第1章 任务书
时间：2021.02.15 创作：欧阳班 1.1 设计题目
某机械厂总降压变电所的电气设计 1.2 设计目的
（1）通过该厂变电所的设计培养学生综合运用所学的基础理论知识、基本技能和专业知识进行分析和解决实际问题的能力。
（2）掌握中小型工厂供电系统设计计算和运行维护所必须的基本理论和基本技能。 （3）掌握供配电设计的基本原则和方法，深刻理解“安全、可靠、优质、经济”的设计要求，为今后从事工厂供配电技术奠定一定的基础。 1.3设计要求
（1）选择变电所主接线方案。
（2）确定变电所主变压器的台数和设备容量、类型。
（3）选择高低压设备和进出线。 （4）选择整定继电保护装置。
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1.4设计依据
（1）工厂负荷情况。
该厂铸造车间、电镀车间和锅炉属于二级负荷，其余为三级负荷。低压动力负荷为三相，额定电压为380V；电气照明为单相，额定电压为220V. 表格 1 工厂负荷情况
厂房厂房名称 编号 负荷类别 动力 1 铸造车间 照明 动力 2 电镀车间 照明 动力 3 锅炉房 照明 动力 4 金工车间 照明 动力 5 机修车间 照明 动力 6 仓库 照明 1 0.8 1.0 4 20 0.8 0.4 1.0 0.8 10 160 0.8 0.2 1.0 0.65 1 400 0.8 0.2 1.0 0.65 5 50 0.8 0.7 1.0 0.8 6 250 0.8 0.5 1.0 0.8 设备容量/kW 300 需用系数 0.3 功率因数 0.7 (2)供电电源情况。
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1）由附近一条35KV的公用电源干线取得工作电源，干线导线型号LGJ-185,等边三角形排列，线距1。5m，干线长度10km。干线首端断路器容量为200MVA。此断路器配备有定时限过流保护和点流速断保护，定时限过电流保护动作时间为1.7s。
为了满足工厂二级负荷要求，采用长度为20km的35kV架空线路取得备用电源。 2）变电所最大负荷时功率因数不低于0.9； 3）其他资料（平面图、气象、地质水文等）略。
1.5 设计任务
（1）负荷计算和无功功率补偿。（列出负荷计算表）（2）主变压器台数、容量和类型的选择。（3）变电所主接线方案的设计（绘图—3号图纸）。（4）短路计算。（5）变电所一次设备的选择与校验。（6）选择整定继电保护装置。 1.6 设计时间安排
（1）进行负荷计算，无功补偿计算，收集相关资料----1天
（2）电气系统接线设计，变压器的选择--------------1天
（3）短路计算等相关计算--------------------------欧阳班创编 2021..02.15
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1天
（4）电气设备选择与校验--------------------------2天
（5）继电保护选择、整定计算----------------------1天
（6）绘制图表，完成设计报告----------------------1天
1.7 设计报告格式要求
（1）课程设计报告封面有学院统一印制，文档用B5纸。
（2）课程设计报告编排结构：
1）封面。2）前言。3）目录。4）任务书。5）负荷计算和无功功率补偿。6）主变压器台数、容量和类型的选择。7）变电所主接线方案的设计。8）短路计算。9）变电所一次设备的选择与校验。10）选择整定继电保护装置。11）防雷保护和接地装置设计。12）结束语。13）参考文献（书写格式）；【1】作者1作者2.书名。（版次）。出版地：出版社，出版年份14）附录（如元器件明细表等）。15）附图。画图用3号图纸。 （3）书写要求工整，图表要求规范。
第2章 负荷计算和无功功率补偿.
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2.1负荷计算 铸造车间 动力:=PeKd=3000.3=90kW =tanΦ=91.8kvar
照明:=PeKd=60.8=4.8kW =tanΦ=0
总计
=94.8 ,
=91.8,
==132.0kVA ==200.5A 电镀车间 动力：=PeKd=2500.5=125kW
=tanΦ=93.8kvar
照明：=PeKd=50.8=4.0kW =tanΦ=0 总计
=129.0 ,
=91.8,
==132.0kVA ==200.5A
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,
,
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编号 名称 类别 设备容量 Pe/kW 需要系数 Kd 计算负荷 Cos Φ tanΦ Pc/kW Qc/kvar Sc/kVA Ic/A 1 铸造车间 动力 照明 小计 动力 照明 小计 动力 300 0.3 0.7 1.02 90.0 91.8 —— —— 6 0.8 —— 0.5 1.0 0 4.8 0 —— —— 306 94.8 91.8 132.0 200.5 250 0.8 0.75 125.0 93.8 —— —— 2 电镀车间 5 0.8 —— 0.7 1.0 0 4.0 0 —— —— 255 129.0 93.8 159.5 242.3 50 0.8 0.75 35.0 26,3 —— —— 3 锅炉房 照明 小计 动力 照明 小1 0.8 —— 0.2 1 0 0.8 0 —— —— 51 35.8 26.3 44.4 67.4 4 金工车间 400 0.65 1.17 80.0 93.6 —— 10 410 0.8 1.0 0 8.0 88.0 0 93.6 —— 128.5 —— 195．2 —欧阳班创编 2021..02.15
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计 动机修车间 力 照明 小计 动力 6 仓库 照明 小计 动力 总计 照明 160 — 0.2 0.65 1.17 32.0 37.4 —— —— 5 4 0.8 —— 0.4 1.0 0 3.2 0 —— —— 164 35.2 37.4 51.4 78.1 20 0.8 0.75 8 6.0 —— —— 1 0.8 —— 1.0 0 0.8 0 —— —— 21 8.8 6.0 10.6 16.2 1180 391.6 348.9 ____ ____ 25 计入K∑p=0.9 K∑q=0.9 0.747 352.44 314.01 472.05 717.21 2.2 无功功率补偿
(1) 由表可知，补偿前变压器低压侧的视在计算负荷为：
472.05KVA
则,变电所低压侧的功率因数为：欧阳班创编 2021..02.15
0.747
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(2) 确定补偿容量
现要求在高压侧不低于0.9，而补偿在低压侧进行，所以我们考虑到变压器的损耗，可设低压侧补偿后的功率因数为0.95来计算需要补偿的容量。
200.89kvar
(3) 补偿后的计算负荷和功率因数 低压侧的计算负荷为：=370.15KVA
此时变压器的损耗为：
5.55KW
22.20kvar
变电所10kv侧的计算负荷为：
357.99KW 135.32KV
AR
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=382.71KVA
=0.015Sc=5.74KW =0.06Sc=22.96kvar
变电所高压侧的功率因数为： 符合任务书要求
计算负荷 项目 Cos Φ Pc/kW 380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 380V补偿后负荷 10KV变压器功率损耗 10KV侧负荷计算 35KV变压器功率损耗 35KV侧负荷计算 0.747 0.95 0.93 0.92 352.44 352.44 5.74 357.99 5.74 363.73 Qc/kvar 314.01 -200.89 113.12 22.96 135.32 22.96 158.28 Sc/kVA 472.05 370.15 382.71 396.68 Ic/A 717.21 562.38 22.10 6.54 第3章 主变压器台数、容量和类型的选择 3.1变电所主变压器的选择
根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变
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电所的主变压器可以有下列两种方案：
（1）装设一台主变压器 ,型式采用S9，而容量根据选择，即=456.55~557.17KVA,选一台S9-630/35型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线来承担。
（2）装设两台主变压器 型式也采用S9，每台容量按式SN·T≈（0.6～0.7）S30选择，即SN·T≈（0.6～0.7）×398kVA=(238.8~278.6)kVA
因此选两台S9-315/35型低损耗配电变压器。
主变压器的联结组别均采用Yyn0。
两种主结线方案的比较
(1)
比较项目 技 供电安全性 术 供电可靠性 装设一台主变的方案 满足要求 基本满足要求 装设两台主变的方案 满足要求 满足要求 欧阳班创编 2021..02.15
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指 标 供电质量 灵活方便性 扩建适应性 由于一台主变，电压损耗略大 只一台主变，灵活性稍差 稍差一些 查得S9-630的单价为7.47万元，而变压器综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为2×7.47万元＝14.94万元 查得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 参照计算，主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为3.706万元（其余略） 由于两台主变并列，电压损耗略小 由于有两台主变，灵活性较好 更好一些 查得S9-315的单价为5.31万元，因此两台综合投资为4×5.31万元＝21.24万元，比一台主变方案多投资6.3万元 本方案采用6台GG-1A(F)柜，其综合投资约为6×1.5×3.5万元＝31.5万元，比一台主变方案多投资10.5万元 主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为6.752万元，比一台主变方案多耗3.046万元 贴费为2×400×0.08万元＝64万元，比一台主变方案多交13.6万元 经 济 电力变压器的 综合投资额 指 标 高压开关柜（含计量柜）的综合投资额 电力变压器和高压开关柜的年运行费 交供电部门的一次性 供电贴费 按800元/kVA计，贴费为630×0.08万元＝50.4万元 考虑到设计预算的需要，本设计采用方案（1）按照上述原则，10kv变压器选择 S9-630/10型低损耗配电变压器
第4章 主结线方案的选择
4.1变配电所主结线的选择原则
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(1) 当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。
(2) 当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。
(3) 当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。
(4) 为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。
(5) 接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。
(6) 6～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。
(7) 采用6～10KV熔断器负荷开关固定式配
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电装置时，应在电源侧装设隔离开关。
(8) 由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。
(9) 变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。
(10) 当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。 4.2主结线方案选择
对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为10KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。总降压变电所主结线图表示
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工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。
经过设计选择我设计的方案如下：
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35kV
FS4-10 GW口-10 GG-1A(J)-03 GG-1A(F)-54 GG-1A(F)-07 GG-1A(F)-07
Y0Y0 联络线 （备用电源） S9-630/ 35/10 10kV 高压柜列 GG- 1A(F) -54
GG- 1A(F) -07
GG- 1A(F) -07
GG- 1A(J) -03
主变
联络（备用）
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主接线线路图 第5章 短路计算
短路计算的方法有很多，常用的有欧姆法和标幺制法，本设计采用的是标幺制法。
5.1 基准值的选取
采用标幺制法进行三相短路计算时，选取的基准值为：
S=100 MV·A,U=35kV, U=10kV
①由公式 计算基准电流，可得：
5.2短路计算电路
(1) ～ 系统s 200MVA (2) 35kV
S9-630/35 10kV
LGJ-185,10km K-1 (3) K-2
5.3 计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 ①电力系统的电抗标幺值 由设计任务可知
，由公式
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，可得：
= ②电缆线路L的电抗标幺值 由设计任务知，，由公式，可得：
③变压器的电抗标幺值
查表得= ，由公式= ，可得：
=9.52
绘短路等效电路图如下图所示, 图上标出各元件的序号和电抗标幺值， 并标明短路计算点。
k-1 k-2
短路等效图
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5.4点三相短路时的短路电流和容量的计算 ①计算短路回路总阻抗标幺值 ②计算③计算点所在电压级的基准电流 点短路电流各值
=129.73MVA
计算点三相短路时的短路电流
①计算短路回路总阻抗标幺值 ②计算③计算点所在电压级的基准电流 短路电流各值 5.5短路计算结果
三相短路电流（短路计算点 2.14 0.55 3.23 0.60 35 10 129.73 9.72 ） 电压（kV） 三相短路容量(MVA) 5.46 1.01 欧阳班创编 2021..02.15
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第6章 变电所一次设备的选择校验
6.1 35kV侧一次设备的选择校验
断流 选择校验项目 电压 电流 能力 参数 装置地点条件 数据 额定参数 一 次 高压隔离开关设 备 型 号 规 格 GW4-35/200 高压熔断器RN1-35/10A 电压互感器JDZJ-35 电流互感器LQJ-35 金属氧化物避雷器YH5WZ-35kV 200A － 40kA 162×4=1024 少油断路器SW3-35 35kV 6.64A (I1N·T) IN 2.142×1.9 2.14kA 5.46kA =8.70 Ioc imax t UN I30 2tima 动稳定度 热稳定度 UN 35kV 1000A 16.5A 40kA 16.52×4=1089 35kV 10A － － 35/100kV － － － － 35kV 100/5A － 31.8KA 81 42kV － － － － 欧阳班创编 2021..02.15
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42/134 6.2 10kV侧一次设备的选择校验
断流 选择校验项目 电压 电流 能力 参数 装置地点条件 数据 额定参数 一 真空断路器次 设 备 型 号 电压互感器规 格 JDZ-10 电流互感器LQJ-10 10kV － － － － ZN4-10C 高压隔离开关G19-10/400 高压熔断器RN1-10/25A 10kV 1000A 17.3kA 63kA 17.32×2=224.47 10kV 22.10A (I1N·T) IN 1.012×0.75 1．01kA 0.60kA =0.75 Ioc imax t UN I30 2tima 动稳定度 热稳定度 UN 10kV 400A － 31.5kA 12.52×4=625 10kV 25A － － 10kV -- － -- -- 第7章 选择整定继电保护装置
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7.1过电流保护动作电流的整定
其中线路的最大负荷电流为，，=0.9，，。
①动作电流为：
选DL-11/10电流继电器，线圈并联，整定动作电流为1A。
过电流保护一次侧的动作电流为； 式中： ——线路的最大负荷电流
——保护装置的可靠系数，取1.2 ——电流继电器的返回系数，一般取
0.9
——电流互感器的变流比。
②过电流保护动作时间的整定：
线路1WL定时限过电流保护的动作时限应较线路2WL定时限过电流保护动作时限大一个时限级差。
③灵敏度校验
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保护线路1WL的灵敏度，按线路1WL末端最小两相短路电流校验，即：
由此可见，保护整定满足灵敏度要求。
线路定时限过电流
保护原理图
7.2装设电流速断保护
动作时限大于0.5~0.7s，需配电流速断保护
取10
第8章 防雷保护和接地装置设计 8.1直击雷的防护
由于本设计的变电所位于室内，所以不需要直击雷的防护。
8.2雷电侵入波的防护
(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25mm×4mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷针接地
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端螺栓连接。
(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。主变压器主要靠避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。
(3) 在380V低压架空出线杆上，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波的雷电波。
8.避雷器装设
变电所进线的防雷保在进线的终端，装设FZ型或者FS型阀型避雷器，用来保护线路断路器及隔离开关。
10kV变配电所进线防雷保护接线
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F1-管型避雷器 F2-阀型避雷器
4.接地网设计
接地网接地电阻按RE≤4Ω设计，现采用最常用的垂直接地体，直径d=50mm，长约2.5m，环形敷设。
单根钢管接地电阻为：
选取计算垂直接地体根数。
n≥0.9RE1/(RE)=0.9因此选取Φ=50mm的镀锌钢管15根，垂直接地体之间距离为5米。接地线和水平连接导体用40mm×4mm的镀锌扁钢。
第9章 结束语
课程设计已经做完，我也有很多的心得体会值得去书写，这方面的专业知识，更多的是关于
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实践与思维之间关系方面的。
在已度过的大学时间里接触的都是专业课。仅仅是专业课的理论知识，那么如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？这是我长期思考的问题。
在做课程设计过程中，我对工厂中供电设备及器件选择不是很熟悉，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让完成自己的设计去查阅这方面的设计资料，同时也再次去理解回顾知识。科学都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。
设计中，我翻阅以前所学的专业课知识，学习的过程中带着问题去学我觉得很有目的性，这是我做这次课程设计的心得之一。要有一个清晰的思路和一个完整的的流程图，不能妄想一次就将整个设计好，反复修改的好习惯。
在课程设计中我得到同学的许多帮助，再次
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一并谢过。由于我自身的水平有限，难免在理解上、设计中有所纰漏，敬请老师扶正。
参考文献
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附录
附表1 并联电容器的技术数据
额定容量 额定电容 型号 （kvar） BCMJ0.4-16-3 16 BCMJ0.4-20-3 20 BCMJ0.4-25-3 25 BWF6.3-25-1W BWF6.3-30-1W 25 30 500 2.0 2.4 BWF10.5—50—1W BWF10.5—100—1W BWF10.5—120—1W 50 100 120 1.44 2.89 3.47 400 BWF10.5—40—1W 40 1.15 320 BWF10.5—30—1W 30 0.86 （μF） 型号 （kvar） （μF） 额定容量 额定电容 附表2 S9系列6～10KV级铜绕组低损耗电力变
压器的技术数据
额定容量 （kVA） 1000 1250 1600 2000 2500 额定电压（kV） 一次 二次 联接组标号 Yyno Dyn11 Yyno Dyn11 Yyno Dyn11 Yyno Dyn11 Yyno Dyn11 空载损耗 （W） 1700 1700 1950 2000 2400 2400 3000 3000 3500 3500 负载损耗 （W） 10300 9200 12000 11000 14500 14000 1800 1800 2500 2500 阻抗电压 （%） 4.5 5 4.5 5 4.5 6 6 6 6 6 空载电流 （%） 0.7 1.7 0.6 2.5 0.6 2.5 0.8 0.8 0.8 0.8 欧阳班创编 2021..02.15
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附表3 常用高压断路器
的技术数据
额定 类型 型号 电压 (kV) 开断 电流 (kA) 断流 容量 (MVA) 极限同过电流峰值（kA） 热稳定 电流 （kA） 固有分 闸时间 （s） 额定 电流 (A) 合闸 配用操 时间 动机构 （s） 型号 附表4RN2型室内高压熔
断器的技术数据
三相最大 额定电压（kV） 额定电流（A） 断流容量 （MVA） RN2-6 RN2-10 6 10 0.5 1000 85 50 最大开断电流（kA） 型号 当开断极限短路电流时，最大电流峰值 （kA） 过电压倍数 (额定电压倍数) 300 1000 2.5 附表5 常用电流互感器的
技术数据
额定 型号 电流比 （A） 级次 准确 0.5级 额定二次负荷（Ω） 101级 3级 级 D级 10%倍数 二级负荷(Ω) 倍数 1s 热稳定倍数 动稳定倍数 欧阳班创编 2021..02.15
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20~400/5 LCZ-35 600~1500/5 5~100/5 LQJ-10 160~400/5 300, LMZ-10 400, 500,600 750,800
0.5 2 3 10 2 2 65 65 212 141 27 0.6 6 0.6 B 0.5 0.4 1 90 75 225 160 0.4 6 10 3 0.5 1 3 D 0.4 0.6 10 0.4 1.2 1.6 50 15 90 附表6 常用电压互感器的技术数据
额定容量（VA）（cosφ=0.9） 0.5级 50 50 80 120 50 80 1级 80 80 150 200 80 120 3级 200 200 320 480 200 300 最大容量 连接组 （VA） 400 400 640 960 300 500 额定电压（V） 型号 一次线圈 JDZJ-6 6000/JDZJ-10 JSJW-6 JSJW-10 JDZ-6 JDZ-10 10000/ 二次线圈 100/100/ 辅助线圈 100/3 100/3 100/3 100/3 — — 1/1/1-12-12 Y0/Y0/△ Y0/Y0/△ 1/1-12 1/1-12 6000/10000/ 100/100/100 100 6000 10000 时间：2021.02.15 欧阳班创编 2021..02.15
创作：欧阳班
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