603639378毕业设计（论文）10KV变电站继电保护设计.doc

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1、10KV变电站继电保护设计摘要：本设计主要为某10KV变电站继电保护设计，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、变压器保护、线路保护本设计根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，主接线采用高压侧均为单母线分段的接线方式。根据设计中提供的原始数据，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安全、可靠地运行。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，继电保护是重点。各个图充分展示了各个部分的设计构想

2、。关键词：变电所； 变压器； 短路电流； 继电保护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 and the weak electricity de

3、sign 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. According to designs the prima

4、ry 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-stable verification, chooses th

5、e 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, Electricity protection are key. Ea

6、ch chart has fully demonstrated each part of design conception.Key Words：Transformer substation， Transformer， Short-circuit protection，Electricity protection目录绪论1第一章 原始资料以及原始数据21.1工厂供电协议21.2地理位置及气象资料2第二章 短路电流的计算32.1 计算电路32.2 短路计算基准值32.3 短路电路中个元件的电抗标幺值32.4 k-1点（10.5kV侧）的相关计算42.5 k-2点（0.4kV侧）的相关计算4第三章

7、 变电所设备的选择校验63.1 10kV侧一次设备的选择校验63.2 380V侧一次设备校验103.3 高低压母线的选择15第四章 变压所进出线与邻近单位联络线的选择164.1 10kV高压进线和引入电缆的选择164.2 380低压出线的选择164.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验21第五章 变压器的整定与保护245.1变电所二次回路方案245.2主变压器的保护265.3作为备用电源的高压联络线的继电保护装置305.4 变电所低压侧的保护31第六章 电力线路的保护336.1对继电保护装置的基本要求336.2过电流保护336.3单相接地保护34结论36参考文献37绪论众所周知，电能是现代工

8、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；电能的输送的分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，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，如果工厂的电能供应突

9、然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。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，具有十分重要的意义。本设计主要为某10KV变电站继电保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熟练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，进一步巩固所学的知识，增强我们的规范意识。本课题涉及的内容：工厂供配电、电力系统的继电保护、工厂电气设备、电力电子和CAD绘图等方面的知识。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，既要照顾局部的当前的利益，

10、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.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，环境优美。占地1500亩，

11、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。第二章 短路电流的计算2.1 计算电路 500MVAK-1K-2LGJ-150,3km10.5kVS9-10000.4kV(2)(3)(1)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/500MV

12、A=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-1k-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=1.2 （2-6）（2）三相短路电流周期分量有效值 （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

13、.7 （2-12）（2）三相短路电流周期分量有效值 （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/MVAk-14.584.584.5811.676.9188.3k-225.325.325.346.527.617.5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

14、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）按断流能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顺序编号。开关柜编号开关柜接线编号NO.10

15、1GG-1A(J)-03NO.102GG-1A(F)-54NO.103GG-1A(F)-07NO.104GG-1A(F)-07(备用电源)根据我国目前广泛使用的10KV高压户内真空断路器型式，选用VS1-12型。此设计中，根据进线的计算电流为52A，配电所母线的三相短路电流周期分量有效值，继电保护的动作时间为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1UN10KVUN.QF12KV合格2IC52AIN.QF630A合格3（断流能力）4.58KAIOC16KA合

16、格4（动稳定度）2.554.58=11.57KAimax40KA合格5i. t（热稳定度）(4.58KA)2(1.9+0.1)s=41KA2.sIt16KA24s=1024KA2.s合格因此，选择VS1-12/630-16型真空断路器作为高压隔离开关。高压隔离开关的选择，按照国家相关标准，高压隔离开关不需要进行断流能力校验。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1UN10KVUN.QS12KV合格2IC52AIN.QS400A合格3（动稳度）2.554

17、.58=11.67KAimax25KA合格4i. t（热稳定度）(4.58KA)2(1.9+0.1)s=41KA2.sIt10KA25s=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关的校验数据一致，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1UN10KVUN.QS10KV合格2IC52AIN.QS200A合格3（动稳定度）2.554.58=11.67KAimax25.5KA合格4i. t（热稳定度）(4.58KA)2(1.9+

18、0.1)s=41KA.sIt10KA25s=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：按照国家相关标准，高压熔断器的校验不需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保护，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

19、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1UN10KVUN.FU10KV合格2IC-IN.FU0.5A合格3（断流能力）4.58KAIOC50KA合格电压互感器的选择及校验：电压互感器应该按装设地点条件以及一次电压，二次电压，准确度级等进行选择。电压互感器满足准确度级要求的条件也决定于二次负荷，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

20、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.104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足要求。10KV一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动稳定度热稳定度其他装置地点条件参数UIIii. t数据10KV57.7A(I)4.58A5.0KA4.581.9=79.8KA2.s一次设备型号规格额定参数UIIiI.t高压真空断路器VS1-12/630-1610KV630A16KA40KA16KA24s=1024KA2.s高压隔离开关GN-10/20010KV2

21、00A25.5KA105=500 KA2.s高压熔断器RN2-1010KV0.5A50KA电压互感器JDJ-1010/0.1KV电压互感器JDZJ-10/KV电流互感器LQJ-1010KV100/5A2250.1KA=31.8KA(900.1) 1=81 KA2.s二次负荷0.6避雷针FS4-1010KV户外隔离开关GW4-12/40012KV400A25KA105=500 KA2.s3.2 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.201PGL2-05NO.202PGL2-29NO.203PGL2-29NO.204PGL2-30NO.205PGL2-28NO.

22、206PGL2-28NO.207211PGJ1-1.3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1UN380VUN.QF380V合格2I30897.8A（补偿后）IN.QF1500A合

23、格3（断流能力）25.3KAIOC40KA合格4（动稳定度）1.84*25.3=46.5KAimax合格5i. t（热稳定度）i. t=25.30.7=448 KA2.sIt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，满足校验。在低压柜中NO.202中，由于此开关柜的线路去向为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

24、算电流相差不大，所以选择保护设备一致，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1UN380VUN.QF380V合格2I30251AIN.QF630A合格3（断流能力）25.3KAIOC30KA合格4（动稳定度）46.5KAimax合格5i. t（热稳定度）i. t=25.30.7=448KA2.sIt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

25、验公式如上述，满足校验。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1UN380VUN.QF380V合格2I30280AIN.QF630A合格3（断流能力）25.3AIOC30KA合格4（动稳定度）46.5KAimax合格5i. t（热稳定度）i. t=25.30.7=448KA2.sIt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

26、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，满足校验。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1UN380VUN.QF380V合格2IC78AIN.QF200A合格3（断流能力）25.3KAIOC30KA合格4（动稳定度）46.5KAimax合格5i. t（热稳定度）i. t=25.30.7=448 KA2.s

27、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，满足校验。低压柜中NO.205和NO.206为照明配电柜，专供生活区使用，选择保护设备一致。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1UN380VUN.QF380V合格2IC413AIN.QF630A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

28、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，满足校验。补偿柜中，电流互感器的选择方法同上，采用LMZI-0.5 380V侧一次设备的选择校验，如下表，所选数据均满足要求。 380V一次侧设备的选择校验选择校验项目电压电流断流能力动态定度热稳定度其它装置地点条件参数-数据380V总897.8A25.3kA46.5kA-一次设备型号规格额定参数-低压断路器DW15-1500/3D380V1500A40kA-低压断路器DW20-630380V630A（大于）30Ka(一般)-低压断路器DW20-200380V200A（大于）25 kA-低压断路HD13-1500/30380

29、V1500A-电流互感器LMZJ1-0.5500V1500/5A-电流互感器LMZ1-0.5500V100/5A160/5A-3.3 高低压母线的选择查表得到，10kV母线选LMY-3(404mm),即母线尺寸为40mm4mm;380V母线选LMY-3（12010）+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用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3

30、5C时的=149A,满足发热条件。b).校验机械强度查表得，最小允许截面积=25，而LGJ-35满足要求，故选它。由于此线路很短，故不需要校验电压损耗。（2） 由高压配电室至主变的一段引入电缆的选择校验 采用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,满足发热条件。b)校验热路稳定按式，A为母线截面积，单位为；为满足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+

31、0.05=0.75s，终端变电所保护动作时间为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，满足发热条件。 b）校验电压损耗由图1.1所示的工厂平面图量得变电所至1号厂房距离约为100m，而查表得到120的铝芯电缆的=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又1号厂房的=94kW, =91.8 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件。b）校验电压损耗查表得=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又2号厂房的=110.6kW, =123 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件b）校验电压损耗查表得=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又3

32、号厂房的=94kW, =67.5 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件b）校验电压损耗查表得=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又4号厂房的=129kW, =93.8 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件。 b）校验机械强度查表得，=2.5，因此上面所选的4的导线满足机械强度要求。c) 校验电压损耗 所选穿管线估计长50m，而查表得=0.85，=0.119，又仓库的=8.8kW, =6 kvar，因此，满足发热条件b）校验电压损耗查表得=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又6号厂房的=114.3kW, =144 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件b）校

33、验电压损耗查表得=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又7号厂房的=88kW, =93.6 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件b）校验电压损耗查表得=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又8号厂房的=35.8kW, =26.3 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件b）校验电压损耗查表得=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又9号厂房的=58.8kW, =55.1 kvar，故线路电压损耗为，满足发热条件b）校验电压损耗查表得=0.31 （按缆芯工作温度75计），=0.07，又9号厂房的=35.2kW, =37.4 kvar，故线路电压损耗为I30,

34、满足发热条件。2）效验机械强度 查表可得，最小允许截面积Amin=10mm2，因此BLX-1000-1240满足机械强度要求。3）校验电压损耗 查工厂平面图可得变电所至生活区的负荷中心距离600m左右，而查表得其阻抗值与BLX-1000-1240近似等值的LJ-240的阻抗=0.14，=0.30（按线间几何均距0.8m），又生活区的=245KW，=117.6kvar，因此=5%不满足电压损耗要求。因此决定采用四回BLX-1000-1120的三相架空线路对生活区供电。PEN线均采用BLX-1000-175橡皮绝缘线。重新校验电压损耗，查表得其阻抗值与BLX-1000-1120阻抗=0.18，=0

35、.28=5%,满足电压损耗条件。4.3 作为备用电源的高压联络线的选择校验采用YJL2210000型交联聚氯乙烯绝缘的铝心电缆，直接埋地敖设，与相距约2Km的临近单位变配电所的10KY母线相连。（1）按发热条件选择 工厂二级负荷容量共335.1KVA，最热月土壤平均温度为25。查表工厂供电设计指导8-44，初选缆心截面为25的交联聚乙烯绝缘的铝心电缆，其满足要求。（2）校验电压损耗 由表工厂供电设计指导8-42可查得缆芯为25的铝（缆芯温度按80计），而二级负荷的,，线路长度按2km计，因此 由此可见满足要求电压损耗5%的要求。（3）短路热稳定校验 按本变电所高压侧短路电流校验，由前述引入电缆

36、的短路热稳定校验，可知缆芯25的交联电缆是满足热稳定要求的。而临近单位10KV的短路数据不知，因此该联路线的短路热稳定校验计算无法进行。 以上所选变电所进出线和联络线的导线和电缆型号规格如下表 所示。进出线和联络线的导线和电缆型号规格线 路 名 称导线或电缆的型号规格10KV电源进线LGJ-35铝绞线（三相三线架空）主变引入电缆YJL2210000325交联电缆（直埋）380V低压出线至1号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至2号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至3号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至4号厂房VL

37、V2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至5号厂房BLV100014铝芯线5根穿内径25硬塑管至6号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至7号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至8号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至9号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至10号厂房VLV2210003240+1120四芯塑料电缆（直埋）至生活区四回路，每回路3BLX-1000-1120+1BLX-1000-175橡皮线（三相四线架空线）与临近单位10KV联络线YJL2210000316交联电缆（

38、直埋）第五章 变压器的整定与保护5.1变电所二次回路方案a)高压断路器的操作机构控制与信号回路 断路器采用电机储能操作机构，其控制与信号回路如下所示，可实现一次重合闸。b)变电所的电能计量回路变电所高压侧装设专用计量柜，装设三相有功电度表和无功电度表，分别计量全厂消耗的有功电能表和无功电能，并以计算每月工厂的平均功率因数。计量柜由上级供电部门加封和管理。按照GBJ63-1990的规定，本设计中交流回路的仪表的精确度等级为2.5级，则互感器精确度精度等级为1.0。c)变电所的测量和绝缘监察回路 NO.102（GG-1A(F)-54）柜作为互感器，避雷器柜，变电所高压侧装有电压互感器避雷器柜。其中电压