某化纤毛纺厂10千伏的变电站设计毕业论文

河南理工大学万方科技学院本科毕业论文PAGEPAGE54摘要自1831年法拉第发现了电磁感应定律人类文明进入了伟大的电力时代，电从此成为人类生产、生活中最重要的能源。因此电能的质量将直接影响厂房正常的生产和运营,这就需要参与供电的变电站能长期提供安全、稳定的电能.该设计针对某化纤毛纺厂10千伏的变电站所进行的设计.根据规则，主要解决了变电站接线方案的选择、进出线的选择、负荷计算、变电站站址选择、主变压器容量的选择、短路计算以及开关设备的选择、母线与电力变压器继电保护的选择与整定、防雷保护与接地装置的设计等问题，并结合该地区的供电规则和工程实际情况选择出最合适的方案及各种设备型号及容量。在本次设计过程中，我在老师的指导及借鉴原有的变电所工作系统的情况下，并结合在学校主修的相关专业知识按部就班的完成了这个变电站设计。关键词：变电站负荷计算短路计算变压器ABSTRACTSince1831MichaelFaradaydiscoveredelectromagneticinductionofhumancivilizationintoagreateraofelectricity,electricityproductionfromahumanlifethemostimportantsourceofenergy.Therefore,thequalityofpowerplantwilldirectlyaffectthenormalproductionandoperation,whichrequireslong-termparticipationinpowersubstationtoprovideasafeandstablepower.

Thedesignofafiberwoolenmillfor10kVsubstationdesigncarriedout.Undertherules,mainlytosolvethesubstationconnectionschemeselection,inletandoutletofchoice,loadcalculation,substationsiteselection,choiceofmaintransformercapacity,short-circuitcalculationandthechoiceofswitchingequipment,busandpowertransformerprotectionoftheselectionandtuning,lightningprotectionandgroundingdesignandotherissues,combinedwiththepowersupplyintheareaofrulesandengineeringpracticetochoosethemostappropriateprogramsandavarietyofdevicemodelsandcapacity.Inthisdesignprocess,Ilearnfromtheteacher'sguidanceandtheexistingsubstationsystemofworksituation,andcombinedinschoolmajoringintherelevantexpertisetocompletethisstepbystepinthesubstationdesign.Keywords:substationloadcalculationshortcutcalculationtransformerTOC\o"1-3"\h\u32323前言 2230381原始资料 455241.1工厂概况 4218031.2原始负荷 4254221.3供电协议 498222负荷计算及无功补偿计算 5225772.1负荷计算的内容和目的 5182752.2电力负荷的计算 5191312.3无功补偿计算 5289513变电站主变压器台数和容量的选择 9172273.1主变压器台数的选择 9147303.2主变压器容量的选择 1067034短路电流计算 11205504.1短路电流计算 11326044.1.1短路电流计算目的、意义 11127344.1.2三相短路的欧姆法计算 121555变电所主结线方案及出线方案的选择 19130995.1主结线定义及基本要求 1926755.2变电所主接线方案的确定 1947106高低压电气设备的选择 212836.1高低压电气设备选择的原则 22208636.2熔断器的选择与校验 22149016.2.1熔体电流的选择 2292516.3断路器的选择与校验 2395036.3.1高压断路器 2394806.3.2低压断路器 2479696.4隔离开关的选择 25317476.5仪用互感器选择 2666006.5.1电流互感器 2685566.5.2电压互感器 27115456.6导线和电缆选择 2846007二次回路及继电保护的整定计算 29155097.1变配电所二次回路的类别及功能 2977477.2继电保护装置的组成 30197427.3继电保护整定计算 3170497.3.1变电所10kV母线保护 31233587.3.2变电所电力变压器的保护 34100958变电所的布置与结构 36154528.1变配电所位置的选择 36324568.1.1变配电所位置的选择应符合下列要求 36109768.1.2化纤厂供电系统变电所选型和选址 37101608.2变电所总体布置方案的设计原则与一般要求 37236548.2.1变配电所总体布置的方案的设计原则 38290608.2.2变电所总体布置方案的一般要求 38149398.3变电所的总体布局 3985639变电所的防雷和接地 41227229.1概述 4163359.2防雷 42255929.2.1装设避雷针 42271159.2.2装设避雷器 43178329.3接地 44154589.3.1接地与接地装置 445929.3.2接地故障保护 4467559.3.3低压配电系统的接地故障保护 4571759.4接地装置的计算 46253929.4.1计算程序 46277539.4.2计算步骤 471121910结论 4814025致谢 4927385参考文献 5032033附录： 5228849附图一：电气主接线图 5213656附图二：变电所平面图 53前言众所周知，随着科学技术的进步及我国经济实力的迅猛提高电能在生产生活中发挥的作用越来越突出。而电能是一种易于和其他形式的能源相互转化且既经济又清洁的能源。在几代人的不懈努力下，如今电力技术已得到长足的发展，使得电能的传输和分配既简单经济又灵活稳定且便于控制。这也是电能在现代工业生产和人民生产生活中得到及广泛应用的原因。在工业生产中电能是主要的能源和动力，可是它在产品成本中所占的比重并不是很大。电能在工业生产中的重要作用，不是体现在它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而体现在工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品的质量，提高生产效率，降低生产成本，降低工人的劳动强度。如果某工厂的供配电系统出现故障将必使该厂蒙受巨大经济损失。

该次设计是根据某化纤毛纺厂10千伏变电站现有的工作系统及原有生产材料而进行的设计。该化纤厂所有产品全部为化纤产品，年均生产能力约为300万米。其中，薄织物占30﹪，中厚织物占30﹪，厚织物占40﹪，并且该厂全部产品中以涤纶为主体的混纺物占35﹪，以腈纶为主体的混纺物为65﹪。在设计过程中，我借鉴了原有的变电所工作系统，并把握了主体设计思想，结合自己的理论知识和实践经验，一步一步地完成本变电所的设计。本设计说明书共分9章，按照供电设计程序安排章节的顺序，并根据安全、经济、可靠、灵活的主导思想来设计。在设计过程中，得董爱华教授的鼎立支持和帮助，并对本人提出许多宝贵的意见，在此衷心地感谢他的指导。1原始资料1.1工厂概况该厂主要生产化纤产品，年均生产能力约为300万米。其中:薄织物占30﹪，中厚织物占30﹪，厚织物占40﹪，所有产品中以涤纶为主体的混纺物占35﹪，以腈纶为主体的混纺物为65﹪。1.2原始负荷根据工厂变电站现用的工作系统及今后发展的需要，该厂主要车间的负荷指标如下表1-1所示：表1-1负荷指标纺纱车间340kW软水站86.1kW锻工车间36.9kW制条车间340kW锅炉房151kW染整车间490kW织造车间525kW机修车间296.2kW1.3供电协议①从电业部门某60/10kV变电所，用10kV双回架空线路向本厂供电，该变电所在厂南侧0.7km。②该变电所10kV配电出线路定时限过电流保护装置的整定时间为1.5s，要求配电所不大于1.0s。③在总配电所10kV侧计量。④功率因数值应在0.91以上。⑤工厂负荷性质。多数车间为三班制，少数车间为一班或两班制，全年为306个工作日，年最大负荷利用小时数为6000小时，属于二级负荷。2负荷计算及无功补偿计算2.1负荷计算的内容和目的计算负荷又称为需要负荷，是一个假想的持续性负荷，他的热效应与同一时间内实际变动负荷产生的最大热效应相等。在配电设计时，一般采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件来作为选择电器或导体的依据。计算负荷是确定供电系统,选择主变容量、电气设备、导线截面和仪表量程的依据,也是整定继电保护的重要数据.因此,正确进行负荷计算及负荷分类是设计的前提,也是实现供电系统安全、经济运行的重要要手段。2.2电力负荷的计算负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法确定。

主要计算公式有：有功功率：（2-1）有功功率:（2-2）

视在功率:（2-3）

计算电流:（2-4）2.3无功补偿计算工厂中因为大量的感应电机、电焊机、及气体式放电灯等感性负荷及感性的电力变压器，从而导致功率因数降低。假如功率因数由提高到，这时在用户要求的有功功率不变的条件下，无功功率将由降低至，视在功率将由降低到。对应的负荷电流也将减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，既节提高了电压质量又可选较小的供电设备和导线电缆。要使功率因数由增大到，则需装设无功补偿装置，其容量为（2-5）上式中，叫做无功补偿率。无功补偿率是表示要使1KW的有功功率由提高到所需要的无功补偿容量kvar值。在确定了总的补偿容量后，就可根据所选并联电容器的单个电容来确定电容器的个数，即（2-6）其计算负荷具体如下：表2-1一号变电所计算负荷车间或用电单位设备容量（KW）cosφtgφ计算负荷变压器数及容量制条车间3405272204340纺纱车间3405272204340软水站86.10.650.80.75564270锻工车间51.17111317机修车间21.7388.9154177.8托儿所1.337.710.212.78仓库37.9710.31220.6小计639.2961考虑同时系数717.9607886变压器损耗64688.6考虑损耗后计算负荷17.7695.6961Cosφ补到0.9所需电容器量663.7-355.6总计算负荷663.7340745.7表2-2二号变电所计算负荷车间或用电单位设备容量（KW）cosφtgφ计算负荷变压器台数及容量织造车间55420315525染整车间4905392294490浴室理发室1.880.811.51.5食堂20.6515.511.619.4独身宿舍200.811616小计845620.61048考虑同时系数760.5589.6962变压器损耗19.2596.23考虑损耗后计算负荷779.75685.831038Cosφ补到0.9所需电容器容量-310总计算负荷779.75376865.6表2-3三号变电所计算负荷车间或用电单位设备容（KW）cosφtgφ计算负荷变压器台数及容量锅炉房1510.750.80.7511385142水泵房1180.750.80.7588.566.4110.6化验室500.750.80.7537.52846.8卸油泵房280.750.80.75211626小计260195.4325考虑同时系数234185.6299变压器损耗5.892.99考虑损耗后计算负荷239.98215.5322.5Cosφ补到0.9所需电容器容量-95总计算负荷239.98120.5268.53变电站主变压器台数和容量的选择3.1主变压器台数的选择主变压器台数选择原则如下：（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。（2）对季节性负荷和昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，可以考虑采用两台变压器。（3）除上述两种情况外，一般车间变电站宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量较大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或多台变压器。（4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定灵活改变的余地。3.2主变压器容量的选择（1）只装一台主变压器的变电站主变压器容量需满足全部用电设备总计算负荷的需要，即（3-1）（2）装有两台主变压器的变电站每台变压器的容量应同时满足下列条件：①任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的大约60％~70％，即（3-2）②任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即（3-3）（3）车间变电所主变压器的单台容量上限车间变电站主变压器的单台容量不宜大于1000kVA。究其原因：①受以往低压开关电器的断流能力和短路稳定度要求的限制。②可以使变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。（4）适当考虑负荷的发展应该考虑到该厂今后电力负荷的增长，为其留一定余地。根据上述原则和计变电站总负荷的计算，本设计选用容量为1000kVA的变压器，其型号为S9—1000/10。4短路电流计算4.1短路电流计算4.1.1短路电流计算目的、意义短路电流计算的目的是为了正确的选择和校验电气设备，进而进行继电保护装置的整定计算。短路电流计算，首先需要绘制计算电路图。再在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都标出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算节点。短路电流计算节点要选择得使将要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。其次，根据所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件标出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，因为将电力系统当作无限大容量电源，且短路电路也比较简单，所以一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，得出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。4.1.2三相短路的欧姆法计算欧姆法，因其短路计算中的阻抗都采用单位“欧姆”而得名。在无限大容量系统中发生三相短路时，其三相短路电流周期分量有效值按下式计算（4-1）式中，、和分别为短路电路的总电阻、总电抗值和总阻抗；为短路点的短路计算电压。高压电路的短路计算中，通常总电抗远远大于总电阻，因此一般只计电抗，不计电阻。在计算低压侧短路时，也只有当时才需计入电阻。如果不计电阻，则三相短路容量为（4-2）三相短路电流周期分量有效值为（4-3）下面介绍供电系统中各主要元件包括电力系统、电力变压器和电力线路的阻抗计算。1）电力系统的阻抗计算电力系统的电抗，可由电力系统变电所馈电线出口断路器的短流容量来估算，这就看作是电力系统的极限短路容量。因此电力系统的电抗为（4-4）式中，为电力系统馈电线的短路计算电压，但为了便于短路电路总阻抗的计算，免去阻抗换算的麻烦，此式中的可直接采用短路点的短路计算电压；为系统出口断路器的断流容量，如果只有断路器的开断电流数据，则其断流容量，这里为断路器的额定电压。2）电力变压器的阻抗计算（1）变压器的电阻，可由变压器的短路损耗近似的计算。因（4-5）故（4-6）式中，为短路点的短路计算电压；为变压器的额定容量；为变压器的短路损耗。（2）变压器的电抗，可由变压器的短路电压％来进行近似的计算。因（4-7）故（4-8）式中，为变压器的短路电压（亦称阻抗电压）百分值。3）电力线路的阻抗计算（1）线路的电阻，可由导线电缆的单位长度值求得，即（4-9）式中，为导线电缆单位长度电阻，为线路长度。（2）线路的电抗，可由导线电缆的单位长度电抗值求得，即（4-10）式中，为导线电缆单位长度电抗，为线路长度。电力线路每相的单位长度电抗平均值可由下表5-1查得：表4-1电力线路每相的单位长度电抗平均值线路结构线路电压35kV及以上6~10kV220/380V架空线路0.400.350.32电缆线路0.120.080.066然后求出其总阻抗，接着按前式计算短路电流的周期分量有效值。其他短路电流也就可以由此求出。由和可知，元件的阻抗值与电压平方成正比，因此阻抗等效换算的公式为（4-11）（4-12）式中，X、R和分别为换算前元件的电抗、电阻和元件所在处的短路计算电压；、和为换算后元件的电抗、电阻和短路点的短路计算电压。图4-1短路计算电路A求K-1点的三相短路电流和短路容量1）当系统最大运行方式时计算短路电路中各元件的电抗和总电抗：（1）电力系统的电抗：（2）架空线路的电抗：（3）绘制K-1点短路的等效电路，如下图所示，其计算总阻抗为：2）当系统最小运行方式时计算短路电路中各元件的电抗和总电抗：（1）电力系统的电抗：（2）架空线路的电抗：（3）其计算总阻抗为：计算三相短路电流和容量：（1）三相短路电流周期分量有效值：（2）三相短路次暂态电流和稳态电流：（3）三相短路冲击电流及第一个周期全电流有效值：（4）三相短路容量：B求K-2点的三相短路电流和短路容量1）系统最大运行方式时计算短路电路中各元件的电抗及总电抗：（1）电力系统的电抗：（2）架空线的电抗：（3）电力变压器的电抗：（4）绘制K-2点短路的等效电路，如下图所示，其计算总阻抗为：2）当系统最小运行方式时计算短路电路中各元件的电抗和总电抗：（1）电力系统的电抗：（2）架空线的电抗：（3）电力变压器的电抗：（4）计算总阻抗为：=计算三相短路电流和短路容量：（1）三相短路电流周期分量有效值：（2）三相短路次暂态电流和稳态电流：（3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：（4）三相短路容量：表4-2三相短路电流计算结果短路计算点运行方式三相短路电流/KA三相短路容量/MV·A/kA/kA/kA/kA/kAk-1最大20.14511.929143.67最小5.035.035.0312.87.691.5k-2最大31.431.431.457.77634.22621.75最小29.4429.4429.4454.1732.0920.45变电所主结线方案及出线方案的选择5.1主结线定义及基本要求变电站的电气主结线亦称一次系统结线。是指由各种开关电器、电力变压器、母线、电缆及电抗器、避雷器、电容器等电气设备按一定次序连接起来的接收和分配电能的电路。主接线对变配电所电气设备选择、配电装置、运行的可靠性，均有重要影响。对主接线要求做到：可靠性、灵活性、安全性、经济性。其中，安全可靠的技术是最重要的，决不允许在运行或检修时由于设计不合理而发生人身事故和重大设备事故。经济节约是一贯的原则，仍应重视，但必须是考虑投资与运行费用的总效果最为经济。5.2变电所主接线方案的确定该配电所有两条10kV电源进线，一路是架空线WL1，另一路是电缆线WL2。常见的进线方案是一路电源来自发电厂或电力系统变电站，为正常工作电源，而另一路电源则来自邻近单位的高压联络线，作为备用电源。供电营业规则规定：对于10kV及其以下电压供电的用户，应配置专用的电能计量柜。因此，在两路电路进线的开关（高压断路器）柜之前（在其后亦可）各安装一台GG-1A-J型高压计量柜，其中的电流互感器和电压互感器用来连接计费的电能表。装设进线断路器的高压开关柜，采用GG-1A-J型。因为进线采用高压断路器控制，所以切换操作十分灵活方便，且可以配以继电保护和自动装置，大大提高了供电可靠性。考虑到进线断路器在检修时有可能来电，为保证断路器检修时的安全，因此断路器两侧都必须装设高压隔离开关。母线，是配电装置中用来汇集和分配电能的导体。高压配电所的母线，一般采用单母线制。如果为两路或以上电源进线时，则采用高压隔离开关或高压断路器分段的单母线制。母线采用隔离开关分段时，分段隔离开关可以安装在墙上，也可以采用专门的分段柜。高压配电所一般采用一路电源工作、一路电源作为备用的运作方式，因此母线分段开关通常处于闭合状态，高压并联电容器对整个配电所无功补偿。假如工作电源发生故障或进行检修时，在切除该进线后，投入备用电源即可恢复对整个配电所的正常供电。为了便于测量、监视、保护和控制主电路设备，每段母线上都接有电压互感器，进线上和出线上都接有电流互感器。高压电流互感器均有两个二次绕组，其中一个接测量仪表，一个接继电保护装置。为了防止雷电过电压侵入配电所时击毁其中的电气设备，各段母线上都安装了避雷器。避雷器和电压互感器同装设在一个高压柜内，并且共用一组高压隔离开关。该配电所共有六路高压输出线。其中有两路分别由两端母线经隔离开关-断路器配电给1号车间变电所；有一路由左段母线（WB1）经隔离开关-断路器供2号车间变电所；有一路由右段母线（WB2）经隔离开关-断路器供3号车间变电所；有一路由左段母线（WB1）经隔离开关-断路器供无功补偿用的高压并联电容器组；还有一路由右段母线（WB2）经隔离开关-断路器供一组高压电动机用电。由于这里的高压配电线路都是由高压母线来电，因此其出线断路器需在其母线侧加装隔离开关。如附图一所示。其高压侧的开关电器、保护装置和测量仪表等，一般都安装在高压配电线路的首端，即总变配电所的高压配电室内，而车间变电所只设变压器室和低压配电室，其高压侧只装简单的隔离开关、熔断器等。所有高压架空进线，变电所高压侧必须安装避雷器，以防雷电波沿架空线路侵入变电站击毁电力变压器以及其他设备的绝缘。采用高压电缆进线时，避雷器是安装在电缆的首端的，而且避雷器的接地端要连同电缆的金属外皮一起接地。此时变压器高压侧一般可不再装设避雷器，假如变压器高压侧为架空线路又经一段电缆引入时，变压器高压侧仍应装设避雷器。高低压侧均为单母线分段的变电站主接线图。这种变电所的两段高压母线，在正常时可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或发生故障时，通过切换操作，均可迅速恢复整个变电所的供电，保证了用电的可靠性。6高低压电气设备的选择6.1高低压电气设备选择的原则选择电气设备应遵守下列原则：1）依据正常工作条件选择额定电流和额定电压。2）依据短路情况来校验电气设备的稳定性。3）依据装置地点的三相短路容量来校验开关电气的断流能力。4）依据装置地点、工作环境、使用要求及供货条件来选择电气设备的适当形式。6.2熔断器的选择与校验6.2.1熔体电流的选择（1）保护电力线路的熔断器熔体电流的选择①熔体额定电流（）应大于线路的计算电流，即（6-1）②熔体额定电流应躲过线路的尖峰电流。满足躲过尖峰电流的条件为（6-2）式中K为小于1的计算系数。③熔体额定电流与被保线路的配合:当线路过负荷或短路时，为保证绝缘导线和电缆不致因过热烧毁而熔断器不熔断的事故发生，要求（6-3）式中Ial为绝缘导线和电缆的允许载流量；Kol为绝缘导线和电缆的允许短时过负荷系数。如熔断器公作短路保护，对明敷绝缘导线取1.5,对电缆和穿管绝缘导线取2.5；如熔断器除作短路保护外，还兼作过负荷保护时可取1；对有爆炸性气体区域内的线路，可取0.8。如果按所选择的熔体电流不满足上述配合的要求，可依据具体情况改选相应规格的熔断器，或适当增大绝缘导线和电缆的截面。保护电力变压器的熔断器熔体电流的选择对于10kV的电力变压器，容量在1000kV·A及以下者，可在高压侧装设熔断器作短路及过负荷保护，可按下式选择熔体的额定电流。（6-4）式中——电力变压器的额定一次电流。综合考虑了以下三个方面的因素：①熔体额定电流应躲过变压器允许的正常过负荷电流；②熔体额定电流应躲过来自变压器低压侧电动机自起动引起的尖峰电流；③熔体额定电流应躲过变压器空载投入时的励磁涌流。（3）保护电压互感器的熔断体电流的选择由于电压互感器正常运行时二次侧接近于空载，因此保护电压互感器的熔断熔体额定电流一般选0.5A。6.3断路器的选择与校验6.3.1高压断路器在正常情况下断路器只负担全厂负荷的一半，但当一台变压器发生故障时，长时最大负荷即等于变压器的额定容量。所以，10kV侧长时最大电流为：因此，考虑选用SN10-10Ⅰ/630，其技术指标如下表所示：表6-1SN10-10Ⅰ/630技术指标型号电压电流动稳热稳短流容量SN10-10Ⅰ/63010kV630A40kA16kA（4S）300MVA①动稳定性校验从短路电流统计表中查得，（3）=7.9kA＜40kA动稳定性符合要求。②热稳定性校验=1.5+0.2=1.7s所以，K-1短路，相当于4s的热稳定电流，为：=I=120.65=7.8kA＜16kA因此，热稳定性符合要求，短路容量经校验亦合格。因此，应选SN10-10Ⅰ/630型室内少油短路器。同理，高压侧其他短路器均为SN10-10Ⅰ/630型室内少油短路器。6.3.2低压断路器①断路器的额定电压应大于等于安装的额定电压。②断路器的额定电流应大于等于它所安装过电流脱扣器与热脱扣器的额定电流值。③断路器应满足安装处对断流能力的要求。对动作时间在0.02s以上的DW系列断路器，要求（6-5）式中为断路器的最大分断电流；为断路器安装处三相短路电流稳态值。对动作时间在0.02s及以下的DZ系列断路器，要求或（6-6）低压断路器还应满足保护对灵敏度的要求：以保证在保护区内发生短路故障时能可靠动作，切除故障。保护灵敏度可按下式进行校验（6-7）式中——低压断路器瞬时或短延时电流脱扣器的动作电流；K——保护最小灵敏度，一般取1.4；为被保护线路末端在单相接地电流；对IT系统取下两相短路电流因此，低压断路器选择DW15-1500/3型的符合要求。6.4隔离开关的选择（1）高压隔离开关选择的一般要求它的主要作用是隔离电源，确保电气设备与线路在检修时与电源有明显的断口。隔离开关无灭弧装置，和断路器配合使用时，合闸操作应先合隔离开关，分闸操作应先段开断路器，后断开隔离开关。运行中必须遵守“倒闸操作规定”，并在隔离开关与断路器之间设置闭锁机构，以防止误操作。隔离开关与熔断器配合使用，可作为180kA及以下容量变压器的电源开关。（2）隔离开关的选择首先计算隔离开关长时最大工作电流：故选用GN8-10/400型户内隔离开关，从《电器设备手册》中查得：表6-2隔离开关相关参数型号电压电流动稳热稳短流容量GN8-10/40010kA400A70kA27kA300MVA①动稳定性校验从短路电流统计表中查得，（3）=7.9kA＜70kA所以动稳定性符合要求。②热稳定校验=2.5+0.2=2.7S=I=120.734=8.808kA＜27kA故，热稳定性校验合格6.5仪用互感器选择6.5.1电流互感器（1）电流互感器应按以下条件选择。①电流互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。②电流互感器的额定电流应大于或等于所接线路的额定电流。③电流互感器的类型和结构应与实际安装地点的安装条件、环境条件相适应。④电流互感器应满足准确度等级的要求。为满足电流互感器准确度等级的要求，其二次侧所接负荷容量S2不得大于规定准确度等级所对应的额定二次容量，即（6-8）（2）电流互感器应按以下条件校验动、热稳定度多数电流器给出了相对于额定一次电流的动稳定倍数（Kes）和1秒钟热稳定倍数（Kt）,因此其动稳定度可按下式校验（6-9）其热稳定度可按下式校验（6-10）如电流互感器不满足式上面式子的要求，则应改选较大变流比或具有较大的的互感器，或者加大二次侧导线的截面。因此，电流互感器选择LQJ-10-300/5型，满足要求。6.5.2电压互感器（1）电压互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。（2）电压互感器的类型应与实际安装地点的工作条件及环境条件（户内、户外；单相、三相）相适应。（3）电压互感器应满足准确度等级的需求。（4）为满足电压互感器准确度等级的要求，二次侧所接负荷容量S2不得大于规定准确度等级所对应的额定二次容量，即由于电压互感器一、二侧均有熔断器保护，因此不需校验动、热稳定度。6.6导线和电缆选择为了确保供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面时对于工厂10kV线路必须满足一下条件:1）发热条件导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高温度。2）机械强度导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。一般10kV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。根据本设计情况结合目前的技术发展水平及市场供求，本设计全部采用交联聚氯乙烯绝缘及护套电力电缆。本设计电缆通过电缆沟敷设，高压线采用铠装电缆，低压线路采用塑料护套电缆。根据上述短路电流计算结果，按正常工作条件和按工作条件选择和短路情况校验确定的总降压变电所电气设备如表6-1所示：该设备分别组装在高压开关柜GG-1A（F）中。此高压开关柜为成套配电装置，组装前已经做过元件的配套校验，柜中主要开关电器列表校验如下表6-1其中10kV母线按发热条件选为LMY-(50×5)铝母线，其允许电流661A大于10kV侧计算电流46.19A，动稳定、热稳定满足要求表6-310kV侧电气设备设备名称及型号计算数据断路器SN10-10/630隔离开关GN-8-10/400电流互感器LQJ-10-300/5高压熔断器RN2-10/150U=10kV57.7A=7.9kA=143.67MVA=20.145kA10kV630A16kA300MVA40kA10kV600A30kA52kA10kV300/557kA10kV150A50kA结论合格合格合格合格7二次回路及继电保护的整定计算7.1变配电所二次回路的类别及功能（1）继电保护装置：保证变配电所一次系统的安全运行。一次系统发生故障时，它作用于断路器，使之跳闸，切除故障；而在一次系统出现故障时，它作用于信号装置，发出报警信号。（2）自动装置：实现自动同合闸或备用电源自动投入，从而迅速恢复供电，提高供电可靠性。（3）绝缘监察装置：监视中性点非直接接地的一次系统中相线对地的绝缘性。在上述一次系统中发生单相接地故障时，对应相的电压指零，由此提醒值班人员检查和消除故障，或进行切换操作处理，恢复一次系统的正常运行。（4）电气测量仪表：检测一次系统的运行参数和计量一次系统的电能消耗，为变配电所一次系统安全、可靠、优质、经济地运行提供依据。（5）断路器控制与信号回路：控制断路器地跳闸操作，一次系统地正常运行状态，并在断路器自动跳合闸时发出信号。（6）操作电源：供继电保护装置动作和断路器跳合闸操作的电源，分直流操作电源和交流操作电源两类。7.2继电保护装置的组成供电系统中应用各种继电保护装置，虽然它们的结构上各不相同，但基本上都是由测量、逻辑、执行三种功能部件组成。测量部分是测量被保护对象的相关输入电气量，并与给定的整定值进行比较，根据比较的结果，给出一组逻辑信号，从而判断保护是否需要启动。逻辑部分是依据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系运行，最后确定是否应该使断路器发出信号或跳闸，并将有关命令传给各执行部分。执行部分是根据逻辑部分发出的信号，最后完成保护装置所担负的任务。继电保护装置的基本要求有四点:即选择性、灵敏性、速动性和可靠性。7.3继电保护整定计算本变电所需设置的保护主要有：变电所10kV母线保护和电力变压器保护。7.3.1变电所10kV母线保护1）短路保护介绍：作为线路的相间短路保护，一般采用带时限的过电流保护形式，有时也使用电流速断保护。当线路上出现相间短路故障时，继电保护装置作用于高压断路器的跳闸机构，使断路器跳闸，切除短路故障。因10kV系统属于小电流接地系统，在线路上发生单相接地时，只有接地电容电流，这不影响三相系统的正常运行，因此只需装设绝缘监察装置或单相接地保护，在发生单相接地时，给予信号即可。2）过电流保护如图7-1所示，当线路上发生短路故障时，起动电流继电器KA瞬时动作，使时间继电器KT起动，KT经整定的一定时限后，接通信号继电器KS和中间继电器KM。KM接通断路器的跳闸回路，使断路器跳闸。依据本设计的短路保护需采用带时限的过电流保护。装设GL—15型电流继电器在高压实施过电流保护。图7-1过电流保护框图过电流保护的电流及时间整定：（1）KA动作电流的整定：（7-1）式中，——线路上的最大负荷电流；取为1.5。——保护装置的接线系数，该变电所10kV母线保护采用两相两继电器接线，取为1。——保护装置的可靠系数，取为2.5。——电流互感器变比，取为60。所以，所以，动作电流整定为3A。灵敏度校验：（7-2）式中，——被保护线路末端在系统最小运行方式下的两相短路电流。所以，所以，=5.4＞1.5所以，动作电流满足保护灵敏度的要求。（2）KA动作时间的整定K-2短路电流转换到变压器原边为反应到KA中的电流值对KA的动作电流倍数n：由动作特性曲线可查得，KA在通过时的实际动作时间为0.7S。（3）KA速断电流的整定：（7-3）式中，——可靠系数，对GL型继电器，取1.4~1.5。——接线系数，取为1。——电流互感器变比，取为60。——K-2点短路电流转换到变压器原边的短路电流，前面已经算过。所以，电流速断倍数n为：灵敏度校验：式中，——被保护线路首端在系统最小运行方式下的两相短路电流，所以，=2.4＞1.5所以速断电流符合保护灵敏度的要求。7.3.2变电所电力变压器的保护由前几章可知，该车间变电所变压器为10/0.4kV、1000kV·A的变压器，变压器低压侧的母线三相短路电流为=31.4kA，高压侧继电保护用电流互感器变比为100/5A。（1）电力变压器过电流保护动作电流的整定：（7-4）其中，——可靠系数，对GL型继电器，取1.4~1.5。——接线系数，取为。——电流互感器变比，取为20。——返回系数，取为0.8。所以，所以，动作电流为9A。（2）电力变压器过电流保护时间的整定：因为车间变电站为终端变电站，所以其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。（3）电力变压器电流速断保护速断电流倍数的整定（7-5）=89.5A因此速断电流倍数整定为由以上的整定计算可知GL—15型电流继电器能进行过电流保护，也能进行电流速断保护，所以能满足变压器和线路的保护要求。其电路原理图如下：变压器综合继电保护图。图7-1变压器综合继电保护图8变电所的布置与结构8.1变配电所位置的选择8.1.1变配电所位置的选择应符合下列要求（1）尽量靠近负荷中心，特别是对车间变电所所址靠近负荷中心，可以降低配电系统的电能损耗，电压损耗和有色金属的消耗量。（2）进出线方便。（3）尽量靠近电源侧。（4）尽量不设在多尘或有腐蚀性气体的场所，如无法远离时，应设在濡染源的上风侧。（5）尽量不设在有剧烈震动的场所。（6）尽量不设在低洼积水场所及其下方。（7）交通运输方便。（8）应远离有易燃易爆危险的场所。（9）不占或少占农田，具有适宜的地质条件。（10）具有生产生活用水的可靠水源。（11）适当考虑职工生活上的方便。（12）应尽量临近车间变电所或有大量高压用电设备的厂房合建在一起，以节约建筑费用。（13）不应妨碍工厂或车间的发展，并应适当考虑今后扩建的可能。8.1.2化纤厂供电系统变电所选型和选址在化纤厂供电设计中,在工厂负荷地区西北方向设置一个两座开闭所，这是由于：一方面根据焦作的天气情况及大部分时间的风流走向，此处为顺风侧，易于保护，避免因风沙大而引起的破坏情况，另一方面，它靠近负荷中心。8.2变电所总体布置方案的设计原则与一般要求变配电所电气布置的设计，是在主结线设计基础上进行的，并向土建设计人员提出相应的建筑结构要求。它既以主结线设计为依据，由检验主结线设计是否合理，并将主结线设计变为现实。配电装置本身的可靠性与经济性，又是影响主结线方案优劣的重要因素，故两者关系十分密切。8.2.1变配电所总体布置的方案的设计原则（1）便于运行维护；（2）保护运行安全；（3）便于进出线；（4）节约土地与建筑费用；（5）适应发展要求。8.2.2变电所总体布置方案的一般要求（1）有人值班的变配电所，一般应设单独的值班室。值班室应尽量靠近高低压配电室，且有门直通。如，值班室靠近高压配电室有困难时，则值班室可经走廊与高压配电室相通。值班室亦可与低压配电室合并，但放置值班人员工作桌的一面或一端，低压配电装置到墙的距离不应小于3m。主变压器室应靠交通运输方便的马路侧。条件许可时，可单设工具材料室或维修室。昼夜值班的变配电所，宜设休息室。（2）值班室内不得有高压设备。值班室的门应朝外开，高低压配电室和电容室的门应朝值班室开或朝外开。油量为100Kg及以上的变压器应装设在单独的变压器室内。变压器室的大门应朝马路开，但应避免朝向漏天仓库；在炎热地区，应避免朝西开门。高压电容器组一般应装设在单独的房间内，但数量较少时，可装设在高压配电室内，低压电容器组可装设在低压配电室内，但数量较多时，宜装设在单独的房间内。所有带电部分离墙和离地的尺寸以及各室的维护操作通道的宽度，均应符合有关规程要求，以确保安全。（3）如为高架空进线，则高压配电室宜位于进线侧。低压配电室宜靠近变压器室（考虑到变压器低压出线一般为架空裸母线）。低压配电室的位置位于其低压架空出线侧。（4）值班室可与低压配电室合并，但在值班人员经常工作的低压屏的正面或侧面，离墙不得小于3m。高压开关柜数量较少时，允许与低压配电屏装设在一个室内，但高压柜与低压屏间距离不得少于2m。高压电容器柜数量较少时，可装设在高压配电室内。周围环境正常的变电所，宜用露天变电所。高压配电所应尽量与附近车间变电所合建。（5）变压器室应考虑到扩建时有更换一级容量变压器的可能。高低压配电室内均应留有适应数量开关柜（屏）的备用位置。既要考虑到变配电所留有扩建的余地，又要不妨碍工厂或车间今后的发展。8.3变电所的总体布局组合式变电所采用小体积、高性能、长寿命、低损耗的电器元件，做成多种不同功能的密封式配电柜，再与非燃性电力电容器柜按需要灵活组合，便成为组合式变电所。它即可设置在屋内，也可设置在屋外，能防火、防爆、防尘、防湿，可以在很不利的条件下使用。它的绝缘水平高，噪音水平低，安全可靠性高，维护工作量少，布置灵活，适应性强，可以深入到用电负荷中心区，也能装设在工厂企业中的任何地方。可以肯定，组合式变电所是工厂企业变电所的今后发展方向。屋内式变电所主要由三个部分组成：⑴变压器室；⑵高压配电室；⑶低压配电室。此外，视需要可建造：⑷高压电容器室（有高压无功补偿时）；⑸值班室（须有人值班时）。变电所在总体布置上按结构分为附设式和独立式，按布局分为一字形和品字形，按层次分为单层建筑和多层建筑。首先要考虑上述各功能不同房间之间的合理布局，然后考虑每个房间内部的功能布置和电器布置。高低压配电装置的安全净距是指带电部分至接地部分在空间所容许的最小距离，或不同相带电部分之间在空间所容许的最小绝缘距离。依规程规定，屋内配电装置各项安全净距应不小于表8—1所列的数值。表8-1户内配电装置的最小安全净距mm名称额定电压kV1～361035110带电部分至接地部分75100125300850不同相的带电部分之间75100125300900带电部分至棚栏82585087510501600带电部分至网状遮栏175200225400950带电部分至板状遮栏105130155330880无遮栏裸导体至地面23752400242526003150不同时停电检修的无遮栏裸导体之间水平净距18751900192521002650出线套管至户外通道路面40004000400040005000本变电所采用2台变压器，窄面推进，电缆进线，变压器室地坪抬高，有值班室方案。该方案考虑进风温度为40℃，地坪抬高1m。高压配电室采用双列布置，装设GG-1A-J型高压柜。低压配电室单列布置。无功补偿只考虑在低压侧装设电容屏，占地面积约为160m2。其布置图如附图二的变电所总体平面布置图。9变电所的防雷和接地9.1概述雷电是一种自然现象。我国雷电的分布特点是：夏季多于春秋季，陆地多于海洋，山区多于平原，南方多于北方。雷电的电压很高，瞬时电流强度很大，因此，一次雷电的放电时间虽然只有0.01S左右，但其释放出的能量却大得惊人。雷电放电时，可使电气设备绝缘击穿，建筑物造成破坏，家用电器击毁，人体及牲畜死亡或受伤等。雷击分为直接雷击和感应雷击两种。雷云对地面物体或人畜直接放电的现象叫直接雷击；架空电缆或室外天线被空中带电云放电形成的强电场的感生电动势冲击家用电器或电子设备的现象叫感应雷击。雷电的危害性主要表现在以下方面：（1）雷电的机械效应——击毁杆塔和建筑物，伤害人畜。（2）雷电热效应——烧断导线、烧坏设备、引起火灾。（3）雷电的电磁效应——产生过电压，击穿电气绝缘，甚至引起火灾和爆炸，造成人身伤亡。（4）雷电的闪络放电——引起绝缘子烧坏、开关跳闸、线路停电或引起火灾等。9.2防雷9.2.1装设避雷针避雷针用镀锌圆钢或镀锌焊接钢管制成，它装设在构架上，其下端经引下线与接地装置焊接。单支避雷针的保护范围，按下列方法确定。图9-1单支避雷针的保护范围避雷针的保护范围如图9-1所示。避雷针在地面上的保护半径为。从针的顶点向下作45°的斜线构成锥形保护空间的上部，从距离针底各方向1.5h处向避雷针0.75h高度处作连接线，与上述45°斜线相交，交点以下的斜线构成锥形保护空间的下部，在被保护物高度的平面上，保护半径可由下式确定。当时，（9-1）当＜时，（9-2）式中，——由模拟实验和运行经验确定的系数，当＞30m时，；当时，=1。由变电所平面布置图可知，避雷针在高度处水平面上的保护半径至少为12m，假设为15m，为10m，由上面的计算公式可知，装设一支25m高的避雷针，即可安全保护整个变电站的建筑物不受直接雷击。另外，独立避雷针宜设独立的接地装置，在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻。当有困难时，可将该接地装置与主接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点沿接地线的长度不得小于25m。9.2.2装设避雷器避雷器时用来防护雷电产生的过电压波沿线路侵入变电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘，避雷器应与被保护设备并联，在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对地放电，从而保护了设备的绝缘。本厂的防雷保护：为防止过电压波侵入，在10kV进线杆塔前设500m避雷线，且在进线断路器前设一组FS4—10型避雷器，在10kV电源进线的两段母线上各有一组阀式避雷器。9.3接地9.3.1接地与接地装置电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接9.3.2接地故障保护为保护人身安全，防止间接触电而将设备的外露可导电部分进行接地，称为保护接地。低压配电系统按保护接地的型式不同，分为TN系统、TT系统和IT系统。目前在我国应用最为普遍的为TT系统中的TN—C系统。这种系统的N线和PE线合为一根PEN线，所有设备的外漏可导电部分均与PEN线相连，当三相负荷不平衡或只有单相用电设备时，PEN线上有电流流过，在一般情况下，如开关保护装置和导线截面选择适当，是能够满足供电可靠性要求的，而且投资较省，又节约导电材料。9.3.3低压配电系统的接地故障保护接地故障是指配电系统中的相线对地或与地有联系的导电体之间的短路，它包括相线与大地、相线与PE线或PEN线以及相线与设备的外露可导电部分之间的短路。（1）接地故障保护的要求：接地故障保护的装设应与配电系统的接地型式和故障回路的阻抗值相适应。当发生接地故障时，除了应满足短路热稳定度的要求外，还应迅速切断故障电路，或者迅速发出报警信号以便及时排除故障，防止发生人身触电伤亡和火灾爆炸事件。从确保人身安全的角度考虑，接地故障保护装置的动作电流应保证故障设备外露可导电部分的对地电压V，这50V是我国规定的一般正常环境条件下允许持续接触的安全电压，因设备外露可导电部分的接地电阻为，则接地故障保护的动作电流应为：对三相四线制系统来说，上式适用于切断故障电路的接地故障保护装置，但其动作电流的动作时间的要求为：①对只有固定设备的公共PE线和PEN线来说，其保护装置的