某厂降压变电所电气设计

课程设计(论文)
课程设计（论文）题目某厂降压变电所的电气设计
学生姓名
班级电气工程及其自动化（2）班
学号
指导教师
完成日期2011 年12 月 2 日
课程设计（论文）任务书
一、课程设计(论文)题目：
某厂降压变电所的电气设计
二、课程设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：
（一）设计要求
要求根据本厂所能取得的电源及本厂用电负荷情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求，确定变电所的位置与形式，确定变电所主变压器的台数与数量、类型，选择变电所主结线方案及高低压设备和进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按照要求写出设计说明书，绘出设计图样。

（二）设计依据
1、工厂总平面图
2、工厂负荷情况
该厂多数车间为两班制，年最大负荷利用小时为4200小时，日最大负荷持续时间为6小时。

低压动力设备均为三相，额定电压为380V。

电气照明及
1
机械与电气工程学院系电气工程及其自动化（1）班学生：
日期：自 2010 年 11 月 22 日至 2010 年 12 月 5 日
指导教师：
助理指导教师(并指出所负责的部分)：
教研室：电气工程教研室主任：
某厂降压变电所的电气设计
Certain Factory Step-down Substation The Electrical Design
总计课程设计（论文）页
表格个
插图幅
摘要
设计过程中运用了很多的知识，因此如何将知识系统化就成了关键。

如本设计中用到了工厂供电的绝大多数的基础理论和设计方案，因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养。

设计可分为几部分：负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；变电所高、低压线路的选择；变电所二次回路方案选择及继电保护的整定；防雷和接地装置的确定。

关键词：负荷计算无功功率主接线
Abstract
The design process using a lot of knowledge, therefore how knowledge systematic became the key. If this design using the factory of the overwhelming majority of power supply of basic theory and design scheme, so in the design process emphasis on knowledge systematic ability. Design can be divided into several parts: load calculation and reactive power calculation and compensation, Substation position and form the choice, Main transformer substation sets and capacity and main wiring schemes choice; The calculation of short-circuit current, Once substation equipment choice and calibration, Substation high and low voltage circuit choice; The secondary circuit substation plan selection and relay protection setting, Lightning protection and grounding device is identified.
Key Words: Load calculation Reactive power The Lord wiring
目录
前言 (1)
一、负荷计算和无功功率计算及补偿 (2)
二、变电所位置和形式的选择 (5)
三、变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择 (6)
四、短路电流的计算 (8)
五、变电所一次设备的选择与校验 (10)
六、变电所高、低压线路的选择 (14)
七、变电所二次回路方案选择及继电保护的整定 (15)
八、防雷和接地装置的确定 (20)
九、心得和体会 (21)
十、附录参考文献 (22)
十一、附图 (22)
前言
课程设计是教学过程中的一个重要环节，通过课程设计可以巩固本课程理论知识，掌握供配电设计的基本方法，通过解决各种实际问题，培养独立分析和解决实际工程技术问题的能力，同时对电力工业的有关政策、方针、技术规程有一定的了解，在计算、绘图、设计说明书等方面得到训练，为今后的工作奠定基础。

本设计可分为九部分：负荷计算和无功功率计算及补偿；变电所位置和形式的选择；变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择；短路电流的计算；变电所一次设备的选择与校验；变电所高、低压线路的选择；变电所二次回路方案选择及继电保护的整定；防雷和接地装置的确定；心得和体会；附参考文献。

另外有设计图纸1张（以附图的形式给出），附图《变电所电气主接线图》；
由于设计者知识掌握的深度和广度有限，本设计尚有不完善的地方，敬请老师批评指正！
2010年12月一负荷计算和无功功率计算及补偿
(一)负荷计算和无功功率计算
在负荷计算时，采用需要系数法对各个车间进行计算，并将照明和动力部分分开计算，照明部分最后和宿舍区照明一起计算。

具体步骤如下。

1. 铸造车间：动力部分，取设备容量是370kW
A
V
VA
S P 06.308k 38.0732.102.75k 2I kVA 75.202418.1527.133var k 418.15214.17.133Q kW 7.3310.3538230(21)22)21(3030(21)(21)30=⨯=
=+==⨯==⨯= 照明部分：取设备容量是10kW
30(22)100.88P kW kW =⨯=；30(22)0Q =
2. 金工车间：动力部分，取设备容量是482kW
A
V
VA
S P 84.301k 38.0732.1198.66k I kVA 66.1981436.15432.125var k 1436.15423.132.125Q kW 32.1250.2648230(31)22)31(3030(31)(31)30=⨯=
=+==⨯==⨯= 照明部分：取设备容量是10kW ：
30(42)100.88P kW kW =⨯=；30(42)0Q =
3. 电镀车间：动力部分，取设备容量是382kW
A
V
VA
S P 51.386k 38.0732.1254.38k I kVA 38.25492.15864.198var k 92.15880.064.198Q kW 64.1980.5238230(41)22)41(3030(41)(41)30=⨯=
=+==⨯==⨯= 照明部分：取设备容量是10kW
30(62)100.88P kW kW =⨯=；30(62)0Q =
4. 装配车间：动力部分，取设备容量是282kW
A
V
VA
S k P 05.217k 38.0732.1142.85k I kVA 85.14251.10052.101var 51.10099.052.101Q kW 52.1010.3628230(51)22)51(3030(51)(51)30=⨯=
=+==⨯==⨯=
照明部分：取设备容量是10kW
30(82)100.88P kW kW =⨯=；30(82)0Q =
5. 机修车间：动力部分，取设备容量是282kW
A
V
VA
S P 24.179k 38.0732.1117.97k I kVA 97.11765.8796.78var k 65.8711.196.78Q kW 96.780.2828230(61)22)61(3030(61)(61)30=⨯=
=+==⨯==⨯= 照明部分：取设备容量是5kW
30(92)50.84P kW kW =⨯=；30(92)0Q =
6.生活区照明，kW 5.3160.75482(61)30=⨯=P 。

30(11)0Q = 另外，所有车间的照明负荷：kW 4030=P
取全厂的同时系数为：0.95p K ∑=，0.97q K ∑=，则全厂的计算负荷为：
kW 108.979)4064.990(95.0)(95.06
1i 30)1(3030=+⨯=+=∑=P P P i
var k 11.64372.65397.097.0Q 61
i )1(3030=⨯==∑=i Q
kVA 51.116611.643108.9792230=+=S ； A V
38.1772k 38.031166.51kV A
I 30=⨯=
(二) 无功功率补偿
由以上计算可得变压器低压侧的视在计算负荷为：kV A 51.116630=S 这时低压侧的功率因数为：839.051
.1166108
.979c )2(==
φos
为使高压侧的功率因数≥0.90，则低压侧补偿后的功率因数应高于0.90，
取：'cos 0.95φ=。

要使低压侧的功率因数由0.85提高到0.95，则低压侧需装设的并联电容器容量为：
var 31.313var )95.0arccos tan 839.0arccos (tan 108.979c k k Q =-⨯=
取:C Q =335var k 则补偿后变电所低压侧的视在计算负荷为：
VA S k 44.1026)33511.643(108.97922)2(30'=-+= 计算电流A V
56.1559k 38.031026.44kV A
I 30=⨯=
变压器的功率损耗为：
W VA S P k 69.14k 35.979015.0015.0)2(30't =⨯=≈∆
ar VA S Q kv 761.58k 35.97906.006.0)2(30't =⨯=≈∆
变电所高压侧的计算负荷为：W W W P k 111.1038k 761.58k 35.979)1(30'=+=
ar ar k Q kv 87.366kv 76.58var )33511.643()1(30'=+-=
VA kVA S k 03.110187.36611.103822)1(30'=+= A V
89.1672k 38.031101.03V A
I 30(1)'=⨯=
补偿后的功率因数为：943.003
.110111
.1038c '==
φos 满足（大于0.90）的要求。

(三) 年耗电量的估算
年有功电能消耗量及年无功电能耗电量可由下式计算得到： 年有功电能消耗量： 30p W P T αα
α⋅= 年无功电能耗电量：
30q W Q T αα
β⋅=
结合本厂的情况，年负荷利用小时数T α为4200h ，取年平均有功负荷系数0.72α=，年平均无功负荷系数0.78β=。

由此可得本厂：
年有功耗电量：h h W W a kW 59.29608224200k 108.97972.0p =⨯⨯=； 年无功耗电量：h h W a kW 36.21068284200var k 11.64378.0q =⨯⨯=。

二 变电所位置和形式的选择
由于本厂有二级重要负荷，考虑到对供电可靠性的要求，采用两路进线，一路经10kV 公共市电架空进线（中间有电缆接入变电所）；一路引自邻厂高压联络线。

变电所的形式由用电负荷的状况和周围环境情况确定，根据《变电所位置和形式的选择规定》及GB50053－1994的规定，结合本厂的实际情况，这里变电所采用单独设立方式。

三 变电所主变压器台数和容量及主接线方案的选择
(一)
变电所主变压器台数的选择
变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择。

当符合下列条件之一时，宜装设两台及以上变压器：有大量一级或二级负荷；季节性负荷变化较大；集中负荷较大。

结合本厂的情况，考虑到二级重要负荷的供电安全可靠，故选择两台主变压器。

(二)
变电所主变压器容量选择
每台变压器的容量N T S ⋅应同时满足以下两个条件： 1） 任一台变压器单独运行时，宜满足：30(0.6~0.7)N T S S ⋅=⋅
2） 任一台变压器单独运行时，应满足：30(111)N T S S ⋅+≥，即满足全部一、二级负荷需
求。

代入数据可得：=N T S ⋅（0.6~0.7）×999.258=（599.6648~699.4806）kV A ⋅。

又考虑到本厂的气象资料（年平均气温为C 。

23），所选变压器的实际容量： 取最大N T S ⋅=699.4806
KVA S S NT T N 522.64308.01=⋅-=⋅）（实也满足使用要求，同时又考虑到未来5~10年的负
荷发展，初步取N T S ⋅=1000kV A ⋅ 。

考虑到安全性和可靠性的问题，确定变压器为SC3系列箱型干式变压器。

型号：SC3-1000/10 ，其主要技术指标如下表所示：
（附：参考尺寸（mm）：长：1760宽：1025高：1655 重量（kg）：3410）
（三）变电所主接线方案的选择
方案Ⅰ：高、低压侧均采用单母线分段。

优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同母线段引出两个回路，用两个电路供电；当一段母线故障时，分段断路器自动切除故障母线保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电。

缺点：当一段母线或母线隔离开关检修时该母线各出线须停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建。

方案Ⅱ：单母线分段带旁路。

优点：具有单母线分段全部优点，在检修断路器时不至中断对用户供电。

缺点：常用于大型电厂和变电中枢，投资高。

方案Ⅲ：高压采用单母线、低压单母线分段。

优点：任一主变压器检修或发生故障时，通过切换操作，即可迅速恢复对整个变电所的供电。

缺点：在高压母线或电源进线进行检修或发生故障时，整个变电所仍需停电。

以上三种方案均能满足主接线要求，采用三方案时虽经济性最佳，但是其可靠性相比其他两方案差；采用方案二需要的断路器数量多，接线复杂，它们的经济性能较差；采用方案一既满足负荷供电要求又较经济，故本次设计选用方案Ⅰ。

根据所选的接线方式，画出主接线图，参见附图《变电所电气主接线图》。

三短路电流的计算
本厂的供电系统简图如图（一）所示。

采用两路电源供线，一路为距本厂6km 的馈电变电站经LGJ-185架空线（系统按∞电源计），该干线首段所装高压断路器的断流容量为500MV A ⋅；一路为邻厂高压联络线。

下面计算本厂变电所高压10kV 母线上k-1点短路和低压380V 母线上k-2点短路的三相短路电流和短路容量。

SC3-1000/10
380V
SC3-1000/10
K-1
K-210KV
图（一）
下面采用标么制法进行短路电流计算。

(一)
确定基准值：
取100d S MV A =⋅，110.5c U kV =，
20.4c U kV =
所以：1 5.500d I kA
=
==
2144.000d I kA === (二)
计算短路电路中各主要元件的电抗标么值：（忽略架空线至变电所的电
缆电抗）
1) 电力系统的电抗标么值： 1
100*0.200500MV A X MV A
⋅==⋅ 2) 架空线路的电抗标么值：查手册得00.35/X km =Ω，因此：
2
2
100*0.35(/)6 1.904(10.5)MV A X km km kV ⋅=Ω⨯⨯= 3）电力变压器的电抗标么值：由所选的变压器的技术参数得%6k U =，因此：
34
6100** 6.0001001000MV A X X kV A
⨯⋅===⨯⋅ 可绘得短路等效电路图如图（二）所示。

K-1
K-2
图（二）
(三)
计算k-1点的短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
1) 总电抗标么值：*(1)120.200 1.904 2.104k X X X **
∑-=+=+=
2) 三相短路电流周期分量有效值： (3)1
1(1)
5.50 2.6142.104
d k k I kA
I kA X -*
∑-=
=
= 3) 其他三相短路电流：''(3)(3)
(3)1 2.614k I I I kA ∞-===
(3) 2.55 2.614 6.666sh
i kA kA =⨯= (3)
1.51
2.614
3.947sh I kA kA =⨯= 4) 三相短路容量：(3)1(1)
10047.5292.104
d
k k S MV A
S MV A X -*
∑-⋅=
=
=⋅
(四)
计算k-2点短路电路总电抗标么值及三相短路电流和短路容量
1) 总电抗标么值：*(2)1234(||)0.200 1.9046/2 5.104k X X X X X ****
∑-=++==++=
2) 三相短路电流周期分量有效值：(3)2
2(2)
14428.2135.104
d k k I kA
I kA X -*
∑-=
=
= 3) 其他三相短路电流：''(3)(3)(3)
228.213k I I I kA ∞-===
(3) 1.8428.21351.912sh
i kA kA =⨯= (3)
1.0928.21330.752sh I kA kA =⨯= 4) 三相短路容量：(3)2(2)
10019.5925.104
d
k k S MV A
S MV A X -*
∑-⋅==
=⋅
四 变电所一次设备的选择与校验
(一)
变电所高压一次设备的选择
根据机械厂所在地区的外界环境，高压侧采用天津市长城电器有限公司生产的JYN2-10（Z ）型户内移开式交流金属封闭开关设备。

此高压开关柜的型号：JYN2-10/4ZTTA （说明：4：一次方案号；Z ：真空断路器；T ：弹簧操动；TA ：干热带）。

其内部高压一次设备根据本厂需求选取，具体设备见附图《变电所电气主接线图》。

初选设备：
高压断路器： ZN24-10/1250/20 高压熔断器：RN2-10/0.5 -50
电流互感器：LZZQB6-10-0.5-200/5 电压互感器：JDZJ-10 接地开关：JN-3-10/25
母线型号：TMY-3⨯（50⨯4）；TMY-3⨯（80⨯10）+1⨯（60⨯6） 绝缘子型号：ZA-10Y 抗弯强度：al F ≥3.75kN （户内支柱绝缘子）
从高压配电柜引出的10kV 三芯电缆采用交联聚乙烯绝缘电力电缆，型号：YJV-3⨯50，无钢铠护套，缆芯最高工作温度90C 。

(二) 变电所高压一次设备的校验
根据《高压一次设备的选择校验项目和条件》，在据电压、电流、断流能力选择设备的基础上，对所选的高压侧设备进行必需的动稳定校验和热稳定度校验。

１．设备的动稳定校验 1) 高压电器动稳定度校验 校验条件： (3)(3)max
max ;sh sh i i I I ≥≥
由以上短路电流计算得(3)sh i = 6.666kA ；(3)
sh I = 2.614kA 。

并查找所选设备
的数据资料比较得：
高压断路器ZN24-10/1250/20 max i =50kA ≥6.666kA ，满足条件； 电流互感器LZZQB6-10-0.5-200/5 max i =79kA ≥6.666kA ，满足条件； JN-3-10/25接地开关 max i =63 kA ≥6.666kA ，满足条件。

2) 绝缘子动稳定度校验
校验条件： (3)al c F F ≥ 母线采用平放在绝缘子上的方式，则：
(3)(3)(3)27210/c l F F N A a
-==⋅⨯（其中a =200mm ；l =900mm ）。

所以：(3)c F
2720.9)10/34.630.2m
kA N A N m
-⨯⨯= 3.75kN ≤满足要求。

3) 母线的动稳定校验
校验条件： al c σσ≥ TMY 母线材料的最大允许应力al σ=140MPa 。

10kV 母线的短路电流(3)sh I =3.947kA ；(3)
sh i =6.666kA 三相短路时所受的最大电动力：
(3)c F
2720.9)10/34.630.2m
kA N A N m
-⨯
⨯= 母线的弯曲力矩： (3)34.630.9 3.121010F l N m
M N m ⨯==⋅ 母线的截面系数： 2263(0.05)0.004 1.671066
b h m m
W m -⨯===⨯ 母线在三相短路时的计算应力： 63
3.12 1.871.6710c M N m
MPa W m σ-⋅=
==⨯ 可得，al σ=140MPa ≥c σ=1.87MPa ，满足动稳定性要求。

２.高压设备的热稳定性校验 1) 高压电器热稳定性校验
校验条件： 2(3)2t ima I t I t ∞≥ 查阅产品资料：高压断路器：t
I =31.5kA,t=4s ； 电流互感器：t I =44.5kA ,t=1s ；接地开关：t I =25kA,t=4s 。

取
0.70.10.8ima op oc t t t s =+=+=，(3)
I ∞=2.614kA ，将数据代入上式，经计算以上电器均满
足热稳定性要求。

2) 高压母线热稳定性校验
校验条件： A ≥min A
=(3)I ∞
查产品资料，得铜母线的
C=171，取0.75ima t s =。

母线的截面： A=50⨯42mm =2002mm 允许的最小截面：
2min 2.61413.24A kA mm == 从而，min A A ≥，该母线满足热稳定性要求 。

3) 高压电缆的热稳定性校验
校验条件： A ≥min A
=(3)
I ∞
允许的最小截面：
2min 2.61413.24A kA mm == 所选电缆YJV-3⨯50的截面 A=502mm 从而，min A A ≥，该电缆满足热稳定性要求 。

(三) 变电所低压一次设备的选择
低压侧采用的也是天津长城电器有限公司生产的GGD2型低压开关柜： 低压断路器：NA1 型智能万能断路器 低压熔断器：DW15-2000 电流互感器：LMZJ1-0.5-2000/5A 母线型号： TMY-3⨯（80⨯10）+1⨯（60⨯6）
另外，无功补偿柜选用2个GCJ1-01型柜子，采用自动补偿，满足补偿要求。

(四) 变电所低压一次设备的校验
由于根据《低压一次设备的选择校验项目和条件》进行的低压一次侧设备选择，不需再对熔断器、刀开关、断路器进行校验。

关于低压电流互感器、电压互感器、电容器及母线、电缆、绝缘子等校验项目与高压侧相应电器相同，这里仅列出低压母线的校验：380kV 侧母线上母线动稳定性校验：校验条件：
al c σσ≥
TMY 母线材料的最大允许应力al σ=140MPa 。

380kV 母线的短路电流(3)sh i =51.912kA ;(3)
sh I =30.752kA 三相短路时所受的最大电动力
为：
(3)2720.9(51.912)10/2100.370.2m
F kA N A N m
-=⨯
⨯= 母线的弯曲力矩： (3)2100.370.9189.0331010F l N m
M N m ⨯==⋅ 母线的截面系数： 2253(0.08)0.01 1.071066
b h m m
W m -⨯===⨯
母线在三相短路时的计算应力： 53189.03317.671.0710c M N m MPa W m
σ-⋅=
==⨯ 可得，al σ=140MPa ≥c σ=17.67MPa ，满足动稳定性要求。

380V 侧母线热稳定性校验：校验条件： A ≥min A
=(3)
I ∞
查产品资料，得铜母线的
C=171，取0.75ima t s =。

母线的截面： A=80⨯102mm =8002mm 允许的最小截面：
2min 28.213142.88A kA mm == 从而，min A A ≥，满足热稳定性要求 。

五 变电所高、低压线路的选择
为了保证供电的安全、可靠、优质、经济，选择导线和电缆时应满足下列条件：发热条件；电压损耗条件；经济电流密度；机械强度。

根据设计经验：一般10KV 及以下的高压线路和低压动力线路，通常先按发热条件选择导线和电缆截面，再校验其电压损耗和机械强度。

对于低压照明线路，因对电压水平要求较高，通常先按允许电压损耗进行选择，再校验其发热条件和机械强度。

（一）高压线路导线的选择
架空进线后接了一段交联聚乙烯绝缘电力电缆YJV-3⨯50做引入线（直埋）。

高压侧计算电流'
3065.70I A =所选电缆的允许载流量： '3012565.70al I A I A =>=满足发热条件。

（二）低压线路导线的选择
由于没有设单独的车间变电所，进入各个车间的导线接线采用TN-C-S 系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用VV22型铜芯交联聚氯乙烯绝
缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。

其中导线和电缆的截面选择满足条件：
1) 相线截面的选择以满足发热条件即，30al I I ≥；
2) 中性线（N 线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足00.5A A ϕ≥； 3) 保护线（PE 线）的截面选择
一、235A mm ϕ>时，0.5PE A A ϕ≥； 二、216A mm ϕ≤时，PE A A ϕ≥
三、
221635mm A mm ϕ<≤时，216PE A mm ≥
4) 保护中性线（PEN ）的选择，取（N 线）与（PE ）的最大截面。

结合计算负荷，可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为：
电镀车间：VV22-1KV-3×120+1×70 三根并联；A A I l 82.4556213207a 〉=⨯= 铸造车间：VV22-1KV-3×240+1×12 两根并联；A A I l 58.3626202310a 〉=⨯= 金工车间：VV22-1KV-3×185+1×95 两根并联；A A I l 42.3445282264a 〉=⨯= 装配车间：VV22-1KV-3×70+1×50 两根并联；A A I l 64.2693042152a 〉=⨯= 机修车间：VV22-1KV-3×50+1×35 两根并联；A A I l 24.2222582129a 〉=⨯= 另外，送至各车间的照明线路采用：铜芯聚氯乙烯绝缘导线BV 型号。

六 变电所二次回路方案选择及继电保护的整定
（一） 二次回路方案选择
1)
二次回路电源选择
二次回路操作电源有直流电源，交流电源之分。

蓄电池组供电的直流操作电源带有腐蚀性，并且有爆炸危险；由整流装置供电的直流操作电源安全性高，但是经济性差。

考虑到交流操作电源可使二次回路大大简化，投资大大减少，且工作可靠，维护方便。

这里采用交流操作电源。

2) 高压断路器的控制和信号回路
高压断路器的控制回路取决于操作机构的形式和操作电源的类别。

结合上面设
备的选择和电源选择，采用弹簧操作机构的断路器控制和信号回路。

3)
电测量仪表与绝缘监视装置
这里根据GBJ63-1990的规范要求选用合适的电测量仪表并配用相应绝缘监视装置。

a) 10KV 电源进线上：电能计量柜装设有功电能表和无功电能表；为了解负荷电流，装设电流表一只。

b) 变电所每段母线上：装设电压表测量电压并装设绝缘检测装置。

c) 电力变压器高压侧：装设电流表和有功电能表各一只。

d) 380V 的电源进线和变压器低压侧：各装一只电流表。

e) 低压动力线路：装设电流表一只。

4)
电测量仪表与绝缘监视装置
在二次回路中安装自动重合闸装置（ARD ）（机械一次重合式）、备用电源自动投入装置（APD ）。

（二）继电保护的整定
继电保护要求具有选择性，速动性，可靠性及灵敏性。

由于本厂的高压线路不很长，容量不很大，因此继电保护装置比较简单。

对线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护；对线路的单相接地保护采用绝缘监视装置，装设在变电所高压母线上，动作于信号。

继电保护装置的接线方式采用两相两继电器式接线；继电保护装置的操作方式采用交流操作电源供电中的“去分流跳闸”操作方式（接线简单，灵敏可靠）；带时限过电流保护采用反时限过电流保护装置。

型号都采用GL-25/10 。

其优点是：继电器数量大为减少，而且可同时实现电流速断保护，可采用交流操作，运行简单经济，投资大大降低。

此次设计对变压器装设过电流保护、速断保护装置；在低压侧采用相关断路器实现三段保护。

1)变压器继电保护
变电所内装有两台10/0.4kV 1000kV A ⋅的变压器。

低压母线侧三相短路电流为
(3)28.213k I kA =，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A ，继电器采用GL-
25/10型，接成两相两继电器方式。

下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。

a)过电流保护动作电流的整定：
1.3,0.8,rel re K K ==1w K =，200/540i K ==
max 1224100010)230.95L N T I I kV A kV A ⋅⋅=⨯=⨯⋅= 故其动作电流： 1.31
230.959.380.840
op I A A ⨯=
⨯=⨯
动作电流整定为9A 。

b)过电流保护动作时限的整定
由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s 。

c)电流速断保护速断电流倍数整定
取 1.5,rel K = max 28.2130.40/101128.5k I kA KV kV A ⋅=⨯=，故其速断电流为：
1.51
1128.542.3240qb I A A ⨯=
⨯= 因此速断电流倍数整定为： 42.32
4.79
qb n ==。

2）10KV 侧继电保护
在此选用GL-25/10型继电器。

由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5s ；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短路电流为2.614kA ；变比为200/5A 保护用电流互感器动作电流为9A 。

下面对高压母线处的过电流保护装置1KA 进行整定。

（高压母线处继电保护用电流互感器变比为200/5A ） 整定1KA 的动作电流
取'
max 30(1)2.5 2.567.50168.75L I I A A ⋅==⨯=， 1.3,0.8,rel re K K ==1w K =，
200/540i K ==，故
(1)max 1.31
168.75 6.90.840
rel w op L re i K K I I A A K K ⋅⨯=
=⨯=⨯， 根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为7A 。

整定1KA 的动作时限：
母线三相短路电流k I 反映到2KA 中的电流：
(2)'(2)(2)
1
2.61465.3540
w k k i K I I kA A K =
=
⨯= '(2)
k I
对2KA 的动作电流(2)op I 的倍数，即：'(2)2(2)
65.357.39k op I A
n I A
=
=
= 由《反时限过电流保护的动作时限的整定曲线》确定2KA 的实际动作时间：
'
2
t =0.6s 。

1KA 的实际动作时间：''
12
0.70.60.7 1.3t t s s s s =+=+= 母线三相短路电流k I 反映到1KA 中的电流：
(1)'(1)(1)
1
2.61465.3540
w k k i K I I kA A K =
=
⨯= '(1)
k I
对1KA 的动作电流(1)op I 的倍数，即：'(1)1(1)
65.359.37
k op I A
n I =
=
= 所以由10倍动作电流的动作时限曲线查得1KA 的动作时限：1 1.1t s ≈。

3）0.38KV 侧低压断路器保护 整定项目：
(a)瞬时过流脱扣器动作电流整定： 满足(0)op rel pk I K I ≥
rel K ：对万能断路器取1.35；对塑壳断路器取2～2.5。

(b)短延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定： 满足: ()op s rel pk I K I ≥ rel K 取1.2。

另外还应满足前后保护装置的选择性要求，前一级保护动作时间比后一级至少长一个时间级差0.2s(0.4s,0.6s)。

(c)长延时过流脱扣器动作电流和动作时间整定： 满足：()30op l rel I K I ≥ rel K 取1.1。

(d)过流脱扣器与被保护线路配合要求：
满足：()op l ol al I K I ≤ ol K ：绝缘导线和电缆允许短时过负荷倍数(对瞬时和短延时过流脱扣器，一般取4.5；对长延时过流脱扣器，取1.1～1.2)。

(e)热脱扣器动作电流整定：
满足：30op TR rel I K I ≥ rel K 取1.1，一般应通过实际运行进行检验。

八、防雷和接地装置的确定
（一）防雷装置确定
雷电引起的大气过电压会对电器设备和变电所的建筑物产生严重
的危害，因此，在变电所必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。

下面分情况对防雷装置进行选择。

（二）直击雷的防治
根据变电所雷击目的物的分类，在变电所的中的建筑物应装设直击雷保护装置。

在进线段的1km 长度内进行直击雷保护。

防直击雷的常用设备为避雷针。

所选用的避雷器：接闪器采用直径10mm 的圆钢；引下线采用直径6mm 的圆钢；接地体采用三根2.5m 长的50505mm mm mm ⨯⨯的角钢打入地中再并联后与引下线可靠连接。

（三）雷电侵入波保护
由于雷电侵入波比较常见，且危害性较强，对其保护非常重要。

对变电所来说，雷电侵入波保护利用阀式避雷器以及与阀式避雷器相配合的进线保护段；为了其内部的变压器和电器设备得以保护，在配电装置内安放阀式避雷器。

（四）接地装置确定
接地装置为接地线和接地体的组合，结合本厂实际条件选择接地装置：交流
电器设备可采用自然接地体，如建筑物的钢筋和金属管道。

本厂的大接地体采用扁钢，经校验，截面选择为260mm ，厚度为3mm 。

铜接地线截面选择：低压电器设备
地面上的外露部分截面选择为21.5mm （绝缘铜线）；电缆的接地芯截面选择为
21mm 。

所用的接地电阻选择：查表得接地电阻应满足R ≤5Ω，R e ≤120V/I E 根据经验公式： (35)
350
N oh cab E U L l R +⨯=
其中：oh I 为同一电压的具有电联系的架空
线线路总长度；cab I 为同一电压的具有电联系的电缆线路总长度。

则： (1)10(635 4.5)
350
E R +⨯=
=4.67Ω
所以，变电所的接地电阻应选为5Ω。

九、心得和体会
通过本次设计，所学理论知识很好的运用到了实际的工程当中，在具体的设计过程中，真正做到了学以致用，并使自己的实际工程能力得到了很大的提高，主要体现在以下几个方面。

(一) 知识系统化能力得到提高
设计过程中运用了很多的知识，因此如何将知识系统化就成了关键。

如本设计中用到了工厂供电的绝大多数的基础理论和设计方案，因此在设计过程中侧重了知识系统化能力的培养，为今后的工作和学习打下了很好的理论基础。

(二) 计算和微机应用能力得到提高
通过本次锻炼，使自己计算准确度有了进步；绘图方面，熟练了对AUTOCAD 、天正电气、WORD 等软件的掌握。

(三) 自学能力提高
此次设计过程中遇到了很多的困难，为了解决问题，激发了对获取 知识的寻求，自学能力得到提高。

总之，此次课程设计的完成带给我了很大的收获，为以后的学习和工作打下了扎实的基础。

十、附录参考文献
1.刘介才主编，《工厂供电》，机械工业出版社，1998
2.刘介才主编，《工厂供电设计指导》，机械工业出版社，1999
3.《工业与民用配电设计手册》，水利电力出版社
4.《电力工程电气设计手册》，电气一次、二次部分，水利电力出版社
5.《电力系统继电保护》，水利电力出版社
6.《电力变压器保护》，电力工业出版社。