10KV住宅小区供电系统设计说明

29 / 32目录摘要1绪论2第1章负荷计算与变压器的选择31.1 负荷统计与计算31.1.1 负荷计算31.1.2 负荷统计表71.2 变压器的选择91.2.1变压器选址的确定91.2.2 变电所位置的选择91.2.3变压器型号的确定与参数表10第2章供电系统主接线方式的选择与设备选型122.1 电气主接线设计的重要性122.1.1 电气主接线设计的重要性122.1.2 电气主接线设计的步骤122.2 供电系统图132.2.1 供电设备主接线方式的确定132.2.2 供电系统图142.3 高低压开关的选择142.3.1 高压开关的选择142.3.2 低压开关的选择162.4 电缆截面的选择162.4.1 选择导线截面的一般原则162.4.2 电缆型号的选择172.5 避雷器的选择182.5.1避雷器的分类与配置原则182.5.2对避雷器的基本要求182.5.3避雷器的选择19第3章短路电流计算203.1 短路计算的目的与方法步骤203.1.1 出现短路电流的原因与危害203.1.2 短路电流计算的目的213.1.3 短路电流计算的一般规定213.1.4 计算短路电流的方法223.2 短路电流的计算23第4章主变压器保护254.1变压器常见的故障类型与不正常运行状态254.2主变压器的保护种类27第5章防雷与接地305.1防雷电过电压的保护305.2接地装置30致谢32参考文献33摘要本次所设计的课题是住宅小区10kV供电系统的初步设计，具有10kV和380V两个电压等级，10kV一侧接与110kV变电站的10kV母线，380V主要用于小区用户的用电。本次所设计的供电系统是非常重要的，如果系统出故障了，将影响整个住宅小区的供电，所以可靠性要求很高。所以这次设计必须考虑到供电系统的安全性、可靠性与经济性。本说明书通过对变电站的主接线设计，短路电流计算，主要电气设备型号和参数的确定，电气设备的动热稳定校验，无功补偿设计，防雷和过电压保护装置的设计较为详细地完成了电力系统中变电站的设计。本次设计论文是以我国现行的各有关规范规程等技术标准为依据，所设计是一次初步设计，根据任务书提供原始资料，参照有关资料与书籍，对各种方案进行比较而得出。关键词：配电室；短路计算；无功补偿 ；绪论1. 课题背景随着经济的发展和人民生活水平的提高，对供电质量的要求日益提高。国家提出了加快城网和农网建设与改造，拉动内需的发展计划，城网和农网变电所的建设迅猛发展。在城市人口集中、高楼大厦林立、用地十分紧张的情况下，城市的高低压线路走廊受到限制，给城市高低压网络的发展和变电所建设带来一定困难。农村自身的特点也给农网和变电所建设带来一定困难。如何设计城网和农网变电所，是城网和农网建设、改造中需要研究和解决的一个重要课题。变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所，是电力系统中电能传输必不可少的环节，起着桥梁的作用。变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。为满足城镇负荷日益增长的需要，提高对用户供电的可靠性和电能质量，就需要做到变电所整体的稳定、可靠并采取相应的措施提高供电可靠性和提高电能质量 。变电所结构的改进、新型建材的采用、施工装备的更新、施工方法的改进、代管理的运用、队伍素质的提高、使火电厂土建施工技术与施工组织水平也相应地随之不断提高。变电站是电网建设和电网络改造中非常重要技术环节，所以做好变电站的设计是我国电网建设的重要环节。现在根据电力系统和城市住宅小区的发展规划，拟在某地区新建10kV的变电站。2. 设计的目的和基本要求随着社会的发展，电能被日益广泛的应用于工农业生产以与人民的日常工作中。因为电能可以方便的转化为其他形式的能源，例如：机械能、热能、光能、磁能等等；并且电能的输送和分配易于实现，可以输送到需要它的任何工作场所和生活场所；电能的应用规模也很灵活。以电作为动力，可以促进工农业生产的机械化和自动化，保证产品质量，大幅提高劳动生产率。同时提高电气化程度，以电能代替其他形式的能源，是节约能源消耗的一个重要的途径。在电力系统设计中，应贯彻国家个项方针政策，遵照有关的设计技术规定。从整体出发，深入论证电源布置的合理性，论证其安全可靠性和经济性，并对此进行必要的计算。尚需注意近期与远期的关系，发电、输电、变电工程的协调，并为电力系统继电保护、安全自动装置与以下一级电压的系统设计创造条件。第1章 负荷计算与变压器的选择1.1 负荷统计与计算1.1.1 负荷计算小区平面图如下：8#12 # 11 # 9 # 10 # 5 # 6 # 4 # 1 # 2 # 7 # 13 # 澡堂 3 # 餐厅 操 场配电站图11 小区平面图负荷计算1）用电设备组的计算负荷用需用系数法统计负荷，经查相关资料可得，查出对应用电设备组的需用系数、功率因数，并计算出对应的正切值，填于负荷统计表8、9、10栏内；然后按公式计算用电设备的计算负荷，分别填于表的11、12、13、14内。（1）经查资料可得：生活园区内所有宿舍楼的照明灯设备的=0.8，=0.85，则=0.8*246=196.8 KW=196.8*0.62=122 Kvar=231 KVA =606A（2）经查资料可得：生活园区内所有宿舍楼的风扇设备的=0.8，=0.85，则=0.8*100=80 KW=80*0.62=52 Kvar=95 KVA=249 A（3）经查资料可得：生活园区内所有宿舍楼的电脑设备的=0.75，=0.8，则=0.75*924=693 KW=693*0.75=519.75 Kvar=865 KVA=2272 A（4）经查资料可得：生活园区内所有宿舍楼的空调设备的=0.75，=0.8，则=0.75*312=234 KW=234*0.75=175.5 Kvar=292.5 KVA=767 A（5）经查资料可得：生活园区内澡堂电动机一的=0.7，=0.8，则=0.7*11=7.7 KW=7.7*0.75=5.8 Kvar=9.6 KVA14.6A（6经查资料可得：生活园区内澡堂电动机二的=0.7，=0.8，则=0.7*11=7.7 KW=7.7*0.75=5.8 Kvar=9.6 KVA14.6A（7）经查资料可得：生活园区内澡堂电动机三的=0.7，=0.8，则=0.7*5.5=3.85KW=0.75*3.85=2.9 Kvar=4.8 KVA7.29A（8）经查资料可得：生活园区内澡堂电动机四的=0.7，=0.8，则=0.7*2.2=1.54 KW=1.54*0.75=1.2 Kvar=1.95 KVA2.96A（9）经查资料可得：生活园区内餐厅的照明灯设备的=0.8，=0.85，则=0.8*3=2.4 KW=2.4*0.62=1.5 Kvar=2.83 KVA7.43A（10）经查资料可得：生活园区内餐厅的电风扇设备的=0.8，=0.85，则=0.8*5=4KW=4*0.62=2.48 Kvar=4.7 KVA12.3A（11）经查资料可得：生活园区内餐厅的电视机设备的=0.8，=0.85，则=0.8*0.3=0.24KW=0.24*0.62=0.15 Kvar=0.28 KVA0.73A（12）全小区的负荷统计 全小区负荷统计。犟全小区内所有设备的计算负荷相加，即=196.8+80+693+234+7.7*2+3.85+1.54+2.4+4+0.24=1231.23 KW=122+52+519.25+175.5+5.8*2+2.9+1.2+1.5+2.48+0.15=888.58 Kvar 全小区的计算负荷。计算全小区0.4Kv侧总的计算负荷时，应考虑各组间最大负荷的同时系数，取=0.9，=0.95。则=0.9*1231.23=1108.107 KW=0.95*888.58=844.151 Kvar=1393 KVA=0.795将计算结果填入表中。提高功率因数的意义：1）提高功率因数的意义（1）提高电力系统的供电能力（2）减少供电网络中的电压损失，提高供电质量。（3）降低供电网络中的功率损耗（4）降低企业产品的成本由上述原因可知，提高用户功率因数具有重大意义，提高功率因数，对充分利用现有的输电、配电与电源设备，保证供电质量，减少电能损耗，提高功率因数，降低企业成本和减少费用。2）功率因数低是无功功率大的表现，无功功率大会对系统造成如下影响：(1)使变配电的容量增加。(2)使供配电系统的损耗增加。(3)使电压损失增加，线路电流越大，电压损失也就越大。(4)使发电机的效率降低。3）提高功率因数的措施(1)提高用电设备的自然功率因数。(2)采用人工补偿的方法使总功率因数得以提高。4）人工补偿提高功率的方法有两种：(1)采用同步电动机补偿。(2)采用并联电容补偿。电容器补偿容量的计算1）电容器所需补偿容量。因全小区的俄自然功率因数=0.795，低于0.92，所以应进行人工补偿，补偿后的功率因数应达到0.92以上，即=0.92。则全小区所需补偿容量为=1108.107*（0.763-0.426）=373.4 Kvar2）电容器柜数与型号的确定。补偿电容器拟采用双星型接线，接在变电所0.4KV母线上，因此，选用14Kvar的PGJ1型的电容器。装于电容器柜中，每柜装6只，每柜容量为84Kvar，则电容器总柜数应为=5由于电容器柜要接在两段母线上，为了在每段母线上构成双星型接线，因此每段母线上的电容器也应分成相等的两组，每组的电容器柜数应为1.25取n=2,则电容器总柜数为N=2*3=6台3）电容器的实际补偿容量：=504 Kvar4）人工补偿后的功率因数:844.151-504=340.151 Kvar 1159KVA=0.95 功率因数符合要求。1.1.2 负荷统计表表11 负荷统计表序号用电设备名称额定电压/KV设备台数/台设备容量/KW需用系数功率因数cos正切值tan计算负荷安装台数工作台数安装容量工作容量有功功率/KW无功功率/Kvar视在功率/KVA计算电流/A12345678910111213141234一宿舍楼电灯风扇电脑空调22022022022082162054410831661621541308123732813312324172461009243120.80.80.750.750.850.850.80.80.620.620.750.75196.88069323412252519.3175.523195865292.560624922727671234二澡堂电动机1电动机2电动机3电动机43803803803802211111122225.52.211115.52.20.70.70.70.70.80.80.80.80.750.750.750.757.77.73.851.545.85.82.91.29.69.64.81.9514.614.67.292.96123三餐厅电灯风扇电视220220220110110680804470.4350.30.80.80.80.850.850.850.620.620.622.440.241.52.480.152.834.70.287.4312.30.731234四统计计算结果16200.7950.951231.231108.11888.58844.15504340.1513931159全区合计全区计算负荷电容器补偿容量补偿后负荷1.2 变压器的选择1.2.1变压器选址的确定(1)集近负荷中心。变电站站址的选择必须适应电力系统发展规划和布局的要求，尽可能靠近负荷中心。这样，既减少了输配电线的投资和电能的损耗，也降低了 造成事故的机率。(2)节约用地。节约工程用地是我们的国策，我们需要遵循技术经济合理的原则，合理布局，尽可能提高土地的利用率，凡有荒地可以利用的，不得占用耕地，凡有差地可以利用的，不得占用良田。用地要紧凑，因地制宜。(3)地质条件的要求。(4)交通运输。(5)线路走廊。(6)避开污染地段。(7)环境保护。1.2.2 变电所位置的选择变电所位置适宜与否，将直接关系到供电的可靠性、经济性和安全性。因此变所的所址应符合以下几项要求：(1) 接近负荷中心。(2) 进出线方便。(3) 接近电源侧。(4) 设备吊装、运输方便。(5) 不应设在有剧烈振动的场所。(6) 不宜设在多尘、水雾(如大型冷却塔)或有腐蚀性气体的场所，如无法远离时，不应设在污源的下风侧。(7) 不应设在厕所、浴室或其他经常积水场所的正下方或贴邻。(8) 不应设在爆炸危险场所以内和不宜设在有火灾危险场所的正上方或正下方，如布置在爆炸危险场所范围以内和布置在与火灾危险场所的建筑物毗连时，应符合现行的爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范的规定。(9) 配变电所为独立建筑物时，不宜设在地势低洼和可能积水的场所。(10) 高层建筑地下层配变电所的位置，宜选择在通风、散热条件较好的场所。(11) 配变电所位于高层建筑(或其他地下建筑)的地下室时，不宜设在最底层。当地下仅有一层时，应采取适当抬高该所地面等防水措施。并应避免洪水或积水从其他渠道淹渍配变电所的可能性。1.2.3变压器型号的确定与参数表变电所选一台主变压器时，主变压器的容量还需考虑20%的余量，即1.2*1159=1390.8 KVA根据变压器容量的确定，可选型号为S11-1600/10型的变压器。10KV S11系列变压器说明：S11系列30-1600KVA/10 KV系列配电变压器节能效果显着，其主要特点是采用了新型铁芯材料。磁路分布均匀，大大降低了空载激磁电流和空载损耗。提高了功率因数，改善了供电质量，由于铁芯为全斜三接缝结构，故运行可靠、体积小、重量轻、噪声低、工艺性好，散热好、温升低、不吊芯结构、不污染环境、免维修、效率高。 S11-M-301600KVA三相油浸式全密封电力变压器适用于在10KV，50Hz输配电系统中，可供居民区、商业街道、工矿企业和农村动力与照明之用。1.特点： (1)节能 S11型与原S9相比，空载损耗平均降低29.25%，空载电流降低37.9%，运行费用平均下降18.9%。 (2)使用寿命长 变压器油箱采用全密封结构，油箱与箱沿可用螺栓联接或焊死，变压器油不与空气接触延长上使用寿命。(3)运行可靠性高 油箱密封有关零部件进行改进，增加了可靠性，提高工艺水平以保证密封的可靠性。(4)占地面积小 S11-M全密封变压器油箱采用波纹散热器，当油温发生变化时波纹板热胀冷缩可取代储油柜的作用，波纹板式油箱外形美观，占地面积小。 三相油浸式电力变压器，采用新型绝缘结构，提高了抗短路能力，铁芯由高质量冷轧晶粒取向硅钢片制成；高、低压绕组选用优质无氧铜线并采用多层圆筒式工艺结构；所有紧固件均采用特殊防松处理，机械强度高。波纹油箱壳体以自身弹性适应油的膨胀是永久性密封的油箱，已被广泛地应用在各配电设备中。2.正常使用条件(1)海拔高度不超过1000m；(2)最高环境温度+40；(3)最高年平均温度+20；(4)最高日平均温度+30；(5)户外最低气温-45；具体参数如表12所示： 表12 所选变压器的技术数据型号额定容量/KVA额定电压KV额定损耗KW阻抗电压%空载电流%连接组外形尺寸mm高压低压空载短路长宽高S11-1600/101600100.41.61141.1Y,yn0176011401720第2章 供电系统主接线方式的选择与设备选型2.1 电气主接线设计的重要性2.1.1 电气主接线设计的重要性发电厂电气主接线是电力系统接线的主要组成部分。它说明了发电机、变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式与可能的运行方式，从而完成发电、变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，关系着电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。2.1.2 电气主接线设计的步骤1.根据下达的设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，并依据主接线的设计原则从技术上论证各方案的优、缺点，选出23各较佳的方案。2.对拟订的23个方案进行技术、经济比较，选出最好的方案。各主接线方案都应该满足系统和用户对供电可靠性的要求，最后确定何种方案，要通过经济比较，选年运行费用最小的作为最终方案，当然，还要兼顾到今后的扩容和发展。3.对电气主接线设计的基本要求主接线应满足可靠性、灵活性、经济性等要求。（1）可靠性：为了向用户供应持续、优质的电力，主接线首先必须满足这一可靠性的要求。主接线的可靠性的衡量标准是运行实践，要充分地做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠的定量计算分析的基础数据尚不完善的情况，充分做好调查研究工作显的尤为重要。为了提高主接线的可靠性，选用运行可靠性高的设备是条捷径，这就要兼顾可靠性和经济性两方面，作出切合实际的决定。（2）灵活性：电气主接线的设计，应当在运行、热备用、冷备用和检修等各种方式下的运行要求。在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器和线路等元件，合理调配电源和负荷。在检修时，可以方便地停运断路器、母线与二次设备，并方便设备的安全措施，不影响电网正常运行和对其他用户的供电。（3）经济性：方案的经济性表达在以下三个方面。采用简单的接线方式，少用设备，节省设备上的投资。在投资初期回路数较少时，更有条件采用设备用量较少的简化接线。能缓装的设备，不提前采购装设；在设备型式和额定参数的选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小，以高代低；在选择接线方式时，要考虑到设备布置的占地面积大小，要力求减少占地，节省配电装置的征地费用。2.2 供电系统图2.2.1 供电设备主接线方式的确定变电所的主结线是指担负承受、变换、分配电能任务的各种电器设备之间的连接方式。主结线与供电的可靠性、操作运行的灵活性、安全性和经济性有着密切的关系。1.单母线结线：适用范围：一般只适用于一台发电机或一台主变压器，出线回路数少，并且没有重要负荷的发电厂和变电站中。2.单母线分段结线：适用范围：适用于出线回路不太多、母线故障可能性较少的变电所。大中型工矿企业变电所多采用这种结线方式。3.线路变压器组结线适用范围：这种结线结构简单、电气设备少、投资省，但供电可靠性差。适用于只有三类负荷的中、小企业变电所。若能在变压器低压侧去的备用电源时，也可对小容量的二类负荷供电。4.单断路器双母线结线：适用范围：这种结线供电可靠性高、操作灵活。但所用设备多，投资大，结线复杂。多用于对供电可靠性要求高的大型工矿企业变电所和电力网的区域变电所。除此之外，还有桥式结线和变电所配出线的结线等等。在本次设计中，供电设备主结线方式就选择进线开关为断路器的线路变压器组结线。其主结线方式如图21所示。图21 进线开关为断路器的线路变压器组结线2.2.2 供电系统图10KVF6#宿舍楼1#宿舍楼2#宿舍楼3#宿舍楼4#宿舍楼5#宿舍楼澡堂7#宿舍楼餐厅8#宿舍楼9#宿舍楼10#宿舍楼11#宿舍楼12#宿舍楼13#宿舍楼图22 供电系统图2.3 高低压开关的选择2.3.1 高压开关的选择KYN28A-12型铠装移开式交流金属封闭开关设备YN28A-12型铠装移开式交流金属封闭开关设备，系3.6-12千伏三相交流50HZ单母线与母线分段系统的成套配电设备。主要用于发电厂、中小型发电机送电、工矿企事业配电以与电业系统的二次变电所的受点、送电与大型高压电动机起动等，实行控制保护、监测之用。产品特点：(1)本开关柜由固定的柜体和可抽出部件（简称手车）两大部分组成。开关柜的外壳和各功能单元的隔板均采用敷铝锌钢板。(2)柜壳密封度高，防止设备受杂物和虫害侵入，防护等级IP4X，断路器室门完全打开时的防护等级为IP2X。(3)所有设备的操作均可在柜门关闭状态下进行。(4)简单且有效的闭锁，可防止误操作，符合“五防”要求。(5)开关柜可安装成双重柜并列，即安装成背靠背或面对面排列。由于开关柜的安装与调试均可在正面进行，所以可靠墙安装的结构，这样可满足不同的安装场合的需要。它的具体参数如表21所示：表21 所选高压开关型号的技术数据序号名称单位参数1额定电压kv3.6, 7.2,122绝缘水平1min工频耐受电压Kv42/48（断口）3雷电冲击耐受电压（峰值）kv75/85（断口）4额定频率Hz505额定电流A63031506额定短时耐受电流（4s）kv20, 25 ,31.5, 40 ,507额定峰值耐受电流kv50,63,80,100,1258额定短路开断电流kv16,20,25,31.5,40,509额定短路关合电流（峰值）kv40,50,63,80,100,12510辅助控制回路额定电压VDC110V,DC220V,AC220V11保护等级外壳为IP4X,隔壁间，断路器室门打开时为IP2X2.3.2 低压开关的选择选用GHL型固定式配电屏它适用于频率为50Hz，电压为380v与以下的低压三相四（五）线制得配电系统中，作为配电照明之用。它的主要技术数据如下：(1)配电系统主变压器容量：600KVA与以下。(2)母排与主电路峰值承载额定电流：125KA(3)母排与主电路额定短时1s 承载最大电流（有效值）：50KA(4)绝缘电压：500v(5)主电路工作电压：交流380v(6)辅助电路工作电压：交流380v、220v、直流110v、220v(7)主电路额定电流：150,175,200.225,250,300,350,400等本配电柜为组合式结构，其柜架由薄钢板采用新工艺冲压成形的直柱、横档、特殊箱角、连接件、门和各种安装板，全部用螺钉紧固连接而成，整个框架挺直并具有较强的机械强度，框架分为母线室，继电器室。柜体结构由骨架，面板，门，侧板与顶盖组。柜前上方设仪表盘，可向上掀起，组合拼装时，柜间有隔板，仪表板后面为主装母线，母线上为顶盖，木柜有可靠的保护系统，保护导体，直接安装于柜底的镀锌件上，中性母线安装于绝缘件上，柜底还可加装封板。2.4 电缆截面的选择2.4.1 选择导线截面的一般原则输电导线的选择是供电设计的重要内容之一，为了保证供电安全、可靠、经济合理和供电质量的要求，必须正确合理地选择输电导线的型号和截面。输电导线型号的选择应根据其所处的电压等级和使用场所来选择，因此，输电导线截面的选择应按以下原则确定：（1）按长时允许电流选择。为了使导线在正常运行时不超过其长时允许温度，并能够充分利用导线的带负荷能力，避免有色金属的浪费，应按导线的长时允许电流选择其截面。（2）按允许电压损失选择。为了保证用电设备的用电质量，应按电网允许的电压损失选择导线的截面。（3）按经济电流密度选择。为了使线路的年运行费用最低，保证供电的经济性，应按经济电流的密度选择导线的截面。（4）按机械强度选择。为了避免导线在运行或者安装过程中断线，应按机械强度选择导线截面。（5）按短时的热稳定条件选择。为了使导线在通过短路电流时不超过其短时允许温度，应按短路时的热稳定条件选择导线截面。2.4.2 电缆型号的选择电力电缆按绝缘材料分可分为纸绝缘电缆、橡胶绝缘电缆、塑料绝缘电缆三种。电缆的规格也有三种，可以是铠装式，橡胶式和塑料式。电缆的芯线也有铜芯和铝芯之分。按允许载流量来选择导线的截面时，电缆的额定电流应大于前面的计算电流。因为电缆的实际长度=电缆的弯曲系数（1.15）*距离即L=1.15*180=207m所以，应选择BV50070207因此，此住宅小区电缆选择如表22所示：表22 电缆选择干线号电流（A）数量（根）干线型号1#楼229.31BV500702#楼229.31BV500703#楼229.31BV500704#楼229.31BV500705#楼229.31BV500706#楼229.31BV500707#楼229.31BV500708#楼229.31BV500709#楼229.31BV5007010#楼229.31BV5007011#楼229.31BV5007012#楼229.31BV5007013#楼229.31BV50070餐厅20.461BV50010澡堂39.451BV500102.5 避雷器的选择2.5.1避雷器的分类与配置原则 避雷器的作用是防止电气设备因感应雷击过电压而造成其绝缘击穿损坏。其工作原理为避雷器的一端与保护设备相连另一端接地，且避雷器的对地放电电压低于被保护设备的绝缘水平。当过电压感应冲击波沿线路来袭时，避雷器首先放电，将雷电流泄露入地，使被保护电气设备的绝缘不受危害。当过电压消失后，避雷器又能自动恢复到原来的对地绝缘状态。 目前常用的避雷器有管型避雷器、阀型避雷器、压敏电阻型避雷器等。避雷器的配置原则如下：常用的防近形波过电压的装置是避雷器。避雷器与被保护设备并联，其作用是释放过电压的能量，将过电压限制在一定水平，从而保护设备的绝缘。1.配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线都装设避雷器时除外。2.220kV与以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。3.三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。2.5.2对避雷器的基本要求避雷器放电时，相当于对地短路，当强大的冲击电流泄入大地后，短路通道在工频电压作用下又会成为工频电流通过的通道，由于短路通道阻抗很低，这时的工频电流往往很大，称之为“工频续流”。对于大接地电流系统，只要有一相存在工频续流，就相当于单相短路；对于小接地电流系统，若有两相或三相同时存在工频续流，则相当于相间短路。因此，避雷器必须迅速切断工频续流以消除工频短路，才能保证系统迅速恢复正常运行。因此，对避雷器有以下基本要求：(1)在过电压作用下，避雷器应该先于被保护设备放电，这主要靠两者之间的伏秒特性配合来实现。(2)避雷器应具有一定的熄弧能力以便在工频续流第一次过零点时就能迅速可靠地切断工频续流。2.5.3避雷器的选择变电站内最重要的设备是主变压器，它的价格高，绝缘水平又很低，为了减少变压器所受过电压幅值，阀型避雷器应尽量安装在电气距离靠近主变压器的地方。从保证保护的可靠性来说，最理想的结线方式是把避雷器和变压器直接并联在一起，但是考虑变电站的电气设备具体布置时，由于变压器和母线之间还有开关设备，按照设备相互之间应留有一定的安全间距的要求，所以安装在母线上的避雷器和主变压器之间必然会出现一段距离L，当入侵波的波陡度和联线距离较大时，则绝缘被击穿而使变压器破坏。10KV母线采用合成绝缘无间隙氧化锌避雷器第3章 短路电流计算3.1 短路计算的目的与方法步骤3.1.1 出现短路电流的原因与危害电力系统在运行中，由于多种原因，难免出现故障，而使系统的正常运行遭到破坏。根据运行经验，破坏电力系统正常运行的故障最为常见而且危害最大的是各种短路，所谓短路是指电位不同的点在电气上被短接。在三相系统中，短路的基本类型有：三相短路、两路短路、两相接地短路、单相短路和单相接地短路等。三相短路时，三相短路回路中的阻抗相等，三相电压和电流仍然保持对称，属于对称短路。其他形式的短路，由于短路回路三相阻抗不相等，三相电压和电流均不对称，属不对称短路。表31列出了短路的基本类型与其特点。表31 短路的种类与特点短路种类特点三相短路三相同时在一点短接，属于对称短路两相短路两相同时在一点短接，属于不对称短接单相短路三相四线制系统中，相线与中性线在一点短接，属于不对称短接两相接地短路中性点不直接接地系统中两相与地短接，属于不对称短接单相接地短路等中性点直接接地系统中，一相与地短接，属于不对称短接除了上述短路外，对变压器和电动机等电气设备还可能发生一相绕组的匝间与层间短路。根据运行经验统计，在三项系统中最为常见的单相接地短路。三相短路在短路故障中占得比例最小，但三相单路电流值最大，造成的危害最严重。因此，在选择电气设备时，常以三相短路参数作为计算依据。造成短路故障的原因很多，主要有以下几个方面：（1）绝缘损坏。电气设备年久陈旧，绝缘自然老化，绝缘瓷瓶表面污秽，使绝缘下降；绝缘受到机械性损伤；供电系统受到雷电的侵袭或者在切换电路时产生过电压，将电气装置绝缘薄弱处击穿，都会照成短路。（2）误操作。例如，带负荷拉切隔离开关，形成强大的电弧，造成弧光短路；或者低压设备误接入高压电网，造成短路。（3）鸟兽危害。鸟兽跨越不等电位的裸漏导体时，造成短路。（4）恶劣的气候。雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或者导线覆冰引起电杆倾倒等。（5）其他意外事故。挖掘沟渠损伤电缆起重机臂碰触架空导线，车辆撞击电杆等。短路时系统的阻抗大幅度减小，而电流则大幅度。通常短路电流可达正常正常工作电流的几十倍甚至几百倍，在大电力系统中短路电流可达几万甚至是几十万安培。这样大的短路电流将产生极大的危害，归纳起来其危害有以下几种：（1）损害电气设备。短路电流产生的电动力效应和热效应，会使故障设备与短路回路中的其他电气设备遭到破坏。（2）影响电气设备的正常运行。短路时电网电压骤降，使电气设备不能正常运行。（3）影响系统的稳定性。严重的短路会使并列运行的发电机组失去同步，造成电力系统解列。（4）造成停电事故。短路时，电力系统的保护装置动作，使开关跳闸，从而造成大范围停电。越靠近电源，停电范围越大，造成的经济损失也越严重。（5）产生电磁干扰。不对称短路的不平衡电流，在周围空间将产生很大的交变磁场，干扰附近的通讯线路和自动控制装置的正常工作。由此可见，短路的后果是非常严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素。此外还应正确地选择电气设备，使电气设备在短路电流的作用下不致损坏；正确选择和整定保护装置，使其能在发生短路时，迅速、准确地把故障线路和设备从电网中切除，尽量减少短路所造成的危害和损失。3.1.2 短路电流计算的目的在发电厂和变电所的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几个方面：1.校验电气设备和载流导体时需要计算三相短路电流2.整定供电系统的继电保护装置需要计算三相短路电流3.在校验继电保护装置的灵敏度时计算不对称短路的短路电流值4.校验电气设备与载流导体的力稳定和热稳定就要用到短路冲击电流、稳态短路电流、短路容量5.接地装置的设计，也需用短路电流。3.1.3 短路电流计算的一般规定1.计算的基本情况（1）电力系统中所有电源均在额定负荷下运行；（2）所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）；（3）短路发生在短路电流为最大值的瞬间；（4）所有电源的电动势相位角相同；（5）应考虑对短路电流值有影响的所有的元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大安全电流有效值时才予以考虑。2.接线方式：计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），而不能仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。3.计算容量：按本工程设计最终容量计算，并考虑电力系统远景发展规划（一般为本工程建设后510年）4.短路种类 ：一般按三相短路计算。若发电机出口的两相短路，或直接接地系统以与自耦变压器等回路中的单相（或两相）接地短路较三相短路情况严重时，则应按严重情况进行校验。5.短路计算点：在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流为最大的地点，称为短路计算点。3.1.4 计算短路电流的方法工矿企业供电系统内的短路，大多属于无限大电源容量系统的短路。对无限大电源容量系统短路电流的计算方法常用有名值法和相对值法。当所需计算的电网有多个电压等级时，用相对值法计算比较简单；否则，用有名值法计算比较简单。（1） 有名值法又称绝对值法。采用这种方法计算短路电流时，电压、电流、阻抗、容量等物理量直接带单位参加计算，公式中的这些物理量都是有单位名称的量。有名值法多用于低压电网短路电流的计算。因为在计算低压电网的短路电流时，由于高压系统的阻抗与低压系统的阻抗相比很小，可忽略不计，减少了阻抗折算的麻烦，使计算较为简单。（2）用有名值法计算短路电流时，需进行阻抗折算。当电网的电压等级比较多时，折算，折算的工作量很 大，使计算比较繁琐。用相对值法计算短路电流，不必进行阻抗折算，因此在多电压等级的电网中，则应采用相对值法计算短路电流。相对值又称标幺值，它是某一物理量的实际值与选定的该量基准值的比值。因为实际值的单位与选定的基准值的单位相同，所以相对值没有量纲。用相对值法计算短路电流时，首先要计算各量的相对值，因此要选定各个物理量的基准值，即基准容量、基准电压、基准电流和基准电抗。 在四个基准值中，先任意选取两个基准值，另俩个则根据欧姆定律和功率方程确定。在选取基准值时，通常先选定基准容量和基准电压，基准电流和基准点抗可利用下式求出：=为了计算方便，基准容量一般选取100MVA，当给出系统的总额定容量时，基准容量一般就取为系统的总额定容量。基准电压则分别选为各元件与短路点所在线路的平均电压。3.2 短路电流的计算L= 8 kmL = 0.5 KmS1S2化简图如下：10 KVL= 8 kmL = 0.5 KmS11-1600 %=4380 vS=500 MVA(1)选取基准值 100 MVA =0.4 KV 0.4 KV144 KA 144KA(2)计算各元件电抗值电源系统的相对基准阻抗0.2 高压架空线路的相对基准阻抗电缆线路的相对基准阻抗变压器的相对基准阻抗电缆线路的相对基准阻抗（3）S1点短路回路的总相对基准阻抗为=0.2+2.75+0.036+2.5=5.486S1点短路电流和短路容量为 KA KVA S2点短路时，短路回路的总相对基准点抗为=0.2+2.75+0.036+2.5+9=14.486S2点短路电流和短路容量为 KA KVA短路电流表如图31所示表3-2 短路电流表短路点短路电流短路容量S126.2KA18.2KVAS29.9KA6.9KVA第4章 主变压器保护4.1变压器常见的故障类型与不正常运行状态变压器是供电系统中的重要设备。它的故障对供电的可靠性和系统的安全运行将带来严重影响，同时会造成很大的经济损失。因此，必须根据变压器的容量大小与重要程度装设专用的保护装置。变压器油箱外部的故障有引出线和绝缘套管的相间短路和接地短路等。变压器油箱内部的故障有绕组的相间短路、匝间短路和单相接地短路等。内部故障是很危险的，因为短路电流产生的电弧不仅会破坏绝缘，烧坏铁心，还可能使绝缘材料和变压器油受热而产生大量气体，引起变压器的油箱爆炸。具体来说，变压器的故障有以下几个方面：(1)音响较大而嘈杂时，可能是变压器铁芯的问题。例如，夹件或压紧铁芯的螺钉松动时，仪表的指示一般正常，绝缘油的颜色、温度与油位也无大变化，这时应停止变压器的运行，进行检查。(2)音响中夹有水的沸腾声，发出咕噜咕噜的气泡逸出声，可能是绕组有较严重的故障，使其附近的零件严重发热使油气化。分接开关的接触不良而局部点有严重过热或变压器匝间短路，都会发出这种声音。此时，应立即停止变压器运行，进行检修。(3)音响中夹有爆炸声，既大又不均匀时，可能是变压器的器身绝缘有击穿现象。这时，应将变压器停止运行，进行检修。(4)音响中夹有放电的吱吱声时，可能是变压器器身或套管发生表面局部放电。如果是套管的问题，在气候恶劣或夜间时，还可见到电晕辉光或蓝色、紫色的小火花，此时，应清理套管表面的脏污，再涂上硅油或硅脂等涂料。此时，要停下变压器，检查铁芯接地与各带电部位对地的距离是否符合要求。(5)音响中夹有连续的、有规律的撞击或摩擦声时，可能是变压器某些部件因铁芯振动而造成机械接触，或者是因为静电放电引起的异常响声，而各种测量表计指示和温度均无反应，这类响声虽然异常，但对运行无大危害，不必立即停止运行，可在计划检修时予以排除。（6）温度异常 变压器在负荷和散热条件、环境温度都不变的情况下，较原来同条件时的温度高，并有不断升高的趋势，也是变压器温度异常升高，与超极限温度升高同样是变压器故障象征。引起温度异常升高的原因有：变压器匝间、层间、股间短路；变压器铁芯局部短路；因漏磁或涡流引起油箱、箱盖等发热；长期过负荷运行，事故过负荷；散热条件恶化等。运行时发现变压器温度异常，应先查明原因后，再采取相应的措施予以排除，把温度降下来，如果是变压器内部故障引起的，应停止运行，进行检修。(7)喷油爆炸 喷油爆炸的原因是变压器内部的故障短路电流和高温电弧使变压器油迅速老化，而继电保护装置又未能与时切断电源，使故障较长时间持续存在，使箱体内部压力持续增长，高压的油气从防爆管或箱体其它强度薄弱之处喷出形成事故。绝缘损坏：匝间短路等局部过热使绝缘损坏；变压器进水使绝缘受潮损坏；雷击等过电压使绝缘损坏等导致内部短路的基本因素。断线产生电弧：线组导线焊接不良、引线连接松动等因素在大电流冲击下可能造成断线，断点处产生高温电弧使油气化促使内部压力增高。调压分接开关故障：配电变压器高压绕组的调压段线圈是经分接开关连接在一起的，分接开关触头串接在高压绕组回路中，和绕组一起通过负荷电流和短路电流，如分接开关动静触头发热，跳火起弧，使调压段线圈短路。(8)严重漏油 变压器运行中渗漏油现象比较普遍，油位在规定的范围内，仍可继续运行或安排计划检修。但是变压器油渗漏严重，或连续从破损处不断外溢，以致于油位计已见不到油位，此时应立即将变压器停止运行，补漏和加油。变压器油的油面过低，使套管引线和分接开关暴露于空气中，绝缘水平将大大降低，因此易引起击穿放电。引起变压器漏油的原因有：焊缝开裂或密封件失效；运行中受到震动；外力冲撞；油箱锈蚀严重而破损等。(9)套管闪络 变压器套管积垢，在大雾或小雨时造成污闪，使变压器高压侧单相接地或相间短路。变压器套管因外力冲撞或机械应力、热应力而破损也是引起闪络的因素。变压器箱盖上落异物，如大风将树枝吹落在箱盖时引起套管放电或相间短路。变压器的不正常运行状态主要由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以与由于漏油等原因而引起的油面降低。此外，对大容量变压器，由于其额定工作时磁通密度相当接近于铁芯的饱和磁通密度，因此在过电压或低频等异常运行方式下，还会发生变压器的过励磁故障。4.2主变压器的保护种类对于变压器的故障与不正常运行状态，变压器应装设以下保护装置：瓦斯保护，过电流保护，过负荷保护。1.瓦斯保护室外容量在800KVA与以上与室内容量在400KVA与以上的油浸式变压器装设瓦斯保护，作为变压器油箱内各种故障和油面降低的主保护。瓦斯保护是变压器内部故障的主要保护元件，对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线与绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，从油箱向油枕流动，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同，反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护，也叫气体保护。瓦斯保护也可以反映油箱内的一切故障。包括：油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯继电器具有反映油箱内油、气状态和运行情况的功能。用它构成的瓦斯保护能反应包括纵联差动保护不能反应的轻微故障在内的各种故障和不正常状态。瓦斯继电器是构成瓦斯保护的主要元件。它安装在油箱与油枕之间的连接收道上，为了不妨碍气体的流通，变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有1%1.5%的升高坡度。通往继电器的连接收具有2%4%的升高坡度。瓦斯保护的原理接线图如4-1：图4-1 瓦斯保护的原理接线图图中，瓦斯继电器中上面的触点表示“轻瓦斯保护”，动作后经延时发出报警信号。下面的触点表示“重瓦斯保护”，动作后起动变压器保护的总出口继电器，使断路器跳闸。当油箱内部发生严重故障时，由于油流的不稳定可能造成触点的抖动，为使断路器能可靠跳闸，选用了具有自保持线圈的BCJ中间继电器。为防止变压器换油或进行试验时引起重瓦斯保护误动，可利用QP将跳闸回路切换到信号回路。瓦斯保护的主要优点是动作迅速、灵敏度高、安装接线简单、能反应变压器油箱内部发生的各种类型故障。瓦斯保护的缺点是不能反应油箱以外变压器套管与引出线等部位发生的故障，所以不能作为变压器内部故障的唯一保护。2.过电流保护。作为变压器外部短路与其主保护的后备保护。为了防止外部短路引起变压器线圈的过电流，并作为差动和瓦斯保护的后备保护，变压器还必须装设过电流保护，对于单侧电源的变压器，过流保护装在电源侧，保护动作是切断变压器各侧开关。过流保护的动作应按躲过变压器的最大工作电流整定。一次动作电流为 =353.3 A继电器动作电流为 3.533A可靠系数，取1.3返回系数，取0.85变压器最大工作电流，无法确定最大负荷时，按额定电流乘以2.5代替。电流互感器变比灵敏系数校验=281.5 符合要求3.过负荷保护变压器过负荷保护大都是三相的，所以过负荷保护可采用单电流继电器接线方式，经过一定延时作用于信号，保护装置的电能工作电流按躲过变压器额定电流整定。变压器过负荷保护大都是三相的，所以过负荷保护可采用单电流继电器接线方式，经过一定延时作用于信号，保护装置的电能工作电流按躲过变压器额定电流整定。一次动作电流为=114.1 A 继电器动作电流为 =1.14 A动作时限整定为10s。式中，可靠系数，取1.05，返回系数，取0.85，电流互感器变比。第5章 防雷与接地5.1防雷电过电压的保护1、装设直击雷保护的范围应装设直击雷保护装置的设施，变电站的直击雷过电压保护，可采用避雷针、避雷线、避雷带和钢筋焊接成网等。以下设施应装设直击雷保护装置：（1） 屋外配电装置，包括组合导线和母线廊道。（2） 油处理室、燃油泵房、漏天油罐与其架空管道、装卸油台、大型变压器修理间等建筑物。2、直击雷保护的措施对主厂房需装设的直击雷保护，或为保护其他设备而在主厂房上装设的避雷针，应采取如下措施：（1）加强分流：用扁钢将所有避雷针水平连接起来，并与主厂房柱内钢筋焊接成一体。在适当地方接引下线，一般应隔10-20m引一根。引下线数目应尽可能多些。（2）防止反击：设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点，避雷针接地引下线应尽量远离电气设备，为了防止因下线向发电机回路发生反击而可能危与发电机绝缘，已在靠近避雷针引下线的发电机出口处装设一组避雷器。（3）装设集中接地装置：上述接地应与总接地网连接，并在连接处加集中接地装置，其工频接地电阻应大于10欧。5.2接地装置1、接地