某水泥厂供配电系统设计

宁夏理工学院课程设计I+II)所以选容量为4000KV·A的变压器（S9-4000/10C6）第六章短路电流计算6.1短路的原因、后果短路：指供电系统中不同电位的导电部分（各相导体、地线等）之间发生的低阻性短接。短路的原因主要原因：（1）由于设备长期运行,绝缘自然老化,被正常电压击穿。（2）设备质量低劣,绝缘强度不够,被正常电压击穿。（3）设备绝缘满足要求,但被过电压击穿。（4）设备绝缘受外力损伤,造成短路,像被老鼠咬坏绝缘这类。人为原因:比如工作人员发生误操作或者将低电压设备接入高电压的电路中,就可能造成短路2、短路的后果（1）短路时产生很大的电动力和很高的问题,会使短路电路中的元件受到损坏,很可能引发火灾事故。。（2）短路时电路的电压骤降,严重影响电气设备的正常运行。（3）短路时保护装置动作,如熔断器的保险丝熔断,将短路电路切除,这会造成停电,而且短路点越靠近电源,停电范围越大,造成生活的不便和经济上的损失。（4）严重的短路会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,造成系统解列。（5）不对称短路,像单相短路和两相短路,短路电流会产生较强的不平衡交变电磁场,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，有可能引发误动作。6.2短路电流计算1、电力系统的电抗由表查得DW8-35断流容量SOC=1000MV·A（参见手册224页）所以短路计算电流比线路额定电流高5％架空线路的电抗X0=0.4Ω/kmX2=X0l=0.4×2000Ω=0.8Ω绘从K-1、K-2点短路等效电路总电抗X∑（k-1）=X1+X2=1.35+0.8=2.15Ω6.3三相短路电流和短路容量三相短路电流周期分量有效值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K-2点的短路电流和短路容量(=6.3kv)1电力系统电抗===0.039692架空线路电抗3电力变压器的电抗主变压器一5000kva=7%主变压器二8000kva=7.5%4=0.094+15.6+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周期短路全电流有效值4三相短路容量短路计算统计表短路计算点K-1K-2三相短路电流/KA10101025.515.137.0537.0537.0569.740.4三相短路容量/KVAR636.5409.2第七章线路的选择7.1电缆的选择由于本水泥厂设计的供电系统的供电电源来自两千米外的当地配电站（PLN）单回路，AC20kv，50hz，进入本厂变电站是采用电缆直埋。2厂内电缆敷设由总变站向二级变电站和中压电机去的6KV电力电缆采用直埋方式，有二级变电站通向用电设备的电力电缆和控制电缆采用桥架和穿线管敷设结合的方式。墙上明设，地下暗埋。气象资料：本厂所在地区的年平均的年最热月平均气温为34.6℃地质情况：土壤电阻率100·m。因为水泥厂一般采用三班制即年工作时间为3000h~5000h根据《工厂供电》表5-4导线和电缆的经济电流密度选取电缆线路为铝线经济电流密度为=1.73A/按照经济电流密度计算经济截面的公式为（5-9）又因为=即则根据《工厂常用电气设备手册》表22-5-2935KV电缆线路选择型号芯经济截面适用范围YJLV29三芯50-150适用于敷设在地下能承受机械外力作用校验发热条件35KVYJLV29型电缆线芯长期允许工作温度不超过80℃而本水泥厂所在地区的年平均最热月平均气温为34.6℃，80>34.6℃满足发热条件。所选电缆合理。6KV电缆线路选择同理根据《工厂供电》表5-4导线和电缆的经济电流密度选取电缆线路为铜线经济电流密度为=2.25A/按照经济电流密度计算经济截面的公式为（5-9）又因为=即选取6KV电缆线路用于桥架的电缆为ZL12400用于穿线钢管敷设ZQ11400墙上明设的电缆为ZQ400地下暗埋的电缆为Zl1216-500相线的选择根据《工厂供电》表5-4导线和电缆的经济电流密度选取电缆线路为铝芯橡皮线经济电流密度为=1.73A/按照经济电流密度和经济截面导线选择为橡皮绝缘线BLX型参见《工厂供电》附录表19BLX型经济截面为240绝缘导线明敷时的载流量为441A满足发热条件。即所选导线合理。水泥厂二次回路设计(一)二次回路概述指对一次设备的工作进行监视、控制、测量、调节和保护，所配置的如：测量仪表、继电器、控制和信号元件，自动装置，继电保护装置、电流互感器等，按一定的要求连接在一起所构成的电气回路，称为二次接线或称为二次回路。电力变压器的继电保护对于我厂的高压测电压为35kv来说，我厂应装设带时限的过电流保护，电流速断保护，过负荷保护，瓦斯保护。GB规定10000kVA及以上的单独运行变压器和6300kVA及以上的并列运行变压器，应装设差动保护；6300kVA及以下单独运行的重要变压器，宜装设差动保护

（二）电力变压器的过电流保护因为我厂要求过电流保护动作时间精确，整定简便，固采用定时限过电流保护。定时限过电流保护动作原理：当一次侧电路发生相间短路时，电流继电器KA瞬时动作，闭合其触电，使时间继电器KT动作。KT经过整定的时限后，其延时触电闭合，使串联的信号继电器KS和中间继电器KM动作。KS动作后，其指示牌掉下，同时接通信号回路，给出灯光信号和音响信号。KM动作后，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切除短路故障。QF跳闸后，其辅助触电QF1-2随之切断跳闸回路。在短路故障被切除后，继电器保护装置除KS外的其他所有继电器均自动返回起始状态，而KS可手动复位（三）电力变压器电流速断保护1）为了保证速断保护动作的选择性，在下一级线路首端发生最大短路电流时电流速断保护不应动作，即速断保护动作电流Iop1＞IK.max，速断保护动作电流整定值为式中，IK.max为线路末端最大三相短路电流；Kre1为可靠系数，DL型继电器取1.3，GL型继电器取1.5；Kw为接线系数；Ki为电流互感器变比。2）保护区和保护死区电流速断保护的动作电流大于线路末端的最大三相短路电流，电流速断保护存在保护死区。只能保护线路的一部分，线路不能被保护的部分称为保护死区，线路能被保护的部分称为保护区。(四)电力变压器过负荷保护保护整定

(1)过负荷保护的动作电流按线路的计算电流Ic整定，即式中，Krel为可靠系数，取1.2~1.3；Ki为电流互感器之比。电力变压器的差动保护差动保护工作原理：在变压器正常运行或差动保护的保护区外k-1点发生短路时，TA1的二次电流I’1与TA2的二次电流I’2相等或近似相等，则流入继电器KA的电流Ika=I’1-I’2=0,继电器KA不动作。当差动保护的保护区内K-2点发生短路时，对于单端供电的变压器来说，I’2=0，所以Ika=I’1，超过继电器KA所整定的动作电流Iop(d)，使KA瞬时动作，然后通过出口继电器KM使断路器QF跳闸，切除短路故障，同时通过信号继电器KS发出信号。电力变压器瓦斯保护变压器瓦斯保护工作原理：当变压器内部发生轻微故障时，瓦斯继电器KG的上触点KG1-2闭合，动作与报警信号。当变压器内部发生严重故障时，KG的下触点KG3-4闭合，通常是经中间继电器KM动作于断路器QF的跳闸机构YR，同时通过信号继电器KS发出跳闸信号。但KG3-4闭合，也可以利用切换片XB切换，使KS线圈串接限流电阻R，只动作于报警信号。高压电动机的单相接地原理及保护示意图如图所示自动重合闸自动重合闸的要求1.手动或遥控操作断开断路器及手动合闸于故障线路，断路器跳闸后，自动重合闸不应动作。2.除上述情况外，当断路器因继电保护动作或其它原因而跳闸时，自动重合闸装置均应动作。3.自动重合次数应符合预先规定，即使ARD装置中任一元件发生故障或接点粘接时，也应保证不多次重合。4应优先采用由控制开关位置与断路器位置不对应的原则来起动重合闸。同时也允许由保护装置来起动，但此时必须采取措施来保证自动重合闸能可靠动作。5.自动重合闸在完成动作以后，一般应能自动复归，准备好下一次再动作。有值班人员的10kV以下线路也可采用手动复归。6.自动重合闸应有可能在重合闸以前或重合闸以后加速继电器保护的动作。电气式一次自动重合闸装置展开式原理电路图一次自动重合闸装置（ARD）的工作原理：系统正常运行时，控制开关SA1和选择开关SA2都扳向合闸(ON)位置，APD投入工作。这时重合闸继电器KAR中的电容器C经R4充电，同时指示灯KL亮，表示控制笑母线WC的电压正常电容器C已在充电状态。当一次电路发生断路故障而使断路器QF自动跳闸时。断路器辅助触电QF1-2闭合，而SA1仍处于合闸位置，从而接通KAR的启动回路，使KAR中的时间继电器KT经它本身的常闭触点KT1-2而动作。KT动作后，其常闭触电KT1-2断开，串入电阻R5，使KT保持动作状态。串R5的目的，在于限制通过KT线圈的电流，避免线圈过热烧毁，因为KT线圈不是按长期接上额定电压设计的。时间继电器KT动作后，经一定延时，其延时闭合的常开触点KT3-4闭合，这时电容器C就对KAR中的中间继电器KM的电压线圈放电，使KM动作。中间继电器KM动作后，其常闭触点KM1-2断开，使指示灯熄灭，表示KAR已经动作，其出口回路已经接通，合闸接触器KO由控制小母线WC经SA2,KAR中的KM3-4，KM5,6俩对触点及KM的电流线圈，KS线圈，连接片XB，触点KM13-4和断路器辅助触点QF3-4而或得电源，从而使断路器QF重新合闸。由于中间继电器KM是由电容器C放电而动作的，但C的放电时间不长，因此为了使KM能够自保持，在KAR的出口回路中串入了KM的电流线圈，借KM本身的常开触点KM3-4断开而使KM的自保持解除。在KAR的出口中串联信号继电器KS，是为了记录KAR的动作，并为了KAR动作发出灯光信号和音响信号，断路器重合成功以后，所有继电器自动返回，电容器C又恢复充电，要使ARD退出工作，可将SA2扳到OFF位置，同时将出口回路的连接片XB断开。备用电源的自动投入对备用电源自动投入装置的要求

1.工作电源不论何种原因消失(故障或误操作)时，APD应动作。

2.应保证在工作电源断开后，备用电源电压正常时，才投入备用电源。

3.备用电源自动投入装置只允许动作一次。

4.电压互感器二次回路断线时，APD不应误动作。5.采用APD的情况下，应检验备用电源过负荷情况和电动机自起动情况。如过负荷严重或不能保证电动机自起动，应在APD动作前自动减负荷备用电源投入工作原理:假设电源进线WL1在工作，WL2为备用，其断路器QF2断开，但其俩侧隔离开关是闭合的。当工作电源WL1断电引起失压保护动作使QF1跳闸时，其常开2触点QF1-2断开，使原来通电动作的时间继电器KT断电，但其延时断开触点尚未及断开，这时QF1的另一常闭触点3-4闭合，从而使合闸接触器KO通电动作，使断路器QF2的合闸线圈YO通电，使QF2合闸，投入备用电源WL2，回复对变配电所的供电。备用电源投入后，KT的延时断开触点断开，切断KO的回路，同时QF2的连锁触点1-2断开，切断YO回路，防止YO长时间通电。自动投入装置水泥厂的防雷接地设计一架空线路的防雷保护（一）架空线路的防雷措施

（1）架设避雷线

运行经验证明，这就是防雷击的有效措施。但是它造价高，所以只在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电所的一段线路上装设，而10kV及以下线路上一般不装设避雷线。

（2）提高线路本身的绝缘水平一在架空线路上，可采用木横但、瓷横担，或采用高一级的绝缘子，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保护线

由于3～10kV线路通常是中性点不接地的系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子上装以保护间隙，如图8-12所示。在雷击时顶线承受雷击，击穿保护间隙，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。断路器闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD，使开关经0.5s或更长一点时间自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，对一般用户不会有什么影响。

（5）个别绝缘薄弱点装设避雷器

对架空线路上个别绝缘薄弱点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆、木杆线路中个别金属杆或个别铁横担电杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。

二变配电所的防雷保护（1）装设避雷针

用来防护整个变配电所，使之免遭直接雷击。如果变配电所在附近高大建（构）筑物上的避雷针保护范围以内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的防护。

（2）高压侧装设阀式避雷器

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，损坏了变电所这一最关键设备。为此要求避雷器应尽量靠近变压器安装，其接地线应与变压器低压侧接地中性点及金属外壳连在一起接地，如图8-13所示。图8-14是6～10kV配电装置对雷电波侵入的防护接线示意图。在每路进线终端和母线上，都装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则阀式避雷器或排气式避雷器应装在架空线路终端的电缆头处。

低压侧装设阀式避雷或保护间隙

这主要是在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿变压器的绝缘。变压器低压侧中性点不接地时，其中性点可装设阀式避雷器或保护间隙三高压电动机的防雷保护三）高压电动机的防雷措施

高压电动机的定子绕组是采用固体介质绝缘的，其冲击耐压试验值大约只有同电压级的电力变压器的1/3左右。加之长期运行后，固体绝缘介质还要受潮、腐蚀和老化，会进一步降低其耐压水平，因此高压电动机对雷电波侵入的防护，不能采用普遍的阀式避雷器，而要采用专用于保护旋转电机作的FCD型磁吹阀式避雷器或具有串联间隙的金属氧化物避雷器。

对定子绕组中性点能引出的高压电动机，就在中性点装设磁吹阀式避雷器或金属氧化物避雷器。

对定子绕组中性点来能引出的高压电动机，可以采用图8-15所示接线。为降低沿线路侵入的雷电波波头陡度，减轻其对电动机绕组绝缘的危害，可在电动机前面加一段100～150m的引入电缆，并在电缆前的电缆头处安装一组排气式避雷器或阀式避雷器，而在电动机入口前母线上安装一组并联有电容器（0.25~0.5F）的FCD型磁吹阀式避雷器四建筑物得防雷保护（四）建筑物的防雷措施建筑物（含构筑物，下同），根据GBJ57修订本规定，按其对防雷的要求，分为下列三类：1．第一类防雷建筑物对工业建筑物为：因火花而引起爆炸，会造成巨大和人身伤亡的下列建筑物：（1）制造、使用或贮存大量爆炸危险环境的建筑物。（2）具有0区、1区或10区爆炸危险环境的建筑物。2．第二类防雷建筑物对工业建筑物为：电力花不易起起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡的下列建筑物：（1）制造、使用或贮存大量爆炸物质，如炸药、起爆药、火工品等的建筑物。（2）具有0区、1区或10区爆炸物质的建筑物。对于一般民用建筑物为：建筑物年预计雷击次数N＞0.2的建筑物。对民用建筑物为：（1）根据雷击后对工业生产的影响，并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的21区、22区、23区火灾危险的环境。（2）建筑物年预计雷击次数N≥0.05的一般工业建筑物。对民用建筑物为：（1）建筑物年预计雷击次数N为0.2≥N≥0.5的一般性民用建筑物，如住宅、办公楼等。（2）高度在15m及以上的烟囱、水塔等弧立的高耸建筑物（如年平均雷暴日数不超过15的地区，高度可为20m及以上）。按GBJ57修订本规定，第一类防雷建筑物和第二类防雷建筑物中有爆炸危险的场所，应有防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入的措施。第二类防雷建筑物除有爆炸危险者外及第三类防雷建筑物，应有防直击雷和防电波侵入的措施。对其它不需装设防直击雷装置的建筑物，只要求要进户外或终端杆上将绝缘子铁脚接地。但符合下列条件之一的，绝缘子铁脚可不接地：①年平均雷暴日在30以下的地区；②受建筑物屏蔽的地方；③低压架空干线的接地点距进户外不超过50m；④土壤电阻率在200及以下地区，使用铁横担的钢筋水泥杆线路。据观测研究发现，建筑物容易受雷击的部位与屋顶的坡度有关：

（1）平屋顶或坡度不大于1/10的屋顶，易受雷击部位为檐角、女儿墙、屋檐（图8-16a、b）；（2）坡度大于1/10、小于1/2的屋顶，易受雷击部位为屋角、屋脊、檐角、屋檐（图8-16c）；（3）坡度大于或等于1/2的屋顶，易受雷击部位为屋角、屋脊、檐角（图8-16d）。屋面遭受雷击的可能性是极少的。设计时应根据建筑物屋顶的实际情况分析，确定最易遭受雷击的部位，然后在这些部位根据要求装设避雷针或避雷带（网）进行重点保护。9.2变电所公共接地装置的设计9.2.1装设接地装置的一般要求（1)充分利用缤纷严格选择自然接地体。要突然别重视使用的安全及具体良好的接地电阻这两方面。利用自然接地体时，必须在他们的接头处另行跨接导线，使其成为具有良好导电性能的连续性道题，以取得合格的接地电阻值。

（2)凡直流回路均不能利用自然接地体作为电流回路地零线、接地线或接地体。直流回路专用的中性、接地线或接地体也不能与自然接地体相接。因为直流的电介作用，容易使接地建筑物和金属管道等受侵蚀而损坏。恰恰是这点常易为人们的忽略。

（3)人工接地体的布置应使接地体附近的点位分布尽可能均匀。如可布置成环形等，以减少接触电压和跨步电压。由于接地短路时接地体附近会了现较高的分布电压，危及人身安全，有时需挖开地面检修接地装置。故人工接地体不宜埋设在车间内，应离建筑物及其出入人口和人行道3m时，要铺设砾石或者沥青路面，以减少接触电压和跨步电压。此外，埋设地点还应避开烟道或其他热源处，以免土壤干燥，电阻率增高;也不要埋设在垃圾、灰渣及对接地体有腐蚀的土壤中。9.2.2接地及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。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。接地线和接地体合称为接地装置。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体（接地极）。连接接地体和设备、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。（1）接地电流和接触电压当电气设备发生接地故障时，电流就通过