化工廠10KV供配電系統(tǒng)項目設計方

化工廠10KV供配電系統(tǒng)項目設計方案1緒論1.1工廠供配電系統(tǒng)的特點工廠供電【1】，即指工廠所需電能的供應和分配，亦稱工廠配電.電能是現代工業(yè)生產的主要能源和核心動力。電能既易于由其它形式的能量轉換而來，又易于轉換為其它形式的能量以供應用；電能的輸送的分配既簡單經濟，又便于控制、調節(jié)和測量，有利于實現生產過程自動化。因此，電能在現代工業(yè)生產及整個國民經濟生活中應用極為廣泛。在企業(yè)工廠里，電能雖然是工業(yè)生產的主要能源和動力，但是它在產品成本中所占的比重一般很小（除電化工業(yè)外）。電能在工業(yè)生產中的重要性，并不在于它在產品成本中或投資總額中所占的比重多少，而在于工業(yè)生產實現電氣化以后可以大大增加產量，提高產品質量，提高勞動生產率，降低生產成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現生產過程自動化。從另一方面來說，如果工廠的電能供應突然中斷，則對工業(yè)生產可能造成嚴重的后果?？梢?，做好工廠供電工作對于發(fā)展工業(yè)自動化生產，實現工業(yè)現代化，具有十分重要的意義。由于能源節(jié)約是工廠供電工作的一個重要方面，而能源節(jié)約對于國家經濟建設具有十分重要的戰(zhàn)略意義，因此做好工廠供電工作，對于節(jié)約能源、支援國家經濟建設，也具有重大的作用。工廠供電工作要很好地為工業(yè)生產服務，切實保證工廠生產和生活用電的需要，并確實做好節(jié)能環(huán)保工作，就必須達到以下基本要求【13】：（1）安全：在電能的供應、分配和使用中，不應發(fā)生人身事故和設備事故。（2）可靠：應滿足電能用戶對供電可靠性的要求。（3）優(yōu)質：應滿足電能用戶對電壓和頻率等質量的要求（4）經濟：供電系統(tǒng)的投資要少，運行費用要低，并盡可能地節(jié)約電能和減少有色金屬的消耗量。工廠供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的主要組成部分，它是電能的主要用戶，根據幾個國家的統(tǒng)計，工廠用電量約占全國發(fā)電量的50%甚至70%以上。工廠變電所是終端降壓變電所。決定工廠用戶供電質量的指標【4】為:電壓、頻率、可靠性。工廠供配電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)不同，它主要反映工廠用戶的特點和要求。如工廠的電力負荷如何計算；怎樣實現電能的合理利用和節(jié)約；減少用電面積的新型變電所結構；大型及特種設備的供電問題；廠內采用集中控制和調度技術的合理性問題等等，這些問題有的對電力系統(tǒng)的安全和經濟運行關系密切，有的則為了保證用戶高質量用電。1.2國內外發(fā)展情況【12】目前，我國的電力網正進行大規(guī)模的改造，與此相應，城鄉(xiāng)變電所也必須進行更新?lián)Q代，我國電力網的現實情況是常規(guī)變電所依然存在，小型變電所、微機監(jiān)測變電所、綜合自動化變電所相繼出現，并取得了迅猛的發(fā)展。隨著改革的不斷深化，各電力部門對變電所設計水平的要求將越來越高?，F在所設計的常規(guī)變電所最突出的問題是設備落后，結構不合理，占地多，投資大，損耗高，效率低，尤其是在一次開關和二次設備造型問題上，基本停留在50—60年代的水平上，從發(fā)展的觀點來看，將越來越不適應我國城市和農村發(fā)展的要求。國民經濟不斷發(fā)展，對電力能源需求也不斷增大，致使變電所數量增加，電壓等級提高，供電范圍擴大及輸配電容量增大，采用傳統(tǒng)的變電站一次及二次設備已越來越難以滿足變電站安全及經濟運行，少人值班或者無人值班的要求。分級保護和常規(guī)保護相比，增加了人機對話功能，自控功能，通信功能和實時時鐘等功能，因此如果通過電力監(jiān)控綜合自動化系統(tǒng)，可以使變電站內值班人員或調度中心的人員及時掌握變電站的運行情況，直接對設備進行操作，及時了解故障情況，并迅速進行處理，達到供電系統(tǒng)的管理科學化、規(guī)范化、并且還可以做到與其他自動化系統(tǒng)互換數據，充分發(fā)揮整體優(yōu)勢。1.3工廠供電設計的一般原則【3】按照國家標準GB50052-95《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》、GB50053-94《10kV及以下設計規(guī)范》、GB50054-95《低壓配電設計規(guī)范》等的規(guī)定，進行工廠供電設計必須遵循以下原則：（1）遵守規(guī)程、執(zhí)行政策；必須遵守國家的有關規(guī)定及標準，執(zhí)行國家的有關方針政策，包括節(jié)約能源，節(jié)約有色金屬等技術經濟政策。（2）安全可靠、先進合理；應做到保障人身和設備的安全，供電可靠，電能質量合格，技術先進和經濟合理，采用效率高、能耗低和性能先進的電氣產品。（3）近期為主、考慮發(fā)展；應根據工作特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，正確處理近期建設與遠期發(fā)展的關系，做到遠近結合，適當考慮擴建的可能性。（4）全局出發(fā)、統(tǒng)籌兼顧。必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按負荷性質、用電容量、工程特點和地區(qū)供電條件等，合理確定設計方案。工廠供電設計是整個工廠設計中的重要組成部分。工廠供電設計的質量直接影響到工廠的生產及發(fā)展。作為從事工廠供電工作的人員，有必要了解和掌握工廠供電設計的有關知識，以便適應設計工作的需要。1.4工廠供電設計內容及步驟【3】工廠變電所及配電系統(tǒng)設計，是根據各個車間的負荷數量和性質，生產工藝對負荷的要求，以及負荷布局，結合國家供電情況。解決對各部門的安全可靠，經濟的分配電能問題。其基本內容有以下幾方面：（1）負荷計算工廠變電所的負荷計算，是在車間負荷計算的基礎上進行的?？紤]車間變電所變壓器的功率損耗，從而求出工廠變電所高壓側計算負荷及總功率因數。列出負荷計算表、表達計算成果。（2）工廠變電所變壓器的臺數及容量選擇參考電源進線方向，綜合考慮設置工廠變電所的有關因素，結合全廠計算負荷以及擴建和備用的需要，確定變壓器的臺數和容量。（3）工廠變電所主接線設計根據變電所配電回路數，負荷要求的可靠性級別和計算負荷數綜合主變壓器臺數，確定變電所高、低接線方式。對它的基本要求，即要安全可靠有要靈活經濟，安裝容易維修方便。（4）工廠供、配電系統(tǒng)短路電流計算工廠用電，通常為國家電網的末端負荷，其容量運行小于電網容量，皆可按無限容量系統(tǒng)供電進行短路計算。由系統(tǒng)不同運行方式下的短路參數，求出不同運行方式下各點的三相及兩相短路電流。（5）改善功率因數裝置設計按負荷計算求出總降壓變電所的功率因數，通過查表或計算求出達到供電部門要求數值所需補償的無功率。由手冊或廠品樣本選用所需移相電容器的規(guī)格和數量，并選用合適的電容器柜或放電裝置。如工廠有大型同步電動機還可以采用控制電機勵磁電流方式提供無功功率，改善功率因數。（6）變電所高、低壓側設備選擇參照短路電流計算數據和各回路計算負荷以及對應的額定值，選擇變電所高、低壓側電器設備，如隔離開關、斷路器、母線、電纜、絕緣子、避雷器、互感器、開關柜等設備。并根據需要進行熱穩(wěn)定和力穩(wěn)定檢驗。用總降壓變電所主結線圖，設備材料表和投資概算表達設計成果。（7）繼電保護及二次結線設計為了監(jiān)視，控制和保證安全可靠運行，變壓器、高壓配電線路移相電容器、高壓電動機、母線分段斷路器及聯(lián)絡線斷路器，皆需要設置相應的控制、信號、檢測和繼電器保護裝置。并對保護裝置做出整定計算和檢驗其靈敏系數。設計包括繼電器保護裝置、監(jiān)視及測量儀表，控制和信號裝置，操作電源和控制電纜組成的變電所二次結線系統(tǒng)，用二次回路原理接線圖或二次回路展開圖以及元件材料表達設計成果。（8）變電所防雷裝置設計參考本地區(qū)氣象地質材料，設計防雷裝置。進行防直擊的避雷針保護范圍計算，避免產生反擊現象的空間距離計算，按避雷器的基本參數選擇防雷電沖擊波的避雷器的規(guī)格型號，并確定其接線部位。進行避雷滅弧電壓，頻放電電壓和最大允許安裝距離檢驗以及沖擊接地電阻計算。（9）工廠變電所變、配電裝置總體布置設計綜合前述設計計算結果，參照國家有關規(guī)程規(guī)定，進行內外的變、配電裝置的總體布置和施工設計。1.5研究內容、方法及預期成果通過對工廠供電，發(fā)電廠電氣部分，變電站綜合自動化技術及電力系統(tǒng)繼電保護的學習，運用所學知識設計一套化工廠10KV總降壓變電所系統(tǒng)。方法：通過學習有關知識選擇一個進行化工廠10KV總降壓變電所系統(tǒng)的設計并與實踐相結合的方法。先學習有關供配電系統(tǒng)設計的知識，通過網絡和書籍查閱資料獲取相關更多的知識，了解設計的整體輪廓；然后通過對負荷的計算選擇總供配電方案，選擇電氣設備和設計繼電保護的各種方案，使用AUTOCAD進行繪圖設計，完成總供配電設計圖，再分析實際的工程供配電系統(tǒng)，相比較后看所設計的系統(tǒng)是否合理。通過本系統(tǒng)的設計實踐，熟悉化工廠變電所的原理及功能，熟悉變電所的工作過程，鞏固以前所學的相關知識，充分運用所學的工廠供，發(fā)電廠電氣部分，電力系統(tǒng)繼電保護，變電站綜合自動化技術，AutoCAD制圖等專業(yè)知識，設計一套完整的化工廠10KV總降壓變電所系統(tǒng)，并且畫出CAD電氣系統(tǒng)圖紙，以滿足實際需要，使所學的專業(yè)課及專業(yè)基礎課的知識由理論轉向實踐。電力行業(yè)對電的浪費大，這就更要求我們增強各個環(huán)節(jié)的利用率，以提高整個系統(tǒng)對電的總利用程度。經過一次完整的設計學習及鍛煉，提前較好的認識變電所的工作原理，鍛煉工程實踐，方案制定和軟件制圖的能力，為畢業(yè)進入企業(yè)奠定良好基礎。2負荷計算及方案設計2.1負荷計算的概念和方法2.1.1負荷計算有關概念（1）計算負荷又稱需要負荷或最大負荷。計算負荷是一個假想的持續(xù)性的負荷，其熱效應與同一時間內實際變動負荷所產生的最大熱效應相等。在配電設計中，通常采用30分鐘的最大平均負荷作為按發(fā)熱條件選擇電器或導體的依據。（2）平均負荷為一段時間內用電設備所消耗的電能與該段時間之比。常選用最大負荷班（即有代表性的一晝夜內電能消耗量最多的一個班）的平均負荷，有時也計算年平均負荷。平均負荷用來計算最大負荷和電能消耗量。(3)電力負荷等級是供電設計的重要依據,它直接反映了電力負荷對供電可靠性要求的程度。電力負荷總共分為三級，及一級負荷、二級負荷和三級負荷。2.1.2負荷計算的方法目前，負荷計算的方法主要有：需用系數法、二項式法、利用系數法、“ABC”法等。本設計采用需要系數法確定。需要系數法是在大量的測量與統(tǒng)計的基礎上，給出各類負荷的需用系數和同時系數，然后把設備功率乘以需用系數和同時系數，直接求出計算負荷。這種方法山于簡單易行，在供電設計中被普遍采用。但是，當用電設備臺數少而功率相差懸殊時，其計算結果往往偏小，因而這種方法只適用于整個工程的負荷計算。需要系數法計算主要計算公式有：（1）單組用電設備組的計算負荷【10】（2－1）（2－2）（2－3）（2－4）式中—為需要系數—為設備容量—為設備功率因數角的正切值（2）多組用電設備組的計算負荷【11】應考慮各用電設備組的最大負荷不一定同時出現（2－5）（2－6）（2－7）（2－8）式中—為該用電設備組各設備容量之和(KW)—為用電設備的額定線電壓（KV）—為該用電設備組的功率因數角的正切值—為改用電設備組的需要系數。2.2各車間負荷的計算制條車間：動力負荷：tanφ=tan(arccosφ)=0.75=*=0.8*450=360KW=*tanφ=360*0.75=270Kvar =/cosφ=360/0.8=450KVA=/()=450/(1.732*380)=684A紡紗車間：動力負荷：tanφ=tan(arccosφ)=0.75=*=0.8*450=360KW=*tanφ=360*0.75=270Kvar =/cosφ=360/0.8=450KVA=/()=450/(1.732*380)=684A軟水站：動力負荷：tanφ=tan(arccosφ)=0.75=*=0.65*120=78KW=*tanφ=78*0.75=585Kvar =/cosφ=78/0.8=97.5KVA=/()=97.5/(1.732*380)=148A鍛工車間：動力負荷：tanφ=tan(arccosφ)=1.17=*=0.2*45=9KW=*tanφ=9*1.17=10.53Kvar =/cosφ=9/0.65=13.846KVA=/()=13.846/(1.732*380)=21A織造車間：動力負荷：tanφ=tan(arccosφ)=0.75=*=0.8*300=240KW=*tanφ=240*0.75=180Kvar =/cosφ=240/0.8=300KVA=/()=300/(1.732*380)=456A染整車間：動力負荷：tanφ=tan(arccosφ)=0.75=*=0.8*350=280KW=*tanφ=280*0.75=210Kvar =/cosφ=280/0.8=350KVA=/()=350/(1.732*380)=532A鍋爐房：動力負荷：tanφ=tan(arccosφ)=0.88=*=0.75*100=75KW=*tanφ=75*0.88=66Kvar =/cosφ=75/0.75=100KVA=/()=100/(1.732*380)=152A倉庫：動力負荷：tanφ=tan(arccosφ)=0.88=*=0.3*60=18.0KW=*tanφ=18*0.88=15.84Kvar =/cosφ=18/0.75=24.0KVA=/()=24/(1.732*380)=36.5A2.3總負荷的計算【10】【23】各個車間之和：=1420KW=1607.37Kvar由于各車間負荷同期系數可取0.85，即=0.85=0.85則實際有：(2-9)(2-10)(2-11)(2-12)(2-13)表2-1化工廠計算負荷車間編號車間名稱類別設備容量Pe/KW需要系數Kdcosφtanφ計算負荷/KW/Kvar/KVA/A1制條車間動力4500.80.80.753602704506842紡紗車間動力4500.80.80.753602704506843軟水站動力1200.650.80.757858597.51484鍛工車間動力450.20.651.17910.5313.846215織造車間動力3000.80.80.752401803004566染整車間動力3500.80.80.752802103505327鍋爐房動力1000.750.750.8875661001528倉庫動力600.30.750.8818.015.8424.036總負荷0.6612071366.2651823.0552769.92.4無功功率補償2.4.1功率因數對供電系統(tǒng)的影響【3】當供電系統(tǒng)中輸送的有功功率維持恒定的情況下，無功功率增大，即供電系統(tǒng)的功率因數降低將會引起：(1)系統(tǒng)中輸送的總電流增加，使得供電系統(tǒng)中的電器元件容量增大，從而使工廠內部的起動控制設備、測量儀器等規(guī)格尺寸增大，因而增大了初投資費用。(2)由于無功功率的增大而引起的總電流的增加，使得設備及供電線路的有功功率損耗相應地增大。通?？捎孟禂祦矸磻捎谳斔蜔o功功率的變化而引起的線路上有功功率損耗的變化量，因此，系統(tǒng)中總的有功功率損耗就可用下時表示：(2-14)(3)由于供電系統(tǒng)中的電壓損失正比于系統(tǒng)中流過的電流，因此總電流增大，就使得供電系統(tǒng)中的電壓損失增加，使得調壓困難。(4)對電力系統(tǒng)的發(fā)電設備來說，無功電流的增大，對發(fā)電機轉子的去磁效應增加，電壓降低，過度增大激磁電流，則使轉子繞組的溫升超過允許范圍，為了保證轉子繞組的正常工作，發(fā)電機就不能達到預定的出力。此外原動機的出力是以有功功率衡量的，當發(fā)電機發(fā)出的視在功率一定時，無功功率的增加，導致原動機的出力相對降低。無功功率對電力系統(tǒng)及工廠內部的供電系統(tǒng)都有及不良的影響。因此，供電單位和工廠內部都有降低無功功率需要量的要求，無功功率的減少就相應的提高了功率因數。目前供電部門實行按功率因數征收電費，因此功率因數的高低也是供電系統(tǒng)的一項重要的經濟指標。2.4.2電力線路功率損耗的計算【5】(1)有功功率損耗的計算公式:（2-15）式中—線路的計算電流—線路的電阻（每相值）(2)無功功率損耗的計算公式:（2－16）式中—線路的電抗（每相值）對于小工廠來說，線路不長，其功率損耗相對較小，一般可不予計算，因此此次線路損耗不計。2.4.3電力變壓器功率損耗的計算【7】（1）有功功率損耗的計算公式:（2－17）式中—變壓器的空載損耗—變壓器的短路損耗（負載損耗）—變壓器的負荷率，,這里為變壓器額定容量，為變壓器計算負荷對于6～10KV的低損耗配電變壓器，有功損耗可按下列簡化公式計算：（2－18）（2）無功功率損耗的計算公式:（2－19）式中—變壓器的空載電流百分值—變壓器的短路電壓（阻抗電壓）百分值對于6～10KV的低損耗配電變壓器，有功損耗可按下列簡化公式計算：（2－20）2.4.4無功補償容量的計算[1][3]功率因數太低將會給配電系統(tǒng)帶來電能損耗增加，電壓損失增大和供電設備利用效率降低等不良影響。正是如此，要求電力用戶功率達到一定數值，低于此值時就必須進行補償，國家標準GB/T3485-1998<<評價企業(yè)合理用電技術導則》中規(guī)定：“在企業(yè)最大負荷時的功率因數應不低于0.9，凡功率因數未達到上述規(guī)定的，應該在負荷側合理裝置集中與就地無功補償設備”。由于本設計中上級要求功率因數COSф≥0.95就可滿足要求，,而由上面計算可知COSф=0.69<0.95，因此需要進行無功補償。綜合考慮在這里采用并聯(lián)電容器進行低壓集中補償。低壓集中補償是指將低壓電容器組集中裝設在車間變電所的低壓母線上。該補償方式只能補償車間變電所低壓母線前變壓器和高壓配電線路及電力系統(tǒng)的無功功率，對變電所低壓母線后的設備則不起補償作用。功率補償采用低壓電容器集中補償結構，電氣圖如圖2－1：圖2-1功率補償電路由表2-1可知，該廠380V側最大負荷的功率因數只有0.66，而供電部門要求該廠10KV進線側最大負荷時功率因數不應低于0.95.考慮到主變壓器的無功損耗大于有功損耗，因此380V側最大負荷時功率因數應稍大于0.95，暫取0.97來計算380V側所需的無功功率補償容量：（2－21）=1207*[tan(arccos0.66)-tan(arccos0.97)]Kvar=1207*（1.14-0.25）=1074.23Kvar選PGJ1低壓自動補償屏，選擇的并聯(lián)電容的型號：BW0.4-14-3型，一臺2#主屏和11臺4#輔屏，每屏84Kvar，采用6步控制，每步投入14Kvar,總容量84Kvar×13=1092KvarBW0.4-14-3型電容器的參數如下：額定電壓：0.4KV額定容量：14Kvar額定電容：280uF頻率:50HZ相數：3無功補償后，變電所低壓側的計算負荷為：（2－22）變壓器的功率損耗為：(2-23)(2-24)變電所高壓側計算負荷為：（2-25）（2-26）(2-27)(2-28)補償后的功率因數為：(2-29)通過上述計算可得，需補償的容量為1092kvar，補償后車間變電所高壓側功率因數能達到0.95。因此，符合本設計的要求。因此無功補償后工廠380V側和10KV側的負荷計算如表2-2所示。表2-2無功補償后的工廠負荷計算項目計算負荷380V側補償前負荷0.661207136618232770380V側無功補償容量-1092380V側補償后負荷0.97120727412381881主變壓器功率損耗18.5774.2810KV側負荷總計0.961225.57348.28127473.62.5變電所主變壓器型式和主接線方案的選擇[3]2.5.1變電所位置的選擇【3】正確選擇變電所所址，不僅影響變電所建設的技術與經濟上的合理性，而且也涉及到變電所安全可靠運行。配變電所位置選擇，應根據下列要求綜合考慮確定：(1)接近負荷中心；(2)進出線方便；(3)接近電源側；(4)設備吊裝、運輸方便；(5)不應設在有劇烈振動的場所；(6)不宜設在多塵、水霧(如大型冷卻塔)或有腐蝕性氣體的場所，如無法遠離時，不應設在污源的下風側；(7)不應設在廁所、浴室或其他經常積水場所的正下方或貼鄰；(8)不應設在爆炸危險場所以內和不宜設在有火災危險場所的正上方或正下方，如布置在爆炸危險場所范圍以內和布置在與火災危險場所的建筑物毗連時，應符合現行的《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》的規(guī)定；(9)配變電所為獨立建筑物時，不宜設在地勢低洼和可能積水的場所；(10)高層建筑地下層配變電所的位置，宜選擇在通風、散熱條件較好的場所；(11)配變電所位于高層建筑(或其他地下建筑)的地下室時，不宜設在最底層。當地下僅有一層時，應采取適當抬高該所地面等防水措施。并應避免洪水或積水從其他渠道淹漬配變電所的可能性。利用負荷功率矩法確定負荷中心在工廠平面圖的下邊和左側，任作一直角坐標的x軸和y軸，測出各車間和宿舍區(qū)負荷點的坐標位置，例如(,)、(,)、等。而工廠的負荷中心設在，P為。因此仿照《力學》中計算重心的力矩方程，課的負荷中心的坐標：(2-30)(2-31)式中、、—為各個負荷的大小—為總負荷根據布局圖的各個車間的坐標為、、、、、、、，其中=141.4、=19.9、=34.0、=22.0、=141.4、=96.4、=111.4、=42.4根據力矩方程得：130、94化工廠的平面圖及變電所位置如下圖所示：圖2-2某化工廠平面布置圖2.5.2變電所主變壓器的型式選擇變電所有屋內式和屋外式兩大型式。屋內式運行維護方便，占地面積少。在選擇工廠總變配電所型式時，應根據具體地理環(huán)境，因地制宜。技術經濟合理時應優(yōu)先選用屋內式,因此,本設計選為屋內式變電所。（1）變壓器臺數確定原則【3】：（a）裝設一臺主變壓器的變電所主變壓器容量應小于總的計算負荷,即（2－32）（b）裝有兩臺主變壓器的變電所每臺主變壓器容量不應小于總的計算負荷的60%，最好為總計算負荷的70%左右，即（2－33）同時每臺主變壓器容量不應小于全部一、二級負荷之和,即（2－34）（c）主變壓器單臺容量上限，單臺配電變壓器（低壓為0.4KV）的容量一般不宜大于1250KVA。當用電設備容量較大、負荷集中且運行合理時，亦可選用較大容量（例如1600-2000KVA）的配電變壓器。（2）主變壓器接線方案【3】根據工廠的負荷性質和車間位置情況，工廠變電所的主變壓器可以有下列兩種方案：（a）裝設一臺主變壓器（型式采用S9）在總進線上裝設一臺變壓器，需要滿足要求，所以選取(2-35)（b）裝設二臺主變壓器（型式采用S9）每臺主變壓器的容量應滿足要求。即：，(2-36)由原始數據知各單位歸屬于二級負荷，即(2-37)所以，也應選擇兩臺的變壓器，也就是明備用：兩臺變壓器均按100%的負荷選擇（3）主結線方案的設計與選擇【19】（a）對變電所主結線的一般要求變電所主接線要求安全，可靠，靈活，經濟。主要有以下一些原則：<1>在高壓斷路器的電源側及可能反饋電能的另一側，必須安裝高壓隔離開關。<2>在低壓斷路器的電源側及可能反饋電能的另一側，必須裝設低壓刀開關。<3>在裝設高壓熔斷器-負荷開關的出線柜母線側，必須裝設高壓隔離開關。<4>變配電所高壓母線上及架空線末端，必須裝設避雷器，裝于母線上的避雷器宜與電壓互感器共用一組隔離開關，線路上避雷器前不必裝設隔離開關。<5>變電所的主接線方案，必須與其負荷類型相適應，對于一級負荷，應由兩個電源供電，對二級負荷，應由兩回路或者一回專用架空線路供電。<6>接于公共干線上的變配電所電源進線首端，應裝設帶有短路保護的開關設備。<7>對一般的生產區(qū)的車間變電所，宜由工廠總變配電所采用放射式高壓配電，以確保供電可靠性，但對輔助生產區(qū)的變電所，可采用樹干式配電。<8>變電所低壓側的總開關，宜采用低壓斷路器，當有繼電保護或自動切換電源要求時，低壓側總開關和低壓母線分段開關均應采用低壓斷路器。<9>兩路電源進線，裝有兩臺主變壓器的變電所，當兩路電源同時供電時，兩臺主變壓器一般分列運行，當只有一路電源供電，另一路電源備用時，則兩臺主變壓器并聯(lián)運行。<10>需帶負荷切換主變壓器的變電所，高壓側應裝設高壓斷路器或者高壓負荷開關。（b）兩種主結線的方案的比較【3】<1>由上面兩種主變壓器選擇方案可以有以下兩種主結線方案，下表3－1是對這兩種主結線方案進行技術經濟比較：表2-3兩種主結線方案的比較比較項目裝設一臺主變壓器的方案裝設兩臺主變壓器的方案技術指標供電安全性滿足要求滿足要求供電可靠性滿足要求滿足要求供電質量由于一臺主變，電壓損耗略大由于兩臺主變，電壓損耗略小靈活方便性由于一臺主變，靈活性稍差由于兩臺主變，靈活性較好擴建適應性稍差一些較好一些經濟指標電力變壓器的綜合投資額S9-2000單價是17.7萬元，而實際中變壓器的綜合投資為單價的兩倍，因此一臺的綜合投資為35.4萬元。S9-2000單價是17.7萬元，因此兩臺的綜合總投資為70.8萬元，比一臺主變的方案綜合投資多35.4萬元。高壓開關柜（含計量柜）的綜合投資額查表得GG-1A(F)型柜按每臺3.5萬元計，又查得其綜合投資按設備價1.5倍計，因此其綜合投資為4×1.5×3.5=21萬元。本方案采用6臺GG-1A(F)型高壓開關柜，因此其綜合投資為6×1.5×3.5=31.5萬元。比一臺主變的方案多投10.5萬元。電力變壓器和高壓開關柜的年運行費經查表計算，主變和高壓開關柜的折舊和維護管理費每年為8.8萬元。本方案主變和高壓開關柜的折舊和維護管理費每年11.58萬元，比一臺主變的方案多投資2.78萬元。交供電部門一次性供電貼費按800元/kVA計算，貼費為2000×0.08萬元=160萬元貼費4000×0.08萬元=320萬元，比四臺主變的方案多160萬元。由上表可以看出，按技術指標，裝設兩臺主變的結線方案略優(yōu)于裝設一臺主變的結線方案，但是按照經濟指標考慮，裝設一臺的結線方案明顯優(yōu)于裝設兩臺的結線方案，綜合考慮，因此選用裝設一臺主變壓器的方案。其參數如下所示:型號：S9-2000/10KV額定容量：2000KVA額定電壓：10KV0.4KV空載電流：0.8％空載：3000W負載：18000W阻抗電壓%：6%聯(lián)結組號：Yyn0<2>變壓器的主結線方案設計【4】【17】【22】如下圖2-3所示：主變壓器的聯(lián)結組采用Yyn0。圖2-3變壓器的主結線方案3短路電流的計算3.1短路電流計算的一般概述電氣設備或導體發(fā)生短路故障時通過的電流為短路電流。所謂短路是指相與相之間的短接，或在中性點接地系統(tǒng)中一相或幾相與大地相接（接地），以及三相四線制系統(tǒng)中相線與中線短接。當發(fā)生短路時，短路回路的阻抗很小，于是在短路回路中將流通很大的短路電流（幾千甚至幾十萬安），電源的電壓完全降落在短路回路中。3.1.1短路的原因發(fā)生短路的主要原因是由于電力系統(tǒng)的絕緣被破壞。在大多數情況下，絕緣的破壞多數是由于未及時發(fā)現和未及時消除設備中的缺陷，以及設計、安裝和運行維護不當所，例如：過電壓、直接雷擊等，運行人員的錯誤操作，如帶負荷拉開隔離開關，或者檢修后未拆接地線就接通斷路器；在長期過負荷元件中，由于電流過大，載流導體的溫度升高到不能容許的程度，使絕緣加速老化或破壞；在小接地電流系統(tǒng)中未及時或消除一相接地的不正常工作狀態(tài)，此時，其它兩相對地電壓升高倍，造成絕緣損壞；在某些化工廠或沿海地區(qū)空氣污穢，含有損壞絕緣的氣體或固體物質，如不加強絕緣，經常進行維護檢修或者采取其他特殊防護措施等，都很容易造成短路。此外，在電力系統(tǒng)中，某些事故也可能直接導致短路，如桿塔塌導線斷線等。動物或飛禽跨接載流導體也會造成短路事故。3.1.2短路的危害短路電流所產生的電動力能形成很大的破壞應力，如果導體和它們的支架不夠堅固，則可能遭到嚴重破壞。短路電流越大，通過的時間越長，對故障元件破壞的程度也越大。由于短路電流很大，即使通過的時間很短，也會使短路電流所經過的元件和導體收起不能容許的發(fā)熱，從而破壞絕緣甚至使載流部分退火、變形或燒毀。既然發(fā)生短路時流通很大的短路電流（超過額定電流許多倍），這樣大的短路電流一旦流經電氣設備的載流導體，必然要產生很大的電動力和熱的破壞作用，隨著發(fā)生短路地點和持續(xù)時間的長短，其破壞作用可能局限于一小部分，也可能影響整個系統(tǒng)。3.1.3短路的類型三相系統(tǒng)中短路的基本類型有：三相短路、兩相短路、單相短路（單相接地短路）和兩相接地短路。根據運行經驗統(tǒng)計，最常見的是單相接地短路，三相短路最少。三相短路雖少，但不能不考慮，它的發(fā)生對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有著十分不利的影響。單相短路雖然機會多短路電流也大，但可以人為的減小單相短路電流數值，使單相短路電流最大可能值不超過三相短路電流的最大值。3.1.4短路回路參數的計算(1)標么值標么值一般又稱為相對值，是一個無單位的值。在標么值計算中。首先要選定基準值。如選取基值功率為100MVA和短路點所在網路的平均額定電壓為基準電壓。尚須指出，在電路的計算中，各量基準值之間必須服從電路的歐姆定律和功率方程式，也就是說在三相電路中，電流、電壓、阻抗、和功率這四個物理量的基準值之間應滿足下列關系：U=ZIS=UI式中：S為三相功率，U為線電壓，I為相電流，Z為相阻抗。(2)短路回路中各元件阻抗的計算計算短路電流時，須知道系統(tǒng)中各元件的電阻抗，一般只考慮同步電機、變壓器、電抗器、架空線和電纜線的電抗。設計計算時一般采用準確計算法，各個阻抗的計算如下：發(fā)電機：=**（3－1）變壓器：=**（3－2）電抗器：=**（3－3）架空線：=*（3－4）電纜線：=*（3－5）3.2短路電流的計算[11]3.2.1繪制計算電路圖3－1短路計算電路3.2.2確定基準值設,即高壓側,低壓側,則（3－6）（3－7）3.2.3計算短路電路中各元件的電抗標幺值（1）電力系統(tǒng)（3－8）（2）架空線路LJG-150的XO=0.35Ω/km線路長2km，所以（3－9）（3）電力變壓器根據變壓器型號得，5所以（3－10）因此繪制等效電路，圖3-2所示圖3－2電路等效圖3.2.4計算k-1點短路電流的計算【11】【8】(1)總電抗標幺值（3－11）(2)三相短路電流周期分量有效值（3－12）(3)、其它短路電流（3－13）（3－14）（3－15）(4)、三相短路容量（3－16）3.2.5計算k-2點短路電流的計算【11】【8】（1）總電抗標幺值（3－17）（2）三相短路電流周期分量有效值（3－18）（3）其它短路電流（3－19）（3－20）（3－21）（4）三相短路容量（3－22）以上計算結果綜合如表3-1所示表3-1短路計算結果短路計算點三相短路電流/KA三相短路容量/KVAk-16.636.636.6316.9110.01120.48k-237.637.637.669.1840.9826.114一次設備的選擇和校驗電氣設備的選擇是很重要的，正確選擇是保證電氣主接線和配電裝置達到安全、經濟運行的重要條件。在進行電氣設備選擇時應根據工程實際情況、在保證安全、可靠的前提下，積極而穩(wěn)妥地采用新技術，并注意節(jié)省投資，選擇合適的電氣設備。選擇的一般原則：（1）應滿足正常運行、檢修、短路和過電壓情況下的要求，并考慮遠景發(fā)展；（2）應按當地使用環(huán)境條件校驗；（3）應力求技術先進和經濟合理；（4）與整個工程的建設標準應協(xié)調一致；（5）同類設備應盡量減少品種；（6）選擇的新產品均具有可靠的實驗數據，并經正式鑒定合格。4.110KV側一次設備的選擇校驗【3】4.1.1斷路器、隔離開關的選擇和短路穩(wěn)定度校驗（1）動穩(wěn)定校驗條件或（4－1）式中、—開關的極限通過電流（動穩(wěn)定電流）峰值和有效值（單位為KA）、—開關所在處的三相短路沖擊電流瞬時值和有效值（單位為KA）（2）熱穩(wěn)定校驗條件（4－2）式中—開關的熱穩(wěn)定電流有效值（單位為KA）—開關的熱穩(wěn)定試驗時間（單位為S）—開關所在處的三相短路穩(wěn)態(tài)電流（單位為KA）—短路發(fā)熱時間（單位為S）（3）由算出來的數據：10KV側：＝73.6A＝6.63KA＝16.91KA＝可選擇：高壓少油斷路器SN10-10I/630高壓隔離開關具體參數見表5－1（a）斷路器的校驗動穩(wěn)定校驗：=40KA,=16.91KA滿足條件:所以斷路器動穩(wěn)定滿足條件熱穩(wěn)定校驗：查表得高壓少油斷路器SN10-10I/630的熱穩(wěn)定試驗時間為2S（4－3）定時限過電流保護整定的動作時間為1.7S,低速斷路器的全分閘時間取0.2S（4－4）條件滿足所以斷路器熱穩(wěn)定滿足條件（b）隔離開關的校驗動穩(wěn)定校驗：=25.5KA,=16.91KA滿足條件:所以隔離開關動穩(wěn)定滿足條件熱穩(wěn)定校驗：查表得高壓隔離開關的熱穩(wěn)定試驗時間為5S（4－5）定時限過電流保護整定的動作時間為1.7S,低速斷路器的全分閘時間取0.2S（4－6）條件滿足所以斷路器熱穩(wěn)定滿足條件4.1.2熔斷器的校驗（1）熔斷器額定電壓應與所在線路的額定電壓相適應，即（4－7）（2）熔斷器額定電流應不小于它所裝設的熔體額定電流，即（4－8）（3）熔斷器斷流能力的校驗條件：（4－9）可選擇高壓熔斷器RN2-10，具體參數見表5－1校驗：＝50KA=16.91KA熔斷器滿足要求。4.1.3電流互感器的短路穩(wěn)定度校驗（1）動穩(wěn)定校驗條件:或（4－10）式中—電流互感器的動穩(wěn)定電流（單位為KA）—電流互感器的動穩(wěn)定倍數（對）—電流互感器的額定一次電流（單位為A）（2）熱穩(wěn)定校驗條件:或（4－11）式中—電流互感器的熱穩(wěn)定電流（單位為KA）—電流互感器的熱穩(wěn)定試驗時間，一般取1S—電流互感器的動穩(wěn)定倍數（對）（3）由數據分析可選擇電流互感器LQJ-10，具體參數見4－1表動穩(wěn)定校驗：＝（4－12）動穩(wěn)定倍數160，為150A滿足條件所以電流互感器動穩(wěn)定滿足條件熱穩(wěn)定校驗:（4－13）（4－14）1S的熱穩(wěn)定倍數為75，為150A條件滿足所以電流互感器熱穩(wěn)定滿足條件10KV側一次設備的選擇校驗，表4-1表4-110KV側一次設備的選擇校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其它裝置地點條件參數數據10KV115.56.55KA16.7KA一次設備型號規(guī)格額定參數高壓少油斷路器SN10-10I/63010KV630A16KA40KA高壓隔離開關10KV200A____25.5KA高壓熔斷器RN2-1010KV0.5A50KA________電壓互感器JDJ-10________________電壓互感器JDZJ-10________________電流互感器LQJ-1010KV150/5A____-----------二次負荷0.6避雷器FS4-1010KV________________戶外式高壓隔離開關GW4-15G/20015KV200A____表4-1所選設備均滿足要求。4.2380V側一次設備的選擇校驗【3】【4】4.2.1斷路器的短路穩(wěn)定度校驗（1）低壓斷路器斷的校驗：（a）斷路器的額定電壓應不低于所在線路的額定電壓，即（4－15）（b）斷路器的額定電流應不小于它所裝設的脫扣器額定電流，即（4－16）（c）斷路器斷流能力的校檢條件：對動作時間在0.02S及以下的斷路器（DZ型）為或（4－17）對動作時間在0.02S以上的斷路器（DW型）為或（4－18）式中—設備的額定開斷電流（2）選取低壓斷路器DW15-4000作為低壓側斷路器，具體參數見表4－2校驗：滿足條件所選斷路器滿足條件4.2.2熔斷器的校驗（1）熔斷器額定電壓應與所在線路的額定電壓相適應，即（4－19）（2）熔斷器額定電流應不小于它所裝設的熔體額定電流，即（4－20）（3）熔斷器斷流能力的校驗條件：（4－21）選取型號為RT014-20作為低壓側的熔斷器，具體參數見表5-2校驗：熔斷器滿足要求。4.2.3電流互感器的短路穩(wěn)定度校驗（1）動穩(wěn)定校驗條件:或（4－22）式中—電流互感器的動穩(wěn)定電流（單位為KA）—電流互感器的動穩(wěn)定倍數（對）—電流互感器的額定一次電流（單位為A）（2）熱穩(wěn)定校驗條件:或（4－23）式中—電流互感器的熱穩(wěn)定電流（單位為KA）—電流互感器的熱穩(wěn)定試驗時間，一般取1S—電流互感器的動穩(wěn)定倍數（對）（3）由數據分析可選擇電流互感器LMZJ1-0.5，具體參數見4－1表動穩(wěn)定校驗：＝（4－24）動穩(wěn)定倍數127.5，為3000A滿足條件所以電流互感器動穩(wěn)定滿足條件熱穩(wěn)定校驗:（4－25）（4－26）1S的熱穩(wěn)定倍數為50，為3000A條件滿足所以電流互感器熱穩(wěn)定滿足條件380V側一次設備的選擇校驗，表4-2表4-2380V側一次設備的選擇校驗選擇校驗項目電壓電流斷流能力動穩(wěn)定度熱穩(wěn)定度其它裝置地點條件參數數據380V2640A37.6KA69.18KA一次設備型號規(guī)格額定參數低壓斷路器DW15-4000/3380V3000A80KA低壓斷路器DZ20-630380V630A(大于)一般為30KA低壓熔斷器RT014-20380V10A100KA低壓刀開關HD13-3000/30380V3000A____電流互感器LMZJ1-0.5500V3000/5A____4.3高低壓母線的選擇按88D264《電力變壓器室布置》標準圖集的規(guī)定：10KV母線選LMY-3(404),即母線尺寸為40mm4mm；380V母線選LMY-3(2（12010）)+8010,即相母線尺寸為120mm10mm，中性母線尺寸為80mm10mm。4.4變電所進出線與鄰近單位聯(lián)絡線的選擇【3】4.4.110KV高壓進線和引入電纜的選擇[3]（1）10KV高壓進線的選擇和校驗采用LJ型鋁絞線架空敷設，接往10KV公用干線。（a）按發(fā)熱條件選擇。由A及室外的環(huán)境溫度30度,初選LJ-25，其30度時的=127A>,滿足發(fā)熱條件。（b）校驗機械強度。查表知最小允許截面=35，因此LJ-25不滿足機械強度要求，故改選LJ-35，其30度時=160A>，同時滿足發(fā)熱條件。（c）由于此線路很短，不需校驗電壓損耗。（2）由高壓配電室至變壓器的一段引入電纜的選擇校驗采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜直接埋地敷設。（a）按法熱條件選擇。及土壤溫度21查表，初選纜芯95的交聯(lián)電纜。其=182A>，滿足發(fā)熱條件。（b）校驗短路熱穩(wěn)定。按下式計算滿足短路熱穩(wěn)定的最小截面（4-27）A=95>=74.57（4-28）因此YJL22-10000－395電纜滿足要求。其中為短路發(fā)熱假想時間：變電所高壓側過電流保護動作時間按0.5S整定（終端變電所）再加上斷路器斷路時間0.2S，再加0.05S.C為熱穩(wěn)定系數。4.4.2380V低壓出線的選擇（1）饋電給鍛造車間的線路采用VLV22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。（a）按發(fā)熱條件選擇。由及地下0.8m土壤溫度為,查表，可初選4組的電纜線，其，滿足發(fā)熱條件。（b）校驗電壓損耗估計變電所到鍛造車間的距離為150m，由表查得鋁芯電纜的(按鋁芯工作穩(wěn)定計)，，某一公寓的,，因此按公式得：（4-29）,滿足允許電壓損耗5%的要求。（c）短路熱穩(wěn)定度校驗根據公式（4-30）式中———變電所高側過壓電流動作時間按0.5s整定（終端變電所），再加上斷路器斷路時間0.2s，再加0.05s。前邊所選大于，滿足熱穩(wěn)定要求，因此即選聚氯乙烯絕緣鋁心電纜，即4VLV22-1000-3300+1150的四芯電纜（中性線芯按不小于相線芯一半選擇，下同）。（2）饋電給鍛壓車間的線路采用VLV22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。(方法同上)可選取4組纜芯截面為的電纜線，即4VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜。（3）饋電給金工車間的線路采用VLV22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。(方法同上)可選取3組纜芯截面為的電纜線，即4VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜（4）饋電給電鍍車間的線路采用VLV22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。(方法同上)可選取2組纜芯截面為的電纜線，即2VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜（5）饋電給裝配車間的線路采用VLV22-1000型聚氯乙烯絕緣鋁芯電纜直接埋地敷設。(方法同上)可選取2組纜芯截面為的電纜線，即2VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜4.4.3作為備用電源的高壓聯(lián)絡線的選擇校驗采用YJL22-10000型交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜，直接埋地敷設，與相距2KM的臨近單位變電所的10KV母線相聯(lián)。（1）按發(fā)熱條件選擇工廠二級負荷容量共2469KVA，,最熱月土壤平均溫度為29.2，查手冊初選纜芯截面為70交聯(lián)聚乙烯絕緣的鋁芯電纜，其,滿足發(fā)熱條件。（2）校驗電壓損耗查手冊可知纜芯為70的鋁芯電纜的（纜芯溫度按80）而重要負荷的＝1706.4KW,=1784.3,線路長按1km計，因此:（4－31）線路電壓損耗百分值：（4－32）由此可見滿足電壓損耗5%的要求。（3）短路熱穩(wěn)定校驗按本變電所高壓側短路電流校驗，由前述引入電纜的短路熱穩(wěn)定校驗，可知纜芯為70的交聯(lián)鋁芯電纜是滿足熱穩(wěn)定要求的。而臨近單位10KV的短路數據不知，因此該聯(lián)絡線的短路熱穩(wěn)定校驗計算無法進行，只有暫缺。綜合以上所選變電所進出線和聯(lián)絡線的導線和電纜截面型號規(guī)格如表4-3所示表4-3變電所進出線和聯(lián)絡線的導線和電纜截面型號規(guī)格線路名稱導線和電纜型號規(guī)格10kV電源進線LJ-35鋁絞線（三線三相架空）主變引入電纜YJL22-10000-395交聯(lián)電纜(直埋)380V低壓出線至1號車間4VLV22-1000-3300+1150的四芯電纜(直埋)至2號車間4VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜(直埋)至3號車間4VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜(直埋)至4號車間2VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜(直埋)至5號車間2VLV22-1000-3240+1120的四芯電纜(直埋)與鄰近單位10KV聯(lián)絡線YJL22-10000-370交聯(lián)電纜(直埋)5變電所二次回路的選擇與繼電保護的整定5.1高壓斷路器的操動機構控制與信號回路高壓斷路器的操動機構控制與信號回路有2種方式：手力操動和電磁操動。這里選擇采用手力操動機構，其控制與信號回路與手冊一致，這里不作說明。5.2變電所的電能計量回路變電所高壓側裝設專用計量柜，裝設三相有功電度表和無功電度表，分別計量全廠消耗的有功電能和無功電能，并據以計算每月工廠的平均功率因數。計量柜由上級供電部門加封和管理。5.3變電所的測量變電所高壓側裝有電壓互感器-避雷器柜，其中電壓互感器由3個JDZJ-10型，用以實現電壓測量和絕緣監(jiān)察。作為備用電源的高壓聯(lián)絡線上，裝有三相有功電度表，三相無功電度表和電流表，高壓進線上也裝有電流表。低壓側的動力出線上，均裝有有功電度表和無功電度表，低壓照明線路上裝有三相四線有功電度表。低壓并聯(lián)電容器組線路上，裝有無功電度表。每一回路均裝有電流表。低壓母線裝有電壓表。儀表的準確度等級按規(guī)范要求。5.4變電所的保護裝置由于電氣設備內部絕緣老化、遭受雷擊、外力破壞損壞或工作人員的操作失誤等原因，可能使運行中的電力系統(tǒng)發(fā)生故障和造成不正常的運行狀況。最常見的故障是各種形式的短路，如三相短路、兩相短路、兩相對地短路、中性點直接接地系統(tǒng)中的單相對地短路、電氣設備繞組匝間短路等。各種短路均會產生很大的短路電流，同時使電力系統(tǒng)的電壓水平下降，從而引發(fā)如下嚴重后果：（1）通過故障點的短路電流及其產生的電弧，使故障元件損壞；（2）短路電流通過非故障元件時，產生發(fā)熱和電動力，造成設備的損壞或縮短設備的使用壽命；（3）破壞供電系統(tǒng)并列的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)震蕩，甚至造成整個系統(tǒng)瓦解。供電系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞但沒有發(fā)生故障時，屬于不正常運行狀態(tài)。例如，因負荷超過供電設備的額定值引起的電流升高（一般稱為過負荷），就是一種常見的不正常運行狀態(tài)。當發(fā)生過負荷時，設備的載流部分和絕緣材料的溫度不斷升高，加速絕緣材料的老化和損壞，并有可能發(fā)展成故障。供電系統(tǒng)中發(fā)生不正常運行狀態(tài)和故障時，都可能引起系統(tǒng)事故。事故，就是指系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成送電或電能質量變壞到不能容許的程度，甚至于造成人身傷亡和電氣設備的損壞。在供電系統(tǒng)中，除應該采取各項積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性以外，故障一旦發(fā)生，必須迅速而有選擇性的切除故障元件，這是保證電力系統(tǒng)安全運行的最有效方法之一。切除故障的時間常常要求小到十幾分之幾甚至百分之幾秒，因此只有在電氣元件上裝設保護裝置才能有可能滿足這個要求。這種保護裝置就是繼電保護裝置。繼電保護裝置，就是指反應供電系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。為了保證安全可靠的供電，供電系統(tǒng)中主要電氣設備及線路及線路都要裝繼電保護裝置。繼電保護的主要任務是：（a）當被保護設備或線路發(fā)生故障時，保護裝置迅速動作，有選擇地將故障部分分開，以減輕故障危害，防止事故蔓延。（b）當設備出現不正常運行狀態(tài)時，保護裝置一般作用于信號，以便及時采取措施，防止事故發(fā)生.5.4.1繼電保護裝置的組成【9】【14】在供電系統(tǒng)中應用各種繼電保護裝置，盡管它們在結構上是由測量、邏輯、執(zhí)行三種功能部分組成。如下圖5-1所示：圖5-1繼電保護裝置組成示意圖（1）測量部分測量部分是測量被保護對象的有關輸入電氣量，并與給定的整定植進行比較根據比較的結果，給出“是”、“非”；“大于”“不大于”、“等于0或1”（2）邏輯部分邏輯部分是根據測量部分各輸出量的大小、性質、輸出的邏輯狀態(tài)、出現的順序或它們的組合，使保護裝置按一定的邏輯關系工作，最后確定是否應該使短路器跳閘或發(fā)出信號，并將有關命令傳給執(zhí)行部分。繼電保護中常用的邏輯回路有“或”、“與”、“非”、“延時啟動”、“延時返回”以及記憶等回路。（3）執(zhí)行部分執(zhí)行部分是根據邏輯部分傳送的信號，最后完成保護裝置所擔負的任務。如故障時，動作于跳閘；不正常運行時，發(fā)出信號；正常運行時，不動作等。為了保證工廠供電系統(tǒng)的安全運行，避免過負荷和短路引起的過電流對系統(tǒng)的影響，因此在工廠供電系統(tǒng)中裝有不同類型的過電流保護裝置。供電系統(tǒng)對過電流保護裝置有下列要求：選擇性；速動性；可靠性；靈敏度。繼電保護，適用于要求供電可靠性較高、操作靈活方便特別是自動化程度較高的高壓供電系統(tǒng)設計。5.4.2主變壓器的繼電保護裝置[9]（1）裝設瓦斯保護瓦斯保護的主要優(yōu)點是動作迅速、靈敏高度、安裝接線簡單、能反映油箱內部發(fā)生的各種故障。其缺點則是不能反映油箱以外的套管及引出線等部位上發(fā)生的故障。因此瓦斯保護可以作為變壓器的主要保護之一，與其他保護相互配合、相互補充，快速而靈敏地切除變壓器油箱內、外及引出線上發(fā)生的各種故障。當變壓器油箱內故障產生輕微瓦斯或油面下降時，瞬時動作于信號；當產生大量瓦斯時，應動作于高壓側斷路器。（2）裝設反時限過電流保護采用GL15型感應式電流繼電器，兩相兩繼電器式結線，去分流跳閘的操作方式。1）過電流保護動作電流整定[9]電流互感器的變比取為150/5。動作電流整定計算公式：（5－1）式中，為保護可靠系數，對GL型電流繼電器可取=1.3，為保護裝置的接線系數，對線電流結線取1，為保護裝置的返回系數，對GL型一般取0.8，為電流互感器的變流比，為變壓器的最大負荷電流，一般?。?.5-3.0），這里取1.5（5－2）整定為10A，注意：只能是整數，且不能大于10A2）過電流保護動作時間的整定：因本變電所為電力系統(tǒng)的終端變電所，故其過電流保護的動作時間（10倍動作電流動作時間）可整定為最短的0.5秒3）過電流保護靈敏系數的檢驗：由下式（5－3）其中（5－4）（5－5）因此其保護靈敏系數為：滿足要求。（3）裝設電流速斷保護。利用GL15的速斷裝置。1）電流速斷保護的原理[9]電流接電器于電流互感器的二次側，它動作后啟動中間繼電器，其觸點閉合后，經串聯(lián)信號繼電器而接通斷路器的跳閘線圖，中間繼電器有兩個作用：（a）利用它的觸點接通跳閘回路，起到增加電流繼電器觸點容量的作用。（b）當線路上裝設有管形避雷器時，利用中間可繼電器來增大保護裝置的固有動作時間，以避免避雷器放電時，引起速斷保護誤動作。一般避雷器放電時間可能持續(xù)到40~60ms，因此利用具有延時60~80ms，動作的中間繼電器即可滿足這一要求。電流速斷保護的主要優(yōu)點是簡單可靠，動作迅速，因而獲得了廣泛的應用，它的缺點是不是能保護線路的全長，保護范圍受系統(tǒng)運行方式變化的影響。當系統(tǒng)運行方式變化很大時，或者被保護線路的長度很短時，速斷保護就可能沒有保護范圍，因而不能采用。2）速斷電流的整定：利用下式（5－6）其中,=1.4,=1,=，=因此速斷電流為：（5－7）速斷電流倍數整定為：（2到8之間）（5－8）3）電流速斷保護靈敏系數的檢驗：由下式（5－9）其中（5－10）（5－11）因此其保護靈敏系數為：（5－12）按照GB50062-92規(guī)定，電流保護（含電流速斷保護）的最小靈敏系數為1.5，因此這里裝設的電流速斷保護靈敏系數是達到要求的。（4）作為備用電源的高壓聯(lián)絡線的繼電保護裝置1）裝設反時限過電流保護亦采用GL15型感應式過電流繼電器、兩相兩繼電器式結線，去分流跳閘的操作方式。（a）過電流保護動作電流的整定整定公式為：（5－13）其中，取，=1.3，，，，因此動作電流為：（5－14）整定為7A。（b）過電流保護動作時間的整定。按終端保護考慮，動作時間整定為0.5s。（c）過電流保護靈敏系數。因無鄰近單位變電所10kV母線經聯(lián)絡線至本廠變電所低壓母線的短路數據，無法檢驗靈敏系數，只有從略。2）裝設電流速斷保護也利于GL15的速斷裝置。同樣由于沒有經臨近單位變電所和聯(lián)絡線至本變電所高低壓母線的短路數據，無法整定計算和檢驗靈敏系數，也只有從略。3）變電所低壓側的保護裝置（a）低壓總開關采用DW15-4000/3型低壓短路器，三相均裝過流脫扣器，既可以保護低壓側的相間短路和過負荷（利用其長延時脫扣器），而且可保護低壓側單相接地短路。（b）低壓側所有出線上均采用DZ20型低壓斷路器控制，其瞬時脫扣器可實現對線路短路故障的保護。6電氣安全、防雷和接地供配電系統(tǒng)進行正常運行，首先必須保證其安全性，防雷和接地是電氣安全的主要措施。掌握電氣安全、防雷和接地的知識和理論很重要。6.1電氣安全6.1.1電氣安全的含義和重要性電氣安全【23】包括人身安全和設備安全兩個方面。人身安全是指電氣從業(yè)人員或其他人員的安全；設備安全是指包括電氣設備及其所拖動的機械設備的安全。電氣設備應用廣泛，如果設計不和理，安裝不妥當，使用不正確，維修不及時，尤其是電氣人員缺乏必要的安全知識與安全技能，麻痹大意，就可能引發(fā)各類事故，如觸電傷亡、設備損壞、停電、甚至引起火災或爆炸等嚴重后果。因此，必須采取切實有效的措施，杜絕事故的發(fā)生，一旦發(fā)生事故，也應懂得現場應急處理的方法。6.1.2電氣安全措施(1)建立完整的安全管理機構。(2)健全各項安全規(guī)程，并嚴格執(zhí)行。(4)嚴格遵循設計、安裝規(guī)范。電氣設備和線路的設計、安裝，應嚴格遵循相關的國家標準，做到精心設計，按圖施工，確保質量，絕不留下事故隱患。(5)加強運行維護和檢修試驗工作。應定期測量在用電氣設備的絕緣電阻及接地裝置的接地電阻，確保處于合格狀態(tài)；對安全用具、避雷器、保護電器，也應定期檢查、測試，確保其性能良好工作可靠。(6)按規(guī)定正確使用電氣安全用具。電氣安全用具分絕緣安全用具和防護安全用具，絕緣安全用具又分為基本安全用具和輔助安全用具兩類。(7)采用安全電壓和符合安全要求的電器。為防止觸電事故而采用的由特定電源供電的電壓系列，稱為安全電壓。(8)普及安全用電知識6.1.3電氣防火和防爆當電氣設備、線路處于短路、過載、接觸不良、散熱不良的不正常運行狀態(tài)時，其發(fā)熱量增加，溫度升高，容易引起火災。在有爆炸性混合物的場合，電火花、電弧還會引起爆炸。(1)防火防爆的措施選擇適當的電氣設備及保護裝置，應根據具體環(huán)境、危險場所的區(qū)域等級選用相應的防爆電氣設備和配線方式，所選用的防爆電氣設備的級別應不低于該爆炸場所內爆炸性混合伍的級別。保持必要的防火間距及良好的通風。(2)電氣火災的特點著火的電氣設備可能是帶電的，如不注意可能引起觸電事故。有些電氣設備（如油浸式變壓器、油斷路器）本身充有大量的油，可能發(fā)生噴油甚至爆炸事故，擴大火災范圍。(3)電氣失火后應首先切斷電源，但有時為爭取時間，來不及斷電或因生產需要等原因不允許斷電時，則需帶電滅火，帶電滅火必須注意以下幾點:(a)選擇適當的滅火器。二氧化碳、四氯化碳、二氟一氯一溴甲烷或干粉滅火器的滅火劑均不導電可用于帶電滅火、二氧化碳滅火器使用時要打開門窗，離火區(qū)2~3m噴射，勿使干冰沾著皮膚，以防凍傷。四氯化碳滅火器滅火藥防止中毒應打開門窗，有條件時最好帶上防毒面具，因為四氯化碳與氧氣在熱作用下會起化學反應，生成有毒的光氣和氯氣不能使用泡沫滅火器，因為滅火劑（水溶液）具有一定導電性，而且對電氣設備具有腐蝕作用。(b)選擇合適的滅火方法。小范圍帶電滅火，可使用干砂覆蓋。專業(yè)滅火人員用水槍滅火時，宜采用噴霧水槍，這種水槍通過水柱的泄漏電流較小，帶電滅火比較安全，用普通直流水槍滅火時為防止泄漏電流流過人體，可將水槍噴嘴接地，也可讓滅火人員穿戴絕緣手套、絕緣靴或穿戴均壓服后進行滅火6.2變電所的防雷保護【3】【8】雷電具有極大的破壞性，其電壓高達數百萬伏，瞬間電流可高達數十萬安培。由于建筑物往往高出周圍地面很多，很容易受到雷電的侵襲。為了防止或減少雷擊建筑物發(fā)生的人身傷亡和財產損失，做好建筑物的防雷是很重要的工作。6.2.1過電壓及雷電概述過電壓是指在電氣設備或線路上出現的超過正常工作要求并對其絕緣構成威脅的電壓，分內部過電壓和雷電過電壓。內部過電壓是由于電力系統(tǒng)正常操作，事故切換，發(fā)生故障或負荷突變時引起的過電壓，可分為操作過電壓，弧光接地過電壓及諧振過電壓。雷電過電壓是由電力系統(tǒng)中的設備或建筑物遭受來自大氣中的雷擊或雷電感應而引起的過電壓。雷電可分為直擊雷，感應雷，雷電侵入波3大類。6