1、摘 要本設計是關于某總降壓變電所二次系統的設計。首先通過對原始資料進行綜合的分析，草擬兩種主接線方案，對這兩種主接線方案進行經濟技術的比較，從中選擇出一種較優的方案。設計的思路是依據國家標準規范要求和老師給的任務上的要求，確定全廠計算負荷，擬定供配電方案，確定變壓器臺數及容量，選擇其規格型號。畫出主接線圖，規劃變電所的二次接線及繼電保護，選擇主變壓器及線路的保護方式，完成主變繼電保護整定計算和繼電保護配置，確定無功補償。在該設計中，依據給定的系統情況，電力線路上裝設相間短路保護、單相接地保護和過負荷保護；對變電所主變壓器裝設過流保護、縱聯差動保護和瓦斯保護。此外，高、低壓兩側各母線上分別裝設避

2、雷器。變壓器由斷路器控制，并在斷路器的兩側設置隔離開關，以保證斷路器的檢修和安全。關鍵詞：繼電保護，保護方式，負荷計算，接線圖，整定計算I湖南工業大學本科畢業設計（論文）ABSTRACTThis design is the design of a total step-down substation two system. Design is based on the national standard specifications, determine the computational load, intended for distribution scheme, determine th

3、e number and capacity of transformers, select its specifications. Draw the main wiring diagram, planning of substation secondary wiring of two and relay protection, protection of main transformer and the choice of the main line, relay protection setting calculation and relay protection, the reactive

4、 power compensation is determined. In this design, according to the situation given, power lines are arranged on the interphase short circuit protection, single-phase grounding protection and overload protection; on the main transformer substation install over-current protection, longitudinal differ

5、ential protection and gas protection. In addition, high, low pressure on both sides of the bus are respectively provided with a lightning arrester. Transformer is controlled by the circuit breaker and isolating switch, circuit breaker is arranged on both sides, in order to guarantee the circuit brea

6、ker maintenance and safety. Keywords: Relay Protection,Protected mode,Wiring Diagram,Setting calculation 第1章 負荷的計算及無功功率的補償1.1 負荷的計算 （1）公式 Pe設備容量（KW）；Kx設備組的需要系數；用電設備的功率因數角；cos功率因數；U線電壓（V）；Ie計算電流（A）;有功計算負荷P30=KxPe 無功計算負荷Q30=Pctg視在計算負荷S30=或S30=計算電流I30=其中，tanarccos0.61.333 tanarccos0.651.169 tanarccos0.

7、71.02 tanarccos0.80.75例：鑄造車間：Pc=8750.5=437.5（KW） 又cos=0.7,=arccos0.7,tanarccos0.71.02 Qc=437.5tanarccos0.7=446.342(Kvar) Sc=625.002(Kva)計算目的：用于選擇各組配電干線及其上的開關設備。全廠的負荷總表見表1.1。表1.1 負荷總表序號車間名稱設備容量（KW）需要系數功率因數 （cos）Tan 計算負荷Pc(KW)Qc(Kvar)Sc(Kva)Ic(A) 1 鑄造車間8750.50.71.02437.5446.342625.00236.086鍛壓車間7600.65

8、0.61.3334941013.081266.6773.13倉庫1250.50.80.7562.5937.5156.259.022機加車間3700.70.80.75259277.5462.526.7工具車間4000.50.61.333200533.2666.66738.49模具車間2050.60.71.02123209.143292.85716.913表面處理車間2750.60.651.169165321.48423.07724.43動力車間2180.70.651.169152.6254.842335.38519.36總裝車間1500.60.80.7590112.5187.510.83試驗站6

9、80.70.71.0247.669.3797.1435.61（2）公式： 、 -各用電設備組的有功、無功計算負荷的總和； -最大負荷時的同時系數。考慮各用電設備組的最大計算負荷不會同時出現而引入的系數。 總有功計算負荷：= 總無功計算負荷：= 總視在計算負荷: 本設計中，有功無功時均取同時系數為=0.9，所以總計算負荷為: =0.9（437.5+494+62.5+259+(200+123+165+152.6+90+47.6） =0.92031.2=1828.08（KW） =0.9(446.342+1013.08+937.5+277.5+533.2+209.143+321.48+ 254.842

10、+112.5+69.37)=0.94174.957=3757.4613(KW) =4178.5632(KVA) 計算目的：用于選擇車間配電干線及其上的開關設備，或者用于低壓母線的選擇及車間變電所電力變壓器容量的選擇。全廠的負荷總計見表1.2。 表1.2 負荷總計表負荷總計=0.9（KW）2031.2（KW）4174.957(KW)1828.08(Kvar)3757.4613（Kva）4178.56321.2 無功功率的補償及其計算（1）進行的原因 實際負載,一般都是混合性負載,這樣電流在通過它們的時候,就有部分電能不做功,就是無功功率,此時的功率因數小于1,為了提高電能的利用率,故進行無功補償

11、。（2）主要效益 用戶的功率因數提高,使電工設備的利用率提高; 減少電力網絡的有功損耗； 合理控制無功功率流動，使電力系統的電壓水平得到提高，使電能 的質量得到提高，提高了電力系統的抗干擾能力；（3）無功功率補償的計算 由負荷計算可得變壓器低壓側的視在計算負荷為：=4178.5632（KVA）這時低壓側的功率因數為：因為電業部門對功率因素要求值，為使高壓側的功率因數0.9，則低壓側補償后的功率因數應高于0.9，取：cos=0.9。要使低壓側的功率因數由0.44提高到0.9，則低壓側需裝設的并聯電容器容量為： Qc=1828.08(tanarccos0.44-tanarccos0.9)=2845

12、.589(KVAR)取：Qc=2900KVAR，則補償后變電所低壓側的視在計算負荷為： 變壓器的功率損耗為： 變電所高壓側的計算負荷為： 補償后的功率因數為滿足（大于等于0.9）的要求。 第2章 主接線選擇及短路計算2.1 電氣主接線2.1.1電氣主接線的基本接線形式發電廠和變電站中電氣主接線的基本接線形式，可分為有匯流母線和無匯流母線兩大類。有匯流母線的接線形式有：單母線、單母線分段，雙母線，雙母線分段；無匯流母線的接線形式有：單元接線、橋形接線和角形接線。2.1.2 主接線的選擇 變電所的接線應從安全、可靠、靈活、經濟出發。本設計中的10KV降壓變電所，盡量保證供電的可靠性，但是作為總降壓

13、變電所來說，且是三級負荷，從經濟性來考慮主接線不主張過于復雜。(1) 只裝有一臺主變壓器的總降變電所主接線通常采用一次側無母線、二次側為單母線的主接線。一次側采用斷路器為主開關。只適用于三級負荷。(2)一次側為內橋式接線的總降壓變電所主接線(3) 一次側為外橋式接線的總降壓變電所主接線(4) 一、二次側均采用單母線分段的總降壓變電所主接線可供一、二級負荷，適用于一、二次側進出線較多的情況。(5) 一、二次側均采用雙母線的總降壓變電所主接線 35KV側出線超過兩回時，宜采用單母線分段接線；8回及以上時，亦可采用雙母線接線。 綜上所述，變電所出線超過2回，故考慮了兩種方案：方案1采用35KV和10

14、KV都是單母分段。這種接線方式可對各母線段進行輪換檢修。單母線分段接線用戶供電不間斷，并且其接線形式簡單、經濟又方便，保證了供電的可靠性。方案2采用35KV和10KV均為單母線接線。優點是簡單清晰設備少。在本設計中，作為10KV出線有10回，屬于三級負荷，所以采用方案2，35KV和10KV均為單母線接線。供配電系統圖如圖3.1，主接線圖如圖3.2。 圖2.1 供配電系統圖 圖2.2 變電所主接線圖2.2 三相短路電流（1）定義 電力系統中最常見和最嚴重的一種故障。在發生短路35S這一暫態過程中，短路電流的變化很復雜。（2）主要原因電氣設備、元件的損壞。設計、安裝、維護不當所造成的設備缺陷最終發

15、展成短路等。自然的原因。如：氣候惡劣，致使架空線倒桿斷線；遭受雷電原因等。人為事故。（3）具體表現為短路電流的熱效應短路電流的熱效應影響電氣設備的正常運行破壞系統的穩定性造成電磁干擾（4）目的 計算短路電流的目的是為了正確選擇和校驗電氣設備，以及進行繼電保護裝置的整定計算。2.3 三相短路沖擊電流、穩態電流 三相短路沖擊電流：短路電流峰值或短路全電流瞬時最大值，用ish表示。 公式：ishKshIp式中，Ip為短路電流周期分量的有效值；Ksh為短路電流沖擊系數。在工程計算中，當高壓電網短路時，取Ksh=1.8；在發電機端部發生短路時，取ksh=1.9；在低壓電網中短路時，取ksh=1.3。 當

16、Ksh=1.9時，ish =2.69 Ip 當Ksh=1.8時，ish =2.55 Ip 當Ksh=1.7時，ish =1.84 IpI為短路電流非周期分量衰減完后的短路全電流的有效值。Ik為在無限大容量系統中，短路后任何時刻的短路電流周期分量的有效值。I為暫態短路電流或是超瞬變短路電流，是短路瞬時三相短路電流周期分量的有效值。因為它們是始終不變的，所以有 I= I= Ip =Ik2.4 短路計算 圖2.3 系統等效電路圖 確定基準值： 計算短路電路中各主要元件的電抗標幺值： 電力線路每相的單位長度電抗平均值線路結構線路電壓35KV及以上6-10KV及以上220/380V架空線路0.400.3

17、50.32電纜線路0.120.080.066根據上表，本設計35KV側出線的單位長度電抗平均值線路電抗標幺值在最大運行方式下（）： 當K1點短路： 當K2點短路： 在最小運行方式下（）： 當K1點短路： 當K2點短路： 表2.1 短路電流結果匯總表 系統 運行方式短路點 三相短路電流/KA 最大運行 K14.2827.734.28 K21.7111.7 最小運行 K16.9517.76.95 K21.3891.38 最大運行方式的短路電流值用來校驗所選的開關電器的穩定性。 最小運行方式的短路電流值用來校驗機電保護裝置的靈敏度。第3章 變電所中變壓器臺數與容量的選擇3.1車間變電所變壓器臺數與容

18、量的選擇（1）原則：對于一般生產車間，盡量裝設一臺變壓器，其額定容量應大于用電設備的總計算負荷，且應有適當富裕容量。1 邱方，江穎容量費對變壓器容量選擇的影響南昌高專學報,2002. 對于有一、二級負荷的車間，要求兩個電源供電時，應選用兩臺變壓器，每臺變壓器容量應能承擔全部一、二級負荷的供電。如果與相鄰車間有聯絡線時，當車間變電所出現故障時，其一、二級負荷可通過聯絡線保證繼續供電，亦可只選用一臺變壓器。2 張凡索普醋酸裝置電氣系統改造方案選擇分析 . 碩博學位論文,2006. 對于隨季節變動較大的負荷，為了使運行經濟，減少變壓器空載損耗，也宜采兩臺變壓器，以便在低谷負荷時，切除一臺。 凡選用兩

19、臺變壓器的變電所，任一臺變壓器單獨投入運行時，必須能滿足變電所總計算負荷70%的需要和一、二級負荷的需要。（2）確定總降壓變電所主變壓器型式在選擇變壓器時，應選用低損耗節能型變壓器，如S9系列或S10系列。高損耗變壓器已被淘汰，不再采用。在多塵或有腐蝕性氣體嚴重影響變壓器安全的場所，應選擇密閉型變壓器或防腐型變壓器；供電系統中沒有特殊要求和民用建筑獨立變電所常采用三相油浸自冷電力變壓器（S9、S10-M、S11、S11-M等）；本設計選擇S9系列三相油浸自冷電力變壓器，型號S9-3150/35。 （3）選擇主變壓器臺數按其負荷性質要求本廠大部分車間為兩班工作制，年最大有功負荷利用小時數5500

20、h，屬三級負荷。本廠變電所從35KV變電站取得10KV高壓電源引入本廠，該變電站距本廠10km。根據以上情況，工廠總降壓變電所的主變壓器考慮裝設一臺主電力變壓器的方案。（4）主變壓器容量的選擇裝設一臺時，應滿足：主變壓器容量應不小于總計算負荷,即3.2 變壓器的經濟運行當變壓器在功率損耗最小的情況下的運行方式時，使電能損耗最小，運行費用最 低，故此為變壓器的經濟運行。第4章 高低壓電氣設備選擇和校驗4.1 變電所進出線的種類 如為專用線路，應選專用線路的全長。如從公共干線引至變配電所，則僅選從公共干線到變配電所的一段引入線。對于靠墻安裝的高壓開關柜，柜下進線時一般需經電纜引入，因此架空線進線至

21、變配電所高壓側，往往需選一段引入電纜。 4.2變電所進出線的方式的選擇 架空線路的選擇： 1) 一般采用鋁絞線。 2）當檔距或交叉檔距較長、電桿較高時，宜采用鋼心鋁絞線。 3）沿海地區或有腐蝕性介質的場所，宜采用鋁絞線或防腐鋁絞線。架空線的敷設原則：1）在施工和竣工驗收中必須遵循有關規定，以保證施工質量和線路安全運行。3 工學工廠供電課件52 - 綜合課件 - 道客巴巴 2）合理選擇路徑，做到路徑短，轉角小，交通運輸方便，并與建筑物保持一定的安全距離。4 李霞淺談電氣設備選擇.科技風,20083）按有關規程要求，必須保證架空線路與地及其他設施在安全距離內。 4）電桿尺寸應滿足要求。綜上本設計中

22、電源進線采用架空線路鋼心鋁絞線。4.3高壓配電線路的選擇 常用的接線方式有:放射式、樹干、環式三種。 4.4 電氣設備選擇與校驗條件 為了保障高壓電氣設備的可靠運行，高壓電氣設備與校驗的一般條件有：第一， 按正常工作條件包括電壓、電流、頻率、開端電流等選擇，表5.1；第二， 按短路條件包括動穩定、熱穩定校驗，表5.2；第三， 按環境工作條件如溫度、適度、海拔等選擇。4.4.1 按正常工作條件選擇電氣設備電氣設備的額定電壓：不得低于所接電網的最高運行電壓。 電氣設備的額定電流：不小于該回路的最大持續工作電流或計算電流。4 李霞淺談電氣設備選擇.科技風,2008（一般溫度每升高1，額定電流減少1.

23、8%； 溫度每降低1，額定電流增加0.5%） 選擇電氣設備時還應考慮設備的安裝地點、環境及工作條件，合理地選擇設備的類型，如戶內戶外、海拔高度、環境溫度及防塵、防腐、防爆等。 按各類設備的不同特點和要求進行選擇。 表4.1 設備選擇校驗的項目及滿足的條件序 號 設備名稱電壓（KV）電流（KA）斷流能力短路穩定度校驗動穩定熱穩定1高壓斷路器2高壓隔離開關-3熔斷器-4電流互感器5電壓互感器-6母線-7電纜-應滿足的條件設備的額定電壓應裝置地點的額定電壓設備的額定電流應通過設備的計算電流設備的額定開端電流它可能開端的最大電流按三相短路沖擊電流校驗按三相短路穩態電流校驗備注 校驗 -不校驗 一般不校

24、驗 表4.2 電氣設備的動穩定和熱穩定校驗計算公式序號設備名稱 校驗項目 校驗公式 符號含義1高壓斷路器高壓隔離開關 動穩定 熱穩定 2電流互感器 動穩定 熱穩定3 母線 動穩定 熱穩定4.4.2假想時間的確定 由表5.1熱穩定校驗公式可知，驚醒熱穩定校驗需要知道假想時間。 假想時間等于周期分量假想時間和非周期分量假想時間 之和。其中，可根據查供電系統假想時間周期分量的變化曲線得到，非周期分量假想時間可以忽略不計（因短路時間均大于1秒），因此假想時間 就等于周期分量假想時間。5 電力工程基礎P109頁，機械工程出版社.孫麗華。不同地點的假想時間如表5.3所示。 表4.3 假想時間的大小 地點

25、周期分量假想時間 假想時間 主變35KV側13.13.135KV母線分段12.72.735KV出線12.12.1主變10KV側12.82.810KV母線分段12.22.24.4.3高壓電氣設備的選擇與校驗根據表4.1設備選擇校驗的項目及滿足的條件，根據表4.2設備選擇短路穩定度校驗公式以及根據表4.3選擇假想時間的大小。主變10KV側：因為變壓器S9-3150/35，所以主變10KV側的計算電流為I30=165A,故斷路器選SW2-35/1000型，隔離開關選用GW10-10T/1000型，電流互感器選用LAJ-10型，電壓互感器選用JDJJ-35型，避雷器選用FZ-35型。相關參數見表4.4

26、。 表4.4 10KV側電氣設備安裝地點電氣條件 設備型號規格項目數據校驗項目SN10-1011/1000斷路器GW10-10T/1000隔離開關LAJ-10電流互感器JDZJ-10電壓互感器FZ-10避雷器1010101010165100010001500/54.2831.527.738075901.5=1912.8=512=19855=45001=5625 第5章 線路的繼電保護5.1繼電保護的作用繼電保護裝置就是能反應電力系統中電氣元件發生故障或不正常運行狀態，并動作于斷路器跳閘或發出信號的一種自動裝置。65.2繼電保護基本原理 圖5.1 繼電保護的原理框圖5.3繼電保護的基本要求（1）

27、選擇性（2）速動性即快速切除故障。快速切除故障的優點：1、提高系統穩定性；2、減少用戶在低電壓下的動作時間；（3）靈敏性繼電保護的靈敏性通常用靈敏度KS來衡量： （4）可靠性5.4 繼電保護裝置的接線方式(1)兩相兩繼電器接線此接線方式主要用于小接地電流系統作時間短路保護用。 圖5.2 兩相兩繼電器式接線方式圖(2) 兩相一繼電器式接線 這種接線常用作相間短路保護之用。 圖5.3 兩相一電器是接線方式圖 上述分析可知，兩相一繼電器式接線少用一個繼電器，較為經濟簡單，但是保護靈敏度隨相間短路形式不同而不同，有的甚至相差一倍。為了保證線路繼電保護的快速性可靠性，本設計線路繼電保護裝置使用兩相兩繼電

28、器接線方式。5.5 瞬時電流速斷保護瞬時電流速斷保護的單相原理接線圖，如下圖6.4所示。 圖5.4 瞬時電流速斷保護的原理接線圖5.6 輸電線路的電流保護的原理及其整定計算 無時限電流速斷保護（I段）：等效電源的阻抗最大值為（對應該等效電源系統最小運行方式）： 等效電源的阻抗最小值為（對應該等效電源系統最小運行方式）： 又故障點至保護安裝處的距離為10KM，設每公里的線路電抗為X1，線路電抗標幺值：線路實際電抗： 則 ， 故不滿足靈敏度要求。應考慮采用無時限電流電壓聯鎖速斷保護。 該處電流保護第I段的動作時間為。 圖5.5 無時限電流速斷保護整定計算示意圖帶時限電流速斷保護（II段）：根據 式中，= ； 為斷路器1QF處帶時限電流速斷保護的動作時間， 稱為電流保護低II端的可靠系數，一般取1.1-1.2，本設計中取1.2； 為時限階段，它與斷路器的動作時間，被保護線路的動作時間誤差和相鄰保護動作時間誤差和相鄰保護動作時間誤差等因素有關，一般取0.3-0.6s,在我國通常取0.5s; 為分支系數的最小值。 又=，電流保護II的動作電流為：又根據短路電流中K2點的=1.38KA,靈敏度為，滿足靈敏度要求。這時，該處電流保護第II段的動作時間為=1s。圖5.6 無時限電流速斷保護單相原理框圖定時限過電流保護（III段）： 第6章 主變壓器的繼電保護6.1