变配电系统
科脉软件-空气质量预测
2023年3月16日发(作者：高考英语时间)目录
1引言........................................错误!未定义书签。
.用户供电系统................................错误!未定义书签。
2变电所负荷计算和无功补偿的计算.........................2
负荷情况....................................................2
负荷统计全厂的用电设备统计如下表..........................2
变电站的负荷计算............................................2
负荷计算..................................................2
无功补偿的目的和方案........................................3
无功补偿的计算及设备选择....................................3
3变电所变压器台数和容量的选择............................5
变压器的选择原则............................................5
变压器类型的选择............................................5
变压器台数的选择............................................5
变压器容量的选择............................................6
4主接线方案的确定..........................................7
主接线的基本要求............................................7
安全性....................................................7
可靠性....................................................7
灵活性....................................................7
经济性....................................................7
主接线的方案与分析..........................................7
电气主接线的确定与绘图......................................8
5短路电流的计算...........................................11
短路电流及其计算...........................................11
三相短路电流的计算.........................................10
6变电所高压进线、一次设备和低压出线的选择.............14
用电单位总计算负荷.........................................14
高压进线的选择与校验.......................................14
架空线的选择.............................................14
电缆进线的选择...........................................14
变电所一次设备的选择.......................................14
高压断路器的选择.........................................14
高压隔离开关的选择.......................................15
高压熔断器的选择.........................................15
电流互感器的选择.........................................15
电压互感器的选择.........................................16
高压开关柜的选择.........................................16
低压出线的选择.............................................17
低压母线桥的选择.........................................17
低压母线的选择...........................................17
7防雷保护与接地装置的设计...............................18
架空线路的防雷措施.........................................18
变配电所的防雷措施.......................................18
变电所公共接地装置的设计...................................19
接地电阻的要求..........................................19
接地装置.................................................19
变配电所配电装置的保护.....................................20
8变电所二次回路方案......................................21
继电保护的选择与整定.......................................21
继电保护的选择要求.......................................21
继电保护的装置选择与整定.................................21
结论.......................................................26
谢辞.......................................................27
参考文献....................................................28
1引言
用户供电系统
电力用户供电系统由外部电源进线、用户变配电所、高低压配电线路和用电
设备组成。按供电容量的不同，电力用户可分为大型（10000kV·A以上）、中型
（1000-10000kV·A）、小型（1000kV·A及以下）
1.大型电力用户供电系统
大型电力用户的用户供电系统，采用的外部电源进线供电电压等级为35kV
及以上，一般需要经用户总降压变电所和车间变电所两级变压。总降压变电所将
进线电压降为6-10kV的内部高压配电电压，然后经高压配电线路引至各个车间
变电所，车间变电所再将电压变为220/380V的低电压供用电设备使用。
某些厂区环境和设备条件许可的大型电力用户也有采用所谓“高压深入负荷
中心”的供电方式，即35kV的进线电压直接一次降为220/380V的低压配电电压。
2.中型电力用户供电系统
一般采用10kV的外部电源进线供电电压，经高压配电所和10kV用户内部高
压配电线路馈电给各车间变电所，车间变电所再将电压变换成220/380V的低电
压供用电设备使用。高压配电所通常与某个车间变电所合建。
3.小型电力用户供电系统
一般小型电力用户也用10kV外部电源进线电压，通常只设有一个相当于车
间变电所的降压变电所，容量特别小的小型电力用户可不设变电所，采用低压
220/380V直接进线。
2.变电所负荷计算和无功补偿的计算
负荷情况
本厂多数车间为三班制，最大负荷利用小时hT5000
max
，除1#、2#、3#车
间部分设备属二级负荷外，其它均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电
压为380V。电气照明设备为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计参见下表
1-1。供电部门对功率因数的要求值：10kV供电时，cos0.9。
变电所位置已选定，每个车间距离变电所的距离为：
1#车间：110m；2#车间：80m；
3#车间：100m；4#车间：90m。
表1-1车间负荷情况
车间设备类别各机械组代号
设备容量
P
e
/kVA
需要系数
d
K
cos
1#动力
180
75
2
#动力
182
156
照明
187
12
3#动力
159
135
照明8
4#动力
180
147
10
变电站的负荷计算
负荷计算
按需要系数法计算各组负荷：
有功功率P=K
d
Σpei（）
无功功率Q=P
tan
（）
视在功率S=22QP
（）
上述三个公式中：ΣPei：每组设备容量之和，单位为kW；K
d
：需要用系数；
cos
:功率因数。
总负荷的计算：
1.有功功率P
c
=K
∑p
Σ（）
2.无功功率Q
c
=K
∑q
Σ（）
3.视在功率S
c
=2
C
2
C
QP
（）
式中：对于干线，可取K
∑p
=，K
∑q
=。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
=，K
∑q
=。由干线负荷直接相加来计算时，可取K
∑p
=，K
∑
=。
无功补偿的目的和方案
由于用户的大量负荷如感应电动机、电焊机、气体放电灯等，都是感性负荷，
使得功率因数偏低，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。电力系统要求
用户的功率因数不低于，按照实际情况本次设计要求功率因数为以上，因此，必
须采取措施提高系统功率因数。目前提高功率因数的常用的办法是装设无功自动
补偿并联电容器装置。
根据现场的实际情况，拟定采用低压集中补偿方式进行无功补偿。
无功补偿的计算及设备选择
我国《供电营业规则》规定：容量在100kV·A及以上高压供电用户，最大
负荷时的功率因数不得低于，如达不到上述要求，则必须进行无功功率补偿。
一般情况下，由于用户的大量如：感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电
灯等都是感性负荷，使得功率因数偏低，达不到上述要求，因此需要采用无功补
偿措施来提高功率因数。当功率因数提高时，在有功功率不变的情况下，无功功
率和视在功率分别减小，从而使负荷电流相应减小。这就可使供电系统的电能损
耗和电压损失降低，并可选用较小容量的电力变压器、开关设备和较小截面的电
线电缆，减少投资和节约有色金属。因此，提高功率因数对整个供电系统大有好
处。
要使功率因数提高，通常需装设人工补偿装置。最大负荷时的无功补偿容量
Q
N·C
应为：
Q
N·C
='
CC
QQ
=PC
（
tan
-
'tan
）
按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量，当负荷减小时，补偿
容量也应相应减小，以免造成过补偿。因此，无功补偿装置通常装设无功功率自
动补偿控制器，针对预先设定的功率因数目标值，根据负荷的变化相应投切电容
器组数，使瞬时功率因数满足要求。
提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设
备。前者主要有同步补偿机和并联电容器。动态无功功率补偿设备用于急剧变动
的冲击负荷。
低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装，根据负荷变化相应
循环投切的电容器组数一般有4、6、8、10、12组等。用上式确定了总的补偿容
量后，就可根据选定的单相并联电容器容量q
N·C
来确定电容器组数：
在用户供电系统中，无功补偿装置位置一般有三种安装方式：
(1)高压集中补偿补偿效果不如后两种补偿方式，但初投资较少，便于集
中运行维护，而且能对企业高压侧的无功功率进行有效补偿，以满足企业总功率
因数的要求，所以在一些大中型企业中应用。
(2)低压集中补偿补偿效果较高压集中补偿方式好，特别是它能减少变压
器的视在功率，从而可使主变压器的容量选的较小，因而在实际工程中应用相当
普遍。
(3)低压分散补偿补偿效果最好，应优先采用。但这种补偿方式总的投资
较大，且电容器组在被补偿的设备停止运用时，它也将一并被切除，因此其利用
率较低。
本次设计采用低压集中补偿方式。
P
C
Q
C
S
C
取自低压母线侧的计算负荷，cos
提高至
cos
===
Q
N·C
=P
C
（tan-'tan）=*[tan-tan]=120kvar
选择型自愈式并联电容器，q
N·C
=20kvar
（）
=120kvar/20kvar=6取n=6
补偿后的视在计算负荷
S
C
=2
C·NC
2
C
QQ(P）
=·A
cos
==
3.变电所变压器台数和容量的选择
变压器的选择原则
电力变压器是供电系统中的关键设备，其主要功能是升压或降压以利于电能
的合理输送、分配和使用，对变电所主接线的形式及其可靠性与经济性有着重要
影响。所以，正确合理地选择变压器的类型、台数和容量，是对接下来主接线设
计的一个主要前题。
选择时必须遵照有关国家规范标准，因地制宜，结合实际情况，合理选择，并应
优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品，并优先选用技术先进的产品。
变压器类型的选择
电力变压器类型的选择是指确定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘
及冷却方式、联结组别等。，
变压器按相数分，有单相和三相两种。用户变电所一般采用三相变压器。
变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两种。10kV配电变压器一般
采用无载调压方式。
变压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器等。用
户供电系统大多采用双绕组变压器。
变压器按绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等。
10kV配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见联结组。由于Dyn11联结组变压
器具有低压侧单相接地短路电流大，具有利于故障切除、承受单相不平衡负荷的
负载能力强和高压侧三角形接线有利于抑制零序谐波电流注入电网等优点，从而
在TN及TT系统接地形式的低压电网中得到越来越广泛的应用。
变压器台数的选择
变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确
定。《10kV及以下变电所设计规范GB50053－94》中规定，当符合以下条件之一
时，宜装设两台及两台以上的变压器：⑴有大量一级或二级负荷；⑵季节性负
荷变化较大；⑶集中负荷容量较大。
变电所中单台变压器（低压为）的容量不宜大于1250kV·A。当用电设备容
量较大、负荷集中且运行合理时，可选用较大容量的变压器。
在一般情况下，动力和照明宜共用变压器。当属下列情况之一时，可设专用
变压器：
一、当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯泡
寿命时，可设照明专用变压器；
二、单台单相负荷较大时，宜设单相变压器；
三、冲击性负荷较大，严重影响电能质量时，可设冲击负荷专用变压器。
四、在电源系统不接地或经阻抗接地，电气装置外露导电体就地接地系统（IT
系统）的低压电网中，照明负荷应设专用变压器。
由于本单位的用电设备负荷有二级负荷和三级负荷。根据设计规范
GB50053－94的要求，宜装设两台变压器，选择台数为两台。
变压器容量的选择
变压器的容量S
N·T
首先应保证在计算负荷S
C
下变压器能长期可靠运行。
对有两台变压器的变电所，通常采用等容量的变压器，每台容量应同时满足
以下两个条件：
①满足总计算负荷70%的需要，即S
N·T
≈S
C
；（）
②满足全部一、二级负荷S
N
的需要,即S
N·T
≥S
C(I+II)
（）
条件①是考虑到两台变压器运行时，每台变压器各承受总计算负荷的50%，
负载率约为，此时变压器效率较高。而在事故情况下，一台变压器承受总计算负
荷时，只过载40%，可继续运行一段时间。在此时间内，完全有可能调整生产，
可切除三级负荷。条件②是考虑在事故情况下，一台变压器仍能保证一、二级负
荷的供电。
根据无功补偿后的计算负荷，S
C
=·A
即S
N·T
≥*=·A
取变压器容量为500kV·A
因此，选择S9-500/10Dyn11型电力变压器。为油浸式、无载调压、双绕
组变压器。
表主变压器的选择
额定容量
SN/kV·A
联结组别空载损耗
△PO/kW
短路损耗
△PK/kW
空载电流
IO%
阻抗电压
UK%
500Dyn1134
4.主接线方案的确定
主接线的基本要求
主接线是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联
电容器等电气设备按一定次序连接的接受和分配电能的电路。它是电气设备选择
及确定配电装置安装方式的依据，也是运行人员进行各种倒闸操作和事故处理的
重要依据。概括地说，对一次接线的基本要求包括安全、可靠、灵活和经济四个
方面。
安全性
安全包括设备安全及人身安全。一次接线应符合国家标准有关技术规范的要
求，正确选择电气设备及其监视、保护系统，考虑各种安全技术措施。
可靠性
不仅和一次接线的形式有关，还和电气设备的技术性能、运行管理的自动化
程度因素有关。
灵活性
用最少的切换来适应各种不同的运行方式，适应负荷发展。
经济性
在满足上述技术要求的前提下，主接线方案应力求接线简化、投资省、占地
少、运行费用低。采用的设备少，且应选用技术先进、经济适用的节能产品。总
之，变电所通过合理的接线、紧凑的布置、简化所内附属设备，从而达到减少变
电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安
全的运行，避免不必要的定期检修，达到降低投资的目的。
主接线的方案与分析
主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。
1．单母线接线
这种接线的优点是接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套
配电装置；
缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障检修，均需
要使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部
回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供
电。
适用范围：适应于容量较小、对供电可靠性要求不高的场合，出线回路少的
小型变配电所，一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。
图单母线不分段主接线
2．单母线分段主接线
当出线回路数增多且有两路电源进线时，可用断路器将母线分段，成为单母
线分段接线。母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。在正常工作时，分段
断路器可接通也可断开运行。两路电源进线一用一备时，分段断路器接同运行，
此时，任一段母线出现故障，分段断路器与故障段进线断路器都会在继电保护装
置作用下自动断开，将故障段母线切除后，非故障段母线便可继续工作，而当两
路电源同时工作互为备用时，分段断路器则断开运行，此时若任一电源出现故障，
电源进线断路器自动断开，分段断路器可自动投入，保证给全部出线或重要负荷
继续供电。
图单母线分段主接线
单母线分段接线保留了单母线接线的优点，又在一定程度上克服了它的缺
点，如缩小了母线故障的影响范围、分别从两段母线上引出两路出线可保证对一
级负荷的供电等。
电气主接线的确定与绘图
电源进线为两路，变压器台数为两台。二次侧采用单母线分段接线。两路外
供电源容量相同且可供全部负荷，采用一用一备运行方式，故变压器一次侧采用
单母线接线，而二次侧采用单母线分段接线。
该方案中，两路电源均设置电能计量柜，且设置在电源进线主开关之后。变
电所采用直流操作电源，为监视工作电源和备用电源的电压，在母线上和备用进
线断路器之前均安装有电压互感器。当工作电源停电且备用电源电压正常时，先
断开工作电源进线断路器，然后接通备用电源进线断路器，由备用电源供所有负
荷。备用电源的投入方式采用备用电源自动投入装置APD。
下表为该变电所的各用电车间负荷计算结果，如表4-3所示
表4-3车间负荷计算表
编
号
名
称
类
别
各机械
组代号
设备
容量
Pe/kW
需要
系数
Kd
cos
Tan
计算负荷
P30
/kW
Q30
/kvar
S30
/kVA
I30/A
1
机
加
工
动
力
180126
75
1
车
间
小
计
----258
2
铸
造
车
间
动
力
182
156106
187
照
明
12
小
计
-537
3
铆
动
力
159106
1358190
焊
车
间
照
明
8
小
计
-302---178
4
电
修
车
间
动
力
18054108
147
照
明
10
小
计
-337---290
总计
(380V
侧)
全部线路---
取
p
=0.90K
，
q
=0.95K
6531339
因此最终方案是高压侧采用单母线，低压侧单母线分段，同时旁路加上与其
他的变电所相连的联络线。根据各个车间的负荷情况用电气CAD对其绘制主接线
电路图，如图4-4所示。
图4-4某车间变电所主接线电路图
5.短路电流的计算
短路电流及其计算
供电系统应该正常的不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但
是供电系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。
所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出
规定值的大电流。
造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏、误动作、雷击或过电
压击穿等。短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它通过电
气设备时，设备的载流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它们对短路电流的稳
定。短路电流在线路上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，
从而影响与母线连接的电动机或其它设备的正常运行。
计算方法采用标幺值法计算。进行计算的物理量，不是用具体单位的值，而
是用其相对值表示，这种计算方法叫做标幺值法。标幺值的概念是：
某量的标幺值=
与实际值同单位该量的标准值
任意单位该量的实际值
（）
所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度，用标幺值表示的物理量是没有
单位的。供电系统中的元件包括电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电力线
路，为了求出电源至短路点电抗标幺值，需要逐一地求出这些元件的电抗标幺值。
三相短路电流计算
电源取自距本变电所3km外的35kV变电站，用10kV双回架空线路向本变电
所供电，出口处的短路容量为250MV·A。
图短路电流计算图
求10kV母线上K-1点短路和380V低压母线上K-2点短路电流和短路容量。
电源侧短路容量定为S
k
=250MV·A
⑴．确定基准值：
取S
d
=100MV·AU
c1
=
I
d1
=
1c
d
U3
S
=100MV·A/（3*）=
Z
d
=
d
S
U2cl
=2/100MV·A=Ω
⑵．计算：
①电力系统
X
1
*=S
d
/S
k
=100MV·A/250MV·A=
②架空线路
X
2
*=X
0
LS
d
/U
c
2=Ω/km*3km*
2)5.10(
·100
kV
AMV
=
③电力变压器
X
3
*=U
k
%S
d
/100S
NT
=
A·kV500*100
A·kV10*100*43=8
⑶．求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量：
①总电抗标幺值
X*
∑(k-1)
=X
1
*+X
2
*=+=
②三相短路电流周期分量有效值
I
k-1
(3)=I
d1
/X*
∑(k-1)
==
③其他三相短路电流
I
k-1
”(3)=I
∞k-1
(3)=I
k-1
(3)=
i
sh
(3)=*=
I
sh
(3)=*=
④三相短路容量
S
k-1
(3)=S
d
/X*
∑(k-1)
=100MV·A/=MV·A·
⑷．求K-2点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量：
两台变压器并列运行：
①总电抗标幺值
X*
∑(k-2)
=X
1
*+X
2
*+X
3
*
2
8
3
1
变电所高压进线、一次设备和低压出线的选择
用电单位总计算负荷
对于本单位而言，变电所变压器高压侧的计算负荷即是全厂及家属住宅区的
总计算负荷，因此，不需要采用需要系数逐级计算法和全厂需要系数法进行计算。
P=P
c
+△P
T
=+=
Q=Q
c
+△Q
T
=+=
S=·A
I=
高压进线的选择与校验
高低压配电电路最普遍的两种户外结构是架空线和电缆。架空线的主要优点
是：设备简单，造价低；有故障易于检修和维护；利用空气绝缘，建造比较容易。
电力电缆的建设费用高于架空线路，具有美观、占地少，传输性能稳定、可靠性
高等特点。
对于高压开关柜，从柜下进线时一般需通过电缆引入，因此，采用架空线长
距离传输，再由电缆线引入的接线方式。
对给变压器供电的高压进线以及变电所用电电源线路，因短路容量较大而负
荷电流较小，一般先按短路热稳定条件选择导体截面，然后再校验发热条件。
变电所一次设备的选择
表主要电气设备表
序号
设备名称型号和规格
110kV真空断路器VS1—12/630—16型断路器
2隔离开关GN19—10C/400型隔离开关
3电流互感器
LZZJ—10Q200/510P20
LZZJ—10Q200/5
LZZJ—10Q100/510P20
4电压互感器
JDZ10—10B10/
JDZ10—10B10/90V·A
5熔断器XRNP3—10型熔断器
6避雷器45
710kV开关柜KYN28A—12型高压固定式开关柜
高压断路器的选择
高压断路器除在正常情况下通断电路外，主要是在发生故障时，自动而快
速的将故障切除，以保证设备的安全运行。常用的高压断路器有油断路器、六
氟化硫断路器和真空断路器。
高压隔离开关的选择
（1）高压隔离开关的作用：高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线
路的输电设备，以及对被检修的高压母线、断路器等电器设备与带电的高压线路
进行电气隔离的设备。
（2）形式结构：高压隔离开关一般有底座、支柱绝缘子、导电刀闸、动触头、
静触头、传动机构等组成。一般配有独立的电动或手动操动机构，单相或三相操
动。高压隔离开关主刀闸与接地刀闸间一般都设有机械连锁装置，确保两者之间
操作顺序正确。各类高压隔离开关、接地开关根据不同的安装场所有各种不同的
安装方式
（3）选择条件：海拔高度不大于1000米为普通型，海拔高度大于1000米为
高原型；地震烈度不超过8度；环境温度不高于+400C，户内产品环境温度不低
于-100C，户外产品环境温度不低于-300C；户内产品空气相对湿度在+250C时其日
平均值不大于95%，月平均值不大于90%（有些产品要求空气相对湿度不大于
85%）；户外产品的覆冰厚度分为5毫米和10毫米；户内产品周围空气不受腐蚀
性或可燃气体、水蒸气的显著污秽的污染，无经常性的剧烈震动。户外产品的使
用环境为普通型，用于Ⅰ级污秽区，防污型用于Ⅱ级（中污型）、Ⅲ级（重污型）
污秽区。
高压熔断器的选择
高压熔断器是一种过流保护元件,由熔件与熔管组成。当过载或短路时，熔
件熔断，达到切断故障保护设备的目的。电流越大，熔断时间越短。在选择熔
件时，除保证在正常工作条件下（包括设备的起动）熔件不熔断外，还应该符
合保护选择性的要求。
电流互感器的选择
电流互感器是一次电路与二次电路间的连接元件，用以分别向测量仪表和继
电器的电压线圈与电流线圈供电。电流互感器的结构特点是：一次绕组匝数
少（有的只有一匝，利用一次导体穿过其铁心），导体相当粗；而二次绕组
匝数很多，导体较细。它接入电路的方式是：将一次绕组串联接入一次电路；
而将二次绕组与仪表、继电器等的电流线圈串联，形成一个闭合回路，由于
二次仪表、继电器等的电流线圈阻抗很小，所以电流互感器工作时二次回路
接近短路状态。二次绕组的额定电流一般为5A。电流互感器在使用中要注意
以下几点：
①电流互感器在工作时其二次侧不得开路，二次侧不允许串接熔断器和开
关；
②电流互感器二次侧有一端必须接地，防止一次、二次绕组绝缘击穿时，一
次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。电流互感器的选择条件：
（1）额定电压大于或等于电网电压：
NIN
UU
（2）原边额定电压大于或等于长时最大工作电流:
marIN
II
.
)5.1~2.1(
（3）二次侧总容量应不小于该精度等级所规定的额定容量:
22
SS
N
（4）校验：内部动稳定按：
shamN
iKI
1
2
N
I
1
:电流互感器额定一次电流；
am
K：动稳定倍数外部动稳定按:
imaINth
tItIK2)2(2)(
电压互感器的选择
电压互感器一次侧是并接在主接线高压侧，二次线圈与仪表和继电器电压线
圈串联，一次侧匝数很多，阻抗很大，因而，它的接入对被测电路没有影响，二
次线圈匝数少，阻抗小，而并接的仪表和继电器的线圈阻抗大，在正常运行时，
电压互感器接近于空载运行。二次绕组的额定电压一般为100V。
电压互感器的类型及接线按相数分单相、三相三芯和三相五芯柱式；按线
圈数来分有双线圈和三线圈；实际中广泛应用三相三线五柱式（Y－Y）.
电压互感器在使用中要注意以下几点：
①一次、二次侧必须加熔断器保护，二次侧不能短路，防止发生短路烧毁互
感器或影响一次电路正常运行；
②电压互感器二次侧有一端必须接地，防止一次、二次绕组绝缘击穿时，一
次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全；
③二次侧并接的电压线圈不能太多，避免超过电压互感器的额定容量，引起
互感器绕组发热，并降低互感器的准确度。
高压开关柜的选择
开关柜是金属封闭开关设备的俗称，是按一定的电路方案将有关电气设备组
装在一个封闭的金属外壳内的成套配电设备。
金属封闭开掼设备分为三种类型：铠装式，即各室间用金属板隔离且接地，
如KYN型和KGN型；间隔式，即各室间是用一个或多个非金属板隔离，如JYN
型；箱式，即具有金属外壳，但间隔数目少于铠装式或间隔式，如XGN型。从中
压断路器的置放方式来看，分为：落地式，即断路器手车本身落地推入柜内；中
置式，即手车装于开关柜中部。
根据一次主接线形式和所选设备来看，10kV高压开关柜选用KYN28A—12型
高压中置式开关柜。进线柜中配真空断路器额定电流为630A、额定开断电流为
40kA。计量柜中配隔离开关，并与进线柜中的真空断路器连锁，计量用电流、电
压互感器，电压互感器用熔断器保护。压变、避雷器柜中配电压互感器测量过电
压，并用熔断器保护，还有避雷器。出线柜配真空断路器和保护用电流互感器，
配接地开关。各柜均以带电显示器显示计量读数。
低压出线的选择
低压出线包括连接变压器和低压母线的低压母线桥和低压母线，选择时必须
使其载流量大于计算电流。
按发热条件选择电缆截面，低压母线侧无功补偿后的计算负荷
P
c
=
Q
c
==
S
c
=·A
I
c
=
低压母线桥的选择
根据计算电流，选择截面为630mm2的1kV级聚氯乙烯绝缘铜芯VV型电力电
缆，在直埋敷设时的载流量为1113A，均大于。
低压母线的选择
根据计算电流，选择TMY-80*6的单片低压铜母线，在25℃、30℃、35℃、
40℃的载流量为1480A、1390A、1300A、1200A，均大于。
7.变配电所的防雷保护措施
架空线路的防雷措施
（1）架设接闪线这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66kv及以上的
架空线路上才全线架设。35kv的架空线路上，一般只进出变配电所的一段线路
上装设。而10kv及以下的架空线路上一般不装设。
（2）提高线路本身的绝缘水平在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高
一级电压的绝缘子，以提高线路的防雷水平。这是10kv及以下架空线路防雷的
基本措施之一。
（3）利用三角形排列的顶线兼做防雷保护线对于中性点不接地系统的3—
10kv架空线路，可在其三角形排列的顶线绝缘子上装设保护间隙。在出现雷电
过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，
从而保护了下边两根导线。由于线路为中性点不接地系统，一般也不会引起线路
断路器的跳闸。
（4）装设自动重合闸装置线路上因雷击放电造成线路电弧短路时，会引起
线路断路器跳闸，但断路器跳闸后电弧会自行熄灭。如果线路上装设一次自动重
合闸，使断路器经自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般
用户不会有多大影响。
（5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器对架空线路中个别绝缘薄弱地点，如跨
越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气
式避雷器或保护间隙。
变配电所的防雷措施
（1）装设接闪杆室外配电装置应装设接闪杆（避雷针）来保护直击雷。如
果变配电所在附近更高的建筑物上防雷措施的保护范围之内或变配电所本身为
车间内型，，则可不必再考虑直击雷的保护。
独立接闪杆宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻
RE≤10Ω。当装设独立接地装置有困难时，可将接地装置与变配电所的主接线网
连接，但接闪杆与主接地网的地下连接点至35kv及以下设备与主接地网的地下
连接点之间，沿接地线的长度不得小于15m。
独立接闪杆及其引下线与变配电装置在空气中的水平间距不得小于5m。独
立接闪杆的接地装置与变配电所主接地网分开时，则它们在地中的水平间距不得
小于3m。这些规定都是为了防止雷电过电压对变配电装置进行反击闪络。
（2）装设接闪线处于峡谷地区的变配电所，可利用接闪线（避雷线）来保
护直击雷。在35kv及以上的变配电所架空进线上，架设1—2km的接闪线，以消
除一段进线上的雷击闪络，避免其引起的雷电侵入波对变配电所电气装置的危
害。
（3）装设避雷器用来防止雷电侵入波对变配电所电气装置特别是对主变压
器的危害。变配电所对高压侧雷电侵入波侵入保护的接线图如图7-1所示。
1）高压架空线路的终端杆装设阀式避雷器（FV）或排气式避雷器（FE）。
如果进线是带有一段引入电缆的架空线路，则架空线路终端装设的避雷器接地线
应与电缆头处的金属外皮相连接并且一同接地。
2）每组高压母线上应装设阀式避雷器（FV）或金属氧化物避雷器（FMO）。
所有避雷器应以最短的接地线与主接地网连接。阀式避雷器与主变压器及其他保
护设备的电气距离应尽量缩短，其最大电气距离见附表25【7】。
3）3—10kv配电变压器低压侧中性点不接地时，如IT系统，应在中性点装
设击穿熔断器。35kv/的高压侧均应装设阀式避雷器。变压器两侧的避雷器应与
变压器中性点及其金属外壳一同接地。
图7-1变配电所对高压侧雷电波侵入的防护接线图
变电所公共接地装置的设计
接地电阻的要求
此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：RE≤4Ω所以，RE
≤120V/IE＝120V/27A＝Ω，式中IE＝10（80+35×25）/350＝27A，
因此，该公共接地装置接地电阻RE≤4Ω。
接地装置
供电系统中电气设备的接地，可分为三大类。即IT类；TN类；TT类。而TN
类又可分为三个系统，即TN-S;TN-C;TN-C-S系统。供电系统采用的电压一般
在110KV以下是中性点不接地系统，但在380/220V，则一般是中性点接地系统，
是为了满足220V单相用电设备工作电压的要求，也为了防止变压器一次、二次
绕组绝缘损坏，致使高压呈现于低压的危险。此外，低压用电设备的外壳及外露
可导电部分也实行接地。
采用人工接地线，接地线的截面大小一般不超过钢100mm2;铝35mm2；铜
25mm2。
用长、Φ50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置（变电所前面布置两排），
管距5m，垂直打入地下，管顶离地面。管间用40mm×4mm的镀锌扁钢焊接相连。
变电所的变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共
接地装置焊接相连，接地干线均采用25mm×4mm的镀锌扁钢。
总的垂直接地体电阻为：
/nη
e(1)
R
e
R＝40Ω/（16×）＝Ω
式中，n为多根垂直接地体数目，η利用系数，有接地体数目、材料结构决定。
查表
满足RE≤4Ω的接地电阻要求。
变配电所配电装置的保护
对于此10kV变配电所的每段母线上和每路架空进出线上都应装设避雷器。
架空进线采用双回路塔杆,有同时遭到雷击的可能,在确定避雷器与主变压器
的最大电气距离时,应按一路考虑,而且在雷雨季节中应避免将其中的一路断
开。综上所述,只要正确合理的选择变配电所的防雷保护措施及接地保护方式,
保证电力系统的长期安全稳定运行,我们就能尽可能减小和防止雷电的危害。
8.变电所二次回路方案
继电保护的选择与整定
继电保护的选择要求
表继电保护装置选择的一般要求
序
号
一次系统情况继电保护装置选择要求
1
6-10
kV高压
线路
高压断路器采用手动或弹
簧操作机构
相
间
短
路
保
护
采用去分流跳闸的反时限过电流保
护，两相两继电器式接地，继电器
本身兼具有电流速断保护
2
高压断路器采用电磁操动
机构或弹簧操作机
采用定时限或反时限过电流保护，
两相两继电器式接地，当动作时限
大于时，加电流速断保护
3在电缆线路较多时单相接地保护
4
6-10/
电力变
压器
高压断路器采用手动或弹
簧操动机构相间短
路保护
同序号1
5
高压断路器采用电磁操动
机构或弹簧操动机构
同序号2
6
低压侧为含中
性线的三相系
统
高压侧开
关为断路
器
低压侧
单相短
路保护
变压器低压侧中性线上
装零序电流保护
7
高压侧过电流保护改用
两相三继电器式接线
8高压侧开
关不限
低压侧装三相带过电流
脱扣器的低压断路器
9低压侧三相装熔断器保护
10高压侧开关为断路器过负荷保护
11高压侧开关为断路器气体继电器保护（瓦斯保护）
继电保护的装置选择与整定
继电保护的种类很多，但是就一般情况来说，它是由测量部分、逻辑部
分、执行部分组成的，其原理图如下：定值调整
图继电保护装置的原理框图
测量部分从被保护对象输入有关信号，再与给定的整定值相比较，决定保护
是否动作。根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合，使
保护装置按一定的逻辑关系工作，最后确定保护应有的动作行为。由执行部分立
即或延时发出报警信号或跳闸信号。
1、过电流保护
当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时就使断路器跳闸或
给出报警信号的装置称为过电流保护装置，它有定时限和反时限两种。
反时限：接线简单、经济，广泛应用于10kV以下的中小型工厂供电系统，
可同时实现电流速断保护，但动作时间较麻烦，误差较大。
定时限：接线复杂，动作时间简单，应用于35kV以上的供电系统。
过电流保护装置的整定计算：
过电流保护装置动作电流计算一般包括动作电流的计算，动作时限的整定和
灵敏度的校检。
（1）过电流保护装置动作电流整定
max
.L
rel
set
I
Ke
K
I=*300/=（）
式中
rel
K——可靠系数，取～；
re
K
——返回系数，取～；
max.l
I——变压器可能出现的最大负荷电流；
（2）过电流保护的灵敏系数的校验
规程要求中性点不接地系统在最小运行方式时，保护区末断发生两相短路
时，可考虑系数不应小于～，即:
5.1~25.13.1min
2
dz
d
lmI
I
K
2、电流速断保护
过电流保护装置为了保证有选择性,其整定时限必须逐级增加△t秒，越靠
近电源，短路电流越大，而保护装置动作时限也越长，这对设备安全运行非常不
利，为弥补此缺点，可以采用瞬时动作的电流速断保护配合使用。
电流速断保护的优点是动作迅速，能缩短故障切除时间，其缺点是存在死区，不
能保护整个线段，其保护范围可由本线段短路电流分布曲线确定。电流速断保护
不能单独使用，必须与过电流保护配合。速断保护的动作电流应按本线路末端在
测量部分
逻辑部分执行部分
输入信号
输出信号
最大运行方式下发生短路的短路电流来整定。
3
kkop
IkI（）
速断保护继电器动作电流为：
3
k
TA
kxk
kop
I
k
kk
I
•
（）
式中
k
K——可靠系数，DL型继电器取～，GL型继电器取～。
速断保护的灵敏度是在系统最小运行方式下保护安装处两相短路电流
min
2
1
•
k
I
与其动作电流
op
I
之比，
即
op
min
2
1ks
I/Ik•（）
电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护，也称瞬时电流速断保护。对
于采用DL系列电流继电器的速断保护来说，就相当于定时限过电流保护中抽去时
间继电器，即在起动用的电流继电器之后，直接接信号继电器和中间继电器，最
后由中间继电器触头接通断路器的跳闸回路。
由于保证断路器动作选择性而引入可靠系数
k
K后，速断保护动作电流大于
被保护范围末端的最大短路电流，使保护装置不能保护全段线路而有一段死区，
因而速断保护不能做主保护，必需和过电流保护装置配合使用，作为辅助保护是
比较经济合理的。
3、单相接地保护
单相接地保护有零序电压保护和零序电流保护两种。
4电力变压器的继电保护
变压器的故障一般分为内部故障和外部故障，内部故障主要有绕组的相间短
路、绕组匝间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路。外部故障有引出线上绝
缘套管的故障，可能导致引出线的相间短路或单相接地短路。变压器的不正常工
作状态有：由于外部短路和过负荷而引起的过电流，油面的过度降低和温度升高
等。
根据变压器的故障种类及不正常运行状态，变压器一般应装设下列保护装
置：⑴电流速断保护或差动保护;⑵过电流保护;⑶中性点直接接地侧的单相
接地保护;⑷过负荷保护;⑸瓦斯保护;⑹温度信号
①过电流保护与电流速断保护
变压器的过电流保护的组成、原理与线路过电流保护的组成、原理完全相同，
其动作电流整定计算公式与线路过电流保护基本相同，公式
（）
中的为（—3）（为变压器的额定一次电流）。其动作时间亦按“阶梯原则”整
定，与线路过电流保护完全相同。但是对6-10KV降压变电所，其动作时间可整
定为最小值。
变压器过电流保护的灵敏度，按变压器低压侧母线在系统最小运行方式下发
生两相短路的高压侧穿越电流值来检验，要求S
P
>。
按规定，如果变压器过电流保护的动作时间大于，应装设电流速断保护。
变压器的电流速断保护，其组成、原理和线路的电流速断保护完全相同。变
压器电流速断保护动作电流的整定计算公式也与线路电流速断保护基本相同，公
式（）
式中的)3(
k
I为低压母线的三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的穿越电流
值，即变压器电流速断保护的速断电流按躲过低压母线三相短路来整定。
变压器电流速断保护的灵敏度，按保护装置装设处（高压侧）在系统最小运
行方式下发生两相短路的短路电流来检验)2(
k
I
，要求SP
>。
②变压器低压侧的单相接地保护
对于6-10kV降压变压器，其低压绕组的中性点直接接地，变压器低压侧的
单相短路电流并不能完全反映到装在高压侧的保护装置中。这就使得过电流保护
装置在保护变压器低压侧的单相短路故障时灵敏度较低。对Dyn11联结的变压
器，由于其低压侧单相短路电流较大，可利用高压侧的过电流保护装置兼作低压
侧的单相接地保护，但须校验其动作灵敏度。
零序电流保护的动作时间一般取。其保护灵敏度，按低压母线（干线）末端
发生单相短路来检验。对架空线S
P
>；对电缆线S
P
>。采用此种保护，灵敏度较高。
③变压器的过负荷保护
变压器的过负荷保护一般只对并列运行的变压器或工作中有可能过负荷（如
作为其他负荷的备用电源）的变压器才装设。由于过负荷电流在大多数情况下是
三相对称的，因此过负荷保护只需采用一个电流继电器装于一相电流中，保护装
置作用于信号。为了防止变压器外部短路时，变压器过负荷保护发出错误信号，
以及在出现持续几秒钟的尖峰负荷时不致发出信号，通常过负荷动作时限为
10-15S。变压器过负荷保护的动作电流
)OL(op
I
可按下式计算：
（）
式中
T.N1
I——变压器的一次侧额定电流；
rel
K——可靠系数，一般可取；
re
K——继电器返回系数，DL型取，GL型取；
i
K
——电流互感器电流比。
④瓦斯保护
瓦斯保护又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本
保护装置。按GB50062-1992规定，800kV·A及以上的一般油浸式变压器和400kV·A
及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。
瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器油箱与油枕之间的连通
管上，利用油浸式电力变压器内部故障时产生的气体进行工作。它有两个触点：
一个是“轻瓦斯触点”，另一个是“重瓦斯触点”。在变压器正常运行时，气
体继电器两对触点都是断开的。当变压器油箱内部发生轻微故障时，“轻瓦斯触
点”接通。当变压器油箱内部发生严重故障时，“重瓦斯触点”接通。如果变压
器油箱漏油，“轻瓦斯触点”与“重瓦斯触点”会先后接通。
重瓦斯的动作值是按油流速度来整定的，对油浸自冷变压器通常整定在米／
秒。对于强迫油循环的变压器整定为米／秒。
瓦斯动作的主要优点是动作快，灵敏度高，结构简单，能反映变压器油箱内
的各种故障，可靠性比较高，安装简单，其缺点是不能反映油箱以外故障（如变
压器套管以及引出线上的故障），因此瓦斯保护不能取代变压器的其他保护。
结论
此设计满足了10KV变电所生产、生活用电的需要，论文从负荷资料入手，
分析了各个用电组的供电要求，主要从电气主接线、变压器、一次电气设备的选
择、二次系统的设计出发，做了如下工作：
根据分析负荷资料，该用变配电所，电气主接线充分考虑供电的安全性、可
靠性和灵活性，同时兼顾经济性，采用了两路电源进线和双变压器的配置，两路
外供电源容量相同且可供全部负荷，一用一备运行方式，以满足生产、生活中二
级负荷的需要。主要电气设备的选择是根据各设备安装地点的使用条件，对短路
电流进行计算，查表选用后再经过认真校验，最后选定使用的产品。
设计的最后结果，基本满足了各个用电组供电要求，基本满足了GB50053-94
《10kV及以下变电所设计规范》的规范要求，有效的提高负荷转移能力，进一
步提高供电可靠性。
参考文献
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社,1997～2013
[13]okofPowerSystemsBerlinHeidelberg,2010
[14]-Hill.1999
致谢
本次课程设计虽然凝聚着自己的汗水，但更感谢老师的指引，没有老师和朋
友的帮助和支持，.......