南京某化工厂35kV总降变电所电气设计（二次部分2）

1、南京某化工厂35kv总降变电所电气设计（二次部分2）摘 要本论文设计了南京某化工厂35kv总降变电所的二次部分。采用需要系数法计算出变电所进线端的计算负荷。在接线方式的选择方面，高压35kv侧选择单元式接线的方式，低压6kv侧选择单母线分段的接线方式。根据已知区域变电所35kv母线上的短路容量，采用标么电抗法分别计算出了系统在最小运行方式和最大运行方式下的短路电流。根据二次部分的设计要求，采用了微机保护的方式对配电变压器、异步电动机、同步电动机等二次设备进行了保护，在进行保护设计的同时，还对保护的二次回路进行了设计。最后进行了直流电源装置的设计。最终，本设计成为一份既有文字说明，又有图表解释的

2、完整的总降压变电所的设计。关键词:负荷计算，短路计算，微机保护，二次回路abstractthis paper designed a 35 kv substation total drop the second part about a chemical plant in nanjing.i use demand factor method calculate the substation incoming line terminal of load calculation. in the selection of wiring method, high voltage 35 kv side c

3、hoose the way the unit connection, low voltage 6 kv side choose single bus bar section of the connection mode. according to the regional 35 kv substation known short-circuit capacity of the bus, using per-unit reactance method calculate the short-circuit current under the way of the least operation

4、and maximum operation. according to the second part of the design requirements, using the microcomputer protection way protect the distribution transformer, the asynchronous motor, synchronous motor and secondary equipment. in protection design at the same time, i also design the secondary circuit.

5、at last, i design the dc power supply device. finally, this design has become a text, and a chart explaining the integrity of the general voltage substation design.key words: load calculation, short-circuit current calculation, microcomputer protection, secondary circuit目 录摘 要iabstractii第1章 绪论11.1 本

6、课题的目的及研究意义11.2 本课题的国内外研究现状11.3 本课题的研究内容2第2章 负荷计算32.1 计算负荷的意义32.2 负荷计算的方法32.2.1 需要系数法32.2.2 二项式法52.2.3 利用系数法52.3 本设计的负荷计算62.3.1 高压电动机的负荷计算62.3.2 车间变电所的负荷计算72.3.3 总的负荷计算结果7第3章 变压器及主接线选择83.1 变压器的选择83.1.1 概述83.1.2 本次总降变压器的选择83.2 主接线选择93.2.1 对主接线的基本要求93.2.2 35kv侧主接线方案的选择93.2.3 6kv侧主接线方案的选择10第4章 短路电流计算124

7、.1 概述124.1.1 短路的原因124.1.2 短路的类型124.1.3 短路的危害124.1.4 短路电流计算的目的124.2 短路电流计算的方法134.2.1 无穷大容量电源系统的三相短路电流计算134.2.2 有限容量电源系统的三相短路电流计算144.3 本设计的短路电流计算154.3.1 k1点短路电流计算154.3.2 k2点短路电流计算164.3.3 短路电流计算结果汇总17第5章 微机保护设计185.1 继电保护综述185.1.1 电力系统继电保护的任务和作用185.1.2 对继电保护的基本要求195.1.3 继电保护的工作原理、构成及分类195.2 6kv配电变压器保护设计

8、205.2.1 保护分析205.2.2 装置选择215.2.3 整定计算215.2.4 逻辑图245.3 6kv异步电动机保护设计255.3.1 保护分析255.3.2 装置选择255.3.3 整定计算265.3.4 逻辑图285.4 6kv同步电动机保护设计295.4.1 保护分析295.4.2 装置选择295.4.3 整定计算295.4.4 逻辑图30第6章 二次回路设计316.1 概述316.1.1 二次回路的作用与地位316.1.2 二次回路的内容316.2 出线控制回路326.3 电动机控制回路32第7章 直流电源装置设计337.1 直流电源装置介绍337.2 系统基本组件337.2

9、.1 充电模块337.2.2 直流电压采样装置337.2.3 防雷器单元337.2.4 绝缘监测装置347.2.5 电池监测仪347.2.6 降压硅链装置347.2.7 监控模块347.3 系统工作原理347.3.1 交流输入正常时347.3.2 交流输入停电或异常时357.3.3 交流输入恢复正常时35结束语36谢 辞37参考文献38附 录39第1章 绪论1.1 本课题的目的及研究意义电力工业是生产、输送和分配电能的工业部门。电能的生产过程和消费过程是同时进行的，既不能中断，又不能存储，需要统一调度和分配。它为工业和国民经济其它部门提供基本动力，随后在条件具备的地区建设了一批大、中型水电站，

10、是国民经济发展的先行部门。变电站是电力系统中的一个重要环节，它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。而一个变电站运行情况的优劣，在很大程度上取决于其二次设备的工作性能。本设计主要对企业35kv的变电所进行设计。行业内部曾经有过我国是否应当淘汰35kv电压等级得争议，理由是随着我国经济的发展，原来的一些35kv变电所，有的闲置，有的出让给较大的电力客户。在对电网历史资料进行统计分析的基础上，结合近几年来全国35 kv电网投资建设情况，综合我国乡村、边远地区负荷特点、人口密度分布及地方小水电发展等状况，从输送容量、输送距离、工程投资经济性等方面考虑，35kv电压等级作为小城市高压配电网、边

11、远城乡电网、钢铁、石化、煤炭、冶金等大型企业、地铁供电等还是非常合适和必要的，在较长的一个时期内依然有保留35kv电压等级的必要。采用35kv供电的意义主要有：1.从经济角度讲，35kv供电较10kv供电降低了线路损耗；2.从12kv之间负荷较大电力客户的角度出发，35kv供电的电价相对于10kv电价减少了电费支出；3.小城区、边远地区、远郊工业、中型企业等用电单位，和110kv和10kv供电方案比较，35kv供电方案在工程投有资经济型、较大的供配电半径等方面有着明显优势。就个人而言，通过本次35kv变电所设计，不仅能增加我cad制图的能力，而且还能熟悉在变电所设计过程中的各个环节，养成较好的

12、工科素养，为以后从事工科的技术工作打下一个良好的基础。在此基础之上，还能增加我查阅文献的能力，计算的能力，能够将大学所学知识更好的融会贯通，并且会弥补我在以往的各个短时期专业课设计当中所存在的缺陷。1.2 本课题的国内外研究现状在国外近年来一些国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是很充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电站设计理论，如变电站电压无功控制理论和基于模糊控制理论的变电站电压无功综合控制等理论。发达国家通过新的变电站设计理论改善和优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，使变电站运行更加节约、高效。设备方面实现了测控设备和一次设备完全融合，即实

13、现所谓的只能一次设备，每个对象均含有保护、监控、计费、操作、闭锁等一系列功能及信息库。户外插接式智能组合电器pass（plug and switch system），已经开始采用。在国内随着制造厂生产的电气设备质量的提高以及电网的可靠性增加，变电站接线日趋简化。大量高性能的新型一次设备不断出现。变电站设计的电气设备档次不断提高，配电装置也从传统的形式向无油化、真空开关、sf6开关和机、电组合一体化的小型设备发展。但是变电站的设计中仍然存在一些问题，比如变电站的数字化水平还比较低。还有企业对电力能源的需求持续增长，需要建立更多的变电站以提高电力系统供电的可靠性和稳定性，然而这些变电站占地面积大。

14、而现在土地资源紧张，环境要求严格，在稠密的城区选择变电站址相当困难。此外，计算机的渗透已经达到每一个角落，企业供电系统也不可避免地进入了危急控制时代，变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次系统，已经成为当前电力系统的发展趋势。无论国内国外，还是从管理方、运行方及设计单位对于变电站实现综合自动化均取得了共识。伴随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展，变电站自动化也采用了新的全分散式变电站自动化系统和先进的网络技术。我国变电站综合自动化技术应用的越来越成熟。变电站综合自动化系统以其简单可靠、可扩展性强、兼容性好等特点逐步为国内用户所接受，并在一些大型变电站监控项目中获得成功的应用。1.3 本课

15、题的研究内容1负荷计算与无功补偿。2选择变压器台数、容量并设计主电气接线图。3确定短路电流计算点，计算短路电流值。4选择主要电气设备（电源进线、断路器、熔断器、互感器、母线、电缆、补偿电容、开关柜等）。5设计主要一次回路继电保护装置和必要的自动装置。6选择主要二次回路度量仪表。7设计主要一次回路断路器控制回路。8设计变电站综合自动化系统。9设计操作电源系统。10设计变电所平面布置图。11设计防雷保护和接地装置。第2章 负荷计算2.1 计算负荷的意义供电系统在正常条件下能够安全可靠地运行，有赖于科学合理的电力设计。根据类型和负荷资料正确估算负荷所需的电力和电量，是电力设计的基础。计算负荷是根据已

16、知的电力用户的用电设备安装容量确定的预期不变的最大假想负荷。计算负荷是确定供配电系统、选择变压器容量、导线截面、开关电器和互感器等额定参数的重要依据。计算负荷的准确程度直接影响电气设备、导线截面、开关电器和互感器等额定参数的重要计算依据。计算负荷的准确程度直接影响电气设备、导线、电缆的选择是否经济、合理。计算负荷确定过大，电气设备及电缆的选择过大，造成投资增加，浪费有色金属；相反计算负荷确定过小，电气设备及线缆的选择偏小，导致供电系统承受较大的过负荷电流而过热，加速其绝缘老化，降低使用寿命，增大电能损耗，甚至造成事故，影响供电系统的可靠正常运行。负荷计算意义重大。2.2 负荷计算的方法目前负荷

17、计算的常用方法有需要系数法、二项式法和利用系数法。2.2.1 需要系数法1 需要系数需要系数考虑了以下的主要因素，即 （2-1）事实上，需要系数对于用电设备是很难确定的。对一个生产企业或车间来说，设备台数、生产性质、工艺特点、加工条件、技术管理、劳动组织、员工素质及操作水平等因素都对产生影响，所以只能靠测量统计确定。2 需要系数法确定计算负荷（1） 单台用电设备的计算负荷。1） 有功计算负荷。考虑到单台用电设备总会有满载运行的时候，其计算负荷 （2-2）2） 无功计算负荷。 （2-3）计算目的：用于选择分支导线及其上的开关设备。（2） 用电设备组的计算负荷。一个车间内有很多台用电设备，在进行负

18、荷计算时，要将用电设备按需要系数表上的分类方法详细地分成若干组，即将工艺性质相同的且需要系数相近的用电设备合并成组，然后进行各用电设备组的负荷计算。1） 有功计算负荷。 （2-4）2） 无功计算负荷。 （2-5）3） 视在计算负荷。 （2-6）或者 （2-7）计算目的：用于选择各组配电干线及其上的开关设备。（3） 确定车间配电干线或变电所低压母线上的计算负荷当车间配电干线上接有多个用电设备组时，须将该干线上各用电设备组的计算负荷相加，然后乘以最大负荷同时系数（又称最大负荷混合系数），即得该配电干线的计算负荷。计算变电所低压母线上的计算负荷，亦采用同样的方法，即将该车间各用电设备组的计算负荷相加

19、后，乘以最大负荷同时系数，使得车间变电所低压母线上的计算负荷，其计算公式如下。 （2-8） （2-9） （2-10）计算目的：用于选择车间配电干线及其上的开关设备，或者用于低压母线的选择及车间变电所电力变压器的容量选择。但须注意，在计算企业的总负荷时，应将整个企业的用电设备统一划组，计算车间的总负荷时，应将各工段的用电设备统一划组。统计要根据计算范围而定，取用值一定要与的计算范围相对应。需要系数法比较简便因而广泛使用，但当用电设备台数的少而功率相差悬殊时，需要系数法的计算结果往往偏小，较适用于计算变、配电所得负荷。2.2.2 二项式法二项式法是考虑用电设备和大容量用电设备对计算负荷影响的经验公

20、式。它适用于确定设备台数较少而容量差别较大的底干线和分支线的计算负荷。1 二项式系数二项式法认为计算负荷有两部分构成，一部分是由所有设备运行时产生的平均负荷，另一部分是由于大型设备（容量最大的台）的投入产生的负荷。其中、称为二项式系数。二项式系数也是通过统计得出的数据，可以通过查表获得。2 二项式法确定计算负荷（1） 同一工作制下的单组用电设备的计算负荷为 （2-11）当用电设备的台数等于最大容量用电设备的台数，且时，一般将用电设备的设备容量总和作为最大计算负荷。（2） 不同工作制下的多组用电设备的计算负荷为 （2-12）二项式法适用于用电设备台数较少、各台设备容量相差悬殊的情况，加之二项式法

21、已有的系数都是工厂的，所以二项式法在实际中使用不多，仅作为电气计算负荷的辅助方法。2.2.3 利用系数法利用系数法以概率论为理论基础，分析所有用电设备在工作时的功率叠加曲线而得到的参数为依据，通过利用系数、平均利用系数、有效台数、附加系数等系数来确定计算负荷，计算结果接近实际负荷，但计算方法复杂。1 利用系数利用系数的定义如下： （2-13）2 平均利用系数平均利用系数为 （2-14）3 有效台数有效台数是将不同设备功率和工作制的用电设备的台数转换为相同设备功率和工作制的等效值，先计算大容量用电设备的台数和容量的相对比值和，即 （2-15） （2-16）4 附加系数 （2-17）表达了同类型、

22、同容量用电设备组在负荷曲线上计算负荷和平均负荷的差异的幅度。采用利用系数求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。这种方法的理论依据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数的实测与统计较难，一般不采用。2.3 本设计的负荷计算本次设计中，用电设备功率相差不悬殊，故采用简便而广泛使用的需要系数法。采用单台计算的方法。2.3.1 高压电动机的负荷计算已知：， ，故列表如下：表2-1 高压电动机负荷计算结果序号用电设备组名称台数设备容量（kw）（kw）（kvar）（kva）1异步电动机yr5001-446300.90.850.

23、62280017363294.52异步电动机y4501-442500.90.840.651111.1722.21325.23同步电动机t630m-4210000.9-0.9-0.492222.2-1089.92474.6总计61341368.32.3.2 车间变电所的负荷计算 已知：； ；故列表如下：表2-2 车间变电所负荷计算结果序号台数（kw）（kvar）（kva）（kw）（kvar）（kw）（kvar）（kva）12700455834.912.550712.5505873.322820540981.814.758.9834.7598.91027.33258043072210.843.35

24、90.8473.375742720380814.112.248.8732.2428.8848总计574140122.3.3 总的负荷计算结果根据上述的列表情况，可以将高压电动机和车间变电所的负荷计算经过整理并进行进一步的计算，可以得出总的负荷计算结果，取同时系数。；功率因素；满足要求，不需要进行功率补偿。第3章 变压器及主接线选择3.1 变压器的选择3.1.1 概述变压器台数要依据以下原则选取：1 为满足负荷供电对供电可靠性的要求，根据负荷等级确定变压器的台数，对具有大量一、二级负荷或或只有大量二级负荷，宜采用两台及以上变压器，当一台故障或检修时，另一台仍能正常工作。2 负荷容量大而集中时，虽

25、然负荷只为三级负荷，也可采用两台及以上变压器。3 对于季节负荷或昼夜负荷变化比较大时，从供电的经济性考虑；为了方便、灵活地投切变压器，也可以选择两台变压器。变压器的选择要考虑到负荷将来可能增加和改造的可能性，必要时最好留有一定的富余。在负荷系数较低的场合，实际应用中一般都允许变压器超过额定负荷为峰值提供电力，而不必为短时的峰值负荷让变压器选择特变大的容量。实际应用变压器的选择还要考虑到开关电器的电流容量和分段容量以及导体的载流量。4 装有一台主变压器的变电所。主变压器的容量应不小于总的计算负荷即 （3-1）5 装有两台主变压器的变电所。每台主变压器的容量应不小于总的计算负荷的60%，一般选取为

26、70%，即 （3-2）同时每台主变压器的容量应不小于全部一、二级负荷之和，即 （3-3）3.1.2 本次总降变压器的选择根据本次设计的要求，变电所应由两路进线，所以应装设两台总降变压器，由公式3-2可知，单台变压器的容量应不低于同时考虑到每台主变压器的容量应不小于全部一、二级负荷之和，并且在单台变压器发生故障时，另一台变压器能够正常运行，故综合考虑，选择容量为10000kva的变压器。查表得，选择两台sz9-10000/35型有载调压低损耗变压器，其技术参数如下表所示。表3-1 sz9-10000/35参数额定容量kva空载电流%损耗w阻抗电压%轨距mm外型尺寸mm重量kg100000.75空

27、载负载7.51475/1475长宽高器身油重总重87004777041052795365597053750178583.2 主接线选择3.2.1 对主接线的基本要求1 主接线的定义变电所的电气主接线是由电力变压器、各种开关电器、电流互感器、电压互感器、电压互感器、母线、电力电缆或导线、移相电容器、避雷器等电气设备以一定次序相连接的接受和分配电能的电路。主接线可分为有汇流母线的主接线和无汇流母线的主接线两大类。有汇流母线的主接线又可分为单母线接线和双母线接线；无汇流母线的主接线又可分为单元接线、桥式接线和多角接线。主接线图通常用单线表示三相，使图简单明了，图中各电器元件应采用国家标准统一规定的图

28、形符号和文字符号表示。2 主接线的要求（1） 安全性。必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员及设备的安全。（2） 可靠性。能满足各级用电负荷供电可靠性要求。对三级负荷采用单电源供电即可；对于一级和二级负荷占大多数的用户，应由两个独立电源供电；对特殊重要的一级负荷，应由两个独立电源供电。（3） 灵活性。主接线应在安全、可靠地前提下，力求接线简单运行灵活，应能适应各种可能的运行方式的要求。（4） 经济性。在满足以上要求的条件下，力求达到最少的一次投资与最低的年运行费用。（5） 可扩展性。电气主接线在设计时应留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到从初期接线过渡到最终接线的可

29、能和分阶段施工的可行方案，使其尽可能地在保证供电的情况下完成过渡方案的实施。3.2.2 35kv侧主接线方案的选择1 单元式接线单元式接线用于只有一回进线和一回出现的场合，只有一种运行方式，如图3-1所示。这种主接线形式只适用于向三级负荷供电，但单元式接线的优点是接线简单、开关设备少、操作简便。图3-1 单元式接线2 桥式接线当只有两台变压器和两条线路时，可以采用桥式接线。桥式接线按照桥断路器的位置可分为内桥式接线和外桥式接线。（1） 内桥式接线桥断路器在进线断路器的内侧（即变压器侧），则称为内桥式接线，内桥式接线的优点是：线路的投切比较方便，变压器的投切比较复杂，所以内桥式接线适用于进线线路

30、较长、负荷比较平稳、变压器不需要经常投切的场合。（2） 外桥式接线桥断路器在进线断路器的外侧（即进线侧）。则称为外桥式接线，外桥式接线的特点和内桥式相反，它适用于进线线路较短、负荷变化较大、变压器需要经常切换的场合。 综上所述，外桥式接线明显不适用于本次设计，其需要经常投切主变，对主变会产生很大损伤；内桥式接线虽然工作可靠、灵活，但与双路单元式接线相比，其投切线路比较复杂，建设费用比较高，而单元式进线在一台主变退出运行时，另一台主变仍然能继续工作一段时间，故本设计35kv侧采用单元式接线的方式。3.2.3 6kv侧主接线方案的选择1 典型单母线接线典型单母线接线是有汇流母线的主接线中结构最为简

31、单的一类。在这种接线中所有电源和引出线回路都连接于同一母线上。2 单母线分段接线母线分段后，对于重要用户可有分别接于两端母线上的两条出线同时供电，当任一组母线故障或检修时，重要用户仍可通过正常母线继续供电。综上所述，单母线接线的可靠性和灵活性都比较低，母线连接于母线上的任一隔离开关发生故障或检修时，都将影响全部负荷的用电。而单母分段接线与单母线接线相比，运行的灵活性和可靠性有较大提高。经以上分析比较，系统主接线示意图如图3-2所示。图3-2 单母式分段接线第4章 短路电流计算4.1 概述4.1.1 短路的原因所谓短路，是指电力系统中一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于中性点接地的系统）发生

32、通路的情况。引起短路故障的原因主要有以下三个方面：1 电气绝缘损坏。电气设备载流部分的绝缘损坏是产生短路的主要原因。而造成设备绝缘损坏的原因主要有绝缘材料的自然老化、机械损伤和各种形式的过电压等。2 运行人员勿操作。运行人员不按正确的操作规程操作，如带负荷拉合隔离开关，检修后位拆除地线就送点等，也是引起短路的主要因素。3 其他因素。鸟兽跨接在裸露的载流导体上，气象条件恶化如大风、雨雪、冰雹等，以及施工挖伤电缆也是造成短路的常见因素。4.1.2 短路的类型在三相交流系统中，短路的基本类型有三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。其中三相短路也称为对称短路，发生该种故障后系统与正常运行一样

33、仍保持三相对称。其余三种短路属于不对称短路。电力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相接地短路占大多数，三相短路的机会最少。但是由于三相短路的电流最大，危害最严重；并且从计算方法看，一切不对称短路的计算，都以对称短路计算为基础。4.1.3 短路的危害发生短路时，短路回路的总阻抗很小，因此短路电流很大，其数值通常是正常电流的十几倍，甚至几十倍，如此大的短路电流对电力系统将产生极大的危害，例如：1 短路电流的热效应使设备急剧发热，持续时间过长就可能导致设备过热损坏；2 短路电流产生很大的电动力，可能使设备永久变形或严重损坏；3 短路时系统电压大幅度下降，严重影响用户的正常工作。尤其是电力系统

34、的主要负荷异步电动机，由于它的电磁转矩与端电压的平方成正比，电压下降时，电磁转矩减小、转速下降。甚至可能停转，造成产品报废、设备损坏等严重后果。4 短路情况严重时，可能使电力系统的运行失去稳定，造成电力系统解列，甚至崩溃，引起大面积停电。5 不对称短路产生的不平衡电场，会对附近的通信系统及弱电设备产生电磁干扰，影响其正常工作。4.1.4 短路电流计算的目的短路电流计算是供配电系统设计与运行的基础，主要用于解决以下问题：1 选择和校验各种电气设备，如断路器、互感器、电抗器、母线等；2 合理配置继电保护和自动装置；3 作为选择和评价电气主接线方案的依据。4.2 短路电流计算的方法由于短路电流的变化

35、规律和电源系统的容量情况有关，所以便有无穷大容量电源系统和有限容量电源系统的短路电流计算方法。短路计算中，各元件阻抗及其他电气参数的计算可采用有名值和标幺值两种方法来计算。有名值法主要用于1kv以下低压供电系统的短路电流计算，标幺值法多用于高压供电系统的短路电流计算。显而易见，本次设计属于高压供电系统，故采用标幺值法进行计算。在实用短路电流计算中，取元件所在电压等级的平均额定电压为基准电压，并可以近似认为电气设备（除电抗器外）的额定电压与所在电压等级的平均额定电压相等。这样对于多级电压级线路，各元件阻抗标幺值无需进行电压换算。这也是在多电压等级短路电流计算中，采用标幺值比有名值的优越之处。4.

36、2.1 无穷大容量电源系统的三相短路电流计算1 短路回路各元件的阻抗计算短路计算时，首先要根据原始数据计算短路回路中各元件的阻抗及短路回路中的总阻抗。设基准功率为，取元件所在电压级的平均额定电压为基准电压。由于高压回路的总电阻远小于电抗，所以就忽略了电阻值，直接用电抗代替阻抗。（1） 外部大容量电力系统的处理对于无穷大容量电源系统，无论用户负荷如何变化甚至发生短路，系统的母线电压都能基本维持不变。实际的电力系统的容量总是有限的，所谓无穷大只是一个相对概念。而在短路电流计算中，往往缺乏整个系统的详细数据，此时可以采用一些近似方法来处理外部未知系统。通常，以下几种情况可作为无穷大容量系统处理：1）

37、 如果只知道系统容量很大，可视系统为电抗为零的无穷大容量电源系统，即， （4-1）2） 已知系统容量很大和系统中某一点的短路此暂态功率或相连断路器的开断容量。此时可将系统视为无穷大容量电源系统，即，系统的电抗基准标幺值为 （4-2）（2） 变压器电抗基准标幺值为 （4-3）（3） 电抗器电抗基准标幺值为 （4-4） （4-5）（4） 线路阻抗基准标幺值为 （4-6） （4-7）2 短路电流有关物理量的计算（1） 三相短路电流周期分量有效值为 （4-8）（2） 短路电流冲击值为 （4-9）（3） 三相短路功率 （4-10）4.2.2 有限容量电源系统的三相短路电流计算有限容量电源系统发生三相短路

38、后，其母线电压不再保持恒定，短路电流周期分量也随之发生变化。因此，短路电流的计算方法也与无穷大容量电源系统有所不同。对于有限量容量电源系统，采用的是运算曲线法，如果已知短路后某一时刻发电机的电动势，则短路电流周期分量相应时刻的有效值可按式4-11求取： （4-11）利用运算曲线可以方便地查出三相短路电流周期分量的有效值，因此，在实际工程计算中，通常采用“运算曲线”来求解三相短路电流周期分量的有效值。 （4-12）4.3 本设计的短路电流计算根据主接线的形式，本次高压侧采用的是单元式接线的方式，不存在并列运行的问题，所以只需要按照分裂运行的方式进行计算便可以了，此时无需考虑同步机的影响，即可看成

39、无穷大容量系统。此时便可采用无限大容量电源系统的计算方法。为了设备的校验需要进行最大运行方式下和最小运行方式下的短路电流计算。最大运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式。一般根据系统最大运行方式的短路电流值来校验所选用的开关电气设备的稳定性。最小运行方式，是系统在该方式下运行时，具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。一般根据系统最小运行方式的短路电流值来校验继电保护装置的灵敏度。4.3.1 k1点短路电流计算当k1短路时，系统等效网络示意图如图4-1所示图4-1 系统等效网络示意图设，k1点的基准电流为母线

40、m点处电抗标幺值为线路l电抗标幺值为变压器电抗标幺值为当k1点短路时，短路回路总阻抗为k1点短路电流此暂态值为k1点短路电流冲击值为4.3.2 k2点短路电流计算当k2点短路时，系统等效网络示意图如图4-2所示图4-2 系统等效网络示意图设，k2点的基准电流为母线m点处电抗标幺值为线路l电抗标幺值为变压器电抗标幺值为当k2点短路时，短路回路总阻抗为k2点短路电流此暂态值为k1点短路电流冲击值为4.3.3 短路电流计算结果汇总在前面两节中，已基本完成了短路电流计算的相关内容，经整理将计算结果列入下面的表4-1当中。表4-1 短路电流计算结果最大值（ka）最小值（ka）k1点次暂态值4.644.0

41、9k1点冲击值11.8310.43k2点次暂态值8.438.10k2点冲击值21.5020.66第5章 微机保护设计5.1 继电保护综述5.1.1 电力系统继电保护的任务和作用1 电力系统的故障及不正常运行状态电力系统在运行中，可能出现各种故障和不正常运行状态。最常见同时也是最危险的故障是各种类型的短路，其中包括相间短路和接地短路。此外，还可能发生输电线路断线，旋转电机、变压器同一相绕组的匝间短路等，以及由上述几种故障组合而成的复杂故障。电力系统中发生短路故障时，可能产生下列严重后果：（1）数值较大的短路电流通过故障点时，引燃电弧，使故障设备损坏或烧毁。（2）短路电流通过非故障设备时，产生发热

42、和电动力，使其绝缘遭受到破坏或缩短设备使用年限。（3）电力系统中部分地区电压值大幅度下降，将破坏电能用户正常工作或影响产品质量。（4）破坏电力系统中各发电厂之间并联运行的稳定性，使系统发生振荡，从而使事故扩大，甚至使电力系统瓦解。2 继电保护装置继电保护装置是指安装在被保护元件上，反应被保护元件故障或不正常运行状态并作用于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。继电保护装置最初是以机电式继电器为主构成的，现代继电保护装置则已发展成以电子元件或微型计算机或可编程序控制器为主构成。“继电保护”一词泛指继电保护技术或由各种继电保护装置组成的继电保护系统。3 继电保护装置的基本任务继电保护装置的基本任务为

43、以下几点。（1）自动、迅速、有选择性地将故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏，并保证其他无故障元件迅速恢复正常。（2）反应电气元件不正常运行情况，并根据不正常运行情况的种类和电气元件维护条件，发出信号，由运行人员进行处理或自动地进行调整或将那些继续运行会引起事故的电气元件予以切除。反应不正常运行情况的机电保护装置允许带有一定的延时动作。（3）继电保护装置还可以和电力系统中其他自动化装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，尽快恢复供电，从而提高电力系统运行的可靠性。综上所述，继电保护在电力系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，继电保护

44、装置是电力系统中重要的组成部分，是保证电力系统安全和可靠运行的重要技术措施之一。在现代化的电力系统中，如果没有继电保护装置，就无法维持电力系统的正常运行。5.1.2 对继电保护的基本要求动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四条基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性，现分别说明如下。1 选择性选择性是指机电保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，保证系统中非故障元件任然继续运行，尽量缩小停电范围。2 速动性快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低的情况下的工作时间，以及缩小故障元件的损坏程度。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作，切除故障。3 灵敏

45、性继电保护的灵敏性是指对于保护范围内发生故障或非正常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在事先规定的保护范围内发生故障时，不论短路点的位置，短路的类型如何，以及短路点是否有过渡电阻，都能敏锐感觉，正确反应。保护装置的灵敏性，通常用灵敏系数来衡量，它取决于被保护元件和电力系统的参数和运行方式。4 可靠性保护装置的可靠性是指在其规定的保护范围内发生了它应该动作的故障时，它不应该拒绝动作，而在任何其他该保护不应该动作情况下，则不应该错误动作。5.1.3 继电保护的工作原理、构成及分类1 继电保护的工作原理为了完成继电保护所担负的任务，要求它能正确区分电力系统正常运行状态与故障状态或不正

46、常运行状态。因此，可根据电力系统发生故障或不正常运行状态。因此，可根据电力系统发生故障或不正常运行状态前后电气物理量变化特征为基础构成继电保护装置。2 继电保护装置的分类及构成（1） 继电保护装置的分类电力系统继电保护是从电力系统自动化中独立出来的，因此，继电保护实际上是一种自动控制装置，以控制过程信号性质不同可分为模拟型和数字型两大类。这两类继电保护装置的基本原理是相同的，但实现方法及构成却有很大不同。模拟型继电保护装置又分为机电型继电保护装置和静态型继电保护装置。（2） 继电保护装置的构成1） 模拟型继电保护装置。这种保护装置的构成种类很多，就一般而言，它们都是由测量回路、逻辑回路和执行回

47、路三个主要部分组成。其原理框图如图5-1所示。图5-1 模拟型继电保护装置原理框图2） 数字型微机继电保护。种保护装置是把被保护元件输入的模拟电气量经模/数转换器变成数字量，利用计算机进行处理和判断。微机继电保护装置由硬件部分和软件部分组成。微机保护硬件部分原理接线图如图5-2所示。图5-2微机继电保护硬件部分原理框图本次设计选用微机保护装置作为出线保护。5.2 6kv配电变压器保护设计5.2.1 保护分析电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的安全运行是电力系统可靠工作的必要条件。虽然它无旋转部件，结构简单，运行可靠性较高，但在实际运行中仍然会发生故障和不正常的工作状态。本次设计中

48、，低压侧装设了8台所用变压器，在主接线图中，分成两组接在低压侧分段母线的两侧，每组四台，左右两组互相对称，以左侧四台为例，分别接在1号出线，2号出线，3号出线，4号出线。变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。变压器的异常工作状态有过负荷；由外部短路引起的过电流；油箱漏油引起的油位下降；外部接地短路引起的中性点过电压；绕组过电压或频率降低引起的过励磁；变压器油温升高和冷却系统故障等。根据本变电站的设计特点，配电变压器应以瓦斯保护和电流速断保护为主保护，以过流保护作为后备保护。5.2.2 装置选择根据以上的保护分析，设计采用杭州华光电气有限公司生产的csr-03a配变保护测控装置。1 适用

49、范围csr-03a适用于110kv及以下电压等级的配电变压器、接地变压器或所用变压器的保护测控装置，集保护、测量和操作控制于一体。2 保护功能（1） 电流速断保护；（2） 两段式的定时限过电流保护；（3） 高压侧零序电流保护；（4） 低压侧零序电流保护；（5） 零序过电压保护；（6） 过负荷告警；（7） 负序过流保护；（8） 4路非电量保护，可选择跳闸告警（如：重瓦斯、轻瓦斯、温度等）；（9） ct断线告警；（10） 控制回路断线告警在本次变电所设计中，对于配电变压器的保护采用非电量保护和两段式的定时限过电流保护相结合的方式。5.2.3 整定计算1 过流保护如图6-1所示，首先计算各个出线侧0

50、.4kv侧的短路电流值。图5-3 系统等效网络图下以1号车间变电所为例，计算其0.4kv侧的短路电流值。等效阻抗电路图如下图6-2所示图5-2 等效阻抗电路图其余车间变电所的计算与1号车间变电所类似，经计算，各个出线端k3点的三相短路电流转换成其一次侧如表5-1所示表5-1 三相短路电流值（ka）(ka)1号车间变电所5.9896.0341.531.522号车间变电所5.7886.0151.581.523号车间变电所5.9896.0341.531.524号车间变电所5.6875.7321.611.60下面进行变压器的过流保护整定计算（1） 变压器的电流速断保护保护动作电流按以下两个条件计算，选

51、择其中较大者。1） 按躲过变压器负荷侧母线k3点短路时流过保护的最大短路电流计算，即 （5-1）2） 按躲过变压器空载投入时的励磁涌流计算，通常取其动作电流大于35倍的变压器额定电流，即 （5-2） （5-3）保护的灵敏系数按保护安装处（k2点）最小两相短路电流校验，即 （5-4）下以1号车间变电所计算为例，计算其速断保护的电流值及其校验值：按式5-1 按式5-2和5-3所以取为1.99ka按式5-4，计算校验值经计算，各个配电变压器的速断保护电流值及校验值如表5-2所示表5-2 速断保护电流值及校验值(ka)(ka)(ka)1号车间变电所1.990.461.993.532号车间变电所2.050.572.053.423号车间变电所1.990.371.993.534号车间变电所2.090.462.093.36由上表可知，校验值均符合要求。（2） 变压器的过电流保护变压器过电流保护的装置动作电流按躲开变压器的最大负荷电流整定，即 （5-5） （5-6）保护装置的灵敏系数按下式5-7校验 （5-7）下以1号车间变电所过流保护计算为例经计算，各个配电变压器过电流保护整定值及灵敏系数如表5-3所示表5-3 电流保护整定值及灵敏系数1号车间变电所0.200.303.952号车间变电所0.240.376.673号车间变电所0.15