工厂电气供电系统毕业论文.doc 46页

'工厂电气供电系统毕业论文目录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1课题设计背景11.2工厂供电设计的一般原则21.3工厂供电设计内容及步骤2第二章负荷计算和功率补偿52.1负荷计算的内容和目的52.2负荷计算的方法5第三章变压器容量和数量的选择6第四章主接线方案的选择74.1对变电所主结线的一般要求74.2变电所主结线74.2.1单电源进线的变电所主接线84.2.2双回电源进线变电所主接线8第五章短路电流的计算125.1短路电流计算的目的及方法125.2三相短路电流计算12第六章导线、电缆的选择156.1导线电缆的使用条件156.2导线电缆的选择15第七章电气设备的选择187.1电气设备选择的一般原则187.2高压开关电器的选择18III 7.2.1高压断路器的选择187.2.2高压隔离开关的选择197.2.3电流互感器的选择197.3配电所高压开关柜的选择20第八章变压器的继电保护218.1概述218.2变压器电流保护的接线方式228.3继电保护配置228.3.1变压器的过电流保护228.3.2变压器的电流速断保护23第九章二次回路操作电源和中央信号回路279.1二次回路的操作电源279.2中央信号回路279.2.1概述279.2.2对中央信号回路的要求27第十章测量和绝缘监视回路2910.1测量仪表的配置2910.2绝缘监视装置29第十一章防雷和接地3111.1过电压及雷电概述3111.2防雷3111.2.1防雷设备3111.2.2防雷保护措施3111.3电气装置的接地3311.3.1接地概述3311.3.2接地电阻33结论36附录A：10KV供电系统图37III 附录B：低压供电系统图38附录C：变压器二次电路图39附录D：电压互感器二次电路图40附录E：接地避雷平面图41致谢42III 第一章绪论1.1课题设计背景工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。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，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，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。工厂供电工作要很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，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。42 1.2工厂供电设计的一般原则按照国家标准GB50052-95《供配电系统设计规范》、GB50053-94《10kV及以下设计规范》、GB50054-95《低压配电设计规范》等的规定，进行工厂供电设计必须遵循以下原则：①遵守规程、执行政策；必须遵守国家的有关规定及标准，执行国家的有关方针政策，包括节约能源，节约有色金属等技术经济政策。②安全可靠、先进合理；应做到保障人身和设备的安全，供电可靠，电能质量合格，技术先进和经济合理，采用效率高、能耗低和性能先进的电气产品。③近期为主、考虑发展；应根据工作特点、规模和发展规划，正确处理近期建设与远期发展的关系，做到远近结合，适当考虑扩建的可能性。④全局出发、统筹兼顾。必须从全局出发，统筹兼顾，按负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件等，合理确定设计方案。工厂供电设计是整个工厂设计中的重要组成部分。工厂供电设计的质量直接影响到工厂的生产及发展。作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。1.3工厂供电设计内容及步骤工厂变电所及配电系统设计，是根据各个车间的负荷数量和性质，生产工艺对负荷的要求，以及负荷布局，结合国家供电情况。解决对各部门的安全可靠，经济的分配电能问题。其基本内容有以下几方面：①负荷计算工厂变电所的负荷计算，是在车间负荷计算的基础上进行的。考虑车间变电所变压器的功率损耗，从而求出工厂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。42 ②工厂变电所变压器的台数及容量选择参考电源进线方向，综合考虑设置工厂变电所的有关因素，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工厂变电所主接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。⑤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。⑥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。⑦继电保护及二次结线设计为了监视，控制和保证安全可靠运行，变压器、高压配电线路移相电容器、高压电动机、母线分段断路器及联络线断路器，皆需要设置相应的控制、信号、检测和继电器保护装置。并对保护装置做出整定计算和检验其灵敏系数。设计包括继电器保护装置、监视及测量仪表，控制和信号装置，操作电源和控制电缆组成的变电所二次结线系统，用二次回路原理接线图或二次回路展开图以及元件材料表达设计成果。⑧变电所防雷装置设计42 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。⑨工厂变电所变、配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，进行内外的变、配电装置的总体布置和施工设计。42 第二章负荷计算和功率补偿2.1负荷计算的内容和目的计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是指导体中通过一个等效负荷时，导体的最高温升正好和通过实际的变动负荷时产生的最高温升相等，该等效负荷就称为计算负荷。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷的确定是否合理，将直接影响到电气设备和导线电缆的选择是否经济合理。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。尖峰电流指单台或多台用电设备持续1—2秒左右的最大负荷电流。它是由于电动机启动，电压波动等原因引起的，它与计算电流不同，计算电流是指半小时最大电流，尖峰电流比计算电流大的多，一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。平均负荷就是指电力负荷在一定时间内消耗的功率的平均值。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.2负荷计算的方法负荷计算的方法有估算法、需要系数法、单相负荷计算及二项式法等几种。本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有：有功功率：(2.1)无功功率:(2.2)视在功率:(2.3)计算电流:(2.4)42 第三章变压器容量和数量的选择变压器台数确定原则：①应满足用电负荷对可靠性的要求。在一二级负荷的变电所中，选择两台主变压器，当在技术，经济上比较合理时，也可以多于两台。②对季节性负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所，技术经济合理时可选择两台主变压器。③三级负荷一般选择一台主变压器，负荷较大时，也可选择两台主变。装单台变压器时，其额定容量Sn应能满足全部用电设备的计算负荷Sc，考虑负荷发展应留有一定的容量裕度，并考虑变压器的经济运行，即Sn≥（1.15-1.4）Sc(3.1)装设两台主变压器的变电所，每台变压器的容量Sn应同时满足以下两个条件：1）任一台主变压器单独运行时Sn=（0.6-0.7）Sc(3.2)2）任一台主变压器单独运行时Sn≥Sc（Ⅰ+Ⅱ）(3.3)在本设计中，工厂负荷属于三级负荷，因此选择单台变压器运行，根据以上计算结果可得，如下：∑=1636kW;∑Pj=K∑=0.7×1636kW=1145.2kWSj=Pj/cosφ=1145.2/0.85=1347.3kVASn=1.19×Sj=1.19×1347.3=1603kVA所以，可选择1600kVA的变压器一台。负载率为84.1%。42 第四章主接线方案的选择4.1对变电所主结线的一般要求变电所主接线要求安全，可靠，灵活，经济。主要有以下一些原则：①在高压断路器的电源侧及可能反馈电能的另一侧，必须安装高压隔离开关。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，线路上避雷器前不必装设隔离开关。⑤变电所的主接线方案，必须与其负荷类型相适应，对于一级负荷，应由两个电源供电，对二级负荷，应由两回路或者一回专用架空线路供电。⑥接于公共干线上的变配电所电源进线首端，应装设带有短路保护的开关设备。⑦对一般的生产区的车间变电所，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，但对辅助生产区的变电所，可采用树干式配电。⑧变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。⑨两路电源进线，装有两台主变压器的变电所，当两路电源同时供电时，两台主变压器一般分列运行，当只有一路电源供电，另一路电源备用时，则两台主变压器并联运行。⑩需带负荷切换主变压器的变电所，高压侧应装设高压断路器或者高压负荷开关。4.2变电所主结线对于电源进线电压为35kV及以上的大中型工厂，通常是先经工厂总降压变电所降为6—10kV的高压配电电压，然后42 经车间变电所，降为一般低压设备所需的电压。总降压变电所的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，在变电所主接线图中将导线或者电缆，电力变压器，母线，各种开关，避雷器，电容器等电气设备连接起来，只表示相对电气连接关系而不表示实际位置。通常以单线表示三相系统。主结线对变电所设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。4.2.1单电源进线的变电所主接线当单电源进线一台变压器时，主接线采用一次侧线路-变压器组，二次侧单母线不分段接线，如图4.1，这种主接线经济简单，可靠性不高，适用于负荷不大的三级负荷情况。也可采用一次侧单母线不分段，二次侧单母线分段主接线，如图4.2，适用于三级负荷及部分二级负荷。图4.1单电源进线接线图图4.2一侧，二侧单母线接线图4.2.2双回电源进线变电所主接线①一，二次侧均采用单母线分段主接线该主接线由于进线开关和母线分段开关均采用了断路器控制，操作十分灵活，供电可靠性较高，适用于大中型企业的一，二级负荷供电。②内桥式主接线42 一次侧采用内桥式结线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线[如图4.3]，线路1WL，2WL来自两个独立电源，断路器1QF，2QF分别接至变压器1T，2T的高压侧，向变电所供电，变压器回路仅装设隔离开关3QF，6QF。当线路1WL发生故障或检修时，断开1QF，1T由线路2WL经桥接断路器3QF继续供电，同理，当2WL发生故障或者检修时，2T由线路1WL继续供电。因此，这种主接线大大提高了供电的可靠性和灵活性，但当变压器检修时，须进行倒闸操作，操作较复杂且时间较长，这种接线适用于大中型企业的一，二级负荷供电。当变压器1T发生故障时，1QF和3QF因故障跳闸，此时，打开3QS后再合上1QF和3QF，即可恢复1WL线路的工作。这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。适用于以下条件的总降压变电所：1)供电线路长，线路故障几率大；2)负荷比较平稳，主变压器不需要频繁切换操作；3)没有穿越功率的终端总降压变电所。图4.3变电所内桥式接线图图4.4变电所外桥式接线图③外桥式主接线42 一次侧采用外桥式结线、二次侧采用单母线分段的总降压变电所主接线如图4.4，其特点是变压器回路装设断路器，线路1WL，2WL仅装线路隔离开关，任一变压器检修或发生故障时，如变压器1T发生故障，断开1QF，打开其两端隔离开关，然后合上3QF两侧隔离开关，在合上3QF，使两路电源进线又恢复并联运行。但当线路检修或发生故障时，须进行倒闸操作，操作较复杂且时间较长，外桥式的优点是对变压器回路的操作非常方便，灵活，供电可靠性高，适用于有一，二级负荷的用户和企业。适用于以下条件的总降压变电所：1)供电线路短，线路故障几率小；2)用户负荷变化大，变压器操作频繁；3)有穿越功率流经的中间变电所，因为采用外桥式主接线，总降压变电所运行方式的变化将不影响公共电力系统的潮流。④一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电所主接线如图4.5。这种主结线图兼有上述两种桥式结线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所。⑤一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路图采用双母线结线较之采用单母线结线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线结线在工厂电力系统在工厂变电所中很少运用,主要用与电力系统的枢纽变电所。本次设计的矿厂供电属于三级负荷。负荷变动较小，电源进线较短（8km）,主变压器不需要经常切换，另外再考虑到工厂对于一次投资的要求。固采用单电源进线的降压变电所主接线。10kV进线高压供电系统图详见附件A，低压供电系统图详见附件B。42 图4.5一二侧均采用单母线分段接线图42 第五章短路电流的计算5.1短路电流计算的目的及方法短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过。接着，按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。对于工厂供电系统来说，由于将电力系统当作无限大容量电源，而且短路电路也比较简单，因此一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相对单位制法）。5.2三相短路电流计算本设计采用标幺值进行短路电流计算①确定基准值：取Sd=100MVA，Ud=Uav，两个电压等级的基准电压分别为Ud1=10.5kVUd2=0.4kV②元件的电抗标幺值1)电力系统（Soc=1000MVA）2)架空线路（XO=0.4Ω/km4km）=X0L1Sd/Ud2=0.4×4×100/（10.5×10.5）=1.53)电力变压器（Uk％=4.5Sn=1600kVA）42 =Uk％×Sd/（100×Sn）=4.5×100/（100×1.6）=2.8绘制等效电路图如图5.1，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。图5.1短路电流计算等效电路图③K1短路时的短路电流与容量计算1)计算短路回路总阻抗标幺值2)计算K1点所在电压级的基准电流3)计算K1点短路电流各值4)三相短路容量④K2点三相短路电流与容量计算1)计算短路回路总阻抗标幺值2)计算K2点所在电压级的基准电流3)计算K2点短路电流各值42 4)三相短路容量⑤路电流计算结果如下表5.1表5.1短路电流计算结果三相短路电流（kA）短路容量（MVA）K1点3.43753.43758.76565.22562.5K2点32.7632.7660.2735.722.742 第六章导线、电缆的选择6.1导线电缆的使用条件导线和电缆的选择必须满足安全，可靠，经济的条件。所以，进行导线和电缆截面选择时必须按照下列选择原则：①按允许载流量选择导线和电缆截面导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。以防止导线因过热而引起绝缘损坏或老化。这就要求通过导线或电缆的最大负荷电流不应大于其允许载流量。②按允许电压损失选择导线和电缆截面导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗，以保证电压质量。③按经济电流密度选择导线和电缆截面经济电流密度是指使线路的年运行费用支出最小的电流密度。按这种原则选择的导线和电缆截面称为经济截面。对于35kV及以上的高压线路及电压在35kV以下但距离长，电流大的线路，宜按经济电流密度选择，对10kV及以下线路，通常不按此原则选择。④按机械强度选择导线和电缆截面导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。6.2导线电缆的选择根据设计经验，对长距离大电流及35kV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验其它条件。一般10kV42 及以下高压线路及低压动力线路，通常先按允许载流量选择截面，再校验电压损耗和机械强度。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。选择导线截面时，要求在满足上述4个原则的基础上选择其中最大的截面。在本设计中，以低压侧大球磨车间为列，按允许载流量计算电力电缆截面：选取时，应注意：1）允许载流量与环境温度有关。若实际环境温度与规定的环境温度不一致时，允许载流量乘上温度修正系数，以求出实际的允许载流量。（6.1）式中，（6.2）—为导线额定负荷时的最高允许温度；—为导线允许载流量所采用的环境温度；—为导线敷设地点实际的环境温度。2）电缆多根并列时，其散热条件较单根时差，故允许载流量降低，要用电缆并列校正系数Kp进行校正。已知一台245kW的大球磨机，功率因数为0.9，效率为0.89，当地最热平均最高气温为150C。a.线路中电流的计算（6.3）（6.4）b.相线截面的选择因为是三相四线制线路，所以查表得4根单芯线敷设的每相芯线截面为240mm2的VLV型导线，在环境温度为250C时的允许载流量为420A，其最高允许温度为650C，即。温度校正系数为（6.5）42 导线的实际允许载流量为（6.6）满足，所以，所选相截面满足允许载流量的要求。c.保护线的选择按要求，选择。所以选择导线型号为VLV-0.6/1kV（3×240+1×120）TC的VLV聚录乙烯绝缘铝心电力电缆。42 第七章电气设备的选择7.1电气设备选择的一般原则供配电系统中的电气设备是在一定的电压，电流，频率和工作环境条件下工作的，电气设备的选择，除了应满足在正常工作时能安全可靠运行之外，还应满足在短路故障时不至损坏的条件，开关电器还必须具有足够的断流能力，并适应所处位置，环境温度，海拔高度，以及防尘，防腐，防火，防爆等环境条件。电气设备选择应遵循以下三个原则：①按工作环境及正常工作条件选择电气设备；②按短路条件校验电气设备的动稳定和热稳定；动稳定校验或（7.1）式中，—为电气设备的极限通过电流峰值;—为电气设备的极限通过电流有效值。热稳定校验（7.2）式中，—为电气设备的热稳定电流;t—为热稳定时间。③开关电器断流能力校验。高压设备选择的一般要求必须满足一次电路正常条件下和短路故障条件下的工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。高压刀开关柜的选择应满足变电所一次电路图的要求，并各方案经济比较优选出开关柜型号及一次结线方案编号，同时确定其中所有一次设备的型号规格。工厂变电所高压开关柜母线宜采用LMY型硬母线7.2高压开关电器的选择7.2.1高压断路器的选择本设计中，为户内变电所，故选择户内少油断路器，以选择变压器二次侧高压断路器为例，由设计数据可知，变压器10/0.4kV，1600kVA，三相最大短路电流为32.76kA，冲击短路电流为60.27kA，三相短路容量为22.7MVA。42 根据变压器二次侧的额定电流来选择断路器的额定电流。（7.3）查表得，选择SN10-10III/3000型少油断路器，比较其计算参数和装设地点电气条件后得知，所选断路器合格。7.2.2高压隔离开关的选择由于隔离开关主要是用于隔离而不是分断正常负荷电流和短路电流，因此，只需要选择其额定电压和额定电流，校验动稳定和热稳定。由以上计算数据可选择GN6-10T/600高压隔离开关。选择计算结果列于表7.1中。表7.1高压隔离开关选择校验表序号GN6-10T/600选择要求装设地点电气条件结论项目数据项目数据110kV10kV合格2600A465A合格352kA32.76A合格420013.5合格7.2.3电流互感器的选择一般情况下，计量用的电流互感器变比的选择应使其一次额定电流不小于线路中电流互感器用于计量和保护。计算电流。动稳定校验（7.4）热稳定校验（7.5）以小球磨车间为例，额定电压为0.4kV，额定电流为465A，选变比为400/5A的LQJ-10型电流互感器，=160，=75，t=1s，0.5级二次绕组的=0.4。①准确度校验==42 满足准确度要求。②动稳定校验满足动稳定要求。③热稳定校验满足热稳定要求。所以选择LQJ-10400/5A型电流互感器满足要求。7.3配电所高压开关柜的选择高压开关柜是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机、变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备、保护电器、监视仪表和母线、绝缘子等。高压开关柜有固定式和手车式（移可式）两大类型。由于本设计是10kV电源进线，则可选用较为经济的固定式高压开关柜，这里选择KYN28A-12(Z)型.低压开关柜选择GGD3型。42 第八章变压器的继电保护8.1概述供配电系统的电力变压器有总降压变压器和车间变电所或建筑物变电所的配电变压器，其常见的故障分短路故障和不正常运行状态两种。按GB50062—92《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：①绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；②绕组的匝间短路；③外部相间短路引过的过电流；④中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；⑤过负荷；⑥油面降低；⑦变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。对于高压侧为6～10kV的车间变电所及小型工厂变电所主变压器来说，通常装设有电流保护和电流速断保护；如过电流保护动作时间不大于0.5s时，可不装设电流速断保护。容量在800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，还需装设气体继电保护（又称瓦斯保护）。如两台并联运行的变压器容量（单台）在400kVA及以上，以及虽为单台运行但又作为备用电源用的变压器有可能过负荷时，还需装设过负荷保护。过负荷保护及瓦斯保护在轻微故障时（通称“轻瓦斯”），动作于信号，而其它保护包括瓦斯保护在严重故障时（通称“重瓦斯”），一般均动作于跳闸。对于高压侧为35kV及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，一般也装设过电流保护，电流速断保护和气体继电保护。在有可能过负荷时，也装设过负荷保护。但如果单台运行的变压器容量在10000kVA及以上，两台并列运行的变压器容量（单台）在6300kVA及以上时，则要求装设差动保护来取代电流速断保护。42 8.2变压器电流保护的接线方式两相两继电器式接线适用于相间短路保护，对Yyno连接的变压器，二次侧发生单相短路时，流经保护装置的穿越电流仅为二次侧的1/3（设变压器变比为1），保护灵敏度只有相间保护的1/3。对Yd11连接的变压器二次侧a,b，两相短路，流经保护装置的穿越电流仅为二次侧的。保护灵敏度也将降低。两相一继电器式接线的保护灵敏度随保护种类而异，但Yyno连接的变压器二次侧发生单相短路和Yd11连接的变压器二次动作，因此，该连接方式不能用于Yyno连接和Yd11连接的变压器的电流保护侧发生两相短路时，保护装置不。8.3继电保护配置在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、气体继电保护。8.3.1变压器的过电流保护①对于由外部相间短路引起的过电流，保护应装于下列各侧：1)对于双线圈变压器，装于主电源侧2)对三线圈变压器，一般装于主电源的保护应带两段时限，以较小的时限断开未装保护的断路器。当以上方式满足灵敏性要求时，则允许在各侧装设保护。各侧保护应根据选择性的要求装设方向元件。3)对于供电给分开运行的母线段的降压变压器，除在电源侧装设保护外，还应在每个供电支路上装设保护。4)除主电源侧外，其他各侧保护只要求作为相邻元件的后备保护，而不要求作为变压器内部故障的后备保护。5)保护装置对各侧母线的各类短路应具有足够的灵敏性。相邻线路由变压器作远后备时，一般要求对线路不对称短路具有足够的灵敏性。相邻线路大量瓦斯时，一般动作于断开的各侧断路器。如变压器高采用远后备时，不作具体规定。6)对某些稀有的故障类型（例如110kV及其以上电力网的三相短路）允许保护装置无选择性动作。②定时限过电流保护的接线方式和工作原理42 当变压器发生短路时，通过线路的电流使流经继电器的电流大于继电器的动作电流，电流继电器KA瞬时动作，其常开触点闭合，时间继电器KT线圈得电，其触点经一定延时后闭合，使中间继电器KM和信号继电器KS动作。KM的常开触点闭合，接通断路器跳闸线圈YR回路，断路器QF跳闸，切除短路故障线路。KS动作，其指示牌掉下，同时其常开触点闭合，起动信号回路，发出灯光和音响信号。接线图如图8.1。③保护整定计算变压器过电流保护继电器的动作电流为（8.1）式中，I1N—为变压器一次侧额定电流；Krel—可靠系数；KW—接线系数；Kre—返回系数；Ki—为电流互感器的变比。变压器过电流保护动作时限应比二次侧出线过电流保护的最大动作时限大一个，一般取0.5-0.7s。灵敏度按下式校验（8.2）式中，—为变压器二次侧在系统最小运行方式下，发生两相短路时一次侧的穿越电流。8.3.2变压器的电流速断保护①电流速断保护的接线和工作原理电流速断保护是一种不带时限的过电流保护，实际中常与过电流保护配合使用。接线图如图8.1。当线路发生短路，流经继电器的电流大于电流速断的动作电流时，电流继电器动作，其常开触点闭合，接通信号继电器2KS和中间继电器KM回路，KM动作是断路器跳闸，2KS动作表示电流速断保护动作，并起动信号回路发出灯光和音响信号。②整定计算由于电流速断保护动作不带时限，为了保护速断保护动作的选择性，在下一级线路首端发生最大短路电流时，电流速断保护不应该动作，既速断保护动作电流，从而，速断好汉继电器的动作电流整定值为42 （8.3）式中，—为线路末端最大三相短路电流；—为可靠系数；DL型继电器取1.3，GL型继电器取1.5；—为接线系数；—电流互感器变比。灵敏度校验只能用线路首端最小两相短路电流校验，即（8.4）过电流保护由保护的动作时限实现选择性，电流速断保护由保护的动作电流实现选择性。42 图8.1变压器的定时限过电流保护和电流速断保护接线图气体继电保护，又称瓦斯保护，是保护油浸式电力变压器内部故障的一种基本的保护装置。按GB50062—92规定，800kVA及以上的一般油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，均应装设气体保护。气体保护的主要元件是气体继电器。它装设在变压器的油箱与油枕之间的联通管上。为了使变压器内产生的气体能够顺畅地通过气体继电器排往油枕，要求变压器安装应取1%～1.5%的倾斜度；而变压器在制造时，联通管对油箱顶盖也有2%～4%的倾斜度。当变压器油箱内部发生轻微故障时，产生的气体较少，气体缓慢上升，聚集在气体继电器容器上部，使继电器内油面下降，上开口油杯露出油面，上开口油杯因其产生的力矩大于平衡锤的力矩而处于下降位置，上干簧触点闭合，发出报警信号，称为轻瓦斯动作。42 当变压器油箱内部发生严重故障时，产生大量气体，油汽混合物迅猛地从油箱通过连通管冲向油枕，在油汽混合物冲击下，气体继电器挡板被掀起，使下开口油杯下降上，下干簧触点闭合，发出跳闸信号，使断路器跳闸，称为重瓦斯动作。如果变压器油箱漏油，使得气体继电器内的油也慢慢流尽。先是继电器的上油杯下降，发出报警信号，接着继电器内的下油杯下降，使断路器跳闸，同时发出跳闸信号。变压器瓦斯保护动作后，运行人员应立即对变压器进行检查，查明原因，可由蓄积于气体继电器内的气体性质来分析和判断故障的原因几处理要求，如下表8.1：表8.1气体继电器动作后的气体分析和处理要求气体性质故障原因处理要求无色，无臭，不可然变压器含有空气允许继续运行灰白色，有剧臭，可燃纸质绝缘物烧毁应立即停电检修黄色，难燃木质绝缘部分烧毁应停电检修深灰色或黑色，易燃油内闪络，油质炭化分析油样，必要时停电检修42 第九章二次回路操作电源和中央信号回路9.1二次回路的操作电源二次回路操作电源是供高压断路器跳、合闸回路和继电保护装置、信号回路、监测系统及其它二次回路所需的电源。因此对操作电源的可靠性要求很高，容量要求足够大，尽可能不受供电系统运行的影响。二次回路的操作电源主要有直流操作电源和交流操作电源两类。直流操作电源有蓄电池和硅整流直流电源两种。交流操作电源有电压互感器，电流互感器和所用电变压器。其中，蓄电池主要有铅酸蓄电池和镉镍蓄电池两种；整流电源主要有硅整流电容储能式和复式整流两种。采用镉镍蓄电池组作操作电源，除不受供电系统运行情况的影响、工作可靠外，还有大电流放电性能好，比功率大，强度高，寿命长，腐蚀性小，无需专门的蓄电池室等优点，从而大大降低了投资。因此在工厂供电系统这应用普遍。采用交流操作电源，接线简单，投资低廉，工作可靠，维护方便，但是交流继电器性能没有直流继电器完善，不能构成复杂的保护，不适于比较复杂的电路。因此，在小型变配电所中应用较广。9.2中央信号回路9.2.1概述中央信号装置是指装设在变配电所值班室或控制室的信号装置。中央信号回路包括事故信号回路和预告信号回路两种。中央信号有：事故信号，预告信号，位置信号，指挥信号，和联系信号等。9.2.2对中央信号回路的要求①中央事故信号装置应保证在任一断路器跳闸后，立即发出音响信号和灯光信号；②中央预告信号装置应保证在任一电路发生故障后，能按要求准确发出音响信号和灯光信号；③中央事故音响信号和预告音响信号应有区别；42 ④中央信号装置在发出音响信号后，应能手动或自动复归音响，而灯光信号及其他信号应保持到清除故障为止；⑤接线简单，可靠，应能监视信号回路的完好性；⑥应能对事故信号，预告信号及其他光字牌是否完好进行校验。9.2.3中央事故信号回路中央事故信号回路按操作电源分，有直流操作的交流操作的两类。按复归方法可分为就地复归和中央复归两种；按其能否重复动作分为不重复动作和重复动作两种。9.2.4中央预告信号回路中央预告信号是指在供电系统中，发生不正常工作状态时发出的音响信号。常用电铃发出声响，并利用灯光和光字牌来显示故障的性质和地点。中央预告信号装置有直流操作的和交流操作的两种，也有不重复动作（如图9.1）的和重复动作的两种。图9.1中央复归不重复动作预告信号回路图42 第十章测量和绝缘监视回路供电系统的测量和绝缘监视回路是二次回路的重要组成部分，电气测量仪表的配置应符合“电气测量仪表装置设计技术规程GBJ63-90”的规定，以满足电气设备安全运行的需要。10.1测量仪表的配置变配电装置中测量仪表的配置要求如下：①在供配电系统每一条电源进线上，必须装设计费用的有功电度表和无功电度表及反映电流大小的电流表。通常采用标准计量柜，计量柜内有计算专用电流，电压互感器。②在变配电所的每一段母线上（3-10kV），必须装设电压表4只，其中一只测量线电压，其他3只测量相电压。③35/6-10kV变压器应该在高压侧或低压侧装设电流表，有功功率表，无功功率表，有功电度表和无功电度表各一只，6-10/0.4kV的配电变压器，应在高压侧或抵压侧装设一只电流表和一只有功电度表，如为单独经济核算的单位变压器，还应该装设一只无功电度表。④3-10kV配电线路，应装设电流表，有功电度表，无功电度表各一只，当线路负荷大于5000kVA及以上时，还应装设一只有功功率表。⑤低压动力线路上应装设一只电流表，照明和动力混合供电的线路上，照明负荷占总负荷15%-20%以上时，应在每相上装一只电流表，如需电能计量，一般应装设一只三相四线有功电度表。⑥并联电容器总回路上，每相应装设一只电流表，并应装设一只无功电度表。10.2绝缘监视装置当变电所出线回路较少或线路允许短时停电时，可采用无选择性的绝缘监视装置作为单相接地的保护装置。如42 图10.1是绝缘监视装置的原理接线图。在变电所每段母线上，装一只三相五柱电压互感器或3只单相三绕组电压互感器，在接成Y形的二次绕组上接3只相电压表，在接成开口三角形的二次绕组上接一只电压继电器。图10.1绝缘监视装置原理接线图系统正常运行时，三相电压对称，3只相电压表读数近似相等，开口三角形绕组两端电压近似为零，电压继电器不动作。系统发生单相接地故障时，接地相对地电压近似为零，该相电压表度数近似为零，非故障相对地电压升高倍，非故障相的两只电压度数升高，近似为线电压。同时，开口三角形绕组两端电压也升高，近似为100V，电压继电器动作，发出单相接地信号，以便运行人员及时处理。因此，绝缘监视装置又称零序电压保护。由指零电压表的所在相即可得知该相发生了单相接地故障，但不能判明是哪一条线路发生了故障，因此这种绝缘监视装置是无选择性的。只能采用依次拉合的方法，判断接地故障线路。因此，绝缘监视装置只适于出线不多的系统及作为有选择性的单相接地保护的一种辅助装置。42 第十一章防雷和接地11.1过电压及雷电概述过电压是指在电气设备或线路上出现的超过正常工作要求并对其绝缘构成威胁的电压，分内部过电压和雷电过电压。内部过电压是由于电力系统正常操作，事故切换，发生故障或负荷突变时引起的过电压，可分为操作过电压，弧光接地过电压及谐振过电压。雷电过电压是由电力系统中的设备或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电可分为直击雷，感应雷，雷电侵入波3大类。11.2防雷11.2.1防雷设备防雷的设备主要有接闪器和避雷器，引下线和接地装置。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪器的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线，主要用于保护输电线路；接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网，主要用于保护建筑物。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式，金属氧化物避雷器和保护间隙。11.2.2防雷保护措施①架空线路的防雷保护1)架设避雷线。这是线路防雷的有效措施，但成本较高，因此只在66kV及以上的架空线路上才沿全线装设。2)提高线路本身的绝缘水平。42 在线路上采用瓷横担代替铁横担，改用高一绝缘等级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10kV及以下架空线路防雷的基本措施。3)利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线。由于3～10kV的线路其中性点通常是不接地的，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，一般不会引起线路断路器跳闸。4)装设自动重合闸装置。线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD，使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。5)加强对绝缘薄弱点的保护。对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设管形避雷器或保护间隙加以保护。6)绝缘子铁脚接地。对于分布广密的用户低压线路及接户线的绝缘子铁脚宜接地，当其上落雷时，就能通过绝缘子铁脚放电，把雷电流泄入大地而起到保护作用。②变配电所的防雷保护1)装设避雷针室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。2)高压侧装设避雷器这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。3)低压侧装设避雷器这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），42 其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。11.3电气装置的接地11.3.1接地概述①接地与接地装置电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。②应实行接地或接零的设备凡因绝缘损坏而可能有危险电压的电气设备及电气装置的金属外壳和框架均应可靠接地或接零，其中包括：1)电动机，变压器，变阻器，电力电容器，开关设备的金属外壳；2)配电屏，控制屏的金属框架和底座，邻近带电设备的金属遮拦；3)电线电力电缆的金属保护管和金属包皮，电缆终端头与中间接头的金属包皮及母线的外罩；4)照明灯具，电扇及电热设备的金属底座与外壳；5)避雷针，避雷器，保护间隙和耦合电容器，装有避雷线的电力线路金属杆塔；6)互感器的二次线圈。11.3.2接地电阻接地体与土壤之间的接触电阻及电阻之和称为散流电阻；散流电阻加接地体和接地线本身的电阻称为接地电阻。①确定接地电阻42 按相关资料可确定此配电所公共接地装置的接地电阻应满足以下两个条件：（11.1）接地电流（11.2）式中Un—电网额定电压（kV）；—电网中电缆线路总长度（km）；式中Ie的计算为Ie=Ic=10×(100＋35×10)A/350=12.9A故Re≤125V/12.9A=9.6ΩRe≤4Ω比较上两式，此配电所总的接地电阻应满足Re≤4Ω计算需要补充的人工接地体的接地电阻（11.3）②接地装置初步方案按三类防雷建筑物设防，屋面避雷带及支持卡用Φ10镀锌圆钢制作，卡间距一米，与柱内两根Φ16钢筋焊接，形成完整的电气通路，接地极40×4镀锌扁钢，与作为引下线的柱内四根Φ12钢筋焊接，形成完整的电气通路。绕房一周，深埋一米，距地1.8米设测试卡，高低压开关柜，电缆支架，设备基础应与接地网可靠连接。采用强弱电联合接地系统，接地电阻不大于4欧。所以进出本建筑物的金属管道均应做总等电位联接，并应与接地网可靠连接（不少于两点）。现初步考虑围绕变电所建筑四周，距变电所2～3m，打入一圈直径50mm、长2.5m的钢管接地体，每隔5m打入一根，管间用40×4mm2的扁钢焊接。③计算单根钢管接地电阻查相关资料得土质的ρ=200Ω/m则单根钢管接地电阻Re(1)≈100Ω/m/2.5m=80Ω④确定接地钢管数和最后的接地方案根据Re(1)/Re=80/5=42 16。但考虑到管间的屏蔽效应，初选24根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体。以n=24和a/l=3再查有关资料可得。因此可得（11.4）考虑到接地体的均匀对称布置，选24根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体，管间距7.5m，用40×4mm2的扁钢连接，环形布置，附加均压带。42 结论通过这次毕业设计，我加深了对工厂供电知识的理解，基本上掌握了进行一次设计所要经历的步骤，像高低压系统，防雷与接地的设计，我与其他同学一起进行课题分析、查资料，进行设计，整理说明书到最后完成整个设计。作为大学阶段一次重要的学习经历我感觉自己受益非浅，同时深深的感觉的自己的学习能力在不断提高，一个月的时间就这样匆匆的过去了，经过指导老师多少个白天，黑夜的指导，我们顺利完成了任务。通过此次毕业设计使我对工厂供电有了新的认识，更加系统，全面地掌握了所学的专业知识，也增强了我理论联系实际，系统分析问题，工程计算以及独立工作的能力，树立了工程观点，社会主义市场经济观点，初步掌握了工厂供电设计方法，同时也让我们掌握了工厂供配电系统的知识和理论，初具供配电系统的运行，管理，和工程设计能力，以及分析和解决问题的能力。对导师徐兆峰老师的关心和指导，大家有感于心，事实上这次设计对我们的锻炼是多方面的，除了对设计过程熟悉外，我们还进一步提高了AutoCAD绘图，说明书编辑，各种信息的分析，对Word文档的使用等多方面的能力。不久我们将走上工作岗位，这样的学习机会对我们来说已经不多了，所以我们非常认真，深刻研究。在学习过程中，我们发扬团队合作的精神，互相配合，把毕业设计做的最好，在今后的工作中，我们也要发扬团队合作的精神，把工作做的最好。42 42 附录A：10KV供电系统图42 附录B：低压供电系统图42 附录C：变压器二次电路图42 附录D：电压互感器二次电路图42 附录E：接地避雷平面图42 致谢在导师的悉心指导下，我顺利地完成了该次毕业设计任务，从选题到完成的过程中，导师给我提出了许多宝贵的意见和建议，在此我谨向恩师以真诚的感谢和深深的敬意！导师严谨求实的治学态度，诲人不倦的敬业精神，正直坦荡的为人风范和渊博的学识是学生受益非浅，并将成为学生未来人生道路上的明灯。42'