目录
摘要 ··················································
第一章 绪论设计选题背景·································
第二章 系统总体方案设计································· 2-1-1设计要求简介·······································
第三章 负荷计算········································ 3-1-1三相用电设备组负荷计算的方法······················· 3-1-2计算负荷及无功功率补偿····························· 3-1-3车间变电所的所址和型式·····························
第四章 短路电流计算····································· 4-1-1 短路电流的计算方法································ 4-1-2计算短路电路中各元件的电抗标幺值·················· 4-1-3 短路的形式········································ 4-1-4 短路原因·········································· 4-1-5 短路的后果········································
第五章 导线和电缆的选择································· 5-1-1选择校验项目及条件································ 5-1-2按发热条件选择导线和电缆面积······················
第六章 电力变压器的继电保护····························· 6-1-1电力变压器的常见故障······························ 6-1-2 电力变压器的保护··································
6-1-3该工厂变压器继电保护的计算·······················
第七章 变电所的一次设备的选择校验······················· 7-1-1高压设备器件的校验································ 7-1-2主要设备的选择校验································
第八章 主接线方案的选择·································· 8-1-1 主接线方案的技术指标······························ 8-1-2 主接线方案的经济指标······························ 8-1-3主接线方案的经济指标比较··························
第九章 心得体会及参考文献································ 9-1-1 心得体会·········································· 9-1-2 参考文献·········································· 附件：课程设计成绩评定意见表·····························
摘 要
工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。
众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。
在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。
因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。
工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求：
（1） 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。
（2） 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。
（3） 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求
（4） 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。
此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。
课程设计是学习中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。 关键词：供配电系统；供电容量；企业
第一章 绪论设计选题背景
随着我国经济的快速增长，用电已成为制约我国经济发展的重要因素。为保证正常的供配电要求，各地都在兴建一系列的供配电装置。工厂的飞速发展给国家带来了巨大的收益同时用电负荷也越来越大,特点是负荷容量大、用电设备多，在这选用10kV。所以本文针对变电所的特点，阐述了10kV变电所的设计思路、设计步骤，并进行了相关设备的计算和校验。并关键介绍了主接线是变电所的最重要组成部分。它决定着变电所的功能、建设投资、运行质量、维护条件和供电可靠性。所以在此熟悉变电所的设计要求和设计过程，对从事电力工程设计，故障分析和判断是非常有益的。
设计选题意义：
将在学校所学各部分专业课程理论知识有机的组合起来，形成一个完整的体系，并应用到实践环节，是为进一步增强对电力专业课程知识综合运用能力，真正地实现学以致用，实现应用型人才培养的要求。
第二章 系统总体方案设计
2-1-1设计要求简介
1、生产区：各车间、各用电设备均自行拟定，属二级负荷。 2、生活区：空调、供水和照明用电等情况均自行拟定。 3、就近电网：110kV；35 kV； 10 kV；可任选其一。 4、确定各级的“计算负荷”，和各级“短路电流”、“冲击电流”。 5、选好主接线（一次回路）的各级电气设备、装置。
6、绘制主接线图（包括原理图、平面图）。
7、有选择地设计（二次回路）-----此项为突破性要求。 1）继电保护。 2）自动重合闸。 3）备用电源的自动投入。
第三章 负荷计算
3-1-1三相用电设备组负荷计算的方法
有功计算负荷（kW） Pc?KdPe 无功计算负荷（kvar） Qc?Pctan? 视在负荷计算（kV·A） Sc?
Pc
cos?
计算电流（A） Ic?
Sc
3UN
3-1-2计算负荷及无功功率补偿
(1) 负荷计算 各厂房及生活区的负荷计算如表2-1
(2) 无功功率补偿
由表2-1可知该厂380V一侧最大功率∑Pc=774.9kW，最大无功功率∑Qc=934.5kvar，最大视在功率Sc=1213.98kV·A，考虑到车间有12个，所以采用3个变电所，变电所1给1、2、3、11号厂房供电，变电所2给4、5、10号厂房供电，变电所3给6、7、8、9、12号厂房供电每个变电所选用的自愈式低压并联电力电容器，以下分别计算3个变电所的无功补偿方案。如表2-2所示:
车间分配图
故∑Pc1=278kW, ∑Qc1=391kvar, 最大视在功率Sc1=497.8kV·A, 最大功率因数Cosφ= Pc1/ Sc1=0.558 功率补偿容量：
Qc=Pc1(tanφ1-tanφ2)=278[tan(arccos0.558)-tan(arccos0.92)]kvar=295.1kvar。 故选择GCS-34型低压无功补偿柜（BCMJ-0.4-30-3A），所需安装的组数
功率因素Cosφ= Pc1/ Sc=278/292.5=0.95
满足要求，所以选SC(B)- 10- 400KV·A电力变压器 同理，可以求出： 变电所2
功率补偿容量：Qc=176.8 kvar。选择GCS-34型低压无功补偿柜（BCMJ-0.4-30-3A），所需6组电容器柜数1台，选SC(B)- 10- 400KV·A电力变压器。
变电所3
功率补偿容量：Qc=176.8 kvar。选择GCS-34型低压无功补偿柜（BCMJ-0.4-20-3A），所需8组电容器柜数1台，选SC(B)- 10- 250KV·A电力变压器。
（3）全厂负荷计算
STS1变压器的有功、无功功率损耗：
PT1≈0.01Sc=0.01?292.5 kV·A =2.925 kV·A
QT1≈0.05Sc=0.05?292.5kvar=14.625 kvar
STS2变压器的有功、无功功率损耗：
PT2≈0.01Sc=0.01?330.2 kV·A =3.302 kV·A
QT2≈0.05Sc=0.05?330.2 kvar=16.51 kva
STS3变压器的有功、无功功率损耗：
PT3≈0.01Sc=0.01?203.8 kV·A =2.038 kV·A
QT3≈0.05Sc=0.05?203.8 kvar=10.19 kva
总负荷：
P=∑Pc1+∑Pc2+∑Pc3+ PT1+ PT2+ PT3
=278+304.5+192.4+2.925
Q=∑Qc1+∑Qc2+∑Qc3+ QT1 +QT2+ QT3
=91+127.6+75.9+14.625+16.51+10.19=335.825 kva
S??852.130kV?A
全厂功率因素：
Cosφ=P/Q=783.165/852.130=0.92>0.9
满足设计要求。
3-1-3车间变电所的所址和型式
由于工厂属于二级负荷，并且用10kV分段单母线作为电源，综合考虑以下几种因素后：1、便于维护与检查；2、便于进出线；3、保证运行安全；4、节约土地与建筑费用；5、适应发展要求。所以决定把配电所安在工厂平面图中的虚线框内，变电所1放在锻造车间的右上方，用1台10（1±5%）0.4kV Sc(B)10型400 kV·A变压器，变电所2放在金工车间的右上方，用1台10（1±5%）0.4kV Sc(B)10型400kV·A变压器，变电所3放在热处理车间的右上方，用1台10（1±5%）0.4kV Sc(B)10型250 kV·A变压器。
第四章 短路电流计算
4-1-1 短路电流的计算方法
基准电流 Id?SdS?d UdUc
UdUc2?基准电压 Xd? S3Idd
三相短路电流周期分量有效值 三相短路容量的计算公式 绘制计算电路 图3-1
(3)(3)??Ik?IkId?Id/X? ??Sk?UcId/X??Sd/X?
图3-1 计算电路
确定基准值 设Sd=100MVA，Ud=Uo，即高压侧Ud1=10.5kV,低压侧Ud2=0.4kV，则
4-1-2计算短路电路中各元件的电抗标幺值
① 电力系统
?
lmax 最大电抗标幺值 XSd100?(3)??0.59 Skmin170
最小电抗标幺值
② 架空线路 X?lminSd100?(3)??0.5 Skmax200Sd100?0.35?1??0.32 22Uc10.5?X2?x0L
③ 电力变压器
4?100?103
X?X?Uk%Sd/100Sn??4 100?1000*
3*4
因此绘制等效电路 如图
4-2
图3-2 等效电路
计算k-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容抗
总电抗标幺值
最大总电抗标幺值
??X?
max(k?1)?X1max?X2?0.5?0.32?0.82 ?
最小总电抗标幺值
??X?
min(k?1)?X1min?X2?0.59?0.32?0.91 ?
三相短路电流周期分量有效值
最大值
3?Imax(?I/X?5.50/0.82?6.71KA k?1)d1?(K?1)
其他短路电流
33I''(3)?I?IKA k?1?(K?1)K?1?6.71
3ish?2.55?6.71?17.10KA
3Ish?1.51?6.71?10.13KA
三相短路容量
3?Smax(?S/X?100/0.82?121.95MV?A k?1)d(K?1)?
②
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 三变压器分列运行，取其中一个作为计算例子，其他两个相同 总电抗标幺值
***X*
max(k?2)?X1max?X2?X3?0.5?0.32?4?4.82 ?
***X*
min(k?2)?X1min?X2?X3?0.59?0.32?4?4.19 ?
三相短路电流周期分量有效值
I(3)
max(k?2)?Id2
X*
min(k?2)?
144.34??29.95kA 4.82
其他短路电流
在10/0.4kV变压器二次侧低压母线发生三相短路时，一般R??1X?，可取3ksh?1.6，因此ish?2.66I?,Ish?1.31I?，则：
''(3)(3)Imax(?I?Ik?2)?(k?2)max(k?2)?29.95kA
(3)imaxsh?2.26?29.95?67.68kA
(3)Imaxsh?1.31?29.95?39.23kA
三相短路容抗
(3)Smax(k?2)?
SdX*min(k?2)
?
?
100
?20.75MV?A 4.82
将以上数据列成短路计算表,如表3-1和4-2所示：
在三相系统中，短路的形式有三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路等，如下图所示。其中两相接地短路，实质是两相短路。
按短路电路的
对称性来分，三
相短路属于对称
性短路，其他形
式短路均为不对
称短路。·
电力系统中，发
生单相短路的可
能性最大，而发
生三相短路的可
能性最小。但一
般情况下，特别是远离电源（发电机）的工厂供电系统中，三相短路电流最大，因此它造成的危害也最为严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的短路状态下也能可靠地工作，因此作为选择和校验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。实际上，不对称短路也可以按对称分量法将不对称的短路电流分解为对称的正序、负序和零序分量，然后按对称量来分析和计算。所以，对称的三相短路分析计算也是不对称短路分析计算的基础。
4-1-4 短路原因
(1) 电气设备绝缘损坏
(2) 有关人员误操作
(3) 鸟兽为害事故
(4) 电气设备的自然老化
4-1-5 短路的后果
短路后，系统中出现的短路电流比正常负荷电流大得多。在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统造成极大的危害,如产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其它元器件破坏，甚至引发火灾事故。由此可见，短路的后果是十分严重的，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，以便正确地选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证它在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。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（如电抗器）等，也必须计算短路电流。
第五章 导线和电缆的选择
5-1-1选择校验项目及条件
为了保证供配电线路安全、可靠、优质、经济地运行，供配电线路的导线电缆截面积的选择必须满足下列条件：
（1）发热条件 导线和电缆（包括母线）在通过正常最大负荷电流（即计算电流）时的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。
（2）电压损失条件 导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时，产生的电压损失不应超过正常运行时允许的电压损失。对于用户内部较短的高压线路，可不进行电压损失校验。
（3）经济电流密度条件 35kV及以上高压线路及35kV以下但距离长、电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出接近最小，所选截面称为“经济截面”。用户的10KV及以下线路，通常不按此条件选择。
（4）机械强度条件 导线（包括裸导线和绝缘导线）截面应不小于其最小
允许截面，电缆不必校验机械强度。
（5）短路热稳定条件 对绝缘导线，电缆和母线，应校验器短路热稳定性，架空导线因散热性良好，可不做短路热稳定校验。
5-1-2按发热条件选择导线和电缆面积
以1号车间为例
（1）先按发热条件选择电缆面积（线路长都为100m） 线路计算电流为：
VV22?0.6/1?4?70型电缆。
?177.3A
（2）按电压损失条件进行校验 查表得VV22?0.6/1?4?70型电缆的
?u%?
r0?0.291?/km,x0?0.070?/km。可得：
11
(PR?QX)?(70?0.291?0.1?93.1?0.070?0.1)?1.86?52
10UN10?0.38
因此，所选所选电缆也满足电压损失要求。 同理可求出其他车间和变电所所需求的电缆线。
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