35KV电网继电保护设计毕业论文和35kV变电所一次系统设计

35KV电网继电保护设计【摘要】本次继电保护设计是35KV电网继电保护设计（多电源环网，单侧电源线路保护整定）。本次设计中采用WXB—11C型微机保护对电网进行保护,首先介绍了电力系统继电保护的基础知识，然后根据给定35KV电网的接线图及参数，进行短路电流计算，制定出反应其输电线路上相间短路、接地短路故障的继电保护配置方案。通过对所配置的继电保护进行整定计算和校验，论证继电保护配置的正确性。并加装自动重合闸装置，提高供电可靠性。关键词:短路电流计算；电网继电保护；输电线路继电保护；重合闸AbstractThisdesignis35KVelectricgridprotectiondesign(multi-powersourcesloop,singlesidepowersourcelineprotectionsetting).InthisdesignusingWXB-11Cmicrocomputerprotectionprotectstheelectricalnetwork.Firsttheelectricalpowersystemprotectionelementaryknowledgeisintroduced.thenaccordingtothewiringdiagramandtheparameterofthe35KVelectricalnetwork,theshort-circuitcurrentiscalculated.Protectionequipmentplanreflectingphasefaultandearthfaultonthetransmissionlinearedetermined.Throughsettingcalculationandverificationofprotectionequipped,accuracyofprotectionequipmentisproved.Inordertoimprovepowersupplyreliability,reclosingisequipped.Thebasisofthesettingvaluesworkedout,thedefinitevaluelistsofmicrocomputerprotectionarecompleted.Keywords:protection;short-circuitcurrentcalculation;reclosing目录1概述 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取起动电流的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，还应考虑起动电流的非周期分量。3.1.3平均负荷

平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。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。3.2负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法等几种。本设计采用需要系数法确定。主要计算公式有：有功计算负荷：P=K×P

无功计算负荷：Q=P×tg

视在计算负荷：S=P/计算电流：I=S/U

3.2.1各用电车间负荷计算NO.4变电所所供电的部门及相关数据的情况见表3-1。表3-1NO.4变电所所供电的部门及相关数据的情况序号车间或用电单位名称设备容量/KW需用系数KcosΦtanΦ计算负荷I/A备注P/kwQ/kvarS/kV·ANo.4变电所1空压站3900.850.750.882锻造车间3200.30.551.52续表3-1NO.4变电所所供电的部门及相关数据的情况3模型车间1920.350.61.334料场350.280.61.335综合楼300.9106厂区照明200.9107小计空压站的计算：P=K×P=0.85×390kW=331.5kwQ=P×tanΦ=331.5kW×0.88=291.72kvarS=P/cosΦ=331.5kw/0.75=442kV·AI=S/U=442kV·A/0.38=671.57A同理可得锻造车间、模型车间、料场、综合楼、厂区照明的负荷情况。查表取K=0.9K=0.9P=KP=0.9（331.5+96+67.2+9.8+27+18）kw=494.55kwQ=KQ=0.9（291.72+145.92+89.38+13.03）kvar=486.05kvarS===693.41kV·AI=S/U=693.41kV·A/0.38=1053.56ANO.4变电所所供电的部门的负荷统计见表3-2。表3-2NO.4变电所负荷统计表序号车间或用电单位名称设备容量/KW需用系数KcosΦtanΦ计算负荷I/A备注P/kwQ/kvarS/kV·ANo.4变电所1空压站3900.850.750.88331.5291.72442671.572锻造车间3200.30.551.5296145.92174.55265.213模型车间1920.350.61.3367.289.38112170.174料场350.280.61.339.813.0316.3324.815综合楼300.9102702741.02续表3-2NO.4变电所负荷统计表6厂区照明200.9101801827.357小计987494.55486.05693.411053.56同理可得工厂各车间的负荷情况见表3-3。表3-3工厂各车间负荷统计表序号车间或用电单位名称设备容量/KW需用系数KcosΦtanΦ计算负荷I/A备注P/kwQ/kvarS/kV·ANo.1变电所1铸钢车间20000.40.651.178009361230.771870.02No.2变电所1铸铁车间10000.40.71.02400408571.43868.222砂库1100.70.61.3377102.41128.33194.983小计1110429.3459.37628.74955.30No.3变电所1铆焊车间12000.30.451.98360712.88001215.5121号水泵房280.750.80.752115.7526.2539.883小计1228342.9655.70739.951124.27No.4变电所1空压站3900.850.750.88331.5291.72442671.572锻造车间3200.30.551.5296145.92174.55265.213模型车间1920.350.61.3367.289.38112170.174料场350.280.61.339.813.0316.3324.815综合楼300.9102702741.026厂区照明200.9101801827.357小计987494.55486.05693.411053.56No.5变电所1锅炉房3000.750.80.75225168.75281.25427.3322号水泵房280.750.80.752115.7526.2539.88续表3-3工厂各车间负荷统计表3仓库880.30.651.1726.430.8940.6261.724污水提升站140.650.80.759.16.8311.3817.295小计430253.35200322.78490.43No.6变电所1变压器修造车间6800.350.651.17238278.46366.15556.32No.7变电所1电气装配车间3500.30.71.02105107.1150227.91各车间高压负荷（10kV）1电弧炉2×1250.90.870.57225128.25258.6214.93No.12共频炉2×3000.80.90.48480230.4533.3330.79No.33空压机2×2500.850.850.62425263.550028.87No.44实验变压器2×1000.350.80.757052.587.55.05No.63.2.2各个车间功率补偿的计算和变压器的损耗计算图3-1NO.4变电所的草图如图3-1NO.4变电所的草图所示：已知：A点的计算负荷：P=494.55kwQ=486.05kvarS=693.41kV·AI=1053.56AcosΦ=0.713补偿容量Q=494.55×[tan（arccos0.713）-tan（arccos0.9）]=246.83kvar初选BSMJ0.4-25-3型自愈式并联电容器，每组容量q=25kvarn=Q/q=246.83kvar/25kvar=10组补偿后A点：P=494.55kwQ=236.05kvarS=548kV·A因为S=548kV·A，所以变压器应选S-630/10Dyn11即S=630kV·A所以变压器的损耗△P=1.3kw△P=5.8kwI%=3.0U%=4.5△P=△P+△P（S/S）=1.3+5.8（548/630）=5.69kw△Q=S[I%/100+U%/100（S/S）]=630[3.0/100+4.5/100（548/630）]=40.35kvarP=P+△P=（494.55+5.69）kw=500.24kwQ=Q+△Q=（236.05+40.35）kvar=276.4kvarS===571.52kV·AI=S/U=571.52kV·A/10=33AcosΦ=P/S=500.24kw/571.52kV·A=0.875同理可得其他各点的负荷情况见表3-4和表3-5、图3-2。图3-2系统草图表3-4其他各点的负荷情况P/kwQ/kvarS/kV·AcosΦI/AB1808.96442.45922.050.87753.24B2434.71232.29492.930.88228.46B3347.49181.88392.210.88622.64B4500.24276.4571.520.87533B5256.8139.43292.210.87916.87B6241.14131.74274.780.87815.86B7106.8256.34120.770.8846.97B8225128.25258.620.8714.93B9480230.4533.330.930.79B10425263.55000.8528.87B117052.5870.855.05C1=C23506.541921.663998.570.877230.86表3-5无功补偿后工厂的计算负荷项目cosΦ计算负荷P/kwQ/kvarS/kV·AI/A10kV侧补偿前负荷0.8687033.034027.938104.8467.9410kV侧补偿后负荷0.957033.032315.937404.53427.51主变压器功率损耗35.7838435kV侧负荷总计0.9347048.862303.327543.75124.444总降压变电所主变压器的选择4.1主变压器的台数选择及其原理4.1.1变压器台数选择的原理1）变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运行等条件综合考虑确定。当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：（1）有大量一级或二级负荷在变压器出现故障或检修时，多台变压器可保证一、二级负荷的供电可靠性。当仅有少量二级负荷时，也可装设一台变压器，但变电所低压侧必须有足够容量的联络电源作为备用。（2）季节性负荷容量较大根据实际负荷的大小，相应投入变压器的台数，可做到经济运行、节约电能。（3）集中负荷容量较大虽为三级负荷，但一台变压器的供电容量不够，这时也应装设两台及以上变压器。当备用电源容量限制时，宜将重要负荷集中并且与非重要负荷分别由不同的变压器供电，以方便备用电源的切换。2）在一般情况下，动力与照明宜共用变压器，以降低投资。但属下列情况之一时，可设专用变压器：（1）当照明负荷容量较大，或动力和照明采用共用变压器供电会影响照明质量及灯泡寿命时，可设专用变压器。（2）单台单相负荷容量较大时，宜设单相变压器。（3）冲击性负荷（如短路试验设备、大型电焊设备等）较大，严重影响供电系统的电压质量，可设冲击负荷专用变压器。4.1.2变压器台数的选择由第2章的设计原始资料可以知道，该厂整个工厂都属于二级负荷。因此，可以初选两台变压器。一台变压器作为工作电源，另一台作为备用电源。4.2主变压器的容量和型号选择4.2.1变压器容量的选择原理1）变压器的容量SN•T首先应保证在计算负荷Sc下变压器能长期可靠运行。对仅有一台变压器运行的变电所，变压器容量应满足下列条件：SN•T>Sc考虑到节能和留有余量，变压器的负荷率一般取70%—85%。对有两台变压器运行的变电所，通常采用等容量的变压器，每台容量应同时满足以下两个条件：（1）满足总计算负荷70%的需要，即SN•T≈0.7Sc；（2）满足全部一、二级负荷Sc（=1\*ROMANI+=2\*ROMANII）的需要，即SN•T≥Sc（=1\*ROMANI+=2\*ROMANII）。当选用不同容量的两台变压器运行时，每台容量可按下列条件选择：SN•T1+SN•T2>ScSN•T1≥Sc（=1\*ROMANI+=2\*ROMANII）；SN•T2≥Sc（=1\*ROMANI+=2\*ROMANII）2）变压器的容量应满足大型电动机及其他冲击负荷的起动要求。大型电动机及其他冲击负荷的起动时，会导致变压器母线电压下降，而下降幅度则与变压器的容量及设备起动方式有关。一般规定电动机非频繁起动时母线电压不宜低于额定电压的85%，这就要求变压器容量应与起动设备容量及其起动方式相配合。4.2.2变压器型号和容量的选择1）选择变压器型式考虑到变压器在厂房建筑物内，故选用低损耗的SZ7型35/10kV三相干式双绕组电力变压器。变压器采用有载调压方式，分接头5%，联接组别Ydn11,带风机冷却并配置温控仪自动控制。2）选择变压器的容量根据无功补偿后的计算负荷以及上面容量选择的原则可以确定变压器容量为SN•T≈0.7Sc=0.7×7381.64kV·A=5167.15kV·A,且SN•T≥Sc（=1\*ROMANI+=2\*ROMANII）==3506.54kV·A因此初选变压器容量为6300kV·A，即选变压器为SZ7—6300/35kV。5确定供电系统5.1确定电源进线电压及电力来源由第2章中的设计原始资料可知，电业局从本地区某电力系统变电所的35KV母线上，引出两回线，采用双回架空线路向工厂供电，其中一回作为工作电源，另一回作为备用电源，未经电力系统调度同意，两回电源不能并列影响，该变电所在工厂的东北方向，距工厂8km。5.2拟定全厂供电系统图通过以上的负荷计算和各种电器设备的选择以及变压器的型号和进线电压的确定，整个工厂的供电系统已初步形成。可以大致画出全厂供电系统图如图5-1所示。示意图的简要说明：由东北方向8km处引入35kV的电源。通过总降压变电所的变压器SZ7-6300/35kV降为10kV，再通过电缆进线到各个车间变电所供电。还有10%-15%的备用线路，出现故障时可以很快的恢复供电，可以防止工厂内大面积的停电。同时设置了各种避雷等保护装置。具体内容会在后面几章里会详细讲到。图5-1工厂总降压变电所供电系统示意图6短路电流计算6.1计算短路电流的目的6.1.1短路的原因及其危害造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏，其次是人员误操作、鸟兽危害等。电气设备载流部分的绝缘损坏可能是由于设备长期运行绝缘自然老化，或由于设备本身绝缘缺陷而被工频电压击穿，或设备绝缘正常而被过电压击穿（包括雷击过电压）击穿，或者是设备绝缘受到外力损伤而造成短路。在供电系统发生短路故障后，短路电流往往要比正常负荷电流大许多倍，有时可高达几十万安培。当它通过电气设备时，温度急剧上升，会使绝缘老化或损坏；同时产生的电动力会使设备载流部分变形或损坏。短路会使系统电压骤降，影响系统其他设备的正常运行；严重的短路会影响系统的稳定性；短路还会造成停电；不对称的短路电流会产生较强的不平衡交变磁场，对通信和电子设备等产生电磁干扰等。6.1.2计算短路电流的目的进行短路计算的目的是正确选择校验电气设备及保护装置。三相短路是危害最严重的短路形式，因此，三相短路电流是选择和校验电气和导体的基本依据。在校验继电保护装置的灵敏度时，还需计算不对称短路的短路电流值。当然在校验电器和导体的动、热稳定时，还要用到短路冲击电流、稳态短路电流等。6.2短路电流计算6.2.1计算方法进行短路电流计算，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。短路计算点要选择的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一般有两种，一种是标幺值法，另一种是有名值法。6.2.2计算步骤（注：本设计采用标幺制法进行短路计算）1）在最小运行方式下：（1）确定基准值

取

S=100MV·A,U=36.75kV,U=10.5kV而

I=S/U=100MV·A/(×36.75kV)=1.571kA

I=S/U=100MV·A/(×10.5kV)=5.499kA（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值=1\*GB3①电力系统（S=175MV·A）

X*=S/S=100MV•A/175MV·A=0.571=2\*GB3②电力电缆线路（X0=0.4Ω/km）X*==0.4Ω/km×8km×=0.237=3\*GB3③电力变压器（UK%=7.5）X*===1.19绘制等效电路如图6-1，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6-1最小运行方式时的等效电路图（3）求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量=1\*GB3①总电抗标幺值X*=X1*＋X2*=0.571+0.237=0.808=2\*GB3②三相短路电流周期分量有效值I=I/X*=1.571kA/0.808=1.944kA=3\*GB3③其他三相短路电流

I=I=I=1.944kAi=2.55×1.944kA=4.957kAI=1.51×1.944KA=2.935kA=4\*GB3④三相短路容量S=S/X*=100MV•A/0.808=123.762MV•A（4）求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量=1\*GB3①总电抗标幺值X*=X*＋X*＋X*=0.808+0.237+1.19=2.235=2\*GB3②三相短路电流周期分量有效值I=I/X*=5.499kA/2.235=2.46kA=3\*GB3③其他三相短路电流

I=I=I=2.46kAi=2.55×2.46kA=6.273kAI=1.51×2.46kA=3.715kA=4\*GB3④三相短路容量S=S/X*=100MV·A/2.235=44.743MV·A2）在最大运行方式下：（1）确定基准值

S=100MV·A,U=36.75kV,U=10.5kV而

I=S/U=100MV·A/(×36.75kV)=1.571kA

I=S/U=100MV·A/(×10.5kV)=5.499kA（2）计算短路电路中各主要元件的电抗标幺值=1\*GB3①电力系统（S=200MV·A）

X*=100MV•A/200MV•A=0.5=2\*GB3②电力电缆线路（X0=0.4Ω/km）X*==0.4Ω/km×8km×=0.237=3\*GB3③电力变压器（UK%=7.5）X*===1.19绘制等效电路如图6-2，图上标出各元件的序号和电抗标幺值，并标出短路计算点。（3）求k-1点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量=1\*GB3①总电抗标幺值X*=X1*＋X2*=0.5+0.237=0.737=2\*GB3②三相短路电流周期分量有效值I=I/X*=1.571kA/0.737=2.132kA图6-2最大运行方式时的等效电路图=3\*GB3③其他三相短路电流

I=I=I=2.132kAi=2.55×2.132kA=5.437kAI=1.51×2.132KA=3.219kA=4\*GB3④三相短路容量S=S/X*=100MV•A/0.737=135.685MV•A（4）求k-2点的短路电路总电抗标幺值及三相短路电流和短路容量=1\*GB3①总电抗标幺值X*=X*＋X*＋X*//X*=0.737+0.237+1.19/2=1.569=2\*GB3②三相短路电流周期分量有效值

I=I/X*=5.499kA/1.569=3.353kA=3\*GB3③其他三相短路电流

I=I=I=3.353kAi=2.55×3.353kA=8.55kAI=1.51×3.353kA=5.063kA=4\*GB3④三相短路容量S=S/X*=100MV·A/1.569=63.735MV·A3）短路电流计算结果：（1）最小运行方式见表6-1：表6-1三相短路电流计算结果表（最小运行方式）短路计算点总的电抗标幺值三相短路电流/kA()三相短路容量/MV·AX*IIIiISk-1点0.8081.9441.9441.9444.9572.935123.762k-2点2.2352.462.462.466.2733.71544.743（2）最大运行方式见表6-2：表6-2三相短路电流计算结果表（最大运行方式）短路计算点总的电抗标幺值三相短路电流/kA三相短路容量/MV·AX*IIIiISk-1点0.7372.1322.1322.1325.4373.219135.685k-2点1.5693.3533.3533.3538.555.06363.7357高压设备选择7.1高压设备选择的原则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，同时设备应该工作安全可靠，运行方便，投资经济合理。一般需要遵循以下原则：a.按正常工作条件选择额定电压和额定电流；b.按短路情况来校验电器设备的动稳定和热稳定；c.安装置地点的三相短路容量来校验高压断路器的遮断容量。7.1.1高压开关柜的选择原则高压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先选出开关柜型号及一次结线方案编号，同时确定其中包含的所有一次设备的型号规格。比如断路器、熔断器、电流互感器、电压互感器、所用变压器及自动开关等。7.1.2短路校验的原则对于相应高压开关柜内的设备进行短路校验，主要有断路器的额定电压、额定电流、额定断流容量、额定开断电流以及相应的额定动、热稳定电流校验。7.2各部分高压开关柜的型号选择由于总降压变电所的变压器出线为10kV，则可选用较为经济的固定式高压开关柜。7.2.110kV进线柜的选择由供电系统图和总负荷计算电流I=427.51A，及JYN2-10型开关柜的一次线路方案及柜内主要电器设备的相关数据可知，可选取额定电流为630A的JYN2-10-01方案编号。柜内由一个SN10-10=1\*ROMANI/630型少油断路器、一个CD14/10型电磁操动机构和两个LZZB6-10型电流互感器组成。一次线路方案见系统供电图。7.2.2车间变电所出线开关柜的选择各个车间的计算电流有所不同，下面仅举一例说明选择的方法。对于1号变电所，其计算电流为I=53.24A，由相关数据可知，选取额定电流为630A的JYN2-10-01方案编号完全符合要求。至于其他车间变电所和化工厂的联络线柜都可以选取额定电流为630A的JYN2-10-01方案编号。一次线路方案见系统供电图。其他车间变电所的开关柜选择见表7-1。表7-1各个部分开关柜的选择列表开关柜号12345678910回路名称NO.1变电所NO.2变电所NO.3变电所NO.4变电所NO.5变电所NO.6变电所NO.7变电所电弧炉共频炉空压机开关柜型号JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01JYN2-10-01计算电流/A53.2428.4622.643316.8715.866.9714.9330.7930.797.2.3试验变压器开关柜的选择对于所用变压器的方案，可选取JYN2-10-26方案编号。由三个RN3-型熔断器、一个SCL-30/10型所用变压器和DZ10-100/330型自动开关组成。一次线路方案见系统供电图。7.2.4避雷装置开关柜的选择对于电压互感器和避雷器的选择，可选取GG-1A-54方案编号，由一个JDZJ-型电压互感器、一个RN2-型熔断器和一个FCD-型避雷器组成。一次线路方案见系统供电图。7.3变电所一次设备的选择与校验7.3.135kV侧一次设备的选择与校验35kV侧一次设备的选择与校验见表7-27.3.210kV侧一次设备的选择与校验10kV侧一次设备的选择与校验见表7-3表7-235kV侧一次设备的选择与校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他装置地点条件参数/kVI/AI/kAi/kAI数据35125.62.1325.437（2.132）×1.7=7.73一次设备型号规格额定参数/kVI/AI/kAi/kAI高压少油断路器SN10-35/1000351000164016×4=1024高压隔离开关GW5-35/63035630电流互感器LCZ-3535600/20-150××0.1=21.213（65×0.1）×1=42.25电压互感器JDJ2-3535高压熔断器RN2-35350.550--避雷器FZ-3535表7-310kV侧一次设备的选择与校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他装置地点条件参数/kVI/AI/kAi/kAI数据10总427.513.5358.55（3.535）×1.7=21.24一次设备型号规格额定参数/kVI/AI/kAi/kAI高压少油断路器SN10-10I/63010630164016×2=512高压隔离开关GN-10T/60010600-5220×5=2000电流互感器LZZQ6-1010500/5电压互感器JDZJ-10//熔断器RN2-10100.550--避雷器FS-10108高压线路选择8.1线路选择与校验的项目及条件为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面时必须满足下列条件：1）发热条件导线和电缆(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。2）电压损耗条件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。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。3）经济电流密度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，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10KV及以下线路，通常不按此原则选择。4）机械强度导线（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。5）短路热稳定条件对绝缘导线、电缆和母线，应校验其短路稳定性，架空导线因散热性好，可不做短路热稳定条件。8.235kV高压进线线路选择与校验8.2.1选择校验的方法对长距离大电流及35KV及以上的高压线路，则可先按经济电流密度条件选择确定导线经济截面，再校验其它条件。由于厂区较小，电压损失可以忽略，故不用校验。又由于架空导线因散热性好，可不做短路热稳定校验。8.2.2按经济电流密度和发热条件选择35kV高压进线1）先按经济电流密度条件选择截面35kV侧的的计算电流是125.6A，架空线的经济电流密度j=0.90见表8-1,因此A=I/j=125.6A/0.90=139.56mm,则选择LGJ-150型钢芯铝绞线架空线。2）按发热条件进行校验LGJ-150型钢芯铝绞线在30℃条件下载流量为418A，大于导线最大负荷电流125.6A，满足发热条件。3）按机械强度条件进行校验35kV架空线路铝绞线的最小截面为35mm，因此LGJ-150导线也是满足机械强度要求的。表8-1导线和电缆的经济电流密度线路类型导线材质年最大负荷利用小时/h3000以下3000~50005000以上架空线路铜3.002.251.75铝1.651.150.90电缆线路铜2.502.252.00铝1.921.731.548.310kV高压出线线路的选择与校验8.3.1选择校验的方法根据经验，一般10kV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损失、机械强度、短路热稳定等条件。而本设计中，由于厂区较小，不考虑电压损失，故不用校验。而对于电缆，不必校验其机械强度。8.3.2按发热条件选择10kV高压出线1）先按发热条件选择电缆截面线路计算电流为I=427.51A，240mm截面的YJV型电缆在20℃的载流量为473A大于427.51A，因此，选择YJV-35/10-3×240型电缆。2）按短路热稳定条件进行校验由AA=进行校验，热稳定系数C=143A··mm，而I=3.535kA，所以A===33mm，A>33mm。故满足要求。同理可得其他电缆型号见表8-2。表8-2其他电缆型号表序号电缆的型号1.No.1变电所YJV-10-3×252.No.2变电所YJV-10-3×253.No.3变电所YJV-10-3×254No.4变电所YJV-10-3×25续表8-2其他电缆型号表5No.5变电所YJV-10-3×256No.6变电所YJV-10-3×257No.7变电所YJV-10-3×258电弧炉YJV-10-3×259共频炉YJV-10-3×2510空压机YJV-10-3×2511实验变压器YJV-10-3×2512备用YJV-10-3×259继电保护设置9.1继电保护的任务和要求9.1.1继电保护的任务1）有选择性地将故障元件从供电系统中快速、自动地切除，使其损坏程度减至最轻，并保证最大限度地恢复无故障部分的正常运行。2）反应电气元件的异常运行状态，根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出警报信号、减负荷或延时跳闸。9.1.2继电保护装置的基本要求1）选择性当供电系统发生故障时，只有离故障最近的保护装置动作，切除故障，而供电系统的其他部分仍然正常运行。满足这一要求的动作，称为“选择性动作”。如果供电系统发生故障时，靠近故障点的保护装置不动作（拒动作），而离故障点远的前一级保护装置动作（越级动作），这就叫做“失去选择性”。2）速动性为了防止故障扩大，减轻其危害程度，并提高电力系统的稳定性，因此在系统发生故障时，保护装置应尽快地动作，切除故障。缩小故障波及范围，提高自动重合闸和备用电源式设备自动投入的效果等。3）可靠性保护装置在应该动作时必须动作，不应该拒动作；而在不应该动作时不能误动作。保护装置的可靠程度，与保护装置的元件质量、接线方案及安装、整定和运行维护等多种因素有关。4）灵敏度保护装置的灵敏度是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极轻微的故障都能及时地反应动作，就说明保护装置的灵敏度高。在设备或线路的被保护范围内发生金属性短路时，保护装置应具有必要的灵敏系数，灵敏系数应根据不利的正常运行方式和不利的故障类型计算，但可不考虑可能性很小的情况。5）保护设置配电系统中的电力设备和线路应装设短路故障保护，短路故障保护应有主保护和后备保护，必要时可增设辅助保护。还需考虑变压器的过负荷的情况，设置相应的过负荷保护。9.2系统继电保护设置在本课程设计中，根据设计要求需装设过电流保护、电流速断保护、过负荷保护，对于具体设置哪些保护详见下述。9.2.1总降压变电所变压器的保护1）应装设保护装置的具体情况按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，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。2）变压器的继电保护设置对于高压侧为35kV及以上的工厂总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断电流保护和瓦斯保护，过电流保护作为速断电流保护的后备保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。但是如果单台运行的变压器容量在10000KV·A及以上和并列运行的变压器每台容量在6300KV·A及以上时，则要求装设纵联差动保护来取代电流速断保护。由于主电源出口处继电保护装置动作时限为2s，则变压器保护的过电流保护动作时间可整定为1.5s。9.2.210kV母线断路器的保护在10kV母线上应设置限时速断电流保护和过电流保护，保护10kV母线的线路。当母线出现故障时，电流速断保护动作，过电流作为后备保护。由于上级保护动作时间已整定为1.5s，故此处的动作时间可整定为1s。9.2.310kV出线各支路的保护在10kV出线的各支路上应设置速断电流保护和过电流保护，来保护各10kV的出线线路。当出线处出现故障时，断路器动作，切断线路。由于上级保护动作时间已整定为1s，则此处的速断电流保护动作时间为1s。由于该10kV配电线路较短，上级线路保护的灵敏度往往不够，此时应采用带有一个定时限（1s）的延时速断电流保护来代替瞬时电流速断保护。由于有了1s的延时，其动作电流不需要躲过它所保护的线路末端的三相短路电流I，而只需大于下级线路的瞬时速断电流保护动作电流，即可获得保护的选择性。9.2.4相间短路保护1）相间短路保护的要求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）对于双绕组变压器，装于主电源侧（2）对三绕组变压器，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）相间短路保护的设置由于本设计中，工厂总降压变电所主变压器为两相绕组，则相间保护装于主电源侧。在10kV母线段的各个供电支路上装设保护。10防雷与接地设计10.1变电所的防雷保护10.1.11）架设避雷线防止架空线路遭受直接雷击的有效措施。全线架设避雷线一般只用于35kV以上的架空线路。35kV架空线路只在进出变配电所的1~2km范围内架设避雷线。2）提高线路本身的耐雷水平可采用木横担、瓷横担、，或采用高一电压级的绝缘子（在采用角钢横担时）。3）个别绝缘薄弱点加装避雷器对架空线中的跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆及个别金属杆上，装设排气避雷器或保护间隙。4）利用三角形排列的顶线兼作保护线在顶线与顶线绝缘子的铁脚之间装设保护间隙。在雷击时，保护间隙击穿，对地泄放雷电流，从而保护下边两根导线。在中性点不接地系统中，单相接地放电不致引起线路断路器跳闸。10.1.2变配电所的防雷措施户外变配电所中，一般采用避雷针作为直击雷的防护装置，并要求所有被保护的电气设备和建筑物均应处于避雷针的保护范围之内。需要指出，避雷针若与附近的建筑物或电气设备距离较近时，受到雷击后，其极高的电位会对这些附近设施放电，这种现象称为反击。为防止反击事故的发生，避雷针与被保护的建筑物和电气设施应保持一定的安全距离，工程上的安全距离应大于5m。变配电所中一般需要通过装设阀式避雷器或氧化锌避雷器对变压器进行雷电侵入波的防护。避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理配合，并且避雷器的残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。避雷器应尽可能靠近变压器安装。这是因为避雷器离开变压器有一段电气距离，当雷电波作用时，由于避雷器至变压器连线间的波过程，发生电压波的全反射（变压器处可近似为开路），雷电波陡度加倍，同时会使变压器承受一个比避雷器放电电压高的电压，连线越长，这一电压越高。安装时，避雷器接地线应与变压器低压侧接地中性线及金属外壳连在一起接地。在变电所屋顶装设避雷针或避雷带，并引出两根接地线与变电所公共接地装置相连。如变电所的主变压器装在室外或露天配电装置时，则应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针，其装设高度应使其防雷保护范围包括整个变电所。如果变电所处在其它建筑物的直击雷防护范围以内时，则可不另设独立避雷针。按规定，独立避雷针的接地装置接地电阻R≤10见表10-1。通常采用3~6根长2.5m、Φ50mm的钢管，在装避雷针的杆塔附近一排或多边形排列，管间距离5m，打入地下，管顶距地面0.6mm。接地管间用40mm×4mm的镀锌扁钢焊接相连。引下线用40mm×4mm的镀锌扁钢，下与接点体焊接相连，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Φ20mm镀锌圆钢，长1~1.5m。独立避雷针的接地装置与变电所公共接地装置应有3m以上距离。表10-1变配电所和线路的防雷装置的接点电阻最大值序号装置名称装置特点接地电阻/1变配电所和线路的防雷装置独立避雷针和避雷线R≤102变配电所装设避雷器与总容量100kVA以上的发电机或变压器项链的接地装置R≤43与总容量100kVA以下的发电机或变压器项链的接地装置R≤104线路上装设的避雷器或保护间隙与电机无电气联系R≤105与电机有电气联系R≤5此外，在35kV以上的变配电所架空进线上，架设1~2km避雷线，以消除近区进线上的雷击闪络，避免其引起雷侵入波对变配电所电气装置的危害。35kV及以上电缆进线的雷电侵入波过电压保护接线如图10-1所示。图10-135kV及以上电缆进线的雷电侵入波过电压保护接线图10.1.3雷电侵入波的防护（1）在35kV高压配电室内装设有JYN1-35-111型开关柜，其中配有FZ-35型避雷器，靠近主变压器。主变压器就靠此避雷器来保护，防护雷电侵入波的危害。（2）在10kV高压配电室内装设有GG-1A-54型开关柜，其中配有FS-10型避雷器。10.2变电所公共接地装置的设计10.2.1接地电阻的要求此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件:R≤4,见表10-1。I===14.8AR≤120V/I=1