工厂供电0

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2 2 2 2 2

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(一)设计目的(二)设计要求(三)设计大纲

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(四)工厂负荷统计及电源情况*******************************************3 (五)本厂负荷性质*****************************************************4 (六)本厂的自然条件***************************************************4

三.过程论述

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5

(一)负荷计算及功率补偿***********************************************5 (二)主变压器台数选择*************************************************7 (三)短路电流计算*****************************************************10 (四)主要电气设备选择************************************************13 (五)过负荷保护******************************************************22 (六)配电装置设计****************************************************23 (七)防雷，接地设计**************************************************23 (八)车间变电所设计**************************************************25 (九)厂区配电系统设计************************************************26

四.结果分析五.结论

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27 28 29

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参考文献

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附录1：设备汇总一览表***************************************************30

一.选题背景

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

因此，做好工厂供电工作对于工业生产，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，也具有重大的作用。

二.方案论证

(一)设计目的

熟悉电力设计的相关规程、规定，树立可靠供电的观点，了解电力系统，电网设计的基本方法和基本内容，熟悉相关电力计算的内容，巩固已学习的课程内容，学习撰写工程设计说明书，对变电所区域设计有初步的认识。

(二)设计要求

1通过对相应文献的收集、分析以及总结，给出相应项目分析，需求预测说明。 2通过课题设计，掌握电力系统设计的方法和设计步骤。

3学习按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计方法和计算结果。

4学生应抱着严谨认真的态度积极投入到课程设计过程中，认真查阅相应文献以及实现，给出个人分析、设计以及实现。

(三)设计大纲 1.总降压变电站设计 (1)负荷计算

(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。 (四)工厂负荷统计及电源情况

1.负荷情况：本厂主要承担钢管加工生产。全厂各车间负荷计算表如下：

序号 1 2 3 4 5 6 7 UOE车间 JCOE车间 ERW车间 新防腐车间 弯管车间 华龙防腐 RBE车间 用电单位名称 设备容量(kW) 8500 6603 4464 3650 1692 2500 1750 Kd 0.28 0.28 0.5 0.55 0.6 0.55 0.35 cos 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 tan 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 计算负荷 P30 (kW) Q30(kvar) S30(kV·A) 2.电源情况

如图所示，工厂电源从电业部门某110/35kV变压所A，用35kV双回架空线引入本厂，该变电所A距厂东侧5公里。

变电所A距无穷大系统50km，采用LGJ-185双回线连接。

LGJ-18550km几何均距3.5mS变电所A35kV待设计变电所Sk2×SFPL-8000/1105kmud%14图1 供电系统

3.电业部门对本厂提出的技术要求

(1)区域变电所35kV配出线路定时限过流保护装置的整定时间为2秒，工厂“总降”不应大于1.5秒。

(2)在总降压变电所35KV侧进行计量。 (3)本厂的功率因数值应在0.9以上。

4.供电贴费和每月电费制：每月基本电费按主变压器容量计为18元/kVA，电费为0.5元/kW·h。此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6～10kV为800元/kVA。

(五)本厂负荷性质：

本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。 (六)本厂的自然条件 1.气象条件

最热月平均最高温度为30oC；

(1)土壤中0.7～1米深处一年中最热月平均温度为20 oC； (2)年雷暴日为31天； (3)土壤冻结深度为1.10米； (4)夏季主导风向为南风。 2.地质及水文条件

根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8～5.3米。地耐压力为20吨/平方米。

工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：

(1)安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 (2)可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 (3)优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求

(4)经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。

三.过程论述

(一)负荷计算及功率补偿 1.负荷计算的内容和目的

(1)计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。

(2)尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。

(3)平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。

2.负荷计算的方法

本设计采用需要系数法确定。 主要计算公式有：

有功计算负荷（kW） P30KdPe 无功计算负荷（kvar） Q30P30tan

P30 cos视在负荷计算（kV·A） S30得各项数据列表如下（下表数据均为35kV侧）：

表1全场各车间负荷计算统计资料

序用电单设备Kd 计算负荷 号 位名称 容量(kW) 1 UOE车间 间 cos tan P30 (kW) Q30(kvar) S30(kV·A) 8500 0.28 0.8 0.8 0.75 0.75 2380 1785 2975 2311.05 2 JCOE车6603 0.28 1848.84 1386.63 3 ERW车间 4 新防腐车间 5 弯管车间 6 华龙防腐 7 RBE车间 总计 4464 0.5 3650 0.55 1692 0.6 2500 0.55 1750 0.35 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 2232 2007.5 1015.2 1375 612.5 1674 1505.03 761.4 1031.25 459.38 2790 2509.38 1269 1718.75 765.63 11471.04 8603.29 14338.81 3.全厂负荷计算

由于工厂厂区范围不大，高压配电线路上的功率损耗可忽略不计，因此表1所示的车间变压器高压侧的计算负荷可认为就是总降压变电所出现上的计算负荷。取K∑p = 0.92; K

∑

q = 0.95，则总降压变电所低压母线上的计算负荷为 P30=K∑p*∑P30=0.92×11471.04=10553.75 kW Q30=K∑q*∑Q30=0.95×8603.29=8173.05 kvar

22S30P30Q30 ≈13348 KV·A

cosφ= P30/S30 = 10553.35/13348≈ 0.79

从设计任务书的要求可知，工厂35kV高压侧进线在最大负荷时，其功率因素不应小于0.9，而由上面计算可知cosφ=0.79<0.9。考虑到变压器的无功功率损耗，远远大于有功功率损耗，为使工厂的功率因数提高到0.9，需在总降压变电所低压侧10KV母线上装设并联电容器进行补偿，取低压侧补偿后的功率因数为0.92，则需装设的电容器补偿容量为：

QcP30(tg1tg2)

=10553.35×（tanarccos0.79－tanarccos0.92）=3685 kvar 取BWF10.5-100-1W型的电容器，所需电容器个数为： n = Qc/qc = 3685/100 =36.85

取3的倍数，n=39，则实际补偿容量为Qc=100×39=3900 kvar 无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：

S'30(2)P30(Q30Qc)210553.352(8173.053900)2=11385.6 KV·A

变压器的功率损耗为：（估算PT（0.01-0.02）, QT（0.05-0.08）） △PT = 0.01 S30′= 0.01 * 11385.6= 113.856 kw △QT = 0.05 S30′= 0.05 * 11385.6 = 569.28 kvar 变电所高压侧计算负荷为：

P30′= 10553.35+ 113.856 = 10667.206 kw Q30′= (8173.05-3900 )+ 569.28=4842.33 Kvar

22S'30P'30Q'3010667.20624842.33211714.84 KV·A

无功率补偿后，工厂的功率因数为：

cosφ′= P30′/ S30′= 10667.206 /11714.84= 0.91≥0.9 因此，符合本设计的要求。 主变压器及主接线方案的选择 (二)主变压器台数选择

1.主变压器的选择主要根据负荷计算表。主变压器台数选择的要求：

(1)选择一台：供电计算负荷不大于1250KVA的三级负荷变电所；变电所另有低压联络线，或有其它备用电源，而总计算负荷不大于1250KVA的含有部分一、二级负荷的变电所。

(2)选择两台：供含有大量一、二级负荷的变电所；总计算负荷大于1250KVA的三级负荷变电所；季节性负荷变化较大，从技术经济上考虑运行有利的三级负荷变电所。

本厂的负荷性质属于二级负荷，可靠性要求较高，所以主变压器应选择两台，其中一台备用。当一台故障时，另一台可以马上投入运行以保证此加工厂全厂的供电需求。

2.变电所主变压器容量的选择

装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件： (1)任一台单独运行时，ST≥（0.6～0.7）S′30 (2)任一台单独运行时，ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）

由于S′30= 11714.84 KV·A，因为该厂是二级负荷所以按条件2 选变压器。

ST≥0.7×11714.84=8200.388KV·A≥ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ） 因此选10000 KV·A的变压器二台。 3.变电所主变压器型式

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。故选择SFZ7-10000-35±3*2.5%/10.5kV YN,d11的变压器。

表2主变压器技术数据

型号 联接组标号 空载电流% 额定电压(KV) 高压 35±3×2.5% 阻抗电压％ 高－中 7.5 4.变配电所主接线的选择原则

(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；

(5)接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关；

(6)6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关；

SFZ7-10000/35 YN， d11 1.1 低压 10.5 (7)采用6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关； (8)由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器；

(9)变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器；

(10)当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。

5.主接线方案的选择

对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6—10KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。

总降压变电所主接线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、断路器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。

主接线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。

(1)一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所，这种内桥式接线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。

(2)一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所，这种主接线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式接线适用的场合有所不同。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行接线时，也宜于采用这种接线。

(3)一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所，这种主接线方式兼有上述两种桥式接线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。

(4)一、二次侧均采用双母线的总降压变电所，采用双母线接线较之采用单母线接线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线接线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用于电力系统的枢纽变电所。

本次设计的钢管加工厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较长（2.5km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。采用主接线一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压主接线，如下图所示：

单母线分段接线图 内桥式接线图

(三)短路电流计算

1.短路电流计算的目的及方法

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。

进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。

接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺值法（又称相对单位制法）。

2.短路电流计算

本设计采用标幺值法进行短路计算

所需计算电路

图1所需计算电路

归算前的等值电路图

图2归算前等值电路图

归算后的等值电路图

图3归算后等值电路图

(1)确定基准值

取Sd =100MV·A,Ud1=110KV,Ud2=37KV, Ud3=10.5KV, 而Id1 = Sd /Id2 = Sd /Id3= Sd /

3U d1 =100MV·A/(

3×110KV) =0.5KA

3Ud2 =100MV·A/(3×37KV) =1.6KA

3Ud3=100MV·A/(3×10.5KV) =5.5KA

(2)计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

1）线路L1,L2（XO = 0.4Ω/km） X1* = 0.4×50×100/ 1102=0.165 X2* = 0.4×50×100/ 1102=0.165 2）变压器T1,T2（Ud% = 14）

X3* = X4*=Ud%Sd/100SN = 14×100/(100×8) =1.75 3）线路L3,L4（XO = 0.4Ω/km） X5* = X6* =0.4×5×100/ 372=0.146 4）变压器T3,T4（Ud% = 7.5）

X7* = X8*=Ud%Sd/100SN = 7.5×100/(100×10) =0.75

(3)求k1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1）总电抗标幺值

X*Σ(K-1)= X′1*＋X′2*＋X′3*= 0.0825+0.875+0.073=1.03 2）三相短路电流周期分量有效值 IK1(3)= Id2/X*Σ(K-1)= 1.6/1.03 =1.55 3）其他三相短路电流

I\"(3) = I∞(3)= Ik1(3)= 1.55KA ish(3)= 2.55×1.55KA = 3.95KA Ish(3)= 1.51×1.55 KA= 2.34KA 4）三相短路容量

Sk1 (3)= Sd/X*Σ(k-1) =100MVA/1.03=97.1 MV·A

(4)求k2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1）总电抗标幺值

X*Σ(K-2) = X′1*＋X′2*＋X′3*+X7*// X8* = 0.0825+0.875+0.073+0.75/2=1.405 2）三相短路电流周期分量有效值

IK-2(3) = Id3/X*Σ(K-2) = 5.5KA/1.405 = 3.91KA 3）其他三相短路电流

I\"(3) = I∞(3) = Ik-2(3) = 3.91KA ish(3) = 1.84×3.91KA =7.19KA Ish(3) =1.09×3.91KA = 4.26KA 4）三相短路容量

Sk-2(3) = Sd/X*Σ(k-2) = 100MVA/1.405 = 71.2MV·A

短路点 k1 k2 三相短路电流/KA IK 1.55 3.91 ish 3.95 7.19 Ish 2.34 4.26 短路容量/ MV·A Sk 97.1 71.2 (四)主要电气设备选择 1.电气设备选择的条件

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面计算时必须满足下列条件。

(1)发热条件

导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。

(2)电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

电流密度

35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。

(4)机械强度

导线截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短

路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

一般10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。

2.架空线的选择

(1)考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以35kV架空线相应的Igmax=1.05Ie

SN10=1.05 ×=0.173kA 3UN335根据设计条件 Tmax=5500h 取J=1.3

即：Igmax =1.05 ×

则导体经济截面面积 S=Igmax/J=173/1.3=133.08mm2。 (2)选择导线（按照经济电流密度）：

选择LGJ-150/20钢芯铝绞线，其室外载流量为Ij1=306A，面积为S=145.68mm2,导线最高允许温度为70℃，根据工作环境温度为30℃，查综合修正系数K=0.94，

Ij1 xz=K Ij1=0.94×306=287.64A＞Igmax，满足电流的要求。 (3)热稳定校验（按最大运行方式d2点短路）：

根据设计任务书的条件，变电所的继保动作时限不能大于1.5秒，即top =1.5s，断路器开短时间tos =0.2s，非周期分量等效时间ts =0.05s，则：

短路假想时间tima=top+tos+ts=1.5+0.2+0.05=1.75s。 架空线最小截面积

QD5.1521.752Smin= =103=73.69<133.08 mm

C87S＞Smin，满足热定的要求。 3.10kV母线的选择

(1)考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以35kV架空线相应的Igmax=1.05Ie

SN10=1.05 ×=0.527kA 3UN311.5(2)选择母线（按照最大工作电流）：

即：Igmax =1.05 ×

选择80×8单条矩形铝导体平放作母线，面积为S=6400mm2，平放时，长期允许载流

量为Ia1=1249A，导体最高允许温度为70℃，根据工作环境温度为30℃的条件，查综合修正系数K=0.94：

Ie=k×Ia1=0.94×1249=1174.06A＞Igmax满足载流量的要求。 (3)热稳定的校验（按最大运行方式d2点短路）：

根据设计任务书的条件，配电所的继保动作时限不能大于1.5秒，即top=1.5s，断路器开短时间toc =0.2s，非周期分量等效时间ts =0.05s,则:

短路假想时间tima=top+toc+ts=1.5+0.2+0.05=1.75s。 母线最小截面积

QD5.1521.752Smin= =103=73.69<640mm

C87S＞Smin，满足热定的要求。 (4)动稳定校验：

取跨距L1.5m，相间距离a0.5m， 硬铝最大允许应力a170106pa，

抗弯矩Wbh2/6(5103)(25103)2/65.2107m3 相间电动力fph1.73107ich/a

1.73107(13.133103)2/0.559.68N 最大相应力phfph L2/10W

59.681.5/(105.2107)17.22106pa al ＞ph，满足动稳定的要求。 4.安装在变压器35kV高压侧的断路器 (1)35kV断路器参数选择 额定电压选择： Un≥Uns =35kV

最高工作电压选择：Ualm≥Usm =Un×1.15 =35 ×1.15 =38.5kV 额定电流选择：Ie≥Igmax

考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie

SN10即：Igmax =1.05 ×=1.05 ×=0.173kA

3UN335额定开断电流选择：Ik =I″

2额定短路关合电流选择：iNcl≥ish

根据以上数据可以初步选择SW2－35型少油式断路器其参数如下： 额定电压：UN=35kV

额定开断电流为IK =6.6kA 额定合闸时间0.12S 4S热稳定电流6.6kA

最高工作电压Ualm =38.5kV 动稳定电流峰值idw =17kA 固有分闸时间0.06s 额定电流Ie =600A (2)35kV断路器校验 校验热稳定：I2 t t ≥Qk 计算时间tima=1.75s

Qk = Ik2×dz = 1.552×1.75 = 4.2kA2·S I2r t = 6.62×4 = 174.24kA2·S 即I2 t t > Qk ，满足要求。 检验动稳定：ish≤ ies

即：ish= ich=3.95≤ ies= idw =17kA, 满足要求

故35kV进线侧断路器选择户外SW2－35型少油式断路器能满足要求。 5.安装在变压器10kV低压侧的断路器 (1)10kV断路器参数选择 额定电压选择：Un≥Uns =10kV

最高工作电压选择：Ualm≥Usm =Un×1.15 =10 ×1.15 =11.5kV 额定电流选择：Ie≥Igmax

考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie

3SN10即：Igmax =1.05 ×=1.05 ×=0.527kA

3UN311.5额定开断电流选择：Ik =I″

额定短路关合电流选择：iNcl≥ish

根据以上数据可以初步选择ZN18－10型真空式断路器其参数如下： 额定电压：UN=10kV 最高工作电压Ualm =11.5kV

额定开断电流为IK =25kA 动稳定电流峰值idw =63kA 3S热稳定电流25kA

额定合闸时间0.045S 固有分闸时间0.03s

额定电流Ie =630A (2)10kV断路器校验 校验热稳定：I2 t t ≥Qk 计算时间tima=1.75s

Qk = Ik2×dz = 3.912×1.55 = 23.7kA2·S I2r t = 252×4 = 2500 kA2·S 即I2 t t > Qk ，满足要求。 5.5.3．检验动稳定：ish≤ ies

即：ish= ich=7.19kA≤ ies= idw =63kA, 满足要求

故10kV主变进线侧断路器选择户内ZN18－10型真空式断路器能满足要求。 6.35kV侧隔离开关

(1)35kV侧隔离开关参数选择 额定电压选择：Un≥Vns = 35kV 额定电流选择：Ie≥Igmax

考虑到隔离开关是与相应的断路器配套使用，所以相应回路的Ie应与断路器相同，即：Ie =600A

根据以上数据可以初步选择GW4－35II(D)W型隔离开关，其参数分别如下： 额定电压：UN=35kV 额定电流Ie =630A 最高运行电压：Ula=38.5kV 动稳定电流峰值idw =50kA 4S热稳定电流20kA

(2)校验热稳定（下列时间均取自对应断路器，后备保护取2S）： 即I2 t t ≥Qk

计算时间tjs= td + tb = 0.05 + 2=2.05S Qk = Ik1×dz = 1.552×2.05 = 4.93kA2·S I2r t = 400×4 =1600 kA2·S 即I2 t t ≥Qk ，满足要求。 (3)检验动稳定：ish≤ ies

即：ish= ich=3.95kA≤ ies= idw =50kA, 满足要求

(4)由于后面在选择了KYN28A-12（VE）的手车式高压开关柜，10kV高压断路器等高压设备就安装手车上，需要检修时断路器等高压设备时，可随时拉出手车，已经起到隔离开关的作用，所以本设计没有必要再另外选择10kV高压隔离开关。

7.安装在35kV高压进线侧的电流互感器 (1)35kV主变侧电流互感器的配置原则： 1）对直接接地系统，一般按三相配制；

2）本站35kV配电装置为户外式，因此电压互感器也为户外油浸式；

3）根据设计任务书要求，本所计量在35kV侧，因此为满足保护和测量、计费的需要，电流互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，其中保护分为主保护、后备保护、备用，共计需要5个绕组。

(2)35kV主变侧电流互感器的一次回路额定电压选择 电流互感器的一次额定电压选择必须满足：Ug≤Un=35kV (3)35kV主变侧电流互感器的一次回路额定电流选择 电流互感器的一次额定电流选择必须满足：Ig.max≤In

In— 电流互感器的一次额定电流Igmax — 电流互感器一次最大工作电流 考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie

SN10=1.05 ×=0.173kA 3UN335因此电流互感器的一次额定电流可选用与此匹配的等级In=200 A。

即：Igmax =1.05 ×

(4)准确度选择

按照常规设计，一般二次绕组准确度选择：计量绕组0.2S级、测量绕组0.5级，保护绕组10P级。

(5)型号、参数选择

根据上述选择，最终35kV主变侧电流互感器型号及参数为：户外油浸式LB-35kV 0.2S 30VA/0.5 30VA/3*10P 30VA 200/5A。

8.安装在10kV变压器低压侧的电流互感器 (1)10kV主变侧电流互感器的配置原则：

1)对非直接接地系统，可按三相或两相配制，一般进线侧按三相配置，馈线侧按两相

配置；

2)本站10kV配电装置为户内式，因此电压互感器也为户内干式绝缘；

3)根据10kV保护和测量、计费的需要，电流互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，共计需要3个绕组。

(2)10kV主变侧电流互感器的一次回路额定电压选择 电流互感器的一次额定电压选择必须满足：Ug≤Un=10kV (3)10kV主变侧电流互感器的一次回路额定电流选择 电流互感器的一次额定电流选择必须满足：Ig.max≤In

In— 电流互感器的一次额定电流Igmax — 电流互感器一次最大工作电流 考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的Igmax=1.05Ie 即：Igmax =1.05 ×

10SN=1.05 ×=0.527kA

311.53UN因此电流互感器的一次额定电流可选用与此匹配的等级In=600 A。 (4)准确度选择

按照常规设计，一般二次绕组准确度选择：计量、测量绕组0.5级，保护绕组10P级。 (5)型号、参数选择

根据上述选择，最终10kV主变侧电流互感器型号及参数为：户内干式LZZJB6-10kV 0.2S 30VA/0.5 30VA/10P 30VA 600/5A。

9.35kV电压互感器的参数计算与选择 (1)35kV电压互感器的配置原则：

1）为监视线路电压和满足计量、保护装置的需要，在35kV的进线侧装设三相电压互感器。本站35kV配电装置为户外式，因此电压互感器也为户外油浸式。电压互感器一般采用电容均压式电压互感器（TYD）；

2）根据35kV保护和测量、计费的需要，电压互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，对应的组别分别为：一次侧星形，二次侧计量测量、保护为星形，单相接地监测为开口三角。

(2)一次额定电压选择

一次额定电压为Un=35kV，允许一次电压波动范围为U=35kV±10%。 (3)二次额定电压选择

根据一次绕组接入方式为接入相电压上，电压互感器测量、计量和保护绕组二次额定电压为Un’=0.1/3kV，单相接地绕组二次额定电压为Un’=0.1kV。

(4)额定容量选择

为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2。

即：Se2 ≥S2 = Ie22z2f

z2f = Vy + Vj + Vd + Vc（Ω） Vy — 测量仪表电流线圈电阻 Vj — 继电器电阻 Vd — 连接导线电阻 Vc — 接触电阻一般取0.1Ω

按照常规设计，一般二次绕组额定容量为：计量、测量45VA，保护、接地监测30VA。 (5)准确度选择

按照设计任务书要求，本所计量在35kV侧，因此二次绕组准确度选择：计量、测量绕组0.5级，保护绕组10P级，单相接地监测绕组10P级。

(6)型号、参数选择

根据上述选择，最终35kV电压互感器型号及参数为：户外油浸式JDJJ2- 35kV 34.5/3：0.1/3：0.1/3：0.1 kV 0.5 30VA/10P 30VA/10P 30VA。

10.10kV电压互感器的参数计算与选择 (1)10kV电压互感器的配置原则：

1）为监视线路电压和满足计量、保护装置的需要，在10kV的I、II段母线侧装设三相电压互感器。本站10kV配电装置为户外式，因此电压互感器也为户内干式。

2）根据10kV保护和测量、计费的需要，电压互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，对应的组别分别为：一次侧星形，二次侧计量测量、保护为星形，单相接地监测为开口三角。

(2)一次额定电压选择

一次额定电压为Un=10kV，允许一次电压波动范围为U=10kV±10%。 (3)二次额定电压选择

根据一次绕组接入方式为接入相电压上，电压互感器测量、计量和保护绕组二次额定电压为Un’=0.1/3kV，单相接地绕组二次额定电压为Un’=0.1kV。

(4)额定容量选择

为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量Se2。

即：Se2 ≥S2 = Ie22z2f

z2f = Vy + Vj + Vd + Vc（Ω） Vy — 测量仪表电流线圈电阻 Vj — 继电器电阻 Vd — 连接导线电阻 Vc — 接触电阻一般取0.1Ω

按照常规设计，一般二次绕组额定容量为：计量、测量75VA，保护、接地监测30VA。 (5)准确度选择

根据惯例，二次绕组准确度选择：计量、测量绕组0.5级，保护绕组10P级，单相接地监测绕组10P级。

(6)型号、参数选择

根据上述选择，最终10kV电压互感器型号及参数为：户内干式JDZJ1- 10kV 10/3：0.1/3：0.1/3：0.1 kV 0.5 75VA/10P 30VA/10P 30VA。

11.10kV高压柜的选择

根据上文所述：10kV采用户内高压开关柜，选择型号为KYN28A-12的手车式开关柜，高压断路器等主要电气设备安装手车上，高压断路器等设备需要检修时，可随时拉出手车，然后推入同类备用手车，即可恢复供电。柜体规格为800×1700×2300。

表3电气设备汇总

安装地点 断路器 35KV侧 10KV侧 SW2－35 ZN18－10 设备型号规格 隔离开关 电流互感器 电压互感器 JDJJ2- 35kV JDZJ1- 10kV GW－35II(D)W LB-35kV LZZJB6-10kV 主要设备继电保护设计

根据需要，对总降压变电所如下设备安装继电保护装置：主变压器保护，10KV馈电线路保护，备用电源进线保护以及10KV母保护。这里只列举主变压器保护，其他保护的整定方法与其类似。

(五)过负荷保护 1.电流整定：

(1)取可靠系数Krel1.05，继电器返回系数Kf0.85

变压器的一次额定电流IeSN/3Un10000/(335)164.96，换算成二次额定电流为Ie'164.965/2004.12A

IdzKrelIe'/Kf=1.05×4.12/0.85=5.09A

(2)动作时限：top1015s 2.过电流保护 (1)电流整定：

取可靠系数Krel1.3，接线系数Kw1，电流互感器变比Ki200/540，继电器返回系数Kre0.8

变压器最大负荷电流Il.max1.5I1n1.5SN/(3UN)=1.5×1000/（35×1.732）=247.44A

IopKrelKw1.31Il.max247.44=10.05A KiKre400.8(2)保护动作时间整定

根据设计任务书要求，本所保护动作时间t1.5s (3)灵敏度效验： SpI(2)d2min

/Iop.11.6＞1.5 满足要求。

3.电流速断保护 (1)电流整定：

取可靠系数Krel1.3，接线系数Kw1，电流互感器变比Ki200/540，电压互感器变比Kt35/10.53.33 IqbKrelKw1.31Ik.max5.15=50.26A KiKt403.33

(2)(2)灵敏度效验：

K1mId2min/Iqb1116/50.262.3＞2 满足要求。

(六)配电装置设计

变电所的布置形式有户内，户外和混合式3种。户内式变电所将变压器，配电装置安装于室内，工作条件好，运行管理方便；户外式变电所将变压器，配电装置全部安装在室外。该钢管加工厂设计成户内式，采用单层布置。布置主要包括变压器室，高压配电室，低压配电室，值班室，消防室，和工具间等。

对变电所布置的要求：

1.室内布置应紧凑合理，便于值班人员操着，检修，试验，巡视和搬运，配电装置应满足最小允许通道宽度，考虑今后发展和扩建的可能。

2.合理布置变电所各室位置，高压配电室，电压配电室与变压器室相邻，高低压配电室的位置应便于出进出线，值班室的位置应便于运行人员工作管理。

3.变压器的设置应避免日晒，控制室尽可能利用自然采光和通风。

4.配电室的设置应符合安全和防火要求，对气器设备载流部分应采用金属网隔离。 5.高低压配电室，变压器室门应该向外开启，相邻的配电室的门应该能够双向开启。 6.变电所内不允许采用可燃材料装饰，不允许热力管道，可燃气体管等各种管道从变电所内经过。

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图4变压器室的配置图

(七)防雷，接地设计 1.防雷设计 (1)防雷措施的选择

由于供电部门到工厂之间的35kV架空线路的距离比较短（5kM），因此没有必要安装

避雷线，只需要在高压侧进行对雷入侵波的防护，就可以满足防雷的要求。

本降压变电所35kV配电装置为户外布置，为避免直接雷击，考虑装设独立避雷针，独立避雷针应距变压器金属外壳接地点地中距离达到大于15M。独立避雷针的接地电阻不大于10欧姆。

(2)避雷器的选择

1)为了保护35kV进线设备和变压器，在35kV线路进线和母线PT处各安装一套避雷器。

2)为了保护10kVPT，在10kV I、II段母线PT处各安装一套避雷器。 3)避雷器的安装点与35kV进线设备和变压器的之间的距离不大于15m。

4)35kV所选择的避雷器为Y10W1-51/125型氧化锌无间隙避雷器，10kV所选择的避雷器为HY5WZ-17/45型氧化锌无间隙避雷器其技术数据如下：

表4避雷器技术数据

额定电压 35kV 10 2.接地设计

根据设计任务书的条件，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8～5.3米，所以：电阻率ρ=100Ω/m，可选用直径为50mm、长2.5m的钢管作为人工接地体。

由于在厂区的地下水位为2.8～5.3米，为了得到良好的接地效果，接地体的顶面埋设深度为0.8m，采用环行敷设方式（η=0.65），用长L=2.5m，直径d=50mm的钢管作为人工接地体。

单根接地体电阻为RE(1)(/2L)ln(4L/d)

(100/(23.142.5)) 1n(42.5/0.05) 33.7

35kV系统为中性点非直接接地系统，允许接地电阻RE0.5，则垂直接地体根数为：

n≥0.9RE(1)/RE0.933.7/(0.650.5)93.3根，取n96根。

灭弧电压 51kV 17 冲击放电电压幅值 125kV 45 50kV雷电冲击电流下的残压 不大于50kV 不大于17kV 根据以上分析和计算，接地网的垂直接地体采用96根φ50mm，长2.5m的镀锌钢管，

整个接地网采用网格状布局，网格间的间距为5×5m，钢管之间采用40mm×40mm×4mm的镀锌扁钢构成水平均压带，防止跨步电压，同时在人行通道出入口铺设沥青地面。变电所内接地线及引至公共接地网的接地干线均采用25mm×25mm×4mm的镀锌扁钢。

(八)车间变电所设计 1.变电所的位置选择

工厂电源进线电压为35KV，先经工厂总降压变电所（一次降压）降为6—10KV的高压配电电压，然后经过车间变电所，降为一般低压用电设备所需的电压如220/380V。

变电所的位置选择应根据下列要求综合考虑确定：

靠近工厂的负荷中心；接近电源侧；进出线方便；运输设备方便；不应设在有剧烈振动或高温的场所；不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，如无法远离，不应设在污染源的主导风向的下风侧；不应设在地势低洼和可能积水的场所；不应设在有爆炸危险的区域内；不宜设在有火灾危险区域的正上方或正下方；

2.变电所型式选择

(1)10/0.4kV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。10kV变电所宜用屋内式。

(2)配电所一般为独立式建筑物，也可与所带10kV变电所一起附设于负荷较大的厂房或建筑物。

3.车间变电器的台数，容量选择

根据资料，下面以UOE车间为例进行负荷计算。

P30KdPe0.2895002660KW Q30P30tan26600.751995kvar

S30P302660/0.83325KVA cos选择型号为S9-3650/10型、电压为10/0.4KV、Yyn0联结的变压器。依次类推，因为共七个车间，则需要七个车间变压器，将工厂各车间计算负荷的结果及所选变压器汇总于表5

表5工厂各车间计算负荷及变压器容量汇总

车间名称 有功负荷/kW 无功负荷视在负荷/kvA 变压器容量/kvar UOE车间 2380 1785 2975 /kvA 3650 JCOE车间 ERW车间 新防腐车间 弯管车间 华龙防腐 RBE车间 1849 2232 2008 1015 1375 613 1386 1674 1506 761 1031 459 2311 2790 2509 1269 1719 766 2400 3650 3050 1500 1800 870 (九)厂区配电系统设计

配电所的主结线方案也分一条进线和两条进线两种。 1.一条电源进线的主结线方案 如图6示

图6钢管加工厂10KV进线的主结线方案

2.两条电源进线的主结线方案 如图7示

图7钢管加工厂总配电所两条电源进线的主结线方案

四.结果分析

两种主结线方案的技术经济比较 比较项目 一条电源进线的主结线方案 两条电源进线的主结线方案 满足要求 供电安全满足要求 性 技供电可靠基本满足要求 术性 满足要求 指灵活方便由于只有一条电源进线，灵活性由于只有两条电源进线，灵活性标 性 稍差 较好 更好一些 扩建适应稍差一些 性 高压开关经柜(含计量济柜)的综合指投资额 标 查资料得GG-1A-J型柜按每台本方案采用2台GG-1A-J型柜，2.5万元计，GG-1A-(F)按每台32台GG-1A-(F)型柜。其综合投万元计。其综合投资按设备价资额约为2×(2.5+3)×1.5万1.5倍计，因此其综合投资约为元＝16.5万元，比一条电源进(2.5+3)×1.5万元＝8.25万元 线的方案多投资8.25万元 主变和高压开关主变和高压开关柜的折旧和维高压开关参照资料计算，柜的年运柜的折旧和维修管理费每年为修管理费每年为0.99万元，比行费 0.495万元(其余略) 一条电源进线的方案多耗0.495万元 根据表可以看出方案2的技术指标远不及方案1，但是其供电的稳定性更高，所以这里我采用方案2，即两条电源进线的方案。

五.结论

我做的是某钢管加工厂变电所供配电设计。通过这次毕业设计，我加深了电力工程，工厂供电知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，像总降压变电站的设计，车间变电所的设计，厂区配电系统设计，我进行了课题分析、查资料，进行设计，整理说明书到最后完成整个设计。作为大学阶段一次重要的学习经历我感觉自己受益非浅，同时深深的感觉的自己的学习能力在不断提高。

这次设计使我对工厂供电有了新的认识，对总降压变电所的设计由一无所知到现在的一定程度的掌握，起到了非常重要的作用，事实上这次设计对我们的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图，各种信息的分析，对WORD文档的使用等多方面的能力。

钢管加工厂变电所的设计已经按照设计原则要求设计完了，虽然能够满足设计任务书的要求，但是我认为还要提高和改进的地方还有很多，比如说在变电所微机保护和综合自动化、电气安全、节能等方面还有很多需要以后补充和提高的地方。在细节方面，还有许多需要精雕细琢的地方，这次没有能够深入下去。希望以后有机会能够进一步。

我认为变电所设计以后的发展方向应该是朝着微机综合自动化发展的。变电站微机综合自动化可实现继电保护、电网安全监控、电量和非电量监测、设备参数自动调整、中央信号、电压无功综合控制、电能自动分时统计、事故跳闸过程参数自动记录、事件按时排序、事故处理提示、快速处理事故、微机控制免维护直流电源供电和微机运行一体化功能，实现变电所无人值班。这方面在国外现在发展得已经相当的成熟了，而我国虽然虽然也发展了几十年了，但是现在还是没有普遍应用开来。造成我国变电所微机综合自动化发展缓慢的主要原因是该系统价格较高，只要大型的变电所才有条件安装。以后需要解决的问题就是要设法降低其投资额，以便应用在小型的变电所中。

参考文献

1．《工厂供电设计指导》第2版 刘介才 机械工业出版社 2．《工厂配电设计指导》 高来先 广东省电力工业学校 3．《电力系统分析》 何仰赞 温增银 华中科技大学出版社 4．《发电厂电气部分》 姚春球 中国电力出版社 5．《电力系统继电保护原理》第三版 6.《电力工程基础》第二版

贺家李 宋从矩 孙丽华

中国电力出版社 机械工业出版社 附录1：设备汇总一览表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 设备名称 主变压器 车间变压器 35kV架空线 10kV母线 35kV断路器 10kV断路器 35kV隔离开关 35kV电流互感器 10kV电流互感器 设备型号 SFZ7-10000-35±3×2.5%/10.5 YN，d11 阻抗电压7.5% S9系列 10±5%/0.4kV Y,y11 阻抗电压4% LGJ-150/20 80×8单条矩形铝导体 SW2-35 600A 6.6kA 17kA ZN18-10 630A 25kA 63kA GW4-35II(D)W 630A 20kA 50kA LB-35 0.2S/0.5/3*10P 200/5 LZZJB6-10 0.5/10P/10P 600/5 JDJJ2-35 34.5/3：0.1/3：0.1/3： JDZJ1-10 10/3：0.1/3：0.1/3： Y10W1-51/125 HY5WZ-17/45 KYN28A-12 数量 2 7 5kM 60m 1 10 2 3 3 3 6 6 6 18 2 10 35kV电压互感器 11 10kV电压互感器 12 35kV避雷器 13 10kV避雷器 14 10kV高压开关柜 15 10kV电容器组(成套 TBB-10-2500/300M-3AK 装置)