【电力行业】KV变电所及低压配电线路设计

1、随心编辑，值得下载拥有! =1 LOGO beikezhang YOUR COMPANY NAME IS HERE 专业I专注I精心I卓越 【电力行业】KV变电所及 低压配电线路设计 Please en ter your compa nys n ame and contentv 高等教育自学考试 毕业论文 论文题目： 10KV 配电所及自闭线路的设计 作者姓名：杨世凯 专 业：轨道交通供电技术 主考学校：兰州交通大学 准考证号： 460510122022 指导教师姓名职称： 甘肃省高等教育自学考试办公室印制 年 月 日 电气化铁道供电技术专业 本科论文 论文标题： 10KV 配电所及自闭线路的

2、设计 摘要： 电能是现代工业生产的主要能源和动力 .随着现代文明的发展和进步， 社会生 产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。 工厂供电系统的核心 部分是变电所。因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。此 工厂供电设计包括： 负荷的计算及无功功率的补偿； 变电所主变压器台数和容量、 型式的确定；变电所主接线方案的选择； 进出线的选择； 短路计算和开关设备的 选择；二次回路方案的确定及继电器保护的选择和整定； 防雷保护和接地装置的 设计；车间配电线路布线方案的确定；线路导线及其 配电设备和保护设备的选择；以及电气照明的设计，仍有电路图的绘制。 关键词： 电能 变电所

3、变压器 继电器 接地装置 目录 1, 绪 论 1.1 变电所的发展概况及前景展望 1.2 课题内容和设计要求及任务 1.2.1 设计目的 1.2.2 设计要求 1.2.3 设计依据 1.2.4 供电设计必须遵循的一般原则 2, 变电所设计 2.1 变电所的负荷计算 2.1.1 变电所的负荷分级及负荷计算的目的 2.1.2 负荷计算的方法 2.1.3 各车间变电所的负荷计算 2.2 无功功率补偿及其计算 2.2.1 无功功率补偿的目的 2.2.2 无功补偿的方法 2.2.3 各车间变电所的无功补偿计算 2.3 变电所主变压器台数和容量、型式的确定 2.3.1 主变压器台数的选择 2.3.2 主变

4、压器容量的选择 2.3.3 各车间变电所主变压器的选择 2.3.4 变电所型示的选择 2.3.5 变电所的位置选择 2.3.6 厂负荷中心的估算方法 2.4 变电所主接线方案的选择 2.4.1 安全性 2.4.2 可靠性 2.4.3 灵活性 2.4.4 经济性 2.5进出线的选择 2.5.1选择计算、校验方法2.5.2变电所进出线的选择 2.6短路电流的计算 2.6.1短路电流计算 2.7 变电所一次设备的选择 2.7.1 一次设备选择的要求 2.7.2 一次设备校验应满足的条件 2.7.3各车间变电所的一次设备的选择和校验 2.8 二次回路方案的选择及继电保护的整定 2.8.1二次回路的定义

5、和分类 2.8.2二次回路的意义 2.8.3 二次回路方案的选择和继电保护的整定 2.9变电所防雷保护和接地装置 2.9.1变电所的防雷措施 2.9.2变电所的防雷保护设计 2.9.3变电所公共接地装置的设计 2.10 变电所电气照明 2.10.1照明的要素 2.10.2照明供电系统保护装置的选择 3, 低压配电线路设计 3.1车间配电线路布线方案的确定 3.1.1 车间配电线路设计的一般要求 3.1.2 车间配电系统布线方案的选择 3.2 线路导线及其配电设备和保护设备的选择 3.2.1 线路导线的选择 3.2.2 配电设备的选择 3.2.3 保护设备的选择 3.3 车间电气照明 3.3.1

6、 电气照明的重要性 3.3.2 合理照明的要素 4 ，参考文献 5 ，结 束 语 6 ，致 谢 1, 绪 论 众所周知， 电能是现代工业生产的主要能源和动力， 是实现生产自动化的重 要物质基础。 电能从区域变电站进入工厂后， 首先要解决的就是如何对电能进行 控制、变换、分配和传输等问题。在工厂，担负这一任务的是供电系统，供电系 统的核心部分是变电所。 一旦变电所出了事故而造成停电， 则整个工厂的生产过 程都将停止进行，甚至仍会引起一些严重的安全事故。因此， 设计和建造一个以 安全、可靠、经济、优质”为标准的变电所，对保障工厂生产安全、连续的进 行是极为重要的 1.1 变电所的发展概况及前景展望

7、 国民经济的高速发展和人民生活水平的不断提高带来了电力负荷的高速增 长。尤其是近俩、三年来，由于电力负荷增长迅猛，而发电装机容量和输配电能 力不足，造成全国近 20 个省市电力供应紧张，部分省市出现限电拉闸 1 。和此 同时，随着电力市场的开放， 电力用户对电能质量的要求也在提高； 电力生产和 供应企业也比以往任何时候都重视电力系统运行的经济性。 我国常规城网变电所的主要问题是设备陈旧、 占地面积大， 和现代化的城市 建设不相适应。为了改变这种面貌， 城网变电所已向小型化发展， 开始采用全封 闭组合电器，即GIS成套设备。全封闭组合电器（GIS）就是由于SF6气体的出 现而发展的一种新型高压成

8、套设备。它包括断路器、隔离开关、接地开关、电流 互感器、电压互感器、避雷器、母线、出线套管或电缆终端。这些设备按变电所 主接线的要求， 依次连接组合成一个整体， 各元件的高压带电部位均封闭于接地 的金属壳内，且充以 SF6 气体，作为绝缘和灭弧介质，称之为 SF6 气体绝缘变 电站，简称GIS。目前GIS的发展趋向，是将变压器一、二次开关全部合为一体， 成为气体绝缘组合的供电系统，今后其将向小型化、智能化、免维护、易施工的 方向发展。 建国以来，我国农电事业得到了迅速的发展。根据 1991 年农电年报统计， 全国已建成35(63)110kV农村变电所13150座，农网总用电量上升到 2286

9、亿 Kw/h ，乡、村的通电率分别达到 96.4% 和 90% 。农村电力的建设，对促进 农业、乡镇工业的经济建设和提高农民的生活水平，起到了十分重要的作用。可 是，随着改革开放的形势发展， 现有农村电网已经适应不了农电负荷迅速增长的 要求，二十年来全国各地对农网， 特别是对农村变电所重点进行了技术改造， 取 得了可喜的成绩。总的见来，农网结构落后、设备陈旧的问题，且没有得到根本 性的改善，仍是一个低效高耗的电网。 随着电力系统自动化水平的提高， 变电所综合自动化系统得到了发展。 厂站 综合自动化是集网络技术、通信技术、 电力技术多学科多领域为一体， 而形成的 完整、安全可靠的综合自动化系统。

10、其把继电保护、远动技术、参数监测等各种 功能分布在各个单片机上， 而这些单片机通过计算机网络连接起来， 形成一个有 机的自动化装置。低压电力用户量大面广， 其负荷的功率因数又大都比较低， 因 此在低压电网中进行无功功率的就地补偿是整个电力系统无功补偿的重要环节。 变电所电气设备在线监测技术的发展，从 90 年代开始，出现了以数字波形 采集和处理技术为核心的微机多功能在线监测系统。 利用先进的传感器、 计算机、 数字波形采集和处理等高新技术， 实现更多的绝缘参数 (如介质损失角正切值 tg 3、电容量、泄露电流、局部放电、色谱等)在线监测。这种监测系统能够实时 连续地巡回监测各被测量，因此，监测

11、内容丰富、信息量大、处理速度快，对监 测结果可显示、存储、打印、远传及越限报警，实现绝缘监测的全部自动化，代 表了当今在线监测的发展方向 输电新技术主要是FACTS技术、紧凑型技术、导线性能改善等技术的结合, 主要有：（1）串且联补偿；（2）紧凑型线路；（3）动态无功补偿技术； （4）大 截面耐热导线。 灵活交流输电系统（FACTS）是美国EPRI在20世纪80年代末提出的利用 电力电子装置对现有电网进行灵活控制以提高电网输送能力的方式。 其包含的范 畴很广,凡是采用具有单独或综合功能的电力电子装置, 对影响电力系统潮流分 布的主要参数,如电压、相角、电抗等进行调节和控制,从而达到改善系统运行

12、 特性,提高系统输送能力的措施,都属于灵活交流输电。近年来, FACTS 的研 究已在世界范围内形成热潮,部分装置投入实用。 自 20 世纪 80 年代末至今,我国的仿真技术获得了极大的发展。在电力系 统中,应用较多的培训仿真系统有电厂仿真、电网运行工况仿真和变电所仿真。 变电所培训仿真系统集仿真技术、图形图象技术、数据库等技术于一体, 依据变 电所电力设备实物、一次设备和二次设备接线图进行设计,如主控室、控制屏、 保护屏及设备连接状况, 可在模拟设备和二次接线图上进行相应操作, 采用鼠标 点击的操作方式,简单、直观、易学。这种方式使变电运行人员的培训手段大大 更新,提高了培训效率, 缩短了培

13、训周期。 也进一步提高了运行人员的正确判断 和处理事故的能力,防止事故扩大化和缩短事故处理时间,从而确保电网安全、 可靠、经济运行。 1.2 课题内容和设计要求及任务 1.2.1 设计目的 通过设计，掌握 10KV 变电所及低压配电系统设计的一般方法。 1.2.2 设计要求 根据该厂所能取得的电源及厂内负荷的实际情况,且适当考虑工厂生产的发 展 .按着安全可靠技术先进 ,经济合理的要求 ,确定变电所的位置 ,主变压器的台数 的容量 ;确定变电所的主接线方案 ;选择一次设备及高低压进出线 ;确定二次回路 方案 ,选择和整定继电保护装置 ;按规定写出设计说明书 ,绘出设计图纸。 1.2.3 设计依

14、据 1 、 平面布置图。 2 、 工厂生产任务、规模及产品规格：本厂生产化纤产品，年生产能力为 2.3 Xl06m，其中厚织物占50 %，中厚织物占30 %，薄织物占20 %。全部产品 中以腈纶为主体的混织物占 60，以涤纶为主体的混织物占 40。 3. 车间负荷情况及车间变电所的容量（如表1 所示）。 4. 供电协议 （1 ）从电力系统的某 35/10KV 变电站，用双回 10KV 架空线路向工厂馈 电。变电站在厂南 0.5km 。 （ 2 ）系统变电站馈电线的定时限过流保护装置的整定时间top=1.5s ，要求 工厂总配电所的保护整定时间不大于 1.0s。 3）在工厂总配电所的 10kV

15、进线侧计量。工厂最大负荷时功率因数不得 低于 0.9 。 5. 工厂负荷性质：本厂多数车间为三班制，少数车间为一班或俩班制，年最 大负荷利用小时数为 6000h 。本厂属二级负荷。 6. 工厂自然条件 (1 )气象资料 年最高气温为38 C,年平均气温为25 C,年最低气温 为-C，年最热月平均最高气温为 30 C,年最热月地下 0.8m处平均温度为 25 C。长年主导风向为南风，覆冰厚度为 3mm，年雷暴日数38天。 (2)地质水文资料平均海拔200m ,地层以砂粘土为主，地下水位3 5m 。 1.2.4 供电设计必须遵循的一般原则 必须遵守国家的有关规程和标准， 执行国家的有关方针政策，

16、包括节约能源， 节约有色金属等技术经济政策。 安全可靠、 先进合理 应作到保障人生和设备的 安全、供电可靠、电能质量合格、 技术先进和经济合理， 应采用效率高、 能耗低、 性能较先进的电气产品。近期为主、 考虑发展 应根据工程特点、 规模和发展计 划，正确处理近期建设和远期发展的关系，作到远、近期结合，以近期为主，适 当考虑扩建的可能性。全局出发、统筹兼顾必须从全局出发，统筹兼顾，按照负 荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。 2, 变电所设计 2.1 变电所的负荷计算 2.1.1 变电所的负荷分级及负荷计算的目的 工厂的负荷一般分为三级： 一级负荷：一级负荷为中断供电

17、将造成人身伤亡者， 或者中断供电将在政治、 经济上造成重大损失者，如重大设备损坏、重大产品报废等等。在一级负荷中， 当中断供电将发生中毒、 爆炸和火灾等情况的负荷， 以及特别重要场所的不允许 中断供电的负荷，应见着特别重要的负荷。 二级负荷： 二级负荷为中断供电将在政治、经济上造成较大损失者，如大量 产品报废等。 三级负荷：三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述的一、二级负荷者。 变电所负荷计算的目的， 是要为确定移相电容器、主变压器、各种开关电器 的容量、电力线路的导线和电缆截面、变电所所址、整定继电保护装置提供电。 计算负荷是供电设计的基本依据。 计算负荷确定的是否正确合理， 直接影响 到

18、电器和导线电缆的选择是否经济合理， 如计算负荷确定过大， 将使电器和导线 电缆选的过大，造成投资和有色金属的浪费。 如果选的过小， 又使电器和导线电 缆处在过负荷下运行，增加了电能的损耗， 产生过热， 导致绝缘过早老化甚至烧 毁，同样造成损失。 可见，正确地确定计算负荷意义重大， 但由于负荷情况复杂， 影响因素多，虽然负荷的变化有点规律，但仍难准确的计算出来，实际上，它的 不是一成不变的，它和设备的性能、生产的组织、 生产者的技能及能源的供应的 状况等多种因素有关。因此负荷的计算只能接近实际。 2.1.2 负荷计算的方法 确定负荷的方法， 主要有需要系数法、二项式法，需要系数法是世界上普遍 采

19、用的计算负荷的基本方法， 二项式法应用局限很大， 但确定设备台数较少而容 量差别悬殊的分支干线的计算负荷时， 则宜于采用二项式法计算。 由于本设计的 车间较多且设备容量较大，所以采用需要系数法。 负荷计算公式如下： 有功计算负荷（单位为 kw ） P30=KdPe （2.1） 无功计算负荷为（单位为 kvar ） Q30=P 30tan （2.2） 视在计算负荷（单位为 KVA ） S30=P 30 /cos （2.3） 计算电流（单位为 A） I30=S 30 /（）U (2.4) 2.1.3各车间变电所的负荷计算 表1 1各车间和车间变电所负荷计算表（380V ） 序 号 车间（单 位）名

20、称 设备 容量 KW k cos tan 计算负荷 车间 变电 所代 号 P30 Q30 S30 130 1 制条车间 340 0.8 0.80 0.75 272 204 340 516.59 NO.1 车变 纺纱车间 340 0.8 0.80 0.75 272 204 340 516.59 饮水站 86 0.65 0.80 0.75 55.90 41.93 69.88 106.17 锻工车间 37 0.2 0.65 1.17 7.40 8.66 11.38 17.30 机修车间 296 0.3 0.50 1.73 88.80 153.62 177.60 269.84 幼儿园 12.8 0.6

21、 0.60 1.33 7.68 10.21 12.80 19.45 仓库 38 0.3 0.3 1.73 11.40 19.72 22.80 34.64 小计 （K=0.9） 1149.8 0.74 0.91 643.46 577.93 865.04 1314.34 2 织造车间 525 0.8 0.80 0.75 420 315 525 797.68 NO.2 车变 染整车间 490 0.8 0.80 0.75 392 294 490 744.50 浴室、理发 室 5 0.8 1.0 0 4 0 4 6.08 食堂 40 0.75 0.80 0.75 30 22.50 37.5 56.98

22、单身宿舍 50 0.8 1.0 0 40 0 40 60.78 小计 （K=0.9） 1110 0.81 0.72 797.40 568.35 979.22 1487.81 3 锅炉房 151 0.75 0.80 0.75 113.25 84.94 141.56 215.09 NO.3 车变 水泵房 118 0.75 0.80 0.75 88.50 66.38 110.63 168.08 化验室 50 0.75 0.80 0.75 37.50 21.83 46.88 71.22 油泵房 28 0.75 0.80 0.75 21 15.75 26.25 39.88 小计 （K=0.9） 347

23、0.79 0.78 234.23 170.01 296.76 450.89 2.2无功功率补偿及其计算 按水利水电部1983年制定的全国供用电规则规定：高压供电的用户, 功率因数不得低于0.9 ;其他情况，功率因数不得低于0.85。如达不到上述要求, 则须加无功功率的人工补偿装置 2.2.1 无功功率补偿的目的 变电所的无功功率补偿的目的是为了减小通过变压器、 线路和开关的无功功 率，从而减小这些元件的规格，降低变压器、线路的功率损耗和电压损耗。 工厂中功率因数降低是由于有大量的感应电机、 电焊机、 电弧炉及气体放电 灯等感性负荷，如在充分发挥设备潜力、 改善设备运行性能、 提高其自然功率因

24、数的情况下，尚达不到工厂规定的功率因数要求时，则考虑人工补偿。 在变压器 低压侧装设了无功补偿装置后， 由于低压侧总的视在计算负荷减小， 从而可使变 电所主变压器的容量选择得小一些。 这不仅降低了变电所的初投资， 而且可减少 工厂的电费开支。 2.2.2 无功补偿的方法 工厂中普遍采用且联电容器来补偿供电系统中的无功功率。它一般分为三 种：高压集中补偿、低压集中补偿、低压分散补偿。由前面的车间负荷计算知车 间的计算很大，但功率因数普遍很小。从表中可知，该厂 380V 侧最大负荷时的 功率因数分别为只有 0.74 、0.81 、和 0.79 。而提供电部门要求该厂 10KV 进线 侧最大负荷时功

25、率因数不应低于 0.90 。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功 损耗，因此在变压器低压侧补偿后的功率因数应稍微高些，暂取 0.92 。 补偿公式如下： 无功补偿装置容量 Qc=P3o (tan-tan ) (2.5) 补偿后总的视在负荷 S30= P302+(Q 30-Q c)20.5 变压器有功损耗 )t=0.015S 30 (2.7) 变压器无功损耗 QT=0.06S 30 (2.8) 变压器低压侧有功功率 P=P 30+ PT (2.9) 变压器低压侧无功功率 Q=Q 30+ QT (2.10) 补偿后的有功功率 P30=S 30 XCOSP 30 (2.11) 因此 380V 侧最大负

26、荷时功率因数暂取 0.92 来计算。 2.2.3 各车间变电所的无功补偿计算 1 )对于 NO.1 车间变电所： 380V 侧所需无功功率补偿容量 Qc =P3o (tan-tan ) =643.66 xtan(arccos0.74) tan(arccos0.92) =311.53kvar 选PGJ1型低压无功功率自动补偿屏，且联电容器为 BW0.4 14 3型，采 用其方案（主屏）1台和方案3（辅屏）3台相结合，总共容量84kvar X4=336kvar。 同理，可得 2、3 号变电所的补偿容量，列表如下： （2）对于 NO.2 车间变电所： 380V 侧所需无功功率补偿容量 : Qc =P

27、30(tan-tan ) =797.40 xtan(arccos0.81) tan(arccos0.92) =215kvar 选 PGJ1 型低压无功功率自动补偿屏，且联电容器为 BW0.4143 型, 采用其方案1 （主屏）1台和方案3（辅屏）2台相结合，总共容量84 X3=252kvar。 （3）对于 NO.3 车间变电所： 380V 侧所需无功功率补偿容量 : Qc =P30(tan-tan ) =234 xtan(arccos0.79) tan(arccos0.92) =75kvar 选 PGJ1 型低压无功功率自动补偿屏，且联电容器为 BW0.4143 型, 采用其方案 1 （主屏）

28、 1 台，总共容量 84kvar 无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表1-2所示: 表1-2无功补偿后工厂的计算负荷 序号 项目 COS P30/ k w Q30/kv ar S30/KVA I30/A 变压器台数及容量 NO. 1 380V侧补偿前负荷 0.74 643.66 577.93 865.04 1314.34 1X800 380V侧无功补偿容量 -336 380V侧补偿后负荷 0.94 643.66 241.93 687.63 1044.77 主变压器功率损耗 10.31 41.26 10KV侧负荷总计 0.92 653.97 283.19 712.65 41.15

29、NO. 2 380V侧补偿前负荷 0.81 797.40 568.35 979.22 1487.81 1X1000 380V侧无功补偿容量 -252 380V侧补偿后负荷 0.93 797.40 316.35 857.86 1303.42 主变压器功率损耗 12.87 51.47 10KV侧负荷总计 0.91 810.27 367.82 889.85 51.38 NO. 3 380V侧补偿前负荷 0.79 234.23 170.01 296.76 450.89 1X250 380V侧无功补偿容量 -84 380V侧补偿后负荷 0.94 234.23 86.01 249.52 379.12 主变

30、压器功率损耗 3.75 14.97 10KV侧负荷总计 0.92 237.98 100.98 258.25 14.93 全 厂 高压配电所 (NO.1+NO.2+ NO.3) 0.91 1702.22 751.99 1860.93 107.44 高压电容器补偿 -84 10KV侧补偿后负荷 总计 0.93 1702.22 667.99 1828.60 105.58 由表可见,补偿后变电所低压侧的无功计算负荷、视在计算负荷和计算电流 显著减小，而功率因数显著提高。补偿后三个变电所主变压器的容量应分别选 800KV、1000KV和250KV就足够满足负荷用电量的需要了。同时由于计算电 流的减小，使

31、补偿点以前系统中各元件上的功率损耗也相应降低，不仅降低了变 电所的初投资，而且减少了工厂的电费开支，因此无功补偿的经济效益十分可观。 2.3变电所主变压器台数和容量、型式的确定 2.3.1 主变压器台数的选择： 主变压器的台数应根据负荷特点和经济运行要求进行选择。 当符合下列条件 的一种时，要装设俩台及之上的变压器：有大量的一级和二级负荷。 季节性负荷 变化较大，适于采用经济运行方式。 集中负荷较大。 其他的情况只要装一台变压 器。 1. 主变压器台数应满足负荷对供电可靠性的要求。对于供电给一、二负荷 的变电所，应采用俩台主变压器。 2. 如果附近只有一条电源进线，则只能采用一台主变压器。此时

32、，如果厂 内有一、二级负荷，则应所内装设一台发电机，作为一、二级负荷的备用电源。 3. 对于只向三级负荷供电的变电所，当负荷变动很大，填充系数a 0.5时，宜采用 一台主变压器。 4. 当厂内有大型高压用电设备（如大型高压电动机、大型电炉）时，宜采 用俩台主变压器。 2.3.2 主变压器容量的选择 1. 变电所装有一台主变压器时，其容量应满足下列要求 Snt S30（2.12） 式中 S30 为该变电所承担的全部计算负荷（无功补偿后的计算负荷） 。 2. 装有俩台主变压器的变电所， 每台主变压器容量不应小于总的计算负荷的 60% ，最好为总计算负荷的 70%左右，同时每台主变压器的容量不应小于

33、全部 一、二级负荷之和。 2.3.3 各车间变电所主变压器的选择 本厂属二级负荷，根据上面的要求，又考虑到今后的发展，查参考资料 1 附录表 4，三个车间变电所应分别选用一台 S9 800/10 型低损耗配电变压器、 一台 S9 1000/10 型低损耗配电变压器和一台 S9 250/10 型低损耗配电变压 器。见表 1-2 所示。 变压器的联结组别均采用 Yyn0 。 2.3.4 变电所型示的选择 高压配电所设独立式，车间变电所设附设式。 2.3.5 变电所的位置选择 工厂变电所是工厂接受、 变换和分配电能的场所。 它装有变压器用于改变电 网电压等级；设有配电装置， 对其上连接的电力线路进行

34、电能分配， 配电装置上 仍设有饱和及控制设备、测量仪表等，有的仍设有自动装置。 工厂变电所分为降压变电所和车间变电所， 一般中小工厂不设总降压变电所 选择变配点所的所址，应该根据下列要求综合考虑后确定 （1）接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消 耗量。 （2）进、出线方便。 （3）设备运输方便。 （4）不应设在有剧烈振动或高温的场所；地势低洼和可能积水的场所；厕 所、浴室或经常积水场所的正下方或相贴。 （5）不应设在有爆炸危险、火灾危险场所的正下方或正上方，塑像毗邻时 应符合 l 30=41A满足发热条件 3. 校验机械强度 查参考资料表 ZD8-12 得 0.5KV

35、架空裸导线的最小截面 Amin =16mm 2因此 LJ-50 满足机械强度要求 4. 校验电压损失 利用LJ-50和cos =0.92,U n=10KV,查参考资料二表 ZD8-10得 三相架空线路的电压损耗 u%近似值( u% ) / (kWkm ) =0.844 X 10 因此线电压损耗为 u%= ( 0.844 X 10 PL% =0.844 X 1-30X984 X 20=1.66% 4.5% 满足电压损耗要求。 2.6 短路电流的计算 供电系统要求正常的不断的可靠供电，以保证工厂生产和生活的正常进行。 可是供电系统的正常运行常常因为发生短路而受到破坏。 短路就是供电系统中一 相载流

36、导体接地或相互接触且产生超出规定值的大电流。供电系统发生短路时， 电流可达几万至几十万。 如此巨大的电流将产生强烈的力和热效应， 造成对设备 和人身的严重伤害和威胁。 造成短路的主要原因， 是电气设备载流部分的绝缘损坏，误操作、 雷击或过 电压击穿。由于误操作产生的故障约占全部故障的 70% 。绝缘自然老化或由于 设备本身不合格、 绝缘强度不够而被正常电压击穿， 或设备绝缘正常而被过电压 击穿，或者是设备绝缘受外力损伤而造成短路。 工作人员由于未遵守安全操作规 则而发生误操作，也可造成短路。 鸟兽跨越在裸露的相线之间， 或者咬坏设备导 线电缆的绝缘，也是导致短路的一个原因。 供电系统中短路的类

37、型和其电源的中性点是否接地有关，可分为三相短路、 俩相短路、 单相短路和俩相接地短路，为了选折和校验电气设备、 载流导体和整 定供电系统的继电保护装置， 所以要计算三相短路电流。 在校验继电保护装置的 灵敏度是要计算不对称短路的短路电流值。 校验电气设备及载流导体的力稳定和 热稳定，要用到短路冲击电流、稳态短路电流、短路容量。 短路后，短路电流要比正常电流大得多；在大电力系统中，短路电流可达几 万安甚至几十万安。 如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害， 即当它通 过电气设备时，设备集聚升温， 过热会使绝缘老化或损坏， 同时产生很大的电动 力，使设备的载流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它

38、们对短路电流的稳定。 短路电流在线上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而 影响和母线连接的电动机或其他的设备的正常的运行。 由此可见， 短路的后果是非常严重的， 因此必须尽力设法消除可能引起短路 的一切因素； 同时需要进行短路计算。 短路计算的目的就是为了正确的选择电气 设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性， 以保证在发生可能有的最大短路 电流时不致损坏。 为了切除短路故障的开关电器、 整定短路保护的继电器保护装 置和选择限制短路电流的元件（如电抗器）等，也必须计算短路电流。选择设备 时，需要知道通过该设备最大可能的三相短路电流。 因此要按最大运行方式计算 短路电流；

39、当校验继电保护装置的灵敏度时， 又需要知道最小短路电流时灵敏系 数是否合格，所以要算出最小运行状态下的最小短路电流, 261短路电流计算 1.绘制计算电路 2. 确定基准值设Sd=100MVA ，Ud=Ue即高压侧Udi=10.5KV，低 压侧 Ud2=0.4KV，则 ldi=Sd/35 XUdi=100/(1.732 X10.5 ) =5.5kA Id2= Sd/3 0-5 XUd1=100/(1.732 X0.4) =144KA 3.计算最大及最小运行方式下，短路系统电路中各元件的电抗标 幺值 (1 )电力系统： X=100MVA/187MVA=0.53 X=100MVA/107MVA=0

40、.93 (2) 架空线路：查表得LJ-35的X 0=0.41 Q/KM，而线路长0.5KM,故 X2*=(0.41 X0.5) QX100MVA心0.5KV) 2=0.19 (3) 电力变压器：查表知 U%= 4.5 ，贝U X3*=4.5/100 X100MVA/800KVA=5.63 4. 计算 k 点 （10.5kv 侧）的短路电路总电抗及三相短路电流和短 路容量 （1 ）总电抗标幺值 Xm b*=Xm*+Xi*=0.53+0.19=0.72 Xm DI 30=41.15A 满足要求 断流能力：查参考资料二表 ZL3-4 得 Ioc =16KAI k=7.64KA 满足要求 动稳定度：查

41、参考资料二表 ZL3-10 ，GN8-10/200 的极限通过电流峰 值为 25.5KA ，imax =25.5KAi sh(3)=19.48KA 满足要求 热稳定度：lt2t=(10KA) 2X5=500KAl(3)2tima=7.64 2 X2.25=131KA 满 足要求 其中，It为设备的t秒热稳定电流(KA), t为设备的热稳定实验时间，tima为短 路假象时间( s) tima=t k+0.05s, t k=t op +t oc=2+0.25=2.25 (2) 高压断路器( SN10-10/630 )的校验： UN=10KV 满足要求 IN=630AI 30=41.15A 满足要求

42、 断流能力：查参考资料二表ZL3-4得Ioc=16KAI k=7.64KA满足要求 动稳定度 ： imax=40KAi sh(3)=19.48KA 满足要求 热稳定度：It2t=(16KA) 2 X2=512KA ik(3)2tima=7.64 2X2.25=131KA 满足要求 (3) 电流互感器(LQJ-10 )的校验： UN=10KV 满足要求 IN=100AI 30=41.15A 满足要求 动稳定度：查参考资料二表 ZL7-4 得 Kes=225,K i=90 Kes21/2liN=225 X21/2 X0.1=31.8KAish（3）=19.48KA满足要 求。 热稳疋度：（Kill

43、N ） 2t=（90 X 01） 2 X2=162l x（3）2 tima =131KA 满足要求 校验结果列表如下： 表1 5 GG-1A （ F） -07进线开关柜校验结果表 选择校 验项目 装设地点数据 设备的型号规格 参数 数据 参数 高压断路器 高压隔离开关 电流互感器 SN-10 10/630 GN8-10/200 LQJ-10,100/5 电压 Un 10KV Un 10KV 10KV 10KV 电流 I30 41.15A In 630A 200A 100/5A 断流能力 Ik 7.64KA Ioc 16KA - - 动稳定 ish 19.48KA imax 40KA 25.5

44、31.8KA 热稳定 I x2tima 131KA It2t 512 500 162 结论 合格 合格 合格 （二）选GG-1A（ F）-54作为互感器柜 其器件有： GN8-10/200RN2-10/0.5 JDZ-10 FS4-10 其校验方法和上同，可列表格如下： 表1 6 GG-1A （ F）-54互感器柜校验结果表 选择校 验项目 装设地点数据 设备的型号规格 参数 数据 参数 高压隔离开关 高压熔 断器 电压互 感器 避雷器 GN8-10/20 RN2-10/0.5 JDZ-10 FS4-10 电压 Un 10KV Un 10KV 10KV 10KV 10KV 电流 I30 41.

45、15A In 200A 0.5A - - 断流能力 Ik 7.64KA Ioc 16KA 50KA - - 动稳定 ish 19.48A imax 25.5KA - - - 热稳定 lx2tima 131KA It2t 500 - - - 结论 合格 合格 合格 合格 (三) 选GG-1A(J)-03作为计量柜 其器件为：GN6-10/200RN2-10/0.5 JDZ-10 校验表格如下: 表1 7 GG-1A （ J） -03计量柜校验结果表 选择校 验项目 装设地点数据 设备的型号规格 参数 数据 参数 高压隔离开关 高压熔 断器 电压互 感器 GN6-10/200 RN2-10/0.5

46、 JDJ-10 电压 U N 10KV Un 10KV 10KV 10kV 电流 I30 41.15A In 200A 0.5A - 断流能力 Ik 7.64KA Ioc 16KA 50KA - 动稳定 ish 19.48KA imax 40KA - - 热稳定 Ix2tima 131 It2t 192 - - 结论 合格 合格 合格 （四）选PGL-2-05 （A）作为低压出线柜 其器件为：HD13-1500/30DW15-1500/3LMZJ1-0.5,1500/5 校验表格如下: 表1 8PGL-2-05（ A ）低压出线柜校验结果表 选择校 验项目 装设地点数据 设备的型号规格 参数

47、数据 参数 低压刀开关 低压断路器 电流互感器 HD13-1500/3 0 DW15-1500/3 LMJZ1-0.5 1500/5 电压 Un 380V Un 380V 380V 500V 电流 130 1044A In 1500A 1500A 1500/5A 断流能力 Ik 16KA Ioc - 40KA - 结论 合格 合格 合格 2.8 二次回路方案的选择及继电保护的整定 2.8.1二次回路的定义和分类 工厂供电系统或工厂变配电所的二次回路，是指用来控制、指示、监视和保 护一次电路运行的电路，包括控制系统、的二次回路，是指用来控制、指示、监 视和保护一次电路运行的电路，包括控系统信号系

48、统、监测系统及继电器保护和 自动化系统等。其也称为二次系统。 二次回路按电源性质分可分为直流电源电路和交流电源回路。交流回路又可 分为交流电流回路和交流电压回路。 交流电流回路由电流互感器供电， 交流电压 回路由电压互感器供电。二次回路按其用途分，有断路控制回路、信号回路、测 量回路、继电器保护和自动装置回路等。 2.8.2二次回路的意义 供电系统在运行中，由于绝缘老化，机械损伤和外界的某些影响，可能发生 故障和不正常工作状态。弓I起电流增大，电压频率降低或升高，使供电系统的正 常工作遭到破坏，严重影响生产，甚至造成巨大损失。为了防止事故的扩大，保 证非故障部分仍能可靠地供电， 必须尽快切除故

49、障， 靠运行人员来发现且切除故 障是无法满足要求的， 只有借助于设备上具有自动保护作用的继电保护装置来实 现快速切断。对于危害不大的不正常工作状态也可由继电保护装置发出信号。 为了提高供电系统运行的可靠性，继电保护装置必须具备快速性、选择性、 灵敏性和可靠性。 2.8.3 二次回路方案的选择和继电保护的整定 1. 高压断路器的操动机构控制和信号回路 断路器采用手力操动机构，其 控制和信号回路如图 2 所示： WC 控制小母线 WS 信号小母线 GN 绿色指示灯Ri、R2限流电阻 YR脱扣 器 KA 保护装置QF1 s6 断路器辅助触点 QM 手力操动机构辅助触点 图 2 手力操动的断路器控制和

50、信号回路 2. 变电所的电能计量回路 变电所高压侧装设专用计量柜， 装设三相有功电 镀表和无功电度表， 分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能， 且据以计算每月 工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。 3. 变电所的测量和绝缘监察回路变电所高压侧装有电压互感器避雷器 柜，其中电压互感器为3个JDZJ 10型，组成Yo/Yo/(开口三角形)的接线, 用以实现电压测量和绝缘监察。 4. 主变压器的保护装置 对电力变压器的下列故障及异常运行的方式，应装设相应的保护装置： (1)绕组及其出线的相间短路和在中性点直接接地的单相接地保护。 ( 2)绕组的乍间短路。 ( 3)外部相间短路引起的过

51、电流。 (4)中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压。 ( 5 )过负荷。 ( 6 )油面降低。 ( 7)变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。 装设瓦斯保护 瓦斯保护又称为气体继电保护， 是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基 本的保护装置。 它装设在变压器的油箱和油枕之间的连通管上， 当变压器油箱内 故障产生轻微故障时，就会发生“轻瓦斯”动作。当变压器的油箱内部发生严重 故障时， 由故障产生的气体很多， 带动油迅速地由变压器油箱通过连通管进入油 枕，这时下触点接通跳闸回路，使断路器跳闸，这称为“重瓦斯动作” 。 装设定时限过电流保护 采用 GL15 型感应式过电

52、流继电器作启动继电器，俩相俩继电器式接线 , 电 流互感变比为 100/5A 。利用式 Iop=KrelKwIl.max/KreKi 计算。其中 Krel=1.3 ， K w =1,K re=0.8,K i=20 ，Il.max =2I 1N.T =115A 因此动作电流为 : Iop=1.3 X1 X115A/0.8 X20=9.3A 整定为 10A , 动作时限 Top 整定为 0.5s 过电流保护灵敏系数检验 : SP=1 X0.866 X3060A/20 X10A=13.21.5 满足要求。 装设电流速断保护 变压器电流速断保护，其组成、原理和线路的电流速断保护完全相同，其动 作电流的

53、整定计算公式也和线路电流速断保护基本相同。利用 DL20C 的速断装 置。 速断电流的整定：利用式 Iqb =k rel k w I k.max /k ikT, 其中 Krei=1.3,Kw=1,Ki=100/5=20,K t=10/0.4=25 , Ik.max =I k-2=22.9kA , 因此速断电流为： Iqb=1.3 X1 X22900A/20 X25=60A 电流速断保护灵敏系数检验 :利用式 Sp=Ik.min/I qb 其中 Ik.min=lk-1 =0.866 X3.06kA=2.6kA , Ipb.1=Iqbki/kw=60A X20/1=1200A, 因 此 其 保 护

54、 灵敏 系 数 为 ： Sp=2.6/1.2=2.2 按 GB50062 92 规定，电流保护（含电流速断保护）的最小灵敏系数为 1.5, 因此这里装设的电流速断保护的灵敏系数时达到要求的。 2.9 变电所防雷保护和接地装置 2.9.1 变电所的防雷措施 1. 装设避雷针或避雷带（网） 变配电所及屋外配电装置，应装设避雷针以防护直击雷。 独立避雷针宜设独立的接地装置。 2. 装设避雷线 处于峡谷地区的变电所，可利用避雷线（架空地线）来防护直击雷。用以防 止雷电侵入波对变配电所电器装置特别是对主变压器的损害。 （1 ） 高压架空线路的终端杆装设阀式避雷器， 如果进线是具有一段引入电 缆的架空线路

55、， 则架空线路终端装设的避雷器和电缆处的金属外壳相连且一同接 地。 2 ） 每组高压母线上都应装设阀式避雷器， 变电所内的避雷器应以最短的 接地线和配电装置的主接地网连接。 2.9.2 变电所的防雷保护设计 （1 ）直击雷保护 在变电所屋顶装设避雷器或避雷带，且引出俩根接地线 和变电所公共接地装置相连。 （2）雷电侵入波的保护 图 81 10KV 架空进线和电缆进线的雷电侵入波过电压保护图： 10kV 电源进线的终端杆上装设 FS4-10 型阀式避雷器。引下线采用 25mm X4mm的镀锌扁钢，下和公共接地网焊接相连，上和避雷器接地端螺栓连接。 10kV 高压配电室内装设有 GG-1A （F）

56、-54 型开关柜，其中配有 FS4-10 型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防止雷电侵入波的 危害。 380V 低压架空出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用于 保护沿低压架空线侵入的雷电播。 2.9.3 变电所公共接地装置的设计 1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： Re4 Q ReW120V/I e= 120V/27A = 4.4 Q 式中Ie= 10 (80+35 X25 ) /350 = 27A 因此，公共接地装置接地电阻 Re4Q 2. 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

57、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 100mm; 铝35 mm ；铜 25 mm 用长2.5m、50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置(变电所前面布置 俩排),管距5m，垂直打入地下，管顶离地面 0.6m。管间用40mm X4mm的

58、镀锌扁钢焊接相连。 变电所的变压器室有俩条接地干线、 高低压配电室各有一条 接地干线和室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用 25mm X4mm 的镀锌 扁钢。 总的垂直接地体电阻为： Re= Re( 1)/n n40 QI (16 X0.65 )= 3.85 Q (1.16) 式中 n 为多根垂直接地体数目 利用系数，有接地体数目、材料结构决定。查表 0.65 满足Re130查参考资料二 表 ZL14-12 选取 BLV 型导线截面 A=185mm 2 的导线(I ai=285A I 30.1 = 270A );零线按相线的一半选择截面。因此，选取BLV- (3X185+1 X95 )型导

59、 线。 机械强度的校验：查参考资料二表 ZD8-13 ，最小截面 Amin=2.5mm 2，因 此,满足机械强度条件。 软水站选BLV- (3 X150+1 X75)型导线 其他动力干线的选择方法和上同 . 电压损耗校验可按下式计算 U%=习(Ro+Xotan )PL/10U (3.1) =(0.18+0.19 X1) X200 X0.08/10 X0.38 =4.1%1045A 满足发热条件 动稳定度的校验，铝母线c a=69Mpa oc满足要求。 热稳定度校验 A=1200mm 2 Amin =I -(3)t ima1/2 /C=22.4 X0.7 X1000/87 (3.2) =219.

60、9mm 2 A Amin满足要求 3.2.2 配电设备的选择 低压一次设备的选择， 和高压一次设备的选择一样， 必须满足在正常条件下 和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资 经济合理。 根据低压侧的负荷计算，查参考资料二（以 1 号变电所为例）： 其器件为：刀开关 HD13-1500/30 自动空气开关 DW45-1500/3 电流互感器 LMZJ1-0.5 表 2 1 低压一次设备校验表 选择校 验项目 装设地点数据 设备的型号规格 参数 数据 参数 低压刀开关 低压断路器 电流互感器 HD13-1500/3 0 DW45-1500/ 3 LMJZ1-0.51