弯曲力矩：
母线的截面系数为：
故母线在三相短路时所受的计算应力为：
而硬铝母线（LMY）的允许应力
所以10kv配电处选择LMY-50×5型的硬铝母线。
高压开关柜
本次设计中35kV侧的高压开关柜选取KYN12-35型，主要电气设备安装在手车上，高压断路器、隔离开关等需要检修时，拉出手车，修好后推入手车即可恢复使用。
26
同理，10kV侧需要的高压开关柜型号为KYN28-12型。
车间变电所
以三车间为例:断路器
选择车间变电所10KV进线处的断路器时，由K-3点处的短路容量，初步选择少油户内类型的SN10-10I。（该断路器的相关值已计算。）
由附录表8知该断路器的固有分闸时间为，该断路器的热稳定电流为16（4s）/KA，取保护动作时间为。
则允许的热稳定度：
短路发热的假想时间为：计算的热稳定度：
高压断路器SN10-10I的选择校验表
装设地点的电气条件 序号 项目 1
SN10-10I 项目 数据 10KV 数据 10KV/12KV 630A 结论 合格 合格 合格 合格 合格 2 3 16KA 4 40KA 5 1024所以车间变电所10KV进线处的断路器也选择少油户内类型的SN10-10I。 电流互感器
由线路的额定电压为10KV，计算电流为,初步选电流互感器为LQJ-10-160/5型号的。由附录表12（书380页）可知，
27
，
电流互感器LQJ-10-160/5的选择校验表
装设地点的电气条件 序号 项目 1 2 3 4 LQJ-10 项目 数据 10KV 数据 10KV/ 160A 40KA 结论 合格 合格 合格 合格 所以车间变电所10KV进线处的电流互感器选择LQJ-10-160/5型号的。
10kV备用电源进线
由题目要求备用电源输送容量不得超过全厂计算负荷的20%，
。则备用电源的输送容量取为
10KV线路的计算电流为
初步选择铝芯粘性油浸纸型电缆。 线路类别 电缆线路 导线材质 铝 年最大有功负荷利用小时（3000h以下） 。
，此时
由于是备用电源，所以年最大有功负荷利用小时确定为3000h以下，因此
，故经济截面：
。
选取标准截面351）校验发热条件：
，即选铝芯粘性油浸纸35
型电缆。
经济电流密度
28
查附录表18（书383页）得铝芯粘性油浸纸35型电缆的允许载流量
（其中年最热月平均气温为36C，而缆芯最高工作温度为60C，满足条件）
，满足发热条件。
2）校验机械强度：
查附录表14（书381页）得10kv铝线的最小截面
，满足机械强度的要求。
3）
检验电压损失：由于是有附近工厂引线的，忽略其电压损失。
型电缆。
所以，备用电源的导线选铝芯粘性油浸纸35
低压一次设备的选择与校验的方法同上，附录列出设备需校验的项目表。
第六章 主要设备继电保护设计
KA KA2 SN10-35I TA S11-4000/35 35k
10k
继电保护原理图
继电器选GL-15/10型。
主变压器的保护方式选择和整定计算
保护方式选择：
29
由之前选定的35kv侧的LCW-35-150/5型的电流互感器知其电流比为150A/5A。继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式。 整定计算：
(1) 整定KA的动作电流 取可靠系数
（书229页）
根据GL-15/10型的继电器的规格，动作电流整定为7A。 （2）KA的保护灵敏度的检验 由表4知K-2发生三相短路时
，所以
将该电流折算到变压器的一次侧，可得
=655A
因此KA的保护灵敏度为
所以KA整定的动作电流满足保护灵敏度的要求。 （3）电流速断保护的速断电流倍数的整定
将电力变压器二次侧母线的三相短路电流周期分量有效值折算到一次侧
保护装置的返回系数保护装置的接线系数电流互感器的电流比
的短路电流值：
30
因此速断电流倍数整定为
（4）KA的速断保护灵敏度的检验
所以KA整定的速断电流倍数满足速断保护灵敏度的要求。
10kv高压线路的保护方式选择和整定计算
保护方式选择：
由之前选定的10kv侧的LQJ-10-400/5型的电流互感器知其电流比为400A/5A。继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式。 整定计算：
(1) 整定KA2的动作电流 取可靠系数
（书229页）
根据GL-15/10型的继电器的规格，动作电流整定为9A。 （2）KA2的保护灵敏度的检验 由表4知K-2发生三相短路时
，所以
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保护装置的返回系数保护装置的接线系数电流互感器的电流比
因此KA2的保护灵敏度为
所以KA2整定的动作电流满足保护灵敏度的要求。 （3）电流速断保护的速断电流倍数的整定
因此速断电流倍数整定为
（4）KA的速断保护灵敏度的检验
所以KA整定的速断电流倍数基本满足速断保护灵敏度的要求。
第七章 配电装置设计
变配电所的形式选择
变配电所的形式有户内、户外、混合式三种。户内式变电所将变压器和配电装置安装在室内，工作条件好，运行维护方便；户外式变电所将变压器和配电装置全部安装在户外。
根据系统设计任务书，该锻造厂变配电所在室内，及选择户内型。现拟定方案如下：
1.总降压变电所：变压器室、高压配电室、值班室、工具间、消防室。 2.每个车间的变配电所：变压器室、低压配电室、值班室（三级负荷不设值班室）、消防室、工具间。
32
配电设备布置图
总降压变配电所布置图：
高压变电 高压配电室 值班室 高压电容室 总降压变配电所接线图：
车间变配电布置图（二级负荷）：
低压变电 低压配电室 值班室 低压电容室
车间变配电布置图（三级负荷）：
低压变电 低压配电 消防工具 低压电容
33
二级负荷接线图 三级负荷接线图
第八章 防雷接地设计
防雷设计
由设计任务书给出条件，当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20，雷暴日数为20，基本属于少雷区，防雷要求不是太高。
防雷措施的选择
由于供电部门到工厂的35kV架空线路只有6km，距离较短，没必要安装全线的防雷措施，造价过高也没必要，只需要在高压侧对雷侵入波进行防护即可。
总降压变电所独立于其它厂房车间，为避免遭受雷电打击，应装设独立避雷针，避雷针的安装地点和35kV高压进线和变配电设备的距离（即和变配电厂房的距离）应不大于15m，埋地长度不小于15m，接地电阻应不大于10欧姆。
34
另外，拟在煤气、空气站旁边再修一根避雷针，以保护二级负荷遭受直击雷。
直击雷防护
1.在高压配电所东边的小房子（离仓库有足够的距离，防止雷电被避雷针引下地面后离仓库太近，对装置货物有影响或者毁坏）顶安装避雷针一套，用于防护直击雷对高边变配电所的打击。
2.在煤气站、空气站的旁边再修第二根避雷针，保护二级负荷。 由于图表没有给出工厂平面的比例尺，不知道实际大小和尺寸，根据经验，大致选取30~35米高的避雷针即可。
按32米计算，高压配电房和二级负荷按第三类防雷建筑物处理，根据课本P282的计算，可知，保护一般6m高的建筑物的半径为，考虑到高压配电房和二级负荷的面积不大，所以的保护半径可以达到目的。
实际如果，高压配电房和二级负荷距离避雷针过远，可适当加高避雷针。
雷电侵入波防护
2.为保护35kV进线设备以及高压变压器和高压变配电设备，在35kV进线和母线处各装一套避雷器（用于防护雷电侵入波）。
3.在10kV母线I、II段各装一套避雷器。
所选择的避雷器为FS4-41型阀式35kV避雷器，10kV所选择的是型阀式10kV避雷器。（参考课本P284）
接地设计
由设计任务书给出条件，本厂所在地区平均海拔高度为500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。因此，电阻率
。
厂区所在地地下水位为两米，所以接地体的顶面埋设深度应为，拟围绕变电所建筑物四周，即环形敷设（=）距变电所外墙2~3米打入一圈直径
35
50mm、长度米的钢管接地体，每隔5m打入一根（为减少接地电流的屏蔽效应，管距一般不宜小于管长的2倍）。管间用40
1.确定接地电阻：
查附录表24得该变电所装置的接地电阻应满足两个条件：
，
4
的扁钢焊接相连。
由于35kV系统是中性点不接地系统，根据课本P21知：
第一个条件算出
对比可知接地电阻应小于等于4
2.计算单根钢管的接地电阻：
3.确定接地的钢管数和最后的接地方案：n=
考虑到接地体的均匀对称布置，选16根直径50mm、长的钢管作接地体，用40
4
的扁钢焊接相连，环形布置。
第九章 车间变电所设计
车间变压器的台数、容量
10/变电所分屋内式和屋外式，屋内式运行维护方便，占地面积少，故选取屋内式。（根据系统设计任务书，也是屋内式）
根据由第一章负荷计算有下表： 序号 1 2 配电计点名称 一车间、锻工车间 二车间 负荷 类型 III III 36
30(2)/kW 计算负荷 /kvar 3 4 5 6 三车间 工具,机修车间 空气站、煤气站、锅炉房 仓库 则根据各车间的
III III II III 165 进行车间变压器选择，有下表：
负荷 类型 III III III III II III 计算负荷 变压器容量/kVA 630 1000 1000 630 1000 250 S9-630/10 S9-1000/10 S9-1000/10 S9-630/10 S9-1000/10(2台) S9-250/10 变压器型号 序号 配电计点名称 1 一车间、锻工车间 2 二车间 3 三车间 4 工具,机修车间 5 空气站、煤气站、锅炉房 6 仓库
变电所位置的原则考虑
工厂电源进线电压是35kV，先经过总降压变电所（一次降压）降成10kV，通过高压配电到车间变电所经过二次降压，降为一般低压设备所用的220/380V电压。
变电所所址选择的一般原则：
1.尽量靠近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属损耗；
2.进出线方便；
37
3.接近电源侧特别是工厂的总降压变电所和高压配电所（本厂在同一建筑内）；
4.设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输；
5.不应设在有剧烈震动或者高温的场所，无法避开时，应有防振和隔热设施；
6.不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧；
7.不应设在厕所、浴室以及其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻；
8.不应设在有爆炸危险的正上方或者正下方，且不宜设在有火灾危险的环境的正上方或者正下方；
9.不应设在地势低洼和可能积水的场所。
第十章 厂区380V配电系统设计
厂区380V低压配电系统分为一条进线和两条进线两种。
38
三级负荷配电设计
由于厂区大部分负荷是三级负荷，所以三级负荷使用一条进线，一台变压器；故三级负荷的配电方案如下图，不再选择其它方案：
二级负荷配电设计
空气站、煤气站属于二级负荷，必须采用两回路供电，且变压器也应有两台，接线在一条进线和两条进线中选择一种。
两种方案比较： 比较项目 技术指供电安全性 供电可靠性 灵活方便性 一条进线主结线方案 满足要求 基本满足 较差 较差 查资料得GG-1A-J型每台万元，GG-1A-J(F)每台3万元，综合投资按照倍计算，则综合投资*=万元 两条进线主结线方案 满足要求 满足要求 较好 较好 两条进线，GG-1A-J和 GG-1A-J(F)各需要两台，综合投资万元，是方案1的两倍 主变压器和开关柜的年运行费约为万元/年，两条进线应标 扩建适应性 经济指高压开关柜(含计量柜)投资 高压开关柜主变压器和开关柜的年运行费约为万元/年 标 (含计量柜)39
年运行费用 翻倍，1万元/年 可见两条进线的配电方案投资要多，事实上两条进线要用更多的隔离开关等设备，投资比一条进线还要更多，但是两条进线比一条进线的方案要可靠地多，考虑到空气站煤气站是二级负荷，所以采用两条进线方案。
心得体会
通过为期三周的供配电课程设计，从刚开始的不懂如何设计一个系统，到现在的对设计供配电系统有了一定的了解和掌握。
设计的总体步骤也是按照题目上的要求进行一步步的进行的，可以这么说，题目的要求也给我们设计的过程提供了很多的帮助。由于是几个人一起合作的，
我们都有一些分工。我先是进行了工厂的负荷计算以及短路电流的演算，之后则主要是设备的选择和校验：比如高压侧和低压侧的高压隔离开关，断路器以及电流互感器的选择等。由于书本后面所给的附录提供的设备信息不够全，因此也是在网上查询了很多设备的相关参数，这也锻炼了我信息检索的能力。
而我所做的东西中，我觉得继电保护方面是最难理解的。刚开始通过读
课本上的理论知识，总不明白其中的道理，最后通过书上的很多例题，给了我很大的启发。之后以此为基础，也算是整定完和检验完继电保护的方式。
虽然课设过程中的各种计算和校验是枯燥的，但这在很大程度上锻炼了
我的耐心和毅力，同时通过课设也对工厂供电这门课程有了更好的理解和掌握，也为期末的考试打下了比较好的基础。在这里很感谢小组队友的配合，以及老师的指导和建议，才让课设得以圆满结束。
附录一：设备汇总一览表
序号 设备名称 设备型号 数量 40
1 主变压器 S11-4000/35，阻抗电压7%，容量4000kVA S9系列，105%/，Dy11，阻抗电压1 2 车间变压器 35kV架空线 10kV电源进线 10kV母线 35kV断路器 10kV断路器 35kV隔离开关 10kV隔离开关 35kV电流互感器 10kV电流互感器 35kV电压互感器 10kV电压互感器 避雷针 35kV避雷器 10kV避雷器 35kV高压开关柜 10kV高压开关柜 380V开关柜 4%~%，容量250~1000kVA 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
LGJ-50型钢芯铝线 铝芯粘性油浸纸型电缆 LMY-50×5型硬铝母线 SN10-35I SN10-10I GW4-35DW/630A－25KA GN6-10T/400 LCW-35-150/ LQJ-10-400/5 JDJJ-35 JDZJ-10 FS4-35 FS4-10 KYN12-35 KYN28-12 PGL2-05A 7 6km 5km 60m 2 8 3 11 8 32 2 3 2 2 3 4 10 7 附录二：
低压一次设备的选择校验项目
电气设备名称 电压/kv 电流/A 断流能力短路电流校验 41
/KA或MVA 低压断路器 低压熔断器 低压隔离开关 电流互感器 电压互感器 √ √ √ √ √ √ √ √ √ ? √ √ ? ? ? 动稳定度 热稳定度 √? ? √? √ ? √? ? √? √ ? 附录三：电气主接线图 附录四：继电保护接线图
42
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