某综合维修工区变电所设计 任务书 题 目 某综合维修工区变电所设计 1、主要内容 1.搜集资料，统计用电负荷。
2.负荷分类及负荷计算。
3.确定维修工区主变压器的接线型式、容量、台数。
4.确定工区主接线方案。
5.短路计算。
6.设备及导线的选择 7.对工区防雷和接地的设计。
2、基本要求 1.完成不少于3000字的外文资料的翻译; 2.完成变电所系统图设计; 3.选择的设备及导线应符合工厂供电设计的要求; 4.利用CAD绘制符合国家标准规范的图纸 5.提交10000字以上的论文; 6.维修工区变电所设计符合GB50053—1992，10 kV及以下变电所设计规范[S]。
7.变电所的设计符《中华人民共和国电力法》、《电力设施保护条例》等。
3、主要技术指标 （1）、主要负荷表：
负荷名称 设备容量/KW 需要系数 功率因数 维修中心办公楼 100 0.6 0.6 中心办公楼信号主用 30 0.8 0.5 中心办公楼信号主用 30 0.8 0.5 工区办公楼信号主用 30 0.8 0.5 安全防护设备 40 1 0.8 民用通信 30 0.9 0.7 公安通信 30 0.9 0.8 消防通信 30 0.9 0.8 综合工区办公楼 100 0.6 0.6 食堂、浴室 80 0.55 0.55 单身宿舍 100 0.65 0.6 综合动力 60 0.7 0.8 消防设施 40 1 0.85 中心办公楼信号备用 20 0.8 0.5 工区办公路信号备用 20 0.8 0.5 工区办公楼信号备用 20 0.8 0.5 照明设备 80 1 0.9 总容量 840 （2）、环境条件：
维修工区变电所可由临近牵引变电所供电，出口断路器的容量为187MVA。所在地区的年最高气温为32℃，年平均气温为13℃，年最低气温为-10℃。年最热月平均最高气温为32℃，年最热月平均气温为27℃。本地区平均海拔50米，土地以砂粘土为主。风向以西北风为主，风速 28m/s。年最大负荷利用小时数为4000小时。要求供电有较高的可靠性。
4、主要参考文献 1．刘介才.工厂供电.第五版.机械出版社 2．李友文.工厂供电技术.化学工业出版社 3．刘介才.工厂供电设计指导(第2版).机械工业出版社 4．熊信银.朱永利.发电厂电气部分.中国电力出版社 5．李桂中.现代电力工程师技术手册.天津大学出版社 5、进度安排 第1周: 外文的查找及翻译。
第2周: 开题报告的编写。
第3周: 根据所给负荷，进行分类并完成负荷计算。
第4周: 初步的主接线图设计。
第5周: 完成短路计算。
第6周: 设备和导线的选择及校验 第7周: 利用CAD完成主接线图绘制。
第8周: 期中检查。
第9周: 完善论文每部分的内容和图纸的绘制。
第10周: 完成论文初稿。
第11周: 初稿内容的修改。
第12周: 论文格式修改 第13周: 论文查重，完成定稿 第14周: 进行毕业答辩。
2019年12月27 日 毕业设计开题报告 题 目 综合维修工区变电所设计 1、研究背景 为了综合维修工区中各用电设备的正常使用，变电所的设计则成为了重点。变电所做为电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全经济运行，是联系牵引变电所和工区内用电设备的中间环节，起着变换和分配电能的作用。如果综合维修工区变电所出现故障，会导致用电设备无法正常使用，维修工区内有大量的信号设备，对供电要求相对较高，断电则会使信号无法传输，设备检修不及时；
经济的损失，综合维修工区同样对机车和铁轨提供维护，变电所不稳定供电就会导致机车出现故障时，无法检修导致不能投入运行；
还有可能造成工作人员的伤亡，铁轨长时间使用后也会出现偏差，若工程检修车或工作人员不能及时进行维护，就会造成机车出轨，造成较大的人员伤亡。
2、国内外的研究现状 国外研究现状及特点：目前国际建筑电气的设计水平已经非常的先进，技术要求和可靠性要求越来越高，针对综合维修工区变电所的设计已经有了相当成熟的设计过程。设计过程选型计算准确，避免了粗犷选型造成的不必要浪费。同时各项用电设备选型技术较为先进，都是当今所使用的节能型，性能型产品。对工区变电所的供配电系统正常运行起到了保驾护航的作用。目前国际上关于铁路方面综合维修工区的供配电设计，正逐步的向整体智能化前进，并取得了非常可观的成果。
国内研究现状及特点：当前国内电气化设施的设计水平已经可以设计出一套较为安全可靠同时经济的变电所供配电系统。国内综合维修工区变电所的设计主要依据《供配电系统设计规范(GB50052-2009)》、《通用用电设备配电设计规范(GB50054-95)》、《10KV及以下变电所设计规范》等。
3、研究内容及研究方案 (1) 资料收集；
收集、阅读多篇论文，总结关于变电所设计的有关资料。确定维修工区内的用电负荷及其负荷等级。
(2) 负荷计算；
对维修工区变电所设计中用电负荷根据负荷等级、地理位置、工作制等原则进行分类，并根据需要系数法进行负荷计算。
(3) 主接线图的设计；
根据安全可靠灵活经济的原则进行主接线图的设计，并依据实际情况选择合适的接线形式。
(4) 短路计算；
采用标幺制法计算短路电流。根据提供的数据，出口断路器容量、选择的变压器容量及线路阻抗等数据进行计算 (5) 设备和导线的选择及校验；
根据动稳定度、热稳定度合理的选择一次设备，避免线路和变压器出现故障；
导线包括母线、电缆，母线应依据经济电流密度选择，其余导线应依据实际情况，按动热稳定度选择 (6) 防雷、接地设计；
防雷包括防直击雷、防感应雷、防雷电波侵入。变电所应装设避雷针、避雷带等设备进行防雷保护，接地保护中应计算出接地电阻。
4、预期达到的目标 综合维修工区变电所的设计满足安全、经济、操作简单的要求，能在故障的短时间内断开故障线路线路，并切换到备用线路上，防止出现设备的损坏和人身危害。此变电所设计应当满足当前国家的各项标准和规范要求，并且满足社会发展的要求，还应适应可拓展性。
2019年3月13日 摘要 综合维修工区做为铁路安全稳定运行的基础，起着重要的作用。工区内有各种铁路建设、维修的设备。为了使设备正常可靠运行，变电所的设计成为了核心。
本设计根据某综合维修工区所能取得的供电电源以及该区域用电负荷实际情况，利用系数法完成负荷计算，同时根据负荷计算所得结果实现了无功补偿计算，基于此确定变压器的类型和台数以及具体的安装位置等，利用标幺制法完成短路电流计算，并实现了设备选型，考虑雷暴天气对输电线路的安全性所产生的影响配备了防雷保护装置以及接地装置；
绘制了维修工区变电所主接线图，最终完成了供配电系统设计。
综上，本设计中采用单母线接线方式，所选变压器型号：S9-800/10。通过各类计算实现了某综合维修工区变电所的设计，并且要满足对铁路线上不同设施检修的需求，设计了安全、可靠、经济性好的变电所供电系统，使最终的设计方案达到预期要求。
关键词：变电所；
供配电系统；
防雷接地 Abstract The comprehensive maintenance work area plays an important role as the basis for the safe and stable operation of the railway. There are various railway construction and maintenance equipment in the work area. In order to make the equipment operate normally and reliably, the design of the substation has become the core. According to the power supply of a comprehensive maintenance work area and the actual load of the area, the calculation method is completed by the coefficient method. At the same time, the reactive power compensation calculation is realized according to the load calculation result. Based on this, the type and number of transformers are determined. As well as the specific installation location, the short-circuit current calculation is completed by the standard method, and the equipment selection is realized. The lightning protection device and the grounding device are equipped in consideration of the impact of the thunderstorm weather on the safety of the transmission line; The main wiring diagram of the substation in the work area finally completed the design of the power supply and distribution system. In summary, this design uses a single bus connection, the selected transformer model: S9-800/10. Through various calculations, the design of a substation in a comprehensive maintenance work area has been realized, and the need for maintenance of different facilities on the railway line has been met. A safe, reliable and economical substation power supply system has been designed to make the final design. Meet the expected requirements. Keywords: substation；
power supply system,；
lightning protection,；
grounding 目 录 第1章 绪 论 1 1.1 课题研究的目的意义 1 1.2 国内外研究现状 1 1.2.1 国内研究现状 1 1.2.2 国外研究现状 1 1.3 论文研究内容 2 第2章 负荷计算及无功功率补偿 3 2.1 电力负荷 3 2.2 电力负荷的分级 3 2.3 各级电力负荷对供电电源的要求 4 2.4 负荷计算 4 2.5 无功补偿 6 第3章 变电所主变压器的选择及变电所所址的确定 7 3.1 变电所主变压器的选择 7 3.1.1 变电所主变压器台数的选择 7 3.1.2 变电所主变压器的形式的选择 7 3.1.3 变电所主变压器联结组别的选择 8 3.1.4 变电所主变压器容量的选择 8 3.2 变电所所址的确认 8 第4章 主接线方案的选择 9 4.1 变电所主接线的意义 9 4.2 车间变电所的主接线分类 9 4.3 主接线方案的选定论证 9 4.3.1 第一种主接线方案 9 4.3.2 第二种主接线方案的提出 10 4.4 主接线方案的比较和选定 11 第5章 短路计算 13 5.1 短路电流的基本概念 13 5.1.1 短路的危害 13 5.1.2 计算短路电流的目的 13 5.2 短路电流计算 13 第6章 变电所一次设备的选择及校验 18 6.1 变电所一次设备分类 18 6.2 变电所一次设备的选择 18 6.3 变电所一次设备的选择原则 19 6.3.1 10kV一次侧设备的的选择及校验 20 6.3.2 0.4kV一次侧设备的选择校验 21 6.4 高低压母线的选择和校验 22 6.5 导线和电缆截面的选择条件 22 6.6 变电所进出线的选择及校验 23 6.6.1 10kV高压进线和引入电缆的选择 23 6.6.2 0.4kV低压出线的选择 24 第7章 变电所二次回路方案的选择 25 7.1 变电所保护的配置 25 7.2 高压断路器控制和信号电路 25 7.3 高低压侧的电能计量电路 25 第8章 变电所的防雷保护与接地装置设计 27 8.1 防雷设备 27 8.2 变电所防雷保护 27 8.2.1 直击雷防护 27 8.2.2 避雷器的选择 28 8.3 变电所公共接地装置的设计 28 第9章 结 论 30 参考文献 31 致 谢 32 附 录 33 附录A 外文资料 33 附录B 主接线图 44 第1章 绪 论 1.1 课题研究的目的意义 针对铁路而言，综合维修工区是铁路中各设施的安全、稳定运行的基础。工区内含有大量用来检修铁路的用电设备，为了设备的正常运行，变电所的设计成为了核心。变电所是电力系统的核心，连接着牵引变电所和厂区内的用电设备。
如果综合维修工区变电所运行出现问题，会导大量信号用电设备无法正常使用，故障信号无法传输，设备检修不及时；
机车和铁轨长时间运行也会出现偏差，变电所不稳定供电会导致维修设备不能使用，无法检修导致铁路不能投入运行；
严重时还有可能造成工作人员的伤亡。完善综合维修工区变电所设计具有深层的意义。
1.2 国内外研究现状 综合维修工区做为用电设施的提供检修，工区容通信、供电、检修、建设于一体。如今综合维修工区已经铁路、地铁等多方面各有发展。国内、国外各有领先的科技技术。
1.2.1 国内研究现状 目前，我国变电所设计技术比较成熟，已经走在电力技术的前沿。目前而言，我国变电接线方案具有简单化的特点，而且相关设备质量也有所提升，与此同时，电网供电更加可靠，而且在变电工作中起到重要作用的短路器，在制造技术方面也有所提升；
接线方案简单化，投资省。变电所开始采用大量新的一次电气设备，趋于无油化，性能高，安装简单，运行维护方便，例如SF6气体绝缘设备。国内变电所发展逐渐趋于数字化、自动化。但是其中还存在一些突出问题，损耗高，效率低等 1.2.2 国外研究现状 就国外而言，其变电设备愈发朝着数字化的方向发展，这主要体现在以下方面：一次设备 演进的更加智能，而且二次设备朝着网络化方向发展，并且符合IEC61850的相关要求。总体而言，装配化、智能化以及自动化，集继电保护、故障滤波、所内监控等功能为一体。相对于国内来说，国外变电所设计技术更加成熟，主要在电气设备上体现较为明显，其性能更加突出，安装检修方便，造价低，使用寿命长。国外变电所一次设备的技术也较为先进。
目前而言，这一领域的世界各地相关专家主要从以下几个方向进行技术方面的攻克，着眼于更加智能化、低成本的供电设备研发，从而达到电网系统全面化这一最终要求。
（1） 实现电力系统之间的通信协调性，使得互联互通成为可能，增加从传输的便利性。
（2） 加大力度布控通信系统，使其在商业化上城管委可能；
（3） 利用仪表电器等相关图纸，实现开关设备以及变压器的智能型转变；
（4） 实现电器设备的远程化终端控制；
（5） 进一步发展和优化智能仪表这一系统；
（6） 以期为电力系统算法这一领域贡献出更加精准和快速的控制方案。
1.3 论文研究内容 按照实际情况中的工厂工程要求，实施了本次设计，主要着眼于综合维修工区这一区块的变电所设计工作。
主要内容为以下几个方面：
（1） 在运行过程中完成负荷计算以及无功补偿这两部分；
（2） 将综合维修工区这一区块的变电所具体所址以及型式进行确定。
（3） 将综合维修工区这一区块所在变电所选择的主接线方案和主变压器型号；
（4） 参考短路计算的最终结果来选择设备。
（5） 按照实际情况对综合维修工区这一区块的电源进行以及高压配电线路这两方面进行综合性的筛选。
（6） 按照实际情况对电源进行这方面的二次回路方案进行评估和选择。
（7） 将综合维修工区这一区块的防雷保护以及接地装置两方面实施综合设计工作。
第2章 负荷计算及无功功率补偿 2.1 电力负荷 电力负荷，也叫电力负载，通常情况下可按照定义分成下列两类：
其一，可用于表征产生电能消耗的用电设备以及用电单位，可以重要负荷为例。
其二，可用于表征产生电能消耗的设备以及单位的具体电功率或者电流，可以轻负载为例。
2.2 电力负荷的分级 对于综合维修工区这一区块，电力负荷可根据供电可靠性要求以及中断供电损失来划分等级[2]：
一级负荷指出现供电中断时发生极为严重的人伤亡这一现象，或者在政治以及经济方面损失巨大，可以重要设备损坏为例。如果发突然断电，而造成中毒、爆炸以及火灾等后果，或者供电处的重大设施必须保持供电，以上情形可判别为重要负荷，相应的，这一维修区块需设定为一级负荷；
与之对应的，二级负荷指的是发生断电情况可能会造成较为严重的经济或者政治损伤，而不会对人身安全有影响， 比如大型重要设备的损坏等。维修工区内二级负荷较多，维修中心办公楼、民用通信、公安通信、消防通信、综合工区办公楼、安全防护设备、综合动力、中心办公楼信号主用、中心办公楼信号备用、工区办公楼信号主用、工区办公楼信号备用、消防设施；
三级负荷为一般的电力负荷，指所有不属于上述两种级别的负荷。例如照明设备、单身宿舍、食堂、浴室。
另一种判定方法是根据工作制进行划分的，具体为连续工作制这一类（能够在恒定负荷下实施作业，运行时间较长，能够保证其热平衡状态的发生），短时工作制设备（具体指恒定负荷条件下实施作业时间较短，中间具有较长的停歇时段）以及断续周期工作制设备（具体指在实施作业工程中可进行周期性的工作或者停滞）。
本次设计中用电设备都是连续工作制设备，可以根据用电设备的等级及设备类型来分配，利于负荷计算的进行。
第1组：维修中心办公楼、综合动力、综合工区办公楼、安全防护设备、消防设施 第2组：民用通信、消防通信、公安通信、中心办公楼信号主用、备用、工区办公楼信号主用、备用；
第3组：单身宿舍、食堂、浴室、照明设备。
2.3 各级电力负荷对供电电源的要求 1. 从重要性的程度上来看，一级负荷可谓重中之重，若出现供电中断，将会造成严重后果，因此按照有关要求，需要设置两个独立的供电设备，以防其中一个产生严重故障现象，另一个能够及时替补，从而使得维修工区设备进行正常运转。
与之对应的，一级负荷也尤为重要，在设置备用电源设备之外，还需设置应急电源（EPS）这一设备。而且要求这一电源只能对重要负荷供电提供供电工作。由于本文涉及到的设备不包含一级负荷，因而无需对应急电源这一方面进行考虑。
2.二级负荷对供电电源的要求 按照划分，二级负荷同样是极为重要的，因此需要设置双回路供电设备，而维修工区变电压器也要求设置两台。在实际作业工程中，如果出现单一的回路以及变压器故障现象，那么可以保证通信设备以及综合动力这两方面的二级负荷正常的电力供应，如果发生电力突然断供的现象，那么能够实现备用线路以及电源的及时启用，以恢复供电，维持工区各设备的正常运行。
3.三级负荷对供电电源的要求 通常来讲，三级负荷不被视为重要负荷，那么没有具体的供电负荷方面的相关要求。维修工区内食堂、浴室、宿舍等短时间断电不会造成危害，也不会导致电力系统的不正常运行。
2.4 负荷计算 在进行供电系统的原件负荷值计算的过程中，具体应对各元件的发热条件进行参照。
具体的符合计算过程中，通常涉及到需要系数法或者二项式法，通常利用前者进行运算。如果出现设备台数比较少而且各个设备容量没有较大的差别这一情况时，通常利用系数计算这一方法。如果设备台数本身比较少，而且各个设备之间容量查表比较大，那么通常使用二项式这一计算方法[3]。而本研究当中，设备相对较多，同时各个设备之间容量差别较小，因此在计算过程中实施系数法来实施相关运算。
供电系统安全可靠地正常运行的前提，就是必须精确地选择系统中各个器件，具体可包含电力变压器、开关设备或者是导线电缆等方面。具体作业过程中，择取的元件需要有电压或者频率方面的相关要求，而且必须达到相关的负荷电流，因而对变电所区块的全部用电设备均需要实施相应的负荷运算，其目的如下：
(1) 对变电所区块的变压器进行负荷电流以及视在功率等相关方面的运算，以此来进行变压器容量方面的选择。
(2) 对各个电气设备所流通的电流负荷以及各个输电线路所载有的负荷电流进行相应的计算，其结果可以成为设备、电缆以及母线等方面筛选的依据。
(3) 对尖峰负荷进行相关运算，以实现保护电气设备相关的整定计算，或者对电动机的启动条件进行评估。
(4) 进行电气设计时，作为技术支持。
以下具体的系数法计算公式：
：P=KdPe ：Q=Ptanϕ ：S=Pcosϕ ：I=S3UN 表2-4 负荷计算结果 负荷名称 负荷等级 设备容量(kw) Kd cosϕ tanϕ 计算负荷 P(kw) Q(kvar) S(kV·A) I(A) 第1组 维修中心办公楼 Ⅱ 100 0.6 0.6 0.8 60 48 100 5.78 综合工区办公楼 Ⅱ 100 0.6 0.6 0.8 60 48 100 5.78 综合动力 Ⅱ 60 0.7 0.8 0.6 42 25.2 52.5 3.03 安全防护设备 Ⅱ 40 1 0.8 0.6 40 24 50 2.89 消防设施 Ⅱ 40 1 0.85 0.53 40 21.2 47.06 2.71 第2组 中心办公楼信号主用 Ⅱ 30 0.8 0.5 0.87 24 20.88 48 2.77 中心办公楼信号主用 Ⅱ 30 0.8 0.5 0.87 24 20.88 48 2.77 工区办公楼信号主用 Ⅱ 30 0.8 0.5 0.87 24 20.88 48 2.77 中心办公楼信号备用 Ⅱ 20 0.8 0.5 0.87 16 13.92 32 1.85 工区办公楼信号备用 Ⅱ 20 0.8 0.5 0.87 16 13.92 32 1.85 工区办公楼信号备用 Ⅱ 20 0.8 0.5 0.87 16 13.92 32 1.85 民用通信 Ⅱ 30 0.9 0.7 0.71 27 19.17 38.57 2.22 消防通讯 Ⅱ 30 0.9 0.8 0.6 27 16.2 33.75 1.95 公安通讯 Ⅱ 30 0.9 0.8 0.6 27 16.2 33.75 1.95 第3组 单身宿舍 Ⅲ 100 0.65 0.6 0.8 65 52 108.33 6.25 照明设备 Ⅲ 80 1 0.9 0.44 80 35.2 88.89 5.13 食堂、浴室 Ⅲ 80 0.55 0.55 0.84 44 36.96 80 4.62 总计 581.44 424.20 719.73 41.57 2.5 无功补偿 无功补偿按工作电压等级分为低压无功补偿和高压无功补偿。此综合维修工区变电所由牵引变电所向工区变电所供电，再转换成适合所内设备直接使用电压等级，高压配电线路上的功率损耗可忽略不计。
变电所的总计算负荷：
P30=K∑p×∑P30=0.92×632= 581.44kW Q30=K∑q×∑Q30=0.95×446.28=424.20kvar S30=P302+Q302 ≈719.73KV·A cosφ= P30/Q30 = 581.44/719.73≈ 0.81 变电所10kV高压侧在最大负荷时，要求具体的功率因素应在0.9或者以上，经过上述计算，可得出cosφ=0.81<0.9。而在实际操作中，无功功率损耗相比于有功功率损耗而言要大很多，那么在此情况下要求功率因素达到 0.9或者以上，则要在0.4kV这一母线上实施并联电容器的安装再进行补偿调适，如果补偿调适之后，计算得到功率因素达到0.92，那么可得出相应的电容补偿容量，具体可见下面公式：
Qc=P30(tgΦ1-tgΦ2) =581.44×（tanarccos0.81－tanarccos0.92）=174.43kvar 如果选择这一型号的电容器，那么可用下面式子进行电容器数量的计算：
n = QC/qc = 174.43/200 =0.87 如假设n=1，那么对实际的补偿容量进行计算，为QC=200×1=200 kvar 在实施无功补偿过后，可对变电所低压侧的符合进行相应计算：
S＇30(2)=P302+(Q30-Qc)2=581.442+(424.20-200)2=623.17KV·A 变压器的功率损耗为：（估算PT（0.01-0.02）,QT（0.05-0.08）） △PT = 0.01 S30′= 0.01 ×623.17 =6.23kw △QT = 0.05 S30′= 0.05×63.17 = 31.16kvar 变电所高压侧计算负荷为：
P30,= 581.44+ 6.23 = 587.67kw Q30,= (424.20-200)+ 31.16=255.36 Kvar S30,=P30, 2+Q30, 2=587.672+255.362=640.75KV·A 无功率补偿后，工厂的功率因数为：
cosφ′= P30,/ Q30,= 587.67 /640.75= 0.92≥0.9 因此，符合本设计的要求。
第3章 变电所主变压器的选择及变电所所址的确定 电力系统将电能安全输送到变电所，然后经过变压器的变压分配到综合维修工区各个车间设备。就功能而言，变电所可以从上一级的电力系统当中接收到相应的电能，随之实施电能的分配，所以变配电所可作为工厂配电系统的交汇处而存在。具体而言，工厂变电所可分为两种，其一是总降压变电所（将范围在35kV及以上的电压将至10kV或者6kV），其二是车间变电所（将范围在10kV/6kV的电压将至0.4kV这一水平）。通常情况下，中小型工厂当中不进行总降压变电所的设置[4]。
3.1 变电所主变压器的选择 本文研究的综合维修工区规模在中小型工厂的范畴当中，而且均为常规供电，不设置特殊要求，因而可将35kV/10kV这一负荷的牵引变电所直接引向厂区内部，来作为供电设备。
3.1.1 变电所主变压器台数的选择 通常需要参考以下几种原则来选择主变压器的数量[5]：
(1) 需考量用电负荷，需要提供可靠的电力供应。若变电所一、二级负荷较多，则一般来说就会需要两台变压器，如果主变压器故障或者需要进行检，变电所依然能够保证对一、二级负荷持续进行电力供应。如果变电所当中只含有二级负荷而不含有一级负荷，那么设置两台或者一台变压器均可，还需在低压一侧设置供电线，以作为备用电源，也可以设置例如发电机这类的自备电源。
(2) 如果某些负荷呈现出季节性或者昼夜变动较大的情况，那么需要考虑经济方面的运行因素，或者设置两台变电设备进行作业。
(3) 排除上述情况，一般来说，车间变电所只会配备一台变压器。但是若是发生负荷集中或容量较大的状况，那么仍需设置多于一台的变压器设备。
如果进行变压器数量的考量，还需要考虑到供应区的负荷增长情况，以确保增长空间。
此综合维修工区变电站的设计都是针对车间变电所，工区内存在有较多数量的二级负荷和三级负荷，而没有一级负荷，所以按照上述原则，则需配备两台变压器，一台作为主变压器，另一台备用。
3.1.2 变电所主变压器的形式的选择 1、油浸式：无特殊环境影响时，这一形式为大部分变电所所使用；
2、干式：若周围环境潮湿或者多尘，抑或对防火的要求较高时，那么通常采用这一方式；
3、密闭式：如果变电所环境当中化学腐蚀物品、易导电、易燃粉尘或者纤维等较多的情况下，通常采用这一存放方式；
4、防雷式：如果周围环境中雷区较多或者土壤电阻率较高（比如山区），那么通常采用这一存放方式；
5、有载调压式。
由于本研究中变电所所在环境当中，不含有特殊要求，那么选择通常情况下的油浸式进行放置。
3.1.3 变电所主变压器联结组别的选择 通常所说的电力变压器连接组别，具体是说变压器一、二次绕组由于变压器一、二次侧对应线路所设置的电压由于相位关系不同而实施不一致的联结方式的情况。在6~10kV这一范围的配电变压器设置有Yyn0以及Dyn11这两类联结方式进行组合[6]。
如果在三相负荷基本均衡的条件下，低压中性线电流要求在低压绕组额定电流的四分之一以下。如果谐波没有在供电系统中受到过多的影响，那么相应的三相配电变压器通常选用Yyn0这一方式进行设置。若由于单项不平衡负荷，而导致中性电流大于变压器低绕组额定电流的四分之一，以及供电系统中包含有数量较多的“谐波源”，致使高次谐波电流现象显著等情况，通常三相配电变压器选择Dyn11这一方式进行连接。
本次设计中综合维修工区内含有较多的“谐波源”，比如信号设备以及通信设施等，因而实施Dyn11这一联结方式进行作业。
3.1.4 变电所主变压器容量的选择 若某变电所只有一台主变压器，则此时其对应的容量SN.T需要符合所有用电设备所产生的总计算负荷S30的需求量，也就是 SN⋅T≥S30 而且车间当中变电所设置的主变压器单台容量通常在1000kV⋅A以下。
按照上述要求，选择S9-800/10的油浸式变压器这一型号实施运作。
3.2 变电所所址的确认 通常，变配电所的位置一般设置在负荷中心附近，以此为进出线的便利性提供保证，同时有扩建和发展的余地。维修工区由牵引变电所进行集中供电，因此工区变电所通常为室内型附设式，这样不会占用较多建筑面积，从而减少相应的花费。参照已确定的供电方案，结合查询的资料中综合维修工区平面示意图，考虑变电所尽量远离人员集中地区，并不影响综合维修工区面积的利用，安全供电等因素，决定将降压变电所设在综合维修工区西北部这一区域。
第4章 主接线方案的选择 4.1 变电所主接线的意义 主接线图即主电路图，它的主要作用就是能够展现出系统输送和电能分配线路，在主电路图中所呈现出来的接线方式能够对在正常以及故障状态下的供配电情况进行一定程度的体现，因此，也叫作以此电路图。
4.2 车间变电所的主接线分类 1.有工厂总降压变电所或高压配电所的非独立式变电所 在总变配电所中，设置了高压配电室，并且还安装了开关设备、保护装置和测量仪表，在通常情况下，这些仪器设备会在高压配电线路的起始高压侧进行设置。而车间的变电所内配置了变压器和低压配电室，其高压侧通常情况下不安装开关设备，或者只装设简单的隔离开关、熔断器和避雷器等。
2.无工厂总降压变电所和高压配电所的独立式变电所 若没有总变配电所存在于工区范围之中时，此时可以将车间变电所进行代替，需要注意的时，这个时候在高压侧安装开关电器、保护装置和测量仪表等设备是必不可少的前提条件，因此，高压配电室的存在也是必须的。但如果满足以下两种条件即可不用设置高压配电室，第一个条件是变压器容量不大，第二个条件是没有较高的供电可靠性要求，为了能够对低压侧电能状况进行有效监测，可以在变压器室内或者电杆上来安装这些开关设备；
除此之外，也能够在高压测对电能进行检测，那么就需要在低压配电室中设置高压开关 [6]。
4.3 主接线方案的选定论证 主接线具有着多种多样的接线方式，常见的有单母线，单母线分段、；
双母线；
桥式，内桥、外桥等。当线路上存在穿越功率时，桥式接线会是个不错的选择。分支接线可以考虑在对供电可靠性没有较苛刻的要求时应用。双母线供电可靠、调度灵活、扩建方便，但是线路上所需设备较多，操作繁琐，不适用于维修工区变电所的设计。
本次维修工区变电所设计中，不存在穿越功率，且对供电可靠性要求相对较高。
结合多种接线方式的优缺点，初步采用单母线接线方式，装设一台主变压器，一台备用变压器，并采用双回路进线，给工区内的用电设备供电。维修工区内有大部分二级负荷，装设备用变压器，避免主变压器故障时，造成过大的损失。双回路进线能保证一条线路故障时，另一条线路进行供电。
4.3.1 第一种主接线方案 本综合维修工区使用的是来源于35/10kV牵引变电所的电力，其位置处于工区附近，由于厂中仅设置了二、三级负荷，并不具备一级负荷。所以设置了两台变压器，而且在接线方式上采取为单母线，这样其可靠性会得到一个很好的保障。
因此在设计方1中，接线方式采取的为双回路进线，单母线接线。由牵引变电所给工区提供所需的电能，在此过程中需要车间变电所将降压为，最后供给维修工区各用电设备。
单母线接线优势在于操作简单，较为经济。双回路进线弥补额其可靠性上的不足。一旦在工区中有一条线路发生故障，则备用电路可以立即代替故障线路，从而保障工厂在电路故障的状况下仍能保持正常运行，防止出现较大损失。两台变压器，一备一用，避免了工区内变电器出现故障时，无法正常供电的现象。备用高压进线和备用变压器使维修工区变电所安全、可靠供电获得进一步的保障。
方案1主接线图如下：
图4-1 4.3.2 第二种主接线方案的提出 在方案2中，接线方式采取的是一条电源进线，单母线分段。相较于单母线接线，单母线分段具备更好的可靠性，并且从操作上来看，也更加的灵便。同样采用两台变压器，增加供电的安全性。相比于方案1，方案2只采用了一条电源进线，如果高压进线出现故障，则会导致整个综合维修工区断电，工区内各设备无法正常运行及使用，将会造成较大的经济损失。
方案2主接线图如下：
图4-2 方案2 4.4 主接线方案的比较和选定 综合比较几种主接线方案：
(1) 相比于方案2，方案一在安全性角度来看具有更大的优势。
(2) 从供电可靠性角度来分析，方案1由于其接线方式的缘故，再出现电路故障时能够使用备用电路取而代之，从而保障工厂仍然能够保持正常运行，而相比来看，方案二的接线方式需要配置两台变压器，因此就可靠性而言，方案1更具优势。
(3)从灵活性方面来比较，单母线分段要比单母线的灵活性高，方案1、2都采用了两台变压器，一备一用。配电较灵活。
(4)就扩建适应性而言，方案1和方案2相差不大，扩建性均有较好表现。
主接线的经济性比较：
(1)在方案1中，主要花费包括：两台，每台元，共元。，共计元。
(2)在方案2中，主要花费包括：元，每年维护费用约为元，共计元。
表4-1 主接线方案的选定 方案1 方案2 安全性 满足要求 不满足要求 可靠性 满足要求 满足要求 供电质量 满足，质量高 满足，质量低 灵活性 灵活性较低 灵活性高 扩建适应性 扩建灵活性高 扩建灵活性高 因此，经过多方面的比较和计算，方案1相对于方案2，设备齐全，采购方便，虽然方案1经济性稍差，但供配电的安全性、可靠性、供电质量和扩建适应性各方面较好。更加满足综合维修工区变电所的设计要求，保证供电质量。最终选择方案1。
第5章 短路计算 5.1 短路电流的基本概念 短路，其具体概念是指：在电力系统中，发生了不同等级电位的导体在电器上被短接，如相与相之间、相与地之间的短接。短路的具体特征表现为短接前后两点的电位差会发生显著变化[7]。
5.1.1 短路的危害 在电器设备中，一旦发生短路故障，则设备回路中阻抗会发生显著的降低，相比于设备正常运行的电流，若发生短路故障，则此时的短路电流会出现极大地升高。这种现象所带来的热效应以及电动效应将会给设备带来极大地损伤，且几乎无法逆转；
当出现不对称接地短路是，在设备回路中会产生零序电流，这种零序电流会因为在通讯线路中产生感应的电动势从而会干扰到正常通信，严重时甚至会对人身以及设备带来一定的损害。
5.1.2 计算短路电流的目的 进行短路计算的目的是希望能够借此来减少短路故障所带来的损害，并且尽可能的缩小其影响范围。具体目的如下：
1.利用短路电流检测电气设备和导线的热、动稳定性，可以帮助对其进行选择。
2.选择和整定继电保护装置，这样能够保证在发生短路故障后能够立即切除。
3.[8]。
5.2 短路电流计算 短路计算使用最为频繁的两种基本方法为有名单位制法(欧姆法)和相对单位制法(标幺制法)。在本次的设计方案中，计算方法采取了标幺制法，遵循统一标准，将各个电压等级的阻抗进行一一对比，从而可以得出一个虚拟的值（标幺值），计算完成之后，再按电压等级分别归算。
1)系统最大运行方式时短路电流计算 ①绘制计算电路 图5-1 短路计算电路 ②确定基准值，设Sd，Ud=Uc，高压侧Ud1，Ud2， 则 Id=Sd3Ud 所以：
Id1=Sd3Ud1=100MVA3×10.5kV=5.5kA Id2=Sd3Ud2=100MVA3×0.4kV=144kA ③计算电抗标幺值 a. XS*=SdSOC 所以：X1*=100MVA/187MVA=0.53 b. 查表得的x0=0.36Ω/km，线路长,故 Xwl*=X0lSdUC2 所以：
X2*=(0.36×0.5)Ω×100MVA(10.5kV)2=0.16 c. 查表得UZ%=4.5,故 XT*=Uk%100SdSN 所以：
X3*=4.5100×100MVA800kVA=5.63 绘制等效电路， 图5-2 等效电路 ④计算k-1点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 a. X∑(k-1)*=X1*+X2*=0.53+0.16=0.69 b. Ik(3)=IdX∑* 所以：Ik-1(3)=Id1/X∑(k-1)*=5.5kA/0.69=7.97kA c. I＇＇(3)=I∞(3)=Ik-1(3)=7.97kA ish(3)=2.55I“(3)=2.55×7.97kA=20.32kA Ish(3)=1.51I＇＇(3)=1.51×7.97kA=12.03kA d. Sk(3)=Sd/X∑* 所以：Sk-1(3)=Sd/X∑(k-1)*=100MVA/0.69=144.93MVA ⑤计算k-2点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 a. X∑(k-2)*=X1*+X2*+X3*=0.53+0.16+5.63=6.32 b. Ik-2(3)=Id2/X∑(k-2)*=144kA/6.32=22.78kA c. I＇＇(3)=I∞(3)=Ik-2(3)=22.78kA ish(3)=1.84I＇＇(3)=1.84×22.78kA=41.92kAIsh(3)= 1.09I＇＇(3)=1.09×22.78kA=24.83kA d. Sk-2(3)=Sd/X∑(k-2)*=100MVA/6.32=15.82MVA 表5-1 短路计算结果 短路计算点 三相短路电流/kA 三相短路容量/MVA Ik(3) I＇＇(3) I∞(3) ish(3) Ish(3) Sk(3) k-1 7.97 7.97 7.97 20.32 12.03 144.93 k-2 22.78 22.78 22.78 41.92 24.83 15.82 2)系统最小运行方式时短路电流计算 ①绘制计算电路 图5-3 短路计算电路 ② 设Sd，Ud=Uc，高压侧Ud1，Ud2,则 Id1=Sd3Ud1=100MVA3×10.5kV=5.5kA Id2=Sd3Ud2=100MVA3×0.4kV=144kA ③计算电抗标幺值 a. X1*=100MVA/107MVA=0.93 b. 查表得的x0=0.36Ω/km，线路长,故 X2*=(0.36×0.5)Ω×100MVA(10.5kV)2=0.16 c. 查表得UZ%=4.5,故 X3*=4.5100×100MVA800kVA=5.63 绘制等效电路， 图5-4 等效电路 ④计算k-1点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 a. X∑(k-1)*=X1*+X2*=0.93+0.16=1.09 b. Ik-1(3)=Id1/X∑(k-1)*=5.5kA/1.09=5.05kA c. I＇＇(3)=I∞(3)=Ik-1(3)=5.05kA ish(3)=2.55I＇＇(3)=2.55×5.05kA=12.88kA Ish(3)=1.51I＇＇(3)=1.51×5.05kA=7.63kA d. Sk-1(3)=Sd/X∑(k-1)*=100MVA/1.09=91.74MVA ⑤计算k-2点的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 a. X∑(k-2)*=X1*+X2*+X3*=0.93+0.16+5.63=6.72 b. Ik-2(3)=Id2/X∑(k-2)*=144kA/6.72=21.43kA c. I＇＇(3)=I∞(3)=Ik-2(3)=21.43kA ish(3)=1.84I＇＇(3)=1.84×21.43kA=39.43kA Ish(3)=1.09I＇＇(3)=1.09×21.43kA=23.36kA d. Sk-2(3)=Sd/X∑(k-2)*=100MVA/6.72=14.88MVA 表5-2 短路计算结果 短路计算点 三相短路电流/kA 三相短路容量/MVA Ik(3) I＇＇(3) I∞(3) ish(3) Ish(3) Sk(3) k-1 5.05 5.05 5.05 12.88 7.63 91.74 k-2 21.43 21.43 21.43 39.43 23.36 14.88 第6章 变电所一次设备的选择及校验 在变配电所中，用来输送及分配电力的电路就是通常意义上所说的一次电路或一次回路，也被叫做主电路。而在该电路中所使用的全部电器设备即为一次设备[10]。例如高低压断路器、高低压隔离开关、电压互感器、高低压熔断器、电流互感器等。为线路的正常用电起着保护、监测、计量的重要作用。
6.1 变电所一次设备分类 一次设备可通过其负责的不同的功能分为以下几种：
(1)变换设备 可依据具体工作要求来转化电压或电流等级，如电力变压器、电流互感器等。
(2)控制设备 可按照系统工作的要求，实现对一次电路通、断的有效控制，具体设备有变压器线路上的隔离开关，断路器等。
(3)保护设备 保护设备，顾名思义，在系统出现过电流和过电压现象时，起到保护电力系统的作用，如避雷器、线路上熔断器等。
(4)补偿设备 可对电力系统中产生的无功功率进行补偿，可以帮助电力系统提升其功率因数， 具体设备有并联电容器，没能够在高压、低压侧进行补偿。
(5)成套设备 能够按照一次电路接线方案中的一系列具体要求，将一次设备及二次设备根整合为一体，例如高压开关柜、低压配电屏等。
6.2 变电所一次设备的选择 在进行这一选择时，需要考虑正常供电以及短路故障这两种情况，与此同时，需要保证供电工程中的安全性、运行可靠、维护方便、操作简单，还应投资经济合理。否则会严重影响变电所供配电系统的正常运行，导致严重的危害、不必要的经济损失和人身安全。
6.3 变电所一次设备的选择原则 目前供配电系统当中，各种型号品类繁多，而且作用各不相同，但是在筛选要求以及校验当中，规范较为一致。在设备可以安全、可靠运行的前提下，所供应的各种设备需要尽量保证额定电压以及额定电流的正常情况，但在进行动稳定度以及热稳定度的考量时，需要依据短路故障这一条件进行校验和选择[11]。
(1) 在进行电气设备型号选择时，需要对放置环境进行考量 具体工作环境可以分为以下几种：户外以及户内情况、设置地海拔情况、设置地温度，以及是否处于矿井、防尘或者防爆区域等。
(2) 在选择额定电压时，需要考量工作电压 一般来说，额定电压UN需≥UWN（设备将要安装的地点所具备的电网电压）也就是 UN≥UWN (3) 选择额定电流时，需考量最大负荷电流 一般来说，其额定电流IN需≥I30（设备将要安装的地点所具备的最大负荷电流），也就是 IN≥I30 (4) 选择开关类电气设备，需考量其断流能力 通常情况下，需要确保设备相应的最大开断电流IOC这一数值大于或等于所处安装地点最大三相短路电流的数值，也就是 Ioc≥I(3) (5) 此外，还需要考量热、动稳定性。
在发生故障之后，良好的热、动稳定性能够保证电气设备不会发生损害。
1)首先校验和评估热稳定度。如果出现短路电流，那么需要保证导线以及电气设备相应的发热温度处于短时发热可承受值的范围之内，也就是 上面式子中，tima=tk+0.05s，tk=top+toc 如果有tk>1s时， tima=tk 上面式子中，用I∞(3)来表征相关电气设备处于设置条件下的三相短路稳态电流这一对应值，用tima来表征出现短路情况的持续时间，tk为实际短路时间，top为动作时间，toc通常取0.2s；
It设置为在t秒时间段内，相应设备所能承受的短路电流，其中，t值按照设备所确定的热稳定时间来进行计算和确定。
2)进行动稳定度校验。其中，动稳定度这一名词的含义为导体以及电气设备在短路条件下的电流机械效应承受程度。其需要达到以下条件：
imax=Ik(3) 上面式子当中，以ish(3)来表征设备安置处相应的三相短路冲击电流峰值情况，以imax来表示设备所能承受的电流峰值情况。
6.3.1 10kV一次侧设备的的选择及校验 (1)高压电压互感器：
选用户内型，安装处电压等级为10kV，具有绝缘、监视、测量功能，型号选择为：JDZJ-10,为户内式环氧树脂浇筑半封闭类型。
校验: 额定工作电压10kV≥线路电压， 由于熔断器的存在， 因此动稳定性和热稳定性相关的检测可以不用开展。
(2)高压电流互感器：
采用型干式电流互感器：额定工作电压,额定工作电流,动稳定电流，额定短时热电流。
：
， ， ：额定动稳定电流有效值， ：满足要求。
(3)：
高压隔离开关为户内型，工作电压，：GN86-10/200，额定工作电压,,动稳定电流15kA，。
：
， ， 动稳定校验：额定动稳定电流有效值ish(3)， ：·S I∞(3)2tima=137.1kA2·A It2t≥I∞(3)2tima满足要求 (4)高压断路器：
选户内型，型号，额定工作电压,额定工作电流,，额定短时热电流。
校验：
额定工作电压、， ：额定动稳定电流有效值ish(3)， 热稳定校验：·S I∞(3)2tima=137.1kA2·A It2t≥I∞(3)2tima满足要求 (5)高压熔断器：
最终选择户内高压限流型，具体为，额定工作电压,额定工作电流,最大开断电流Ioc。
：
额定工作电压、， 最大开断电流Ioc50kA＞Ik-1(3)=7.79KA， 高压熔断器安装在侧电压互感器处，通常来讲，其一次侧保险额定电流为，所以额定电流选，符合要求。
6.3.2 0.4kV一次侧设备的选择校验 (1)低压电流互感器：
多数情况下，低压电流互感器是当做一种计量设备来投入使用的，类型为干式电流互感器，型号为型电流互感器，，额定一次电流，，完全能够满足相关要求，无需开展动稳定度和热稳定度的检测。
(2)低压断路器：
低压断路器位于变压器低压出线处，为户内少油型，应选DW15-1600型断路器，额定工作电压,,额定断流能力。
：
断流能力校验：一般断流能力为，，符合要求。
(3)低压刀开关：
本次设计根据线路的电气条件其型号选用：刀开关。额定电压,额定电流,短路耐受电流40kA。
校验：
额定工作电压380V≥线路电压380V。
额定工作电流1500A＞计算线路电流。
额定短路耐受电流＞，满足要求。
6.4 高低压母线的选择和校验 根据规范，完成高低压母线的选择和校验，结果如下 变压器容量/kVA 200 250 315 400 500 630 800 1000 低压 母线 相母线 40×4 50×5 60×6 80×6 80×8 100×8 120×10 中性母线 40×4 50×5 60×6 80×6 根据上表，母线选。
Ig.max=2.97kA，经济截面：3140mm2，选用每相4条(80)铝导体。根据短路计算结果，选择的母线满足动稳定性要求。
6.5 导线和电缆截面的选择条件 为了保证供电系统以及接触网设备具有良好的运行稳定性和可靠性，在实际导线选择过程中应当满足如下基本原则。
(1)发热条件 导线中通入对应负荷电流时母线会发热，其发热量所造成的温升应当低于最高准许温度。
(2)电压损耗条件 在母线最大负荷状态下产生的电压损耗应当低于正常运行下的许用损耗。当工厂中没有高压线路或实际应用的高压线路较短时可不进行电压损耗校验。
(3)经济电流密度 及以上的输电线路需要进行电流密度选择，对于容量较小的电路而言通常在设计时可不按经济电流密度选择。
(4)机械强度 导线截面积应当大于许永值，保证导线机械强度满足使用要求[10]。
在实际应用中要根据输电线路的实际损耗来选择对应截面尺寸的电缆，同时校验其机械强度。
6.6 变电所进出线的选择及校验 维修工区变电所由临近牵引变电站供电。所在区域年最均气温为13℃，。本地区平均海拔50米，风向以西北风为主，风速28m/s。年最大负荷利用小时数为4000小时。要求供电具有良好的可靠性。
6.6.1 10kV高压进线和引入电缆的选择 1) ① 查文献[4],初选,。
②校验机械强度。查文献[4]， 。
③。
2) 。
①。查文献[4],初选缆芯为25mm2的交联电缆，。
② Amin=I∞(3)1.777mm2=134mm2>25mm2 。
6.6.2 0.4kV低压出线的选择 各部分电力线路采用交联聚乙烯绝缘电缆。
(1)：查资料，初选缆芯为30mm2的交联电缆，其25℃时的载流量为152A大于线路计算电流，。
(2)：
，Amin=I∞(3)timaC=797×0.7577=8.767mm2<30mm2，因此满足要求。
交联聚乙烯绝缘电缆相较于当前市面上常见的其他类型的电缆而言具有更有意的性能，且结构十分简单，具有操作方便、可在恶劣环境下工作(90℃)等优点。在相同环境条件下，选用交联电缆比选用纸绝缘和聚氯乙烯绝缘电缆可以低于规格 (指导体标称截面)一至二档。这样不仅提高了电缆的性能和质量，而且可降低用户购买电缆的成本。
第7章 变电所二次回路方案的选择 7.1 变电所保护的配置 为了保证综合维修工区变电所的安全运行，在供电系统中装有不同类型的保护装置。熔断器保护、断路器保护、继电保护，各种保护适用的高低压场合不同，保护的动作也有差别， 本设计对二次回路保护配置即电路动作予以分析。
7.2 高压断路器控制和信号电路 变电所二次回路的主要功能是保证一次回路的运行，根据下图高压断路器的操作原理可知，其主要功能是实现合闸与分闸，在实际操控中通常由工作人员手工操控 进行控制。
。YR不能动作。分闸时，闭合，断开，监视回路的完好。
KM触点闭合，YR运行，断开，YR不动作。闭合，绿灯亮。操作手柄此时处于关闭位置，此时若黄色标志下降，断路器跳闸处于关闭位置，QM和合闸接通，报警电路接通，自动报警。
7.3 高低压侧的电能计量电路 根据电力部门要求，根据各种用电负荷性质不同，配置计量表有不同的原则，即高压计量(电度表)需设有无功电度表、低压只需装设有功电度表。如图所示，PA是电流变，PJ是三相有功电度表。
第8章 变电所的防雷保护与接地装置设计 8.1 防雷设备 防雷设备主要包含两类，其一为接闪器；
其二为避雷器。前者的主要功能是承受雷击。构成接闪器的金属网也即常见的避雷网。后者的主要目的是防止在雷暴天气下，对设备正常运行造成危害，起到设备保护的作用[18]。
8.2 变电所防雷保护 使用电设备用电电压不超过其耐压值。当前我国电气化铁道接触网防雷设计主要依照拟定的国家标准或行业标准来实现，如TB 10009--2005以及(铁建设[2007]39号)等相关文件 。按照不同区域的气象条件将雷电区分为四个不同的等级区域，少雷区：雷暴天气小于等于20天/年；
多雷区：雷暴天气小于等于40天/年；
高雷区：雷暴天气40-60天/年；
强雷区：雷暴天气大于等于60天/年。通过架空避雷线完成安装，在安装避雷设备或架空避雷线的同时需要做好接地工作。接触网防雷措施包含安装避雷设备，一般而言，通过架空线路进行实现，在安装避雷设备的同时要注意将避雷设备接地，当前接触网防雷措施中的具体规定包含下述方面：
(1)接触网支柱采用集中接地方式。
(2)当支柱不悬挂保护线时采用集中接地；
对于单独支柱而言应可直接接钢轨。
(3)当轨道回路区段信号较弱或无信号时可接钢轨。
(4)对于钢柱而言，回流线以及保护线通过绝缘方式连接；
对于钢筋混凝土支柱而言，不宜采用绝缘方式连接，应与支柱内部接地钢筋相连接。当设有综合贯通地线时，回流线或保护线均宜采用不绝缘方式。
8.2.1 直击雷防护 图8-1 单支避雷针的保护范围 (1)h≤hr。
1)。
2)hr。
3)。
4) rx=h(2hr-h)-hx(2hr-hx) ：
Hr——。
rx=7×(2×45-7)-5×2×45-5=5m 8.2.2 避雷器的选择 1)在。
2)在。
3)在。
8.3 变电所公共接地装置的设计 1) ：
RE≤4Ω RE≤120VIE=120V27A=4.4Ω ：
IE=10(80+35×25)350A=27A RE≤4Ω 2) 2.5m、Φ50mm：
n≥REηRE(man)=16 。
：
RE≥RE(1)nη≈ρ/lnη=40Ω0.65×16=3.85Ω 。
式中：
ρ=100Ω⋅m，l=2.5m，η=0.65 第9章 结 论 本设计根据某综合维修工区所能取得的供电电源以及该区域用电负荷实际情况，利用系数法进行负荷计算，同时按照负荷计算所得结果进行无功补偿计算，确定了变压器的选型、台数、连接型式以及输所处位置等，利用标幺制法完成短路电流计算，并实现了设备选型，考虑雷暴天气对输电线路的安全性所产生的影响配备了防雷保护装置以及接地装置；
绘制了维修工区变电所主接线图，最终完成了供配电系统设计。
综上，本设计中采用单母线接线方式，所选变压器型号：S9-800/10。通过各类计算实现了某综合维修工区变电所的设计，并且要满足对铁路线上不同设施检修的需求，设计了安全、可靠、经济性好的变电所供电系统，使最终的设计方案达到预期要求。
我的关于综合维修工区变电所设计中，还有考虑不到的方面，例如工区中用电设备没有找全，设备选择中线路和变压器进出线上细节设备没有考虑到。
总体上，我的这次设计虽然还存在不足的地方，但是我在过程学到了之前没有总结到的知识，并让我有了一个较为全面、系统的设计经验，并增强了实际应用能力。
参考文献 [1] 篮增珏.国内外145 ～ 550kV 户外高压和超高压组合电器述评[J] .电力设备,2000. 2 [2] 丁书文,罗仲远,张承学.变电站综合自动化系统设计的若干问题探讨[J] .华北电力技术,1999. 10 [3] 熊信银.朱永利.发电厂电气部分[M] .国电力出版社,2004. [4] 刘介才.现代电工技术手册[M] .中国水利水电出版社,2003. [5] 李桂中.现代电力工程师技术手册[M] .天津大学出版社,1994. [6] 杨胡萍.陈平.农村变电站防雷保护与接地设计探讨[J] .中国电力，2005年7月第7期38卷. [7] 戈东方.电力工程电气设备手册[M].北京:中国电力出版社 [8] 杨奇逊.微型机继电保护基础[M].北京:水利电力出版社,1988. [9] 徐立子.变电站自动化系统的分析和实施[M].电网技术2005,24(5):25-29 [10] 洪宪平.走向网络化的远动系统[J].电力系统自动化,2001,25(6):1-3 [11] 王远璋.变电站综合自动化现场技术与运行维护[M].中国电力出版社,2004 [12] 王明峻.我国电网调度自动化的发展一从SCADA到EMS[J〕.电网技术,2004,28(4):43-46 [13] 鲁国刚.任洛卿.丁杰等.变电站自动化技术的发展综述「J」.电力系统自动化,2000,24(18) [14] John G Proakis.Enery Conversion and Management,:Portugal Electronic Publishing,2006 [15] Cao Hong International Journal of Advancements in Computing Technology 2013 ProQues 致 谢 在本次的毕业设计过程中，首先我要向我的导师便是真诚的谢意，感谢您在我毕业设计中对我不倦的指导，感谢您在我遇到困难的时候给的指出的正确方向。
通过这次毕业设计，我学会了许多曾经不曾涉及到的领域和问题。这是我第一次针对实际情况，制作变电所方面的设计，初步策划设计时头脑糊涂没有清晰的思路，是老师耐心的指导我。从计算负荷开始以步步用心教导我，学会了如何正确将设备分组并计算，接着主接线的设计、短路计算等，论文的框架也一步步写出来。直至完成毕业设计，老师一直孜孜不倦的指导我让我知道了自己种种的不足。使自己变得更加严谨，对自己要求更加严格。我懂得了世上无难事只怕有心人的道理。毕业设计完成，感觉自己又充实又开心。毕业设计对我来说既是重点也是起点：重点，完成了自己的大学路程；
起点，将来还有更长的路需要走。以后的人生中，我还会用学到的知识充实自己。
最后，我还要感谢毕业设计过程中对我帮助的同学！感谢大学这四年对我的教育和培养，让我学到的不只是书本上的知识，更多的是实践和知识相结合的经验，将自己武装成一个社会需要的人才。
附 录 附录A 外文资料 Development of a software package for optimizing the power supply system in order to minimize power and load losses 1.Introduction It is well known that the energy intensity of the domestic industry significantly exceeds the analogous indicators of the developed economies of Western Europe, the USA and Japan. Therefore, currently much attention is paid to energy saving in the direction of optimizing the power consumption of individual electrical receivers and electricalsystems, as well as reducing losses in the transmission, distribution and consumption of electricity [1−6]. At the same time, the efficiency of industrial enterprises is estimated, including by indicators Economical operation of the power supply system (PSS), which is especially important with the significant specific electricity consumption and high energy component in the structure of production costs [7]. In this regard, it is necessary to solve the problem of optimizing the operating regimes of power supply systems in order to minimize losses for transmission of energy from the power system to consumers. The solution of the problem of minimization of electric power losses in electrical networks is expedient, first of all, at the stage of designing an industrial facility, when the parameters of the main electrical equipment are selected. This task is no less urgent in the process of operation of the PSS. However, in both cases, the problems of analyzing, calculating and optimizing the operating regimes of PSS are possible only on the basis of the application of special methods and means of computer technology. The development of methods of mathematical modeling aimed at solving these problems is undoubtedly relevant. Design and operation of power supply schemes require the solution of various tasks characterized by increasing the reliability of consumer power supply and a multitude of parameters that determine the state of interrelated and interacting processes in synchronous and asynchronous motors, individual elements of the power supply system and the power system. The problems of analyzing, calculating and optimizing the operating regimes are solved on the basis of application of special methods and means of computer technology. The most widely used methods are mathematical modeling methods. Despite a significant number of works in this field [6–11], the methods of modeling and optimizing shop-floor power supply systems, algorithms for calculating the characteristics of an asynchronous motor (AM) and a synchronous motor (SM), static load characteristics and power losses for calculating the normal operating conditions of large PSS and their practical implementation have not yet been properly developed. Most of the existing algorithms simplistically represent a circuit of shop-floor networks that is complex in structure and configuration, equivalent to most of the load at 380 V, don’t fully take into account changes in the parameters of the equivalent circuit of AM and SM . 2.Methodology Researches include a set of methods consisting of analysis and scientific generalization of scientific and technical and patent information, theoretical studies, methods of three-dimensional modeling and designing. The reliability of the results of scientific researches is confirmed by the development of models of the proposed devices . To achieve this goal, the following theoretical and applied problems were solved in the paper: Development of the methodology and algorithms for calculating the parameters of the equivalent circuits for AM, SM with a massive smooth rotor and with poled-pole poles, according to the catalog data applicable to the determination of the static characteristics of power losses; The influence research of the deviation of real data standardized by the standards, the motors from the catalogs to the spread of the values of the parameters of the equivalent circuits; Completion of the software package for calculating the steady-state regimes of PSS with an electric motor load on the basis of the developed algorithms as applied to the determination of the static characteristics of power losses; Obtaining static characteristics of load and power losses for real industrial facilities and exploring the possibility of their use in the development of energy-saving measures. The quality of industrial power supply system (IPSS) modeling is largely determined by the regime modeling method [18]. The regime modeling method should allow to display the entire variety of possible states of IPSS at the optimal expenditures of computer time and computer resources for calculations . calculTo simplify the ation of IPSS regimes, it is expedient to distinguish three hierarchical levels . The input parameters of the second level with respect to the first one are the Un nodal voltages; with respect to the third are the Im motor currents. Output parameters of the second level with respect to the first one will be the In nodal currents, with respect to the third – the Utm voltage at the motor terminals. At the third hierarchical level of the IPSS, the regime parameters are determined by the system of equations of steady-state regimes of SM and AM. In this case, the input parameters for the SM will be the UtSM voltages at the motor terminals and the Uf excitation winding and the MМЕХ mechanism resistance moment and for the AM will be the UtAM voltage at the motor terminals and the MМЕХ mechanism resistance moment. Output parameters of the SM and AM, through which the effect of the motors on the regime of other levels of the IPSS is appeared, are the currents of the motors ISM and IAM. The shop-floor networks, in contrast to the supply networks of external power supply and distribution networks of the internal power supply, have the following features, reflected in the mathematical model of power supply systems with voltage up to 1 kV: The range of elements of the shop-floor network is much broader than in high-voltage electrical networks (current transformers, fuses, circuit breakers , contactors, starters, circuit breakers, and packet switches must be added to the above-mentioned elements. The element type in the mathematical model is set by analogy with high-voltage networks of type (JE) with numbers from 10 to 16 ; In spite of the fact that a greater number of low-voltage elements of the electric network are switching devices, they have a finite value of electrical resistance, which is determined on the basis of the nominal parameters of the device (rated current and voltage). Resistance of current transformers is determined on the basis of data on the rated current of the primary winding and the accuracy class; In low-voltage electrical networks, it is necessary to take into account the magnitude of the contact resistances between the elements, which is added to the resistance of the underlying network element. For the normal operation of consumers, it is necessary to maintain a certain voltage level on the substation buses. In electrical networks, methods for voltage regulation are provided, one of which is the change in the transformer transformation ratio. It is known that the transformation ratio is defined as the ratio of the primary voltage to the secondary one. The transformation ratio is changed by means of additional branches that are provided in the windings of the transformers. The developed universal mathematical model of power supply systems and industrial load nodes made it possible to perform a comprehensive assessment of the power losses for each element in the entire system at the same time based on a detailed account of the nature of the power loss dependences on voltage levels. On the basis of the obtained universal model, a software package was designed to perform calculation and experimental researches to obtain static characteristics of power and load losses in PSS and to establish the patterns of variation of these characteristics. For calculation and experimental researches of steady-state regimes of the IPSS, the “SEZAM” software package was used as the base one, created at the Department of Electricity Supply of Industrial Enterprises of the National Research University “MPEI”. With reference to the purposes and tasks of the paper, the package modernization was performed, which consisted: In processing the program for calculating the parameters of the equivalent circuits for high-voltage and low voltage asynchronous motors; In processing the program for calculating the parameters of the equivalent circuits for high-voltage and low voltage synchronous motors of various types; In development of an algorithm for calculating power losses in motors, taking into account the effect of current displacement in the damper windings of SM and AM; In development of a program for determining the static characteristics of power losses in both individual electric motors and in the entire power supply system; In changing the interface of the software package for the tasks of studying the static characteristics of power losses. The main network parameters are defined with several input data in the software. The number of branches in the equivalent circuit, synchronous and asynchronous motors, transformers, cable lines, overhead lines, current conductors, reactors, switches, sections, electrical systems is indicated, as well as the value of the base power and the rated voltage of the EMF stage of the system are indicated. To accurately determine the location of the elements (transformer, CL, OL, reactor, etc.) of the electrical network, nodes or points are in the equivalent circuit that each have their own number. This is necessary to ensure that when driving the coordinates of an element of the power grid, the program can identify what the network element is attached to and with which element is connected in the electrical network. Number of elements that are not present in this equivalent circuit is not specify, i.e., 0. Data on the network structure are shown. The elements of the network at each node, the connection of asynchronous motors, sections, as well as the types and states of the switches are indicated. It is necessary to specify the element code in each grid regime. In this equivalent circuit, the electric system has the element code 1, the beginning of the branch node 0, and the end of the branch node 1. It is very important to specify the beginning and end of the branch, otherwise the program will not be able to understand what the element is attached to. The same method of filling the cells is also considered for the initial data on the configuration of switches, only the type of the switch and its state are necessarily indicated, otherwise the program will not perform the calculation. The numbering of the nodes corresponding to the connection place of the asynchronous motor is indicated by its connection node. All the data of the system elements must be indicated in the same order as indicated in the network structure. The parameters of the electrical network includes: rated voltage, three-phase short-circuit current on the buses and single- phase short-circuit current on the buses. Parameters of reactors: inductive sorption, the rated voltage of the network at the reactor installation site. In two-winding transformers, the following parameters are indicated: rated power, short-circuit voltage, active short-circuit power losses, winding voltage on the HV and LV, voltage regulation step and the number of adjusting branch lines. 3. Results The following parameters are specified in: The current leads: the line inductive resistance, the line active resistance, the length, the network voltage at the location of the gasket; The overhead transmission lines: the line inductive resistance, the cross section, the length, the network voltage at the location of the gasket, the line inductive zero sequence resistance; The cable transmission lines: the line inductive resistance, the cross section, the length, number of cables, the network voltage at the location of the gasket and the line inductive zero sequence resistance. It shows the technical parameters of asynchronous and synchronous motors: rated power, nominal power factor, efficiency, nominal slip, starting current, starting torque, maximum torque, load factor by power activity. In the initial data on nodal loads the following parameters are entered: active power, reactive power, active power factor of the other load from the voltage, reactive power factor of the other load from the voltage, capacitor bank power connected to the load node, nominal node voltage. The desired voltage level is indicated in the voltage level in the first section in the initial mode. With correctly entered data a new window with the inscription “calculation results” will come up, where the calculation of the parameters of the load node regime, asynchronous motors, losses in the electrical power supply system was performed and the power loss graphs are constructe. The parameters of the regime of the electrical network elements show the results of calculating the voltage in the initial node, the voltage in the final node, the active and reactive power at the beginning of the branch, the active and reactive power at the end of the path. The losses of active power in the power supply system are calculated: total active power losses, total active power losses in the electric network, total active power losses in asynchronous and asynchronous motors. The graph is plotted according to the indications in the software’s input table. To do this, it is necessary to press the “draw graphs for all voltages” button, after which a graph of the dependences of the active power losses on the voltage and the graph of the dependences of the reactive power losses on the voltage will appear. The program for calculating IPSS parameters determined the parameters of the regime of nodes and network elements, the regime of the electric network elements, the regime of asynchronous motors, the losses of active and reactive powers in the power supply system, and plotted the curves of the active and reactive power losses versus voltage. 4. Conclusions Energy-efficient policies should include measures to modernize the economic sectors, improve the quality of management and skills of production personnel, attract large-scale investments, and educate the population to lean energy consumption. Also, the necessary condition for its implementation is the use of scientific and technical potential and new innovative thinking, increasing the investment attractiveness of energy efficiency as an attractive line of business. The developed software package for calculating steady-state PSS regimes designed to perform a comprehensive evaluation of the effect of voltage regulation on substation buses on the level of total power losses in all elements of the power supply system for enterprises of any industry. The software package was used for energy saving works for industrial enterprises by determining optimal voltage levels in order to minimize power and load losses up to 5 %. From：ScienceDirect Energy Procedia 128 (2017) 248–254 开发优化供电系统的软件包，以减少电力和负载损失 1.介绍 众所周知，国内工业的能源强度大大超过西欧、美国和日本等发达经济体的类似指标。因此，目前在优化单体接收机和电气的功耗方向上，更加注重节能传输系统,以及减少损失,分配和消费的电力。同时，通过指标对工业企业的效率进行了估计，包括供电系统的经济运行(PSS)，由于其在生产成本的结构中具有显著的比耗电量和高能量成分，因此该指标尤为重要。为此，有必要解决优化供电系统运行方式的问题，使电力系统向用户输送能量的损失降到最低。电气设备的参数。在PSS的运行过程中，这一任务同样紧迫。然而，在这两种情况下，PSS的运行机制的分析、计算和优化问题只有在应用计算机技术的特殊方法和手段的基础上才有可能出现。旨在解决这些问题的数学建模方法的发展无疑是相关的。
供电方案的设计和操作需要各种任务的解决方案以提高用户供电的可靠性和众多的参数确定的相互关联和互动过程同步和异步电机,单个元素的供电系统和电力系统。在应用计算机技术的特殊方法和手段的基础上，解决了运行工况的分析、计算和优化问题。应用最广泛的方法是数学建模方法。
尽管大量的工作在这个领域,工厂供电系统的建模和优化方法,算法计算异步电动机的特征(点)和同步电动机(SM)、静态负荷特性和功率损耗计算大型PSS的正常操作条件和他们的实际实现尚未正常发展。现有的算法大多只是简单地表示了一个结构和配置复杂的车间网络电路，相当于380 V时的大部分负载，没有充分考虑AM和SM等效电路参数的变化。
2.方法 研究内容包括对科技与专利信息的分析、科学概括、理论研究、三维建模和设计方法等。通过对所提出的器件模型的开发，验证了科学研究结果的可靠性。
为实现这一目标，本文解决了以下理论和应用问题: 发展的方法和算法来计算等效电路的参数,SM与大规模的光滑转子和poled-pole的波兰人,根据目录数据适用于测定功率损耗的静态特征;偏差的影响研究的标准化的数据标准,汽车从目录的传播等效电路的参数的值;完成软件包计算稳态政权的PSS电动机负载的基础上开发算法应用于测定的静态功率损耗的特点;获取静态负载和功率损耗的特点为真正的工业设施和探索的可能性,使用节能发展的措施。
工业供电系统(IPSS)建模的质量在很大程度上取决于系统状态建模方法。状态建模方法应该允许在计算的计算机时间和计算机资源的最优支出下显示IPSS的各种可能状态。
为了简化IPSS体制的计算，区分的三个层次是有益的。
第二级相对于第一级的输入参数为无节点电压;第三个是Im马达电流。第二电平相对于第一电平的输出参数是节点电流，相对于第三电平的输出参数是电机端子处的Utm电压。
在IPSS的第三层次结构中，状态参数由方程系统确定SM和AM的稳定状态。在这种情况下,输入参数为SM将电机终端和佛罗里达大学的UtSM电压励磁绕组和MМЕХ机制阻力矩和UtAM电压电动机终端和阻力矩MМЕХ机制。SM和AM的输出参数是电机的ISM和IAM电流，通过这些输出参数可以看出电机对IPSS的其他电平状态的影响。
与外部供电网络和内部供电配电网相比，车间网具有以下特点，体现在电压高达1kv供电系统的数学模型中: •车间网络的元件范围比高压电网宽得多，接触器、起动器、断路器和分组开关必须加到上述元件中。数学模型中的单元类型与类型为10 ~ 16的高压网络相似；
尽管电网中低压元件较多为开关器件，但它们的电阻值是有限的，电阻值是根据器件的标称参数确定的，电阻的电流互感器的基础上确定主绕组的额定电流和数据精度等级; •在低压电网中，有必要考虑元件间接触电阻的大小，这是加到底层网络元件的电阻上的。为了用户的正常运行，需要在变电站母线上保持一定的电压水平。在电力网中，提供了电压调节的方法，其中之一就是变压器变换比的变化。已知的变换比定义为一次电压与二次电压之比。通过变压器绕组中提供的附加支路来改变转换比。电源系统的开发的通用数学模型和工业负荷节点进行综合评价成为可能的损失为每个元素在整个系统同时基于功率损耗的性质的详细账户,这得益于对电压水平。在得到的通用模型的基础上，设计了一个软件包进行计算和实验研究，获得PSS中功率和负载损耗的静态特性，并建立这些特性的变化规律。在IPSS稳态状态的计算和实验研究中，以国立研究型大学“MPEI”工业企业供电系开发的“SEZAM”软件包为基础。
根据本文的目的和任务，进行了包装现代化，包括: •处理高压、低压异步电动机等效电路参数计算程序; •处理各类高压、低压同步电机等效电路参数计算程序; •开发一种计算电机功率损耗的算法，考虑SM和AM阻尼绕组电流位移的影响; •制定确定单个电动机和整个供电系统的功率损耗静态特性的程序; •改变软件包的界面，用于研究功率损耗的静态特性。
主要网络参数由软件中的多个输入数据定义。指出了等效电路、同步和异步电动机、变压器、电缆线路、架空线路、电流导线、电抗器、开关、截面、电气系统中的支路数，以及系统的基功率值和电动势级的额定电压。
为了准确地确定电网元件(变压器、CL、OL、电抗器等)的位置，节点或点都在等值电路中，每个节点或点都有自己的编号。这是为了保证在驱动电网某一元件的坐标时，程序能够识别出该网络元件所连接的是什么，以及在电网中与哪个元件相连接。未指定此等效电路中不存在的元件数，即,0。显示了网络结构上的数据。指出了各节点的网络组成、异步电机的连接、各部分以及各开关的类型和状态。
有必要在每个网格状态中指定元素代码。在这个等效电路中，电气系统的元件代码为1，支路节点的起点为0，支路节点的终点为1。指定分支的开始和结束是非常重要的，否则程序将无法理解附加到什么元素上。
对于开关配置的初始数据，也考虑同样的填充单元的方法，只需要指出开关的类型及其状态，否则程序将不执行计算。
异步电机连接位置对应的节点编号由其连接节点表示。系统元素的所有数据必须按照网络结构中表示的顺序进行表示。电网参数包括:额定电压、母线上的三相短路电流和母线上的单相短路电流。电抗器参数:电感吸附，电抗器安装现场网络的额定电压。
在双绕组变压器中，指示的参数有:额定功率、短路电压、有源短路功率损耗、高压和低压绕组电压、电压调节步长和调节支线数。
3.结果 下列参数由: •当前位置:直线感应电阻,有效电阻,长度,网络电压垫片的位置; •架空输电线路:线路电感电阻、截面、长度、垫片处的网络电压、线路电感零序电阻; •电缆传输线:线路电感电阻、截面、长度、电缆数、垫片位置的网络电压、线路电感零序电阻。
介绍了异步和同步电动机的技术参数:额定功率、公称功率因数、效率、公称转差、起动电流、起动转矩、最大转矩、功率活度负载因数。在节点负载的初始数据中，输入以下 参数:有功功率、无功功率、来自电压的其他负载的有功功率因数、来自电压的其他负载的无功功率因数、连接到负载节点的电容器组功率、标称节点电压。所需电压电平在初始模式的第一节电压电平中表示。输入正确的数据后，将弹出一个“计算结果”的新窗口，对负载节点状态、异步电机、供电系统损耗等参数进行计算，构建功耗。
电网单元状态参数显示了初始节点电压、最终节点电压、支路起始有功功率和无功功率、路径末端有功功率和无功功率的计算结果。计算了供电系统有功损耗:总有功损耗、电网总有功损耗、异步和异步电动机总有功损耗。
图表是根据软件输入表中的指示绘制的。要做到这一点，需要按下“绘制各电压图”按钮，然后会出现有功功率损耗对电压的依赖关系图和无功功率损耗对电压的依赖关系图。
程序计算入侵防御参数确定的参数节点和网络元素的政权,该政权的电网络元素,异步电动机的政权,主动和被动的损失权力在供电系统,并绘制曲线的活跃和无功功率与电压损失。
4.结论 节能政策应包括采取措施使经济部门现代化，提高生产人员的管理质量和技能，吸引大规模投资，并教育人民减少能源消费。同时，其实施的必要条件是利用科技潜力和新的创新思维，增加能源效率作为一项有吸引力的业务的投资吸引力。
所开发的稳态PSS系统计算软件包，旨在对变电站母线电压调节对各行业企业供电系统各环节总损耗水平的影响进行综合评价。
该软件用于工业企业的节能工作，通过确定最优电压水平，使电力和负荷损失减少到5% 源于：《科学直接能源程序》128 (2017)248-254 附录B 主接线图
