毕业设计（论文）-某化工厂1#苯乙烯装置6kV变电所配电部分设计.doc

某化工厂1#苯乙烯装置6kV变电所配电部分设计某化工厂1#苯乙烯装置6kV变电所配电部分设计摘要 变电站是构成电力系统的一个十分重要的环节，是电力网中线路之间相互连接的重要枢纽点，起着变换电压、汇集电能以及分配电能的作用。变电站是否能正常运行关系到整个电力系统的是否能保持稳定，由此可对变电站的合理设计具有极其重要的意义。本文以某化工厂1#苯乙烯装置配电设计任务书中提供的负荷表为依据，针对该厂的6kV变配电系统进行设计。本设计中包括3组高压电机，以及2000kVA的低压负荷。负荷等级为一级，对供电可靠性的设计要求很高。全文在设计过程中，首先进行了负荷分析，负荷计算，以及主接线设计。在一次系统设计完成的基础上，主要完成了进线柜、母联柜等二次控制电路的设计与继电保护的整定计算。最后完成一套完整的6kV配电系统设计方案。关键词 主接线 二次接线 继电保护 备自投全套图纸加扣3012250582 Design of power distribution system for 6kV substation of 1# styrene unit in a chemical plantAbstract The substation is a very important part of the power system, is an important hub for the mutual connection between power line network, a voltage transformation, collection power and distribution of power function. Whether the substation can operate normally is related to whether the whole power system can be kept stable, which can be of great significance to the reasonable design of the substation. In this paper, a chemical plant 1# styrene plant distribution design task book to provide the basis for the load table, for the plants 6kV variable distribution system design. This design includes 3 sets of high voltage motor, and a low voltage load with 2000kVA. The load level is first stage, the requirements of the design for the power supply reliability is very high. The full text in the design process, first of all, the load analysis, load calculation, as well as the main wiring design. On the basis of a system design, the design of the two control circuit and the relay protection setting calculation are completed. In the end, a complete set of 6kV distribution system design plan is completed.Keywords Primary connection, secondary connection, Protectionrelay, APD目录引言1第1章 绪论21.1 本文的选题背景及意义21.1.1 化工厂背景概述21.1.2 变电所配电部分的设计意义21.2 设计任务要求21.3 本文的内容安排2第2章 化工厂的负荷及负荷计算32.1 化工厂的负荷情况32.2 负荷的分级以及对供电电源的需求32.2.1 电力负荷的分级32.2.2 不同等级的电力负荷对供电电源的要求32.3 负荷计算42.3.1 负荷计算的目的42.3.2 负荷计算的方法42.3.3 负荷计算的过程与结果42.4 无功功率补偿62.4.1 无功功率补偿的意义与方式62.4.2 并联电容器的选择及计算6第3章 变电所主接线方式的设计83.1 主接线的选择原则83.2 主接线的基本形式83.2.1 不分段的单母线接线83.2.2 单母线分段接线83.3 主接线方案的设计和选择9第4章 高压进线柜和母联柜的二次回路设计124.1 二次回路的设计概述124.2 高压进线柜二次回路的设计124.2.1 高压进线柜电流测量回路的设计124.2.2 高压进线柜电压测量回路的设计124.2.3 高压进线柜断路器操作回路的设计134.3 母联柜二次回路的设计144.3.1 母联柜电流测量回路的设计144.3.2 母联柜断路器操作回路的设计及备自投的实现14第5章 进线柜和母联柜的继电保护设计与整定计算165.1 电力系统继电保护的概念与分类165.1.1 继电保护的原因及概念165.1.2 对继电保护装置的基本要求165.1.3 继电保护的分类165.2 高压进线柜继电保护的设计和整定计算175.2.1 高压进线柜继电保护的设计175.2.2 高压进线柜继电保护的整定计算185.3 母联柜继电保护的设计和整定计算195.3.1 母联柜继电保护的配置195.3.2 母联柜继电保护的整定计算19总结21致谢语22参考文献23IV引言对于一些化工企业，随着生产水平的提高以及生产规模的不断扩大，其用电负荷也在逐年上升。生产中的各种设备担负着重要的生产任务，一旦中断供电，不仅影响产能，降低经济效益。更严重者，对于一些维护生产作业安全设备，如高易燃易爆气体浓度区域的排风设施，其供电的中断，将直接影响到广大一线工人的生命财产安全。作为输配电系统执行终端及基本信息源，变电站设计情况直接关系到整个用电系统的有效建设。为了更好的、更加合理的对变电站进行设计，必须不断创新和完善设计观念、方法及手段，以适应电力系统的技术进步及发展要求，满足我国电网日益增高的建设要求。在当前对各化工企业的变配电设计上，我国的设计单位已经基本掌握了化工行业配电设计的基本方法，但在实际的设计成果中，常常存在各式问题。主要的问题包括易燃易爆车间不注意选用专用具有防爆标识的设计产品，带来了潜在的安全隐患。也有一部分设计单位存在设备选型粗放，预留裕量过大的问题，浪费了大量本可节约的电缆。在对生产设备各项保护的整定方面，一些设计单位往往只考虑高压的整定动作值而忽略低压，这直接造成了低压负荷大部分整定不合理，故障时出现开关越级动作的可能性增高。以上现状说明了当前国内化工企业在供配电设计领域尚具有较大的提升空间，有着现实的工程意义。本设计立足于化工企业的实际项目。若本设计可转化为实际应用，必将大大提高该化工厂苯乙烯装置在生产过程中的高供电可靠性。整个设计过程选型计算准确，避免了粗犷选型，浪费选型。同时，各项继电保护参数严格按照电气参数规范整定、计算严格，生产过程中设备因故障误动作及不动作的情况将会大大降低，整个设计成果不仅增大了供电可靠性，同时有效保障了设备及现场生产人员的安全。第1章 绪论1.1 本文的选题背景及意义1.1.1 化工厂背景概述本化工厂属于化工型生产企业，本化工厂中的主要生产装置是苯乙烯装置。它是以乙苯为原料，按照1.31.8的水比向乙苯原料中加入过热水蒸汽，在轴径向反应器内，于高温、负压条件下，通过催化剂床层进行乙苯脱氢反应，生成苯乙烯的主产品；而副反应则生成苯、甲苯、甲烷、乙烷、丙烷、H2、CO和CO2等。苯乙烯属于易燃易爆危险品，并且具有毒性，所以对各类安全需求都很高。本设计的内容是对本厂1#苯乙烯装置的配电部分进行设计。1.1.2 变电所配电部分的设计意义变电所作为电力系统中的重要组成部分，直接会影响到整个电力系统的安全与经济运行。对于本课题，对配电部分能否合理设计关系到了整个化工厂的正常运行。合理的设计不仅能满足本厂对用电的可靠性要求和安全性要求，同时会影响到化工厂的经济收入。1.2 设计任务要求本设计有以下几个设计要求：1.变电所主接线方式的设计要合理，并且合理分配负荷，优化配电部局，同时要满足安全运行的需求；2.对高压进线柜和母联柜的机构形式设计要合理，设计出进线柜和母联柜的二次控制回路图，同时要考虑备用电源自动投入这一重点；3.对进线柜和母联柜进行继电保护的设计与整定计算。1.3 本文的内容安排第1章为绪论，通过分析设计课题的背景以及设计意义引出了设计任务要求。第2章主要介绍了负荷以及负荷分级，并根据本设计的实际数值对负荷进行分析计算。第3章描述了主接线方式的类型以及本设计的电气主接线的设计过程和最终设计结果。第4章对进线柜和母联柜的二次回路进行了设计，并且在母联处设计了备自投。第5章对进线柜和母联柜进行了继电保护的设计，并且做了继电保护的整定计算。最后对本文进行总结，对整篇文章进行收尾，并总结了在设计过程中遇到的问题和相应解决方案的讨论。第2章 化工厂的负荷及负荷计算22.1 化工厂的负荷情况本设计所涉及到的某化工厂1#苯乙烯装置的设备主要有高压电机3组，还有一定的低压负荷，所有这些负荷都由1#苯乙烯装置6kV变电所进行控制。下面是本厂1#苯乙烯装置的负荷：1.MGB-102电机1台，功率为270kW，电压等级为6kV；2.MGA-201、MGA-201S电机2台，功率各为250kW，电压等级为6kV；3.低压计算符合为2000kVA。本厂的负荷属于连续运行方式，均为一级负荷，对安全运行的要求很高。2.2 负荷的分级以及对供电电源的需求2.2.1 电力负荷的分级工厂的电力负荷，按照国家标准规范，GB 50021995供配电系统设计规范中的规定，可根据其对供电可靠性的要求及中断供电时造成的损失或影响的程度来将负荷等级分为三级1：一级负荷：一级负荷为中断供电时将造成人身伤亡，或者中断供电时将对政治、经济、社会秩序造成重大损失和影响的负荷；二级负荷：二级负荷为中断供电将时将造成较大政治影响、较大经济损失，或引起一定程度上的公共秩序混乱的负荷；三级负荷：三级负荷为一般的电力负荷，所有不属于上述一、二级负荷的都属于三级负荷。2.2.2 不同等级的电力负荷对供电电源的要求一级负荷对供电电源的需求：由于一级负荷属于重要负荷，如果中断供电造成的后果十分严重，因此至少要求用两路电源供电，且对电源的可靠性和稳定性要求很高。当其中一路电源发生故障时，另一路电源应不致同时受到损坏。尤其对于一级负荷中的特别重要的负荷，除了多路电源供电外，还必须要设置应急用电源；二级负荷对供电电源的需求：二级负荷也属于重要负荷，要求由两回路供电，供电变压器也应该有两台；三级负荷对供电电源的需求：由于三级负荷为不重要的一般负荷，因此它对供电电源一般没有特殊要求。2.3 负荷计算2.3.1 负荷计算的目的在正常条件下供电系统若要能安全可靠地运行，系统中各个元件比如电力变压器、开关设备及导线、电缆等都必须要进行得当的筛选。不仅要满足工作电压和频率的要求，而且最为重要的就是要满足负荷电流的要求。因此对供电系统中各个环节的电力负荷进行计算是很有必要的2。通过负荷的统计计算求出的、用来按发热条件选择供电系统中各个元件的负荷值，一般称之为计算负荷3。一般情况下，计算负荷与从负荷曲线上所查得的半小时最大负荷P30是基本相同的。所以计算负荷可以按照半小时最大负荷P30来计算。计算负荷是供电设计计算的基本依据。计算负荷的结果是否科学，对于后面设备的选择与电缆的选择来说，至关重要。它是确定供电容量、电气设备、线材规格、无功补偿、线路压降的依据，计算的不合理将会造成大事故或资源浪费。但在实际生活中，负荷不是不会变化的，只能尽量去与实际相接近。2.3.2 负荷计算的方法在我国，目前广泛应用的确定用电设备计算负荷的方法主要有两种，分别是二项式法和需要系数法。二项式法由于局限性较大，一般采用较少，但如果对于设备台数较少，而且容量差别悬殊的分支干线时，一般采用二项式法来确定计算负荷较为合理。而需要系数法是在国际上普遍采用的确定计算负荷的基本方法，这种方法也相对比较简便4。因此在本文中，所有的负荷计算都按照需要系数法来进行负荷计算。需要系数法计算时的基本公式为P30=KKLeWLPe （2-1）式（2-1）中，K表示用电设备组的同时系数；KL表示用电设备组的负荷系数；e表示供电设备组平均效率；WL表示配电线路平均效率；Pe为用电设备组所有设备的额定容量PN之和，即Pe=PN。令上式中的KKLeWL=Kd （2-2）式（2-2）中的Kd称为需要系数，所以有P30=KdPe （2-3）2.3.3 负荷计算的过程与结果按照设计要求，下面将对各回路的负荷容量做以计算。本课题所涉及到的某化工厂1#苯乙烯装置的设备主要有高压电机3组，还有一定的低压负荷。根据实际生产生活，拟定3组高压电机为通风机、水泵、空压机及电动发电机组电动机的这一类别，根据参考资料，需要系数Kd取0.7-0.8，cos取0.8，tan取0.75；低压负荷拟定为生产厂房及办公室、阅览室、实验室照明，需要系数Kd取0.8-1，cos取1.0。下面将对各类负荷进行详细计算。MGB-102高压电机回路1.电机功率270kW，额定电压等级是6kV。需要系数Kd取0.7，cos取0.8，tan取0.75。则MGB-102高压电机的计算有功为P30(1)=KdPe=0.7270kW=189kW电机的视在功率S30(1)=P30(1)cos=189kW0.8=236.25kVA电机的无功功率Q30(1)=P30(1)tan=189kW0.75=141.75kvar电机的计算电流I30(1)=S30(1)3UN=236.25kVA36kV=22.73A2.MGA-201高压电机回路电机功率250kW，额定电压等级是6kV。需要系数Kd取0.8，cos取0.8，tan取0.75。则MGB-102高压电机的计算有功为P30(2)=KdPe=0.8250kW=200kW电机的视在功率S30(2)=P30(2)cos=200kW0.8=250kVA电机的无功功率Q30(2)=P30(2)tan=200kW0.75=150kvar电机的计算电流I30(2)=S30(2)3UN=250kVA36kV=24.06A3.MGA-201S高压电机回路由于电机参数与MGA-201相同，因此其计算结果也完全相同。4.低压负荷回路计算低压负荷时，将2000kVA的低压负荷按一台容量为2000kVA的降压变压器考虑。需要系数Kd取0.8，cos取1.0。则低压负荷对应的变压器高压侧的计算电流为I30(4)=S30(4)3UN=0.82000kVA36kV=153.96A变压器的计算有功为P30(4)=S30(4)cos=1600kVA0.8=1280kW变压器的计算无功功率为Q30(4)=S30(4)2-P30(4)2=16002-12802=960kvar最后，将以上负荷计算的结果进行汇总，列成如表2-1所示的电力负荷计算表。表2-1 负荷计算表序号负荷数量容量Pe需要系数Kdcos计算负荷P30Q30S30I301MGB-1021 270kW0.70.8189kW141.75kvar236.25kVA22.73A2MGA-2011 250kW0.80.8200kW150kvar250kVA24.06A3MGA-201S1 250kW0.80.8200kW150kvar250kVA24.06A4降压变压器1 2000kVA0.80.81280kW960kvar1600kVA153.96A合计4-1869kW1401.75kvar2336.25kVA-2.4 无功功率补偿2.4.1 无功功率补偿的意义与方式图2-1 功率因数提高与无功功率和视在功率的变化在日常生产生活中，由于交流电力系统发电机、输电线路及各类感性负荷产生了大量的无功功率。这些无功功率经电网流入设备，不但使系统增加无功功率，降低功率因数，并且对供电变压器及输电线路造成损耗5，影响了供电质量，因此对供配电系统进行无功补偿是必不可少的，一般需要考虑增设无功功率补偿装置（并联电容器）。图2-1表示了功率因数提高与视在功率和无功功率变化的关系。为使功率因数从cos提高到cos，在有功功率P30不变的条件下，应将无功功率从Q30减小到Q30，视在功率将从S30减小到S30。则相应的负荷电流得以减小，从而降低系统的电能损耗，提高用电质量。2.4.2 并联电容器的选择及计算由图2-1可得知，要使功率因数从cos提高到cos，必须并联电容器，其容量为QC=Q30-Q30=P30(tan-tan) （2-4）或 QC=qCP30 （2-5）根据式（2-4）和式（2-5），得qC=tan-tan，称为无功功率补偿，或者比补偿容量。根据本文的实际数值及负荷计算结果，已知化工厂总的计算负荷P30=1860kW,S30=2336.25kVA此时的功率因数为cos=P30S30=18602336.250.8考虑将功率因数补偿至0.92以上，则需并联的电容器的容量为QC=P30tan-tan=1860tan(cos-1)-tan(cos-1)=602.64kvar取 QC=650kvar补偿后的功率因数为cos=P30P302+(Q30-QC)2=1860kW(1860kW)2+(1401.75kvar-650kvar)2=0.927则满足补偿使用要求。第3章 变电所主接线方式的设计1233.1 主接线的选择原则对工厂变配电所电气主接线有以下几个基本要求：1.安全 符合相关国家规范和技术标准，保证操作人员的人身安全和设备财产安全；2.可靠 按照系统和用户的要求，满足电力负荷，保证供电的可靠性和电能质量；3.经济 在满足技术要求的条件下，应使主接线的投资和运行的费用最为经济化，并且要节约电能，减少有色金属的损耗；4.灵活 应该能适应必要的各种运行方式，接线尽量要求简单、清晰、操作方便，并且具有扩建的可能性。3.2 主接线的基本形式33.13.23.2.1 不分段的单母线接线图3-1 不分段单母线接线图图3-1为不分段的单母线接线图。图中有一个电源进线、4路出线，QF为断路器，QS为隔离开关，母线起着汇集和分配电能的作用，由上级电源来的电流经变压器降压后汇集到母线6，然后再分配到各路出线上去，通常称为“一进多出”。这种接线方式的主要优点有：接线简单清晰，操作方便；所使用的电气设备较少，组建费用和运行消费较低；隔离开关的作用是在检修时来隔离电压，避免发生意外。缺点有：当母线、任意一台断路器或任意一台隔离开关发生故障或要检修时，就必须要全部停电。这种接线方式一般用于回路相对较少，容量相对较小的发电厂和变电站中。3.2.2 单母线分段接线图3-2为单母线分段的接线方式，这种方式可以提高供电的可靠性和灵活性。由分段断路器QFB及隔离开关1QS、2QS组成的母联系统将母线分成两段。单母线分段的电气主接线有以下两种运行方式：1.分段断路器QFB闭合运行。正常运行时分段断路器QFB闭合，两个电源分别接在两段母线上。两段母线上的负荷应该均匀分配，以使两段母线上的电压得以均衡。在正常运行时，如果任意一段母线发生故障，继电保护装置会迅速动作跳开分段断路器QFB和故障母线上的电源处的断路器，而未发生故障的另一段则能继续供电。若有一个电源进线发生故障，仍然可以使两段母线均有电，可靠性高。图3-2 单母线分段接线图2.分段断路器QFB断开运行。正常运行时分段断路器QFB断开，并且在母联处设置母联备自投装置。这种方式运行时两段母线上的电压及负荷分配可不相同，每个电源只向接在本段母线上的负荷供电。当任意一个电源出现故障，该电源就会切断与母线的连接，随后备自投装置检测到该段电压变化后，自动动作将断路器QFB闭合，使另一路电源同时为两段母线供电。3.3 主接线方案的设计和选择在对原始设计要求分析的基础上，结合上述的主接线的“安全、可靠、经济、灵活”四大要求，综合进行考虑。设计过程要考虑一下几点：1.本设计中的设计对象属于化工型生产企业，在生产过程中具有一定的危险性，中断供电不仅可能造成经济损失，甚至可能造成人员伤亡。所以要着重考虑安全这一点。2.按照设计任务书中的要求，本设计中的负荷等级均为一级负荷，一级负荷对供电可靠性的要求很高。所以至少要设计两路电源进线，由上级配电所降压至6kV后接入系统。3.要考虑到方便后期维护和检修。参照以上几点，暂且提出以下两种设计方案进行比较：1.第一种方案：采用不分段单母线的接线方式。这种方案的思想确立是由于本化工厂对应的负载数量相对较少，在母线分段的情况下，几乎每段母线只带2-3回路的负荷，为节省成本，最优经济运行，因此采用单母线的接线方式，并设置两路电源进线，初步方图3-3 方案一初步设计图案设计如图3-3所示。图3-4 方案二初步设计图2.第二种方案：同样设计双路电源进线，但在主接线方式选择单母线分段的接线方式，并且在母联处设置低压备自投。这种方案的初步设计如图3-4所示。经过综合的比较和考虑，采用方案二的构想。从技术性上来说，方案二的可靠性要高于方案一，运行方式也更为灵活，日后对本系统的拓展也更为方便；再考虑到经济性和安全性，虽然方案一更为简洁，构建成本低，运行费用低，但对大型化工企业来说，配电系统的供电质量和安全系数才是最重要的。综合考虑，本化工厂的主接线方案的最终结果为：采用双电源进线，在母联处设置低压备自投的单母线分段式接线。最终设计图见图纸DW-01。主接线设计主要有以下几个设计要点：1.为方便试运行和后期的检修工作，所有断路器均所采用手车式断路器；2.每个出线柜和电容器柜均设置有电流互感器，用于测量和保护；3.为了能在发生触电或漏电故障时立即切断电源，在每个进线柜均设有零序电流互感器；4.在母线上设置PT柜，用于测量母线电压和低电压保护；5.在进线柜设置进线PT，用来测量是否有电压接入系统；6.正常情况下母联断开，两回路电源分别向各自所在的母线供电。当任意一路电源出现故障断开时母联会自动闭合，接通两段母线，另一路电源同时为两段母线供电。第4章 高压进线柜和母联柜的二次回路设计12344.1 二次回路的设计概述高压配电系统中的二次回路，指的是通过继电器、互感器等装置，实现监测一次系统当前状态、指示一次系统当前状态，控制系统合闸分闸以及实现一次系统继电保护的电路。包括控制、监测、指示以及继电保护等几大部分。操作电源的主要的功能是用来使高压真空断路器合闸分闸机构执行，为继电保护装置等其他二次回路提供电源的部分。由于其功能十分重要，因此对操作电源的可靠性要求很高。一般来说，操作电源可以分为直流操作电源和交流操作电源两种。根据工业与民用配电设计手册中提供的意见，供电给特别重要的负荷或变压器总容量超过5000kVA的变电所，宜选用直流操作电源7。同时考虑到本设计中的工厂属于重要的化工负荷，负荷等级全为一级，因此，操作电源方面将考虑采用直流操作电源的方式。4.2 高压进线柜二次回路的设计44.14.24.2.1 高压进线柜电流测量回路的设计图4-1 进线柜电流测量回路的设计电流测量回路主要通过三只A,B,C三相上的电流互感器来完成，将电流互感器的一端连接起来接入大地，另一端与三只电流表相连，即可测出A,B,C上的三相电流值。进线CT的设计如图4-1所示。4.2.2 高压进线柜电压测量回路的设计根据设计要求，进线要配置进线PT，用于检测外部电源的电压和进线低电压的采样。考虑使用两个单相电压互感器接成V/V形，仪表和继电器接在三相三线制电路中。进线PT的设计如图4-2所示。图4-2 进线柜电压测量回路的设计4.2.3 高压进线柜断路器操作回路的设计图4-3为进线柜断路器操作回路图。WL为灯光信号小母线，WC为控制小母线。合闸时，将控制开关SA转到合闸位置，触点SA1-2接通，合闸线圈YO通电，使断路器QF合闸。合闸后，SA自动返回，SA1-2断开；断路器QF合闸使QF常闭触点断开，QF常开触点闭合，切断合闸回路。同时红灯RD亮，表示断路器已经合闸，监控着跳闸回路的完好性。分闸时，将控制开关SA转到分闸位置，触点SA7-8接通，跳闸线圈YT通电，使断路器QF分闸。分闸后，SA自动返回，SA7-8断开；断路器QF分闸使QF常闭触点闭合，QF常开触点断开，切断跳闸回路。同时SA3-4闭合，绿灯GN亮，表示断路器已经分闸，监控着合闸回路的完好性。图4-3 进线柜断路器操作回路的设计在已经合闸后，如果一次电路发生故障时，继电保护装置动作，其继电器KM得电动作，KM触点闭合接通跳闸线圈YT使断路器QF跳闸。在断路器操作回路的设计中，要考虑“防跳跃”。“跳跃”通常是说断路器跳跃，是指断路器的控制开关在合闸位置时，当线路出现故障，继电保护装置自动动作使断路器跳闸，但此时断路器却发生了多次重复“再合闸/跳闸”的现象。而“防跳跃”是指断路器跳跃闭锁。电气设备断路器跳跃闭锁是由跳跃闭锁继电器TBJ实现的8。TBJ/I串联接在断路器的跳闸线圈回路，作用是电流自保持；TBJ/U并联接入断路器的合闸线圈回路。当电路发生故障跳闸线圈动作时，TBJ/I励磁，TBJ动合触点闭合将跳闸命令保持，直到断路器断开，同时TBJ动断触点断开合闸回路。在TBJ未返回初始状态之前，即使操作SA，合闸回路的TBJ动合触点会继续保持，也就是说TBJ动断触点继续处于断开状态，保证断路器不会合闸，从而实现“防跳跃”。4.3 母联柜二次回路的设计4.34.3.1 母联柜电流测量回路的设计图4-4 母联柜电流测量回路的设计电流测量回路的设计与进线柜电流测量回路的设计相同。主要通过三只A,B,C三相上的电流互感器来完成，将电流互感器的一端连接起来接入大地，另一端与三只电流表相连，即可测出A,B,C上的三相电流值。母联CT的设计如图4-4所示。4.3.2 母联柜断路器操作回路的设计及备自投的实现母联柜的断路器操作过程与进线柜断路器操作过程基本相同。本设计要求母联柜与进线柜之间要有能够实现备用电源自动投入的功能。下面将阐述这种功能的实现办法。图4-5 备用电源自动投入原理图如图4-5所示，KT为时间继电器，其有一个延时断开的KT触点，KO为合闸接触器，YO为合闸线圈。现在假设段母线的电源进线出现故障，继电保护动作使断路器QF1跳闸，同时QF1的常开触点断开，常闭触点闭合。QF常开触点断开时，使时间继电器KT的延时断开触点延时断开。在KT的触点断开之前，由于QF常闭触点的闭合，使合闸接触器KO通电动作，接通QFB的合闸线圈YO，使QFB合闸，母联闭合将两段母线连接，段母线的电源同时为图4-6 母联柜断路器操作回路的设计两段母线供电。图4-6为母联断路器的直流操作回路。第5章 进线柜和母联柜的继电保护设计与整定计算123455.1 电力系统继电保护的概念与分类55.15.1.1 继电保护的原因及概念电力系统在正常运行中，可能会受到外界的影响，如雷击、鸟害、大风和其他自然因素，以及内部原因，如设备的绝缘损坏、老化和安装、设计、调试、误操作等因素引起各种故障和不正常工作状态。而最频繁而且最为危险的故障是种种类型的短路。电力系统如果发生短路故障则有可能引起以下严重的后果：1.故障点通过很大的短路电流，此电流引燃的电弧使电气设备损坏或烧毁。2.短路电流通过非故障元件时，产生的热和电动力效应可能会使电器元件损坏或减少其使用寿命。3.造成电力系统内部网络供电电压大大降低，破坏正常生产规律，影响用户用电。4.破坏电力系统的稳定运行，引起系统震荡甚至导致整个系统瓦解，造成大面积停电。在电力系统中，不仅要采取积极措施尽可能的消除系统发生故障的可能性外，还应该注意其他方面，如故障一旦发生，就应该尽快地将故障设备切除，从而保障无故障设备的正常运行。构成电力系统的各个设备之间都是相互联系的，如果有一个设备发生故障，其故障就会扩散影响到整个电力系统的其他非故障部分，造成大面积的损失。所以要求要在非常短的时间内来切除故障，这么短的时间通过人工来切除故障设备是几乎不可能的，这就需要一个装置来切除故障，保护整个电力系统，这个装置就是继电保护装置9。5.1.2 对继电保护装置的基本要求在工厂供电系统中，对继电保护装置有以下几个基本要求：1.选择性 当系统发生故障时，保护装置能做到只离故障位置最近的保护装置动作，切除故障部分而不影响供电系统的其他部分正常运行，这又称为“选择性动作”。2.速动性 为防止故障扩大影响到正常运行部分，减轻危害程度，提高电力系统运行稳定性，保护装置应做到尽快地切除故障。3.可靠性 保护装置应做到在该动作时就动作，不该动时不动作。保护装置的可靠程度主要与保护装置的元件质量、接线方法和安装、整定、运行等多因素相关。4.灵敏度 灵敏度或灵敏系数是表示保护装置对其保护对象出现的故障和不正常工作状态反应能力的参数。在GB 50062-1992电力装置的继电保护和自动装置设计规范中，对各种继电保护装置的灵敏度都有一个最小值规定。5.1.3 继电保护的分类继电保护的分类方法有很多，以下是几种常用的分类：1.按照保护对象不同来分类：有发电机保护、变压器保护、电动机保护、输电线路保护、母线保护等等。2.按照其功能的不同来分类：分为主保护、后备保护和辅助保护。3.按照保护基本工作原理的不同来分类：过电流保护、低电压保护、接地保护、速断保护、纵差保护、接地保护、瓦斯保护等等。5.2 高压进线柜继电保护的设计和整定计算5.25.2.1 高压进线柜继电保护的设计本设计中进线柜的保护配置如下。1.装设六个电流继电器、三个电流互感器以及一个时间继电器，组成速断保护和定时限过电流保护，如图5-1(a)所示。定时限过电流保护就是保护装置的动作时限和预先整定的动作时间固定不变，与短路电流大小无关。2.图5-1(a) 速断和过电流保护图5-2(b) 接地保护装设零序电流互感器及与其配合的继电器，组成单相接地保护，如图5-1(b)所示。单相接保护又称零序电流保护，是利用单相接地所产生的零序电流来使保护装置动作，发出信号；若单相接地危及人身或设备安全时，会动作于跳闸10。图5-2 继电保护动作回路进线柜继电保护的动作回路如图5-2所示。5.2.2 高压进线柜继电保护的整定计算1.电流速断保护的整定计算在做电流速断保护的整定计算式，通常按躲过最末端的短路电流Ik.max来计算，故电流速断保护的动作电流的整定公式为Iqb=KrelKwKiIk.max （5-1）式（5-1）中，Krel为可靠系数，一般取1.2-1.5，Kw为电流互感器的接线系数，Ki为电流互感器的电流比。2.过电流保护的整定计算设保护装置所连接的电流互感器的电流比为Ki，电流互感器的接线系数为Kw，电流互感器的返回系数为Kre，计入一个可靠系数Krel，得到过电流保护装置的动作电流整定计算公式为Iop=KrelKwKreKiIL. max （5-2）式（5-2）中Krel一般取1.15-1.3，Kw一般取1，Kre一般取0.85，IL. max可取为1.5-3倍的 I30。(1)对于段母线，没有电动机等冲击负荷，只有变压器，因此段母线保护装置的动作电流为Iop(1)=KrelKwKreKiIL. max=1.310.8560307.92=7.85A(2)对于段母线，主要是一些电机负荷，因此启动电流会比较大。按最坏情况拟定，即三台高压电机同时启动的情况进行考虑，启动电流按7倍计算，则尖峰电流IL.max=(270+250+250)/0.8367=648.32段母线护装置的动作电流为Iop(2)=KrelKwKreKiIL. max=1.310.8560648.32=16.53A3.单相接地保护的整定计算单相接地保护的动作电流Iop(E)应按照躲过在其他线路上发生单相接地时在本线路上引起的电容电流IC来整定，公式为Iop(E)=KrelKiIC （5-3）式（5-3）中IC为其他线路发生单项接地时，在被保护线路产生的电容电流，此时暂时按1A来计算；Ki为零序电流互感器的电流比，此处取1；Krel为可靠系数，一般取4-5。则单相接地保护装置的动作电流为Iop(E)=KrelKiIC=51A=5A5.3 母联柜继电保护的设计和整定计算5.35.3.1 母联柜继电保护的配置根据工业与民用配电设计手册中的要求，对于不并列运行的分段母线，首先，应装设过电流保护。对于电流速断保护，仅在分段断路器合闸瞬间投入，合闸后自动解除。本设计中母联柜的保护配置如下。图5-3 母联柜过电流保护采用三个过电流继电器、一个时间继电器，和三个电流互感器组成带时限的过电流保护，如图5-3所示。图5-4 母联柜继电保护动作回路图5-4为母联柜继电保护动作回路图。5.3.2 母联柜继电保护的整定计算设保护装置所连接的电流互感器的电流比为Ki，电流互感器的接线系数为Kw，电流互感器的返回系数为Kre，计入一个可靠系数Krel，得到过电流保护装置的动作电流整定计算公式为Iop=KrelKwKreKiIL. max （5-4）式中Krel一般取1.15-1.3，Kw一般取1，Kre一般取0.85，IL. max可取为1.5-3倍的 I30。1.对于段母线，没有电动机等冲击负荷，只有变压器，因此段母线保护装置的动作电流为Iop(1)=KrelKwKreKiIL. max=1.310.8560307.92=7.