10KV降压变电所

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华北科技学院毕业设计（论文）

摘要

在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能和动力，但是它在产品成本中所占的比重很小（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中或投资总额所占的比重多少，而在于工业生产实现电气以后可以大大增加产量，提高产品质量，提劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的能供应突然中断，则对工业生产可能造成严的后果。特进行本次设计。

本设计主要阐述了对燕郊某机械厂总降压变电所的电气设计方案。在设计中进行了对工厂负荷的统计计算；变电所位置与型式的选择；变电所主变压器及主接线方案的选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择校验；变电所高、低压线路的选择；变电所二次回路方案选择及继电保护的整定；降压变电所防雷与接地装置的设计等。

本厂降压变电所电气设计为毕业设计，其目的是通过设计实践，综合运用所学知识，理论联系实际，锻炼分析和解决建筑电气设计问题的能力，为未来的工作奠定坚实的基础。

关键词：工厂供电；变电所；无功功率补偿；短路电流计算；二次回路；继电保护；接地装置

燕郊某厂降压变电所电气设计

Abstract

Although electric energy is the major energy and power of the industrial production in the factory, it takes a very small proportion in the production costs, whereas the electrochemical industry is excluded. The importance of electric energy in the industrial production is not how much the proportion it takes in the production costs or the total investment, instead, the reason for its importance is that it can bring lots of benefits and advantages after the industrial production realizes electrification, such as more production, higher product quality and labor productivity and less production costs, what’s more, it is also beneficial to reduce labor intensity and improve the working conditions so as to achieve the production process automation. However, on the other hand, it may result in serious consequences in the industrial production in case that the power supply of the factory is suddenly broken/ cut off. For this reason, it is of great importance and significance to do this design.

This design mainly analyzes the electrical design of the total step-down substation in a certain machinery factory in Yanjiao. The design involves several contents including statistical calculation of load; substation location and type selection; substation main transformer and the choice of main wiring scheme; the calculation of short-circuit current; substation primary equipment selection and check; the selection of the high and low voltage lines of substation; the selection of substation secondary circuit and tuning of relay protection scheme and finally the designs of step-down substation lightning protection and grounding device are also included.

Factory step-down substation electrical design is graduation design, whose purpose is to develop and exercise the independent abilities of analyzing and solving problems in building electrical design by means of design practice and the comprehensive use of knowledge by theory with practice so as to lay a solid foundation for future work.

Keywords: factory power supply; substations; reactive power compensation; short circuit

current calculation; secondary circuit; relay protection ; grounding device

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摘要 ............................................................................................................................................. I Abstract ...................................................................................................................................... II 绪论 ............................................................................................................................................ 1 第一章设计任务 .................................................................................................................... 3

1.1、设计要求 ................................................................................................................... 3

1.2、设计依据 ........................................................................................................... 3 1.2.1、工厂总平面图 ................................................................................................ 3 1.2.2、工厂负荷情况 ................................................................................................ 3 1.2.3、供电电源情况 ................................................................................................ 5 1.2.4、气象资料 ........................................................................................................ 5 1.2.5、地质水文资料 ................................................................................................ 5 1.2.6、电费制度 ........................................................................................................ 5

第二章负荷计算和无功功率补偿 ........................................................................................ 6

2.1、负荷计算 ................................................................................................................... 6

2.1.1、单组用电设备计算负荷的计算公式 ............................................................ 6 2.1.2、多组用电设备计算负荷的计算公式 ............................................................ 6 2.1.3、各车间负荷统计计算 .................................................................................... 7 2.1.4、总的计算负荷计算 ........................................................................................ 9 2.2、无功功率补偿 ......................................................................................................... 12

2.2.1、提高功率因数的意义 .................................................................................. 12 2.2.2、无功补偿的计算 .......................................................................................... 13

第三章变电所位置与型式的选择 ...................................................................................... 16

3.1、变配电所的任务 ..................................................................................................... 16 3.2、变配电所所址选择的一般原则 ............................................................................. 16 3.3、型式与布置 ............................................................................................................. 17 3.4、负荷中心的确定 ..................................................................................................... 17

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3.4.1、负荷指示图 .................................................................................................. 17 3.4.2、负荷功率矩 .................................................................................................. 17

第四章变电所主变压器台数和容量、类型的选择 .......................................................... 19

4.1、变压器台数的选择要求 ......................................................................................... 19 4.2、变压器容量选择要求 ............................................................................................. 19 4.3、本厂主变压器的台数、容量和类型的选择 ......................................................... 19 第五章变电所主接线方案的设计 ...................................................................................... 21

5.1、电气主接线的设计原则 ......................................................................................... 21 5.2、电气主接线的设计要求 ......................................................................................... 21 5.3、主接线方案的选择 ................................................................................................. 21

5.3.1、供电主接线的基本要求 ............................................................................ 21 5.3.2、确定主接线方案 ........................................................................................ 22

第六章短路电流的计算 ...................................................................................................... 24

6.1、短路的概念、原因、后果及形式 ......................................................................... 24 6.2、计算短路电流的目的及方法 ................................................................................. 24 6.3、短路电流的计算及汇总表 ..................................................................................... 25

6.3.1、绘制计算电路 ............................................................................................ 25 6.3.2、确定短路计算基准值 ................................................................................ 25 6.3.3、计算短路电路中各个元件的电抗标幺值 ................................................ 26 6.3.4、 K-1点（10.5KV侧）的相关计算 ........................................................... 27 6.3.5 、K-2点（0.4KV侧）的相关计算 ............................................................. 27

第7章变电所一次设备的选择与校验 ................................................................................ 30

7.1、高压电气设备选择的一般原则 ............................................................................. 30

7.1.1、高压断路器的选择与校验 .......................................................................... 31 7.1.2、高压隔离开关的选择与校验 ...................................................................... 32 7.1.3、高压熔断器的选择与校验 .......................................................................... 33 7.1.4、电流互感器的选择与校验 .......................................................................... 34 7.1.5、电压互感器的选择与校验 .......................................................................... 35

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7.1.6、接地开关选择与校验 .................................................................................. 35 7.1.7、高压避雷器选择与校验 .............................................................................. 36 7.1.8、高压绝缘子的选择与校验 .......................................................................... 36 7.1.9、高压开关柜的选择 ...................................................................................... 37 7.2、低压电气设备选择与校验 ..................................................................................... 37

7.2.1、低压断路器选择与校验 .............................................................................. 37 7.2.2、低压熔断器的选择与校验 .......................................................................... 38 7.2.3、电流互感器选择与校验 .............................................................................. 39 7.2.4、低压避雷器选择与校验 .............................................................................. 39 7.2.5、低压开关柜的选择 ...................................................................................... 39 7.3、变电所进出线及母线的选择与校验 ..................................................................... 39

7.3.1 、10KV侧导线的选择与校验 ..................................................................... 39 7.3.2 、10KV侧母线的选择与校验 ..................................................................... 40 7.3.3、 0.4KV侧母线的选择与校验 .................................................................... 41 7.3.4、 0.4KV侧出线的选择与校验 .................................................................... 42

第八章变电所二次回路方案选择及继电保护的整定 ........................................................ 49

8.1、二次回路方案选择 ................................................................................................. 49 8.2、二次回路接线要求 ................................................................................................. 50 8.3、继电保护的整定 ..................................................................................................... 50

8.3.1、变压器继电保护 ........................................................................................ 51 8.3.2 、10KV侧继电保护继电保护 ..................................................................... 53 8.3.3 、作为备用电源的高压联络线的继电保护装置 ........................................ 8.3.4 、0.4KV侧低压断路器保护 ........................................................................ 55

第九章降压变电所防雷与接地装置的设计 ...................................................................... 57

9.1、变电所的防雷保护 ................................................................................................. 57

9.1.1、直接防雷保护 .............................................................................................. 57 9.1.2、雷电侵入波的防护 ...................................................................................... 58 9.2、变电所公共接地装置的设计 ................................................................................. 58

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9.2.1、接地电阻的要求 .......................................................................................... 58 9.2.2、接地装置的设计 .......................................................................................... 58

结束语 ...................................................................................................................................... 60 参考文献 .................................................................................................................................. 61 致谢 .......................................................................................................................................... 62 附录A：外文资料翻译 .......................................................................................................... 63 附录B：变电所电气主接线图 .............................................................................................. 73 附录C：10KV出线柜二次回路图 ....................................................................................... 73 附录D：0.4KV进线柜二次回路图 ...................................................................................... 73 附录E：变电所电气平面布置图 .......................................................................................... 73 附录F：变电所接地装置平面布置图 .................................................................................. 73 附录H：厂区供电线路规划图 .............................................................................................. 73

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绪论

工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂供电。

众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量用以应用；电能的输送和分配既简单经济，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，但它在产品成本中所占的比重一般很小，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。

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。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。

工厂供电工作要很好的为工业生产服务，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，不应发生人身和设备事故（2）可靠应满足电能用户对供电可靠性的要求（3）优质应满足电能用户对电压和频率等质量的要求

（4）经济供电系统的投资要少，运费要低，并尽可能的节约电能和减少有色金属的消耗量。

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

本设计的任务，主要是对某机械制造厂降压变电所的电气设计，其中包括工厂负荷的统计计算，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，进行短路计算，选择变电所主接线方案，一次设备的选择，变电所高、低压线路的选择，变电所二次回路方案选择及继电保护的整定，确定防雷和接地装置。并通过设计对中

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燕郊某厂降压变电所电气设计

小型工厂的供配电系统和电气照明运行维护和设计计算对工厂供电理论知识有了更加深刻的巩固和复习，为今后从事工厂供电技术工作奠定一定的基础。

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第一章设计任务

1.1、设计要求

要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷情况，并适当考虑工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置和型式，确定变电所主变压器的台数、容量与类型，选择变电所主接线方案、一次设备的选择、高低压设备和进出线，变电所二次回路方案选择及继电保护的整定，确定防雷和接地装置。最后按要求写出设计说明书，绘出设计图纸。

1.2、设计依据 1.2.1、工厂总平面图

1.2.2、工厂负荷情况

本厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4000h，日最大负荷持续时间为7h。低压动力设备均为三相，额定电压为380V，照明及家用电器均为单相，额定电压为220V。该厂除铸造车间、电镀车间和锅炉车间属二级负荷外，其余均属三级负荷。本厂的负荷统计资料如表1-1所示。

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表1-1 工厂负荷统计资料

厂房编号动力 1 金工车间照明动力 2 机修车间照明动力 3 锅炉车间照明动力 4 仓库照明动力 5 装配车间照明动力 6 工具车间照明动力 7 热处理车间照明动力 8 电镀车间照明动力 9 铸造车间照明动力 10 锻压车间生活区合计照明

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厂房名称负荷类别设备容量/kW 340 10 160 5 140 3 110 2 220 10 340 10 240 10 300 10 340 10 340 10 420 2530 500 需要系数 0.2~0.3 0.7~0.9 0.2~0.3 0.7~0.9 0.4~0.6 0.7~0.9 0.2~0.3 0.7~0.9 0.3~0.4 0.7~0.9 0.2~0.3 0.7~0.9 0.4~0.6 0.7~0.9 0.4~0.6 0.7~0.9 0.3~0.4 0.7~0.9 0.2~0.3 0.7~0.9 0.6~0.8 —— —— 功率因数 0.60~0.65 1.0 0.60~0.70 1.0 0.60~0.70 1.0 0.60~0.70 1.0 0.65~0.75 1.0 0.60~0.65 1.0 0.70~0.80 1.0 0.70~0.80 1.0 0.65~0.70 1.0 0.60~0.65 1.0 1.0 —— —— 照明照明动力华北科技学院毕业设计（论文）

1.2.3、供电电源情况

按照工厂与当地供电部门签订的供用电协议规定，本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源。该干线的走向参看工厂总平面图。该干线的导线牌号为LGJ-185，导线为等边三角形排列，线距为1.5m；干线首端距离本厂约8km。干线首端所装设的高压断路器断流容量为500MVA。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2.0s。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80km，电缆线路总长度为20km。

1.2.4、气象资料

本厂所在地区的年最高气温为40.3℃，年平均气温为30℃，年最低气温为-5℃，年最热月平均最高气温为35℃，年最热月平均气温为30℃，年最热月地下0.8米处平均气温为30℃。当地主导风向为东北风，年雷暴日数为30。

1.2.5、地质水文资料

本厂所在地区平均海拔60m，地层以砂粘土为主，地下水位为10m。 1.2.6、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18元/kVA，动力电费为0.9元/Kw.h，照明电费为0.5元/Kw.h。工厂最大负荷时的功率因数不得低于0.95，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800/kVA。

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第二章负荷计算和无功功率补偿

2.1、负荷计算

在工厂里，除了广泛应用的三相设备外，还有部分单相设备，单相设备接在三相线路中，应尽可能均衡分配。使三相负荷尽可能均衡。如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15%，则不论单相设备如何分配，单相可与三相设备综合按三相负荷平衡计算。如果单相设备容量超过三相设备的15%时，则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量，再与三相设备容量相加。

综上所述，由于本厂各车间单相设备容量均不超过三相设备容量的15%，所以可以按三相负荷平衡计算。

即：P30=P30三相+P30单相=Kd三相Pe三相+Kd单相Pe单相（式2-1） 2.1.1、单组用电设备计算负荷的计算公式

a)有功计算负荷（单位为KW）P30=KdPe，Kd为系数 (式2-2） b)无功计算负荷（单位为kvar）Q30=P30tanφ （式2-3） c)视在计算负荷（单位为kvA）S30=

S303UNP30 （式2-4） cosφ d)计算电流（单位为A）I30=

，为用电设备的额定电压（KV）（式2-5）

2.1.2、多组用电设备计算负荷的计算公式

a)有功计算负荷（单位为KW）： P30=K∑p∑P30i （式2-6）式中∑P30i是所有设备组有功计算负荷之和，K∑p是有功负荷同时系数，可取0.8~0.95。

b)无功计算负荷（kvar）：Q30=K∑q∑Q30i （式2-7）

式中∑Q30i是所有设备无功计算负荷之和；K∑q是无功负荷同时系数，可取0.85~0.97。

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22+Q30c)视在计算负荷（kvA）S30=P30 （式2-8）

d)计算电流（单A）I30=

S303UN (式2-9)

2.1.3、各车间负荷统计计算 1）、金工车间

计算负荷： P30(1)=P30三相+P30单相=0.3×340+0.9×10kW=111.0kW 无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 2)、机修车间

计算负荷：无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 3)、锅炉车间

计算负荷：无功计算负荷：视在计算负荷：计算电流： 4)、仓库

计算负荷：无功计算负荷：Q30(1)=P30三相tanφ三相=102×1.17=119.3kvar S30三相1029.030(1)=PPcosφ+30单相=+=165.9KVA三相cosφ单相0.651.0

IS30(1)30(1)=3U=165.93×0.38=225.06A

NP30(2)=P30三相+P30单相=0.3×160+0.9×5kW=52.5kW Q30(2)=P30三相tanφ三相=48×1.02=48.9kvar S30(2)=P30三相cosφ+P30单相=48+4.5=73.1KVA三相cosφ单相0.701.0

IS30(2)130(2)=3U=73.3×0.38=111.06A

NP30(3)=P30三相+P30单相=0.6×140+0.9×3kW=86.7kW Q30(3)=P30三相tanφ三相=84×1.02=85.7kvar SP30三相30(3)=cosφ+P30单相=84.70+2.71.0=122.7KVA三相cosφ单相0

IS30(3)30(3)=3U=122.73×0.38=186.42A

NP30(4)=P30三相+P30单相=0.3×110+0.9×2kW=34.8kW Q30(4)=P30三相tanφ三相=33×1.02=33.7kvar 第7页共73页

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视在计算负荷：S30(4)=PP30三相331.8+30单相=+=48.9KVAcosφ三相cosφ单相0.701.0S30(4)3UN=48.9=74.29A

3×0.38

计算电流： I30(4)=5)、装配车间

计算负荷： P220+0.9×10kW=97.0kW 30(5)=P30三相+P30单相=0.4×无功计算负荷：Q30(5)=Pφ三相=88×0.88=77.4kvar 30三相tanP30单相P30三相8.0+=+=126.3KVA视在计算负荷：S30(5)=cosφ三相cosφ单相0.751.0计算电流： I30(5)=6)、工具车间

S30(5)3UN=126.3=191.A

3×0.38计算负荷： P340+0.9×10kW=111.0kW 30(6)=P30三相+P30单相=0.3×无功计算负荷：Q30(6)=Pφ三相=102×1.17=119.3kvar 30三相tan视在计算负荷：S30(6)=PP30三相1029.0+30单相=+=165.9KVAcosφ三相cosφ单相0.651.0S30(6)3UN=165.9=225.06A

3×0.38

计算电流： I30(6)=7)、热处理车间

计算负荷： P30(7)=P30三相+P30单相=0.6×240+0.9×10kW=153.0kW 无功计算负荷：Q30(7)=Pφ三相=144×0.75=108.0kvar 30三相tan视在计算负荷：S30(7)=PP30三相1449.0+30单相=+=1.0KVAcosφ三相cosφ单相0.81.0S30(7)3UN=1.0=287.15A

3×0.38

计算电流： I30(7)=8)、电镀车间

计算负荷： P300+0.9×10kW=1.0kW 30(8)=P30三相+P30单相=0.6×无功计算负荷：Q30(8)=Pφ三相=180×0.75=135.0kvar 30三相tan第8页共73页

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视在计算负荷：S30(8)=PP30三相1809.0+30单相=+=234.0KVAcosφ三相cosφ单相0.81.0S30(8)3UN=234.0=355.53A

3×0.38

计算电流： I30(8)=9)、铸造车间

计算负荷： P340+0.9×10kW=145.0kW 30(9)=P30三相+P30单相=0.4×无功计算负荷：Q30(9)=Pφ三相=136×1.02=138.7kvar 30三相tanP30单相P30三相1369.0+=+=203.3KVA视在计算负荷：S30(9)=cosφ三相cosφ单相0.701.0计算电流： I30(9)=10)、锻压车间

S30(9)3UN=203.3=308.88A

3×0.38计算负荷： P340+0.9×10kW=111.0kW 30(10)=P30三相+P30单相=0.3×无功计算负荷：Q30(10)=P30三相tanφ三相=102×1.17=119.3kvar 视在计算负荷：S30(10)=P30三相cosφ三相cosφ单相S30(10)3UN=+P30单相=1029.0+=165.9KVA 0.651.0计算电流： I30(10)=11）、生活区

165.9=225.06A

3×0.38计算负荷： P30(11)=Pe×Kd=0.8×420kW=336.0kW 无功计算负荷：Q30(11)=P30(11)tanφ=336×0=0kvar 视在计算负荷：S30(11)=P30(11)cosφ=336.0=336.0KVA 1.0计算电流： I30(11)=S30(11)3UN=336.03×0.38=510.50A

2.1.4、总的计算负荷计算 a)、总的计算负荷

P30=K∑p∑P30i=0.90×1427.0=1284.3kW

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b)、总的无功计算负荷

Q30=K∑q∑Q30i=0.93×985.3=916.3kvar c)、总的视在计算负荷

S30=

22P30+Q30=1284.32+916.32=1577.7KVA

d)、总的计算电流

I30=

S303UN=1577.73×0.38=2397.07A

经过计算，得到各厂房和生活区的负荷统计表，如表2-1所示（额定电压取380V）

表2-1 各厂房和生活区的负荷统计表

设备容编号名称类别量需要系数计算负荷 P30/kW Q30/kvar 119.3 0 119.3 48.9 0 48.9 85.7 0 85.7 33.7 0 33.7 S30/ kVA —— —— 165.9 —— —— 73.1 —— —— 122.7 —— —— 48.9 Pe/kW 金工车间动力照明小计动力 340 10 350 160 5 165 140 3 143 110 2 112 Kd 0.3 0.9 —— 0.3 0.9 —— 0.6 0.9 —— 0.3 0.9 —— I30/A —— —— 225.06 —— —— 111.06 —— —— 186.42 —— —— 74.29 0.65 1.0 —— 0.70 1.0 —— 0.70 1.0 —— 0.70 1.0 —— 1.17 0 —— 1.02 0 —— 1.02 0 —— 1.02 0 —— 102.0 9.0 111.0 48.0 4.5 52.5 84.0 2.7 86.7 33.0 1.8 34.8 1 2 机修车间照明小计动力 3 锅炉车间照明小计动力 4 仓库照明小计

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续表2-1

设备容编号名称类别量需要系数计算负荷 P30/kW Q30/kvar 77.4 0 77.4 119.3 0 119.3 108.0 0 108.0 135.0 0 135.0 138.7 0 138.7 119.3 0 119.3 0 S30/ kVA —— —— 126.3 —— —— 165.9 —— —— 1.0 —— —— 234.0 —— —— 203.3 —— —— 165.9 373.3 Pe/kW 动力 220 10 230 340 10 350 240 10 143 300 10 112 340 10 350 340 10 350 420 2530 Kd 0.4 0.9 —— 0.3 0.9 —— 0.6 0.9 —— 0.6 0.9 —— 0.4 0.9 —— 0.3 0.9 —— 0.8 0.75 1.0 I30/A —— —— 191. —— —— 225.06 —— —— 287.15 —— —— 355.53 —— —— 308.88 —— —— 225.06 567.17 0.88 0 —— 1.17 0 —— 0.75 0 —— 0.75 0 —— 1.02 0 —— 1.17 0 —— 0 88.0 9.0 97 102.0 9.0 111.0 144.0 9.0 153.0 180.0 9.0 1.0 136.0 9.0 145.0 102.0 9.0 111.0 336.0 5 装配车间照明小计动力 —— 0.65 1.0 —— 0.8 1.0 —— 0.8 1.0 —— 0.70 1.0 —— 0.65 1.0 —— 1.0 6 工具车间照明小计热处7 理车间动力照明小计动力 8 电镀车间照明小计动力 9 铸造车间照明小计动力 10 锻压车间照明小计 11 生活区照明动力 —— 总计照明 500 —— —— 1427.0 985.3 —— —— 取K∑p=0.90, K∑q=0.93 0.81 —— 1284.3 916.3 1577.7 2397.07 第11页共73页

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2.2、无功功率补偿

电力系统由发电系统、变电系统、输电系统、配电系统和用电系统五大部分构成，由于电能不能大量存储，所以发电、输电、配电和用电必须同时进行，即电力系统必须保持平衡。然而来自电力线路、电力变压器以及用电设备的无功负载大量存在，使电力系统的功率因数降低。对于配电系统来说，为数众多的异步电动机、变压器等设备要消耗大量的无功功率，对配电网络的安全稳定运行产生不良影响：

1) 供电线路的电流增大，使线路和设备的损耗增大，严重时会威胁到设备的安全

运行；

2) 配电系统的视在功率增大，使发电机、变压器等供电设备的容量增加，电力用

户的控制设备、测量仪表的规格也相应增大；

3) 导致供电电压降低。保持电力系统的平衡，解决配电系统功率因数低的有效途

径就是对配电系统进行无功补偿，提高功率因数。

按照我国供电部门的规定，高压供电的用户必须保证功率因数在0.9以上，低压供电的用户必须在0.85以上。为了使用户注意提高功率因数，供电部门还对大宗用电单位实行按户月平均功率因数调整电费的办法。调整功率因数标准一般为0.85，大于0.85时给以奖励，低于0.85时便要增收电费甚至罚款，功率因数很低时供电部门要停止供电。

2.2.1、提高功率因数的意义

提高功率因数，可以降低线路上的损耗，提高输出功率。在建筑供电系统中，供电线路，其电阻不可忽略。

提高功率因数，可以减少线路上电压降，提高末端电压，有利于用电提高供电可靠性。可减少对供配电设施的投资，增加供配电系统的功率储备，使用户获得直接的经济利益。在同样的有功功率下，功率因数提高，负荷电流就减少，而向符合传输功率所经过的变压器、开关、导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要，亦即可以增大原有设备的供电能力。对尚处于设计阶段的新建筑来说，提高功率因数则能降低配电设备的设备容量，从而减少投资费用。

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2.2.2、无功补偿的计算

无功功率的人工补偿装置主要有同步补偿机和并联电容器两种。由于并联电容器具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电容器在供电系统中应用最为普遍。

由表2-1可知，本厂380V侧最大负荷时的功率因数只有0.81。而供电部门要求该厂10KV进线侧最大负荷时功率因数不低于0.9。考虑到主变压器的无功损耗远大于有功损耗，因此380V侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，这里取0.92来计算380V侧所需无功功率补偿容量：

QC=P30(tanφ1- tanφ2)=1284.3[tan(arccos0.81) - tan(arccos0.92) ] =372.45 kvar

(式2-10)

取QC=420kvar，选择PGJ1-1型低压自动补偿屏，并联电容器为BW0.4-14-3型，采用其1台主屏与4台辅屏相结合。

总共容量为：84kvar×5=420kvar。

补偿前后，变压器低压侧的有功计算负荷基本不变，但是无功计算负荷、视在功率、计算电流都有变化，以下对补偿后的无功计算负荷、视在功率、计算电流进行计算。

1、变压器低压侧的计算负荷

1）无功计算负荷

=Q30-QC=916.3-420kvar=496.3 kvar (式2-11) Q30

2）视在功率

'2'2S30=P30+Q30=1284.32+496.32=1376.9kVA (式2-12)

3）计算电流

I='30'S303UN=

1376.9=2091.98A (式2-13)

3×0.38'功率因数提高为cosφ=2、变压器的功率损耗 1）有功损耗

P301284.3==0.93。 '1376.9S30第13页共73页

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'ΔPS30=0.015×1376.9=20.7KW (式2-14) T≈0.0152)无功损耗

'ΔQT≈0.06S30=0.06×1376.9=82.6kvar (式2-15)

3、变压器高压侧的计算负荷 1）有功计算负荷

''P30=P30+ΔPT=1284.3＋20.7＝1305.0KW (式2-16)

2）无功计算负荷

'''Q30=Q30+ΔQT=496.3＋82.6＝578.9kvar (式2-17)

3）视在功率

''''2''2S30=P30+Q30=1305.02+578.92=1427.6KVA

4）计算电流

''= I30''S303UN=1427.63×10=82.42A

''P301305.0=0.91>0.9，满足要求补偿后的功率因数为：cosφ=''=S301427.6''4、年耗量的估算

年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到：年有功电能消耗量： Wp.a=αP30Tmax年无功电能耗电量：

(式2-18) (式2-19)

''Wq.a=βQ30Tmax结合本厂的情况，年最大负荷利用小时数为4000h，取年平均有功负荷系数

Pav=0.72，年平均无功负荷系数Qav=0.78。由此可得本厂：

1397.6×4000=4.03×106kW•h 年有功耗电量：Wp.a=0.72×578.9×4000=1.81×106kW•h 年无功耗电量：Wq.a=0.78×第14页共73页

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经过计算，得到无功补偿后工厂380V侧和10KV侧的负荷计算如表2-2所示。

表2-2

项目 cosφ 无功补偿后工厂的计算负荷

计算负荷 P30/KW 1284.3 Q30/kvar 916.3 -420 S30/kVA 1577.7 1376.9 1427.6 I30/A 2397.07 2091.98 82.42 380V侧补偿前负荷 380V侧无功补偿容量 380V侧补偿后负荷主变压器功率损耗 0.81 0.93 1284.3 496.3 0.015S30=20.7 0.06S30=82.6 578.9 10KV侧负荷计算 0.91 1305.0

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第三章变电所位置与型式的选择

3.1、变配电所的任务

变电所担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。配电所担负着从电力系统受电，然后直接配电的任务。

3.2、变配电所所址选择的一般原则

(1）变电所位置的选择，应根据下列要求经技术、经济比较后确定： ★ 接近负荷中心 ★ 进出线方便； ★ 接近电源侧； ★ 设备运输方便；

★ 不应设在有剧烈振动或高温的场所；

★ 不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所，当无法远离时，不应设在污染源盛行风向的下风侧；

★ 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方，且不宜与上述场所相贴邻；

★ 不应设在有爆炸危险环境的正上方或正下方，且不宜设在有火灾危险环境的正上方或正下方，当与有爆炸或火灾危险环境的建筑物毗连时，应符合现行国家标准《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的规定；

★ 不应设在地势低洼和可能积水的场所。

（2）装有可燃性油浸电力变压器的车间内变电所，不应设在三、四级耐火等级的建筑物内；当设在二级耐火等级的建筑物内时，建筑物应采取局部防火措施。（3）多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配电所、变电所应设置在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁。（4）高层主体建筑内不宜设置装有可燃性油的电气设备的配电所和变电所，当受条件必须设置时，应设在底层靠外墙部位，且不应设在人员密集场所的正上方、正下方、贴邻和疏散出口的两旁，并应按现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》

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有关规定，采取相应的防火措施。

（5）露天或半露天的变电所，不应设置在下列场所： ★ 有腐蚀性气体的场所；

★ 挑檐为燃烧体或难燃体和耐火等级为四级的建筑物旁； ★ 附近有棉、粮及其他易燃、易爆物品集中的露天堆场；

容易沉积可燃粉尘、可燃纤维、灰尘或导电尘埃且严重影响变压器安全运行的场所。

3.3、型式与布置

变电所的型式应根据用电负荷的状况和周围环境情况确定，并应符合下列规定： (1)负荷较大的车间和站房，宜设附设变电所或半露天变电所；

(2)负荷较大的多跨厂房，负荷中心在厂房的中部且环境许可时，宜设车间内变电所或组台式成套变电站；

(3)高层或大型民用建筑内，宜设室内变电所或组合式成套变电站；

(4）负荷小而分散的工业企业和大中城市的居民区，宜设变电所，有条件时也可设附设变电所或户外箱式变电站；

(5)环境允许的中小城镇居民区和工厂的生活区，当变压器容量在315kVA及以下时，宜设杆上式或高台式变电所。

3.4、负荷中心的确定

3.4.1、负荷指示图

负荷指示图是将电力负荷（计算负荷P30）按一定比例K（例如以1mm面积代表若干kW）用负荷圆的形式标示在企业或车间的平面图上。各车间（建筑）的负荷圆的圆心与车间（建筑）的负荷中心大致相符。

3.4.2、负荷功率矩

变电所的位置应尽量接近工厂的负荷中心。工厂的负荷中心按功率矩法来确定，计算方法：在工厂平面图的下边和左侧，任作一直角坐标的X轴和Y轴，测出各车间和宿舍区负荷点的坐标位置，例如P1(X1，Y1)、P2(X2，Y2)、P3(X3，Y3)，而工厂的负荷中心设在P(X,Y)P为P1+P2+P3+……=

可的负荷中心的坐标：

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x=(px)P1x1+P2x2+P3x3+...∑ii=P1+P2+P3+...∑Pi（式3-1)

（式3-2)

y=(py)P1y1+P2y2+P3y3+...∑ii=P1+P2+P3+...∑Pi

以生活区负荷中心为原点，确立厂内各厂房的坐标位置，如图3.1所示

图3.1厂房的坐标位置

综合表2-1和公式（3-1）、（3-2）得：

=2639.5 =165370.0

=1284.3 ∴X=205.5513 =1284.3 ∴Y=128.7628

所以，厂区的计算负荷中心坐标为（205,130），如上图所示。考虑到周围环境及进出线方便，决定在4号厂房的东侧紧靠厂房造工厂变电所，且型式为附设型。

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第四章变电所主变压器台数和容量、类型的选择

4.1、变压器台数的选择要求 1）满足用电负荷对可靠性的要求；

★ 二级负荷：选择两台主变压器；负荷较大时，也可多于两台；

★ 二、三级负荷：可选一台变压器，但低压侧敷设与其它变电所相连的联络线作为备用电源；

★ 三级负荷：选择一台主变压器；负荷较大时，也可选择两台；

2）季节性负荷或昼夜负荷变化较大时，技术经济合理时，可选择两台变压器；

4.2、变压器容量选择要求

1）只装一台主变压器的变电所：主变压器容量SN.T应满足全部通电设备的总计算负荷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应满足以下两个条件 ★ 任一台变压器单独运行时，宜满足总计算负荷S30的大约60%~70%的需要，即SN.T=(0.6~0.7)S30

★ 任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，

（Ⅰ+Ⅱ）即SN.T≥S30

4.3、本厂主变压器的台数、容量和类型的选择

根据工厂的负荷性质和电源情况，工厂变电所的主变压器考虑有下列两种可供选

择的方案：

a)装设一台变压器型号为S9型，而容量根据式SN.T≥S30。

.6KVA，即选一台S9-1600/10型低损耗配电变压器。至于选SN.T=1600KVA>S30=1427工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。

b)装设两台变压器型号为S9型，而每台变压器容量根据式（4-1）、（4-2）选

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择，即

SN.T≈(0.6~0.7)×1427.6 KVA=(856.6~999.3)KVA （式4-1）

SN.T≥S30=(203.3+122.7+234.0) KVA=560.0 KVA

（式4-2）

因此选两台S9-1000/10型低损耗配电变压器。工厂二级负荷所需的备用电源，考虑由邻近单位相联的高压联络线来承担。主变压器的联结组均为Yyn0 。

根据《工厂供电》附录表5查的采用变压器型号为：S9-1000/10,其电力参数为下表4-1所示：

表4-1 变压器电力参数

型号额定容量 KV·A S9-1000/10 1000 10 额定电压 KV 0.4 联接组别标号 Yyn0 空载损耗 1.7 负载损耗 10.3 空载电流 0.7 阻抗电压 4.5

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第五章变电所主接线方案的设计

5.1、电气主接线的设计原则

（1）考虑变电所在电力系统的地位和作用。

（2）考虑近期和远期的发展规模。应根据负荷的大小及分布负荷增长速度和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式以及所连接电源数和出线回数。（3）考虑用电负荷的重要性分级和出线回数多少对主接线的影响。

对一级用电负荷，必须有两个电源供电。对二级用电负荷，一般要有两个电源供电，。三级用电负荷一般只需一个电源供电。

5.2、电气主接线的设计要求

（1）安全性。应符合国家标准有关技术规范的要求，充分保证人身和设备的安全。（2）可靠性。应满足用电设备特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。（3）灵活性。能适应各种不同的运行方式，以便于操作和检修，并能适应负荷发展。（4）经济性。在满足以上要求的前提下，尽可能使主接线简单，投资少，运行费用低。

5.3、主接线方案的选择

5.3.1、供电主接线的基本要求

主接线是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定次序连接的接收和分配电能的电路。概括地说，对一次接线的基本要求包括安全、可靠、灵活和经济四个方面。

降压变电所主结线图表示工厂接收和分配电能的路径，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。

在前面选择变压器时选择2台主变压器，且本厂可由附近一条10kV的公用电源干线取得工作电源；

因此，该厂供电接线方案由以下几种来确定。

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5.3.2、确定主接线方案

方案Ⅰ：高、低压侧均采用单母线分段。如图5.1所示

优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。

图5.1 高、低压侧均采用单母线分段

方案Ⅱ：单母线分段带专用旁路断路器。如图5.2所示

优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。

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图5.2单母线分段带专用旁路断路器

方案Ⅲ：高压采用单母线、低压单母线不分段。如图5.3所示

优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的电。缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。

图5.3高压采用单母线、低压单母线不分段

以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案一。

根据所选的接线方式，画出主接线图，参见附录B《变电所电气主接线图》。

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第六章短路电流的计算

供电系统应该正常的不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但是供电系统的正常、运行常常因为发生短路故障而遭到破坏。

6.1、短路的概念、原因、后果及形式

所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。

造成短路的主要原因有（1）电气设备载流部分的绝缘损坏、误动作、雷击或过电压击穿。（2）工作人员的误操作。（3）飞禽跨接裸导体或自然灾害等。

短路的后果有以下几点 1）短路电流的热效应。 2）短路电流的电动力效应。 3）短路电流的磁效应。 4）短路电流产生的电压降。

5）短路电流对电力系统稳定性的影响。

常见的短路形式有：三相短路、两相短路、单相短路和两相接地短路等。

6.2、计算短路电流的目的及方法

由于电力系统在运行中难免会出现各种故障和不正常的工作状态，特别是短路故障会使系统的正常运行遭到破坏，甚至会使导体或电气设备损坏，其后果是十分严重的。因此，需要计算供配电系统在短路故障条件下产生的电流，以便正确选择电气设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大电流时不致损坏。同时，为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择短路电流的元件等，也必须计算短路电流。为了使电力系统中的电气设备在最最严重的短路状态下也能可靠的工作，在作为选择和校验电气设备用的短路计算中，以三相短路计算为主。不对称短路可按对称分量法将不对称的短路电流分解为对称的正序、负序、和零序分量，然后按对称量进行分析和计算。

短路电流的计算方法常见的有：欧姆法和标幺制法。在本次设计中选用标幺制法。

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标幺制法又称相对单位制法，因其短路计算中的物理量采用标幺值而得名，即任意物理量的标幺值是它的实际值A与所选定的基准值的比值，即Ad=A/Ad 用标幺值进行短路计算时，一般取基准容量Sd=100MV•A基准电压通常取元件所在处的短路计算电压，即U=Uc

其计算步骤为如下： 1.绘出计算电路图。 2.确定短路计算点。 3.计算各元件的电抗标幺值。

*6.3、短路电流的计算及汇总表

6.3.1、绘制计算电路

本厂的供电系统简图如下图6.1所示，采用一路电源供线，以距本厂8km的馈电变电站经LGJ-185架空线（备用采用邻厂高压联络线）,该干线首段所装高压断路器的断流容量为500MVA计算K-1点和K-2点的短路电流和短路容量。

图6.1 供电系统图

6.3.2、确定短路计算基准值

设基准容量Sd=100MVA，基准电压Ud=Uc=1.05UN，Uc为短路计算电压，即高压侧Ud1=10.5kV，低压侧Ud2=0.4kV，则

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Id1=Sd3Ud1=100MVA（式6-1） =5.50kA3×10.5kV

Id2=Sd=100MVA（式6-2） =144.34kA3Ud23×0.4kV

6.3.3、计算短路电路中各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Soc=500MVA，故

X*1=100MVA/500MVA=0.20 （式6-3）2) 架空线路

查表得LGJ-185的线路电抗x0=0.35Ω/km，而线路长8km，X*Sd2=xU2=(0.35×8)Ω×100MVA0l10.5kV)2=2.（式6-4）c(

3) 电力变压器

查表4-1得变压器的短路电压百分值Uk%=4.5，故

X*k%Sd4.5100MVA3=U100S=×=4.50 （式6-5）N1001000kVAX**4=X3=4.50

式中SN为变压器的额定容量

因此绘制短路计算等效电路如图6.2所示。

图6.2 短路计算等效电路

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故

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6.3.4、 K-1点（10.5KV侧）的相关计算 1) 总电抗标幺值

***=0.2+2.=2.74 (式6-7) XΣ(k-1)=X1+X22) 三相短路电流周期分量有效值

)I((k3-1)=Id1XΣ*(k-1)=5.50kA=2.01kA2.74(式6-8)

3) 其他短路电流

① 三相短路次暂态电流和稳态电流

(3)(3)I''(3)=I∞=IkkA (式6-9) -1=2.01② 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

(3)ish=2.55I''(3)=2.55×2.01kA=5.13kA (式6-10)

(3)Ish=1.51I''(3)=1.51×2.01kA=3.04kA (式6-11)

4) 三相短路容量

)Sk(3-1=SdX*Σ(k-1)=100MVA=36.50MVA2.74(式6-12)

6.3.5 、K-2点（0.4KV侧）的相关计算两台变压器并列运行时： 1) 总电抗标幺值

*****XΣ=X+X+X//X(k-2)1234=0.2+2.+

4.50=4.99 22) 三相短路电流周期分量有效值

)I((k3-2)=Id2XΣ*(k-2)=144.34kA=28.93kA

4.993) 其他短路电流

① 三相短路次暂态电流和稳态电流

(3)(3)I''(3)=I∞=IkkA -2=28.93② 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

第27页共73页

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(3)ish=1.84I''(3)=1.84×28.93kA=53.23kA (3)Ish=1.09I''(3)=1.09×28.93kA=31.53kA

4) 三相短路容量

)Sk(3-2=SdXΣ*(k-2)=100MVA=20.04MVA 4.99两台变压器分列运行时 1) 总电抗标幺值

****=0.2+2.+4.50=7.24 XΣ(k-2)=X1+X2+X32) 三相短路电流周期分量有效值

)I((k3-2)=Id2XΣ*(k-2)=144.34kA=19.94kA

7.243) 其他短路电流

① 三相短路次暂态电流和稳态电流

(3)(3)I''(3)=I∞=Ik-2=19.94kA

② 三相短路冲击电流及第一个周期短路全电流有效值

(3)ish=1.84I''(3)=1.84×19.94kA=36.69kA

(3)Ish=1.09I''(3)=1.09×19.94kA=21.73kA

4) 三相短路容量

)Sk(3-2=SdXΣ*(k-2)=100MVA=13.81MVA 7.24以上短路计算结果综合如图表6-1所示。

第28页共73页

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表6-1 短路计算汇总表

三相短路三相短路电流（kA）短路计算点容量/MVA Ik(3) k-1 变压器并列运行 k-2 变压器分列运行 19.94 2.01 28.93 I''(3) 2.01 28.93 19.94 (3)I∞ (3) ish(3) Ish(3) Sk2.01 28.93 19.94 5.13 53.23 36.69 3.04 31.53 21.73 36.50 20.04 13.81

第29页共73页

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第7章变电所一次设备的选择与校验

7.1、高压电气设备选择的一般原则

1．按正常工作条件选择电气设备

（1）电气设备的额定电压电气设备的额定电压不得低于所接电网的最高运行电压。

（2）电气设备的额定电流电气设备的额定电流不小于该回路的最大持续工作电流或计算电流。

（3）选择电气设备时还应考虑设备的安装地点、环境及工作条件，合理地选择设备的类型，如户内户外、海拔高度、环境温度及防尘、防腐、防爆等。

2.按短路条件进行校验 1．短路热稳定校验

当系统发生短路，有短路电流通过电气设备时，导体和电器各部件温度(或热量) 不应超过允许值，

2(3)2It(I 即满足热稳定的条件： t∞)tima (式7-1)

(3)I式中：∞— 短路电流的稳态值；

tima—短路电流的假想时间；

It— 设备在t秒内允许通过的短时热稳定电流； t— 设备的热稳定时间。

2.短路动稳定校验

当短路电流通过电气设备时，短路电流产生的电动力应不超过设备的允许应力，即满足动稳定的条件： imax(3)(3)(3)ish 或 ImaxIsh (式7-2)

式中：imax，Ish —— 短路电流的冲击值和冲击有效值;

imax，Imax—— 设备允许的通过的极限电流峰值和有效值。

第30页共73页

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7.1.1、高压断路器的选择与校验（1）断路器的种类和类型

高压断路器应根据设备安装的条件，环境等来选择断路器的类型和种类。常用的断路器类型主要有少油断路器、真空断路器、SF6断路器，由于真空断路器、SF6断路器技术特性比较好，少油断路器已经逐渐被它们代替。

（2）选择时，除按一般原则选择外，由于断路器还有切断短路电流的作用，因而必须校验短路容量，热稳定性和动稳定性等各项指标。按工作环境选择：选择户外或户内，若工作条件特殊，还需要选择特殊型式；按额定电压选择：应该大于或等于所在电网的额定电压，即： UNU；

按额定电流选择：应该等于或大于负载的长时最大工作电流，即： IN（3）根据线路的计算电流I30=Iar.m；

2×1000KVA=109.97A和UN=10KV拟选用

3×10.5KVZN3-10/630-8型高压真空断路器。该断路器的主要技术参数如表7-1所示。

表7-1 ZN3-10/630-8型断路器主要技术参数

额定开断电

额定电压

额定电流

流

（峰值） I/kA

动稳定电流热稳定电流（有效值）（t=4s）

UN/kV

IN/A

630

IOC/kA

Ith/kA

高压断路器的校验：将相关数据代入式（7-1）和式（7-2）断流能的校验即满足条件： Ioc≥(3)Ik-1 ；

(3) 代入数据得：Ioc=8.0KA≥Ik-1=2.01KA满足断流能力的校验。

热稳定度校验

即满足热稳定的条件：Itt≥(I∞)tima

2(3)2第31页共73页

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(3)22代入数据得：Itt=256KAs≥(I∞)tima=5.66KAs 满足热稳定校验。

22动稳定度校验

(3)即满足动稳定的条件： imax≥ish 或 Imax≥Ish

(3)代入数据得： imax=20KA≥ish=5.13KA ；满足动稳定的度条件。经上述的校验所选的断路器是合格的。绘制断路器的校验表，如表7-2所示。

表7-2 断路器选择校验表

装设地点的电气条件

序号

项目

数据 10kV

项目

数据 10kV

结论合格

ZN3-10/630A-8型断路器

(3)UN UN

I30

109.97A

630A 合格

Ik(3)-1

(3)Ish

2.01kA

Ioc

8kA 合格

4 5.13kA

20kA 合格

(3)2(I∞)tima 2.012×(1.2+0.2)=5.66

It2t

82×4=256 合格

7.1.2 、高压隔离开关的选择与校验

高压隔离开关的作用：（1）隔离电源，保证安全。（2）倒闸操作。（3）接通或切断小电流电路。本设计拟选用GN19-10/630型高压隔离开关各参数值如表7-3所示表7-3 GN19-10/630型高压隔离开关主要技术参数

动稳定电流

额定电压

额定电流

（峰值）

（有效值）（t=2s）

热稳定电流

UN/KV

IN/A

630

第32页共73页

I/kA

Ith/kA

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高压隔离开关的校验：将相关数据代入式（7-1）和式（7-2）热稳定度校验即满足热稳定的条件：It22(3)2t(I∞)tima

2(3)22代入数据得：Itt=800KAs≥(I∞)tima=5.66KAs 满足热稳定校验。

动稳定度校验

(3)即满足动稳定的条件： imax≥ish 或 Imax≥Ish

(3)代入数据得： imax=50KAish=5.13KA；满足动稳定的度条件。

经上述的校验所选的隔离开关是合格的。绘制隔离开关的校验表，如表7-4所示。

表7-4 隔离开关选择校验表

装设地点的电气条件

序号

项目

数据 10kV

项目

数据 10kV

结论合格

ZN3-10/630A-8型断路器

(3)

109.97A

630A 合格

5.13KA 50kA 合格

2.012×(1.2+0.2)=5.66

合格

7.1.3、高压熔断器的选择与校验

表7-5 RN2-10/0.5型熔断器主要技术参数

额定电压

额定熔体电流

额定开断电流

UN/KV

IN/A

0.5

IOC/KA

第33页共73页

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高压侧熔断器用作高压电压互感器一次侧的短路保护，拟选用RN2-10/0.5型户内高压管式熔断器。该熔断器的主要技术参数，如表7-5所示。经校验所选熔断器是合格的。

7.1.4、电流互感器的选择与校验

本设计拟选用LZZB9-10型电流互感器，计量用0.2级，保护用0.5级。该电流互感器的主要技术参数如表7-6所示。

表7-6 LZZB9-10型电流互感器主要技术参数

动稳定电流

额定电压

额定电流

（峰值）

（有效值）（t=1s）

热稳定电流

UN/KV

IN/A

150

I/KA

Ith/KA

22.5

电流互感器的校验：将相关数据代入式（7-1）和式（7-2）热稳定度校验即满足热稳定的条件：It22(3)2t≥(I∞)tima

2(3)22.25KAs≥(I∞)tima=5.66KAs 满足热稳定校验。代入数据得：Itt=506动稳定度校验

(3)即满足动稳定的条件： imax≥ish 或 Imax≥Ish

(3)代入数据得： imax=45KA≥ish=5.13KA；满足动稳定的度条件。

经上述的校验所选的电流互感器是合格的。绘制断路器的校验表，如表7-7所示。

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(3)华北科技学院毕业设计（论文）

表7-7 LZZB9-10电流互感器选择校验表

装设地点的电气条件

项目

数据 10kV

项目

LZZB9-10型电流互感器

数据 10kV

结论合格

UN UN

3 ish109.97A

150A 合格

5.13kA 45kA 合格

3i∝tima

2.012×(1.2+0.2)=5.66

2Itht

合格

7.1.5、电压互感器的选择与校验

本设计拟选用JDZ1-10型电压互感器，计量用0.2级，保护用0.5级。该电压互感器的主要技术参数如表7-8所示。

表7-8 JDZ1-10型电压互感器主要技术参数

额定二次输出

额定电压比/KV

0.2级/VA

10/0.1

0.5级/VA

(VA) 400 极限输出

经校验所选电压互感器是合格的。 7.1.6、接地开关选择与校验

接地开关用于电路接地部分的机械式开关，属于隔离开关类别，它能在一定时间内承载非正常条件下的电流（例如短路电流），但不要它承载正常电路条件下的电流。接地开关作用：

1.代替携带型地线，在高压设备和线路检修时将设备接地，保护人身安全。 2.造成人为接地，满足保护要求

本设计拟选用JN15-12/31.5，该接地开关的主要技术参数如表7-9所示。

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表7-9 JN15-12/31.5型接地开关主要技术参数

额定电压

/kV 12

额定短时耐受电流

/KA 31.5

额定短路持续时间

T/S 4

额定短路关合电流

/kA 80

接地开关的校验：将相关数据代入式（7-1）和式（7-2）动稳定度校验

(3)即满足动稳定的条件： imax≥ish 或 Imax≥Ish

(3)代入数据得：imax=31.5KA≥ish=5.13KA满足动稳定的度条件。经校验所选接地开关是合格的。

7.1.7、高压避雷器选择与校验

本设计中高压避雷器使用场合为配电用，且配电电压为10kV，根据高压配电柜配置要求，对每段母线都设置一避雷器，因此选用HY5WS-17kV/50kV型避雷器。该避雷器的主要技术参数如表7-10所示。

表7-10 HY5WS-17kV/50kV型避雷器主要技术参数

5KA雷击电流下残压

额定电压/KV

持续运行电压/KV

/KV

17.0

6.6

/KV 42.5

(3)

操作冲击电流下残压

经校验所选避雷器是合格的。 7.1.8、高压绝缘子的选择与校验

本设计拟选用ZA-10Y型绝缘子，该绝缘子的主要技术参数如表7-11所示。

表7-11 ZA-10Y型绝缘子主要技术参数

抗弯及抗拉破坏负荷

额定电压/KV

工频电压/KV

全波冲击耐受电压/KV

/KN

3.75

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动稳定度校验

即满足动稳定的条件：Fal(3)2Fc3=F3=3ish>Fc3母线采用平放在绝缘子上的方式，则：

l×10-7N/A2（其中a=200mm；l=900mm）,代入数据 a0.9mFc3=3×(5.13KA)2××10-7N/A2=20.51N<3.75KN经校验所选绝缘子是合

0.2m格的。

7.1.9、高压开关柜的选择

参考以上设备选择，考虑以后发展，选择KYN28-12型铠装移开式金属封闭开关柜。该开关柜的尺寸为2300 mm（高）×1500 mm（宽）×800mm（深）。

7.2、低压电气设备选择与校验

由于根据《低压一次设备的选择校验项目和条件》进行的低压一次侧设备选择，不需再对熔断器、路器进行校验。关于低压电流互感器、电压互感器、电容器及母线、电缆、绝缘子等校验项目与高压侧相应电器相同，低压侧线路计算电流为

I30=1000KVA=1519.34A

3×0.38KV7.2.1、低压断路器选择与校验

(1)受电柜和母联柜的低压断路器本设计拟选用ACB-2000型低压断路器,其校验表如表7-12所示。

第37页共73页

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表7-12 受电柜和母联柜的低压断路器选择校验表

装设地点的电气条件

序号

项目

数据 380V

项目

数据 400V

结论合格

ACB-2000型低压断路器

1519.34A

2000A 合格

28.93kA

65kA 合格

53.23kA

176kA 合格

(2)出线柜的断路器本设计拟选用MCCB型低压断路器,根据负荷的大小选择合适的型号。其校验表如表7-13所示。

表7-13 出线柜的低压断路器选择校验表

装设地点的电气条件

序号

项目

数据 380V

项目

数据 400V

结论合格

MCCB-2000型低压断路器

1519.34A

630A 合格

28.93kA

50kA 合格

53.23kA

126kA 合格

经校验所选断路器是合格的。 7.2.2、低压熔断器的选择与校验

本设计拟选用NT系列低压熔断器，NT型低压高分断能力熔断器，适用于50142，电压660V及以下的低压配电装置中，作为短路或过负荷保护。该熔断器具有功率损耗小，分断能力高，特性稳定，限流性能好，体积小等优点。

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经校验所选熔断器是合格的。 7.2.3、电流互感器选择与校验

(1)受电柜和母联柜的电流互感器本设计拟选用LMZJ1-0.66 1500/5A型低压电流互感器

(2)出线柜的电流互感器本设计拟选用LMZ1-0.66型低压电流互感器变比根据负荷的大小选择。详见附录B《变电所电气主接线》。

经校验所选电流互感器是合格的。 7.2.4、低压避雷器选择与校验

本设计拟选用ZA-6Y型绝缘子，该绝缘子的主要技术参数如表7-14所示。

表7-14 ZA-6Y型绝缘子主要技术参数

抗弯及抗拉破坏负荷

额定电压/KV

工频电压/KV

全波冲击耐受电压/KV

/KN

3.75

经校验所选绝缘子是合格的。 7.2.5、低压开关柜的选择

参考以上设备选择，考虑以后发展，选择GCK型封闭抽出式低压配电柜。该开关柜的尺寸为2200 mm（高）×1000 mm（宽）×800mm（深）。

7.3、变电所进出线及母线的选择与校验

为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。

根据设计经验：一般10KV及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度

7.3.1 、10KV侧导线的选择与校验 10KV侧的计算电流：I30=2×1000KVA=109.97A3×10.5KV

（1）架空进线（高压线路）的选择:采用LGJ型铝绞线。根据计算得I30=109.97A，

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Aec=I30109.97A2（式7-3）==95.62mm2jec1.15A/mm

所以选择LGJ-120铝绞线。在35℃时LGJ-120允许载流量

Ial=335A>I30=109.97A所以选择LGJ-120，符合要求。

（2）架空进线后接了一段铝心交联聚乙烯绝缘电力电缆YJV-10kV-3×95做引入线（直埋），根据年最大负荷利用小时数4000h查得经济电流密度jec=1.73A/mm2故经济截面Aec=I30109.97A2295mm，选取标准截面。拟选用型号为==63.57mm2jec1.73A/mmYJV-10kV-3×95的交联聚乙烯电缆，在电缆沟内敷设。

该电缆缆芯最高工作温度为900C，允许载流量为182A。该地区年最热月平均最高气温为350C，查表得电缆载流量的温度校正系数KP=0.92 经校验后的长期允许载流量

182A×1.29=215.99A>109.97A 满足发热条件。 Ial=0.92×mm-2，tima=1.56S,校验热稳定性：查表的该电缆的热稳定系数C=84A×S×3Amin=I∝tima1.56s22=2.01×1000×=29.mm<95mm 满足热稳定性要-2C84A×Smm求。

综合所述，选择的电缆型号为YJV-10kV-3×95的交联聚乙烯电缆，在电缆沟内敷设。

7.3.2 、10KV侧母线的选择与校验在变压器的低压侧，其计算电流为：

I30=S303UN=1000KVA=1519.34A

3×0.38KV按载流量选择LMY-3×(40×4)矩形铝母线，该母线最高工作温度为700C，水平平放，档距为1000mm，档数为3，相邻两相的轴线距离为200mm,允许载流量Ial=480A。该地区年最热月平均最高气温为350C，查表得母线载流量的温度校正系数KP=0.88

经校验后的长期允许载流量

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华北科技学院毕业设计（论文）

Ial=0.88×480A=422.40A>109.97A 满足发热条件。动稳定度校验

LMY母线材料的最大允许应力σal=70MPa 三相短路时所受的最大动力：

(3)2F3=3ishl1.0×10-7=3×(5.13×103V)2×10-7=22.79N（式7-4） a0.2

F3l22.79N×1.0m==2.279N·m母线的弯曲（母线档数为3）：M=（式7-5） 1010

b2h0.04m2×0.004m==1.07×10-6m3母线的截面系数： W=（式7-6） 66 母线在三相短路时的计算应力: σc=M2.279N·m==2.13MPa（式7-7） W1.07×10-6m3

所以，，σal=70MPa>σc=2.13MPa满足动稳定度要求。热稳定度校验：

查表得该母线的热稳定系数，C=95A×S×mm-2，tima=1.56S，得： Amin=I3∝tima1.56s22=2.01×1000×=26.43mm<40×4mm （式7-8） -2C95A×Smm符合热稳定度要求。

7.3.3、 0.4KV侧母线的选择与校验

按载流量选择TMY-4×(100×8)矩形铜母线，该母线最高工作温度为700C，水平平放，档距为900mm，档数为3，相邻两相的轴线距离为160mm,允许载流量Ial=1830A。该地区年最热月平均最高气温为350C，查表得母线载流量的温度校正系数KP=0.92

经校验后的长期允许载流量

Ial=0.92×1830A=1683.60A>1519.34A 满足发热条件。动稳定度校验

TMY母线材料的最大允许应力σal=140MPa 三相短路时所受的最大动力：

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(3)2F3=3ishl0.9×10-7=3×(53.23×103)2×10-7=2760.55N a0.16F3l2760.55N×0.9m==248.449N·m 母线的弯曲力矩（母线档数为3）：M=1010b2h0.1m2×0.008m==1.33×10-5m3 母线的截面系数： W=66母线在三相短路时的计算应力: σc=M248.449N·m==18.68MPa -53W1.33×10m所以， σal=140MPa>σc=18.68MPa满足动稳定度要求。热稳定度校验：

查表得该母线的热稳定系数，C=165A×S×mm-2，tima=0.75S，得：

3 Amin=I∝tima0.75s22=28.93×1000×=151.84mm<100×8mm 符合热稳-2C165A×Smm定度要求。

7.3.4、0.4KV侧出线的选择与校验

由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用VV22型铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。其中导线和电缆的截面选择满足条件：

1）相线截面的选择以满足发热条件即，Ial>I30；

2）中性线（N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足Ao>Aφ； 3）保护线（PE线）的截面选择

（1）当Aφ≤16mm时，APE≥Aφ；

2（2）当16mm222（3）当Aφ≥35mm时，APE≥0.5Aφ；

4）保护中性线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。下面对各个车间以及生活区进行导线的选择。

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2华北科技学院毕业设计（论文）

1.金工车间的导线选择

1）金工车间的计算电流：I30=225.06A 2）按发热条件选择导线的截面

(a)相线截面的选择

截面为150mm的VV22-1KV型铜芯电缆直埋时的载流量为296A，大于225.06A。

2满足发热条件，故选Aφ=150mm。

2（b）N线截面的选择

按Ao≥0.5Aφ，选Ao=95mm。但是根据实际经验，N线截面可选为

2Ao=70mm2。综上可知，金工车间所选的导线型号和规格可表示为

VV22-1KV-3×150+1×70。该型号的载流量为303A大于225.06A。 2.机修车间的导线选择

1）机修车间的计算电流：I30=111.06A 2）按发热条件选择导线的截面

(a)相线截面的选择

截面为95mm的VV22-1KV型铜芯电缆直埋时的载流量为221A,大于111.06A。

2满足发热条件，故选Aφ=95mm。

2（b）N线截面的选择

按Ao≥0.5Aφ，选Ao=50mm。但是根据实际经验，N线截面可选为

2Ao=50mm2。综上可知，机修车间所选的导线型号和规格可表示为

VV22-1KV-3×95+1×50。该型号的载流量为236A大于111.06A。 3.锅炉车间的导线选择

1）锅炉车间的计算电流：I30=186.42A 2）按发热条件选择导线的截面

(a)相线截面的选择

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2截面为120mm的VV22-1KV型铜芯电缆直埋时的载流量为261A,大于186.42A。

2满足发热条件，故选Aφ=120mm。

（b）N线截面的选择

按Ao≥0.5Aφ，选Ao=70mm。但是根据实际经验，N线截面可选为

2Ao=70mm2。综上可知，锅炉车间所选的导线型号和规格可表示为

VV22-1KV-3×120+1×70。该型号的载流量为269A大于186.42A。 4.仓库的导线选择

1）仓库的计算电流：I30=74.29A 2）按发热条件选择导线的截面

(a)相线截面的选择

截面为50mm的VV22-1KV型铜芯电缆直埋时的载流量为148A,大于74.29A。

2满足发热条件，故选Aφ=50mm。

2（b）N线截面的选择

按Ao≥0.5Aφ，选Ao=25mm。但是根据实际经验，N线截面可选为

2Ao=25mm2。综上可知，仓库所选的导线型号和规格可表示为

VV22-1KV-3×50+1×25。该型号的载流量为158A大于74.29A。 5.装配车间的导线选择

1）装配车间的计算电流：I30=191.A 2）按发热条件选择导线的截面

(a)相线截面的选择

截面为120mm的VV22-1KV型铜芯电缆直埋时的载流量为261A,大于191.A。

2满足发热条件，故选Aφ=120mm。

2（b）N线截面的选择

按Ao≥0.5Aφ，选Ao=70mm。但是根据实际经验，N线截面可选为

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2华北科技学院毕业设计（论文）

Ao=70mm2。综上可知，装配车间所选的导线型号和规格可表示为

VV22-1KV-3×120+1×70。该型号的载流量为269A大于191.A。 6.工具车间的导线选择

1）工具车间的计算电流：I30=225.06A 2）按发热条件选择导线的截面

(a)相线截面的选择

截面为150mm的VV22-1KV型铜芯电缆直埋时的载流量为296A,大于225.06A。

2满足发热条件，故选Aφ=150mm。

2（b）N线截面的选择

按Ao≥0.5Aφ，选Ao=95mm。但是根据实际经验，N线截面可选为

2Ao=70mm2。综上可知，工具车间所选的导线型号和规格可表示为

VV22-1KV-3×150+1×70。该型号的载流量为303A大于225.06A。 7.热处理车间的导线选择

1）热处理车间的计算电流：I30=287.15A 2）按发热条件选择导线的截面

(a)相线截面的选择

截面为185mm的VV22-1KV型铜芯电缆直埋时的载流量为337A,大于287.15A。

2mm2。满足发热条件，故选Aφ=185（b）N线截面的选择

按Ao≥0.5Aφ，选Ao=95mm。但是根据实际经验，N线截面可选为

2Ao=95mm2。综上可知，热处理车间所选的导线型号和规格可表示为

VV22-1KV-3×185+1×95。该型号的载流量为340A大于287.15A。 8.电镀车间的导线选择

1）电镀车间的计算电流：I30=355.53A

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2）按发热条件选择导线的截面

(a)相线截面的选择

截面为120mm的VV22-1KV型铜芯电缆直埋时的载流量为261A,采用两根并联

2载流量为522A大于355.53A。满足发热条件，故选Aφ=120mm。

2（b）N线截面的选择

按Ao≥0.5Aφ，选Ao=70mm。但是根据实际经验，N线截面可选为

2Ao=70mm2。综上可知，电镀车间所选的导线型号和规格可表示为

VV22-1KV-3×120+1×70。该型号的载流量为269A，采用两根并联载流量为538A大于355.53A。

9.铸造车间的导线选择

1）铸造车间的计算电流：I30=308.88A 2）按发热条件选择导线的截面

(a)相线截面的选择

截面为95mm的VV22-1KV型铜芯电缆直埋时的载流量为221A,采用两根并联

2载流量为442A大于308.88A。满足发热条件，故选Aφ=95mm。

2（b）N线截面的选择

按Ao≥0.5Aφ，选Ao=50mm。但是根据实际经验，N线截面可选为

2Ao=50mm2。综上可知，铸造车间所选的导线型号和规格可表示为

VV22-1KV-3×95+1×50。该型号的载流量为236A，采用两根并联载流量为472A大于308.88A。

10.锻压车间的导线选择

1）锻压车间的计算电流：I30=225.06A 2）按发热条件选择导线的截面

(a)相线截面的选择

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2截面为150mm的VV22-1KV型铜芯电缆直埋时的载流量为296A,大于225.06A。

2满足发热条件，故选Aφ=150mm。

（b）N线截面的选择

按Ao≥0.5Aφ，选Ao=95mm。但是根据实际经验，N线截面可选为

2Ao=70mm2。综上可知，锻压车间所选的导线型号和规格可表示为

VV22-1KV-3×150+1×70。该型号的载流量为303A大于225.06A。 11.生活区的导线选择

1）生活区的计算电流：I30=567.17A 2）按发热条件选择导线的截面

(a)相线截面的选择

截面为185mm的VV22-1KV型铜芯电缆直埋时的载流量为337A,采用两根并联

2mm2。载流量为674A大于567.17A。满足发热条件，故选Aφ=185（b）N线截面的选择

按Ao≥0.5Aφ，选Ao=95mm。但是根据实际经验，N线截面可选为

2Ao=95mm2。综上可知，生活区所选的导线型号和规格可表示为

VV22-1KV-3×185+1×95。该型号的载流量为340A，采用两根并联载流量为680A大于567.17A。

结合负荷计算，可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为如表7-13所示。

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表7-13 低压电缆的选择

厂房名称金工车间机修车间锅炉车间仓库装配车间工具车间热处理车间电缆线型号 VV22-1KV-3×150+1×70 VV22-1KV-3×95+1×50 VV22-1KV-3×120+1×70 VV22-1KV-3×50+1×25 VV22-1KV-3×120+1×70 VV22-1KV-3×150+1×70 VV22-1KV-3×185+1×95 允许载流量 =303A>225.06A（直埋） =236A>111.06A（直埋） =269A>186.42A（直埋） =158A>74.29A（直埋） =269A>191.A（直埋） =303A>225.06A（直埋） =340A>287.15A（直埋）两根并联；电镀车间 VV22-1KV-3×120+1×70 （直埋）两根并联；铸造车间 VV22-1KV-3×95+1×50 （直埋）锻压车间 VV22-1KV-3×150+1×70 =303A>225.06A（直埋）两根并联；生活区 VV22-1KV-3×185+1×95 （直埋） =340×2=680A>567.17A =236×2=472>308.88A =269×2=538>355.53A

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第八章变电所二次回路方案选择及继电保护的整定

在各级电压等级的变电所中，使用各种电气设备，诸如变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、补偿电容器等，这些设备的任务是保证变电所安全、可靠的供电，因为选择电气设备时，必须虑及电力系统在正常和故障时的工作情况。所谓电气设备的选择，则是根据电气设备在系统中所处的地理位置和完成的任务来确定它们的型号和参数。电气设备选择的总原则是在保证安全、可靠工作的前提下，适当留有裕度，力求在经济上进行节约。

8.1、二次回路方案选择

1）二次回路电源选择

二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。这里采用交流操作电源。

2）高压断路器的控制和信号回路

高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。结合上面设备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。

3）电测量仪表与绝缘监视装置

这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。

（1）10kV电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。

（2）变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。（3）电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。（4）380V的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。（5）低压动力线路：装设电流表一只。 4）电测量仪表与绝缘监视装置

在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD）（机械一次重合式）、备用电源自动投

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入装置（APD）。

8.2、二次回路接线要求

继电保护装置即各种不同类型的继电器，以一定的方式连结与组合，在系统发生故障时，继电保护动作，作用于断路器脱扣线圈或给出报警信号，以达到对系统进行保护的目的。继电保护的设计应以合理的运行方式和故障类型作为依据，并应满足速动性、选择性、可靠性和灵敏性四项基本要求：

1.选择性：当供电系统发生故障时，要求只离故障点最近的保护装置动作，切除故障，而供电系统的其它部分仍然正常运行。

2.速动性：为了防止故障扩大，减轻其危害程度，并提高电力系统运行的稳定性，因此在系统发生故障时，保护装置应尽快动作，切除故障。

3.可靠性：保护装置在应该动作时，就应该可靠动作，不应拒动作，而在不应该动作时就不应该误动作。

4.灵敏性：表征保护装置对其保护区内故障和不正常工作状态反应能力的一个参数，如果保护装置对其保护区内故障轻微的故障能力都能及时地反应动作，就说明保护装置的灵敏度高。

8.3、继电保护的整定

继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。

继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。型号都采用GL-25/10 。其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。电路原理图如图8.1所示

此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。

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图8.1“去分流跳闸”的过电流保护电路

8.3.1、变压器继电保护

变电所内装有两台10/0.4kV－1000KVA的变压器。低压母线侧三相短路电流为

I(3)k-2=28.93KA，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采用

GL-25/10型，接成两相两继电器方式。本设计变压器保护采用微机装置GYR100-T下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。 (a)装设反时限过电流保护： 1)过电流保护动作电流的整定：由已知负荷电流为：I30=2SNT3UN=2×1000KVA =115.47A3×10KV (式8-1)

IL.max=2I30=2×115.47A=230.94A (式8-2)

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取Krel=1.3,Kw=1,Kre=0.8,Ki=200/5=40,故动作电流：

I0p=KrelKw1.3×1 IL.max=×230.94=9.38AKreKi0.8×40 (式8-3)

根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为9A。 2) 过电流保护动作时限的整定：

由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。

3) 过电流保护灵敏度系数的检验：

Sp=Ik.min， (式8-4) Iop1其中

Ik.min=0.866Ik(3)28.93KA/(10KV/0.4KV)=1002A-2/KT=0.866×I0p1=IopKi40=9A=360A，因此其灵敏度系数为： Kw11002A/360=2.781.5,，满足领命系数的1.5的要求。（b）装设电流速断保护： 1)电流速断保护动作电流的整定：利用式 Iqb=KrelKw ×IK.maxKi (式8-5)

0.4kV/10kV=1157.2A，故其取Krel=1.4，Kw=1，Ki=200/5=40，Ik.max=28.93kA×速断电流为：

Iqb=KrelKw1.4×1Ik.max=×1157.2A=40.50A， (式8-6) Ki402) 速断电流倍数的整定：

因此速断电流倍数整定为:

nqb=40.50（≈4.5。

9不为整数，但必须在2～8之间) (式8-7)

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3) 电流速断保护灵敏度系数的检验：

Sp=Ik.min(3)，其中Ik.min=0.866Ik28.93KA=25.05KA -2=0.866×Iop1Ki40=40.50A×=1620A因此其灵敏度系数为： Kw1I0p1=Iop25050A/1620=15.461.5，满足领命系数的1.5的要求。（c）装设瓦斯保护：

装设瓦斯保护。当变压器油箱内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号；当产生大量的瓦斯时，应动作于高压侧断路器。

8.3.2 、10KV侧继电保护继电保护

在此选用GL-25/10型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短路电流为2.01KA；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为9A。下面对高压母线处的过电流保护装置KA1进行整定。（高压母线处继电保护用电流互感器变比为200/5A）

高压侧线路断路器系统图如图8.2所示

图8.2 高压侧线路断路器系统图

a）整定KA1的动作电流：

''取IL.max=2.5I30=2.5×82.42A=206.05A, Krel=1.3,Kre=0.8,Kw=1,Ki=200/5=40,故

Iop(1)=KrelKw1.3×1IL(1)max=×206.05A=8.37A KreKi0.8×40第53页共73页

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根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为8A。 b）整定KA1的动作时限：

母线三相短路电流Ik(3)-1反映到KA2中的电流：

Ik'(2)=Kw(2)Ki(2))Ik(3-1=1×2.01KA=50.25A 40Ik'(2)Iop(2)=50.25=5.58 9AI'k(2)对KA2的动作电流Iop(2)的倍数，即n2='=0.5s。由《反时限过电流保护的动作时限的整定曲线》确定KA2的实际动作时间：t2

KA1的实际动作时间：t1'+t'2=0.7s+0.5s=1.2s。

母线三相短路电流Ik(3)1到中的电流： -1反映KAI'k(1)=Kw(1)Ki(1)Ik(3)-1=1×2.01KA=50.25A 40Ik'(1)Iop(1)=50.25=6.28 8AI'k(1)对KA1的动作电流Iop(1)的倍数，即n1=所以由10倍动作电流的动作时限曲线查得KA1的动作时限：t1=1.1s。

8.3.3 、作为备用电源的高压联络线的继电保护装置

装设反时限过电流保护，亦采用GL-25/10型感电流继电器，两相两继电器式接线，去分跳闸的操作方式。

过电流保护动作电流的整定,利用式Iop=Krel×Kw×IL.max，其中 IL.max=2I30，

Kre×KiKrel=1.3，Kw=1，Kre=0.8，Ki=2005=40，因此动作电流为：

Iop=1.3×1×2×115.47A=9.38A0.8×40

因此过电流保护动作电流Iop整定为9A。

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。

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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。

8.3.4 、0.4KV侧低压断路器保护整定项目：

a)瞬时过流脱扣器动作电流整定：满足：Iop(o)≥KrelIpk (式8-8)

Krel：对框架式断路器取1.35；对塑壳断路器取2～2.5。

'Ipk=Ist=1.072I30=1.07×2091.98A=2238.42A于是对于框架式断路器

Iop(o)≥KrelIpk=1.35×2238.42A=3021.87A所以瞬时过流脱扣器动作电流整定为

3022A。

b)短延时过流脱扣器动作电流整定：

满足：Iop(s)≥KrelIpk，Krel取1.2 (式8-9)

.42A，于是Iop(s)≥KrelIpk=1.2×2238.42A=2686.10A由于Ipk=2238所以短延时

过流脱扣器动作电流整定为2687A。

另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差0.2s(0.4s，0.6s)。

c)长延时过流脱扣器动作电流整定：

满足：Iop(l)≥KrelI30，Krel取1.1 (式8-10) 由于

=2301.18A2091.98A，于是Iop(l)≥KrelI30=1.1×2091.98A所以长延

时过流脱扣器动作电流整定为2302A。

d)过流脱扣器与被保护线路配合要求：

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满足：Iop≤KolIal， (式8-11)

Kol：绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数(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，取1.1～1.2)。

e)热脱扣器动作电流整定：

满足：(1)热脱扣器额定电流的选择：IN.TR≥I30 (式8-12) (2) 热脱扣器动作电流的整定：IN.TR≥KrelI30， (式8-13)

取值为1.1。可根据以上整定要求，参考相关产品资料对低压侧的ACB和MCCB系列低压断路器进行整定，在此不详述。

在这里只作出高压出线柜和低压进线柜的二次回路图。参见附录C《10KV出线柜二次回路图》、附录D《0.4KV进线柜二次回路图》

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第九章降压变电所防雷与接地装置的设计

9.1、变电所的防雷保护

雷电所引起的大电压将会对电气设备和变电所的建筑物产生严重危害，因此，在变电所和高压输电线路中必须采取有效措施，以保证电气设备安全。

雷电的破坏作用主要是雷电波过电压引起的，主要表现在以下几个方面：雷电的热效应：雷电流产生的热量，可能烧断导线和烧毁电力设备；

雷电的机械效应：雷电流产生的电动力，可摧毁设备、杆塔、建筑物和伤害人；雷电的电磁效应：雷电过电压将会使电气绝缘被击穿，甚至引起火灾和燃烧，造成人身伤亡和设备损坏。

另外雷电的闪落放电，可能烧坏绝缘子，使断路器跳闸，造成停电事故。变配电所的防雷保护，包括对直击雷的保护和对沿电力线路入侵的雷电侵入波保护。实际运行表明，对于变配电所防直击雷的保护避雷针和避雷器是很有效的，雷电波入侵则必须装设阀型避雷器保护，防雷保护涉及应认真调查地质地貌气象环境等条件和雷电的活动规律，以及被保护物的特点等，因地制宜地采取防雷保护措施，做到安全可靠、技术先进、经济合理等。

9.1.1、直接防雷保护

在变电所屋顶装设避雷针和避雷带，并引进出两根接地线与变电所公共接装置相连。如变电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包围整个变电所。如果变电所在其它建筑物的直击雷防护范围内时，则可不另设的避雷针。按规定，的避雷针的接地装置接地电阻

。通常采用3-6根长2.5m的刚管，在装避雷针的杆塔

附近做一排或多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6m。接地管间用40mm×4mm 的镀锌扁刚焊接相接。引下线用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与接地体焊接相连，并与装避雷针的杆塔及其基础内的钢筋相焊接，上与避雷针焊接相连。避雷针采用直径20mm的镀锌扁刚，长1～1.5。避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上的距离。

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9.1.2、雷电侵入波的防护

1)在10KV电源进线的终端杆上装设FS4—10型阀式避雷器。引下线采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚，下与公共接地网焊接相连，上与避雷器接地端栓连接。

2）在10KV高压配电室内装设有KYN28-12型开关柜，其中配有HY5WS-17kV/50kV型避雷器，靠近主变压器。主变压器主要靠此避雷器来保护，防雷电侵入波的危害。

9.2、变电所公共接地装置的设计

9.2.1、接地电阻的要求

根据《工厂供电》附录表24，得此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：

RE≤10Ω (式9-1)

且 RE≤120V/IE=120V/22A=5.Ω4 (式9-2) 其中,IE=IC 因此公共接地装置接地电阻RE≤4Ω。

Ic=UN(loh+35lca)10×(80+35×20)b==22A350350 (式9-3)

式中，Ic为系统的单相接地电容电流（单位为A）；UN为系统额定电压（KV）；

loh为同一电压UN的具有电联系的架空线路总长度（KM）lac为同一电压UN的具有；b电联系的电缆线路总长度（KM）。

9.2.2、接地装置的设计 a)接地装置的初步方案

现初步考虑围绕变电所建筑三面，距变电所外墙23m，打入一圈直径50mm、长2.5m的钢管接地体，每隔5m打入一根（为减小接地电流的屏蔽效应，管距一般不宜小于管长的2倍）。管间用40×4mm的镀锌扁钢焊接相连。

b)计算单根钢管的接地电阻

查《工厂供电》附录表25，得砂质粘土的ρ=100Ω•m。得单根钢管接地电阻为

2第58页共73页

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RE(1)≈ρ100Ω•m==40Ωl2.5m (式9-4)

c)确定接地的钢管数和最后的接地方案

根据RE(1)RE=405.4=7.4，并考虑到管间电流屏蔽效应的影响，因此初选15根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体。以n15和al=5m2.5m=2去查《工厂供电》附录表26-2（取n1020在al=2时的ηE≈0.66。因此可得

RE=RE(1)ηERE=40Ω≈15 0.66×4Ω (式9-5)

考虑到接地体的均匀对称布置，选16根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体，用404

的镀锌扁钢焊接相连。

采用长2.5m、50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置，管距5 m，垂直打入地下，管顶离地面0.6 m。管间用40mm×4mm的镀锌扁刚焊接相接。变电所的变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25 mm ×4 mm的镀锌扁刚。接地电阻的验算：

RE=RE(1)nη≈ρ/l100Ω•m/2.5m ==3.8Ωnη16×0.66 (式9-6)

满足RE≤5.4Ω欧的接地电阻要求。

综上设计，作出变电所的电气平面布置图以及变电所接地装置平面图。参见附录E、F。

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结束语

为了满足该机械厂企业内部的生产及生活用电的需要，该论文从负荷资料入手，通过计算分析了各个用电组的供电要求，主要从电气主接线、变压器选择、一次电气设备的选择等几方面出发，完成了这次设计。

根据需要分析负荷资料，拟建项目为一厂用变配电所，电气主接线应充分考虑供电的安全性、可靠性和灵活性，同时兼顾经济性，因此，采用了两路电源进线和双变压器的配置，以满足生产中二级负荷的需要。主要电气设备的选择是根据各设备安装地点的使用条件，对短路电流进行计算，查表选用后再经过认真校验，最后选定使用的产品。

设计的最后结果，基本满足了厂区各个用电组供电要求，基本满足了《10kV及以下变电所设计规范》的规范要求，该毕业设计几乎涵盖了大学中所学的知识。经过收集资料、设计、绘图、审核的整个过程完成了本次设计。在此期间，通过自己动手查阅大量的资料，一方面，充分地检验自己的设计能力，丰富了自己在电气设计特别是变电所设计方面的知识，为自己将来从事该专业工作打下了坚实的基础；另一方面，使我体会到搞设计需要具备严谨求实的精神。与此同时我的计算机应用水平也有了一定的提升。这次的设计，我最大的收获就是学到了工厂变电所的设计步骤与方法，还有学会了如何使用资料。

设计虽然完成了，但是，由于是初次进行这种具有很强实际意义的设计，经验的欠缺造成了在设计中还有很多不够完善的地方，比如：设计的整个变配电系统结构不够优化等。另外我只是掌握了变电所设计中很少的一部分知识，还有很多深奥的专业知识等着我去挖掘、去探索和去学习。我也将会在今后的工作学习中不断充实自己，不断完善自己的专业知识，为自身的发展打下坚实的基础。

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参考文献

【1】刘介才编《工厂供电》（第五版）机械工业出版社 2009 【2】谭金超编《10KV配电工厂设计手册》中国电力出版社 2004 【3】狄富清编《配电实用技术》机械工业出版社 2010

【4】熊信银编《发电厂电气部分》（第三版）中国电力出版社 2004 【5】刘学军编【6】张云杰编【7】徐泽植编社 2002

【8】王子午编【9】戈东方编

（第二版）中国电力出版社 2007 AutoCAD2010电气设计基础教程》清华大学出版社 2010 10kV及以下供配电设计与安装图集》（第一版）煤炭工业出版常用供配电设备选型手册》（第一版）煤炭工业出版社 1998 中国电力出版社第61页共73页

《继电保护原理》《《

《《电力工程电气设计手册》燕郊某厂降压变电所电气设计

致谢

通过了近几个月时间的努力，毕业设计最终顺利的完成了，在这里我首先要感谢胡兴志老师和同学的大力帮助，正因为有老师的悉心指导和耐心细致地讲解，才使我完成了本次的毕业设计学习，同时也要感谢学校给我这次设计锻炼的机会，让我能够通过这次的设计对大学四年里所学习的基础知识和专业知识有了更加理性和深层次的认识，并锻炼和提高了我的实际动手能力和实践能力，这无疑为我将来走向工作岗位奠定了坚实的基础。

同时，在本次设计中同组的同学们也给了我很大的帮助，我们之间的相互讨论和帮助也是本次毕业设计能顺利完成的一个关键所在，所以在此再次向各位老师和各位同学表示衷心的感谢！

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附录A：外文资料翻译

Substation integrated automation system

In recent years, as the level of power grid operations increased levels dispatch center to ask for more information, to grasp power grid and the operation of the substation and improve substation controllability, then ask for more focused use of remote control, operation, anti-accident measures, namely Unattended mode of management. to improve labor productivity, reduce the possibility of human error in their operation and improve the reliability. The other hand, the contemporary computer technology, communication technology and other advanced technological means of application, has changed the traditional model of secondary equipment to simplify the system, information sharing, reducing cable, reducing size, lowering the cost has changed the face of the substation operation. For the above reasons, substation automation from \"hot topic\" has been shifted to the practical stage, Power industry departments put substation automation as a means of the new technological innovations in power system operation, professional major manufacturers have put substation automation system development as a key development projects, continue to refine and improve their own corresponding to the introduction of integrated substation automation system power system to meet the requirements.

Abroad from the early 1980s, began to carry out research and development so far, major power equipment companies are gradually introduced to the mass production products. If ABB, SIEMENS, HARRIS companies, since the 1990s, new substation countries in the world use most of the digital secondary equipment; accordingly adopted a substation automation technology; China launched integrated substation automation research and development compared with developed countries of the world later, But with the number of protective equipment in a mature and widely used, scheduling automation systems mature application, Substation automation system has been the power system user acceptance of the use, However, the use of the electricity sector in the process, there are roughly two principles : First, the low voltage substation automation system in order to better implement

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the Unattended achieve reduced efficiency purposes; Second is the high voltage substation (220 kV and above) the construction and design, is calling for the use of advanced control method address the professional technical scattered, as a system, redundant investment, and even affected the operational reliability. And the actual project surviving in the following major issues :

the integrated substation automation structure and mode

from the current domestic and foreign integrated substation automation of the development, generally exist following structure : (1)Distributed System Architecture

Substations are under surveillance by an object or system function distribution of multiple single-function computer equipment, They will be able to connect to a network to share resources to achieve distributed processing. Here we are talking about the 'distribution' is the physical resources by the substation on the distribution (not emphasize geographic distribution), stressed is the angle from the computer to study the distribution of the problem. This is an ideal structure, in order to fully distributed architecture, scalability, Universal and open areas with strong advantages, However, in practical application of engineering and technical realization will encounter many current issues that are hard to solve, If the scattered layout of the installation, poor operating environment, resistance to electromagnetic interference, information transmission channels and reliability assurance on the issue and so on, on the current technique is not enough mature, blind pursuit of fully distributed structure, neglected works practicality is unnecessary. (2)centralized system structure

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Universal and open areas with strong advantages, However, in practical application of engineering and technical realization will encounter many current issues that are hard to solve, If the scattered layout of the installation, poor operating environment, resistance to electromagnetic interference, information transmission channels and reliability assurance on the issue and so on, on the current technique is not enough mature, blind pursuit of fully distributed structure, neglected works practicality is unnecessary. (3)Distributed hierarchical structure

At the substation level and control targets set up the station control level (grade point) and the local unit control level (level of) the two-story-- Bush control system.

This compared to the centralized structure of the system with the following obvious advantages :

①enhanced reliability, as part of the equipment failure affects only the part of the forthcoming 'dangerous' scattered, When the station-level system or network failure, it affects only part of the monitoring, and the most important protection, control function of the level will continue to run; to the level of an intelligent unit should not lead to damage to the station's communications interruptions, For example, long-term occupation of the station's communications network

②scalability and open higher, to the design and application.

③stations secondary equipment necessary cables significantly reduced, saving the investment will simplify the maintenance of debugging.

Substation automation application refers to automatic control technology, information processing and transmission technology, computer hardware and software systems or automatic devices to replace manual operation of the various operations and improve substation operations, A level of management automation system. Substation automation areas include integrated automation technology; Substation automation refers to the secondary equipment (including control, protection, measurement, signal devices and automatic remote devices) through the use of computer technology functions of reorganization and optimization of the design, Substation to the implementation of

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automatic monitoring, measurement, control and coordination of an integrated automation system It is automation and computers, communication technology in the field of integrated substation applications.

integrated substation automation communication network within the establishment Substation transmission or exchange of basic information : measurement and status information; Operation information; Parameter information. According to the information transmission performance requirements, generally can be divided into two categories to consider, one immediate response to the higher demand information, If the incident detection, warning, sequence of events and actions for the protection of the information requested higher transmission speeds; Another is response time, low-information, such as for recording, record and failure analysis of the information, allow for longer delivery time. For different data have different security requirements, the station communications network linking all stations intelligent modules, background monitoring and remote communication devices, is the key to the whole system, according to the actual system architecture and engineering needs, generally

considered by the following principles ：

(1)electricity production and the importance of continuity, Network

reliability should be top priority. it should have a strong anti-jamming capability to meet the temperature, humidity and electromagnetic interference and other environmental requirements, it should consider measures to spare.

(2)station communications network communications under the load characteristics of a reasonable distribution, there is no guarantee that the 'bottleneck' phenomenon. However contains communications load, large substation consider 100-256 load nodes, small and medium substation consider not more than 60-hundred load nodes. Distance communication design considerations not more than one kM. .

(3)communication network stations should meet the portfolio flexibility, scalability, and has good open and debugging easy maintenance requirements. Bus used to form networks. (4)communication media selection principle is to maximize the use of optical fiber,

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taking into account the economic, can still use cable as a major medium of communication, but the general interface cable isolation transformer, common mode interference suppression.

(5)Station communications network within the agreement and the statute should be consistent with national and international standards.

(6)Point Communication Network Communication Network station level as in a better operating environment, its larger information flow (Distributed concentrated layout), they use high-speed network; level of communication network based on actual project needs, and in the operating environment may be quite poor (Distributed scattered layout), the actual amount is not large, may consider slow network (such as fieldbus communication mode or 485) and the environment.

the substation automation system development stage

The first stage : Function-oriented design focuses on the RTU mode protection plus conventional 1980s RTU is based on the remote device and Monitoring of local representatives. This type of system is in a conventional relay and the second on the basis of additional wiring RTU devices, main functions of the remote scheduling and completion of the main points Communication \"four distance\" (telemetry, remote signal and remote transfer, remote control), and automatic protection devices and systems used to link state Yingjie access point. Such a system is characterized by a simple function, the overall performance index lower, the system linking complex, ease of operation and maintenance management, Automation system for the initial stage.

2nd stage : Function-oriented design of distributed computer control installations protected mode early 1990s, Computer Protection and by the functional design of the distribution monitoring device to the wider use, protection and control devices relatively independent, through correspondence management module respective information can be sent to a local computer monitor or master scheduling. The emergence of such systems is because domestic power system protection and remote belonging to different departments and professional, Another pair of relay protection and control device in how to integrate

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technology failed to reach consensus on the understanding, In particular, there is a considerable number of 110 KV and below voltage level automation system using such models. The model has not done object-oriented design, information sharing is not that high, and the secondary system more cable Internet, Scalability well, is not conducive to operational management and maintenance.

The third stage : Object-oriented layout and (object-oriented) Hierarchical structure of the mid-1990s models With computer technology, networks and the rapid ICT development industry and the protection of computer monitoring and control technologies and explore the debate reached a consensus understanding, - oriented equipment or layout design targeted at the protection and control modules, a hierarchical distributed system architecture, formed a real sense of Hierarchical Distributed Automation System. The system is characterized by the following address 110 KV voltage level of equipment or layout used to protect the design of integrated measurement and control devices, against 110 KV and above voltage level of equipment or layout using relay devices and monitoring and control devices to independently design but Ping Group common principles, fault recorder functions delegated to the spacing or equipment protection devices, and advanced network communications technology, system configuration flexibility and facilitate expansion, a very convenient operation management and maintenance.

Substation automation technology is the development of the power industry notable signs that the technology is microelectronics, computer and communications technologies integrate its applications necessarily very broad, is bound to be a modern power technology development and technology, leading technology. As this technology is highly integrated technical standards, its broad application, bound to the national economy and the sustainable development of far-reaching effects.

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变电站综合自动化系统

近年来，随着电网运行水平的提高，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况，提高变电站的可控性，进而要求更多地采用远方集中控制，操作，反事故措施等，即采用无人值班的管理模式，以提高劳动生产率，减少人为误操作的可能，提高运行的可靠性。另一方面，当代计算机技术，通讯技术等先进技术手段的应用，已改变了传统二次设备的模式，为简化系统，信息共享，减少电缆，减少占地面积，降低造价等方面已改变了变电站运行的面貌。基于上述原因，变电站自动化由\"热门话题\"已转向了实用化阶段，电力行业各有关部门把变电站自动化做为一项新技术革新手段应用于电力系统运行中来，各大专业厂家亦把变电站自动化系统的开发做为重点开发项目，不断地完善和改进相应地推出各具特色的变电站综合自动化系统，以满足电力系统中的要求。

国外从80年代初开始进行研究开发，到目前为止，各大电力设备公司都陆续地推出系列化的产品。如ABB，SIEMENS,HARRIS等公司，90年代以来，世界各国新建变电站大部分采用了全数字化的二次设备；相应地采用了变电站自动化技术；我国开展变电站综合自动化的研究及开发相比世界发达国家较晚，但随着数字化保护设备的成熟及广泛应用，调度自动化系统的成熟应用，变电站自动化系统已被电力系统用户接受使用，但在电力部门使用过程中大致有两方面的原则：一是中低压变电站采用自动化系统，以便更好地实施无人值班，达到减人增效的目的；二是对高压变电站(220kV及以上)的建设和设计来说，是要求用先进的控制方式，解决各专业在技术上分散、自成系统，重复投资，甚至影响运行可靠性。

目前从国内、外变电站综合自动化的开展情况而言，大致存在以下几种结构： (1) 分布式系统结构

按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。这里所谈的'分布'是按变电站资源物理上的分布(未强调地理分布)，强调的是从计算机的角度来研究分布问题的。这是一种较为理想的结构，要做到完全分布式结构，在可扩展性、通用性及开放性方面都具有较强的优势，然而在实际的工程应用及技术实现上就会遇到许多目前难以解决的问题，如在分散安装布置时，恶劣运行环境、抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上存在的问题等等，

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就目前技术而言还不够十分成熟，一味地追求完全分布式结构 (2) 集中式系统结构

系统的硬件装置、数据处理均集中配置，采用由前置机和后台机构成的集控式结构，由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式，这种结构有以下不足：前置管理机任务繁重、引线多，是一个信息'瓶颈'，降低了整个系统的可靠性，即在前置机故障情况下，将失去当地及远方的所有信息及功能，另外仍不能从工程设计角度上节约开支，仍需铺设电缆，并且扩展一些自动化需求的功能较难。在此值得一提的是这种结构形成的原由，变电站二次产品早期开发过程是按保护、测量、控制和通信部分分类、开发，没有从整个系统设计的指导思想下进行，随着技术的进步及电力系统自动化的要求，在进行变电站自动化工程的设计时，大多采用的是按功能'拼凑'的方式开展，从而导致系统的性能指标下降以及出现许多无法解决的工程问题。略工程实用性是不必要的。

(3)分层分布式结构

按变电站的控制层次和对象设置全站控制级(站级)和就地单元控制级(段级)的二层式分布控制系统结构

这种结构相比集中式处理的系统具有以下明显的优点：

①可靠性提高，任一部分设备故障只影响局部，即将'危险'分散，当站级系统或网络故障，只影响到监控部分，而最重要的保护、控制功能在段级仍可继续运行；段级的任一智能单元损坏不应导致全站的通信中断，比如长期霸占全站的通信网络。

②可扩展性和开放性较高，利于工程的设计及应用。

③站内二次设备所需的电缆大大减少，节约投资也简化了调试维护。变电站自动化的基本概念

变电站自动化是指应用自动控制技术、信息处理和传输技术，通过计算机硬软件系统或自动装置代替人工进行各种运行作业，提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。变电站自动化的范畴包括综合自动化技术；变电站综合自动化是指将二次设备(包括控制、保护、测量、信号、自动装置和远动装置)利用微机技术经过功能的重新组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统，

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它是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的综合应用

变电站综合自动化站内通信网络的建立

变电站内传送或交换的基本信息有：测量及状态信息；操作信息；参数信息。根据信息传送的性能要求，大致可分两类考虑，一类要求实时响应较高的信息，如事故的检出、告警、事件顺序记录和用于保护动作的信息，要求传送速度较高；另一类是对时间响应要求不高的信息，如用于录波、记录及故障分析的信息，可允许较长的传送时间。对于不同的数据亦有不同的安全性要求，站内通信网联系站内各个智能单元、后台监控及远方通信装置，是整个系统的关键，根据实际系统结构及工程实际需要，大致按以下原则考虑：

(1)电力生产的连续性和重要性，通信网的可靠性应放在第一位.一方面应具有较强的抗干扰能力，以满足温度、湿度和电磁干扰等环境要求，另一方面应考虑备用措施。

(2)站内通信网应根据通信负荷的特点合理分配，保证不出现'瓶颈'现象，通讯负荷不过载，对于大型变电站考虑100-256个负载节点，一般中小型变电站考虑不超过60-100个负载节点。通讯距离设计考虑不超过1kM.。

(3)站内通信网应满足组合灵活、可扩展性好、具有较好的开放性以及调试维修方便的要求。宜采用总线形网络。

(4)通信媒介的选用原则是尽量采用光纤，考虑到工程的经济性，仍可采用电缆作为主要的通信媒介，但电缆接口一般设有隔离变压器，以抑制共模干扰.

(5)站内通信网的协议及规约应尽量符合国家及国际标准.

(6)站内通信网的站级通信网由于处于较佳的运行环境，其信息流较大(分布式集中布置)，故可采用高速网；段级通信网根据实际工程需要，并且可能处于运行环境比较恶劣(分布式分散布置)，因实际的信息量不是很大，可考虑慢速网(如现场总线或485通信方式)的环境。

我国变电站自动化系统的发展阶段

第一阶段：面向功能设计的集中式RTU加常规继电保护模式

80年代是以RTU为基础的远动装置及当地监控为代表。该类系统是在常规的继电保护及二次接线基础上增设RTU装置，功能主要为完成与远方调度主站通信实现“四遥”(遥测，遥信，遥调，遥控)，继电保护及自动装置与系统联结采用硬接点状态接入。

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此类系统特点是功能简单，整体性能指标较低，系统联结复杂，不便于运行管理与维护，为自动化系统的初级阶段。

第二阶段：面向功能设计的分布式测控装置加微机保护模式

90年代初期，微机保护及按功能设计的分布测控装置得以广泛应用，保护与测控装置相对，通过通信管理单元能够将各自信息送到当地监控计算机或调度主站。此类系统的出现是由于当时国内电力系统保护和远动分属于不同部门和专业，另外对继电保护与测控装置在技术上如何融和没有达成一致的认识，故相当一部分尤其是110kV及以下电压等级自动化系统采用此类模式。该模式没有做到面向对象设计，信息共享程度不高，另外系统的二次电缆互联较多，扩展性不好，不利于运行管理和维护。

第三阶段：面向间隔和对象(object-oriented)的分层分布式结构模式

90年代中期，随着计算机技术、网络和通信技术的飞速发展，行业内对计算机保护与测控技术不断争论和探讨达成了一致的认识，采用面向设备或间隔为对象设计的保护及测控单元，采用分层分布式的系统结构，形成了真正意义上的分层分布式自动化系统。该系统特点是针对110kV以下电压等级的设备或间隔采用保护测控一体化设计的装置，针对110kV及以上电压等级的设备或间隔采用继电保护装置与测控装置分别设计但共同组屏的原则，故障录波功能下放至各间隔或设备的继电保护装置中去，采用先进的网络通信技术，系统配置灵活，扩展方便，非常方便运行管理和维护。

变电站综合自动化技术是现代电力工业发展的显著标志，该项技术是微电子、计算机和通信技术的有机结合，其应用前景必然十分广阔，必将是现代电力技术发展及技术改造的主导技术。由于此项技术具有极高的综合技术水准，其广泛的应用，必然给我国国民经济的可持续发展带来深远影响。

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附录B：变电所电气主接线图附录C：10KV出线柜二次回路图附录D：0.4KV进线柜二次回路图附录E：变电所电气平面布置图附录F：变电所接地装置平面布置图附录H：厂区供电线路规划图

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