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1、2022年毕业设计10KV变电站继电保护设计 10KV变电站继电爱护设计 摘要：本设计主要为某10KV变电站继电爱护设计，其中包括变电所供配电原始数据以及资料、短路计算、变电站设备选择与校验、变压器爱护、线路爱护本设计依据电力系统设计技术规程结合实际来对变压器及主接线进行选择，主接线采纳高压侧均为单母线分段的接线方式。依据设计中供应的原始数据，进行短路电流计算，确定母线和每一条馈出线路上的短路电流，并进行动稳定和热稳定的校验。并进行动稳定和热稳定的校验，以选择合适的电缆和电气设备，保证母线和用电设备的平安、牢靠地运行。其中变电所的系统图、平面布置图照明图、二次接线图的绘制以及各个相关的计算，继
2、电爱护是重点。各个图充分展示了各个部分的设计构想。 关键词：变电所； 变压器； 短路电流； 继电爱护 Abstract：This design m construction drawing the design, supplies the power distribution including the transformer substation the design, the transformer choice, the equipment choice, the verification, the transformer substation illumination design a
3、nd the weak electricity design and so on. This design according to “Electrical power system Design Technology Regulations“ to unify actual comes carries on the choice to the transformer and the host wiring, the main wiring uses the high-tension side for the single generatrix partition wiring way. Ac
4、cording to designs the primary data which provides, carries on the short-circuit current computation, on the definite generatrix and each line short-circuit current, advances together the motion to be stable and the heat-stable verification. Advances together the motion to be stable and the heat-sta
5、ble verification, chooses the appropriate electric cable and the electrical equipment, guaranteed the generatrix and the current collector security, reliably moves. Transformer substation diagram, the floor-plan illumination chart, two wiring diagrams plan as well as each related computation, Electr
6、icity protection are key. Each chart has fully demonstrated each part of design conception. Key Words：Transformer substation， Transformer， Short-circuit protection，Electricity protection 书目 绪论 1 第一章 原始资料以及原始数据 2 1.1工厂供电协议 2 1.2地理位置及气象资料 2 其次章 短路电流的计算 3 2.1 计算电路 3 2.2 短路计算基准值 3 2.3 短路电路中个元件的电抗标幺值 3 2
7、.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算 4 2.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算 4 第三章 变电所设备的选择校验 6 3.1 10kV侧一次设备的选择校验 6 3.2 380V侧一次设备校验 10 3.3 凹凸压母线的选择 15 第四章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择 16 4.1 10kV高压进线和引入电缆的选择 16 4.2 380低压出线的选择 16 4.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验 21 第五章 变压器的整定与爱护 24 5.1变电所二次回路方案 24 5.2主变压器的爱护 26 5.3作为备用电源的高压联络线的继电爱护装置 30 5.4 变电所低压侧的爱护
8、31 第六章 电力线路的爱护 33 6.1对继电爱护装置的基本要求 33 6.2过电流爱护 33 6.3单相接地爱护 34 结论 36 参考文献 37 绪论 众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的安排既简洁经济，又便于限制、调整和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。 在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本或投资总额中所占的比重中多少，而在于工业
9、生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，假如工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严峻的后果。 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，具有非常重要的意义。 本设计主要为某10KV变电站继电爱护设计进行电气施工图的设计，其中包括变电所供配电的设计、变压器的选择、设备选择、校验、变电所照明设计及弱电设计等，使我们通过毕业设计能够娴熟地运用国家在电气领域颁布的规范标准以及有关的建筑电气图集进行变电所电气设计、施工，进一步巩固所学的学问，增加我们的规范意识。
10、 本课题涉及的内容：工厂供配电、电力系统的继电爱护、工厂电气设备、电力电子和CAD绘图等方面的学问。 此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等关系，既要照看局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 第一章 原始资料以及原始数据 1.1工厂供电协议 设计10KV变电站，该变电站由距离工厂大约3公里的上一级区域变电站，为进线一路电源作为正常工作电源，电压等级10.0/0.4KV。 全厂功率因数，COS0.9，该厂与当地供电部门达成协议，在工厂变电站侧计量电能，设专用计量柜，按两部电费制缴纳电费，每月基本电费按动力电费为0.9元/Kw.h,照明电费为0.55元/Kw.
11、h。工厂最大负荷时的功率因素不得低于0.9。 1.2地理位置及气象资料 某变电站地处嘉陵江中游的丝绸之都、中国历史文化名城四川省南充市，距市政府1500m，距区政府1000m，环境美丽。占地1500亩，当地年最高气温：40，最高月平均气温：32，年最低气温：-3，地震烈度：6.5度以上，海拔133M,地下水位12M，主要以沙土为主，年平均雷电日：40天。 其次章 短路电流的计算 2.1 计算电路 500MVA K-1 K-2 LGJ-150,3km 10.5kV S9-1000 0.4kV 系统 图2-1 短路计算电路 2.2 短路计算基准值 设基准容量=100MVA，基准电压=1.05，为短
12、路计算电压，即高压侧=10.5kV，低压侧=0.4kV，则 （2-1） （2-2） 2.3 短路电路中个元件的电抗标幺值 （1）电力系统 已知电力系统出口断路器的断流容量=500MVA，故=100MVA/500MVA=0.2 （2-3） （2）架空线路 查表得LGJ-150的线路电抗，而线路长8km，故 （2-4） （3）电力变压器 查表得变压器的短路电压百分值=4.5，故 =4.5 （2-5） 式中，为变压器的额定容量 因此绘制短路计算等效电路如图5-2所示。 k-1 k-2 图2-2 短路计算等效电路 2.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算 （1）总电抗标幺值 =0.2+1.0=1.
13、2 （2-6） （2）三相短路电流周期重量有效值 （2-7） （3 ）其他短路电流 （2-8） （2-9） （2-10） （4） 三相短路容量 （2-11） 2.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算 （1）总电抗标幺值 =0.2+1.0+4.5= 5.7 （2-12） （2）三相短路电流周期重量有效值 （2-13） （3） 其他短路电流 （2-14） （2-15） （2-16） （4）三相短路容量 （2-17） 以上短路计算结果如下表所示 短路计算结果 短路计算点 三相短路电流 三相短路容量/MVA k-1 4.58 4.58 4.58 11.67 6.91 88.3 k-2 25.3 25
14、.3 25.3 46.5 27.6 17.5 第三章 变电所设备的选择校验 3.1 10kV侧一次设备的选择校验 （1）按工作电压选则 设备的额定电压一般不应小于所在系统的额定电压，即，高压设备的额定电压应不小于其所在系统的最高电压，即。=10kV， =11.5kV，高压开关设备、互感器及支柱绝缘额定电压=12kV，穿墙套管额定电压=11.5kV，熔断器额定电压=12kV。 （2）按工作电流选择 设备的额定电流不应小于所在电路的计算电流，即 （3）按断流实力选择 设备的额定开断电流或断流容量，对分断短路电流的设备来说，不应小于它可能分断的最大短路有效值或短路容量，即 或 对于分断负荷设备电流的
15、设备来说，则为，为最大负荷电流。 （4） 隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验 a)动稳定校验条件 或 、分别为开关的极限通过电流峰值和有效值，、分别为开关所处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值 b)热稳定校验条件 本设计中，选择的是一号主接线方案，故将选择的高压开关柜按进线依次编号。 开关柜编号 开关柜接线编号 NO.101 GG-1A-03 NO.102 GG-1A-54 NO.103 GG-1A-07 NO.104 GG-1A-07 依据我国目前广泛运用的10KV高压户内真空断路器型式，选用VS1-12型。此设计中，依据进线的计算电流为52A，配电所母线的三相短路电流周期重量有效值，
16、继电爱护的动作时间为1.9S。动稳定度为=11.57KA。可初步选择VS1-12/630-16型号进行校验，校验可见下表。 序号 安装地点的电气条件 VS1-12/630-16型断路器 项目 数据 项目 数据 结论 1 UN 10KV UN.QF 12KV 合格 2 IC 52A IN.QF 630A 合格 3 （断流实力） 4.58KA IOC 16KA 合格 4 （动稳定度） 2.554.58=11.57KA imax 40KA 合格 5 i. t（热稳定度） 2s=41KA2.s It 16KA24s=1024KA2.s 合格 因此，选择VS1-12/630-16型真空断路器作为高压隔离
17、开关。 高压隔离开关的选择，根据国家相关标准，高压隔离开关不须要进行断流实力校验。 对于户外的高压隔离开关，选择GW4型号，初步选择GW4-12/400，其相关数据查工厂供电设计指导表5-19。 序号 安装地点的电气条件 GW4-12/400型隔离开关 项目 数据 项目 数据 结论 1 UN 10KV UN.QS 12KV 合格 2 IC 52A IN.QS 400A 合格 3 （动稳度） 2.554.58=11.67KA imax 25KA 合格 4 i. t（热稳定度） 2s=41KA2.s It 10KA25s=500KA2.s 合格 对开关柜柜内隔离开关的选择校验：校验数据与户外隔离开
18、关的校验数据一样，在开关柜中NO.101，NO.103和NO.104中，选择GN型隔离开关，初步选择GN-10./200型号。 序号 安装地点的电气条件 GN-10./200型号隔离开关 项目 数据 项目 数据 结论 1 UN 10KV UN.QS 10KV 合格 2 IC 52A IN.QS 200A 合格 3 （动稳定度） 2.554.58=11.67KA imax 25.5KA 合格 4 i. t（热稳定度） 2s=41KA.s It 10KA25s=500KA2.s 合格 开关柜N.102中，则装设GN-10./200型号隔离开关。校验过程以及校验结果同上表。 高压熔断器的校验：根据国
19、家相关标准，高压熔断器的校验不须要进行动稳定和热稳定校验。在开关柜 NO.101和NO.102中，熔断器是针对电压互感器的爱护，选择RN2型，初步选择RN2-10型号。（查工厂供电设计指导表5-23得相关数据） 熔断器额定电压UN.FU应与所在线路的额定电压UN相等。即： UN.FU=Umax. IN.FU不应小于它锁装设的熔体额定电流IN.FE，即： IN.FUIN.FE 因互感器二次侧负荷很小，一般IN.FE取0.5A，不必进行校验。 序号 安装地点的电气条件 RN2-10型号熔断器 项目 数据 项目 数据 结论 1 UN 10KV UN.FU 10KV 合格 2 IC - IN.FU 0
20、.5A 合格 3 （断流实力） 4.58KA IOC 50KA 合格 电压互感器的选择及校验：电压互感器应当按装设地点条件以及一次电压，二次电压，精确度级等进行选择。 电压互感器满意精确度级要求的条件也确定于二次负荷，其二次负荷按下式计算：S2=。 在开关柜NO.101，电压互感器选择JDJ-10,将10KV的电压转化为100V的电压。 在开关柜NO.102，电压互感器为。/。/（开口三角）的接线。选择JDZJ-10，一次侧电压为/KV。 电流互感器的选择和校验：电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S2计算： S2= 在开关柜中NO.101，NO.103，NO.10
21、4中电流互感器选择LQJ-10型号。热稳定以及动稳定校验公式如上述。 对于上面的分析，如下表所示，由它可知所选一次设备均满意要求。 10KV一次侧设备的选择校验 选择校验项目 电压 电流 断流实力 动稳定度 热稳定度 其他 装置地点条件 参数 U I I i i. t 数据 10KV 57.7A 4.58A 5.0KA 4.581.9=79.8KA2.s 一次设备型号规格 额定参数 U I I i I.t 高压真空断路器VS1-12/630-16 10KV 630A 16KA 40KA 16KA24s=1024KA2.s 高压隔离开关GN-10/200 10KV 200A 25.5KA 105
22、=500 KA2.s 高压熔断器RN2-10 10KV 0.5A 50KA 电压互感器JDJ-10 10/0.1KV 电压互感器JDZJ-10 /KV 电流互感器LQJ-10 10KV 100/5A 2250.1KA =31.8KA 1 =81 KA2.s 二次负荷0.6 避雷针FS4-10 10KV 户外隔离开关GW4-12/400 12KV 400A 25KA 105=500 KA2.s 3.2 380V侧一次设备校验 本次设计中，低压开关柜编号 开关柜编号 开关柜型号 NO.201 PGL2-05 NO.202 PGL2-29 NO.203 PGL2-29 NO.204 PGL2-30
23、NO.205 PGL2-28 NO.206 PGL2-28 NO.207211 PGJ1-1.3 低压柜NO.201中，低压断路器的选择，低压断路的选择的校验中，可不进行动稳定度，热稳定度的校验。 U=380V，I=583.8A，I=25.3KA， i=46.5KA，i. t=25.30.7=448 KA2.s。 低压断路器的选择，低压断路的选择的校验中，可不进行动稳定度，热稳定度的校验。 选择DW15型的断路器，初步选择DW15- 1500，低压电路中发生三相短路时，ish=1.84I” 序号 安装地点的电气条件 DW15- 1500型断路器 项目 数据 项目 数据 结论 1 UN 380V
24、 UN.QF 380V 合格 2 I30 897.8A（补偿后） IN.QF 1500A 合格 3 （断流实力） 25.3KA IOC 40KA 合格 4 （动稳定度） 1.84*25.3=46.5KA imax 合格 5 i. t（热稳定度） i. t=25.30.7=448 KA2.s It 合格 低压刀开关的选择，初步选择HD13-1500/30 电流互感器的选择和校验 电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S2计算： S2= 在开关柜中电流互感器选择LMZJ1-0.5。稳定以及动稳定校验公式如上述，满意校验。 在低压柜中NO.202中，由于此开关柜的线路去向为
25、1#，2#，3#，4#即为铸造车间，锻压车间，热处理车间，电镀车间，其计算电流均为 201A，251A,176A,244A。因为四个车间计算电流相差不大，所以选择爱护设备一样，现以2#线路为例。计算电流I30=201A，低压断路器的选择以及校验，方法从上。初步选择DZ20-630。 序号 安装地点的电气条件 DZ20-630型断路器 项目 数据 项目 数据 结论 1 UN 380V UN.QF 380V 合格 2 I30 251A IN.QF 630A 合格 3 （断流实力） 25.3KA IOC 30KA 合格 4 （动稳定度） 46.5KA imax 合格 5 i. t（热稳定度） i.
26、t=25.30.7=448KA2.s It 合格 电流互感器的选择和校验 电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S2计算： S2= 在开关柜中电流互感器选择LMZ1-0.5。热稳定以及动稳定校验公式如上述，满意校验。 在低压柜中NO.203，由于此开关柜的线路去向为6#，7#，9#即为工具车间，金工车间，装配车间，其计算电流分别为280A，194A,122A，现以6#线路为例。 低压断路器的选择以及校验，方法从上。初步选择DZ20-630 序号 安装地点的电气条件 DZ20-630型断路器 项目 数据 项目 数据 结论 1 UN 380V UN.QF 380V 合格
27、2 I30 280A IN.QF 630A 合格 3 （断流实力） 25.3A IOC 30KA 合格 4 （动稳定度） 46.5KA imax 合格 5 i. t（热稳定度） i. t=25.30.7=448KA2.s It 合格 电流互感器的选择和校验 电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S2计算： S2= 在开关柜中电流互感器选择LMZ1-0.5。热稳定以及动稳定校验公式如上述，满意校验。 在低压柜中NO.204，由于此开关柜的线路去向为5#,8#,10#,其计算电流分别为16.2A,67A,78A.，以10#线路为例。 低压断路器的选择以及校验，方法从上。初
28、步选择DZ20-200 序号 安装地点的电气条件 DZ20-200型断路器 项目 数据 项目 数据 结论 1 UN 380V UN.QF 380V 合格 2 IC 78A IN.QF 200A 合格 3 （断流实力） 25.3KA IOC 30KA 合格 4 （动稳定度） 46.5KA imax 合格 5 i. t（热稳定度） i. t=25.30.7=448 KA2.s It 合格 电流互感器的选择和校验 电流互感器应安装同电压互感器选择基本一样，电流互感器的二次负荷S2计算： S2= 在开关柜中电流互感器选择LMZ1-0.5。热稳定以及动稳定校验公式如上述，满意校验。 低压柜中NO.205
29、和NO.206为照明配电柜，专供生活区运用，选择爱护设备一样。计算电流为413A。 低压断路器的选择以及校验，方法从上。初步选择DZ20-630 序号 安装地点的电气条件 DZ20-630型断路器 项目 数据 项目 数据 结论 1 UN 380V UN.QF 380V 合格 2 IC 413A IN.QF 630A 合格 电流互感器的选择和校验 电流互感器应安装同电压互感器的选择基本一样，电流互感器的二次负荷S2计算： S2= 在开关柜中电流互感器选择LMZ1-0.5 。热稳定以及动稳定校验公式如上述，满意校验。 补偿柜中，电流互感器的选择方法同上，采纳LMZI-0.5 380V侧一次设备的选
30、择校验，如下表，所选数据均满意要求。 380V一次侧设备的选择校验 选择校验项目 电压 电流 断流 实力 动态 定度 热稳定度 其它 装置地点条件 参数 - 数据 380V 总897.8A 25.3kA 46.5kA - 一次设备型号规格 额定参数 - 低压断路器DW15-1500/3D 380V 1500A 40kA - - - 低压断路器DW20-630 380V 630A 30Ka - - - （大于） 低压断路器DW20-200 380V 200A （大于） 25 kA - - - 低压断路HD13-1500/30 380V 1500A - - - - 电流互感器LMZJ1-0.5 5
31、00V 1500/5A - - - - 电流互感器LMZ1-0.5 500V 100/5A 160/5A - - - - 3.3 凹凸压母线的选择 查表得到，10kV母线选LMY-3,即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12022）+806，即相母线尺寸为120mm10mm，而中性线母线尺寸为80mm6mm。 第四章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择 4.1 10kV高压进线和引入电缆的选择 （1） 10kV高压进线的选择校验 采纳LGJ型钢芯铝绞线架空敷设，接往10kV公用干线。 a).按发热条件选择 由=57.7A及室外环境温度33，查表得，初选LGJ-35,其35C时
32、的=149A>,满意发热条件。 b).校验机械强度 查表得，最小允许截面积=25，而LGJ-35满意要求，故选它。 由于此线路很短，故不须要校验电压损耗。 （2） 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采纳YJL22-10000型交联聚乙烯绝缘的铝芯电缆之间埋地敷设。 a)按发热条件选择 由=57.7A及土壤环境25，查表得，初选缆线芯截面为25的交联电缆，其=149A>,满意发热条件。 b)校验热路稳定 按式，A为母线截面积，单位为；为满意热路稳定条件的最大截面积，单位为；C为材料热稳定系数；为母线通过的三相短路稳态电流，单位为 A；短路发热假想时间，单位为s。本电缆线中=1960，=0.5+0.2+0.05=0.75s，终端变电所爱护动作时间为0.5s，断路器断路时间为0.2s，C=77，把这些数据代入公式中得<A=25。 因此JL22-10000-3 25电缆满意要求。 4.2 380低压出线的选择 （1）铸造车间 馈电给1号厂房（铸造车间）的线路采纳VLV22-1000型聚氯乙烯绝缘铝芯电缆干脆埋地敷设。 a）按发热条件需选择 由=201A及地下0.8m土壤温度为25，查表，初选缆芯截面120，其=212A>，满意发热条件。 b）校验电压损