电气设计0001

电气设计0001

工厂供电课程设计

题目：某机械厂厂用变电所电气设计

专业班级： 学生姓名：

同组成员： 指导教师： 设计时间： 2013年01月

目 录

前言………………………………………………………………2 一、设计任务书…………………………………………………1 一、负荷计算…………………………3

二、无功功率计算及补偿…………………………………6

三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择………7

四、短路电流的计算……………………………………………8

五、变电所一次设备的选择与校验……………………………10

六、变电所高、低压线路的选择………………………………13

七、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定……………15

八、防雷和接地装置的确定……………………………………18

九、心得体会…………………………………………………19

设计任务书

题目4：某机械厂厂用变电所设计

设计基本资料：

1. 全厂各车间负荷计算表如下：

表1机械厂负荷统计资料

厂房用电单负荷设备容需要功率因编号 位名称 性质 量/kw 动力 照明 动2 工具车间 力 照明 3 电动系数 数 0.60~0.65 1.0 0.60~0.65 1.0 0.70~0.80 360.2~0 10 0.3 0.7~0.9 1 金工车间 360.2~0 10 0.3 0.7~0.9 310.4~0 0.6 镀车间 力

照明 热4 处理车间 动力 照明 动5 装配车间 力 照明 动6 机修车间 力 照明 动7 锅炉房 力 照明 10 0.7~0.9 1.0 0.70~0.80 1.0 0.65~0.75 1.0 0.60~0.70 1.0 0.60~0.70 1.0 260.4~0 10 0.6 0.7~0.9 260.3~0 10 0.4 0.7~0.9 180.2~0 5 0.3 0.7~0.9 180.4~0 2 0.6 0.7~0.9

动8 仓库 力 照明 动9 铸造车间 力 照明 动10 锻压车间 力 照明 宿舍住宅区 照明 130.2~0 2 0.3 0.7~0.9 0.60~0.70 1.0 0.65~0.70 1.0 0.60~0.65 1.0 1.0 360.3~0 10 0.4 0.7~0.9 360.2~0 10 0.3 0.7~0.9 0.8 460.6~0 2. 工厂负荷情况：本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4800h，日最大负荷持续时间8h。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉房属二级负荷外，其余均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。照明及家用电器

均为单相，额定电压为220V。本厂的负荷统计资料如表1所示。

3. 供电电源情况：按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10Kv的公用电源线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-185,导线为等边三角形排列，线距为1.2m；电力系统馈电变电站距本厂6km,该干线首端所装高压断路器的断流容量为500MV.A，此断路器配备有定时限过电流保护和电流速断保护，其定时限过电流保护整定的动作时间为1.5S。为满足工厂二级负荷的要求，可采用高压或低压联络线由邻近的单位取得备用电源。

4. 气象资料：本厂所在地区（泰山区）的年最高气温为40℃，年平均气温为20℃年，年最低气温为-22.7℃，年最热月平均最高气温为31.5℃，年最热月平均气温为26.3℃，年最热月地下0.8米处平均温度28.7℃。年主导风向为东风，年雷暴日数31.3。

5. 地质水文资料：本厂所在地区平均海拔130m，地层以沙粘土为主，地下水位为3m.

6. 电费制度：本厂与当地供电部门达成协议，

在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。一部分为基本电费，按所装用的主变压器容量来计费。另一部分为电度电费，按每月时机耗用的电能计费。工厂最大负荷时的高压侧功率因数不低于0.9。 设计任务及要求：

1）由总降压变电所的配电电压和用电设备的变压要求，参考国家规定的标准电压等级确定车间变电所的电压级别；

2）计算负荷采用需要系数法，计算出单台设备、用电负荷组和车间变电所低压母线和进线的计算负荷；

3）按照负荷结算结果，确定补偿方式，计算电容器个数和电容器柜个数；

4）按照负荷可靠性要求，确定变电所电气主接线；

5）按照车间变电所低压母线的计算负荷，确定变电器的容量和台数；

6）短路电流计算

7）选择导线截面，支线和干线按发热条件选择，进行电缆按经济电流密度选择，按允许发

热，电压损失和短路热效应进行校验；

8）确定二次回路方案，选择整定继电保护，确定防雷和接地装置。

9）绘制电气主接线图、车间配电系统图。

引言

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。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。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。

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。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。 本设计书论述了供配系统的整体功能和相关的技术知识，重点介绍了工厂供配电系统的组成和部分。系统的设计和计算相关系统的运行与管理，并根据工厂所能取得的电源及工厂用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定了变电所的位置与形式及变电所至变压的台数与容量、类型及选择变电所主接线方案及高低设备与进出线。

本设计书共分部分，包括：负荷计算和无功功率补偿、变电所主变压器的台数、类型容量及主接线方案的选择、短路电流的计算、变电所一次设备的选择与校验、变电所电气主结线图、防雷和接地保护、导线选择以及二次回路方案选定。

一、负荷计算

按照需要系数法计算如下：

a)有功计算负荷（单位为KW） P30=KdPe ， Kd为系数 b)无功计算负荷（单位为kvar） Q30= P30tan c)视在计算负荷（单位为kvA） S30=

P30 cosd)计算电流（单位为A） I30=位为KV）

金工车间

S303UN

, UN为用电设备的额定电压（单

动力部分： P110.3360108kW Q111081..33143.64kvar

S11S11180P11108273.48A 180KVA I11cos0.63UN30.38照明部分：P120.9109kW Q120

同理得出其他车间负荷统计于下表：

编单位名负荷设需 号 称 性质 备要 costan 容系 量 数 PkWKd e计 算 负 荷 P30kWQ30kvarS30kVA I30A 1 金工车动力 间 照明 360 0.3 0.6 1.33 108 143.64 180 273.48 10 0.9 1.0 0 9 0 2 工具车动力 间 照明 360 0.3 0.6 1.33 10 0.9 1.0 0 108 9 186 9 143.64 180 0 273.48 3 电镀车动力 间 照明 310 0.6 0.7 1.02 10 0.9 1.0 0 189.72 265.71 403.71 0

4 热处理动力 车间 照明 260 0.6 0.7 1.02 10 0.9 1.0 0 1.17 156 9 104 9 159.72 222.86 338.60 0 243.10 5 装配车动力 间 照明 260 0.4 0.65 10 121.68 160 0 0.9 1.0 0 6 机修车动力 间 照明 180 0.3 0.6 1.33 54 71.82 90 136.74 5 0.9 1.0 0 4.5 0 7 锅炉房 动力 180 0.6 0.6 1.33 108 143.64 176.67 268.42 0 51.87 0 65 98.76 照明 8 仓库 动力 照明 9 锻造车动力 间 照明 10 锻压车动力 间 照明 2 0.9 1.0 0 1.8 39 1.8 144 9 108 130 0.3 0.6 1.33 2 0.9 1.0 0 1.17 360 0.4 0.65 10 168.48 221.54 336.60 0 273.48 0.9 1.0 0 360 0.3 0.6 1.33 143.64 180 10 0.9 1.0 0 9 0 11 宿舍住照明 宅区 460 0.8 1.0 0 368 368 559.12 计及同时系数Kp和Kq，车间干线取Kp=0.85—0.95，Kq=0.90—0.97；对车间低压母线取Kp=0.90—0.95，Kq=0.93—0.97；

本题暂取Kp=0.90，Kq=0.95 总计 （380V侧） 动力 照明 1880 352 0.74 计入Kp=0.9 Kq=0.95 1554.1 1398.69 1337.25 1270.39 1741.78 2646.37 1889.50 2870.80

二、无功功率计算及补偿

由上表表2可知，该厂380侧最大负荷是的功率因数只有0.75。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0.9。考虑到主变电器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量： Qc=P30(ta

φ

1-tan

φ

2)=1398.69[tan(arccos0.74)-tan(arccos0.92)]=675.47 kvar

在无功补偿装置中首选并联电容器，选用PGJ1型低压自动补偿屏，并联电容器为BWF6.3-120-1W。 采用1台主屏与5台辅屏相结合。总容量为：120kvar×6=720kvar

因此无功功率补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表所示 cos计算负荷 项目 φ P30/KW Q30/kvar S30/KVA 380V侧补偿前0.74 1398.69 1270.39 1889.50 负荷 380V侧无功补 -756 偿容量 380V侧补偿后0.94 1398.69 514.39 1490.28 负荷 主变压器功率 0.015S30=22.35 0.06S30=89092 损耗 10KV侧负荷总0.92 1421.04 604.31 1544.20 计

三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择

I30/A 2870.80 2264.25 89.14

1、每台变压器的容量SNT应同时满足以下两个条件： 1） 任一台变压器单独运行时，宜满足：SNT(0.6~0.7)S30

2） 任一台变压器单独运行时，应满足：SNTS30(111)，即满足全部一、二级负

荷需求。

代入数据可得：SNT=（0.6~0.7）×1558.93=（926.52~1080.94）kVA。而且 SN*T≥S30(Ⅰ+Ⅱ)=(265.71+221.54+176.67)KVA=663.92KVA

，考虑到未来5~10年的负荷发展，初步取SNT=1250kVA 。又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为20C），再加上户内变电所变压器容量会减少8%，因此所选变压器的实际容量：（1-8%）1250kva=1150kva为也满足使用要求，由于场内负荷较多而且较为集中，因此选两台S9-1250/10型低损耗配电变压器。 2、工厂二级负荷的备用电源亦由与邻近单位相联的高压联络线来承担。 3、主变压器的联结组别均采用Yyn0

4、主接线形式选择：高压采用单母线、低压单母线分段。优点：任一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。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。

电气主接线

四、短路电流的计算 1.绘制计算电路

2.确定基准值 设Sd=100MVA，Ud=Uc,即高压侧Ud1=10.5KV，低压侧Ud2=0.4KV，则

Id1Id2S3Udd2100MVA310.5kv100MVA30.4kv5.5kASd3Ud2

144kA

3. 计算短路电路中各元件的电抗标幺值 (1) 电力系统

kA

（2）架空线路 查表得LGJ-185的x0=0.35Ω/km，而线路长6km，故

1X*100MVA/500MVA0.2X2(0.356)*100MVA1.9 2(10.5KV)（3）电力变压器 查表2-8，得UZ%=4.5,故 4.5100MVA*X31001250KVA3.6 因此绘等效电路图

4. 计算k-l点(10.5kv侧)的短路总电抗及三相短路电流和短路容量 (1 )总电抗标幺值

***X(k1)X1X20.21.92.1

（2）三相短路电流周期分量有效值

)*Ik(3IX1d1(k1)5.5kA2.12.62kA

其他短路电流

(3)(3)I(3)IIk12.62kAi(3)2.55I(3)6.68kA (3)Ish1.51I(3)3.96KA（4）三相短路容量

)*Sk(3SX1d(k1)100MVA2.147.62MVA

5. 计算k-2点(0.4KV侧)的短路电路总电抗及三相短路电流和短路容量 （1）总电抗标幺值

****XXXX(k2)1230.23.23.6/23.9

（2）三相短路电流周期分量有效值

)*Ik(32Id2X(k2)144kA3.936.92kA

（3）其它短路电流

(3))I(3)IIk(3236.92kA

(3)ish1.84I(3)1.8418.2kA67.93kAI(3)sh1.09I(3)1.0918.2kA40.24kA （4）三相短路容量

)*Sk(32SdX(k2)25.64MVA

以上计算结果综合如表11-7所示.

表11-7 短路计算结果 短路计算三相短路电流/KA 点 （3） I(3)(3)(3)(3) ishIih IKI k-1 k-2 2.62 2.62 2.62 6.68 3.96 36.92 36.92 36.92 67.93 40.24 三相短路容量/MVA (3)Sk 47.62 25.64 五、变电所一次设备的选择与校验

高压电气设备选择的一般条件和原则

为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件有：按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度、海拔等选择。

1、额定电压和最高工作电压

高压电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，常高于电网的额

定电压，故所选电气设备允许最高工作电压Ualm不得低于所接电网的最高运行电压。 一般电气设备允许的最高工作电压可达1.1~1.15UN ，而实际电网的最高运行电压Usm一般不超过1.1UNs，因此在选择电气设备时，一般可按照电气设备

的额定电压UN不低于装置地点电网额定电压UNs的条件选择，即 UN ≥UNs

2、额定电流

电气设备的额定电流IN是指在额定环境温度下，电气设备的长期允许通过电流。IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即IN ≥Imax

3、短路电流开端能力校验

断路器开端电流大于其安装处的最大三相电流 即Ioc>Ik

4、短路热稳定校验

短路电流通过电气设备时，电气设备各部件温度(或发热效应)应不超过允许值。满足热稳定的条件为

IttItdz

式中 It —由生产厂给出的电气设备在时间t秒内的热稳定电流。

I∞—短路稳态电流值。 t—与It相对应的时间。 tdz—短路电流热效应等值计算时间。 5、电动力稳定校验

电动力稳定是电气设备承受短路电流机械效应的能力，也称动稳定。满足动稳定的条件为iesich或 IesIch 式中 ich、Ich—短路冲击电流幅值及其有效值；

ies 、Ies——电气设备允许通过的动稳定电流的幅值及其有效值。 1、 10kV侧一次设备的选择校验 选择校验项目 装置地点条件 一 次 设备参数 电 压 UN22电 流 IN 断 流 能 力 (3) IK2.62A 16kA 50kA 动 稳 定 度 (3) ish6.68KA 40kA 25.5KA 热 稳 定 度 (3)2Itima 13.73 1024 500 数据 高压少油断路器SN10-10I/630 高压隔离开关GN-10/200 高压熔断器RN2-10 电压互感器JDJ-10 10KV 10kV 10kV 10kV 10/0.1kV 89.14A 630A 200A 0.5A

型号规格 电流互感器LQJ-10 避雷器FS4-10 户 外 式 高 压隔离开关GW4-15G/200 10Kv 10kV 10kV 150~400A 200A 90.5 25KA 900 196 2 、380V侧一次设备的选择校验

选择校验项目 电 压 电 流 断 流 能 力 装置地点条件 参数 数据 一次设备型号规格 低压断路器DW15-2500/3D 低压刀开关HD13-2500/30 380V 2500A 45kv UN I30 (3) IK380 380V 2264.25 2500A 36.92 60kV 电流互感器LMZJ6-0.38

六、变电所高、低压线路的选择 1、 10kV高压进线和引入电缆的选择

380V 2500/5A （1）10kV高压进线的选择校验 采用LJ型铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。

1) 按发热条件选择 由I30I1NT89.14A，查表，初选LJ-185，其40度时的416A>I30满足发热条件。

2）校验短路热稳定 按式CM计算满足短路热稳定的最小截面 W

(3)AminItimaC26201.65mm238.68mm2185mm2 87式中C值由表5-13差得；tima按终端变电所保护动作时间0.5s，加断路器断路时间0.1s，再加0.05s计，故timax=1.65。

检验电压损耗 查得LJ-185线路电阻R0=0.18km，电抗X0=0.34km，前面计算出了P=1421.04KW,q=604.31kvar,所以按公式UpRqX得：

UN1421.04kW(60.18)604.31kW(60.34)276.75V

10kV276.75VU%100%2.77%Ual%5%

10000VU因此LJ-185满足条件。 2 、380V低压出线的选择

（1）馈电给1号厂房（金工车间）的线路 采用LJ铝绞线。

1）按发热条件选择 由I30273.48A，查表初选LJ铝绞线截面120mm2，其Ia1=304A>I30，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由题知，取线长为100m而由表得R0=0.28km，

pRqXX=0.33km，因此按式U得：

0

UNU108kW0.280.1143.64kW0.330..15.12V

0.38kV5.12VU%100%1.35%Ual%5%

380VM计算满足短路热稳定的最小截面 W0.65mm2363.26mm2 87故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验 按式CAminI(3)timaC36920由于前面按发热条件所选120mm2的截面小于Amin，不满足短路热稳定要求，故改选LJ-400。

（2）馈电给2号厂房（工具车间）的线路，

按发热条件选择 由I30=273.48A,同上一样选LJ-400其校验一样 （3）馈电给3号厂房（电镀车间）的线路 亦采LJ铝绞线。

1）按发热条件选择 由I30403A，查表，初选LJ铝绞线截面240mm2，其Ial494AI30403.71A，满足发热条件。

2）校验电压损耗 由题知而由表查得100m的LJ铝绞线R0=0.14km，

X0=0.33 km，因此按式UUpRqXUN得：

186kW(0.140.1)189.72kW(0.330.1)8.86V

0.38kV8.86VU%100%2.33%Ual%5%

380VM计算满足短路热稳定的最小截面 W0.65mm2363.26mm2 87故满足允许电压损耗的要求。

3) 短路热稳定度校验 按式C(3)AminItimaC36920由于前面按发热条件所选240m的缆心截面小于Amin，不满足短路热稳定要求，故改选LJ-400型铝绞线。

（4）馈电给4号厂房（热处理车间）的线路 亦采LJ铝绞线。

按发热条件选择 由I30338.60A， 同上一样也选LJ-400满足各要求。 （5）馈电给5号厂房（装配车间）的线路 ，同上一样选LJ-400。 按发热条件选择 由I30243.10A，查表，其满足发热条件，其他一样满足。

（6） 馈电给6号厂房（机修车间）的线路。

按发热条件选择 由I30136.74A，查表，同样选LJ-400，其满足发热

条件，其他一样满足。

(7)馈电给7号厂房（锅炉房）的线路

按发热条件选择 由I30268.42A，亦采LJ-400，满足发热条件。 (8)馈电给8号厂房（仓库）的线路

按发热条件选择 由I3098.76A，同上一样选LJ-400，满足发热条件。 (9)馈电给9号厂房（锻造车间）的线路

按发热条件选择 由I30336.60A，选用LJ-400满足发热条件。

其他校验一样满足。

(10)馈电给10号厂房（锻压车间）的线路

按发热条件选择 由I30273.48A，查表8-43，选LJ-400，满足发热条

件。其他校验同上方法，都满足。 （11）馈电给宿舍住宅区的线路。

按发热条件选择 由I30420.7A，查表同样选LJ-400，满足发热条件，

其他校验同上一样满足。

3、 作为备用电源的高压联络线的选择校验

采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆，直接埋地敷设，与相距约2km的邻近单位变配电所的10kV母线相联。

(1)按发热条件选择

工厂二级负荷容量共332.7KVA,I30332.7KVA(310KV)19.2A,而最热月土壤平均温度为25C,因此查表8-44，初选缆芯截面为25mm2的交联聚乙烯绝缘铝芯电缆，其Ial90AI30,满足发热条件。

（2）校验电压损耗 由表8-42可查得缆芯为25mm的铝芯电缆的

R0=1.54km (缆芯温度按80C计)，X0=0.12km，而二级负荷的P30242kw,Q30pRqX228kw线路长度按2km计，因此按式U得：

UNU242kW(1.542)228kW(0.122)80.1V

10kV80.1VU%100%0.8%Ual%5%

10000V故满足允许电压损耗的要求。

（3）短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25mm2的交联电缆是满足短路热稳定要求的.

综合以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如表所示。

线路名称 10kV电源进线 主变引入电缆 380 V 低 压 出 线 至1号厂房 至2号厂房 至3号厂房 至4号厂房 至5号厂房 至6号厂房 至7号厂房 至8号厂房 至9号厂房 至10号厂房 至生活区 导线或电缆的型号规格 LJ-35铝绞线（三相三线架空） YJL22-10000-325交联电缆（直埋） VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） VLV22-1000-3300+1150 四芯塑料电缆（直埋） 单回路，回路线3LJ-240（架空） 与邻近单位10kV联络线 YJL22-10000-325交联电缆（直埋） 七、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定二次回路电源选择

二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。

考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。 1) 高压断路器的控制和信号回路

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。 2) 电测量仪表与绝缘监视装置

这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。

a) 10KV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。

b) 变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。 c) 电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。 d) 380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。 e) 低压动力线路：装设电流表一只。 3) 电测量仪表与绝缘监视装置

在二次回路中安装自动重合闸装置、备用电源自动投入装置。 8.2 继电保护的整定

继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。

由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。

继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。

此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。 1)变压器继电保护

变电所内装有两台10/0.4kV800kVA的变压器。低压母线侧三相短路电流为Ik(3)21.53KA，高压侧继电保护用电流互感器的变比为100/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。

a)过电流保护动作电流的整定：

Krel1.3,Kre0.8,Kw1，Ki200/540

ILmax22I1NT4800KVA/(310kV)184.76A

故其动作电流：Iop1.31230.95A9.38A

0.840动作电流整定为10A。 b)过电流保护动作时限的整定

由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。

c)电流速断保护速断电流倍数整定

取Krel1.5, Ikmax21.53KA0.40KV/10kV1128.5A，故其速断电流为：

1.511128.5A42.32A 4042.32因此速断电流倍数整定为： nqb4.7。

9 Iqb2）10KV侧继电保护

在此选用GL-25/10型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短路电流为1.63kA；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为9A。下面对高压母线处的过电流保护装置KA1进行整定。（高压母线处继电保护用电流互感器变比为100/5A） 整定KA1的动作电流

'取ILmax2.5I30(1)2.567.50A168.75A，Krel1.3,Kre0.8,Kw1，

Ki200/540，故

Iop(1)KrelKw1.31ILmax168.75A6.9A， KreKi0.840根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为7A 。 整定KA1的动作时限：

母线三相短路电流Ik反映到KA2中的电流：Ik'(2)Kw(2)Ki(2)Ik11.63KA65.35A 40Ik'(2)对KA2的动作电流Iop(2)的倍数，即：n2Ik'(2)Iop(2)65.35A7.3 9A

由《反时限过电流保护的动作时限的整定曲线》确定KA2的实际动作时间：

'=0.6s。 t2'0.7s0.6s0.7s1.3s KA1的实际动作时间：t1't2母线三相短路电流Ik反映到KA1中的电流：Ik'(1)Ik'(1)Iop(1)Kw(1)Ki(1)Ik11.63KA34A 40I'k(1)对KA1的动作电流Iop(1)的倍数，即：n134A17 7所以由10倍动作电流的动作时限曲线查得KA1的动作时限：t11.1s。 3）0.38KV侧低压断路器保护 整定项目：

(a)瞬时过流脱扣器动作电流整定： 满足Iop(0)KrelIpk

Krel：对万能断路器取1.35；对塑壳断路器取2～2.5。 (b)短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定： 满足: Iop(s)KrelIpk Krel取1.2。

另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差0.2s(0.4s,0.6s)。 (c)长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定： 满足：Iop(l)KrelI30 Krel取1.1。 (d)过流脱扣器与被保护线路配合要求：

满足：Iop(l)KolIal Kol：绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数 (e)热脱扣器动作电流整定：

满足：IopTRKrelI30 Krel取1.1，一般应通过实际运行进行检验。

八、防雷和接地装置的确定 1 防雷装置意义

雷电引起的大气过电压会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。下面分情况对防雷装置进行选择。 2 直击雷的防治

根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置。在进线段的1km长度内进行直击雷保护。防直击雷的常用设备为避雷针。所选用的避雷器：接闪器采用直径10mm的圆钢；引下线采用直径6mm的圆钢；接地体采用三根2.5m长的50mm50mm5mm的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。 3 雷电侵入波保护

由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。对变电所来说，雷电侵入波保护利用阀式避雷器以及与阀式避雷器相配合的进线保护段；为了其内部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。 4 变电所公共接地装置的设计

（1）接地电阻的要求 按表9-23，本变电所的公共接地装置的接地电阻应

满足以下条件： RE4 且 RE式中 IE120V120V4.4 IE2710(803525)A27A

350因此公共接地装置接地电阻应满足RE4

（2）接地装置的设计 采用长2.5m、50mm的镀锌钢管数，按式（9.24）计算初选16根，沿变电所三面均匀布置（变电所前面布置两排），管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。管间用40mm4mm的镀锌扁钢焊接相连。变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地线与室外公共接地装置焊接相连。接地干线均采用采用25mm4mm的镀锌扁钢。变电所接地装置平面布置图如附录1所示。 接地电阻的演算：

RERE(1)nl100m2.5m3.85 n160.65满足RE4的要求。

7.1.1、直接防雷保护

在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设独立的避雷针。按规定，独立的避雷针的接地装置接地电阻R<10W。通常采用3-6根长2.5 m的刚管，在装避雷针的杆塔附近做一排或多边形排列，管间距离5 m，打入地下，管顶距地面0.6 m。接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌

扁刚，长1～1.5。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。

7.1.2、雷电侵入波的防护

a)在10KV电源进线的终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。引下线采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。 b）在10KV高压配电室内装设有GG—1A（F）—54型开关柜，其中配有FS4—10型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。

c）在380V低压架空线出线杆上，装设保护间隙，或将其绝缘子的铁脚接地，用以防护沿低压架空线侵入的雷电波。 7.2、变电所公共接地装置的设计 7.2.1、接地电阻的要求

按《工厂供电设计指导》表9-6。此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：

RE4

且 RE120V/IE120V/27A4.4

10(803525) 其中,IE A27 因此公共接地装置接地电阻RE4。

3507.2.2、接地装置的设计

采用长2.5m、50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm×4mm的镀锌扁刚焊接相接。变电所的变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚。变电所接地装置平面布置图如图9-1所示。接地电阻的验算：

RERE(1)n/l100m/2.5m3.85 n160.65满足RE4欧的接地电阻要求，式中,0.65查《工厂供电设计指导》表9-10”环行敖设”栏近似的选取。

九、心得体会

课程设计是检验我们本学期学习的情况的一项综合测试，它要求我们把所学的知识全部适用，融会贯通的一项训练，是对我们能力的一项综合评定，它要求我们充分发掘自身的潜力，开拓思路设计出合理适用的自动控制系统。

通过这次课程设计，使我得到了很多的经验，并且巩固和加深以及扩大了专业知识面，锻炼综合及灵活运用所学知识的能力，正确使用技术资料的能力。知识系统化能力得到提高,设计过程中运用了很多的知识，因此如何将知识系统化就成了关键。如本设计中用到了工厂供电的绝大多数的基础理论和设计方案，因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养，为今后的工作和学习打下了很好的理论基础。动得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

这次课程设计，我做了大量的参数计算，锻炼从事工程技术的综合运算能力，参数计算尽可能采用先进的计算方法。使我了解工厂供电设计的基本方法，了解工厂供电电能分配等各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解。

在此我感谢学校给了我们的这次实践机会，以及指导我们完成此次课程设计的张老师。