某包装厂供配电系统设计

皖西学院
课程设计报告书
系别：机电学院
专业：电气工程及其自动化
学生姓名：张希轩学号：********** 课程设计题目：某包装厂供配电系统设计
起迄日期: 2015年6月15日 ~ 2015年6月21日程设计地点:机电楼
****:***
下达任务书日期: 2015年 6月15日
目录
第一章设计任务 (2)
1.1设计要求 (1)
1.2设计依据 (2)
1.2.1 工厂总平面图 (2)
1.2.2 工厂负荷情况 (2)
1.2.3 供配电协议 (2)
1.2.4工厂负荷性质 (3)
1.2.5 本厂自然条件 (3)
第二章负荷计算和无功功率补偿 (5)
2.1 负荷计算 (5)
2.2 无功功率补偿计算 (6)
2.2.1 无功功率补偿要求 (6)
2.2.2 车间变电所低压侧补偿 (6)
2.2.3 高压侧无功补偿计算 (7)
2.3 变压器选择 (8)
2.3.1 变压器选择原则 (8)
2.3.2 变压器选择 (8)
2.3.3 变压器汇总及技术数据 (9)
2.4 总变电所位置和型式的选择 (9)
第三章变配电所主接线方案的设计 (10)
3.1 变配电所主接线方案的设计原则与要求 (10)
3.1.1 主接线方案的技术指标 (10)
3.1.2 主接线方案的经济指标 (10)
3.2 高压配电所主接线方案 (10)
3.2.1 主接线方案的拟定 (10)
第四章短路电流计算及一次侧设备选择 (10)
4.1 短路电流的计算 (10)
4.1.1 短路计算电路 (11)
4.1.2 短路电流计算（欧姆法计算） (11)
4.2 高压一次侧设备选择与校验 (12)
4.2.1 按正常工作选择原则 (12)
4.2.2 10KV侧设备选择与校验表 (12)
4.2.3 各车间变电所10KV侧进线回路设备选择与校验表 (13)
第五章供配电线路的选择计算 (14)
5.1 总配电所架空线进线选择 (14)
5.1.1 选线计算 (14)
5.1.2 电压损耗的校验 (15)
5.1.3 发热条件的校验 (15)
5.1.4 机械强度的校验 (16)
5.2 10KV母线的选择 (16)
5.3 车间变电所高压进线选择 (18)
5.3.1 选择原则与说明 (18)
5.3.2 各车间变电所引进线的选线及计算 (18)
5.3.3 选线结果列表 (20)
第六章供电系统过电流保护及二次回路方案 (21)
6.1 供电系统过电流保护 (21)
6.1.1电源进线的继电保护 (21)
6.1.2 车间变电所高压进线的继电保护 (22)
6.1.3 并联电容器的保护装置 (23)
第七章防雷接地 (25)
7.1变电所的防雷保护 (25)
7.1.1 直接防雷保护 (25)
7.1.2 雷电侵入波的防护 (25)
7.2 变电所接地装置的计算 (26)
7.2.1 自然接地电阻 (26)
7.2.2 利用系数计算接地电阻 (26)
总结 (28)
参考文献 (29)
第一章设计任务
1.1设计要求
某包装厂车间变电所和配电系统设计是对工厂供电具有针对性的设计。

设计对工厂供电方式、主要设备的选择、保护装置的配置及防雷接地系统进行了相应的叙述，内容主要包括高压侧和低压侧的短路计算，设备选择及校验，主要设备继电保护设计，配电装置设计，防雷和接地设计等。

本设计考虑了所有用电设备并对这些负荷进行了计算。

通过计算出的有功、无功和视在功率选择变压器的大小和相应主要设备的技术参数，再根据用户对电压的要求，计算电容器补偿装置的容量，从而得出所需电容器的大小。

根据与供电部门的协议，决定总配变电所及配电系统的主接线图。

电气主接线对电气设备的选择，配电所的布置，运行的可靠性和灵活性，操作和检修的安全以及今后的扩建，对电力工程建设和运行的经济节约等，都由很大的影响。

本设计在主要设备的继电保护设计和整定计算中，对电力变压器、真空断路器等主要设备的保护配置提出了要求，明确了保护定值计算方法。

根据本厂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，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，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书，并绘出相关设计图纸。

1.2设计依据
1.2.1 工厂总平面图
图1-1 包装厂平面布置图
1.2.2 工厂负荷情况
本厂的负荷性质，生产车间为三班制，部分车间为单班或两班制，全年最大负荷利用小时数为5000h，属于三级负荷。

本厂设有薄膜、单丝、管材、注射等四个车间，设备造型全部采用我国最新定型设备，此外还有辅助车间及其设施，全厂各车间设备容量见表1-3。

1.2.3 供配电协议
本厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：
（1）从电业部门某66/10KV变电站10KV架空线向本厂供电，该站距离厂南测1KM.
（2）系统变电站馈电线路定时限过电流保护装置的整定时间为2S,工厂总配变电所保护整定时间应不大于1.5S
（3）在工厂总配电所的10kV进线侧计量。

工厂最大负荷时功率因数不得低于0．9. （4）供电贴用和每月电费制，数据由指导老师给定。

（5）系统变电站10KV母线出口断路器的断路电流容量为200MVA。

供电系统图见图1-2。

区域变电站
图1-2 配电系统图
1.2.4工厂负荷性质
生产车间大部分为三班制，少数车间为一班或两班制，年最大负荷利用小时数为5000h。

本厂属三级负荷。

1.2.5 本厂自然条件
本厂自然条件为：
（1）气象资料：本厂所在地区的年最高气温为38o C，年平均气温为23 o C，年最低气温为－8 o C，年最热月平均最高气温为33 o C，年最热月平均气温为26 o C，年最热月地下0.8m处平均温度为25 o C。

当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。

（2）地质水文资料：本厂地区海拔60m，底层以砂粘土为主，地下水位为2m。

表：各车间380V负荷计算表:
第二章 负荷计算和无功功率补偿
2.1 负荷计算
各车间、变电所负荷计算（均采用需要系数法）
附注：各车间、各变电所负荷合计时，同时系数分别取值：p K ⋅∑=0.9；q K ⋅∑=0.95 有功功率：30P =d K e P 无功功率：30Q = 30P tan ϕ 视在功率：30S =
ϕ
cos 30
P
2.2 无功功率补偿计算
2.2.1 无功功率补偿要求
按水利电力电力部制定的《全国供用电规则》：高压供电电用户功率因数不得低于0.9；其他情况，功率因数不得低于0.85，若达不到要求，需增设无功功率的人工补偿装置。

无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电容器两种。

由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。

2.2.2 车间变电所低压侧补偿
由于NO.1和NO.2车间容量很大，可以考虑在NO.1和NO.2低压侧进行无功功率补偿。

1） NO.1车间无功补偿计算
根据设计要求，功率因数φcos 一般在0.9以上，故取φcos =0.9 A.功率因数：φcos =1360
6
.7883030=
S P =0.58<0.9 （需要补偿） B.需补偿容量计算：
)1(C Q =30P (tan 1ϕ - tan 2ϕ)=788.6×[tan(arccos0.58) - tan(arccos0.9) ] =725Kvar C.补偿后：)1('30P =30P =788.6KW
)1('30Q =30Q -C Q =1107.8-725=382.8Kvar
)1('30S ='
30
'30Q P +=876.6KVA 功率因数：cos 'ϕ=)1('30P /)1('30S =0.9 （满足要求）
D.补偿所需并联的电容器：N=)1(C Q /0q =725/25=29 （0q 为单个电容器的容量） 并联的电容器型号：BKMJ0.4-25-3 数量为29个
低压电容器柜型号：GBJ-1-0.4 所需数量为：6个，单个电容器柜内可装5个电容器
2）NO.2车间补偿计算此处省略， 相关计算数据如下：
)2(C Q =632Kvar )2('30P =30P =842.7KW
)2('30Q =30Q -C Q =1035.3-632=310.3Kvar
)2('30S ='
30
'30Q P +=934KVA cos 'ϕ=)2('30P /)2('30S =0.902 （满足要求） N=)2(C Q /0q =632/25=26
并联的电容器型号：BKMJ0.4-25-3 数量为26个
低压电容器：GBJ-1-0.4 所需数量为6个，单个电容器柜可装5个电容器
2.2.3 高压侧无功补偿计算
1）所有变电所的负荷计算：
30P ∑=30P K p ∑⋅∑=0.9×（)1(T P ＋)2(T P ＋)3(T P ＋)4(T P
＋)5(T P ） =0.9×2479.5=2231.6KW
30Q ∑=30Q K q ∑⋅∑=0.95×（)1(T Q ＋)2(T Q ＋)3(T Q ＋)4(T Q ＋)5(T Q ）
=0.95×2055.5=1953Kvar
30S ∑=2
30
230Q P ∑+∑=2219536.2231+=2965.5KVA 2）功率因数cos ϕ=30P ∑/30S ∑=2231.6/2965=0.75＜0.9 根据设计要求，本厂功率因数COS φ要求在0.9以上
（工厂总配电所按国家电力部门的要求，按规定，配电所高压侧的COS φ≥0.9，本设计中要求工厂的功率因数COS φ在0.9以上，所以这里取COS φ=0.92） 3）故需要补偿的容量：
C Q =30P (tan 1ϕ-tan 2ϕ)=2231.6×[tan(arccos0.75) - tan(arccos0.92) ] =1017.4Kvar
4）补偿后：30'P =30P ∑=2231.6KW 30'Q =30Q ∑-C Q =1953-1017.4=935.6Kvar
30'S ='
30
'30Q P +=2420KVA
功率因数：cos ' =30'P /30'S =0.922>0.92 （满足要求）
5）高压补偿柜型号：TTB26-600，单个柜子补偿容量大小为：600Kvar 故需要选择两个TTB26-600柜，电容器柜具体画法见主接线图。

2.3 变压器选择
2.3.1 变压器选择原则
选择的原则为：
(1) 只装一台变压器的变电所
变压器的容量ST 应满足用电设备全部的计算负荷30S 的需要，即T S ≥30S ，但一般 应留有15％的容量，以备将来增容需要，本设计中的NO ．1、NO ．2、NO ．4变电所采用此原则。

(2) 装有两台变压器的变电所
每台变压器的容量应满足以下两个条件:
①任一台变压器工作时，宜满足总计算负荷30S 的大约70％的需要，即为
T S ≈O ．730S
②任一台变压器工作时，应满足全部一、二级负荷30S 的需要，即T S ≥30S (I+Ⅱ) (3)车间变电所变压器的容量上限
单台变压器不宜大于1000KVA ，并行运行的变压器容量比不应超过3：l 。

同时，并联运行的两台变压器必须符合以下条件：
①并联变压器的变化相等，其允许差值不应超过±0．5％，否则会产生环流引起电能损耗，甚至绕组过热或烧坏。

②各台变压器短路电压百分比不应超过10％，否则，阻抗电压小的变压器可能过载。

③各台变压器的连接组别应相同，若不同，否则侧绕组会产生很大的电流，甚 至烧毁变压器。

2.3.2 变压器选择
以NO.1变电所选型为例（查看负荷计算大小，可确认选择一台变压器既满足） 根据负荷计算是所得变电所补偿后总视在功率： )1('30S =876.6KVA 选择的变压器应该满足：应选变压器的容量T N S .≥)1('30S 查询附录表可知选择的变压器容量为1000KVA
故选择的变压器型号为：S9—1000\10，参照变压器各参数，可以满足要求。

2.3.3 变压器汇总及技术数据
表2-2 变压器型号及参数汇总
2.4 总变电所位置和型式的选择
根据总变配电所位置选择的原则：变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心，但同时还要满足大负荷变配电的方便，此外，总变配电所应尽量不在生活区范围内，宗此要求，可以大致确认本设计中，主变电所设置位置应在薄膜车间和单丝车间中间附近，以此才能满足要求。

参照工厂平面布置图，可以选择总变配电所应挨着薄膜车间(即NO.1变电所)。

第三章变配电所主接线方案的设计
3.1 变配电所主接线方案的设计原则与要求
3.1.1 主接线方案的技术指标
1.供电的安全性，主接线方案在确保运行维护和检修的安全方面的情况。

2.供电的可靠性，主接线方案在与用电负荷对可靠性要求的适应性方面的情况。

3.供电的电能质量主要是指电压质量，含电压偏差、电压波动及高次谐波等方面的情况。

4.运行的灵活性和运行维护的方便性。

3.1.2 主接线方案的经济指标
1.线路和设备的综合投资额
2.变配电所的年运行费
3.供电贴费（系统增容费）
4.线路的有色金属消耗量
3.2 高压配电所主接线方案
3.2.1 主接线方案的拟定
由本设计原始资料知：电力系统某60/10KV变电站用一条10KV的架空线路向本厂供电，一次进线长1km，年最大负荷利用小时数为5000h，且工厂属于三级负荷，所以只进行总配电在进行车间10/0.4KV变电，母线联络线采用单母线不分段接线方式。

第四章短路电流计算及一次侧设备选择
4.1 短路电流的计算
对一般工厂来说，电源方向的大型电力系统可看作是无限大容量系统。

无限大容量系统的基本特点是其母线电压总维持不变，这里只计算无限大容量系统中的短路计算，短路计算的方法一般有两种：欧姆法，标幺值法，这里采用欧姆法。

4.1.1 短路计算电路
图4-1 短路计算电路
4.1.2 短路电流计算（欧姆法计算）
1.求K —1点的三相短路电流和短路容量（U 1C =10.5KV ） (1)计算短路电路中各元件的电抗和总电抗
1）电力系统的电抗：X 1=OC C S U 2
1=MVA KV 200)5.10(2
=0.55Ω
2）架空线路的电抗：X 2=X 0L=0.4(km Ω)×1km=0.4Ω
3）经K —1点短路的等效电路如图所示，图上标出各元件的序号（分子）和电抗 值（分母），然后计算电路总电抗：
X ()1-∑K =X 1+ X 2=0.55Ω+0.4Ω=0.95Ω
图4-2 K-1点短路等效电路
(2)计算三相短路电流和短路容量 1）三相短路电流周期分量有效值 I )
3(1-K =
)
1(13-∑K C X U =
Ω
⨯95.035.10KV =6.38KA
2）三相短路次暂态电流和稳态电流 I )3"(=I )
3(oc = I )
3(1-K =6.38KA
3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值
200MVA K-1 K-2
X0=0.4Ω,1km
10.5kV S9-1000 0.4kV (2)
(3)
(1) ～ ∞系统
i
sh
)3(=2.55I)3"("=2.55⨯6.38=16.269KA
I
sh
)3(=1.51I)3"("=1.55⨯6.38=9.634KA 4）三相短路容量
S)3(
1-
K =)3(
1
1
3
-
K
C
I
U=KA
KV38
.6
5.
10
3⨯
⨯=116MVA
4.2 高压一次侧设备选择与校验4.2.1 按正常工作选择原则1）. 按工作电压选择
所选设备的额定电压U
e
N.不应小于所在线路的额定电压U
N
,即：U
e
N.
≥U
N
，需注
意：使用限流式高压熔断器时，熔断器的额定电压与线路的额定电压相同，即：U
e
N.
=
U
N ，而不能U
e
N.
＞U
N。

2）.按工作电流选择
所选设备的额定电流I
e
N.不应小于所在电路的计算电流I
30
，即：I
e
N.
≥I
30
3）.按断流能力选择
所选设备的额定开断电流I
OC 或断流容量S
OC
不应小于设备分段瞬间的的短路电流
有效值I
K 或短路容量D
K
,即：I
OC
≥I
K
或S
OC
≥D
K
4.2.2 10KV侧设备选择与校验表
表4-5 10KV侧设备列表
附：高压开关柜型号选用：GG-1A(F)型，GG-1A-(F)-11，GG-1A-(F)-54
高压进线侧计量柜型号选用：GG-1A-J
4.2.3 各车间变电所10KV 侧进线回路设备选择与校验表
各车间变电所回路电流计算值如下：
NO.1变电所：回路电流30I =52.7A ，电压U N =10KV ； NO.2车间变换所：回路电流30I =56A ，电压U N =10KV ； NO.3变电所：回路电流30I =36.3A ，电压U N =10KV ； NO.4变电所：回路电流30I =27.5A ，电压U N =10KV ；
NO.5变电所：回路电流30I =18.3A ，电压U N =10KV 。

此处设备器材均以K —1点的短路电流来进行动稳定和热稳定校验，因此各车间变电所10KV 进线回路设备相同。

此处只列出第一车间的设备型号，其他车间选用设备型号均相同。

表4-3 NO.1车间10KV 侧进线设备选择
第五章 供配电线路的选择计算
5.1 总配电所架空线进线选择
5.1.1 选线计算
（导线经济电流密度计算线的截面，来确定线的型号）
由教材书《工厂供电》续表可得，年最大负荷在5000h 以上的架空线路且材料为铝的经济电流密度是0.9，按经济电流密度计算导线经济截面ec A 的公式：ec A =
ec
j I 30
带入数值计算：ec A =
ec
j I 30'=9.07
.139=155mm 2
其中： 30'I =
N
U S ⨯3'30
=
10
32420⨯=139.7A （高压侧补偿后的计算电流）
查询相关附录表：选择最近导线截面150mm 2，则选择LGJ —150型钢芯铝绞线。

5.1.2 电压损耗的校验
按照规定，高压配电线路的损耗，一般不得超过线路额定电压的5%，由于总降压架空进线属于较短线路，且为地区性供应，所以允许电压损耗al U ∆%=5%,因此计算的电压损耗满足U ∆≤al U ∆。

因为10KV 级的电压等级的几何均距为0.6m ，查《工厂供电》可得R 0=0.14Ω/km ，X 0=0.28Ω/km ，且进线线路长为1km 。

计算电压损耗值为：N U ∆=(P 30R 0+Q 30X 0)／N U ∆
=(2432.12×1×0.14+3236.02×1×0.28)/10=46.87V 计算电压损耗百分值为：U ∆%=
N U U ∆×100%=10
87
.46×100%=4.687% 计算电压损耗值小于允许电压损耗值，因此所选LGJ —185满足允许电压损耗要求。

5.1.3 发热条件的校验
本设计中最热月平均最高温度为35℃，查《工厂供电》附录表可知导线截面为150mm 2和温度为35℃时的允许载流量为391A ＞139.65A ，因此满足发热条件。

5.1.4 机械强度的校验
由课本《工厂供电》附录表可得知：10KV 架空线路铝绞线的最小截面
min A =16mm 2。

因此所选LGJ —150也是满足机械强度的。

故可以选用LGJ —150钢芯铝绞线作为10KV 的架空进线。

综上校验结果，选用LGJ —150钢芯铝绞线作为10KV 的架空进线合格。

5.2 10KV 母线的选择
1）.选择原则：按经济电流密度选择母线截面；
按发热条件、热稳定度和动稳定度进行校验。

2）.按经济电流密度选择母线截面，由公式ec
ec j I A 30
=
，式中ec j 是经济电流密度。

查《工厂供电》续表得年最大负荷利用小时在5000h 以上的架空线且材料为铝的经济电流密度为0.9，即ec j =0.9（A/mm 2），所以所选母线截面为：
ec ec j I A 30=
=9
.07
.139=155mm 2 查《工厂供电》P362附录表17可选择LMY 型矩形硬铝母线的截面为：50⨯4mm 2，该母线在环境温度为25℃时，平放时，其允许载流量al I 为586A 。

3）.发热条件的校验：要满足长期发热的条件，安装处的实际载流量'
al I 要满足：
'
al I =30I I K al t ≥,式中K t 为环境温度不同于额定敷设温度（25℃）时的校正温度系数；查《工厂供电》P363附录表18a 可知在温度为35℃时，K t 为0.88，所以安装处的实
际载流量为：'
al I =A A I K al t 7.1397.51558688.0≥=⨯=,满足发热条件的要求。

4）.短路热稳定度校验：
母线通过最大电流30I 时的正常温度为：
=35+（70-35）2
2
58665.139⨯=37℃
母线材料的热稳定系数C=99，则满足热稳定的母线最小截面积要求为：
2
23000)
(al
al I I ϑϑϑϑ-+=
C
t I A ima oc
⨯
⨯=3)
3(min 10
式中C 为导体热稳定系数（2/mm S A ）；)
3(oc
I 为三相短路稳态电流；ima t 为短路发热假
想时间。

本设计中，ima t 为一次进线末端的主动保护动作时间，因为进线电源保护动作时限B t =2.4s ，且B t =ima t +oc t ，oc t 为高压断路器的短路时间，一般为0.2s 。

所以
ima t =B t -oc t =2.4-0.2=2.2s ，因此：min A =6.3899
2
.2103⨯
⨯=95.7mm 2，min A =95.7（50⨯4mm 2满足热稳定的要求，短路热稳定校验合格）。

5）．短路动稳定度的校验：母线满足动稳定度的校验条件为：al σ≥c σ，式中al σ为母线材料的最大允许应力（u P ），这里硬铝母线（LMY ）：al σ=70a MP ,c σ为母线通过)
3(sh i 时所受到的最大计算应力，最大应力c σ=
W
M
,M 为母线通过时所受到的弯曲力矩；8
)3(l
F M =，l 为母线的档距(m l 84.0=)；W 为母线对垂直于作用力方向轴的截面系数，62b
h W =，式中b 为母线截面的水平宽度，h 为母线截面的垂直高度。

72
)3()3(103-⨯=a
l
i K F sh
f ，式中f K 为形状系数，取1，)3(F 为母线受到的最大点动力，a 为相邻两相的轴线距离，所以有
N F 551025.084
.0)107.9(13723)3(=⨯⨯⨯⨯⨯=-
母线在)3(F 作用力时的弯曲力矩为Ngm M 6884
.055=⨯=，母线对垂直于作用力方向的
截面系数6
2b h W ==
372107.16063
.0)004.0(m -⨯=⨯，因此母线在三相短路时受到的计算应力为：c σ=
W M
=710
7.16-⨯=35a MP ，因为al σ=70a MP ＞c σ=35a MP 所以该母线满足短路动稳定度的要求。

综上所述，10KV 母线选用截面为50⨯4mm 2的LMY 型矩形硬铝母线。

5.3 车间变电所高压进线选择
5.3.1 选择原则与说明
选择原则：按经济电流密度选择电缆截面，按发热条件，允许电压损失校验及热稳定度校验。

1号车间到5号车间馈出线都选用ZLQ 型三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带铠装防腐电缆两回路供电，（电缆为直埋敷设）
5.3.2 各车间变电所引进线的选线及计算
A.NO.1 变电所引进线
1）计算及选型
计算方法：按经济电流密度选择电缆截面积
查课本《工厂供电》续表可得，年最大负荷利用小时在5000h 以上的架空线路且材料为铝芯电缆的经济电流密度为1.54A/mm 2。

一号变电所回路电流是30I =
N
U S 330=
N
T U S 3)1(=
10
34.912⨯=52.7A
根据经济电流密度计算公式计算：ec A =
ec
j I 30
代入数值得：ec A =
ec j I 30=54
.17.52=34mm 2 线型号：ZLQ20—10000—3×35mm 2
查附表知：10KV 的ZLQ20—10000—3×35mm 2的三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带凯装防腐电缆相关参数如下：
在温度为35℃时，允许的载流量是105A ，正常允许的最高温度为60℃。

2）发热条件校验
线路工作最大电流：I max =52.7A
要满足长期发热的条件，安装处的载流量应该满足：KI al ≥I max K=K t K 3K 4(K 为修正系数，与敷设方式和环境温度有关；K t 为环境温度不同于敷设温度35℃时的修
正系数；K
3为直埋敷设电缆因土壤热阻不同的校正系数；K
4
为多根并列直埋敷设时的
校正系数。

)这里的土壤在0.7～1米深处年最热月平均最高温度为20℃，可知电缆在流
量温度修正系数为1.06，按普通土壤取PT=120°Cgcm/W.查表可得K
3
=0.88，当电缆间距取200m时，二根并排修正系数为0.9；所以两根直埋电缆安装处的允许载流
量为：KI
al = K
t
K
3
K
4
I
al
=1.06⨯0.88⨯0.9⨯130=109A≥I
max
=52.7A 满足要求。

3）电压损耗的校验
查表可得R
0=0.35Ω/km，X
=0.072Ω/km，线路长度取0.065km（根据工厂平
面布置图的比例估算），所以电压损耗值为：
△U%=
10
072
.0 065
.0
1188
35
.0
065
.0
5.
800⨯
⨯
+
⨯
⨯%=2.38%＜5% 电压损耗满足要求。

4）热稳定校验
在温度为20℃时，电缆允许的载流量是111A，正常允许的最高温度为60℃，电
缆通过最大电流I
max
时的正常温度为：
θ=θ
0+(θ
al
-θ
)
2
max
al
I
I=20+(60-20)
2
2
111
7.
52=29℃
查《供配电设计手册》可知C=68，则满足热稳定的最小截面应该为：
A
min =I
oc
)3(⨯103⨯
C
t
ima
式中：C为导体热稳定系数（A S/mm2），I
oc
)3(为最大运行方式中1号车间的三相短
路稳态电流，为6.38KA，t
ima 为短路发热假象时间，本设计中，t
ima
为一次进线末端的
主保护动作时间。

因为进线电源端保护动作时限t
B =2.4s，t
B
= t
ima
+t
OC
，t
OC
为高压
断路器的短路时间，一般为0.2s,,所以t
ima
=2.4-0.2=2.2s
因此：A
min =6.38⨯103
68
2.2=89.27mm2＜2⨯50mm2
满足热稳定校验，故可以选择电缆截面为35mm2的电缆线。

综上校验结果：选择ZLQ20—10000—3×35mm2的三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带凯
装防腐电缆满足要求。

附注：另外几个变电所高压引进线电缆线选择和校验过程略，详细结果见表5-1 每个变电所高压侧引进线均为ZLQ型三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带凯装防腐电缆。

5.3.3 选线结果列表
1号，2号，3号，4号，5号车间变电所高压侧引进线均采用ZLQ20—10000型电缆直埋敷设，所以其选择结果列于
表5-1 车间变电所高压引进线列表
第六章 供电系统过电流保护及二次回路方案
6.1 供电系统过电流保护
6.1.1电源进线的继电保护
1）．装设定时限过电流保护，采用DL-15型电磁式过电流继电器。

①过电流保护动作电流的整定 max ⋅⨯⨯⨯=
L i
re w
rel op I K K K K I
式中.max L I =230I ，30I 为线路的计算电流，数值2应为电动机的自启动系数Kst ，
30I =139.163A ，2.1=rel K ,w K =1，re K =0.8，i K =200/5=40，因此动作电流为：
A A I op 4.10163.139240
8.01
2.1=⨯⨯⨯⨯=
，因此过电流保护动作电流op I 整定为11A
②过电流保护动作时间的整定
题目中给出变电站10KV 配电线路定时限过电流保护装置整定时间为2s ，所以这里的电源进线过电流保护动作时间应整定为2s 。

③过电流保护灵敏系数的检验
5.11
,min
.≥=
op k p I I S ，式中min .k I 为在电力系统最小运行方式下，被保护线路末端的两相短路电流，A KA I I k k .552538.6866.0866.0)
3(1min .=⨯==-，1.op I 为动作电流折算到一次电路的
值。

A A K K I I w i op op 4401/4011/1=⨯==⋅，因此其灵敏度系数为： 56.12440
5525
1.min .===
op k p I I S ＞1.5，满足灵敏度系数的要求。

2）．装设电流速断保护，利用GL-15的速断装置。

①电流速断保护动作电流（速断电流）的整定
max .1k i
w
re qb I K K K I =
， 式中max .k I 为被保护线路末端的三相短路电流，这里max .k I =6.38KA ，2.1=rel K ，w K =1，i K =200/5=40，因此动作电流为：
KA I qb 2.038.640
1
2.1=⨯⨯=
,因此动作电流整定为207A 。

整定的速断电流倍数8.1811
207
==
=
op
qb qb I I n 。

②电流速断保护灵敏系数的校验
21
,min
.≥=
op k p I I S ，式中min .k I 为在电力系统最小运行方式下，被保护线路首端的两相短路电流，A KA I I k k .552538.6866.0866.0)
3(1min .=⨯==-，1.op I 为速断电流折算到一次电路的
值，A A K K I I w i op op 4401/4011/1=⨯==⋅，因此灵敏度系数为：56.12440
5525
1.min .===op k p I I S ＞2，满足灵敏度系数的要求。

6.1.2 车间变电所高压进线的继电保护
以NO.1车间变电所高压进线为例，其他车间变电所高压进线的保护方案与NO.1车间变电所高压进线保护方案相同。

1）．装设定时限过电流保护，采用DL-15型电磁式过电流继电器。

①过电流保护动作电流的整定 max ⋅⨯⨯⨯=
L i
re w
rel op I K K K K I
式中.max L I =230I ，30I 为线路的计算电流，数值2应为电动机的自启动系数Kst ,
30I =52.34A ，2.1=rel K ,w K =1，re K =0.8，i K =150/5=30，因此动作电流为：
A A I op 2.534.52230
8.01
2.1=⨯⨯⨯⨯=
，因此过电流保护动作电流op I 整定为6A 。

②过电流保护动作时间的整定
t t t ∆+≥21
式中1t 为后一级保护的线路首端发生三相短路时，前一级保护的动作时间；2t 为后一级保护中最长的一个动作时间，这里取0.5s ，t ∆为前后两级保护装置的时间级差，对定时限过电流保护取0.5s ，前一级保护动作时间为2s ，故5.0=∆t s ，所以过电流保护动作时间整定为1.5s 。

③过电流保护灵敏系数的检验
5.11
,min
.≥=
op k p I I S ，式中min .k I 为在电力系统最小运行方式下，被保护线路末端的两相短路电流，A KA I I k k .552538.6866.0866.0)
3(1min .=⨯==-，1.op I 为动作电流折算到一次电路的
值。

A A K K I I w i op op 1801/306/1=⨯==⋅， 因此其灵敏度系数为： 69.30180
5525
1.min .===op k p I I S ＞1.5，满足灵敏度系数的要求。

2）．装设电流速断保护 利用DL-15的速断装置。

①电流速断保护动作电流（速断电流）的整定
max .1k i
w
re qb I K K K I =
， 式中max .k I 为被保护线路末端的三相短路电流，这里max .k I =6.38KA ，2.1=rel K ，w K =1，i K =150/5=30，因此动作电流为：KA I qb 26.038.630
1
2.1=⨯⨯=
,因此动作电流整定为274A 。

整定的速断电流倍数67.456
274
==
=
op
qb qb I I n 。

②电流速断保护灵敏系数的校验
21
,min
.≥=
op k p I I S ，式中min .k I 为在电力系统最小运行方式下，被保护线路首端的两相短路电流，A KA I I k k .552538.6866.0866.0)
3(1min .=⨯==-，1.op I 为速断电流折算到一次电路的
值，A A K K I I w i op op 1801/306/1=⨯==⋅，69.30180
5525
1.min .===op k p I I S ＞2 满足灵敏度系数的要求。

6.1.3 并联电容器的保护装置
1）．并联电容器保护装置的配置要求
①对电容器组和断路器之间连接线的短路保护：可装设带有短时限的电流速断和过电流保护，动作于跳闸。

②对电容器内部故障及其引出线的短路保护：宜对每台电容器分别装设专用的熔断器。

③电容器组的单相接地故障保护：可利用电容器组所连接母线上的绝缘监察装置进行监视，如果电容器组所连接母线有引出线路时，可装设有选择性的接地保护，动作于信号；当危及人身和设备安全时，应动作于跳闸。

④过电压保护：对电容器组的过电压，应装设过电压保护，带时限动作于信号或跳闸。

⑤过负荷保护，对于电网中出线的高次谐波有可能导致电容器过负荷时，电容器组宜装设过负荷保护，带时限动作于信号或跳闸。

2）．并联电容器短路保护的整定
①熔断器保护的整定，采用熔断器来保护并联电容器时，按GB50227-1995《并联电容器装置设计规范》规定，其熔体电流FE N I .应不小于电容器额定电流C N I .的 1.43倍，并不宜大于其额定电流的1.55倍，而按IEC 规定，不宜大于其额定电流的1.65倍，因此取=FE N I .(1.43～1.65)C N I .，本设计中，选用BWF10.5—120—1型电容器，电容器额定电流A U Q I C N 43.115
.10120
.===
，
所以选择的熔断器的熔体电流=FE N I .(1.43～1.65)43.11⨯=(16.345～18.86)A ，因此选用RN2-10/0.5型熔断器，所装熔体的额定电流为18A 。

②电流继电器的整定，选用DL-11型电磁式电流继电器，采用电流继电器作相间短路保护时，电流继电器的动作电流op I 应按下式计算：C N i
w
re op I K K K I .1=
，式中1re K 为保护装置的可靠系数，取2～2.5；w K 为保护装置的接线系数，相电流接线为1；i K 为电流互感器的电流比，考虑到电容器的合闸涌流，互感器一次额定电流宜选为电容器组额定电流的 1.5～2倍。

电容器采用△接法的电容器组的额定电流X
C x U Q I 3=
，式中
nQ Q C =,n 为并联电容器的个数，U U X =,所以电容器组额定电流
A U Q I X
C x 98.655
.103101203=⨯⨯=
=
，
所以选择电流互感器的一次额定电流范围为（1.5～3）X I =98.97～131.96A ，应选择LQJ-10-100/5型电流互感器，因此205/100==i K ，因此电流继电器的动作电流整定值：
A I K K K I C N i w re op 43.143.1120
15.2.1=⨯⨯==。