负荷供配电系统

目录

摘要..............................................................III

Abstract...........................................................................................................................TV

第1章绪论.........................................................1

1.1本课题的来源和背景............................................1

1.2设计的目的和意义..............................................1

1.3设计的主要任务和依据.........................................2

第2章负荷计算......................................................3

2.1负荷分级及对供电电源的要求...................................3

2.2负荷计算.....................................................4

第3章变压器和柴油发电机的选择....................................10

3.1变压器的选择................................................10

3.2柴油发电机的选择............................................11

第4章无功功率补偿.................................................13

4.1提高功率因数的方法和措施....................................13

4.2无功功率容量补偿的计算......................................13

第5章主接线方案和配电网络的确定..................................15

5.1主接线方案的设计.............................................15

5.2供配电网络的确定.............................................16

第6章短路电流计算.................................................18

G.1短路电流的计算方法...........................................18

6.2短路电流计算.................................................19

第7章电力变压器的继电保护........................................26

7.1电力变压器的保护............................................26

7.2变压器的保护计算............................................27

第8章电气设备的选型和校验........................................31

8.1选型原则....................................................31

8.2高低压侧电气设备的选型......................................32

8.3高低压侧电气设备校验........................................35

第9章照明电气设计.................................................40

9.1光照设计部分.................................................40

9.2电气设计部分.................................................40

第10章防雷接地系统................................................45

10.1防雷......................................................45

10.2接地和接地装置...............................................47

结论...............................................................50

致谢...............................................................51

参考文献.............................................................52

附图1.......................................................................................................................53

附图2.......................................................................................................................54

摘要

本论文对中天国际大型商场的供配电系统进行了设计，并依据国家相关规

范，对系统的负荷计算、短路电流计算、电力变压器的继电保护、以及电气设备

的校验等内容进行了合理的解决。设计中还兼顾了供配电的可靠性、经济性等因

素。

论文的主要内容包括：

1.商场供配电的目的、意义，设计任务和设计依据

2.供配电系统的设计

3.照明系统的设计

4.防雷接地系统的设计

其中，供配电系统和防宙系统的设计是本设计的重点，关丁・照明系统只做了

简单的电气设备选型的设计。

关键词：供配电系统、负荷、短路电流、继电保护、照明、防雷

in

Abstract

Thepresentpaperhascarriedonthedesigntobusinessbuildingfor

theelectricalpowerdistributionsystem,andbasedonthenational

correlationstandard,tothesystemloadcoirputation,theshort-circuit

currentcomputation,thepowertransformerrelayprotection,aswellas

electricalequipmentshapingandverification.Inthedesignalsogave

dualattentiontothepowerdistributionreliability,efficiencyandso

on.

Thepaperprimarycoverageincludes:

1.Thepowerdistributiongoal,thesignificance,thedesigndutyand

thedesignbasis

2.Thedesignofthepowersupplyanddistributionsystem

3.Thedesignoflightingsystem

4.Anti-radarsystemandearthsystemdesign

Amongthem,theelectricalpowerdistributionsystemandthe

anti-radarsystemdesignisthekeypoint,onlyworksoutsimply

electricalequipmentshapingdesignofthe1ightingsystem.

Keyword:electricalpowerdistributionsystem,load,short-circuit

current,relayprotection,anti-radarearthsystem

IV

第1章绪论

本章首先阐述毕业设计课题的来源背景，设计的目的及意义，设计的主要任

务和依据。

1.1本课题的来源和背景

随着社会的进步利改革开放的不断深入，我国的建筑工业突飞猛进。绿色建

筑、智能建筑的兴起，标志着现代建筑朝多元化方向发展，向新的高度推进，改

革开放以来，随着综合国力的增强，人民生活质量有了很大提高，建筑行业也得

到很大改善,这就给建筑电气的设计带来了新的机遇和挑战。

中天国际大型商场位于平顶山市中心地带，本工程为一座大型商城，分东、

西两楼，每楼高28米，地下一层，地上三层。每层长50米，宽50米。总建筑

面积20000平方米。由于中天国际大型商城属于大型商场建筑，要求配套设施有

电梯、中央空调、消防喷淋系统、火灾报警系统、信息系统、安防系统等高级设

施，其在供配电设计方面与般小型商场、办公楼或住宅建筑有着本质区别，如

供电的可靠性，用电的稳定性，火灾的及时预警与自救，通风，防雷，供水，安

全，照明，弱电等都有其比常用建筑更高的要求。因此，为该商城设计一个安全、

稳定、高效的供配电系统是十分必要的。

1.2设计的目的和意义

通过设计，可更好的熟悉有关高层建筑国家的有关规范、标准和规定；熟悉

高层建筑电气设计的内容；树立科学技术与工程经济相统•的辨证观点；培养综

合应用所学的理论知识分析解决工程实际问题的能力；了解建筑电气的特点；掌

握建筑电气设计计算的方法和步骤：并在进行T程计算、工程制图、文字处理等

方面得到初步训练；为以后从事高层建筑电气工程设计、运行及管理工作打下必

要的基础。

1.3设计的主要任务和依据

1.主要任务：完成商场供配电系统设计、照明的部分设计和防雷接地设计，

其中供配电设计作为本设计的重点内容。

2.依据：所提供的商场的资料、建筑图纸和参考资料及在大学四年所学的专

业知识。

2

第2章负荷计算

2.1负荷分级及对供电电源的要求

2.1.1负荷分级

电力负荷根据供电可靠性及中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响的

程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷；

1.一级负荷

(1)中断供电将造成人身伤亡者。

(2)中断供电将造成重大政治影响者。

(3)中断供电将造成重大经济损失者。

(4)中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。

对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、国宾馆、国家级

及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心，以及经常用于重要国际活动

的大量人员集中的公共场所等的一级负荷，为特别重要负荷。

中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作或中断供电后将发

生爆炸、火灾以及严重中毒的一级负荷亦为特别重要负荷。

2.二级负荷

(1)中断供电将造成较大政治影响者。

(2)中断供电将造成较大经济损失者。

(3)中断供电将造成公共场所秩序混乱者。

3.三级负荷：不属于一级和二级的电力负荷。

民用建筑中常用重要电力负荷可参照：中华人民共和国行业标准一民用建

筑设计规范JGJ/T16—92中的表3.1.2所列。

中天国际大型商城电力负荷，其中事故应急照明、门厅营业厅照明、消防卷

帘排风机、风机、水泵(包括生活水泵、消防水泵、喷淋水泵、潜水泵)等为一

级负荷，其中经营管理用电子计算机电源为一级负荷中特别重要的负荷；电梯、

插座等为二级负荷。

3

2.1.2各级负荷对供电电源的要求

1.一级负荷对电源供电的要求：

(1)一级负荷中普通一级负荷应由两个电源供电，且当其中一个电源发生

故障时，另一个电源不应同时受到损坏。

(2)一级负荷中特别重要负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。

为保证对特别重要负荷的供电，严禁将其他负荷接入应急供电系统。

2.二级负荷对电源供电的要求：

对于二级负荷一般应由两回I线路供电，当电源来自于同一区域变电站的不同

变压器时，即可认为满足要求。

3.三级负荷对电源要求：无特殊要求，一般单电源供电即可。

2.2负荷计算

2.2.1负荷计算及负荷计算的目的

计算负荷，作为按发热条件选择配电变压器、导体及电器的依据，并用来计

算电压损失和功率损耗。在工程上为方便计，也作为电能消耗量及无功功率补偿

的计算依据。

2.2.2需要系数法

1.单组设备计算负荷：

Pc黑力PN1

»=I

Qc=Pctg<i)

S’W+Q：

Ic=Sc/V3Ur

式中XP、—总设备功率，单位为kN

1-1

Ka——需要系数

P.——计算有功功率，单位为双

4

Q----计算无功功率，单位为kvar

Sc——计算视在功率，单位为kVA

tg<l>——电气设备功率因数角的正切值

Ur——电气设备额定电压，单位为kV

Ic—计算电流，单位为A。

2.多组设备计算负荷

Pc=KfpKd£PM

HI

Qe-KsqPctg4)

SCM+Q?

Ic=Sc/V3Ur

式中KEP——有功功率同时系数，取0.8—0.9

KEq——无功功率同时系数，取0.93—0.97

2.2.3商场负荷计算

通过对商场用电进行负荷估算，来确定商场用电设备的功率。中天国际大型

商场分为东楼和西楼两栋近邻的大厦，每栋大厦四层，其中地下一层，地上三层。

每层的建筑面积为2500nf,总建筑面积为20000ml根据单位负荷密度法可求

得每层的照明负荷。参考《现代工业与民用建筑设计手册》中的商场单位负荷密

}

度为llw/mo商场的照明负荷都包含在照明插座的负荷中。

据统计，中天国际商场的负荷估算及设备功率的确定见表2-1：

5

表2-1中天国际大型商场用电设备清单

需要

设备容量PcQcScIc

设备名称系数cos4)tg6

Pn/kW/kW/kvar/kVA/A

Kd

照

东楼300

明

0.90.90.487203467991214

插

西楼500

座

电东楼36

0.80.51.7358100116176

梯西楼36

消防卷帘排

750.80.80.75604575IM

风机

风机64.50.80.80.7552396599

消防

喷淋100

泵

冷冻

18.5

水泵水泵0.80.80.75190143238362

冷却

18.5

水泵

冷却

100

塔

直流屏、备

1100.80.80.758866110167

用、生活泵

总计1358.51168739

有功同时系

0.9

数

无功同时系

0.95

数

总计算负荷105170212631108

6

用需要系数法进行具体负荷计算如下：

1、东、西楼照明插座计算负荷：

需要系数：Kd=O.9

功率因数：cos6=0.9tg4>=0.48

设备容量:PN=500kW+300kW=800kW

计算负荷：Pc=KdxPN=0.9x800=720kW

Qc=Pcxtg4)=720x0.48=346kvar

Sc=J。；+母=799kVA

Ic=S"73Ur=1214A

2、东、西楼电梯计算负荷：

需要系数：Kd=0.8

功率因数：cos<1>=0.5tg4>=1.73

设备容量：PN=36kW+36kW=72kW

计算负荷:Pc=KdxPN=0.8x72=58kW

Qc=Pcxtg4)=58xl.73=100kvar

Sc=+反=116kVA

Ic=^/V3Ur=176A

3、消防卷帘排风机计算负荷：

需要系数：Kd=0.8

功率因数：cos6=0.8tg(i)=0.75

设备容量：PN=75kW

计算负荷：Pc=KdxPN=0.8x75=60kW

Qc=Pcxtg4)=60xO.75=45kvar

Sc=+度=75kVA

Ic=^/V3Ur=114A

4、风机计算负荷：

需要系数:Kd=0.8

7

功率因数：cos0=0.8tg（l）=0.75

设备容量：PN=64.5kW

计算负荷:Pc=KdxPN=0.8x64.5=52kW

Qc=Pcxtg=52xO.75=39kvar

Sc=7GC+pc=65kVA

Ic二夕石Ur=99A

5、生活泵、消防泵、潜水泵计算负荷：

需要系数:Kd=O.8

功率因数：cos6=0.8tg4>=0.75

设备容量：PN=100kW+18.5kW+18.5kW+100kW=237kW

计算负荷：Pc=KdxPN=0.8x237=190kW

Qc=Pcxtg<b=190xO.75=143kvar

Sc=J耍+P"=238kVA

Ic/石Ur=362A

6、直流屏、备用、生活泵计算负荷：

需要系数：Kd=O.8

功率因数：cos（1）=0.8tgd）=O.75

设备容量:PN=110kW

计算负荷：Pc=KdxPN=0.8x110=88kW

Qc=Pcxtg<i>=88xO.75=66kvar

Sc=Ja+迂=110kVA

Ic=*^/V3Ur=167A

7、变压器低压端负荷总计：

£PN=300+500-36+36+75+64.5+100+18.5-18.5+100+110=1358.5kW

EPc=720+58+60+52+190+88=1168kW

£Qc=346+100+45+39+143+66=739kvar

有功同时系数：Kp=0.9

8

无功同时系数kq=0.95

总计算负荷：Pc=Kpx£Pc=0.9x1168=1051kW

Qc=kqxEQc=0.95x739=702kvar

Sc=^PC2+QC2=1263kVA

Ur=1108A

9

第3章变压器和柴油发电机的选择

3.1变压器的选择

3.1.1确定变压器类型

（1）当需要提高单相接地电流值或需要限制系统中三次谐波含量或三相不

平衡负荷超过每相额定电流的15%以上时，宜选用绕组连接组别为D,ynll接线

的变压器。由于商城负荷中单相负荷较多，三相不平衡负荷较大，为使变压器运

行不受二次侧负荷平衡度的影响，以及提高单相接地电流值以确保低压单相接地

保护装置动作灵敏度，本设计中选用绕组连接组别为D,ynll的变压器。

（2）由于变配电所设置在商场地下室，且该商场为一类建筑，所以应选用

干式变压器。本设计选择绕组为D,ynll的环氧树脂浇注式干式变压器。

3.1.2确定变压器容量和台数

（1）单台变压器额定容量不宜大于1250KVA,当集中负荷较大旦当有大量

一、二级负荷时，为保证供电的可靠性，应设两台或多台变压器，以起到互为备

用的作用。

（2）补偿后的变压器最大负荷率一般取为6=0.75飞.85,由此选择视在功

率相近且偏大的变压器。

（3）当安装两台以上变压器时，每台容量选择应按照其中任何一台停运时,

其余的容量至少能保证所供负荷成为变配电所全部负荷的60舟〜75机

综上所述，根据负荷计算的总量，结合上述条件，以及商场地下室变配电所

的环境条件，选择两台800KVA的环氧树脂浇注型铜芯绕组干式变压器。变压器

的安装容量为1600KVA。比较SC9、SC10两种系列干式变压器参数如表3-1、表

3-2所示：

10

表3-1电度电费0.5元/kwh时变压器经济评价表

变压器容量负载率A系数B系数干式变压器

(KVA)SC9SC10

T0C值T0C值

(元)(元)

8000.7545359.810714.1406121370401

16000.7545359.810714.1660113592872

注：TOC——配电变压器的综合能效费用

表3-2变压器性能参数表

型额定联结组阻抗空载负载损耗空载

容量标号电压损耗(W)/75℃电流

号(KVA)(%)(W)(%)

SC9-800/10800120064300.35

SC9-1600/101600YynO或61980108500.3

SCI0-800/10800Dynll12006070C.35

SC10-1600/1016001980102400.3

经过比较两种型号的变压潜，最后选择型号为SC10-800/10的环氧树脂浇

注式干式变压器两台。10KV级SC10三相环氧树脂浇注式干式变压器除性能好，

体积小，安全可靠及维护方便外，其还有耐潮、难燃、防霉、防尘、抗突发短路

等优点，且其价格比较便宜。

3.2柴油发电机的选择

3.2.1柴油发电机选择原则

对于一级负荷中特别重要的负荷，除了有两个独立的电源供电外，还应增设

应急电源。由于商场大楼中一级负荷中特别重要的负荷，允许中断供电的时'可在

15秒左右，所以选择可快速启动的柴油发电机组作为应急电源。柴油发电机组,

它是以柴油机为动力，拖动工频同步发电机组成的发电设备，具有结构紧凑、占

II

地面积小、热效率高、启动迅速、燃油存储方便等特点，在民用建筑中做备用电

源或应急电源。

3.2.2柴油发电机负载的计算

应急照明：1IW/nfX20000nf=220kW

消防卷帘排风机：75kW

消防泵喷淋泵：100kW

总计：395kW

因此，柴油发电机的负载为395kWo

柴油发电机的容量为:S=(07cos夕)(Pg/%)<TP^/”COSQ

=0.9x395/0.85xO.80

=523Kvar

式中。-一总负荷率（一般取0.85飞.95,这里取。=0.9）

-总负荷的设备容量（KW）

--总负荷的计算效率（取0.85）

cos。--发电机额定功率因数，可取为0.80

3.2.3选型

选用柴油发电机组为：600GFZ

其主要技术参数圳下：

机组容量:600Kw

额定电压：400V

额定电流：1082.5A

功率因数：0.80

额定频率：50Hz

12

第4章无功功率补偿

4.1提高功率因数的方法和措施

4.1.1提高功率因数的措施

要使供配电系统的功率因数提高，一般从两个方面采取措施：

1.提高用电设备的自然功率因数，自然功率因数是指不采用任何补偿装置

式的功率因数。这种方法只能通过选择功率因数高的电气设备来做到，但不能达

到完全补偿。

2.采取人工补偿的方法使总功率因数得以提高，有两种方法，一-是采用同

步电动机替代异步电动机匚作，由于投资和扳耗较大，乂不便于维护、检修，供

配电系统中很少采用；二是采用并联电容器补偿，

采用并联电容器补偿是目前供配电系统中普遍采用的一种补偿方法,也叫移

相电容器静止无功补偿。它具有有功损耗小、运行维护方便、补偿容量增减方便、

个别电容器损坏不影响整体使用等特点，但不能实现无级调节。

4.1.2无功功率补偿的方法

无功功率的补偿方法分为就地补偿、低压集中补偿、中压集中补偿等。本设

计中采用目前最常用的低压集中补偿。低压集中补偿是将并联补偿的低压电容器

组集中设置在0.4KV低压母线上的补偿方法。这种补偿方法可以对变压器以及以

前的设备和线路上的功率因数进行补偿，维护、管理方便，补偿装置可以与低压

配电装置一起安装在变电所的低压配电室内。

4.2无功功率容量补偿的计算

4.2.1补偿容量的计算方法

补偿后的目标值是在变压器低压测cos6220.93,这样补偿后变压器高压

侧功率因数满足20.9的要求。

补偿前变压器低压侧功率因数为：cos=Pc/Sc=1051/1263=0.83

tg<l)=0.67

13

补偿后变压器低压侧功率因数要达到：cose2=0.93tg(i)2=0.4

无功补偿量:Qcc=Pc(tg4)-tg4>2)

=1051x(0.67-0.4)

=284kvar

本设计中采用BW0.4T4T型并联电容器，其标称容量为Q=1妹var。则需装

设的电容器个数为：

N=Qcc/Q=284/14=20

考虑到三相均衡分配，应装设21个电容器，每相7个。此时并联电容器的

实际值为21X14=294kvar,补偿后实际功率因数为：

cos<l>2=Pc/Jpj+Q—QJ

=1051/1127

=0.933

满足要求。

所以补偿后计算无功负荷Qc2=702-294=408kvar

22

补偿后视在功率SC2=>/1051+408=1127kVA

422计算变压器损耗：

△Pr=0.015Sc=0.015X1263=18.9KW

△QT=O.06Sc=0.06X1263=75.8kvar

所以，变压潜高压侧的计算负荷为

Pci=Pc+APr=1051+18.9=1069.9kW

Qcl=Qc+AQT=408+75.8=483.8kvar

Scl=V1069.92+483.82=1173.4kVA

这时变压器高压侧功率因数为：

cose1=Pci/Scl=1069.9/1173.4=0.91

满足要求。

14

第5章主接线方案和配电网络的确定

5.1主接线方案的设计

5.1.1主接线的定义

主接线是指由各种开关电器、母线、电力电缆或导线、移动电容器、避雷器

等电气设备依次相联接的接受和分配电能的电路。中低压供配电系统中主要采用

单母线结线、单元式结线和桥式结线。

5.1.2对主接线的基本要求

(1)安全性：必须保证在任何可能的运行方式及检修状态下运行人员和设

备的安全。

(2)可靠性：主接线的可靠性要求由用电负荷的等级确定。

(3)灵活性：应能适应各种可能的运行方式的要求。

(4)经济性：应满足最少的投资和年运行费用的要求，使得总经济效益为

最佳。

5.1.3主接线方案的确定

1、确定负荷等级：

本商场设计为一类设计，其中消防卷帘排风机、消防泉喷淋泉、营业厅照明、

应急照明等为一级负荷；其中，经营管理用电子计算机电源为一级负荷中特别重

要的负荷。电梯、生活泵、潜水泵等为二级负荷。

2、确定供电方式：

按《现代工业与民用建筑电气设计手册》要求，一类建筑应按一级负荷供电

的要求进行供电。一级负荷应有两个独立的电源供电，当一个电源故障时，另一

个电源不会同时损坏。本设计中高压侧采用两HI独立的10KV电源，分别属于不

同的区域变电站。对于一级负荷中特别重要的负荷应设置柴油发电机，作为应急

电源。

3、主接线设计方案：

15

对于一级负荷的供电要求，引进独立的双回路10KV电源后，高压侧采用单

母线分段的运行方式，低压侧也采用单母线分段运行方式，正常时两台变压器分

列运行，任一台变压器出故障后，余下的一台可以满足所有一、二级负荷的供电。

当两台变压相同时出现故障时，与两台变压器形成互锁关系的柴油发电机启动，

为一级负荷中特别重要的负荷提供应急电源。

主接线图见附图lo

5.2供配电网络的确定

5.2.1供配电网络的定义

供配电网络是指由电源端（变配电站）向负荷端（电能用户或用电设备）输

送电能时采用的网络形式。供配电网络由电力线路将变、配电站与各电能用户或

用电设备连接起来。

5.2.2本配电系统网络方案的技术、经济分析

供配电设计方案不仅应满足安全可靠提供电能的要求，还应力求经济合理，

即投资少，运行费用低。根据经济性和运行稳定性分析，本设计采用放射式与树

干式相结合的供电网路。

从变压器出来的低压配电系统采用放射式，所有主要出线都从母线引出。

对于消防卷帘排风机、电梯、风机、水泵等，采用每个负荷均由一路放射式

回路供电。

对于应急照明及商场照明采用双回路树干式。

对于经营管理用电子计算机系统电源，采用双回路放射式。

各网络结构图如图5T所示：

16

(c)单回路树干式

(d)双回路树干式

图57供配电网络结构

17

第6章短路电流计算

6.1短路电流的计算方法

6.1.1标幺值法

短路电流计算方法有标幺值法和有名值法，本设计采用标幺值法进行计算。

Sk=6UJ：

式中1讣——三相短路冲击电流有效值

i,—三相短路电流冲击值

“sn

Ip—三相短路电流周期分量有效值

r：——三相短路电流有效值

K3——冲击系数

S,——系统中某一点的短路容量

Uav——短路点所在电压等级的平均电压

在高压电路中发生三相短路时，一般可取Ks为L8,由此得高压短路电流

有效值的计算公式：工=2.55/7，/=1.51/'^；如果电力变压器容量在1000

。.VJ-A,Srl，K

KVA及以下，变压器二次侧及低压电路中发生三相短路时，一般可取K/=L3,

则北二L84/。/,「1.09/3

在无限大容量系统中发生三相短路时，三相短路电流周期分量有效值可以按

下式进行计算：

I,⑶二U"百JR2'Xz

18

式中Uc一短路点的短路计算电压(也称为额定平均电压，用Up表示，实际

应用中用1.05倍额定线电压进行计算。因为线路首端短路时最为严重，所以要

按首端的电压考虑，即短路计算电压取为比线路额定电压Un高5%0)

Z、、R、、XE一分别为短路电路的总阻抗、总电阻和总电抗值。在高压

电路的短路计算中，正常总电抗要远比总电阻大，因此一般只计算电抗；在计算

低压侧的短路时，也只有当短路电路的Rg人于Xg的1/3时，才需要考虑电

阻。如果不计电阻，则三相短路电流的周期分量有效值为：m⑶=Uc/6Xgo

6.2短路电流计算

6.2.1短路点的选取

本设计中确定了4个短路点,如图6-1所示:

图6T短路点的选取

第一个短路点选在10KV母线上；第二个短路点选在建变压器所连设备线

路末端；第三个短路点选在2#变压器所连设备线路末端；第四个短路点选在柴

汕发电机所连设备线路末端。

6.2.2导线长度的估算

(1)从电力系统网络到10KV高压线上引出的进线长度约为2kmo

(2)从高压柜到变压器室电缆长度为0.05kmo

19

(3)从变压器室到低压柜电缆长度为0.05kmo

6.2.3阻抗标幺值计算

先选定基准容量S「(MVA)和基准电压。s(KV),根据/,二°力求出

基准电流。

(1)选S/10°MVA

取U川=1°m则

=100/百义10=5.774KA

取。力二°・4KV则

=100/73X0.4=144.3KA。

(2)计算系统中各元件阻抗的标幺值，绘制等效电路图如图6-2所示。(M表不最

大运行方式，m表示最小运行方式)

电力系统架空线

——WV_V\A_VW

电缆线2¥变压器

U4KV

图6-2等效电路图

20

电力系统阻抗标幺值:

SB100

XM*-=0.5

SK.inax200

元.=工-=%-=0.6（最小运行方式总容量为估测值）

-Se166.7

线路阻抗标幺值:

1＞、架空线路的电抗标幺值:

10KV架空线路的单位电抗为羽=0.38Q/Km,则

架空线路的电抗为：

%1=0.38x2=0.76Q

心=*=%/=0-76

XBUBI

2＞、电缆电抗标幺值：

电缆的单位电抗为x（）=0-08Q/Kg则

电缆电抗为：

=008x05=004

x2=Xo/2---Q

X产玉=先江=004

口UB\

3＞、变压器阻抗标幺值：

21

「AUA%SB=6J00=75

“吃100C100().8

DNT\

二△5%SB=6J。。二7

"2"100C100().8

ONT2

4＞、发电机阻抗计算参数：

瞬态电抗：

超瞬态电抗：x；/c=0.12

电枢时间常数：二0.022S

，(I.G

瞬态时间常数：

74a“.O=0.08S

超瞬态时间常数：T

上d/.ur=0.0026S

(3)求电源点到短路点的总阻抗

左丁点：XZM，=XM*+%*=°・5+0-76=1.26

1少=居*+心=0・6+0・76=1.36

公”点：不＞小九产打+4+笛斜肃5+676+0.044-7.5=8.8

%次=%«*+知+X2・+%*=86+676+0.04+7.5=8.9

%：点：XZM，=JUJK，+X3,+X2/=°.5+0・76+0.04+7.5=8.8

%>*=%/%・+%3产心种二0.6+S76+0.04+7.5=8.9

（4）求各短路点短路电流的周期分量，冲击电流及短路容量

22

1＞、在最大运行方式下

婷点:心=——=0.794

1.26

1m*•]m=0.794X5.774=4.585KA

=2.55=2.55X4.585=11.692KA（取攵/1.8）

[：：=/：•J+2（匕尸1尸=4.585X1.51=6.923KA

S：：=/；;SB=0-794>d00=79.4MVA

1

k；点:—=0.114

8.8

/2）=心广0.114X144.3二16.450KA

JLMLjifxJLti2

j：=1.84/：』.84X16.450=30.268KA（取鼠=1.3）

/：=/；3+2（鼠广1）2=17.766KA

S；；=/1SB=0/14X100=11.4MVA

k:点：^=—^=—=0.114

，WXy,w-8.8

：=/；j/"2二0・U4X144.3=16.450KA

i7=1.84/：=1.84X16.450=30.258KA（取匕/L3）

+乙-1）F7.766KA

23

SD.SB=0・U4X100=1L4MVA

2>、在最小运行方式下

点、:/(3>—=0.735

〜k：八产1.36

/：=/>/*=°・735X5.774=4.244KA

k7点、:/(?=上=0.112

儿2/〃产8.9

/：=/〉/Y0」12X144.3=16213KA

点、:/<3>—=0,112

汽k3718.9

/：：=/：.乙2=°112X144.3=16.213KA

3>、％，的短路电流计算

VUU1I、/八-----X------

------------4-(z)X4DOX'20.0026

().207--0.120.207匕

=2912A

._6u』

5=一「6T

V2x400

=1735A

24

所以，该点的短路冲击电流为:

f；=6ipG+inp.G

=4118+1735

=5853A

6.2.4两相短路电流的计算

一般而言，无限大容量系统中三相短路电流大于两相短路电流，在校验短路

效应时只考虑三相短路电流。但是，在校验保护相间短路的继电保护装置在短路

故障下能否灵敏动作时，就需要计算被保护线路末端的两相短路电流，以校验其

灵敏度。

高压侧：人⑵=（百/2）。⑶:0.866X4.585=3.971KA

低压侧："2）=（V3/2）/.（3）=0.866X16.450=14.246KA

AK

25

第7章电力变压器的继电保护

变压器是供电系统中主要的设备，它的故障将对供电系统可靠性和系统正

常运行带来严重影响，因此必须根据变压器的容量和其重要程度安装不同的保

护装置。

7.1电力变压器的保护

7.1.1对保护装置的基本要求

保护装置应满足四项基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。对于

反应不正常工作状态，作用于新的保护装置，则不要求对这四项基本要求都同时

满足。

7.1.2变压器的故障形式

中压供配电系统中常用电力变压器都是降压变压器，绝缘形式有浸油式和干

式，绕组联结组别有D,ynll和Y,yn0o本设计所用变压器为干式，绕组联结

组别为D,ynllo其故障形式主要有：

1）绕组及其引出线的相间短路

包括三相短路和两相短路。这种故障的特点是，短路相上甩流急剧增加为止

常电流的若干倍，因此可采用反应电流过量而动作的过电流保护装置来加以保

护。

2）绕组匝间短路

绕组匝间短路也是变压器的常见故障。绕组匝间短路时也会使故障点电流增

加，但增加的多少与短路匝数有关，当短路匝数不多时，故障电流与正常电流差

异不是很大，过电流保护装置不一定能反应出来°因此，对这种故障，油浸式变

压器采用瓦斯保护；干式变压器采用反应绕组短路时温度升高的温度保护。

3）二次侧单相短路

变压器二次侧中性点直接接地，其单相短路时，故障相出现较大的短路电流。

一•般，首先考虑用变压器一次侧装设的过电流保护兼作单相短路保护，若灵敏度

不够，再考虑在变压器二次侧采用反应三相电流之和的零序电流保护。

26

4)过负荷

虽然变压器有一定的过负荷能力，但过负荷时间不能太长。因此，当变压器

的实际负荷超过额定负荷时，采用反应变压器过负荷的过负荷保护。

5)干式变压器绕组温度升。

干式变压器绕组温度升高的原因很多，如过负荷、匝间短路、环境温度过高、

冷却系统故障等。针这此情况，应设置温度保护。

7.2变压器的保护计算

7.2.1参数的整定

变压器保护整定中的计算电流(L)和短路电流(I。的值来源于前面的负荷

计算和短路电流计算。

如图7-1所示，各点的短路电流示于下图中：

心=3邓

匕二=14.不购

SC1O60QH0

y=80OM54刖

图7T

变压器正常运行时最大短路过负荷率为50%,下一线路上定时限过电流保护

动作时间为0.5s,用电磁型继电器对该变压器进行继电保护的设置和整定。

计算中需要的符号解释如下：

T..P.k——继电器的整定值；

K”——返回系数，取0.85；

IK2(2)—变压器二次侧的短路电流折算到一次侧；

L,P,K——变压器一次侧的动作电流；

Q——接线系数，取1；

T—整定时间；

IR.T---线路上的最大负荷电流；

27

Iop.K——继电器的整定值；

Ik」⑶一一次侧短路电流计算值；

Km——电磁型继电器可靠系数，取1.2；

K、——保护灵敏度系数；

I..M——互感器一次侧的动作电流；

L.皿——线路一上的最大负荷电流。

三相短路电流与两相短路电流的转变：0.866X〃⑶=晨⑵

7.2.2相间短路保护

1、确定保护装置的接线方式：由于变压器一次侧为中性点不接地系统，对

其进行相间短路保护可采用二互感器二继电器的不完全星型接线。此时接线系数

。为1.

2、确定电流互感器的变比:因为线路上的最大负荷电流为Ilnax=1.5Irt=1.5

X800/(V3X10)=69.28A,根据经验取值法,电流互感器的变比为KTA=(1.5^2)

屋皿/5,取力=100/5=20。

3、用电磁型继电将进行保护：

(1)定时限过电流保护(采用电磁型继电器保护)：

保护一次侧的动作电流：G尸K⑹XI—/「

=1.2X69.28/0.85=97.81A

继电器的动作电流：Iop.K=KrelKkx八皿/(KreXKTA)

=1.2X1X69.28/(0.85X20)=4.89A

为便于继电器整定，取继电器整定值：J,K=5A

则一次侧实际动作电流为：I叩」=20X5=100A

保护装置的动作时间为：T=0.5S+0.5S=1S

保护灵敏度：/I

=(0.866X16.213X800X0.4)/100X10x73