毕业设计- 110KV供配电系统设计

2023-10-28 来源：汇智旅游网

(论文) 摘要

10kV供配电设计

Ⅰ

(论文)

摘要

电能是现代工业生产的主要能源和动力，在工业生产中起着十分重要的作用。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。但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，一个稳定可靠的供配电系统对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。

本文主要进行了负荷计算、主变压器选型、主结线设计、高压配电系统设计、短路电流计算、改善功率因数装置设计、变电所高、低压侧设备选择、变电所防雷装置设计，通过以上步骤设计出了一个可靠、稳定、经济的配电系统。

关键词供配电系统设计，配电网计算，变电所选址

Ⅰ

ABSTRACT

Power of modern industrial production of major energy and power, in the industrial production plays an important role. After the electrification of industrial production can greatly increase yield, enhance product quality, increase productivity, reduce production costs, reduce labor intensity and improve working conditions of workers is beneficial to automate the production process. However, if a sudden interruption of the supply of power plant, the industrial production could have serious consequences. Therefore, a stable and reliable power supply system for the development of industrial production, and industrial modernization, is of great significance.

This paper conducted a load calculation, selection of the main transformer, main connection design, high-voltage power distribution system design, short circuit current calculation, improving the power factor device design, substation high and low pressure side of the equipment selection, design of substation lightning protection devices Through these steps to design a reliable, stable and economical distribution system.

Key words distribution system design, distribution network computing, location-allocation of substation

Ⅱ

(论文)

摘要 ............................................................................................................................................... Ⅰ ABSTRACT ...................................................................................................................................... Ⅱ

1绪论 .............................................................................................................................................. 1

1.1研究目的和意义 ............................................................................................................... 1 1.2基本要求 ........................................................................................................................... 1 1.3本文主要内容和研究工作 ............................................................................................... 1

2负荷计算和无功功率补偿 ..................................................................................................... 4

2.1负荷计算的目的和意义 ................................................................................................... 4 2.2负荷计算的方法 ............................................................................................................... 4 2.3负荷计算 ........................................................................................................................... 5 2.4无功功率补偿 ................................................................................................................... 7 2.5车间变压器的选择 ........................................................................................................... 8

2.5.1车间变电站变压器台数的选择原则 .................................................................... 8 2.5.2变压器容量的选择 ................................................................................................ 9 2.5.3低压为230/400V的配电变压器联结组别的选择 .............................................. 9

3短路电流计算及线路、高低压设备选型 ....................................................................... 11

3.1短路概述 ......................................................................................................................... 11

3.1.1短路后果.............................................................................................................. 11 3.1.2短路电流计算目的 .............................................................................................. 11 3.1.3短路分类.............................................................................................................. 11 3.2电力网络中的短路计算 ................................................................................................. 13 3.3高低压电气设备的选择 ................................................................................................. 17

3.3.1高低压电气设备选择和校验原则 ...................................................................... 17 3.3.2高低压熔断器的选择 .......................................................................................... 20 3.3.3并联电容器的选择 .............................................................................................. 20 3.3.4高低压配电屏的选择 .......................................................................................... 21 3.4导线和电缆的选择 ......................................................................................................... 21

4变配电所及系统的主结线确定.......................................................................................... 24

4.1车间变电所所址选择的要求 ......................................................................................... 24 4.2电气主结线的设计原则和要求 ..................................................................................... 24

4.2.1安全性.................................................................................................................. 24 4.2.2可靠性.................................................................................................................. 25 4.2.3灵活性.................................................................................................................. 25 4.2.4经济性.................................................................................................................. 25 4.3变配电所主结线设计 ..................................................................................................... 25 4.4低压配电网络的确定 ..................................................................................................... 27

5供电系统的继电保护、防雷和接地 ................................................................................ 30

5.1继电保护的概述 ............................................................................................................. 30

(论文) 目录

5.1.1继电保护的任务 .................................................................................................. 30 5.1.2继电保护的要求 .................................................................................................. 30 5.1.3继电保护装置的操作电源 .................................................................................. 33 5.2常用继电保护的结线及整定计算 ................................................................................. 33 5.3部分装置的继电保护 ..................................................................................................... 34

5.3.1车间变压器的保护配置 ...................................................................................... 34 5.3.2高压电动机及电容器的保护配置 ...................................................................... 34 5.3.310KV线路的继电保护 .......................................................................................... 35 5.4变电所的防雷保护 ......................................................................................................... 35 5.5接地保护 ......................................................................................................................... 36

结论 ............................................................................................................................................... 38 参考文献 ...................................................................................................................................... 39 致谢 ............................................................................................................................................... 40

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1 绪论

1.1 研究目的和意义

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。

电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，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，一个稳定可靠的供配电系统对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义。因此在当今全球资源紧张的局势下，一个好的供配电系统设计，对于节约能源、保护环境、支援国家经济建设，也具有重大的作用。

1.2 基本要求

工厂供电工作要更好地为工业生产服务,切实保证工厂生产和生活用电的需要,并做好节能工作,就必须达到以下基本要求。

① 安全在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 ② 可靠应满足电能用户对供电可靠性即连续供电的要求。 ③ 优质应满足电能用户对电压和频率质量的要求。

④ 经济供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属消耗量。

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

1.3 本文主要内容和研究工作

本文主要是对10kV及以下供配电系统的设计，其内容包括以下几个方面。 ① 负荷计算

全厂总降压变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间

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变电所变压器的功率损耗，从而求出全厂总降压变电所高压侧计算负荷及总功率因数。列出负荷计算表、表达计算成果。

② 工厂总降压变电所的位置和主变压器的台数及容量选择

参考电源进线方向，综合考虑设置总降压变电所的有关因素，结合全厂计算负荷以及扩建和备用的需要，确定变压器的台数和容量。

③ 工厂总降压变电所主结线设计

根据变电所配电回路数，负荷要求的可靠性级别和计算负荷数综合主变压器台数，确定变电所高、低接线方式。对它的基本要求，即要安全可靠有要灵活经济，安装容易维修方便。

④ 厂区高压配电系统设计

根据厂内负荷情况，从技术和经济合理性确定厂区配电电压。参考负荷布局及

总降压变电所位置，比较几种可行的高压配电网布置放案，计算出导线截面及电压损失，由不同放案的可靠性，电压损失，基建投资，年运行费用，有色金属消耗量等综合技术经济条件列表比值，择优选用。按选定配电系统作线路结构与敷设方式设计。用厂区高压线路平面布置图，敷设要求和架空线路杆位明细表以及工程预算书表达设计成果。

⑤ 工厂供、配电系统短路电流计算

工厂用电，通常为国家电网的末端负荷，其容量运行小于电网容量，皆可按无限容量系统供电进行短路计算。由系统不同运行方式下的短路参数，求出不同运行方式下各点的三相及两相短路电流。

⑥ 改善功率因数装置设计

按负荷计算求出总降压变电所的功率因数，通过查表或计算求出达到供电部门要求数值所需补偿的无功率。由手册或厂品样本选用所需移相电容器的规格和数量，并选用合适的电容器柜或放电装置。如工厂有大型同步电动机还可以采用控制电机励磁电流方式提供无功功率，改善功率因数。

⑦ 变电所高、低压侧设备选择

参照短路电流计算数据和各回路计算负荷以及对应的额定值，选择变电所高、低压侧电器设备，如隔离开关、断路器、母线、电缆、绝缘子、避雷器、互感器、开关柜等设备。并根据需要进行热稳定和力稳定检验。用总降压变电所主结线图，设备材料表和投资概算表达设计成果。

⑧ 变电所防雷装置设计

参考本地区气象地质材料，设计防雷装置。进行防直击的避雷针保护范围计算，避免产生反击现象的空间距离计算，按避雷器的基本参数选择防雷电冲击波的避

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雷器的规格型号，并确定其接线部位。进行避雷灭弧电压，频放电电压和最大允许安装距离检验以及冲击接地电阻计算。

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2 负荷计算和无功功率补偿

2.1 负荷计算的目的和意义

工业企业生产所需要的电能，除大型厂矿企业建有自备发电厂可供应部分外，通常均由电力系统供给。工业企业所使用的电能都是通过企业的各级变电站经过变换电压后，分配到各用电设备。因此，工业企业变电站可以说是企业电力供应的枢纽，所处地位十分重要。如何正确地计算选择各级变电站的变压器容量及其它主要电气设备，这是保证企业安全可靠供电的重要前提。要进行低压供配电系统的设计，负荷的统计计算也是其中的一项重要内容，负荷计算结果对选择供配电设备及安全经济运行均起决定性的作用。

负荷计算的目的是

① 计算变配电所内变压器的负荷电流及视在功率，作为选择变压器容量的依据。

② 计算流过各主要电气设备(断路器、隔离开关、母线、熔断器等)的负荷电流，作为选择这些设备的依据。

③ 计算流过各条线路(电源进线、高低压配电线路等)的负荷电流，作为选择这些线路电缆或导线截面的依据。

④ 计算尖峰负荷，用于保护电器的整定计算和校验电动机的启动条件。 ⑤ 为电气设计提供技术依据。计算负荷是工程设计中按照发热条件选择导线和电气设备的依据。计算负荷确定得是否合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理，如果计算负荷确定的过大，将使电器和导线电缆选得过大，造成投资和有色金属的浪费，而变压器负荷率较低运行时，也将造成长期低效率运行。如果计算负荷确定的过小，又将使电器和导线处于过负荷运行，增加电能损耗，产生过热，导致绝缘过早老化甚至产生火灾，造成更大的经济损失。因此，正确确定计算负荷具有很大的意义。

2.2 负荷计算的方法

我国目前普遍采用需要系数法和二项式系数法确定用电设备的负荷，其中需要系数法是国际上普遍采用的确定计算负荷的方法，最为简便，而二项式系数法在确定设备台数较少且各台设备容量差别大的分支干线计算负荷时比较合理，本文采用需要系数法。

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表2.1 设备装置技术参数一览表

装置名称循环氢压缩机新氢压缩机水站水泵硫化氢气提塔顶空冷器分馏塔顶空冷器塔顶循环回流泵注氨泵新氢压缩机盘车电机循环氢压缩机油泵电机抗氧剂泵低压脱硫贫胺液泵硫化氢气提塔顶泵分溜塔进料泵(P-3204A/B) 反应进料泵新氢压缩机(K-3101)主机注水泵办公室外中央空调室外机办公室外中央空调室内机控制室风恒温恒湿空调机配电间风冷空调机

176 30 7.5 84 2000 280 280 2200 Pe(kW) 5.5 30 30 22 75 15 7.5 30 0.55 55 75 Ue(V) 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380 6000 6000 6000 6000 380 Ie(A) 11.1 56.9 56.9 42 140.1 29.4 15 56.9 1.5 102.7 140.1 36 261 223 35 127.6 Kd 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 cosφ 0.88 0.89 0.89 0.88 0.89 0.84 0.88 0.89 0.76 0.89 0.89 tanφ 0.54 0.512 0.512 0.54 0.512 0.646 0.54 0.512 0.882 0.512 0.512 0.8 0.8 0.85 0.85 0.62 0.62 0.9 0.8 -0.9 0.85 0.36 0.62 0.8 0.84 0.646 380 11.4 0.8 0.84 0.646 380 380 267.4 45.6 0.8 0.8 0.84 0.84 0.646 0.646 2.3 负荷计算

① 确定用电设备组或用电单位计算负荷的公式

用电设各组的计算负荷，是指用电设备从供电系统中取用的半小时最大负荷，所以通常用P30表示。

1) 有功计算负荷 (kW)

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P30=KdPe 式（2.1）

式中，Kd为用电设备组或用电单位的需要系数，Pe为用电设备组或用电单位的总设备容量。

2) 无功计算负荷 kvar

Q30P30tan 式（2.2）

式中，tan为设备铭牌给定功率因数角用电设备组或用电单位功率因数角的正切值。

3) 视在计算负荷(kV·A)

S30 4) 计算电流(A)

P30cos 式（2.3）

I30S303UN

式（2.4）

式中UN为用电设备组或用电单位供电电压额定值(kV)。

② 确定多组用电设备组或多个用电单位总计算负荷的公式

1) 有功计算负荷 (kW)

P30=KpP30i

式（2.5）

式中，P30i为各组的计算负荷(kW)；KP为有功负荷同时系数，由设备组计算车间配电干线负荷时可取KP=0.85～0.95，由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取KP=0.8～0.9。

2) 无功计算负荷（kvar ）

Q30KPQ30i 式（2.6）

式中，Q30i为各组无功计算负荷(kvar)；Kq为无功负荷同时系数,由设备组计算车间配电干线负荷时可取Kq=0.9～0.97，由设备组直接计算变电所低压母线总负荷时可取Kq=0.85～0.95 。

3) 视在计算负荷(kV·A)

S30P30Q30 式（2.7）

4) 计算电流(A)

I306

222S303UN

式（2.8）

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式中UN为用电设备电压额定值(kV)。

2.4 无功功率补偿

低压配电系统为用电端，有感应电动机、电焊机、气体放电灯等感性负荷，需要的无功功率大，使功率因数降低，较低的功率因数会使系统的电能损耗和电压损耗增大，为了减小损耗，节约电能，提高电压质量，必须提高功率因数。供电营业部门规定：lOOkV·A及以上高压供电的用户功率因数为O．9以上，未达到规定的应进行补偿。无功补偿有同步补偿机和并联电容器补偿，一般采用并联电容器进行补偿。

无功补偿公式

QCP30(tan1tan2) 式（2.9）

补偿前 cos1=0.85, tan1=0.71 补偿后cos2=0.95, tan2=0.33 计算的结果如下表：

表2.2 计算负荷一览表装置名称循环氢压缩机新氢压缩机水站水泵硫化氢气提塔顶空冷器分馏塔顶空冷器塔顶循环回流泵注氨泵新氢压缩机盘车电机循环氢压缩机油泵电机抗氧剂泵低压脱硫贫胺液泵硫化氢汽提塔顶泵办公室外中央空调室外机办公室外中央空调室内机控制室风恒温恒湿空调机 P30i（kW) 4.4 24 150 134.4 60 12 12 24 0.44 44 60 67.2 6 140.8 7

Q30i（kvar） 2.376 12.288 96.89 82.294 30.72 6.48 7.437 12.288 0.388 22.528 30.72 50.4 4.5 105.6 S30i（kV·A） 5 26.963 67.407 13.638 26.963 0.587 49.432 67.407 萬花樓大学（http://towanhualou.lingd.net/）(论文) 2 负荷计算和无功功率补偿配电间风冷空调机车间低压装置合计（380v）乘以同时系数 24 18 P30（kW) 763.24 Kp=0.9 686.916 Q30（kvar） 482.909 Kq=0.95 485.764

S30（kVA） 903.181 841.321 无功补偿公式 QCP30(tan1tan2) 补偿前 cos1=0.85, tan1=0.71 补偿后cos2=0.95, tan2=0.33

低压无功补偿 QC=261.028 224.736 补偿后计算负荷 686.916 722.745 低压侧(380V) I30S303U30=1098.097A

分溜塔进料泵反应进料泵新氢压缩机主机注水泵车间高压装置合计（10kV） 224 880 1200 448 2752 138.88 545.6 -432 276.76 529.24 263.56 1035.41 526.59 2802.43 高压侧(6kV) I30S30

3U30= 161.80A

2.5 车间变压器的选择

变压器是电力系统中数量极多且地位十分重要的电器设备，它的作用就是升高和降低电压。在进行负荷统计及无功补偿后，就可根据补偿后的容量进行变压器的选择。变压器的选择包括容量、台数、类型的选择。

2.5.1 车间变电站变压器台数的选择原则

车间变电站变压器台数的选择原则如下。 ① 对于一般的生产车间尽量装设一台变压器。

② 如果车间的一、二级负荷所占比重较大，必须两个电源供电时，则应装设两台变压器。每台变压器均能承担对全部一、二级负荷的供电任务。如果与相邻

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车间有联络线时，当车间变电站出现故障时，其一、二级负荷可通过联络线保证继续供电，则亦可以只选用一台变压器。

③ 当车间负荷昼夜变化较大时，或由独立（公用）车间变电站向几个负荷曲线相差悬殊的车间供电时，如选用一台变压器在技术经济上显然是不合理的，则亦装设两台变压器。

2.5.2 变压器容量的选择

① 变压器的容量SN.T应满足车间内所有用电设备计算负荷S30的需要，即 SN.T≥S30。

② 装有两台主变压器的变电所每台变压器的容量SN.T应同时满足以下两个

条件:

1) 任一台变压器单独运行时,宜满足总计算负荷S30的大约60%至70%的需

要,既

SNT=(0.6～0.7)S30 式（2.10）

2) 任一台变压器单独运行时,宜满足全部一、二级负荷的需要，既

SNT≥S30(Ⅱ) 式（2.11）

③ 低压为0.4kV的主变压器单台容量一般不宜大于1000kV·A（JGJ/T16—92规定）或1250 kV·A（GB50053—94规定）。如果用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，亦可选用较大容量的变压器。

2.5.3 低压为230/400V的配电变压器联结组别的选择

① 选择Y,yn0联结组别的几种情况：

1) 三相负荷基本平衡，其低压中性线电流不致超过低压绕组额定电流25%时；

2) 供电系统中高次谐波干扰不严重时；

3) 低压单相接地短路保护的动作灵敏度达到要求时； ② 选择D,yn11联结组别的几种情况：

1) 由单相不平衡负荷引起的中性电流超过变压器低压绕组额定电流25%时； 2) 供电系统中存在较大的“谐波源”，三次及以上高次次谐波电流比较突出时；

3) 需要增大单相短路电流值，以确保低压单相接地短路保护的动作灵敏度；综上所述:

依据车间低压装置的计算负荷可以选定低压车间变压器为：S9-500/10两台，其技术参数如下：

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额定容量：500kVA 一次侧额定电压：10kV

二次侧额定电压：400V 联结组别：Dyn11 空载损耗：ΔPk=1.03kW 短路损耗：ΔPe=4.95kW 短路电压百分值：Uk %=4 空载电流百分值：Ik %=3.0 当电流通过变压器时，就要引起有功功率和无功功率的损耗，这部分功率损耗也需要由电力系统供给。因此，在确定车间主结母线时需要考虑到这部分功率损耗。

变压器的有功损耗为：

PT0.015S3010.84kW

变压器的无功损耗为：

QT0.06S3043.365kvar

高压侧(10kV)计算负荷既工厂计算负荷按逐级计算法:

P30KPPiPT2932.29kW

Q30KqQiQT717.61kvar S30P2230Q303018.822kVA

式（2.12）

式（2.13）

式（2.14）式（2.15）

式（2.16）

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3 短路电流计算及线路、高低压设备选型

3.1 短路概述

“短路”是电力系统中常发生的一种故障。所谓短路是指电网某一相导体未通过任何负荷而直接与另一相导体或地接触。

3.1.1 短路后果

电器设备载流部分绝缘损坏是形成短路的主要原因，它带来的危害也是相当严重的，后果如下。

① 损坏电气设备：短路电路要产生很大的电动力和很高的温度，可使故障设备造成严重的损坏，并可能损坏电路其它设备。

② 造成停电事故：由于电路中装设有短路保护装置，因此在电路短路时，将使得短路电路断开，从而造成停电。短路点越靠近电源，短路引起停电的范围越大，给国民经济造成的损失越大。

③ 引起电压骤降：短路时电压要骤降，从而严重影响电气设备的运行。电压的严重下降，还可能破坏各发电厂并列运行的稳定性，使得并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。

④ 造成电磁干扰：不对称短路电流产生的不平衡磁场，对附近的通信线路、信号系统及电子设备等产生严重的干扰，影响其正常运行，甚至可能造成误动作。

3.1.2 短路电流计算目的

计算短路电流的目的是：正确的选择电气设备及导体，使之在短路故障发生时不致损坏；正确选择过电流保护装置，使其在短路故障时能可靠切除故障。选择限制电流的电器，如限流电抗器。

在电力系统中，短路电流计算的结果具体应用于如下。

① 选择变配电所中断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、成套设备、避雷器等设备以及软导线、硬导体。

② 为选择的电气设备和载流导体进行热稳定性和动稳定性的校验。 ③ 选择和整定继电保护装置。

④ 合理的确定主结线方案和主要运行方式。

3.1.3 短路分类

短路电流的计算有三相短路电流计算、两相短路电流计算和单相短路电流计算，下面分别介绍。

① 对称短路

三相短路k(3)

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图3.1 三相短路

② 不对称短路

两相短路k(2)

图3.2 两相相间短路

两相接地短路k(1.1)

图3.3 两相接地短路

单相短路k(1)

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图3.4 单相短路

为了校验各种电器设备，必须找出可能出现的最严重的短路电流。经分析，发现在空载线路上且恰好当某一相电压过零时刻发生三相短路，在该相中就会出现最为严重的短路电流。

3.2 电力网络中的短路计算

短路计算的相关公式

表3.1 有名值与标幺值换算公式参数名称功率有名值 S 标幺值说明一般取Sd=100MVA SS SdUU Ud电压 U 一般取Ud=Uev 电流 I II IdIdSd3Ud 电抗 X XXXSd=2 XdUdX是以Sd为基准容量的标幺值变压器电抗 UK%U2NXT 100SNXTU%Sdk 100SN13

萬花樓大学（http://towanhualou.lingd.net/）(论文) 3 短路电流计算及线路、高低压设备选型线路电抗 XLX1L XLX1LSd 2UdX1为线路每公里电抗值电抗器电抗 XRXR%UN1003 INXRXR%UNSd21003INUd XR%为电抗器铭牌上数值系统等值电抗 U2XSN SKXSSdSdSK3IKUNSK为某点短路容量，Ik为该点的三相短路电流 SK（MVA） IK（kA）电动机电抗 X''MUK%U2N 100SN'X'MSd KSTSNKST为启动电流倍数

图3.5 三相短路计算系统图

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计算K1短路点

系统等值电抗

2UN10.5kVXS0.22 式（3.1）

SK500MVA电缆线路的电抗

XLX1L0.08(/km)0.10.008 式（3.2）计算总电抗

XXSXl0.220.0080.228 式（3.3）其等效电路图如下

图3.6 k1短路等效电路图

三相短路电流周期分量有效值

IK(3)UC3X10.5kV30.22826.59kA 式（3.4）

三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

ish(3)2.55I\"(3)2.5526.5967.80kA 式（3.5）

Ish(3)1.51I\"1.5126.5940.15kA 式（3.6）

三相短路容量

S''3UcIK(3)310.526.59 483.58MVA 式（3.7）

同理可算得其他短路点的短路电流，其短路图分别如下。

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图3.7 k2-k7短路等效电路图

图3.8 k8短路等效电路图

用欧姆法计算得到的短路电流如下表

表3.2 三相短路电流计算一览表三相短路电流计算/kA 短路计算点 K1 K2-K4 K6-K7 K8 （3）‘’IKII Ish三相短路容量/MV.A (3)1.51I\"(3) 40.15 15.31 15.31 25.53 i(3)sh2.55I\"(3) S''3Uc1IK(3) 67.8 25.86 25.86 43.12 483.58 184.41 184.41 11.72 26.59 10.14 10.14 16.91 备注：

3)---为三相短路时周期分量的有效值，用来作为推算其它各短路电流① I(k计算量的基本依据。

② I---为三相短路电流的稳态有效值，用来校验电器和电路中载流部件的热稳定性。

③ I''---为次暂态短路电流，用来作继电保护的整定计算和校验断路器的额定断流量。

④ Ish---为三相短路后第一周期内短路电流（指最严重情况下的最严重相的第一周期的电流峰值）的有效值，用来校验电器设备的动稳定性，有时也用作校验断路器的额定断流量。

Ish⑤ ---为三相短路冲击电流（指最严重短路情况下，三相短路电流中最严重相的第一周期的电流峰值），用来校验电器设备和母线的动稳定性。

''⑥ S---为次暂态三相短路容量，用来校验断路器的遮断能力。

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3.3 高低压电气设备的选择

高低压电气设备的选择包括高压隔离开关、高压负荷开关、高压断路器、高压开关柜、高压熔断器：低压电气设备的选择包括低压刀开关、负荷开关、低压断路器、低压熔断器、电流互感器、低压配电屏、接触器、低压启动器等。

3.3.1 高低压电气设备选择和校验原则

为了保证选择的电气设备的可靠工作，必须按以下原则进行选择和校验。 ① 正常工作条件下进行选择 1) 按工作电压选择

一般电器额定电压UNe应不低于所在电路额定电压UN，即

UNeUN

式（3.8）

2) 按工作电流选择

一般电器额定电流INe应不低于所在电路的计算电流I30即

INeI30 式（3.9）

② 按短路条件校验

短路校验就是校验电器和导体在短路时的动稳定性和热稳定性。 1) 短路动稳定度的校验条件

a. 断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的动稳定电流的峰值imax应不小于可能的最大的短路冲击电流ish，或其动稳定电流有效值Imax 应不小于可能的最大的短路冲击电流Ish即

imaxish；ImaxIsh 式（3.10）

b. 电流互感器大多数给出动稳定倍数，其动稳定度校验条件为

Kes2I1Nish 式（3.11）

式中，I1N为电流互感器的额定一次电流 2) 短路热稳定度的校验条件

(3)2 a. 断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器的热稳定度校验条件为I2ttItima

式（3.12）

式中，It为电器的热稳定电流；t为其热稳定时间；I(3)为通过电器的三相短路稳态电流；tima为短路发热假象时间。

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b. 电流互感器大多给出热稳定倍数Ktit(2IN1)和热稳定时间t，其热稳定度校验条件为

2(3)2(KI)tIt1Ntima

式（3.13）

式中，

I1N为电流互感器额定一次电流。

c. 母线、电缆的短路热稳定度，可按其满足热稳定度的最小截面Amin来校验，即

AAminI(3)Ctima

式（3.14）

式中，A 为母线、电缆的导体截面积；C 为导体的短路热稳定系数根据以上条件：

10kV高压进线上选择SN10—10Ⅱ/1000—500高压断路器、LZZQB6~10型电流互感器。

分馏塔进料泵、反应进料泵、注水泵、新氢压缩机主机、10kV/380V变压器高压侧线路上选择SN10—10I/630—300型高压断路器、LZZQB6~10型电流互感器。

10kV/380V低压侧选择DW15—1500低压断路器、LMZJ1-0.5型电流互感器。（LMZJ1-0.5型电流互感器为母线式、浇注绝缘、户内产品，适用于交流50HZ、500V及以下的线路中，供电流、电能和功率测量以及继电保护用）

低压侧配电线路选择DW15—200低压断路器、HD12—1500/3刀开关（适用于500V及以下配电系统中，作接通和切断电路，或者作电网的隔离开关使用）

各设备校验如下表

表3.3 高压干线断路器

装设地点电气条件序号项目 1 2 3 4 数据 10kv 161.8A 26.59KA 67.8KA 项目数据 10kv 1000A 31.5KA 80KA 结论合格合格合格合格 SN10—10Ⅱ/1000—500 UN I30 UN IN IK(3) IOC ish(3) imax 18

萬花樓大学（http://towanhualou.lingd.net/）(论文) 3 短路电流计算及线路、高低压设备选型 5 I(3)2tima 26.592(1.10.2)919.14 I2t 231.5243969 合格表3.4 高压配电线断路器

装设地点电气条件序号项目 1 2 3 4 数据 10KV 15.22A 10.14kA 25.86kA 项目数据 10kV 630A 16kA 40kA 结论合格合格合格合格 SN10—10I/630—300 UN UN IN IOC I30 IK(3) ish(3) I(3)2imax I2t 25 tima 10.142(1.10.2)133.67 16241024 合格表3.5 低压干线断路器装设地点电气条件序号项目 1 2 3 数据 380V 1098.097A 16.91kA 项目数据 380V 1500A 40kA 结论合格合格合格 DW15—1500 UN UN I30 IK(3) IN IOC 表3.6 低压配电线侧断路器

装设地点电气条件序号项目 1 2 3 数据 380V 140A（最大值） 10.14kA 项目数据 380V 200A 20kA 结论合格合格合格 DW15—200 UN UN IN I30 IK(3) IOC 表3.7 高压隔离开关

序号装设地点电气条件 19

GN—10/400 萬花樓大学（http://towanhualou.lingd.net/）(论文) 3 短路电流计算及线路、高低压设备选型项目 1 2 3 数据 10kV 15.22A 25.86kA 项目数据 10kV 400A 50kA 结论合格合格合格 UN I30 UN IN imax ish(3) I(3)24 tima 10.142(1.10.2)133.67 I2t 21425980 合格 3.3.2 高低压熔断器的选择

断器使用于保护线路、保护电力变压器、保护并联电容器、保护电压互感器。选择原则如下。

① 熔断器的额定电压与线路额定电压相适应。 ② 熔断器的额定电流应不小于它所装熔体额定电流。

表3.8 高压熔断器装设地点电气条件序号项目 1 2 数据 10kV 161.8A 项目数据 10kV 200A 结论合格合格 RN2—10 UN I30 UN IN （设备中最大值） 26.59kA 3 IK(3) IOC 50kA 合格表3.9 低压熔断器装设地点电气条件序号项目 1 2 数据 380V 140A 项目数据 380V 300A 结论合格合格 RTO11—300 UN I30 UN IN （设备中最大值） 16.91kA 3 IK(3) IOC 50kA 合格 3.3.3 并联电容器的选择

并联电容器是一种静止的无功功率发生器。将并联电容器接在35kV、10kV、6kV 或0.38kV 电压母线上，由开关设备分组投入或切除，以满足系统对无功负荷

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增加或减少的需求变化，使系统无功平衡使负荷的功率因数保持在一个合适的范围内，同时也使母线电压保持在规定的范围内。

根据车间的负荷的无功补偿容量的计算可知，380V母线的无功补偿容量为261.028kvar，这里选择BW0.4—12—1型电力电容器。

380V母线侧并联电容器台数的选择计算：

Q261.028nc22qc12（台）式（3.15）

3.3.4 高低压配电屏的选择

选用原则如下：额定电压和绝缘性能要高于系统的要求；额定电流要高于系统的要求；短时耐受电流要高于实际系统的最大短路电流。

高压侧可选用JYNZ—10 型手式交流金属封闭高压开关柜，JYNZ—10 型手式交流金属封闭高压开关柜主要适用于3~10kV、交流50HZ单母线系统，作为一般接受和分配电能的户内式配电设备。

低压侧可选用BFC—2B 型抽屉式低压配电屏。BFC—2B 型抽屉式低压配电屏适用于发电厂、变电所等500V以下的交流三相三线制或三相四线制系统，作为动力及照明配电用。该配电屏配用了AH系列开关，按主电路方案的组合方式分为空气断路器柜、单面抽屉柜和双面抽屉柜三种类型。

3.4 导线和电缆的选择

导线和电缆选择是工业企业供电网络设计中的一个重要组成部分，因为它们是构成供电网络的主要元件，电能必须依靠它们来输送分配。在选择导线和电缆的型号及截面时，既要保证供电的安全可靠，又要充分利用导线和电缆的负载能力。

选择导线和电缆截面时，必须考虑以下几个因素，这些因素也是我们的选择原则：发热问题、电压损失问题、架空线路的机械强度、经济条件。

① 选择导线截面的方法

常用选择导线截面的方法有：按发热条件选择；按照允许电压损失条件选择；按照机械强度条件选择；按照经济电流密度条件选择。

从原则上讲，上述四个条件都满足，以其中最大的截面作为我们应该选取的导线截面。但是，对一般工业企业6~10kV线路来说，因为电力线路不长，如按照经济电流密度来选择导线的截面，则往往偏大，所以一般只作为参考数据。只有大型工业企业的外部电源线路，但负荷较大、线路较长时，特别是35KV 及以上的输电线路，主要应按经济电流密度来选择导线截面。

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对于一般的工业企业内部6~10kV 线路，因线路不长，其电压损失不大，所以一般按发热条件选择，然后按其它条件进行校验。对于380V 低压线路，虽然线路不长，但因电流较大，在按发热条件选择的同时，还应按允许电压损失的条件进行校验。

② 选择条件

按照允许电压损失条件选择条件：

R0U%10U2NX0pLaa10U21NnqL≤5% 式（3.16）

aa1n 进行校验，各设备导线的选择均满足此条件。式中，R0、X0为每公里线路的电阻和电抗；

R010U2Np1naLa

式（3.17）

为由有功负荷及电阻引起的电压损失；

X0nqaLa 式（3.18） 210UN1为由无功负荷及电抗引起的电压损失；

除此校验条件外，还需考虑到熔断器和自动开关与导线截面的配合问题，它们之间也需要满足一定的关系：

1) 对于动力支线采用电缆敷设时，熔断器和电缆允许电流的倍数关系是

Ier2.5（Ier 为熔断器熔体的额定电流，A；IY 为电缆允许的电流，A）；自动IY开关和电缆允许电流的倍数关系是

IgzdIY1.0，

Iszd4.5（Igzd 为长延时脱扣器整IY定电流，Iszd为瞬时脱扣器整定电流，A）。

2) 对于动力干线采用电缆敷设时，熔断器和电缆允许电流的倍数关系是

IgzdIerI1.5；自动开关和电缆允许电流的倍数关系是1.0，szd4.5。 IYIYIY 3) 对于有爆炸危险的厂房中选择电缆截面的条件为综上所述高低压选择电缆型号为

IY>1.25。 IN22

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表3.10 车间各用电设备导线截面的选择和校验设备名称反应进料泵注水泵分溜塔进料泵新氢压缩机主机高压干线低压干线低压侧配电线路电缆型号 YJLV-325 YJLV-325 YJLV-325 YJLV-325 VLV29-3240 VV-3800 VV-335 Ial（A） 90 90 5190 90 473 1921 140 I30（A） 59.78 330.4 15.22 73.63 161.8 1098.097 140（设备当 IalI30合格合格合格合格合格合格合格中最大值）

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4 变配电所及系统的主结线确定

4.1 车间变电所所址选择的要求

车间变电所所址选择有如下要求。 ① 接近负荷中心

这样可以缩短低压配电线路，降低了线路的电能损耗、电压损耗和有色金属的消耗量。

② 接近电源侧。 ③ 设备运输方便

应考虑到电力变压器和高低压开关柜等大件设备的运输通道。 ④ 不应设在有剧烈振动的场所

振动场所不仅影响变配电所本身建筑及其中设备的安全，而且可导致开关设备和继电保护、自动装置的误动作。

⑤ 不应设在厕所、浴室附近及地势低洼和易积水的场所。 ⑥ 不宜设在有爆炸危险和火灾危险环境的正下方或正上方。 ⑦ 不应妨碍企业单位的发展，并适当考虑将来发展的可能。

综上所诉车间变电所的总体布置及要求:便于运行维护、保证运行安全、便于进出线、节约土地和建筑费、留有发展余地。

4.2 电气主结线的设计原则和要求

电气主结线的设计是变配电所整体设计的重要内容之一。主结线的确定，对电气设备的选择、配电装置的结构、今后供电的可靠性以及经济运行都有很密切的关系。因此要求设计的变配电所主结线，应根据变配电所在供电系统中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可靠、灵活经济等要求。

4.2.1 安全性

电气主结线的设计安全性要求。

① 在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设高压隔离开关。 ② 在低压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须装设低压刀开关。 ③ 在装设高压熔断器负荷开关的出线柜母线侧，必须装设高压隔离开关。 ④ 变配电所高压母线上及架空线路末端，必须装设避雷器。装于母线上的避雷器，宜与电压互感器共用一组隔离开关。接于变压器引出线上的避雷器，不宜装设隔离开关。

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4.2.2 可靠性

电气主结线的设计可靠性要求如下。

① 变配电所的主结线方案，必须与其负荷等级相适应。对一级负荷，应有两个电源供电。对二级负荷，应有两回路或者一回专用架空(电缆)供电；采用电缆供电时，应采用两根电缆组成的线路，且每根电缆应能承受100％的二级负荷。

② 变配电所的非专用电源进线侧，应装设带短路保护的断路器或串熔断器lOkV及以下供配电CAD系统的设计研究的负荷开关。当双电源供多个变配电所时，宜采用环网供电方式。

③ 对一般生产区的车间变配电所，宜由工厂总变配电所采用放射式高压配电，以确保供电可靠性，但对辅助生产区及生活区的变配电所，可采用树干式配电。

④ 变配电所低压侧的总开关，宜采用低压断路器。当有继电保护或自动切换电源要求时，低压侧总开关和低压母线分段开关，均应采用低压断路器。

4.2.3 灵活性

电气主结线的设计灵活性要求。

① 变配电所的高低压母线，一般宜采用单母线或单母线分段接线。 ② 需带负荷切换主变压器的变配电所，高压侧应装设高压断路器或高压负荷开关。

③ 主结线方案应与主变压器经济运行的要求相适应。 ④ 主结线方案应考虑到今后可能的扩展。

4.2.4 经济性

电气主结线的设计经济性要求。

① 主结线在满足运行要求的前提下，应力求简单，变配电所高压侧宜采用断路器较少或不用断路器的结线。

② 变配电所的电气设备应选用技术先进、经济适用的节能产品，不得选用国家明令淘汰的产品。

③ 中小型工厂变配电所一般采用高压少油断路器；在需要频繁操作的场合，则应采用真空断路器或SF6断路器。

④ 工厂的电源进线上应装设专用的计量柜，其中的电流、电压互感器只供计费的电度表用。

⑤ 应考虑无功功率的人工补偿，使最大负荷时功率因数达到规定的要求。

4.3 变配电所主结线设计

① 主结线的基本形式和特点

有母线的主结线形式包括单母线和双母线接线。单母线又分为单母线、单母

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线有分段、单母线分段带旁路母线等形式；双母线又分为双母线、双母线分段、带旁路母线的双母线和二分之三接线等形式。工业与民用建筑1 0KV及以下配电所中常用的高低压主接线是单母线和分段单母线两种，这里只介绍单母线和单母线分段接线。

1) 单母线接线

该接线型式下，所有电源及出线均接在同一母线上。其优点是简单明显，采用设备少，操作方便，便于扩建，造价低；缺点是供电可靠性低。

单母线也可用隔离开关分段，当母线故障时，可用隔离开关将故障的母线分开后很快恢复非故障母线段的供电。

2) 单母线分段接线

单母线用断路器母线分段后可进行轮换检修。当一段母线发生故障时，由于分段断路器在继电保护作用下自动将故障段迅速切除，从而保证了正常母线段不间断供电和不至于使重要用户停电。其优点是一定程度上提高了供电可靠性；缺点是当一段母线隔离开关故障或检修时，该段母线上的所有回路都要长时间停电，所以其连接的回路数一般比单母线增加一倍。

② 10kV及以下变电所中母线及主要电器设备配置的规则如下。

1) 配、变电所高低压母线宜采用单母线或分段单母线接线，当供电连续性要求很高时，高压母线可采用分段单母线带旁路母线或双母线接线。

2) 配电所专用电源线的进线开关宜采用断路器或带熔断器的负荷开关，当无继电保护和自动装置要求，且出现回路少无需带负荷操作时，可采用隔离开关或隔离触头。

3) 总配电所以放射式向分配电所供电时，该分配电所的电源进线开关宜采用隔离开关或隔离触头。当分配电所需要带负荷操作或继电保护，自动装置有要求时，应采用断路器。

4) 配电所的10kV或6kV非专用电源线的进线侧，应装带保护的开关设备。 5) 10kV或6kV母线的分段处宜装断路器，当不需带负荷操作且无继电保护和自动装置要求时，可装隔离开关。

6) 两配电所间的联络线，应在供电侧的配电所装断路器，另侧装隔离或负荷开关；当两侧供电可能性相同时，应在两侧均装断路器。

7) 配电所引出线宜装断路器，当满足继电保护和操作要求时，可装带熔断器的负荷开关。

8) 向频繁操作的高压用电设备供电的出线开关兼做操作开关时，应采用具有频繁操作性能的断路器。

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9) 10kV或6kV固定式配电装置出线侧，在架空出线回路或有反馈可能的电缆出现回路中，应装线路隔离开关。

10) 采用10kV或6kV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装隔离开关。

11) 接在母线上的避雷器和电压互感器，宜合用一组隔离开关，变、配电所架空进出线的避雷器，可不装隔离开关。

12) 由地区电网供电的配电所电源进线处，宜装计费用的专用电压互感器、电流互感器。

13) 变压器一次侧开关，以树干式供电时，应装带保护的开关设备或跌落式断路器；以放射式供电时，宜装隔离开关或负荷开关。变压器在本配电所内时，可不装开关。

14) 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。有继电保护自动切换电源要求时，总开关和母线分段开关均用低压断路器。

15) 低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关出线侧及母线分段开关两侧，宜装刀开关或隔离触头。

4.3.3 低压侧配电主结线规则

低压侧配电主结线规则如下。

① 单电源的车间变配电所低压配电系统通常采用单母线制。双电源的低压配电系统则采用单母线分段制。

② 当变压器高压侧的操作开关不在低压配电装置附近或没有操作开关时，变压器低压侧应设置能带负荷操作的总开关。

③ 低压引出线在下列情况下采用自动空气开关：当需要带负荷切换线路时；当需要自动切换的线路时；当联络线引出端有线路开关时；低压配电系统保护上有需要时。其他情况考虑刀开关。

4.4 低压配电网络的确定

配电网络就是电力网中主要起分配电能作用的网络，是由电源端(变、配电站)向负荷端(电能用户或用电设备)输送电能时采用的网络形式，是由电力线路将变、配电站与各电能用户或用电设备连接起来构成的网络。低压配电网是指220．380V电能的分配。

常用低压配电系统接线方式有放射式、树干式、链式、环形网络及混合式等。 ① 放射式接线

一般下列情况采用放射式配电：

1) 容量大、负荷集中、很重要的用电设备。

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2) 需要集中联锁起动、起停的设备。

3) 有腐蚀性介质和爆炸危险场所不宜将配电及保护起动设备放在现场者。 ② 树干式接线

一般用于容量不大、负荷分布比较均匀，对供电可靠性要求不高的场合。比如，对多层或高层民用建筑各楼层配电箱配电时，多采用分区树干式接线。对居住小区内的多层建筑，在多数情况下一个大系统也都采用树干式与放射式混合的配电方式。

③ 链式接线

它是树干式接线的变形，只是接线时直接从前一台配电开关上取电。适用于距离供电点较远而用电设备相距很近且容量小的场所，每回路的链接的设备不宜超过5台或者容量不超过10kW。

④ 环形接线

环形结线供配电的特点是由一变电所引出两条干线，有环形断路器构成一个环网。这种结线方式在l 0kV用的较多，多用于一个地区有几个负荷中心的情况，低压配电极少采用。

综上所述，车间供配电系统的结线方式选择为分段单母线式和放射式结线方式，系统主接线图如下。

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图4.1 系统主接线图

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5 供电系统的继电保护、防雷和接地

5.1 继电保护的概述

5.1.1 继电保护的任务

① 故障时作用于跳闸

在电力系统出现短路等故障时，作用于前方最近的断路器，使之迅速跳闸，切除故障部分，恢复系统其它部分的正常运行，同时发出信号，提醒运行值班人员及时处理事故。

② 异常时发出信号

在电力系统出现不正常工作状态如过负荷或故障苗头时，发出报警信号，提醒运行值班人员及时处理，以免发展为故障。

5.1.2 继电保护的要求

电力系统各电气元件之间通常用断路器相互连接，每台断路器都有相应的继电保护装置，可以向断路器发出跳闸脉冲。继电保护装置是以各电气元件或线路作为被保护对象的，其切除故障的范围是断路器之间的区段。

对电力系统继电保护的基本性能要求是有选择性、速动性、灵敏性、可靠性。基本要求之间，有的相辅相成，有的是互相制约，需要针对不同的使用条件，分别进行协调。

① 选择性

作用于跳闸的保护装置的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证电力系统中的无故障部分仍能继续安全运行。如图5.1所示的网络中，

图5.1 线路保护图当线路L4上K2点发生短路时，保护6动作跳开短路器QF6将L4切除，继电保护的这种动作使有选择性的。K2点故障，若保护5动作于将QF5断开，则变电所C

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和D都将停电，继电保护的这种动作是无选择性的。同样K1点故障时，保护1和保护2动作于断开QF1和QF2，将故障线路L1切除，才是有选择性的。

如果K2点故障，而保护6或断路器QF6拒绝动作，保护5动作于断开QF5，将故障切除，这种情况虽然是越级跳闸，但却是尽量缩小了停电范围，限制了故障的发展，因而也认为是有选择性动作。

运行经验表明，架空线路发生的短路故障大多数是瞬时性的，线路上的电压消失后，短路会自行消除。因此，在某些条件下，为了加速切除短路，允许采用无选择性的保护，但必须采取相应措施，例如采用自动重合闸或备用电源自动投入装置予以补偿。为了保证选择性，对相邻元件有后备用的保护装置，其灵敏性与动作时间必须与相邻元件的保护相配合。

② 速动性

快速地切除故障可以提高电力系统并列运行的稳定性，减少用户在电压降低情况下的工作时间，限制故障元件的损坏程度，缩小故障的影响范围以及提高自动重合闸装置和备用电源自动投入装置的动作成功率等。因此，在发生故障时，应力求保护装置能迅速动作切除故障。

动作迅速而同时又能满足选择性要求的保护装置，一般结构都比较复杂，价格比较贵。因此，应根据电力系统的实际情况，对保护的速动性提出合理的要求。一般情况下，电力系统允许保护装置带一定的延时切除故障。

故障切除时间t等于保护装置的动作时间与断路器的动作时间之和。目前世界上正式投入运行的保护，动作速度最快的为0.02S，断路器的动作时间最快为0.05S～0.06S。因此，最快切除故障时间为0.07～0.08S。

上述对作用于跳闸的保护装置的基本要求，一般也适用于反映异常运行状态的保护装置。只是对作用于信号的保护装置不要求快速动作，而是按照选择性要求延时发出信号。

③ 灵敏性

保护装置的灵敏性是指保护区内发生故障或异常运行状态的反应能力。满足灵敏性要求的保护装置应该是在规定的保护区内短路时，不论短路点的位置、短路形式以及系统运行方式如何，都能灵敏反应。保护装置的灵敏系数Ksen来衡量，对于反应故障时参数增大而动作的保护装置，其灵敏系数是

灵敏系数保护区末端金属性短路时故障参数的最小计算值式（5.1）

保护装置的动作参数对于反应故障时参数降低而动作的保护装置，其灵敏系数是

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灵敏系数保护装置的动作参数式（5.2）

保护区末端金属性短路时故障参数的最大计算值实际上，短路大多情况是非金属性的，而且故障参数在计算时会有一定的误差，必须要求Ksen符合部颁《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，《继电保护和安全自动装置技术规程》对各类短路保护装置的灵敏系数最小值都作了具体要求。

④ 可靠性

保护装置的可靠性是指在规定的保护区内发生故障时，它不应该拒绝动作，

而在正常运行或保护区外发生故障时，则不应该误动作。

可靠性主要保护装置本身的质量和运行维护水平。不可靠的保护本身就成了

事故的根源。因此，可靠性是对继电保护装置的最基本的要求。

为保证可靠性，一般来说，宜选用尽可能简单的保护方式；应采用由可靠的元件和简单的接线构成的性能良好的保护装置，并应采取必要的检测、闭锁和双重化等措施。此外，使保护装置便于整定、调试和运行维护，对于保证可靠性也具有重要的作用。

上述基本要求是互相联系而又互相矛盾的。例如，对某些保护装置来说，选择性和速动性不可能同时实现，要保证选择性，必须使之具有一定的动作时间。可以这样说，继电保护这门技术，是随着电力系统的发展，在不断解决保护

装置应用中出现的基本要求是分析研究各种继电保护装置的基础。

在电力系统中，当确定继电保护装置的配置和构成方案时，还应该适当考虑经济上的合理性。应综合考虑被保护元件与电力网的结构特点、运行特点以及事故出现的概率和可能造成的后果等因数，依此确定保护方式，而不能只从保护装置本身的投资来考虑。因保护不完善或不可靠而给国民经济造成的损失，一般会大大超过即使是最复杂的保护装置的投资。

实践证明，继电保护装置或断路器有拒绝动作的可能性，因而需要考虑后备保护。实际上，每一电气元件一般都有两种继电保护装置，主保护和后备保护。必要时还另外增设辅助保护。

反应整个被保护元件上的故障并能以最短的延时有选择性地切除故障的保护称为主保护。

主保护或其断路器拒绝动作时，用来切除故障的保护称为后备保护。后备保护和远后备保护两种：主保护拒绝动作时，由本元件的另一套保护实现后备保护，称为近后备；当主保护或其断路器拒绝动作时，由相邻元件或线路的保护实现后备的保护，称为远后备保护。

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5.1.3 继电保护装置的操作电源

继电保护装置常用的操作电源采用镉镍蓄电池组直流操作电源。

镉镍蓄电池组的优点：不受供电系统运行情况的影响，工作可靠，大电流放电性能好，使用寿命长，腐蚀性小，投资少，运行维护简便。

5.2 常用继电保护的结线及整定计算

① 常用继电保护的结线 1) 定时限过电流保护的结线

图5.2 定时限过电流保护的结线

图中QF ----断路器 TA----电流互感器 KA----DL型电流继电器

KM----DZ型中间继电器 YR----跳闸线圈 KT----DS型时间继电器 KS----DX型信号继电器

2) 电流速断保护的结线

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图5.3 电流速断保护的结线

图中QF ----断路器 TA----电流互感器 KA----DL型电流继电器 KM----DZ型中间继电器 YR----跳闸线圈

② 继电保护的整定计算公式

1) 过电流保护动作电流整定计算公式

IOPKrelKwILmaxKreKi

式（5.3）

式中，

Krel为保护装置的可靠系数，对DL型电流继电器取1.2，对GL型电流

Kw继电器取1.3；为保护装置的结线系数，对两相两继电器式结线取1，对两相

K一继电器式结线取3；re为保护装置的返回系数，一般取0.8或0.85；Ki为电

流互感器变流比；

ILmax为线路或变压器的最大负荷电流。

2) 速断电流整定计算公式

IqbIkmaxKrelKwIkmaxKi

式（5.4）

式中

为线路末端的最大短路电流

5.3 部分装置的继电保护

5.3.1 车间变压器的保护配置

① 车间变压器需要的保护

过电流保护-----防御内外部相间短路及作后备保护；电流速断保护-----防御内外部引线短路；瓦斯保护-----防御内部匝间故障，油面降低；过负荷保护-----监视变压器的过负荷；

温度保护------监视变压器油温升高和冷却系统得故障； ② 保护配置

装设两个GL---11型继电器和变比为1500/5的电流互感器1~2TA，组成过电流保护兼作电流速断保护，装设瓦斯保护。

5.3.2 高压电动机及电容器的保护配置

尾油泵(P-3206A/B) 分溜塔进料泵(P-3204A/B) 注水泵(P-3103/A.B.C)需装

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设电流速断保护、过负荷保护和低压保护；新氢压缩机主机反应进料泵需装设纵联差动保护、过负荷保护和低压保护；

采用GL----13 型感应式电流继电器构成电动机的过负荷与瞬时电流速断保护。

高压并联电容器组需要装设电流速断保护、低压保护和单相接地保护。

5.3.3 10kV线路的继电保护

10kV线路二相式过电流保护结线图

图5.4 10kV线路二相式过电流保护结线图

图中 TAa、TAc------电流互感器 KA1、KA2-----电流继电器（GL型） TAN-----零序电流互感器

5.4 变电所的防雷保护

一般35kV及以下变、配电所的直击雷需用独立避雷针保护。独立避雷针的设置要求如下。

① 独立避雷针与被保护物之间应保持一定的距离，以免避雷针上落雷时造成对保护物的反击。

避雷针对被保护物不发生反击的最小距离Sa应满足下式的要求：

Sa0.3Rsh0.1h

式中，Rsh为独立避雷针的冲击接地电阻；h为独立避雷针校验高度。 ② 独立避雷针宜装设独立的接地电阻，工频接地电阻不宜大于10。独立避雷针的接地装置与被保护物的接地间最小允许的距离Se0.3Rsh式中，Se为地中距离，一般不应小于3m。独立避雷针不宜设在人经常通行的地方。

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车间变电所采用单支避雷针保护，避雷针在地面上的保护半径r=1.5h，如被保护物的高度为hx时，在hx水平面上的保护半径rx按下列公式计算：

当hxh/2时

rx=（h-hx）p

式（5.5）

当hx﹤h/2时

rx=（1.5h-2hx）p

式（5.6）

p-----考虑到针太高时保护半径不成比例而应减小的系数。当h≤30m时，p=1；当30﹤h≤120m时

p5.5h 式（5.7）

h---避雷针的高度；rx----避雷针在hx高度水平面上的保护半径；hx----被保护物的高度；

5.5 接地保护

在电力系统中有两类接地保护方式：一类为中性点接地，即大电流接地系统；另一类为中性点不接地系统，即小电流接地系统。

为保证电气设备的正常工作和工作人员的安全，车间变压器采用中性点直接接地的方式，即工作接地。其它配电设备与电器采用接零保护，即将设备的金属外壳接到零线上；另外还需重复接地保护，这样当线路发生碰壳或接地短路时，可以降低零线对地电压，使人身避免触电危险。

10kV配电系统为中性点不接地系统，过电压保护规程中规定独立避雷针的冲击接地电阻应不大于10。初步考虑采用三相放射式的复式接地装置，每支水平射线长10m，射线用40×4mm2的扁钢，每支水平射线上焊三支垂直接地体，垂直接地体半径为50mm，长为2m的铁管。试校验次接地体装置能否符合要求：单根垂直接地的工频为：

4l0.81044200RCZLnLn32.32ld22005 式（5.8）水平接地体的工频接地电阻为：

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0.810430002l2 RSPLnALn0.8675.22ldh23000502

式（5.9）

式中A查资料为0.867，埋深h=1m，扁钢等值直径为2cm。

已知Im=100kA，故每支路水平射线泄流约33KA，每支垂直接地体最多泄流11kA。已知单根垂直接地体的冲击系数为0.8，水平射线冲击系数为0.55，因此可以求得：

单根垂直接地体的接地电阻RCZC=0.8×32.3=25.84；水平接地体的冲击接地电阻RSPC=0.55×5.2=2.87。

已知此复式接地体的冲击系数ch0.65，故其冲击接地电阻为

RchRCZCRSPC125.842.871RCZCnRSPCch25.8492.870.652.2式（5.10）

故接地装置满足要求。

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结论

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参考文献

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致谢

我要感谢指导我的陈宇老师，我的学士论文的选题、开题、写作等每一个环节都离不开陈老师的教诲和帮助。在我遇到困难、迷茫的时候是他给了我鼓励，本文是他倾注大量心血、细心、耐心指导与极大的关怀下完成的。陈老师平易近人，治学态度严谨，学识渊博。从他身上感受到的那种务实的治学作风，悔人不卷的教学态度将使我受益终身。

感谢所有教授过我的各位老师！正是你们给我传授的知识和对我的点拨，在我面前洞开了一扇扇通往胜利的大门。在这里向陈老师和所有教育培养过我的老师致以最诚挚的感谢！

最后，我要深深感谢我的父母，感谢你们这么多年来的养育之恩，正是由于你们给了我无尽的关怀、支持和鼓励，才使我能够安心学习，顺利完成学业。

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