工厂供电课程设计报告

题 目：某机修厂供配电系统设计 学 院：信息科学与工程学院 班 级：指导老师：姓 名： 学 号：目

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第一章 绪 论 一、工厂供电的意义和要求

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。 众所周知，电能是生产的主要能源和动力。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；电能的输送的分配既简单，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。 因此，做好工厂供电工作对于工业生产，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。

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，并做好节能工作，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，适应发展。 二、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，技术先进和经济合理，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。 三、工厂简介及设计要求 1．工厂总平面布置图如下：

图1 工厂总平面布置图

2.工厂的生产任务、规模及产品规格：本厂承担某大型钢铁联合企业各附属厂的电机、变压器修理和制造任务。年生产规模为修理电机7500台，总容量为45万kW；制造电机总容量为6万kW，制造单机最大容量为5000kW；修理变压器500台；生产电气备件为60万件。本厂为某大型钢铁联合企业的重要组成部分。 3.工厂各车间的负荷情况及各车间预计配置变压器台数如表1所示。

表1 工厂各车间负荷情况及各车间变电所容量 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 车间名称 电机修造车间 机械加工车间 新品试制车间 原料车间 备件车间 锻造车间 锅炉房 空压站 汽车库 大线圈车间 半成品试验站 成品试验站 加压站（10kV专供负荷） 设备处仓库（10kV专供负荷） 成品试验站内大型集中负荷 设备容需要系 量(kW) 数Kd 2505 886 634 514 562 150 269 322 53 335 1217 2290 256 560 3600 车间变电所代号 —— —— 变压器台数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 主要为35kV高压整流装置，要求专线供电。 4.供电协议： （1）当地供电部门可提供两个供电电源，供设计部门选择：1）从某220/35kV

区域变电站提供电源，此区域变电站距工厂南侧。2）从某35/10kV变电所，提供10kV备用电源，此变电所距工厂南侧约4km。

（2）电力系统的短路数据，如表2，其供电系统图，如图2。

表2 区域变电站35kV母线短路数据 系统运行方式 系统短路数据 最大运行方式 最小运行方式 图2 供电系统图

（3）供电部门对工厂提出的技术要求：1）区域变电站35kV馈电线的过电流保

护整定时间top1.8s，要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于。2）在工厂35kV电源侧进行电能计量。3）工厂最大负荷时功率因数不得低于。 （4）电费制度：每月基本电费按主变压器容量计为18元/kVA，电费为元/kW·h。

此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性地向供电部门交纳供电贴费：6～10kV为800元/kVA。 5.工厂负荷性质：本厂大部分车间为一班工作制，少数车间为两班或三班工作制，

工厂的年最大有功负荷利用小时数为2300h。

锅炉房供应生产用高压蒸汽，其停电将使锅炉发生危险。又由于工厂距离市区较远，消防用水需厂方自备。因此锅炉房供电要求有较高的可靠性。 6.工厂自然条件：

（1）气象资料：本厂所在地区的年最高气温为38oC，年平均气温为23 oC，年最

低气温为－8 oC，年最热月平均最高气温为33 oC，年最热月平均气温为26 oC，年最热月地下处平均温度为25 oC。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为20。

（2）地质水文资料：本厂地区海拔60m，底层以砂粘土为主，地下水位为2m。 四．设计任务

1．高压供电系统设计

主要任务是工厂内部高压供电等级选择，需考虑供电的经济性（设备及损耗费用）和技术要求（线路电压损耗、以及供电电源变压器的断路器出线容量等）。 2．总降压变电站设计

（1）主结线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实

现的多个方案，经过概略分析比较，留下2～3个较优方案，对较优方案进行详细计算和分析比较，（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。

（2）短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，

计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。

（3）主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感

器、导线截面和型号等设备的选择及校验。选用设备型号、数量、汇成设备一览表。

（4）主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。

（5）配电装置设计：包括配电装置布置型式的选择、设备布置图。 （6）防雷、接地设计：包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。 3．车间变电所设计

根据车间负荷情况，选择车间变压器的型号。 4．厂区10KV配电系统设计

根据所给资料，列出配电系统结线方案，经过详细计算和分析比较，确定最优方案。

五、 设计及步骤

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。其基本内容有以下几方面。 1、负荷

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。

2、工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择 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。 3、工厂总降压变电所主结线设计

根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。

4、厂区高压配电系统设计 根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。

5、工厂供、配电系统短路电流计算

工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短 路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。 6、改善功率因数装置设计

按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需 移相 电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。 7、变电所高、低压侧设备选择

参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。 8、继电保护及二次结线设计

为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。

设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。35kv及以上系统尚需给出二次回路的保护屏和控制屏屏面布置图。

9、变电所防雷装置设计

参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避

雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地 电阻计算。 11、总降压变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。

第二章 负荷计算及功率补偿

一、 负荷计算的内容和目的 （1） 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。

（2） 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。 （3） 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量 二、负荷计算的

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： P30 = Pe·Kd 无功功率: Q30 = P30 ·tgφ 视在功率: S3O = P30/Cosφ 计算电流: I30 = S30/√3UN

三、各用电车间负荷计算结果如下表： 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 有功功率 600 160 222 308 197 36 196 180 30 187 365 641 164 336 2880 无功功率 493 252 335 182 155 58 171 158 27 118 288 480 140 285 2304 视在功率 776 298 401 358 250 68 260 240 40 221 465 800 215 440 3688 车间名称 电机修造车间 机械加工车间 新品试制车间 原料车间 备件车间 锻造车间 锅炉房 空压站 汽车库 大线圈车间 半成品试验站 成品试验站 加压站（10kV专供负荷） 设备处仓库（10kV专供负荷） 成品试验站内大型集中负荷 四、全厂负荷计算 取K∑p = ; K∑q =

根据上表可算出：∑P30i = 6520kW; ∑Q30i = 5463kvar 则 P30 = K∑P∑P30i = ×6520kW = 5999kW Q30 = K∑q∑Q30i = ×5463kvar = 5190kvar S30 = (P302+Q302)1/2 ≈7932KV·A I30 = S30/√3UN ≈

COSф = P30 / S30 = 5999/7932≈ 五、功率补偿

由于本设计中上级要求COSφ≥,而由上面计算可知COSф=<，因此需要进行无功补偿。

综合考虑在这里采用并联电容器进行低压侧集中补偿。 可选用型的电容器，其额定电容为μF Qc = 5999×（tanarc －tanarc ）Kvar =2724Kvar 取Qc=2700 Kvar

因此，其电容器的个数为： n = Qc/qC = 2700/100 =27 而由于电容器是单相的，所以应为3的倍数，取27个 正好 无功补偿后，变电所低压侧的计算负荷为：

S30（2）′= [59992+(5463-2700) 2] 1/2 =6564KV·A 变压器的功率损耗为：

△QT = S30′= * 6564 = Kvar △PT = S30 ′= * 6564= Kw 变电所高压侧计算负荷为： P30′= 5999+ = 6098 Kw

Q30′= (5463-2700 )+ = 3057 Kvar S30′ = (P302 + Q302) V = 6821 kV .A

无功率补偿后，工厂的功率因数为： cosφ′= P30′/ S30′= 6098 / 6821= 则工厂的功率因数为：

cosφ′= P30′/S30′= ≥ 因此，符合本设计的要求

第三章 供电电压的方案确定

供电电压的方案论证

根据系统的电源情况，供电电压有两个方案可供选择：

方案 1：工作电源与备用电源均为 10kV，母线采用单母线分段，电源进线均采 用断路器控制。

方案 2：工作电源是 35kV，备用电源为 10kV，由架空线引入电源，场内总降 压变电所内装设有两台主变压器，变压器高压侧装设断路器，备用电源接在总降压

变电所内的 10kV 母线上。 供电电压方案的技术比较

方案 1：工作电源与备用电源均为 10kv

用 10kv 电压供电，厂内不设有主变压器，无主变压器损耗。

计算负荷

S30 = 6821 KVA 线路电流：

I30=394A

选用导线：按满足发热条件选择导线截面即 I al ≥ I 30 则选择导线 LGJ-185，满足

要求，并查表得每相电阻 r0 = Ω / km ，每相电抗为 x0 = Ω / km 。 线路电压损失为：

其中 L 为线路首端到各负荷点的线路长度。可得 1

ΔU % = % 。 方案 2：

工作电源是 35kV，备用电源为 10kV。

正常运行时以 35kV 单回路供电，另设一条 10kV 线路作为备用电源，根据计 算负荷情况，厂内总降压变电所设两台台容量为 3150KVA 的变压器，型号为 S9-3150/35，技术数据如表 4-3。

表 4-3 S9-3150/35 技术数据 变压器有功功率损耗

ΔPT ≈ = 。 变压器无功功率损耗：

ΔQT ≈ S30 = 189k var 。 补偿后变压器低压侧的负荷为： 有功负荷为：

P30 = 6098kw 。 无功负荷为：

Q30 = 3057k var 。 视在功率为：

S30 = P30 2 + Q30 2 = 6821KVA 。

线路电流为：

I30=

选用导线：对于 35kv 及以上的线路按经济电流密度选择导线截面：

查表得 jec = A / mm 。则可选导线截面为 ，选择最近的标准截面，查表可知 LGJ-70 的允许载流量足够，满足发热条件，同 35KV 架空线路铝绞线的最小允许面积为 35。因此机械强度也是满足

的。因此导线 LGJ-70满足要求，并查表得每相电阻 r0 = Ω / km ，每相电抗为

x0 = Ω / km 。

线路电压损失可利用式 4-1。则：

ΔU % = % 。

10KV 备用线路仅考虑一二级负荷之用。计算负荷为 6821KVA。 线路电流为：

I 30 =393A

按发热条件选择截面为 LJ-185，并查表

得每相电阻 r0 = Ω / km ，每相电抗为 x0 = Ω / km

线路电压由式 4-1 计算得出。则：

ΔU % =21%

因此，系统不能长期工作在备用电源下。

比较方案一和二，方案二电压损耗下，符合设计准则，故选择方案二。

第四章 变压器的选择

1） 主变压器台数的选择

由于该厂的负荷属于二级负荷，对电源的供电可靠性要求较高，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障后检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电，故选两台变压器。

（2） 变电所主变压器容量的选择

装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量ST应同时满足以下两个条件： ① 任一台单独运行时，ST≥（）S′30（1） ② 任一台单独运行时，ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ）

由于S′30= 6821 KV·A，因为该厂都是二三级负荷所以按条件1选变压器。 ③ ST≥（）×6821=（4092～4775）kV·A≥ST≥S′30（Ⅰ+Ⅱ） 又此地年平均气温为23度，高于20度。且变压器为户内安装， 所以 ST=(1-(23-20)/SNT Snt>5365KVA

因此选容量为6300 KV·A的S9-6300/35的变压器二台 。 变压器型号 额定容量 连接组别 一次额定电压 二次额定电压 S9-6300/35 6300kva Yd11 35kv 10kv (3)各车间变电所变压器选择 根据车间变电所的计算负荷可得各变电所变压器的容量，根据各变电所变压器: 车间序 计算负额定容变电变压器车间名称 变压器型号 号 荷 量KVA 所代台数 号 1 电机修造车间 776 S9-800/10(6) 800 1 2 机械加工车间 298 S9-315/10(6) 315 1 3 新品试制车间 401 S9-500/10(6) 500 1 4 原料车间 358 S9-400/10(6) 400 1 5 备件车间 250 S9-250/10(6) 250 1 6 锻造车间 68 S9-80/10(6) 80 1 7 锅炉房 260 S9-315/10(6) 315 1 8 空压站 240 S9-250/10(6) 250 1 9 汽车库 40 S9-50/10(6) 50 1 10 大线圈车间 221 S9-250/10(6) 250 1 11 半成品试验站 465 S9-500/10(6) 500 1 12 成品试验站 800 S9-800/10(6) 800 1 13 加压站（10kV专供负荷） 215 S9-250/10(6) 250 —— 1 14 设备处仓库（10kV专供440 S9-500/10(6) 500 —— 1 负荷） 第五章 主接线方案的选择

一、总降压变配电所主接线的选择原则

1.当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。

2.当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。 3.当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器组结线。

4.为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。

5.接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。

～10KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。

7.采用6～10 KV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。 8.由地区电网供电的变配电所电源出线处，宜装设供计费用的专用电压、电流互感器（一般都安装计量柜）。

9.变压器低压侧为的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。

10.当低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装设刀开关或隔离触头。 二、主接线方案选择

对于电源进线电压为35KV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6—10KV的高压配电电压，然后经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。 总降压变电所主结线图表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。 主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。

1、一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图如下这种主结线，其一次侧的QF10跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器QF11和QF12的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。这种主结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。如果某路电源例如WL1线路停电检修或发生故障时，则断开QF11 ，投入QF10 （其两侧QS先合），即可由WL2恢复对变压器T1的供电，这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。

2、 一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路图，这种主结线，其一次侧的高压断路器QF10也跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器QF11 和QF12的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式结线。这种主结线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。但与内桥式结线适用的场合有所不同。如果某台变压器例如T1停电检修或发生故障时，则断开QF11 ，投入QF10 （其两侧QS先合），使两路电源进线又恢复并列运行。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器QF11 、QF12 ，这对改善线路断路器的

工作及其继电保护的整定都极为有利。

3、一、次侧采用单母线二次侧采用单母线分段式的总降压变电所主电路图（见总设计图）

这种主结线适用于装有两台及以上主变压器或具有多路高压出线的变电所，其供电可靠性高。任一台主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时可用备用电源供电。但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所

三、车间配电所的主接线选择

配电所的主结线方案也分一条进线和两条进线两种。 （1） 一条电源进线的主接线方案

（2） 两条电源进线的主结线方案 如图3-5示 （3） 两种主结线方案的技术经济比较（表3-1）

表3-1两种主结线方案的比较 表10-1两种主接线方案的比较

比较项目 一条电源进线的主结线方案(图3-5) 技术指标 供电安全性 供电可靠性 灵活方便性 满足要求 基本满足要求 两条电源进线的主结线方案(图3-6) 满足要求 满足要求 由于只有一条电源进线，灵活性由于只有两条电源进线，灵活性较稍差 好 扩建适应性 稍差一些 更好一些 根据表可以看出方案2的技术指标比方案1要好，所以这里我采用方案2。 第六章 短路计算

一、短路电流计算的目的及方法

短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。

进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。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表示出来，并将各元件依次编号，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。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表示出来，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，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、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（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。

二、本设计采用标幺制法进行短路计算 1. 在最小运行方式下： （1）确定基准值

取 Sd = 100MV·A,UC1 = 37KV,UC2 =

而 Id1 = Sd /√3UC1 = 100MV·A/(√3×37KV) = Id2 = Sd /√3UC2 = 100MV·A/(√3× = （2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1）电力系统（SOC = 280MV·A） X1* = 100/750=

2）架空线路（XO = Ω/km） X2* = ××100/ (37^2)= 3）电力变压器（UK% = ）

X3* = UK%Sd/100SN = ×100x1000/(100×6300) =

绘制等效电路如图，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。 (3)求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 总电抗标幺值

X*Σ(K-1)= X1*＋X2*= += 三相短路电流周期分量有效值 IK-1(3) = Id1/X*Σ(K-1)= = 3)其他三相短路电流

I\"(3) = I∞(3) = Ik-1 (3) = ish(3) = × = 16KA Ish(3) = ×= 4)三相短路容量

Sk-1(3) = Sd/X*Σ(k-1) =100MVA/=400MVA

(4)求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)总电抗标幺值

X*Σ(K-2) = X1*＋X2*＋X3*最大运行方式下： （1）确定基准值

取 Sd = 1000MV·A,UC1 =37KV,UC2 =

而 Id1 = Sd /√3UC1 = 1000MV·A/(√3×37KV) = Id2 = Sd /√3UC2 = 1000MV·A/(√3× = 55KA （2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值 1）电力系统（SOC = 750MV·A） X1*= 1000/750=

2）架空线路（XO = Ω/km） X2* = ××1000/(37^2) = 3）电力变压器（UK% = ）

X3* = X4* = UK%Sd/100SN = ×1000×1000/(100×6300) =12

绘制等效电路如图，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。 (3)求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 1)总电抗标幺值

X*Σ(K-1) = X1*＋X2* = += 2)三相短路电流周期分量有效值

IK-1(3) = Id1/ X*Σ(K-1)= = 3)其他三相短路电流

I\"(3) = I∞(3) = Ik-1(3) = ish(3) = × = Ish(3) = × = 4)三相短路容量

Sk-1(3) = Sd/X*Σ(k-1)= 1000/= 400MVA

(4)求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量 K 1)总电抗标幺值

X*Σ(K-2) = X1*＋X2*＋X3*∥X4* = 2)三相短路电流周期分量有效值

IK-2(3) = Id2/X*Σ(K-2) = 55KA/= 3)其他三相短路电流

I\"(3) = I∞(3) = Ik-2（3） = ish(3) = × = Ish(3) = = 4)三相短路容量

Sk-2(3) = Sd/X*Σ(k-2) = 1000/= ·A 三.短路电流计算结果：

将计算结果汇总于下表4： 短路计算点 运行方式 三相短路电流/kA 短路容量/MVA K1 K2 最大 最小 最大 最小 16 400 398 第七章 变电所一次设备的选择及校验

电气设备选择的条件

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，选择导线和电缆截面计算时必须满足下列条件。 1、发热条件

导线和电缆(包括母线)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允许温度。 2、电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

3、经济电流密度

35KV及以上的高压线路及电压在35KV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。 4、机械强度

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。对长距离大电流及35KV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。

1、35kV母线的选择：

可以选择LMY型矩形母线，根据导线和电缆的选择规范可知，35kV及以上的线路宜按经济电流密度选择。

根据年最大负荷小时数Tmax2300h，查的经济电流密度jec=，对于电力变压器高压侧线路，计算电流I30=112A。则：因此经济截面积为：

Aec=I30/Jec=

35KV侧母线处选LMY—25×3铝母线，平放安装，35度时其允许电流为233A，远大于主变压器高压侧的计算电流112A，正常发热时的温度大大低于70摄氏度。

母线热稳定度校验：

假想时间为，则热效应允许最小截面积为 Amin=符合要求。

2、去往各车间车间变电所10KV引出线的选择：

工厂内部10KV配电线路采用电力电缆，根据导线和电缆的选择规范可知，35kV以下的线路宜先按发热条件进行选择。即：

Ial>=I30

则对于此条线路：计算电流I30可取变压器二次侧额定电流363A校验 考虑到机械压力，拉力及性能参数。在设计中选用的是ZLQ20—10000-3x50型粘性油浸纸绝缘铅包铝芯电缆，直埋于地敷设。初选电力电缆的缆芯截面为50mm2

3：35kV架空线的选择

考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以35kV架空线相应的=

6821KvASN= ×=113 A

335Kv3UN即： = ×

根据设计条件 =2300h 取J=mm2

则导体经济截面面积 S=/J=173/=。

1、选择导线（按照经济电流密度）：

选择LGJ-70钢芯铝绞线，其允许载流量（假设环境温度为30℃）为Ial

＞Igmax，满足电流的要求。

2、热稳定校验（按最大运行方式k2点短路）：

根据设计任务书的条件，变电所的继保护、动作时限不能大于秒，即top =，断路器开短时间toc =，非周期分量等效时间ts =，则：

短路假想时间

=top+toc+=++=

架空线最小截面积

2QD23.932.05Smin= =103=<70mm C87S＞Smin，满足热定的要求。 4 10kV母线的选择

考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以10kv母线相应的= 即：

= ×

6.82SN= ×=

311.53UN1、选择母线（按照最大工作电流）：

选择40x4单条矩形铝导体平放作母线，面积为S=160mm2，平放时，长期允许载流量为Ia1=480A，导体最高允许温度为70℃，根据工作环境温度为30℃的条件，查综合修正系数K=：

=k×Ia1=×480=451a＞满足载流量的要求。

2、热稳定的校验（按最大运行方式k2点短路）：

根据设计任务书的条件，配电所的继保动作时限不能大于秒，即top=，断路器开短时间toc =，非周期分量等效时间ts =,则:

短路假想时间tima=top+toc+=++=。 母线最小截面积

2QD23.931.55= =103=<160mm C87S＞

3、动稳定校验：

，满足热定的要求。

取跨距L1.5m，相间距离a0.5m， 硬铝最大允许应力a170106pa，

抗弯矩Wbh2/6(5103)(25103)2/65.2107m3 相间电动力fph1.73107ich/a 最大相应力phfph L2/10W

al ＞ph，满足动稳定的要求。 电缆及母线选择一览表

项目 35KV架空线的选择 电缆或母线型号 LGJ-70 截面（mm2） 70 235KV母线的选择 去往车间变电所引出线 10KV母线的选择 LMY—25×3 ZLQ20—10000-3x50 LMY—40×4 75 50 160 185 10KV架空线线的选择 LJ-185 35KV侧高压电器设备的选择与校验

35kV高压侧的断路器的选择 1、35kV断路器参数选择 (1)额定电压选择：

≥

=35kV ≥

=

× =35 × =

(2)最高工作电压选择：(3)额定电流选择：≥

考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，根据规定，在发电机、变压器回路一般考虑倍的额定电流，因此有

即：

= ×

SN==

3UN=。

(4)额定开断电流选择：≥=

≥

(5)额定短路关合电流选择：

根据以上数据可以初步选择SN10－35I型断路器其参数如下：

表3-5 SN10－35I型少油户内式断路器主要技术参数

SN10－35I型户内断路器 额定电压 动稳定电流峰值 4S热稳定电流 In=1000A Ioc=16 额定合闸时间 固有分闸时间 45kA 16kA 主要技术参数 最高工作电压 额定电流 额定开断电流 2、35kV断路器校验 （1）校验热稳定：

计算时间 tima=

Qk=Ik2x tima =

= 162×4 = 1024 ，满足要求。

≥

即

（2）检验动稳定：

即：Ish=故35kV进线侧断路器选择户外SN10－35I型少油式户内断路器能满足要求。

2 35kV高压侧的隔离开关的选择 1、35kV侧隔离开关参数选择 （1）额定电压选择：

≥

=35kV ≥

=

× =35 × =

（2）最高工作电压选择：（3）额定电流选择：≥

考虑到隔离开关是与相应的断路器配套使用，所以相应回路的In应与断路器相同，即：In =1000A (4)额定开断电流选择：

≥=

≥

(5)额定短路关合电流选择：

根据以上数据可以初步选择GN4－35II(D)W型隔离开关，其参数分别如下：

表3-6 GN4－35II(D)W型隔离开关主要技术参数

GN4－35II(D)W型隔离开关 额定电压 动稳定电流峰值 4S热稳定电流 In=1000A 20kA 主要技术参数 最高运行电压 额定电流 2、35kV隔离开关校验

（1）校验热稳定（下列时间均取自对应断路器，后备保护取2S）：

即

计算时间 = + = + 2=

Qk=Ik2x tJS =

= 202×4 = 1600

即

（2）检验动稳定：

即：

，满足要求。 ≥

=50kA, 满足要求

故35kV进线侧断路器选择GN4－35II(D)W型隔离开关能满足要求。 3 35kV高压进线侧的电流互感器的选择

电流互感器又称变流器，从基本结构和工作原理来说，互感器就是一种特殊的变压器。电流互感器的结构特点是一次绕组匝数很少，有点甚至没有一次绕组，一次绕组导体相当粗；二次绕组匝数很多，导体很细。工作时，一次绕组接在一次电路中，二次绕组则与仪表、继电器等的电流线圈串联组成闭合回路。由于电流线圈的阻抗较小，所以在电流互感器工作时二次回路接近于短路状态。 1、35kV主变侧电流互感器的配置原则 （1）对直接接地系统，一般按三相配制；

（2）本站35kV配电装置为户内式，因此电压互感器也为户内油浸式； （3）根据设计任务书要求，本所计量在35kV侧，因此为满足保护和测量、计费的需要，电流互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，其中保护分为主保护、后备保护、备用，共计需要5个绕组。 2、35kV主变侧电流互感器的一次回路额定电压的选择

电流互感器的一次额定电压选择必须满足：3、35kV主变侧电流互感器的一次回路额定电流的选择

电流互感器的一次额定电流选择必须满足：—电流互感器的一次额定电流

—电流互感器一次最大工作电流

考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的

6.8SN= ×=

3353UN=，

即：= ×

因此电流互感器的一次额定电流可选用与此匹配的等级=200 A。 有校验可知，热稳定倍数和动稳定倍数均合格。

4、准确度的选择

按照常规设计，一般二次绕组准确度选择：计量绕组级、测量绕组级，保护绕组10P级。

5、型号、参数的选择

根据上述选择，最终35kV主变侧电流互感器型号及参数为：户内油浸式LB-35kV 30VA一组，户内油浸式LB-35kV 30VA一组，户内油浸式LB-35kV 10P 30VA三组，其电流比均为200/5A。 4 35kV电压互感器的参数计算与选择

1、35kV电压互感器的配置原则：

1）为监视线路电压和满足计量、保护装置的需要，在35kV的进线侧装设三相电压互感器。本站35kV配电装置为户内式，因此电压互感器也为户内油浸式。电压互感器一般采用电容均压式电压互感器（TYD）；

2）根据35kV保护和测量、计费的需要，电压互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，对应的组别分别为：一次侧星形，二次侧计量测量、保护为星形，单相接地监测为开口三角。 2、一次额定电压选择

互感器的一次额定电压选择必须满足：一次额定电压为

，允许一次电压波动范围为U=35kV±10%。

3、二次额定电压选择

根据一次绕组接入方式为接入相电压上，电压互感器测量、计量和保护绕组二次额定电压为

，单相接地绕组二次额定电压为

4、额定容量选择

为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的

额定容量。

即：Se2 ≥S2 S2 = + +

+

— 测量仪表电流线圈容量

— 继电器容量 — 连接导线容量 — 接触电阻容量

按照常规设计，一般二次绕组额定容量为：计量、测量45VA，保护、接地监测30VA。

5、准确度选择

按照设计任务书要求，本所计量在35kV侧，因此二次绕组准确度选择：计量、测量绕组级，保护绕组10P级，单相接地监测绕组10P级。

6、型号、参数选择

根据上述选择，最终35kV电压互感器型号及参数为： 户内油浸式JDJJ2- 35kV

45VA两组，户内油浸式JDJJ2- 35kV

10P 30VA一组。

10KV侧电气设备的选择与校验 1 10kV低压侧的断路器的选择 1、10kV断路器参数选择 （1）额定电压选择：

≥

=10kV ≥

=

× =10 × =

（2）最高工作电压选择：（3）额定电流选择：≥

考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，根据规定，在发电机、变压器回路一般考虑倍的额定电流，因此有

=。

即： = ×

6.8SN= ×=

311.53UN（4）额定开断电流选择：≥=

≥

（5）额定短路关合电流选择：

根据以上数据可以初步选择 SN10－10型少油户内式断路器其参数如下：

表3-7 SN10－10型少油户内式断路器主要技术参数

SN10－10型少油户内式断路器 额定电压 主要技术参数 动稳定电流峰值 4S热稳定电流 额定合闸时间 I0c=16KA 固有分闸时间 40KA 16kA 最高工作电压 额定电流 额定开断电流 2、10kV断路器校验

（1）校验热稳定：校验热稳定：（1）校验热稳定：

计算时间 tima=

Qk=Ik2x tima =

= 162×4 = 1024 ，满足要求。

≥

即

（2）检验动稳定：

即：Ish=16KA故35kV进线侧断路器选择户外SN10－10I型少油式户内断路器能满足要求。

2 10kV侧隔离开关的选择

由于后面在选择了KYN28A-12（VE）的手车式高压开关柜，10kV高压断路器等高

压设备就安装手车上，需要检修时断路器等高压设备时，可随时拉出手车，已经起到隔离开关的作用，所以本设计没有必要再另外选择10kV高压隔离开关。

3 10kV变压器低压侧的电流互感器的选择

1、10kV主变侧电流互感器的配置原则：

1）对非直接接地系统，可按三相或两相配制，一般进线侧按三相配置，馈线侧按两相配置；

2）本站10kV配电装置为户内式，因此电压互感器也为户内干式绝缘； 3）根据10kV保护和测量、计费的需要，电流互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，共计需要3个绕组。 2、10kV主变侧电流互感器的一次回路额定电压的选择

电流互感器的一次额定电压选择必须满足：3、 10kV主变侧电流互感器的一次回路额定电流的选择

电流互感器的一次额定电流选择必须满足：—电流互感器的一次额定电流 —电流互感器一次最大工作电流

考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的

6.8SN= ×=

311.53UN=，

即：= ×

因此电流互感器的一次额定电流可选用与此匹配的等级=400A。 4、准确度的选择

按照常规设计，一般二次绕组准确度选择：计量、测量绕组级，保护绕组10P级。

5、型号、参数的选择

根据上述选择，最终10kV主变侧电流互感器型号及参数为：户内干式LZZJB6-10kV 30VA一组，户内干式LZZJB6-10kV 30VA一组，户内干式LZZJB6-10kV 10P 30VA一组，其电流比均为400/5A。 4 10kV电压互感器的参数计算与选择 1、10kV电压互感器的配置原则：

（1）为监视线路电压和满足计量、保护装置的需要，在10kV的I、II段母线侧装设三相电压互感器。本站10kV配电装置为户内式，因此电压互感器也为户内干式。

（2）根据10kV保护和测量、计费的需要，电压互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，对应的组别分别为：一次侧星形，二次侧计量测量、保护为星形，单相接地监测为开口三角。 2、一次额定电压的选择

互感器的一次额定电压选择必须满足：一次额定电压为

，允许一次电压波动范围为U=10kV±10%。

3、二次额定电压的选择

根据一次绕组接入方式为接入相电压上，电压互感器测量、计量和保护绕组二次额定电压为

，单相接地绕组二次额定电压为

4、额定容量的选择

为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷S2应不大于该准确级所规定的额定容量

。

即：Se2 ≥S2 S2 = + +

+

— 测量仪表电流线圈容量 — 继电器容量 — 连接导线容量 — 接触电阻容量

按照常规设计，一般二次绕组额定容量为：计量、测量75VA，保护、接地

监测30VA。

5、准确度的选择

根据惯例，二次绕组准确度选择：计量、测量绕组级，保护绕组10P级，单相接地监测绕组10P级。 6、型号、参数的选择

根据上述选择，最终10kV电压互感器型号及参数为：户内干式JDZJ1- 10kV 75VA/ 75VA/ 10P 30VA / 10P 30VA。

户内干式JDZJ1- 10kV

75VA四组，户内干式JDZJ1-

10kV 10P 30VA两组。

5 10kV高压柜的选择

根据上文所述：10kV采用户内高压开关柜，选择型号为KYN28A-12的手车式开关柜，高压断路器等主要电气设备安装手车上，高压断路器等设备需要检修时，可随时拉出手车，然后推入同类备用手车，即可恢复供电。柜体规格为800×1700×2300。

电气设备汇总

综上所述，电气设备汇总如下表所示。

表 电气设备汇总

设备型号规格 安装地点 断路器 35KV侧 10KV侧 SN10－35 SN10－10 隔离开关 GN－35II(D)W 电流互感器 LB-35kV 电压互感器 JDJJ2- 35kV 高压柜 LZZJB6-10kV JDZJ1- 10kV KYN28A-12 第八章 电力系统的继电保护

一.概述

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：

（1）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； （2）绕组的匝间短路；

（3）外部相间短路引过的过电流；

（4）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； （5）过负荷； （6）油面降低；

（7）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的车间变电所主变压器来说，通常装设有带时限的过电流

保护；如过电流保护动作时间大于～时，还应装设电流速断保护。容量在800KV·A及以上的油浸式变压器和400KV·A及以上的车间内油浸式变压器，按规定应装设瓦斯保护（又称气体继电保护）。容量在400KV·A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轻微故障时（通称“轻瓦斯”），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”），一般均动作于跳闸。

对于高压侧为35KV及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。但是如果单台运行的变压器容量在10000KV·A及以上和并列运行的变压器每台容量在6300KV·A及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。

在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、过负荷保护和瓦斯保护。对于由外部相间短路引起的过电流，保护应装于下列各侧： 1）、对于双线圈变压器，装于主电源侧 2）、对三线圈变压器，一般装于主电源的保护应带两段时限，以较小的时限断开未装保护的断路器。当以上方式满足灵敏性要求时，则允许在各侧装设保护。 各侧保护应根据选择性的要求装设方向元件。 3）、对于供电给分开运行的母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个供电支路上装设保护。 4）、除主电源侧外，其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护，而不要求作为变压器内部故障的后备保护。 5）、保护装置对各侧母线的各类短路应具有足够的灵敏性。相邻线路由变压器作远后备时，一般要求对线路不对称短路具有足够的灵敏性。相邻线路大量瓦斯时，一般动作于断开的各侧断路器。如变压器高采用远后备时，不作具体规定。 6）、对某些稀有的故障类型（例如110KV及其以上电力网的三相短路）允许保护装置无选择性动作。

二.设计中继电保护的配置 变压器容量 （KVA） — <400 — — — — 带时限过电流保护 电流速断保护 保护装置名称 温过负荷保护 瓦斯保护 度保护 ≥315kVA的车间内油变压器装设 车间内变压器装设 一般用高压 断器保护 备注 纵连差动单相低压侧接 保护 地保护 — 400～630 高压侧采用断路器时高压侧采用断路器且— 装设 并联运行的变压器装设，作为其— 一般采用GL型 装设 800 过电流保护时限>时装设 — 他备用电源的变压器根据过负荷的可能性装设 继电器兼作过电 流及电流速断 保护 1000~1600 装设 并联运行的当电流及电流速断 变压器装流速设，作为其断保保护 他备用电源装设 2000护不装的变压器根能满～ 据过负荷的足灵设 可能性装设 5000 敏性要求时装设 根据GB-50062-1992可得本设计中： 主变压器配置瓦斯保护、电流速断保护、过电流保护、过负荷保护。 35kV进线配置有电流速断保护，过电流保护。 10kV线路配置有过电流保护。 三.保护的整定

1、变压器继电保护的整定计算： ⑴电流速断保护：

电流速断保护动作电流（速断电流）的整定计算公式 Iqb = Krel×Kw×(Kr×Ki) = 647A

为变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值；

Krel可靠系数，对DL型继电器取～，对GL型继电器取～； Kt变压器的电压比；

Kw为保护装置的接线系数，对相电流接线取1，对相电流差接线取3 Ki电流互感器的变流比

对于本设计采用GL型继电器，=,Krel=,kt=,kw=1,ki=40 电流速断保护灵敏系数的校验

Sp=KwIkmin/KiIqb>2

Ikmin在电力系统最小运行方式下，变压器高压侧的两相短路电流 所以满足GB50062-92 中的规定。 ⑵过电流保护的整定计算

过电流保护动作电流的整计算定公式

Iop=（~3）KrelKwI1nt/KreKi=4A I1nt为变压器一次额定电流 Kre为返回系数。

过电流保护动作时间的整定计算公式

过电流保护时限>时装设 — — — 一般采用GL型 继电器兼作过电 t1>t2+Δt

式中t1在变压器低压母线发生三相短路时高压侧继电保护的动作时间 t2变压器低压侧保护在低压母线发生三相短路时最长的一个动作时间；

Δt前后两级保护装置的时间差，对定时限过电流保护，可取，对反时限过电流保护，可取；

Δt 由供电部门提供的技术要求，要求工厂总降压变电所的过电流保护整定时间不大于，本设计中取。

过电流保护的灵敏系数的校验公式

Sp=KwIkmin/kiIop=9>

符合要求。

⑶变压器过负荷保护：

Iop=为电流互感器的电流比，这里取40，I1nt=104A

Iop=

主变压器保护的与原理接线图如图8-1

4）变压器的瓦斯保护 瓦斯保护，又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。按GB50062—92规定，800KV·A及以上的一般油浸式变压器和400KV·A及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。 瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。为了使油箱内产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，变压器安装应取1%～%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有 2%～4%的倾斜度。

当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使其力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通而接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”。 当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。这大量的油气混合体在经过气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”。 如果变压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽。先是继电器的上油杯下降，发出报警信号，接着继电器内的下油杯下降，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。

变压器瓦斯保护动作后的故障 变压器瓦斯保护动作后，可由蓄积于气体继电器内的气体性质来分析和判断故障的原因几处理要求，如下表：

2、35kV线路继电保护的整定计算：

对于35～66kV得单电源供电线路可采用一段电流速断保护作为主保护，并应

以带时限过电流保护做后备保护。 1:电流速断保护的整定计算。

电流速断保护动作电流（速断电流）的整定计算公式： Iqb = Krel×Kw×Ikmax/Ki =

Ikmax：被保护线路末端的三相短路电流；

电流速断保护灵敏系数的校验公式：

Sp=KwIkmin/KiIqb-1=>2

Ikmin取被保护线路首端得两相短路电流。 Iqb-1速断电流折算到一次电路的值。

3、10kV母线继电保护的整定计算： 过电流保护动作电流的整计算定公式

Iop=KrelKwILmax/KreKi=

Ilmax为线路上的最大负荷电流可取（）I30。 Krel取 ，Ki取80。Kw此处取1，两相两继电器式。 Kre为返回系数取。

过电流保护动作时间的整定计算公式 t1>t2+Δt

Δt前后两级保护装置的时间差，对定时限过电流保护，可取，对反时限过电流保护，可取；

过电流保护的灵敏系数的校验公式

Sp=KwIkmin/kiIop=>

符合要求。

第九章 电测量仪表与绝缘监视装置

一.电测量仪表

这里的“电测量仪表”按GBJ63—90《电力装置的电测量仪表装置设计规范》的定义，“是对电力装置回路的电力运行参数所经常测量、选择测量、记录用的仪表和作计费、技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。” 为了监视供电系统一次设备（电力装置）的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行，工厂供电系统的电力装置中必须装设一定数量的 （1）电测量仪表。

电测量仪表按其用途分为常用测量仪表和电能计量仪表两类，前者是对一次电路的电力运行参数作经常测量、选择测量和记录用的仪表，后者是对一次电路进行供用电的技术经济考核分析和对电力用户用电量进行测量、计量的仪表，即各种电度表。

（2）变配电装置中各部分仪表的配置

供电系统变配电装置中各部分仪表的配置要求如下：

1. 在工厂的电源进线上，或经供电部门同意的电能计量点，必须装设计费的有供电度表和无功电度表，而且宜采用全国统一标准的电能计量柜。为了解负荷电流，进线上还应装设一只电流表。

2. 变配电所的每段母线上，必须装设电压表测量电压。在中性点非有效接地的（即小接地电流的）系统中，各段母线上还应装设绝缘监视装置。如出线很少时，绝缘监视电压表可不装设。

3. 35～110/6～10KV的电力变压器，应装设电流表、有功功率表、无功功率表、有功电能表和无功电能表各一只，装在哪一侧视具体情况而定。 6～10/3～6KV的电力变压器，在其一侧装设电流表、有功和无功电度表各一只。6～10/的电力变压器，在高压侧装设电流表和有功电度表各一只，如为单独经济核算单位的变

压器，还应装设一只无功电度表。 4. 3～10KV的配电线路，应装设电流表、有功和无功电度表各一只。如不是送往单独经济核算单位时，可不装无功电度表。当线路负荷在5000KV·A及以上时，可再装设一只有功功率表。 的电源进线或变压器低压侧，各相应装一只电流表。如果变压器高压侧未安装设有功电度表一只。 6.低压动力线路上，应安装一只电流表。低压照明线路及三相负荷不平衡率大于15%的线路上，应装设三只电流表分别测量三相电流。如需计量电能，一般应装设一只三相四线有功电度表。对负荷平衡的动力线路，可只装设一只单相有功电度表，实际电能按其计度的3倍计。

7.并联电力电容器组的回路上，应装设三只电流表，分别测量三相电流，并应装设一只无功电度表。 二、绝缘监视装置

绝缘监视装置用于非直接接地的电力系统中，以便及时发现单相接地故障，设法处理，以免故障发展为两相接地短路，造成停电事故。 6～35kV系统的绝缘监视装置，可采用三个单相三绕组互感器或三个五芯柱三绕组电压互感器。接成Y0的二次绕组，其中三只电压表均接各相的相电压。当一次电路某一项发生接地故障时，电压互感器二次侧的对应相电压表读数指零，其他两相的电压表读数则升高到线电压。由指零电压表所在相即可知道该相发生了单相接地故障。图中电压互感器接成开口三角形的辅助二次绕组，构成零序电压过滤器，供电给一个过电压继电器。在系统正常运行时，开口三角形的开口处电压接近于零，继电器不动作。当一次电路发生单相接地故障时，将在开口三角的开口处出现近100V的零序电压使得电压继电器动作，发出报警的灯光信号和音响信号。

第十章 防雷与接地

一.防雷 1.防雷设备

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。 2.防雷措施

1. 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。

2.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FS-41 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如下表。 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），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。

在本设计中，配电所屋顶及边缘敷设避雷带，其直径为8mm的镀锌圆钢，主筋直径应大于或等于10mm的镀锌圆钢。 二、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。

2.确定此配电所公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢 （1）确定接地电阻

按相关资料可确定此配电所公共接地装置的接地电阻应满足以下两个条件： RE ≤ 120V/IE RE ≤ 10Ω 式中IE的计算为

IE = IC = 35×+35x1)/350 = 故 RE ≤ 120V/ = 20Ω

综上可知，此配电所总的接地电阻应为RE≤10Ω （2）接地装置初步方案

现初步考虑围绕变电所建筑四周，距变电所2～3m，打入一圈直径50mm、长的钢管接地体，每隔5m打入一根，管间用40×4mm2的扁钢焊接。 （3）计算单根钢管接地电阻

查相关资料得土质的ρ = 300Ω·m

则单根钢管接地电阻RE(1) ≈ 300Ω·m/ = 120Ω （4）确定接地钢管数和最后的接地方案

根据RE(1)/RE = 120/10= 12。但考虑到管间的屏蔽效应，初选15根直径50mm、长的钢管作接地体。以n = 15和a/l = 2再查有关资料可得ηE ≈ 。n = RE(1)/(ηERE) = 120/×10)Ω ≈ 18

考虑到接地体的均匀对称布置，可选18mm根直径50mm、长的钢管作 地体，用40×4mm2的扁钢连接，环形布置。 选择双针等高避雷 主要

《工厂供电》刘介才 机械工业出版社

《工厂供电设计与实验》王荣藩 天津大学出版社 《实用供配电技术手册》刘介才 中国水利水电出版社

因此可得