某化纤厂供配电系统设计报告课程设计

某化纤厂供配电系统设计报告 专业班级：
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指导老师：
前言 电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。工厂供电系统的核心部分是变电所。因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。电能是现代工业生产的主要能源和动力，做好工厂供电设计对于发展工业生产、实现工业现代化，具有十分重要的意义。工厂供电系统首先要能满足工厂生产和生活用电的需要，其次要确保安全，供电可靠，技术先进和经济合理，并做好节能。

本次设计主要包括变电所总体分析、电力系统分析、主接线选择、主变选择、无功补偿设备选择、短路电流的计算、电气设备的选择、防雷设计、配电装置和平面设置等。在主接线设计中，在10KV侧我们把两种接线方式在经济性、灵活性、可靠性三个方面进行比较，最后选择10KV采用单母线分段接线方式，在10KV侧采用单母分段接线方式。因此，必需合理设计变电所各个系统和运用先进的电气设备，这对满足变电所安全供电是极为重要的，而经济性就是要求电气设备的初期投资与运行费用达到经济合理，只有满足这几项要求，才能使工厂生产不受影响 本设计根据化纤厂所能取得的供电电源和该厂用电负荷的实际情况，并适当考虑生产的发展，按工厂供电的基本要求，对各车间进行负荷计算和无功补偿；
确定出了各变电所的位置及各变电所变压器台数、数量和型式；
计算了短路电流；
选择了各线路导线截面和变电所高低压设备；
配置了继电保护装置、防雷和接地装置；
绘出设计图样，完成了化纤厂的供配电系统设计。通过设计可以使我在分析计算，掌握工程设计的技术经济规定，查阅工具书等技能方面得以提高，为以后的工作打下良好的基础。

(关键词:变压器 变电所设计;负荷统计;短路电流计算;继电保护的配置) 目录 前言 1 第一章 工厂简介及设计要求 4 1.1、原始资料 4 1.2、设计内容 5 1.3、要求设计成果 5 第二章 负荷计算及功率因素补偿计算 5 2.1、计算厂总降压变负荷 5 2.2、各车间的负荷计算 7 2.3、城北变电压等级的确定 13 第三章 车间供电系统设计 14 3.1、变电所所址的选择 14 3.2、车间变电所的确定 15 3.3、变电所变压器台数的确定 15 3.4、变压器容量的确定 16 3.5、线路截面选择及线路损耗计算 19 3.5.1.引自区域变电所的10KV线路 19 3.5.2、引自其他厂的10KV电缆线路 20 3.5.3、10KV线路母排截面计算 21 3.5.4、变压器高压侧线路截面计算 21 3.5.5、变压器低压侧线路及母排截面计算 22 3.5.6、车间I线路截面计算 22 3.5.7、2号车间线路截面计算 23 3.5.8、3号车间线路截面计算 23 第四章 短路电流计算 24 4.1、计算短路电流的目的和任务 25 4.2、限制短路电流的措施 25 4.3、计算短路电流 25 第五章 继电保护装置 31 5.1、继电保护的任务 31 5.2、变压器保护 31 5.2.1、瓦斯保护 31 5.2.2、过电流保护 32 5.2.3、电流速断保护 34 5.2.4、过负荷保护 35 5.3、10KV线路保护 36 第六章 防雷与接地 39 6.1、防雷保护设计 39 6.2、接地装置设计 39 第七章 电气设备选择 41 7.1、电气设备选择的一般原则 41 7.1.1、按工作环境及正常工作条件选择电气设备 41 7.1.2、短路条件校验设备的动稳定和热稳定 42 7.1.3、开关电器的断流能力校验 42 7.2 高压电气设备的选择 43 7.2.1 高压电气设备的选择 43 7.3 变电所一次设备的选择校验表 45 7.3.1、10KV侧一次设备的选择校验 45 7.3.2、 380侧一次设备的选择校验 46 结束语 48 参考文献 49 第一章 工厂简介及设计要求 某化纤厂供配电系统设计 1.1、原始资料 1.工厂负荷数据：工厂多数车间为2班制，年最大负荷利用小时数4600小时。工厂负荷统计资料见表1。设计需要考虑工厂5年发展规划负荷（工厂负荷年增长率按2%）。

表1：化纤厂负荷情况表 序号 车间及设备 安装容量(kW) 需要系数 1 纺 练 车 间 纺丝机 200 0.80 0.78 筒绞机 30 0.75 0.75 烘干机 85 0.75 1.02 脱水机 12 0.60 0.80 通风机 180 0.70 0.75 淋洗机 6 0.75 0.78 变频机 840 0.80 0.70 传送机 40 0.80 0.70 2 原液车间照明 1040 0.75 0.70 3 酸站照明 260 0.65 0.70 4 锅炉房照明 320 0.75 0.75 5 排毒车间照明 160 0.70 0.60 6 其他车间照明 240 0.70 0.75 2.供电电源请况：按与供电局协议，本厂可由16公里处的城北变电所（110/38.5/11kV），90MVA变压器供电，供电电压可任选。另外，与本厂相距5公里处的其他工厂可以引入10kV电缆做备用电源，但容量只能满足本厂负荷的20%（重要负荷），平时不准投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。

3.电源的短路容量（城北变电所）：35kV母线的出线断路器断流容量为400MVA；
10kV母线的出线断路器断流容量为350MVA。

4.电费制度：按两部制电费计算。变压安装容量每1kVA为18元/月，电费为0.5元/ kW·h。

5.气象资料：本厂地区最高温度为38度，最热月平均最高气温为30度。

6.地质水文资料：本厂地区海拔60m，底层以砂粘土为主，地下水位为2 m。

1.2、设计内容 1．总降压变电站设计 （1）负荷计算 （2）主结线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，根据改方案初选主变压器及高压开关等设备，经过概略分析比较，留下2～3个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。

（3）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。

（4）主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号、绝缘子等设备的选择及校验。选用设备型号、数量、汇成设备一览表。

（5）主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。

（6）配电装置设计：包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。

（7）防雷、接地设计：包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。

2．车间变电所设计 根据车间负荷情况，选择车间变压器的台数、容量，以及变电所位置的原则考虑。

3． 厂区380V配电系统设计 根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。

1.3、要求设计成果 1．设计说明书，包括全部设计内容，负荷计算，短路计算及设备选择要求列表；

2．电气主接线图（三号图纸）；

3．继电保护配置图（三号图纸）；

第二章 负荷计算及功率因素补偿计算 2.1、计算厂总降压变负荷 一.计算负荷概念 供电系统要能够在正常条件下可靠运行，则其中各个元件（包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等）都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。通过负荷的统计计算求出的，来选择供电系统中设备。

二.计算负荷目的 计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。

三.计算负荷方法 目前负荷计算常用需要系数法、二项式法、和利用系数法,前二种方法在国内设计单位的使用最为普遍。此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和ABC法等. 常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时，应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需用系数，然后按照表一给出的公式求出该组用电设备的计算负荷。

此设计采用的是需用系数法来对电力负荷计算的。

因为，需用系数是用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。采用利用系数法求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，计算过程十分繁琐。而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑；
单位产品耗电量法主要适用于某些工业。

需要系数法，是把用电设备的总设备容量乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷的一种简便方法。需要系数法主要用于工程初步设计及施工图设计阶段，对变电所母线、干线进行负荷计算。当用电设备台数较多，各种设备容量相差不悬殊时，其供电线路的负荷计算也采用需要技术法。

需要技术时一个综合性系数，它是指用电设备组投入运行时，从供电网络实际取用的功率与用电设备组的设备功率之比。需要系数与用电设备组的运行规律、负荷率、运行效率、线路的供电效率等因数有关，工程上很难准确确定，只能靠测量确定。如果从供电形式的角度来讲：负荷计算可以分为单相和三相用电设备的负荷计算两种形式。从供电系统中所在的位置角度来讲：负荷计算可分为一组用电设备、多组用电设备的负荷计算。但无论是那种形式，用需要系数法确定计算负荷都有如表2的通用公式：
表2：公式表 名称 公式 备注 用电设备组的容量 —设备的额定容量－设备组的同时系数 －设备组的负荷系数 －设备组的平均效率 －配电线路的平均效率 －对应用电设备组的正切值 －用电设备组的平均功率因数 －用电设备组的额定电压 以上参数由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取。

用电设备组有功计算负荷 需要系数 无功计算负荷 视在计算负荷 计算电流 有功负荷的同时系数 无功负荷的同时系数 总的有功计算负荷 总的无功计算负荷 总的视在计算负荷 2.2、各车间的负荷计算 Ⅰ.各车间计算负荷和无功补偿（需要系数法）
1.纺练车间 单台机械负荷计算 a.纺丝机 已知：，，。

故：
b.筒绞机 已知：，，。

故：
c.烘干机 已知：，，。

故：
d.脱水机 已知：,，。

故：
e.通风机 已知：，，。

故：
f.淋洗机 已知：，，。

故：
g.变频机 已知：，，。

故：
h.传送机 已知：，，。

故：
纺练车间单台机械负荷统计见表4。

表4：纺练车间负荷统计列表 序号 车间设备名称 安装容 计算负荷 1 纺丝机 200 0.8 0.78 160 124.8 2 筒绞机 30 0.75 0.75 22.5 16.88 3 烘干机 85 0.75 1.02 63.75 65.03 4 脱水机 12 0.6 0.8 7.2 5.76 5 通风机 180 0.7 0.75 126 94.5 6 淋洗机 6 0.75 0.78 4.5 3.51 7 变频机 840 0.8 0.7 672 470.4 8 传送机 40 0.8 0.7 32 22.4 9 小计 1393 1087.95 803.28 2.车间计算负荷统计(计及同时系数）
取同时系数：， 3.其余各车间负荷计算 a.原液车间 已知：，，。

故：
b.酸站照明 已知：，，。

故：
c.锅炉房照明 已知：，，。

故：
d.排毒车间 已知：，，。

故：
e.其他车间 已知：，，。

故：
4.全厂计算负荷计算 各车间计算负荷统计见表5。

表5：各车间计算负荷统计列表 序号 车间设备名称 安装容量 1 纺练车间 1393 1033.55 779.18 1294.35 2 原液车间照明 1040 780 546 952 3 酸站照明 260 169 118.3 206.3 4 锅炉房照明 320 240 180 300 5 排毒车间照明 160 112 67.2 130.6 6 其他车间照明 240 168 126 210 5.考虑五年的发展，年增长率按2%计算，各车间计算负荷按下列公式计算：
计算各车间负荷五年发展表格见表6 表6、考虑5年的发展后车间计算负荷 序号 车间设备名称 安装容量 1 纺练车间 1393 1141.12 860.18 1429.07 2 原液车间照明 1040 860.2 602.8 1050.4 3 酸站照明 260 186.6 130.6 227.8 4 锅炉房照明 320 265 198.7 331.2 5 排毒车间照明 160 123.7 74.2 144.2 6 其他车间照明 240 185.5 139.1 231.9 2.3、城北变电压等级的确定 输电线路电压等级的确定应符合国家规定的标准电压等级，选择电压等级时，应根据输送容量和输电距离，以及接入电网的额定电压的情况来确定，输送容量应该考虑变电所总负荷和五年发展规划。

一.电压等级的确定 电网电压等级的确定，是与供电方式、供电负荷、供电距离等因素有关的。

有关资料提供了供电电压与输送容量的关系：
1.当负荷为时，供电电压易选，输送距离在公里；

2.当负荷为时，供电电压易选，输送距离在公里；

3.当负荷为时，供电电压易选，输送距离在公 里；

4.当负荷为时，供电电压易选，输送距离在公里；

5.当负荷为时，供电电压易选，输送距离在公里；

6.当负荷为以上时，供电电压易选，输送距离在公里以上。

但近年来，随着电气设备的进步及电力技术的发展，输送容量及距离有了很大进步。

二.本厂电压等级的确定 设计任务书提供了三个电压等级：在要 考虑工厂5年发展规划负荷（工厂负荷年增长率按），五年以后的最大功率为2979.49KVA并且输送距离为16公里，因此我选用负荷为3000-5000KW，供电电压易选10KV，输送距离在5-15公里。

第三章 车间供电系统设计 3.1、变电所所址的选择 变电所所址的选择是否合理,直接影响供配电系统的造价和运行。工厂变配电所所址的选择,应考虑以下原则: 1.尽量靠近负荷中心,以便减少电压损耗、电能损耗和有色金属消耗量。

2.节约用电,不占或少占耕地及经济效益高的土地。

3.与城乡或工矿企业规划相协调,便于架空线路和电缆线路的引入和引出。

4.交通运输方便。

5.尽量避开污染源或选择在污染源的上风侧。

6.应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。

7.尽量不设在低洼积水场所及其下方。

8.应远离易燃易爆等危险场所。

3.2、车间变电所的确定 根据各车间计算负荷大小，决定设立3个车间变电所，各自供电范围如下：
变电所Ⅰ：纺炼车间。

变电所Ⅱ：原液车间。

变电所Ⅲ：锅炉房、排毒车间、酸站、其他车间。

3.3、变电所变压器台数的确定 一.确定原则 1.对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。

2.对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。

3.对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的 1—2 级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。

二.选择变压器台数时,应考虑以下因素: 1.应满足用电负荷对供电的可靠性的要求，对供有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。

2.对于一级负荷的场所，邻近又无备用电源联络线可接,或季节性负荷变化较大时,宜采用两台变压器。

3.是否装设变压器，应视其负荷的大小和邻近变电所的距离而定。当负荷超过320KVA时，任何距离都应装设变压器。

三.变电所选择一台或两台变压器各有其优点和缺点：
1. 选用两台变压器的变电所，当一台变压器发生故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。当负荷大时候，两台变压器又可以配合运用。但是两台变压器的投资比较大，一般小的变电所甚至承担不起这样的消耗,运行损耗也比较大，它工作时候两个铁心同时运行,这样势必增大了运行成本。

2.选用一台变压器的变电所，当变压器发生故障或检修时，那么将会出现全厂停电的严重情况，如果一级负荷遇到了停电情况,那么损失将会是无法估算的，因此一台变压器的供殿可靠性比较差，但是一台变压器的投资小、运行损耗小，因为太工作时只要一个铁心在工作，这样势必减少了运行成本。

3.综上所述，选用两台变压器虽然它有一些缺点，但是它的优点早已经把这些缺点给掩盖，优点远远大于它的缺点，而选用一台变压器虽然它有一些优点,但是它的弊端太明显也很严重。

变电缩通常为了生产、生活、用电等的需要，都会选用两台变压器，因为它的优点太明显了，而且非常的多。

四．本次毕业设计是设计对某化纤厂进行供电，根据全厂计算负荷，应该用三台变压器供电。

3.4、变压器容量的确定 一.变压器容量选择时应遵循的原则 1.只装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要。

2.装有两台变压器的变电所，每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件：
a.任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要；

b.任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备的需要。

3.变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的为宜，以提高运行率。

二.各车间变压器台数及容量选择 1.变电所I 变压器及容量选择 a.变电所I的供电负荷统计。由表6有， b.变压所I得的无功补偿（提高功率因数到0.92以上）。

无功补偿试取：
补偿以后：
c.变电所I的变压器选择。

查《工厂供电》附表5：选择变压器型号S9-1250，额定容量为1250 KVA，一台，Dyn11联结。

查表得出变压器的各项参数：
阻抗电压 d.计算变压器的功率损耗。

可用简化经验公式：
2.变压所Ⅱ变压器台数及容量选择 a.变压所Ⅱ的供电负荷统计。由表6， , b.变压所Ⅱ的无功补偿（提高功率因数到0.92以上）。

无功补偿试取：
补偿以后：
c.变电所Ⅱ的变压器选择。

查《工厂供电》附表5：选择变压器型号S9-1000，额定容量为1000 KVA，一台，Dyn11联结。

查表得出变压器的各项参数：
阻抗电压 d.计算变压器的功率损耗。

可用简化经验公式：
3.变压所Ⅲ变压器台数及容量选择 a.变压所Ⅲ的供电负荷统计。由表6有， b.变压所的无功补偿（提高功率因数到0.92以上）。

无功补偿试取：
补偿以后：
c.变电所的变压器选择。

查《工厂供电》附表5：选择变压器型号S9-1000，额定容量为1000 KVA，一台，Dyn11联结。

查表得出变压器的各项参数：
阻抗电压 d.计算变压器的功率损耗。

可用简化经验公式：
表7.无功功率补偿后各车间的计算负荷及变压器损耗 车间 P （kw）
Q （Kvar）
S （KVA）
（Kw）
(Kvar) P+ (Kw) Q+ (Kvar) (KVA) （A）
1 1141.12 460.3 1238 12.4 61.9 1153.5 522.2 1266.2 73.1 2 861.2 362.8 934.5 9.3 46.7 870.5 409.5 962 55.5 3-6 722.8 306.3 785 7.9 39.3 730.7 345.6 808.3 46.7 共计 2754.7 1277.3 同时系数 0.95 0.97 计算负荷 2617 1239 2895.5 补偿 150 总计算负荷 2617 1089 2834.5 163.6 3.5、线路截面选择及线路损耗计算 3.5.1.引自区域变电所的10KV线路 按经济电流密度计算：由于任务书中给出的最大负荷利用小时数为小时，查表可得：架空线的经济电流密度 为。

所以可得经济截面：
可选用导线型号LGJ-185，其允许载流量为。

相应参数为，。

在按发热条件检验：
由上式可知，所选导线符合长期发热条件。

线路长度为16km，其功率损耗：
电压损耗校验：
,合格。

3.5.2、引自其他厂的10KV电缆线路 引自其他厂的10kv电缆线路容量满足全厂总负荷的20%：
按经济电流密度计算：由于任务书中给出的最大负荷利用小时数为小时，查表可得：电缆的经济电流密度 为。

所以可得经济截面：
可选用电缆型号VLV-10-(3*25+1*16)-DB，其允许载流量为。

相应参数为，。

a.按发热条件检验：
由上式可知，所选导线符合长期发热条件。

b.复核电压降：
线路长度为5km，电压损耗校验：
,合格。

3.5.3、10KV线路母排截面计算 查《工厂供电》附录表17，选单条平放，其允许载流量为。

满足,符合条件。

3.5.4、变压器高压侧线路截面计算 由表7有，,,,选用电缆进线 查《工厂供电》附录表18， 对变电所I选用，其允许载流量为90A>73.1A,满足条件；

对变电所Ⅱ选用，其允许载流量为75A>55.5A,满足条件；

对变压所Ⅲ选用，其允许载流量为55A>46.7A满足条件。

3.5.5、变压器低压侧线路及母排截面计算 查《工厂供电》附录表17， 车间I选用，单条竖放，其允许载流量为1955A>1881A,满足条件;车间Ⅱ选用，单条平放，允许载流量为1427A>1420A，满足条件; 车间Ⅲ选用，单条平放，允许载流量为1274A>1193A，满足条件。

3.5.6、车间I线路截面计算 计算车间各设备的实际工作电流由公式,得 表8、1号车间线路截面计算表 车间设备 额定功率(Kw) 工作电流I （A）
温度矫正I （A）
截面型号 纺织机 200 357.5 380.3 BV-500-(3*185+1*95)-WS 筒绞机 30 53.6 57.0 BV-500-(3*10+1*6)-WS 烘干机 85 151.9 160.6 BV-500-(3*50+1*25)-WS 脱水机 12 21.4 22.8 BV-500-(3*4+1*2.5)-WS 通风机 180 321.7 341.5 BV-500-(3*150+1*95)-WS 淋洗机 6 10.7 11.4 BV-500-(3*1.5+1*1)-WS 变频机 840 1501.5 1597.3 BV-500-(3*800+1*400)-WS 传送机 40 71.5 76.1 BV-500-(3*16+1*10)-WS 3.5.7、2号车间线路截面计算 表9、2号车间线路截面计算表 车间设备 额定功率(Kw) 工作电流I （A）
温度矫正I （A）
截面型号 原液车间照明1 115.6 206.6 219.8 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 原液车间照明2 115.6 206.6 219.8 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 原液车间照明3 115.6 206.6 219.8 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 原液车间照明4 115.6 206.6 219.8 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 原液车间照明5 115.6 206.6 219.8 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 原液车间照明6 115.6 206.6 219.8 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 原液车间照明7 115.6 206.6 219.8 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 原液车间照明8 115.6 206.6 219.8 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 原液车间照明9 115.6 206.6 219.8 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 3.5.8、3号车间线路截面计算 计算车间各设备的实际工作电流由公式,得 表10、3-6号车间线路截面计算表 车间设备 额定功率(Kw) 工作电流I （A）
温度矫正I （A）
截面型号 酸站照明1 130 232.4 246.8 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 酸站照明2 130 232.4 246.8 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 锅炉房照明1 106.7 190.7 202.1 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 锅炉房照明2 106.7 190.7 202.1 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 锅炉房照明3 106.7 190.7 202.1 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 排毒车间照明1 80 143 152.1 BLV-500-(3*70+1*35)-WS 排毒车间照明2 80 143 152.1 BLV-500-(3*70+1*35)-WS 其他车间照明1 120 214.5 227.7 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 其他车间照明2 120 214.5 227.7 BLV-500-(3*95+1*50)-WS 第四章 短路电流计算 短路就是指不同电位的导电部分之间的低阻性短接。短路后，短路电流比正常电流大得多；
在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的电流可对供电系统产生极大的危害。因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；
同时需要进行短路电流的计算，以便正确的选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大电流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件等，也必须计算短路电流。

4.1、计算短路电流的目的和任务 a.选择设备。

b.选择和整定继电保护装置。

c.确定接线和运行方式。

d.选择限流电抗器。

4.2、限制短路电流的措施 当电力网短路电流数值与系统运行和发展不适应时，应采取措施限制短路电流，一般可以从电力网结构、系统运行和设备等方面采取措施：
a. 电力网结构方面：在保持合理电网结构的基础上，及时发展高一级电压、电网互联或新建线路时注意减少网络的紧密性，大容量发电厂尽量接入最高一级电压电网，合理选择开闭所的位置及直流联网等，要经过全面技术经济比较后决定。

b. 系统运行方面：高一级电压电网形成后及时将低一级电压电网分片运行、多母线分列运行和母线分段运行等。

c.设备方面：结合电力网具体情况，可采用高阻抗变压器、分裂电抗器等常用措施，在高压电网必要时可采用LC谐振式或晶闸管控制式短路电流限制装置。

4.3、计算短路电流 短路电流的计算见表11。

表11:公式及参数列表 参数名称 有名值 标幺值 说明 功率 S 一般取Sd=100MVA 电压 U 一般取Ud=Uev 电流 I 电抗 X = 是以Sd为基准容量的标幺值 变压器电抗 线路电抗 为线路每公里电抗值 电抗器电抗 %为电抗器铭牌上数值 系统等值电抗 为某点短路容量，为该点的三相短路电流 电动机电抗 为启动电流倍数 k-2 k-1 G 该工厂的供电系统图如下：
k-3 k-4 (1)、确定基准值 取, (2) 、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 由任务书得，因此 2) 、10KV架空线路的电抗标幺值 查表得：
3）、电力变压器的电抗标幺值 由附录表5查得，因此 绘短路等效电路如下图，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标明短路计算点。

(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 1）、总电抗标幺值 2)、三相短路电流周期分量有效值 3)、其他三相短路容量 4)、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 1）、总电抗标幺值 2)、三相短路电流周期分量有效值 3)、其他三相短路容量 4)、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 1）、总电抗标幺值 2)、三相短路电流周期分量有效值 3)、其他三相短路容量 4）、三相短路容量 （6）
k-4点的计算与k-3的计算一样 （7）
综上有三相短路电流表12 表12、三相短路电流表 短路 计算点 三相短路电流(KA) (MVA) K-1 1.02 1.02 1.02 2.6 1.54 18.6 K-2 15.4 15.4 15.4 28.3 16.8 10.7 K-3 13.9 13.9 13.9 25.6 15.2 9.6 K-4 13.9 13.9 13.9 25.6 15.2 9.6 第五章 继电保护装置 5.1、继电保护的任务 1.供电系统需迅速地切断故障，并保护系统无故障部分继续运行。

2.当系统出现非正常工作状态时，要给值班人员发出信号，使值班人员及时进行处理，以免引起设备故障。

5.2、变压器保护 根据规程规定400kVA变压器应设下列保护：
1.瓦斯保护 防御变压器内部短路和油面降低，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。

2.电流速断保护 防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。

3.过电流保护 防御外部相同短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护，动作于跳闸。

4.过负荷保护 防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载。

5.2.1、瓦斯保护 瓦斯保护又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的相当灵敏的保护装置。按GB 50062-1992规定，800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。

其工作原理：当变压器漏油造成油面过低，或发生轻微故障产生少量气体使油面下降，致使瓦斯继电器有一对触点接通，发出轻瓦斯警报信号。

当变压器内部发生严重故障时，电弧电流使变压器油强烈气化，体积骤然膨胀，在瓦斯继电器内形成冲击的油流，使另一对触点接通，并发出重瓦斯跳闸的信号和命令。油浸式电力变压器瓦斯保护的接线如下图所示：
5.2.2、过电流保护 防御外部相同短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备保护，动作于跳闸。总降压变电所内的变压器，一般装设过电流保护，如过电流的保护动作时限超过0.5秒时，还需增设电流速断保护，保护装置设在变压器的电源侧，它既能反应外部故障，还可作为变压器内部故障的后备保护。

变压器的过电流保护动作电流的整定原则与线路过电流保护相同，按躲过变压器一次侧可能出现的最大负荷电流来整定。

过电流保护的整定计算一般包括动作电流的计算，动作时限的整定和灵敏度的校验。

（1）
、过电流保护装置动作电流计算 过电流保护的最小起动电流必须按两个条件整定：一是必须躲过正常工作的最大负荷电流，二是躲过外部故障切断后各电动机的自起动电流。过电流保护装置的一次侧起动电流可按下式计算：
对于DL型电流继电器， 可靠系数=1.2， 接线系数=1， 最大负荷电流=(1.5-3), 返回系数=0.8 表13、过电流保护的动作电流整定计算 变压器 (A) （A) 一号车间 20 73.1 8.2～16.4 二号车间 20 55.5 6.2～12.5 三到六号车间 20 46.7 5.3～10.5 (2)、过电流保护的动作时限 选择线路过电流保护的动作时限，应从距离电源最远的保护装置（末级）开始，越靠近电源，动作时限越长。如末级保护装置的动作时间为t,则与之相邻的保护装置动作时间为，为一个时限阶段，一般DL型继电器取0.5～0.6秒；
GL型取0.7秒。

5.2.3、电流速断保护 过电流保护的动作时限大于0.5秒时，为使故障变压器能迅速的从系统中切除，还需装设电流速断保护。

变压器的速断保护设在电源侧，通常采用两相不完全星形接线，整定其动作电流应躲开系统最大运行方式时变压器二次侧母线短路时最大短路电流。

电流速断保护的动作电流整定计算公式为 对于DL型电流继电器， 可靠系数=1.2， 接线系数=1， 表14、电流速断保护的动作电流整定计算 变压器 (KA) （KA) 一号车间 20 15.4 0.9 二号车间 20 13.9 0.8 三到六号车间 20 13.9 0.8 5.2.4、过负荷保护 变压器正常运行时的过载情况，设置过负荷保护。一般只动作于信号。因变压器的过负荷电流多为三相对称，所以过负荷保护只需在一相装设电流继电器，为防止在大电机起动等短时冲击电流或外部短路故障时发出不必要的信号，过负荷保护的动作时限整定为10-15秒，其动作电流整定值要躲过变压器额定一次电流,即其整定计算公式为 表15、过负荷保护的动作电流整定计算 变压器 (A) （A) 一号车间 20 72.2 4.3～4.7 二号车间 20 57.7 3.5～3.8 三到六号车间 20 57.7 3.5～3.8 下图为变压器定时限过电流保护电流速断保护和过负荷保护的综合电路图：
5.3、10KV线路保护 对于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。

（1) 相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护，动作于跳闸；

（2）单相接地保护有两种形式：绝缘监视装置，动作于信号；
有选择性的单相接地保护，动作于信号；

（3）过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护，动作于信号。

各个保护的具体整定计算如下：
（1）
、过电流保护 1）动作电流整定 采用三个电流互感器接成全星形接线方式，以提高保护动作灵敏度，继电器采用DL-11型保护动作电流按躲过变压器一次侧可能出现的最大负荷电流来整定，即：
可靠系数=1.2， 接线系数=1， 最大负荷电流=(1.5-3), 返回系数=0.8 表16、过电流保护的动作电流整定计算 (A) （A) 10KV线路 100 163.6 3.7～7.4 2）过电流保护的动作时限 过电流保护的动作时限，应按“阶梯原则”进行整定，以保证前后两级保护装置动作的选择性，也就是前一级保护的动作时间，应比后一级保护中最长的动作时间大一个时间级差，即 对于定时限过电流保护，可取 定时限过电流保护的动作时限，利用时间继电器（DS型）来整定。

（2）
、电流速断保护 整定公式：
对于DL型电流继电器， 可靠系数=1.2， 接线系数=1， 表17、过电流保护的动作电流整定计算 (KA) （A) 10KV线路 100 1.02 12.2 （3）
、过负荷保护 其整定计算公式为 表18、过负荷保护的动作电流整定计算 (A) （A) 10KV线路 100 163.6 2～2.1 电力线路过负荷保护的动作时间一般为10-15秒。

（4）
、单相接地保护 动作电流的整定公式：
可靠系数=1.5～2 为单相接地电流 表19、单相接地保护的动作电流整定计算 (A) （A) 10KV线路 100 5.5 0.08～0.11 第六章 防雷与接地 6.1、防雷保护设计 避雷器是用来防止雷电产生的过电压沿线路侵入变配电所或其他建筑内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧，避雷器的放电电压低于被保护设备绝缘的耐压值。

本设计各处变压器和母线的防雷装置可如以下设计。

1）对于10kV母线处、馈线引入的过电压和10kV变压器低压出口处，主要选用型号FS-10阀式避雷器。

2）10kV及以下设备的绝缘水平低，所避雷针不得装设在配电设备的构架上，且为防反击要求避雷针与配电装置导电部分的空气距离不得少于5米。

6.2、接地装置设计 接地要求：本变电所的公共接地装置的接地电阻应该满足以下条件：
（7.1）
（7.2）
（7.3）
式中——电网额定电压，单位km。

——电网中架空线路总长度，单位km。

——电网中电缆线路总长度，单位km。

因此公共接地装置电阻应满足。

接地装置的设计：采用长2.5m、φ50mm的镀锌钢管数，初选16根，沿变电所三面均匀布置，管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。管间用40mm4mm的镀锌扁钢焊接相连。变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连。接地干线采用25mm4mm的镀锌扁钢。

接地电阻验算：
满足要求。

第七章 电气设备选择 7.1、电气设备选择的一般原则 7.1.1、按工作环境及正常工作条件选择电气设备 1）温度和湿度 一般高压电气设备可在环境温度−30 ~ +40 °C的范围内长期正常运行。当使用环境温度低于−30C时，应选用适合高寒地区的产品；
若使用环境温度超过+40C时，应选用型号带“TA“字样的干热带型产品。

一般高压电气设备可在温度为 +20C ，相对湿度为 90%的环境下长期正常运行。当环境的相对湿度超过标准时，应选用型号带有“TH”字样的湿度热带型产品。

2）污染环境 安装在污染严重，有腐蚀性物质、烟气、粉尘等恶劣环境中的电气设备，应 选用防污型产品或将设备布置在室内。

3）海拔高度 一般电气设备的使用条件为不超过1000m。当用在高原地区时，由于气压较底，设备的外绝缘水平将相应下降。因此，设备应选用高原型产品或外绝缘提高一线的产品。现行电压等级为110kV及以下的设备，其外绝缘都有一定的裕度，实际上均可使用在海拔不超过2000m的地区。

4）安装地点 配电装置为室内布置时，设备应选户内式；
配电装置为室外布置时，设备则选户外式。此外，还应考虑地形、地质条件以及地震影响等。

5）按正常工作电压选择设备额定电压 所选电气设备的最高允许电压，必须高于或等于所在电网的最高运行电压。

设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压的1.1—1.15倍，而电网实际的最高工作电压也在此范围，故选择时只要满足下式即可：
UN ≥ UNS；

式中UNS —设备所在电网的额定电压；
UN 为设备的额定电压。

6）按工作电流选择设备额定电流 所选设备的额定电流，应大于或等于所在回路的最大长期工作电流：
IN ≥ INS 式中INS—设备所在电网最大长期工作电流; IN —设备的额定电流。

应当注意，有关守册中给出的各种电器的额定电流，均是按标准环境条件确定的。当设备实际使用环境条件不同时，应对其额定电流进行修正。

7.1.2、短路条件校验设备的动稳定和热稳定 如果电气设备不够坚定，巨大的短路电流产生的巨大动力可能要损坏许多昂贵的电气设备。因此，必须校验所选电气设备承受短路电动力的能力。

a)动稳定校验条件 或 、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值 b)热稳定校验条件 7.1.3、开关电器的断流能力校验 断路器如果不能迅速可靠地切断短路电流，巨大的短路电流可能要烧坏许多昂贵的电气设备，甚至使断路器本身爆炸！因此，必须校验所选断路器的短路电流开端能力。

设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即 或 对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。

7.2 高压电气设备的选择 7.2.1 高压电气设备的选择 1. 高压断路器型式的选择 除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护， 并经技术经济比较后才能确定。

除满足一般条件外，断路器还应满足的选择及校验条件如下：
1) Scd ≥ SK ；
（ Scd 为断流容量，S K 为短路容量）
2) Icd ≥ IK ；
（ Icd 为断路器最大开断电流， IK 为三相最大短路电流）
3) 动稳定校验 idf ≥ ich 。（idf 为电器的动稳定电流峰值， ich 三相短路冲击电流 4) 热稳定校验 I it ≥ I itima ；
（ Ie.t 为电器热稳定电流，I 为通过电器的三相短路 稳态电流， t 为热稳定试验时间（S）， tima 为短路发热假想时间）稳态电流， t 为热稳定试验时间（S）， tima 为短路发热假想时间）
2. 高压隔离开关的选择 (1)隔离开关的主要用途：
1) 隔离电压，在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。

2) 倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。

3) 分、合小电流。

(2)隔离开关选择和校验原则是：
1) Uzd ≥ U ò ；
（Uzd 为隔离开关额定电压，U ò 为隔离开关所在电路额定电压）
2) Ie ≥ IC ；
（ Ie 为隔离开关额定电流， IC 为通过电器的计算电流）
3) 动稳定校验 idf ≥ ich ；
（idf 为电器的动稳定电流峰值， ich 三相短路冲击电流）
3. 电流互感器的选择与校验 1) 电流互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。

2) 电流互感器的额定电流应大于或等于所接线路的额定电流。

3) 电流互感器的类型和结构应与实际安装地点的安装条件、环境条件相适应。

4) 电流互感器应满足准确度等级的要求。

5）为满足电流互感器准确度等级的要求，其二次侧所接负荷容量定准确度等级 所对应的额定二次容量S 2N ，即 S 2N > S 2 4.电压互感器应按以下条件选择 (1)电压互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。

(2)电压互感器的类型应与实际安装地点的工作条件及环境条件（户内、户外；
单相、三相）相适应。

(3)电压互感器应满足准确度等级的要求。

(4)为满足电压互感器准确度等级的要求，其二次侧所接负荷容量S 2不得大于规定准确度等级所对应的额定二次容量S 2N，即S 2N > S 2 5.高压开关柜的选择 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10KV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GG-1A(F)型系列固定式高压开关柜。

7.3 变电所一次设备的选择校验表 7.3.1、10KV侧一次设备的选择校验 表20 10 kV一次侧设备的选择校验 选择校验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度 热稳定度 其它 装置地点条件 参数 (KV) (A) （KA) (KA) 数据 10kV 163.6 1.02 2.6 1.6 一次设备型号规格 额定参数 高压断路器SN10-10I/630 10kV 630A 16kA 40 kA 1024 高压隔离开关 GN8-10/600 10kV 600A - - - 高压熔断器RN2-10 10kV 0.5A 50 kA - - 电压互感器JDZ-10 10/0.1kV - - - - 联结组 电压互感器JDZJ-10 - - - - 联结组 电流互感器LZZJ-10 10kV 500/5A 100/5A - - -- 注：参照刘介才版工厂供电—附录表 7.3.2、 380侧一次设备的选择校验 表21 380V一次侧设备的选择校验 选择校验项目 电压 电流 断流 能力 动态 定度 热稳定度 其它 装置地点条件 参数 - 数据 380V 1881A 15.4KA 28.3KA 177.9 - 数据 380V 1420A 13.9KA 25.6KA 145 - 数据 380V 1193A 13.9KA 25.6KA 145 - 一次设备型号规格 额定参数 - 低压断路器DW15-2500 380V 2500A 70KA - - - 低压断路器DW15-600 380V 600A （小于）
70KA - - - 低压断路器DW15-400 380V 600A （小于）
70KA (一般) - - - 低压断路器DW15-200 380V 200A - 低压刀开关HD13BX-400/31 380V 400A - - - - 低压刀开关HD13BX-200/31 380V 200A - - - - 低压刀开关HD13BX-600/31 380V 600A - - - - 低压刀开关HD13BX-300/31 380V 300A - - - - 低压刀开关HD13BX-2000/31 380V 2000A - - - - 低压刀开关HD13BX-2500/31 380V 2500A - - - - 电流互感器LMZJ1-0.66 660V 2000/5A - - - - 电流互感器LM23-0.66 660V 1600/5A 400/5A 300/5A 200/5A 100/5A 结束语 通过这一段时间的课程设计，我收获了很多，不仅巩固和加深了课本知识而且扩大了专业知识面，锻炼灵活运用所学知识的能力，正确使用技术资料的能力。通过课程设计，我学会了怎样查找文献资料。通过亲自手工计算和咨询老师同学我对此次课程设计有了深刻的认识。

这次课程设计中，每个数据都要仔细计算，千万不可马虎，在材料设备的选型上应该充分考虑各个方面的要求，按照国家标准及经验计算公式来选型。

我们组成员在此次课程设计中，通过团结协作，虚心请教，以及很多次的讨论协商，最后终于完成了此次课程设计。我们刚开始做设计时真的不知道该如何下手，因为书本知识毕竟与实际的课程设计不同，实际的课程设计是对我们所学知识的综合，这就要求我们不仅要对课本知识掌握牢固，而且知道如何分析问题思考问题。总的来说，我们通过此次课程设计，综合能力有了很大的提升。

虽然我们组会为了某个数据而争吵，但是最终我们还是很圆满的完成了任务。在此多谢指导老师的教诲。我们在日后的生活与工作中会有很大的收益。

参考文献 《建筑供电与照明》
刘复欣编 中国建筑工业出版社 《工厂供电》第5版 刘介才编 机械工业出版社 《工厂供电简明设计手册》
刘介才编 机械工业出版社 《实用继电保护技术》
方大千编 人民邮电出版社 《现代工业与民用供电设计手册》
芮静康编 中国水力水电出版社 《工厂电气控制》
邯郸职业技术学院 《电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程》
王士政编 中国水利水电出版社