金属制品有限公司20KV变电所电气一次系统设计
金属制品有限公司 20KV 变电所电气一次系统设计[20200211145919]
改革开放以来我国经济高速发展，用电需求大幅度提升。原先普遍使用的10KV
电压等级已不能满足我国经济的发展需求。采用20kV电压等级供电与10kV相比具有不
小的优势，例如可以达到为大容量客户供电这一要求，同时也能达到节约投资、合理
利用土地资源以及降低能耗等目的，与此同时也能满足多回路供电，提高可靠性等要
求。查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
应常熟后藤制品有限公司要求，该电气一次系统采用20KV供电，根据用该公司所
提供的相关数据，在掌握电气设计基本知识的基础上进行负荷计算、有功功率计算、
无功补偿计算、短路电流计算等从而可以选择符合常熟后藤金属制品有限公司情况的
电力设备并进行校验。为确保该电气系统安全可靠得运行，设计了防雷保护装置。为
满足该金属制品有限公司今后发展的需要，本电气一次系统也设计了备用部分，从而
为该公司今后的发展达到了节约资金的目的。
关键字：20KV 负荷计算 短路电流 电气一次系统
1. 绪论. 1
1.1 20KV 配电网的优势. 1
1.1.1 20KV 配电网的引入. 1
1.1.2 10KV 与 20KV 配电网络的经济分析 1
1.2 该公司 20KV 变电所电气一次系统设计要求. 1
1.2.1 变配电所所址的要求 2
1.2.2 变电所布置要求. 2
2. 负荷计算. 4
2.1 负荷计算的基本要求及方法. 4
2.1.1 负荷计算的意义. 4
2.1.2 负荷计算的方法. 4
2.2 常熟后藤金属制品厂的相关负荷计算 5
2.3 无功补偿 6
2.3.1 无功补偿的意义. 6
2.3.2 该系统的无功补偿 6
2.4 变压器的选择. 6
3. 短路电流计算 8
3.1 短路的基本知识 8
3.1.1 短路及其形式 8 3.1.2 短路原因及后果. 8
3.1.3 计算短路电流的意义 8
3.2 各总柜以及各出线柜短路电流计算 8
4. 电力设备及导体的选择与校验13
4.1 电力设备校验的意义 13
4.2 高压电力设备的校验 13
4.2.1 高压侧变电柜的选择 13
4.2.2 高压侧电气设备的选择与校验 13
4.3 低压侧电力设备的选择与校验. 18
4.3.1 低压侧变电柜的选择 18
4.3.2 各分柜的电力设备型号表 . 18
4.3.3 低压侧各电力设备的校验 . 19
4.4 导体的选择与校验. 20
4.4.1 高压开关母线的选择 20
4.4.2 低压母线的选择 21
5. 防雷保护与接地装置的设计 .22
5.1 雷电的基本知识. 22
5.2 防雷设计的基本要求 22
5.3 本设计的避雷部分. 22
5.3.1 高压侧防雷设计. 23
5.3.2 低压侧防雷设计. 23
5.4 接地系统的设计. 23
5.4.1 接地系统的基本知识 23
5.4.2 本课题接地系统设计 23
6. 总结 24
参考文献25
致谢26
1.1 20kv 配电网的优势
1.1.1 20KV 配电网的引入
改革开放以来，我国人民经济水平不断上升，与之而来的是用电需求的迅速增加，
电压等级逐步改善与提高。为达到节约能源实现利益最大化的目的，我国一直致力于电
网的发展，不断地简化电压等级减少输变电设备的容量重复。
上世纪 70 年代，为提高国内用户的用电质量，部分地区将 35KV 提高到 110KV，
改制之后的110KV电压层变为直接向大用户配电或降压到10KV想低压用户配电的高压
配电层，在城域网中便有了 35KV 和 10KV 两种中压配电结构，这就出现了 110/10KV
演变过程。但在 80 年代初，由于我国的华东、华北等地区负荷密集，因此将 20KV 配电
网的建设提上了日程。
进入 90 年代，随着我国经济的迅速增长，用电需求自然迅速增加，各大城市纷纷
要求更高电压的引入，以解决供电负荷增加而导致的供电能力不足这一问题， 20KV 配
电网也进入了实践验证阶段。
1.1.2 10KV 与 20KV 配电网络的经济分析
中压配电在高压配电与低压配电之间起到了桥梁作用，在一定的时期内 10KV 电压
等级的推广确实对我国电网以及我国的经济起到了促进作用。但随着我国经济的高速发
展，城乡用电需求大幅度增加，20KV 配电网具有很多优势。
通过近些年的实践经验，20KV 配电被证实相对于 10KV 而言更适合于电力负荷密
度较高的电网。20KV 变电网的优点可以总结为以下几点: 在系统额定电流短路与电流相
同时，变电容量将增加一倍，变电站的数量可减少不少；输送同样的电功率时，供电距
离会增加一倍；满足同样末端电压质量，供电半径增值 1.6 倍，供电面积增加 1.5 倍，这 能扩大 110KV 变电站的供电面积；在输送同样负荷情况下，线损减少 75%；输送损耗减 少约 75%；输送同样容量，有色金属用量减少 50%主变容量相同时，变压器二次侧电流
减少 50%； 20KV 用户报装容量可以达到上万 KV·A，为大负荷客户提供更灵活接线。
1.2 该公司 20KV 变电所电气一次系统设计要求
该公司地处南方，且该公司负荷较大，负荷类型较为复杂，因此该 20KV 变电所的
设计应当考虑多方面因素。例如该变电所的选址，常熟地区的土壤情况，常熟地区的雷
电情况，都是应该考虑的因素。
1.2.1 变配电所所址的要求
常熟后藤金属制品有限公司 20KV 变电所的选址应从多方面考虑： ⑴接近负荷中心
⑵接近电源侧
⑶进出线方便
⑷运输设备方便
⑸选择尽可能不要选在有剧烈振动、高温场所
⑹远离多尘或有腐蚀性气体的场所，此外不应选择在污染源的主导风向的下风侧
⑺不应设在经常有积水场所的正下方（指相邻楼层的正下方），也不宜靠近这些地方
⑻原离可能积水的场所或地势低洼处
⑼不可选址在存在爆炸危险的区域内
⑽远离有火灾危险区域的正上方或正下方[1]
该金属制品厂 20KV 变电所的选址也应遵从上述原则。该变电所的选址位于厂区中
央，周围是车间区域和厂区道路，不易出现积水或火灾等情况。具体的选址图可参照附
录。
1.2.2 变电所布置要求
参照《工业与民用配电设计手册》的相关要求，常熟后藤金属制品有限公司变电所
的布置应当符合以下的规则：
1.布置合理，以便于设备的操作、搬运、检修、试验和巡视等，此外设计时更应考 虑企业发展的可能性。
2.合理为变电所内各房间布局。
3.尽可能利用自然采光和自然通风，控制室最好朝南，以保证控制室等不至于过于
潮湿。
4. 控制室、配电室、值班室的地面，宜高出室外地面 150mm~300mm。 5.变配电所相关的辅助房间，如值班室等，值班室与高压配电室应直接相通，值班
室应有门直接通向户外。
6.变配电所各房间内经常开启的门窗不可直接面对酸、碱、蒸汽、粉尘和噪声严重
的场所。
7.电容室、变压器室、配电室的门应向外开。相邻配电室之间有门时，该门应向低
改革开放以来我国经济高速发展，用电需求大幅度提升。原先普遍使用的10KV
电压等级已不能满足我国经济的发展需求。采用20kV电压等级供电与10kV相比具有不
小的优势，例如可以达到为大容量客户供电这一要求，同时也能达到节约投资、合理
利用土地资源以及降低能耗等目的，与此同时也能满足多回路供电，提高可靠性等要
求。查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
应常熟后藤制品有限公司要求，该电气一次系统采用20KV供电，根据用该公司所
提供的相关数据，在掌握电气设计基本知识的基础上进行负荷计算、有功功率计算、
无功补偿计算、短路电流计算等从而可以选择符合常熟后藤金属制品有限公司情况的
电力设备并进行校验。为确保该电气系统安全可靠得运行，设计了防雷保护装置。为
满足该金属制品有限公司今后发展的需要，本电气一次系统也设计了备用部分，从而
为该公司今后的发展达到了节约资金的目的。
关键字：20KV 负荷计算 短路电流 电气一次系统
1. 绪论. 1
1.1 20KV 配电网的优势. 1
1.1.1 20KV 配电网的引入. 1
1.1.2 10KV 与 20KV 配电网络的经济分析 1
1.2 该公司 20KV 变电所电气一次系统设计要求. 1
1.2.1 变配电所所址的要求 2
1.2.2 变电所布置要求. 2
2. 负荷计算. 4
2.1 负荷计算的基本要求及方法. 4
2.1.1 负荷计算的意义. 4
2.1.2 负荷计算的方法. 4
2.2 常熟后藤金属制品厂的相关负荷计算 5
2.3 无功补偿 6
2.3.1 无功补偿的意义. 6
2.3.2 该系统的无功补偿 6
2.4 变压器的选择. 6
3. 短路电流计算 8
3.1 短路的基本知识 8
3.1.1 短路及其形式 8 3.1.2 短路原因及后果. 8
3.1.3 计算短路电流的意义 8
3.2 各总柜以及各出线柜短路电流计算 8
4. 电力设备及导体的选择与校验13
4.1 电力设备校验的意义 13
4.2 高压电力设备的校验 13
4.2.1 高压侧变电柜的选择 13
4.2.2 高压侧电气设备的选择与校验 13
4.3 低压侧电力设备的选择与校验. 18
4.3.1 低压侧变电柜的选择 18
4.3.2 各分柜的电力设备型号表 . 18
4.3.3 低压侧各电力设备的校验 . 19
4.4 导体的选择与校验. 20
4.4.1 高压开关母线的选择 20
4.4.2 低压母线的选择 21
5. 防雷保护与接地装置的设计 .22
5.1 雷电的基本知识. 22
5.2 防雷设计的基本要求 22
5.3 本设计的避雷部分. 22
5.3.1 高压侧防雷设计. 23
5.3.2 低压侧防雷设计. 23
5.4 接地系统的设计. 23
5.4.1 接地系统的基本知识 23
5.4.2 本课题接地系统设计 23
6. 总结 24
参考文献25
致谢26
1.1 20kv 配电网的优势
1.1.1 20KV 配电网的引入
改革开放以来，我国人民经济水平不断上升，与之而来的是用电需求的迅速增加，
电压等级逐步改善与提高。为达到节约能源实现利益最大化的目的，我国一直致力于电
网的发展，不断地简化电压等级减少输变电设备的容量重复。
上世纪 70 年代，为提高国内用户的用电质量，部分地区将 35KV 提高到 110KV，
改制之后的110KV电压层变为直接向大用户配电或降压到10KV想低压用户配电的高压
配电层，在城域网中便有了 35KV 和 10KV 两种中压配电结构，这就出现了 110/10KV
演变过程。但在 80 年代初，由于我国的华东、华北等地区负荷密集，因此将 20KV 配电
网的建设提上了日程。
进入 90 年代，随着我国经济的迅速增长，用电需求自然迅速增加，各大城市纷纷
要求更高电压的引入，以解决供电负荷增加而导致的供电能力不足这一问题， 20KV 配
电网也进入了实践验证阶段。
1.1.2 10KV 与 20KV 配电网络的经济分析
中压配电在高压配电与低压配电之间起到了桥梁作用，在一定的时期内 10KV 电压
等级的推广确实对我国电网以及我国的经济起到了促进作用。但随着我国经济的高速发
展，城乡用电需求大幅度增加，20KV 配电网具有很多优势。
通过近些年的实践经验，20KV 配电被证实相对于 10KV 而言更适合于电力负荷密
度较高的电网。20KV 变电网的优点可以总结为以下几点: 在系统额定电流短路与电流相
同时，变电容量将增加一倍，变电站的数量可减少不少；输送同样的电功率时，供电距
离会增加一倍；满足同样末端电压质量，供电半径增值 1.6 倍，供电面积增加 1.5 倍，这 能扩大 110KV 变电站的供电面积；在输送同样负荷情况下，线损减少 75%；输送损耗减 少约 75%；输送同样容量，有色金属用量减少 50%主变容量相同时，变压器二次侧电流
减少 50%； 20KV 用户报装容量可以达到上万 KV·A，为大负荷客户提供更灵活接线。
1.2 该公司 20KV 变电所电气一次系统设计要求
该公司地处南方，且该公司负荷较大，负荷类型较为复杂，因此该 20KV 变电所的
设计应当考虑多方面因素。例如该变电所的选址，常熟地区的土壤情况，常熟地区的雷
电情况，都是应该考虑的因素。
1.2.1 变配电所所址的要求
常熟后藤金属制品有限公司 20KV 变电所的选址应从多方面考虑： ⑴接近负荷中心
⑵接近电源侧
⑶进出线方便
⑷运输设备方便
⑸选择尽可能不要选在有剧烈振动、高温场所
⑹远离多尘或有腐蚀性气体的场所，此外不应选择在污染源的主导风向的下风侧
⑺不应设在经常有积水场所的正下方（指相邻楼层的正下方），也不宜靠近这些地方
⑻原离可能积水的场所或地势低洼处
⑼不可选址在存在爆炸危险的区域内
⑽远离有火灾危险区域的正上方或正下方[1]
该金属制品厂 20KV 变电所的选址也应遵从上述原则。该变电所的选址位于厂区中
央，周围是车间区域和厂区道路，不易出现积水或火灾等情况。具体的选址图可参照附
录。
1.2.2 变电所布置要求
参照《工业与民用配电设计手册》的相关要求，常熟后藤金属制品有限公司变电所
的布置应当符合以下的规则：
1.布置合理，以便于设备的操作、搬运、检修、试验和巡视等，此外设计时更应考 虑企业发展的可能性。
2.合理为变电所内各房间布局。
3.尽可能利用自然采光和自然通风，控制室最好朝南，以保证控制室等不至于过于
潮湿。
4. 控制室、配电室、值班室的地面，宜高出室外地面 150mm~300mm。 5.变配电所相关的辅助房间，如值班室等，值班室与高压配电室应直接相通，值班
室应有门直接通向户外。
6.变配电所各房间内经常开启的门窗不可直接面对酸、碱、蒸汽、粉尘和噪声严重
的场所。
7.电容室、变压器室、配电室的门应向外开。相邻配电室之间有门时，该门应向低
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