川大20秋学期《专业课课程设计9104》课程设计-电力系统分析
四川大学网络教育（专科）电气工程及其自动化专业课程设计大纲（综合实践）
课程设计的目的是通过一个实际工程的设计，巩固和加深对课程所学理论知识的理解；培养学生分析问题和独立解决实际问题的能力，理论联系实际的能力，技术与经济全面考虑问题的观点；初步学习工程经济的计算方法等。因此，课程设计是专业课程教学中重要的实践性环节。
电气工程及其自动化专业网络教育专升本层次教学计划中设置了专业课课程设计。为此，我院开设了“电力系统分析”、“电力系统继电保护原理”、“电力系统调度自动化”、“发电厂电气部分”4门专业课的课程设计，以供学生选择。
发电厂电气部分
四川大学网络教育学院
专业课程设计
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选择“专业课程设计大纲”中任意一门课程作为设计课题，参考课程大纲的设计要求和基本内容。
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课 程 设 计 说 明 书
注：本文是发电厂方向优秀学生范文，属于参考写作，不得照抄此文上交！
课程设计题目： 车间变电所设计
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专 业: 电气工程及其自动化
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一、前 言
本设计是根据创越机械厂的供电电源情况及本厂用电容量和负荷性质，同时考虑到工厂的发展规划，按照保障人身和设备的安全、供电可靠、技术先进和经济合理的要求，采用符合国家现行有关标准的效率高、低能耗、性能先进的电气产品等原则进行变电所的电气设计。
本设计共分八章，首先根据创越机械厂的负荷情况进行有关计算，确定出变电所的位置在电镀车间的东侧紧靠厂房而建，型式为附设式，而后对变电所主接线方案进行选择。采用单母线接线，考虑到厂里有二级负荷，故除由附近一条10KV的公共电源干线取得工作电源外，可采用高压联络线由邻近单位取得备用电源，再通过对两种方案(方案1：装设一台主变压器，型号为S9-1600/10；方案2：装设两台主变压器，型号为S9-1250/10)的技术经济比较得出两种方案均能满足技术指标要求，但方案1比方案2节省397.405万元，经济指标远优于方案2，最终选择方案1，接着通过短路电流计算选择和校验变电所的一次设备，确定出高压断路器采用SN10-10I/630，隔离开关采用GN86-10/200型，户外采用GW4-15G/200型等设备的型号规格及变电所高低压进出线的型号。为了保证供电的安全可靠性，最后两章论述了本所采用的二次回路方案、继电保护方式及变电所的防雷规划与接地装置的设计。
本设计在各位老师的指导下已完成，在此对各位老师表示衷心的感谢，如有不恰之处，请多多指教。
二、目 录
第一章负荷计算和无功功率补偿…………………………………… 1
第二章变电所位置和型式的选择…………………………………… 3
第三章变电所主变压器和主接线方案选择………………………… 4
第四章短路电流的计算……………………………………………… 7
第五章变电所一次设备的选择校验…………………………………10
第六章变电所进出线和与邻近单位联络线的选择…………………12
第七章变电所二次回路方案的选择与继电保护整定………………23
第八章变电所的防雷保护与接地装置的设计………………………27
主要参考文献……………………………………………………………29
第一章负荷计算和无功功率补偿
一、负荷计算
根据设计任务书所给的负荷资料，各厂房和生活区的负荷计算如表1-1所示：
表1-1：负荷计算表
编号 名称 类别 设备容量
Pe/KW 需要系数
Kd cosφ tanφ 计算负荷
P30/KW Q30/kvar S30/KVA I30/A
1 铸造
车间 动力 400 0.3 0.7 1.02 120 122.4
照明 8 0.8 1 0 6.4 0
小计 408 126.4 122.4 176 267
2 锻压
车间 动力 300 0.2 0.6 1.33 60 79.8
照明 6 0.7 1 0 4.2 0
小计 306 64.2 79.8 102 156
3 金工
车间 动力 300 0.3 0.6 1.33 90 119.7
照明 10 0.8 1 0 8 0
小计 310 98 119.7 155 235
4 工具
车间 动力 200 0.3 0.6 1.33 60 79.8
照明 8 0.7 1 0 5.6 0
小计 208 65.6 79.8 103 157
5 电镀
车间 动力 200 0.5 0.7 1.02 100 102
照明 10 0.8 1 0 8 0
小计 210 108 102 149 226
6 热处理
车间 动力 150 0.5 0.8 0.75 75 56.3
照明 5 0.8 1 0 4 0
小计 155 79 56.3 97 147
7 装配
车间 动力 200 0.3 0.65 1.17 60 70.2
照明 7 0.9 1 0 6.3 0
小计 207 66.3 70.2 97 147
8 机修
车间 动力 150 0.2 0.65 1.17 30 35.1
照明 4 0.8 1 0 3.2 0
小计 154 33.2 35.1 48 73
9 锅炉房 动力 80 0.8 0.7 1.02 64 65.3
照明 1.5 0.7 1 0 1.05 0
小计 81.5 65.05 65.3 92 140
10 仓库 动力 30 0.3 0.9 0.48 9 4.32
照明 2 0.8 1 0 1.6 0
小计 32 10.6 4.32 11 17
11 生活区 照明 350 0.8 0.9 0.48 280 134.4 310 472
总计(380V侧) 动力 2010 996.4 869.3
照明 411.5
计入KΣP=0.85
KΣq=0.90 0.73 846.9 782.4 1166 1771
二、无功功率补偿
由表1-1可知，该厂380V侧最大负荷时功率因数只有0.73。根据《全国供用电规则》规定高压供电的工业用户，功率因数不得低于0.9，否则需增设无功功率的人工补偿装置。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：
Qc=P30(tanφ1-tanφ2)=846.9kvar=432kvar
参照《并联电容器装置设计规范》，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)1台与方案4(辅屏)3台相组合，总共容量112×4＝448kvar。因此无功补偿后工厂380V侧和10KV侧负荷的负荷计算如表1-2所示。
表1-2：无功补偿后工厂的计算负荷
项目 cosφ 计算负荷
P30/KW Q30/kvar S30/KVA I30/A
380V侧补偿前负荷 0.73 846.9 782.4 1166 1771
380V侧无功补偿容量 -448
380V侧补偿后负荷 0.93 846.9 334.4 910.5 1383
主变功率损耗 13.7 54.6
10KV侧负荷总计 0.91 860.6 389 944.4 54.5
第二章变电所位置和型式的选择
变电所位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按功率矩阵法来确定。
在工厂平面图的下边和左侧，任作一直角坐标，测出各车间和宿舍负荷点的坐标位置如图2-1示，根据负荷功率矩法可得负荷中心的坐标为：
所以，负荷中心坐标为A(7,4.13)
由计算结果可知，工厂负荷中心在5号厂房的东面。考虑到方便进出线用周围环境情况，决定在5号厂房的东侧紧靠厂房处修建工厂变电所，其型式为附设式，如图2-1。
第三章变电所主变压器和主接线方案选择
一、变电所主变压器的选择
根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器可有下列两种方案：
1.装设一台主变压器
型式采用S9，主变压器容量选择应满足的条件为：Sn≥S30，同时考虑工厂的生产发展需要，按五年规划，每年负荷增长10％，则计算负荷为(1+10%)5×S30=1521KVA，即选一台S9－1600/10型低损耗配电变压器。至于工厂二级负荷的备用电源，由表1-1可知该厂二级负荷有铸造车间176KVA、电镀车间149KVA、锅炉房92KVA，由于二级负荷达417KVA，380KV侧电流达633.6A，距离以较长，因此不能采用低压联络线作备用电源，而采用从邻近单位接高压电源来作为备用电源。
2.装设两台主变压器
型式亦采用S9，而每台容量按下式选择，按五年规划计算五年后的计算负荷(1+10%)5×944.4=1521KVA，即
Sn≈0.7S30 =0.7×1521KVA =1064.7KVA
且Sn≥S30(Ⅱ) =(176+149+92)KVA=417KVA
因此选两台S9－1250/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷的备用电源亦由与其邻近单位相联的高压联络线来承担。
3.主变压器互联结组别均采用Yyno
二、变电所主接线方案的选择
按上面考虑的两种主变压器的方案可设计下列两种主结线方案：
1.装设一台主变压器的主接线方案
如图3-1所示(高压侧的主接线)。
2.装设两台主变压器的主接线方案
如图3-2所示(高压侧的主接线)。
3.两种主接线方案的技术经济比较(表3-1)
表3-1：两种主接线方案的比较
比较项目 装设一台主变的主接线方案 装设两台主变的主接线方案
技术指标 供电安全性 满足要求 满足要求
供电可靠性 满足要求 满足要求
供电质量 由于一台主变，容量较大，电压损耗略大 由于两台主变并列，电压损耗略小
灵活方便性 只有一台主变，灵活性较差 由于有两台主变，灵活性较好
扩建适应性 稍差一些 更好一些
经
济
指
标 电力变压器的综合投资额 参照《工厂供电设计指导》，由表查得S9－1600单价为15.18万元，而由表查得变压器的综合投资约为其单价的2倍，因此其综合投资为2×15.18万元=30.36万元 由表查得S9－1250单价为12.4万元，因此两台综合投资为4×12.4万元=49.6万元，比一台主变方案多投资19.24万元
高压开关柜(含计量柜)的综合投资额 GG-1A(F)型柜为2.5+1.95+2×2.54=
7.28万元，综合投资按设备价1.5倍计，因此其综合投资约为1.5×7.28万元=10.92万元 本方案采用6台GG-1A(F)型柜，总投资为1.15+2.43+2.5+1.35+2.54+1.95
=9.69万元，其综合投资约为1.5×9.69万元=14.535万元，比一台主变方案多投资3.615万元
电力变压器和高压开关柜的年运行费用 主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为30.36×5%+10.92×6%+
(30.36+10.92)×6%=4.65万元 主变和高压开关柜的折旧和维修管理费每年为49.6×5%+14.535×6%+
(49.6+14.535)×6%=7.2万元,比一台主变方案多投资2.55万元
交供电部门的一次性供电贴费 按800元/KVA计，贴费为1600×0.08万元=128万元 贴费为2×1250×0.08万元=200万元，比一台主变方案多交72万元
从上表可知，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远优于装设两台主变的方案，方案1比方案2节省397.405万元，因此决定采用装设一台主变的方案(方案1)。
第四章短路电流的计算
一、绘制计算电路(如图4-1所示)
二、选择基准
设Sd=100MVA，Ud=UN即高压侧Ud1=10.5KV，低压侧Ud2=0.4KV
则
三、计算短路电路中各元件的电抗标么值如下
1.电力系统：X*1= Sd/Sn =100MVA /500MVA =0.2
2.架空线路：查表得LGJ-150的X0=0.36 /km，而线路长8 km，故
X*2=(0.36×8)× Sd/Ue2=100MVA /(10.5 KV)2=2.6
3.电力变压器：查表得Uz%=4.5故
X*3=Uz%/ 100 × Sd/ Se =4.5/100×100MVA /1600 KVA=2.8
绘制等效电路，如图4-2所示：
四、计算k-1点(10.5KV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
1.总电抗标么值
X*∑(k-1)= X*1+ X*2=0.2+2.6=2.8
2.三相短路电流周期分量有效值
I (3)k-1= Id1 / X*∑(k-1)=5.5KA /2.8=1.96 KA
3.其它短路电流
I`` (3) =I(3)∞=I(3)k-1=1.96 KA
i(3)sh =2.55 I〝(3) =2.55×1.96KA=5.0KA
I (3)sh = 1.51 I〝(3) =1.51×1.96KA=2.96KA
4.三相短路容量
S(3)k-1= Sd / X*∑(k-1)= 100MVA /2.8=35.7 MVA
五、计算k-2点(0.4KV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量
1.总电抗标么值
X*∑(k-2)= X*1+ X*2+ X*3=0.2+2.6+4.5=7.3
2.三相短路电流周期分量有效值
I (3)k-2= Id2 / X*∑(k-2)=144KA /5.6=25.7 KA
3.其它短路电流
I〝(3) =I (3)∞=I(3)k-2=25.7 KA
i(3)sh =1.84I〝(3) =1.84×25.7KA=47.3KA
I (3)sh = 1.09 I〝(3) =1.09×25.7KA=28.01KA
4.三相短路容量
S(3)k-2= Sd / X*∑(k-2)= 100MVA /5.6=17.85MVA
以上计算结果综合如表4-1所示
表4-1：短路计算结果
短路计算点 三相短路电流/KA 三相短路容量/KVA
I (3)k I〝(3) I (3)∞ i(3)sh I (3)sh S(3)k
K-1 1.96 1.96 1.96 5 2.96 35.7
K-2 25.7 25.7 25.7 47.3 28.01 17.85
第五章变电所一次设备的选择校验
一、10KV侧一次设备的选择校验(见表5-1所示)：
表5-1：10KV侧一次设备的选择校验
选择校验项目电压 电压 电流
A 断流
能力 动稳定度
(KA) 热稳
定度 其它
装置地
点条件 参数 UN I30 I (3)k i(3)sh I (3)2∞t ima
数据 10KV 92.37 1.96KA 5.0KA 1.962×1.9=7.3
一次设备型号规格 高压少油断路器SN10-10I/630 10KV 630 16KA 40KA 162×2=512
高压隔离开关GN86-10T/200 10KV 200 — 25.5KA 102×5=500
高压熔断器RN2-10 10KV 0.5 50KA — —
电压互感器JDJ-10 10/0.1KV — — — —
电流互感器LQJ-10 10KV 100/5 — 225× ×
0.1KA=31.8 (90×0.1)2×1=81 二次
负荷
电压互感器JDZJ-10 10/ /0.1/
/0.1/3KV
— — — —
避雷器FS4-10 10KV — — — —
户外式高压隔离开关
GW4-15G/200 15KV 200 —
表5-1所选设备均满足要求。
二、380V侧一次设备的选择校验(见表5-2所示)：
表5-2：380V侧一次设备的选择校验
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 UN I30 I (3)k i(3)sh I (3)2∞t ima
数据 380V 1383A 25.7KA 47.3KA 25.72×0.7=462.3
一次设备型号规格 额定参数 UN IN I∞ imax I2tt
低压断路器
DW15-1500/3电动 380V 1500A 40KV
低压断路器
DZ20 -630 380V 630A(大于I30) 一般30KA
低压断路器
DZ20 -220 380V 200A(大于I30) 一般25KA
低压刀开关
HD13 -1500/30 380V 1500A
电流互感器
LMZJ1-0.5 500V 1500/5A —
电流互感器
LMZ1-0.5 500V 160/5A 100/5A —
表5-2所选设备均满足要求。
三、高低压母线的选择
参照880264《电力变压器室布置》标准图集的规定，10KV母线选用LMY-3(40×4)，即母线尺寸为40mm×4mm；380V母线选用LMY-3(120×10)+80×6，即母线尺寸为120mm×10mm，中性母线尺寸为80mm×6mm。
第六章变电所进出线和与邻近单位联络线的选择
一、10KV高压进线和引入电缆的选择
1.10KV高压进线的选择校验
根据资料情况，高压进线可采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10KV公用干线。
⑴按发热条件选择。
取I30 =I1N.T =92.37A及室外环境温度33℃，查表得，初选LJ-16，其35℃时的Ial≈95A＞I30，满足发热条件。
⑵校验机械强度
查表得，最小允许截面Amin =35mm2，因此LJ-16不满足机械强度要求，故改选LJ-35。
由于此线路很短，电压损耗很小，可忽略不计，故不需校验电压损耗。
2.由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验
根据工作环境及要求，采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。
⑴按发热条件选择。由I30 =I1N.T =92.37A及室外环境温度25℃，查GB50217-94《电力工程电缆设计规范》，初选35mm2的交联电缆，其Ial=105A＞I30，满足发热条件。
⑵校验短路热稳定。
查表得，满足短路热稳定的最小截面
式中的C值由表查得。
因此YJL22-10000-3×35电缆满足要求。
二、380V低压出线的选择
1.馈电给1号车间(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。
⑴按发热条件选择。
由I30 =267A及室外环境温度25℃，查表得，初选缆芯截面为185mm2的聚氯乙烯电缆，其Ial= 273A＞I30，满足发热条件。
⑵校验电压损耗
由于此线路很短，不需校验电压损耗。
⑶校验短路热稳定。
查表得，满足短路热稳定的最小截面
因为A<Amin，不满足短路热稳定要求，所以改选缆芯为240mm2的聚氯乙烯电缆。中性线按 选择，则铸造车间的电缆型号为VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。
式中：①：C值由表查得。
②：tima—变电所高压侧过电流保护时间按0.5S整定(终端变电所)，再加上断路器断流时间0.2S，再加0.05S。
2.馈电给2号车间(铸压车间)的线路
选择VLV22-1000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=156A及年最热月地下0.8m处土壤平均温度为25℃，查GB50217-94《电力工程电缆设计规范》，初选其截面积为70mm2，其Ial=157>156满足发热条件。
(2)电压损耗校验
由图2-1所示，在平面图上量得变电所到2号厂房距离约为80m，查《工厂供电设计指导》表8-41得：70mm2的铝芯电缆的R0=0.54Ω/Km，X0=0.07Ω/Km，且P30=64.2KW，Q30=79.8KVar，则
即满足允许电压损耗5％的要求。
(3)短路热稳定度校验
因为A<Amin，不满足短路热稳定要求，所以改选缆芯为240mm2的聚氯乙烯电缆，中性线按 选择，则锻压车间的电缆型号为VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。
3.金工车间(3号厂房)的线路
选择VLV22-1000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=235A及年最热月地下0.8m处土壤平均温度为25℃，查GB50217-94《电力工程电缆设计规范》，初选其截面积为150mm2，其Ial=242A>I30=235A满足发热条件。
(2)电压损耗校验
由图2-1所示，在平面图上量得变电所到3号厂房距离约为108m，查《工厂供电设计指导》表8-41得：150mm2的铝芯电缆的R0=0.25Ω/Km，(75℃)X0=0.07Ω/Km，且P30=98KW，Q30=119.7KVar，则
即满足允许电压损耗5％的要求。
(3)短路热稳定度校验
由上得知
因为A<Amin，不满足短路热稳定要求，所以改选缆芯为240mm2的聚氯乙烯电缆，中性线按 选择，则金工车间的电缆型号为VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。
4.工具车间(4号厂房)的线路
选择VLV22-1000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=157A及年最热月地下0.8m处土壤平均温度为25℃，查GB50217-94《电力工程电缆设计规范》，初选其截面积为70mm2，其Ial=157A=I30满足发热条件。
(2)电压损耗校验
由图2-1所示，在平面图上量得变电所到4号厂房距离约为14m，查《工厂供电设计指导》表8-41得：70mm2的铝芯电缆的R0=0.54Ω/Km，(75℃)X0=0.07Ω/Km，且P30=65.6KW，Q30=79.8KVar，则
即满足允许电压损耗5％的要求。
(3)短路热稳定度校验
由上得知
因为A<Amin，不满足短路热稳定要求，所以改选缆芯为240mm2的聚氯乙烯电缆，中性线按 选择，则金工车间的电缆型号为VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。
5.电镀车间(5号厂房)的线路
由于电镀车间就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铜芯导线BV-1000型5根(3根相线，1根中性线，1根保护线)，穿硬塑料管埋地敷设。
(1)按发热条件选择
由I30=226A及年最热月地下0.8m处土壤平均温度为26℃，查GB50217-94《电力工程电缆设计规范》，初选其截面积为150mm2，其Ial=233A>I30=226A满足发热条件，按规定中性线和保护线也选为150 mm2与相线截面积相同，即选用BV-1000-1×150 mm2，塑料导线5根穿内径90mm的硬塑管。
(2)检验机械强度
查表8-34，得知最小允许截面为Amin=1.0mm2，因此上面所选150mm2的相线满足机械强度要求。
(3)电压损耗校验
所选穿管线估计长度为50m，查《工厂供电设计指导》表8-38得： R0=0.14Ω/Km，(75℃)X0=0.08Ω/Km，且P30=108KW，Q30=102KVar，则
即满足允许电压损耗5％的要求。
6.热处理车间(6号厂房)的线路
选择VLV22-1000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=147A及年最热月地下0.8m处土壤平均温度为25℃，查GB50217-94《电力工程电缆设计规范》，初选其截面积为70mm2，其Ial=157A>I30=147A满足发热条件。
(2)电压损耗校验
由图2-1所示，在平面图上量得变电所到6号厂房距离约为80m，查《工厂供电设计指导》表8-41得：70mm2的铝芯电缆的R0=0.54Ω/Km，(75℃)X0=0.07Ω/Km，且P30=79KW，Q30=56.3KVar，则
即满足允许电压损耗5％的要求。
(3)短路热稳定度校验
由上得知
因为A<Amin，不满足短路热稳定要求，所以改选缆芯为240mm2的聚氯乙烯电缆，中性线按 选择，则热处理车间的电缆型号为VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。
7.装配车间(7号厂房)的线路
选择VLV22-1000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=147A及年最热月地下0.8m处土壤平均温度为25℃，查GB50217-94《电力工程电缆设计规范》，初选其截面积为70mm2，其Ial=157A>I30=147A满足发热条件。
(2)电压损耗校验
由图2-1所示，在平面图上量得变电所到7号厂房距离约为108m，查《工厂供电设计指导》表8-41得：70mm2的铝芯电缆的R0=0.54Ω/Km，(75℃)X0=0.07Ω/Km，且P30=66.3KW，Q30=70.2KVar，则
即满足允许电压损耗5％的要求。
(3)短路热稳定度校验
由上得知
因为A<Amin，不满足短路热稳定要求，所以改选缆芯为240mm2的聚氯乙烯电缆，中性线按 选择，则装配车间的电缆型号为VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。
8.机修车间(8号厂房)的线路
选择VLV22-1000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=73A及年最热月地下0.8m处土壤平均温度为25℃，查GB50217-94《电力工程电缆设计规范》，初选其截面积为25mm2，其Ial=90A>I30=73A满足发热条件。
(2)电压损耗校验
由图2-1所示，在平面图上量得变电所到8号厂房距离约为70m，查《工厂供电设计指导》表8-41得：70mm2的铝芯电缆的R0=1.51Ω/Km，(75℃)X0=0.075Ω/Km，且P30=33.2KW，Q30=35.1KVar，则
即满足允许电压损耗5％的要求。
(3)短路热稳定度校验
由上得知
因为A<Amin，不满足短路热稳定要求，所以改选缆芯为240mm2的聚氯乙烯电缆，中性线按 选择，则机修车间的电缆型号为VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。
9.锅炉房(9号厂房)的线路
选择VLV22-1000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=140A及年最热月地下0.8m处土壤平均温度为25℃，查GB50217-94《电力工程电缆设计规范》，初选其截面积为70mm2，其Ial=157A>I30=140A满足发热条件。
(2)电压损耗校验
由图2-1所示，在平面图上量得变电所到9号厂房距离约为70m，查《工厂供电设计指导》表8-41得：70mm2的铝芯电缆的R0=0.54Ω/Km，(75℃)X0=0.07Ω/Km，且P30=65.05KW，Q30=65.3KVar，则
即满足允许电压损耗5％的要求。
(3)短路热稳定度校验
由上得知
因为A<Amin，不满足短路热稳定要求，所以改选缆芯为240mm2的聚氯乙烯电缆，中性线按 选择，则锅炉房车间的电缆型号为VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。
10.仓库(10号厂房)的线路
选择VLV22-1000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=17A及年最热月地下0.8m处土壤平均温度为25℃，查GB50217-94《电力工程电缆设计规范》，初选其截面积为4mm2，其Ial=31A>I30=17A满足发热条件。
(2)电压损耗校验
由图2-1所示，在平面图上量得变电所到10号厂房距离约为60m，查《工厂供电设计指导》表8-41得：4mm2的铝芯电缆的R0=9.45Ω/Km，(75℃)X0=0.093Ω/Km，且P30=10.6KW，Q30=4.32KVar，则
即满足允许电压损耗5％的要求。
(3)短路热稳定度校验
由上得知
因为A<Amin，不满足短路热稳定要求，所以改选缆芯为240mm2的聚氯乙烯电缆，中性线按 选择，则仓库的电缆型号为VLV22-1000-3×240+1×120的四芯电缆。
11.生活区的线路
选择LJ型铝绞线架空敷设。
(1)按发热条件选择
由I30=472A及室外环境温度为33℃，初选LJ-240，其33℃时的Ial≈550A>I30=472A，满足发热条件。
(2)校验机械强度
查得最小允许截面Amin=16mm2，因此LJ-240满足机械强度要求。
(3)电压损耗校验
由图2-1所示，在平面图上量得变电所到生活区负荷中心距离约为150m，查《工厂供电设计指导》表8-38得：R0=0.14Ω/Km，(75℃)X0=0.3Ω/Km(按线间几何均距0.8m计)，又P30=280KW，Q30=134.4KVar，则
即满足允许电压损耗5％的要求。
中性线采用LJ-120铝绞线。
三、作为备用电源的高压联络线的选择校验
采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相近约2 km的邻近单位变配电所的10K母线相联。
⑴按发热条件选择
工厂二级负荷容量共417KVA， ，由I30 =24.1A及环境温度(年最热月平均气温)26℃，查表得，初选截面为25 mm2的交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，其Ial≈ 90 A＞I30，满足发热条件。
⑵校验电压损耗
由表查得缆芯25 mm2的铝芯电缆的R0=1.54Ω/km(缆芯温度按80℃计)，X0=0.12Ω/km，而二级负荷的P30=(126.4+108+65.05)=299.45kw，Q30=(122.4+102+65.3)=289.7kvar，线路按2Km计，因此
因此满足允许电压损耗5%的要求。
⑶校验短路热稳定
按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯为25 mm2的交联电缆是满足热稳定要求的。而邻近单位10KV的短路数据不知，因此该联络线的短路热稳定校验无法进行计算。
综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表6-1所示。
表6-1：变电所进出线和联络线的型号规格
线路名称 导线或电缆的型号规格
10KV电源进线 LJ-35铝绞线(三相三线架空)
主变引入电缆 YJL22-10000-3×25交联电缆(直埋)
380V低压出线 至1号车间 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆(直埋)
至2号车间 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆(直埋)
至3号车间 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆(直埋)
至4号车间 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆(直埋)
至5号车间 BV-1000-1×4铜芯线5根穿内径90mm硬塑管
至6号车间 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆(直埋)
至7号车间 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆(直埋)
至8号车间 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆(直埋)
至9号车间 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆(直埋)
至10号车间 VLV22-1000-3×240+1×120的四芯塑料电缆(直埋)
至生活区 3×LJ-240+1×LJ-120(三相四线架空)
与邻近单位10KV联络线 YJL22-10000-3×25交联电缆(直埋)
第七章变电所二次回路方案的选择与继电保护整定
一、高压断路器的操动机构控制与信号回路
断路器采用手力操动机构，其控制与信号回路如图7-1所示。
二、变电所的电能计量回路
变电所的高压侧装投专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并据以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部分加封和管理。
三、变电所的测量和绝缘监察回路
变电所的高压侧装有电压互感器—避雷柜，其中电压互感器为3个JDZJ-10型，组成Yo/Yo/(开口三角形)的结线，用以实现电压测量和绝缘监察，其结线图见图7-2所示。
作为备用电源的高压联络线上，装有三相有功电度表、三相无功电度表和电流表。结线如图7-3 所示。
高压进线上，亦装有电流表。
低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装有三相四线有功电度表。低压并联电容器组线路上，装有无功电度表。每一回路均装有电流表。低压母线装有电压表。仪表的准确度等级按规范要求。
四、变电所的保护装置
1.主变压器的继电保护装置
⑴装设瓦斯保护
当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯，应动作于高压侧断路器。
⑵装设定时限过电流保护
采用DL型电磁式两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。
①过电流保护动作电流的整定：
最大负荷电流为：
保护的一次起动电流按躲过线路最大负荷电流整定：
K w——可靠系数，取1
K rel——自起动系数，取1.2
K re——返回系数，取0.8
Ki——CT变比100/5
②过电流保护动作时间的整定：
因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过流保护的动作时间为t1≥t2+0.5=0+0.5=0.5s(10倍动作电流动作时间)，即整定为最短的0.5S。
③过电流保护灵敏系数的检验：
因此其保护灵敏度为：Sp=890A/278A=3.2＞1.5满足灵敏系数1.5的要求。
⑶装设电流速断保护：
因其是终端负荷，过电流动作时限为0.5s，故可不装设电流速断保护。
2.作为备用电源的高压联络线的继电保护装置
⑴装设定时限过电流保护：
亦采用DL、电磁式过电流继电器两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。
①过电流保护动作电流的整定：
IL. max= 2I 30 ，取I 30 =0.6×92.37A=55.4A，K rel=1.2，K w=1，K re =0.8，Ki=50/5=10，KT=10/0.4=25，因此动作电流为：I op=（Krel K w / K re Ki）×Ik. max=(1.2×1/0.8×10) ×2×55.4A=17.9A。
②过电流保护动作时间的整定：
按终端保护考虑，动作时间整定为0.5S。
③过电流保护灵敏系数：
因无邻近单位变电所10KV母线经联络线至本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏系数，从略。
⑵装设电流速断保护：
因无邻近单位变电所10KV母线经联络线至本厂变电所高低压母线的短路数据，无法整定计算和检验灵敏系数，从略。
3.变电所低压侧的保护装置
⑴低压总开关采用DW15-1500/3型低压断路器，三相均装过流脱扣器，既可保护低压的相间短路和过负荷（利用其长延时脱扣器），而且可保护低压的单相接地短路。脱扣器动作电流的整定参考有关手册。
⑵低压侧所有出线上均采用DZ20型低压断路器控制，其瞬时脱扣器可实现对线路短路故障的保护。
第八章变电所的防雷保护与接地装置的设计
一、变电所的防雷保护
1.直击雷防护
本变电所无屋个配电装置，故可在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接装置相连，每根引下线的冲击接地电阻不宜大于30Ω。
2.雷电侵入波的防护
⑴在10KV电源进线的终端杆上装设FS4-10型阀式避雷器，引下线用25mm×4 mm的镀锌扁钢，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端螺栓连接。
⑵在10KV高压配电室内装设有GG-1A(F)-54型开关柜，其中配有FS4-10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防止雷电侵入波的危害。
⑶在380V低压架空出线杆上，装设保护间隙，利用三角形排列的顶线兼作保护线，在顶线与顶线绝缘子的铁脚之间装设保护间隙，用以防护沿低压架空出线侵入的雷电波。
二、变电所公共接地装置的设计
1．接地电阻的要求
此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：
RE≤4欧姆
RE≤120V/ IE=120/27A=4.4欧姆
式中 IE=10（80+35×25）/350=27A
因此公共接地装置接地电阻RE≤4欧姆。
2.接地装置的设计
采用16根长2.5m、φ50mm的钢管，沿变电所三面均匀布置(变电所前面布置两排)，管间距离5m，垂直打入地下，管顶距地面不小于0.6m。接地线和水平连接体用40mm×4 mm的镀锌扁钢焊接相连。变电所的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25mm×4 mm的镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置如图8-1所示：
接地电阻的验算：
RE= RE（1）/n$=40/16×0.65=3.85欧姆
满足RE≤4欧姆的接地电阻要求。式中$=0.65查表“环形敷设”栏近似地选取。
主要参考文献
1.GB4728-84.85电气图用图形符号。北京：中国标准出版社，1986
2.GB6988-86电气制图。北京：中国标准出版社，1987
3.GB7159-87电气技术中的文字符号制订通则。北京：中国标准出版社，1987
4.GB50053-94 10KV及以下变电所设计规范。北京：中国标准出版社，1994
5.GB50057-94建筑物防雷设计规范。北京：中国标准出版社，1993
6.GB50060-92 3～110KV高压配电装置设计规范。北京：中国标准出版社，1993
7.GB50062-92电力装置的继电保护和自动装置设计规范。北京：中国标准出版社，1992
8.GB50217-94电力工程电缆设计规范。北京：中国标准出版社，1995
9.GB50227-95并联电容器装置设计规范。北京：中国标准
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