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1、目 录1. 引言31.1工厂设计的意义，要求31.2本次设计的内容及步骤32.一次系统的参与设计32.1变压器的选择52.1.1主变压器台数的选择52.1.2变压器容量的选择52.2电气设备的选择73. 短路电流的计算84.二次系统的设计104.1继电保护的原理及其根本要求104.2电力线路的继电保护104.2.1定时限过电流保护104.2.2线路的电流速断保护134.2.3线路的定时限过电流保护和电流速断保护的电路图144.2.4线路的过负荷保护144.2.5 输电线路的接地保护154.2.6 10KV输电线路继电保护二次原理图154.3电力变压器的继电保护164.3.1 电力变压器的过电流
2、保护164.3.2 电力变压器的电流速断保护184.3.3 电力变压器的负荷保护194.3.4 10KV电力变压器定时限过电流保护，电流速断保护，过负荷保护的二次接线图194.3.5 电力变压器的接地保护204.4 自动重合闸装置214.5 变电所的防雷保护与接地装置的设计254.5.1 变电所的防雷措施254.5.2 变电所电气装置的接地285.电力系统的MATLAB仿真315.1 电力系统工具箱315.2 本设计的仿真32附录 电力系统主接线图35结束语36谢辞37参考文献381.引言 1.1工厂设计的意义，要求： 工厂供电就是指工厂所需要电能的供给和分配，亦称工厂配电。电能是现代工业生产
3、的主要能源和动力。它既易于由其他形式的能量转换而来，也易于转化成其他形式的能量以供给用。电能的传输和分配既简单由便于控制，调节和测量，有利于实现生产过程自动化。从而提高产品质量和生产效率。减少劳动本钱和劳动强度。不过，如果电能供给突然中断那么对工业生产可能造成严重的后果。轻那么引起生产中断，设备损坏，产品报废。重那么引起人员伤亡，产生巨大的损失。因此做好工厂供电设计工作对于工业现代化有着重要的意义。工厂供电一般应该满足平安，可靠，优质，经济的要求。1.2本次设计的内容及步骤 10KV加氢车间变电所二次设计主要就是二次保护的设计，下面是本设计的详细步骤1参与一次系统的设计，确定出各个设备的型号参
4、数，算出短路参数为二次设计提供数据。2选择二次设备，分析本设计所使用保护种类3整定各线路保护和各个电力变压器的保护4防雷接地保护的设计5进行MATLAB仿真6写心得体会2. 一次系统的参与设计：本次设计的原始资料是石化加氢车间的用电符合统计表和变配电所容量计算表：表1 用 电 负 荷 统 计 表序 号 名 称 设备数量台 设备容量台功率因数需要系数计算负荷年工作时间h年耗电量kVh总的工作总的工作kWkvar一10kV动力新氢压缩机2118009000.9120.853768345.480004915000循环氢压缩机215002500.8640.904226131.780001446000反
5、响进料泵214002000.8650.865173100.480001107000小计63270013501167577.57468000二380kV 动力1原料油泵2144220.890.65514.47.48000920002分馏塔顶回流泵2130150.880.527.84.28000500003侧线汽提塔底泵2131.50.850.6710.62800064004分馏塔底泵2160300.890.6189.280001150005高压注水泵2122110.770.7386.68000512006液氨泵111.51.50.790.090.130.1100107硫化剂泵112.22.20.
6、820.210.460.3100308缓蚀剂泵211.10.550.760.020.010.018000609污油泵115.55.50.880.442.41.31200230010注碱泵117.57.50.850.876.5410052011碱液泵1111110.880.818.94.880005700012反响馏出物空冷器1137370.860.4817.810.6800011400013精制溶剂油空冷器1137370.860.4717.410.3800011140014分馏塔顶空冷器1122220.830.5117.480007040015引风机1111110.840.88.85.7800
7、05632016防爆双梁桥式起重机1130.5530.550.80.824.518.4200039200小计 2216325.35245.3147.190.93765840三仪表用电0.8107.5800064000四空调，轴流风机，吹灰器用电0.8107.5800064000五照明所用电0.85037.53000120000低压负荷合计2216325.35245.30.83217.1143.431013840取Kp=0.95Kq=0.97206.25139.13上下压负荷合计28193025.351595.31373.25716.638482000表2 变 配 电 所 容 量 计 算 表名称
8、10kV需要容量380V需要容量需要容量合计变压器台数单台容量kVAkwkvarkwkvarkwkvarCOS高压负荷1167577.51167577.5低压负荷217.1143.43217.1143.43变压器损耗2.6132.613补偿电容功率-60-60低压合计219.796.43219.796.430.922315总计1167577.5219.796.431386.7673.932.1变压器的选择：电力变压器是变电所最主要的一次设备，其作用是将电力系统中的电压升高或降低。以利于电能的合理输送分配和使用。2.1.1主变压器台数的选择主变压器应该根据负荷特点和经济运行要求选择。符合以下之一
9、时，适宜装设两台及其以上的变压器。(1) 有大量的一级和二级负荷。(2) 季节性负荷变化较大，适与采用经济运行方式。(3) 集中负荷较大 对于本设计的特点即应该选择两台主变压器。当一台变压器故障或检修，另一台变压器容量能保证所有负荷计算。2.1.2变压器容量的选择根据原始资料可知： 对于高压侧：P30(1)=P30(2)+PT =0.015S30(2)+S30(2) =209.98KW Q30(1)=Q30(2)+QT = Q30(2)+0.06S30(2)=154.05Kvar 而此时功率因数为；30(1)/S30(1)=209.98260.43=0.81=2.0（3） 电流速断保护的“死区
10、及弥补由于电流速断保护动作电流躲过了线路末端的最大短路电流，因此，靠近末端的相当长一段线路上发生的不一定是最大短路电流例如两相短路电流时，电流速断保护不会动作。这说明电流速断保护不能保护线路全长。这种装置不能保护的区域叫做死区。因此，但凡装有电流速断保护的线路必须都装设带时限的过流保护。动作时间长一个时间级差T=0.50.7S，而前后的过电流保护动作时间又要符合“阶梯原那么，以保证选择性。4.2.3线路的定时限过电流保护和电流速断保护的电路图如下：4.2.4线路的过负荷保护 线路的过负荷保护over-load protection只对可能经常出现过负荷的电缆线路才予以装设，一般延时动作于信号。
11、其接线图如下： 过负荷保护的动作电流Iop(OL)按躲过线路的计算电流I30来整定，即 Ki为电流互感器的变比为100/5=204.2.5 输电线路的接地保护接地短路是电力系统中架空线路上出现最多的一类故障，尤其是单相接地故障占所有接地故障的90%左右。完全星型接线的相间电流电压保护可以保护大接地电流系统中的单相接地短路，但灵敏度往往不能满足，因此必须装设专门的接地短路保护。小接地系统的单相接地故障本身并不构成短路，但因非故障相对地电压升高而容易引起两相接地短路故障。单相接地电流较大时，也要装设单相接地保护，使之动作于信号以便及时采取措施消除故障。对于小接地电流系统中发生单相接地故障时，流过故
12、障点的电流时电容电流，其数值很小，而且系统的线电压仍然保持对称，因此不影响供电，允许大故障继续运行12小时，以便寻找接地线路，排除故障，而不影响对工厂的用电中断。4.2.6 10KV输电线路继电保护二次原理图如下：4.3电力变压器的继电保护电力变压器是电力系统中及其重要的电力设备，在电力系统中使用十分的广泛。变压器故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障包括相间短路、绕组的匝间短路和单相接地短路；油箱外部故障包括引线和绝缘套管上发生的相间短路和接地故障。如果它发生故障将对供电的可靠性和系统的正常运行带来严重的后果，因此，在变压器上装设性能良好，动作可靠的保护装置是十分的必要的。对于高
13、压侧为610KV的车间变电所主变压器来说，通常装设带时限的过电流保护，如果过电流保护的动作时间大于0.50.7S时，还应该装设电流速断保护。容量在800KV.A及其以上的油浸式变压器和400KV.A及其以上的车间内浸式变压器，按照规定还应该装设瓦斯保护，又称气体继电保护。4.3.1 电力变压器的过电流保护为了反响变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流，以及在变压器内部故障时作为差动保护和瓦斯保护的后背保护，变压器应装设相间短路的后背保护。如本设计中的过电流保护。无论是采用电流继电器还是脱扣器，也无论是定时还是反时限，变压器过电流保护的组成、原理与电力线路的过电流保护都完全相同。本设计采用的是两
14、个电流互感器不完全星型接线方式， 继电器采用DL-11型，动作后跳开变压器两侧断路器。1 过电流保护的整定过电流保护装置的动作电流应按照躲开变压器可能出现的最大负荷电流来整定对于二次降压变压器，应考虑低压侧负荷电动机自启动时候的最大电流，即 式中，Krel为可靠系数，取1.21.3；Kre返回系数，取0.85；Kst为自启动系数，取1.52.5。电流继电器的动作电流为：IOP.K=(Kw/Ki)INT=1/(100/5)70.15=3.5A 式中，Kw为接线系数，星型和不完全星型取1；Ki为电流互感器的变比；INT为保护安装侧的变压器额定电流。对于保护装置的动作时限应比出线过电流保护的动作时限
15、大一个时限级差T取0.5S。2 灵敏度的校验灵敏度按照变压器二次侧母线的最小短路电流来校验：式中I(2)k.min为后背保护范围末端两相短路时，流过保护装置的最小短路电流。规程规定，作为近后备保护时，要求Ks1.5；作为远后备保护时，要求Ks1.2。假设灵敏度不满足要求，可采用低压启动的过电流保护或复合电压启动的过电流保护来提高保护的灵敏度。本设计为:所以，过电流保护的灵敏度符合要求。4.3.2 电力变压器的电流速断保护 变压器电流速断保护，只能保护本线路，不能保护线路全长。对于容量较小的变压器，可在电源侧装设电流速断保护，为保护选择性，电流速断保护只能保护变压器的一局部，它与瓦斯保护和过电流
16、保护配合，可以组成小型变压器的整组保护。当变压器的电源侧为小接地电流系统时，保护就可采用两相式接线；当电源侧为大电流系统时，可采用三相式或两相三继电器式。本次设计中的电流速断保护采用两个电流互感器不完全星型接线方式，继电器采用DL-11型。1 电流速断保护的整定电流速断保护的动作电流应按照以下两个条件计算，并取其中的较大者作为动作电流的整定值。a.躲过变压器二次侧母线短路时的最大短路电流，即 IOP=KrelI(3)k.max式中，Krel为可靠系数，取1.21.3；I(3)k.max为变压器二次侧母线三相短路时的，流过保护安装处一次侧的最大短路电流。对于本设计，可取Krel=1.3此时有：
17、b.躲过变压器空载合闸时的最大励磁涌流，即： Iop=(35)INT 式中INT为保护安装处变压器的额定电流。本设计取5倍的额定电流，即：因此取Iop=267.9Ac.电流继电器的动作电流，即： =式中，Kw为接线系数，星型和不完全星型取1；Ki为电流互感器的变比；INT为保护安装侧的变压器额定电流。2灵敏度的校验电流速断保护的灵敏度按照保护安装处变压器一次侧的最小两相短路电流来校验，即 符合要求式中，Ik1.min为保护安装处发生短路时的最小两相短路电流。4.3.3 电力变压器的负荷保护 变压器的过负荷电流一般都是三相对称的，因此，过负荷保护只采用一个电流继电器接于一相电流回路中，经长时间的
18、延迟后发出信号。过负荷保护安装侧的选择，应能反响变压器个绕组的过负荷情况。对双绕组升压变压器，过负荷保护一般装设在低压侧。对于一侧无电源的三相绕组升压变压器，应装在发电机侧和无电源侧；假设三侧都有电源时，各侧均应装设过负荷保护。对双绕组降压变压器，过负荷保护一般装在高压侧。对单电源的三绕组降压变压器，假设三侧绕组的容量相同，那么过负荷保护仅装设在电源侧；假设三绕组容量不同，那么在电源侧和容量最小的一侧分别装设过负荷保护。对双侧电源的三绕组降压变压器或联络变压器，三侧均应装设过负荷保护。本次设计中的过负荷保护采用一个DL-11型继电器，过负荷保护的动作电流，按躲开变压器额定电流整定。1过负荷保护
19、的整定 过负荷保护的动作电流，按照躲开变压器的额定电流来整定，即： 式中，Krel为可靠系数，取1.05；Kre为返回系数，取0.85即： 过负荷保护的整定时限，应比变压器的后备保护的最大时限再大一个t，一般取1015S。4.3.4 10KV电力变压器定时限过电流保护，电流速断保护，过负荷保护的二次接线图如下： 4.3.5 电力变压器的接地保护 大接地电流系统的电力变压器，一般应装设接地保护，作为变压器和相邻元件接地短路的后备保护。系统接地短路时，零序电流的大小和分布与系统中变压器中性点接地数目和位置有关。对于两台及其以上并列运行的变电所，一般采用一局部变压器中性点接地运行，另局部中性点不接地
20、运行。以保持在各种运行方式下，变压器中性点接地数目和位置尽量不变，从而保证零序保护有足够的灵敏度和稳定的保护范围。对于采用两台变压器并联运行的变电所，一般采用一台变压器中性点接地如T1另一台不接地T2的方式。这时假设在高压系统发生接地短路，T1跳闸后，T2将仍带故障运行，那么将产生危险的过电压，T2的绝缘将受到破坏。因此，对于局部中性点接地变电所在接地保护时应考虑一下问题:1发生故障时应该能够切除所有与接地短路系统相连接的变压器。2接地故障后，应首先跳开中性点不接地运行的变压器，以防止过电压造成的危害，然后再跳开中性点接地运行的变压器。 本设计采用两台主电力变压器并列运行。其零序保护图如下：其
21、中两台变压器均采用10/0.4S9-315KVA变压器。保护由零序电流元件和零序电压元件两局部组成，每台变压器都装设同样的接地保护，零序电流保护的整定时间KT1要比零序电压保护的整定时间KT2大一个t。4.4 自动重合闸装置 运行经验说明，电力系统中的故障特别是架空线路上发生的故障多是属于暂时性的，如雷击过电压引起的绝缘子外表闪络，大风引起的短时碰线，等等在输电线路上发生的故障。这些故障再被继电保护装置切除后，故障点的绝缘可及时恢复，外界物体也被电弧烧掉而消失，故障随即自动消除。这时如果将已经断开的线路断路器重新合上那么可恢复供电，因而可缩短停电的时间，提高供电的可靠性。为此，在电力系统中往往
22、用自动重合闸ARD闸。在架空线路上装上自动重合闸，将对于提高供电的可靠性无疑会带来极大的好处。但是发生故障不能判断是暂时性的还是永久性的，因此，重合后可能成功也可能不成功。据统计输电线路一次重合的动作成功率可达60%90%，二次，三次重合的几率很小，因此，大多企业用户都采用一次自动重合闸，本设计也不另外,采用三相一次重合闸。对自动重合闸ARD的根本要求：（1） 动作时间应该尽量短。（2） 线路正常运行的KRA应投入；手动合闸时候，开关遇到故障跳闸后不应该重合；手动跳闸后也不应重合。（3） 重合闸的次数应保证可靠。即一次重合闸应保证只重合一次，等等类推。（4） 在线路两端有电源的时候装设KRA装
23、置，应考虑重合时是否有同期问题。对全电缆线路因暂时性故障少，一般不用KRA。对于本次设计采用的三相一次自动重合闸原理展开图如下： 其工作原理如下：（1） 正常工作的时候断路器QF处于合闸位置，其辅助常开触点QF3-4闭合，常闭触点QF1-2翻开，控制开关SA1处于“合闸后位置，其触点SA21-23接通，选择开关SA2处于合闸位置，重合闸继电器的电容C经电阻R4而充满电压，电容C两端电压等于电源电压，用于监视KM是否完好的信号灯HL亮。（2） 线路短路，保护动作时，QF跳闸，那么QF3-4翻开，QF1-2闭合，跳闸位置继电器KM1被启动，KM1闭合，KT线圈得电，经重合闸整定的时间后，其延迟触点
24、KT闭合，电容C放电，使KM动作。KM1-2翻开使得信号灯HL灭；KM3-4、KM5-6闭合使重合闸接触器KO得电，并在合闸过程中利用电流线圈自保持，以保证QF可靠合闸。假设合闸成功，所有继电器都复位，电容C再次充电，经1015S后充满。准备再次动作；假设合闸不成功，那么QF合闸后保护再次跳闸，尽管KM1和KT将重新气动，但因电容C两端电压太低，不能使KM动作，从而保证只合闸一次。（3） 手动跳闸时触点SA16-7接通，使得跳闸线圈YR得电，断路器跳开，此时由于触点SAI21-23翻开，SA12-4接通，使重合闸回路失去正电源，不可能再动作于合闸，而接通后，使电容C经R6放电，C上的电压迅速下
25、降。（4） 手动合闸时，SA15-8接通，合闸接触器线圈YO得电，使断路器合闸，同时SA121-23、SA121-22接通。SA12-4断开，重合闸回路获得正电源，电源经电阻R4向电容C充电，1015S才能冲到操作电源电压。SA121-22接通后，使加速继电器KAC动作，其触点闭合，如果线路上有故障，那么断路器合闸后，继电保护随即动作，经KAC触点使断路器瞬时动作，这时电容两端的电压还比拟低，不能使KM动作，故QF不能合闸。（5） 防跳继电器KLB的作用：防止触点SA5-8被粘住或者KM动作后其常开触点KM3-4、KM5-6被粘住时，线路上发生永久性故障，出现断路器屡次合闸。有了防跳继电器后，
26、当一次重合闸永久性故障时，保护再次动作，此时KLBI被启动，常开触点KLB1-2闭合，KLB(U)经粘住的KM3-4、KM5-6触点或SA5-8和KLB1-2而自保持，使KLB3-4一直处于翻开状态，切断断路器的合闸回路，从而消除了断路器再次合闸的可能性。自动重合闸与继电保护相配合，本设计采用的是ARD前加速保护方式来加快线路带时限继电保护的动作。因为前加速保护优点是能快速切除故障，使暂时性的故障来不及开展成永久性的，投资少主要适合35KV以下的线路。采用前加速保护时，每条线路上均装设过电流保护，当其动作时间按阶梯形选择时，断路器QF1处的动作时间最长。为了加速切除故障，在QF1处可采用ARD
27、的前加速保护方式，即在QF1处不仅装设过电流保护，还装有能保护到第三条线路的电流速断保护和自动重合闸装置ARD，如以下图所示：不管哪条线路发生故障，均由装在线路首段的电流速断保护动作，瞬时断开断路器QF1，然后ARD动作将断路器重合一次。如果时暂时性的故障，那么合闸成功，恢复正常供电；如果时永久性的，那么在QF1重合后，线路各处的过电流保护按其整定的时限有选择的将相应的断路器跳开。为了提高供电可靠性，对具有一类负荷或重要的二类负荷的变电所，通常采用电源自动投入装置，简称APD 。1. 企业中备用电源自动投入的根本形式（1） 具有一条工作电源和一条备用电源，APD装在备用进线断路器上见图a。正常
28、运行时候备用电源断开，当工作电源因故障等原因切除后，备用电源自动投入。（2） 对具有两条独立进线的电源分别供电的分段单母线的变电所，APD装在母线分段断路器上，见图b。单母线分段运行时，两电源分别供电给每段母线。当两电源中有一段线路发生故障切除后，备用电源的APD将分段断路器合上，由另一路电源继续供电给全段的重要负荷。2. 对APD装置的根本要求 （1） 当一路电源失压后电压降到很低时，APD应将此路电源切除，再合上备用电源。（2） 工作电路断路器因继电保护动作跳闸或备用电源无电时，APD装置均不应动作。（3） APD装置只应动作一次，它由备用电源跳闸后，降APD装置合闸回路闭锁来实现。（4）
29、 电压互感器回路断线时，APD装置不应动作。（5） 正常操作时，应事先解除APD装置的压板，以防止APD装置动作。4.5 变电所的防雷保护与接地装置的设计 变电所的防雷保护和接地装置是确保平安供配电的重要设施之一。电力系统运行中，由于雷击容易使电气设备的电压高于额定电压。即出现过电压现象。雷电流的热效应可以烧断导线和烧毁电力设备；雷电流的机械效应产生的电动力可摧毁设备、杆塔和建筑；雷电流的电磁效应可产生过电压，击穿电气设备的绝缘，甚至引起火灾和爆炸，雷电的闪络放电可烧坏绝缘子，使断路器跳闸造成大面积停电。因此，在有着大量一二类负荷的工厂变电所，装设防雷保护和接地装置是必要的。对于本设计，应在1
30、0KV侧装设FZ-10型号避雷器，但凡与架空线路相连的进出线，在入口处的电线杆进行接地，可以到达重复接地的目的，每个电缆头均要接地。4.5.1 变电所的防雷措施1变电所的主变压器装在室外或有露天配电装置时，应在变电所外面的适当位置装设独立避雷针。如无屋外配电装置，可于变电所的屋顶装设避雷针或避雷带，假设变电所和屋外装置处于相邻建筑防雷保护范围之内，可不再装设防雷装置。2装设避雷线 处于峡谷地区的变配电所，可以利用避雷线来防护直击雷。在35KV及其以上的变配电所架空线上，架设12Km的避雷线，以消除近区进线上的雷击闪络，防止其引起雷电侵入波对变配电所电器装置造成损坏。进线保护段范围内的电感工频接地电阻RE10。进线保护段上的避雷线保护角不宜大于20C，