10kv变电所及低压配电系统的设计

目录1引言 11.1.用户供电系统 12变电所负荷计算和无功补偿的计算 22.1负荷情况 22.1.1负荷记录全厂的用电设备记录如下表 22.2变电站的负荷计算 22.1.2负荷计算 22.3无功补偿的目的和方案 32.4无功补偿的计算及设备选择 33变电所变压器台数和容量的选择 53.1变压器的选择原则 53.2变压器类型的选择 53.3变压器台数的选择 53.4变压器容量的选择 64主接线方案的拟定 74.1主接线的基本规定 74.1.1安全性 74.1.2可靠性 74.1.3灵活性 74.1.4经济性 74.2主接线的方案与分析 74.3电气主接线的拟定与绘图 85短路电流的计算 115.1短路电流及其计算 115.2三相短路电流的计算 106变电所高压进线、一次设备和低压出线的选择 146.1用电单位总计算负荷 146.2高压进线的选择与校验 146.2.1架空线的选择 146.2.2电缆进线的选择 146.3变电所一次设备的选择 146.3.1高压断路器的选择 146.3.2高压隔离开关的选择 156.3.3高压熔断器的选择 156.3.4电流互感器的选择 156.3.5电压互感器的选择 166.3.6高压开关柜的选择 166.4低压出线的选择 176.4.1低压母线桥的选择 176.4.2低压母线的选择 177防雷保护与接地装置的设计 187.1架空线路的防雷措施 187.2变配电所的防雷措施 187.3变电所公共接地装置的设计 197.3.1接地电阻的规定 197.3.2接地装置 197.4变配电所配电装置的保护 208变电所二次回路方案 218.1继电保护的选择与整定 218.1.1继电保护的选择规定 218.1.2继电保护的装置选择与整定 21结论 26谢辞 27参考文献 281引言1.1用户供电系统电力用户供电系统由外部电源进线、用户变配电所、高低压配电线路和用电设备组成。按供电容量的不同，电力用户可分为大型（10000kV·A以上）、中型（1000-10000kV·A）、小型（1000kV·A及以下）1.大型电力用户供电系统大型电力用户的用户供电系统，采用的外部电源进线供电电压等级为35kV及以上，一般需要经用户总降压变电所和车间变电所两级变压。总降压变电所将进线电压降为6-10kV的内部高压配电电压，然后经高压配电线路引至各个车间变电所，车间变电所再将电压变为220/380V的低电压供用电设备使用。某些厂区环境和设备条件许可的大型电力用户也有采用所谓“高压进一步负荷中心”的供电方式，即35kV的进线电压直接一次降为220/380V的低压配电电压。中型电力用户供电系统一般采用10kV的外部电源进线供电电压，经高压配电所和10kV用户内部高压配电线路馈电给各车间变电所，车间变电所再将电压变换成220/380V的低电压供用电设备使用。高压配电所通常与某个车间变电所合建。3.小型电力用户供电系统一般小型电力用户也用10kV外部电源进线电压，通常只设有一个相称于车间变电所的降压变电所，容量特别小的小型电力用户可不设变电所，采用低压220/380V直接进线。2.变电所负荷计算和无功补偿的计算2.1负荷情况本厂多数车间为三班制，最大负荷运用小时，除1#、2#、3#车间部分设备属二级负荷外，其它均属三级负荷。低压动力设备均为三相，额定电压为380V。电气照明设备为单相，额定电压为220V。本厂的负荷记录参见下表1-1。供电部门对功率因数的规定值：10kV供电时，。变电所位置已选定，每个车间距离变电所的距离为：1#车间：110m；2#车间：80m；3#车间：100m；4#车间：90m。表1-1车间负荷情况车间设备类别各机械组代号设备容量Pe/kVA需要系数1#动力No.11800.70.95No.2750.650.94No.3154.70.430.92No.435.20.20.5No.548.60.20.52#动力No.61820.40.9No.71560.680.88照明No.81870.490.78No.9120.360.883#动力No.101590.30.45No.111350.30.45照明No.1280.360.884#动力No.131800.30.5No.141470.30.56No.15100.360.882.2变电站的负荷计算2.2.1负荷计算按需要系数法计算各组负荷：有功功率P=KdΣpei（2.1）无功功率Q=P（2.2）视在功率S=（2.3）上述三个公式中：ΣPei：每组设备容量之和，单位为kW；Kd：需要用系数；:功率因数。总负荷的计算：1.有功功率Pc=K∑pΣPc.i（2.4）2.无功功率Qc=K∑qΣQc.i（2.5）3.视在功率Sc=（2.6）式中：对于干线，可取K∑p=0.85-0.95，K∑q=0.90-0.97。对于低压母线，由用电设备计算负荷直接相加来计算时，可取K∑p=0.8-0.9，K∑q=0.85-0.95。由干线负荷直接相加来计算时，可取K∑p=0.9-0.95，K∑=0.93-0.97。2.3无功补偿的目的和方案由于用户的大量负荷如感应电动机、电焊机、气体放电灯等，都是感性负荷，使得功率因数偏低，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。电力系统规定用户的功率因数不低于0.9，按照实际情况本次设计规定功率因数为0.92以上，因此，必须采用措施提高系统功率因数。目前提高功率因数的常用的办法是装设无功自动补偿并联电容器装置。根据现场的实际情况，拟定采用低压集中补偿方式进行无功补偿。2.4无功补偿的计算及设备选择我国《供电营业规则》规定：容量在100kV·A及以上高压供电用户，最大负荷时的功率因数不得低于0.9，如达不到上述规定，则必须进行无功功率补偿。一般情况下，由于用户的大量如：感应电动机、电焊机、电弧炉及气体放电灯等都是感性负荷，使得功率因数偏低，达不到上述规定，因此需要采用无功补偿措施来提高功率因数。当功率因数提高时，在有功功率不变的情况下，无功功率和视在功率分别减小，从而使负荷电流相应减小。这就可使供电系统的电能损耗和电压损失减少，并可选用较小容量的电力变压器、开关设备和较小截面的电线电缆，减少投资和节约有色金属。因此，提高功率因数对整个供电系统大有好处。要使功率因数提高，通常需装设人工补偿装置。最大负荷时的无功补偿容量QN·C应为：QN·C==PC（-）(2.7)按此公式计算出的无功补偿容量为最大负荷时所需的容量，当负荷减小时，补偿容量也应相应减小，以免导致过补偿。因此，无功补偿装置通常装设无功功率自动补偿控制器，针对预先设定的功率因数目的值，根据负荷的变化相应投切电容器组数，使瞬时功率因数满足规定。提高功率因数的补偿装置有稳态无功功率补偿设备和动态无功功率补偿设备。前者重要有同步补偿机和并联电容器。动态无功功率补偿设备用于急剧变动的冲击负荷。低压无功自动补偿装置通常与低压配电屏配套制造安装，根据负荷变化相应循环投切的电容器组数一般有4、6、8、10、12组等。用上式拟定了总的补偿容量后，就可根据选定的单相并联电容器容量qN·C来拟定电容器组数：(2.8) 在用户供电系统中，无功补偿装置位置一般有三种安装方式：(1)高压集中补偿补偿效果不如后两种补偿方式，但初投资较少，便于集中运营维护，并且能对公司高压侧的无功功率进行有效补偿，以满足公司总功率因数的规定，所以在一些大中型公司中应用。(2)低压集中补偿补偿效果较高压集中补偿方式好，特别是它能减少变压器的视在功率，从而可使主变压器的容量选的较小，因而在实际工程中应用相称普遍。(3)低压分散补偿补偿效果最佳，应优先采用。但这种补偿方式总的投资较大，且电容器组在被补偿的设备停止运用时，它也将一并被切除，因此其运用率较低。本次设计采用低压集中补偿方式。PCQCSC取自低压母线侧的计算负荷，提高至0.92===0.85QN·C=PC（-）=619.506*[tan(arccos0.85)-tan(arccos0.92)]=120kvar选择BSMJ0.4-20-3型自愈式并联电容器，qN·C=20kvar（2.9）=120kvar/20kvar=6取n=6补偿后的视在计算负荷SC==674.19kV·A==0.923.变电所变压器台数和容量的选择3.1变压器的选择原则电力变压器是供电系统中的关键设备，其重要功能是升压或降压以利于电能的合理输送、分派和使用，对变电所主接线的形式及其可靠性与经济性有着重要影响。所以，对的合理地选择变压器的类型、台数和容量，是对接下来主接线设计的一个重要前题。选择时必须遵照有关国家规范标准，因地制宜，结合实际情况，合理选择，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护的新产品，并优先选用技术先进的产品。3.2变压器类型的选择电力变压器类型的选择是指拟定变压器的相数、调压方式、绕组形式、绝缘及冷却方式、联结组别等。，变压器按相数分，有单相和三相两种。用户变电所一般采用三相变压器。变压器按调压方式分，有无载调压和有载调压两种。10kV配电变压器一般采用无载调压方式。变压器按绕组形式分，有双绕组变压器、三绕组变压器和自耦变压器等。用户供电系统大多采用双绕组变压器。变压器按绝缘及冷却方式分，有油浸式、干式和充气式（SF6）等。10kV配电变压器有Yyn0和Dyn11两种常见联结组。由于Dyn11联结组变压器具有低压侧单相接地短路电流大，具有助于故障切除、承受单相不平衡负荷的负载能力强和高压侧三角形接线有助于克制零序谐波电流注入电网等优点，从而在TN及TT系统接地形式的低压电网中得到越来越广泛的应用。3.3变压器台数的选择变压器的台数一般根据负荷等级、用电容量和经济运营等条件综合考虑拟定。《10kV及以下变电所设计规范GB50053－94》中规定，当符合以下条件之一时，宜装设两台及两台以上的变压器：⑴有大量一级或二级负荷；⑵季节性负荷变化较大；⑶集中负荷容量较大。变电所中单台变压器（低压为0.4kV）的容量不宜大于1250kV·A。当用电设备容量较大、负荷集中且运营合理时，可选用较大容量的变压器。在一般情况下，动力和照明宜共用变压器。当属下列情况之一时，可设专用变压器：一、当照明负荷较大或动力和照明采用共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，可设照明专用变压器；二、单台单相负荷较大时，宜设单相变压器；三、冲击性负荷较大，严重影响电能质量时，可设冲击负荷专用变压器。四、在电源系统不接地或经阻抗接地，电气装置外露导电体就地接地系统（IT系统）的低压电网中，照明负荷应设专用变压器。由于本单位的用电设备负荷有二级负荷和三级负荷。根据设计规范GB50053－94的规定，宜装设两台变压器，选择台数为两台。3.4变压器容量的选择变压器的容量SN·T一方面应保证在计算负荷SC下变压器能长期可靠运营。对有两台变压器的变电所，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：满足总计算负荷70%的需要，即SN·T≈0.7SC；（3.1）（3.2）条件①是考虑到两台变压器运营时，每台变压器各承受总计算负荷的50%，负载率约为0.7，此时变压器效率较高。而在事故情况下，一台变压器承受总计算负荷时，只过载40%，可继续运营一段时间。在此时间内，完全有也许调整生产，可切除三级负荷。条件②是考虑在事故情况下，一台变压器仍能保证一、二级负荷的供电。根据无功补偿后的计算负荷，SC=674.19kV·A即SN·T≥0.7*674.19=471.933kV·A取变压器容量为500kV·A因此，选择S9-500/10Dyn11型电力变压器。为油浸式、无载调压、双绕组变压器。表3.1主变压器的选择额定容量SN/kV·A联结组别空载损耗△PO/kW短路损耗△PK/kW空载电流IO%阻抗电压UK%500Dyn111.034.95344.主接线方案的拟定4.1主接线的基本规定主接线是指由各种开关电器、电力变压器、互感器、母线、电力电缆、并联电容器等电气设备按一定顺序连接的接受和分派电能的电路。它是电气设备选择及拟定配电装置安装方式的依据，也是运营人员进行各种倒闸操作和事故解决的重要依据。概括地说，对一次接线的基本规定涉及安全、可靠、灵活和经济四个方面。4.1.1安全性安全涉及设备安全及人身安全。一次接线应符合国家标准有关技术规范的规定，对的选择电气设备及其监视、保护系统，考虑各种安全技术措施。4.1.2可靠性不仅和一次接线的形式有关，还和电气设备的技术性能、运营管理的自动化限度因素有关。4.1.3灵活性用最少的切换来适应各种不同的运营方式，适应负荷发展。4.1.4经济性在满足上述技术规定的前提下，主接线方案应力求接线简化、投资省、占地少、运营费用低。采用的设备少，且应选用技术先进、经济合用的节能产品。总之，变电所通过合理的接线、紧凑的布置、简化所内附属设备，从而达成减少变电所占地面积，优化变电所设计，节约材料，减少人力物力的投入，并能可靠安全的运营，避免不必要的定期检修，达成减少投资的目的。4.2主接线的方案与分析主接线的基本形式有单母线接线、双母线接线、桥式接线等多种。1．单母线接线这种接线的优点是接线简朴清楚、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置；缺陷：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障检修，均需要使整个配电装置停电，单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，所有回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才干恢复非故障段的供电。合用范围：适应于容量较小、对供电可靠性规定不高的场合，出线回路少的小型变配电所，一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。图4.1单母线不分段主接线2．单母线分段主接线当出线回路数增多且有两路电源进线时，可用断路器将母线分段，成为单母线分段接线。母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。在正常工作时，分段断路器可接通也可断开运营。两路电源进线一用一备时，分段断路器接同运营，此时，任一段母线出现故障，分段断路器与故障段进线断路器都会在继电保护装置作用下自动断开，将故障段母线切除后，非故障段母线便可继续工作，而当两路电源同时工作互为备用时，分段断路器则断开运营，此时若任一电源出现故障，电源进线断路器自动断开，分段断路器可自动投入，保证给所有出线或重要负荷继续供电。图4.2单母线分段主接线单母线分段接线保存了单母线接线的优点，又在一定限度上克服了它的缺陷，如缩小了母线故障的影响范围、分别从两段母线上引出两路出线可保证对一级负荷的供电等。4.3电气主接线的拟定与绘图电源进线为两路，变压器台数为两台。二次侧采用单母线分段接线。两路外供电源容量相同且可供所有负荷，采用一用一备运营方式，故变压器一次侧采用单母线接线，而二次侧采用单母线分段接线。该方案中，两路电源均设立电能计量柜，且设立在电源进线主开关之后。变电所采用直流操作电源，为监视工作电源和备用电源的电压，在母线上和备用进线断路器之前均安装有电压互感器。当工作电源停电且备用电源电压正常时，先断开工作电源进线断路器，然后接通备用电源进线断路器，由备用电源供所有负荷。备用电源的投入方式采用备用电源自动投入装置APD。下表为该变电所的各用电车间负荷计算结果，如表4-3所示表4-3车间负荷计算表编号名称类别各机械组代号设备容量Pe/kW需要系数KdcosTan计算负荷P30/kWQ30/kvarS30/kVAI30/A1机加工动力No.11800.70.950.3312641.6132.6201.5No.2750.650.940.3648.817.651.978.8No.3154.70.430.920.4366.528.672.3109.9No.435.20.20.51.737.012.214.021.31车间No.548.60.20.51.739.716.819.429.5小计-493.5258116.6290.3441.12铸造车间动力No.61820.40.90.4872.834.980.9122.9No.71560.680.880.5410657.3120.5183.0No.81870.490.780.8091.673.3117.5178.5照明No.9120.360.880.544.32.34.97.5小计-537274.7167.8321.9489.13铆焊车间动力No.101590.30.452.047.795.4106161.1No.111350.30.452.040.58190136.7照明No.1280.360.880.542.91.63.35.0小计-30291.1178199.3302.84电修车间动力No.131800.30.51.735493.4108164.1No.141470.30.561.4844.165.278.8119.7照明No.15100.360.880.543.61.94.16.2小计-337101.7160.5190.9290总计(380V侧)所有线路1669.5725.5622.91004.31525.8取，653591.8881.31339因此最终方案是高压侧采用单母线，低压侧单母线分段，同时旁路加上与其他的变电所相连的联络线。根据各个车间的负荷情况用电气CAD对其绘制主接线电路图，如图4-4所示。图4-4某车间变电所主接线电路图5.短路电流的计算5.1短路电流及其计算供电系统应当正常的不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行。但是供电系统的正常运营经常由于发生短路故障而遭到破坏。所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或互相接触并产生超过规定值的大电流。导致短路的重要因素是电气设备载流部分的绝缘损坏、误动作、雷击或过电压击穿等。短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它通过电气设备时，设备的载流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定。短路电流在线路上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而影响与母线连接的电动机或其它设备的正常运营。计算方法采用标幺值法计算。进行计算的物理量，不是用品体单位的值，而是用其相对值表达，这种计算方法叫做标幺值法。标幺值的概念是：某量的标幺值=（5.1）所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度，用标幺值表达的物理量是没有单位的。供电系统中的元件涉及电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电力线路，为了求出电源至短路点电抗标幺值，需要逐个地求出这些元件的电抗标幺值。5.2三相短流计算电源取自距本变电所3km外的35kV变电站，用10kV双回架空线路向本变电所供电，出口处的短路容量为250MV·A。图5.1短路电流计算图求10kV母线上K-1点短路和380V低压母线上K-2点短路电流和短路容量。电源侧短路容量定为Sk=250MV·A⑴．拟定基准值：取Sd=100MV·AUc1=10.5kVId1==100MV·A/（*10.5kV）=5.50kAZd==(10.5kV)2/100MV·A=1.10Ω⑵．计算：电力系统X1*=Sd/Sk=100MV·A/250MV·A=0.4架空线路X2*=X0LSd/Uc2=0.35Ω/km*3km*=0.95电力变压器X3*=Uk%Sd/100SNT==8⑶．求K-1点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量：总电抗标幺值X*∑(k-1)=X1*+X2*=0.4+0.95=1.35三相短路电流周期分量有效值Ik-1(3)=Id1/X*∑(k-1)=5.50kA/1.35=4.07kA其他三相短路电流Ik-1”(3)=I∞k-1(3)=Ik-1(3)=4.07kAish(3)=2.55*4.07kA=10.38kAIsh(3)=1.51*4.07kA=6.15kA三相短路容量Sk-1(3)=Sd/X*∑(k-1)=100MV·A/1.35=74.1MV·A·⑷．求K-2点的短路电路总阻抗标幺值及三相短路电流和短路容量：两台变压器并列运营：总电抗标幺值X*∑(k-2)=X1*+X2*+X3*//X4*=0.4+0.95+=5.35三相短路电流周期分量有效值Ik-2(3)=Id2/X*∑(k-2)=144.34kA/5.35=26.98kA其他三相短路电流在10/0.4KV变压器二次侧低压母线发生三相短路时，R∑<<X∑，可取ksh=1.6，因此：Ik-2”(3)=I∞k-2(3)=Ik-2(3)=26.98kAish(3)=2.26*26.98kA=60.97kAIsh(3)=1.31*26.98kA=35.34kA三相短路容量Sk-2(3)=Sd/X*∑(k-2)=100MV·A/5.35=18.69MV·A两台变压器分列运营：①总电抗标幺值X*∑(k-2)=X1*+X2*+X3*=0.4+0.95+8=9.35②三相短路电流周期分量有效值Ik-2(3)=Id2/X*∑(k-2)=144.34kA/9.35=15.44kA③其他三相短路电流Ik-2”(3)=I∞k-2(3)=Ik-2(3)=15.44kAish(3)=2.26*15.44kA=34.89kAIsh(3)=1.31*15.44kA=20.23kA④三相短路容量Sk-2(3)=Sd/X*∑(k-2)=100MV·A/9.35=10.7MV·A表5.1三相短路电流计算结果短路计算点总电抗标幺值三相短路电流/kA三相短路容量/MV·AX*∑Ik(3)I”(3)I∞(3)ish(3)Ish(3)Sk(3)k-11.354.074.074.0710.386.1574.1k-2变压器并列运营5.3526.9826.9826.9860.9735.3418.69变压器分列运营9.3515.4415.4415.4434.8920.2310.76.变电所高压进线、一次设备和低压出线的选择6.1用电单位总计算负荷对于本单位而言，变电所变压器高压侧的计算负荷即是全厂及家属住宅区的总计算负荷，因此，不需要采用需要系数逐级计算法和全厂需要系数法进行计算。P=Pc+△PT=619.506+10.03=629.91kWQ=Qc+△QT=285.966+51.36=317.33kvarS=705.33kV·AI=40.72A6.2高压进线的选择与校验高低压配电电路最普遍的两种户外结构是架空线和电缆。架空线的重要优点是：设备简朴，造价低；有故障易于检修和维护；运用空气绝缘，建造比较容易。电力电缆的建设费用高于架空线路，具有美观、占地少，传输性能稳定、可靠性高等特点。对于高压开关柜，从柜下进线时一般需通过电缆引入，因此，采用架空线长距离传输，再由电缆线引入的接线方式。对给变压器供电的高压进线以及变电所用电电源线路，因短路容量较大而负荷电流较小，一般先按短路热稳定条件选择导体截面，然后再校验发热条件。6.3变电所一次设备的选择表6.1重要电气设备表序号设备名称型号和规格110kV真空断路器VS1—12/630—16型断路器2隔离开关GN19—10C/400型隔离开关3电流互感器LZZJ—10Q200/50.5/10P20LZZJ—10Q200/50.2/0.2LZZJ—10Q100/50.5/10P204电压互感器JDZ10—10B10/0.10.2/0.2JDZ10—10B10/0.11.0/90V·A5熔断器XRNP3—10型熔断器6避雷器HY5WZ-12.7/45710kV开关柜KYN28A—12型高压固定式开关柜6.3.1高压断路器的选择高压断路器除在正常情况下通断电路外，重要是在发生故障时，自动而快速的将故障切除，以保证设备的安全运营。常用的高压断路器有油断路器、六氟化硫断路器和真空断路器。6.3.2高压隔离开关的选择（1）高压隔离开关的作用：高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的输电设备，以及对被检修的高压母线、断路器等电器设备与带电的高压线路进行电气隔离的设备。（2）形式结构：高压隔离开关一般有底座、支柱绝缘子、导电刀闸、动触头、静触头、传动机构等组成。一般配有独立的电动或手动操动机构，单相或三相操动。高压隔离开关主刀闸与接地刀闸间一般都设有机械连锁装置，保证两者之间操作顺序对的。各类高压隔离开关、接地开关根据不同的安装场合有各种不同的安装方式（3）选择条件：海拔高度不大于1000米为普通型，海拔高度大于1000米为高原型；地震烈度不超过8度；环境温度不高于+400C，户内产品环境温度不低于-100C，户外产品环境温度不低于-300C；户内产品空气相对湿度在+250C时其日平均值不大于95%，月平均值不大于90%（有些产品规定空气相对湿度不大于85%）；户外产品的覆冰厚度分为5毫米和10毫米；户内产品周边空气不受腐蚀性或可燃气体、水蒸气的显著污秽的污染，无经常性的剧烈震动。户外产品的使用环境为普通型，用于Ⅰ级污秽区，防污型用于Ⅱ级（中污型）、Ⅲ级（重污型）污秽区。6.3.3高压熔断器的选择高压熔断器是一种过流保护元件,由熔件与熔管组成。当过载或短路时，熔件熔断，达成切断故障保护设备的目的。电流越大，熔断时间越短。在选择熔件时，除保证在正常工作条件下（涉及设备的起动）熔件不熔断外，还应当符合保护选择性的规定。6.3.4电流互感器的选择电流互感器是一次电路与二次电路间的连接元件，用以分别向测量仪表和继电器的电压线圈与电流线圈供电。电流互感器的结构特点是：一次绕组匝数少（有的只有一匝，运用一次导体穿过其铁心），导体相称粗；而二次绕组匝数很多，导体较细。它接入电路的方式是：将一次绕组串联接入一次电路；而将二次绕组与仪表、继电器等的电流线圈串联，形成一个闭合回路，由于二次仪表、继电器等的电流线圈阻抗很小，所以电流互感器工作时二次回路接近短路状态。二次绕组的额定电流一般为5A。电流互感器在使用中要注意以下几点：①电流互感器在工作时其二次侧不得开路，二次侧不允许串接熔断器和开关；②电流互感器二次侧有一端必须接地，防止一次、二次绕组绝缘击穿时，一次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全。电流互感器的选择条件：（1）额定电压大于或等于电网电压：（2）原边额定电压大于或等于长时最大工作电流:（3）二次侧总容量应不小于该精度等级所规定的额定容量:（4）校验：内部动稳定按：:电流互感器额定一次电流；：动稳定倍数外部动稳定按:6.3.5电压互感器的选择电压互感器一次侧是并接在主接线高压侧，二次线圈与仪表和继电器电压线圈串联，一次侧匝数很多，阻抗很大，因而，它的接入对被测电路没有影响，二次线圈匝数少，阻抗小，而并接的仪表和继电器的线圈阻抗大，在正常运营时，电压互感器接近于空载运营。二次绕组的额定电压一般为100V。电压互感器的类型及接线按相数分单相、三相三芯和三相五芯柱式；按线圈数来分有双线圈和三线圈；实际中广泛应用三相三线五柱式（Y－Y）.电压互感器在使用中要注意以下几点：①一次、二次侧必须加熔断器保护，二次侧不能短路，防止发生短路烧毁互感器或影响一次电路正常运营；②电压互感器二次侧有一端必须接地，防止一次、二次绕组绝缘击穿时，一次侧的高电压窜入二次侧，危及人身和设备的安全；③二次侧并接的电压线圈不能太多，避免超过电压互感器的额定容量，引起互感器绕组发热，并减少互感器的准确度。6.3.6高压开关柜的选择开关柜是金属封闭开关设备的俗称，是按一定的电路方案将有关电气设备组装在一个封闭的金属外壳内的成套配电设备。金属封闭开掼设备分为三种类型：铠装式，即各室间用金属板隔离且接地，如KYN型和KGN型；间隔式，即各室间是用一个或多个非金属板隔离，如JYN型；箱式，即具有金属外壳，但间隔数目少于铠装式或间隔式，如XGN型。从中压断路器的置放方式来看，分为：落地式，即断路器手车自身落地推入柜内；中置式，即手车装于开关柜中部。根据一次主接线形式和所选设备来看，10kV高压开关柜选用KYN28A—12型高压中置式开关柜。进线柜中配真空断路器额定电流为630A、额定开断电流为40kA。计量柜中配隔离开关，并与进线柜中的真空断路器连锁，计量用电流、电压互感器，电压互感器用熔断器保护。压变、避雷器柜中配电压互感器测量过电压，并用熔断器保护，尚有避雷器。出线柜配真空断路器和保护用电流互感器，配接地开关。各柜均以带电显示器显示计量读数。6.4低压出线的选择低压出线涉及连接变压器和低压母线的低压母线桥和低压母线，选择时必须使其载流量大于计算电流。按发热条件选择电缆截面，低压母线侧无功补偿后的计算负荷Pc=619.506kwQc=385.966-120=265.966kvarSc=674.19kV·AIc=1024.33A6.4.1低压母线桥的选择根据计算电流，选择截面为630mm2的0.6/1kV级聚氯乙烯绝缘铜芯VV型电力电缆，在直埋敷设时的载流量为1113A，均大于1024.33A。6.4.2低压母线的选择根据计算电流，选择TMY-80*6的单片低压铜母线，在25℃、30℃、35℃、40℃的载流量为1480A、1390A、1300A、1200A，均大于1024.33A。7.变配电所的防雷保护措施7.1架空线路的防雷措施（1）架设接闪线这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66kv及以上的架空线路上才全线架设。35kv的架空线路上，一般只进出变配电所的一段线路上装设。而10kv及以下的架空线路上一般不装设。（2）提高线路自身的绝缘水平在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级电压的绝缘子，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之一。（3）运用三角形排列的顶线兼做防雷保护线对于中性点不接地系统的3—10kv架空线路，可在其三角形排列的顶线绝缘子上装设保护间隙。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，从而保护了下边两根导线。由于线路为中性点不接地系统，一般也不会引起线路断路器的跳闸。（4）装设自动重合闸装置线路上因雷击放电导致线路电弧短路时，会引起线路断路器跳闸，但断路器跳闸后电弧会自行熄灭。假如线路上装设一次自动重合闸，使断路器经0.5s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多大影响。（5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器对架空线路中个别绝缘薄弱地点，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，可装设排气式避雷器或保护间隙。7.2变配电所的防雷措施（1）装设接闪杆室外配电装置应装设接闪杆（避雷针）来保护直击雷。假如变配电所在附近更高的建筑物上防雷措施的保护范围之内或变配电所自身为车间内型，，则可不必再考虑直击雷的保护。独立接闪杆宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻RE≤10Ω。当装设独立接地装置有困难时，可将接地装置与变配电所的主接线网连接，但接闪杆与主接地网的地下连接点至35kv及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地线的长度不得小于15m。独立接闪杆及其引下线与变配电装置在空气中的水平间距不得小于5m。独立接闪杆的接地装置与变配电所主接地网分开时，则它们在地中的水平间距不得小于3m。这些规定都是为了防止雷电过电压对变配电装置进行反击闪络。（2）装设接闪线处在峡谷地区的变配电所，可运用接闪线（避雷线）来保护直击雷。在35kv及以上的变配电所架空进线上，架设1—2km的接闪线，以消除一段进线上的雷击闪络，避免其引起的雷电侵入波对变配电所电气装置的危害。（3）装设避雷器用来防止雷电侵入波对变配电所电气装置特别是对主变压器的危害。变配电所对高压侧雷电侵入波侵入保护的接线图如图7-1所示。1）高压架空线路的终端杆装设阀式避雷器（FV）或排气式避雷器（FE）。假如进线是带有一段引入电缆的架空线路，则架空线路终端装设的避雷器接地线应与电缆头处的金属外皮相连接并且一同接地。2）每组高压母线上应装设阀式避雷器（FV）或金属氧化物避雷器（FMO）。所有避雷器应以最短的接地线与主接地网连接。阀式避雷器与主变压器及其他保护设备的电气距离应尽量缩短，其最大电气距离见附表25【7】。3）3—10kv配电变压器低压侧中性点不接地时，如IT系统，应在中性点装设击穿熔断器。35kv/0.4kv的高压侧均应装设阀式避雷器。变压器两侧的避雷器应与变压器中性点及其金属外壳一同接地。图7-1变配电所对高压侧雷电波侵入的防护接线图7.3变电所公共接地装置的设计7.3.1接地电阻的规定此变电所的公共接地装置的接地电阻应满足以下条件：RE≤4Ω所以，RE≤120V/IE＝120V/27A＝4.4Ω，式中IE＝10（80+35×25）/350＝27A，因此，该公共接地装置接地电阻RE≤4Ω。7.3.2接地装置供电系统中电气设备的接地，可分为三大类。即IT类；TN类；TT类。而TN类又可分为三个系统，即TN-S;TN-C;TN-C-S系统。供电系统采用的电压一般在110KV以下是中性点不接地系统，但在380/220V，则一般是中性点接地系统，是为了满足220V单相用电设备工作电压的规定，也为了防止变压器一次、二次绕组绝缘损坏，致使高压呈现于低压的危险。此外，低压用电设备的外壳及外露可导电部分也实行接地。采用人工接地线，接地线的截面大小一般不超过钢100mm2;铝35mm2；铜25mm2。用长2.5m、Φ50mm的钢管16根，沿变电所三面均匀布置（变电所前面布置两排），管距5m，垂直打入地下，管顶离地面0.6m。管间用40mm×4mm的镀锌扁钢焊接相连。变电所的变压器室有两条接地干线、高低压配电室各有一条接地干线与室外公共接地装置焊接相连，接地干线均采用25mm×4mm的镀锌扁钢。总的垂直接地体电阻为：＝40Ω/（16×0.65）＝3.85Ω(1.16)式中，n为多根垂直接地体数目，η运用系数，有接地体数目、材料结构决定。查表0.65满足RE≤4Ω的接地电阻规定。7.4变配电所配电装置的保护对于此10kV变配电所的每段母线上和每路架空进出线上都应装设避雷器。架空进线采用双回路塔杆,有同时遭到雷击的也许,在拟定避雷器与主变压器的最大电气距离时,应按一路考虑,并且在雷雨季节中应避免将其中的一路断开。综上所述,只要对的合理的选择变配电所的防雷保护措施及接地保护方式,保证电力系统的长期安全稳定运营,我们就能尽也许减小和防止雷电的危害。8.变电所二次回路方案8.1继电保护的选择与整定8.1.1继电保护的选择规定表7.1继电保护装置选择的一般规定序号一次系统情况继电保护装置选择规定16-10kV高压线路高压断路器采用手动或弹簧操作机构相间短路保护采用去分流跳闸的反时限过电流保护，两相两继电器式接地，继电器自身兼具有电流速断保护2高压断路器采用电磁操动机构或弹簧操作机采用定期限或反时限过电流保护，两相两继电器式接地，当动作时限大于0.5-0.7s时，加电流速断保护3在电缆线路较多时单相接地保护46-10/0.4kV电力变压器高压断路器采用手动或弹簧操动机构相间短路保护同序号15高压断路器采用电磁操动机构或弹簧操动机构同序号26低压侧为含中性线的三相系统高压侧开关为断路器低压侧单相短路保护变压器低压侧中性线上装零序电流保护7高压侧过电流保护改用两相三继电器式接线8高压侧开关不限低压侧装三相带过电流脱扣器的低压断路器9低压侧三相装熔断器保护10高压侧开关为断路器过负荷保护11高压侧开关为断路器气体继电器保护（瓦斯保护）8.1.2继电保护的装置选择与整定输出信号输入信号继电保护的种类很多，但是就一般情况来说，它是由测量部分、逻辑部分、执行部分组成的，其原理图如下：定值调整输出信号输入信号执行部分测量部分逻辑部分执行部分测量部分逻辑部分图7.2继电保护装置的原理框图测量部分从被保护对象输入有关信号，再与给定的整定值相比较，决定保护是否动作。根据测量部分各输出量的大小、性质、出现的顺序或它们的组合，使保护装置按一定的逻辑关系工作，最后拟定保护应有的动作行为。由执行部分立即或延时发出报警信号或跳闸信号。1、过电流保护当流过被保护元件中的电流超过预先整定的某个数值时就使断路器跳闸或给出报警信号的装置称为过电流保护装置，它有定期限和反时限两种。反时限：接线简朴、经济，广泛应用于10kV以下的中小型工厂供电系统，可同时实现电流速断保护，但动作时间较麻烦，误差较大。定期限：接线复杂，动作时间简朴，应用于35kV以上的供电系统。过电流保护装置的整定计算：过电流保护装置动作电流计算一般涉及动作电流的计算，动作时限的整定和灵敏度的校检。（1）过电流保护装置动作电流整定=1.2*300/0.95=378.9A（7.1）式中——可靠系数，取1.2～1.3；——返回系数，取0.85～0.95；——变压器也许出现的最大负荷电流；（2）过电流保护的灵敏系数的校验规程规定中性点不接地系统在最小运营方式时，保护区末断发生两相短路时，可考虑系数不应小于1.25～1.5，即:2、电流速断保护过电流保护装置为了保证有选择性,其整定期限必须逐级增长△t秒，越靠近电源，短路电流越大，而保护装置动作时限也越长，这对设备安全运营非常不利，为填补此缺陷，可以采用瞬时动作的电流速断保护配合使用。电流速断保护的优点是动作迅速，能缩短故障切除时间，其缺陷是存在死区，不能保护整个线段，其保护范围可由本线段短路电流分布曲线拟定。电流速断保护不能单独使用，必须与过电流保护配合。速断保护的动作电流应按本线路末端在最大运营方式下发生短路的短路电流来整定。（7.3）速断保护继电器动作电流为：（7.4）式中——可靠系数，DL型继电器取1.2～1.3，GL型继电器取1.5～1.6。速断保护的灵敏度是在系统最小运营方式下保护安装处两相短路电流与其动作电流之比，即（7.5）电流速断保护就是一种瞬时动作的过电流保护，也称瞬时电流速断保护。对于采用DL系列电流继电器的速断保护来说，就相称于定期限过电流保护中抽去时间继电器，即在起动用的电流继电器之后，直接接信号继电器和中间继电器，最后由中间继电器触头接通断路器的跳闸回路。由于保证断路器动作选择性而引入可靠系数后，速断保护动作电流大于被保护范围末端的最大短路电流，使保护装置不能保护全段线路而有一段死区，因而速断保护不能做主保护，必需和过电流保护装置配合使用，作为辅助保护是比较经济合理的。3、单相接地保护单相接地保护有零序电压保护和零序电流保护两种。4电力变压器的继电保护变压器的故障一般分为内部故障和外部故障，内部故障重要有绕组的相间短路、绕组匝间短路和中性点直接接地侧的单相接地短路。外部故障有引出线上绝缘套管的故障，也许导致引出线的相间短路或单相接地短路。变压器的不正常工作状态有：由于外部短路和过负荷而引起的过电流，油面的过度减少和温度升高等。根据变压器的故障种类及不正常运营状态，变压器一般应装设下列保护装置：⑴电流速断保护或差动保护;⑵过电流保护;⑶中性点直接接地侧的单相接地保护;⑷过负荷保护;⑸瓦斯保护;⑹温度信号①过电流保护与电流速断保护变压器的过电流保护的组成、原理与线路过电流保护的组成、原理完全相同，其动作电流整定计算公式与线路过电流保护基本相同，公式（7.6）中的Il.max为（1.5—3）I1N.T（I1N.T为变压器的额定一次电流）。其动作时间亦按“阶梯原则”整定，与线路过电流保护完全相同。但是对6-10KV降压变电所，其动作时间可整定为最小值0.5S。变压器过电流保护的灵敏度，按变压器低压侧母线在系统最小运营方式下发生两相短路的高压侧穿越电流值来检查，规定SP>1.5。按规定，假如变压器过电流保护的动作时间大于0.5S，应装设电流速断保护。变压器的电流速断保护，其组成、原理和线路的电流速断保护完全相同。变压器电流速断保护动作电流的整定计算公式也与线路电流速断保护基本相同，公式（7.7）式中的为低压母线的三相短路电流周期分量有效值换算到高压侧的穿越电流值，即变压器电流速断保护的速断电流按躲过低压母线三相短路来整定。变压器电流速断保护的灵敏度，按保护装置装设处（高压侧）在系统最小运营方式下发生两相短路的短路电流来检查，规定SP>1.5。②变压器低压侧的单相接地保护对于6-10kV降压变压器，其低压绕组的中性点直接接地，变压器低压侧的单相短路电流并不能完全反映到