机电一体化变压器电气设计毕业设计

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作毕业设计（论文）题 目： 永济机械厂10kv降压变电所的电气设计 年级专业： 机电1072班 学生姓名： 张爱民 指导教师： 周迎春 2010年5 月20日摘 要电能是现代人们生产和生活的重要能源。电能可由其他形式的能转换而来，也可简便地转换成其他形式的能。电能的输送，分配，调试，控制和测试等简单易行，有利于实现生产过程的自动化，因此，在工矿企业，交通运输，人民生活中得到广泛应用。电力工业是国民经济重要的部门，是现代化建设的基础。本次设计主要是有关工厂降压变电所设计方面的内容，本说明书中主要叙述了工厂降压变电所设计方法、和其他要求的确定供电

2、系统的主要电气设备，供电系统的接线和结构，负荷计算和断路计算，电线和导线的选择及校正，断电保护装置及二次系统，防雷；接地及电气安全，电气照明技术，工厂供电系统的经济运行，工厂供电系统的运行维护和检修，实验与实践等。本次工厂降压变电所的设计，它从多方面体现出了工厂供电的重要性工厂总降压变电所的位置和形式选择参考电源进线方向,综合考虑设置总降压变电所的有关因素,确定变压器的台数和容量.工厂总降压变电所主结线方案设计根据变电所配电回路数,确定变电所高,低接线方式，系统短路电流计算由系统不同运行方式下的短路参数,求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流.负荷计算及无功功率补偿负荷计算的方法有需要系数

3、法,利用系数法及二项式等几种.本设计采用需要系数法确定.【关 键 词】 电气设计 功率补偿 负荷计算 防雷与接地 主变压器 一次设备的选择与校验 二次回路方案的选择目 录前言1第一章 电气设计的一般原则.设计内容及步骤2 1.1、电气设计设计的一般原则21.2、 设计内容及步骤2第二章 负荷计算的内容和目的52.1负荷计算的内容和目的52.2负荷分级及供电要求52.3电源及供电系统62.4电压选择和电能质量62.5无功补偿62.6低压配电72.7 变电所进出线选择和校验7第三章负荷计算和无功功率计算及补偿83.1负荷计算及无功功率补偿83.2无功功率补偿计算113.3年耗电量的估算11第四章

4、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择134.1变电所主变压器台数的选择134.2变电所主变压器容量选择134.3变电所主接线方案的选择13第五章 变电所一次设备的选择与校验-155.1变电所高压一次设备的选择155.2变电所高压一次设备的校验155.3.高压设备的热稳定性校验165.4变电所低压一次设备的选择175.5变电所低压一次设备的校验17第六章 变电所高、低压线路的选择196.1高压线路导线的选择196.2低压线路导线的选择19第七章 变电所二次回路方案选择及继电保护的整定217.1二次回路方案选择217.2继电保护的整定21第八章 防雷保护与接地装置设计248.1防雷设备248

5、.2.接地与接地装置24第九章总结26参考文献27致谢28附录29前 言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

6、，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服务，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

7、） 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。【关 键 词】 电气设计 功率补偿 负荷计算 工厂供电 防雷 主变压器 一次设备的选择与校验第一章 电气设计的一般原则.设计内容及步骤1.1、电气设计设计的一般原则 按照国家标准GB50052-95 供配电系统设计规范、GB50053-94 10kv及以下设计规范、GB50054-95 低压配电设计规范等的规定，进行工厂供电设计必须

8、遵循以下原则：（1） 遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。（2） 安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。（3） 近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。（4） 全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事

9、工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。1.2、 设计内容及步骤 全厂总降压变电所及配电系统设计，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，结合国家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。其基本内容有以下几方面。1、负荷计算 全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。2、工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计

10、算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。3、工厂总降压变电所主结线设计根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠又要灵活经济，安装容易维修方便。4、厂区高压配电系统设计根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆

11、位明细表以及工程预算书表达设计成果。5、工厂供、配电系统短路电流计算工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短 路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。6、改善功率因数装置设计按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需 移相 电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。7、变电所高、低压侧设备选择参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额

12、定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。8、继电保护及二次结线设计为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。35kv及以上

13、系统尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置图。9、变电所防雷装置设计参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地 电阻计算。10软母线制作安装1)、所用的导线及避雷线，其结构及规格应与工程设计相符，并符合国家标准的各项规定。2)、使用液压设备前，要认真检查其完好程度，以保证正常操作。对耐张线夹应使用精度为0.02mm的游标卡尺测量受压部分的内外径。3)、对使用的各种规格的耐张线夹，应用汽油清洗管内壁的油

14、垢，并清除影响穿管的锌疤及焊渣。4)、对铝绞线的外层铝股用棉纱蘸少量汽油擦净表面油垢；并涂电力复合脂，将外层铝股覆盖住。然后进行液压压接。11硬母线安装1)、母线安装前应检查支架安装面水平偏差不大于3mm，同一平面内绝缘子顶面偏差户内不大于2mm、户外不大于3mm，直线段内各绝缘子中心线偏差不大于2mm，支柱瓷瓶无损伤掉瓷，母线表面应光洁平整，不应有裂纹、变形和扭曲现象。如需整校时，应在直木板上进行，严禁用铁锤进行打击。2)、母线需制作立弯、平弯时应予先进行放样，弯曲立弯、平弯时应使用专用弯曲机进行。弯曲部分外观无断裂无明显抓皱。3)、各处接连接时所有接触面应用水磨砂纸打磨光洁，并涂抹适量的电

15、力复合脂。第二章 负荷计算的内容和目的2.1负荷计算的内容和目的1 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。2 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷

16、，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.2负荷分级及供电要求电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成的损失及影响的程度分为一级、二级、三级负荷。独立于正常电源的发电机组，供电网络中独立于正常的专用馈电线路，以及蓄电池和干电池可作为应急电源。二级负荷的供电系统，应由两线路供电。必要时采用不间断电源.一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者；或将在政治上，经济上造成重大损失者；或中断将影响有重大政治经济意义的用电单位的正常工作者。二级负荷二级负荷为中断供电将在政治上，经济上产生较大损失的负荷，如主要设备损坏，大量产品报废等；或中断供电将影响重要的用

17、电单位正常的工作负荷，如交通枢纽、通信枢纽等；或中断供电将造成秩序混乱的负荷等。三级负荷三级负荷为不属于前两级负荷者。对供电无特殊要求。2.3电源及供电系统供配电系统的设计，除一级负荷中特别重要的负荷外，不应按一个电源系统检修或者故障的同时另外一个电源又发生故障的情况进行设计。需要两回电源线路的用电单位，应采用同级电压供电；但根据各级负荷的不同需要及地区供电的条件，也可以采用不同的电压供电。供电系统应简单可靠，同一电压供电系统的变配电级数不应多于两级。高压配电系统应采用放射式。根据负荷的容量和分布，配变电所应靠近负荷中心。2.4电压选择和电能质量用电单位的供电电压应根据用电容量，用电设备的特性

18、，供电距离，供电线路的回路数，当地公共电网的现状及其发展规划等因素，经济技术比较确定。供配电系统的设计时，应正确选择变压器的变比及电压分接头，降低系统阻抗，并应采取无功功率补偿的措施，还应使三相负荷平衡，以减少电压的偏差。单相用电设备接入三相系统，使三相保持平衡。220V照明负荷，当线路大于30A时，应采用三相系统，并应采用三相五线制。这样，可以降低三相低压配电系统的不对称性和保证电气安全。当单相用电设备接入电网时，求其计算负荷是以其三相中最大的一相负荷乘以三所得。那么我们在设计中尽量或者注意使其三相平衡分布，这样单相接入的负荷就可以以其全部负荷相加即为其计算负荷。后面的负荷列表中将引用这一用

19、电思想。2.5无功补偿供配电设计中正确选择电动机、变压器的容量，降低线路的感抗。当工艺条件适当时，应采取同步电机或选用带空载切除的间歇工作制设备等，提高用电单位自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，还可以采用并联电力电容器作为无功补偿装置；合理时，还可采用同步电动机。当采用电力电容器作为无功补偿装置时，应就地平衡补偿。低压部分的无功功率应由低压电容器补偿；高压部分的无功功率应由高压电容器补偿。容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率应就地补偿、集中补偿。在环境正常的车间内，低压电容器应分散补偿。无功补偿容量应按照无功功率曲线或无功补偿计算确定。当补偿低压基本无功功率的电容器组

20、，常年稳定的无功功率，经常投入运行的变压器或配变电所内投切次数较少的高压电动机及高压电容器组时，应采用手动投切的无功补偿装置。当为避免过补偿时，装设无功自动补偿装置，在经济合理时只有装设无功自动补偿装置才能满足在各种运行负荷的情况下的电压偏差允许时，应装设无功自动补偿装置。当采用高低压自动补偿装置效果相同时，应采用低压自动补偿装置。为基本满足上述要求，我们在设计时把无功补偿装置统一装设在变压器的低压母线侧。这样的补偿，可以选择相对较小容量的变压器，节约初期投资。对于容量较大，并且功率因数很低的用电负荷采用单独集中补偿。2.6低压配电在正常环境的车间或建筑物内，当大部分用电设备为中小容量，并且无

21、特殊要求的时候，应采用树干式配电。当用电设备为大容量时，或负荷性质重要，或在有特殊要求的建筑物内，应采用放射式配电。还有一种为混合式，它兼具前两者的优点，在现代建筑中应用最为广泛。 2.7 变电所进出线选择和校验1)发热条件导线和电缆(包通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。2).电压损耗条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。3) 机械强度导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其

22、短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求第三章负荷计算和无功功率计算及补偿3.1负荷计算及无功功率补偿负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有： 1 有功功率： P30 = PeKd (1) 2无功功率: Q30 = P30 tan (2) 3 视在功率: S30 =P30/cos （3） 4 计算电流: I30 = S30/1.732UN (4)使用以上公式计算出各个车间的用电负荷机械厂负荷统计资料厂房编号厂房名称负荷 类别负荷/kw 需要系数功率因数P30(Kw)Q30(Kvar)S30(kv

23、A)I30(KA)1热处理车间动力940.510.750.8847.9442.1963.90.097照明50.914.54.50.0062铸造车间动力2720.370.71.02100.64102.65143.80.218照明230.9120.720.70.0313锻压车间动力1610.290.631.3233.6444.455.70.085照明1130.91101.7101.70.1554金工车间动力3170.230.61.2772.9192.601117.90.179照明17.30.9116.1116.110.0245工具车间动力2450.30.651.1773.5861130.172照明

24、16.50.9114.8514.850.0236电镀车间动力1650.540.7100.289.190.88126.90.193照明15.70.9114.1314.130.0217机修车间动力1070.250.651.1726.7531.341.20.063照明4.30.913.873.870.0068装配车间动力1110.40.61.3344.459.0573.90.112照明9.40.918.468.460.0139仓库照明40.913.63.60.00510实验室照明3.90.913.513.510.00511宿舍区照明2900.714.54.50.007在负荷计算时，采用需要系数法对各

25、个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。具体步骤如下。1. 热处理车间：动力部分 P30=94*0.51=26.75 Q30=26.75*0.88=42.19S30=26.75/0.75=63.9 I30=63.9/(1.732*380)=0.097照明部分，P30=5*0.9=4.5 I30=4.5/(1.732*380) =0.007 2. 铸造车间：动力部分，P30=272*0.37=100.64 Q30=100.64*1.02=102.65S30=100.64/0.7=143.8 I30=143.8/(1.732*380)=0.218照明部分， P

26、30=23*0.9=20.7 I30=20.7/(1.732*380)=0.0313. 锻压车间：动力部分，P30=161*0.29=33.64 Q30=33.64*1.32=44.4S30=33.64/0.63=55.7 I30=55.7/(1.732*380)=0.085照明部分，P30=113*0.9=101.7 I30=101.7/(1.732*380)=0.155 4.金工车间：动力部分，P30=317*0.23=72.91 Q30=72.91*1.27=92.60S30=72.91/0.6=117.9 I30=117.9/(1.732*380)=0.179照明部分，P30=17.3

27、*0.9=16.11 I30=16.11/(1.732*380)=0.0245.工具车间：动力部分，P30=245*0.3=73.5 Q30=73.5*1.17=86S30=73.5/0.65=113 I30=113/(1.732*380)=0.172照明部分，P30=16.5*0.9=14.85 I30=14.85/(1.732*380)=0.0236. 电镀车间：动力部分，P30=165*0.54=89.1 Q30=89.1*1.02=90.88S30=89.1/0.7=126.9 I30=126.9/(1.732*380)=0.193照明部分，P30=15.7*0.9=14.13 I30

28、=14.13/(1.732*380)=0.021 7. 机修车间：动力部分，P30=107*0.25=26.75 Q30=26.75*1.17=31.3S30=26.75*1.17=41.2 I30=41.2/(1.732*380)=0.063照明部分，P30=4.3*0.9=3.87 I30=3.87/(1.732*380)=0.0068. 装配车间：动力部分，P30=111*0.4=44.4 Q30=44.4*1.33=59.05S30=44.4/0.6=73.9 I30=73.9/(1.732*380)=0.112照明部分，P30=9.4*0.9=8.46 I30=8.64/(1.732

29、*380)=0.013 9.仓库： 照明部分，P30=4*0.9=3.6 I30=3.6/(1.732*380)=0.005 10.实验室：照明部分，P30=3.9*0.9=3.51 I30=3.51/(1.732*380)=0.00511.宿舍区，照明部分P30=290*0.7=203 I30=203/(1.732*380)=0.308取全厂的同时系数为：K=0.93则全厂的计算负荷为：P总=K*P30+P30=0.93*(394.43+488.88)=821.48(kw)Q总=K*Q30+Q30=0.93*(0+549.07)=510.64(kvar)S总=967.26(kvA)I总=S总

30、/UN=1.47(KA)3.2无功功率补偿计算由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为： s总=967.26(kvA)这时低压侧的功率因数为：821.48/ 967.26=0.85为使高压侧的功率因数0.92，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.92，取： 。要使低压侧的功率因数由0.85提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：=CQvar.453var)95.0arccostan85.0arccos(tan.821.48kk=-取:=453则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：AkvS=-+=6.456)453510.6(.45322)2(30计算电流AKVAKVI.693.738

31、.0732.1.456.6)2(30=变压器的功率损耗为： KWSPr.456.6015.0015.0)2(30=D6.849 KWSQr4.276.45606.006.0)2(30=D 变电所高压侧的计算负荷为：KWKWKWP. .)1(30=+=6.849821.48828.32var.85var4.27var)453510.6()1(30kkkQ=+-=AkvS=+=7.832.6.85.828.3222)1(30；AKVAKVI1.4810732.17832.6)1(30=补偿后的功率因数为：99.07.832.62.828.3cos=f满足（大于0.92）的要求。3.3年耗电量的估算

32、年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量： 年无功电能耗电量： 结合本厂的情况，年负荷利用小时数为4800h，取年平均有功负荷系数，年平均无功负荷系数。由此可得本厂：年有功耗电量：hkwhkwWap=6109.248002828.372.0；年无功耗电量：hkwhkWq=6109.14800var510.678.0a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.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GB500531994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。其设立位置参见附图一永济机械厂厂

33、区平面图。内部布置形式参见附图二永济机械厂平面布线图，附图三永济机械厂供电系统图。第四章 变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择4.1变电所主变压器台数的选择变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。4.2变电所主变压器容量选择。每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：1）任一台变压器单独运行时，2）宜满足： 3）任一台变压器单独运行时，4）应满足： ，5）即满足全部一、二级负荷需求。代入数据可得：又考虑到本厂的气象资

34、料（年平均气温为），所选变压器的实际容量： 也满足使用要求，同时又考虑到未来510年的负荷发展，初步取=1000 。考虑到安全性和可靠性的问题，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所示：SC3-1000/10额定电压/kV损耗/kWI0Uk高压低压空载负载100010.50.42.457.451.36（附：参考尺寸（mm）：长：1760宽：1025高：1655 重量（kg）：3410） 4.3变电所主接线方案的选择方案：双母线接线：双母线接线就是将工作线、电源线和出线通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组（一次/二次）母线上，且两组母线都是

35、工作线，而每一回路都可通过母线联络断路器并列运行。与单母线相比，它的优点是供电可靠性大，可以轮流检修母线而不使供电中断，当一组母线故障时，只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线，就可迅速恢复供电，另外还具有调度、扩建、检修方便的优点；其缺点是每一回路都增加了一组隔离开关，使配电装置的构架及占地面积、投资费用都相应增加；同时由于配电装置的复杂，在改变运行方式倒闸操作时容易发生误操作，且不宜实现自动化方案：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：高压采用单母线、低压单母线分段。优点：任一主变压器检修或发生故障时

36、，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，采用三方案时虽经济性最佳，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。第五章 变电所一次设备的选择与校验5.1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

37、簧操动；TA ：干热带）。其内部高压一次设备根据本厂需求选取：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（504）；TMY-3（8010）+1（606）绝缘子型号：ZA-10Y抗弯强度：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-350，无钢铠护套，缆芯最高工作温度。5.2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

38、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。设备的动稳定校验1)高压电器动稳定度校验校验条件： 由以上短路电流计算得= ；= 。并查找所选设备的数据资料比较得：高压断路器ZN24-10/1250/20 =50kA ，满足条件；电流互感器LZZQB6-10-0.5-200/5 =79kA，满足条件；JN-3-10/25接地开关=63 kA ，满足条件。2)绝缘子动稳定度校验校验条件： 母线采用平放在绝缘子上的方式，则：（其中=200mm；=900mm）。所以：= 满足要求。 3)母线的动稳定校验校验条件： TMY母线材料的最大允许应力=140MPa。10kV母线的短路电

39、流=；= 三相短路时所受的最大电动力： =母线的弯曲力矩： 母线的截面系数： 母线在三相短路时的计算应力： 可得，=140MPa=，满足动稳定性要求。5.3.高压设备的热稳定性校验1) 高压电器热稳定性校验校验条件： 查阅产品资料：高压断路器：=31.5kA,t=4s；电流互感器：=44.5kA ,t=1s；接地开关：=25kA,t=4s。取，=，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校验条件： A=查产品资料，得铜母线的C=171，取。母线的截面： A=504=200允许的最小截面： 从而，该母线满足热稳定性要求 。 3) 高压电缆的热稳定性校验校验条件

40、： A=允许的最小截面： 所选电缆YJV-350的截面 A=50从而，该电缆满足热稳定性要求 。 5.4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。部分初选设备：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（8010）+1（606）绝缘子型号：ZA-6Y抗弯强度：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。5.5变电所低压一次设备的校验由于根据低压一次设备

41、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：380kV侧母线上母线动稳定性校验：校验条件： TMY母线材料的最大允许应力=140MPa。380kV母线的短路电流=;=三相短路时所受的最大电动力为：母线的弯曲力矩： 母线的截面系数： 母线在三相短路时的计算应力： 可得，=140MPa=，满足动稳定性要求。380V侧母线热稳定性校验：校验条件： A=查产品资料，得铜母线的C=171，取。母线的截面： A=8010=800允许的最小截面： 从而

42、，满足热稳定性要求 。 第六章 变电所高、低压线路的选择6.1高压线路导线的选择为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。根据设计经验：一般10KV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。架空进线后接了一段交联聚乙烯绝缘电力电缆YJV-350做引入线（直埋），高压主接线如附图三所示。高压侧计算电流所选电缆的允许载流量：满足发热条件。6.2低压线路导线的选择由于没有设单

43、独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用VV22型铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。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，2)；3)中性线（N线）截面选择，4)这里采用的为一般三相四线，5)满足；6)保护线（PE线）的截面选择1、时，2、；3、时，4、5、时，6、7)保护中性线（PEN）的选择，8)取（N线）与（PE）的最大截面。结合计算负荷，可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为：电镀车间：VV22-1KV-3185+195 两根并联;

44、AIal.1145282264=铸造车间：VV22-1KV-3185+195 两根并联; AIal.2495282264=实验室：VV22-1KV-3150+16 Iai=345 A锻压车间： VV22-1KV-3185+195； AAIal240264=金工车间： VV22-1KV-370+150 两根并联; AAIal.2033042152=工具车间：VV22-1KV-350+135 AAIal.195203=热处理车间：VV22-1KV-3185+195 AAIal.103264=装配车间：VV22-1KV-350+135 AAIal.125129=机修车间：VV22-1KV-350+1

45、35 AAIal.69129=仓库：VV22-1KV-325+116 AAIal.587=宿舍区：VV22-1KV-3185+16 Iai=355A另外，送至各车间的照明线路采用：铜芯聚氯乙烯绝缘导线BV型号。第七章变电所二次回路方案选择及继电保护的整定7.1二次回路方案选择1)二次回路电源选择二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。 考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。2)高压断路器的控制和信号回路高压断路器的控制回路取决于

46、操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。3)电测量仪表与绝缘监视装置这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。a)10KV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，b)装设电流表一只。c)变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。d)电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。e)380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。f)低压动力线路：装设电流表一只。4)电测量仪表与绝缘监视装置在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备

47、用电源自动投入装置（APD）。7.2继电保护的整定 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

48、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。1)变压器继电保护变电所内装有两台10/0.41000的变压器。低压母线侧三相短路电流为，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： ，故其动作电流：动作电流整定为9A。b)过电流保护动作时限的整定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。c)电流速断保护速断电流倍数整定取 ，故其速断电流为： 因此速断电流倍数整定为：

49、 。2）10KV侧继电保护在此选用GL-25/10型继电器。由以上条件得计算数据：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进行整定。（高压母线处继电保护用电流互感器变比为200/5A）整定的动作电流取，故， 根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为7A 。整定的动作时限：母线三相短路电流反映到中的电流：对的动作电流的倍数，即：由反时限过电流保护的动作时限的整定曲线确定的实际动作时间：=0.6s。的实际动作时间：

50、母线三相短路电流反映到中的电流：对的动作电流的倍数，即：所以由10倍动作电流的动作时限曲线查得的动作时限：。3）0.38KV侧低压断路器保护整定项目：(a)瞬时过流脱扣器动作电流整定：满足 ：对万能断路器取1.35；对塑壳断路器取22.5。(b)短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定：满足: 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： 取1.1。(d)过流脱扣器与被保护线路配合要求：满足： ：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.

51、5；对长延时过流脱扣器，取1.11.2)。(e)热脱扣器动作电流整定：满足： 取1.1，一般应通过实际运行进行检验。第八章 防雷保护与接地装置设计8.1防雷设备1） 装设避雷针 室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。高压侧装设避雷器 这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。2)避雷针与避雷线防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。

52、接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。3) 避雷器避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，8.2.接地与接地装置1）确定接地电阻 计算单根钢管接地电阻确定接地钢管数和最后的接地方案考虑到接地体的均匀对称布置，选16mm根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体，用404mm2的扁钢连接，环形布置接地装置安装施工前检查钢材表面镀锌状况应良好，挖沟深度符合设计。接地极敷设时，应平直、牢固，跨越建筑物变形缝时有补偿装置。焊接连接的焊缝应平整、饱满、无明显气孔及咬肉缺陷，搭接时应四面搭接，搭接长度大于扁钢宽度的两倍。所有电气设备的金属外壳应直接接地，不允许用水泥杆内部钢筋接地，接地线截面应符合设计。线路走向合理，色标准确。2)接地网与自然接地体1 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。2 连接接地体与设备、装置接地部分的