某钢铁企业供配电系统设计-毕业论文

摘 要当今社会化石燃料已经成为主要能源， 而电能已经也已成为人们生活中不可或缺的二次能源，电能是清洁的，许多企业对电量的需求特别大，特别是钢铁、冶金、石化行业的工业企业，对供配电可靠性的要求尤为高， 所以对企业供配电系统的研究显得尤为必要。本文以某钢铁公司的供配电系统为研究对象，首先，论文全面阐述了课题的背景与意义，同时简要叙述了一下设计的主要内容。然后通过需要系数法分析负荷的情况，明确负荷等级，确定功率因素的大小，再通过功率因素进行无功补偿，从而选择主变压器的型号，进行系统主接线设计。确定好方案后再进行两台变压器并列运行时的短路计算，统计结果成表，再表格结果进行主要元件的选择与校验，我们通常是在正常运行条件下进行设备选型，在短路条件下开始对设备进行校验，包括母线、断路器、互感器、配电柜和避雷器的选择与校验，选择符合要求的设备。最后一个章节我是想对本企业设计一个保护，包括主变压器继电保护原理的设计和接地保护的设计，从而保证了钢铁企业供配电生产的安全可靠，提高了企业生产的效率。关键词 ：负荷计算；短路计算；继电保护IABSTRACTToday'ssocietyhasbecomeamajorfossilfuelenergy,andenergyhasalsobecomeanintegralpartoflifesecondaryenergy,cleanenergy,manycompaniesparticularlylargedemandforelectricity,especiallyinironandsteel,metallurgy,petrochemicalindustry,industrialbusiness,supplyanddistributionreliabilityrequirementsisparticularlyhigh,sotheenterpriseforresearchanddistributionsystemisparticularlynecessary.Inthispaper,asteelcompany'ssupplyanddistributionsystemforthestudy,firstofall,acomprehensivepaperdescribesthebackgroundandsignificanceofthesubject,alongwithabriefdescriptionofthemaincontentaboutdesign.Thenweneedtofactoranalysisload,cleartheloadlevelstodeterminethesizeofthepowerfactor,reactivepowercompensationandthenbythepowerfactorinordertoselectthemaintransformermodel,thesystemmainwiringdesign.Determineagoodplanandthenshort-circuitthetwotransformersinparallelcomputingruntimestatisticsintoatable,andthenselectthedeviceandchecktheresultsofthecalculationusingloadandshort-circuitcurrentcalculation,withnormaloperatingconditionsourchoices,withshort-circuitconditionsvalidation,includingbus,circuitbreakers,transformers,powerdistributioncabinetsandarresterselectionandvalidation,toelectqualifiedelectricalequipment,designedthesecondarycircuit.Finally,protectiondesign,includingdesignandgroundprotectiondesignprinciplesofthemaintransformerprotection,thusensuringtheproductionofironandsteelenterprisesupplyanddistributionofsafe,reliable,improveproductionefficiency.Keywords：loadcalculation;Shortcircuitcalculation;RelayprotectionII目 录1绪论.............................................................11.1课题的背景及意义...........................................11.2设计的主要内容.............................................12工厂供配电系统的设计.............................................22.1负荷计算...................................................22.1.1负荷计算的定义........................................22.1.2负荷计算的方法........................................22.1.3负荷统计计算..........................................32.1.4负荷等级的划分........................................32.2无功补偿...................................................42.3主变的选择.................................................52.4系统主接线设计.............................................63短路电流计算....................................................104设备的校验与选择................................................164.1一次设备选择与校验的条件..................................174.1.1按正常条件选择.......................................174.1.2按短路条件校验.......................................174.2高低压母线的选择..........................................184.3高压侧断路器的选择与校验..................................194.4互感器的选择..............................................204.5配电柜的选择..............................................224.6避雷器的选择..............................................235继电保护设计....................................................245.1主变继电保护设计..........................................245.2接地保护设计..............................................26结束语.............................................................28参考文献...........................................................29致谢.............................................错误！未定义书签。附录.............................................................30III附录A 机械负荷计算表.......................................... 30IV绪论1.1 论文研究的背景及意义电能是当代社会最重要的能源之一，人们的生产生活都离不开它。在生活中小到洗衣机、手机、电脑等，大到商场照明、火车运行等都需要电力才能维持。电能的获取方式多种多样，包括传统的水力发电、火力发电、核能发电，还有新兴的风能发电、利用太阳能等，随着电力社会的到来，人们的生活变得更便捷、更智能、更舒适，因此，人们也对电能质量提出了更高的要求，换一句话，也是对供配电系统的设计提出了更高的要求。在企业中，会有部分比较重要的设备要单独有供配电系统，在钢铁公司中，类似于高炉这种就会要求有。供配电系统可以直接为其供给电源，并且有效分配有关设备的用电负荷，减少偶然发生的紧急事件给生产带来的负面效应，是保证生产设备持续稳定运行的关键因素。供配电系统的稳定运行直接关系到电力系统的稳定和供电安全，从对企业的直接影响来看，则影响到企业的持续稳定生产，间接影响到企业的经济效益，因此对供配电系统进行合理的设计和保护显得尤为重要。因此工矿企业供电、配电系统的设计已成为一个典型的研究课题，受到国内外已广泛关注。1.2 设计的主要内容在本论文中，主要研究设计的是某钢铁企业供配电系统的设计。本文的主要工作是首先对负荷进行调查统计，然后根据公式进行负荷计算；主变的选型；主接线的选择；短路计算；对设备进行选择和校验；以及继电保护的设计，具体来说本文的内容如下:通过对工厂负荷的研究，分析出功率因素的大小，再根据要求求出无功补偿的容量，从而进行主变的选择和系统主接线的设计。根据负荷的大小，进行两台变压器并列运行时的短路电流计算并把计算得来的数据统计成表。对主要设备进行选择和校验，包括母线、断路器、互感器、配电柜和避雷器的选择与校验。进行继电保护的设计，包括主变压器继电保护的设计和接地保护的设计。1工厂供配电系统的设计2.1 负荷计算2.1.1 计算负荷的定义计算负荷是人们脑海中臆想出来的负荷，它的假设为人们选择电气设备又多提供了一些依据（通过其热效应）计算负荷包含有功、无功和视在负荷。通常，负荷计算是供配电设计的基石，包括功率因素的求解、无功补偿、变压器的容量选择以及主接线的选择等都离不开负荷的计算，因此，做好负荷计算非常重要。2.1.2 负荷计算的方法负荷计算的方法多种多样，但是本设计是钢铁企业，钢铁企业用电需求量大，所用设备也较多，综合考虑，选用的是需要系数法进行本文的负荷计算。这里就包括单组的设备运行和多组的设备运行时计算负荷。(1)单组运行①有功计算负荷(单位为kW)P30KdPe（1）式中：P30一用电设备计算负荷的有功功率(单位为kW)；Pe一用电设备组总的设备容量(不含备用设备容量，单位为kW)；Kd一用电设备组的需要系数。②无功计算负荷(单位为kvar)Q30P30tan（2）式中：Q30一设备计算负荷的无功功率(单位为kvar)；tan一用电设备组功率因数cos中的正切值。③视在计算负荷(单位为kVA)S30P30（3）cos式中：S30一计算负荷的视在功率(单位为kVA)；cos一用电设备的功率因数。④计算电流(单位为A)S30（4）I303UN2式中：I30一计算电流(单位为A)；S30一用电设备组的视在功率(单位为kVA)；UN一用电设备组的额定电压(单位为kV)。(2)多组设备运行①有功计算负荷(单位为kW)P3zKpP30i（5）式中：P3z一多组用电设备有功计算负荷(单位为kw)；P30i所有设备组计算负荷有功功率P30之和；KP一有功负荷同时系数，一般取0.7~0.95。②无功计算负荷(单位为kvar)Q3zKqQ30i（6）式中：Q3z一多组用电设备无功计算负荷(单位为kvar)；Q30i一所有设备组计算负荷无功功率Q30之和；Kq一无功负荷同时系数，一般取0.8~0.95。③视在计算负荷(单位为kVA)S3zP23ZQ23z（7）④计算电流(单位为A)I3zS3z（8）3UN⑤功率因数cosP3z（9）S3z2.1.3 计算负荷统计根据调查结果，做出的一张负荷表。表中包含有设备容量、需要系数、功率因素、有功计算负荷、无功计算负荷、视在计算负荷以及计算电流等，详细统计结果见附录A。2.1.4 负荷等级的划分一级负荷突然中断供电将给人们的生产生活造成巨大影响。 比如：①医院如果突然断电可能将造成病人病势加重甚至伤亡②金融中心如果突然断电可能造成经济上的重大财产损失③重要交通枢纽如果突然停电将影响交通的正常运行， 造成交通阻塞等。因此一级负荷是不能停电的。（2）二级负荷突然中断供电将给人们的生产生活造成较大影响。 比如：①突然停电将给社3会、政治、经济上造成较大损失②中断供电将影响重要用电单位的正常工作等。因此二级负荷是尽量不停电的。（3）三级负荷突然中断供电不会给人们的生产生活造成较大影响。 当事故发生时，出现供电不足的情况，应先切除第三级负荷，以保证第一、二级负荷的用电。2.2 无功补偿要不要进行无功补偿，一般取决于功率因素的大小。功率因素的大小是供配电系统中的重要指标，对于系统来说，它通常要有一定标准，不能过低，因为过低的话系统的功率损耗会增大，同时电压损耗也会增加，功率损耗增加的话会影响经济性，电压损耗增加会造成电压偏低，甚至导致“电压崩溃”。故供电部门一般要求用户的功率因素应该达到0.9以上，如果低于这个值就应该进行无功功率补偿。根据实际情况，在本论文中决定使用电力电容器来补偿。无功补偿方法如下所示：（1）高压集中补偿高压集中补偿是将并联电力电容器集中装设在高压配电所的高压母线上，高压集中补偿补偿范围比较小，因此这种方式只适用于大中型企业。（2）低压集中补偿低压集中补偿是要将并联电容器安装在低压配电所的380V母线上，通常用于小型企业。并联电力电容器量Qcc的补偿公式：Pmax 1(cos1 1) 1(cos2 1) Qcc Pmax 1(cos1 1) 1(cos3 1) （10）公式中：Pmax一总平均最大功率 kW；cos1一最大使用时平均功率因数；cos2，cos3一目标功率因数，一般取 0.97~0.98 。由调查的情况和计算结果分析，本设计无功补偿方式最终使用高压集中补偿，补偿器采用电力电容补偿器。无功补偿计算：（1）未进行补偿时的计算负荷和功率因素低压侧的计算负荷为：有功计算负荷：P30 1232kW无功计算负荷：Q30 1334.1kVar视在计算负荷：S30 1816kVA低压侧的功率因素为：4cosP301232S300.681816（2）确定补偿容量补偿应补偿在380V侧，因为供电部门规定用户380V侧补偿后的功率因素要达到0.9，故用0.9来算所需的补偿容量QC。QCP30(tan1tan2)1232[tan(acrcos0.68)tan(acrcos0.9)]731.81kVar根据补偿计算查相关手册选PGJ1型智能式电力电容器，需要容量为976KVA。（3）补偿后的计算负荷低压侧视在计算负荷为：S30'P302(Q30QC)212322(1334.1976)21283.0KVA补偿后功率因素为：cosP1232S0.9612832.3主变的选择（1）确定原则a.装有一台主变压器，主变压器容量SNT应不小于总的计算负荷S30,即SNTS30（11）b.装有两台主变压器，每台主变压器容量SNT应不小于总的计算负荷S30的60%~70%,即SNT(0.6~0.7)S30（12）而且每台主变容量SNT要大于所有一、二级负荷的计算负荷之和S30(ⅠⅡ),即SNTS30(ⅠⅡ)（13）（2）各变压器容量确定变配电一次系统在正常状态下，变压器应该是并列运行，而分列运行是属于非正常状态，是短时工作状态。因此确定变压器容量时，保证每台变压器能够供所承载的负荷独立、正常、按照变压器并列运行状态进行统计，安全地工作。经过无功补偿后，总的计算负荷为：S30' P302 (Q30 QC)2 12322 (1334.1 731.81)2 1368.28KVA变压器实际容量变压器的负荷率通常选 60%~70%（这里取70%）来进行计算，则实际容量为：SNT 0.7S30 0.7 1368.28 957.8KVA5根据计算结果决定选用额定容量为 1000kVA的变压器。变压器的具体型号为S11-1000/10/0.4。2.4 系统主接线设计（l）系统主接线的要求①可靠性（可不可靠在电力供应中很重要，突然断电会给经济、社会造成比较严重的损失和后果）。②经济性（在保证可靠性的同时也要保证经济性，投资要省，设备占地面积要尽量少，还要尽量降低电能损耗，使各种能源的使用和损耗达到最低）。（2）主接线的一般方案方案如下表1所示。表1两种主接线方案方案一台主变压器的变电所两台主变压器的变电所主接线方案主接线方案高压侧采用隔离开关一高压无母线、低压单母线熔断器或户外跌开式熔分段的主接线方案断器的主接线方案根据高压侧使用开关电高压侧采用负荷开关一高压选用单母线接线，而器的型号熔断器或负荷型跌开式低压采用单母线分段的熔断器的主接线方案主接线方案高压侧采用隔离开关一高低压侧均为单母线分断路器的主接线方案段的主接线方案（3）主接线的确定①高压侧的接线方案根据附录A可视，10kV侧进线部分有一根高压的公用电源母线，为满足企业对供电的要求，又选择与附近单位连接高压联络线的方式取得备用电源， 所以，10kV侧的两根电源进线互为备用，根据各方面条件的考虑，应采用高压侧用单母线或单母线分段的方案来确保供电的可靠性，以及对以后可能扩建的适应性。6图1 一台主变时的系统图②低压侧的接线方案由所查资料可知，该企业部门用电量较多，应选用单母线或单母线分段接线的方案来保证供电的可靠性与灵活性，这样方便每个部门都能快速获得电能。③最终方案当选用一台主变时，总进线有两条。为了使系统能安全稳定的运行， 10kV侧选用单母线分段的方式，低压侧选用单母线形式更为妥当，一台主变的系统图如图1所示。当选用两台主变时，总进线为两路，为了使系统能安全稳定的运行， 10kV侧选用单母线分段形式，两台变压器在正常情况下分列运行，当其中任意一台出现故障时另一台作为备用，当总进线中的一条线路发生故障时两台变压器并列运行。低压侧采用也单一母线分段形式，两台主变的系统图如图 2所示。7图2两台主变时的系统图表2是上诉采用一台还是两台主变时的比较，从表2可以看出，从对工厂的全面性方面考虑，装设两台变压器的作用明显好于装设一台。但从经济状况出发，一台主变压器的安装方案明显比两台主变压器的安装节约的多。由于集中负荷较大，已经大1250kVA，且有一些二级负荷，故还是考虑装设两台主变的方案。表2两种主接线方案的比较比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案供电安全性满足要求满足要求供电可靠性基本满足要求满足要求供电质量由于一台主变，电压损耗略由于两台主变，电压损耗略小大灵活方便性只有一台主变，灵活性不好由于两台主变，灵活性好扩建适应性差一些更好按单台22.598万元计算，综按单台15.217万元计算，综电力变压器的综合投资额合投资为合投资为222.59845.196万元415.21760.868万元8续表2比较项目装设一台主变的方案装设两台主变的方案高压开关柜（含计量柜）的按每台4.2万元计算，综合6台GG-1A(F)型柜综合投资投资约为51.54.231.5综合投资额约为64.21.537.8万元万元按单台22.598万元计算，综按单台15.217万元计算，综电力变压器的综合投资额合投资为合投资为222.59845.196万元415.21760.868万元高压开关柜（含计量柜）的按每台4.2万元计算，综合6台GG-1A(F)型柜综合投资投资约为51.54.231.5综合投资额约为64.21.537.8万元万元电力变压器和高压开关柜的主变和开关柜的折损和维修主变和开关柜的折损和维修年运行费管理费约为7万元管理费约为10万元交供电部门的一次性供电贴按800元/kVA计，贴费为贴费为费16000.08128万元100020.08160万元9短路电流计算分析系统短路情况时要对短路电流的进行计算。 计算短路电流一般用的方是有名单位制法和标么值法，本设计采用的方法是标么值法计算。 短路电流的计算的具体步骤如下：①绘短路时的系统图。应在系统图上标明元件的具体参数， 确定短路点的具体位置。②根据实际情况选出基准电压Ud和基准容量Sd，然后根据两者计算出基准电流Id。通常设Sd=100MVA,设UdUc(短路计算电压)。短路基准电流计算公式：IdSd（14）3Ud③计算短路回路中各主要元件的阻抗标么值，一般只计算电抗。XSd（15）Soc式中：SOC—电力系统断路器的开断容量(单位为MVA)。XWLX0lSd（16）2UC式中：Uc—电网短路计算的电压(单位为kV)。XTUk%Sd（17）100SN式中：Uk%一阻抗电压的百分值； SN—变压器的额定容量(单位为kVA)。④绘制短路等效电路图，用标么值法先计算出每一元件的阻抗标幺值，然后根据短路点的位置确定计算总阻抗的大小。在等效电路图上应标明每一个设备的阻抗标幺值，并表明短路点的具体位置。⑤计算短路电流。要计算的短路电流包括：三相短路电流周期分量 Ik(3)、短路次暂态短路电流I(3)，短路稳态电流I(3)、短路冲击电流ish(3)及短路后第一个周期的短路全电流有效值(又称短路冲击电流有效值)Ik(3)。Ik(3)Id（18）X在一个无限大容量系统中，有以下等式存在：I(3)I(3)Ik(3)（19）10高压侧的短路冲击电流及其有效值可以根据下列公式近似计算：(3)2.55IishIsh(3)1.51I

(3)(3)

（20）（21）低压侧的短路冲击电流及其有效值可以根据下列公式近似计算：(3)1.84IishIsh(3)1.09I

(3)(3)

（22）（23）⑥计算短路容量Sk(3)Sd（24）X（1）两台变压器并列运行计算a.当k1点发生短路时①绘两台变压器并列运行时的计算电路图，如图 3所示。图3 并列运行时短路计算电路②短路基准电流计算：Sd100MVA,Ud10.5kV,IdSd1005.50kA3Ud310.5③短路回路元件阻抗标幺值的计算Sd100MVA,Soc500MVA,故XSd1000.2Soc500X00.373,l8km,Uc10.5kV,故XWLX0lSd0.3731002.61UC8210.52Uk%4.5,SN1MVA,XTUk%Sd4.5100**4.5100SN10014.5,XT1XT2④绘短路回路等值电路11图4 并列运行时 K1短路等值电路由上图4可知，总阻抗为：X* XWL* X0* 2.61 0.2 2.81⑤计算短路电流(3)Id5.50(3)I(3)(3)IkX1.96,IIk1.96kA2.81ish(3)2.55IIsh(3)1.51I

(3)(3)

2.551.96 5.0kA1.511.96 2.96kA⑥计算短路容量Sk(3)Sd10035.6MVAX2.81b.当k2点发生短路时①绘两台变压器并列运行时的计算电路图，如图3所示。②短路基准电流计算：Sd100MVA,Ud0.4kV,IdSd100144.34kA3Ud30.4③短路回路元件阻抗标幺值的计算Sd100MVA,Soc500MVA,故XSd1000.2Soc500X00.373,l8km,Uc10.5kV,故XWLX0lSd0.37381002.61UC210.52Uk%4.5,SN1MVA,XTUk%Sd4.51004.5,XT1XT24.5100SN1001④绘短路回路等值电路图5 并列运行时 K2短路等值电路12由上图5可知，总阻抗为：X*XWL*X0*XT*1//XT*22.610.24.525.064.54.5⑤计算短路电流Ik(3)Id144.3428.5,I(3)I(3)Ik(3)28.5kAX5.06ish(3)1.84I(3)Ish(3)1.09I(3)⑥计算短路容量

1.84 28.5 52.5kA1.09 28.5 31.1kASk(3) Sd 100 19.8MVAX 5.06（2）两台变压器分列运行计算.当T1单独运行时a.当k1点发生短路时①绘两台变压器并列运行时的计算电路图，如图 6所示。图6T1 单独运行时短路计算电路②短路基准电流计算：Sd100MVA,UdSd1005.50kA10.5kV,Id310.53Ud③短路回路元件阻抗标幺值的计算Sd100MVA,SocSd100500MVA,故X0.2Soc500X00.373,l8km,Uc10.5kV,故XWLX0lSd0.37381002.61UC210.5213Uk%4.5,SN1MVA,XTUk%Sd4.51004.5,XT1*XT2*4.5100SN1001④绘短路回路等值电路图7 分列运行时 K1短路等值电路由上图7可知，总阻抗为：X* XWL* X0* 2.61 0.2 2.81⑤计算短路电流Ik(3)Id5.501.96,I(3)I(3)Ik(3)1.96kAX2.81ish(3)2.55I(3)Ish(3)1.51I(3)⑥计算短路容量

2.551.96 5.0kA1.511.96 2.96kASk(3)Sd10035.6MVAX2.81b.当k2点发生短路时①绘两台变压器并列运行时的计算电路图，如图6所示。②短路基准电流计算：Sd100MVA,Ud0.4kV,IdSd1003Ud144.34kA30.4③短路回路元件阻抗标幺值的计算Sd100Sd100MVA,Soc500MVA,故X0.2Soc500X00.373,l8km,Uc10.5kV,故XWLX0lSd20.37381002.61UC10.52Uk%Sd4.5100XT24.5Uk%4.5,SN1MVA,XT10014.5,XT1100SN④绘短路回路等值电路14图8 分列运行时 K2短路等值电路由上图8可知，总阻抗为：X* XWL* X* XT*1 2.61 0.2 4.5 7.31⑤计算短路电流(3)Id144.34(3)I(3)(3)Ik19.7,IIk19.7kAX7.31ish(3) 1.84IIsh(3)1.09I

(3)(3)

1.8419.7 36.25kA1.0919.7 21.47kA⑥计算短路容量Sk(3)Sd10013.7MVAX7.31.当T2单独运行时当k1点发生短路时，其情况与T1单独运行时相同。当k2点发生短路时①绘两台变压器并列运行时的计算电路图，如图 9所示。图9T2 单独运行时短路计算电路②③的数据与T1单独运行时相同。④绘短路回路等值电路图10 分列运行时 K3短路等值电路由上图10可知，总阻抗为：X* XWL* X0* XT*1 2.61 0.2 4.5 7.3115⑤⑥数据皆与T1单独运行时相同。根据以上所有数据，可以绘制表格，具体数据见表 3和表4。表3分列运行时短路电流计算结果短路计算三相短路三相短路电流/kA点容量/MVAIk(3)I"(3)I(3)ish(3)Ish(3)Sk(3)K11.961.961.965.02.9635.6K219.719.719.736.2521.4713.7K319.719.719.736.2521.4713.7表4并列运行时短路电流计算结果短路计算三相短路三相短路电流/kA点容量/MVAIk(3)I"(3)I(3)ish(3)Ish(3)Sk(3)K11.961.961.965.02.9635.6K228.528.528.552.531.119.8根据表3和表4的比对结果可以得出：如果低压侧短路在分列运行时短路电流显着下降，因为我们主要想使短路电流水平达到最低，故根据短路计算的结果应选用两台主变分列运行的方式。16设备的校验与选择4.1 一次设备选择与校验的条件系统要稳定运行才能保证供电的可靠性，为了保证系统稳定运行必须要进行一次设备的选择与校验，选择与校验的条件如下：（1）在正常工作条件下进行一次设备的选择，包含对电压、电流的选取应对应其额定电压、额定电流等。（2）设备还需要在短路电流的基础上进行动态稳定性和热稳定性校验，（3）设备想稳定运行必须考虑外在的一些因素，包含环境、温度以及空气质量，且无灰尘、腐蚀、火灾、爆炸等。4.1.1按正常条件选择（1）按工作电压选择设备额定电压UNe不低于其线路额定电压UN，即UNeUN（25）（2）按工作电流选择设备额定电流INe不低于电路的计算电流 I30，即INeI30（26）（3）按断流能力选择设备的额定开断电流 Ioc或断流容量Soc不应低于设备分断瞬间的短路电流有效值Ik或短路容量Sk，即IocIk（27）或SocSk（28）4.1.2按短路条件校验设备在选型后应进行动稳定和热稳定的校验，看其是否符合要求。（1）断路器的短路稳定度校验①动稳定校验条件imaxish(3)（29）或17ImaxIsh(3)（30）式中：imax、Imax—动稳定电流的峰值和有效值(单位为kA)；ish(3)、Ish(3)—开关位置的三相短路冲击电流瞬时值和有效值(单位为kA)。②热稳定校验条件It2tI(3)2tima（31）式中：It—开关的热稳定电流有效值(单位为kA)；t—开关的热稳定允许持续时间(单位为s)；I(3)—开关所在处的三相短路稳态电流(单位为kA)；tima—短路发热假想时间(单位为s)。（2）电流互感器的短路稳定度校验①动稳定校验条件imaxish(3)或2KesI1N103ish(3)式中：imax—电流互感器（TA）的动稳定电流(单位为kA)；Kes—电流互感器的动稳定倍数(对I1N)；I1N—电流互感器的额定一次电流 (单位为A)。②热稳定校验条件It I(3)timat或KtI1N I(3)timat式中：It—电流互感器的热稳定电流 (单位为kA)；t—电流互感器的热稳定试验时间，一般取1s；Kt—电流互感器的热稳定倍数(对I1N）。4.2 高低压母线的选择10kV母线的最大电流IHmax的计算公式：1.05STN1.052000IHmax3115.5A3UN10.5

（32）（33）（34）（35）18380V母线上的最大电流IDmax的计算公式：1.05STN1.052000IDmax3UN30.43031A根据计算出的高低压母线最大电流的结果，查找相关资料，最终决定高压母线选择TMY3(606)型母线，低压母线选择TMY3(8010)606型母线，其参数如表5和表6所示。表5高压母线参数相母线尺寸中性母线尺寸载流量母线型号mmmmATMY3(606)6066062240表6 低压母线参数相母线尺寸 中性母线尺寸 载流量母线型号mm mm ATMY 3 (80 10) 60 6 80 10 60 6 32324.3 高压侧断路器的选择与校验（1）型号选择本设计中变电室是设计在户内的，所以断路器也放在室内，故断路器的类型选择真空断路器。对于变压器STN2000Ijs3109.97A3U10.5b.对于整个企业STN1816Ijs399.85A3U10.5查相关资料，根据计算结果选择vs1-12/630-20真空断路器。（2）断路器的校验真空断路器vs1-12/630-20 的参数如下表7所示，表7是把选择的断路器参19数与装设地点的电气条件进行对比，明显断路器参数大于电气条件，因此选择的此类型断路器的校验是合格的。表710kV 高压断路器选择校验表VS1-12/630-20装设地点电气条件结论项目数据要求项目数据UN10kVUWN10kV合格IN630AIC109.97A合格IOC20kAI1.96合格imax63kAish(3)5合格It2t2021400I2tima1.9621.24.61合格4.4 互感器的选择互感器的实质是把一次侧的大电流、大电压转换为适用于二次侧设备用的小电流、小电压。互感器的类型有电流互感器与电压互感器，电流互感器是用来转换电流的，电压互感器是用来转换电压的，互感器在某种意义上相当于另类的变压器，它应安装在一次侧和二次侧之间。（1）电流互感器的选择电流互感器应实现在额定情况下持续运行，并获得准确等度级要求的电流传变值。同时，它应该能够承受一段时间的短路电流。满足工作电压要求，即：UrUN（36）UmUw（37）式中：Um为电流互感器最高工作电压；Uw为电流互感器最装设处的最高工作电压；Ur为电流互感器额定电压；Un为系统的标称电压。满足工作电流要求应对一，二次侧分别考虑。（1）一次侧额定电流Ir1：Ir1Ic（38）式中，Ic为线路计算短路电流。（2）二次额定电流Ir220Ir25A（39）（3）准确度等级已知电流互感器的准确度与一次侧电流大小和二次侧负荷大小有关。②电流互感器的校验电流互感器要进行的校验包括动稳定校验和热稳定校验，在 10kV侧的电流互感器进行。查出其动稳定倍数为 215，热稳定倍数为 120动稳定性校验由公式2KesI1N103ish（40）计算：2kesI1N 103 2 215100103 30.4kA ish 5.0kA满足动稳定要求。式中Kes为电流互感器的动稳定倍数 (对I1N)；热稳定性校验由公式：KtI1NI(3)tima（41）t计算：KtI1Nt12010010312kAIk(3)tima1.961.22.15kAt满足热稳定要求。式中：Kt为电流互感器的热稳定倍数 (对I1N)；t为电流互感器的热稳定试验时间，一般取 1s。tima为短度发热假想时间，高速断路器取 1.2s。可知，电流互感器的选择满足要求。其他电流互感器的选择类似。（2）电压互感器的选择①对一次侧电压要求:Ur1UN（42）Um1Uw（43）式中:Um1为电压互感器最高工作电压；21Uw为电压互感器装设处的最高工作电压；Ur1为电压互感器额定电压；UN为系统的标称电压。②二次侧电压Ur2：电压互感器二次侧额定电压应满足仪表额定电压为 100V的要求。本题采用完全星型接法。本题中用在高压侧的电压互感器，考虑以上条件，选择型号为JDZ-1010/0.1KV的电压互感器。4.5 配电柜的选择开关柜在设计中应达到以下要求：（1）配电柜它应该要方便运行、操作、保养、检修等，安装地点要足够安全。（2）高压配电柜要能满足正常运行状态、故障情况以及检修状况等情况下的要求。（3）高压配电柜要能满足继电器、仪表等二次设备的要求。（4）沿所有配电柜整个长度延伸方向应设有专用的接地导体。（5）二次回路导线须有一定的横截面，才能保证互感器准确度，要用铜导线，其截面电流回路采用大于2.5mm2、电压回路大于1.5mm2。根据高压侧短路计算可得，短路电流为：Ik(3)Id5.501.96,I(3)I(3)Ik(3)1.96kAX2.81经过10kV短路计算结果，在查找相关资料，最终选择型号为KYN-28-12，其参数如下表8所示。表8KYN-28-12的参数项目单位数据额定电压kV121min工频耐压kV42雷电冲击耐压kV75额定频率HZ50根据低压侧短路计算可得，短路电流为：Ik(3)Id144.3428.5,I(3)I(3)Ik(3)28.5kAX5.06根据上述结果，低压柜采用 GCS系列开关柜。224.6 避雷器的选择建筑建好后基本都要进行防雷的设计， 防雷设施多种多样，包括避雷针、避雷线、避雷器、防雷间隙等。本设计用的是ZnO避雷器，氧化锌避雷器具有以下明显优点：（1）ZnO避雷器有比较好非线性伏安特性。（2）ZnO避雷器残压较低，无续流。（3）体积小，比较方便，在工作电压下，可以看做是绝缘的。由于ZnO避雷器对比其他避雷设施有较多优点，且比较省钱，故它已在逐渐成为避雷器中的主流。在本文中我选择的是型号为HY5WS-17/50的避雷器，其参数如表9所示。表9避雷器参数直流参方波冲雷电波操作波避雷器方波通大电流系统额持续运考电压击电流冲击电冲击电额定电（U1mA下的残流容量冲击耐定电压行电压流下的流下的压（2ms）受避雷器）压残压残压型号kV(r.m.s)<kV>kVAkAHY5WS-10 17 13.6 25.0 57.5 50.0 38.5 100 6517/5023继电保护设计5.1 主变继电保护设计根据规程规定，容量不大于 6300KVA的变压器要设以下保护：1、瓦斯保护瓦斯保护是当变压器内部发生故障时起保护作用的，瓦斯保护它分为轻瓦斯和重瓦斯保护，它在以下情况下会起到作用：（1）变压器油遇热或其他情况分解产生气体；（2）变压器油面有所下降。图11 瓦斯保护原理接线图、电流速断保护（1）动作电流的整定按躲过变压器外部故障（图12中的K1点）时的最大短路电流来整定，即IKact KrelIK(3)max （44）式中：Krel—可靠系数，取 1.2~1.3；IK(3)max—降压变压器低压侧母线 K1点发生三相短路时，流过保护的最大电流。根据式44来计算：IKact KrelIK(3)max 1.2 28.5 34.2kA如按式44整定的数值大于额定电流的 3~5倍，则不需要考虑变压器励磁涌流的影响。（2）灵敏度校验24电流速断保护的灵敏度按下式计算KsenIK(2)min（45）IKact式中：IK(2)min—系统最小运行方式下，变压器电源侧引出端（图12中的K2点）发生两相金属性短路时，流过保护的最小短路电流。根据式45来计算：Ik(2)Ud0.471.2A，KsenIK(2)min71.22.12X22.81IKact34.2根据要求，灵敏系数应大于 2，故符合要求。电流速断保护应装在电源侧，其原理接线图如图 12所示。图12 电流速断保护原理接线图、过电流保护变压器的过电流保护，既可以用作变压器外部短路时的主保护， 又可以做内部短路时的后备保护。变压器过电流保护整定原则：取Krel1.3，而Kw1，Kre0.8，Ki100/520，IL.max2IN.T21000kVA/(310kV)115.5A，故IopKrelKwIL.max1.31115.59.4A，动作电流整定为9.4A。KreKi0.82025电流速断保护的动作电流进行整定：取Krel1.5，而Ik.max28.5kA0.4kV/10kV1140A，故IqbKrelKwIk.max1.511140A85.5AKi20因此速断电流倍数整定为：nqb、过负荷保护

II

qb85.5/9A9.5op变压器的过负荷电流，在一般情况下都是三相对称的， 所以只需在其中一相上的二次侧装一个电流继电器就可以了。 过负荷保护有一定时间的延时， 并且它动作于信号。过负荷保护的动作电流，按躲过额定电流来整定，即IactKrelIN（46）Kre根据式46可知：IactKrelIN1.0557.771.3AKre0.85式中：Krel—可靠系数，这里取 1.05；Kre—返回系数，这里取 0.85；IN—保护安装侧的额定电流。5.2 接地保护设计接地方式包括大电流接地系统和小电流接地系统， 大电流接地包括中性点直接接地和经小阻抗接地，小电流接地包括中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地。①接地电阻的大小接地电阻的大小要符合两个条件：RE250V/IE（47）RE10（48）式中IE的计算为IEIC60(60354)/35034.3A故RE350V/34.3A10.226综上所述，总的接地电阻是 RE 10 。②接地装置的设计构想现初步规划围绕变电所附近建设，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单根钢管接地电阻经调查可知土质的 100 m根据公式计算可得接地电阻为：RE(1) 100 m/2.5m 40④最终方案的确定根据RE(1)/RE=40/4=10。然而根据管间的屏蔽效应，还是初步选择用15根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体。以n=15和a/1=2再查有关资料可得0.66。因此可得n RE(1)(ERE) 40 /(0.66 4) 15根据以上结果，再考虑到接地体的要平均对称安放，故选16根直径为50mm、长为2.5m的钢管作地体，用404mm2的扁钢连接，环形布置。27结束语本文设计的是某钢铁企业的供配电系统，详细描述了某钢铁厂负荷、设备的型号以及对其的继电保护。整个供配电系统设计的环节包括：工厂供配电系统的设计、短路计算、设备的选择与校验还有继电保护设计。其中工