工厂供电毕业设计

本科生毕业设计 (论文)

题目：某五金厂降压变电所电气一次系统设计

教学单位电气信息工程学院

姓名 *******

学号 *************

年级 2010级

专业电气工程及其自动化

指导教师 ******

职称讲师

2014年 3 月 18 日

摘要

电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量，它的输送和分配既简单经济又便于控制，调节和测量，又利于实现生产过程自动化。工厂供电设计是整个工厂设计的重要组成部分，工厂供电设计的质量影响到工厂的生产及其发展。

本设计在给定五金厂具体资料的基础上，依据变电所设计的一般原则和步骤，完成了变电所一次系统设计。本设计中采用并联电容器的方法来补偿无功功率，以减少供电系统的电能损耗和电压损失，同时提高了供电电压的质量。此机械厂变电所一次系统设计包括：负荷的计算及无功功率的补偿；变电所主变压器台数和容量、型式的确定；变电所的位置、主接线方案的选择；进出线的选择；短路计算和开关设备的选择；根据设计要求，绘制变电所一次系统图。

关键词：电能；负荷计算；变压器；电容器；短路计算。

Abstract

As we all know, the rapid development and promotion of modern industrial production drastically relies on electrical energy, which is major energy and impetus. Electrical energy, with simplicity, economy as well as easy manipulation, regulation, and measurement regarding its transmission and distribution, which can be conveniently converted into other forms energy, vice versa, furthermore, and does favorable for automatic production.

Unquestionable, the design of power-supplying not only plays a crucial role in the whole layout works, but also its quality relatively affects the productivity and development of power plant.

The accomplishment of this substation’s system design is based on the specific material which is provided forehand in hardware factory, and according to its general principles and steps. This design adapts an approach of shunting capacitor to compensate for the reactive power for the sake of reducing the power loss and voltage loss during the process of power-supplying. At the same time, this way could effectively achieve the increment of voltage quality.

Therefore, the system design of this machinery plant’s substation includes following thing: calculating of load and short-circuiting, compensating of reactive power; certainty of the number, capacity, and type of the main transformer; option of proposals in regard to the location of substation, main wiring, in-out wiring as well as equipment of power switch; drawing a system picture according to design requests.

Key words: electrical energy, load and short-circuiting calculation, shunt capacitor, main transformer

第一章绪论 ................................................................................................................................................................ 1

1.1引言 ................................................................................................................................................................... 1

1.2设计原则 ........................................................................................................................................................... 1

1.3本设计所做的主要工作 .................................................................................................................................... 2

第二章负荷计算及电容补偿 ..................................................................................................................................... 3

2.1负荷计算的方法 ............................................................................................................................................... 3

2.2负荷统计计算 ................................................................................................................................................... 4

2.3电容补偿 ........................................................................................................................................................... 5

第三章变压器选择及主接线方案确定 ..................................................................................................................... 6

3.2主变压器台数选择 ........................................................................................................................................... 6

3.2主变压器容量选择 ........................................................................................................................................... 7

3.3主接线方案确定 ............................................................................................................................................... 7

3.3.1变电所主接线方案的设计原则与要求 ........................................................................................................ 7

3.3.2变电所主接线方案的技术经济指标 ............................................................................................................ 7

3.3.3工厂变电所常见的主接线方案 .................................................................................................................... 8

3.3.4确定主接线方案 ........................................................................................................................................... 8

第四章高低压开关设备选择 ................................................................................................................................... 10

4.1短路电流的计算 ............................................................................................................................................. 10

4.1.1 短路的定义 ................................................................................................................................................. 10

4.1.2 短路计算的目的 ......................................................................................................................................... 10

4.1.3 短路计算的方法 ......................................................................................................................................... 10

4.1.4本设计采用标幺制法进行短路计算 .......................................................................................................... 10

4.2变电站一次设备的选择与校验 ...................................................................................................................... 14

4.2.1 一次设备选择与校验的条件 ..................................................................................................................... 14

4.2.2 按正常工作条件选择 ................................................................................................................................. 15

4.2.3 按短路条件校验 ......................................................................................................................................... 15

4.2.4 10KV侧一次设备的选择校验 .................................................................................................................... 16

第五章变电所进出线和与邻近单位联络线的选择 ............................................................................................... 18

5.1高低压母线的选择 ......................................................................................................................................... 18

5.2 变电所进出线的选择范围 ............................................................................................................................. 18

5.3 变电所进出线方式的选择 ............................................................................................................................. 18

5.4 变电所进出导线和电缆形式的选择 ............................................................................................................. 18

5.5 高压进线和引入电缆的选择 ......................................................................................................................... 19

5.5.1高低压母线的选择校验 .............................................................................................................................. 19

5.5.1 10KV高压进线的选择校验 ........................................................................................................................ 19

5.5.2 由高压母线至主变的引入电缆的选择校验 ............................................................................................. 19

5.6 备用电源高压联络线的选择 ......................................................................................................................... 19

设计总结 .................................................................................................................................................................... 21

参考文献 .................................................................................................................................................................... 22

致谢 ............................................................................................................................................................................ 23

第一章绪论

1.1引言

工业生产对于一个国家的发展有着重大的意义，而电能是现代工业生产的主要能源和动力。做好工厂供电的设计能够更好的实现工业生产的电气化，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。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现现代化，具有十分重要的意义。由于节约能源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。

电能从区域变电站进入工厂，首先要解决的就是如何对电能进行传输、控制、变换等问题。在工厂中，担负这一任务的是供电系统，供电系统的核心部分是变电所。一旦变电所出了事故而造成停电，则整个机械厂的生产过程都将停止进行，甚至还会引起一些严重的安全事故。

工厂变电所要很好地为生产服务，切实保证工厂安全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。

此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

1.2设计原则

按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94 《10kV及以下设计规范》、GB50054-95 《低压配电设计规范》、JGJ16-2008《民用建筑电气设计规范》等的规定，进行变电所设计必须遵循以下原则：

1、遵守规程、执行政策

必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。

2、安全可靠、先进合理

应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

3、近期为主、考虑发展

应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近

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结合，适当考虑扩建的可能性。

4、全局出发、统筹兼顾 2

按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。

1.3本设计所做的主要工作

电能依靠电网进行输送，为获得安全和高质量的电能，保证电网的正常运行是前提。根据设计任务的要求，结合实际情况和市场上现有的电力产品及其技术，本文主要做了以下工作：

1、负荷计算及无功功率补偿计算

五金厂变电所的负荷计算，是根据所提供的负荷情况进行的，本文列出了负荷计算表，得出总负荷。按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或产品样本选用所需无功功率补偿柜的规格和数量。

2、变电所主变压器台数、容量及类型的选择

根据电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器型号

3、一次系统图

跟据负荷类别及对供电可靠性的要求进行负荷计算，绘制一次系统图，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济，安装容易维修方便。

4、短路电流计算

工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限大容量系统供电进行短路计算。求出各短路点的三相短路电流及相应有关参数。

5、高、低压设备选择及校验

参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择高、低压配电设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验，并列表表示。

6、变配电所所址和型式的选择。

选择工厂变、配电所的所址，应根据相关要求和国家标准的规定经技术、经济比较后确定。

7、电缆的选择

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行电缆截面选择时必须满足发热条件：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。

第二章负荷计算及电容补偿

2.1负荷计算的方法

计算负荷是指通过负荷的统计计算确定的、用来按发热条件选择供配电系统中各元件(包括设备和线路等)的一种负荷值。

由于本厂用电部门较多,用电设备台数较多、各台设备容量相差不甚悬殊。设计采用需要系数法予以确定。

1．单台组用电设备计算负荷的计算公式

(1).有功计算负荷(单位为kW)：

P30KdPe (2-1)

式中 P30—设备有功计算负荷(单位为kW)；

Pe—用电设备组总的设备容量(不含备用设备容量，单位为kW)；

Kd—用电设备组的需要系数。

(2).无功计算负荷(单位为kvar)

Q30=P30tan (2-2)

式中 Q30—设备无功计算负荷(单位为kvar)；

tan—对应于用电设备组功率因数cos的正切值。

(3).视在计算负荷(单位为kVA)

P30

30=cos (2-3)

式中 S30—视在计算负荷(单位为kVA)；

cos—用电设备组的功率因数。

(4).计算电流(单位为A)

I30=式中 I30—计算电流(单位为A)；

S30—用电设备组的视在功率(单位为kVA)；

UN—用电设备组的额定电压(单位为kV)。

2．多组用电设备计算负荷的计算公式

(1).有功计算负荷(单位为kW)

P3zK ∑•p∑P30·i (2-5)

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式中 P3z—多组用电设备有功计算负荷(单位为kW)；

∑P30之和； 30·i—所有设备组有功计算负荷P

K ∑•p—有功负荷同时系数，可取0.7～0.95。

(2).无功计算负荷(单位为kvar) 4

Q3zKqQ30i (2-6)

式中 Q3z—多组用电设备无功计算负荷(单位为kvar)；

Q30i—所有设备组无功计算负荷Q30之和；

Kq—无功负荷同时系数，可取0.8～0.95。

(3).视在计算负荷(单位为kVA)

S3z(4).计算电流(单位为

I3z=

(5).功率因数

cosP3z

S3z (2-9)

2.2负荷统计计算

根据提供的资料，列出负荷计算表。因设计的需要，计算了各负荷的有功功率、无功功率、视在功率、计算电流等。具体负荷的统计计算见表2-1。

第二章负荷计算及电容补偿

2.3电容补偿

由表2-1知：P3z174kW,S3z186.28kVA,因此该厂380V侧最大负荷时的功率因数为

cos

P3z

符合供电部门10kV进线侧最大负荷时的功率因数不应低于0.9的要求。0.93。

S3z

因此380V侧无需无功功率补偿容量。

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第三章变压器选择及主接线方案确定

3.1 变配电所选址

变配电所的所址选择原则

变配电所所址的选择，应根据下列要求经技术、经济比较确定:

（1）尽量接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。（2）进出线方便，特别是要便于架空进出线。

（3）接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所。

（4）设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。（5）不应设在有剧烈振动或高温的场所，无法避开时，应有防振和隔热的措施。（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应设在污染源的下风侧。（7）不应设在厕所、浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻。（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。当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》和GB50053-94(10kV及以下变电所设计规范》的规定。

（9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。

变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，工厂的负荷中心按功率矩法来确定。

P1x1P2x2P3x3Pi xixP1P2P3PiP1y1P2y2P3y3Pi yiyP1P2P3Pi

计算公式：（Pi均表示有功计算负荷）

在工厂平面图的下边和左侧，任作一直角坐标的x轴和y轴，测出各车间和办公区负荷点的坐标位置

3.2主变压器台数选择

选择主变压器台数时应考虑下列原则：

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，应采用两台变压器，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，但必须有备用电源。

2．对季节性负荷或昼夜负荷变动较大，适于采用经济运行方式的变电所，可采用两台变压器。

第三章变压器选择及主接线方案确定

3．当负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或多台变压器。

4．在确定变电所台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。

主变压器台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择。因该厂只有一个二级负荷其余为三级负荷，所以宜装设一台变压器。

3.2主变压器容量选择

由工厂实际的负荷性质和电源情况决定，该厂变电所只需装一台主变压器。主变压器容量SNT 应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即

SNTS30 由表2-1可知全部用电设备总计算负荷，所以主变压器容量应为：

SNTS30247.01kVA

所以选择容量为315kVA的变压器，根据JGJ16-2008民用建筑规范要求变压器的负载率不宜大于85%。

则： SNT31585267.75kVAS30247.01kVA

显然满足要求。至于机械厂的二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。因此装设一台主变压器时选一台接线方式为Dyn11的S11-315/10型低损耗配电变压器。

3.3主接线方案确定

3.3.1变电所主接线方案的设计原则与要求

变电所的主接线，应根据变电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活和经济等要求。

(1)安全应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。 (2)可靠应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。 (3)灵活应能必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。 (4)经济在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。

3.3.2变电所主接线方案的技术经济指标

1.主接线方案的技术指标

(1)供电的安全性。主接线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况。 (2)供电的可靠性。主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应性方面的情况。 (3)供电的电能质量主要是指电压质量，包括电压偏差、电压波动及高次谐波等方面的情况。

(4)运行的灵活性和运行维护的方便性。 (5)对变电所今后增容扩建的适应性。 2.主接线方案的经济指标

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(1)线路和设备的综合投资额包括线路和设备本身的价格、运输费、管理费、基建安装费等，可按当地电气安装部门的规定计算。

(2)变配电系统的年运行费包括线路和设备的折旧费。维修管理费和电能损耗费等。 (3)供电贴费（系统增容费）有关部门还规定申请用电，用户必须向供电部门一次性地交纳供电贴费。

(4)线路的有色金属消耗费指导线和有色金属（铜、铝）耗用的重量。

3.3.3工厂变电所常见的主接线方案

方案Ⅰ：高、低压侧均采用单母线分段。

优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。

方案Ⅱ：单母线分段带旁路。

优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。

方案Ⅲ：高压采用单母线、低压单母线分段。

优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。

缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。

3.3.4确定主接线方案

1.10kV侧主接线方案的拟定

由原始资料可知，高压侧进线有一条10kV的公用电源干线，为满足工厂二级负荷的要求，又采用与附近单位连接高压联络线的方式取得备用电源，因此，变电所高压侧有两条电源进线，一条工作，一条备用，同时为保证供电的可靠性和对扩建的适应性所以10kV侧可采用单母线或单母线分段的方案。 2.380V侧主接线方案的拟定

由原始资料可知，工厂用电部门较多，为保证供电的可靠性和灵活性可采用单母线或单母线分段接线的方案，对电能进行汇集，使每一个用电部门都可以方便地获得电能。 3.方案确定

根据前面章节的计算，主变采用一台S11型变压器时，总进线为两路。为提高供电系统的可靠性，高压侧采用单母线分段形式，低压侧采用单母线形式，其系统图见：图3-1 采用一台主变时的系统图。

第三章变压器选择及主接线方案确定

公用干线临近单位

图3-1装设一台主变的主接线方案

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第四章高低压开关设备选择

4.1短路电流的计算 4.1.1 短路的定义

产生短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏。绝缘损坏的原因多因设备过电压、直流遭受雷击、绝缘材料陈旧、绝缘缺陷未及时发现和消除。此外，如输电线路断线、线路倒杆也可能造成短路事故。所谓短路是指相与相之间通过电弧或其它较小阻抗的一种非正常连接，在中性点直接接地系统中或三相四线制系统中，还指单相或多相接地。

4.1.2 短路计算的目的

在电力系统和电气设备的设计和运行中，短路计算是解决一系列技术问题所不可缺少的基本计算。在本设计中，短路计算主要为了解决以下问题。

(1)选择足够机械稳定度和热稳定度的电气设备，例如断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等，必须以短路计算为依据。这里包括计算冲击电流以校验设备的电动力稳定度，计算若干时刻的短路电流周期分量以校验设备的热稳定度；计算指定时刻的短路电流有效值以校验断路器的断流能力等。

(2)在设计和选择电气主接线时，为了比较各种不同方案的接线图，确定是否需要采取限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路电流计算。

4.1.3 短路计算的方法

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，并计算出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（又称有名单位制法，因其短路计算中的阻抗都采用有名单位“欧姆”而得名）和标幺制法（又称相对单位制法，因其短路计算中的有关物理量采用标幺值即相对单位而得名）

4.1.4本设计采用标幺制法进行短路计算

1．标幺制法计算步骤和方法

(1)绘计算电路图，选择短路计算点。计算电路图上应将短路计算中需计入的所以电路元件的额定参数都表示出来，并将各个元件依次编号。

(2)设定基准容量Sd和基准电压Ud，计算短路点基准电流Id。一般设Sd=100MVA，设

第四章高低压开关设备选择

。短路基准电流按下式计算：

Ud=Uc（短路计算电压）

Id

（4-1） (3)计算短路回路中各主要元件的阻抗标幺值。一般只计算电抗。电力系统的电抗标幺值

Xs*

Soc (4-2)

式中 Soc——电力系统出口断路器的断流容量（单位为MVA）。电力线路的电抗标幺值



XWLX0l

(4-3) 2Uc

式中 Uc——线路所在电网的短路计算电压（单位为kV）。电力变压器的电抗标幺值

XT

Uk%Sd

100SN (4-4)

式中 Uk%——变压器的短路电压（阻抗电压）百分值；

SN——变压器的额定容量（单位为kVA,计算时化为与Sd同单位）。

(4)绘短路回路等效电路，并计算总阻抗。用标幺制法进行短路计算时，无论有几个短路计算点，其短路等效电路只有一个。

(5)计算短路电流。分别对短路计算点计算其各种短路电流：三相短路电流周期分量

(3)(3)

、短路冲击电流ish及短路后第一个周期Ik(3)、短路次暂态短路电流I"(3)、短路稳态电流I

(3)

的短路全电流有效值（又称短路冲击电流有效值）Ish。

Ik(3)

在无限大容量系统中，存在下列关系：

*X

(4-5)

I"(3)=I=Ik (4-6)

(3)(3)

高压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算：

(3)

"(3)ish

=2.55I (4-7) (3)

"(3)Ish

=1.51I (4-8)

低压电路的短路冲击电流及其有效值按下列公式近似计算：

(3)

"(3)ish

=1.84I (4-9)

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(3)

"(3)Ish

=1.09I (4-10)

(6)计算短路容量

Sk(3)

2. 一台变压器运行时

SdX

(4-11)

(1)根据原始资料及所设计方案，绘制计算电路，选择短路计算点，如图4-1所示。

0.4kV10.5kV

图4-1短路计算电路

(2)设定基准容量Sd和基准电压Ud，计算短路点基准电流Id,设

Sd=100MVA，U

d=Uc，即高压侧Ud1=10.5kV,低压侧Ud2=0.4kV,则

Id1



5.5kA (4-12)

Id2



144kA (4-13)

(3)计算短路电路中各元件的电抗标幺值电力系统的电抗标幺值

X1

Sd100MVA0.25Soc400MVA (4-14)

式中 Soc——电力系统出口断路器的断流容量

架空线路的电抗标幺值，查得LGJ-150的单位电抗x00.36/km，而线路长5km,故

X20.365

100MVA

1.6

(10.5kV)2

(4-15)

电力变压器的电抗标幺值，查得Uz%=4，故

X3

4100MVA12.7100315kVA (4-16)

第四章高低压开关设备选择

(4-17)

(4)绘制等效电路图，如图4-2所示：

图4-2短路等效电路

(5)计算k-1点（10.5kV侧）的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量总阻抗标幺值

***XXX0.251.61.8512k1

(4-18)

三相短路电流周期分量有效值

Ik(3)1

Id1

X

k1



5.5kA

2.97kA1.85

(4-19)

三相短路次暂态电流和稳态电流

I"(3)=I=Ik1=2.97kA (4-20)

(3)

三相短路冲击电流

(3)

"(3)ish

=2.55I=2.55×2.97kA=6.68kA (4-21)

第一个周期短路全电流有效值

(3)

"(3)Ish

=1.51I=1.51×2.97kA=4.48kA (4-22)

三相短路容量

Sk(3)

X

k1



100MVA

54.05MVA

1.85

(4-23)

（6）计算k-2点（0.4kV侧）的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量

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总阻抗标幺值

X*(k2)X*1X*2X*3PX*40.251.612.714.55

三相短路电流周期分量有效值

(4-24)

I(3)k2

三相短路次暂态电流和稳态电流

Id2X*(k2)



144kA

9.89kA (4-25) 14.55

(3)

I"(3)=I=Ik(3)2=9.89kA (4-26)

三相短路冲击电流

(3)

=1.84I"(3)=1.84×9.89kA=18.21kA (4-27) ish

第一个周期短路全电流有效值

"(3)(3)

=1.09I=1.09×9.89kA=10.78kA (4-28) Ish

三相短路容量

S(3)k

短路计算结果

SdX*(k2)



100MVA

6.87MVA (4-29)

14.55

4.2变电站一次设备的选择与校验

正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节约投资，选择合适的电气设备。

电气设备的选择同时必须执行国家的有关技术经济政策，并应做到技术先进、经济合理、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需要。

4.2.1 一次设备选择与校验的条件

为了保证一次设备安全可靠地运行，必须按下列条件选择和校验： (1) 按正常工作条件，包括电压、电流、频率、开断电流等选择。 (2) 按短路条件，包括动稳定和热稳定来校验。

(3) 考虑电气设备运行的环境条件和温度、湿度、海拔以及有无防尘、防腐、防火、

第四章高低压开关设备选择

防爆等要求。

4.2.2 按正常工作条件选择

1.按工作电压选择

设备的额定电压UNe不应小于所在线路的额定电压UN，即

UNeUN (4-36)

2.按工作电流选择

设备的额定电流INe不应小于所在电路的计算电流I30，即

INeI30 (4-37)

3.按断流能力选择

设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc不应小于设备分断瞬间的短路电流有效值Ik或短路容量Sk，即

IocIk (4-38)

或

SocSk (4-39)

4.2.3 按短路条件校验

短路条件校验，就是校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳定。 1.隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 (1)动稳定校验条件

(3)

(4-40) imaxish

或

(3)

(4-41) ImaxIsh

式中 imax、Imax——开关的极限通过电流（动稳定电流）峰值和有效值（单位为kA）；

(3)(3)

、Ish——开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值（单位为kA）。 ish

(2)热稳定校验条件

(3)2

It2tItima (4-42)

式中 It ——开关的热稳定电流有效值（单位为kA）；

； t —— 开关的热稳定试验时间（单位为s）

(3)

——开关所在处的三相短路稳态电流（单位为kA）； I

。 tima——短路发热假想时间（单位为s）2.电流互感器的短路稳定度校验 (1)动稳定校验条件

(3)

(4-43) imaxish

或

西南民族大学学士论文

(3)

(4-44) esI1N103ish

式中 imax——电流互感器的动稳定电流（单位为kA）；

； Kes——电流互感器的动稳定倍数（对I1N）。 I1N——电流互感器的额定一次电流（单位为A）热稳定校验条件

ItI

或

KtI1NI

式中 It——电流互感器的热稳定电流（单位为kA）；

t——电流互感器的热稳定试验时间，一般取1s；。 Kt——电流互感器的热稳定倍数（对I1N）

变电所计算电流

计算变压器的损耗，由表2-1可知S30 P30 Q30 的值。

PT0.015S300.015247.01kW3.71kW QT0.06S300.06247.01Kvar14.83Kvar

P'30P30PT1743.71177.71kW

Q'30Q30QT186.2814.83

201.11Kvar

S'30268.38kVA

所以计算电流：

I30S'30N268.38kVA/10kV)15.51A

4.2.4 10kV侧一次设备的选择校验

表4-5 10kv侧一次设备的选择校验

第四章高低压开关设备选择

表4-5所选设备均满足要求

表4-6所选设备均满足要求。

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第五章变电所进出线和与邻近单位联络线的选择

5.1高低压母线的选择

根据设计经验，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。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。

按88D264《电力变压器室布置》标准图集的规定，6-l0kV变电所高低压LMY型硬铝母线的尺寸选择，根据计算电流及GB50053－94 《10kV及以下变电所设计规范》，按其发热条件来具体选择母线尺寸。

5.2 变电所进出线的选择范围

1.高压进线

(1)如为专用线路，应选专用线路的全长。

(2)如从公共干线引至变电站，则仅选从公共干线到变电站的一段引出线。

(3)对于靠墙安装的高压开关柜，柜下进线时一般须经电缆引入，因此架空进线至变电站高压侧，往往需选一段引入电缆。

2.高压出线

(1)对于全线一致的架空出线或电缆出线，应选线路的全长。

(2)如经一段电缆从高压开关柜引出再架空配电的线路，则变电站高压出线的选择只选这一段引出电缆，而架空配电线路在厂区配电线路的设计中考虑。

3.低压出线

(1)如采用电缆配电，应选线路的全长。

(2)如经一段穿管绝缘导线引出，再架空配电线路，则变电站低压出线的选择只选这一段引出的穿管绝缘导线，而架空配电线路则在厂区配电线路或车间配电线路的设计中考虑。

5.3 变电所进出线方式的选择

1.架空线。在供电可靠性要求不很高或投资较少的中小型工厂供电设计中优先选用。 2.电缆。在供电可靠性要求较高或投资较高的各类工厂供电设计中优先选用。

5.4 变电所进出导线和电缆形式的选择

1. 高压架空线 (1)一般采用铝绞线。

(2)当档距或交叉档距较长、电杆较高时，宜采用钢芯铝绞线。 (3)沿海地区及有腐蚀性介质的场所，宜采用铜绞线或防腐铝绞线。

第五章变电所进出线和与邻近单位联络线的选择

2.高压电缆线

(1)一般环境和场所，可采用铝芯电缆；但在有特殊要求的场所，应采用铜芯电缆。 (2)埋地敷设的电缆，应采用有外护层的铠装电缆；但在无机械损伤可能的场所，可采用塑料护套电缆或带有外护层的铅包电缆。

3.低压电缆线

(1)一般采用铝芯电缆，但特别重要的或有特殊要求的线路可采用铜芯电缆。 (2)电缆沟内电缆，一般采用塑料护套电缆，也可采用裸铠装电缆。

5.5 高压进线和引入电缆的选择 5.5.1高低压母线的选择校验

母线采用LMY型矩形硬铝母线

(1)按发热条件选择，由I3015.51A 温度25摄氏度，选LMY3(163)即母线尺寸为

16mm3mmIal110AI3015.51A满足发热条件。

5.5.1 10kV高压进线的选择校验

1OkV高压进线的选择校验采用LJ型铝绞线架空敷设，接往1OkV公用干线。 (1)按发热条件选择。

由线路最大负荷时的计算电流I30I1NT15.51A及室外环境温度33℃，初选LJ-16，其35℃时的允许持续载流量Ial=93.5A＞I30，满足发热条件。

(2)校验机械强度。查表可得，最小允许截面Amin35mm2,因此LJ-16不满足机械强度，故改选LJ-35.

由于此线路很短，不需要校验电压损耗。

5.5.2 由高压母线至主变的引入电缆的选择校验

采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 (1)按发热条件选择。

由线路最大负荷时的计算电流I3015.51A及土壤温度25℃，查表后初选缆芯为25mm2

的交联电缆，其Ial=90A＞I30，满足发热条件。

(2)校验短路热稳定。查得短路热稳定系数C=77



3

Amin

I

2970

mm233.41mm2＜A=35mm2 77

所以YJL2210000335mm2电缆满足要求。

5.6 备用电源高压联络线的选择

作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝心电

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缆，直接埋地敷设，与邻近单位变配电所的10kV母线相联。

(1)按发热条件选择，工厂二级负荷容量为151.89kVA,I308.77A 。最热月土壤平均温度为25℃，因此查表初选缆芯截面为25mm2 的交联聚乙烯绝缘铝心电缆，其Ial=90A＞

I30，满足发热条件，满足发热条件。

（2）校验电压损耗，由表查得缆芯为25mm2的铝芯电缆的R01.54/km （缆芯温度按80℃计算），X00.12/km ，而二级负荷的P3093.5kW

Q30119.7kvar ，线路长度按1km计，因此

93.5kW(1.542)119.7kvar(0.122)U31.68V

10kV

U%(31.68V/10000V)100%0.32%Ual5%

由此可见，满足电压损耗5%的要求。

(3)短路热稳定校验按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25mm2，的交联电缆是满足热稳定要求的.而邻近单位10kV的短路数据不知，因此该联络线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。

设计总结

本次设计是某五金厂降压变电所电一次系统的设计。在这次设计过程中用需要系数法

进行负荷计算，进行了无功补偿、变压器选择、主接线设计、短路计算、主要电气设备的

选择和校验（包括电压互感器、电流互感器、断路器、高压熔断器）等。主接线从可靠性、

灵活性、经济性考虑，设备的选择校验以满足通过物理量为准；这样基本完成了工厂供配

电一次系统设计。

本设计中还有许多不足之处需要修改，如：变压器主接线在实际中是否采用设计中的

接线方法，主要电气设备选择及校验是否还有其它更好更实用的校验方法等，都需要继续

查阅相关资料并和老师沟通！

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参考文献

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[7] 朴在林、何少贤、朱学东.变电所电气部分[M].北京：中国水利水电出版社.2002年 [8] 苏文成.工厂供电[M].北京：机械工业出版社.2004年

[9] 工厂常用电气设备手册编写组. 工厂常用电气设备手册（补充本）. 北京：水利电力出版社.1990

[10] JGJ16-2008 民用建筑电气设计规范 [11] GB50052-2009供配电系统设计规范 [12] GB50217-2007 电力工程电缆设计规范 [13] GB50060-92 3～110KV高压配电装置设计规范 [14] GB50053-94 10kKV及以下变电所设计规范

致谢

通过此次毕业设计，我深刻的认识到毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而

且也是对自己能力的一种提高。在设计过程中遇到很多问题，这让我意识到自己欠缺的东

西太多。学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提

高自己知识和综合素质。

这次论文能够如期完成，首先要感谢我的指导老师王玉老师。每次遇到问题请教老师，

她都会不厌其烦的为我讲解。指出我的论文中存在的问题，并给出宝贵的意见。

在此我忠心的感谢导师对我的指导和帮助。