工厂供配电发展研究—电气自动化毕业论文.pdf

摘要本文对象为一机械厂，有大量的高低压供电设备。本文通过 分析负荷及增容的具体情况，选出新配电室的具体位置，明确负 荷等级，调整母线所接负荷，确定系统运行方案及配电柜参数，运用负荷计算、短路电流计算和动热稳定校验计算，选择并校验 符合条件的电气设备，设计出二次回路，使变电所一次设备的控 制、调节、继电保护和自动装置、测量和信号回路以及操作电源 系统能有效的运行。在优化系统的过程中，尽量提高电能的利用 率和使用效率，采取多种方式降低线损，从而节约能源节约资金,努力降低改造成本。在对供配电系统进行设计的基础上，根据变 配电站实现综合自动化的现状，从设计原则、系统配置及结构、功能、技术指标等方面着手，对本厂变配电室综合自动化系统进 行了可行性分析，设计出了符合本厂情况的综合自动化系统。最 后，还进行了综合自动化系统的软件设计，使变配电室智能化水 平得到了极大地提升。关键词:负荷计算；二次回路；综合自动化；智能化AbstractThe study object of the paper is about a large fertilizer factory where a lot of high and low voltage supply devices are.According to analyze the concrete situation about the possessed load and the increased capacity,it is to choose the location of the new switch room,definitude the load grade,adjust the load together with generatrix,confirm the system running plan and the parameters of electrical power distribution cabinet.Choosing and testing the electrical devices matched condition,researching and designing the second loop by calculation of load,short circuit current and peak/short-time withstand current test.They can guarantee the effective running for the loop of the controlling,adjusting,relay protection and automation equipment,measurement and signal and the operated supply power.On the course of system optimizing,to save energy,fund and the improving cost,it should raise the utilization and the usage efficiency of electric power as far as possible.At last,it studied the system structure of the automation system and combined ourselves to discuss the foundation of intelligent transformation and distribution station as the basis of realization for the system improvement.On the base of designing the power supply and distribution system,with the state of realising automatization for power supply and distribution room,we progress feasibility analysis from design principle,system configure and construction,function and technique index.At last,the soft design is also progressed,and to upgrade the power supply and distribution rooms intelligence level with the design of the automatization systemKeywords:intelligence；load calculation,；second loop,；integrated automatization目录摘要.IAbstract.II1绪论.1L1课题背景.2L2研究设计的主要内容.32工厂用电负荷计算.42.1 负荷计算的定义.52.2 负荷计算的方法.52.3负荷统计计算.83工厂供配电系统设计.83.1 高压供电线路设计.83.2 无功补偿.173.3高压侧短路电流，短路容量的确定.193.4设备的选择与校验.243.5工厂供配电二次回路的设计.383.6节能措施.434工厂变配电室综合自动化设计.474.1 变配电室综合自动化的可行性分析.474.2 综合自动化系统设计方案.504.3 提高变配电室综合自动化系统可靠性的措施.564.4工厂变配电综合自动化系统功能.574.5变电站综合自动化系统的软件可靠性研究.585结论.62参考文献.631绪论一切大规模的现代化工业生产都需要电能。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中或投资总额中所占的 比重多少，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。由于能源节约是工厂供 电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分 重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援 国家经济建设，也具有重大的作用。1.1课题背景随着生产和生活的用电量大幅度增加，电能在给人们的生活 和生产带来极大便利的同时也留下了安全隐患。据中国火灾统 计年鉴公布，我国主要城市所发生的火灾当中，电气火灾已经 成为威胁人民生活和生产安全的重要因素。而引起电气火灾的主 要原因便是短路和过负载运行所产生的导线超温情况。而线路绝 缘胶皮燃烧产生的氯化氨与空气中的水分相结合，化合成稀盐酸 附着在电气设备、仪器装置上生成导电薄膜，严重降低了机电设 备和一、二次接线回路的绝缘性能，直接影响机电设备和发电机 组的安全运行并缩短其寿命。另外，建筑供配电系统的可靠性，也直接关系到人身安全，任何事故都将造成公共场所秩序混乱，由此产生严重的经济损失乃至政治影响等。该公司原有的供电系统已经很难满足现有现有生产的要求，况且电气设备的老化及落后已经极大的制约了新设备的投入。为 了保障人身安全，供电可靠，技术先进和经济合理，供配电系统 设计必须从全局出发，统筹兼顾，通过研究负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案。此次供配电系统 的设计应根据工程特点、规模和发展规划，做到远近期结合，以 近期为主。供配电系统应采用符合国家现行有关标准的效率高、能耗低、性能先进的电气产品。只进行工厂供配电的设计，使其满足现有的基本要求，显然是不够的。变配电室综合自动化使供配电系统更具有智能化。20 世纪70年代，国外就开展了变配电站综合自动化的相关研究，技术也相对较成熟。而我国变配电站综合自动化系统的相关研究 开始于20世纪80年代中后期。随着微电子技术、计算机技术和 通信技术的发展，变电站综合自动化技术也得到了迅速发展。变 电站综合自动化是将变电站二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计,利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技 术，实现对全变电站的主要设备和输、配线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护。变电站综合自动化系统，即利用微型计算 机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视 仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代 替常规的继电保护屏，变电站综合自动化系统可以采集到比较齐 全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，可方便监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。由此看来，在电力系统自动化技术日新月异的今天，变配电综合自动化系统 在电力生产中发挥着重要的作用。所以，将变配电站的综合自动 化技术应用到电压等级低一级的供配电室，从而进行工厂供配电 室的综合自动化设计是十分必要的。L2研究设计的主要内容本课题设计的主要内容如下：一、通过对工厂供配电最优化方案的研究，设计出高压供电 线路，从而确定增容后系统的接线方案。二、优化方案实施过程中，分析系统属性确定无功补偿的方 式，根据负荷计算，短路电流计算和动热稳定校验计算，选择出 符合条件的电气设备。三、根据供配电一次回路的特点，设计出变配电系统的二次 回路，同时，采取必要的节能措施以减少改造成本。四、通过工厂供配电系统的可行性分析，设计出符合本厂供 配电的综合自动化系统。五、采取有力措施提高变电站综合自动化系统的可靠性。六、根据工厂实际情况，设计出本厂的变配电室综合自动化 系统软件。2工厂用电负荷计算2.1负荷计算的定义一、计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假 想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生 的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平 均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。二、平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时 间之比。常选用最大负荷班（即有代表性的一昼夜内电能消耗量 最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷 用来计算最大负荷和电能消耗量。2.2负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几 种。由于本机械厂用电部门较多，用电设备台数较多，设计采用 需要系数法予以确定一、单台组用电设备计算负荷的计算公式1、有功计算负荷（单位为kW）：月。=W（2.1）式中：之一设备有功计算负荷（单位为kW）；4一用电设备组总的设备容量（不含备用设备容量，单位为 kW）；Kd 一用电设备组的需要系数。2、无功计算负荷（单位为kvar）Qo 一 月o tan/2）式中：go一设备无功计算负荷（单位为kvar）；tan。一对应于用电设备组功率因数cos。的正切值。3、视在计算负荷（单位为kVA）c-Ao3 30 7COS。3）式中：S3。一视在计算负荷（单位为kVA）；cos。一用电设备组的功率因数。4、计算电流（单位为A）1-S304）式中：金一计算电流（单位为A）;S3。一用电设备组的视在功率（单位为kVA）；八 一用电设备组的额定电压（单位为kV）o二、多组用电设备计算负荷的计算公式1、有功计算负荷（单位为kW）(2.5)式中：舄z多组用电设备有功计算负荷（单位为kW）；一所有设备组有功计算负荷%之和；K 一有功负荷同时系数，可取0.70.95。2、无功计算负荷（单位为kvar）。32=Kg q 2 Q30 i（2.6）式中：。女一多组用电设备无功计算负荷（单位为kvar）；2%，一所有设备组无功计算负荷制之和；七夕一无功负荷同时系数，可取0.80.95。3、视在计算负荷（单位为kVA）3z=P+023z（2.7）4、计算电流（单位为A）一 见（2.8）5、功率因数cos（b=S女(2.9)2.3负荷统计计算根据提供的资料，列出负荷计算表。因设计的需要，计算了 各负荷的有功功率、无功功率、视在功率、计算电流等。表中生 活区的照明负荷中已经包括生活区各用户的家庭动力负荷。具体 负荷的统计计算见附录三。3工厂供配电系统设计3.1高压供电线路设计3.1.1配电室选址、配电所的设计要求:1、供电可靠，技术先进，保障人身安全，经济合理，维修 方便。2、根据工程特点，规模和发展规划，以近期为主，适当考 虑发展，正确处理近期建设和原期发展的关系，进行远近结合。3、结合负荷性质，用电容量，工程特点，所址环境，地区 供电条件和节约电能等因素，并征求建设单位的意见，综合考虑,合理确定设计方案。4、变配电所采用的设备和元件，应符合国家或行业的产品 技术标准，并优先选用技术先进，经济适用和节能的成套设备及 定型产品。5、地震基本强度为7度及以上的地区，变配电所的设计和 电气设备的安装应采取必要的抗震措施。二、变配电所选址：变配电所地址选择应根据下列要求综合考虑确定：1、接近负荷中心；2、接近电源侧；3、进出线方便；4、运输设备方便；5、不应设在有剧烈震动或高温的地方；6、不宜设在多尘或有腐蚀性气体的场所；7、不应设在厕所，浴室或其他经常积水场所的正下方，也 不宜与上述场所相贴邻；8、不应设在地势低洼和可能积水的场所;9、不应设在有爆炸危险的区域里；10、不宜设在有火灾危险区域的正上方或正下方。3.1.2负荷等级的划分一、符合下列情况之一时，应为一级负荷：1、中断供电将造成人身伤亡时。2、中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如:重大 设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国 民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复 等。3、中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正 常工作。例如：重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型 体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电 单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电 的负荷，应视为特别重要的负荷。二、符合下列情况之一时，应为二级负荷：1、中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。例如:主要 设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能 恢复、重点企业大量减产等。2、中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如:交通枢 纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造 成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序 混乱。不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。根据工厂的生产特性，并考虑中断供电对其所产生的影响情 况，故将本厂的用电负荷划分为二级负荷。3.1.3对接线方案的选择一、主接线方案设计原则与要求变电所的主接线，应根据变电所在供电系统中的地位、进出 线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足安全、可 靠、灵活和经济等要求。1、安全应符合有关国家标准和技术规范的要求，能充分保 证人身和设备的安全。2、可靠应满足电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可 靠性的要求。3、灵活应能必要的各种运行方式，便于切换操作和检修，且适应负荷的发展。(4、经济在满足上述要求的前提下，尽量使主接线简单，投资少，运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。二、常见主接线方案1、只装有一台主变压器的变电所主接线方案只装有一台主变压器的变电所，其高压侧一般采用无母线的 接线，根据高压侧采用的开关电器不同，有三种比较典型的主接线方案:(1)高压侧采用隔离开关-熔断器或户外跌开式熔断器的主 接线方案；(2)高压侧采用负荷开关-熔断器或负荷型跌开式熔断器的 主接线方案；(3)高压侧采用隔离开关-断路器的主接线方案。2、装有两台主变压器的变电所主接线方案装有两台主变压器的变电所的典型主接线方案有：(1)高压无母线、低压单母线分段的主接线方案；(2)高压采用单母线、低压单母线分段的主接线方案；(3)高低压侧均为单母线分段的主接线方案。三、主接线方案确定1、10kV侧主接线方案的拟定由工厂负荷计算表(见附录三)可知，高压侧进线有一条 10kV的公用电源干线，为满足工厂二级负荷的要求，又采用与 附近单位连接高压联络线的方式取得备用电源，因此，变电所高 压侧有两条电源进线，一条工作，一条备用，同时为保证供电的 可靠性和对扩建的适应性所以10kV侧可采用单母线或单母线分 段的方案。2、380V侧主接线方案的拟定由原始资料可知，工厂用电部门较多，为保证供电的可靠性 和灵活性可采用单母线或单母线分段接线的方案，对电能进行汇 集，使每一个用电部门都可以方便地获得电能。3、方案确定根据前面章节的计算，若主变采用一台sn型变压器时，总 进线为两路。为提高供电系统的可靠性，高压侧采用单母线分段 形式，低压侧采用单母线形式，其系统图见图3.1。若主变采用两台S11型变压器时，总进线为两路，为提高供 电系统的可靠性，高压侧采用单母线分段形式，两台变压器在正 常情况下分裂运行，当其中任意一台出现故障时另一台作为备 用，当总进线中的任一回路出现故障时两台变压器并列运行。低 压侧采用也单母线分段形式，其系统图见图3.2o图3.1采用一台主变时的系统图高压母线高压母线图3.2采用两台主变时的系统图比较项目装设一台主变的方 案装设两台主变的方 案供电安全 性满足要求满足要求供电可靠 广性基本满足要求满足要求术供电质量由于一台主变，损耗略大电压由于两台主变并列，电 压损耗略小T 灵活方便标1_只有一台主变，性不好灵活由于有两台主变，灵活 性较好扩建适应 性差一些更好表3.1电力变压按单台22.598万元按单台15.217万元计,器的综合投资 额计，综合投资为 2 X22.598=45.196 万元综合投资为 4X 15.217=60.868万元高压开关 柜（含计量 柜）的综合 投资额按每台4.2万元计,综合投资约为5 X 1.5 X 4.2=31.5 万元6台GG-1A(F)型柜综 合投资约为 6 X 1.5X4.2=37.8 万元电力变压 器和高压 开关柜的 年运行费主变和高压开关柜的折旧和维修管理费约7万元主变和高压开关柜的折旧和维修管理费约10万元交供电部 门的一次 性供电贴 费按800元/kVA计，贴 费为1600X0.08万元=128万 元贴费为2 X 1000 X0.08=160 万元上表3.1是两种主接线方案的比较，从上表可以看出，按技 术指标，装设两台主变的主接线方案优于装设一台主变的方案。从经济指标来看，装设一台主变的方案优于装设两台主变的方 案。由于集中负荷较大，已经大1250kVA,低压侧出线回路数较多，且有一定量的二级负荷，考虑今后增容扩建的适应性，从技术指 标考虑，采用于装设两台主变的方案。3.1.4配电柜选择对于配电柜选择的选择，应满足下列要求：一、高压开关柜的结构应保证工作人员的安全和便于运行、维护、检查、检修和试验。二、高压开关柜的结构应有足够的机械强度，以保证在操作 一次设备时，二次设备不会产生永久性变形和影响性能的弹性变 形。三、开关柜内必须有工作位置、试验位置、以保证手车处于 以上位置时，不能随意移动。四、开关柜内手车的推进与拉出应灵活方便，不产生冲击力,相同规格的手车应具有互换性。五、沿所有开关柜整个长度延伸方向应设有专用的接地导 体。六、“五防”联锁要求：断路器手车只能在试验或工作位置时，断路器才能进行 合、分阐操作。当接地开关处于分闸状态时，手车才能从试验或断开位置 移到工作位置。手车处于工作位置时，接地开关操作轴被锁定，接地开关 不能合闸。当断路器处于合闸状态时，丝杆被锁定，不能移动手车。只有当接地开关合上，电缆室门才能打开检修电缆。断路器在工作位置，二次插头不能拨下。七、二次回路导线应有足够的截面，从而不致影响互感器准 确度，应使用铜导线，其截面电流回路采用不小于2.5mm电 压回路不小于1.5 mm2.八、开关柜电缆室门要求做成带绞链，并与断路器联锁，满 足五防功能。九、电流互感器的安装要求便于拆装和做试验。十、高压开关柜的结构必须是中置式开关柜，断路器室下部 必须是一个独立小室，中间加隔板完全分开。对于原有系统，采用的是固定式开关柜，柜内继电保护主要 是电磁式继电器，操作复杂，稳定性差，制约生产因素多，属于 落后产品，且防护等级已经达不到现有要求，不能满足现有生产 的需要。综合比较现有的多种配电柜，研究其各自的特点，最终 采用了 KYN系列开关柜，此柜采用中置式结构，节约了断路器室 约50%的空间，更有利于电缆的安装，且技术含量高，容量大，结构设计合理，牢固，外型美观，安全可靠，防护等级高，维修 量小等特点，还可以与微机接口，实现配电站的自动化。3.2无功补偿工厂供配电系统中，功率因数的高低是衡量一个工厂电能质 量的重要指标，功率因数偏低就意味着系统中无功电源不足，会 导致系统电压降低而造成电能损耗增加，用电效率降低，限制了 供电线路的送电能力。供电部门一般要求工厂的月平均功率因素 达到0.9以上，当企业的自然总平均功率因数较低，单靠提高用 电设备的自然功率达不到要求时，应采用必要的无功功率补偿设 备进一步提高工厂的功率因数。本工厂中，采用电力电容器进行无功功率补偿。补偿方式有两类：一、高压集中补偿高压集中补偿是将并联电容器集中装设在高压配电所的高 压母线上，这种补偿方式只能补偿高压母线前边所有线路上的无 功功率，而高压母线后面的无功功率得不到补偿，这种补偿方式 只适合于大中型企业。二、低压集中补偿低压集中补偿将并联电容器装设在变电所的低压母线上，一 般负荷较集中的小型企业用此补偿方式比较经济。并联电容器量。”的确定如下公式所示：匕ax Jl/(cos%-l)-71/(cos2)-1 Qcc h(3.16)或%Sk17)3.4.3按短路条件校验短路条件校验，就是校验电器和导体在短路时的动稳定和热稳 定。一、隔离开关、负荷开关和断路器的短路稳定度校验1、动稳定校验条件（3.18）或I /（?max-sn（3.19）式中：，max、开关的极限通过电流（动稳定电流）峰值和有效值（单位为kA）；竭）、设开关所在处的三相短路冲击电流瞬时值和有效值（单位为kA）。2、热稳定校验条件申 NI?2 tmM20）式中：I,开关的热稳定电流有效值（单位为kA）；t开关的热稳定试验时间（单位为s）；开关所在处的三相短路稳态电流（单位为kA）；tima 短路发热假想时间（单位为S）。二、电流互感器的短路稳定度校验1、动稳定校验条件(3.21)42KesI1Nxli22）式中：京电流互感器的动稳定电流（单位为kA）；电流互感器的动稳定倍数（对几）；电流互感器的额定一次电流（单位为A）。2、热稳定校验条件23)（3.24）式中：I,电流互感器的热稳定电流（单位为kA）；t 电流互感器的热稳定试验时间，一般取1S；Kt 电流互感器的热稳定倍数（对心）。3.4.4高低压母线的选择按照最大负荷计算高压母线上的最大电流为/“2=115.5A,低压母线上的最大电流/max=3039A。根据计算电流和GB50053-94 lOkV及以下变电所设计规范中的规定，高压母线选择 TMY-3X(60X6)型母线，相母线尺寸均为60nmiX6mm,其载流量 为2240A；低压母线选择TMY-3X(80X10)+60X6型母线，即 相母线尺寸为80nlmX 10mm,中性母线尺寸为60mmX 6mm,其载流 量为3232AO3.4.5高压侧断路器的选择与校验对于高压侧断路器，以前使用的是II型少油断路器。经过 多年的使用发现，10kV少油断路器运行中存在检修次数频繁、检修工作量大，渗漏问题较难处理问题，在一定的条件下会产生 高压可燃的气体，乃至发生爆炸，所以在电力发展过种中，这种 断路器越来越不能满足社会发展的需要。由于放置在室内，且其开断能力较大，故使用真空断路器。研究发现，真空断路器与少油断路器相比较有着明显的优势：一、真空断路器维护简单，无爆炸危险，无污染，噪音低，检修费用低，故障率低。二、灭弧室开断后介质恢复快，不需要冷却和更换，熄弧能 力底，无损耗，触头压力小。三、开断电流大，主回路接触电阻小，并适合于频繁操作等 比较苛刻的工作条件。四、真空断路器使用寿命长，一般可达20年左右，可靠性iWj。相比各种真空断路器，VS1的机械传动设计的比较好，可靠 性高，选择型号为VS1-12的真空断路器，且与配电柜为成套产 品O对于高压侧断路器的校验，只需其开断能力大于短路电流即 可。由于其为成套产品，查产品样本，断路器的选择均满足要求。而断路器的速断保护、过电流保护、零序保护、高温报警等，均 与二次回路有关。3.4.6互感器的选择与校验互感器是电流互感器和电压互感器的统称。他们实质上是一 种特殊的变压器，可称为仪用变压器或测量互感器。互感器是根 据变压器的变压，变流原理将一次电量(电压，电流)转变成同类 型的二次电量的电器，该二次电量可作为二次回路中测量仪表，保护继电器等设备的电源或信号源。因此，他们在供配电系统中 具有重要的作用，其主要功能为：变换功能：将一次回路的大电压和大电流变换成适合仪表，继电器工作的小电压和小电流。隔离和保护功能：互感器作为一，二次电路之间的中间元件,不仅使仪表，继电器等二次设备与一次主电路隔离，提高了电路 工作的安全性和可靠性，而且有利于人身安全。扩大仪表、继电器等二次设备的应用范围：由于互感器的二 次侧的电流或电压额定值统一规定为5A(1A)及100V,通过改 变互感器的变比，可以反映任意大小的主电路电压和电流值，而 且便于二次设备制造规格统一和批量生产。一、电流互感器的选择与校验1、电流互感器的选择电流互感器应能做到系统正常时长期运行，并取得准确等度 级要求的电流传变值。同时尚应能承受短时短路电流的作用。(1)满足工作电压要求，即：Ur=UNUm Uw式中：乙为电流互感器最高工作电压；uw为电流互感器最装设处的最高工作电压；为电流互感器额定电压；U”为系统的标称电压。(2)满足工作电流要求应对一，二次侧分别考虑。1)一次侧额定电流乙：.N Ic式中，为线路计算短路电流。2)二次额定电流加：心=543)准确度等级 已知电流互感器的准确度与一次侧电流大 小和二次侧负荷大小有关。2、电流互感器的校验因线路短路时，短路电流会流过电流互感器的一次绕组，所 以应做动，热稳定校验。以高压侧任一电流互感器为例：查出其动稳定倍数为215,热稳定倍数为120(1)动稳定性校验由公式：0KJnX1O j(3.25)计算：X1O_3=V2x 215x100X10-3=30.4M i,=30.3 CS LIN满足动稳定要求。式中K”为电流互感器的动稳定倍数(对几);(2)热稳定性校验由公式：(3.26)计算：ktIiNt=120 x100 x10-3=i2kA Z,(3)J=11.72 x 70J=3.71M V t满足热稳定要求。式中：K,为电流互感器的热稳定倍数(对小)；，为电流互感器的热稳定试验时间，一般取1S。%为短度发热假想时间，高速断路器取o.1S。可知，电流互感器的选择满足要求。其他电流互感器的选择类似。二、电压互感器的选择1、对一次侧电压要求：Ut=UnUml uw式中：u初为电压互感器最高工作电压；uw为电压互感器装设处的最高工作电压。八为电压互感器额定电压八为系统的标称电压2、二次侧电压电压互感器二次侧额定电压应满足仪表额定电压为100V的 要求。本题采用完全星型接法。本题中用在高压侧的电压互感器，考虑以上条件，选择型号 均为JDZ-1010/0.1 KV的电压互感器。3.4.7避雷器的选择避雷器是一种能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压 能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致 引起系统接地短路的电器装置。避雷器通常接于带电导线与地之 间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避 雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电 压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。避雷器有管式和阀式两大类。阀式避雷器分为碳化硅避雷器 和金属氧化物避雷器（又称氧化锌避雷器）。管式避雷器主要用于 变电所、发电厂的进线保护和线路绝缘弱点的保护。碳化硅避雷 器广泛应用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘。氧化 锌避雷器由于保护性能优于碳化硅避雷器，正在逐步取代后者，广泛应用于交、直流系统，保护发电、变电设备的绝缘，尤其适 用于中性点有效接地的no千伏及以上电网。这里，我们选用ZnO避雷器，是因为:氧化锌阀片具有很理 想的非线性伏安特性。普通的阀型避雷器的阀片是金刚砂Sic,试验中发现ZnO,SiC电阻阀片在1OKA电流下的残压相同，但 在额定电压下ZnO对应的电流一般在10-5A以下，可近似的认为 其续流为零，而SiC的续流却是100A左右。也就是说在工作电 压下，氧化锌阀片实际上相当一绝缘体。ZnO避雷器除了有效理想的非线性伏安特性外，其主要优点 是：一、无间隙。在工作电压作用下，ZnO实际上相当于一绝缘 体，因而工作电压不会使ZnO阀片烧坏，所以不用串联间隙来隔 离工作电压（SiC阀片在正常工作电压下有几十安电流，会烧坏 阀片，因此，不得不串联间隙）。由于无间隙，当然也就没有传 统的Sic避雷器那样因串联间隙而带来的一系列问题，如污秽，内部气压变化使串联间隙放电电压不稳定等。同时，因无间隙，故大大改善了陡波下的响应特性。二、无续流。当作用在ZnO阀片上的电压超过某一值（此值 称为起始动作电压）时，将发生“导通”其后，ZnO阀片上的残 压受其良好的非线性特性所控制，当系统电压降至起始动作电压 以下时，ZnO避雷器的“导通”状态终止，有相当于一绝缘体，因此不存在工频续流，而SiC避雷器却不同，它不仅要吸收过电 压的能量，而且还要吸收过电压能量即可，这样对ZnO避雷器的 热容量的要求就比SiC低的多。三、电气设备所受过电压可以降低。虽然1OKA雷电流下的 残压值ZnO避雷器与SiC相同，当后者只在串联间隙放电后才一 可将电流泄放，而前者在整个过电压过程中都有电流流过，因此 降低了作用在变电站电气设备上的过电压。四、通流容量大。ZnO避雷器的通容流量较大可以用来限制 内部过电压。止匕外，由于无间隙和通流容量大，故ZnO避雷器体 积小、重量小、结构简单、运行维护方便、使用寿命也长。由于 无续流，故也可使用于直流输电系统。ZnO避雷器的主要特性有起始动作电压及压比等。起始动作 电压又称转折电压，从这一点开始，电流将随电压的升高而迅速 增加，也即其非线性系数a将迅速进入0.020.05的区域。通常是以1 mA下的电压作为起始动作电压，其值的最大允许工 作电压峰值的105%115%o压比是指氧化锌避雷器通过大电流是的残压与通过一毫安 直流电流时的电压之比，例如10kA压比是指通过冲击电流10kA 时的残压与1 mA（直流）时电压之比，压比越小，意味着通过大 电流时之残压越低，则ZnO的保护性能越好，目前，此值约为 1.6-2.0o目前，各国生产的氧化锌避雷器，在电压等级较低时（如 110KV以下）大部分是采用无间隙的。对于超高压避雷器，在电 压等级较低压比时，则采用并联或串联间隙的方法：为了降低大 电流时的残压而又不加大阀片在正常运行中的电压负担以减轻 氧化锌阀片的老化，往往也才用并联或串联间隙的方法。由于氧化锌避雷器具有上述一系列的优点，且造价较低，故 取代SiC避雷器已是大势所趋。目前已有额定电压750KV以下的 系列产品，我国也己生产10KV及以下电压等级的氧化锌避雷器。选择的氧化锌避雷器型号为HY5WS-17/45。其中，H表示复 合有机外套，丫表示金属氧化物避雷器，5表示标称放电电流为 5kA,W表示无间隙，S表示配电，17表示避雷器的额定电压为 17kV,45表示标称放电电流下最大残压为45kV。3.4.8接地装置的选择一、电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为 接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或 称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建 筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正 常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电 流。接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相 互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分 为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在 不同地点与接地网连接。二、确定此配电所公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢 1、确定接地电阻按相关资料可确定此配电所公共接地装置的接地电阻应满 足以下两个条件：RE 250V/IERE 10Q式中IE的计算为IE=IC=60X(60+35X4)A/350=34.3A故 RE W 350V/34.3A=10.2 Q综上可知，此配电所总的接地电阻应为REW10Q2、接地装置初步方案现初步考虑围绕变电所建筑四周，距变电所23m,打入一 圈直径50mm、长2.5m的钢管接地体，每隔5m打入一根，管间 用40X4mm2的扁钢焊接。3、计算单根钢管接地电阻查相关资料得土质的P=100Q-m则单根钢管接地电阻RE 弋100 Q-m/2.5m=40Q4、确定接地钢管数和最后的接地方案根据RE(1)/RE=40/4=10o但考虑到管间的屏蔽效应,初选15根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体。以n=15和a/1=2再查有关资料可得nE y 0.66o因此可得n=RE(l)/(nERE)=40Q/(0.66X4)Q 弋 15考虑到接地体的均匀对称布置，选16mm根直径50mm、长2.5m 的钢管作地体，用40X4mm2的扁钢连接，环形布置。3.5工厂供配电二次回路的设计变电所的电气设备分为一次设备和二次设备。一次设备(也 称主设备)是构成电力系统的主体，它是直接生产、输送和分配 电能的设备，包括发电机、电力变压器、断路器、隔离开关、电 力母线、电力电缆和输电线路等。二次设备是对一次设备进行控 制、调节、保护和监测的设备，它包括控制器具、继电保护和自 动装置、测量仪表、信号器具等。二次设备通过电压互感器和电 流互感器与一次设备取得电的联系。一次设备及其连接的回路称 为一次回路。二次设备按照一定的规则连接起来以实现某种技术 要求的电气回路称为二次回路。二次回路包括监视、测量与计量仪表、继电保护及自动装置、开关控制与信号设备、操作电源与控制线路所组成的回路，用以 保证一次设备的工作与安全运行系统。二次回路的设计，包括二次回路接线原理图、二次回路原理 展开图和二次回路平面布置图。二次回路可划分为下列几部分；电压回路：由电压互感器与仪表、继电器等的电压线圈组成。电流回路：由电流互感器与仪表、继电器等的电压线圈组成。操作回路：由操作电源与断路器的掉闸、合闸线圈等组成。信号回路：由信号电源与光字牌、警铃、电笛等组成。二次回路包括交流回路和直流回路两大部分。交流回路包括 电压互感器的电压回路和电流互感器的电流回路。直流回路包括 控制、合闸、信号等回路共有25条直流小母线。每条小母线都 用专用文字符号和数字符号标示。参照二次回路基本图例，并结 合系统实际情况，在最大程度的优化设备控制及运行的情况下，研究设计出了能满足本厂供配电系统安全可靠供电的二次回路。各种测量二次回路如下图所示（以3号HM压缩机为例）：A电流测量图3.4电流测量装置图B过流保护测量图3.5过流保护测量装置图C接地