某工厂配电线路及变电所设计.docx

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某工厂配电线路及变电所设计

380V 侧计算负荷

变压器功率损耗

10KV 侧计算负荷

序

号

P30（kW

）

Q30

（kvar）

S30 （kVA）

变压器容

量/KV·A

∆PT （KW

）

∆QT （K

W）

P30（k

W）

Q30

（kvar）

S30

（kVA）

1

780

180

800.5

1000

8.3

35.8

788.3

215.8

817.3

2

1150

320

1193.7

1250

12.9

58.8

1162.9

378.8

1223

3

1210

370

1265.3

1600

11.5

54.6

1221.5

424.6

1293.2

4

760

270

806.5

1000

8.4

36.3

768.4

306.3

827.2

5

860

310

914.2

1000

10.3

44.6

870.3

354.6

939.8

总

4811.4

1680.1

5096.3

依此类推，将工厂各车间计算负荷的结果汇总于下表

某工厂配电线路及变电所设计

《电力工程课程设计》是电气工程及其自动化专业重要的实践教学环节之一，其目的

是加深理论知识的理解，掌握《电力工程》中涉及到的基本工程计算方法，并能对中小型

变电所的电气部分进行独立设计，同时，也使学生受到工程实践应用的基本训练。

设计内容以中小型变电所电气部分的初步设计为重点，要求学生充分发挥主动性与创

造性，在老师的指导下独立完成课程设计，并撰写格式、符号、字数均符合规定的课程设

计说明书和相应图纸。

一. 确定车间变电所变压器的台数和容量

（一） 负荷计算

根据设计资料，按需要系数法对工厂各车间负荷进行统计计算，下面以第

一车间为例进行计算。

第一车间的视在计算负荷为

S30 =P30 + Q30 = 7802 +1802 KVA=800.5KVA

查表 A-1,选择型号为 S9-1000/10 型、电压为 10/0.4KV、Yyn0 联接的变压

0k

器，其技术数据为：

 ∆P =1.7KW, ∆P =10.3KW, I0 % =0.7, Uk % =4.5,变压器

的负荷率 β =800.5/1000=0.8,则变压器的功率损耗为

T0k

∆P = ∆P + β 2∆P = （ 1. 7+0. 82 ⨯10. 3） KW=8.3KW

100  ⨯ （0.7 + 0.82 ⨯ 4.5） kvar=35.8kvar

∆QT =

SN

100

（I0 % + β 2Uk %） =

1000

计

（二）总降压变压器容量的选择

由于工厂厂区范围不大，高压配电线路上的功率损耗可忽略不计，因此上表中所示车间变

压器高压侧的计算负荷可认为就是总降压变电所出线上的计算负荷。

取 K∑ =0.95,则总降压

变电所低压母线上的计算负荷为

P30

（2） =0.95 ⨯ 4809.7kW=4811.4kW

Q30

（2） =0.95 ⨯ 1654.5kvar=1680.1kvar

S30

（2） = 4811.42 +1608.12 =5096.3KV·A

因为负荷均为一级负荷，故在总降压变电所可装设两台容量为 6300KV·A 的变压器。

查表 A-2，选择 S9-6300/35 型、35/10.5KV 的变压器。

由于总降压变电所低压侧的功率因数为

cosϕ

（2） =

P30

（2）

Q30

（2）

=

4811.4

5096.3

=0.944>0.9

故不需在低压侧装设电容器进行补偿。

二. 变（配）变电所主接线图设计

（1）总降压变电所因为本设计所有的负荷均为一次负荷，为提高供电的可

靠性，应在总降压变电所装设两台变压器，本设计采用一次侧采用桥式接线、二

次侧采用单母线分段接线，这种接线的好处是所用设备少，结构简单，占地面积

小，供电可靠性高，适用于具有两回电源进线和两台变压器的总降压变电所。

（2）车间变电所车间变电高、低压侧均采用单母线分段接线。

这种接线

的供电可靠性相当高，当一台变压器或一回电源进线故障或检修时，通过切换操

作，可迅速恢复对整个变电所的供电，非常符合本设计的一级负荷的要求。

变电所总的接线图间图-1

三. 导线截面选择

（1） 35KV 汇流母线户外配电装置的汇流母线多采用软导线，因此 35KV 汇流母线

选用钢芯铝绞线。

1） 按经济电流密度选择导线截面积。

35KV 母线的最大持续电流为 104A，因年最大负荷

利用小时 Tmax =5600h，查表 3-3 得，经济电流密度 jec =0.9 A / mm2 ，则导线的经济

截面为

Aec =  =

I30

jec

104

0.9

mm2 = 115.6mm2

初选 LGJ-95 型钢芯铝绞线。

2） 检验发热条件。

查表 A-8 和表 A-10 得， 30οC 时 LCJ-95 型钢芯铝绞线的载流量为

Ial = 0.94 ⨯ 335 A=314.9A>104A,因此满足发热条件。

3） 检验机械强度。

查表 3-2 知，35KV 及以上的钢芯铝绞线最小截面积为 35 mm2 ，所选

LGJ-95 型钢芯铝绞线满足机械强度要求。

（2） 10KV 汇流母线

1） 按发热条件选择截面积。

10KV 母线的最大持续电流为 58A,初选 TJ-50 型导线

2） 检验机械强度。

查表 3-2 知，10~35KV 的导线最小截面为 35 mm2 ，所选导线

满足机械强度要求。

3） 检验发热条件。

查表 A-8 和表 A-10 得， 30οC 时 TJ-50 型导线的载流量为

Ial = 0.94 ⨯ 270 A=253.8A>58A, 因此满足发热条件。

四. 确定短路计算点，计算三相短路电流

为了选择高压电气设备，整定继电保护，必须进行短路电流计算。

短路电流按系统正常运

行方式进行计算，其计算电路图和短路点的设置如下图所示（依一车间为例）。

短路电流计算电路图

根据计算电路图做出计算短路电流的等效电路图如下图

1：

求各元件电抗标幺值

设 Sd =100MV·A，Ud1 =37KV, Ud 2 =10.5kV, Ud 3 =0.4kV,则

Sd

3Ud1

100

3 ⨯ 37

kA =1.56kA

Sd

3Ud 2

100

3 ⨯10.5

kA =5.5kA

Sd

3Ud 3

（1）电力系统

100

3 ⨯ 0.4

kA =144.3kA

Sk.max =287MV·A 时

* Sd

Sk.max

100

287

=0.35

Sk.min =107MV·A 时

* Sd

Sk.min

100

107

=0.93

（2）架空线路 WL

*

X 2 = 0.4 ⨯1⨯

100

10.52

=0.36

X 3* =  ⨯

X 4* =  ⨯

（3）主变压器 T1

（4）车间变压器 T2

7.5 100

100 6.3

4.5 100

100 1

=1.19

=4.5

X ∑*1 = X1.min =0.93

2.系统最大运行方式下三相短路电流及短路容量的计算

（1） k1 点短路总的电抗标幺值为

*

因此 k1 点短路时的三相短路电流及短路容量分别为

Id1

*

1.56

0.93

kA =1.68kA

ish1 = 2.55Ik1 =2.55 ⨯ 1.68kA=4.28kA

Ish1 = 1.51Ik1 =1.51 ⨯ 1.68kA=2.54kA

Sd

*

100

0.93

MV·A =107.53 MV·A

X ∑* 2 = X1.min + X 3* =0.93+1.19=2.12

（2） k2 点短路总的电抗标幺值为

*

因此 k2 点短路时的三相短路电流及短路容量分别为

短路

计算

点

运行方式

三相短路电流/KA

短路容量

/MV·A

Ik （kA）

ish （kA）

Ish （kA）

Sk （ MV·A）

k1

最大

1.68

4.28

2.54

107.53

最小

4.46

11.37

6.73

285.7

k2

最大

2.59

6.6

3.91

47.17

最小

3.57

9.1

5.39

64.94

k3

最大

20.67

38.03

22.53

14.33

最小

22.55

41.49

24.58

15.63

Id 2

*

5.5

2.12

kA =2.59kA

ish2 = 2.55Ik 2 =2.55 ⨯ 2.59kA=6.6kA

Ish2 = 1.51Ik 2 =1.51 ⨯ 2.59kA=3.91kA

Sd

*

100

2.12

MV·A =47.17 MV·A

X ∑* 3 = X1.min + X 2* + X 3* + X 4* =0.93+0.36+1.19+4.5=6.98

（3） k3 点短路总阻抗标幺值为

*

因此， k3 点短路时的三相短路电流及短路容量分别为

Id 3

*

144.3

6.98

kA =20.67kA

ish3 = 1.84Ik3 =1.84 ⨯ 20.67kA=38.03kA

Ish3 = 1.09Ik3 =1.09 ⨯ 20.67kA=22.53kA

Sd

*

100

6.98

MV·A=14.33MV·A

五. 部分高压电气设备选择与校验

（1）主变 35KV 侧设备主变 35KV 侧计算电流 I30 =

6300

3 ⨯ 35

A=104A

35kV 配电装置采用户外布置，各设备有关参数见下表

安装地点电气条件

设备型号规格

项目

数据

项目

隔离开

断路器           关

SW2-         GW4-

35/1000      35G/60

0

电流互感

器 LCW-

35

电压

互感

器

JDJJ

-35

避

雷

器

FZ

-

35

U N /kV

35

U N / kV

35                35

35

35

35

I30 /A

104

IN / A

1000            600

200/10

Ik /kA

1.68

Ioc / kA

16.5

Sk /MV·A

107.53

Soc / MA ∙ A

1000

ish /kA

4.28

imax / kA

45                50

2 ⨯ 200

⨯ 0.1=28.2

8

2                      2

I∞tima / kA ·

s

2

1.68 ⨯1.7

=4.8

2               2

It t / kA ⋅ s

2

16.5 ⨯ 4               2

14 ⨯ 5

=1089         =980

（65⨯ 0.1）2

⨯ 1=42.25

安装地点电气条件

设备型号规格

项目

数据

项目

高压断路

器

SN10-

10I/630

隔离开关

GN8-

10T/600

电流互感器

LAJ-10

U N /kV

10

U N / kV

10

10

10

I30 /A

346.4

IN / A

630

600

600/10

04 型高压开关柜，各设备有关参数见下表。

3 ⨯10.5

A=346.4A,选用 GG-1A（F） -

Ik /kA

2.59

Ioc / kA

16

Sk /MV·A

47.17

Soc / MA ∙ A

300

ish /kA

6.6

imax / kA

40

52

2 ⨯ 180 ⨯ 0.3

=76.37

2                      2

I∞tima / kA ·s

2

2.59 ⨯ 1.2

=8.1

2               2

It t / kA ⋅ s

2

16 ⨯ 4=10

24

2

20 ⨯ 5=20

00

2

（100 ⨯ 0.3） ⨯1

=900

六. 车间变电所继电保护配置与整定计算

根据需要对总降压变电所安装如下继电保护装置：

主变压器保护以及 10KV 母线保护。

1.主变压器保护

总降压变电所容量为 5096.3KV·A，根据规程要求，应装设瓦斯保护，电流速断保护、

过电流保护、以及过负荷保护。

主变压器继电保护展开图见表 2.

（1） 电流速断保护 保护采用两相两继电器式接线，继电器为 DL-11 型，电流互感器电流比

Ki =100/5=20,保护装置的动作电流应躲过变压器二次侧母线的最大三相短路穿越电流，即，

'

Iop = Krel Ik 2.max = 1.3⨯ 2.59 ⨯103 ⨯

10.5

37

A=955.5A

Iop.K =

Kw

Ki

1

20

灵敏度应按变压器一次侧的最小两相短路电流来校验，即

Iop

=

4.46 ⨯103

955.5

=4.1>2

（2） 过电流保护 采用三个电流互感器结成完全星型联接方式，继电器为 DL-11 型，

电流互感器电流比 Ki =100/5=20, Kre =0.85， Kst =1.5，保护装置的动作电流应躲过变压

器可能出现的最大负荷电流，即

Iop =

Krel Kst

Kre

1.2 ⨯1.5  6300

0.85 3 ⨯ 35

A=220.1A

Iop.K =

Kw

Ki

1

20

动作时间取 1.5s。

灵敏度应按变压器二次侧母线的最小两相短路穿越电流来校验，即

KS =

I

'

（2）

k 2.min

Iop

=

2 220.1

⨯

10.5

=3.99>1.5

（3） 过负荷保护 用一个 DL-11 型继电器构成，保护装置动作电流应躲过变压器额定电流，

即

Iop =

Krel

Kre

1.05  6300

0.85 3 ⨯ 35

A=427.9A

动作时间取 10~15s。

2.10KV 馈电线路保护

由降压变电所送至每个车间变电所的线路需装设瞬时电流速断保护和过电流保护。

保

护采用两相继电式接线，继电器为 DL-11 型，电流互感器电流比为 Ki =50/5=10。

现以一

车间变电所为例进行整定计算。

（1） 电流速断保护 保护装置的动作电流应躲过车间变压器二次侧母线（ k3 点）的最大

三相短路穿越电流，即

'

Iop = Krel Ik3.max = 1.3⨯ 20.67 ⨯103 ⨯

0.4

10.5

A=1023.7A

Iop.K =

Kw

Ki

1

10

灵敏度按馈电线路首段（ k2 点）的最小两相短路电流来校验，即

KS =

I '

（2）2.min

Iop

=

3 3.57 ⨯103

2 1023.7

=3.02>2

（2） 过电流保护 保护装置的动作电流应躲过线路最大负荷电流，即

I30 =     ⨯ 46.2A=97.8A

Iop =

Krel Kst

Kre

1.2 ⨯1.5

0.85

Iop.K =

Kw

Ki

1

10

动作时间取 0.7s

灵敏度应按车间变电所变压器二次侧母线（ k3 点）的最小两相短路穿越电流来校

验，即

KS =

I

'

（2）

k3.min

Iop

=

2 97.8

⨯

0.4

=7.61>1.5

限于篇幅，10KV 母线保护等继电器整定保护整定计算从略。

七. 课程设计教材及主要参考资料

[1] 孙丽华主编. 电力工程基础. 北京：

机械工业出版社，2006

[2] 刘介才主编. 工厂供电简明设计手册. 北京：

机械工业出版社，1993

[3] 段建元编. 工厂配电线路及变电所设计计算. 北京：

机械工业出版社，1982

[4] 刘介才主编.工厂供电设计指导. 北京：

机械工业出版社，1999

[5] 苏文成主编. 工厂供电. 北京：

机械工业出版社，1999

[6] 王辉 李诗洋编 2014AUTOCAD 电气设计. 北京：

电子工业出版社，2013

八、心得与体会

这次设计锻炼了我的实践操作的能力，让我了解到在学习中自己还有很多不足和弱点，

可以及时针对不足加以弥补，更加牢固地掌握所学知识和技能。

相信在以后的学习中，只

要努力就一定可以获得更大的进步！

这次设计我完成了：

车间负荷计算和无功补偿，

变电所型式的选择；选定了主变压器型号、容量、及台数；确定了主接线方案；选择了变

电所的进出线；初步设计了二次回路的设计及整定继电保护；最后进行防雷和接地保护的

设计。

并且绘制了车间变电所主接线图、车间平面布置图、车间低压配电系统图、车间平

面布线图。

学海无涯，天道酬勤，在今后的道路上，我会继续充实自己，实现自我和超越自我。