李亮的毕业论文

中 南 大 学本科生毕业论文(设计)题目厂总降压变电所的设计与研究 李亮 李飞 中南林学院 电气 2010.11.21学生姓名 指导教师 学 院 专业班级 完成时间中南林学院电气自动化 2010 年 11 月 11 日目录目摘录要 ................................................................... I 绪论 .............................................................. 1Abstract ................................................................. II 第一章 1.1 工厂总平面布置图 .................................. 错误！未定义书签。 1.2 供用电协议 ........................................................ 1 1.3 电力系统中性点运行方式及低压配点系统接地型式 ................... 2 1.4 工厂供电设计的内容与程序、要求 .................................... 3 1.5 设计内容及步骤 .................................................... 3 第二章工厂的电力负荷及其计算 ....................................... 52.1 电气负荷与无功功率的补偿 .......................................... 5 2.2 电力负荷计算及无功功率补偿 ......................................... 6 2.3 功率补偿 ........................................................... 8 2.4 补偿后的变压器容量和功率因数 ....................................... 9 2.5 变压器的选择 ...................................................... 10 第三章 短路电流及其计算 ................................................. 12 3.1 短路的原因、后果及其形式 .......................................... 12 3.1.1 短路的原因 .................................................. 12 3.1.2 短路的后果 .................................................. 12 3.1.3 短路的形式 .................................................. 13 3.1.4 短路电流计算的目的及方法 .................................... 13 3.2 相关的计算公式及其计算过程 ........................................ 14 3.2.1 短路计算点的选取 ............................................ 14 3.2.2 相关的计算公式 .............................................. 14 3.2.3 短路计算过程 ................................................ 15 第四章 所一次设备及进出线的选择与校验 ................................... 18 4.1 设备选型及稳定性校验 ............................................. 18 4.2 电压、电流互感器选型与校验 ....................................... 19 4.3 变电所进出线的选择 ............................................... 20 第五章 降压变电所二次回路的选择及继电保护设计 ........................... 22 5.1 二次回路 ......................................................... 22 5.2 主变压器保护设置 ................................................. 23 5.3 主变压器保护设计相关的计算 ....................................... 24 第六章 降压变电所防雷与接地设计 ......................................... 27第七章 主结线方案的选择 ................................................. 29 7.1 变配电所主结线的选择原则 ......................................... 29 7.2 主结线方案选择 ................................................... 29 小 致 结 ................................................................... 32 谢 ................................................................... 34 参考文献 ................................................. 错误！未定义书签。-3-摘要摘要工厂供电，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 现代工业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发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要 的意义。 关键词：工厂供电；控制；调节；测量IAbstractAbstractThe factory supplies power, mean supply and distribution of the necessary electric energy of the factory, also call the factory distribution. As everyone knows, the electric energy is main energy and motive force of modern industrial production. Electric energy easy to come from energy transfer of other forms , and easy to change other energy of form into in order to supply with , spend; The simple economy of distribution of the transport of the electric energy, easy to control , regulate and measure again, help to realize the automation of production process in the factory, though electric energy is main energy and power of industrial production, but the specific gravity that it accounts for in the cost of goods is very small the same (besides electric chemical industry). The electric energy does not lie in in the importance for producing China of industry how much the proportion accounted for that it is in cost of goods or in total investment is, and lie in industrial production realizes electrification can increase the output greatly afterwards, improve product quality, raise labour productivity , reduce the production cost, lighten workers' labour intensity, improve workers' labour condition , help to realize the production process is automized. Say from the other side, if the electric energy of the factory is supplied and cut off suddenly, may cause the serious consequence to industrial production. So, do the work of supplying power in the factory well for developing industrial production and realize the industrial modernization, have very important meanings. Because thrift of energy is an important respect of supplying power work of factory. Keywords: factory supplies power；control ；regulate ；measure again第一章绪论第一章1.1 工厂总平面布置图绪论水泵房 NO1 铆焊车间 NO3机修车间 锻造车间 空压站 NO4 木型车间 木型库综合楼NO1铸钢车间NO1 NO2铸铁车间制材场NO2水塔 水泵房 砂库砂库 污水提升站北NO5锅炉 房 仓库车间变电所 仓库比例 1：5000图1.1工厂总平面布置图1.2 供用电协议 1）工厂电源从供电部门某220/35kV变电站以双回架空线路引入本厂，其中一路为工作 电源，另一路作为备用电源，两个电源不并列运行，变电站距厂东侧8km。 2）系统的短路数据如表2所示，其供电系统如图1.2所示。 3）供电部门对工厂提出的技术要求： （1）区域变电站35kV馈电线路定时限过流保护装 置的整定时间top=2s,工厂总降压变电所保护动作时间不得大于1.5s.(2) 工厂在总降 压变电所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0.9。 4）供电贴费和每月电费制 供电贴费为300元/kVA,每月电费按两部电费制， 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 5）工作负荷性质 本厂为三班制，年最大有功利用小时为6000h,属二级负荷 6）工厂自然条件1电气工程系毕业论文（设计说明书）(1)气象条件 年最高气温380C,年平均气温230C,年最低气温-80C，年最热月平均最高气温330C,年 最热月平均气温260C,年最热月地下0.8m处平均温度250C,常年主导风向为南风，覆冰厚 度5mm年平均暴日数20d (2)地址水文资料 平均海拔 50m 地层以砂粘土为主，地下水位 3～5m区域变电站∞系统top=2s8km（工作电源）工厂总降 压变电所（备用电源）220kV220/35KV35kV区域变电站 35kV 母线短路数据 系统运行方式系统最大运行方式系统短路数据 Sk.max ＝600MVA(3)系统运行方式系统最小运行方式系统短路数据 Sk.min ＝280MVA(3)1.3电力系统中性点运行方式及低压配点系统接地型式 在三相交流电力系统中，作为供电电源的发电机和变压器的中性点由三种运行方式： 一种是电源中性点不接地； 一种是中性点经阻抗接地； 再有一种是中性点直接接地。 我国 110kV 及以上的系统， 则都采用中性点直接接地运行方式。 我国 3~66kV 系统， 特别是 3~10kV 系统，一般采用中性点不接地的运行方式。220V/380V 低压配电系统广 泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线（neutral wire，代号 N） 、保护线 （protective wire,代号 PE）或保护中性线（PEN wire, 代号 PEN） 。 按照国家标准 GB50052-95《供配电系统设计规范》 、GB50053-94《10kV 及以下变 电所设计规范》 、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须 遵循以下一般设计原则： （1）遵循规程、执行政策 （2）安全可靠、先进合理 （3）近期为主、考虑发展 必须遵守国家的有关规程和标准，执行国家的有关方 应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量 应根据工程特点、规模和发展规划，正确处理近期建 针政策，包括节约能源、节约有色金属等技术经济政策。 合格，技术先进和经济合理，采用效率高、消耗低和性能较先进的电气产品。 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。第一章绪论（4）全局出发，统筹发展必须从全局出发，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。 1.4 工厂供电设计的内容与程序、要求 工厂供电设计包括变配电所设计、配电线路设计等。 工厂供电设计，通常分为扩大初步设计和施工设计两个阶段。大型设计，也有分为 初步设计、技术设计和施工设计三个阶段，或分为方案设计、初步设计和施工设计三个 阶段的。如果设计任务紧迫，设计规模较小，又经技术论证许可时，也可直接进行施工 设计。 1.5 设计内容及步骤 全厂降压变电所的设计，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。其基本内容有以下几方面。 1、负荷计算 全厂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、工厂降压变电所主接线设计 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、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。 5、改善功率因数装置设计 按负荷计算求出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。 6、变电所高、低压侧设备选择3电气工程系毕业论文（设计说明书）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。 7、继电保护及二次回路主接线设计 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接线系统， 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。 8、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。 9、专题设计 10、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工厂的电力负荷及其计算第二章2.1 电气负荷与无功功率的补偿工厂的电力负荷及其计算电力负荷又称电力负载（electric power load） 。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） ，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。工厂的电力负荷，按 GB50052－95 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类： 一级负荷(first order load) 一级负荷为中断供电将造成人身伤亡者； 或者中断供电将在政治、 经济上造成重大 损失者。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，因此要求由两个 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。 二级负荷(second order load) 二级负荷为中断供电将在政治、 经济上造成较大损失者。 二级负荷要求优良回路供 电，供电变压器也应由两台（这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。 三级负荷(third order load) 三级负荷为一般电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷者。 连续工作制（continuous running duty-type） ，是指设备在恒定负荷下运行，且 运行时间长到足以使之达到平衡状态。 短时工作制（short-time duty-type） ，是指设备在恒定负荷下运行的时间短（短 于达到热平衡所需的时间） ，而停歇时间长（长到足以使设备温度冷却到周围介质的温 度） 。 断续周期工作制（intermittent periodic duty-type） ，是指设备周期性的时而工 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。 年最大负荷（annual maximum load）P max ，就是全年中负荷最大的工作班内（这 一工作班的最大负荷不是偶然出现的，而是全年至少出现过 2~3 次）消耗电能最大的半 小时的平均功率，因此年最大负荷也称为半小时最大负荷 P 30 。 年最大负荷利用小时（utilization hours of annual maximum load）又称为年最 大负荷使用时间 T max ， 它是一个假想时间， 在此时间内， 电力负荷按年最大负荷 P max （或 P 30 ）持续运行所消耗的电能，恰好等于该电力负荷全年实际消耗的电能。本设计某厂 T max =6000h 平均负荷（average load）P av ，就是电力负荷在一定时间 t 内平均消耗的功率， 也就是电力负荷在该时间 t 内消耗的电能 W t 除以时间 t 的值。5电气工程系毕业论文（设计说明书）2.2 电力负荷计算及无功功率补偿 某厂共有铸钢车间、铸铁车间、砂库、铆焊车间、水泵房、空压站、机修车间、 锻造车间、木型车间、制材场、综合楼、锅炉房 、仓库 、污水提升站等用电单位。 全厂各车间的设备安装容量、负荷如下表 各车间 380V 负荷计算表 车间名称 设 备 Kd 容 量 KW 铸钢车间 铸铁车间 砂库 铆焊车间 1#水泵房 空压站 机修车间 锻造车间 木型车间 制材场 综合楼 锅炉房 2#水泵房 1600 1300 110 1600 40 420 220 220 200 30 30 300 30 0.35 0.3 0.6 0.35 0.65 0.7 0.3 0.35 0.45 0.4 0.8 0.8 0.7 0.4 0.8 0.6 0.65 0.7 0.5 0.75 0.7 0.7 0.6 0.6 0.7 1 0.75 0.8 0.7 0.8 1.33 1.17 1.02 1.73 0.88 1.02 1.02 1.33 1.33 1.02 0 0.88 0.75 1.02 0.88 560 390 66 560 26 294 66 77 90 12 24 240 21 40 12. 8 (1) 有功功率同时系数 0.9 P 30 为各用电单位或车间有功功率之和再乘以同时系数，则得出结果 2231 kW。 (2) 无功功率同时系数 0.95 Q 30 为共用电单位或车间无功功率之和再乘以同时系数，则得出结果 2826.6 kvar。 (3) 视在功率 744.8 933 456.3 600 968.8 1120 22.88 35 299 420 67.32 94 102.4 128 119.7 150 12.24 17 0 24 211.2 320 15.75 26 40.8 11.2 57 16 1419 912.7 1704 53.2 638.9 143 194.7 228 25.86 36.5 468.8 40 86.7 24.33 Cosφ tanφ P30 Q30 计算负荷 S30 I3067.32 94.28 143.4仓库 （1， 2） 100 污水提升站 16第二章工厂的电力负荷及其计算S 30 = P30  Q30 =3600 kV·A2 2(4) 最大负荷时的功率因数 cos  = P 30 / S 30 =2231/3600=0.62 6KV负荷的车间总负荷： 铸钢车间： 有功功率： P30 = Pe×Kd=2×1000×0.85=1700 kW 无功功率: 视在功率: 计算电流: 铸铁车间： 有功功率： P30 = Pe×Kd=2×240×0.9=432 kW 无功功率: 视在功率: 计算电流: 空压站： 有功功率： P30 = Pe×Kd=2×210×0.85=357kW 无功功率: 视在功率: 计算电流: Q30 = P30×tgφ =357×0.48=171.4 kVA S3O = P30/Cosφ =171.4/0.9=396.7kVA I30 = S30/( 3 UN )=396.7/（1.73×6）=38.2A 各车间 6KV 负荷计算表 序 车 间 高 压 设备容 Kd 号 名称 1 2 3 设 备 量 KW 名称 铸 钢 电 弧 2*1200 车间 车间 站 炉 0.9 0.8 0.9 0.8 0.85 0.75 468 352 炉 264 440 42.39 机 铸 铁 工 频 2*260 空 压 空 压 2*220 0.85 0.85 0.75 2040 1530. 8 397.8 52 5 2400 231.2 Cos φ tan φ P30 Q30 计算负荷 S30 I30 Q30 = P30×tgφ =432×0.62=267.8kVA S3O = P30/Cosφ =432/0.85=508.2kVA I30 = S30/( 3 UN )=508.2/（1.73×6）=48.9A Q30 = P30×tgφ =1700×0.62=1054kVA S3O = P30/Cosφ =1700/0.85=2000kVA I30 = S30/( 3 UN )=2000/（1.73×6）=192.5A6KV 车间总负荷计算 (1) 有功功率同时系数 0.97电气工程系毕业论文（设计说明书）P 30 为各用电单位或车间有功功率之和再乘以同时系数，则得出结果为 2574KW (2) 无功功率同时系数 0.95 Q 30 为共用电单位或车间无功功率之和再乘以同时系数，则得出结果为 2083kvar。 (3) 视在功率 S 30 = P30  Q30 ==3311 kV·A2 2(4) 最大负荷时的功率因数 cos  = P 30 / S 30 =2574/3311=0.782.3 功率补偿 35KV： (1) 有功功率同时系数 0.9 P 30 为各用电单位或车间有功功率之和再乘以同时系数，则得出结果为 4317KW (2) 无功功率同时系数 0.95 Q 30 为共用电单位或车间无功功率之和再乘以同时系数，则得出结果为 4636kvar。 补偿前的变压器容量和功率因素 变压器高压侧的视在计算符合为 S30（= P30  Q30 =6335 kV·A2 26KV: 补偿前的变压器容量和功率因素 变压器高压侧的视在计算符合为 S 30 = P30  Q30 =3311 kV·A2 2这时变电所高压侧的功率因素为 35KV：cos  = P 30 / S 30 =4317/6335=0.68 6KV：cos  = P 30 / S 30 =2574/3310=0.78 按规定变电所高压侧的 35KV 的 cos   0.90， 10KV 的 cos   0.95 考虑到变压器的 无功功率损耗Δ Q T 远大于有功功率损耗Δ P T ,一般Δ Q T =（4～5）Δ P T ，因此在变压器 低压侧补偿时，低压侧补偿后的功率因数应略高于 0.90,这里取 cos   =0.93。 将高压侧功率因数由 0.68 提高到 0.93，6KV 低压侧功率因数由 0.78 提高到 0.95 低压侧必须装设的无功补偿装置容量为第二章工厂的电力负荷及其计算综合考虑在这里采用并联电容器进行高压集中补偿 35KV：Q C = P 30 ( tan  —tan   )=4317×(tan arccos0.68－tan arccos0.93) =4317×(1.07－0.395)kW=3243kvar 取 Qc=3600 Kvar 选择电容器 9×BKMJ0.4-20-3 2.4 补偿后的变压器容量和功率因数 35KV 无功补偿后，变电所低压侧的视在计算负荷为 S 30 ( 2 ) = P30  Q30 =4536kV·A2 2变压器的功率损耗为： △QT = 0.06 S30′= 0.06 × 4536 = 272 Kvar △PT = 0.015 S30 ′= 0.015 ×4536=68 Kw 变电所低压侧计算负荷为： P30′= 4317+ 68= 4385 Kw Q30′= (4536-3600 )+ 272= 1208Kvar S30′ = P30  Q302 2= 4548 KV .AI30 = S30/( 3 UN )=4548/（1.73×6）=438.1A 无功率补偿后，工厂的功率因数为： cosφ ′= P30′/ S30′= 4385/ 4548= 0.96 则工厂的功率因数为： cosφ ′= P30′/S30′= 0.96≥0.9 因此，符合本设计的要求 6KV： Qc = 2574×（tanarc cos0.78－tanarc cos0.95）Kvar=2574×（0.802－0.33） =1217Kvar 取Qc=1800 Kvar2 2选择电容器6×BKMJ0.4-15-3补偿后的补偿后的变压器容量和功率因数 S30（2）′= P30  Q30 =2590kV·A 变压器的功率损耗为： △QT = 0.06 S30′= 0.06 ×2590 = 155Kvar △PT = 0.015 S30 ′= 0.015 ×2590= 39Kw 变电所高压侧计算负荷为： P30′= 2574+ 39 = 2613Kw Q30′= (2083-1800 )+ 155= 438Kvar9电气工程系毕业论文（设计说明书）S30′ = P30  Q3022= 2649 KV .AI30 = S30/( 3 UN )=2649/（1.73×0.38）=4029A 无功率补偿后，工厂的功率因数为： cosφ ′= P30′/ S30′= 2615/ 2649= 0.99 则工厂的功率因数为： cosφ ′= P30′/S30′= 0.99≥0.95 因此，符合本设计的要求 2.5 变压器的选择 电力变压器是供电系统中的关键设备， 其主要功能是升压或降压以利于电能的合理 输送、分配和使用，对变电所主接线的形式及其可靠性与经济性有着重要影响。所以， 正确合理地选择变压器的类型、台数和容量，是主接线设计中一个主要问题。 （1）高压变电所变压器台数的选择 由于该厂铸造车间、电镀车间和锅炉房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SN.T应同时满足以下两个条件： ① 任一台单独运行时，SN.T=（0.6~0.7）×S30② 任一台单独运行时，SN.T≥S30(I+Π ). ③ 结合以上两点，本降压变电所选5000KV·A的变压器S7/5000/35 二台 35KV选主变电所选5000KV·A的 变压器二台，其主要数据见下表 额定容 型号 量(kVA) S7/5000/35 5000 空载 6.75 短路 36.7 （%） 7 （%） 0.9 Y/  -11 损耗（kW） 阻抗电压 空载电流 连接组6KV变电所选3150 KV·A的变压器二台，其主要数据见下表 额定容 型号 量(kVA) S9-3150/10 3150 空载 3.5 短路 24.3 （%） 5.5 （%） 0.8 Y/  -11 损耗（kW） 阻抗电压 空载电流 连接组各变电所压器容量的选择：第二章工厂的电力负荷及其计算根据设计要求接合计算结果知车变 1 应选择 1000kvA 的变压器二台 （S9-1000/10） ， 车变 2 应选择 630kVA 的变压器二台（S9-630/10） ，车变 3 应选择 1600kVA 的变压器一 台 （S9-1600/10）车变 4 应选择 500kVA 的变压器一台 ， （S9-500/10）车变 5 应选择 400kVA ， 的变压器一台（S9-400/10） 。11电气工程系毕业论文（设计说明书）第三章3.1 短路的原因、后果及其形式 3.1.1 短路的原因短路电流及其计算工厂供电系统要求正常地不断地对用电负荷供电， 以保证工厂生产和生活的正常进 行。但是由于各种原因，也难免出现故障，而是系统的正常运行遭到破坏，系统中最常 出现的故障就是短路（short circuit） 。短路是指不同电位的导电部分之间的低阻性短接。 造成短路的主要原因， 是电气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不合格、绝缘强度不够而被正常电压击穿，或 设备绝缘正常而被过电压（包括雷电过电压）击穿，或者是设备绝缘受到外力损伤而造 成短路。 3.1.2 短路的后果 短路后，短路电流（short-circuit current）比正常电流大很多；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， 即： 1） 短路时要产生很大的电动力和很高的温度， 而是故障元件和短路电路中的其他 元件损坏。 2）短路时电压要骤降，严重影响电气设备的正常运行 3）短路可造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成的损失也 越大。 4） 严重的短路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， 造成系统解列。 5）单相短路，其电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设 备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。第三章短路电流及其计算由此可见，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短路的一 切因素；同时需要进行短路电流计算，以便正确的选择电气设备，使设备具有足够的动 稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。 3.1.3 短路的形式 在三相系统中，可能发生三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路。 三相短路，用文字符号 k (3) 表示。两相短路，用 k ( 2) 表示，单相短路，用 k (1) 表示。 两相接地短路，是指中性点不接地系统中两不同相均发生单相接地而形成的两相短路； 也指两相短路后有接地的情况，它实质上就是两相短路，因此也可用 k ( 2) 表示 三相短路，属对称性短路；其他形式的短路，属非对称短路。 电力系统中，发生单相短路的可能性最大，而发生三相短路的可能性最小。但一般三相 短路的短路电流最大，造成的危害也最严重。为了使电力系统中的电气设备在最严重的 短路状态下也能可靠的工作，因此作为选择校验电气设备用的短路计算中，以三相短路 计算为主。实际上，非对称短路也可以按对称分量法分解为对称的正序、负序和零序分 量法来研究，所以对称的三相短路分析也是分析研究非对称短路. 3.1.4 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） 。13电气工程系毕业论文（设计说明书）3.2 相关的计算公式及其计算过程 3.2.1 短路计算点的选取 选取总降压变电所的35kV和6kV母线作为计算点， 。220kV 35kV区域变电站35kVtop=2s6kV∞系统8km（工作电源）（备用电源） 220/35KV 35/6KV如图3.1总降压变电所的短路计算点作出在系统最大运行方式和最小运行方式下， 总降压变电所的短路计算等值电路对 应系统最大运行方式和最小运行方式两种情况，分别计算工厂总降压变电所35kV、6kV 母线三相短路和两相短路电流。 3.2.2相关的计算公式 采用欧姆法进行三相短路计算 在无限大容量系统中发生三相短路时， 其短路计算中电流周期分量有效值按下式计 算Ik (3) 三相短路容量为 1.电力系统的阻抗计算Uc Uc  3 Z 3 R2  X 2Sk (3)  3Uc I k (3)Xs  U 2c Soc式中, Soc －系统出口短路器的断流容量； U c －短路点的短路计算电压，kV。 2.电力变压器的阻抗计算 （1）变压器的电阻 RT因为 可由变压器的短路损耗 Pk 近似地计算 S Pk ≈ 3I N RT ≈ 3  N  3U c 2  SN   RT =   RT   Uc  22第三章短路电流及其计算所以式中,U c －短路点的短路计算电压； S N －变压器的额定容量； Pk －变压器的短路损耗.（2）变压器的电抗 X T因为可由变压器的短路电压 U k00近似地计算所以Uk00－变压器的短路电压百分值。 可由导线电缆的单位长度电阻 R0 值求得，即3.电力线路的阻抗计算 （1）线路的电阻 RWL （2）线路的电抗 XWL XWL  X 0l 3.2.3 短路计算过程 5个变电所其中1、2、4号变电所有低压也有高压区域变电站RWL  R0l可由导线电缆的单位长度电抗 X 0 值求得，即∞系统top=2s8km（工作电源）工厂总降 压变电所（备用电源）220kV(3) =600 kmax (3) k cl220/35KV35kV图3. 2 供电系统图S IMVA3 X∑）S(3) =280 kminMVA=U /（1、k-1点的短路电流和短路容量35kV ， Ucl=37 kV时： X1= U2cl/Skmax=372/600=2.28Ω X1＇= U2cl/ Skmin=372/280=4.89Ω35kv电缆线路架空线路的电抗： 0=0.4/km） （XX2= X0×L=0.4×8=3.2Ω15电气工程系毕业论文（设计说明书）X∑(k-1)= X1+X2=2.28+3.2=5.48Ω X∑(k-1)＇= X1＇+X2=4.89+3.2=8.09Ω（1）三相短路电流周期分量有效值I k-1 = Ucl/（ 3 X∑(k-1)）=37/（1.73×5.48）=3.9 kA (3) I k-1＇= Ucl/（ 3 X∑(k-1)＇ 37/（1.73×8.09）=2.64 kA ）=（2）三相短路次暂态电流和稳态电流(3)I =I∞ = I k-1=3.9 kA (3) (3) (3) I ＇=I∞ ＇= I k-1＇=2.64 kA（3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值(3)(3)(3)=2.55× I ＇=2.55×3.9=9.95 kA (3) (3) i sh(min) =1.51× I ＇=1.51×3.9=5.89 kA (3) (3) I sh(max)＇=2.55× I ＇=2.55×2.64=6.73 kA (3) (3) i sh(min) ＇=1.51× I ＇=1.51×2.64=3.99 kAI （4）三相短路容量(3) sh(max)(3)= Ucl 3 I k-1 =37×3.9× 3 =249.9 MVA (3) (3) S k-1＇= Ucl 3 I k-1＇=37×2.64× 3 =169.2S 2、k-2点的短路电流和短路容量（UC2=6.3KV）22(3) k-1(3)MVA（1）电力系统的电抗MAX：X1= UC2 / Skmax=6.3 /600=0.07Ω 2 MIN：X1＇= UC2 / Skmin=6.3 /280=0.14Ω2（2）架空线路的电抗 X2 ＇= X0×L×（UC2/ Ucl） =0.4×8×（6.3/37） =0.093Ω （3）电力变压器的电抗Uk%=7 X3＇= X4＇=（Uk%/100）×（UC2 /SN）=（7/100）×（6.32/5000）=5.6×10 Ω （4）k-2 的总阻抗 X∑(k-2)=X1+X2＇+X3＇//X4＇=0.07+0.093+（0.056×0.056）/（0.056+0.056）=0.443 X∑(k-2)＇=X1＇+X2＇+X3＇//X4＇=0.14+0.093+（0.056×0.056）/（0.056+0.056）=0.513 （5）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 I(3) k-2= 2 -3 2 2UC2/（ 3 X∑(k-2)）=6.3/（0.443× 3 ）=8.22 kA UC2/（ 3 X∑(k-2)＇ =6.3/（0.513× 3 ）=7.07 kA ）(3)(3) I k-2＇=2）三相短路次暂态和稳态电流=I ∞= I k-2 =8.22 kA (3) (3) (3) I ＇=I ∞＇= I k-2＇=7.07I(3)(3)kA3）三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值第三章短路电流及其计算I(3)sh(max)=1.84× I(3)=1.84×8.22=15.1 kAi (3)sh(min)=1.09×I =1.09×8.22=9 kA I ＇=1.84×7.07=13 kA I ＇=1.09×7.07=7.7 kA(3) (3)(3)I (3)sh(max)＇=1.84× i (3)sh(min) ＇=1.09×6）三相短路容量S(3)k-2=Ucl 3 I(3)k-2 =6.3×8.22× 3 =89.59 MvA S(3)k-2＇=Ucl 3 I(3)k-2＇=6.3×7.07× 3 =77 MvA表3.1三相短路电流及容量计算表短路计算 点 最大运行 方式 最小运行 方式 k-1 k-2 k-1 k-2 Ik(3) 3.9 8.22 2.64 7.07三相短路电流/kA I〃(3) 3.9 8.22 2.64 7.07 I∞(3) 3.9 8.22 2.64 7.07 ish(3) 9.95 9 6.73 7.7 Ish(3) 24.52 15.1 3.99 13三相短路容量/MVA Sk-2(3) 249.9 89.59 169.2 7717电气工程系毕业论文（设计说明书）第四章所一次设备及进出线的选择与校验4.1 设备选型及稳定性校验表4-1 开关电器的选择与校验设备名称 断路器 隔离开关 负荷开关 熔断器选择项目 额定电压 UNet≧UN UNet≧UN UNet≧UN UNet≧UN 额定电流 INet≧Irmax INet≧Irmax INet≧Irmax INet≧Irmax 开断电流 INk≧IZ ――― INk≧IZ INk≧Ich 动稳定 idw≧ich idw≧ich idw≧ich ―――校验项目 热稳定 It2t≧IZ2tjx It2t≧IZ2tjx It2t≧IZ2tjx ―――表中,UNet、INet、INk－分别为开关电器的额定电压、额定电流和额定开断电流； Ur、Irmax、IZ－分别为开关电器工作点的线路额定电压、最大负荷电流和三相短路电 流稳态值； ich－开关电器工作点的三相短路冲击电流ich(3)； idw、It、t－分别为开关电器的动稳定电流峰值、热稳定电流及其试验时间； tjx－假想时间，tjx＝tj＋tdl＋0.05（s） ； tj－继电保护整定时间（s） ； tdl－断路器动作时间（s） ； 0.05－考虑短路电流非周期分量热影响的等效时间表4-2 高压熔断器主要技术数据型号 变电所 校验 结论 RN5-35/200额定 电压 35kV 35kV 合格熔断器 额定电流 200A 104.6A 合格三相断 流容量 200MV· A熔体额 定电流/A 200表4-3 高压隔离开关主要技术数据型号 变电所 校验 结论 GW4-35/630额定 电压 35kV 35kV 合格额定 电流 630A 104.6A 合格极限通 过电流 25.5kA 3.99kA热稳定电 流有效值 (35kA)² (5s), × 24.56 合格第四章 所一次设备及进出线的选择与校验表4-4 高压负荷开关主要技术数据额定 型号 电压 (kV) 变电 所 校验 结论 LDFTE-36/400-16 35 35 合格额定电 流(A)额定断 流容量 (MV· A) 25最大开断极限通过热稳定电电流（kA） 电流（kA） 流有效值630 104.6A 合格1200 1.96 合格14.5, 25 2.96 合格8.5² (5s) × 7.3 合格表4-5 高压断路器主要技术数据 额定 型号 电压 (kV) 变电 所 额定 电流 (A) 额定断 流容量 (MV· A) 额定开 断电流 （kA） 动稳定 电流峰 值（kA） 热稳定 电流有 效值 （kA） 固有 分闸 时间合闸时 间DW13-35型[**************]（4S） 0.06≤0.35表4-6 高压断路器的选择校验表 序号 1 2 3 4 5 变电所 项目 数据 35kv 104.6A 3.9KA 6.732KA 3.92× (1.4+0.2)=24.3 项目SN10-10Ⅰ/630-300数据 10kv 630A 16kA 40kA 16× 4=1024 结论 合格 合格 合格 合格 合格UN I30 Ik(3) ish(3) I∞(3)2timaUN IN Ioc imax It t4.2 电压、电流互感器选型与校验 6kV侧A、B、C三相宜用电压、电流互感器的选择与校验 根据设计需要，选择每相上的仪表种类、个数和连接方式，然后决定测量用电压、电流 互感器的连接、选型与校验（设计中假设仪表盘距电压、电流互感器安装点30m） 。电流、 电压互感器选择与校验公式如下表所示。表4-7 电流、电压互感器选择与校验设备名选择校验19电气工程系毕业论文（设计说明书）电压 电流互 感器 电压互 感器 U1Net≧UN 1.1UN≥U1Net≥ 0.9UN电流 I1Net≧Irmax W2N/25≥Z2 W2N≧W2热稳定 （ktI1N）2×1≥ IZ tjx --―――2动稳定2kdw I1e  ich--―――式中, kt－电流互感器热稳定倍数；kdw－电流互感器动稳定倍数； W2N、W2－分别为互感器二次侧每相额定容量和每相负荷（仪器、仪表）容量； Z2－互感器二次侧每相负荷（仪器、仪表）阻抗； UN－工作点线路额定电压。表4-8 电流互感器型号及 规格LCZ-35 500/5数量 /台 1Un （kv） 35In变 比 100准确 级次 0.5额定二10%1S热稳 定倍数 65动稳定 倍数 100次负荷 倍数 2 /电流互感器用于测量 用0.5级Un=35kv电流互感器二次负荷S2不得大于其准确度级所限定级负荷S2N·S2N≧S2 电流互感器的变比KTA=500/5=100表4-9 电流互感器校验表 项目数据 35kV 104.6A 55.9kA 438ALCZ-35 500/5数据 35kV 500A 60kA 3000结论 合格 合格 合格 合格Un I(3)Ish(3) I(3)Un Imax KesIn KtIn表4-10 电流互感器型号及规格LCZ-35 500/5数量/台 1Un（kv） 35灭弧有效电压（kv） 604.3 变电所进出线的选择 本设计中采用双回架空线路引入厂区，因为最热月平均最高温度为 33℃，所以室外 裸导线及母线选 LGJ-150；最热月平均温度为 26℃，所以室内导线及母线选 LGJ-50；年 最热月地下 0.8m 处平均温度为 25℃，所以地下电缆选三相芯式电缆。 因为 35KV 变电所低压侧的电流为 438.1A，所以变电所出线采用 LGJ-150 因为 6KV 变电所低压侧的电流为 4029A， 所以变电所出线采用 LMY 型矩形硬铝母线，第四章 所一次设备及进出线的选择与校验它的允许载流量为 4225A 每相母线条数为四条,母线尺寸为 125﹙mm﹚×10﹙mm﹚。表 4-11 各车间进线校验表 厂房名称 计算电流 进线类型 允许载流 量铸造车间 铸铁车间 砂库 铆焊车间 1#水泵房 空压站 机修车间 锻造车间 木型车间 制材场 综合楼 锅炉房 2#水泵房 仓库（1、2） 污水提升站铸 铸钢车间 铸铁车间 空压站1419A 912.7A 143.4A 1704A 53.2A 638.9A 143A 194.7A 228A 25.86A 36.5A 486.8A 40A 86.7A 24.33A 192.5A 48.9A 38.2ALMY(100X8) LMY(63X8) LGJ-50 LMY(1000X10) LGJ-16 LMY(50X5) LGJ-35 LGJ-50 LGJ-70 LGJ-16 LGJ-16 LGJ-240 LGJ-16 LGJ-16 LGJ-16 LGJ-50 LGJ-16 LGJ-161542A 1038A 220A 1728A 105A 661A 170A 220A 275A 105A 105A 610A 105A 105A 105A 220A 105A 105A合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格 合格21电气工程系毕业论文（设计说明书）第五章5.1 二次回路降压变电所二次回路的选择及继电保护设计二次回路用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路，包括控制系统、信 号系统、监测系统、继电保护和自动化系统等。按电源性质分，有直流回路和交流回路。 按用途分，有断路器控制回路、信号回路、测量和监视回路、继电保护和自动装置回路 等。 二次回路在供电系统中虽是其一次电路的辅助系统， 但它对一次电路的安全、 可靠、 优质、经济的运行有着十分重要的作用。 二次回路操作电源，分直流和交流。在本设计中选由整流装置供电的复式整流直流 操作电源。复式整流是指提供给直流操作电压的整流装置有两个：①电压源—由所用变 压器或电压互感器供电，经铁磁谐振稳压器和硅整流器供电给控制等二次回路。②电流 源—由电流互感器供电，同样经铁磁谐振稳压器和硅整流器供电给控制等二次回路。 高压断路器控制回路，就是指控制高压断路器分、合闸的回路。它取决于断路器操 作机构的型式和操作电源的类别。 信号回路是用来指示一次电路设备运行状态的二次回 路。信号按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号等。 对断路器的控制和信号回路有下列主要要求： 1）应能监视控制回路保护装置及其分、合闸回路的完好性，以保证断路器的正常 工作，通常采用灯光监视的方式。 2）合闸或分闸完成后，应能使命令脉冲解除，即能切断合闸或分闸的电源。 3）应能指示断路器正常合闸或分闸的位置状态，并自动合闸和自动跳闸时有明显 的指示信号。 4）断路器的事故跳闸信号回路，应按“不对应原理”接线。 5）对有可能出现不正常工作状态或故障的设备，应装设预告信号。预告信号应能 使控制室或值班室的中央信号装置发出音响和灯光信号，并能指示故障地点和性质。通 常预告音响信号用电铃，而事故音响信号用电笛。 本设计中采用手动操作机构的断路器控制和信号回路。 按 GB50171—1992《电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范》规 定，二次回路的接线应符合下列要求： 1）按图接线，接线正确。 2）导线与电气元件间采用螺栓连接、插接、焊接或压接等，均应牢固可靠。3）盘、 柜内的导线不应有接头，导线芯线应无损伤。 4）电缆芯线和所配导线的端部均应标明其回路编号，编号应正确，字迹清晰且不 易脱色。 5）配线应整齐、清晰、美观，导线绝缘应良好，无损伤。第五章降压变电所二次回路的选择及继电保护设计6）每个接线端子的每侧接线宜为1根，不得超过2根；对于插接式端子，不同截面 的两根导线不得接在同一端子上；对于螺栓连接端子，当接两根导线时，中间应加平垫 片。 7）二次回路接地应设专用螺栓。 8）盘、柜内的二次回路配线：电流回路应采用电压不低于500V的铜芯绝缘导线， 其截面不应小于2.5mm² ；其他回路截面不应小于1.5mm² ；对电子元件回路、弱电回路采 用锡焊连接时，在满足载流量和电压降及有足够机械强度的情况下，可采用不小于 0.5mm² 截面的绝缘导线。 5.2 主变压器保护设置 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 （又称气体继电保护） 。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，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。 在本设计中，根据规程规定，容量小于6300kvA变压器要求装设过电流保护、电流速断 保护、过负荷保护和瓦斯保护。 （1）瓦斯保护 防御变压器铁壳内部短路和油面降低。轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。 （2）电流速断保护23电气工程系毕业论文（设计说明书）防御变压器线圈和引出线的多相短路，动作于跳闸。 （3）过电流保护 防御外部相间短路，并作为瓦斯保护和电流速断保护的后备保护，动作于跳闸。 （4）过负荷保护防御变压器本身的对称过负荷及外部短路引起的过载，按具体条 件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。 5.3 主变压器保护设计相关的计算 （1）电流速断保护 对于中小容量的变压器，如工厂供电中的供配电变压器，可以在其电源侧装设电流 速断保护而不设置变压器纵差动保护。速断保护采用非全星形连接法，非全星形连接法 广泛应用于中性点不接地系统，其对单相接地的误动作率低。 速断动作电流应躲过系统最大运行方式时，变压器二次侧三相短路电流值，即整 定电流Iop为I OP  6.3 / 35 K k  I (3) 2 Z max式中, Iop－主变压器一次侧（35）侧电流速断保护整定电流值； (3 I 2Z)max －系统最大运行方式时，主变压器二次侧（6.3kV）三相短路电流周期分量有 效值； Kk－可靠系数，对电磁式电流继电器取1.2~1.3,对感应式电流继电器取1.5~1.6。 继电器的动作电流为I opK  I op kkx / KTA式中, KTA－电流互感器的变比；第五章降压变电所二次回路的选择及继电保护设计kkx－电流互感器的接线系数，对于非全星形连接法，接线系数为1。 电流速断保护灵敏度用系统最小运行方式时，主变压器一次侧（35 kV）两相短路 电流稳态值来校验。2 k s  I1(Z )min / I op 3 ( 3) I1Z min / I op 2( 2) 式中, I 1Z min －系统最小运行方式时，主变压器一次侧（35 kV）两相短路电流稳态值； (3 I 1Z )min －系统最小运行方式时，主变压器一次侧（35 kV）三相短路电流稳态值； ks－电流速断保护灵敏度，要求该值大于2。 因此，电磁式电流继电器I OP  6.3 / 35 K k  I (3) 2 Z max =(6.3/35)×1.3×8.22=2.328动作电流 Iopk  Iop Kkx KTA =2.64 × （1/100）=0.0264 校验 Ks  I (2)1Z min Iop  （2）过电流保护 过电流保护动作电流应躲过可能出现的过负荷电流值 I op  Kk k gh I NT / k fh 式中, Iop－主变压器35 kV侧过电流保护整定电流值； INT－主变压器一次侧（35 kV）额定电流； Kk－可靠系数，对电磁式电流继电器取1.2~1.3,对感应式电流继电器取1.5~1.6； kgh－过负荷系数，无自启动电动机时取1.3~1.5，有自启动电动机时取2~3 kfh－返回系数，DL型取0.85。 继电器的动作电流IopK为3 (3) I 1Z min Iop =8.28/2.328=3.57＞2,满足灵敏度要求。 2I opK  I op kkx / KTAkkx－电流互感器的接线系数，对于非全星形连接法，接线系数为1； kTA－电流互感器变流比。过电流保护灵敏度用系统最小运行方式时，主变压器二 次侧（6.3kV）两相短路电流稳态值来校验。( k s  I 22 )min / I op  Z3 ( 3) I 2 Z min / I op 2( 2) 式中, I 2Z min －系统最小运行方式时，主变压器二次侧（6.3kV）两相短路电流稳态值；(3 I 2Z)min －系统最小运行方式时，主变压器二次侧（6.3kV）三相短路电流稳态值；ks－电流速断保护灵敏度，要求该值大于或等于1.5。 变压器过电流保护的动作时限应与下一级保护动作时限配合，一般取0.5~0.7s。25电气工程系毕业论文（设计说明书）因此，感应式可靠系数Kk=1.6有自启动电动机DL型过负荷系数Kgh=33 UN =600/（1.73×35）=9.9A 3× Iop  Kk kgh INT k fh =1.6× 9.9/0.85=55.90A（1/100）=0.56A Iopk  Iop kkx KTA =55.90×INT  SNks  I (2)2Z min Iopk =3 (3) I 2min =6.11/0.56=10.9＞5 2（3）变压器过负荷保护 变压器过负荷保护一般只对并列运行的变压器或工作有可能过负荷的变压器才装 设。过负荷在大多方面数情况下是三相对称的，因此过负荷保护只要采用一个电流继电 器装于一相电流中，保护装置作用于信号，过负荷动作时限为10~15s。变压器过负荷保 护动作整定值IopK为I opK kk I I NT  (1.2 ~ 1.25) NT k fh kTA kTA式中, INT－变压器额定电流； kk－可靠系数，一般取1.05； kfh－返回系数，DL型取0.85； kTA－电流互感器变流比。 k I 9.9/100=0.06~0.12 Iopk  k INT  (1.2~1.25) NT =（1.2~1.25）× k fh kTA kTA第六章降压变电所防雷与接地设计第六章降压变电所防雷与接地设计露天的变电所建筑和电气设备通常用避雷针或避雷线防止直击雷， 用避雷器防止由 线路侵入的雷电波对变电所内的电气设备造成破坏。 （1）避雷针 避雷针的组成要素：接闪器、引下线、接地体。 避雷针的保护范围以它对直击雷所保护的空间来表示。单支避雷针的保护范围： h－避雷针高度；hx－被保护物高度；hα－避雷针的有效高度, hα＝h－hx； rx－对应hα的避雷针有效保护半径。 rx的计算方法：当hx≥h/2时， 式中, h－避雷针高度； hα－避雷针的有效高度； p－高度影响系数，h≤30m时为1，30＜h≤120m时为 5.5rx   h  hx  p  h p (m)(m)当hx＜h/2时， rx  1.5h  2hx  ph。两支或两支以上避雷针的保护范围计算方法可以参考相关设计手册。 本次要求在降压变电站根据户内外配电装置和建筑的面积和高度，设计3支避雷针 以防御直击雷。一支为25m独立避雷针，另外两支为置于户内配电装置建筑物边缘的15m 高的附设式避雷针。要求保护整个变电所不受直接雷击。 （2）避雷线 单根避雷线的保护范围如图8.2所示。其保护范围rx为 当hx≥h/2时， 当hx＜h/2时， 式中各参数意义 （3）避雷器 常用的避雷器有：管型避雷器，阀型避雷器，氧化锌避雷器 避雷器用于限制由线路侵入的雷电波对变电所内的电气设备造成过电压，其一般 装设在各段母线与架空线的进出口处。避雷器与被保护设备的距离愈近愈好，并装在冲 击波侵入方向。必要时用下式计算允许的最大保护距离。Lmax  (U jef  U chf )v 2 ( m)rx  0.47  h  hx  p rx   h 1.53hx  p(m) (m)式中, Lmax－避雷器与被保护设备的最大保护距离，m； α－冲击波波头陡度，对10kV系统取 150 ~ 300kV  s ； v－雷电冲击传播速度， 300m  s ； Uchf－避雷器冲击放电电压，kV； Ujcf－被保护设备的绝缘冲击耐压值，kV。缺乏相关数据，可按5倍额定电压计算。27电气工程系毕业论文（设计说明书）（4）安全保护接地 防止人员间接触电，将电气设备外露可导电部分接地。安全保护系统有以下几类： a. IT系统 在中性点不接地系统中，将电气设备不带电的金属部分与接地体良好连接。 b. TN系统 在中性点直接接地系统中， 将电气设备不带电的金属部分与系统中性点用保护线良 好连接。 c. TT系统 在中性点直接接地系统中，将电气设备外壳部分与系统接地无关的接地体连接。 d. 共同接地与重复接地 所以，接合上式计算知在本设计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，选择双针避雷针第七章 主结线方案的选择第七章7.1 变配电所主结线的选择原则主结线方案的选择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。6.6～10KV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。 6.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。 7.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） 。 8.变压器低压侧为0.4KV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。 9.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。 7.2 主结线方案选择 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、电压，然后经车间变电所，降为一般互感器、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。29电气工程系毕业论文（设计说明书）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7-1， 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。(a) 只装有一台变压器的总降压变电所主电路图 (b) 采用内桥式结线的总降压变电所主电路图 (c) 采用外桥式结线的总降压变电所主电路图 图 7-1第七章 主结线方案的选择3、一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主电路图（图7-2）(a) 一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所的主电路图 (b) 一、二次侧均采用双母线分段的总降压变电所的主电路图 图 7-2 这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点， 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 4、一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母 线结线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了 初投资， 所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用主要用与电力系统的 枢纽变电所。 本次设计的电机修造厂是连续运行， 负荷变动较小， 电源进线较短 （2.5km） , 主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。采用一、二侧单母线分段的 总降压变电所主结线（即全桥式结线） 。31电气工程系毕业论文（设计说明书）小结我做的是某厂总降压变电所及配电系统的设计.通过这次毕业设计，我加深了对工厂供电知识的 理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，象总降压的设计，我与其他同学一起进行课题 分析、查资料，进行设计，整理说明书到最后完成整个设计。作为大学阶段一次重要的学习经历我 感觉自己受益非浅，同时深深的感觉的自己的学习能力在不断提高，一个月的时间就这样匆匆的过 去了，再指导老师我经过多少个白天，黑夜，我们刻苦研究。要的作用，对李老师的关心，指导大 家有感于心，事实上这次设计对我们的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提 高了作图，说明. 这次设计使我对工厂供电有了新的认识，对总降压变电所的设计由一无所知到现在的一定程度 的掌握，起到了非常重书编辑，各种信息的分析，对WORD文档的使用等多方面的能力。 不久我们将走上工作岗位，这样的学习机会对我们来说已经不多了，我们非常重视。我们发扬 团队合作的精神，互相配合参考文献参考文献[1].刘介才编.工厂供电.北京：机械工业出版社，1998 [2].刘介才编.《工厂供电》文后的相关参考文献 [3].《供配电系统设计规范》GB50052/95 [4].《供配电系统设计规范》GB50052/95 条文说明 [5].焦留成主编.供配电设计手册.北京：中国计划出版社，1999 [6].航空工业部第四规划设计研究院等编.工厂配电设计手册。北京：水利电力出版社， 1983 [7].徐永根主编.工业与民用配电设计手册.北京：水利电力出版社 [8].刘介才主编.实用供配电技术手册.北京：中国水利水电出版社，2002 [9].段建元编.工厂配电线路及变电所设计计算.北京：机械工业出版社，1982 [10].张莹主编.工厂供配电技术.北京：电子工业出版社，2003 [11].王连生主编.企业供电.北京：电子工业出版社，2000 [12].徐建源主编.工厂供电.北京：机械工业出版社，2002 [13].余建明 同向前 苏文成编.供电技术（第 3 版） 机械工业出版社 ， 20033电气工程系毕业论文（设计说明书）致谢经过近一个月的努力，在老师的指导下和同学们的讨论下，厂区 35KV 降压变电所 终于设计完成了，在此对老师和同学们给予我的帮助表示衷心的感谢。 在毕业设计过程中，衷心的感谢在本次设计中匡洪海老师的指导，李老师在百忙 之中对我的设计给予了细致的指导和建议,对我的辅导耐心认真，而且百问不烦，由于 这段时间我在外实习， 很难与同学们交流， 但匡老师通过电子邮件告诉我同学们的进展， 并给我提供了大量有关资料和文献，使我的这次设计能顺利完成。她那严谨求实的教学 作风、诲人不倦的耐心，给我留下了难以磨灭的印象。同时感谢唐友利、陈静等同学为 我提供的帮助，我还要感谢涟钢培训中心带过我们的所有老师，你们对待知识严谨求实 的态度、为人师表的工作作风，使我受益匪浅。 在此，我对你们表示最衷心的感谢，我将在今后的工作中不断追求新知识、继续努 力，不辜负老师们对我们悉心的培35