毕业设计论文
市区供水加压站供配电系统电气部分设计Urban water supply and distribution system
pressure station electrical design
路飞
吉林建筑大学城建学院
2012年6月
毕业设计论文
市区供水加压站供配电系统电气部分设计 Urban water supply and distribution system
pressure station electrical design
学 生： 路飞 指 导 教 师： 香克斯
专 业： 电气工程及其自动化 学 号： 121321321 所 在 单 位： 电气信息工程系 答 辩 日 期： 2012年6月
毕业设计（论文）原创承诺书
1．本人承诺：所呈交的毕业设计（论文）《市区供水加压站供配电系统电气部分设计》，是认真学习理解学校的《电气信息工程系毕业设计写作规范》后，在教师指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄虚作假，不抄袭别人的工作内容。
2．本人在毕业设计（论文）中引用他人的观点和研究成果，均在文中加以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体均已在文中注明。
3．在毕业设计（论文）中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担相应的法律责任。
4．本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保留毕业设计（论文）的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文），可以公布其中的全部或部分内容。
以上承诺的法律结果将完全由本人承担！
作 者 签 名：? 年?? 月?
海军总部
摘 要
随着电力行业的不断发展，人们对电力供应的要求越来越高，特别是供电系统的稳固性、可靠性和持续性。一个典型的变电所要求变电设备运行可靠、操作灵活、经济合理、扩建方便。出于这几方面的考虑，本论文设计了一个35KV供水加压站的供配电系统，设计内容包括电气主接线的选择，主变压器的选择，断路器及隔离开关的选择，互感器的选择，载流导体的选择，保护设置等。各元件设备按照具体要求和计算数据来进行选型、设计和配置，力求做到欲行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性，使其更加贴合实际，更具现实意义。
关键词： 配电系统；主接线；短路计算；继电保护
I
海军总部
Abstract
With the continuous development of power industry, people have become increasingly demanding power supply, in particular the stability of power supply system, reliability and continuity. Requirements of a typical transformer substation equipment is reliable, flexible operation, economical, convenient expansion. For these considerations, the paper design of a pressurized water supply station 35KV power supply system, the design includes the choice of main electric connection, the choice of the main transformers, circuit breakers and isolation switches choice transformer selection , the choice of current-carrying conductor to protect the settings. Facilities in accordance with the specific requirements of each component and calculated data for selection, design and configuration, and strive to achieve desire OK, reliable, simple, convenient, economical, have the possibilities and ways to change the working time flexibility, making it more fit the real, more practical significance.
Keywords: distribution system; main connection; short-circuit calculations;
relay
II
海军总部
目 录
摘 要 ........................................................................................................................ I ABSTRACT .............................................................................................................II 第1章 概述 ............................................................................................................. 1 1.1 设计背景 ......................................................................................................... 1 1.2 设计原始数据 ................................................................................................. 2 1.2.1 电源情况 .................................................................................................. 2 1.2.2 负荷情况 .................................................................................................. 2 1.3 设计内容及要求 ............................................................................................. 3 第2章 电气主接线设计及变压器的选择 ............................................................. 5 2.1 电气主接线设计 ............................................................................................. 5 2.1.1 指导思想 .................................................................................................. 5 2.1.2 设计原则 .................................................................................................. 5 2.1.3 设计要求 .................................................................................................. 5 2.1.4 方案论证 .................................................................................................. 5 2.2 变压器的选择 ................................................................................................. 7 2.2.1 主变压器的选择 ...................................................................................... 7 2.2.2 所用变压器的选择和所用电的接线设计 .............................................. 8 第3章 变电所位置和形式的选择 ......................................................................... 9 3.1 变电所位置的选择要求 ................................................................................. 9 3.2 变电所主要建筑物的布置与结构 ................................................................. 9 第4章 负荷计算和无功功率补偿 ........................................................................11 4.1 负荷计算 ........................................................................................................11 4.1. 1 概述 ........................................................................................................11 4.1.2 具体计算 .................................................................................................11 4.2 无功功率补偿 ............................................................................................... 12 第5章 短路电路的计算 ....................................................................................... 14 5.1 短路的原因、后果及其形式 ....................................................................... 14 5.1.1 短路的原因 .......................................................................................... 14 5.1.2 短路的后果 ............................................................................................ 14 5.2 短路电流的计算条件 ................................................................................... 15 5.2.1 短路计算中采用以下假设条件和原则 ................................................ 15
I
海军总部
5.2.2 短路电流计算的一般规定 .................................................................... 15 5.2.3 计算容量 ................................................................................................ 15 5.2.4 短路种类 ................................................................................................ 16 5.2.5 短路计算点 ............................................................................................ 16 5.2.6 35kV侧三相短路电流计算 ................................................................ 16 5.3 加压站短路电流计算 ................................................................................... 16 5.3.1 确定k-1点的短路电流及短路容量..................................................... 17 5.3.2 确定k-2点的短路电流及短路容量..................................................... 18 5.3.3 确定k-3点的短路电流及短路容量..................................................... 20 第6章 供配电系统一次侧设备的选择校验 ....................................................... 23 6.1 载流导体和电力元件的选择 ....................................................................... 23 6.1.1 一般原则 ................................................................................................ 23 6.1.2 有关的几项规定 .................................................................................... 23 6.1.3 导体和电器选择和检验项目 ................................................................ 24 6.1.4 电力元件和导体选择内容 .................................................................... 24 6.1.5 电力元件、成套柜等选择结果 ............................................................ 25 6.2 低压断路器的选择计算 ............................................................................... 25 6.2.1 35kV侧断路器与隔离开关的选择 ....................................................... 25 6.2.2 10kV侧断路器与隔离开关的选择 ....................................................... 27 6.3 电流、电压互感器的选择计算 ................................................................... 28 6.3.1 电流互感器的选择 ................................................................................ 28 6.3.2 电压互感器的选择 ................................................................................ 29 6.4 熔断器的选择 ............................................................................................... 29 6.5 变电所进出线和邻近单位联络线的选择 ................................................... 29 6.5.1 35kV高压进线和引入电缆的选择 ....................................................... 30 6.5.2 10kV高压进线和引入电缆的选择 .................................................... 30 第7章 供配电系统二次回路方案的选择和继电保护的整定 ........................... 32 7.1 电气二次系统简介 ....................................................................................... 32 7.2 继电保护的任务和要求 ............................................................................... 33 7.2.1 基本任务 ................................................................................................ 33 7.2.2 对保护装置的基本要求 ........................................................................ 33 7.3 高压断路器的操动机构控制与信号回路 ................................................... 34 7.3.1 电磁操动断路器控制与信号回路 ........................................................ 34 7.3.2 对断路器控制回路和信号装置的要求 ................................................ 34 7.4 变电所的电能计量回路 ............................................................................... 35
II
海军总部
7.5 变电所的保护装置及计算 ........................................................................... 36 7.5.1 保护配置 ................................................................................................ 36 7.5.2 纵联差动保护的计算 ............................................................................ 37 7.5.3 复合电压起动的过电流保护整定计算 ................................................ 39 7.5.4 过负荷保护整定计算 ............................................................................ 40 7.6 备用电源自动投入装置的设计 ................................................................... 41 7.6.1 操作电源类型 ........................................................................................ 41 7.6.2 操作电源设备选择 ................................................................................ 41 第8章 变电所的防雷保护和接地装置的设计 ................................................... 42 8.1 接地的有关概念及设计 ............................................................................... 42 8.1.1 接地的种类 ............................................................................................ 42 8.1.2 变配电所的接地设计 ............................................................................ 42 8.2 变电所的防雷设计 ....................................................................................... 44 8.2.1电力系统防雷的重要性 ......................................................................... 44 8.2.2 变电所外部防雷 .................................................................................... 44 8.2.3 变电所电源系统防雷 ............................................................................ 47 8.3 避雷器的选择与校验 ................................................................................... 48 8.3.1避雷器的选择 ......................................................................................... 48 8.3.2避雷器的校验 ......................................................................................... 49 结束语 ..................................................................................................................... 50 致 谢 ....................................................................................................................... 51 参考文献 ................................................................................................................. 52
III
海军总部
第1章 概述
1.1 设计背景
我国供配电系统的发展是电力市场和经济建设的必然结果, 长期以来供
配电系统的建设未得到应有的重视, 建设资金短缺, 设备技术性能落后, 事故频繁发生, 严重影响了人民生活和经济建设的发展, 随着电力的发展和电力市场的建立, 配电网的薄弱环节显得越来越突出, 形成电力需求与电网设施不协调的局面。
随着市场观念的转变和电力发展的需求, 配电系统已经作为供电企业十分紧迫的任务。城市电网, 从八十年代就意识到配电网的潜在危险, 并竭力呼吁致力于城市电网的改造工程,并组织全国性的大会对配电网改造提出了具体实施计划, 各种渠道凑集资金, 提出更改计划利用高技术、好性能的设备从事电网的改造。例：1990年5月召开了全国城网工作会议, 提出了城市配电网在电力系统的重要位置, 要求采取性能优良的电力装备, 以提高供电能力、保证供电质量。根据电网供电的要求, 供电部门提出了配电系统对用户供电的可靠性要求, 供电可靠性指标达到99.6%, 对机场、银行及计算机网络和服务监控中心是电力质量要求高的场所, 没有可靠的配电网是无法保障的。 供配电系统综合实施的改造是实现配电网自动化的基本前期, 没有好的电网和电网结构、好的设备是不可能实现配电网自动化, 由于早期的配电网已经基本形成, 只能在原有配电网的基础上进行改造, 难度大, 要力争达到高自动化的目的, 做好统筹规划, 从装备上符合现代城市的发展要求,因此, 城市配电网电力装备的基本要求是技术上先进、运行安全可靠、操作维护简单、经济合理、节约能源及符合环境保护要求
当前我国供配电系统处于高速发展的时期, 国家从政策上给予很大支持, 具有相应的资金条件, 但我国配电网仍处于方案的探索时期, 特别是我国配电网的规模及覆盖面, 市场之大是任何一个经济发达或发展中国家无法比拟的, 而我国配电网的发展也是随经济发展同步进行, 为了探索我国配电网自动化方集, 先后对国外配电网的模式进行考察并在国内进行实际试点。但应该注意我国是一个大国, 我国的供配电系统与国外配电网有多方面的区别, 不可能完全照搬和应用, 在吸收国外先进技术和设备的基础上, 开展中国供配电系统改造和自动化的研究是值得注意的问题。
第 1 页 共 53 页
海军总部
本设计是对所学专业知识的综合运用和扩展，采用了半户内布置方式。设计内容包括电气主接线的选择，主变压器的选择，断路器及隔离开关的选择，互感器的选择，
载流导体的选择，保护设置等。
本次设计是在老师和同学的大力协助和建议下，编撰而成的，在此致以衷心的感谢。由于时间所限，设计中难免存在不足之处，敬请各位老师批评指正并提出宝贵意见。
1.2 设计原始数据
1.2.1 电源情况[1][2]
本厂电源由35kV电网引接，采用双回架空线，线路长25公里，上级变电所出口短路容量为300MVA。出口处继电保护装置动作时间为2.0秒。
1.2.2 负荷情况
1. 高压负荷
10kV高压侧负荷如表1-1所示。
表1-1 10kV高压侧负荷表
序号 1 2 3 4 设备名称 水泵电机 水泵电机 水泵电机 水泵电机 数量（台） 总容量kW 1 1 1 1 280 200 260 300 功率因数 0.62 0.62 0.62 0.62 需要系数KX KX =0.65 2. 0.4/0.23kV负荷情况
各车间用电量负荷（380/220V）如表1-2、表1-3所示。
表1-2 各车间用电量负荷表 序号 1 2 3 名称 维修车间 车库 食堂及浴池 容量kW 630 50 80
需要系数 0.55 0.5 0.6 功率因数KX 0.65 0.55 0.6 第 2 页 共 53 页
海军总部
4 5 6 办公楼 加氧间 加压泵房 120 450 0.6 0.7 0.6 0.7 表1-3 加压车间各用电设备容量
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 设备名称 轴流风机 电动碟阀 泵房排水泵 起重机 照明电源 控制泵 润滑泵 换路间水泵 微机房电源 换热站电源 高层电源 化验电源 数量（台） 总容量kW 25 15 2 2 6 5 3 13.0 10.5 12.8 12.5 19.0 3.8 18.1 7.9 16.4 40.3 48.0 22.0 功率因数 0.75 0.75 0.75 0.4 0.8 0.75 0.75 0.75 0.8 0.5 0.7 0.5 需要系数KX 0.7 0.65 0.65 0.5 0.5 0.6 0.65 0.68 0.9 0.5 0.7 0.5 3. 该厂最大负荷年利用小时数Tmax=4000小时。
4. 当地电业部门要求该厂采用高压侧计量方式，平均功率因数在0.90以上。
5. 一次侧电压等级为35kV 6. 二次侧电压等级为10/0.4kV 7. 该所5年可能增容10%。
1.3 设计内容及要求
1、全厂负荷计算及无功补偿（确定变压器容量） 2、总降压变电所及车间变电所设计 （1）变电所主接线设计 （2）短路电流计算 （3）二次回路设计 （4）电器设备选择
第 3 页 共 53 页
海军总部
（5）配电装置设计 （6）防雷及接地设计
3、绘制有关图纸（电气主接线图、二次回路图、配电装置平面图与断面图、避雷针保护图、防雷接地图等）；
4、编写设计文件（计算书、说明书及设备清单）。
第 4 页 共 53 页
海军总部
第2章 电气主接线设计及变压器的选择
2.1 电气主接线设计
2.1.1 指导思想
变电所电气主接线是变电站设计的首要任务，也是构成电力系统接线的重要环节。主接线方案的确定对电器设备选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定都有决定性的影响，并将长期地影响着电力系统及变电所运行的可靠性、灵活性和经济性。因此，主接线的设计必须正确处理好各方面的关系，全面分析论证，通过技术经济比较，确定变电所主接线的最佳方案。
2.1.2 设计原则[3]
（1）变电所的高压侧接线，应尽量采用断路器较少或不用断路器的接线方式，在满足继电保护的要求下，也可以在地区线路上采用分支接线，但在系统主干网上不得采用分支接线。
（2）在6-10kV配电装置中，当线路回数不超过5回时，一般采用单母接线方式，线路6回及以上时，采用单母分段接线，当短路电流较大，出线回路较多，功率较大时，可采用双母线接线。
（3）110-220kV配电装置中，线路在4回以上时一般采用双母线接线。 （4）当采用SF6等性能可靠、检修周期长的断路器以及更换迅速的手车式断路器时，均可不设旁路设施。
2.1.3 设计要求
（1）根据电力系统和用户的要求，应保证供电的可靠性和电能质量； （2）接线应简单、清晰，运行灵活，操作方便； （3）维护及检修方便；
（4）经济上合理，运行费用低； （5）便于分期过渡和扩建。
2.1.4 方案论证
1. 35kV侧主接线方案[4][5][6][7][8]
方案一：内桥接线，如图2-1（a）所示。
第 5 页 共 53 页
海军总部
（1）优点：投资少，占地少，接线简单，保护简单，方便故障线路切除。 （2）缺点：当变压器发生故障时，影响同组的线路。 方案二：单母线不分段接线，如图2-1（b）所示。
（1）优点：每条回路在故障时可以独立切除不影响其它回路。 （2）缺点：投资大，占地大，继电保护复杂，母线故障时，全站停电。 方案三：单母线分段接线，如图2-1（c）所示。
（1）优点：每条回路在故障时可以独立切除不影响其它回路，母线发生故障时可以切除部分母线继续供电。
（2）缺点：投资大，占地大，继电保护复杂。
图2-1 35kV侧主接线方案
（a） 内桥接线 （b）单母线不分段接线 （c）单母线分段接线
方案比较：
方案一与方案二、方案三比较，继电保护简单，经济，且线路故障时便于切除，但方案一当变压器发生故障时，影响同组的线路。通过对以上方案的比较，结合现代科学进步，变压器是可靠性很高的设备，故障率远小于线路，结合经济建设的需要，在满足要求的前提下，尽可能节约设备的投资，故待设计的变电所35kV侧接线选取方案一，即采用内桥接线，就能满足要求。
结论：35kV侧采用内桥接线。 2. 10kV侧主接线方案
根据设计任务要求，10kV侧进出线共计4回，根据《变电所设计规范》第3.2.5条：当变电所装有两台主变压器时，6-10kV侧宜采用单母线分段接线，线路为12回及以上时，也可采用双母线接线，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。
故所选方案为：单母线分段接线。
第 6 页 共 53 页
海军总部
2.2 变压器的选择
2.2.1 主变压器的选择
（1）据原始资料进行负荷统计，计算出本加压站的计算负荷[9] 由于所设计的变电站是为供水加压站服务，考虑远景计划，该所5年可能增容10%。所选主变TM的容量应大于计算负荷。10kV水泵电机，同时开出为3台，一台备用，紧急时同时开出4台，功率因数COS?=0.5~0.72。0.4／0.23kV侧负荷统计： COS?=0.8，其它负荷COS?=0.7，低压设备的满载率为0.8~0.9，取0.85，使用率为0.75。可计算出本站的计算负荷 S=2788.52kVA
（2）主变台数、容量、型式的确定
根据国际《35、110kV变电所设计规范GB50059-92》有关条文规定：主变压器的台数和容量应根据供电条件，负荷性质，用电容量和运行方式等条件进行综合考虑分析确定。为保证供电的可靠性，变电所一般装设两台主变。当只有一个电源的变电所，可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。为保证供电的可靠性，避免一台主变压器故障或检修时影响对用户供电，变电所一般装设两台主变压器。主变容量应根据5~10年的发展规划进行选择，并应考虑主变正常运行和事故时的过负荷能力。
根据原始资料，待设计的变电所低压侧电网没有备用电源向重要负荷供电，故待设计的变电所选择两台主变压器。对选两台主变的变电所，每台变压器容量一般按下式选择：SN?T?0.7?S（∑S为变电所最大负荷）。这样当一台主变停用时，可保证对70%的负荷供电，考虑变压器的事故过负荷能力40%，而可保证对84%负荷供电。由于一般变电所大约有25%的非重要负荷，因此，采用：SN?T?0.7?S对变电所保证重要负荷来说多数是可行的。对于I、II类负荷比重较大的变电所，应能在一台停用时，仍能保证对I、II
.15?0.7?3061.91KVA 主变的型式，类负荷的供电。由计算书得 SN?T?4374一般情况下采用三相式油浸低耗节能型变压器。具有三种电压的变电所，如通过各侧绕组的功率达到15%以上时，一般采用三绕组变压器。变电所中的主变压器在系统中有调压要求时，一般采用有载调压变压器。有载调压变压器可以带负荷调压，有利于变压器的经济运行。在新设计的变电所中，大都采用这种型式的变压器。
根据原始资料，该待建变电站只有两个电压等级，又考虑绕组容量的充分利用，选用双绕组变压器，故选用三相双绕组油浸式变压器。主变压器的接线组别一般选用
,
，根据主变压器容量的计算结果，查《设备手册》
第 7 页 共 53 页
海军总部
选择型号为SFZ7系列35kV级三相双绕组有载调压油浸式变压器：SFZ7-4000/35，其技术参数列于表2-1中。
表2-1 SFZ7-4000/35变压器技术参数
型 号 额定容量 (KVA) 额定电压 (kV) 高压 35±4? 1.25% 低压 10.5 空载 空载 负载 阻抗 联接 电流 损耗 损耗 电压 组别 油 备 重 注 吨 油 浸 SNI0 ?P0?PdUd SFZ7-4000/35 4000 U1.3 PP17.8 59 10.5 YN，d11 30.3 2.2.2 所用变压器的选择和所用电的接线设计
（1）所用变压器台数、容量、型式的确定
台数确定：可选两台或一台，为所用变厂内负荷服务，视为II类负荷，故一般考虑两台。
容量确定：应按所用负荷选择，所用变容量SN?T??S厂用电=2696.74kVA。一般选用三相油浸低耗节能型变压器（充油设备宜布置室外）或干式SC型（干式TM型宜布置在室内），查《设备手册》选择型号为S9系列10kV级三相双绕组无励磁调压油浸式变压器，其形式为：S9-3000/10。技术参数列于表2-2。
表2-2 S9-3000/10变压器技术参数 空载 空载 负载 阻抗 型号 额定容量 (kVA) 额定电压 (kV) 高压 低压 10.5 0.4 电流 损耗 损耗 电压 联接 油重 备(％) (KW) (KW) (％) 组 别 注 吨 油浸 SN S9-3000/10 3000 1.2 1.23 6.0 4.5 Y，yn0 2.825 所用电接线方式，一般有重要负荷的大型变电所，380/220V系统采用单母线分段接线，两台所用变压器各接一段母线，正常运行情况下可分列运行，分段开关设有自动投入装置。每台所用变压器应能担负本段负荷的正常供电，在另一台所用变压器故障或检修停电时，工作着的所用变压器还能担负另一段母线上的重要负荷，以保证变电所正常运行。
第 8 页 共 53 页
海军总部
第3章 变电所位置和形式的选择
3.1 变电所位置的选择要求
变电所位置的确定应遵循以下原则[10] [11] [12]： （1）接近负荷中心； （2）进出线方便；
（3）接近电源侧； （4）设备运输方便；
（5）不应设在有剧烈振动或高温的场所；
（6）不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；
（7）不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；
（8）不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定； （9）不应设在地势低洼和可能积水的场所。
3.2 变电所主要建筑物的布置与结构
变电所各级电压高压配电装置的位置和朝向，主要取决于齐所对应的高压输电线出线走廊方位，使高压出线的连接方便，避免出线交叉。屋外配电装置力求紧凑，排列组合整齐，便于扩建、运输和检修；屋内配电装置则一般与控制楼毗连布置。[33]
自然环境：最热月平均最高温度为34℃；土壤中0.8～1.12米深处一年中最热月平均温度为20℃。年雷暴日为38天。土壤冻结深度为1.0米，土壤主要成份为砂质黏土，层厚为2～4米不等。地下水位一般为2～5米。
变电站位于城市的工业区附近，交通运输方便，海拔400m，地势平坦，公路交通方便，无污染源，夏季最高温度零上36度，冬季最低气温为-10度，年平均气温为零上25度，最大风速为20m/s，覆冰厚度为5mm，土壤电阻率为<500Ω，冻土厚度为1.3m，主导风向：夏季为东南风，冬季为西北风。
加压站总平面图如图3-1所示。
第 9 页 共 53 页
海军总部
图3-1 加压站总平面图
第 10 页 共 53 页
海军总部
第4章 负荷计算和无功功率补偿
4.1 负荷计算
4.1. 1 概述
负荷计算是供配电工程设计的基础，必须正确计算负荷，才能设计出合理的供配电系统。供配电工程设计时，需要确定的电气负荷及计算目的见表4-1，常用负荷计算方法及使用场合见表4-2[13] [14]。
表4-1 需要确定的电气负荷及计算目的
电气负荷名称 计算负荷又称 半小时最大负荷 尖峰电流 平均负荷 计算目的 是供配电设计时选择变压器容量，确定备用电源容量、无功补充容量、季节性负荷容量、选择电器、电线电缆、计算电压偏差、功率损耗和电能损耗的依据 一般起动电流的周期分量作为电压下降、电压波动以及选择保护电器和保护元件的依据 用来计算电能消耗量和最大负荷 表4-2负荷计算的方法和适用场合
计算方法名称 需要系数法 特点及适用场合 计算简便，计算精度一般，用电设备台数少时，误差较大。适用于各类项目，尤其是变电所负荷计算 计算精度高，用电设备台数少且容量相差悬殊时亦然，计算较繁，适用于设备功率已知的各类项目，尤其是工业企业负荷计算 计算简便，误差较大。适用于设备功率不明确的各类利用系数法 单位指标法 项目，单位面积率法和综合单位指标法适用于民用建筑工程，单位产品耗电量法勇于工业企业工程 4.1.2 具体计算
根据视在计算负荷 = 有功计算负荷/COS?，可得
4台水泵电机（1台备用） S=(280+200+260+300) /0.62=1677.41kVA
第 11 页 共 53 页
海军总部
各车间用电量负荷：
维修车间 S=630 /0.65=969.23kVA 车库 S=50 /0.55=90.91kVA 食堂及浴池 S=80 /0.6=133.33kVA 办公楼 S=120 /0.6=200kVA 加氧间 S=450 /0.7=642.86kVA 加压泵房 加压车间负荷：
1、轴流风机 S=13.025/0.75=433.33kVA 2、电动碟阀 S=10.515/0.75=210kVA 3、泵房排水泵 S=12.82/0.75=34.13kVA 4、起重机 S=12.52/0.4=62.5kVA 5、照明电源
6、控制泵 S=3.86/0.75=30.4kVA 7、润滑泵 S=18.15/0.75=120.67kVA 8、换路间水泵 S=7.93/0.75=31.6kVA 9、微机房电源 S=16.4/0.8=20.5kVA 10、高层电源 S=48.0/0.7=68.57kVA 11、换热站电源 S=40.3/0.5=80.6kVA 12、化验电源 S=22.0/0.5=44kVA
根据低压设备满载率为0.85，同时使用率为0.75，计算变电站负荷如下： 厂用电有功计算负荷： ∑P= 2101.8kW
其厂用电总负荷可按照下式计算： ∑S厂用电=照明负荷+其余负荷0.85 ∑S厂用电=3172.630.85=2696.74kVA 水泵电机： S=1677.41kVA
本泵站总负荷为： ∑S=1677.41+2696.74=4374.15kVA 计算负荷： S=4374.150.850.75=2788.52kVA
4.2 无功功率补偿
在电力系统中的变电所或直接在电能用户变电所装设无功功率电源,以改
变电力系统中无功功率的流动,从而提高电力系统的电压水平，减小网络损耗和改善电力系统的动态性能，这种技术措施称为无功功率补偿。
在进行人工无功功率补偿装置设计时，应首先采取措施提高用电设备的
第 12 页 共 53 页
海军总部
计算变比 实际变比 二次侧额定电流 3×65.98/5=22.86 230.94/5=46.19 50/5=5 230.94/300=0.77 30/5=6 65.98/40=1.65 不平衡电流1.65－0.77=0.88故选择10kV侧为基本侧。 确定动作电流：
（1）躲过变压器空载合闸或外部短路切除后电压恢复时的励磁涌流，取可靠系数Kk=1.3 则 Idz=KkIbe=1.3?230.94=300.22A
（2）考虑电流互感器二次回路断线应躲过变压器正常情况下的最大负荷电流取Kk=1.3。
（3）躲过外部短路时的最大不平衡电流取Kk=1.3，非周期分量影响系数取Kfzq=1，电流互感器误差Ktx=1，fi=0.1，△U=0.05，电流互感器同型系数△fph=0.05，
则 Idz =Kk（KfzqKtxfi+△U+△fph）
Idmax=1.3 (110.1+0.05+0.05) 7750=2015A
上述计算结果，取动作电流为 Idz=2015A，确定基本侧线圈匝数。 基本侧继电器动作电流的计算值：
Idzj=
KjxnLHIdz=·
1?2015=6.72A 300基本侧继电器工作线圈的匝数：
Wgjb?js=
W050==7.44匝 Idzj6.72取Wgjb?js=7匝，其中W0d?z=6匝 Wph?z=1匝 实际动作电流： Idzj?jb =50/7=7.14
Idz??jbnLH=2142>2015 = Idzj?jb·
确定非基本侧平衡线圈的匝数：
Wph?jj?js?3.082.10?7?6?4.3匝
取Wph?jj?js?4 匝 ；Wph=Wph?fj?js+W0d?z=4+6=10匝 相对误差校验：
第 38 页 共 53 页
海军总部
?fph=(4.3-4)/(4.3+6)=0.029<0.05满足要求。
灵敏度校验：
Kcm= 满足要求。
33Idmax/Idz?jb?z=?7750/2142=3.13
227.5.3 复合电压起动的过电流保护整定计算[33]
（1）电流继电器的一次动作值按躲过变压器额定电流IeB整定，
即 Idz = Kk ·IeB 式中Kk取1.2，Kh取0.85， Kh·则 Idz=1.2/0.85?923.76=1304.13A
Idz?j=Idz/nL=1304.13/300=4.3KA
灵敏度校验：
Kcm =dz?min/Idz?j=
3(3)Idz?min/Idz?j 2=满足要求。
3?7.75/4.3=1.6>1.2 2（2）负序电压继电器的一次动作电压按躲过正常运行时的不平衡电压整定。取
Udz?2=0.06Ue =0.06?10=0.6KV
3 Udz?=jUdz/ny=0.6?10/350=1.71V
式中的Ue为额定相间电压
k-2点发生短路时，在10KV侧的母线侧的母线剩余电压为：
U剩=Id??min﹒X*=3?4.17?（0.12+0.66）=2.6KV
2灵敏度校验：
Kcm=U剩/Udz?2=2.6/1.71=1.52＞1.2
第 39 页 共 53 页
海军总部
满足要求
（3）低电压继电器的一次动作电压按躲过电动机自起动的条件确定，取
Udz=0.6Ue=0.6?10=6KV
3 Udz?=jUdz/ny=6?10/350=17.14V
式中的Ue为额定相间电压。
若k-2点发生三相短路时，在10KV侧的母线剩余电压为：
Udmax =Idz?max﹒X* =1.053? (0.10+0.66)=3.8V
灵敏度校验：
Kcm =Udz /Udmax=6/3.8=1.58＞1.2
满足要求。 （4）保护时限整定
保护的动作时限整定要比220/380V线路保护的动作时限高一个级别， 即 0.5+0.5=1S
7.5.4 过负荷保护整定计算
变压器的过负荷保护按其额定电流的1.1倍进行整定，即其一次动作电流为：
Idz=1.1IeB=1.1?923.76=1016.14KA Idz?j=Idz/nLH=1016.14/300=3.39KA
由于过负荷保护动作于发信号，故其动作时限要求避复合电压起动的过电流保护的动作时限，取t=5S。
主变压器的超温保护原则为：当主变压器的正常运行温度达到55摄氏度及以上未达到85摄氏度时，主变超温保护动作于发信号；当主变压器的运行温度达到85摄氏度时，主变压器的温度保护动作。
第 40 页 共 53 页
海军总部
7.6 备用电源自动投入装置的设计
7.6.1 操作电源类型
作为变电站的操作电源系统设计，包括确定电源类型、供水电源和电压等级三个方面。由于交流操作系统的适应性较差、电流互感器的负担较大、且受操作机构和保护装置等设备的限制，极少采用。故广泛采用的是直流操作系统。
直流系统按供电电源区分，有蓄电池组、复式整流装置和硅整流电容储能装置三种方案，按额定电压区分，有220伏、110伏、和48伏等几种等级。 直流额定电压的选定，既与操作电源方案有关，又与继电保护装置所采用的元件设备控制操作方式有关。采用硅整流电容储能方案时，为了减少电容器的容量，应选为220伏。为了使合闸电流值较小，单独设置的合闸硅整流装置，也应以220伏为额定电压。
复式整流方案则可视操作、控制设备情况选定：断路器合闸电流较大或合闸电缆较长时一般采用220伏，只装有35千伏及以下电压等级断路器，而且合闸电缆较短时，为了减少蓄电池个数，也可采用110伏或48伏。
7.6.2 操作电源设备选择[34]
（1）采用蓄电池组方案时，应选定蓄电池组的容量、型号、电池数目和用于充电和浮充电的硅整流装置容量和型号。如果另设单独合闸装置，也应选定其容量和型号。
（2）采用复式整流方案时，应确定电压源和电流源的数目和接法、跳闸功率、铁磁谐振、稳压器的容量、可靠动作区和稳压式电流互感器的输出功率。
（3）采用硅整流储能方案时，应选定合闸硅整流装置的容量和型号，确定出储能电容器的组数、容量和型号。
选择结果：操作电源不但是作为二次回路继电器控制和操作，还作为事故时的事故照明电源，而且直流蓄电池不受一次电网事故的影响，其运行可靠性相当高，故本设计方案采用蓄电池组作为本厂电气的操作电源，其电压选择直流220伏。
第 41 页 共 53 页
海军总部
第8章 变电所的防雷保护和接地装置的设计
8.1 接地的有关概念及设计
8.1.1 接地的种类[35]
（1） 工作接地
为保证电力系统和电器设备达到正常工作要求而进行的接地成为工作接地（如中性点接地）。与变压器或发电机直接接地的中性点连接的中性线称为零线；将零线上的一点或多点与地再次作电气连接称为重复接地。
（2）保护接地
电力设备的金属外壳、钢筋混凝土电杆和金属杆塔由于绝缘损坏可能带电，为了防止这种电压危及人身安全而设置的接地称为保护接地。电力设备金属外壳等与零线连接则称为保护接零，简称接零。
（3）过电压保护接地
为了消除雷击和过电压的危险影响而设的接地。 （4） 防静电接地
为了消除生产过程中产生的静电而设的接地。
（5） 屏蔽接地
为了防止电磁感应而对电力设备的金属外壳、屏蔽罩、屏蔽线的外皮或建筑物金属屏蔽体等进行的接地。
8.1.2 变配电所的接地设计
1. 电气装置的接地及其接地电阻
电气装置应接地或接零的金属部分，据GB50169-1992《电气装置安装工程·接地装置施工及验收规范》规定：
（1）电机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具等的金属底座和外壳。
（2）电气设备的传动装置。
（3）室内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属遮栏和金属门。
（4）配电、控制、保护用的屏及操作台等的金属框架和底座。
第 42 页 共 53 页