| 设计题目 | 某小区10/0.4KV降压变电所的方案设计 | ||||
| 设 计 任 务 书 | 题目简介：设计一个的10/0.4KV降压变电站，给住宅小区的住宅楼以及附属配套设施提供优质可靠的电能，其中公寓用电：8kW/户，220V；电梯：11kW/台，380V，配套设施的用电负荷统计为100kW，功率因数为0.75，供电局要求变压器高压侧的功率因数不小于0.85。 设计要求： 1．确定变电站的形式以及主变压器的台数与容量、类型。选择变电站主接线方案，写出设计说明书； 2．进行负荷统计和计算； 3．采用软件绘制变电站主接线图，图幅为A3。 扩展要求： 1、计算线路功率损耗和电压降 2、计算短路电流； 3、继电保护整定计算； 交稿形式： 手写稿； 打印稿； 软件； 图纸； 其他 | ||||
| 指导教师签名： 年 月 日 | |||||
| 学生签名： 年 月 日 | |||||
摘要：本设计为5栋级的住宅小区设计小区变电站,根据本小区的电源需求及本小区用电负荷的实际情况，并适当考虑到小区负荷的扩展可能性,按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求,综合所学知识和所查文献，尽可能符合实际情况，确定变电所的位置与型式、主变压器的台数与容量,变电所主接线方案及高低压设备与进出线、确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，防雷和接地的初步设计。
关键词：小区变电站；负荷计算；变压器的选择；高低压设备的选择
Abstract：This design for the 5 level of residential district design plot substation, according to the plot of the actual situation of power demand and electricity load for this area, and due consideration to the expansion of the residential load possibility, according to the safe and reliable, advanced technology, reasonable economy, comprehensive knowledge and the literature, as far as possible in line with the actual situation, determine the location and type of substation, the main transformer sets with capacity of outlet and inlet line of main wiring scheme and high and low voltage substation equipment and, determine the secondary loop solutions, choose the whole set relay protection devices, lightning protection and grounding of the preliminary design.
Keywords：Residential substation. Load calculation Transformer selection.
第一章 设计任务分析与设计方案
1.1 设计任务分析
本次设计为一个10/0.4kV的降压变电站，给住宅小区的住宅楼以及附属配套设施提供优质可靠的电能，其中公寓用电：8kW/户，220V；电梯：11kW/台，380V，配套设施的用电负荷统计为100kW，功率因素为0.75，供电局要求变压器高压侧的功率因素不小于0.85。
由于题目未给住宅平面图和住宅小区户数，故需先假定小区楼栋数和小区户数，假设该住宅小区有5栋，一栋有8楼，每楼有8户，一栋楼有2台电梯，住宅小区平面简略图如图 1所示：
图 1 住宅小区平面简略图
本小区的气象资料为：本小区所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-8℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8m处平均温度为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20天。土壤热阻系数2/ 。
小区与当地供电部门签订的供用电协议规定，本小区可由附近一条 10kV 的公用电源干线取得工作电源。离供电电源有8km，且采用电缆配送，且采用SN10—10II型断路器，断流容量Soc=500MV·A。
基本要求：
1．确定变电站的形式以及主变压器的台数与容量、类型。选择变电站主接线方案，写出设计说明书；
2．进行负荷统计和计算；
3．采用软件绘制变电站主接线图，图幅为A3。
扩展要求：
1、计算线路功率损耗和电压降
2、计算短路电流；
3、继电保护整定计算；
1.2 设计方案
根据住宅小区的设计要求，结合文献，可知住宅小区的设计流程如图 2所示，首先确定住宅小区内的供电需求，选择合适的计算负荷的求解方法求出计算负荷，由要求知，需要无功补偿，由无功补偿的计算方法，确定无功补偿的容量，根据求出的无功补偿后容量和实际小区的环境确定变压器的型式、台数和容量，然后校准高压侧的功率因数是否满足设计要求，之后确定变电站型式和主接线方案，之后进行短路电流的计算，根据短路计算表，作为选择和校验电缆和高低压设备的依据，作为继电保护的前提，最后，简单进行防雷保护和接地装置的初步设计。
图 2 设计流程图
第二章 功率计算及无功功率补偿
2.1 负荷计算
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。在建筑配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷，作为按发热条件选择配电变压器、导体及电器的依据，并用来计算电压损失和功率损耗。在工程上为方便计算。亦可作为电能消耗量及无功功率补偿的计算依据。
2.1.1 负荷计算的目的和方法
计算负荷是确定供电系统、选择变压器容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据，也是整定继电器保护的重要数据。计算负荷确定得是否合理，直接影响到电器和导线选择是否合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线截面选择过大，造成投资和有色金属的浪费；如果计算负荷过小，又将使电器和导线运行时增加电能消耗，并产生过热，引起绝缘层过早老化，甚至烧毁，以致发生事故。为此，正确进行负荷计算是供配电设计的前提，也是实现供电系统安全、经济运行的必要手段。一般对于住宅小区的计算负荷的计算有两种方法，分别为需要系数法和单位面积用电指标法。
负荷计算常用需要系数法。需要系数法与用电设备的类别和工作状态有极大的关系，因此计算时要正确判明用电设备的类别和工作状态，否则将造成错误。需要系数法，用设备功率乘以需要系数和同时系数（一般取0.8），直接求出计算负荷,如式（2-1）
（2-）
其中，Kd为需要系数，这种方法比较简单，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。
二项式法也是计算计算负荷的方法之一，计算公式如式（2-2）：
（2-）
其中，b、c为二项式系数，Pe是用电设备组的总容量，Px是x台容量最大的设备总容量。二项式法考虑了用电设备中几台功率较大的设备工作时对负荷影响的附加率，一般用于设备台数较少、低压配电支干线和配电箱负荷计算，但其各系数在机械加工业以外的行业的数据没有，故应用范围受限。
用单位面积功率法计算估算用电负荷时不考虑需要系数，直接用单位面积指标乘以总建筑面积即可，如式（2-3）。
（2-）
其中Pe为单位面积功率（负荷密度），单位为W/m2，S为建筑面积，单位为m2。此时计算结果为有功功率（单位kW），以此选变压器装机容量时需考虑补偿后的功率因数和变压器负载率。
单位指标法计算有功功率PC的公式为：
（2-）
其中Pe为单位用电指标，如W/户，N为单位数量，如户数。
以上计算方法，应结合工程具体情况，乘以不同的同时系数。结合设计要求，容易知道用单位用电指标的方法符合设计要求。
2.1.2 住宅小区的负荷计算
由前面分析可以知，在计算公寓用电的计算负荷时，采用单位指标法并结合住宅建筑用电负荷需要系数[3]可以得到。
该住宅小区的户数共为：
表 1 住宅建筑用电负荷需要系数
| 户数 | 14 | 16 | 18 | 21 | 24 | 25~100 | 125~200 | 260~300 |
| 系数 | 0.55 | 0.55 | 0.50 | 0.50 | 0.45 | 0.45 | 0.35 | 0.30 |
在民用建筑电气设计手册[2]和工业与民用配电设计手册[3]中，都指出住宅的公用照明和公用电力电荷需要系数按0.8~1计算，这里取1，则配套设施的计算负荷为：
电梯的计算负荷在不同手册上其需要系数通常取0.9，但是在文献[9]中说明了这样计算的误差，且给出了电梯的需要系数参考表，如表 2所示：
表 2 不同电梯台数的需要系数
| 电梯台数 | 1 | 2 | 3 | 4~5 | 6~8 | ≥9 |
| 需要系数 | 0.3 | 0.25 | 0.22 | 0.20 | 0.19 | 0.18 |
综上，可以得出该住宅小区总的有功计算负荷为:
由设计原始资料知，功率因数为0.75，无功计算负荷为：
视在计算负荷：
计算电流：
2.2 无功功率补偿
功率因数低是无功功率大的表现，无功功率大会对系统造成如下影响：使变配电的容量增加；使供配电系统的损耗增加；使电压损失增加，线路电流越大，电压损失也就越大；使发电机的效率降低，这就需要进行无功补偿。
2.2.1 无功功率补偿的方法
无功功率补偿一般采用并联电容器的方式，根据并联电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿、低压集中补偿和分散补偿三种方式。
高压集中补偿是将高压电容器组集中装设在工厂变配电所的6~10kV母线上。只能补偿6～10kV母线以前所有线路上的无功功率（电容器组应装设放电装置，放置单独电容器室或距离高压配电装置1.5m以上）。高压集中补偿初投资较少，便于集中运行维护，而且能对工厂高压侧的无功功率进行有效的补偿，以满足工厂总的功率因数的要求，在一些大中型工厂中应用相当普遍。
低压集中补偿是将低压电容器集中装设在车间变电所的低压母线上（一般放置低压配电室内）。低压集中补偿能补偿车间变电所低压母线以前包括车间变压器和前面高压配电线路及电力系统的无功功率。由于这种补偿方式能使车间变压器的视在功率减小从而可使变压器的容量选得较小，因此比较经济，运行维护安全方便，这种补偿方式在工厂中相当普遍。
单独就地补偿也称分散就地补偿，是将并联电容器组装设在需要进行无功补偿的各个用电设备旁边。这种补偿方式能够补偿安装部位以前的所有高低压线路和电力变压器的无功功率，因此其补偿范围最大，补偿效果最好，应予优先选用。
结合设计要求，本设计采取低压集中补偿。
图 3 补偿前后各计算负荷的变化
由图 2可知，要使功率因数由提升到，必须装设无功补偿装置（并联电容器），其容量为
（2-）
确定了补偿容量后，就可根据所选并联电容器单个容量qc来确定电容器的个数，即：
（2-）
计算所得的电容个数n，对单相电容器来说，应取3的倍数，以便三相均衡分配。
补偿后的视在计算负荷为：
（2-）
2.2.2 无功功率补偿的计算
由设计知，供电厂要求变压器高压侧的功率因数大于0.85，考虑到变压器本身的无功损耗远大于其有功损耗，因此在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.85，这里取为0.88。
由式（5）且结合设计要求可以知，需要补偿的容量为：
选择BCMJ0.4-40-1/3并联电容器，其额定容量为40kvar,故由式（6）需补偿的台数为：
故选取8台并联电容器，对其进行无功补偿。
由式（7）知补偿后的视在计算负荷为：
第三章 变压器台数、型号和容量选择
3.1 变压器类型选择
变压器类别的选择受很多因素的影响，如环境温湿度、环境需求、供电可靠性、环保等因素。
表 3 各类变压器性能比较
| 类别 | 油浸式变压器 | 气体绝缘变压器 | 干式变压器 | ||
| 矿物油变压器 | 硅油变压器 | 六氟化硫变压器 | 普通及非包封绕组干式变压器 | 环氧树脂浇铸变压器 | |
| 价格 | 低 | 中 | 高 | 高 | 较高 |
| 安装面积 | 中 | 中 | 中 | 大（小） | 小 |
| 绝缘等级 | A | A或H | E | B或H | B或F |
| 爆炸性 | 有可能 | 可能性小 | 不爆 | 不爆 | 不爆 |
| 燃烧性 | 可燃 | 难燃 | 不燃 | 难燃 | 难燃 |
| 耐湿性 | 良好 | 良好 | 良好 | 弱 | 优 |
| 耐潮性 | 良好 | 良好 | 良好 | 弱 | 优 |
| 损耗 | 大 | 大 | 稍小 | 大 | 小 |
| 噪音 | 低 | 低 | 低 | 高 | 低 |
| 重量 | 重 | 较重 | 中 | 重（轻） | 轻 |
为了使变压器容量在三相不平衡负荷下得以充分利用并有利于抑制3n次谐波影响，宜选用的变压器接线组别为DYn11。DYn11接线的变压器低压侧单相接地短路时的短路电流大，也有利于低压侧单相接地故障的切除。
另外，由于住宅小区没有引起较大波动和偏差的因素存在，故考虑采用手动无载变压器。
3.2变压器容量和台数选择
变压器的台数和容量应根据地区供电条件、负荷性质、用电容量、运行方式和企业发展等因素综合考虑确定。
变压器台数选择的原则有：
(1)应满足用电负荷对供电可靠性的要求。
(2)对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可考虑采用两台变压器。
(3)除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。
(4)在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。
变电所主变压器容量的选择：
1.只装一台主变压器的变电所
主变压器的容量SNT应满足全部用电设备总计算负荷的需要S30：
（3-1）
2.装有两台主变压器的变电所,每台变压器的容量SNT应同时满足以下两个条件：
(1)任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60%～70%的需要：
（3-2）
(2)任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要：
（3-3）
3. 车间变电所主变压器的单台容量上限
车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000kV·A（或1250kV·A）。住宅小区变电所内的油浸式变压器单台容量，也不宜大于630kV·A。
4. 适当考虑负荷的发展
根据变压器台数和容量选取原则，再结合前面无功补偿后的容量为1001.2kVA，为住宅小区供电时，应选用两台容量为630kVA的变压器，这样满足了式（3-2），同时，由于小区的一、二级负荷较少，易满足式（3-3），同时两台变压器互为备用，当一台出现故障时，另一台可一定范围内过负荷正常工作，小区的供电可靠性得到保障。结合文献[10][11][12]中所建议的，可知该方案可行。
3.3 无功补偿后校验功率因数
由前面变压器的选型知，拟选择型号为S9-630/10的变压器，变压器低压侧的视在计算负荷为，此时变压器的功率损耗为：
变压器高压侧的计算负荷为：
补偿后住宅小区高压侧的功率因数为：
故补偿后满足满足工厂对高压侧功率因数的要求。
第四章 变电站的形式和主接线方案选择
4.1 变电站的形式
根据主变压器的安装位置，变电所有不同的类别，如附设变电所、露天变电所、变电所、杆上变电所、地下变电所、楼上变电所、成套变电所（箱式变电所）、移动式变电所。其中变电所、地下变电所和楼上变电所，均属于室内型（户内式）变电所。露天、半露天变电所和杆上变电台，则属于室外型（户外式）变电所。而成套变电所和移动式变电所，室内型和室外型均有。
一般来讲，户外变电所指的是箱式变电站。箱变优点：安装快，建设周期短，在室外布置灵活。但造价相对较高，安全性不如户内变电所。所以一般用在不重要的场合，容量不能太大，一般不超过400kV·A（各个地区供电部门要求不一样）。户内变电所建设受建筑的，所以约束较多，比如室内面积、长宽高、通风、消防、耐火等条件，还需要报规划、报消防，因此建设周期较长。但安全性更高、使用检修更方便、可扩展性也较强。
再结合文献[3]中变电所选型的原则并综合文献[13][14]中所建议的变电站选型，考虑到住宅小区的安全性，灵活性、可靠性，以及为了方便扩展，选取户内变电站的形式
4.2 主接线方案
变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路，或称主电路、主结线、主系统。主接线图，即主电路图，是表示供电系统中电能输送和分配路线的电路图，亦称一次电路图。变电所的主接线对变电所内电气设备的选择、配电装置的布置及运行的可靠性与经济性等都有密切的关系，也是设计中的重要环节。主接线的形式多种多样，在10kV变电所的设计中常用的有单母接线、单母分段接线、线路—变压器组接线、桥式接线等。根据负荷用电要求选择出最合理的方案。技术指标包括：①供电的可靠性与灵活性；②供电电能质量；③运行管理、维护检修条件；④交通运输及施工条件；⑤分期建设的可能性与灵活性；⑥可发展性。经济指标包括：①基建投资费用；②年运行费。
4.2.1 主接线方案的形式
主接线的基本要求：
安全 应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保障人身和设备的安全。
可靠 应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。
灵活 应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展（5-10年发展远景）。
经济 在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。
线路—变压器单元接线如图 4所示，其具有接线简单、所用电气设备少、配电装置简单、节约投资等优点，但可靠性不高，适用于小容量三级负荷。
图 4 线路-变压器单元接线
单母线接线如图 5所示，其具有接线简单、操作方便、设备少、经济性好，便于扩建等优点，缺点是灵活性和可靠性均较差，适用于三级负荷或者有备用电源的二级负荷。
图 5 单母线接线
单母线分段接线如图 6所示，既保留了单母线接线的简单性，又保证了供电可靠性。某回路断路器检修时需长时间停电扩建时需向两个方向均衡扩建。适用于对供电可靠性要求较高的负荷和容量较大的变电站。
图 6 单母线分段接线
内桥式接线如图 7所示，接线简单、经济，可靠性高，安全、灵活。但变压器检修或故障时需倒闸操作，才能恢复供电，可供一、二级负荷使用，电源线路较长、并且变压器不需要经常切换的系统
图 7 内桥式接线
外桥式接线如图 8所示，桥接断路器在线路断路器之外，线路回路仅装隔离开关，对变压器操作方便，但对电源进线操作不方便。适用范围：可供一、二级负荷使用，电源线路较短且变压器需要经常切换的系统中。
图 8 外桥式接线
4.2.2 主接线方案的选择
由于变压器选择为两台变压器，且电源进线只有单根10kV进线，故本次设计高压采用单母线、低压采用单母线分段的变电所主接线。其供电可靠性较高，任一主变压器或电源进线发生故障或检修时可迅速恢复供电。主接线图如图 9所示。
图 9 主接线图
第五章 短路电流计算
5.1 短路电流产生的原因、危害和计算方法
短路电流产生的原因有很多，造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏、误动作、雷击或过电压击穿等。三相短路属于对称性短路其他短路均为不对称短路。发生单相短路的可能性最大（70%），发生三相短路的可能性最小，但在文献[1]中证明了三相短路电流最大同时从障影响程度来看，三相短路电流造成的危害也最为严重，故一般将三相短路电流作为短路计算的目标。
5.1.1 短路电流的危害
短路电流比正常负荷电流大得多。短路电流可达几万安甚至几十万安。可对供电系统造成极大的危害：
(1)产生很大的电动力和很高的温度，导致设备损坏，甚至引发火灾；
(2)电路的电压骤然下降，严重影响电气设备的正常运行；
(3)保护装置动作，将故障切除，造成停电，短路点越靠近电源，停电范围越大，造成的损失也越大；
(4)严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可使并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列；
(5)不对称短路包括单相和两相短路，短路电流将产生较强的不平衡交流电磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生电磁干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作；
综上，必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素，需要进行短路电流的计算，正确地选择电气设备，保证可能有的最大短路电流时不致损坏。选择开关电器、整定继电保护装置和选择短路电流的元件等。
5.1.2 短路电流的计算方法
1.首先绘出计算电路图，将短路计算所需考虑的各元件的额定参数表示出来，并将各元件依次编号，确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。
2. 绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，将被计算的短路电流所流经的主要元件表示出来，并标明各元件的序号和阻抗值，一般是分子标序号，分母标阻抗值（阻抗用复数形式R +jX表示）。
3.化简等效电路。工厂供电系统是将电力系统当作无限大容量的电源，通常只需采用阻抗串并联的方法即可将电路化简，求出其等效的总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。
4.计算三相短路电流周期分量有效值及其它短路参数。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺制法。
5.2 短路电流计算
为了避免线路阻抗换算的麻烦，采用标幺值进行计算。
图 10 短路计算电路
(1)确定基准值：取,Uc1=10.5kV,Uc2=0.4kV
(2)计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值
电力系统的电抗标幺值，由文献[1]中可以知道，因此
架空线路的电抗标幺值：由表 4可知X0=0.08Ω/km，因此
表 4 电力线路每相的单位长度电抗平均值（Ω/km）
| 线路结构 | 线路电压 | ||
| 35kV及以上 | 6~10kV | 220V/380V | |
| 架空线路 | 0.40 | 0.35 | 0.32 |
| 电缆线路 | 0.12 | 0.08 | 0.066 |
电力变压器的电抗标幺值：由文献[1]中可以查得Uk%=5,因此
图 11 短路等效电路图
（3）计算k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
总电抗标幺值：
三相短路电流周期分量有效值：
其他三相短路电流：
三相短路容量：
（4）计算k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量
总电抗标幺值：
三相短路电流周期分量有效值：
其他三相短路电流：
三相短路容量：
表 5 短路计算表
| 短路计算点 | 三相短路电流/kA | 三相短路容量/MVA | ||||
| Ik(3) | I``(3) | |||||
| k-1 | 7.05 | 7.05 | 7.05 | 17.95 | 10. | 128.2 |
| k-2 | 30.3 | 30.3 | 30.3 | 55.75 | 30.03 | 21.05 |
第六章 主要设备的选择
6.1 电缆选择
6.1.1 电缆类型选择
电缆是一种特殊结构的导线，在其几根绞绕的（或单根）绝缘导电芯线外面，统包有绝缘层和保护层。
油浸纸绝缘电力电缆具有耐压强度高、耐热性能好和使用寿命较长等优点。但工作时其中的浸渍油会流动，两端的安装高度差有一定的。
塑料绝缘电力电缆有聚氯乙烯绝缘及护套电缆和交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆。具有结构简单、制造加工方便、重量较轻、敷设安装方便、不受敷设高度差以及能抵抗酸碱腐蚀等优点，交联聚乙烯绝缘电缆的电气性能更优异。
在下列情况应采用铜芯电缆：
（1）振动剧烈、有爆炸危险或对铝有腐蚀等严酷工作环境；
（2）安全性、可靠性要求高的重要回路；
（3）耐火电缆及紧靠高温设备的电缆等。
综上，高压电缆选用铝芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装氯乙烯护套电力电缆，低压电力电缆采用铜芯交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，交联聚乙烯绝缘电力电缆具有卓越的热—机械性能，优异的电气性能和耐化学腐蚀性能，还具有结构简单、重量轻、敷设不受落差等优点，是目前广泛应用于城市电网、矿山和工厂的新颖电缆。交联聚乙烯是利用化学方法或物理方法使线型分子结构的聚乙烯转变为立体网状结构的交联聚乙烯，从而大幅度地提高了聚乙烯的热—机械性能，并保持了优异的电气性能。交联聚乙烯绝缘电力电缆导体最高额定工作温度为90℃，比纸绝缘电缆、聚氯乙烯绝缘电缆、聚乙烯绝缘电缆均高，所以电缆的载流量也进一步提高。
6.1.2 电缆截面积的选择
由于低压侧电缆到变压器的距离未定，且实际选择中存在很大的变动，故仅对高压侧电缆进行选择。
选择电缆截面时必须满足，发热条件（在通过正常最大负荷电流温度不超过最高允许温度）、电压损耗条件（在通过正常最大负荷电流电压损耗，不超过允许的电压损耗）、经济电流密度（35kV及以上的高压线路及35kV以下的长距离、大电流线路导线和电缆截面按经济电流密度选择）、机械强度（导线截面不应小于其最小允许截面）、工作电压。对于电缆，一般可以不用校验其机械强度。
一般10kV及以下的高压线路，通常先按发热条件来选择电缆截面积，再校验电压损耗和机械强度。
由假设的气象资料知，年最热月地下 0.8m 处平均温度为 25℃。故若选取敷设方式为直埋，环境温度取为25°C，土壤热阻系数为，所以不需进行载流量的校正。根据文献[1]中的附录18 10kV常用三芯电缆的允许载流量及其校正系数，选取缆芯的截面积为50mm2的带钢铠护套的交联聚乙烯电缆，其满足发热条件式（6-1），如下：
（6-1）
6.1.3 电缆的校验
电压损耗计算公式：
（6-2）
线路电压损耗百分值：
（6-3）
结合高压侧的有功计算负荷和无功计算负荷，再在文献[1]中查表知所选电缆的电阻0.71Ω/km，所选电缆的电抗0.107Ω/km，由式（6-2）可以得到：
由式（6-3）可以得到：
因为一般线路的允许电压损耗不超过5%（对线路的额定电压），因此所选电缆符合要求。
6.2 高低压设备的选择
6.2.1 设备选取的原则
（1）根据额定参数的选择
在选用设备电器时，要求设备的额定电压UN不低于安装位置的额定电压UW.N，即
（6-4）
同时要求其额定电流IN不低于实际通过设备的最大电流Imax，即
（6-5）
（2）根据稳定条件的选择
系统发生短路故障后保护系统动作需要一定的时间，系统的供电设备要能够承受一定时间的短路电流。
供电设备的热稳定是指电气设备的载流导体通过最大电流时， 其发热温度扔不超过允许短时发热温度，即
（6-6）
供电设备的动稳定是指电气设备通过最大短路冲击电流ish(3)，并承受相应的电动力时，设备仍保持机械结构完好能力，即
（6-7）
（3）根据断流能力的选择
供电设备熔断器、断路器等开关设备，承担着通断电路的任务。设备的开断电流Ioc一般应大于所处位置可能发生的最大短路电流Ik.max(3)，或断流容量Soc一般应大于所处位置可能发生的最大三相短路容量Sk.max(3)，即
或 （6-8）
进行设备选择时通常把额定参数与工作环境作为前期初选原则，而后将断流能力与动热稳定性作为后续校验原则。
6.2.2 高压设备的选择
为了充分提高高压设备运行的可靠性， 高压电器应根据其正常运行时的额定电压及额定电流来进行初选， 一些设备完成初选后还要验证其动稳定、 热稳定性条件，对于熔断器和断路器还要验证其断流容量。此外， 还要考虑电气设备的环境条件（如湿度、温度、海拔、介质状态等）选用不同类型的高压电器（如户、户外、热带型、加强绝缘型等） 。对于有些电器的选用还要作更多的考虑（如断路器、开关的操作频度、 互感器的负载和准确等级、 熔断器的上下级选择性配合等）[17]。
变压器高压侧选择标准：
（1）额定参数：
额定电压，UW.N=10kV,由式（6-4）知：
额定电流，IN.T=IC=68.38A，由式（6-5）知：
（2）稳定条件:
冲击电流，，由式（6-6）知：
热稳定，，由式（6-7）可以得到：
（3）断流能力：
断流容量，，由式（6-8）可以得到：
根据以上标准选择如下高压设备：根据以上标准选择如下高压设备： 高压开关柜 GG1A-10Q（ F）、少油断路器SN10— 10I/630、隔离开关 GN8-10T/200、电流互感器 LQJ-10-200/5A、电压互感器 JDZ-10Q、熔断器 RN1-10。
表 6 高压电器检验结果
| 项目 | 额定电压kV | 额定电流 A | 开断电流 kA | 短路电流检验 | 校验结果 | |
| 动稳定 kA | 热稳定 kA2s | |||||
| 少油断路器 SN10-10/630 | 10 | 630>69 | 16>14.8 | 40>17.95 | 1024>659 | 满足条件 |
| 隔离开关 GN8-10T/400 | 10 | 400>69 | 40>17.95 | 980>659 | 满足条件 | |
| 电流互感器 LQJ-10-200/5A | 10 | 200>69 | 45>17.95 | 5625>659 | 满足条件 | |
| 电压互感器 JDZ-10Q | 10 | 满足条件 | ||||
| 熔断器 RN1-10 | 10 | 150>138.5 | 15.5>14.8 | 满足条件 | ||
变压器至母线间的选择标准：
（1）额定参数：
额定电压，UW.N=0.4kV,由式（6-4）知：
额定电流，IN.T=IC=1710.5A，由式（6-5）知：
（2）稳定条件:
冲击电流，，由式（6-7）知：
热稳定，，由式（6-6）可以得到：
（3）断流能力：
断流容量，，由式（6-8）可以得到：
根据以上标准选择如下低压设备：断路器 DW15-2500、刀开关 HD18-2500
表 7 低压电器校验的结果
| 项目 | 额定电压kV | 额定电流 A | 开断电流 kA | 短路电流检验 | 校验结果 | |
| 动稳定 kA | 热稳定 kA2s | |||||
| 断路器 DW15-2500 | 0.4 | 2500>1710 | 65>55.75 | 65>55.75 | 3600>34.8 | 满足条件 |
| 隔离开关 GN8-10T/400 | 0.4 | 2500>1710 | 65>55.75 | 3600>34.8 | 满足条件 | |
第七章 继电保护
7.1 继电保护的意义及设置原则
供电系统中继电保护是系统安全运行的重要保证，是自动、迅速、准确切除故障的重要环节，也是变压器二次回路的重要组成。
继电保护的任务：
（1）在系统发生故障时，要准确、自动、迅速的切除系统中的故障元件，以确保其余部分的正常供电。
（2）当系统发生故障时，正确反映电气设备的故障运行状态，便于操作人员采取适当措施，及时恢复电气设备的正常运行。
（3）与系统的故障部分电路自动重合闸或备用电源的自投入等自动装置相配合，从而使供电系统拥有足够的可靠性。
设置的基本原则如下：
（1）选择性，当电力系统发生故障时，继电保护装置动作，有选择性的把系统中故障部分切断，从而使其余正常部分继续运行，最大限度的保障供电。
（2）快速性，电力系统由于其实时性的特点，要求在系统发生故障时继电保护装置能够尽快动作，用最短的时间完成故障部分的切断。
（3）灵敏性，继电保护装置的灵敏性决定了其在系统发生故障时是否做出动作，要根据具体情况来选择最适合的灵敏度，以免做成误动作或拒动作。
（4）可靠性，根据系统继电保护的围和任务，当保护装置本应动作却未能动作时，称为拒动作；当电力系统的故障部分不在保护围或系统处于正常运行状态时，保护装置本不该动作却做出动作，称为误动作。保护装置的误动作与拒动作严重影响电力系统的可靠性，使系统不能安全、稳定的运行。装置的原理、接线方式等都直接影响了保护装置的可靠性，因此须尽量选择原理、接线方式简单，可靠性高，运行经验丰富的设备进行保护。
除了上述四项基本的原则外，在实际的选择中还必需考虑其经济性，在能实现电力系统安全运行的前提下，尽量选用投资少、维护费用低的保护装置。
7.2 变压器的继电保护
7.2.1 继电保护的原理
变压器定时限过流保护是变压器的基本保护方式之一， 选用DL型电磁式电流继电器，变压器过电流保护的动作电流为：
（7-1）
其中，Kw为保护线系数，取值为1；Krel为可靠系数，取值1.2；Kre为继电器的返回系数，取值为0.85；Ki为电流互感器的变流比。
变压器过流保护的动作时限按级差原则整定，该动作时限要比变压器二次侧出线过流保护的最大动作时限大一个级差，取值0.5秒。
变压器过流保护的灵敏性校验按下式计算：
（7-2）
其中，为变压器二次侧发生最小两相短路的电流。
零序电流速断保护也是变压器基本保护方式之一， 速断保护动作电流要不小于变压器二次侧母线最大三相短路的电流，即：
（7-3）
电流速断保护灵敏性校验要依据变压器一次侧最小两相短路电流 进行校验
（7-4）
7.2.2 过电流保护及速断保护的计算
（1）过电流保护电流整定
由式（7-1）可知动作电流：
选 DL-11/10 电流继电器，动作电流整定为 8A
动作时间的整定：
过流保护的灵敏性校验式（7-2）：
满足要求
（2）速断保护电路的整定：
选 DL-11/100 电流继电器，动作电流整定为85A
电流速断保护的灵敏性校验：
满足要求。
第八章 防雷保护和接地装置
8.1 变电所防雷保护的设计
一般情况下，变配电所屋外防雷装置，可选用避雷线或避雷针。避雷针可以单杆，当其受到雷击时，避雷针及引下线处可能对附近建筑物等造成“反击”，为了避免发生此类事故，要注意下述几点：
（1）要使被保护物与避雷针之间有足够的距离，这个距离与建筑物的防雷等级有关，由于是针对变电所的防雷，距离取值为大于等于5米。
（2）避雷针不能共用保护物自身的接地，应另设的接地装置，两者接地体之间也要有足够的地中距离，距离取值为大于等于3米。
（3）避雷针及其引下线选择位置时要尽可能在远离人员经过的地方。一般与人行道及其他建筑物的出入口距离至少要大于3米，从而跨步电压。为防止雷电冲击波沿高压线路侵入配电所，对所的设备造成危害，尤其是价格高但绝缘能力相对薄弱的电力变压器，可以在变压器进线处每根母线处装设FS型阀型避雷器，且与变压器的距离通常小于5米。避雷器的接地可以同变压器外壳导电部分及低压侧接地中性点连接起来一同接地。
8.2 变电所接地保护的设计
对于同一系统中电压及用途不相同的电气设备，接地体可以只设置一个，其电阻阻值须满足最小值的规定。如果接地装置受到条件而不能做时，可以考虑选用绝缘台来进行电力设备的维护和操作。对于外壳导电的电力设备，一般还要进行接零保护，通常装设在靠近其电源的位置。
总结
本文主要设计为某小区10/0.4KV降压变电所的方案设计，设计基本完成了所要求的内容：变电站型式、主接线方案、变压器的选择、短路计算、电压损耗、继电保护等。每一部分都参考了很多设计文献，从中选取合理且符合实际的方案。
主要完成工作：
（1）住宅小区计算负荷的计算；
（2）变压器型式、台数和容量的选择；
（3）变电站型式和主接线方案选择；
（4）短路电流计算；
（5）高压电缆的选择、高低压侧主要设备的选择；
（6）继电保护；
（7）防雷保护和接地装置。
本次设计尚有几处地方需要完善：
（1）住宅小区由于是假设的，可能某些地方的假设过于理想化；
（2）继电保护只对变压器进行了继电保护的整定，高低压线路的继电整定，由于知识欠缺，暂时未进行整定。
通过本次设计，我对供配电课程相关内容进行了复习，同时，就相关内容展开了调研，特别是住宅小区负荷的确定，花了很长的时间调研，大量论文的阅读，增强了自己的知识整合能力，在这个查找的过程中，也认清自己在理论知识上的不足，在未来的课程设计中还需要很多训练。
在这个设计的过程中，学了很多东西，对电气设计有了初步的认识，电气设计需要具有非常大的自由度，但选择过后又受各种条件的约束，如何选择合适的设备、如何让计算量尽可能的小，这需要经验的堆砌，也需要在设计过程中不断的总结经验。
另外，在设计过程中，老师和同学给予了我很大的帮助，感谢各位同学和老师的帮助，特别是老师给我的设计指明了方向，同学给我的部分设计问题进行了优化。
参考文献
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[2]戴瑜兴.民用建筑电气设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社,1999.
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[11]龚炳林.住宅小区变压器的合理配置[J].大众用电,2008(07):33.
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[14]张晋华. 不同电压下变电站结构型式的选择[J]. 中国科技博览, 2014(21):52-52.
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[17]靖大为，淑珍 . 城市供电技术 [M]. ：中国电力， 2011.
附录
附录1、系统图纸
图 12 主接线图
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