供配电技术指导书

供配电及电气控制课程设计指导书

题目：车间照明设计

院系:机械与电子系 专业班级：11电气2班 学号：1106440233 学生姓名：张帅 指导老师：时宗亮

起止时间：1012——12——30

前言

1.1 课程设计目的

本次课程设计主要综合训练学生运用供配电技术、电气照明、建筑电气等专业知识，完成某生产车间电气照明初步设计，力求做到技术先进、经济合理、安全可靠。培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。

1.2课程设计的预备知识

熟悉供配电技术、高低压电器技术等课程的相关知识。

1.3 课程设计要求

按课程设计指导书提供的课题，根据第下表给出的基本要求及参数独立完成设计，课程设计说明书应包括以下内容：

1）文中的要语言简练通顺，图表规范正确 2）文中的图形和符号尽量采用IEE标准 3）课程设计论文在4000字左右

4）课程设计论文内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实

5）课程设计论文应按学院的统一要求格式打印装订成册

第一章课程设计内容

电气控制课程训练 一、照明接线

1、单灯接线 2、两地控制一盏灯接线

3、日光灯接线

二、电度表接

1、单相电能表常用接线

2、三相电能表常用接线

3、带电流互感器三相电能表常用接线

三、电机接线 1、电机出线

2、电机同名端判定

2、单向运转接线

3、正反转达接线

4、星三角降压启动

四、PLC控制电机 1、PLC控制电机正反转

（1）写出PLC的输入输出（I/O）分配表

（2）画出PLC的外部接线图

（3）梯形图

（4）指令表

2、PLC 控制电机Y-Δ降压启动

（1）写出PLC的输入输出（I/O）分配表

(2)画出PLC外部接线图

3梯形图

(4)指令表

供配电技术课程设计任务书

一、目的 通过设计，系统地复习、巩固工厂供电的基本知识，提高设计计算能力和综合分析能力，为今后的工作奠定初步的基础。

二、任务

某机械厂供配电系统设计

三、基本要求

按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10KV及以下变电所设计规范》及GB50054-95《低压配电设计规范》等规范，进行工厂供电设计。做到“安全、可靠、优质、经济”的基本要求。并处理好局部与全局、当前与长远利益的关系，以便适应今后发展的需要，同时还要注意电能和有色金属的节约等问题。

四、设计依据 1）工厂负荷情况

本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1所示。

2）供电电源情况

供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约1km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为3km，电缆线路总长度为1km。 3）气象资料

本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-9℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8米处平均气温为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。 4）地质水文资料

本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。 5）电费制度

本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.5元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：6~10VA为800元/kVA。

五、设计内容及步骤

1、确定全厂计算负荷，编制负荷总表；

合理确定无功补偿。要求10KV侧cosφ=0.92。

2、拟定供配电方案，确定变配电所位置。

1.电源：工厂5公里方向有一降压变电所（A电站）110/35/10KV，1×2150KVA变压器一台作为工厂的主电源（短路电压：U高－中＝10.5%；U高－低＝17%；U低－中＝6% ；），110kV母线三相短路容量：1918MVA；允许用35KV或10KV中的一种电压，以单回架空线向工厂供电。此外，由另一方向其他工厂（B电站）引入10KV电缆作为备用电源，平时不准投入，只在该厂的主电源发生故障或检修时提供照明及部分重要负荷用电，输送容量不得超过全厂计算负荷的20%。供电部门对工厂提出的技术要求如下： （1）区域变电站35kv馈线的过电流保护整定时间为1.8s，要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于1.3s。 （2）工厂最大负荷时功率因数应不低于0.9，要求10KV侧cosφ=0.92。 2.工厂为两班制，全年工作时数为4500h，最大负荷利用时数为4000h.（参考值） 3.电价： 实行两部电价： 基本电价：工厂总降压变电所变压器总容量×10元／月； 电能电价：按所在地工业电价计算。一般取动力电费0.20元/kW.h 照明电费 0.50元/kW.h 5线路功率损耗在发电厂引起的附加投资按1000元／kW计算。 6进行工厂总降压变电所35kV、10kV母线三相短路电流计算时，冲击系数Kch均取1.8。

目前我国成功研制出世界首台最高电压和最大容量1500MVA／1000kV单相特高压交流变压器，这标志着中国企业全面占据了世界变压行业技术的最高峰。企业选择变压器容量要合理，台数也应该进行合理的选择。

首先应该计算负荷，要根据负荷的计算值进行变压器容量的选择。对于单台变压平稳

负荷的，负荷率一般在百分之八十五左右，对于那些季节性波动或者昼夜波动较大的变压器，并且这些是负荷供电，选择变压器容量要合理，台数也应该进行合理的选择，还可以在高峰的时候进行适当适时的过载运行。对于那些短时负荷供电变压器，必须充分利用他们的过载能力。

如果选择的变压器容量过大，那么会导致用电设备不能够充分运用容量，这样就会在很大程度上造成电力资源的流失，最终造成能量的损失。选择变压器容量时在电力通信安装施工中节电技术应用于容量选择时，所选择的容量不能过小也不能过大，如果选择的变压器容量过小，那么电动机稍微过载或者用电设备稍微增容时，由于变压器容量过小，承受不了那么大的电流和电压，就会导致烧毁或者过分发热。 我国容量最大的水冷却式变压器型号为SSP-890000kVA/500kV。

中国对该变压器产品拥有完全的自主知识产权和核心技术。业内专家称，该变压器投入运行后能够显著提高特高压变电站的经济性，具有重要应用前景。 4、拟定变电所主接线方案，并选择元件和设备的型号规格。

电气主接线是变电主接线方案的确定对电力系统整体及变电所的运行可靠性，灵活性和经济性密切相关，并且对电气部分选择、配电装置配置继电保护和控制方式的拟定有较大影响，因此，必须处理各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，确定变电所主接线的最佳方案。

本站作为终端变电站，其主接线应满足可靠、安全、操作方便、灵活、维护方便外，还应满足投资省，占地面积少，接线过渡方便等要求，确保系统运行安全可靠是确定本站电气主接线型式的首要条件。

接入该站线路分别为220kV 7回、110kV 10回、10kV 14回，在主接线设计中采用三个电压等级的变压器即高、中、低电压分别为220kV、110kV、10kV，为保证供电可靠性，初次一次性投资建成2台变压器，预留一台变压器的发展空间，当变电站其中一台变压器故障或检修时，另一台能满足全站总负荷70％，在计及过负荷能力后的允许时间内保证一、二级负荷的供电。

在主变中性点接地方面，我国电力系统在一般情况下，110kV系统多采用中性点直接接地，220kV及以上系统一律采用中性点直接接地方式，所以待设计变电站考虑220kV、110kV中性点直接接地，采用中性点直接接地后，设备过电压水平低，减少设备造价。

5、短路电流的计算。

设Sd100MVA，UdUc,即高压侧Ud110.5kv,低压侧Ud20.4kv。 则：

5.5kA

Id2144kA

Id1



计算短路电路中个元件的电抗标幺值

1电力系统的电抗标幺值

Xs

SdSoc100MVA

500MVA

0.2

2架空线路的电抗标幺值

X

wlXol

SdVc20.355100

10.52

1.59

3电力变压器的电抗标幺值

X

Uk%Sd4.51001000

T

100S7.14

N100630

4绘制等效电路：

5.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算 6总电抗标幺值：

X

**

(

K1)

X1X20.21.591.79

7三相短路电流周期分量有效值：

IId25.5KV

K1

X

*



(K1.79

3.07KA 1)

8其他短路电流：

I"IIK13.07KA

ISh1.513.07KA4.64KAish2.553.07KA7.83KA

9三相短路容量：

S(3)

K1

SdX*

100MVA

1.79

55.87MVA 

(K1)

5.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算 10总电抗标幺值

X***

(K2)X*1X2X30.21.597.148.93

11三相短路电流周期分量有效值：

Id2K2IX*

144KA

(K8.93

16.13KA 

2)

12各三相短路电流：

I''IIk116.13KAIsh1.0916.13KA17.58KA ish1.8416.13KA29.68KA

13三相短路容量：

Sk32

SdX*k2





100MVA

11.20MVA 8.93

短路计算结果

表5.1

6、变电所一次设备的选择及检验。

6.1 选择校验条件

6.1.1按工作电压选择

设备的额定电压UNe一般不应小于所在系统的额定电压UN，即UNeUN； 高压设备的额定电压UNe应不小于其所在系统的最高电压Umax，即

UNeUmaxUN

。=10kV， Umax=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定

电压UNe=12kV，穿墙套管额定电压UNe=11.5kV，熔断器额定电压UNe=12kV。

6.1.2按工作电流选择

I

设备的额定电流INe不应小于所在电路的计算电流I30，即INe30

6.1.3按断流能力选择

设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc，对分断短路电流的设备来说，不应

(3)(3)(3)(3)

IocIk(3)SocISSkkk小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为流。

IocIOLmaxIOLmax，为最大负荷电

6.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验

(3)(3)

iIiIImaxsh或maxsh imax a)动稳定校验条件： 、max分别为开关的极限通过电流(3)(3)Iishsh峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值

2(3)2ItItima tb)热稳定校验条件：

6.1.5短路动稳定度的校验条件

（1） 断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的动稳定电流的峰值最大的短路冲击电流流

imax

应不小于可能的

ish

，或其动稳定电流有效值

Imax

应不小于可能的最大的短路冲击电

Ish

即

imaxish；ImaxIsh。

（2

）电流互感器大多数给出动稳定倍数

Kesimax/1N)，其动稳定度校验条件为

Kes2I1Nish；式中，I1N为电流互感器的额定一次电流。

6.1.6断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的热稳定

度校验

2(3)2ItItima 断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的热稳定度校验条件为t

(3)

I式中，为电器的热稳定电流，t为其热稳定时间，为通过电器的三相短路稳

It

t

态电流，ima为短路发热假想时间。

电流互感器大多给出热稳定倍数

Kt

1N

2(3)2

(KI)tIt1Ntima式中，I1N为电流互和热稳定时间t，其热稳定度校验条件为

感器额定一次电流母线、电缆的短路热稳定度,可按其满足热稳定度的最小截面

Amin来校验，即

AAmin

I(3)

C

tima

式中，A 为母线、电缆的导体截面积；C 为

导体的短路热稳。 对于上面的分析，得：

6.2 10KV侧一次设备的选择校验

7、变压所进出线与邻近单位联络线的选择

7.1 10kv高压出线的选择：

采用LGJ型钢芯铝铰线架空敷设，接住10KV公用干线。

1).按发热条件选由I30IN.T36.37及室外环境温度35C查表得

Aec36.37A/1.15A/mm231.62mm2.初选标准为35mm2即LGJ35的线 2）校正发热条件查表得Ial170AI3036.37,因此满足。

3）校正机械强度查附表得10KV架空最小截面Amin25mm2A35mm2

7.2 变电所及邻近单位焦点路线的选择

由于学校采用的是地埋电缆不必考虑机械强度和短路，动稳定，只需考虑热稳定度。

由上表计算出发热条件，I30IN.T36.37及土壤环境35C 由表得初选电缆线芯截面为AecI30/jec36.37/1.7321 因此初选LJ-25，查表LJ-25.Ial=135I3036.37因此满足。

tima

校验热路稳定按式AAminI

C

3I3070A tima0.15s0.15s0.20.5s

终端变电所保护动作时间为0.5s 断路器短路时间为0.25s，C=87代入得：

3

.5s307023.4A25mm2，因此满足要求。 C87

所以选LJL22-10000-3x25

3

AminI

7.3 0.4KV低压出线选择

馈电给一号宿舍楼的线路采用聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设

1 按发热条件选择，由I30121及地下0.8m土壤温度35C查表8-43.初选芯截面

95mm2。其Ial=130AI30121A 满足发热条件

2 校验电压损耗 测距宿舍离变电所距离为800m,由表差得95mm2的

3 芯电缆的R00.30/km X00.06/km P kw Q3013k1var30112

得： u112kw0.300.1131kvar0.060.111.0V 0.38kv

11.0V100%2.9%ual%5%故满足允许电压损耗起的要求。 380V

0.753tima4 短路热稳定校验AminI16130184.0mm2 C76u%

所选线性满足要求。

5 教学楼的线路亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆

直埋敷设。

6 食堂亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

7 锅炉房亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷

设。

8 实验室亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷

设。

7.4按发热条件选择

工厂二级负荷容量共1145KVA，I30kVA/(310kV)20.04A，最热月土壤平均温

度为21℃。查表《工厂供电设计指导》8-43，初选缆心截面为25mm2的交联聚乙烯绝

缘的铝心电缆，其Ial=90A>I30满足要求。

27.5校验电压损耗 由表《工厂供电设计指导》8-41可查得缆芯为25mm的铝

按80℃计），R01.54/km（缆芯温度X00.12/km，而二级负荷：P30(2851818)kW321kW,

Q30(21323.923.9)kvar260.8kvar，

线路长度按2km计，因此：

321kW(1.542)260.8kvar(0.122)105.13V10kV U%(105.13V/10000V)100%1.05%Ual5% U

由此可见满足要求电压损耗5%的要求。

7.6短路热稳定校验

按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知

缆芯25mm2的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，

因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。

以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表所示。

进出线和联络线的导线和电缆型号规格

表 7.1

8、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定

1二次回路方案选择二次回路方案选择二次回路方案选择二次回路方案选择

1) 二次回路电源选择 二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。 蓄电池

组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操

作电源安全性高，但是经济性差。 考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，

投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。 2) 高压断路

器的控制和信号回路 高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源

的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信

号回路。 3) 电测量仪表与绝缘监视装置 这里根据GBJ63-1990的规范要求选用

合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。 a) 10KV电源进线上：电能计量

柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流， b) 装设电流表一只。 c) 变

电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。 d) 电力变压器高

压侧：装设电流表和有功电能表各一只。 e) 380V的电源进线和变压器低压侧：

各装一只电流表。 f) 低压动力线路：装设电流表一只。 4) 电测量仪表与绝缘

监视装置 在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备用电

源自动投入装置（APD）。

2继电保护的整定继电保护的整定继电保护的整定继电保护的整定 继电

保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。 由于本厂的高压线路不很长，

容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带

时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘

监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。 继电保护装置的接线方式

采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式

9、变电所防雷与接地装置的设计采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操

作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。

型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流

速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。 此次设计对变压

器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。 1)

变压器继电保护 变电所内装有两台10/0.4kV1000kVA⋅的变压器。低压母线侧三

相短路电流为(3)28.213kIkA=，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，

继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电

流，动作时限和速断电流倍数。 a)过电流保护动作电流的整定：

1.3,0.8,relreKK==1wK=，200/540iK== max12241000/(310)230.95LNTIIkVAkVA

⋅⋅=×=×⋅×= 故其动作电流：1.31230.959.380.840opIAA×=×=× 动作电流整

定为9A。 b)过电流保护动作时限的整定 由于此变电所为终端变电所，因此其

过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。 c)电流速断保护速断电

流倍数整定 取1.5,relK= max28.2130.40/101128.5kIkAKVkVA⋅=×=，故其速断

电流为： 1.511128.542.3240qbIAA×=×= 因此速断

电流倍数整定为： 42.324.79qbn==。 2）10KV侧继电保护 在此选用GL-25/10

型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限

整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短

路电流为2.614kA；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为9A。下面对高

压母线处的过电流保护装置1KA进行整定。（高压母线处继电保护用电流互感器

变比为200/5A） 整定1KA的动作电流

六、编写设计说明书的具体要求 IIAA⋅==×=，1.3,0.8,relreKK==1wK=，

200/540iK==，故 (1)max1.31168.756.90.840relwopLreiKKIIAAKK⋅×==×=×，

根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为7A 。 整定1KA的动作时限：

母线三相短路电流kI反映到2KA中的电流：

(2)'(2)(2)12.61465.3540wkkiKIIkAAK==×= '(2)kI对2KA的动作电流(2)opI

的倍数，即：'(2)2(2)65.357.39kopIAnIA=== 由《反时限过电流保护的动作时

限的整定曲线》确定2KA的实际动作时间：'2t=0.6s。 1KA的实际动作时间：

''120.70.60.71.3ttssss=+=+= 母线三相短路电流kI反映到1KA中的电流：

(1)'(1)(1)12.61465.3540wkkiKIIkAAK==×= '(1)kI对1KA的动作电流(1)opI

的倍数，即：'(1)1(1)65.359.37kopIAnI=== 所以由10倍动作电流的动作时限

曲线查得1KA的动作时限：11.1ts≈。 3）0.38KV侧低压断路器保护 整定项目：

(a)瞬时过流脱扣器动作电流整定： 满足(0)oprelpkIKI≥ relK：对万能断路

器取1.35；对塑壳断路器取2～2.5。 (b)短延时过流脱扣器动作电流和动作时

间整定： 满足: ()opsrelpkIKI≥ relK取1.2。 另外还应满足前后保护装置的

选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差

0.2s(0.4s,0.6s)。 (c)长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定： 满足：

()30oplrelIKI≥ relK取1.1。 (d)过流脱扣器与被保护线路配合要求： 满足：

()oplolalIKI≤ olK：绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数(对瞬时和短延时过

流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，取1.1～1.2)。 (e)热脱扣器动

作电流整定： 满足：30opTRrelIKI≥i relK取1.1，一般应通过实际运行进行

检验。

1、设计说明书应包括设计题目、方案论证、负荷计算、设备及导线的选择，动

稳定度、热稳定度和断流能力校验等。

2、设计说明书要求方案可行，计算方法正确，图纸规范无误，条理清楚，语言

通顺。

3、设计要求在1周之内完成，设计验收项目有:(1)电力负荷计算表，(2)电力设备明细

表，(3) 全厂及各车间供配电系统主接线图，（设计总结等。 通过这次课程设计我发现正如书上所说程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提

出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练

和考察过程.回顾起此次课程设计，我感到收获不少，从选题到定稿，从理论到实践，

在这两个星期的日子里，可以说感觉很有意义而且少有成就感，不但巩固了以前所学过

的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

设计总结

通过这次供配电课程设计使我懂得了实践出真知，只追求理论知识是远远不

够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，巩固理论知识，增加实战经验。

从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。当然在设计的过程中我们肯定

会遇到很多问题，毕竟使我们第一次做电的课程设计，而且自己本来就缺乏实战

经验。在设计的过程中发现了自己的有许多理解不透的知识，但通过查找资料和

跟同学讨论交流困难一点点减少，掌握的东西也逐渐增多。

通过这次的课程设计让我看到了团队的力量，一项工作的完美结束在于这个

团队的集合力。知识一个人是永远学不完的也是学不透的。但大家集思广益，一

起面对困难，那困难必将分批处理，由复杂变得简单。一个人加一个人是两个人

但却有三个人的思想，我想这就是团队的力量。

此外，通过这次课程设计我也侧面学到了对于word软件的熟练应用。也感

觉到了完成一项任务学到的不仅仅是自己追求的成果，还有很多以外的收获。

总之，这次课程设计很有意义！

七、考核标准

八、参考文献

1、供配电技术 唐志平主编 电子工业出版社

2、工厂供电 刘介才编 机械工业出版社

3、工厂供电 黄纯华编 天津大学出版社

4、工厂供配电技术 何首贤编 中国电力出版社

供配电及电气控制课程设计指导书

题目：车间照明设计

院系:机械与电子系 专业班级：11电气2班 学号：1106440233 学生姓名：张帅 指导老师：时宗亮

起止时间：1012——12——30

前言

1.1 课程设计目的

本次课程设计主要综合训练学生运用供配电技术、电气照明、建筑电气等专业知识，完成某生产车间电气照明初步设计，力求做到技术先进、经济合理、安全可靠。培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。

1.2课程设计的预备知识

熟悉供配电技术、高低压电器技术等课程的相关知识。

1.3 课程设计要求

按课程设计指导书提供的课题，根据第下表给出的基本要求及参数独立完成设计，课程设计说明书应包括以下内容：

1）文中的要语言简练通顺，图表规范正确 2）文中的图形和符号尽量采用IEE标准 3）课程设计论文在4000字左右

4）课程设计论文内容完整、字迹工整、图表整齐规范、数据详实

5）课程设计论文应按学院的统一要求格式打印装订成册

第一章课程设计内容

电气控制课程训练 一、照明接线

1、单灯接线 2、两地控制一盏灯接线

3、日光灯接线

二、电度表接

1、单相电能表常用接线

2、三相电能表常用接线

3、带电流互感器三相电能表常用接线

三、电机接线 1、电机出线

2、电机同名端判定

2、单向运转接线

3、正反转达接线

4、星三角降压启动

四、PLC控制电机 1、PLC控制电机正反转

（1）写出PLC的输入输出（I/O）分配表

（2）画出PLC的外部接线图

（3）梯形图

（4）指令表

2、PLC 控制电机Y-Δ降压启动

（1）写出PLC的输入输出（I/O）分配表

(2)画出PLC外部接线图

3梯形图

(4)指令表

供配电技术课程设计任务书

一、目的 通过设计，系统地复习、巩固工厂供电的基本知识，提高设计计算能力和综合分析能力，为今后的工作奠定初步的基础。

二、任务

某机械厂供配电系统设计

三、基本要求

按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10KV及以下变电所设计规范》及GB50054-95《低压配电设计规范》等规范，进行工厂供电设计。做到“安全、可靠、优质、经济”的基本要求。并处理好局部与全局、当前与长远利益的关系，以便适应今后发展的需要，同时还要注意电能和有色金属的节约等问题。

四、设计依据 1）工厂负荷情况

本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4600h，日最大负荷持续时间为6h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1所示。

2）供电电源情况

供电电源情况 按照工厂与当地供电部门签定的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线牌号为LGJ-150，导线为等边三角形排列，线距为2m；干线首端距离本厂约1km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为3km，电缆线路总长度为1km。 3）气象资料

本厂所在地区的年最高气温为38℃，年平均气温为23℃，年最低气温为-9℃，年最热月平均最高气温为33℃，年最热月平均气温为26℃，年最热月地下0.8米处平均气温为25℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。 4）地质水文资料

本厂所在地区平均海拔500m，地层以砂粘土为主，地下水位为2m。 5）电费制度

本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为18元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.5元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：6~10VA为800元/kVA。

五、设计内容及步骤

1、确定全厂计算负荷，编制负荷总表；

合理确定无功补偿。要求10KV侧cosφ=0.92。

2、拟定供配电方案，确定变配电所位置。

1.电源：工厂5公里方向有一降压变电所（A电站）110/35/10KV，1×2150KVA变压器一台作为工厂的主电源（短路电压：U高－中＝10.5%；U高－低＝17%；U低－中＝6% ；），110kV母线三相短路容量：1918MVA；允许用35KV或10KV中的一种电压，以单回架空线向工厂供电。此外，由另一方向其他工厂（B电站）引入10KV电缆作为备用电源，平时不准投入，只在该厂的主电源发生故障或检修时提供照明及部分重要负荷用电，输送容量不得超过全厂计算负荷的20%。供电部门对工厂提出的技术要求如下： （1）区域变电站35kv馈线的过电流保护整定时间为1.8s，要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于1.3s。 （2）工厂最大负荷时功率因数应不低于0.9，要求10KV侧cosφ=0.92。 2.工厂为两班制，全年工作时数为4500h，最大负荷利用时数为4000h.（参考值） 3.电价： 实行两部电价： 基本电价：工厂总降压变电所变压器总容量×10元／月； 电能电价：按所在地工业电价计算。一般取动力电费0.20元/kW.h 照明电费 0.50元/kW.h 5线路功率损耗在发电厂引起的附加投资按1000元／kW计算。 6进行工厂总降压变电所35kV、10kV母线三相短路电流计算时，冲击系数Kch均取1.8。

目前我国成功研制出世界首台最高电压和最大容量1500MVA／1000kV单相特高压交流变压器，这标志着中国企业全面占据了世界变压行业技术的最高峰。企业选择变压器容量要合理，台数也应该进行合理的选择。

首先应该计算负荷，要根据负荷的计算值进行变压器容量的选择。对于单台变压平稳

负荷的，负荷率一般在百分之八十五左右，对于那些季节性波动或者昼夜波动较大的变压器，并且这些是负荷供电，选择变压器容量要合理，台数也应该进行合理的选择，还可以在高峰的时候进行适当适时的过载运行。对于那些短时负荷供电变压器，必须充分利用他们的过载能力。

如果选择的变压器容量过大，那么会导致用电设备不能够充分运用容量，这样就会在很大程度上造成电力资源的流失，最终造成能量的损失。选择变压器容量时在电力通信安装施工中节电技术应用于容量选择时，所选择的容量不能过小也不能过大，如果选择的变压器容量过小，那么电动机稍微过载或者用电设备稍微增容时，由于变压器容量过小，承受不了那么大的电流和电压，就会导致烧毁或者过分发热。 我国容量最大的水冷却式变压器型号为SSP-890000kVA/500kV。

中国对该变压器产品拥有完全的自主知识产权和核心技术。业内专家称，该变压器投入运行后能够显著提高特高压变电站的经济性，具有重要应用前景。 4、拟定变电所主接线方案，并选择元件和设备的型号规格。

电气主接线是变电主接线方案的确定对电力系统整体及变电所的运行可靠性，灵活性和经济性密切相关，并且对电气部分选择、配电装置配置继电保护和控制方式的拟定有较大影响，因此，必须处理各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，确定变电所主接线的最佳方案。

本站作为终端变电站，其主接线应满足可靠、安全、操作方便、灵活、维护方便外，还应满足投资省，占地面积少，接线过渡方便等要求，确保系统运行安全可靠是确定本站电气主接线型式的首要条件。

接入该站线路分别为220kV 7回、110kV 10回、10kV 14回，在主接线设计中采用三个电压等级的变压器即高、中、低电压分别为220kV、110kV、10kV，为保证供电可靠性，初次一次性投资建成2台变压器，预留一台变压器的发展空间，当变电站其中一台变压器故障或检修时，另一台能满足全站总负荷70％，在计及过负荷能力后的允许时间内保证一、二级负荷的供电。

在主变中性点接地方面，我国电力系统在一般情况下，110kV系统多采用中性点直接接地，220kV及以上系统一律采用中性点直接接地方式，所以待设计变电站考虑220kV、110kV中性点直接接地，采用中性点直接接地后，设备过电压水平低，减少设备造价。

5、短路电流的计算。

设Sd100MVA，UdUc,即高压侧Ud110.5kv,低压侧Ud20.4kv。 则：

5.5kA

Id2144kA

Id1



计算短路电路中个元件的电抗标幺值

1电力系统的电抗标幺值

Xs

SdSoc100MVA

500MVA

0.2

2架空线路的电抗标幺值

X

wlXol

SdVc20.355100

10.52

1.59

3电力变压器的电抗标幺值

X

Uk%Sd4.51001000

T

100S7.14

N100630

4绘制等效电路：

5.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算 6总电抗标幺值：

X

**

(

K1)

X1X20.21.591.79

7三相短路电流周期分量有效值：

IId25.5KV

K1

X

*



(K1.79

3.07KA 1)

8其他短路电流：

I"IIK13.07KA

ISh1.513.07KA4.64KAish2.553.07KA7.83KA

9三相短路容量：

S(3)

K1

SdX*

100MVA

1.79

55.87MVA 

(K1)

5.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算 10总电抗标幺值

X***

(K2)X*1X2X30.21.597.148.93

11三相短路电流周期分量有效值：

Id2K2IX*

144KA

(K8.93

16.13KA 

2)

12各三相短路电流：

I''IIk116.13KAIsh1.0916.13KA17.58KA ish1.8416.13KA29.68KA

13三相短路容量：

Sk32

SdX*k2





100MVA

11.20MVA 8.93

短路计算结果

表5.1

6、变电所一次设备的选择及检验。

6.1 选择校验条件

6.1.1按工作电压选择

设备的额定电压UNe一般不应小于所在系统的额定电压UN，即UNeUN； 高压设备的额定电压UNe应不小于其所在系统的最高电压Umax，即

UNeUmaxUN

。=10kV， Umax=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定

电压UNe=12kV，穿墙套管额定电压UNe=11.5kV，熔断器额定电压UNe=12kV。

6.1.2按工作电流选择

I

设备的额定电流INe不应小于所在电路的计算电流I30，即INe30

6.1.3按断流能力选择

设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc，对分断短路电流的设备来说，不应

(3)(3)(3)(3)

IocIk(3)SocISSkkk小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即或

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为流。

IocIOLmaxIOLmax，为最大负荷电

6.1.4 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验

(3)(3)

iIiIImaxsh或maxsh imax a)动稳定校验条件： 、max分别为开关的极限通过电流(3)(3)Iishsh峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值

2(3)2ItItima tb)热稳定校验条件：

6.1.5短路动稳定度的校验条件

（1） 断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的动稳定电流的峰值最大的短路冲击电流流

imax

应不小于可能的

ish

，或其动稳定电流有效值

Imax

应不小于可能的最大的短路冲击电

Ish

即

imaxish；ImaxIsh。

（2

）电流互感器大多数给出动稳定倍数

Kesimax/1N)，其动稳定度校验条件为

Kes2I1Nish；式中，I1N为电流互感器的额定一次电流。

6.1.6断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的热稳定

度校验

2(3)2ItItima 断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的热稳定度校验条件为t

(3)

I式中，为电器的热稳定电流，t为其热稳定时间，为通过电器的三相短路稳

It

t

态电流，ima为短路发热假想时间。

电流互感器大多给出热稳定倍数

Kt

1N

2(3)2

(KI)tIt1Ntima式中，I1N为电流互和热稳定时间t，其热稳定度校验条件为

感器额定一次电流母线、电缆的短路热稳定度,可按其满足热稳定度的最小截面

Amin来校验，即

AAmin

I(3)

C

tima

式中，A 为母线、电缆的导体截面积；C 为

导体的短路热稳。 对于上面的分析，得：

6.2 10KV侧一次设备的选择校验

7、变压所进出线与邻近单位联络线的选择

7.1 10kv高压出线的选择：

采用LGJ型钢芯铝铰线架空敷设，接住10KV公用干线。

1).按发热条件选由I30IN.T36.37及室外环境温度35C查表得

Aec36.37A/1.15A/mm231.62mm2.初选标准为35mm2即LGJ35的线 2）校正发热条件查表得Ial170AI3036.37,因此满足。

3）校正机械强度查附表得10KV架空最小截面Amin25mm2A35mm2

7.2 变电所及邻近单位焦点路线的选择

由于学校采用的是地埋电缆不必考虑机械强度和短路，动稳定，只需考虑热稳定度。

由上表计算出发热条件，I30IN.T36.37及土壤环境35C 由表得初选电缆线芯截面为AecI30/jec36.37/1.7321 因此初选LJ-25，查表LJ-25.Ial=135I3036.37因此满足。

tima

校验热路稳定按式AAminI

C

3I3070A tima0.15s0.15s0.20.5s

终端变电所保护动作时间为0.5s 断路器短路时间为0.25s，C=87代入得：

3

.5s307023.4A25mm2，因此满足要求。 C87

所以选LJL22-10000-3x25

3

AminI

7.3 0.4KV低压出线选择

馈电给一号宿舍楼的线路采用聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设

1 按发热条件选择，由I30121及地下0.8m土壤温度35C查表8-43.初选芯截面

95mm2。其Ial=130AI30121A 满足发热条件

2 校验电压损耗 测距宿舍离变电所距离为800m,由表差得95mm2的

3 芯电缆的R00.30/km X00.06/km P kw Q3013k1var30112

得： u112kw0.300.1131kvar0.060.111.0V 0.38kv

11.0V100%2.9%ual%5%故满足允许电压损耗起的要求。 380V

0.753tima4 短路热稳定校验AminI16130184.0mm2 C76u%

所选线性满足要求。

5 教学楼的线路亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆

直埋敷设。

6 食堂亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

7 锅炉房亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷

设。

8 实验室亦采用VLV22-1000-3×240+1×120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷

设。

7.4按发热条件选择

工厂二级负荷容量共1145KVA，I30kVA/(310kV)20.04A，最热月土壤平均温

度为21℃。查表《工厂供电设计指导》8-43，初选缆心截面为25mm2的交联聚乙烯绝

缘的铝心电缆，其Ial=90A>I30满足要求。

27.5校验电压损耗 由表《工厂供电设计指导》8-41可查得缆芯为25mm的铝

按80℃计），R01.54/km（缆芯温度X00.12/km，而二级负荷：P30(2851818)kW321kW,

Q30(21323.923.9)kvar260.8kvar，

线路长度按2km计，因此：

321kW(1.542)260.8kvar(0.122)105.13V10kV U%(105.13V/10000V)100%1.05%Ual5% U

由此可见满足要求电压损耗5%的要求。

7.6短路热稳定校验

按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知

缆芯25mm2的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，

因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行，只有暂缺。

以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表所示。

进出线和联络线的导线和电缆型号规格

表 7.1

8、变电所二次回路方案的选择与继电保护的整定

1二次回路方案选择二次回路方案选择二次回路方案选择二次回路方案选择

1) 二次回路电源选择 二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。 蓄电池

组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操

作电源安全性高，但是经济性差。 考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，

投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。 2) 高压断路

器的控制和信号回路 高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源

的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信

号回路。 3) 电测量仪表与绝缘监视装置 这里根据GBJ63-1990的规范要求选用

合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。 a) 10KV电源进线上：电能计量

柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流， b) 装设电流表一只。 c) 变

电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。 d) 电力变压器高

压侧：装设电流表和有功电能表各一只。 e) 380V的电源进线和变压器低压侧：

各装一只电流表。 f) 低压动力线路：装设电流表一只。 4) 电测量仪表与绝缘

监视装置 在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备用电

源自动投入装置（APD）。

2继电保护的整定继电保护的整定继电保护的整定继电保护的整定 继电

保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。 由于本厂的高压线路不很长，

容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带

时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘

监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。 继电保护装置的接线方式

采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式

9、变电所防雷与接地装置的设计采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操

作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。

型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流

速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。 此次设计对变压

器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。 1)

变压器继电保护 变电所内装有两台10/0.4kV1000kVA⋅的变压器。低压母线侧三

相短路电流为(3)28.213kIkA=，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，

继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电

流，动作时限和速断电流倍数。 a)过电流保护动作电流的整定：

1.3,0.8,relreKK==1wK=，200/540iK== max12241000/(310)230.95LNTIIkVAkVA

⋅⋅=×=×⋅×= 故其动作电流：1.31230.959.380.840opIAA×=×=× 动作电流整

定为9A。 b)过电流保护动作时限的整定 由于此变电所为终端变电所，因此其

过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。 c)电流速断保护速断电

流倍数整定 取1.5,relK= max28.2130.40/101128.5kIkAKVkVA⋅=×=，故其速断

电流为： 1.511128.542.3240qbIAA×=×= 因此速断

电流倍数整定为： 42.324.79qbn==。 2）10KV侧继电保护 在此选用GL-25/10

型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限

整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短

路电流为2.614kA；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为9A。下面对高

压母线处的过电流保护装置1KA进行整定。（高压母线处继电保护用电流互感器

变比为200/5A） 整定1KA的动作电流

六、编写设计说明书的具体要求 IIAA⋅==×=，1.3,0.8,relreKK==1wK=，

200/540iK==，故 (1)max1.31168.756.90.840relwopLreiKKIIAAKK⋅×==×=×，

根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为7A 。 整定1KA的动作时限：

母线三相短路电流kI反映到2KA中的电流：

(2)'(2)(2)12.61465.3540wkkiKIIkAAK==×= '(2)kI对2KA的动作电流(2)opI

的倍数，即：'(2)2(2)65.357.39kopIAnIA=== 由《反时限过电流保护的动作时

限的整定曲线》确定2KA的实际动作时间：'2t=0.6s。 1KA的实际动作时间：

''120.70.60.71.3ttssss=+=+= 母线三相短路电流kI反映到1KA中的电流：

(1)'(1)(1)12.61465.3540wkkiKIIkAAK==×= '(1)kI对1KA的动作电流(1)opI

的倍数，即：'(1)1(1)65.359.37kopIAnI=== 所以由10倍动作电流的动作时限

曲线查得1KA的动作时限：11.1ts≈。 3）0.38KV侧低压断路器保护 整定项目：

(a)瞬时过流脱扣器动作电流整定： 满足(0)oprelpkIKI≥ relK：对万能断路

器取1.35；对塑壳断路器取2～2.5。 (b)短延时过流脱扣器动作电流和动作时

间整定： 满足: ()opsrelpkIKI≥ relK取1.2。 另外还应满足前后保护装置的

选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差

0.2s(0.4s,0.6s)。 (c)长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定： 满足：

()30oplrelIKI≥ relK取1.1。 (d)过流脱扣器与被保护线路配合要求： 满足：

()oplolalIKI≤ olK：绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数(对瞬时和短延时过

流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，取1.1～1.2)。 (e)热脱扣器动

作电流整定： 满足：30opTRrelIKI≥i relK取1.1，一般应通过实际运行进行

检验。

1、设计说明书应包括设计题目、方案论证、负荷计算、设备及导线的选择，动

稳定度、热稳定度和断流能力校验等。

2、设计说明书要求方案可行，计算方法正确，图纸规范无误，条理清楚，语言

通顺。

3、设计要求在1周之内完成，设计验收项目有:(1)电力负荷计算表，(2)电力设备明细

表，(3) 全厂及各车间供配电系统主接线图，（设计总结等。 通过这次课程设计我发现正如书上所说程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提

出、分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练

和考察过程.回顾起此次课程设计，我感到收获不少，从选题到定稿，从理论到实践，

在这两个星期的日子里，可以说感觉很有意义而且少有成就感，不但巩固了以前所学过

的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

设计总结

通过这次供配电课程设计使我懂得了实践出真知，只追求理论知识是远远不

够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，巩固理论知识，增加实战经验。

从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。当然在设计的过程中我们肯定

会遇到很多问题，毕竟使我们第一次做电的课程设计，而且自己本来就缺乏实战

经验。在设计的过程中发现了自己的有许多理解不透的知识，但通过查找资料和

跟同学讨论交流困难一点点减少，掌握的东西也逐渐增多。

通过这次的课程设计让我看到了团队的力量，一项工作的完美结束在于这个

团队的集合力。知识一个人是永远学不完的也是学不透的。但大家集思广益，一

起面对困难，那困难必将分批处理，由复杂变得简单。一个人加一个人是两个人

但却有三个人的思想，我想这就是团队的力量。

此外，通过这次课程设计我也侧面学到了对于word软件的熟练应用。也感

觉到了完成一项任务学到的不仅仅是自己追求的成果，还有很多以外的收获。

总之，这次课程设计很有意义！

七、考核标准

八、参考文献

1、供配电技术 唐志平主编 电子工业出版社

2、工厂供电 刘介才编 机械工业出版社

3、工厂供电 黄纯华编 天津大学出版社

4、工厂供配电技术 何首贤编 中国电力出版社