纺织厂变电所的设计毕业设计

2024-10-18 来源：威能网

纺织厂变电所设计

The Design of Textile Mill Substation

2011 届电气工程系专业电气工程及其自动化学号学生姓名指导教师

完成日期 2011年5月25日

毕业设计成绩单

学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化毕业设计题目纺织厂变电所设计指导教师姓名张建云指导教师职称讲师评定成绩指导教师得分得分评阅人答辩小组组长成绩：得分院长(主任) 签字：年月日毕业设计任务书

题目学生姓名承担指导任务单位纺织厂变电所设计学号电气工程系班级导师姓名专业电气工程及其自动化导师职称一、设计内容： 1．根据本厂用电负荷，并适当考虑生产的发展，按安全可靠，技术先进，经济合理的要求，确定工厂变电所的位置与型式 2．通过负荷计算，确定额定主变压器台数及容量，进行短路电流计算，选择变电所的主接线及高、低压电气设备，选择整定继电保护装置。二、基本要求 1.设计计算说明书一份，要求条目清楚、计算正确、文本整洁。 2.工厂变电所电气主接线图一张，变电所供电平面图一张。三、设计的主要技术指标及要求： 1．供电电源情况：按与供电局协议，本厂可由东南方19km处的城北变电所110/38.5/11kV，50MVA变压器供电，供电电压可任选。另外，与本厂相距5km处的其他工厂可以引入10 kV线路做备用电源，但容量只能满足本厂负荷的30%重要负荷，平时不准投入，只在本厂主要电源故障或检修时投入。 2．气象资料：本厂地区最高温度为38℃，最热月平均最高气温29℃，最热月地下0.8m处平均温度为22℃，年主导风向为东风，年雷暴雨日数为20天。 3．地质水文资料：本厂地区海拔60m，底层以砂黏土为主，地下水位为2m。 4．电源短路容量（城北变电所）： 35 kV母线的出线断路器断流容量1500MVA；10 kV母线的出线断路器断流容量350MVA。 5．供电局要求的功率因数：当35kV供电时，要求工厂变电所高压侧cos≥0.9，当10kV供电时，要求工厂变电所高压侧cos≥0.95。 6．电费制度：按两部制电费计算。变压器安装容量每1kVA为15元/月，动力电费为0.95元/kWh，照明电费为0.54元/kWh。

7.负荷资料：序号车间设备名称安装容量tan 需用系数功率因数 (kW) 1 纺炼车间纺丝车间筒绞机烘干机脱水机通风机淋洗机变频机传送机小计 2 原液车间照明 3 酸站照明 4 锅炉房照明 5 排毒车间照明 6 其他车间照明 8 全厂计算负荷总计 8.工厂总平面图： 220 56 70 18 240 22 950 30 1160 310 270 140 240 0.78 0.75 1.02 0.8 0.75 0.78 0.70 0.70 0.7 0.70 0.75 0.60 0.75 计算负荷 P Q S Kd 0.80 0.75 0.75 0.60 0.70 0.75 0.80 0.80 0.75 0.65 0.75 0.70 0.70 cos

四、应收集的资料及参考文献 1．《工厂供电》刘介才主编机械工业出版社 2004年 2．《电力电子变流技术》黄俊主编机械工业出版社 2004年 3．《工厂供电设计指导》刘介才主编机械工业出版社 4．《电力系统课程设计及毕业设计参考资料》曹绳敏主编中国电力出版社五、进度计划 1．第 1-2 周调研、收集材料 2．第 3-4 周分析、确定方案 3．第5-13 周设计、计算、绘图 4．第14-15 周写设计说明书 5．第 16 周答辩教研组主任签字

时间年月日

毕业设计开题报告

题目学生姓名学号纺织厂变电所设计班级专业电气工程及其自动化一、研究背景：电力行业是国民经济的基础工业，它的发展直接关系到国家经济建设的兴衰成败，它为现代工业、农业、科学技术和国防提供必不可少的动力。电能是现代工业生产的主要能源和动力.随着现代文明的发展与进步，社会生产和生活对电能供应的质量和管理提出了越来越高的要求。工厂供电系统的核心部分是变电所。因此，设计和建造一个安全、经济的变电所，是极为重要的。比较完善的变电站设计理论，是真正的做到了节约型，集约型，高效型。通过改善优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，尽可能地提高变电站的可靠性，尽可能地使变电站的灵活性提高，尽可能地提高经济性。二、国内外研究现状：近年来一些发达国家的能源不是很丰富，进而导致电力资源不是充足。为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。比较完善的变电站设计理论，是真正的做到了节约型，集约型，高效型。发达国家通过改善优化变电站结构，降低变电站的功率损耗，尽可能地提高变电站的可靠性，尽可能地使变电站的灵活性提高，尽可能地提高经济性。然而，在国内。变电所的设计仍然存在很多问题，比如可靠性还欠提高我国经济的发展给电力行业带来了两个问题：一是电力能源的需求持续增长，城市和农村用电量和密度越来越来高，需要更多的深入市区农村的变电站，以减少线路的功率损耗，提高电力系统的稳定性等，然而这些变电站占地面积大；二是城区地价昂贵，环境要求严格，在稠密的市区选择变电站址相当困难。三、研究方案：通过计算工厂负荷，确定如何提高功利因数的方案。确定设备的主接线方案，变压器的数量及容量。完成短路电流计算，然后对一次侧，二次侧设备电气设备进行选择，及继电保护的正定，最后要考虑避雷装置及单相接地，本设计还要按要求进行电费预算。四、预期结果： 1.完成任务书的要求，设计计算说明书一份，用CAD画出工厂变电所电气主接线图一张和变电所供电平面图一张。 2.工厂的电源采用35kV进行供电，主接线的35kV进线选用外桥的接线方式，10kV侧选用单母线分段的方式，低压侧选用单母线的方式，每个变电所采用两台变压器。 3.通过这次设计，使我巩固了所学的专业知识，了解并掌握了供配电的一般设计方法，具备了初步的独立设计能力；提高了综合运用所学理论知识独立分析问题解决问题的能力；更好的将理论与实际相结合。指导教师签字时间年月日

摘要

工厂变电所设计，要以电力系统分析、电力工程、继电保护等专业知识为理论依据。设计步骤主要包括：负荷统计、负荷计算、变电所接线方案比较、供电方式确定、短路电流计算、电气设备选择与继电保护以及防雷接地等内容。最后按照任务书的要求，分析比较所得数据，画出主接线图和供电平面布置图。

本文重点介绍了继电保护及二次系统在保证一次系统的安全稳定运行中所起着的作用，特别是当一次系统出现异常状态或发生故障时，急需要继电保护和自动装置将故障控制在最小范围内，迅速切除，以保证其他设备的正常运行。并在此基础上，通过系统的计算分析，确定了合适的继电电保护方案。而后，浅谈了二次系统对变电站的一次电气设备进行控制、测量、监视、操纵、并起到辅助保护作用，保证电力生产过程的系统稳定、安全、协调、优质供电。

关键词：变电所主接线图继电保护二次系统

Abstract

The design of factory power supply substation should depend on the knowledge of factory substation power engineering，relay protection and other professional ones as the basic theories．Design steps would include load statistics，load calculation，scheme comparison，power-supply modes，short-circuit，current calculation，electrical equipment selection and relay protection setting and lightning-proof with grounding，etc．Finally do complete the project requirements，design calculation specifications, and draw the main hookup and electricity layout．

The relay protection takes roles in guaranting the safe and stable operation in the first system，especially when the first system appear abnormal state or at fault，it needs relay protection and automatic quickly，within the least scope of excision device，which ensure the normal operation of the other equipments．Second system is relative to the first system of transformer substation that controls the first electrical equipment，measure，mornitoring，manipulation，and protect auxiliary equipment，to ensure the system power production process stably and safely，coordinate，supply high quality power．The second loop（or secondary system）plays a vital role to the first system quality．

Keywords: Substation Lord wiring Relay Protection Electrical secondary system

前言 ······································ 0 第1章负荷计算 ································ 1 1.1 负荷计算 ································· 1 1.1.1 计算负荷的定义 ···························· 1 1.1.2 计算负荷的确定 ···························· 1 1.2 各车间的负荷计算 ···························· 3 1.2.1 纺练车间的负荷计算 ·························· 3 1.2.2 其余各车间负荷计算 ·························· 5 1.2.3 各车间计算负荷汇总 ·························· 6 1.2.4 全厂总负荷 ······························ 6 第2章变电所位置和型式的选择 ·························· 8 2.1 变电所位置的选择 ····························· 8 2.2 本工厂变电所设置 ····························· 9 2.3 各变电所位置的确定 ···························· 9 2.4 变电所型式的确定 ···························· 10 第3章变电所变压器的选择及无功补偿 ······················ 11 3.1 变电所变压器台数的确定方法 ······················· 11 3.1.1 确定原则 ······························ 11 3.1.2 考虑因素 ······························ 11 3.2 变压器容量的确定方法 ·························· 11 3.3 车间变压器台数、容量的选择 ······················· 12 3.4 总降压变电所主变压器台数、容量选择 ··················· 15 3.5 无功补偿 ································ 16 第4章变电所主接线的设计 ··························· 18 4.1 主接线的设计原则 ···························· 18 4.2 主接线型式 ······························· 19 4.2.1 单母线接线 ····························· 19 4.2.2 单母线分段接线 ··························· 19 4.2.3 双母线接线 ····························· 20 4.2.4 双母线分段接线 ··························· 20 4.2.5 桥形接线 ······························ 21 4.3 本厂主接线的设计 ···························· 21 第5章变电所进出线的选择与校验 ························ 22 5.1 导线和电缆选择的依据 ·························· 22

5.2 35KV供电线路截面选择 ·························· 23 5.3 厂内10KV线路截面选择 ·························· 24 5.3.1 供电给变电所Ⅰ的10kV线路 ······················ 24 5.3.2 供电给变电所Ⅱ的10kV线路 ······················ 26 5.3.3 供电给变电所Ⅲ的10kV线路 ······················ 26 5.4 10KV联络线路 ······························ 28 5.5 0.4KV侧线路 ······························· 28 第6章短路电流的计算·····························6.1 造成短路的原因 ·····························6.2 短路电流的计算 ·····························第7章变电所一次设备的选择与校验 ·······················7.1 高压断路器的选择 ····························7.2 隔离开关的选择 ·····························7.3 低压断路器的选择 ····························7.4 电流互感器的选择与校验 ·························7.5 电压互感器的选择 ····························7.6 低压刀开关的选择 ····························7.7 高压熔断器的选择 ····························7.8 配电所高压开关柜的选择 ·························7.9 低压配电屏的选择 ····························7.10 母线的选择 ·······························7.10.1 10kV母线的选择 ··························7.10.2 0.4kV母线的选择 ··························第8章继电保护 ·······························8.1 继电保护的任务和要求 ··························8.1.1 继电保护的任务 ···························8.1.2 继电保护基本要求 ··························8.2 电力变压器继电保护 ···························8.3 电力线路的保护 ·····························8.4 并联电容器组的保护 ···························第9章车间变配电所二次回路设计 ························9.1 二次回路操作电源的选择 ·························9.2 绝缘监察装置与测量仪表的选择 ······················9.2.1 绝缘监察回路 ····························9.2.2 电测量仪表 ·····························9.2.3 电力测量测量回路 ··························9.3 断路器控制回路与信号装置的选择 ·····················第10章变电所的防雷保护与公共接地装置的设计 ··················10.1 变电所的防雷保护 ····························

30 30 30 37 37 38 39 40 41 42 42 42 43 43 43 44 46 46 46 46 46 51 55 56 56 56 56 57 57 57 60 60

10.1.1 直击雷防护 ····························· 60 10.1.2 雷电波入侵的防护 ·························· 60 10.2 变电所公共接地装置的设计 ························ 60 10.2.1接地与接地装置定义 ························· 60 10.2.2 接地电阻的要求 ··························· 62 10.2.3 接地装置的设计 ··························· 62 第11章两部制电价用户电费计算 ························· 64 11.1 两部制电价的收费制度 ··························11.2 基本电费 ································11.2.1 按用户自备受电变压器容量计算 ····················11.2.2 按最大负荷需求量计算 ························11.3 电度电费 ································第12章结论与展望 ······························12.1 结论 ··································12.2 展望 ···································致谢 ·····································参考文献 ···································附录 ·····································附录A 外文资料 ·······························附录B 设备统计表 ······························附录C 系统图 ································ II

64 64 64 64 64 66 66 67 68 69 69 81 84

前言

毕业设计，是由学生独立完成的一项综合性、创造行、设计性的大型作业；也是培养大学生实践能力、创新能力、培养应用型工程技术人才的最重要得实践教学环节。在提高学生综合实践的能力，奠定从事科研的基础，一级增强学生综合素质等方面，具有不可替代的作用。

通过学习和毕业设计吧我们所学的理论知识以及实际动手综合起来，这样不但达到了对实际理论知识“温故而知新”的目的，而且也达到了由理论到实践，由实践到理论的有机结合。下面，我们对纺织厂降压变电所电气进行设计。

我做的主要是电气的继电保护及二次回路选择，防雷保护和接地装置的设计，两部制电价用户电费计算，本设计说明书分为12章，按照供电设计程序安排章节的顺序，并根据安全、经济、可靠、灵活的主导思想来设计。主要内容有：负荷计算、变电所位置和型式的选择、变电所变压器的选择及无功补偿、变电所主结线方案的设计、短路电流的计算、变电所一次设备的选择与校验、变电所进出线的选择与校验、变电所继电保护的整定、防雷保护和接地装置的设计、两部制电价用户电费计算。

由于我的水平有限设计中难免有疏忽或错误之处，请各位老师批评指正。

第1章负荷计算

1.1 负荷计算

1.1.1 计算负荷的定义

供电系统要能够在正常条件下可靠运行，开关设备及导线、电缆等都必须选择得当，除了应满足工作电压和频率的要求外，最重要的就是要满足负荷电流的要求。因此有必要对供电系统中各个环节的电力负荷进行统计计算。通过负荷的统计计算求出的，来选择供电系统中设备。

计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。

1.1.2 计算负荷的确定

目前负荷计算常用需要系数法、二项式法、和利用系数法,前二种方法在国内设计单位的使用最为普遍。此外还有一些尚未推广的方法如单位产品耗电法、单位面积功率法、变值系数法和ABC法等。常采用需用系数法计算用电设备组的负荷时，应将性质相同的用电设备划作一组，并根据该组用电设备的类别，查出相应的需用系数Kx，然后按照表一给出的公式求出该组用电设备的计算负荷。

此设计采用的是需用系数法来对电力负荷计算的。因为，需用系数是用设备功率乘以需用系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法简便，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。采用利用系数法求出最大负荷的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷，计算过程十分繁琐。而单位面积功率法和单位指标法主要多用于民用建筑；单位产品耗电量法主要适用于某些工业。

需要系数法，是把用电设备的总设备容量乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷的一种简便方法。需要系数法主要用于工程初步设计及施工图设计阶段，对变电所母线、干线进行负荷计算。当用电设备台数较多，各种设备容量相差不悬殊时，其供电线路的负荷计算也采用需要技术法。

需要技术时一个综合性系数，它是指用电设备组投入运行时，从供电网络实际

取用的功率与用电设备组的设备功率之比。需要系数与用电设备组的运行规律、负荷率、运行效率、线路的供电效率等因数有关，工程上很难准确确定，只能靠测量确定。

一般工业与民用建筑中的用电负荷主要有单位负荷（如照明负荷）以及三相负荷（如动力负荷），其供电系统一般分为照明支路及动力支路进行供电。

照明支路主要供照明灯具、一般单相插座以及其他额定电压为220V的电气设备。器特点为用电负荷的额定电压均为单相220V求分布在A、B、C三相。这类负荷也叫做相负荷。

动力支路主要供电梯、水泵、服务行业的厨房饮食设备、电热开水器、工业生产中的各种加工设备以及其他额定电压为380V的三相用电器等用电。器特点为用电负荷的额定电压均为380V且都是三相对称负荷

在工业生产中还有一些额定电压为380V的单项负荷，接在两条相线之间，我们称之为间负荷，线间负荷可用照明支路供电，也可用动力支路供电。

各种负荷的供电线路组成如图所示，如果从供电形式的角度来讲：负荷计算可以分为单相和三相用电设备的负荷计算两种形式。从供电系统中所在的位置角度来讲：负荷计算可分为一组用电设备、多组用电设备的负荷计算。但无论是那种形式，用需要系数法确定计算负荷都有如表1-1的通用公式：

表1-1 公式表

名称用电设备组的容量

公式

备注

PPN

Pn—设备的额定容量

用电设备组有功计算负荷

P30KKLεwldelpε

K－设备组的同时系数

Kd需要系数

P30PεKL－设备组的负荷系数

－设备组的平均效率

KdKKL/(wl)

P30KdP

wl－配电线路的平均效率 tan－对应用电设备组cos的正切值

无功计算负荷

Q30P30tan

续表1-1

视在计算负荷

S30I30P30S30cos

cos-用电设备组的平均功率

因数

计算电流

UN－用电设备组的额定电压

以上参数由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取。

3UN有功负荷的同时系数无功负荷的同时系数总的有功计算负荷总的无功计算负荷总的视在计算负荷

Kp0.80~0.90 Kq0.85~0.95

`P30KpP30

`Q30KqQ30 `2`2S30P30Q30

1.2 各车间的负荷计算

1.2.1 纺练车间的负荷计算

1.单台机械负荷计算

（1）纺丝车间

已知： Pε220kW,Kd0.80,tan0.78 故： P30PεKd2200.8176kW

Q30P30tan1760.78137.28kvar

（2）筒丝机

已知： P56kW，Kd0.75，tan0.75 故： P30PεKd560.7542kW

Q30P30tan420.7531.5kvar

（3）烘干机

已知： Pε70kW，Kd0.60,tan0.80 故： P30PεKd180.6010.80kW

Q30P30tan10.80.808.64kvar

（4）通风机

已知： Pε240kW，Kd0.80，tan0.75 故： P30PεKd2400.70168kW

Q30P30tan1680.75126kvar

（5）淋洗机

已知： Pε22kW，Kd0.75，tan0.78 故： P30PεKd220.7516.5kW

Q30P30tan16.50.7812.87kvar

（6）变频机

已知： Pε950kW，Kd0.80，tan0.70 故： P30PεKd9500.80760kW

Q30P30tan7600.70532kvar

（7）传送机

已知： P30kW，Kd0.80，tan0.70

故： P30PεKd300.8024kW

Q30P30tan240.7016.8kvar

纺练车间单台机械负荷统计见表1-2。

表1-2 纺练车间负荷统计列表

计算负荷

序号 1 2 3 4 5

车间设备名称纺丝机筒绞机烘干机脱水机通风机

安装容/kW

220 56 70 18 240

0.8 0.75 0.75 0.6 0.7

tan

0.78 0.75 1.02 0.8 0.75

P/kW

176 42 52.5 10.80 168

Q/kvar

137.28 31.5 53.55 8.64 126

6 7 8 9

淋洗机变频机传送机小计

22 950 30 1606

0.75 0.8 0.8

0.78 0.7 0.7

16.5 760 24 1249.8

续表1-2 12.87 532 16.8 918.64

2.车间计算负荷统计（计及同时系数）

取同时系数： KP0.9，KQ0.95

P30KPP300.91249.81124.82kW Q30KQQ300.95918.64872.71kvar

22S30P30Q301124.822872.7121423.67kVA

1.2.2 其余各车间负荷计算

（1）原液车间照明

已知： Pε1160kW，Kd0.75，tan0.70 故： P30PεKd11600.75870kW

Q30P30tan8700.70609kvar

S3022P30Q30870260921061.97kVA

（2）酸站照明

已知： P310kW，Kd0.65，tan0.70 故： P30PKd3100.65201.5kW

Q30P30tan201.50.70141.05kvar S3022P30Q30201.52141.052245.96kVA

（3）锅炉房照明

已知： Pε270kW，Kd0.75，tan0.75 故： P30PεKd2700.75202.5kW

Q30P30tan202.50.75151.88kvar

22S30P30Q30202.52151.882253.13kVA

（4）排毒车间照明

已知： P140kW，Kd0.70，tan0.60 故： P30PεKd1400.7098kW

Q30P30tan980.6058.8kvar

22S30P30Q3098258.82114.29kVA

（5）其他车间照明

已知： P240kW，Kd0.70，tan0.75 故： P30PεKd2400.70168kW

Q30P30tan1680.75126kvar

22S30P30Q3016821262210kVA

1.2.3 各车间计算负荷汇总

各车间计算负荷统计见表1-3

表1-3 各车间计算负荷统计列表

序号 1

2 3 4 5 6

车间设备名称纺练车间原液车间照明酸站照明锅炉房照明排毒车间照明其他车间照明

安装容量/kW

1606 1160 310 270 140 240

P/kW

1249.8 870 201.5 202.5 98 168

Q/kvar

918.64 609 141.05 151.875 58.8 126

S/kVA

1423.67 1061.97 245.96 253.125 114.29 210

1.2.4 全厂总负荷

（1）在一定的情况下是不可能发生所有的用电设备同时工作的情况,，如果按照全部用电设备的用电负荷之和来计算全厂计算负荷的话，势必会造成,经济不运行和浪费等,情况,也就是我们常说的大马拉小车,所以计算全厂的计算负荷时，总的计算负荷要小于每个用电负荷加起来的和。本次课程设计中的全厂有功计算负荷

就为各个设备计算负荷之和的90%，全厂无功计算负荷为各个设备计算负荷之和的95%,即：

全厂有功计算负荷=0.90(纺练车间有功计算负荷+原液车间有功计算负荷+酸站照明有功计算负荷+锅炉房照明有功计算负荷+排度车间有功计算负荷+其他车间有功计算负荷)

全厂无功计算负荷=0.95(纺练车间无功计算负荷+原液车间无功计算负荷+酸站照明无功计算负荷+锅炉房照明无功计算负荷+ 排度车间无功计算负荷+其他车间无功计算负荷)

P300.9P0.9(1249.8870201.5202.598168)2510.82kW Q300.95Q0.95(918.64609141.05151.8858.8126)1905.10kvar22S30P30Q302510.8221905.1023151.77kVA

IS303U3151.7733552A

（2）考虑5年的发展，年增长率按2%计算，全厂计算负荷

P52510.82(12%)52772.15kW Q51905.10(12%)52103.38kvar

SP2Q22772.1522103.3823479.80kVA

第2章变电所位置和型式的选择

2.1 变电所位置的选择

变电所位置和数量的选择，实际上就是在整个企业内选择布置供电点。为了使供电系统合理布局及提高电能质量，必须根据企业负荷类型，负荷大小和分布特点，以及企业内部环境条件及生产工艺上的要求进行全面考虑。

配变电所位置选择，应根据下列要求综合考虑确定（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）不应设在有剧烈震动的场所。

（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）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。（9）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。（10）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。

（11）装有可燃性油渍电力变压器的变电所，不应设在耐火等级为三，四级的建筑中。

（12）在无特殊防火要求的多层建筑中，装有可燃性油的电气设备的配变电所，可设置在底层靠外墙部位，但不应设在人员密集场所的上方，下方，贴邻或疏散出口的两旁。

（13）高层建筑的配变电所，宜设在地下层或首层；当建筑物高度超过100米时，也可在高层区的避难层或上技术层内设置变电所。

（14）大，中城市除居住小区的杆上变电所外，民用建筑中不宜采用露天或半露天的变电所，如确因需要设置时，宜选用带防护外壳的户外成套变电所。

2.2 本工厂变电所设置

根据地理位置及各车间计算负荷大小，决定设立3个车间变电所，各自供电范围如下：

变电所Ⅰ：纺炼车间、锅炉房。变电所Ⅱ：原液车间。

变电所Ⅲ：排毒车间、其他车间、酸站。

2.3 各变电所位置的确定

工厂变电所的位置确定需要综合考虑技术、经济等因素。一般而言，工厂变电所的位置应该满足接近负荷中心，进出线方便，接近电源侧，设备运输方便等要求。一般可以采用负荷功率矩法确定负荷中心。

按照负荷功率矩法，总降压变电所和各车间变电所的负荷中心可由下式决定

xP1x1P2x2P3x3(Pixi)

P1P2P3PiP1y1P2y2P3y3(Piyi)

P1P2P3Piy上式中，P为各车间的有功计算负荷，x为各车间负荷中心的横坐标，y为各车间负荷中心的纵坐标。

根据上式，求得总降压变电所和车间变电所的负荷中心如下图2-1所示

图2-1 变电所的负荷中心位置

虽然负荷中心是选择变电所位置的重要因素，但不是唯一因素，需要根据工厂的实际情况选择变电所具体位置。根据工厂总平面图和工厂的实际环境因素，总降压变电所设于原液车间东北方向，距离其80m处；车间变电所Ⅰ设于纺炼车间东东侧角20m处；车间变电所Ⅱ设于原液车间东侧50m处；车间变电所Ⅲ设于酸站东侧20m处。

全厂供电平面见下图2-2

图2-2 平面布置图

2.4 变电所型式的确定

总降压变电所变，配电装置总体布置设计综合前述设计计算结果，参照国家有关规程规定，变电所平面布置如下：

（1）35kV总变电所采用户外的型式进行供电。（2）车间变电所采用户内的型式进行配电。

第3章变电所变压器的选择及无功补偿

3.1 变电所变压器台数的确定方法

3.1.1 确定原则

（1）对于大城市郊区的一次变电所在中低压侧已构成环网的情况下，变电所以装设两台变压器为宜。

（2）对地区性孤立的一次变电所或大型工业专用变电所在设计时应考虑装设三台变压器。

（3）对于规划只装设两台变压器的变电所，其变压器基础宜按大于变压器容量的1-2级设计，以便负荷发展时，更换变压器的容量。

3.1.2 考虑因素

（1）应满足用电负荷对供电的可靠性的要求，对供有大量一、二级负荷的变电所，宜采用两台变压器，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台能对一、二级负荷继续供电。

（2）对于一级负荷的场所，邻近又无备用电源联络线可接,或季节性负荷变化较大时,宜采用两台变压器。

（3）是否装设变压器，应视其负荷的大小和邻近变电所的距离而定。当负荷超过320kVA时，任何距离都应装设变压器。

3.2 变压器容量的确定方法

（1）只装有一台变压器的变电所，变压器的额定容量应满足全部用电设备计算负荷的需要。

（2）装有两台变压器的变电所，每台变压器的额定容量应同时满足以下两个条件：

①任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要； ②任一台变压器单独运行时，宜满足全部用电容量设备70%的需要。（3）变压器正常运行时的负荷率应控制在额定容量的70%~80%为宜，以提高运行率。

3.3 车间变压器台数、容量的选择

（1）变压所I变压器及容量选择 ①变压所I的供电负荷统计。

P1249.8kW

Q918.64kvar

②变压所I的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。无功补偿试取：

QC400kvar

补偿以后：

Q918.64400518.64kvar

cosPP(QQC)221249.81249.8(918.64400)220.920.9

SIP2(QQC)21353.14kVA

③变电所I的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：

SNT10.7SI0.71353.14947.20kVA

查《课程设计一毕业设计指导教程》附表3-2选择变压器型号S9系列，额定容量为1000kVa，两台，采用Yyn0接线。

查表得出变压器的各项参数：空载损耗P01.72kW；负载损耗Pk10.0kW；阻抗电压Uk%4.5；空载电流I0%1.1。

④计算每台变压器的功率损耗。

11SSI1353.14676.57kVA

22S1PTnP0PkSnN

676.571.45106.03kW 100012

I%1Uk%SQTn0SN100n100SN676.57114531.60kvar 100022也可用简化经验公式：

PT0.015S0.015676.5710.15kW

QT0.06S0.06676.5740.6kvar

（2）变压所Ⅱ变压器台数及容量选择

①变压所Ⅱ的供电负荷统计。取同时系数：KP0.9，KΣQ0.95。

PKΣP(P原P排)0.9（87098）871.2kW QKQ(Q原Q排)0.95（60958.5）634.41kvar

②变压所Ⅱ得的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。无功补偿试取：

QC260kvar

补偿以后：

Q634.41260374.41kvar

cosPP(QQC)22871.2871.2(634.41260)220.920.9

SP2(QQC)2948.25kVA

③变电所Ⅱ的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：

SNTⅡ0.7SⅡ0.7948.25663.78kVA

查《课程设计一毕业设计指导教程》附表3-2选择变压器型号S9系列，额定容量为800kVA，两台，采用Yyn0接线。

查表得出变压器的各项参数：空载损耗P01.45kW；负载损耗Pk7.2kW；阻抗电压Uk%4.5；

空载电流I0%1.2。

④计算每台变压器的功率损耗。

11SSⅡ1424.75712.38kVA

22S1PTnP0PkSnN474.131.457.23.07kW 1000474.13124521.12kvar 10002222I%1Uk%SQTn0SN100n100SN也可用简化经验公式：

PT0.015S0.015474.137.11kW

QT0.06S0.06474.1328.45kvar

（3）变压所Ⅲ变压器台数及容量选择

①变压所Ⅲ的供电负荷统计。取同时系数：KP0.9，KQ0.95。

PKP(P其P酸P锅)0.9(168201.5202.5)572kW QKQ(Q其Q酸Q锅)0.95（126141.05151.875）418.93kvar

②变压所Ⅲ的无功补偿（提高功率因数到0.9以上）。无功补偿试取：

QC160kvar

补偿以后：

Q418.93160258.93kvar

cosPP(QQC)22572572(418.93160)220.920.9

SⅢP2(QQC)2627.88kVA

变电所Ⅲ的变压器选择。为保证供电的可靠性，选用两台变压器（每台可供电车间总负荷的70%）：

SNTⅢ0.7SⅢ0.7627.88439.52kVA

查《课程设计一毕业设计指导教程》附表3-2选择变压器型号S9系列，额定容量为630kVA，两台，采用Yyn0接线。

查表得出变压器的各项参数：空载损耗P01.32kW；负载损耗Pk6.0kW；阻抗电压Uk%4.5；空载电流I0%1.2。

④计算每台变压器的功率损耗。

S1PTnP0PkSnN313.941.2361.82kW 1000313.94124516.44kvar 10002222I%1Uk%SQTn0SN100n100SN也可用简化经验公式：

PT0.015S0.015313.944.71kW QT0.06S0.06313.9418.84kvar

3.4 总降压变电所主变压器台数、容量选择

```P2(PⅠPⅡPⅢ)2(438.67627.02288.21)2707.8kW ```Q2(QⅠQⅡQⅢ)2(209.33260.6146.03)1231.92kvar

PKΣPP0.92707.082437.02kW QKΣQQ0.951231.921170.32kvar

总降压变10kV侧无功补偿试取：

QC370kvar

cosPP(QQC)222437.022437.02(1170.32370)15

220.95合格

SP2(QQC)22437.022(1170.32370)22565.07kVA

SNT0.7S0.72565.071795.55kVA

选择变压器型号SL7-2000/35，两台，采用Ydn0接线。查表得出变压器的各项参数：空载损耗P03.4kW；负载损耗Pk19.8kW；阻抗电压Uk%6.5；空载电流I0%1.1。

3.5 无功补偿

建筑供电系统中的变配电设备及建筑物内的用电设备，如电力变压器、电抗器、电动机、日光灯、电焊机、高频炉等大部分都为电感性负载，其功率因数较低，工作时需要较大的无功功率，在线路中生产较大的无功电流，不利于供电系统的高效率运行，因此，在设计建筑供电系统时，要根据实际情况进行合理的无功补偿，提高供电系统的功率因数。

按照我国供电部门的规定，高压供电的用户必须保证功率因数在0.9以上，低压供电的用户必须在0.85以上。为了使用户注意提高功率因数，供电部门还对大宗用电单位实行按户月平均功率因数调整电费的办法。调整功率因数标准一般为0.85，大于0.85时给以奖励，低于0.85时便要增收电费甚至罚款，功率因数很低时供电部门要停止供电。

（1）通过适当措施提高自然功率因数。据统计，在建筑供电系统的总无功功率中，电动机和变压器约占80%左右，其余则消耗在输电线路及其他感应设备中，因此，提高自然功率因数可以通过合理选择感应电动机的容量、使用中减少感应电动机的空载运行、条件许可时尽量使用同步电动机、以最佳负荷率选择变压器等方法达到目的。

（2）并联同步调相机。同步调相机是一种专用于补偿无功功率的同步电动机，通过调节同步调相机的励磁电流可补偿供电系统的无功功率，从而提高系统的功率因数。同步调相机输出无功功率为无极调节方式，调节的范围较大，并且在端电压下降10%以内时，无功输出基本不变，当端电压下降10%以上时，可强行励磁增加

无功输出。但是，同步调相机补偿单位无功功率造价高。每输出1kvar的无功功率要损耗0.5%~3%的有功功率，基建安装要求高、不易扩建、运行维护复杂，所以一般用于电力系统中的枢纽变电站及地区降压变电站。

（4）并联适当的静电电容器。我们知道，电感性负载并联适当的电容器可以提高功率因数，所以在建筑供电系统中，同样可以并联适当的静电电容器以提高系统的功率因数。并联电容安装简单、容易扩建、运行维护方便，补偿单位无功功率的造价低、有功损耗小（小于0.3%），因此广泛用于工厂企业及民用建筑供电系统中。

无功补偿使用专用的电力电容器，其规格品种很多，按安装方式分为户内式和户外式，按相数分为单相和三相，按额定电压分为高压和低压电容器等等。

①电容器的选择电容器无功容量的计算

Qcpi(tanANTtanac)

②电容器（柜）台数的确定需电容器台数： NQcUWqncUNC2

每相所需电容器台数：n分段式结线。

③电容器的补偿方式

N取其相等或稍大的偶数，因为变电所采用单母线3单独就地补偿方式，分散补偿方式，集中补偿方式。 ④电容器的联接方式

△或Y（双Y）优选△，因为容量为Y的1/3且电压低，放电1分钟，残压50V以下。1000V以上的电容器应采用电压互感器放电。

电容器放电回路中不得装设熔断器或开关，以免放电回路断开，危及人身安全。

第4章变电所主接线的设计

4.1 主接线的设计原则

主接线代表了变电站电气部分主体结构，是电力系统接线的主要组成部分，是变电站电气设计的首要部分。它表明了变压器、线路和断路器等电气设备的数量和连接方式及可能的运行方式，从而完成变电、输配电的任务。它的设计，直接关系着全所电气设备的选择、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。由于电能生产的特点是发电、变电、输电和用电是在同一时刻完成的，所以主接线设计的好坏，也影响到工农业生产和人民生活。因此，主接线的设计是一个综合性的问题。必须在满足国家有关技术经济政策的前提下，正确处理好各方面的关系，全面分析有关影响因素，力争使其技术先进、经济合理、安全可靠。

可靠性：供电可靠是电力生产和分配的首要要求，电气主接线也必须满足这个要求。在研究主接线时，应全面地看待以下几个问题：

（1）可靠性的客观衡量标准是运行实践，估价一个主接线的可靠性时，应充分考虑长期积累的运行经验。我国现行设计技术规程中的各项规定，就是对运行实践经验的总结。设计时应予遵循。

（2）主接线的可靠性，是由其各组成元件（包括一次设备和二次设备）的可靠性的综合。因此主接线设计，要同时考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。

（3）可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某所是可靠的，而对另一些所则可能还不够可靠。因此，评价可靠性时，不能脱离变电站在系统中的地位和作用。

通常定性分析和衡量主接线可靠性时，均从以下几方面考虑：（1）断路器检修时，能否不影响供电。

（2）线路、断路器或母线故障时，以及母线检修时，停运出线回路数的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。

灵活性：主接线的灵活性要求有以下几方面。

①调度灵活，操作简便：应能灵活的投入（或切除）某些变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求。

②检修安全：应能方便的停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修

而不影响电力网的正常运行及对用户的供电。

③扩建方便：应能容易的从初期过渡到最终接线，使在扩建过渡时，在不影响连续供电或停电时间最短的情况下，投入新装变压器或线路而不互相干扰，且一次和二次设备等所需的改造最少。

经济性：在满足技术要求的前提下，做到经济合理。

①投资省：主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流,以选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电站中，应推广采用直降式(110/6-10kV)变压器，以质量可靠的简易电器代替高压断路器。

②占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省构架、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。

③电能损耗少：在变电站中，正常运行时，电能损耗主要来自变压器。应经济合理的选择主变压器的型式、容量和台数，尽量避免两次变压而增加电能损耗。

4.2 主接线型式

4.2.1 单母线接线

（1）优点：接线简单清晰、设备少、操作方便、便于扩建和采用成套配电装置。

（2）缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段。但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后，方能恢复非故障段的供电。

（3）适用范围:6-10kV配电装置出线回路数不超过5回；35-63kV配电装置出线回路数不超过3回；110-220kV配电装置的出线回路数不超过两回。

4.2.2 单母线分段接线

（1）优点：用断路器把母线分段后，对重要用户可以从不同段引出两个回路，有两个电源供电；当一段母线发生故障，分段短路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不使重要用户停电。

（2）缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间停电；当出线为双回路时，常使架空线路出现交叉跨越；扩建时需两个方向均衡扩建。

（3）适用范围：6-10kV配电装置出线回路数为6回及以上时；35-63kV配电装置出线回路数为4-8回时；110-220kV配电装置的出线回路数为3-4回时。

4.2.3 双母线接线

双母线的两组母线同时工作，并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线上。由于母线继电保护的要求一般某一回路固定与某一组母线连接，以固定的方式运行。

（1）优点：

供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断；一组母线故障后，能迅速恢复供电，检修任一回路的母线隔离开关，只停该回路。

调度灵活。各个电源和各回路负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度和潮流变化的需要。

扩建方便。向左右任何一个方向扩建，均不影响两组母线的电源和负荷均匀分配，不会引起原有回路的停电。

便于试验。当个别回路需要单独进行实验时，可将该回路分开，单独接至一组母线上。

（2）缺点：

增加一组母线和使每回路就需要增加一组母线隔离开关。当母线故障或检修时，隔离开关作为倒换操作电器，容易误操作。为了避免隔离开关误操作，须在隔离开关和断路器之间装设连锁装置。适用范围。当出线回路数或母线上电源较多，输送和穿越功率较大，母线故障后要求迅速恢复供电，母线和母线设备检修时不允许影响对用户的供电，系统运行调度对接线的灵活性有一定要求时采用。6-10KV配电装置，当短路电流较大，出线需要带电带电抗器时；35-63KV 配电装置，当出线回路数超过8回时，或连接的电源较多，负荷较大时；110-220KV配电装置，出线回路数为5回及级以上时。

4.2.4 双母线分段接线

当220kV进出线回路数甚多时，双母线需要分段。（1）分段原则：

①当进出线回路数为10-14回时，在一组母线上用断路器分段； ②当进出线回路数为15回及以上时，两组母线均用断路器分段； ③在双母线分段接线中，均装设两台母联兼旁路断路器；

④为了限制220kV母线短路电流或系统解裂运行的要求，可根据需要将母线分段；变压器-线路单元接线：

（2）优点：接线最简单，设备最少，不需要高压配电装置。

（3）缺点：线路故障或检修时，变压器停运；变压器故障或检修时线路停运。（4）适用范围：只有一台变压器和一回线路时；当发电厂内不设高压配电装置，直接将电能输送至枢纽变电所时。

4.2.5 桥形接线

两回变压器-线路单元接线相连，接成桥形接线。分为内桥和外桥两种接线，是长期开环运行的四角形接线

（1）内桥形接线

①优点：高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器；

②缺点：变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运；桥联断路器检修时，两个回路须解裂运行；出线断路器检修时，线路需长时期停运，为避免此缺点，可加装正常断开运行的跨条，为了轮流停电检修任何一组隔离开关，在跨条上需加装两组隔离开关，桥联断路器检修时，也可利用此跨条；

③适用范围：适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器不经常切换或线路较长，故障率较高的情况。

（2）外桥形接线 ①优点：同内桥形接线；

②缺点:线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有一台变压器暂时停运；桥联断路器检修时，两个回路须解裂运行；变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。为避免此缺点，可加装正常断开运行的跨条。桥联断路器检修时，也可利用此跨条；

③适用范围：适用于较小容量的发电厂或变电所，并且变压器的切换较为繁或线路较短，故障率较少的情况。此外，线路有穿越功率时，也宜采用外桥形接线。

4.3 本厂主接线的设计

见附录C 系统图

第5章变电所进出线的选择与校验

5.1 导线和电缆选择的依据

导线和电缆的选择是工业企业供电网络设计中的一个重要组成部分，因为它们是构成供电网络的主要元件，电能必须靠它们输送分配。在选择导线和电缆型号和截面时，既要保证工业企业供电的安全可靠，有要充分利用导线和电缆的负载能力。因此，正确选择导线和电缆型号和截面，节约有色金属，是有重要意义的。

为了保证供电系统安全、可靠、优质、经济地运行，进行导线和电缆截面时必须满足下列条件:

（1）发热条件

导线和电缆(包括母线)在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高允许温度。应充分利用导线或电缆的负荷能力,此时应按导线或电缆的允许载流量来选择其截面。

（2）电压损耗条件

导线和电缆在通过正常最大负荷电流即线路计算电流时产生的电压损耗，不应超过其正常运行时允许的电压损耗。对于工厂内较短的高压线路，可不进行电压损耗校验。

（3）经济电流密度

35kV及以上的高压线路及电压在35kV以下但距离长电流大的线路，其导线和电缆截面宜按经济电流密度选择，以使线路的年费用支出最小。所选截面，称为“经济截面”。此种选择原则，称为“年费用支出最小”原则。工厂内的10kV及以下线路，通常不按此原则选择。

（4）机械强度

导线（包括裸线和绝缘导线）截面不应小于其最小允许截面。对于电缆，不必校验其机械强度，但需校验其短路热稳定度。母线也应校验短路时的稳定度。对于绝缘导线和电缆，还应满足工作电压的要求。

根据设计经验，一般10kV及以下高压线路及低压动力线路，通常先按发热条件来选择截面，再校验电压损耗和机械强度。低压照明线路，因其对电压水平要求较高，因此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件和机械强度。对长距离大电流及35kV以上的高压线路，则可先按经济电流密度确定经济截面，再校验

其它条件。

5.2 35kV供电线路截面选择

为保证供电的可靠性，选用两回35kV供电线路。

11P`P2437.021218.51kW

2211Q`Q1170.32585.16kvar

2211S`S2565.071282.54kVA

22用简化公式求变压器损耗：

P0.015S`0.0151281.5419.22kW Q0.06S`0.061281.5476.89kvar

每回35kV供电线路的计算负荷：

P``P`P1218.5119.221237.73kW Q``Q`Q585.1676.89662.05kvar

S``P``2Q``21237.732662.0521403.67kVA

IS``3U1430.6733523.15A

按经济电流密度选择导线的截面:

AεcI23.1525.73mm2 jεc0.9可选LGJ-25，其允许载流量为：Ial135A。再按长期发热条件校验：

`IalKtIal0.95135128.25A23.15A

所选导线符合发热条件，但根据机械强度和安全性要求，35kV供电线路截面不应小于35mm2，因此，改选为LGJ-35。

相应参数：r00.91Ω/km,x00.433Ω/km。 35kV线路功率损耗和电压降计算（1）线路的功率损耗：

PL3I2RL323.1520.911927.8kW QL3I2XL323.1520.4331913.23kvar

线路首端功率：

PP``PL1237.7327.81265.53kW QQ``QL662.0513.23675.28kvar

（2）35kV线路电压降计算：

UPr0Qx0UNl1265.290.91675.280.433190.78kV

35U%U0.78100%100%2.2%10%合格 UN355.3 厂内10kV线路截面选择

5.3.1 供电给变电所Ⅰ的10kV线路

为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

11P`P1249.8624.9kW

2211Q`Q518.64259.32kvar

22每回供电线路的计算负荷：

` PⅠPPb624.96.03630.93kW `QQb259.3231.6290.92kvar QⅠ``2`2SⅠP630.932290.922694.20kVA ⅠQⅠ`SⅠI310694.2031040.07A

先选经济截面： Aεc可选择导线型号为LGJ-50。复核电压降

I40.0744.52mm2 jεc0.924

正常运行时：N=2查《电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程》附表6-1，LGJ-50导线的电阻 r00.63Ω/km；线路电抗取 x00.38Ω/km，根据负荷另供电距离为0.7km，则

Rr0L0.630.60.38 Xx0L0.380.60.23

U%PRQX1249.80.38518.640.233%10% 2U210000符合要求

故障情况运行时：考虑到一条回路故障切除，另一条回路能保证全部负荷供电

U%PRQX1249.80.38518.640.236%15% U10000复核发热条件

查《电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程》附表6-5得LGJ-50允许载流量Ial234A

已知29oC，温度修正系数为： Kt700.95

7025IalKtIal0.95234223.3A40.07A

因此满足发热条件。

结论：经上述计算复核变电所Ⅰ决定采用10kV电压等级二回路LGJ-50导线接入。

由上式可知所选导线符合发热条件。 10kV线路很短，功率损耗

P3I2RL340.0720.630.61.82kW Q3I2XL340.0720.380.61.10kvar

线路首端功率：

PP`P624.91.82626.72kW

QQ`Q259.321.10260.42kvar

5.3.2 供电给变电所Ⅱ的10kV线路

为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

1P871.2435.6kW

21Q374.41187.21kvar

2计及变压器的损耗：

`PⅡPPb435.63.07438.67kW `QⅡQQb187.2122.12209.33kvar

``2`2SⅡP438.672209.332486.06kVA ⅡQⅡIS28.06A 310由上面所查资料得出最大负荷利用小时数为6000h，查表可得：架空线的经济电流密度jc0.9A/mm2。

所以可得经济截面：

AεcI28.7431.18mm2 jεc0.9可选用导线型号LGJ-35，其允许载流量为Ial189A。相应参数为r00.9Ω/km，x00.9Ω/km 在按发热条件检验：

`IalKtIal0.9518994.5A28.06A

由上式可知，所选导线符合长期发热条件。

由于变电所Ⅱ紧邻25/10kV主变压器，10kV线路很短，其功率损耗可忽略不计。线路首端功率：

PP`438.67kW QQ`209.33kvar

5.3.3 供电给变电所Ⅲ的10kV线路

为保证供电的可靠性选用双回供电线路，每回供电线路计算负荷：

P1572286kW 2Q1258.93129.47kvar 2计及变压器的功率损耗：

`PⅢPPb2861.82287.82kW `QⅢQQb147.9613.11161.07kvar

``2`2SⅢPⅢQⅢ287.822145.912322.14kVA

`SⅢI310322.1431018.60A

先选经济截面： AεcI18.620.67mm2 jεc0.9可选择导线型号为LGJ-25。复核电压降

正常运行时：N=2 查《电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程》附表6-1，LGJ-25导线的电阻r01.26Ω/km；线路电抗取x00.4Ω/km，根据负荷另供电距离为0.3km，则

Rr0L1.260.30.38 Xx0L0.40.30.12

U%PRQX5720.38258.930.121%10%2U210000

符合要求

故障情况运行时：考虑到一条回路故障切除，另一条回路能保证全部负荷供电 PRQX5720.38258.930.12U%2%15%U10000 符合要求复核发热条件

查《电力工程类专题课程设计与毕业设计指导教程》附表6-5得LGJ-25允许载流量Ial154A

`IalKtIal0.95154146A18.6A

因此满足发热条件。

10kV线路很短功率损耗

P3I2RL318.621.260.30.39kW Q3I2XL318.620.40.30.12kvar

线路首端功率：

PP`P287.820.39288.21kW QQ`Q145.910.12146.03kvar

5.4 10kV联络线路

已知全厂总负荷： P总2772.15kW，Q总2103.38kvar。 10kV联络线容量满足全厂总负荷30%

PP总30%2772.1530%831.65kW QQ总10%2103.3830%631.01kvar

SP2Q2831.652631.0121043.94kVA

IdSd3Uav1043.9431060.27A

因运用时间很少，可按长期发热条件选择和校验。选导线LJ-25，其允许载流量为：Ial135A。

相应参数为r01.33Ω/km，x00.35Ω/km。已知线路长度：l5km。线路电压降计算：

PRQX831.651.335631.010.355U0.66V

U10000U%U0.66100%100%6.6%UN10

符合要求

5.5 0.4kV侧线路

进入各个车间的导线接线采用TN-C系统；从变电所到各个车间及宿舍区用埋地电缆供电，电缆采用VV22型铜芯交联聚氯乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力

电缆，根据不同的车间负荷采用不同的截面。其中导线和电缆的截面选择满足条件：

（１）相线截面的选择以满足发热条件即，IalI30；

（２）中性线（N线）截面选择，这里采用的为一般三相四线，满足A00.5A；（３）保护线（PE线）的截面选择 ①A35mm2时，APE0.5A； ②A16mm2时，APEA；

③16mm2A35mm2时，APE16mm2。

④保护中性线（PEN）的选择，取（N线）与（PE）的最大截面。结合计算负荷，可得到由变电所到各个车间的低压电缆的型号为：

表5-1 低压电缆线路选择统计

计算负荷电流

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

车间名称纺丝机筒绞机烘干机脱水机通风机淋洗机变频机传送机原液车间照明酸站照明锅炉房照明排毒车间照明其他车间照明

导线型号

VV22-1KV-3×240+1×95 VV22-1KV-3×35+1×10 VV22-1KV-3×35+1×10 VV22-1KV-3×35+1×10 VV22-1KV-3×240+1×95 VV22-1KV-3×35+1×10 VV22-1KV-3×630+1×800 VV22-1KV-3×35+1×10 VV22-1KV-3×630+1×800 VV22-1KV-3×240+1×95 VV22-1KV-3×240+1×95 VV22-1KV-3×150+1×95 VV22-1KV-3×240+1×95

I30/A

223.21 52.5 74.99 13.83 210 20.93 927.7 29.3 1613.50 373.70 384.58 173.65 319.06

第6章短路电流的计算

6.1 造成短路的原因

造成短路原因：绝缘损坏、设备老化、使用不当、外力作用、误操作等。（1）供电系统中不等电位的点没有经过用电器而直接相连通。（2）类型三相、两相、两相接地、单相、单相接地。

（3）最关键的两个短路.电流最大短路电流选择设备、导线，最小短路电流---继电保护装置校验.短路的电压与电流的相位差较正常时增大，接近于90度。单相短路只发生在中性点直接接地系统或三相四线制系统中。

（4）其他层间、层间短路。主要指电动机、变压器和线圈等。

6.2 短路电流的计算

在电力工程计算中，常采用各物理量的标幺值进行运算。某物理量的标幺值是指其实际值与选定的同单位的基值之比，即标幺值＝实际值/基值。标幺值是一个相对值,没有单位,习惯用各物理量原来的符号右下角加\"*\"号来表示。

表6-1 短路计算公式

参数名称功率

有名值 S

标幺值

说明

一般取Sd=100MVA

SS SdU UdI Id电压 U

U一般取Ud=U

电流 I

IIdSd3Ud

电抗 X

XXSd=2 XXdUdX*是以Sd为基准容量的标

幺值

变压器电抗

线路电抗

UK%U2N XT100SNXTUk%Sd

100SN

续表6-1

XLX1L XLX1LSd 2UdX1为线路每公里电抗值

电抗器电抗

XRXR%UN1003IN XRXR%UNSd XR%为电抗器铭牌上数值 21003INUd系统等值电

抗

U2XSN

SKX''MXSSdSd SK3IKUNSK为某点短路容量，Ik为

该点的三相短路电流

电动机电抗

UK%U2N 100SN'X'MSd KSTSNKST为启动电流倍数

按无穷大系统供电计算短路电流。短路计算电路图见图6-2。

大系统X城北35kV母线X2=0.6135kV线路总降变35kV侧X3=3.252总降变10kV母线X4=0X5=4.53车间变0.4kV母线车间负荷图6-2 短路等效图

厂内10kV线路

工厂总降压变35kV母线短路电流（短路点①）（1）确定标幺值基准：

Sd100MVA，Uav37kV

IdSd3Uav1003371.56kA

（2）计算各主要元件的电抗标幺值：系统电抗（取短路器SOC1500MVA）

X1Sd1000.067 Soc15001000.6372

35kV线路LGJ-35电抗

X20.43319 32

（3）求三相短路电流和短路容量： ①总电抗标幺值：

X0.06710.60.367 2②三相短路电流周期分量有效值：

(3)IkId1.564.25kA X0.367③其他三相短路电流电流值：

(3)I(3)IkI(3)4.25kA

(3)ish2.55I''(3)2.554.2510.84kA (3)ish1.1I''(3)1.14.254.68kA

④三相短路容量：

(3)SkSd100272.48MVA X0.367⑤两相短路电流：

Ik(2)3(3)3Ik4.253.68kA 2210kV母线短路电流（短路点②）确定标幺值基准：Id2Sd3Ud2100310.55.5kA

（1）计算各主要元件的电抗标幺值： ①系统电抗

X1Sd1000.067 Soc15001000.6237

②35kV线路LGJ-35电抗

X20.43319③35kV/10kV电力变压器电抗Uk%6.5

Uk%Sd6.5100103X33.25 2100SN37

（3）求三相短路电流和短路容量： ①总电抗标幺值：

XX1X2X30.63.250.0671.99 22②求三相短路电流周期分量有效值：

(3)IkId5.52.76kA X1.99③其他三相短路电流电流值：

(3)I(3)IkI(3)2.76kA

(3)ish2.55I''(3)2.552.767.04kA (3)ish1.1I''(3)1.14.253.04kA

④三相短路容量：

(3)SkSd10050.25MVA X1.99⑤两相短路电流：

Ik(2)3(3)3Ik2.762.39kA 220.4kV母线短路电流（短路点③）（1）确定标幺值基准：

Sd100MVA，Uav0.4kV

Id2Sd100144.34kA

3Ud230.4（2）计算各主要元件的电抗标幺值： ①系统电抗

X1Sd1000.067 Soc1500②35kV线路LGJ-35电抗

X20.433191000.6237

③电力变压器电抗

Uk%6.5

Uk%Sd6.5100103X33.25 2100SN37④10kV厂内架空线路电抗（给变电所Ⅰ供电）：因这段10kV架空线路很短，l0，电抗可不计。

X40

⑤10/0.4kV电力变压器（1000kVA变压器U%45%）：

Uk%Sd4.5100103X34.5

100SN1001000（3）求三相短路电流和短路容量： ①总电抗标幺值：

X0.0670.63.2504.54.24 22②求三相短路电流周期分量有效值：

(3)IkId144.3434.04kA X4.24③其他三相短路电流电流值：

(3)I(3)IkI(3)34.04kA

(3)ish2.55I''(3)2.5534.0486.80kA (3)ish1.1I''(3)1.134.0437.44kA

④三相短路容量：

(3)SkSd10023.58MVA X4.24⑤两相短路电流：

Ik(2)3(3)3Ik2.7626.02kA 22三相短路电流和短路容量计算结果列表汇总如表6-3所示。

表6-3 短路计算汇总

短路点计

三相短路电流

三相短路容

两相短路电流

算 ①点

I``(3)

4.25 2.76

3Ik

3I

3ish

3Ish

量

Sk3

Ik(2)

35kV

②点

4.25 2.76

10.84 7.04

4.68 3.04

272.48 50.25

3.68 2.39

10kV

③点

0.4kV

34.04 34.04 34.04 86.80 37.44 23.58 26.02

第7章变电所一次设备的选择与校验

7.1 高压断路器的选择

除需满足各项技术条件和环境条件外，还应考虑便于安装调试和运行维护，并经技术经济比较后才能确定。断路器的选择及校验条件如下：（1）UεdUs；（2）I30IN；

22timaIt；（3）热稳定校验I30(3)imax。（4）动稳定校验Ish表7-1 35kV高压断路器选择校验

序号 1 2 3 4 5

装设地点的电气条件项目

数据 35kV 25.5A 4.25kA 10.84kA 4.2520.7513.55

SW2-35/600型断路器

项目

数据 35kV 600A 6.6kA 17kA 6.624174.24

结论合格合格合格合格合格

UN I30

UN IN Ioc imax

Ik(3)

(3)

Ish(3)2Itima

It2t

表7-2 10kV高压断路器选择校验

序号 1 2 3

装设地点的电气条件

项目

数据 10kV 40.07A 2.76kA

SN10-10I型断路器

项目

数据 10kV 630A 16kA

结论合格合格合格

UN I30

(3)Ik

UN IN Ioc

续表7-2

序号 4 5

装设地点的电气条件

项目

(3) Ish(3)2Itima

SN10-10I型断路器

项目

数据 40kA

结论合格合格

数据 7.04kA

2.7620.755.71

imax

It2t

16241024

7.2 隔离开关的选择

（1）隔离开关的主要用途：

①隔离电压，在检修电气设备时，用隔离开关将被检修的设备与电源电压隔离，以确保检修的安全。

②倒闸操作，投入备用母线或旁路母线以及改变运行方式时，常用隔离开关配合断路器，协同操作来完成。

③分、合小电流。

（2）隔离开关选择和校验原则是： ①UεdU； ②I30IN；

(3)imax； ③Ish22timaIt。 ④I30表7-3 35kV隔离开关选择校验

序号 1 2 3 4

装设地点的电气条件项目

数据 35kV 25.5A 10.84kA 4.2520.7513.55

GW2-35G型隔离开关

项目

数据 35kV 600A 42kA 20241600

结论合格合格合格合格

UN I30

(3) Ish(3)2Itima

UN IN imax

It2t

表7-4 10kV隔离开关选择校验

序号 1 2 3 4

装设地点的电气条件

项目

数据 10kV 40.07A 7.04kA

项目

GN6-10T/200型隔离开关

数据 10kV 630A 25.5kA

结论合格合格合格合格

UN I30

(3) Ish(3)2Itima

UN IN imax

2.7620.755.71

It2t

1024400

7.3 低压断路器的选择

（1）低压断路器过电流脱扣器的选择过电流脱扣器的额定电流INOR 应大于等于线路的计算电流，即INORI30。

（2）断路器的额定电压UNOR 应不低于所在线路的额定电压UN，即

UNORUN。

（3）断路器断流能力的校验条件：

对动作时间在0.02s及以下的断路器（DZ型）为

(3)IocIsh

(3)或 iocish

对动作时间在0.02s以上的断路器（DW型）为

(3)IocIk

(3)或 ioc2Ik

表7-5 低压断路器选择校验

0.4kV进线侧

型号额定电压计算电流

设备的额定电流 1000A

断路电流

设备的开断电流 50kA

DW16-1000 0.4kV 976.54A 13.21kA

续表7-5

0.4kV出线侧

型号 DW16-1000 DW16-630

额定电压 0.4kA 0.4kV

计算电流 927.2A 384.58A

设备的额定电流 1000 630A

断路电流 __ __

设备的开断电流 50kA 20kA

7.4 电流互感器的选择与校验

（1）电流互感器应按以下条件选择。

①电流互感器的额定电压应大于或等于所接电网的额定电压。 ②电流互感器的额定电流应大于或等于所接线路的额定电流。

③电流互感器的类型和结构应与实际安装地点的安装条件、环境条件相适应。 ④电流互感器应满足准确度等级的要求。

为满足电流互感器准确度等级的要求，其二次侧所接负荷容量S2不得大于规定准确度等级所对应的额定二次容量S2N，即

S2NS2

电流互感器的二次负荷S2 按下式计算

2S2I2N(ZiRwlRxc)

（2）电流互感器应按以下条件校验动、热稳定度多数电流器给出了相对于额定一次电流的动稳定倍数（Kes）和1秒钟热稳定倍数（Kt）,因此其动稳定度可按下式校验

Kes2I1Nish

其热稳定度可按下式校验

(KtI1N)tI2(3)2imat

如电流互感器不满足式上面式子的要求，则应改选较大变流比或具有较大的S2N或|Z2.al| 的互感器，或者加大二次侧导线的截面。

表7-6 35kV互感器选择校验

序号 1 2 3 4

装设地点的电气条件

项目

数据 35kV 25.5A 10.84kA

项目

LB-35型电流互感器

数据 35kV 200/5A

结论合格合格合格合格

UN I30

(3) Ish(3)2Itima

UN IN imax

400.2211.31kA (1000.2)2400

4.2520.7513.55

It2t

表7-7 10kV电流互感器选择校验

序号 1 2 3

装设地点的电气条件项目

数据 10kV 40.07A 7.04kA

项目

LA-10型电流互感器

数据 10kV 200/5A

结论合格合格合格

UN I30

(3)

Ish(3)2ItimaUN IN imax

1600.2245.25kA

2.7620.755.71

It2t

(900.0)220.25

合格

表7-8 0.4kV电流互感器选择校验

序号 1 2

装设地点的电气条件项目

数据 0.4kV 976.54A

项目

LM-0.5型电流互感器

数据 0.4kV 1000/5A

结论合格合格

UN I30

UN IN

7.5 电压互感器的选择

电压互感器应按装设地点的条件及一次电压、二次电压（一般为100V）、准确度级等条件进行选择。由于它的一、二次侧均有熔断器保护，故不需进行短路稳定度的校验。

表7-9 电压互感器选择

电压等级 35kV侧 10kV侧型号

JDJJ235 额定电压 35kV 10kV LA10 7.6 低压刀开关的选择

低压刀开关的类型很多。按其操作方式分，有单投和双投。按其基数分，有单极、双极和三级。按其灭弧罩和带灭弧的两种。

低压刀开关的选择及校验条件如下：（1）UNU；（2）INI30；

具体选择及校验如下表：

表7-10 低压刀开关选择

位置 0.4kV进线

型号 HD111000

额定电压 0.4kV

计算电流 976.54A

设备的额定电

流 1000A

7.7 高压熔断器的选择

（1）熔断器额定电压UN.FU应于所在线路的额定电压UN相适应（2）熔断器额定电流IN.FU应小于它所装设的熔体额定电流IN.FE

表7-11 高压熔断器选择

电压等级 35kV 10kV

型号 RW10-35 RN2-10

额定电压 35kV 10kV

额定电流 0.5A 0.5A

断流能力 17kA 50kA

7.8 配电所高压开关柜的选择

高压开关柜是按一定的线路方案将有关一，二次设备组装而成的一种高压成套配电装置，在发电厂和变配电所中作为控制和保护发电机，变压器和高压线路之用，也可作为大型高压开关设备，保护电器，监视仪表和母线，绝缘子等。高压开关柜有固定式和手车式两大类型。

本次设计选择的高压开关柜是GG-1A(F)-15高压开关柜

7.9 低压配电屏的选择

低压配电屏是按一定的线路方案将有关一、二次设备组装而成的一种低压成套配电装置，在低压配电系统中作动力和照明配电之用。

本次低压配电屏选择：PGL2-05，PGL2-20，PGL2-25。

7.10 母线的选择

材料及形状的选择

母线有铜、铝、刚等，铜的导线电率高，抗腐蚀；铝质轻、价廉、在选择母线材料时，应遵循“以铝代铜”的技术政策。

母线截面积的选择

变电所汇流母线截面，一般按长时最大工作电流选，用电流条件校验其动、热稳定性。但对平均负荷较大的母线则按经济电流密度选。

7.10.1 10kV母线的选择

（1）按长期允许电流选择硬铝母线，母线最大持续工作电流为：

Iwmax1.052565.07148.09(A)310.5

选择1LMY-3(404)单条平放。（2）硬母线的动稳定度校验

软母线不需要进行动稳定校验。硬母线要计算出承受短路冲击电流ish时出现的最大应力max，只有此值小于母线材料的允许应力才是动稳定的，铝的允许应力是

70106Pa.

max允

(3)(3)7.04kA，Ish3.04kA三相短路时所受的最大电动10kV母线的短路电流ish力为：

F(3)0.9mm23(7.04kA)107N/A238.63N

0.2m2母线的弯曲力矩：

F(3)l38.630.9M3.48Nm

1010母线的截面系数：

b2h0.0420.004W1.0710666

母线在三相短路时的计算应力： M3.48c5.44105Pa70106Pa6W1.0710 满足动稳定性要求。

（3）10kV侧母线热稳定性校验：

(3)校验条件：AAminItimaC

s，取tima0.75s。 2mm查产品资料，得铝母线的C87A允许的最小截面：Amin2.76kA0.75s87Asmm227.47mm2

从而AAmin，满足热稳定性要求。

7.10.2 0.4kV母线的选择

（1）按长期允许电流选择硬铝母线，母线最大持续工作电流为：

1.051423.67Imax2157.63A30.4选择3LMY-3(1008)+606双条平放。（2）硬母线的动稳定度校验

70106Pa。

max允

(3)(3)86.80kA，Ish37.44kA三相短路时所受的最大电0.4kV母线的短路电流ish动力为：

F(3)0.9mm23(86.80kA)107N/A25872.36N

0.2m2母线的弯曲力矩：

F(3)l5872.360.9M528.51Nm

1010母线的截面系数：

b2h0.120.008W1.3105m3

66母线在三相短路时的计算应力： M528.5166c39.7410Pa7010Pa5W1.3310 满足动稳定性要求。

（3）0.4kV侧母线热稳定性校验：校验条件：AAminI(3)timaC

s，取tima0.75s。 2mm查产品资料，得铝母线的C87A母线的截面： A=1008mm2=800mm2 允许的最小截面：

Amin34.07kA0.75s2 339.14mm287As/mm从而AAmin，满足热稳定性要求。

第8章继电保护

8.1 继电保护的任务和要求

8.1.1 继电保护的任务

（1）供电系统需迅速地切断故障，并保护系统无故障部分继续运行。（2）当系统出现非正常工作状态时，要给值班人员发出信号，使值班人员及时进行处理，以免引起设备故障。

8.1.2 继电保护基本要求

选择性：当供电系统某部分发生故障时，继电保护装置应使距离故障点的断路器动作，将故障部分切除，缩小停电范围，保障无故障部分运行。

快速性:快速切断短路故障可以减轻短路电流对电气设备的破坏程度，可以迅速恢复供电正常的过程，减小对用户的影响。

灵敏性：灵敏性是指对被保护电气设备可能发射的故障和不正常运行发生的反应能力。为了起保护作用，要求装置由一定的保护灵敏性。

可靠性：当发生故障时，要求保护装置动作可靠，即在应动作时不能拒动，而在不动作时不会误动作。

8.2 电力变压器继电保护

（1）35kv/10kv 2000kvA主变压器根据要求需装设的保护：

高压母线侧三相短路电流为I(3)k2.76kA高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。过电流保护动作电流的整定：取

Krel1.3，Kre0.8，Kw1，Ki200/540，ILmax2I1N。T22000kVA/(335kV)66A

故其动作电流：

Iop动作电流整定为3A。

KwKrel1.31ILmax66A2.68A

KiKre0.840①过电流保护动作时限的整定

(3)由于低压母线侧三相短路电流为Ik2.76kA，则KA2点发生三相短路时的电

流为：

Ik(2)Kw1Ik12760A69A Ki40查故对KA2的动作电流整定为：

n1Ik69A23 Iop3A'对KA2点整定时限为0.5s，则KA2的实际动作时间为t2=0.3s。则KA1实际动作时间为t1=t2+0.7s=1s.KA1的10倍动作电流为1.4s。所以需装设电流速断按保护。

②电流速断保护速断电流倍数整定：

Krel1.5,Ikmax2.76kA10/35kV788.5A

''故其速断电流为：

IqbKrel1.51Ik.max788.5A29.6A Ki40因此速断电流倍数整定为：

nqbIqbIop29.6A9.8 3A电流速断保护灵敏系数的检验

Ikmin0.866Ik0.8662.76kA1.2kA 22Iqb1因此其保护灵敏系数为

IqbKiKW29.6401184A 1SpIkmin1200A2 Iqb11184A根据GB50062-1992规定，电流保护（含电流速断保护）的最小灵敏系数为1.5，

这里的灵敏系数不满足要求。需装设差动保护。

从而，提高了运行效率,符合了经济生产、生活的需要。 ③过负荷保护：

动作电流Iop(ol)按躲过线路的额定一次电流I1N.T来整定，其计算为：

Iop(ol)1.333A1.07A 40动作时间取10-15s

（2）变电所I内装有两台10/0.4kV，800kVA的变压器。低压母线侧三相短路电流为Ik(3)34.4kA。高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。

①过电流保护动作电流的整定：

ILmax2I1N.T21000kVA/(310kV)115.47A

故其动作电流：

IopKwKrel1.31ILmax115.47A4.69A

KiKre0.840动作电流整定为5A。过电流保护动作时限的整定

由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。

②电流速断保护速断电流倍数整定

Krel1.5,Ikmax34.40.4kV/10kV1376A

故其速断电流为：

IqbKrel1.51Ik.max1376A51.6A Ki40断电流倍数整定为：

nqbIqbIop51.610.32 5电流速断保护灵敏系数的检验

Ikmin

Ik10.866Ik0.86634.04kA14.7kA 22248

Iqb1因此其保护灵敏系数为

IqbKiKW51.6A402064A

1SpIkmin14700A72 Iqb12064A根据GB50062-1992规定，电流保护（含电流速断保护）的最小灵敏系数为1.5，这里的灵敏系数满足要求。

③过负荷保护：

动作电流Iop(ol)按躲过线路的计算电流I1N.T来整定，其计算为：

Iop(ol)1.31.3I1N.T46.20A1.5A 4040动作时间取10-15s

（3）变电所II内装有两台10/0.4kV，1000kVA的变压器。低压母线侧三相短

(3)路电流为Ik34.4kA，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采

用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。

①过电流保护动作电流的整定：

ILmax2I1N.T2800kVA/(310kV)92.38A

故其动作电流：

IopKwKrel1.31ILmax92.38A3.75A

KiKre0.840过电流保护动作时限的整定

由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。

②电流速断保护速断电流倍数整定

Krel1.5,Ikmax34.40.4kV/10kV1376A

故其速断电流为：

IqbKrel1.51Ik.max1376A51.6A Ki40 49

因此速断电流倍数整定为：

nqbIqbIop51.6A12.75 4A③过负荷保护：

动作电流Iop(ol)按躲过线路的额定一次电流I1N.T来整定，其计算为：

Iop(ol)1.31.3I1N.T57.80A1.8A 4040动作时间取10-15s

（3）变电所III内装有两台10/0.4kV，630kVA的变压器。低压母线侧三相短

(3)路电流为Ik34.4kA，高压侧继电保护用电流互感器的变比为200/5A，继电器采

用GL-25/10型，接成两相两继电器方式。下面整定该继电器的动作电流，动作时限和速断电流倍数。

①过电流保护动作电流的整定：

ILmax2I1N.T2630kVA/(310kV)72.74A

故其动作电流：

IopKwKrel1.31ILmax72.74A2.96A

KiKre0.840过电流保护动作时限的整定

由于此变电所为终端变电所，因此其过电流保护的10倍动作电流的动作时限整定为0.5s。

②电流速断保护速断电流倍数整定

Krel1.5,Ikmax34.40.4kV/10kV1376A

故其速断电流为：

IqbKrel1.51Ik.max1376A51.6A Ki40因此速断电流倍数整定为：

nqbIqbIop51.6A17 3A③过负荷保护：

动作电流Iop(ol)按躲过线路的额定一次电流I1N.T来整定，其计算为：

Iop(ol)1.31.3I1N.T36.37A1.18A 4040动作时间取10-15s。（4）变压器瓦斯保护：

瓦斯保护是变压器的主要保护,能有效地反应变压器内部故障。轻瓦斯继电器由开口杯、干簧触点等组成,作用于信号。重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧触点等组成,作用于跳闸。正常运行时，瓦斯继电器充满油,开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧触点断开。

当变压器内部故障时，故障点局部发生过热,引起附近的变压器油膨胀,油内溶解的空气被逐出，形成气泡上升，同时油和其它材料在电弧和放电等的作用下电离而产生瓦斯。当故障轻微时，排出的瓦斯气体缓慢地上升而进入瓦斯继电器，使油面下降，开口杯产生的支点为轴逆时针方向的转动，使干簧触点接通,发出信号。

当变压器内部故障严重时,产生强烈的瓦斯气体，使变压器内部压力突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向干簧触点方向移劝，使干簧触点接通，作用于跳闸。

8.3 电力线路的保护

（1）35kV高压线路侧继电保护

在此选用GL-25/10型继电器。由以上条件得计算数据：变压器一次侧过电流保护的10倍动作时限整定为0.5s；过电流保护采用两相两继电器式接线；高压侧线路首端的三相短路电流4.25kA；变比为200/5A保护用电流互感器动作电流为5A。下面对高压母线处的过电流保护装置进行整定。（高压母线处继电保护用电流互感器变比为200/5A）

整定KA2的动作电流故

IopKrelKw1.31ILmax57.88A2.35A KreKi0.840根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为2A 。整定KA1的动作时限：

母线三相短路电流Ik反映到KA2中的电流：

Ik(2)Kw1Ik4250A106.25A Ki40 51

Ik对KA2的动作电流Iop的倍数，即：

n2Ik(2)Iop106.25A45.21

2.35A对K2点整定定时间为0.5s，则KA2的实际动作时间为t2'=0.1s。则KA1实际动作时间为t1'=t2'+0.7s=0.8s.KA1的10倍动作电流为0.5s。无需装设电流速断·保护。

过负荷保护：

动作电流Iop(ol)按躲过线路的计算电流I30来整定，其计算为：

Iop(ol)Krel1.3I3023.15A0.75A Ki40动作时间取10-15s 10kV侧线路继电保护

（2）变电所I整定KA2的动作电流

ILmax2.5I302.540.07A100.175A

故

IopKrelKw1.31ILmax100.18A4.06A KreKi0.840根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为4A。整定KA2的动作时限：

母线三相短路电流Ik反映到KA2中的电流：

Ik(2)Kw1Ik2760A69A Ki40Ik对KA2的动作电流Iop的倍数，即：

n2Ik(2)Iop69A17.25 4A'对K2点整定时限为0.5s，则KA2的实际动作时间为t2=0.3s。则KA1实际动作时间为t1=t2+0.7s=1.0s.KA1的10倍动作电流为1.4s。需装设电流速断保护。

电流速断保护速断电流倍数整定

Ikmax2760A

故其速断电流为：

IqbKrel1.51Ik.max2760A103.50A Ki40因此速断电流倍数整定为：

nqbIqbIop103.50A25.88

4A过负荷保护：

动作电流Iop(ol)按躲过线路的计算电流I30来整定，其计算为：

Iop(ol)1.31.3I3040.07A1.3A 4040动作时间取10s-15s

（3）变电所II整定KA2的动作电流

ILmax2.5I302.528.06A70.15A

故

IopKrelKw1.31ILmax70.15A2.85A KreKi0.840根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为3A 。整定KA2的动作时限：

母线三相短路电流反映到KA2中的电流：

Ik(2)Kw1Ik2760A69A Ki40对KA2的动作电流Iop的倍数，即：

n2Ik(2)Iop69A23 3A'对K2点整定时限为0.5s，则KA2的实际动作时间为t2=0.5s。则KA1实际动作时间为t1=t2+0.7s=1.2s.KA1的10倍动作电流为1.4s。需装设电流速断保护。电流速断保护速断电流倍数整定

Ikmax2760A

''故其速断电流为：

IqbKrel1.51Ikmax2760A103.50A Ki40因此速断电流倍数整定为：

nqbIqbIop103.50A34

3A过负荷保护：

动作电流Iop(ol)按躲过线路的计算电流I30来整定，其计算为：

Iop(ol)1.31.3I3040.07A1.3A 4040动作时间取10s-15s 过负荷保护：

动作电流Iop(ol)按躲过线路的计算电流I30来整定，其计算为：

Iop(ol)1.31.3I3028.06A1A 4040动作时间取10s-15s

（4）变电所III整定KA2的动作电流

ILmax2.5I302.518.60A46.50A

故：

IopKrelKw1.31ILmax46.5A1.89A KreKi0.840根据GL-25/10型继电器的规格，动作电流整定为2A 。整定KA2的动作时限：

母线三相短路电流反映到KA2中的电流：

Ik(2)Kw1Ik2760A69A Ki40对KA2的动作电流Iop的倍数，即：

n2Ik(2)Iop69A34.5 2A'对K2点整定时限为0.5s，则KA2的实际动作时间为t2=0.2s。则KA1实际动作时间为t1=t2+0.7s=0.9s.KA1的10倍动作电流为0.5s。不需装设电流速断保护。

过负荷保护：

动作电流Iop(ol)按躲过线路的计算电流I30来整定，其计算为：

Iop(ol)1.31.3I3018.6A0.6A 4040动作时间取10s-15s

8.4 并联电容器组的保护

随着高压配电网无功补偿需要的加大，无功补偿电容设备大量增加，合理配置电容器保护和正确应用电容器各种保护整定计算的公式十分重要。而随着内熔丝技术的发展，大量的并联电容器装置，尤其是集合式并联电容器装置单元内部采用了内熔丝结构，传统的保护整定原则已经不能适应。电容器组保护中对电容器内部元件击穿故障以及退出部分电容器所造成的过电流，采用的保护方式较多，一次为单星形接线的有桥差电流保护、开口三角电压保护、零序电压保护以及相电压差保护；一次为双星形接线的有中性线电流平衡保护、中性线电压平衡保护。

第9章车间变配电所二次回路设计

9.1 二次回路操作电源的选择

变电所中为二次设备供电的电源，称为操作电源。操作电源的供电应十分可靠，它应保证正常和故障情况下都不间断供电。操作电源有直流和交流两种，除一些小型变（配）电锁采用交流操作电源外，一般变电所均采用直流操作电源。

直流操作电源体积小，安装接线方便，适合分散安装于各种型号的开关设备内。使之比一般直流屏系统更可靠，更经济（对小型用户终端更明显），又节省占地空间，降低线路损耗及安装工程量，且维护方便，为电力系统供电可靠性提供新的选择方案。

9.2 绝缘监察装置与测量仪表的选择

9.2.1 绝缘监察回路

小电流接地系统绝缘监察装置的工作原理是在小电流系统中发生单相接地故障后，根据小电流接地系统的特点，无论是中性点不接地还是经消弧线圈接地系统，零序电压均取自电压互感器的开口三角，零序电流来自每路出线的零序电流互感器，各种信号量经过微机装置采样，变换，并经过逻辑计算做出判断。

单相接地故障的传统检测方法是利用二次侧接成开口三角形的三相五柱式电压互感器。当系统发生单相故障时，开口三角形端将出现接近100 V的零序电压，使过电流继电器动作，启动中央信号回路的电铃和光字牌，运行人员可依据现象判断出电网上发生了单相接地故障。

传统检测方法存在以下缺点：无法保证在规定时间内判定出故障线路并使之与系统隔离，从而造成故障进一步扩大；运行人员执行起来比较繁琐，增加了倒闸操作的强度；造成非故障线路非计划停电，造成不必要的停电损失，并延误接地故障的排除时间。利用小电流接地系统绝缘监察装置可以避免传统检测方法的缺点，迅速定位接地故障部位。

变电所高压侧装有电压互感器--避雷器柜，其中电压互感器为3个JDZJ-10型，组成Y/Y/ 的接线，以实现电压测量和绝缘监视。

图9-1 绝缘监视监察装置及电压测量电路

TV-电压互感器 QS-高压隔离开关及辅助触点 SA--电压转换开关 PV-电压表 KV-电压继电器 KS-信号继电器 WC-控制小母线 WS-信号小母线 WFS-预报小母线

9.2.2 电测量仪表

电测量仪表：对电力装置回路的电力运行参数作经常测量、选择测量、记录用的仪表和作计费、技术经济分析考核管理用的计量仪表的总称。

电测量仪表按其用途，分为常用测量仪表和计量仪表两类。前者是对一次电路的电力运行参数作经常测量、选择测量和记录用的仪表，后者是对一次电路进行供用电的技术经济考核分析和对电力用户用电量进行测量、计量的仪表，即各种电能表（又称电度表）。

9.2.3 电力测量测量回路

作为备用电源的高压联络线上，装有三相有功，三相无功电流表和电能表。高压进线上，亦装有电流表，低压侧的动力线路上，均装有有功和无功电能表。低压并联电容器组线路上，装有无功电能表。每一回路均装有电流表。低压母线上装有电压表。仪器准确度按规范要求。

9.3 断路器控制回路与信号装置的选择

高压断路器控制回路：指控制（操作）高压断路器分、合闸的回路。电磁操作机构只能采用直流操作电源，弹簧操作机构和手动操作机构可交直流两用，但一般

采用交流操作电源。断路器采用弹簧操作机构，可实现一次重合闸。

9-2 采用弹簧操动机构的断路器控制回路及信号系统

WC-控制小母线 WS-信号小母线 WAS-事故信号小母线 SB-绿色信号 RD-红色信号 YO-合闸电磁线圈 YR-

跳闸线圈 QF-断路器辅助触点 M-储能电机

合闸时，推上操作机构手柄使断路器合闸。这时断路器的辅助触点QF3－4闭合，红灯RD亮，指示断路器已经合闸。由于该回路有限流电阻R2，跳闸线圈YR虽有电流通过，但电流很小，不会动作。红灯RD亮，还表明跳闸回路及控制回路的熔断器FU1、FU2是完好的，即红灯RD同时起着监视跳闸回路完好性的作用。

分闸时，扳下操作机构手柄使断路器分闸。断路器的辅助触点QF3－4断开，切断跳闸回路，同时辅助触点QF1－2闭合，绿灯GN亮，指示断路器已经分闸。绿灯GN亮，还表明控制回路的熔断器FU1、FU2是完好韵，即绿灯GN同时起着监视控制回路完好性的作用。

在断路器正常操作分、合闸时，由于操作机构辅助触点QM与断路器辅助触点QF5－6都是同时切换的，总是一开一合，所以事故信号回路总是不通的，不会错误地发出事故信号。

当一次电路发生短路故障时，继电保护装置动作，其出口继电器KM触点闭合，接通跳闸线圈YR的回路（QF3－4原已闭合），使断路器跳闸。随后QF3－4断开，使红灯RD灭，并切断YR的跳闸电源。与此同时，QF1－2闭合，使绿灯GN亮。这时操作机构的操作手柄虽然仍在合闸位置，但其黄色指示牌掉落，表示断路器自动跳闸。同时事故信号回路接通，发出音响和灯光信号。这事故信号回路是按“不对应原理”接线的，由于操作手柄仍在合闸位置，其辅助触点QM闭合，而断路器已事故跳闸，其辅助触点QF5－6也返回闭合，因此事故信号回路接通。当值班员得知事故跳闸信号后，可将操作手柄扳下至分闸位置，这时黄色指示牌随之返回，事故信号也随之解除。控制回路中分别与指示灯GN和RD串联的电阻R1和R2，主要用来防止指示灯灯座短路时造成控制回路短路或断路器误跳闸。

第10章变电所的防雷保护与公共接地装置的设计

10.1 变电所的防雷保护

由设计任务书中气象资料得知，化纤工厂所在地区的年雷暴雨日数为20天。虽然发生雷暴的几率不属于高频地区，但是雷电过电压产生的雷电冲击波对供电系统的危害极大，因此必须对雷电过电压加以防护。

10.1.1 直击雷防护

根据GB50057-1994有关规定，在总降压变电所和车间变电所Ⅲ（其所供负荷为核心负荷，且靠近办公区和生活区，考虑防雷保护）屋顶可装设避雷带，避雷带采用直径8mm的圆钢敷设，并经两根引下线（直径8mm）与变电所公共接地装置相连，引下线应沿建筑物外墙敷设。

10.1.2 雷电波入侵的防护

（1）35kV架空线路上，在距总降压变电所1km的范围内，可架设避雷线。（2）在35kV电源进线的终端杆上装设FZ-35型阀式避雷器。其引下线采用25mm×4mm镀锌扁钢，下边与公共接地装置焊接相连，上面与避雷器接地端螺栓相连。

（3）在35kV总降压变电所主变压器的高压侧，装设JYN1-35-102型高压开关柜，其中配有FZ-35型避雷器，靠近主变压器配置，其用来防护雷电波入侵对主变压器造成的危害。

（4）在10kV车间变电所Ⅲ的高压配电室的母线上，装设GG-1A（F）-54型高压开关柜，其中配有FS-10型避雷器，靠近主变压器配置，其用来防护雷电波入侵对主变压器造成的危害。

10.2 变电所公共接地装置的设计

10.2.1接地与接地装置定义

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。

防雷接地：为把雷电流迅速导入大地，以防止雷害为目的的接地叫作防雷接地。建筑多属于一级负荷，应按一级防雷建筑物的保护措施设计，接闪器采用针带组合接闪器，避雷带采用25×4（mm）镀锌扁钢在屋顶组成≤10×10（m）的网格，该网格与屋面金属构件作电气连接，与大楼柱头钢筋作电气连接，引下线利用柱头中钢筋，圈梁钢筋，楼层钢筋与防雷系统连接，外墙面所有金属构件也应与防雷系统连接，柱头钢筋与接地体连接，组成具有多层屏蔽的笼形防雷体系。这样不仅可以有效防止雷击损坏楼内设备，而且还能防止外来的电磁干扰。各类防雷接地装置的工频接地电阻，一般应根据落雷时的反击条件来确定。防雷装置如与电气设备的工作接地合用一个总的接地网时，接地电阻应符合其最小值要求。

交流工作接地：将电力系统中的某一点，直接或经特殊设备（如阻抗，电阻等）与大地作金属连接，称为工作接地。工作接地主要指的是变压器中性点或中性线（N线）接地。N线必须用铜芯绝缘线。在配电中存在辅助等电位接线端子，等电位接线端子一般均在箱柜内。必须注意，该接线端子不能外露；不能与其它接地系统，如直流接地，屏蔽接地，防静电接地等混接；也不能与PE线连接。

在高压系统里，采用中性点接地方式可使接地继电保护准确动作并消除单相电弧接地过电流。中性点接地可以防止零序电压偏移，保持三相电压基本平衡，这对于低压系统很有意义，可以方便使用单相电源。

安全保护接地：安全保护接地就是将电气设备不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接。即将大楼内的用电设备以及设备附近的一些金属构件，用PE线连接起来，但严禁将PE线与N线连接。

屏蔽接地与防静电接地：为了避免所用设备的机能障碍，避免甚至会出现的设备损坏，构成布线系统的设备应当能够防止内部自身传导和外来干扰。这些干扰的产生或者是因为导线之间的耦合现象，或者是因为电容效应或电感效应。其主要来源是超高电压，大功率幅射电磁场，自然雷击和静电放电。这些现象会对设计用来

发送或接收很高传输频率的设备产生很大的干扰。因此对这些设备及其布线必须采

取保护措施，免受来自各方面的干扰。屏蔽及其正确接地是防止电磁干扰的最佳保护方法。可将设备外壳与PE线连接；导线的屏蔽接地要求屏蔽管路两端与PE线可靠连接；室内屏蔽也应多点与PE线可靠连接。防静电干扰也很重要。在洁净、干燥的房间内，人的走步、移动设备，各自磨擦均会产生大量静电。例如在相对湿度10～20％的环境中人的走步可以积聚3.5万伏的静电电压、如果没有良好的接地，不仅会产生对电子设备的干扰，甚至会将设备芯片击坏。将带静电物体或有可能产生静电的物体（非绝缘体）通过导静电体与大地构成电气回路的接地叫防静电接地。防静电接地要求在洁静干燥环境中，所有设备外壳及室内（包括地坪）设施必须均与PE线多点可靠连接。

10.2.2 接地电阻的要求

根据GB50057-1994规定，对于1kV以上的小接地电流系统，公共接地装置的接地电阻应满足以下条件

RE250且RE10 IE式中IE的计算可根据下列经验公式计算

U(l35lcab) IENoh350式中，UN为电网的额定电压，单位kV；loh为与UN侧有电联系的架空线路长度，单位为km；lcab为与UN侧有电联系的电缆线路长度，单位为km。

（1）总降压变电所公共接地装置的接地电阻计算

U(l35lcab)35kV(19km0)IENoh1.9A

350350250VRE131.6

1.9A因此总降压变电所公共接地装置的接地电阻可选为RE10。

（2）车间变电所Ⅲ公共接地装置的接地电阻计算

U(l35lcab)10kV(0350.45km)IENoh1.58A

350350250VRE158.23

1.58A因此车间变电所Ⅲ公共接地装置的接地电阻可选为RE10

10.2.3 接地装置的设计

（1）总降压变电所接地装置的设计

①现初步考虑采用直径50mm、长2.5m的镀锌钢管接地体，围绕变电所建筑四周，距变电所墙角2m～3m，垂直打入地下，管间距5m，管顶距离地面0.6m，管间用40mm×4mm的镀锌扁钢焊接。

②根据设计任务书中给定的地质水文资料，经查相关资料得砂质粘土土质的电阻率为100m，则单根钢管的接地电阻

RE(1)ρ/l100Ωm/2.5m40Ω

式中，l为钢管接地体的长度，单位为m。

③确定接地钢管数和最终接地方案

根据RE(1)/RE40/104，考虑到管子之间的电流屏蔽效应，初选6根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体。以n6和a/l5m/2.5m2（a为钢管的管间距，单位为m）查有关资料可得E0.71（E为多根接地体并联时的利用系数）。利用逐步渐进法求得

nRE(1)ERE406

0.7110因此可选择6根直径50mm、长2.5m的镀锌钢管作接地体，用40mm×4mm的镀锌扁钢焊接，环形布置。

第11章两部制电价用户电费计算

11.1 两部制电价的收费制度

电费制度：按两部制电费计算。变压器安装容量每1kVA为15元/月，动力电费为0.95元/ kWh, 照明电费为0.54元/ kWh。

在我国，目前对大多数工业和非工业用户采取的是两部制电价的收费制度。两部制电价是将电价分为基本电价和电度电价两部分，计算电费时将按用电容量乘以基本电价和按电量乘以电度电价所得的电费之和作为总电费的计算办法。执行两部制电价的客户还应按规定执行功率因数调整电费办法。

11.2 基本电费

基本电价是代表电力企业中的容量成本，即固定资产成本的投资费用。基本电价的计算，可按变压器的容量计算，也可按最大负荷需求量计算。我国规定：对哪类用户选择哪种计算办法由供电方的主管部门根据情况决定。

11.2.1 按用户自备受电变压器容量计算

凡是以自备专用变压器受电的用户，基本电费可按变压器容量计算。不通过专用变压器接用的高压电动机，按其容量另加千瓦数计算基本电费，1kW相当于此类用户占的比例较大，而在其中，无高压电动机的用户又占较大的比例。 1kVA。

11.2.2 按最大负荷需求量计算

由供电部门安装的最大负荷需求量表记录最大需求量的用户，其基本电费按最大负荷需求量计算。

11.3 电度电费

电度电费是代表电力企业中的电能的成本，即变动费用部分，其以实际消耗的电量来计算的。即用户总有功电度表的实耗电度或用户各有功电度表实耗电度的总和。将基本电费和电度电费相加，即为用户的全部电费的基本部分。就本厂而言，35kV变压器装机容量为2000kVA两台。10 k V变压器装机容量1000kVA 两台，

800kVA两台，630kVA两台。月用电量为X kWh，照明用电为Y kWh当地的压器安装容量每1kVA为 15元/月，动力电费为0.95元/ kWh 照明电费为0.54元/ kWh，则电费值=电度电费＋基本电费= 15（22000+21000+2630+2800)+ X0.95+0.54Y。

第12章结论与展望

12.1 结论

毕业设计是最重要的实践性教学环节，必须综合运用多门基础理论和专业课知识，将所学的理论知识融会贯通于设计过程中。电力工程设计必须根据专业技术标准进行，尽力使设计方案满足安全，可靠，经济多方面要求。

本次设计根据设计任务书的要求，进行负荷计算，拟定变电所系统组网的初步方案，选择主要电气设备，进行继电保护，接地防雷保护设计，并编制了电费预算。通过对设计原则性方案全面地技术分析，并经过多次计算和修改，最终绘制出电气主接线图。

12.2 展望

通过本次毕业设计，我学到了很多知识。巩固了所学的专业知识，了解并掌握了供配电的一般设计方法，具备了初步的独立设计能力；提高了综合运用所学理论知识独立分析问题解决问题的能力，为我们今后的发展打下了良好的基础。但是毕业设计也暴露出一些不足之处，比如对于原始数据中未给出，尚缺的，自己没有充分收集和补充。设计往往要经过无数次的试算，若发现结果不符合要求，要重新来过。由于乏综合应用专业知识的能力，虽未出现重大原则性错误，但设计存在不少局限性。希望在今后学习中不断加强改正。

致谢

本课题是在张建云老师的精心指导下完成的，张建云老师严谨求实的工作作风和治学精神使我受益匪浅。在毕业设计过程中，张建云老师认真指导，多方面支持，给出了许多很好的指导意见。在此表示衷心的感谢！

同时，在毕业设计过程中，还得向在大学四年中教过我的任课老师表示感谢，使我在毕业设计过程中能够熟练的运用理论知识。

参考文献

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附录

附录A 外文资料

Application of Control System on the Base of PLC in power-supply system

The paper introduces a distributed control system of sewage treatment, and the core of the system is PLC. The structure of the control system, the assignment and implementation of the tasks, the control scheme and the design concept of program are expounded. The way of central monitoring management and dispersing control is used by the control system; the long一distance control and monitoring of field equipment are uncharged of the upper computer; the software program of designs uses Intouch7. 0. The specific technology, equipment, the controlling of main parameter and several running data are uncharged of the PLC stations, and the software program of designs uses Concept 2.2XL with online tracking and outline simulating. MB+ net is adopted by the communication between the upper computer and the PLC stations, with its simply build ingnet, quickly running and stable communication. The automatic control of PLC has been successfully completed in sewage treatment, which has improved the operation efficiency and management level of sewage treatment equipment

Introduced to take PLC as the distribute type control system of core in the wastewater treatment system of apply.Concretely described the structure, mission of the control system an allotment and carry out, the way of control and the thought of the program design. The way controled the concentration monitor of the system adoption a management and scattered a control, the place of honor machine be responsible for the spot the long range of the equipments control and surveillance, software adoption Intouch7. 0 draw up.The PLC native station is responsible for to the concrete craft, equipments and is mainly controled parameter to carry on control and collect various movement data, the program design adoption have on-line follow with off-line imitate the

Concept of true function 2. 2 XL software.Place of honor machine and of the PLC adoption set the net be quickly simple and circulate speed, correspond by letter the stability strong MB+net.The whole control system successfully solved the PLC controls a problem in the automation within wastewater treatment and raised a wastewater treatment equipments to circulate an efficiency and manage level.

Recently, for carrying out high quality, low consume, stable dependable movement.Domestic and international many wastewater treatment factorieses adopted a modern forerunner to control technique and calculator technique and constitute calculator direct, control thus, manage system.Make system excellent to turn movement.But the programmable logic controller(PLC) then take microprocessor as core.Synthesize the calculator technique automatically controls technique and correspondence technique but develops of a kind of new and in general use utomatic control device.Have structure simple, function superior, dependable sex Gao, work properly words in general use, be easy to plait distance, usage convenience etc. advantage etc..The silver Chuan City the first wastewater treatment factory adopted a SBR craft and take PLC as the control system of core, day after handling the sewage 10 × 104 t the processing of reach mark sewage can used for an agriculture irrigation.

1 Control system structure

Control the way of \"concentration monitor management, scatter a control\" of the system adoption.The emulation hold, place of honor machine, gather a line machine, printer to Be located on medium control room, two set PLCs are located on control the spot.Adopt this kind of structure can make the information in the production line can centralized management with carry out whole operation, management with excellent turn.Also make to control dangerous dispersion in the meantime, raise the system credibility.

1．1 The upper computers

Medium control two calculator adoption PII class works of room to control machine, circulate the operate system of Windows NT.The place of honor machine be responsible for on the scene establish each long range control(full-automatic control, automatic control, order to move a control)

with surveillance, make use of Intouch7. 0 engineering software packages provide a good person machine dialogue boundary but obtain concerning parameter and equipments appearance information from the PLC by searching a way, keep a view manifestation to come out on the CRT by good sketch type, print a necessary data in the meantime and be provided for lord to control and manager instruction produce.Supervise and control boundary but include the system total diagram, system cent diagram, imitate the quantity general chart, parameter a constitution, report to the police a window, history trend and register a window etc. boundary but.In the system total diagram, circulate the personnel can keep watch on signals, such as all movement appearances, equipments trouble and liquid which control an equipments and discharge...etc..Operate a personnel in the system the cent the diagram can carry on a single machine point to move to circulate an operation to all control equipmentses, become the set automatically circulate operation or the whole factorieses full-automatic operation combine surveillance.In the meantime place of honor machine 2 and do a plait distance a machine.Medium control room to establish another an inset type emulation to hold, is been one control by the place of honor machine, in order to keep the craft process of the view manifestation whole factory and main parameter value.

1．2 The PLC stand

According to wastewater treatment of two part, the spot the long range of the equipments the control output and the spot the signal collect to control a station completion from two PLC wood ground.PLC1 native control station control the space grid, sewage promote a pump house, Pu spirit to sink sand pond's etc. to prepare a processing part.The PLC2 native control station controls dirty mire to dehydrate, press to filter machine etc. department..PLC3 native control station control SBR living creature processing part.Moreover, the on the spot native control station is each to establish an operation terminal to establish each, be responsible for at native to establish each control on the scene.（automatic control, order to move a control）

The spot is each the physical parameter that the supervision order and include water level, temperature, discharge and turn soon, electric current's

etc. imitate quantity, from to in response to of an appearance spread a feeling machine or change to send to a machine examination to come out and change into the electric current signal of the 4~20 mA, through shield inside the PLC that the electric cable sends to each statures system, from the PLC picks up a people through various mold piece sample telecommunication number.Same, imitate quantity control the signal send to performance organization by the 4~20 mA electric current form after being output by the PLC, control performance organization of action.

The Modicon Quantum series PLC of Schneider company is satisfy liberal of, according to standard of network conjunction and the spot total line conjunction etc. application the technique provided various network a choice, support Modbus, Mod-bus Plus(MB+), the long range I/0, TCP/IP etc. network conjunction, have stronger and vivid.Therefore, the wastewater treatment is convenient to arrive of the PLC choose the series of Modicon Ouantum of use Schneider.

1．3 Correspondences

MB+agreement is the Modicon company release of an open type of the adoption IEEE802. 4 correspond by letter 5 agreements the spot total line of card agreement.MB+the network together other networks compare to have a set of net simple, the investment be little, network speed quick, correspondence the stability strong etc. characteristics, it make calculator, controller and other data sources through an usage double wring line or fiber optic cable Be a body to together carry on correspondence at the whole network top.But the CPU mold piece of the Modicon Quantum series PLC imply MB+correspondence, therefore correspond by letter a network to choose to use MB+network.Medium control two machine, two control stations with native PLC of room to pass MB+the network link together.The PLC CPU mold piece passes MB+correspondence and two machines carry on data commutation and collect the place of honor supervision various operation instruction of the system and the spot the examination signal and data, through analysis handle, pass exportation mold piece to control object output control signal;In the meantime, the PLC passes MB+net upward the machine return to various data, place of honor machine logarithms according to carry on an operation processing, show various signal

and print various statement.

2 The design of PLC control program

The system has four kinds of control methods:The native hand moves a control, single set equipments point moves a control, become a set, the equipments automatically controls, the whole factory equipments full-automatic control.Two kinds of ex- with general methods at establish each adjust to try or maintain usage, the system is mainly circulate with full-automatic control.Under this kind of way, all each kind of equipmentses from PLC according to in advance draw up of procedure auto control, don't need to operate a personnel an intervention.Various spot data spreads a highest machine through a PLC, come out in the place of honor on board description and make the craft, equipments movement of whole factorieses get an overall control.

The living creature processing part of the PLC3 station control is the whole wastewater treatment of key part, be limited by space, only with the PLC3 stand of program design for example.

2．1 Process of control

The PLC3 stationses were use to control to get into Pu spirit from sewage, the pond is everywhere sewage run off Pu after manage spirit the whole process of the pond.Include turn of sequence and time- switch moderate breezes machine of control various valve, pump, breeze machine to soon regulate etc. in this process.The Pu spirit pond is the core of wastewater treatment to construct a thing, sewage is to come and go through a microbial living creature oxygenation in the pond in addition to organic matter, the processing effect of content to sewage of the oxygen in water is to go to a pass important.Request according to the SBR craft, the deliquescence oxygen in the Pu spirit pond content usually controls within the scope of 1~3 mgs/L and annoy a stage end to fuse an oxygen content in the Pu should be not over the 2 mgs/L.Contain the oxygen once measured low or lead Gao, all will influence a fluid matter quantity.Handle 4 sets of the 10 ×104 t the SBR of 8 pond modes to respond pond to the day, each one responds that the pond go together with a pedestal from change Pin machine control of breeze machine, used for annoying pond Pu spirit to by turn provide oxygen toward two Pus.Establish 4 pieces of

deliquescence oxygen test instruments in the different location of each Pu spirit pond, measure contain of sewage amount of oxygen in pond, the PLC separates a 5 mins to examine a deliquescence oxygen in a Pu spirit pond value each time, according to fuse oxygen of average value to control breeze machine to turn soon.If fuse oxygen low limit at the bottom of the enactment, the frequency modulation breeze machine turns to soon increase 5%;If fuse oxygen Gao while set upper limit, the frequency modulation breeze machine turns to soon lower 5%.So, carried out Pu spirit pond to provide automatically regulate of the amount of oxygen, since avoided unnecessary energy loss, again excellent turned movement craft.

2．2 The design of PLC program

The adoptive plait distance software is a Concept 2. 2 XLs.Concept is according to under the Windows of the PLC plait distance tool, have good customer's interface, and have on-line follow and off-line imitate true function.The control procedure of PLC3 stationses is divided into five procedure mold piece.

（1）Public mold pieces of procedure use-include a beginning to start to turn part, hour cent second etc. ask pulse unit, SBR to respond a period enactment, fuse oxygen enactment...etc..

（2）Order control mold pieces of the switch quantity -the coordination control report to the police of circulate and related breakdown of equipmentses, such as each valve, pump and breeze machine...etc.. The enter of SBR pond spirit valve, enter water valve, reflux pump, surplus dirty mire pump from PLC according to the craft of the wastewater treatment period time segment control, water valve from PLC according to craft time and super voice liquid the measured value of the instrument to control.

（3）Protection mold pieces of the off-power-system power failure after, the PLC saves all appearance locks and make after treating to add an electricity PLC instauration keep of the appearance continue to circulate.

（4）Mold pieces of correspondences -use to complete PLC and various data transmission of place of honor machine.

（5）Fuse an oxygen value to automatically regulate a mold piece-according to fuse an oxygen value to regulate breeze machine to turn soon and report

to the police of related breakdown.The target which regulates to turn soon promises the be worth of deliquescence oxygen as 2 mgs/L in the whole Pu spirit period.Adoptive control strategy is as follows:The Pu spirit period beginning, the breeze machine at top speed movement attains a 2 mgs/L in shorterly of the hour ask by making deliquescence oxygen and take 5 mins as a period to examine deliquescence oxygen to be worth in the meantime.When fuse an oxygen value big at the 2 mgs/L, the breeze machine turns to soon descend 5%;When fuse an oxygen value small at the 2 mgs/L, the breeze machine turns to soon rise 5%.If the breeze machine turns to soon rise to allow of tallest turn soon, fuse an oxygen value return small then maintain tallest to turn soon at the 2 mgs/L.This kind of circumstance may annoy the last phase of period to appear in the Pu, but also will not clearly influence wastewater treatment quality.

Supervise and control an exportation electric current of change the Pin machine value at any time in the Pu the spirit of the whole period, make it not exceed change the sum of Pin machine settle a value.If meet a surprised circumstance to make to output electric current exceed when the sum settle value, immediately lower breeze machine to turn soon.If the breeze machine turns to soon decline to allow of lowest turn soon, output electric current to return exceed the sum settle a value, then stop breeze machine and send out to report to the police signal in the meantime

Along with automatic control technical development, the UNITANK craft more and more gets extensively applied.Regard experience as principle currently, use DO, time, discharge as a craft control parameter, adjust the Pu spirit circulate of machine and line up mire the etc. lack accurate mathematics model to carry out the automatic control of higher layer of SBR method for time.Someone once put forward took the COD or the do as parameter of misty control of thought.The research direction of the automatic control of SBR method mainly is to look for several control parameters from now on, since can reflect into water of fluid matter water quantity variety and reaction process in of decline a solution circumstance, and then can do for the calculator control parameter.

The PLC gathers in proper order control and process to control at the integral whole and have dependable sex Gao, usage convenience, vivid, set net

simple of the characteristics be the emollient tool of the small scale industrial automation in the realization.In the wastewater treatment, according to PLC control system at solid sex, credibility, accurate sex etc. dint a but satisfied a design a request, promised wastewater treatment of smoothly progress.

Because of Internet fast development, hope can come to visit to ask wastewater treatment factory through an Internet of from control system, the Internet which needed to input user's name and password and then can carry out long range came to carried on a control to the equipments of whole factorieses.Transport the sewage data of wastewater treatment factory to the national environmental protection bureau through an Internet in the meantime city environmental protection bureau perhaps, for the purpose of the Bu class management of section to wastewater treatment factory.

基于PLC的控制系统在供电系统中的应用

介绍了以PLC为核心的分布式控制系统在供电系统系统中的应用。具体叙述了控制系统的结构、任务分配及实现、控制方式和程序设计思想.控制系统采用集中监测管理、分散控制的方式，上位机负责现场设备的远程控制和监视，软件采用Intouch7. 0编制。PLC本地站负责对具体的工艺、设备、主要被控参数进行控制及采集各种运行数据，程序设计采用具有在线跟踪和离线仿真功能的Concept 2. 2XL软件。上位机与PLC之间采用组网简单、运行速度快、通信稳定性强的MB+网。整个控制系统成功地解决了PLC在供电系统中的自动化控制问题，提高了供电系统设备运行效率和管理水平。

近年来，为了实现高质量、低消耗、稳定可靠的运行。国内外许多供电系统厂采用了现代先进控制技术和计算机技术，从而构成计算机监督、控制、管理系统.使系统优化运行。而可编程逻辑控制器（PLC）则是以微处理器为核心。综合了计算机技术自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵话通用、易于编程、使用方便等优点等。银川市第一供电系统厂采用了SBR工艺及以PLC为核心的控制系统，日处理供电10 x 104 t处理后的达标供电可用于农业灌溉。 1 控制系统结构

控制系统采用“集中监测管理，分散控制”的方式。模拟屏、上位机、集线器、打印机位于中控室，二台PLC位于控制现场。采用这种结构可使生产过程中的信息能够集中管理，以实现整体操作、管理和优化。同时，也使得控制危险分散，提高系统可靠性。 1.1 上位机

中控室的两台上位计算机采用PII级工控机，运行Windows NT操作系统。上位机负责现场设各的远程控制(全自动控制、自动控制、点动控制)和监视，利用Intouch7. 0工程软件包提供良好的人机对话界而，以查询方式从PLC获取有关参数和设备状态信息，以棒图形式在CRT上直观显示出来，同时打印必要的数据，供主控及管理人员指导生产。监控界而包括系统总图、系统分图、模拟量一览表、参数设置、报警窗、历史趋势、登录窗等界而.在系统总图里，运行人员能够监视所有控制设备的运行状态、设备事故及液位、流量等信号.在系统分图里，操作人员能够对所有控制设备进行单机点动运行操作、成组自动运行操作或全厂全自动操作

并监视。同时上位机2兼做编程器.中控室另设置一个镶嵌式模拟屏，由上位机1控制，用以直观显示全厂工艺流程及主要参数值。 1.2 PLC站

根据供电系统的二部分，现场设备的远程控制输出和现场信号采集由二个PLC木地控制站完成。PLC1本地控制站控制格栅、供电提升泵房、曝气沉砂池等预处理部分。PLC2本地控制站控制污泥脱水、压滤机等部。PLC3本地控制站控制SBR生物处理部分.另外，在现场本地控制站各设1台操作终端设各，负责在本地对现场设各的控制(自动控制、点动控制)。

现场各个监控点的物理参数，包括水位、温度、流量、转速、电流等模拟量，由对应的一次仪表传感器或变送器检测出来并转变为4～20 mA电流信号，经屏蔽电缆送到各个子系统的PLC内，由PLC通过各种模块接口采样电信号。同样，模拟量控制信号由PLC输出后以4～20mA电流形式送到执行机构，控制执行机构的动作。施耐德公司的Modicon Quantum系列PLC为满足开放的、基于标准的网络连接和现场总线连接等应用技术提供了多种网络选择，支持Modbus,Mod-bus Plus（MB+），远程I/0, TCP/IP等网络连接，具有较强的灵活性。因此，供电系统中用到的PLC选用施耐德的Modicon Ouantum系列。 1.3 通信

MB+协议是Modicon公司推出的一个开放式的采用IEEE802. 4令牌协议的现场总线通信5协议。MB+网络同其他网络相比具有组网简单、投资少、网络速度快、通信稳定性强等特点，它使计算机、控制器和其他数据源通过使用双绞线或光缆在整个网络上作为同位体进行通信。而Modicon Quantum系列PLC的CPU模块含有MB+通信口，因此，通信网络选用MB+网络.中控室的两台上位机、二个PLC本地控制站通过MB+网络连接在一起。PLC的CPU模块通过MB+通信口与两台上位机进行数据交换，采集上位监控系统的各种操作指令及现场检测信号和数据，经过分析处理，通过输出模块向控制对象输出控制信号；同时，PLC通过MB+网向上位机返回各种数据，上位机对数据进行运算处理，显示各种信号和打印各种报表。 2 PLC控制程序设计

系统有四种控制方式：本地手动控制，单一台设备点动控制，成组设备自动控制，全厂设备全自动控制。前二种方式一般只在设各调试或维修时使用，系统主要以全自动控制方式运行。在这种方式下，所有各类设备都由PLC按照预先编制的程序自动控制，不需要操作人员干预.各种现场数据通过PLC传至上位机，在上位机上描绘出来，使全厂的工艺、设备运行得到全面的控制。

PLC3站控制的生物处理部分是整个供电系统的关键部分，限于篇幅，仅以PLC3

站的程序设计为例。 2.1 控制过程

PLC3站用来控制从供电进入曝气池到处理后的供电流出曝气池的整个过程。在这个过程中，包括控制各种阀、泵、风机的顺序及定时开关和风机的转速调节等。曝气池是供电系统的核心构筑物，供电在池中是通过微生物的生物氧化作用来去除有机物的，水中氧的含量对供电的处理效果是至关重要的。根据SBR工艺要求，曝气池内的溶解氧含量通常控制在1～3 mg/L范围内，在曝气阶段末溶解氧含量应不超过2 mg/L.含氧量过低或过高，均会影响出水质量。对日处理10 x 104 t的4组8池模式的SBR反应池，每组反应池配一台由变频器控制的风机，用于向两个曝气池轮流曝气供氧。在每个曝气池的不同地点设4块溶解氧测试仪，测量池中供电的含氧量，PLC每隔5 min检测一次曝气池内的溶解氧值，根据溶解氧的平均值来控制风机转速。若溶解氧低于设定下限时，调频风机转速增加5 % ；若溶解氧高于设定上限时，调频风机转速降低5 %.这样，就实现了曝气池供氧量的自动调节，既避免了不必要的能源损失，又优化了运行工艺。 2.2 PLC程序设计

采用的编程软件是Concept 2. 2XL。Concept是基于Windows下的PLC编程工具，具有良好的用户界面，并具有在线跟踪及离线仿真功能。PLC3站的控制程序分为五个程序模块。

（1）公用程序模块——包括初始化部分、时分秒等时问脉冲单元、SBR反应周期设定、溶解氧设定等。

（2）开关量顺序控制模块——协调控制各个阀、泵、风机等设备的运行及相关故障的报警。SBR池的进气阀、进水阀、回流泵、剩余污泥泵由PLC根据供电系统周期的工艺时间段控制，出水阀由PLC根据工艺时间和超声液位仪的测量值来控制。（3）断电保护模块——系统断电后，PLC将所有状态锁存，待加电后使PLC恢复所保持的状态继续运行。

（4）通信模块——用来完成PLC与上位机的各种数据传送。

（5）溶解氧值自动调节模块——根据溶解氧值调节风机转速以及相关故障的报警。调节转速的目标是在整个曝气周期中，保证溶解氧的值为2 mg/L.采用的控制策略如下：曝气周期开始，风机以全速运行，以使溶解氧在较短的时问内达到2 mg/L，同时以5 min为周期检测溶解氧值。当溶解氧值大于2mg/L时，风机转速下降5 %；当溶解氧值小于2 mg/L时，风机转速上升5%.如果风机转速升到允许的最高转速时，溶解氧值还小于2mg/L，则维持最高转速。这种情况有可能在曝气周期的末期出现，但并不会明显地影响供电系统质量。

在曝气的整个周期内，随时监控变频器的输出电流值，使其不超过变频器的额定值。如遇到意外情况使输出电流超过额定值时，立即降低风机转速。如果风机转速降到允许的最低转速时，输出电流还超过额定值，则停风机，同时发出报警信号。

随着自动控制技术的发展，UNITANK工艺越来越得到广泛应用。目前以经验为主，以DO、时间、流量作为工艺控制参数，来调整曝气机的运行及排泥时间等，缺乏准确的数学模型来实现SBR法的更高层次的自动控制。有人曾提出以COD或DO为参数的模糊控制的思想。今后SBR法的自动控制的研究方向主要是寻找多个控制参数，既能反映进水的水质水量变化及反应过程中的降解情况，又能作为计算机控制参数。

PLC集顺序控制和过程控制于一体，具有可靠性高，使用方便、灵活，组网简单的特点，是实现中小规模工业自动化的有力工具。在供电系统中，基于PLC的控制系统在实时性、可靠性、精确性等力一而满足了设计要求，保证了供电系统的顺利进行。

由于Internet的快速发展，希望能够通过Internet来访问供电系统厂的自控系统，只需要输入用户名和密码便可实现远程的Internet来对全厂的设备进行控制。同时通过Internet将供电系统厂的供电数据输送到国家环保总局或者市环保局，以便卜级部门对供电系统厂的管理。

附录B 设备统计表

附表B-1 变压器选择

主变压器变电所Ⅰ 变电所Ⅱ 变电所Ⅲ

型号 SL7-2000/35 S9-1000/10 S9-800/10 S9-630/10

空载损耗P0 3.4 1.72 1.45 1.23

负载损耗Pk 19.8 10.0 7.2 6.0

附表B-2 线路选择

电压等级 35kV架空线 10kV架空线 10kV联络线 10kV母线 0.4kV导线 0.4kV母线

型号 LGJ-35 LGJ-35 LGJ-50 LGJ-25 LJ-25 LMY-3(404) VV22-1KV-3×630+1×800 VV22-1KV-3×240+1×95 VV22-1KV-3×150+1×95 LMY-3(1008)+806

附表B-3 电气设备选择

电压等级

熔断器低压刀开关

35kV侧 10kV侧

电压等级

型号 RW10-35 RN2-10

型号

额定电压 35kV 10kV 额定电压

额定电流 0.5A 0.5A 开断电流

开断电流 17kA 50kA 台数

台数 2 3

允许载流量

189A 189A 234A 154A 135A 480A 880A 480A 237A 2298A 阻抗电压

Uk%

空载电流

I0% 台数 2 2 2 2

6.5 4.5 4.5 4.5 1.1 1.1 1.2 1.2

0.433 0.39 0.38 0.38 0.35

0.4kV侧 HD11-1000 0.4kV 1000kA 10

续附表B-3

额定电压

开断电流

动稳定电流峰值 17kA 40kA

热稳定电流有效值 6.6kA 16kA

电压等级型号额定电流台数

断路器

35kV侧 10kV侧 0.4kV侧

SW2-35/600 SN10-10I DW16-1000 DW16-630

35kV 10kV 0.4kV 0.4kV

600A 630A 1000A 630A

40KA 17KA 50KA 20kA

3 13 12

电压等级

电流互感器

型号

额定电压 35kV 10kV 0.4kV

额定电流比 200/5 40/5 1000/5

动稳定电流峰值

650.22

1600.052

热稳定倍数

(1500.2)2

(900.05)2

台数

35KV侧 10KV侧 0.4KV侧

LB-35 LA-10 LM-0.5

10 22 27

电压互感器

额定电压

动稳定电流

开断电流

热稳定电流有效值 20kA 10kA

电压等级 35kV侧 10kV侧

型号 JDJJ2-35 JDZJ-10

额定电压 35kV 10kV

台数 2 3

隔离开关

电压等级型号额定电流台数

35kV侧 10kV侧

GW2-35G GN6-10T

35kV 10kV

42kA 25.5kA

600A 200A

42kA 25.5kA

8 14

雷电冲击电流下残压 /kv（峰值） 134 45

电压等级避雷器

产品型号

系统标称电压/k（有效值） 35 10

避雷器额定电压/kV（有效值）

51 17

避雷器持续运行电压/kV（有效值） 40.8 13.6

台数

35kV侧 10kV侧

FZ-35 FS4-10

2 2

附录C 系统图

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