内容提要
本次设计课题是住宅小区供电系统剖析与设计，根据设计基本要求，运用所学相关知识，查阅相关资料，进行供电系统初步设计。本次设计基本流程是：进行负荷计算，根据负荷计算结果进行变压器选择并确定供电方案，之后依次进行短路电流计算，高、低压电器设备选择与校验，继电保护，防雷与接地保护等。在这一框架下，按照国家标准，结合小区实际情况完成设计。本次设计考虑到了供电系统安全、可靠、灵活、经济四项基本要求，在选择供电方案与电器设备时，优先选择低能耗并且满足设计要求方案与设备，除此以外，还考虑到了小区未来负荷发展情况，做到了远近期结合，留有扩建可能性。
关键词:负荷统计；变压器选择；短路计算；继电保护
Abstract
The subject of this graduation project is the design of the residence area power supply system. According to the basic requirements of the design, using of the relevant knowledge, searching relevant information. Begin the design of the power supply system. The basic process of design is load statistics, according to the load calculation results to select the transformer, then begin the Short-circuit calculation, selection and calibration of high and low voltage electrical equipment, relay protection, lightning arrest and grounding protection, In this framework, according to the national standards, combined with the actual situation of residential to complete the graduation project. This design considerations to the power supply system of safe, reliable, flexible and economic four basic requirements, in the choice of power supply plan and electrical equipment, preferred select low energy consume and meet the design requirements of the plan and equipment. Besides, consider to the residential future of the loads, combination of recent and forward, it support the possibility of the expansion.
Keywords: :Load statistics; Transformer selection; Short-circuit calculation; Relay protection
目
录
1
引言 .................................................................. - 0 -
2
负荷计算 .............................................................. - 1 -
2.1
供电负荷剖析 .................................................... - 1 -
2.2
供电负荷计算 .................................................... - 2 -
3
供电方案确定 .......................................................... - 3 -
3.1
主接线方案原则 .................................................. - 3 -
3.2
主接线方案设计 .................................................. - 3 -
4
变压器及线路选择 ....................................... 错误! ! 未定义书签。
4.1
变压器台数选择 .................................................. - 3 -
4.2
变压器容量选择 .................................................. - 4 -
4.3
变压器型号选择 .................................................. - 4 -
4.4
线路选择 ........................................................ - 4 -
5.变配电所总体布置 ....................................................... - 5 -
5.1 变配电所总体布置要求 ............................................. - 5 -
5.2 变配电所结构规范 ................................................. - 6 -
5.3 变配电所平面结构图 ............................................... - 7 -
6
短路计算 .............................................................. - 8 -
6.1
短路故障形式 .................................................... - 8 -
6.2
短路电流计算 .................................................... - 8 -
7
高、低压设备选择 ...................................................... - 9 -
7.1
设备选择基本原则 ................................................ - 9 -
7.2
高压设备选择 ................................................... - 10 -
7.3
低压设备选择 ................................................... - 11 -
8 继电保护 .............................................................. - 14 -
8.1
继电保护意义及设置原则 ......................................... - 14 -
8.2
变压器继电保护 ................................................. - 14 -
9
变电所防雷与接地 ..................................................... - 17 -
9.1 变电所防雷保护设计：
............................................ - 17 -
9.2 变电所接地保护设计：
............................................ - 17 -
结
论 .................................................................. - 19 -
致
谢 .................................................................. - 20 -
参 考 文 献 ............................................................. - 20 -
1
引言
研究意义：近几年来随着我国社会经济迅速发展，人民生活水平有了大幅提高，对居住环境方便、安全、环保、舒适程度等方面提出了更高要求。这使得住宅小区供电系统要能够适应小区用电负荷要求及小区长远规划，从多方面考虑，进而设计出最合理供电方案，以使供电系统运行更加经济、灵活、安全、可靠。
发展现状：近年来，我国城市化正处于又一新发展阶段，城市地区住宅建筑林立，建筑标准越来越现代化，不同种类小区对用电负荷要求也不尽相同，但总体趋势是用电负荷有较大增高，在夏冬季节或用电高峰时段时，用电负荷有较大波动，造成供电不稳定或是停电时有发生，为居民用电带来了诸多不便，因此要求小区供电系统要具备更高可靠性与安全性。随着城市化进程逐年加快，城市用地更加紧张、用电负荷更加集中，城市电力电网也逐步由架空向电缆过渡，老旧配电方案以及变压器、配电室等电力设备在安全性、经济性、环保性等方面都难以满足时下住宅用电负荷要求，由此对于小区供电方案也有了新要求。
发展趋势：将来供配电系统主要发展方向为小型化、节能化及更加自动化。目前对于供电系统供电可靠性尚感不足，对于某些重要设备如消防设施、生活水泵、生活电梯供电可靠性还有待提高。另外，低压配电部分安全性也需要更多重视。
小区供电设计要考虑下列基本要求：
（1）安全性 需要达到相关技术规范与国家标准，且能够保证人身与设备安全。
（2）可靠性 需要满足小区正常用电电力负荷。
（3）灵活性 需要适用于多种运行方式，以便于电气设备维修及切换，并适当考虑未来负荷发展情况。
（4）经济性 在符合上述要求前提下，尽可能简化设计方案，降低投资及设备运行、维修费用，并减少线路有色金属消耗与电能节约。
2
负荷计算
2.1
供电负荷剖析
近年来我国经济建设步入快车道，居民生活水品不断提高，越来越多高能耗电器走进我们生活，普通家庭用电需求不断上涨，很多家庭装有多个空调、彩电、冰箱，而且呈现出强劲增长态势，根据以上现状住宅设计标准做出如下规定，一般而言高层计算负荷可参考每户6~8kW 标准，小高层及多层可参考每户 4~6kW，除上述方法外还可参考 502/m W 建筑面积标准， 本次设计是针对普通住宅小区设计，根据以上标准，计算负荷取值 6kW 每户。
本次设计小区有 10 栋楼，每栋 33 层，每层 4 户，每户 100 平米，每栋设置一个户外配电箱，共计 10 个配电箱，每两个配电箱设置一个配电屏，共计 5 个配电屏。由配电屏引出线路通向配电箱，再由配电箱引出线路通向楼栋单元到各户。
2.2
供电负荷计算
目前，我国设计部门在进行企业供电设计时, 经常采用电力负荷计算方法有:需要系数法、二项式系数法、利用系数法、单位电耗法与单位面积功率法等.需要系数法计算简便, 对于任何性质企业负荷均适用, 且计算结果基本上符合实际, 因此, 这种计算方法采用最广泛. 尤其对各用电设备容量相差较小, 且用电设备数量较多用电设备组, 这种计算最适宜. 二项式系数法则主要适用于各种设备容量相差大场所, 如机械加工企业、煤矿综合采工作面等。利用系数法是平均负荷作为计算依据,利用概率论剖析出最大负荷与平均负荷关系。这种计算方法虽理论依据较充分, 但由于目前积累实用数据不多, 且计算步骤较繁琐, 精确度也并不比前两种方法强多少, 所以, 目前以逐渐不被采用. 最后两种方法常用于方案估算。这里用需要系数法计算。
负荷计算公式：
有功计算负荷: 30 d e P K P
无功计算负荷: 3030tanQP
视在计算负荷：3030cosPS
计算电流：30303NSIU
查阅资料得知：住宅用电负荷需要系数 12 户时dK 取 值 0.6；dK 在 25~100 户时dK 取值0.45；100~200 户时dK 取值 0.35；大于 260 户时dK 取值 0.3；生活用电功率因数取值cos =0.85，则 tan 0.62 （1）小区总负荷计算
（2）每栋楼负荷计算如下
（3）配电箱负荷计算：
1#-10#配电箱负荷相同,计算与每栋楼负荷计算一样：
（4）配电屏负荷计算：
1#-5#配电屏负荷相同，计算如下
3
供电方案确定
3.1
主接线方案原则
在设计小区供电主接线方案时，要符合国家相关规范，布局合理，经济节约等，为适应日益变化新形势还要有一定超前意识，从而避免造成重复建设，资金浪费，维护不便，还影响居民正常用电。
主接线应满足可靠性、灵活性、经济性等要求。
（1）可靠性：为了向用户供应持续、优质电力，主接线首先必须满足这一可靠性要求。主接线可靠性衡量标准是运行实践，要充分地做好调研工作，力求避免决策失误，鉴于进行可靠定量计算剖析基础数据尚不完善情况，充分做好调查研究工作显尤为重要。
为了提高主接线可靠性，选用运行可靠性高设备是条捷径，这就要兼顾可靠性与经济性两方面，作出切合实际决定。
（2）灵活性：电气主接线设计，应当在运行、热备用、冷备用与检修等各种方式下运行要求。在调度时，可以灵活地投入或切除发电机、变压器与线路等元件，合理调配电源与负荷。在检修时，可以方便地停运断路器、母线及二次设备，并方便设备安全措施，不影响电网正常运行与对其他用户供电。
（3）经济性：方案经济性体现在以下三个方面。
采用简单接线方式，少用设备，节省设备上投资。在投资初期回路数较少时，更有条件采用设备用量较少简化接线。能缓装设备，不提前采购装设；在设备型式与额定参数选择上，要结合工程情况恰到好处，避免以大代小，以高代低；在选择接线方式时，要考虑到设备布置占地面积大小，要力求减少占地，节省配电装置征地费用。
3.2
主接线方案设计
见后附录
4
变压器及线路选择
4.1
变压器台数选择
在变电所中最关键一次设备是电力变压器，它主要任务是提升或降低电力系统电压，以便于合理分配、使用与输送电能。
选择主变压器台数时应考虑以下原则：
（1）供电系统对正常用电负荷要有足够可靠性。
（2）当变电所负荷因昼夜、季节而幅度较大时，且适宜以经济方式运行时，可考虑接入两台变压器。
（3）一般情况下，变电所适宜选用一台变压器，但对于负荷集中且容量相当大变电所，虽为三级负荷，也可采用两台或更多变压器。
（4）在选择变电所主变压器台数时，还应考虑负荷未来发展情况，预留出一定容量。
就本次设计而言：适宜选用两台主变压器，若某台变压器停止运行时，另一台则须承担其负荷。
4.2
变压器容量选择
（1）对于只装有一台主变压器供电系统，主变压器容量T NS.应满足全部用电设备总计算负荷30S 需要，即30 .S ST N
（2）装有两台主变压器时每台变压器容量T NS.应同时满足下列两个条件：
① 当 任 意 一 台 变 压 器 单 独 运 行 时 ， 须 满 足 约 60%~70% 总 计 算 负 荷 需 要 ， 即30 .) 7 . 0 ~ 6 . 0 ( S ST N
②当任意一台变压器单独运行时，须满足所有Ⅰ、Ⅱ级负荷需要，即) ( 30 . S ST N
就本次设计而言，小区负荷等级为三级，只要考虑条件①：这里小区总计算负荷30S 为2795.3kVA ， 选 用 两 个 主 变 压 器 容 量30 .) 7 . 0 ~ 6 . 0 ( S ST N ， 经 计 算 得.1677~1957N TKVAS
，取.2000N TKVAS
4.3
变压器型号选择
根据以上对变压器剖析，查询资料可知，变压器型号选择为 S9-2019/10 系列油浸式铜线电力变压器，参数如下：
表 4-1 S9-2019/10 变压器参数 型号 额定电压 阻抗电压（%）
空载损耗 （W）
负载损耗（W）
空载电流 （%）
连接组别 S9-2019/10 10KV 6 3000 18000 0.8 Dyn11 4.4
线路选择
电源进线由 10kV 城市电网引出由电缆线路进入变电站,在电路进线主开关柜之前装设一台高压计量柜，计费电能表通过电压互感器及电流互感器接入电路中。
根据设计经验，一般 10kv 及以下高压线路与低压动力线路，通常先按发热条件来选择导线与电缆截面，再校验电压损耗与机械强度。
在选择三相系统中导线相线截面时可依照导线发热条件来选，须使其允许载流量aI
不小于相线上计算电流30I
，即30I I al
在计算导线允许载流量时，还要考虑温度条件影响，计算时要乘以温度校正系数，其公式如下：
式中，al 为导线额定负荷时最高允许温度；0 为导线允许载流量所用环境温度；"0 为导线敷设地点实际环境温度。
（1）
变电所进线电缆选择
经算得温度校正系数为 45 . 140 6018 600"0 alalK
3045 . 1 I I al ，即30115.579.61.45 1.45alAII
查表 得知：可选用标称截面为 502mm 油浸纸绝缘电缆。
校验发热条件
油浸纸绝缘电缆 3081 79.6alAI I ,发热条件满足。
校验机械强度
对于电缆，不必校验其机械强度。
（2）配电箱电缆选择
1#-10#配电箱计算电流30470.2AI
经算得温度校正系数为"0090 181.0590 25alalK 30 1.05 al I I ，即301.05alII
查表得知：1#、2#、3#、4#、5#、配电箱可选用标称截面为 3002mm YJV 型电缆；
校验发热条件
YJV 型电缆30506 448alA AI I
，发热条件满足。
校验机械强度
对于电缆，不必校验其机械强度。
5.变配电所总体布置
5.1 变配电所总体布置要求
1.便于运行维护与检修
有人值班变配电所，一般应设值班室。值班室应尽量靠近配电室，
且有门直通。如果值班室靠近高低压配电室有困难，则值班室可经走
廊与高压配电室相通。
2.保证安全运行
3.便于进出线
4.节约土地与建筑费用
5.适合发展要求
5.2 变配电所结构规范
1.变压器室结构规范
变压器室结构形式，决定于变压器形式、容量、放置方式、主接线方案及进出线方式与方向等诸多因素，考虑到发展，变压器室宜有更换大一级容量可能性。
为保证变压器安全运行及防治变压器失火时故障蔓延，GB 50053—《10kv 及以下变电所设计规定》规定，可燃油油浸变压器与变压器室墙壁与门最小净距应符合下表规定：
表 5-1 变压器外廊与变压器室墙壁与门最小净距 变压器容量/KVA 100-1000 1250 及以上 变压器外廊与后壁、侧壁净距/mm 600 800 变压器外廊与门净距/mm 800 1000 变压器室地坪，按通风要求，分为地坪抬高与不抬高两种型式。变压器室地坪抬高时，通风散热更好，但建筑费用较高。变压器容量在 630KVA 及以下变压器室地坪，一般不抬高。本设计采用抬高地坪型式。
2.高低压配电室与值班室结构
高低压配电室结构形式，主要取决于高低压开关柜型式，同时要考虑运行维护方便与安全，留有足够操作维护通道，并且要照顾今后发展，留有适当数量备用开关柜位置，但占地面积不宜过大，建筑费用不宜过高。
表 5-2 高压配电室内各种通道最小宽度 开关柜布置方式 柜后维护通道 mm 柜前操作通道/mm 固定式柜 手车式柜 单列布置 800 1500 单车长度+1200 双列面对面布置 800 2019 双车长度+900
双列背对背布置 1000 1500 单车长度+1200 装设 GG-1A(F)型高压柜（柜高 3.1m）电缆进线高压配电室高度为 4m，如果开关柜为手车式（一般高 2.2m）时，高压配电室高度可降为 3.5m。为了布线与检修方便，开关柜下面应设电缆沟。
低压配电室内成列布置配电屏，其屏前、屏后通道最小宽度，按 GB 50053-1994 规定，如下表所示：
表 5-3 低压配电室内屏前屏后通道最小宽度 配电屏型式 配电屏布置方式 屏前通道/mm 屏后通道/mm 固定式 单列布置 1500 1000 双列面对面布置 2019 1000 双列背对背布置 1500 1500 抽屉式 单列布置 1800 1000 双列面对面布置 2300 1000 双列背对背布置 1800 1000 低压配电室高度，应与变压器室综合考虑，以便变压器低压出线。当配电室与抬高地坪变压器室相邻时，低压配电室高度不应低于 4m；与不太高地坪变压器室相邻时，配电室高度不应低于 3.5m。为了布线需要，低压配电屏下面也应设电缆沟。
高压配电室耐火等级不应低于二级；低压配电室耐火等级不应低于三级。
值班室结构型式，要结合变配电所总体布置与值班工作要求全盘考虑，以利于运行值班工作。值班室内除通往配电室、电容器室门外，其他门均应向外开。
5.3 变配电所平面结构图
图 5-1 变配电所平面布置图
1-高压配电室
2-变压器室
3-低压配电室
4-值班室
6
短路计算
6.1
短路故障形式
三相系统短路主要分为单相、两相及三相短路三大类。单相短路只能发生在中性线引出四线制系统及中性点接地系统中。一般情况下，三相短路电流要大于单相与两相短路电流，尤其对于电源距离供电系统较远时，三相短路电流最大，此时因系统短路而产生危害也最为严重。为了保证电力系统中电气设备在处于最严重短路情况下能够可靠工作，在选择与校验电气设备时，也都按照三相短路时数值来校验。
6.2
短路电流计算
本次设计小区采单电源供电，由 0.5km 处城市电网供电，断流容量 MVA S oc 300 ，一般基准容量dS 数值为 100MVA，下面是采用标幺制法进行短路电流计算过程：
（1）确定基本值
取基准容量 MVA S d 100
，基准电压 kV U c 5 . 101 ， kV U c 4 . 02
则：
（2）相关元件在短路电路中电抗标幺值
电力系统电抗标幺值*sX
查资料得知 MVA S oc 300 ，因此
电力线路电抗标幺值*WLX
查表得知电缆 km X / 092 . 00 ，因此
变压器电抗标幺值*T X 查表可知 6 % kU ，因此
由此可绘制出短路等效电路图：
图 5-1
短路等效电路图 （3）
1 k 点短路电路总电抗标幺值以及三相短路电流与短路容量
总电抗标幺值
三相短路电流周期分量有效值
其他三相短路电流
三相短路容量 MVAXSSkdk8 . 268372 . 0100*) 1 () 3 (1 （4）
2 k 点短路电路总电抗标幺值及三相短路电流与短路容量
总电抗标幺值
三相短路电流周期分量有效值
其他三相短路电流
三相短路容量 (3)*2( 2)10029.73.372dkkMVASSX
表 6-1
短路计算结果
) 3 ( "I
kA
) 3 (shi
kA
) 3 (shI
kA
) 3 (kS
MVA
1 k 点 14.8 37.7 22.3 268.8 2 k 点 43 78.6 46.9 29.7
7
高、低压设备选择
7.1
设备选择基本原则
（1）根据额定参数选择
在选用设备电器时，要求设备额定电压NU 不低于安装位置额定电压N WU.，即
同时要求其额定电流NI 不低于实际通过设备最大电流maxI ，即 （2）根据稳定条件选择
系统发生短路故障后保护系统动作需要一定时间，系统供电设备要能够承受一定时间内短路电流。
供电设备热稳定是指电气设备载流导体通过最大电流时，其发热温度扔不超过允许短时发热温度，即
供电设备动稳定是指电气设备通过最大短路冲击电流) 3 (shi ，并承受相应电动力时，设备仍保持机械结构完好能力，即
（3）根据断流能力选择
供电设备熔断器、断路器等开关设备，承担着通断电路任务。设备开断电流ocI 一般应大于所处位置可能发生最大短路电流) 3 (max . kI ，或断流容量ocS 一般应大于所处位置可能发生最大三相短路容量) 3 (max . kS ，即
) 3 (max . kI I oc 或) 3 (max . kS S oc
进行设备选择时通常把额定参数与工作环境作为前期初选原则，而后将断流能力与动热稳定性作为后续校验原则。以下为设备初选及校验项目：
表 7-1 高压一次设备选择校验项目 项目 额定电压 kV 额定电流 A 断流能力 kA 或 MVA 短路电流校验 动稳定
热稳定 断路器 √ √ √ √ √ 熔断器 √ √ √ － － 负荷开关 √ √ √ √ √ 隔离开关 √ √ － √ √ 电流互感器 √ √ － √ √ 电压互感器 √ － － － － 支柱绝缘子 √ － － √ － 套管绝缘子 √ √ － √ √ 母线 － √ － √ √ 电缆 √ √ － － √ 设备校验项目（√表示需要校验项目 －表示无需要校验项目）
7.2
高压设备选择
高压一次设备必须满足一次电路正常条件下与短路故障条件下工作要求，工作安全可靠运行维护方便，投资经济合理。
电气设备按正常条件下工作进行选择，就是要考虑电气装置环境条件与电气要求。环境条件是指电气安装所处位置（室内或室外）、环境温度、海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求。电气要求是指电气装置对设备电压、电流、频率（一般 50Hz）等要求；对一些断流电器如开关、断路器等，应考虑其断流能力。
电气设备要满足在短路故障条件下工作要求，还必须按最大可能短路故障动稳定度与热稳定度进行校验。但对断路器及装有断路器保护电压互感器，不必进行短路动稳定度与热稳定度校验。对电力电缆，由于其机械强度足够，所以不必进行短路动稳定度校验，但须进行短路热稳定度校验。
变压器高压侧选择标准：
（1）额定参数：额定电压N W NU U. ， kV UN W10. ，即
额定电流T N NI I. 1 ，..2000115.53 3 10N TLN TNSIU ，即
（2）稳定条件：冲击电流) 3 (max shi i ， kA i sh 7 . 37 8 . 14 55 . 2) 3 ( ，即
热稳定ima tt I t I2 2 ， s kA t Iima2 2 23 . 153 ) 2 . 0 5 . 0 ( 8 . 14 ，即 （ 3 ）
断 流 能 力 ：
断 流 容 量) 3 (max . kS S oc ， MVAXSSkdk8 . 268372 . 0100*) 1 () 3 (1 ， 即
MVA S oc 269
根据以上标准选择如下高压设备：高压开关柜 GG1A-10Q（F）、少油断路器 SN10—10I/630、隔离开关 GN8-10T/200、电流互感器 LQJ-10-200/5A、电压互感器 JDZ-10Q、熔断器 RN1-10
表 7-2
高压电器校验结果
项目
额定电压 kV
额定电流 A
开断电流
kA 短路电流校验 动稳定
热稳定 kA
kA2 s 校验结果 少油断路器 SN10-10Ⅰ/630 10 630≥115.5 16≥14.8 40≥37.7 1024≥153 满足 条件 隔离开关 GN8-10T/400 10 400≥115.5 － 40≥ 37.7 980≥ 153 满足 条件 电流互感器 LQJ-10-200/5A 10 200≥115.5 － 45≥37.7 5625≥ 153 满足 条件 电压互感器 JDZ-10Q 10 － － － － 满足 条件 熔断器 RN1-10 10 150≥138.5 15.5≥14.8 － － 满足 条件 （－表示无需要校验项目）
7.3
低压设备选择
低压一次设备选择，与高压一次设备选择一样，必须满足在正常条件下与短路故障条件下工作要求，同时设备应工作安全可靠，运行维护方便，投资经济合理。
表 7-3 低压一次设备选择校验 项目 额定电压 V 额定电流 A 断流能力 kA 短路电流校验 动稳定
热稳定 低压断路器 √ √ √ — — 低压熔断器 √ √ √ － －
低压负荷开关 √ √ √ — — 低压刀开关 √ √ — — — 电流互感器 √ √ － √ √ 设备校验项目（√表示需要校验项目 －表示无需要校验项目）
变压器至母线间选择标准：
（1）额定参数：额定电压N W NU U. ， kV UN W4 . 0. ，即
额定电流T N NI I. 2 ，302 .200028873 3 0.4N TNASIU ，即 （2）稳定条件：冲击电流) 3 (max shi i ，(3)1.84 43 78.6shkAi ，即
热稳定ima tt I t I2 2 ，2 2 2(0.5 0.2) 129443imak st I A ，即 （ 3 ）
断 流 能 力 ：
断 流 容 量) 3 (m a x . kS S oc ，(3)*2( 2)10029.73.372dkkMVASSX ， 即29.7OCMVAS
根据以上标准选择如下低压设备：断路器 DW15-4000、刀开关 HD18-2500
表 7-3
低压电器校验结果
项目
额定电压 kV
额定电流 A
开断电流
kA 短路电流校验 动稳定
热稳定 kA
kA2 s 校验结果 断路器 DW15-4000 0.4 3000≥2887 80≥43 80≥78.6 3600≥1294 满足 条件 刀开关 HD18-3000 0.4 3000≥2887 － 105≥78.6 2500≥1294 满足 条件 （－表示无需要校验项目）
配电屏至配电箱至楼栋单元设备选择：
1#至 5#配电屏计算电流30I 为 807A；1# -10#配电箱计算电流30I 为 470.2A；
每楼栋计算电流30I 为 470.2A
根据以上标准选择如下低压设备：刀开关 HD17-1000 ，断路器 DZX10-630
表 7-4
配电屏至配电箱至楼栋单元设备选择 项目 设备 1#、2#、3#、4#、5#、 配电屏 HD17-1000
配电箱 DZX10-630 各楼栋单元 DZX10-630
8 继电保护
8.1
继电保护意义及设置原则
供电系统中继电保护是系统安全运行重要保证，是自动、迅速、准确切除故障重要环节，也是变压器二次回路重要组成。
继电保护任务：
（1）在系统发生故障时，要准确、自动、迅速切除系统中故障元件，以确保其余部分正常供电。
（2）当系统发生故障时，正确反映电气设备故障运行状态，便于操作人员采取适当措施，及时恢复电气设备正常运行。
（3）与系统故障部分电路自动重合闸或备用电源自投入等自动装置相配合，从而使供电系统拥有足够可靠性。
设置基本原则如下：
（1）选择性 当电力系统发生故障时，继电保护装置动作，有选择性把系统中故障部分切断，从而使其余正常部分继续运行，最大限度保障供电。
（2）快速性 电力系统由于其实时性特点，要求在系统发生故障时继电保护装置能够尽快动作，用最短时间完成故障部分切断。
（3）灵敏性 继电保护装置灵敏性决定了其在系统发生故障时是否做出动作，要根据具体情况来选择最适合灵敏度，以免做成误动作或拒动作。
（4）可靠性 根据系统继电保护范围与任务，当保护装置本应动作却未能动作时，称为拒动作；当电力系统故障部分不在保护范围内或系统处于正常运行状态时，保护装置本不该动作却做出动作，称为误动作。保护装置误动作与拒动作严重影响电力系统可靠性，使系统不能安全、稳定运行。装置原理、接线方式等都直接影响了保护装置可靠性，因此须尽量选择原理、接线方式简单，可靠性高，运行经验丰富设备进行保护。
除了上述四项基本原则外，在实际选择中还必需考虑其经济性，在能实现电力系统安全运行前提下，尽量选用投资少、维护费用低保护装置。
8.2
变压器继电保护
变压器是电力系统中主要电气设备之一。变压器故障对系统影响是很大，因此对变压器应装设必要保护装置。
1.变压器主要故障形式：
1）.内部故障：绕组匝间短路、相间短路、层间短路与单相接地短路等。内部短路时产生电弧不仅可能烧坏绝缘，而且烧坏铁心，而且可能会使绝缘材料与变压器油受热而产生大量气体，从而引起油箱爆炸。
2）.外部故障：引出线与绝缘套管相间短路或单相接地短路等。
2.变压器继电保护装置：
1）.瓦斯保护：反应变压器油箱内部故障与油面降低瓦斯保护。容量为 800KVA 及以上油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。
2）.相间短路保护：反应变压器绕组与引出线相间短路及绕组匝间短路纵联差动保护或电流速断保护。
3）.后备保护：
（1）过电流保护，用于降压变压器，保护装置整定值应考虑短路时可能出现过负荷。复合电压（包括负序电压及线电压）启动过电流保护。
（2）负序电流保护与单相式低压启动过电流保护，用于 6300KVA 及以上升压变压器。
4）.过负荷保护：反应变压器过负荷过负荷保护。
5）.温度保护：干式变压器绕组温度升高原因有很多，如过负荷、匝间短路、环境温度过高、冷却系统故障等，应设置温度保护。
变压器定时限过流保护是变压器基本保护方式之一，选用 DL 型电磁式电流继电器，变压器过电流保护动作电流为maxrel wop Lre iK KI IK K ,max L I取为（1.5~3）NT I，wK 为保护线系数，取值为 1；relK 为可靠系数，取值 1.2；reK 为继电器返回系数，取值 0.85；iK 为电流互感器变流比。
变压器过流保护动作时限按阶梯原则整定，该动作时限要比变压器二次侧出线过流保护最大动作时限大一个级差 t ，取值 0.5s。
变压器过流保护灵敏性校验按下式计算
5 . 1)" 2 (min op ik wpI KI KS
其中)" 2 (min kI 为变压器二次侧母线在系统最小运行方式下发生两相短路时换算到一次侧短路电流。
零序电流速断保护也是变压器基本保护方式之一，速断保护动作电流要不小于变压器二次侧母线最大三相短路电流)" 3 (max kI ，即 电流速断保护灵敏性校验要依据变压器一次侧最小两相短路电流(2)K I进行校验
过电流保护及速断保护计算
（1）过电流保护电流整定
动作电流 .max1.2 1173.2 6.10.85 40rel wOP Lre iAK KI IK K 选 DL-11/10 电流继电器，动作电流整定为 6A
动作时间整定
过流保护灵敏性校验
5 . 1 1 . 65 40104 . 010 35 866 . 0 13)" 2 (min op ik wpI KI KS
满足要求
（2）速断保护电路整定
选 DL-11/100 电流继电器，动作电流整定为 45A
电流速断保护灵敏性校验
2 1 . 745 4010 8 . 14 866 . 0 13 ) 2 (min qb ik wpI KI KS
满足要求
9
变电所防雷与接地
9.1 变电所防雷保护设计：
一般情况下，变配电所屋外防雷装置，可选用避雷线或避雷针。避雷针可以单独立杆，当其受到雷击时，避雷针及引下线处可能对附近建筑物等造成“反击”，为了避免发生此类事故，要注意下述几点：
（1）要使被保护物与避雷针之间有足够距离，这个距离与建筑物防雷等级有关，由于是针对变电所防雷，距离取值为大于等于 5 米。
（2）避雷针不能共用保护物自身接地，应另设独立接地装置，两者接地体之间也要有足够地中距离，距离取值为大于等于 3 米。
（3）避雷针及其引下线选择位置时要尽可能在远离人员经过地方。一般与人行道及其他建筑物出入口距离至少要大于 3 米，从而限制跨步电压。
为了防止雷电侵入波对变配电所电气装置特别是对主变压器危害，需要装设避雷器，变配电所对高压侧雷电波侵入防护接线图如图 9-1 所示，在每段进线终端与每段母线上，均应装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器。配电变压器高压侧均应装设阀式避雷器。变压器两侧避雷器应与变压器中性点及金属外壳一同接地，如图 9-2 所示 。
图 9-1 变配电所线路雷电波侵入防护
图 9-2 变压器防雷保护及接地 9.2 变电所接地保护设计：
在设计与装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体，以节约投资，节约钢材。如果实地测量所利用自然接地体接地电阻已满足要求，且这些自然接地体又满足短路热稳定度条件时，除 35kv 及以上变配电所外，一般不必再装设人工接地装置了。利用自然接地体时，一定要保证良好电气连接。
对于同一系统中电压及用途不相同电气设备，接地体可以只设置一个，其电阻阻值须满足最小值规定。如果接地装置受到条件限制而不能做时，可以考虑选用绝缘台来进行电力设备维护与操作。对于外壳导电电力设备，一般还要进行接零保护，通常装设在靠近其电源位置。
自然接地体工频接地电阻计算简化计算公式如下：
（1）电缆金属外皮与水管等接地电阻
(2) 钢筋混凝土基础接地电阻
式中，v 为钢筋混凝土基础体积（3m ）。
人工接地体工频接地电阻计算简化计算公式如下：
（1）单根垂直管形或棒形接地体接地电阻（单位为 ）
为埋设地点土壤电阻率；l 为接地体长度。
（2）多根垂直管形接地体接地电阻
N 根垂直接地体通过连接扁钢并联时，由于接地体间屏蔽效应影响，因此实际总接地电阻为
式中，g为接地体并联时利用系数，可利用管间距离 a 与管长 l 之比及管子数目 n 去查表。由于该表所列g未计及管子之间连接扁钢屏蔽作用，所以实际g略高于表中数据，由此计算所得E R也略微偏高，这样便能更好满足接地要求。
接地装置计算程序如下：
（1）
按设计规范要求确定允许接地电阻E R值。
（2）
实测或估算可以利用自然接地体接地电阻( ) E nat R。
（3）
计算需要补充人工接地体接地电阻
如果不考虑利用自然接地体，则( ) E man E R R 。
（4）
在装设接地体区域内初步安排接地体布置，并按一般经验试选，初步确定接地体与接地线尺寸。
（5）
计算单根接地体接地电阻(1) E R （6）
用逐步渐进法计算接地体数量(1)( )EE manEnRR
（7）
校验短路热稳定度。钢接地线最小允许截面为(3)min70K K t IA ，式中K t为短路电流持续时间（s）
结
论
本次毕业论文课题是住宅小区供电系统设计，主要任务是在满足小区供电经济、可靠、优质、安全前提下，完成对小区供电系统设计，供电设备选择与校验，保护与接地装置设计等，主要考察了我对工厂供电这一方面认识。
在设计过程中，遇到了很多不懂地方，通过查阅相关资料，询问指导老师，与同学讨论等方式，设计思路慢慢明朗起来。设计中有大量计算与绘图，需要我认真仔细处理，对于绘图主要使用了 AutoCAD 制图软件，也让我对这一软件使用更加熟练。最后在论文完成定稿前，指导老师也帮我们仔细检查，发现并帮助我们修改与完善了毕业论文诸多细节。
通过这次毕业设计，使我对大学期间所学到知识有了新认识，更加系统把书本中理论知识运用到实际中去，较好提高了我认识问题、剖析问题并解决问题能力，使我把在校期间所学做到知识学以致用。另外，还使我认识到：在遇到任何困难时，不能畏惧，要通过合理方法积极应对，没有克服不了困难，应当全力以赴，永不言弃！以后走入工作岗位，我将会利用大学期间所学，竭尽全力服务于社会，服务于他人。
致
谢
经过三个多月努力，我终于完成了小区供电系统设计毕业论文，为今后走向工作岗位打下了良好基础，尤其是提高了我认识问题、剖析并解决问题能力。这次毕业设计是对以往四年学习成果一次综合测试。
在这次毕业设计中，首先要衷心感谢是指导老师，她为我提供了诸多宝贵意见与大量相关资料，她严谨教学态度与耐心指导使我受益匪浅，在学习与为人方面也有很大帮助。在毕业设计开始阶段，我遇到了很多不懂得地方，有些部分计算出现错误，无法再继续写下去时，是指导老师给我耐心讲解，帮助我改正错误，使我对小区供电系统设计有了系统概念与更深理解，我才解决了一个个困惑，顺利完成后面部分设计，最终完成了毕业论文，在此我要向他致以深深谢意!
同时在这次论文写作过程中，其他同学也为我提供了一些帮助与意见，与我一起剖析问题，不断鼓励我，在此也要向他们表示感谢!
大学生活结束是我人生新起点，在离开校园后，我将谨记老师们教诲，绝不辜负他们悉心培养，在工作生活中不懈努力，将自己所学奉献给社会。
参 考 文 献
[1]
刘介才，高仕斌，简克良.工厂供电.机械工业出版社，2009.
[2]
孟祥萍，高嬿.电力系统剖析.高等教育出版社.2019.
[3]
张宝会，尹项根.电力系统继电保护.中国电力出版社.2009.
[4]
余健明，同向前，苏文成.供电技术.机械工业出版社，2019.
[5]
周文森，郑景山.简明电工手册.机械工业出版社，2019.
[6]
隋振友，宋立新.配电实用技术.中国电力出版社，2019.
[7]
沈鸿，周建南，汪道涵，张维，史洪志.电机工程手册.机械工业出版社，2009.
[8]
北江钢铁设计院等.钢铁企业电力设计参考资料.冶金工业出版社，2019.
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航空工业部第四规划设计研究院等.工厂配电设计手册.水利电力出版社，1993.
[10] 纪爱华，周志敏.电工测量与试验实用技术问答.电子工业出版社，2019.
希望以上资料对你有所帮助，附励志名言十条：
1、有志者自有千计万计，无志者只感千难万难。
2、实现自己既定的目标，必须能耐得住寂寞单干。
3、世界会向那些有目标和远见的人让路。
4、必须从过去的错误学习教训而非依赖过去的成功。
5、美丽的花虽然会凋谢，可是盛开的时刻值得欣赏。要在美好的时候创造出美好的东西，人生才会充满意义。
6、失败只是暂时停止成功，假如我不能，我就一定要；假如我要，我就一定能！
7、让我们将事前的忧虑，换为事前的思考和计划吧！
8、不论你在什么时候开始，重要的是开始之后就不要停止。
9、永不言败，是成功者的最佳品格。
10、一个人的快乐，不是因为他拥有的多，而是因为他计较的少。
