电气工程及其自动化专业毕业设计(论文)

摘 要

电能是现代工业生产的主要能源和动力。它对我们日常生活以及对社会的工业都

起着重要的作用。因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具

有十分重要的意义。本设计为一个纺织厂的总配电的电力系统设计。设计中主要包括

了高压供电系统设计、总降压变电所的设计、以及制条车间、纺织车间、织造车间、

染整车间等车间变电所的设计。其中对工厂供电系统的一次接线设计做了着重的分

析。包括工厂主接线设计、短路电流的计算、主要电气设备的选择、以及主变压器的

保护和接地保护等。

ABSTRACT

Electrical energy is the main energy source and power for modern industry production. It

is playing a important role in the prent society's industry and in our daily life. Therefore, it

is a extremely vital significance to do factory power supply work better for the development

of industrial production and realizing the industry modernization, This design is for a mill

total power distribution electrical power system. It mainly included the high-voltage power

supply system design, the voltage dropping resistor transformer substation design, and the

system strip workshop in the design, the textile workshop, weaves the workshop, dyes

workshop transformer substation and so on entire the workshop designs. It has made the

emphatically analysis to a factory power supply system wiring design. Including manufacturer

wiring design, short-circuit current computation, main electrical equipment choice, and main

transformer protection and earth protection and so on.

Key words: high-voltage power supply; Voltage dropping resistor transformer substation;

workshop transformer substation

I

目 录

引言 .................................................................... 1

1 整体方案确定 .......................................................... 3

1.1 供电电压的选择 .................................................. 3

1.2 供电方案的技术经济比较 .......................................... 3

2 参数计算 .............................................................. 4

2.1 无功功率计算 .................................................... 4

2.2 静电电容器补偿 .................................................. 8

2.3 计算电容器的数量n ............................................... 9

2.4 标幺值计算 ..................................................... 11

2.5 三相短路电流计算 ............................................... 11

3 电气设备的选择 ....................................................... 14

3.1 高压断路器 ..................................................... 14

3.2 隔离开关 ....................................................... 15

3.3 电流互感器 ..................................................... 15

3.4 电压互感器 ..................................................... 16

4 系统校验 ............................................................. 17

4.1 热稳定性校验 ................................................... 17

4.2 继电保护装置的选择与整定 ....................................... 18

4.3 部分保护 ....................................................... 18

5 接地、防雷保护及运行维护 ............................................. 20

5.1 单根避雷针的保护范围 ........................................... 21

5.2 车间配电线路的运行维护 ......................................... 22

I

结论 ................................................................... 23

参考文献 ............................................................... 24

附录 ................................................................... 25

谢辞 ................................................................... 29

I

引言

本厂负荷性质：多数车间为三班制,少数车间为一班或两班制。全年为306

个工作日，年最大负荷利用时效为6000小时。属于二级负荷。

该厂自然条件

（1）气象条件

a.月最热平均最高温度为30度；

b.土壤中0.7－1米深处一年中月最热平均温度为20度；

c.年雷暴日为3l天；

d.土壤冻结深度为1.10米；

e.夏季主导风向为南风。

（2）地质及水文条件

根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地下水位为

2.8—5.3米。地面压力为20吨／平方米。

该设计主要包括:

（1）高压供电系统设计

（2）总降压变电站设计

a.主结线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上能实施

的最优方案.

b.短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，

计算三相短路电流，计算结果列出汇总表。

c.主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感

器、导线截面和型号等设备的选择及校验。

d.主要设备的继电保护：包括主变压器保护方式选择和整定计算。

e.防雷、接地保护设计。

（3）车间变电所设计

根据车间负荷情况，选择车间变压器的台数、容量，以及变电所位置的原则

考虑，数值计算根据各车间负荷统计进行，具体数据见表1、2、3。

I

表1 第一变电所原始数据表

序 用电或车设备容备

间 量(千注 cos tg

1 制条车间 306 0.8 0.8 0.75 244.8 183.6 306

2 纺纱车间 340 0.8 0.8 0.75 272 204 340

3 软水站 77.49 0.65 0.8 37.782 0.75 50.373 62.96

4 锻工车间 36.9 0.3 12.95 11.07 17.04 0.65 1.17

5 0.3 0.5 机修车间 355.44 1.73 103.632 184.476 21.08

6 托儿所,12.8 0.6 10.21 70.68 12.78 0.6 1.33

7 仓库 37.96 0.3 0.5 1.77 11.39 13.32 17.53

8 小计 739.745 625.938 935.39

幼儿院

号 单位名称 瓦)

变

计算负荷

压

器

台

K

x





PS

jsjs

千瓦 千乏 千伏安

Q

s

数

及

容

量

K



表2 第二变电所原始数据表

序 用电或车设备容备

间 量(千注 cos tg

1 织造车间 577.5 0.8 0.8 0.75 462 346.5 577.5

2 染整车间 441 0.8 0.8 264.6 441 0.75 352.8

3 浴室,理1.88 0.8 1 — 1.50 — 1.50

4 食堂 20.63 0.75 0.8 0.75 15.47 11.60 19.08

5 独身宿舍 20 0.8 1 — 16 — 16

6 小计 847.77 622.70 1055.08

发室

号 单位名称 瓦)

变

计算负荷

压

器

台

K

x



PS

jsjs

千瓦 千乏 千伏安

Q

s

数

及

容

量

K



I

表3 第三变电所原始数据表

序 用电或车备

间 注 cos tg

1 锅炉房 151 0.75 0.8 0.75 113.25 84.94 141.56

2 水泵房 118 0.75 0.8 0.75 88.5 66.38 110.63

3 化验室 50 0.75 0.8 0.75 37.5 28.13 46.88

4 卸油泵房 28 0.75 0.8 0.75 21 15.75 26.25

5 小计 260.25 195.20 325.32

号 单位名称

计算负荷

设备变压

容量器台

(千数及

瓦) 容量

K

x



PS

jsjs

千瓦 千乏 千伏安

Q

s

K



1 整体方案确定

1.1 供电电压的选择

根据系统电源情况，供电电压有两种方案：

方案1：工作电源与备用电源都采用35kV电压，工厂总降压变电所的高压

侧接线方式有两种：

（1）单母线接线；（2）双母线接线。

经过经济预算，本方案要用2台主变压器。

方案2：工作电源采用35kV电压，用架空线路引入，厂内总降压变电所中

装设一台主变压器，变压器高压侧装设断路器，备用电源采用10kV，接在总降

压变电所内的10kV母线的一个分段上。接线方式有两种：

（1）单母线接线；（2）双母线接线。

1.2 供电方案的技术经济比较

对2种方案进行比较

方案1 工作电源和备用电源都采用35kV

优点：（1）供电电压高，线路功率损耗及电能损耗少；

（2）电压损失小，调压问题易解决；

（3）可以减少无功功率补偿的设备及其投资；

I

（4）根据运行经验的统计数据，35kV的架空线路故障率比10kV的线路故

障率小很多，供电的可靠性高。

缺点：需要装设两台主变压器，投资及运行费用将大大增加。

方案2 工作电源采用35kV而备用电源采用10kV电源。

优点：（1）工厂内部不用装设主变压器，可以降低工厂的运行投资；

（2）工厂内部不用装设主变压器，可以减少工人的工作量。

缺点：（1）线路的故障率要大于方案1，供电可靠性不如方案1；

（2）需要增加无功补偿的投资；

（3）线路供电电压过低，会增加线路的功率损耗和电能的损耗。线路的电

压损耗将大于方案1；

（4）需要设置总配电所。

方案2工作电源与备用电源之间设有备用电源自动投入装置（BZT），当工

作电源因故障而断开的时候，备用电源会立即投入使用。中间装设有一个断路器，

在正常情况下是闭合的。

由上面分析计算可以知道，方案1装设两台35kV的主变压器以及高压断路

器，至使投资大大增加，方案2虽然在线路故障率的电能损耗率上不及方案1，

但是他的投资大大降低，并且在此方案下也同样能够满足该工厂的二级负荷的供

电。

并且从长远的利益上看，如果该工厂需要扩大其规模，只需要更换一台主变

压器及其配套仪器，并且接线方式采用双母线接线，所以此方案是符合要求的。

2 参数计算

2.1 无功功率计算

第一变电所的计算：

所用数据见表1。

PP

jsjs

=设备容量 tg



K

x

Q

s



=

第一变电所的分析计算

第一变电所：=739.745kW，=625.938 kVar，=935.39kVA

PS

jsjs

Q

js

因此可以选择1000kVA变压器一台 电压变比为 10/0.4kV,查文献[3]附表

可得-1000/10 数据为:=2.0kW，=13.7kW，%=4.5，%=1.7。变

SJL

1

PPUI

0dd0

I

压器的功率损耗由公式

s

1

Pnpp()kw

b0d

js

2

ns

e

s

js

2

1

Q nQ()k.var

bd

ns

e

其中 = = 计算可求得：

QQ

0d

I%U%

0d

SS

ee

100100

935.39

2

P

b

=12.0+13.7=13.99kW



()

1000

1.74.5935.39

2



1000+11000 =1=56.39 kVar

()

Q

b

1001001000

10kV线路功率等于计算负荷与变压器损耗之和

'

=739.745+13.99=753.745kW，=625.94+58.7=682.33 kVar

PQ

js

'

js

'2'222

Q753.745682.331016.71kVAP

jsjs

=

S

'

js

I

==

'

js

S

'

js

3U

1016.71

58.82A

310

导线选用LGJ-35型，查表可得LGJ-35型导线得允许通过电流为135A58.5A

[1,3]



又通过查表可得LGJ-35导线得数据为=1.38/km，=0.374/km

r

0



x

0

此时功率因数为： 0.9

753.745

0.74



1016.71

进行无功补偿计算，假设取

COS0.93



则有=754.445（tanarccos0.74-.tanarccos093）=387.20kVar

Q

c

补偿后的视在功率为：S==790.36kVA

753.7455(625.94387.2)

22

此时变压器的功率损耗为：

P

T

=0.015=0.015790.36=11.85kW

S

30(2)



Q

T

=0.06=0.06790.36=47.47kW

S

30(2)



变压器高压侧的计算负荷为

'

P(1)

30

=753.745+11.85=765.6kW

'

Q(1)

30

=625.94-387.2+45=238.74kVar

I

'

S(1)

30

==801.96kVA

765.6238.74

22

补偿后的功率因数为：cos==0.9540.90 满足要求



第二变电所的分析计算

所用数据见表2。

765.6



801.96

第二变电所：=847.77kW，=622.70kVar，=1055.08kVA

PS

jsjs

Q

js

因此可以选择1250kVA变压器一台 电压变比为10/0.4kV，查表文献附表可

得： -1250/10，数据为：=2.35 kW，=16.4kW，%=4.5，%=1.6。

SJL

1

PPUI

0dd0

变压器的功率损耗由公式

PP

b0

=n+=14.03kW =12.35+16.5

1

d

(P)

n

[3]

S

js

1055.08

2

)(

2



1250

S

e

QQ

b0

=n+=11250+11250

1

n

Q()

d

S

js

S

e

2



1.64.5

100100

1055.08

2

()

=60.07kVar

1250

10kV线路功率等于计算负荷与变压器损耗之和

'

=847.77+14.03=861.8kW，=622.70+60.07=682.77kVar

QP

'

js

js

S

'

js

= =1099.49kVA

861.8682.77

22

I

'

js

==A

S

'

js

3U

1099.49

63.48

310

导线选用LGJ-35 型 查表可得LGJ-35型导线得允许通过电流为135A58.5A



又通过查表可得LGJ-35导线得数据为=1.38/km =0.374/km

r

0



x

0

此时的功率因数为：cos=0.7840.9



861.8



1099.49

进行无功补偿计算 取cos=0.93



Q754.445tanarccos0.74tanarccos0.93387.20

c



kVar

补偿后的视在功率为：S==899.03kVar

847.77(622.7323.46)

22

I

变压器的功率损耗为：

P

T

=0.015=0.015899.03=13.49kW

S

30(2)



Q

T

=0.06=0.06899.03=53.94kVar

S

30(2)



变压器高压测的计算负荷为

'

P(1)

30

=847.77+13.9=861.26kW

'

(1)Q

=622.7-323.46+53.94=299.24kVar

30

'

S(1)

30

==912.27kVA

861.26299.24

22

补偿后的功率因数为：cos==0.954>0.90 满足要求



第三变电所分析计算：

所用数据见表3。

861.26

912.27

PS

jsjs

=260.25kW，=195.20kVar，=325.32kVA

Q

js

因此可以选择400kVA变压器一台，电压变比为 10/0.4kV，查文献[3]附表

可得-400/10，数据为：=0.94kW，=6kW，%=4，%=2.3，变压器

SJL

1

PPUI

0dd0

的功率损耗由公式

PP

b0

=n+ =10.94+16=4.91kW

1

d

(P)

n

S

js

S

e

2



()

325.32

2

400

QQ

b0

=n+=1400+1=19.78kVar

1

n

Q()

d

S

js

S

e

2



2.34325.32

2

()

100100400

10kV线路功率等于计算负荷与变压器损耗之和

'

=260.25+4.91=265.16kW，=195.20+19.78=214.98kVar

QP

'

js

js

S

'

js

==341.36kVA

265.16214.98

22

I

===19.71A

'

js

S

'

js

3U

341.36

310

查表可选择LJ-16的导线允许通过电流105A19.71A



LJ-16导线的数据为=1.98/km，=0.358/km

[5]

r

0



x

0

I

此时的功率因数为 cos==0.780.9



265.16



341.36

进行无功功率补偿计算的时候假设cos=0.93



Q

c

=260.25（tanarccos0.78+ tanarccos0.93）=115.70kVar



变压器的功率损耗为：

P

T

=0.015=0.015115.70=1.74kW

S

30(2)



Q

T

=0.06=0.06115.70=6.94kVar

S

30(2)



变压器高压侧的计算负荷为

'

P(1)

30

=260.25+1.74=261.99kW

'

Q(1)

30

=195.20-115.70+6.94=86.44kVar

'

S(1)

30

==275.88kVA

261.9986.44

22

此时的功率因数cos==0.9490.90 满足要求。



261.99



275.88

2.2 静电电容器补偿

静电电容器即电力电容器。利用电容器进行补偿，具有投资省、有功功率损

耗运行维护方便、故障范围小等优点。但当通风不良、运行温度过高时，油介质

电容器易发生漏油、鼓肚、爆炸等故障。因此，建议使用粉状介质电容器。

当企业感性负载比较多时，它们从供电系统吸取的无功功率是滞后（负值）

功率，如果用一组电容器和感性负载并联，电容需要的无功功率是超前（正值）

功率，如果电容器选的合适，令Qc+Ql=0，这时企业已不需要向供电系统吸取无

功功率，功率因数为1，达到最佳效果。

[2,4]

电容器补偿容量的确定：

电力电容器的补偿容量Qc可按下式计算：

Qtg

c

=(-)



P

js

tg



1



2

式中 ——最大有功计算负荷，kW

P

js

tgtg



12

、——补偿前、后功率因数角的正切值



I



——平均负荷系数，一般取0.7～1，视的计算情况而定。如果在

P

js

计算时已采用了较小系数值，可取1。



某些已进行生产的工矿企业，可由以下公式确定其有功电能消耗量：

APT

pjsMAXp

= (kWh)



式中 ——有功电能消耗量

A

p

P

js

——有功计算负荷

T

MAXp

——最大有功计算负荷年利用小时数

并联补偿移相电容器，应满足以下电压和容量的要求

U

ec



Ugc

n

Q

gc



Q

c

式中 ——电容器的额定电压（kV）

U

ec

Ugc

——电容器的工作电压（kV）

n——并联的电容器总数

Q

gc

——电容器的工作容量（kVar）

Q

c

——电容器的补偿容量（kVar）

无功功率分析计算完毕后

第一变电所:=739.75kW，=625.94kVar，=935.39kVA；

PS

jsjs

Q

js

第二变电所：=847.77kW，=622.70kVar，=1055.08kVA；

PS

jsjs

Q

js

第三变电所：=260.25kW，=195.20kVar，=325.32kVA。

PS

jsjs

Q

js

2.3 计算电容器的数量n

由公式n=可计算电容器的数量n。

Q

b

q

N

q

n

为每台容量额定容量，

Q

b

为需要补偿的无功功率，

I

n为电容器的数量。

低压电容器一般是三相的，高压电容器一般作单相的，应将单相电容器均匀

的分配到三相电网上，因此n应该为3的倍数。

根据表2数据，从表4中可选择补偿电容器型号为：BW0.4-40(60,80)-1(3)

表4 补偿电容的选择

型号 额定电压/kV 标准容量/ kVar 相数

BW0.23-4(5)-1 0.23 4 5 1

BW0.4-12(13,14)-1(3) 0.4 12 13 14 1 3

BW0.4-40(60,80)-1(3) 0.4 40 60 80 1 3

BWF6.3-22(25,30,40, 6.3 22 25 34 40 50 1

50,100)-1W 100 1

BWF10.5-22(25,30,33.4, 10.5 22 25 30 33.4 1

40,50,100,120)-1W 40 50 100 120 1 3

BW0.525-12(13,14)-1(3) 0.525 12 13 14 1

BWM6.3-100(200,334)-1W 6.3 100 200 334 1

BWF12.5-25(40,100,120,150)-1W 12.5 25 40 100 120 150 1

BWM10.5-50(100,200,334)-1W 10.5 50 100 200 334 1

BGM6.3-45(50,100)-1W 6.3 45 50 100 1

BGM10.5-45(50,100)-1W 10.5 45 50 100 1

第一变电所需要补偿的无功功率为487.56kVar

第二变电所需要补偿的无功功率为342.86kVar

第三变电所需要补偿的无功功率为115.70kVar

所以可以求得3个变电所需要并联的电容个数分别为

n

1

==5，==5，==3

387.56342.86115.70

n

2

n

3

808080

对35/10kV的变压器进行选择

PQ

jsjs

=1847.77kW =483.84kVar

则 ==1910.07kVA

S

js

PQ

jsjs

应该选择容量为2500kVA的变压器一台，

22

I

查文献[3]附表可得-2500/35的数据为：=4.25kW，=27.5kW，

SJL

1

PP

0d

UI

d0

%=6.5，%=1.3

计算此时的变压器损耗为

PP

b0

=n+=21.33kW =14.25+127.5

P()

d

1

n

S

js

1970.14

2

)(

2



2500

S

e

QQ

b0

=n+=12500+12500=133.42kVar

1

n

Q()

d

S

js

S

e

2



1.36.51970.14

2

()

1001002500

则高压侧

'

=1847.77+21.33=1869.10kW

P

js

Q

'

js

=483.842+133.42=617.26kVar

S

'

js

==1968.39kVA

1869.1617.26

22

I

===32.47A 查表可选择LGJ-16的导线允许通过电流

'

js

S

'

js

3U

1968.39

335

105A33.64A



LGJ-16导线的数据为 =2.04/km =0.387/km

r

0



x

0

此时的功率因数为cos=>0.90 满足要求



1869.1

0.92

1968.39

2.4 标幺值计算

假设基准量=1000MVA基准电压为=35kV =10.5kV

SUU

jj1j2

选用0.5Km LGJ-16导线的电抗为==0.3870.5=1.76

X

1

Xl

0

S

j

U

j1

2



1000

2

10.5

U%

d

S

j

6.51000



1000=26 总降压变电所的主变压器的电抗为 ==

X

1



100S

e

1002500

2.5 三相短路电流计算

变电所10kV母线短路原始数据见表5。

I

表5 变电所10kV母线短路原始数据

运行方式 电源10千伏母线短路容量 说明

系统最大运行方式 =187兆伏安

系统最小运行方式 =107兆伏安

(3)

S

dmax

系统为无限大容量

S

dmin

(3)

已知系统的最大和最小运行方式，所以可求得最大和最小运行方式下的短路总电

抗，

X

min

===5.35,===9.35

SS

jj

SS

dmaxdmin

10001000

X

max

187107

d

1

点短路的电流计算如图1所示

图1 点的短路计算

d

1

由于该点三相短路电流的基准电流值为 ===54.98kA

I

j1

S

j

3U

j1

1000

310.5

所以可以求得最大和最小运行方式下的三相短路电流的有效值

3)(

I

1max

=54.98=10.28kA =54.98=5.88kA



11

3)(

I

1min

5.359.35

冲击电流分别为:

(3)

(3)(3)

(3)

I

chd1max

=2.5=2.5510.28=26.12kA =2.55=2.555.88=14.99kA

II

1maxchd1min



I

1min

现将点短路的计算数据列于表6。

d

1

表6 点短路的计算

d

1

项目

计算公式 = 2.55

系统最大运行方式 26.12kA 10.28kA 10.28kA 187MVA

系统最小运行方式 14.99kA 5.88kA 5.88kA 107MVA

(3)(3)(3)

Iis

dchd

(3)

I



(3)(3)

(3)

II

dd

I



I

j1

X

0D1

S

j

X

d1

I

经过计算比较两相短路的大小为 = 单相短路电流比两相短路电

I

k

(2)

3

(3)

I

k

2

流还要小,所以在进行电气选择的时候只需要计算三相短路电流即可，再计算

[5，6]

线路末端短路的电流,线路如图2所示。

图2线路末端短路

等效电路图表示为:

两种情况下的电路图为:

最大运行方式:

最小运行方式:

由于在最小运行方式下：=+x=26+1.94=27.94

X

max

x

1

最大运行方式下：=+=26+=26.97

Xx

min1

由于电流的基准值为: ===54.98kA

I

j1

x

1.94

2

2

S

j

3U

j1

1000

310.5

所以求得在此情况下的三相短路电流的有效值分别为:

(3)

I

max

==54.97=2.04kA

I

j1



1

1

X

min

26.94

1

1

=54.97=1.97kA =



X

max

27.97

(3)

I

max

I

j1

现将线路末端短路的计算数据列于表7。

I

表7 线路末端短路的计算

项目

计算公式 = 2.55

系统最大运行方式 5.20kA 2.04kA 2.04kA 37.08MVA

系统最小运行方式 50.2kA 1.97kA 1.97kA 35.79MVA

(3)(3)(3)

Iis

dchd

(3)

I



(3)(3)

(3)

II

dd

I



I

j1

X

0D1

S

j

X

d1

3 电气设备的选择

10kV母线的选择:

主变压器一侧工作电流为:===137.46A

I

j1

S

j

3U

j1

2500

310.5

则母线的计算面积为:S==其中的值通过查表可得为

I

j1

J

e

137.46

152.73

mm

2

J

e

0.9

0.9，此时应该选用规格为540的母线，它允许通过的电流为540A大于工



mm

2

作的电流137.47A，满足要求。

3.1高压断路器

高压断路器的作用：高压断路器又称为高压开关，是高压供电系统中最重要

的电器之一，由于高压断路器具有良好的灭弧性能，因此它能够在有负荷的情况

下接通或断开电路，而且能在系统发生短路故障时快速切断短路电流。

[7，8，9]

高压断路器的操动机构用来使断路器接通，维持导通状态和断开之用。因此，

每一种操动机构都应有接通机构、维持机构和断开机构。

操动机构还应该使断路器接通时有必要的速度，因为当断路器缓慢地被接通

若电网中存在短路时，触头可能熔焊。因此，在接通断路器时，操动机构相应产

生足够大的功率，其大小与断路器的型号有关。

与此相反，在使断路器断开时，操动机构只要做很小的功时锁住机构释放，

在断路弹簧下断路器断开。

在该设计中根据计算电流选择型号为：SN8-10/200的少油式断路器。

少油断路器中的油仅当作灭弧介质使用，不作为主要绝缘介质，而载流部分

是依靠空气，陶瓷材料或者是有机绝缘材料来绝缘的，因而开关的油量很少（一

般只有几千克），油箱下部是高强度铸铁制成的基座，所以能够造得很坚固，安

装方便，使用可靠性大。

[10,11,12]

I

3.2 隔离开关

隔离开关又称为刀闸（俗称令克）。主要用途是保证高压装置检修时的安全。

采用隔离开关，可以将高压装置中需要检修的设备与其他带电部分可靠地分开，

并构成明显的断开间隙。

隔离开关没有灭弧装置，所以不允许切断负荷电流和短路电流，否则电弧不

仅会使隔离开关烧毁，而且可能发生严重的短路故障，同时电弧对操作人员也会

造成伤亡事故。因此，操作规程规定，在接通电源时，应先闭合隔离开关，再合

上断路器，在停电时，应先断开断路器，再断开隔离开关。根据电力设计技术规

范规定，隔离开关也可以做以下操作：

（1）切合电压互感器及避雷器回路；

（2）切合励磁电流不超过2A的空载变压器；

（3）切合电容电流不超过5A的空载线路。

根据上述计算可以知道隔离开关应该选择型号为GW4-10/200的隔离开关。

3.3 电流互感器

电流互感器（current transformer,简写CT，文字符号TA），又称仪用变流器。

电压互感器（voltage transformer ,缩写PT，文字符号TV），又称仪用变压器。他

们合称仪用互感器或称互感器（transformer）。

互感器的主要功能是：

（1）用来使仪表、继电器等二次设备与主电路绝缘。既可避免主电路的高

电压直接引入仪表，继电器等二次设备，又可防止仪表，继电器等二次设备的故

障影响主电路，提高一、二次电路的安全性和可靠性，并有利于人身安全。

（2）用来扩大仪表，继电器等二次设备的应用范围，也可使仪表，继电器

等设备的规格统一，有利于设备的批量生产。

电流互感器的选择应当根据下列条件：

a.安装地点，用以确定采用户外式还是户内式；

b.根据使用情况选择电流互感器的类型和型号；

c.一次绕组的额定电压，应当是；

UU

Net

d.一次绕组的额定电流，应当是一般取=（1.2-1.5）

II

N1et

II

N1et

I

e.确定变流比，二次绕组的额定电流规定为5A；

I

N2

f.确定准确度等级和二次负荷校验。根据测量仪表和继电保护确定电流互感

器的准度，使电流互感器二次所接负荷总阻抗不大于电流互感器二次的额定电

流，即；

Z

N2



Z

2

g.短路动稳定校验 电流互感器的动稳定是用动稳定倍数表示的，即允许的

最大电流与一次额定电流幅值之比，即 =应该满足公式

K

d

K

d

(2I)

N1



i

sh

。

i

max

2I

N1

式中 电流互感器的动稳定倍数；

K

d

i

max

电流互感器允许的最大电流峰值；

I

N1

电流互感器一次额定电流 ；

i

sh

三项短路电流冲击电流；

电流互感器接线的注意事项：

a.电流互感器的二次侧不允许开路，如果开路，将出现高压危及仪表和人身

安全；

b.电流互感器的副边必须接地，确保安全；

c.电流互感器注意事项：电流互感器在连接时要其端子的极性。

所选用电流互感器的型号为：LQJ-10。

3.4 电压互感器

（1）电压互感器的选择条件：

a.根据安装地点的条件选用户内型或户外型；

b.根据系统情况和接线方式选择电压互感器的型号；

c.根据供电系统的电压选用，使互感器的一次侧额定电压等于供电系统的电

压；

d.根据测量仪表和继电器的要求选用互感器的准确度，并应校验二次负荷的

容量不应大于互感器的额定容量。

因为电压互感器高低压两侧都有熔断器保护，所以不需要做短路校验。

I

（2）电压互感器接线的注意事项：

a.二次侧不允许短路；

b.二次侧必须有一点接地；

（3）电流互感器在连接时要其端子的极性。

所选电压互感器的型号为：JDJ-35

4 系统校验

4.1 热稳定性校验

所选高压隔离开关和断路器的热稳定校验：

[13,14]

22

It10.284.1

j



It11.64.0

t

22

22

It10.284.1

j



144

2

高压断路器合格。

隔离开关合格。

10kV母线的校验：

I



26.1210

2

TK

jjf

S

min

===175.06540 满足要

C

87



0.341

mmmm

22



求。

动稳定校验:

母线平放装设.W=0.167b=0.1670.6=2.5

h



0.5cm

(i)

ch

2

11

a25



1026.1210

222

=1.76=0.48kg/cm F=1.76

2

23

母线最大跨度查表为=700kg/



y

cm

2

10w



y

l

max

===190.9cm

F

107002.5

0.48

进线的绝缘子间的距离可取90cm即可。

电气设备的选择见表8

表8 电气设备的选择列表

计算数据 高压断路器 隔离开关 电流互感器

V=10kV V=10kV V=10kV V=10kV

I=144.34A 150/5 I=600A I=600A

LQJ--10

SN8-10/200GW4-10/600

I

(3)

I

d

=10.79kA

200MVA =187MVA

33kA 50kA =27.5kA

S

d

(3)

i

ch

22

It10.284.1

j

It11.64.0

t

22

144

2

4.2 继电保护装置的选择与整定

总降压变电所需设置以下继电保护装置：

（1）主变压器保护；（2）备用电源进线保护；（3）变电所10kV母线保护。

此外还需要设置以下装置：

（1）备用电源自动投入装置；（2）绝缘监查装置。

主变压器保护,根据规程规定2500kVA变压器设置以下保护:

a.瓦斯保护：防御变压器铁壳内部短路和油面降低,轻瓦斯动作于信号,重

瓦斯动作于跳闸。

b.电流速断保护：防御变压器线圈和引出线的多相短路,动作于跳闸。

c.过电流保护：防御外部相间短路并作为瓦斯保护及电流速断保护的后备

保护,保护动作于跳闸。

4.3 部分保护

（1）电流速断保护

速断保护采用两相不完全星型接法,动作电流应躲过系统最大运行方式下变

(3)

压器二次侧三相短路的短路电流值，按照公式：==1.32.04=2.652kA

I

dz

KI

kdzmax



'

归算到35kV侧的电流值为: =2.652=0.785kA=758A

I

dz



10

35

灵敏度按系统最小运行方式时保护装置,安装处的两相短路电流来校验。

(2)

I

dmin

则 ====6.722 满足要求。

K

em

'

I

dz

I

dz

KI

kdzmax

(3)

3

5.88

2



0.758

特点：装置简单，动作迅速可靠，与瓦斯保护配合能够很好的保护中小型的

变压器。

（2）限时电流速断保护

动作电流：动作电流应该躲开下一条线路无时限电流速断保护的动作电流进

I

行整定

'''

IKI

dzkdz

==1.3758=985.4A



灵敏度校验：====1.731.5 所以符合要

K

lm

求。

(2)

I

d.min

''

I

dz

3

(3)

I

d.min

0.8661.97

2



''

0.9854

I

dz

特点：结构简单，动作可靠。

（3）过电流保护

系统正常运行时变压器一次侧出现的最大负荷电流为:

I

max

==40.5A =(58.5+63.54+19.71)=141.75

10

1010

(III)

123





35

3535

二次侧最大的负荷电流为141.75A。

所以有 ==1.2141.75=598A

I

dz

KI

kmax

K

zq

K

f



3

0.85

其中为可靠系数，在这里取1.2 为返回系数，在这里取0.85

K

K

K

f

K

zq

电动机的自启动系数

电流继电器的动作电流为：=其中为电流互感器的变比。

I

dzj

I

dz

K

i

K

i

I

dz

598

==19.93A 所以进入继电器的电流为：=

K

i

150/5

KmK

kstx

I

e

由于继电器的动作电流为：=

KK

reT

I

dzj

I

opk

K

k

为可靠系数取值为1.05-1.25；

K

re

继电器的返回系数取值0.85；

K

T

电流互感器的变流比 150/5；

K

x

电流互感器的接线系数取1；

m

st

取2 为被保护线路的最大负荷电流。

I

e

I

所以==114A =19.93A

I

opk

1.22

40.5



I

dzj

0.85

动作电流应该躲开被保护线路的最大负荷电流，且在自起动电流下继电器

I

fmax

能可靠返回进行整定。

'''

I

dz

=

KK

kzq

'''

K

h



I

fmax

其中为可靠系数，取1.15-1.25；

K

k

'''

K

zq

自起动系数，取1－3；

K

h

继电器的返回系数，取0.85；

I

fmax

被保护线路的最大负荷电流，在此情况下的最大负荷电流为141.75A

'''

I

dz

=141.75=400.24

1.22



0.85

灵敏度校验，要求对本条线路以及下一条线路或设备相间故障都有反应能

力，反应能力用灵敏系数衡量，

由于===4.241.5，所以灵敏度满足条件。

K

lm

I

d.min

0.8661970



'''

I

dz

400.24

而动作时间: 该变电所10千伏配出线路定时限过流保护装置的整定时间为

l.5秒，要求配电所不大于1.0秒，所以变压器过流保护动作时间为

t=1.5+10.=2.5s

按公式

(2)

I

d2min

K

tm

===2.852.5 满足要求

I

dz

3

1.97

2



0.598

5 接地、防雷保护及运行维护

工作接地的定义与作用：将电力系统中的某一点（通常是中性点）直线或经

特殊设备（如消弧线圈，电抗，电阻，击穿保险器等）与大地作金属连接称为工

作接地。

它的作用：（1）防止绝缘化击穿造成的高电压，串入低压侧的危险，（2）降

低电气设备承受的耐压，在中性点不接地系统中，当某一相故障接地时，另外两

I

相对地电压升高为线电压，电气设备绕组与外壳之间的电压称为线电压。在中性

点接地系统中，一相故障接地，另外两相对地电压人为相电压，电气设备绕组与

外壳之间的电压称为相电压，这就降低了对电气设备绝缘的要求，同时也减少了

触电危险。

保护接地的作用：减少电气设备外壳与大地之间的电阻（接地电阻），以保

证在绝缘击穿的情况下，电器设备外壳对地电压不超过安全电压。

[15]

5.1 单根避雷针的保护范围

单支避雷针的保护范围如图3所示，一个折线圆锥行的轮廓线可由图中注明

的尺寸关系画出，图中h为避雷针的高度，为被保护物的高度，为避雷针

hh

xa

高出被保护物的高度，称为避雷针的有效高度，为在高度上避雷针的水平保

r

x

h

x

护半径。

保护半径计算如下：

（1）在地面上的保护半径为，=1.5h

rr

00

（2）在高度水平面上的保护半径为

h

x

r

x

h

时 =（h-）p 当

r

x

hh

xx

2

h

当时 =（1.5h-2）p

hh

xx



r

x

2



式中p为高度影响系数，与避雷针的高度有关，当h小于等于30m时候 p=1

30h120m时，p=





5.5

h

变电所防直接雷击的措施：

（1）35kV的屋外配点装置；

根据我国三十多年来的运行经验，35根据kV及以上的露天配电装置，需要

有直击雷保护。

（2）建筑物的防雷分级。

I

图3 单根避雷针的保护范围

a.一级防雷建筑物。

具有特别重要用途的建筑物，如国家级的会堂、办公建筑、档案馆、大型博

物馆建筑，特大型及大型铁路客运站、国际性的航空港、通信枢纽、国宾馆、大

型旅游建筑物、国际航空客运站等。国家级重点文物保护的建筑物和构筑物。高

度超过100m的建筑物。