10KV变电所设计

第1章 绪论

1.1 设计目的

通过课程设计巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。

1.2设计任务

根据富威机械厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按安全可靠、技术先进、经济和的要求，确定工厂变电所的位置与型式；通过计算负荷，确定主变压器台数及容量；进行短路电流的计算，选择变电所的主线及高、低电气设备；选择整定继电保护装置；最后按要求写出设计计算说明书，绘出设计图纸。

1.3设计要求

1、要求每个学生独立完成设计任务。 2、要正确运用设计资料。 3、给出变配电所的主接线图。 4、完成课程设计任务书规定内容。 5、要求提交成果。

（1）完成课程设计报告书一份； （2）A3变配电所的主接线图纸一张。

第2章 负荷计算及无功功率补偿

2.1负荷计算

根据设计要求进行分析，机械厂负荷统计资料见下表2-1：

表2-1机械厂负荷统计

厂房编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 用电单位名称 负荷性设备容量需要系数 质 /kw tan?功率因数 cos? 仓库 铸造车间 锻压车间 金工车间 工具车间 电镀车间 热处理车间 装配车间 机修车间 锅炉房 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 动力 照明 照明 88 2 238 10 238 10 438 10 538 10 238 10 138 10 138 10 138 5 138 2 400 0.25 0.80 0.35 0.80 0.25 0.80 0.25 0.80 0.25 0.80 0.50 0.80 0.50 0.80 0.35 0.80 0.25 0.80 0.50 0.80 0.70 1.17 1.02 1.17 1.33 1.17 0.88 1.33 1.02 1.17 1.17 0.65 1.0 0.70 1.0 0.65 1.0 0.60 1.0 0.65 1.0 0.75 1.0 0.60 1.0 0.70 1.0 0.65 1.0 0.65 1.0 1.0 宿舍区 单组用电设备的负荷计算：

有功功率 Pc?Kd?Pn kw 无功功率 Qc?Pc?tanarccos? kvar

2 视在功率 Sc?Pc2?Qc KVA

计算电流 Ic?ScA3Ur

通过以上公式对工厂各部分进行计算，得到计算结果如下： 1、仓库：

动力部分：

Pc?0.25?88?22kw

Q?22?tanarccos0.65?25.7kvar c

Sc?222?25.72?33.8KVA Ic?33.8?51.2A 3Ur 照明部分: Pc?1.6kw 2、铸造车间；

动力部分：

Pc?0.35?238?83.3kw Qc?83.3?tanarccos0.7?85kvar Sc?83.32?852?119KVA Ic?119?180.3A 3Ur 照明部分： Pc?8kw 3、锻压车间； 动力部分：

Pc?0.25?238?59.5kw Qc?59.5?tanarccos0.65?69.6kvar

Sc?59.52?69.62?91.6KVA Ic?91.6?138.8A 3Ur 照明部分： Pc?0.8?10?8kw 4、金工车间；

动力部分：

照明部分：5、工具车间； 动力部分： 照明部分：6、电镀车间； 动力部分： 照明部分：7、热处理车间；

Pc?0.25?438?109.5kw Qc?109.5?tanarccos0.6?146kvar Sc?109.52?1462?182.5KVA Ic?182.53U?276.5A rPc?0.8?10?8kw Pc?0.25?538?134.5kwQc?134.5?tanarccos0.65?157.2kvarSc?134.52?157.22?206.9KVAI.9c?2063U?313.5ArPc?0.8?10?8kw Pc?0.5?238?119kwQc?119?tanarccos0.75?105kvarS2c?1192?105?158.7KVA

I158.7c?3U?240.5ArPc?0.8?10?8kw

动力部分：

Pc?0.5?138?69kwQc?69?tanarccos0.6?92kvar Sc?692?922?115KVA115?174.2A3Ur

Ic? 照明部分： Pc?0.8?10?8kw 8、装配车间； 动力部分：

照明部分： 9、机修车间； 动力部分：

照明部分： 10、锅炉房； 动力部分：

照明部分： Pc?0.35?138?48.3kwQc?48.3?tanarccos0.7?49.3kvarSc?48.32?49.32?69KVA

I69c?3U?104.5ArPc?0.8?10?8kw Pc?0.25?138?34.5kwQc?34.5?tanarccos0.65?40.3kvarSc?34.52?40.32?53KVA

Ic?533U?80.3ArPc?0.8?5?4kw Pc?0.5?138?69kwQc?69?tanarccos0.65?80.7kvarS2c?69?80.72?106.1KVA

I106.1c?3U?160.8ArPc?0.8?2?1.6kw

11、宿舍区；

照明部分： Pc?0.7?400?280kw 将以上数据进行整理得到表格如下：

表2-2负荷计算计算表

设备需要编号 名称 类别 容量系数cos计算负荷 Pe/kW 仓库 铸造 车间 锻压 车间 金工 车间 工具 车间 电镀 车间 热处动力 照明 88 2 Kd ? tan? Pc/kW 22 1.6 83.3 8 59.5 8 Qc/kvar Sc/ kVA Ic/A 51.2 180.3 138.8 1 0．25 0.65 1.17 0.8 1.0 25.7 33.8 85 119 2 动力 238 照明 10 动力 238 照明 10 动力 438 照明 10 动力 538 照明 10 动力 238 照明 10 动力 138 照明 10 动力 138 照明 10 动力 138 照明 5 动力 138 照明 2 照明 400 0.35 0.70 1.02 0.8 1.0 3 0.25 0.65 1.17 0.80 1.0 69.6 91.6 4 0.25 0.60 1.33 0.80 1.0 109.5 146 182.5 276.5 8 134.5 8 119 8 69 8 48.3 8 34.5 4 69 1.6 280 157.2 5 0.25 0.65 1.17 0.80 1.0 206.9 313.5 6 0.50 0.75 0.88 0.80 1.0 105 158.7 240.5 92 115 174.2 104.5 80.3 0.50 0.60 1.33 0.80 1.0 7 理车间 8 装配 车间 机修 车间 锅炉房 宿舍区 0.35 0.70 1.02 0.80 1.0 49.3 69 9 0.25 0.65 1.17 0.80 1.0 40.3 53 10 0.50 0.65 1.17 0.80 1.0 0.70 1.0 80.7 106.1 160.8 11

多组设备负荷计算：

所有车间的照明负荷：Pm?63.2kw ?Pci?1028.6kw ?Qci?850.8kvar

i?1i?1nn取全厂的同时系数为：Krp?0.90 Krq?0.95。 则全厂的负荷计算为：

Pc?0.9?Pci?Pm?0.9?(1028.6?63.2)?982.62kw

i?1n Qc?0.95?Qci?0.95?850.8?808.3kvar

i?1n Sc?982.622?808.32?1272.36KVA Ic?1272.36?1927.81A 3Ur2.2无功功率补偿

电力系统由发电厂、变电站、电力线路和用电设备联系在一起组成的统一整体，由于电能不能大量存储，所以发电、输电、配电和用电必须同时进行，即电力系统必须保持平衡。然而来自电力线路、电力变压器以及用电设备的无功负载大量存在，使电力系统的功率因数降低。对于配电系统来说，为数众多的异步电动机、变压器等设备要消耗大量的无功功率，对配电网络的安全稳定运行产生不良影响：

1、供电线路的电流增大，使线路和设备的损耗增大，严重时会威胁到设备的安全运行；

2、配电系统的视在功率增大，使发电机、变压器等供电设备的容量增加，电力用户的控制设备、测量仪表的规格也相应增大；

3、导致供电电压降低。保持电力系统的平衡，解决配电系统功率因数低的有效途径就是对配电系统进行无功补偿，提高功率因数。

按照我国供电部门的规定，高压供电的用户必须保证功率因数在0.9以上。 无功功率:电网中的感性负载（如电机，扼流圈，变压器，感应式加热器及电焊机等）都会产生不同程度的电滞，即所谓的电感。感性负载具有这样一种特性-----即使所加电压改变方向，感性负载的这种滞后仍能将电流的方向（如正向）保持一段时间。一旦存在了这种电流与电压之间的相位差，就会产生负功率，并被反馈到电网中。电流电压再次相位相同时，又需要相同大小的电能在感性负载中建立磁场，这种磁场反向电

能就被称作无功功率。无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外做功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。

在交流电路中，由于有感性或容性储能设备，电压与电流有相位差，通俗讲就是电压与电流不在同一时间到达；因此，表面看电压有多大、电流有多大，实际并没有做那么大的功，有电源与储能设备的能量转换。 无功补偿计算如下：

由2.1节计算可得变压器低压测的视在计算负荷为：Sc?1272.36KVA

982.62?0.77

1272.36为使高压侧的功率因数?0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90。这里取0.95。

这时低压侧的功率因数为：cos?1?则低压侧需要并联电容容量为：

Qcc?982.62?(tanarccos0.77?tanarccos0.95)?442.18kvar 取：Qcc?450kvar 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：

Sc?982.622?(808.3?450)2?1590.36KVA 计算电流 Ic?1590.36?2409.64A3Ur

高压侧的功率损耗为：

?Pc?0.015Sc?0.015?1590.36?23.86kw ?Qc?0.06Sc?0.06?1590.36?103.37kvar 变电所高压侧的计算负荷为：

Pc?982.62?23.86?1006.48kw

Qc?808.3?450?103.37?461.67kvar Sc?1006.482?461.672?1101.44KVA Ic?1101.44?1671.3A 3?Ur补偿后的功率因数为：cos??

1006.48?0.92满足（大于0.9）的要求。

1101.44

第3章 变电所主变压器台数和容量及 主结线方案的选择

3.1 变压器台数和容量确定

一、变压器台数确定

1、满足用电负荷对可靠性的要求；

1）二级负荷：选择两台主变压器；负荷较大时，也可多于两台；

2）二、三级负荷：可选一台变压器，但低压侧敷设与其它变电所相连的联络线作为备用电源；

3）三级负荷：选择一台主变压器；负荷较大时，也可选择两台；

2、季节性负荷或昼夜负荷变化较大时，技术经济合理时，可选择两台变压器； 根据以上要求与规范，所以在本变电所我们选取两台变压器； 二、变压器容量选择

（1）任一台变压器单独运行时。应满足：SNT?(0.6~0.7)Sc

（2）任一台变压器单独运行时。应满足：SN?T?Sc。即满足一、二级负荷要求。 带入数值可得：

SN?T?(0.6~0.7)?1101.44 KVA?(660.91~771.00 )KVA

选择变压器的实际容量：

考虑到本厂近年的负荷发展，初步取SN?T?1000KVA。

考虑到安全性的问题，确定变压器为SC3系列箱型干式变压器。型号SC3-1000/10.其主要技术指标如下表3-1所示：

表3-1变压器技术指标

变压器型号 SC3-1000/10 额定容量/KVA? 1000 额定电压?V 联结组高压 10.5 低压 0.4 型号 Dyn11 损耗/KW 空载 2.45 负载 7.45 空载电流 1.3 短路阻抗 6

3.3 主结线方案选择

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：高压采用单母线带旁路低压单母线分段。

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。 以上三种方案均能满足主接线要求，采用方案三时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案Ⅰ。

根据所选的接线方式，画出主结线图。

图3-1 变电所主结线图

第4章 变电所位置和型式选择

4.1 变配电所所址选择原则

(1）变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：

1）接近负荷中心 2）进出线方便； 3）接近电源侧； 4）设备运输方便；

5)不应设在有剧烈振动或高温的场所；

6)不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；

7）不应设在厕所、浴室或其他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《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定； 9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。

（2）装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。

（3）多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。

（4）高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所，当受条件限制必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》有关规定，采取相应的防火措施。

（5）露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所： 1）有腐蚀性气体的场所；

2）挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁； 3）附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场；

4）容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。

4.2型式与布置

变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下列规定： (1)负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所；

(2)负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或组台式成套变电站；

(3)高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站；

(4）负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设独立变电所，有条件时也可设附设变电所或户外箱式变电站；

(5)环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315kVA及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。

由于本厂有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10kV公共市电架空进线（中间有电缆接入变电所）；一路引自邻厂高压联络线。

变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和形式的选择规定》及GB50053－1994的规定，结合本厂的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。根据负荷计算及工程平面图4-1可知负荷中心在6号车间，所以我们决定在6号车间东侧建立工厂变电所。

大 铸造 (2 )街锻压(3)宿舍区的负荷中心热处理(7)电镀(6)工具(5)0)(1房炉锅工厂宿舍区邻厂后厂门机修(9)桥河 流北金工(4)装配(8)仓库(1)厂门大 街 XX机械厂总平面图 比例1：2000

图4-1工程平面图

第5章 短路电流计算

采用两路电源供线，一路为距本厂6km的馈电变电站经LGJ-185架空线（系统按∞电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为500MV?A；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。

SC3-1000/10K-2K-1Dyn11∞系统GQF架空线L=6KM邻厂高压联络线10KV

图5-1 变电所系统图

380V

SC3-1000/10首先确定基准值

取Sd?100MV?A Uc1?10.5KV Uc2?0.4KV

所以：Id1?SdSd100MV?A100MV?A??5.500kA Id2???144.000kA 3Uc13?10.5kV3Uc23?0.4kV计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值：（忽略架空线至变电所的电缆电抗） 1) 电力系统： X1*?100MV?A?0.20

500MV?A2) 架空线路：查手册得x0?0.35?/km，因此：

*?0.35?/km?6km? X2100MV?A?1.904 2(10.5KV)3）变压器：由所选的变压器的技术参数得Uk%?6，因此：

** X3?X4?6?100MV?A?6.0

100?1000KV?A根据以上计算可以绘得短路等效电路图如下图5-2所示。

K-13/6.01/0.22/1.9044/6.0K-2

图5-2短路等效电路图

计算k-1点的短路电路总电抗幺值及三相短路电流和短路容量 1) 总电抗标幺值：

***X?(k?1)?X1?X2?0.20?1.904?2.104

2) 三相短路电流周期分量有效值：

(3) Ik?1?Id1*X?(k?1)?5.50KA?2.614KA 2.1043) 其他三相短路电流：

(3)(3)?Ik I\"(3)?I??1?2.614KA

(3)?2.55?2.614KA?6.666KA ish(3)Ish?1.51?2.614KA?3.947KA

4）三相短路容量：

(3) Sk?1?Sd*X?(k?1)?100MV?A?47.529MV?A

2.104计算k-2点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：

***?(X3//X4)?0.20?1.904?6/2?5.104 X*(k?2)?X1*?X2?2) 三相短路电流周期分量有效值： Ik(3)?2?3) 其他三相短路电流：

(3)(3)?Ik I''(3)?I??2?28.213kA

Id2?X?(k?2)?144kA?28.213kA 5.104(3)?1.84?28.213kA?51.912kA ish(3)?1.09?28.213kA?30.752kA Ish

4) 三相短路容量：

Sk(3)?2?

Sd?X?(k?2)?100MV?A?19.592MV?A

5.104

第6章 变电所一次设备的选择与校验

电气设备选择是发电厂和变电所设计的主要内容之一，在选择时应根据实际工作特点，按照有关设计规范的规定，在保证供配电安全可靠的前提下，力争做到技术先进，经济合理。

为了保障一次设备的可靠运行，必须按照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、热稳定校验；

（3）考虑电气设备运行的环境条件如温度、湿度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。

（4）按各类设备的不同特点和要求如断路器的操作性能、互感器的二次负荷和准确度级等进行选择。

6.1变电所高压一次设备的选择及校验

一、变电所高压一次设备的选择

根据机械厂所在地区的外界环境，高压侧采用天津市长城电器有限公司生产的JYN2-10（Z）型户内移开式交流金属封闭开关设备。

此高压开关柜的型号：JYN2-10/4ZTTA（说明：4：一次方案号；Z：真空断路器；T：弹簧操动；TA ：干热带）。

初选设备：

高压断路器： ZN24-10/1250/20 高压熔断器：RN2-10/0.5 -50 电流互感器：LZZQB6-10-0.5-200/5 电压互感器：JDZJ-10 接地开关：JN-3-10/25

母线型号：TMY-3?（50?4）；TMY-3?（80?10）+1?（60?6） 绝缘子型号：ZA-10Y抗弯强度：Fal?3.75kN（户内支柱绝缘子）

从高压配电柜引出的10kV三芯电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆，型号：YJV-3?50，无钢铠护套，缆芯最高工作温度90oC。 二、变电所高压一次设备的校验

根据《高压一次设备的选择校验项目和条件》，在据电压、电流、断流能力选择设备的基础上，对所选的高压侧设备进行必需的动稳定校验和热稳定度校验。 １．设备的动稳定校验

1) 高压电器动稳定度校验 校验条件： imax(3)(3)?ish;Imax?Ish

(3)(3)

由以上短路电流计算得ish= 6.666kA；Ish= 3.947kA。并查找所选设备的数据资料比较

高压断路器ZN24-10/1250/20 imax=50kA?6.666kA ，满足条件； 电流互感器LZZQB6-10-0.5-200/5 imax=79kA?6.666kA，满足条件； JN-3-10/25接地开关 imax=63KA?6.666kA ，满足条件。 2) 绝缘子动稳定度校验

校验条件： Fal?Fc(3) 母线采用平放在绝缘子上的方式，则：

(3)2l Fc(3)?F(3)?3ish??10?7N/A2（其中a=200mm；l=900mm）。

a0.9m所以：Fc(3)= 3(6.666kA)2??10?7N/A2?34.63N?3.75kN满足要求。

0.2m3) 母线的动稳定校验

校验条件： ?al??c TMY母线材料的最大允许应力?al=140MPa。

(3)(3) 10kV母线的短路电流Ish=3.947kA；ish=6.666kA

三相短路时所受的最大电动力：

Fc(3)=3(6.666kA)2?0.9m?10?7N/A2?34.63N 0.2mF(3)l34.63N?0.9m??3.12N?m 母线的弯曲力矩： M1010b2h(0.05m)2?0.004m??1.67?10?6m3 母线的截面系数： W?66母线在三相短路时的计算应力： M3.12N?m??1.87MPa ?c??63W1.67?10m可得， ?al=140MPa??c=1.87MPa，满足动稳定性要求。 2.高压设备的热稳定性校验 1) 高压电器热稳定性校验

2(3)2It?Itima 查阅产品资料：高压断路器：I=31.5kA,t=4s； t?校验条件： t电流互感器：It=44.5kA ,t=1s；

接地开关： It=25kA,t=4s

(3)

取tima?top?toc?0.7?0.1?0.8s，I?=2.614kA，将数据代入上式，经计算以上电器均满

足热稳定性要求。 2) 高压母线热稳定性校验

(3)校验条件： A?Amin=I?timaC查产品资料，得铜母线的C=171As，取tima?0.75s。 2mm母线的截面： A=50?4mm2=200mm2 允许的最小截面： Amin?2.614kA?0.75s?13.24mm2 s171Amm2从而，A?Amin，该母线满足热稳定性要求 。 3） 高压电缆的热稳定性校验

(3)校验条件： A?Amin=I?timaC

允许的最小截面： Amin?2.614kA?0.75s?13.24mm2 s171Amm2所以选电缆YJV-3?50的截面 A=50mm2从而，A?Amin，该电缆满足热稳定性要求。

6.2变电所低压一次设备的选择及校验

一、变电所低压一次设备的选择

低压侧采用的也是天津长城电器有限公司生产的GGD2型低压开关柜。 初选设备如下：

低压断路器：NA1 型智能万能断路器、TMS30型塑壳无飞弧智能断路器

低压熔断器：NT系列 电压互感器：JDZ1系列

电流互感器：LMZJ1 、LMZ1 系列 母线型号： TMY-3?（80?10）+1?（60?6）

绝缘子型号：ZA-6Y抗弯强度：Fal?3.75kN（户内支柱绝缘子）

另外，无功补偿柜选用2个GCJ1-01型柜子，采用自动补偿，满足补偿要求。 二、变电所低压一次设备的校验

由于根据《低压一次设备的选择校验项目和条件》进行的低压一次侧设备选择，不需再对熔断器、刀开关、断路器进行校验。关于低压电流互感器、电压互感器、电容器及母线、电缆、绝缘子等校验项目与高压侧相应电器相同，这里仅列出低压母线的校验：380V侧母线上母线动稳定性校验：校验条件：?al??c

TMY母线材料的最大允许应力?al=140MPa。

(3)(3)380V母线的短路电流 ish=51.912kA;Ish=30.752kA

三相短路时所受的最大电动力为：

F(3)?3?(51.912kA)2?0.9m?10?7N/A2?2100.37N 0.2mF(3)l2100.37N?0.9m??189.033N?m 母线的弯曲力矩： M1010b2h(0.08m)2?0.01m??1.07?10?5m3 母线的截面系数： W?66 母线在三相短路时的计算应力：?c?M189.033N?m??17.67MPa ?53W1.07?10m可得，?al=140MPa??c=17.67MPa，满足动稳定性要求。 380V侧母线热稳定性校验：校验条件： A?Amin=I(3)?timaC查产品资料，得铜母线

的C=171As，取tima?0.75s。 mm2 母线的截面： A=80?10mm2=800mm2 允许的最小截面： Amin?28.213kA?0.75s?142.88mm2 s171Amm2从而，A?Amin，满足热稳定性要求 。

第7章 继电器保护

继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。

由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。

继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。

此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。

7.1变压器继电保护

变电所内装有两台10/0.4kV1000kV?A的变压器。低压母线侧三相短路电流为

Ik(3)?28.213kA，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。

下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。 a)过电流保护动作电流的整定：

Krel?1.3,Kre?0.8,Kw?1，Ki?200/5?40

IL?max?2?2I1N?T?4?1000kV?A/(3?10kV)?230.95A

1.3?1?230.95A?9.38A，动作电流整定为9A。

0.8?40b)过电流保护动作时限的整定 故其动作电流：Iop? 由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。

c)电流速断保护速断电流倍数整定

取Krel?1.5, Ik?max?28.213kA?0.40KV/10kV?1128.5A

1.5?1?1128.5A?42.32A 4042.32?4.7。 因此速断电流倍数整定为： nqb?9故其速断电流为： Iqb?7.2 10KV侧继电保护

在此选用GL-25/10继电器。由以上可得数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短路电流为2.614kA；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为9A。下面对高压母线处的过电流保护装置KA1进行整定。高压母线处继电保护电流互感器变比为200/5A。 整定KA1的动作电流

取IL.max?2.5IN.T?2.5?1000/3?10?168.75A,

Krel?1.3,Kre?0.8,Kw?1，Ki?200/5?40，

故Iop(1)?KrelKw1.3?1IL?max??168.75A?6.9A， KreKi0.8?40根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为7A 。 整定KA1的动作时限：

母线三相短路电流Ik反映到KA2中的电流：Ik'(2)?Ik'(2)Iop(2)Kw(2)Ki(2)?Ik?1?2.614kA?65.35A 40I'k(2)对KA2的动作电流Iop(2)的倍数，即：n2?65.35A?7.3 9A'由《反时限过电流保护的动作时限的整定曲线》确定KA2的实际动作时间：t2=0.6s。 '?0.7s?0.6s?0.7s?1.3s KA1的实际动作时间：t1'?t2母线三相短路电流Ik反映到KA1中的电流：I'k(1)?Kw(1)Ki(1)?Ik?1?2.614kA?65.35A 40Ik'(1)对KA1的动作电流Iop(1)的倍数，即：n1?Ik'(1)Iop(1)65.35A?9.3 7所以由10倍动作电流的动作时限曲线查得KA1的动作时限：t1?1.1s。

7.3 0.38KV侧继电保护

整定项目：

(a)瞬时过流脱扣器动作电流整定： 满足Iop(0)?KrelIpk

Krel：对万能断路器取1.35；对塑壳断路器取2～2.5。 (b)短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定： 满足: Iop(s)?KrelIpk Krel取1.2。

另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差0.2s(0.4s,0.6s)。

(c)长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定： 满足：Iop(l)?KrelI30 Krel取1.1。 (d)过流脱扣器与被保护线路配合要求：

满足：Iop(l)?KolIal Kol：绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数(对瞬时和短延时过流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，取1.1～1.2)。 (e)热脱扣器动作电流整定：

满足：IopgTR?KrelI30 Krel取1.1，一般应通过实际运行进行检验。

可根据以上整定要求，参考相关产品资料对低压侧的NA1和TMS30系列低压断路器进行整定，在此不详述。

第8章 防雷和接地装置

8.1 防雷装置

一、直接防雷保护

在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外和有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻RE?10。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排和多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm×4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌圆刚，长1～1.5m。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。 二、雷电侵入波保护

1、在10KV电源进线的终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。引下线采用25 mm×4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。

2、在10kV高压配电室内装设有GG—1A（F）—54型开关柜，其中配有FS4—10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。

3、在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。

8.2 接地装置

接地装置为接地极和接地体的组合，结合本厂实际条件选择接地装置：交流电器设备可采用自然接地体，如建筑物的钢筋和金属管道。本厂的大接地体采用扁钢，经校验，截面选择为60mm2，厚度为3mm。铜接地线截面选择：低压电器设备地面上的外露部分截面选择为1.5mm2（绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为1mm2。 所用的接地电阻选择：查表得接地电阻应满足R?5?，Re?120V/IE 根据经验公式： RE?UN(Loh?35?lcab)其中：Ioh为同一电压的具有电联系的架空线

350线路总长度；Icab为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度。

则： RE(1)?10(6?35?4.5)=4.67?

350所以，变电所的接地电阻应选为5?。

结 论

通过这次课程设计，让我对供配电技术有了更深的了解，对于设计还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。虽然设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。机械厂10kv变电所的设计,我想这个课题不是很容易做的，所以我更应该努力做好。开始做的时候觉得有点困难，有些东西以前我只学了一点点，但现在用起来又有点疑问。我认为这是一个学好这门课的机会——通过实践去提高自己的知识。这个只有你自己投入进去你才能发现自己知识点的欠缺。

在完成设计的过程中我们了解到了，电能的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节、测量。有利于实现生产过程自动化。而工厂供电就是指工厂所需要电能的供应和分配。工厂供电设计要达到为工业生产服务，保障工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须做到：安全、可靠、优质、经济。同时课程设计也是教学过程中的一个重要环节，通过设计可以巩固各课程理论知识，了解工厂供电设计的基本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算绘图、编号、设计说明书等方面得到训练，为以后工作奠定基础。

通过这次的课程设计使我更加体会到供配电技术的用性强等优点。让我知道选择这个专业是没有错的，学好这个专业是我们的不二选择。

致 谢

这一周我们进行了供配电系统课程设计。虽然是不第一次进行设计与学习，我们仍有许多的不足之处，但是我们的指导老师却非常耐心非常认真地指导我们，整个设计的顺利完成离不开指导老师给予我们每一位同学的帮助，在这里我要对老师不求回报默默地付出表示诚恳的谢意，对老师表示由衷的感谢。

非常感谢老师布置的这次课程设计，为我们日后从事电气方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次课程设计是对我们这一学期来最好的检验。经过这次设计，我的能力得到了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方面都有了很大的进步。我还要再次感谢我的指导教师对我的悉心指导，在我的设计过程之中给予了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路，并且对我的课题提出了有效的改进方案。老师对工作的认真，对我们要求的严格，让我感触颇深。所以说做什么工作都非常辛苦，一定要认认真真、踏踏实实的去工作，才能有好的结果。老师的认真，不仅仅是对我们设计的指导，也是在为我们未来的工作与生活做引导，让我们无论做什么都要懂得有付出才会有回报，所以一定要踏踏实实的自己去完成任务。

在本设计即将完成之际，谨此向我的导师致以衷心的感谢和崇高的敬意！老师以她敏锐的洞察力、渊博的知识、严谨的治学态度和精益求精的工作作风给我留下了刻骨铭心的印象，这些使我受益匪浅，并将成为我终身献身科学和献身事业的动力。最后还要感谢我的同学，在我没有头绪的时候，愿意帮助我，指点我，为我提供我所需要的资料，和她们的方案也让我受到了很大的启发。他们开放与严谨的思维方式同样让我受益颇多。感谢同学在这一期间给予我的关心和帮助。

再一次感谢指导老师感谢同学，感谢你们对我的帮助，谢谢你们！

参考文献

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