楼宇低压配电系统的设计

毕业设计〔论文〕楼宇低压配电系统的设计教学单位：机电工程学院专业名称：自动化学号：2010050601039学生：张龙华指导教师：刘金华〔副教授〕指导单位：机电工程学院完成时间：2014年5月5日电子科技大学中山学院教务处制发楼宇低压配电系统的设计摘要楼宇低压配电系统主要是将多种高、低压配电设备〔或元件〕与配电站组合，变换电压直接向楼宇的用电设备分配电能的一个电力系统，主要的内容是将进线的1OkV高压通过降压变电所降压为380V低压。本设计主要是通过收集回来的数据进行负荷计算与短路计算，来确定主变压器的台数与型号，绘制出主接线图，给变电所选择高、低压设备，还进行了必要的无功补偿和各种设备的校验，最后就是根据变电所概况来安装二次回路的电源、中央信号系统、防雷保护和接地保护。第一章主要写了楼宇低压配电系统的设计背景、介绍、环境和意义及应用。第二章主要写了怎么计算负荷，使用需要系数法得到总的负荷以及为了节约用电还进行了功率补偿。第三章主要写了怎么选择变压器，根据负荷大小、性质、等级来选择。第四章主要写了主接线的方式以及为本楼宇设计主接线图。第五章主要写了短路的原因、危害以及短路计算的目的和方法。第六章主要写了根据负荷计算和短路计算的结果来选择电气设备。第七章主要写了为什么要继电保护以及继电保护的类型。第八章主要写了什么是二次回路的操作电源以及为什么需要中央信号装置。第九章分别介绍了变电所的防雷与接地。关键词:楼宇；低压配电；配电站

TheDesignOfBuildingLowVoltageDistributionSystemAbstractThemainbuildingisalow-voltagedistributionsystemavarietyofhighandlowvoltagepowerdistributionequipment(orcomponents)andpowerdistributionstationportfolio,transformthevoltageofapowersystemdistributionofelectricenergydirectlytoelectricalequipmentofbuildings,themaincontentsofthelinethe1OkVbuckstep-downsubstationhighvoltageof380Vbylowpressure.Thedesignismainlycarriedloadcalculationandshortcircuitcalculationbackthroughthedatacollectedtodeterminethenumberofunitsandthemaintransformermodels,drawoutthemainwiringdiagram,substationtoselecthighandlowvoltageequipment,alsocarriedoutthenecessaryreactivepowercompensationandcalibrationofequipment,thefinalprofileisbasedsubstationtoinstallthesecondarycircuitpower,thecentralsignalingsystems,lightningprotectionandgroundingprotection.Thefirstchaptermainlywritesthebuildingdesignoflowvoltagepowerdistributionsystem,introducesthebackground,significanceandapplicationofenvironmental.Thesecondchaptermainlywriteshowthecomputationalload,theuseofdemandcoefficientmethodtogetthetotalload,inordertosaveelectricityofpowercompensation.Thethirdchaptermainlywriteshowselectionoftransformer,selectedaccordingtotheloadsize,nature,level.Thefourthchaptermainlywritesthemainwiringwayandthedesignmainwiringforthebuildingdrawings.Objectiveandmethodsofthefifthchapterwrotethecauseoftheshortcircuit,theharmandtheshortcircuitcalculation.Thesixthchaptermainlywrotetoselectionofelectricalequipmentaccordingtotheloadcalculationandshortcircuitcalculationresults.Theseventhchaptermainlywrotewhyrelayprotectionandthetypeofrelayprotection.Theeighthchaptermainlywrotewhatistheoperatingpowersupplycircuittwotimesandwhytheneedforcentralsignaldevice.TheninthchapterintroducesthesubstationlightningprotectionandgroundingKeywords:building;lowvoltagedistribution;Substation

目录1绪论 11.1楼宇低压配电系统的设计背景 11.2楼宇低压配电系统的设计介绍 11.3楼宇低压配电系统的设计环境 11.4本设计的意义及应用 12负荷计算及功率补偿 32.1负荷计算的方法 32.2功率补偿 63变压器选型 83.1变压器台数确实定 83.2变压器容量及型号确定 84主接线 104.1单母线分段接线 104.2内桥式接线 105短路计算 125.1短路的原因及危害 125.2短路计算的目的及方法 125.3短路电流的计算 135.3.1最大运行方式 135.3.2最小运行方式 155.4短路电流计算结果 166电气设备选择 176.1导线、电缆的选择 176.2高压断路器 196.3高压隔离开关 196.4高压熔断器 206.5电流互感器 216.6电压互感器 216.7高压开关柜 216.8母线、支柱绝缘子和穿墙套管 216.9低压断路器 246.10低压熔断器 247继电保护 258配电站二次回路的操作电源和中央信号系统 268.1二次回路的操作电源 268.2中央信号装置 269防雷与接地 279.1防雷 279.2接地 2710总结与展望 30参考文献 31附录1楼宇低压配电系统主接线图 32致谢 331绪论随着楼宇低压配电系统需求不断增多，配电系统设计已经在我国悄然兴起，是国家电网建设中不可缺少的一部分。1.1楼宇低压配电系统的设计背景随着我国社会经济的发展，传统的低压配电系统设计已跟不上时代的进步，更会被淘汰。所以，为了社会经济的进步，我国开始建设和改造可以节地、节电、紧凑型、小型化、无人值守的城乡电网。要求高压直接进入负荷中心，形成高压受电—变压器降压—低压配电的供电格局[1]。由于现在的住宅小区都包括绿地、停车场、花园、消防、以及灯饰等，为了丰富小区的内涵，到达和谐统一，要求设计信息化、网络化和智能、箱变安全可靠、配电技术先进、经济合理、安全适用以及确保设计质量。1.2楼宇低压配电系统的设计介绍楼宇低压配电系统设计要不失逻辑性，切合实际，合理。本次设计主要是为楼宇设计一个低压配电系统，其主要内容就是如何从10kV降压到380V的过程。根据负荷计算，短路电流计算确定主变压器型号和台数，绘制出主接线图，并为高、低压侧选择主要电气设备，再把功率补偿、继电保护和防雷与接地设计好，整个配电系统就完整了。1.3楼宇低压配电系统的设计环境本设计为公寓住宅小区，由10栋9层住宅组成，分为1号住宅楼高9层，2号住宅楼楼高9层，3号住宅楼楼高9层，4号住宅楼楼高9层，5号住宅楼高10层。负一层为停车场，总面积约10万㎡，其中住宅面积为6万㎡，以3房2厅户型为主。1.4本设计的意义及应用电力是人们生活中不可缺少的东西，生活中离不开它，缺少它既会影响人们的生活状况，又会影响经济的发展，所以楼宇低压配电系统是一项非常重要的工程。一个配电系统是优秀的，系统内的区民就能得到舒适、安全的用电环境，人们安居乐业，间接地给我国促进了经济的发展。本设计的低压配电系统将应用于楼宇小区的配电系统中，使电能分配给每家每户；也可以作为其他地方配电系统的参照。2负荷计算及功率补偿2.1负荷计算的方法负荷计算的方法有很多种，通常分为单台用电设备和多台用电设备两种情况[1]。用电设备或用电设备组多采用需要系数法或二项式法。本设计需要用电的地方有：主要通道及楼梯照明用电，电梯用电，排污泵、生活水泵用电，消防用电，家庭用电。本设计根据需要系数法来计算：要用到的公式：有功功率：〔2-1〕无功功率：〔2-2〕视在功率：〔2-3〕总电流:〔2-4〕1、主要的负荷计算〔1〕主要通道及楼梯照明用电计算地下一层有40盏LED节能灯40W,10盏红外线感应灯管15WPn=40×40+10×15=1.75kWCOSФ=0.8Kd=0.7Pc=kd×Pn=0.7×1.75=1.225kWQc=Pc×tanФ=1.225×0.75=0.91875kvar地下一层应急照明灯有80盏荧光灯40W，30盏应急灯20WPn=80×40+30×10=3.5kWCOSФ=0.8Kd=0.8Pc=Kd×Pn=0.8×3.5=2.8kWQc=Pc×tanФ=2.8×0.8=2.24kvar1～9层通道楼梯有9盏吸顶灯30W,9盏壁灯15W,共有10栋Pn=〔9×30+9×15〕×10=4.05kWCOSФ=0.8Kd=0.7Pc=Kd×Pn=0.7×4.05=2.835kWQc=Pc×tanФ=2.835×0.75=2.12625kvar总的负荷Pn总=1.75+3.5+4.05=9.3kWPc总=1.225+2.8+2.835=6.86kWQc总=0.91875+2.24+2.12625=5.285kvar〔2〕电梯用电小区有10栋楼，共有10台电梯，选20kW的电梯:Pn=10×20=200kWCOSФ=0.6Kd=0.7Pc=Kd×Pn=0.7×200=140kWQc=Pc×tanФ=200×1.3=260kvarPc总=Pc=140kWQc总=Qc=260kvar〔3〕排污泵、生活水泵用电1〕10栋楼共有20台生活水泵11kW,5台备用水泵5kWPn=11×20+5×5=245kWCOSФ=0.8Kd=0.7Pc=Kd×Pn=0.7×245=171.5kWQc=Pc×tanФ=171.5×0.75=128.625kvar2〕10栋楼共有排污泵10台5kWPn=10×5=50kWCOSФ=0.8Kd=0.6Pc=K×Pn=0.6×50=30kWQc=Pc×tanФ=30×0.75=22.5kvar3〕总的负荷Pn总=245+50=295kWPc总=171.5+30=201.5kWQc总=128.625+22.5=151.125kvar(4)消防用电1)排烟排风机10台3kWPn=3×10=30kWCOSФ=0.8Kd=1Pc=Kd×Pn=1×30=30kWQc=Pc×tanФ=30×0.75=22.5kvar2)消防泵10台13kWPn=13×10=130kWCOSФ=0.8Kd=1Pc=Kd×Pn=1×130=130kWQc=Pc×tanФ=130×0.75=97.5kvar3)送风机10台13kWPn=13×10=130kWCOSФ=0.8Kd=1Pc=Kd×Pn=1×130=130kWQc=Pc×tanФ=130×0.75=97.5kvar4)总的负荷Pn总=30+130+130=290kWPc总=30+130+130=290kWQc总=22.5+97.5+97.5=217.5kvar〔5〕家庭用电1)采用单位指标法计算，按60W/m²Pn=60000×60=3600kWCOSФ=0.8Kd=0.4Pc=Kd×Pn=0.4×3600=1440kWQc=Pc×tanФ=1440×0.75=1080kvar上述的负荷计算结果如表2-1所示。表2-1负荷计算表负荷地方Pn〔kW〕KdCOSФPc(kW)Qc(kvar)备注地下一层节能灯和感应灯1.750.70.81.2250.91875地下一层应急灯3.50.80.82.82.24电梯2000.70.6140260生活水泵2450.70.8171.5128.625排污泵500.60.83022.5排烟排风机3010.83022.5平时不用消防泵13010.813097.5平时不用送风机13010.813097.5平时不用家庭用电36000.40.8144010802、由上述结果可得小区总的负荷，不包括平时不用的负荷。Pc总=2075.525kWQc总=1711.78kvarSc总=2690.35kVAIc总=155.33A2.2功率补偿GB50052—2009《供配电系统设计标准》规定用户的功率因数不能低于0.9。为适应此要求，设计规程规定：设计按用户的功率因数不低于0.92进行补偿[2]。从供用双方技术、经济两方面考虑，设计补偿后的=0.95左右为宜。但，运行功率因数不宜高于0.98，以免特殊情况发生过补偿而引起谐振。感性用电的设备需要从供配电系统中吸收无功功率，从而降低功率因数。功率因数太低会给供配电系统增加电能损耗、增大电压损失和降低供电设备利用率等不良影响，所以要提高功率因数。如果功率因数低于0.9，应在负荷侧合理装置集中与就地无功补偿设备。补偿前功率因数的计算：COSФ=Pc总/Sc总=2075.525/2690.35=0.77(2-5)由于要求功率因数，可知，故需要进行无功补偿。由于高压侧不能低于0.9，而补偿在低压侧进行，考虑到变压器损耗，可设低压侧补偿后的功率因数为0.95。可选用BCMJ0.4-100-3型的电容器，其额定容量为100kvar，额定电压为0.4kV,额定电流144A，额定电容1989μF。运用公式：〔2-6〕考虑三相均衡分配，取12个恰好，每相4个，无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：=〔2-7〕此时变压器的功率损耗为：〔2-8〕配电所高压侧总的计算负荷为：=〔2-9〕配电所高压侧的功率因数为：符合功率因数不小于0.9的要求。3变压器选型3.1变压器台数确实定1、变压器的选用应根据负荷大小，负荷性质、负荷等级及经济运行等因素来确定[3]。2、需要装设2台及以上变压器：〔1〕有大量一级或二级负荷;〔2〕季节性负荷变化较大;〔3〕集中负荷较大。3、当备用容量受限制时宜将重要负荷集中在一台变压器或几台变压器，以方便备用电源的切换。4、在一般情况下，动力和照明宜可共用一台变压器。需要设置专用变压器如下：〔1〕当照明负荷较大，或动力和照明采用共用变压器时严重影响质量及灯泡寿命，可设专用照明变压器。〔2〕单台单相负荷较大时，宜设单相变压器。〔3〕波动性负荷较大，严重影响电能质量时，可设波动负荷专用变压器。5、变压器容量，应根据计算容量选择，变压器的负荷率一般取70%～85%。6、变压器的容量应满足大型电动机及其他冲击负荷的起动要求。7、根据用户负荷特点和经济运行的条件，单台变压器的容量不宜大于1250kVA，当用电设备容量较大、经济技术合理、运行安全可靠时，可采用2000kVA或2500kVA的变压器。8、设在主体建筑地下室和楼内的变配电所，变压器应选用气体绝缘、干式或非可燃液体绝缘漆变压器。9、在多尘或有腐蚀气体的场所，应选用防尘型或防腐型变压器。10、当选用多台变压器时，宜根据负荷特点，适合分组，以便于灵活投切相应的变压器。3.2变压器容量及型号确定本设计有二、三级负荷，三级负荷一般选择一台变压器，但本设计Pc总=2075.525kW，Sc总=2690.35kVA，负荷较大，宜选择两台主变压器。如果装有两台主变压器时，其中任意一台主变压器容量要同时满足以下两个条件：1、任一台主变压器单独运行要满足总计算负荷的60%-70%的要求。〔3-1〕由于，并且该小区负荷是有二、三级负荷，所以：而任一台变压器应满足变压器容量。本设计选容量为2500kVA型号为SCB10-2500kVA的变压器两台,如表3-1所示。表3-1SCB10-2500变压器型号安德利SCB10-2500kVA/10-0.4结构形式三相环氧树脂浇注干式电力变压器调压方式无励磁调压容量2500kVA电压10kV-0.4空载损耗4000W负载损耗120℃17170W联接组标号Dyn11/Yyn0短路阻抗4%空载电流0.8%绝缘水平10kV级工作耐压284主接线4.1单母线分段接线当双电源供电时，常采用单母线分段接线，可采用断路器分段。单母线分段接线可以分段单独运行，也可以并列同时运行。采用分段单独运行时，各段相当于单母线不分段接线的运行状态，各段母线的电气系统互不影响。当任一段母线发生故障或检修时，仅停止对该段母线所带负荷的供电。当任一电源线路故障或检修时，假设另一电源能负担全部引出线的负荷时，则可经倒闸操作恢复该段母线所带负荷的供电，否则由该电源所带的负荷仍应该部分停止运行[4]。采用并列运行时，假设遇电源检修，无须母线停电，只需断开电源的断路器及其隔离开关，调整另外电源的负荷就行。但是当母线故障或检修时，就会引起正常母线的短时停电。当某段母线发生故障时，分段断路器与电源进线断路器将同时切断故障，非故障部分继续供电。当对某段母线检修时，操作分段断路器和相应的电源进线断路器、隔离开关、而不影响另段母线的正常运行[5]。母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。如图4-1所示。图4-1单母线分段接线图4.2内桥式接线内桥式接线是指在两线路—变压器组接线的高压侧间连接一个断路器，如“桥”一样跨接在两线路之间，这个断路器是跨接在进线断路器的内侧，靠近变压器。如图4-2所示。内桥式接线的特点是：工作可靠、灵活，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较长，负荷比较平稳，变压器不需要经常投切的场合。图4-2内桥式式接线图通过综合考虑，本设计一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段接线，如以下图4-3所示。图4-3一次测单母线分段接线、二次侧单母线接线图5短路计算在供配电系统的设计和运动中，不仅要考虑系统的正常运行状态，还要考虑系统的不正常运行状态和故障情况，最严重的故障是短路故障。短路是指不同相之间，相对中线或地线之间的直接金属性连接或经小阻抗连接。短路电流计算的目的主要是供母线、电缆、电气设备选择和继电保护整定计算之用。5.1短路的原因及危害短路是不同相位之间不正常短接，使得电流自电源一端未流过负载而直接流回电源的另一端。短路的原因：〔1〕接线错误；〔2〕绝缘损坏；〔3〕操作错误；〔4〕机械损伤所致。短路的危害：〔1〕由于短路时电流不经过负载，只在电源内部流动，内部电阻很小，因而电流很大，强大的电流会产生很大的热效应和机械效应，使电源或电路受到损坏，或引起火灾。〔2〕短路使得系统电压严重降低，电气设备正常工作受到破坏。〔3〕短路将造成停电，且短路点越靠近电源，停电范围越大，给国民经济带来损失也越大。〔4〕严重的短路可能影响电力系统运行的稳定性，使并联运行的同步电动机失去同步，造成系统解列，甚至崩溃[6]。〔5〕单相短路产生的不平衡磁场，对附近的通信线路和弱点设备产生严重的电磁干扰，影响其正常工作。由此可见，短路的后果十分严重，为了保证电气设备安全可靠运行，减轻短路的影响，需要进行短路电流的计算。5.2短路计算的目的及方法短路计算的目的主要有以下几个方面：(1)为了选择和校验电气设备。如断路器、隔离开关、熔断器、互感器、母线、瓷瓶、电缆、架空线等等。(2)为继电保护装置的整定计算。在考虑正确、合理地装设保护装置，在校验保护装置灵敏度时，不仅要计算短路故障支路内的三相短路电流值，还需知道其它支路短路电流分布情况；不仅要算出最大运行方式下电路可能出现的最大短路电流值，还应计算最小运行方式下可能出现的最小短路电流值；不仅要计算三相短路电流而且也要计算两相短路电流或根据需要计算单相接地电流等。(3)在选择与设计系统电气之接成时，短路计算可为不同方案进行技术性比较以及确定是否采取限制短路电流措施等提供依据。短路电流的计算方法通常有标幺值和有名值，本设计只介绍标幺值计算，以下为主要步骤：〔1〕绘制短路电流计算系统图，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来并编号，确定短路计算点；〔2〕绘制系统等效电路图，每个元件用一个阻抗表示，电源用一个小圆表示，并标出短路点，用分式标出各元件的电抗值，分式的分子标出元件的顺序号，分式的分母标出元件的电抗值；〔3〕选取基准容量和基准电压，计算各元件的阻抗标幺值，求出短路回路的总阻抗标幺值；〔4〕将电力系统当作无限大容量电源，由短路回路总阻抗标幺值计算短路电流标幺值，再计算短路电流、短路容量和冲击短路电流。5.3短路电流的计算短路电流计算系统图如图5-1所示。图5-1短路电流计算系统图5.3.1最大运行方式按图5-1短路电流计算系统图画出短路电流计算等效电路图，如图5-2所示。图5-2最大运行方式短路计算等效电路图设系统出口断路器的最大断流容量为Soc=400MVA，取基准容量为SB=100MVA，基准电压UB=Uav，两个电压等级的基准电压为，，相应的基准电流分别为,。〔1〕各主要元件的电抗标幺值系统S(5-1)线路1WL(5-2)变压器1T和2T(5-3)〔2〕点的三相短路时的短路电流和容量计算①点三相短路时的短路电流和短路容量 ②点所在电压级的基准电流③点短路电流各量(5-4)〔3〕点的三相短路时的短路电流和容量计算①点三相短路时的短路电流和短路容量②点所在电压级的基准电流③点短路电流各量〔5-5〕5.3.2最小运行方式按图5-1短路电流计算系统图画出短路电流计算等效电路图，如图5-3所示。图5-3最小运行方式短路计算等效电路图系统出口断路器的最小断流容量为100MVA，取基准容量为=100MVA，基准电，两个电压等级的基准电压为，，相应的基准电流分别为,。〔1〕各主要元件的电抗标幺值系统S〔5-6〕线路1WL〔5-7〕变压器1T和2T〔5-8〕〔2〕点的三相短路时的短路电流和容量计算①点三相短路时的短路电流和短路容量〔5-9〕②点所在电压级的基准电流〔5-10〕③点短路电流各量〔5-11〕〔3〕点的三相短路时的短路电流和容量计算①点三相短路时的短路电流和短路容量②点所在电压级的基准电流③点短路电流各量〔5-12〕5.4短路电流计算结果短路计算结果如表5-1和表5-2所示。表5-1最大运行方式短路电流计算结果三相短路电流三相短路容量〔kA〕〔kA〕〔kA〕〔MVA〕点5.85814.9388.846106.5点82.973211.581125.28957.5表5-2最小运行方式短路电流计算结果三相短路电流三相短路容量〔kA〕〔kA〕〔kA〕〔MVA〕点3.2568.3034.91759.2点58.01147.92187.59540.26电气设备选择6.1导线、电缆的选择导线、电缆的选择对于一个设计来说也是相当重要的，选择好的话就可以省下大量的金钱和人力，是整个供电系统不可缺失的一项[7]。电缆、电线的选择包括绝缘水平，绝缘材料及护套选择，电缆防护结构的选择，截面的选择。本设计主要为截面选择。电缆、电线截面选择原则：1、按电压损失允许值选择〔1〕电缆电线应满足电压损失不超过规定的允许值；〔2〕由变压器低压母线配出回路的动力干线，到动力箱的电压损失不宜超过2%，照明干线不宜超过1%，室外线路不宜超过2.5%；〔3〕室外照明分支线电压损失不宜超过4%；〔4〕室内照明分支不宜超过2%。2、按机械强度选择这是对架空线路而言的。要求所选的截面不小于其最小允许截面，对电缆不必校验其机械强度。3、按短路热稳定选择架空线路因其散热性能好，可以不做短路稳定校验；电缆应进行热稳定校验，母线也要校验其热稳定，其截面不应小于短路热稳定最小截面。4、按经济电流密度选择由于本设计是10kV及以下线路，不按此原则选择。5、按电缆电线的允许温升选择〔1〕、电线电缆的允许温升应不超过其允许值，按发热条件、电线、电缆的允许持续工作电流〔允许载流量〕应不小于线路的工作电流，见表6-1所示。表6-1电缆导体极限温度允许值绝缘类型聚氯乙烯交联聚乙烯、乙丙橡胶丁基橡胶油浸纸极限温度允许值160250200250〔2〕电线电缆持续载流量标准，应以有关部门正式发布或推荐的数据为准。〔3〕各种型号的电线、电缆的持续载流应根据敷设、环境温度等条件不同进行修正。温度校正系数：〔6-1〕式中:—导线、电缆线芯允许长期工作温度；—敷设处环境温度；—导线电缆长期允许载流量数据的对应温度。〔6-2〕式中：为实际允许载流量；为温度修正系数；允许载流量。本设计主变压器高压侧计算：低压侧计算负荷为32.66kVA：〔6-3〕根据35kV以下的铝芯电缆的载流量估算口诀得：表6-210kV/YJV电缆直埋图载流表型号截面〔mm²〕铜芯载流量铝芯载流量YJV3×501901253×702301523×952751823×1203102053×1503502233×1853952523×2404552923×300515332由此可得，因为使用的是铜导线，95×2.5=237.5A＞,选择铜芯导线截面为70mm²。选择5根分别作3条火线、1条零线、1条地线。所以10kV高压侧电缆型号选择YJV—5×70mm²。根据0.4kV低压侧小区回路的计算电流为81.647A,所以25×4=100A＞81.647A,所以要3根分别作1条火线、1条零线、1条地线，选择铜芯导线截面为16mm²，型号为YJV—3×16mm²。6.2高压断路器高压断路器是配电系统中的主要设备，用来接通或切断线路上的短路电流[8]。按灭弧介质选择：油断路器〔户内多油DN型、户内少油SN型、户外多油DW型〕、空气断路器KW型、气体断路器QW型、真空断路器ZN型和型等。〔1〕10kV侧断路器的额定电流为〔6-4〕〔2〕10kV短路时〔6-5〕继电保护动作时间:=1s短路电流的冲击值:短路容量：短路电流假想时间：(6-6)本设计选择型高压真空户内断路器，检验数据如表6-3所示。6.3高压隔离开关高压隔离开关作用是隔离电源，且能保证电气设备与线路在检修中与电源会有明显的断口。隔离开关有户外和户内式，国产户内式有、、等型号，户内式多用手动操作机构。一次侧最大三相短路电流为10.434kA，冲击短路电流为26.607kA，三相短路容量为189.758MVA。要求继电保护动作时间为1.1s。10kV一次侧断路器的额定电流：(6-7)所以本设计高压隔离开关选择,数据检验如表6-4所示。表6-3一次侧高压断路器选择校验表序号选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据110kV≥10kV合格2630A≥103.55A合格320kA≥6.456kA合格4500kA≥16.463kA合格5≥合格表6-4一次侧高压隔离器选择校验表序号选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据110kV≥10kV合格2200A≥6.456A合格325.5kA≥16.463kA合格4≥合格6.4高压熔断器高压熔断器是能在电流到达一定值之前，熔体通过电流热效应产生热量熔断自己从而截断电流。主要作用是当短路和过负荷时保护设备。熔断器熔体额定电流要与导线或电缆之间的互相配合。在线路过载或短路时，熔体要先于线路熔断，防止线路过热而烧掉。熔断器没有触头，而且分段短路电流后熔体熔断，故不必校验热稳定和动稳定。仅需要校验断流能力。(1)保护变压器熔断器选择熔断器和熔体额定电流：(6-8)故选择。则可选RW7—10/200—75型室外高压跌开式熔断器熔体额定电流为160A，熔断器额定电流为200A，断流容量上限为100MVA。(2)保护线路熔断器选择42.065kA(6-9)则可选RT0—100型熔断器，额定电压380V，额定电流100A。6.5电流互感器电流互感器是将一次回路的高电流转换为二次回路的小电流，同时使二次设备与高电流部分别离，且二次侧互感器均接地从而保证率设备和人员安全。按照额定电压、额定电流，装置类别和结构，准确度级来选择电流互感器。本设计采用3个为一组的LQZ-10型电流互感器，电流互感器变比为500/5。6.6电压互感器电压互感器是将一次回路的高压转换为二次回路的低压，同时使二次设备与高压部分别离，且二次侧互感器均接地从而保证率设备和人员安全。按照额定电压、电压互感器类别和结构，准确度级来选择电压互感器。本设计采用JDJ—10型电压互感器，准确度选择3级。6.7高压开关柜高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等[9]。由于本设计主变压器是10kV进线，故选择高压开关柜XGN15-12。XGN15-12是箱式固定式户内交流金属封闭开关设备，用于额定电压为12kV、额定电流630A及以下的环网供电或辐射型供电系统中，尤其适合装入预装式配电站作为电力系统的控制和保护。6.8母线、支柱绝缘子和穿墙套管〔1〕母线如果母线垂直布置而且立放，这样散热好并且机械强度大。本设计水平放置在支柱绝缘子上，母线都用支柱绝缘子固定在开关柜上，因而无电压要求，同时母线需要热稳定性和动稳定性满足要求。母线截面选择：〔6-10〕所以选择LMY—40×4。动稳定检验：〔6-11〕为母线材料最大允许应力〔硬铝母线为70PA〕；为母线短路时冲击电流产生的最大计算应力；M为母线通过时收到的弯曲力矩；W为母线截面系数；为三相短路时，中间相受到的最大计算电动力；为挡距，K为系数，b为母线截面水平宽度，h为母线截面垂直高度。热稳定检验：〔6-12〕为三相短路稳态电流；为假想时间，C为导体的热稳定计算系数〔铝母线C=87〕。〔2〕支柱绝缘子支柱绝缘子主要是用于固定母线或导线，能使得母线或导线与设备或基础绝缘。对于支柱绝缘子，按使用场所〔户内、户外〕选择型号，也可按额定电压条件选择，校验短路时动稳定性。动稳定性：〔6-13〕为最大允许机械破坏负荷；为短路时冲击电流作用在绝缘子上的计算电动力；对于本设计支柱绝缘子型号，选择为户内ZA-10Y，跨距为1.1m，母线中心距为0.3m。(3)穿墙套管穿墙套管主要用来母线或导线穿过墙壁、接地隔板及封闭配电机构时，做绝缘支持与连接外部之间的导线。对于穿墙套管可按户内或户外选择，结构型选择，也可按额定电压和额定电流条件选择，必要时要校验短路时热稳定性和动稳定性。母线型的穿墙套管不需要按额定电流条件选择，只要保证套管与母线的大小尺寸相符合。动稳定检验：〔6-14〕〔6-15〕热稳定检验：〔6-16〕对于本设计，穿墙套管的型号选择为CWL—10/600，相互的距离为0.22m,且与最近一个支柱绝缘子相间的距离为1.8m。〔4〕检验母线动稳定和热稳定检验：弯曲力按大于2挡计算，即：，所以满足动稳定性。母线实际截面为：所以满足热稳定。支柱绝缘子动稳定检验：由支柱绝缘子最大允许机械破坏负荷为3.75kN；(6-17)所以满足动稳定。穿墙套管动稳定和热稳定检验如下，主要技术参数如表6-5所示：表6-5穿墙套管主要技术参数和型号产品型号额定电压〔kV〕额定电流〔A〕总长〔mm〕安装处直径D〔mm〕5S热稳定电流〔kA〕CA-6/2006200375703.8CB-10/6001060045010012CWB-35/400354009802207.2CWL-10/6001060056011412CWWL-10/400104005201157.2所以满足动稳定要求。(6-18)所以满足热稳定要求。6.9低压断路器低压断路器的选择：〔1〕根据额定电压和额定电流选择额定电压与线路的工作电压相符合——；额定电流要不小于线路长时间工作的最大工作电流——；〔2〕根据断流能力校验——〔3〕根据短路保护灵敏度检验——〔4〕根据过电流保护与导线之间的配合——4.5Ia1≥Iop本设计既要有良好的灭弧功能，又要在正常工作条件下切断负荷电流，断路故障时能自动切断短路电流，线路失压时能实现自动分断电路，还要线路过载时其脱扣器能自动断开过载电流。故选择DW—10型自动空气短路开关。6.10低压熔断器熔断器是一种结构简单、价格低廉、使用极为普遍的保护电器，它是根据电流的热效应原理工作的，使熔体产生的热量使自身熔化而切断电路。本设计使用RTO-600A快速低压熔断器。适用于交流50Hz、额定电压可至380V、额定电流可至600A的电气线路中作过载和短路保护。额定分断能力为50kA。7继电保护电气设备用久了会老化、雷雨天气中意外遭受雷击、外部受力或操作人员失误等等的原因，可能会使运行中的电力系统发生故障，如三相短路，两相短路，电气设备损坏，配电系统的振荡等。为了防止这些后果，为了保证可靠地供电，必须要继电保护[9]。继电保护要满足4个要求：①选择性：要有选择性把故障部分与不故障部分别离，使不故障部分仍能继续工作。②灵敏性：要求装置的反应性和敏锐性都要到达技术标准的规定。③快速性：要求装置快速动作，切断故障。④可靠性：要求装置质量要高，精细。本设计需要以下保护：〔1〕零序电流保护：零序保护就是使用互感器采集零序电流，当电流超过一定值时，接触器吸合，断开电路。有中性点接地的系统，单相接地或不同相间两点接地，接地短路的零序电流会很大，所以零序保护要作用在跳闸。零序电流的主动保护不带时限瞬动，而后备保护带时限。〔2〕电气联锁：设置电气联锁是为了防止两个接触器同时接触时造成设备运行冲突或电气短路。〔3〕电流速断保护电流速断保护用于短路主保护，按被保护的对象的短路电流来整定，时限t=0s。〔4〕变压器保护：变压器故障分为油箱内部和外部两种。油箱内部故障分为绕组的相间短路、直接接地系统侧的绕组接地短路和匝间短路等；油箱外部主要是套管和引出线发生短路和接地短路。安装带时限的过电流保护；安装瓦斯保护；安装过负荷保护。8配电站二次回路的操作电源和中央信号系统8.1二次回路的操作电源二次回路由二次设备组成的回路，用来控制、测量、监视、信号和保护一次回路中正在运行的回路及操作电源回路、自动装置。二次回路的操作电源是供应二次设备、断路控制回路、继电保护装置、信号回路、监视系统等二次回路所需的电源。本设计选择铅酸蓄电池。单个铅蓄电池的额定电压为2V,当充电之后可到2.7V，放电之后降到1.95V。8.2中央信号装置在配电站中，仅仅靠着值班人员用测量仪表对设备和系统的运行状态进行监视是不太够的，还应借助信号装置反映设备的状况和非正常状态，传达信息和相互联络的作用。中央信号包括事故信号和预告信号，而中央信号装置分为重复动作和不重复动作〔按动作性能分类〕，复中央复归和就地复归〔按复归方式分类〕。预告信号电路设置了0.2s～0.3s的短延时，所以冲击继电器应具有冲击自动返回的特性，使瞬时性故障不发生预告信号。本设计采ZC-23型冲击继电器构成的中央复归重复动作预告信号回路和事故信号回路。ZC-23要将两只冲击继电器反极性串联，以到达自动冲击返回。9防雷与接地9.1防雷〔1〕防雷的设备：①接闪器：用来接受雷击的金属物体，分为避雷针、避雷带、避雷线和避雷网。②避雷器：用来防止雷电产生的过电压波由线路入侵到变配电所或其他建筑物内，以免危及到被保护的设备的绝缘。分有排气式避雷器、金属氧化物避雷器、阀式避雷器、保护间隙[10]。本设计采用FS4—10型高压阀型避雷器，额定电压10kV。〔1〕线路的防雷保护1〕架设避雷线；2〕提高线路本身的绝缘水平；3〕利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线；4〕设置自动重合闸装置；5〕个别绝缘薄弱地点加装避雷器；6〕绝缘子铁脚要接地。〔2〕变配电所防雷保护1〕装设避雷针以便保护变配电所遭受直击雷；2〕高压侧装设避雷器以便保护主变压器遭受雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的最关键的设备；3〕低压侧装设避雷器防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。本设计中，配电所屋顶及边缘敷设避雷带，其直径为8mm的镀锌圆钢，扁钢厚度不小于4mm,截面不小于60mm²。9.2接地〔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[10]。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。由假设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。根据保护接地方式划分为IT系统、TN系统、TT系统。〔1〕配电接地方案①接地电阻〔9-1〕是额定电压〔kV〕；是具有电联系的架空线路总长度〔km〕；事故具有电联系的电缆线路总长度〔km〕；所以：〔9-2〕因为此配电所总的接地电阻。