10KV变电站继电保护设计

　摘要：本设计主要为某10KV变电站继电保护设计，其中包括变电所供配电原始数据以及资料、短路计算、变电站设备选择与校验、变压器保护、线路保护本设计根据《电力系统设计技术规程》结合实际来对变压器及主接线进行选择，主接线采用高压侧均为单母线分段的接线方式。根据设计中提供的原始数据，进行短路电流计算，确定母线和每一条馈出线路上的短路电流，并进行动稳定和热稳定的校验。并进行动稳定和热稳定的校验，以选择合适的电缆和电气设备，保证母线和用电设备的安全、可靠地运行。其中变电所的系统图、平面布置图照明图、二次接线图的绘制以及各个相关的计算，继电保护是重点。各个图充分展示了各个部分的设计构想。

　关键词：变电所； 变压器； 短路电流； 继电保护

　Abstract：This design m construction drawing the design, supplies the power distribution including the transformer substation the design, the transformer choice, the equipment choice, the verification, the transformer substation illumination design and the weak electricity design and so on. This design according to “Electrical power system Design Technology Regulations“ to unify actual comes carries on the choice to the transformer and the host wiring, the main wiring uses the high-tension side for the single generatrix partition wiring way. According to designs the primary data which provides, carries on the short-circuit current computation, on the definite generatrix and each

　line short-circuit current, advances together the motion to be stable and the heat-stable verification. Advances together the motion to be stable and the heat-stable verification, chooses the appropriate electric cable and the electrical equipment, guaranteed the generatrix and the current collector security, reliably moves. Transformer substation diagram, the floor-plan illumination chart, two wiring diagrams plan as well as each related computation,

　Electricity protection are key. Each chart has fully demonstrated each part of design conception.

　Key Words：Transformer substation， Transformer， Short-circuit protection，Electricity protection

　目录

　绪论 1

　第一章

　原始资料以及原始数据 2

　1.1工厂供电协议 2

　1.2地理位置及气象资料 2

　第二章

　短路电流的计算 3

　2.1

　计算电路 3

　2.2

　短路计算基准值 3

　2.3

　短路电路中个元件的电抗标幺值 3

　2.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算 4

　2.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算 4

　第三章

　变电所设备的选择校验 6

　3.1 10kV侧一次设备的选择校验 6

　3.2 380V侧一次设备校验 10

　3.3

　高低压母线的选择 15

　第四章

　变压所进出线与邻近单位联络线的选择 16

　4.1 10kV高压进线和引入电缆的选择 16

　4.2 380低压出线的选择 16

　4.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 21

　第五章

　变压器的整定与保护 24

　5.1变电所二次回路方案 24

　5.2主变压器的保护 26

　 5.3作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 30

　5.4 变电所低压侧的保护 31

　第六章

　电力线路的保护 33

　6.1对继电保护装置的基本要求 33

　6.2过电流保护 33

　6.3单相接地保护 34

　结论 36

　参考文献 37

　绪论

　众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。

　在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本或投资总额中所占的比重中多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。

　因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。

　本设计主要为某10KV变电站继电保护设计进行电气施工图的设计，其中包括变电所供配电的设计、变压器的选择、设备选择、校验、变电所照明设计及弱电设计等，使我们通过毕业设计能够熟练地运用国家在电气领域颁布的规范标准以及有关的建筑电气图集进行变电所电气设计、施工，进一步巩固所学的知识，增强我们的规范意识。

　本课题涉及的内容：工厂供配电、电力系统的继电保护、工厂电气设备、电力电子和CAD绘图等方面的知识。

　此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。

　第一章

　原始资料以及原始数据

　1.1工厂供电协议

　设计10KV变电站，该变电站由距离工厂大约3公里的上一级区域变电站，为进线一路电源作为正常工作电源，电压等级10.0/0.4KV。

　全厂功率因数，COSφ≥0.9，该厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电站侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制缴纳电费，每月基本电费按动力电费为0.9元/Kw.h,照明电费为0.55元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因素不得低于0.9。

　1.2地理位置及气象资料

　某变电站地处嘉陵江中游的丝绸之都、中国历史文化名城——四川省南充市，距市政府1500m，距区政府1000m，环境优美。占地1500亩，当地年最高气温：40℃，最高月平均气温：32℃，年最低气温：-3℃，地震烈度：6.5度以上，海拔133M,地下水位12M，主要以沙土为主，年平均雷电日：40天。

　第二章

　短路电流的计算

　2.1

　计算电路

　500MVA

　K-1

　K-2

　LGJ-150,3km

　10.5kV

　S9-1000

　0.4kV

　(2)

　(3)

　(1)

　～

　∞系统

　图2-1

　 短路计算电路

　2.2

　短路计算基准值

　设基准容量=100MVA，基准电压==1.05，为短路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则

　 （2-1）

　（2-2）

　2.3

　短路电路中个元件的电抗标幺值

　（1）电力系统

　已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，故=100MVA/500MVA=0.2

　（2-3）

　（2）架空线路

　 查表得LGJ-150的线路电抗，而线路长8km，故

　 （2-4）

　（3）电力变压器

　 查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故

　=4.5

　 （2-5）

　式中，为变压器的额定容量

　因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。

　k-1

　k-2

　图2-2

　 短路计算等效电路

　2.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算

　（1）总电抗标幺值

　=0.2+1.0=1.2

　 （2-6）

　（2）三相短路电流周期分量有效值

　（2-7）

　（3 ）其他短路电流

　 （2-8）

　 （2-9）

　 （2-10）

　（4） 三相短路容量

　 （2-11）

　2.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算

　（1）总电抗标幺值

　=0.2+1.0+4.5= 5.7

　（2-12）

　（2）三相短路电流周期分量有效值

　（2-13）

　（3） 其他短路电流

　（2-14）

　（2-15）

　（2-16）

　（4）三相短路容量

　（2-17）

　以上短路计算结果如下表所示

　 短路计算结果

　短路计算点

　三相短路电流

　三相短路容量/MVA

　k-1

　4.58

　4.58

　4.58

　11.67

　6.91

　88.3

　k-2

　25.3

　25.3

　25.3

　46.5

　27.6

　17.5

　第三章

　变电所设备的选择校验

　3.1 10kV侧一次设备的选择校验

　 （1）按工作电压选则

　设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。

　（2）按工作电流选择

　 设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即

　（3）按断流能力选择

　 设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即

　或

　对于分断负荷设备电流的设备来说，则为，为最大负荷电流。

　（4） 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验

　a)动稳定校验条件

　或

　、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值

　b)热稳定校验条件

　 本设计中，选择的是一号主接线方案，故将选择的高压开关柜按进线顺序编号。

　开关柜编号

　开关柜接线编号

　NO.101

　GG-1A(J)-03

　NO.102

　GG-1A(F)-54

　NO.103

　GG-1A(F)-07

　NO.104

　GG-1A(F)-07(备用电源)

　根据我国目前广泛使用的10KV高压户内真空断路器型式，选用VS1-12型。此设计中，根据进线的计算电流为52A，，配电所母线的三相短路电流周期分量有效值，继电保护的动作时间为1.9S。动稳定度为=11.57KA。可初步选择VS1-12/630-16型号进行校验，校验可见下表。

　序号

　安装地点的电气条件

　VS1-12/630-16型断路器

　项目

　数据

　项目

　数据

　结论

　1

　UN

　10KV

　UN.QF

　12KV

　合格

　2

　IC

　52A

　IN.QF

　630A

　合格

　3

　（断流能力）

　4.58KA

　IOC

　16KA

　合格

　4

　（动稳定度）

　2.554.58=11.57KA

　imax

　40KA

　合格

　5

　i. t（热稳定度）

　(4.58KA)2(1.9+0.1)s=41KA2.s

　It

　16KA24s=1024KA2.s

　合格

　因此，选择VS1-12/630-16型真空断路器作为高压隔离开关。

　高压隔离开关的选择，按照国家相关标准，高压隔离开关不需要进行断流能力校验。

　对于户外的高压隔离开关，选择GW4型号，初步选择GW4-12/400，其相关数据查《工厂供电设计指导》表5-19。

　序号

　安装地点的电气条件

　GW4-12/400型隔离开关

　项目

　数据

　项目

　数据

　结论

　1

　UN

　10KV

　UN.QS

　12KV

　合格

　2

　IC

　52A

　IN.QS

　400A

　合格

　3

　（动稳度）

　2.554.58=11.67KA

　imax

　25KA

　合格

　4

　i. t（热稳定度）

　(4.58KA)2(1.9+0.1)s=41KA2.s

　It

　10KA25s=500KA2.s

　合格

　对开关柜柜内隔离开关的选择校验：校验数据与户外隔离开关的校验数据一致，在开关柜中NO.101，NO.103和NO.104中，选择GN型隔离开关，初步选择GN-10./200型号。

　序号

　安装地点的电气条件

　GN-10./200型号隔离开关

　项目

　数据

　项目

　数据

　结论

　1

　UN

　10KV

　UN.QS

　10KV

　合格

　2

　IC

　52A

　IN.QS

　200A

　合格

　3

　（动稳定度）

　2.554.58=11.67KA

　imax

　25.5KA

　合格

　4

　i. t（热稳定度）

　(4.58KA)2(1.9+0.1)s=41KA.s

　It

　10KA25s=500KA2.s

　合格

　开关柜N.102中，则装设GN-10./200型号隔离开关。校验过程以及校验结果同上表。

　高压熔断器的校验：按照国家相关标准，高压熔断器的校验不需要进行动稳定和热稳定校验。在开关柜

　NO.101和NO.102中，熔断器是针对电压互感器的保护，选择RN2型，初步选择RN2-10型号。（查《工厂供电设计指导》表5-23得相关数据）

　熔断器额定电压UN.FU应与所在线路的额定电压UN相等。即：

　UN.FU=Umax.

　IN.FU不应小于它锁装设的熔体额定电流IN.FE，即：

　IN.FUIN.FE

　因互感器二次侧负荷很小，一般IN.FE取0.5A，不必进行校验。

　序号

　安装地点的电气条件

　RN2-10型号熔断器

　项目

　数据

　项目

　数据

　结论

　1

　UN

　10KV

　UN.FU

　10KV

　合格

　2

　IC

　-

　IN.FU

　0.5A

　合格

　3

　（断流能力）

　4.58KA

　IOC

　50KA

　合格

　电压互感器的选择及校验：电压互感器应该按装设地点条件以及一次电压，二次电压，准确度级等进行选择。

　电压互感器满足准确度级要求的条件也决定于二次负荷，其二次负荷按下式计算：S2=。

　在开关柜NO.101，电压互感器选择JDJ-10,将10KV的电压转化为100V的电压。

　在开关柜NO.102，电压互感器为Ｙ。/Ｙ。/（开口三角）的接线。选择JDZJ-10，一次侧电压为//KV。

　电流互感器的选择和校验：电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S2计算：

　S2=

　在开关柜中NO.101，NO.103，NO.104中电流互感器选择LQJ-10型号。热稳定以及动稳定校验公式如上述。

　对于上面的分析，如下表所示，由它可知所选一次设备均满足要求。

　10KV一次侧设备的选择校验

　选择校验项目

　电压

　电流

　断流能力

　动稳定度

　热稳定度

　其他

　装置地点条件

　参数

　U

　I

　I

　i

　i. t

　数据

　10KV

　57.7A(I)

　4.58A

　5.0KA

　4.581.9=79.8KA2.s

　一次设备型号规格

　额定参数

　U

　I

　I

　i

　I.t

　高压真空断路器VS1-12/630-16

　10KV

　630A

　16KA

　40KA

　16KA24s=1024KA2.s

　高压隔离开关GN-10/200

　10KV

　200A

　—

　25.5KA

　105=500 KA2.s

　高压熔断器RN2-10

　10KV

　0.5A

　50KA

　—

　—

　电压互感器JDJ-10

　10/0.1KV

　—

　—

　—

　—

　电压互感器JDZJ-10

　//KV

　—

　—

　—

　—

　电流互感器LQJ-10

　10KV

　100/5A

　—

　2250.1KA

　=31.8KA

　(900.1) 1

　=81 KA2.s

　二次负荷0.6

　避雷针FS4-10

　10KV

　—

　—

　—

　—

　户外隔离开关GW4-12/400

　12KV

　400A

　—

　25KA

　105=500 KA2.s

　3.2 380V侧一次设备校验

　本次设计中，低压开关柜编号

　开关柜编号

　开关柜型号

　NO.201

　PGL2-05

　NO.202

　PGL2-29

　NO.203

　PGL2-29

　NO.204

　PGL2-30

　NO.205

　PGL2-28

　NO.206

　PGL2-28

　NO.207~211

　PGJ1-1.3

　低压柜NO.201中，低压断路器的选择，低压断路的选择的校验中，可不进行动稳定度，热稳定度的校验。

　U=380V，I=583.8A，I=25.3KA，

　i=46.5KA，i. t=25.30.7=448 KA2.s。

　低压断路器的选择，低压断路的选择的校验中，可不进行动稳定度，热稳定度的校验。

　选择DW15型的断路器，初步选择DW15- 1500，低压电路中发生三相短路时，ish=1.84I”

　序号

　安装地点的电气条件

　DW15- 1500型断路器

　项目

　数据

　项目

　数据

　结论

　1

　UN

　380V

　UN.QF

　380V

　合格

　2

　I30

　897.8A（补偿后）

　IN.QF

　1500A

　合格

　3

　（断流能力）

　25.3KA

　IOC

　40KA

　合格

　4

　（动稳定度）

　1.84*25.3=46.5KA

　imax

　—

　合格

　5

　i. t（热稳定度）

　i. t=25.30.7=448 KA2.s

　It

　—

　合格

　低压刀开关的选择，初步选择HD13-1500/30

　电流互感器的选择和校验

　电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S2计算：

　S2=

　在开关柜中电流互感器选择LMZJ1-0.5。稳定以及动稳定校验公式如上述，满足校验。

　在低压柜中NO.202中，由于此开关柜的线路去向为1#，2#，3#，4#即为铸造车间，锻压车间，热处理车间，电镀车间，其计算电流均为

　201A，251A,176A,244A。因为四个车间计算电流相差不大，所以选择保护设备一致，现以2#线路为例。计算电流I30=201A，低压断路器的选择以及校验，方法从上。初步选择DZ20-630。

　序号

　安装地点的电气条件

　DZ20-630型断路器

　项目

　数据

　项目

　数据

　结论

　1

　UN

　380V

　UN.QF

　380V

　合格

　2

　I30

　251A

　IN.QF

　630A

　合格

　3

　（断流能力）

　25.3KA

　IOC

　30KA

　合格

　4

　（动稳定度）

　46.5KA

　imax

　—

　合格

　5

　i. t（热稳定度）

　i. t=25.30.7=448KA2.s

　It

　—

　合格

　电流互感器的选择和校验

　电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S2计算：

　S2=

　在开关柜中电流互感器选择LMZ1-0.5。热稳定以及动稳定校验公式如上述，满足校验。

　在低压柜中NO.203，由于此开关柜的线路去向为6#，7#，9#即为工具车间，金工车间，装配车间，其计算电流分别为280A，194A,122A，现以6#线路为例。

　低压断路器的选择以及校验，方法从上。初步选择DZ20-630

　序号

　安装地点的电气条件

　DZ20-630型断路器

　项目

　数据

　项目

　数据

　结论

　1

　UN

　380V

　UN.QF

　380V

　合格

　2

　I30

　280A

　IN.QF

　630A

　合格

　3

　（断流能力）

　25.3A

　IOC

　30KA

　合格

　4

　（动稳定度）

　46.5KA

　imax

　—

　合格

　5

　i. t（热稳定度）

　i. t=25.30.7=448KA2.s

　It

　—

　合格

　电流互感器的选择和校验

　电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S2计算：

　S2=

　在开关柜中电流互感器选择LMZ1-0.5。热稳定以及动稳定校验公式如上述，满足校验。

　在低压柜中NO.204，由于此开关柜的线路去向为5#,8#,10#,其计算电流分别为16.2A,67A,78A.，以10#线路为例。

　低压断路器的选择以及校验，方法从上。初步选择DZ20-200

　序号

　安装地点的电气条件

　DZ20-200型断路器

　项目

　数据

　项目

　数据

　结论

　1

　UN

　380V

　UN.QF

　380V

　合格

　2

　IC

　78A

　IN.QF

　200A

　合格

　3

　（断流能力）

　25.3KA

　IOC

　30KA

　合格

　4

　（动稳定度）

　46.5KA

　imax

　—

　合格

　5

　i. t（热稳定度）

　i. t=25.30.7=448 KA2.s

　It

　—

　合格

　电流互感器的选择和校验

　 电流互感器应安装同电压互感器选择基本一样，电流互感器的二次负荷S2计算：

　S2=

　在开关柜中电流互感器选择LMZ1-0.5。热稳定以及动稳定校验公式如上述，满足校验。

　低压柜中NO.205和NO.206为照明配电柜，专供生活区使用，选择保护设备一致。计算电流为413A。

　低压断路器的选择以及校验，方法从上。初步选择DZ20-630

　序号

　安装地点的电气条件

　DZ20-630型断路器

　项目

　数据

　项目

　数据

　结论

　1

　UN

　380V

　UN.QF

　380V

　合格

　2

　IC

　413A

　IN.QF

　630A

　合格

　电流互感器的选择和校验

　 电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S2计算：

　S2=

　在开关柜中电流互感器选择LMZ1-0.5 。热稳定以及动稳定校验公式如上述，满足校验。

　补偿柜中，电流互感器的选择方法同上，采用LMZI-0.5

　 380V侧一次设备的选择校验，如下表，所选数据均满足要求。

　 380V一次侧设备的选择校验

　选择校验项目

　电压

　电流

　断流

　能力

　动态

　定度

　热稳定度

　其它

　装置地点条件

　参数

　-

　数据

　380V

　总897.8A

　25.3kA

　46.5kA

　-

　一次设备型号规格

　额定参数

　-

　低压断路器DW15-1500/3D

　380V

　1500A

　40kA

　-

　-

　-

　低压断路器DW20-630

　380V

　630A

　30Ka

　(一般)

　-

　-

　-

　（大于）

　低压断路器DW20-200

　380V

　200A

　（大于）

　25 kA

　-

　-

　-

　低压断路HD13-1500/30

　380V

　1500A

　-

　-

　-

　-

　电流互感器LMZJ1-0.5

　500V

　1500/5A

　-

　-

　-

　-

　电流互感器LMZ1-0.5

　500V

　100/5A

　160/5A

　-

　-

　-

　-

　3.3

　高低压母线的选择

　查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12010）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。

　第四章

　变压所进出线与邻近单位联络线的选择

　4.1 10kV高压进线和引入电缆的选择

　 （1） 10kV高压进线的选择校验

　 采用LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。

　a).按发热条件选择

　由==57.7A及室外环境温度33°，查表得，初选LGJ-35,其35°C时的=149A>,满足发热条件。

　b).校验机械强度 查表得，最小允许截面积=25，而LGJ-35满足要求，故选它。

　由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。

　（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之间埋地敷设。

　a)按发热条件选择

　由==57.7A及土壤环境25°，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=149A>,满足发热条件。

　b)校验热路稳定 按式，A为母线截面积，单位为；为满足热路稳定条件的最大截面积，单位为；C为材料热稳定系数；为母线通过的三相短路稳态电流，单位为

　A；短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=1960，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=77，把这些数据代入公式中得<A=25。

　因此JL22-10000-3 25电缆满足要求。

　4.2 380低压出线的选择

　（1）铸造车间

　馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采用VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆直接埋地敷设。

　 a）按发热条件需选择

　由=201A及地下0.8m土壤温度为25℃，查表，初选缆芯截面120，其=212A>，满足发热条件。

　b）校验电压损耗

　由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为100m，而查表得到120的铝芯电缆的=0.31 （按缆芯工作温度75°计），=0.07，又1号厂房的=94kW, =91.8 kvar，故线路电压损耗为

　 <=5%，满足电压损耗

　c）热稳定度校验

　不满足短热稳定要求，故改选缆芯截面为240的电缆，即选VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆，中性线芯按不小于相线芯一半选择，下同。

　（2）

　锻压车间

　馈电给2号厂房（锻压车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

　a）按发热条件需选择 由=251A,查表得缆芯截面为240的载流量

　=319A>，满足发热条件。

　b）校验电压损耗 查表得=0.31 （按缆芯工作温度75°计），=0.07，又2号厂房的=110.6kW, =123 kvar，故线路电压损耗为

　 <=5%,满足电压损耗

　（3）

　热处理车间

　馈电给3号厂房（热处理车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

　a）按发热条件需选择 由=176A,查表得缆芯截面为240的载流量=319A>，满足发热条件

　b）校验电压损耗 查表得=0.31 （按缆芯工作温度75°计），=0.07，又3号厂房的=94kW, =67.5 kvar，故线路电压损耗为

　 <=5%,满足电压损耗

　（4）

　电镀车间

　馈电给4号厂房（电镀车间）的线路，亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设。

　a）按发热条件需选择 由=244A,查表得缆芯截面为240的载流量=319A>，满足发热条件

　b）校验电压损耗 查表得=0.31 （按缆芯工作温度75°计），=0.07，又4号厂房的=129kW, =93.8 kvar，故线路电压损耗为

　 <=5%,满足电压损耗

　（5）

　仓库

　馈电给5号厂房（仓库）的线路，由于仓库就在变电所旁边，而且共一建筑物，因此采用聚氯乙烯绝缘铝芯导线BLV-1000型5根（包括3根相线、1根N线、1根PE线）穿硬塑料管埋地敷设。

　 a）按发热条件需选择

　由=16.2A及环境温度26，查《工厂供电设计指导》表8-41，初选截面积4，其=19A>，满足发热条件。

　b）校验机械强度

　查表得，=2.5，因此上面所选的4的导线满足机械强度要求。

　c) 校验电压损耗

　所选穿管线估计长50m，而查表得=0.85，=0.119，又仓库的=8.8kW, =6 kvar，因此

　 <=5%

　 故满足允许电压损耗的要求。

　（ 6 ）工具车间

　馈电给6号厂房（工具车间）的线路

　亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷

　a）按发热条件需选择 由=280A,查表得缆芯截面为240的载流量=319A>，满足发热条件

　b）校验电压损耗 查表得=0.31 （按缆芯工作温度75°计），=0.07，又6号厂房的=114.3kW, =144 kvar，故线路电压损耗为

　 <=5%,满足电压损耗

　（7）金工车间

　馈电给7号厂房（金工车间）的线路

　亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设

　a）按发热条件需选择 由=194A,查表得缆芯截面为240的载流量=319A>，满足发热条件

　b）校验电压损耗 查表得=0.31 （按缆芯工作温度75°计），=0.07，又7号厂房的=88kW, =93.6 kvar，故线路电压损耗为

　 <=5%,满足电压损耗

　（8）锅炉房

　馈电给8号厂房（锅炉房）的线路

　亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设

　a）按发热条件需选择 由=67A,查表得缆芯截面为240的载流量=319A>，满足发热条件

　b）校验电压损耗 查表得=0.31 （按缆芯工作温度75°计），=0.07，又8号厂房的=35.8kW, =26.3 kvar，故线路电压损耗为 <=5%,满足电压损耗

　（9）装配车间

　馈电给9号厂房（装配车间）的线路

　亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设

　a）按发热条件需选择 由=122A,查表得缆芯截面为240的载流量=319A>，满足发热条件

　b）校验电压损耗 查表得=0.31 （按缆芯工作温度75°计），=0.07

　，又9号厂房的=58.8kW, =55.1 kvar，故线路电压损耗为 <=5%,满足电压损耗

　（10）机修车间

　馈电给10号厂房（机修车间）的线路

　亦采用VLV22-1000-3240+1120的四芯聚氯乙烯绝缘的铝芯电缆直埋敷设

　a）按发热条件需选择 由=78A,查表得缆芯截面为240的载流量=319A>，满足发热条件

　b）校验电压损耗 查表得=0.31 （按缆芯工作温度75°计），=0.07，又9号厂房的=35.2kW, =37.4 kvar，故线路电压损耗为 <=5%,满足电压损耗

　（11） 生活区

　馈电给生活区的线路

　 采用BLX-1000型铝芯橡皮绝缘线架空敷设。

　1）按发热条件选择

　由I30=413A及室外环境温度（年最热月平均气温）33℃，初选BLX-1000-1240，其33℃时Ial≈455A>I30,满足发热条件。

　2）效验机械强度

　查表可得，最小允许截面积Amin=10mm2，因此BLX-1000-1240满足机械强度要求。

　3）校验电压损耗

　查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离600m左右，而查表得其阻抗值与BLX-1000-1240近似等值的LJ-240的阻抗=0.14，=0.30（按线间几何均距0.8m），又生活区的=245KW，=117.6kvar，因此

　>=5%

　不满足电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-175橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，查表得其阻抗值与BLX-1000-1120阻抗=0.18，=0.28

　<=5%,满足电压损耗条件。

　4.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验

　 采用YJL22—10000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敖设，与相距约2Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。

　（1）按发热条件选择

　工厂二级负荷容量共335.1KVA，，最热月土壤平均温度为25℃。查表《工厂供电设计指导》8-44，初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其满足要求。

　（2）校验电压损耗

　由表《工厂供电设计指导》8-42可查得缆芯为25的铝

　（缆芯温度按80℃计），，而二级负荷的,，线路长度按2km计，因此

　由此可见满足要求电压损耗5%的要求。

　（3）短路热稳定校验

　按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆的短路热稳定校验，可知缆芯25的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行。

　 以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如下表 所示。

　进出线和联络线的导线和电缆型号规格

　线 路 名 称

　导线或电缆的型号规格

　10KV电源进线

　LGJ-35铝绞线（三相三线架空）

　主变引入电缆

　YJL22—10000—3×25交联电缆（直埋）

　380V

　低压

　出线

　至1号厂房

　VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）

　至2号厂房

　VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）

　至3号厂房

　VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）

　至4号厂房

　VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）

　至5号厂房

　BLV—1000—1×4铝芯线5根穿内径25硬塑管

　至6号厂房

　VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）

　至7号厂房

　VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）

　至8号厂房

　VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）

　至9号厂房

　VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）

　至10号厂房

　VLV22—1000—3×240+1×120四芯塑料电缆（直埋）

　至生活区

　四回路，每回路3×BLX-1000-1×120+1×BLX-1000-1×75橡皮线（三相四线架空线）

　与临近单位10KV联络线

　YJL22—10000—3×16交联电缆（直埋）

　第五章

　变压器的整定与保护

　5.1变电所二次回路方案

　a)高压断路器的操作机构控制与信号回路

　断路器采用电机储能操作机构，其控制与信号回路如下所示，可实现一次重合闸。

　b)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，分别计量全厂消耗的有功电能表和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。

　按照GBJ63-1990的规定，本设计中交流回路的仪表的精确度等级为2.5级，则互感器精确度精度等级为1.0。

　c)变电所的测量和绝缘监察回路

　NO.102（GG-1A(F)-54）柜作为互感器，避雷器柜，变电所高压侧装有电压互感器——避雷器柜。其中电压互感器为3个JDZJ——10型，组成Y0/Y0/的接线，用以实现电压侧量和绝缘监察，其接线如下图所示

　高压柜NO.104（GG-1A(F)-07）作为备用电源的高压联路线上，装有三相有功电度表，三相无功电度表和电流表，其接线图如下图所示。高压进线上，也装上电流表。

　低压侧的动力出线上，均装有有功电度表和无功电度表，低压照明线路上装上三相四线有功电度。低压并联电容器组线路上，装上无功电度表。每一回路均装设电流表。低压母线装有电压表，仪表的准确度等级按符合要求。

　5.2主变压器的保护

　1为了预防 相间短路、高压侧单相接地短路以及匝间短路的主保护，其保护范围包括变压器套管及引出线。

　变压器在空载合闸时的过励磁电流，其值可为In的数倍到10倍以上，这样大的励磁电流通常称为励磁涌流。该设计采用了变压器的纵差保护

　 2 为防止变压器内部单相绕组的匝间短路，通常在容量大于800KVA的变压器上装设有气体保护。

　不论是哪一种型式的气体继电器都有两对触点：

　轻瓦斯保护：当变压器内发生轻微故障时，产生的气体较少且速度缓慢，气体上升后逐渐积聚在继电器的上部，使气体继电器内的油面下降，使得其中一个触点闭合而作用于信号。

　轻瓦斯保护动作值采用气体容积大小表示：250－300cm3

　重瓦斯保护：当变压器内发

　生严重故障时，强烈的电弧将产生大量的气体，油箱压力迅速升高，迫使变压器油沿着油箱冲向油枕，在油流的激烈冲击下，使另一触点接闭而动作于跳闸。

　重瓦斯保护动作值采用油流速度大小表示：0.6－1.5m/s

　3 变压器的相间短路后备保护

　主要有过电流保护和低阻抗保护。

　4 变压器的过负荷保护

　变压器的过负荷大多数情况下都是三相对称的，因此，过负荷保护只要接入一相，用一个电流继电器即可实现。过负荷保护通常延时动作于信号

　对于双绕组升压变压器，装于发电机电压一侧；对于三绕组升压变压器，当一侧无电源时，装在发电机电压侧和无电源一侧，当三侧都有电源时，装在所有三侧。

　 5变压器的单相接地保护

　1． 中性点直接接地的普通变压器接地后备保护 2． 中性点可能接地或不接地运行的变压器接地后备保护

　1） 中性点全绝缘变压器

　2） 分级绝缘且中性点装放电间隙的变压器

　3． 自耦变压器的接地后备保护

　1） 高、中压侧的方向零序电流保护整定计算

　2） 自耦变压器中性点零序过电流保护整定

　6变压器温度保护

　一般设为75℃

　 7冷却器故障保护

　 主变压器的继电保护

　电力变压器是工厂供电系统的重要设备，它的故障将对工厂产生严重的影响，针对本设计变压器容量选择以下保护。

　a）装设瓦斯保护。本次设计中，主变压器选择的 S9-1000/10型低损耗配电变压器。其为容量1000KVA的油浸式变压器，因此需要装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作信号；发生严重故障产生大量瓦斯时，则动作于跳闸。

　变压器瓦斯保护接线图

　b）装设反时限过电流保护。针对6300KVA以下的单独运行的重要变压，可装设过电流保护和电流速断保护，而1000KVA的变压器，一般采用GL型继电器兼作过电流保护和电流速断保护（过电流保护作为电流速断保护的后备保护）。

　因此本设计中，初步采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分流跳闸的操作方式。

　去分流跳闸的操作方式

　（1）过电流保护动作电流整定

　 其中，可靠系数

　，接线系数，继电器返回系数，电流互感器的电流比=100/5=20 ，因此动作电流为：

　 因此过电流保护动作电流整定为10A。

　（2）过电流保护动作时间的整定

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

　（3）过电流保护灵敏度系数的检验

　其中，=0.86625.3kA/(10kV/0.4kV)=1.105 ，因此其灵敏度系数为：

　 满足灵敏度系数的1.5的要求。

　C）装设电流速断保护

　利用GL15的速断装置。

　（1）速断电流的整定：利用式，其中，，，，，因此速断保护电流为

　速断电流倍数整定为

　Kqb=Iqb/Iop=70.8/10=7.08

　(注意不为整数,但必须在2～8之间)

　（2）电流速断保护灵敏度系数的检验

　利用式，其中，，因此其保护灵敏度系数为

　S=2200A/1461A=1.55>1.5

　从《工厂供电课程设计指导》表6-1可知，按GB50062—92规定，电流保护的最小灵敏度系数为1.5，因此这里装设的电流速断保护的灵敏度系数是达到要求的。但按JBJ6—96和JGJ/T16—92的规定，其最小灵敏度为2，则这里装设的电流速断保护灵

　敏度系数偏低一些。

　温度保护

　本次设计中，主变压器选择的S9-1000/(6)型油浸式变压器，其为容量1000KVA的干式变压器，因此需要装设温度保护。当变压器超过预设温度时，报警装置将进行报警，而将继续上升到一定温度，这时将发出跳闸信号。其原理如图3.2所示

　　温度保护原理图

　温度保护是保护干式变压器内部故障的一种基本保护装置。干式变压器的温度保护分为温度显示和温度控制两部分。由于设计的需要，因此选择温控系统。温控系统通过预埋在低压绕组中的测温元件PTC测取温度信号，并根据绕组温度，控制冷却风机的运行，发出超温报警信号，直至发出超高温跳闸信号。当变压器温度过高时，温度继电器触点KTM接通，信号继电器KS2通电动作，动作于报警信号。当变压器温度温度继续超高的时候，另一个温度继电器KTM接通，信号继电器KS1通电动作，动作于跳闸信号。这时也可以利用切片XB1切换位置，串接限流电阻R2，只动作于报警信号

　5.3作为备用电源的高压联络线的继电保护装置

　（1）装设反时限过电流保护。

　亦采用GL15型感应式过电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。

　a)过电流保护动作电流的整定,利用式，其中 =2，取=

　 0.6×52A=43.38A，， =1，=0.8， =50/5=10，因此动作电流为：

　 因此过电流保护动作电流整定为7A。

　b)过电流保护动作电流的整定

　按终端保护考虑，动作时间整定为0.5s。

　c)过电流保护灵敏度系数

　因无临近单位变电所10kV母线经联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数，只有从略。

　（2）装设电流速断保护

　亦利用GL15的速断装置。但因无临近单位变电所联络线到本厂变电所低压母线的短路数据，无法检验灵敏度系数

　5.4 变电所低压侧的保护

　a）本设计中的变压器虽为单台运行但作为其他负荷的备用电源，应该装置过负荷保护，同时，若变压器低压侧单相接地故障，本设计中低压总开关采用DW15-1500/3型低压断路器，三相均装过流脱扣器，即可实现对低压侧相间短路和过负荷的保护，又可实现对低压单相接地短路的保护。

　脱扣器动作电流的整定为压断路器过流脱扣器的额定电流IN.OR不小于线路的计算电流I30，即IN.OR≥I30

　lOP≤KOL·Ial，其中Ial绝缘线缆的允许载流量；Kol绝缘线缆的允许短时过负荷系数，对瞬时和短延时过流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，做短路保护时取1.1，只做过负荷保护时取1。

　 lOP≤KOL·Ial=897.8A≤2707*1.1=2978A

　 整定结果满足要求。

　b）低压侧所有出线上均采用DZ20型低压短路器控制，其瞬间脱钩器可实现对线

　路的短路故障的保护

　整定从上，整定lOP≤KOL·Ial=803A≤1600*1.1=1760A

　变压器的低电压起动的带时限过电流保护，这是基于在低电压情况下起动时，电流速断保护的存在的“死区”的基本保护。当过电流保护的灵敏系数达不到S=1.5的要求时，则可采用低电压（闭锁）的过电流保护装置。

　U=

　Umin为变压器运行中可能遇到的最低工作电压，一般取0.5-0.7Un，本设计中取0.5

　U= =0.83

　保护装置整定时间为t=1.9=0.65

　电流速断保护灵敏系数校验 利用公式S=2

　 S=2200A/1461A=1.55>1.5

　低电压起动的灵敏系数校验S=1.2=10/5=21.2

　第六章

　电力线路的保护

　6.1对继电保护装置的基本要求

　对继电保护装置的基本要求有四点：即选择性、灵敏性、速动性和可靠性。

　1） 选择性 

　 当供电系统中发生故障时，继电保护装置应能有选择性地将故障部分切除。也就是它应该首先断开距离故障点最近的断路器，以保证系统中其它非故障部分能继续正常运行。

　2） 灵敏性 

　 灵敏性系指继电保护装置对故障和异常工作状况的反映能力。在保护装置的保护范围内，不管短路点的位置如何、不论短路的性质怎样，保护装置均不应产生拒绝动作；但在保护区外发生故障时,又不应该产生错误动作。

　3） 速动性 

　 速动性是指保护装置应能尽快地切除短路故障。

　 缩短切除故障的时间，就可以减轻短路电流对电气设备的损坏程度，加快系统电压的恢复，从而为电气设备的自启动创造了有利条件，同时还提高了发电机并列运行的稳定性。 

　 4） 可靠性 

　 保护装置应能正确的动作，并随时处于准备状态。如不能满足可靠性的要求，保护装置反而成为了扩大事故或直接造成故障的根源。为确保保护装置动作的可靠性，则要求保护装置的设计原理、整定计算、安装调试要正确无误；同时要求组成保护装置的各元件的质量要可靠、运行维护要得当、系统应尽可能的简化有效，以提高保护的可靠性。

　由于本设计是针对10KV电力线路，线路不是很长，容量不是很大.故本线路应装设单相接地保护，过负荷保护（主要动作于信号）和相间短路保护。

　6.2过电流保护

　作为相间短路保护主要动作于断路器的跳闸机构，使断路器跳闸，切除短路故障部分。相间短路主要采用带时限的过电流保护，即定时限过电流保护和反时限过电流保护

　a）过电流保护动作的整定

　 计算由公式 I= Il.max

　由于采用GL感应式继电器，I应为整数并且在10A以内。可靠系数Krel 取1.3，保护装置的接线系数Kw为1，继电器返回系数取0.8，线路上的最大负荷电流 Il.max=1.5Ic

　I =1.552=78A，=0.8，=1.3，=100A/5A=20

　 I= Il.max=1.3*78*1/（0.8*20）=6.3A因此过电流保护动作整定电流为10KA

　b)过电流动作时间的整定

　 对于GL继电器构成的反时限过电流保护，可取0.7

　c）过电流保护的灵敏度校验

　S=KwIk(2)。min/KiIop1.2

　因Ik(2)。min=0.866/KT=0.866*25.3KA/(10KA/0.4KA)=876A

　得S=3.411.2带时限的过电流保护有个明显的缺点，就是越靠近电源线路的过电流保护，其动作时间越长，而短路电流则是越靠近电源，其值越大，危害就越严重。故还应装设电流速断保护。。在电流速断保护存在死区内，一般由带时限的过电流保护实现保护。在电流速断保护区内，速断保护为主保护，过电流保护作为后备保护；而在电流速断保护死区内，过电流保护为基本保护。

　速断电流的整定 利用公式I==25300A=70.8A

　速断电流倍数整定为

　K==70.8A/10A=7.08

　（K可不为整数，但必须在2-8之间）

　电流速断保护灵敏系数校验 利用公式利用式S=KwIk。min/KiIqb2其中，因此其保护灵敏度系数为S=2200A/1461A=1.55>1.5

　6.3单相接地保护

　作为单相接地保护动作于信号，当危及人身和设备安全时，则动作与跳闸。

　线路单相接地保护动作电流的整定为

　其中Kre取值为1.5

　Ic=UNL/10=8

　Iop=1.5*8/20=4.5

　单相接地保护的灵敏系数的检验

　其中Ic.z按下面公式进行计算

　SP=150/20/4.5=1.66>1.5

　结论

　在我论文完成过程中，我首先要感谢我的论文指导老师XX老师，在将近5个月的时间里，X老师等人一直和我们在一起，帮助我们解决课题研究设计上的问题，并给我们查找相关资料，给了我们很大的帮助。如果没有老师的耐心、详细的指导，相信我的设计不可能完成的这么顺利。在次同时，也让我更加了解了我们所学课程在实际当中的应用，对以后的生活工作提供了很大的帮助。

　我们做的是某10KV变电站继电保护设计进行的设计。通过这次毕业设计，我加深了对工厂供电及电气技术知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，和一定知识的学习。我与其他同学一起进行课题分析、查资料、图形绘制，整理开题报告到最后完成整个论文设计，作为大学阶段最后一次重要的学习经历，我感觉受益非浅，同时深深的感觉的自己的学习能力在不断提高。

　本设计从实际出发， 考虑到生活和工业生产中的各种因素的存在，在设计过程中把可靠性作为第一位，同时也考虑到了运行的经济性等因素，合理的选择运行方式及各种元器件，力求使设计方案达到优化组合的要求。另外，在设计过程中，尽量采用了一些国内外的先进元器件和技术。

　通过以上设计内容，基本完成了预期的设计要求，理论上能够满足实际的需求。同时,设备选择时尽量地采用了较新的型号,以适应技术发展的需要，更好的满足生活和生产对供电质量的要求，更好的实现电力超前于经济发展的目标。

　参考文献

　1] 刘介才编 《工厂供电》 机械工业出版社 1998

　2] 贺嘉李编 《电力系统继电保护》 电力工业出版社 1997

　3] 国家有关的电气化设计规范 2005

　4] 05 系列建筑电气设计图集05D01~05D13 2002.

　5] 赵明等编 《工厂电气设备》 机械工业出版社 1997

　6] 张祥军编 《工厂变配电技术》 1999

　7] 张莹编 《新编21世纪高等职业教育电子信息类教材--工厂供配电技术》.电子工业出版社 2001

　8] 徐腊元 《配电网自动化设备优选指南》 中国水利水电出版社 2001

　9] 王静茹 《输电线路电流电压保护》 水力电力出版社 2000

　10] 罗会昌 《电工电子技术实验与课程设计》 中国科学科技大学出版社 1999

　11] 陈雪丽、董事 编《电气工程专业英语》 机械工业出版社 1996

　12] 周立志 李纯洁 《实用电工计算手册》 辽宁技术科学技术出版社 1998

　13] Patel H.S.,Hoft R.C.Generalized Techniques of Harmonic Elimination and Voltage Control in Thyristor Inverters:Part I-Harmonic Elimination.IEEE Trans.IA,1997,9(3)

　14] Van Der Broeck H.W.,Skudelny H.C.Analysis and Realizati on of a Pulsewidth Modulator Based on Voltage Space Vectors.IEEE Trans.IA,1992,28(1)

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