毕业设计（论文）-35KV变电站设计方案的研究论文

'届别2012届学号200814240331毕业论文35KV变电站设计方案的研究姓　　名系别、专业物理与电子信息工程系电气工程及其自动化专业导师姓名、职称副教授完成时间2012年5月12日25 目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1国内外研究动态11.2研究的意义21.3研究的主要内容22主接线方案的选择与负荷计算32.1主接线设计要求与原则32.2主接线方案选择42.3负荷计算与无功补偿73短路电流计算与电气设备选择93.1短路电流计算的目的93.2短路电流计算93.3电气设备的校验与选择134主变继电保护整定计算及继电器选择154.1变压器的继电保护154.2瓦斯保护164.3差动保护164.4过电流保护185短路电流的MATLAB仿真215.1基于MATLAB的系统模型建立215.2仿真结果分析22总结与展望23参考文献24致谢2525 摘要本论文主要围绕35kV变电站的设计方案展开分析和讨论，重点分析了电力网接线方案的选择原则、短路电流的计算、变压器和线路的继电保护配置。同时简单介绍了主设备差动保护的整定算法，电气主接线的设计、做出短路点的等效电路图，对设备保护进行了相应的选择与校验。通过比较各个接线方式的优缺点，确定变电站的主接线方式。变电站的主要故障都是由于三相短路引起，所以对三相短路电流的计算尤其重要，可通过MATLAB进行仿真。通过计算结果能够准确的选择所设计变电站的接线方式，电气设备以及继电保护的配置。关键词：短路电流计算；继电保护；整定计算；电网接线方案；MATLAB仿真25 ABSTRACTThispaperfocusesonthedesigningof35kVsubstationsettingstartanalysisanddiscussion.Focusonthediscussionofthepowernetworkwiringprogramchoice,short-circuitcurrentcalculation,transformersandcircuitprotectionconfiguration.Alsodetailedthemaindifferentialprotectionequipment-tuningalgorithm,themainelectricalwiringdesign,makesshort-circuittheequivalentcircuitdiagramofequipmentprotectionforthecorrespondingselectionandcalibration.Bycomparingthevariousmethodsofwiringadvantagesanddisadvantagesofthemainsubstationconnection.Themaintransformersubstationisthree-phaseshort-circuitfaultcaused,soforthree-phaseshort-circuitcurrentcalculationespeciallyimportant,anditcanbesimulatedbyMATLAB.Throughthecalculationresultscanaccuratelythechoiceofdesignsubstationwiringway,theelectricalequipmentandtheprotectionconfiguration.KeyWords：short-circuitcurrent;relay;setting;networkwiring;MATLABsimulation25 1绪论变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全运行，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。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。1.1国内外研究动态目前我国大多35KV变电站系统存在包括多种设备类型共存、设备数量大、软硬件兼容性差以及运行过程中暴露出一系列设备故障及系统维护方面的问题,在一定程度上影响了系统的安全可靠和稳定运行。我国变电站主要现状是老设备向新型设备转变，有人值班向无人值班变电站转变，交流传输向直流输出转变。21世纪变电站是一个全面装有计算机、光纤和各种传感器的系统。其特点和目标在控制保护装置使用计算机以及数字化的同时,GIS(气体绝缘开关)、变压器、全封闭配电装置等设备的控制电路也采用数字化。由于控制保护电路全部实现无触点化，因而可以避免接触不良等故障，提高可靠性。此外，计算机不仅可以自校软件，还可以监示硬件，因而可对全部控制保护电路进行监示和诊断，使维修简便省力。配合控制保护装置以及GIS等设备的控制电路的数字化，装置之间的接口、机构内的信号传输系统都将实现光通信化。因而从前为了对付电磁感应和浪涌电流的大型化接口部分将得以小型化。随着数字控制保护装置的进一步小型化，还将力求大容量、高可靠地传送情报。此外，由于用光PT和光CT取代了传统的绕线式PT和CT，因而传感器也将小型化。目前，计算机网络技术，网络通讯技术在变电所的自动检测与控制，继电保护方面得到了广泛的应用，由此组成的变电所自动化系统较为完善与可靠。国内相当部分实现了为人值班，或具备了无人值班的条件。这样虽然减少了电网运行的成本，减轻了工作人员的工作量。但是，由于自动化系统常规系统信息量多，目前的变电所自动化系统也存在一些不足如：变电所的互感器部分还是一个模拟量到模拟量的转换，存在转换误差大、易饱和、体积大、日常试验及运行维护工作量大等问题，与之配套的继电保护设备及自动装置、计量及测量装置也必须使用各自的模拟转换元件，不但存在较大附加误差而且设备及相互之间的接口技术缺乏一致性，难以实现一体化，导致设备维护和升级成本大。而数字化变电站是发展的趋势，数字化变电站是由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。与常规变电站相比，25 数字化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口只是接口和通信模型发生了变化，而过程层却发生了较大的改变，由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，逐步改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。作为一门新兴技术，数字化变电站从提出开始就受到了极大的关注，目前已成为我国电力系统研究的热点之一。随着相关软硬件技术的不断发展和成熟，数字化变电站将成为变电站技术的发展方向。1.2研究的意义本课题研究的意义主要是通过对35KV变电站系统设计，巩固和加深以往的学习内容并和现场实际相结合，使得理论知识能真正用于现场实际应用。电力在现代社会各方面起着重大的作用,没有电力的支持,社会生活和生产根本就无法正常进行。基于电力在现代社会中的重要性，对变电站设计的要求,则是电力系统能否正常工作的关键。变电站设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。1.3研究的主要内容本文主要分析了关于35kV变电站的设计方案,充分利用自己所学的知识，严格按照任务书的要求，根据电气主接线选择、短路电流的计算、电网继电保护配置设计。短路电流计算为保护配置设计提供必要的基础数据。电网继电保护配置部分要对35kv输电线路所配置的继电保护装置推荐出最合理的方案。包括：负荷计算、主接线的选择、短路电流计算、主变压器继电保护的配置、三相短路电流的仿真等。原始资料为35kV降压变电站。主变容量为6300kVA，电压等级35/10kV。35kV变电站系统图,如图1所示系统参数；电源I短路容量：SIDmax=200MVA:电源Ⅱ短路容量：SⅡDmax=250MVA；供电线路：L1=15km，L2=10km，线路阻抗：XL=0.4Ω/km。SISII～～L1L210KV负荷侧图135KV变电站系统图25 1)变电站10kV侧母线负荷情况如表1所示：表110kV母线侧负荷情况负荷名称最大负荷（kW）功率因数导线型号线路电抗标幺值回路数供电方式线路长度（km）织布厂12000.85LGJ-350.3451架空线8胶木厂12000.85LGJ-350.3451架空线8印染厂12000.85LGJ-350.3451架空线8配电所16000.85LGJ-350.3451架空线10炼铁厂17000.85LGJ-350.3451架空线102)B1、B2主变容量、型号为6300kVA之SF1-6300/35型双绕组变压器，Y-Δd11之常规接线方式，具有带负荷调压分接头，可进行有载调压。其中短路电压百分数=7.5。3)运行方式：以SI、SII全投入运行，线路L1～L2全投为最大运行方式。4)已知变电站10kV出线保护最长动作时间为1.5s。2主接线方案的选择与负荷计算2.1主接线设计要求与原则电气主接线主要是指在发电厂、变电所、电力系统中，为满足预定的功率传送和运行等要求而设计的、表明高压电气设备之间相互连接关系的传送电能的电路。电路中的高压电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离刀闸、线路等。它们的连接方式对供电可靠性、运行灵活性及经济合理性等起着决定性作用。对一个电厂而言，电气主接线在电厂设计时就根据机组容量、电厂规模及电厂在电力系统中的地位等，从供电的可靠性、运行的灵活性和方便性、经济性、发展和扩建的可能性等方面，经综合比较后确定。它的接线方式能反映正常和事故情况下的供送电情况。电气主接线又称电气一次接线图。电气主接线应满足以下几点要求：25 1)运行的可靠性：可靠性是指一个元件，一个系统，在规定的时间内及一定的条件下完成预定功能的能力，供电可靠性是电力生产和分配的首要求，对发电厂，变电所主接线可靠性的要求程度，与其在电力系统中的地位，作用有关，而地位作用则是由其容量，电压等级，负荷大小以及类别等因素决定。具体要求有：断路器检修时，不宜影响对系统的供电；断路器或母线故障时以及母线或隔离开关检修时，尽量减少停运出线的回路数和停运时间，并保证对一二类负荷的供电；尽量避免发电厂或变电所全部停运的可能性；对装有大型机组的发电厂或超高压变电所应满足可靠性的特殊要求。2)运行的灵活性：主接线系统应能灵活地适应各种工作情况，当一部分设备检修或工作情况发生变化时，能够通过倒换开关的运行方式，做到调度灵活，不中断向用户的供电。在扩建时应能很方便的从初期建设到最终接线。3)运行的经济性：主接线系统还应保证运行操作的方便以及在保证满足技术条件的要求下，做到经济合理，尽量减少占地面积，节省投资。尽量做到年运行费小，包括电能损耗。折旧费及大修费，日常小修费等维护费。其中电能损耗主要由变压器引起，因此，要合理的选择主变压器的形式，容量，台数和避免变压而增加电能损耗。变电站主接线的选择原则：1)当满足运行要求时,应尽量少用或不用断路器，以节省投资。2)变电站有两台变压器同时运行时,二次侧应采用分段的单母线接线。3)当供电电源只有一回线路,变电站装设单台变压器时,宜采用线路变压器组接线。4)为了限制配出线短路电流，具有多台主变压器同时运行的变电站，应采用变压器分列运行。5)接在线路上的避雷器，不宜装设隔离开关；但接在母线上的避雷器，可与电压互感器合用一组隔离开关。6)6～10kV固定式配电装置的出线侧，在架空线路或有反馈可能的电缆出线回路中，应装设线路隔离开关。采用6～10kV熔断器负荷开关固定式配电装置时，应在电源侧装设隔离开关。7)低压母线为双电源，变压器低压侧总开关和母线分段开关采用低压断路器时，在总开关的出线侧及母线分段开关的两侧，宜装刀开关或隔离触头[3]。2.2主接线方案选择对于电源进线电压为35kV及以上的变电站,通常是经变电站总降压变电所降为10kV的高压配电电压，然后经下一级变电所,降为一般低压设备所需的电压。总降压变电站主接线图表示变电站接受和分配电能的路径，由各种电力设备(变压器、避雷器、断路器、互感器、隔离开关等)及其连接线组成，通常用单线表示。主接线对变电站设备选择和布置，运行的可靠性和经济性，继电保护和控制方式都有密切关系，是供电设计中的重要环节。1)一、二次侧均采用单母线分段的总降压变电站主电路图。单母分段接线：即用分段断路器或分段隔离开关将母线分成若干段。25 主接线图兼有内外桥式接线的运行灵活性的优点，但所用高压开关设备较多，可供一、二级负荷，适用于一、二次侧进出线较多的总降压变电所分段的单母线与不分段的相比较，提高了接线的可靠性和灵活性。两母线可分裂运行（分段断路器断开）也可并列运行（分段断路器接通）；重要用户可以用双回路接于不同母线段,保证不间断供电；任一母线或母线隔离开关检修，只停运该段，其他段可继续供电，减小了停电范围[3]。适用范围:6～10kV配电装置，出线回路数为6回及以上时；35～63kV配电装置，出线回路为4～8回时。本次设计的35kV变电站出线回路侧为4～8回，而且多为一、二级负荷，是连续运行，负荷变动较小，电源进线较短，主变压器不需要经常切换,另外再考虑到今后的长远发展。采用一、二次侧单母线分段的总降压变电所主接线，即全桥接线式。2)一次侧采用外桥式接线、二次侧采用单母线分段的总降压变电站主电路结构这种主接线，其一次侧的高压断路器跨接在两路电源进线之间，但处在线路断路器的外侧，靠近电源方向，因此称为外桥式接线。这种主接线的运行灵活性也较好，供电可靠性同样较高，适用于一、二级负荷的工厂。这种外桥式适用于电源线路较短而变电所负荷变动较大、适用经济运行需经常切换的总降压变电所。当一次电源电网采用环行结线时，也宜于采用这种结线，使环行电网的穿越功率不通过进线断路器，这对改善线路断路器的工作及其继电保护的整定都极为有利。外桥形接线图如图2所示：图2外桥形接线图25 3)一次侧采用内桥式接线，二次侧采用单母线分段的总降压变电所主电路结构。这种主接线，其一次侧的高压断路器跨接在两路电源线之间，犹如一座桥梁，而处在线路断路器的内侧，靠近变压器，因此称为内桥式结线。这种接结线的运行灵活性较好，供电可靠性较高，适用于一、二级负荷工厂。这种内桥式结线多用于电源线路较长因而发生故障和停电检修的机会较多、并且变电所的变压器不需要经常切换的总降压变电所。内桥形接线图如图3所示：图3内桥形接线图4）一、二次侧均采用双母线的总降压变电所主电路结构采用双母线接线较之采用单母线接线，供电可靠性和运行灵活性大大提高，但开关设备也大大增加，从而大大增加了初投资，所以双母线接线在工厂电力系统和工厂变电所中很少运用，主要用与电力系统的枢纽变电所。并且对于35kV的配电装置，此接线方式的回路数多在8回以上或者连接电源较多，负荷较大时。综上所述：根据原始资料应采用一、二次侧均为单母分段总降压变电所这种接线图如图4所示：25 图435kV变电站主接线图2.3负荷计算与无功补偿2.3.1负荷计算的内容计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的据。1)尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取启动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑启动电流的非周期分量。2)平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班(即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班)的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。25 负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式法等几种。需要系数法公式简单，计算方便，适用于各类变、配电所和供配电干线以及长期运行而且负载平稳的用点设备和生产车间的负荷计算。但不适合用电设备台数少，各台间容量悬殊且工作制度不同时的电力负荷计算。二项式法将负荷分为基本部分和附加部分，后者系考虑一定数量大容量设备的影响。适用于机修类用电设备的计算，其他各类车间和车间变电所设计亦常采用。二项式法所得计算结果一般偏大。利用系数法以概率论为基础，根据设备利用率并考虑设备台数以及各台间功率差异的影响确定计算负荷与平均负荷间的偏差量从而求得最大荷。这种计算方法更具客观性和普遍性，适用于各种类型负荷的计算，所求得的结果更接近实际。但由于国内对利用系数缺乏切实的工作和数据的积累，计算方法本身也较上述两种方法复杂，故尚未得到广泛采用。本文中采用需要系数法确定。2.3.2负荷计算及无功补偿根据计算要求取有功负荷同时系数:无功负荷同时系数:根据原始数据表可算出：；（2.1）则（2.2）（2.3）(2.4)（2.5）（2.6）（2.7）由于规程要求≥0.9，而由上面计算可知=0.79<0.9，因此需要进行无功补偿。电容器具有投资省，有功功率损耗小，运行维护方便，故障范围小等特点，因此采用并联电容器进行无功补偿。公式依据为：（2.8）式中：Qc—需要补偿的无功容量，kvar；P30——全企业的有功计算负荷，kW；α—平均负荷系数，取0.7～0.8；qc——补偿率，kvar/kW，查阅相关工程手册，可以得出qc=0.396将相关数据代入公式中得：(2.9)故需要补偿容量为1700kvar，选择两台容量850kvar的电容器并列补偿运行。25 3短路电流计算与电气设备选择3.1短路电流计算的目的在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的的主要有以下几个方面：1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采用限制短路电流的措施，均需进行必要的短路电流计算。2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障状况下都能安全可靠的工作。同时又力求节约资金，这就需要按短路情况进行全面校验。3)在选择继电保护方式，需以各种短路时的短路电流为依据。4)接地装置的设计，也需用短路电流。短路电流计算的目的是为了正确选择和校验电气设备，以及进行继电保护装置的整定计算。进行短路电流计算，首先要绘制计算电路图。在计算电路图上，将短路计算所考虑的各元件的额定参数都表示出来，并将各元件依次编号，然后确定短路计算点。短路计算点要选择得使需要进行短路校验的电气元件有最大可能的短路电流通过[4]。接着按所选择的短路计算点绘出等效电路图，并计算电路中各主要元件的阻抗。在等效电路图上，只需将被计算的短路电流所流经的一些主要元件表示出来，并标明其序号和阻抗值，然后将等效电路化简。一般只需采用阻抗串、并联的方法即可将电路化简，求出其等效总阻抗。最后计算短路电流和短路容量。短路电流计算的方法，常用的有欧姆法和标幺制法。本文采用标幺制法进行短路计算。短路电流的计算繁琐复杂，可通过MATLAB进行仿真。3.2短路电流计算根据原始数据取：SB=100MVA，UB=Uav即：35kV侧UB1=37kV，10kV侧UB2=10.5kV。（3.1）（3.2）1)系统阻抗：（3.3）25 （3.4）2)35kV线路：L1：（3.5）L2：（3.6）3)变压器：T1，T2：（3.7）4)10kV线路：线路阻抗（XL）分为两类：①织布厂、胶木厂、印染厂：（3.8）②炼铁厂、配电所：（3.9）系统等效电路图如图5系统短路等效电路图所示：图5系统短路等效电路图最大运行方式系统化简如图6(a)所示：其中：（3.10）（3.11）（3.12）（3.13）据此，系统化简如图6(b)所示：25 (a)(b)图6最大运行方式系统的等效电路图1)故知35kV母线上短路电流（d1点）三相短路电流周期分量有效值（3.14）其他三相短路电流（3.15）（3.16）（3.17）三相短路容量（3.18）2)10kV母线上短路电流（d2点）（3.19）折算到35kV侧三相短路电流周期分量有效值25 （3.20）其他三相短路电流（3.21）（3.22）（3.23）三相短路容量（3.24）3)对于d3点以炼铁厂、配电所计算此时10kV负荷侧的线路三相短路电流周期分量有效值（3.25）折算到35kV侧三相短路电流周期分量有效值（3.26）其他三相短路电流（3.27）（3.28）（3.29）三相短路容量（3.30）4)对于d3点以织布厂、胶木厂、印染厂计算此时10kV负荷侧的线路：三相短路电流周期分量有效值（3.31）25 折算到35kV侧三相短路电流周期分量有效值（3.32）其他三相短路电流（3.33）（3.34）（3.35）三相短路容量（3.36）短路电流最大运行方式计算结果如表3所示：表3最大运行方式三相短路电流(kA)三相短路容量(MVA)IK（3）I（3）I（3）∞ish（3）Ish（3）Sk（3）d-1点3.923.923.929.9965.92251.3d-2点0.980.980.982.4991.4862.97d-3点0.3590.3590.3590.9150.54223.03.3电气设备的校验与选择3.3.1电气设备选择的原则为了保障高压电气设备的可靠运行，高压电气设备选择与校验的一般条件有：按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；按短路条件包括动稳定、热稳定校验；按环境工作条件如温度、湿度等选择。1)额定电压：电气设备的额定电压不小于设备安装地点的最高工作电压。即UNUMAX2)额定电流：电气设备的额定电流IN应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流Imax，即IN≥Imax3)按短路情况进行校检，动稳定校检指电气设备承受短路电流力效应能力即IMAX。热稳定校检指电气设备承受短路电流热效应能力，即25 3.3.235kv侧的断路器与隔离开关选择与校验1)断路器型号初选根据《工厂供电设计指导》附录,初选断路器型号为：SW2-35/1250，具体参数如表4所示[3]：表4高压断路器主要技术数据型号额定电压(KV)额定电流(A)额定开断电流（KA）动稳定电流(KA)热稳定电流(KA)固有分闸时间LN2-35I351250164016.5（4s）0.06断路器的校验:①额定电流：（3.37）②校验开断能力：（3.38）③校验动稳定：（3.39）所以LN2-35I型断路器符合要求。2)隔离开关的初选根据《工厂供电设计指导》附录，初选隔离开关型号为GW14-35/630,具体参数如表5所示[3]：表5高压隔离开关主要技术数据型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（KA）热稳定电流(KA)GW14-35/630356304016(4S)隔离开关的校验:①额定电流：（3.40）②校验动稳定：（3.41）所以GW14-35/1250型号隔离开关符合需要3.3.310Kv侧的断路器选择与校验1)断路器型号根据《电力工程基础》附录,初选断路器型号为：ZN65A-10/4000，具体参数如表6所示[2]：表6高压断路器主要技术数据型号额定电压(KV)额定电流(A)额定开断电流（KA）动稳定电流(KA)热稳定电流(KA)固有分闸时间SN10-10II10100031.58031.5(2s)0.06断路器的校验①额定电流：（3.42）②校验开断能力：（3.43）25 ③校验动稳定：（3.44）所以SN10-10II型断路器符合要求2)隔离开关的初选根据《电力工程基础》附录，初选隔离开关型号为GN10-10/4000,具体参数如表7所示[2]：表7高压隔离开关主要技术数据型号额定电压（kV）额定电流（A）动稳定电流（KA）热稳定电流(KA)GN10-10/400010400016080(5S)隔离开关的校验①额定电流：（3.45）②校验动稳定：（3.46）所以GN10-10/4000型隔离开关满足要求4主变继电保护整定计算及继电器选择4.1变压器的继电保护继电保护是研究电力系统故障和危及安全运行的异常情况，以探讨其对策的反事故自动化措施。继电保护主要利用电力系统中元件发生短路或异常情况时的电气量(电流、电压、功率、频率等)的变化，构成继电保护动作的原理，也有其他的物理量，如变压器油箱内故障时伴随产生的大量瓦斯和油流速度的增大或油压强度的增高。大多数情况下，不管反应哪种物理量，继电保护装置都包括测量部分、逻辑部分、执行部分。电力变压器的故障，分为外部故障和内部故障两类。外部故障常见的是高低压套管及引线故障，它可能引起变压器出线端的相间短路或引出线碰接壳。内部故障有相间短路、绕组的匝间短路和绝缘损坏，变压器的不正常运行过负荷、由于外部短路引起的过电流、油温上升及油位过低。35kV供电系统中的电气设备和线路应装设短路故障保护。短路故障保护应有主保护、后备保护，必要时可增设辅助保护。当在系统中的同一地点或不同地点装有两套保护时，其中有一套动作比较快，而另一套动作比较慢，动作比较快的就称为主保护；而动作比较慢的就称为后备保护。变压器为变电所的核心设备，根据其故障和不正常运行的情况，从反应各种不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，设置相应的主保护、异常运行保护和必要的辅助保护如下：25 1)主保护：瓦斯保护（以防御变压器内部故障和油面降低）、纵联差动保护（以防御变压器绕组、套管和引出线的相间短路）。2)后备保护：过电流保护（以反应变压器外部相间故障）、过负荷保护（反应由于过负荷而引起的过电流）。3)异常运行保护和必要的辅助保护：温度保护（以检测变压器的油温，防止变压器油劣化加速）。原始资料为35/10kV系统为双电源35kV单母线分段接线，10kV侧单母线分段接线，所接负荷属一二类负荷居多。就线路来讲，其主要故障为单相接地、两相接地和三相接。4.2瓦斯保护R瓦斯保护的作用：用来反映变压器内部故障和油面降低，它反应于油箱内部故障所产生的气体或油箱漏油而动作，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于信号。轻瓦斯保护的动作于信号的轻瓦斯部分，通常按产生气体的容积整定:对于容量为10MVA以上的变压器，整定容积为250~300瓦斯保护动作于跳闸的重瓦斯部分，通常按气体继电器的油流速度整定（油流速度与变压器的容量、接气体继电器导管的直径、变压器冷却方式、气体继电器形式有关），轻瓦斯保护的动作值按气体容积为250~300整定，本文取280。重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.6~1.5整定，本文取0.9，瓦斯继电器选用FJ3-80型，瓦斯保护的接线原理图如图7所示：轻瓦斯信号跳两侧QFRHG-1KH变压器其他保护KG-2信号图7瓦斯保护的接线原理图25 4.3差动保护对于变压器绕组和引出线上的相间短路、中性点直接接地系统中系统侧绕组和引出线的单相接地短路以及绕组匝间短路、容量在10000kVA及以上的变压器应装设纵差动保护。变压器纵联差动保护：在变压器两侧都装设电流互感器，其二次绕组按环流原则串联，差动继电器并接在回路壁中，在正常运行和外部短路时，二次电流在臂中环流，差动保护在正常运行和外部短路时不动作，电流互感器流入继电器的电流应大小相等，相位相反使得流过继电器的电流为零，在变压器内部发生相间短路时，从电流互感器流入继电器的电流大小不等，相位相同，使继电器内有电流流过。但实际上由于变压器的励磁涌流、接线方式及电流互感器误差等因素的影响，继电器中存在不平衡电流，变压器差动保护需解决这些问题，方法有：靠整定值躲过不平衡电流、采用比例制动差动保护、采用速饱和变流器。结合设计要求和实际条件只对其做纵差动保护的整定，所选继电器型号为BCH—2型差动继电器以提高保护装置的磁涌流的能力。计算变压器各侧的一次及二次电流值并选择电流互感器的变比，35kV侧二次电流大,因此以35kV侧为基本侧。计算Ie及电流互感器变比。如表8所示:S=6300kVA=35kV=10kV表8变压器纵差动保护用互感器变比选择名称各侧数据高压（H）低压（L）额定电压Y（35kV）Δ（10kV）变压器各侧额定电流变压器接线方式YΔCT接线方式ΔY选择CT一次电流的计算值346.4ACT计算变比实选CT变比nlCT二次回路额定电流不平衡电流Ibp由上表可以看出，35kV侧电流互感器的二次回路额定电流大于10kVA侧。因此35kV为基本侧。25 1)确定基本侧动作电流躲过外部故障时的最大不平衡电流（4.1）利用实用计算式：（4.2）式中：Kk—可靠系数，取1.3；Kfzq—非同期分量引起的误差，取1；Ktx—同型系数，CT型号相同且处于同一情况时取0.5，型号不同时取1。ΔU—变压器调压时所产生的相对误差，采用调压百分数的一半，取0.05。Δfza—继电器整定匝书数与计算匝数不等而产生的相对误差,取中间值0.05。fI—电流互感器的最大相对误差，取0.1。代入数据得：（4.3）2)躲过变压器空载投入或外部故障后电压恢复时的励磁涌流（4.4）式中：Kk—可靠系数，取1.3；Ie—变压器额定电流：代入数据得：（4.5）3)躲过电流互改器二次回路短线时的最大负荷电流（4.6）式中：Kk—可靠系数，取1.3；Idz1—正常运行时变压器的最大负荷电流；采用变压器的额定电流。代入数据得（4.7）比较上述（4.3）（4.5）（4.7）式的动作电流，取最大值为计算值，即：4.4过电流保护1)过电流继电器的整定及继电器选择保护动作电流按躲过变压器额定电流来整定（4.8）25 式中：Kk—可靠系数，取1.2；Kh—返回系数，取0.85；代入数据得（4.9）继电器的动作电流（4.10）电流继电器的选择：DL-21C/10，电流整定值为7A。2)灵敏度按保护范围末端短路进行校验，灵敏系数不小于1.2。灵敏系数：织布厂、胶木厂、印染厂（4.11）炼铁厂、配电所：（4.12）故灵敏度满足要求。25 图8变压器的保护配置25 5短路电流的MATLAB仿真5.1基于MATLAB的系统模型建立在电力系统的设计和运行中，都必须考虑到可能发生的故障和不正常运行情况，因为他们会破坏电气的设备的正常工作和影响对用户供电。运行经验表明，故障大多是短路引起的。电力系统中的短路有三相短路、两相短路、一相接地短路和两相接地短路等四种。短路后。系统中出现的短路电流比正常负荷电流大的多，对系统产生极大危害。短路计算是电力生产中的一项繁杂的工作，从构建数学模型到非线性方程的求解，需要进行大量的繁琐的数学计算MATLAB作为公认的最优秀的数值计算和仿真分析软件为短路计算提供了一种新方法。根据电气主接线，建立如图9仿真模型图图9仿真模型图25 5.2仿真结果分析发生三相短路时，电力系统仿真结果如图10、图11，有图形可得出以下结论：在稳态时，故障点由于三相短路故障发生器处于断开状态，所以电流为0，在0.1秒时，三相短路故障发生器闭合，此时电路发生三相短路，短路电流急剧增大，此时发出信号给相关保护设备直到0.5秒时，三相故障发生器打开，相当于排除故障，此时故障点电流急速下降为零。图1035KV侧短路电流仿真图图1110KV侧短路电流仿真图25 总结与展望在这篇论文中,我主要研究了关于35kV变电站的设计方案,通过几种接线方式的优缺点选择了最合适的一次侧二次侧均采用单母线分段的方式，并且经过负荷计算选择了正确的无功补偿的方式及所需的电容器；通过短路电流的计算准确的选择了一次测和二次侧所用到的电气设备，经过对变压器保护的整定计算，我比较系统的了解了保护配置的原则，选择了合适的配电保护装置。最后通过MATLAB对三相短路电流的仿真，确定短路电流的准确性，使在选择设备、保护配置、无功补偿等方面更加准确。当然在保护配置方面，我自己认为还存在许多的不足之处，如:为了保证基本要求，应该加装自动装置；对于线路方面的保护配置，我认为还应该进一步的细化；选择设备方面还有些条件没考虑到；自己对继电保护的认识还不够全面，所以在计算和分析的过程中做的不够全面。对于整定计算，我认为还是有点模糊，有些东西还是理解不太深刻。还有在母线选择和防雷保护装置没有涉及到。最后，在发展迅速的21世纪，数字化自动变电站成为研究热点，必然成为发展的趋势。它能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。与常规变电站相比，数字化变电站间隔层和站控层的设备及网络接口只是接口和通信模型发生了变化，而过程层却发生了较大的改变，由传统的电流、电压互感器、一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，逐步改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容，使变电站的管理与保护更完整。25 参考文献[1]马永祥,王世荣.电力系统继电保护[M].北京：中国林业出版社,2008.[2]孙丽华.电力工程基础[M].北京：机械工业出版社,2009.[3]刘介才.工厂供电设计指导[M].北京：机械工业出版社,2008.[4]陈建忠.35kV变电站电气主接线的设计选择[J].农村电气化,2008,(09)：16—19.[5]熊信银.电气工程概论[M].北京：中国电力出版社,2008.[6]邹有明.现代供电技术[M].北京：机械工业出版社,2008.[7]刘学军.继电保护原理[M].北京：中国电力出版社,2007.[8]李光琦.电力系统稳态分析[M].北京：中国电力出版社,2007.[9]高翔,刘邵俊.继电保护状态检修及实施探讨[J].继电器,2005,33(20):23—27.[10]邵如平,韩正伟.电能质量指标分析[J].电力系统及其自动化学报,2007,19(3):118—121.25 致谢在即将毕业之际，我的大学生涯也随着要结束了啊，毕业论文也进入了最后的时期。借此机会对关心和支持我的老师同学表示感谢。四年的大学时间，我认真学习了相关专业知识，具有一定的设计理论和设计能力，由于毕业论文的课题有一定的整体性，系统性，因此在研究中对论文的深度和广度有一定的局限性，论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要特别感谢我的论文指导老师曹菊英老师，在完成论文期间得到了曹菊英老师的精心指导和热情帮助，为我们提供了良好的学习环境和无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。曹老师细心、全面的审阅了全文，并提出了许多宝贵意见，对提高论文的水平和研究方向上的把握起到了重要的作用。至此论文完成之际，特别向导师表示我最诚挚的谢意。在整个过程中还得到了其他同学和老师的帮助，再次一一表示感谢。25'