10KV断路器控制回路设计1

10KV断路器控制回路设计第2页共67页10KV断路器控制回路设计摘要：本论文主要闸述了10KV断路器控制回路设计，设计的内容包括主接线设计，短路电流计算。在设计中，通过对任务书上所给系统与线路资料的要求分析，综合考虑、安全、经济和可靠性，对系统进行了短路计算和设备的选择、校验。除此之外，还对防雷接地保护系统和变电站监控系统的主要保护配置做了简单的闸述。在设计中绘出主执着线图等相关图纸信息，从而完成了10KV断路器控制回路设计。关键词：10KV断路器、设计、计算1引言电能是现代工业生产的主要能源和核心动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。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。在企业工厂里，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一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中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，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。可见，做好工厂供电工作对于发展工业自动化生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用[1]。工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并确实做好节能环保工作，就必须达到以下基本要求：（1）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。（2）可靠：应满足电能用户对供电可靠性的要求。（3）优质：应满足电能用户对电压和频率等质量的要求（4）经济：供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应社会的发展。为了保证工厂供电的正常运转，就必须要有一套完整的保护，监视和测量装置。目前多以采用自动装置，将计算机应用到工厂配电控制系统中去。工厂供电设计的一般原则:按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kv及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：（1）遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。

（2）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，技术先进和经合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。

（3）近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。（4）全局出发、统筹兼顾。按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。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。2对某厂基础材料的分析2.1分析该资料的目的由于该典型工厂的规模、各个车间的用电情况、以及各个车间的重要性、自然条件还有供用电协议对经济的束缚对设备的选择及其重要，所以做以下分析。2.2全厂用电和设备情况2.2.1用电设备总安装容量为：2626.8KV计算负荷（10KV侧）有功：1953.08KV无功：1566.74KV根据已知资料，按需要系数法计算各车间计算负荷：所选用公式为：P30=KdPeQ30=P30tanΦS30=P30/cosΦ总的计算负荷为：P30=K∑∑P30 Q30=K∑∑Q30 S30=P302+Q302用以上公式经过计算得到全厂用电设备情况见全厂车间负荷统计表2如下表2表2各车间和车间变电所负荷计算表各车间和车间变电所负荷计算表(380V)序号车间(单位)名称设备容量KW需用系数Kd功率因数cosΦ功率因数角正切计算容量车变所代号变压器台数及容量KVAP30/KWQ30/KS30/KVAI30/A（1）No.1变电所1制条车间3450.80.80.75276207345524.17NO.11*1200纺纱车间3540.80.80.75283.2212.40354537.85软水站860.650.80.7555.941.9369.88106.16锻工车间370.20.651.177.48.6611.3817.30机修车间2800.50.51.73140242.20280425.42幼儿园12.80.60.61.337.6810.2112.8019.45仓库380.30.51.7311.419.7222.8034.64小计1152.8781.58522.151095.861664.99同期系数K∑=0.91037.52703.42469.90986.271498.49（2）No.2变电所2织造车间5350.80.80.75428321535812.85NO.21*1250染整车间4700.80.80.75376282470714.09浴室、理发室150.81.0120.0012.0018.23食堂500.750.80.7537.528.1346.8871.22单身宿舍601.01.0600.0060.0091.16小计1160913.5631.131123.881707.55同期系数K∑=0.91044822.15568.021011.491536.80（3）No.3变电所3锅炉房1480.750.80.7511183.25138.75210.81NO.31*400水泵房1180.750.80.7588.566.38110.63168.08化验室500.750.80.7537.528.1346.8871.22油泵房280.750.80.752115.7526.2539.88小计344258193.51322.5490.00同期系数K∑=0.9309.6232.2174.16290.25441.00折合同期系数2364.121757.771410.072275.553476.292.2.2负荷类型多数车间为三班制，少数车间为一班或两班制。本厂绝大部分用电设备属长期连续负荷，要求不间断供电。全年为306个工作日，年最大负荷利用小时为6000小时。属于二级负荷。2.3电源情况2.3.1工作电源本厂拟从电业部门某35/10千伏变电所，用10千伏双回路架空线路向本厂配电，该变电所在厂南侧0.5公里。其中一回为备用电源。系统要求，只有在工作电源停电时，才允许备用电源供电。详见供电系统图2-1。图2.1供电系统图2.3.1功率因数以10千伏供电时，COSΦ=0.952.3.2电量计量在总配电所10千伏侧计量。2.3.3电价供电局实行两部电价：基本电价：按变压器安装容量每1千伏安每月4元计费。电度电价：10KVß=0.06元/KW线路的功率损失在发电厂引起的附加投资按每千瓦1000元计2．4本厂自然条件2.4.1该厂所在地区年最高气温为40度，年平均气温为29度，年最低气温为1度，年最热月平均最高气温为32度，年最热月平均气温为31度，年最热月地下0.8m处平均气温为31度，当地主导风向为南风，年雷暴日数为35天。地质及水文条件本厂所在地区平均海拔215m，地层以砂粘土为主，地下水位为5m2.5供用电协议工厂与电业部门所签定的供用电协议主要内容如下[3]：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；系统变电站馈电线的定时限过流保护装置的整定时间为1.5s，要求工厂总配电所保护整定时间不大于1.0s；在工厂总配电所的10kV进线侧计量。工厂最大负荷时功率因数不得低于0.9；供电贴费为700元/kVA，每月电费按两部分电费制，基本电费为18元/KVA,动力电费为0.4元/kW·h，照明电费为0.5元/kW·h；变电所10KV母线短路数据为下表运行方式电源10KV母线短路容量说明系统最大运行方式时S（3）k.max=187兆伏安系统为无限大容量系统最小运行方式时S（3）k.min=107兆伏安3负荷计算3.1负荷计算的目的工业企业生产所需要的电能，除大型厂矿企业建有自备发电厂可供应部分外，通常均由电力系统共给。工业企业所使用的电能都是通过企业的各级变电站经过变换电压后，分配到各用电设备。因此，工业企业变电站可以说是企业电力供应的枢纽，所处地位十分重要。如何正确地计算选择各级变电站的变压器容量及其它主要电气设备，这是保证企业安全可靠供电的重要前提。进行企业电力负荷计算的主要目的就是为了正确选择企业各级变电站的变压器容量，各种电气设备的型号、规格以及供电网络所用导线牌号等提供科学的依据[2]。3.2负荷计算的方法一般常用于企业电力负荷计算的方法有需用系数法、利用系数法、单位面积功率法、单位指标法和单位产品耗电量法。此设计采用的是需用系数法来对加氢裂化装置进行电力负荷计算的。因为，需用系数是用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。采用利用系数法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，计算过程十分繁琐。而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑；单位产品耗电量法主要适用于某些工业。按需要系数法计算负荷各设备组求计算负荷的基本公式有功负荷（KW）= 式中，为用电设备组或用电单位的需要系数；为用电设备组或用电单位的总设备容量；无功负荷（KVar） 式中，为设备铭牌给定功率因数角用电设备组或用电单位功率因数角的正切值；视在负荷（KVA） 计算电流（A）式中为用电设备组或用电单位供电电压额定值(KV)多组用电设备组或多个用电单位总计算负荷有功负荷（KW）= 式中，为各组的计算负荷(KW)；为有功负荷同时系数，由设备组计算车间配电干线负荷时可取=0.85～0.95，由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取=0.8～0.9。无功负荷（KVar） 式中，为各组无功计算负荷(Kvar)；为无功负荷同时系数,由设备组计算车间配电干线负荷时可取=0.9～0.97，由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取=0.85～0.95。视在负荷（KVA） 计算电流（A） 式中为用电设备组或用电单位供电电压额定值(KV)3.3无功补偿有关公式通过计算，可以看到该厂380V侧最大负荷时的功率因数都在0.85以下[4]。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不应低于0.90。考虑到每个车间的主变压器的无功损耗均大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时的功率因数应稍大于0.90,暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量（以车间变电所1为例）： 我们可以在1号车间变电所380V侧添加无功补偿屏，选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用14×20个电容器来进行补偿。则无功补偿后的1号车间变电所的功率因数提高到了0.94，完全满足供电部门的要求。按照上面的算法，可以求得车间变电所2和车间变电所3的无功补偿容量。3.4变压器的选择变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电器设备[5]，它的作用就是升高和降低电压。车间变电站变压器台数的选择原则：（1）对于一般的生产车间尽量装设一台变压器；（2）如果车间的一、二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，则应装设两台变压器。每台变压器均能承担对全部一、二级负荷的供电任务。如果与相邻车间有联络线时，当车间变电站出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，则亦可以只选用一台变压器。（3）当车间负荷昼夜变化较大时，或由独立（公用）车间变电站向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时，如选用一台变压器在技术经济上显然是不合理的，则亦装设两台变压器[6]。变压器容量的选择：（1）变压器的容量ST（可近似地认为是其额定容量SN·T）应满足车间内所有用电设备计算负荷S30的需要，即ST≥S30；（2）低压为0.4Kv的主变压器单台容量一般不宜大于1000KV·A（JGJ/T16—92规定）或1250KV·A（GB50053—94规定）。如果用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量的变压器。[这样选择的原因：一是由于一般车间的负荷密度，选用1000-1250KV·A的变压器更接近于负荷中心，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；另一是限于变压器低压侧总开关的断流容量。]低压为230/400V的配电变压器联结组别的选择：（1）选择Yyn0联结组别的几种情况：①三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不致超过低压绕组额定电流25%时；②供电系统中高次谐波干扰不严重时；③低压单相接地短路保护的动作灵敏度达到要求时[7]；（2）选择Dyn11联结组别的几种情况：①由单相不平衡负荷引起的中性电流超过变压器低压绕组额定电流25%时；②供电系统中存在较大的“谐波源”，三次及以上高次次谐波电流比较突出时；③需要增大单相短路电流值，以确保低压单相接地短路保护的动作灵敏度； 综合考虑以上因素和技术经济比较，从本厂每个车间变电所的计算负荷来看，每个车间变电所选择1个变压器是最为经济可靠的。各车间变压器选择如下：表3.4各车间变压器的选择变压器型号变压器容量Snt/MVAUk%车间1SL-800/100.84.5车间2SL-1000/1014.5车间3SL-315/100.3154按以下公式算得各车间的功率损耗如下：表3.5各车间功率损耗有功损耗/KW无功损耗/Kvar车间变电所114.7959.18车间变电所215.1760.69车间变电所34.3517.424工厂进线电压的选择4.1电压损耗的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电压损耗[8]，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。即设计线路时，高压配电线路的电压损耗一般不超过线路额定电压的5%。对于输电距离较长或负荷电流较大的线路，必须按工厂设计的基础资料来选择或校验。电压损耗：电压损耗△UAC%=P(Rol)+Q(Xol)／10UN2式中，△UAC%——线路实际的电压损耗；P、Q——干线上总的有功负荷和无功负荷；l——线路的长度；Ro、Xo——线路单位长度的电阻和电抗；UN——线路的额定电压。对于架空线路可取Xo=0.4Ω/km.工厂常用架空线路裸导线型号及选择①铝绞线（LJ）。户外架空线路采用的铝绞线导电性能好，重量轻，对风雨作用的抵抗力强，但对化学腐蚀作用的抵抗力较差，多用在10KV及以下线路上，其杆距不超过100～125m。②钢芯铝绞线（LGJ）。此种导线的外围用铝线[9]，中间线芯用钢线，解决了铝绞线机械强度差的缺点。由于交流点的趋肤效应，电流实际上只从铝线通过，所以钢芯铝绞线的截面积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及以上的架空线路上多被选用。③铜绞线（TJ）。铜绞线导电性能好，对风雨及化学腐蚀作用的抵抗力强，但造价高，且密度过大，选用要根据实际需要而定。方案初定及经济技术指标的分析方案汇总根据系统电源情况，工厂离降压变电站仅有0.5公里，距离短，线路电压降落应不大，电能损失少，并且与电业部门签订供电协议，采用的电源进线为10KV双回架空线，两线路互为备用。由此，工厂总配电有多种方案，现对其中四种方案作技术及经济分析，以确定最优的结线方案。方案Ⅰ：单母线结线方式[10]10KV双回路架空线，其中一回路作为工作电源，另一回路作为备用电源，备用电源设有自动投入装置。所有用电设备及电源进线都连接在单母线上。方案Ⅱ：单元与扩大单元结线方式在此方案中，一回线路10KV电源进线与NO.１车间变压器连接，成为单元接线；另一10KV电源进线与NO.2、NO.3车间变压器连接，接成扩大单元接线。方案Ⅲ：单母线（断路器）分段结线方式电源进线为10KV双回路架空线路，其中一回与NO.１车间变压器、无功补偿连接在一段母线上，两段母线中间用断路器连接。正常运行时两段母线断开运行在某一电源进线发生事故时，自动装置自动投入，合上母联断路器，把负荷转到另一电源进线上，保证负荷的正常供电。方案Ⅳ：双母线结线方式主电源和备用电源分别接在各自独立的母线上，平时互为备用，当其中某一母线或电源进线发生事故时，由自动投入装置把负荷转到备用母线上，保证供电的可靠性。配电方案的技术比较[11]接线方案优缺点分析：方案Ⅰ：单母线结线方式优点：接线简单，运行操作方便。配电装置少，节省投资。进出线方便，采用成套装置，可以简化布置。缺点：供电可靠性不高，当母线故障时将全厂停电。运行灵活性差。线路运行功率大（集中一回线路供电），损耗也大。方案Ⅱ：单元与扩大单元结线方式优点：接线简单，进出线布置方便，维护容易。运行灵活。不用建配电中心站，节省投资。运行经济性好。继电保护装置易于设定。缺点：供电可靠性稍差。无功补偿装置投资大，需建两套无功补偿装置。设备分工散，不利于管理。方案Ⅲ：单母线（断路器）分段结线方式优点：供电可靠性高。运行灵活。线路运行功率小，损耗也小。配电设备集中管理，易于实现自动化。缺点：要建配电中心站，占地稍大。结线较复杂，投资大。继保装置复杂，布置难。方案Ⅳ：双母线结线方式优点：供电可靠性较高。运行灵活。配电设备集中管理，易于实现自动化。缺点：要建配电中心站，占地大。结线复杂，继保装置多，投资大。继保设定难。通过对上述配电方案的优缺点分析，并结合本厂负荷实际要求，方案Ⅲ、方案Ⅳ在技术上较优。为确定最优方案，现在对这两方案作技术经济指标分析[12]。结线方案技术经济指标分析：方案Ⅲ：单母线（断路器）分段结线方式输电导线的选择：考虑一电源进线故障时，另一电源进线可正常供电，选择电源进线(架空线路)大小时是按总的计算负荷为依据计算。I30=S30/(×U)=2381.91/(1.732×10)=137.52A按发热条件选择架空导线，由表8-36(《工厂供电设计指导》P141)选择导线为：LGJ-35型钢芯铝铰线，其允许流量为159A>137.52A，满足要求，导线按正三角开架空布置，线间几何均距为：1m。由于表8-36（《工厂供电设计指导》P141）查得LGJ-35型导线的参数为r0=0.89Ω/km，x0=0.38Ω/km。线路的电压损耗，按式-计算（页）：ΔU%=（1/10U2e）×(r0P30L1+Q30L1)%=[1/(10×102)×（0.89×1780.79×0.5+0.38×1513.04×0.5） =1.08%<5%电压损损耗满足要求值[13]。所以，所选导线符合供电要求。无功补偿计算：电源线路末端计算功率的功率因数为：COSφ1780.79/2381.91=0.748<0.9，不满足电网要求，必须进行无功补偿。拟用并联电容进行无功补偿，考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷进功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：按下式计算其补偿容量（《工厂供电设计指导》P36，式2-34）：Qc=P30×[tan(arccos0.748)-tan(arcos0.92)]kvar=1780.79×(tan41.58-tan23.07)=821.33Kvar取Qc=830Kvar参照《工厂供电设计指导》图2-6，选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW-0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）与方案3（辅屏）8台相结合，总共容量为84×9=756Kvar补偿后线路末端的计算负荷为：S30=[P230+(Q30-Qc)2]1/2=[1780.792+(1513.04-821.33)2]1/2=1910.36KVA方案IV：输电导线的选择：计算了变压损耗后的厂区的计算负荷为S30=2275.55KVA，P30=1757.77KW，Q30=1410.07Kvar。正常运行时，只是一回电源进线供电，另一回电源进线作为备用，因此，选择电源进线（架空线路）大小时按总的计算负荷为依据计算。I30=S30/(3×U)=2381.91/(1.732×10)=137.52A按发热条件架空导线，由表8-36（《工厂供电设计指导》P141）选择导线为：LGJ-35型钢芯铝铰线，其允许载流量为159A>137.52A，满足要求。导线按正三角形架空布置，线间几何均距为1m。由于表8-36（《工厂供电设计指导》P141）查得LGJ-35型导线的参数为r0=0.89Ω/km，x0=0.38Ω/km。线路的电压损耗，按式-计算（页）：ΔU%=（1/10U2e）×(r0P30L1+Q30L1)%=[1/(10×102)×（0.89×1780.79×0.5+0.38×1513.04×0.5） =1.08%<5%电压损损耗满足要求值。所以，所选导线符合供电要求[14]。补偿计算：电源线路末端计算功率的功率因数为：COSφ=1780.79/2381.91=0.748<0.9，不满足电网要求，必须进行无功补偿。拟用并联电容进行无功补偿，考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷进功率因数应稍大于0.90，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：按下式计算其补偿容量（《工厂供电设计指导》P36，式2-34）：Qc=P30×[tan(arccos0.748)-tan(arcos0.92)]kvar=1780.79×(tan41.58-tan23.07)=821.33Kvar取Qc=830Kvar参照《工厂供电设计指导》图2-6，选PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW-0.4-14-3型，采用其方案1（主屏）与方案3（辅屏）8台相结合，总共容量为84×9=756Kvar补偿后线路末端的计算负荷为：S30=[P230+(Q30-Qc)2]1/2=[1780.792+(1513.04-821.33)2]1/2=1910.36KVA4.3.3方案的经济比较由一两方案中输电线路导线、车间变压器、电压互感器、电流互感器、无功补偿装置及避雷器等设备选择的型号、数量及运行状态基本相同，故不参与经济比较，只比较不相同的部分。两个方案，从所需10KV断路器和10KV隔离开关等设备的数量及运行时的经济性来比较说明方案经济性[15]设方案备断路器台数隔离开关台数母线条数单母线分段9101双母线7142单母线分段方案在运行时母线分段断路器是分开运行，双回路电源线中每回路通过的负荷约各占一半总计算负荷，属轻载运行，功率小，运行经济。以上两种方案通过技术、经济、操作方便、灵活性等几方面进行比较，方案IV供电可靠性高，运行灵活，但所用设备多，母线昂贵，且满负荷运行或率损耗大，不经济。方案III与方案IV比较，其运行可靠性、灵活性稍差，但其设备较少，电能损失小，而且本厂负荷只是二级负荷，方案III可以满足，此类负荷的供电要求。所以，通过综合比较，工厂的总配电所的接线采用单母线分段的接线。工厂总降压变电所电气主要接线图如（附图B）所示。工厂总配电所位置的选择5.1配电所所址选择的一般原则变配电所所址的选择，应根据下列要求并经技术经济分析比较后确定。①尽量接近负荷中心，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，特别是要便于架空进出线。③不应妨碍企业的发展，有扩建的可能。④接近电源侧，特别是工厂的总降压变电所和高压配电所[16]⑤设备运输方便，特别是要考虑电力变压器和高低压成套配电装置的运输。⑥不应设在有剧烈震动或高温的场所，无法避开时，应有相应的保护措施。⑦不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，无法远离时，不应在污染原的下风侧。⑧不应设在厕所、浴室和其它经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相邻。5.2结合方案要求设计位置图根据前面已确定的供电方案,结合本厂区平面示意图,考虑总降压变电所尽量接近负荷中心,且远离人员集中区,不影响厂区面积的利用,有利于安全等诸多因素,拟将决降压变电所设在厂区东北部,如图5.15.1配电所位置图车间变电所1车间变电所1车间变电所2车间变电所3工厂总配电所新变电所区域变电站6短路电流的计算6.1短路电流计算的目的进行短路电流计算的目的是为了保证电力系统安全运行[17]选择电器设备时都要用可能流经该设备的最大短路电流进行热稳定校验和动稳定校验，以保证该设备在运行中能够经受住突发短路故障引起的发热效应和电动理效应的巨大冲击。同时，为了尽快切断电源对短路点的供电，采用了各种继电保护和自动装置，这些装置的整定计算也需要准确的短路电流数据。为了校验各种电器设备，必须找出可能出现的最严重的短路电流。经分析，发现在空载线路上且恰好当某一相电压过零时刻发生三相短路，在该相中就会出现最为严重的短路电流。绘制计算电路图确定基准值取，，所以：计算短路电路中的各元件的电抗标幺值电力系统架空线路电力变压器计算k1点（10。5Kv侧）的短路电流总电抗和三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他短路电流三相短路容量计算k2点（0.4Kv侧）的短路电流总电抗和三相短路电流和短路容量总电抗标幺值三相短路电流周期分量有效值其他短路电流三相短路容量同理可算得k3、k4点的短路电流总电抗和三相短路电流和短路容量。汇总如表５所示：表6.1短路计算结果短路电流有效值冲击电流冲击电流有效值短路容量Iz3/KAish3/KAIsh3/KASk3/MVA最大运行方式下k1点7.77619.83011.742141.424k2点22.79541.94224.84615.793k3点27.71951.00430.21419.205k4点10.76719.81111.7367.460最小运行方式下k1点4.96712.6677.50190.341k2点21.44139.45123.37014.855k3点25.74347.36728.06017.835k4点10.45519.23811.3967电气设备的选择根据上述短路电流计算结呆，按正正常工作条件选项择和按短路情况校验确定的总降压变电所高、低压电气设备如下：7.1高压断路器高压断路器（QF）不仅能够通断正常负荷电流，而且能接通和承受一定时间的短路电流，并能在保护装置的作用下自动跳闸切除短路故障。所以其做保护装置使用时要和电流互感器配合使用[18]6KV的电力系统中我们采用高压断路器和电流互感器配合使用的方法来作为电路的主保护。7.1.1高压断路器的选择高压断路器的指标主要有额定电压、额定电流、断流容量。在进行设备选择时我们主要考虑的也是这三者。⑴高压断路器的额定电压须大于等于工作电网电压。⑵高压断路器的额定遮断容量必须大于或等于其安装处的短路容量。⑶其额定断流能力必须大于或等于其安装处的最大短路电流。⑷如果断路器装在较其额定电压低的电路中，其遮断容量也相应的减少。注：：电网电压；：断路器的额定电压。7.1.2高压断路器的校验动稳定度的校验：按三相短路冲击电流校验。热稳定度的校验。按三相短路稳态电流和短路发热假想时间校验7.2低压断路器低压断路器（QF）又称低压自动开关，它既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和低电压（失压）时自动跳闸。所以在0.38KV的电力系统中，我们采用断路器作为电路的短路、过负荷、失压保护。低压断路器的选择准则如下[19]⑴断路器的额定工作电压≥线路额定电压；⑵断路器的额定电流≥线路计算负载电流；

⑶断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流，一般按有效值计算；

⑷线路末端单相对地短路电流≥1.25倍断路器瞬时(或短延时)脱扣器整定电流;

⑸断路器欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压；

⑹具有短延时的断路器，若带欠电压脱扣器，则欠电压脱扣器必须是延时的，其延时时间≥短路延时时间；

⑺断路器的分励脱扣器额定电压=控制电源电压；

⑻电动传动机构的额定工作电压=控制电源电压；

⑼低压断路器可不用校验，若要校验，其方法和高压断路器的校验方法类似7.3熔断器的选择与校验熔断器是根据电流超过规定值一定时间后[20]身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开的原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于低压配电系统和控制系统及用电设备中，作为短路和过电流保护，是应用最普遍的保护器件之一。熔断器选择方法：(1)照明电路熔体额定电流≥被保护电路上所有照明电器工作电流之和。(2)电动机：①单台直接起动电动机熔体额定电流＝(1.5～2.5)×电动机额定电流。②多台直接起动电动机总保护熔体额定电流＝(1.5～2.5)×各台电动机电流之和。③降压起动电动机熔体额定电流＝(1.5～2)×电动机额定电流。④绕线式电动机熔体额定电流＝(1.2～1.5)×电动机额定电流。(3)配电变压器低压侧熔体额定电流＝(1.0～1.5)×变压器低压侧额定电流。(4)并联电容器组熔体额定电流＝(1.43～1.55)×电容器组额定电流。(5)电焊机熔体额定电流＝(1.5～2.5)×负荷电流。(6)电子整流元件熔体额定电流≥1.57×整流元件额定电流。7.4隔离开关的选择与校验隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，它本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对变电所、电厂的设计、建立和安全运行的影响均较大。刀闸的主要特点是无灭弧能力[21]负荷电流的情况下分、合电路。隔离开关的选择： (1)断路器的两侧均应配置隔离开关，以便在断路器检修时形成明显的断口与电源隔离。(2)中性点直接接地的普通变压器，均应通过隔离开关接地。(3)在母线上的避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关，保证电器和母线的检修安全，每段母线上宜装设1-2组接地刀闸。(4)接在变压器引出线或中性点的避雷器可不装设隔离开关。(5)当馈电线路的用户侧没有电源时，断路器通往用户的那一侧可以不装设隔离开关。但为了防止雷电过电压，也可以装设。7.5电流互感器的选择与校验电流互感器可以向计量仪表的电流线圈（如电流表、功率表等）和继电保护装置中的断路器的电流线圈供电，这样可以隔离高电压，有利于运行人员的安全，同时还可以是仪表及继电装置标准化。电流互感器的准确度分为若干等级：入0.2级、0.5级、1级、2级等。一般工程上用0.5级、1级。0.5级用于计量电费，1级用于继电保护。因为这次设计是窑尾电气室的设计，不用计量电费，所以我们均选择1级的电流互感器。电流互感器选择的一般准则：⑴电流互感器额定电压不小于装设点线路额定电压；⑵根据一次负荷计算电流选择电流互感器变比；

⑶根据二次回路的要求选择电流互感器的准确度并校验准确度；

⑷校验动稳定度和热稳定度。电流互感器选择与检验的原则7.6电压互感器的选择与校验电压互感器的作用是：把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时，使用电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离。电压互感器虽然也是按照电磁感应原理工作的设备，但它的电磁结构关系与电流互感器相比正好相反。电压互感器二次回路是高阻抗回路，二次电流的大小由回路的阻抗决定。当二次负载阻抗减小时，二次电流增大，使得一次电流自动增大一个分量来满足一、二次侧之间的电磁平衡关系。可以说，电压互感器是一个被限定结构和使用形式的特殊变压器。电压互感器在投入运行前要按照规程规定的项目进行试验检查。例如，测极性、连接组别、摇绝缘、核相序等。电压互感器的接线应保证其正确性，一次绕组和被测电路并联，二次绕组应和所接的测量仪表、继电保护装置或自动装置的电压线圈并联，同时要注意极性的正确性。电压互感器二次侧不允许短路。由于电压互感器内阻抗很小，若二次回路短路时，会出现很大的电流，将损坏二次设备甚至危及人身安全。电压互感器可以在二次侧装设熔断器以保护其自身不因二次侧短路而损坏。在可能的情况下[22]也应装设熔断器以保护高压电网不因互感器高压绕组或引线故障危及一次系统的安全。电压互感器选择的一般准则：⑴电压互感器额定电压不小于装设点线路额定电压；⑵合适的类型：户内型、户外型

⑶根据二次回路的要求选择电压互感器的准确度并校验准确度；及为仪表并联线圈所消耗的功率及其功率因数。从手册查到！

⑷由于电压互感器两侧均装有熔断器，故不需进行短路的力稳定和热稳定校验。7.7母线为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。根据设计经验：一般10KV[23]高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。⑴母线主要有两类TMY和LMY，即铜母线和铝母线，考虑节约有色金属的原则我们选择LMY。⑵母线敷设方法有单条、双条和多条等。通常的变电所采用单条母线的接线方式，我们在此也采用单条母线。⑶母线的放置方法不同其允许载流量也是不同的，通常平放的比竖放的要小，为了可靠的运行，且留有余量，我们都按平放数据进行选择。（4）注：其中用无功补偿后的代替7.8低压断路器低压断路器（QF）又称低压自动开关，它既能带负荷通断电路，又能在短路、过负荷和低电压（失压）时自动跳闸。所以在0.38KV的电力系统中，我们采用断路器作为电路的短路、过负荷、失压保护。低压断路器的选择准则如下[24]⑴断路器的额定工作电压≥线路额定电压；⑵断路器的额定电流≥线路计算负载电流；

⑶断路器的额定短路通断能力≥线路中可能出现的最大短路电流，一般按有效值计算；

⑷线路末端单相对地短路电流≥1.25倍断路器瞬时(或短延时)脱扣器整定电流;

⑸断路器欠电压脱扣器额定电压=线路额定电压；

⑹具有短延时的断路器，若带欠电压脱扣器，则欠电压脱扣器必须是延时的，其延时时间≥短路延时时间；

⑺断路器的分励脱扣器额定电压=控制电源电压；

⑻电动传动机构的额定工作电压=控制电源电压；

⑼低压断路器可不用校验，若要校验，其方法和高压断路器的校验方法类似。7.8.1刀开关的选择与校验刀开关又称闸刀开关或隔离开关，它是手控电器中最简单而使用又较广泛的一种低压电器。刀开关在电路中的作用是：隔离电源，以确保电路和设备维修的安全；分断负载，如不频繁地接通和分断容量不大的低压电路或直接启动小容量电机。7.8.2高压开关柜[25]GG-1A(F)高压开关柜产品具有防止误分断路器,防止带负荷拉分隔离开关,防止带电挂接地线和防止带地线合闸的"五防"功能,能有效地防止错误操作，使产品运行安全可靠,额定电压10KV;最高工作电压11.5KV,额定电流600A;额定开断电流20KV,国内同类产品较好的水平。表7.1刀开关的选择额定电压（kV）3，6，10额定电流（A）200，400，600，1000，2000，3000额定开断电流（kA）SN10-10I（ZN28-10630A）16SN10-10Ⅱ（ZN28-101250A）31.5额定断流容量（kV/MVA）SN10-10Ⅲ（ZN28-103150A）3/1506/30010/500操作方式手动、电动、弹簧母线系统单母线外形尺寸（mm)长×宽×高1200×1200×3100，方案25～28柜1400×1540×3100，方案119柜长1200×3400×31007.8.3低压开关柜GCS型低压抽出式开关柜适用于发电厂、石油、化工、冶金、纺织等行业以及高层建筑的配电系统。在大型发电厂、石油、化工等自动化程度高，要求与计算机接口的使用场所，作为三相交流频率50（60）HZ，额定工作电压为380（660）V，额定电流为4000A及以下的电力网络中的受电、馈电、电动机集中控制、无功功率补偿等使用的低压成套配电装置。技术参数:

主电路额定电压：交流380（660）V

辅助电路额定电压：交流220、380V

直流110、220V额定频率：50-60HZ

额定绝缘电压：660（1000）V

水平母线额定工作电流：630A

垂直母线额定电流：1000A

母线额定短时耐受电流：50，80KV，0，1S

母线额定峰值耐受电流：105，176KA，0，1S

主电路插接件额定电流：220A，400A

辅助电路插接件额定电流：15A

控制电动机最大容量：200KW

防护等级：IP3LO，IP4LO

操作方式：就地、远方、自动按以上各设备的的选择和校验方法，总结为表7.2与表7.3：表7.210kV侧一次设备的选择校验参数校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其它装置地点条件参数数据10kv91.37A7.776kA19.830kA一次设备型号规格额定参数高压少油断路器SN10-10/63010kV630A16KA40kA高压隔离开关GN8-10/20010kV200A25.5kA高压断路器RN2-1010kV0.5A50kA电压互感器JDJ-1010/0.1kV电压互感器JDZJ-1010/kV0.1/kV0.1/3kV电流互感器LQJ-1010kV100/5A避雷器FS4-1010kV户外式高压隔离开关GW4-15G/20015kV200A表7.31号车间变电所380V侧一次设备的选择校验参数校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其它装置地点条件参数数据380V1582.58A22.795kA41.942kA一次设备型号规格额定参数低压断路器DW15-1500/3电动380V1500A40kA低压断路器DZ20-630380V630A一般30kA低压断路器DZ20-200380V200A一般25kA低压刀开关HD13-1500/30380V1500A电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A电流互感器LMZJ1-0.5500V160/5A100/5A7.8.4高低压母线的选择根据母线选择方法，结合本厂短路电流和计算电流的计算数据，选定母线如表7.4：表7.4高低压母线的选择母线选择变电所10kV侧母线选择380V侧母线选择车间变电所1LMY3(8*80)LMY3(8*100)车间变电所2LMY3(10*125)LMY3(10*125)车间变电所3LMY3(5*50)LMY(5*50)7.8.5变电所仅出现的选择与校验气象资料：本厂所在地区年最高气温为40度，年平均气温为29度，年最低气温为1度，年最热月平均最高气温为32度，年最热月平均气温为31度，年最热月地下0.8m处平均气温为31度，当地主导风向为南风，年雷暴日数为35天。7.8.610KV高压进线和引入电缆的选择采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV共用干线按发热条件选择。由I30=91.37A及室外环境温度29°，查资料初选LJ-25,其35°时的Ial=119A，40°时的Ial=109A，满足发热条件。校验机械强度，查表架空裸导线的最小允许截面为Amin=35。故机械强度不满足条件。故选LJ-35。由于此线路才0.5km，故不需要进行校验电压损耗。7.8.7由总配电所至各车间变电所的一段引入电缆的选择与校验从配电所到1号车间变电所的电缆选择为例：按发热条件选择。由I30=37.62A及当地环境温度，初选缆芯为25的VLV223芯电力电缆，其Ial=80A>I30,满足发热条件。校验短路热稳定性，由公式A=因此不满足热稳定条件，改选VLV22-95的电缆。 按照以上方法，选择的电缆如下：表7.5电缆选择从配电所到车间变电所的电缆选择车间变电所1VLV22-95车间变电所2VLV22-95车间变电所3VLV22-957.8.8380V低压出线的选择选择方法：相线截面的选择以满足发热条件即，；中性线（N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足；保护线（PE线）的截面选择时，；时，时，保护中性线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。以从1号车间变电所馈电给1号厂房（制条车间）的线路采用2根VLV22-150型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。按发热条件选择。由I30=516.80A及当地环境条件30°，查表，初选VLV22-150，其Ial=346A>258.4A,故满足发热条件。校验电压损耗。由于本厂厂房不大，这部分线路较短，线路上的电压损耗较小，故满足要求。短路热稳定性校验。A=故热稳定性不符合条件。故选择VLV22-185的电缆。按照以上方法，初步选择的电缆总结为以下表格：表7.6各车间电缆车间名称电缆型号制条车间VLV22-185纺纱车间VLV22-185饮水站BLV1*50锻工车间BLV1*50机修车间BLV1*50幼儿园BLV1*50仓库BLV1*50织造车间VLV22-240染整车间VLV22-240浴室、理发室BLV1*50食堂BLV1*50单身宿舍BLV1*50锅炉房BLV1*95水泵房BLV1*95化验房BLV1*50油泵房BLV1*508变电所二次回路方案的选择和继电保护的整定高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。8.1配电所和车间变电所的电能计量回路配电所内装有专用计量柜，装设有三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能和无功电能，并据以计算工厂每月的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。8.2车间变电所的测量和绝缘监察回路车间变电所高压侧都装有电压互感器-避雷器柜，电压互感器为3个电压互感器JDZJ-10，组成Y0/Y0/（开口三角形）的接线，用以实现电压测量和绝缘监察。8.3车间变电所主变压器的保护装置8.3.1装设瓦斯保护当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于高压侧断路器。装设反时限过电流保护。采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。8.3.2过电流保护动作电流的整定由公式：取，，因此整定为7.5A。过电流保护动作时间的整定：因本车间变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间可整定为最短的0.5s。8.3.3装设电流速断保护利用GL15的速断装置。速断电流的整定：取，故其速断电流为：因此速断电流倍数整定为：。8.4继电保护继电保护装置必须具备以下4项基本性能：灵敏性反映故障的能力，通常以灵敏系数表示。可靠性在该动作时，不发生拒动作。快速性能以最短时限将故障或异常消除。选择性在可能的最小区间切除故障，保证最大限度地向无故障部分继续供电。选择继电保护方案时，除设置需满足以上4项基本性能外，还应注意其经济性。即不仅考虑保护装置的投资和运行维护费，还必须考虑因装置不完善而发生拒动或误动对国民经济和社会生活造成的损失。9防雷与接地9.1防雷防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。架空线路的防雷措施（1）架设避雷线这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66KV及以上的架空线路上才沿全线装设。35KV的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。而10KV及以下的线路上一般不装设避雷线。（2）提高线路本身的绝缘水平在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架空线路防雷的基本措施。（3）利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线由于3～10KV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。（4）装设自动重合闸装置线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD，使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。（5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。变配电所的防雷措施（1）装设避雷针室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。（2）高压侧装设避雷器这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。阀式避雷器至3～10KV主变压器的最大电气距离如下表9.19.1阀式避雷器至3～10KV主变压器的最大电气距离雷雨季节经常运行的进线路数123>=4避雷器至主变压器的最大电气距离/m15232730避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。

（3）低压侧装设避雷器这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），其中性点