大学校区10kV供配电系统设计

2021-04-10 来源：易榕旅网

大学校区10kV供配电系统设计

The Design Of Campus’s Power Supply System

2013年 5月 May 2013

山东工商学院2013届毕业论文

大学校区10kV供配电系统设计

[摘要] 本次设计是为当地的大学一个校区设计的供配电系统，该系统通过降压变压器与10kV公共电源干线相连，根据校区内的实际用电负荷情况，按照安全可靠，技术先进，经济合理的标准，确定变电所的位置和型式；主变压器的台数、容量和类型；选择变电所主接线方案及高低设备和进出线；确定二次回路方案；选定整定继电保护装置。

[关键词] 供配电系统

变电所短路变压

功率

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The Design Of Campus’s Power Supply System

[Abstract] This power supply and distribution system is designed for a campus of a local university. The system connected with a 10Kv main power line through a step-down transformer. Determine the location and type of the substation, the quantity and capacitance of main transformer, the both high-pressure low-pressure equipment and relay protection device, with the specific design including the formula of main wiring, secondary circuit on the basis of safety, reliability, technological advancement and economic rationality, according to the actual electricity load.

[Key Words] Power Supply and Distribution Substation

Short CircuitVarying VoltagePower

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引言 ...................................................................... IV 第一章设计任务 ............................................................. 1 1.1 原始资料 ............................................................... 1 1.2 设计任务 ............................................................... 2 第二章负荷分析计算和无功补偿 ............................................... 4 2.1 负荷计算的目的及方法 ................................................... 4 2.2 学生宿舍的负荷分析和计算 ............................................... 4 2.3 无功补偿后生活区的计算负荷 ............................................. 6 第三章变电所及主变压器的选择 ............................................... 8 3.1变电所所址选择的一般原则 ............................................... 8 3.2利用生活区的负荷来选变电所的位置 ....................................... 8 3.3变电所型式的选择 ....................................................... 9 3.4变电所主变压器和主结线方案的选择 ....................................... 9 第四章短路电流计算及设备的选择 ............................................ 12 4.1短路电流计算的目的 .................................................... 12 4.2短路电流计算的一般规定 ................................................ 12 4.3 短路电流的计算 ........................................................ 12 4.4变电所一次设备的选择校验 .............................................. 15 第五章变电所二次回路方案的选择和继电保护选择 .............................. 22 5.1高压断路器的操作机构控制与信号回路 .................................... 22 5.2变电所的电能计量回路 .................................................. 22 5.3变电所的测量和绝缘监察回路 ............................................ 22 5.4 继电保护的整定 ........................................................ 23 5.5主变压器的继电保护 .................................................... 24 5.6作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 ................................ 26 5.7变电所低压侧的保护装置 ................................................ 26 第六章防雷保护和接地装置的设计 ............................................ 28 6.1 接地极要求 ............................................................ 28 6.2 接地线要求 ............................................................ 28 6.3 接地线和接地极连接要求 ................................................ 28 6.4接地电阻要求 .......................................................... 28 结论 ....................................................................... 29 致谢语 ..................................................................... 30 参考文献 ................................................................... 31 附录 ....................................................................... 32 附图1：本校变电所主接线图 ................................................ 32 附图2：本校用电接线图 .................................................... 32

III

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引言

供配电技术，就是研究电力的供应及分配的问题。电力，是现代工业生产、民用住宅、及企事业单位的主要能源和动力，是现代文明的物质技术基础。没有电力，就没有国民经济的现代化。现代社会的信息化和网络化，都是建立在电气化的基础之上的。因此，电力供应如果突然中断，则将对这些用电部门造成严重的和深远的影响。故，作好供配电工作，对于保证正常的工作、学习、生活将有十分重要的意义。

供配电工作要很好的为用电部门及整个国民经济服务，必须达到以下的基本要求：（1）安全——在电力的供应、分配及使用中，不发生人身事故和设备事故。（2）可靠——应满足电力用户对供电可靠性和连续性的要求。（3）优质——应满足电力用户对电压质量和频率质量的要求。

（4）经济——应使供配电系统投资少，运行费用低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。

另外，在供配电工作中，还应合理的处理局部和全局，当前与长远的关系，即要照顾局部和当前利益，又要有全局观点，能照顾大局，适应发展。

我们这次的毕业设计的论文题目是：大学校区10kV供配电系统；作为高校，随着本科教育工作的推进和未来几年的继续扩招，对学校的基础设施建设特别是电力设施将提出相当大的挑战。因此，我们做供配电设计工作，要作到未雨绸缪。为未来发展提供足够的空间：这主要表现在电力变压器及一些相当重要的配电线路上，应力求在满足现有需求的基础上从大选择，以避免一台变压器或一组变压器刚服役不到几年又因为容量问题而台而光荣下岗的情况的发生。

总之一句话：定位现实，着眼未来；以发展的眼光来设计此课题。

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第一章设计任务

1.1 原始资料 1.1.1 设计题目

学校生活区配电系统设计

1.1.2 设计要求

要求根据本校所能取得的电源及本校用电负荷的实际情况，并适当考虑到学校的发展，按照学好全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主结线方案及高低设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置（选做），最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

1.1.3 设计依据

1）学校生活区总平面图

图1.1 学校生活区总平面图

Fig 1.1 Plan of living quarters

2）学校宿舍楼标准层建筑平面图

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图1.2宿舍楼标准层建筑平面图

Fig 1.2 Building plan of dormitory standard layer

3）电源的南侧1000m处, 有一座10kv的配电所, 其出口断路器是SN10-10II型,此断路器配电备有定时限过电流保护和电流速断保护, 定时限过流整定的动作

时间为1.3s. 为满足学校二级负荷的要求, 可采用高压联络线由邻近的单位取得电源。 4）学校生活区负荷表,见表1.1

表1.1学校生活区负荷表

Table 1.1 Load table of living quarters

编号 1 2 3 4 5 6 7

名称学校食堂锅炉教师楼校医室户外照明本所用电

学生宿舍

P30/kw

308 100 270 130 25 10

由学生设计计算

Q30/kw

210 100 120 98 20 0

1.2 设计任务

要求在规定时间内独立完成下列工作量

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1.2.1 设计说明书

1) 前言 2) 目录

3) 负荷计算和无功功率补偿 4) 变电所位置和型式的选择

5) 变电所主变压器的台数与容量,类型的选择 6) 学生宿舍楼配电系统的确定 7) 变电所主结线方案的设计 8) 短路电流的计算

9) 变电所一次设备的选择与校验 10) 变电所进出线的选择与校验

11) 变电所二次回路方案的选择及继电保护的整定 12) 防雷保护和接地装置的设计 13) 附录及参考文献

1.2.2 设计图样

1）变电所主结线图一张。 2）学校用电结线图一张。

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第二章负荷分析计算和无功补偿

2.1 负荷计算的目的及方法 2.1.1 目的

负荷计算的目的是为了掌握用电情况，合理选择配电系统的设备和元件，如导线、电缆、变压器、开关等。负荷计算过小，则依此选用的设备和载流部分有过热危险，轻者使线路和配电设备寿命降低，重者影响供电系统的安全运行。负荷计算偏大，则造成设备的浪费和投资的增大。为此，正确进行负荷计算是供电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。

2.1.2 方法

目前，我国设计部门在进行企业供电设计时, 经常采用的电力负荷计算方法有:需要系数法、二项式系数法、利用系数法、单位电耗法和单位面积功率法等.需要系数法计算简便, 对于任何性质的企业负荷均适用, 且计算结果上符合实际, 因此, 这种计算方法采用最广泛. 尤其对各用电设备容量相差较小, 且用电设备数量较多的用电设备组, 这种计算最适宜. 二项式系数法则主要适用于各种设备容量相差大的场所, 如机械加工企业、煤矿综合采工作面等,二项式法考虑问题的出发点就是大容量设备的作用，因此，当用电设备组中设备容量相差悬殊时，使用二项式法可以得到较为准确的结果。利用系数法是平均负荷作为计算依据,利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系。这种计算方法虽理论依据较充分, 但由于目前积累的实用数据不多, 且计算步骤较繁琐, 精确度也并不比前两种方法强多少, 所以, 目前以逐渐不被采用。单位面积功率法，多用于民用建筑；单位产品耗电量法，适用于某些工业建筑，在用电设备功率和台数无法确定时，或者设计前期，这些方法是确定设备符合的主要方法。单位面积功率法和单位产品耗电量法多用于设计的前期计算，如：可行性研究和方案设计阶段；需要系数法和利用系数法多用于初步设计和施工图设计。

2.2 学生宿舍的负荷分析和计算

整个生活区的计算负荷表如下表2.1

表2.1生活区的计算负荷表

Table 2.1 Computational load table of living quarters

编号 1 2 名称学校食堂锅炉 4 计算负荷 P30/kw

308 100 Q30/kw

210 100 山东工商学院2013届毕业论文

3 4 5 6 7 教师楼校医室户外照明本所用电学生宿舍 270 130 25 10 393.6 120 98 20 0

339.15 照明的设备容量, 在初步设计中按不同的性质建筑物的单位面积照明容量 (W/m2) 法来估算.

建筑物平面面积S(m2)单位容量(W/m2) 照明设备容量 = 或者按照照明设

1000 计计算所得的安装容量来计算.（查表附录）单间寝室的建筑面积：S = 4.26.3 = 15.12m2 照明设备容量：P30 =

15.12460.48 W

1000  取二条40 W的荧光灯。

单间学习室的建筑面积：S = 33.6 = 10.8m2 照明设备容量：P305 W 1000  取二条40 W的荧光灯。

卫生间和后走廊的建筑面积：S = 3.61.5 = 5.4m2 照明设备容量：P305.43 W 1000 由于卫生间和走廊相隔，所以就各取一个25 W的白织灯。

插座容量及同时使用系数，根据《建筑电气设计技术规程》JGJ16-83、第9.8.9条规定，“民用建筑中的插座在无具体设备联接时，每个可按100W计算”，“全国住宅电气设计会议”，确定住宅也按每个100W计算。计算插座容量时，查下表2.1。

表2.2插座容量及同时使用系数

Table 2.2 Capacity of the socket and coefficient of using at the same time

插座的数量（个）同时系数Kx 4 1 5 0.9 6 0.8 7 0.7 8 0.65 9 0.6 10 0.6

所以各个宿舍可以安装八个插座（学习室和寝室各四个）：单间宿舍的插座容量：P30W

Q30= 800tg=8000.8 = 640W 单间宿舍总照明容量（学习室、寝室、卫生间、插座）：

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P30W

前走廊的长度：L = 2.7+53.6 = 20.7m 面积：S = 20.71.8 = 37.26m2

 每个楼梯口只需安装一个25W的白

一层宿舍楼的总负荷为：P30= 25+10108 = 8130W 每栋宿舍所用总负荷为：P30= 81306 = 48.78kw 八栋学生宿舍的总负荷为：P30= 48.788 = 390.24kw 一间宿舍的荧光灯：

Qptg41.52243.2kvar

一栋宿舍的荧光灯：Q243.28611.674kvar 插座：Q8630.72kvar

八栋学生宿舍的荧光灯：Q总11.674893.392kvar 插座：Q总30.728245.76kvar

 荧光灯和宿舍：Q总93.392245.76339.152kvar

学生宿舍总负荷为：

30308100Q30210kvar

22S3030Q301233.242887.15221520KVA

COSP301236.60.81 S301251.912.3 无功补偿后生活区的计算负荷

由负荷表知，该生活区308V侧最大负荷时的功率因数只有0.81。而供电部门要求该生活区10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.95来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

QcP30(tan1tan2)

1236.6tan(arccos0.81)tan(arccos0.95)

482.27kvar

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参照资料选PGJ1型低压自动补偿屏*，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）1台与方案3（辅屏）5台相组合，总共容量：84kvar6504kvar。因此无功补偿后生活区380V侧和10KV侧的负荷计算如表2-3所示。

表2.3无功补偿后生活区的计算负荷

Table 2.3 Computational load table of living quarters after reactive power compensation

项目 COS

计算负荷 0.81 0.95 0.93

P30/Kw

1236.6 1236.6

0.015s3019.52

Q30/Kvar

887.15 -482.27 404.88

S30/KVA I30/A

1521.91 2312

1301.19 1977 1345.76 77.7

380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 380V侧补偿后负荷主变压器功率损耗 10KV侧负荷总计

0.06s3078.07

482.95

1256.12

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第三章变电所及主变压器的选择

3.1变电所所址选择的一般原则

选择生活区变、配电所的所址，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、浴室或其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。（8）不应设在有爆炸危险的正上方和正下方，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》的规定。（9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。

图3.1 变电所位置图

Fig 3.1 Location plan of substation

3.2利用生活区的负荷来选变电所的位置

利用生活区的负荷来选变电所的位置。因为该生活区的负荷较集中于学生宿舍和食堂。

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所以考虑到方便进出线及周围环境情况。决定该变电所选在学生宿舍和食堂的中间来修建变电所，其型式附设式。

3.3变电所型式的选择

变电所有屋内式和屋外式两大型。屋内式运行维护方便，占地面积少。在选择生活区变电所的型式时，应根据具体地理环境，因地制宜；技术经济合理时，应优先选用屋内式。

负荷较大的地方，宜设附设式或半露天式变电所。

负荷较大的及高层建筑内，宜设在室内变电所或组合式成套变电站。

负荷小而分散的生活区，或需要远离有易燃易爆危险及有腐蚀性时，宜设独立变电所。如户外环境正常，亦可设露天式变电所。

当变压器容量在350KVA及以下时，宜设杆上式变电台或高台式变电所。

3.4变电所主变压器和主结线方案的选择 3.4.1变电所主变压器的选择

根据生活区的负荷和电源情况，生活区的主变压器可有下列两种方案：

（1）装设一台主变压器变电所，型式采用S9，主变压器容量SNT应不小于总计算负荷S30，而容量根据所得出来的数据，选SNT=1600KVA >S30=1520KVA, 即选一台S9-1600/10型的低损耗配电变压器。至于生活区的二次负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。（注：由于二次负荷达到335.1KVA，380V侧电流达到509A，距离又较长，因此不能采用低压联络线作备用电源。）

（2）装设两台主变压器、型号采用S9，而每台容量的选择，即 SNT1251KVA750875.7KVA 同时每台主变压器容量SNT不应小于全部一、二负荷之和即

SNT S30(III)

因此选两抬S9-1000/10型的低损耗配电变压器。本所二级负荷的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。

主变压器的联结组别均采用Yyn0。

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图3.2 装设一台主变的主结线方案

Fig 3.2 Main connection scheme of furnishing a main transformer

图3.3 装设两台主变的主结线方案

Fig 3.3 Main connection scheme of furnishing two main transformers

3.4.2变电所主结线方案的选择

按上面考虑的两种主变压器的方案可以设计下列两种主结线方案：（1）装设一台主变压器的主结线方案（2）装设两台主变压器的主结线方案

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表3.1两种主结线方案的技术经济比较

Table 3.1 Technical and economic comparison of two kinds of main connection scheme 比较项目

技术指标经济比较

高压开关柜（含计量柜）的综合

投资

查表的GG-1A（F）型柜按每台3.5万元计，查表得其综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为4×1.5×3.5万元=21万元

灵活方便性扩建适应性

电力变压器的综

合投额

只一台主变，灵活性稍差

稍差一些

查表得S9-1600单价为15.18万元，而查表得变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投

供电安全性供电的可靠性供电质量

装设一台主变的主结线方案

满足要求基本满足要求

由于一台主变，电压损耗略大

装设两台主变的主结线方案

满足要求满足要求

由于两台主变并列，电压损耗

小

由于两台主变，灵活性较好

更好一些

查表得S9-1000单价为10.76万元，因此两台综合投资为4×10.76万元=40.06万元，比

资约为2×15.18万元=30.36万元一台主变的方案多投资12.68

万元

本方案采用6台GG-1A（F）型柜，其综合投资额约为6×1.5×3.5万元=31.5万元，比一台主变的方案多投资10.5万元

交供电部门的一次性供电贴费

按800元/KVA计，贴为1600×贴费为2×1000×0.08万元0.08万元=128万元

=160万元，比1台主变的方案多投32万元

从上表3.1可以看出，按技术指标，装设两台主变的主结线方案（图3.3）略优于装设一台主变的主结线方案（图3.2），但按经济指标，则装设一台主变的方案（图3.2）远优于装设两台主变方案（图3.3），因此决定采用装设一台主变的方案。

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第四章短路电流计算及设备的选择

4.1短路电流计算的目的

在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其目的是：（1）在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制

短路电流的措施等。

（2）在选择载流导体及电器元件时，为了保证设备在正常运行和短路情况下都能安全，

可靠地工作，同时又力为节约资金，这就需对有关短路电流值进行动稳定、热稳定和开断能力的检验。

（3）在选择继电保护方式和进行整定计算时，需以各种短路时短路电流为依据。（4）接地装置的设计，也需用短路电流。

4.2短路电流计算的一般规定

按照《高压配电装置设计技术规程SDJ5-85》和《导体和电器选择设计技术规定SDGJ14-86》的有关条文，对于验算导体和电器时所用短路电流，一般有以下规定。

（1）计算的基本情况：

a、电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；

b、所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）； c、短路发生在短路电流为最大值的瞬间； d、所有电源的电势相位角相同；

e、应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。（2）接线方式：计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

4.3 短路电流的计算

（1）绘制计算电路图（图4.1）

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图4.1 短路电流计算电路

Fig 4.1 Calculating circuit of short circuit current

（2）确定基准值：设Sd100MVA，UdUC，即高压侧Ud110.5KV，低压侧Ud20.4KV，

则

Id1Sd100MVA5.5KA 3Ud1310.5KVId2Sd100MVA144KA 3Ud230.4KV （3）计算短路电路中各元件的电抗表幺值 ① 电力系统

X1*100MVA500MVA0.2

② 架空线路 I1236.675.15A

3100.95根据计算结果Imax75.15A，由表查得，当Tmax5000h时，J1.15A/mm2代入下列得 SImax75.15mm265.35mm2 J1.15 S — 导线的截面。 Imax— 最大负荷电流。 J — 经济电流密度。

∴ 选择LGJ—70型的刚芯铝绞线，均能满足发热条件要求也能满足机械强度的要求。查表得LGJ—70型的导线的X00.343/KM，线路长1000m ，由于线路较短，标幺值很小，导致短路电流过大，使后面的设备难以选择，所以要在线路上串联一个电抗器，以降低短路电流。假设电抗器的电阻为R，取标幺值为5。 5(0.3431R) ∴R5.15

100MVA

(10.5KA)2山东工商学院2013届毕业论文

∴ X2(0.3431)*100MVA5

(10.5KA)2③ 电力变压器，查表得Uz4.5。

∴X3*4.5100MVA2.8 1001600KVA 因此短路等效电路，如图4.2所示

图4.2 短路等效电路

Fig 4.2 Equivalent circuit of short circuit

（4）计算K-1点（10.5KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 ① 总电抗标幺值

X*k1X1*0.2 ② 三相短路电流周期分量有效值 Ik(3)1③ 其它短路电流

(3)Ik(3) I(3)I11.06KA

(3)(3) ish2.55I2.551.06KA2.7KA

Id1X*k15.5KA1.06KA 5.2(3)(3) Ish1.51I1.511.06KA1.6KA

④ 三相短路容量 Sk(3)1SdX*k1100MVA19.23MVA

5.2（5）计算K-2点（0.4KV侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 ① 总电抗标幺值

 X*k2X1*0.2 ② 三相短路电流周期分量有效值 Ik(3)2Id2X*k2144KA18KA 814

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③ 其它短路电流

(3)Ik(3) I(3)I218KA

(3)(3) ish1.84I1.8418KA33.12KA (3)1.03I(3)1.0918KA19.62KA Ish ④ 三相短路容量 Sk(3)2SdX*k2100MVA12.5MVA 8表4.2短路电流的计算 Table 4.2 calculation of short circuit

短路计算点 K-1 K-2

三相短路电流/KA 三相短路容量/MVA (3)Ish

Ik(3)

1.06 18

I(3)

1.06 18

(3)Itima

2(3)ish Sk(3)

19.23 12.5

1.06 18

2.7 33.12

1.6 19.62

4.4变电所一次设备的选择校验

（1） 10KV侧一次设备的选择校验

表4.3 10KV侧一次设备的选择校验

Table 4.3 Selection check of primary equipment by 10kV side

选择校验项目装置地点条件一次设备型号

额定参数少油断路器 SN10-10II/6

30 高压隔离开

关GN19-10/400 高压熔断器RN1-10 参数数据

电压电流断流能力动稳定度热稳定度其它

10KV

I30

92.38A

Ik(3)

1.06KA

(3)ish

I KA

(3)2ima

t2.7KA

1.0621.92.13It2t

—

UN IN

—

Ioc

—

imax

—

10KV

10KV 400A － 31.5 KA

12.524625

10KV 100 A －－－

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规格

电流互感器JDJ-10 电压互感器JDZJ-10

10/0.1KV －

－－

(900.1)2181

10/ KV 30.1/ KV 30.1/KV 3 －

电流互感器LQJ-10

10KV 100/5A －

22520.1二次负荷

KA31.8KAKA

避雷器FS4-10 户外式高压隔离开关GW4-15G/200

15KV

200A

－

FS4-10

10KV

－

0.6

表4.3所选设备均满足要求。（2） 380V侧一次设备的选择校验

表4.4 380V侧一次设备的选择校验

Table 4.4 Selection check of primary equipment by 380V side

选择校验项目装置地点条件额定参数低压断路器DW15-2500/3电动低压断路器DZ20-630 低压断路器DZ20-200

低压刀开关

参数数据

电压电流断流能力动稳定度 (3)IKKA

(3)ish

热稳定度 (3)Itima

2其它

380V

I30

2312A

18 KA

33.12 KA 1820.7226.8 KA

380V 380V 380V 380V

2500A 630A 200A 1500A

Ioc

60 KA 30KA 25KA

imax

It2t

HD13-1500/30

电流互感器LMZJ1-0.5 500V 2500/5A 电流互感器LMZ1-0.5

500V

160/5A 100/5A 表4.4所选设备均满足要求。

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综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表4-6所示。

（3）高低压母线的选择，查表4.5， 10KV母线选LMY—3×（40×4），即母线尺寸为40mm

×4mm；380V母线选LMY—2（120×10）＋（80×10），即相母线尺寸为120mm×10mm,中性母线尺寸为80mm×10mm。

表4.5高低压母线的选择

Table 4.5 Selection of high and low voltage bus

变压器容量/KVA 高压母线低压母线

中性母线

60×6

80×6

相母线

40×4

60×6

80×6

200

400

500

800 40×4 100×8

120×10 2×（100×

10） 80×8

2×（120×10） 80×10

1000

1250

1600

必须注意：按表4.4选择的母线尺寸，一般均满足短路动稳定和热稳定要求，因此不必再进行短路校验。但对于高压配电所及35KV或以上的变电所，则不能采用此表的母线尺寸，而应按发热条件进行选择，并校验其短路稳定度。

（4）变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格选择，如表4.6所示。

表4.6变电所进出线和联络线的导线和电缆型号选择

Table 4.6 Selection of substation’s outlet and inlet line and tie line’s wire and cable type

线路名称 10KV电源进线主变引入电缆 380V低压出线

至食堂至锅炉至教师楼至校医院至本所用电和户外

照明至学生宿舍

与邻近单位10KV联络线

VLV22—1000—3×150—1×70四芯塑料电缆（直埋）

YJL—10000—3×25交联电缆（直埋）

导线或电缆的型号规格 LJ—25铝绞线（三相三线架空） YJL—10000—3×25交联电缆（直埋）

VLV22—1000—3×185—1×90四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×150—1×70四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×185—1×80四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×185—1×90四芯塑料电缆（直埋） VLV22—1000—3×150—1×70四芯塑料电缆（直埋）

（5）计算步骤如下

1) 10KV高压进线和引入电缆的选择，采用LJ型率绞线架空敷设，接往10KV公用干

线。

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① 按发热条件选择。由于I30I1NT92.38A及室外环境温度36C,查表的，初选LJ-16，其36C,时的Ial93.5I30，满足发热条件。

② 校验机械强度。查表得最小允许截面Amin35mm2，因此LJ-16不满足

机械强度要求，故改选LJ-35。

由于此线路很短，不需要校验电压损耗。

2) 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验，采用YJLV22—10000型交联聚乙烯

绝缘的铝芯电缆直接敷设。

① 按发热条件选择。由I30I1NT92.38A及土壤温度25C，查表初选电缆为35mm2的

交联电缆，其中Ial105A，满足发热条件。

② 校验短路热稳定。计算满足短路热稳定的最小截面

(3) It2tItima

2 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) I －开关所在处的三相短路稳态电流（单位为KA）

tima －短路发热假想时间（单位为KA）短路发热假想时间tima一般按下式计算 timatk0.05(I2) I在无限容量系统中，由I=I，因此

timatk0.05

式中 tk－短路持续时间，采用该电路主保护动作时间加对应的断路器全分闸时间。当tk≥1S时 tima=tk

低压断路器（如油断路器），其全分闸时间取0.2S，高速断路器（如真空断路器），其全分闸时间取0.1S。

(3)AminItima0.751060mm212mm235mm2 C77 式中 C －短路热稳定系数（查表得）

∴ 选YJLV－10000－3×35 电缆满足要求。

3) 馈电给食堂的线路采用VLV22—1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

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① 按发热条件选择由I30566A及0.8m土壤温度25℃。查表初选300mm2，其中

Iac319A，不满足，所以选两条240mm2电缆来把负荷平均分开，每条的Iac310A，

满足发热条件。

② 校验电压损耗。假设从变电所到食堂有90m,而查表得240mm2的铝芯电缆的

R00.16/km（按电缆芯工作温度75℃计），X00.07/km，食堂的 P30308kw，Q30210kvar。因此按式得

U(15V/380V)1003.9Ual5

U308kw(0.160.09)210kvar(0.070.09)15V

0.38kvU(15V/380V)1003.9Ual5

满足允许电压损耗5﹪的要求。

③ 短路热稳定校验，求满足短路热稳定度的最小截面

(3) AminItima0.7518000135mm2 C115tima— 变电所高压侧过流保护动作时间按0.5S整定（终端变电所），再加上断路

器时间0.2S，再加0.5S。

由于前面所选240mm2的缆芯截面大于Amin，满足短路热稳定度要求，整个食堂的负荷是用两条电缆分开的，所以选的截面小一点也能满足要求，这样可以节约投资。故选 VLV—1000—3×185+1×90的四芯电缆。（中性线芯按不小于相线芯的一半）

4) 馈电给锅炉房的线路亦采用VLV22—1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 ① 按发热条件选择由I30215A及地下0.8m土壤温度25℃。查表初选150mm2，其

中Ial237I30，满足发热条件。

② 校验电压损耗。假设从变电所至锅炉房的距离约为1km，而查表得150mm2的铝芯

电缆的R00.25/km X00.07/km。又锅炉房的P30100kw Q30100kvar 得

U100kw(0.250.1)100kvar(0.070.1)8.4V

0.38kv U(8.4V/380V)1002.2Ual5 满足允许电压损耗5﹪的要求。

③ 短路热稳定校验，求满足短路热稳定度的最小截面

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(3)AminItima0.7518000135mm2 C115由于前面所选150mm2的缆芯截面大于Amin，满足短路热稳定度要求，即

选VLV—1000—3×150＋1×70的四芯电缆。（中性线芯按不小于相线芯的一半）。

5) 馈电给教师楼的线路亦采用VLV22—1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 ①按发热条件选择由I30449A及地下0.8m土壤温度25℃。查表初选185mm2的截面，其Ial273AI30，不满足要求。所以需要用两条 185mm2的电缆把负荷分开。这样就可以达到要求。

② 校验电压损耗。假设从变电所至教师楼的距离约为km，而查表得

(3) AminItima0.7518000135mm2 C115∴选VLV22—10002—3×185＋1×80的四芯电缆。（中性线芯按不小于相线芯的一

半）。

6) 馈电给校医院的线路亦采用VLV22—1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。（方

法同上）。电缆芯截面185mm2，选VLV22—10002—3×185＋1×90的四芯电缆。（中性线芯按不小于相线芯的一半）。

7) 馈电给户外照明、本所用电的线路亦采用VLV22—1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接

埋地敷设。（方法同上）。电缆芯截面16mm，选VLV22—1000—3×185＋1×80的四芯电缆。（中性线芯按不小于相线芯的一半）。

8) 馈电给学生宿舍的线路亦采用VLV22—1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。 ①按发热条件选择，由I30789A及地下0.8m土壤温度25℃。查表初选300mm2的电缆，其Ial319AI30，不满足发热条件。所以可以选用三条185mm2电缆把学生宿舍的负荷分开来供电。

② 校验电压损耗。假设从变电所到学生宿舍大约有50m，查表得185mm2的铝芯电缆

的R00.21/km、Q00.07/km，又因为学生宿舍的P30393.6kw、Q30339.15kvar

U393.6kw(0.210.05)339.15kvar(0.070.05)14V

0.38KVU(14V/380V)1003.6Ual

满足允许电压损耗5的要求。

③ 短路热稳定校验，求满足短路热稳定度的最小截面

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(3)AminItima0.7518000135mm2 C115满足短路热稳定要求

∴选三条VLV22—1000—3×150—1×70的四芯电缆

9) 作为备用电源的高压联络线的选择校验，采用YJL22—1000型交联聚乙烯绝缘的铝芯

电缆，直接埋地敷设，与邻近单位变电所的10KV母线相联。由于邻近单位变电所的数据不知，无法进行选择和校验，只有暂缺。

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第五章变电所二次回路方案的选择和继电保护选择

5.1高压断路器的操作机构控制与信号回路

高压断路器的操作机构控制与信号回路，断路器采用手力操作机构，其控制与信号回路如图5.1所示。

图5.1高压断路器的控制与信号回路

Fig 5.1 Control and signal circuit of high-voltage circuit breaker

5.2变电所的电能计量回路

变电所的电能计量回路，变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量整个生活区消耗的有功电能和无功电能，并据以计算每月生活区的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。

5.3变电所的测量和绝缘监察回路

变电所的测量和绝缘监察回路，变电所高压侧装有电压互感器、避雷器柜，其中电压互感器为3个JDZJ-10型，组成Y。/Y。/△（开口三角）的结线，用以实现电压测量和绝缘监察如其结线图5.2所示。

作为备用电源的高压联络线上，装有三相有功电度表、三相无功电度表和电流表，结线见图5.3所示，高压进线上，亦装有电流表

低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装有三相四线有功电度表。低压并联电容器组线路上，装有无功电度表。每一回路均装有电度表．低压母

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线装有电压表。仪器的准确度等级按规范要求。

图5.2高压侧测量接线图

Fig 5.2 Measuring wire diagram of high-voltage side

图5.3高压联络线测量接线图

Fig 5.3 Measuring wire diagram of high-voltage tie line

5.4 继电保护的整定

由于本变电站电源是从工厂总降压变电站引来，线路间的距离较短，所以不装设线路保护。只设置电力变压器的保护和低压400V线路的绝缘监视装置。

电力变压器的保护

1．对400 KVA及以上的中小型变电所内油浸式电力变压器、户外800 KVA以上油浸式电力变

压器应装设气体保护。

2. 对10 MVA以下变压器，且过电流保护动作时限大于0.5 s时，应采用电流速断保护。 3 对并列运行或单独运行的变压器。

1）对1000 KVA以上的变压器如果电流速断保护灵敏度达不到要求时，应装设纵差动保护。 2）对并列运行的变压器容量为6300 KVA及以上，允许装设电流速断保护来代替纵差动保护。

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3）对厂用工作变压器，容量为6300 KVA及对工厂备用变压器，允许装设电流速断保护来代

替纵差动保护。

4）对单独运行的电力变压器容量为10 MVA及以上时，应装设纵差动保护。

5）过电流保护一般用于降压变压器。复合电压起动的过电流保护过电流保护，一般用于升压

变压器及降压变压器。

6）负序电流及单相式低压起动的过电流保护，一般用于大容量升压变压器及系统联络变压器。 7）针对60 KV系统的二次降压变电所，主容量在10MVA左右时，应考虑装设气体保护，电流

速断保护和过负荷保护。

图5.4继电保护装置原理图

Fig 5.4 Schematic diagram of relay protection equipment

图5.5继电保护装置展开图

Fig 5.5 Expanded diagram of relay protection equipment

5.5主变压器的继电保护

⒈装设瓦斯保护。当变压器油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；

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当产生大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。

⒉装设反时限过过电流的保护。采用GL15型感应式过流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。 ① 过电流保护动作电流的整定。

IopKrelKwILmax KreKi其中ILmaxI1NT21600KVA/(310KV)292.38184.76A Krel1.3

Kw1 Kre0.8 Ki160/532

∴Iop1.31（注：Iop只能整数且不能大于10A）。 184.769.4A 整定为10A。

0.832② 过电流保护动作时间的整定：因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s。 ③ 过电流保护灵敏系数的检验：

SpIkmin1.5 Iop1其中IkminIk(3)2/KT0.86618KA/(10KV/0.4KV)0.62KA

Iop1IopKi/Kw10A321320A

∴SpIkmin0.62KA=1.941.5 满足灵敏系数的要求 Iop1320A⒊装设电流速断保护。利用GL15的速断装置。 ① 速断电流的整定：

IqbKrelKwILmax KTKiIk(3)218KA,Krel1.4,Kw1，Ki160/5032，KT10/0.425

其中 Ikmax∴IqbKrelKw1.41ILmax＝18KA31.5A KTKi3225速断电流倍数整定为

KqbIqb/Iop31.5/10A3.15

(注：Kqb可以不为整数，但是必须在2—8之内) ② 电流速断保护灵敏系数的检验：

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SpIkmin1.5（或2） Iop1其中KkminIk(3)10.8661.06KA0.92KA，Iqb1IqbKi/Kw31.532/11008A

因此其保护灵敏系数为： SpIkmin=0.92KA/1008A0.91 Iop1查表可知：按GB50062-92规定，电流保护《含电流速断保护》的最小灵敏系数为1.5，则这里装设的电流速断保护系数稍低一些。

5.6作为备用电源的高压联络线的继电保护装置

（1）装设反时限过电流保护。亦采用GL15型感应式电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。 ① 过电流保护动作电流的整定

IopKrelKwILmax KreKi其中ILmax2I30，取I300.677.7A46.6A，Krel1.3，Kw1，Kre0.8，Ki160/532

∴IopKrelKw1.31ILmax246.64.7A 整定为10A KreKi0.832② 过电流保护动作时间的整定。按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。

③ 过电流保护灵敏系数。因无邻近单位变电所10KV母线经联络线至本校变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏系数，只有从略．

（2）装设电流速短保护．亦采用GL15的速断装置．但因无经邻近单位变电所和联络线至本校变电所高压母线的短路数据，无法整定计算和检验灵敏系数，只有从略．

5.7变电所低压侧的保护装置

（1）低压总开关采用DW15-2500/3型低压断路器，三相均装过流脱扣器，既可保护低压侧的相间短路和过负荷（利用其长延时脱扣器），而且可保护低压侧单相接地短路．动稳定校验

imax35KAi(3)sh33.12KA 热稳定校验

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2 I2tti(3)

60240144KA1820.75243KA ∴满足要求

（2）低压侧所有出线均采用DZ-20型低压断路器控制，其瞬时脱扣器可时限对线路短路故

障的保护.

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第六章防雷保护和接地装置的设计

6.1 接地极要求

1.接地极必须采用镀锌材料。 2.接地极材料规格圆钢直径不小于8mm。钢管壁厚不小于3.5mm。角钢厚度不小于4mm。

扁钢截面不小于48mm，厚度4mm。 3.垂直接地极长度不应小于2.5m。

6.2 接地线要求

1.可采用和接地极材料相同的钢材焊接。 2.若采用绝缘铜线其截面不小于1.5mm。

6.3 接地线和接地极连接要求

1.钢材与钢材宜采用焊接，扁钢搭接焊长度应为其宽度的2倍，圆钢为其直径的6 倍。 2.若采用绝缘铜线连接，必须采用多股软线，截面积不小于1.5mm2，铜线两端必须压接铜鼻子。

3.每一组接地线应采用二根以上导体在不同点与接地极连接。

6.4接地电阻要求

1.工作接地电阻值不得大于4欧姆。

2.保护零线的重复接地电阻值不得大于10欧姆。 3.防雷接地的电阻值不得大于30欧姆。

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结论

经过这一个多月的毕业设计和对相关资料的收集,在设计过程中一些电缆的设计让我很

头痛，原因是由于受到施工现场框定，而又必须考虑本专业的一些要求规范，从而形成了一些矛盾点，这些矛盾在处理上让人很难斟酌，正是基于这种考虑我意识到：要向更完美的进行一次设计，与其他专业人才的交流沟通是很有必要的。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。但由于个人水平限制原因，我对这个课题研究还不是很深入，论文本身还存在诸多欠妥之处，恳请老师给我提出宝贵的意见，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识。

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致谢语

这次能顺利完成毕业设计，从开始进入课题到论文的顺利完成，除了自身的努力以外，更少不了很多可敬的师长、同学、朋友给我无言的帮助与指导。为此，在这里我要对那些给予我帮助的每一位老师和同学表示诚挚的谢意。此外，还要特别感谢在毕业设计期间予以我指导老师，在整个毕业设计过程中，由于有她耐心仔细的指导，在她繁忙的工作之余，还能抽出时间来督促和指导我的设计，并对我设计中的每一个环节，每一个步骤和方案设计都做了一一的讲解、纠正和补充，在此对他表示衷心的感谢！

由于知识水平有限，我的论文作品不是很成熟，还有很多不足之处，在设计过程中难免有所出错，所以希望各位老师、同学或读者能对我的设计论文中的缺陷和不足予以指正。

2013年5月12日

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参考文献

[1] 刘介才．工厂供电第3版 [M] ．北京：机械工业出版社，1998． [2] 陈化钢．企业供配电 [M] ．北京：中国水利水电出版社，2003． [3] 刘介才．工厂供电设计指导 [M] ．北京：机械工业出版社，1998． [4] 许建安．电力系统继电保护 [M] ．北京：中国水利水电出版社，2004． [5] 韩风．建筑电气设计手册．北京：中国建筑工业出版社． [6] 徐永根．工业与民用配电设计手册．中国电力出版社．

[7] 苏文成．工厂供电第2版[M] ．北京：机械工业出版社，1990．

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附录

附图1：本校变电所主接线图附图2：本校用电接线图

附图1

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