35KV变电站毕业设计

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摘 要

变电所是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。

本变电所的设计首先是要进行负荷的分析与计算，负荷分析的方法有许多，需用系数法，二项式法等等。经过分析，采用需用系数法更加的适合。接着就是无功补偿，通过公式和查阅无功补偿率的表可以求出所需的无功补偿容量。在变压器台数及容量的选择时，为了提高大连老虎滩变电所供电的可靠性，采用的是两台型号相同的变压器，而主接线的设计，在高低压侧都采用了单母线分段接线。短路计算中最终采用了更为普遍的标么值法。对于设备的选择可分为高压侧（10kV侧）和低压侧（380V侧）两种。并根据不同的要求看是否需要进行动稳定或热稳定的校验。从而选择更适合的设备以及电缆，母线等。接下来是变压器的继电保护，对于容量小于800kVA的油浸式变压器可采用了电流速断，过电流，以及过负荷三种保护。最后就是防雷与接地的设计，常用的防雷设备有避雷针，避雷带和避雷线。最终经过分析，采用了四支避雷针作为大连老虎滩变电所电气部分的防雷保护。

[关键词] 变电站、负荷、输电系统、配电系统、补偿装置

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Abstract

Substation power system is an important component of the electrical equipment and distribution by the network connection mode according to a certain pose, he obtained power from the power system, through its transformation, distribution, transmission and protection functions, and then power safe, reliable and economical electricity supply to each device to set up places.

First of all, the design of the substation is necessary to carry out the analysis and calculation of load, the load method of analysis there are many, need to factor method, binomial method and so on. The analysis required a more suitable method. Reactive power compensation and then, through the formula and check the rate of reactive power compensation can be obtained form the necessary reactive power compensation capacity. In the number and capacity of the transformer of choice, Dalian Tiger Beach in order to improve the reliability of power substations, the two models using the same transformer, the design of the main terminal, in the high and low pressure side bus using a single sub - wiring. Short circuit calculation of the final adoption of a more general method S Mody. For the choice of equipment can be divided into high-pressure side (10kV side) and low-voltage side (380V side) of two. And in accordance with the requirements of different activities to see if the need for stability or thermal stability of the calibration. In order to select more suitable equipment and cables, bus, etc.. Followed by the transformer relay protection, the capacity of less than 800kVA transformer oil-immersed current speed can be broken, over-current, as well as three types of overload protection. Finally, is the design of lightning protection and grounding, lightning protection equipment used a lightning rod, lightning protection and lightning protection zone line. After the final analysis, the use of a lightning rod 4 Dalian Tiger Beach as part of the electrical substation lightning protection.

[key words] substation ,load ,transmission system ,correction equipment.

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目 录

第1章 绪 论 .......................................................................................................... 1

1.1 大连老虎滩变电所的设计意义 ............................................................... 1 1.2 大连老虎滩变电所的设计要求 ............................................................... 2 1.3 大连老虎变电所电气部分的设计应达到的目的 ................................... 2 1.4 大连老虎滩变电所电气部分的设计方案 ............................................... 3 第2章 负荷的分析与计算及无功补偿 ................................................................ 4

2.1 负荷分析的意义 ....................................................................................... 4 2.2 负荷的分类及各自的供电要求 ............................................................... 4 2.3 负荷计算方法的比较及选用 ................................................................... 5 2.4 无功补偿的意义及方法 ........................................................................... 6 2.5 无功补偿的计算 ....................................................................................... 7 第3章 变压器台数及容量的选择 ........................................................................ 9

3.1 变压器的分类与联结组别 ....................................................................... 9 3.2 变压器的容量及过负荷能力 ................................................................... 9 3.3 变电所主变压器容量及台数，型号的确定 ......................................... 10 第4章 主接线的设计 .......................................................................................... 12

4.1 主接线的概述 ......................................................................................... 12 4.2 主接线的分类及其各的特点 ................................................................. 13 4.3 大连老虎滩变电所主接线的设计 ......................................................... 16 第5章 短路计算 .................................................................................................. 19

5.1 短路的原因，形成及危害 ..................................................................... 19 5.2 短路计算的方法及其采用 ..................................................................... 20 第6章 电气设备的选择及其校验 ...................................................................... 24

6.1 高压设备的选择及校验 ......................................................................... 24 6.2 低压设备的选择及校验 ......................................................................... 25 6.3 母线及电缆的选择校验 ......................................................................... 28 第7章 继电保护的设计 ...................................................................................... 31

7.1 继电保护的基本知识 ............................................................................. 31 7.2 供配电线路的继电保护 ......................................................................... 31

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7.3 中性点不接地系统的单相接地保护 ..................................................... 32 7.4 变压器的继电保护及计算 ..................................................................... 32 7.5 备用电源自动投入装置 ......................................................................... 35 第8章 防雷与接地的设计 .................................................................................. 37

8.1 防雷的基本概念 ..................................................................................... 37 8.2 老虎滩变电所防雷的设计 ..................................................................... 38 8.3 老虎滩变电所设备接地的设计 ............................................................. 40 结 论 ...................................................................................................................... 41 参考文献 ................................................................................................................ 42 致谢 ........................................................................................................................ 43 附录Ⅰ .................................................................................................................... 44 附录Ⅱ .................................................................................................................... 45 附录Ⅲ .................................................................................................................... 46

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第1章 绪 论

1.1 大连老虎滩变电所的设计意义

电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志。由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分。所以输送和分配电能是十分重要的一环。变电所是使电厂或上级电站经过调整后的电能书送给下级负荷，是电能输送的重要部分。其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。若变电所系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作。可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利。因此，变电所在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要。 变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。根据变电所任务的不同，可将变电所分为升压变电所和降压变电所两大类。升压变电所一般建在发电厂，降压变电所一般建立在靠近负荷中心的低点。根据电压等级还可分为中压变电所（60千伏及以下）、高压变电所（110～220千伏）、超高压变电所（330～765千伏）和 特高压变电所（1000千伏及以上）。按其在电力系统中的地位可分为枢纽变电所、中间变电所和终端变电所。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务。变电所有升压变电所和降压变电所两大类。升压变电所通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂。降压变电所通常远离发电厂而靠近负荷中心。下面的所设计得就是10KV降压变电所。变电所的主要设备有电力变压器，母线和开关设备等。变电所内都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。这对于保护下级各负荷是十分有利的。这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长是使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的。工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献。

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生活用电等领域的供电可靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。

可见，大连老虎滩变电所的设计是大连地区工业效率提高及国民经济发展的必然条件。

1.2 大连老虎滩变电所的设计要求

由于本地区经济发展的需要电力供不应求的情况下，为了适应本地区经济的发展要在本地区建设10kV变电站。 具体要求如下。该变电所所用电压为0.4kV，厂区配电电压为10kV，：

表 1.1负荷如下表

序号 出线 1 2 3 4 5 #1 #2 #3 #4 #5 COSΦ 0.65 0.7 0.7 0.65 0.65 有功功率 94 110 90 35 130 序号 出线 6 7 8 9 10 #6 #7 #8 #9 #10 COSΦ 0.8 0.75 0.65 0.7 0.7 有功功率 30 30 94 110 90

本电力系统应包括变电，配电以及相应的安全自动、继电保护等设施。在国家发展计划的统筹规划下，合理的开发资源，用最少的资金为国民经济各部门及人民生活提供充足、可靠、合格的电能。

本次设计的变电站为10kV变电站，其下级负荷为0.4kV级企业和0.4kV级工业及其它负荷。这些负荷不仅包括水泥厂、开关厂等工业部门，也有政府、市区等非工业部门。他们对供电的要求不同。依照先行的原则，依据远期负荷发展本设计该变电所，本变电站主要任务是把10kV变成0.4kV电压供周边城乡使用。尤其对本地区大用户进行供电，改善提高供电水平，提高了本地供电质量和可靠性。 并且伴随电力系统中所用电气元件产品诸如断路器、继电器、隔离开关等性能指标的提高，大连老虎滩变电所的功能也会越来越完善，可靠性也会得到很大的提高。

1.3 大连老虎变电所电气部分的设计应达到的目的

本毕业设计课题主要是综合训练运用发电厂电气部分，电力系统继电保护，工厂供电，高低压电气，电力系统分析等电气工程及其自动化专业知识完成“大

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连老虎滩变电所电气部分的设计”通过设计，培养综合运用所学基础理论，专业知识与技能，巩固过去所学的电气知识，把所学理论应用到实际工程上去，解决实际问题，进一步了解工程设计规范，要求，掌握设计基本内容和方法，为学生参加工作打好基础！

1.4 大连老虎滩变电所电气部分的设计方案

1 ) 应先进行负荷分析计算： 求出计算负荷，目的是为了合理地选择变电所内的各级电压供电网络，变压器容量和电器设备型号等。2 ) 变压器台数及容量的选择：其中包括数量以及容量的选择。3 ) 主接线的设计：每种接线都有各自的特点，需要在其中选择最合适的。而且还要满足可靠性和电能质量的要求。接线简单、清晰，操作简便。必要的运行灵活性和检修方便。投资少，运行费用低。具有扩建的可能性。4 ) 根据主接线进行短路计算：确定中性点接线方式，采用标幺值的方法进行计算。另外它也可以选择适当的接触器的参数，继电保护的灵敏度也是用它来效验的。5) 电气设备的选择及其校验：其中包括断路器，隔离开关，负荷开关等开关电器，电压互感器，电流互感器，熔断器，电力电缆和导线等主要设备。 在选择后还要进行热稳定和动稳定校验。6 ) 继电保护的设计：其中包括供电线路的继电保护和变压器的保护。为了保证供电的可靠性还应设置备用电源自动投入装置（BZT）。7 ) 防雷与接地的设计：对于变电所防雷有两个重要方面，即直击雷的防护和对由线路侵入的过电压的防护。8 ) 无功补偿的计算：在系统中所承担的作用是提高电网的功率因数，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。9 ) 编写说明书：对课程设计进行总体的说明和概括，以及说明在那方面还需要改进。

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第2章 负荷的分析与计算及无功补偿

2.1 负荷分析的意义

进行电力设计的基本原始资料是用电部门提供的用电设备安装容量。这些用电设备品种多，数量大，工作情况复杂。如何根据这些资料正确估计所需的电力和电量是一个非常重要的问题。估计的准确程度，影响电力设计的质量，如估算过高，将增加供电设备的容量，使供配电系统复杂，浪费有色金属，增加初期投资和运行管理工作量。而估算过低，又会使供配电系统投入运行后，供电系统的线路和电气设备由于承担不了实际的负荷电流而过热，加速绝缘老化的速度，降低使用寿命，增大电能损耗，影响供电系统的正常可靠运行。由此可见，正确确定计算负荷意义重大。但是负荷情况复杂，影响计算负荷的因素有很多，虽然各类负荷的变化有一定的规律可行，但仍难准确确定计算负荷的大小。实际上，负荷也不是一成不变的，他与设备的性能，生产的组织，生产者的技能及能源供应的状况等多种因素有关。因此负荷计算只能力求接近实际。

求计算负荷的工作称为负荷计算。计算负荷是根据已知的用电设备安装容量确定的，预期不变的最大假想负荷。这个负荷是设计时作为选择供配电系统供电线路的导线截面，变压器容量，开关电器及互感器等的额定参数的依据，所以非常重要。

2.2 负荷的分类及各自的供电要求

一级负荷：中断供电将造成人身伤亡，造成重大的政治影响，经济损失，如重大的设备损坏，重大产品报废。或者公共场所秩序的严重混乱。对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽，通信枢纽，国家级承担重大活动的会堂，国家级的体育中心，以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等一级负荷，为特别重要的负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒，爆炸和火灾等情况的负荷，一级特别重要的场所不允许中断供电的负荷，应视为特别重要的负荷。

二级负荷：中断供电将造成较大的政治影响，造成设备局部的破坏或生产流程紊乱且需要较长时间才能恢复，或者大量的产品报废，重要产品大量减产，造成较大经济损失。中断供电也将影响重要用电单位的正常工作，以及中断供电将造成大型影剧院，大型商场等较多人员集中的重要公共场所秩序的混乱。

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三级负荷：三级负荷为一般的电力负荷，不属于一二级负荷的，都为三级负各自的供电要求如下：

一级负荷：应由两个独立电源供电，当一个电源故障时，另一个电源不至于同时损坏。特别重要的一级负荷，除了两个独立电源外，还应设置应急电源，为了保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他级别的负荷接入应急供电系统。关于应急电源方式的选用，可参照下列原则：(1)蓄电池包括静态交流不间断电源装置，适用于允许中断供电时间为毫秒级别的负荷供电。（2）供电网络中有效地独立于正常电源的专用配电线路，适用于允许中断供电时间为1.5S以上的负荷供电。（3）独立于正常电源的快速自启动发电机组，适用于允许中断供电时间为15S以上的负荷供电。常用的应急电源可使用下列几种电源：（1）独立于正常电源的发电机组 (2)供电网络中独立于正常电源的专门馈电线路。(3)蓄电池 （4）干电池。

二级负荷：二级负荷也属于重要负荷，二级负荷也要求有两路独立电源供电，或用两回路送到适宜的配电点。当工作电源失去时，由运行人员手动操作投入备用电源。供电变压器也应有两台（这两台变压器不一定要在同一变电所）。只有当负荷较小或者当地供电条件困难时，二级负荷可由一回路6KV及以上的专用架空线路供电。这是考虑架空线路发生故障时，较之电缆线路发生故障时易于发现且易于检查和维修。当采用电缆线路时，必须采用两根电缆并列供电，每根电缆应能承受全部的二级负荷。

三级负荷：由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源无特殊的要求。

荷。

2.3 负荷计算方法的比较及选用

我国目前普遍采用的确定用电设备计算负荷的基本方法，有需要系数法和二项式法。（1）需要系数法：他是国际上普遍采用的计算负荷的基本方法，最为简便。（2）二项式法：他的应用局限性较大，不仅考虑了用电设备组最大负荷时的平均负荷，而且考虑了少数容量最大的设备投入运行时对总计算负荷的额外影响，所以二项式法比较适于确定设备台数较少而容量差别较大的低压干线和分支线的计算负荷。但是二项式计算系数b，c和x的值，缺乏充分的理论依据，且只有机械工业方面的部分数据，从而使其应用受到一定局限。（3）按逐级计算法确定用户的计算负荷: 他是根据用户的供配电系统图，从用电设备开始，朝电流的方向逐级计算，最后求出用户总的计算负荷的方法称为逐级计算法。

我采用的就是需用系数法：

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已知该变电所为10/0.4 kV降压变电所。厂区的配电电压为10kV，用电电压为0.4kV。查表可知：变配电所 需用系数Kd=0.5—0.7 取Kd=0.6 已知：出线#1 有功功率 Ps=94 kW cosΦ=0.65 tanΦ=1.17 有功计算负荷 Pjs1 = Kd * Ps = 0.6 * 94= 56.4 kW

无功计算负荷 Qjs1 = Pjs * tanΦ = 56.4 * 1.17 = 65.98 kvar 视在计算负荷 Sjs1 = Pjs / cosΦ = 56.4 / 0.65 = 86.77 kVA 计算电流 Ijs1 = Sjs / 3 * 0.38 = 131.84 A 同理可求出：

出线#2 Pjs2=66 kW Qjs2=67.32 kvar Sjs2=94.29 kVA Ijs2=143.26 A 出线#3 Pjs3=54 kW Qjs3=55 kvar Sjs3=77.14 kVA Ijs3=117.2 A 出线#4 Pjs4=21 kW Qjs4=24.57 kvar Sjs4=32.31 kVA Ijs4=49.1A 出线#5 Pjs5=78 kW Qjs5=91.26 kvar Sjs5=120 kVA Ijs5=182.3 A 出线#6 Pjs6=18 kW Qjs6=13.5 kvar Sjs6=22.5 kVA Ijs6=34.2 A 出线#7 Pjs7=18 kW Qjs7=15.84 kvar Sjs7=24 kVA Ijs7=36.47 A 出线#8 Pjs8=56.4 kW Qjs8=65.9 kvar Sjs8=86.7 kVA Ijs8=131.84 A 出线#9 Pjs9=66 kW Qjs9=67.3 kvar Sjs9=94.3 kVA Ijs9=143.3 A 出线#10 Pjs10=54 kW Qjs10=55.1 kvar Sjs10=77.1 kVA Ijs10=117.2 A 取 K∑p = 0.8 K∑q = 0.85

总的计算负荷：Pis = K∑p * ∑Pjsi = 0.8 * 487 kW = 389 kW Qjs = K∑q * ∑Qjsi = 0.85 *522 Kvar =443.7 kvar Sjs = Pjs2?Qjs2= 590 kVA Ijs= Sjs / 3*0.38 =851.6 A 2.4 无功补偿的意义及方法

用户中绝大数用电设备，如感应电动机，电力变压器，电焊机，电弧炉及气体放电灯，他们都要从电网吸收大量无功电流来产生交变磁场，其功率因数均小于1.而功率因数是衡量供配电系统是否经济运行的一个重要指标。当达不到规定的功率因数要求时，必须考虑进行无功功率的人工补偿。

在《供电营业规则》中规定：“用户在当地供电企业规定的电网高峰负荷时的功率因数，应达到下列规定：100kVA及以上高压供电的用户，功率因数在0.9以上。其他电力用户个大，中型电力排灌站，功率因数为0.85以上”。并规定，凡功率因数未达到上述规定的，应增添无功补偿装置，通常采用并联电容器进行补偿。这里所指的功率因数，即为最大负荷时的功率因数。

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常用的方法有：

1提高自然功率因数： 功率因数不满足要求时，首先应提高自然功率因数。自然功率因数是指未装任何补偿装置的实际功率因数。提高自然功率因数，就是不添加任何补偿设备，采取科学的措施减少用电设备无功功率的需要量，使供电系统总功率因数提高。它不需要添加设备，是最理想最经济改善无功功率因数的方法。工厂里感应电机消耗无功功率的百分之六十左右，变压器消耗了百分之二十的无功功率，提高功率因数的主要途径也是如何减少感应电机和变压器上消耗的无功功率。合理地配置变电所变压器的容量和台数，当变压器容量选择过大而负荷又轻时，变压器运行很不经济，系统功率因数恶化。若工厂配电变压器选用两台或多台时，根据不同的负荷来决定投入并联变压器的台数，达到供电变压器经济运行，减少系统消耗的无功功率。

2人工补偿功率因数： 常用的方法有：（1）并联电容器：他是目前用户，企业内广泛采用的一种补偿装置，具有有功损耗小，无旋转部分，运行维护方便，根据系统需要增加或减少安装容量和改变安装地点，个人电容器损坏不影响整个装置的运行等优点。同样他也有只能有级调节，不能随无功功率变化进行平滑的自动调节，当通风不良及运行温度过高时易发生漏油，鼓肚，爆炸故障等缺点。单台静电电容器能发出的无功功率较小，但容易组成所需的补偿容量。静电电容器的补偿方式分为三种：个别补偿，分组补偿和集中补偿。个别补偿是在电网末端负荷处补偿，可以最大限度地减少线路损耗和节省有色金属消耗量。个别补偿利用率低，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。分组补偿是在电网末端多个用电设备共用一组电容器补偿装，分组补偿的电容器利用率较高，比单个补偿节省容量。集中补偿是将电容器安装在工厂变电所变压器的低压侧或高压侧，一般安装在低压侧，这样可以提高变压器的负荷能力。最好的补偿方法是采用电容器集中补偿与分散相结合的补偿方法。（2）同步电动机补偿：他是通过改变励磁电流来调节和改善供配电系统的功率因数，但是其价格高，维修麻烦，所以同步电机应用不广。（3）动态无功功率补偿： 若有冲击性负荷,一般并联电容器的自动切换装置响应太慢，必须采用大容量，高速动态无功补偿装置。

2.5 无功补偿的计算

根据《供电营业规则》规定：100kVA及以上高压供电用户功率因数要在0.9以上（1）补偿前：功率因数 cosΦ =Pjs/Sjs =0.66（2）考虑到无功损耗 ΔQt远大于 ΔPt ，所以低压侧补偿后的功率因数应略高于0.9 取cosΦ（2）=0.94

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所以低压侧装设并联电容器容量为：(查表，补偿率ΔQc=0.78)

Qc=ΔQc*Pjs= 389*（tanarccos0.64-tanarccos0.92）= 389*.078 =303.4 kvar （3）补偿后变电所低压侧视在计算负荷：

‘22S?389?（443.7?303.4）= 413.5 kVA 计算电流 Ijs= 627.5 A js在负荷计算中，S9，SC9系列的变压器功率损耗 ΔPt=0.015*Sjs(2)=0.015* 413.5 = 6.2 kW ΔQt=0.06*Sjs(2)=0.06* 413.5 =24.8 kvar 高压侧计算负荷 Pjs（！）=389+6.2 =395.2 kW

Qjs（1）=（443.7-303.4）+24.8 =165.1 kvar Sjs（1）=428 kVA 新的功率因数 cosΦ= 0.93

满足≥0.9 的要求， 无功补偿后 Snt1-Snt=590 kVA -413.5 kVA= 176.5 kVA

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第3章 变压器台数及容量的选择

3.1 变压器的分类与联结组别

电力变压器是变电所中最关键的一次设备，其功能是将电力系统中的电能电压升高或降低，以利于电能的合理输送，分配和使用。电力变压器按功能可分为升压变压器和降压变压器两大类，工厂变电所采用的都是降压变压器。直接供电给用电设备的终端变电所的降压变压器常称为配电变压器。电力变压器按容量系列分为R8和R10两大类。R8容量系列指容量等级是按1.33倍数递增的。我国老式的变压器常采用此系列。R10容量系列是指容量等级按1.26倍数递增的。我国新变压器的容量常采用此系列。

电力变压器的联结组别是指变压器一二次侧绕组因采取不同的联结方式而形成变压器一二次侧对应线电压之间的不同相位关系。对于10KV配电变压器（二次侧电压为220/380V）有Yyn0和Dyn11两种常见的联结组。我国过去差不多全采用Yyn0联结的配电变压器。近10年来，Dyn11联结的配电变压器已得到推广应用。Dyn11较之采用Yyn0联结有下列优点：（1）有利于抑制高次谐波电流。（2）Dyn11联结变压器的零序阻抗较之Yyn联结变压器的小得多，从而更有利于单相接地短路故障的保护和切除。（3)Dyn11联结变压器的中性线电流允许达到相电流的75%以上，其承担单相不平衡负荷的能力远比Yyn联结变压器大。这在现代供电系统中单相负荷急剧增长的情况下，推广采用Dyn11联结变压器就显得更有必要。

3.2 变压器的容量及过负荷能力

变电所主变压器容量及台数，型号的确定

1选择主变压器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。对只有二级而无一级负荷的变电所，也可以只采用一台变压器，但必须在低压侧敷设与其他变电所相连的联络线作为备用电源，或另有自备电源。（2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。（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

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变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或者多台变压器。（4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展，留有一定余地。

2变电所主变压器容量的选择原则：（1）只装设一台主变压器的变电所： 主变压器的容量Sn应满足全部用电设备计算负荷Sjs的需要， 即Snt≥Sjs（I）装设两台主变压器的变电所： 任一台变压器单独运行时，宜满足计算负荷Sjs的60%-70%的需要。 即Snt≥(0.7-0.8)Sjs. 还有就是任一台变压器单独运行时，应满足全部的一二级负荷的需要。即Snt≥Sjs（Ⅰ+Ⅱ）

3变压器并列运行的条件：（1）两台并列变压器的电压一定要相同，允许差值不得超过+5%。（2）并列运行的变压器阻抗电压必须相同，允许差值不得超过+10。（3）并列变压器的联结组别必须相同。此外并列运行的变压器应尽量相同或相近，其最大容量与最小容量之比一般不宜超过3：1.若不这样，很容易在变压器间产生环流，并且容易造成小容量变压器的过负荷。

由于我国电力不足、缺电严重、电网电压波动较大。变压器的有载调压是改善电压质量、减少电压波动的有效手段。对电力系统，一般要求110kV及以下变电所至少采用一级有载调压变压器，因此城网变电所采用有载调压变压器的较多。 变压器的使用年限，主要取决于变压器绕组的绝缘老化速度，而绝缘老化速度又取决于绕组最热点的温度，变压器的绕组导体和铁心，一般可以长时间经受较高的温度而不致损坏。但绕组长期受热时，其绝缘的弹性和机械的强度要逐渐减弱，这就是绝缘老化的现象。绝缘老化严重时，就会变脆，容易裂纹和剥落。 按照规定：电力变压器的正常使用时的环境温度:最高气温+40度，最高年平均气温+20度。而且在维持变压器规定的使用寿命（20年）来考虑，变压器在必要时完全可以过负荷运行。

对于车间变电所单台变压器的容量不宜大于1000kVA，一方面是受低压开关电器断流能力和短路稳定要求的限制，另一方面是考虑到使变压器接近车间的负荷中心，以减少低压配电线路的电能损耗。但是如果车间负荷容量较大，负荷集中且运行合理时，也可选择单台容量为1250kVA的配电变压器，这样可减少主变压器台数及高压开关电器和电缆等。 对于居住小区变电所内的油浸式变压器单台容量，不宜大于630kVA，这是因为当大于630kVA时，应设置瓦斯保护。

3.3 变电所主变压器容量及台数，型号的确定

总之，主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。对于城郊变电所,主变压器容量应与城市规划相结合。，对于户内变压器，由于散热条件差，一般变压器室的出风口与进风口间有

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15度的温差，从而使处在室中间的变压器环境温度比户外变压器环境温度高出的8度，因此户内变压器的实际容量在所计算的容量还要减少8%。根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定变压器的容量。对于有重要负荷变压器的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许进间内，应保证用户的一级和二级负荷；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70%-80%。同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。

还要指出：由于变压器的负荷时变动的，大多数时间是欠负荷运行，因此必要时可以适当过负荷，并不会影响其使用寿命，油浸式变压器，户外正常过负荷30%，户内可正常过负荷20%。但是干式变压器一般不考虑过负荷。最后还必须指出，变电所主变压器台数及容量的确定，应结合主接线方案，按经济比较择优选择。

通过上面的分析：因为考虑到大连老虎滩变电所属于车间变电所，并且二级负荷占30%。所以应装设两台变压器。

当装设两台变压器：St=Snt=（0.7-0.8）Sjs=289-330.8 kVA St= Snt≥30%St

所以我选择10kV级S9系列油浸式铜线电力变压器 S9-315/10（0.4）型。并采用Dyn11 接线。

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第4章 主接线的设计

4.1 主接线的概述

电气主接线是指变电所中的一次设备按照设计要求连接起来的，表示接受分配电能的电路，也称为主电路。电气主接线中的设备用标准的图形符号和文字负荷表示的电路称为主接线图。电气主接线的形式，将影响到配电装置的布置，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，可靠经济的运行起着重要的作用。

电气主接线的作用：（1）它是电气运行人员进行各种操作和事故处理的重要依据。（2）它表明了变压器，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）主接线的好坏直接影响到电力系统的安全，稳定，灵活，经济运行，也直接影响到工农业的生产和人民的生活。电气主接线设计是电力系统总体设计的组成部份。变电所主接线形式应根据变电所在电力系统中的地位、作用、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并且应满足运行可靠、简单灵活、操作方便和节约投资等要求。

主接线设计的基本要求为：(1)供电可靠性。主接线的设计首先应满足这一要求；当系统发生故障时，要求停电范围小，恢复供电快。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。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。(2)适应性和灵活性。能适应一定时期内没有预计到的负荷水平变化；改变运行方式时操作方便，便于变电所的扩建。应能适应必要的各种运行方式，便于切换操作和检查，且适应负荷的发展。(3)经济性。在确保供电可靠、满足电能质量的前提下，要尽量节省建设投资和运行费用，减少用地面积。并节约电能和有色金属消耗量。(4)简化主接线。配网自动化、变电所无人化是现代电网发展必然趋势，简化主接线为这一技术全面实施，创造更为有利的条件。(5)设计标准化。同类型变电所采用相同的主接线形式，可使主接线规范化、标准化，有利于系统运行和设备检修。

参考《35～110kV变电所设计规范》第3.2.1条。变电所的主接线应根据变电所所在电网中的地位、出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。

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4.2 主接线的分类及其各的特点

目前变电所常用的主接线形式有：单母线、单母线分段、单母线分段带旁路、双母线、双母线分段，桥形接线。分我们在比较各种电气主接线的优劣时，主要考虑其安全可靠性、灵活性、经济性三个方面。首先，在比较主接线可靠性的时候，应从以下几个方面考虑：①断路器检修时，能否不影响供电；②线路、断路器或母线故障时以及母线或隔离开关检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对Ⅰ、Ⅱ类用户的供电；③变电站全部停电的可能性；④大型机组突然停电时，对电力系统稳定性的影响与后果因素。其次，电气主接线应该能够适应各种运行状态，并且能够灵活地进行运行方式的切换。不仅正常时能安全可靠的供电，而且在电力系统故障或电气设备检修时，也能够适应调度的要求，并能灵活、简便、迅速地切换运行方式，使停电的时间最短，影响的范围为最小。再次，在设计变电站电气主接线时，电气主接线的优劣往往发生在可靠性与经济性之间，欲使电气主接线可靠、灵活，必然要选用高质量的电气设备和现代化的自动化装置，从而导致投资的增加。因此，电气主接线在满足可靠性与灵活性的前提下做到经济合理就可以了。

1单母线接线的特点

（1）优点：接线简单清晰，使用设备少，经济性比较好。运行经验表明，误操作是造成系统故障的重要原因之一，主接线简单，操作人员发生错误操作的可能性极小，因而接线简单也是评价主接线的条件之一。（2）缺点：可靠性和灵活性差。例如当母线或母线隔离开关发生故障或检修时，必须断开所有回路的电源，造成对全部用户供电中断。但当某一出线发生故障或检修出线断路器时，可只中断对该出线上用户的供电，而不影响其他用户，所以仍具有一定的可靠性。（3）适用范围：这种接线形式一般只用在出线回路少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。

2单母线分段接线的特点

（1）优点：①用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；②当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使大面积停电。（2）缺点：①当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的问路都要在检修期间内停电；②当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；②扩建时密向两个方向均衡扩建。（3）适用范围：这种接线广泛用于中小容量发电厂和变电站6-10kV接线中。但是，由于这种接线对重要负荷必须采用两条出线供电，大大增加了出线数目，使整个

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母线系统可靠性受到限制，所以在重要负荷的出线回路较多，供电容量较大时，一般不予采用。

图4.1 单母线接线 图4.2 单母线分段接线

3双母线接线的特点

（1）优点：首先是供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电；检修任一回路的母线隔离开关时，只需断开此隔离开关所属的一条回路和与此隔离开关相连的该组母线，其它回路均可通过另外一组母线继续运行，但其操作步骤必须正确。例如：欲检修工作母线，可把全部电源和线路倒换到备用母线上。其步骤是：先合上母联断路器两例的隔离开关，再合母联断路器QF，向备用母线充电，这时，两组母线等电位，为保证不中断供电，按“先通后断”原则进行操作，即先接通备用母线上的隔离开关，再断开工作母线上的隔离开关。完成转换后，再断开母联QF及其两侧的隔离开关，即可使原工作母线退出运行进行检修。其次是调度灵活。各个电源和各个回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应电力系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。通过倒闸操作可以组成各种运行方式。例如：当母联断路器闭合，进出线分别接在两组母线上，即相当于单母线分段运行；当母联断路器断开，一组母线运行，另一组母线备用．全部进出

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线均接在运行母线上，即相当于单母线运行，两组母线同时工作，并且通过母联断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上，即称之为固定连接方式运行。这也是目前生产中最常用的运行方式，它的母线继电保护相对比较简单。还有就是扩建方便。向双母线左右任何方向扩建，均不会影响两组母线的电源和负荷自由组合分配，在施工中也不会造成原有回路停电。当有双回架空线路时，可以顺序布置，以致连接不同的母线段时，不会如单母线分段那样导致出线交叉跨越。最后就是便于试验。当个别回路需要单独进行试验时，可将该回路分开。（2）缺点：增加了电气设备的投资，当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电器需在隔离开关和断路器之间装设闭锁装置。当馈出线断路器或线路侧隔离开关故障时停止对用户供电。（3）适用范围：由于双母线接线有较高的可靠性，广泛用于出线带电抗器的6-10kV配电装置，35-60kV出线数超过8回，或连接电源较大，负荷较大时，110-220kV出线数为5回及以上时。

图4.3 双母线接线 图4.4 桥形接线（内桥）

4桥形接线

可分为内桥接线和外桥接线。内桥接线适用于供电线路长，线路故障几率多，负荷比较平稳，主变压器不经常切换退出工作的，没有穿越功率的终端降压变电所。外桥接线适用于供电线路短，线路故障几率小，工厂负荷变化大，变压器操作频繁，有穿越功率流经的中间变电所，采用外桥接线，工厂降压变电所运行方

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式的变化不影响公共电力系统的功率潮流。

旁路母线的设置原则：当110kV出线在6回及以上，220kV出线在4回及以上时，宜采用带专用旁路断路器的旁路母线，带有专用旁路断路器的接线，增加了投资然而对接于旁路母线的线路回数较多，且对供电可靠性有特殊需要的场合是十分必要的。

4.3 大连老虎滩变电所主接线的设计

因为采用两台变压器，所以我拟定了三种主接线

1高压侧无母线，低压侧单母线分段：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。（如图4.5）

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图4.5 高压侧无母线，低压单母线分段

图4.6 高压侧单母线，低压单母线分段

2高压侧采用单母线，低压侧采用单母线分段：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。（如图4.6）

3高低压侧均采用单母线分段接线：这种变电所的两段高压母线，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的高，可供一二级负荷。（如图4.7）

最后考虑到安全性和经济性，我选择第三种，高低压侧都为单母线分段接线。两条电源进线，一条正常采用，一条备用。并采用备用电源自动投入装置。对于常用的配电方式有：放射式，树干式和环形。我采用的就是放射式配电网络。其主要的优点是：（1）某一线路发生故障时不影响其他用户。（2）切换操作方便，继电保护简单，易于实现自动化。但单回路放射式供电可靠性较差，投资较高。一般用于配电给二三级负荷或专用设备，且对一二级负荷供电时，应有备用电源。

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图4.7 高压侧，低压侧均为单母线分段接线

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第5章 短路计算

5.1 短路的原因，形成及危害

用户供配电系统要求安全，可靠，不间断地供电，以保证生产和生活的需要，但是由于各种原因，系统难免出现故障，其中最严重的故障就是短路。所谓短路，是指供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的短接。

短路的原因主要有：1）电气设备存在隐患，如设备的绝缘材料自然老化，绝缘材料机械损伤，设备缺陷未被发现和消除，设计安装有误等。 2） 运行，维护不当，如不遵守操作规程而发生误操作，技术水平低，管理不善等。 3）自然灾害，如雷电过电压击穿设备绝缘，特大的洪水，大风，冰雪，地震等引起的线路倒杆，断线等。

短路的危害：由于短路后电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，所以短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达到几万安甚至几十万安。在电流急剧增加的同时，系统中的电压降大幅度下降。所以短路的后果往往都是破坏性的，其主要危害大致有如下几个方面。（1）元件发热：热量与电流的平方成正比，所以强大的短路电流将引起电机，电器及载流导体的发热。由于短路电流很大，即使流过的时间很短也会使这些元件引起不能允许的过热，而招致损坏。（2）短路电流引起很大的机械应力。电流流过导体时产生的机械应力与电流的平方成正比。在短路刚发生后，电流达到最大值（即所谓的冲击电流），这时机械应力最大。如果导体和它的固定支架不够坚韧，可能遭到破坏。（3）破坏电气设备正常运行。短路时电压降低可使电器的正常工作受到破坏。例如感应电动机的转矩与外加的电压平方成正比，当电压降低很多时，转矩可能不足以带动机械工作，而使电动机停转。破坏系统稳定。严重的短路必将影响到电力系统运行的稳定性。它可使并列运行的发电机组失步，造成与系统解散。干扰通信系统：接地短路对于高压输电线路平行架设的通信线路可产生严重的电磁干扰。由此可见：短路的后果是十分严重的。为保证电气设备和电网安全可靠地运行，首先应设法消除可能引起短路的一切原因，其次在发生短路后应尽快切除故障部分和快速恢复电网电压。为此，可采用快速动作的继电保护装置，以及选用限制短路电流的电气设备（如电抗器）等。

短路的种类：（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。（2）两相短路：是指三相供电系统中任意两相间发生短路。（3）单相短路：是指

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供电系统中任一相经大地与电源中性点发生短路。（4）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。也指两相短路又接地的情况。上述的三相短路，属于对称性短路，其他形式的短路都属于不对称短路。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。

短路计算的目的：为了确保电气设备在短路情况下不致于损坏，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有：（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 短路计算的方法及其采用

短路电流的计算方法有欧姆法（又称有名单位制法），标么值法（又称相对单位制法）和短路容量法。欧姆法属于最基本的短路电流计算法，但标么值法在工程设计中应用广泛。其实短路计算是否合理，首先是看短路计算点选择是否合理。这涉及到短路计算的目的。用来选择校验电气设备的短路计算，其短路计算点应选择为使电气设备可能通过最大短路电流的地点，一般来讲，用来选择校验高压侧设备的短路计算，应选择高压母线为计算短路点。用来选择校验低压侧设备的短路计算，应选择低压母线为短路计算点。但如果线路装有限流电抗器（用来限制短路电流），则选择校验线路设备的短路计算点，应选在限流电抗器之后。

标么值法计算的优点：（1）在三相电路中，标么值相量等于线量。（2）三相功率和单相功率的标么值相同。（3）当电网的电源电压为额定值时，功率标么值与电流标么值相等，且等于电抗标么值的倒数，即S﹡=I﹡=1/X﹡（4）两个标么值相加或相乘，仍得同一基准下的标么值。由于以上优点，用标么值法计算短路计算可以使计算简便，且结果明显，便于迅速及时地判断计算结果的正确性。

短路计算的步骤：1）绘出短路的计算电路图，并根据短路计算目的确定短路计算点，2）确定基准值，取Sd=100MVA，Ud=Uc（有几个电压等级就取几个Ud），并求出所有短路计算点电压下的Id。 3）计算短路电路中所有主要元件的电抗标么值。 4）绘出短路电流的等效电路图，也用分子标元件序号，分母标元件的

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电抗标么值，并在等效电路图上标出所有短路计算点。 5）针对各短路计算点分别简化电路，并求出其总电抗标么值，然后按有关公式计算其所有短路电流各短路容量。

对于各级高压电力线路合理的输送功率是：对于0.38kV的电缆线路，输送距离要≤0.35 。对于10kV的电缆线路，输送距离≤10km。而架空线路输送距离一般在6-20km。

大连老虎滩变电所短路计算：

（1）确定基准值： 取 Sd=100MVA， Ud1=10.5kV ， Ud2=0.4kV (基准电压选取额定电压的1.05倍) Id1=Sd /3*Ud1=100MVA / Id2=Sd /

3*10.5kV = 5.5 kA 3*0.4kV =144 kA 3*Ud2=100MVA/

（2）短路中各元件的电抗标么值： 断路器： X*1=Sd/Sn=100MVA/500MVA=0.2 架空线路：（查表得：X0=0.38Ω/km） X*2=X0*L*Sd/U2d1=0.38*5*100 / 10.52=1.72 电缆线路：（查表：X0=0.08Ω/.km）

X*3=X*4=X0*L*Sd / U2d1=0.08*0.5*100/10.52=0.036 电力变压器：（查表：Uk%=4%）

X*5=X*6=Uk%*Sd /100*Sn=400*1000/100*315=12.7 1 最大运行方式下（正常工作时，如图5.1和图5.2）

*（1）在d1点短路时： 总电抗 X?1=X*1+X*2=0.2+1.72=1.92

三相短路电流周期分量有效值：

I(3)d1=Id1/

X*?1=5.5/1.92=2.86kA=I''(3)=I?(3)

(3)短路冲击电流 ish冲击电流有效值：

Ish(I''(3)=2.55*2.86=7.3kA

3)''(3)=1.51*I=1.51*2.86= 4.3kA

=2.55*=Sd/ X*?1=100MVA/1.92=52.1MVA

三相短路容量： Sd1(3)（2） 在d2点短路时：总电抗：

X*?2=X*1+X*2+(X*3+X*5X*4+X*6)=0.2+1.72+（0.036+12.7‖0.036+12.7）

=8.29

*''(3)I(3)d2=Id2/X? 2=144kA/8.29=17.37kA=I(3)''(3)短路冲击电流： ish=1.84*I=1.84*17.37=31.96kA

(3)''(3)冲击电流有效值 Ish=1.09*I=1.09*17.37=18.93kA

(3)*三相短路容量 Sd2=Sd/X?A/8.29=12.06MVA 2=100MV

三相短路电流周期分量有效值

（3）在d3点短路： X?3=X?2+X7=18.29

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***

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**IIdX= / d23?3=7.87 kA

(3)(3)短路冲击电流： ish=14.48kA 冲击电流有效值 Ish=8.58kA

(3)*三相短路容量 Sd3= Sd/ X?= 5.47MVA 3三相短路电流周期分量有效值：

图5.1 系统最大运行方式下短路阻抗图

图5.2 系统最大运行方式下短路的等值电抗图

2 最小运行方式下 （故障时）（如图5.3 和图5.4 ）

（1）在d1点短路时： 总电抗 X*?1=X*1+X*2=0.2+1.72=1.92 三相短路电流周期分量有效值：

I(3)d1=Id1/ X*?1=5.5/1.92=2.86kA=

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

I''(3)=2.55*2.86=7.3kA

(3)''(3)冲击电流有效值： Ish=1.51*I=1.51*2.86= 4.3kA

短路冲击电流 ish=2.55*

)三相短路容量： Sd1(3=Sd/ X*?1=100MVA/1.92=52.1MVA

(3)在d2点短路时 X*?2=X*1+X*2+X*3+X*5=14.66

(3)d2=Id2/X?2=144kA/14.66=9.8 kA=I*三相短路电流周期分量有效值 I''(3)

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短路冲击电流：ish=1.84*冲击电流有效值 三相短路容量

(3)(3)*Sd2=Sd /X?2=100MVA/14 .66= 6.8 MVA

Ish(I''(3)=1.84*9.8=18 kA

3)''(3)=1.09*I=1.09*9.8= 10.68 kA

***（3）在d3点短路： X?3=X?2+X7=24.66

**IIdX= / d23?3=5.84 kA

(3)(3)短路冲击电流： ish=10.74 kA 冲击电流有效值 Ish= 6.36 kA

(3)*三相短路容量 Sd3= Sd/ X?= 4.05 MVA 3三相短路电流周期分量有效值：

图 5.3 系统最小运行方式下短路阻抗图

图 5.4 系统最小运行方式下短路等值电抗图

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第6章 电气设备的选择及其校验

6.1 高压设备的选择及校验

高压一次设备的选择，必须满足一次电路在正常条件下和短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。电气设备按正常条件下工作选择，就是要考虑电气装置的环境条件和电气要求。环境条件就是指电气装置所处的位置（室外或室内），环境温度，海拔以及有无防尘，防腐，防火，防爆等要求。电气要求是指电气装置对设备的电压，电流，频率等方面的要求。对一些断流电器，如开关，熔断器等，还应考虑其断流能力。电气设备按短路故障条件下工作选择，就是要按最大可能的短路故障时的动稳定和热稳定度进行校验。对于电缆不必校验动稳定度。电流互感器也不必校验动稳定度和热稳定度。

1高压断路器的选择及校验：

高压断路器（文字符号：QF）：它的功能不仅能通断正常的负荷电流，而且能接通和接受一定时间的短路电流，并能保护装置作用下自动跳闸，切除短路故障。高压断路器按其采用的灭弧介质分，有油断路器，六氟化硫断路器，真空断路器以及压缩空气断路器，磁吹断路器等，其中应用最广的是油断路器。油断路器按其油量多少和油的功能，又分为多油和少油两大类。多油断路器的油量多，其油一方面作为灭弧介质。另一方面又作为相对地（外壳）甚至作为相与相之间的绝缘介质。少油断路器的油量很少（一般只有几千克），其油只作为灭弧介质。一般3—35kV户内配电装置中广泛采用少油断路器。

我采用的就是SN10—10型户内少油断路器。这种少油断路器是由框架，传动机构和油箱等三个主要部分组成。油箱是其核心部分。油箱下部是由高强度铸铁成的基座。基座上部固定着中间滚动触头。断路器跳闸时，动触头离开静触头，最后离开弧触片。这种断路器的油箱上部设有油气分离室，其作用是使灭弧过程中产生的油气混合物旋转分离，气体从油箱顶部的排气孔排出。对于大连老虎滩变电所的高压断路器QF1，QF3等，我选择的是 SN10-10I/630-300型断路器。

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表6.1 高压断路器的校验表如下：

安装地点的电气条件 额定电压Un 短路电流有效值 Id1 (3)SN10-10I/630-300型断路器 10kV 10kV 630A 16kA 40kA 合格 合格 合格 合格 合格 额定电流Ijs 24.7A (3) 2.86kA 冲击电流 ish 7.3kA 热稳定校验I?(3)2*Tima 2.862*1.4=11.45 162*4=1024

2高压隔离开关选择及校验：

高压隔离开关（文字符号：QS）：它的功能主要是隔离高压电源，以保证其他设备和线路的安全检修。因此结构有以下特点，即断开后有明显可见的断开间隙，而且断开间隙的绝缘及相同绝缘都是足够可靠的，能充分保证设备检修的人身安全。但是隔离开关没有专门的灭弧装置，因此不允许带负荷操作。然而它可用来通断一定的小电流，如励磁电流不超过2A的空载变压器，电容电流不超过5A的空载线路以及电压互感器和避雷器电路等。高压隔离开关按安装地点，分为户内式和户外式两大类。对于大连老虎滩变电所的高压隔离开关QS1，QS2等我选用的是：GN6-10T/600户内型高压隔离开关。

表6.2 高压隔离开关的校验表如下：

安装地点的电气条件 额定电压Un 短路电流有效值 Id1 (3)GN6-10T /600型隔离开关 10kV 10kV 600A 52kA 20kA 20kA（5S热稳定电流） 合格 合格 合格 合格 合格 额定电流Ijs 24.7A (3) 2.86kA 冲击电流 ish 7.3kA 热稳定校验I?(3)2*Tima 2.862*1.4=11.45 6.2 低压设备的选择及校验

低压一次设备的选择，与高压一次设备的选择一样，必须满足在正常条件下

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合短路故障条件下工作的要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。对于大部分的低压设备一般可以不校验动稳定和热稳定。

1低压断路器的选择及校验：

低压断路器（文字符号：QF）：又叫自动开关，它既能带负荷通断电路，又能在短路，过负荷和低电压（或失压）时自动跳闸，其功能与高压断路器类似。当线路上出现短路故障时，其过电流脱扣器动作，使开关跳闸。如出现过负荷时，其串联在一次线路上的电阻发热，使双金属片弯曲，也使开关跳闸。低压断路器按灭弧介质分，有空气断路器和真空断路器等，按用途分有配电用断路器，电动机用断路器，照明用断路器和漏电保护断路器等。配电用低压断路器按保护性能分，有选择型和非选择型两类。非选择型断路器一般为瞬时动作，只做短路保护作用，也有的为长延时保护动作，只做过负荷保护用。选择型断路器则有两段保护，三段保护，和智能化保护等。配电用断路器按结构形式分为：有塑料外壳式（DZ）和万能式（DW）两大类。

我选用的就是DW16型万能式低压断路器。又称为框架式自动开关。它是敞开地装设在金属框架上的，而其保护方案和操作方式较多，装设地点也很灵活，所以叫万能式。现在推广应用的万能式断路器，有DW15，DW16，等型，及引进国外技术生产地ME，AI等型，此外还有智能型的DW48等型，其中DW16型保留了DW10型结构简单，使用维护方便和价格低廉的优点，而在保护性能方面大有改善，是取代DW10型的新产品。

大连老虎滩变电所QF2，QF4等断路器选用的就是： DW16-630-160型低压断路器。下表就是选择校验表：（特别说明：对于最大运行方式和最小运行方式下，不同的数据一般常采用最大的数据最为选择设备的依据）

表6.3 低压断路器的校验表如下

安装地点的电气条件 额定电压Un 0.4kV 额定电流Ijs 627.5A 短路电流有效值 (3)GN6-10T /600型断路器 0.4 kV 630 A 30 kA 120 kA 合格 合格 合格 合格 合格 Id(3)1 17.37kA（选最大） 冲击电流 ish 31.96 kA 热稳定校验I?

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(3)2*Tima 17.372*1.45=437.5 302*1.35= 1215

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2低压隔离开关：

低压隔离开关用于500V以下线路，既可用于线路开、合，又有电流过载熔断功能，保护用电设备。结构采用自挂式操作方便。隔离开关与断路器配合，按系统运行方式的需要进行倒闸操作，以改变系统运行接线方式。隔离开关主要用来将高压配电装置中需要停电的部分与带电部分可靠地隔离，以保证检修工作的安全。隔离开关的触头全部敞露在空气中，具有明显的断开点，隔离开关没有灭弧装置，因此不能用来切断负荷电流或短路电流，否则在高压作用下，断开点将产生强烈电弧，并很难自行熄灭，甚至可能造成飞弧（相对地或相间短路），烧损设备，危及人身安全，这就是所谓“带负荷拉隔离开关”的严重事故。隔离开关还可以用来进行某些电路的切换操作，以改变系统的运行方式。例如：在双母线电路中，可以用隔离开关将运行中的电路从一条母线切换到另一条母线上。同时，也可以用来操作一些小电流的电路。

大连老虎滩变电所采用的就是：HD17-1000型玻板系列隔离开关。下表就是校验表。(特别说明：对于低压隔离开关，一般不必校验其动稳定和热稳定。

表6.4 低压隔离开关的校验表如下

安装地点的电气条件 额定电压Un 380 V HD17-1000型隔离开关 380 V 1000A 20 kA 合格 合格 合格 额定电流Ijs 627.5A 断流能力 17.37kA（选最大）

3电流互感器的选择

电流互感器（文字符号：TA）它是一种变换电流的互感器，其二次额定电流一般为5A。它的特点是一次绕组的匝数很少，而二次绕组的匝数较多。电流互感器的类型有很多，按一次高低电压之分，有高压和低压两类。按用途分有测量和保护用的两大类。按准确度分有0.1 ， 0.2 ， 0.5 ， 1 ，3 ，5 等级。保护用电流互感器中有5P和10P两级。

电流互感器保护的接线方式是指电流继电器与电流互感器二次线圈之间的连接方式。常用的有如下三种：（1）三相星形接线：电流互感器和三只电流继电器均接成星形。三个继电器的触点为并联，其中任一触点闭合后均可动作于跳闸或起动时间继电器等。它可以反映各种相间短路和中性点直接接地电网中的单相接地短路。接线系数等于1.。主要同于中性点直接接地系统。（2）不完全星形接线：这种接线节省投资，而且在中性点不接地系统中，对于单相接地故障可不立即跳

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闸，允许继续运行两小时，所以在工厂供电系统的6-35kV中性点不接地的过电流保护中广泛采用。其接线系数也为1。（3）两相电流差接线：由装在AC相上的两只电流互感器和一只电流继电器连接组成。但是其灵敏度也各有不同。它主要用于线路和电动机的保护。

对于电流互感器采用的是两相不完全星形接线。在继电保护中，这种接线称为两相两继电器接线，在中性点不接地的三相三线制电路中，广泛用于三相电流，电能的测量及过电流的继电保护。最终我选择的是 LCWB5-63 型电流互感器。

6.3 母线及电缆的选择校验

1母线的选择与校验：

在变电所中各级电压配电装置的连接，以及变压器等电气设备和相应配电装置的连接，大都采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线，这统称为母线。母线的作用是汇集、分配和传送电能。由于母线在运行中，有巨大的电能通过，短路时，承受着很大的发热和电动力效应，因此，必须合理的选用母线材料、截面形状和截面积以符合安全经济运行的要求。

母线按结构分为硬母线和软母线。硬母线又分为矩形母线和管形母线。 矩形母线一般使用于主变压器至配电室内，其优点是施工安装方便，运行中变化小，载流量大，但造价较高。 软母线用于室外，因空间大，导线有所摆动也不致于造成线间距离不够。软母线施工简便，造价低廉。对于380V侧母线，我选用的是 LMY-50*5的硬铝母线，平放，相邻轴线距离160MM。档数大于2，档距900MM。首先要进行动稳定校验：因为380V侧额定电流 三相短路时所受的最大电动力（ Kf=1）

In*m=627.5A。380V母线在

F(3)= 3*（31.96* 103A)2*0.9M/0.16M*10?7N/A2=995.14N。

(3)(3)母线在F作用下的弯曲力矩：M=F*L/10=（995.14N*0.9M）/10=90N*M

母线的截面系数：W=B2H/6=0.052*0.005M/6=2.08*10?6M3 母线在三相短路时所受的计算应力：

?c=M/W=90N*M / 2.08*10?6M3= 43.3*106Pa= 43.3Mpa

而铝线（LMY）的允许应力 ?a1= 70Mpa ＞?c= 43.3 Mpa所以满足动稳定的要求。

其次热稳定的校验：已知 断路器的短路时间为0.2S，短路保护动作时间为0.6S，母线正常运行最高温度为55度。用?L=55度去查铝导体的曲线，对应

KL=0.5*104（A2*S/MM4 ） Tima= Tk+0.05S=0.6S+0.2S+0.05S=0.85S

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Kk=0.5*104（A2*S/MM4）+

（17.37KA/50*5MM2)2*0.75S*106=0.59*104A2*S/MM4 查表

?k=110度，查表已知 铝母线 ?K*MAX=200度＞?k=110度，所以满足

短路稳定的要求。查表得：C=87A2*S/MM4，最小允许截面

Amin=17.37*103A*0.75S/ 87 A2*S/MM4=172.9 MM2

而母线的实际截面 A=50*5=250 MM2 ＞ Amin。因此满足热稳定的要求 同理高压母线选 LMY-40*4型。其也满足动稳定和热稳定的要求。

2电缆的选择及校验

对于工厂的低压配电线路：常用的接线方式有放射式，树干式和环形接线。大连老虎滩变电所采用的就是放射式接线：其引出线发生故障时互相不影响，供电可靠性较高，但是一般情况下，其有色金属消耗量较多，采用的开关设备也较多。放射式接线多用于设备容量也较多。放射式接线多用于设备容量较大或对供电可靠性要求较高的设备配电。

电缆线路与架空线路相比，具有成本高，投资大，维修不便等缺点。但是具有运行可靠，不易受外界影响，不需要架设电杆，不占地面，不碍观瞻等优点，特别是在有腐蚀性气体和易燃，易爆的场所，不宜架设架空线路，只有敷设电缆线路。在现代工厂和城市中，电缆线路得到了越来越广泛的应用。特别是在10kV的变配电所中广泛采用。

电缆是一种特殊结构的导线，在其几根（或单根）绞绕的绝缘导电芯线外面，包有绝缘层和保护层。保护层又分为内护层和外护层。电缆的类型很多。供电系统中常用的电力电缆，按其电缆芯材质分铜芯和吕芯两大类。按其采用的绝缘介质分油浸纸绝缘电缆和塑料绝缘电缆两大类。油浸纸绝缘电缆具有耐压强度高，耐热性能好和使用寿命长等优点，因此，应用相当普遍，但是它在运行中，其中的油浸油会流动，因此它的两端安装的高度差有一定得限制，否则电缆纸中低的一端可能因油压过大而使端头漏油，而其高的一端可能因油流失而失去绝缘干枯，耐压强度下降，甚至被击穿损坏。塑料电缆具有结构简单，制造方便，重量较轻，敷设安装方便。不受敷设高度差的限制及抗酸腐蚀性好等优点，因此在工厂供电系统中有逐步取代油浸式电缆的趋势。目前我国生产的塑料绝缘电缆有两种：一种是聚氯乙烯绝缘及护套电缆，另一种是交联聚氯乙烯绝缘护套电缆，其性能更优的优越。必须注意：在选择电缆线芯材质时，一般情况下可选用价格低廉的吕芯电缆。除了以下情况：（1）震动剧烈，有爆炸危险或对铝有腐蚀等严酷的工作环境。（2）安全性，可靠性要求高的重要回路。（3）耐火电缆及靠紧高温设备的电缆等。

运行经验表明：电缆头是电缆线路中的薄弱环节，电缆线路的大部分故障都

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是发生在电缆接头处的。由于电缆头本身的缺陷或安装质量上的问题，往往造成短路故障，引起电缆头的爆炸，破坏了电缆线路的正常运行。因此电缆头的安装质量至关重要，密封要好，其绝缘耐压强度不应低于电缆本身的耐压强度，要有足够的机械强度，且体积尽可能小，结构简单，安装方便。电缆的敷设：常见的有直接埋地敷设，利用电缆沟和电缆桥架等。电缆的敷设路径要避免电缆遭受机械性外力，过热及腐蚀等危害。在满足安全要求的条件下使电缆较短。便于运行维护。应避开将要挖掘施工的地段。

3电缆的选择：

电缆型号应根据线路的额定电压，环境条件，敷设方式和用电设备的特殊要求等条件来选择。电缆的持续允许载流量，应按敷设处周围介质温度进行校正。电缆应按短路条件验算其热稳定度。电缆在短路时的最高允许温度应符合规定。对于电缆，不必校验其机械强度，包括短路动稳定度，但是需要校验其短路热稳定。对于绝缘电缆还应满足工作电压的要求。根据设计经验表明，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，在校验其机械强度和电压损耗。必须注意：按发热条件选择的绝缘导线和电缆截面，还必须与其相应的过电流保护装置的动作电流相配合。不允许发生绝缘导线和电缆因过电流作用而引起过热甚至燃烧而保护装置不动作的情况、因此绝缘导线和电缆的允许载流量还要满足下列条件： Ial≥Iop/ KoL大连老虎滩变电所厂用电缆的选择：按发热条件选择： 对于高压侧选用的是10kV级BV-25型油浸纸绝缘电缆（直埋）其

Ial=75A＞Ijs=24，7A

而对于380V侧，其每条线路的最大电流为143A，所以我选择BV-120型

Ial=194A＞Ijs=143..3A.

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第7章 继电保护的设计

7.1 继电保护的基本知识

对继电保护的基本要求：（1）选择性：首先先由距离点最近的断路器动作切除故障线路，使停电范围尽量缩小，从而保证系统中无故障部分仍能正常运行。（2）速动性：以提高电力系统并列运行的稳定性，减轻短路电流对设备的损坏程度，故障的切除时间等于保护装置动作时间和断路器动作时间之和。（3）灵敏性：是指保护装置在保护范围内对发生故障或不正常运行状态的反应能力。（4）可靠性：该动作时不应拒动作，不该动作时，不应误动作。

在三相交流电力系统中，作为供电电源的发电机和电力变压器的中性点有三种运行方式：一种是中性点不接地系统，一种是电源中性点经阻抗接地或经消弧线圈接地，另一种是中性点直接接地或低电阻接地，前两者且都属于小电流接地系统。在我国3-10kV系统，一般采用中性点不接地的运行方式。如果单相接地电流大于一定数值时，则采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。电力系统电源中性点的不同运行方式，对电力系统的运行，特别是在系统发生单相接地故障时有明显的影响，而且影响到系统二次侧的继电保护及监测仪表的选择与运行，因此有必要予以研究讨论。

必须要指出的是：当电源中性点不接地的电力系统发生单相接地时，三相用电设备的正常工作并未受到影响，因为线路的线电压无论其相位和量值均未发生变化，因此系统中的三相用电设备仍能照常运行。但是这种线路不允许在单相接地故障情况下长期运行，因为如果再有一相也发生接地故障时，就形成两相接地短路，短路电流很大，这是不能允许的。因此在中性点不接地的接地系统中，应装设专门的单相接地保护或绝缘监视装置。在系统发生单相接地故障时，给于报警信号，提醒供电值班人员注意，及时处理，当单相接地危及人身和设备安全时，则单相接地保护应动作于跳闸。

7.2 供配电线路的继电保护

工厂供电网络基本上是开式单端供电网络，供电线路不是很长，供电电压不太高，大多数在35kV以下，属于小电流接地系统。在这样的系统中，线路发生单相接地短路时，只有接地电容电流，并不影响三相系统的正常运行，只需装设绝

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缘监视装置或单相接地保护给出信号即可。

当线路发生相间短路故障时，其特点是：线路中的电流突然增大，电压突然下降。利用电流突然增大而引起电流继电器动作的保护，就是线路的电流保护。电流保护又可分为定时限过电流保护，电流速断保护等。母线本身发生故障的可能性较小，但一旦发生故障，将造成大面积停电，后果是严重的。运行实践证明，电压等级愈高，母线发生故障的可能性愈小，电压等级愈低，发生故障的可能性愈大。对一般变电所来说，可利用供电元件的保护装置切除母线故障。例如，变电站低压侧母线发生故障中，可由相应的供电变压器的过电流保护将母线切除。这种保护方式的优点是简单，经济，不需另外增加设备，缺点是切除故障的时间过长，往往不能满足运行要求。因此，只能用于不太重要的较低电压的网络中。变电站中6—10kV单母线一般都不装设专用的母线保护。但对出线较多，负荷性质又较重要的单母线分段母线，装设电流速断保护及过电流保护。

7.3 中性点不接地系统的单相接地保护

绝缘监视装置：在中性点不接地系统中，任一点发生单相接地故障时都会出现零序电压，因此可根据有无零序电压实现单相接地保护。绝缘监视装置就是利用有无零序电压原理构成的单相接地保护。这种装置比较简单，但不能立即发现故障地点，因为只要网络中发生单相接地故障时，则在同一电压级的所有变电所母线上，都将出现零序电压，也就是说该装置没有选择性。

7.4 变压器的继电保护及计算

变压器是工厂供电系统中最重要的电气设备。它的故障将对供电的可靠性和正常运行带来严重的影响。变压器的故障可发生在油箱内和油箱外。油箱内的故障包括绕组的相间短路，匝间短路以及铁心烧损等。油箱外的故障主要是套管和引出线上发生短路。此外变压器还有外部短路引起的过电流等。而变压器的不正常运行状态主要为过负荷和油面降低。

变压器常要装设的保护有：（1）瓦斯保护：容量在800kVA及其以上的油浸式变压器和400kVA及其以上的车间内油浸式变压器应装设瓦斯保护，作为变压器油箱内各种故障和油面降低的主保护。（2）纵差动保护和电流速断保护。它可作为变压器绕组，绝缘套管及引出线相间短路的主保护。（3）过电流保护：一般用于降压变压器，作为瓦斯保护和纵差动保护的后备保护。（4）零序电流保护：当变压器的中性点直接接地或经放电间隙接地时，应装设零序电流保护，作为变压器外部接地的短路保护。（5）过负荷保护：接于一相电流上，并延时作用于信号。

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而对于高压侧6-10kV的车间变电所说，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.。还应装设电流速断保护。

表7.1 变压器选择参数：

参 数 名 称 变压器额定电流 电流互感器接线方式 电流互感器变比 电流互感器一次电流 二次回路额定电流 10kV侧 0.4kV I1n=315/3*10=18.2A 星形 100/5=20 I2n=315/3*0.4=454.7A 星形 100/5=20 454.7A 454.7/ 20=22.7A 3*18.2=31.5A 31.5/20= 1.58A

已知 最大运行方式下 I(3)d1*max= 7.3 kA I(3)d2*max= 31.96 kA 最小运行方式下 I(3)d1*min=7.3 kA I(3)d2*min= 18 kA 1电流速断保护的整定计算

电流继电器的动作电流按下式整定按下式整定： Idzj≥Kk*Kjx*Idw*maxKLh 其中：Kk为可靠系数，取Kk=1.3 Kjx为接线系数，Kjx=1

Idw*max为变压器低压侧母线三相短路时的最大短路电流 已知 Idw*max=31960A KLh为电流互感器变比

带入数值后得：Idzj≥1.3*1*31960*（0.4/10）/ 20=83.1A

灵敏系数按保护安装处两相最小短路电流计算：

KLm=Id*min/KLh*Idzj=3*7300/2*20*83.1=3.8＞2. 满足要求

2过电流保护的整定计算

为了提高保护的灵敏度，电流互感器采用三相星形接线，按躲过最大负荷电流整定时，用下式计算电流继电器的整定值。

(2)Idzj≥（Kk*Kjx*Kzq/Kf*KLh）*Inb

其中 Kzq为电动机的自启动系数，取 Kzq=1.5 Kf为继电器返回系数，取 Kf=0.85 代入具体数值后得：

Idzj≥ (1.3*1*1.5 /0.85*20)*18. 2= 2.1 A

所以动作电流的整定值可取2A，动作时限可取T=0.15 S 灵敏系数 KLm=Id*min / （KLh*Idzj）

(2)(2)I式中的d*min为折算到高压侧的低压侧两相短路时的最小短路电流。所以，

灵敏系数 KLm=（3/2）*18000*（0.4/10）/（20*5）=6.2 其＞1.5满足要求。

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3过负荷保护

动作于发出信号，时限一般取4-15S。动作电流按下式整定

Idzj≥(Kk*Kjx*Inb)（/Kf*KLh）

Kk为可靠系数，视变压器过负荷能力而定，可取 1.05-1.15 Kf为继电器返回系数，取0.8-0.85 Inb为变压器的额定电流 代入数值后得：

Idzj=（1.15*18.2）/（0.85*20）= 1.3A

图7.1 变压器三段式保护原理图

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图7.2 继电保护交流回路展开图

图7.3 继电保护直流回路展开图

7.5 备用电源自动投入装置

在有备用电源的供电系统中，当正常供电的工作电源本身或供电线路发生故障而停电时，备用电源可依靠自动投入装置投入，代替工作电源，以提高供电的可靠性。由于备用电源自动投入装置设备简单，投资不大，因此在有备用电源的重要变配电所中得到广泛的应用。

对备用电源自动投入装置的基本要求：（1）工作电源电压消失或电压降得很

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多时，备用电源自动投入装置应将此路电源断开。（2）应保证在工作电源断开后，备用电源有足够高的电压时，才能投入备用电源。（3)应保证备用电源自动投入装置只动作一次。（4）当电压互感器的熔断器中的一个熔断或拉开电压互感器隔离开关时，要防止引起自投装置的误动作。（5）当采用备自投时，应校验备用电源过负荷情况。（6）如果备用电源自动投入装置投入稳定故障，应立即跳闸。必要时应使投入断路器的保护加速动作。

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