35kV降压变电站毕业设计

华 北 水 利 水 电 学 院

毕 业 设 计 任 务 书

设计题目：TY35KV降压变电站设计

专 业：电气工程及其自动化 班级学号： 200505503 姓 名： 王晓朋 指导教师： 鲁改凤 设计期限：2009年 03月02日开始

2009年 05月16日结束

院 系： 电力学院

2009年03月01日

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任 务 书

一、题目：

TY35KV降压变电站设计

二、原始资料

（一）变电站性质及规模

为解决该供电区的用电问题在新城区新建35KV变电站。

该变电站服务对象是一个以农业为主的县城变电站。其用户供电区主要是发展中的本县新城区,含本县企、事业单位用电和居民生活用电。棉纺、印染、纺织、机械、农副产品加工及市区用电（包括商业、交通、居民生活等）等。变电站位于主要电、热用户附近，交通方便。

本变电站为35/10KV两级电压，2台主变压器。

35KV馈线最终2回，本期2回，采用架空进线，单母线接线；10KV馈线最终7回电缆出线，本期出线5回，,采用单母分段接线。

拟采用1条35KV输电线路（站甲线）经过变电站甲与系统联系；另一条35KV输电线路（站乙线）经过变电站乙与系统构成环网。

变电站容量 1×8000KVA+1×4000KVA。本期安装8000 KVA 无功补偿容量:最终2100千乏,本期1500千乏。

所用变2台,2×50KVA ，1台接于35KV进线侧，1台接于

10KV母线。

（二）负荷资料 负荷资料如表1-1所示。 所用电率：0.8%。

（三）变电站址地理位置及环境条件 1、站址地理位置图

变电站甲、变电站乙在本变电站正西方20KM，25KM处。 2、环境条件

该地区年最高温度40℃，年最低温度-16℃，最热月平均最高温度+32℃，海拔高度200m，地震烈度6度，厂区无严重污染，土壤热阻率ρt=120℃·cm/w，土壤温度20℃。

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表1-1 负荷资料表

电压 线路名称 站甲线 35KV 站乙线 出线1(生活) 出线2(机械) 出线3(商业) 10KV 出线4(农业) 出线5(纺织) 出线6 出线7 40MW 2200KW 2000KW 1300KW 800KW 3000KW 1000KW 800KW 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 25 5 2 6 1.5 3 4 4 5000 5500 4000 5500 5000 5000 4500 4500 西 方 备用 备用 最大功率 80MW cosφ 0.8 距离（km） 20 Tmax(h/y) 5000 其它 西 方 注：表中数据为最大负荷值，最小负荷为70%最大负荷；同时率取0.85~0.95。

三、设计内容

（一）电气一次部分 1、电气主接线设计；

2、短路电流计算及主要电气设备选择； 3、配电装置设计。 （二）电气二次部分

1、变压器、输电线路的保护配置设计； 2、变压器保护设计； 3、变压器保护整定计算； 4，母线保护整定计算

4、10KV线路保护的整定计算。 5. 站用变压器整定计算

四、时间安排

本次设计的时间共13周，各部分设计内容的时间安排大致如下：

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收集资料，消化吸收 1周 方案论证比较 1周 短路电流计算 1周 电气设备选择计算 2.5周 计算机绘图 2周 完善设计成果 2周 编制设计说明书 1.5周 审核、校对 1周 答辩 1周 总计 13周

五、毕业设计（论文）成果

(一) 设计说明书一份。

编制毕业设计（论文）的内容及结构规范： 1、毕业设计（论文）开题报告

2、毕业设计（论文）任务书（抄录原件有关内容） 3、目录

4、毕业设计（论文）正文

说明书的论述要流畅，结论要正确，要求打印。说明书页码应编号。 5、参考文献

6、专业相关文献翻译（原件及译文） (二)计算书。

(三)图纸（打印各[#3图纸]）。

（1）电气主接线图1张； （2）变电站平面布置图1张。

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华北水利水电学院本科生毕业设计开题报告

2009 年 03 月 05 日

学生姓名 题目名称 课题来源 王晓朋 学号 200505503 专业 电气工程及其自动化 TY35KV降压变电站设计 模拟 一、 变电站主要技术指标和主要设计参数 1、变电站性质及规模 为解决该供电区的用电问题在新城区新建35KV变电站。该变电站服务对象是一个以农业为主的县城变电站。其用户供电区主要是发展中的本县新城区，含本县企、事业单位用电和居民生活用电，棉纺、印染、纺织、机械、农副产品加工及市区供电（包括商业、交通、居民生活等）等。变电站位于主要电、热用户附近，交通便利。 2、变电站参数 （1）变电站容量：1×12000KVA+1×4000KVA，本期安装12000KVA。无功补偿容量：最终2100KVAR,本期1500KVAR。 （2）所用变压器参数：所用变两台2×50KVA。一台接于35KV进线侧，1台接于10KV母线。 3、电力负荷资料 负荷资料如表1-1所示。所用电率：0.8%。 表1-1 负荷资料表 最大功cos其电压 线路名称 距离（km） Tmax（h/y） 率 φ 它 西站甲线 80MW 0.8 20 5000 方 35KV 西站乙线 40MW 0.8 25 5000 方 出线1（生2200KW 0.8 5 5500 活） 出线2（机2000KW 0.8 2 4000 械） 10KV 出线3（商1300KW 0.8 6 5500 业） 出线4（农800KW 0.8 1.5 5000 业） 出线5（纺3000KW 0.8 3 5000 - V -

主 要 内 容 华北水利水电学院毕业设计

织） 备用 备出线7 800KW 0.8 4 4500 用 注：表中数据为最大负荷值，最小负荷为70%最大负荷；同时率取0.85~0.95。 4、变电站进线与出线 35KV馈线最终2回，本期2回，采用架空进线，单母线接线;10KV馈线最终7回电缆出线，本期出线5回，采用单母线分段接线。 拟采用1条35KV输电线路（站甲线）经过变电站甲与系统联系；另一条35KV输电线路（站乙线）经过变电站已与系统构成环网。 5、变电站地址地理位置及环境条件 （1）站址地理位置：变电站甲、变电站乙在本变电站正西方20KM、25KM处。 （2）环境条件：该地区年最高温度40℃，年最低温度﹣16℃，最热月平均最高温度﹢32℃，海拔高度200m，地震烈度6度，厂区无严重污染，土壤热阻率ρt=120℃•cm/w，土壤温度20℃。 二、 设计主要任务 设计内容为变电站电气一次部分和二次部分。电气一次设计包括选择本变电所主变的台数、容量和类型；设计本变电所的电气主接线，选出两个电气主接线方案进行技术经济综合比较，确定一个最佳方案；进行必要的短路电流计算；选择和校验所需的电气设备；设计和校验母线系统；进行继电保护的规划设计；进行防雷保护规划设计。 1、 负荷分析 本变电所是为满足本县新城区用电需要而建设，对其主变压器的容量选择，接线方式要符合系统运行可靠性的要求。 供电可靠性要求： 一类负荷: 必须有两个电源供电。 二类负荷：应尽量有两回线路供电，且线路应引自不同的变压器或母线段。 三类负荷：属于一般电力用户，可以用单回线供电。 2、主变压器选择 主变的选择包括主变压器的容量、台数的确定和型式的选择。 1) 容量的确定：考虑到变电站投资的经济性及其建设周期，主变容量要以变电站设计时5~10年左右的规划负荷为依据进行选择并综合考虑负荷性质、电网结构以及变压器制造水平等因素。 2) 台数确定：规划只装设两台主变压器，本期安装一台。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容量。 3) 型式选择：主变压器的型式会影响变电站的电气主接线。其型式包括变压器是三相或单相，三绕组或双绕组，中压侧或低压侧带不带绕组等。 3、电气主接线设计 出线6 1000KW 0.8 4 4500 - VI -

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电气主接线是变电站设计的主要任务，应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。 （1）保证必要的供电可靠性、要充分考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。 （2）具有调度灵活，操作方便，能满足系统在事故、检修及特殊方式下的调整要求。 （3）主接线应力求简单清晰，尽量节约一次设备的投资，节约占地面积，减少电能损失，即具有经济性。 （4）应能容易得从初期过度到最终接线，并在扩建过度时，一次和二次设备所需的改造最小，及具有发展和扩建的可能性。 4、短路电流的计算 进行短路电流计算是为了校验电气设备。一般情况下，三相短路电流产生的热应力和电动力较大，用来校验电气设备热稳定性和动稳定性。短路电流可以手算也可以机算，这里采用手算，其步骤如下： （1） 根据主接线图画出电气接线图 （2） 根据规定的电气设备选择任务，确定所用的短路计算点 （3） 计算各元件的电抗标幺值，画出等值电路图 （4） 对各短路计算点进行网络化简，求出总阻抗 （5） 求出机算电抗，查运算曲线表，求出各短路计算点的短路电流 5、主要设备的选择 （1）高压断路器按下列条件进行选择和校验 1）6~35KV选用真空断路器，35~500KV选用六氟化硫断路器 2）额定电压不低于电网的额定电压 3）额定电流不小于通过断路器的最大额定电流 4）校验断路器的断流能力 5）校验断路器的关合电流 6）动稳定和热稳定校验 （2）隔离开关的配置与选择 1）根据配电装置布置的特点，选择隔离开关的类型 2）根据安装地点选择户外式或者户内式 3）额定电压不低于电网的额定电压 4）额定电流不小于通过隔离开关的最大额定电流 5）动稳定和热稳定校验 （3）母线的选择 1）型式。一般采用铝材，只有当持续工作电流较大且位置特别狭窄的场所，或者腐蚀严重的场所才选用铜材 2）按最大工作电流选择 3）按经济电流密度选择 4）热稳定和动稳定校验 （4）电压互感器的选择 1）型式的选择，根据互感器安装的场所和使用条件，选择互感器的绝缘结构和安装方式 2）按额定电压选择 3）按容量与准确度级选取 - VII -

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（5）电流互感器的选择（同电压互感器的选择） （6）避雷器的配置 1）配电装置的每组母线上均应装设避雷器 2）变压器高低压侧中性点均应装设避雷器 3）220KV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器 一、设计整体思路和方法 1、查资料：详见参考文献以及网上查阅相关资料 2、问老师：指导教师安排指导时间 3、说明书：包括设计明细表 4、计算书：包括方案比较、电气设备的选择以及详细的计算过程 5、画 图：利用AutoCAD软件作图 二、主要技术路线和方法 1、负荷分析 负荷的行业性质：此次设计中，10kV侧负荷中包括本县企、事业单位用电和居民生活用电，棉纺、印染、纺织、机械、农副产品加工及市区供电（包括商业、交通、居民生活等）等。 2、主变压器选择 根据《35～110kV 变电所设计规范 GB50059-92》第3.1.2条 在有一、二级负荷的变电所中宜装设两台主变压器，当技术经济比较合理时，可装设两台以上主变压器。如变电所可由中、低压侧电力网取得足够容量的备用电源时，可装设一台主变压器。 根据《35～110kV 变电所设计规范 GB50059-92》第3.1.3条装有两台及以上主变压器的变电所，当断开一台时，其余主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。 3、 电气主接线方式选择 根据《35～110kV 变电所设计规范 GB50059-92》第3.2.3条 35～110kV线路为两回及以下时，宜采用桥形、线路变压器组或线路分支接线。超过两回时，宜采用扩大桥形、单母线或分段单母线的接线。35～63kV线路为8回及以上时，亦可采用双母线接线。110kV线路为6回及以上时，宜采用双母线接线。 根据《35～110kV 变电所设计规范 GB50059-92》第3.2.5条 当变电所装有两台主变压器时，6～10kV 侧宜采用分段单母线。线路为12 回及以上时，亦可采用双母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。当6～35kV 配电装置采用手车式高压开关柜时，不宜设置旁路设施。 根据《35～110kV 变电所设计规范 GB50059-92》第3.2.6条当需变电所6～10kV线路的短路电流时，可采用下列措施之一： （1）变压器分列运行； （2）采用高阻抗变压器； （3）在变压器回路中装设电抗器。 此次设计中，35kV侧为系统，两回线，可采用桥形接线或单母线接线；10kV侧负荷分为一、二、三级，又因其最终7回电缆出线，本期安装5回，故采用单母线或单母线分段接线方式。 - VIII -

采取的主要技术路线或方法 华北水利水电学院毕业设计

4、 短路电流计算 一般情况下，三相短路电流产生的热效应的电动力较大，所以这里只对三相短路电流进行计算。 此次设计中根据需要，可选择35kV、10kV母线和10KV出线电抗器后三处为短路点。 5、 继电保护的规划设计 在变电站的继电保护规划设计中，要特别注意各个继电保护设备之间的配合，保证他们之间的选择性。这实际上是各个保护保护范围的选择。 6、变电站防雷规划设计 架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所，是导致变电所雷害的主要原因，若不采取防护措施，势必造成变电所电气设备绝缘损坏，引发事故。在变电所内装设避雷器的目的在于入侵雷电波的幅值，使电气设备的过电压不致于超过其冲击耐压值。而变电所的进线段上装设保护段的主要目的，在于流经避雷器的雷电流幅值及入侵雷电波的陡度。 三、设计过程参考资料如下： [1]发电厂电气部分 华中工学院主编 [2]电力系统分析 何仰赞等编 [3]电力系统继电保护 天津大学主编 [4]电力工程电气设计手册（1、2册） 西北电力设计院编 [5]电力工业常用设备手册（3） 电力部成套设备公司 [6]35-110KV变电站设计规范 国标 [7]高压配电装置设计技术规程 水利电力部 [8]导体和电器选择设计技术规程 水利电力部 [9]断电保护和自动装置设计技术规程 水利电力部 [10]电力系统断电保护设计原理 吕继绍 [11]断电保护整定计算 吕继绍 [12]电力系统规划设计手册 西北电力设计院 [13]电气设计规范（汇编） 中国建筑工业出版社 [14]工厂与民用配电设计手册（第二版） 中国电力出版社 [15]工厂常用电气设备手册（上、下、补充册） 水利电力出版社 [16]建筑电气设备手册（上、下册） 中国建筑工业出版社 [17]《发电厂电气部分》设计计算资料 西北工业出版社 - IX -

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一、毕业设计书一份 1、毕业设计（论文）开题报告 2、毕业设计（论文）任务书（抄录元件有关内容） 3、目录 4、毕业设计（论文）正文 5、计算书 二、设计图纸 1、变电站电气主接线图 2、变电站平面布置图 三、专业相关文献翻译（原件及译文，汉字要求3000字以上） 本次设计的时间共13周，各部分设计内容的时间安排大致如下： 收集资料，消化吸收 1周 方案论证比较 1周 短路电流计算 1周 电气设备选择计算 2.5周 计算机绘图 2周 完善设计成果 2周 编制设计说明书 1.5周 审核、校对 1周 答辩 1周 签 名： 年 月 日 预期的成果及形式 时间安排 指导教师意见 备注

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摘 要

本设计对TY县城新城区的降压变电站电气部分进行了初步设计，包括电气一次部分和电气二次部分。

电气一次部分主要进行了主接线方案的拟定、主接线方案的技术经济比较、短路电流计算、主要电气一次设备（变压器、断路器、隔离开关、母线、电抗器、绝缘子、穿墙套管、避雷器、互感器 ）的选择校验、高压厂用电的接线设计和厂用变的选择、配电装置设计。

电气二次部分主要进行了35kv变压器保护的配置和整定计算、35KV母线的保护配置和整定计算、10kv出线的保护配置和整定计算。

关键词：电气主接线、短路电流、电气设备、配电装置、继电保护整定计算。

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Abstract

TY county on the design of the new City electric substation step-down part of the preliminary design, including a part of electrical and electrical parts of the second.

Electrical carried out a major part of the main cable programming, cable program of the main technical and economic comparison, short-circuit current calculation, a major electrical equipment (transformers, circuit breakers, isolating switches, busbar, Reactor, insulators, wear-wall bushing, arrester , transformer) the choice of calibration, high-voltage electricity cable plant design and plant selection changed, the design of power distribution devices.

Electrical carried out the second part of the main 35kv transformer protection configuration and setting, 35KV busbar protection configuration and setting, 10kv round

configuration and of the protection setting calculation.

Key words: electrical main connection, short circuit current, electrical equipment, power distribution devices, relay setting calculation.

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目 录

毕 业 设 计 任 务 书 ................................................ I 任务书 ............................................................. II 华北水利水电学院本科生毕业设计开题报告 .............................. V 摘 要 ............................................................. 1 Abstract ............................................................ 2 目 录 ........................................................... 3 第一部分 说明书 ................................................... 6 1 变电站一次部分设计 ................................................ 6 1．1接线方案的确定 ............................................... 6 1．2变压器的选择结果 ............................................. 6

1．2．1主变压器的选择结果 .................................... 6 1．2．2站用变压器的选择结果 .................................. 7 1.3 短路电流计算 ................................................. 7

1．3．1 在35KV母线上短路时（f1点）短路电流计算结果 .......... 8 1．3．2在10KV母线上短路时（f2）短路电流计算结果 ............. 8 1．3．3 在10KV出线5（纺织）带电抗器后短路（f3）短路电流计算结

果 .................................................... 9

1．4电气设备的选择 .............................................. 10

1．4．1 电气设备选择原则 ..................................... 10 1．4．2 按短路条件校验设备的动稳定和热稳定 ................... 11 1．4．3断路器及隔离开关的选择 ............................... 12 1.5导线的选择 ................................................... 14

1．5．1 35KV母线选择结果 ................................... 14 1．5．2 10KV母线选择结果 ................................... 14 1．6电流互感器选择结果一览表 .................................... 15 1.7电压互感器选择结果一览表 ..................................... 16 1.8熔断器选择结果 ............................................... 16 1.9支柱绝缘子和穿墙套管选择结果 ................................. 17 1．10无功补偿装置 ............................................... 17 1．11避雷器选择 ................................................. 17 1．12接地开关的选择结果 ......................................... 19 1．13配电装置设计 ............................................... 19 1.14屋内配电装置 ................................................ 20 1.15屋外配电装置 ................................................ 20 2 变电站二次部分设计 ............................................. 22 2.1继电保护的作用以及对继电保护装置的基本要求 ................... 22 2.2保护配置方案设计 ............................................. 22

2.2.1 35kV母线保护配置 ...................................... 22 2.2.2主变压器保护配置 ....................................... 23 2.2.3 10kv出线保护配置 ...................................... 25

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2.2.3.1 对10kV线路可能出现的下列故障或异常运行，应装设相

应的保护装置： ................................. 25

第二部分 计算书 .................................................. 28 3 降压变电站一次部分设计计算 ...................................... 28 3.1变压器的选择 ................................................. 28

3.1.1 主变容量的选择 ........................................ 28 3.1.2 所用变压器的选择 ....................................... 29 3.2 三相短路计算 ................................................ 29

3.2.1 35KV母线（f1）点短路电流计算 ......................... 30 3.2.2 10KV母线（f2）点短路电流计算 ....................... 31 3.2.3 10KV出线5（纺织）f3短路电流计算 .................... 32 3．2．4 当分段断路器在合闸状态10KV母线发生短路时，有两种情况

短路，简化网络图 ..................................... 33

3．3断路器和隔离开关的选择 ...................................... 34

3.3.1变压器35kv侧断路器及隔离开关的选择计算 ................ 34 3．3．2变压器10KV侧断路器及隔离开关选择计算 ................ 35 3．3．3分段断路器及隔离开关的选择 ........................... 36 3．3．4 10KV出线5（纺织）中断路器与隔离开关的选择 ........... 37 3．4 导体的选择 .................................................. 37

3．4．1 35KV母线的选择计算 ................................ 37 3．4．2 10KV母线的选择 ..................................... 38 3．4．3 10KV出线导线截面的选择 .............................. 39 3．5电流互感器的选择 ............................................ 42

3．5．1 变压器35KV侧电压电流互感器的选择 ................... 42 3．5．2变压器10KV侧电流互感器的选择 ........................ 42 3．5．3 10KV出线5（纺织）电流互感器的选择计算 ............... 42 3．5．4 10KV分段电流互感器的选择 ........................... 43 3．6电压互感器的选择 ............................................ 43 3．7熔断器的选择计算 ............................................ 43 3.8支柱绝缘子和穿墙套管的选择 ................................... 44 3.9避雷器的选择 ................................................. 45 3.10无功补偿装置选择计算 ........................................ 45 4 电厂二次部分设计计算 ........................................... 46 4．1 35KV母线保护整定计算（35KV单母线接线采用完全电流差动母线保护） ................................................................... 46

4.1.1.起动元件和选择元件 ..................................... 46 4.1.2断线闭锁元件 ........................................... 46 4.1.3保护装置灵敏度校验： ................................... 46 4．2 35KV变压器的整定计算 ...................................... 47

4．2．1 变压器差动保护 ....................................... 47 4．2．2变压器过电流保护整定计算 ............................. 49 4.2.3 35KV变压器过负荷保护 .................................. 50 4.2.4 瓦斯保护 .............................................. 50 4.3 10KV线路（出线5）保护（过电流保护） ....................... 51

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参考文献 ........................................................... 52 结束语 ............................................................. 53 附录一：专业文献原文及翻译 ......................................... 54 中文译文 ........................................................... 63

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第一部分 说明书

1 变电站一次部分设计

1．1接线方案的确定

根据任务书，35KV馈线最终2回，本期2回，采用架空进线，单母线接线，10KV馈线最终7回电缆出线，本期5回，采用单母线分段接线，1条35KV输电线路（站甲线）经过变电站甲与系统联系，另一条35KV输电线路（站乙线）系统构成环网，不难拟定最终接线方案

35kv10kv

图1-1 主接线方案的拟定

1．2变压器的选择结果

1．2．1主变压器的选择结果

综合最小负荷 S

min=Smax0.7=13.2970.7=9.308（MVA）

由最小负荷选择变压器

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额定容量 型号 （KVA） （KV） 35SF7—10000 10000/35 （KV） 压（％） 空载 短路 高压 低压 阻抗电流 （％） 连接组 台数 损耗（kw） 空载电50010 7．5 13．6 53 0.8 Y，d11 2 表1—2—1 S—三相，F—风冷

1．2．2站用变压器的选择结果

由任务书得知所用变额定容量为50KVA，由额定容量选择变压器

额定容量 型号 （KVA） S9—50 50/10 S9—50 50/35 （KV） 10Y,yn （KV） 压（％） 空载 短路 （％） 压 高低压 阻抗电损耗（kw） 空载电流 连接组 台数 5350．4 004 0．17 0．87 2．2 1 50．4 006．5 0．25 1．18 2．0 Y，yn 1 表1-2-2

1.3 短路电流计算

选择下图三个短路计算点 10KV出线电抗器选择NKL-10-300-4

因三相短路电流的热效应和电动力最大，所以以下仅对三相短路电流进行计算。 其中f3处为电抗器之后

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图1-3 短路计算点的确定

1．3．1 在35KV母线上短路时（f1点）短路电流计算结果

其中X

=

X1X25.8447.305==3.247

X1X25.8447.3051x标幺值为 I\"f=

=

10.308 3.247有名值为 I\"f=0.30810003374.806（KA）

标幺值I\"f 有名值I\"f(KA) 冲击电流ish(KA) 短路容量S(MVA) 0.308 4.806 12.234 表1—3—1

308 1．3．2在10KV母线上短路时（f2）短路电流计算结果

X

=X1+X1=3.247+3.356=6.603

1X标幺值 I\"f=

=

10.151 6.603- 8 -

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有名值 I\"f=0.1511000310.5=8.303(KA)

标幺值I\"f 有名值I\"f(KA) 冲击电流ish(KA) 短路容量S(MVA) 0．151 8.303 21.136 151 表1-3-2

1．3．3 在10KV出线5（纺织）带电抗器后短路（f3）短路电流计算结果

电抗器参数

稳定性 额定电压设备名称 型号 （kv） 出线电抗器 NKL-10-10 300-4 300 4 19100 17450 （A） （%） （A） 流（A） 额定电流额定电抗动稳定电流1s热稳定电X

=X1+X2+X5=3.247+3.356+6.982=13.585 =

10.074

13.585标幺值 If\"=

1X有名值 If\"=0.0741000310.54.069(KA)

标幺值I\"f 有名值I\"f(KA) 冲击电流ish(KA) 短路容量S(MVA) 0．074 4．069 10．358 74 表1—3—3

由以上结果可以看出：加设电抗器较大了短路电流。

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1．4电气设备的选择

电气设备的选择主要包括：变压器﹑断路器﹑隔离开关﹑电压互感器﹑电流互感器﹑母线﹑架空线﹑绝缘子﹑穿墙套管﹑避雷器、熔断器等。

1．4．1 电气设备选择原则

不同类别的电气设备承担的任务和工作条件各不相同，因此它们的具体选择方法也不相同。但是，为了保证工作的可靠性及安全性，在选择它们时的基本要求是相同的，即按正常工作条件选择，按短路条件进行热稳定校验和动稳定校验。 1.4.1.1 按正常工作条件选择设备

1、按使用环境选择设备 ① 温度和湿度

一般高压电气设备可在环境温度为－30～＋40oC的范围内长期正常运行。当使用环境温度低于－30oC时，应选用适合高寒地区的产品；若使用环境温度高于＋40oC时，应选用型号后带“TA”字样的干热带型产品。

一般高压电气设备可在温度为＋20oC，相对湿度为90％的环境下长期正常运行。当环境的相对湿度超过标准时，应选用型号后带有“TH”字样的湿热带型产品。 ② 污染情况

安装在污染严重，有腐蚀性物质﹑烟气﹑粉尘等恶劣环境中的电气设备，应选用防污型产品或设备布置在室内。 ③海拔高度

一般电气设备的使用条件为不超过1000m。当用在高原地区时，由于气压较低，设备的外绝缘水平将相应降低。因此，设备应选用高原型产品或用外绝缘提高一级的产品。现行电压等级为110kV及以下的设备，其外绝缘都有一定的裕度，实际上均可使用在海拔不超过2000m的地区。 ④安装地点

配电装置为室内布置时，设备应选户内式；配电装置为室外布置时，设备应选户外式。此外，还应考虑地形、地质条件以及地震影响等。

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2、按正常工作电压选择设备额定电压

所选电气设备的最高允许电压必须高于或等于所在电网的最高运行电压。设备允许长期承受的最高工作电压，厂家一般规定为相应电网额定电压的1.1～1.15倍，而电网运行的最高工作电压也在此范围内，故选择时只要满足下式即可：

UNUN S式中 UNS—设备所在电网的额定电压，kV；

UN—设备的额定电压，kV。

3、按正常工作电流选择设备额定电流

所选设备的额定电流应大于或等于所在回路的最大长期工作电流：

INImax

应当注意，有关手册中给出的各种电气设备的额定电流，均是按标准环境条件确定的。当设备实际使用环境条件不同时，应对其额定电流进行修正。

各种回路最大长期工作电流Imax的计算方法如下： ①发电机和变压器

由于发电机和变压器在电压降低5％时，出力可保持不变，故该回路的最

大工作电流应不小于相应额定电流的1.05倍。若变压器有过负荷运行的可能时，还应计及其实际的过负荷电流。

②馈电线路

ImaxPmax3UNcos(A)

式中 Pmax、Qmax——线路最大有功、无功负荷，kW及kvar; UN——线路额定电压，kV；

cos——线路最大负荷时的功率因数。

1．4．2 按短路条件校验设备的动稳定和热稳定

1.4.2.1短路动稳定校验

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制造厂一般直接给出设备的动稳定峰值电流imax，动稳定条件为

imaxish

式中 ish——所在回路的冲击短路电流，KA；

imax——设备允许的动稳定电流（峰值），kA。

1.4.2.2短路热稳定校验

通常制造厂直接给出设备的热稳定电流（有效值）It及允许持续时间t。热稳定条件为：

It2tQk

式中 It2t——设备允许承受的热效应，KA2S; Qk——所在回路的短路电流热效应，KA2S。

1．4．3断路器及隔离开关的选择

1．4．3．1 变压器35KV侧断路器与隔离开关的选择结果

变压器的最大工作电流

Imax1.05

SN3UN1.0510000335173.205A

周期分量热效应

Qktk\"23.1322222(I10It2I)(4.806104.8064.806)72.296kAs tkk/21212额定开断设备型号 名称 断路器 隔离GW5-35/630 开关 35 630 ____ ____ (4s) DW8—35 35/600 600 16．5 41 （4S） 20 ____ （kv） 流（A） （kA） （kA） （kA） 16．50．07 额定电压额定电电流流峰值电流时间（s） 动稳定电热稳定固有分闸- 12 -

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表1-4-3-1

1.4.3.2变压器10KV侧断路器与隔离开关的选择结果

变压器的最大工作电流

Imax1.05SN3UN1.0510000310606.218A

周期分量热效应

Qktk\"22.122222(I10It2I)(5.521105.5215.521).011kAs /2tkk1212额定开断设备型号 名称 断路器 隔离GN10—10T 开关 10 3000 ____ ____ (5s) LN2—10 10/1250 1250 25 63 （4S） 75 ____ （kv） 流（A） （kA） （kA） （kA） 25 0．06 额定电压额定电电流流峰值电流时间（s） 动稳定电热稳定固有分闸 表1-4-3-2

1.4.3.3分段母线断路器及隔离开关的选择

根据同一电压等级尽量选择同样型号的断路器和隔离开关的原则，分段母线断路器和隔离开关与变压器10kv侧断路器和隔离开关的型号及参数完全相同。 1.4.3.4 10KV出线5（纺织）中断路器与隔离开关的选择

出线5（纺织）最大工作电流

ImaxP出线53UNcos3106310100.83216.506A

周期分量热效应

Qktk\"22.092(I10It2I)(4.0692104.06924.0692)34.604kA2s tkk/21212额定开断设备型号 名称 （kv） 流（A） （kA） （kA） （kA） 额定电压额定电电流流峰值电流时间（s） 动稳定电热稳定固有分闸- 13 -

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断路ZN5—10/630 器 隔离开关 GN6—10 10T/400 表1-4-3-3

ZN—户内真空式，LN—户内六氟化硫式，DW—户外多油式，GN—户内型隔离开关， GW—户外型隔离开关

400 ____ ____ (5s) 10 630 20 50 （4S） 14 ____ 20 0．05 1.5导线的选择

1．5．1 35KV母线选择结果

按长期发热允许电流选择截面

母线侧最大持续工作电流按最大一台变压器的最大持续工作电流计算

Igmax1.0570 C载流量（A） LGJ—120 408 0SN3UN1.05标称截面10000335173.205A

集肤效应系数型号 每相条数 (mm) 120 一条 2放置方式 kf 1 悬挂 表1-5-1

L—铝，G—钢，J—多股

1．5．2 10KV母线选择结果

按长期发热允许电流选择截面

母线侧最大持续工作电流按最大一台变压器的最大持续工作电流计算

Igmax1.05长期允许载型号 流量(A) SN3UN1.0510000310606.218A

导体尺寸h×每相条数 b(mm) 放置方式 集肤效应系数kf - 14 -

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矩形铝导体 2063 125×10 一条 平放 1．12 表1-5-2

1．5．3 10KV出线5（纺织）电缆选择结果；

按经济电流密度选择导体截面

出线的最大工作电流Imax=经济截面 S=Imax/J

长期允许型号 载流量(A) 常用三芯（铝）交联聚乙烯绝缘电缆 2900 240 一条 直埋地 1 电缆截面（mm） 2p3UNcos3106310100.83216.506A

216.506292.577mm2 0.74每相条数 放置方式 集肤效应系数kf 表1-5-3

1．6电流互感器选择结果一览表

根据各线路的最大工作电流选取电流互感器

1s热稳定 安装位置 变压器LCWB—35 35KV侧 变压器LA—10 10KV侧 10KV出线5 10KV分段LA—10 处 表1—6

600—1000/5 0.5 — 50 — 90 LAJ—10 400/5 0.5 — 75 — 135 600—1000/5 0.5 — 50 — 90 15—600/5 0．5 1.3-16.5 — 3.4-42 — 型号 额定电流比 准确级 电流/KA 倍数 电流/KA 倍数 动稳定 - 15 -

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L—电流互感器，A—穿墙式，C—瓷绝缘或瓷箱串级式，W—户外型或防污型

1.7电压互感器选择结果一览表

（1）10KV级选择JSJW—10型电压互感器，接线为YN,yn,dn （2）35KV级选择3只单相JDJJ—35型电压互感器

额定电压（KV） 按装位置 型号 一次线圈 圈 圈 二次线辅助线准确级 台数 连接组 35KV电JDJJ—35 压级 Y0/Y0/ 35/3 0.1/3 0.1/3 0.5 3 (辅助绕组成开口三角 10KV电JSJW—10 压级 10 0．1 0．1/3 0.5 1 Y0/Y0/ (辅助绕组成开口三角 表1—7

J—电压互感器（第一个字母），油浸式（第三个字母），接地保护（第四个字母）， S—三相，D—单相，W—五柱三绕组

1.8熔断器选择结果

电压互感器的熔断器的选择,(用于保护电压互感器的高压熔断器)只需按额定电压及断流容量选择

型号 RN2—10 额定电压(kv) 10 额定电流(A) 0.5 最大开断容量(MVA) 1000 备注 保护屋内TV RW10—35 35 0．5 2000 保护屋外TV - 16 -

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表1—8

R—熔断器，N—户内，W—户外

1.9支柱绝缘子和穿墙套管选择结果

因10KV汇流母线在屋内,，选择屋内式，取环境温度40 0C，根据额定电压选取绝缘子和穿墙套，并进行允许电流校验、热稳定校验和动稳定校验。 设备名称 型号 额定电压（kv） 支柱绝缘子 穿墙套管 ZL—10/4 CC—10 10 10 ____ 1000 160 449 额定电流（A） 高度（长度）(mm) 机械破坏负荷（kg） 4 12．5 表1—9

1．10无功补偿装置

QPmax[tan(arccos0.8arccos0.932)]

 11.10.750.393.996mvar 同时6KV以上的并联电容组易采用Y型接线

选型号为BFF11/3—2000—1W型高压并联电容器2台。

1．11避雷器选择

避雷器的配置原则：

（1）配电装置的每组母线上均应装设避雷器，就近接入主接地网，并加设集中接地装置。 （2）220kV及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，变压器附近应增设一组避雷器。

（3）单元连接的发电机与变压器之间的母线桥无屏蔽部分长度大于50m，应在发电侧每相装设0.15µF电容器或磁吹避雷器。保护高压旋转发电机用的避雷器，应具有较低的冲击放电电压和残压，通常采用FCD型磁吹阀型避雷器。

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（4）容量为25MW及以上有支配线的发电机，应在每台发电机出线处装一组避雷器，25MW及以下有支配线的发电机应尽量将母线上的避雷器靠近发电机装设或发电机出线上。

（5）发电厂和变电所35kV及以下电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。 （6）SF6全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。 （7）在不接地的支配线发电机中性点上应装设一台避雷器。 （8）下列情况的变压器中性点应装设避雷器。

I、 直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时； II、直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时；

III、不接地和经消弧线圈接地的中性点一般不必装设，但多雷区且单进线变压

器中性点需装设。

根据以上原则：

35KV侧选用FZ—35型避雷器 10KV侧选用FZ—10型避雷器 其参数如下表:

工频放电电压组合方式 额定电压 灭弧电压（KV）有效值 不小于 不大于 预放电时间5、10kA冲击电流(波形10/20µs)（KV，有效值 1.5—20us的冲击入电电型号 压（KV）幅下的残压值不大于 (kv，幅值) FZ—35 2FZ—15 35 41 84 104 134 134 - 18 -

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FZ—10 单独原件 10 12．7 26 31 45 45 表1—11

1．12接地开关的选择结果

根据额定电压选取接地开关 35KV侧选取ZH135型隔离开关 10KV侧选取ZH110型隔离开关

1．13配电装置设计

配电装置是发电厂与变电所的重要组成部分，是发电厂与变电所电气主接线的具体实现。配电装置是根据电气主接线的连接方式，由开关设备、保护设备、测量设备、母线以及必要的辅助设备组成，辅助设备包括安装布置电气设备的构架、基础、房屋和通道等。

配电装置分为屋内配电装置和屋外配电装置。在现场组装的配电装置，又称为装配式；在工厂预先把各种电器安装柜中，成套运至安装地点，则称为成套配套装置。此外还有由新型的SF6全封闭组合电器构成的配电装置。

无论选用哪种形式的配电装置，应满足以下基本要求：

⑴ 配电装置的设计必须贯彻执行国家有关方针、，因地制宜，充分利用地形，尽量减少土石方工程量，尽可能不占或少占农田。在保证安全的前提下，布置紧凑，力求节约材料，降低造价。

⑵ 合理选择设备，布置力求整齐、清晰，保证有足够的安全距离。保证运行可靠。 ⑶ 巡视、操作和检修设备安全方便。 ⑷ 考虑施工、安装和扩建的方便。

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1.14屋内配电装置

屋内配电装置的结构除与电气主接线形式、电压等级、母线容量、断路器形式、出线回路数、出线方式、有无电抗器等有密切关系外，还与施工、检修条件、运行经验和习惯有关。随着新设备和新技术的应用，运行、检修经验的不断丰富，配电装置的结构和形式也在不断地发展、更新。

屋内配电装置按其布置形式的不同，可分为单层、二层和三层。单层式是把所有的设备布置在一层，占地面积较大，通常采用成套开关柜。二层式是将线路出线电抗器、断路器等较重电气设备布置在底层，而母线及母线隔离开关等设备布置在上层，占地面积较少。但结构复杂，造价较高。三层式我国已很少采用。

屋内配电装置的布置应注意以下几点：①同一回路的电器和导体应布置在一格间隔内，以保证检修安全和故障范围；②尽量将电源进线布置在每段母线的中部，这样使母线截面流过的电流较小；③较重的设备布置在下层；④要充分利用间隔的空间；⑤布置对称，便于操作；⑥容易扩建；⑦配电装置中须设置必要的通道。用来维护和搬运各种电气设备的通道称为维护通道；运行人员对断路器进行操作控制的通道称为操作通道；仅和防爆小室相通的通道称为防爆通道；⑧配电装置室的门应向外开，并应装弹簧锁，相邻配电装置室之间如有门时，应能向两个方向开启；⑨配电装置室可以开窗采光和通风，但应采取防止雨雪和小动物进入室内的措施。处于空气污染、多台风的地区的配电装置，可开窗采光而不可通风。配电装置室应按事故排烟要求，装设足够的通风装置。

10kV侧母线带有出线电抗器配电装置宜采用二层或三层式，但三层式造价高，检修和运行维护不方便，所以采用二层式。

1.15屋外配电装置

屋外配电装置根据电气设备和母线的配置高度和重叠情况，可分为中型、半高型和高型。

中型布置的特点是将所有电器都安装在同一水平面内，并装在一定高度的基础上，以保证地面上工作人员的安全活动。

高型和半高型配电装置的母线和电器分别装在几个不同高度的水平面上，并重叠布置。凡是将一组母线与另一组母线重叠布置，就称高型配电装置。如果仅将母线与断路

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器、电流互感器等重叠布置，则称为半高型配电装置。高型和半高型配电装置可大量节省占地面积，在110kV及220kV系统中的到了广泛应用。

35kV布置在屋外，作为10KV的进线，应首先考虑其可靠性，又因为生产区占地面积允许，所以采用普通中型配电装置

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2 变电站二次部分设计

2.1继电保护的作用以及对继电保护装置的基本要求

电力系统在运行过程中，出现不正常运行状态和短路故障是难以避免的。特别是大系统中的一些严重短路故障，可能使电气设备由于热效应和电动力作用而损坏，甚至使电力系统失去稳定运行而造成系统崩溃。采用继电保护装置，借助于断路器，自动地、迅速地、有选择性地切除故障元件是防止电气设备损坏和事故扩大的最有效方法。故障切除后可使非故障部分正常运行，同时也使故障元件免于继续受到损坏。当系统中发生了不正常运行情况时，继电保护装置能给出信号，以便于及时处理，防止事态扩大。

继电保护对电力系统安全运行起着重要作用，担负如此重要任务的基点保护必须满足四点基本要求：

•选择性 有选择性地将故障元件从电力系统中切除。

•速动性 保护动作力求迅速，快速切除故障，减少故障对电气设备和系统的影响。 •灵敏性 对于该保护装置保护范围内发生的任何故障，均应敏锐地感觉出并保证动作，将故障切除。

•可靠性 该动作时不能拒动，不该动作时不能误动。

2.2保护配置方案设计

2.2.1 35kV母线保护配置

主保护： 完全电流差动母线保护 后备保护：断路器失灵保护

1、按躲过外部故障时的最大不平衡电流来整定，即

IsetKKIbpmax0.1Idmax0.14.806103KK1.35.2065(A)

nTA600/5

2、按躲过二次回路断线故障，即：

IsetKKIfmax173.2051.31.876(A) nTA600/5动作电流取两者中的较大者

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保护类型 完全电流差动母线保护(BCH-2型差动继电器) 5.2065 继电器动作电流（A） 动作匝数 12匝 灵敏度 6.66>2 2.2.2主变压器保护配置

电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，它的安全运行是电力系统可靠式运行的必要条件。虽然它无旋转部件，结构简单，运行可靠性较高，但在实际运行中仍然会发生故障和不正常的工作状态。

变压器的故障可分为油箱内故障和油箱外故障。油箱内故障有，绕组的相间短路，绕组的匝间短路，中性点直接接地系统侧绕组的接地短路。变压器发生内部故障是很危险的，因为故障点的高温电弧不只会烧坏绕组绝缘和铁芯，而且可能由于绝缘材料和变压器在高温电弧下剧烈气化引起油箱爆炸。油箱外故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地短路。

变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部相间短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因引起的油面降低。对于上述故障和异常工作状态及容量等级和重要程度，根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，变压器应装设如下保护：

(1) 为反应油箱内部各种短路故障和油面降低，对于0.8MVA及以上的油浸 式变压器和户内0.4MVA以上变压器应装设瓦斯保护。

（2）为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上的厂用变压器，应装设纵差保护，对于10MVA以下变压器且过流时限大于0.5s时，应装设电流速断保护；对于2MVA以上变压器，当电流速断保护的灵敏系数不满足要求时，则宜于装设纵差动保护。

（3）为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯，纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，应装设过电流保护。例如，复合电压启动过电流保护或负序过电流保护，适用于升压变压器。过流保护适用于降压变压器。

（4）为反应大接地电流系统外部接地短路，应装设零序电流保护。

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（5）对0.4MVA以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况，装设过负荷保护。

（6）高压侧电压为500KV及以上的变压器，对频率降低和电压升高而引起的变压器励磁电流的升高，应装设过励磁保护。 由上述条件拟定出变压器的保护配置 主保护：

(1)防御绕组及其引出线相间短路的纵差保护； (2)防御变压器油箱内部短路和油面降低的瓦斯保护； 后备保护：

(1)防御外部相间短路并作为瓦斯保护和纵差保护的后备保护的负序过电流保

护；

(2)防御过负荷的保护；

（由于变压器中性点不接地，故不装设中性点零序电流保护）

A纵差保护经计算比较动作电流取变压器最大的励磁涌流

IsetKKKuINT1.37.71.961.651KA

B过电流保护经计算比较动作电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定

IsetKK1.3ILmax412.4630.73A Kre0.85C过负荷保护动作电流按躲过变压器额定电流来整定

IsetKK1.05INT1.96203.77A Kre0.85D电力变压器是利用变压器油作为绝缘和冷却介质。当变压器油箱内故障时，在故障电流和故障点电弧的作用下，变压器油和其他绝缘材料会因受热而分解，产生大量气体。测量气体排出的多少以及排出速度，即变压器油箱内的各种轻微瓦斯事故的主要元件是气体继电器，它装在油箱和油枕之间的连接管道上。气体继电器有两个输出触点：一个反应变压器内部的不正常情况或轻微故障，称为“轻瓦斯”。轻瓦斯动作于信号，使运行人员能够迅速发现故障并及时处理；重瓦斯动作于跳开变压器各侧断路器。气体继电器的具体结构在这里不作介绍，大致工作原理如下：

变压器发生轻微故障时，油箱内产生的气体较少且速度慢，由于油枕处在油箱的上方，气体沿管上升，使气体继电器内的油面下降，当下降到动作门槛时，轻瓦斯动作，

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发出警告售号。发生严重故障时，故障点周围的温度剧增而迅速产生大量的气体，变压器内部压力升高，迫使变压器油从油箱经过管道向油枕方向冲去，气体继电器感受到的油速达到动作门槛时，重瓦斯动作，瞬时作用于跳骄闸回路，切除变压器，以防事故扩大

保护动作电流（A） 保护类型 纵差保护 过电流保护 过负荷保护 瓦斯保护 （气体容积cm） 1651A 630.73A 203.77A 250cm 22灵敏度 （油流速度m/s） 2.18>2 5.7>1.2 ____ 1m/s 表2—2 部分整定计算结果

2.2.3 10kv出线保护配置

2.2.3.1 对10kV线路可能出现的下列故障或异常运行，应装设相应的保护装置： 1. 相间短路 2 .单相接地

2.2.3.2 在3~10kV线路装设的相间短路保护装置，应符合下列规定：

1 、对单侧电源线路可装设两段过电流保护：第一段为不带时限的电流速段保护，第二段为带时限的过电流保护。可采用定时限或反时限特性的继电器。对单侧电源带电抗器的线路，当其断路器不能切除电抗器前的短路时，不应装设电流速断保护，此时，应有母线保护或其它保护切除电抗器前的故障。

保护装置仅在线路的电源侧装设。

2、对双侧电源线路，可装设带方向或不带方向的电流速断和过电流保护。对1~2km双电源的短线路，当采用上述保护不能满足选择性、灵敏性或速动性的要求时，可采用带辅助导线的纵差保护作主保护，并装设带方向或不带方向的电流保护做后备保护。 对并列运行的平行线路宜装设横联差动保护做为主保护，并应以接于两回路电流之和的电流保护，作为两回线同时运行的后备保护及一回线断开后的主保护及后备保护。 2.2.3.3 线路主要故障或异常运行状态及相应的继电保护装置

序号 主要故障或异常运行状态 相应的保护装置 - 25 -

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1 2 3 4 5 母线故障 断路器失灵 相间短路故障 线路接地故障 线路单相接地故障 母线差动保护 断路器失灵保护 三相多段电流保护 零序电流方向保护 单相接地保护系统 表2-2-3 2.2.3.4 10KV线路保护的设计原则

（1）10KV架空线路和电缆线路应装设相间短路保护，保护装置采用两相式接线，并在所有出线中皆装设在同名的两相上，通常装设在A，C两相上，以保证当发生不在同一出线上的两点单相接地时有2/3机会切除一个故障点。

（2）10KV线路保护，一般以电流速断保护为主保护，以过流保护作为后备保护。这就是说，保护装置采用的是远后备方式。

（3）10KV线路在下述情况下必须装设电流速断保护：

1）对于发电厂母线上的出线发生短路时，母线电压如果低于0.55—0.65倍额定电压,则应由电流速断保护切除；对变电所而言，当线路上发生短路，变电所母线电压大量下降时，应装设电流速断保护。

2）导线截面不允许延时切除短路电流时，也应装设电流速断保护。

（4）10KV线路在下列情况下可考虑不装设电流速断保护：

1）当过流保护的动作时限不大于0.5—0.7S,如果没有第3点要求,且没有保护配合上要求时,可不装设电流速断保护装置.

2)对于带电抗器的线路,其断路器的切断容量没有按照电抗器前的短路来选择,不能在短路电流降低以前切除电抗器前的短路,故仅装设过流保护。

3）对于电缆线路或架空线路阻抗很小时，线路始，末端电流相差很小，此时将无法装设电流速断保护。当下级变电所出线上装有速断保护，而本线路的过流时限在1.2S以上时，在本线路上可装设带时限电流速断保护为主保护，过流保护为后备保护。

（5）当装设电流速断保护时，为保证母线电压不至过分的下降，必要时允许非选择性的动作，并装设自动重合闸或备用电源自投入装置来全部或部分地校正保护的非选择性动作。

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根据上述原则有,

1)本变电站进线为无穷大系统,故10KV母线出线发生短路时,母线电压不会有太大改变； 2)出线电缆阻抗很小

由以上两点原因,本设计采用如下保护： （1）反应相间短路的过电流保护

（2）反应单相接地故障的保护（只发信号）

整定计算经比较取

IIIIopIIIIIIKrelKSSIL,max1.153216.506Ire878.76A ==0.85KreKre保护类型 过电流保护 保护动作电流（A） 878.76

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第二部分 计算书

3 降压变电站一次部分设计计算

3.1变压器的选择

3.1.1 主变容量的选择

(1) 10KV侧负荷： PmaxKtPmaxi

i1n=0.95(2.2+2+1.3+0.8+3+1+0.8)=10.545MW 同时率Kt取0.95

SmaxPmax15%0.0510.54515%0.0513.297MVA cosp0.80.05为10KV侧所用容量 (2) 综合最小负荷 S1) 相数

容量为300MW及以下机组单元连接的主变压器和330KV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。因为单相变压器组相对投资大，占地多，运行损耗也较大，同时配电装置结构复杂，也增加了维修工作量。但是，由于变压器的制造条件和运输条件的，特别是大型变压器，需要考其运输可能性。若受到时，则可选用单相变压器组。本变电站为35KV变电站，故选用三相变压器 2）绕组与结构

显然，该变电站没有选用三绕组的必要，应选用双绕组变压器 3）调压方式

只有以下情况才予以选用有载调压，

A接于出力变化大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，且要求变压器二次电压维持在一定水平

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min=S

max0.7=13.2970.7=9.308MVA

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B接于时而为送端，时而为受端，具有可逆工作特点的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时。显然本变电站均不符以上两情况，故选用无激磁调压 4）冷却方式，中小型变压器宜采用装设在变压器油箱上的片状或管形辐射式冷却器及电动风扇散发热量的自然风冷却及强迫风冷却。本变电站采用电动风扇散发热量的强迫风冷却

由主接线及上述四个条件，不难拟定出主变压器为三相双绕组变压器，本变电站主变选择两台SF7—10000/35型变压器

3.1.2 所用变压器的选择

由任务书得知所用变额定容量为50KVA，从而不难选取变压器，35KV侧变压器选择S9—50/35型变压器，10KV侧选取S9—50/10型变压器

3.2 三相短路计算

计算短路电流是为了校验电气设备。一般情况下，三相短路电流产生的热效应和电动力较大，所以这里只对三相短路电流进行计算。

短路电流采用手算。手算三相短路电流的主要步骤如下： 1、根据本厂主接线图画出电力系统电气接线图；

2、根据规定的电气设备选择任务，确定所用的短路计算点；一般情况下一个电压级一个短路点，有近区负荷的，在出线电抗器末端有个短路点。

3、计算各电气元件的电抗标幺值，画出等值电路图； 4、对各短路计算点进行网络简化，求出X*

5、求出X*js,计算各短路点的三相短路电流：IItIt（进线为无穷大系统）

2- 29 -

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选取上面三个短路讲算点 X1为甲进线电抗标幺值 X2为乙进线电抗标幺值 X3，X4为变压器电抗标幺值 X5为电抗器电抗标幺值

取SB=1000MVA，UB为各电压等级平均额定电压 求得各元件电抗标幺值

X1=0.4201000372=5.844 X2=0.4251000372=7.305 U%U22X3=X4=kNSB7.535100S100023726.711

NUB10010IB=

1000310.554.986KA

对于电抗器,XXR%R*B100UNUIB BIN则X5=

41054.10010.59860.36.982 上述IB为电抗器电流基准值，0.3为电抗器额定电流3.2.1 35KV母线（f1）点短路电流计算

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（1）故障分量网络化解

其中X

=

X1X25.8447.305==3.247

X1X25.8447.305(2)计算三相短路电流 标幺值为 I\"f=

1x=

10.308 3.247有名值为 I\"f=0.30810003374.806KA

冲击电流 ish=1.82I\"f1.824.80612.234(KA) 短路容量 S=I\"fSB=0.3081000308(MVA)

3.2.2 10KV母线（f2）点短路电流计算

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（2） 故障分量网络化解

X1=

x1x23.247

x1x2X2X

=

X36.7113.356 22=X1+X1=3.247+3.356=6.603

(2)计算三相短路电流 标幺值 I\"f=

1X=

10.151 6.603有名值 I\"f=0.1511000310.5=8.303(KA)

冲击电流 ish=1.82I\"f=1.828.30321.136（KA） 短路容量 S=I\"fSB=0.1511000=151 (MVA)

3.2.3 10KV出线5（纺织）f3短路电流计算

（1）故障分量网络化简

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X

=X1+X2+X5=3.247+3.356+6.982=13.585

(2)计算三相短路电流 标幺值 If\"=

1X=

10.074

13.585有名值 If\"=0.0741000310.54.069 (KA)

冲击电流 ish=1.82 If\"=1.824.069=10.358(KA) 短路容量 S= If\"Sb=0.0741000=74 (MVA)

3．2．4 当分段断路器在合闸状态10KV母线发生短路时，有两种情况短路，简化网络图

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1（1）当为a情况时， I\"f=8.3034.1515 （KA）

2（2）当为b情况时 X

=3.247+6.711=9.958

1X 标幺值 I\"f=

=

10.1004 9.958 有名值 I\"f=0.10041000310.55.521 (KA)

5.521>4.1515

故校验电气设备时取短路电流I\"f=5.521（KA）

冲击电流 ish=1.82I\"f=1.825.521=14.054 (KA) 短路容量 S= I\"fSB=0.10041000100.4 (MVA)

3．3断路器和隔离开关的选择

3.3.1变压器35kv侧断路器及隔离开关的选择计算

变压器的最大工作电流

Imax1.05SN3UN1.0510000335173.205A

根据线路的电压及最大工作电流及断路器在屋外的要求,查手册可选择 DW8—35/600 户外多油断路器及GW5-35G/600-72隔离开关 短路计算时间：tK=tprtinta30.070.063.13 S 无穷大系统 I\"Itk/2It4.806KA

由于tK>1 S,不计非周期热效应。即短路电流的热效应QK等于周期分量热效应

Qktk\"23.132(I10It2I)(4.8062104.80624.8062)72.296kA2s tkk/21212下表列出断路器、隔离开关的有关参数并与计算数据比较。有表可见，所选断路器、隔离开关合格。

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计算数据 DW8—35/600 GW5-35/630 UNs Imax I\" 35kv 173．205A UN IN 35kv 600A UN IN ______ 35kv 630A 4.806kA INbr 16．5kA ______ ish 12.234kA INcl 41kA ______ ______ Qk 72.296KA2s Itt 216.5241085KA2S Itt 220241600KA2s ish 12.234kA ies 41kA ies 100kA 表3-1 由以上数据比较可知DW8—/600型断路器和GW5-35/630型隔离开关均能满足要求

3．3．2变压器10KV侧断路器及隔离开关选择计算

变压器的最大工作电流

Imax1.05SN3UN1.0510000310606.218A

根据变压器UNs,Imax及断路器安装在屋内的要求，初选LN2—10/1250型断路器，GN10—10T型隔离开关。

短路计算时间：tktprtinta20.060.042..1(s)

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考虑最严重的短路情况，上面三种情况b,c情况三相短路电流最大，为I\"=5.521KA 故无穷大系统 IItk/2It5.521KA

由于tK>1 S,不计非周期热效应。即短路电流的热效应QK等于周期分量热效应

Qktk\"22.122222(I10It2I)(5.521105.5215.521).011kAs /2tkk1212下表列出断路器、隔离开关的有关参数并与计算数据比较。有表可见，所选断路器、隔离开关合格。

计算数据 LN2—10/1250 GN10-10T UNs Imax I\" 10kv 606．218A 5.521kA 14.054kA UN IN 10kv 1250A 25kA 63kA UN IN ______ ______ 10kv 3000A ______ ______ INbr INcl ish Qk .011kA2s It2t 25242500kA2s ish 14.054kA Itt ies 2752528125kA2s 160kA ies 63kA 表3-2 由以上数据比较可知LN2—10/1250型断路器和GN10-10T型隔离开关均能满足要求

3．3．3分段断路器及隔离开关的选择

根据同一电压等级尽量选择同样型号的断路器和隔离开关的原则，分段母线断路器和隔离开关与变压器10kv侧断路器和隔离开关的型号及参数完全相同。

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3．3．4 10KV出线5（纺织）中断路器与隔离开关的选择

出线5（纺织）最大工作电流

ImaxP出线53UNcos3106310100.83216.506A

查表可选择ZN5—10/630断路器和GN6—10T/400隔离开关

短路计算时间：tktprtinta20.050.042.09(s)

由于tK>1 S,不计非周期热效应。即短路电流的热效应QK等于周期分量热效应QP

Qktk\"22.092(I10It2I)(4.0692104.06924.0692)34.604kA2s tkk/21212下表列出断路器、隔离开关的有关参数并与计算数据比较。有表可见，所选断路器、隔离开关合格。

计算数据 ZN5—10/630 GN6-10T/400 UNs Imax I\" 10kv 216.506A 4.069kA 10.358kA UN IN 10kv 630A 20kA 50kA UN IN ______ ______ 10kv 400A ______ ______ INbr INcl ish Qk 34.604kA2s It2t 20241600kA2s ish 10.358kA Itt ies 21425980kA2s 40kA ies 50kA 表3-3

由以上数据比较可知ZN5—10/630型断路器和GN6-10T/400型隔离开关均能满足要求

3．4 导体的选择

3．4．1 35KV母线的选择计算

按长期发热允许电流选择截面

母线侧最大持续工作电流按最大一台变压器的最大持续工作电流计算

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Igmax1.05SN3UN1.0510000335173.205A

故可选择型号为LGJ—120软导线，其载流量为408A A 允许电流校验

取环境温度为40℃，则Kal70400.82

al07025 则Ial400C=0.82281230.42A>173.205A B 热稳定校验

正常运行时导体温度

2Imax173.20520C 0(al0)240(7040)56.952Ial230.42查表得C=95.784 C—母线的热稳定系数

则满足短路时发热的最小导体截面为:

Smin11QkKS72.2961061102.034(mm2)120(mm2)0.87C0.8795.784 满足热稳定

软导体不需进行动稳定校验

3．4．2 10KV母线的选择

按长期发热允许电流选择截面

选用单版权条12510矩形铝导线,长边水平布置,三相处于同一水平面,相间距离取a=0.5m,其载流量为2063A

母线侧最大持续工作电流按最大一台变压器的最大持续工作电流计算

Igmax1.05A 允许电流校验

SN3UN1.0510000310606.218A

当环境温度为40 0C时,温度修正系数K=

al70400.82

al07025则Ial400C=0.8220631691.66606.218A

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B 热稳定校验

40

0C正常运行时导体温度

2Imax606.21820(al0)240(7040)43.850C 2Ial1691.66查表得C=97.46

则满足短路时发热的最小导体截面为

.0111.12106SminQKKf/C86.878(mm2)1250(mm2)

97.46满足热稳定要求 C 动稳定校验

查《电力工程电气设计手册电气一次部分》手册得12510矩形铝导线惯性半径rix3.613cm

112rix1123.6131.55104允许的最大跨距Lmax198 CM=1.98M

160160取跨距L=1.5M 固有频率 f0112rix3.6131121.55104278.76HZ155HZ 20150L可见，对该母线可不计其共振影响 母线相间应力计算如下

121fph1.73107ish1.73107(21.136103)2154.569 N/M

a0.5bh20.12520.0126.041106(m2) W=66最大计算应力为

ph154.5691.521.336106(Pa)70106pa =610W1026.04110fphL2满足动稳定

3．4．3 10KV出线导线截面的选择

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Tmax=5000 h/年，按经济电流密度选择导线，查表可得J=0.74 A/mm2 出线的最大工作电流Imax=

p/cos3UN3106310100.83216.506 A

所以S=

Imax216.506292.577 mm2 J0.74选用单根常用三芯（铝）交联聚乙烯绝缘电缆,由于设计手册上能查到的最大截面积为S=240mm2，故先选定S=240mm2，然后校验其是否满足长期发热允许电流校验、热稳定校验和电压降校验。

Ial250C=375A，正常允许最高温度为900C，r0/km X=0.069/km 1) 长期发热允许电流校验：

电缆载流量环境温度变化时电缆载流量的校正系数为 Kt1.03 （取土壤温度为20 0C）

不同土壤热阻系数时载流量的校正系数K3=0.86

电线电缆在土壤中多根并列埋设时载流量的校正系数 K41 则单根直埋电缆允许载流量

Ial200CKtK3K4Ial250C1.030.861375332.175A>216.506A 2) 热稳定校验

对于电缆线路有中间接头,应按接头处短路校验热稳定,短路前电缆最高运行温度为

0(al0)(Imax2) Ial2216.506 =20+(90-20)

332.175=49.740C 查手册有 C=1/ln1(h20)4.2Q102

1(w20)Kf20- 40 -

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114.03103200204.20.592ln10= 3631.014.031049.74201.0353.1104.0310=82.84 式中

——计及电缆芯线充填物热容量随温度变化以及绝缘散热影响的校正系数，

通常10KV及以上回路可取1.0,对于最大负荷利用小时数较高的3—6KV厂用回路，可取0.93

Q——电缆芯单位体积的热容量，铝芯取0.59J/(cm30C),铜芯取

0.81,J/(cm30C)

铝芯4.03103/0C，铜芯3.39103/0C ——电缆芯在20 0C时的电阻系数，

Kf——200C时电缆芯线的集肤效应系数，S<150mm2的三芯电缆车Kf=1 ，

S=150——240mm2的三芯电缆Kf1.011.035

20——电缆芯在20 0C时的电阻系数，铝芯3.1106cm2/m ;

铜芯1.84106cm2/m

w——短路前电缆的工作温度为49.740C；

h——电缆在短路时的最高允许温度，对10KV及以下普通黏性浸渍纸绝缘电

缆及交联聚乙烯绝缘电缆为200温度为120 0C。

则Smin=

0C，有接头（锡焊）的电缆最高允许

QK106C34.60410671.01mm2240mm2

82.84满足导线的最小截面要求

3) 电压降校验

U00173ImaxL(rcosxsin) UN173216.5063(0cos0.0690.6)

10103 =

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=0.465<5 满足要求

电缆动稳定由厂家保证,不需校验

3．5电流互感器的选择

3．5．1 变压器35KV侧电压电流互感器的选择

1）变压器的最大工作电流Imax173.205A

根据电流互感器安装处的电网电压、最大长期工作电流和安装地点的要求，可选用

LCWB—35型屋外电流互感器，变比为15—600/5，由于用于测量和保护,故用0.5级,其1s热稳定电流为1.3—16.5KA，1s动稳定电流为3.4—42KA。 2）校验

热稳定校验: It216.52272.25KA2QK72.296KA2S 动稳定校验: ies42KAish12.234KA 满足要求

3．5．2变压器10KV侧电流互感器的选择 1） 变压10KV侧的最大工作电流Imax606.218A

根据电流互感器安装处的电网电压、最大长期工作电流和安装地点的要求，可选用LA—10屋内电流互感器，变比600—1000/5，由于用于测量和保护选用0.5级，

Kt50，Kes90 2） 校验

校验热稳定： KtI1N500.81600KA2S.011KA2S

22动稳定校验： 2I1NKes20.890101.82KAish14.054KA 由此可见所选电流互感器能够满足要求

3．5．3 10KV出线5（纺织）电流互感器的选择计算

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图3.5.3 电流互感器回路接线

1） 择电流互感器，根据电流互感器安装处的电网电压，最大工作电流和安装地点的要求，查《发电厂电气主系统》附表20电流互感器技术数据,选用LAJ—10屋内电流互感器，变比400/5，由于用于测量和保护故选用0.5级，Kt75，Kes135 2） 校验

校验热稳定：（KtI1N)2(750.4)2900KA2S34.604KA2S 动稳定校验：2I1NKes20.413576.37KAish10.358KA 由此可见所选的电流互感器能够满足要求

3．5．4 10KV分段电流互感器的选择

根据同一电压等级尽量选取同样型号电气设备的设计原则，10KV分段电流互感器型号与变压器10KV侧电流互感器型号相同，型号为LA—10屋内电流互感器，变比600—1000/5，由于用于测量和保护选用0.5级，Kt50，Kes90

3．6电压互感器的选择

（1）35KV级选择3台单相JDJJ—35型电压互感器 （2）10KV级选择JSJW—10型电压互感器

3．7熔断器的选择计算

电压互感器的熔断器的选择,(用于保护电压互感器的高压熔断器)只需按额定电

压及断流容量选择

(1)35KV级最大短路容量308MVA

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选择RW10—35型熔断器

最大开断容量2000MVA>308MVA ，满足要求

(2)10KV级最大短路容量151MVA 选择RN2—10型熔断器

最大开断容量 1000MVA>151MVA，满足要求

3.8支柱绝缘子和穿墙套管的选择

因10KV汇流母线在屋内,，选择屋内式，取环境温度40 0C，初选ZL—10/4型支拄绝缘子，CC—10穿墙套管 （1） 穿墙套管允许电流校验 母线最大工作电流 Imax1.05SN3UN1.0510000103310103606.218A

导体al取85 0C，修正IN ： （2） 动稳定校验

2 支柱绝缘子：Fmax1.73ish85IN1000606.218A 合格 45LC1.51071.7310721.1362106231.853N a0.5H1Hh/2b16010/212177mm H1HFmax 177231.853256.487N0.6Fde2400N160 满足动稳定 穿墙套管：

2 Fmax1.73ishLC1.50.4491071.7310721.1362106150.627N a20.5 H1Hh/2b16010/212177mm

H1177Fmax150.627166.63N0.6Fde7500N H160 满足动稳定

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3.9避雷器的选择

35KV侧选用FZ—35型避雷器 10KV侧选用FZ—10型避雷器

3.10无功补偿装置选择计算

PmaxPmaxi=2.2+2+1.3+0.8+3+1+0.8=11.1(MW)

i1n为把35KV侧功率因数cos提高至0.9,则负荷侧功率因数约提高至0.932

QPmax[tan(arccos0.8arccos0.932)]

 =11.10.750.393.996mvar 6KV以上的选用并联电容器组，宜采用Y型接线 选型号为BFF11/3—2000—1W型高压并联电容器2台

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4 电厂二次部分设计计算

4．1 35KV母线保护整定计算（35KV单母线接线采用完全电流差动母线保护）

4.1.1.起动元件和选择元件

起动元件和选择元件的动作电流按下列条件来整定，并选取较大的一个 1、按躲过外部故障时的最大不平衡电流来整定，即

IsetKKIbpmax0.1Idmax0.14.806103KK1.35.2065(A)

nTA600/5

2、按躲过二次回路断线故障，即：

IsetKKIfmax173.2051.31.876(A) nTA600/5取两者中较大的一个，即Iset5.2065(A)。 采用BCH-2型差动继电器，其一次动作匝数

Ndz(IN)dz6011.5212匝 Idz15.20654.1.2断线闭锁元件

断线闭锁元件动作电流按躲过正常运行时的最大不平衡电流整定

IsetKkIbpmax Kf为了整定简便，其动作电流可按下式计算

Iset0.2ITA20.251A

4.1.3保护装置灵敏度校验：

IdminIsetnTA34.80610326.662 5.2065600/5- 46 -

Klm 华北水利水电学院毕业设计

满足要求。

4．2 35KV变压器的整定计算

双绕组三相变压器纵差动保护原理接线图

4．2．1 变压器差动保护

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引出线的接地短路及绕组匝间短路，应装设纵差保护或电流速断保护。对于6.3MVA及以上的厂用变压器，应装设纵差保护，对于10MVA以下变压器且过流时限大于0.5s时，应装设电流速断保护；对于2MVA以上变压器，当电流速断保护的灵敏系数不满足要求时，则宜于装设纵差动保护。

A 纵差动保护动作电流的整定原则

（1）躲过外部短路故障时的最大不平衡电流，整定式为 IsetKKIbpmax

式中 KK——可靠系数，取1.3

Ibpmax——外部短路故障时的最大不平衡电流

Ibpmax包括电流互感器和变压器变比不完全匹配产生的最大不平衡电流和互感

器传变误差引起的最大不平衡电流。 Ibpmax(Ktx10%Ufza)Idmax

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式中 IKmax——外部短路故障时最大短路电流；

fza——由于电流互感器计算变比和实际变比不一致引起的相对误差，Y，d11接

550355100.111，当采用中间1100035线三相变压器的计算式为fza1nTA1nT3nTA2变流器进行补偿时，取补偿后剩余的相对误差；

U——由变压器分接头改变引起的相对误差，一般可取调整范围的一

半

10%——电流互感器容许的最大稳态相对误差 Ktx——电流互感器同型系数，取为1

Ibpmax(110%0.050.111)4.8061031254.4A

IsetKKIbpmax1.31254.41.631KA (2)过变压器最大的励磁涌流,整定式为 IsetKKKuINT

式中KK——可靠系数，取1.3—1.5 INT——变压器的额定电流

Ku——励磁涌流的最大倍数，取7.7 Iset1.37.71.961.651KAA

(3)躲过电流互感器二次回路断线引起的差电流 IsetKKIfmax

KKl——可靠系数 取1.3

Ifmax——变压器的最大负荷电流，在最大负荷电流不能确定时，可取变压器额定

电流INT

Iset1.31.960.214KA

按上面三个条件计算纵差动保护的动作电流，并选项取最大者

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故Iset1.651KA

B 纵差动保护灵敏系数的校验式为

KsetIdminJIset34.151522.182 =

1.651 满足要求

4．2．2变压器过电流保护整定计算

图4.2.2变压器过电流保护原理接线图

根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的规定，为反应外部相间短路引起的过电流和作为瓦斯保护，纵差保护（或电流速断保护）的后备保护，应装设过电流保护。 变压器过电流保护的动作电流按躲过变压器的最大负荷电流整定，保护的动作时间按阶梯原则确定，变压器最大负荷电流的确定应考虑以下情况

（1） 对并列运行的变压器，应考虑除一台变压器后，在其它变压器中出现的过负荷，

在其它变压器中出现的负荷，当各台变压器容量相同时，计算 Ifmaxn2INT1.96329.92A n121 式中n——并列运行变压器的最小台数，INT——每台变压器的额定电流 （2） 对降压变压器，应考虑低压侧电动机自启动时的最大电流 IfmaxKSSILmax2.51.96412.4A

ILmax——正常的最大负荷电流（一般为变压器的额定电流）

KSS ——综合负荷的自启动系数，取2.5

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取以上两者中的最大值ILmax=412 .4A

(3)保护启动电流按照躲过变压器可能出现的最大负荷电流来整定,即 IsetKK1.3Ifmax412.4630.73A kre0.85(4) 灵敏度校验

(2)IK KSminminIset34.151510325.71.2

630.734.2.3 35KV变压器过负荷保护

信号

变压器过负荷保护原理接线图

变压器过负荷运行将引起绝缘老化寿命降低,因此还应装设过负荷保护,在大多数情况下,变压器的过负荷是三相对称的,因此变压器过负荷保护只用于反应变压器对称过负荷时引起的过电流,变压器过负荷保护的动作电流也按躲过变压器额定电流

IIsetKK1.05INT1.96203.77A Kre0.85式中,Kre取0.85,KK取1.05 过负荷保护只发信号

4.2.4 瓦斯保护

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根据《继电保护和安全自动装置技术规程的规定，对于0.8MVA及以上的油浸式变压

器和户内0.4MVA以上变压器应装设瓦斯保护，本变容量为10MVA，故装设瓦斯保护

轻瓦斯保护的动作值用气体容积表示，整定范围为250—300cm2，变压器在10MVA及以上时，一般整定为250cm2，本主变容量为10MVA，故整定为250cm2重瓦斯保护动作值以导中的油流速度表示，整定范围为0.61.5m/s，本主变取1m/s

4.3 10KV线路（出线5）保护（过电流保护）

过电流保护原理接线图

动作电流按如下整定

A 过流保护的动作电流必须大于流过被保护线的正常动作时的可能最大负荷电流

ILmax，即

IIIIopILmaxP3UNcos3106310100.83216.506A

B 过流保护的返回电流Ire必须大于外部短路故障切除后，流过被保护线路的自启

动电流ISSKSSILmax即

III IreISSKSSILmax

KSS1.5——3，取KSS3

III引入可靠系数Krel，取1.15——1.25，电流继电器返回系数Kre取0.85

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IIIIopIIIIIIKrelKSSIL,max1.153215.506Ire878.76A ==0.85KreKreIII综上述，Iop取878.76A

参考文献

[1]范锡普主编 发电厂电气部分（第二版） 水利电力出版社 1995 [2]西北电力设计院 电力工程电气一次设计手册 水利电力出版社 19 [3]西北电力设计院 电力工程电气二次设计手册 水利电力出版社 19 [4]陈珩主编 电力系统稳态分析 中国电力出版社 1998 [5]李光琦主编 电力系统暂态分析 中国电力出版社 2002 [6]贺家李 宋从矩 电力系统继电保护 中国电力出版社 2003 [7] 冯金光主编 发电厂电气部分 中国水利水电出版社 2004 [8]水电部设备公司 电力工业常用设备手册 中国水利水电出版社 1984 [9]苏小林顾雪平 电气工程专业英语 中国水利水电出版社 1984 [10]刘健主编 电力英语阅读与翻译 中国水利水电出版社 1984 [10]电力部 DL-5000-2000火力发电厂设计规程 中国电力出版社[11]李丽娇 齐云秋 电力系统继电保护 中国电力出版社 2006 [12]张保会 尹项根 电力系统继电保护 中国电力出版社

2006

[13]丁毓山 雷振山 中小型变电所实用设计手册 中国水利水电出版社 2000

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结束语

这次毕业设计旨在考察我们经过四年系统的理论知识学习之后，是否具有应用这些理论知识去解决实际问题的能力；是对我们四年所学理论知识的复习、巩固、深化和总结；是对我们在走上工作岗位前的最后一次全方位的锻炼。

为了完成本次毕业设计我到图书馆查阅了很多电力工程设计手册，同时也从网上搜集了很多相关资料，尤其是对专业课本我翻了一遍又一遍，这在以前是从来没有过的，对我来说既是一个考验和也是一次锻炼。为了搞清热稳定校验时短路计算时间的算法，我请教了老师和很多同学，查阅了三本教材才最终搞明白；为了二次部分的设计，我更是付出了很多的辛劳。二次部分一向是我的软肋，是我所有专业课中学的最差的一门。对于继电保护，以前我只知道横差保护、纵差保护、瓦斯保护几个专业的术语，至于它们的原理是什么？配置在什么地方？怎么样进行整定计算？我根本就一无所知。为了完成本次设计，我从头开始学起，把原来的继电保护课本又认真的研究了一遍，不懂的问题请教了老师，又和同学们作了深入的讨论，虽然到现在我还没把所有的问题都搞明白，但是较以前来说，我确实有了很大的进步，最起码我搞明白了它们的原理、配置的地方、整定计算的方法等我原来根本就不明白的问题。为了作图，我又不得不去用我并不熟练的AutoCAD软件，第一张图我用了几乎四个小时的时间，到现在已能在两小时内完成一张图，速度整整提高了一倍。所有这些，都是本次设计带给我的收获，是对我的专业知识的一次全面的提升。

现在这份完整的毕业设计终于搞完了，这不是我一个人的努力。在设计期间，鲁老师给我提供了大量的专业技术资料并对我进行了辛勤指导，同学们也给我提供了的很大帮助和支持，在此我对他们致以最诚挚的谢意。

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附录一：专业文献原文及翻译

Power system fault and overload

The normal operation of the power system outside interference may be caused by fault or normal operation. Circuit it Usually in the form of impaired white line short-circuit short-circuit and ground.

Each year new designs of equipment bring about increased reliability of operation. Nevertheless, equipment failures and interference by outside sources occasionally result in faults on electric power system. On the occurrence of power from the generating stations to the loads may be unsatisfactory over a considerable area, and if the faulted equipment is not promptly disconnected from the remainder of the system, damage may result to other pieces of operating equipment.

A fault is the unintentional or intentional connecting together of two or more conductors which ordinarily operate with a difference of potential between them. The connection between the conductions may be by physical metallic contact or it may be through an arc. At the fault, the voltage between the two parts is reduced to zero in the case of metal-to-metal contacts, or to a very low value in case the connection is through an arc. Currents of abnormally high magnitude flow the network to the point of fault. These short-circuit currents will usually be much greater than the designed thermal ability of the conductors in the lines or machines feeding the fault. The resultant rise in temperature may

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cause damage by the annealing of conductors and by the charring of insulation. In the period during which the fault is permitted to exist, the voltage on the system in the near vicinity of the fault will be so low that utilization equipment will be inoperative. It is apparent that the power system designer must anticipate points at which fault may occur, be able to calculate conditions that exist during a fault, and provide equipment properly adjusted to open the switches necessary to disconnect faulted equipment from the remainder of the system. Ordinarily it is desirable that no other switches on the system are opened, as such behavior would result in unnecessary modification of the system circuits.

A distinction must be made between a fault and an overload. An overload implies only that loads greater than the designed value have been imposed on system. Under such a circumstance the voltage at the overload point may be low, but not zero. This undervoltage condition may extend for some distance beyond the overload point into the remainder of the system. The currents in the overloaded equipment are high and may exceed the thermal design limits. Nevertheless, such currents are substantially lower than in the case of a fault. Service frequently may be maintained, but at below-standard voltage.

Overloads are rather common occurrence in homes. For example, a housewife might plug five waffle irons into the kitchen circuit during a neighborhood party. Such an over-load, if permitted to continue, would cause heating of the wires from the power center and might eventually start a fire. To prevent such trouble, residential circuits are protected by fuse or circuit breakers

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which open quickly when currents above specified values persist. Distribution transformers are sometimes overloaded as customers install more and more appliances. The continuous monitoring of distribution circuits is necessary to be certain that transformer sizes are increased as load grows.

Faults of many types and causes may appear on electric power systems. many of us in our homes have seen frayed lamp cords which permitted the tow conductors of the cord to come in contact with each other. When this occurs, there is a resulting flash, and if breaker or fuse equipment functions properly, the circuit is opened.

Overhead lines, for the most part, are constructed of bare conductors. These are sometimes accidentally brought together by action of wing, sleet, trees, cranes, airplanes, or damage to supporting structures. Overvoltages due to lightning or switching may cause flashover of supporting or from conductor to conductor. Contamination on insulators sometimes results in flashover even during normal voltage conditions.

The conductors of underground cables are separated from each other and from ground by solid insulation, which may be oil-impregnated paper or a plastic such as polyethylene. These materials undergo some deterioration with age, particularly if overloads on the cables have resulted in their operation at elevated temperature. Any small void present in the body of the insulating material will result in ionization of the gas contained therein, the products of which react unfavorably with the insulation. Deterioration of the insulation may result in

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failure of the material to retain its insulating properties, and short circuits will develop between the cable conductors. The possibility of cable failure is increased if lightning or switching produces transient voltage of abnormally high values between the conductors.

Transformer failures may be the result of insulation deterioration combined with overvoltages due to lightning or switching transients. Short circuits due to insulation failure between adjacent turns of the same winding may result from suddenly applied overvoltages. Major insulation may fail, permitting arcs to be established between primary and secondary windings or between a winding and grounded metal parts such as the core or tank.

Generators may fail due to breakdown of the insulation between adjacent turns in the same slot, resulting in a short circuit in a single turn of the generator. Insulation breakdown may also occur between one of the windings and the grounded steel structure in which the coils are embedded. Breakdown between different windings lying in the same slot results in short-circuiting extensive sections of machine.

Balanced three-phase faults, like balanced three-phase loads, may be handled on a lineto-neutral basis or on an equivalent single-phase basis. Problems may be solved either in terms of volts, amperes, and ohms. The handling of faults on single-phase lines is of course identical to the method of handling three-phase faults on an equivalent single-phase basis.

Faults may be classified as permanent or temporary. permanent

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TV——Voltage transformers are used with voltmeters, watt-meters, watt-hour meters, power-factor meters, frequency meters, synchroscopes and synchronizing apparatus, protective and regulating relays, and the no-voltage and over-voltage trip coils of automatic circuit breakers. One transformer can be used for a number of instruments at the same time if the total current taken by the instruments does not exceed that for which the transformer is designed and compensated.

Voltage transformers are generally designed for a capacity of about 200 volt-amp. There are two causes of errors in voltage transformers, namely, ratio error and phase-angle error. The part of these errors due to the exciting current is constant for any particular voltage. It can be reduced to a minimum by choosing the best quality of iron and working it at a low magnetic density. The part of the errors due to the load current varies directly with the load and can be minimized by making the resistance of the windings very slow.

Voltage transformers are compensated for their iron losses at rated voltage. When used on some other voltage, either higher or lower, an error is introduced. In general this error will not be more than 0.15 percent of rated voltage. A voltage transformer should never be used on a circuit whose voltage is more than 10 percent above the rated voltage of the transformer.

The secondary terminals of a voltage transformer should never be short-circuited, a heavy current will flow which, if continued, will burn out the windings. In order to protect the system against sustained short circuits in the

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transformer circuit, it is generally recognized as good practice to introduce into the primary circuit a resister and fuse, these been connected in series. The resistors are designed to limit the current to about 20 to 40 amp., while the fuses are designed to break such current. In normal operation the current which the resistor carries is only the very small primary current of the voltage transformer, and the drop in voltage that they cause is inappreciable.

TA——Current transformers are used with ammeters, watt-meters, power-factor meters, watt-hour meters, compensators, protective and regulating relays, and the trip coil of circuit breakers. One current transformer can be used to operate not to exceed that for which the transformer is designed and compensated.

The current transformer is connected directly in series with the line, and usually has a fixed number of instruments in the secondary. A rise or fall in the line current requires a corresponding rise or fall in the secondary voltage to force the secondary current through the impedance of the meter load. the magnetic flux in the iron, which supplies the voltage, thus follows the rise and fall of the primary or line current.

The instruments connected in the secondary circuit of the transformer are placed in series, so that the secondary current will pass through each instrument. As the instrument are added, higher voltage is required to force the current through the instruments. This requires a high magnetic density in the iron. A higher magnetic density increases both the iron loss and the magnetizing current;

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hence both the ratio and the phase-angle errors are magnified. For the sake of accuracy, therefore, there is a limit to the number of instruments that should be placed on a single current transformer.

The secondary circuit of a current transformer should never be opened while the primary is carrying current. If it is necessary to disconnect instruments, the secondary should first be short-circuited. If the secondary circuit is opened, a difference of potential is developed between terminals which is dangerous to anyone coming in contact with the meters of leads. The cause of this high voltage is that with open secondary circuit all the primary ampere turns are effective in producing flux in the core, whereas normally but a small portion of the total performs this function. The danger is magnified by the fact that the wave form of this secondary voltage is peaked, produced in this way may also permanently change the magnetic condition or the core, so that the accuracy of the transformer were be impaired.

Surge arresters

One of the means of protecting transmission equipment is the surge arrester. two types of surge arresters may be used for this reason: active gap (SiC) and gapless (ZnO) metal oxide surge arresters.

Active gap (SiC) arrester

The two principal components of active gap surge arresters (diverters) are the spark gap and the non-linear resister. One of the earlier designs was the lightning arrester with plate gaps, which is still used today in some medium voltage

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networks. At still higher voltages, arresters with magnetically blow spark gaps are more commonly used, in particular in EHV networks (300—750kV). These consist mainly of three parts: spark gaps, discharge resistors and a grading system that monitors the distribution of voltage across the spark gaps. ZnO oxide arresters

The materials used for ZnO arresters are uniformly mixed, formed into grains, and sintered through special processes at temperatures between 1100 and 3500℃. The gapless surge arrester obtained using ZnO elements has the property that its resistance decreases sharply as the voltage across it increases.

In order to keep the stress on the system insulation as low as possible, a good overvoltage protection system or, an arrester has to meet and fulfill the following requirements.

(1)

it must withstand the normal phase to earth voltage of the system for

the whole of its operating life, even in the presence of pollution and after repeated discharges of high energy, such as are expected in a network;

(2)

it must be withstand, without damage, temporary over-voltage

caused by earth faults and other system transient conditions and discharge these over-voltages to earth without causing an earth fault;

(3) (4)

interruption of the following current;

the energy absorption capability must be such that, even after the most

severe switching surges and temporary over-voltages, the temperature of the blocks does not rise to a point where thermal runaway sets in;

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(5) protection level must be maintained as low as possible.

The newly developed ZnO surge arrester with its excellent high non-linearity characteristic, energy capability and protective performance can meet these conditions and fulfill these requirements.

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中文译文

电力系统故障和过负荷

正常运行的电力系统可能会受到外界干扰而导致故障或非正常运行。电路故 障通常的形式是线路相间短路和接地短路。

每年新设计的电力设备都使系统的可靠性不断提高,然而,设备的使用不当以及一些偶然的外在因素均会导致系统故障的发生.发生故障时，电流、电压变得不正常，从电厂到用户的送电在相当大的区域不令人满意。此时若故障设备不立即从系统中切除的话，则会造成其他运行设备的损坏。

故障是由于有意或无意地使两个或更多的导体相接触而造成的。导体之间是有电位存在的，而这种接触可能是金属性接触，也可能是电弧引起的。如果是前者造成的故障，则两部分导体之间电压会降低为零；若为后者，则电压变得很低，超常的大电流经过网络流至故障处。此短路电流通常会大大超出导线以及供电发电机的热承受能力，其结果，温度的升高会导致导体烧毁或绝缘体焦化。在允许的期限内，最靠近故障处的电压会变得很低，致使用电设备无法运行。显然，系统设计者必须事先考虑到故障可能发生在什么地方，能够推测出故障期间的各种情况，提供调节好的设备，以便驱动为将故障设备切除所必需断开的开关能够跳闸。通常希望此时系统无其他开关打开，否则会导致系统线路不必要的修改。

过负荷与故障是两个概念。过负荷仅指施加于系统的负荷超过了设计值。发生这种情况时，过负荷处的电压可能很低，但并等于零。这种电压不足的情形可能会越过过负荷处蔓延一定距离，进而影响系统其他部分。过负荷设备的电流变大而超过预定的热极限，但是这种情况比发生故障时的电流要小。此时，供电虽往往能维持，但电压较低。

过负荷的情况经常在家里发生，例如请街坊邻居聚会时，女主人可能将五个华夫饼干烘烤器的插头同时插入厨房的插座，诸如此类的过负荷倘若不能迅速处理的话，就会造成电力线发热甚至酿成火灾。为了避免这种情况发生，须采用保险丝或断路器来保护住宅区电路免受损坏。断路器会在电流超出预定值时迅速切断电路。当用户安装的用电器增加时，也会超过变压器负荷能力，因此有必要不时地监视配电线路以确保在负荷增加时变压器的容量也相应增加。

电力系统会发生各种类型，由各种原因引起的故障。我们在家里看到过破损的照明灯电

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线，使得其两根导线相触，并会发出弧光。如果此时断路器或保险丝能够正常工作，见分晓电路能被自动切断。

大部分架空明线是用裸线架设的，有时由于风、雪、或大树、起重机，飞机及支撑物的损坏等因素会使导线偶然碰到一起。由雷电或开关瞬变过程引起的过电压会在支撑物或导体之间产生电弧，即使在电压正常的情况下，绝缘材料的污染也回引起电弧。 通常采用油浸电缆纸或聚乙烯一类固体塑料绝缘材料将埋地电缆中的导线与导线和导线与地隔开。这些绝缘材料会随着时间的流失而老化，尤其是在过负荷引起高温下运行的时候更是如此。绝缘材料内的空隙会造成气体的电离，其生成物对绝缘不利。绝缘材料老化回引起绝缘性下降而导致导线短路。电缆故障的可能性会因雷电或开关瞬间引起的导线的电压骤然变高而增加。

变压器故障可能是由绝缘老化、加上雷电、开关瞬变过程导致的过电压造成的。同一绕组相邻线圈之间由于绝缘问题造成的短路可能是由于突然遇到外加高电压所致。绝缘失败会在一次绕组与二次绕组之间或绕组与接地金属部件（如铁芯或变压器外壳）之间产生电弧。

发电机故障可能是由于同一槽中相邻线圈之间绝缘被破坏而造成的，其结果会导致发电机匝内短路。绝缘损坏也可能发生在某一绕组与定子铁芯的接地钢结构之间。同一槽内不同绕组之间的绝缘损坏会导致电机大范围短路。

像处理平衡三相负荷一样，处理平衡三相故障也是依照基于由火线到零线的电路或等效单相电路的原则进行。可以通过电压、电流和电阻的规律求解问题。当然，单相线路上故障的处理方法也可用于在单相等效电路下三相故障的处理中。

电压互感器

电压互感器与电压表、功率表、电能表、功率因数表、频率表。同步检测装置和同期设备、保护和调节继电器以及自动化断路器的失压和过压调闸线圈一起使用。只要仪表的总电流不超过互感器的设计的补偿要求，一个互感器可以同时供多个仪表使用。

通常，电压互感器繁荣容量设计为200VA电压互感器的误差有两个，称为变比误差和相角误差。对于任何电压，这些误差中由于励磁电流而引起的部分是恒定的。通过选择最佳质量的铁心和低磁场强度下运行，可以将这个误差减到最小。这些误差中由于负荷电流引起的部分直接随着负荷变化，并且可以通过绕组电阻的减小来使其最小化。

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华北水利水电学院毕业设计

需要对电压互感器在额定电压下的铁芯损耗进行补偿。当运行在其他电压时，无论电压高低，都会产生误差。总的来讲，当使用电压为额定电压的50%~110%时，这些误差都不会超过0.15%。电压互感器不允许应用于电压超过其额定电压10%的电路。

电压互感器的二次侧端子不允许短路。如果其二次侧持续短路的话，将在二次绕组中产生巨大电流，从而烧毁绕组。为了防止系统中电压互感器电路持续短路，一个认可的常用措施是在电压互感器的一次侧串连接入一个电阻器和熔断器（保险）。电阻器的选择是将电流到约20~40A，而熔断器的选择是按照能断开这样的电流来设计的。在正常运行状况下，流过电阻器的仅仅是电压互感器的小的一次侧电流，并且他们引起的电压降落是可忽略的。

电流互感器

电流互感器与电流表、功率表、功率因数表、电能表、补偿装置、保护和调节继电器以及断路器的跳闸线圈一起使用。一个电流互感器可在不超过其设计和补偿值的范围内运行。

电流互感器串联于电路，并且在二次侧连接仪表数量是固定的。线电流的增加或减小需要二次侧电压降落相应的上升或下降，从而强制二次侧电流流过表计负荷的阻抗。因此，产生这个电压的铁心中的磁通也将随着一次侧电流上升或下降。

连接与电流互感器二次侧电路的仪表是串联接入的，以便二次侧电流流过每一个仪表。随着仪表的增加，就需要较高的电压来强制电流流过这些仪表。这要求在铁芯中具有较大磁场密度。一个较高的磁场密度将增大铁芯损耗和励磁电流，因此造成变比误差和相角误差增大。因此，为了保证一定的精确度，需要对每一个电流互感器所允许带的仪表数设置一个极限。

一次侧负载运行时，电流互感器的二次侧电流不允许开路。如果必须要断开仪表的话，应首先将二次侧断路。如果二次侧电路开路的话，在端子之间将产生电位差，这对于任何接近或接触表计和表头的人员都将是危险的。引起这个高电位差的原因时：当二次侧电路开路时，所有的一次侧安匝都有效的用于产生铁芯的磁通，而正常中只有总安匝中的小部分用于产生铁芯磁通。事实上，而磁侧电压的波形上升达到波峰并产生最大值，危险被放大。在这种情况下所产生的大磁通还会永久性的改变磁状况和铁芯，从而损害互感器的精确度。

避雷器

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保护输电设备的一个方法就是使用避雷器，用于这个目的的避雷器有两种类型：有效间隙（碳化硅）避雷器和无间隙（氧化锌）金属氧化物避雷器。

碳化硅避雷器

有效间隙避雷器的两个主要部分是火花间隙和非线性电阻。早期的一种设计是平板间隙的避雷器，今天在一些中压供电网中还仍然得到使用，而在高压电网中，特别是在超高压电网中（300~750kV），通常更普遍使用的是磁吹火花间隙的避雷器。它主要包括三个部分：火花间隙、放电电阻和一个能监测通过火花间隙的电压分布的分级系统。

氧化锌避雷器

这种避雷器的材料是被均匀混合，形成晶粒，经过特殊过程在温度1100~1350℃时烧结。使用氧化锌材料的无间隙避雷器的特性是：随着电压增大其电阻值迅速减小。为了保持系统绝缘受到的应力尽可能的小，一个好的过电压保护系统或者一个避雷器应该满足下列要求：

（1）

在它的运行寿命中，即使在污染的情况下，或在电网可能出现的大能量的

重复放电后，它必须能承受系统的正常的相对地电压；

（2）

它必须能承受由姐弟故障和其他的系统过渡状态造成的短时过电压而不被

破坏，并且这些过电压对大地放电不会导致接地故障；

（3） （4）

能断开续流电流；

它的能量吸收能力必须满足这种情况，即在最严重的操作过电压和短时过

电压下，其部件的温度也不能升高到散热允许的设定值；

（5）

它必须维持尽可能低的保护水平。

最新开发的氧化锌避雷器具有优异的非线性特性、能量吸收能力和保护功能，能满足上面的要求。

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