电气工程及其自动化专升本专业毕业论文17667

电力工程课程设计任务书

3班 级：2012级电气工程及其自动化专升本

一、设计题目

某文具公司供配电系统电气部分初步设计

二、设计目的及要求

通过本课程设计：熟悉供配电系统初步设计必须遵循的原则、基本内容、设计程序、设

计规范等，锻炼工程设计、技术经济分析比较、工程计算、工具书使用等能力，并了解供电配

电系统前沿技术及先进设备。

要求根据用户所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发

展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，选择配变电所主结线方案、高压配电线路接

线方式、高低压设备和进出线，确定车间变电所主变压器的台数与容量、类型。最后按要求写

出设计说明书，绘出设计图样。

三、设计依据

1、负荷情况

该公司主要生产长尾、牛头夹、园形弹簧夹、山形弹簧夹、磁力夹、板夹、各式塑料夹、

回形针、起钉器、书圈、磁力钩、书立等系列产品，公司下设模具车间、冲件车间、热处理车

间、电泳车间、喷涂车间、发黑车间、电镀车间、包装车间。

编号 厂房名称 设备容量/kW 需要系数 功率因数

1 模具车间 440 0.35 0.65

2 冲件车间 550 0.50 0.70

3 热处理车间 680 0.55 0.75

4 电泳车间 280 0.40 0.75

5 喷涂车间 320 0.50 0.75

6 发黑车间 250 0.55 0.75

7 电镀车间 240 0.50 0.70

8 包装车间 110 0.75 0.80

9 综合楼 160 0.75 0.90

该公司大部分车间为三班制，年最大有功负荷利用小时数为5000h。车间负荷情况见附表。

2、供电电源情况

按照公司与当地电业部门签订的供用电协议规定，可从某35／10kV地区变电站取得工作



3

电源。该35／10kV地区变距离本厂约为1km，10kV母线短路数据：、

S340MVA

k.max



3

。

S180MVA

k.min

要求该公司：①过电流保护整定时间不大于1.0s；②在工厂10kV电源侧进行电能

计量；③功率因数应不低于0.92。

3．工厂自然条件

年最高气温39℃，年平均气温23℃，年最低气温-5℃, 年最热月平均最高气温33℃，

年最热月平均气温26℃，年最热月地下0.8m处平均温度25℃．主导风向为南风，年雷

暴日数52。平均海拔22m，地层以砂粘土为主。

4．电费制度

按两部电价制交纳电费,基本电价20元/千伏·安/月，电度电价0.5元/度。

四、设计任务

设计内容包括：选择高压配电所位置、配变电所的负荷计算及无功功率的补偿计算，车

间变压器台数和容量、型式的确定，变配电所主接线方案的选择，高压配电线路接线方式的选

择，高低压配电线路及导线截面选择，短路计算和开关设备的选择，继电保护的整定计算，防

雷保护与接地装置设计等。

五、开关柜选择

高压 低压

KGN、XGN系列 GGD、GGL系列

*

*

六、参考资料

1、翁双安.供电工程.第1、2版.北京：机械工业出版社，2012.1

2、余健明等.供电技术.第3版.北京：机械工业出版社，1998

3、刘介才.实用供配电技术手册.北京：中国水利水电出版社，2002

4、黄德仁等. 供用电实用技术手册. 北京：中国水利水电出版社，1996

5、中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册：第2版.北京：水利电力出

版社

6、刘介才.工厂供电设计指导.北京：机械工业出版社，1998

7、G1350053-1994《10kV及以下变电所设计规范》、GB50052-1995《供配电系统设计规范》、

《供电营业规则》等规范

8、各电气设备公司网页

目录

1 设计说明

1.1灯具公司供配电意义和要

…………………………………………………………

1.2选题的背景和意义

…………………………………………………………………

2

负荷计算、无功补偿计算、变压器选择及初步方案确定

2.1用电设备组计算负荷的确定

………………………………………………………

2.2车间和计算负荷确定

………………………………………………………………

2.3无功功率补偿计算

…………………………………………………………………

2.4变压器选择

……………………………………………………………………………

3 变配电所主接线方案的设计

3.1变配电所主接线方案

………………………………………………………………

4 短路电流计算

4.1短路计算的简化说明

………………………………………………………………

4.2用标么值法计算短路电流

…………………………………………………………

4.2.1在最大运行方式下

……………………………………………………………

4.2.2在最小运行方式下

……………………………………………………………

4.3短路校验

………………………………………………………………………………

5 电气设备选择与校验

5.1高低压开关柜选型

…………………………………………………………………

5.1.1高压开关柜

……………………………………………………………………

5.1.2低压开关柜

……………………………………………………………………

5.2高压一次设备选择

…………………………………………………………………

5.3低压一次设备选择

…………………………………………………………………

6 供配电线路的选择

6.1配电线路的接线方式选择

…………………………………………………………

6.1.1高压配电线路接线方式选择

………………………………………………

6.1.2低压配电线路接线方式选择

………………………………………………

6.2导线和电缆截面的选择

……………………………………………………………

7 防雷接地保护…

……………………………………………………………………

8 总结

…………………………………………………………………………………

9 参考资料……………………………………………………………………………

摘 要

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比例一般很小（除电

化工业）。电能在工业生产中的重要性，并不在于在产品成本或投资总额所占比重

多少，而在于工业生产实现电气化后可以大大增加产量，减轻工人劳动强度，降低

生产成本，提高产品质量，提高劳动生产率，改善工作条件，有利于实现生产过程

自动化。另一方面，如果工厂电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重后果。

因此做好工厂供电工作对发展工业生、实现工业现代化都具有极其重要的意义，对

于节约能源、支援国家经济建设同样也具有重大意义。

本设计为工厂变电所设计，对在工厂变电所设计中的若干问题如负荷计算，三

相短路分析，短路电流计算，高低压设备的选择与校验，防雷与接地，变电所的过

电压保护，计量无功补偿等几方面的设计进行了阐述。

工厂供电工作要很好为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，

同时做好节能工作，要从以下基本要求做起:

（1）安全 在电能的供应、分配和利用过程中，不应发生人生事故及设备事故。

（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 供电系统投资要尽量少，运行费要低，尽可能节约电能和减少有色金

属消耗。

此外，在供电工作中，要合理处理局部和全局、当前和长远等关系，要做到局

部与全局协调，顾全大局，适应可持续发展要求。

关键词：三相短路分析 高低压设备的选择与校验 防雷与接地安全

安全 可靠 优质 经济

1 设计说明

1.1供配电设计应遵循的原则

供配电设计应根据上级批文的内容，依据建设单位的具体设计要求和工艺设计

所提出的具体条件进行，并遵循以下原则：

（1）遵守规程、执行政策。

（2）安全可靠、先进合理。

（3）近期为主、考虑发展。

（4）全局出发、统筹兼顾。

1.2 供配电设计的内容

供配电设计的内容一般包括变配电所、供配电线路、防雷与接地、电气二次回

路及自动控制等项目。

变配电所的设计内容包括：变配电所的负荷计算及无功功率的补偿计算；变压

器台数和容量、型式的确定；变配电所主接线方案的选择；短路计算和开关设备的

选择；二次回路方案的确定及继电保护的整定计算；防雷保护与接地装置设计以及

变配电所的电气照明设计等。

防雷与接地设计是依据当地的雷电日数等基础资料，确定防雷等级和采取的防

雷措施，确定允许接地电阻值和接地装置的形式等。

电气二次回路及自动控制设计是根据工艺设计提出的要求，确定电气设备的控

制、保护、测量、信号和自动装置的形式，以及各二次设备的选择校验等。

1.3 供配电设计的目的

要求根据某文具公司所能取得的电源及本厂用电负荷的实际情况，并适当考虑

到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位

置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案及高

低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。

最后按要求写出设计说明书。

二、负荷计算、无功补偿计算、变压器选择及初步方案确定

2.1 用电设备组计算负荷的确定

目前，电力负荷计算主要采用三种方法：单位容量法、需要系数法、用系数法。

在本设计中采用的是需要系法来进行负荷计算。

2

（一）一组用电设备的计算负荷

主要计算公式有：

有功计算负荷： (2-1)

PPKP

cmde

无功计算负荷： (2-2)

QPtan

cm



视在计算负荷： (2-3)

SPcos

cc



计算电流： (2-4)

SS3U

ccn

式中为用电设备组的需要系数值；为用电设备组的平均功率因数；

K

d

cos



tan



为功率因数的正切值；为用电设备组的额定电压。

cos



U

n

（二）多组用电设备的计算负荷

在确定低压干线上或低压母线上的计算负荷时，可结合具体情况对其有功和无

功计算负荷计入一个同时系数K∑。

0.38kV

P, Q

c c

S, I

c c

P, Q

c1 c1

P, Q

c2 c2

P, Q

cici

图2-1 多组用电设备的计算负荷

对于干线，可取K∑P=0.85-0.95;K∑Q=0.90-0.97对于低压母线，由用电设

备计算负荷直接相加来计算时，可取K∑P=0.8-0.9, K∑Q =0.85-0.95。由干线负

荷直接相加来计算时，可取K∑P=0.95, K∑Q =0.97。

主要计算公式有：

有功计算负荷： （2-5）

QKQ

q30,i30

总的无功计算负荷为： （2-6）

视在计算负荷： （2-7）

SPQ

303030

22

PKP

30p30,i

3

计算电流： （2-8）

IS/3U

3030N

总的计算电流按式（2-4）计算。

由于各组设备的不一定相同，因此总的视在计算负荷或计算电流不能用

cos



各组的视在计算负荷或计算电流直接相加来计算。

由此确定灯具公司供配电系统各车间变电所总的电力负荷。

2.2 车间和计算负荷确定

该文具公司供配电系统各车间变电所电力负荷计算表，分别如下表

表2-1：车间负荷情况

编号 厂房名称 设备容量/kW 需要系数 功率因数

1 模具车间 440 0.35 0.65

2 冲件车间 550 0.50 0.70

3 热处理车间 680 0.55 0.75

4 电泳车间 280 0.40 0.75

5 喷涂车间 320 0.50 0.75

6 发黑车间 250 0.55 0.75

7 电镀车间 240 0.50 0.70

8 包装车间 110 0.75 0.80

9 综合楼 160 0.75 0.90

表2-2 各车间负荷计算情况

编厂房名称 设备容需要系功率Pc tan Qc Sc Ic

号 量/kW 数 因数

1 模具车间 440.00 0.35 0.65

2 冲件车间 550.00 0.50 0.70

4 电泳车间 280.00 0.40 0.75

5 喷涂车间 320.00 0.50 0.75

6 发黑车间 250.00 0.55 0.75

7 电镀车间 240.00 0.50 0.70

8 包装车间 110.00 0.75 0.80

9 综合楼 160.00 0.75 0.90

3 热处理车间 680.00 0.55 0.75

154 1.17 180.05 236.92 359.97

275 1.02 280.56 392.86 596.88

374 0.88 329.84 498.67 757.65

112 0.88 98.77 149.33 226.89

160. 0.88 141.11 213.33 324.13

137.5 0.88 121.26 183.33 278.55

120 1.02 122.42 171.43 260.46

82.5 0.75 61.88 103.13 156.68

120 0.48 58.12 133.33 202.58

4

2.3 车间变电所的数量，类型的确定

按负荷分布情况确定车间变电所的数量、类型和所址。

1．车间变电所的数量

一般情况下每个车间均单独设立自己变电所，对负荷不大的车间是否设立自己变电所，应

视负荷大小与邻近可向其供电的车间的距离而定。

（1）负荷容量≥315 kVA，不论距离远近，均应单独设立变电所；

（2）共设变电所情况：

①负荷容量在160 kVA以下，从供电点到负荷中心的最大距离不超过300m；

②负荷容量在160～250 kVA之间，从供电点到负荷中心的最大距离不超过230m；

③负荷容量在250～315 kVA之间，从供电点到负荷中心的最大距离不超过175m。

（3）对于办公楼等重要场合，要单独设一个变电所。

在本次设计的文具厂中，主要生产长尾、牛头夹、园形弹簧夹、山形弹簧夹、磁力夹、

板夹、各式塑料夹、回形针、起钉器、书圈、磁力钩、书立等系列产品，公司下设模具车间、

冲件车间、热处理车间、电泳车间、喷涂车间、发黑车间、电镀车间、包装车间。且大部分车

间为三班制，年最大有功负荷利用小时数为5000h。考虑到综合楼的特殊性及重要性，将综合

楼单独设置一个车间变电所（#1车间），而冲件车间与热处理车间负荷容量均大于315kVA，按

规定应分别单独设置一个车间变电所，（#2车间,#3车间），模具与电泳车间距离较近，可共用

一个车间变电所（#4车间），喷涂与包装车间共用一个车间变电所（#5车间），余下的发黑与

电镀车间设在需在方便排污的地方，故共用一个车间变电所（#6车间）。根据前面的计算负荷，

需再次计算车间变电所的计算负荷。

表2-3 各车间变电所负荷计算情况

车间变电所 Pc Qc tan cos

1#（综合楼） 120.00 58.12 0.48 0.90 133.33 202.58

2#（冲件车间） 275.00 280.56 1.02 0.70 392.86 596.88

3#（热处理车间） 374.00 329.84 0.88 0.75 498.67 757.65

4#（模具与电泳车间） 616.55 592.08 0.96 0.72 854.81 1298.74

5#（喷涂与包装车间） 461.70 415.75 0.90 0.74 621.30 943.97

6#（发黑与电镀车间） 258.40 232.69 0.90 0.74 347.73 528.31

Sc Ic

2．车间变电所所址的确定

5

车间变电所所址的确定一般可按以下几点考虑：

（1）离大容量设备较近；（2）进出线方便；（3）便于变压器等设备的搬运、安装；（4）

尽量远离有震动的设备；（5）不应设在厕所、浴室或生产过程中地面有积水的场所附近；（6）

考虑车间发展，必要时要考虑扩展的可能。

2.3 无功功率补偿计算

我国《供电营业规则》规定，除电网有特殊要求的用户外，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要求：100千伏安及以上高压供电

的用户功率因数为0.90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0.85以上。农业用电，功率因数为0.80。

用户普遍采用并联电容器作为无功补偿装置。

并联电容器无功补偿方式有三种：

（1）高压集中补偿。并联电容器装设在变配电所的高压电容器室内，与高压

母线相联。

（2）低压集中补偿。并联电容器装设在变配电所的低压配电室或低压电容器

室内。

（3）低压分散补偿。并联电容器装设在低压配电箱旁或与用电设备并联。

根据电容器在工厂供电系统中的装设位置，有高压集中补偿，低压成组补偿和

低压补偿三种方式。

由于补偿是在低压侧，而又要求高压侧的功率因数不低于0.90，考虑到变压

器会有一部分损耗，因此选择低压侧补偿功率因数为0.92。

综合考虑在这里采用并联电容器进行低压集中补偿。

以#3(即热处理车间)车间变电所为例,计算它的功率补偿。

①

求补偿前的视在计算负荷及功率因数

2222

374329.837kVA498.667kVASPQ

视在计算负荷：

CCC

功率因数: cosφ=0.75

确定无功补偿容量：

②

QP(tantan)374*(tan(arccos0.75tan(arccos0.92)))170.514kvar

NCC



'

③

选择电容器组数及每组容量

6

根据要求，我们选择GGJ型的电容补偿柜。由于无功自动补偿控制器可控制

电容器投切的回路数为4,6,8,10,12等。故在本设计里，采用

如GGJ1-01（C）型，

有16支路，BCMJ0.4-16-3电容器，每柜共96kvar，采用16步控制，每步投入6kvar,由于补偿

功率大，故采用主柜和副柜两组补偿柜，实际最大负荷时的补偿容量为192kvar，

补偿后视在功率：

ScPQ（Q）374(329.8372*96)398.59

2222

cCNC

KV.A

功率因数：cosφ=0.938

折算到高压侧：

又考虑到变压器的功率损耗为：

PPPPP

TFeCuc0kc

22



(3-1)

QQQ([I%100(U%100)]S

22

T0kc0kcr.T



(3-2)

简化公式有：

(3-3)

P0.01S

Tc

Q0.05S

Tc

即：

=3.986kw =20kvar

P0.01SQ0.05S

TcTc

变电所高压侧计算负荷为：

PPP

c.1c.2T

= 377.74 kW

Q（QQ）P

c.1c.2r.cT

=329.837-192+20=157.8kvar

= 409.59

SQP

22

c.1c.1c.1

kVA

补偿后的功率因数为：

cosPS



c.1c.1

= 0.922，大于0.90，满足条件。

表2-4 功率补偿结果计算（低压侧）

7

Pc 补偿前Qc 补偿前补偿实际补补偿柜容量补偿 补偿后Qc

tan 后tan 偿容量 与型号

1#（综120.00 58.12 0.48 0.43 7.00 不补偿

合楼）

2#（冲275.00 280.56 1.02 0.43 163.41 GGJ1-01(A) 16*10 120.56

件车

间）

3#（热374.00 329.84 0.88 0.43 170.51 GGJ1-01(C) 2*(6*16) 137.84

处理车

间）

4#（模252.70 270.46 1.07 0.43 162.81 GGJ1-01(A) 16*10 110.46

具与电

泳车

间）

5#（喷258.40 232.69 0.90 0.43 122.61 GGJ1-01(B) 16*8 104.69

涂与包

装车

间）

6#（发230.38 196.89 0.85 0.43 98.75 GGJ1-01(B) 16*8 68.89

黑与电

镀车

间）

由计算,可以算出在变压器的高压侧无功补偿后的结果,见下表3-2

表2-5变压器的高压侧无功补偿后结果

补偿后折算到高折算到高 折算到高

Sc 压侧的Pc 压侧的qc 压侧的sc

1#（综合楼） 133.33 121.33 64.79 137.55

2#（冲件车间） 300.26 278.00 135.57 309.30

3#（热处理车间） 398.59 377.99 157.77 409.59

4#（模具与电泳车间） 275.79 255.46 124.25 284.07

5#（喷涂与包装车间） 278.80 261.19 118.63 286.86

6#（发黑与电镀车间） 240.46 232.78 80.92 246.44

考虑到低压母线的同时系数：

8

）

由式（2-5）(2-6)式及表3-2可确定补偿后：

总的有功计算负荷： 1526.524kW

PKP

cpc.i



总的无功计算负荷：622.67kvar

PKQ

cqc.i



总的视在计算负荷： 1648.6357kV.A

SPQ

c

22

cc

计算电流：95A

IS3U

c.1c.11n

功率因数：0.926

cosPS



c.1c.1

由表和计算可得各变电所折算到高压侧的功率因数均大于0.90,整文具公司供

配电的功率因数为0.926，即功率补偿的电容选择合理, 符合本设计的要求。

按两部电价制交纳电费,基本电价20元/千伏·安/月，电度电价0.5元/度,

该某文具公司供配电采取补偿可节约能量为△S=△S1+△S2+△S3+△S4+△S5+△

S6= 160+ 192 + 160 + 128 + 128 = 768 ，采取无功补偿后该工厂每月可节约电

费76820=15360元。



我国《供电营业规则》规定：容量在100kVA及以上高压供电用户,最大负荷使

得功率因数不得低于0.9，如果达不到要求，则必须进行无功补偿。因此，在设计

时，可用此功率因数来确定需要采用无功补偿得最大容量。由两部电费制度可知采

用无功补偿为灯具公司供配电节约了资金。

2.4 变压器选择

（1）变电所主变压器台数的选择

选择主变压器台数时应考虑下列原则：

①一般情况下应首先考虑选择一台变压器。

②下列情况可考虑选择两台或两台以上变压器

应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜

于采用经济运行方式的变电所。除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变

压器。确定变电所主变压器台数时，应当考虑负荷的发展，留有一定的余量。

（2）变电所主变压器容量的选择

1）只装一台主变压器的变电所

主变压器的容量应满足全部用电设备总计算负荷S30的需要，即

S

r.T

≥S30

S

r.T

9

2）装有两台主变压器的变电所

每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：

S

r.T

①任一台单独运行时，≥（0.6～0.7）S30

S

r.T

②任一台单独运行时，≥S30（Ⅰ+Ⅱ）

S

r.T

（3）变压器型号选择

选用新型电力变压器，如S11型。例如新型的S11-M.R三相卷铁芯全密封配电变压器在结

构和材料上有较大改进，其主要特点是其铁心是由晶态取向优质冷轧硅钢片卷制经退火而成，

减少了传统铁心的接缝气隙，噪音明显下降，其空载损耗比S9型产品平均下降30%。

表2-6车间变电所变压器的台数、容量和型号

变压器负载率 变压器型号 Pc Qc Sc

70%时的容量

1#（综合楼） 120 58.119 133.33 190.48 S11-160

2#（冲件车间） 275 120.56 300.26 428.95 S11-400

3#（热处理车间） 374 137.84 398.59 569.42 S11-500

4#（模具与电泳车间） 266 110.46 288.02 411.46 S11-400

5#（喷涂与包装车间） 242.5 104.69 264.13 377.33 S11-400

6#（发黑与电镀车间） 257.5 68.89 266.56 380.80 S11-400

3 变配电所主接线方案的设计

3.1变配电所主接线方案

变配电所主接线由高低压成套配电装置组合而成，而且方案的设计应考虑到变

配电所可能的增容，特别是出线柜要便于添置。

1．高压主接线（10kV）

（1）一路供电电源

本设计采用XGN2-12箱型固定式交流金属封闭开关设备，左侧电缆架空线引

入，右架空线引出。

10

11

1．低压主接线

①左侧架空线引入、右侧架空线引出

本设计采用GGD1-08系列低压抽出式成套开关设备

4 短路电流计算

对一般供配电系统来说，由于其容量远比电力系统总容量小，而阻抗又较电力

系统大得多，因此供电系统发生短路时，电力系统变电所馈电母线上的电压几乎维

持不变，即可将电力系统视为无限大容量的电源（如果电力系统的电源总阻抗不超

过短路回路总阻抗的5%~10%，或电力系统容量超过用户供电系统容量50倍时，可

将电力系统视为无限大系统）。

4.1 短路计算的简化说明

通常采用两个假设：

（1）近似地取线路首端和末端电压的平均值作为短路计算电压，用表示

U

c

U1.05U

Nc

即

（2）在计算高压电网短路电流时，一般只计及电力系统（电源）、变压器和线

路等几个主要元件的阻抗，而且这些元件的电抗值通常远大于电阻值，当

R1/3X





时，可略去电阻。

因此，对高压电网可简化为

IURXU3X

kc

(3)22



4.2 用标么值法计算短路电流

本设计采用标幺制法进行短路计算

4.2.1在最大运行方式下



以#3为例计算:

S340MVA

k.max

3

（1）确定基准值取 Sd=100 =10.5kV =0.4kV

MVA

V

c1

V

c2

而

IS/3U100MVA/(3*10.5kV)5.5kA

d1dc1

IS/3U100MVA/(3*0.4kV)144.34kA

d2dc2

（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

①电力系统：

*

xS/S

1dk

最大模式：=100 /340=0.29

MVAMVA

2

*

x

2



xlS/cU

dn

②架空线路：= =0.1Ω

U%

③电力变压器（由附录表=5）

k

13

*

XU%S/100S

3kdNT

==5×100×1000/100×400=8

kVAkVA

绘制等效电路如图4-1，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计

算点。

图4-1 短路等效电路

（3）求k-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流

①总电抗标幺值

X(k1)xx

***



12

=0.29+0.1=0.39

②三相短路电流周期分量有效值

II/x(k1)

3*

1d1k



=5.5kA/0.39=14.1kA

③其他三相短路电流

=== kA

I

'''(3)

(3)

I

(3)

k1

I

k1

k1

=2.55*14.1kA=35.926kA

i

(3)

sh

(3)

=1.51*14.1kA=21.295kA

I

sh

④

三相短路容量

S

(3)

*

k1

=/=100 /0.39=256.4

S

d

x



(k1)

MVAMVA

（4）求k-2点的短路总电抗标幺值及短路电流

①总电抗标幺值

x

*



(k2)

xxx

***

=++=0.29+0.1+8=8.39

123

②三相短路电流周期分量有效值

I

(3)

k2

==144.34kA/8.39=17.204kA

I/x

*

d2



(k2)

③其他三相短路电流

==17.204kA

II

''(3)(3)

(3)

k2k2

I

k2

i

(3)

sh

=2.26×17.204kA=38.88kA

=1.31×17.204kA=22.537kA

I

(3)

sh

④三相短路容量

S

(3)

k2

==100/8.39=11.9

S/x

*

d



(k2)

MVA

14

4.2.2最小方式运行情况下:



以#3为例计算:

S180MVA

k.max

3

（1）确定基准值取 Sd=100 =10.5kV =0.4kV

MVA

V

c1

V

c2

而

IS/3U100MVA/(3*10.5kV)5.5kA

d1dc1

IS/3U100MVA/(3*0.4kV)144.34kA

d2dc2

（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值

①电力系统：

*

xS/S

1dk

最小模式：=100 /180=0.55

MVAMVA

②架空线路：= =0.1Ω

xlS/cU

dn



U%

③电力变压器（由附录表=5）

k

*

XU%S/100S

3kdNT

==5×100×1000/100×400=8

kVAkVA

*

x

2

2

绘制等效电路如图4-2，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计

算点。

图4-2 短路等效电路

（3）求k-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流

①总电抗标幺值

***

X(k1)xx



12

=0.55+0.1=0.65

②三相短路电流周期分量有效值

3*

II/x(k1)

k1d1



③其他三相短路电流

=5.5kA/0.65=8.46kA

(3)

I

k1

(3)

I

k1

'''(3)

I

k1

===8.46kA

(3)

i

sh

=2.55*8.46kA=21.58kA

(3)

I

sh

=1.51*8.46kA=12.77kA

x

S

k1

(3)

=/=100 /0.65=153.8

S

d



(k1)

MVAMVA

（4）求k-2点的短路总电抗标幺值及短路电流

④

三相短路容量

*

15

①总电抗标幺值

x

*

(k2)

xxx

***



=++=0.55+0.1+8=8.65

123

②三相短路电流周期分量有效值

*

(3)

I/x

I

k2

d2



(k2)

==144.34kA/8.65=16.69kA

③其他三相短路电流

''(3)(3)

I

k2

(3)

II

k2k2

==16.69kA

(3)

i

sh

=2.26×16.69kA=37.712kA

=1.31×16.69kA=21.86kA

(3)

I

sh

④三相短路容量

S/x

d

*

(k2)

S

k2

(3)

==100/8.65=11.56



MVA

短路计算结果表见表4-3，其它车间K-1点即变压器高压侧短路时的短路电流

和短路容量是相同的,只需计算K-2点变压器低压侧短路时的短路电流和短路容量;

根据相同的方法可计算其它车间K-2点短路电流和短路容量。

表4-3 各车间变电所短路计算

变电所 变压器 基准值 电力系统 电缆 电力变

型号 压器

容量 Uk% SD UC1 UC2 ID1 ID2 最大 最小

1# S9-160 160 4 100 10.5 0.4 5.5 144.34 0.55 0.29 0.1 25

2# S9-400 400 4 100 10.5 0.4 5.5 144.34 0.55 0.29 0.1 10

3# S9-500 500 4 100 10.5 0.4 5.5 144.34 0.55 0.29 0.1 8

4# S9-400 400 4 100 10.5 0.4 5.5 144.34 0.55 0.29 0.1 10

5# S9-400 400 4 100 10.5 0.4 5.5 144.34 0.55 0.29 0.1 10

6# S9-400 400 4 100 10.5 0.4 5.5 144.34 0.55 0.29 0.1 10

变K-2(最小) K-2(最大)

电

ish 总电抗 三相 两相 Ish ish 总电三相 两相 Ish ish

所

抗

1# 35.96 25.65 5.63 4.87 7.37 12.72 25.39 5.68 4.92 7.45 12.85

2# 35.96 10.65 13.55 11.74 17.75 30.63 10.39 13.89 12.03 18.20 31.40

3# 35.96 8.65 16.69 14.45 21.86 37.71 8.39 17.20 14.90 22.54 38.88

4# 35.96 10.65 13.55 11.74 17.75 30.63 10.39 13.89 12.03 18.20 31.40

5# 35.96 10.65 13.55 11.74 17.75 30.63 10.39 13.89 12.03 18.20 31.40

6# 35.96 10.65 13.55 11.74 17.75 30.63 10.39 13.89 12.03 18.20 31.40

16

4.3 短路校验

(1)短路动稳定度的校验条件

对于一般电气设备，因为其中载流部分的结构尺寸为定值，所以短路电流通过

时产生的电动力只与短路电流的大小有关。而电气设备在出厂前，通过试验已得出

其动稳定电流，因此一般电气设备的动稳定度校验条件为

(3)

ii

maxsh

(3)

或

II

maxsh

I

式中，为电气设备的动稳定电流（极限通过电流）峰值；为电气设备

i

max

max

的动稳定电流（极限通过电流）峰值有效值。和可由有关手册或产品样本

i

max

查得符合要求。

(2)短路热稳定度的校验条件

I

max

对于一般电气设备，因其载流导体材料、长度及截面都已确定，所以短路电流

通过时产生的热量只与短路电流和短路电流通过的时间有关。同样，电气设备

Q

k

在出厂前，通过试验已得出其热稳定电流和热稳定时间，因此一般电气设备的热稳

定度校验条件为

2(3)

ItIt

imat

2

式中，It为电器的热稳定电流；t为电器的热稳定时间。It和t可由有关手册或

产品样本查得符合要求。

对母线及绝缘导线和电缆等导体的热稳定度校验条件



k.maxk



式中，为导体在短路时的最高允许温度。



k.max



k

比较麻烦，因此也可根据短路热稳定度的要求来确定其最小允许截要确定

t

ima

面。即导体满足热稳定的等效条件为

C

式中，A为导体截面积（mm2）；Amin为导体满足热稳定的最小允许截面积（mm2）；

1

(3)

AAI

min

(3)

2

2

I



As/mm

为三相短路稳态电流（A）；C为导体的热稳定系数（为）。

17

5 电气设备选择与校验

5.1 高低压开关柜选型

5.1.1高压开关柜

XGN2—10箱型固定式交流金属封闭开关设备用于6kV，10kV三相交流50Hz系

统中作为接受和分配电能之用的户内成套配电设备，具有对电路控制保护和监测等

功能。其母线系统为单母线及单母线带旁路母线，并可派生出双母线结构。

开关柜的主开关采用ZN28A-10，VA-1型系列真空断路器。断路器配用CDl0系

列电磁橾动机构或CT8弹簧操动机构；隔离开关采用GN30-10旋转式隔离开关系列

产品。

5.1.2 低压开关柜

GCK低压抽出式开关柜由动力配电中心（PC） 柜和电动机控制中心（MCC）

两部分组成。该装置适用于交流50（60）HZ、额定工作电压小于等于660V、额定

电流4000A及以下的控配电系统，作为动力配电、电动机控制及照明等配电设备。

5.2 高压一次设备选择

一次设备选择与校验列表:

表5-1 10kV电源进线侧一次设备选择与校验

选择校验项目 电压 电流 断流能力 动稳定度

安装地UN IC IK(3) i(3)sh 参数

点的电

数据 合格

气条件

参数 UN IN Ioc Imax I2t

真空断路器

合格

ZN28A-10，VA-1

电流互感器

设备型

号规格

电压互感器JDZ

/ / / / 合格

或JSJW

高压熔断器

12kV 630A / 50kA 20kA 合格

RN2-10

热稳定度

结论

Itima

2

合格

LZZJ-10

18

注: 一次设备选择与校验必须注明该设备是主接线中哪一回路设备。

表5-2 高压熔断器的校验

序

安装地点的电气条件 RN2-12高压熔断器

号

项目 数 据 项目 数 据 结论

1 合格

2 合格

3 合格 I

UU

NN

II

cc

(3)

I

K

K

5.3 低压一次设备选择

低压一次设备选择校验项目

表5-3 0.4kV电源出线侧一次设备选择与校验

断流能

选择校验项目 电压 电流 短路电流校验

安装地

点的电

数据 /

气条件

参数 U I IiI 合格

设备型

号规格

电流互感器

- 合格

LMK-0.66

断路器

/ / 合格

HUW2000-3200

NNK sh

参数 U I I 动稳定 热稳定

NCK

力

(3)

结论

19

6 供配电线路的选择

6.1配电线路的接线方式选择

高低压配电线路的接线基本方式有放射式、树干式和环形三种。

6.1.1 高压配电线路接线方式选择

高压配电网的设计，应根据供电可靠性的要求、车间变电所配电变压器的容量

及分布、地理环境等具体情况研究分析比较后，相应选择某种接线形式或几种接线

形式的组合。

（1）一般来讲，用户高压配电网宜采用放射式。因为放射式接线可靠性较高，

保护配合简单、便于运行管理；

（2）对于重要负荷，可采用双回路放射式，或采用工作电源接线为放射式、

备用电源接线为树干式的组合形式，根据情况，也可采用拉手环式接线；

（3）对于三级负荷，为节省投资可采用树干式，负荷较大时则可采用分区树

干式接线；

（4）配电网接线应力求简单，层次不能过多，同一电压供电系统的变配电级数不

宜多于两级，否则不仅浪费投资、维护不便，还降低供电可靠性。

6.1.2 低压配电线路接线方式选择

低压配电网的设计应满足用电设备对供电可靠性和电能质量的要求，同时应注

意接线简单、操作方便安全，具有一定灵活性，能适应生产和使用上的变化及设备

检修的需要。

（1）正常环境的车间或建筑物内，当大部分用电设备为中小容量，且无特殊

要求时，宜采用树干式配电。

（2）用电设备为大容量，或负荷性质重要，或在有特殊要求（指有潮湿、腐

蚀性环境或有爆炸和火灾危险场所等）的车间、建筑物内，宜采用放射式配电。

（3）部分用电设备距供电点较远，而彼此相距很近、容量很小的次要用电设

备，可采用链式配电，但每一回路环链设备不宜超过5台，其总容量不宜超过10kW。

容量较小用电设备的插座，采用链式配电时，每一条环链回路的设备数量可适当增

加。

（4）在多层建筑物内，由总配电箱至楼层配电箱宜采用树干式配电或分区树

干式配电。对于容量较大的集中负荷或重要用电设备，应从配电室以放射式配电；

20

楼层配电箱至用户配电箱应采用放射式配电。

在高层建筑物内，向楼层各配电点供电时，宜采用分区树干式配电；由楼层配

电间或竖井内配电箱至用户配电箱的配电，宜采取放射式配电；对部分容量较大的

集中负荷或重要用电设备，应从变电所低压配电室以放射式配电。

（5）平行的生产流水线或互为备用的生产机组，根据生产要求，宜由不同的

回路配电；同一生产流水线的各用电设备，宜由同一回路配电。

（6）配电系统的层次不宜超过三级。

6.2 导线和电缆截面的选择

为了保证供配电系统安全经济地运行，选择导线和电缆截面时，一般应考虑的

条件包括导线的发热、机械强度、电压损失以及线路造价和运行费用。对电缆线路，

应还校验其短路热稳定。对低压线路，还应满足与其保护设备的配合要求。

（1）按发热条件选择导线和电缆的截面

按发热条件选择导线截面时，应使其允许载流量不小于通过导线的计算电流

I

al

I

30

：

II

al30

PQ

22

3U

n

将电缆直埋地下0.8m，环境温度25℃,初步选定型3芯电

YJV8.7/10322

22

缆，截面积95，查附表40知电力电缆载流量为245A。设同一路径有两根电

mm

2

缆有件距并列敷设，根据附录表48校正，电缆实际载流量为

I2450.9220.5AI

al30

,所以电缆截面积满足条件。

（2）按电压损失条件选择导线和电缆的截面

按电压损失条件选择导线截面，是要保证所选导线截面在实际线路中通过负荷

电流产生的电压损失不超过线路允许的电压损失，即

U%U%

al

式中为线路实际电压损失百分数；为线路允许的电压损失百分

U%

数。

集中负荷的三相线路电压损失计算式为

U%

al

1

U%pRqX

2

10U

N





iiii

i1

n

21

1

或

U%PrQx

2

10U

N

若全线的导线型号规格一致，则





iiii

i1

n

式中分别为导线单位长度的电阻和电抗值； 分别为各负载点至

r、x

00

nn

1



U%rpLxqL



0ii0ii



2

10U

N



i1i1

R、X

ii

L

供电首端部分线路的电阻、电抗值（Ω/km）；为各负载点至供电首端线路的长度

i

（km）。查表得型3芯电缆，截面积95的，

YJV8.7/10322

22

mm

2

r0.229/km

x0.096/km

，代入公式得，U%=0.51<0.5，所以选择的电缆截面积符合要求。

22

7 防雷接地保护

防雷设备由接闪器、引下线、接地装置等组成。接闪器是专门用来接受直接雷

击的金属物体。接闪器包括金属杆状的避雷针，金属线状的避雷线，金属带状或网

状的避雷带、避雷网等。

防雷引下线应优先利用自然引下线，还宜利用建筑物的钢柱、消防梯、金属烟

囱等作为自然引下线，但其各部分之间均应连成电气通路。引下线的数量及间距应

按规范要求设置。

采用多根引下线时，宜在各引下线距地面0.3m至1.8m之间设置断接卡。当利

用混凝土柱或剪力墙中的主钢筋作为自然引下线并同时采用基础接地体时，可不设

断接卡，但应在适当地点设置若干连接板，以便于接地电阻的测量，以及补打人工

接地体和作等电位体联结用。

避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理配合，并且避雷器的

残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。

避雷器应尽可能靠近变压器安装。避雷器接地线应与变压器低压侧接地中性线

及金属外壳连在一起接地。

接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。当采用共用接地装置

时，其接地电阻应按各系统中最小值要求设置。若接地电阻达不到要求，应加接人

工接地体

该某灯具公司供配电系统自然条件为年最高气温39℃，年平均气温23℃，

年最低气温-5℃, 年最热月平均最高气温33℃，年最热月平均气温26℃，年最热

月地下0.8m处平均温度25℃．主导风向为南风，年雷暴日数52。平均海拔22m，

地层以砂粘土为主。因此必须设定相应得接地与防雷。本设计中有的开关柜也带有

相应得防雷与接地设备（见附录）以防止线路设备损坏，保持电网和操作人员的安

全，使得用户能够安全得用电。

23

8 总结

本次课程设计我们小组做的题目是某灯具公司供配电系统电气部分初步设

计，通过全组成员的努力，我们小组的进展一直走在前列，在彼此学习的同时，也

在不断给其他小组一些力所能及的帮助。当然在设计过程中也遇到了很多问题，开

始时对整个设计步骤非常模糊，无从下手，通过小组成员集体的努力，每个人都提

出自己的建议，同时上网收了很多资料，一起学习讨论，再通过老师的讲解，很快

我们开始了初步设计，每人分任务进行负荷计算、无功补偿计算、变压器选择及初

步方案确定。这一部分让我懂了很多，把理论课上落下的知识点都补上了。紧接着

我们开始了主接线图的绘制和短路校验，这一部分通过老师的耐心讲解，我由一无

所知到了可以看懂并通过自己的努力可以借鉴书本上的例题从而自己设计，虽然还

是有点不懂，但我一定会在课程设计结束后认真思考，争取弄透的。本次课程设计

在报告书写上让我收获颇多。以前从来都没有注重这些细节，一些学长跟我讲，要

是到了读研究生的时候还连一篇论文都不能弄完美的话，印象分会大打折扣的，在

加上研究生是论文会比较多，那是花很多时间学习书写格式就不划算了，于是我主

动要求格式和书写上由我负责。设计过程中还让我体会到了团结的力量，加深了彼

此的熟悉程度，对彼此有了更多的了解。对供电工程这门课的实用性更是有了很好

的了解，通过本次课程设计让我体会到了知识与应用相结合的重要性，也对自己专

业去向有了更明确地目标。

9 参考资料

[1] 翁双安. 供电工程.机械工业出版社，2004.5

[2] 余健明.供电技术（第三版）.北京：机械工业出版社，2001

[3] 苏文成. 工厂供电. 北京：机械工业出版社，2001.3

[4] 刘介才. 工厂供电（第四版）. 北京：机械工业出版社，2005.7

[5] 周瀛，李鸿儒. 工业企业供电（第二版）. 北京：冶金工业出版社，2002.

[6] 刘涤尘.电气工程基础.武汉.武汉理工大学出版社，2002

[7] 刘建，倪健立，邓永辉主编著.配电自动化系统(第二版).北京：中国水力电力出

版社，2003

[8] 焦留成主编.供电设计手册.北京：中国计划出版社，1999

[9] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册：第2版.北京：水

利电力出版社

[10] G1350053-1994《10kV及以下变电所设计规范》、GB50052-1995《供配电系统

设计规范》、《供电营业规则》等规范

[11] 部分参照.中国工控网.

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成 绩 评 定

评定项目 评 语 成绩

设计过程

设计报告

总 分

折算等级

指导教师

签 字

年 月 日

内部资料，

请勿外传！

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