某工厂60kv总降压变电站设计 毕业设计

'毕业论文（20届本科）题目：某工厂60KV总降压变电站设计系（部）院：机电工程系专业：电气工程及其自动化作者姓名：指导教师：XXX职称：完成日期：20年月日二○年月-38- 本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本科毕业论文（设计）作者签名：（亲笔签名）二○○年月日（打印）-38- 毕业论文(设计)目录XXXXX本科生毕业论文（设计）诚信声明毕业论文(设计)目录XXXXX本科生毕业论文（设计）任务书XXXXX本科毕业论文（设计）开题报告摘要IAbstractII第一章绪论-1-第二章全厂负荷计算及系统主接线的选择-3-一、供电电压等级选择-3-二、全厂负荷计算-3-1用电设备的负荷计算-3-2变压器损耗估算-4-3无功功率补偿计算-4-4变压器选择-5-三、系统主接线方案的选择-5-1主接线的设计原则-5-2主接线的基本要求-5-3主接线方案-6-4主接线方案的确定-8-四、主变台数和容量的选择-8-1主变台数的选择-9-2主变容量的确定-9-3主变压器形式的选择-9-第三章短路电流计算及设备的选择-11-一、常见的短路类型-11-二、造成电路短路的原因及危害-11-三、计算短路电流的目的-11-四、短路电流计算-11-1确定计算电路及计算电抗-12-2最大运行方式下的短路点计算-13-3最小运行方式下的短路点计算-14-五、高压电气设备的选择-15-1架空线路-15-210kV母线的选择-16-3高压断路器的选择-17-4高压隔离开关的选择-20-5电流互感器的选择-21-6电压互感器的选择-23-710kV高压柜的选择-25-第四章变电站综合自动化-26-一、变电站综合自动化概述及其特点-26-1功能综合化-26--38- 2结构电脑化-26-3操作监视屏幕化-26-4运行管理智能化-26-二、变电站综合自动化的结构形式-26-三、变电站综合自动化系统的主要功能-28-1监控系统功能-28-2计算机保护功能-29-3电压和无功综合控制-29-4远动功能-29-四、变电所微机保护-29-1微机保护概述-29-2变压器保护-30-第五章防雷与接地-32-一、防雷设备-32-二、防雷措施-32-1架空线路的防雷措施-32-2变配电所的防雷措施-32-三、接地-33-1接地与接地装置-33-2接地措施-33-总结-34-致谢-35-参考文献-36-附录-38- XXXXX本科生毕业论文（设计）任务书论文题目某工厂60KV总降压变电所设计作者姓名XXX所属系、专业、年级XXXXX指导教师姓名、职称任务下达日期一、论文（设计）的主要内容：设计内容某国营企业为保证供电需求，要求设计一座60KV总降压变电所，以10KV电缆给各车间供电。1.设计变电所的主电路，论证设计方案是最佳方案，选择主变压器的容量和台数。2.计算短路电流。3.设计本变电所的自用电路，选择自用变压器的容量和台数。4.变电站综合自动化。5.防雷保护和接地装置。全厂各车间负荷情况汇总表车间名称Pe/KWKdcosφ电机修理车间23000.60.7机械加工车间8800.650.65新品试制车间6500.550.6原料车间5500.350.65备件车间5600.50.7锻造车间1800.60.65锅炉房2600.90.8空压房3020.80.65汽车库560.50.7线圈车间3280.550.65半成品试验车间7500.650.75成品试验车间25640.350.6加压站(10KV转供负荷)2740.550.65设备处仓库(10KV转供负荷)6540.550.75成品试验站内大型集中负荷38740.650.75二.论文（设计）的基本要求1、开题报告（2000字左右）2、毕业设计说明书（10000字左右）3、技术资料：画出相关图纸4、外文资料及相应翻译（2000字左右）。-38- 三.论文(设计)进度安排阶段论文（设计）各阶段名称起止日期1熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料1月3日——3月1日2查阅有关资料3月2日——3月14日3阅读设计要求必读的参考资料3月15日——3月19日4电气主接线设计3月20日——3月31日5短路电流计算4月1日——4月10日6变电站综合自动化设计4月11日——4月20日7书写毕业设计说明书4月21日——4月28日8打印整理毕业设计资料4月29日——4月30日9送交文印单位装订成规范的毕业设计文本5月1日——5月5日10准备及答辩5月6日——5月10日四、需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定）1．付周兴，王清亮，董张卓编著.电力系统自动化[M]．北京：中国电力出版社．20062．姚锡禄主编.工厂供电（第二版）[M].北京：电子工业出版社．20073．刘学军主编，继电保护原理学习指导[M]．北京：中国电力出版社．20064．孟祥忠主著．现代供电技术[M]．北京：清华大学出版社．2006.85．西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京：水利水电出版社,1992。6．陈建亚.发变电站电气一次系统[M].北京：中国电力出版社,1999。7．周义铨（福建省宁德电业局）．35kV农村全户外布置的小型化变电所设计[J]．农村电气化，2004年第12期，15页至19页.8．边志伟．鱼峰水泥厂110KV总降压变电站的研究与设计[D]．长沙．中南大学．2008.9．郝文斌．龙湾二次变电所设计[N]．沈阳电力高等专科学校学报(第7券第3期)．1998-9教研室意见负责人签名：年月日系（部）意见负责人签名：年月日-38- XXXXX本科毕业论文（设计）开题报告论文题目某工厂60KV总降压变电所设计作者姓名XXX所属系、专业、年级XXXXX指导教师姓名、职称预计字数2000开题日期一、选题的根据：电能与其它形式的能源相比，电能具有明显的优越性，它适宜于大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制。故电能在工农业及人类生活中获得广泛的应用。作为与电能生产、输送和应用有关的能量转换机构—变电站，在电力工业、工矿企业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的地位。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。这就要求变电站的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电站才能正常的运行工作，为国民经济服务。所以变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，如果仍然依靠原来的人工抄表、记录、人工操作为主，将无法满足现代电力系统管理模式的需求；同时用于变电站的监视、控制、保护，包括故障录波、紧急控制装置，不能充分利用微机数据处理的大功能和速度，经济上也是一种资源浪费。而且社会经济的发展，依赖高质量和高可靠性的电能供应，建国以来，我国的电力事业已经获得了长足的发展。随着电网规模的不断扩大、电力分配的日益复杂和用户对电能的质量的要求进一步提高，变电站自动化就显得极为重要；近年来我国计算机和通信技术的发展及自动化技术的成熟，发展配电网调度与管理自动化以具备了条件。变电站在配电网中的地位十分重要，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。因此，变电站自动化既是实现自动化的重要基础之一，也是满足现代化供用电的实时，可靠，安全，经济运行管理的需要，更是电力系统自动化EMS和DMS的基础。变电站综合自动化是将变电站二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等）利用计算机技术和现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和调节的一种综合性的自动化系统。它是变电站的一种现代化技术装备，是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的综合应用，它可以收集较齐全的数据和信息。它具有功能综合化、，设备、操作、监视微机化，结构分布分层化，通信网络光缆化及运输管理智能化等特征。变电站的综合自动化为变电站小型化、智能化、扩大监视范围及变电站的安全、可靠、优质、经济地运行提供了现代化手段和基础保证。-38- 二、主要内容及其主要的研究方法：分以下四步完成：1.主结线设计：根据设计任务书，分析原始资料与数据，列出技术上可能实现的多个方案，经过概略分析比较，留下2-3个较优方案进行详细计算和分析比较（经济计算分析时，设备价格、使用综合投资指标），确定最优方案。2.短路电流计算：根据电气设备选择和继电保护的需要，确定短路计算点，计算三相短路电流。3.主要电气设备选择：主要电气设备的选择，包括断路器、隔离开关、互感器、导线截面和型号、绝缘子等设备的选择及效验。4.主要设备继电保护设计：包括主变压器、线路等元件的保护方式选择和整定计算。5.配电装置设计。6.防雷、接地设计：包括直击雷保护、进行波保护和接地网设计。三、完成期限和采取的主要措施：1、2009年3月1日至3月13日：熟悉设计任务书、设计题目及设计背景资料，查阅有关资料，阅读设计要求必读的参考资料。2、2009年3月14日至4月5日：撰写开题报告，短路电流及其计算、负荷计算、主要电气设备选择，并且绘制各种工程图纸。3、2010年4月6日至5月2日：书写毕业设计说明书4、2010年5月3日至5月7日：打印整理毕业设计资料11送交文印单位装订成规范的毕业设计文本5、2010年5月8日至5月10日：准备及答辩四、主要参考资料：1．付周兴，王清亮，董张卓编著.电力系统自动化[M]．北京：中国电力出版社．20062．姚锡禄主编.工厂供电（第二版）[M].北京：电子工业出版社．20073．刘学军主编，继电保护原理学习指导[M]．北京：中国电力出版社．20064．孟祥忠主著．现代供电技术[M]．北京：清华大学出版社．2006.85．西北电力设计院.电力工程电气设计手册[M].北京：水利水电出版社,1992。6．陈建亚.发变电站电气一次系统[M].北京：中国电力出版社,1999。7．边志伟．鱼峰水泥厂110KV总降压变电站的研究与设计[D]．长沙．中南大学．2008.五、指导教师意见：签名：年月日-38- 教研室意见负责人签名：年月日系（部）意见负责人签名：年月日-38- 摘要变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的转设场所。作为电能传输与控制的枢纽，变电站必须改变传统的设计和控制模式，才能适应现代电力系统、现代化工业生产和社会生活的发展趋势。随着计算机技术、现代通讯和网络技术的发展，为目前变电站的监视、控制、保护和计量装置及系统分隔的状态提供了优化组合和系统集成的技术基础。60KV变电站属于高压网络，某工厂总降压变电所所涉及方面多，考虑问题多，进行变压器的选择，从而确定变电站的主接线方式，再进行短路电流计算，选择送配电网络及导线，进行短路电流计算，选择变电站高低压电气设备。总降压变电所的初步设计包括了：(1)总体方案的确定；(2)负荷分析；(3)短路电流的计算；(4)高低压配电系统设计；(5)变电站综合自动化及继电保护设计；(6)防雷与接地保护等内容。关键词：总降压负荷分析输电系统配电系统变电站综合自动化-38- AbstractAnelectricitysubstationimportantcomponentofthesystem,andthedistributionnetworkbytheDianqishebeisomeconnectionFangShiSuoAnconstituted,heQudediannengfromthepowersystem,throughitstransformation,distribution,transportationandprotectionGongneng,RanhoutheenergyAnquan,Kekaoandeconomicpowerdeliveredtoeachsetofequipmenttoswitchplaces.Asthehubofpowertransmissionandcontrol,substationdesignandmustchangethetraditionalcontrolmodeltoadapttothemodernpowersystem,modernizationofindustrialproductionandsociallifetrends.Withcomputertechnology,moderncommunicationandnetworktechnology,thecurrentsubstationmonitoring,control,protectionandmeteringequipmentandsystemsprovidedoptimalseparationofthestateofcombinationandsystemintegrationtechnologybase.60KVhighvoltagesubstationsbelongtothenetwork,ageneralstep-downsubstationplantinmoreinvolved,considertheissuesthanthechoiceoftransformertodeterminethemainsubstationwiring,furthershort-circuitcurrentcalculation,selecttheTransmissionandDistributionnetworkandcable,toshort-circuitcurrentcalculation,selectthesubstationhighvoltageequipment.Thetotalpreliminarydesignincludesstep-downsubstation:(1)thedeterminationoftheoverallprogram;(2)loadanalysis;(3)short-circuitcurrentcalculation;(4)highandlowvoltagedistributionsystemdesign;(5)SubstationAutomationandrelaydesign;(6)lightningprotectionandgroundingelements.Keywords:bloodpressureloadofthetotaltransmissionpowerdistributionsystemsubstationautomationsystem-38- 第一章绪论电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行工业[1,2]，它是一种将煤、石油、天然气、水能、核能、风能等一次能源转换成电能这个二次能源的工业，它为国民经济的其他各部门快速、稳定发展提供足够的动力，其发展水平是反映国家经济发展水平的重要标志[3,4,5]。由于电能在工业及国民经济的重要性，电能的输送和分配是电能应用于这些领域不可缺少的组成部分[6]。所以输送和分配电能是十分重要的一环。变电站使电厂或上级电站经过调整后的电能输送给下级负荷，是电能输送的核心部分[7,8]。其功能运行情况、容量大小直接影响下级负荷的供电，进而影响工业生产及生活用电。若变电站系统中某一环节发生故障，系统保护环节将动作。可能造成停电等事故，给生产生活带来很大不利[9]。因此，变电站在整个电力系统中对于保护供电的可靠性、灵敏性等指标十分重要[10]。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用[11]。这就要求变电所的一次部分经济合理，二次部分安全可靠，只有这样变电所才能正常的运行工作，为国民经济服务[12]。变电站是汇集电源、升降电压和分配电力场所。变电站有升压变电站和降压变电站两大类。升压变电站通常是发电厂升压站部分，紧靠发电厂[13,14]。降压变电站通常远离发电厂而靠近负荷中心。这里所设计得就是某工厂60KV总降压变电站。变电站内的高压配电室、变压器室、低压配电室等都装设有各种保护装置，这些保护装置是根据下级负荷地短路、最大负荷等情况来整定配置的，因此，在发生类似故障是可根据具体情况由系统自动做出判断应跳闸保护，并且，现在的跳闸保护整定时间已经很短，在故障解除后，系统内的自动重合闸装置会迅速和闸恢复供电。这对于保护下级各负荷是十分有利的[15,16]。这样不仅保护了各负荷设备的安全利于延长是使用寿命，降低设备投资，而且提高了供电的可靠性，这对于提高工农业生产效率是十分有效的[17]。工业产品的效率提高也就意味着产品成本的降低，市场竞争力增大，进而可以使企业效益提高，为国民经济的发展做出更大的贡献[18]。生活用电等领域的供电可靠性，可以提高人民生活质量，改善生活条件等。可见，变电站的设计是工业效率提高及国民经济发展的必然条件[19]。由于某企业经济发展的需要电力供不应求的情况下，为了适应该企业经济的发展，要在该企业建设60kV总降压变电站。具体要求如下：-38- 本电力系统应包括变电，配电以及相应的通信、安全自动、继电保护、调度自动化等设施。在国家发展计划的统筹规划下，合理的开发资源，用最少的资金为国民经济各部门及人民生活提供充足、可靠、合格的电能。本次设计的变电站为60KV总降压变电站，其下级负荷为10KV级、工业车间及其它负荷。这些负荷不仅包括机械加工车间、铸造车间、电修车间等部门，也有工业行政部门用电。他们对供电的要求不同。依照先行的原则，依据远期负荷发展本设计该变电所，本变电站主要任务是把60KV变成10kV电压供周边车间使用。尤其对本地区大用户进行供电，改善提高供电水平，提高了本地供电质量和可靠性。现在，随着大电网系统的建设，输电的电压等级越来越高，这一方面使降低损耗的需要，另一方面也是工业生产等负荷发展的需要[20]。我国目前广泛采用的输电等级有110KV、220KV等级别[21]，还有500KV级的输电线路也在迅速发展，所以60KV级的变电站在电力系统中的应用也十分广泛。并且伴随电力系统中所用电气元件产品诸如断路器、继电器、隔离开关等性能指标的提高，变电站的功能也会越来越完善，可靠性也会得到很大的提高。-38- 第二章全厂负荷计算及系统主接线的选择一、供电电压等级选择该企业主电源为厂边某220/60KV区域变电站提供，因此该企业总降压变电所主电源采用60kV电压等级，经过变压后采用10kV输送至各个车间变电房降压至0.4kV直供负荷。同时采用10kV作为保安电源，为锅炉房等一级负荷提供备用电源。二、全厂负荷计算1用电设备的负荷计算根据设计要求，按照需要系数法及以下计算公式[29]:得各项数据列表如下（下表数据均为60kV侧）：用电设备计算负荷电机修理车间23000.60.713801407.61971.2332.52机械加工车间8800.650.65572669.24880.3814.52新品试制车间6500.550.6357.5475.48594.889.83原料车间5500.350.65192.5225.23296.284.89备件车间5600.50.7280285.6399.966.6锻造车间1800.60.65108126.36166.232.74锅炉房2600.90.8234175.5292.54.83空压房3020.80.65241.6282.67371.856.13汽车库560.50.72828.56400.66线圈车间3280.550.65180.4211.07277.664.58半成品试验车间7500.650.75487.5429649.3810.72成品试验车间25640.350.6897.41193.541493.2724.67加压站(10KV转供负荷)2740.550.65150.7176.32231.953.82-38- 设备处仓库(10KV转供荷)6540.550.75359.7316.54479.157.91成品试验站内大型集中负荷38740.650.750.882518.12215.933357.2055.39合计7987.48218.6411501.92189.81有功负荷同时系数取无功负荷同时系数取7588.037927.0810527.37173.662变压器损耗估算[32]：以上公式[32]得出变压器的有功损耗和无功损耗。3无功功率补偿计算工厂60kV高压侧进线在最大负荷时，其功率因素不应小于0.9，考虑到变压器的无功功率损耗，远远大于有功功率损耗，因此，在变压器的10kV侧进行无功功率补偿时，其补偿后的功率因素应稍大于0.9，现设cosφ=0.95，则：10kV侧在补偿前的功率因素为:因此，所需要的补偿容量为：选取60kV侧在补偿后的负荷及功率因素计算：满足了设计任务书的要求。其计算数据如下：-38- 项目计算机负荷(10KV)侧)10kV侧补偿前0.6577588.037927.0810527.37607.81需要补偿容量-5000变压器损耗105.27526.3760kV侧补偿后0.9227693.303453.458425138.98根据设计要求以及以上计算结果，选取[7]：并联补偿电容为：BWF10.5-100-1型电容器50只。补偿总容量为：100kvar×50=5000kvar。4变压器选择根据补偿后的总计算负荷（8425kVA），同时考虑工厂5-10年的负荷增长，变压器容量考虑一定的预留，本工厂负荷能保证变压器运行在60-70%经济负荷区内即可，同时变压器绕组的连接方式必须和系统电压相一致，否则不能并列运行[33,38]。由于电力系统采用的绕组连接方式只有星形、三角形两种，高、中、低三绕组如何组合要根据具体工程来确定。而其中性点多通过消弧线圈接地，60KV以下电压，变压器绕组都采用三角形连接。变压器采用绕组连接方式有D和Y，我国60KV采用Y连接，60KV以下电压的变压器有国标Y/d11、Y/Y0等变电所选用主变的连接组别为Y/d11连接方式[28]。故本次设计的变电所选用主变的容量为10000KVA，连接组别为YN/d11型6022.5%/10.5(KV)的变压器。三、系统主接线方案的选择1主接线的设计原则1.负荷大小的重要性。2.系统备用容量大小：a.运行备用容量不宜少于8-10%，以适应负荷突变，机组检修和事故停运等情况的调频需要[34]。b.装有两台及以上的变压器的变电所，当其中一台事故断开时，其余主变压器的容量应保证该变电所60%-70%的全部负荷，在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证车间的一、二级负荷供电[40]。2主接线的基本要求电气主接线应满足可靠性、灵活性、经济性[30]三项基本要求，其具体要求如下：1.可靠性供电可靠性是电力生产和分配的首要要求。-38- 1)断路器检修时，不宜影响供电。2)线路、断路器或母线或母线隔离开关检修时，尽量减少停运出线回数及停运时间，并能保证对一级负荷及全部及大部分二级负荷的供电。3)尽量避免发电厂、变电所全部停运的可能性。4)大机组超高压电气主接线应满足可靠性的特殊要求。2.灵活性主接线应满足在调度，检修及扩建时的灵活要求1)调度时，应可以灵活地投入和切除电源、变压器和线路，调配电源和负荷，满足系统在事故运行方式，检修运行方式以及特殊运行方式以及特殊运行方式下的系统调度要求。2)检修时，可以方便地停运断路器、母线及其继电保护设备，进行安全检修而不致影响电力网的运行和对车间的供电。3)扩建时，可以容易地从初期接线过渡到最终接线。在不影响连续供电或停运时间最短的情况下，投入新装机组，变压器或线路而不互相干扰，并且对一次和二次部分的改建工作最少。3.经济性主接线满足可靠，灵活性要求的前提下做到经济合理。1)主接线应力求简单，经节省断路器、隔离开关、电流和电压互感器、避雷器等一次设备。2)要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆。3)要能限制短路电流，以便于选择价廉的电气设备或轻型电器。4)如能满足系统的安全运行及继电保护要求，35kV及其以下终端或分支变电所可采用简易电器。5)占地面积少：主接线设计要为配电装置布置创造条件，尽量使占地面积减少。6)电能损失少：经济合理地选择主变压器的种类(双绕组、三绕组或自耦变压器)、容量、数量，要避免因两次变压而增加的电能损失。3主接线方案该变电站为60KV总降压变电站，降压后只要10KV一个电压等级，但该10KV侧出线装有I级负荷，按I级负荷的供电要求，需严格保证供电。由原始资料可知，该变电站属企事业变电站，以向工厂车间供电为主，全所停电后，该企业停止生产。根据原始资料，60KV侧以双回路与系统相连，可考虑用线路单元接线、四角形接线及内桥接线形式。10KV侧，按规划应接有两个I级，6个II级和3个III级负荷，考虑到不同等级负荷的供电要求有所不同，I级负荷需两个独立电源供电，即双回路供电，要求高，II级负荷次之，III级负荷要求再次之，故可考虑用单母线接线，双母线接线以及单母线分段接线。-38- 主接线的初步设计给出几种方案，以便在审核中进行比较，根据系统和负荷性质的要求，根据毕业设计任务书的指导，初步设计出主接线方案如下：第一种方案：60KV侧采用线路单元接线，10KV侧采用单母线分段接线的主接线，如图1-1所示。图1-1第二种方案60KV侧采用线路单元接线，10KV侧采用双母接线的主接线，如图1-2所示。图1-2第三种方案60KV侧采用内桥接线，10KV侧采用单母分段接线的主接线，如图1-3所示。-38- 图1-34主接线方案的确定第一种方案的特点是：60KV侧采用线路单元接线方式，接线最简单，设备较少，故投资少，经济性好，但是线路故障或检修时，会使变压器停运或线路停运，供电可靠性及灵活性较差。10KV侧采用单母分段接线的主接线，接线简单清晰，设备少，操作方便，投资较少；当母线及母线隔离开关故障及检修时，可缩小事故范围，并能保证对重要负荷的供电，供电可靠性较高，但灵活性较差，不及双母线接线方式。第二种方案的特点是：60KV侧采用线路单元接线方式，接线最简单，设备较少，故投资少，经济性好，但是线路故障或检修时，会使变压器停运或线路停运，供电可靠性及灵活性较差。10KV侧采用双母线接线的主接线，供电可靠，可以轮流检修任一组母线而不致使供电中断，调度灵活，各个电源及负荷可以任意分配到某一组母线上，能灵活地适应系统中各种运行方式调度的需要，便于扩建；但是与单母线接线相比，增加了一组母线及隔离开关，使设备增加，投资加大；另外，当母线故障或检修时，隔离开关作为倒闸操作电器，易发生误操作，而且检修出线断路器时，仍然会使该回路停电，即安全性较差。第三种方案特点是：60KV侧采用内桥接线，高压断路器数量较少，四个回路只需三台断路器，与四角形接线相比，投资较少；当一回路故障时，其余三条回路可继续工作，与单元接线相比，可靠性较高；桥连断路器检修时，两回路需解列运行，供电可靠性将降低。10KV侧采用单母分段接线的主接线，接线简单清晰，设备少，操作方便，投资较少；当母线及母线隔离开关故障及检修时，可缩小事故范围，并能保证对重要负荷的供电，供电可靠性较高，但灵活性较差，不及双母线接线方式。由于该变电所为一般性变电所，综合考虑此三种方案的供电可靠性及灵活性，经济技术指标，结合该变电所的负荷特点，故采用第三种方案。四、主变台数和容量的选择-38- 1主变台数的选择正确选择变压器的台数，对实现系统安全经济和合理供电具有重要意义。目前一般的选择原则是：一般用户装设1—2台变压器；为了提高供电可靠性，对于Ⅰ、Ⅱ级用户，可设置两台变压器，防止一台主变故障或检修时影响整个变电所的供电，所以本所选用两台主变，互为备用，当一台变压器故障检修时由另一台主变压器承担全部负荷的75%，保证了正常供电。2主变容量的确定1.主变压器容量一般按变电所建成后5-10年的规划负荷选择，并适当考虑到远期10-20年的负荷发展。2.根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变器的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能保证全部负荷的60-80%。3.同级电压的单台降压变压器容量的级别不宜太多，应从全网出发，推行系列化、标准化。3主变压器形式的选择3.1变压器绕组的连接方式变压器绕组的连接方式必须和系统电压相一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星形三角形，高、中、低三册绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国110KV及以上电压，变压器绕组都采用星形连接，60KV亦采用星形连接，其中性点多通过消弧线圈接地，35KV以下电压，变压器绕组都采用三角形连接。由于60KV采用星形连接方式与220KV、110KV系统的线电压相位角为零度（相位12点），这样当电压为22011060KV，高、中压为自偶连接时，变压器的第三绕组加接线方式就不能三角形连接，否则就不能与现有60KV系统并网。因而就出现所谓三个或两个绕组全星形连接的变压器。变压器采用绕组连接方式有D和Y，我国60KV采用Y连接，35KV以下电压的变压器有国标Y/d11、Y/Y0等变电所选用主变的连接组别为Y/d11连接方式。故本次设计的变电所选用主变的连接组别为YN/d11型。3.2冷却方式的选择主变压器一般采用的冷却方式有自然风冷却，强迫油循环风冷却，强迫油循环水冷却。本次设计选择的是小容量变压器，故采用自然风冷却。3.3调压方式的选择-38- 变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变变压器变比来实现的。切换方式有两种：无激励调压，调整范围通常在±5%以内；另一种是有载调压，调整范围可达30%，设置有载调压的原则如下：1)对于220KV及以上的降压变压器，反在电网电压可能有较大变化的情况下，采用有载调压方式，一般不宜采用。当电力系统运行确有需要时，在降压变电所亦可装设单独的调压变压器或串联变压器。2)对于110KV及以上的变压器，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式。3)接于出力变化大的发电厂的主变压器，或接于时而为送端，时而为受端母线上的发电厂联络变压器，一般采用有载调压方式。故本次设计选用主变的调压方式为有载调压。3.4结论故采用10000/60型三相双绕组有载调压变压器，其容量以及技术参数如下：主变容量：=10000KVA型号：三相双绕组有载调压降压变压器阻抗电压：7.5%　　联接组别：Y/△-11额定电压：高：6032.5%KV低：10.5KV-38- 第三章短路电流计算及设备的选择在电力系统中运行的电器设备，在其运行中都必须考虑到会发生各种故障和不正常运行状态，最常见同时最危险的故障是各种形式的短路，它会破坏电力系统对用户正常供电和电气设备的正常运行。短路是电力系统中的严重故障，所谓短路，是指一切属于不正常运行的相与相间或相与地间发生通路的情况。一、常见的短路类型在60、10KV的电力系统中，可能发生短路有三相、两相、两相接地和单相接地的故障，其中三相短路是对称短路，系统各相与正常运行时一样，仍属对称状态，其他类型的短路是不对称短路。电力系统中常发生的单相短路占大多数，二相短路较少，三相短路就更少了。三相短路虽然很少发生，但其后果最为严重，应引起足够的重视。因此本次采用三相短路来计算短路电流，并检测电气设备的稳定性二、造成电路短路的原因及危害造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏、误动作、雷击或过电压击穿等。短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它通过电气设备时，设备的载流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定。短路电流在线路上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而影响与母线连接的电动机或其它设备的正常运行。三、计算短路电流的目的计算短路电流的目的是为了限制短路的危害和缩小故障的影响范围。在变电所和供电系统的设计和运行中，基于以下用途必须进行短路电流计算：(1)选择电气设备和载流导体必须用短路电流校验热稳定性和动稳定性。(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)确定合理的主接线方案、运行方式及限流措施。四、短路电流计算进行计算的物理量，不是用具体单位的值，而是用其相对值表示，这种计算方法叫做标幺值法。标幺值的概念是：-38- 所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度，用标幺值表示的物理量是没有单位的。供电系统中的元件包括电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电力线路，为了求出电源至短路点电抗标幺值，需要逐一地求出这些元件的电抗标幺值.1确定计算电路及计算电抗(1)绘制计算电路图图4计算电路图设基准容量基准电压(2)归算前的等值电路图图5归算前的等值电路图(3)计算电抗将所有电抗归算到60kV侧：系统电抗：(最大运行方式下)(最小运行方式下)架空线路电抗：-38- 变压器电抗：(4)归算后的等值电路图图6归算后的等值电路图2最大运行方式下的短路点计算(1)d1点的短路电流计算：10kV母线侧没有电源，无法向60kV侧提供短路电流，即可略去不计，则d1点短路电流标幺值为：＝=换算到60kV侧0秒钟短路电流有名值：=×=根据《电力工程电气设计手册》的相关规定：离发电厂的地点(变电所)取电流冲击系数，当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值为：=当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流为：则有短路容量为：(2)d2点的短路电流计算10kV母线侧没有电源，无法向60KV侧提供短路电流，即可略去不计，则d2点短路电流标幺值为：-38- 换算到10kV侧0秒钟短路电流有名值为：根据《电力工程电气设计手册》的相关规定：远离发电厂的地点（变电所）流冲击系数，当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值：=当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流为：则有短路容量为：3最小运行方式下的短路点计算(1)d1点的短路电流计算：10kV母线侧没有电源，无法向60kV侧提供短路电流，即可略去不计，则d1点短路电流标幺值为：换算到60KV侧0秒钟短路电流有名值为：根据《电力工程电气设计手册》的相关规定：远离发电厂的地点（变电所）取电流冲击系数，当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值为：=当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流：则有短路容量为：(2)d2点的短路电流计算10kV母线侧没有电源，无法向60KV侧提供短路电流，即可略去不计，则d2点短路电流标幺值为：-38- 换算到10kV侧0秒钟短路电流有名值为：根据《电力工程电气设计手册》的相关规定：远离发电厂的地点（变电所）流冲击系数，当不计周期分量的衰减时，短路电流全电流最大有效值为：=当不计周期分量衰减时，短路电流冲击电流为：则有短路容量为：以上计算结果列表如下：运行方式短路点最大运行方式D10.1750.4460.26419.096D21.2143.0961.83322.078最小运行方式D10.1690.4310.25518.441D20.8912.2721.34516.204五、高压电气设备的选择1架空线路1.160KV架空线路的选择考虑到变压器在电压降低时其出力保持不变，所以60架空线相应的即：根据设计条件，则取则导体经济截面面积为：1.2选择导线（按照经济电流密度）：-38- 选择钢芯铝绞线，其室外载流量为，面积为，导线最高允许温度为，根据工作环境温度为，查综合修正系数，式中，为导线额定负荷时的最高允许温度；为导线的允许载流量所采用的环境温度；为导线敷设地点实际的环境温度。，满足电流的要求。5.1.3热稳定校验（按最大运行方式d2点短路）：根据设计任务书，变电所的继保动作时限不能大于1.3秒，即，断路器开短时间，非周期分量等效时间，则：短路假想时间：架空线最小截面积则有：，满足热定的要求。210kV母线的选择考虑到变压器在电压降低时其出力保持不变，所以35kV架空线相应的即：2.1选择母线（按照最大工作电流）：选择单条矩形铝导体平放作母线，面积为，平放时，长期允许载流量为，导体最高允许温度为，根据工作环境温度为的条件，查综合修正系数，式中，为导线额定负荷时的最高允许温度；为导线的允许载流量所采用的环境温度；为导线敷设地点实际的环境温度。-38- ，满足载流量的要求。2.2热稳定的校验（按最大运行方式d2点短路）：根据设计任务书，变电所的继保动作时限不能大于1.3秒，即，断路器开短时间，非周期分量等效时间，则：短路假想时间：母线最小截面积则有：，满足热定的要求。2.3动稳定校验：取跨距，相间距离，硬铝最大允许应力：，抗弯矩：相间电动力最大相应力，满足动稳定的要求。3高压断路器的选择根据设计任务书的条件，变电所的继保动作时限不能大于1.3秒，即，断路器开短时间，非周期分量等效时间，则：短路假想时间：3.1安装在变压器60kV高压侧的断路器(1)60kV断路器参数选择：-38- 额定电压选择：最高工作电压选择：额定电流选择：考虑到变压器在电压降低时其出力保持不变，所以相应回路的，即：额定开断电流选择（按最大运行方式d2点短路）：即：额定短路关合电流选择：即：根据以上数据可以初步选择SW2－60型少油式断路器其参数如下：额定电压：最高工作电压额定电流；额定开断电流为：；动稳态电流峰值：；热稳定电流为额定合闸时间：；固有分闸时间：(2)60kV断路器校验a.校验热稳定：计算时间即，满足要求。-38- b.检验动稳定：即：,满足要求。故60kV进线侧断路器选择户外SW2－60型少油式断路器能满足要求。3.2安装在变压器10kV低压侧的断路器(1)10kV断路器参数选择额定电压选择：最高工作电压选择：额定电流选择：考虑到变压器在电压降低时其出力保持不变，所以相应回路的即：额定开断电流选择（按最大运行方式d2点短路）：即：额定短路关合电流选择：即：根据以上数据可以初步选择ZN18－10型真空式断路器其参数如下：额定电压：最高工作电压：额定电流：额定开断电流为：；-38- 动稳态电流峰值：；热稳定电流为额定合闸时间：；固有分闸时间：(2)10kV断路器校验a.校验热稳定：计算时间：即，满足要求。b.检验动稳定：即：,满足要求。故10kV主变进线侧断路器选择户内ZN18－10型真空式断路器能满足要求。4高压隔离开关的选择4.160kV侧隔离开关(1)60kV侧隔离开关的选择额定电压选择：额定电流选择：考虑到隔离开关是与相应的断路器配套使用，所以相应回路的应与断路器相同，即：根据以上数据可以初步选择GW4－60II(D)W型隔离开关，其参数分别如下：额定电压：额定电流最高运行电压：动稳定电流峰值热稳定电流为-38- (2)60kV侧隔离开关校验a.校验热稳定（下列时间均取自对应断路器，后备保护取2S）：即：计算时间：即，满足要求。b.检验动稳定：即：,满足要求4.2确定隔离开关型号由于后面在选择了KYN28A-12（VE）的手车式高压开关柜，10kV高压断路器等高压设备就安装手车上，需要检修时断路器等高压设备时，可随时拉出手车，已经起到隔离开关的作用，所以本设计没有必要再另外选择10kV高压隔离开关。5电流互感器的选择根据设计任务书，配电所的继保动作时限不能大于1秒，即，断路器开短时间，非周期分量等效时间，则：短路假想时间：。5.1安装在60kV高压进线侧的电流互感器(1)60kV主变侧电流互感器的配置原则：a.对直接接地系统，一般按三相配制；b.本站60kV配电装置为户外式，因此电压互感器也为户外油浸式；c.根据设计任务书，本所计量在60kV侧，因此为满足保护和测量、计费的需要，电流互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，其中保护分为主保护、后备保护、备用，共计需要5个绕组。(2)60kV主变侧电流互感器的一次回路额定电压选择电流互感器的一次额定电压选择必须满足：-38- (3)60kV主变侧电流互感器的一次回路额定电流选择电流互感器的一次额定电流选择必须满足：式中：—电流互感器的一次额定电流—电流互感器一次最大工作电流考虑到变压器在电压降低5%时其出力保持不变，所以相应回路的即：因此电流互感器的一次额定电流可选用与此匹配的等级。(4)准确度选择按照常规设计，一般二次绕组准确度选择：计量绕组0.2S级、测量绕组0.5级，保护绕组10P级。(5)型号、参数选择根据上述选择，最终60kV主变侧电流互感器型号及参数为：户外油浸式0.2S30VA/0.530VA/3*10P30VA200/5A。5.2安装在10kV变压器低压侧的电流互感器(1)10kV主变侧电流互感器的配置原则a.对非直接接地系统，可按三相或两相配制，一般进线侧按三相配置，馈线侧按两相配置；b.本站10kV配电装置为户内式，因此电压互感器也为户内干式绝缘；c.根据10kV保护和测量、计费的需要，电流互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，共计需要3个绕组(2)10kV主变侧电流互感器的一次回路额定电压选择电流互感器的一次额定电压选择必须满足：(3)10kV主变侧电流互感器的一次回路额定电流选择电流互感器的一次额定电流选择必须满足：-38- 式中：—电流互感器的一次额定电流—电流互感器一次最大工作电流考虑到变压器在电压降低时其出力保持不变，所以相应回路的即：因此电流互感器的一次额定电流可选用与此匹配的等级。(4)准确度选择按照常规设计，一般二次绕组准确度选择：计量、测量绕组0.5级，保护绕组10P级。(5)型号、参数选择根据上述选择，最终10kV主变侧电流互感器型号及参数为：户内干式LZZJB6-10kV0.2S30VA/0.530VA/10P30VA600/5A。6电压互感器的选择6.160kV电压互感器的参数计算与选择(1)60kV电压互感器的配置原则：a.为监视线路电压和满足计量、保护装置的需要，在60kV的进线侧装设三相电压互感器。本站60kV配电装置为户外式，因此电压互感器也为户外油浸式。电压互感器一般采用电容均压式电压互感器（TYD）；b.根据60kV保护和测量、计费的需要，电压互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，对应的组别分别为：一次侧星形，二次侧计量测量、保护为星形，单相接地监测为开口三角。(2)一次额定电压选择一次额定电压为，允许一次电压波动范围为。(3)二次额定电压选择根据一次绕组接入方式为接入相电压上，电压互感器测量、计量和保护绕组二次额定电压为，单相接地绕组二次额定电压为。(4)额定容量选择为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷应不大于该准确级所规定的额定容量。即：-38- —测量仪表电流线圈电阻—继电器电阻—连接导线电阻—接触电阻一般取0.1Ω按照常规设计，一般二次绕组额定容量为：计量、测量45VA，保护、接地监测30VA。(5)准确度选择按照设计任务书要求，本所计量在60kV侧，因此二次绕组准确度选择：计量、测量绕组0.5级，保护绕组10P级，单相接地监测绕组10P级。(6)型号、参数选择根据上述选择，最终60kV电压互感器型号及参数为：户外油浸式：：：0.530VA/10P30VA/10P30VA。6.210kV电压互感器的参数计算与选择(1)10kV电压互感器的配置原则：a.为监视线路电压和满足计量、保护装置的需要，在10kV的I、II段母线侧装设三相电压互感器。本站10kV配电装置为户外式，因此电压互感器也为户内干式。b.根据10kV保护和测量、计费的需要，电压互感器二次绕组应分别配置计量、测量、保护三种绕组，对应的组别分别为：一次侧星形，二次侧计量测量、保护为星形，单相接地监测为开口三角。(2)一次额定电压选择一次额定电压为，允许一次电压波动范围为。(3)二次额定电压选择根据一次绕组接入方式为接入相电压上，电压互感器测量、计量和保护绕组二次额定电压为，单相接地绕组二次额定电压为。(4)额定容量选择为保证互感器的准确级，其二次侧所接负荷应不大于该准确级所规定的额定容量。即：—测量仪表电流线圈电阻—继电器电阻-38- —连接导线电阻—接触电阻一般取0.1Ω按照常规设计，一般二次绕组额定容量为：计量、测量75VA，保护、接地监测30VA。(5)准确度选择根据惯例，二次绕组准确度选择：计量、测量绕组0.5级，保护绕组10P级，单相接地监测绕组10P级。(6)型号、参数选择根据上述选择，最终10kV电压互感器型号及参数为：户内干式JDZJ1-10kV：：：0.575VA/10P30VA/10P30VA。710kV高压柜的选择根据上文所述：10kV采用户内高压开关柜，选择型号为KYN28A-12的手车式开关柜，高压断路器等主要电气设备安装手车上，高压断路器等设备需要检修时，可随时拉出手车，然后推入同类备用手车，即可恢复供电。柜体规格为800×1700×2300。-38- 第四章变电站综合自动化一、变电站综合自动化概述及其特点现代变电站综合自动化是二次设备完全用计算机实现对一次设备的安全运行监视与记录、安全操作监视、系统故障记录、故障分析、继电保护等多方面自动化的综合。其结构可以是一个功能一套设备，也可以是一体的或多机一体分层分布的。从某种角度上可以说，变电站的综合自动化由计算机继电保护和监控系统两大部分组成[46]。变电站综合自动化最明显的特征有以下四个方面：1功能综合化变电站综合自动化技术是从建立在计算机硬件技术、数据通信技术、模块化软件技术的基础上发展起来的[29]。它综合了变电站内除交直流以外的全部二次设备。计算机保护代替了电磁式保护，监控装置综合了仪表屏、操作屏、模拟屏、变送器、远动装置、有载调压无功补偿、中央信号系统和光字牌；计算机保护和监控系统一起还综合了故障录波和故障测距、小信号接地等装置。2结构电脑化分布式、多CPU综合自动化系统内各主要插件全是计算机化的，采用分布式结构，网络总线连接。计算机保护、数据采集、监视控制等环节的CPU群构成了一个有机整体，以实现各种功能[32]。一个系统往往有几个甚至几十个电脑同时并行运行。3操作监视屏幕化不管有人值班还是无人值班，操作人员不是在变电站内就是在远方调度室或操作中心内面对屏幕显示器进行变电站的全方位监视与操作[6,47]。常规方式下的指针仪表读数被屏幕数据所代替；常规庞大的模拟屏被CRT屏幕上的实时接线画面所取代；常规在操作屏上进行的跳合闸操作被计算机键盘或鼠标操作所取代；常规光字牌报警被CRT屏幕画面闪光和文字提示所取代。简而言之，面对计算机的彩色可以窥视若大变电站内的瞬变万化。4运行管理智能化变电站综合自动化另一个特征是运行管理智能化。智能化不仅表现在常规的自动化功能上，如自动报警、自动报报表、电压无功自动调节、小信号接地自动选线、事故判别与处理等方面，还表现在能够在线自诊断并不断将自诊断的结果送向远方的主控端。这是区别常规二次系统的重要特征。简言之，常规二次系统只能检测一次设备，而对自己本身的故障诊断困难，必须更多的靠维护人员去检查发现；综合自动化系统不仅检测一次设备还时刻检查自己是否有故障，这就充分体现了其智能化。二、变电站综合自动化的结构形式-38- 归纳起来，变电站综合自动化系统的结构模式有集中式、分布分散式和分布式结构集中式组屏[40]三种类型。集中式的一般采用功能较强的计算机扩展其I/O及外围接口，集中采集信息、集中处理与计算，有的甚至将保护功能也做在一起，如下图所示。这种方式提出得较早，主要受条件限制，当时计算机技术、网络通信技术还没有发展，这种方式可靠性差，功能也有限，很难推广应用。图4变电站集中式综合自动化系统结构图随着计算机特别是单片机技术、网络技术特别是位总线技术的问世，用于变电站所控制的分布式结构装置与系统相继出现，一般按回路进行设计。将数据采集、控制单元和计算机保护单元就地装在开关柜内或其他一次设备附近就地安装，相互之间有网络电缆或光缆连接起来，构成一个分布分散式的综合自动化系统[43]，如图5所示。这种系统最大的优点就是节省电缆，并避免了电缆传送信息的电磁干扰，其次是最大限度地压缩了二次设备的占地面积。这种模式在高压变电站应用可能更为适合。另一种形式是分布式结构集中式组屏，这种方式在中低压变电站用得最多，。这种系统具有分布式结构全部的优点，系统便于扩充、便于维护，一个环节故障不影响其他部件的正常运行。考虑到中低压变电站的一次设备都比较集中，有不少是组合式设备，分布面不广，所用信号电缆不长，因而采取集中组屏方式，比分散式就地安装多不了多少电缆，优点在于集中组屏后便于设计、安装与维护管理。-38- 图5油温分布分散式综合自动化系统结构三、变电站综合自动化系统的主要功能变电站综合自动化主要包括安全监控、计算机保护、开关操作，电压无功控制、远动、低频减载以及自诊断[46]等功能。1监控系统功能监控系统功能包括数据采集、安全监视、事件顺序记录、电能计算、控制操作、与计算机保护装置通信等。(1)数据采集与显示。采集变电站电力运行实时数据和设备运行状态并通过当地或远方的显示器将运行工况以数据和画面两种方式反映给运行人员。其中，工频模拟量采用计算机交流采样，状态触点方式接入监控系统。(2)安全监视。对采集的模拟量、状态量及保护信息进行自动监视。当有被测量越限、保护动作、非正常状态变化、设备异常时，能及时在当地或远方发出音响或语音报警、推出报警画面、显示异常区域，为运行人员提供处理故障所需的全部信息，事故信息还可存贮和打印记录，供事后分析故障原因用。(3)事件顺序记录。变电站发生故障时，对异常状态变化的时间顺序进行自动记录、存贮、远传。时间顺序记录分析率一般小于5ms,高压变电站可提高到小于1ms。(4)电能计算。系统可实现对采集的电能量分时统计，旁路代送时可自动实现电量的累加。(5)控制操作。系统可实现对断路器、隔离开关的开、合控制和变压器分接头的调整控制，具有防误操作措施，为防止系统故障时无法操作被控设备，在设计上应保留人工直接跳合闸手段。-38- (6)与保护装置通信、交换数据。向保护装置发出对时、召唤数据命令，传送新的保护定值；保护装置向监控系统报告保护动作参数（动作时间、动作性质、动作值、动作名称等），响应召唤命令回报当前保护定值以及修改定值的返校信息等。2计算机保护功能[46](1)变压器保护。利用二次谐波制动的电流差动保护、过电流保护、重瓦斯保护等。(2)进线线路保护。一般按用户要求配置。(3)馈电线路保护。一般有电流速断保护、定/反时限过电流保护、三相自动重合闸功能。(4)母线保护。(5)电容器保护。包括过压保护和欠压保护、过电流保护、电流差动保护。3电压和无功综合控制以保证电压合格和优化无功补偿为控制目标，实现对有灾调压变压器分接头和并联补偿电容器组的综合调节和控制，既可提高供电质量，又具有节能的功效，同时具有自动统计电压合格率的功能。4远动功能综合自动化系统具有很强的远动功能，不仅具有实现常规的遥测、遥信遥控遥调、事件记录远传功能，而且还具有保护定值远方监视与修改、故障录波与测距的远方传输功能。一般综合自动化具有多个远方接口功能，必要时还可服从主站端的通信规约进行非常规的数据通信[47]。四、变电所微机保护1微机保护概述在我们这里说到微机保护必须提到目前一种先进的自动控制系统即SCADA系统，该系统的中文即为配电网监视控制和数据采集系统，我们可以看到配电网SCADA系统包括进线监视，10kV变电所自动化（SA），馈线自动化（FA），变压器巡检与无功补偿[46]。其中进线监视是指对配电网进线变电站的开关位置，母线电压，线路电流，有功和无功功率以及电量的监视。馈线自动化（FA）是指在正常情况下，远方实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和馈线电压、电流的情况，而且能完成线路开关的远方合闸和分闸操作，在发生故障时获取故障记录，并自动判别和隔离馈线故障区段以及恢复对非故障区域供电。变压器巡检是指对配电网中变压器、箱式变的参数远方监视。无功补偿是指对补偿电容器的自动投切和远方投切等。-38- 从各种资料我们可以看出利用计算机系统（微处理器）采集和处理来自电力系统运行过程中的数据，并通过数值计算迅速而准确判断系统中发生故障的范围，经过严密逻辑过程后有选择性地执行跳闸等命令。这种基于计算机系统的继电保护装置，就是微机保护。微机保护具有以下优点[56]：(1)有极强的综合分析与判断能力，自动识别，排除干扰，可靠性高。(2)微机保护的特性主要是由软件决定的，具有较大的灵活性，保护性能的选择和调试方便。(3)具有较完善的通信功能，便于构成综合自动化系统，提高系统运行的自动化水平。我们这里由于是60kV总降压变电所设计，而且涉及到的都为一、二级负荷，因此为安全性考虑起见，我们这里需要增设备用电源自动投切装置（以下简称备自投）在要求供电可靠性较高的变配电所中，通常设有两路及以上的电源进线。如果装设备用电源自动投入装置（APD），则当工作电源线路突然断电时，在APD作用下，自动将工作电源断开，将备用电源投入运行，从而大大提高供电可靠性，保证对用户的不间断供电。对备用电源自动投入装置的基本要求[58]:(1)不论什么原因失去工作电源，APD都能迅速起动并投入备用电源；(2)必须在工作电源确已断开、而备用电源电压也正常时，才允许投入备用电源；(3)APD应只动作一次，以免将备用电源重复投入永久性故障回路中；(4)当电压互感器二次回路断线时，APD不应误动作。2变压器保护在变电所综合自动化设计中，微机保护自然要作为重点讨论，在我们这里微机保护的保护内容重点又表现为变压器的微机保护，可以总结为以下几点：变压器差动保护、后备保护、瓦斯保护、过电流保护、温度保护、备自投保护，弹簧未储能、断路器分合闸[7]等等。变压器瓦斯保护：根据规定，容量在320kVA以上的变压器都装设瓦斯保护。在本次设计中60kV变电所用2台油浸式变压器，重瓦斯、轻瓦斯保护都必须具备。但瓦斯保护只能反映变压器内部的故障，包括漏油、漏气、油内有气、匝间故障、绕组相间保护等。而对变压器外部端子的故障无法反映，因此除设瓦斯保护外，还需要设置过电流、速断保护和差动保护[10]。变压器过电流保护和电流速断保护：降压变电所的变压器一般设置过电流保护，因为过电流保护的动作时间超过0.5s，为了使故障变压器迅速的从系统中切除，还需增设电流速断保护。由于保护装置设置在电源侧，因而即能反映外部故障，也可以作为变压器的内部故障的后备保护。变压器的过负荷保护：60kV变电所采用两台变压器分列运行，在工作中可能过负荷，所以要装设过负荷保护。由于过负荷电流在大多数情况下是三相对称的，因此过负荷保护只要采用一个电流继电器装于一相电流中，保护装置作用于信号。-38- 变压器差动保护：变压器的过电流保护、电流速断保护、瓦斯保护各有优缺点，因此我们认为在本次设计的过程中，我们有必要为变压器设置差动保护。具体地说，变压器差动保护是反映被保护元件两侧电流的差额而动作的保护装置。差动保护的原理是将变压器两侧的电流互感器同级相连，取两侧电流互感器二次电流之差，即不平衡电流。在变压器正常工作和保护范围内，不平衡电流小于差动保护的动作电流，故保护装置不动作。如不平衡电流大于差动保护电流，保护装置动作，使变压器两侧的断路器同时跳闸，将故障变压器退出工作。对变压器差动保护的整定，我们有如下规定[37]：(1)运行情况下，为防止电流互感器二次回路断线时引起差动保护误动作，保护装置的动作电流应大于变压器的最大负荷电流。当负荷电流不确定时，可采取变压器的额定电流。(2)躲过保护范围外部故障时的最大不平衡电流。(3)躲过变压器的励磁电流。根据运行经验，差动保护的动作电流大于1.3倍的变压器额定电流才能躲过励磁电流的影响。在一般情况下，变压器差动保护的整定可以按照上述的规定实现，但我们这里的差动保护是微机差动保护，因此一般不按照上面的方法整定。-38- 第五章防雷与接地一、防雷设备防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击(雷闪)的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧[30]。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。二、防雷措施1架空线路的防雷措施(1)架设避雷线这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66KV及以上的架空线路上才沿全线装设。60KV的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。而10KV及以下的线路上一般不装设避雷线。(2)提高线路本身的绝缘水平在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10KV及以下架空线路防雷的基本措施。(3)利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线由于3～10KV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子装以保护间隙。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。(4)装设自动重合闸装置线路上因雷击放电而产生的短路是由电弧引起的。在断路器跳闸后，电弧即自行熄灭。如果采用一次ARD，使断路器经0.5s或稍长一点时间后自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有什么影响。(5)个别绝缘薄弱地点加装避雷器对架空线路上个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。2变配电所的防雷措施(1)装设避雷针室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷的保护。(2)高压侧装设避雷器高压侧装设避雷器主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏了变电所的这一最关键的设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。避雷器的接地端应与变压器低压侧中性点及金属外壳等连接在一起。在每路进线终端和每段母线上，均装有阀式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头外壳相联后接地。(3)低压侧装设避雷器-38- 低压侧装设避雷器主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器低压侧中性点不接地时，其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。三、接地1接地与接地装置电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。接地线与接地体合称为接地装置[30]。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。接地装置宜选用钢材，接地装置的导体截面应符合热稳定性和机械强度的要求，到不小于下表中所列的规格。表钢接地体和接地线的最小规格:种类、规格及单位地上地下室内室外交流电流回路直流电流回路圆钢直径（mm）681012注：大中型发电厂，60KV及以上变电所或腐蚀性较强场所的接地装置应采用热镀锌钢材或适当加大截面。2接地措施本变电站主接地网以水平接地体加垂直地极构成，水平接地体采用热镀锌圆钢，垂直接地极用和两种长度的热镀锌角钢，布置尽量利用配电室以外的空地。变电站主接地网的接地电阻应满足的要求。如实测接地电阻值不能满足要求，则需扩大接地网面积或采取其他降阻措施。所有设备的底座或基础槽钢均采用的热镀锌圆钢焊接并接入主接电网，与主接地网可靠焊接。带有二次绕组的设备底座应采用两根接地引下线，与电网两个不同点可靠焊接。施工中应保证避雷针（网）引下线与主接地网的地下连接点至变压器和10KV及以下设备的接地线与接地网的地下连接点沿接地体的长度不小于15m。变电站四周与人行道相邻处，设备与主网相连接的均压带。主控室内采取防静电接地及保护接地措施。-38- 总结通过这次毕业设计极大的锻炼了我的专业设计能力、科学态度和创造力。该60kv总降压变电站设计可以对自己所学课程重新温习，是对四年所学的知识和技能进行系统化、综合化运用、总结和深化的过程。通过收集60kv总降压变电站资料，构思和完成设计方案，锻炼自己的思维能力和动手能力，也初步具备设计简单60kv总降压变电站的能力。让我熟悉了国家的变电配电方面的有关技术规程规定导则等，也让我明白了输配电必须遵循安全可靠经济的特点。这次设计也是第一次比较灵活的应用专业知识解决实际问题的过程。这次设计还让我初步掌握了变电所设计的流程方法，通过独立的完成从设计到计算到绘图等过程，极高的提高了自己的实际能力。当然通过在这次设计上查阅和寻找相关资料，开拓了自己的视野，熟练了科学的学习方法。毫无疑问，这次设计是个艰苦的创造性的理论联系实际的过程，是一个考验和锻炼。-38- 致谢时光飞逝，我们的学习到了最后一个环节，也是一个很重要的环节—毕业论文设计。因为我们可以通过毕业设计来进一步综合检验和巩固自己学到的知识。我们的毕业设计有一个学期四个多月的时间，在时间应该是比较充足的。所以我们也做了比较仔细和充分的准备。先是到学校图书馆和学校的网上数字图书馆进到了各种资料，在按照老师给我们的技术要求的基础上然后再分析整理加以组织，这样构成了自己论文的主体部份。在这过程中我态度端正，积极上进，踏实认真。认为这是一次自己学习的好机会。同时也是最后一次得到各位老师亲自指导的最后一个机会，这是很宝贵的。经过四个多月的努力，我基本按照要求完成了本次的毕业设计任务。不论是在知识的吸取还是在研究的设计的方法上还有不少的收益。这也是对自己幸苦和努力的回报。是啊，我们不论做一件什么事情都是这样，你用心，所以你进步，你收获。我不会忘记自己在大学的最后阶段，不会忘记这其中的苦与乐，遇到因难时的忧愁和做出结果时的甜蜜。还一个很重要的，就是老师们给我的宝贵指导，我谢谢老师牺牲自己的休息时间给我的不倦指导，这是我可以圆满完成毕业设计的一个很大影响因素。感谢王老师，您曾是我的任课老师，现在又是我这次毕业设计的指导老师。谢谢您的指导和帮助！谢谢！在这离校的时刻我祝老师您身体健康，万事如意，工作顺利！-38- 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附-38- '