某厂KV变电所主接线及二次回路设计

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1、2012 届毕业设计说明书某厂10KV变电所主接线及二次回路设计系 、 部：电气与信息工程 学生姓名：指导教师：职称讲 师专 业：班 级：完成时间：摘 要10kV变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定和经济运行，为满足城镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量。本论文主要是针对某企业10kV变电站的设计，概述了变电站设计的基本过程和方法。首先分析了供电系统；其次介绍了供配电所的主接线设计和主接线的选择，根据该厂的原始资料进行负荷计算和主变压器及其容量的选择，确定主变压器容量和型号；接着对10kV变电站做了短路电流计

2、算和电器设备的选择，短路电流是为后面设备的选型提供了依据并根据短路电流可以进行设备的整定和校验；接着对配电所二次回路进行设计和主变压器保护设计和变电站的防雷保护等。关键词：变压器；负荷计算；短路电流计算；继电保护；防雷设计ABSTRACT10kV substation is an important part of the power distribution is the key link in grid construction. Substation design quality is good or bad, is directly related to power system se

3、curity, stability and economic operation, to meet the growing needs of urban capacity, improve reliability of supply to consumers and power quality. This study focuses on the design of an enterprise 10kV substation, an overview of the basic process of substation design and methods. First analysis of

4、 the power supply system; then introduces the main power supply wiring design and the choice of the main terminal, according to the Machinery Plant Load the raw data and the choice of main transformer and its capacity to identify and model the main.transformer capacity; then made on the 10kV substat

5、ion electrical equipment short-circuit current calculation and the choice of short-circuit current is behind the selection of equipment to provide a basis for short-circuit current can be conducted in accordance with tuning and calibration of equipment; followed by the secondary circuit of the power

6、 distribution design and the main transformer substation lightning protection design and protection.Keywords： transformers；loadcalculation；short-circuit current calculations；relay protection；lightning protection design目 录前言11 供配电系统分析21.1电力系统概述21.2 负荷分级及其供电方式21.3 供配电系统22 变配电所的主接线设计32.1 变电所主接线的选择原则32.

7、2 主接线方案选择42.3 最终方案的确定43 负荷计算及短路电流计算及主变选择53.1 原始资料53.2 负荷计算63.3 主变压器的选择93.4 短路电流计算114 设备的选型及校验154.1 一次侧电气设备选择与校验原则154.2 高压设备的选择及校验174.3 低压电气设备选择195 配电所的二次回路215.1 站用电源及操作电源215.2断路器控制与信号回路215.3 自动装置235.4 供配电系统保护246 主变压器保护256.1 瓦斯保护256.2 主变压器保护的计算267 变电所防雷设计317.1 防雷的基本知识及设计原则317.2 本次设计所采用的防雷保护31参考文献33致谢

8、34附录35前 言10KV变电所属于中压变电站，它延伸至用电负荷中心居民小区内，直接面对工矿企业和居民等广大用户的供电需要，起着承上启下确保用户用电的作用。10KV变电所所处地位十分重要，是能否保证系统安全经济可靠地运行的一个重要条件。该次设计是根据某厂10kV变电站现有的工作系统和原有生产材料而进行设计的。本设计一共分为七章，按照供电设计程序来安排章节，并根据安全、经济、可靠、灵活的主导思想来设计。我借鉴了原有的变电所工作系统，并把握了主体设计思想，翻阅了大量的书籍和期刊，参考了指导老师的意见，结合自己的理论知识和实践经验一步一步地完成变电所设计。1 供配电系统分析1.1 电力系统概述电力系

9、统是由发电厂、变电站、电力线路和用电设备联系在一起组成的统一整体，各组成部分分别起到生产、转换、分配、输送和使用电能的作用。电力系统中，电能的生产、输送和使用几乎是同时进行的。即发电机在某一时刻发出的电能，经过送电线路立刻送给用电设备，而用电设备立刻将其转换成其他形式的能量，一瞬间就完成了发电供电用电的全过程。而且，发电量随着用电量的变化而变化，生产量和消费量是严格平衡的。1.2 负荷分级及其供电方式为了使供配电系统达到技术上合理和经济上节约，既能满足供电可靠和运行维修的安全、灵活、方便，又能使供配电系统投资少，在确定供配电系统之前，要正确地划分电力负荷的等级。对于工业与民用供电负荷，根据其重

10、要性和短时中断供电在政治、经济上所造成的经济损失和政治影响，可分为三个等级。根据本工程的实际情况，该配电所为高压供电高压计量方式，按一级负荷设计。供电系统供电方式的选用了两路高压电源进户，（这两路电源进线是从厂区一次高压开关站引来的），两路电源分列运行的供电方式设计。符合供配电系统设计规范GB50052-95中第条规定。1.3 供配电系统1.3.1 10KV终端变电所的型式10KV终端变电所（车间变电所或建筑物变电所）按变压器安装的位置，一般有以下型：附设变电所;车间内变电所;独立变电所;屋外变电所;杆上变电所（台） 配电系统的接线网络方式供电系统接线网络方式的确定：结合本工程的实际情况，我选

11、用了一、二级负荷采用放射式配电网络，其中一级负荷电源为双路电源带末端互投装置供电。根据GB50052-92中第-6.0.5条之规定。2 变配电所的主接线设计变电所主接线表示工厂接受和分配电能的路径，由各种电力设备（变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等）及其连接线组成，通常用单线表示。变电所主接线对变电所设备的选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供配电设计中的重要环节。1、变配电所主结线应满足的基本要求：（1）可靠性（2）灵活性（3）安全性（4）经济性2、主结线的类型（1）单母线不分段结线在主结线中，单母线不分段电路是比较简单的结线方式，特点是：结构简单，使

12、用设备少，配电装置的建造费用低；供电可靠性和灵活性差，只适用于用户对供电连续性要求不高的情况。（2）单母线分段结线 将两个电源分别接在两段母线上，两段母线间用隔离开关或断路器联接起来，特点是：供电可靠程度高，适用于大容量的三级或部分的一、二级负荷。2.1 变电所主接线的选择原则1、当满足运行要求时，应尽量少用或不用断路器，以节省投资。2、当变电所有两台变压器同时运行时，二次侧应采用断路器分段的单母线接线。3、当供电电源只有一回线路，变电所装设单台变压器时，宜采用线路变压器接线。4、为了限制配出线断路电流，具有多台主变压器同时运行的变电所，应采用变压器分列运行。5、接在线路上的避雷器，不宜装设隔

13、离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。6、610KV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。7、变压器低压侧为0.4KV的总开关宜采用低压断路器或隔离开关。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和母线分段开关均应采用低压断路器。2.2 主接线方案选择对本变电所原始材料进行分析，结合对电气主接线的可靠性、灵活性等基本要求，综合考虑。在满足技术、经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案,故拟定的方案如下：方案、一次侧采用外桥式接线，二次侧采用单母线分段的主接线方案。这种主接线的运行灵活性较好，可靠

14、性较高，对变压器的切换方便，且投资少，占地面积小。缺点：供电线路的切入和投入较为复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时供电。桥连断路器检修时，两个回路需并列运行。 适用场合：适用于、级负荷工厂，这种外桥式适用于电源线路短而变电所负荷变动较大及经济运行需经常切换变压器的总降压变电所。方案、一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的主接线方案。这种主接线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，一次侧可设线路保护，倒换线路操作方便。缺点：变压器的切入和投入较为复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时供电。桥连断路器检修时，两个回路需并列运行。适用场合：适用于、级负荷工厂，多用于电源线路较长因而发生

15、故障和停电机会较多，并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。方案、一 、二次侧均采用单母线分段的主接线方案。这种主接线的运行灵活性较好，接线清晰，投资少，运行操作方便且有利于扩建母线断路器可以提高供电的可靠性和灵活性。采用双电源供电，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常母线不间断供电，不致使得重要用户停电。适用场合：适用于、级负荷工厂，用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。2.3 最终方案的确定本次设计绝大部分用电设备属于长期连续负荷，负荷变动较小，电源进线不长（1Km），主变压器不需要经常切换，另外再考虑到今后的长远发展。可确定该厂的主接线方式为一 、二次侧均采

16、用单母线分段。 供电系统主结线方式的确定：根据以上的分析，又结合本工程的实际情况，采用了单母线分段联络，双电源分列运行的主结线形式。又因为两路10KV高压母线联络非经过特殊许可的，一般只能作手动操作分、合高压断路器；而在低压侧220/380V配电系统母线上采用高性能低压断路器作自投、互投、自复装置，系统回路设置过电流、短路、失压、过电压保护。3 负荷计算及短路电流计算及主变选择3.1 原始资料1.气象资料本厂所在地区的年最高气温为38，年平均气温为23，年最低气温为-9，年最热月平均最高气温为26。当地主导风向为东南风，年雷暴日为20。2、该设计某机械厂10KV高压配电所主接线及二次回路设计各

17、车间负荷如下表3.1：表3.1负荷表用电单位编号用电单位名称负荷性质设备容量（KW）需要系数 功率因数 备注1铸钢车间动力和照明15000.400.652铸铁车间动力和照明10000.400.703热处理车间动力和照明7500.600.704组装车间动力和照明10000.420.725机修车间动力和照明5000.250.606氧气站动力和照明6000.850.807乙炔站动力和照明900.740.908危险品仓库动力和照明100.910.909五金仓库动力和照明100.710.8810成品仓库动力和照明200.860.7911办公大楼动力和照明500.850.90（计算工厂总负荷时可取） 3、

18、电费制度 基本电价:按变压器安装容量4元/KVA/月计费.电度电价:35KV: 10KV: 线路功率损失附加投资按1000元kW计算。3.2 负荷计算在进行工业供电设计时，首先遇到的问题就是确定系统中各部分的负荷量，以便用来合理地选择系统中必需的各种电气设备和导线，使电气设备和材料得到充分利用和安全运行。因此，负荷计算是供电设计工作中很重要的一环。 负荷曲线定义：表示电力负荷随时间变化情况的图形称为负荷曲线。1、年最大负荷和年最大负荷利用小时数 年最大负荷：就是全年中负荷最大的工作班内消耗电能最多的半小时的平均功率，也称为半小时最大负荷。 年最大负荷利用小时数：它是一个假想时间，在这一段时间内

19、，电力负荷按年最大负荷持续运行所消耗的电能，恰恰等于电力负荷全年实际消耗的电能。2、平均负荷和负荷系数 平均负荷：就是电力负荷在一定时间内平均消耗的功率。负荷系数：平均负荷与最大负荷之比。有时为了区别有功和无功，定义为：为有功负荷系数，通常；为无功负荷系数，通常 负荷计算方法目前设计单位进行电力负荷计算主要采用的方法有：（1）单位指标法（单位面积耗电量法、单位产品耗电量法）;（2）需要系数法;（3）二项式系数法;（4）利用系数法;因为单位指标法简单和利用系数法复杂，因此设计将要选用需要系数法或者是二项式法；又因为结合本工程的实际情况，我选用了需要系数法这种负荷计算方法。1、按需要系数法确定计算

20、负荷:(为需要系数)（1）先求各组的计算负荷:单组的有功计算负荷:单组的无功计算负荷: 单组的视在计算负荷：单组的计算电流：（2）再求总的计算负荷(）总的有功计算负荷为：总的无功计算负荷为: 以上两式中的和分别表示所有各组设备的有功和无功计算负荷之和。总的视在计算负荷总的负荷电流2、按逐级计算法确定工厂的计算负荷供配电系统的负荷计算的步骤应从负载端开始，逐级上推，到电源进线端为止。首先确定各用电设备的用电容量，然后将用电设备按需要系数表上的分类方法分成若干组，进行用电设备组的负荷计算；将配电干线上各用电设备组的计算负荷相加后乘以最大负荷同期系数，即得配电干线上的计算负荷；采用同样的方法确定车间

21、变电所低压母线上的计算负荷，根据低压母线的计算负荷就可以选择电力变压器、低压侧主开关和低压母线等，由于低压配电线路一般不长，线路的功率损耗可略去不计。3、配电系统负荷计算的确定结合本工程的实际情况，按照以上介绍的计算负荷的方法，将以表的形式列出：（如下表3.2所示） 表3.2 全厂各车间负荷计算用电单位名称设备容量kw需要系数 功率因数 有功功率kw 无功功率kvar视在功率kva计算电流A铸钢车间15000.400.651200140318462797铸铁车间10000.40.7080081611431732热处理车间7500.600.7090091812861948组装车间10000.42

22、0.72420405583883机修车间5000.250.60250333536812氧气站6000.850.80510383638967乙炔站900.740.90673274112危险品仓库100.910.90951015五金仓库100.710.8874812成品仓库200.860.7917132132办公大楼500.850.9043214873合计55300.490.712648259737875738乘以同时系数有功同时系数(k1)无功同时系数（k2）有功功率同时无功功率视在功率计算电流0.900.902383233733385058根据供电部门提供的有关规定，工业企业平均功率因数如果达

23、不到要求，须进行无功功率的补偿。需要补偿的容量为因为是功率自动补偿装置，是通过投切电容器随时调整的，考虑三相均衡分配应装设15个，每相5个，每个容量为100kvar,自动补偿的容量应该为1500KVar.补偿电容器的型号为：BWF10.5-100-1W（型号中字母含义：B-并联电容器；W-十二烷基苯；F-纸、薄膜复合；W-户外型）补偿后实际平均功率因数为:表3.3 功率补偿表补偿前功率因数补偿后功率因数无功补偿容量（KVAR）实际补偿容量 （KVAR）补偿后计算有功功率（KW）补偿后计算无功功率（KVAR）补偿后计算视在功率（KVA）补偿后计算电流（A）0.710.90121015002383

24、837252628273.3 主变压器的选择供配电系统的功率损耗,包括有功损耗和无功损耗。因为本工程为工厂车间的供配电设计,而工厂的配电系统的线路较短,所以在计算时可以忽略不计,只计算电力变压器的功率损耗。 电力变压器的选型1、变电所主变压器台数的选择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要求。对共有大量一，二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，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，也可以只用一台变压器，但必须在低压侧敷设于其它变电所相联络线作为备用电源。（2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大宜于采用经济

25、运行方式变电所，也可考虑用两台变压器。（3）除上述情况外，一般车间变电所宜采用一台变压器。但是负荷及中而容量相当大的变电所，虽为三级负荷，也可以采用两台或以上变压器。（4）在确定变电所主变压器台数时，应适当考虑负荷的发展。2、变电所主变压器容量选择（1）只装一台主变压器的变电所主变压器容量（设计中，一般可概略地当作额定容量）应满足全部用电设备总计算负荷的需要，即（2）装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量（一般可概略地当作额定容量）应同时满足以下两个条件：1）任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷的大约60%70%的需要，即 2）任意台单独运行时，应满足一，二级负荷的需要，即综上所述：装设

26、两台主变压器，满足以下两个条件：所以选用S9型铜线电力变压器，容量为2500KVA详细型号为S9-2500/10型，额定容量2500KVA，额定变比为10/0.4KV，高压分接头范围22.5，联结组别为D,yn11，空载损耗为3.5KW，负载损耗为25KW，空载电流为0.8，阻抗电压为6，（以上数据为查阅工厂供电设计指导刘介才主编 2005年6月）。由所选得的变压器得出最大负荷率为从其经济运行和一次投资的因素考虑是比较经济合理的。电力变压器功率损耗1有功功率损耗： 为变压器最大有功功率损耗（KW）为变压器空载有功损耗（KW）为变压器短路有功损耗（KW）Sc为变压器的额定容量（KVA）Sr为变压

27、器的计算负荷（KVA）2无功功率损耗：变压器空载电流占额定电流的百分比，变压器短路电压占额定电压的百分比根据以上的变压器功率损耗的计算，现列表3.4如下：表3.4变压器的功率损耗表空载损耗/KW短路损耗/KW有功损耗/KW变压器无功损耗/Kvar计算有功功率/KW计算无功功率/Kvar计算视在功率/KVA计算电流/A3.52560.8291832412102026183968变压器高压侧功率因数，满足要求。3.4 短路电流计算供配电系统中的短路，是指相导体之间或相导体与地之间不通过负载阻抗而发生的电气连接，是系统常见的故障之一。进行短路电流计算主要是为了：（1）校验系统设备能否承受可能发生的最

28、严重短路。（2）作为设置短路保护的依据。（3）可通过短路电流大小判断系统电气联系的紧密程度，作为评价各种接线方案的依据之一。系统发生短路的主要原因是系统中某一部位的绝缘遭到破坏。绝缘遭到破坏的原因有很多，根据长期的事故统计分析，主要有以下一些原因：（1）雷击或高电压侵入；（2）绝缘老化或外界机械损伤；（3）误操作；（4）动、植物造成的短路。对中性点接地系统，可能发生的短路类型有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路，后者是指两根相线和大地三者之间的短路。单相短路有相线与中性线间的短路，也有相线直接与大地之间的短路，这时的单相短路又称单相接地短路。对中性点不接地系统，可能发生的短路类型有：

29、三相短路和两相短路。另外，异相接地也应算作一种特殊类型的短路，它是指有两相分别接地，但接地点不在同一位置而形成的相间短路。据统计，从短路发生的类型来看，单相短路或接地的发生率最高；从短路发生的部位来看，线路上发生的短路或接地的比例最大。我国在中压系统中采用中性点不接地系统，主要就是为了避免单相接地造成的停电。短路电流计算： , 变压器高压侧设为无限大容量电源，即 短路计算分最小，最大运行方式两种计算 1.最小运行方式，计算短路电流选定功率基值 确定基准电流值架空线路： 求K1点的短路总阻抗及三相短路电流和容量总阻抗标幺值 绘制等效电路图3.1如下：短路等效电路图3.1三相短路电流周期分量有效值

30、其它三相短路电流对L较大的中高压系统，取Ksh=1.8,则三相短路容量计算点短路中元件电抗值 架空线路架空线路电力变压器的阻抗绘短路等效电路如图3.2所示短路等效电路图3.2计算K2短路电路总阻抗 K2点三相短路电流短路冲击电流有效值三相短路次暂态电流和稳态电流 三相短路容量2.最大运行方式短路计算 （1）绘制等效电路图如图3.3：短路等效电路3.3（2）计算总阻抗（3）点与最小运行方式相同（4）三相短路电流周期分量有效值三相短路次暂态电流和稳态电流 （5）短路冲击电流有效值三相短路容量 3.短路计算结果短路计算结果见表3.5、3.6表3.5 最小运行方式计算结果16.1816.1816.18

31、41.1824.4329452.5552.5552.5596.757.336.5表3.6 最大运行方式16.1816.1816.1841.1824.4329493.5193.5193.51172.06101.93654 设备的选型及校验电气设备的选择是变电所设计的重要环节，设备选择的适当与否直接影响到变电所运行的安全、可靠性能的高低，选择适当的电气设备会降低基建成本，提高运行质量。4.1 一次侧电气设备选择与校验原则1、开关电器的选择：开关电器的选择原则具有互通性，即不仅要保证开关电器正常时的可靠工作，还应保证系统故障时，能承受短路时的故障电流的作用，同时尚应满足不同的开关电器对电流分断能力的

32、要求，因此，开关电器的选择应符合下列条件：（1）满足正常工作条件1）满足工作电压要求 即：，式中 开关电器最高工作电压；开关电器装设处的最高工作电压；开关电器额定电压；系统的额定电压。2）满足工作电流要求 即 式中开关电器额定电流开关电器装设处的计算电流3）满足工作环境要求 选择电气设备时，应考虑其适合运行环境条件要求，如：温度、风速、污秽、海拔、地震、烈度等。（2）满足短路故障时的动、热稳定条件1）满足动稳定要求 ， 或 式中开关电器的极限通过电流峰值 开关电器的极限通过电流有效值；开关电器安装处的三相短路冲击电流；开关电器安装处的三相短路冲击电流有效值2）满足热稳定要求 式中开关电器的t秒

33、热稳定电流有效值；开关电器安装处的三相短路电流有效值；假想时间。（3）满足开关电器分断能力的要求1）断路器 断路器应能分断最大短路电流 式中断路器的额定分断电流；断路器安装处的三相短路电流有效值。2）负荷开关 负荷开关应满足最大负荷电流 式中 负荷开关的额定分断电流；负荷开关安装处的最大负荷电流。2、互感器的选择：互感器发主要作用是：实现隔离作用；降低仪表成本；实现仪表标准化。（1）满足工作电压要求 即：，式中互感器最高工作电压；互感器装设处的最高工作电压；互感器额定电压；系统的额定电压。（2）满足工作电流要求 应该一次、二次侧分别考虑 1）一次侧额定电流：即 式中 互感器一次额定电流 ；互感

34、器装设处的计算电流2）二次侧额定电流 ： （3）准确度等级：已知电流互感器的准确度与一次侧电流大小和二次侧负荷大小有关。通常测量仪表用的互感器（含电压互感器和电流互感器），应具有0.5或1级的准确度；电费计量用的互感器应具有0.5级的准确度；监视用的互感器应具有1级的准确度；继电保护用的互感器应具有B级或D级的准确度。准确级反映了互感器转变一次侧电气量的准确程度。 1）考虑到二次仪表的指针在仪表盘1/22/3左右时较易准确读数，因此，一般为：2）二次侧负荷与二次侧所接仪表有关，仪表越多，二次侧阻抗越大，准确度越差。因此，二次侧负荷容量因满足条件为：式中 电流互感器的二次负荷；电流互感器的二次侧

35、与某一准确度等级对应的额定容量。（4）由于短路时，短路电流会流过电流互感器的一次绕组，所以应该做动、热稳定变化；而电压互感器是并联接入电路的，不会承受一次回路上通过的短路电流，因此无须做短路动、热稳定校验。1）满足短路故障时的动稳定条件只须满足，就可满足动稳定性。2）满足短路故障时的热稳定条件：只须满足 即可。4.2 高压设备的选择及校验1、高压开关柜的选择：选用KYN10系列开关柜，KYN10系列开关柜技术数据：额定电压(KV):10 最高工作电压(KV):115 额定电流(A):630，1000，125，1600，2500断路器额定电流(A):630，1000，1250，2000，3000

36、额定断开电流(KA):16，31.5，40最大关合电流(KA):50，80，100峰值耐受电流(KA):50，80，100短时耐受电流(KA):16，20，31.5，40外形尺寸（mm）（宽深高）:80018002200，100016502200，1000180022002、高压断路器选择：断路器是一种开关电器，能切除和投入正常负荷，并能切断故障回路。故障回路中故障电流通常很大，切断故障回路需专门具有强灭弧能力的灭弧装置，所以断路器主触头设于灭弧装置内，无法观察其通断状态，即断开时无可见断点。通常和隔离开关配合使用。几种常用断路器的特点比较。（1）少油断路器：特点是油量少，重量轻，不用采取特殊

37、的防火防爆措施，且其尺小，占地面积小造价低。因此凡是在技术上能满足要求的场合应优先采用，但少油断路器由于油量少，在低温环境下易于凝冻，故不适宜严寒地区低温下进行。也不适于多次重合的场合。（2）空气断路器：它的特点是无油不会起火，而且其动作速度快，断路时间短，断流容量大，适用于多次重合的场合。但是其结构复杂，附有一套压缩空气装置，价格高。因此只在要求动作速度快，多次重合的情况下才选用空气断路器。（3）六氟化硫断路器：特点是灭弧性能好，断流容量大，检修期长，结构紧凑，占地面积小，有益于变电所小型化，但设备价格高，在密封不好的情况下，在断路器周围环境中易于沉积六氟化硫气体，并需进行充气。鉴于以上性能

38、特点的比较，结合当地实际，选用少油断路器： 少油断路器SN310/3000校验：-开关电器额定电压，-系统的标称电压， -开关电器额定电流，-开关电器装设处的计算电流，-断路器额定分断电流， -断路器装设处最大运行方式下三相短路电流有效值， ，-断路器的额定分断容量，-断路器装设处最大运行方式下的短路容量。动稳定性校验：-开关电器的极限通过电流峰值-开关电器安装处的三相短路冲击电流热稳定性校验：-开关电器的t秒热稳定电流有效值-开关电器安设处的三相短路电流有效值-假象时间=保护动作时间+开关分闸时间+非周期分量假象时间=0.6+0.06+0.05=0.71该断路器满足要求。3、隔离开关的选择：

39、隔离开关是一种隔离电器，只能切除或投入空载或很小的负荷，断开时有明显可见断点。往往与断路器配合使用。隔离开关采用GN8103000校验：-开关电器额定电压，-系统的标称电压， -开关电器最高工作电压，-开关电器装设处的最高工作电压， -开关电器额定电流， -开关电器装设处的计算电流。4秒热稳定电流：-开关电器的t秒热稳定电流有效值，-开关电器安设处的三相短路电流有效值-假象时间=保护动作时间+开关分闸时间+非周期分量假象时间-开关电器的极限通过电流峰值，-开关电器安装处的三相短路冲击电流该隔离开关满足要求。4、电压互感器：JDZ810校验：最高工作电压：11.5KV短时（1min）工频耐受电压

40、(有效值)：42KW三次绕组极限容量：1000MVA动稳定要求：-开关电器的极限通过电流峰值-开关电器安装处的三相短路冲击电流热稳定要求：-开关电器的t秒热稳定电流有效值-开关电器安设处的三相短路电流有效值-假象时间=保护动作时间+开关分闸时间+非周期分量假象时间=0.6+0.06+0.05=0.71该电压互感器满足要求5、电流互感器：LBJ10校验：额定电流比：600-8005A准确极限值系数：9.25 短时热电流（倍数）：50 动稳定电流（倍数）：90KA=41.18KA 额定绝缘水平：11.5KW该电流互感器满足要求。6、氧化锌避雷器的选择本工程采用了FS4-10交流系统用复合外套无间隙

41、金属氧化物避雷0.28kV51kV复合外套交流无间隙金属氧化物避雷器是用于保护0.22kV35kV交流电力系统输变电设备免受雷电及操作过电压损害的重要保护电器。4.3 低压电气设备选择1、低压成套配电柜的技术参数本工程采用了封闭抽出式（GCS）型号的低压成套配电柜：（现列表3.1如下）表3.1 封闭抽出式（GCS）低压成套配电柜型号型式额定工作电压（V）可装主断路器型号主断路器分断能力Ics(KA)交流电频率（HZ）防护等级IP安装型式型号来源GCS封闭抽出式380660M、F、ME、DW91450、70、80、100、12050、60IP30IP40槽钢座固定式标定2、低压侧主断路器的选择低

42、压断路器既能分合负荷电流，短路电流，还能反映系统的故障状态，判断是否需要分断电路，并执行分断动作的保护功能万能式断路器容量较大（10004000A），并可装设较多的脱扣器，辅助触头的数量也较多，并且不同的脱扣器组合产生不同的保护特性不同额定容量（KVA）的变压器，对应不同的额定负荷电流（IB），根据所设计工程具体的变压器容量，计算出该变压器二次侧0.4KV的额定电流。本工程采用了S9-10/0.4KV-2500KVA电力变压器，它的低压侧额定负荷电流根据查表得出，宜选用MW系列的型号MW40 4000A万能式低压断路器做主断路器。3、低压成套配电柜配电回路的断路器的选择本工程采用了断路器的型号

43、是：MW40 4000A（母联）NS630H STR53UE 配电回路采用NS系列开关，带有故障跳闸及辅助触头，转动手柄操作，在各出线回路面板上设有合闸及故障跳闸指示灯。4、10kv高压进线和引入电缆选择校验（1）进线选择校验 采用LJ型铝绞线，按发热条件选择及室外温度33，查工厂供电设计指导表8-35，初选LJ-50，其35度时，满足发热条件。校验机械强度。查工厂供电设计指导表8-33，最小允许截面为35，因此LJ-50满足机械强度，故选LJ-50。由于此线路短，不需要校验电压损失。（2） 由于高压配电室至住变的一段电缆选择校验，采用YJL22-10000型，交联聚乙烯绝缘铝芯电缆。按发热条

44、件选择及土壤温度25查工厂供电设计指导表8-43，初选缆心为185的交联电缆，其满足发热条件。校验短路热稳定。 C 值由工厂供电设计指导表5-12查得 因此，YJL22-10000-3*185电缆满足条件。5 配电所的二次回路二次回路是指用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路，亦称二次系统，包括控制系统、信号系统、监测系统及继电保护和自动化系统等。二次回路在供电系统中虽是其一次电路的辅助系统，但他对一次电路的安全、可靠、优质、经济的运行有着十分重要的作用，因此必须予以重视。5.1 站用电源及操作电源1、站用电源变电站为维持自身的正常运转，需要开关操作系统电源，控制回路、信号回路、保护回路

45、的电源，以及照明、维修等电源。站用电源是非常重要的，它是变电站正常供电的基础条件。结合本工程的实际情况10kv及以下的站用电源，引自就近的配电变压器的220/380V侧。2、操作电源断路器需要配用专门的操作机构，操作机构工作时需要电源；另外，控制回路、信号回路、保护回路的工作也需要电源，这些电源称为操作电源。操作电源有直流操作电源和交流操作电源之分。结合本工程的实际情况，宜采用弹簧储能操动机构合闸和去分流跳闸的全交流操作，亦可采用手力操作机构合闸和交流去分流跳闸。5.2 断路器控制与信号回路1、控制回路：控制回路是指控制（操作）断路器分、合闸的回路。结合本工程的实际情况，选用了弹簧储能直流操作

46、电源的控制回路。2、 信号回路：是指用于指示一次系统中设备运行状态的二次系统（1） 位置信号：用来显示断路器正常工作的位置状态，一般用红灯亮，表示断路器在合闸位置，用绿灯亮，表示断路器在跳闸位置。（2） 事故信号：用来显示断路器在事故情况下的工作状态，一般用红灯闪光，表示断路器自动合闸，用绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。（3） 预告信号：是在一次设备出现不正常状态时或故障初期发出报警信号。 3、对断路器控制回路及信号回路的基本要求：（1）应能监视控制回路保护装置（如熔断器）及其分、合闸回路的完好性，以保证断路器的正常工作。 （2）合闸或跳闸完成后，应能使其命令脉冲解除，即能切断合闸或跳闸的电源。

47、（3）应能指示断路器正常合闸和跳闸的位置状态，并在自动合闸和自动跳闸时有明显的指示信号。（4）各断路器均应有事故跳闸信号。（5）对有可能出现不正常工作状态或故障的设备，应装设预告信号。 4、采用手动操作的断路器控制和信号回路是手动操作的断路器控制和信号回路原理图如图5.1。图5.1手动操作的断路器控制和信号回路原理图说明：WC控制小母线 WS信号小母线 GN绿灯 RD红灯 R限流电阻 YR跳闸线圈 KA继电保护触电 QF16断路器 QM手动操作机构 合闸时，推上操作机构手柄使断路器合闸。这时断路器的辅助触点QF3-4闭合，红灯RD亮，指示断路器已经合闸。由于有限流电阻R2，跳闸线圈YR虽有电流

48、通过，但电流很小，不会动作。红灯RD亮还表明跳闸线圈YR回路及控制回路的熔断器FU1FU2是完好的，即红灯RD同时起着监视跳闸回路完好性的作用。跳闸时 ，扳下操作机构手柄使断路器跳闸。断路器的辅助操作触点QF3-4断开，切断跳闸回路，同时辅助触点QF1-2闭合，绿灯GN亮，指示断路器已经跳闸。绿灯GN亮，还表明控制回路的熔断器FU1FU2是完好的，即绿灯GN同时起着监视控制回路完好性的作用 。 当一次电路发生短路故障时，继电保护装置KA动作，其出口继电器触点闭合，接通跳闸线圈YR的回路，使断路器跳闸。随后QF3-4断开，红灯灭，并切断YR的跳闸电源。同时，QF1-2闭合使绿灯亮。这是虽然操作机

49、构的手柄仍在合闸位置，但其黄色指示牌掉落，表示断路器自动跳闸，同时事故信号回路接通，发出音响和灯光信号。但值班员得知事故跳闸信号后，可将操作手柄扳下至跳闸位置，这时黄色指示牌随之返回，事故信号也随之消除。5.3 自动装置供配电系统常用的自动装置是备用电源自动投入装置和自动重合闸装置。结合本工程的实际情况，选用了机械型的自动合闸装置（ARD）。1、自动重合闸的作用 在线路上，尤其是架空线路上，由于雷电大气过电压或电网操作过电压，在线路或设备上引起放电闪络，闪络时使线路形成短路，使断路器分闸，线路停电，造成损失，据此，人们提出了自动重合闸装置，以减少瞬时性故障停电所造成的损失2、对自动重合闸装置的

50、要求按照电力装置的继电保护和自动装置设计规范（GB50052-1992）的规定当用电设备允许且无备用电源自动投入时，应装设自动重合闸装置3、自动重合闸装置与保护的配合（1)自动重合闸前加速保护（2)自动重合闸后加速保护4、电气一次自动重合闸的基本原理电气一次自动重合闸的基本原理如图5.2图5.2电气一次自动重合闸的基本原理图说明：YR跳闸线圈 YD合闸线圈 KD合闸接触器 KAR重合闸继电器 KA保护装置出口触点 SB1合闸按钮 SB2跳闸按钮手动合闸时，按下SB1使合闸接触器KO通电动作，从而使合闸线圈YO动作，使断路器QF合闸。手动跳闸时，按下SB2是跳闸线圈YR通电动作，使断路器QF跳闸

51、。当一次线路上发生断路故障时，保护装置KA动作接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF自动跳闸，同时，断路器辅助触点QF3-4闭合，经整定的时限后其延时常开触点闭合，使合闸接触器KO通电动作，从而使断路器重新合闸。如果一次线路上的短路故障是瞬时的，已经消除，则重合成功。如果断路故障尚未消除，则保护装置又动作，KA的触点又使断路器再次跳闸。由于一次ARD采取了防跳措施，故不会再次合闸。本设计采用DH-2型重合闸继电器的电气一次自动重合闸装置。5.4 供配电系统保护1、保护的作用、基本原理及要求保护装置的主要作用是：（1) 当被保护设备或线路发生故障时，保护装置迅速动作，有选择地将故障元件与电源切开，以

52、减轻故障危害，防止事故蔓延，保证其它部分迅速恢复正常生产。（2) 当线路及设备出现不正常运行状态时，保护装置发出信号、减负荷或跳闸。 保护的基本原理：保护装置由测量部分、逻辑部分和执行部分三个部分构成；其中测量部分用来反应和转换被保护对象的各种电气参数，经过变换后，送给逻辑部分，与整定值进行比较，作出逻辑判断，当判别出被保护对象有故障时，起动执行部分，发出操作指令，使断路器跳闸。保护装置应满足四项基本要求：即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。2、供配电系统的保护高压系统中实现保护功能有两种途径：（1) 使用熔断器作为保护电器，实现短路和严重的过负荷保护；（2) 使用继电器构成继电保护装置实现对各

53、种故障和不正常运行状态的保护。这时，继电器应接于电流互感器的二次绕组中，以便于高压侧隔离，并能在低电压、小电流情况下工作，因此，继电保护装置属于供配电系统的二次回路设备。特此说明：（1）各变压器主进开关设0.4秒短路短延时和长延时过电流保护，短延时整定电流为脱扣器电流的4倍，长延时整定电流为脱扣器电流的1倍。（2）母联开关设0.3秒短路短延时和长延时过电流保护，短延时整定电流为脱扣器电流的6倍，长延时整定电流为脱扣器电流的1倍。（3）各回路继电保护的整定值及整定时间可根据现场实际情况进行调整。6 主变压器保护电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来

54、严重后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件。因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好、动作可靠的保护。根据GB5006292电力装置的继电保护和自动装置设计规范：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：（1）绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；（2）绕组的匝间短路；（3）外部相间短路引起的过电流；（4）中性点直接接地电力网中外部接地引起的过电流及中性点过电压；（5）过负荷；（6）油面降低；（7）变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。 在本设计中，变压器的容量为2500KVA，小于6300KVA，根据规程规定需装设瓦斯保护、电流速断保护

55、、过电流保护和过负荷保护。6.1 瓦斯保护瓦斯保护又称气体继电保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。瓦斯保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。当变压器油箱内部发生轻微故障时，由故障产生的少量气体慢慢升起，进入气体继电器的容器，并由上而下地排除其中的油，使油面下降，上油杯因其中盛有残余的油而使力矩大于另一端平衡锤的力矩而降落。这时上触点接通从而接通信号回路，发出音响和灯光信号，这称之为“轻瓦斯动作”，轻瓦斯保护动作于信号。当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的气体很多，带动油流迅猛地由变压器油箱通过联通管进入油枕。这大量的油气混合体在经过

56、气体继电器时，冲击挡板，使下油杯下降。这时下触点接通跳闸回路（通过中间继电器），同时发出音响和灯光信号（通过信号继电器），这称之为“重瓦斯动作”，重瓦斯保护动作于挑开电源侧断路器。变压器的瓦斯保护接线图如图6.1。KG气体继电器 XB切换片图6.1 变压器的瓦斯保护接线图变压器瓦斯动作保护后，可由蓄积于气体继电器内的气体性质来分析和判断故障的原因及处理要求，如表6.1所示。表6.1 气体继电器动作后的气体分析和处理要求气 体 性 质故 障 原 因处 理 要 求无色、无臭、不可燃变压器内含有空气允许继续运行灰白色、有剧臭、可燃纸质绝缘烧毁应立即停电检修黄色、难燃木质绝缘烧毁应停电检修深灰色或黑色

57、、易燃油内闪络，油质碳化应分析油样，必要时停电检修6.2 主变压器保护的计算变压器各点的短路电流如图6.2所示。图 6.2 变压器各点的短路电流1、电流速断保护特点是：变压器的电流速断保护是反应电流增大而瞬时动作的保护，用于相间短路保护。接线简单，动作可靠，切除故障快，但不能保护线路全长。保护范围受系统运行方式变化的影响较大。对于本设计中的变压器，根据其容量的大小，可以在其电源侧装设电流速断保护而不设变压器纵差动保护。采用电磁型继电器对变压器进行继电保护。（1）、确定保护装置的接线方式由于变压器一次侧为中性点不接地系统，因此速断保护采用二互感器二继电器不完全星形接线，如图6.3所示，其对单相接地的误动作率低。此时接线系数为1。图6.3 电流互感器的不完全星形接线（2）、确定电流互感器的变比首先求出变压器的一次侧额定电流因此可求出线路上的最大负荷电流为即可由互感器的百分之十误差