某塑料制品厂总配变电所及配电系统设计

Southwest university of science and technology

本科毕业设计（论文）

某塑料制品厂总配变电所及配电系统设计

学院名称 专业名称 学生姓名 学

号

信息工程学院 电气工程及其自动化

冯啸 20105214 于春梅 教授

指导教师

二〇一四年六月

西南科技大学本科生毕业论文 Ⅰ

某塑料制品厂总配变电所及配电系统设计

摘要：某塑料制品厂总配变电所及配电系统设计是工厂供电的一部分。一套完整的现代化供电系统对于一个工厂实现生产自动化、提高成品质量是不可缺少的。设计对工厂供电方式、主要设备的选择、保护装置的配置及防雷接地系统进行了相应的叙述。本设计首先进行负荷计算，无功功率补偿计算，短路电流计算，并对变压器容量进行选择。然后，对主接线方案进行选择并拟定，电气主接线对接下来电气设备的选择，运行的可靠性和灵活性，操作和检修的安全以及今后的扩建，对电力工程建设和运行的经济节约等，都由很大的影响。接着，对主要电气设备选型并校验。最后，对主要设备继电保护进行设计和整定计算，对防雷和接地系统做相应叙述。在论文的最后还附上了主接线图。

关键词：负荷计算; 短路计算; 继电保护; 主接线设计

西南科技大学本科生毕业论文 Ⅱ

A plastic products factory workshop substation and

electrical system

Abstract：A plastic products factory workshop substation and electrical system design of the factory is the targeted design of power supply. A complete set of modern power supply system is indispensable for factory production automation and improving the quality of products . This design is firstly performed load calculation, reactive power compensation calculations,short circuit current calculation, as well as the capacity of choosing transformer.The conclusion is that a main electrical wiring has a great influence on the active and reliable main equipment of technical parameters ,operation and maintenance of the security as well as the future expansion.Finally,the design narrates the lightning protection and grounding systems ,also designs and calculates relay protection of main equipment .The main wiring diagram is attached on the end of the paper.

Key Words: Load calculation,Short circuit calculation,Relay protection,Design of main wiring

西南科技大学本科生毕业论文 Ⅳ

目 录

第1章 绪论 ............................................................. 2

1.1 工厂供电的意义 ................................................... 2 1.2 工厂供电的要求 ................................................... 2 1.3 设计依据 ......................................................... 2

1.3.1 平面布置图如图 .............................................. 3 1.3.2 生产任务及车间组成 .......................................... 3 1.3.3 工厂各车间的负荷情况及车间变电所的容量如下表 ................ 3 1.3.4 供用电协议 .................................................. 4 1.3.5 本厂负荷性质 ................................................ 5 1.3.6 自然条件 .................................................... 5

第2章 负荷计算 ......................................................... 5 2.1 负荷计算的意义 ................................................... 5 2.2 负荷计算的方法 ................................................... 5 2.3 负荷计算 ......................................................... 6 第3章 功率补偿计算及变压器的选择 ...................................... 10 3.1 功率补偿计算 .................................................... 10 3.2 变压器型式的选择 ................................................ 11 3.3 变压器台数的选择 ................................................ 13 3.4 变压器容量的选择 ................................................ 13 第4章 主接线的设计 .................................................... 14 4.1 基本要求 ........................................................ 14 4.2 电气主接线设计 .................................................. 14

4.2.1 电气主接线各种连接方式及其优缺点 ........................... 15 4.2.2 主接线方案的拟定 ........................................... 17

第5章 短路电流计算 .................................................... 15 5.1 短路电流计算方法及意义 .......................................... 20 5.2 短路计算 ........................................................ 20

5.2.1 短路电流计算等效示意图 .................................... 20

5.2.2 短路电流及容量的计算 ...................................... 19 第6章 电气设备的选择与校验 ............................................ 22 6.1 总配电所架空线进线的选择 ........................................ 23 6.2 高压侧与低压侧母线的选择 ........................................ 23 6.3 各变电所进线选择 ................................................ 24 6.4 变电所低压出线的选择 ............................................ 24 6.5 设备的选择 ...................................................... 25

6.5.1 高压侧设备的选择 .......................................... 26 6.5.2 各车间进线设备的选择 ...................................... 27 6.5.3 各变电所低压侧出线回路设备选择与校验表 .................... 27

西南科技大学本科生毕业论文 Ⅳ

第7章 继电保护 ........................................................ 30 7.1 高压进线的继电保护 .............................................. 30 7.2 各变电所进线的保护 .............................................. 31 7.3 变压器继电保护 .................................................. 34 第8章 防雷与接地保护 .................................................. 36 8.1 防雷保护 ........................................................ 36 8.2 接地装置 ........................................................ 36 结论 .................................................................... 37 致谢 .................................................................... 39 参考文献 ................................................................ 40 附录 主接线图 ........................................................... 41

西南科技大学本科生毕业论文

第1章 绪论

1.1 工厂供电的意义

工厂供电（electric power supply for industrial plants），就是指工厂所需电能的供应和分配。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。例如在机械工业中，电费的开支仅占产品成本的5%左右。因此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自动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的自动化。从另一方面说，如果工厂的电能供应突然中断，对工业生产可能造成严重的后果。例如某些供电可靠性要求很高的工厂，即使是极短暂的停电，也会引起重大的设备损坏，或引起大量的产品报废，甚至可能发生重大的人身事故，给国家和人民带来经济上甚至政治上的重大损失。所以，工厂应该根据本厂环境条件和供电要求来选择适当的电气设备和确定其各项参数，保证工厂正常运行时安全可靠，出现故障时不致出现严重的后果，并在合理的情况下注意节约，还应该根据工厂生产情况与供应能力统筹兼顾。因此，一套完整的现代化供电系统对于一个工厂实现生产自动化、提高成品质量是不可缺少的。

1.2 工厂供电的要求

在工厂供电的过程中要切实保证工厂生产和生活的需要，还要做好节能工作，就应该做到以下要求：

（1）可靠 要满足供电可靠性的要求。

（2）安全 要满足在电能的使用中不应发生设备和人身事故。 （3）优质 要保证用户对电能质量的要求。

（4）经济 尽量减少供电系统中不必要的投资，并尽可能地节约电能。

此外，在设计工厂配电系统的时候还要考虑到当地的天气设计防雷接地装置，合理地处理当前和长远的关系，既要节约能源，又要保证工厂生产和生活的需要。

1.3 设计依据

2

西南科技大学本科生毕业论文

1.3.1平面布置图如图

图 1-1 平面布置图

1.3.2生产任务及车间组成

年产量为万吨聚乙烯塑料制品，产品品种有薄模、单丝、管材和注射等制品。其原材料来源于某石油化纤总厂。

1.3.3 工厂各车间的负荷情况及车间变电所的容量如下表

表 1-1各车间及车间变电所负荷计算表（380V）

序号 车间或用电单位名称 设备容量（千瓦） （1）NO1变电所 1 2 3 4 5 6 1 薄膜车间 原料库 生活间 成品库（一） 成品库（二） 包装材料库 单丝车间 1380 38 12 26 22 19 1365 0.6 0.25 0.8 0.3 0.3 0.3 0.6 3

需用系数Kd 功率因数 功率因数正切cos? 0.6 0.5 1 0.5 0.5 0.5 0.6 tg? 1.33 1.73 1.73 1.73 1.73 1.33 （2）NO2变电所 西南科技大学本科生毕业论文

2 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6

水泵房及其附属设备 28 注塑车间 管材车间 备料复制车间 生活间 浴室 钳工车间 原料、生活间 仓库 机修模具车间 处理车间 车间 锅炉房 试验室 辅助材料库 油泵房 加油站 办公楼、招待所、食堂 198 870 140 9 4 35 13 14 90 140 190 190 135 100 18 15 18 0.65 0.4 0.35 0.6 0.8 0.8 0.3 0.8 0.3 0.25 0.6 0.3 0.7 0.25 0.2 0.65 0.65 0.6 0.8 0.6 0.6 0.5 1 1 0.65 1 0.5 0.65 0.7 0.5 0.75 0.5 0.5 0.8 0.8 0.6 0.75 1.33 1.33 1.73 1.17 1.73 1.17 1.02 1.73 0.88 1.73 1.73 0.75 0.75 1.33 （3）NO3变电所 （4）NO4变电所 （5）NO5变电所 1.3.4 供用电协议

工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：

图2-2 供电协议图

（1）从电业部门某35/10kV变电所用10kV架空线向本厂供电，该所在厂南侧1km。 （2）供电系统短路技术数据：电业部门变电所10kV母线，为无限大电源系统，其短路

4

西南科技大学本科生毕业论文

容量为200MVA。

（3）电业部门对本厂提出的技术要求：

电业部门配出线路定时限过流保护装置的整定时间为2秒，工厂“总降”不应大于1.3秒；

在总配变电所10kV侧进行电能计量； 本厂的功率因数值应在0.9以上。 1.3.5 本厂负荷性质

生产车间为三班工作制，部分车间为单班或两班制，最大有功负荷年利用小时数为5000小时，属于三级负荷。 1.3.6 自然条件

（1）最热月平均最高气温为35 ；

（2）土壤中0.7～1米深处一年中最热月平均温度为20 ； （3）年雷暴日为30天； （4）土壤冻结深度为1.1米； （5）夏季主导风向为南风。

（6）地表面比较平坦，土壤主要成分为积土及砂质粘土，层厚1.6～7m不等； （7）地下水位一般为0.7m； （8）地耐压力为20吨/平方米。

5

西南科技大学本科生毕业论文

第2章 负荷计算

2.1 负荷计算的意义

计算负荷是供电系统设计计算的基础，为选择变压器台数和容量，选择电气设备，确定测量仪表的量程，选择继电保护装置等提供重要的数据依据。所以负荷计算准确与否直接影响着供电设计的质量。工厂供电系统运行时的实际负荷并不等于所有用电设备额定功率之和。这是因为用电设备不可能全部同时运行，每台设备也不可能全部满负荷，各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。因此，工厂供电系统在设计过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。所谓等效是指这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。我们按照等效负荷，从满足用电设备发热的条件来选择用电设备，用以计算的负荷

Q30和S30功率或负荷电流称为“计算负荷”。通常规定取30分钟(min)平均最大负荷P30、

作为该用户的“计算负荷”，并用Pjs、Qjs、Sjs和Ijs分别表示其有功、无功、视在和电流计算负荷。

计算负荷也称需要负荷或最大负荷，目的是为了合理地选择工厂各级电压供电网络、变压器容量和设备型号等。

2.2 负荷计算的方法

计算负荷的确定是工厂供电设计中很重要的一环，计算负荷的确定是否合理，直接影响到电气设备选择的合理性、经济性。如果计算负荷确定的过大，将使电气设备选得过大，造成投资利有色金属的浪费；而计算负荷确定的过小，则电气设备运行时电能损耗增加，并产生过热，使其绝缘过于老化，甚至烧毁、造成经济损失。因此，在供电设计中，应根据不同的情况，选择正确的计算入法来确定计算负荷。常用的负荷计算方法有需要系数法、二项式法、利用系数法和面积功率法等。在实际工程配电设计中，广泛采需用系数法，因其计算方便，多采用方案估算，初步设计和全厂大型车间变电所的施工设计。

按需要系数法确定计算，应从实际每台用电设备开始，逐级向电源推进，一直计算到电源，用每一级的计算负荷为选择该用电器的依据。需用系数法的计算，现在己普遍

6

西南科技大学本科生毕业论文

应用于供配电设计中，其缺点是它未考虑到用电设备中少数容量特大的设备对计算负荷的影响。本设计的情况符合需要系数法，因此本设计中的负荷计算都用需要系数法进行计算。

2.3 负荷计算

现以NO.5变电所车间负荷计算为例，计算过程如下：（在计算各车间变电所负荷合

计时，同时系数分别取值：Kp=0.9；Kq=0.95）

NO.5变电所 （1）锅炉房

有功功率：P30(1)=KdPe=190×0.7=133 KW 无功功率：Q30(1)= P30(1)tan?=133×0.88=117.04 Kvar 视在功率：S30(1)=（2）试验室

有功功率：P30(2)=KdPe=135×0.25=33.75 KW

无功功率：Q30(2)= P30(2)tan?=33.75×1.73=58.39 Kvar 视在功率：S30(2)=

P30(1)cos?=133÷0.75=177.33 KV·A

P30(2)cos?=33.75÷0.5=67.50 KV·A

（3）辅助材料库

有功功率：P30(3)=KdPe=100×0.2=20 KW

无功功率：Q30(3)= P30(3)tan?=20×1.73=34.60Kvar 视在功率：S30(3)=（4）油泵房

有功功率：P30(4)=KdPe=18×0.65=11.70KW

无功功率：Q30(4)= P30(4)tan?=11.70×0.75=8.78 Kvar 视在功率：S30(4)=（5）加油站

P30(3)cos?=20÷0.5=40.00 KV·A

P30(4)cos?=8.78÷0.8=14.63 KV·A

7

西南科技大学本科生毕业论文

有功功率：P30(5)=KdPe=15×0.65=9.75KW

无功功率：Q30(5)= P30(5)tan?=9.75×0.75=7.31 Kvar 视在功率：S30(5)=

P30(5)cos?=9.75÷0.8=12.19 KV·A

（6）办公楼、招待所、食堂

有功功率：P30(6)=KdPe=18×0.6=10.80 KW

无功功率：Q30(6)= P30(6)tan?=10.80×1.33=14.36 Kvar 视在功率：S30(6)=

P30(6)cos?=10.80÷0.6=18.00 KV·A

变电所N0.5的计算负荷： 有功计算负荷：P30=Kp?P305 (2-1)

=0.9×（133＋33.75＋20＋9.75＋11.70＋10.80） =197.1 KW 无功计算负荷：Q30=Kq?Q305 （2-2)

=0.95×(117.04＋58.39＋34.60＋8.78＋7.31＋14.36) =228.46 Kvar

S30=P302?Q302 视在计算负荷：（2-3)

=197.12?228.462

=301.73 KV·A

其余变电所的计算方法与NO.5变电所的计算方法相同，这里就不一一计算了，其计算结果如表3-1所示。

表3-1 负荷计算结果

序车间（单位）名称 号 （1）NO1变电所 有功P30（KW） 无功Q30（Kvar） 视在S30（KV·A） 计算负荷 8

西南科技大学本科生毕业论文

1 2 3 4 5 6 7 薄膜车间 原料库 生活间 成品库（一） 成品库（一） 包装材料库 小计 828.00 9.50 9.60 7.80 6.60 5.70 867.20 780.48 1101.24 16.44 0.00 13.49 11.42 9.86 1111.10 1380.00 19.00 9.60 15.60 13.20 11.40 1391.40 乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95 （2）NO2变电所 1 2 3 单丝车间 水泵房及其附属设备 小计 1055.55 1312.75 819.00 18.20 837.20 753.48 1089.27 13.65 1102.92 1290.56 1365.00 22.75 1387.75 乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95 （3）NO3变电所 1 2 3 油塑车间 管材车间 小计 1047.77 79.20 304.50 383.70 345.33 484.80 105.34 404.99 510.32 595.22 132.00 507.50 639.50 乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95 （4）NO4变电所 1 2 3 4 5 6 7 8 9 备料复制车间 生活间 浴室 钳工车间 原料、生活间 仓库 机修模具车间 处理车间 车间 84.00 7.20 3.20 10.50 10.40 4.20 22.50 84.00 57.00 283.00 254.7 356.72 145.32 0.00 0.00 12.29 0.00 7.27 26.33 85.68 98.61 375.49 438.32 168.00 7.20 3.20 16.15 10.40 8.40 34.62 120.00 114.00 481.97 10 小计 乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95 9

西南科技大学本科生毕业论文

（5）NO5变电所 1 2 3 4 5 6 7 锅炉房 试验室 辅助材料库 油泵房 加油站 办公楼、招待所、食堂 小计 197.1 133.00 33.75 20.00 11.70 9.75 10.80 219.00 228.46 117.04 58.39 34.60 8.78 7.31 14.36 240.48 301.73 177.33 67.50 40.00 14.63 12.19 18.00 329.65 乘以同时系数KP=0.9，KQ=0.95

10

西南科技大学本科生毕业论文

第3章 功率补偿计算及变压器的选择

3.1 功率补偿计算

供电单位一般对用电用企业要求要求功率因数达到0.9以上，若达不到要求，需增设无功功率的人工补偿装置。提高负荷的功率因数，可以减少发电机送出的无功功率和通过线路、变压器传输的无功功率，使线损大为降低，而且还可以改善电压质量、提高线路和变压器的输送能力。

无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。

下面以NO.5变电所为例计算：

变电所的补偿前功率因数：cos?=P30=197.1÷301.73=0.65 (3-1)

S30S30301.73计算电流：I30===17.42 A (3-2)

3UN3?10 补偿后功率因数：cos?'=0.92

需要补偿的功率：QC=P30(tan??tan?')=197.1×（1.17-0.43） (3-3) =145.85 Kvar

补偿电容器的个数：n?QC=145.85÷25=5.83

qc所以实际补偿的功率：Qc=150 Kvar（所以本设计中选用电容器的型号为BKMJ0.4-25-3 ）

补偿后有功计算负荷：P30'=P30=197.1 KW

补偿后无功计算负荷：Q30'=Q30-Qc=228.46-150=78.46 Kvar (3-4) 补偿后视在计算负荷：S30'=P30'2?Q30'2=212.14 KV·A (3-5)

S30'212.14补偿后的计算电流：I30===12.25 A

3UN3?10'高压侧功率因数的校检：?PT=0.015S30'=0.015×212.14=3.18 KW (3-5)

11

西南科技大学本科生毕业论文

?QT=0.06S30'=0.06×212.14=12.73 Kvar (3-6) 高压侧有功计算负荷：P30''=?PT+P30'=200.28 KW (3-7) 高压侧无功计算负荷：Q30''=?QT+Q30'=91.19 KV·A (3-8) 高压侧视在计算负荷：UN?e=P30''2?Q30''2=220.06 KV·A

S30''220.06高压侧计算电流：I30===12.71 A

3UN3?10''P30高压侧的功率因数：cos?''=''=0.91>0.9，满足要求。

S30'其他各变电所的计算方法相同，计算结果如表3-1所示：

表3-1 功率补偿计算结果

变电所 补偿前 cos? P30(KW) NO.1 0.59 780.48 1055.55 1312.75 75.79 0.92 780.48 305.55 838.16 48.39 0.92 793.05 348.06 866.07 50.00 NO.2 0.58 753.48 1047.77 1290.56 74.51 0.92 753.48 297.77 810.18 46.78 0.91 765.63 346.38 840.34 48.52 NO.3 0.58 345.33 484.80 595.22 34.37 0.92 345.33 134.80 370.71 21.40 0.91 350.89 157.04 384.42 22.19 NO.4 0.58 254.7 356.72 438.32 25.31 0.92 254.7 106.72 276.15 15.94 0.90 258.84 123.29 286.70 16.55 NO.5 0.65 197.1 228.46 301.73 17.42 0.92 197.1 78.46 212.14 12.25 0.91 200.28 91.19 220.06 12.71 Q30(Kvar) S30(KV·A) I30(A) 补偿cos?' P30(KW) Q30(Kvar) 后 S30(KV·A) I'30(A) 高压侧 cos?'' P30(KW) Q30(Kvar) S30(KV·A) I''30(A) 3.2变压器型式的选择

一般正常环境的变电所，可以选用油浸式变压器，且应优先选用S9、S11等系列变压器。

12

西南科技大学本科生毕业论文

在多尘或由腐蚀性气体严重影响变压器安全运行的场所，应选用S9-M、S11-M ?R等系列全密封式变压器。

多层或高层建筑内的变电所，宜选用SC9等系列环氧树脂注干式变压器或SF666充气型变压器。

根据本论文给出的自然条件：工厂所在地址自然条件正常，可以选用油浸式变压器。

3.3 变压器台数的选择

主变压器台数应根据负荷特点和经济运行的要求进行选择。当符合下列条件之一时，宜装设两台以上主变压器：

（1）有大量一级或二级负荷。

（2）季节性符合变化较大，适于采用经济运行方式。 （3）集中符合较大，例如大于1250kVA时。

本设计中所有负荷均为三级负荷，所以应该装设1台变压器。

3.4 变压器容量的选择

(1)只装一台变压器的变电所

变压器的容量ST:应满足用电设备全部的计算负荷S30的需要，即

ST?S30

(2)装有两台变压器的变电所

每台变压器的容量ST应满足以下两个条件。

① 任一台变压器工作时，宜满足总计算负荷S30 的大约60%~70%的需要，即

ST=（0.6~0.7）S30

② 任一台变压器工作时，应满足全部一、二级负荷S30的需要，即

ST?S30(1?2)

(3)车间变电所变压器的容量上限

单台变压器不宜大于1000KV·A。这一方面是受以往低压开关电器断流能力和短路稳定度要求的限制；另一方面也是考虑到可以使变压器更接近于车间负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量。

(4)并行运行的变压器

最大容量与最小容量之比不应超过3:1。同时，并联运行的两台变压器必须符合以

13

西南科技大学本科生毕业论文

下条件：

① 并联变压器的电压比必须相同，允许差值不应超过?5% ，否则会产生环流引起电能损耗，甚至绕组过热或烧坏。

② 并列变压器的阻抗电压必须相等，允许差值应不超过±10%，否则阻抗电压小的变压器可能过载。

③ 并列变压器的联接组别应相同，否则二次侧会产生很大的环流，可能使变压器绕组烧坏。

本设计属于第一种情况，故变电所选取的变压器仅考虑（1）即可。以NO.5变电所选型为例（查看负荷计算大小，可确认选择一台变压器既满足）

根据负荷计算是所得变电所补偿后总视在功率： S30'(5)=220.06KVA，选择的变压器应该满足：应选变压器的容量SN.T≥S30'(1)，查询附录表可知选择的变压器容量为250KVA，故选择的变压器型号为：S9—250\\10，参照变压器各参数，可以满足要求。

结果如表3-2所示：

表3-2 各变电所选的变压器及台数

变电所 1 2 3 4 5 变压器 型号 S9-1000/10 S9-1000/10 S9-400/10 S9-315/10 S9-250/10 额定容量（KVA） 1000 1000 400 315 250 额定电压（V） 连接组标号 高压 低压 10K 10K 10K 10K 10K 0.4K 0.4K 0.4K 0.4K 0.4K Dyn11 Dyn11 Dyn11 Dyn11 Dyn11 损耗 空载 1700 1700 870 720 600 阻抗空载电压电流负载 （%） （%） 9200 9200 4200 3450 2900 5 5 4 4 4 1.7 1.7 3.0 3.0 3.0

14

西南科技大学本科生毕业论文

第4章 主接线的设计

电气主接线是指从电源进线到负荷出线之间所有一次设备连成的回路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。主接线代表了发电厂或变电站电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，它直接影响电力系统运行的可靠性、灵活性并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。因此，主接线的正确、合理设计，必须综合考虑变电站在电力系统中的地位、作用以及用户的负荷性质等因素，最大限度地满足运行灵活性、可靠性以及操作简便、经济合理便于扩建的基本要求。在选择电气主接线形式时，应根据变电站进出线回路数、设备特点、负荷性质等条件确定。

4.1 基本要求

变电站的电气主接线应根据该变电站在电力系统中地位，变电站的规划容量、负荷性质、线路、变压器连接元件总数、设备特点等条件确定。并应综合考虑供电可靠、运行灵活、操作检修方便、投资节约和便于过渡或扩建等要求。因此对主接线的设计要求可以归纳为以下三点。

（1）可靠性 可靠性是指电气主接线能可靠保证对用户的供电。主接线的可靠性是它的各组成元件，包括一、二次部分在运行中可靠性的综合。衡量可靠性的客观标准是运行实践。因此，不仅要考虑一次设备对供电可靠性的影响，还要考虑继电保护二次设备的故障对供电可靠性的影响。一种主接线对某些变电站是可靠的，而对另一些变电站可能是不可靠的，因此可靠性是相对的而不是绝对的。

（2）灵活性 主接线的灵活性有以下几方面要求：

① 调度要求 可以灵活地投入和切除变压器、线路，调配电源和负荷；能够满足系统在事故运行方式下、检修方式下以及特殊运行方式下的调度要求。

② 检修要求 可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备进行安全检修，且不致影响对用户的供电。

③ 扩建要求 可以容易地从初期过渡到终期接线，使在扩建时，无论一次或二次，设备改造量最小。

（3）经济性 经济性主要是投资省、占地面积小、能量损失小。

15

西南科技大学本科生毕业论文

4.2 电气主接线设计

电气主接线的基本形式就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源和出线为主体。大致分为有汇流母线和无汇流母线两大类。其中有汇流母线的接线形式分为单母线、单母线分段、双母线、双母线分段、一台半断路器接线以及增设旁路母线等。而无汇流母线的接线形式主要有单元接线、桥形接线以及多角形接线等。 4.2.1 电气主接线各种连接方式及其优缺点

（1）单母线接线(线路变压器组接线)

线路变压器组接线是线路和变压器直接相连，是一种最简单的接线方式，线路变压器组接线的优点是简单清晰，设备少，投资小，运行操作方便，且有利于扩建和采用成套配电装置等。但缺点是可靠性和灵活性差。

适用范围：一般只适用于有一台发电机或一台主变压器的中、小型发电厂或变电站的6~220kV系统中，并与该电力系统中不同电压等级的出线回路数有关。

① 6~10kV配电装置的出线回路数不超过5回时。 ② 5~66kV配电装置的出线回路数不超过3回时。 ③ 110~220kV配电装置的出线回路数不超过2回时。 （2）单母线分段接线

单母线分段接线就是将一段母线用断路器分为两段，它的优点是接线简单，投资省，操作方便；缺点是母线故障或检修时要造成部分回路停电。

适用范围：

① 6~10kV配电装置的出线回路数为6回及以上；变电站有两台主变压器时。 ② 35~66kV配电装置的出线回路数为4~8回时。 ③ 110~220kV配电装置的出线回路数为3~4回时。 （3）双母线接线

双母线接线就是将工作线、电源线和出线通过一台断路器和两组隔离开关连接到两组(一次/二次)母线上，且两组母线都是工作线，而每一回路都可通过母线联络断路器并列运行。与单母线相比，它的优点是供电可靠性大[4]，可以轮流检修母线而不使供电中断，当一组母线故障时，只要将故障母线上的回路倒换到另一组母线，就可迅速恢复供电，另外还具有调度、扩建、检修方便的优点；其缺点是每一回路都增加了一组隔离开关，使配电装置的构架及占地面积，投资费用都相应增加；同时由于配电装置的复杂，

16

西南科技大学本科生毕业论文

在改变运行方式倒闸操作时容易发生误操作，且不宜实现自动化；尤其当母线故障时，须短时切除较多的电源和线路，这对特别重要的大型发电厂和变电站是不允许的。

（4）双母线带旁路接线

双母线带旁路接线就是在双母线接线的基础上，增设旁路母线，其特点是具有双母线接线的优点，当线路(主变压器)断路器检修时，仍有继续供电，但旁路的倒换操作比较复杂，增加了误操作的机会，也使保护及自动化系统复杂化，投资费用较大，一般为了节省断路器及设备间隔，当出线达到5个回路以上时，才增设专用的旁路断路器，出线少于5个回路时，则采用母联兼旁路或旁路兼母联的接线方式。

适用范围：220kV出线在4回及以上、110kV出线在6回及以上时，宜采用有专用旁路断路器的旁路母线接线。

（5）双母线分段带旁路接线

双母线分段带旁路接线就是在双母线带旁路接线的基础上，在母线上增设分段断路器，它具有双母线带旁路的优点，但投资费用较大，占用设备间隔较多，一般采用此种接线的原则为：

① 当设备连接的进出线总数为12~16回时，在一组母线上设置分段断路。 ② 当设备连接的进出线总数为17回及以上时，在两组母线上设置分段器。 （6）一台半断路器接线

一台半断路器接线就是在每3(4)个断路器中间送出2(3)回回路，一般只用于500kV(或重要220kV)电网的母线主接线，它的主要优点是：

① 运行调度灵活，正常时两条母线和全部断路器运行，成多路环状供电。 ② 检修时操作方便，当一组母线停电时，回路不需要切换任一台断路器检修，各回路仍按原接线方式，不需切换。

③ 运行可靠，每一回路由两台断路器供电，母线发生故障时，任何回路都不停电。

一台半断路器接线的缺点是使用设备较多，特别是断路器和电流互感器，投资费用大，保护接线复杂。

适用范围：超高压电网，大型发电厂和变电站的330-550kV的装置中，当进线回路数为6回及以上的，配电装置在系统中有主要地位时，宜采用一台半断路器接线；现国内500kV变电站，一般都采用此接线。

（7）桥形接线

17

西南科技大学本科生毕业论文

桥形接线采用4个回路3台断路器和6个隔离开关，是接线中断路器数量较少，也是投资较省的一种接线方式。根据桥形断路器的位置又可分为内桥和外桥两种接线，由于变压器的可靠性远大于线路，因此应用较多的为内桥接线，若为了在检修断路器时不影响变压器的正常运行，有时在桥形外附设一组隔离开关，这就成了长期开环运行的四边形接线。

适用范围：

① 内桥适用于较小容量的发电厂、变电站，并且变压器不经常切换。因此内桥接线的应用较广泛。

② 外桥适用于较小容量的发电厂、变电站，并且变压器切换频繁，或者线路较短，故障率较少的情况。线路有穿越功率时，为避免穿越功率通过多台断路器，宜采用外桥接线。

③ 桥形接线中使用断路器台数少，其配电装置占地也少，能满足变电站可靠性要求，具有一定的运行灵活性，桥形接线适用于线路为两回、变压器为两台的水电站、变电站等。 （8）多角形接线

多角形接线就是将断路器和隔离开关相互连接，且每一台断路器两侧都有隔离开关，由隔离开关之间送出回路。多角形接线所用设备少，投资省，运行的灵活性和可靠性较好，正常情况下为双重连接，任何一台断路器检修都不影响送电，由于没有母线，在连接的任一部分故障时，对电网的运行影响都较小。其最主要的缺点是回路数受到限制，因为当环形接线中有一台断路器检修时就要开环运行，此时当其它回路发生故障就要造成两个回路停电，扩大了故障停电范围，且开环运行的时间愈长，这一缺点就愈大。环中的断路器数量越多，开环检修的机会就越大，所一般只采四角（边）形接线和五角形接线。同时为了可靠性，线路和变压器采用对角连接原则，四边形的保护接线比较复杂，一、二次回路倒换操作较多。

适用范围：没有扩建余地的中小型水电厂的110kV及以上配电装置中，一般多角形不要超过六角形。设计时应将电源回路按对角原则配置，以减少设备（如断路器）故障时或开环运行合并一个回路故障时的影响范围。 4.2.2主接线方案的拟定

主接线由本设计原始资料知：电力系统某60/10KV变电站用一条10KV的架空线路向本厂供电，一次进线长1km，年最大负荷利用小时数为5000h，且工厂属于三级负荷，

18

西南科技大学本科生毕业论文

所以只进行总配电在进行车间10/0.4KV变电，母线联络线采用单母线不分段接线方式。根据主接线方案大致画出主接线示意图，如下：

图4-1 主接线示意图

19

西南科技大学本科生毕业论文

第5章 短路电流计算

5.1 短路电流计算方法及意义

电力系统不可避免会发生短路事故。短路事故威胁着电网的正常运行，并有可能损坏电气设备。因此，在电力系统的设计和运行中，都要对供电网络进行短路电流计算，以便正确地选用和调整继电保护装置，正确地选择电气设备，确保电力系统的安全、可靠地运行。

对一般工厂来说，电源方向的大型电力系统可看作是无限大容量系统。无限大容量系统的基本特点是其母线电压总维持不变，即回路中发生短路时电源的内阻抗可以忽略不计，当接到这个系统的小容量电路中的电流发生任何变动甚至短路时，这个系统母线上的电压仍基本保持不变。

短路电流计算，根据电力系统的实际情况，可以采用标幺值法或欧姆法计算，哪种方法方便就采用那种方法。在高压系统中通常采用标幺值法计算。

5.2 短路计算

5.2.1 短路电流计算等效示意图

(1) ～ ∞系统 200MVA (2) X0=0.4?,1km 10.5kV S9-1000 0.4kV

图5-1 短路计算电路

K-1 (3) K-2

图5-2 短路等效电路图

5.2.2 短路电流及容量的计算

取基准容量Sd=100MVA，高压侧基准电压UC1?10.5kV ，低压侧基UC2?0.4kV 高侧基准电流Id1?Sd?5.5kA，低压侧基准电流Id2?3UC120

Sd?144.34kA。 3UC2西南科技大学本科生毕业论文

（1）电力系统的电抗标幺值由SOC=200MVA得：X1?=

Sd=100÷200=0.5 (5-1) Soc（2）架空线路的电抗标幺值：由X0=0.4Ω/km l=1km得：

X2?=X0l100Sd0.4?1?==0.36 (5-2)

10.52Uc12（3）电力变压器的电抗标幺值，这里以NO.1为例计算，该变电所选的变压器是S9-1000/10，所以Uk%=5%：

X3?=

Uk%Sd5100?103100?S=?=5 (5-3) N1001000短路等效电路图如图5-1所示，并标明短路计算点。

计算K-1点的短路电路总标幺值及三相短路电流和短路容量：

① 总电抗标幺值

X*?(K?1)=X1?+X2?=0.5+0.36=0.86 (5-4) ② b.三相短路电流周期分量有效值

I(3)K?1=

Id1X*=5.5÷0.86 KA=6.4 KA (5-5)

?(K?1)③ c.其他三相短路电流

I''(3)=I(3)?=I(3)K?1=6.4 KA (5-6)

i(3)sh=2.55I''(3)=2.55×6.4=16.32 KA (5-7) I(3)=1.51I''(3)sh=1.51×6.4=9.66 KA (5-8) ④ d.三相短路容量

S(3)K?1=

SdX*=

1000.86=116.28 MV·A (5-9) (K?1)计算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?⑤ e.总电抗标幺值

X*?(K?2)=X1?X2?X3=0.5+0.36+5=5.86 ⑥ f.三相短路电流周期分量有效值

I(3)d2K?2=

IX*=

144.34?(K?2)5.86=24.63 KA 21

西南科技大学本科生毕业论文

⑦ g.其他三相短路电流

(3)(3)=IKI''(3)=I??2=24.63 KA

(3)=1.84I''(3)=1.84×24.63=45.32 KA ish(3)

=1.09I''(3)=1.09×24.63=26.85 KA Ish

⑧ 三相短路容量

X*(K?2)?其他各变电所的短路计算与NO.1计算相同，其计算结果如表5.1所示：

表5-1 各变电所的短路计算电路及容量

短路计算点 K-1 K-2 K-2 K-2 K-2 K-2 变电所号码 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 NO.5 三相短路电流/KA (3) IK(3)SK?2=

Sd=

100=17.06 MV·A 5.86三相短路容量 i (3)shI''(3) (3) I? I (3)sh(3)/MVA（SK） 6.4 24.63 24.63 13.29 10.64 8.56 6.4 24.63 24.63 13.29 10.64 8.56 6.4 24.63 24.63 13.29 10.64 8.56 16.32 45.32 45.32 24.45 19.58 15.75 9.66 26.85 26.85 14.49 11.6 9.33 116.28 17.06 17.06 7.52 9.4 11.68 计算短路电流主要是校验电气控制装置的电器元件和导线在极端的条件下是否有承受能力，特别是保护器件是否能断开短路电流。否则被粘连，不但不能起到保护作用，而且间接放大事故的灾害面积（范围）。通过计算最大运行方式和最小运行方式下短路点至电源的等效阻抗值，计算可得短路点的短路容量、短路冲击电流、短路全电流最大有效值以及短路电流周期分量的有名值，这些数据是下一章进行变电站电气设备选型的重要依据。

第6章 电气设备的选择与校验

现代工厂要求电气设备防火、防潮、防爆、防污染、节能及小型化。电气设备的选择是涉及多种因素，首先要考虑并坚持的是产品性能质量。电气产品的选用必须符合国

22

西南科技大学本科生毕业论文

家有关规范。其次才是经济性，要根据业主功能要求、经济情况做出选择。所要选择的产品包含在每个设计子项之中，主要有电源设备、高低压开关柜、电力变压器、电缆电线、开关电器等。

6.1 总配电所架空线进线的选择

架空线一般按发热条件来确定导线的型号，应该注意的是导线的允许载流量Ial 小于通过相线的计算电流I30，即

Ial>I30

高压侧补偿后的计算电流：I'30=

S'302597.59==149.97 A

3?UN3?10查询相关附录表：根据当地温度的需要选择适宜的导线，因此这里应该选择LGJ-35型的铝绞线，该导线的截面积是35mm2，机械强度也满足要求。

6.2 高压侧与低压侧母线的选择

母线的材料有铜、铝和钢。目前，农村发电厂和变电站以及大、中型发电厂、变电站的配电装置中的母线，广泛采用铝母线，这是因为铜贵重，我国储量又少；而铝储量较多，具有价格低、重量轻、加工方便等特点。因此，选用铝母线要比铜母线经济。

农村发电厂和变电站配电装置中的母线截面目前采用矩形、圆形和绞线圆形等。选择母线截面形状的原则是：肌肤效应系数尽量低；散热好；机械强度高；连接方便；安装简单。

10kV侧主要选择矩形截面母线，因为同样截面的矩形母线周长比圆形母线的周长要长，散热面积大，冷却条件好；由于肌肤效应的影响，矩形母线的电阻比圆形的小。

钢芯铝绞线的耐张性能比单股母线好，在允许电流相同的条件下，钢芯铝绞线的直径比单股母线直径大，其表面附近的电场强度小于单股母线。为了使农村发电厂和变电站的屋外配电装置结构和布置简单，投资少，在高压侧一般采用钢芯铝绞线。

母线的选择方法与架空线的选择方法相同，所以计算电流为：

I'30=

S'302597.59==149.97 A

3?UN3?10查询相关附录表：根据当地温度的需要选择适宜的导线，因此这里应该选择LMY型矩形硬铝母线，选择导线的截面积为50×4mm2，其允许载流量Ial为586A。

低压侧与高压侧的母线选择一致，此处省略计算过程。查表得，低压侧母线选用

23

西南科技大学本科生毕业论文

LMY型矩形硬铝母线的截面为125×10mm2。

6.3 各变电所进线选择

NO.1 变电所引进线

年最大负荷利用小时在5000h以上的架空线路且材料为铝芯电缆的经济电流密度 为1.54A/mm2。

S'30866.07回路电流：I30===50 A

3UN3?10'I'3050所以?ec===32.47mm2

jec1.54查表知：可选择ZLQ20-10000-3×35 mm2的三芯油浸纸电缆铝芯铅包钢带凯装防 腐电缆，相关参数：在温度为35℃时，允许的载流量是105A，正常允许的最高温度为60℃。

其他变电所均采用ZLQ20-10000型电缆，其选择结果如表6-1所示：

表6-1 各变电所高压进线列表

回路电流变电所 I30（A） 50 截面积?ec（mm） 32.47 2 架空线 电力电缆（每回路） 型号 ZLQ20-10000-3×35 S（mm） 根数 35 1 235℃允许载流量（A） 130 NO.1 NO.2 48.52 31.5 ZLQ20-10000-3×35 35 1 130 NO.3 22.19 14.41 ZLQ20-10000-3×16 16 1 65 NO.4 16.55 10.75 ZLQ20-10000-3×16 16 1 65 NO.5 12.71 8.25 ZLQ20-10000-3×16 16 1 65 6.4变电所低压出线的选择

选择原则:根据计算变电所计算电流大小，来选择线型。 NO.1 变电所

S'30838.16低压侧回路电流：I30===1273.45A

3UN3?0.38'24

西南科技大学本科生毕业论文

所选母线载流量应大于回路电流，查表可知：矩形硬铝母线LMY—100×6.3,其 放平时的载流量是1371A，能够满足载流要求。其他变电所选择如下表6-2所示：

表6-2 各变电所低压进线列表

低压侧回路母线 变电所 回路电流（A） 型号 NO.1 NO.2 NO.3 NO.4 1273.45 1230.94 563.24 419.57 LMY—100×6.3 LMY—100×6.3 LMY—50×4 LMY—40×4 尺寸（mm2） 100×6.3 100×6.3 50×4 40×4 根数 1 1 1 1 允许载流量（A） 1371 371 586 480 NO.5 322.31 LMY—40×4 40×4 1 480 6.5 设备的选择

（1）按工作电压选则

设备的额定电压UN?e一般不应小于所在系统的额定电压UN，即UN?e?UN，高压设备的额定电压UN?e应不小于其所在系统的最高电压Umax，即UN?e?Umax。UN=10kV，

Umax=11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压UN?e=12kV，穿墙套管额定电

压UN?e=11.5kV，熔断器额定电压UN?e=12kV。

（2）按工作电流选择

设备的额定电流IN?e不应小于所在电路的计算电流I30，即IN?e?I30。 （3）按断流能力选择

设备的额定开断电流Ioc或断流容量Soc，对分断短路电流的设备来说，不应小于它

(3)可能分断的最大短路有效值Ik(3)或短路容量Sk(3)，即Ioc?Ik(3)或Soc?Sk(3)对于分断负荷

设备电流的设备来说，则为Ioc?IOL?max，IOL?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

25

西南科技大学本科生毕业论文

a.动稳定校验条件

(3)(3)或Imax?Ish imax?ish(3)(3)

imax、Imax分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，ish、Ish分别为开关所处的三

相短路冲击电流瞬时值和有效值。

b.热稳定校验条件

(3)2 It2t?I?tima

6.5.1 高压侧设备的选择

表6-3 高压侧设备列表

选择校验项目 装置地点条件 设备型号规格 参数 量程 参数 隔离开关 GN19-10/ 400 电流互感器LQJ-10- 200/5 高压断路器ZN2-10/630 高压熔断器RN2-10/0.5 电压互感器JDZ-10- 10000/100 电压互感器JDZJ-10- 10000/100 避雷器电压 电流 断流能力 动稳定度 (3)ish 热稳定度 UN 10KV I30 149.97A IK(3) IOC(3)2tima 6.4KA 16.32KA 6.42?2.2?90.11 UN 10KV IN 400A IOC — — imax 31.5KA Itt 212.5?4?625 (2)10KV 200/5A 160×2×0.2=45.25 (75?0.2)2?1?225 10KV 630A 11.6KA 30KA 11.62?4?538 — — — 10KV 500A 200MVA — — — 10/0.1KV — — 26

— — 103/0.13 10KV

西南科技大学本科生毕业论文

FS4-10 — — — — 6.5.2 各车间进线设备的选择

各变电所回路电流计算值：

NO.1变电所：回路电流I30=50.00A，电压UN=10KV； NO.2变换所：回路电流I30=48.52A，电压UN=10KV； NO.3变电所：回路电流I30=22.19A，电压UN=10KV； NO.4变电所：回路电流I30=16.55A，电压UN=10KV； NO.5变电所：回路电流I30=12.71A，电压UN=10KV。

此处设备器材均以K—1点的短路电流来进行动稳定和热稳定校验，因此各车间变电所10KV进线回路设备相同。

此处只列出第一车间的设备型号，其他车间选用设备型号均相同。

表6-4 高压侧设备列表

装置地点条件 设备型号规格 参数 量程 参数 高压隔离开关GN9-10/400 高压断路器 SN10-10I/630 电流互感器 LQJ-10- 150/5 UN/KV 10 I30/A 50 IK(3)/KA (3)ish/KA IOC(3)2tima 6.4 16.32 6.42?2.2?90.11 UN 10 10 10 IN 400 630 150/5 IOC — 16 — 160?imax 31.5 40 Itt 212.5?4?625 (2)162?4?512 (75?0.15)2?1? 126.56 2?0.15=33.9 6.5.3各变电所低压侧出线回路设备选择与校验表

（1）NO.1车间变电所：低压侧回路电流I30?1273.45A,UN?380V

表6-5 NO.1变电所低压侧进线设备

装置地点条件 设参数 量程 参数 UN/KV 10 I30/A 1273.45 IK(3)/KA (3)ish/KA IOC(3)2tima 24.63 45.32 24.632?2.2=1334.6 UN IN IOC imax Itt (2)27

西南科技大学本科生毕业论文

备型号规格 低压断路器DW15-1500/3 低压刀开关HD13-1500/30 电流互感器LMZJ1-0.5- 1500/5 0.38 0.38 1500 1500 40 — — — — — 0.5 1500/5 — — — （2）NO.2车间变电所：低压侧回路电流I30?1230.94A,UN?380V

表6-6 NO.2变电所低压侧进线设备

装置地点条件 设备型号规格 参数 量程 参数 低压断路器DW15-1500/3 低压刀开关HD13-1500/30 电流互感器LMZJ1-0.5- 1500/5 UN/KV 10 I30/A 1230.94 IK(3)/KA (3)ish/KA IOC(3)2tima 24.63 45.32 24.632?2.2=1334.6 UN 0.38 0.38 IN 1500 1500 IOC 40 — imax — — Itt — — (2)0.5 1500/5 — — — （3）NO.3车间变电所，低压侧回路电流I30?563.24A,UN?380V

表6-7 NO.3变电所低压侧进线设备

装置地点条件 设备型号参数 量程 参数 低压断路器DW15-600/3 低压刀开关HD13-600/30 UN/KV 10 I30/A 563.24 IK(3)/KA (3)ish/KA IOC(3)2tima 13.29 24.45 13.292?2.2=388.57 UN 0.38 0.38 IN 600 600 IOC 30 — imax — — Itt — — (2)28

西南科技大学本科生毕业论文

规格 电流互感器LMZJ1-0.5- 600/5 0.5 600/5 — — — （4）NO.4车间变电所，低压侧回路电流I30?419.57A,UN?380V

表6-8 NO.1变电所低压侧进线设备

装置地点条件 设备型号规格 参数 量程 参数 低压断路器DW15-600/3 低压刀开关HD13-600/30 电流互感器LMZJ1-0.5- 500/5 UN/KV 10 I30/A 419.57 IK(3)/KA (3)ish/KA IOC(3)2tima 10.64 19.58 10.642?2.2=249.06 UN 0.38 0.38 IN 600 600 IOC 30 — imax — — Itt — — (2)0.5 500/5 — — — （5）NO.5车间变电所，低压侧回路电流I30?322.31A,UN?380V

表6-9 NO.5变电所低压侧进线设备

装置地点条件 设备型号规格 参数 量程 参数 低压断路器DW15-600/3 低压刀开关HD13-600/30 电流互感器LMZJ1-0.5- 400/5 UN/KV 10 I30/A 322.31 IK(3)/KA (3)ish/KA IOC(3)2tima 8.56 15.75 8.562?2.2=161.2 UN 0.38 0.38 IN 400 400 IOC 25 — imax — — Itt — — (2)0.5 400/5 — — —

29

西南科技大学本科生毕业论文

第7章 继电保护

在工厂的设计和运行中，应当考虑到电力系统发生故障和不正常运行的可能性，如设备的相间短路、对地短路及过负荷等故障。为了保证工厂的可靠供电，防止电气设备的损坏及事故扩大，应尽快地将故障切除。这个任务靠运行人员进行手动操作控制是无法实现的，必须由继电保护装置自动地、迅速地、有选择性地将故障设备切除，而当不正常运行情况时，要自动地发出信号以便及时处理，这就是继电保护的任务。

7.1 高压进线的继电保护

（1）装设定时限过电流保护，采用DL-15型电磁式过电流继电器。

30

西南科技大学本科生毕业论文

① 过电流保护动作电流的整定

Iop?Krel?Kw?IL?max (7-1)

Kre?Ki式中IL.max=2I30，I30为线路的计算电流，数值2应为电动机的自启动系数Kst ，

I30=149.97A，Krel?1.2,Kw=1，Kre=0.8，Ki=200/5=40，因此动作电流为：

1.2?1Iop??2?149.97A?11.25A，因此过电流保护动作电流Iop整定为12A。

0.8?40② 过电流保护动作时间的整定 过电流保护动作时间整定为2s。

③ 过电流保护灵敏系数的检验

Sp?Ik.min?1.5 (7-2) Iop,1式中Ik.min 在电力系统最小运行方式下，高压线路末端两相短路：

Ik.min?0.866Ik?1(3)?0.866?6.4KA?5542.4 A (7-3)

Iop.1继电保护的动作电流换算到一次电路的值，称为一次动作电流：

Iop?1?IopKi/Kw?12A?40?1?480 A (7-4)

因此其保护灵敏系数为:

Sp?Ik.min5542.4??11.55>1.5,灵敏系数满足要求。 Iop.1480（2）装设电流速断保护，利用DL-15的速断装置。

① 电流速断保护动作电流的整定

Iqb?Kre1KwIk.max (7-5) Ki式中Ik.max为被保护线路末端的三相短路电流，这里Ik.max=6.4KA，Krel?1.2，Kw=1，

Ki=200/5=40，因此动作电流为：

Iqb?1.2?1?6.4?192 A (7-6) 40因此动作电流整定为192A。整定的速断电流倍数:

nqb?IqbIop?192?16 (7-7) 1231

西南科技大学本科生毕业论文

② 电流速断保护灵敏系数的校验

Sp?Ik.min?2 Iop,1式中Ik.min为在电力系统最小运行方式下，被保护线路首端的两相短路电流，

Ik.min?0.866Ik?1(3)?0.866?6.4KA?5542.4 A

Iop.1为速断电流折算到一次电路的值:

Iop?1?IopKi/Kw?12A?40?1?480A

因此灵敏度系数为：

Sp?Ik.min5542.4??11.55＞2，满足灵敏度系数的要求。 Iop.14807.2 各变电所进线的保护

NO.1车间变电所高压进线的保护：

（1）装设定时限过电流保护，采用DL-15型电磁式过电流继电器。

① 过电流保护动作电流的整定

Iop?Krel?Kw?IL?max

Kre?Ki式中IL.max=2I30，I30为线路的计算电流，数值2应为电动机的自启动系数Kst,

I30=50AKrel?1.2,Kw=1，Kre=0.8，Ki=150/5=30，因此动作电流为：

1.2?1Iop??2?50A?5 A

0.8?30因此过电流保护动作电流Iop整定为5A。

② 过电流保护动作时间的整定

t1?t2??t

式中t1为后一级保护的线路首端发生三相短路时，前一级保护的动作时间；t2为后一级保护中最长的一个动作时间,?t为前后两级保护装置的时间级差，对定时限过电流保护取0.5s，前一级保护动作时间为2s,所以过电流保护动作时间整定为1.5s。

③ 过电流保护灵敏系数的检验

32

西南科技大学本科生毕业论文

Sp?Ik.min?1.5 Iop,1式中Ik.min为在电力系统最小运行方式下，被保护线路末端的两相短路电流,

I(3)k.min?0.866Ik?1?0.866?6.4KA?5542.4A

Iop.1为动作电流折算到一次电路的值,

Iop?1?IopKi/Kw?5A?30?1?150A

因此其灵敏度系数为：

SIk.min5542.4p?I??30.79＞1.5，满足灵敏度系数的要求。 op.1180

（2）装设电流速断保护

① 电流速断保护动作电流的整定

Iqb?Kre1KwKIk.max i式中Ik.max为被保护线路末端的三相短路电流，这里Ik.max=6.4KA，Krel?1.2，Ki=150/5=30，因此动作电流为：

I.2?1qb?130?6.4?256 A 因此动作电流整定为256A。整定的速断电流倍数为：

nIqbqb?I?256op6?42.67 ② 电流速断保护灵敏系数的校验

Sminp?Ik.I?2 op,1式中Ik.min为在电力系统最小运行方式下，被保护线路首端的两相短路电流

I(3)k.min?0.866Ik?1?0.866?6.4KA?5542.4 A

Iop.1为速断电流折算到一次电路的值

Iop?1?IopKi/Kw?5A?30?1?150A，

因此其灵敏度系数为：

33

Kw=1，

西南科技大学本科生毕业论文

Sp?Ik.min5542.4??36.95＞2,满足灵敏度系数的要求。 Iop.1150其他变电所高压侧进线的保护方案与NO.1变电所的保护方案相同。

7.3 变压器继电保护

变压器的继电保护装置（以NO.1变电所选用的S9—1000/10型变压器为例） （1）瓦斯保护：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，均应装设瓦斯保护。当变压器油箱内由故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瓦斯保护应顺时动作于信号；当产生大量瓦斯时，瓦斯保护应动作于断开变压器各侧的断路

器。当变压器安装处电源侧无断路器或短路开关时，瓦斯保护也可只动作于信号。 所以，本设计NO.1变电所选用的S9—1000/10型变压器应装设瓦斯保护。

（2）装设定时限过电流保护，采用DL-15型电磁式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。

① 过电流保护动作电流的整定

Iop?Krel?Kw?IL?max

Kre?Ki其中：ILmax?2I1N?T?2?1000KVA?(3?10KV)?115.5 A

可靠系数Krel?1.2，接线系数Kw=1，继电器返回系数Kre=0.8，电流互感器的电流比Ki=150/5=30 ，动作电流为：

1.2?1Iop??115.5?5.775A,因此过电流保护动作电流整定为6A。

0.8?30② 过电流保护动作时间的整定:

t1?t2??t,

式中t1 为变压母线发生三相短路时高压侧继电保护的动作时间，t2在变压器低压侧保护装置发生低压母线发生三相短短时的一个最长的动作时间，?t为前后两极保护装置的时间级差，对定时限过电流保护，可取0.5s，对反时限过电流保护可取0.7s。

必须注意：对反时限过电流保护装置，由于其过电流继电器的整定时间只能是“10的倍动作电流的动作时间”，因此整定时必须借助继电器的动作特性曲线，以确定相应的实际动作时间，或由实际动作时间确定整定时间。但是，对于变压器的过电流保护时，其动作时间一般整定为住0.6s即可满足要求。

③ 过电流保护灵敏系数的检验

34

西南科技大学本科生毕业论文

Sp?Ik?min?1.5 Iop?1其中：

(2)(3)Ik?min?IK/K?0.866I?2TK?2/KT=0.866?24.63kA÷(10kV÷0.4kV)=853.18A；

Iop?1?IopKi/Kw?6A?30?1?180A

因此其灵敏度系数为： Sp?Ik.min853.18??4.74＞1.5，满足灵敏度系数的要求。 Iop.1180（3）装设电流速断保护，利用DL15的速断装置。

① 电流速断保护动作电流的整定

Iqb?KrelKwIk?maxKiKT

(3)其中：Ik?max?Ik kA，Krel=1.4，Kw=1，Ki?150/5?30，KT=10/0.4=25，?2?24.63因此速断保护电流为:

Iqb?1.4?1?24.63KA?45.98 A

30?25② 电流速断保护灵敏系数的检验

Sp?Ik?min Iqb?1其中：

(2)(3)Ik?min?IKIK?2?0.866?1?0.866?6.4KA?5.542 KA

Iop?1?IqbKi/Kw?45.98A?30?1?1.379 KA

因此其保护灵敏度系数为：

Sp?（4）温度保护

Ik.min5542??4.02＞2，满足灵敏度系数的要求。 Iop.11379所有干式变压器和1000kVA及以上油浸式变压器，均装设有温度保护。当变压器绕

35

西南科技大学本科生毕业论文

组温度或上层油温超过规定值时，发出报警信号。所以，本设计NO.1变电所选用的S9—1000/10型变压器应装设温度保护。

36

西南科技大学本科生毕业论文

第8章 防雷与接地保护

8.1 防雷保护

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。

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和有露天配电装置时，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和多边形排列，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。

8.2 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，称为自然接地体。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。

接地电阻是接地线和接地体电阻与接地体流散电阻的总和。接地电阻按其通过电

37

西南科技大学本科生毕业论文

流的性质分为以下两种：

（1）工频接地电阻 工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为工频接地电阻，用RE表示。

（2）冲击接地电阻 雷电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为冲击接地电阻，用Rsh表示。

38

西南科技大学本科生毕业论文

结论

我的题目是某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计。在本次设计中我翻阅了大量的相关书籍，经过这次设计让我懂得了许多这方面的知识，为以后从事电气专业方面的工作打下了坚实的基础。本次设计的主要内容有各变电所的负荷计算，功率补偿计算，高低压侧的短路电流计算，设备的选择和防雷接地设计等。

本设计中有许多的计算，例如负荷计算和短路电流计算等。我们根据导师提供的数据，结合Excel和公式计算出相关的数据，再根据这些数据选择适合本设计的设备，选择好设备后再画出工厂的主接线图。

通过本次毕业设计，我不断地完善自己，使自己更进一步的加深了对所学知识的认识和理解。综合运用知识的能力也有了一定的提高，尤其对专业知识有了进一步的深化了解。同时对Office软件及CAD制图都能够熟练的操作，为我今后的工作奠定了良好的基础。本次设计的某塑料制品厂全厂总配变电所及配电系统设计基本完成了设计任务，通过本次设计我深深地体会到，一个设计并不单纯是一张图纸，一份说明书而已，它需要解决很多实际复杂的问题，只有将理论和科学与实际相结合，才会显现出强大的力量。在这次设计中，我深深感觉到自己知识的不足和能力的欠缺，需要在以后的工作学习中进一步提高。这一次设计从选题到起笔，从一稿到定稿，使我对我热爱的未来所从事的事业有了某种清醒的认识。我所学的专业是一个踏踏实实的专业，坚实的理论基础加上塌实的工作作风，相信我一定能成功的。

39

西南科技大学本科生毕业论文

致谢

为期两个月的毕业设计已接近尾声了，我的四年大学生涯也即将圈上一个句号。在此，我感谢我的父母，感谢他们给我提供求学的经济和精神支柱，再次是感谢我的老师和同学们，谢谢你们给予我学习上的帮助和关怀！

两个月的毕业设计，让我从新整理零碎的知识，温习四年里所学的知识，在于春梅老师的指导下，我的知识得于这一次升华，把四年的知识都串联起来，把课本的东西变成自己的东西。于春梅老师每天都不会忘记到实验室给我们指导设计，而且还很耐心的帮助同学解答心中的疑问。

我们的指导老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。因此，在设计中，有什么不懂的问题就请教身边的同学，寻求帮助，尽量把设计做到更好！

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！

40

西南科技大学本科生毕业论文

参考文献

[1] 刘介才.工厂供电设计指导[M].北京：机械工业出版社，1998. [2] 余建明,同向前,苏文成.供电技术[M].北京：机械工业出版社，1997. [3] 胡虔生，胡敏强.电机学[M].北京：中国电力出版社，2005：41-43. [4] 姚春球.发电厂电气部分[M].北京：中国电力出版社，2004：241-283.

[5] HONG S Y,WANG Q,A wavelet-based method to discriminate between inrush current and

internal fault，IEEE International Conference on Power System Technology, Perth, Australia :IEEE/ PES, 2000, 927-931.

[6] 黄纯华.发电厂电气部分课程设计参考资料[M].北京：中国电力出版社，1998. [7] 刘增良，刘国亭.电气工程CAD[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[8] Behrendt, K.and M. Dood, Substation Relay Data and Communication, Technical

Report, Schweitzer Engineering Labs, Pullman, WA, 2000.

[9] 贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M] .北京：中国电力出版社，2004：277，288-290. [10] 吕继绍.电力系统继电保护设计原理[M].北京：水利电力出版社，1992.

[11] Dolezilek, D.“Case Study of a Large Transmission and Distribution Automation

Project”, Technical Report, Schweitzer Engineering Labs, Pullman, WA, 2000. [12] 刘介才.工厂供电 [M].第4版.北京：机械工业出版社，2004.

[13] 中国航空工业规划设计院等.工业与民用配电设计手册[M].第2版.北京：水利电力出版社，1994.

[14] 何仰赞，温增银.电力系统分析[M].武汉：华中科技大学出版社，2002：133-146.

41

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5wew.html