高压供配电系统设计案例

② 电压损失小，调压问题容易解决；
③ 对cosφ的要求较低，可以减少提高功率因数补偿设备的投资；
④ 需建设总降压配电所，工厂供电设备便于集中控制管理，易于实现自动化，但要多占一 定的土地面积；
⑤ 根据运行统计数据，35 kV架空线路的故障率比10 kV架空线的故障率低一半，因而
供电可靠性高；
⑥ 有利于工厂进一步扩展。
③ 车间环境的说明及建筑条件的要求；
④ 车间工艺装备的用电安装容量及负荷类型；
⑤ 气象及地质资料。
2 高压供配电系统的电气设计
1.供电电压的选择
由于地区变电所仅能提供35 kV或10 kV中的一种电压，对装两种电压的优缺点扼要分析
如下:
方案一：采用35 kV电压供电的特点
① 供电电压较高，线路的功率损耗及电能损耗小，年运行费用较低；
以一车间变电所T1为例，选择电缆截面。
根据表3.6提供的一车间视在计算功率S30(1) =504 kV·A，其10 kV的计算电流为
I30(1)=S30(1)/(√3UN)=504/(√3×10)≈29.1(A)
查有关产品样本或设计手册，考虑到为今后发展留有余地，选用ZLQ20－3×25型铝芯纸
绝缘铝包钢带铠装电力电缆，在UN=10 kV时，其允许电流值为80 A，大于计算电流值，合格。
电度电价［35 kV时,β=0.3元/（kW·h）；10 kV时，β=0.37元/(kW·h)］。
由上述分析计算可知，方案一较方案二的投资费用及年运行费用均少，而且方案二以10
kV的电压供电，电压损失达到了极严重的程度，无法满足二级负荷长期正常运行的要求。因
此，选择方案一，即采用35 kV电压供电，建设厂内总降压变电所，不论从经济上还是从技术
kV备用电源接在分段Ⅱ上。单母线分段联络开关在正常工作时闭合，重要二级负荷可接在母
线分段Ⅱ上。在主电源停止供电时，不至于使重要负荷的供电受到影响。
（5） 本总降压变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。当主电源停电
时，操作电源不至于停电。
根据以上要求设计总降压变电所的主接线如图3.17所示。
(2) 备用电源
工厂正北方向由其他工厂引入 10 kV电缆作为本厂备用电源，平时不允许投入，只有在本
厂的工作电源发生故障或检修停电时提供照明和部分重要负荷用电，输送容量不得超过
1000kV·A。
3.功率因数
供电部门对功率因数的要求为：当以35 kV供电时，cosφ≥0.9；当以10 kV供电时，cosφ≥0.95。
高压供配电系统设计案例
高压供配电系统的电气设计案例
设计过程： 1.设计基础资料分析 负荷类型、电源选择 2.系统计算负荷及无功功率补偿 （1）负荷计算的内容 （2）负荷计算的结果 （3）无功功率补偿的计算 （4）无功功率的人工补偿装
高压供配电系统的电气设计案例
3 .变配电所主变压器及主接线方案的选择 （1）变配电所位置的选择 （2）变电所主变压器选型 （3）变电所主变压器台数、容量的选择 （4）变配电所主接线方案的选择
7.厂区高压配电线路的计算
为便于管理，实现集中控制，尽量提高用户用电的可靠性，在本总降压变电所馈电线路
不多的前提条件下，首先考虑采用放射式配电方式。
由于厂区面积不大，各车间变电所与总降压变电所距离较近，厂区高压配电网采用直埋
电缆线路。
由于线路很短，电缆截面按发热条件进行选择，然后进行热稳定度校验。
上来看，都是合理的。
3.总降压变电所的电气设计
根据前面已确定的供电方案，结合本厂厂区平面示意图，考虑到总降压变电所尽量接近
负荷中心，且远离人员集中区，不影响厂区面积的利用，有利于安全等因素，拟将总降压变
电所设在厂区东北部。
根据运行需要，对总降压变电所提出以下要求：
（1） 总降压变电所装设一台5000 kV·A、35/10 kV的降压变压器，与35 kV架空线路接成线 路——变压器组。为便于检修、运行、控制和管理，在变压器高压侧进线处应设置高压断路 器。
方案二：采用10 kV电压供电的特点
① 不需投资建设总降压变电所，所以少占土地面积；
② 工厂内不装设主变压器，可简化接线，便于运行操作；
③ 减轻维护工作量，减少管理人员；
④ 供电电压较35 kV低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也会增大；
⑤ 要求的cosφ值高，要增加补偿设备的投资；
1 设计基础资料
n 1.全厂用电设备情况
n
（1） 负荷大小
全厂设备台数、设备容量及设计负荷见表3.6。
某工厂高压供配电系统的电气设计案例
（2） 负荷类型 本厂除空压站、煤气站部分设备为二级负荷外，其余的为三级负荷。
（3） 工厂实行两班制 全年工厂工作小时数为4500 h，最大负荷利用小时数：
Tmax=4000 h。年耗电量约115×105 kW·h（有效生产时间为10个月）。
n ΔU%=ΔU/UN×100=1491.3/(10×103)×100=14.9%＞5%
n
不符合要求。
n
10 kV供电的投资费用Z2见表3.9 ，年运行费用F2见表3.10 。
在上述各表中，变压器全年空载工作时间为8760 h；最大负荷利用小时Tmax=4000 h;最大
负荷损耗小时τ可由Tmax=4500h和cosφ=0.9，查有关手册中τ－Tmax关系曲线，得出τ=2300 h;β为
3.14所示。
6.车间变电所位置和变压器数量、容量的选择
车间变电所的位置、变压器数量和容量可根据厂区平面布置图提供的车间分布情况和车
间负荷的中心位置、负荷性质、负荷大小等，结合各项选择原则，与工艺、土建有关方面协
商确定。本厂拟设定六个车间变电所，每个车间变电所装设一台变压器，变压器容量见表3.15。
⑥ 线路的故障率比35 kV的高，即供电可靠性不如35 kV。
2.经济技术指标的比较
方案一：正常运行时以35 kV单回路架空线路供电，由邻厂10 kV电缆线路作为备用电源。根
据全厂计算负荷计算情况，S30=4485 kV·A，且只有少数负荷为二级负荷，大多数为三级负荷， 故拟厂内总降压变电所装设一台容量为5000 kV·A的变压器，型号为SJL1－5000/35型，电压为
（2）主变压器10k V侧设备（主变压器低压侧及备用电源进线）如表3.13所示。该设备分别 组装在两套高压开关柜GG－1A（F）中。其中10 kV母线按经济电流密度选为LMY 3 （50×5）铝母线，其允许电流740 A大于10 kV侧计算电流288.7 A，动稳定和热稳定均满足要 求。
（3）10 kV馈电线路设备选择。以到一车间的馈电线路为例，10 kV馈电线路设备如表
图3.19 总降压变电所的配电装置 (a) 平面图;(b) 剖面图
9 .防雷与接地
为防御直接雷击，在总降压变电所内设避雷针，根据户内配电装置建筑面积及高度设三
支避雷针：一支为25 m高的独立避雷针，另两支为置于户内配电装置建筑物边缘的15 m高的
附设式避雷针。根据作图计算，三支避雷针可安全保护整个总降压变电所不受直接雷击。
因厂区不大，线路很短，线路末端短路电流与始端短路电流相差无几，因此接10 kV母线
上短路时（k-2点）的短路电流进行校验,得
Smin=I∞/c√tima=3.32×103/87×√0.7
=18.7 mm2<25 mm2合格
其他线路的电缆截面选择类似，其计算结果如表3.16。
8.配电装置设计
（1） 户内配电装置
2.电源情况
(1) 工作电源
工厂东北方向6 km处有一地区降压变电所，用一台110/35/10 kV、25 MV·A的三绕组变压
器作为工厂的工作电源，允许使用 35 kV或10 kV两种电压中的一种，以一回路架空线向工厂
供电。35 kV侧系统的最大三相短路容量为1000 MV·A ，最小三相短路容量为500 MV·A。
4.短路电流计算
短路电流按系统正常方式计算，其计算电路图如图3.18所示。
按照短路电流的计算方法进行计算，结果如表3.11所示。
5.电气设备选择
根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件选择和按短路情况校验确定的总降压变电
所高、低压电气设备如下:
(1) 主变压器35 kV侧电气设备如表3.12所示。
35/10 kV，查产品样本，其有关技术参数为：ΔP0=6.9 kW,ΔPK=45 kW,UK%=7,I0%=1.1,变压器的功 率损耗为：
有功功率损耗
ΔPT≈ΔP0+ΔPK(S30/SN)2
=6.9+45×(4485/5000)2=43.1(kW)
无功功率损耗
ΔQT≈ΔQ0+ΔQN (S30/SN)2= 336.6(kvar)
高压供配电系统的电气设计案例
4.短路电流计算 （1）用标幺值法进行短路计算的方法 （2）短路电流的计算过程与结果 。 目的：为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。
5.变电所电气设备的选择 6.继电保护设计 7.防雷保护与接地装置的设计
某工厂高压供配电系统的电气设计案例
以某机械厂高压供配电系统的电气设计为例，介绍有关电气设计步骤。
查有关设计手册，经过计算，35 kV供电的投资费用Z1见表3.7，年运行费用F1见表3.8 。
方案二：采用10 kV电压供电，厂内不设总降压变电所，即不装设变压器，故无变压器损
耗问题。此时，10 kV架空线路计算电流为
I30′=S30/(√3UN)=258.36(A)
而cosφ′=P30′/S30′=4087/4475=0.913＜0.95不符合要求。
由于10 kV电气设备采用成套的高压开关柜，因此户内配电装置比较简单，由供电系统主
接线图（图3.17）可知，10 kV配电室内共有高压开关柜11个（其中2个为备用），其布置示
意图如图3.19所示。此外,配电室附近还设有控制室、值班室等。
（2） 户外配电装置
35 kV变压器及其他电气设备均置于户外，布置情况如图3.19所示。
为使两个方案在同一基础上进行比较，也按允许发热条件选择导线截面。选择LGJ-70钢
芯铝绞线，其允许载流量为275 A， R0=0.46 Ω/km, X0=0.365 Ω/km。
n
10 kV线路电压损失为（线路长度l=6 km）
n ΔU=(P30lR0+Q30lX0)/UN n =(4087×6×0.46+1659×6×0.365)/10=1491.3(V)
4.供电部门施行两部电价制
① 基本电价：按变压器安装容量每1 kV·A以6元/月计费；
② 电度电价β：供电电压为35 kV，β=0.30元/（kW·h）；供电电压为10 kV时，β=0.37元/
（kW·h）。
5
线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按1000元/kW计算。
6
① 全厂总平面布线图；
② 全厂管理系统图；
35 kV线路功率等于全厂计算负荷与变压器损耗之和。
P30′=P30+ΔPT=4087+43.1=4130.1(kW)
Q30′=Q30+ΔQT=1995.6(kvar)
S30′=√（P′230+Q′230）=4587(kvar)
cosφ′=P30′/S30′=4130.1/4587=0.90
I30′=S30′/ (√ 3UN)=75.67(A)
（2） 根据规定，备用电源只有在主电源线路解列及变压器有故障或检修时才允许投入，
因此，备用10 kV电源进线断路器在正常工作时必须断开。
（3） 变压器二次（10 kV）设置少油断路器，与10 kV备用电源进线断路器组成备用电
源自动投入装置（APD）。当工作电源失去电压时，备用电源立即自动投入。
（4） 变压器二次10 kV母线采用单母线分段。变压器二次侧10 kV接在分段Ⅰ上，而10
为防止雷电波侵入，在35 kV进线杆塔前设500 m架空避雷线，且在进线断路器前设一组
FZ-35型避雷器，在10 kV母线Ⅱ分段上各设一组FS-10阀型避雷器。
总降压变电所接地采用环形接地网，用直径50 mm、长2500 mm钢管作接地体，埋深1 m，
考虑到本厂负荷的增长是逐渐的，为了节约有色金属的消耗量，按允许发热条件选择导
线截面，而未采用经济电流密度选择导线截面。
查有关手册或新产品样本，选择钢芯铝绞线LGJ－35，其允许电流为170A>I30′=75.67A,满足 要求。该导线单位长度电阻R0=0.85 Ω/km,单位长度电抗X0=0.36 Ω/km。