供配电系统设计

毕业设计说明书(论文)

作 者: 系

：

****

学 号： ******

电子工程与光电技术系 电气工程及其自动化 南京某电力设备制造公司

供配电系统设计

专 业: 题 目:

指导者：

(姓 名) (专业技术职务)

评阅者：

(姓 名) (专业技术职务)

2012 年 5 月

南 京 理 工 大 学

毕业设计（论文）评语

学生姓名： **** 班级、学号： 题 目： 南京某电力设备制造公司供配电系统设计 综合成绩： 指导者评语： 指导者(签字)： 年 月 日 毕业设计（论文）评语

评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日 答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日

毕业设计说明书（论文）中文摘要

电能在现代工业生产及国民经济生活中是不可或缺的，因此，供配电技术显得尤为重要。通过对供配电系统中变电所的设计，可以加深变电所在电力系统中的作用及电力系统设备功能及选择原则等方面的了解和认识。 本设计根据厂内各车间负荷表进行负荷计算，然后选取车间变压器及主变压器型号、计算输电线截面并选择厂内架空线路型号。确定系统主接线，通过等效图进行短路计算，根据短路计算的结果选择断路器、互感器等高低压电气设备并进行校验。最后设置继电保护装置并进行整定计算。本设计主要依据相关设计手册的规定，通过计算分析，合理的选择各种设备。 关键词 负荷计算 短路计算 电气设备选择 继电保护 毕业设计说明书（论文）外文摘要

Title The design of power supply system for one electric power equipment manufacturing company in Nanjing Abstract Power in the modern industrial production and national economic life is indispensable, therefore, distribution technology is particularly important. Through to the substation design in power supply system ,it can deepen understanding of the substation in power system and the role of the power system equipment function and selection principles. This design given by the factory workshop substation load tables for load calculation,and then follow the computational load of transformer substation main transformer and the workshop are selected models .According to calculation of transmission line cross-sectional area selects models of overhead lines.Draw the wiring diagram of the power supply system.And then the short-circuit point set for the calculation of short-circuit current,and select different variable pressure side of the electrical equipment and check.The last,set relay protection device and setting calculation. This design is the main basis of the provisions of the relevant design manual, through calculation and analysis, reasonable selection of all kinds of equipment. Keywords load calculation short-circuit calculation electrical equipment choice relay protection 本科毕业设计说明书（论文）

目 次

第 Ⅰ 页 共 Ⅰ 页

1 引言 ................................................................ 1

1.1 工厂供配电系统概述 ............................................. 1 1.2 电力系统的部分设计介绍 ......................................... 1 2 负荷计算 ............................................................ 3 2.1 需要系数法 ..................................................... 3 2.2 车间负荷计算 ................................................... 4 3 变压器和输电线路的选择 ............................................. 11

3.1 变压器的选择 .................................................. 11

3.2 变压器的功率损耗 .............................................. 12 3.3 厂内车间变压器的选择 .......................................... 13 3.4 输电线路的选择 ................................................ 16 3.5 厂内10kV线路的选择 ........................................... 19 3.6 线路功率损耗 .................................................. 23 3.7 总降压变电所设计 .............................................. 24 3.8 10kV联络线（与相邻工厂）的选择 ............................... 26 4 电气主接线 ......................................................... 27

4.1 主接线设计的基本要求 .......................................... 27 4.2 各电压等级主接线方式选择 ...................................... 27 5 短路电流计算 ....................................................... 27

5.1 三相短路的计算方法（无穷大电源系统） .......................... 28 5.2 短路电流计算 .................................................. 28 6 电气设备选择与校验 ................................................. 34

6.1 按正常工作条件选择设备 ........................................ 34 6.2 按短路条件校验设备 ............................................ 35 6.3 厂内电气设备的选择与校验 ...................................... 35 7 继电保护及防雷、接地 ............................................... 37

7.1 变压器的保护与整定计算 ........................................ 37 7.2 线路的保护与整定计算 .......................................... 42 7.3 防雷和接地 .................................................... 45 结 论 ................................................................ 47 致 谢 ................................................................ 48 参 考 文 献 ........................................................... 49 附录 .................................................................. 50

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1 引言

1.1 工厂供配电系统概述

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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提供应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、天界和测量，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[1]。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。例如在机械工业中，电费开支仅占产品成本的5%左右。从投资额来看，一般机械工厂在供电设备上的投资也仅占总投资的5%左右。因此，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，有利于实现生产过程自动化[2]。

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。例如某些对供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备损坏或引起大量产品报废，甚至可能发生重大的人身事故给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。

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作用[3]。

工厂供电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[4]。

1.2 电力系统的部分设计介绍

电力系统设计是在审议后的电力系统规划的基础上，为电力系统的发展制定出具体方案。在电力系统设计中，贯彻国家各项方针政策，遵照有关的设计技术规定；从

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整体出发，深入论证电源布局的合理性，提出网络设计方案，并论证其安全可靠性和经济性，为此需进行必要的计算；尚需注意近期与远期的关系，发电、输电、变电工程的协调，并为电力系统继电保护、安全自动装置以及下一级电压的系统设计创造条件[5]。

电力系统设计包括电厂接入系统设计，电力系统专题设计，发电、输电、变电工程可行性研究及初步设计的系统部分。

电力系统的设计水平年一般取今后5～10年的某一年，远景水平年取今后10～15年的某一年。设计水平年的选取最好与国民经济计划的年份相一致。电源和网络设计一般以设计水平年为主，并对设计水平年以前的过渡年份进行研究，同时还要展望到远景水平年[6]。 1.2.1 电力网

电力系统中电力网是由不同电压等级的电力线路和变电所组成。电力网按其供电范围的大小和电压等级的高低可分为地区电力网、区域电力网以及超高压远距离输电网络等类型。按电力网的功能又常常按其分为传输网和配电网。地区电力网通常是指电压等级在110kV及以下、输送距离在几十千米内的电力网，主要完成一般城市、工厂、农村电力的分配。区域电力网则把范围较广地区的发电厂和负荷联系在一起，而且输电线路较长，用户类型也较多，其主要任务是较大容量的电路传输。目前在我国，区域电网主要是220kV电压等级的电力网。超高压远距离输电网络主要有电压为330kV、550kV及以上电压等级的远距离输电线路组成，它们担负着将远距离大容量发电厂的电能送往负荷中心的任务[7]。 1.2.2 变电所

变电所时电力网的重要组成部分，它的任务是汇集电源、升降压、分配电能。它除了可以按升压、降压分类外，还可以按设备布置的地点分为户外变电所和户内变电所等。若按变电所的容量和重要性可分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。枢纽变电所一般容量较大，处于联系电力系统各部分的中枢位置。中间变电所则处于发电厂和负荷中心之间。终端变电所一般是降压变电所，它只负责供应一个局部地区或某些用户的负荷而不承担功率的转送[8]。

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2 负荷计算

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工厂的电力负荷，按GB50052—95规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：

a）一级负荷（first order load）

一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者，或者中断供电将在政治、经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。

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。

b）二级负荷（second order load）

二级负荷为中断工段将在政治、经济上造成较大损失者，如主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需要较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。

c）三级负荷（third order load）

三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者[9]。

2.1 需要系数法

2.1.1 基本公式

用电设备组的计算负荷，是指用电设备组从供电系统中取用的半小时最大负荷P30。用电设备组的设备容量Pt，是指用电设备组所有设备（不含备用设备）的额定容量PN之和。即PePN。而设备的额定容量，是设备在额定条件下的最大输出功率。但是用电设备组的设备实际上不一定都同时运行，运行的设备也不太可能都满负载，同时设备本身有功率损耗，配电线路也有功率损耗，因此用电设备组的有功计算负荷应为

P30KKLewLPe （2-1）

式子中，KΣ为设备组的同时系数，即设备组在最大负荷时运行的设备容量与全部设备容量与全部设备容量之比；KL为设备组的负荷系数，即设备组在最大负荷时的输出功率与运行的设备容量之比；ηe为设备组的平均效率，即设备组在最大负荷时的输出功率与取用功率之比；η

wL

为配电线路的平均效率，即配电线路在最大负荷时的

末端功率（亦即设备组的取用功率）与首端功率（亦即计算负荷）之比。

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的定义式为

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令上式中的KKL(ewL)Kd，这里的Kd称为需要系数。由上式可知需要系数

KdP30 （2-2） Pe即用电设备组的需要系数，是用电设备组在最大负荷时需要的有功功率与其设备容量的比值。由此可得按需要系数法确定三相用电设备组有功计算负荷的基本公式为

P30KdPe （2-3）

实际上，需要系数Kd不仅与用电设备组的工作性质、设备台数、设备效率和线路损耗等因素有关。而且与操作人员的技能和生产组织等多种因素有关，因此应尽可能地通过实测分析确定，使之尽量接近实际。

在求出有功计算负荷P30后，可按下列各式分别求出其余的计算负荷。 无功计算负荷为

Q30P30tan （2-4）

式中，tan为对应于用电设备组cos的正切值。 视在计算负荷为

S30P30 （2-5） cos式中，cos为用电设备组的平均功率因数。 计算电流为

I30式中，UN为用电设备组的额定电压。

S303UN （2-6）

如果为一台三相电动机，则计算电流就取为其额定电流，即

I30INPN3UNcos （2-7）

2.2 车间负荷计算

2.2.1 金工车间

1）车、铣、刨床

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已知：Pe=80kW，Kd=0.2，tan=1.73。 故：P30KdPe0.28016kW

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Q30P30tan161.7327.68kvar 2）镗、磨、钻床

已知：Pe=100kW，Kd=0.16，tan=1.73。 故：P30KdPe0.1610016kW

Q30P30tan161.7327.68kvar 3）砂轮、锯床

已知：Pe=80kW，Kd=0.18，tan=1.73。 故：P30KdPe0.188014.4kW

Q30P30tan14.41.7324.912kvar 4）电阻炉

已知：Pe=30kW，Kd=0.7，tan=0。 故：P30KdPe0.73021kW

Q30P30tan2100kvar 5）起重机

已知：Pe=40kW，Kd=0.12，tan=1.73。 故：P30KdPe0.12404.8kW

Q30P30tan4.81.738.304kvar 6）传送机

已知：Pe=40kW，Kd=0.15，tan=1.73。 故：P30KdPe0.15406kW

Q30P30tan61.7310.38kvar 7）通风机

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已知：Pe=30kW，Kd=0.8，tan=0.75。 故：P30KdPe0.83024kW

第 6 页 共 50 页

Q30P30tan240.7518kvar 8）电焊设备

已知：Pe=60kW，Kd=0.35，tan=1.33。 故：P30KdPe0.356021kW

Q30P30tan211.3327.93kvar 9）照明

已知：Pe=20kW，Kd=0.9，tan=0.75。 故：P30KdPe0.92018kW

Q30P30tan180.7513.5kvar 10）车间负荷合计（计同时系数） 取同时系数：KP=0.95，KQ=0.97

P30KPP300.95141.2134.14kWQ30KQQ300.97158.386153.63kvarS30P30Q30134.142153.632203.9kVA22

金工车间负荷计算结果如表2.1所示。

表2.1 金工车间负荷计算表

车间设备名称 金工车间 动力: 车.铣.刨床 镗.磨.钻床 砂轮.锯床 电阻炉 起重机 传送机 通风机 电焊设备 照明 合计 容量(kW) 80 100 80 30 40 40 30 60 20 480 Kd 0.2 0.16 0.18 0.7 0.12 0.15 0.8 0.35 0.9 cos 0.5 0.5 0.5 1 0.5 0.5 0.8 0.6 0.8 tan P(kW) 1.73 1.73 1.73 0 1.73 1.73 0.75 1.33 0.75 16 16 14.4 21 4.8 6 24 21 18 141.2 计 算 负 荷 Q(kvar) 27.68 27.68 24.912 0 8.304 10.38 18 27.93 13.5 S(kVA) 158.386 本科毕业设计说明书（论文）

2.2.2 铸钢车间

1）动力

已知：Pe=1650kW，Kd=0.7，tan=0.88。 故：P30KdPe0.716501155kW

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Q30P30tan11550.881016.4kvar 2）照明

已知：Pe=20kW，Kd=0.9，tan=0.75。 故：P30KdPe0.92018kW Q30P30tan180.7513.5kvar 3）车间负荷合计（计同时系数） 取同时系数：KP=0.95，KQ=0.97

P30KPP300.9511731114.35kWQ30KQQ300.971029.9999.00kvarS30P30Q301114.352999.0021496.6kVA22

2.2.3 热处理车间

1）动力

已知：Pe=2100kW，Kd=0.6，tan=0.75。 故：P30KdPe0.621001260kW

Q30P30tan12600.75945kvar 2）照明

已知：Pe=20kW，Kd=0.9，tan=0.75。 故：P30KdPe0.92018kW

Q30P30tan180.7513.5kvar 3）车间负荷合计（计同时系数） 取同时系数：KP=0.95，KQ=0.97

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P30KPP300.9512781214.1kWQ30KQQ300.97958.5929.745kvarS30P30Q301214.12929.74521529.2kVA22第 8 页 共 50 页

2.2.4 锻工车间

1）动力

已知：Pe=1600kW，Kd=0.5，tan=1.33。 故：P30KdPe0.51600800kW

Q30P30tan8001.331064kvar 2）照明

已知：Pe=20kW，Kd=0.9，tan=0.75。 故：P30KdPe0.92018kW Q30P30tan180.7513.5kvar 3）车间负荷合计（计同时系数） 取同时系数：KP=0.95，KQ=0.97

P30KPP300.95418397.1kWQ30KQQ300.971077.51045.175kvarS30P30Q30397.121045.17521118.1kVA22

2.2.5 焊接车间

1）动力

已知：Pe=500kW，Kd=0.58，tan=1.02。 故：P30KdPe0.58500290kW

Q30P30tan2901.02295.8kvar 2）照明

已知：Pe=20kW，Kd=0.9，tan=0.75。 故：P30KdPe0.92018kW

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Q30P30tan180.7513.5kvar 3）车间负荷合计（计同时系数） 取同时系数：KP=0.95，KQ=0.97

P30KPP300.95308292.6kWQ30KQQ300.97309.3300.021kvarS30P30Q30292.62300.0212419.1kVA22第 9 页 共 50 页

2.2.6 总装车间

1）动力

已知：Pe=250kW，Kd=0.6，tan=0.75。 故：P30KdPe0.6250150kW

Q30P30tan1500.75112.5kvar 2）照明

已知：Pe=20kW，Kd=0.9，tan=0.75。 故：P30KdPe0.92018kW Q30P30tan180.7513.5kvar 3）车间负荷合计（计同时系数） 取同时系数：KP=0.95，KQ=0.97

P30KPP300.95168159.6kWQ30KQQ300.97126122.22kvarS30P30Q30159.62122.222201.0kVA22

2.2.7 空压站

1）动力

已知：Pe=800kW，Kd=0.7，tan=0.75。 故：P30KdPe0.7800560kW

Q30P30tan5600.75420kvar

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2）照明

已知：Pe=20kW，Kd=0.9，tan=0.75。 故：P30KdPe0.92018kW

第 10 页 共 50 页

Q30P30tan180.7513.5kvar 3）车间负荷合计（计同时系数） 取同时系数：KP=0.95，KQ=0.97

P30KPP300.95578549.1kWQ30KQQ300.97433.5420.495kvarS30P30Q30549.12420.4952691.6kVA22

2.2.8 工厂负荷总计

取同时系数：KP=0.95，KQ=0.97

P30KPP300.954464.24240.99kWQ30KQQ300.974093.0863970.293kvarS30P30Q304240.9923970.29325809.4kVA22

工厂其他车间负荷计算结果如表2.2所示。

表2.2 其他各车间负荷计算统计表

车间设备名称 动力 容量(kW) 1650 20 1670 2100 20 2120 1600 20 1620 500 20 520 250 20 270 800 Kd 0.7 0.9 0.6 0.9 0.5 0.9 0.58 0.9 0.6 0.9 0.7 cos 0.75 0.8 0.8 0.8 0.6 0.8 0.7 0.8 0.8 0.8 0.8 tan P(kW) 0.88 0.75 0.75 0.75 1.33 0.75 1.02 0.75 0.75 0.75 0.75 1155 18 1173 1260 18 1278 800 18 818 290 18 308 150 18 168 560 计 算 负 荷 Q(kvar) 1016.4 13.5 1029.9 945 13.5 958.5 1064 13.5 1077.5 295.8 13.5 309.3 112.5 13.5 126 420 S(kVA) 铸钢照明 车间 合计 热处理车间 动力 照明 合计 动力 锻工照明 车间 合计 动力 焊接照明 车间 合计 动力 总装照明 车间 合计 空压动力 本科毕业设计说明书（论文）

站 总计 考虑同时系数时全厂计算负荷 照明 合计 20 820 7500 0.9 0.8 0.74 0.75 0.91 18 578 4464.2 4240.99 第 11 页 共 50 页13.5 433.5 4093.09 3970.29 6056.6 5809.4

K∑P=0.95 K∑Q=0.97 3 变压器和输电线路的选择

3.1 变压器的选择

3.1.1 变压器的台数选择原则

1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相联的联络线作为备用电源。

2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。

3）除上述情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或以上变压器。

4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。 3.1.2 变电所主变压器容量的选择

1）只装一台主变压器的变电所

主变压器容量SNT应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即

SNTS30 （3-1）

2）装有两台主变压器的变电所

每台变压器的容量SNT应同时满足以下两个条件：

任一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷S30的60%～70%的需要，即

SNT(0.6~0.7)S30 （3-2）

任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷S30(Ⅰ+Ⅱ)的需要，即

SNTS30(Ⅰ+Ⅱ) （3-3）

3）车间变电所主变压器的单台容量上限

车间变电所主变压器的单台容量一般不宜大于1000kVA（或1250kVA）。这一方面

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是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制；另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。现在我国已能生产更好的低压开关，因此车间负荷容量较大、符合集中且运行合理时，也可以选用单台容量为1250～2000kVA的配电变压器，这样能减少变压器台数及高压开关电器和电缆等。

4)适当考虑负荷的发展

应适当考虑今后5～10年电力负荷的增长，留有一定的余地，同时要考虑变压器的正常过负荷能力。

3.2 变压器的功率损耗

3.2.1 变压器的有功功率损耗

铁心中的有功功率损耗，即铁损ΔPFe，铁损在变压器一次绕组的外施电压和频率不变的条件下是固定不变的，与负荷无关。铁损可由变压器空载实验测定。变压器的空载损耗ΔP0可认为就是铁损，因为比那雅琪的空载电流I0很小，再一次绕组中产生的有功损耗可略去不计。

有负荷时一、二次绕组中的有功功率损耗，即铜损ΔPCu。铜损与负荷电流（或功率）的平方成正比。铜损可由变压器短路试验测定。变压器的短路损耗ΔPk可认为就是铜损，因为变压器短路时一次侧短路电压Uk很小，在铁心中产生的有功功率损耗可略去不计。

因此，变压器的有功功率损耗为

S30PTPFePCuSNS30PP0kSN2 （3-4） 2式子中，SN为变压器的额定容量；S30为变压器的计算负荷。 3.2.2 变压器的无功功率损耗

用来产生主磁通，即产生励磁电流的一部分无功功率，用ΔQ0表示。它只与绕组电压有关，与负荷无关。它与励磁电流（近似地与空载电流）成正比，即

Q0I0%SN （3-5） 100式子中，I0%为变压器空载电流占额定电流的百分比值。

消耗在变压器一、二次绕组电抗上的无功功率。额定负荷下的这部分无功损耗用ΔQN表示。由于变压器绕组的电抗远大于电阻，因此ΔQN近似地与短路电压（即阻抗

本科毕业设计说明书（论文）

电压）成正比，即

QN第 13 页 共 50 页

Uk%SN （3-6） 100式子中，Uk%为变压器的短路电压占额定电压的百分比值。 因此，变压器的无功功率损耗为

S30QTQ0QNSNI0%Uk%S30SNS100100N2SN （3-7） 2以上式子中的ΔP0、ΔPk、 I0%、 Uk%等参数均可从附录表中查得。

在负荷计算中，SL7、S7、S9等型低损耗电力变压器的功率损耗可按下列简化公式近似计算：

有功损耗：PT0.015S30 （3-8） 无功损耗：QT0.06S30 （3-9）

3.3 厂内车间变压器的选择

3.3.1 各车间变电所位置平面图

全厂供电系统平面布置如图3.1所示。

本科毕业设计说明书（论文）

第 14 页 共 50 页

图3.1 全厂供电平面图（比例1:7000）

3.3.2 车间变压器选择

车间变电所1：铸钢、锻工车间 1）计算负荷

PQ3030KP(P30铸P30锻)0.95（1173818）1891.45kW

KQ(Q30铸Q30锻)0.97(1029.91077.5)2044.178kvar2）无功补偿

cosP2230P(Q30QC)21891.451891.45(2044.178QC)220.9

30取QC1200kvar S12（2044.178-1200）2071.3kVAP30(Q30QC)21891.452

3）变电所1的变压器选择，为保证供电可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）

本科毕业设计说明书（论文）

SNT10.7S10.72071.31449.9kVA

第 15 页 共 50 页

查表选用S9系列变压器，额定容量为1600kVA两台。ΔP0=2.4kW，ΔPk=14.5kW，Uk%=4.5，I0%=0.6。

4）每台变压器的功率损耗（n=1）

S3011S12071.31035.65kVA22

S301PTnP0PkSnNI%1U%S30QTn0SNkSNS100n100N2.6510352.414.58.47kW16002220.64.5.6510351600160039.77kvar1001001600

车间变电所2：热处理、空压站、总装车间 1）计算负荷

PQ3030KP(P30热P30空P30总)0.95(1278578168)1922.8kW

KQ(Q30热Q30空Q30总)0.97(958.5433.5126)1472.46kvar

2）无功补偿

cosP2230P(Q30QC)21922.81922.8(1472.46QC)220.9

30取QC800kvar S1P30(Q30QC)21922.82(1472.46800)22037.00kVA

3）变电所2的变压器选择，为保证供电可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）

SNT10.7S10.72037.001425.9kVA

查表选用S9系列变压器，额定容量为1600kVA两台。ΔP0=2.4kW，ΔPk=14.5kW，Uk%=4.5，I0%=0.6。

4）每台变压器的功率损耗（n=1）

S3011S12037.001018.5kVA22

本科毕业设计说明书（论文）

S301PTnP0PkSnNI%1U%S30QTn0SNkSNS100n100N222第 16 页 共 50 页

.510182.414.58.28kW160020.64.5.5101816001600kvar38.781001001600

车间变电所3：金工、焊接车间 1）计算负荷

PQ3030KP(P30金P30焊)0.95(141.2308)426.74kW

KQ(Q30金Q30焊)0.97(158.386309.3)453.655kvar2）无功补偿

cosP2230P(Q30QC)2426.74426.74(453.655QC)220.9

30取QC300kvar S1222P(QQ)426.74(453.655300)453.56kVA3030C

3）变电所3的变压器选择，为保证供电可靠性，选用两台变压器（每台可供车间总负荷的70%）

SNT10.7S10.7453.56317.49kVA

查表选用S9系列变压器，额定容量为400kVA两台。ΔP0=0.8kW，ΔPk=4.3kW，Uk%=4，I0%=1.0。

4）每台变压器的功率损耗（n=1）

S3011S1453.56226.78kVA22

S301PTnP0PkSnNI%1U%S30QTn0SNkSNS100n100N2226.780.84.32.18kW400

22214226.784004009.14kvar 1001004003.4 输电线路的选择

3.4.1 导线截面选择的基本原则

输电线路导线截面的选择对电力网的技术经济性能有很大影响。输配电线路截面

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的选择应满足以下基本原则： 1）发热条件

第 17 页 共 50 页

通过导线的电流越大，导线发热越严重，从而造成导线温度越高，容易使导线接头处剧烈氧化以致过热而发生断线事故。为了保证输配电线路的安全可靠运行，导线的温度应限制在90℃。因此，选择导线截面时，应保证导线在通过正常最大负荷电流（计算电流）时产生的发热温度不超过其正常运行时的最高允许温度。 2）电压损耗条件

由于线路上存在电阻和电抗，因此，当电流通过导线时将产生电压损耗，电压损耗超过一定范围后，会严重影响用电设备的正常工作。为了保证电压损耗在允许范围内，通常可按允许电压损耗选择界面，或根据已知的导线截面来校验其电压损耗是否超过允许范围。 3）机械强度条件

架空线路要经受风雨、覆冰和多种其他因素的影响，因此必须有足够的机械强度以保证安全运行。架空线路按其重要程度一般可分为三个等级，通常35kV及以上线路为Ⅰ级，1kV～35kV线路为Ⅱ级，1kV以下为Ⅲ级。对于不同电压等级的线路，按其机械强度所要求的导线最小截面面积如表3.1所示[10]。

表3.1 架空线路按机械强度要求的导线最小允许截面面积（单位：mm）

导线种类 35kV及以上线路 6kV～10kV线路 居民区 铝及铝合金线 钢芯铝绞线 钢线 35 35 35 35 25 25 非居民区 25 16 16 1kV以下低压线路 一般 16 16 16 与铁路交叉时 35 16 16 2

4）经济条件

选择导线截面时，既要降低线路的电能损耗和维修费等年运行费用，又要尽可能减少线路投资和有色金属消耗量，通常可按国家规定的经济电流密度选择导线截面。5）电晕条件

对于60kV以上电压的架空线路，为了防止电晕损耗和对无线电波的干扰，在正常运行情况下不允许出现全面电晕。因此，避免电晕的发生已成为高压与超高压线路选择导线截面的重要技术条件。对一定电压的导体，影响其是否出现电晕的主要因素，时导线的半径或截面。

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3.4.2 按发热条件选择导线截面

第 18 页 共 50 页

当导线通过正常最大负荷电流（计算电流）时，导线发热的温度不应超过它的最高允许温度。根据最高允许温度，可以计算出导线在某一截面的允许持续负荷电流（允许载流量）Ia1，把这些载流量列成表格，在设计时按这些表格来选择截面，叫做按发热条件选择截面，也叫做按允许载流量选择截面。

按发热条件选择三相系统中的相线截面时，应使导线的允许载流量Ia1不小于通过相线的计算电流I30,即

Ia1I30 （3-10）

应当注意，导线的允许载流量与环境温度和敷设条件有关。如果导线敷设低点的环境温度与导线允许载流量所采用的环境温度不同时，则导线的允许载流量应乘以温度校正系数Kθ,即

a1-0'K （3-11）

a1-0此时，按发热条件选择截面的条件为

KIa1I30 （3-12）

在室外，环境温度一般取当地最热月平均气温；在室内（包括电缆沟内或隧道内），则取当地最热月平均气温加5℃；对埋入地下的电缆，取当地最热月地下0.8m～1m深处的土壤月平均气温。

3.4.3 按允许电压损耗选择导线截面

导线截面对线路电抗的影响不大，因此，可初选一种导线的单位长度电抗值（6kV～110kV架空线路取0.3Ω/km～0.4Ω/km,电缆线路取0.07Ω/km～0.08Ω/km），按下式计算无功功率在导线电抗上的电压损耗，即

Ur而电压损耗的允许值为

qXii1niUNx1qiLii1nUN （3-13）

Ua1Ua1%UN （3-14） 100则线路电阻部分中的电压损耗为

UaUa1-Ur （3-15）

本科毕业设计说明书（论文）

由于

第 19 页 共 50 页

Ua所以，导线截面面积为

pRii1niUNpLii1niAUN

A3.4.4 按经济电流密度选择导线截面

pLii1niUa1UN （3-16）

导线截面越大，线路的功率损耗和电能损耗越小，但是线路投资和有色金属小号却要增加；反之，导线截面越小，线路投资和有色金属消耗量越小，但是线路的功率损耗和电能损耗却要增大。线路投资和电能损耗都影响年运行费。因此，综合以上两种情况，使年运行费用达到最小、初投资费用又不过大而确定的符合总经济利益的导线截面，称之为经济界面，用Aec表示。

对应于经济界面的导线电流密度，称为经济电流密度，用jec表示。我国现行的经济电流密度规定如表3.2所示[11]。

表3.2 经济电流密度（单位：A/mm）

导线材料 小于3000 铝线 铜线 铝芯电缆 铜芯电缆 1.65 3.00 1.92 2.50 年最大负荷利用时间/h 3000～5000 1.15 2.25 1.73 2.25 大于5000 0.9 1.75 1.54 2.00 2

按经济电流密度选择导线截面时，可按下式计算

AecI30 （3-17） jec根据式（3-17）计算出经济截面Aec后，应选最接近而又偏小一点的标准截面，这样可节省初期投资和有色金属消耗量。

3.5 厂内10kV线路的选择

本科毕业设计说明书（论文）

3.5.1 供电给变电所1的10kV线路

第 20 页 共 50 页

1）为保证供电的可靠性，选用双回供电线路，每回供电线路的计算负荷：

11P3021891.45945.725kW2

11Q30(Q30QC)(2044.1781200)422.089kvar

22P302）计及变压器的损耗

P'P30PT945.7258.47954.195kW Q'Q30QT422.08939.77461.859kvar

S'P'2Q'2954.1952461.85921060.0kVA

I30S'3U1060.031061.2A

3）按允许电压损耗选择导线截面 设x1=0.4Ω/km, 取ΔUa1%=5，则

Ua1Ua1%5UN100.5kV500V100100

Urx1QlUN0.4461.8590.2945.4V10

UaUa-Ur500-5.4494.6V

因此，导线截面面积为

APlUNUa954.1950.2941.77mm20.03210494.6

查表，初步选LJ-16型铝绞线，允许载流量Ia1=105A。 4）按发热条件检验 已知θ

’0

=26℃，则温度修正系数：

K70260.997025

Ia1'KIa10.99105103.8I3061.2A

符合长期发热条件。 5）按机械强度校验

本科毕业设计说明书（论文）

选用LJ-25型铝绞线。

3.5.2 供电给变电所2的10kV线路

第 21 页 共 50 页

查表，10kV架空铝绞线最小截面面积为25mm2，不满足机械强度条件。因此，应

1）为保证供电的可靠性，选用双回供电线路，每回供电线路的计算负荷：

11P1922.8961.4kW3022

11Q30(Q30QC)(1472.46800)336.23kvar22

P302）计及变压器的损耗

P'P30PT961.48.28969.68kW Q'Q30QT336.2338.78375.01kvar

S'P'2Q'2969.682375.0121039.67kVA

I30S'3U1039.6731060.0A

3）按允许电压损耗选择导线截面 设x1=0.4Ω/km, 取ΔUa1%=5，则

Ua1Ua1%5UN100.5kV500V100100

Urx1QlUN0.4375.010.3365.0V10

UaUa-Ur500-5.0495.0V

因此，导线截面面积为

APlUNUa954.1950.3362.06mm20.03210495.0

查表，初步选LJ-16型铝绞线，允许载流量Ia1=105A。 4）按发热条件检验 已知θ

’0

=26℃，则温度修正系数：

K70260.997025

Ia1'KIa10.99105103.8I3060.0A

本科毕业设计说明书（论文）

符合长期发热条件。

第 22 页 共 50 页

5）按机械强度校验查表，10kV架空铝绞线最小截面面积为25mm2，不满足机械强度条件。因此，应选用LJ-25型铝绞线。 3.5.3 供电给变电所3的10kV线路

1）为保证供电的可靠性，选用双回供电线路，每回供电线路的计算负荷：

11P302426.74213.37kW2

11Q30(Q30QC)(453.655300)76.83kvar22

P302）计及变压器的损耗

P'P30PT213.372.18215.55kW Q'Q30QT76.839.1485.97kvar

S'P'2Q'2215.55285.972232.06kVA

I30S'3U232.0631013.40A

3）按允许电压损耗选择导线截面 设x1=0.4Ω/km, 取ΔUa1%=5，则

Ua1Ua1%5UN100.5kV500V 100100Urx1QlUN0.485.970.2170.7V10

UaUa-Ur500-0.7499.3V

因此，导线截面面积为

APlUNUa215.550.2170.29mm20.03210499.3

查表，初步选LJ-16型铝绞线，允许载流量Ia1=105A。 4）按发热条件检验 已知θ

’0

=26℃，则温度修正系数：

K70260.997025

本科毕业设计说明书（论文）

Ia1'KIa10.99105103.8I3013.40A

符合长期发热条件。 5）按机械强度校验

第 23 页 共 50 页

查表，10kV架空铝绞线最小截面面积为25mm2，不满足机械强度条件。因此，应选用LJ-25型铝绞线。

3.6 线路功率损耗

1）有功功率损耗

有功功率损耗时电流通过线路电阻所产生的，按下式计算：

PWL3I30RWL （3-18）

式子中，I30为线路的计算电流；RWL为线路每相的电阻。

电阻RWLR0l，这里l为线路长度，R0为线路单位长度的电阻值，可查相关手册。 2）无功功率损耗

无功功率损耗时电流通过线路电抗所产生的，按下式计算：

2QWL3I30XWL （3-19）

式中，I30为线路的计算电流，XWL为线路每相的电抗。

电抗XWLX0l，这里l为线路长度，X0为线路单位长度的电抗值，也可查有关手册。X0不仅要根据导线截面。而且要根据导线之间的几何均距。所谓线间几何间距，是指三相线路各相导线之间距离的几何平均值。 3.6.1 厂内10kV线路功率损耗

1）变电所1的10kV线路功率损耗

已知LJ-25型铝绞线参数：r0=1.28Ω/km，x0=0.345Ω/km。

2PL3I30RL361.221.280.2944.23kW QL3I30XL361.220.3450.2941.14kvar

PP'PL954.1954.23958.425kW QQ'QL461.8591.14462.999kvar

2）变电所2的10kV线路功率损耗

已知LJ-25型铝绞线参数：r0=1.28Ω/km，x0=0.345Ω/km。

22 本科毕业设计说明书（论文）

PL3I30RL36021.280.3364.65kW22第 24 页 共 50 页

QL3I30XL36020.3450.3361.25kvar

PP'PL969.684.65974.33kW QQ'QL375.011.25376.26kvar

3）变电所3的10kV线路功率损耗

已知LJ-25型铝绞线参数：r0=1.28Ω/km，x0=0.345Ω/km。

PL3I30RL313.421.280.2170.15kW QL3I30XL313.420.3450.2170.04kvar

PP'PL215.550.15215.70kW QQ'QL85.970.0486.01kvar

223.7 总降压变电所设计

3.7.1 主变压器的选择

1）计算负荷

P2(P'P'P')2(958.425974.33215.70)4296.91kW

123Q2(Q'Q'Q')2(462.999376.2686.01)1850.54kvar

123PKPP0.954296.914082.06kW QKQQ0.971850.541795.02kvar

2）总降压变压器10kV侧无功补偿

cosPP(QQC)224082.064082.06(1795.02QC)220.9

取QC0kva， r无需电容器无功补SP2(QQC)24082.0621795.0224459.29kVA

3）为保证供电的可靠性，选用两台主变压器（每台可供总负荷的70%）

SNT0.7S0.74459.293121.50kVA

所以选择变压器型号为S9-3150/35两台。查表得：ΔP0=3.8kW、ΔPk=24.3kW、

本科毕业设计说明书（论文）

I0%=0.7、Uk%=7。

3.7.2 35kV供电线路的选择

第 25 页 共 50 页

1）为保证供电的可靠性，选用两回35kV供电线路，每回的计算负荷

11P4082.062041.03kW 2211Q'(QQC)(1795.020)897.51kvar

22P'S'P'2Q'22041.032897.5122229.65kVA

2）有简化公式求变压器损耗

P0.015S'0.0152229.6533.44kW

Q0.06S'0.062229.65133.78kvar

3）每回35kV供电线路的计算负荷

P\"P'P2041.0333.442074.47kW

Q\"Q'Q897.51133.781031.29kvar S\"P\"2Q\"22074.4721031.2922316.68kVA

I30S\"3U2316.6838.2A 3354）按经济电流密度选择导线 计算导线截面积：

AecI3038.233.2mm2 jec1.15查表，可选LGJ-25，其允许载流量为Ia1=135A。 按长期发热条件校验：

Ia1'KIa10.99135133.65AI3038.2A

按机械强度检验：

根据机械强度和安全性要求，查表，35kV钢芯铝绞线最小允许截面面积为35mm2，不符合要求。因此，应选用LGJ-35型钢芯铝绞线。 3.7.3 35kV线路功率损耗

1）已知LGJ-35型钢芯铝绞线参数：r0=0.85Ω/km，x0=0.366Ω/km。

PL3I30RL338.220.851037.21kW2 本科毕业设计说明书（论文）

2第 26 页 共 50 页

QL3I30XL338.220.3661016.02kvar PP''PL2074.4737.212111.68kW QQ''QL1031.2916.021047.31kvar

2）线路电压降

UPr0Qx02111.680.851047.310.366l10622V UN35U0.622100%100%1.8%10% 合格 UN35U%3.8 10kV联络线（与相邻工厂）的选择

1）全厂总负荷

P30总4082.06kwQ30总1795.02kvar2）输电容量不超过全厂计算负荷的20%

P20%P30总0.24082.06816.4kw Q20%Q30总0.21795.02359.0kvar

SP2Q2816.42359.02891.8kVA

IS3U891.831051.5A

3）因运用时间很少，可按长期发热条件和机械强度选择导线截面 选用LJ-25型铝绞线，其允许载流量Ia1=135A

Ia1KIa10.99135133.65AI51.5A

符合要求。 4）校验线路电压降

'UPr0Qr0816.41.28359.00.345l6701V UN10U0.701100%100%7.01%10% UN10U% 本科毕业设计说明书（论文）

电压损耗符合要求。

第 27 页 共 50 页

4 电气主接线

4.1 主接线设计的基本要求

（1）可靠性。为了向用户供应持续、优质的电力，主接线首先必须满足可靠性的要求。中小型发电厂的主接线，可采用单回线弱联系的介入方式，然而，其10kV电压级宜采用供电可靠性较高的母线接线形式，以便适应近区各类负荷对供电可靠性的要求。担任基荷的发电厂，年利用小时数载5000h以上，主要供应I，II类负荷用电，必须采用供电可靠性较高的接线形式。

（2）灵活性。电气主接线的设计，应当适合在运行、热备用、冷备用和检修等各种方式下运行的要求。调度时，可以灵活地投入或切除变压器和线路等元件，合理调配电源和负荷。检修时，可以方便地停运断路器、母线及其二次设备，并方便地设置安全措施，不影响电网的正常运行和对其他用户的供电。

（3）经济性。经济性主要体现在投资少、占地面积少和电能损耗少上。 （4）发展性。主接线可以容易地从初期接线方式过渡到最终接线。

4.2 各电压等级主接线方式选择

（1）35kV母线主接线的确定

本站35kV侧出线6回，最大负荷年利用小时数达到4200h，有II，III类负荷，其最大负荷为4.5MW，在三个电压等级中是最高的，要求有较高的可靠性。本站35kV侧宜采用单母线分段的接线形式。 （2）10kV母线主接线的确定

本站10kV侧接有容量较小的变压器，拥有II，III类负荷，不宜采用单元接线的形式。同时，负荷的年利用小时数达到4500h，跟以上相同的分析，如采用单母线分段形式可降低短路电流，同时最大限度地减小母线故障时的停电面积。因此，10kV侧也宜采用单母线分段形式。

全厂供配电系统的电气主接线图见附录1。

5 短路电流计算

本科毕业设计说明书（论文）

5.1 三相短路的计算方法（无穷大电源系统）

5.1.1 无穷大电源的概念

第 28 页 共 50 页

无穷大电源理论上是指系统容量S→∞，系统电抗Xs→0，其出口分界母线的电压在短路时能够保持不变。实际上，当系统容量很大，加之发电机自动电压调节器及强行励磁装置的作用，以及枢纽变电所无功/电压自动控制装置的作用，在短路时系统某一枢纽变电所高压母线电压是可以保持不变的，这样的大容量系统就可以认为是无穷大电源系统。

5.1.2 无穷大电源系统的三相短路电流计算方法（标幺值法）

无穷大电源系统供出的短路电流周期分量幅值是不衰减的，可以很方便地计算。其次，无穷大系统电源电压保持不变，电源相电压的标幺值即为1.0，故：

X*Sd11I''II1IdX*X*3Ud （4-1）

''Sk3IUN''ish2KshII''*I*It*15.2 短路电流计算

按无穷大系统供电计算短路电流。短路计算电路图见图4.1。为方便起见，以下公式中标幺值符号*暂时省略。

图4.1 短路计算等效电路图

5.2.1 短路点K（35kV母线）

取S∞=1500MVA。

本科毕业设计说明书（论文）

1）确定标幺值基准

第 29 页 共 50 页

Sd100MVAUd36.75kV

Id2）系统电抗

Sd3Ud100336.751.57kA

Xs3）35kV线路电抗

Sd1000.067 S1500XLx0l4）总电抗标幺值

SdUd20.366101000.27 236.75XXsXL0.0670.270.337

5）三相短路电流周期分量有效值

Ik6）其他三相短路电流值

3Id1.574.66kA X0.377I''3Iish33Ik34.66kA

2.55I''32.554.6611.88kA 1.51I''31.514.667.04kA

Ish7）三相短路容量

3Sk3Sd100296.7MVA X0.3375.2.2 短路点K’（10kV母线）

1）确定标幺值基准

Sd100MVAUd10.5kVId''

Sd3Ud'100310.55.5kA

本科毕业设计说明书（论文）

2）系统电抗

第 30 页 共 50 页

Xs3）35kV线路电抗

Sd1000.067 S1500XLx0l4）35kV变压器电抗

SdUd20.366101000.27

36.752Uk%Sd7100103XT2.22

100SN10031505）总电抗标幺值

XXsXL'XT2.220.0670.271.447 226）三相短路电流周期分量有效值

Ik'3Id''X5.53.8kA 1.4477）其他三相短路电流

I''3Iish333Ik'33.8kA

2.55I''32.553.89.69kA 1.51I''31.513.85.74kA

Ish8）三相短路容量

Sk'3SdX'10069.1MVA 1.4475.2.3 短路点K-1（0.4kV变电所1低压母线）

1）确定标幺值基准

Sd100MVAUd0.4kVId2）系统电抗

''''

Sd3Ud''10030.4144.3kA

本科毕业设计说明书（论文）

Xs3）35kV线路电抗

第 31 页 共 50 页

Sd1000.067 S1500XLx0l4）35kV变压器电抗

SdUd20.366101000.27

36.752Uk%Sd7100103XT2.22

100SN10031505）10kV线路电抗（输送给变电所1）

XL1xl1l1Sd100-30.3450.2947.410 22U36.756）10kV变压器电抗

XT17）总电抗标幺值

Xk-1Uk%Sd4.51052.81 100SN1001600XTXL1XT12.227.410-32.81XsXL0.0670.272.85

22228）三相短路电流周期分量有效值

IK-19）其他三相短路电流

3I144.3d50.6kA XK-12.85''I''3I3IK-1350.6kA

ish32.55I''32.5550.6129.1kA 1.51I''31.5150.676.4kA

Ish10）三相短路容量

3SK-13Sd10035.09MVA XK-12.855.2.4 短路点K-2（0.4kV变电所2低压母线）

1）确定标幺值基准

本科毕业设计说明书（论文）

Sd100MVAUd0.4kVId2）系统电抗

''第 32 页 共 50 页

''

Sd3Ud''10030.4144.3kA

Xs3）35kV线路电抗

Sd1000.067 S1500XLx0l4）35kV变压器电抗

SdUd20.366101000.27

36.752Uk%Sd7100103XT2.22

100SN10031505）10kV线路电抗（输送给变电所2）

XL2xl2l2Sd100-30.3450.3368.410 22U36.756）10kV变压器电抗

XT27）总电抗标幺值

Xk-2Uk%Sd4.51052.81 100SN1001600XTXL2XT22.228.410-32.81XsXL0.0670.272.86

22228）三相短路电流周期分量有效值

IK-29）其他三相短路电流

3I144.3d50.5kA XK-22.86''I''3I3IK-2350.5kA

ish32.55I''32.5550.5128.78kA 1.51I''31.5150.576.26kA

Ish3 本科毕业设计说明书（论文）

10）三相短路容量

第 33 页 共 50 页

SK-23SdXK-210034.96MVA 2.865.2.5 短路点K-3（0.4kV变电所3低压母线）

1）确定标幺值基准

Sd100MVAUd0.4kVId2）系统电抗

''''

Sd3Ud''10030.4144.3kA

Xs3）35kV线路电抗

Sd1000.067 S1500XLx0l4）35kV变压器电抗

SdUd20.366101000.27

36.752Uk%Sd7100103XT2.22

100SN10031505）10kV线路电抗（输送给变电所3）

XL3xl3l3Sd1000.3450.2175.510-3 22U36.756）10kV变压器电抗

XT37）总电抗标幺值

Xk-3Uk%Sd410510 100SN100400XTXL3XT32.225.510-310XsXL0.0670.276.45

22228）三相短路电流周期分量有效值

IK-33I144.3d22.37kA XK-36.45'' 本科毕业设计说明书（论文）

9）其他三相短路电流

第 34 页 共 50 页

I''3Iish333IK-3322.37kA

2.55I''32.5522.3757.1kA 1.51I''31.5122.3733.8kA

Ish10）三相短路容量

SK-33SdXK-310015.5MVA 6.45三相短路电流计算结果如表4.1所示。

表4.1 三相短路电流计算结果表

短路点 3IK 三相短路电流（kA） 三相短路容量3ish 3Ish I''3 4.66 3.8 50.6 50.5 22.37 3I （MVA） 296.7 69.1 35.09 34.96 15.5 K K’ K-1 K-2 K-3 4.66 3.8 50.6 50.5 22.37 4.66 3.8 50.6 50.5 22.37 11.88 9.69 129.1 128.78 57.1 7.04 5.74 76.4 76.26 33.8 6 电气设备选择与校验

6.1 按正常工作条件选择设备

6.1.1 按使用环境选择设备 1）温度和湿度 2）污染情况 3）海拔高度 4）安装地点

6.1.2 按正常工作条件选择设备 1）选择设备的额定电压

所选电气设备的最高工作电压，厂商一般规定为相应电网额定电压的1.1～1.15倍，而电网实际运行的最高工作电压也在此范围，故选择时只要满足下式即可：

本科毕业设计说明书（论文）

2）选择设备的额定电流

第 35 页 共 50 页

UNUNS （5-1）

所选电气设备的额定电流，应大于或等于所在回路的最大长期工作电流：

INImax （5-2）

6.2 按短路条件校验设备

6.2.1 短路动稳定校验

巨大的短路电流产生的巨大电动力可能损坏许多昂贵的电气设备。因此，必须校验所选电气设备承受短路电动力的能力。

厂商一般直接给出定型设备允许的动稳定峰值电流imax,动稳定条件为：

imaxish （5-3）

6.2.2 短路热稳定校验

巨大的短路电流产生的巨大热量可能损坏许多昂贵的电气设备。因此，必须校验所选电气设备承受短路发热的能力

厂商直接给出设备的热稳定电流（有效值）It及允许持续时间t。热稳定条件为：

IttIteq （5-4）

226.3 厂内电气设备的选择与校验

6.3.1 变压器一次设备的选择

电气一次设备选择结果如表5.1和表5.2所示

表5.1 35kV/10kV主变压器一次设备选择 选择校验项目 电压/kV 电流/A 开断能力/kA 动稳定度/kA 热稳定度2(kA)·s 选择校验项目 电压/kV 电流/A Iish32计算数据 UN35 I38.2 3高压断路器 SW2-35/600 35 600 6.6 17 6.624 隔离开关 GW5-35G/600 35 600 72 电流互感器 LCW-35 35 15～1000/5 0.11002 Ik4.66 11.88 3tima4.66241624 表5.2 10kV/0.4kV变压器一次设备选择 计算数据 UN10 I61.2 高压断路器 隔离开关 SN10-10I/630 GN8-10T/200 10 630 10 200 电流互感器 LBJ-10 10 300/5 本科毕业设计说明书（论文）

开断能力/kA 动稳定度/kA 热稳定度2(kA)·s IIkish323第 36 页 共 50 页

0.31802

3.8 9.69 16 40 1624 10 25.5 3tima3.824 1024 6.3.2 热稳定校验（teq取1s）

断路器校验： 1）35kV侧

Itt6.624174.24(kA)2s

2Iteq4.662121.72(kA)2s 满足IttIteq，合格。 2）10kV侧

2Itt16241024(kA)s 22222Iteq3.82114.44(kA)s

2满足IttIteq，合格。 电流互感器校验： 1）35kV侧

22I1NKt20.66521521(kA)2s

Iteq4.662121.72(kA)2s 满足I1NKtIteq，合格。

2222）10kV侧

2I1NKt20.31002900(kA)s

2Iteq3.82114.44(kA)s

2满足I1NKtIteq，合格。

226.3.3 动稳定校验

断路器校验： 1）35kV侧

本科毕业设计说明书（论文）

ies17kAish3第 37 页 共 50 页

11.88kA

满足条件，合格。 2）10kV侧

ies40kAish39.69kA

满足条件，合格。 电流互感器： 1）35kV侧

2I1NKd0.1100214.14kAish2）10kV侧

311.88kA，合格。

2I1NKd0.3180276.37kAish39.69kA，合格。

7 继电保护及防雷、接地

7.1 变压器的保护与整定计算

7.1.1 主变压器的继电保护配置

变压器的异常运行状态有：变压器过负荷、外部短路引起的过电流、油箱漏油引起的油面过低、外部接地故障引起的中性点过电压、频率降低引起的过励磁和变压器油温升高等。所以变压器应装设如下保护： 1）瓦斯保护

用来反应变压器油箱内部各种故障和油面降低。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开各电源侧断路器。对于容量为800kVA及以上的油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

2）电流速断保护（或纵联差动保护）

用来反应变压器绕组、套管及引出线上的短路故障，保护动作于跳开各电源侧断路器。对于容量在6300kVA及以上并列运行变压器，均应装设纵联差动保护。对于容量在10000kVA一下变压器，当其过电流保护的动作时限大于0.5s时，应装设电流速断保护。但是，对于2000kVA及以上的变压器，当电流速断保护的灵敏度不满足要求时，也应装设纵联差动保护。 3）过电流保护

用来反应外部相间短路引起的过电流，并作为瓦斯保护和纵联差动保护（或电流

本科毕业设计说明书（论文）

速断保护）的后备保护，保护延时动作于跳闸。 4）过负荷保护

第 38 页 共 50 页

用来反应变压器的对称过负荷。过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。 7.1.2 变压器整定

1.变压器电流速断保护的整定计算

1）电流速断保护动作电流（速断电流）的整定计算公式

IqbKrelKIkmax （6-1） KiKT式中, Ikmax—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型继电器取1.4～1.5；

Kω—保护装置的接线系数，对相电流接线取1，对相电流差接线取3； Ki—电流互感器的变流比；

KT—变压器的电压比。 2）电流速断保护灵敏系数的检验公式

KsIkmin2 （6-2） Iqb1式中，Ikmin—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； Iqb1—速断电流折算到一次电路（变压器高压侧）的值。 2.变压器过电流保护的整定计算

1）过电流保护动作电流的整定计算公式

IopKrelKILmax （6-3） KreKi式中 ILmax—变压器最大负荷电流，可取1.5～3倍变压器一次额定电流I1NT； Krel—保护装置的可靠系数，对定时限取1.2，对反时限取1.3； Kω—保护装置的接线系数，对相电流接线取1，对相电流差接线取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。

对感应式继电器，Iop应整定为整数，且在10A以内。 2）过电流保护动作时间的整定计算公式

本科毕业设计说明书（论文）

第 39 页 共 50 页

t1t2t （6-4）

式中，t1—在变压器低压母线发生三相短路时高压侧继电保护的动作时间； t2—变压器低压侧保护在低压母线发生三相短路时最长的一个动作时间； Δt—前后两级保护装置的时间级差，对定时限过电流保护，可取0.5s，对反时限过电流保护，可取0.7s。

必须注意，对反时限过电流保护装置，由于其过电流继电器的整定时间只能是“10倍动作电流的动作时间”，因此整定时必须借助继电器的动作特性曲线，以确定对应的实际动作时间，或由实际动作时间确定整定时间。

3）过电流保护灵敏系数的检验公式

KsIkmin1.5 （6-5） Iop1式中，Ikmin—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； Iop1—继电保护动作电流折合到一次电路（即变压器高压侧）的值。 若作为后备保护，则灵敏系数Ks1.2即可。 3.变压器过负荷保护的整定计算

1）过负荷保护动作电流的整定计算公式

IopOL1.2～1.25式中，I1N—变压器的额定一次电流； Ki—电流互感器的变流比。 2）过负荷保护动作时间的整定计算公式

I1N （6-6） Ki topOL10～15s （6-7）

7.1.3 厂内变压器的整定计算 1.35kV/10kV主变压器继电保护整定

1）主变压器采用干式变压器，故不需要瓦斯保护。 2）电流速断保护

保护采用两相两继电器式接线，继电器为DL11型，电流互感器变比

Ki100/520，保护装置的动作电流应躲过变压器二次侧母线的最大三相短路穿越电流，即

本科毕业设计说明书（论文）

Iqp3.8103KrelIk2max1.31411.4A

35/10第 40 页 共 50 页

IqpkK1Iqp1411.470.6A Ki20灵敏度应按变压器一次侧的最小两相短路电流来校验，即

Ks3）过电流保护

Ik1minIqp234.6610322.862

1411.4采用三个电流互感器接成完全星形接线方式，继电器为DL11型，电流互感器变比Ki100/520，Kre0.8，Kst1.5，保护装置应躲过变压器可能出现的最大负荷电流，即

IopKrel1.23150ILmax1.5116.9A Kre0.8335IopkK1Iop116.95.85A Ki20动作时间取1.5s。

灵敏度应按变压器二次侧母线的最小两相短路电流来校验，即

Ks4）过负荷保护

Ik2minIop23103.81033581.5 2116.9用一个DL11型继电器构成，保护装置动作电流应躲过变压器额定电流，即

3150IIopOL1.21N1.23353.1A

Ki20动作时间取10～15s。

2.10kV/0.4kV车间变压器继电保护整定 1）瓦斯保护

一般气体继电器气体容积整定范围为250～300cm3，本所主变压器容量为

本科毕业设计说明书（论文）

止穿越性故障时瓦斯保护误动作，将油流速度整定为1m3/s。 2）电流速断保护

第 41 页 共 50 页

1600kVA，整定值取250cm3；重瓦斯保护油流速度整定范围为0.6～1.5m3/s，为防

保护采用两相两继电器式接线，继电器为DL11型，电流互感器变比

Ki300/560，保护装置的动作电流应躲过变压器二次侧母线的最大三相短路穿越电流，即

Iqp50.6103KrelIk2max1.32631.2A

10/0.4IqpkK1Iqp2631.243.9A Ki60灵敏度应按变压器一次侧的最小两相短路电流来校验，即

Ks3）过电流保护

Ik1minIqp233.810322.252

2631.2采用三个电流互感器接成完全星形接线方式，继电器为DL11型，电流互感器变比Ki300/560，Kre0.8，Kst1.5，保护装置应躲过变压器可能出现的最大负荷电流，即

IopKrel1.21600ILmax1.5207.8A Kre0.8310IopkK1Iop207.83.5A Ki60动作时间取1.5s。

灵敏度应按变压器二次侧母线的最小两相短路穿越电流来校验，即

Ks4）过负荷保护

Ik2minIop230.422.37103103.71.5 2207.8用一个DL11型继电器构成，保护装置动作电流应躲过变压器额定电流，即

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1600IIopOL1.21N1.23101.8A

Ki60第 42 页 共 50 页

动作时间取10～15s。

7.2 线路的保护与整定计算

7.2.1 线路的保护配置 1.相间短路保护

3～10kV线路的相间短路保护装置应符合下列要求：

1）由电流继电器构成的保护装置，应接于两相电流互感器上，同一网络的所有线路均应装在相同的两相上。

2）后备保护应采用远后备方式，即线路的主保护或断路器拒动时，由相邻线路或设备的保护来切除故障。

3）当线路短路使重要用户母线电压低于额定电压的60%时，以及线路导线截面过小、不允许带时限切除短路时，应快速切除故障。

4）当过电流保护的时限不大于0.5～0.7s时，且没有以上（3）中所列情况，或没有配合上的要求时，可不装设瞬动的电流速断保护。

5）对单侧电源的线路，可装设两段过电流保护：第一段为不带时限的电流速断保护，第二段为带时限的过电流保护。保护装置仅在线路的电源侧装设。

6）对双侧电源的线路，可装设带方向或不带方向的电流速断和过电流保护。对1～2km双侧电源的短线路，当采用上述保护不能满足选择性、灵敏性或速动性的要求时，可采用带辅助导线的纵联差动保护作主保护，并装设带方向或不带方向的电流保护作后备保护。

7）对并列运行的平行线路，宜装设横联差动保护作为主保护，并应以接于两回线电流之和的电流保护，作为两回线同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护。

2.单相接地故障保护

对3～66kV中性点非直接接地系统中的单相接地故障，应装设接地保护装置，并应符合下列要求：

1）在发电厂和变电所母线上，应装设接地监视装置，动作于信号。

2）线路上宜装设有选择性的接地保护，也动作于信号。但当危及人身和设备安

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全时，接地保护应动作于跳闸。

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3）在出线回路数不多，或难以装设选择性单相接地保护时，可采用依次断开线路的方法，寻找故障线路。

c）线路过负荷保护

对可能时常出现过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护。保护装置宜带时限动作于信号。当危及设备安全时，可动作于跳闸。 7.2.2 线路整定

1.线路电流速断保护的整定计算

1）电流速断保护动作电流（速断电流）的整定计算公式

IqbKrelKIkmax （6-8） Ki式中, Ikmax—被保护线路末端的三相短路电流。 2）电流速断保护灵敏系数的检验公式

KsIkmin2 （6-9） Iqb1式中，Ikmin—在电力系统最小运行方式下，线路首端的两相短路电流； Iqb1—速断电流折算到一次电路的值。 2.线路过电流保护的整定计算

1）过电流保护动作电流的整定计算公式

IopKrelKILmax （6-10） KreKi式中 ILmax—线路最大负荷电流，可取1.5～3倍的线路计算电流； 对感应式继电器，Iop应整定为整数，且在10A以内。 2）过电流保护动作时间的整定计算公式

t1t2t （6-11）

式中，t1—在后一级保护的线路首段发生三相短路时，前一级保护的动作时间； t2—后一级保护中最长的一个动作时间；

Δt—前后两级保护装置的时间级差，对定时限过电流保护可取0.5s，对反

时限过电流保护可取0.7s。

必须注意，对反时限过电流保护装置，由于其过电流继电器的整定时间只能是“10

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的实际动作时间，或由实际动作时间确定整定时间。

3）过电流保护灵敏系数的检验公式

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倍动作电流的动作时间”，因此整定时必须借助继电器的动作特性曲线，以确定对应

KsIkmin1.5 （6-12） Iop1式中，Ikmin—最小运行方式下，被保护线路末端的两相短路电流； Iop1—动作电流折合到一次电路的值。 若作为后备保护，则灵敏系数Ks1.2即可。 7.2.3 厂内线路的整定计算 1.35kV线路保护

1）电流速断保护

保护采用两相两继电器式接线，继电器为DL11型，电流互感器变比

Ki200/540，动作电流按躲过线路末端最大短路电流整定

IqpKrelIkmax1.34.661036058A

IqpkK1Iop6058151.45A Ki403灵敏度按保护安装处最小两相短路电流来校验，即

34.66103Ks20.672

6058灵敏度不满足要求，因此改用电流电压联锁速断保护，整定从略。 2）过电流保护

保护采用两相两继电器式接线方式，继电器为DL11型，电流互感器变比

Ki200/540，动作电流按躲过最大负荷电流整定，即

IopKrel1.3ILmax1.538.293.1A Kre0.8K1Iop93.12.3A Ki40Iopk灵敏度按线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流来校验，即

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Ks动作时间为2.5s。 2.10kV线路保护

1）电流速断保护

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IkminIop234.661032431.5

93.1保护采用两相两继电器式接线，继电器为DL11型，电流互感器变比

Ki200/540，动作电流按躲过线路末端最大短路电流整定

IqpKrelIkmax1.350.610365780A

IqpkK1Iop657801644.5A Ki403灵敏度按保护安装处最小两相短路电流来校验，即

350.6103Ks20.672

65780灵敏度不满足要求，因此改用电流电压联锁速断保护，整定从略。 2）过电流保护

保护采用两相两继电器式接线方式，继电器为DL11型，电流互感器变比

Ki200/540，动作电流按躲过最大负荷电流整定，即

IopKrel1.31600ILmax1.5225.2A Kre0.8310IopkK1Iop225.25.6A Ki40灵敏度按线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流来校验，即

Ks动作时间为2.5s。

IkminIop2322.371032861.5

225.27.3 防雷和接地

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7.3.1 变电站的防护

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1)变电站的防雷接地。变电站需要有良好的接地装置，以满足工作安全和防雷保护的接地要求。根据安全和工作接地的要求敷设一个统一的接地网，接地网由扁钢水平连接，埋入地下0.6m，其面积大体与发电厂和变电站的面积相同。

2)变电站的直击雷防护。装设避雷针以及避雷线是直击雷防护的主要措施。它将雷吸引到自己的身上，并安全导入地中，从而保护了附近绝缘水平比它低的设备免遭雷击。

在变电站主要接线上采用避雷线，以及进避雷站出避雷站100米范围内均要安装避雷线。

3)变电站对雷电侵入波的防护。变电站对侵入波防护的主要措施是在其进线上装设阀型避雷器或保护间隙。 7.3.2 远程输电的杆塔防护

因输电线电压为35kV，因此不需采用避雷线防护，仅采用在其顶端假设接闪器，通过其杆塔自身为导体，将电流输到地下。接地体根据当地土壤湿度情况，采用扁钢40mm×4mm，埋入地下0.7m。 7.3.3 厂房的防护

长期经验表明，雷击建筑物有一定的规律，最可能遭到雷击的地方时屋脊，屋檐及房屋两侧的山墙，若为平顶屋面，则为屋顶四边缘及死角处。

因此，对普通厂房，在其楼顶或房顶上安装1～2m长的接闪器，通过引线链接到其所在建筑的接地网中。在楼顶四周假设沿楼沿的避雷线，同样接到相关接地网中。

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结 论

通过阅读供配电的相关资料，了解工厂供配电设计的内容和基本步骤，提高了对电力系统分析的能力，进一步巩固和深化所学的理论知识。基于负荷计算展开的一系列设备选择，从参考资料中细微地了解其选择原则，通过计算验证设备的合理性，分析并解决实际中的问题，确保工厂内输电网络的安全可靠。

通过本次设计，对供配电系统设计有了更全面的认识。本文采用由分到总的结构设计并撰写，通过各车间的负荷计算确定三个车间变电站，再由三个车间变电站汇总设计总变电站；确定厂区供配电系统主接线后，画出等效图进行短路计算，基于短路计算的结果，再选择电气设备和继电保护装置，最后计算验证设备的可靠性

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致 谢

本文是在南京理工大学自动化学院张俊芳老师的悉心指导下完成的。在设计的过程中遇到困难时，这时就会到老师的办公室找张老师咨询，张老师总是悉心地为我讲解，不厌其烦的为我解答所有疑点难点，为我做毕业设计提出了宝贵的意见和建议。在此，致以张老师衷心的感谢！

在选题和做设计过程中，也得到了其他同学的帮助。在此，对给予我帮助的同学一并表示感谢！

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参 考 文 献

[1]刘介才.工厂供电[M]. 北京：机械工业出版社，2003. [2]曹绳敏.电力系统课程设计及毕业设计参考资料[M]. 北京：中国电力出版设，1995. [3]李友文.工厂供电[M].北京：化学工业出版社，2006.

[4]陈跃.电气工程专业毕业设计指南[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[5]能源部西北电力设计院.电力工程设计手册第二册电气二次部分[M].北京：中国电力出版社，1999.

[6]戈东方.电力工程电气设计手册第一册：电气一次部分[M]. 北京：中国电力出版社，2005.

[7]尹克宁.电力工程[M].北京：中国电力出版社，2005.

[8]贺家李,宋从钜.电力系统继电保护原理[M]. 北京：中国电力出版社，1994. [9]熊信银.发电厂电气部分第三版[M].北京：中国电力出版社，2004.

[10]王士政，芮新花.电力工程类专题课程设计与毕业设计指导书[M].北京：中国水

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[11]国家电网公司基建部.电网建设新技术[M].北京：中国电力出版社，2005. [12]电力工业部电力规划设计总院.电力系统设计总册[M].北京：中国电力出版社，

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附录

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