中南大学工厂供电课程设计报告11 - 图文

工厂供电课程设计

报告

题 目 某小型冶金实验工厂供电系统设计

学 院 信息科学与工程学院 专业班级 自动化0801班 学 号 0909080120 学生姓名 谢珊珊 指导老师

杨明安，王击

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前 言

本次的课程设计是在《工厂供配电》的课程学习基础上进行的。同时由于时间的安排与分配，也让我们在课程设计之时有机会与现场结合起来，从而能更好的将《工厂供配电》的理论知识应用到实际中，也加深了我们对专业知识的理解，为今后解决实际问题打下了一定的基础。此外，课程设计是检验我们对专业课的掌握与理解的一个重要实践环节，它需要我们对所学的知识学以致用，并且培养了我们设计方案的能力。

本次课程设计的题目是《某小型冶金实验工厂供电系统设计》。根据该厂负荷资料以及供电电源和气象及其它有关的资料，并且按照工厂供电的安全、可靠、优质、经济的要求，完成整个供电系统的设计。其中，包括计算供电系统中高低压侧的计算负荷及相应的补偿容量，确定变压器的台数和容量，计算该厂高低压供电电压，计算并选择高低压电力网的导线型号及截面，选择高低压供电系统一次元件及进行校验。最后按照要求写出设计报告，并分别绘制高压供电供电系统及低压供电系统一次接线图。

本设计分为九章，第一章主要讲述此次设计的主要要求以及设计的意义，第二章之后则开始对工厂的分析设计。具体的说，第二章讲述负荷计算及无功功率的补偿，在此基础上，第三章则针对补偿后的变压器容量等要求进行变压器的选择，第四章是对变电所主接线方式进行确定，第五章为短路电流的计算，接下去的几章则围绕各电气设备及导线的选择及校验，继电保护为主。第六章是对整个工厂的导线型号和截面进行选择确定，第七章讨论一次设备的选择与校验，第八章则为二次设备的选择及继电保护的整定，第九章讲述的是防雷的措施及接地装置的确定。此外，本报告还附带了变电所的高、低侧主接线图。

本次的设计由于个人的能力有限，错误和遗漏之处难免存在，望老师批评改正。

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目 录

前 言 ................................................................................................................................................. 1 第一章 绪 论 .............................................................................................................................. 6

1.1 工厂供电的重要意义及基本要求................................................................................. 6 1.2 课程设计任务 ..................................................................................................................... 6 1.2.1 工厂的原始资料.......................................................................................................... 6 1.2.2 设计要求 ..................................................................................................................... 8 1.2.3 设计成果 ..................................................................................................................... 8

第二章 负荷计算及功率因数补偿 ................................................................................... 9

2.1 负荷计算的目的和意义 ................................................................................................... 9 2.2 负荷计算 .............................................................................................................................. 9 2.2.1 负荷计算的方法.......................................................................................................... 9 2.2.2 负荷计算的步骤........................................................................................................ 11 2.2.3 具体的负荷计算........................................................................................................ 12 2.3 无功功率补偿方案设计 ................................................................................................. 15 2.3.1 无功补偿的作用........................................................................................................ 15 2.3.2 功率因数补偿方法 .................................................................................................... 15 2.3.3 功率因数的确定........................................................................................................ 17 2.3.4 无功补偿后的计算负荷 ............................................................................................ 17

第三章 工厂变压器的台数和容量的选择 ................................................................. 19

3.1 主变压器的选择原则 ..................................................................................................... 19 3.1.1 主变压器数量的选择原则 ........................................................................................ 19 3.1.2 主变压器容量的选择原则 ...................................................................................... 19 3.1.3 变压器型号选择原则 ................................................................................................ 20 3.2 变压器台数及容量选择 ................................................................................................. 20

第四章 工厂总供电系统的设计 ....................................................................................... 22

4.1 主接线的基本要求及作用 ............................................................................................ 22 4.2 主接线的基本接线形式 ................................................................................................. 22 4.3 变电所接线方案的确定 ................................................................................................. 25

第五章 短路电流的计算 ....................................................................................................... 28

5.1 短路的基本概念 .............................................................................................................. 28 5.1.1 短路的原因 ............................................................................................................... 28 5.1.2 短路的危害 ............................................................................................................... 28 5.1.3 短路的形式 ............................................................................................................... 28 5.1.4 短路电流计算的目的 ................................................................................................ 29 5.2 标幺制法计算短电流 ................................................................................................... 29 5.2.1 标幺制法的介绍........................................................................................................ 29 5.2.2 标幺制法计算短路电流 ............................................................................................ 30

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第六章 导线型号及截面的选择 ....................................................................................... 34

6.1 导线的选择原则 .............................................................................................................. 34 6.1.1 工厂常用架空线路裸导线型号 ................................................................................ 34 6.1.2 工厂常用电力电缆型号 ............................................................................................ 34 6.1.3 车间线路的常用型号 ................................................................................................ 35 6.2 导线截面选择原则 .......................................................................................................... 35 6.3 导线型号及截面选择 ..................................................................................................... 36

第七章 高低压供电系统一次元件及校验 ................................................................. 39

7.1 一次设备的概述 .............................................................................................................. 39 7.2 电气设备选择的一般原则 ............................................................................................ 39 7.2.1 按正常工作条件选择电气设备 ................................................................................ 39 7.2.2 按短路电流校验设备的热稳定和动稳定性 ............................................................ 40 7.3 高压电器设备的选择 ..................................................................................................... 41 7.4 低压电气设备的选择 ..................................................................................................... 43

第八章 变电所二次回路方案及继电保护整定 ....................................................... 47

8.1 继电保护的任务和要求 ................................................................................................. 47 8.1.1 继电保护装置的任务 ................................................................................................ 47 8.1.2 继电保护装置的基本要求 ........................................................................................ 47 8.1.3 常用保护装置类型 .................................................................................................... 48 8.2 电力变压器常见故障与保护设置............................................................................... 49 8.2.1 变压器的保护设置 .................................................................................................... 49 8.2.2 变压器的继电保护选择 ............................................................................................ 49 8.3 其他二次设备的选择 ..................................................................................................... 51

第九章 接地与防雷设计 ....................................................................................................... 53

9.1 防雷保护的措施 .............................................................................................................. 53 9.2 接地与接地装置 .............................................................................................................. 53

结 束 语 ............................................................................................................................................ 56 参考文献 ............................................................................................................................................ 57

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第一章 绪 论

1.1 工厂供电的重要意义及基本要求

现代社会是建立在电能应用的基础之上的，电能在产品成本中所占的比重一般很小，其重要性是在于工业生产实现电气化以后可以增加产量、提高产品质量和劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度。若工厂供电突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果，如设备的损坏，以至于人身的事故，以及给国家和人民带来经济上甚至是政治上的重大损失。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。

工厂供电的基本要求有：

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即连续供电的要求； 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：供电系统的投资少，运行费用低，并尽可能减少有色金属消耗量。 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。

1.2 课程设计任务

本次课程设计的任务是围绕某小型冶金实验工厂的供电系统进行分析，并最终根据相应的数据进行综合设计。 1.2.1 工厂的原始资料

（1）小型冶金实验工厂用电设备情况（表1-2及表1-3）。

（2）该厂除部分负荷为二级负荷外（表1-2），其余全部为三级负荷，该厂同期系数很低，该厂年最大有功负荷利用小时数

Tmax=4500小时

（3）距该厂变电所5公里处有一地区性变电所，可以为该厂提供10kV电源。 地区变电所利用架空线向该厂供电，输电线为LJ-70，Dpj=1m。地区变电所10kV母线三相短路时

(3)Psd?200MV?A

（4）气象及其他有关资料

a) 要求车间变电所低压侧的功率因数为0.85。高压侧功率因数为0.95。 b) 年平均温度及最高温如表1-1所示。

表1-1 气象资料

最热月平均最高温度 35℃ 年平均温度 18℃

最热月土壤平均温度 30℃ 6

表1-2 高压侧用电设备情况 序号 数量 用电设备名称 （台） 单台设备额定参数 Pe（kw） Ie（A） cosφ Kx 备注 Kq Kx/ cosφ 车间I 中频感应电炉低压电气 一 设备容量 Pe?=220kw 中频感应发电机组Ve=6kv 车间II(全部为低压负荷) Pjs=170kw cosφ=0.8 车间III(全部为低压负荷) Pjs=100kw cosφ=0.65 车间IV(全部为低压负荷) Pjs=220kw cosφ=0.85 车间V(全部为低压负荷) Pjs=110kw cosφ=0.8 车间VI (全部为低压负荷) Pjs=20kw cosφ=0.65 全场照明七

2 125 η=0.91 0.88 6.5 指其中最大一台 260 27 2 0.9/0.9 降压启动 二 内含二级负荷50kw 三 四 五 六 Pe?=50kw 0.9/0.9 表1-3 低压侧用电设备

用电设备名称 机修间（全部设备Ve=0.38KV） 数量 （台） Pe(KW) 单台设备额定参数 Ie(A) cosφ Kp Kx Kx/cosφ 7

备注 *车床（C620） *车床（C616） *铣床 *刨床 *刨床 *钻床 *砂轮机 吊车（5吨） 电焊机 电阻炉 办公室，化验室及车间照明

2 2 1 1 1 2 2 1 1 1 10 *Ie=20.26 5 *Ie=10.27 4 6 5 3 3 20 2KVA 20 24 Ie=9.5 Ie=15.15 Ie=13 Ie=6.8 Ie=6.4 Ijs=34.56 56 0.75 0.74 0.64 0.6 0.584 0.67 0.71 0.8 0.5 1 Ijf=107.8A Ijf=44.3A Ijf=32.8A Ijf=55.6A Ijf=43.1A Ijf=24A Ijf=23A 其中最大一台：Pe=7.5KW JCe%=25 Ue=380V JCe%=100 长度L=60M 0.85/1 1.2.2 设计要求

（1）计算该厂高低压侧的计算负荷及确定为提高功率因数所需的补偿容量。 （2）选择小型冶金实验工厂变压器的台数和容量。

（3）选择和确定小型冶金实验工厂供电系统（包括高、低压供电电压，高、低压供电系统图，车间低压电力网接线）。

（4）选择该车间高低压电力网的导线型号及截面。 （5）选择高低压供电系统一次元件（包括校验）。 1.2.3 设计成果

（1）设计说明书一份，其中包括设计的原始资料；完成设计内容时所依据的原则，计算步骤及计算举例。计算结果列表说明，以及插图等。说明书要求简明扼要，整洁美观。

（2）高压供电系统一次接线图一张。 （3）低压供电系统一次接线图一张。 说明：

高压供电系统图即指“小型实验公厂高压系统接线图”。低压供电系统之小型实验工厂的低压供电系统图。

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第二章 负荷计算及功率因数补偿

2.1 负荷计算的目的和意义

进行电力设计的基本原始资料是厂内的用电设备及对电源的要求，气象及其它有关的资料。如何根据这些资料设计供电系统，并且使得供电系统能安全可靠地正常运行，其中各个元件(包括电力变压器、开关设备及导线、电缆等)都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。

通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各元件的负荷值，称为计算负荷。根据计算负荷选择的电气设备和导线电缆，如果以计算负荷连续运行，其发热温度不会超过允许值。所以，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。

2.2 负荷计算

2.2.1 负荷计算的方法

在工厂设计中，常用的负荷计算方法有需要系数法、二项式法等。在实际工程配电设计中，广泛采用需要系数法，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。需用系数法的计算，现在已普遍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。因而在用电台数较少而容量差别较大的场合中，应用二项式系数法来计算负荷。这种场合用需用系数法来计算负荷所得值往往偏小。本设计的情况符合需用系数法，因此，在本设计中采用按需用系数法来确定计算负荷。

用需要系数法来确定计算负荷，其中需要用到的公式如下： （1）用电设备的负荷计算 用电设备组的设备容量Pe：

Pe??PN (2-1)

有功计算负荷P30：

P30?KdPe （2-2）

无功计算负荷Q30：

Q30?P30tan? （2-3）

小型冶金实验工厂工厂供电系统设计

视在计算负荷S30：

S30?P30/cos? （2-4）

计算电流I30：

I30?S30/3UN （2-5）

其中PN为用电设备组各设备的（不含备用的设备）的额定容量；Kd为需要系数，可通过查阅资料获取；cos?为用电设备组的平均功率；tan?——对应于用电设备组cos?的正切值，UN为用电设备组的额定电压。 （2）车间变电所的负荷计算

计算多组用电设备时，需要对有功负荷和无功负荷分别计入同时系数K和K?q?p：

对于车间干线，取

KK?p?q=0.85~0.95； =0.90~0.97；

对于低压母线，则分为两种情况：

① 由用电设备组计算负荷直接相加来计算时，取

K=0.80~0.90 =0.85~0.95

?p?qK② 由车间干线计算负荷直接相加来计算时，取

KK?p=0.90~0.95

?q=0.93~0.97

总的有功计算负荷为

P30?K?p??q?P30(i) （2-6）

总的无功计算负荷为

Q30?KQ30(i) （2-7）

以上两式中，?P30(i)和?Q30(i)分别为各组设备有功和无功计算负荷之和。 总的视在计算负荷为

22S30?P30?Q30 （2-8）

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小型冶金实验工厂工厂供电系统设计

总的计算电流为

I30?S30/3UN （2-9）

2.2.2 负荷计算的步骤

(1) 分别计算各用电设备的负荷。

(2) 计算车间变压器低压侧的负荷：低压各用电设备组的计算负荷总和乘以同时系数（K?p，K?q）即为该车间变压器低压侧的计算负荷。

(3) 计算车间变压器高压侧的负荷：计算车间变压器的功率损耗，变压器低压侧的计算负荷加该变压器有功、无功损耗即得变压器高压侧的计算负荷，该值可用于选择车间变电所高压侧进线导线侧面。

(4) 配电所进线的计算负荷。 (5) 总降压变电所低压侧的计算负荷。 (6) 主变压器的功率损耗，计算?PT，?QT。 (7) 全厂计算负荷。

根据用户的供配电系统图，采用逐级计算的方法，从用电设备开始，朝电流方向逐级进行计算。其示意图如下：

图2.1 供电系统中各部分的计算负荷和功率损耗

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上图中，用户的计算负荷P30.1应该是高压配电所母线上所有高压配电线计算负荷之和，而再乘上一个同时系数。而高压配电线的计算负荷P30.2，应该是该线路所供用户变电所低压侧的计算负荷P30.3，加上变压器的功率损耗?PT和高压配电线的功率损耗?PWL1。依此类推。 2.2.3 具体的负荷计算

(1)机修车间的负荷计算

由于各个设备的计算公式均可由公式（2-1）至公式（2-5）计算而得，故在此不一一例举，仅取出中间两类设备进行计算，具体如下：

1车床（C620）： ○

有功计算负荷：P30?KdPe=0.8*2*10kW=16kW

无功计算负荷：Q30?P30tan? =16*0.882kvar=14.11kvar 视在计算负荷：S30?P30/cos?=16/0.75kVA=21.33kVA 计 算 电 流：I30?S30/3UNA=32.41A

?N?2PN?N，若取②吊车（计算时需注意换算的设备容量应为Pe?PN?25?N=25%，则计算不变）：

有功计算负荷：P30?KdPe=10 kW 无功计算负荷：Q30?P30tan?=7.5 kvar 视在计算负荷：S30?P30/cos?=12.5 kVA 计 算 电 流：I30?S30/3UNA=19A

将数据代入，均可计算出其他各个设备的数据，可将数据由下表列出：

表2-1 机修车间车间用电设备计算负荷

用电设备名称 设备容量（KW） 需要系数功率因数tan? UN (KV) 计算负荷 Kd cos? P30 （kW） Q30 S30 I30 (A) 32.41 15.41 5.7 10.64 8.46 9.53 (kvar) （kVA） 14.11 6.82 2.88 5.59 4.52 4.66 21.33 10.14 3.75 7 5.57 6.27 *车床（C620） *车床（C616） *铣床 *刨床 *刨床 *钻床 10*2 5*2 4 6 5 3*2 0.8 0.75 0.6 0.7 0.65 0.7 0.75 0.74 0.64 0.6 0.584 0.67 0.882 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 16 7.5 2.4 4.2 3.25 4.2 0.909 1.20 1.33 1.39 1.11 12

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*砂轮机 吊车（5吨） 电焊机 电阻炉 办公室，化验室及车间照明 3*2 20 4 20 24 0.7 0.5 0.8 0.7 0.9 0.71 0.8 0.5 1 1 0.99 0.75 1.732 0 0 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 4.2 10 3.2 14 21.6 4.16 7.5 5.54 0 0 5.92 12.5 6.4 14 21.6 9 19 9.72 21.27 32.82 由上表2-1的数据可计算出机修车间的总的计算负荷： 可取K?p=0.90，K?q=0.95，

=0.9*90.55=81.5 kW；

那么可得P30?K?p?P30(i) Q30?K?q?Q30(i)=0.95*114.48=108.8 kvar

22S30?P30?Q30?81.52?108.82?136KVA

I30?S30/3UN=136/(1.732*0.38)=206.6A

(2)车间干线的负荷计算

以下就以车间I、Ⅱ及全厂照明为例进行过程计算，其余的可类推。 ①车间I的计算如下：

中频感应电炉低压电气设备：Kd=0.75，Pe?=220kW，η=0.91，cos? =0.88，Kq=6.5，Pemax=125kW：

有功计算负荷： P30?KdPe=0.75*220kW=165kW 无功计算负荷： Q30?P30tan?=165*0.54kW=89.1kvar 视在计算负荷： S30?P30/cos?=187.5kVA 计 算 电 流： I30?S30/3UNA=313A 容量最大一台的额定电流为：

IN(1)?P30(1)/?3UN??=125/(1.732*0.38*0.91)=190A

?该设备对应的启动电流为：Ist1?KqIN(1) =190*6.5A=1235A 故该车间的尖峰电流为：Ipk?0.9*（313-190）+1235=1345.7A 中频感应发电机组：

有功计算负荷： P30?KdPe=390kW

无功计算负荷： Q30?P30tan?=390*0.54kW=210.6kvar 视在计算负荷： S30?P30/cos?=443.2kVA 计 算 电 流： I30?S30/3UN=42.656A

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尖 峰 电 流： Ipk?27+（27*2-27）A=54A ②车间Ⅱ：

有功计算负荷： P30?KdPe=170*0.75Kw=127.5kW 无功计算负荷： Q30?P30tan?=127.5*0.75Kw=95.63kvar 视在计算负荷： S30?P30/cos?=159.4 KVA

计 算 电 流： I30?S30/3UN=159.4/（1.732*0.38）A=242.2A ③全场照明：

有功计算负荷： P30?KdPe =50*0.75Kw=37.5Kw 无功计算负荷： Q30?P30tan?=0 视在计算负荷： S30?P30/cos?=37.5 KVA

计 算 电 流： I30?S30/3UN=37.5/（1.732*0.38）=57A

逐个进行计算后，可将总的计算结果统计于表2-2中，总的计算结果如表2-2所示。

表2-2 某小型冶金实验工厂用电设备计算负荷

计算负荷 序用电设备号 名称 设备容量（KW） 需要系数功率因数tan? UN (KV) P30 Q30 S30 I30 (A) 313 Kd 0.75 cos? 0.88 （kW） (kvar) （kVA） 165 89.1 187.5 车间I 中频感应一 电炉 中频感应发电机 二 车间II 220 0.54 0.38 260*2 0.75 0.88 0.54 6 390 210.6 443.2 42.65 170 0.75 0.8 0.75 0.38 127.5 95.63 159.4 242.2 三 车间III 四 五 六 车间IV 车间V 车间VI 100 220 110 20 50 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.65 0.85 0.8 0.65 1 1.17 0.38 0.62 0.38 0.75 0.38 1.17 0.38 0 0.38 75 165 82.5 15 37.5 87.75 136.4 61.88 17.55 0 115.4 194.1 103.1 23.08 37.5 175.3 294.9 156.6 35.1 57 14

七 全场照明

小型冶金实验工厂工厂供电系统设计

由表2-2可计算出10kV/380V低压侧的计算负荷，可取K则有

?p=0.95，K?q=0.97；

有功功率：P30?K?p?P30(i)

=0.95*（165+390+127.5+75+165+82.5+15+37.5）

=0.95*1057.5=1004.625kW

无功功率：Q30?K?q?Q30(i)

=0.97*（89.1+210.6+95.63+87.75+136.4+61.88+17.55+0）

=0.97*698.91=678kvar

22?Q30 视在功率：S30?P30

22 =(1004.625)?678

=1212 Kva

计算电流：I30?S30/3UN =1212/(1.732*0.38)

=1841.4A

2.3 无功功率补偿方案设计

工厂中由于有大量的感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等感性负荷，还有感性变压器，从而使得功率因数减低。此时，为了提高功率因数，应采取一定的措施进行补偿。 2.3.1 无功补偿的作用

进行无功补偿可以实现以下的功能：

1. 提高用户的功率因数,从而提高电工设备的利用率; 2. 减少电力网络的有功损耗；

3. 合理地控制电力系统的无功功率流动，从而提高电力系统的电压水平，改善电能质量，提高了电力系统的抗干扰能力；

4. 在动态的无功补偿装置上，配置适当的调节器，可以改善电力系统的动态性能，提高输电线的输送能力和稳定性；

5. 装设静止无功补偿器(SVS)还能改善电网的电压波形,减小谐波分量和解决负序电流问题。对电容器、电缆、电机、变压器等，还能避免高次谐波引起的附加电能损失和局部过热。 2.3.2 功率因数补偿方法

提高功率因数的方法有：提高自然功率因数和人工补偿功率因数。由于工厂内的设备难以更换，故主要依靠人工补偿功率因数的方法来进行补偿。

按无功功率的人工补偿装置可分为：同步电动机补偿、动态无功功率补偿和

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小型冶金实验工厂工厂供电系统设计

并联电抗器补偿三种。三种补偿装置的优缺点比较如表2-3所示。

表2-3 三种无功补偿装置的比较

并联电容器 设备情况 静止电器，设备简单 同步补偿机 静止动态无功补偿器 旋转机械，要附属系静止电器，设备复杂 统、设备复杂 1.通过开关投切，属于1.通过控制系统实现1.通过控制系统实现 静态无功补偿， 双向平滑调节 双向平滑调节 运行特性 2.主要用于稳态电压2.属于动态无功补偿 2.属于快速动态无功调整和功率因数校3.运行中本身损耗大 正 3.运行中本身损耗小 1.容量和设置点灵活 荷变电站 1.容量和设置点受限1.容量和设置地点灵制 枢纽变电站、换流站 运行要求1.简单，运行维护要求1.运行维护工作量大 1.运行维护技术水平和费用 低 2.单位容量投资大 要高 2.单位容量投资低 3.运行费用最低 3.运行费用最大 3.单位容量投资大 4.运行费用次之 活 变电站、换流站 2.主要用于电力系统2.用于电力系统枢纽使用范围 2.用于电力系统及负补偿，响应速度快 3.主要用于调相、调压 由上表比较可知，并联电抗器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。综合考虑，在此采用并联电容补偿方式。

并联电容补偿方式分为3种： (1)集中补偿

电容器组集中装设在企业工厂的总配电所6-10千伏母线上，用以提高整个配电所的功率因数，使该配电所供电范围内的功率基本平衡，减少了高压线路的无功损耗，同时能提高本配电所的供电质量。

(2)分组补偿

将电容器组分别装设在功率因数较低的车间或变电所高压或低压母线上，这种补偿具有与集中补偿相同的优点，但补偿的容量和范围相对较小，可补偿效果较明显。

(3)个别补偿

个别补偿是在电网末端负荷处补偿，可以最大限度的减少线路损耗和节省有

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色金属消耗量。但是个别补偿的利用率低，易受环境条件的影响，适用于长期稳定负荷且需无功功率较大的负载。

综上所述，经过技术经济比较后，最终决定使用低压集中补偿。下面就低压集中补偿进行分析。 2.3.3 功率因数的确定

未进行补偿前，低压侧的功率因数为

cos??P301005??0.83 S301212设计要求功率因数高压侧不得低于0.95，低压侧不得低于0.85，由于存有变压器的损耗，故暂取低压侧补偿后功率因数为0.97，则无功补偿装置容量为

QC?P30(tan??tan?') ?1005?(tanarccos0.83?tanarccos0.97)kvar ?1005?(0.672?0.251)kvar?423.1kvar由于采用的是低压集中补偿的方法，故可以选择BWF0.4-14-1型号的电容进行补偿已知总补偿容量和并联电容器的单个容量，即可求出电容器个数

n?QC/qc?423.1/14?30.2

考虑到三相均衡分配，应装设33个，每相11个，此时并联电容实际补偿的容量为14?33=462kvar。 2.3.4 无功补偿后的计算负荷

无功补偿装置补偿的容量为

QC?33?14kvar?462kvar

补偿后低压侧计算负荷

'Q30?Q30?QC ?(678?462)kvar ?216kvar'2'2S30(2)?P30?Q30 ?10052?2162kV?A

?1028kV?A变压器的功率损耗为

'?PT?0.015S30(2)?0.015?1028kV?A?15.4kW

?QT?0.06S30(2)?0.06?1028kV?A?61.7kvar

高压侧额定电压是10kV，则高压侧计算负荷为

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'P30(1)?P30(2)??PT?1004.6kW?15.4kW?1020kW ''Q30(1)?Q30(1)??QT?216kvar?61.7kvar?277.7kvar 'S30(1)?10202?277.72kV?A?1057kV?A

'IC?S30(1)3UN?1057(3*10)?61.03A

30(1)'cos?'?P30(1)/S'?1020/1057?0.965?0.95

由此可得，用33个BWF0.4-14-1型号的电容并联进行无功功率补偿，补偿后使得低压侧功率因数为0.97，高压侧功率因数为0.965，均达到了满足设计的要求，故可行。

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第三章 工厂变压器的台数和容量的选择

3.1 主变压器的选择原则

在对工厂的主变压器进行选择时，主要从选择的变压器的台数及变压器的容量来进行分析并作出相应的选择。故需遵循的选择原则分为变压器台数选择原则和变压器容量选择的要求。 3.1.1 主变压器数量的选择原则

在选择工厂的主变压器的台数时，应考虑下列原则：

（1）应满足用电负荷对供电可靠性的要求。对供有大量一、二级负荷的变电所应采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。对只有二级负荷，而无一级负荷的变电所，也可只采用一台变压器，并在低压侧架设与其他变电所的联络线作为备用电源，或是另有自备电源。

（2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而易于采用经济运行方式的变电所，可考虑采用两台主变压器。

（3）除上述两种情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷集中且容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或多台变压器。

（4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定的余地。

3.1.2 主变压器容量的选择原则

1.只装一台主变压器时

主变压器的额定容量SN.T应满足全部用电设备总的计算负荷S30的需要，且留有余量，并考虑变压器的经济运行，即：

SN.T≥（1.15～1.4）S30 （3-1）

2.装有两台变压器时

每台主变压器的额定容量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，宜满足总计算负荷S30的60%~70%的需要，即

（0.6~0.7）（3-2） SN.T=S30

(2) 任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即

SN?T?S30(????) （3-3）

3.车间变电所主变压器的单台容量上限

车间变电所主变压器的单台容量，一般不宜大于1000KV?A(或是1250 KV?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与车间负荷中心，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。

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此外，并行运行的变压器容量比不应超过3:1。同时，并联运行的两台变压器必须符合以下条件：

①并联变压器的变化相等，其允许差值不应超过?5%，否则会产生环流引起电能损耗，甚至绕组过热或烧坏。

②各台变压器短路电压百分比不应超过10%，否则阻抗电压小的变压器可能过载。

③各台变压器的连接组别应相同，若不同，侧绕组会产生很大的电流，甚至烧毁变压器。

4.适当的考虑负荷的发展

应适当的考虑今后5年~10年电力负荷的增长，留有一定的余地。需注意的是电力变压器的容量与所在地的温度是有一定的关联的。 3.1.3 变压器型号选择原则

选择变压器时，必须对负载的大小、性质作深入的了解，然后按照设备功率的确定方法选择适当的容量。为了降低电能损耗，变压器应该首选低损耗节能型。当厂区配电母线电压偏差不能满足要求时，总降压变电所可选用有载调压变压器。车间变电所一般采用普通变压器。变压器容量的确定除考虑正常负荷外，还考虑到变压器的过负荷能力和经济运行条件。

具体地说，其要求如下：

(1)在多尘或有腐蚀性气体严重影响变压器安全的场所，应选择密闭型变压器或防腐型变压器；

(2)供电系统中没有特殊要求和民用建筑独立变电所常采用三相油浸自冷电力变压器（S9、SL9、S10-M、S11、S11-M等）；

(3)对于高层建筑、地下建筑、发电厂、化工等单位对消防要求较高场所，宜采用干式电力变压器（SC、 SCZ、SCL 、SG3、 SG10、 SC6等）；

(4)对电网电压波动较大，为改善电能质量采用有载调压电力变压器(SLZ7、 SZ7、 SFSZ 、SGZ3等)。

3.2 变压器台数及容量选择

由于该厂仅含有部分二级负荷，原本也可以采用一台变压器进行供电，只需在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有备用电源即可。但是由于选取变压器的容量需留有一定的容量，而变压器的高压侧计算的容量已超过1000kVA，这超过了对车间变压器容量的要求，故可采用两台变压器来进行供电。故由容量选择原则可知：

SN.T=（0.6~0.7）S30=（0.6~0.7）×1057kVA=634～740 kVA

且 SN?T?S30(????)=50kW

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因此，选择2台容量为800KVA,电压等级为10KV的变压器。由于变压器的使用环境没有特殊要求，因此，变压器的选择空间很大，在选择时尽量要求低损耗,同时兼顾经济效益，达到最佳性价比。

表3-1 S9-800/10变压器的技术参数

图3.1 S9-800/10变压器

由前面的分析可知，S9-800/10变压器满足其条件，故可选定两台S9-800/10的变压器为工厂进行变电。

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第四章 工厂总供电系统的设计

根据本厂与地区供电所签定的供用电协议，供电电压为从地区变电所110/10KV变电所用10KV架空线路向本厂供电，工作电源仅采用10KV电压一种。总配电所内的10KV母线采用母线不分段，电源进线均用断路器控制。

4.1 主接线的基本要求及作用

电气主接线的形式，将影响配电装置的布置、供电可靠性、运行灵活性和二次接线、继电保护等问题。电气主接线对变电所以及电力系统的安全、可靠、和经济的运行起着重要作用。因此，对变配电所的主接线有以下的要求。

（1）安全：应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保证人身和设备的安全。

（2）可靠：应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。 （3）灵活：应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。

（4）经济：在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。

电气主接线的作用则如下。

（1）电气主接线是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据，因此电气运行人员必须熟悉变电所中电气主接线，了解电路中各种设备的用途、性能及维护检查项目和运行操作步骤等。

（2）电气主接线表明了变压器、断路器和线路等电气设备的数量、规格、连接方式及可能的运行方式。

（3）电气主接线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。是变电所电器部分投资大小的决定性因素。

4.2 主接线的基本接线形式

供配电系统变电所常用的主接线形式主要有线路——变压器组接线，单母线接线及桥式接线双母线接线四种。

1.线路——变压器组接线

此类方式适用于只装有一台主变压器的小型变电所主接线图。只装有一台主变压器的小型变电所，其高压倒一般采用无母线的接线。根据其高压侧采用的开关电器不同，有以下3种比较典型的主接线方案。

① 高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的变电所主接线图，如图4.1所示。这种主接线受隔离开关和跌开式熔断器切断空载变压器容量的限制，一般只用于500kV·A 及以下容量的变电所中。这种变电所相当简单经济，但供电可靠性不高，当主变压器或高压侧停电检修或发生故障时，整个变电所要停电。

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由于隔离开关和跌开式熔断器不能带负荷操作，因此变电所送电和停电的操作程序比较麻烦，如果稍有疏忽，还容易发生带负荷拉闸的严重事故，而且在熔断器熔断后，更换熔体需一定时间，从而影响供电可靠性。但是这种主接线对于三级负荷的小容量变电所是相当适宜的。

② 高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷型跌开式熔断器的变电所主接线图，如图4.2所示。由于负荷开关和负荷型跌开式熔断器能带负荷操作，从而使变电所停、送电的操作比上述主接线，如图4.1所示要简便灵活得多，也不存在带负荷拉闸的危险。但在发生短路故障时，只能是熔断器熔断，因此这种主接线仍然存在着在排除短路故障时恢复供电的时间较长的缺点，供电可靠性仍然不高。这种主接线一般也只用于三级负荷的变电所。

③ 高压侧采用隔离开关-断路器的变电所主接线图，如图4.3 所示。这种主接线由于采用了高压断路器，因此变电所的停、送电操作十分灵活方便，而且在发生短路故障时，过电流保护装置动作，断路器会自动跳闸，如果短路故障已经消除，则可立即合闸恢复供电。如果配备自动重合间装置(auto-reclosing device，ARD)，则供电可靠性更高。但是如果变电所只此一路电源进线时，一般也只用于三级负荷；但如果变电所低压侧有联络线与其他变电所相连时，或另有备用电源时，则可用于二级负荷。

图4.1 高压侧采用隔离开关-熔断器或跌开式熔断器的变电所

主接线图

图4.2 高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷跌开式熔断器的变

电所主接线图

图4.3 高压侧采用隔离开关-断

路器的变电所主接线图

2.单母线接线

单母线接线可以分为分段与不分段的两种情况。 ①单母线不分段接线

●优点：接线简单清晰，设备用量少，经济实用；有利用电源互为备用及负

荷间的合理分配；正常投切与故障投切互不干扰，灵活方便。

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●缺点：母线范围内发生故障或母线W及母线QS检修时，需停止供电；各单元QF检修时，该单元中断工作。

②单母线分段 特点：

●可两段母线并列运行，也可两段母线分段运行。 ●缩小了母线故障和母线检修时的停电范围。 ●有利于电源间的相互备用和负荷的合理分配。

图4.4 单母线不分段接线 图4.5 单母线分段接

3.桥式接线法

所谓桥式接线是指在两路电源进线之间跨接一个断路器，犹如一座桥。分为内桥式和外桥式两种。

1) 内桥式接线：桥臂置于进线断路器的内侧，如图4.6。 2) 外桥式接线：桥臂置于进线断路器的外侧，如图4.7。

图4.6内桥式接线 图4.7外桥式接线

内桥式主接线的特点：

● 线路发生故障时，仅故障线路的断路器跳闸，其余的支路可继续工作，并保持相互间的联系。

● 变压器故障时，联络断路器及与故障变压器同侧的线路断路器均自动跳闸，使未故障线路的供电受到影响，需经倒闸操作后，方可恢复对该线路的供电。

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● 正常运行时变压器操作复杂。如需切除变压器1T，应首先断开断路器1QF和联络断路器QFL，再拉开变压器侧的隔离开关，使变压器停电。然后，重新合上断路器1QF和联络断路器QFL，恢复线路1WL的供电。

适用范围：适用于输电线路较长、线路故障率较高、穿越功率少和变压器不需要经常改变运行方式的场合。

外桥式主接线的特点：

●变压器发生故障时，仅跳故障变压器支路的断路器，其余的支路可继续工作，并保持相互间的联系。

●线路发生故障时，联络断路器及与故障线路同侧的变压器支路的断路器均自动跳闸，需经倒闸操作后，方可恢复被切除变压器的工作。

●线路投入与切除时，操作复杂，并影响变压器的运行。

适用范围：适用于线路较短、故障率较低、主变压器需按经济运行要求经常投切以及电力系统有较大的穿越功率通过桥臂回路的场合。

4.双母线连线

在单母线连线的基础上，设备备用母线，就成为双母线。它在供电可靠性和运行灵活性方面是最好的一种主接线。可投资大，开关电器多，配电装置复杂，占地面积大，不适合一般配电所。

4.3 变电所接线方案的确定

由于该厂有两台变压器，故不可采用一次侧线路——变压器组、二次侧母线不分段的主接线。而有两台变压器的单电源进线的主接线主要有以下三种组合：

① 高压无母线、低压单母线分段的变电所主接线图，如图4.8 所示。这种主接线的供电可靠性较高，当任一主变压器或任一电源进线停电检修或发生故障时，该变电所通过闭合低压母线分段开关，即可迅速恢复对整个变电所的供电。如果两台主变压器高压侧断路器装设互为备用的备用电源自动投入装置，则任一主变压器高压侧断路器因电源断电(失压)而跳闸时，另一主变压器高压侧的断路器在备用电源自动投入装置作用下自动合闸，恢复整个变电所的供电。这时该变电所可供一、二级负荷。

② 高压采用单母线、低压单母线分段的变电所主接线图，如图4.9 所示。这种主接线适用于装有两台及以上主变压器或具有多路高压出线的变电所，其供电可靠性也较高。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。但在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍要停电。这时只能供电给三级负荷。如果有与其他变电所相连的高压或低压联络线时，则可供一、二级负荷。

③ 高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图，如图4.10 所示。这种变电

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所的两段高压母线，在正常时可以接通运行，也可以分段运行。任一台主变压器或任一路电源进线停电检修或发生故障时，通过切换操作，均可迅速恢复整个变电所的供电，因此供电可靠性相当高，可供一、二级负荷。

图4.8 高压侧无母线、低压单母线分段的变电所主接线图

图4.9 高压采用单母线、低压单母线分段的变电所主接线图 26

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图4.10 高低压侧均为单母线分段的变电所主接线图

综上比较之后，可分析由于该厂有一路电源进线，同时可采用高压联络路线由邻近的单位获得备用电源，同时采用了两台变压器，故可以采用如图4.9所示的高压采用单母线、低压单母线分段的变电所主接线图。同时，为提高供电的可靠性，可在图4.9上高压侧变为内桥式，保证部分二级负荷的连续供电。

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第五章 短路电流的计算

5.1 短路的基本概念

5.1.1 短路的原因

工厂供电系统要求正常地不间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，总难免出现故障，其中最严重的故障就是短路。所谓短路，就是供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的“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。

工作人员由于违反安全操作规程而发生误操作，或者误将低电压的设备接入较高电压的电路中，也可能造成短路。

鸟兽跨越在裸露的相线之间或相线与接地物体之间，或者设备和导线的绝缘被鸟兽咬坏，也是导致短路的一个原因。 5.1.2 短路的危害

短路后，短路电流比正常电流大得多。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：

(1)短路时要产生很大的电动力和很高的温度，而使故障元件和短路电路中的其他元件损坏。

(2)短路时短路电路中的电压骤降，严重影响电气设备的正常运行。 (3)短路时保护装置动作，要造成停电，而且越靠近电源，停电的范围越大，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)不对称短路包括单相短路和两相短路，其短路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。

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的计算，以便正确地选择电气设备，使设备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。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件如电抗器等，也必须计算短路电流。

5.1.3 短路的形式

在三相供电系统中，短路的种类主要有4种：

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(1) 三相短路，是指供电系统中三相导线间发生对称性的短路，用k(3)表示。 (2) 两相短路，是指三相供电系统中任意两相间发生的短路，用k(2)表示。 (3) 单相短路，是指供电系统中任一相经大地与电源中性点发生短路，用

k(1)表示。

(4) 两相接地短路，两相接地短路是指中性点不接地的电力系统中两不同相的单相接地所形成的相间短路，用k(1.1)表示，也指两相短路又接地的情况。

上述的三相短路，属对称性短路；其他形式的短路，都属不对称短路。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。从短路电流大小来看，一般三相短路的短路电流值最大，造成的危害也最严重；而两相短路的短路电流值最小。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地工作，因此作为选择校验电气设备用的短路电流采用系统最大运行方式下的三相短路电流。而在继电保护(如过电流保护)的灵敏度计算中，则采用系统最小运行方式下的两相短路电流。 5.1.4 短路电流计算的目的

为确保电气设备在短路情况下不致损坏，减轻短路危害和防止故障扩大，必须事先对短路电流进行计算。计算短路电流的目的是：

(1) 选择和校验电气设备。

(2) 进行继电保护装置的选型与整定计算。

(3) 分析电力系统的故障及稳定性能，选择限制短路电流的措施。 (4) 确定电力线路对通信线路的影响等。

5.2 标幺制法计算短路电流

5.2.1 标幺制法的介绍

短路电流的计算方法有欧姆法、标幺制法等。考虑到标幺制法在工程设计中较为简便，故在本次设计中，计算短路电流采用标幺制法。标幺制法，即相对单位制算法，因其短路计算中的有关物理量是采用标幺值（相对单位）而得名。

按标幺制法进行短路计算时，一般是先选定基准容量S d和基准电压Ud。基准容量，工程设计中通常取Sd=100MV·A。基准电压，通常取元件所在处的短路计算电压，即取Ud=Uc。

供电系统中各主要元件的电抗标幺值的计算（取Sd=100MV·A,Ud=Uc）。 （1）电力系统的电抗标幺值

X?Xs*s

Uc2Xd?ScUc2S?dSdSoc （5-1）

（2）电力变压器的电抗标幺值

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X?XT*TUk%Uc2Xd?100SNUc2Uk%Sd? （5-2） Sd100SN（3）电力线路的电抗标幺值

X*WL?XWLUc2SXd?X0l?X0ld2 （5-3）

SdUc 短路电路中各主要元件的电抗标幺值求出以后，即可利用其等效电路图

?进行电路化简，计算其总电抗标幺值X?。由于各元件电抗均采用相对值，与

短路计算点的电压无关，因此无须进行电压换算，这也是标幺值法较之欧姆法优越之处。

三相短路电流周期分量有效值

* Ik(3)?Ik(3)?Id?IdX? (5-4)

三相短路容量的计算公式为 Sk(3)?3Ik(3)?UC?其他三相短路电流

(3)?Ik(3) I??(3)?I?（5-6）

3IdUC*?SdX? (5-5) ?X?对于高压供电系统时，其短路冲击电流及有效值为

ish?2.55Ik （5-7） Ish?1.51Ik （5-8） 对于低压供电系统时，其短路冲击电流及有效值为

ish?1.84Ik （5-9）

Ish?1.09Ik （5-10）

5.2.2 标幺制法计算短路电流

以下就供电系统发生最严重的短路情况，及三相短路的情况时的短路电流进行计算分析。供电系统的简略图如图5.1所示。采用先前介绍的标幺制法进行短路的计算，并且由该图可计算出其等效的电路图，如图5.2所示。

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K1 0.4kV 10.5kV K2 架空线l=5km GS TM1 电源 200MVA 0.36?/km 场内各车间及照明、生活区等 TM2

图5.1 供电系统的简略图

取基准容量Sd?100MVA，基准电压Ud=Uc，该电路的两个电压等级的基准电压分别为UC1?10.5kV，UC2?0.4KV则对应的基准电流分别为： Id1?Sd/3UC1=100MVA/Id2?Sd/3UC2?=100MVA/?3?0.4KV?=144KA

?3?10.5KV=5.50KA

则电路中各元件电抗标幺值为 电力系统:

已知电力系统出口断路器的遮断容量Soc=200MVA，故

X1?=

Sd=100MVA/200MVA=0.5 Soc架空线路:

?X2?x0lSd100MVA?(0.36?5)???1.63Uc21(10.5kV)2

电力变压器TM1和TM2：

查表可知，S9-800/10变压器的短路电压百分值Uk%=4.5，故有

??X3?X4?Uk%Sd4.5100MVA??=5.625

100SN100800kVA式中，SN为变压器的额定容量，本设计中为800kVA。

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因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。

K1 X?3=5.625 K2 X?1=0.5 X?2=1.63 X?4=5.625 图5.2 短路计算等效电路

1.K1点（10.5kV侧）的相关计算 ①总电抗标幺值

X??X**?K11?X2=0.5+1.63=2.13

②三相短路电流周期分量有效值

I*k1?Id1X*?5.50kA2.13?2.58kA

?k1③其他短路电流

I''(3)?I(3)(3)??Ik1?2.58kA

i(3)sh?2.55I''(3)?2.55?2.58kA?6.579kA

I(3)sh?1.51I''(3)?1.51?2.58kA?3.896kA

④三相短路容量

S(3)k1?SdX*?100MVA?46.95MVA

?k12.13 2.K2点（0.4kV侧）的相关计算 ①总电抗标幺值 X?k2X*1?X*2?X**

??3//X4=0.5+1.63+5.625//5.625=4.9425

②三相短路电流周期分量有效值

I*Id2144kAk2?

X*??29.1kA ?k24.9425

③其他短路电流

I''(3)?I(3)(3)??Ik2?29.1kA

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(3)ish?1.84I''(3)?1.84?29.1kA?53.5kA (3)Ish?1.09I''(3)?1.09?29.1kA?31.7kA

④三相短路容量

Sk(3)2?Sd100MVA??20.2MVA *4.9425X?k2

以上短路计算结果综合图表5-1所示。

表5-1 短路计算结果

三相短路电流(kA) 短路计算点 Ik(3) 三相短路容量/MVA (3)Ish I''(3) (3)I? (3)ish Sk(3) K1 K2

2.58 29.1 2.58 29.1 2.58 29.1 6.579 53.5 3.896 31.7 46.95 20.2

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第六章 导线型号及截面的选择

6.1 导线的选择原则

导线和电缆的选择是供配电设计中的重要内容之一。导线和电缆是分配电能的主要器件，选择的合理与否，直接影响到有色金属的消耗量与线路投资，以及电力网的安全经济运行。

导线型号根据其使用环境、工作条件确定。架空线是通过铁塔、水泥杆塔架设在空气中的导线，一般为裸导线。架空线设备简单、造价低廉且维护方便，是目前主要线路形式；电缆是利用绝缘层将层线（一般为铜线或铝线）包裹起来，一般110KV以上为单相，以下为三相。造价极高，一般在城市使用。所以我们选用架空线给此厂区供电。

6.1.1 工厂常用架空线路裸导线型号

工厂户外架空线路一般采用裸导线，其常用型号适用范围如下： 1. 铝绞线（LJ）：户外架空线路采用的铝绞线导电性能好，重量轻，对风雨作用的抵抗力较强，但对化学腐蚀作用的抵抗力较差，多用在10kV及以下线路上，其杆距不超过100～125m。

2. 钢芯铝绞线（LGJ）：此种导线的外围用铝线，中间线芯用钢线，解决了铝绞线机械强度差的缺点。由于交流电的趋肤效应，电流实际上只从铝线通过，所以钢芯铝绞线的截面面积是指铝线部分的面积。在机械强度要求较高的场所和35kV及以上的架空线路上多被采用。

3. 铜绞线（TJ）：铜绞线导电性能好，对风雨及化学腐蚀作用的抵抗力强，但造价高，且密度过大，选用要根据实际需要而定。

4. 防腐钢芯铝绞线（LGJF）：具有钢芯铝绞线的特点，同时防腐性好，一般用在沿海地区、咸水湖及化工工业地区等周围有腐蚀性物质的高压和超高压架空线路上。

架空线路建设成本低，施工周期短，易于检修维护。架空线路一般采用裸导线。裸导线按其结构分，有单股线和多股线，一般采用多股绞线。架空线路一般情况下采用铝绞线(LJ)。在机械强度要求较高和35kV及以上的架空线路上，则多采用钢芯铝绞线(LGJ)。 6.1.2 工厂常用电力电缆型号

工厂供电系统中常用电力电缆型号及适用范围如下：

1. 油浸纸绝缘铝包或铅包电力电缆（如铝包铝芯ZLL型，铝包铅芯ZL型）。它具有耐压强度高，耐热能力好，使用年限长等优点，使用最普遍。这种电缆在工作时，其内部浸渍的油会流动，因此不宜用在有较大高度差的场所。如6～10kV电缆水平高度差不应大于15m，以免低端电缆头胀裂漏油。

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2. 油浸纸滴干绝缘铅包电力电缆。可用于垂直或高落差处，敷设在室内、电缆沟、隧道或土壤中，能承受机械压力，但不能承受大的拉力。

3. 塑料绝缘电力电缆。这种电缆重量轻、耐腐蚀，可以敷设在有较大高度差，甚至是垂直、倾斜的环境中，有逐步取代油浸纸绝缘电缆的趋向。目前生产的有两种：一种是聚氯乙烯绝缘、聚氯乙烯护套的全塑电力电缆（VLV和VV型），已生产至10kV电压等级。另一种是交联聚乙烯绝缘、聚氯乙烯护套电力电缆（YJLV和YJV型），已生产至110kV电压等级。 6.1.3 车间线路的常用型号

工厂车间内采用的配电线路及从电杆上引进户内的线路多为绝缘导线。配电干线也可采用裸导线和电缆。绝缘导线的线芯材料有铝芯和铜芯两种。塑料绝缘导线的绝缘性能好，价格较低，又可节约大量橡胶和棉纱，在室内敷设可取代橡皮绝缘线。由于塑料在低温时要变硬变脆，高温时易软化，因此塑料绝缘导线不宜在户外使用。

车间内常用的塑料绝缘导线型号有：BLV塑料绝缘铝芯线，BV塑料绝缘铜芯线，BLVV（BVV）塑料绝缘塑料护套铝（铜）芯线。BVR塑料绝缘铜芯软线。

常用橡皮绝缘导线型号有：BLX（BX）棉纱编织橡皮绝缘铝（铜）芯线，BBLX（BBX）玻璃丝编织橡皮绝缘铝（铜）芯线，BLXG（BXG）棉纱编织、浸渍、橡皮绝缘铝（铜）芯线（有坚固保护层，适用面宽），BXR棉纱编织橡皮绝缘软铜线等。上述导线中，软线宜用于仪表、开关等活动部件，其他导线除注明外，一般均可用于户内干燥、潮湿场所固定敷设。

6.2 导线截面选择原则

为了保证用户供电系统安全、可靠、优质、经济的运行，导线和电缆截面的选择必须满足下列条件：

1. 发热条件

导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时要产生热量，其发热温度不应超过其正常运行的最高允许温度。

2. 电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大的负荷电流即线路计算电流时产生电压损耗，其电压损耗不应超过正常运行时允许的电压损耗。对于较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

3. 经济电流密度

35kV及以上的高压线路以及35kV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小而又适当考虑有色金属

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的节约，所选截面称为“经济截面”。用户10kV及以下线路，通常不按此原则选择。

4. 机械强度

导线(包括裸线和绝缘导线)短路时冲击电流将使相邻导体之间产生很大的电动力，从而使得载流部分遭受严重破坏，其截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度。

根据设计经验，一般 10kV 及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件选择截面；低压照明线路，因其对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗选择截面；对于长距离大电流线路及35kV 以上的高压线路，通常先按经济电流密度确定经济截面，再校验其他条件。按以上经验选择，比较容易满足要求，较少返工。

由于本次的设计中，只需考虑由地区变电所所输送的10kV高压线路及低压动力线路，故按上述原则进行计算时，应该先按发热条件选择截面。

6.3 导线型号及截面选择

1. 10KV高压进线的选择及检验 (1)选择经济截面 变压器一次侧计算电流:

IC1?SC1/3UN =1057/(3*10)A=61.03A

由于铜是贵重金属，虽其导电性能最好，并且机械强度也相当高，但是应尽量节约。而相比之下，铝的机械强度较差，但其导电性较好，且具有质轻、价廉的优点，因此在能以铝取代铜的情况下，应尽量采用铝导线。故在本次的设计中，则以铝导线进行选择。

按经济电流密度选择导线截面，因年最大负荷利用小时为4500h，查表得:

jec=1.15（铝绞线）

则 Sec?IC1jec?61.03/1.15?53.1(mm)

由设计经验表明计算值比实际值偏大，因此选用LJ-50型铝绞线。 (2)检验发热条件

C时的允许载流量为Ia1=215A>61.03A,满足查表知，LJ-50在室外温度为25。发热条件。

(3)校验机械强度

查表知，10KV架空铝绞线的机械强度最小截面为Smin?25mm2?S?50mm2，因此，所选的导线截面也满足机械强度要求。

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2. 低压侧母线选择

(1)导线截面的选择 低压侧计算电流为

'IC2?S30(2)3UN=1028(3*0.38)?1561.9(A)

查表得尺寸为100×10mm矩形铝母线（每相的铝排数为1）在环境温度为

25。C时的允许截流量为1820A，而实际的最热月最高气温为35。C，矩形母线最

高允许温度为70。C，则温度修正系数为

?a1??0'70?35K????0.8819

?a1??070?25导线的实际允许载流量为

'Ia1?K?Ia1?0.8819?1820?1605.1(A)?1561.9(A)

所以选择尺寸为100×10mm的LMY型矩形硬铝母线（每相的铝排数为1）。 3. 380V的出线选择及检验

结合第二章内，所计算的各个车间的电流，只需考虑所选的导线的截面所对应的电流允许量超过计算的电流大小即可，故可以进行相应的选线，具体的选线如表6-1所示。

表6-1 380V的出线选择 导线截面选择 序号 用电设备名称 负荷类型 Ic(A) 313 42.65 242.2 175.3 294.9 156.6 35.1 57 （mm） 120 10 95 50 120 50 6 10 2导体类型选择 车间I 一 中频感应电炉 中频感应发电机 二 三 四 五 六 七 车间II 车间III 车间IV 车间V 车间VI 全场照明 动力 动力 动力 动力 动力 动力 动力 照明 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 4.机修车间的导线选择

结合第一章绪论中所给的数据中各个低压设备的启动电流，可以进行相应的选线，需满足所选的导线截面对应的电流允许量应大于各个启动设备，具体的选

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线如表6-2所示。

表6-2 机修车间的选线 导线截面选择 用电设备名称 *车床（C620） *车床（C616） *铣床 *刨床 *刨床 *钻床 *砂轮机 吊车（5吨） 电焊机 电阻炉 办公室，化验室及车间照明 Ic或Ist (A) 107.8 44.3 32.8 55.6 43.1 24 23 19 9.72 21.27 32.82 （mm） 35 10 10 10 10 4 4 4 4 4 10 2导体类型选择 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线 BX型铜芯绝缘橡皮线

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第七章 高低压供电系统一次元件及校验

7.1 一次设备的概述

在工厂供配电系统中担负输送、变换和分配电能任务的电路，称为“主电路”，也叫“一次电路”。 一次电路中的所有电气设备，称为“一次设备”或“一次元件”。

一次设备按其功能来分，可分为以下几类：

（1） 变换设备 其功能是按电力系统运行的要求改变电压或电流、频率等，如电力变压器、互感器等。

（2） 控制设备 其功能是按电力系统运行的要求来控制一次电路的通、断，如各种高低压开关设备。

（3） 保护设备 其功能是用来对电力系统进行过流和过电压等的保护，如熔断器和避雷器等。

（4） 补偿设备 其功能是用来补偿电力系统中的无功功率，提高系统的功率因数，如并联电容器等。

（5） 成套设备 它是按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及控制、指示、监测和保护一次设备的二次设备组合为一体的电气装置，如高压开关柜、低压配电屏等。

7.2 电气设备选择的一般原则

7.2.1 按正常工作条件选择电气设备

为了保证电气设备在正常运行情况下可靠地工作，必须按照正常运行条件选择电气设备。正常运行条件是指电气设备正常运行时的工作电压及工作电流。

1) 按工作电压选择电气设备

电气设备所在电网的运行电压因调压或负荷的变化，有时会高于电网的额定电压，故所选择电气设备允许的最高工作电压不得低于所接电网的最高运行电压。通常规定一般电气设备允许的最高工作电压为设备额定电压的1.1 倍～1.15 倍，而电气设备所在电网的运行电压波动，一般不超过电网额定电压的1.15 倍。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不低于设备安装地点电网额定电压UNs的条件选择，即

UN?UNs （7-1）

2) 按工作电流选择电气设备

电气设备的额定电流IN是指在规定的环境温度下，设备的长期允许电流Ia1。

IN不应小于该回路的最大持续工作电流Imax，即

IN(Ia1)?Imax (7-2)

由于发电机和变压器在电压降低5%时，出力保持不变，故其相应回路的Imax

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应为发电机和变压器额定电流的1.05 倍；若变压器有可能过负荷运行时, Imax应按过负荷确定；出线回路的Imax除考虑正常负荷电流外，还应考虑事故时由其他回路转移过来的负荷。

当周围环境温度?与导体(或电器)规定环境温度??不等时，其长期允许电流

Ia1可按式(7-3)修正

I????I????????KI?? (7-3)

?????????????????

其中

K?式中K ——修正系数；

??? ——导体或电气设备正常发热允许最高温度，一般可取???=70℃

我国生产的电气设备的规定环境温度??=40℃ ，如环境温度高于+40℃(但

小于或等于60℃)时，其允许电流一般可按每增高1℃ ，额定电流减少1.8%进行修正；当环境温度低于+40℃时，环境温度每降低1℃，额定电流可增加0.5%，但增加幅度最多不得超过原额定电流的20%。

我国生产的裸导体的额定环境温度为+25℃，当装置地点环境温度在-5℃～+50℃ 范围内变化时，导体允许通过的电流可按式(7-3)修正。

3) 按装置地点、使用条件、检修和运行等要求选择电气设备

指按照设备的装置地点、使用条件、检修和运行等要求选择导体、电器的种类和型式。

例如选户外或户内设备，防爆型或普通型设备。 7.2.2 按短路电流校验设备的热稳定和动稳定性

1.动稳定性校验

动稳定性校验（电动力稳定）是指导体和电器承受短路电流机械效应的能力。满足稳定的条件是

(3) imax?ish

(3)或 Imax?Ish

(3)(3)式中，ish、Ish——设备安装地点短路冲击电流的峰值及其有效值；

imax、Imax——设备允许通过的电流峰值及其有效值。

对于下列情况可不校验动稳定或热稳定。

①用熔断器保护的电器，其热稳定由熔断时间保证，故不校验热稳定。 ②电压互感器及其所在回路的裸倒替和电器可不校验动、热稳定，因短路电流很小。

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③电缆一般均有足够的机械强度，可不校验动稳定。 2.热稳定校验

短路电流通过时，电器各部件温度不应超过短路时发热最高允许值，即

(3)2tima It2t?I?(3)式中，I?——设备安装地点稳态三相短路电流；

tima——短路电流假想时间； It——电器的热稳定电流； t——电器的热稳定时间。

7.3 高压电器设备的选择

补充的条件：由前面的计算可知，高压侧的额定电压为Uc=10kV，流经的电流为Ic=62.35A。

1. 高压断路器型式的选择

除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。

除满足一般条件外，断路器还应满足的选择及校验条件如下： 1）Scd?SK（Scd为断流容量, SK为短路容量）

2) Icd?IK；(Icd为断路器最大开断电流, IK为三相最大短路电流） 3) 动稳定校验 idf?ich （idf为电器的动稳定电流峰值，ich三相短路冲击电流）

2tima ；（Ie.t为电器热稳定电流，I?为通过电器的4) 热稳定校验 Ie2.tt?I?三相短路稳态电流，t为热稳定试验时间（s），tima为短路发热假想时间）

对于10KV高压侧（K1）点,短路计算数据如表7-1所示。

表7-1 K1点三相短路计算结果

短路点 短路电流Ik(3) （KA）冲击电流ish(3) 短路容量SkMVA （KA）（）(3)K1 2.58 6.579 46.95 根据上述原则以及数据，可选用型号为SN10-10Ⅰ。

2. 高压隔离开关的选择 隔离开关的选择和校验原则是：

1) UN?Uc；（UN为隔离开关额定电压，Uc为隔离开关所在电路额定电压） 2) IN?Ic；（IN为隔离开关额定电流，Ic为通过电器的计算电流）

3) 动稳定校验 idf?ich （idf为电器的动稳定电流峰值，ich三相短路冲击电流）

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2tima ；（Ie.t为电器热稳定电流，I?为通过电器的4) 热稳定校验 Ie2.tt?I?三相短路稳态电流，t为热稳定试验时间（s），tima为短路发热假想时间）

与断路器的选择方法类似，选用隔离开关的型号为GN8-10/600。 3. 电流互感器的选择

电流互感器应按以下条件选择。

1) 电流互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。 2) 电流互感器的额定电流应大于或等于所接线路的额定电流。

3) 电流互感器的类型和结构应与实际安装地点的安装条件、环境条件相适应。

4) 电流互感器应满足准确度等级的要求。 经过资料的查阅，可知可选型号为LA-10,100/5。 4. 电压互感器的选择

电压互感器应按以下条件选择。

(1)电压互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。

(2)电压互感器的类型应与实际安装地点的工作条件及环境条件（户内、户外；单相、三相）相适应。

(3)电压互感器应满足准确度等级的要求。

(4)为满足电压互感器准确度等级的要求，其二次侧所接负荷容量不得大于规定准确度等级所对应的额定二次容量。

经查阅，可选择型号为JDZJ-10的电压互感器，将三个该类电压互感器接成

Y0/Y0/?型，可供小接地电流系统中做电压、电能测量及绝缘监测之用。

5. 高压开关柜的选择

高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。

高压开关柜有固定式和手车式（移可式）两大类型。由于本设计是10KV电源进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择GG-1A(F)型系列固定式高压开关柜。

6. 高压侧熔断器选择

做高压电路和设备的短路保护，并能其过负荷保护的作用，其熔体要通过主电路的大电流，因此选用额定定流可达100A以上的RN1型熔断器。可以选择为RN1-10/150的熔断器。

故高压侧电气设备的选择如表7-2所示。

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表7-2 高压侧电气设备的选择

选择校验项目 参数 数据 电压 电流 断流能力 动态定度 (3)ish热稳定度 (3)2I??tima 装置地点条件 UN (kV)IN （A）Ik(3) （KA） （KA）10 61.03 2.58 6.579 2.582?1.8?12 It2?t 额定参数 高压少油断路器SN10-10/630 高压隔离开关GN8-10/600 高压熔断器RN1-10 电压互感器JDZJ-10 电流互感器LA-10 避雷针FS4-10 UN?e 10kV UN?e 630A Ioc 16 kA - 50 kA - - - imax 80 kA 一次设备型号规格 31.52?2?1985 10kV 10kV 10/0.1kV 10kV 10kV 600A 150A - 100/5A - 25.5 kA - - 30.8 kA - - - - - -

7.4 低压电气设备的选择

1.低压断路器的选择及校验

（1）低压断路器过电流脱扣器的选择过电流脱扣器的额定电流应大于等于线路的计算电流。

（2）低压断路器过电流脱扣器的整定

①瞬间过电流脱扣器支作电流的整定，瞬时过电流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流。

②短延时过电流脱扣器动作电流和时间的整定，短延时过电流脱扣器的动作电流应躲过线路的尖峰电流。 短延时过电流脱扣器的动作时间分0.2s、0.4s及0.6s 三级，通常要求前一级保护的动作时间比后一级保护的动作时间长一个时间级差（0.2s）。

③长延时过电流脱扣器动作电流和时间的整定，长延时过电流脱扣器一般用于作过负荷保护，动作电流仅需躲过线路的计算电流，动作时间应躲过线路允许过负荷的持续时间，其动特性通常为反时限，即过负荷电流越大，动作时间越短。

④过电流脱扣器与被保护线路的配合，当线路过负荷或短路时，为保证绝缘导线或电缆不致因过热烧毁而低压断路器的过电流脱扣器拒动的事故发生，要求

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Iop?KOLIa1

式中Ia1为绝缘导线或电缆的允许载流量；KOL为绝缘导线或电缆的允许短时过负荷系数。对瞬时和短延时过电流脱扣器取4.5；对长延时过电流脱扣器取1；对保护有爆炸性气体区域内的线路，取0.8。

如果按式所选择的过电流脱扣器不满足上式的配合要求，可依据具体情况改选过电流脱扣器的动作电流，或适当加大绝缘导线或电缆的截面。

（3）低压断路器热保护脱扣器的选择热脱扣器的额定电流应大于等于线路的计算电流。

（4）压断路器热保护脱扣器的整定期 热保护脱扣器用于作过负荷保护，其动作电流需躲过线路的计算电流。

（5）低压断路器型号规格的选择与校验

①断路器的额定电压应大于或等于安装的额定电压。

②断路器的额定电流应大于或等于它所安装过电流脱扣器与热脱扣器的额定电流。

③断路器应满足安装处对断流能力的要求。 对动作时间在0.02s以上的DW系列断路器，要求

(3)IOC?IK

式中IOC——断路器的最大分断电流；

(3)IK——断路器安装处三相短路电流稳态值。

对动作时间在0.02s及以下的DZ系列断路器，要求

(3)(3)IOC?Ish或 iOC?ish

（6）低压断路器还应满足保护对灵敏度的要求以保证在保护区内发生短路故障时能可靠动作，切除故障。保护灵敏度可按下式进行校验

SP?Ik.minIop?K

式中Iop—— 低压断路器瞬时或短延时电流脱扣器的动作电流；K——保护最小灵敏度，一般取1.3；Ik.min为被保护线路末端在单相接地电流；对IT系统取下两相短路电流。

对于低压侧（K2）点：IC =1561.9A，短路计算数据如表7-3。

表7-3 K2短路数据

短路点 短路电流Ik(3) （KA）冲击电流ish(3) 短路容量SkMVA （KA）（）(3)K2 29.1 53.5 20.2 根据上表的数据，经查阅，可选用型号为DW16-2000的低压断路器。

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2.其他低压电气的选择

其他低压电气设备的选择与低压断路器的选择类似，可以进行选择，低压电气设备的选择如表7-4。

表7-4 0.4kV侧设备选择表

计算数据 U=0.4KV I=1516.9A Ik(3)=29.1kA Sk(3)=20.2MVA 低压断路器 DW16-2000 隔离开关 HD13-1800 电流互感器 LMZJ6-0.38,2000/5 电流互感器JDG1-0.5 0.4KV 2000A 50kA 0.4KV 1800A 0.4kV 2000/5 0.5kV

变电所至各车间干线上负荷开关的选择如表7-5。

表7-5 低压干线负荷开关型号选择

序号 一 二 三 四 五 六 七 车间名称 车间I 车间II 车间III 车间IV 车间V 车间VI 全场照明 IC（A） 355.65 242.2 175.3 294.9 156.6 35.1 57 负荷开关型号 额定电流（A） HH11-400/3 HH11-300/3 HH11-200/3 HH11-400/3 HH11-200/3 HH11-50/3 HH11-100/3 400 300 200 400 200 50 100 3.低压支线上的熔丝及型号的选择 （1）熔断器的选择条件

① 熔断器的额定电压UN.FU不低于被保护线路的额定电压UN，即应满足

UN.FU?UN

② 熔断器的额定电流IN.FU应不小于它所装设的熔体的额定电流IN.FE，即

IN.FU?IN.FE

（2） 熔体的额定电流选择应满足下列条件 ① 熔体的额定电流应不小于回路的最大工作电流

IN.FE?Imax

② 熔体的额定电流应躲过回路的尖峰电流

IN.FE?KImax

其中K为可靠系数（不计电动机自启动时，K?1.1~1.3,考虑电动机自启动时，

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K?1.5~2.0）

低压支线上熔断器的选择如表7-6。

表7-6 低压机修车间熔断器选择

用电设备名称 *车床（C620） *车床（C616） *铣床 *刨床 *刨床 *钻床 *砂轮机 吊车（5吨） 电焊机 电阻炉 办公室，化验室及车间照明 Ic或Ist (A) 107.8 44.3 32.8 55.6 43.1 24 23 19 9.72 21.27 32.82 熔断器型号 熔管的额定电流（A） 熔体的额定电流（A） RT0-200 RT0-100 RT0-100 RT0-100 RT0-100 RT0-100 RT0-100 RT0-100 RT0-100 RT0-100 RT0-100 200 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 150 60 50 80 60 40 40 40 30 40 50 此外，为保证设备的安全运行，当设备的电流超额时，还可以通过热继电器及接触器的保护而断开，可以避免经常更换熔断器。具体的选择可参考附图二所示。

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第八章 变电所二次回路方案及继电保护整定

用来控制、指示、监测和保护主电路（一次电路）及其主电路中设备运行的电路，称为“二次电路”（二次回路）。二次回路按照功用可分为控制回路、合闸回路、信号回路、测量回路、保护回路以及远动装置回路等；按照电路类别分为直流回路、交流回路和电压回路。二次电路中的所有电气设备，称为“二次设备”或“二次元件”。

8.1 继电保护的任务和要求

继电保护装置是指能反映电力系统中电气设备发生的故障和不正常运行状态，并能动作于断路器跳闸或起动信号装置发出报警信号的一种自动装置。 8.1.1 继电保护装置的任务

1. 故障时跳闸

在供电系统出现短路故障时，继电保护装置能自动地、迅速地、有选择地动作，使对应的断路器跳闸，切除故障部分，恢复其他无故障部分的正常运行，同时发出信号，以便提醒值班人员检查，及时消除故障。

2. 异常状态发出报警信号

在供电系统出现不正常工作状态，如过负荷或有故障苗头时发出报警信号，提醒值班人员注意并及时处理，以免发展为故障。 8.1.2 继电保护装置的基本要求

根据继电保护装置所担负的任务，它必须满足以下4个基本要求：即选择性、速动性、可靠性和灵敏性。

（1) 选择性

继电保护动作的选择性是指在供电系统发生故障时，只使电源一侧距离故障点最近的继电保护装置动作，通过开关电器将故障部分切除，而非故障部分仍然正常运行。

（2) 速动性

速动性就是快速切除故障部分。当系统内发生短路故障时，为了减轻短路故障电流对用电设备的损害程度，要求继电保护装置快速动作切除故障部分。快速切除故障部分还可以防止故障范围扩大，加速系统电压的恢复过程，使电压降低的时间缩短，有利于电动机的自起动，提高电力系统运行的稳定性和可靠性。

应当指出，为了满足选择性，继电保护需要带一定时限，允许延时切除故障的时间一般为0.5s～2s 左右。即速动性和选择性往往是有矛盾的，当两者发生矛盾时，一般应首先满足选择性而牺牲一点速动性。但应在满足选择性的前提下，尽量缩短切除故障部分的延时。

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（3) 可靠性

可靠性指继电保护装置在其所规定的保护范围内发生故障或不正常工作状态时，一定要准确动作，即在应该动作时，就应该动作(不能拒动)；而其他非故障设备的保护装置(即故障或不正常工作状态发生地点不属于其保护范围)则一定不应动作，即在不应该动作时，不能误动。供配电系统正常运行时，保护装置也不应该误动。为了提高保护装置动作的可靠性，应尽量采用高质量元器件，简化保护装置接线方式，提高安装和调试质量，以及加强运行维护等。

（4) 灵敏性

灵敏性是指保护装置在其保护范围内对故障和不正常运行状态的反应能力。所谓反应能力是用继电保护装置的灵敏系数(灵敏度)来衡量。如果保护装置对其保护区内极轻微的故障都能及时地反应动作，则说明保护装置的灵敏度高。继电保护装置的灵敏度一般是用被保护电气设备故障时，通过保护装置的故障参数(例如短路电流)与保护装置整定的动作参数(例如动作电流)的比值大小来判断，这个比值称为灵敏系数，亦称灵敏度，用Sp表示。

对于过电流保护装置，其灵敏系数Sp为

Sp?Ik.minIop.1

式中 Ik.min——被保护区内最小运行方式下的最小短路电流；

Iop.1——保护装置的一次动作电流。

对于低电压保护，其灵敏系数Sp为

Sp?Uop.1Uk.max

式中 Uk.max——被保护区内发生短路时，连接该保护装置的母线上最大残压（V）；

Uop.1——保护装置的一次动作电压（V）。

8.1.3 常用保护装置类型

(1)继电保护。继电保护是用各种不同类型的继电器按一定方式连接和组合，构成继电保护装置。当系统出现事故或故障时，检测出并使相应的高压断路器跳闸，将故障部分切除，或给出报警信号。继电保护适用于要求供电可靠性较高的高压供电系统中。

(2)熔断器保护。熔断器保护广泛适用于高、低压供电系统。由于装置简单经济，在供电系统中应用得相当普遍。但是它的断流能力较小，选择性差，熔体熔断后更换不方便，不能迅速恢复供电，因此在要求供电可靠性较高的场所不宜用。

(3)低压断路器保护。这种保护又称低压自动开关保护。由于低压断路器带有多 种脱扣器，能够进行过电流、过负载、失电压和欠电压保护等，而且可作为控制开关进行操作，因此在对供电可靠性要求较高且频繁操作的低压供电系统

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中广泛应用。

8.2 电力变压器常见故障与保护设置

8.2.1 变压器的保护设置

高压侧为6~10KV的变电所主变压器，通常装设有带时限的过电流保护。如果过电流保护的动作时间大于0.5~0.7s，应补充装设电流速断保护。容量在800KVA及以上的油浸式变压器和400KVA及以上的车间内（室内）油浸式变压器，按规定应装设气体继电保护（通常瓦斯保护）。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。过负荷保护及气体继电保护在变压器内部有轻微故障（通称“轻瓦斯”）时，动作于信号，而其他保护包括气体继电保护在变压器内部有严重故障（通称“重瓦斯”）时，一般均动作于跳闸。

根据变压器的故障种类及不正常运行状态，变压器一般应装设下列保护: (1)电流速断保护或差动保护 它能反应变压器内部故障和引出线的相间短路，瞬时动作于跳闸。

(2)过电流保护 它能反应变压器外部短路而引起的过电流，带时限动作于跳闸，可作为上述保护的后备保护。

(3)中性点直接接地侧的单相接地保护 它能反应变压器中性点直接接地侧的单相接地短路，带时限动作于跳闸。

(4)过负荷保护 它能反应过负荷而引起的过电流，一般作用于信号。 (5)瓦斯保护 它能反应油浸式变压器油箱内部故障和油面降低，瞬时动作于信号或跳闸。

(6)温度信号 它能反应变压器温度升高和油冷却系统的故障。 8.2.2 变压器的继电保护选择

根据设计的要求，本设计中需要装设过电流保护、电流速断保护、瓦斯保护和过负荷保护。

1. 装设瓦斯保护

当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。

2. 装设反时限过电流保护

采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式结线，去分流跳闸的操作方式。

电流的整定要考虑以下两个条件：

① 要躲过最大负荷电流Il.max，以免在最大负荷电流通过时保护装置动作；

（1）过电流保护

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② 保护装置的返回电流Ire要躲过线路的最大电流Il.max，以保证保护装置在

外部故障被切除后，能可靠的返回原始位置，以免发生误动作。 继电器最小动作电流按以下公式整定：

Iop?Krel?Kw?IL.max

Kre?Ki其中，ILmax??1.5~3?I1N?T??1.5~3?800KVA/(3?10KV)?69.3~138.6A，可靠系数Krel=1.3，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=100/5=20 ，因此动作电流为：

Iop?1.3?1?138.6A?11.3A

0.8?20 因此过电流保护动作电流整定为11.5A。 过电流保护动作时间的整定:

因本变电所为电力系统的终端变电所，故其过电流保护的动作时间（10倍的动作电流动作时间）可整定为最短的0.5s。 过电流保护灵敏度系数的检验:

Sp?Ik?min Iop?1(2)(3)其中，Ik?min?IK2/KT?0.866IK2/KT=0.866?29.1kA/(10kV/0.4kV)=1.008kV

Iop?1?IopKi/Kw?11.5A?20/1?230A，

因此其灵敏度系数为：

=1008/230=4.38>1.5 即满足灵敏度系数的1.5的要求。 （2）速断保护

利用GL15型继电器的电流速断装置来实现。

当电流保护的动作时限超过0.7s时，应装设电流速断保护。电流速断保护实际上是一种瞬时动作的过流保护。其动作时间为继电器本身固有的动作时间，它的选择性不是依靠时限，而是依靠选择适当的动作电流来解决。

电流速断保护动作电流的整定计算公式为

Iqb?Krel?Kw?Ik?max，

Ki?KT

其中Ik?max?Ik(3)2?29.1kA，Krel=1.4，Kw=1，Ki=100/5=20，KT=10/0.4=25，

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