成人本科线路保护毕业设计

昆明理工大学成人高等教育

毕 业 设 计（论文）

姓 名：

学 号：

专 业：

年 级：

学习形式： 函授□ 夜大□ 脱产□ 学习层次：高起本□ 专升本□ 高起专□ 函 授 站：

昆明理工大学成教学院

毕业设计（论文）任务书

学习形式： 函授 专 业： 电气工程及其自动化

年 级： 学生姓名：

毕业设计（论文）题目： 变电所电气部分设计

毕业设计（论文）内容：

总降压站供电系统简况；主接线的设计；供电系统各处三相短路电流计算；主变压器继电保护及整定计算；10kV 系统单相接地保护装置；10kV 各出线继电保护及整定计算；中央信号装置的设计；选择主设备。

10kV 线路继电保护的设计 内容： 1、对10kV 线路保护原理进行重点分析。

2、合理配置10kV 线路保护。

。

设计（论文）指导教师：（签字）田永利

主管教学院长：（签字）

年 月 日

目 录

摘要 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄1 前言 ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄2

第一章 高压供电系统设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4 第一节 供电方案的确定和论证┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄4 第二节 供电系统方案的技术经济比较┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄6 第二章 电气主接线的设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄16 第三章 短路电流计算┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄18 第四章 主要电气设备选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄25 第一节 电气设备选择的一般原则┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄25 第二节 35kV侧电气设备的选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄28 第三节 10kV侧电气设备的选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄35 第五章 配电装置设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄37 第六章 主变压器的继电保护设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄39

第一节 继电保护概述┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄39 第二节 主变压器继电保护方案选择┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄41 第三节 变压器瓦斯保护┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄42 第四节 变压器纵差动保护┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄44 第五节 变压器复合电压起动过电流┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄52 第六节 变压器的过负荷保护┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄55 第七节 绝缘监视设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄57

结论┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄61 总结与体会┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄62 谢辞┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄63 参考文献┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄64 附录┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄66

摘要

电力系统的规模和技术水准已成为一个国家经济发展水平的标志之一，

它的出现，使高效、无污染、使用方便、易于调控的电能得到广泛应用。

本设计主要为某10KV 变电站继电保护设计，其中包括变电所供配电原始数据以及资料、短路计算、变电站设备选择与校验、变压器保护、线路保护本设计根据《电力系统设计技术规程》结合实际来对变压器及主接线进行选择，主接线采用高压侧均为单母线分段的接线方式。根据设计中提供的原始数据，进行短路电流计算，确定母线和每一条馈出线路上的短路电流，并进行动稳定和热稳定的校验。并进行动稳定和热稳定的校验，以选择合适的电缆和电气设备，保证母线和用电设备的安全、可靠地运行。其中变电所的系统图、平面布置图照明图、二次接线图的绘制以及各个相关的计算，继电保护是重点。各个图充分展示了各个部分的设计构想。

关键词：变电所； 变压器； 短路电流； 继电保护

前言

线路继电保护是保证电力系统安全运行和电能质量的重要自动装置，因此在线路规划设计时，必须考虑可靠工作和快速切除故障的继电保护实现的可能性。为了提高线路系统静态和稳态的稳定性，设计所提出的提高系统稳定的措施有一些亦必须落实在自动装置可靠工作的基础上。

保护设备和自动装置的投资，在整个电网建设中只占极小的部分，一般说来继电保护应力求满足线路规划设计的要求，两者是主从的关系。由于线路接线的不够合理将导致保护性能显著恶化，厂、所电气主接线繁杂将造成保护接线过分复杂，以致给生产运行带来很多二次操作，引起保护设备误动。拒动，严重危害电气主设备和导致大面积停电。这些将给国民经济造成直接经济损失。为此，必须合理地进行线路规划设计和合理地配置保护设备及自动装置。

对继电保护的要求，可概括的分为可靠性、速动性、选择性和灵敏性，他们之间联系紧密，矛盾统一。

第一章 原始资料及数据

系统电源距总降压站25km ，采用35kV ，LGJ —70架空线，线间几何均距a pj =3.5m。对总降压站输电，系统电源35kV ，最大三相短路容量S xmax =1000MVA，最小三相短路容量S xmin =500MVA。

总降压站采用SFL1—10000/35主变一台， 10kV有6路架空线，对数个工厂供电，线间几何均距为a jp =1.5m，有关数据如下：

1 高压供电系统设计

1.1 绪论

工厂总降压变电所是工厂供配电的重要组成部分，它直接影响整个工厂供电的可靠运行，同时它又是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换、接受和分配电能的作用。电气主接线是总降压变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是决定变电所电气部分技术经济性能的关键因素。

本设计是35/10kV降压变电所及高压配电系统的设计。从电压损耗、功率因素、经济比较等方面，选择等压等级；通过了几种方案的比较，选择经济、可靠、运行灵活的主接线方案。设计结果可以满足该厂供电对于电压等级及主结线的要求。 1.2 对高压供电系统的基本要求

1.2.1 安全在电能的供应、分配和使用中，不发生人身事故和设备事故。 1.2.2 可靠满足电能用户对供电可靠性的要求。 1.2.3 优质满足电能用户对电压和频率等质量的要求

1.2.4 经济供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。 1.3 概述所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能

1.3.1 概述所作题目的意义：总降压变电所是工厂供电系统的重要组成部分，如何合理地选择电压等级、设备型号和主结线是设计的一大任务，也是满足安全、可靠、优质、经济的供电要求。 1.3.2 本人所做的工作：本人所做工作主要是对供电方案的技术经济比较和主接线方案的选择。 1.3.3 系统的主要功能：系统的主要功能是引入10KV 架空线路一路作为工作电源，一路作为备用电源供电。采用双回路电源供电、单母线分段系统，送至厂区供电。 1.4 供电电压的选择

1.4.1 根据系统电源情况，供电电压有三个方案：

方案1：工作电源与备用电源均用35KV 电压，在这个方案中，工厂总降压变电所的高压侧接线方式可用的有两种：

（1） 单母线分段接线； （2） 内桥型接接线。

经济术经济比较，显然内桥型结线优于单母线分段，因此采用内桥型结线作为本方案的结线方式，总降压变电所内装两台主变压器。

方案2：工作电源与备用电源均用10KV 电压，总降压变电站内的10KV 母线采用单母线分段，电源进线均采用断路器控制。

方案3：工作电源采用35KV ，用架空线路引入，厂内总降压变电所中装设一台主变压器，变压器高压侧装设断路器，备用电源为10KV ，接在总降压变电所内的10KV 母线的一个分段上。 1.4.2 供电方案的技术经济比较

方案1. 工作电源与备用电源均为35KV 。 优点： （1）供电电压高，线路功率损耗及电能损耗少。 （2）电压损失小，调压问题易解决。

（3）要求的cos ψ值低补偿容量小，可减少补偿设备及其投资。

（4）要建总降压变电所，对供电设备便于集中管理，易于实现自动化。

（5）根据运行经验的统计数据，35KV 的架空线路的故障率比10KV 的架空线路的故障率低一半，因而供电可靠性高。 缺点：

（1）厂内要射总降压变电所，需占一定的土地面积。 （2）要装设两台主变压器，投资及运行费均增加。 方案2：工作电源及备用电源均用10KV. 优点：

（1）工厂内不装主变压器，可简化结线，降低投资及运行费用。

（2）厂内不设总降压变电所，可少占土地面积，减少管理人员及维护工作量。 缺点： （1）供电电压低，会增加线路的功率损耗和电能损耗，线路的电压损失也大。 （2）要求cos ψ值也高，要增加补偿容量及投资。 （3）要设总配电所。

（4）线路的故障要比35KV 的高，所以供电可靠性不如35KV 。

方案3：工作电源是35KV ，备用电源为10KV ，这个方案的技术经济指标介于上述两方案之间。

2 电气主接线设计

2.1 由设计要求提出主接线方案

根据设计任务书的要求，各工厂大部分供电可靠性要求高，属于一级负荷。主接线的设计必须满足工厂电气设备的上述要求，因此：

方案1：该方案35kV 侧为单回路线路-变压器组接线、10kV 单母线，与10kV 备用电源通过母联连接，正常运行时母联合闸，由主电源供给；当主电源故障或主变等设备停电检修退出运行时，母联分闸，由10kV 备用电源直供重要负荷。

方案2：该方案35kV 侧采用从220/35kV变电站出双回路电源、高压线路—变压器组接线、10kV 侧为单母线分段接线。方案2的特点就是采用双电源、可靠性高。

2.2 方案分析及比较

对于方案1，由于各工厂基本负荷为一级负荷，对供电可靠性要求高，采用单回路进线和1台主变可能不能满足对, 一级负荷供电的要求。

对于方案2，双回路电源供电能够满足该厂供电的需求，可靠性高。其缺点就是设备投资大、运行维护费用高，但本厂最大负荷利用小时为5600小时，相对来说，变压器的利用率比较高。

选择结果：从上述分析可知，方案2能满足供电要求，同时设备投资、运行维护费用和占地面积、建筑费用等方面均优于方案1，技术和经济的综合指标最优，因此，在本设计中，选用方案2作为本设计的主接线方案。

方案详细的图纸见《35/10kV降压变电所电气主接线图》:

图1-1

3 短路电流计算

3.1 计算电路

10.5kV 0.4kV

SFL1

短路计算电路 图1-2

3.2 短路计算基准值

设基准容量S d =100MVA，基准电压U d =U c =1.05U N ，即高压侧U d 1=10.5kV，U c 为短路计算电压，低压侧U d 2=0.4kV，则

I d 1=

S d 3U d 1S d 3U d 2

=

100MVA 3⨯10. 5kV

=5. 5kA

I d 2=

=

100MVA 3⨯0. 4kV

=144kA

3.3 短路电路中个元件的电抗标幺值 （1）电力系统

已知电力系统出口断路器的断流容量 =500MVA， 故 X 1=100MVA/500MVA=0.2 （2）架空线路

查表得LGJ-70的线路电抗x 0=0. 36Ω/km ，而线路长8km ，故

*X 2=x 0l

*

S d 100MVA

=(0. 36⨯3) Ω⨯=1. 0 U c 2(10. 5kV ) 2

（3）电力变压器

查表得变压器的短路电压百分值 U k %=4.5，故

X *

U k %S d 43=

100S =. 5⨯

100MVA

kVA

=4.5

N 1001000式中，S N 为变压器的额定容量

因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。 1k-1 1

0. 2 11. 0

4. 5

短路计算等效电路

3.4 k-1点（10.5kV 侧）的相关计算 （1）总电抗标幺值

X ***∑(k -1) =X 1+X 2=0.2+1.0=1.2

（2）三相短路电流周期分量有效值

I *k =1=

I d 1X

*

=

5. 5kA

1. 2

=4. 58kA

∑(k -1)

（3 ）其他短路电流

I ' ' (3) =I (3) I (3)

∞=k -1=4. 58kA

i (3)

sh =2. 55I ' ' (3) =2. 55⨯4. 58kA =11. 67kA

I (3) 3) sh =1. 51I ' ' (=1. 51⨯4. 58kA =6. 91kA

（4） 三相短路容量

S (3) d

k -1=

S X *

=

100MVA

1. 2

=88. 3MVA

∑(k -1)

3.5 k-2点（0.4kV 侧）的相关计算 （1）总电抗标幺值

X ****∑(k -1) =X 1+X 2+X 3=0.2+1.0+4.5= 5.7

（2）三相短路电流周期分量有效值

I *d 2

kA

k =2=

I X *

=

144∑(k -2)

5. 7

=25. 3kA （3） 其他短路电流

I ' ' (3) =I (3) )

∞=I (3k -1=25. 3kA

i (3) sh =1. 84I ' ' (3) =1. 84⨯25. 3kA =46. 5kA

(3) I sh =1. 09I ' ' (3) =1. 09⨯25. 3kA =27. 6kA

（4）三相短路容量

) S k (3-2=

S d

*

X ∑(k -2)

=

100MVA

=17. 5MVA

5. 7

3.6 短路计算结果如下表

短路计算结果

4 主要电气设备选择

4.1 电气设备选择的一般原则 4.1.1 按正常工作条件选择电气设备

（1）电气设备型式的选择

选用电气设备必须考虑设备的装置地点和工作环境。另外，根据施工安装的要求，或运行操作的要求，或维护检修的要求，电气设备又有各种不同的型式可供选择。

（2）电气设备电压的选择

选择电气设备时，应使所选择的电气设备的额定电压大于或等于正常时可能出现的最大的工作电压，即： UN ≥ Uet

（3）电气设备额定电流的选择

电气设备的额定电流应大于或等于正常工作时最大负荷电流，即 IN ≥ Iet ，我国目前所生产的电气设备，设计取周围空气温度为40℃作为计算值，如装置地点周围空气温度低于40℃时，每低1℃，则电气设备（如断路器、负荷开关、隔离开关、电流互感器、及套管绝缘子等）的允许工作电流可以比额定值增大0.5%，但总共增大的值不能超过20%。 4.1.2 按短路条件校验电气设备

（1）电气设备热稳定性校验是以电气设备的短路电流的数值作为依据的，在工程上常采用下式来做热稳定性校验，即：

I2tt ≥ I2∞tj 或 I ∞ ≤ It √t/tj

式中 It —— 制造成规定的在t 秒内电气设备的热稳定电流，这个电流是在指定时间内不使电器各部分加热到超过所规定的最高允许温度的电流（kA ）； t ―― 与It 相对应的时间，通常规定为1s 、4s 、5s 或10s ； I ∞ ―― 电路中短路电流周期分量的稳态值 （kA ） 。

（2）动稳定校验

断路器、负荷开关、隔离开关及电抗器的动稳定应满足下式的要求 Imax ≥ Ish

imax ≥ ish

式中 Imax 、imax ―― 制造厂规定的电器允许通过的最大电流的有效值和幅值 （kA ） ； Ish 、 ish ―― 按三项短路电流计算所得的短路全电流的有效值和冲击电流值 （kA ）。 （3）开关电器的断流能力的检验

高压断路器、低压断路器和熔断器等设备，应当具备在最严重的短路状态下切断故障电流的能力。制造厂一般在产品目录中提供其在额定电压下允许切断的短路电流Izk 和允许切断的短路容量Szk 。Izk 又称开端电流，Szk 又称开断容量。为了能使开关电器安全可靠切断短路电流，必须使Izk 和Szk 大于开关电器必须切断的最大短路电流和短路容量，即 Izk ≥ Idt

Szk ≥ Sdt

式中Izk 、Szk ―― 开关的耳钉开断电流（kA ）和耳钉开断容量（MVA ）； Idt 、Sdt ―― 电力系统在t 秒时（ 电器断开的时间）的三相短路电流（kA ）和短路容量（MVA ） 4.2 10kV 侧电气设备的选择 （1）按工作电压选则

设备的额定电压U N ⋅e 一般不应小于所在系统的额定电压U N ，即U N ⋅e ≥U N ，高压设备的额定电压U N ⋅e 应不小于其所在系统的最高电压U max ，即U N ⋅e ≥U m a x 。U N =10kV， U max =11.5kV，高压开关

设备、互感器及支柱绝缘额定电压U N ⋅e =12kV，穿墙套管额定电压U N ⋅e =11.5kV，熔断器额定电压

U N ⋅e =12kV。

（2）按工作电流选择

设备的额定电流I N ⋅e 不应小于所在电路的计算电流I 30，即I N ⋅e ≥I 30 （3）按断流能力选择

设备的额定开断电流I oc 或断流容量S oc ，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值I k (3) 或短路容量S k (3) ，即

(3)

I oc ≥I k (3) 或S oc ≥S k (3)

对于分断负荷设备电流的设备来说，则为I oc ≥I OL ⋅max ，I OL ⋅max 为最大负荷电流。 （4） 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验

a) 动稳定校验条件

(3) (3)

或I max ≥I sh i max ≥i sh

(3) (3)

、I sh 分别为开关所处的三相i max 、I max 分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，i sh

短路冲击电流瞬时值和有效值

(3) 2

b) 热稳定校验条件 I t 2t ≥I ∞ t i m a

本设计中，选择的是一号主接线方案，故将选择的高压开关柜按进线顺序编号。

根据我国目前广泛使用的10KV 高压户内真空断路器型式，选用VS1-12型。此设计中，

(3)

根据进线的计算电流为52A ，，配电所母线的三相短路电流周期分量有效值I K =4. 58KA ，(3) 继电保护的动作时间为1.9S 。动稳定度为i sh =11.57KA。可初步选择VS1-12/630-16型号进

行校验，校验可见下表。

因此，选择VS1-12/630-16型真空断路器作为高压隔离开关。

高压隔离开关的选择，按照国家相关标准，高压隔离开关不需要进行断流能力校验。 对于户外的高压隔离开关，选择GW4型号，初步选择GW4-12/400，其相关数据查《工厂供电设计指导》表5-19。

对开关柜柜内隔离开关的选择校验：校验数据与户外隔离开关的校验数据一致，在开

66

关柜中NO.101，NO.103和NO.104中，选择GN 型隔离开关，初步选择GN 型号。

6

开关柜N.102中，则装设GN 8-10./200型号隔离开关。校验过程以及校验结果同上表。

高压熔断器的校验：按照国家相关标准，高压熔断器的校验不需要进行动稳定和热稳定校验。在开关柜NO.101和NO.102中，熔断器是针对电压互感器的保护，选择RN2型，初步选择RN2-10型号。（查《工厂供电设计指导》表5-23得相关数据）

熔断器额定电压U N.FU 应与所在线路的额定电压U N 相等。即： U N.FU =Umax .

I N.FU 不应小于它锁装设的熔体额定电流I N.FE ，即： I N.FU ≥I N.FE

因互感器二次侧负荷很小，一般I

取0.5A ，不必进行校验。

电压互感器的选择及校验：电压互感器应该按装设地点条件以及一次电压，二次电压，准确度级等进行选择。

电压互感器满足准确度级要求的条件也决定于二次负荷，其二次负荷按下式计算：S 2=(∑P U ) 2+(∑Q U ) 2。

在开关柜NO.101，电压互感器选择JDJ-10, 将10KV 的电压转化为100V 的电压。

在开关柜NO.102，电压互感器为Ｙ。/Ｙ。/∆（开口三角）的接线。选择JDZJ-10，一

次侧电压为

100. 10. 1//KV 。 电流互感器的选择和校验：电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S 2计算：

2

S 2=∑S i +I 2N (R WL +R XC )

在开关柜中NO.101，NO.103，NO.104中电流互感器选择LQJ-10型号。热稳定以及动稳定校验公式如上述。

对于上面的分析，如下表所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

10KV 一次侧设备的选择校验

4.3 35kV 侧电气设备的选择 4.3.1 本次设计中，低压开关柜编号

4.3.2 低压柜NO.201中，低压断路器的选择，低压断路的选择的校验中，可不进行动稳定度，热稳定度的校验。

(3)

U N =35kV，I 30=583.8A，I K =25.3KA，

3) i (sh =46.5KA，i ∞. tima =25.3⨯0.7=448 KA.s 。

2

(3) 2

4.3.3 低压断路器的选择，低压断路的选择的校验中，可不进行动稳定度，热稳定度的校验。

选择DW15型的断路器，初步选择DW15- 1500，低压电路中发生三相短路时，i sh =1.84I”

低压刀开关的选择，初步选择HD13-1500/30 4.3.4 电流互感器的选择和校验

电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S 2计算：

S 2=

∑S

i

2

+I 2N (R WL +R XC )

在开关柜中电流互感器选择LMZJ1-0.5。稳定以及动稳定校验公式如上述，满足校验。

在低压柜中NO.202中，由于此开关柜的线路去向为1#，2#，3#，4#即为铸造车间，锻压车间，热

处理车间，电镀车间，其计算电流均为201A ，251A,176A,244A 。因为四个车间计算电流相差不大，所以选择保护设备一致，现以2#线路为例。计算电流I 30=201A，低压断路器的选择以及校验，方法从上。初步选择DZ20-630。

4.3.5 电流互感器的选择和校验

电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S 2计算：

S 2=

∑S

2+I i 2N (R WL +R XC )

在开关柜中电流互感器选择LMZ1-0.5。热稳定以及动稳定校验公式如上述，满足校验。

在低压柜中NO.203，由于此开关柜的线路去向为6#，7#，9#，其计算电流分别为280A ，194A,122A ，

现以6#线路为例。

低压断路器的选择以及校验，方法从上。初步选择DZ20-630

4.3.6 电流互感器的选择和校验

电流互感器应安装同电压互感器选择基本一样，电流互感器的二次负荷S 2计算：

S 2=

∑S

i

2+I 2N (R WL +R XC )

在开关柜中电流互感器选择LMZ1-0.5。热稳定以及动稳定校验公式如上述，满足校验。

低压柜中NO.205和NO.206为照明配电柜，专供生活区使用，选择保护设备一致。计算电流为413A 。 低压断路器的选择以及校验，方法从上。初步选择DZ20-630

4.3.7 电流互感器的选择和校验

电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S 2计算：

S 2=

∑S +I

i

22N

(R WL +R XC )

在开关柜中电流互感器选择LMZ1-0.5 。热稳定以及动稳定校验公式如上述，满足校验。 补偿柜中，电流互感器的选择方法同上，采用LMZI-0.5 35kV 侧一次设备的选择校验，如下表，所选数据均满足要求。S 35kV一次侧设备的选择校验

5 配电装置设计

配电装置：是变电所电气主接线的具体实现。

配电装置的组成：由电气主接线以及必要的辅助设备组成，辅助设备包括安装布置电气设备的构架、基础、房屋和通道等。

5.1 屋内外配电装置的最小安全净距

5.1.1 最小安全净距的含义是：在此距离下，无论是处于最高工作电压之下，还是处于内外过电压之下，空气间隙均不致被击穿。

5.1.2 敞露在空气中的屋内和外配电装置的各种间距中，最基本是：A 1值：带电部分对接地之间的空间最小安全净距。A 2值：不同相带电部分之间的空间最小安全净距。 5.1.3 B 、C 、D 、E 等值均系在A 1值基础上再考虑一些其他实际因素得出的。 5.2 屋内外配电装置间隔的概念

5.2.1 间隔：配电装置通常由数个不同的间隔组成，所谓间隔是指一个具有特定功能的完整的电气回路，包括断路器、隔离开关、电流互感器、高压熔断器、电压互感器、避雷器等中不同数量的电器设备。一般由架构（屋外配电装置）或隔板（或墙体）来分界，使不同电气回路互相隔离，故称为间隔。 5.2.2 间隔的类型：根据其功能，间隔可分为进线（发电机、变压器引出线回路）间隔、出线间隔、旁路间隔、母联间隔、分段间隔、电压互感器和避雷器间隔等。对成套式配电装置，如果采用的是高压开关柜，则每个开关柜为一个间隔。

5.2.3 各间隔依次排列起来即为列，屋外配电装置的布置通常按断路器的列数分为单列布置、双列布置和三列布置。采用高压开关柜的屋内配电装置则按开关柜布置的列数分为单列布置和双列布置。 5.3 配置图

配置图是把发电机回路、变压器回路、引出线回路、母线分段回路、母联回路以及电压互感器回路等，按电气主接线的连接顺序，分别布置在各层的间隔中，并示出走廊、间隔以及用图形符号表示出来

母线和电器在各间隔中的位置，但不要求按比例尺寸绘制。配置图是在配电装置的基本型式确定以后，按照电气主接线进行总体布置的结果，为平面图、断面图的设计作必要的准备，它还用来分析配电装置的布置方案和统计主要设备的数量。 5.4 屋内装置配电的类型

5.4.1 单层式：所有电气设备都布置在一层房屋内。它适用出线无电抗器的各种类型降压变电所，发电厂厂用电高压配电系统和小型发电厂。

5.4.2 二层式：二层式结构是把各回路电气设备按设备的轻重分别布置在二层楼房内，断路器和电抗器布置在低层，母线和母线隔离开关在二层。适用于6 ~ 10kV出线带电抗器且设有发电机电压母线的中、小型发电厂和35 ~ 220kV屋内配电装置。

5.4.3 三层式：是将各回路电气设备按设备的轻重，自上而下地分别布置在三层楼房内，母线和母线隔离开关布置在最高层，断路器布置在第二层，而笨重的电抗器布置在低层。适用于6 ~ 10kV出线带电抗器的情况。

5.5 本次主要是对35/10kV变电站10kV 和35kV 配电装置设计

5.5.1 下图所示为单层式、二走廊、单母线分段接线的10kV 屋内配电装置主变进线间隔断面图，采用KYN28A-12成套式高压开关柜。柜内安装新型的手车式真空断路器、隔离插头以及套管式电流互感器，明显地缩小了配电装置总尺寸。母线三相三角布置在开关柜的后上部，且便于维护与检修。配电间隔的前后有较宽的操作和维护走廊，以便于手车式断路器的拉出、推入和巡视。

图1-3

5.5.2 下图所示为单层式、二走廊、单母线分段接线的35kV 屋内配电装置主变进线和出线间隔断面图，采用JYN1-35成套式高压开关柜。柜内安装新型的手车式真空断路器、隔离插头以及套管式电流互感器，明显地缩小了配电装置总尺寸。母线三相垂直布置在开关柜的后上部，机械强度大，且便于维护与检修。配电间隔的前后有较宽的操作和维护走廊，以便于手车式断路器的拉出、推入和巡视。

图1-4

5.5.3 图1-5所示为采用KYN28A-12型开关柜的10kV 单母线分段屋内配电装置（单列布置）配置接线图，图1-6所示为采用JYN-35型开关柜的35kV 单母线分段屋内配电装置（单列布置）配置接线图。10kV 配电装置选择KYN28A-12开关柜时，出线可选003或005号柜，电容器可选005或006号柜，分段回路选012断路器柜（右联络）和055隔离柜（左联络）或014断路器柜（左联络）和056隔离柜（右联络）号柜，电压互感器和避雷器选041或043号柜，所用变压器选077号柜，大容量所用变压器选005号柜，双绕组变压器进线选028号柜等，三绕组变压器进线需要加装隔离柜，以便10kV 停电检修时隔离电压。图7-12选022（断路器改为隔离）和014两个柜组成三绕组变压器进线间隔，另一进线间隔选020（断路器改为隔离）和012两个柜组成。

图1-5采用KYN28A-12型开关柜的10kV 单母线分段屋内配电装置配置接线图

图1-6采采用JYN1-35型开关柜的35kV 单母线分段屋内配电装置配置接线图

6 10kV 输电线路的继电保护设计 6.1 继电保护概述

当电力系统发生发生时，应尽快切除故障，确保无故障部分继续运行，缩小事故范围，保证系统稳定运行。为了完成这个任务，只有借助自动装置—继电保护装置。

继电保护装置：当电力系统中心元件（发电机、变压器、线路）或电力系统本身发生了故障或危及安全运行的事件时需要有向运行值班人员及时发出警告信号或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。实现这种自动化措施用于保护电力元件的成套硬件设备，一般统称为继电保护装置。用于保护电力系统的则成为电力系统安全自动装置。继电保护装置是保

证电力元件安全运行的基本装备，任何电力元件不能无保护运行。 电力系统安全自动装置用以快速恢复电力系统的完整性，防止发生和终止以开始发生的足以引起电力系统长期大面积停电的重大事故，如失去电力系统稳定、频率崩溃或电压崩溃等。

继电保护装置任务：发生故障时迅速快速切除故障。反映设备的不正常状态，发信号或自 动调整。

继电保护装置要求：要求：可靠性、选择性、快速性、灵敏性

（1）选择性：当供电系统中发生故障时，继电保护装置应能有选择性地将故障部分切除。也就是它应该首先断开距离故障点最近的断路器，以保证系统中其它非故障部分能继续正常运行。

灵敏性：指继电保护装置对故障和异常工作状况的反映能力。在保护装置的保护范围内，不管短路点的位置如何、不论短路的性质怎样，保护装置均不应产生拒绝动作；但在保护区外发生故障时, 又不应该产生错误动作。

（2）速动性：是指保护装置应能尽快地切除短路故障。缩短切除故障的时间，就可以减轻短路电流对电气设备的损坏程度，加快系统电压的恢复，从而为电气设备的自启动创造了有利条件，同时还提高了发电机并列运行的稳定性。

（3）可靠性保护装置应能正确的动作，并随时处于准备状态。如不能满足可靠性的要求，保护装置反而成为了扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性，则要求保护装置的设计原理、整定计算、安装调试要正确无误；同时要求组成保护装置的各元件的质量要可靠、运行维护要得当、系统应尽可能的简化有效，以提高保护的可靠性。 6.2 10kV 线路保护配置及保护原理

电力线路是电力系统的命脉，它担负着电能传输的重任。同时，它又是电力系统中最容易发生故障的环节。线路事故是指由于各种原因引起线路供电的突然中断，事故出现后，只有首先找到事故点并确定事故类型，才能找出事故原因并采取抢修措施，恢复供电线路的正常运行，并防止以后发生类似的事故。

⎧⎧ ⎧雷电过电压引起的闪络

⎪⎪瞬时性故障⎨

接地）⎪⎩鸟害引起的瞬时短路（⎪ ⎪⎪按性质划分⎨

⎪⎪起的永久性短路（接地）⎧施工、风暴、地震等引⎪ ⎪永久性故障⎨

⎪及瞬时过电压引起的绝缘击穿⎪⎩冰、雪、老化、污秽以⎩ ⎪⎪ 电力线路故障⎨

⎧⎧单相接地 ⎪

⎪⎪⎪横向故障⎨两相短路（接地） ⎪⎪⎪三相短路⎪⎪⎪

6.2.1 输电线路故障常见的有输电线路风偏闪络故障、雷击跳闸、雷击断股、线路覆冰故障、线路污闪、线路外力破坏故障、线路鸟害故障等等

（1）鸟类对线路的主要危害：春季鸟类开始在输电线路杆塔上筑巢产卵、孵化。鸟类用树枝造成的鸟窝，在干燥的天气里虽未造成事故，但遇阴雨天气，杆塔上的鸟巢被风吹散掉落在带电导线或悬瓶上，树枝接触导线(或靠近导线) 将发生短路接地事故，如在横担线路上架窝，因放电接地甚至会引起烧断导地线或烧断横担事故。

（2）雷击跳闸：雷云放电在电力系统中引起过电压称为雷电过电压，由于其电磁能量来自体系外部，又称外部过电压，又由于雷云放电发生在大气中，所以又称为大气过电压。架空输电线路中常见的过电压有两种：第一种是架空线路上的感应过电压，即雷击发生在架空线路的附近，通过电磁感应在输电线路上产生的过电压；第二种是直击雷过电压，即雷电直接打在避雷线或是导线上时产生的过电压。

（3）线路覆冰故障：线路覆冰是受微气象、微地形及温度、湿度、冷暖空气对流、环流以及风等因素影响的综合物理现象。按导线覆冰的表观特性分类，可分为雨凇、粒状雾凇、晶状雾凇、湿雪、混合凇。覆冰对线路的危害有过负荷、覆冰舞动和脱冰跳跃、绝缘子冰闪，会造成杆塔变形、

倒塔、导线断股、金具和绝缘子损坏、绝缘子闪络等事故。

（4）线路污闪：输电线路绝缘子要求在大气过电压、内部过电压和长期运行电压下均能可靠运行。但沉积在绝缘子表面上的污秽在雾、露、毛毛雨、融冰、融雪等恶劣气象条件的作用下，将使绝缘子的电气强度大大降低，从而使得输电线路在运行电压下发生污秽闪络事故。

根据上述故障类型和不正常工作状态，对10kV 线路应装设保护的保护主要是针对线路相间短路、和短路接地、断线这三种类型的故障，因此可以装设下列保护。

6.2.2 纵差保护：所谓差动保护也被称为“平衡保护”，是指在被保护设备非内部故障时，参与比较各引出线上的电气量，如果之间达到平衡状态，则保护设备的判别式输出为0；而被保护设备内部故障时，电气量之间的平衡被打破，判别式输出不为0，保护设备动作。

（1）纵差保护概念：根据差动保护所应用的不同场合，以及获取的来自同一被保护设备或者不是同一被保护设备的电气量，保护又分为纵联保护和横联保护。纵联保护是指被保护元件各端的同类电气量，

比如电流和电压之间达到平衡的保护。主要的保护有：电流纵差动保护，发电机零序电压纵差、发电机不完全纵差。电流纵差保护是最基本和应用最广泛的差动保护，通常指的“电流差动保护”或“差动保护”往往就是指这种保护。

纵差保护原理：1、以基尔霍夫电流定律为基础的电流差动测量。2、比较线路两侧电流相位关系的相位差动测量。3、比较两侧线路保护故障方向判别结果，确定故障点的位置。下图6-1为电力差动保护原理示意图，保护测量电流为线路两侧电流相量之和，也称差动电流Id ，将线路看成一个广义节点，流入这个节点的总电流就为0，正常运行时或外部故障时Id=0，线路内部故障时IM+IN-IK=0,即Id=IK。

正常运行或外部故障时，

内部故障时，Id =IM +

IN =IK

Id =IM +IN =0

图6-2 电流差动原理

（2）三段式电流速断保护：第一段，无时限电流速断保护反映电流升高而不带动时限动作，电流高于动作值时继电器立即动作，跳开线路断路器；第二段，限时电流速断保护，由于无时限电流速断保护不能保护本线路全长，因此必须增加一段电流保护，用以保护本线路全长，这就是限时电流速断保护；第三段，定时限过电流保护，无时限和定时限电流速断保护共同构成了线路的主保护，所谓主保护就是满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度、有选择地切除被保护设备和线路故障的保护。除了主保护，线路上还应该配置后备保护，所谓后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，因此定时限过电流保护就是后备保护。

下图6-2所示为三段式电流保护的保护区，当线路NQ 上出现故障，保护P2或者断路器2QF 拒动时，需要由保护P1提供远后备作用，跳开1QF 以切除故障。

P 1一段保护区

P 1二段保护区P 1三段保护区

图6-2 远后备保护方式

（3）距离保护：距离保护就是根据故障点至保护安装处的距离来确定动作时间的一种保护方式，因为距离保护时根据测量阻抗的大小来反映故障点的远近，故称为距离保护。然而，由于它是反映阻抗参数而工作的，故有时也成为阻抗保护。显然其性能不受系统运行方式的影响，具有足够的灵敏性和快速性。距离保护测量原理如下图6-3，当线路在k1点发生故障时，根据故障点测量电压与电流的比值得出故障点阻抗，再根据输电线路单位阻抗，便可以得出保护装置到故障点之间的距离，

从而达到查出故障点位置的目的。

Z m =m

I m

图6-3 距离保护原理

（1）对6.3MVA 及以上并列运行的变压器和10MVA 单独运行的变压器以及 6.3MVA 以上厂用变压器应装设纵差保护。

（2）对10MVA 以下厂用备用电压器和单独运行的变压器，当后备保护时间大于 0.5S 时，应装设电流速断保护。

（3）对2MVA 及以上用电流速断保护灵敏性不符合要求的变压器，应装设纵差保护。

（4）对高压侧电压为330KV 及以上的变压器，可装设双差动保护 外部相间短路时，应采用的保护 6.2.3 对于外部相间短路引起的变压器过电流，应采用下列保护作为后备保护：

（1）过电流保护，一般用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故状态下可能出现的过负荷电流。

（2）复合电压起动的过电流保护。一般用于升压变压器、系统联络变压器及过电流保护灵敏度不满足要求的降压变压器上。

（3）负序电流及单相式低电压起动的过电流保护，一般用于容量为63MVA 及以上的升压变压器。 （4）阻抗保护，对于升压变压器和系统联络变压器，当采用第（2）、（3）的保护不能满足灵敏度和选择性要求时，可采用阻抗保护。对500kV 系统联络变压器高、中压侧均应装设阻抗保护。保护可带两段时限，以较短的时限用于缩小故障影响范围；较长的时限用于断开变压器各侧断路器。 6.2.4 外部接地短路时，应采用的保护

对中性点直接接地电力网内，由外部接地短路引起过电流时，如变压器中性点接地运行，应装设零序电流保护。零序电流保护可由两段组成，每段可各带两个时限，并均以较短的时限动作于缩小故障影响范围，或动作于本侧断路器，以较长的时限动作于断开变压器各侧断路器。

对自耦变压器和高、中压侧中性点都直接接地的三绕组变压器，当有选择性要求时，应增设零序方向元件。

当电力网中部分变压器中性点接地运行，为防止发生接地短路时，中性点接地的变压器跳开后，中性点不解地的变压器（低压侧有电源）仍带接地故障继续运行，应根据具体情况，装设专用的保护装置，如零序过电压保护，，中性点装放电间隙加零序电流保护等。 6.2.5 过负荷保护

对400kVA 以上的变压器，当数台并列运行，或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。过负荷保护接于一相电流上，并延时作用于信号。对于无经常值班人员的变电站，必要时过负荷保护可动作于自动减负荷或跳闸。 6.2.6 过励磁保护

高压侧电压为500kV 及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。在变压器允许的过励磁范围内，保护作用于信号，当过励磁超过允许值时，可动作于跳闸。过励磁保护反应于实际工作磁密和额定工作磁密之比（称为过励磁倍数）而动作。 6.2.7 其他保护

对变压器温度及油箱内压力升高和冷却系统故障，应按现行变压器标准的要求，装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。

6.3 电力变压器的保护方案确定

变压器为变电所的核心设备，根据其故障和不正常运行的情况，从反应各种不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，设置相应的主保护、异常运行保护和必要的辅助保护。于本设计而言，因为容量关系不采用速断保护，采用瓦斯保护，过电流保护采用定时限过流保护，高压侧电压没有5000KV 故不采用励磁保护。具体情况如下：

（1）主保护：瓦斯保护（以防御变压器内部故障和油面降低）、纵差动保护（以防御变压器绕组、套管和引出线的相间短路）。

（2）后备保护：过电流保护（以反应变压器外部相间故障）、过负荷保护（反应由于过负荷而引起的过电流）。

结论

在我论文完成过程中，我首先要感谢我的论文指导老师田永利老师，在几个月的时间里，田老师等人一直和我们在一起，帮助我们解决课题研究设计上的问题，并给我们查找相关资料，给了我们很大的

帮助。如果没有老师的耐心、详细的指导，相信我的设计不可能完成的这么顺利。在次同时，也让我更加了解了我们所学课程在实际当中的应用，对以后的生活工作提供了很大的帮助。

我们做的是10KV10kV 线路继电保护的设计。通过这次毕业设计，我加深了对工厂供电及电气技术知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，和一定知识的学习。我与其他同学一起进行课题分析、查资料、图形绘制，整理开题报告到最后完成整个论文设计，作为大学阶段最后一次重要的学习经历，我感觉受益非浅，同时深深的感觉的自己的学习能力在不断提高。

本设计从实际出发， 考虑到生活和工业生产中的各种因素的存在，在设计过程中把可靠性作为第一位，同时也考虑到了运行的经济性等因素，合理的选择运行方式及各种元器件，力求使设计方案达到优化组合的要求。另外，在设计过程中，尽量采用了一些国内外的先进元器件和技术。

通过以上设计内容，基本完成了预期的设计要求，理论上能够满足实际的需求。同时, 设备选择时尽量地采用了较新的型号, 以适应技术发展的需要，更好的满足生活和生产对供电质量的要求，更好的实现电力超前于经济发展的目标。

总结与体会

在学习完电气工程专业相关课程之后，了解了以前上学时没有学过的新知识、一些新型设备，同时再结合实际工作中供电现场观看和学习，在完成这10kV 线路保护设计论文的过程中，搜集了很多的资料，查阅一些文献，在老师的指导下完成了论文，在这个过程中我学到了很多的知识，总结了一些经验和教训，特别是在设计期间要注意导线、变压器型号等设备的选择，在计算方面一定要细心主要是针对电压损耗和功率因素等方面的计算。通过比较可以知道方案是否满足要求，主结线的设计的时候要注意两方面的内容，一方面要遵守供电可靠性的原则，另一方面要考虑经济技术的要求，通过综合考虑方可得出比较适合的主结线方案。

通过本次课程设计，我对工厂总降压变电所高压供电系统的认识更加的清晰了，也让我更加明白的认识到实践才是学习的最好的方法，在平时学习课本知识的时候往往是没有能够认识到实践时会出现什么样的问题的，而通过实践才能真切的了解出现问题的可能原因。通过此次课程设计，让我认识到了自己学习课本知识时的不足。在实践中出现的种种的问题，总不是那么的容易解决，也让我知道自己的知识还不是那么的牢固，从而也在侧面检验了自己学习的不足之处。

由于设计过程中运用很多的知识且做好设计的前提也是掌握足够多的系统理论知识，对于已经走向工作岗位的我们来说，无疑是一件困难的事情，所以必须复习并巩固曾经学的知识，努力将知识系统化就是这次课程设计的关键。通过课程设计巩固和加深了学生对所学的专业课程知识结合，工程实际问题，锻炼了分析和解决问题的能力；提高了使用技术资料，进行计算，绘图以及编写技术文件的技能，掌握了设计的步骤和方法，学会了运用规程，规范，手册和参考资料。

通过本次课程设计，我学习到了输电线路的保护如何配置。对工厂电压等级的选择和总降压变电所的电气主结线的设计，并根据任务书的要求考虑各种因素的影响下，提出各种方案和从技术经济上来比较各种方案的可行性，最后设计出满足该要求的供电系统。让我懂得了电力系统的基本知识，从发电、变电、输电、配电、用电整个电力系统。通过这篇论文，我深有感触，使我对电力系统有更进一步的理解和巩固知识。输电线路所配置的保护能否满足线路供电要求，也需要综合多方面因素考虑，让自己学会从全局去把握。如何让电力供电系统以及让其更加安全可靠的运行是我们每一个人需要思考和解决的问题，以保证系统运行的安全可靠性，提高经济效益管理效能，更好地服务于社会和人民。

通过本次课程设计，我学习到了对于10kV 线路如何进行保护设计。将网上找的知识和书本上的

知识运用到实际的设计当中，是有一定的难度的，但当解决了其中的困难便会更加牢固的掌握知识并得到扩展。再设计过程中遇到很多难题，比如导线、电压器型号的选择，各种电压等级方案的选择、各种运算量的计算、主结线的方案的设计及如何规划等等。但通过查资料，都能够大概的解决了问题，让我对问题了解的更加深刻，并对之解决的方法也得到充分地掌握。

在本次设计的过程中，我们发现了很多的问题，也学到了很多东西，使我对供配电系统有了更深入的认识与理解。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这坚韧的毅力和老师的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。。在这次的课程设计中，我真正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中。变电所是供配电的重要组成部分，它直接影响整个电力系统供电的可靠运行，同时它又是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换、接受和分配电能的作用。电气主接线是总降压变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是决定变电所电气部分技术经济性能的关键因素。

通过这次课程设计，我学习到了对于10kV 线路保护的设计。能很好的把课堂学过的理论，结合到现实生活中的供电系统，进一步的强化自己的能力！

参考文献

1] 贺嘉李编 《电力系统继电保护》 中国电力工业出版社 1997 2] 李海涛编 《电力系统分析》人民邮电出版社2012年版 3] 刘万顺编 《电力系统故障分析》中国电力出版社

4] 王静茹编 《输电线路电流电压保护》 水力电力出版社 2000 5] 国家有关的电气化设计规范 2005

6] 05系列建筑电气设计图集05D01~05D13 2002.