课程设计三组

课程设计

题目: 某塑料制品厂总降压变电所及配电系统设计

学院（部）： 电气与信息工程学院

专业班级 ： 电气09-4班

学生姓名 ： 杨小伟 李博 邵祥 高运福 储昭节

指导老师 ： 杨岸

时 间 ： 2012-07-03

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前言

该设计是为某塑料制品厂总降压变电所及配电系统设计，电压等级为35kV，首先，本设计根据厂方给定的全厂各车间电气设备及车间变电所负荷的原始数据以及供用电协议，本厂负荷性质，气象条件，地质及水文条件。根据所学知识进行电力负荷计算，然后根据计算负荷的结果分析选定主变压器和各车间变电所的变压器型号、容量等各种额定数据，依据电压等级和负荷种类设计变电所电气主接线，选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式。从经济和节能角度上综合考虑，尽量以最少的投资获得最佳的和最节能的方案。选好变压器和主接线后进行短路电流计算，对变电站系统中的各个电压等级下的母线发生三相短路时，所流过的短路电流进行了分别计算。再根据短路计算结果校验各电气设备的动稳定和热稳定以及一些特殊电气设备的校验，最终确定各电气设备的型号。在设计过程中根据电力部门对工厂功率因数的要求计算出需要补偿的无功功率并以此选择相应的补偿电容器。然后对线路设定短路点进行短路电流的计算作为各设备的选型依据。对电气设备进行选择，电气设备的选择条件包括两大部分：一是电气设备所需要满足的基本条件，即按正常工作条件选择，并按短路状态校验动、热稳定；二是根据不同电气设备的特点而提出的选择和校验项目。考虑到对变压器的保护在设计中对主变压器设置了以下继电保护：瓦斯保护、过电流保护和电流速断保护。

通过本次课程设计，旨在熟悉变电所中供电系统的负荷计算，掌握变电所中二次回路的基本原理，在次基础上对供电系统中的变电所二次接线进行了设计和保护，最后根据具体环境条件对电气设备进行校验，使本次设计的内容更加完善。

关键词：变电所 配电系统 负荷和短路计算 设备选型

I

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目录

前言 .......................................................................................................................................................................1 1设计任务 ............................................................................................................................................................1

1.2 设计内容 ...............................................................................................................................................1 1.3 设计要求 ...............................................................................................................................................1 1.4 设计依据 ...............................................................................................................................................1 2 负荷计算、无功补偿及变压器选择 ...............................................................................................................2

2.1 负荷计算 ...............................................................................................................................................2 2.2 无功功率补偿计算 .............................................................................................................................4 2.3主变压器的要求与选择 ........................................................................................................................4

2.3.1 各变电所变压器选择 ...............................................................................................................5

3 电气主接线图 ...................................................................................................................................................7 4 架空线的选择 ...................................................................................................................................................8 5 短路电流的计算及电气设备的选择 ...............................................................................................................9

5.1短路电流的计算 ....................................................................................................................................9

5.1.1三相短路电流的计算目的 ........................................................................................................9 5.1.2短路电流的计算公式（标幺值计算方法）： ..........................................................................9 5.1.3各母线短路电流列表 ................................................................................................................9 5.2电气设备的选择 .................................................................................................................................. 11

5.2.1电气设备选择的原则 .............................................................................................................. 11 5.2.2高低压设备的选择 .................................................................................................................. 11 5.2.3 10kv高压侧电气设备选择 ....................................................................................................13 计算过程如下： .................................................................................................................................13

6．继电保护配置 ...............................................................................................................................................16

6.1主变压器保护 ......................................................................................................................................16

6.1.1瓦斯保护 ..................................................................................................................................16 6.1.2电流速断保护 ..........................................................................................................................16 6.1.3过电流保护 ..............................................................................................................................17 6.1.4过负荷保护 ..............................................................................................................................18 6.2 35KV进线线路保护过电流保护 ......................................................................................................18 6.3 10KV线路保护 ..................................................................................................................................19 7 防雷和接地装置的确定 .................................................................................................................................20

7.1防雷装置确定 ......................................................................................................................................21 7.2直击雷的防治 ......................................................................................................................................21 7.3雷电侵入波保护 ..................................................................................................................................22 7.4接地装置确定 ......................................................................................................................................22 8．变电所内外布置情况 ...................................................................................................................................23

8.1概述 ......................................................................................................................................................23 8.2室内布置 ..............................................................................................................................................23 8.3室外布置 ..............................................................................................................................................23 9 工厂的电能节约 .............................................................................................................................................23

I

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9.1 电能节约的意义 ................................................................................................................................ 24 9.2 电力变压器的经济运行 .................................................................................................................... 24 课程设计心得 .................................................................................................................................................... 25 致谢 .................................................................................................................................................................... 26 参考文献： ........................................................................................................................................................ 27

II

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1设计任务 1.1 设计原则

由于该厂属于二类负荷，因此其是电力系统网络结构的重要组成部分。所以应和电气设计的原则一致，即应满足可靠性、灵活性、经济性。 1.2 设计内容

设计某塑料制品厂全厂总降压变电所及配电系统设计。 1.3 设计要求

1.No1，No2，No5车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器。且No1，No2为明备用，No5为暗备用。

2.主变压器设置两台，且暗备用。 3.两条架空线选择为明备用。 1.4 设计依据

(1)本厂设有薄膜、单丝、管材、注射等四个车间，设备选型全部采用我国新定型设备其外还有辅助车间及其它设施。

(2)全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380伏侧）。 (3)本场与电业部门的供电协议：

1)该厂由处于厂南侧一公里的110/35千伏变电所用35千伏架空线路向其供电，该所在城南侧1km。

2)电业部门变电所配出线路定时限过电流保护装置的整定时间为2s，工厂配电所应不大于1.3s。

3)在总配变点点所35kv侧计量。 4)工厂的功率因数值要求在0.9以上。

5)供电系统技术数据：电业部门变电所35kv母线为无限大电源系统，其短路容量200兆伏安

(4)生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用时间为5000小时，属于二级负荷。 (5)本厂自然条件：

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1)本地区最热月平均最高温度为35摄氏度。

2)土壤中0.7—1深处一年最热月平均温度为20摄氏度。 3)年雷暴日为30天。 4)土壤冻结深度为1.10米。 5)主导风向夏季为南风。 (6)地质水文条件：

1)本厂地表面比较平坦，土壤主要成分为积土及砂质粘土，层厚为1.6—7米不等。 2)地下水位一般为0.7米， 3)地耐压力为20吨/平方米。

2 负荷计算、无功补偿及变压器选择

2.1 负荷计算

根据公式： PjsKx*Pe

QjsPjs*tan SjsPjs/cos

分别计算出各车间的有功和无功功率及视在功率的计算值填入表2-1

表2-1 全厂各车间电气设备及车间变电所负荷计算表（380伏侧） 序 号 （1）NO1变电所 1 2 3 4 5 6 7

车间或 用电设 备组名 称 设备 需要系容量数 (千Kx 瓦) 功率因数 Cos功率因数脚正切tan 有功 计算负荷 无功 视在 Pjs (千瓦) Qjs (千乏) Sjs (千伏安) 薄膜车间 原料库 生活间 成品库（一） 成品库（二） 包装材料库 小计 1400 0.6 30 10 25 24 20 0.25 0.8 0.3 0.3 0.3 0.6 0.5 1 0.5 0.5 0.5 — 1.33 1.73 0 1.73 1.73 1.73 — 840 7.5 8 7.5 7.2 6 876.2 1117．2 12.975 0 12.975 12.456 10.38 1165.986 1400 15 8 15 14.4 12 14.4 1509 — 2

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（2）NO2变电所 1 2 3

（3）NO3变电所 1 2 3 （4）NO4变电所 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

（5）NO5变电 1 2 3 4 5 6 7 8 9 锅炉房 实验室 辅助材料库 油泵房 加油站 办公室招待所食堂 小计 全厂合计 乘以参差系数全厂合计（Kp=0.9， 200 125 110 15 10 15 475 0.7 0.25 0.2 0.65 0.65 0.6 — 0.75 0.5 0.5 0.8 0.8 0.6 — — 0.88 1.73 1.73 0.75 0.75 1.33 — — 140 31.25 22 9.75 6.5 9 218.5 2610 2349 123.2 54.0625 38.06 7.3125 4.875 11.97 190.481 3369.144 3200.687 186.667 62.5 44 12.1875 8.125 15 328.48 4319.342 3970.1 备料复制车间 生活间 浴室 锻工车间 原料生活间 仓库 机修模具车间 热处理车间 铆焊车间 小计 138 10 3 30 15 15 100 150 180 1 0.6 0.8 0.8 0.3 0.8 0.3 0.25 0.6 0.3 — 0.5 1 1 0.65 1 0.5 0.65 0.7 0.5 — 1.73 0 0 1.17 0 1.17 1.73 1.02 1.73 — 82.8 8 2.4 9 12 4.5 25 90 54 287.7 143.244 O 0 10.53 0 5.625 43.25 91.8 93.42 387.509 165.6 8 2.4 13.846 12 9 38.462 128.571 108 482.63 注塑车间 管材车间 小计 1 880 0.4 0.35 0.6 0.6 — 1.33 1.33 — 75.6 308 383.6 100.548 409. 510.188 126 513.333 639.333 单丝车间 水泵及设备 小计 1385 0.6 20 0.65 1405 — 0.6 0.8 — 1.33 0.75 — 831 13 844 1105.23 9.75 1114.98 1385 16.25 1401.25 1069 — 5099 — Kq=0.95） 3

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2.2 无功功率补偿计算

此设计采用补偿电容器方法改善功率因数设计思路如下：

依据设计依据（4），要求本厂功率因数在0.9以上，而本厂的无功功率明显大于有功功率：

cos=2349/3970.1=0.592

远远小于要求的功率因数，所以需要进行无功补偿，为了计算方便，这里选择功率因数为0.93.

Qc=Pjstan1Pjstan2=2349tan(arccos0.592)-2349tan(arccos0.93)=2269.5Kvar 有计算数据可以得到要补偿的功率，总共补偿2400kvar，故选用24个BWF6.3-100-1并联电容器进行补偿。 2.3主变压器的要求与选择

由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。根据主变压器的确定原则：若发电机电压母线上接有两台或以上主变压器，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器在允许正常过负荷范围内应能输送剩余功率的70%以上。

若为暗备用时每台容量按SN.T≥0.7×2349/0.93kVA=1768.06kVA，须选两台S9-2000/35型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yd11。

因此无功补偿后工厂380V侧和35KV侧的负荷计算如表2-2所示。 查表得：

空载损耗 P0=3.4Kw； 负载损耗 Pk=19.80kw； 空载电流 I0%=1.1； 阻抗电压 Uk%=6.5； 重量 4.175t 规矩 820mm

主变压器功率损耗：

S1/2SN0.5*2525.81262.9KVAPT=n*P01nPk(SSN)

23.419.80*0.398711.29KW

Q=n*I0(%)/100*SN+1/n*Uk(%)/100*SN*(STSN)

2

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1.1/100*20006.5/100*2000*0.398773.831Kvar

或者利用经验公式：

PT0.015S0.015*1262.918.94KW

Q0.06S0.06*1262.975.77KVar

T

表2-2 无功补偿后工厂的计算负荷 项目 cos¢ 计算负荷 Pjs/kW 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 35KV侧负荷总计 0.92 0.5874 0.9465 2349 22.58 2371.58 2349 Qjs/kvar 3200.687 -2400 800.687 163.62 9.307 Sjs/kVA 3970.1 2481.7 2560.133

2.3.1 各变电所变压器选择

(1) NO1安装两台变压器互相明备用，其容量按

SN.T≥0.7×Sjs=0.7×14.4 kVA =1025.08 kVA

因此选两台S9-1250/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yd11。 (2) NO2安装两台变压器互相暗备用，其容量按

SN.T≥0.7×Sjs=0.7×1401.25 kVA =980.7kVA

因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。 (3) NO3安装一台变压器，其容量按

SN.T≥Sjs=639.333 kVA

因此选一台S9-800/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。 (4) NO4安装一台变压器，其容量按

SN.T≥Sjs=485.879 kVA

因此选一台S9-500/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。 (5) NO5安装两台变压器互相暗备用，其容量按

SN.T≥0.7×Sjs=0.7×328.48 kVA =229.936kVA

因此选两台S9-250/10型低损耗配电变压器，其联接组别采用Yyn0。

表2-3 各变压器型号及其参数

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型号 额定电压/kV 高压 主变压器两台暗备用 S9-2000/35 S9-1250/10 35 10 低压 10.5 0.38 Yd11 Yd11 连接组别 损耗/W 空载电流 3400 2200 阻抗电压 19800 16300 1.1 1.3 6.5 6.5 空载电阻抗电流（%） 压（%） NO1两台明备用 NO2两台明备用 S9-1000/10 10 0.38 Yyn0 1800 13500 1.4 6.5 NO3选一台 NO4选一台 S9-800/10 S9-500/10 S9-250/10 10 10 10 0.38 0.38 0.38 Yyn0 Yyn0 Yyn0 1540 1080 0 11000 7700 4400 1.5 1.9 2 6.5 6.5 6.5 NO5两台暗备用

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3 电气主接线图

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4 架空线的选择

1.由于本厂由电业部门某一110/35千伏变电所供电且两台主变压器互相暗备用，按照要求架空线选择两条互相明备用。

2.架空线截面积的选择

根据要求并结合电力电缆的截面选择：当电缆的最大负荷利用小时数Tmax>5000h，长度超过20m以上，均应按经济电流密度选择。

1).按经济电流密度选择导线截面积 线路的负荷为：165.171+2560.133=2725.304 线路在工作时的最大工作电流：

'Ig=Sis/（3*UN）=2725.304/（3*35）=44.956A

该生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用时数为5000小时，属于二级负荷。其钢芯铝线的电流密度J=1.15所以导线的经济截面面积：

SJ=Ig/J=44.956/1.15=39.09mm2

考虑到线路投入使用的长期发展远景，并结合本地区气象条件，选用截面积为50 mm2的导线，所以35KV架空线为LGJ-50的导线。

2).按长时允许电流校验导线截面积。

查表得LGJ-50型裸导线的长时允许电流Iy=220A(025C)当环境温度为35度时，导线最高工作温度为70度。

由综合修正系数

K(1)(10)

则其长时允许电流为：

'IyIy[(10)/(10)]1/2=220*0.88=193.6A

' 当一台变压器满载，一条输电线检修时导线负荷最大，这时的负荷电流为：IN=SN/（3*UN）=2000/(3*35)=33A。由于IN3).按电压损失校验

查表得LGJ-50导线的单位长度电阻和电流为：

R0=0.65  L=1km 选取 X0=0.42 

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线路总的电压损失为：

U=( P*R+ Q*X)/Un=(2349*0.65+0.42*3200.687)/35V=82.03V

电压损失百分比为：

U%=U/Un=0.0023<0.05

所以导线符合要求。

4).按机械强度校验

钢芯铝线非居民区35KV最小允许截面为10 mm2所以符合要求。

5 短路电流的计算及电气设备的选择

5.1短路电流的计算

5.1.1三相短路电流的计算目的

为了保证电力系统安全运行，选择电气设备时，要用流过该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证设备在运行中能够经受住突发短路引起的发热和点动力的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，继电保护装置将自动地使有关断路器跳闸。继电保护装置的整定和断路器的选择，也需要短路电流数据。

5.1.2短路电流的计算公式（标幺值计算方法）：

基准容量Sd=100MVA，Soc200MVA基准电压Uav=37KV，Ud210.5KV (1)电力系统的电抗标幺值: X1*=Sd/Soc

*2 (2)电力线路的电抗标幺值: XL X0LSd/Uav* (3)电力变压器的电抗标幺值: XTUK%Sd/100SN * (4)三相短路电流周期分量有效值: I(3)Id/X (3) (5)短路点处的次暂态短路电流: I(3)II(3)

(6)短路冲击电流： ish2.55I\"(3)（高压系统） (7)冲击电流有效值: Ish1.51I\"(3)（高压系统）

* (8)三项短路容量： S(3)Sd/X

(2)(2)(3)(3) (9) I(2)0.866I(3)， ish0.866ish， Ish 0.866Ish

5.1.3各母线短路电流列表

根据下图和以上公式计算母线短路电流：

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图3-1 短路计算电路

图3-2 短路计算等效 由 X1*=Sd/Soc得X1*=100/200=0.5

*XL=0.031

XT1XT2=6.5*100/2*100=3.25

X(k1)=0.5+0.031=0.531

I(3)Id/X=100/(3*37*0.531)=2.939kA

X(k2)=0.5+0.031+0.5*3.25=2.156

表5-1 母线短路电流列表 短路计算点 三相短路电流/KA 三相短路容量/MVA I最大运行方式 最小运行方式 K-1 K-2 K-1 K-2 (3)K I(3) 3.03 2.55 2.95 1.46 10

(3)I (3)ish (3)Ish (3)SK 3.03 2.55 2.95 1.46 3.03 2.55 2.95 1.46 7.73 6.50 5.482 2.69 4.58 3.85 3.22 1.59 194.33 46.38 1.04 26.46

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5.2电气设备的选择

选用高压开光，要根据使用环境决定户内还是户外型，根据开关柜数量的多少和对可靠性要求来确定使用固定式还是手车式开关柜。固定式开关柜价格便宜些，但是灵活性不如手车式。对于可靠性要求不高，开关柜台数又较少的，尽量使用固定式。选择开关柜后，柜中主要的部件要进行分断电流、动稳定、热稳定、运行工作状况的校验。 5.2.1电气设备选择的原则 1）额定电压

根据上述短路电流的计算结果，按照设计思路中按正常工作条件选型，按短路情况进行校验的思想，选择是，一般可按照电气设备的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压USN的条件选择，即

UNUSN

2）额定电流

电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度0下，电气设备的长期允许电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即

INImax

3）以及短路计算结果和实际情况作出合理选择。 5.2.2高低压设备的选择

有以上计算可知变压器的最大持续工作电流为

Imax1.05SN1.05200034.A 3UN335 根据主变压器回路的UNS，Imax及安装要求，可选SW2-53/600断路器，固有分闸时间tin和燃弧时间ta均为0.06s。后备保护时间最大为tpr21.3s

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短路热稳定计算时间为

tktpr2tinta1.30.060.061.42s

由于tk1s，不计非周期热效应。短路电流的热效应Qk等于周期分量热效应Qp，即

22I''210Itk3.032103.0323.032/2ItkQktk1.4213.04[(kA)2s]

1212而QtIt2t6.624174.24(kA)2s

显然QkQt，热稳定满足要求 冲击电流为

ish1.82I''2.553.037.7kA，ies17kA，iesish满足要求

额定开断电流INbr6.6kA，I''3.03kA，INbrI''满足要求 综上可知SW2-53/600断路器校验成功； 校验隔离开关GW5-35G过程如下；

QtIt2t16241024kA2s，显然QkQt，热稳定满足要求

ies72kA，iesish满足要求

下面是各总配变电所的高低压设备选型情况确定如下：

1） 35Kv高压侧设备选择 35Kv测设备选择如下表4-1

表4-1 35Kv高压侧设备选择

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计算数据 高压断路器 SW2-35/600 U=35KV I=42.2A 35KV 600A 6.6kA 隔离开关 GW5-35G 35KV 600A 电压互感器 电流互感器 JDJJ2-35 LB-35 35KV 35KV 2*200/5 避雷器 Fz-35 35KV 备注 Ik3.03kA (3)ish=7.73 17KA 42KA 3.3*2002 KA 2i*4=3.06.6*4 220*4 2 (1.3*200)2 32*4 Sk=194.33MVA 400MVA

5.2.3 10kv高压侧电气设备选择 计算过程如下：

短路热稳定计算时间为

tktpr2tinta1.30.050.061.41s

由于tk1s，不计非周期热效应。短路电流的热效应Qk等于周期分量热效应Qp，即

22I''210Itk2.552102.5522.552/2ItkQktk1.419.23[(kA)2s]

1212而QtIt2t1622512(kA)2s

显然QkQt，热稳定满足要求 冲击电流为

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ish1.82I''2.552.556.50kA，ies40kA，iesish满足要求

额定开断电流INbr16kA，I''2.55kA，INbrI''满足要求 综上可知SW2-53/600断路器校验成功； 校验隔离开关GW5-35G过程如下；

QtIt2t20241600kA2s，显然QkQt，热稳定满足要求

ies52kA，iesish满足要求

1) 10Kv中压侧设备选择见表4-2

表4-2 10Kv中压侧设备选择 计算数据 U=10KV I=34.49A 高压断路器 SN10-10I 10KV 630A 16KA 40KA 隔离开关 GN6-10/600 10KV 600A 52KA 电流互感器 LA-10 10KV 100/5 备注 采用GG-10-54高压开关柜 IK=2.55KA (3)ish=6.55KA 2i*4=160*1002 162*4 202*4 (90*100)2 2.572*4 SK=46.7MVA 300MVA 基于前面的校验过程，10KV侧可以选用采用GG-10-54高压开关柜这里我们选择KYN28A-12型

金属铠装移开式开关柜，系三相交流50Hz的户内成套配电装置，用于接受和分配3～10

千伏的网络电能并对电路实行控制保护及监测。本开关柜能满足GB3096、DL404、IEC-298等标准要求，并具有防止误操作断路器，防止带负荷推拉手车，防止带电关合接地开关，防止接地开关在接地位置送电和防止误入带电间隔，即简称的“五防”。其技术参数如下表。

表4-3 开关柜技术参数

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项 目 额定电压 1min工频耐受电压压 雷电冲击电压 额定频率 额定电流 4s热稳定电流（有效值） 额定动稳定电流（峰值） 防护等级 单位位 Kv Kv Kv Hz A KA KA 数 据 3.6 7.2 12 42 75 50 630、1250、1600、2000、2500、3150 20、25、31.5、40 50、63、100 外壳IP4X、断路器室门打开为IP2X 额定绝缘水平 NO1开关柜校验

(3)动稳定校验：Ies=100kA>66.21kA=I

热稳定校验：I2tt=00>I∞(3)2tmin =3941.79

NO2开关柜校验

(3)动稳定校验：Ies=100kA>66.91kA=I

热稳定校验：I2tt=00>I∞(3)2tmin =4024.92

NO3开关柜校验

(3)动稳定校验：Ies=100kA>66.80kA=I

热稳定校验：I2tt=00>I∞(3)2tmin =4012.21

NO4开关柜校验

(3)动稳定校验：Ies=100kA>66.73kA=I

热稳定校验：I2tt=00>I∞(3)2tmin =4021.29

NO5开关柜校验

(3)动稳定校验：Ies=100kA>66..67kA=I

热稳定校验：I2tt=00>I∞(3)2tmin =3995.91

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2)0.38KVA侧设备选择

0.38KVA侧设备选择采用BFC-0.5G-08低压开关柜。

6．继电保护配置

6.1主变压器保护

电力变压器继电保护配置的一般原则：

(1)．装设过电流保护和电流速断保护装置用于保护相间短路；

(2)．800kVA以上油浸式变压器和400kVA及以上车间内油浸式变压器应装设气体保护 装置用于保护变压器的内部故障和油面降低；

(3)．单台运行的变压器容量在10000kVA及以上和并列运行的变压器每台容量在6300kVA及以上或电流速断保护的灵敏度不满足要求时应装设差动保护装置用于保护内部故障和引出线相间短路；

(4)．装设过负荷保护和温度保护装置分别用于保护变压器的过负荷和温度升高。 由于我们变压器的视在功率为500HZ，所以我们不需要采用温度保护。

对于本设计中高压侧为35KV的工厂总降压变电所主变压器来说，应装设瓦斯保护、过电流保护和电流速断保护。 6.1.1瓦斯保护

防止变压器内部短路及油面降低，轻瓦斯动作于信号 ，重瓦斯动作于跳闸，本次采用FJ-80型开口杯挡板式气体继电器。 6.1.2电流速断保护

防止变压器线圈和引出线多相短路，动作与跳闸。

IqbKrelKwIk.max

KiKT式中Ik.max为变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值。Krel为可靠系数.

KT为变压器的电压比。

在此设计中IK.maxIK22.57, Krel1.3,Kw1,Ki20040 5因此速断电流：

Iqb1.41147013.65A

403.5灵敏度校验：

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KpIk.min IOP.1式中 Ik.min 为在电力系统最小运行模式方式下，变压器高压侧的两相短路电流。

IOP.1为速断电流验算到一次电路的值（单位为A）。 在此设计中

Ik.min0.8662.952.56KA Kp

6.1.3过电流保护

防止外部相间短路并作为瓦斯保护和电流速断保护的后背保护，动作与跳闸，本次采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。

因为高压侧有I1N=2000/（35×3）=32.99A，电流互感器采用三角形接法，计算电流互感器变比Ki =（32.99×3）/5 = 57.1/5，选用电流互感器变比Ki =100/5=20

KrelKIopIL.maxKreKi

式中ILmax为变压器的最大负荷电流，可取为I1NT为变压器的一次额定电流，Krel保护装置的可靠系数，对定时限可取1.2，反对时限取1.3；

Ik.min2.564.691.5 IOP.140.136Kw为保护装置的接线系数，对相电流接线取1，对相电流差接线取3；Kre为电流继电器的返回

系数，对于感应式电流继电器GL-15/10来说，应取0.8；Ki为电流互感器的变比。

在该厂设计中：

IL.max2I1NT2200033565.98A

取Krel1.3，Kre0.8，Ki20040，

5动作电流为： IOP1.3165.983.082,因此整定值为3A。

0.840过电流保护动作时间整定计算

t1t2t

t2在变压器低压侧保护装置发生式中t1为变压器母线发生三相短路时高压侧继电保护的动作时间，

低压母线发生三相短时的一个最长的动作时间，t为前后两级保护装置时间级差，对定时限过电流保护，可取0.5s，对反时限过电流保护可取0.7s。

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灵敏度校验：

SPIKmin1.5 IOP.1式中IK.min为在电力系统最小运行方式下，低压母线两相短路电流折合到变压器高压侧的值；IOP.1为继电保护的动作电流换算到一次电路的值，称为一次动作电流（单位为A）。

如果作为后备保护，由

I(2)min在此设计中

33I(3)min1.471.27KA 22Iop.1灵敏度为：

SPIopKiKw1.2733.5210A

12101.7031.5，灵敏度校验满足要求。

430.82

6.1.4过负荷保护

动作电流整定计算

IOP(OL)1.25INT KI式中INT为变压器的额定一次电流，Ki为电流互感器的电流比。

IOP(OL)1.2565.972.06A 40动作时间的整定计算

top(ol)0.5s

6.2 35KV进线线路保护过电流保护

由于电流速断保护不能保护线路全长，因此由过电流保护作为其后备保护，同时防止速度按保护区域外部的相间短路，保护动作与跳闸。

1.过电流保护动作电流的整定计算

KrelKwIopILmaxKreKI

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式中：ILmax线路最大负荷电流，可取为(1.5-3)I30为线路计算负荷电流。 Krel保护装置的可靠系数，对GL型取1.3；

Kw保护装置的结线系数，对相电流结线为1，对相电流差结线取3。

Kre电流继电器的返回系数，对于感应式电流继电器GL-15/10来说应取0.8。k电

i流互感器的变流比。

必须注意：对感应式继电器的Iop 应整定为整数，且在10A以内。在此设计中：

IL.max2I30218.637.2

Krel1.3,Kw1,Kre0.8 。

因此动作电流为：

Iop因此整定为2A。 2.过电流保护动作时间

KrelKw1.31IL.max37.21.51 KreKi0.840过电流保护动作时间整定为2s，，同时工厂配电所的定时限电流保护的整定时间不大于1.3s。

过电流保护灵敏系数的校验

kpIIk.minop.11.5

式中，IKmin 在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路； Iop1为继电保护的动作电流换算到一次电路的值，称为一次动作电流。 3.如果作为后备保护，则灵敏系数kp1.2即可。在此设计中

2Ik.minIk1210A

Iop.1IopKi/Kw1.5140/160.4

因此其保护灵敏系数为:

kp灵敏度系数满足要求。

6.3 10KV线路保护

过电流保护：防止电路中短路电流过大，保护动作与跳闸。

1.过电流保护动作电流的整定计算

2103.51.5 60.419

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KrelKwILmaxKreKI

式中：ILmax线路最大负荷电流，可取为(1.5-3)I30为线路计算负荷电流。 Krel保护装置的可靠系数，对GL型取1.3；

IopKw保护装置的结线系数，对相电流结线为1，对相电流差结线取3。

Kre电流继电器的返回系数，对于感应式电流继电器GL-15/10来说应取0.8。k电流

i互感器的变流比。

必须注意：对感应式继电器的I0p应整定为整数，且在10A以内。在此设计中：

IL.max2I30234.4968.98

Krel1.3,Kw1,Kre0.8 ，

因此动作电流为：

因此整定为6A。 2.过电流保护动作时间

过电流保护动作时间整定为2s，，同时工厂配电所的定时限电流保护的整定时间不

大于1.3s。

3.过电流保护灵敏系数的校验

IopKrelKw1.31IL.max68.985.6 KreKi0.820kpIIk.minop.11.5

式中，IKmin 在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路；

Iop1为继电保护的动作电流换算到一次电路的值，称为一次动作电流。

如果作为后备保护，则灵敏系数kp1.2即可。在此设计中 Ik.minI2k12103.5735A

Iop.1IopKi/Kw5.620/1112

因此其保护灵敏系数为: kp灵敏度系数满足要求。

7356.561.5 1127 防雷和接地装置的确定

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7.1防雷装置确定

雷电引起的大气过电压会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此在变电所必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。下面分情况对防雷装置进行选择。

FV10KVABC外壳Nacc380V

图7-1

7.2直击雷的防治

根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置。在进线段的1km长度内进行直击雷保护。防直击雷的常用设备为避雷针。所选用的避雷器：接闪器采用直径10mm的圆钢；引下线采用直径6mm的圆钢；接地体采用三根2.5m长的

50mm50mm5mm的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。

21 10KV35KVQF避雷线 1-2kmF2F1F3电气工程及其自动化专业课程设计

图7-2

7.3雷电侵入波保护

由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。为了其内部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。 7.4接地装置确定

接地装置为接地线和接地体的组合，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。，经校验

（1）确定接地电阻值。

RE1(3)2000(1)IIk=1.01kA ，k3Ik(1)RE1.98

（2）接地装置的初步方案。

本厂的大接地体采用扁钢，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。

（3）计算单根钢管接地电阻

经查表得砂质粘土的电阻率100m。单根钢管接地电阻

RE(1)1002.540

（4）确定接地钢管数和最终接地方案

根据RE(1)RE40410，考虑到管子之间的电流屏蔽效应，初选15根直径50mm,长2.5m的钢管作接地体。

以n15和al5m2.5m2查表（取n10和n20在al2时的E值的中间值），可得E0.66。

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nRE(1)ERE4015

0.664考虑到接地体的均匀对称分布，选16根直径为50mm，长2.5m的钢管作接地体，管距5m，用603mm2的扁钢连接，环形布置。

8．变电所内外布置情况

8.1概述

变电所配电装置是根据电气主接线的方式，由开关电器、保护和测量电气、母线和必要的辅助设备组建而成的总体装置。其作用是在正常情况下接受和分配电能，而在系统发生故障时迅速切断故障部分，维持系统正常运行。由于该设计是为35KV地面变电所一次设计，并且该变电所是针对全场全年生产能力为某塑料制品厂设计的，根据基本要求。变电所内一次设备主要有：两台主要变压器（S9-2000/35）和多油断路器，隔离开关，电源变压器，所用变压器，避雷针，高压开关柜进线柜等。

8.2室内布置

整个主控制室和高压配电室坐南朝北，这样便于主控制室采光，变电所房屋建筑布置

见室内平面图。

主控制室内装设有低位配电屏，主变保护屏，信号，信号继电器及电度表屏，主变保护控制屏，主变控制屏，信号布置在北侧，正对着值班人员。

母线的配电装置分别设在两个单独的房间内，两个配电室之间通过两面双开钢门相连接，另外两个配电室来由一个外开式双开钢门。 电容器应单独放置在一个房间内。 8.3室外布置

35KV电源线由变电所东部引进，配电装置采用低式布置，避雷器，电源变压器及它的保护用的熔断器，低式布置在母线两端，避雷器，电源变压器布置在主控制器的东侧，6KV高压电缆从高压配电室引进来，低电压经穿墙套管进入主控制室，配电装置间隔为5米，进线相间距离为1.3米，最大允许尺度为0.7米。

9 工厂的电能节约

电能是现代化生产的主要动力来源，电能的供应是保证实现社会现代化的必要条件，

我国的电能消耗量与日俱增。从我国国情出发，供用电环节的“节能降耗”是实现“节能

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减排”国策的基础，它必将成为我国转变经济方式、使国民经济有可持续发展的重要手段之一。因此，优化运行管理，减小电能损耗，做好节电工作，保证电能质量，降低运行成本，应是管理者和工程技术人员的工作重点和首选课题。

9.1 电能节约的意义

电能是一种很重要的二次能源。由于电能与其他形式的能量相互转换容易，其输送、分配和控制简单经济，电能的应用极为广泛，几乎渗入社会生活的各个方面，特别是在工业生产中。因此，电能的节约就尤为重要了。

从我国电能消耗的情况来看，大约70%的电能消耗在工业部门，所以工厂的电能节约特别值得重视。节约电能，不只是减少工厂的电费开支，降低工业产品的生产成本，可以为工业积累更多资金，更重要的是，由于电能能创造比它本身价值高几十倍甚至上百倍的工业产值，因此多节约1KW.h的电能，就能为国家创造很多财富，有力地促进国民经济的发展。由此可见，节约电能具有十分重要的意义。

9.2 电力变压器的经济运行

对于主变压器S9-2000/35（Yd11）经济负荷计算如下：

由查表得数据如下：P03.4kw，Pk19.8kw，I0(%)1.1,Uk(%)6.5

Q020000.011kvar22kvar QN20000.065kvar130kvar

对经两级变压的工厂可取Kq0.05~0.08 取无功功率经济当量Kq0.07 两台变压器经济运行的临界负荷计算

ScrSN2(P0KqQ0)(PkKqQN)200023.40.07221169.4KVA

19.80.07130因此当负荷S<1169.4KVA时，宜于一台运行；反之两台

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课程设计心得

经过短短的两个周的课程设计，不仅检验了我们六个学期的理论学习结果而且也让我们深刻体会到了要出色的完成一个工作需要大家的共同的合作，单凭一人之力是很困难的，也是很不实际的。短短的两个周让我学到了很多知识，认识到课堂上的学习与现实中的实践是有很大差别的，要做到学以致用是需要下一番苦功夫的。不能单凭感觉，因为他很会误导我们是我们变得自以为是，深陷歧途。

首先在做这次课程设计时感到不知所措，在通过老师的指导和我们大家的共同探索下，使我们对这个课程设计不在感到困惑，逐渐的有了自己的思路和框架。然后我们通过查阅资料，回忆三年来所学的相关课程，根据自己的想法草拟出了自己的设计大纲，并根据自己的设计思路分步进行逐个解决，把不懂的地方和有瑕疵的方面和同学们讨论，请求老师的指导，也可以通过网络查询解决问题。所以这也是我的一个收获，总结了许多解决问题的办法。最后再根据自己的经验和学习，提出一些具有创新性的方案或在某一个环节中的一个具有独特性的想法，加入到课程设计中，整理自己的课程设计修改其中的错误和不足。经过整个课程设计的制作让我们对以前学的知识得到了巩固，并且对以后的工作和

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学习都有很好的借鉴意义，同时也检验了自己的不足。

然而在这次的课程实习中让我不仅仅感受到了，动手的重要性同样也让我体验到了，在工作中作为一项事务的负责人要做的事情不仅仅局限于把任务分配给大家，更重要的是要协调好大家，了解每个人的长处分配给合理的任务，同时也要督促大家，并且能够在陌生地方能给大家指出方向带领大家解决困境。我认为在以后的学习和生活中我要加强自己的管理能力和协调大家的能力，不能只专注于学习，要各方面共同发展，要不断的锻炼自己，为自己在以后的生活中和工作中能够左右逢源得心应手良好地基础，在这次的课程实习中大家都很用心，课程设计完成的很好，我们大家的合作很融洽，在课程设计中大家互相帮助，学到了很多课本上无法学到的知识。

总之通过这次课程实习我们不仅学会了什么是学以致用同时也学会了合作，而且也增加了我们彼此之间的友谊。我觉得这次的课程设计也会为我们下学期的毕业设计打下了坚实的基础。

致谢

此次课程设计得到了杨岸老师的精心修正和曹朋怀指导老师的耐心指导，在设计的过程中提出了许多宝贵的意见和经验，并提供了大量的资料。在此对他们的无私奉献表示衷心感谢。

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参考文献：

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