___35KV工厂供电系统设计

前  言

随着人们生活质量的日益提高，用电水平的不断上升，对电能质量的要求也日益增长。而在工厂、企业中，通过对配电系统的建立，就可以对自身整体的电能使用情况和设备运行状态做到全面了解和控制，对今后生产的调整进行有效的电力匹配，减少和杜绝电力运行中的安全隐患，提高设备运行效率，提供基础的数据依据，使整个工厂电力系统更经济、安全、可控。

供电技术是分配和合理使用电能的重要环节，本着对供电的四点要求即： 安全，应按照规范能充分保证人身和设备的安全；优质，能保证供电电压和频率满足用户需求；灵活，能满足供电系统的各种运行方式，有改扩建的可能性；经济，尽量使主接线简单、投资少、节约电能和有色金属消耗量。 我们在掌握理论知识的基础上，来设计该工厂分级供电的系统设计和规划。

在设计过程中，参照工厂的原始设备资料进行负荷计算，由此得出的结果来选择确定车间的负荷级别，然后根据车间负荷及负荷级别来确定变压器台数和变压器容量，由此选择主接线方案。再通过短路电流的计算来选择高低压电器设备和电力导线等。考虑并设计防雷和接地装置。

摘  要

本论文主要是针对某自来水厂35kV 变电站的设计，概述了工厂设计的基本过程和方法。首先通过分析工厂负荷的原始材料；确定自来水厂的主接线设计和主接线的选择，根据该工厂的原始资料进行负荷计算和主变压器及其容量的选择，选择主变压器容量和型号；对35kV 变电站做了短路电流计算和一次设备的选择，短路电流是为后面设备的选型提供了依据并根据短路电流可以进行设备的整定和校验；接着对配电所二次回路进行设计和主变压器保护设计和变电站的防雷保护等。

[关键词]:短路电流；负荷计算；无功补偿；线路设计；工厂配电

第一章  绪论

1.1 当前发展概况 

随着当前国民经济的快速发展，用电负荷显著提高，工厂的用电量也逐渐走向大容量化。工厂变电所担负着从电力系统受电，经过变压然后给工厂配电的任务。车间变电所主要永夜负荷集中，设备布置较稳定的厂房内，因此车间变电所事工厂供电系统的枢纽，在工厂里占有特殊重要的地位，因而设计一个合理的变电所对于整个工厂供电的运行至关重要。 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。能源的节约是工厂供电工作的一个重要方面，因此做好工厂供电工作对于支援国家建设具有重大作用。要按照负荷性质、用电容量、工程特点和供电条件合理确定设计方案。 本设计是针对某工厂车间布局及线路选择的设计，包括车间的选线，供电线路的一系列供电变电所需的电气设备，通过负荷计算，确定各车间的各项参数，从而确定变压器的型号、台数及高低压供配电方案。同时做到系统安全第一，既符合国家标准，也保证人身设备安全。满足安全、可靠、优质、经济的的基本要求。

1.2工厂供电设计的一般原则

按照国家标准GB50053-94 《35kv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遵循以下原则： 

    （1） 遵守规程、执行；

必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针，包括节约能源，节约有色金属等技术经济。

（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。

第二章  负荷计算和无功功率补偿

2.1  负荷计算和无功功率补偿的计算

1、负荷计算和无功功率补偿计算意义：

根据变配电所供电的负荷性质及其对供电可靠性的要求，进行负荷分级，从而确定所需的供电电源个数与供电电压等级，并确定是否设置应急备用发电机组。本工程系统供配电设计按三级负荷要求设计。消防设备及部分重要负荷按二级负荷供电。由区域变电站不同母线引来两路35KV电源进行供电。由于供电要求不高，所以不准备设置应急备用发电机组。  

2、负荷计算和无功功率补偿计算目的：

确定供电方案，并选择其中的各个元器件（如电力变压器、开关设备、导线及电缆等），以满足其正常运行时负荷电流热效应的要求。另外，负荷计算也是合理地进行无功补偿的重要依据。    

1.2负荷计算和无功功率补偿计算方法

电力负荷计算方法包括:利用系数法、单位产品耗电量法、需要系数法、二项式系数法。我国一般使用需要系数法和二项式系数法，前者适用于确定全厂计算负荷、车间变电所计算负荷及负荷较稳定的干线计算负荷;后者用于负荷波动较大的干线或支线。在实际设计和实践中.电力负荷计算的有关计算系数和特征参数的选择都会影响电负荷计算结果，使其偏大、偏高。 

 电力负荷的正确计算非常重要，它是正确选择供电系统中导线、开关电器及变压器等的基础，也是保障供电系统安全可靠运行必不可少的重要一环。在方案设计与初步设计时，其电力负荷计算过小或过大，都会引起严重的后果。如果电力负荷计算过小，就会引起供电线路过热，加速其绝缘的老化;同时，还会过多损耗能量，引起电气线路走火，引发重大事故。而电力负荷计算过大，将会引起变压器容量过剩，以及供电线路截面过大，相应的保护整定值就会定得过高，从而降低了电气设备保护的灵敏度;与此同时，电力负荷计算过大还增加了投资，降低了工程的经济性。

 一般说来，当电力负荷值大于实际使用负荷的10%时，变压器容量要增加11%—12%，电线电缆等有色金属的消耗量也要增加10%—20%，同时还会增加变压器无功功率所造成的有功电力损耗。由此可见，电力负荷计算在供电设计中，特别是在确定变压器容量时所占据的重要位置。故正确地选择计算负荷方法与特征参数，对电气设计具有特别重要的意义。

2.2.1负荷计算

1、单组用电设备计算负荷的计算公式

a、有功负荷

                 　，为需要系数

b、无功负荷的计算

     c、视在负荷的计算　　　

        d、电流的计算

2、多组用电设备计算负荷的计算公式

a、有功负荷的计算

 式中是所有设备组有功计算负荷之和，是有功负荷同期系数。可取

0.85~0.95

b、无功负荷的计算

式中是所有设备组无功计算负荷之和，是无功负荷同期系数，可取0.9~0.97

c、视在负荷的计算

d、电流的计算

2.2.2  自来水厂的负荷计算

1自来水厂的负荷计算

a、一泵房负荷计算

1）高压异步电动机组

　　　取＝0.75，由自来水厂资料附表3知＝0.83可得：

          =0.672

　　　　　　　=6×380×0.75=1710KW

              =1710×0.672=1149.12k var

              =2060.237KVA

2）变压器SJ2-50/6

由自来水厂的资料知，可得：

                  ==50×0.85=42.5KW

                  ==42.5×0.620=26.35k var

综上所述，可以计算出一泵房总计算负荷，取=0.85， =0.90，

得出一泵房总计算负荷为：

            =0.85×（1710+42.5）=14.625KW

             =0.90×（1149.12+26.35）=1057.923k var

            =1827.07KVA

            =175.81A

b、二泵房负荷计算

1）高压异步电动机组

取=0.75，由自来水厂资料附表1知=0.，可得：         

               =0.512

2)高压同步电动机组

取，由自来水厂的资料附表3可知,可得；

3)变压器SJL-180/6

  由自来水厂的资料可知=0.85, 

   综上所述，可以计算出二泵房总计算负荷，取, ,得出二泵房总计算负荷为：

2.2.3自来水厂总计算负荷

   一，二泵房总的计算负荷的计算属于低压母线端干线计算负荷的直接相加，取为0.9,为0.95，

低压侧功率因数为：

由于变压器存在损耗：

所以高压侧的计算负荷为：

高压侧功率因数为：

由此可见功率因素过低，需要进行无功补偿。

2.3无功功率补偿计算

无功功率的人工补偿，因为在电力系统中存在大量的电感，当无功功率增大将引起系统的电流冲击，占用系统容量，使我们不得不选择大容量的电气设备。所以应对无功功率进行人工补偿。人工补偿主要方法包括同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。

根据附录表1得，自来水厂低压侧功率因数，课题要求车间变电所低压功率因数为0.85，所以自来水厂低压侧所需无功功率补偿功率容量：

补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：

计算电流

由于变压器存在功率损耗：

低压侧补偿后自来水厂告他侧的计算负荷为：

低压侧补偿后高压侧功率因数，课题设计要求高压侧功率因数为0.95，所以自来水厂高压侧所需无功功率补偿功率容量:

高压侧进行无功功率补偿后，高压侧视在计算负荷为，

由上面的计算结果可知，在装设了无功补偿装置后，由于低压侧总的视在计算负荷减小，从而可使变电所主变压器容量选得小一些，这不仅可以减少工厂降变电所的初投资，而且可以减少工厂的电费开支，节约电能，带来直接的经济效益。

第三章 电气主接线

3.1 概述 

电能从发电厂到用户，中间通过电气的主接线对电能进行分配。电气主接线通常是根据变电所在电力系统中的地位和作用，先满足电力系统的安全运行与经济调度的要求,然后根据规划容量、供电负荷、电力系统短路容量、线路回路以及电力设备特点等条件确定，并具有相应的可靠性、灵活性和经济性。电气主接线方式的选择，直接影响变电所设备的选择， 因此，必须在合理选择确定变电所的电气主接线方案后,才能做到合理选择变电所大的电气设备。35KV的线路一般是面向中型企业的用电，所以35KV的变电站主接线对一个工厂而言，电气主接线从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。

3.2  电气主接线的基本要求 

1、可靠性

各级电压变电所的电气主接线的可靠性要与电力系统的可靠性相协调。当任一电气设备发生单一故障时，避免电力系统发生非同步运行,避免发生频率崩溃和电压崩溃的事故。

为了避免破坏电力系统运行稳定和便于电力系统在发生事故后能迅速恢复正常运行，在确定电气主接线时要考虑以下可能的情况：故障时断路器拒绝动作；故障时继电保护装置和自动装置误动作；发生多重故障。

变电所电气主接线应根据变电所的实际情况和用电情况，尽量达到简单和供电可靠。做到断路器检修时，不影响供电。断路器或母线故障以及母线检修时，尽量减少停运的回路数和停运时间，并要保证对一级负荷或大部分二级负荷的供电。

    一般从一下方面对供电的可靠性进行分析：

（1）断路器检修时是否影响供电。

（2）设备或线路检修时，停电线路数量的多少和停电时间的长短，一级能否保证对重要用户的供电。

（3）有么样使发电厂或变电所全部停止工作的可能性。

2、灵活性

变电所电气接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性。调度时应可以灵活的投入和切除变压器和线路。检修时可以方便地停运断路器、母线及继电保护设备，进行设备检修时而不至影响电网的运行和对用户的供电。扩建时可以容易的从初期接线过度到最终接线。

在系统故障或者电气设备检修及故障时，能尽快地退出检修设备、切除故障，使停电时间最短，影响范围最小，并且在检修设备时能保证检修人员的安全。

3、经济性

为了节省变电所的建设投资，电气主接线应力求简单，以节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次电气设备。变电所占地面积小。主接线选择设计要为配电装置不止创建条件，尽量减少占地面积。

变电所运行中能量损耗要小，经济合理地选择主变压器的种类容量、台数，达到变电所经济运行之目的。

3.3  电气主接线基本形式 

单母线接线形式的主要优点是接线简单、清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套的配电装置。该接线方式的主要缺点是供电可靠性差，运行不灵活，当母线及母线隔离开关等设备故障或检修时，均需将整个配电装置停电，影响供电。单母线接线分单电源供电单母线接线和双电源供电单母线接线两种方式。单母线接线方式，10kv出线一般不超过5回，35kv出线不超过5回，110—220kv出线不超过2回。

3.3.1 单母线分段接线

用断路器，把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路;有两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。但是，一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电，而出线为双回时，常使架空线路出现交叉跨越，扩建时需向两个方向均衡扩建。

单母线分段适用与：110kv—220kv配电装置的出线回路为3—4回，35—63kv配电装置的出线回路数为4—8回，6—10kv配电装置出线为6回及以上，则采用单母线分段接线。

3.3.2 单母线分段旁路母线

这种接线方式：适用与进出线不多、容量不大的中小型电压等级为35—110kv的变电所较为实用，具有足够的可靠性和灵活性。

第四章  短路电流计算

4.1  概述 

在电力系的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种型式的短路，因为它们会遭到破坏对用户的正常供电和电气设备的正常运行。 短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地系统）发生通路的情况。 

短路的危害：由于短路时电流不经过负载，只在电源内部流动，内部电阻很小，使电流很大，强大电流将产生很大的热效应和机械效应，可能使电源或电路受到损坏，或引起火灾。

在三相系统中，可能发生的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。 电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。因此，我们都采用三相短路来计算短路电流，并检验电气设备的稳定性。

4.2  短路计算的目的及假设 

1、假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多. 

　具体规定: 对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗. 

2、在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻. 

3、短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流.

4.3各种短路电流计算 

短路计算的方法和步骤

4.3.1、欧姆法（又名单位制法）

1、绘计算电路图，选短路计算点

计算电路图上应将短路计算中需要计入的所有电路元件的额度参数表示出来，并将各个

元件依次编号。

2、计算短路回路中各主要元件的阻抗

3、绘短路回路等效电路，计算总阻抗

4、短路电流的计算

   分别对各短路计算点计算其三相短路电流周期分量、短路稳态电流及短路

冲击电流。

5、短路容量的计算。

4.3.2、标幺值法（相对单位制法）

1、绘制计算电路图，选短路计算点

   与前面的欧姆法一样

2、设定基准容量和基准电压，计算短路电流

  一般设，设（短路计算电压），短路基准电流按计算。

3、计算短路回路中个主要元件的阻抗标幺值

4、绘短路回路等效电路，并计算总阻抗

      采用标幺值计算时，无论有几个短路计算点，其短路等效电路只有一个。

5、短路电流的计算

6、短路容量的计算

4.3.3三相短路电流的计算

  本次课程设计中，涉及到三相同步电机和异步电机的供电，三相短路电流的计算采用标幺值法。

1、选基准值

取

所以   35KV侧基准电流         

35KV侧基准电流                 

35KV侧基准电流                 

2、计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

参照《供配电系统》书附录表8 得       =7、=6.5

电源的电抗标幺值                 

架空线路得电抗标幺值             

变电器的电抗标幺值               

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      

三相短路稳态电流                

短路冲击电流                    

短路冲击电流有效值              

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         

三相短路稳定电流            

短路冲击电流                

短路冲击电流有效值          

三相短路容量                 

5、计算k-3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       

三相短路稳态电流       

短路冲击电流           

短路冲击电流有效值     

三相短路容量           

第五章  电气设备的选择

5.1  概述 

导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一,正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。在进行设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全、可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，选择合适的电气设备，并注意节约投资。电气设备要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态来校验热稳定和动稳定后选择的高压电器，应能在长期工作条件下和发生过电压、过电流的情况下保存正常运行。

5.2 一次设备的选择

按设备工作条件，选择时要考虑以下几个方面：

1、环境 

产品制造上分户内型及户外型，户外型设备工作条件较差，选择时要注意。此外，还应考虑防腐蚀、防爆、防尘、放火等要求;

2、电压 

选择设备时应使用时应使装设地点的电路额定电压小于或等于额定电压，即

但设备可在高于其铭牌标明的额定电压10%~15%情况下安全运行。

3、电流 

电气设备铭牌上给出的额定电流时指周围空气温度为是电气设备长期允许通过的电流。选择设备或载流导体是应保证满足以下条件：

式中—设备铭牌标出的额定电流；

—该设备货载流导体长期通过的最大工作电流。

5.2.1 对高压断路器要求：

高压断路器是变电站的重要设备之一。正常情况下，断路器用来开断和关合电路；故障时通过继电保护动作来断开故障电路，以保证电力系统安全运行；同时，断路器又能完成自动重合闸任务，以提高供电可靠性。

要求：

在正常情况下能开断和关合电路。能开断和关合负载电流，能开断和关合空载长线路或电容器组等电容性负荷电流，以及能开断空载变压器或高压电动机等电感性小负载电流。

在电网发生故障时能将故障从电网上切除。

尽可能缩短断路器故障切除时间，以减轻电力设备的损坏，提高电网稳定性。

能配合自动重合闸装置进行单重、纵重的动作。

5.2.2电力系统应在有电压无负荷电流的情况下，应用隔离开关分、合闸电路，达到安全隔离的目的，因此隔离开关事故高压电器中应用最多的一种电器。 

在选用时应考虑的主要因素有以下几点：

隔离开关一般不需要专门的灭弧装置。

隔离开关在分闸状态下应有足够大的断口，同时不论隔离开关高压线端电压是否正常，均要满足安全隔离的目的。

隔离开关在合闸状态下应能耐受负荷电流和短路电流。

在使用环境方面，户外隔离开关应能耐受大气污染并应考虑温度突变、雨、雾、覆冰等因素的影响。

在机械结构上，需考虑机械应力、风力、地震力与操作力的联合作用，其中包括隔离开关高压接线端在三个方面耐受有机械力，以及支持绝缘子的机械强度要求。此外，对垂直伸缩式的隔离开关，还需考虑静触头接触范围的要求。    

6、隔离开关应具备手动、电动操作机构，信号及位置指示器与闭锁装置等附属装置。

7、隔离开关亦应配备接地刀闸，以保证线路或其他电气设备检修时的安全。    

8、应考虑配电装置尺寸的要求及引线位置与形式选用合适的隔离开关。

一次设备的校验

    按短路情况进行力稳定和热稳定校验

1、按短路情况进行下的稳定 即以制造厂的最大试验电流幅值与短路电流的冲击电流相比，且

式中  — 设备极限通过的电流幅值；

            — 冲击电流。

某些电气设备（例如电力互感器）由制造厂家提供动稳定倍数  ，选择设备时的要求：

式中     ——  电流互感器一次侧的额定电流。

2、短路情况下的热稳定 热稳定应满足式的要求。

    对电流互感器则要求满足下面的热稳定关系  

    式中   — 由产品目录给定的热稳定倍数；

           — 电流互感器一次侧的额定电流。

           t—由产品给定的热稳定时间。

5.3总变压器的选择

35 kv变压器的选择：

5.3.1变压器选择考虑的原则有：

1、用电负荷的分类及不能供电中断的程度。

2、电院可供进线的条件。

3、工厂负荷的均衡性，为减少电能的损耗，有事需要选择两台变压器。

4、工厂中有无大型冲击负荷，如大型高压电动机、大型电炉等。

5、运输及建筑物高度。

5.3.2变压器容量的选择

两台变压器的备用方式有两种：

1、明备用  两台变压器均按100%的负荷选择，（即一台工作，一台备用）。

2、暗备用  每台变压器的容量SN.T应同时满足以下两个条件：

1）任一台变压器单独运行的时候，满足总计算负荷SN.T≥（60%～70%）S30的需要

2）任一台变压器单独运行的时候，应满足SN.T≥ S30全部一、二级负荷的需要

从地区变电所引来的是35KV的高压电，自来水的泵房所用设备的额定电压为6KV，且为二级负荷，需要将35KV的高压电经过总降压变压器降到6KV输送至泵房。

所以                SN.T≥70%S30=0.7×4481.27=3136.（KVA）

留有一定的裕量，选取ST=4000KVA，则总降压变电所的两台变压器采用型号为的变压器，下表1列出了该型号变压器的技术指标。

表1变压器的技术指标

变压器

5.4. 1.  35kv侧电气设备的选择校验

  机修车间高压侧=0.47A, =35kA 取继电保护时间为1.5s进行校验。

  断路器的选择校验:

  试选SW2-35/1000型高压少油户外断路，其选择校验表如表2所示。

                 表2 机修车间变电所变压器高压侧断路器的选择校验表

试选GW2-35G/600型隔离开关,其选择校验表如表3所示。

表3 机修车间变电所变压器高压侧隔离开关的选择校验表

5.4.3电流互感器的选择校验：

试选LCWD-35D/1型电流互感器，其选择校验表如表4所示。    

表4机修车间变电所变压器高压侧电流互感器的选择校验表

1、发热条件

对于导线或电缆，过高的温度会使其绝缘加速老化，甚至烧毁引起火灾。因此为了保证安全用电，导线在通过正常最大负荷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，即按发热条件选择导线截面积时，应使其允许载流量不小于通过导线的计算电流

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、经济电流密度

35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。

4、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。

    根据设计经验，一般10KV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。

架空进线的选择按发热条件选择导线截面补偿功率因素后的线路计算电流

机械制造工厂35kV变电所电源进行采用LGJ型钢芯铝绞线，工厂年最大负荷利用小时数为5400h，计算符合为（5000+j3000）kV·A。

①选择经济界面积

线路计算电流为

导线和电缆经济电流密度表

选标准截面积95，即选LGJ—95型钢芯铝绞线。

②校验发热条件

查《供配电系统》教科书附录表33，得LGJ—95型钢芯铝绞线的允许载流量（室外温度20℃时）为350A，大于计算电流，满足发热条件要求。

第六章   继电保护的设计

6.1  主变压器保护设计 

概述

6.1.1继电保护的内容：

1、当系统有故障时，发信号给故障设备的开关将其切除，将故障设备从系统中切除。保证系统的安全运行。

2、当系统中有异常情况时，发信号通知运行人员进行检查，处理，防止发展成为故障，而造成事故。

按GB50062—92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：

（1）绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；

（2）绕组的匝间短路；

（3）外部相间短路引过的过电流；

（4）中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；

（5）过负荷；

（6）油面降低；

（7）变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。

    对于高压侧的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流保护；如过电流保护动作时间大于0.5～0.7s时，还应装设电流速断保护。容量在800KV·A及以上的油浸式变压器和400KV·A及以上的车间内油浸式变压器，按规定应装设瓦斯保护（又称气体继电保护）。容量在400KV·A及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在轻微故障时（通称“轻瓦斯”），动作于信号，而其它保护包括瓦斯保护在严重故障时（通称“重瓦斯”），一般均动作于跳闸。

对于高压侧为35KV及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。但是如果单台运行的变压器容量在10000KV·A及以上和并列运行的变压器每台容量在6300KV·A及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。

 6.1.2  在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、过负荷保护和瓦斯保护。对于由外部相间短路引起的过电流，保护应装于下列各侧：

 （1）对于双线圈变压器，装于主电源侧

 （2）对三线圈变压器，一般装于主电源的保护应带两段时限，以较小的时限断开未装保护的断路器。当以上方式满足灵敏性要求时，则允许在各侧装设保护。

各侧保护应根据选择性的要求装设方向元件。

 （3）对于供电给分开运行的母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个供电支路上装设保护。

 （4）除主电源侧外，其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护，而不要求作为变压器内部故障的后备保护。

 （5）保护装置对各侧母线的各类短路应具有足够的灵敏性。相邻线路由变压器作远后备时，一般要求对线路不对称短路具有足够的灵敏性。相邻线路大量瓦斯时，一般动作于断开的各侧断路器。如变压器高采用远后备时，不作具体规定。

 （6）对某些稀有的故障类型（例如110KV及其以上电力网的三相短路）允许保护装置无选择性动作。

6.1.1差动保护

变压器差动保护动作电流应满足以下三个条件

（1）应躲过变压器差动保护区外出现的最大短路不平衡电流

（2）应躲过变压器的励磁涌流

（3）在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大符合时，差动保护不应动作

变压器的过电流保护，对变压器绕组和引出线上发生故障，以及发生匝间短路时，其保护

瞬时动作，跳开各侧电源断路器。

上图：纵联差动保护原理a，b

图a：外部故障，保护不动作

图b：内部故障，保护动作

1、过电流保护动作电流的整定

IL.max =2×5700/(√3×60)A = 109.7A

取Krel = 1.3 , Ki = 150/5 = 30 , KW = 1 , Kre = 0.8

因此 

    Iop = Krel×KW×IL.max/(Kr×eKi) = 1.3×1×109.7A/(0.8×30) =5.94A

故动作电流整定为6A。

2、保护动作时间

t〈=t1-△t=2-0.5=1.5S

1.变压器过电流保护的灵敏度

Ik.max = 0.866×7.02×1000× 10/60= 1037A

则：

Sp = KW×Ik.min/(Ki×Iop) = 1×1037/(6×30) = 5.761>1.5

满足保护灵敏度的要求

6.2线路的继电保护

35KV线路保护：无时限电流速断保护，定时限电流保护，过电流保护，失压保护等等

变压器的保护：纵差动保护、瓦斯保护作为主保护，过流保护、零序电流保护、过负荷保护、油位异常等后备保护自动重合闸装置,按频率减负荷装置

针对现在的变电站来说，都是最先进的继电保护保护装置，都趋向于电力系统微机保护方面发展

第七章   防雷设计

7.1  概述 

导体和电器的选择是变电所设计的主要内容之一，正确地选择设备是使电气主接线和配电装置达到安全、经济的重要条件。

7.2  防雷保护的设计 

防雷的基本措施

（1）装设避雷针    

（2）高压侧装设避雷器

    （3）低压侧装设避雷器

在本设计中，配电所屋顶及边缘敷设避雷带，其直径为8mm的镀锌圆钢，主筋直径应大于或等于10mm的镀锌圆钢。

7.3  接地装置的设计 

7.3.1.接地与接地装置

    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。

   （1）确定接地电阻

按相关资料可确定此配电所公共接地装置的接地电阻应满足以下两个条件：

RE ≤ 250V/IE

RE ≤ 10Ω

式中IE的计算为    IE = IC = 60×(60＋35×4)A/350 = 34.3A

故 RE ≤ 350V/34.3A = 10.2Ω

综上可知，此配电所总的接地电阻应为RE≤10Ω

（2）接地装置初步方案

现初步考虑围绕变电所建筑四周，距变电所2～3m，打入一圈直径50mm、长2.5m的钢管接地体，每隔5m打入一根，管间用40×4mm2的扁钢焊接。

   （3）计算单根钢管接地电阻

查相关资料得土质的ρ = 100Ω·m

则单根钢管接地电阻RE (1) ≈ 100Ω·m/2.5m = 40Ω

   （4）确定接地钢管数和最后的接地方案

根据RE (1)/RE = 40/4 = 10。但考虑到管间的屏蔽效应，初选15根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体。以n = 15和a/l = 2再查有关资料可得ηE ≈ 0.66。 因此可得

n = RE (1)/(ηERE) = 40Ω/(0.66×4)Ω ≈ 15

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40×4mm2的扁钢连接，环形布置。

7.4  主变中性点放电间隙保护 

为了保护变压器中性点，尤其是不接地高压器中性点的绝缘，通常在变压器中性点上装设避雷器外，还需装设放电间隙，直接接地运行时零序电流保护起作用，动作接地变压器，避雷器作后备；变压器不接地时，放电间隙和零序过电压起保护作用，大气过电压时，线路避雷器动作，工程过电压时，间隙保护动作。因氧化锌避雷器残压低，无法与放电间隙无法配合，故选用阀型避雷器。

第八章   配电装置

8.1概述 

配电装置是发电厂和变电所的重要组成部分。它是按主接线的要求，由开关设备，保护和测量电器，母线装置和必要的辅助设备构成，用来接受和分配电能。 配电装置按电气设备装置地点不同，可分为屋内和屋外配电装置。

按其组装方式，又可分为：由电气设备在现场组装的配电装置，称为配式配电装置和成套配电装置。

8.1.1  屋内配电装置的特点屋内配电装置的特点 

1、由于允许安全净距小可以分层布置，故占地面积较小； 

2、维修、巡视和操作在室内进行，不受气侯影响； 

3、外界污秽空气对电气设备影响较小，可减少维护工作量； 

4、房屋建筑投资大。

8.1.2  屋外配电装置的特点屋外配电装置的特点 

1、土建工程量和费用较小，建设周期短； 

2、扩建比较方便； 

3、相邻设备之间距离较大，便于带电作业； 

4、占地面积大； 

5、受外界空气影响，设备运行条件较差，顺加绝缘； 

6、外界气象变化对设备维修和操作有影响。 

8.1.3  成套配电装置的特点成套配电装置的特点 

1、气设备布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相间和对地距离可以缩小，结构紧凑，

占地面积小； 

2、所有电器元件已在工厂组装成一整体，大大减小现场安装工作量，有利于缩短建设

周期，也便于扩建和搬运； 

3、运行可靠性高，维护方便； 

4、耗用钢材较多，造价较高。 

8.2  配电装置的选择

高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。高压开关柜有固定式和手车式（移可式）两大类型。

由于本设计是35KV电源进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择GG1A-35Q（F）型。

GG1A型高压开关柜系固定式具有防误装置的高压开关柜， 适用于交流50Hz，额定电压3.6，35KV，额定电流最大 至1000A，额定开断电流最大至31.5KA单母线系统中作 为接受或分配电能的户内成套配电高压设备。 本柜柜体宽敞，内部空间大，间隙合理、安全，具有安装、维修方便，运行可靠等特点，主回路方案完整，可以满足各种供配电系统的需要。

第九章 电测量仪表与绝缘监视装置

9.1 电测量仪表.

电测量仪表

这里的“电测量仪表”按GBJ63—90《电力装置的电测量仪表装置设计规范》的定义，“是对电力装置回路的电力运行参数所经常测量、选择测量、记录用的仪表和作计费、技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。”

为了监视供电系统一次设备（电力装置）的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行，工厂供电系统的电力装置中必须装设一定数量的

9.1.1电测量仪表

电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表两类，前者是对一次电路的电力运行参数作经常测量、选择测量和记录用的仪表，后者是对一次电路进行供用电的技术经济考核分析和对电力用户用电量进行测量、计量的仪表，即各种电度表。

9.1.2变配电装置中各部分仪表的配置

供电系统变配电装置中各部分仪表的配置要求如下：

    1、在工厂的电源进线上，或经供电部门同意的电能计量点，必须装设计费的有供电度表和无功电度表，而且宜采用全国统一标准的电能计量柜。为了解负荷电流，进线上还应装设一只电流表。

    2、变配电所的每段母线上，必须装设电压表测量电压。在中性点非有效接地的（即小接地电流的）系统中，各段母线上还应装设绝缘监视装置。如出线很少时，绝缘监视电压表可不装设。

    3、35～110/6～10KV的电力变压器，应装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电能表和无功电能表各一只，装在哪一侧视具体情况而定。 6～10/3～6KV的电力变压器，在其一侧装设电流表、有功和无功电度表各一只。6～10/0.4KV的电力变压器，在高压侧装设电流表和有功电度表各一只，如为单独经济核算单位的变压器，还应装设一只无功电度表。

    4、3～10KV的配电线路，应装设电流表、有功和无功电度表各一只。如不是送往单独经济核算单位时，可不装无功电度表。当线路负荷在5000KV·A及以上时，可再装设一只有功功率表。

    5、380V的电源进线或变压器低压侧，各相应装一只电流表。如果变压器高压侧未安装设有功电度表一只。

    6、低压动力线路上，应安装一只电流表。低压照明线路及三相负荷不平衡率大于15%的线路上，应装设三只电流表分别测量三相电流。如需计量电能，一般应装设一只三相四线有功电度表。对负荷平衡的动力线路，可只装设一只单相有功电度表，实际电能按其计度的3倍计。

    7、并联电力电容器组的回路上，应装设三只电流表，分别测量三相电流，并应装设一只无功电度表。

9.2绝缘监视.

绝缘监视装置用于小接地电流的系统中，以便及时发现单相接地故障，设法处理，以免故障发展为两相接地短路，造成停电事故。

    6～35KV系统的绝缘监视装置，可采用三相双绕组电压互感器和三只电压表，也可采用三个单相三绕组电压互感器或者一个三相五芯柱三绕组电压互感器。接成Y0的二次绕组，其中三只电压表均接各相的相电压。当一次电路其中一相发生接地故障时，电压互感器二次侧的对应相的电压表指零，其它两相的电压表读数则升高到线电压。由指零电压表的所在相即可得知该相发生了单相接地故障，但不能判明是哪一条线路发生了故障，因此这种绝缘监视装置是无选择性的，只适于出线不多的系统及作为有选择性的单相接地保护的一种辅助装置。

附录一：自来水厂用电设备一览表

后记

这次的毕业设计我们这组的共同努力下中于完成了，为了完成这次的设计我们深入了解了工厂35KV供电系统的组成。由于大家集思广益和老师诲人不倦的指导，才能使这次的设计得到好的成果，在这里我向他们表示感谢。

这次的35KV工厂供电系统的设计就是对自己所学到的电气专业知识进行一次集中的脉络梳理，使我们能在今后的工作岗位上做事能够有条理。在本次设计中，查阅了大量资料和书籍，按照预期的步骤，即分析了原始资料，选择了主接线方式，主要变压器，计算了短路电流，选择了合理的电气设备，配电装置以及防雷保护等，而且对各种装置进行了必要的校验，最终完成了对 35kV自来水厂一次部分的设计与规划 。

就目前来说，中国现在还是一个电能紧缺的大国，但是国家要发展就需要电能的支持，所以我们在现有电能紧张的情况下要对电进行合理的利用。在这次设计中我们计算了无功功率，对于无功功率我们进行无功补偿，提高了电能的利用率。对于母线我们进行了合理的计算和分配，在能达到相同供电要求的情况下减少了有色金属的消耗。达到了安全、优质、灵活、经济的要求。

      随着世界经济的交流与发展，工厂的供电开始走向大型化、智能化，对于供电的要求越来越高，我将不断的更新自己的知识来适应经济发展。还有就是设计之中必定有许多不足之处，请老师指出，以便我们在日后的工作中可以顺利的完成。

参考文献

1、《工厂供电》           作者:刘介才      出版社：机械工业出版社

2、《现代供电技术》       作者：邹有明     出版社：中国电力出版社

3、《供用电实用技术手册》 作者：翟世隆，李全中，黄德仁  

 出版社：中国水利水电出版社

4、《工厂供电设计》李宗纲、刘玉林、施慕云、韩春生 主编

5、《供配电系统》         作者：徐滤非     出版社：机械工业出版社

6、《供用电网络及设备》   作者：李俊       出版社：中国电力出版社

7、《电力工程》           作者：吴再希 等  出版社：华中科技大学出版社