机械厂加工车间变电所初步设计

1绪论1.1工厂供电的意义和要求工厂是工业生产的主要动力能源。工厂供电设计的任务是从电力系统取得电源，经过合理的传输，变换，分配到工厂车间中的每一个用电设备上。随着工业电气自动化技术的发展，工厂用电量的迅速增长，对电能的质量，供电的可靠行以及技术经济指标等的要求也日益提高。电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，也易于转换为其他形式的能量以供应用。电能的输送和分配既简单经济，又便于控制,调节和测量，有利于实现生产过程自动化，而且现代社会的信息技术和其他高新技术无一不是建立在电能应用的基础之上的。因此电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重（除电化工业外）一般很小。例如再机械工业中，电费开支仅占产品成本的5%左右。从投资额来看，有些机械工厂在供电设备上的投资，也仅占总投资的5%左右。所以电能在工业生产重要性，并不在于它在产品成本或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后，可以大大增加产量，提高产品质量提高劳动效率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产将造成严重的后果。例如某些对供电性要求很高的工厂，即使是极短时间的停电，也会引起重大设备的损坏，或引起大量产品报废，甚至可能发生重大得人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。因此，搞好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。工厂供电工作要很好的为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并搞好能源节约，就必须达到以下要求：A安全在电能的供应，分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。B可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求。C优质应满足电能用户对电压质量和频率等方面的要求。D经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能的节约电能和减少有色金属消耗量。此外，在供电工作中，应合理的处理局部和全局，当前和长远等。及照顾局部和当前的利益，又要有全局观点，能照顾全局，适应发展。工厂变电所分总降压变电所和车间变电所。变电所的任务是：接受电能，变换电压，分配电能。而配电所的任务是：接受电能，分配电能和在这个过程中不改变电压。配电所和变电所的根本区别在于是否改变电压。1.2工厂供电设计的一般知识及、任务供电设计的任务是从厂区以外的电网取得电源，并通过厂内的变配电中心分配到下厂的各个供电点。它是工程建设施下的依抓，也是日后进行验收及运行维修的依据。工厂供电设计是整个工厂设计的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产机器发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识。以便适应设计工作的需要。供电设计首先要确定供电系统并进行用电负荷计算，然后将设计的供电系统图及用电容量向供电部门申请。申请用电容量的大小应满足生产需要，也要考虑到节省投资和节约能源，这就要求设计者对对工艺专业和公用专业用电负荷系数有足够的把握。在设计计算中除了查找资料外，还必须借助于设计者在实践中长期积累的经验数据。由于机械工厂车间组成类型多，产品，工艺日新月异，对供电要求各不相同，非专业设计院或个体设计者一不了解机械生产工艺和生产规律，要作出好的设计，相对来说要困难些。下面我简单的介绍工厂供电设计的一般设计原则，设计内容及要求。1.2.1工厂供电设计的一般原则A遵守规程，执行政策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，2包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。B安全可靠，先进合理应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高，能耗低和性能较先进的电气产品。C近期为主，考虑发展应根据工程特点，规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远，近期结合，以近期为主，适当考虑扩建的可能性。D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。1.2.2设计内容全厂总降压变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题，其基本内容有几方面：A负荷计算全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数，列出负荷计算表，表达计算成果。B工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。C配电线路设计工厂配电线路设计分厂区配电线路设计和车间配电线路设计。厂区配电线路设计，包括厂区高压供配电线路设计及车间外都低压配电线路的设计。其设计内容应包括：配电线路路径几线路结构形式的确定，负荷的计算，导线或电缆及配电设备和保护设备的选择，架空线路杆位的确定及电杆与绝缘子，金具的选择，防雷保护与接地和接零的设计等。最后需编制设计说明书，设备材料清单及工程概算，绘制厂区配电线路系统图和平面图，电杆总装图及其它施工图纸。车间配电线路设计，包括车间配电线路布线方案的确定，负荷的计算，奚落导线及配电设备和保护设备的选择线路敷设设计等。最后也需编制设计说明说，设备材料清单及工程概算，绘制车间配电线路系统图，平面图等。2负荷计算2.1工厂的电力负荷的概念，分级与计算供电系统要能够在正常条件下可靠地运行，则其中各个元件（包括电力变压器，开关设备及导线，电缆等）都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率地要求外，最重要地就是要满足负荷电流地要求。因此有必要对供电系统中各个环节地电力负荷进行统计计算。通过负荷的统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。2.1.1电力负荷的概念电力负荷又称电力负载。它有两种含义：一是指耗用电能的用电设备或用电单位（用户），如说重要负荷，不重要负荷，动力负荷，照明负荷等，另一是指用电设备或用电单位所耗用的电功率或电流大小，如说轻负荷（轻载），重负荷（重载），空负荷（空载），满负荷（满载）等。电力负荷的具体含义视具体情况而定。2.1.2工厂电力负荷的分级工厂的电力负荷，按GB50052-59规定，根据其对供电可靠性的要求及中断供电造成的损失或影响的程度分为三级：A一级负荷一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者：或者中断供电将政治，经济上造成重大的损失者，如重大设备损坏，重大产品报废，用重要原料生产的产品大量报废，国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等。在一级负荷中，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充许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。B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，如主要设备损坏，大量产品报废，连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复，重点企业大量减产等。C三级负荷三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一级，二级负荷者。本设计的负荷除动力有关车间和锅炉属于二级负荷外，其余的均属于三级符合。2.1.3电力负荷对供电的要求A一级负荷对供电电源的要求由于一级负荷属重要负荷，如中断供电造成的后果十分严重，因此要求有两个电源供电，当其中一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。常用的应急电源可使用下列几种电源：a独立于正常电源的发电机组。b供电网络中独立于正常电源的专门馈电线路。c蓄电池d干电池B二级负荷对供电电源的要求二级负荷，要两个回路供电，供电变压器也应有两台，（两台变压器不一定在同一变电所）在其中一回路或一台变压器发生常见故障时，二级负荷应不致中断供电，或中断后能迅速恢复供电。C三级负荷对供电电源的要求：由于三级符合为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊的要求。2.1.4工厂用电设备的工作制工厂用电设备，按其工作制分一下三类：A连续工作制。这类工作制的设备在恒定负荷下运行，且运行时间长到足以使之达到热平衡状态，如通风机，水泵，空气压缩机，电机发电机组，电炉和照明灯等。机床电动机的负荷，一般变动较大，但其主电动机一般也是连续运行的。B短时工作制。这类工作制的设备在恒定负荷下运行的时间短（短于达到热平衡的时间），而停歇的时间长（长到足以使设备温度冷却到周围介质的温度），如机床上的某些辅助电动机（例如进给电动机），控制匝门的电动机等。C断续周期工作制。这类工作制的设备周期性地而工作，时而停歇，如此反复运行，而工作周期一般不超过10min，无论工作或停歇，均不足以使设备达到热平衡，如电焊机和吊车电动机等。2.2计算负荷供电系统要能够在正常条件下可靠地运行，则其中的各元件（包括电力变压器，开关设备及导线，电缆等）都必须选择的当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。按通过负荷的统计计算求出的，用来按发热条件选择供电系统中各个元件的负荷值，称为负荷值。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过充许值。计算负荷是供电设计的基本依据。计算负荷确定将是否正确合理。直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费。如果计算负荷确定的过小，又将是电器和导线电缆处于过负荷下运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至燃烧引起火灾，同样会造成更大损失。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。供电系统能够在正常条件下可靠地运行，则其中各元件都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。目前普遍采用的确定用电设备组计算负荷的方法，有需要系数法和二项法。需要系数法是世界各国均普遍采用的确定计算负荷的基本方法，简单方便。二项法是应用局限性较大，但在确定设备台数少而容量差别特殊的分支干线的计算负荷时，较之需要系数法合理，且计算较简单。我在这里用需要系数法来计算负荷。2.2.1用需要系数法确定计算负荷A用电设备组的计算负荷有功计算负荷（单位为kW）：(2-1)式中、用电设备组总的容量（不含备用设备容量，单位为kW）；用电设备组的需要系数；无功计算负荷（单位为kvar）：(2-2)式中、对应于用电设备组功率因数的正切值。视在计算负荷(单位为KV·A)：(2-3)计算电流(单位为A)：(2-4)式中、用电设备组的额定电压（单位为KW）。（2）多组用电设备计算负荷的确定总的有功计算负荷（单位为kW）：（2-5）式中、所有用电设备有功计算负荷之和；有功负荷同时系数，可取0.85～0.95。总的无功计算负荷（单位为kvar）:（2-6）式中、所有用电设备有功计算负荷之和有功负荷同时系数，可取0.9～0.95.总的视在计算负荷（单位为KV·A）：（2-7）总的计算电流（单位为A）：（2-8）我们采用的需要系数法来计算八钢机修厂车间变电所负荷。先求各设备的负荷。机加工车间：NO.1：NO.2：，，NO.3：铸造车间:NO.4：NO.5：NO.6：NO.7：铆焊车间：NO.8：NO.9NO.10：，，电修车间NO.11：，，NO.12：，，NO.13：，，总的计算负荷为：表2-2二车间负荷序号车间名称供电回路代号设备容量kW计算负荷P30kWQ30kvarS30kVAI30A1No.1供电回路2605290114173No.2供电回路2505086100152No.3供电回路50101720392铸造车间No.4供电回路15010589140212No.5供电回路1208471112170No.6供电回路150105896599No.7供电回路70494256833铆焊车间No.8供电回路18072192205313No.9供电回路18072192205313No.10供电回路100401071141734电修车间No.11供电回路21031556396No.12供电回路2003052104156No.13供电回路8012212436总计20007121104131419972.3工厂的功率因数及功率因数补偿2.3.1工厂功率因数的概念A工厂的功率因数a瞬时功率因数可有相位表(功率因数表)直接测出,或用功率表,电压表,电流表的读数通过式(2-9)求得(间接测量)：（2-9）式中,P为功率表测出的三相功率读数(KW);U为电压表测出的线电压读数(KV);I为电流表测出的线电流读数(A)。瞬时功率因数可用来了解和分析工厂或设备在生产过程中某一时间的功率因数数值,借以了解当时无功功率变化情况,研究是否需要和如何进行无功补偿的问题。b平均功率因数又称加权平均功率因数,按下式计算：（2-10）式中,为某一段时间(通常取一月)内消耗的有功电能,由有功电能表读取；为某一段时间(通常取一月时间)内消耗的无功电能,由无功电能表读取。c最大负荷功率因数最大负荷功率因数指在年最大负荷时间的功率按式(2-11)计算：(2-11)2.3.2提高功率因数的意义和方法A功率因数提高的意义在用电设备中，除了白知灯，电阻电气等设备负荷的功率因数接近于1外，其它如三相交流异步电动机，三相变压器，电焊机，电抗器，架空线路的功率因数均小于1，特别是在轻载情况下，功率因数更为降低，将带来许多不良后果，所以，有必要对用电气设备进行功率因数的提高。B功率因数提高的方法提高功率因数的途径主要在于如何减少电力系统中，各部分所需的无功功率，特别是减少负荷取用的无功功率，使电力系统在输送一定的有功功率时，可降低，其中通过的无功电流。其方法很多，一般可分为两大类：a提高自然功率因数的方法。b提高功率因数的补偿方法。现在在工业企业中，具体采用的补偿设备均用移相电容器，它有维护方便，有功功率损耗小等优点。2.3.3工厂功率因数补偿工厂中由于有大量感应电动机,电焊机,电弧炉及气体放电灯等感性负荷,还有感性的电力变压器,从而使功率因数降低,如在充分发挥设备潜力,改善设备运行性能,提高其自然功率因数的情况下,尚达不到规定的工厂功率因数要求时,则需考虑增设无功功率补偿装置。假设的功率由原来的提高到这时在负荷所需要的不变的情况下，无功功率将由减小到，视在功率将由减小到，相应地减少负荷电流也得以减小，这将使系统的电能损耗和电压损耗相应降低，即节约电能，又能提高了电压质量，而且还可以选用较少容量的供电设备和导线电缆，因此提高功率因数对供电系统大有好处。其容量为：(2-12)(2-13)式中，，称为无功补偿率，或比补偿容量。这无功补偿率，是表示要使1KW的有功功率又提高到所需的无功补偿容量Kvar值。在确定了总的补偿容量后，即可根据所选并联电容器的单个容量来确定电容器的个数，即(2-14)无功功率补偿计算:A补偿前：主变压器容量选择时条件为，因此未进行无功功率补偿时，主变压器容量应选为1000KV.A(见工厂供电书附录表5)。变电所低压侧的功率因数为：B无功补偿容量：按规定变电所高压侧的≥0.9。考虑到变压器的无功功率损耗远大于有功功率损耗，一般=（4～5）。因此在变压器低压侧补偿时，低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，这里取。要使低压侧功率因数为0.66提高到0.92低压需装设的并联电容器的容量为：我们取760kvar。C补偿后的变压器容量和功率因数变电所低压侧的视在计算负荷为：因此功率补偿后主变压器容量可选为1000kV·A。变压器的功率损耗为：变压器高压侧的计算负荷为：无功补偿后，工厂的功率因数为：电流为：这一功率因数满足本设计的要求。本设计要选用容量为1000kVA的S9-1000/10型变压器一台。3短路电流及其计算3.1短路的原因，危害及其形式3.1.1短路的原因工厂供电系统要求正常地不间断地对用电负荷供电,以保证工厂生产和生活的正常进行。然而由于各种原因,也难免出现故障,而使系统的正常运行遭到破坏。系统中最常见的故障就是短路。短路就是指不同电位的导电部分包括对地之间的低阻性短接。造成短路的主要原因,是电器设备载流部分的绝缘损坏。这种损坏可能是由于设备长期运行,绝缘自然老化或由于设备本身质量低劣,绝缘强度不够而被正常电压击穿,或设备质量合格,绝缘合乎要求而被过电压(包括雷电过电压)击穿,或者是设备受到外力损伤而造成短路。工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作,或者误将低电压设备接入较高电压的电路中,也可能造成短路。乌兽(包括蛇,鼠等)跨越在裸露的相线之间或者相线与接地物体之间,或者咬坏设备和导线电缆的绝缘,也是导致短路一个原因。3.1.2短路的后果短路后系统中出现的短路电流比正常负荷电流大得多。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：A短路时要产生很大的电动力和很高的温度,而使故障元件短路电路的其他元件受到损害和破坏,甚至引发火灾事故。B短路时电路的电压骤降,严重影响电器设备的正常运行。C短路时保护装置动作,将故障电路切除,从而造成停电,而且短路点越靠近电源,停电范围越大,造成的损失也越大。D严重的短路现象要影响电力系统运行的稳定性,可使并列运行的发电机组失去同步,系统解列。E不对称短路包括单相短路和两相短路,其短路电流将产生较强的不平蘅交变电磁场,对附近的通信线路,电子设备等产生电磁干扰,影响其正常运行,甚至使之发生误动作。短路的后果是十分严重的,因此必须尽力设法消除可能引起引起短路的一切因素。同时需要计算短路电流的计算，这是为了：a正确的选择电器设备,使设备具有足够的动稳定性,以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。b为了选择切除短路故障的开关电器,整定短路保护的继电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。3.1.3短路的形式在三相系统中，可能发生的短路形式有三相短路，两相短路，两相接地短路和单相短路。按短路电路的对称性来分，三相短路属于对称性短路，其他形式的短路均为不对称短路。电力系统中三相短路的可能性最小，但造成的危害最为严重，用来表示。三相短路图3-1所示：两相短路是不对称短路，用表示。图3-2所示：图3-1三相短路图3-2两相短路单相短路用来表示。图3-3所示：图3-3单相短路图3-4两相接地短路性点不接地系统中两个两相接地短路也是一种不对称短路，用表示，是指中不同相均发生单相接地而形成的两相短路，亦指两相短路后又发生接地的情况。图3-4所示：3.2短路电流的计算方法和计算在进行短路电流计算时，首先要绘出计算电路图，最好标出各元件的额定参数。然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按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。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电流也比较简单，因此一般只需要采用阻抗串联，并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺制法。3.2.1采用欧姆法来计算短路电流欧姆法，又称有名单位制法，因其短路计算中的阻抗都采用有名单位“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可按下式计算：(3—1)式中，和、分别为短路电路的总阻抗和总电阻，总电抗值。为短路点短路计算电压，由于首端短路时其短路最为严重，因此按线路首端电压考虑，即短路计算电压取为比线路额定电压高5%。在高压电路的短路计算中，通常总电抗远比总电阻大，所以一般可只计电抗，不计电阻。如果不计电阻，则三相短路电流的周期分量有效值为：(3—2)三相短路容量为：(3—3)电力系统的电抗为：(3—4)式中，为高压馈电线的短路计算电压，可直接采用短路点的短路计算电压；为系统出口短路器的断流容量。电力变压器的阻抗为：(3—5)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。电力变压器的电抗为：(3—6)式中，为变压器的短路电压的百分值。3.2.2采用有名制法计算短路电流标幺制法，又称相对单位制法，因其短路计算中的有关物理量是采用标幺制而得名。任一物理量的标幺制，为该物理量的实际值A与所选定的基准值的比值，即(3—7)按标幺制法进行短路计算时，一般是先选定基准容量和基准电压。基准容量，工程设计中通常取基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取。选定了基准容量和基准电压以后，基准电流按下式计算：(3—8)基准电抗则按下式计算：(3—9)因为在高压系统中，由于有多个电压等级存在电抗的换算问题，所以在计算短路电流时，采用欧姆法。A计算短路电流和短路容量下面就是采用欧姆法来计算八钢机械厂加工车间变电所的短路计算：a确定短路计算点我们将选定K1，K2两个点。图3-5短路示意图B计算三相短路电流求K-1点的三相短路电流和短路容量（UC1=10.5kV）a计算短路电路中各元件的电抗及总电抗。工厂总降压变电所10KV母线上的短路容量按200kV·A计。电力系统的电抗：架空线路的电抗：（）图3-6K-1点短路的等效电路总电抗为：b三相短路电流和短路容量：三相短路次暂态电流和稳态电流：三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值：三相短路容量：求K-2点的短路电流和短路容量（）C计算短路电流和短路容量:电力系统的电抗:架空线路的电抗：电力变压器的电抗:查附录表5得知()图3-7K-2点短路的等效电路总电抗：4）计算三相短路电流和短路容量：三相短路次态电流和稳态电流：三相短路容量：满足设计要求。表3-1短路计算结果短路计算点三相短路电流/kA三相短路容量/3.793.793.799.665.726922.422.422.441.224.415.54变电所主变压器和各种设备的选择4.1变电所变压器的台数和容量的选择在电力系统中的发电，输电，配电，用电过程中需将电压身升高或降低，变压器就是升高电压和降低电压的电气设备，其作用是将某一等级的交流电压和电流变换成另一等级的交流电压和电流。为了是变压器安全，经济的运行，变压器制造厂家在设计时就给变压器规定了正常运行的基本参数，并标在铭牌上，以保证变压器的使用寿命。工厂变配电所，从供电的安全，可靠和经济运行考虑，两台或多台变压器并列运行是非常有利的，在电力系统中广泛的采用变压器并联运行方式。因为采用两台或多台变压器并列运行，当运行中的某台变压器发生故障时，可将故障变压器退出运行，有其它变压器供电，保证重要负荷不中断电源，从而提高了供电的可靠性；并且在运行中可根据负荷的变化，调整投入或退出变压器运行的台数，以达到减少电能的损失，提高变压器工作效率，实现经济运行。可以根据用电容量增加的需要，分期安装变压器。变电所主变电器台数选择应根据负荷大小，负荷对供电可靠性的要求，经济性及用电发展规划等综合因素考虑确定。变压器台数越多，供电可靠性越高，运行费用也要增加。因此在满足供电可靠性前提下，变压器台数越少越好，在确定变压器台数时，还应适当考虑今后的发展，适当地留有余地。4.1.1变压器台数选择时遵守的原则A总降压变电所主变压器台数选择原则：为保证供电可靠一般应装设两主变压器如只有一条电源进线，或变电所可由低压侧（6～10KV）电力网取得备用电源时，亦可安装一台变压器，若绝大部分负荷属三类负荷，其少量二级负荷还可由邻近低压电力网（6～10KV）取得备用电源时，可只安装一台主变压器。B车间变电所变压器台数选择原则：一二级负荷较多时应设两台或两台以上变压器，最多不超过三台。只有二级负荷而无一级负荷的变电但要能从临近车间变电所取得低压备用电源。C当季节负荷或昼夜负荷变动较大时，为了使运行经济，减少变压器空载损耗也可采用两台变压器，以便在低谷负荷时，切除一台变压器除上述情况外一般车间变电所宜采用一台变压器，但是集中负荷较大时为三级负荷，也可采用两台及以上变压器。D在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。4.1.2变压器容量选择A装有一台变压器的变电所：主变压器容量ST应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即.B装有两台变压器的变电所：每台变压器的容量应同时满足以下两个条件：a任意一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的大约60%——70%的需要，即=（0.6—0.7）(4—1)b任意一台变压器单独运行时，应满足全部一，二级负荷（Ⅰ+Ⅱ）的需要，即(4—2)C车间变电所变压器容量的上限值车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000KVA（或1250KVA）。这一方面是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制；另一方面也是考虑到可以是变压器各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.现在我国已能生产一些断流能力更大和短路稳定度更好的新型低压开关电器，因此如车间负荷容量较大，负荷集中且运行合理时，也可以选用单台容量为1250（或1600）——2000KVA的配电变压器，这样能减少主变压器台数及高压开关电器和电缆等。D适当考虑负荷的发展应适当考虑今后5——10年电力负荷的增长，留有一定的余地，同时要考虑变压器的正常过负荷能力。最后必须指出：变电所主变压器台数和容量的最后确定，应结合变电所主接线方案的选择，对几个较合理方案作技术经济比较，择优而定。两台或多台变压器并联运行时，必须满足三个基本条件：a所有并联变压器的额定一次电压及二次电压必须对应相等。这也就是说所有并联变压器的电压比必须相同，允许差值不得超过。如果并联变压器的电压比不同，则并联变压器二次绕组的回路内将出现环流，即二次电压较高的绕组将向二次电压较低的绕组供给电流，引起电能损耗，导致绕组过热或烧毁。b所有并联变压器的阻抗电压（即短路电压）必须相等。由于并联运行变压器的负荷是按其阻抗电压值成反比分配的，所以其阻抗电压必须相等，允许差值不得超过。如果阻抗电压差值过大，可能导致阻抗电压较小的变压器发生过负荷现象。c所有并联变压器的连接组别必须相同。这也就是说所有并联变压器的一表4-1变压器参数表次电压和二次电压的相序和相位都应对应相同，否则不能并联运行。额定容量（kVA）额定电压（KV）联结组标号损耗（W）1000一次二次空载负载100.4170092004.2高压一次设备高压一次设备的选择，必须满足一次电路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。变配电所中承担输送和分配电能任务的电路，称为一次电路或一次回路，亦称为主电路，主接线。一次电路中所有的电气设备，称为一次设备或一次元件。一次设备按其功能来分，可分为以下几类。A变换设备其功能是按电力系统工作的要求来改变电压或电流，如电流互感器，电压互感器等。B控制设备：其功能是按电力系统工作的要求来控制一次电路的通断，如各种高低压开关柜。C保护设备：其功能是用来对电力系统进行过电流和过电压的保护，如熔断器和避雷器。D补偿设备：其功能是用来补偿电力系统的无功功率，以提高系统的功率因数，如并联电容器。E成套设备：它是按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及二次设备组合为一体的电气装置，如高压开关柜。以下将简要介绍各种高压一次设备及本设计的选择。熔断器是一种当所在电路的电流超过规定值并经一定时间后，使其熔体熔化而分断电流，断开电路的一种保护电器。熔断器的功能主要是对电路及电路设备进行短路保护，但有的也具有过负荷保护的功能。熔断器的工作包括以下四个物理过程：A流过过载或短路电流时，熔体发热以至熔化；B熔体汽化，电路断开；C电路开断后的间隙又被击穿产生电弧；D电弧熄灭。RN型熔断器的断流能力很强，是限流熔断器。RN型适合于3—35KV的电力线路和电气设备作为短路和过负荷保护。A高压断路器：高压断路器的功能是，不仅能通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障.高压断路器按其采用的灭弧介质分，有油断路器，六氟化硫断路器，真空断路器以及压缩空气断路器，磁吹断路器等。在本设计中选择SN10-10I/630-300型断路器，其参数及校验下表(4-2)：选择校验项目装置地点数据设备型号参数数据参数SN10-10I/630-300电压10kV10KV电流49.7A630A断流能力9.13kA16kA动稳定23.28kA40kA结论合格表4-2高压断路器参数表B电流互感器电流互感器应按下列条件选择：a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；b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；c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。d电流互感器应满足准确度等级的要求.在本设计中高压侧电流互感器的选择校验列表：表4-3高压侧电流互感器参数及校验表选择校验项目安装地点数据设备型号参数数据参数LAJ-10-200/5电压10kV10kV电流44.8A100A动稳定23.28kA结论合格C高压开关柜高压成套配电装置主要分为手车式（移开式）和固定式。手车式高压配电装置，其母线及主要带电部分为全封闭或半封闭方式。特点是主要断路器为小车形式，与母线的连接采用活动插接式弹性接头，利用小车沿一定的短轨道推入或拉出柜体，使断路器及其相应的保护线路与母线和保护继电器等连接或断开。一般当进出线回路较多、需要经常分路切断进行检修维护时；当用电负荷比较重要，在断路器发生故障时，要求能迅速更换断路器恢复供电时，多选用手车式高压成套配电装置。固定式高压成套配电装置其母线及主要带电部分为半封闭式或开启式。主要断路器与母线等用螺栓固定连接。一般不需要迅速更换断路器时，常采用固定式高压成套配电装置。确定工厂的高压一次配电系统方案，所需成套配电装置的数量，并考虑留有适当的备用回路数；了解高压成套配电装置的产品性能、结构、尺寸、根据制造厂提供的产品样品本开列的一次线路方案，按需要选用有关的编号予以配置和组合；结合建筑面积、自然环境条件，根据成套配电装置的数量、尺寸、并预留备用位置，进行平面布置，即能使运行维护方便、安全，有能合理地确定建筑物的最佳布局。本设计高压侧用了GG-1A（F）-07型高压开关柜。4.3低压设备的选择低压设备的选择也包括熔断器，断路器，互感器等，其选择和校验也和高压大致相同。低压断路器的选择时满足下列条件：A断路器的额定电压应大于或等于安装处的额定电压；B断路器的额定电流应大于或等于它所安装过电流脱扣器与热脱扣器的额定电流；C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：（4—3）式中——断路器的最大分断电流。——断路器安装处三相短路电流稳态值。对动作时间在0.02s以下的DW系列断路器，要求：或（4—4）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校验：（4—5）式中——低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器的动作电流；K—保护最小灵敏度，一般取1.3；——被保护线路末端在系统最小运行方式下的最小短路电流。4.3.1低压设备选择校验A低压总进线柜选择本次设计选用PGL-05型低压配电屏。P表示低压开启式配电屏，G表示电器元件固定安装固定接线，L表示动力用，05是主电路方案编号。柜内主要设备：低压刀开关：HD-1000/31低压断路器：DW15-1000/3电流互感器：LMZJ1-0.5-1000/5B低压刀开关的选择低压刀开关又称低压隔离开关，它广泛应用于500伏以下的配电装置中。隔离开关没有灭弧装置，不能带负荷拉闸。只能拉合有电压无电流或有小电流的电气设备，是检修工作中的明显断开点，起到安全隔离电源的作用。刀开关在选用时，其额定电压应大于或等于线路的额定电压；额定电流应大于负荷电流。刀开关再安装和使用中要注意以下几点：a刀开关只能垂直安装，静触头在上面，动触刀在下面，上面接电源，下面接负荷，HK型刀开关胶盖应完好无损，开关内加装裸铜或裸铝导线，另加熔断器保护；bHD型刀开关不得带负荷拉闸；c带有熔断器的刀开关，其熔体选择应满足被保护设备的需要，更换熔体时，其规格应与原体相同；d操作手柄及分合指示应与实际状态相符。在本设计中选用的刀开关其校验表4-4：所以选择HD—1000/31型低压开关C低压断路器的选用低压断路器能带负荷通断电路，有能在短路，过负荷和低电压（失压）下自动跳闸。要选用DW15-1500/3型短路器，D表示低压短路器，W表示万能式，1500表示额定电流，3表示极数。选择项目校验装置地点数据设备型号参数数据参数HD—1000/31电压380V380V电流1134A1500A结论合格表4-4刀开关参数及校验表表4-5低压断路器参数及校验表选择项目校验装置地点数据设备型号参数数据参数DW15—1500/3电压380V380V电流1134A1500A结论合格所以选择DW15—1000/3型万能式断路器D电流互感器的选用电流互感器有称仪用变流器,它是为测量回路和继电保护回路供电。本设计要选用LMZJ1-0.5-300/5型电流互感器。表4-6低压侧电流互感器校验表次序名称计算数据技术数据选择型号电压（V）电流（A）电压（KV）电流（A）1机加工车间U3802040.5300LMZ1-0.5-300/52铸造车间U380425.90.5500LMZ1-0.5-500/53铆焊车间U380216.90.5300LMZ1-0.5-300/54电修车间U380282.50.5400LMZ1-0.5-400/54.3.2低压配电屏型号选择及设备选择A机加工车间配电屏型号选择及设备选择：选用PGL1-30型的低压配电屏和PGL1-40型的低压配电屏。配电屏主要设备（根据各项负荷计算电流选择）：低压刀开关：HD13-400/31，HD13-100/31两只低压断路器：DW15-300，DW15-100两只电流互感器：LMZ1-0.5-300/5，LMZ1-0.5-50/5两只B铸造车间配电屏型号选择及设备选择：选用PGL1-30型的低压配电屏和PGL1-40型的低压配电屏。配电屏主要设备（根据各项负荷计算电流选择）：低压刀开关：HD13-500/31，HD13-100/31两只低压断路器：DW15-600，DW15-100两只电流互感器：LMZJ1-0.5-500/5，LMZ1-0.5-50/5两只C铆焊车间配电屏型号选择及设备选择：选用PGL1-30型的低压配电屏和PGL1-40型的低压配电屏。配电屏主要设备（根据各项负荷计算电流选择）：低压刀开关：HD13-400/31，HD13-100/31两只低压断路器：DW15-300，DW15-100两只电流互感器：LMZJ1-0.5-300/5，LMZ1-0.5-50/5两只D电修车间配电屏型号选择及设备选择：选用PGL1-30型的低压配电屏和PGL1-40型的低压配电屏。配电屏主要设备（根据各项负荷计算电流选择）：低压刀开关：HD13-400/31，HD13-100/31两只低压断路器：DW15-400，DW15-100两只电流互感器：LMZJ1-0.5-400/5，LMZ1-0.5-50/5两只4.4导线和电缆载面的选择导线和电缆的选择是否恰当关系到工厂供电系统能否安全、可靠、优质、经济的运行。导线和电缆的选择包括两个方面：一选型号，二选截面。导线、电缆的型号应根据它们使用的环境、敷设方式、工作电压等选择。A工厂常用架空线路裸导线型号选择。工厂户外架空线路一般采用裸导线，其常用型号及适用范围如下：a铝铰线（LJ）导线较好，重量轻，对风雨作用的抵抗力较强；对化学腐蚀作用的抵抗力较差.多用在10KV以下线路上，其杆距不超过100～125M。b钢芯铝绞线（LGJ）此种导线的外围用铝线，芯子采用钢线，钢线解决了铝绞线机械强度差的缺点.由于交流电的趋肤效应、电流实际只从铝线通过，所以钢芯铝绞线中的截面积是指铝线部分的面积。在机械强度要求较高的场所和35KV以上的架空线路上多被采用。c铜绞线（TJ）导电好，机械强度好，对风雨及化学腐蚀的抵抗力强。B工厂常用电力电缆型号及选择。工厂供电系统中常用电力电缆型号及适用的范围如下：a油浸纸绝缘铝包或铅包电力电缆（如铝包铝芯ZLL型，铝包铜芯ZL型）它具有耐压强度高、耐热能力好、使用年限长等优点，使用最普遍.根据其外护层结构（有无铠装等）的不同，承受机械外力好、拉力的能力和安装环境也不同，这种电缆在工作时，其内部浸渍的油就会流动，因此不宜在有较大高差的场所。b塑料绝缘电力电缆它具有重量轻、抗酸碱、耐腐蚀，并可敷设在较大高差，或垂直、倾斜的环境中，有逐步取代油浸纸绝缘电缆的趋向.目前生产的有两种：一种是聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套的全塑电力电缆（VLV和VV型），已生产至10KV电压等级。另一种是交联聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套电力电缆（YJLV和YJV型），已生产至35KV电压等级。C常用绝缘导线型号及选择。工厂车间内采用的配电线路及从电杆上引进户内的线路多为绝缘导线。当然配电干线也可采用裸导线和电缆。绝缘导线的线芯材料有铝芯和铜芯两种，一般优先采用铝芯线.绝缘导线外皮的绝缘材料有塑料绝缘和橡皮绝缘两种。塑料绝缘线的绝缘性能良好，价格较低，又可节约大量橡胶和棉纱，在室内敷设可取代橡皮绝缘线。由于塑料在低温时要变脆，高温时易软化，因此塑料绝缘线不宜在户外使用。4.4.1选择导线和电缆载面时满足的要求导线、电缆截面的选择必须满足安全、可靠的条件。也就是说，从满足正常发热条件看，要求导线或电缆在通过正常最大负荷电流及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允许温度；从满足机械强度条件看，要求架空导线的截面不应小于它的最小允许截面；此外还应保证电压质量，即线路电压损失不应大于正常运行时允许的电压损耗；以及满足经济要求等。对于电力电缆有时还必须校验短路时的热稳定，看其在短路电流作用下是否会烧毁，对于架空线路根据运行经验很少因短路电流的作用而引起损坏，一般不进行校验。4.4.2导线和电缆的选择方法选择导线、电缆截面的具体方法：A经济电流密度选择导线、电缆截面根据经济条件选择导线（或电缆，下同）截面，应从两个方面来考虑.截面选得越大，电能损耗就越小，但线路投资及维修管理费用就越高；反之，截面选得小，线路投资及维修管理费用虽然低，但电能损耗则大。综合考虑这两方面的因素，定出总的经济效益为最好的截面称为经济截面。对于经济截面的电流密度称为经济电流密度。我国现行的经济电流密度表4-7所示。表4-7我国规定的经济电流密度表导线材料年最大负荷利用小时数3000h以下3000～5000h5000h以上铝线、钢芯铝线1．651．150．90铜线3．002．251．75铝芯电缆1．921．731．54铜芯2．502．252．00根据负荷计算求出的供电线路的计算电流或供电线路在正常运行下的最大负荷电流和最大负荷利用小时数及所选导线材料，就可按经济电流密度计算出导线的经济截面。其关系式4-6所示：（4—6）式中，为线路的计算电流；为经济电流密度。从手册中选择一种与最接近（可稍小）的标准截面的导线即可。B允许载流量选择导线、电缆截面电流通过导线时将会发热，导致温度升高。裸导线温度过高，接头处氧化加剧，接触电阻增加，使此时进一步升高，氧化更加剧，甚至发展到烧断。绝缘导线和电缆的温度过高时，可使绝缘损坏，甚至引起火灾。为保证安全可靠，导线和电缆的正常发热不能超过其允许值。或者说通过导线的计算电流或正常运行方式下的最大负荷电流应当小于它的允许载流量。允许载流量与环境有关。查允许载流量时注意根据环境查出或乘上修正系数以求出相应的允许载流量。按规定，选择导线时所用的环境：室外—取当地最热月平均最高气温；室内—取当地最热月平均最高气温加5℃。选择电缆时所用的环境：土中直埋—取当地最热月平均气温；室外电缆沟、电缆隧道—取当地最热月平均最高气温；室内电缆沟—取当地最热月平均最高气温加5℃。在按允许载流量选择导线截面时，应注意最大负荷电流的选取：选择降压器高压侧的导线时，应取变压器额定一次电流。选高压电容器的引入线应为电容器额定电流的135倍；选低压电容器的引入线应为电容器额定电流的15倍（主要考虑电容器充电时有较大涌流）。4.4.3母线和导线载面的选择A母线选择a选择高压母线因为本厂的年最大负荷利用小时为3500h以下并用了铝电缆线，所以表4-7得知电流密度，所以母线的截面为：因此所选择的高压母线型号为LMY-3（4×40）。满足要求。B选择低压母线中性线截面：低压母线的型号：LMY-C导线截面选择a电源进线表4-7得知：选标准截面70，选用LJ-70型铝绞线。b校验发热条件环境温度为25查“工厂供电”附录表16得LJ-70的允许载流量因此满足发热条件。校验机械强度查“工厂供电”附录表14得10kV架空铝绞线的最小截面积：因此也满足机械强度的要求。各用电设备的导线选择：第一组：查表可得环境温度为30C°BX-500型截面为25的铝芯绝缘导线的Ial=72A>I30=42A满足发热条件，因此相线截面中性线：保护线：因为，所以导线型号为：其他车间导线型号表4-8给定：表4-8低压侧电缆选择表序号安装地点校验选择型号1机加工车间NO.115546.554.4108.7Ial=144A>I30=108.7ABX-500-(3×70+1×35+PE35)-PC752机加工车间NO.21203642.184Ial=114A>I30=84ABX-500-(3×50+1×25+PE25)-PC653机加工车间NO.3108012.15Ial=23A>I30=12.15ABX-500-(3×4+1×2+PE5)-PC254铸造车间NO.41606465.3138.9Ial=181A>I30=138.9ABX-500-（3×95+1×50+PE50）-PC805铸造车间NO.51405657.1121.58Ial=144A>I30=121.58ABX-500-(3×70+1×40+PE40)-PC756铸造车间NO.61807273.4156.31Ial=181A>I30=156.31ABX-500-(3×95+1×50+PE50)-PC807铸造车间NO.786.409.72Ial=23A>I30=12.15ABX-500-(3×4+1×2+PE5)-PC25续8铆焊车间NO.81504589.197.69Ial=114A>I30=97.69ABX-500-(3×50+1×30+PE30)-PC659铆焊车间NO.917051101110.7Ial=114A>I30=110.7ABX-500-(3×50+1×30+PE30)-PC6510铆焊车间NO.1075.608.5Ial23A>I30=8.5ABX-500-(3×4+1×2+PE5)-PC2511电修车间NO.111504578136.7Ial=181A>I30=136.7ABX-500-(3×95+1×50+PE50)-PC8012电修车间NO.121464465133.73Ial=181A>I30=133.73ABX-500-(3×95+1×50+PE50)-PC8013电修车间NO.13108012.158Ial=23A>I30=12.158ABX-500-(3×4+1×2+PE5)-PC25c按机械强度校验导线截面工厂供配电线路选用的导线按机械强度进行校验，就应保证所选的架空裸导线和不同敷设方式的绝缘导线的截面，不应小于其最小允许截面的要求。电缆不必校验机械强度，但需校验其短路热稳定度。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。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。d线路电压损耗的计算及按电压损耗选择导线、电缆截面为了保证用电设备端子处电压偏移不超过其允许值，设计线路时，高压配电线路的电压损耗一般不超过线路额定电压的5%；从变压器低压侧母线到用电设备端子处的低压配电线路的电压损耗，一般不超过线路额定电压的5%（以满足用电要求为限）。如线路电压损耗超过了允许值，应适当加大导线截面，使之小于允许电压损耗。e中性线和保护线截面的选择A中性线截面的选择中性线（N）的允许载流量，按规定，三相四线制系统中的中性线不应小于三相线中最大的不平衡负荷电流。中性线截面一般不小于相线截面的50%，（4—7）而由三相四线线路引出的两相三线线路和单相线路，由于其中中性线电流与相电流相等，因此它们的中性截面应与相线截面相同，即（4—8）一般三相四限制线路的中性截面，应不少于相线截面的50﹪。B保护线截面的选择保护线（PE）按规定，其电导一般不得小于相线电导的50%.因此，保护线的截面不得小于相线截面的50%，但考虑到短路热稳定要求，当保护线与相线截面相等。C保护中性线截面的选择保护中性线兼有保护线和中性线的双重功能，因此其截面选择应同时满足上述保护线和中性线的要求，取其中的最大值。5工厂供电系统的保护工厂供电系统和各种电气设备,在正常运行过程中,总难免会因为各种自然或人为原因,如绝缘老化、负载过大、外部机械力的破坏、操作失误等,造成各种事故或障碍,使供电系统不能正常运行。而工厂供电系统的事故或故障,所影响及危害远不止是工厂本身,他将波及到整个电力系统的运行安全。如何对工厂供电系统进行故障检测、故障报警、事故切除是供电系统保护装置所承担的任务。5.1工厂保护装置作用和要求保护装置的作用和要求：A供电系统保护装置的作用工厂供电系统保护装置的作用主要有两个方面:第一,当供电系统发生事故时,保护装置能迅速地切除事故。供电系统的事故部分迅速及时地从系统中切除,是为了缩小事故范围,避免给整个系统造成不良影响,保证无事故部分继续正常运行。第二，当系统处于不正常运行时，保护装置发出报警信号，通知值班人员及时处理。B对继电保护装置的基本要求a可靠性指保护装置该动作时动作，不拒动；而不该动作时不误动。前者为信赖性，后者为安全性，即可靠性包括信赖性和安全性。为此，继电保护装置应简单可靠，使用的元件和接点应尽量减少，接线回路应力求简单，运行维护方便，在能够满足要求的前提下宜采用最简单的保护。b选择性指首先由故障设备或线路的本身的保护切除故障。当设备或线路本身的保护拒动时，则应由相邻设备或线路的保护切除故障。为此，对相邻设备和线路有配合要求的保护，前后两级之间的灵敏性和动作时间应相互配合。c灵敏性指保护设备或线路范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数。d速动性指保护装置应能尽快地切除短路鼓掌，提高系统稳定性，减轻故障设备和线路的损坏程度。当需要加速切除短路故障时，可允许保护装置无选择性动作，但应利用自动重合闸或备用电源自动投入装置，缩小停电范围。5.2工厂设备的保护和整定计算对于变电所的设计，关于设备的保护重点是电力变压器的保护和电力线路的保护，下面将重点介绍各设备的保护和整定计算。5.2.1.电力变压器的保护和整定计算按GB50062—92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：a.绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；b.绕组的匝间短路；c.外部相间短路引起的过电流；d.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；e.过负荷；f.油面降低；g.变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。对于高压侧为6—10KV的变电所主变压器来说，通常装设有待时限的过流保护；如过电流保护动作时间大于0.5—0.7s时，还应装设电流速断保护。容量在800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内油浸式变压器，按规定应装设瓦斯保护。容量在400KVA及以上的变压器，当数台并列运行或单台运行并作为其它负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在严重故障时（通称“轻瓦斯故障”），动作于信号，而其它保护包括瓦斯保护在严重故障时（通称“重瓦斯故障”），一般动作于跳闸。如果单台运行的变压器容量在10000KVA及以上和并列运行的变压器每台容量在6300KVA及以上时，则要求装设差动保护。在进行保护整定计算时，必须了解一个重要参数及保护装置的灵敏系数。保护装置的灵敏系数，应根据不利正常运行方式和不利故障类型进行计算。保护装置灵敏系数按式5-1计算：（5—1）式中----继电保护的保护区内在电力系统最小运行方式下的最小短路电流（单位为A）----继电保护的动作电流换算到一次电路的植，称为一次动作电流（单位为A）A变压器的过电流保护无论采用电流继电器还是采用脱扣器，也无论时定时限还是反时限，变压器过电流保护的组成，原理与电力线路过电流保护完全相同。变压器过电流保护的动作时间的整定也与电力线路过电流保护的整定基本相同。其动作时间也按“阶梯原则”来整定，与线路过电流保护完全相同。但是对车间变电所，其动作时间可整定位最小值0.5秒。变压器过电流保护的灵敏度，按变压器二次侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路时换算到一次侧的短路电流值来校验，要求SP1.5。如果达不到要求，同样可采用低电压闭锁的过电流保护。B变压器过负荷保护变压器过负荷保护的组成，原理也与电力线路的过负荷保护完全相同。C变压器的电流速断保护由于变压器相当于一个集中阻抗，如果变压器的容量不大，则在其电源侧引出端和受电侧引出端上发生短路故障时，流到故障点的短路电流在数值上相差很大。所以对容量为5600kva以下，或变压器高压侧无断路器（如装设高压熔断器），低压侧有断路器，或变压器无瓦斯保护的情况下，只要灵敏度足够时，可采用电流速断保护装置，一般装在电源侧，在小接地电流系统中常采用两相式接线。a变压器的电流速断保护，其组成原理与线路的电流速断保护相同，变压器电流速断保护动作电流的整定公式也与线路电流速断保护基本相同，只是式：的为二次侧母线的三相短路电流的周期分量有效换算倒一次侧的短路电流值，既变压器电流速断保护的速断电流应按躲过二次侧母线三相短路电流周期分量有校来整定。b变压器电流速短保护的灵敏度，按保护装置设处在系统最小运行方式下发生两相短路的短路电流来检验要求SP1.5。变压器的电流速断保护，与电力线路电流速断保护一样，也有《死区》。弥补死区的措施，也是配备带时限的过电流保护。D变压器瓦斯保护瓦斯保护是油浸式变压器内部发生短路故障的一种基本保护装置。在油浸式变压器内部发生故障时，绝缘油和其它绝缘材料因受热分解而产生气体，利用可反映气体变量情况的气体继电器来保护变压器。当油浸式变压器油箱内发生任何一种故障时，短路电流所产生的电弧将使绝缘物和油分解而产生大量气体。利用这种气体构成的保护称为瓦斯保护。瓦斯保护的主要元件是瓦斯继电器，他安装在油箱与油枕之间的管道中。瓦斯继电器主要有浮筒式和开口杯式两种类型。图5-1所示瓦斯保护的原理接线图。图中瓦斯继电器1的上触点由上浮筒控制，称为轻瓦斯；下触点由挡板控制，称为重瓦斯。它的动作后经信号继电器2和出口中间继电器3跳开变压器两侧开关1DL和2DL。为了保证瓦斯保护可靠地工作，出口中间继电器3有自保持线圈。当重瓦斯不用时，可利用换接片QP该接到R上，只动作于信号。图5-1瓦斯继电器安装示意图图5-2瓦斯保护原理接线瓦斯保护的主要优点是动作快，灵敏度高和结构简单，并能反映变压器油箱内部各种类型的故障。它的缺点是不能反映变压器油箱外套管和连接线上的故障，因此不能作为防御变压器内部故障的唯一保护。此外，由于构造工艺不够完善等，在运行中正确动作率不够高。所以还要装设电流速断保护或纵联差动保护装置。瓦斯保护的接线图5-2所示，分轻瓦斯信号回路和重瓦斯跳闸回路。当变压器发生严重内部故障时，油流速度虽大但不稳定，干簧接点次时有可能抖动。为使断路器可靠跳闸，所以保护出口回路采用自保持接线方式。为防止进行实验时瓦斯继电器误动而跳闸，可将换片QP由跳闸回路换到信号回路。轻瓦斯保护的整定：轻瓦斯保护动作值的大小，系采用气体容积大小表示，一般的轻瓦斯保护气体容积的整定范围250～300cm3，对于10MVA以上的变压器，多采用250cm3。气体容积的调整可通过改变重锤位置来实现。重瓦斯保护的整定重瓦斯保护动作值的大小，系采用油流速度大小来表示，一般整定范围为0.6～1.5m/s。该流速系指导油管中油流的速度，对于QJ1-80型瓦斯继电器，一般可整定在1m/s左右。瓦斯保护和差动保护均为变压器的主保护，在较大容量的变压器上要同时采用。瓦斯保护虽然简单，灵敏，经济，但它仅能反应变压器油箱内部的故障，对于油箱外部套管，引出线的部位的故障，则只能靠差动保护动作于跳闸。5.2.2.电力线路的保护和整定计算A带时限过电流保护带时限过电流保护，按其动作时间特性分，定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。定时限就是保护装置的动作是按整定的动作时间固定不变的，与故障电流大小无关；反时限就保护装置的动作时间与故障电流大小有反比关系，故障电流越大，动作时间越短。所以反时限特性也称为比延时特性。a限时过电流保护装置的工作原理当一次电路发生相间短路时，电流继电器瞬时动作。闭合其触电，使时间继电器动作，时间继电器经过整定的限后，其延时触电闭合，使串联的信号继电器和中间继电器动作，信号继电器动作后，其指示牌掉下，同时接通信号回路给出灯光信号合音响信号，中间继电器动作后，接通跳闸线圈回路。使新路器跳闸，切除短路故障。继电器跳闸后，其铺助触电随之切断跳闸回路。以减轻触电工作，在短路故障被切除后，继电保护装置出信号继电器外的其他所有继电器均自动返回起开始状态，而信号继电器可自动复位。b过电流保护的工作原理当一次电路发生相间短路时，电流继电器动作，经过一定延时后，其常开触电闭合，紧接着其常闭触电断开。这时短路器因其跳闸线圈去分流而跳闸切除短路故障。在GL型继电器去分流跳闸的时间，其信号牌掉下，指示保护装置已经动作，在短路故障被切除后，继电器自动返回，其信号牌可利用外壳上的旋钮手动复位。c过电流保护的工作原理过电流保护装置的整定计算一般包括动作电流的计算，动作时间的整定和灵敏度校验。带时限的过电流保护（包括定时限和反时限）的动作电流Lop应躲过线路的最大负荷电流IL.max通过时，保护装置误动作，而且其返回电流Ire也躲过IL.max，否则保护装置还可能误动作。(5—2)式中是变压器最大负荷电流，可取（1.53），为变压器的额定一次电流；是可靠系数，对定时限取1.2，对反时限取1.3；是接线系数，对相电流接线取1，对相电流差接线取；是继电器返回系数，一般为0.8；是电流互感器的电流比。必须注意：对GL型继电器，应整定为整数，且在10A以内。在这次设计中我们采用了GL型继电器作为过电流保护。B过电流保护的灵敏度保护灵敏度。对于线路过电流保护，应取写保护线末端在系统最小运动方式下的两相短路电流。按规定过电流保护的灵敏度必须满足的条件为(5—3)a整定KA1的动作电流，并校验保护灵敏度整定KA1的动作电流取；；；根据GL-15/10型继电器的规格，动作电流整定位10A。图5-3电力线路的继电保护电路bKA1的灵敏度校验KA1保护的线路WL1末端K—1点的两相短路电流其最大最大短路电路电流：KA1整定的动作电流满足保护灵敏度。c整定KA2的动作电流，并校验保护灵敏度整定KA2的动作电流取；；；根据GL-15/10型继电器的规格，动作电流整定位10A。dKA2的灵敏度校验KA2保护的线路WL2末端K—2点的两相短路电流其最大短路电路电流：KA2整定的动作电流满足保护灵敏度。C电流速断保护电流速断保护就是一种瞬间动作的过点保护。对于采用GL系列电流继电器，侧利用该继电器的电磁元件用来作反时线过电流保护，因此非常简单经济。a电流速断保护动作电流的确整定为了保证前后两级瞬动的电流速断保护的选择性，因此电流速断保护的动作电流Iqb,应按躲过它所保护线路的末端的最大短路电流Ik.max来整定。因为只有这样整定，才能避免在后一级速端保护的线路首端发生三相短路时前一级速端保护误动作的可能性，以保证选择性。因此电流速端保护动作电流整定计算公式为：(5—4)式中是变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值；是可靠系数，对GL继电器取1.4-1.5；是接线系数；是电流互感器的电流比；变压器的电压比；对GL型继电器，速断电流整定要用其对动作电流的倍数即速断电流倍数来表示，。b电流速端保护的灵敏度电流速端保护的灵敏度按其安装处在系统最小运行方式下两相短路电流作为最小电流来检验。因此电流速断保护的灵敏度必须满足的条件为：(5—5)c整定KA1的速断电流，检验灵敏度整定KA1的速断电流取=9.13KA；速断电流倍数整定为：校正KA1保护灵敏度：取WL1的末端K-2点的两相断路电流，既故KA1速断保护灵敏度为：由此可见，KA1整定的电流速断基本上满足保护灵敏度的要求。整定KA2的速断电流，检验灵敏度整定KA2的速断电流取；；；校正KA2保护灵敏度取WL1的末端K-2点的两相断路电流，既故KA1速断保护灵敏度为：由此可见，KA2整定的电流速断基本满足保护灵敏度的要求。6防雷与接地设计6.1雷电的形成及有关概念A雷电的形成由前所述，大气过电压主要是雷云放电形成的，雷云又是如何产生的呢？在雷雨季节里，太阳将地面一部分水蒸发成水蒸气，水气上升