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| 安徽飞彩车业有限公司供配电系统设计 |
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| 发布时间：2017-04-11 点击： 次 |
摘要
本论文设计安徽飞彩车业有限公司供配电系统，根据课题所给的系统线路参数和负荷参数要求来分析和计算负荷的趋势，并且对该公司变电所建设从负荷的增长影响方面进行阐述。对通过变电所的描述和出线部分进行考虑，主要对负荷进行分析，从经济效果、安全因素和变电所可靠性等各个角度考虑，设计出该工厂的主接线思路和图纸，并通过负荷要求，根据负荷计算结果对主变压器的容量、数量和具体型号进行确定。通过主变压器的设计容量来对短路电流进行计算，并确定了隔离开关的型号、对高压断路器的型号进行选型，并且完成母线设计以及电流互感器和电压互感器的型号选择等。最后对继电器保护进行计算设计，并且对防雷保护部分进行计算设计。
关键词:电力系统；变电所；电气设备；校验
Abstract
The design of Anhui Feicai Vehicle Industry Co. Ltd. for the distribution system, according to subject the system parameters of the line and load parameters trend analysis and calculation of the load, and the substation construction effect from the load growth of. Considering of the substation is described and the outlet part of the load are analyzed, considering from the various economic effects, safety factor and reliability of substation design angle, the factory's main wiring ideas and drawings, and through the load requirements, determine the number of main transformer substation, the design capacity and specific models. Through the design capacity of the main transformer to calculate the short-circuit current, and determine the type of isolation switch, high voltage circuit breaker model, the design of the bus and voltage and current transformer selection. At last, the relay protection is calculated and designed.
Key words: power system; substation; electrical equipment; calibration
目录
摘要 1
1 绪论 4
1.1 设计背景 4
1.2 项目情况介绍 5
2 负荷计算 7
2.1 负荷分级及供电要求 7
2.2 计算负荷 7
2.3 负荷分析 8
3 无功功率补偿 10
3.1 补偿装置的意义 10
3.2 无功补偿装置类型的选择 10
3.3 无功补偿的确定 10
3.4 工厂变电所主变压器选择 11
3.5 10.5KV侧的无功功率补偿 12
4 变电所位置和主变压器的选择 13
4.1 变电所位置选择的一般原则 13
4.2 主变压器的选择 13
5 主接线方式的选择 15
5.1 电气主接线的概述 15
5.2 电气主接线设计的基本要求 15
5.3 35kV电气主接线 16
5．4 10kV电气主接线 17
5.5 站用电接线 18
6 短路电流的计算 19
6.1 短路电流计算的一般概述 19
6.2 确定基准值 19
6.3 各短路点的短路电流 19
7 变电所一次设备的选择与校验 25
7.1 电气设备选择的一般条件 25
7.2 35kV侧电气设备的选择与校验 26
7.3 10.5kV侧电气设备的选择与校验 28
7.4 380V侧电气设备的选择 31
7.5 母线的选择 31
7.6 变电所进出线的选择 32
8 继电保护及二次回路的选择 34
8.1 变电所二次回路方案的设计 34
8.1.1 二次回路的概述 34
8.1.2 二次回路的选择 34
8.2 继电保护概述 34
8.2.1 供电系统的故障 34
8.2.2 继电保护装置的概念 35
8.2.3 继电保护的主要任务及要求 35
8.2.4 继电保护装置的组成 35
8.3 主变压器的继电保护装置 36
8.3.1 反时限过电流保护 36
8.3.2 电流速断保护 37
8.4 电力线路的继电保护设计 38
收获和体会 41
参考文献 42
1 绪论
1.1 设计背景
工厂变电所在电力系统中起着非常重要的作用，对电力系统的安全运行和产生经济效益起着保障的作用。变电所主要是对变电站和用户之间建立一座桥梁，对电能进行电压变换和电能分配等起了非常重要的作用。在变电所的设计中，对一次线路的电气主接线部分的设计是非常重要的，该部分的设计将直接影响变电所的其他电器设备的选择和型号的确定。对继电器保护部分的设计和自动装置的选型都提供了依据。该部分的设计对变电站的投资效益起着非常重要的作用。
为大量的用电客户提供比较可靠的电能并且安全运行产生经济效益，满足广大用电客户的用电需求，这也是电力系统的最终目的。根据目前的形势，我国的电力网要完成大规模的电力网改造，要对城乡变电所的设备以及电路进行更换，根据调查研究，我国目前的常规变电所依然起着重要的作用，特别是小型变电所和综合自动化变电所的建设，使电网的更新换代得到快速的发展。随着生产经济的迅速发展和国民经济建设的快速增长，各行各业的用电客户也对电力系统的设计要求越来越高，对变电所的供配电系统进行规范化的设计，设计比较安全合理，技术更新先进，经济效益很大的供配电系统变得非常重要和必要。
在本课题的设计中，对安徽飞彩车业有限公司供配电系统进行一次线路的初步设计，主要包括主电路接线计算、短路电流计算、电力设备的选择、防雷保护以及继电保护等。对设计的内容要求合理，数据准确，可行性高。本论文设计中，要依据工厂使用的用电负荷，并且在此用电负荷的基础上考虑到工厂以后的生产发展，本着使用安全，装置可靠，技术先进并且投资合理等要求，来对工厂变电所的位置进行选择，通过用电负荷的考虑计算，对主变压器的容量进行计算，并确定主变压器的台数；根据变压器的选择和原始资料数据对短路电流进行计算；根据设计的要求选择配电装置，配电装置部分包括高压断路器、隔离开关、母线、电压传感器以及电流传感器的选择和计算，最后根据设计的要求对继电保护以及防雷保护进行设计，编写计算说明书，根据要求绘制出电气主接线图等。
1.2 项目情况介绍
根据本任务书设计资料：设计工程项目情况如下。
（1） 工厂平面大体设计图如下图1-1所示：
图1.1 某工厂总平面图（1cm=200m）
（2） 工厂负荷数据：根据任务书要求，该工厂采用两班制，最大负荷的利用为3500小时/年，每日最大负荷的持续时间为15小时。在本工厂中，铸造车间、锅炉房和电镀车间的负荷属于二级负荷，其他符合为三级负荷。本厂负荷统计资料见表1.1。
表1.1 工厂负荷统计资料
|
厂房编号 |
厂房名称 |
负荷类别 |
设备容量/kW |
需要系数 |
功率因数 |
|
1 |
铸造车间 |
动力 |
400 |
0．3 |
0．65 |
|
照明 |
6 |
0．8 |
1．0 |
|
2 |
锻压车间 |
动力 |
350 |
0．5 |
0．65 |
|
照明 |
8 |
0．9 |
1．0 |
|
4 |
电镀车间 |
动力 |
250 |
0．5 |
0．7 |
|
照明 |
4 |
0．7 |
0．9 |
|
3 |
热处理车间 |
动力 |
150 |
0．8 |
0．8 |
|
照明 |
5 |
0．4 |
1．0 |
|
6 |
装配车间 |
动力 |
350 |
0．3 |
0．75 |
|
照明 |
4.5 |
0．8 |
1．0 |
|
7 |
机修车间 |
动力 |
100 |
0．2 |
0．65 |
|
照明 |
4 |
0．8 |
1．0 |
|
8 |
锅炉车间 |
动力 |
50 |
0．7 |
0．8 |
|
照明 |
1 |
0．8 |
1．0 |
|
5 |
仓库 |
动力 |
20 |
0．4 |
0．8 |
|
照明 |
1 |
0．8 |
1．0 |
|
生活区 |
照明 |
600 |
0．6 |
0．9 |
(3)根据该工厂和当地的供电部门签订的用电协议，该工厂可由附近一条110kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线牌号为LGJ-75，导线为等边三角形排列，线距为3m；干线首端距离本厂约4km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为600MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为45km，电缆线路总长度为15km。
(4)气象资料:本厂所在地区的年最高气温为40℃，年平均气温为28℃，年最低气温为-0℃，年最热月平均最高气温为37℃，年最热月平均气温为29℃，年最热月地下0.8米处平均气温为26℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为60。
(5)地质水文资料:本厂所在地区平均海拔500m，地层以红土为主，地下水位为9m。
(6)电费制度:本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为20元/kVA，动力电费为0.85元/Kw.h，照明电费为0.6元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：6~10VA为900/kVA。
2 负荷计算
2.1 负荷分级及供电要求
（1）一级负荷
在一级负荷的设计中，必须有两个回路的电源进行独立供电。并且这两路的独立电源必须来自不同的变电站或者不同的电源点。这样考虑到，如果有其中的一个电源发生故障，另外的独立电源就不能受到负荷的影响，并且要完成所有一级负荷的全部责任，对于负荷容量很大的高压用电设备，就要采用两路的高压电源。如果在设计中，一级负荷的容量设计比较小，就可以考虑从电力系统中取得第二个低压的用电电源。
对于一级负荷的设计，特别是重要的用电负荷，根据上述的描述采用两个回路的独立电源之外，还必须设置一路应急供电电源。这样的目的是为了确保特别重要的用电负荷供电，在使用的过程中必须要严格管理，严禁其他用电负荷使用此应急供电电源。在允许的中断电源供电的时候，可以采用下面所述的应急电源：
a) 蓄电池不间断供电电源，蓄电池不间断供电装置主要用在中断时间很短的重要负荷。
b) 对于一些装置，带有自动投入的功能，可以独立于其他正常电源的馈电线路。这种装置主要可以用于中断时间5秒以上的供电系统。
(2)二级负荷
在设计二级负荷的时候，采用两个独立的电源进行负荷供应，而且这两种电源都来自两台不同的变压器，要做到如果其中一台变压器需要维修或者出现故障，另一台变压器要很迅速的恢复二级负荷的供电。可以要求这两台变压器不在同一个变电所。
在一些偏远地区或者使用电量负荷较小的地区，可以采用一路6KV以上的架空线路进行负荷供电；如果要使用电缆线路的时候，就必须采用两路回路进行负荷的供电，要对电缆的选型和使用有严格的要求。每个电缆必须能承受200%以上的二级负荷用电。在一些变电站或变电所，如果配电变电装置需要检修的时候，就可以采用一些柴油发电方式进行供电，而且柴油发电的容量必须根据实际情况进行确定。
(3)三级负荷
根据三级负荷的适用场合，对变压器供电没有特殊的要求。
2.2 计算负荷
如果要供配电系统在正常的条件下运行，就必须对供配电系统的每个电器元件进行合理的选型，选型包括额定电压的选型，额定电流的选型以及经济方面的考虑等。这些电器元件除了要满足用电的工作电压和电网频率要求外，还必须要满足电网的负荷用电要求。所以在这种情况下必须对变电所供配电系统的各种环节的使用电力负荷进行计算，统计出所用的最大负荷，并且作为供配电系统中电器元件的选型依据。
对于负荷计算，主要是将实际的负荷假想为比较接近的家乡用电负荷。按照此假想的用电负荷进行计算，选择出适合该假想用电负荷的用电设备，来满足实际的工厂用电需求。而且此用电负荷不会造成所选设备容量过大而造成投资浪费，或者运行不经济等问题，也不会造成所选设备容量过小而无法满足实际用电负荷的需求等。如果假想负荷不变，那么它在电路中产生的热效应是相等的，我们把这个假想的用电负荷成为实际负载中使用的计算负荷。
2.3 负荷分析
负荷情况见表1-1
（1） 远期综合最大负荷
由负荷资料可知，本变电所在工厂低压配电系统，根据系统的分析，该工厂的二级负荷比较多，所占比重比较大。而在各设备可占50﹪～70﹪，而且这些负荷的功率因数不同。功率因数相同的可在一起计算，则由负荷算法得远期负荷：
S1=（150+50+20）÷0.8×（1+5%）×0.85 = 245.43KVA
S2=350÷0.75×（1+5%）×0.85 =416.5KVA
S3=250÷0.7×（1+5%）×0.85 =289KVA
S4=（400+350+100）÷0.65×（1+5%）×0.85 =1167KVA
S5=（6+8+5+4.5+4+1+1）÷1×（1+5%）×0.85 =26.3KVA
S6=（4+600）÷0.9×（1+5%）×0.85 =598.9KVA
∴ 远期综合最大负荷
 = =2724.6KVA （2-1）
式中  —— 同时系数 5；
 —— 线路远期负荷，MVA；
 —— 线损率，取5%。
（2） 近期综合最大负荷
S1=（130+35+15）÷0.8×（1+5%）×0.85 =200.8KVA
S2=310÷0.75×（1+5%）×0.85 =368.9KVA
S3=220÷0.7×（1+5%）×0.85 =280.5KVA
S4=（350+310+80）÷0.65×（1+5%）×0.85 =1016KVA
S5=（6+8+5+4.5+4+1+1）÷1×（1+5%）×0.85 =25.4KVA
S6=（4+550）÷0.9×（1+5%）×0.85 =549.4KVA
近期综合最大负荷
=2441KVA（2-2）
（3） 远期一级和二级最大负荷的计算
同理可得远期一级和二级最大负荷
 =3365KVA （2-3）
式中  —— 同时系数 5；
 —— 线路远期负荷，KVA；
 —— 线损率，取5%。
3 无功功率补偿
3.1 补偿装置的意义
使用无功补偿功能，可也保证电网的电压质量达到要求。通过无功补偿功能可以减少由于用电网络中有功功率的损耗而导致的电压损耗，对电网系统的稳定性能和电网使用的质量都有非常重要的作用。
3.2 无功补偿装置类型的选择
(1) 无功补偿装置的类型
无功补偿使用的装置分为两类，一类是串联电容的补偿装置；一类是并联补偿装置。在实际工程中使用的无功补偿装置型号比较多，使用比较多的是并联电容器。
(2) 常用的三种补偿装置的比较及选择
对以上提到的三种无功补偿装置：并联电容器，静止补偿器以及同步调相机等，这三种补偿装置都直接并接于配电所的母线上，对母线的无功功率进行补偿。
根据系统的设计，在电力系统的母线上，电力电容器有两种方法进行连接，第一种为三角形接法，第二种为星形接法。根据计算的电力电容器的容量，设计的容量大小都可以，所以在使用集中式的安装还是分散式的安装都可以进行装设。在运行的时候，电力电容器的功率损耗比较小。而且维护非常方便。在实际应用过程中，经常遇到调节电容器功率的大小问题，所以再设计电容器组的时候，可以根据用电负荷的变化，设计投入电容器和切除电容器的方法。本论文设计根据比较后，选择并联电容器作为无功补偿装置。
3.3 无功补偿的确定
根据设计的要求，在变电所中，使用最大负荷的时候，该负荷的功率因数都不低于百分之九十，根据实际情况，要考虑到变压器的无功损耗大于有功损耗，所以我们在设计的时候，采用的功率因数为0.92.
 无功功率补偿容量（单位为kvar）的计算：
 (3-1)
式中  ——工厂的有功计算负荷（单位为kW）
 ——对应于原来功率因数 的正切
 ——对应于需补偿到的功率因数 的正切
计算工厂变电所的无功补偿。
以安徽飞彩车业有限公司供配电系统为例计算：
 = 1.169
 = 0.426
 =2303×（1.169-0.426）=1711kvar
根据手册查询，本系统选用PGJ1无功功率自动补偿装置，该装置安装有BW-0.4-13型并联电容器。根据系统的要求，总共容量为84 kvar×20=1680kvar。
补偿后的无功功率为：
 2303-1680=623kvar
补偿后的视在功率为：
 2385kVA
3.4 工厂变电所主变压器选择
按照本设计的要求，本系统设计两台主变压器，根据相关原则，变压器的容量 应不小于补偿后的计算负荷 , 即
 （3-2）
按照本设计的要求，安装两台主变压器，每台每台变压器的容量 不应小于补偿后计算负荷 的60%，最好为计算负荷的70%左右。
 （3-3）
根据上面的计算方法，可以计算出主变压器的负荷容量，然后根据负荷容量进行变压器的选型。
选择两台变压器的参数如下所示：
型 号：SL1-1250/10
额定容量：1250kVA
额定电压：10kV 0.4kV
空载电流：6％
空 损：1.635kW
负 损：10kW
阻抗电压%：4.5%
下面计算出工厂变电所的变压器的有功损耗与无功损耗，如表
计算有功损耗与无功损耗的公式如下：
 （3-4）
 （3-5）
表3-6 工厂变电所变压器的功率损耗
|
有功损耗（kW） |
无功损耗（kvar） |
|
35.7 |
143.1 |
3.5 10.5KV侧的无功功率补偿
根据变压器的损耗以及10.5kV的负荷，计算出10.5kV母线的总负荷为：
P=2385kW
Q=623kvar
则 
10.5kV侧需要补偿的无功功率为：
 =835kvar
选用BWF6.3-100-1W型电容器，需要12个，补偿容量为1000kvar，安装在GR-1型高压电容器柜中。
补偿后的无功功率为：
 2303-1000=1303kvar
补偿后的视在功率为：
 2717kVA
4 变电所位置和主变压器的选择
4.1 变电所位置选择的一般原则
选择降压变电所的所址，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：
a) 接近负荷中心。
b) 接近电源侧。
c) 设备运输方便。
d) 不应设在有剧烈振动或高温的场所。
e) 降压变电所的地址选择不能在有腐蚀气体或者灰尘比较大的场所附近。
f) 降压变电所的地址选择必须避开厕所、浴室等积水较多的场所附近。
g) 降压变电所的地址选择必须远离爆炸危险的地方，远离火灾易发的地方。
在本设计的工厂使用变电所，根据设计要求安装两台主变压器，当实际运行的过程中，如果一台主变压器由于一些原因发生故障需要维修时，要对负荷进行切断变得比较困难，所以在工厂变电所，要根据具体的工程情况，安装多台主变压器以防事故发生。这样的设计方法和施工可以提高变电站的供电可靠性能。对于变压器来说，单台容量和总容量有所节约，根据实际负荷的增长趋势来看，可以安装多台变压器，也不会积压大量的资金。在遇到意外情况需要停用一台变压器时，其他变压器的用电容量至少要保证到所用负荷的百分之六十到百分之七十。
4.1.1 变压器台数的确定
（1）在一些很重要的一次变电站，他们的中压侧和低压侧构成了环网设计供配电系统，这样的话变电站最好安装两台主变压器，当一台变压器停用，另外一台变压器要承担所有负荷的运行。
（2）根据一些偏远地区的变电站，再设计主变压器的时候，必须要装设三台变压器。
在实际应用中，变电站作为非常重要的供配电系统部分，与供配电系统关系非常紧密，并且在一次主接线中，要考虑采用单母分段带旁路的设计方式。所以两台容量相同的主变压器，进行并列使用运行。
4.1.2 变电所主变压器容量的确定
（1）在确定变电站主变压器容量时，必须要根据变电站建成后五年到十年内的周围用电负荷的变化趋势来决定变压器容量的选择，而且必须要充分考虑到该地区二十年内的潜在负荷发展情况。
（2）根据每个变电站所承担的负荷性质，以及电网设计的结构来确定主变压器的容量，对于有重要意义的负荷变电站，必须再设计的时候充分考虑意外情况，比如如果有一台主变压器由于故障停用，必须能够在较短的时间内，将其余的变压器进行投运，而且其余变压器的负荷能力必须要保证用电客户的一级负荷和二级负荷。对于普通的工厂降压变电所来说，如果一台变压器因为故障检修等停止运行，另一台变压器就要投入运行，并且要保证所有负荷的百分之六十以上。
4.2 主变压器的选择
在工厂变电所，要根据具体的工程情况，安装多台主变压器以防事故发生。这样的设计方法和施工可以提高变电站的供电可靠性能。对于变压器来说，单台容量和总容量有所节约，根据实际负荷的增长趋势来看，可以安装多台变压器，也不会积压大量的资金。在遇到意外情况需要停用一台变压器时，其他变压器的用电容量至少要保证到所用负荷的60%以上。根据本工厂的负荷设计，含有大量的二级负荷，所以准备选用两台主变压器。变压器的型号如下所示。
型 号：
额定容量：2000kVA
额定电压： 35kV
空载电流：2.2％
空 损：2.88kW
负 损：32.5kW
阻抗电压%：7%
5 主接线方式的选择
5.1 电气主接线的概述
根据本课题的设计要求，该工厂变电所的主接线的作用是对供电系统的电能进行接收转换和按照负荷要求进行分配设计。主接线部分主要根据负荷计算设计，对主接线线路进行详细设计，并且根据主接线线路的设计结果，选用配电装置。并将这些电器元件按照设计要求进行连接组成。
主接线部分的设计是否合理经济，直接影响着该变电所的配电设备选择和装配，对系统的应用灵活性能和安全性能有着重要的意义。和主电路部分的继电器保护以及设计的新技术等有关系。主电路设计在供配电控制系统设计中非常重要。在设计的过程中，图纸上所有的电器元件必须按照国家最新的标准符号来进行表示，根据变电所设计的正常使用条件对图纸进行设计，所谓正常使用条件，就是该变电所处于初始状态，电路中无电压和电流的状态。在图纸设计的时候，图中的高压断路器绘制和隔离开关的绘制，都要明确的标注出断开的具体位置。图上的所有设备电气符号都采用国家标准的电气图形符号，并设计规范可行。从主接线图上，我们可以得到以下信息：变压器的型号和电压类型，电流的方向，设备的型号和出线方向等，所以变电所设计的电气主接线是最重要的图纸，是后期设计的依据。
5.2 电气主接线设计的基本要求
变电所的电气主接线设计要根据该变电所的规划，考虑到负荷的性质，变电所规划的设计容量，线路走向以及变压器的设计等。根据实际应用中，要重点考虑电网的供电可靠性能，设备的运行要求安全，灵活。操作维修也比较方便，更重点要考虑后期的电网发展以及投资经济性问题。
(1) 可靠实用
根据电网的设计，必须要求设备可靠，系统稳定。所谓可靠性，主要是变电所能够稳定的工作，并且能够不间断的向用户提供负荷电源。关于可靠性的标准主要来自于实践运行情况，根据以往的主接线设计，可靠性主要是要保证变电所配电设备选型正确，并经过了整定计算等，也包括二次线路的继电保护的可靠性能。所以在变电所设计中，不仅要考虑到设备的供电可靠性，还要考虑二次保护继电线路的可靠性，以及对突发故障问题的处理能力等。可靠性是相对性的概念，对于同一种主接线设计方案，对某些变电所设计来说是非常可靠，但是对另种变电所来说，未必可靠。
(2) 运行灵活
对于主接线部分的设计，要求系统运行灵活，可以根据最少的操作步骤来完成不同的供电任务。在实际应用中，要根据用电负荷量的多少，灵活的投入某一变压器或者切除某一变压器。在设备检修的时候，对系统进行停用，包括变压器、高压断路器以及母线部分的设备必须做到灵活。不能影响到工厂的负荷供电。
(3) 简单经济
在满足系统设计的要求，供电达到可靠性及灵活性的条件下，对前期主接线做到简单方便，这样可以节省成本，事故率低，检修率低。要考虑到变电所建设的经济能力问题，所以合理经济的选择变电所所有的配电装置，减小二次降压的负荷用电，达到节能降耗的目的。
5.3 35kV电气主接线
根据目前行业的供配电系统标准，当电压等级在35KV到60KV的时候，采用的电气主接线方式为单母线分段的方式，也可以根据双母线接线的方式进行设计。根据用户的用电需求，并且保证电路进行检修的时候，不中断用户的供电，在系统的电气主接线设计，必须在单母线分段接线或者双母线分线过程中采用旁路母线设计。但是根据实际情况而言，一般停电检修断路器的检修周期较长，大约二天到三天时间，不适合对旁路母线进行设计，要根据实际情况设置旁路隔离开关比较合适。根据上面的分析，进行主电路分析设计，拟出两种电气主接线方案，如图5-1和图5-2所示。
 
图5-1 35kV单母分段带旁路主接线图 图5-2 35kV双母接线主接线图
对图5-1及图5-2综合比较，见表5-1。
表5-1 主接线方案比较表
|
|
方案Ⅰ：单母分段带旁路 |
方案Ⅱ:双母接线 |
技术
特点 |
① 清晰简单、操作简便、
便于发展；
② 可靠性、灵活性差；
③ 旁路断路器可以代替出线断路器，实现不停电检修出线断路器，满足重要用户不断电。 |
① 供电可靠；
② 调度灵活；
③ 扩建方便；
④ 便于试验；
④ 易误操作。
⑤ |
经济
性 |
① 设备数量少、投资低；
② 用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资。 |
① 设备多、配电装置复杂；
② 投资和占地面大。 |
根据这两种设计方案的比较，可以看出，它们有容易扩建的共同的特点，方案一比方案二的可靠性和灵活性差一些，但是方案一比方案二的经济性能好。根据综合考虑，本系统采用方案一进行设计。
5．4 10kV电气主接线
根据本系统的设计，采用单母线分段接线较为合适，对于双母线方面的接线设计，主要应用于引出线和电源比较多、并且输送功率比较大、可靠性和灵活性要求非常严格的变电所设计场合。 上述两种方案如图5-3和图5-4所示。
图5-3 10kV单母分段主接线图 图5-4 10kV双母接线主接线图
对图5-3及图5-4综合比较，见表5-2。
表5-2 主接线方案比较表
|
|
方案Ⅰ：单母分段 |
方案Ⅱ: 双母接线 |
技术
特点 |
① 不会造成全所停电；
② 调度灵活；能保证对
重要用户的供电；
③ 任一断路器检修，该
回路必须停止工作。 |
① 供电可靠；
② 调度灵活；
③ 扩建方便；
④ 便于试验；
④ 易误操作。 |
经济
性 |
① 占地少；
② 设备少。 |
① 设备多、配电装置复杂
② 投资和占地面大 |
根据以上系统方案的比较，采用方案一比较好，主要原因是该系统方案的调度比较灵活，可以对系统的供电进行可靠性能的保证。所以本系统选用方案一。
5.5 站用电接线
根据行业设计标准及要求，站用接线选用比较简单，而且投资较小的方式。所以根据单母线分段和单母线接线两种方案。两个方案如图5-5和图5-6所示。
 
图5-5 站用单母分段主接线图 图5-6 站用单母接线主接线图
对图5-5及图5-6综合比较，见表5-3。
表5-3 主接线方案比较表
|
|
方案Ⅰ：单母分段 |
方案Ⅱ: 单母线接线 |
技术
特点 |
① 不会造成全所停电；
② 调度灵活；能保证对
重要用户的供电；
③ 任一断路器检修，该
回路必须停止工作；
③ 扩建时需向两个方
向均衡发展。 |
① 简单清晰、操作方便、易于发展；
② 可靠性、灵活性差。
|
|
经济性 |
① 占地少；设备少。 |
① 设备少、投资小。 |
经比较两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的方案Ⅰ。
6 短路电流的计算
6.1 短路电流计算的一般概述
短路电流的发生是由于电力系统网络中存在绝缘破坏的问题。根据国家标准及系统设计的情况，绝缘部分被破坏主要是由于平时变电所的维修工作和保养工作不到位，或者在系统设计或安装的时候，存在不合理的现象。比如在实际应用过程中，经常见到的直接雷击现象、系统线路过电压的现象、由于使用时间长导致绝缘材料破旧失效的现象、在操作过程中导致设备机械损坏现象、或者操作人员操作失误等。在长期超负荷的运行情况下，由于线路的电流超过规定值，导致线路的温度升高到足以破坏绝缘的程度，使线路的绝缘老化比较快，或者直接损坏绝缘部分；在小的接地系统中，如果没有及时消除一相接地的现象，其他两相的对地电压升高，将造成绝缘损坏等；特别在一些污染严重的地区，空气中的有害物质会造成绝缘损坏，如果不加强绝缘维护和检修，将很容易造成系统短路现象。
6.2 确定基准值
根据本课题的设计思路，选择 =50MVA,在系统中有三个不同的电压等级的短路点，所以设计选择三个基准电压。
在35KV侧： 
在10.5KV侧： 
在380V侧： 
6.3 各短路点的短路电流
（1）计算K-1点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标么值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
(2) 计算K-2点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
(3) 计算K-3点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标么值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
(4) 计算K-4点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标么值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
(5) 计算K-5点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标么值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
(6) 计算K-6点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标么值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
(7) 计算K-7点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标么值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
7 变电所一次设备的选择与校验
在变电所的供配电系统中有许多设备组成，这些设备中都包含系统线路的隔离开关、用于通断电源的高压断路器、用于短路保护的熔断器、用于测量系统电流值的互感器以及连接各系统之间的母线等设备。这些配电设备主要的作用是接受电网中的负荷，以及对这些进行转换和分配控制等的作用。在配电系统中，对高压断路器的选择，首要任务是要满足该变电所在运行中，要保证系统的绝对安全，运行可靠以及实用经济等。在配电电路中，要求合理的电器元件配备，在配电电路正常工作状态下或者故障状态下，必须保证供电系统的使用安全，要满足系统使用的性能可靠以及经济实用。在正确合理选择配电系统中的各种配电设备，根据行业的设计原则，除了按照正常的运行条件下，必读对短路情况进行效验。
7.1 电气设备选择的一般条件
(1) 按正常工作条件选择电气设备
a) 按工作环境选择
对电气设备按照工作环境选择，可以分为户内型配电装置、户外型配电装置。这些配电装置必须要考虑安装现场的情况，要做到防腐蚀、防火、防爆等具体的要求。
b) 额定电压
在配电网络系统中，根据电网的运行电压，可能由于系统调压或者系统负荷发生变化，可能会比电网的额定电压高一些，所以在选择配电装置的时候，允许通过的最高电压不能低于电网的额定电压。所以按照国家标准要求选择配电设备的时候，要按照以下原则进行选择，配电装置的额定电压不能低于电网的额定电压。即
 (7-1)
c) 额定电流
在配电网络系统中，根据电网的运行电六，可能由于系统负荷发生变化，可能会比电网的额定电流高一些，所以在选择配电装置的时候，允许通过的最高额定电流不能低于电网的额定电流。所以按照国家标准要求选择配电设备的时候，要按照以下原则进行选择， 电气设备的额定电流 应不小于该回路在各种不同的运行方式下的最大持续电流 ，即
   (7-2)
(2) 按短路状态进行校验
a) 短路热稳定校验
短路电流通过电气设备时，电气设备各部分温度应不超过允许值，要满足条件为：
 (7-3)
 为短路电流产生的热效应，
 、 为电气设备允许通过的热稳定电流和时间。
b) 动稳定校验
满足动稳定的条件为
 或 (7-4)
式中：  ， 为短路冲击电流幅值和有效值；
 ， 为电气设备允许通过的动稳定电流的幅值和有效值。
7.2 35kV侧电气设备的选择与校验
(1) 35kV侧电气设备的选择
 =35kV
 A
a) 断路器选择：选择SN10-35型少油断路器
表7-1 SN10-35型少油断路器参数
|
型号 |
SN10-35 |
断路功率 |
1000MVA |
|
额定电压 |
35kV |
固有分闸时间 |
0.06s |
|
额定电流 |
100A |
合闸时间 |
0.25s |
|
动稳定电流 |
 =40kA |
额定切断电流 |
16kA |
|
热稳定电流 |
16kA(4s) |
b) 隔离开关选择：选择GN2-35T/400型隔离开关
表7-2 GN2-35T/350型隔离开关参数
|
型号 |
额定电压 |
额定电流 |
动稳定电流峰值 |
5s热稳定电流 |
|
GN2-35T/400 |
35kV |
350A |
52kA |
14kA |
c) 电压互感器侧高压熔断器的选择：选择RN2-35型室内高压熔断器
表7-3 RN2-35型室内高压熔断器参数
|
型号 |
额定电压 |
额定电流 |
三相最大断流容量 |
最大开断电流 |
|
RN2-35 |
35kV |
100A |
1000MVA |
17kA |
d) 电压互感器的选择：电压互感器为JDJ-35。
表7-4 JDJ-35电压互感器参数
|
型号 |
一次电压 |
二次电压 |
二次绕组额定容量 |
最大容量 |
|
JDJ-35 |
35kV |
0.1kV |
150（VA） |
1200（VA） |
e) 电流互感器的选择：电流互感器选择为LCW-35。
表7-5 LCW-35电流互感器参数
|
型号 |
额定电流比 |
额定二次负荷 |
1s热稳定倍数 |
动稳定倍数 |
|
LCW-35 |
150/5(A) |
4 |
65 |
100 |
f) 避雷器的选择：选择FS4-35型号避雷器。
(2) 35kV侧电气设备的校验
a) 断路器的校验
动稳定校验:
 =40kA,  =9.7kA
所以断路器动稳定满足条件
热稳定校验:
 A2 s
定时限过电流保护整定的动作时间为0.5s,低速断路器的全分闸时间取0.25s
 A2 s
1024>10.8 所以热稳定满足要求
所以所选断路器符合要求。
b) 隔离开关的校验
动稳定校验:
 =52kA  =9.7kA
所以满足动稳定要求。
热稳定校验:
在隔离开关的参数表中查的其热稳定试验时间为4s。
 A2 s
定时限过电流保护整定的动作时间为0.5s,低速隔离开关的全分闸时间取0.25s，
所以其热稳定计算时间为0.75s。
 A2 s
980>10.8 满足热稳定要求
隔离开关的选型符合要求。
c) 熔断器的校验
熔断器的选择是根据具体电压等级选择的，不用校验。
d) 电压互感器的校验
由于电压互感器俩侧安装了熔断器对其进行保护，因此不用对电压互感器进行热稳定和动稳定的校验。
e) 电流互感器的校验
热稳定校验:
该电流互感器1s的热稳定倍数为65， 为150A。
所以 满足要求
动稳定校验:
该电流互感器动稳定倍数100， 为150A
21.21  =12.43 满足动稳定要求
所选电流互感器符合要求。
7.3 10.5kV侧电气设备的选择与校验
（1） 10.5kV侧电气设备的选择
 =10kV
a) 断路器的选择：选择ZN6-10型真空断路器
表7-7 ZN6-10型真空断路器参数
|
型号 |
ZN10-10 |
断路功率 |
1000MVA |
|
额定电压 |
10kV |
固有分闸时间 |
0.06s |
|
额定电流 |
400A |
合闸时间 |
0.25s |
|
动稳定电流 |
 =29.6kA |
额定切断电流 |
3kA |
|
热稳定电流 |
5KA(4s) |
b) 隔离开关的选择：选择GN6-6T/400型隔离开关
表7-8 GN6-6T/400型隔离开关参数
|
型号 |
额定电压 |
额定电流 |
动稳定电流峰值 |
5s热稳定电流 |
|
GN6-6T/400 |
10kV |
500A |
40kA |
14kA |
c) 电压互感器侧高压熔断器的选择：选择RN2-6型室内高压熔断器
表7-9 RN2-6型室内高压熔断器参数
|
型号 |
额定电压 |
额定电流 |
三相最大断流容量 |
最大开断电流 |
|
RN2-6 |
10kV |
0.5A |
500MVA |
50kA |
d) 电压互感器的选择：电压互感器为JDJ-6
表7-10 JDJ-6电压互感器参数
|
型号 |
一次电压 |
二次电压 |
二次绕组额定容量 |
最大容量 |
|
JDJ-6 |
10kV |
0.1kV |
30（VA） |
240（VA） |
e) 电流互感器的选择：电流互感器选择为LFZJ1-6
表7-11 LFZJ1-6型电流互感器参数
|
型号 |
额定电流比 |
额定二次负荷 |
1s热稳定倍数 |
动稳定倍数 |
|
LFZJ1-6 |
300/5(A) |
0.8 |
80 |
140 |
f) 避雷器的选择：避雷器选择型号为FS4-6
(2) 10.5kV侧电气设备的校验
a) 断路器的校验
动稳定校验:
 =29.6kA,  =17.3KA
 所以断路器动稳定满足条件。
热稳定校验:
 A2s
定时限过电流保护整定的动作时间为0.5S,低速断路器的全分闸时间取0.25S
 A2s
100>34.5 所以热稳定满足要求
所以所选断路器符合要求。
b) 隔离开关的校验
动稳定校验
 =40kA  =17.3kA
 所以满足动稳定要求
热稳定校验
在隔离开关的参数表中查的其热稳定试验时间为4s。
 A2s
定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s,低速隔离开关的全分闸时间取0.25s
所以其热稳定计算时间为1.75s
 A2s
980>34.5 满足热稳定要求
隔离开关的选型符合要求。
c) 熔断器的校验
熔断器的选择是根据具体电压等级选择的，不用校验。
d) 电压互感器的校验
由于电压互感器俩侧安装了熔断器对其进行保护，因此不用对电压互感器进行热稳定和动稳定的校验。
e) 电流互感器的校验
热稳定校验
该电流互感器1s的热稳定倍数为80， 为300A
所以 满足要求
动稳定校验
该电流互感器动稳定倍数140， 为300A。
 =17.3kA
59.4  =17.3 满足动稳定要求。
所选电流互感器符合要求。
7.4 380V侧电气设备的选择
铸钢车间的设备选择
 =0.4kV
a) 断路器的选择
所以应当选择DW15-10000型号的断路器，其额定电压为0.4kV，额定电流为10000A。
b) 低压刀开关的选择
应当选择HD13-5000／31型号，其额定电压为0.4kV，额定电流为10000A。
c) 电流互感器的选择
应当选择LMZJ1-0.5型号，一次侧额定电流为10000A，二次侧额定电流为5A。
7.5 母线的选择
母线一般采用铝材，只有当持续工作电流较大且位置特别狭窄的场所，或者腐蚀严重的场所，才选用铜材。
在35KV以下，如果正常工作的电流不大于4kA的情况下，适合选择矩形导体；当正常工作的电流在4KA至8KA时，一般选用槽型导体；当正常工作的电流在8KA以上的功能工作电流选管型导体或钢芯铝绞线构成的组合导体。
(1) 35kV母线截面的选择
35kV侧的计算电流为103A，这里我选用LMY型硬铝母线，查表可得应该选LMY—3 型号的母线。
(2) 6kV母线截面的选择
6kV侧的技术的计算电流为578A，这里我选用LMY型硬铝母线，查表可得应该选LMY—3 型号的母线。
7.6 变电所进出线的选择
(1) 高压进线按照题目要求为LGJ-150型号的钢芯铝线，故不再设计。
(2) 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验
采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。
a) 按发热条件选择
由 及土壤温度温度21℃，其25℃时，初选缆芯为 的交联电缆，其 ，满足发热条件。
b) 校验其热稳定
计算满足热稳定的最小截面：
 (7-5)
式中 A——母线截面积（单位为 ）
 ——满足短路热稳定条件的最小截面积（单位为 ）
C——母线材料的热稳定系数
 ——母线通过的三相短路电流（单位为A）
所以选择的 电缆不符合要求，选择截面为50 的电缆，其 。所以选择YJL22-10000-3×50符合要求。
（3） 与邻近单位高压备用联络线的选择
采用YJL22-10000型交联乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敷设，与邻近单位交变配电所的35kV母线相联。这样就可以保证对重要负荷的不间断供电。其选择如下：
a) 按发热条件选择
当工厂供电系统出现故障时，可以通过备用联络线由邻近单位供电。保证二级负荷的不断电。二级负荷容量为1732kVA，则 ，最热月地下0.8m处土壤平均温度为21℃。可初选缆芯截面为50 的交联聚乙烯绝缘铝心电缆，其 满足发热条件。
b) 校验电压损耗
查阅资料知50 的铝电缆参数为:电阻 电抗
负荷的有功负荷 ,无功为
所以满足允许电压损耗5%的要求。
c) 热稳定的校验
由于相邻线路的短路参数不详，无法做热稳定校验。
综上所述，选用YJL22-10000-3×50高压联络线。
(4) 变电所出线的选择
变电所出线的线路均采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。下面选择电缆的截面积。
铸钢车间：车间的计算电流为 1258A，按发热条件选择，电流比较大所以可以选择两组电缆供电。初选截面630 的电缆线，其 ,满足条件。
按短路热稳定度校验
式中 —变电所高压侧过压电流动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器断路时间0.2s，再加0.05s。
因为线路较短，故不校验电压损耗。所以选用两组630 的聚氯乙烯绝缘铝芯电缆电缆。即为2 VLV22-1000-3 630+1 400（中性线按不小于相线一半选择）.
8 继电保护及二次回路的选择
8.1 变电所二次回路方案的设计
8.1.1 二次回路的概述
系统线路的二次回路主要对一次回路进行装置控制、对装置的状态进行指示、对装置的运行情况进行监控、当意外情况发生时，对一次回路进行保护等。在二次回路系统中，主要包含对系统进行控制、对系统的信号进行指示、对系统的运行状态进行监控、以及对系统的继电保护和实现自动化配电所控制系统。二次回路的设计虽然作为配电装置的辅助系统，但是对整个配电系统的线路安全运行，可靠运行等都起着十分重要的作用，在设计的时候必须进行考虑。
对于控制系统中，二次回路的操作电源主要包括高压断路器部分的合闸和分闸回路、合闸状态或分闸状态回路、对电网运行的情况进行监控回路、以及其他继电保护回路等。
8.1.2 二次回路的选择
（1） 高压断路器的操动机构控制与信号回路
高压断路器的操动机构控制与信号回路有2种方式：手力操动和电磁操动。 这里选择采用手力操动机构，其控制与信号回路手册一致，这里不作说明。
（2） 变电所的电能计量回路
变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量整个大厦消耗的有功电能和无功电能，并据以计算每月的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。
作为备用电源的高压高压联络线上，装有三相有功电度表、无功电度表和电流表。高压进线上，亦装有电流表。
8.2 继电保护概述
8.2.1 供电系统的故障
由于电气设备内部绝缘老化、遭受雷击、外力破坏损坏或工作人员的操作失误等原因，可能使运行中的电力系统发生故障和造成不正常的运行状况。最常见的故障是各种形式的短路，如三相短路、两相短路、两相对地短路、中性点直接接地系统中的单相对地短路、电气设备绕组匝间短路等[9]。各种短路均会产生很大的短路电流，同时使电力系统的电压水平下降，从而引发如下严重后果：
a) 通过故障点的短路电流及其产生的电弧，使故障元件损坏；
b) 短路电流通过非故障元件时，产生发热和电动力，造成设备的损坏或缩短设备的使用寿命；
c) 破坏供电系统并列的稳定性，引起系统震荡，甚至造成整个系统瓦解。
供电系统中发生不正常运行状态和故障时，都可能引起系统事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成送电或电能质量变坏到不能容许的程度，甚至于造成人身伤亡和电气设备的损坏。
8.2.2 继电保护装置的概念
在供电系统中，除应该采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十几分之几甚至百分之几秒，因此只有在电气元件上装设保护装置才能有可能满足这个要求。这种保护装置就是继电保护装置。
8.2.3 继电保护的主要任务及要求
为了保证安全可靠的供电，供电系统中主要电气设备及线路及线路都要装继电保护装置。
继电保护的主要任务是：
a) 当被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障部分分开，以减轻故障危害，防止事故蔓延。
b) 当设备出现不正常运行状态时，保护装置一般作用于信号，以便及时采取措施，防止事故发生。
继电保护应满足以下要求：
选择性、灵敏性、可靠性、速动性
8.2.4 继电保护装置的组成
在供电系统中应用各种继电保护装置，它们在结构上是由测量、逻辑、执行三部分组成的。
a) 测量部分
测量部分是测量被保护对象的有关输入电气量，并与给定的整定植进行比较根据比较的结果，给出“是”、“非”；“大于” “不大于”、“等于0或1”性质的逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。
b) 逻辑部分
逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，最后确定是否应该使短路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。继电保护中常用的逻辑回路有“或”、“与”、“非”、“延时启动”、“延时返回”以及记忆等回路。
c) 执行部分
执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如故障时，动作于跳闸；不正常运行时，发出信号；正常运行时，不动作等。
为了保证工厂供电系统的安全运行，避免过负荷和短路引起的过电流对系统的影响，因此在工厂供电系统中装有不同类型的过电流保护装置。供电系统对过电流保护装置有下列要求：选择性；速动性；可靠性；灵敏度。
继电保护，适用于要求供电可靠性较高、操作灵活方便特别是自动化程度较高的高压供电系统设计。
8.3 主变压器的继电保护装置
8.3.1 反时限过电流保护
带时限的过电流保护，按其动作时间特性分，有定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。我们采用反时限过电流保护，反时限就是保护装置的动作时间与故障电流大小有反比关系，故故障电流越大，动作时间越短。
这里采用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。
过电流保护动作电流的整定：
由下式
 （8-1）
式中， ——变压器的最大负荷电流，可取为（1.5~3） ， 为变压器一次额定电流，下式中取为2。
其中  2 =2×66=132A
 =1.3； =1； =0.8；
因此动作电流为： A  整定为8A.（注意： 只能是整数，且不能大于10A）
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倍动作电流动作时间）可整定为最短的0.5秒。
过电流保护灵敏系数的检验
由下式
 （8-2）
其中  ＝ ＝1007Ａ
 
因此其保护灵敏系数为： 满足要求。
8.3.2 电流速断保护
电流速断保护的原理接线如图所示，电流接电器于电流互感器的二次侧，它动作后启动中间继电器，其触点闭合后，经串联信号继电器而接通断路器的跳闸线图，中间继电器有两个作用：
当线路上装设有管形避雷器时，利用中间继电器来增大保护装置的固有动作时间，以避免避雷器放电时，引起速断保护误动作。一般避雷器放电时间可能持续到40~60ms，因此利用具有延时60~80ms，动作的中间继电器即可满足这一要求。
图8-2 电流速断保护原理接线图
电流速断保护主要优点是简单可靠，动作迅速，因而获得了广泛的应用，它的缺点是不是能保护线路的全长，保护范围受系统运行方式变化的影响。当系统运行方式变化很大时，或者被保护线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能采用。
这里利用GL15的速断装置。
速断电流的整定：利用下式
 （8-3）
式中， ——变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值。
   
所以速断电流为： 
速断电流倍数整定为: 
电流速断保护灵敏系数的检验
校验公式:
 （8-4）
式中  ——在电力系统最小运行方式下，变压器高压侧的两相短路电流
 ——速断电流折算到一次电路
所以 
 
其保护灵敏系数为:  合格。
8.4 电力线路的继电保护设计
对单侧电源供电的电力线路，可以装设两段过电流保护，第一段是不带时限的电流速断保护，第二段是带时限的过电流保护。保护装置安装在电源侧。本设计中的高压继电保护装置是保护从高压母线以上至电源的进线。
（1）第一段保护
Ｉ段保护采用电流速断保护
选用GL25型感应式继电器
整定公式：
 （8-5）
 为本线路末端的最大短路电流
 = =3.8kA
 =1.3， =1， =
所以 
 A
电流速断保护灵敏系数的检验
 （8-6）
式中  ——在电力系统最小运行方式下，线路末端的两相短路电流
 ——速断电流折算到一次电路
所以 
 
其保护灵敏系数为: 
（2）第二段保护
Ⅱ段保护选用过电流保护
过电流保护动作电流的整定
 A
过电流保护动作时间的整定计算
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倍动作电流动作时间）可整定为最短的0.5秒。
过电流保护灵敏系数的校验公式。
 （8-7）
其中 
 
代入数据
 满足要求。
收获和体会
本人在本次毕业设计中，得到指导老师的悉心指导和支持。老师的帮助对本人完成这篇论文提供了很多帮助，老师高度敬业的工作态度和严谨的教学，对本人影响巨大。在本人设计毕业论文的过程中，遇到过许多难以解决的问题，本人通过查询大量资料外，还求教于老师的详细讲解。为了本次毕业设计，老师提供了尽可能的帮助，帮助我顺利完成论文。
本人感谢和我一起学习的同学，在他们的帮助下，本人许多问题和他们一起讨论解决。特别是变电所设计短路电流的计算和装置的选择，我们一起研究学习，一起讨论等。这个过程我们学到了不少东西，也对电气方面的知识和技能产生了浓厚的兴趣。 最后，本人再次感谢所有关心帮助我的人！
参考文献
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[2] 刘介才. 工厂供电设计指导[M].北京：机械工业出版社.1999：12-98
[3] 陈珩. 电力系统稳态分析[M].北京：中国电力出版社.2007：87-96
[4] 张新. 工厂配电设计施工手册[M].北京：机械工业出版社.2006：26-140
[5] 唐志平. 供配电技术[M].北京：电子工业出版社.2008：9-187
[6] 熊银信．发电厂电气部分［M］．北京：中国电力出版社.2009：76-90
[7] 李光琦. 电力系统暂态保护[M]. 北京：中国电力出版社.2007：45-87
[8] 孟忠祥. 现代供电技术[M]. 北京：清华大学出版社.2006：34-98
[9] 张保会. 电力系统继电保护[M]. 北京：中国电力出版社.2005：13-178
[10] 周泽存. 高电压技术[M].北京：中国电力出版社.2007：89-106
摘要
本论文设计安徽飞彩车业有限公司供配电系统，根据课题所给的系统线路参数和负荷参数要求来分析和计算负荷的趋势，并且对该公司变电所建设从负荷的增长影响方面进行阐述。对通过变电所的描述和出线部分进行考虑，主要对负荷进行分析，从经济效果、安全因素和变电所可靠性等各个角度考虑，设计出该工厂的主接线思路和图纸，并通过负荷要求，根据负荷计算结果对主变压器的容量、数量和具体型号进行确定。通过主变压器的设计容量来对短路电流进行计算，并确定了隔离开关的型号、对高压断路器的型号进行选型，并且完成母线设计以及电流互感器和电压互感器的型号选择等。最后对继电器保护进行计算设计，并且对防雷保护部分进行计算设计。
关键词:电力系统；变电所；电气设备；校验
Abstract
The design of Anhui Feicai Vehicle Industry Co. Ltd. for the distribution system, according to subject the system parameters of the line and load parameters trend analysis and calculation of the load, and the substation construction effect from the load growth of. Considering of the substation is described and the outlet part of the load are analyzed, considering from the various economic effects, safety factor and reliability of substation design angle, the factory's main wiring ideas and drawings, and through the load requirements, determine the number of main transformer substation, the design capacity and specific models. Through the design capacity of the main transformer to calculate the short-circuit current, and determine the type of isolation switch, high voltage circuit breaker model, the design of the bus and voltage and current transformer selection. At last, the relay protection is calculated and designed.
Key words: power system; substation; electrical equipment; calibration
目录
摘要 1
1 绪论 4
1.1 设计背景 4
1.2 项目情况介绍 5
2 负荷计算 7
2.1 负荷分级及供电要求 7
2.2 计算负荷 7
2.3 负荷分析 8
3 无功功率补偿 10
3.1 补偿装置的意义 10
3.2 无功补偿装置类型的选择 10
3.3 无功补偿的确定 10
3.4 工厂变电所主变压器选择 11
3.5 10.5KV侧的无功功率补偿 12
4 变电所位置和主变压器的选择 13
4.1 变电所位置选择的一般原则 13
4.2 主变压器的选择 13
5 主接线方式的选择 15
5.1 电气主接线的概述 15
5.2 电气主接线设计的基本要求 15
5.3 35kV电气主接线 16
5．4 10kV电气主接线 17
5.5 站用电接线 18
6 短路电流的计算 19
6.1 短路电流计算的一般概述 19
6.2 确定基准值 19
6.3 各短路点的短路电流 19
7 变电所一次设备的选择与校验 25
7.1 电气设备选择的一般条件 25
7.2 35kV侧电气设备的选择与校验 26
7.3 10.5kV侧电气设备的选择与校验 28
7.4 380V侧电气设备的选择 31
7.5 母线的选择 31
7.6 变电所进出线的选择 32
8 继电保护及二次回路的选择 34
8.1 变电所二次回路方案的设计 34
8.1.1 二次回路的概述 34
8.1.2 二次回路的选择 34
8.2 继电保护概述 34
8.2.1 供电系统的故障 34
8.2.2 继电保护装置的概念 35
8.2.3 继电保护的主要任务及要求 35
8.2.4 继电保护装置的组成 35
8.3 主变压器的继电保护装置 36
8.3.1 反时限过电流保护 36
8.3.2 电流速断保护 37
8.4 电力线路的继电保护设计 38
收获和体会 41
参考文献 42
1 绪论
1.1 设计背景
工厂变电所在电力系统中起着非常重要的作用，对电力系统的安全运行和产生经济效益起着保障的作用。变电所主要是对变电站和用户之间建立一座桥梁，对电能进行电压变换和电能分配等起了非常重要的作用。在变电所的设计中，对一次线路的电气主接线部分的设计是非常重要的，该部分的设计将直接影响变电所的其他电器设备的选择和型号的确定。对继电器保护部分的设计和自动装置的选型都提供了依据。该部分的设计对变电站的投资效益起着非常重要的作用。
为大量的用电客户提供比较可靠的电能并且安全运行产生经济效益，满足广大用电客户的用电需求，这也是电力系统的最终目的。根据目前的形势，我国的电力网要完成大规模的电力网改造，要对城乡变电所的设备以及电路进行更换，根据调查研究，我国目前的常规变电所依然起着重要的作用，特别是小型变电所和综合自动化变电所的建设，使电网的更新换代得到快速的发展。随着生产经济的迅速发展和国民经济建设的快速增长，各行各业的用电客户也对电力系统的设计要求越来越高，对变电所的供配电系统进行规范化的设计，设计比较安全合理，技术更新先进，经济效益很大的供配电系统变得非常重要和必要。
在本课题的设计中，对安徽飞彩车业有限公司供配电系统进行一次线路的初步设计，主要包括主电路接线计算、短路电流计算、电力设备的选择、防雷保护以及继电保护等。对设计的内容要求合理，数据准确，可行性高。本论文设计中，要依据工厂使用的用电负荷，并且在此用电负荷的基础上考虑到工厂以后的生产发展，本着使用安全，装置可靠，技术先进并且投资合理等要求，来对工厂变电所的位置进行选择，通过用电负荷的考虑计算，对主变压器的容量进行计算，并确定主变压器的台数；根据变压器的选择和原始资料数据对短路电流进行计算；根据设计的要求选择配电装置，配电装置部分包括高压断路器、隔离开关、母线、电压传感器以及电流传感器的选择和计算，最后根据设计的要求对继电保护以及防雷保护进行设计，编写计算说明书，根据要求绘制出电气主接线图等。
1.2 项目情况介绍
根据本任务书设计资料：设计工程项目情况如下。
（1） 工厂平面大体设计图如下图1-1所示：
图1.1 某工厂总平面图（1cm=200m）
（2） 工厂负荷数据：根据任务书要求，该工厂采用两班制，最大负荷的利用为3500小时/年，每日最大负荷的持续时间为15小时。在本工厂中，铸造车间、锅炉房和电镀车间的负荷属于二级负荷，其他符合为三级负荷。本厂负荷统计资料见表1.1。
表1.1 工厂负荷统计资料
|
厂房编号 |
厂房名称 |
负荷类别 |
设备容量/kW |
需要系数 |
功率因数 |
|
1 |
铸造车间 |
动力 |
400 |
0．3 |
0．65 |
|
照明 |
6 |
0．8 |
1．0 |
|
2 |
锻压车间 |
动力 |
350 |
0．5 |
0．65 |
|
照明 |
8 |
0．9 |
1．0 |
|
4 |
电镀车间 |
动力 |
250 |
0．5 |
0．7 |
|
照明 |
4 |
0．7 |
0．9 |
|
3 |
热处理车间 |
动力 |
150 |
0．8 |
0．8 |
|
照明 |
5 |
0．4 |
1．0 |
|
6 |
装配车间 |
动力 |
350 |
0．3 |
0．75 |
|
照明 |
4.5 |
0．8 |
1．0 |
|
7 |
机修车间 |
动力 |
100 |
0．2 |
0．65 |
|
照明 |
4 |
0．8 |
1．0 |
|
8 |
锅炉车间 |
动力 |
50 |
0．7 |
0．8 |
|
照明 |
1 |
0．8 |
1．0 |
|
5 |
仓库 |
动力 |
20 |
0．4 |
0．8 |
|
照明 |
1 |
0．8 |
1．0 |
|
生活区 |
照明 |
600 |
0．6 |
0．9 |
(3)根据该工厂和当地的供电部门签订的用电协议，该工厂可由附近一条110kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的导线牌号为LGJ-75，导线为等边三角形排列，线距为3m；干线首端距离本厂约4km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为600MVA。此断路器配备有定时限过流保护和电流速断保护，定时限过流保护整定的动作时间为1.7s。为满足工厂二级负荷要求，可采用高压联络线由邻近的单位取得备用电源。已知与本厂高压侧有电气联系的架空线路总长度为45km，电缆线路总长度为15km。
(4)气象资料:本厂所在地区的年最高气温为40℃，年平均气温为28℃，年最低气温为-0℃，年最热月平均最高气温为37℃，年最热月平均气温为29℃，年最热月地下0.8米处平均气温为26℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为60。
(5)地质水文资料:本厂所在地区平均海拔500m，地层以红土为主，地下水位为9m。
(6)电费制度:本厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电所高压侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制交纳电费。每月基本电费按主变压器容量为20元/kVA，动力电费为0.85元/Kw.h，照明电费为0.6元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.9，此外，电力用户需按新装变压器容量计算，一次性向供电部门交纳供电贴费：6~10VA为900/kVA。
2 负荷计算
2.1 负荷分级及供电要求
（1）一级负荷
在一级负荷的设计中，必须有两个回路的电源进行独立供电。并且这两路的独立电源必须来自不同的变电站或者不同的电源点。这样考虑到，如果有其中的一个电源发生故障，另外的独立电源就不能受到负荷的影响，并且要完成所有一级负荷的全部责任，对于负荷容量很大的高压用电设备，就要采用两路的高压电源。如果在设计中，一级负荷的容量设计比较小，就可以考虑从电力系统中取得第二个低压的用电电源。
对于一级负荷的设计，特别是重要的用电负荷，根据上述的描述采用两个回路的独立电源之外，还必须设置一路应急供电电源。这样的目的是为了确保特别重要的用电负荷供电，在使用的过程中必须要严格管理，严禁其他用电负荷使用此应急供电电源。在允许的中断电源供电的时候，可以采用下面所述的应急电源：
a) 蓄电池不间断供电电源，蓄电池不间断供电装置主要用在中断时间很短的重要负荷。
b) 对于一些装置，带有自动投入的功能，可以独立于其他正常电源的馈电线路。这种装置主要可以用于中断时间5秒以上的供电系统。
(2)二级负荷
在设计二级负荷的时候，采用两个独立的电源进行负荷供应，而且这两种电源都来自两台不同的变压器，要做到如果其中一台变压器需要维修或者出现故障，另一台变压器要很迅速的恢复二级负荷的供电。可以要求这两台变压器不在同一个变电所。
在一些偏远地区或者使用电量负荷较小的地区，可以采用一路6KV以上的架空线路进行负荷供电；如果要使用电缆线路的时候，就必须采用两路回路进行负荷的供电，要对电缆的选型和使用有严格的要求。每个电缆必须能承受200%以上的二级负荷用电。在一些变电站或变电所，如果配电变电装置需要检修的时候，就可以采用一些柴油发电方式进行供电，而且柴油发电的容量必须根据实际情况进行确定。
(3)三级负荷
根据三级负荷的适用场合，对变压器供电没有特殊的要求。
2.2 计算负荷
如果要供配电系统在正常的条件下运行，就必须对供配电系统的每个电器元件进行合理的选型，选型包括额定电压的选型，额定电流的选型以及经济方面的考虑等。这些电器元件除了要满足用电的工作电压和电网频率要求外，还必须要满足电网的负荷用电要求。所以在这种情况下必须对变电所供配电系统的各种环节的使用电力负荷进行计算，统计出所用的最大负荷，并且作为供配电系统中电器元件的选型依据。
对于负荷计算，主要是将实际的负荷假想为比较接近的家乡用电负荷。按照此假想的用电负荷进行计算，选择出适合该假想用电负荷的用电设备，来满足实际的工厂用电需求。而且此用电负荷不会造成所选设备容量过大而造成投资浪费，或者运行不经济等问题，也不会造成所选设备容量过小而无法满足实际用电负荷的需求等。如果假想负荷不变，那么它在电路中产生的热效应是相等的，我们把这个假想的用电负荷成为实际负载中使用的计算负荷。
2.3 负荷分析
负荷情况见表1-1
（1） 远期综合最大负荷
由负荷资料可知，本变电所在工厂低压配电系统，根据系统的分析，该工厂的二级负荷比较多，所占比重比较大。而在各设备可占50﹪～70﹪，而且这些负荷的功率因数不同。功率因数相同的可在一起计算，则由负荷算法得远期负荷：
S1=（150+50+20）÷0.8×（1+5%）×0.85 = 245.43KVA
S2=350÷0.75×（1+5%）×0.85 =416.5KVA
S3=250÷0.7×（1+5%）×0.85 =289KVA
S4=（400+350+100）÷0.65×（1+5%）×0.85 =1167KVA
S5=（6+8+5+4.5+4+1+1）÷1×（1+5%）×0.85 =26.3KVA
S6=（4+600）÷0.9×（1+5%）×0.85 =598.9KVA
∴ 远期综合最大负荷
= =2724.6KVA （2-1）
式中 —— 同时系数5；
—— 线路远期负荷，MVA；
—— 线损率，取5%。
（2） 近期综合最大负荷
S1=（130+35+15）÷0.8×（1+5%）×0.85 =200.8KVA
S2=310÷0.75×（1+5%）×0.85 =368.9KVA
S3=220÷0.7×（1+5%）×0.85 =280.5KVA
S4=（350+310+80）÷0.65×（1+5%）×0.85 =1016KVA
S5=（6+8+5+4.5+4+1+1）÷1×（1+5%）×0.85 =25.4KVA
S6=（4+550）÷0.9×（1+5%）×0.85 =549.4KVA
近期综合最大负荷
=2441KVA（2-2）
（3） 远期一级和二级最大负荷的计算
同理可得远期一级和二级最大负荷
=3365KVA （2-3）
式中 —— 同时系数5；
—— 线路远期负荷，KVA；
—— 线损率，取5%。
3 无功功率补偿
3.1 补偿装置的意义
使用无功补偿功能，可也保证电网的电压质量达到要求。通过无功补偿功能可以减少由于用电网络中有功功率的损耗而导致的电压损耗，对电网系统的稳定性能和电网使用的质量都有非常重要的作用。
3.2 无功补偿装置类型的选择
(1) 无功补偿装置的类型
无功补偿使用的装置分为两类，一类是串联电容的补偿装置；一类是并联补偿装置。在实际工程中使用的无功补偿装置型号比较多，使用比较多的是并联电容器。
(2) 常用的三种补偿装置的比较及选择
对以上提到的三种无功补偿装置：并联电容器，静止补偿器以及同步调相机等，这三种补偿装置都直接并接于配电所的母线上，对母线的无功功率进行补偿。
根据系统的设计，在电力系统的母线上，电力电容器有两种方法进行连接，第一种为三角形接法，第二种为星形接法。根据计算的电力电容器的容量，设计的容量大小都可以，所以在使用集中式的安装还是分散式的安装都可以进行装设。在运行的时候，电力电容器的功率损耗比较小。而且维护非常方便。在实际应用过程中，经常遇到调节电容器功率的大小问题，所以再设计电容器组的时候，可以根据用电负荷的变化，设计投入电容器和切除电容器的方法。本论文设计根据比较后，选择并联电容器作为无功补偿装置。
3.3 无功补偿的确定
根据设计的要求，在变电所中，使用最大负荷的时候，该负荷的功率因数都不低于百分之九十，根据实际情况，要考虑到变压器的无功损耗大于有功损耗，所以我们在设计的时候，采用的功率因数为0.92.
无功功率补偿容量（单位为kvar）的计算：
(3-1)
式中 ——工厂的有功计算负荷（单位为kW）
——对应于原来功率因数的正切
——对应于需补偿到的功率因数的正切
计算工厂变电所的无功补偿。
以安徽飞彩车业有限公司供配电系统为例计算：
=1.169
=0.426
=2303×（1.169-0.426）=1711kvar
根据手册查询，本系统选用PGJ1无功功率自动补偿装置，该装置安装有BW-0.4-13型并联电容器。根据系统的要求，总共容量为84 kvar×20=1680kvar。
补偿后的无功功率为：
2303-1680=623kvar
补偿后的视在功率为：
2385kVA
3.4 工厂变电所主变压器选择
按照本设计的要求，本系统设计两台主变压器，根据相关原则，变压器的容量应不小于补偿后的计算负荷, 即
（3-2）
按照本设计的要求，安装两台主变压器，每台每台变压器的容量不应小于补偿后计算负荷的60%，最好为计算负荷的70%左右。
（3-3）
根据上面的计算方法，可以计算出主变压器的负荷容量，然后根据负荷容量进行变压器的选型。
选择两台变压器的参数如下所示：
型 号：SL1-1250/10
额定容量：1250kVA
额定电压：10kV 0.4kV
空载电流：6％
空 损：1.635kW
负 损：10kW
阻抗电压%：4.5%
下面计算出工厂变电所的变压器的有功损耗与无功损耗，如表3-6。
计算有功损耗与无功损耗的公式如下：
（3-4）
（3-5）
表3-6 工厂变电所变压器的功率损耗
|
有功损耗（kW） |
无功损耗（kvar） |
|
35.7 |
143.1 |
3.5 10.5KV侧的无功功率补偿
根据变压器的损耗以及10.5kV的负荷，计算出10.5kV母线的总负荷为：
P=2385kW
Q=623kvar
则
10.5kV侧需要补偿的无功功率为：
=835kvar
选用BWF6.3-100-1W型电容器，需要12个，补偿容量为1000kvar，安装在GR-1型高压电容器柜中。
补偿后的无功功率为：
2303-1000=1303kvar
补偿后的视在功率为：
2717kVA
4 变电所位置和主变压器的选择
4.1 变电所位置选择的一般原则
选择降压变电所的所址，应根据下列要求经技术、经济比较后确定：
a) 接近负荷中心。
b) 接近电源侧。
c) 设备运输方便。
d) 不应设在有剧烈振动或高温的场所。
e) 降压变电所的地址选择不能在有腐蚀气体或者灰尘比较大的场所附近。
f) 降压变电所的地址选择必须避开厕所、浴室等积水较多的场所附近。
g) 降压变电所的地址选择必须远离爆炸危险的地方，远离火灾易发的地方。
在本设计的工厂使用变电所，根据设计要求安装两台主变压器，当实际运行的过程中，如果一台主变压器由于一些原因发生故障需要维修时，要对负荷进行切断变得比较困难，所以在工厂变电所，要根据具体的工程情况，安装多台主变压器以防事故发生。这样的设计方法和施工可以提高变电站的供电可靠性能。对于变压器来说，单台容量和总容量有所节约，根据实际负荷的增长趋势来看，可以安装多台变压器，也不会积压大量的资金。在遇到意外情况需要停用一台变压器时，其他变压器的用电容量至少要保证到所用负荷的百分之六十到百分之七十。
4.1.1 变压器台数的确定
（1）在一些很重要的一次变电站，他们的中压侧和低压侧构成了环网设计供配电系统，这样的话变电站最好安装两台主变压器，当一台变压器停用，另外一台变压器要承担所有负荷的运行。
（2）根据一些偏远地区的变电站，再设计主变压器的时候，必须要装设三台变压器。
在实际应用中，变电站作为非常重要的供配电系统部分，与供配电系统关系非常紧密，并且在一次主接线中，要考虑采用单母分段带旁路的设计方式。所以两台容量相同的主变压器，进行并列使用运行。
4.1.2 变电所主变压器容量的确定
（1）在确定变电站主变压器容量时，必须要根据变电站建成后五年到十年内的周围用电负荷的变化趋势来决定变压器容量的选择，而且必须要充分考虑到该地区二十年内的潜在负荷发展情况。
（2）根据每个变电站所承担的负荷性质，以及电网设计的结构来确定主变压器的容量，对于有重要意义的负荷变电站，必须再设计的时候充分考虑意外情况，比如如果有一台主变压器由于故障停用，必须能够在较短的时间内，将其余的变压器进行投运，而且其余变压器的负荷能力必须要保证用电客户的一级负荷和二级负荷。对于普通的工厂降压变电所来说，如果一台变压器因为故障检修等停止运行，另一台变压器就要投入运行，并且要保证所有负荷的百分之六十以上。
4.2 主变压器的选择
在工厂变电所，要根据具体的工程情况，安装多台主变压器以防事故发生。这样的设计方法和施工可以提高变电站的供电可靠性能。对于变压器来说，单台容量和总容量有所节约，根据实际负荷的增长趋势来看，可以安装多台变压器，也不会积压大量的资金。在遇到意外情况需要停用一台变压器时，其他变压器的用电容量至少要保证到所用负荷的60%以上。根据本工厂的负荷设计，含有大量的二级负荷，所以准备选用两台主变压器。变压器的型号如下所示。
型 号：
额定容量：2000kVA
额定电压： 35kV
空载电流：2.2％
空 损：2.88kW
负 损：32.5kW
阻抗电压%：7%
5 主接线方式的选择
5.1 电气主接线的概述
根据本课题的设计要求，该工厂变电所的主接线的作用是对供电系统的电能进行接收转换和按照负荷要求进行分配设计。主接线部分主要根据负荷计算设计，对主接线线路进行详细设计，并且根据主接线线路的设计结果，选用配电装置。并将这些电器元件按照设计要求进行连接组成。
主接线部分的设计是否合理经济，直接影响着该变电所的配电设备选择和装配，对系统的应用灵活性能和安全性能有着重要的意义。和主电路部分的继电器保护以及设计的新技术等有关系。主电路设计在供配电控制系统设计中非常重要。在设计的过程中，图纸上所有的电器元件必须按照国家最新的标准符号来进行表示，根据变电所设计的正常使用条件对图纸进行设计，所谓正常使用条件，就是该变电所处于初始状态，电路中无电压和电流的状态。在图纸设计的时候，图中的高压断路器绘制和隔离开关的绘制，都要明确的标注出断开的具体位置。图上的所有设备电气符号都采用国家标准的电气图形符号，并设计规范可行。从主接线图上，我们可以得到以下信息：变压器的型号和电压类型，电流的方向，设备的型号和出线方向等，所以变电所设计的电气主接线是最重要的图纸，是后期设计的依据。
5.2 电气主接线设计的基本要求
变电所的电气主接线设计要根据该变电所的规划，考虑到负荷的性质，变电所规划的设计容量，线路走向以及变压器的设计等。根据实际应用中，要重点考虑电网的供电可靠性能，设备的运行要求安全，灵活。操作维修也比较方便，更重点要考虑后期的电网发展以及投资经济性问题。
(1) 可靠实用
根据电网的设计，必须要求设备可靠，系统稳定。所谓可靠性，主要是变电所能够稳定的工作，并且能够不间断的向用户提供负荷电源。关于可靠性的标准主要来自于实践运行情况，根据以往的主接线设计，可靠性主要是要保证变电所配电设备选型正确，并经过了整定计算等，也包括二次线路的继电保护的可靠性能。所以在变电所设计中，不仅要考虑到设备的供电可靠性，还要考虑二次保护继电线路的可靠性，以及对突发故障问题的处理能力等。可靠性是相对性的概念，对于同一种主接线设计方案，对某些变电所设计来说是非常可靠，但是对另种变电所来说，未必可靠。
(2) 运行灵活
对于主接线部分的设计，要求系统运行灵活，可以根据最少的操作步骤来完成不同的供电任务。在实际应用中，要根据用电负荷量的多少，灵活的投入某一变压器或者切除某一变压器。在设备检修的时候，对系统进行停用，包括变压器、高压断路器以及母线部分的设备必须做到灵活。不能影响到工厂的负荷供电。
(3) 简单经济
在满足系统设计的要求，供电达到可靠性及灵活性的条件下，对前期主接线做到简单方便，这样可以节省成本，事故率低，检修率低。要考虑到变电所建设的经济能力问题，所以合理经济的选择变电所所有的配电装置，减小二次降压的负荷用电，达到节能降耗的目的。
5.3 35kV电气主接线
根据目前行业的供配电系统标准，当电压等级在35KV到60KV的时候，采用的电气主接线方式为单母线分段的方式，也可以根据双母线接线的方式进行设计。根据用户的用电需求，并且保证电路进行检修的时候，不中断用户的供电，在系统的电气主接线设计，必须在单母线分段接线或者双母线分线过程中采用旁路母线设计。但是根据实际情况而言，一般停电检修断路器的检修周期较长，大约二天到三天时间，不适合对旁路母线进行设计，要根据实际情况设置旁路隔离开关比较合适。根据上面的分析，进行主电路分析设计，拟出两种电气主接线方案，如图5-1和图5-2所示。
图5-1 35kV单母分段带旁路主接线图 图5-2 35kV双母接线主接线图
对图5-1及图5-2综合比较，见表5-1。
表5-1 主接线方案比较表
|
|
方案Ⅰ：单母分段带旁路 |
方案Ⅱ:双母接线 |
技术
特点 |
① 清晰简单、操作简便、
便于发展；
② 可靠性、灵活性差；
③ 旁路断路器可以代替出线断路器，实现不停电检修出线断路器，满足重要用户不断电。 |
① 供电可靠；
② 调度灵活；
③ 扩建方便；
④ 便于试验；
④ 易误操作。
⑤ |
经济
性 |
① 设备数量少、投资低；
② 用母线分段断路器兼作旁路断路器节省投资。 |
① 设备多、配电装置复杂；
② 投资和占地面大。 |
根据这两种设计方案的比较，可以看出，它们有容易扩建的共同的特点，方案一比方案二的可靠性和灵活性差一些，但是方案一比方案二的经济性能好。根据综合考虑，本系统采用方案一进行设计。
5．4 10kV电气主接线
根据本系统的设计，采用单母线分段接线较为合适，对于双母线方面的接线设计，主要应用于引出线和电源比较多、并且输送功率比较大、可靠性和灵活性要求非常严格的变电所设计场合。上述两种方案如图5-3和图5-4所示。
图5-3 10kV单母分段主接线图 图5-4 10kV双母接线主接线图
对图5-3及图5-4综合比较，见表5-2。
表5-2 主接线方案比较表
|
|
方案Ⅰ：单母分段 |
方案Ⅱ: 双母接线 |
技术
特点 |
① 不会造成全所停电；
② 调度灵活；能保证对
重要用户的供电；
③ 任一断路器检修，该
回路必须停止工作。 |
① 供电可靠；
② 调度灵活；
③ 扩建方便；
④ 便于试验；
④ 易误操作。 |
经济
性 |
① 占地少；
② 设备少。 |
① 设备多、配电装置复杂
② 投资和占地面大 |
根据以上系统方案的比较，采用方案一比较好，主要原因是该系统方案的调度比较灵活，可以对系统的供电进行可靠性能的保证。所以本系统选用方案一。
5.5 站用电接线
根据行业设计标准及要求，站用接线选用比较简单，而且投资较小的方式。所以根据单母线分段和单母线接线两种方案。两个方案如图5-5和图5-6所示。
图5-5 站用单母分段主接线图 图5-6 站用单母接线主接线图
对图5-5及图5-6综合比较，见表5-3。
表5-3 主接线方案比较表
|
|
方案Ⅰ：单母分段 |
方案Ⅱ: 单母线接线 |
技术
特点 |
① 不会造成全所停电；
② 调度灵活；能保证对
重要用户的供电；
③ 任一断路器检修，该
回路必须停止工作；
③ 扩建时需向两个方
向均衡发展。 |
① 简单清晰、操作方便、易于发展；
② 可靠性、灵活性差。
|
|
经济性 |
① 占地少；设备少。 |
① 设备少、投资小。 |
经比较两种方案经济性相差不大，所以选用可靠性和灵活性较高的方案Ⅰ。
6 短路电流的计算
6.1 短路电流计算的一般概述
短路电流的发生是由于电力系统网络中存在绝缘破坏的问题。根据国家标准及系统设计的情况，绝缘部分被破坏主要是由于平时变电所的维修工作和保养工作不到位，或者在系统设计或安装的时候，存在不合理的现象。比如在实际应用过程中，经常见到的直接雷击现象、系统线路过电压的现象、由于使用时间长导致绝缘材料破旧失效的现象、在操作过程中导致设备机械损坏现象、或者操作人员操作失误等。在长期超负荷的运行情况下，由于线路的电流超过规定值，导致线路的温度升高到足以破坏绝缘的程度，使线路的绝缘老化比较快，或者直接损坏绝缘部分；在小的接地系统中，如果没有及时消除一相接地的现象，其他两相的对地电压升高，将造成绝缘损坏等；特别在一些污染严重的地区，空气中的有害物质会造成绝缘损坏，如果不加强绝缘维护和检修，将很容易造成系统短路现象。
6.2 确定基准值
根据本课题的设计思路，选择=50MVA,在系统中有三个不同的电压等级的短路点，所以设计选择三个基准电压。
在35KV侧：
在10.5KV侧：
在380V侧：
6.3 各短路点的短路电流
（1）计算K-1点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标么值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
(2) 计算K-2点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
(3) 计算K-3点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标么值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
(4) 计算K-4点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标么值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
(5) 计算K-5点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标么值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
(6) 计算K-6点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标么值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
(7) 计算K-7点的短路电路总阻抗及三相短路电流和短路容量
a) 总电抗标么值
b) 求短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量
短路电流的周期分量
短路冲击电流
短路冲击电流有效值
短路容量
7 变电所一次设备的选择与校验
在变电所的供配电系统中有许多设备组成，这些设备中都包含系统线路的隔离开关、用于通断电源的高压断路器、用于短路保护的熔断器、用于测量系统电流值的互感器以及连接各系统之间的母线等设备。这些配电设备主要的作用是接受电网中的负荷，以及对这些进行转换和分配控制等的作用。在配电系统中，对高压断路器的选择，首要任务是要满足该变电所在运行中，要保证系统的绝对安全，运行可靠以及实用经济等。在配电电路中，要求合理的电器元件配备，在配电电路正常工作状态下或者故障状态下，必须保证供电系统的使用安全，要满足系统使用的性能可靠以及经济实用。在正确合理选择配电系统中的各种配电设备，根据行业的设计原则，除了按照正常的运行条件下，必读对短路情况进行效验。
7.1 电气设备选择的一般条件
(1) 按正常工作条件选择电气设备
a) 按工作环境选择
对电气设备按照工作环境选择，可以分为户内型配电装置、户外型配电装置。这些配电装置必须要考虑安装现场的情况，要做到防腐蚀、防火、防爆等具体的要求。
b) 额定电压
在配电网络系统中，根据电网的运行电压，可能由于系统调压或者系统负荷发生变化，可能会比电网的额定电压高一些，所以在选择配电装置的时候，允许通过的最高电压不能低于电网的额定电压。所以按照国家标准要求选择配电设备的时候，要按照以下原则进行选择，配电装置的额定电压不能低于电网的额定电压。即
(7-1)
c) 额定电流
在配电网络系统中，根据电网的运行电六，可能由于系统负荷发生变化，可能会比电网的额定电流高一些，所以在选择配电装置的时候，允许通过的最高额定电流不能低于电网的额定电流。所以按照国家标准要求选择配电设备的时候，要按照以下原则进行选择， 电气设备的额定电流应不小于该回路在各种不同的运行方式下的最大持续电流，即
(7-2)
(2) 按短路状态进行校验
a) 短路热稳定校验
短路电流通过电气设备时，电气设备各部分温度应不超过允许值，要满足条件为：
(7-3)
为短路电流产生的热效应，
、为电气设备允许通过的热稳定电流和时间。
b) 动稳定校验
满足动稳定的条件为
或 (7-4)
式中： ，为短路冲击电流幅值和有效值；
，为电气设备允许通过的动稳定电流的幅值和有效值。
7.2 35kV侧电气设备的选择与校验
(1) 35kV侧电气设备的选择
=35kV
A
a) 断路器选择：选择SN10-35型少油断路器
表7-1 SN10-35型少油断路器参数
|
型号 |
SN10-35 |
断路功率 |
1000MVA |
|
额定电压 |
35kV |
固有分闸时间 |
0.06s |
|
额定电流 |
100A |
合闸时间 |
0.25s |
|
动稳定电流 |
=40kA |
额定切断电流 |
16kA |
|
热稳定电流 |
16kA(4s) |
b) 隔离开关选择：选择GN2-35T/400型隔离开关
表7-2 GN2-35T/350型隔离开关参数
|
型号 |
额定电压 |
额定电流 |
动稳定电流峰值 |
5s热稳定电流 |
|
GN2-35T/400 |
35kV |
350A |
52kA |
14kA |
c) 电压互感器侧高压熔断器的选择：选择RN2-35型室内高压熔断器
表7-3 RN2-35型室内高压熔断器参数
|
型号 |
额定电压 |
额定电流 |
三相最大断流容量 |
最大开断电流 |
|
RN2-35 |
35kV |
100A |
1000MVA |
17kA |
d) 电压互感器的选择：电压互感器为JDJ-35。
表7-4 JDJ-35电压互感器参数
|
型号 |
一次电压 |
二次电压 |
二次绕组额定容量 |
最大容量 |
|
JDJ-35 |
35kV |
0.1kV |
150（VA） |
1200（VA） |
e) 电流互感器的选择：电流互感器选择为LCW-35。
表7-5 LCW-35电流互感器参数
|
型号 |
额定电流比 |
额定二次负荷 |
1s热稳定倍数 |
动稳定倍数 |
|
LCW-35 |
150/5(A) |
4 |
65 |
100 |
f) 避雷器的选择：选择FS4-35型号避雷器。
(2) 35kV侧电气设备的校验
a) 断路器的校验
动稳定校验:
=40kA, =9.7kA
所以断路器动稳定满足条件
热稳定校验:
A2 s
定时限过电流保护整定的动作时间为0.5s,低速断路器的全分闸时间取0.25s
A2 s
1024>10.8 所以热稳定满足要求
所以所选断路器符合要求。
b) 隔离开关的校验
动稳定校验:
=52kA =9.7kA
所以满足动稳定要求。
热稳定校验:
在隔离开关的参数表中查的其热稳定试验时间为4s。
A2 s
定时限过电流保护整定的动作时间为0.5s,低速隔离开关的全分闸时间取0.25s，
所以其热稳定计算时间为0.75s。
A2 s
980>10.8 满足热稳定要求
隔离开关的选型符合要求。
c) 熔断器的校验
熔断器的选择是根据具体电压等级选择的，不用校验。
d) 电压互感器的校验
由于电压互感器俩侧安装了熔断器对其进行保护，因此不用对电压互感器进行热稳定和动稳定的校验。
e) 电流互感器的校验
热稳定校验:
该电流互感器1s的热稳定倍数为65，为150A。
所以满足要求
动稳定校验:
该电流互感器动稳定倍数100，为150A
21.21=12.43 满足动稳定要求
所选电流互感器符合要求。
7.3 10.5kV侧电气设备的选择与校验
（1） 10.5kV侧电气设备的选择
=10kV
a) 断路器的选择：选择ZN6-10型真空断路器
表7-7 ZN6-10型真空断路器参数
|
型号 |
ZN10-10 |
断路功率 |
1000MVA |
|
额定电压 |
10kV |
固有分闸时间 |
0.06s |
|
额定电流 |
400A |
合闸时间 |
0.25s |
|
动稳定电流 |
=29.6kA |
额定切断电流 |
3kA |
|
热稳定电流 |
5KA(4s) |
b) 隔离开关的选择：选择GN6-6T/400型隔离开关
表7-8 GN6-6T/400型隔离开关参数
|
型号 |
额定电压 |
额定电流 |
动稳定电流峰值 |
5s热稳定电流 |
|
GN6-6T/400 |
10kV |
500A |
40kA |
14kA |
c) 电压互感器侧高压熔断器的选择：选择RN2-6型室内高压熔断器
表7-9 RN2-6型室内高压熔断器参数
|
型号 |
额定电压 |
额定电流 |
三相最大断流容量 |
最大开断电流 |
|
RN2-6 |
10kV |
0.5A |
500MVA |
50kA |
d) 电压互感器的选择：电压互感器为JDJ-6
表7-10 JDJ-6电压互感器参数
|
型号 |
一次电压 |
二次电压 |
二次绕组额定容量 |
最大容量 |
|
JDJ-6 |
10kV |
0.1kV |
30（VA） |
240（VA） |
e) 电流互感器的选择：电流互感器选择为LFZJ1-6
表7-11 LFZJ1-6型电流互感器参数
|
型号 |
额定电流比 |
额定二次负荷 |
1s热稳定倍数 |
动稳定倍数 |
|
LFZJ1-6 |
300/5(A) |
0.8 |
80 |
140 |
f) 避雷器的选择：避雷器选择型号为FS4-6
(2) 10.5kV侧电气设备的校验
a) 断路器的校验
动稳定校验:
=29.6kA, =17.3KA
所以断路器动稳定满足条件。
热稳定校验:
A2s
定时限过电流保护整定的动作时间为0.5S,低速断路器的全分闸时间取0.25S
A2s
100>34.5 所以热稳定满足要求
所以所选断路器符合要求。
b) 隔离开关的校验
动稳定校验
=40kA =17.3kA
所以满足动稳定要求
热稳定校验
在隔离开关的参数表中查的其热稳定试验时间为4s。
A2s
定时限过电流保护整定的动作时间为1.5s,低速隔离开关的全分闸时间取0.25s
所以其热稳定计算时间为1.75s
A2s
980>34.5 满足热稳定要求
隔离开关的选型符合要求。
c) 熔断器的校验
熔断器的选择是根据具体电压等级选择的，不用校验。
d) 电压互感器的校验
由于电压互感器俩侧安装了熔断器对其进行保护，因此不用对电压互感器进行热稳定和动稳定的校验。
e) 电流互感器的校验
热稳定校验
该电流互感器1s的热稳定倍数为80，为300A
所以满足要求
动稳定校验
该电流互感器动稳定倍数140，为300A。
=17.3kA
59.4=17.3 满足动稳定要求。
所选电流互感器符合要求。
7.4 380V侧电气设备的选择
铸钢车间的设备选择
=0.4kV
a) 断路器的选择
所以应当选择DW15-10000型号的断路器，其额定电压为0.4kV，额定电流为10000A。
b) 低压刀开关的选择
应当选择HD13-5000／31型号，其额定电压为0.4kV，额定电流为10000A。
c) 电流互感器的选择
应当选择LMZJ1-0.5型号，一次侧额定电流为10000A，二次侧额定电流为5A。
7.5 母线的选择
母线一般采用铝材，只有当持续工作电流较大且位置特别狭窄的场所，或者腐蚀严重的场所，才选用铜材。
在35KV以下，如果正常工作的电流不大于4kA的情况下，适合选择矩形导体；当正常工作的电流在4KA至8KA时，一般选用槽型导体；当正常工作的电流在8KA以上的功能工作电流选管型导体或钢芯铝绞线构成的组合导体。
(1) 35kV母线截面的选择
35kV侧的计算电流为103A，这里我选用LMY型硬铝母线，查表可得应该选LMY—3型号的母线。
(2) 6kV母线截面的选择
6kV侧的技术的计算电流为578A，这里我选用LMY型硬铝母线，查表可得应该选LMY—3型号的母线。
7.6 变电所进出线的选择
(1) 高压进线按照题目要求为LGJ-150型号的钢芯铝线，故不再设计。
(2) 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验
采用YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆直接埋地敷设。
a) 按发热条件选择
由及土壤温度温度21℃，其25℃时，初选缆芯为的交联电缆，其，满足发热条件。
b) 校验其热稳定
计算满足热稳定的最小截面：
(7-5)
式中 A——母线截面积（单位为）
——满足短路热稳定条件的最小截面积（单位为）
C——母线材料的热稳定系数
——母线通过的三相短路电流（单位为A）
所以选择的电缆不符合要求，选择截面为50的电缆，其。所以选择YJL22-10000-3×50符合要求。
（3） 与邻近单位高压备用联络线的选择
采用YJL22-10000型交联乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敷设，与邻近单位交变配电所的35kV母线相联。这样就可以保证对重要负荷的不间断供电。其选择如下：
a) 按发热条件选择
当工厂供电系统出现故障时，可以通过备用联络线由邻近单位供电。保证二级负荷的不断电。二级负荷容量为1732kVA，则，最热月地下0.8m处土壤平均温度为21℃。可初选缆芯截面为50的交联聚乙烯绝缘铝心电缆，其满足发热条件。
b) 校验电压损耗
查阅资料知50的铝电缆参数为:电阻 电抗
负荷的有功负荷,无功为
所以满足允许电压损耗5%的要求。
c) 热稳定的校验
由于相邻线路的短路参数不详，无法做热稳定校验。
综上所述，选用YJL22-10000-3×50高压联络线。
(4) 变电所出线的选择
变电所出线的线路均采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。下面选择电缆的截面积。
铸钢车间：车间的计算电流为1258A，按发热条件选择，电流比较大所以可以选择两组电缆供电。初选截面630的电缆线，其,满足条件。
按短路热稳定度校验
式中—变电所高压侧过压电流动作时间按0.5s整定（终端变电所），再加上断路器断路时间0.2s，再加0.05s。
因为线路较短，故不校验电压损耗。所以选用两组630的聚氯乙烯绝缘铝芯电缆电缆。即为2VLV22-1000-3630+1400（中性线按不小于相线一半选择）.
8 继电保护及二次回路的选择
8.1 变电所二次回路方案的设计
8.1.1 二次回路的概述
系统线路的二次回路主要对一次回路进行装置控制、对装置的状态进行指示、对装置的运行情况进行监控、当意外情况发生时，对一次回路进行保护等。在二次回路系统中，主要包含对系统进行控制、对系统的信号进行指示、对系统的运行状态进行监控、以及对系统的继电保护和实现自动化配电所控制系统。二次回路的设计虽然作为配电装置的辅助系统，但是对整个配电系统的线路安全运行，可靠运行等都起着十分重要的作用，在设计的时候必须进行考虑。
对于控制系统中，二次回路的操作电源主要包括高压断路器部分的合闸和分闸回路、合闸状态或分闸状态回路、对电网运行的情况进行监控回路、以及其他继电保护回路等。
8.1.2 二次回路的选择
（1） 高压断路器的操动机构控制与信号回路
高压断路器的操动机构控制与信号回路有2种方式：手力操动和电磁操动。 这里选择采用手力操动机构，其控制与信号回路手册一致，这里不作说明。
（2） 变电所的电能计量回路
变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量整个大厦消耗的有功电能和无功电能，并据以计算每月的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。
作为备用电源的高压高压联络线上，装有三相有功电度表、无功电度表和电流表。高压进线上，亦装有电流表。
8.2 继电保护概述
8.2.1 供电系统的故障
由于电气设备内部绝缘老化、遭受雷击、外力破坏损坏或工作人员的操作失误等原因，可能使运行中的电力系统发生故障和造成不正常的运行状况。最常见的故障是各种形式的短路，如三相短路、两相短路、两相对地短路、中性点直接接地系统中的单相对地短路、电气设备绕组匝间短路等[9]。各种短路均会产生很大的短路电流，同时使电力系统的电压水平下降，从而引发如下严重后果：
a) 通过故障点的短路电流及其产生的电弧，使故障元件损坏；
b) 短路电流通过非故障元件时，产生发热和电动力，造成设备的损坏或缩短设备的使用寿命；
c) 破坏供电系统并列的稳定性，引起系统震荡，甚至造成整个系统瓦解。
供电系统中发生不正常运行状态和故障时，都可能引起系统事故。事故，就是指系统或其中一部分的正常工作遭到破坏，并造成送电或电能质量变坏到不能容许的程度，甚至于造成人身伤亡和电气设备的损坏。
8.2.2 继电保护装置的概念
在供电系统中，除应该采取各项积极措施消除或减少发生故障的可能性以外，故障一旦发生，必须迅速而有选择性的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效方法之一。切除故障的时间常常要求小到十几分之几甚至百分之几秒，因此只有在电气元件上装设保护装置才能有可能满足这个要求。这种保护装置就是继电保护装置。
8.2.3 继电保护的主要任务及要求
为了保证安全可靠的供电，供电系统中主要电气设备及线路及线路都要装继电保护装置。
继电保护的主要任务是：
a) 当被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障部分分开，以减轻故障危害，防止事故蔓延。
b) 当设备出现不正常运行状态时，保护装置一般作用于信号，以便及时采取措施，防止事故发生。
继电保护应满足以下要求：
选择性、灵敏性、可靠性、速动性
8.2.4 继电保护装置的组成
在供电系统中应用各种继电保护装置，它们在结构上是由测量、逻辑、执行三部分组成的。
a) 测量部分
测量部分是测量被保护对象的有关输入电气量，并与给定的整定植进行比较根据比较的结果，给出“是”、“非”；“大于” “不大于”、“等于0或1”性质的逻辑信号，从而判断保护是否应该启动。
b) 逻辑部分
逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，最后确定是否应该使短路器跳闸或发出信号，并将有关命令传给执行部分。继电保护中常用的逻辑回路有“或”、“与”、“非”、“延时启动”、“延时返回”以及记忆等回路。
c) 执行部分
执行部分是根据逻辑部分传送的信号，最后完成保护装置所担负的任务。如故障时，动作于跳闸；不正常运行时，发出信号；正常运行时，不动作等。
为了保证工厂供电系统的安全运行，避免过负荷和短路引起的过电流对系统的影响，因此在工厂供电系统中装有不同类型的过电流保护装置。供电系统对过电流保护装置有下列要求：选择性；速动性；可靠性；灵敏度。
继电保护，适用于要求供电可靠性较高、操作灵活方便特别是自动化程度较高的高压供电系统设计。
8.3 主变压器的继电保护装置
8.3.1 反时限过电流保护
带时限的过电流保护，按其动作时间特性分，有定时限过电流保护和反时限过电流保护两种。我们采用反时限过电流保护，反时限就是保护装置的动作时间与故障电流大小有反比关系，故故障电流越大，动作时间越短。
这里采用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。
过电流保护动作电流的整定：
由下式
（8-1）
式中，——变压器的最大负荷电流，可取为（1.5~3），为变压器一次额定电流，下式中取为2。
其中 2=2×66=132A
=1.3；=1；=0.8；
因此动作电流为：A整定为8A.（注意：只能是整数，且不能大于10A）
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倍动作电流动作时间）可整定为最短的0.5秒。
过电流保护灵敏系数的检验
由下式
（8-2）
其中 ＝＝1007Ａ
因此其保护灵敏系数为： 满足要求。
8.3.2 电流速断保护
电流速断保护的原理接线如图所示，电流接电器于电流互感器的二次侧，它动作后启动中间继电器，其触点闭合后，经串联信号继电器而接通断路器的跳闸线图，中间继电器有两个作用：
当线路上装设有管形避雷器时，利用中间继电器来增大保护装置的固有动作时间，以避免避雷器放电时，引起速断保护误动作。一般避雷器放电时间可能持续到40~60ms，因此利用具有延时60~80ms，动作的中间继电器即可满足这一要求。
图8-2 电流速断保护原理接线图
电流速断保护主要优点是简单可靠，动作迅速，因而获得了广泛的应用，它的缺点是不是能保护线路的全长，保护范围受系统运行方式变化的影响。当系统运行方式变化很大时，或者被保护线路的长度很短时，速断保护就可能没有保护范围，因而不能采用。
这里利用GL15的速断装置。
速断电流的整定：利用下式
（8-3）
式中，——变压器低压母线三相短路电流周期分量有效值。
所以速断电流为：
速断电流倍数整定为:
电流速断保护灵敏系数的检验
校验公式:
（8-4）
式中 ——在电力系统最小运行方式下，变压器高压侧的两相短路电流
——速断电流折算到一次电路
所以
其保护灵敏系数为: 合格。
8.4 电力线路的继电保护设计
对单侧电源供电的电力线路，可以装设两段过电流保护，第一段是不带时限的电流速断保护，第二段是带时限的过电流保护。保护装置安装在电源侧。本设计中的高压继电保护装置是保护从高压母线以上至电源的进线。
（1）第一段保护
Ｉ段保护采用电流速断保护
选用GL25型感应式继电器
整定公式：
（8-5）
为本线路末端的最大短路电流
==3.8kA
=1.3，=1，=
所以
A
电流速断保护灵敏系数的检验
（8-6）
式中 ——在电力系统最小运行方式下，线路末端的两相短路电流
——速断电流折算到一次电路
所以
其保护灵敏系数为:
（2）第二段保护
Ⅱ段保护选用过电流保护
过电流保护动作电流的整定
A
过电流保护动作时间的整定计算
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倍动作电流动作时间）可整定为最短的0.5秒。
过电流保护灵敏系数的校验公式。
（8-7）
其中
代入数据
满足要求。
收获和体会
本人在本次毕业设计中，得到指导老师的悉心指导和支持。老师的帮助对本人完成这篇论文提供了很多帮助，老师高度敬业的工作态度和严谨的教学，对本人影响巨大。在本人设计毕业论文的过程中，遇到过许多难以解决的问题，本人通过查询大量资料外，还求教于老师的详细讲解。为了本次毕业设计，老师提供了尽可能的帮助，帮助我顺利完成论文。
本人感谢和我一起学习的同学，在他们的帮助下，本人许多问题和他们一起讨论解决。特别是变电所设计短路电流的计算和装置的选择，我们一起研究学习，一起讨论等。这个过程我们学到了不少东西，也对电气方面的知识和技能产生了浓厚的兴趣。 最后，本人再次感谢所有关心帮助我的人！
参考文献
[1] 苏文成. 工厂供电[M].北京：机械工业出版社.1999：23-144
[2] 刘介才. 工厂供电设计指导[M].北京：机械工业出版社.1999：12-98
[3] 陈珩. 电力系统稳态分析[M].北京：中国电力出版社.2007：87-96
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[5] 唐志平. 供配电技术[M].北京：电子工业出版社.2008：9-187
[6] 熊银信．发电厂电气部分［M］．北京：中国电力出版社.2009：76-90
[7] 李光琦. 电力系统暂态保护[M]. 北京：中国电力出版社.2007：45-87
[8] 孟忠祥. 现代供电技术[M]. 北京：清华大学出版社.2006：34-98
[9] 张保会. 电力系统继电保护[M]. 北京：中国电力出版社.2005：13-178
[10] 周泽存. 高电压技术[M].北京：中国电力出版社.2007：89-106
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