编号
江南大学太湖学院 毕业设计（论文）
题目： 某机修厂总配电变电所
及高压配电系统设计
机电 系 电子信息工程 专业
学 号： 0722129 学生姓名： 宋明智 指导教师： 方光辉 （职称： 副教授）
（职称： ）
2011年5月22日
江南大学太湖学院本科毕业设计（论文）
诚 信 承 诺 书
本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 《某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计》 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用、表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。
班 级： 电信74 学 号： 0722129 作者姓名： 2011 年 5 月 22 日
江南大学太湖学院
机电 （系） 电子信息工程
毕 业
一、题目及专题：
设 计论 文 任 务 书 1． 题目 某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计 2． 专题
二、课题来源及选题依据：
在现代社会，供电系统的完善是工厂、企业的正常运营基础保障，总配电变电所及高压配电系统设计是其中最重要的一环。作为一个能源紧缺的发展中国家，如何最有效的利用能源，特别是电能这种清洁型能源就显得十分重要。所以，选择最合适的电气设备使工厂、企业能够安全、可靠的运行正是总配电变电所及高压配电系统设计所要研究解决的。当今的供电系统，小到家庭大到工厂，可以说技术已经运用的非常全面，电气设备的选择、配置与使用也比较成熟。对能源的利用率较上世纪有很大的提高，安全性上也有很大的改善。机电保护方面，对过电压、过电流、欠电压、欠电流、电弧等的防控也有比较完善的技术。
三、本设计（论文或其他）应达到的要求：
了解总配电变电所及高压配电系统的设计要求及目前的状况，了解其在工厂中所扮演的必不可少的重要作用。精确计算在该工厂中各车间线路的电力负荷，并初步进行布线设计。选取适当的电器，合理安排在各线路节点处，并确保安全无误。对总配电变电所和高压配电系统进行总体和细节设计，完成毕业设计的总体方案。
理解了工厂供电的要求，选定了配电方案以后，利用所学知识及参考文献，通过下述步骤实现方案并达到供电的安全可靠、经济合理：
（1） 负荷计算
（2） 工厂总降压变电所位置及主变压器台数和容量选择
I
（3） 工厂总降压变电所主结线设计 （4） 厂区高压配电系统设计 （5） 工厂供、配电系统短路电流计算 （6） 改善功率因数装置设计 （7） 变电所高、低压侧设备选择 （8） 继电保护及二次结线设计 （9） 专题设计（自动化、节能） 四、接受任务学生：
电信74 班 姓名 宋 明 智 五、开始及完成时间：
自 2010 年 10 月 25 日 至 2011 年 5 月 22 日
六、设计(论文)指导(或顾问)：
指导教师 签名
签名
签名
教研室主任
院长(系主任) 签名
2010年 10月 25日
〔
学科组组长研究所所长
〕
签名
II
摘 要
在现代社会，总配电变电所及高压配电系统的设计是工业企业早期建设必须优先考虑和解决的问题，也是工厂供电设计的一项重要内容。作为一个能源紧缺的发展中国家，合理有效的利用能源就显得极为重要，特别是作为一种清洁二次能源的电能，更应该提高对其的重视程度并采取相关的技术措施，提高其利用率。总配电变电所及高压配电系统的设计，就是为节约能源，有效利用电能而进行的，对企业内部的所有负荷进行精确的计算，得出计算结果并结合当前国际、国内的实际情况，选择合适的电气设备，以满足企业对供配电系统安全、可靠、优质、经济的要求，进而实现高效利用电能，到达建设可持续发展型社会的要求。
关键词：总配电变电；高压配电；高效
III
Abstract
In modern society, the design of total distribution substations and high tension distribution system is prior to the construction of any industrial plant, which serves as a vital part of electricity supply project for the plant. As a developing country with tight energy supply, it is necessary for our country to use it wisely. Especially for the electricity as clean secondary energy, it is even more important to improve its efficiency with rational technical measures. The design of total distribution substations and high tension distribution system is for the purpose of saving energy by efficient electricity distribution. The principles of such a design are to precisely calculate the electricity load within the plant, and to choose suitable electrical device according to the usual practice home and abroad. By doing so, the electricity supply system can meet the requirements of the plant in terms of safety, reliability, high quality and efficiency. The need of constructing a sustainable development society can also be realized by the efficient use of electricity.
Key words: Total match substation; High voltage distribution systems; Efficient
IV
目 录
1 绪论 ........................................................................................................................................... 1 1.1 工厂供电设计的意义和要求 ............................................................................................ 1 1.2 工厂供电设计的一般原则 ................................................................................................ 1 1.3 工厂供电设计的基本内容 ................................................................................................ 2 1.3.1 工厂变配电所设计 ................................................................................................... 2 1.3.2 工厂高压配电线路设计 ........................................................................................... 2 1.3.3 车间低压配电线路设计 ........................................................................................... 2 1.4 工厂详细情况 .................................................................................................................... 2 1.4.1 该厂机加工一车间平面布置图 ............................................................................... 2 1.4.2 机加工一车间设备明细表 ....................................................................................... 4 1.4.3 车间变电所供电范围 ............................................................................................... 4 1.4.4 车间负荷性质 ........................................................................................................... 5 1.4.5 供电电源条件 ........................................................................................................... 5 1.4.6 车间自然条件 ........................................................................................................... 5 2 负荷计算 ................................................................................................................................... 6 2.1 概述 .................................................................................................................................... 6 2.1.1 计算负荷的概念 ....................................................................................................... 6 2.1.2 计算负荷的目的 ....................................................................................................... 6 2.1.3 计算负荷的定义 ....................................................................................................... 6 2.1.4 负荷计算的方法 ....................................................................................................... 6 2.1.5 负荷系数 ................................................................................................................... 8 2.2 各车间及总厂负荷计算 .................................................................................................... 9 2.2.1 机加工一车间 ........................................................................................................... 9 2.2.2 机加工二车间 ......................................................................................................... 10 2.2.3 铸造车间 ................................................................................................................. 10 2.2.4 铆焊车间 ................................................................................................................. 10 2.2.5 电修车间 ................................................................................................................. 10 3 工厂总降压变电所位置及主变压器台数和容量选择 ......................................................... 12 3.1 变电所所址选择的一般原则 .......................................................................................... 12 3.2 负荷中心的确定方法 ...................................................................................................... 12 3.3 主变压器台数的选择 ...................................................................................................... 12 3.4 主变压器容量的选择 ...................................................................................................... 12 4 工厂总降压变电所主接线设计 ............................................................................................. 14
V
4.1 设计原则与要求 .............................................................................................................. 14 4.1.1 安全性 ..................................................................................................................... 14 4.1.2 可靠性 ..................................................................................................................... 14 4.1.3 灵活性 ..................................................................................................................... 14 4.1.4 经济性 ..................................................................................................................... 14 4.2 主接线的设计步骤 .......................................................................................................... 15 4.2.1 电气主接线的具体设计步骤 ................................................................................. 15 4.2.2 拟定主接线方案 ..................................................................................................... 15 4.3 主接线初步设计方案 ...................................................................................................... 15 4.3.1 该厂主接线初步方案图 ......................................................................................... 15 5 工厂供、配电系统短路电流计算 ......................................................................................... 17 5.1 短路的种类及产生短路的原因 ...................................................................................... 17 5.2 短路电流计算 .................................................................................................................. 18 6 改善功率因数装置设计 ......................................................................................................... 21 6.1 简述 .................................................................................................................................. 21 6.2 无功功率的人工补偿装置 .............................................................................................. 21 6.3 具体设置 .......................................................................................................................... 21 7 变电所高、低压侧设备选择 ................................................................................................. 23 7.1 各种电气设备的选择 ...................................................................................................... 23 7.1.1 断路器形势的选择 ................................................................................................. 23 7.1.2 隔离开关的选择 ..................................................................................................... 23 7.1.3 隔离开关选择和校验的原则 ................................................................................. 23 7.1.4 低压断路器的选择、整定与校验 ......................................................................... 23 7.1.5 电流互感器的选择与校验 ..................................................................................... 24 7.1.6 电压互感器应按以下条件选择 ............................................................................. 25 7.2 本变电所高低压电气设备的选择[12] .............................................................................. 25 7.3 导线和电缆的选择计算 .................................................................................................. 26 7.4 本车间变电所总接线设计 .............................................................................................. 27 8 继电保护及二次接线设计 ..................................................................................................... 29 8.1 继电保护的任务 .............................................................................................................. 29 8.2 继电保护装置 .................................................................................................................. 29 8.2.1 基本要求 ................................................................................................................. 29 8.2.2 35kV高压线路应设下列保护 ................................................................................ 29 8.3 该变电所的继电保护设计 .............................................................................................. 29 8.3.1 电力变压器的保护 ................................................................................................. 29
VI
8.3.2 电力线路的保护 ..................................................................................................... 30 8.4 二次接线设计 .................................................................................................................. 30 8.4.1 回路接线设计 ......................................................................................................... 30 8.4.2 端子排设计 ............................................................................................................. 31 9 专题设计 ................................................................................................................................. 32 9.1 防雷 .................................................................................................................................. 32 9.1.1 变配电所的防雷措施 ............................................................................................. 32 9.1.2 电力线路的防雷措施 ............................................................................................. 33 9.2 接地 .................................................................................................................................. 33 9.2.1 接地与接地装置 ..................................................................................................... 33 9.2.2 本厂接地装置的初步方案 ..................................................................................... 33 10 总体布局设计 ....................................................................................................................... 35 11 总结与展望 ........................................................................................................................... 36 11.1 总结 ................................................................................................................................. 36 11.2 展望 ................................................................................................................................. 36 致 谢 ........................................................................................................................................... 37 参考文献 ....................................................................................................................................... 38
VII
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
1 绪论
1.1 工厂供电设计的意义和要求
工厂供电系统是电力系统中的一个重要的组成部分，它从各方面反映了电力系统的理论和要求，但它却又不完全等同于电力系统，它主要反映了工厂用电中的特点和要求。例如工厂电力负荷计算；怎样实现电能的节约和合理利用；大型及特种设备供电问题；厂内采用集中控制和调度技术的合理性问题等，这些问题有的对电力系统的安全运行和经济运行关系密切，有的则是为了保证用户的高质量用电。近年来由于能源紧缺，科技进步，计划用电和安全用电受到了普遍的重视，有关工厂供电的讨论内容也比过去更为广泛，例如供电方案的可行性研究；低能耗，高性能，便于安装维护且能够快速施工的新型电气设备及配电设备的选择；我国现行接地保护方式与国际标准协调的研讨；如今正在运行的用户变压器的合理使用；以及计算机用于工厂供电系统的辅助设计及监控等都已在国内引起了热烈的讨论。
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，具有十分重要的战略意义。由于能源节约是工厂供电工作中的一个重要方面，而且能源节约对国家经济建设有十分重要的贡献，因此，做好工厂的供电工作，对于节约能源、支援国家建设，也具有很重大的作用。
工厂供电工作要很好的为工业生产服务，切实的保证工厂生产需求和生活用电，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求[1]：
（1）安全 在电能的供应、分配和使用中，不应该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，即连续供电的要求。 （3）优质 应满足电能用户对电压和频率等相关质量的要求。
（4）经济 供电系统的投资要省，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。
1.2 工厂供电设计的一般原则
工厂供电设计必须遵循以下原则[1]：
（1） 工厂供电设计必须遵守国家的有关法令、标准和设计规范，执行国家的有关方针政策，包括节约能源、节约有色金属和保护环境等技术经济政策。
（2） 工厂供电设计应做到保障人身安全和设备的安全、供电可靠、电能质量合格、技术先进和经济合理，设计中应采用符合国家标准的效率高、能耗低、性能先进及用户投资能力相适应的经济合理的电气产品。
（3） 工厂供电设计必须从全局出发，统筹兼顾，按照符合性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。
（4） 工厂供电设计应根据工程特点、规模和发展规划。正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远、近期结合，近期为主，适当考虑扩建的可能性。
工厂供电设计的质量，直接影响到工厂的生产发展。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。
1
江南大学学士学位论文
1.3 工厂供电设计的基本内容
1.3.1 工厂变配电所设计
（1）负荷计算及无功功率补偿计算。 （2）变配电所所址和型式的选择。
（3）变电所主变压器台数、容量及类型的选择。 （4）变配电所主接线方案的设计。 （5）短路电流的计算。 （6）变配电所一次设备的选择。
（7）变配电所二次回路方案的选择及继电保护装置的选择与整定。 （8）变配电所防雷保护与接地装置的设计。 （9）编写设计说明书及主要设备材料清单。
（10）绘制变配电所主接线图、平面图及必要的剖面图、二次回路图及其他施工图纸。 1.3.2 工厂高压配电线路设计
（1）工厂高压配电系统设计方案的确定。 （2）高压配电线路的负荷计算。 （3）高压配电线路导线和电缆的选择。
（4）架空线杆位的确定及电杆、绝缘子、金具等的选择，对电缆线路来说，则为电缆敷设方式的选择和设计。
（5）防雷保护和接地装置的设计。
（6）编写设计说明书及主要设备材料清单。
（7）绘制高压配电系统图、平面布线图、电杆总装图及其他施工图纸。 1.3.3 车间低压配电线路设计
（1）车间低压配电系统方案的确定。 （2）低压配电线路的负荷计算。 （3）低压配电线路导线和电缆的选择。 （4）低压配电控制和保护设备的选择。 （5）低压配电系统接地装置的设计。 （6）编写设计说明书及主要设备材料清单。
（7）绘制车间低压配电系统图、平面布线图及其他施工图纸。
1.4 工厂详细情况
1.4.1 该厂机加工一车间平面布置图
该厂机加工一车间平面布置图如图1.1所示。
2
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
图1.1 该厂机加工一车间平面布置图
3
江南大学学士学位论文
1.4.2 机加工一车间设备明细表 机加工一车间设备明细表见表1-1。
表1-1 机加工一车间设备明细表
设备代号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
车床C630M 万能工具磨床M5M 普通车床C620-1 普通车床C620-1 普通车床C620-1 普通车床C620-3 普通车床C620 普通车床C620 普通车床C620 普通车床C620 普通车床C618 普通车床C618 螺旋套丝机S-8139 普通车床C630 管螺纹车床Q119 摇臂钻床Z35 圆柱立式钻床Z5040 圆柱立式钻床Z5040 设备名称型号
总容量 kW 11.125 3 8.35 8.5 8.25 6.25 4.835 4.835 4.835 4.835 4.835 4.835 4.135 11.125 8.256 8.5 4.125 4.125
设备代号 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
5t单梁吊车 立式砂轮 牛头刨床B665 牛头刨床B665 万能铣床X63WT 立式铣床X52K 滚齿机Y-36 插床B5032 弓锯机G72 立式铣床Z512 电极式盐浴电阻炉 并式回火电阻炉 箱式加热电阻炉 车床CW6-1 立式车床C512-1A 卧式镗床J68 单臂刨床B1010
设备名称型号
总容量 kW 10.125 2.75 3 3 9.5 13.25 4.35 4.25 1.85 0.85 20 24 45 32.9 36.7 10 80
1.4.3 车间变电所供电范围
本车间变电所设在机加工一车间的东南角，除为机加工一车间供电外，尚需为机加工二车间和铸造、铆焊、电修等车间供电。其它车间的供电情况见表1-2：
表1-2 其他车间变电所供电情况
序号 1
车间名称 机加工二车间
供电回路代号 供电回路1 供电回路2 照明回路3
2
铸造车间
供电回路4 供电回路5
设备容量kW
165 115 20 170 135
4
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
3 4
铆焊车间
电修车间
供电回路6 照明回路7 供电回路8 供电回路9 照明回路10 供电回路11 供电回路12 照明回路13
续表1-2 185 8 185 175 12 175 180 10
1.4.4 车间负荷性质
车间为三班工作制，年最大有功负荷利用小时数为4500h，属于三级负荷。 1.4.5 供电电源条件
（1）本车间变电所从本厂35/10kV总降压变电所用架空线路引进10kV电源，如图1.2所示。架空线路长300m。
（2）工厂总降压变电所10kV母线上的短路容量按200MVA计。
（3）工厂总降压变电所10kV配电出线定时限过流保护装置的整定时间top=1.7s。 （4）要求车间变电所最大负荷时功率因数不得低于0.9。 （5）要求在车间变电所10kV侧计量。
图1.2 工厂进线
1.4.6 车间自然条件
（1）车间内最热月的平均温度为30°C。 （2）地中最热月的平均温度为20°C。 （3）土壤冻结深度为1.1m。 （4）车间环境，属正常干燥环境。
（5）车间原址为耕地，地势平坦。地层以砂粘土为主。地下水位为2.8~5.3m。
5
江南大学学士学位论文
2 负荷计算
2.1 概述
2.1.1 计算负荷的概念[1]
供电系统要能够在正常条件下可靠的运行，则其中的各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，其最重要的就是满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行相关统计计算。通过负荷的统计计算求出的，来选择供电系统中的设备。 2.1.2 计算负荷的目的[1]
计算负荷是工厂供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响着电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定得过大，将使电器和导线选择得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如果计算负荷确定过小又会使电器和导线电缆处子过早的老化甚至烧毁，造成重大的损失，由此可见正确的确定计算负荷的重要性。 2.1.3 计算负荷的定义[1]
所谓计算负荷，是指与实际用电负荷较接近的假想负荷，按计算负荷选择的电气设备既能满足生产和生活、工作需要又不会使设备选得过大造成浪费和运行不经济。它也是指一组用电负载实际运行时，在线路中形成的或负载自身消耗的最大平均功率。如果某一不变的假想负荷在线路中产生的最大热效应相等，则把这一不变的假想负荷叫做该组实际负载的计算负荷。
所谓负荷计算，是指对某一线路中的实际用电负荷的运行规律进行分析，从而求出该线路的计算负荷的过程。负荷计算与计算负荷是两个不用的概念，不能相互混淆。
在现行的设计规范中，负荷计算的内容不仅包括计算负荷的确定，还包括确定尖峰电路和确定一级、二级负荷的容量以及季节性负荷的容量。 2.1.4 负荷计算的方法[2]
用电设备组计算负荷的确定，在工程上常用的有需要系数发和二项式法。需要系数法是世界各国普遍应用的确定计算负荷的基本方法，而二项式法应用的局限性较大，主要应用于机械加工企业。
此设计采用的是需要系数法来对电力负荷计算的。
需要系数法是把用电设备的总容量乘以需要系数和有功负荷同时系数，直接求出计算负荷的一种简便方法。需要系数法主要用于工程初步设计及施工图设计阶段，对变电所母线、干线进行负荷计算。当用电设备台数较多，各种设备容量相差不悬殊时，其供电线路的负荷计算也采用需要系数法。
需要系数是一个综合性系数，它是指用电设备组投入运行时，从供电网络实际取用的功率与用电设备组的设备功率之比。需要系数与用电设备组的运行规律、负荷率、运行效率、线路的供电效率等因数有关，工程上很难准确确定，只能靠测量确定。
一般工业与民用建筑中的用电负荷主要有单位负荷（如照明负荷）以及三相负荷（如动力负荷），其供电系统一般分为照明支路及动力支路进行供电。
照明支路主要供照明灯具、一般单相插座以及其他额定电压为220V的电气设备所用。
6
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
其特点为用电负荷的额定电压均为单相220V分布在A、B、C三相。这类负荷也叫做相负荷。
动力支路主要供电梯、水泵、服务行业的厨房饮食设备、电热开水器、工业生产中的各种加工设备以及其他额定电压为380V的三相用电器等用电。其特点是用电负荷的额定电压均为380V且都是三相对称负荷。
需要系数法确定计算负荷的通用公式，见表2-1。
表2-1 需要系数法通用公式
名称 公式 备注 用电设备组的容量
Pe=ΣPn
KΣKL
Pn-设备的额定容量 KΣ-设备组的同时系数 KL-设备组的负荷系数 ηe-设备组的平均效率 ηwl-配电线路平均效率 tanφ-对应用电设备组cosφ的
正切值
Un-用电设备组的额定电压
用电设备组有功计算负荷
P30=
ηeηwl
Pe
需要系数
P30
Pe
Kd=KΣKL (ηeηwl)
∴P30=KdPe
Kd=
无功计算负荷
Q30=P30tanφ
P30
cosφ
视在计算负荷
S30=
计算电流
I30=S30 ( 3×UN) KΣP=0.80~0.90 KΣq=0.85~0.95
′P30=KΣpΣP30,i
有功负荷同时系数
无功负荷同时系数
总的有功计算负荷
7
江南大学学士学位论文
续表2-1
总的无功计算负荷 Q′30=KΣqΣQ30,i 以上参数由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取
总的视在计算负荷
′
S30= P30+Q′30
22
2.1.5 负荷系数
所谓负荷系数是指实际的计算负荷容量与额定负荷容量的比值，应用负荷系数是为了更真实地统计实际的直流负荷，从而更确切地计算设备的容量。机械工业需要系数见表2-2。
表2-2 机械工业需要系数表
用电设备组名称
一般工作制的小批生产金属冷加工机床
大批生产金属冷加工机床 小批生产金属热加工机床 大批生产金属热加工机床 生产用通风机 卫生用通风机 泵、空气压缩机
不连锁运行的提升机，皮带运输等连续运输机械 带连锁的运输机械 ε=25%的吊车及电动葫芦 铸铁及铸钢车间起重机 轧钢及锐锭车间起重机 锅炉房、修理、金工、装配车间起重机 加热器、干燥箱 高频感应电炉 低频感应电炉 电阻炉 电炉变压器
0.8 0.7~0.8 0.8 0.65 0.35
0.95~1 0.65 0.35 0.8 0.35
0~0.33 1.17 2.67 0.75 2.67
8 0.65 0.14~0.2 0.25~0.35 0.65~0.7 0.05~0.15
0.75 0.5 0.5 0.5 0.5
0.88 1.73 1.73 1.73 1.73
0.18~0.2 0.2~0.25 0.27 0.7~0.75 0.65~0.7 0.5~0.6 0.65~0.7
0.5 0.55~0.6 0.65 0.8~0.85 0.8 0.8 0.75
1.73 1.51~1.33 1.17 0.62~0.75 0.75 0.75 0.88
Kd 0.14~0.16
cosφ 0.5
tanφ 1.73
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
续表2-2
自动弧焊变压器 点焊机、缝焊机 单头焊接变压器 多头焊接变压器 电焊机 高频电阻炉 自动装料电阻炉 非自动装料电阻炉 对焊机、铆钉加热器
0.5 0.35~0.6 0.35 0.4 0.1~0.15 0.5~0.7 0.7~0.8 0.6~0.7 0.35
0.5 0.6 0.35 0.5 0.5 0.7 0.98 0.98 0.7
1.73 1.33 2.67 1.73 1.73 1.02 0.2 0.2 1.02
2.2 各车间及总厂负荷计算 2.2.1 机加工一车间
各设备计算负荷
设备1：P30=11.125×0.2=2.225，Q30=2.225×1.73=3.85； 设备2：P30=3×0.2=0.6，Q30=0.6×1.73=1.038； 设备3：P30=8.35×0.2=1.67，Q30=1.67×1.73=2.89； 设备4：P30=8.5×0.2=1.7，Q30=1.7×1.73=2.941； 设备5：P30=8.25×0.2=1.65，Q30=1.65×1.73=2.85； 设备6：P30=6.25×0.2=1.25，Q30=1.25×1.73=2.16； 设备7：P30=4.835×0.2=0.967，Q30=0.967×1.73=1.672； 设备8：P30=4.835×0.2=0.967，Q30=0.967×1.73=1.672； 设备9：P30=4.835×0.2=0.967，Q30=0.967×1.73=1.672； 设备10：P30=4.835×0.2=0.967，Q30=0.967×1.73=1.672； 设备11：P30=4.835×0.2=0.967，Q30=0.967×1.73=1.672； 设备12：P30=4.835×0.2=0.967，Q30=0.967×1.73=1.672； 设备13：P30=4.135×0.2=0.827，Q30=0.827×1.73=1.43； 设备14：P30=11.125×0.2=2.225，Q30=2.225×1.73=3.85； 设备15：P30=8.256×0.2=1.65，Q30=1.65×1.73=2.857； 设备16：P30=8.5×0.2=1.7，Q30=1.7×1.73=2.941； 设备17：P30=4.125×0.2=0.825，Q30=0.825×1.73=1.43； 设备18：P30=4.125×0.2=0.825，Q30=0.825×1.73=1.43； 设备19：P30=10.125×0.15=1.52，Q30=1.52×1.73=2.63； 设备20：P30=2.75×0.2=0.55，Q30=0.55×1.73=0.952； 设备21：P30=3×0.2=0.6，Q30=0.6×1.73=1.038； 设备22：P30=3×0.2=0.6，Q30=0.6×1.73=1.038； 设备23：P30=9.5×0.2=1.9，Q30=1.9×1.73=3.287；
9
江南大学学士学位论文
设备24：P30=13.25×0.2=2.65，Q30=2.65×1.73=4.58； 设备25：P30=4.35×0.2=0.87，Q30=0.87×1.73=1.51； 设备26：P30=4.25×0.2=0.85，Q30=0.85×1.73=1.47； 设备27：P30=1.85×0.2=0.37，Q30=0.37×1.73=0.64； 设备28：P30=0.85×0.2=0.17，Q30=0.17×1.73=0.294； 设备29：P30=20×0.7=14，Q30=14×0=0； 设备30：P30=24×0.7=16.8，Q30=16.8×0=0； 设备31：P30=45×0.7=31.5，Q30=31.5×0=0； 设备32：P30=32.9×0.2=6.58，Q30=6.58×1.73=11.38； 设备33：P30=36.7×0.2=7.34，Q30=7.34×1.73=12.7； 设备34：P30=10×0.2=2，Q30=2×1.73=3.46； 设备35：P30=80×0.2=16，Q30=16×1.73=27.68； （以上P30单位全为kW，Q30单位全为kvar） 综上，该车间有功计算负荷为：
P30=KΣ·127.249=120.89（kW） pΣP30·i=0.95×无功计算负荷为：
Q30=KΣ·112.358=108.99（kvar） qΣQ30·i=0.97×视在计算负荷为：
222 S30= P30+Q230= 120.89+108.99=162.767(kVA)
2.2.2 机加工二车间
供电回路1：P30=165×0.3=49.5kW，Q30=49.5×1.17=57.92kvar； 供电回路2：P30=115×0.3=34.5kW, Q30=34.5×1.17=40.37kvar； 照明回路3：P30=20×0.8=16kW，Q30=16×0=0； 2.2.3 铸造车间
供电回路4：P30=170×0.3=51kW，Q30=51×1.17=59.67kvar； 供电回路5：P30=135×0.3=40.5kW，Q30=40.5×1.17=47.385kvar； 供电回路6：P30=185×0.3=55.5kW，Q30=55.5×1.17=64.935kvar； 照明回路7：P30=8×0.8=6.4kW，Q30=0； 2.2.4 铆焊车间
供电回路8：P30=185×0.3=55.5kW，Q30=55.5×1.17=64.935kvar； 供电回路9：P30=175×0.3=52.5kW，Q30=52.5×1.17=61.425kvar； 照明回路10：P30=12×0.8=9.6kW，Q30=0； 2.2.5 电修车间
供电回路11：P30=175×0.3=52.5kW，Q30=52.5×1.17=61.425kvar； 供电回路12：P30=180×0.3=54kW，Q30=54×1.17=63.18kvar； 照明回路13：P30=10×0.8=8kW，Q30=0； 综合所有车间，则全厂的计算负荷为：
10
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
P30=KΣ·606.39=576.07（kW） pΣP30·i=0.95× Q30=KΣ·630.235=611.33（kvar） qΣQ30·i=0.97×
222 S30= P30+Q230= 576.07+611.33=839.99（kVA）
该厂计算负荷汇总见表2-3。
表2-3 计算负荷汇总
机加工一车间 机加工二车间 铸造车间 铆焊车间 电修车间 总计算负荷
P30（kW） 120.89
100 153.4 117.6 114.5 576.07
Q30（kvar） 108.99
98.29 171.99 126.36 124.605 611.33
S30（kVA） 162.767 140.22 230.19 172.62 169.22 839.99
11
江南大学学士学位论文
3 工厂总降压变电所位置及主变压器台数和容量选择
3.1 变电所所址选择的一般原则[3]
（1） 接近负荷的中心；
（2） 进出线需方便； （3） 要接近电源侧； （4） 设备吊装和运输要方便；
（5） 不应设在有剧烈振动或高温的场所；
（6） 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；
（7） 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴临； （8） 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；
（9） 不应设在地势低洼和可能积水的场所。
3.2 负荷中心的确定方法
利用以负荷圆来表示的负荷指示图来判定负荷中心：
在工厂总平面图上，按适当的比例K（kW/mm2）绘出各车间（建筑）及宿舍区的负荷圆。负荷圆的圆心一般选在车间或宿舍区的中央。负荷圆的半径（单位为mm）为r= K30。
π
P
前已告知本车间变电所设在机加工一车间，同时向五个车间供电。
3.3 主变压器台数的选择[4]
主变压器台数应根据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： （1） 有大量一级或二级负荷。
（2） 季节性负荷变化较大，适于采用经济运行方式。 （3） 集中负荷较大，例如大于1250kVA时。 本厂宜装设一台主变压器。
3.4 主变压器容量的选择[1]
（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。 （2）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一般不宜大于630kVA。
（3）变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的60%-70%为宜，以提高运行效率。 （4）容量选择： 1）全厂计算负荷统计
P30=KΣ·606.39=576.07（kW） pΣP30·i=0.95× Q30=KΣ·630.235=611.33（kvar） qΣQ30·i=0.97×
222 S30= P30+Q230= 576.07+611.33=839.99（kVA）
12
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
2）10kV母线的无功补偿
补偿前的功率因数：cosφ=S30=839.99=0.69
30
P576.07
要使低压侧功率因数由0.69提高到0.9，低压侧需装设的并联电容器容量为：Qc=576.07×（tan arccos0.69-tan arccos0.9）=328.36kvar。 取Qc=330kvar。 补偿后：
2 S′= P30+(Q30−QC)2= 576.072+(611.33−330)2=641.1kVA
cosφ=
P30576.07S′
=641.1=0.9 （满足要求）
3）总降压变电所的变压器选择 SNT=800kVA
选择变压器型号S9系列，额定容量为800kVA，一台。 查表得： 空载损耗-1400W 负载损耗-7500W 阻抗电压-4.5% 空载电流-0.8%
13
江南大学学士学位论文
4 工厂总降压变电所主接线设计
4.1 设计原则与要求[4]
4.1.1 安全性
（1）在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。 （2）在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关。 （3）在装设高压熔断器-负荷开关的出现柜母线侧，必须装设高压隔离开关。 （4）35kV及以上的线路末端，应装设与隔离开关联锁的接地刀闸。
（5）变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器，宜与电压互感器共用一组隔离开关。接于变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。 4.1.2 可靠性
（1）变配电所的主接线方案，必须要与其负荷级别相适应。对一级负荷，应由两个电源供电。对二级负荷，应由两回路或一回6kV及以上专用架空线或电缆供电；其中采用电缆供电时，应采用两根电缆并联供电，且每根电缆应能承受100%的二级负荷。
（2）变配电所的非专用电源进线侧，应装设带短路保护的断路器或负荷开关-熔断器。当双电源供多个变配电所时，宜采用环网供电方式。
（3）对一般生产区的车间变电所，宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区及生活区的变电所，可采用树干式配电。
（4）变电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器。当低压侧为单母线分段，且有自动切换电源要求时，低压总开关和低压母线分段开关，均应采用低压断路器。 4.1.3 灵活性
（1）变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线方式。 （2）35kV及以上电源进线为双回路时，宜采用桥形接线和线路-变压器组接线。 （3）需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关。 （4）变电所的主接线方案应与主变压器的经济运行要求相适应。
（5）变配电所的主接线方案应考虑到今后可能的增容扩展，特别是出线柜要便于添置。 4.1.4 经济性
（1）变配电所的主接线方案在满足运行要求的前提下，应力求简单。变电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的接线。
（2）变配电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产品，不得选用国家明令淘汰的产品。
（3）中小型工厂变电所，一般可采用高压少油断路器。在需频繁操作的场合及高层建筑内变电所，则宜采用真空断路器或SF6断路器。
（4）工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电能表用。
（5）应考虑无功功率的人工补偿，使最大负荷时功率因数达到规定的要求。
14
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
4.2 主接线的设计步骤
4.2.1 电气主接线的具体设计步骤[5]
（1）本工程情况 变电站类型，设计规划容量（近期、远景），主变压器台数及容量等。 （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。 4.2.2 拟定主接线方案
根据设计任务书的要求，在原始资料分析的基础上，可以拟定出若干个主接线方案。因为对出现回路数、电压等级、变压器台数、母线结构以及容量等考虑不同，会出现多种接线方案。应根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[5]。
4.3 主接线初步设计方案
综上所述，下面有两个技术合理的方案供比较选择： 单母线分段接线；双母线接线。 （1）可靠性
一段母线发生故障，自动装置可以确保正常母线不间断供电。重要用户可以从不用的分段上引接。出现回路数较多，断路器故障或检修较多，母线断路器长期被占用，对变电所不利。 （2）灵活性
母线由分段断路器进行分段。当一段母线发生故障时，由自动装置将分段断路器跳开，使其不会发生误操作。 （3）经济性[6]
当进出线回路数相同的情况下，单母线分段接线所用的断路器和隔离开关少于双母线接线。
总结：对比两种接线方式，从可靠性、灵活性、经济性以及可扩建性等几个方面考虑，我认为单母线分段接线方式较适合本工厂设计要求，故高、中、低压三侧均采用单母线分段接线方式。
4.3.1 该厂主接线初步方案图 高压部分如图4.1所示。
15
江南大学学士学位论文
图4.1 高压接线
低压部分如图4.2所示。
图4.2 低压接线
16
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
5 工厂供、配电系统短路电流计算
5.1 短路的种类及产生短路的原因[7]
短路是指工厂供电系统中不等电位点没有经过用电器而直接相连。类型分为三相、两相、两相接地、单相、单相接地。 （1）短路的种类
对称性短路：Za=Zb=Zc、Ua、Ia=Ib=Ic。 （2）造成短路的原因
绝缘损坏、设备老化、外力作用、使用不当、误操作、鸟兽触及等。 （3）短路的危害 1）特点
1.电流剧增至正常电流的几十甚至是几百倍。 2.系统中电压骤降。
2）后果
1.损害设备和线路。 2.设备将不能正常工作。 3.影响电力系统的正常运行。
4.通信线路、电子设备干扰、产生误动作。 3）保护措施
电压电流限制、装设熔断器、继电保护装置等。 （4）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。 （5）影响短路电流的因素[8]
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到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。 （6）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。 （7）短路电流的计算见表5-1。
17
江南大学学士学位论文
表5-1 短路电流的计算参照[6]
参数名称 功率
有名值 S
标幺值 S∗=
S Sd
说明
一般取Sd=100MVA
电压
U
UU∗=
UdII∗= IdXXSd
=2 XdUdUk%Sd
100SNXlLSd
2 Ud
一般取Ud=Uev
电流
I
Id=
Sd 3Ud
电抗
X
X∗=
X∗是以Sd为基准容量的标幺值
变压器电抗
2
UK%UN
XT=
100SN
XT∗=
线路电抗 XL=XlL
XL∗=
Xl为线路每公里电抗值
XR%为电抗器铭牌上的数值
SK为某点短路容量，Ik为该点的三相短路电流
KST为启动电流倍数
电抗器电抗 系统等值电抗 电动机电抗
XR=
XR%UN100 3IN
XR∗
XR%UNSd=2 100 3INUdSdSd== SK 3IkUN
′′XM
2UN
XS= SK
XS∗
2
U%UKN′′
XM=
100SN
Sd= KSTSN
5.2 短路电流计算[8]
按无穷大系统供电计算短路电流。短路计算电路图如图5.1所示。为简单起见，标幺值的符号*全部去掉。
18
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
图 5.1 短路计算电流电路图
（1）在最大运行方式下 1）10kV母线短路电流
1.确定标幺值基准Sd=200MVA,Uav=10.5kV Id=
Sd 3Uav=
200 3×10.5=11(kA) 2.计算各主要元件的电抗标幺值：
35kV/10kV电力变压器电抗（Uk%=6.5） X=
Uk%×Sd100SN
=
6.5×200×1000100×2500
=5.2
3.求三相短路电流和短路容量
总电抗标幺值：XΣ=X1+X2=0.167+300×0.35=105.2 三相短路电流周期分量有效值： Ik=Xd=105.2=0.105(kA)
Σ
(3)I11
其他三相短路电流电流值： I′′（3）=I∞=Ik=0.105(kA)
ish=2.55I′′(3)=2.55×0.105=0.268(kA) Ish=1.51I′′(3)=1.51×0.105=0.159(kA) 三相短路容量：
Sk=Xd=105.2=1.9(MVA)
Σ
(3)(3)
(3)
(3)
(3)S200
2）0.4kV母线短路电流 1.确定标幺值基准：
Sd=100MVA,Uav=0.4kV Id=
Sd =3100 3×0.4=144.34(kA)
2.计算各主要元件的电抗标幺值：
10/0.4kV电力变压器（500kVA变压器Uk%=4） X3=
Uk%×Sd100SN
=
4×100×1000100×500
=8
3.求三相短路电流和短路容量： 总电抗标幺值：
19
江南大学学士学位论文
XΣ=X1+X2+X3=0.167+300×0.35+8=113.2 三相短路电流周期分量有效值： Ik=Xd=
Σ
(3)I144.34113.2
=1.28（kA）
(3)
其他三相短路电流电流值： I′′（3）=I∞=Ik=1.28（kA） ish=1.84I′′(3)=1.84×1.28=2.36（kA) Ish=1.09I′′(3)=1.09×1.28=1.4（kA） 三相短路容量：
Sk=Xd=113.2=0.88（MVA）
Σ
(3)
(3)
(3)
(3)S100
（2）在最小运行方式下 系统电抗（SOC=250MVA） X1=Sd=250=0.8
OC
S200
其他计算步骤同上。
三相短路电流和短路容量计算结果见表5-2及表5-3。
表5-2 最大运行方式
短路点计算
三相短路电流（kA）
三相短路容量（MVA）
10kV 0.4kV
Ik 0.105 1.28
(3)
I′′（3） 0.105 1.28
I∞ 0.105 1.28
(3)
ish 0.268 2.36
(3)
Ish 0.159 1.4
(3)
Sk
1.9 0.88
(3)
表5-3 最小运行方式
短路点计算
三相短路电流（kA）
三相短路容量（MVA）
Ik
(3)
I′′（3）
I∞
(3)
ish
(3)
Ish
(3)
10kV 0.4kV
0.201 2.32
0.201 2.32
0.201 2.32
0.452 4.27
0.3 2.53
1.89 0.88
20
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
6 改善功率因数装置设计
6.1 简述[9]
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切入或切除，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，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，必须增设无功功率的人工补偿装置。
6.2 无功功率的人工补偿装置[10]
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[6]：
（1）高压集中补偿 电容器集中装设在变配电所的高压电容器室内，与高压母线相联。按GB 50053-1994《10kV及以下变电所设计规范》规定：高压电容器组宜采用中性点不接地的星形（Y形）接线，容量较小时（450kvar及以下）则可接成三角形（△形）。 （2）低压集中补偿 电容器集中装设在变电所的低压配电室或单独的低压电容器室内，与低压母线相联。低压电容器组一般采用三角形（△形）接线，利用白炽灯或专用的放电电阻放电。
（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。低压电容器组一般采用三角形（△形）接线，直接利用用电设备（如感应电动机）本身的绕组放电。
6.3 具体设置
具体计算在第三章已经算过，这里只进行选择设置。采用低压集中补偿，选用3个型号为BWF10.5-120-1的并联电容器。
接法如图6.1所示。
21
江南大学学士学位论文
图6.1 并联电容器接法
22
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
7 变电所高、低压侧设备选择
7.1 各种电气设备的选择[12]
7.1.1 断路器形势的选择
除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经经济技术比较后才能确定。
断路器的选择及校验条件如下： （1）Uzd≥Uζ （2）Ie≥Iζ
22
（3）热稳定性校验Ie·t.t≥I∞.t
（4）动稳定性校验ich≤idf 7.1.2 隔离开关的选择 （1）隔离开关的主要用途：
1）隔离电压，在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修安全。
2）倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。
3）分、合小电流。
7.1.3 隔离开关选择和校验的原则 （1）Uzd≥Uζ （2）Ie≥Iζ
22（3）Ie·t.t≥I∞.t
（4）ich≤idf
7.1.4 低压断路器的选择、整定与校验
（1）低压断路器过电流脱扣器的选择，过电流脱扣器的额定电流IN.OR应大于等于线路的计算电流，即IN.OR≥I30。
（2）低压断路器过电流脱扣器的整定
1）瞬间过电流脱扣器只做电流的整定，瞬时过电流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流Ipk，即Iop(0)≥KcoIpk。式中Kco可靠系数。动作时间在0.02s以上的DW系列断路器可取1.35；对动作时间在0.02s及以下的DZ系列短路器宜取2-2.5。
2）短延时过电流脱扣器动作电流和时间的整定，短延时过电流脱扣器的动作电流Iop(s)应躲过线路的尖峰电流Ipk，即Iop(s)≥KcoIpk。式中Kco为可靠系数，取1.2。
短延时过电流脱扣器的动作时间分为0.2s、0.4s及0.6s三级，通常要求前一级保护的动作时间比后一级保护的动作时间长一个时间级差（0.2s）。
3）长延时过电流脱扣器动作电流和时间的整定，长延时过电流脱扣器一般用于过负荷保护，动作电流仅需躲过线路的计算电流，即Iop(1)≥KcoI30。式中Kco为可靠系数，取1.1。
动作时间应躲过线路允许过负荷的持续时间，其动特性通常为反时限，即过负荷电流
23
江南大学学士学位论文
越大，动作时间越短。
4）过电流脱扣器与被保护线路的配合，当线路过负荷或短路时，为保证绝缘导线或电缆不致因过热烧毁而低压断路器的过电流脱扣器拒动作的事故发生，要求Iop≤KOLIal。式中Ial为绝缘导线或电缆的允许载流量，KOL为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷系数。对瞬时和短延时过电流脱扣器取4.5；对长延时过电流脱扣器取1；对保护有爆炸性气体区域内的线路，取0.8。
如果按式所选择的过电流脱扣器不符合上式的配合要求，可依据具体情况改选过电流脱扣器的动作电流，或适当加大绝缘导线或电缆的截面。
（3）低压断路器热保护脱扣器的选择 热脱扣器的额定电流IN.HR应大于等于线路的计算电流，即IN.HR≥I30。
（4）低压断路器热保护脱扣器的整定期 热保护脱扣器用于作过负荷保护，其动作电流Iop.HR需躲过线路的计算电流，即Iop.HR≥KcoI30。式中Kco取1.1，但一般应通过实际测度进行调整。
（5）低压断路器型号规格的选择与校验
1）断路器的额定电压应大于或等于安装的额定电压。
2）断路器的额定电流应大于或等于它所安装过电流脱扣器与热脱扣器的额定电流。 3）断路器应满足安装处对断流能力的要求。
对动作时间在0.02s以上的DW系列断路器，要求Ioc≥IK。式中Ioc为断路器的最大分断电流；IK为断路器安装处三相短路电流稳态值。
对动作时间在0.02s及以下的DZ系列断路器，要求Ioc≥Ish或ioc≥ish。
（6）低压断路器还应满足保护对灵敏度的要求以保证在保护区发生短路故障时能可靠动作，切除故障。保护灵敏度可按下式进行校验SP=端在单相接地电流，对IT系统取下两相短路电流。 7.1.5 电流互感器的选择与校验 （1）电流互感器应按以下条件选择
1）电流互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。 2）电流互感器的额定电流应大于或等于所接线路的额定电流。
3）电流互感器的类型和结构应与实际安装地点的安装条件、环境条件相适应。 4）电流互感器应满足准确度等级要求。
为满足电流互感器准确度等级的要求，其二次侧所接负荷容量S2不得大于规定准确度等级所对应的额定二次容量S2N，即S2N≥S2。
电流互感器的二次负荷S2按下式计算：
22
S2=I2N|Z2|≈I2N(Σ Zi +RWL+RXC)
式中I2N为电流互感器二次侧额定电流，一般为5A；
Ik.minIop
(3)
(3)
(3)
(3)
≥K。式中Iop为低压断路器瞬时
或延时电流脱扣器的动作电流；K为保护最小灵敏度，一般取1.3；Ik.min为被保护线路末
|Z2|为电流互感器二次侧总阻抗；
Σ Zi 为二次回路中所有串联的仪表、继电器电流线圈阻抗之和，可由相关的产品样本
24
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
查得；
RWL为电流互感器二次侧连接导线的电阻；
RXC为电流互感器二次回路中的接触电阻，一般取0.1Ω （2）电流互感器应按以下条件校验动、热稳定度
多数电流器给出了相对于额定一次电流的动稳定倍数（Kes）和1秒钟热稳定倍数（Kt），因此其动稳定度可按下式校验：
Kes× 2I1N≥ish
其热稳定度可按下式校验：
(KtI1N)t≥
如电流互感器不满足上面式子的要求，则应该选较大变流比或具有较大的S2N或|Z2.al|的互感器，或者加大二次侧导线的截面。 7.1.6 电压互感器应按以下条件选择
（1）电压互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。
（2）电压互感器的类型应与实际安装地点的工作条件及环境条件（户内、户外；单相、三相）相适应。
（3）电压互感器应满足准确度等级的要求。
（4）为满足电压互感器准确度等级的要求，其二次侧所接负荷容量S2不得大于规定准确度等级所对应的额定二次容量S2N，即S2N≥S2。
其中S2= （ΣPu）+（ΣQu）。
式中ΣPu为所接测量仪表和继电器电压线圈消耗的有功功率之和。 ΣQu为所接测量仪表和继电器电压线圈消耗的无功功率之和。
由于电压互感器一、二侧均有熔断器保护，因此不需校验动、热稳定度。
2
2
2
(3)2
I∞tima
7.2 本变电所高低压电气设备的选择[12]
根据前述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况进行校验，总降压变电所主要高低压设备确定如下。 （1）10kV侧设备选择见表7-2。
25
江南大学学士学位论文
表7-2 10kV侧设备选择表
计算数据
U I
(3)
高压断路器 SN10-10I 10 630 16 40 162×4
隔离开关 GN6-10T/200 10 200 25.5 102×4
电流互感器 LA-10 10 50/5
电压互感器
Ik ish I∞
(3)2
(3)
160×50 2
×4
（2）0.4kV侧设备选择见表7-3。
表7-3 0.4kV侧设备选择表
计算数据 低压断路器 DZ20-1250 0.4
隔离开关 HD11-1000 0.4
电流互感器 LM-0.5 0.4
U
I 1250 1250 1000/5
Ik ish
(3)2I∞
(3)
(3)
50
50
×4
302×4
7.3 导线和电缆的选择计算
（1）按发热条件选择或校验导线和电缆的截面积 1）相线截面积的选择需满足：Ial≥I30。 2）三相四线制线路中的N线：A0≥0.5Aφ。
3）保护中性线（PEN线）截面积选择，PEN干线采用铜芯线时：APE≥10mm2。 （2）按经济电流密度选择导线和电缆的截面积
26
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
该厂年最大负荷利用小时为4500h，所以架空线路选择铜质，经济电流密度2.25mm2。 电缆线路选择铝质，经济电流密度1.73mm2。 （3）按电压损耗校验导线和电缆的截面积
线路在最大负荷（计算负荷）时的电压损耗∆U%≤∆Ual%。
（4）根据上述校验，结合该厂地理环境和气候条件选取导线和电缆见表7-4。
表7-4 该厂导线和电缆的选择
类别 架空进线 电缆线路 绝缘导线
型号 LGJ-35 LJ-25 BLV
实际截面积
备注
采用2根单芯线
（mm2）
34.9 25.4 16
7.4 本车间变电所总接线设计
结合第四章及上述各项数据，该车间变电所总接线如图7.1所示。
27
江南大学学士学位论文
图7.1 车间变电所总接线
28
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
8 继电保护及二次接线设计
8.1 继电保护的任务
供电系统迅速地切断故障，并保护系统无故障部分的继续运行。当系统出现了非正常工作状态时，要能够及时给值班人员发出信号，使值班人员及时进行处理，以免引起设备故障。
8.2 继电保护装置
继电保护装置是能够反映设备发生故障或不正常工作状态而作用于开关跳闸或发出信号的自动装置，它是由各种继电器组成，继电保护装置与供电系统中应注意提高预防事故或三相事故范围来提高系统运行的可靠性。 8.2.1 基本要求
（1）选择性：当供电系统某部分发生故障时，继电保护装置应使距离故障点的断路器动作，将故障部分切除，缩小停电范围，保障无故障部分运行。
（2）快速性：快速切断短路故障可以减轻短路电流对电气设备的破坏程度，可以迅速恢复供电正常的过程，减小对用户的影响。
（3）灵敏性：灵敏性是指对保护电气设备可能发生的故障和不正常运行发生的反应能力。为了使保护装置在故障时能起保护作用，要求装置有一定的保护灵敏性。
（4）可靠性：当发生故障时，要求保护装置动作可靠，即在应动作时不能拒动，而在不动作时不会误动作。
8.2.2 35kV高压线路应设下列保护
（1）电流速断保护：在电流速断的保护区内，速断保护为主保护，动作于跳闸。但电流速断保护存在着一定的“死区”，约占线全长的20%。
（2）过电流保护：由于电流速断保护存在着约占线全长的20%的“死区”，因此由过电流保护作为其后背保护，同时防御速断保护区内外部得相间短路，保护动作于跳闸。
8.3 该变电所的继电保护设计[13]
8.3.1 电力变压器的保护
（1）装设瓦斯保护 当变压器油箱内由故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瓦斯保护应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各侧的断路器。当变压器安装处电源侧无短路开关时，瓦斯保护也可只动作于信号。
（2）装设定时限过电流保护 采用GL-15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。 1）过电流保护动作电流的整定 IL.max=2I1N.T=2×
1.3×1
400kVA 3×10kV=46.19A，Krel=1.3，Kre=0.8，Ki=
405
=8A，因此
动作电流为Iop=0.8×10×46.19A=7.5，根据GL-15型继电器的规格，动作电流整定为7A。 2）过电流保护动作时间的整定
考虑到车间变电所为系统终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时间整定为t1=0.5s。
29
江南大学学士学位论文
3）检验过电流保护的灵敏度
变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路时高压侧的穿越电流值，即Ik.im=0.866Ik−3=0.866×25.19×1000× 因此其过电流保护的灵敏度为 Sp=速断保护。
8.3.2 电力线路的保护[14]
（1）过电流保护动作电流的整定
IL.max=2I30=2×33.95A=67.9A，Krel=1.3，Kre=0.8，Ki=动作电流为Iop=0.8×15×67.9A=7.4A。
根据GL-15型继电器的规格，动作电流整定为7A。 （2）过电流保护动作时间的整定
过电流保护的动作时间，应按“阶梯原则”整定，以保证前后两级保护装置动作的选择性。对于定时限过电流保护，可取∆t=0.5s。
t3=t2+∆t=1+0.5=1.5(s)
因为供电部门要求区域变电站35kV馈电线的过电流保护整定时间为1.8s，因此取t3=1.8s。
（3）检验过电流保护的灵敏度
KA1所保护的线路末端的两相短路电流为保护区的最小短路电流值，即Ik.min=0.866Ik−20.866×4.2×1000=3637.2(A)，因此KA2的过电流保护的灵敏度为 Sp=
KWIk.minKiIop
(2)
(2)(3)0.410
=873(A)。
KWIk.min(2)
KiIop
=
1×87310×9
=9.7>1.5 （满足要求）
（3）因为过电流的动作时限不大于0.7s，按GB50062规定，可不装设瞬时动作的电流
75A5A
=15A，因此
1.3×1
(2)
(3)
=
1×314315×7
=2.0>1.5（满足要求）。
KrelKW
Ki
1.4×115
（4）装设电流速断保护
1）取Krel=1.4，而Ik.min=6.58kA，故Iop=614(A)。
2）检验电流速断保护的灵敏度
Ik.min=0.866Ik=0.866×15.5×1000=13423(A) 因此KA2的速断电流保护的灵敏度为 Sp=
KWIk.minKiIop
(2)
Ik.max=
×6.58×1000=
(2)(3)
=
1×1342315×614
=1.5≥1.5 （满足要求）
8.4 二次接线设计
8.4.1 回路接线设计 （1）按图施工，接线正确；
（2）导线与电气元件间采用螺栓连接、插接、焊接或压接等，均应牢固可靠； （3）盘、柜内的导线不应有接头，导线芯线应无损伤；
30
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
（4）电缆芯线和所配导线的端部均应标明其回路的编号； （5）配线应整齐、清晰、美观，导线绝缘应良好，无损伤； （6）每个接线端子的每侧接线宜为一根，不得超过两根； （7）二次回路接地应设专用螺栓；
（8）盘、柜内的配线，电流回路应采用电压不低于500V的铜芯绝缘导线，其截面不应小于2.5mm2；其他回路的铜芯绝缘导线截面不应小于1.5mm2。 8.4.2 端子排设计
（1）端子排应无损坏，要固定牢固，绝缘良好；
（2）端子应有序号，端子排应该便于更换且接线方便，离地高度需大于350mm； （3）强、弱电端子宜分开布置；当有困难时，应有明显的标志并设空端子隔开，或设加强绝缘的隔板；
（4）正、负电源之间以及经常带点的正电源与合闸或跳闸回路之间，宜以一个空端子隔开；
（5）潮湿环境宜采用防潮端子；
（6）接线端子应与导线截面匹配，不应使用小段子配大截面导线；
（7）电流回路应经过试验端子；其他需断开的回路宜经特殊端子或试验端子；试验端子应接触良好；
（8）二次回路的连接件（含端子接头）均应采用铜质制品；绝缘件（含端子绝缘件）应采用自熄性阻燃材料制品。
31
江南大学学士学位论文
9 专题设计
9.1 防雷
9.1.1 变配电所的防雷措施 （1）装设避雷针或避雷带
变配电所及其屋外配电装置，应装设避雷针来防护直击雷。
独立避雷针宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻RE≤10Ω。当有困难时，可将其接地装置与变配电所主接地网连接，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。 （2）装设避雷线
处于峡谷地区的变配电所，可通过装设避雷线（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度，最大不应大于30度。 （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部电气装置特别是对主变压器的危害。 1）高压架空线路地终端杆装设阀式或排气式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则架空线路终端装设的避雷器应与电缆头处的金属外皮相连并一同接地。 2）每组高压母线上都应装设阀式避雷器。变电所内所有阀式避雷器应以最短的接地线与配电装置的主接地网相连。对35kV主变压器来说，如果35kV进线为1m长，进线为1路，则阀式避雷器与主变压器间的最大电气距离为25m；如果进线为2路，则此最大电气距离为40m。对3-10kV主变压器来说，进线为1路地最大电气距离为15m，2路为20m。
本厂变配电所对雷波侵入防护的接线图如图9.1及图9.2所示。
图9.1 35kV及以上架空线进线和电缆进线的保护
32
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
图9.2 6-10kV配电装置的保护
9.1.2 电力线路的防雷措施
（1）架设避雷器 这是防止架空线路遭受直接雷击的最有效措施。全线架设避雷线一般只用于35kV以上的架空线路。35kV架空线路只在进出变配电所的1~2km范围内架设避雷线。
（2）提高线路本身的耐雷水平 可采用木横担、瓷横担，或采用高一电压等级的绝缘子。
（3）个别绝缘薄弱点加装避雷器 对架空线路中的跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆及个别金属杆上，装设排气式避雷器或保护间隙。
（4）利用三角形排列的顶线兼作保护线 在顶线与顶线绝缘子的铁脚之间装设保护间隙。发生雷击时，保护间隙会被击穿，对地泄放雷电流，从而保护了下边两根导线。在中性点不接地的3-10kV系统中，单相接地放电不致引起断路器跳闸。
9.2 接地[15]
9.2.1 接地与接地装置
电气设备某部分与大地之间做良好的连接，称为接地。埋入地中并直接与大地相接触的金属导体，称为接地体，或接地极。专门为接地而装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体的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，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导线，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下载流，但在故障情况下要通过接地故障电流。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。
9.2.2 本厂接地装置的初步方案
变电所通常用扁钢将若干接地体连接成一个整体构成接地网。有两种接地方式：（a）回路式和（b）外引式，本厂采用回路式，如图9.3所示。
33
江南大学学士学位论文
图9.3 接地装置图
围绕变电所四周，距变电所2~3m，打入一圈直径50mm、长2.5m的钢管接地体，每隔5m打入一根（为减小屏蔽效率，一般管距不宜小于管长的2倍）。
34
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
10 总体布局设计
该厂各车间电缆接线如图10.1所示。
图10.1 该厂车间总体布线
35
江南大学学士学位论文
11 总结与展望
11.1 总结
现代社会的电力供应需求越来越重要，能不能很好地、有效地利用清洁电能，将决定世界的发展。通过这次的毕业设计，我详细的了解了简单供电系统的组成，明确了其中的相关内容。本设计内容还有不足之处，数据计算有少许不够精确，但达到了工程上的初步标准。当然还希望老师能够给出些许意见，能让我再对工厂供电的有关知识有更进一步的理解。
11.2 展望
电是人们生活不可或缺的东西，当今供电系统已经很成熟，已能够初步满足人类的用电需求。但是，电力短缺、电力资源的浪费还很严重。未来电力技术的发展方向主要是特高压传输、减少电网回馈等与节能环保有关的课题。
为了建设可持续发展社会，绿色节约型社会，未来对供电系统供电能力的要求将会逐步增强。水力发电，太阳能发电，核能发电等可持续发电技术将随着科技的提高而不断的为人类所用。相信在不久的将来，我们能够真正做到节约用电，清洁用电。
36
某机修厂总配电变电所及高压配电系统设计
致 谢
通过这次毕业设计，我进一步了解了工厂供配电系统的配置组成，加深了对有关工厂供电知识的理解。不论将来会不会从事这个行业，对我来说都是一次受益匪浅的经历，也体会到了设计一个大系统的不易。
大学本科生活即将结束，三个月后我将开始攻读硕士学位，这次毕业设计也算是承前启后，为我的大学生活画上了圆满的句号，又开启了我人生新的旅程。我感谢学校各位老师的良苦用心，更感谢方老师的热心指导与帮助。有了这次的锻炼，我相信在今后的学习生活中一定能有其用武之地。
37
江南大学学士学位论文
参考文献
[1] 刘介才. 工厂供电. 21世纪普通高等教育规划教材[M]. 北京:机械工业出版社, 2003.7: 1-96.
[2] 刘介才. 工厂供电设计指导. 高等工程院校电气类专业辅助教材[M]. 北京:机械工业出版社, 2008.4:
5-97.
[3] 刘介才. 供配电技术[M]. 北京:机械工业出版社, 2005.6: 27-135.
[4] 刘介才. 工厂供电简明设计手册[M]. 北京:机械工业出版社, 1993: 134-160.
[5] J.W.Director. Circuit Theory a Computational Approach[M]. John Wiley and sons, 1985: 58-96.
[6] Niels Houbak. SESYS-A space matrix linear equation solver[J]. Laboratory for Energetic, 1985: 3-45. [7] 苏文成. 工厂供电[M]. 北京:机械工业出版社, 1990: 5-75.
[8] G.Espinosa-Perez, P.Nicklasson, and R.Ortega. Control of Electric Power[J]. IEEE Conf, 1995: 2151–2152.
[9] 电气制图国家标准汇编[S]. 北京:中国计划出版社, 2001: 2-45.
[10] P. Krause, O. Wasynczuk, and S. Sudhoff, Analysis of Electric Machinery[J]. IEEE Press, 1994: 203-351. [11] G. F. Franklin, J. D. Powell, and A. Emami-Naeini. Feedback Control of Dynamic Systems[J]. IEEE
Press , 1994: 608-700.
[12] 刘介才. 三相交流相序代号问题的商榷[J]. 电工技术杂志, 1997.3: 3-15. [13] 张明君. 电力系统微机保护[M]. 北京:冶金工业出版社, 2002: 77-98. [14] 刘从爱.徐中立. 电力工程[M]. 北京:机械工业出版社, 1992: 34-122. [15] 机械工厂电力设计规范[S]. 北京:机械工业出版社, 1997: 97-110.
38
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容