1 引言

1.1 设计任务及要求

要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求、确定变电所的位置与型式，确定变电所主变压器的台数与容量、类型，选择变电所主接线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。 1.2 实用价值及意义

在国民经济高速发展的今天，电能的应用越来越广泛，生产、科学、研究、日常生活都对电能的供应提出更高的要求，因此确保良好的供电质量十分重要。本设计书注重理论联系实际，理论知识力求全面、深入浅出和通俗易懂，实践技能注重实用性，可操作性和有针对性，同时注重介绍和反映现代供配电技术的新技术。

本设计书论述了供配系统的整体功能和相关的技术知识，重点介绍了工厂供配电系统的组成和部分。系统的设计和计算相关系统的运行与管理，并根据工厂所能取得的电源及工厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定了变电所的位置与形式及变电所至变压的台数与容量、类型及选择变电所主接线方案及高低设备与进出线。本设计包括：负荷计算及无功功率补偿、变电所位置和形式选择、短路电流计算、变电所电气主接线图等。

1.3 工厂供电设计的基本内容

工厂供电设计主要内容包括工厂变配电所设计、工厂高压配电线路设计、车间低压配电线路设计及电气照明设计等。其基本内容如下： （1）负荷计算

全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。

（2）工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择

参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。 （3）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。 （4）厂区高压配电系统设计

根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。 （5）工厂供、配电系统短路电流计算

工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短 路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。 （6）改善功率因数装置设计

按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。 （7）变电所高、低压侧设备选择

参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。 （8）继电保护及二次结线设计

为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、

高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。 （9）变电所防雷装置设计

参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。

2 负荷计算及无功功率补偿

2.1 负荷计算

2.2 无功功率补偿

由表2.1可知，该厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.73而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷是功率因数不应该低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷是功率因素应稍大于0.9，暂取0.92计算380V侧所需无功功率补偿容量：

QC P30(tan 1-tan 2) 856.4 tan arccos0.73 -tan arccos0.92 kar 436.96kar

故选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其方案2（主屏）2台与方案3（辅屏）4台相组合，总共容量84kvar 6 504kvar。 因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2-2所示

表2-2 无功补偿后工厂的计算的负荷

3 变电所位置和型式的选择

变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心.工厂的负荷中心按负荷功率矩法

来确定.即在工厂平面图的下边和左侧,任作一直角坐标的X轴和Y轴,测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 、P3(x3,y3)等.而工厂的负荷中心设在P(x,y),P为P1+P2+P3+ =∑Pi.

x

P1x1 P2x2 P3x3 (Pixi)

(3.1)

P1 P2 P3 PiP1y1 P2y2 P3y3

(Piyi)

(3.2)

P1 P2 P3 Pi

y

图3-1 机械厂总平面图

按比例K在工厂平面图中测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置表3.1所示。

表3-1各车间和宿舍区负荷点的坐标位置

计算结果可知，x=44,y=41工厂的负荷中心在2号厂房的东面。

4 变电所主变压器的选择和主接线方案的选择

4.1 变电所主变压器的选择

根据厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选择的方案：

（1）装设一台主变压器型式采用S9型，而容量根据式SN.T S30，选

SN,T 1000kVA S30 954kVA，即选一台S9-1000/10型低损耗配电变压器。至于

工厂二级负荷所需的备用电源，考虑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号亦采用S9，而每台变压器容量按式y

pyp

ii

i

和式

SN.T S30 1 2 选择，即 SNT (0.6~0.7) 954kVA (572.4~667.8)kVA

且SNT S30( ) 207.3 170.4 64.9 442.6kVA

因此选两台S9-630/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均采用Yyn0。 4.2 变压器主接线方案的选择

按上面考虑的两种主变压器方案可设计下列两种主接线方案： （1） 装设一台主变压器的主接线方案，如图4-1所示

图4-1 装设一台主变压器的主接线方案

（2）装设两台主变压器的主接线方案，如图4-2所示

图4-2 装设两台主变压器的主接线方案

4.3 两种主接线方案的技术经济比较

表4-1 两种主接线方案的比较

从表4-1可以看出，按技术指标，装设两台主变的主接线方案略优于装设一台主变的主接线方案，但按经济指标，则装设一台主变的方案优于装设两台主变的方案，因此决定采用装设两台主变的方案。

5 短路电流的计算

5.1 绘制计算电路

如图5-1本厂的供电系统采用两路电源供线，一路为距本厂8km的变电站

经LJ-120架空线，该干线首段所装高压断路器的断流容量为300MV.A；一路为邻厂高压联络线。下面计算本厂变电所高压10kV母线上k-1点短路和低压380V母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。

图5-1 短路计算电路

5.2 确定短路计算基准值

kV，低压侧设Sd 100MVA，Ud Uc 1.05UN，即高压侧Ud1 10.5Ud2 0.4kV，则

Id1

5.5kA

Id2

144kA

5.3 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 （1）电力系统 已知SOC 300MVA，故

X1 100MVA 0.333

（2）架空线路 查表8-37，得LJ-150的X0 0.33 /km，而线路长8km，故

*MVAX2 (0.33 8) (100 2.4 10.5kV)2

（3）电力变压器 查表2-8，得Uz%=4.5，故

*X3

4.5100MVA

4.5 1001000kVA

因此绘短路计算等效电路如图5-2所示。

图5-2 等效电路

5.4 10KV侧三相短路电流和短路容量 （1） 总电抗标幺值

***X (k 1) X1 X2 0.333 2.4 2.733

（2）三相短路电流周期分量有效值

3）I（k 1

Id1

*

X (k 1)

5.5kA

2.01kA 2.733

（3）其他短路电流

(3)(3)

I''(3) I I(k 1) 2.01kA

(3)ish 2.55I''(3) 2.55 2.01kA 5.13kA (3)Ish 1.51I''(3) 1.51 2.01kA 3.04kA

（4）三相短路容量

（3） Sk 1

Sd

*X （k 1)

100MVA

19.9MVA

7.233

5.5 380KV侧三相短路电流和短路容量 （1）总电抗标幺值

**** X (k 2) X1 X2 X3 0.333 2.4 4.5 7.233

（2）三相短路电流周期分量有效值

3）

I（k 2

Id2

*

X (k 2)

144kA

19.9kA 7.233

（3）其他短路电流

(3)(3)

I''(3) I I(k 2) 19.9kA

(3)ish 1.84I''(3) 1.84 19.9kA 36.6kA (3)Ish 1.09I''(3) 1.09 19.9kA 21.7kA

（4）三相短路容量

3）S（k 2

Sd

*

X （k 2)

100MVA

13.8MVA

7.233

以上计算结果综合如表5-1

6 变电所一次设备的选择校验

6.1 10kV侧一次设备的选择校验

表6-1 10kV侧一次设备的选择校验

6.2 380V侧一次设备的选择校验

表6-2 380V侧一次设备的选择校验

6.3 高低压母线的选择

参照表5—28，10kV母线选LMY-3（40 4），即母线尺寸为40mm 4mm；380V母线选LMY-3(50 5),即母线尺寸为50mmX50mm，而中性线母线尺寸为40mmX4mm。

7 变电所进出线以及邻近单位联络线的选择

7.1 10kV高压进线和引入电缆的选择

（1）10kV高压进线的选择校验 采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。

1) 按发热条件选择 由I30 I1N T 57.7A及室外环境温度32 C，查表8-36，初选LJ-16，其35 C时的Ial 93.5A I30满足发热条件。

2）校验机械强度 查表8-34，最小允许截面Amin 35mm2，因此按发热条件选择的LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。 由于此线路很短，不需校验电压损耗。

（2）由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。

1）按发热条件选择 由I30 I1N T 57.7A及土壤温度25 C查表8-44，初选缆芯截面为Amin 25mm2的交联电缆，其Ial 90A I30，满足发热条件。

2）校验短路热稳定 按式 C

Amin I

(3)

M

计算满足短路热稳定的最小截面 W

0.75

mm2 16.08mm2 A 25mm2 77

timaC

1430

式中C值由表5-13差得；tima按终端变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路时间0.2s，再加0.05s计，故tima 0.75s。

因此YJL22-10000-3 25电缆满足短路热稳定条件。 7.2 380V低压出线的选择

（1）馈电给1号厂房（铸造车间）的线路 采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

1）按发热条件选择 由I30 283A及地下0.8m土壤温度25 C，查表8-43，初选缆芯截面240mm2，其Ial 319A I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由图3.1所示工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为125m，而由表8-42查得240mm2的铝芯电缆R0 0.16km（按缆芯工作温度75 C计），X0 0.07 km，又1号厂房的P30 128kW，Q30 136kvar，因此按式 U

pR qX 得：

UN

U

128kW (0.16 0.125) 136kW (0.07 0.125)

9.9V

0.38kV

9.9V

U% 100% 2.6% Ual% 5%

380V

M

计算满足短路热稳定的最小截面 W

故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验 按式 C

(3)

Amin I

tima0.75

19900 mm2 226.3mm2 C76

前面按发热条件所选240mm2的缆心截面大于Amin，满足短路热稳定要求，故· 选VLV22 1000 3 240 1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择。

（2）馈电给2号厂房（锻压车间）的线路亦采用VLV22 1000 3 240 1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

1）按发热条件选择 由I30 159A及地下0.8m土壤温度25 C，查表8-43，初选缆芯截面95mm2，其Ial 189A I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由图3.1所示工厂平面图量得变电所至2号厂房距离约为50m，而由表8-42查得95mm2的铝芯电缆R0 0.4 /km（按缆芯工作温度75 C计），X0 0.07km，又2号厂房的P30 65.9kW，Q30 81.7kvar，因此按式 U

pR qX 得：

UN

U

65.9kW (0.4 0.05) 81.7kW (0.07 0.05)

4.22V

0.38kV

4.22V

U% 100% 1.1% Ual% 5%

380V

M

计算满足短路热稳定的最小截面 W

故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验 按式 C

Amin I

(3)

tima0.75

19900 mm2 226.3mm2 C76

前面所选240mm2的电缆满足以上的发热、电压损耗、热稳定度要求，故选

中性线芯按不小VLV22 1000 3 240 1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，于相线芯一半选择。

（3）馈电给3号厂房（金工车间）的线路亦采用VLV22 1000 3 240 1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

1）按发热条件选择 由I30 176A及地下0.8m土壤温度25 C，查表8-43，初选缆芯截面95mm2，其Ial 189A I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由图3.1所示工厂平面图量得变电所至3号厂房距离约为150m，而由表8-42查得95mm2的铝芯电缆R0 0.4km（按缆芯工作温度，X0 0.07km，又3号厂房的P30 74.8kW，Q30 88.6kvar，因此75 C计）按式 U

pR qX 得：

UN

U

74.8kW (0.4 0.15) 88.6kW (0.07 0.15)

14.3V

0.38kV

14.3V

U% 100% 3.7% Ual% 5%

380V

M

计算满足短路热稳定的最小截面 W

故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验 按式 C

(3)

Amin I

tima0.75

19900 mm2 226.3mm2 C76

前面所选240mm2的电缆满足以上的发热、电压损耗、热稳定度要求，故选中性线芯按不小VLV22 1000 3 240 1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，于相线芯一半选择。

（4）馈电给4号厂房（工具车间）的线路亦采用VLV22 1000 3 240 1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

1）按发热条件选择 由I30 238A及地下0.8m土壤温度25 C，查表8-43，初选缆芯截面150mm2，其Ial 242A I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由图3.1所示工厂平面图量得变电所至4号厂房距离约为125m，而由表8-42查得150mm2的铝芯电缆R0 0.25 km（按缆芯工作温

度75 C计），X0 0.07 km，又4号厂房的P30 103kW，Q30 118kvar，因此按式 U

pR qX 得：

UN

U

103kW (0.25 0.125) 118kW (0.07 0.125)

11.2V

0.38kV

11.2V

U% 100% 2.95% Ual% 5%

380V

M

计算满足短路热稳定的最小截面 W

故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验 按式 C

(3)

Amin I

tima0.75

19900 mm2 226.3mm2 C76

前面所选240mm2的电缆满足以上的发热、电压损耗、热稳定度要求，故选中性线芯按不小VLV22 1000 3 240 1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，于相线芯一半选择。

（5）馈电给5号厂房（电镀车间）的线路亦采用VLV22 1000 3 240 1 120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

1）按发热条件选择 由I30 238A及地下0.8m土壤温度25 C，查表8-43，初选缆芯截面150mm2，其Ial 242A I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由图3.1所示工厂平面图量得变电所至5号厂房距离约为155m，而由表8-42查得150mm2的铝芯电缆R0 0.25km（按缆芯工作温度，X0 0.07km，又5号厂房的P30 120kW，Q30 101kvar，因此按75 C计）

pR qX 式 U 得：

UN

U

120kW (0.25 0.155) 101kW (0.07 0.155)

5.74V

0.38kV

5.74V

U% 100% 1.51% Ual% 5%

380V

M

计算满足短路热稳定的最小截面 W

故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验 按式 C