宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
Programmable Logic Controllers versus Personal Computers for Process Control
Industrial Engineering Department
University of Puerto Rico
P.O. Box 5000
Manages, Puerto Rico 00681
ABSTRACT
It is proposed that Personal Computers (PCs) can be used effectively for the same industrial applications as Programmable Logic Controllers (PLC). The basic concepts related to the operation of a PLC to emulate the behavior of a relay panel are explained. This is used to build a simple model for using standard PCs in the same applications as PLC. This is demonstrated using a simple example of an automated process, Sample code in a standard high level language is presented that can be used as a template for future developments. Finally, the potential advantages and enhancements that can result in using PCs for process control are presented.
Keywords: Programmable Logic Controller, Personal Computer, Automation, Ladder Logic, Relay Panels
INTRODUCTION
Personal Computers (PC) can be used effectively for the same applications as Programmable Logic Controllers (PLC). A modem PLC is a computer-based device designed to control a process. It relates information coming from sensors that monitor the state of a process, with the status of some actuators that are capable of changing it. This relationship is established in most cases in Boolean logic. Typical sensors used in industrial applications include limit switches, proximity sensors, and other binary sensors. Actuators may include solenoids, motor starters, and other similar devices. Figure 1shows a simplified model of an industrial application where a PLC might be used.
Fig. 1: Model of Simple Process
RELAY PANELS
PLC wore designed to replace relay panels. These are custom made controllers dedicated to a particular application. They can be expensive for complex systems, cannot be easily reconfigured, and are difficult to troubleshoot, consume lots of energy, have a relatively moderate speed of operation, and have low reliability. Relay panels are not the most suitable alternative for a moderate to complex industrial application where flexibility, ease of maintenance and troubleshooting are very important. On the other hand, they are relatively low-tech and are easy to understand by electricians and non-engineering personnel.
The electrical control circuits of relay panels are generally drawn using so-called electric ladder diagrams. They differ slightly from conventional wiring diagrams in that they do not show the physical arrangement of the components, but emphasize the function of each circuit. They are a set of parallel circuits that in essence represent a hardwired program that controls the sequence of operations in a given process. Being electrical circuits in parallel gives the advantage of solving all the control logic simultaneously and practically instantaneously. Figure 2 represents an electric ladder diagram for a relay panel that can be used to control the process presented in fig. 1.
Fig. 2: Electric Ladder Diagram
PLC are typically computer-based, solid-state, single-processor devices that emulate the behavior of an electric ladder diagram. Since they are sequential machines, to emulate the workings of parallel circuits that respond instantaneously, PLC use an input/output image table and a scanning cycle.
An input/output image table is a memory structure that stores all the relevant information about the current scanning cycle. It can be subdivided in three basic parts: the input table, the output table, and the internal relay table, The current state of the inputs (sensors) is kept in the input table; the desired state of the outputs (actuators) is kept in the output table; and the state of the virtual control relays is kept in the internal relay table.
When a program is being nm in a PLC it is continuously executing a scanning cycle (fig. 3). The scanning cycle has two major parts (in an actual PLC it has other parts but two are relevant here for the sake of the discussion): the input/output scan, and the program scan. In the input/output scan the current state of the inputs is read from the input points and stored in the input table, and the desired state of the
Fig. 3: PLC Scanning Cycle
Outputs (from the output table) are sent to the output points. The program scan solves the Boolean logic that relates the information in the input table, with that in the output and internal relay tables. Also, the information in the output and internal relay tables is updated during the program scan. In a PLC this Boolean logic is typically represented in a graphical language that looks very much like the electrical circuit that it emulates. This language is known as ladder logic. In fig. 4 there is a ladder logic program that can be used to control the process in fig. 1. Note the similarities with the electric ladder diagram in fig. 2. The advantage of the PLC scanning cycle scheme is that it allows multiple princesses to be controlled concurrently as in a relay panel.
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Fig, 4: PLC Ladder Logic
PLC overcome all of the relay panel shortcomings and currently are the most widely used industrial automation controllers. At the time of their introduction they were very successful because their language, ladder logic, was based tm electric ladder diagrams engineers and electricians of the time were already familiar with. Nevertheless, PLC have some shortcomings of their own that are evident when compared with other available technology. Some of the most limiting ones include: them is no industry-standard hardware or software platform, they may limit the programmer as to the control actions and manipulations that can be made, and offer relatively low computing power for the money.
PERSONAL COMPUTERS
Another technology that could be used for the same purpose is the standard personal computer (PC). The PC is becoming increasingly popular for process control. A PC-based controller model is proposed here which could replace PLC in any industrial control application and would open up a world of possibilities in software development, standard components, and connectivity in general. This medal includes an industry-standard PC running any modem operating system, a set of standard input/output modules equivalent to those found in a typical PLC, and an application developed in any high level programming language which will implement a PLC scanning cycle.
A SIMPLE EXAMPLE
The proposed model will be presented through a sample program coded in Turbo Pascal~ for the control of the process shown in fig. 1. Assume that sensors are connected to the PC through input port hex address 3BD, and that actuators are connected to output port hen address 3BC, as shown in figs. 5 and 6 respectively.
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Fig. 5: Input Connections
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Fig. 6: Output Connections
The sample Pascal program is shown in fig. 7. The image tables: input, output, and internal relays, are implemented using Pascal Boolean variables. When any of these variables is TRUE, that represents an ON state; and whoa they are FALSE that represents an OFF state. When exchanging signals with the input and output points an ON State is represented by a logical "0" and an OFF state with a logical "1".
The main program is an emulation of the PLC scanning cycle presented in fig. 3. In this simplified example it is assumed that the PLC will be running its program until a key is pressed on the PC keyboard. Other device can be used if it is desired to use the PC keyboard for other more productive purpose.
The input/output scan is emulated using subroutine
I_ Oscan. There, the 8 bit input port (fig. 5) is read and the status of the individual bits stored in the input table. Also the status of the output points from the output table is written to the 8 bit output port (see fig. 6). The Program _Scan subroutine is a direct translation of the ladder diagram in fig. 4. For every rung in the ladder logic there is an if-then-else statement. The Initialize and Finalize subroutines worn added to handle the state of the output points and internal relays during the startup and shutdown of the PLC program
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Fig.7: Sample Pascal Program
It should be noted that this is a very simplified example whose purpose is to provide a framework for control program development on a PC combining the programming paradigms of standard procedural high-level languages with the familiar PLC ladder logic. Although it cannot be fully demonstrated in this paper, it provides a simple way of simultaneous control of parallel processes without considering the intricacies of a particular operating system. It demonstrates that complex custom software does not have to be created to make this technology work.
The proposed model would be very easy to adapt and implement even in-house because it can still use ladder logic, so no new technological skills are necessary. Any typical PLC instructions can be added to the model very easily, including timers, counters, one-shots, and so on. Other custom PLC instructions suited to a particular application can be included that use the features of high level languages, making it more powerful than standard PLC ladder logic.
ADVANTAGES OF PERSONAL COMPUTERS
The PC is a standard hardware/software platform. PCs improve at a rapid pace, become cheaper, and have mom power than PLC. Pentium systems widely available today outperform even the fastest margins of 20:1 or more. A new generation of PCs becomes available every six to nine months. By contrast new generation of PLC hardware becomes available every two to three years. PCs with at least 16Mbytes are commonplace, while PLC still has memory in the order of Kbytes. The PC supports more standard peripherals available from many vendors such as CD ROM drives, sound cards, voles recognition, networking facilities, and so on. At a very affordable prices. The PC is available worldwide, on short notice, from many vendors;
It has been envisioned that the next generation industrial controls should provide an open architecture and a single software development environment. The trend will be to move away from closed, proprietary systems due to the advantages an open architecture provides. It gives more flexibility since users do have to "marry" to a particular supplier. There is easier access to the latest technology since numerous independent developers are continuously advancing the functionality and ease of use of PC-compatible hardware and software. Also, it provides cost effectiveness because its large market ensures a competitive environment and economies of scale that drive prices to their lowest level.
The PC can provide a totally integrated solution that incorporates the functions of the PLC, the man-machine interface, and the programming terminal. It can provide process simulation/emulation so that complete software development can be done independent of the hardware. Also, it can provide sophisticated troubleshooting and diagnostic tools, providing in-depth analysis of the state of the machine, possible causes for malfunction, and recommended remedies. You can even run off-the-shelf Windows software for data analysis while the control system is running. Standard Windows data exchange methods can be readily applied to move information between the control system and the rest of the enterprise.
PCs for industrial control might be successful today for reasons analogous to those for the PLC at the time of their introduction; engineers today are well versed in computer programming and technology. Many sites already have significant PC programming expertise on hand. Also, the typical PC language paradigms lend themselves more readily to flowcharting techniques and languages of recent development for control programming, such as Sequential Function Charts.
Commercial-grade PCs are not normally designed to tolerate the shock, vibration, temperature, and electrical noise frequently found on the manufacturing floor~:1. Even though hardware that meets these environmental conditions is readily available as both PLC and PCs, this may increase the cost of implementing PC-based control. PCs may not be cost effective for applications with few I/O points (90% of the market). Very cheap PLC are available for that market. PCs are visualized as solutions for more complex systems with many I/O points and complex control strategies. PC-based input/output interfacing may be as expensive, and more difficult to implement than that for PLCs141. PLC are faster to restart after a power failure. They also have better ability to retain data so they are easier to restart they left 14
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
中文翻译：
可编程序控制器与个人计算机在过程控制中的对比
工业工程部门
波多里哥大学
P .O. 信箱5000
Manages, 波多里哥00681
摘要
有人提议,个人计算机(PCs) 和可编程序的逻辑控制器(PLC )一样，能有效地使用在工业应用上。与PLC 的使用有关的基本概念可由继电控制板的动作来解释。这使基于标准个人计算机建立一个简单的模型，能和基于PLC的一样。本文列举了一个使用自动化过程的简单的例子,样品代码会由一种标准高级语言提出，这种高级语言可能被用作为模板。最后,提出了使用个人计算机做过程控制的潜在的好处和一些改进措施。
主题词: 可编程序控制器, 个人计算机, 自动化, 梯形图, 继电控制板
介绍
个人计算机(个人计算机) 和可编程序的逻辑控制器(PLC) 一样，可能有效地被用应用 。现代PLC 控制过程，是以计算机为基础的。它的关系信息来自监测过程状态的传感器,是能改变它一些传动装置的状态。这个关系被建立在布尔逻辑的情况下。典型的工业中应用的传感器包括限位开关,邻近传感器,及二进制传感器。传动装置可能包括螺线管,马达起始者,和一些其它相关的设备。图1显示了一种工业应用的一个简化的模型，该模型中 PLC 得到应用。若图片无法显示请联系QQ3710167
图1 简化的过程模型
继电控制板
PLC替换继电控制板。这些定制的控制器致力于一种特殊应用。因为复杂系统,它们的造价高，很难重新构造,出现故障也不容易发现,消耗许多能量,适当的操作速度,和低可靠性。在要求维护灵活、方便，而且又要快速查明故障的复杂工业应用中，继电控制板不是最适当的选择。另一方面,他们相对地易学，容易被电工和非工程学人员了解。继电控制板电子控制电路一般使用梯形图。它们与常规接线图小小的不同是他们不显示组分的物理安排,但强调各条电路的作用。他们实质上代表一个被硬联线的节目控制操作，序列在一个指定的过程中的一套并联电路。电子电路的平行设计为解决所有控制逻辑带来好处，可以同时和瞬间动作。图2 代表一张梯形图，可以控制如图1 所示的工业过程。
图2 梯形图
PLC是典型地计算机为主的,不用真空管的,与梯形图的动作一致的唯一处理器设备。因为他们是连续机器,实时地反应并联电路的工作,PLC使用输入/输出 表和扫描周期。
输入/输出表是一种记忆结构，它存储关于当前的扫描周期的所有的相关的信息。它被细分为三种基本的部分:输入表,输出表,和内部继电表,输入(传感器的)状态被保留在输入表;输出(传动装置)期待状态被保留在输出表;真正控制继电器的状态被保留在内部继电表中。
图3 PLC扫描周期
当程序是在PLC中运行，它连续的执行扫描周期(图 3)。扫描周期有二大部分(在实际PLC中，它有其它部分，这里只讨论相关的):输入扫描和程序扫描。在输入程序扫描输入的状态，从输入点和被存放的输入表中读入,并且程序的期待状态(从输出表)送到输出点。程序扫描解决布尔逻辑，它关系到在输入表的信息,在输出和内部继电表的信息。而且,信息在输出和内部继电表在程序扫描期间更新。在PLC 中这种布尔逻辑典型地代表图形语言，这种图形语言看起来像它仿真的电子电路。人所皆知，这种语言为梯形逻辑语言。图4的梯形逻辑程序可能使用在图1的控制过程中。注意，在图 2中相似的电子梯形图。PLC 扫描周期的好处是,在继电控制板中，它允许广泛的过程一致地被控制。
图4 PLC梯形逻辑
PLC能克服所有继电控制板缺点，目前是被广泛应用的工业自动化控制器。因为它们的语言，在它们的介绍之时它们是非常成功的，梯形逻辑,是电子工程师和梯形图编程人员已经通晓的电子梯形图。然而,显然PLC与其它可利用的技术比较，也有它们自己的一些缺点。它的局限有:它们是没有工业标准的硬件或软件平台,它们会限制程序员 做的控制活动和操作,并且为了降低成本，它的计算能力相对低。
个人计算机
标准个人计算机(个人计算机) ，一种为达到同样目的的其它技术。它变得越来越普遍。在任一种工业控制应用中,一个基于个人计算机的控制器模型能替换PLC。可能会在软件开发领域会开辟一个世界，因为它的标准组分和连通性。这个模型包括一台能运行在任一个现代开放操作系统的标准个人计算机, 一套等效于典型的PLC中的输入模块的标准输入产品模块, 还有用于实施一个PLC 扫描周期的任一种高级编程语言。
一个简单的例子
提出的模型将通过一个抽样程序被编码在Turbo Pascal ，作为过程的控制，如图1所示. 假设, 传感器通过输入端十六进制地址3BD被连接到个人计算机, 并且, 传动装置被连接到输出端口十六进制地址3BC,地址分配如图 5 、图6所示。
图5 输入连接
图6 输出连接
样品Pascal程序如图 7所示。图像表:输入,输出,和继电表,使用Pascal布尔变量。当这些变量是真的,那代表开状态;而当他们是假的,代表关状态。当交换信号以输入和输出指向开状态代表-逻辑"0" 而,关状态代表-逻辑"1" 。
图7 程序示例
注意,这是一个非常简化的例子，目的是为熟悉的PLC梯形逻辑的控制程序提供框架，以使个人计算机结合标准程序高级语言编程。虽然在本文里，没有做充分的说明,但是它提供平行的过程，没有考虑一个特殊操作系统的复杂，而且控制一个简单的方式。这说明,复杂的自定义软件不一定要做这项技术工作。
提出的模型非常容易适应和实施，因为它仍然使用梯形逻辑,那么就不一定要新技术。所有典型的PLC 指示可以非常容易地增加到模型,包括定时器,计数器 等等。其它的适合于特殊应用的PLC可能包括使用高级语言，这又使它比标准PLC 梯形逻辑强有力。
个人计算机的优点
个人计算机是标准硬件软件平台。个人计算机以快速步伐改善,变得更加便宜,并且比PLC有更多力量。在奔腾系统广泛利用的今天，个人计算机胜过最快速的PLC 近20:1甚至更多。每六个到九个月，个人计算机就更新换代。相反每二到三年PLC 硬件更新一次。至少的在个人计算机中，16Mbytes是普遍的, 同时PLC仍然的记忆区是按Kbytes 的顺序。个人计算机支持更加标准的外围设备，譬如大容量只读存储器驱动器,声卡,鼠标,网络设施,等等，可从许多贩卖者以合适的价格买到。通过许多贩卖者，个人计算机是在短时间内在全世界广泛使用。
有人构想,下一代工业控制应该提供一个开放式体系结构和一个唯一软件开发环境。 趋向将是走出封闭,专有系统依赖一个开放式体系结构提供的好处。用户必须和一个特殊供应商"结婚" ，这提供了更多的灵活性。，因为许多独立开发商连续推进个人计算机，这些计算机兼容硬件和软件的功能，且易用，这使得对新的技术的掌握变的更加的容易,因为计算机的巨大的市场，它提供一个竞争环境，而且经济的原因驱使厂商们将价格压到最低，因此成本效率高。
个人计算机可能提供合并PLC的一种完全解决方案,基于人机接口和编程的终端。它能提供过程模仿，使得不依靠硬件的软件开发变成可能。并且,它能提供老练的查明故障和诊断器械的功能,提供对机器的状态的详细分析,可能的故障起因,并且推荐补救措施。当控制系统运行时，你能使用现成的窗口软件进行数据分析。控制系统和企业的其他部门之间传递信息使用标准窗口数据交换方法。
现在，个人计算机在工业控制中是成功的，其原因类似于那些PLC，今天工程师能很好的熟练的在计算机中编程并且应用。许多站已经有专业的个人计算机编程的技术在手。并且,典型的个人计算机语言范例易于使用流程图编制技术和流程表新发展技术对控制编程,譬如连续函数图。
商用的个人计算机通常没有设计抗干扰,振动,温度, 和制造业中常发生的电子噪声。在PLC和个人计算机中的,应该用 能适应这些环境状况的硬件，这也许会增加基于个人计算机的控制的费用。个人计算机以其少数I/O接点，不能在应用中有效的控制成本。因此非常便宜的PLC能占领市场（90%的市场）。对于有许多I/O 点和复杂控制策略的控制系统，个人计算机可以形象地给出解答。基于个人计算机的输入/输出接口装置是昂贵的,而且比那些基于PLC的装置更难应用。PLC可以快速地在电源故障以后重新开始。并且它们能准确的保留先前的数据，因此PLC更加容易重新从它们停止的地方开始。
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计毕业设计题目：毕业设计任务书
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
专题：35/6KV主变压器保护
毕业设计要求及原始资料：
（见附件）
毕业设计主要内容：
1、拟定工厂供电系统及变电所主接线
2、负荷统计、无功功率人工补偿及主变压器选择
3、初选工厂高压电网
4、短路电流的计算
5、变电所高压设备选择计算
6、变电所配电装置的布置
7、继电保护整定计算
8、专题：35/6KV主变压器保护
学生应交出的设计文件：
1、毕业设计说明书
2、变电所电气主接线图3、35/6KV主变压器控制保护接线图
主要参考文献：
1、西北电力设计院与东北电力设计院编 电力工程设计手册（1、2） 上海科学技术出版社，1980
2、电机工程手册：输变电、配电设备卷/机械工程手册电机工程手册编辑委员会编-2版-北京：机械工业出版社，1997
3、工厂与高层建筑供电/徐玉琦编 -北京：机械工业出版社，2004.8
4、钱清泉编 新编实用电工手册 电子科技大学出版社
5、刘介才编 工厂供电（第2版）-北京：机械工业出版社，1997
6、供电技术 煤炭工业出版社
附件（原始资料）：
设计题目：
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
一、生产任务及车间组成
1、本厂产品及生产规模
本厂主要承担全国冶金工业系统矿山、冶炼和轧钢设备的配件生产，即以生产铸造、锻造、铆焊、毛坯件为文体，生产规模为：铸钢件10000吨、铸铁件3000吨、铆焊件2500吨。
2、本厂车间组成
（1）铸钢车间；（2）铸铁车间；（3）锻造车间；（4）铆焊车间；（5）木型车间及木型库；（6）机修车间；（7）砂库；（8）制材场；（9）空压站；（10）锅炉房；（11）综合楼；（12）水塔；（13）水泵房；（14）污水提升站等，各车间位置见工厂总平面布置图，如图1所示：
二、设计依据
1、设计总平面布置图
（见附图1全厂总平面图）
2、全厂各车间负荷计算表见下页表1、表2：
3、供用电协议
工厂与电业部门所签订的供用电协议主要内容如下：
（1）工厂电源从电业部门某220/35千伏变压所，用35千伏双回架空线引入本厂，该变电所距厂东侧8公里。
（2）供电系统短路技术数据
表3：区域变电所35千伏母线短路数据
系统运行方式
短路容量
说 明
最大运行方式
最小运行方式
供电系统见附图2。
(3)电业部门对本厂提出的技术要求；
①区域变电所35千伏配出线路定时限过流保护装置的整定时间为2.5秒，工厂“总降”不应大于2秒；
②在总降压变电所35千伏侧进行计算；
③本厂的功率因数值应在0.95以上。
表1：各车间380伏负荷
序 号
车间或用电单位名称
设备 容量(千瓦)
计算负荷
变压器台数及容量
备注
(KW)
(Kvar)
(KVA)
（1）N01变电所
1
铸钢车间
2000
0.4
0.65
1.17
0.9
（2）N02变电所
1
铸铁车间
1000
0.4
0.65
1.02
2
砂 库
160
0.7
0.6
1.33
3
小 计
0.9
（3）N03变电所
1
铆焊车间
1200
0.3
0.45
1.98
2
1号水泵房
38
0.75
0.8
0.75
3
小 计
0.9
（4）N04变电所
1
空压站
420
0.35
0.75
0.88
2
机修车间
350
0.25
0.65
1.17
3
锻造车间
220
0.3
0.55
1.52
4
木型车间
185.85
0.35
0.6
1.33
5
制材场
50
0.28
0.6
1.33
6
综合楼
20
0.9
0.71
1
7
小 计
0.9
（5）N05变电所
1
锅炉房
350
0．75
0．8
0．75
2
2号水泵房
38
0．75
0．8
0．75
3
仓库(1、2)
88．12
0．3
0．65
1．17
4
污水提升站
14
0．65
0．8
0．75
5
小 计
0．9
表2：各车间6千伏高压负荷
序 号
车间或用电单位名称
设备容量
(千瓦)
计算负荷
说 明
(KW)
(Kvar)
(KVA)
1
电弧炉
2×1250
0．9
0．57
铸钢
2
工频炉
2×300
0．8
0．48
铸铁
3
空压机
3×250
0．85
0．62
4
小 计
说明：N01、N02车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器。
三、设计范围
由指导教师根据情况具体安排。
四、本厂的负荷性质
本厂为三班工作制，最在有功负荷年利用小时数为6000小时，属于二级负荷。
五、工厂的自然条件
1、气象条件
（1）最热月平均最高温度30℃；
（2）土壤中0.7～1米深处一年中最热月平均温度20℃；
（3）年雷暴日为31天；
（4）土壤冻结深度为1.10米；
（5）夏季主导风向为南风。
2、地质及水文条件
根据工程地质勘探资料获悉，厂区地址原为耕地，地势平坦，地层以砂质粘土为主，地质条件较好，地下水位为2.8～5.3米。地面耐压力为20吨/平方米。14附图：若图片无法显示请联系QQ3710167
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
The Hong –Wei metallurgy mechanical factory
Switchyard distribution system design
Abstract
The industrial enterprise supplies power is supply of meaning the necessary electric energy of the factory and distribution question. As everyone knows, the electric energy already easy to change by other electric energy of form, easy to change into other energy of form apt to supply spending, its transport and simple economy of distribution process automation, so, it is extensive that the electric life. Thus do a good job of supplying power in the industrial enterprise to develop to the whole industrial production, realize the industrial modernization has very important meaning. Factory is it designs to be whole important component of factory design to supply power, factory quality designed to supply power influence the production and development of the factory, as personnel that engaged in supplying power in the factory, necessary to understand and grasp factory not to supply power the relevant knowledge designed, in order to meet the need of the design work.
Is it step down to “the Hong Wei” metallurgy mechanical factory switchyard distribution system design in one’s power always to design originally, theoretical foundation that design originally to “supply power technology”, is it study to visit on the spot through Tai-Yuan heavy-duty machinery ling electric power system. Collect various kinds of data, according to “systematic design specification of the distribution with supplying power of industry civilly” of the national standard, and is following: Proceed from the overall situation, make overall plans, according to load nature, electricity, project characteristic and idea of the regional condition of power supply, choose the design plan rationally. “Treating the copper with the aluminum” gets abundant embodiment too in this design proceeds from the angle of economizing energy.
Key Words: It is technological to supply power, Distribution line, Relay protection, Qualify for the next round of competitions and protect
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
摘 要
工业企业供电，就是指工厂所需电能的供应和分配问题。众所周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其他形式的能量转换而来，又易于转换为其他形式的能量，它的输送和分配既简单经济，又便于控制、调节和测量，又利于实现生产过程自动化，因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。从而搞好工业企业供电工作对于整个工业生产发展，实现工业现代化具有十分重要的意义。工厂供电设计是整个工厂设计的重要组成部分，工厂供电设计的质量影响到工厂的和生产及其发展，作为从事工厂供电工作的人员，有必要了解和掌握工厂供电设计的有关知识，以便适应设计工作的需要。
本设计是对宏伟机械厂35/6KV总降压变电所及配电系统设计，本设计的理论基础是《供电技术》，并通过太原重型机械厂供电系统的实地参观学习，收集各种数据，按照国家标准《工业与民用供电配电系统设计规范》，并且遵循着：从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质，用电容量，工程特点和地区供电条件的理念，合理选择设计方案。从节约资源的角度出发“以铝代铜”在本次设计中也得到充分体现。
关键词 供电技术；配电线路；变电所；继电保护；出线保护
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
目 录
毕业设计任务书
摘要
ABSTRACT
第一章 工厂供电系统及变电所主接线…………………………………………1
1-1、拟定工厂供电系统……………………………………………………1
1-2、确定变电所主接线及运行方式………………………………………3
第二章 负荷统计无功功率人工补偿及主变的选择计算………………………4
2-1、负荷统计………………………………………………………………4
2-1、无功功率人工补偿……………………………………………………7
2-3、主变压器的选择………………………………………………………8
第三章 初选工厂高压电网………………………………………………………9
3-1、35KV架空导线的选择…………………………………………………9
3-2、6KV 电缆的选择………………………………………………………11
第四章 短路电流的计算……………………………………………………………13
4-1、最大运行方式下的短路电流计算……………………………………13
4-2、最小运行方式下的短路电流计算……………………………………16
第五章 变电所高压设备选择计算………………………………………………18
5-1、概述……………………………………………………………………18
5-2、35KV高压设备选择……………………………………………………21
5-3、6KV 高压设备选择……………………………………………………23
5-4、断路器校验、母线选择与互感器电流比确定………………………25
第六章 变电所配电装置的布置…………………………………………………28
6-1、变电所总体布置的原则及方案………………………………………28
6-2、变电所的结构…………………………………………………………30
第七章 继电保护与自动装置……………………………………………………33
7-1、保护装置配置原则……………………………………………………33
7-1、6KV 出线保护…………………………………………………………35
7-3、6KV 高压电动机保护…………………………………………………37
7-4、6KV 电力电容器保护…………………………………………………39
7-5、6KV 母联保护…………………………………………………………40
7-6、电力变压器保护………………………………………………………42
7-7、35KV 进线保护…………………………………………………………45
7-8、6KV 单相接地保护及绝缘监视装置…………………………………46
第八章 35/6KV 电力变压器保护专题…………………………………………49
结束语 ………………………………………………………………………………52
参考文献 ……………………………………………………………………………53
英文原文 ……………………………………………………………………………54
中文翻译 ……………………………………………………………………………63
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
目 录
摘要
ABSTRACT
第一章 工厂供电系统及变电所主接线....................................... 1
第一节 拟定工厂供电系统................................................ 1
第二节 确定变电所主接线及运行方式...................................... 3
第二章 负荷统计无功功率人工补偿及主变的选择计算......................... 4
第一节 负荷统计........................................................ 4
第二节 无功功率人工补偿................................................ 7
第三节 主变压器的选择.................................................. 8
第三章 初选工厂高压电网................................................. 9
第四节 35KV架空导线的选择............................................. 9
第五节 6KV电缆的选择................................................. 11
第四章 短路电流的计算................................................. 13
第一节 最大运行方式下的短路电流计算................................... 13
第二节 最小运行方式下的短路电流计算................................... 17
第五章 变电所高压设备选择计算......................................... 19
第一节 概述........................................................... 19
第二节 35KV高压设备选择.............................................. 22
第三节 6KV高压设备选择............................................... 24
第四节 断路器校验、母线选择与互感器电流比确定......................... 26
第六章 变电所配电装置的布置........................................... 29
第一节 变电所总体布置的原则及方案..................................... 29
第二节 变电所的结构................................................... 31
第七章 继电保护与自动装置............................................. 34
第一节 保护装置配置原则............................................... 34
第二节 6KV出线保护................................................... 36
第三节 6KV高压电动机保护............................................. 38
第四节 6KV电力电容器保护............................................. 40
第五节 6KV母联保护................................................... 41
第六节 电力变压器保护................................................. 43
第七节 35KV进线保护.................................................. 46
第八节 6KV单相接地保护及绝缘监视装置................................. 47
第八章 35/6KV电力变压器保护专题....................................... 50
结束语.................................................................. 53
参考文献................................................................ 54
英文原文：.............................................................. 55
中文翻译：.............................................................. 64
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第一章 工厂供电系统及变电所主接线
第一节 拟定工厂供电系统
根据工厂与电业部门所签订的供用电协议，工厂电源从电业部门距工厂东侧8公里处的220/35KV变电所，用35KV双回架空线引入本厂，其中一个作为工作电源，一个作为备用电源，两个电源不并列运行。
在本厂设35/6KV变电所，使本厂的电源进线电压是6KV电能先经过高压配电所集中，再由高压配电线路将电能分送给各车间变电所。车间变电所内装设有电力变压器，将6KV的高压降低成一般用电设备所需的电压220/380V。然后由低压配电线路将电能分送给各用电设备使用。（其中N01、N02车间变电所设置两台变压器，N03、N04、N05分别设置一台变压器）。而电弧炉、工频炉、空压机等高压用电设备，则由高压配电所6KV线路直接配电。
根据以上所知及原始资料，可初步拟定本工厂的供电系统平面布线与供电系统。
若图片无法显示请联系QQ3710167
第二节 确定变电所主接线及运行方式
一、主接线的确定
装设两台主变的变电所主接线采用桥形接线，因桥形接线适应性强，对线路变压器的操作方便，运行灵活，且易扩展成单母线分段接线的变电所。考虑到本厂线路较短，且两台变压器要经常切换，检修的情况，采用外桥接线。
6KV侧采用单母线分段式接线，变压器两侧都装有电压互感器和阀型避雷器，均用成套配电装置配电。二次侧各重要负荷均采用双回路供电，以保证可靠性。
主变压器二次的配电母线，采用单母线分段，当某线路或变压器因故障及检修停止运行时，可能通过母线分段断路器的联络，保证对负荷的不间断供电。
35KV侧电源进线采用双回架空线从而保证供电可靠，根据与供电部门所签订的供电协议，35KV侧进线不同时运行，正常情况下一趟运行，一趟备用，变压器的正常运行方式是两台都运行。6KV分段断路器闭合。
二、运行方式的确定
当220/35KV区域变电所为最大运行方式时，本变电所为正常运行时，是本厂供电系统的最大运行方式。
当220/35KV区域变电所为最小运行方式时，本变电所一台变压器工作或6KV分段断路器断开时，是本厂供电系统的最小运行方式。若图片无法显示请联系QQ3710167
第二章 负荷统计无功功率人工补偿 及主变的选择计算
第一节 负荷统计
负荷统计表计算部分所用公式如下：
用电设备组计算负荷的确定：若图片无法显示请联系QQ3710167
多个用电设备组的计算负荷：若图片无法显示请联系QQ3710167
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表1-1：各车间380伏负荷
序 号
车间或用电单位名称
设备容量(千瓦)
计算负荷
备注
(KW)
(Kvar)
(KVA)
（1）N01变电所
1
铸钢车间
2000
0.4
0.65
1.17
800
936
1230.769
0.9
（2）N02变电所
1
铸铁车间
1000
0.4
0.65
1.02
400
408
571.37
2
砂 库
160
0.7
0.6
1.33
112
148.96
186.37
3
小 计
0.676
1.088
460.8
501.26
680.88
0.9
（3）N03变电所
1
铆焊车间
1200
0.3
0.45
1.98
360
712.8
798.55
2
1号水泵房
38
0.75
0.8
0.75
28.5
21.375
35.625
3
小 计
0.468
1.89
349.65
660.758
747.566
0.9
（4）N04变电所
1
空压站
420
0.35
0.75
0.88
147
129.36
196
2
机修车间
350
0.25
0.65
1.17
87.5
102.375
134.615
3
锻造车间
220
0.3
0.55
1.52
66
100.32
120
4
木型车间
185.85
0.35
0.6
1.33
65.047
86.513
108.412
5
制材场
50
0.28
0.6
1.33
14
18.62
23.333
6
综合楼
20
0.9
0.71
1
18
18
25.352
7
小 计
0.658
1.145
357.792
409.669
543.915
0.9
（5）N05变电所
1
锅炉房
350
0．75
0．8
0．75
262.5
196.875
328.125
2
2号水泵房
38
0．75
0．8
0．75
28.5
21.375
35.625
3
仓库(1、2)
88．12
0．3
0．65
1．17
26.436
30.930
40.671
4
污水提升站
14
0．65
0．8
0．75
9.1
6.825
11.375
5
小 计
0.787
0.784
293.882
230.405
373.434
0．9
表1-2：各车间6千伏高压负荷
序 号
车间或用电单位名称
设备容量(千瓦)
计算负荷
说明
(kw)
(kvar)
(KVA)
1
电弧炉
2×1250
0．9
0．57
1.441
2250
3242.25
3947.368
铸钢
2
工频炉
2×300
0．8
0．48
1.827
480
876.96
1000
铸铁
3
空压机
3×250
0．85
0．62
0.698
637.5
444.975
777.439
4
小 计
说明：N01、N02车间变电所设置两台变压器外，其余设置一台变压器。
把各车间的高低压负荷一起统计，取同时系数K=0.9，则得表1-3：
(KW)
(Kvar)
(KVA)
N01车间
2745
3760.425
4655.73
N02车间
846.72
1240.398
1501.84
N03车间
349.65
660.758
747.566
N04车间
895.763
769.18
1180.69
N05车间
293.882
230.405
373.434
根据以上数据得全厂总的计算负荷：若图片无法显示请联系QQ3710167
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第二节 无功功率人工补偿
提高功率因数对企业供电系统和电力系统有如下益处：
①提高电力系统的供电能力；
②降低网络中的功率损耗；
③减少网络中的电压损失，提高供质量；
④降低电能成本。若图片无法显示请联系QQ3710167
根据要求补偿后的功率因数
查三角函数表得 则
若图片无法显示请联系QQ3710167
无功补偿容量的计算公式为:
由前节计算知补偿前
∴ 若图片无法显示请联系QQ3710167
第三节 主变压器的选择
一、变压器形式的选择
山东金曼克电气集团公司于1988年从德国引进树脂浇注干式电力变压器制造技术，先后开发出SC、SC8、SC9、SC10四代产品。在上海投运的一百万余台产品虽然都很可靠，但近年对SC9、SC10系列干式变压器更受欢欣，成为设计单位常选产品。
故决定工厂总降压变电所使用35KV级SC9系列树脂浇注干式电力变压器，各车间变电所使用10KV级SC10系列树脂浇注干式配电变压器。
二、总变电所变压器容量和数量的选择
选择总变电所变压器容量与数量应考虑以下因素：
1、负荷类别和不能中断供电的程度；
2、供电单位允许的主进线回路数；
3、全厂负荷波动幅度。如果负荷波动幅度较大，应选两台变压器，以便经济运行；
4、运输条件及建筑条件等。
本厂为二级负荷，采用双回线架空进线，故选择两台总变压器，且两台变压器均按计算负荷的100%选择。在正常情况下，一台变压器运行，另一台变压器备用。当投入运行的变压器故障时，经过短期停电，对备用变压器做完耐压试验后，即可投入运行。这样，在事故时中断供电一段时间还是可以的。
变压器容量 ，取
由此确定所选变压器型号及性能参数如下：
型号
额定容量/KVA
电压组合
联结组标号
阻抗电压（%）
高压/KV
高压分接范围
低压/KV
SC9-8000/35
8000
35
±2×2.5%
6
Yd11
9
空载损耗/W
负载损耗/W（75℃）
空载电流（%）
外形尺寸/mm(L*B*H)
重量/kg
噪声水平/dB
11200
37020
0.3
3350*1780*2490
19080
60
第三章 初选工厂高压电网
第四节 35KV架空导线的选择
工厂电源从电业部门某220/35千伏变压所，用35千伏双回架空线引入本厂，其中一个作为工作电源，一个作为备用电源，两个电源不并列运行，该变电所距厂东侧8公里。
该架空线导线的选择对电网的技术、经济性的影响很大，只有综合考虑技术经济的效益，才能选出合理的导线截面。高压架空线路导线截面的选择。首先按经济电流密度进行初选，然后按长时间允许电流、允许电压损失、机械强度进行校验，最后按各条件中最在者选取。
1、按经济电流密度选择导线截面
35KV线路上负荷为：
∴线路上负荷电流为
：
根据 为6000h。查表得LJ的经济电流密度 为
故按经济电流密度初选的导线截面为：
若图片无法显示请联系QQ3710167
选择标准截面为120 的铝绞线LJ—120。
2、按长时允许电流校验截面
查表得：LJ—120导线的长时允许电流为375A。
由于该地区最高环境温度为30℃，故需对长时允许电流进行修正：
若图片无法显示请联系QQ3710167
∴长时允许电流
经比较 ，故导线LJ—120可选。
3、按允许电压损失校验导线截面
若导线间几何间距为1m,允许的电压损失为5%。
查表得LJ—120导线单位长度的电阻与电抗值如下：
若图片无法显示请联系QQ3710167
∴
线路总的电压损失为：
电压损失百分数为：若图片无法显示请联系QQ3710167
故导线LJ—120可选。
4、按机械强度校验
查表得35KV非居民区最小允许截面为25 ，故所选导线LJ—120符合规定。
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第五节 6KV电缆的选择
电缆截面的选择除临时线路或年利用小时在1000h以下者外，均按经济电流密度、长时允许电流、电压损失及热稳定条件进行校验。
变电所到各车间变电所的距离均按0.5km计算。
1、选择进入N01变电所的电缆
（1）按经济电流密度选择电缆截面
已知：
∴
根据 得：
（选择铝芯电缆）。
则电缆的截面为若图片无法显示请联系QQ3710167
故选VLV—3×70聚氯乙烯绝缘电力电缆。
（2）按长时允许电流校验
查表得VLV—3*70的长时允许电流为218A。
又
若图片无法显示请联系QQ3710167
查表得：
∴
故所选导线符合条件。
（3）按电压损失校验电缆截面若图片无法显示请联系QQ3710167
∴
∴
故符合规定。
（4）按短路热稳定条件校验
三相最大稳态短路电流为
短路电流作用的假想时间
电缆最小热稳定截面为：
若图片无法显示请联系QQ3710167
故改选VLV—3×95型的电缆（若图片无法显示请联系QQ3710167 ）。
2、其余6KV电缆的选择及校验过程同上，电缆型号及长度见下表：
6KV导线的选择
选用的规格型号
回路数
至N01变电所
VLV—3×95
2
至N02变电所
VLV—3×50
2
至N03变电所
VLV—3×50
1
至N04变电所
VLV—3×50
1
至N05变电所
VLV—3×35
1
至电弧炉
VLV—3×240
2
至工频炉
VLV—3×70
2
至空压机
VLV—3×50
2
第四章 短路电流的计算
第一节 最大运行方式下的短路电流计算
为了限制短路的危害和缩小故障影响的范围，必须进行短路电流计算，以解决下列技术问题：
①选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和机械强度；
②选择和整定继电保护装置，使之能正确地切除短路故障；
③确定限流措施，当短路电流过大造成设备选择困难或不够经济时，可采取限制短路电流的措施；若图片无法显示请联系QQ3710167
④确定合理的主结线方案和主要运行方式等
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第五章 变电所高压设备选择计算
第一节 概述
（一）电气设备选择的一般原则
一、按正常工作条件选择
1、环境条件
电器产品在制造上分户内、户外两大类。户外设备的工作条件较恶劣，故各方面要求较高，成本也高。户内设备不能用于户外；户外设备虽可用于户内，但不经济。此外选择电器时，还应根据不同环境条件考虑防水、防火、防腐、防尘、防爆以用高海拔区与湿热带地区等方面的要求。
2、按电网电压选
电器可在高于10%～15% 的情况下长期安全运行。故所选设备的额定电压 应不小于装设处电网的额定电压 ，即
我国普通电器额定电压标准是按海拔1000m设计的。如果使用在高海拔地区，应选用高海拔产品，或采取某些必要的措施增强电器的外绝缘，方可应用。
3、按长时工作电流选
电器的额定电流 是指周围环境温度为 ℃时，电器长期允许通过的最大电流。它应大于负载的长时最大工作电流（即 平均最大负荷电流，以 表示），即
℃由产品生产厂家规定。我国普通电器的额定电流所规定的环境温度为 ℃。如果设备周围最高环境温度与规定值不符时，应对原有的额定电流值进行修正。方法如下：
当环境温度最高温度低于规定的 ℃时，每低 ℃载流量可提高0.5%，但总提高量不得超过20%。
当环境最高温度低于规定的 ℃时，但不超过 ℃时，长时允许电流按下式修正：
式中 ——设备允许最高温度，℃
——环境最高温度，取月平均最高温度，℃
——修正后的长时允许电流。
修正后的长时允许电流应大于或等于回路的长时工作电流，即
二、按故障情况进行校验
按正常情况选择电器是否能经受住短路电流电动力与热效应的考验，还必须进行校验。
技术规范规定对下列情况不进行动、热稳定性的校验。
（1）用熔断器保护的电器；
（2）用限流电阻保护的电器及导体；
（3）架空电力线路。
在选择电器时，除按一般条件选择外，还应根据它们的特殊工作条件提出附加要求。
常用高压电器的选择与校验项目如下表所示。
表5-1 高压电器选择与校验项目
校验项目
电压
电流
短路电流校验
断流容量
动稳定
热稳定
断路器
×
×
×
×
×
负荷开关
×
×
×
×
隔离开关
×
×
×
×
熔断器
×
×
×
电抗器
×
×
×
×
母 线
×
×
×
×
支柱绝缘子
×
×
套管绝缘子
×
×
×
×
电流互感器
×
×
×
×
电压互感器
×
电 缆
×
×
×
注: ×为电器应校验项目
(二)高压成套电气设备的选择
选择方法如下：
1、根据设计意向确定高压开关柜依墙安装还是离墙安装，一般新设计都采用离墙安装。并查产品样本初定高压开关柜型号和低压开关柜型号。
2、根据初定的高压配电系统图和高压开关柜主结线方案序号确定各高压开关柜主结线方案。
3、根据高压开关柜的参数选择能满足要求者。
各参数的用途说明如下：
（1）额定电压/最高工作电压 要与电网相符；
（2）额定电流 大于等于计算负荷电流；
（3）额定短路开断电流 由其中断路器决定，断路器改变，这一数值也改变。额定短路开断电流应大于短路电流切断时刻的数值（有效值）；
（4）□ 热稳定电流 有的用 热稳定电流，有的用 热稳定电流，还有的用 热稳定电流等，柜内的母线、绝缘子、断路器、隔离开关、电流互感器的热稳定度均将不低于该值，是校验短路电流热稳定的依据；
（5）额定动稳定电流 柜内的母线、绝缘子、断路器、隔离开关、电流互感器的动稳定度均将不低于该值，是校验短路电流动稳定的依据；
（6）额定雷电冲击耐受电压 是选择避雷器的依据。
另外，成套电气设备的选择，主要选择柜型。柜内的断路器等开关设备、互感器不一定都满足要求，甚至主结线方案都要更改。因此，必须掌握各类电器的选择和校验方法。
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第二节 35KV高压设备选择
根所前节所述选择方法，并查产品说明书，选择JYN1—35型移开式金属封闭油、真空断路器高压开关柜。
1、用途：
JYN1—35型移开式金属封闭油、真空断路器高压开关柜适用于交流 。额定工作电压 电力系统中，作为中小型发电厂、变电所和工矿企业变电所接受和分配电能的户内开关设备使用，亦可作为起动、停止电动机，切合电容器、电炉变压器等频繁操作设备的控制设备使用。
注：型号意义 J——金属封闭间隔式开关柜
Y——移动式
N——户内型
1——设计序号
35——额定电压
2、适用工作环境：
（1）海拔高度不超过 ；
（2）环境温度不高于 ℃，不低于 ℃，是温差为 ℃；
（3）相对湿度不超过90%（环境温度为 ℃）；
（4）没有火灾、爆炸危险、严重污秽的场所。
3、结构特点简介
选择JYN1—35型开关柜由柜体和手车两大部分组成。柜体由角钢和钢板焊接而成，并分隔为手车室、母线室、端子室等。
手车按用途分为断路器手车、“V”型接法电压互感器手车、“Y”型接法电压互感器手车、单相电压互感器手车、隔离手车和站用变压器手车等七种。
开关柜第空气绝缘，但是，在需要加强绝缘以及改善电场分布的场合，采用了环氧高温弹性涂覆的工艺。
第三节 6KV高压设备选择
根所第一节所述选择方法，并查产品说明书，选择JYN2—10（F）型移开式金属封闭高压开关柜。
1、用途：
JYN2—10（F）型移开式金属封闭高压开关柜适用于交流 。额定工作电压 ，额定工作电流为 的单母线电力系统中，作为接受和分配电能的配电设备使用。
注：型号意义 F——封闭式
J——金属封闭间隔式开关柜
Y——移动式
N——户内型
2——设计序号
10——额定电压
2、适用工作环境：
（1）环境温度 ℃～ ℃；
（2）海拔高度不超过 ；
（3）相对湿度不超过90%；
（4）地震烈度不超过8°；
（5）安装场所应无火灾、爆炸危险。
3、结构特点简介
JYN2—10（F）型开关柜用固定的壳体（外壳）和装有滚轮的可移开部件（手车）两大部分组成。柜体由角钢和钢板焊接而成。
外壳用钢板或绝缘分隔成手车式、母线室、电缆室和继电器仪表室四个部分，制成金属封闭间隔式开关设备。
手车用钢板弯制焊接而成，底部有四个滚轮，能沿水平方向移动，还装有一个接地触头，导向装置，脚踏锁定机构及手车杠杆推进机构的扣攀。
手车按用途分为断路器手车、电容器、避雷器手车、电压互感器手车、电压互感器避雷器手车]所用变电器手车、隔离手车和接地手车等七种。
第四节 断路器校验、母线选择与互感器电流比确定
（一）断路器的校验
一、断路器ZN-35的校验：
1、按正常工作条件选择：
①初选ZN－35、630－8,其参数如下表：
额定电压（KV）
最高工作电压（KV）
额定电流（A）
额定短路开断电流（KA）
动稳定电流峰值（KA）
2S热稳定电流（KA）
35
40.5
630
8
20
8
②电压：
③电流： 若图片无法显示请联系QQ3710167
2、动稳定性的校验
变电所35KV母线 的短路参数
动稳定性符合。
3、热稳定性的校验
若图片无法显示请联系QQ3710167
热稳定性符合。
二、断路器ZN-10C的校验
1、按正常工作条件选择：
①初选ZN-10C，其参数如下表：
额定电流（KA）
开断电流（KA）
动稳定电流（KA）
4S热稳定电流有效值（KA）
600
17．3
29．4
17．3
②电压：
③电流：
2、动稳定性的校验
变电所6KV母线 的短路参数
动稳定性符合。
3、热稳定性的校验
热稳定性符合。
（二）电流互感器电流比的确定
一、35KV侧电流互感器
所以35KV桥断路器、变压器高压侧的三个互感器电流比为300/5。
因此35KV互感器进线两个电流互感器的电流比为600/5。
二、6KV侧电流互感器
所以变压器低压侧、6KV母联的三个电流互感器的电流比为800/5。
三、N01变电所：计算电流
取互感器电流比为200/5若图片无法显示请联系QQ3710167
其余变电所电流互感器的电流比计算方法同上，因此结果见下表
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
35KV侧电流互感器
部门名称
35KV桥断路器、变压器高压侧
变压器低压侧
35KV互感器进线
电流比
300/5
800/5
600/5
6KV侧电流互感器
部门名称
NO1变电所
NO2变电所
NO3变电所
NO4变电所
NO5变电所
空压站
电弧炉
工频炉
电力电容器
电流比
200/5
100/5
100/5
100/5
150/5
150/5
600/5
150/5
600/5
（三）母线选择
在变配电室的各级电压配电装置中，变压器和各种电器连接的导线称为母线，又叫汇流排，母线是各级电压配电装置的中间环节，它的作用是汇集、分配和传送电能。
母线分为两类：一种是软母线，常用多股铜线或钢芯铝线，应用于电压较高（35KV及以上）的户外配电装置；另一种是硬母线，大多应用于电压较低（20KV及以下）的户内配电装置。
母线截面，应按发热条件选择，并校验短路电流动稳定和热稳定。
在供电系统中，在成套高、低压开关柜内的母线，不需另外选择和校验，开并柜的额定电流、热稳定电流、动稳定电流符合要求，其线线必能满足要求。
本设计使用成套开关柜，所以此处母线选择不再计算。
第六章 变电所配电装置的布置
第一节 变电所总体布置的原则及方案
（一）变电所总体布置的要求
1、便于运行维护和检修
值班室一般应尽量靠近高低压配电室，特别是要靠近高压配电室，且有门直通。如值班室与高压配电室靠近有困难时，则值班室可经过走廊与高压配电室相通。为了存放运行维修的工具器材，可考虑设保管室。
2、保证运行的安全
值班室内不得有高压设备，以保证值班人员的安全。变电所各室的大门都应朝外开，以利于紧急情况时，人员外出和处理事故。变压器室的大门应避免朝向露天仓库；在炎热地区，变压器室应避免朝向西开门，以免变压器遭到“西晒”。
3、便于进出线
如果是架空进线，则高压配电室宜位于进线侧。而考虑到变压器低压出线一般是采用矩形裸母线，因此变压器的安装位置（室内型变电所即为变压器室），一般宜靠近低压配电室。
4、节约占地面积和建筑费用
当变电所有低压配电室时，值班室可与低压配电室合并；但这时低压配电屏的正面或侧面离墙的距离不得小于 。当高压开关柜和低压配电屏为单列布置时，高压柜与低压屏间的距离不得小于 ，这时值班室应另设。
5、考虑高低压电容器的装设要求
进行无功补偿的高压电容器组，由于它有爆炸和火灾的危险，因此一般应装设在单独的高压电容器室内。该室一般邻近高压配电室，两室间隔以防火墙。如高压电容器数量较少时，按规定也可装设在高压配电室内。而低压电容器组，比较安全，因此电容器柜一般可装设在低压配电室内，与低压配电屏并列安装。只有在低压电容器柜较多时，考虑到通风和安全运行，则可考虑设置单独低压电容器。
6、应适当考虑发展
既要考虑到变电所留有扩建的余地，又要不妨碍工厂或车间的发展。
（二）变电所总体布置的方案
根据本厂的实际情况，变电所采用独立式有值班室的屋内式构造，平面图如下：
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由图6-1所示变电所平面布置方案可以看出：①值班室紧靠高低压配电室，而且有门直通，因此运行维护方便；②高低压配电室和变压器室的进出线都较方便；③所有大门都按要求朝外开设；④高压电容器室与高压配电室分开，又只一墙之隔，既安全又配线方便；⑤各室均留有一定的余地，以适应发展的要求。
第二节 变电所的结构
（一）变压器室的结构
一、变压器室的平面布置
在本厂中，变压器的平面布置，需考虑以下几点：
（1）两台三相电力变压器应安装在单独的变压器室内；
（2）变压器外廓与变压器四壁的间距不小于下表所列数值（参看图6-2）。
表6-1 变压器与变压器室四壁的最小间距（单位： ）
变压器容量/（ ）
≤315
400～1000
＞1000
至后壁和侧壁的净距
600
600
800
至大门的净距
600
800
1000
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（3）考虑到经常进入变压器室内部检查设备，因此必须设置网状遮栏以保证安全；
（4）变压器的安装方式采用宽面推进，变压器的高压进线用架空线引入，装于变压器室背面。低压侧母线穿墻接到低压配电室，低压母线从变压器室后墻正中引出（布置方案如图6-3所示）；
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二、变压器室的高度和地坪
变压器室的高度与变压器的高度、高压进线方式及通风条件有关。本厂采用地坪抬高方式，将变压器放置在抬高的地坪上，下面是进风洞，地坪抬高 。
（二）高压配电室的结构
一、高压配电室的尺寸
为了保证安全生产和供电可靠，配电室的设计中，必须保证安全距离和联锁措施，从技术上防止触电和误操作的可能性。
高压配电室的长度L与高压开关柜宽度有关；与单列开关柜数量有关；与边柜离墻距离有关。考虑到母线投入运行后将受热伸长影响安全净距，边上的开关柜离墻距离不应小于 。为便于安装时调整开关柜位置，最后推进的开关柜离墻距离 不应小于 ，一般均留 以上。综上所述，高压配电室内净长度为
≥柜宽*单列配电柜数+ +200（ ）
高压配电室的深度（宽度） ，与每台开关柜深度有关，与单列布置还是双列布置有关，与操作通道和维护通道的宽度有关。根据这些因素，高压配电室的深度应为
≥开关柜深*列数+维护通道宽度*列数+操作通道宽度
高压配电室的高度 与开关柜高度有关，与开关柜基础高度有关，与开关柜顶上的导体离配电室顶棚的距离 有关， 应不小于 。此外，高压配电室进户线穿墻套管离室外路面高度不应小于 。根据以上因素，高压配电室室内净高应为
≥开关柜高+柜基高度+
本厂选用JYN1—35型高压开关柜，因此配电室的尺寸如表6-2
开关柜安装方式
JYN1—35型
长*深*高/
单面布置
离墻安装
二、高压配电室对建筑物的要求
（1）为了在事故时能安全疏散，高压配电室长度不到 时允许开一个门；长度为 ～ 时，至少要开两个门，使相邻两个门之间不超过 。其中一个门应能搬进开关柜。因此，采用JYN1—35型高压开关柜的高压配电室，大门宽取 ，高 ～ ；小门宽 ～ ，高 ～ 。门向外开。与低压配电室间的门应能向两边开。
（2）高压配电室允许天然采光和自然通风，但应采取防止雨、雪和小动物进入的措施。
（3）配电室的耐火等级，不应低于二级。配电室内的顶棚和邻近带电部分的内墻面应刷白，其他部分应抹灰刷白。地面一般采用水泥抹面并压光。
（4）高压配电室内，不应有与配电装置无关的管道通过。
（三）低压配电室的结构
一、低压配电室的尺寸若图片无法显示请联系QQ3710167
低压配电室的长度 与配电屏的宽度、配电屏的数量以及两端的边屏离墻的距离有关。低压配电屏的宽度列于表6-3中
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
表6-3 低压配电屏宽度
配电屏型号
BSL-1
GGD
GCK
配电柜宽度/
900
600～1200
400 600
配电柜深度/
600
600 800
800 1000
配电屏列的两端边屏离墻距离 应小于 。
综上所述，低压配电室的长度应为
=配电屏宽度*单列数量+2
低压配电室的深度为
=配电屏深度*列数+操作通道宽度+维护通道宽度*列数
各种低压配电屏的深度均为 ～ ，操作通道与维护通道的宽度均列于表6-4中。
表6-4 低压配电屏高度
低压配电屏型号
BSL-1
GGD
GCK
低压配电屏高度/
2140
2200
2200
低压配电室的高度 与配电屏高度、屏基高度、由变压器室引入的母线高度以及有关的安全净距等均有关系，应与变压器室高度一起综合考虑。根据以上因素，低压配电室的高度有 、 、 等几种。
二、低压配电室对建筑物的要求
低压配电室长度不到 可设一个门，长度为 ～ 时应设两个门，长度超过 时应设三个门，相邻的两门之间不超过 。低压配电室的门，一般宽为 ，高为 ～ 。低压配电屏下的电缆沟深一般为 左右。低压配电室可用天然采光和自然通风但必须有防雨、雪、鸟、鼠的措施。
（四）值班室的结构
值班室的结构型式，要结合配电所的总体布置和值班室制度全盘考虑，以利于运行维护。
值班室要有良好的自然采光，采光窗宜朝南，总面积不宜小于 。
在采暖地区，值班室应采暖，采暖计算温度为了18℃，采暖装置宜采用排管焊接。
在蚊子和其它昆虫较多的地区，值班室应装纱窗、纱门。值班室通往外边的门（除通往高低压配电室等的门外），应向外开。
第七章 继电保护与自动装置
第一节 保护装置配置原则
一、过电流保护装置的类型和任务
为了保证工厂供电系统的安全运行，避免过负荷和短路引起的过电流对系统的影响，因此在工厂供电系统中装有不同类型的过电流保护装置。
工厂供电系统的过电流保护装置有：熔断器保护、低压断路器保护和继电保护。
熔断器保护和低压断路器保护都能在过负荷和短路时动作，断开电路，以切除过负荷和短路部分，而使系统的其它部分恢复正常运行；但通常主要用作系统的短路保护。
继电保护装置在过负荷时动作，只发出报警信号，引志值班人员注意，以便及时处理；而在短路时，就要使相应的高压断路器跳闸，将故障部分切除。
二、继电保护装置的作用
供电系统在运行中可能发生短路故障和不正常运行情况。短路故障有可能使电气设备受到强大的电动力和严重发热而损坏，甚至使电力系统运行紊乱，严重地影响生产，给国民经济造成巨大损失。供电系统的不正常运行情况主要是过负荷、过电压、故障接地等。如不及时处理，往往可能导致设备损坏严重。
为了确保安全可靠地供电，继电保护装置必须尽快地切除短路故障，对于不正常运行情况应及时给值班人员发生信号，以便迅速处理。
继电保护装置是由电流互感器、继电器和其他一些元件组成。它是一种能反映短路故障和不正常工作状态的自动装置。此外，继电保护装置还可以与其他装置配合，实现供电系统自动化的任务，如线路的自动重合闸、各用电源自动投入等。
三、对继电保护装置的基本要求
对继电保护装置的基本要求是：选择性、快速性、可靠性、和灵敏度。
1、选择性
当供电系统某一部分发生故障时，继电保护装置只切除故障部分，不切除无故障部分。保护装置的所具有的这种性能，称为选择性。
2、快速性
快速切除故障或发出信号称为快速性。当供电系统发生短路时，短路电流存在的时间越长，电气设备的绝缘越容易损坏，用户处电压降低的时间越长，运转的电动机受影响越大。因此，在可能的条件下，继电保护装置应力求快速动作，尽快切除短路故障。
在某种情况下，快速性和选择性会发和矛盾，这时我们应当在满足动作选择性的前提下，力求保护装置动作的快速性。
3、可靠性
保护装置对故障不拒动对非故障不误动的性能称为可靠性。
保护装置的可靠性是很重要的，因为保护装置拒绝动作或误动作，都将使系统事故扩大，给电力系统和用户带来严重损失。
根据经验，继电保护接线应力求简单，触点回路少，继电器的质量高，则保护装置的动作比较可靠。
4、灵敏度
灵敏度是指保护装置对其保护区内故障和不正常工作状态反应能力的一个特性参数。如果保护装置对其保护区内轻微的故障都能及时地反映动作，则说明这保护装置对其保护区内轻微的故障都能及时地反映动作，则说明这保护装置的灵敏度高。灵敏度的大小一般用灵敏度系数 来表示。
第二节 6KV出线保护
一、高压线路继电保护概述
由于中小型工厂高压线路一般不很长（供电半径不超过2km），电压不很高（一般为6～10KV）。容量不很大（中小工厂容量多数不超过5000KVA），因此中小型工厂供电系统的高压线路的继电保护一般相当简单。
作为线路的相间短路保护，通常采用带时限的过电流保护，有时也配合使用电流速断保护。在线路上出现相间短路故障时，继电保护装置作用于高压断路器的跳闸机构,使断路器跳闸,切除短路故障。
由于6～10KV系统属小电流接地的系统,在线路上发生单相接地时,只有接地电容电流，并不影响三相系统的正常运行,因此只需装设绝缘监察装置或单相接地保护,在发生单相接地时,给予信号。
二、常用的保护继电器
继电器接其应用分，有控制继电器和保护继电器两大类。这里只讲保护继电器。
保护继电器按其组成元件分，有机电型和晶体管型两大类。由于机电型继电保护装置具有简单和便于维修等优点，因此我国工厂供电系统中现在仍然普遍应用传统的机电型继电保护，而晶体管继电保护目前应用不多。
机电型继电器按其结构原理分，有电磁式、感应式等继电器。
保护继电器按其反应的物理量分，有电流继电器、电压继电器、功率继电器、气体继电器等。
保护继电器按其反应的数量变化分，有过量继电器和欠量继电器，例如过电流继电器、欠电压继电器等。
三、6KV出线保护
（以总变电所到NO1变电所为例）
1、无时限电流速断保护
电流速断保护的动作电流：
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继电器的动作电流为：
取速定值：
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2、定时限过电流保护
过流保护装置的动作电流：
继电器的动作电流为：
选择DL-11/20型电流继电器，其动作电流的整定范围为5-20A。
灵敏度校验：
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宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
第三节 6KV高压电动机保护
3～10KV异步和同步电动机应装设相间短路保护，并根据生产工艺过程和需要可装设过负荷保护、低电压保护以及单相接地保护等。同步电动机还应有失步保护。
相间短路保护一般采用电流速断保护，容量在2000KW以上或电流速断保护灵敏度不够的重要电动机，具有6个引出线时，可装设纵差动保护。
1、电流速断及过负荷保护
电动机的电流速断保护通常用两相式接线。当灵敏度允许时，应采用两相电流差的接线方式。
对于可能过负荷的电动机，可采用具有反时限特性的电流继电器，反时限部分用作过负荷保护，一般作用于信号；速断部分用作相间短路保护，作用于跳闸。
2、电动机的低电压保护
供电网络电压下降，异步电动机的转速也相应下降，同步电动机则可能失步，当电压恢复时，由于大量电动机自起动，电流很大，以致电网电压不能迅速恢复，增加了自起动时间，甚至使自起动成为不可能。因此，当电压降低到使电动机的最大转矩接近于负载转矩，受到颠覆威胁时，应将次要电动机用低电压保护装置从电网切除，以保证重要电动机的自起动，对于那些因生产工艺过程不允许自起动的电动机，亦应利用低电压保护切除。
本厂装设的为6KV850KW电动机两台，一台带重要负载，根据保安条件电压长时间消失后需自动切断电源，第二台不允许自起动。
查数据已知 ，，，，
，（不完全星形接线）。
过负荷与相间短路速断保护选用GL-10系列继电器。
（1）过负荷保护
作用于跳闸，继电器动作电流为
整定取 ，一次动作电流为
时限整定 根据起动条件整定GL-10继电器反时限特性。
在时，延时为
（2）电流速断保护
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瞬动电流为过负荷动作电流的倍数
整定值取7。
灵敏系数
符合要求。
（3）低电压保护
不允许自起动的电动机动作电压为
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时限 。
需要自起动的电动机动作电压为
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时限 。
第四节 6KV电力电容器保护
对于改善电网功率因数的并联补偿电容器组应装设相间短路保护及内部故障保护。在单相接地电流大于 时还应装设接地保护。
1、相间短路保护
相间短路保护主要指电容器组与断路器之间连线的短路。一般用无时限或时限电流速断保护，运作于跳闸。
保护装置的动作电流按躲过投入电容器时的冲击电流整定，即
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选DL-11/0.6型电流继电器，动作时间取 ，整定值取
灵敏系数校验
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2、内部故障保护
电容器的内部故障保护指单个电容器内部元件局部击穿及电容器组内各元件引出线间的短路等。对于内部故障可采取分组装熔断器或装设横联差动进行保护。
横差保护的接线通常将电容器分成两组，当电容器组按星形连接时，横差保护装置安装在两个中性点的连线上。
正常时，两组电容器都处于三相平衡状态。因此，在中点处电流为零。当任一个电容器发生内部故障（短路、断线）时，将引起电容量的变化，使电容器组的平衡状态破坏。在中点连线中将不有平衡电流流过，使继电器动作，作用于跳闸。
这种保护方式的优点是简单、经济、灵敏度高，接线方式不易造成误动作；缺点是当三相电压不平衡时，可能因不平衡电流的加在而误动作，且同组各相之间电容器平衡度要求较严，调整工作量较大，此外，不能分相指示故障电容器，查找故障电容器较麻烦。
当电容器按三角形接线时，横差保护装于每相的并联分支上，每相装两只电流互感器，二次回路为差流式接线，接入电流继电器检测故障。电流继电器一般采用灵敏的DL-11/0.6型或DL-11/0.2型。要求电容器组每相的两臂容量尽量相同。因此，正常时电流互感器的二次电流差为零。当任一只电容器发生内部故障时，故障臂的电流将增大（短路）或减小（断线），使互感器二次产生差流，继电器动作。在电流继电器出口串接信号继电器，以便于寻找故障相。
这种保护方式的优点是灵敏度高，不受三相不平衡电压的影响，易于分相指示故障电容器；缺点是安装较麻烦，且每相中不平衡电流值要求较小，不易调配。
第五节 6KV母联保护
一、装设母线保护的基本原则
发电厂和变电所的母线是电力系统中的一个重要组成元件，当母线上发生故障时，将使连接在故障母线上的所有元件在修复故障母线期间，或转移到另一组无故障的母线上运行以前被迫停电。此外，在电力系统中枢纽变电所的母线上故障时，还可能引起系统稳定的破坏，造成严重的后果。
一般来说，不采用专门的线线保护，而利用供电元件的保护装置就可以把母线故障切除。
当利用供电元件的保护装置切除母线故障时，故障切除的时间一般较长。此外，当双线线同时运行或母线为分段单母线时，上述保护不能保证有选择性地切除故障母线。因此，在下列情况下应装设专门的母线保护：
（1）在110 及以上的双母线和分段单母线上，为保证有选择性地切除一组（或段）母线上所发生的故障，而另一组（或段）无故障的母线仍能继续运行，应装设专用的母线保护。
（2）110 及以上的单母线，重要发电厂的35 母线或高压侧为110 及以上的重要降压变电所的35 母线，按照装设全线速动保护的要求必须快速切除母线上的故障时，应装设专用的母线保护。
为满足速动性和选择性的要求，母线保护都是按差动原理构成的。
二、整定计算
1、有时限过电流保护
一次动作电流
继电器的动作电流为：
选择DL-11/20型电流继电器，其动作电流的整定范围为5-10A。动作时限取 。
灵敏度校验：
近后备：若图片无法显示请联系QQ3710167
远后备：若图片无法显示请联系QQ3710167
符合要求。
2、无时限电流速断保护
一次动作电流
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继电器的动作电流为：
若图片无法显示请联系QQ3710167
选择DL-11/100型电流继电器，其动作电流的整定范围为25-100A。无时限
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
第六节 电力变压器保护
变压器是电力系统的重要设备之一，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响，同时大容量的变压器也是非常贵重的设备。因此，必须根据变压器容量和重要程度来装设专用的保护装置。
变压器常用的保护装置有瓦斯保护、纵差动保护、过电流保护、零序电流保护、过电流保护等。
一、瓦斯保护
对变压器油箱内的各种故障以及油面的降低，应装设瓦斯保护，它反应于油箱内部所产生的气体或油流而动作。其中轻瓦斯保护动作于信号，重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源的断路器。
应装设瓦斯保护的变压器容量界限是：800 及以上的油浸式变压器和400 及以上的车间内油浸式变压器。
二、变压器的差动保护
已知：变压器 若图片无法显示请联系QQ3710167
35KV母线侧：
6KV母线侧：
归算到35KV侧：
1、归算到一次侧额定电流选出电流互感器，确定二次回路额定电流，计算结果如下：
表7-1
名称
各侧的数值
额定电压KV
35
6
变压器额定电流A
电流互感器接线方式
电流互感器变比
电流互感器二次回路额定电流A
由表7-1可看出6KV电流互感器二次回路额定电流大于35KV侧，因此以6KV侧为基本侧。
2、计算保护装置6KV侧的一次动作电流
（1）按躲过外部最在不平衡电流
（2）按躲过励磁涌流
∴选用6KV侧一次动作电流为2057.64A
3、确定线圈接线与匝数
平衡线圈Ⅰ、Ⅱ分别接于6KV侧和35KV侧。
计算基本侧继电器动作电流
基本侧的工作线圈计算匝数为：
（匝）
根据BCH-2内部实际接线，选择实际整定系数为6。其中取差动线圈 ，平衡线圈Ⅰ的匝数 。
4、确定35KV侧平衡线圈匝数
（匝）
确定平衡线圈Ⅱ实际匝数
5、计算由于实际匝数与计算匝数不等产生的相对误差
∴不需核算动作电流。
6、初步确定短路线圈抽头，选用 ～
7、计算最小灵敏系数
按最小运行方式下，6KV侧两相短路校验。
因为基本侧互感器二次额定电流最大，故排除基本侧灵敏系数最小。
35KV侧通过继电器的电流为
继电器的整定电流为
则最小灵敏系数为
满足要求。
三、过流保护
过电流保护的动作电流应按躲过变压器的最在工作电流整定，即：
保护装置灵敏度
近后备： 合格。
远后备： 合格。
动作时限比6KV侧变压器所装保护大一个时限段，取 。
四、变压器过负荷保护
按躲过变压器额定电流整定
动作时限取 。
第七节 35KV进线保护
（保护原理同6KV出线保护）
一、无时限电流速断保护
一次动作电流计算
继电器动作电流为：
取整定值
二、定时限过电流保护
过流保护装置的动作电流
继电器的动作电流为：
若图片无法显示请联系QQ3710167
选择DL-11/20型电流继电器，其动作电流的整定范围为5-20A。
灵敏度的校验：
若图片无法显示请联系QQ3710167 合格。
第八节 6KV单相接地保护及绝缘监视装置
在小电流接地的电力系统中，如发生单相接地故障时，只有很小的接地电容电流，而相间电压仍然是对称的，因此可暂时继续运行。但是由于非故障相的对地电压要升高为原来对地电压的 倍，所以对线路绝缘仍有一定的威胁，如果长此下去，可能引起非故障相对地绝缘击穿而导致两相接地短路，这时将引起开关跳闸，线路停电。因此在系统发生单相接地故障时，有必要通过所装设的单相接地保护装置或绝缘监视装置，发出一定的信号，以便及时发现和处理。
在6～10KV电网中，基本都是中性点不接地系统。而且输电线路较长，容易发生单相接地故障。在中性点接地系统中，单相接地便是单相接地短路，应该由过电流保护装置保护。
在中性点不接地系统中发生单相接地，单相接地电流较小，过电流保护装置往往不能反映（灵敏度不够），因此，在中性点不接地系统中，应该采取单相接地保护措施。在工厂供电系统中，一次降压的企业，自高压配电室到各车间变电所的高压线路；二次降压的企业，自总降压站到各车间变电所的高压线路，均应装设单相接地保护装置。
一、对单相接地保护的要求
（1）中性点接地的系统中，三相短路电流最大，因而过电流保护、速成断保护动作电流较大。当发生单相接地短路时，电流较小，因而过电流保护，电流速断保护有时灵敏度不高。因此，常用零序电流保护作用于断路器切断接地短路。
（2）在中性点不接地系统中，单相接地电流常小于正常工作电流，一般情况下：
3～10KV网络中单相接地电容电流不大于30A；
35KV网络中单相接地电流不大于5A。
如果单相接地电流中电容电流较大，则可能因间歇性电弧产生 的过电压，进而发展成相间短路，应该用零序电流保护装置作用于断路器切断故障。
如要接地电流较小，不影响电网正常工作，一般可允许持续2小时，对此情况，可由零序电流保护装置作用于信号。
（3）接地保护装置的灵敏度，必须能反映5～20 变化的电流。
二、单相接地保护动作电流的整定
当供电系统某一线路发生单相接地故障时，其它线路上都会出现不平衡的电容电流，而这些线路因本身是正常的，其接地保护装置不应该动作，因此单相接地保护的动作电流应该躲过在其它线路上发生单相接地时而在本线路上引起电容电流，即单相接地保护动作电流的整定计算公式为若图片无法显示请联系QQ3710167
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式中 ——本线路接地时，从其他有电的联系的线路和本线路流入接地点的总电流；
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
——本线路未接地相流入接地点的电流；
——互感器变比，根据要求取 为100/5
——可靠系数，不带时限时，需避开浪涌电流，取 ～5；带 以上时限动作者，取 。
与 均按经验公式计算：
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式中 ——有电联系的架空线总长度 ；
——有电联系的电缆总长度 ；
——线电压 。
式中 ——线电压 ；
——本接地线路中架空线的长度 ；
——接地线路中电缆长度 。
∴继电器动作电流为
在设计计算和运行调整中，为保证可靠保护，应使其灵敏度系数满足下式：
经校验
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满足要求。
三、绝缘监视装置与接地部位检查仪
在变电所电流母线上接一台三相五芯式电压互感器，在其 连接的二次绕组接上灯泡；另一组二次绕组接成开口三角形，接入电压继电器，就组成绝缘监视装置，如图7-1所示：
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正常运行时，电网三相对地电压对称，各相对地电压等于相电压，也没有零序电压，六个灯泡不亮。
当电网一相故障接地时，该相对地电压为零，另外二相对地电压升为 。因此，一相的灯炮不亮，另外二相的灯泡亮。灯泡不亮的一相即为故障接地相。在故障接地相出现零序电压，电压继电器接通信号电源。
电压继电器必须避开不平衡电压（15～20 ）。
用绝缘监视装置能反映故障接地和那一相接地，但不能反映故障接地的部位，需用接地部位检查仪检查。
JBX型接地部位检查仪可迅速查出接地部位。
第八章 35/6KV电力变压器保护专题
变压器是电力系统的重要设备之一，它的故障对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响，同时大容量的变压器也是非常贵重的设备。因此必须根据变压器容量和重要程度来装设专用的保护装置。
（一）变压器保护装设的一般原则：
1、防御变压器铁壳内部短路和油面降低的瓦斯保护；
2、防御变压器线圈和引出线的多项短路，大接地电网侧线圈和引出线的接地短路及线圈匝间短路的纵联差动保护和电流速断保护；
3、防御外部相间短路并做瓦斯保护和纵联差动保护后备的过电流保护；
4、防御大接地电流电网中外部接地短路的零序电流保护；
5、防御对称过负荷的过负荷保护。
（二）断路器控制回路和信号系统
一、概述
断路器控制回路，就是控制（操作）断路器跳、合闸的回路。它取决于断路器操动机构的型式和操作电源的类别。断路器的操动机构有手力式、电磁式和弹簧式等型式；操作电源有直流和交流两类。电磁操动机构只能采用直流操作电源；弹簧操动机构和手力操动机构可交直流两用，但一般采用交流操作电源。
信号系统，是用来指示一次设备运行状态的二次系统。按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号。断路器位置信号用来显示断路器正常工作的位置状态，一般用红灯亮，表示断路器在合闸位置，用绿灯亮，表示断路器在跳闸位置。事故信号用来显示断路器在事故情况下的工作状态，一般用红灯闪光，表示断路器自动合闸，用绿灯闪光，表示断路器自动跳闸。此外还有事故音响信号和光字牌等。预告信号是在一次设备出现不正常状态时或故障初期发出报警信号，例如变压器过负荷或轻气体动作时，就发出区别于上述事故音响信号的另一种预告音响信号，同时光字牌亮，指示出故障的性质和地点，值班员可根据预告信号及时处理。
二、断路器控制、信号回路的一般要求
1、断路器控制、信号回路应满足下列要求：
（1）应能监视电源及跳、合闸回路的完整性，在断路器的跳闸线圈及合闸接触器线上不允许并接电阻；
（2）应能指示断路器合闸及跳闸的位置状态，自动合闸或跳闸时应有明显信号；
（3）有防止断路器跳跃的闭锁装置；
（4）合闸或跳闸完成后，应使命令脉冲自动解除；
（5）按线应简单可靠使用电缆芯数量少。
2、断路器的控制信号回路有灯光监视和音响信号两种。变电所断路器的控制、信号回路，一般采用灯光监视的接线方式，当需要时亦可采用音响监视的接线方式。
3、断路器采用灯光监视控制回路时，一般为双灯制接线、断路器在合闸位置时，线灯亮；跳闸位置时绿灯亮。
4、在控制室内控制的断路器，采用音响监视回路时，一般为单灯制，断路器控制回路用中间继电器监视、断路器合闸或跳闸位置由控制开关的手柄位置来表示，垂直位置为合闸、水平位置为跳闸、控制开关手柄内应有信号灯。
5、在配电装置就地操作的断路器，一般只装设监视跳闸回路的位置继电器，并采用红、绿灯作位置指示灯，当出现事故时信号灯闪光，并向控制室或驻所值班室发出声光信号。
6、断路器的防跳回路应满足下列要求：
（1）由电流起动的防跳继电器的动作时间，不应大于跳闸脉冲发出至断路器辅助触点切断跳闸回路的时间；
（2）一般利用防跳继电器的常开触点、对跳闸脉冲予以自保持。当保护跳闸回路串有信号继电器，该防跳继电器触点应串接其电流自保持线圈、当选用的防跳继电器无电流保持线圈时，亦可接适当电阻代替，电阻值应保证信号继电器能可靠动作。
7、当变电所为直流控制时、一般设有闪光信号装置，用以与事故信号和自动装置配合，指示事故跳闸和自动投入的回路。
8、当变电所的操作电源为硅整流电容贮能装置时，为了减少故障时电容器的能量消耗应将信号灯及其它常接负荷同断路器的跳闸回路分开供电，以确保断路器的可靠跳闸。
9、断路器的事故跳闸信号回路利用不对应原理：
（1）当断路器为手动操作时，利用操作机构与操作手把控制的辅助接点构成不对应接线；
（2）当断路器为液压，弹簧或电磁操作机构时，利用控制开关与操作机构辅助接点构成的不对应接线。
（三）35/6KV变压器控制回路及其信号系统分析
本设计所用的均为电磁操动机构的断路器控制回路及其信号系统，其操作电源采用硅整流器带电容储能的直流系统。该控制回路采用双向自复式并具有保持触点的LW5型万能转换开关，其手柄正常为垂直位置（0°）。顺时针扳转45°，为合闸（ON）操作，手松开即自动返回（复位），保持合闸状态。反时针扳转45°，为跳闸（OFF）操作，手松开也自动返回，保持跳闸状态。图中虚线上打黑点（·）的触点，表示在此位置时触点接通，而虚线上标出的箭头（→）表示控制开关手柄自动返回的方向。
以第一台变压器的保护为例：
合闸时，将控制开关1KK手柄顺时针扳转45°，这时触点5-8接通，合闸接触器HC通电（其中1DL109原已闭合），其主触点闭合，使电磁合闸线圈BCJ通电，断路器合闸。合闸完成后，控制开关1KK自动返回，其触点5-8断开，断路器辅助触点1DL109也断开，切断合闸电源；同时1DL101闭合，线灯HD亮，指示断路器在合闸位置，并监视着跳闸回路的完好性。
跳闸时，将控制开关1KK手柄反时针扳转45°，这时触点6-7接通，跳闸线圈TQ通电（其中1DL139原已闭合），使断路器跳闸。跳闸完成后，控制开关1KK自动返回，其触点6-7断开，断路器辅助触点1DL139也断开，切断跳闸电源，同时1KK的触点11-10闭合，1DL109也闭合，绿灯1LD亮，指示断路器在跳闸位置，并监视着合闸回路的完好性。
由于红绿指示灯兼起监视跳、合闸回路的完好性的作用，长时间投入工作，耗能较多，为了减少储能电容器能量的过多消耗，因此这种回路设有灯光指示小母线XM（+），专用来接入红绿指示灯。
宏伟机械厂35/6KV总降压变电所设计
当一次电路发生短路故障时，保护装置动作，其出口继电器触点BCJ闭合，接通跳闸线圈TQ回路（其中1DL139原已闭合），使断路器跳闸。随后1DL101、139断开，使红灯HD灭，并切断跳闸电源，同时1DL109闭合，而1KK在合闸位置，其触点9-12也闭合，接通闪光电源SM（+），使绿灯LD闪光，表示断路器自动跳闸。值班员得知事故信号后，可将控制开关1KK的操作手柄扳向跳闸位置（左旋45°后放开），使1KK的触点与1DL的辅助触点恢复对应关系，全部事故信号立即消除。
其余保护的原理同上，这里不再赘述。
结束语
时光飞逝，转眼间大学生活就要结束了，美好的大学生活让我恋恋不舍，我最尊敬的老师、我最真诚的朋友让我终生难忘。
经过一个学期的努力，我的毕业设计终于完成。同时，这也意味着我的四年大学生活即将划上一个句号。回首昨天，四年大学生活是那么多姿多彩，她将成为我一生不可磨灭的记忆。毕业设计是大学的“最后一堂课”，她是大学所学知识的一次自我检查，同时也给了我们一次理论联系实际的机会，让我们可以把知识融会贯通，并给自己一次自我提高、自我挑战的机会，这样的机会很难得，所以我们应该认真对待。而我也就是这样做的。
毕业设计从这个学期开始在我最尊敬的张老师的细心指导下，有步骤的进行着：老师先给我们布置了设计任务，确定了每个人的设计题目，之后对原始数据进行处理，再整理成初稿；然后对太原重型机械厂的变电所进行了参观学习；回来后，联系实际，再对初稿进行修改。
通过一个学期的设计学习，我受益非浅。这次设计让我对供电系统方面的知识有了更深的认识，同时也让我认识到供电技术在工业用电中的重要性，因此也就对我们的供电设计有了更高的要求。要求我们在供电设计过程中更加严谨、认真，来不得半点马虎。
在本次毕业设计过程中，我得到了张老师的耐心、细致、认真的辅导。当我迷茫于众多资料时，他为我提纲挈领、梳理脉络；当我面对设计无从下手时，他为我认真分析、抛砖引玉。在整个设计过程中，张老师每周都要仔细检查。从框架的完善，到内容的充实，从文字的表述，到格式的规范，张老师都严格要求，力求完美。
张老师厚实的知识储备、严谨的科学态度、认真的求知精神、务实的工作作风、朴素的生活习惯以及待人接物的方方面面都将是我一生学习和效仿的榜样。能有机会在即将毕业之际得到他的教导，是我一生的宝贵财富。从张老师身上所学到的将使我一生受用无尽。在此，表示衷心的感谢。
虽然本次设计顺利完成，但是，由于本人知识所限，里面也一定存在不少的缺陷和错误，敬请各位专家和老师批评指正。
参考文献
1、西北电力设计院与东北电力设计院编 电力工程设计手册（1、2） 上海科学技术出版社，1980
2、电机工程手册：输变电、配电设备卷/机械工程手册电机工程手册编辑委员会编-2版-北京：机械工业出版社，1997
3、工厂与高层建筑供电/徐玉琦编 -北京：机械工业出版社，2004.8
4、钱清泉编 新编实用电工手册 电子科技大学出版社
5、刘介才编 工厂供电（第2版）-北京：机械工业出版社，1997
6、供电技术 煤炭工业出版社
