中南大学电气工程基础课程设计

电气工程基础课程设计

某冶金机械修造厂供电系统设计

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学号： 目 录

一概述 ........................................................... 3 1. 设计目的 ...................................................... 3 2. 设计内容 ...................................................... 3 3. 设计要求 ...................................................... 3 二、设计基础资料 ..................................................4 1. 生产任务及车间组成............................................. 4 2. 设计依据 .......................................................4 3. 供用电协议 ....................................................5 4. 本厂负荷性质....................................................6 5. 自然条件....................................................... 6 三、主变压器及主接线设计...........................................7 1. 各电压等级的合计负载及类型 .....................................7 2. 改善功率因数装置设计 ..........................................10 3. 工厂总降压变电所的位置 ........................................10

4. 主变压器的选择 ................................................11 5. 接地方式.......................................................12 6. 型式的确定.....................................................12 7. 主接线设计.....................................................12 四、短路电流计算 .................................................13 1. 绘制计算电路 ..................................................13 2. 确定短路计算基准值 ............................................14 3. 用于设备选择的短路电流计算 ................................... 15 五、电气设备选择 ................................................ 17 1. 电气设备选择的一般条件 ....................................... 17 2. 断路器和隔离开关选择 ......................................... 18 3. 导线的选择 ................................................... 20 4. 限流电抗器的选择 ............................................. 22 5. 电压互感器的选择 ............................................. 22 6. 电流互感器的选择 ............................................. 22 7. 高压熔断器的选择 ............................................. 23 8. 消弧线圈的选择 ............................................... 23 六、课程设计体会及建议 .......................................... 23 参考文献 ........................................................ 24 附录 ............................................................ 24 短路电流计算书 .................................................. 24 附图：某冶金机械修造厂供电系统电气主接线图（#2 图纸） ........... 28

某冶金机械修造厂供电系统设计说明书

一、概述

1. 设计目的

1) 复习和巩固《电气工程基础》课程所学知识 2) 培养分析问题和解决问题的能力

3) 学习和掌握变电所电气部分设计的基本原理和设计方法

2. 设计内容

1) 主变压器选择：根据负荷的大小、类型，选择主变压器的容量、台数、型式、

电压等级、调压方式等。

2) 电气主接线设计：可靠性、经济性和灵活性 3) 短路电流计算：不同运行方式（大、小、主）、短路点与短路类型

4) 主要电气设备的选择：断路器、隔离开关、母线及支撑绝缘子、限流电抗器、

电流互感器、电压互感器、高压熔断器、消弧线圈…

5) 编写“××变电所电气部分设计”说明书，绘制电气主接线图（＃2图纸） 6) 参加课程设计答辩：课设的收获、体会，回答质疑

3. 设计要求 1) 负荷计算；

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； 3) 工厂总降压变电所主结线设计； 4) 厂区高压配电系统设计；

5) 工厂供、配电系统短路电流计算； 6) 改善功率因数装置设计； 7) 变电所高、低压侧设备选择； 8) 继电保护装置及二次结线的设计； 9) 变电所防雷装置设计（选做）。

二、设计基础资料

1. 生产任务及车间组成 1) 本厂产品及生产规模

本厂主要承担全国冶金工业系统矿山、冶炼和轧钢设备的配件生产，即以生产铸造、锻造、铆焊、毛坯件为主体，生产规模为：铸钢件1万吨、铸铁件3千吨、锻件1千吨、铆焊件2千5百吨。 2) 本厂车间组成

（1）铸钢车间；（2）铸铁车间；（3）锻造车间；（4）铆焊车间；（5）木型车间及木型库；（6）机修车间；（7）砂库；（8）制材场；（9）空压站；（10）锅炉房；（11）综合楼；（12）水塔；（13）水泵房；（14）污水提升站等，各车间位置见全厂总车间布置图，如图1所示。

（13） （4） （6） （9） （3） （11） （5） （1） （2） （8） （12） （10） （7） （14） N 图1 全厂总平面图

2. 设计依据

1) 设计总平面布置图如图1所示

2) 全厂各车间负荷计算表如下（表1、表2）

表1 各车间380V负荷 设备KX cos序车间或用电容量号 单位名称 （kW） （1）No.1变电所 1 铸钢车间 2800 （2）No.2变电所 1 铸铁车间 900 2 砂库 100 （3）No.3变电所 1 铆焊车间 1300 计算负荷 tan Pjs Qjs Sjs （kW） （kVar） （kVA） 0.4 0.65 1.17 0.4 0.7 0.7 1.02 0.6 1.33 变压备器台注 数及K 容量 2 2 1 0.9 0.9 0.9 0.3 0.45 1.98 2 1＃水泵房 33 （4）No.4变电所 1 空压站 370 2 机修车间 140 3 锻造车间 220 4 木型车间 180 5 制材场 25 6 综合楼 25 （5）No.5变电所 1 锅炉房 320 2 2＃水泵房 30 3 仓库（1、2） 88.12 4 污水提升站 20 0.75 0.8 0.75 0.85 0.25 0.3 0.35 0.28 0.9 0.75 0.75 0.3 0.65 0.75 0.65 0.55 0.6 0.6 1 0.8 0.8 0.65 0.8 0.88 1.17 1.52 1.33 1.33 1 0.75 0.75 1.17 0.75 1 1 表2 各车间6kV负荷 计算负荷 序车间或用电号 单位名称 设备容量（kW） KX cos tan Pjs Qjs Sjs 说明 1 电弧炉 21250 0.9 0.87 2 工频炉 2250 0.8 0.9 3 空压机 2320 0.85 0.85 3.供用电协议

工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：

（1）工厂电源从电业部门某220/35kV变压所，用35kV双回架空线引入本厂，其中一个作为工作电源，一个作为备用电源，两个电源不并列运行，该厂变所距厂东侧9公里。

（2）供电系统短路技术数据

表3 区域变电所35kV母线短路数据 系统运行方式 短路容量 说明 最大运行方式 最小运行方式 (3)Sdmax200MVA （kW） （kVar） （kVA） 0.57 0.48 0.62 S(3)dmax175MVA 供电系统如下图（图2）所示： 区域降压变电所 本厂总降压变电所 220/35kV （待设计）

d(3)

0=0.4Ω/km l=9km x

（3）电业部门对本厂提出的技术要求

 区域变电所35kV配出线路定时限过流保护装置的整定时间为2秒，工厂

“总降”不应大于1.5秒；

 在总降压变电所35kV侧进行计量；  本厂的功率因数值应在0.9以上。

4. 本厂负荷性质

本厂为三班工作制，最大有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。

5. 自然条件 1) 气象条件

（1）最热月平均最高气温为30℃；

（2）土壤中0.7～1米深处一年中最热月平均温度为20℃； （3）年雷暴日为31天；

（4）土壤冻结深度为1.1米； （5）夏季主导风向为南风。 2) 地质及水文条件

根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8～5.3米，地耐压力为20吨/平方米。

三、主变压器及主接线设计

1. 各电压等级的合计负载及类型 (1) 电压等级

待建变电所的电压等级为 220kV/35kV/6kV/380V。 (2) 合计负载及类型

表1 各车间380V负荷 设备KX cos序车间或用电容量号 单位名称 （kW） （1）No.1变电所 计算负荷 tan Pjs Qjs Sjs （kW） （kVar） （kVA） 变压备器台注 数及K 容量 1 铸钢车间 2800 （2）No.2变电所 1 铸铁车间 900 2 砂库 100 （3）No.3变电所 1 铆焊车间 1300 2 1＃水泵房 33 （4）No.4变电所 1 空压站 370 2 机修车间 140 3 锻造车间 220 4 木型车间 180 5 制材场 25 6 综合楼 25 （5）No.5变电所 1 锅炉房 320 2 2＃水泵房 30 3 仓库（1、2） 88.12 4 污水提升站 20 0.4 0.65 1.17 0.4 0.7 0.7 1.02 0.6 1.33 1120 360 70 390 24.8 1310.4 1723.1 514.3 116.7 772.2 18.6 276.8 41 100.3 83.8 9.3 22.5 180 16.9 30.9 17.3 367.2 93.1 866.7 31 419.3 53.8 120 105 11.7 22.5 300 28.1 40.6 16.3 2 2 0.9 0.9 0.3 0.45 1.98 0.75 0.8 0.75 0.85 0.25 0.3 0.35 0.28 0.9 0.75 0.75 0.3 0.65 0.75 0.65 0.55 0.6 0.6 1 0.8 0.8 0.65 0.8 1 0.9 0.88 314.5 1.17 35 1.52 66 1.33 63 1.33 7 1 22.5 0.75 0.75 1.17 0.75 240 22.5 26.4 13 1 0.9 1 0.9 表2 各车间6kV负荷 计算负荷 序车间或用电号 单位名称 设备容量（kW） KX cos tan Pjs Qjs Sjs 说明 1 电弧炉 21250 0.9 0.87 2 工频炉 2250 0.8 0.9 3 空压机 2320 0.85 0.85 本设计采用需要系数法确定。 主要计算公式有：

（kW） （kVar） （kVA） 0.57 2250 1282.5 2586.2 0.48 400 192 444.4 0.62 544 337.3 0 有功功率：PjsKx*Pe ，Kx为需要系数 无功功率：QjsPjs*tan 视在功率：SjsPjs cos 总的有功计算负荷为：

PcK*Pjs ，K为同时系数 总的无功计算负荷为：

QcK*Qjs

总的示载负荷为：

ScPc*PcQc*Qc No.1变电所计算示例：

Pjs0.4*28001120kW Qjs1120*1.171310.4kVar Sjs11201723.1kVA 0.65

380V低压侧计算负荷为

Pc111200.91008kW

Qc11310.40.91179.4kVar Sc11551.5kVA

6K/380V变压器功率损耗为

Pt10.015Sc123.3kW Qt10.06Sc193.1kVar

6kV高压侧计算负荷为

Pc1Pt11031.3kW Pc1Qc1Qt11272.5kVar Qc1Pc1QcSc12221637.9kVA

同理，算出其他变电所6kV高压侧的负荷，与各车间6kV负荷列表如下： 计算负荷 序号 车间或用电单位名称 Pjs Qjs Sjs 1 2 3 4 5 No.1变电所 No.2变电所 No.3变电所 No.4变电所 No.5变电所 （kW） 1031.3 397.3 385.4 467.1 277.2 （kVar） 1272.5 609.1 760 520.1 267.1 （kVA） 1637.9 727.2 852.1 699.1 384.9 6 7 8 电弧炉 工频炉 空压机 2250 400 544 1282.5 192 337.3 2586.2 444.4 0 所以35kV/6kV变压器低压侧负荷为

PcKPjs5177.1kW QcKQjs4716.5kVar

ScPc2Qc27003.4kVA

cosPc0.739 Sc变压器损耗为

Pt105.1kW

Qt420.2kVar

35kV/6kV变压器高压侧负荷为

PcPcPt5282.2kW QcQcQt5136.7kVar

22ScPcQc7368kVA

IcSc121.5A

3UNPc0.717 Sccos

2.改善功率因数装置设计

工厂中由于有大量的电动机、电焊机及气体放电灯等感性负荷，从而使功率因数降低。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提供其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的工厂功率因数要求时，则需考虑人工补偿。要求工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，而由上面的计算可知cos=0.739＜0.9，因此需要进行无功补偿，低压侧补偿后的功率因数应略高于0.9，这里取cos0.92。要使低

压侧功率因数由0.739提高到0.92，低压侧需装设的并联电容容量为：

Qc补偿Pc*[tan(arccos0.739）-tan(arccos0.92）]2514.2 kVarQC补偿取2400kvar

综合考虑，采用柜式并联电容器补偿装置，可选用TBB6-3000/100AK型号。其额定容量为3000kVar，单台容量为100kVar，额定电压为6kV，额定电流为262A。

无功补偿后Pc补偿后Pc5177.1kWQc补偿后Qc-Qc补偿2202.3kVar

Sc补偿后Pc2补偿后Qc2补偿后5626.1kVA

3.工厂总降压变电所的位置

1) 用户变所所选址的选择应考虑以下原则：

① 尽量靠近负荷中心，减小配电所系统的电能损耗和电压损耗 ② 进出线方便特别是采用架空进出线，要考虑这一点 ③ 接近电源侧，对总变配电所特别要考虑这一点

④ 不应设在爆炸危险和有火灾危险的环境的正下方

2） 工厂的负荷中心按负荷功率矩法来确定，以左上点为原点，作一直角坐标的X轴和Y轴,然后测出各车间负荷点的坐标位置,例如P1(x1,y1) 、P2(x2,y2) 等，P1、P2等分别代表车间1、2等的功率，可得负荷中心的坐标：

(Pixi)P1x1P2x2P3x3 xPPPPi123y

按比例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各车间负荷点的坐标位置 车间号 1 2 3 4 5 6 7 有功负荷（kw） 3770 360 66 390 63 35 70 X(㎝) 3.7 7 9.9 3.2 11.1 5.9 4.2 Y(㎝) 5.3 5.3 0.8 0.7 2.8 0.4 7.3 车间号 8 9 10 11 12 13 14 有功负荷（kw） 7 858.5 240 22.5 24.8 22.5 13 X(㎝) 10.8 6.4 1.0 13.1 0.8 0.8 7 Y(㎝) 5.3 1.6 8.5 1.0 7 0.4 8.2 将电弧炉和工频炉归为铸钢车间，空压机归为空压站。由计算结果可知，x=4.3，y=4.5,工厂的负荷中心在1号厂房中心的东北方向附近（参考以下图1）。考虑的方便进出线及周围负荷情况，决定在1号厂房的东北侧修建工厂总降压变电所。

P(Piyi) 1y1P2y2P3y3PPi1P2P3（13） （4） （6） （9） （3） （11） （5） 变电所 （1） （2） （8） （12） （10） （7） （14） N 图1 全厂总平面图

4.主变压器的选择 (1) 台数的选择

选用两台主变压器，并列运行且容量相等。 (2) 容量的选择

对于有重要负荷的变电站，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在设计及过负荷能力后的允许时间内，能保证全部负荷的 60%～70%.

Se（0.6~0.7）*Sc补偿后3376~3939kVA,当一台停运时，另一台则承担

3.4MVA～4.0MVA。故选两台4MVA的主变压器就可满足负荷需求。 (3) 校验变压器的负荷

5626.1100%70.3% 变压器的负荷率 40002由负荷校验可知，变压器选择合理。 (4) 校验事故情况下的过载能力

5626.1100%140.7% 一台主变压器停运 4000考虑到变压器有一定的过负荷能力，自然油循环的变压器过负荷不应超过50%，强迫油循环的变压器过负荷不应超过 30%，采用自然油循环，故该设计的过载能力满足要求。

5.接地方式

我国 110kV 及以上电压变压器绕组都采用 Y 连接；35kV 采用 Y 连接，其中 性点多通过消弧线圈接地。35kV 以下电压变压器绕组都采用Δ连接。 6.型式的确定

减少电压波动所以选择有载调压方式，主变压器选用有载双绕组变压器。 故选择主变压器参数型式为S11-4000kVA/35/6kV 型油浸式三相双绕组电力变压器。

详细参数如下：

7.主接线的设计

根据国家标准《GB50059-92 35～110kV 变电所设计规范》变电所的主接线， 应根据变电所在电力网中的地位、出线回路数、设备特点及负载性质等条件确 定。并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要 求。按照以上要求对主接线进行选择。 (1) 35kV 侧

结合国家标准，将以下两种可靠性较高的方案列为备选方案： 方案一：单母线分段带旁母接线 方案二：双母线接线

表 35kV 侧主接线方案比较 比较项目 方案一 方案二 1. 简单清晰、操作方便 1. 可靠性高、调度灵活 2. 可靠性较差，未接旁2. 易于扩建为大中型变技术方面 母回路检修仍需停电 电所 3. 母线分段减少了故障3. 线路复杂，容易误操或检修时的停电范围 作 1. 用母线分段断路器兼设备多、配电装置复杂 经济方面 作旁路短路器节省投资 2. 设备少、占地小 综合以上分析，虽然双母线接线的方案具有供电更可靠，调度更灵活，又 便于扩建的优点，但常常还需采取在断路器和相应的隔离开关之间加装电磁闭 锁、机械闭锁或电脑闭锁等防止误操作的安全措施，大大增加了投资，只在我 国大中型发电厂和变电站中广泛使用。对于机械修造厂供电系统，在满足重要 负荷供电需求的同时应考虑投资的经济性。综上，35kV 侧选用单母线分段带旁

母接线。 (2) 6kV侧

根据国家标准，当变电所有两台主变压器时，6～10kV 侧宜采用分段单母线。 线路为 12 回及以上时，亦可采用双母线。当不允许听见检修断路器时，可设置 旁路设施。当 6～35kV 配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。 以下两种方案作为备选方案： 方案一：单母线分段接线

方案二：单母线分段带旁母接线 表 6kV侧主接线方案比较 比较项目 方案一 方案二 技术方面 1. 简单清晰、设备较少 1. 可靠性更 2. 可靠性、灵活性较差 2. 检修断路器不用停电 3. 母线分段减少了故障3. 容易误操作 或检修时的停电范围 经济方面 设备少、投资小 占地大、投资多 由以上分析可知，采用手车式高压开关柜时，可不设置旁路设施，对供电 可靠性的影响不大。折中考虑可靠性和经济性，6kV侧采用单母线分段接线。

四、短路电流计算

工厂供电系统的设计和行不仅要考虑正常运行状态，还要考虑可能发生故障及非正常工作状态。其中短路故障危害最大，短路的电流引起的电气设备热效应和力效应使设备损坏，电压降落严重影响非故障元件的正常运行。但是只要正确选择电气设备，满足短路电流的动稳定、热稳定要求，采取短路电流的措施就可以完全消除或减轻短路电流的危害。

进行短路电流计算时要考虑供电系统的最大运行方式和最小运行方式。在最大运行式下，通过故障元件的短路电流值最大，作为选择和校验电气设备的依据及继电保护整定计算的依据；在最小运行方式下，通过保护安装处的短路电流最小，可作为继电保护校验灵敏度的依据。

1、绘制计算电路，如下图所示

2、确定短路计算基准值

1）设Sd=100MVA，UdUc1.05UN，即高压侧Ud1=37kV，中压侧Ud2=6.3kV，低压侧Ud30.4kV，则

Id1Sd100MVA1.56KA 3Ud1337kVSd100MVA9.16KA 3Ud236.3kVId2Id3Sd100MVA144.34KA 3Ud330.4kV2）架空线路 查资料得X00.40/km，而线路全长为9km，故

Xl0.409*100MVA0.26 2373）电力变压器 查S11-4000kVA/35/6kV 型油浸式三相双绕组电力变压器的参数得，Uk%6，故

XT*UkSd6100MVA1.5 100SN1004000kVA 对于6KV出线线路的电阻，由于距离太短可以忽略不计。 4）变压器

查S9-1000kVA/6/0.4kV 型配电变压器的参数得，Uk%4.5，故

X*UkSd4.5100MVA4.5； 100SN1001000kVA 3、用于设备选择的短路电流计算 当SocSdmaxXs*3200MVA时，

Sd100MVA0.5 Soc200MVA 1）计算K—1点的短路电流总阻抗及三相短路电流的短路容量 总阻抗标幺值：Xk1XsXl0.50.260.76 三相短路电流周期分量有效值：Ik1 其他短路电流：I3I冲击电流为ish3333***Id1Xk1*1.562.05KA 0.76Ik12.05KA

2.55I32.552.055.23KA

Ish31.51I31.512.053.10KA

3 三相短路容量：Sk1SdXk1*|100MVA132MVA 0.76 2) 计算K—2点的短路电流总阻抗及三相短路电流的短路容量 总阻抗标幺值

Xk2XsXlX1//X20.50.26*****1.51.51 2 三相短路电流周期分量有效值： Ik3333Id2Xk2*9.166.07KA 1.51 其他短路电流：I3IIk36.07KA

ish332.55I32.556.0715.48KA 1.51I31.516.079.17KA

3Ish 三相短路容量：Sk2SdXk2*|100MVA66.2MVA 1.513）计算K—3（K-4相同）点的短路电流总阻抗及三相短路电流的短路容量 总阻抗标幺值

Xk3Xk2X3//X41.51****4.53.76 23 三相短路电流周期分量有效值：Ik3 其他短路电流：I3I33Id2Xk3*144.3438.39KA 3.76Ik338.39KA

ish332.55I32.5538.3997.KA 1.51I31.5138.3957.97KA

3Ish 三相短路容量：Sk3SdXk3*|100MVA26.6MVA 3.7）计算K—5（K-6、K-7相同）点的短路电流总阻抗及三相短路电流的短路容量 总阻抗标幺值

Xk5Xk2X71.514.56.01 三相短路电流周期分量有效值

***Ik53Id3Xk5*144.3424.02KA 6.013 其他短路电流：I3IIk5324.02KA

ish332.55I32.5524.0261.25KA 1.51I31.5124.0236.27KA

3Ish 三相短路容量：Sk53SdXk5*|100MVA16.6MVA 6.01当SocSdmax175MVA时，

Xs*Sd100MVA0.57 Soc175MVA计算与最大运行方式类似，计算结果列表如下：

最大运行方式下Sdmax3200MVA 时短路计算结果

三相短路容量/MVA 三相短路电流/kA 短路计算点 k-1 k-2 k-3/4 k-5/6/7 Ik 3I3 I 3ish 5.23 15.48 97. 61.25

3Ish 3.10 9.17 57.97 36.27 3Sk 132 66.2 26.6 16.69 32.05 2.05 6.07 6.07 2.05 6.07 38.39 38.39 38.39 24.02 24.02 24.02 3最小运行方式下Sdmin175MVA时短路计算结果

三相短路容量/MVA 三相短路电流/kA 短路计算点 k-1 k-2 k-3/4 k-5/6/7

五、电气设备及其选择 1.电气设备选择的一般条件

Ik 3I3 I 3ish 4.79 14.79 96.11 60.54 3Ish 2.84 8.76 56.91 35.85 3Sk 120.5 63.3 26.1 6.45 31.88 1.88 5.80 5.80 1.88 5.80 37.69 37.69 37.69 23.74 23.74 23.74 电气设备应能满足正常、短路、过电压和特定条件下安全可靠的而要求，并力求技术先进和经济合理。通常电气设备选择分三步，第一按正常工作条件 选择，第二按短路情况检验其热稳定性和电动力作用下的动稳定性，第三按实 际条件修正。同时兼顾今后的发展，选用性能价格比高，运行经验丰富、技术成熟的设备，尽量减少选用设备类型，以减少备品备件，也有利于运行、检修等工作。 电气设备选择的一般原则为：

1) 应满足正常运行检修短路和过电压情况下的要求并考虑远景发展 2) 应满足安装地点和当地环境条件校核 3) 应力求技术先进和经济合理 4) 同类设备应尽量减少品种

5) 与整个工程的建设标准协调一致

6) 选用的新产品均应具有可靠的试验数据并经正式签订合格的特殊情况下 选用未经正式鉴定的新产品应经上级批准 技术条件：

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 保持正常运行。

2.断路器和隔离开关的选择

高压断路器在高压回路中起着控制和保护的作用，是高压电路中最重要的电器设备。待建变电站在选择断路器的过程中，尽可能采用同一型号断路器，以减少备用件的种类，方便设备的运行和检修。真空断路器具有噪音小、无污染、可频繁操作、使用寿命和检修周期长、开距短，灭弧室小巧精确、动作快、适于开断容性负荷电流等特点，因而被大量使用于 35KV 及以下的电压等级中。考虑到可靠性和经济性，方便运行维护和实现变电站设备的无由化目标，35KV 侧和 6KV 侧采用真空断路器。

隔离开关是高压开关设备的一种，它主要是用来隔离电源，进行倒闸操作的，还可以拉、合小电流电路。选择隔离开关时应满足以下基本要求：

1. 隔离开关分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。 2. 隔离开关应具有足够的热稳定性、动稳定性、机械强度和绝缘强度。 3. 隔离开关在跳、合闸时的同期性要好，要有最佳的跳、合闸速度，以尽可能降低操作时的过电压。 (1)35kv侧断路器： ①型号的选择 SW2-35/1000 额定电压 35KV 短路关合电流 39.2KA ②额定电压 35kv≥35kv

选择断路器的额定电压 35kV 等于系统母线电压 35kV。 ③按额定电流选择 1000A≥1.05IN1.05

额定电流 1KA 热稳定电流 24.8KA(4s) 开断容量 1500MVA 0.06s 额定开断电流 24.8KA 0.04s 固有分闸时间 合闸时间 5626.197.4A

353④额定开断电流

24.8KA≥2.05KA ⑤短路关合电流

断路器合闸于有潜伏性故障的线路时，经历一个先合后分的操作循环，此时断路器应能可靠地开断。在电压额定时，能可靠关合、开断的最大短路电流称为额定关合电流，它是表征断路器灭弧能力、触头和操动机构性能的重要参数之一，用以下公式校验：

iNC1ish≥

选择的断路器的短路关合电流 26.2kA 远远大于短路电流的冲击值 5.23kA，故满足关合·定

所选的断路器的全开断时间（断路器固有分闸时间+电弧持续燃烧时间）不大于 0.06s，所以满足35kv电网合、分闸时间要求。 ⑦热稳定校验

I电气设备一般由厂家提供了热稳定电流t和热稳定时间 t，热稳定的校验式简化

为：

IttItk22

其中tk是热效应的等效时间，热稳定计算的等效时间等于四个时间之和，即继电保护动作时间+断路器固有分闸时间+断路器灭弧时间+非周期分量热效应的等效时间。因短路电流持续时间tk> 1s，导体的发热主要由周期分量决定，所以可不计非周期分量的影响。所选的断路器的全开断时间（断路器固有分闸时间+电弧持续燃烧时间）不大于 0.06s，待建变电所后备保护动作时间取2s，所以热效应的等效时间2.06s。35kV 线路侧热效应的等效时间为3s。代入公式满足热稳定要求。 ⑨额定容量

所选的断路器额定开断容量

1500MVA132MVA 满足要求。 ⑩操动机构的选择

断路器的操动机构分为电磁式、弹簧式、液压式。液压弹簧式几种，各种类型的操动机构都有一定的优缺点。断路器进行合闸、分闸、重合闸操作，并保持在合、分闸状态，这些功能

都是由操动机构完成的。所以，操动机构是决定断路器性能的关键部件之一，其好坏直接影响到断路器的技术性能。型号简单说明：S——手动式.

(2)35kv侧隔离开关：

隔离开关的选择与断路器的选择过程差不多，唯一的差别就是隔离开关没有开断电流的要求，不必校验开断电流，其他选择项目与断路器相同。采用型号GW2-35/600。

额定电压 35KV 额定电流 600A 热稳定电流 14KA(5s) 动稳定电流 50KA 操动机构 CS8-3 （3）6kv侧高压开关柜：

开关柜为三相设备，包括母线、断路器、熔断器、避雷器、电流互感器和电压互感器及其完整的配线和其它必要的附件。高压开关柜是以断路器、开关等主要元件组成的成套配电装置，它用于配电系统，作接受与分配电能之用。这类装置的各组成 元件，按主接线的要求以一定的顺序布置在一个或几个金属柜内，具有占地少，安装、使用方便，适用于大量生产等特点，应用广泛。倒闸操作比较频繁时，一般采用固定式开关柜。采用型号KYN28-12。

开关柜主要技术参数 序号 1 2 3 4 5 6 7 8

3. 导线的选择 (1) 选择原则：

①发热条件：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。

②载流量条件：按周围环境温度校正后的允许载流量不小于最大工作电流。低压配电线路由于线路短，电压损耗也较小，导线截面主要按允许的载流量条件选取。 ③电压损失条件:导线在通过正常最大负荷电流时，产生的电压损失不应超过正常运行时的允许的电压损失。一般 10kV 及以下电压等级的送电线路往往按允许电压损耗选择导线截面，再按允许载流量、机械强度条件校验。 ④经济电流密度条件：

名称 额定电压 最高工作电压 额定电流 额定频率 额定短时耐受电流 额定峰值耐受电流 额定短时持续时间 防护等级 单位 KV KV A Hz KA KA S 数据 6 7.2 1250 50 25 80 4 IP4X SecIpjec

对 35kV 及以上高压线路或 35kV 以下但距离长，电流大的线路者用此条件选择 ⑤机械强度条件：导线截面应不小于其最小允许截面。 ⑥检验热稳定时，按公式:

ISSmintima97 ⑦校验动稳定时，按公式材料所受最大应力。

⑧尽量选同型号设备以便于维修。

(2)35kV侧母线选择：

1) 母线的材料、截面形状、布置方式

考虑到35kV侧电流不大，为节省开支，采用矩形铝母线平放。 2) 截面选择

按经济电流密度选择：SImaxJ

已知回路最大负荷利用小时数Tmax6000h，查表得J0.68A/mm2 计算得SImaxJ97.40.68143.24mm2， 选择404型 3) 热稳定校验

1Qkmm2 C当导体短路前温度取正常运行时的最高允许温度70℃，铝导体短路时发热最高允许温度为200℃时，铝导体C值为87，取区域变电所35kV配出线路定时限过流保护装置的整定时间2秒为短路时间，计算得

11SminQk20502233.32404160符合要求

C874) 动稳定校验

根据《GB50060 - 2008》不同相带电部分之间的安全净距6kV为100mm、35kV为300mm，故相间中心线距为a300mm。

maxy，其中

y为母线材料允许应力，

max为母线

由于截面积小，不考虑趋肤效应，因此校验公式为Smin截面系数bh26440261066.67mm3 硬铝最大允许应力al70106Pa

Lmax10alfLmax7.81m，为避免导体自重而过分弯曲，选由得L27f1.73ish•10a择跨距为2m。

综上，可采用LMY-40*4型号。 4. 限流电抗器的选择 限流电抗器的作用： ①短路电流 ②维持母线上的残压

母线短路电流超过了配电网馈线上断路器的开断能力，达到几万甚至十几万安时才需采取短路电流的措施，因此不选择限流电抗器。

5. 电压互感器的选择

电压互感器是一种特殊的变压器，由一次绕组、二次绕组、铁芯、接线端子和绝缘支持物等组成，一次绕组匝数很多，并联于被测电路的两端，其绝缘等级与实际系统的电压相对应。二次绕组的额定电压匝数较少，它可并联仪表、继电保护的电压线圈，二次绕组的额定电压一般为100V。采用JDJJ2-35型号。

6. 电流互感器的选择

电流互感器是一种特殊的变压器，其一次绕组串联在电力线路里，二次绕组接仪表和继电器。其作用是将一次电流转变为标准的二次电流(如 5A 和 1A)，以便于测量和保护。凡装有断路器的回路应装设电流互感器。 电流互感器的选择一般要求：

①型式选择：35kV 以下屋内配电装置，可采用瓷绝缘或树脂绕浇式。 ②额定电压不应低于装设地点电路的额定电压，额定一次电流不应小于电 路中的计算电流。

③用于电能计量的电流互感器准确度不应低于 0.5 级。

④为了保证互感器的准确级，二次侧负荷S2不应大于相应准确级所规定的 额定容量SN2。

⑤校验热稳定：

电流互感器的热稳定能力用热稳定倍数Kr表示，热稳定校验条件为：

(KrIN1)2tQk

35kV 侧电流互感器采用LCWD-35(L——电流互感器 C——瓷套式 W

——户外 D——带差动保护)，额定电流比600/5，热稳定倍数为65，动稳定倍数为150。满足选择要求。

7. 高压熔断器的选择

为保护电压互感器，必须在电压互感器旁装设高压熔断器。一般 35kV 及以下的电压等级需要装设高压熔断器。熔件的额定电流要大于工作电流，且留有充足的裕度以躲过变压器励磁涌流的影响。校验断流容量时，应不小于短路容量。限流式熔断器的额定电压，应与电网的额定电压相符。 选择高压熔断器型号为RW0-35。 型号 额定电压 额定电流 最大切断电流 断流容量 作用 0.5A 14KA 100MVA 保护户外电压互感器

8.消弧线圈的选择

按我国有关的规定，在 3～60kV 电力电网中，电容电流超过下列数值时，电力系统中性点应装设消弧线圈： (1) 3～60kV 电力网，30A (2) 10kV 电力网，20A (3) 35～60kV 电力网，10A

由于主变采用dyn11接线组别，具有输出电压质量高、中性点不漂移、防雷性能好等特点，35kv侧不需要装设消弧线圈，6kv侧采用高压开关柜也不需要装设消弧线圈。

六、课程设计体会及建议

(1) 课设完成的内容和不足 在这次课设中，我认真阅读了很多资料和相关设计方案，真心感受到了参考文献的重要性，大到整个供电系统的设计，小致某个变压器的选型，都需要仔细翻阅资料认真思考。此次课程设计中还有一个难题就是，用CAD绘图，由于是本次设计才学习使用，很吃力，完成的不美观。最终完成了课程设计任务书的大部分要求，熟悉了电力设计的基本步骤和相关规程。不足之处在于，对实际中变电站与区位因素的关系的理解不够深入，没有联系某一特定地区的实际情况进行设RW0-35 35KV 计，停留在理论设计阶段，对很多用到的器件如高压断路器，隔离开关等都没有实际使用接触。 (2) 课设收获

这一次课设是在寒假中零零碎碎的时间中完成的，不得不承认很大程度上降低了效率，但同时也不断地温习课本、查资料，每天都有收获，没有像以前一样学完一门课都忘得差不多了，反而对专业课程理解得更深刻了，知识点掌握的更牢了。课设题目给了我们一个明确的方向，是一条知识的主线，按照设计要求一步一步做下来，相当于是对电力设计相关知识的一个概览。对于我个人来说，这种概览的效果远远好于《电气工程基础》的课堂讲授。课堂上接触的是些非常零散的知识点，无目的无方向，搞清问题的使命感不强，听故事似的听下来，缺乏深入思考的空间，课设则能通过一个任务来引导你来自主学习。 (3) 建议 基于我在《电气工程基础》的学习和这次课程设计的过程中的感受，我建议在《电气工程基础》授课的过程中穿插进行课程设计，便于我们找到看似零散的知识点间的联系，这样我们才能更容易的看懂《电气工程基础》这门课程的知识结构，加深对专业课程的学习。

参考文献

[1] 熊信银 张步涵，电气工程基础，华中科技大学出版社，2010 [2] 靖大为，城市供电技术，天津大学出版社，2009 [3] 孟祥忠，现代供电技术，清华大学出版社，2006

[4] 三维书屋工作室，AutoCAD2008电气设计基础教程，人民邮电出版社，2008

附录

短路计算说明书

1、绘制计算电路，如下图所示

2、

确定短路计算基准值

1）设Sd=100MVA，UdUc1.05UN，即高压侧Ud1=37kV，中压侧Ud2=6.3kV，低压侧Ud30.4kV，则

Id1Sd100MVA1.56KA 3Ud1337kVSd100MVA9.16KA 3Ud236.3kVId2Id3Sd100MVA144.34KA 3Ud330.4kV2）架空线路 查资料得X00.40/km，而线路全长为9km，故

Xl0.409*100MVA0.26

3723）电力变压器 查S11-4000kVA/35/6kV 型油浸式三相双绕组电力变压器的参数得，Uk%6，故

XT*UkSd6100MVA1.5 100SN1004000kVA 对于6KV出线线路的电阻，由于距离太短可以忽略不计。 5）变压器

查S9-1000kVA/6/0.4kV 型配电变压器的参数得，Uk%4.5，故

X*UkSd4.5100MVA4.5； 100SN1001000kVA 3、用于设备选择的短路电流计算 当SocSdmaxXs*3200MVA时，

Sd100MVA0.5 Soc200MVA 1）计算K—1点的短路电流总阻抗及三相短路电流的短路容量 总阻抗标幺值：Xk1XsXl0.50.260.76 三相短路电流周期分量有效值：Ik13***Id1Xk1*1.562.05KA 0.76 其他短路电流：I3I冲击电流为ish33Ik12.05KA

32.55I32.552.055.23KA

Ish31.51I31.512.053.10KA

3 三相短路容量：Sk1SdXk1*|100MVA132MVA 0.76 2) 计算K—2点的短路电流总阻抗及三相短路电流的短路容量 总阻抗标幺值

Xk2XsXlX1//X20.50.26*****1.51.51 2 三相短路电流周期分量有效值： Ik3333Id2Xk2*9.166.07KA 1.51 其他短路电流：I3IIk36.07KA

ish332.55I32.556.0715.48KA 1.51I31.516.079.17KA

3Ish 三相短路容量：Sk2SdXk2*|100MVA66.2MVA 1.513）计算K—3（K-4相同）点的短路电流总阻抗及三相短路电流的短路容量 总阻抗标幺值

Xk3Xk2X3//X41.51****4.53.76 23 三相短路电流周期分量有效值：Ik3 其他短路电流：I3I33Id2Xk3*144.3438.39KA 3.76Ik338.39KA

ish332.55I32.5538.3997.KA 1.51I31.5138.3957.97KA

3Ish 三相短路容量：Sk3SdXk3*|100MVA26.6MVA 3.7）计算K—5（K-6、K-7相同）点的短路电流总阻抗及三相短路电流的短路容量 总阻抗标幺值

Xk5Xk2X71.514.56.01 三相短路电流周期分量有效值

***Ik53Id3Xk5*144.3424.02KA 6.013 其他短路电流：I3IIk5324.02KA

ish332.55I32.5524.0261.25KA 1.51I31.5124.0236.27KA

3Ish 三相短路容量：Sk5SdXk5*|100MVA16.6MVA 6.01当SocSdmax3175MVA时，

Xs*Sd100MVA0.57 Soc175MVA3计算与最大运行方式类似，计算结果汇总如下：

最大运行方式下Sdmax200MVA 时短路计算结果

三相短路容量/MVA 三相短路电流/kA 短路计算点 k-1 k-2 k-3/4 k-5/6/7 Ik 3I3 I 3ish 5.23 15.48 97. 61.25 3Ish 3.10 9.17 57.97 36.27 3Sk 132 66.2 26.6 16.69 32.05 2.05 6.07 6.07 2.05 6.07 38.39 38.39 38.39 24.02 24.02 24.02 最小运行方式下Sdmin3175MVA时短路计算结果

三相短路容量/MVA 三相短路电流/kA 短路计算点 k-1 k-2 k-3/4 k-5/6/7 Ik 3I3 I 3ish 4.79 14.79 96.11 60.54 3Ish 2.84 8.76 56.91 35.85 3Sk 120.5 63.3 26.1 6.45 31.88 1.88 5.80 5.80 1.88 5.80 37.69 37.69 37.69 23.74 23.74 23.74

附图：某冶金机械修造厂供电系统电气主接线图（#2 图纸）