某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计

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某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系

统设计

摘要

工厂供电系统就是将电力系统的电能降低压再分配电能到各个厂房或者车间中去,它是由工厂降变电站,高压配电线路,车间变电所,低压配电线路及用电设备组成的。工厂总降压变电所及其配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局来确定的。结合国家的相关规定，画出各个配电所以及配电系统的主接线图。电气系统的主接线对供电系统的基本配置以及其安全可靠的运行起着至关重要的作用。良好的供电系统能轻松解决各个部门的安全可靠，经济技术的分配电能问题。其基本内容有以下几方面：负荷计算，功率的补偿，进线电压的选择，变配电所位置的电气设计，短路电流的计算及继电保护，电气设备的选择，车间变电所位置和变压器数量、容量的选择，防雷接地装置设计等。

关键词：负荷计算；电气设备；总降变电所；短路计算；继电保护

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A chemical fiber woollen textile factory factory always match substation and distribution system design

ABSTRACT

Factory supply system is to reduce the power of the power system pressure redistribution of power to the various plant or workshop to go, it is a factory-down substations, high-voltage distribution lines, substations workshop, low-voltage distribution lines and electrical equipment composed. Factories total step-down substation and distribution system design is based on the number and nature of the load of each workshop, the production process of the load requirements, and load distribution determined. With related regulations of the country, the main wiring diagram drawn so each distribution and distribution system. Main wiring of the electrical system of the basic configuration of the power supply system as well as its safe and reliable operation plays a vital role. Good power supply system can easily solve the security departments of reliable, economic and technical problems of distribution of electric energy. The basic contents are the following: load calculations, compensation, the line voltage of the power of choice, select the location of the electrical power distribution design, calculation of short circuit current and protection, electrical equipment, workshop and substation location number of transformers, capacity choice, lightning protection and grounding equipment design.

Key words: load calculation ；electrical equipment ；total drop substation; short circuit

calculation; relay protection

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1 绪论 ...................................................................................................................................... 1 2 基础设计资料分析 ........................................................................................................ 3 3 供电系统主接线设计与变电所的结构设计 ............................................................ 5

3.1 供电系统主接线设计 .............................................................................................. 5 3.2 变配电所的基本设计 .............................................................................................. 6 4 负荷计算 ........................................................................................................................... 7 5 无功功率的补偿以及变压器的选择 ...................................................................... 10

5.1 计算功率的补偿 .................................................................................................... 10 5.2 变压器容量的选择 ................................................................................................ 12 6 短路电流的计算 ........................................................................................................... 14

6.1 短路电流计算意义及方法 .................................................................................... 14 6.2 短路电流的计算 .................................................................................................... 14 7 进线 、母线及电气设备的选择 ............................................................................. 17

7.1 总配电所架空线的选择 ........................................................................................ 17 7.2 高压侧与低压侧的母线选择 ................................................................................ 17 7.3 各个变电所的进线选择 ........................................................................................ 17 7.4 变电所低压出线的选择 ........................................................................................ 19 7.5 绝缘子和套管选择与校验 .................................................................................... 20

7.5.1 户内支柱绝缘子 ........................................................................................ 20 7.5.2 穿墙套管 .................................................................................................... 21 7.6 设备的选择 ............................................................................................................ 21 7.6.1 设备的选择原则 ................................................................................................ 21

7.6.2 高压侧设备的选择 .................................................................................... 22 7.6.3 各车间进线设备的选择 ............................................................................ 23 7.7 低压设备器件的选择及校验 ................................................................................ 24 8 过电流保护 .................................................................................................................... 31

8.1 过电流保护装置的类型 ........................................................................................ 31 8.2 变压器的过电流保护 ............................................................................................ 31 9 防雷及接地 ..................................................................................................................... 34

9.1 防雷保护 ................................................................................................................ 34

9.2 接地方式 ................................................................................................................ 34 9.3 行波保护 ................................................................................................................ 35

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总结 ......................................................................................................................................... 36 参考文献 ............................................................................................................................... 37 致谢 ......................................................................................................................................... 38

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1 绪论

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于用其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量以供应用；电能的输送和分配既简单经济，又便于控制，调节和测量，有利于实现生产过程自动化。现代社会的信息技术和其他高新技术都是建立在电能应用的基础之上的随着科技的进步与发展，人们的身边出现了越来越多的电力驱动的设备，电力成为人们生活中必不可少的一部分。电能的广泛应用促进了供电系统的飞速发展，为了满足不同的电力需要，越来越多的供电设备被开发出来。

在工厂中点恩能够虽然是工业生产中的主要能源与动力，但是它在成本中所占的比重一般很小。虽然它在工厂总投资里所占的比重并不高，但是电能在工业生产中的重要性并不在于它所占的比重，而在于电能在工业中实现电气化生产以后，可以大大的增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动负担，有利于生产过程自动化的实现。从另一方面说，对于某些对供电可靠性要求很高的工厂，如果没有一个好的、切合实际、稳定的供电系统，

工作途中突然断电，即便是短时间的停电也会引起不小的工业事故，甚至会造成人员伤亡。所以，做好工厂供电对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。

[1]

工厂的供电要和很好的为工业服务就必须做到以下几点：

（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 应满足电能用用户对供电可靠性即连续供电的要求。 （3）优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求。

（4）经济 供电系统的投资要省，运行费用要低，并尽可能的节约电能和减少以

有色金属消耗能量。

此外，在供电工作中，赢合理的处理局部和全局、当前和长远的关系，既要照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

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本设计介绍了供配电系统的整体功能和相关技术要点，重点介绍了工厂供配电系统的结构与布局，系统的基础设计与各种计算相关系统的运行，并按照提供给共产的电源以及工厂的用电负荷的实际情况，同时结合到工厂以后的发展前景，按照安全、可靠、优质、经济的要求，确立变电站的地理位置和类型以及变电站的主变压器的类型、容量、台数以及变电站主接线方案及高低设备和进出线的选择。

本设计共分几部分包括：负荷计算和无功功率补偿、变电站位置与形式选择、变电站主变压器的台数、类型容量以及主接线方案的选择、短路电流的计算、变电站一次设备的选择与校验、变电站电气主结线图、工厂进出线方案的选择，继电保护的设计和整定与防雷、接地设计：直击雷保护、行波保护和接地网设计等。

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2 基础设计资料分析

该毕业设计使用了一个模拟的小规模工厂10/0.4kv、容量为2149.02kva的降压变电站. 区域变电站经10kv双回进线对该厂供电。该厂大部分车间为三班制。本厂绝大部分用电设施属于长期连续负荷，要求不间断的供电。年最大负荷利用小时约为5000小时。织造，染整车间属于属于二级负荷。

（1）供电部门在该厂东侧1km处提供10kV架空线向本厂供电，提供双回路10kV电源，一用一备。

（2）采用高供高计，要求月平均功率因数不小于0.9，要求计量柜在主进开关柜之后，且第一柜为主进开关柜。

（3）配变电所设于厂区负荷中心，为独立式结构，有人值班。低压供电半径小于250m。配变电所建筑构造及面积由电气设计定。

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表1负荷计算表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

车间或用电 单位名称 制条车间 纺纱车间 软水站 锻工车间 机修车间 幼儿园 仓 库 织造车间 染整车间 浴 室 锅 炉 化验室 卸油台 水泵房 食堂

设备 容量(kW) 340 340 86.1 36.9 296.2 12.8 37.96 525 490 1.88 200 125 10 15 15

Kx 0.8 0.8 0.65 0.3 0.3 0.6 0.3 0.8 0.8 0.8 0.7 0.25 0.65 0.65 0.6

cos 0.8 0.8 0.8 0.65 0.5 0.6 0.5 0.8 0.8 1 0.75 0.5 0.8 0.8 0.6

tg

0.75 0.75 0.75 1.17 1.73 1.33 1.17 0.75 0.75 0.88 1.73 0.75 0.75 1.33

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3 供电系统主接线设计与变电所的结构设计

3.1供电系统主接线设计

电气主接线的设计是供电系统设计的主题之一。10kV变电所，高压侧主接线的设计方案与电源数量、电压等级、负荷规模、负荷等级以及运行可靠性、经济性等密切相关，对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须全面分析所有因素，正确处理其间关系，合理选择主接线方案，要求做到安全、可靠、灵活、经济。在变电所的主接线图中将电线或电缆、电力变压器、母线、各种开关避雷器电容器等电气设备有序的连接起来，只表示相对电气连接关系而不表示实际位置。

供配电系统变电所主接线具有以下多种接线结构：线路变压器组、并行线路变压器组、单母线不分段结构、单母线分段式结构、桥式主接线结构和双母线结构。[2]

1.线路变压器组

适用于一个电源提供电力和装设一台变压器的系统。该方法的优点是连接线路是容易操作，需要的电器设备也比较少，配电器件简单，投资比较小，但是这种方法也有缺点，就是该系统任意一个装置故障后或者需要检修时，变电所所有设施停电，不具有很高的可靠性。，因此这种接线方式不适用于二级负荷以上的负荷单位，只能在小容量的三级负荷或者小规模企业中使用。 2.单母线不分段结构

这种接线方法常用于只有一个电源供电的系统，变压器的进线和出线布置一个断路器和隔离开关。当电源线路、母线或母线隔离开关发生故障或检修时，全部用户供电中断。所以这种接线方式适用于对供电连续性要求不高的三级负荷用户，或者有备用电源的二级负荷用户。

3.单母线分段结构

当有双电源供电时，常采用单母线分段接线。可采用隔离开关或断路器分段，隔离开关因操作不便，目前以已经不采用。单母线分段接线可以单独运行，也可以并列同时运行。

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4.桥式主接线结构

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桥式主接线结构是指在两路电源进线之间跨接一个断路器。断路器跨接在进线断路器的内侧，靠近变压器，称为内桥式结构。若断路器跨接在进线断路器的外侧，靠近电源侧，称为外桥式结构。其适用范围为有两路电源供电及两台变压器的情况。[3]

因为该厂是二级负荷切考虑到经济因素故本方案采用10kV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[4]

主接线的设计见附录1

3.2 变配电所的基本设计

总配电所的选址应该以靠近全厂的负荷中心为宗旨，负荷高的地方进出线比较多，方便与设备的运输与替换。其周围不应该有易燃易爆以及具有腐蚀性气体的危险场所。 由于该工厂的中心位置有一个水塔，所以其总配电所不能设在该厂中心位置。工厂中还有一卸油台和一个化验室，其中有易燃易爆物品，而且化验室还很有可能有腐蚀性气体，所以总变电所也不能建在这两栋建筑附近。由于该厂的NO.1变电所承担了全场最重的负荷，并且其周围的负荷分布也比较均匀，所以总配电所最适合安置在此处。联系本厂实际结构布置情况，全厂的负荷水平不算高，并且出线比较少，所以在设置布局时，将总配电所与NO.1变电所合并，建设成变配电所，既节省了企业的投资又方便了变电所的管理。

全厂的总体布局图见附录2

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4 负荷计算

表4 负荷计算表

计 算 负 荷

序号

车间或用电 单位名称

设备 容量(kW)

Kx

cos

tg 有

功无功视在

P30 (KW)

Q30 (Kvar) 204 204

S30(K·VA) 340 340

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

制条车间 纺纱车间 软水站 锻工车间 机修车间 幼儿园 仓库 织造车间 染整车间 浴室 锅炉 化验室 卸油台 水泵房 食堂

340 340 86.1 36.9

0.8 0.8 0.65 0.3

0.8 0.8 0.8

0.75 272 0.75 272 0.75 55.965

41.9737 69.95625 12.9519 17.03 153.727 177.72 10.2144 12.8 13.3239 22.776 315 294 0 123.2 54.06 4.88 7.31 11.97

525 490 1.504 186.67 62.5 8.13 12.19 15

0.65 1.17 11.07 0.5 0.6 0.5 0.8 0.8 1

1.73 88.86 1.33

7.68

296.2 0.3 12.8

0.6

37.96 0.3 525 490 1.88 200 125 10 15 15

0.8 0.8 0.8 0.7 0.25 0.65 0.65 0.6

1.17 11.388 0.75 420 0.75 392

1.504

0.75 0.88 140 0.5 0.8 0.8 0.8

1.73 31.25 0.75 6.5 0.75 9.75 1.33 9

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整厂供电由三个变电所供给，1-5为NO1变电所,6-10为NO2变电所,11-15为NO3变电所以NO3变电所负荷计算为例，计算过程如下 （1）锅炉

有功功率：

P30KdPe2000.7140KW

无功功率： 视在功率： （2）化验台

有功功率：

无功功率： 视在功率： （3）卸油台

有功功率：

无功功率： 视在功率： （4）水泵房

有功功率： 无功功率： 视在功率： （5）食堂

有功功率：Q30P30tan1400.88123.2Kvar S30P30cos1400.75186.67KVA

P30KdPe1250.2531.25KW

Q30P30tan131.251.7354.06Kvar S3030Pcos31.250.562.5KVA

P30KdPe100.656.5KW

Q30P30tan6.50.754.88Kvar S30P30cos6.50.88.13KVA

P30KdPe150.659.75KW

Q30P30tan9.750.757.31Kvar S30P30cos9.750.812.19KVA

P30KdPe150.69KW

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无功功率： Q30P30tan91.3311.97Kvar 视在功率： S30P3090.615KVA

cos变电所NO3的计算负荷 （Kp取0.9Kq取0.95）

用功计算负荷： P30（3）KpP30

0.9514031.256.59.759176.85KW 无功计算负荷： Q30（3）KqQ30

 =0.95123.2+54.06+4.88+7.31+11.97 191.349Kvar

223P30（3）Q30（3）260.56KVA 视在计算负荷： S30其余变电所的算法与变电所NO3的算法一样，这里就不一一计算了，结果见下表。

表4.1各变电所计算负荷

变电所序号

有功P30(KW） 无功Q30(Kvar） 视在S30(K·VA)

NO1 329.91 616.65 699.35

NO2 659.31 600.91 892.07

NO3 176.85 191.349 260.56

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5 无功功率的补偿以及变压器的选择

5.1 计算功率的补偿

供电单位一般对用电用企业要求要求功率因数达到0.9以上，当总功率因数较低时，常采用提高用电设备的自然功率因数的方法提高总平均功率因数。提高负荷的功率因数，可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率，使线损大为降低，而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的输送能力。[6]

本设计采用并联电容器进行无功补偿，它是目前最行之有效且应用最广的无功补偿的措施，它主要用于频率为50Hz的电网中提供功率因数，作为产生无功功率的电源。 以NO.3变电所为例进行计算：

变电所补偿前的功率：cosP30176.85260.560.68

S30电流的计算：I30260.56S3015.04A 3UN310补偿后的功率因数： cos0.92 需要补偿的功率： QPtantan c30 =

P30tanarccostanarccos115.35Kvar

本设计选用的电容器型号为BKMJ0.4-25-3 补偿电容器的个数：nQc115.35254.61

qc所以实际的功率补偿为Q125Kvar

c补偿后的用功计算负荷：P30P30176.85KW

补偿后的无功计算负荷：QQQ191.34912566.349Kvar

3030c2Q302188.89KVA 补偿后的视在计算负荷：S30P30辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）

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补偿后的计算电流： I30S30188.8910.91A

3UN310高压侧的功率因数的校检：PT0.015S300.015188.892.83KW QT0.06S300.06188.8911.33Kva r高压侧有功计算负荷： P30PTP30179.68KW 高压侧无功计算负荷： Q30QTQ3077.679Kva r

2Q302195.75KVA 高压侧的视在计算负荷： S30P30高压侧的计算电流：IS30195.7511.3A 303UN310高压侧的功率因数：cosP300.9180.9满足要求。 S30其他变电所的计算方方同上，计算结果如下表所示。

表5-1 功率补偿表

变电所

补 偿 前

NO.1 0.47 329.91 616.65 699.35 40.38 0.92 329.91 137.62 357.46

NO.2 0.74 659.31 600.91 892.07 51.5 0.92 659.31 275.91 714.71

NO.3 0.68

176.85 191.349 260.56

cos

P30KW

Q30Kvar S30KVA I30A

15.04 0.92 176.85 66.349 188.89

补 偿

cos

P30KW

Q30Kvar S30KVA

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后 高 压 侧

I30A cos

20.64 0.903 335.27 159.07 371.09 21.42

41.26 0.903 670.03 318.79 742 42.84

10.91 0.918 179.68 77.679 195.75 11.3

P30KW

Q30Kvar

S30KVA I30A

5.2 变压器容量的选择

变压器的选择有两种情况： （）只装一台变压器的变电所

变压器的容量为Sr：应满足用电设备全部的计算负荷S30的需要，即 SrS30

（2）装有两台变压器的变电所

每台变压器的容量Sr应满足两个4条件：

任何一台变压器工作室应满足总计算负荷S30的60%~70%的需要，即 ST0.6~0.7S30

任何一台变压器工作室，应满足一、二级负荷S30的需要，即 STS3012

本设计中所有的负荷均为二级负荷，所以变电所选取的的方式。 （3）车间变电所变压器的容量上限

单台变压器不宜大于1000KV·A。这一方面是受以往低压开关

单台变压器不宜大于1000KV·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。

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（4）并行运行的变压器

最大容量与最小容量之比不应超过3:1。同时，并联运行的两台变压器必须符合以下条件：

①并联变压器的电压比必须相同，允许差值不应超过5%，否则会产生环流引起电能损耗，甚至绕组过热或烧坏。

②并列变压器的阻抗电压必须相等，允许差值应不超过±10%，否则阻抗电压小的变压器可能过载。

③并列变压器的联接组别应相同，否则二次侧会产生很大的环流，可能使变压器绕组烧坏。[5]

表5-2 变压器的选择

变 电 所

变压器 的型号

额定额定电压消耗（KW） 空载 容量 KVA

（KV） 高压

低 压

空载 1.2 1.7 0.70

6.2 10.3 3.50

1.5 0.7 1.5

短路

电流 （%）

阻抗台数 电压 （%）

（）

NO1 S9-800/10 NO2 S9-1000/10 NO3 S9-315/10

800 10.5 0.4 4.5 4.5 4

1 2 1

1000 10.5 0.4 315

10.5 0.4

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6 短路电流的计算

6.1 短路电流计算意义及方法

在工业生产中，如果线路发生短路，那么造成的后果是非常严重的，因此需要努力消除可能引起短路的一切因素。同时需要进行短路计算，以便正确的选择电气设备，是设备具有足够的动稳定性，和热稳定性，以保证在发生可能有最大短路电流是不至于损坏。

短路电流的计算一般分为两种，偶魔法和标幺制法，本设计采用标幺制法。 6.2 短路电流的计算

图6-2短路电流的等效电路图

（1）确定基准值

取Sd100MVA，Ud1Uc110.5kV，Ud2Uc20.4kV

Id1100MVASd5.5kA 3Ud1310.5kV100MVASd144kA 3Ud230.4kVId2

（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

1)采用SN10-10I断路器，查附录12可得Soc300MVA

X1*Sd100MVA0.33 300MVASoc 架空线路的电抗标幺值：查表得X00.35/km。l1km

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*X2X0l100Sd0.35120.32210.5 Uc1 2） 变压器的电抗标幺值：这里以NO.2为例，该变电所选用 S9-1000/10 该变压器的的Uk%4.5%

3Uk%Sd4.510010X4.5 100SN1001000*3 （3）等效电路图如6-2所示，并且标明了端点计算点。 求K-1点的短路总标幺值及三相短路电流和短路容量; 1)总电抗标幺值为

** X*K1X1 X20.330.320.65 2）三相短路电流周期分量有效值为 I3K-1Id1Xk1*5.5KA0.658.46KA

3）其他三相短路电流为

3 I3I∞Ik3-18.46KA

3 ish2.55I32.558.4621.58KA 3 Ish1.51I31.518.4612.77KA

4）三相短路容量为 S3k-1SdXk-1*100153.85MVA 0.65 （4）求K-2的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)总电抗标幺值为

** X*K2X1 X*2X30.330.324.55.15 2）三相短路电流周期分量有效值为 I3K-2Id2Xk1*144.34KA5.1528.03KA

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第 16 页

3）其他三相短路电流

3 I3I∞Ik3-228.03KA

3 ish1.84I31.8428.0351.58KA 3 Ish1.09I31.0928.0330.55KA

4）三相短路容量为 S3k-2SdXk-2*10019.42MVA 5.15 NO.2与NO.1,、NO3变压器的短路计算相同，期计算结果见表6-3

表6-3 各个变电所的短路计算及容量

短路 计算 点 K-1 K-2 K-1 K-2 K-1 K-2

变电 所编 号 NO.1

三相短路电流/KA

3Ik

三相短路容量

3Ish

3I

3I∞ 3ish 3 SK（MVA）8.46 28.03

8.46 28.03 8.46 28.03 8.46 10.81

8.46 28.03 8.46 28.03 8.46 10.81

21.58 51.58 21.58 51.58 21.58 19.89

12.77 30.55 312.77 30.55 12.77 11.78

153.85 19.42 153.85 19.42 153.85 7.49

NO.2

8.46 28.03 8.46 10.81

NO.3

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7 进线 、母线及电气设备的选择

7.1 总配电所架空线的选择

架空线的选择一般都是按照发热条来确定导线型号的，其中应该考虑的因素是导线允许的载流量Ial小于通过相线计算电流I30，即 IalI30 高压补偿后的计算电流：

I301308.84S3075.57A 3UN310查询相关的附录表：根据当地的环境条件选择适宜的导线，所以在这里我们选择LGJ-400/35型钢芯铝绞线，改到显得截面积是35mm2，机械强度也符合实际要求。

7.2 高压侧与低压侧的母线选择

母线的选择方法与架空线的选择方法是相同的，所以计算电流为

I301308.84S3075.57A 3UN310

查询相关的附录表：根据当地的温度来选择事宜的导线，这里选择 LMY型矩形硬铝母线，选择 导线的截面积为504mm2，其允许载流量为Ial为586A。

低压侧与高压侧的母线选择一致， 这里就不再计算了，查表得，低压侧母线选择LMY型矩形硬铝母线，其截面为12510mm2。

7.3 各个变电所的进线选择

NO.1 变电所引进线的选择

年最大负荷利用小时在5000小时以上的架空线路并且材料为铝芯电缆的经济电流 密度为1.54A/mm2

I30371.09S3021.42A 3UN310 回路电流：

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21.422AecI3013.9mm因此 jec1.54NO.2 变电所引进线的选择 回路电流：

AecI30742S3042.84A 3UN31042.8427.82mm21.54

因此

Ij30ecNO.3 变电所引进线的选择

回路电流：

I30195.75S3011.3A 3UN31011.3AecI307.34mm2 因此 jec1.54 查表可知：三台变压器均采ZLQ20-10000型电缆，其选择结果见表7-3

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表7-3 各变电所高压进线表

回路电流 截面积Aec

I30A

架空线电力电缆（每回路） 型号

Smm2根

mm

235℃允许载流量（A）

数

NO.1 21.42 13.9 ZLQ20-10000-3×16

16 1 65

NO.2 42.84 27.82 ZLQ20-10000-3×3

5

35 1 130

NO.3 11.3 7.34 ZLQ20-10000-3×1

6

16 1 65

7.4 变电所低压出线的选择

选择的基本原则：根据就变电所的计算电流的大小来确定导线型号的选择。

NO.1变电所

低压侧回路的电流：

I30357.46S30543.1A 3UN30.38 NO.2变电所

低压侧回路的电流：

I30714.71S30108.95A 3UN30.38 NO.3变电所

低压侧回路的电流：

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I30188.89S30286.99A 3UN30.38由于所选的母线载流量必须大于回路电流，查表可知母线的选择。 母线选择见表7-4

表7-4个变电所低压进线列表 变电所

回路电流 低压侧回路母线 （A）

型号

尺

寸 根

2允许载流量（A）

mm

NO.1 NO.2 NO.3

542.1 1085.9 286.99

LMY-50×4 LMY-100×6.3 LMY-40×4

50×4 100×6.3 40×4

数

1 1 1

586 1371 480

7.5 绝缘子和套管选择与校验

7.5.1 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：Fc(3)KFal2250(N) 所以支柱绝缘子满足动稳定要求。

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7.5.2 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(ish)480.69(N) Fca0.22 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：

(3)2 (I)tima(8.94)20.1512(kA2s)It2t122572(0kA2s)

所以穿墙套管满足热稳定要求[11]。

7.6 设备的选择

7.6.1 设备的选择原则

选择的原则：所选设备的额定电压UN.e应该大于或者等于所在线路的额定电压

UN，即：UN.eUN；所选设备的额定电流IN.e，应该大于或者等于所在电路的计算电流I30，即IN.eI30；所选设备的额定断开电流Ioc或短流容量Soc应该大于或等于设备分段瞬间的短路电流有效值Ik或者短路容量Dk，即：IOcIk或者SocDk。

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第 22 页

7.6.2 高压侧设备的选择

表7-6-2 高压侧设备选择表

装置参数

地点条件

量程 设备参数

型号

隔离开关GN19-10/ 400 电流互感器 LQJ-10-200/

5

高压短路器 SN10-10I/ 630 高压熔断器 RN2-10/0.5 电压互感器 JDZ-10-1000

UN/KV I30/A

10 75.57 UN IN 10

400

10 400/5

10

630

10 500

IK3/KA

ish3/KA

8.46 21.58

Ioc imax

31.5

16020.4=90.50

16 40

200

IOC32/tima

8.4622.2157.46

It2t

12.524=

625

750.221

=225

1624=

521

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0/100 避雷器 FS4-10

10/0.1 10

7.6.3各车间进线设备的选择 各个变电所回路电流的计算值

NO.1变电所回路电流计算值为21.42A，电压为10KV NO.2变电所回路电流计算值为42.84A，电压为10KV NO.3变电所回路电流计算值为11.3A，电压为10KV

此处的设别器材全都以K-1点的短路电流来进行稳定和热稳定的效验，因此各车间 10KV进线回路设备相同，此处以第一车间为例，其他车间的选用型号一致。 装置参数 地点条件

量程

10

21.42

8.46

21.58

8.4622.2157.46UN/KV

I30/A

IK3/KA ish3/KA

IOC32/tima

设备参数 型号

隔离开关GN19-10/400

UN IN Ioc imax

It2t

10 400 31.5 12.524625

电流互感器LQJ-10-200/5

10

630 16 40

1624512

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高压短路器 SN10-10I/ 630

10 150 /5

16020.15

750.1521

=126.56

=33.9

[7]

7.7 低压设备器件的选择及校验

表7.-7-1NO.1车间各项数据

计算数据 低压断路器 隔离开关 电流互感器

型号 DW48-1600 HD11~14

LMZJ1-0.5

U=0.4kV 0.4kV 0.4kV 0.4kV

I30=933.96A

1600A 1000A 1000/5

IZ=26.7kA

50kA — —

Sk=18.5MVA

— — —

ish=49.13kA

— 60kA（杠杆式） 135

2t=26.72t I—

3021

75

个数 1 7 8

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第 25 页

表7-7-2 NO.2车间各项数据

计算数据 低压断路器 隔离开关 电流互感器

型号 DW48-1600 HD11~14

LMZJ1-0.5

U=0.4kV 0.4kV 0.4kV 0.4kV

I30=1277.89A

1600A 1500A 2000/5

IZ=28.22kA

50kA — —

Sk=19.55MVA

— — —

ish=51.92kA

— 80kA（杠杆式） 135

2t=28.222t I—

4021

75

个数 1 5 6

表7-7-3 NO.3车间各项数据

计算数据 低压断路器 隔离开关 电流互感器

型号 DW15-630 HD11~14 LMZB6-0.38

U=0.4kV 0.4kV 0.4kV 0.4kV

I30=368.42A

630A 600A 300~800/5

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IZ=10.38kA

30kA — —

Sk=7.18MVA

— — —

ish=19.11kA

— 50kA（杠杆式） 135

2t=10.382t I—

2521

75

个数 1 4 5

[7]

NO.1

1、低压断路器的选择与校验 （1）按工作环境选型：户外式

（2）断路器额定电压UN.QF及额定电流IN.QF

UN.QF=0.4kV=UN.

I'N.QFIN.QFN-170-3016001847.5AI30933.96A

N-070-402、隔离开关的选择与校验 （1）按工作环境选型：户外型

（2）隔离开关的额定电压UN.QS及额定电流IN.QS UN.QS=0.4kV=UN

` IN.QS=IN.QSN17030=1000=1154.7A>I30=933.96A

7040N0 满足要求 （3）动稳定校验

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iet=60kA>ish=49.13Ka 满足要求 （4）热稳定校验 It2t=3021=900

2tj=26.720.15=107 I2tj 满足要求 所以It2t>I3、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器）

（1）该电流互感器额定电压UN.TA不小于安装地点的电网额定电压UN，即UN.TAUN （2）电流互感器一次侧额定电流

'IN.CTINN1703010001154.7A>I30=933.06A 满足要求

N07040 （3）动稳定校验（Kd=135）

ish2I'N.CT49.1310321154.7 满足要求 30135 （4）热稳定校验（Kt=75）

(KTIN.TA)2=(751154.7)2=7.4109

2tj=2670020.15=1.07108<(KTIN.TA)2 满足要求 INO.2

1、断路器的选择与校验 （1）按工作环境选型：户外式

（2）断路器额定电压UN.QF及额定电流IN.QF

UN.QF=0.4kV=UN.

I'N.QFIN.QFN-170-3016001847.5AI301217.89A

N-070-40辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）

第 28 页

IN.QF=1600A>I30=1217.89A 满足要求

2、隔离开关的选择与校验 （1）按工作环境选型：户外型

（2）隔离开关的额定电压及额定电流UN.QS=0.4kV=UN.

IN.QS=1500>I30=1217.89A

I'N.QSIN.QSN-170-3015001732AI301217.89A 满足要求

N-070-40 （3）动稳定校验imax.QS=80kA>ish=51.92kA

2 （4）热稳定校验40211600>28.2220.15119.6即It2.QStItj

3、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器）

0.4kV电流互感器

（1）该电流互感器额定电压UN.TA安装地点的电网额定电压UN.即UN.TAUN. （2）电流互感器一次侧额定电流

I'N.ctIN.ctN-170-3015001732AI301217.89A

N-070-40 （3）动稳定校验

动稳定倍数Kd=135 ish=51.92kA

'一次侧额定电流IN.CTINN11732A

N0ish2I'N.CT则

ish2I'N.CT51.921032173221.2135即Kd动稳定性满足

（4）热稳定性校验

热稳定倍数Kt=75热稳定时间ish=0.15I=28.22kA 即(KTIN.TA)2=(751732)2=1.71010

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22'Itj282200.151.2108(KtIN.TA)热稳定性满足

NO.3

1、断路器的选择与校验 （1）按工作环境选型：户外式

（2）断路器额定电压UN.QF及额定电流IN.QF

UN.QF=0.4kV=UN.

I'N.QFIN.QFN-170-30630727.5AI30368.42A

N-070-40IN.QF=630A>I30=368.42A 满足要求

2、隔离开关的选择与校验 （1）按工作环境选型：户外型

（2）隔离开关的额定电压及额定电流UN.QS=0.4kV=UN.

IN.QS=600>I30=368.42A

I'N.QSIN.QSN-170-30600693AI30368.42A 满足要求

N-070-40 （3）动稳定校验imax.QS=50kA>ish=19.11kA

2 （4）热稳定校验2521625>10.3820.1516.2即It2.QStItj

3、电流互感器选择与校验（低压侧电流互感器）

0.4kV电流互感器

（1）该电流互感器额定电压UN.TA安装地点的电网额定电压UN.即UN.TAUN. （2）电流互感器一次侧额定电流

I'N.ctIN.ctN-170-30600693AI30368.42A 满足要求

N-070-40 （3）动稳定校验

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动稳定倍数Kd=135 ish=19.11kA

' 一次侧额定电流IN.CTINN1693A

N0ish2I'N.CT

则

ish2I'N.CT19.11103269319.5135即Kd动稳定性满足

（4）热稳定性校验

热稳定倍数Kt=75热稳定时间ish=0.15I=10.38kA 即(KTIN.TA)2=(75693)2=2.71010

[10] 22'Itj103800.151.6107(KtIN.TA)热稳定性满足

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第 31 页

8 过电流保护

8.1 过电流保护装置的类型

（1）熔断器保护：适用于高低压供电系统。由于其简单、经济，所以在供电系统中应用广泛。但是七段刘能力较小，选择性较差，并且其熔体熔断后要进行更换，不能迅速恢复供电，因此在要求供电可靠性较高的场所不宜采用。

（2）低压断路器保护（低压自动开关保护）：适用于要求供电可靠性较高和操作灵活方便的低压供电系统中。

（3）继电保护：适用于要求供电可靠性较高，操作灵活方便特别是自动化程度较高的高压供电系统中。

熔断器保护和低压断路器保护都能在过负荷和短路时动作，短开电路，以切除过负荷和短路部分，而使系统的其他部分保持正常运行。但熔断器通常主要用于短路保护，而低压断路器有的还可以在失压或欠压时动作。继电保护装置在过负荷时动作，一般只发出警报信号，引起值班人员的注意，一边及时处理，而在短路时，就要是相应的高压断路器跳闸，将故障排除。

8.2 变压器的过电流保护

a.变压器过电流保护保护装置一次侧动作电流为

IOP1KrelK1.22IT.L.maxrelITN57.74163.03A KreKre0.85ITNSN.T3UN1100031057.74A

Iop1KTA163.0314.08A

200/5电流继电器动作电流为Iopr灵敏系数校验

Kcon辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）

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Ksen.T3(IK2.min/KT)0.86624.551030.4105.221.5 2Iop.1163.03保护时限tTtbt1.30.50.8s因为变压器过电流保护时限大于0.5s所以变压器应设电流速断保护。

b.变压器电流速断保护

Iop1KrelIK2.max/KT1.528220/10Iop.rIop1Kcon/KTA1693.210.4=1693.2A

20=84.66A

Ksen`0.866Ik0.86650501.min2.62

Iop11693.2c.变压器过负荷保护

在变压器高压侧设置过负荷保护，因为负荷多数情况下是三相对称的，因此过负荷只用一个电流继电器接于一相电流，经延时9~10s作用于预告信号。保护装置一次侧动作电流Iop1和电流继电器的动作电流Iopr为

Iop1=

Krel1.05IT.L57.7471.32A Kre0.85 Iop=rIop1KTAKcon71.3213.57A 20d.变压器低压侧单相接地短路保护，利用高压侧三相过电流保护兼做单相接地短路保护。[8]

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e.瓦斯保护（如图8-2）

图8-2 瓦斯保护

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第 34 页

9 防雷及接地

9.1 防雷保护

1）本厂最高建设为水塔，设计高度为20m，加设2m高的避雷针，现计算水塔避雷针能否保护软水站。

本厂为第三类建设物，滚球半径hr=60m，水塔上避雷针高度为（20+2）=22m，软水站一般建筑高度hx=4m，经测量避雷针至软水站最远屋角距离为r=20m，避雷针保护半径rx=（1.5h-2hx）p=25>20m. 因此水塔避雷针能保护软水站

（2）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。

（3）因总配与No.2变电站合并，建设成总配电所，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。

9.2 接地方式

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

UN(lohlcab)（A）

350辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）

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loh------有电的联系的架空线路总长度（km） lca------有电的联系的电缆线路总长度（km） b

10(lohlcab)UN(lohlcab)=

350350U(ll)所以RE≤120/IE=120/Nohcab

350所以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

a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～

l0.58，取E=0.55，因此接地体数量n为

n=

'0.9REgRE=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。[9]

'REGEEH1402.41R=0.54<4 'EEHREG2.48400.559.3 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

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总结

本次设计我的题目是某化纤毛纺织厂全厂总配变电所及配电系统设计。在本次设计中我查阅了好多资料，翻阅了大量书籍，虽然我们自动化专业没有将工厂供电课程作为主要课程来学习，但是经过本次设计，让我对工厂供电系统有了更深层次的了解，扩充了自己的知识容量，为以后适应不同种类的工作又增添了一份保障。本次设计中着重介绍了各个变电所的负荷计算，功率补偿，各种电器设备以及线路的选择，工厂的防雷接地等方面的基本方法。

本次毕业设计中有许多的计算，包括负荷计算，短路电流计算，无功补偿计算等。依照老师给定的数据，查阅资料了解计算方法，在再根据计算出来的结果选择各种设备，再结合模拟工厂的基本条件制定主接线图以及各变电所的布置方案。其中设备选择这方面我有明显的不足，但是在老师的帮助下，我查阅了许多资料，该部分也基本完成了。

经过本次设计，我在很多方面都有了提高，比如CAD制图，在设计之前根本没接触过这个软件，对它一点不了解，但是经过这次设计任务，我学会了对它的基本应用，为以后更好的工作又积累了一些知识。通过这次设计，使我对工厂供电系统有了更深层次的了解，学到了很多关于这方面的专业知识，进一步的提高了自己能力。

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参考文献

[1]刘介才《工厂供电》[M]，中国电力出版社，2003

[2]熊信银《电力系统工程基础》[M]，华中科技大学出版社，2007 ，14-33

[3]刘介才《电力工程类专题课程设计与毕业设计指导书》[M]，中国水利水电出版社， 2001 ，25-45

[4]刘介才《工厂供电设计指导（第二版）》[M]，机械工业出版社， 2003 ，55-70 ，79-173， 89

[5]刘介才《建筑设备电气控制电路设计图解》[M]，机械工业出版社，2008 ，18-55 [6]刘介才《供电技术》[M]，机械工业出版社，1998 ，227-230 ，231 [7]《电力工程设计手册》[M]，上海人民出版社，2002 ，35-38

[8]陈曾田《电力变压器保护》[M]，水利电力出版社，1989 ，233-302 ，302-315 [9]刘介才《工厂供电》[M]，机械工业出版社，1998 ，23-35 ，136-200

[10]范锡普《发电厂电气部分（第三版）》[M]，中国水利水电出版社，1995 ，236-361 [11]向才辉《工厂供电》课题项目化教学的探讨[N]，《新课程研究（中旬刊）》 ，2010年 第3期

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致谢

本次课程设计顺利的完成了，在这里我首先要感谢我的指导老师吴丽娟的大力帮助，正是在吴老师的悉心指导和耐心细致地讲解下，使我顺利的完成了本次的课程设计学习。

本次毕业设计，可以说是对我所学理论知识整体的综合性运用，设计的内容贯穿了课本各章节始终，对我从整体上把握供电工程学科有了很高的要求。通过本次设计我对所学习的基础知识和专业知识有了更加理性和深层的认识，并锻炼和提高了实际动手和实践能力，为我将来走向工作岗位打下了良好结实的基础。在参与设计的过程中我同时意识到了充分的利用资源、熟练运用各种软件的重要性，当然扎实的专业基础知识是本次设计成功的关键因素。

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附录1

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附录2

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