供电技术课程设计报告x

供电技术课程设计报告

成绩 :

姓名 : 谢杰

班级 : 电 1201 — 4 班

学号 :

指导教师：杜立强

电气与电子工程学院

2015 年 12 月 25 日

目录

一 程 目 ?.2

二本次 程 达到的目的 .....2

2

3. 主 器台数和容量、 型的 4

4. 所主接 方案的 6

短路 流的 算 ...7

所一次 的 与校 ..10

所 出 的 与校 ?.15

心得体会 ...17

参考文献 ...17

摘要

本设计的题目为 “某工厂 10kV 车间变电所电气部分设计 ”。设计的主要内容包括： 10/变电所主变压器选择；变电所电气主接线设计；短路电流计算；负荷

计算；无功功率补偿；电气设备选择（母线、高压断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器和补偿电容器）；配电装置设计；继电保护规划设计；防雷保护设计等。其中还对变电所的主接线通过 CAD 制图直观的展现出来。本次设计的内容紧密结合实际， 通过查找大量相关资料， 设计出符合当前要求的变电所。本变电所对低压侧负荷的统计计算采用需要系数法； 为减少无功损耗， 提高电能的利用率， 本设计进行了无功功率补偿设计， 要求厂总负荷的月平均功率因数不低于。短路电流的计算包括短路点的选择及其具体数值计算； 而电气设备选择采用了按额定电流选择， 按短路电流计算的结果进行校验的方法； 继电保护设计主要是对变压器进行电流速断保护和过电流保护的设计计算； 配电装置采用成套配电装置；本变电所采用避雷针防直击雷保护。

关键词： 短路电流计算，继电保护，接地装置，变压器

一、课程设计题目

某制药厂 10KV 变电站电气部分的设计

二、本次课程设计应达到的目的

工厂供电课程设计是在《供电技术》课程学完结束后的一次教学实践环节。课程设计是实践教学环节的重要组成部分， 其目的是通过课程设计加深学生对课程基本知识的理解， 提高综合运用知识的能力， 掌握本课程的主要内容、 工程设计或撰写论文的步骤和方法。

　围绕课本内容培养学生独立进行工业供电系统和建筑供电系统电气部分设计计算能力， 包括供电系统设计计算能力和电力设备选择能力。培养学生理论联系实际的能力， 加强供电专业知识的认识水平。

　锻炼和培养学生分析和解决电力供电专业技术问题的能力和方法。

三、本次课程设计任务的主要内容和要求（包括原始数据、技术参数、设计要求等）

基本要求

按照国家标准 GB50052-2009《供配电系统设计规范》 、GB50053-1994《10KV

及以下变电所设计规范》 及 GB50054-2011《低压配电设计规范》 DL/T620、621-1997

等规范，进行工厂供电设计。做到“安全、可靠、优质、经济”的基本要求。并

处理好局部与全局、 当前与长远利益的关系， 以便适应今后发展的需要， 同时还

要注意电能和有色金属的节约等问题

设计依据

电源和环境条件：

由石家庄热电集团热电四厂 10KV 双回路供电，正常情况下，一路工作，一

路备用。热电四厂 10kv 出线母线短路容量为 200MVA，该路线路长为：架空线

采用高压架空绝缘线 LYJ—3ⅹ150mm2，长度，引至厂区北边，然后换用 YJLV22

型高压交联聚乙烯电缆直埋至高压配电室内。热电四厂 10KV 母线的定时限过电

流保护装置整定为秒。酵母生产厂变电所内设有两台变压器，容量待选。

其它条件

石家庄供电局要求在 10KV 电源进线处装设计量电费的专用仪表，要求厂总

负荷的月平均功率因数不低于。

当地最热月平均最高气温为 35℃ `。

总配电所周围无严重粉尘和腐蚀性气体。

设计内容

1.全厂计算负荷

有功功率： P30 = K∑p * ∑p30

无功功率： Q30 =K ∑q * ∑Q30

视在功率： S30 =p30 ?cos α

计算电流 : I 30 = S30 ?√3 UN

序

号

1

2

3

4

5

6

7

8

9



序用 电 设

数

容量

备 组 名

量

Pe

称

n

(kW)

1制冷站

1332

2空压站

3801

3干燥

155

4压 榨 成

15

型

5真 空 包

140

装

6搅拌

1

7水 泵 房

190

及 水 处

理

真 空 过

301

滤

酵 母 离

901

心



需要 cosα tanα

计算负荷

系数

P30

Q30

S30

I 30

Kd

Kvar

KV-A

A

KW

304

228

44

33

30

21

10 试验室

120

12

11

照明

501

12

办公楼

401

24

13

宿舍楼

100

60

车间总计

1

22565

3

取 K∑

p

= 0.95

K∑ =

q

0.97

无功功率补偿

cosα=P30 ?S30 = 1663.66 ?2156.30 = 0.77

在《供电营业规则》中规定： “用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时

的功率因数应达到下列规定： 100kVA以及以上电压供电的用户功率因数为以上，

其他电力用户和大、中型电力排灌站、趸购转售电企业，功率因数为以上 ”，基

于此，我们取 cos 应大于。而由上面计算可知 cos ，低于，因此必须进行无功

补偿。考虑到变压器本身的无功功率损耗 QT远大于其有功功率耗损 PT,一般

QT (4~5) PT，因此，在变压器低压侧进行无功补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于，这里取 cos 。要使低压侧功率因数由提高到，低压侧需装设的并

联电容容量为 :

1

(

α

1

QC = Q30 - Q30 = P30

tan

tan

α)

-

QC =? qc P30

总的无功计算负荷为： Q130 = Q30 - QC

补偿后总的视在计算负荷为 ： S130 = √( Q30 - QC )2 + P302

由上式可以看出， 在变电所低压侧装设了无功补偿装置以后， 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减小一些， 这不仅可降低变

电所的初投资，而且还可以减少工厂的电费开支。

（1）补偿前的变压器容量和功率因数

变压器低压侧的视在功率 S30 ( 2 ) = 2156.30kV? A

cos α(2 )

（2）无功补偿容量

而由上面计算可知 cos ，低于，因此必须进行无功补偿。考虑到变压器本

身的无功功率损耗 QT远大于其有功功率耗损 PT,一般 QT (4~5) PT，因此，在

变压器低压侧进行无功补偿时， 低压侧补偿后的功率因数应略高于， 这里取 cos 。

要使低压侧功率因数由提高到，低压侧需装设的并联电容容量为：

QC = 1663.66 ×(tan cos-1 0.77 - tan cos-1 0.92) = 669.84k var （3）补偿后的变压器容量和功率因数

补偿后的变电所视在计算负荷为

1

√(

669.84

) 2

+ 1663.66

2

= 1805.69

S30 ( 2) =

1371.81 -

因此主变压器容量可选 1900kV-A。比补偿前减少了 400kV-A

变压器的功率损耗为： ?PT = 0.01S30 (2 )

= 0.01 ×1805.69 = 18.06kW

?QT

= 0.05S30 (2 ) = 0.05 ×1805.69 = 90.28k var

变电所高压侧的计算负荷为： P1

= 1663.66 + 18.06 = 1681.72 KW

30 (1 )

Q130 (1 ) = 1371.81 -

669.84 + 90.28 = 792.25k var

S1 (

1

) = √792.252

+ 1681.72 2 = 1858.99kV? A

30

1

1

1

补偿后工厂的功率因数为： cos α = P30

?S30 = 1681.72 ?1858.9. = 0.905

3.主变压器台数和容量、类型的选择

(一 )变电所电压器台数的选择

1.总降压变电所 * 进线为 35-110KV 的台数选择：

一般选两台。若一路进线，另一路可以从 6-10KV获得时，可选一台总降压

变压器。

2.车间变电所变压器台数的选择：

（1）对有一二级负荷的变电所选择两台变压器；仅有二级负荷无一级负荷

时，选一台，但在低压应有从其他变电侧联系的备用线或者自备电源。

（ 2）对昼夜负荷变化较大的或季节性负荷变动较大的，选择两台变压器。

3.一般车间变电所宜采用一台变压器，但是负荷集中且容量相当大的变电所虽

然只为三级负荷，也可采用两台或者多台。

4.确定车间变电所变压器的台数，应考虑负荷发展，留有一定的发展空间。

（二）变压器容量的选择

1.只装一台主变压器的变电所： SN?T ?S30

2.装有两台变压器的变电所： SN?T = ( 0.6~0.7 ) S30 → 一二三级负荷

SN?T ?S30( Ⅰ+ Ⅱ) → 一二级负荷

3.车间变电所主要变压器单台容量上限：

单台容量一般不大于 1000kVA(或 1250kVA)，若负荷较大且集中，也可以选

2000kVA以下的变压器

4.适当考虑发展的需要，应考虑 5~10 年的发展，留有一定空间。

药厂的负荷和电源特性，药厂变电所主变压器可有下列两种方案：

（ 1）设一台主变压器

采用型号为 S9 型，容量根据式 SN?T ?S30 =，即采用一台 S9-800/10 型低损耗配

电变压器。至于二级负荷的备用电源，由与邻近单位相联的高压联络线承担。

（ 2）设两台变压器

采用 S9 型变压器，每台的容量按照下列公式选择：

SN?T = ( 0.6~0.7 ) S30 = SN?T = ( 0.6~0.7 ) 2156.30kVA = (1293.78~1509.41 )kVA

而且 SN?T ?S30( Ⅰ+ Ⅱ )

因此选择两台 S9-800/10 低损耗配电变压器。二级负荷的备用电源由与邻近

单位相联的高压联络线来承担。

由于该药厂的负荷为二级负荷， 且二级负荷容量较大， 对电源的供电可靠性

要求高，在经济条件允许的条件下应采用两台变压器， 以便当一台变压器发生故

障后检修时，另一台变压器能对一二级负荷继续供电，故选择两台变压器。

主变压器的联结组别均采用 Yyn0。

变电所主接线方案的设计

电气主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构， 是电力系统网络结构的重要组成部分，它直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性关系。

根据电力工业设计经验的积累和发电厂、 变电站实际运行的经验， 为满足电力系统的需要，对电气主接线提出了以下基本要求：

（1）投资少、运行费用低，有扩建的可能性。

（2）接线应力求简单、清晰、操作简便；

（3）运行灵活、设备投、停方便、检修、隔离、维护方便；

（4）保证对用户供电必要的可靠性；

、电气主接线的形式

电气主接线的基本组成是电气设备，基本环节是：电源、母线和出线。当电源数和出线数不

相等时，为了便于电能的汇集和分配， 彩母线作为中间环节， 可使接线简单清晰，有利于扩建，运行方便。但加装母线后，配电装置占地面积较大，使用断

路器等设备较多。

　若不要汇流母线， 电气主接线占地面积及断路器数会减少、 投资也小，但其只适用于进、出线回路少，不需再扩建的电厂或变电站。

电气主接线的基本接线形式依据是否采用母线， 分为有母线和无母线两大类。

有线线类：单母线及单线分段接线、 双母线及双母分段接线、 单线性或双母

线带旁路接线、一个半断路器接线等。

无母线类：多角形接线、桥形接线、发电机——变压器单元接线、发电机— —变压器——线路组单元接线等。

10kV 侧的接线设计

方案一：单母线分段接线

（1）接线特点：

母线按电源的数目和功率，电网的接线及运行方式分段，通常以 2—3 段为

宜，段数分得越多，故障时停电范围越小，但使用断路器的数量亦越多，配电装

置和运行也越复杂。

（2）优缺点分析：

单母分段接线的优缺点是： A 、母线发生故障时，仅故障母线停止工作，非故障段仍可继续运行； B、对双回重要用户，将双回线路分别接于不同的段上，以保证对重要用户的供电； C 当一段母线故障或检修时，将使该母线段电源，出线全部停电，减少了系统的发电量，该段单回出线用户停电； D、任一出线的断路器检修时，该回路必须停电。

（3）适用范围：

一般来说单母线分段接线应用在电压等级为 6—10KV ，出线在 6 回及以上时，每段所接容量不宜超过 25MW 。

方案二：单母线分段带旁路母线

①接线特点：

在出线隔离开关外侧， 加装一条旁路母线， 每一回出线通过一旁路隔离开关与旁母相连；在每段汇流母线与旁母之间加装一台断路器， 组成专设旁路断路器的接线。

②优缺点分析：

单母分段带旁路母线的优点是：简单、清晰、操作方便、易于扩建；当检修

出线断路器时可不停电检修， 其缺点是： 当汇流母线检修或故障时， 该段母线将

全部停电。

③适用范围：

10KV 电压等级，当有不允许停断路器的要求时，可设置分段断路器兼旁路

断路器的旁路母线接线。

通过比较方案一比方案二好。

5.短路电流的计算

短路电流计算在变电所的电气设计中，是其中一个重要环节，在选择

电气设备时，为保证在正常运行和故障情况下都能安全、可靠工作，需要

进行全面的短路电流计算。 并将决定是否采用限制短路电流的措施， 计算

短路电流，应在最大运行方式下计算，并省略不重要的 部分（如系统中的

电阻，电容元件，变电器的励磁电流等）且系统正常工作时，三相对称故

障时频率不变。

短路电流计算和分析的目的

考虑到短路故障对电力系统运行的严重危害性，为了保证系统的正常运行，在设计和运行中应使电力系统能克服短路故障造成的危害。

　为此，要进行一系列的短路电流计算，为选择电力系统的接线方式和电气设备选择和整定继电保护装置等准备必要的技术数据。

在工程实际中，短路计算的目的如下

（1）选择电气设备

?电气设备 在运 行中 心必 须满 足动 稳定 和 热稳 定性 的要 求，而设备 的动稳 定和 热稳 定性 校 验则是以短路计算结果为依据的。

（2）选择合适的电气主接线方案

有时 在设 计电 气主 接线时 ，可能由 于短 路电流 太大 而需 要选 择 贵重的电 气设 备，使投 资较 大，技 术 经济性不好，此 时就需要采取 限制 短路电流的 措施 或其他方法选 择可 靠而经济的主接线方案。

（3）为继电保护的整定计算提供依据

?在继电保护装 置的 设计 中，常需多种 运行方 式下 的短 路电 流值作 为整定 计算 和灵 敏度 校 验的依据。

电力系统的等值电路

?由于电力系统中可能有多个变压器的存在，也就有多个不同的电压等级。因此，不能仅仅将这些简单元件的等值电路按元件原有参数简单地相连，而要进行适当的参数归算，将全系统各元件的参数归算至同一电压

等级，才能将各元件的等值电路连接起来，成为系统的等 值电路。

有名值的归算

?计算各元件有各值电抗时，必须把不同电压等级各元件的电抗归算

到同一电压等级，然后才能作出整个电力系统的等值电路，其参数归算过程如下：

选基本级

确定变比：

精确归算：

K= 待归算侧的实际电压 ?基本侧的实际电压

?近似归算：

K= 待归算侧的额定电压 ?基本侧的平均额定电压

短路电流的计算

k-1 k-2

架空线 l=

G

1.求 k-1 点的三相短路电流和短路容量（ Uc1 = 10.5kV)

（1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗

电力系统的电抗： Soc = 200MV? A，因此

X1 = U2c1 ?Soc = 10.52 ?200 = 0.55Ω

架空线电抗： X0 = 0.35Ω /km, 因此

X2 = 0.35 ×1.2 = 0.42Ω

绘制 K-1 点短路的等效电路，如图，并计算总阻抗为

?

Ω

?

0.42

Ω

K-1

1 0.55

2

X∑(K-1

) = X1 + X2 = 0.97Ω

（2）计算三相短路和短路容量

三相短路电流周期分量有效值：

( 3 )

Ik-1 = Uc1 ?√3X∑(K-1 ) = 10.5kV ?√3×0.97Ω = 三相短路次暂态电流和稳态电流

( )

= I

(3)

( 3)

= 6.25kA

I ‘’3

∞

= Ik-1

三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流的有效值

( 3)i = 2.55I ‘’(3) = 2.55 ×6.25 = 15.93kA

sh

三相短路容量

S(k3)-1 = √ 3Uc1 I(k3)-1 = √3×10.5 ×6.25 = 113.66MV? A 2.求 k-2 点的三相短路电流和短路容量（ Uc2 = 0.4kV)

（1）计算短路电路中各元件的电抗及总电抗

电力系统的电抗：

X1 = Uc12 ?Soc = 0.42 ?200 = 8 ×10 -4 Ω

架空线电抗： X0 = 0.35Ω /km, 因此

X2 = X0 l (Uc2 ?Uc1 )2

= 0.35 ×1.2 ×(0.4? 10.5) 2 = 6.09 ×10-4

Ω

电力变压器的电抗： Uk % = 5,因此

X3 = X4

≈Uk %U c22 ?100S N = (5?100 ) ×( 0.42 ?1000 ) = 8 ×10-4

Ω

绘制 K-2 点短路的等效电路，如图，并计算总阻抗为

?

-4 Ω

′?

× -4

Ω

1′8 ×10

3 8

10

?

×

10

-4

Ω

k-2

2′6.09

?

×10

-4

Ω

4′8

X∑(K-2 ) = X1 + X2 + X3 //X 4

8 ×10-4 + 6.09 ×10-4 + 8 ×10 -4 ?2

1.809 ×10 -3 Ω

2）计算三相短路和短路容量

三相短路电流周期分量有效值：

Ik(3-1) = Uc1 ?√3X∑(K-2 ) = 0.4kV ?√3×1.809 ×10-3 Ω = 三相短路次暂态电流和稳态电流

I‘’(3) = I(∞3) = Ik(3)-1 = 127.66kA 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流的有效值

(sh3)i = 2.55I ‘’(3) = 2.55 ×127.66 = 325.53kA

I(3 ) = 1.51I ‘’(3) = 1.51 ×127.66 = 192.77kA

sh

三相短路容量

Sk(-3)1

= √ 3Uc1 Ik(-3)1

= √3×0.4 ×127.66 = 88.44MV? A

在工程设计说明书中，往往只列短路计算表，如表所示

短

三相短路电流 /kA

三 相 短 路 容

路 计 算

量 /MVA

点

(3 )

‘’(3)

(3)

( 3 )

( 3)

( 3)

Ik

I ∞

ish

Ish

Sk

k-1

15.93

9.44

113.66

k-2

127.66

127.66

127.66

325.53

192.77

88.44

变电所一次设备的选择与校验

变电所一次设备的选择的条件与校验的项目

按正常工作条件选择电器

根据额定电压选择，根据额定电压选择电器时应满足以下条件：电器的额定电压

UNe 不小于电器装设点电网的额定电压UN ，即 UNe ?UN 。

根据额定电流选择。电器的额定电流I Ne 不应小于安装回路的最大工作电流IN ，即

INe ?Imax 。

校验热稳定、动稳定和开断电流

?短路电流通过电器时，会引起电器温度升高，并产生巨大的电动力，校验电器和

载流导体的热稳定、动稳定和开断能力应考虑到各种短路最严重的情况。

?校验开断电流：额定开断电流I oc ≥I ∞ = Ik

校验动稳定:为保证电器的最大三相冲击短路电流imax ?i(3sh )

校验热稳定性： 为保证电器的热稳定， 在选择一般电器时满足电器所允许热

效应 It2 t? I∞(3 )2

t ima

t ima = t k + 0.05s = 1.25s

A=3×150mm 2

母线及绝缘导线和电缆导线等导体的热稳定性校验条件： θ ? θ

k?max k

θ ≈ ° θ

k?max 200 C > k

都满足校验条件

根据机械负荷选择

?根据机械负荷选择电器时，要求电器端子的允许机械负荷不小于电器引线在正

常和短路时所承受的最大作用力。

按电器工作的特殊要求校验

?根据各种电器的用途、工作特点等进行特殊项目的校验。

变电所 10kV侧设备的选择。

根据药厂所在地区的外界环境，高压侧采用GG-1A(F)型户移开式交流金属封闭开

关设备。其内部高压一次侧设备根据本厂需求选取，定时限过电流保护装置整定为

秒，断路器短路时间为。

断路器选取

根据上述条件，结合一部分的短路计算对各种断路器进行选择。

1）． 110kV 断路器：

110kV 等级出线断路器： UN =110kV；I N =；考虑温度： I N = =；所以选择 SW4－110 户外少油式断路器。

SW4－110 型断路器，其设备参数为： Ue ＝110kV，Ie ＝1kA ，额定开断电流

Ide ＝， 5 秒热稳定电流为 21kA ，固有分闸时间，动稳定电流峰植 I dmax ＝55kA ，

它满足 Ue ?Ug ，I e ≥Ig max ，I de ?I‘’(3) =;

热稳定校验：后备保护动作时间 t pr ＝，电弧持续时间 t a ＝ , 固有分闸时间 t pr =,

2

则 t ＝t ＝。，则 t ′′

k pr +t a +t in p =。t eq =t p +β =;

∴θ=， I2 t =2205；

k t

∴It2 t ≥I∞(3) 2 t ima ,满足要求。

动稳定校验：∵ Idmax = ;

∴所选 SW4－110 断路器满足要求 .

2）． 35kV 断路器：

35kV 等级出线断路器： UN =35kV；I N =; 考虑温度： IN =*=; 所以选择 SN10－ 35 户外少油式断路器。

SN10－35 型断路器，其设备参数为： Ue ＝35kV ， Ie ＝，额定短路开断电流

Ide ＝16kA ， 5 秒热稳定电流为 20kA，固有分闸时间，动稳定电流峰植

I dmax ＝

50kA，它满足 Ue ≥

g ，I e ≥

g max ，I

( )

=;

de ?I

‘’3

U

I

热稳定校验：后备保护动作时间 t pr ＝，电弧持续时间 t a ＝ , 固有分闸时间 t pr =,

则 tk ＝tpr

2

′′

+t a +t in ＝。，则 t p =。t eq =t p +β =;

∴θ

2

t =2205；

k

==，I t

∴I 2

≥(3) 2

t ima

满足要求。

t t

I ∞

,

动稳定校验：∵ Idmax ＝50kA ≥Ick ;

∴所选 SN10－35 断路器满足要求 .

3）. 10kV 断路器：

选择 SN4－ 10G 型少油断路器，其具体参数： Ue ＝10kV ，I ＝，额定开断电流 Ue ＝105kA ， 5 秒热稳定电流为 120kA ，固有分闸时间， 动稳定电流峰植 Ide ＝

300kA，t =, t =1s, θ=，它满足 U

k p k e

∴所选 SN4－10 断路器满足要求

隔离开关的选择和校验隔离开关概述



≥Ug ，I e ≥Ig max =.

.

隔离开关是发电厂和变电所中常用的开关电器， 它需与断路器配套使用。

　隔

离开关主要用来将高压配电装置中需要停电的部分与带电部分可靠地隔离， 以保证检修工作的安全， 但隔离开关无灭弧装置， 不能用来接通和切断负荷电流和短路电流。

隔离开关与断路器相比， 额定电压、 额定电流的选择及短路动、 热稳定的项目相同。但由于隔离开关不用来接通和切断短路电流， 故无需进行开断电流和短路关合电流的校验。

按正常工作条件选择电气设备

（1） 根据各类隔离开关的特点及使用环境、条件决定其种类型号。（2） 通常规定一般电气设备允许地最高工作电压为设备额定电压的～倍，

而电气设备所在电网的运行电压波动， 一般不超过电网额定电压的倍。

　UN ≥UNS （3） 电气设备的额定电流 I N 是指在额定环境温度下， 电气设备的长期允许

电流。

　IN 应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流 Imax。

IN ≥Imax

按短路状态校验

1.短路热稳定校验：短路电流通过电器时，电气设备各部件温度（或发热效应）应不超过允许值。满足热稳定的条件为：

It2 t ≥ Qk； Qk = I2pt t t k 开断时间 +主保护时间式中 Qk ――― 短路电流产生的热效应；假设主保护时间为

It 、t―― 电气设备允许通过的热稳定电流和时间。

2.动稳定校验：电动力稳定式电器承受短路电流机械效应的能力，亦称

动稳定。满足动稳定的条件为： ies ?i sh 式中 ies 、i sh ---- 电气设备允许通过的动

稳定电流幅度值及其有效值。

隔离开关的选取

? 1） 110kV 隔离开关：

试选用 GW4－110D/600-50 型，其技术参数为： Ue ＝110kV，Ie ＝600A，动稳定电流峰值 Idmax ＝50kA, 其动热稳定性校验同上面的断路器：

2

∵Ue ≥ Ug ，I e ≥ Ig max ，I t2 t? I∞(3 ) tima

∴所选用的 GW4－110D/600-50 型隔离开关满足要求。

2）35kV 隔离开关：

试选用 GN2-35T/400-52 型，其技术参数为： Ue ＝35kV ，Ie ＝ 400A，动稳定电流峰值 Idmax ＝ 50 kA, 其动热稳定性校验同上面的断路器：

∵Ue ≥ Ug；I e ≥ Ig max ，I t2 t? I∞(3 )2 tima

∴所选用的 GW4－110D/600-50 型隔离开关满足要求。

3）10kV 隔离开关：

选择 GN10－10T 型隔离开关，其参数如下： ：Ue ＝ 10kV ，Ie ＝5KA ，动稳定电流峰值 Ie ＝200KA, 其动热稳定性校验同上面的断路器：

∵Ue ≥ Ug；I e ≥ Ig max ，I t2 t? I∞(3 )2 tima

∴所选用的 GN10－10T 型隔离开关满足要求。

互感器的选择和校验

互感器由电流互感器 (TA)、电压互感器 (TV) 组成。互感器是交流电路中一次系统和二次系统间的联络元件， 它们统属于特种变压器， 所以其工作原理与变压

器基本相同。

电压互感器的选择选择条件

1．电压互感器的选择选择条件

（1）型式：电压互感器的型式应根据使用条件选择。

1）6～20kV 配电装置，一般采用油侵绝缘结构，也可采用树脂浇注绝缘结

构的电压互感器；

2）35～ 110kV 配电装置，一般采用树脂浇注绝缘结构的电压互感器；

3）220kV 及以上配电装置，当容量和准确度等级满足要求时，一般采用电

容式电压互感器；

（2） 一次电压 U1 ：UN ＞ U1 ＞ UN

UN 为电压互感器额定一次线电压，和是允许的一次电压的波动范围，即±

10% UN；

（3）二次电压：电压互感器二次线电压，应根据使用情况选用所需的二次

额定电压 U2n；

（4）准确等级：电压互感器应在那一准确等级下工作，需根据接入的测量仪表、继电器和自动装置等设备对准确等级的要求确定；

（5） 二次负荷 s2 ： s2 ≤ sN

sN 是对应于在测量仪表所要求的最高准确级次下，电压互感器额定容量

s2 是二次负荷，它与测量仪表的类型、 数量和接入电压互感器的接线方式有关。

2．电压互感器的选择

（1）110kV 侧互感器的选择 :

① 种类和型式的选择 :户外

②一次回路额定电压和电流选择 : UN ?UNS UNS = 110kV

故选用 JCC2-110 型，起参数为：额定电压 (kV) （1）初级绕组 110/√3，（ 2）

次级绕组 √3，（3）剩余绕组 ；二次负荷 (VA) （1）1 级 500，2 级 1000。

（2）35kV 侧互感器的选择 :

① 种类和型式的选择 :户外

②一次回路额定电压和电流选择 : UN ?UNS UNS = 35kV

故选用 JDJ-35 型，起参数为：额定电压 (KV) （1）初级绕组 35/√3，（2）

次级绕组 √3，（3）剩余绕组 3；二次负荷 (VA) （1）级 150，1 级 250，

3 级 600。

（3）10kV 侧互感器的选择 :

① 种类和型式的选择



:户内

②一次回路额定电压和电流选择



: UN ?UNS



UNS



= 10kV

故选用



JDJ-10 型，起参数为：额定电压



(kV)



（1）初级绕组 10/√3，（2）次

级绕组



√3，（3）剩余绕组



3；二次负荷 (VA)



（1）级



80，1.级



120，3 级

320。

电流互感器

1．电流互感器的选择条件

1）型式：电压互感器的型式应根据使用环境条件和产品情况选择。

6～20kV 屋内配电装置，可采用瓷绝缘结构或树脂浇注绝缘结构的电流互感器； 35 及以上配电装置，一般采用树脂浇注绝缘结构的独立电流互感器；

2）一次回路电压 UN ≤ UNS ,UN 为电流互感器额定电压； UNS 为电流互感器安装处一次回路工作电压；

3）一次回路电流： I 1N ≥ Ig max 为电流互感器安装处的一次回路最大

工作电流；

I1N 为电流互感器一次侧额定电流。

4）准确等级：电流互感器的准确等级与电压互感器相同，需先知电流互感

器二次回路接入的测量仪表的类型及对准确等级的要求， 并按准确等级要求最高

的表记来选择；

5）动稳定

ies ?ish

式中：

ies 、i sh ----电气设备允许通过的动稳定电流幅度值及其有效值。

6）热稳定

It2 t? Qk ； Qk = Ipt2 t k

；t k = 开断时间 +主保护时间

式中： Qk ――― 短路电流产生的热效应；

假设主保护时间为

It 、t―― 电气设备允许通过的热稳定电流和时间。

2．电流互感器的选择

a． 10kV 侧互感器的选择 :

① 种类和型式的选择 :户外

②一次回路额定电压和电流选择 : UN ?UNS

UNS = 10kV

IN ?I maxI max =

③短路热稳定和动稳定校验 : It2 t? Qk

i es ?ishish =

7.变电所进出线的选择与校验

裸导体选择的具体技术条件

1） 型式：载流导体一般采用铝质材料。对于持续工作电流较大且位置特

别狭窄的发电机、 变压器出线端部， 或采用硬铝导体穿墙套管有困难时，

以及对

铝有较严重的腐蚀场所， 可选用铜质材料的硬导体。

　回路正常工作电流在

4000～

8000A 时，一般选用槽型导体。 110kV 及以上高压配电装置，一般采用软导线。

2） 按经济电流密度选择导线截面：

经济截面

sJ = I max ?J

经济电流密度 J= 1.45A/mm 2

式中： Imax 为电流互感器安装处的一次回路最大工作电流；

3）热稳定校验：裸导体热稳定校验公式为： Smin = (I ∞ ?C) √t a ×103

2

I∞ = Ipt

查表得 C=87

′′

式

得t a = 开断时间 +主保护时间 +(I ?I∞ )

中： smin — 根据热稳定决定的导体最小允许载截面（ mm2）

C — 热稳定系数

I∞ — 稳态短路电流（ kA ）

ta — 短路电流等值时间（ S）

4）电晕电压校验：对 110kV 及以上裸导体，需要按晴天不发生全面电晕条件校验，即裸导体的临界电压应大于最高工作电压。

　可不进行电晕校验的最小导

体型号及外径，可从相关资料中获得。

导体的选择

a． 110kV 架空线① 经济截面 sj = I max ?J 经济电流密度 J =

1.45A/mm 2 T=4500h Imax = 116MVA?√3 ×110kV = sj = 608.9 ?1.45 = 419.9mm 2

故而在 110kV 侧选取 TRJ—400 型架空线。

b. 35kV 架空线

① 经济截面

sj = Imax ?J

经济电流密度 J= 1.45A/mm 2

T=4500h I

max

?√ ×

3=

?

1.45 = 568.8mm

2

= 50MVA 3

sj = 824.8

故而在 35kV 侧选取 TRJ—400 型架空线。

母线的选择

110kV 母线的选择及校验

1)．110KV 母线的选择

载流导体选取规则 :110kV 的母线长期最高允许的工作电流为

I g?max = s1 ?√3 ×UN1 = 582.238A 所以选择槽形硬铝母线，其参数为

200*90*12（mm）;导体双截面 8080mm 2 ，集肤效应系数 kf =,导体载流量为 8800A，

截面系数 wy =cm4 。

2). 母线的校验：

2

(1）热稳定性校验： 正常运行时导体的温度θ =+）* 6145 ?7180 2 =68℃ ,由查表得热稳定系数 C=88，已计算得短路电流热效应 θ =( KA) 2 ? S，则满足短路发热

k

的最小导体截面为 smin =√θk ? k f /C=

mm2 <8080mm 2 ,满足热稳定的要求。

(2）动稳定性校验：导体截面系数： W=2w y =93cm4 去相间距离 a=,绝缘子

跨距 L

。母线相间应力：

（

*i sh

）*10-7

1

条间应力：σ

?

12w y =

b =

fb =2*

* h =;

b = fb ? lb

1.9 ×105 < 69 ×10 6 所以满足动稳定性的要求。

同理，我们根据以上选择原理选出在

35kV 和 10kV 侧母线的选型如下：

a． 35kV 母线的选择

载流导体选取规则 :由于 35kV 侧的最大负荷电流 I

g?max = s1

?√

=

3 UN1

842.81A 试选用所以选择槽形硬铝母线，其参数为

100*45*6 （mm） ;导体双截面

2020mm2 ，集肤效应系数 k f =,导体载流量为

3590A，截面系数 w y =cm4 。

b．10kV 母线的选择

10kV 的母线长期最高允许的工作电流为 I==6415A ，所以选择槽形硬铝母线，其参数为 75*35*4 （ mm）;导体双截面 1040mm2 ，集肤效应系数 k f =,导体载流量

2280A，截面系数 w y =cm4 。

8.心得体会

在工厂供电课程设计的过程中收获十分丰富，系统地加强了学习，

对变电站的认识进一笔步，这对以后我在国家电网的工作帮助十分巨大。

通过课程设计立足“用活所学的课程，实践新理念”。力求让我的设计更具特色，

形成独具风格的设计模式，更好地体现老师教育的要求，以提高设计的质量。这次课

程设计是对 10KV 药厂变电站电气部分的设计。从设计角度围绕方便施工、降低造价、

利于运行等方面，对变电站电气部分设计中应注意的问题进行了探讨。

首先是对主变的选择，从主变容量以及主变的台数、相数、绕组数量、绕

组连接方式、 调压方式几个方面考虑选择主变的型号。 之后是在接线的选

择，通过不同接线方式在接线特点、适用范围以及优缺点三个方面的综

合比较，选择出了适合该电压等级的接线方式，以后通过短路计算选择

出了电气设备的型号。设计前认真作好充分准备，精心设计方案，并结

合实际，灵活的做好每个设计的细节，尽可能做到更好活学活用。

?9.参考文献 ?

1、《工厂供电设计指导》 机械工业出版社 刘介才主编

2、《工业企业供电课程设计及实验指导书》 冶金工业出版社 王建南 主编

3、《工业与民用配电设计手册》中国电力出版社 中国航空工业规划设计研

究院 组编

4、《 10KV及以下变电所设计规范》 GB50023-1994

5、《供配电系统设计规范》 GB50052-2009

6、《低压配电设计规范》 GB50054-2011

7、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》 DL/T620-1997

8、《交流电气装置的接地》 DL/T621-1997