供配电所的设计论文

配

电

所

的

设

计

目录前言一：负荷计算及无功功率补偿

二：短路计算

三：继电器的整定计算

四：主接线方案的选择

五：总配电所位置及车间变压器台数和容量选择

六：接地极防雷保护

七：变配电所的电气照明

总结

前言

供配电设计应根据上级批文的内容，依据建设单位的具体设计要求和工艺设计所提出的具体条件进行。它必须贯彻国家有关工程建设飞，符合现行国家标准和设计规范，注意设计的先进性和能源节约，正确处理近

１期设计和远期发展的关系，做到远近结合，以近期为主，并适当考虑扩建的可能性。

供配电设计的内容一般包括变配电所、供配电线路、防雷及接地、电气二次回路及自动控制等项目。本论文主要讲的是变配电所的设计，文是某中小型纺织企业供电系统的设计说明。设计的目的是通过对该电力用户所处的地理环境、地区供电条件、生产工艺和公用工程等用电负荷资料的分析，为该工厂寻找完善的供配电系统设计方案。电能是工业生产的主要能源，对整个工厂的正常生产起着举足轻重的作用，因此如何进行合理用电、安全用电、节约用电、高质量用电已经成为工厂建设和运行的主要问题之一。工厂的安全正常生产、节电节能、提高劳动生产率，都必须有一个安全、可靠、经济、合理供配电能和使用电能的系统作保障，才能实现企业利润的最大化。

一：负荷计算及无功功率补偿

1：负荷计算

1.1计算负荷的定义

（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等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。

（3）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

２

３

平均负荷，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。

1.2负荷计算的方法 A ：需要系数法

用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷，方法比较简便，应用广泛用电设备台数较多，各台设备容量相差不悬殊时，宜采用需要系数法，一般用于干线，配变电所的负荷计算 。 （1）单台用电设备分支线计算负荷η

N

P P =

30

分支线的电流为ϕη

coa U P I I N N

N 330=

=

(2)单组用电设备组计算负荷

单组计算负荷除了计算有功计算负荷外，还要计算无功计算负荷 ϕtan 3030P Q =

视在计算负荷 ϕ

cos 30

03P S = 计算电流 N

U S I 330

30= B:二项式法

二项式法不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均功率，而且考虑了少数容量最大的设备投入运行时对总计算负荷的额外影响 。确定设备台数较少而容量差别悬殊的分支干线的计算负荷时，较之需要系数法合理，且计算也较方便 。

x

e

cP

bP P +=30

４

用电设备组的平均功率

X 台容量最大设备的影响 2：无功功率补偿

功率因数达不到要求，需人工补偿，补偿方法：并联电容器 补偿容量计算：

提高功率因数好处，变电所主变压器的容量可选得小一些，降低初投资，减少工厂的电费开支，系统的电能损耗和电压损耗降低。

二：短路计算

短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。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。

接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主

30

P 30Q 30

S ϕ30

S 'ϕ'30

Q '-

e bP -x cP ()30

3030303030tan tan tan tan P q P P P Q Q Q c C ∆='-='

-='-=ϕϕϕϕC

Q

５

要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。

短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法），下面我介绍一下标幺制法。

标么值计算法计算短路电流的步骤如下： 1. 选择基准电压和基准容量

基准电压 B U 可以选择短路点所在的电网额定电压。 基准容量B S 可以选择100MVA 或系统短路容量 D S 。 2.求元件的电抗标么值 （1）电力系统的电抗标么值 电力系统的电抗标么值（ ）

或

式中

B S ---基准容量 ,O

C S -- 系统高压输电线出口断路器的启断容量,D

S -----系统短路容量 3.电力变压器的标幺值:

N

C K T C

T N

C T N K

S U U X U X

S U X I U 2

00

2

100100

1003≈

⨯≈⨯≈

oc B B B oc B S S S S S U S U X X X ===2

2*d B B

B

d B

S

S S S S U S U X X X =

==22*

B

U

U =

则电力变压器的电抗标幺值为:N

d K d C N C

K d T T S S U S U S U U X X X 100%10022

00=== 4.电力线路的电抗标幺值：2020

C

d

d

C d wl WL U S l X S U l x X X X === 三：继电器的整定计算

1.继电保护工作原理

(1) 电流增大。 短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。

(2) 电压降低。当发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。

(3) 电流与电压之间的相位角改变。正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°～85°，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180°+(60°～85°)。 (4) 测量阻抗发生变化。测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗；金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大.不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量；单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。

2.电力线路的继电保护

按GB50062—92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对3～66kV 电力线路，应装设相间短路保护、单相接地保护和过负荷保护。 A,相间短路保护

带时限的过电流保护；电流速断保护（过电流保护的时限不大于0.5～

0.7s ，按GB50062-92规定，可不装设电流速断保护）。相间短路保护应动

作于断路器跳闸切除短路故障部分。

B,单相接地保护

绝缘监视装置，装设在变配电所的高压母线上，动作于信号。有选择性的单相接地保护（零序电流保护），亦动作于信号，但当危及人身和设备安全时，则应动作于跳闸。

3.电力变压器继电保护

A,变压器的过电流保护

变压器的过电流保护主要对变压器外部故障进行保护，也可作为变压器内部故障的后备保护。变压器过电流保护的组成、原理同电力线路保护。动作电流：

动作时间：按“阶梯原则”整定，与线路过电流保护完全相同。

灵敏度：按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路时的高压侧穿越电流值来检验，要求 B,变压器的气体保护(瓦斯保护) 保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。气体保护的主要元件是气体继电器，装在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。为了使油箱内产生的气能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，变压器安装应取1%～1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有2%～()NT

L I I 1m ax .3~5.1=max .k i w

rel qb I K K K I =5.1≥P S

四：主接线方案的选择

1）变配电所主结线的选择原则

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6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，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。

（2）主结线接线方法

对于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，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。

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6—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。

1、一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图如下这种主结线，其一次侧的QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。这种主结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11 ，投入QF10 （其两侧QS先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电，这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。

2、一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图(下图)，这种主结线，其一次侧的高压断路器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF11 和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式结线。这种主结线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式结线适用的场合有所不同。如果某台变压器例如T1停电检修或发生故障时，则断开QF11 ，投入QF10 （其两侧QS先合），使两路电源进线又恢复并列运行。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器QF11 、QF12 ，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。

3、一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主电路图

这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所

4、一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母线结线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用与电力系统的枢纽变电所。本次设计的电机修造厂是连续运行，负荷变动较小，电源进线较短（2.5km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。采用一、二侧单母线分段的总降压变电所主结线（即全桥式结线）。

五：总配电所位置及车间变压器台数和容量选择

1.位置选择

总配电所的位置应该接近负荷中心，同时还要考虑电源的进线方向，以节省导线的费用和减小线路的电能损耗。另外，总配电所的位置还应该根据生产厂房布置、进出线路环境、工厂工艺装备的布局、防火要求、厂区运输、安全保卫以及其他因素综合考虑选择。

2变压器台数及容量选择

变压器的台数选择：变压器台数应根据供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合考虑而定。变电所的变压器台数一般不超过两台。供电可靠性要求不高时，可用一台变压器供电；当一、二级负荷较大时，为满足供电可靠性，应采用两台变压器供电，在有足够容量的低压备用电源时也可采用一台变压器。

变压器的容量选择：

1.变压器的容量变压器的容量首先要满足在计算负荷下，变压器能够长期可靠运行。对于单台变压器S NT≥S C，对于两台并列运行的变压器S NT1+S NT2≥S C，S NT1≥S CⅠ+S CⅡ， S NT2≥S CⅠ+S CⅡ，式中S CⅠ、S CⅡ--分别为负荷S C中一级和二级负荷的容量；S NT1、S NT2—分别为并列运行的两台变压器的额定容量。

2.其次，为适用工厂发展和调整的需要，变压器容量还应留有一定的裕量。

3.而且所选方案要满足变压器经济运行的条件。

暗备用方式运行时，变压器的容量为70%S﹥50%S，满足条件1、2；其负荷率为50%S/70%S≈70%,负荷率大于68%，满足条件3。暗备用方式投资省，能耗小，故应用广泛。

变压器调压方式选择：视负荷大小、可靠性要求、电压质量要求而定，一般车间变电所不使用有载调压变压器。

变压器相数选择：一般选择三相变压器。

六：接地极防雷保护

A, 架空线路的防雷措施

1.架设避雷线这是防雷的有效措施，但造价高，且难以避免反击，故35千伏以下的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设或者不装设避雷线。而本设计中的架空线为10千伏，输电线路不长，架设的高度较低，且受到高层建筑和树木的屏蔽，遭受雷击的几率非常低，按照相关规定，不装设避雷线。

2.提高线路本身的绝缘水平在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架空线路防雷的基本措施。

3.利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线由于3～10KV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。

4.装设自动重合闸装置自动重合闸装置（ARD）可以快速恢复供电，减小雷电引起的瞬时故障带来的停电损失。

（5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器在架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，装设阀式避雷器或保护间隙。

B.变配电所的防雷措施

（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。避雷针的保护范围应能覆盖被保护的建筑物，应能有效地避免反击现象。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。由于本设计采用的是户内配电，因此总配电所不必单独装设避雷针。

（2）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。阀式避雷器至3～10KV主变压器的最大电气距离如下表。

雷雨季节经常运行的进线路 1 2 3 ≧4数

避雷器至主变压器的最大电

15 23 27 30

气距离

由于本设计中没有总降压变电所，只有高压配电所，不用考虑其主变的防雷，因此在电源进线处不用安装避雷器。而为了防止车间变电所的变压器被损坏，可在高压配电所的配电母线上安装避雷器，用以保护各个车间的供电安全。避雷器的安装位置应满足上表的要求，由于两回进线均属于工作电源，故避雷器与车间各主变的电气距离应该在23米以内。

（3）低压侧装设避雷器这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝本设计中变压器的低压侧电压为0.4千伏，属于中性点直接接地系统，过电压可以通过接地装置接入大地，而且该地区的雷雨天气不多，厂区配电又是采用的电缆，出现雷击事故的几率很小，因此低压侧可不必装设避雷器。

C,接地

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。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。

接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。七．变配电所的电气照明

1.按照照度、光色和经济性的要求，选择合理的光源。配电所可以选择节能、显色性好的荧光高压汞灯。

2.灯具的选择和布置。土建工程完成以后，根据配电所的建筑面积、房屋高度，母线的布置情况，选择合适的灯具型号以及布置方案，检验等效灯距和距高比是否满足要求。

3.查表得出墙壁和天花板的反射系数，用利用系数法求总配电所的照度，看是否满足要求。

总结

通过这次论文，我加深了对工厂供电知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，象总降压的设计，我与其他同学一起进行课题分析、查资料，进行设计，整理说明书到最后完成整个设计。作为大学阶段一次重要的学习经历我感觉自己受益非浅，同时深深的感觉的自己的学习能力在不断提高，这次论文使我对工厂供电有了新的认识，对总降压变电所的设计由一无所知到现在的一定程度的掌握，起到了非常重要的作用，对于老师的关心，指导大家有感于心，事实上这次设计对我的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了作图，各种信息的分析，对WORD文档的使用等多方面的能力。

不久我们将走上工作岗位，这样的学习机会对我们来说已经不多了，我们非常重视。我们发扬团队合作的精神，互相配合。