中南大学工程训练报告1

《工厂供电》课程设计

任务题目：某自来水厂供电系统设计学院：信息科学与工程学院专业班级：自动化0801班学号 : [1**********] 姓名：钟彦达指导老师：杨明安完成日期： 2011年7月10日

前言 ..................................................................................................................- 2 - 一、原始资料 ...................................................................................................- 4 - 二、设计要求内容： ........................................................................................- 5 - 三、负荷计算 ...................................................................................................- 6 - 3.1一泵房负荷计算 ............................................................................................. - 7 - 3.2二泵房负荷计算 ............................................................................................. - 7 - 3.3机修车间负荷计算 ......................................................................................... - 8 - 四、主变压器的选择和无功功率补偿 ............................................................ - 13 - 4.1 选用的变压器的台数 .................................................................................. - 13 - 4.2 无功功率补偿 .............................................................................................. - 13 - 4.3主变压器容量的选择 ................................................................................... - 14 - 五、一次侧主接线图的选择 ........................................................................... - 16 - 5.1方案选择原则 ............................................................................................... - 16 - 5.2变配电所主结线的选择原则 ....................................................................... - 16 - 5.3各方案简述 ................................................................................................... - 17 - 六、短路电流的计算 ...................................................................................... - 21 - 6.1低压侧 ........................................................................................................... - 21 - 6.2高压侧 ........................................................................................................... - 22 - 七、导线和电缆截面的选择 ........................................................................... - 25 - 7.1 35KV进线导线的选择 ................................................................................ - 25 - 7.2 对于一泵房 .................................................................................................. - 26 - 7.3 对于二泵房 .................................................................................................. - 26 - 7.4 对于机修车间 .............................................................................................. - 27 - 八、一次侧保护设备的选择与校验 ................................................................ - 29 - 8.1断路器的选择和校验 ................................................................................... - 29 - 8.2 离开关的选择与校验 .................................................................................. - 30 - 8.3 熔断器的选择 .............................................................................................. - 31 - 8.4 绝缘子和套管选择与校验 .......................................................................... - 33 - 九、变配电所的布置与机构设计 .................................................................... - 34 - 十、防雷装置及接地装置设计 ....................................................................... - 35 - 10.1直击雷保护 ................................................................................................. - 35 - 10.2配电所公共接地装置的设计 ..................................................................... - 35 - 10.3行波保护 ..................................................................................................... - 36 - 十一、年耗电量的计算 ................................................................................... - 37 - 十二、设计心得体会 ...................................................................................... - 38 - 参考文献 ................................................................................................... - 39 -

前言

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经济，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。

在国民经济高速发展的今天，电能的应用越来越广泛，生产、科学、研究、日常生活都对电能的供应提出更高的要求，因此确保良好的供电质量十分必要。本设计书注重理论联系实际，理论知识力求全面、深入浅出和通俗易懂，实践技能注重实用性，可操作性和有针对性。

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）。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，也具有重大的作用。工厂供电工作要很好地为工业生产务，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。

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。这次课程设计是在《工厂供电》课程学习之后一个重要的实践性教学环节，

通过本次课程设计把理论知识运用于实践，加深对这门课程的理解和掌握其精髓，通过实践巩固理论知识，实现理论与实践的结合，为今后解决实际问题打下坚实的基础。同时也加强实践意识，培养迅速把理论知识运用于实践的能力。

课程设计的题目是《某自来水厂供电系统设计》。根据该厂负荷统计资料及所能取得的电源和用电负荷的实际情况，并适当考虑到该厂将来的发展，按照可靠性、技术先进性、经济合理性的要求，完成工厂供电系统的设计

本次课程设计涉及面非常广，查阅了大量资料，由于很多方面的知识都是临时去学习，对所查阅的资料的正确性也没有完全考证，因此，错误与疏漏之处再所难免，望老师批评指正。

一、原始资料

（1）自来水厂用电设备一览表（附表2）（2）该厂年最大有功负荷利用小时数

Tmax=8000小时

（3）该厂一、二泵房为二级负荷，机修及办公室为三级负荷。（4）电源条件：

距该厂8公里处，有一地区变电所，地区变电所可分别从两段35kV母线上各提供一回电源，这两段母线的短路容量皆为：

（5）气象及其他有关资料

a) 要求车间变电所低压侧的功率因数为0.85。高压侧功率因数为0.95。 b) 年平均温度及最高温度最热月平均最高温度

35℃

年平均温度

18℃

最热月土壤平均温度

30℃

地区变点所 Up=35KV 总降压变电所 Ue=10KV 去自来

水厂

自来

图二课题（2）电力系统结构图

二、设计要求内容：

（1）计算自来水厂、机修车间的总计算负荷。并确定为提高功率因数所需的补

偿容量。（2）选择该自来水厂总降压变电所、机修车间变电所的变压器台数及额定容

量。（3）选择和确定自来水厂高压供电系统（包括供电电压，总降压变电所一次接

线图，场内高压电力网接线）。（4）选择高压电力网导线型号及截面。（5）选择和校验总降压变电所的一次电气设备。

（6）拟定机修车间供电系统一次接线图（包括车间变电所一次接线及车间低压电力网接线）。（7）选择机修车间的低压电力网的导线型号及截面。

（8）选择和校验机修车间供电系统的一次电气设备（包括各支线上的开关及熔丝）。（9）变配电所得布置与机构设计。（10）防雷装置及接地装置设计。

三、负荷计算

说明：各机床的Ie及尖峰电流Ijf仅作参考，可将变压器额定容量作计算负荷总负荷的计算：

3.1一泵房负荷计算

在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算。具体步骤如下。 1.高压异步电动机6台： 1、 P=380kW

0.8

cos0.83

tan0.67U6KV

Pc11Kd11Pe11380kW0.8361892.4kWQc11Pc11tan111892.4kW0.67

1267.9kvar Sc112277.9kVA

I2277.9kVA

c11



1.7326kV

219.2A

2、变压器SJ2-50/6 （一台）：

Sc12Pe50kVAcos120.85

U1e



6kV

Pc12Sc12cos50*0.8542.5KWQc12Pc12tan42.5*0.61926.34Kvar Ic12



1.732*6

4.8A

取同时系数为KpKq0.9。可以计算出一泵房的总的计算负荷：

P30Kp

Pc11Pc120.9*(1892.442.5)1741.4KWQ30Kq(Qc11Qc12)0.9*(1267.926.34)1164.8KvarS302095.1KVA

I2095.1

30



1.732*6

201.6A

3.2二泵房负荷计算

1、高压异步电动机（两台）：

Pe21=440kW

Kd210.8cos210.89

tan210.51UN6KV

Pc21Kd21Pe21440kW0.892783.2kW

；

c21c2121

Sc21879.2kVA

Ic21



879.2kVA

1.7326kV

84.6A

2、高压同步电动机（四台）

Pe221000kW

Kd220.8

cos220.84

tan220.65UN6KV

Pc22KdPe221000kW0.8943560kWQc22Pc22tan223560kW0.84

2990.4kvar Sc224649.3kVA

IkVA

c22



4649.31.7326kV

447.4A

2、变压器SJL-180/6组（两台）

Sc23Pe2360kVAcos230.85

U1e



6kV

Pc12Sc12cos180*2*0.85306KWQc12Pc12tan306*0.619189.4Kvar Ic12



180

1.732*6

17.3A

取同时系数为KpKq0.9。可以计算出二泵房的总的计算负荷：

P30Kp

Pc21Pc22P234184.3KWQ30Kq(Qc21Qc22Q23)3221.3KvarS305280.6KVA

I30



5280.6

1.732*6

508.1A

3.3机修车间负荷计算 1、车床（C620）组（两台）：

Pe31=7.6kW

Kd310.2cos310.75tan310.88UN0.38KV

；

c31d31e31Qc31Pc31tan3111.4kW0.88

10kvar Sc3115.2kVA

Ic31



15.2kVA

1.7320.38kV

23.2A

2、车床（C616）组（两台）：

Pe32=3.3kW

Kd320.2cos320.74

tan320.91UN0.38KV

Pc32Kd32Pe323.3kW0.221.32kWQc32Pc32tan321.32kW0.91

1.2kvar Sc321.78kVA

Ic32



1.78kVA

1.7320.38kV

2.7A

3、铣床（一台）：

Pe33=2.5kW

Kd330.2cos330.64

tan331.2UN0.38KV

Pc33Kd33Pe332.5kW0.210.5kWQc33Pc33tan330.5kW1.2

0.6kvar Sc330.78kVA

IkVA

c33



0.781.7320.38kV

1.19A

4、刨床1（一台）：

Pe34=4kW

Kd340.2cos340.6

tan341.33UN0.38KV

Pc34Kd34Pe344kW0.210.8kWQc34Pc34tan340.8kW1.33

1.06kvar

C341.33KVA

；

IKVA

C34



1.331.732*0.38KV

2.02A

5、刨床2（一台）：

Pe35=3kW

Kd350.2cos350.584

tan351.39UN0.38KV

PC35

KD35*PE353KW*0.2*10.6KW Q

C35

PC35*tan35

0.6KW*1.390.83Kvar

SC35

1.03KVA

I1.03KVA

C35



1.732*0.38KV

1.56A

6、钻床组（两台）：

Pe36=1.5kW

Kd360.2cos360.67

tan361.11UN0.38KV

Pc36Kd36Pe361.5kW0.220.6kWQc36Pc36tan360.6kW1.110.67kvar

C36

PC36Q

C36



0.67

0.60.9KVA

IC36

C36



0.9KVA

1.732*0.38KV

1.36A

7、砂轮机组（两台）：

Pe37=1.5kW

Kd210.2cos210.71

tan210.99UN0.38KV

C37

KD37*PE371.5KW*0.4*21.2KW Q

C37

PC37*tan37

1.2KW*0.991.18Kvar

C37

PC37Q

C37



1.181.7KVA

IC37

1.7KVA

C37



1.732*0.38KV

2.6A

8、吊车（一台）：

11.4KW

0.15 COS0.8 tan0.75 U0.38KV

E38

D38

PC38

KD38*PE3811.4KW*0.15*11.71KW

C38

PC38*tan38

1.71KW*0.75

1.28Kvar

C38



2.14KVA

IC38



2.14KVA

1.732*0.38KV

3.25A

9、电焊机组（一台）：

E39

2KW KD390.35 COS39

0.5 tan39

1.732PC39

KD39*PE392KW*0.355*10.71KW

C39

PC39*tan39

0.71KW*1.732

1.23Kvar

C39



1.42KVA

IC39



1.42KVA

1.732*0.38KV

2.16A

10、电阻炉（一台）：

Pe41=12kW

Kd410.7cos411

UN0.38KV

Pc41Kd41Pe4112kW0.718.4kW Qc41Pc41tan41

0kvar

Sc418.4kVA

IkVA

c41



8.41.7320.38kV

12.78A

11、工厂照明，P30(11)16kW16kW。Q30(11)0 12. 变压器SJ2-20/6

NUN0.38KV

Sc12Pe240kVAcos120.8

U1e



6kV

Pc12Sc12cos20*2*0.832KWQc12Pc12tan32*0.7524Kvar Ic12



60.8A

1.732*0.38

取同时系数为KpKq0.9。可以计算出机修车间的总的计算负荷：

P30Kp

Pc21Pc22P23Pc24Pc25Pc26Pc27Pc28Pc29Pc41Pc4267.72KWQ30Kq(Qc21Qc22Q23Qc24Qc25Qc26Qc27Qc28Qc29Qc41Qc42)37.85KvarS3077.58KVAI30



77.58

117.87A

1.732*0.38

四、主变压器的选择和无功功率补偿

4.1 选用的变压器的台数

由上面的计算可以看出，一泵房和二泵房的用电设备均为6KV的一级和二级负荷设备，机修车间为0.38KV的三级负荷。所以可以选择两台35KV/6KV的变压器和一台6KV/3KV的变压器。 4.2 无功功率补偿

对于6KV/0.4KV的变压器：

低压侧的功率因数cos67.72/77.58=0.873不满足设计的要求，需要进行无功补偿。可以选定功率补偿后的功率因数为cos0.9。则可以计算出需要补偿的无功功率为：QcQ30P30*tan5.05Kvar。此时机修车间的计算负荷为：

P3067.72KW

Q30P30tan0.48*67.7232.80Kvar S30

P3067.72

75.24KVAcos0.9

高压侧的功率因数：变压器的损耗：

PT0.015S300.015*77.581.164KW

QT0.06S300.06*77.584.655Kvar

S30

80.94KVA

所以cos77.58/80.94=0.958满足高压侧0.95以上的功率因数的要求。不需要进行功率补偿。

对于35KV/6KV变压器：

取同时系数为KpKq0.9。可以计算出全厂的总的计算负荷：



P30KpP30i5993.42KW

i0

Q30Kq(Q30i)4405.95Kvar

i0

S307438.65KVA

低压侧的功率因数cos5993.42/7438.65=0.806不满足要求。假定功率补偿后的功率因数为0.9。计算出需要补偿的无功功率为：

QC5993.42(tanarccos0.806tanarccos0.9)kvar1498.74kvar

P305993.42KW

补偿后的计算负荷为：Q302902.75Kvar

S306659.36KVA

变压器的损耗：

PT0.015S300.015*5993.4289.90KWQT0.06S300.06*5993.42359.61Kvar

S307727.70KVA

高压侧的功率因数cos5993.42/7727.70=0.78，不满足设计的功率因数大于0.95的要求。假设功率补偿后的功率因数为0.96.可计算出需要补偿的无功功率为：

QC5993.42(tanarccos0.78

tanarccos0.96)kvar3130.06kvar

P306083.32KWQ301774.30Kvar

补偿后的计算负荷为：S306336.79KVA

I30



6336.79

104.53A

1.732*35

4.3主变压器容量的选择

每台变压器的容量应同时满足下列两个条件：

1.一台变压器单独运行时，宜满足计算负荷S30的百分之六十到百分之七十的需要，即SN.T(0.6~0.7)S30

2.任一台变压器单独运行时，应满足全部一二级负荷的需要，即

SN.TS30(1）

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，一般宜大于1000KV.A(或1250KV.A)。这一方面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是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，电影损耗和有色金属消耗量。 4）适当考虑负荷的发展

应适当考虑进货5~10年电力负荷的增长，留有一定得余地。

这里必须指出：电力变压器的额定容量SN.T是在一定温度条件下的持续最大输出容量。如果安装地点的年平均气温时，则年平均气温每高出1摄氏度，变压器的容量相应的减小百分之一。因此户外变压器的实际容量为： ST(1

)

100SN.T

对于户内变压器，由于散热条件较差，一般变压器室的出风口与进风口间约15摄氏度温差，从而使处在室中间的变压器环境温度要比室外变压器的环境温度高出大约8°C，因此户内变压器的实际容量较之上式所计算的容量还要减小百分之八。

最后还必须指出：变电所主变压器台数和容量的最后确定，应结合主接线方案，经技术经经济比较择优而定。

年平均温度及最高温度最热月平均最高温度

35℃

年平均温度

18℃

最热月土壤平均温度

30℃

av20

因为变压器都用在室内，故取av高于室外8摄氏度 (取其系数为0.7) ST(1

)

100SN.T

工厂总降压变电所变压器的选择：选择两个变压器供电：

基于其为二级负荷，以便当一台发生故障时，另外一台变压器能对一二级负荷供电。

av20

(0.6~0.7)S30(0.6~0.7)*6336.79(3802.07~4435.75)KV.A

N.T



100120av

1.05ST

SN.T4669.15KV.A即可满足要求。所以可以选择SL7-5000/35型的主变压器。

五、一次侧主接线图的选择

变配电所主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，对其主要有以下几个基本要求：

安全主接线的设计应符合国家有关技术规范要求，能充分保证人身和设备安全；

可靠应满足用电单位可靠性的要求；

灵活能适应各种不同的运行方式，操作检修方便；

经济设计简单，投资少，运行管理费用低，考虑节约电能和有色金属消耗量。

5.1方案选择原则

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、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。

3、6～10KV固定式配电装置的进线侧，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。

4、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。 5、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。

5.2变配电所主结线的选择原则

(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结线。

(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。

(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（一般都安装计量柜）。

(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。

5.3各方案简述

方案一：只装有一台主变压器的总降压变电所主接线图这种接线的一次侧无母线，二次侧采用单母线。特点：

简单经济，可靠性不高。适用范围：

只适用于三级负荷的工厂。

方案二：一、二次侧均采用单母线分段主接线特点：

由于进线开关和母线分段开关均采用了断路器控制，操作十分灵活；供电可靠性较高，适用于大型企业的一、二级负荷供电。适用范围：

适用于大中型企业的一、二级负荷供电。

方案三：一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段

图5-1 采用内桥式接线的总降压变电所主接线图

特点：

(1) 线路发生故障时，仅故障线路的断路器跳闸，其余支路可继续工作，并保持相互间的联系。

(2) 变压器故障时，联络断路器及与故障变压器同侧的线路断路器均自动跳闸，使未故障线路的供电受到影响，需经倒闸操作后，方可恢复对该线路的供电。 (3) 正常运行时变压器操作复杂。如需切除变压器 T1，应首先断开断路器QF21、QF111 和联络断路器 QF10，再拉开变压器侧的隔离开关，使变压器停电。然后，重新合上断路器 QF21 、QF111和联络断路器 QF10，恢复线路 1WL 的供电。适用范围：

适用于输电线路较长、线路故障率较高、穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式的场合。

方案四：一次侧采用外桥式接线，二次侧采用单母线分段

图5-2 采用外桥式接线的总降压变电所主接线图

特点：

(1)变压器发生故障时，仅跳故障变压器支路的断路器，其余支路可继续工作，并保持相互间的联系。

(2)线路发生故障时，联络断路器及与故障线路同侧的变压器支

路的断路器均自动跳闸，需经倒闸操作后，方可恢复被切除变压器的工作。（3）线路投入与切除时，操作复杂，并影响变压器的运行。适用范围：

该方案适用于线路较短、故障率较低、主变压器需按经济运行要求经常投切以及电力系统有较大的穿越功率通过桥臂回路的场合。

方案五：一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图

图5-3 一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图

特点：

这种主接线兼有上述两种桥式接线运行灵活性的优点，但采用的高压开关设备较多。可供一、二级负荷。适用范围：

适于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。

方案六：一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主接线图特点：

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。适用范围：

双母线接线在工厂变电所中很少应用，主要应用于电力系统中的枢纽变电站。因为该厂是二级负荷切考虑到经济因素故本方案采用6kV双回进线，单母线分段供电方式，在NO.3车变中接明备用变压器。采用这种接线方式的优点有可靠性和灵活性较好，当双回路同时供电时，正常时，分段断路器可合也可开断运行，两路电源进线一用一备，分段断路器接通，此时，任一段母线故障，分段与故障断路器都会在继电保护作用下自动断开。故障母线切除后，非故障段可以继续工作。当两路电源同时工作互为备用试，分段断路器则断开，若任一电源故障，电源进线断路器自动断开，分段断路器自动投入，保证继续供电。

六、短路电流的计算

下面采用标么制法进行短路电流计算。 6.1低压侧

(一)

确定基准值：

取Sd100MVA，Uc26kV，Uc20.4kV

所以：Id1



9.165kA Id2144.342kA

(二) 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的

电缆电抗）

*100MVA0.200 1) 电力系统的电抗标么值： X1

500MVA

2) 架空线路的电抗标么值：查手册得X00.35/km，因此：

*0.35(/km)1.5km100MVA0.476 X2

(10.5kV)2

3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得Uk%6，因此：

*X*6100MVA6.000 X34

1001000kVA

可绘得短路等效电路图

如下图（二）

K-1

K-2

图（二）

(三) 计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

*

XX1) 总电抗标么值：X(k1)120.2000.4760.676

2) 三相短路电流周期分量有效值： Ik1

(3)

Id1



X(k1)



9.165kA

13.557kA

0.676

(3)

Ik(3)3) 其他三相短路电流：I''(3)I113.557kA

(3)(3)

2.5513.557kA34.570kA Ish1.5113.557kA20.471kA ish

(3)

4) 三相短路容量：Sk1

X(k1)



100MVA

147.930MVA

0.676

(四) 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

*

XX(X||X0.6766/23.8761) 总电抗标么值：X(k2)1234)0.200

三相短路电流周期分量有效值：Ik(3)2

Id2



X(k2)



144kA

37.152kA 3.876

(3)(3)

2) 其他三相短路电流：I''(3)IIk237.152kA

(3)(3)

1.8437.152kA68.359kA Ish1.0937.152kA40.496kA ish

(3)

三相短路容量：Sk2

X(k2)



100MVA

25.800MVA

3.876

6.2高压侧

(五)

确定基准值：

取Sd100MVA，Uc137.5kV，Uc26.3kV 所以：

Id1



1.540kA Id29.165kA

(六) 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的

电缆电抗）

*100MVA0.286 3) 电力系统的电抗标么值： X1

350MVA

4) 架空线路的电抗标么值：查手册得X00.35/km，因此：

*0.35(/km)5km100MVA0.124 X2

(37.5kV)2

3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得Uk%6，因此：

*X*6100MVA6.000 X34

1001000kVA

可绘得短路等效电路图

如下图（二）

K-1K-2

图（二）

(七)

计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

*

XX5) 总电抗标么值：X(k1)120.2860.1240.410

6) 三相短路电流周期分量有效值： Ik1

(3)

Id1



X(k1)



1.540kA

3.756kA

0.410

(3)

Ik(3)7) 其他三相短路电流：I''(3)I13.756kA

(3)(3)

2.553.756kA9.578kA Ish1.513.756kA5.6721kA ish

(3)

三相短路容量：Sk1

X(k1)



100MVA

243.902MVA

0.410

(八) 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

*

3) 总电抗标么值：X(k2)X1X2(X3||X4)0.4106/23.410

(3)4) 三相短路电流周期分量有效值：Ik2

Id2

X(k2)



9.165kA

2.688kA

3.410

(3)(3)

5) 其他三相短路电流：I''(3)IIk22.688kA

(3)(3)

1.842.688kA4.945kA Ish1.092.688kA2.930kA ish

(3)

三相短路容量：Sk2

X(k2)



100MVA

29.326MVA

3.410

七、导线和电缆截面的选择

导线和电缆选择原则：

导线和电缆选择是工业企业供电网络设计中的一个重要组成部分，因为它们是构成供电网络的主要元件，电能必须依靠它们来输送分配。在选择导线和电缆的型号及截面时，既要保证工业企业供电的安全可靠，又要充分利用导线和电缆的负载能力。由于导线或电缆所用的有色金属(钢、铜、铝等)都是国家经济建设需用量很大的物资，因此，正确地选择导线和电缆的型号及截面，节约有色金属，是有重要意义。 7.1 35kV进线导线的选择

因为架空线与电缆线路相比有较多优点，如成本低、投资少、安装容易，维护和检修方便，易于发现和排除故障等，所以这里选择钢芯铝绞线架空敷设。导线截面按照经济电流密度来选择，然后按照发热条件来校验。 1)选择经济截面

此工厂的年最大有功负荷利用小时数Tmax6500h，查表得经济电流密度为

jec0.90。因为计算所得计算电流

I30



5594

92.3A。所以其经济截面为

1.732*35

I3092.3106.1mm2 jec0.90

Aec

选择标准截面120mm2，即选择LGJ-120型钢芯铝绞线。 2)校验发热条件

查表得，LGJ-120型钢芯铝绞线的70℃时的允许载流量为Ia1245A，导线额定负荷时的最高允许温度为90℃，当地最热月平均温度为35℃。所以其温度校正系数为

1.658 K

所以在当地环境温度下，导线的允许载流量为

KIal1.658245406.21AI3098.2A Ial

所以此导线满足发热条件。 3)校验机械强度

查表得35kV架空钢芯铝绞线的最小截面Amin35mm2A120mm2，因此所选LGJ-120型钢芯铝绞线也满足机械强度的要求。

所以LGJ-120型钢芯铝绞线符合要求。 7.2 对于一泵房

补偿后的视在功率为：500Kvar，根据经济电流密度选择导线和电缆截面，有：

I30137A，由设计原始资料可知：

年最大负荷利用小时数Tmax6500h小时，进线选架空线路，故选择的经济电流密度为：jec0.90A/mm2，Aec

137A2

因此，选择标准截面142mm2

0.90A/mm

150mm2，即选择LJ-150型铝绞线

对其进行发热条件的校验：

LJ-150型铝绞线(室外35C时) Ial392AI30125.3A，因此满足发热条件。对其进行机械强度的校验：

LJ-150型铝绞线的最小截面Amin35mm2A150mm2因此LJ-150型铝绞线满足机械强度的要求。 7.3 对于二泵房

补偿后的视在功率为：3931KVA，根据经济电流密度选择导线和电缆截面，

有：I30



378A，由设计原始资料可知：

年最大负荷利用小时数Tmax6500h小时，进线选架空线路，故选择的经济电流密度为：jec0.90A/mm2，因此Aec即450mm2，选择LJ-450型铝绞线对其进行发热条件的校验：

378A2

，选择标准截面，420mm2

0.90A/mm

LJ-450型铝绞线(室外35C时) Ial597AI30125.3A，因此满足发热条件。对其进行机械强度的校验：

LJ-450型铝绞线的最小截面Amin35mm2A300mm2因此LJ-300型铝绞线满足机械强度的要求。

7.4 对于机修车间

此车间的用电设备均为低压用电设备，其中导线和电缆的截面选择满足条件：

1) 相线截面的选择以满足发热条件即，IalI30；

2) 中性线（N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足A00.5A； 3) 保护线（PE线）的截面选择

一、A35mm2时，APE0.5A；二、A16mm2时，APEA

三、16mm2A35mm2时，APE16mm2

4) 保护中性线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。

按照发热条件选择导线，采用BLX-500型铝芯橡皮导线明敷。可以用三条导线作为相线，再选中性线(N线)和保护线(PE线)。所选线路的导线型号规格：

BLX500(3相线截面+1N线截面PE截面)

八、一次侧保护设备的选择与校验

8.1断路器的选择和校验 35kV断路器的选择及校验

高压断路器的指标主要有额定电压、额定电流、断流容量。在进行设备选择时我们主要考虑的也是这三者。

⑴ 高压断路器的额定电压须大于等于工作电网电压。

⑵ 高压断路器的额定遮断容量SN.QF必须大于或等于其安装处的短路容量

Sk(3)。

SN.QFSk(3)

⑶ 其额定断流能力IN.QF必须大于或等于其安装处的最大短路电流Ik(3)。

IN.QFIk(3)

⑷ 如果断路器装在较其额定电压低的电路中，其遮断容量也相应的减少。

.QFSN.QFN SN

UN.QF

注：UN：电网电压；UN.QF：断路器的额定电压。高压断路器的校验。

⑴ 动稳定度的校验。按三相短路冲击电流校验。

⑵ 热稳定度的校验。按三相短路稳态电流和短路发热假想时间校验。

35kV出线上断路器的选择与35kV侧断路器的选择相同。 6V侧断路器的选择及校验

选择方法和35KV的一致。选择QW1-10即可满足要求。 8.2 离开关的选择与校验

6kV侧出线隔离开关的选择与校验

同理：经校验符合动热稳定要求。

35kV侧进线隔离开关的选择与校验

(1) 根据上面断路器的选择的相关数据和已知条件，选择屋外GW5-35GD/1000型隔离开关。

同理：经校验符合动热稳定要求。

35kV侧出线隔离开关的选择与校验

根据上面断路器的选择的相关数据和已知条件，选择屋外GW5-35GD/600型隔离

同理：经校验符合动热稳定要求。 8.3 熔断器的选择

(1) 保护35kV侧所用变的熔断器的选择

Ig.zd=1.05Ieb=1.05×

50375037

=0.82A

Ierj=Kb×Ieb=1.5×

=1.17A

由于交流高压跌落式熔断器的切断短路电流的能力是用额定容量来表示的，所以应计算短路容量，短路电流采用冲击电流有效值。

Sd=3Upich=3×37×1.52×3.239=316MVA

熔件电流规格化可选用 Ierj=50A

额定电流为 Ie.r.q=100A>Ierj

=50A>Ig.zd=0.82A 所以满足额定电流选择的条件。额定切断容量 Sekd=500MVA>Sd=316MVA 所以满足额定断流容量的选择条件。额定电流为 Ie.r.q=40A=Ierj=20A>Ig.zd=2.89A 同理：满足额定电流选择的条件。额定切断容量Sekd=200MVA>Sd=51.17MVA

所以满足额定断流容量的选择条件。保护35kV侧电压互感器的熔断器的选择三相短路容量 Sd=Upich=×37×1.52×3.239=316MVA

同理：满足额定电流选择的条件。额定切断容量Sekd=400MVA>Sd=316MVA 保护6~10kV侧电压互感器的熔断器的选择

三相短路容量 Sd=Up，ich=×10.5×

1.52×1.851=51.17MVA

额定切断容量 Sekd=200MVA>Sd=51.17MVA 设备的额定开断电流大于次暂态短路电流的有效值同理：所以满足选择的要求。保护电力电容的熔断器的选择：

电力电容器在合闸时产生冲击电流，此时熔断器的熔件不应熔断，保证正常

工作。熔件的额定电流应按如下计算：

Kc--系数取1.3—1.8 Iec--电力电容器的额定电流

Iec=

SeUe

1003310

=17.3A

Ierj=Kc×Iec=1.5

×17.3=25.95A

熔断器的额定电流Ierq>Ierj

所以熔断器满足要求。 8.4 绝缘子和套管选择与校验 8.4.1户内支柱绝缘子

型号：ZA—10Y 额定电压10kV 动稳定校验：

经查表可得，支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷（弯曲）为3.75kN 则： KFal0.63.751032250(N) 经验证：F(3)cKFal2250(N) 所以支柱绝缘子满足动稳定要求。

8.4.2穿墙套管

型号：CWL—10/600 1）动稳定校验：

经查表可得，Fal7.5kN，l11.8m，l20.56m，a=0.22m

k(l1l2)(3)20.862(1.80.56)(22.8103)2107

Fca(ish)0.22

480.69(N) 0.6Fal0.67.51034500(N)Fc480.69(N) 所以此穿墙套管满足动稳定要求 2)热稳定校验：

额定电流为600A的穿墙套管5s热稳定电流有效值为1.2kA

则：

(I(3)

tima(8.94)20.1512(kA2s)I2tt1225720(kA2s) 所以穿墙套管满足热稳定要求。

九、变配电所的布置与机构设计

总配电所的地点应尽量接近工厂的负荷中心，进出线方便，靠近电源侧，尽量使进出线方便，设备运输方便。不应设在有爆炸危险或有腐蚀性气体的场所周围。

根据提供的自然条件，本厂在夏季主导风向为南风。为减少进线书谷发生率，减小进线在夏季收到的刮风阻力，进线架空线宜从南顺风向进线。而NO.2变电所符合最重，所以总配电所宜建在靠近NO.2变电所的位置，以减少导线上的电压损耗和热损耗，降低导线选择条件，降低建造成本。

工厂东北角远离负荷中心，且有一卸油台和化验室，总配电所不宜靠近易爆易燃与具有腐蚀性物品的场所，所以不应该在此地建设总配电所。

车间变电所位置选择应尽量深入负荷中心，分散设置并接近于负荷中心的原则选取，以便于电压电网的备用联络，尽量减少事故的影响波及面。工厂总配电变电所和各车间变电所平面布置简图见附图2。

十、防雷装置及接地装置设计

10.1直击雷保护

（1）由于No.1,No.3变电站中电气设备并不集中，只各有一台或两台变压器，所以不设独立的避雷保护，而采用在各变压器侧加装避雷器的方法来防止雷电波和操作过电压。

（2）由于NO.2变电站符合重，容量较大，电气设备较集中，所以设置独立的避雷针保护，设避雷针高度为22m，保护半径同上计算24.89m，同时为防止反击，避雷针建设在距离总配10m处，并使避雷针接地体与总配接地体相距大于3m。

10.2配电所公共接地装置的设计

对于大量使用动力电的矿工企业，供电系统采用YN-C系统，即保护接线与零线相统一，电气设备外壳接保护零线与系统共地。

（1）确定接地电阻要求值

经查表可确定此变电所公共接地装置的接地电阻应该满足一下两个条件：

RE≤120/IE 其中IE=

RE≤4Ω

式中：UN-----系统的额定电压

loh------有电的联系的架空线路总长度（km） lcab------有电的联系的电缆线路总长度（km）所以IE=

10(lohlcab)

350

UN(lohlcab)

（A）

350

所以RE≤120/IE=

比较可得：总接地电阻RE≤4Ω

（2）人工接地电阻：应不考虑自然接地体，所以REmax=RE=4Ω （3）接地装置方案初选

采用“环路式”接地网，初步考虑围绕变电所建筑四周打入一圈钢管接地体，钢管直径50mm,长2.5m，间距为2.4m；管间用40×4mm2的扁钢连接

（4）计算单根接地电阻

查表可得砂质粘土电阻率=100m，单根钢管接地电阻REg≈

100==40 2.52.5

（5）确定接地钢管数和最后接地方案

根据RE/RE(max)=40÷4=10；故选择10根钢管做接地体；=1，利用系数

=0.52～0.58，取E=0.55，因此接地体数量n为

0.9REg

RE

=16

所以最后确定为用16根直径50mm长2.5m的钢管体接地体管间距为2.5m，环式布置。用40×4扁管连接，附加均压带。

'REGEEH1402.41R=0.54

2.48400.55EEHREG

10.3行波保护

装设避雷器用来防止雷电入侵波与操作过电压对配电所电气装置特别是

对变压器的危害，根据本厂总配电处系统高压侧为10kV电压等级。所以按额定电压选择避雷器。故FZ-10型避雷器。

十一、年耗电量的计算

工厂的年耗电量较精确的计算，可以利用工厂的有功功率和无功功率计算负荷P30和Q30，即：

年有功电能消耗量：WpaP30Ta 年无功电能消耗量：WpaP30Ta

其中为年平均有功负荷系数，一般取0.7~0.75；为年平均无功负荷系数，一般取0.76~0.82；T为实际工作小时数。由题目的资料可知，Ta6300h，在此取0.7,0.8；则可以计算出自来水厂的年用电量：

年有功电能消耗量：WpaP30Ta0.7*5370*630023681700KW.h 年无功电能消耗量：WqaQ30Ta0.8*1556*63007842240Kvar.h

十二、设计心得体会

通过这次设计，我们加深了对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。我与其他同学一起进行课题分析、参考窑头、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们都感觉到自己受益非浅，同时深深的感觉自己的学习能力在不断提高，这次设计使我们对工厂供电有了新的认识，对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工程制图，Auto CAD的使用，说明书编辑，各种信息的查找与分析，对WORD文档和EXCEL表格的使用等多方面的能力。更重要的是这次设计是以小组为单位的，这使得我们的团结合作、互相配合能力有了很大的提高。而这种能力对我们以后走向社会和工作岗位是非常重要的。

总之，这次难得的设计机会，让我们学到了很多东西，得到了锻炼，能力有了提高，实在是受益匪浅啊。

参考文献

【1】王玉华,工厂供配电,2006.6，中国林业出版社【2】刘介才,工厂供电设计指导,2008.12,机械工业出版社【3】刘介才,实用供配电技术手册,2002.1,中国水利水电出版社

【4】《现代电工技术手册》编委会，现代电工技术手册，2003.2，中国水利水电出版社

《工厂供电》课程设计

前言

（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。

一、原始资料

（1）自来水厂用电设备一览表（附表2）（2）该厂年最大有功负荷利用小时数

Tmax=8000小时

（3）该厂一、二泵房为二级负荷，机修及办公室为三级负荷。（4）电源条件：

距该厂8公里处，有一地区变电所，地区变电所可分别从两段35kV母线上各提供一回电源，这两段母线的短路容量皆为：

（5）气象及其他有关资料

a) 要求车间变电所低压侧的功率因数为0.85。高压侧功率因数为0.95。 b) 年平均温度及最高温度最热月平均最高温度

35℃

年平均温度

18℃

最热月土壤平均温度

30℃

地区变点所 Up=35KV 总降压变电所 Ue=10KV 去自来

水厂

自来

图二课题（2）电力系统结构图

二、设计要求内容：

（1）计算自来水厂、机修车间的总计算负荷。并确定为提高功率因数所需的补

偿容量。（2）选择该自来水厂总降压变电所、机修车间变电所的变压器台数及额定容

量。（3）选择和确定自来水厂高压供电系统（包括供电电压，总降压变电所一次接

线图，场内高压电力网接线）。（4）选择高压电力网导线型号及截面。（5）选择和校验总降压变电所的一次电气设备。

（6）拟定机修车间供电系统一次接线图（包括车间变电所一次接线及车间低压电力网接线）。（7）选择机修车间的低压电力网的导线型号及截面。

三、负荷计算

说明：各机床的Ie及尖峰电流Ijf仅作参考，可将变压器额定容量作计算负荷总负荷的计算：

3.1一泵房负荷计算

在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算。具体步骤如下。 1.高压异步电动机6台： 1、 P=380kW

0.8

cos0.83

tan0.67U6KV

Pc11Kd11Pe11380kW0.8361892.4kWQc11Pc11tan111892.4kW0.67

1267.9kvar Sc112277.9kVA

I2277.9kVA

c11



1.7326kV

219.2A

2、变压器SJ2-50/6 （一台）：

Sc12Pe50kVAcos120.85

U1e



6kV

Pc12Sc12cos50*0.8542.5KWQc12Pc12tan42.5*0.61926.34Kvar Ic12



1.732*6

4.8A

取同时系数为KpKq0.9。可以计算出一泵房的总的计算负荷：

P30Kp

Pc11Pc120.9*(1892.442.5)1741.4KWQ30Kq(Qc11Qc12)0.9*(1267.926.34)1164.8KvarS302095.1KVA

I2095.1

30



1.732*6

201.6A

3.2二泵房负荷计算

1、高压异步电动机（两台）：

Pe21=440kW

Kd210.8cos210.89

tan210.51UN6KV

Pc21Kd21Pe21440kW0.892783.2kW

；

c21c2121

Sc21879.2kVA

Ic21



879.2kVA

1.7326kV

84.6A

2、高压同步电动机（四台）

Pe221000kW

Kd220.8

cos220.84

tan220.65UN6KV

Pc22KdPe221000kW0.8943560kWQc22Pc22tan223560kW0.84

2990.4kvar Sc224649.3kVA

IkVA

c22



4649.31.7326kV

447.4A

2、变压器SJL-180/6组（两台）

Sc23Pe2360kVAcos230.85

U1e



6kV

Pc12Sc12cos180*2*0.85306KWQc12Pc12tan306*0.619189.4Kvar Ic12



180

1.732*6

17.3A

取同时系数为KpKq0.9。可以计算出二泵房的总的计算负荷：

P30Kp

Pc21Pc22P234184.3KWQ30Kq(Qc21Qc22Q23)3221.3KvarS305280.6KVA

I30



5280.6

1.732*6

508.1A

3.3机修车间负荷计算 1、车床（C620）组（两台）：

Pe31=7.6kW

Kd310.2cos310.75tan310.88UN0.38KV

；

c31d31e31Qc31Pc31tan3111.4kW0.88

10kvar Sc3115.2kVA

Ic31



15.2kVA

1.7320.38kV

23.2A

2、车床（C616）组（两台）：

Pe32=3.3kW

Kd320.2cos320.74

tan320.91UN0.38KV

Pc32Kd32Pe323.3kW0.221.32kWQc32Pc32tan321.32kW0.91

1.2kvar Sc321.78kVA

Ic32



1.78kVA

1.7320.38kV

2.7A

3、铣床（一台）：

Pe33=2.5kW

Kd330.2cos330.64

tan331.2UN0.38KV

Pc33Kd33Pe332.5kW0.210.5kWQc33Pc33tan330.5kW1.2

0.6kvar Sc330.78kVA

IkVA

c33



0.781.7320.38kV

1.19A

4、刨床1（一台）：

Pe34=4kW

Kd340.2cos340.6

tan341.33UN0.38KV

Pc34Kd34Pe344kW0.210.8kWQc34Pc34tan340.8kW1.33

1.06kvar

C341.33KVA

；

IKVA

C34



1.331.732*0.38KV

2.02A

5、刨床2（一台）：

Pe35=3kW

Kd350.2cos350.584

tan351.39UN0.38KV

PC35

KD35*PE353KW*0.2*10.6KW Q

C35

PC35*tan35

0.6KW*1.390.83Kvar

SC35

1.03KVA

I1.03KVA

C35



1.732*0.38KV

1.56A

6、钻床组（两台）：

Pe36=1.5kW

Kd360.2cos360.67

tan361.11UN0.38KV

Pc36Kd36Pe361.5kW0.220.6kWQc36Pc36tan360.6kW1.110.67kvar

C36

PC36Q

C36



0.67

0.60.9KVA

IC36

C36



0.9KVA

1.732*0.38KV

1.36A

7、砂轮机组（两台）：

Pe37=1.5kW

Kd210.2cos210.71

tan210.99UN0.38KV

C37

KD37*PE371.5KW*0.4*21.2KW Q

C37

PC37*tan37

1.2KW*0.991.18Kvar

C37

PC37Q

C37



1.181.7KVA

IC37

1.7KVA

C37



1.732*0.38KV

2.6A

8、吊车（一台）：

11.4KW

0.15 COS0.8 tan0.75 U0.38KV

E38

D38

PC38

KD38*PE3811.4KW*0.15*11.71KW

C38

PC38*tan38

1.71KW*0.75

1.28Kvar

C38



2.14KVA

IC38



2.14KVA

1.732*0.38KV

3.25A

9、电焊机组（一台）：

E39

2KW KD390.35 COS39

0.5 tan39

1.732PC39

KD39*PE392KW*0.355*10.71KW

C39

PC39*tan39

0.71KW*1.732

1.23Kvar

C39



1.42KVA

IC39



1.42KVA

1.732*0.38KV

2.16A

10、电阻炉（一台）：

Pe41=12kW

Kd410.7cos411

UN0.38KV

Pc41Kd41Pe4112kW0.718.4kW Qc41Pc41tan41

0kvar

Sc418.4kVA

IkVA

c41



8.41.7320.38kV

12.78A

11、工厂照明，P30(11)16kW16kW。Q30(11)0 12. 变压器SJ2-20/6

NUN0.38KV

Sc12Pe240kVAcos120.8

U1e



6kV

Pc12Sc12cos20*2*0.832KWQc12Pc12tan32*0.7524Kvar Ic12



60.8A

1.732*0.38

取同时系数为KpKq0.9。可以计算出机修车间的总的计算负荷：

P30Kp



77.58

117.87A

1.732*0.38

四、主变压器的选择和无功功率补偿

4.1 选用的变压器的台数

对于6KV/0.4KV的变压器：

P3067.72KW

Q30P30tan0.48*67.7232.80Kvar S30

P3067.72

75.24KVAcos0.9

高压侧的功率因数：变压器的损耗：

PT0.015S300.015*77.581.164KW

QT0.06S300.06*77.584.655Kvar

S30

80.94KVA

所以cos77.58/80.94=0.958满足高压侧0.95以上的功率因数的要求。不需要进行功率补偿。

对于35KV/6KV变压器：

取同时系数为KpKq0.9。可以计算出全厂的总的计算负荷：



P30KpP30i5993.42KW

i0

Q30Kq(Q30i)4405.95Kvar

i0

S307438.65KVA

低压侧的功率因数cos5993.42/7438.65=0.806不满足要求。假定功率补偿后的功率因数为0.9。计算出需要补偿的无功功率为：

QC5993.42(tanarccos0.806tanarccos0.9)kvar1498.74kvar

P305993.42KW

补偿后的计算负荷为：Q302902.75Kvar

S306659.36KVA

变压器的损耗：

PT0.015S300.015*5993.4289.90KWQT0.06S300.06*5993.42359.61Kvar

S307727.70KVA

高压侧的功率因数cos5993.42/7727.70=0.78，不满足设计的功率因数大于0.95的要求。假设功率补偿后的功率因数为0.96.可计算出需要补偿的无功功率为：

QC5993.42(tanarccos0.78

tanarccos0.96)kvar3130.06kvar

P306083.32KWQ301774.30Kvar

补偿后的计算负荷为：S306336.79KVA

I30



6336.79

104.53A

1.732*35

4.3主变压器容量的选择

每台变压器的容量应同时满足下列两个条件：

1.一台变压器单独运行时，宜满足计算负荷S30的百分之六十到百分之七十的需要，即SN.T(0.6~0.7)S30

2.任一台变压器单独运行时，应满足全部一二级负荷的需要，即

SN.TS30(1）

3.车间变电所主变压器的单台容量上限

应适当考虑进货5~10年电力负荷的增长，留有一定得余地。

)

100SN.T

最后还必须指出：变电所主变压器台数和容量的最后确定，应结合主接线方案，经技术经经济比较择优而定。

年平均温度及最高温度最热月平均最高温度

35℃

年平均温度

18℃

最热月土壤平均温度

30℃

av20

因为变压器都用在室内，故取av高于室外8摄氏度 (取其系数为0.7) ST(1

)

100SN.T

工厂总降压变电所变压器的选择：选择两个变压器供电：

基于其为二级负荷，以便当一台发生故障时，另外一台变压器能对一二级负荷供电。

av20

(0.6~0.7)S30(0.6~0.7)*6336.79(3802.07~4435.75)KV.A

N.T



100120av

1.05ST

SN.T4669.15KV.A即可满足要求。所以可以选择SL7-5000/35型的主变压器。

五、一次侧主接线图的选择

变配电所主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，对其主要有以下几个基本要求：

安全主接线的设计应符合国家有关技术规范要求，能充分保证人身和设备安全；

可靠应满足用电单位可靠性的要求；

灵活能适应各种不同的运行方式，操作检修方便；

经济设计简单，投资少，运行管理费用低，考虑节约电能和有色金属消耗量。

5.1方案选择原则

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、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。

3、6～10KV固定式配电装置的进线侧，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。

5.2变配电所主结线的选择原则

(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结线。

(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。

(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（一般都安装计量柜）。

5.3各方案简述

方案一：只装有一台主变压器的总降压变电所主接线图这种接线的一次侧无母线，二次侧采用单母线。特点：

简单经济，可靠性不高。适用范围：

只适用于三级负荷的工厂。

方案二：一、二次侧均采用单母线分段主接线特点：

由于进线开关和母线分段开关均采用了断路器控制，操作十分灵活；供电可靠性较高，适用于大型企业的一、二级负荷供电。适用范围：

适用于大中型企业的一、二级负荷供电。

方案三：一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段

图5-1 采用内桥式接线的总降压变电所主接线图

特点：

(1) 线路发生故障时，仅故障线路的断路器跳闸，其余支路可继续工作，并保持相互间的联系。

适用于输电线路较长、线路故障率较高、穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式的场合。

方案四：一次侧采用外桥式接线，二次侧采用单母线分段

图5-2 采用外桥式接线的总降压变电所主接线图

特点：

(1)变压器发生故障时，仅跳故障变压器支路的断路器，其余支路可继续工作，并保持相互间的联系。

(2)线路发生故障时，联络断路器及与故障线路同侧的变压器支

路的断路器均自动跳闸，需经倒闸操作后，方可恢复被切除变压器的工作。（3）线路投入与切除时，操作复杂，并影响变压器的运行。适用范围：

该方案适用于线路较短、故障率较低、主变压器需按经济运行要求经常投切以及电力系统有较大的穿越功率通过桥臂回路的场合。

方案五：一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图

图5-3 一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线图

特点：

这种主接线兼有上述两种桥式接线运行灵活性的优点，但采用的高压开关设备较多。可供一、二级负荷。适用范围：

适于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。

方案六：一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主接线图特点：

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。适用范围：

六、短路电流的计算

下面采用标么制法进行短路电流计算。 6.1低压侧

(一)

确定基准值：

取Sd100MVA，Uc26kV，Uc20.4kV

所以：Id1



9.165kA Id2144.342kA

(二) 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的

电缆电抗）

*100MVA0.200 1) 电力系统的电抗标么值： X1

500MVA

2) 架空线路的电抗标么值：查手册得X00.35/km，因此：

*0.35(/km)1.5km100MVA0.476 X2

(10.5kV)2

3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得Uk%6，因此：

*X*6100MVA6.000 X34

1001000kVA

可绘得短路等效电路图

如下图（二）

K-1

K-2

图（二）

(三) 计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

*

XX1) 总电抗标么值：X(k1)120.2000.4760.676

2) 三相短路电流周期分量有效值： Ik1

(3)

Id1



X(k1)



9.165kA

13.557kA

0.676

(3)

Ik(3)3) 其他三相短路电流：I''(3)I113.557kA

(3)(3)

2.5513.557kA34.570kA Ish1.5113.557kA20.471kA ish

(3)

4) 三相短路容量：Sk1

X(k1)



100MVA

147.930MVA

0.676

(四) 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

*

XX(X||X0.6766/23.8761) 总电抗标么值：X(k2)1234)0.200

三相短路电流周期分量有效值：Ik(3)2

Id2



X(k2)



144kA

37.152kA 3.876

(3)(3)

2) 其他三相短路电流：I''(3)IIk237.152kA

(3)(3)

1.8437.152kA68.359kA Ish1.0937.152kA40.496kA ish

(3)

三相短路容量：Sk2

X(k2)



100MVA

25.800MVA

3.876

6.2高压侧

(五)

确定基准值：

取Sd100MVA，Uc137.5kV，Uc26.3kV 所以：

Id1



1.540kA Id29.165kA

(六) 计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的

电缆电抗）

*100MVA0.286 3) 电力系统的电抗标么值： X1

350MVA

4) 架空线路的电抗标么值：查手册得X00.35/km，因此：

*0.35(/km)5km100MVA0.124 X2

(37.5kV)2

3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得Uk%6，因此：

*X*6100MVA6.000 X34

1001000kVA

可绘得短路等效电路图

如下图（二）

K-1K-2

图（二）

(七)

计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

*

XX5) 总电抗标么值：X(k1)120.2860.1240.410

6) 三相短路电流周期分量有效值： Ik1

(3)

Id1



X(k1)



1.540kA

3.756kA

0.410

(3)

Ik(3)7) 其他三相短路电流：I''(3)I13.756kA

(3)(3)

2.553.756kA9.578kA Ish1.513.756kA5.6721kA ish

(3)

三相短路容量：Sk1

X(k1)



100MVA

243.902MVA

0.410

(八) 计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量

*

3) 总电抗标么值：X(k2)X1X2(X3||X4)0.4106/23.410

(3)4) 三相短路电流周期分量有效值：Ik2

Id2

X(k2)



9.165kA

2.688kA

3.410

(3)(3)

5) 其他三相短路电流：I''(3)IIk22.688kA

(3)(3)

1.842.688kA4.945kA Ish1.092.688kA2.930kA ish

(3)

三相短路容量：Sk2

X(k2)



100MVA

29.326MVA

3.410

七、导线和电缆截面的选择

导线和电缆选择原则：

此工厂的年最大有功负荷利用小时数Tmax6500h，查表得经济电流密度为

jec0.90。因为计算所得计算电流

I30



5594

92.3A。所以其经济截面为

1.732*35

I3092.3106.1mm2 jec0.90

Aec

选择标准截面120mm2，即选择LGJ-120型钢芯铝绞线。 2)校验发热条件

1.658 K

所以在当地环境温度下，导线的允许载流量为

KIal1.658245406.21AI3098.2A Ial

所以此导线满足发热条件。 3)校验机械强度

查表得35kV架空钢芯铝绞线的最小截面Amin35mm2A120mm2，因此所选LGJ-120型钢芯铝绞线也满足机械强度的要求。

所以LGJ-120型钢芯铝绞线符合要求。 7.2 对于一泵房

补偿后的视在功率为：500Kvar，根据经济电流密度选择导线和电缆截面，有：

I30137A，由设计原始资料可知：

年最大负荷利用小时数Tmax6500h小时，进线选架空线路，故选择的经济电流密度为：jec0.90A/mm2，Aec

137A2

因此，选择标准截面142mm2

0.90A/mm

150mm2，即选择LJ-150型铝绞线

对其进行发热条件的校验：

LJ-150型铝绞线(室外35C时) Ial392AI30125.3A，因此满足发热条件。对其进行机械强度的校验：

LJ-150型铝绞线的最小截面Amin35mm2A150mm2因此LJ-150型铝绞线满足机械强度的要求。 7.3 对于二泵房

补偿后的视在功率为：3931KVA，根据经济电流密度选择导线和电缆截面，

有：I30



378A，由设计原始资料可知：

378A2

，选择标准截面，420mm2

0.90A/mm

LJ-450型铝绞线(室外35C时) Ial597AI30125.3A，因此满足发热条件。对其进行机械强度的校验：

LJ-450型铝绞线的最小截面Amin35mm2A300mm2因此LJ-300型铝绞线满足机械强度的要求。

7.4 对于机修车间

此车间的用电设备均为低压用电设备，其中导线和电缆的截面选择满足条件：

1) 相线截面的选择以满足发热条件即，IalI30；

2) 中性线（N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足A00.5A； 3) 保护线（PE线）的截面选择

一、A35mm2时，APE0.5A；二、A16mm2时，APEA

三、16mm2A35mm2时，APE16mm2

4) 保护中性线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。

按照发热条件选择导线，采用BLX-500型铝芯橡皮导线明敷。可以用三条导线作为相线，再选中性线(N线)和保护线(PE线)。所选线路的导线型号规格：

BLX500(3相线截面+1N线截面PE截面)

八、一次侧保护设备的选择与校验

8.1断路器的选择和校验 35kV断路器的选择及校验

高压断路器的指标主要有额定电压、额定电流、断流容量。在进行设备选择时我们主要考虑的也是这三者。

⑴ 高压断路器的额定电压须大于等于工作电网电压。

⑵ 高压断路器的额定遮断容量SN.QF必须大于或等于其安装处的短路容量

Sk(3)。

SN.QFSk(3)

⑶ 其额定断流能力IN.QF必须大于或等于其安装处的最大短路电流Ik(3)。

IN.QFIk(3)

⑷ 如果断路器装在较其额定电压低的电路中，其遮断容量也相应的减少。

.QFSN.QFN SN

UN.QF

注：UN：电网电压；UN.QF：断路器的额定电压。高压断路器的校验。

⑴ 动稳定度的校验。按三相短路冲击电流校验。

⑵ 热稳定度的校验。按三相短路稳态电流和短路发热假想时间校验。

35kV出线上断路器的选择与35kV侧断路器的选择相同。 6V侧断路器的选择及校验

选择方法和35KV的一致。选择QW1-10即可满足要求。 8.2 离开关的选择与校验

6kV侧出线隔离开关的选择与校验

同理：经校验符合动热稳定要求。

35kV侧进线隔离开关的选择与校验

(1) 根据上面断路器的选择的相关数据和已知条件，选择屋外GW5-35GD/1000型隔离开关。

同理：经校验符合动热稳定要求。

35kV侧出线隔离开关的选择与校验

根据上面断路器的选择的相关数据和已知条件，选择屋外GW5-35GD/600型隔离

同理：经校验符合动热稳定要求。 8.3 熔断器的选择

(1) 保护35kV侧所用变的熔断器的选择

Ig.zd=1.05Ieb=1.05×

50375037

=0.82A

Ierj=Kb×Ieb=1.5×

=1.17A

由于交流高压跌落式熔断器的切断短路电流的能力是用额定容量来表示的，所以应计算短路容量，短路电流采用冲击电流有效值。

Sd=3Upich=3×37×1.52×3.239=316MVA

熔件电流规格化可选用 Ierj=50A

额定电流为 Ie.r.q=100A>Ierj

所以满足额定断流容量的选择条件。保护35kV侧电压互感器的熔断器的选择三相短路容量 Sd=Upich=×37×1.52×3.239=316MVA

同理：满足额定电流选择的条件。额定切断容量Sekd=400MVA>Sd=316MVA 保护6~10kV侧电压互感器的熔断器的选择

三相短路容量 Sd=Up，ich=×10.5×

1.52×1.851=51.17MVA

额定切断容量 Sekd=200MVA>Sd=51.17MVA 设备的额定开断电流大于次暂态短路电流的有效值同理：所以满足选择的要求。保护电力电容的熔断器的选择：

电力电容器在合闸时产生冲击电流，此时熔断器的熔件不应熔断，保证正常

工作。熔件的额定电流应按如下计算：

Kc--系数取1.3—1.8 Iec--电力电容器的额定电流

Iec=

SeUe

1003310

=17.3A

Ierj=Kc×Iec=1.5

×17.3=25.95A

熔断器的额定电流Ierq>Ierj

所以熔断器满足要求。 8.4 绝缘子和套管选择与校验 8.4.1户内支柱绝缘子

型号：ZA—10Y 额定电压10kV 动稳定校验：

8.4.2穿墙套管

型号：CWL—10/600 1）动稳定校验：

经查表可得，Fal7.5kN，l11.8m，l20.56m，a=0.22m

k(l1l2)(3)20.862(1.80.56)(22.8103)2107

Fca(ish)0.22

480.69(N) 0.6Fal0.67.51034500(N)Fc480.69(N) 所以此穿墙套管满足动稳定要求 2)热稳定校验：

额定电流为600A的穿墙套管5s热稳定电流有效值为1.2kA

则：

(I(3)

tima(8.94)20.1512(kA2s)I2tt1225720(kA2s) 所以穿墙套管满足热稳定要求。

九、变配电所的布置与机构设计

工厂东北角远离负荷中心，且有一卸油台和化验室，总配电所不宜靠近易爆易燃与具有腐蚀性物品的场所，所以不应该在此地建设总配电所。

十、防雷装置及接地装置设计

10.1直击雷保护

10.2配电所公共接地装置的设计

对于大量使用动力电的矿工企业，供电系统采用YN-C系统，即保护接线与零线相统一，电气设备外壳接保护零线与系统共地。

（1）确定接地电阻要求值

经查表可确定此变电所公共接地装置的接地电阻应该满足一下两个条件：

RE≤120/IE 其中IE=

RE≤4Ω

式中：UN-----系统的额定电压

loh------有电的联系的架空线路总长度（km） lcab------有电的联系的电缆线路总长度（km）所以IE=

10(lohlcab)

350

UN(lohlcab)

（A）

350

所以RE≤120/IE=

比较可得：总接地电阻RE≤4Ω

（2）人工接地电阻：应不考虑自然接地体，所以REmax=RE=4Ω （3）接地装置方案初选

采用“环路式”接地网，初步考虑围绕变电所建筑四周打入一圈钢管接地体，钢管直径50mm,长2.5m，间距为2.4m；管间用40×4mm2的扁钢连接

（4）计算单根接地电阻

查表可得砂质粘土电阻率=100m，单根钢管接地电阻REg≈

100==40 2.52.5

（5）确定接地钢管数和最后接地方案

根据RE/RE(max)=40÷4=10；故选择10根钢管做接地体；=1，利用系数

=0.52～0.58，取E=0.55，因此接地体数量n为

0.9REg

RE

=16

所以最后确定为用16根直径50mm长2.5m的钢管体接地体管间距为2.5m，环式布置。用40×4扁管连接，附加均压带。

'REGEEH1402.41R=0.54

2.48400.55EEHREG

10.3行波保护

装设避雷器用来防止雷电入侵波与操作过电压对配电所电气装置特别是

对变压器的危害，根据本厂总配电处系统高压侧为10kV电压等级。所以按额定电压选择避雷器。故FZ-10型避雷器。

十一、年耗电量的计算

工厂的年耗电量较精确的计算，可以利用工厂的有功功率和无功功率计算负荷P30和Q30，即：

年有功电能消耗量：WpaP30Ta 年无功电能消耗量：WpaP30Ta

年有功电能消耗量：WpaP30Ta0.7*5370*630023681700KW.h 年无功电能消耗量：WqaQ30Ta0.8*1556*63007842240Kvar.h

十二、设计心得体会

总之，这次难得的设计机会，让我们学到了很多东西，得到了锻炼，能力有了提高，实在是受益匪浅啊。

参考文献

【4】《现代电工技术手册》编委会，现代电工技术手册，2003.2，中国水利水电出版社

中南大学工程训练报告1

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