變電站綜合自動化系統(tǒng)設計 本科畢業(yè)設計(論文)

xxx學院本科畢業(yè)設計（論文） 變電站綜合自動化系統(tǒng)設計學生姓名： xxxxxx 學生學號： xxxxxxx 院（系）： 電氣信息工程學院 年級專業(yè)： xxxxxxxxx 指導教師： xxx 講師 助理指導教師： 二一三年六月 xxx學院本科畢業(yè)設計（論文)摘要摘 要變電站是電力系統(tǒng)運行過程中最重要的環(huán)節(jié)之一，它的運行狀況直接影響到整個電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性以及可靠性。要提高變電站的運行效率，一個最基本的辦法就是要提高變電站管理和運行的自動化水平，實現(xiàn)變電站的綜合自動化。本文針對變電站的技術要求，從目前變電站中主流的完全分散式結構形式入手對變電站整體結構布局，分別進行了對一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的設計。在硬件部分選擇帶三相變壓器組的變壓器，這樣相比單相變壓器組的變壓器，造價更低、占地面積更小、運行費用更少，大大降低了投入和運行成本。在軟件配置上，選用目前實際運用中反饋很好的RCS-9000變電站綜合自動化系統(tǒng)。其特點是集測量、監(jiān)視、控制、保護和另外自動化運行功能于一體，能滿足對35kv-500kv不同變電標準的變電站的穩(wěn)定運行的需要，為實現(xiàn)變電站自動化無人值班式運行管理提供了可靠的技術條件。關鍵詞 變電站，綜合自動化，繼電保護配置 xxx學院本科畢業(yè)設計（論文)ABSTRACTABSTRACTThe transformer substation is one of the most important link in the process of operation of power system, its running state directly affects the whole power system economy and reliability. To improve the efficiency of the substation, one of the most fundamental way is to improve the automation level of management and operation of substation, integrated automation transformer substation.In this paper, according to the requirements of substation substation technology, from the current mainstream fully distributed structure of the overall layout and structure, were designed for a system and the two system. In the part of hardware selection of transformer with three-phase transformer, compared with transformer single-phase transformer group, lower cost, smaller footprint, operation cost less, greatly reducing the investment and operating costs. In the software configuration, the actual use of feedback of RCS-9000 substation integrated automation system is very good. Its characteristic is measuring, monitoring, control, protection and automatic operation function in a body, can satisfy the need for stable operation of the 35kv-500kv substation substation of different standards, provides reliable technical condition of transformer substation automation unattended operation management. Key words Substation， integrated automation system， The relay protection configuration xxx學院本科畢業(yè)設計（論文)目錄目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1 概述11.1.1變電站綜合自動化系統(tǒng)概況11.1.2變電站綜合自動化系統(tǒng)目前發(fā)展趨勢11.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的作用和應用范圍21.3 實現(xiàn)變電站綜合自動化的目的和意義22 變電站的結構形式與控制要求32.1總體結構32.2完全分散式的結構形式32.3電氣主接線結構選擇42.3.1 電氣主接線的基本形式42.3.2電氣主接線的選擇42.4變電站綜合自動化系統(tǒng)主要功能53 變電站綜合自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)設計73.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)一次系統(tǒng)73.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)二次系統(tǒng)84 系統(tǒng)硬件和軟件配置104.1 系統(tǒng)硬件主要設備的配置104.1.1 變電站主變壓器的選擇104.1.2 各級電壓母線的選擇104.1.3 隔離開關選擇114.1.4 電流互感器的選擇114.1.5 電壓互感器的選擇114.1.6 高壓斷路器選擇124.2 系統(tǒng)軟件配置125 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)145.1 系統(tǒng)保護裝置設計145.1.1 繼電保護的配置145.1.2 變壓器的繼電保護155.2 母線保護185.3 自動重合閘的設置205.4 短路電流的計算205.4.1 短路的危害205.4.2 短路電流計算方法205.4.3 短路電流計算215.5 防雷保護與接地方案設計225.5.1 防雷保護225.5.2 接地裝置設計235.6 配電裝置235.6.1 配電裝置類型235.6.2 對配電裝置的基本要求和設計步驟245.6.3 屋內(nèi)配電裝置245.6.4 屋外配電裝置246 系統(tǒng)特色和優(yōu)勢26結 論28參考文獻29致 謝30 xxx學院本科畢業(yè)設計（論文)緒論1 緒論1.1 概述1.1.1變電站綜合自動化系統(tǒng)概況變電站是電力系統(tǒng)運行重要的組成部分之一，并且是發(fā)電廠與用戶之間重要的連接環(huán)節(jié)，起著變電以及配電的作用。它的運行和管理情況直接影響到整個電力系統(tǒng)是否能安全與經(jīng)濟運行，而變電站綜合自動化系統(tǒng)的出現(xiàn)是變電站運行管理中的一次重大變革。它為變電站實現(xiàn)小型化、智能化、擴大監(jiān)控范圍以及為變電站的安全、可靠、合理、經(jīng)濟運行提供了數(shù)據(jù)采集以及監(jiān)控支持，同時為實現(xiàn)高水平的無人值班變電站管理打下了基礎。變電站綜合自動化系統(tǒng)具有結構微機化、功能綜合化、操作檢測屏幕化、運行管理智能化等特征。變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用變電站的二次設備（包括測量儀表、信號系統(tǒng)、保護裝置和遠動裝置等）經(jīng)過系統(tǒng)功能的重新組合，利用目前先進的現(xiàn)代電子技術、計算機技術、通信技術以及信息處理技術等來實現(xiàn)對全變電站的主要設備以及輸電、配電線路的監(jiān)視、檢測、控制以及保護等功能。變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用大規(guī)模集成電路和多臺計算機組成的自動化系統(tǒng)，以替代常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，用計算機保護替代常規(guī)的繼電保護組屏，從而改變常規(guī)的繼電器保護裝置不能很好的與外界溝通的缺點。所以說，變電站綜合自動化系統(tǒng)具有很方便利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷功能監(jiān)視、檢測和控制變電站內(nèi)各種設備的運行和操作的功能。1.1.2變電站綜合自動化系統(tǒng)目前發(fā)展趨勢 變電站自動化技術伴隨著我國現(xiàn)代科學技術發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡技術、計算機軟、硬件技術以及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展而不斷進步，變電站綜合自動化系統(tǒng)目前朝著一次設備智能數(shù)字化，二次設備多功能集成化方向發(fā)展，同時可靠性和經(jīng)濟性也是變電站自動化技術發(fā)展和實現(xiàn)過程中必須所要考慮的問題。一次設備的在線監(jiān)測，電能質(zhì)量的監(jiān)測管理，網(wǎng)絡安全技術，變電站綜合自動化系統(tǒng)必定會更多的融入現(xiàn)代社會的各種新科技、新觀念。其總的發(fā)展情況可以從以下幾個不同角度來描述：（1)、其子站模塊設計朝多功能智能化、綜合化方向發(fā)展。（2)、通信媒介將更多的引入大型光纖。（3)、系統(tǒng)總體結構朝著全分散和開放式發(fā)展。（4)、從傳統(tǒng)控制方法向綜合智能化方向發(fā)展。（5)、從純粹的屏幕數(shù)據(jù)監(jiān)視到多媒體共同監(jiān)視發(fā)展。（6)、從專用設備到總體的控制平臺，站內(nèi)綜合管理向全開放式發(fā)展1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的作用和應用范圍變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，它擔負著電能轉(zhuǎn)換和電能重新分配的繁重任務，對電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟運行起著舉足輕重的作用。為了提高變電站安全穩(wěn)定運行水平，降低運行維護的成本，提高其經(jīng)濟效益，向用戶提供高質(zhì)量的電能服務，而變電站綜合自動化系統(tǒng)正是基于變電站綜合自動化技術開始興起并廣泛應用到各個現(xiàn)代化變電站中的。1.3 實現(xiàn)變電站綜合自動化的目的和意義變電站綜合自動化系統(tǒng)，是將變電站的二次設備經(jīng)過多功能的重新組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術，自動化技術，現(xiàn)代電子技術，通信及信號處理技術。從而實現(xiàn)對整個變電站的主要設備和輸電、配電線路的監(jiān)視、檢測、測量、控制和微機保護，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。實現(xiàn)變電站綜合自動化以替代常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，用計算機保護替代常規(guī)的繼電保護組屏，從而改變常規(guī)的繼電器保護裝置不能很好的與外界溝通的缺點。并且變電站綜合自動化系統(tǒng)可以采集到較為完整的信息和數(shù)據(jù)，利用計算機的邏輯判斷功能和高速的計算能力，可以很方便的監(jiān)測和控制變電站內(nèi)所有運行設備的操作和執(zhí)行，它具有運行管理智能化，操作監(jiān)視視頻化，功能綜合化，結構微機化等優(yōu)點。運用先進的現(xiàn)代變電站綜合自動化技術，降低了電壓的不合格率，提高了供電質(zhì)量，提高了變電站運行管理的自動化水平，減少了控制電纜，縮小了占地面積，為變電站實現(xiàn)無人值班提供了可靠的技術條件。同時要更好的實現(xiàn)變電站的綜合自動化由于技術層面和現(xiàn)場環(huán)境等條件的限制，但隨著技術的不斷進步與完善，以及技術人員技術水平的不斷提升，變電站綜合自動化技術一定會在整個行業(yè)領域發(fā)揮它應有的巨大作用。32 xxx學院本科畢業(yè)設計（論文)變電站的結構形式與控制要求2 變電站的結構形式與控制要求2.1總體結構本變電站采用完全分散式變電站綜合自動化系統(tǒng)，站級的監(jiān)控管理設備裝置于控制室內(nèi)，主變保護和110kV線路、監(jiān)控裝置在主控室集中組屏，35kV、10kV線路及監(jiān)控裝置及電容器保護采用分散布置，安裝在開關柜上。測控裝置和保護單元之間用LON網(wǎng)連接起來，結構圖如圖1所示。圖1總體結構框圖2.2完全分散式的結構形式完全分散式的變電站綜合自動化系統(tǒng)，是指以斷路器、變壓器、母線等一次設備為安裝單位，將控制、監(jiān)測、保護、輸入、輸出等單元分別安裝在一次主設備的開關柜上，安裝在主控制室內(nèi)的主控制單元通過現(xiàn)場總線與各個單元進行現(xiàn)場通信，主控制單元通過以太網(wǎng)和監(jiān)控主機聯(lián)系，如圖2所示。這種完全分散式結構的綜合自動化系統(tǒng)在實現(xiàn)模式上可以分為兩種：一種是保護相對獨立，控制和測量一體化；另外一種是測量、控制、保護三部分一體。這種完全分散式結構的變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點是：（1）、綜合性強。（2）、系統(tǒng)的各個部件全部是分散獨立安裝。（3）、減小占地面積（4）、有效減少二次電纜的使用。圖2 完全分散式變電站綜合自動化系統(tǒng)結構2.3電氣主接線結構選擇2.3.1 電氣主接線的基本形式電氣主接線經(jīng)常用到幾種接線方式，是以出線和電源為主體。由于每個變電站的電源回路數(shù)和進線、出線回路數(shù)都不同。并且各回路線中所傳輸?shù)哪芰Υ笮∫膊灰粯印Ｒ虼藶榉奖汶娔艿膮R集和分配，在進線和出線分布比較密集的地方，中間環(huán)節(jié)選擇運用母線的連接，這樣可讓接線比較簡單，運行方便，有助于裝配與擴建。如果和有母線的接線形式相比，沒有匯流母線的接線形式使用的電氣設備相對比較少，建設用地更小，一般用于進出線的回路少，不需擴建的變電站。沒有匯流母線的接線形式主要有單元接線、角形接線和橋形接線，有匯流母線的接線方式主要為為雙母線接線、單母線接線兩大類。 2.3.2電氣主接線的選擇根據(jù)安全，可靠，靈活，經(jīng)濟的選擇要求，高壓側(cè)有4回出線，其中兩回備用，需要采用雙母線接線或單母線分段接線，中壓側(cè)有6回出線，其中兩回備用，可以采用雙母線接線、單母線分段接線方式，低壓側(cè)有11回出線，其中兩回備用，可以采用單母線分段、單母線分段帶旁路母線的接線方式，經(jīng)過分析、綜合、組合和比較，運用以下電氣主接線：110kv側(cè)采用雙母線接線方式，35kv側(cè)采用單母線分段接線方式，10kv側(cè)采用單母線分段帶旁路母線接線方式接線圖，如圖3：圖3 電氣主接線圖選擇2.4變電站綜合自動化系統(tǒng)主要功能變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能主要有以下四個方面：（1）、監(jiān)測功能監(jiān)測功能是指變電站綜合自動化系統(tǒng)通過對變電站的所有的數(shù)據(jù)進行收集，顯示，分析并打印，使技術人員清楚整個變電站在一定時間或者一個時間段內(nèi)的運行情況，并以此采取相應的措施。（2）、控制功能 變電站綜合自動化系統(tǒng)提供可靠方便的人機對話功能，使技術人員通過計算機很方便的做出對開關，變壓器轉(zhuǎn)接頭，刀閘等操作。并且軟硬件上的自動化設計完全能滿足操作上的安全、可靠，準確，快速的技術要求。其中操作方式分為遙控操作和手動操作兩種方式。遙控操作方式：當調(diào)度端發(fā)出遙控開關或遙調(diào)變壓器分接頭的命令后，該系統(tǒng)能可靠的執(zhí)行。手動操作分為三種方式：鍵盤操作，把手操作，保護柜操作。正常時利用鍵盤操作，非正常時通過計算機操作屏自動操作或者是保護柜操作。變電站控制功能的主要是以下的3個方面： 跳閘統(tǒng)計。統(tǒng)計開關的跳閘次數(shù)?？煞譃槭謩犹l次數(shù)和有事故跳閘次數(shù)兩種。 無功電壓的自動化控制。依據(jù)電能網(wǎng)絡無功，電壓計算和判斷是調(diào)節(jié)變壓器分接頭位置，還是投切電容器。以讓電壓和無功滿足要求。在電容器，變壓器以及電網(wǎng)發(fā)生故障時不應該盲目操作。當變壓器需要檢修時，不應參與操作。接地選相。對于中性點不接地系統(tǒng)，當電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時利用零序電流，增量零序電壓以及壓降來判斷接地線路及相別，也可以利用功率方向法等其它方法來判別。為了更好的保證電網(wǎng)的可靠性，應該經(jīng)過重復采樣結果才能確定。確定后，主機報警，并顯示和打印。技術人員按照提示，用人工檢除的方法跳開開關自動重合，驗證主機的判斷。（3）、保護功能 微機保護不僅有較高的靈敏性和可靠性，而且其操作簡便。特點有以下幾個方面： 有事故實時記錄功能。能記錄事故前后的母線電壓和線路電流。 具有實時自我檢查功能。能夠?qū)χ鳈C的各元件進行網(wǎng)絡實時檢查。 用鍵盤和LED屏幕顯示采樣值（電壓，電流和開關狀態(tài)等）和整定值。 電容器保護：包括過流保護，電流速斷保護，相間低電壓保護，反時限過流保護，相間過電壓保護和零序過電壓保護等。母線保護：包括和電流比相式和完全電流差動母線保護線路保護：包括定時限過電流保護，電流速斷保護，反時限過流保護，高頻保護，方向性電流保護，零序電壓，電流及方向保護等。變壓器保護：包括本體保護，過流保護過負荷保護，帶二次諧波制動的比例差動保護，差電流速斷保護。零序保護，高壓側(cè)備用電源自投和低壓側(cè)備電源自投。（4）、遠傳及數(shù)據(jù)通信功能 當變電站正常運行或者發(fā)生事故及報警等事件時，遠傳功能會實時的向上級調(diào)度傳送該站信息，使工作人員很好的清楚該變電站的運行情況。xxx學院本科畢業(yè)設計（論文)變電站綜合自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)設計3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)設計3.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)一次系統(tǒng)變電站綜合自動化系統(tǒng)的一次系統(tǒng)，如圖4： 圖4 變電站綜合自動化系統(tǒng)的一次系統(tǒng)本變電所的電壓等級為110kv/35kv/10kV，主要的負載在35kV和10kV的線路上。負荷的計算就是把35kV和10kV電壓等級上的總的負載算出來。一方面，為了提高電網(wǎng)的有功功率，也就是降低無功功率，要對電網(wǎng)進行無功補償，這樣就使選擇的主變壓器的容量減小，降低了成本。另一方面，為使變電所的功率因數(shù)不低于0.9，要對系統(tǒng)進行無功補償，也就是把110kV 和35kv線路上負載的功率因數(shù)從0.8提高到0.9，而在具體的補償中，使用并聯(lián)電容器的補償方式。主變壓器的容量選擇：為了滿足供電的可靠性和運行的靈敏性，應選擇兩臺三繞組變壓器，并考慮變壓器正常運行和事故時的過負荷能力。所以每臺變壓器的額定容量按Sn=0.7PM （PM上一步無功補償后的視在功率，即供電容量）選擇， 同時每臺主變壓器的容量不應小于一、二級負荷之和，依據(jù)上述要求選擇所用變壓器以滿足變電工程中運行的需要。短路電流的計算：短路電流的計算主要是為了選擇電氣設備、校驗電氣設備的熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性，進行繼電保護的設計和調(diào)整。對于整個電網(wǎng)來說，要考慮在不同地點同時發(fā)生短路時的情況，將設計的主接線按其阻抗的形式轉(zhuǎn)化為電力系統(tǒng)界限的示意圖，再根據(jù)所選主變的參數(shù)、線路的阻抗進行短路電流的計算。一次設備的選擇與校驗：按正常運行的條件進行選擇，對110kV、35kV和10kV的母線按經(jīng)濟的電流密度算出其截面，按照截面面積和環(huán)境的要求選擇適合的母線；對斷路器的選擇依據(jù)其額定電壓、額定電流和開斷電流來選擇，隔離開關按其通過的額定電流必須大于此回路的電流來選擇，電壓互感器和電流互感器均依據(jù)一次側(cè)和二次側(cè)的電壓和電流進行選擇；對所選的母線和電氣設備要進行熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性的校驗，看所選的母線和設備是否滿足設計的要求，校驗時遵循短路時的情況來校驗。3.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)二次系統(tǒng)電氣二次設備室內(nèi)布置主變變壓器保護柜、直流柜、交流柜、匯控柜、通信電源柜、通信機柜等。二次回路測量、監(jiān)控、保護均采用AC110V/5A和DC220V/5A。110kv側(cè)不設置電壓互感器，110kv橋段路器備自投電壓取自10kv母線。10kv系統(tǒng)應無電源線。各原件就地測量表計均利用保護或測控裝置所帶的顯示功能。其中點了個計量僅為內(nèi)部考核使用。如用計費專用電能計量應另行設計安裝.110kv屋內(nèi)間隔式隔離開關和配電裝置斷路器之間防誤操作采用電磁閉鎖;10kv部分利用開關柜本身的而機械五防閉鎖裝置，故不需要再另加閉鎖措施。根據(jù)測量儀表的配置原則變電所的測量儀表配置如下：線路：10 kV 線路引出線：裝設電流表、有功電度表和無功電度表各 1 只。35 kV 線路引出線：裝設電流表、有功電度表、有功功率表和無功電度表各1 只。變壓器：低壓側(cè)：裝設電流表、有功功率表、無功功率表、有功電度表、無功電度表各 1 只。中壓側(cè)：裝設儀表與低壓側(cè)相同。高壓側(cè)：裝設電流表 1 只。110 kV 線路引出線：裝設電壓表 1 只，監(jiān)視 110 kV 線路電壓。母線：10 kV 母線：各分段裝設 1 只電壓表。35 kV 母線：各分段裝設 1 只電壓表。110 kV 母線：裝設 1 只切換測量三個線電壓的電壓表。其他回路:10kV母線和35 kV母線分段斷路器各裝設電流表 1 只xx學院本科畢業(yè)設計（論文)系統(tǒng)硬件和軟件配置4 系統(tǒng)硬件和軟件配置 4.1 系統(tǒng)硬件主要設備的配置 4.1.1 變電站主變壓器的選擇（1 ）、繞組數(shù)的選擇變電站具有三種電壓等級，若在低壓側(cè)雖沒有負荷或者通過主變各繞組的功率達到該變壓器容量的15%以上，但是在變電站內(nèi)應該裝無功補償設備時，主變壓器需要選用雙繞組變壓器。（2 ）、繞組連接方式的選擇變壓器繞組的聯(lián)結方式應該和系統(tǒng)電壓的相位相同，否則就不能并列運行。電力系統(tǒng)中變壓器繞組采用的聯(lián)結方式有型和*形兩種。高壓繞組為型聯(lián)結時. 型形聯(lián)結的繞組可以消除三次諧波的影響。而采用全*形的變壓器用于中性點不直接接地系統(tǒng)時，三次諧波沒有通路，將引起正弦波電壓畸變，使電壓的峰值增大，危害變壓器的絕緣，并對繼電保護整定的準確性和靈敏度有影響。高壓繞組為*形聯(lián)結時，用符號Y表示，如果將中性點引出則用表示，對于低/中壓繞組則用及表示.因此本文采用*/型的繞組連接方式。（3 ）、相數(shù)的選擇變壓器有三相變壓器組和單相變壓器組。單相變壓器組由三個單相的變壓器組成，造價高、占地多、運行費用高。在110kv及以下的變電站中，一般選擇三相變壓器。只有受變壓器的制造和運輸條件的限制時，才考慮采用單相變壓器組。因此本文選擇變壓器組SC10-2000/110變壓器（三相成型固體澆注式，10-容量系列，2000-額定容量，110-高壓繞組電壓等級kv。4.1.2各級電壓母線的選擇選擇配電裝置中各級電壓母線，主要應考慮如下內(nèi)容： （1）、選擇母線的材料，結構和排列方式； （2）、選擇母線截面的大?。?（3）、檢驗母線短路時的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定； （4）、對35kV以上母線，應檢驗它在當?shù)鼐μ鞖庀髼l件下是否發(fā)生電暈； （5）、對于重要母線和大電流母線，由于電力網(wǎng)母線振動，為避免共振，應校驗母線自振頻率。110kV母線一般采用軟導體型式。根據(jù)設計要求，本變電站110kV的最終回路較多，因此110kV母線應選硬導體為宜。故本文選擇LMY-125型矩形鋁導線。4.1.3隔離開關選擇隔離開關的選擇，由于隔離開關沒有滅弧裝置，不能用來開斷和接通負荷電流及短路電流，故沒有開斷電流和關合電流的校驗，隔離開關的額定電壓、額定電流選擇和熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定校驗項目與斷路器相同。因此選用戶外單相式GW13-110T隔離開關（110額定電壓，T統(tǒng)一設計）。4.1.4 電流互感器的選擇（1）、額定電壓的選擇：電流互感器的額定電壓不得低于其安裝回路的電網(wǎng)額定電壓，即 （2）、額定電流的選擇：電流互感器的額定電流不得低于其所在回路的最大持續(xù)工作電流，即 為了保證電流互感器的準確級，應盡可能接近，因此選擇LRGBJ-110（裝入式，改進式，保護用，設計序號）北京瑞恒公司電流互感器4.1.5電壓互感器的選擇電壓互感器是二次回路中測量和保護用的電壓源，通過它反映系統(tǒng)的運行狀況，它的作用是將一次高壓變?yōu)槎蝹?cè)的低電壓便于測量。依據(jù)電力工程設計手冊對電壓互感器配置的規(guī)定：（1）、電壓互感器的配置與數(shù)量和配置、主接線方式有關，并應滿足測量、保護周期和自動裝置的要求。電壓互感器應能在運行方式改變時，保護裝置不得失壓，周期點的兩側(cè)都能提取到電壓。（2）、6220kV電壓等級的一組主母線的三相上應裝設電壓互感器，旁路上是否需要裝設壓互，應視各回出線外側(cè)裝設壓互的情況和需要確定。（3）、當需要監(jiān)視和檢測線路側(cè)有無電壓時，出線側(cè)的一相上應裝設壓互。又根據(jù)導體和電器選擇技術規(guī)定：電壓互感器應按下列技術條件選擇和校驗：一次回路電壓、二次電壓、二次負荷。電壓互感器的型式應按下列使用條件選擇: 繼電保護及測量的要求。 320kV屋內(nèi)配電裝置宜采用油浸絕緣結構，也可采用樹脂澆注絕緣結構的電磁式電壓互感器。 110kV及以上配電裝置，當容量和準確度等級滿足要求時，宜采用電容式電壓互感器。 因此選用110kv三相戶外油浸式帶補償三繞組電容式電壓互感器JSJB1-110（無錫電容廠）。4.1.6 高壓斷路器選擇高壓斷路器在高壓回路中起著保護和控制的作用，是高壓電路中較為重要的電器設備。在挑選高壓斷路器斷時，考慮到系列產(chǎn)品的問題，既需要盡可能用同一型號系列的高壓斷路器，這樣可以減少備用件的種類，方便設備的運行和檢修。選擇高壓斷路器時需要滿足下面4個基本要求： （1）、在合閘操作時應為良導體，這樣不僅可以長期通過負荷電流，就算通過短路電流，也能具備足夠的動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。 （2）、在跳閘過程中需要具備很好的絕緣性。 （3）、需要有盡可能短的分段時間以及足夠的斷路能力。 （4）、應具有足夠長的電氣壽命和折舊壽命，并要求體積小、重量輕、結構簡單、安裝維護方便。因此最后選擇LW14-110（SF6斷路器，戶外，額定電壓） 4.2 系統(tǒng)軟件配置采用RCS-9000變電站綜合自動化系統(tǒng)，RCS-9000是新一代的，集測量、監(jiān)視、控制、保護和另外自動化運行功能于一體的35kv-500kv 變電站綜合自動化系統(tǒng)。RCS-9000變電站綜合自動化系統(tǒng)主要功能有：信息傳送與處理、備自投、低頻減載、自動同期、大型高壓線路和低壓饋線保護及測控和電壓無功控制等自動控制功能；保護及故障信息管理和處理、異常和事故報警及處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理；RCS-9000是完全分散式結構形式系統(tǒng)，它分為3層結構體系。其保護監(jiān)控單元由一電源、輸入插件、cpu插件、交流插件、繼電器出入口回路、液晶顯示面板等模塊構成。這些裝置可以安裝在變電站的間隔里，能夠長期穩(wěn)定的運行在潮濕、強電磁干擾和高溫的惡劣環(huán)境中。通信層采用標準通信規(guī)約。可以方便的實現(xiàn)不同廠家的設備互連。為了保證通信的可靠性因此采用雙網(wǎng)通信的方式。變電站層主要是位于變電站控制室里的總控單元。可以同時用不同的規(guī)約向兩個或者兩個以上的集控站和調(diào)度所發(fā)送報文。系統(tǒng)功能強大，可以很好的滿足變電站自動化的要求。內(nèi)部單元監(jiān)控裝置將測控、保護和一些其他功能按對象進行設計，可以通過光纜、通信電纜或者總控單元聯(lián)系并且就地安裝在開關柜里，因此不需要接往控制室的測量、控制、大量信號其他電纜，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，也節(jié)約了投資成本。xx學院本科畢業(yè)設計（論文)系統(tǒng)功能的實現(xiàn)5 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)5.1 系統(tǒng)保護裝置設計5.1.1 繼電保護的配置（1）、繼電保護的基本知識在變電所的設計和運行中，當電力系統(tǒng)發(fā)生故障和不正常運行的可能性，如設備的相間短路、對地短路及過負荷等故障。為了保證用戶的可靠供電，防止電氣設備的損壞及事故擴大，應盡快地將故障切除。這個任務靠運行人員進行手動操作控制是無法實現(xiàn)的，必須由繼電保護裝置自動地、迅速地、有選擇性地將故障設備切除，而當不正常運行情況時，要自動地發(fā)出信號以便及時處理，這就是繼電保護的任務。（2）、110kv線路的繼電保護配置及整定計算 110kV線路繼電保護配置：根據(jù)故障點距離保護裝置處的距離來確定其動作電流的，較少受運行方式的影響，在110220kV電網(wǎng)中得到廣泛的應用。因此本設計中，采用三段式階梯時限特性的距離保護。距離保護的第一段保護范圍為本線路長度的80-85，T約為0.1S，第二段的保護范圍為本線路全長并延伸至下一線路的一部分，T約為0.50.6S，距離第一段和第二段構成線路的主保護。距離保護的第三段作為相鄰線路保護和斷路器拒動的遠后備保護，和本線路第一段和第二斷保護的近后備例如對線路L1進行整定計算：對距離保護的II段進行整定計算：原網(wǎng)絡圖可等效為：斷的整定計算與相鄰下級的段相配合靈敏性校驗：5.1.2 變壓器的繼電保護變壓器的故障可分為油箱內(nèi)部故障和油箱外部故障，油箱內(nèi)部故障包括相間短路，繞組的匝數(shù)短路和單相接地短路，外部故障包括引線及套管處會產(chǎn)生各相間短路和接地故障。變壓器的不正常工作狀態(tài)主要是由外部短路或過負荷引起的過電流油面降低和過勵磁等。對于上述故障和不正當工作狀態(tài)，變壓器應裝設以下保護：（1）、瓦斯保護為了反應變壓器油箱內(nèi)部各種短路故障和油面降低的保護。它反應于油箱內(nèi)部所產(chǎn)生的氣體或油流而動作。其中輕瓦斯動作于信號，重瓦斯動作于跳開變壓器各側(cè)電源斷路器。（2）、縱差動保護為了反應變壓器繞組和引出線的相間短路以及中性點直接接地電網(wǎng)側(cè)繞組和引線的接地短路及繞組匝間短路，應裝設縱差保護或電流速動保護?？v差動保護適用于并列運行的變壓器，容量為6300KVA以上時；單獨運行的變壓器，容量為10000KVA以上時；發(fā)電廠常用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)中的重要變壓器，容量為6300KVA以上時。（3）、復合電壓啟動的過電流保護為了反映外部短路引起的變壓器過電流和作為變壓器主保護的后備保護，根據(jù)變壓器容量的不同和系統(tǒng)短路電流的不同，須裝設不同的過電流保護。三繞組變壓器在外部故障時，應盡量減小停電范圍，因此在外部發(fā)生短路時，要求僅斷開故障側(cè)的斷路器，而使另外兩側(cè)繼續(xù)運行。而當內(nèi)部發(fā)生故障時，保護應起到后備作用。復合電壓啟動的過電流保護，既能反應不對稱短路的故障，也能反應對稱短路的故障；并且其靈敏度也較高。（4）、變壓器的繼電保護整定計算 瓦斯保護輕瓦斯保護的動作值采用氣體體積表示。通常氣體體積的整定范圍為250-350.對于容量在10MVA以上的變壓器，整定值多采用250，氣體體積的調(diào)整可通過改變重錘的位置來實現(xiàn)。 重瓦斯保護的動作值采用油流流速表示。一般整定范圍在0.6-1.5m/s，在整定流速時均以導油管中油速為準，而不依據(jù)繼電器處的流速。根據(jù)運行經(jīng)驗，管中油流速度整定為0.6-1.5m/s時，保護反映變壓器內(nèi)部故障是相當靈敏的。但是，在變壓器外部故障時，由于穿越性故障電流的影響，在導油管中油流速度為0.4-0.5m/s。因此，為了防止穿越性故障時瓦斯保護誤動作，可將油流速度整定為1m/s左右。 瓦斯保護的主要優(yōu)點是能反映變壓器油箱內(nèi)各種故障，靈敏度高，結構簡單，動作迅速。但它的缺點是不能反映變壓器油箱外故障如變壓器引出端上的故障或變壓器與斷路器之間連接導線的故障。因此，瓦斯保護不能作為變壓器唯一的主保護，須與差動保護配合共同作為變壓器的主保護。 縱聯(lián)差動保護變壓器的縱聯(lián)差動保護用來反映變壓器繞組、引出線上的各種短路故障，是變壓器的主保護之一。變壓器的縱差動保護的工作原理與線路縱差保護的工作原理相同，都是比較被保護設備各側(cè)電流的相位和數(shù)值的大小，即比較相量。 要實現(xiàn)變壓器的縱差動保護，必須適當選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使其比值等于變壓器的變比。 引起變壓器縱聯(lián)差動保護準確工作的因素主要流過差動回路中的不平衡電流。這些不平衡電路主要有：由變壓器兩側(cè)接線不同產(chǎn)生的不平衡電流；由變壓器調(diào)節(jié)分接頭產(chǎn)生的不平衡電流；變壓器兩側(cè)電流互感器型號不同產(chǎn)生的不平衡電流；變壓器的勵磁涌流。 縱差動保護的整定計算：躲過外部短路時的最大不平衡電流，即 式中，可靠系數(shù)，取1.3 變壓器外部短路時差動回路中最大的不平衡電流，其值為：式中，由于采用的電流互感器變比或平衡線圈的匝數(shù)與計算值不同，所引起的相對誤差；單相變壓器 ，Yd11接線的三相變壓器 有變壓器帶負荷調(diào)壓所引起的相對誤差，去電壓調(diào)整范圍的一半； 電流互感器允許的最大相對誤差： 考慮短路電流非周期分量影響系數(shù) 電流互感器同型系數(shù)，取值為1 保護范圍外最大電流 躲過變壓器最大的勵磁涌流，即： 式中，可靠系數(shù)，取1.3 變壓器的額定電流 勵磁涌流的最大倍數(shù)（即勵磁涌流與變壓器的額定電流的比值），因為變壓器的勵磁涌流比較大大，通常情況下需要采用其它措施來減少縱差保護的影響：有一種是通過具有變流器與速飽的差動繼電器，能減小勵磁涌流產(chǎn)生的不平衡電流，此時取=1；另一種通過鑒別短路電流和勵磁涌流波形的差別，在時差動保護被勵磁涌流閉鎖時，此時在整定時可以不考慮勵磁涌流的影響，此時取=0，不考慮避開電流互感器二次回路斷線時的最大負荷電流，即： 式中， 可靠系數(shù)，取1.3； 變壓正常運行時的最大負荷電流。在最大負荷電流不確定時，可取變壓器額定電流。 變壓器某側(cè)電流互感器二次回路斷線時，另一側(cè)電流互感器的二次電流全部流入差動繼電器中，要引起保護的誤動作。有的差動保護采用斷線的措施，在電流互感器二次回路斷線時將其差動保護閉鎖，此時可以不考慮這個條件。取上述整定值大的作為保護動作電流的整定值。所有電流指的都是二次側(cè)的值。靈敏系數(shù)校驗：縱差動保護靈敏系數(shù)按下式校驗，即式中，為各種運行方式下變壓器保護范圍內(nèi)部故障時，流經(jīng)差動繼電器的最小差動電流；靈敏系數(shù)一般不應低于2不滿足靈敏度要求時，需要采用具有制動特性的差動繼電器。 5.2 母線保護（1）、母線保護的要求需要有效快速地切除故障母線。應能方便、可靠的配合母線運行方式的變化，起接線應盡可能簡單。對于中性點非直接接地系統(tǒng)僅需要反映相間短路，可采用兩相式接線。對于中性點直接接地系統(tǒng)，需要反映單相接地短路和相間短路，需采用三相式接線；母線保護很多運用差動保護原理，動作后斷開連接在此母線上的全部斷路器。 母線是電力系統(tǒng)匯集和分配電能的重要元件，母線如果發(fā)生故障，所有連接在母線上的元件將會停電。如果在樞紐變電站的母線上出現(xiàn)故障，甚至會損壞整個變電站系統(tǒng)，使故障更大程度的擴大，后果想到嚴重。 對主要變電站的310 kV 分段母線及并列運行的雙母線，通常可以由變壓器的后備保護和發(fā)電機實現(xiàn)對母線的保護。以下情況下，應該安裝專門的母線保護：一是當線路斷路器不允許切除線路電抗器前的短路時，二是必須要快速而有選擇的切除一組或是一段母線上的故障，這樣保證電力網(wǎng)和發(fā)電廠的安全運行和重要負荷的可靠供電時。（2）、母線完全電流差動保護及整定計算母線完全電流差動保護常用作單母線或是只有一組母線經(jīng)常運行的雙母線的保護。母線上連接的元件都裝設有相同變比、相同特性的電流互感器，所有電流互感器的二次繞組的同極性端連接在一起，差動繼電器KD的繞組和電流互感器的二次繞組并聯(lián)。母線差動保護范圍是各電流互感器之間的一次電力設備。正常運行或外部故障時，流入母線的電流等于流出母線的電流，即。流入差動繼電器的電流只是由于電流互感器特性不同而引起的不平衡電流，差動繼電器不會動作。發(fā)生內(nèi)部故障時，所有帶電源的連接元件都會向短路點供給短路電流，這時流入繼電器的電流為，即故障點的全部短路電流，差動繼電器KD動作，時連接在母線上斷路器全部跳閘。差動繼電器的動作電流按一下兩個條件考慮，并選擇其中較大的一個進行整定： 按躲過外部故障時的最大不平衡電流整定母線所有連接元件的電流互感器應滿足10%誤差曲線的要求，差動繼電器的動作電流按下式計算 其中，可靠系數(shù)，一般取1.3 保護范圍外部故障時，流過母線完全差動電流保護用電流互感器的最大短路電流； 母線保護用電流互感器變比。 按躲過電流互感器二次回路斷線整定連接元件較多，接線復雜，出現(xiàn)電流互感器二次回路斷線的幾率較大，差動繼電器的動作電流大于任一元件中最大的負荷電流，即 靈敏系數(shù)校驗保護元件的靈敏系數(shù)要求在最小運行方式下，母線保護范圍內(nèi)部短路時，最小靈敏系數(shù)應大于2。保護裝置的靈敏系數(shù)用下式校驗滿足要求式中，母線上連接元件最少時，母線故障的最小短路電流。5.3 自動重合閘的設置電力系統(tǒng)的運行經(jīng)驗表明，架空線路故障大多是瞬時故障。在線路上發(fā)生瞬時故障時，線路被保護斷開后，由自動重合閘裝置再進行一次合閘，恢復供電，從而大大提高供電的可靠性。重合閘在電力系統(tǒng)中有重要的作用：（1）、大大提高供電的可靠性，減少停電次數(shù)，特別時對單側(cè)電源的單回線路尤為顯著。（2）、提高電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性。（3）、彌補輸電線路耐雷水平將定的影響。在電力系統(tǒng)中，10KV線路一般不裝設避雷線，35KV線路一般只在進線端1-2km范圍內(nèi)裝設避雷線，線路耐雷水平較低，裝自動重合閘后，可提高供電可靠性。（4）、對斷路器本身由于機構不良或繼電保護誤動作而引起的誤跳閘，能其糾正的作用。5.4 短路電流的計算5.4.1 短路的危害(1)、電網(wǎng)運行中部分地域的電壓大為降低，影響電能用戶工作或影響工廠產(chǎn)品質(zhì)量。(2）、故障點所燃起的電弧和短路電流會損壞故障元件。(3)、影響電力系統(tǒng)并列運行的穩(wěn)定性，會造成系統(tǒng)震蕩甚至整個系統(tǒng)崩潰。（4）、短路電流會影響正常運行的元件，由于電動力的作用和發(fā)熱，造成這些元件的減小其使用的壽命或者損壞。5.4.2短路電流計算方法在三相系統(tǒng)中，可能發(fā)生三相短路、兩相短路、單相短路和兩相接地短路。電力系統(tǒng)中，發(fā)生單相短路的可能性最大，而發(fā)生三相短路的可能性最小，但一般三相短路的短路電流最大，造成的危害也最嚴重。為了使電力系統(tǒng)中的電氣設備在最嚴重的短路狀態(tài)下也能可靠工作，因此作為選擇檢驗電氣設備的短路計算中，以三相短路計算為主。三相短路用文字符號k表示。在計算電路圖上，將短路所考慮的額定參數(shù)通通標示出來，并對各元件依次統(tǒng)一編號，然后找出短路計算點，選擇短路計算點時要保證需要進行短路校檢的電路元件盡可能的有短路電流的經(jīng)過。并且在等效的電路圖上，應該將需要運算的短路電流所經(jīng)過的一些主要電氣元件標示出來，由于將電力系統(tǒng)當做有限大容量電源，短路電路也比較簡單，因此一般只需采用阻抗串并聯(lián)的方法即可將電路化簡，求出求等效總阻抗，在換算成計算電抗，根據(jù)計算曲線查出短路電流標幺值，在換算成有名值。5.4.3 短路電流計算首先需要確定短路點：為了方便校檢以及選擇電氣設備選取的短路點為10kv ，35kv，110kv及母線。例如下面短路計算電路圖5： 圖5短路計算電路短路電流計算方法包括有有名制法、圖表法和標幺制法。本設計采用標幺制法進行短路計算斷流容量： SC=100MVA短路點短路計算電壓： Uc1=63KV Uc2=10.5KV短路電流 It2t=2024=1600（KA）2S Ic2=Sd/31/2Uc2=5.5kA計算電抗： 電源電抗，主變壓器電抗。架空線路電抗K1點短路電流計算： 系統(tǒng)最大運行方式時:三相短路沖擊電流：ish=2.55 Ik1(3)=2.551.528=3.9kA第一個周期短路全電流：Ish=1.51Ik1(3)=1.511.528=2.32kA三相短路容量：Sk1(3)=Sd/Xk1*=100/0.602=166.11MVA三相短路周期分量有效值：Ik1(2)=0.866Ik(3)=0.8661.528=1.32kA系統(tǒng)最小行方式時:ish=2.55 Ik1(3)=2.553.23=8.24kAIsh=1.51Ik1(3)=1.513.23=4.91kASk1(3)=Sd/Xk1*=100/0.285=350.88MVAIk1(2)=0.866Ik(3)=0.8663.23=2.8kAK2點短路電流計算：系統(tǒng)最大運行方式時:ish=2.55 Ik2(3)=2.555.23=13.34kAIsh=1.51Ik2(3)=1.515.23=7.95kAIk2(2)=0.866Ik(3)=0.8665.23=4.53kAIk2(3)= Id/Xk2*=)=5.5/1.052=5.23kA系統(tǒng)最小運行方式時:ish=2.55 Ik2(3)=2.557.48=19.07kAIsh=1.51Ik2(3)=1.517.48=11.37kAIk2(2)=0.866Ik(3)=0.8667.48=6.48kAIk2(3)= Id/Xk2*=100/0.735=136.05MVA5.5 防雷保護與接地方案設計5.5.1防雷保護（一）直擊雷保護直擊雷過電壓：雷電直接擊中電氣線路、設備或建筑物而引起的過電壓，又稱直擊雷。在雷電的主放電過程中，其傳播速度極快（約為光速的50%-10%），雷電壓幅值達10-100MV，雷電流幅值達數(shù)百千安，伴以強烈的光、熱、機械效應和危險的電磁效應以及強烈的閃絡放電，具有強烈的破壞性和對人員的殺傷性。110KV配電裝置、主變壓器為戶外布置、采用在構架上設置2支避雷針，及其余設備均為戶內(nèi)布置，采用配電樓屋頂設避雷帶，和避雷針聯(lián)合作為防直擊雷保護，確保戶外主變壓器、110KV配電裝置在其聯(lián)合保護范圍內(nèi)。避雷帶采用16的熱鍍鋅圓鋼，避雷針與建筑物鋼筋隔離，并采用3根引下線與主接地網(wǎng)相連接，連接點與其他設備接地點的電氣距離應滿足規(guī)范要求。（二） 侵入波保護雷電波入侵(高電位侵入):架空線路遭受雷擊或感應累的影響,在線路上形成沿線路傳播的高電壓行波.此種電壓波入侵到建筑物內(nèi)或進入電氣設備造成過電壓。據(jù)統(tǒng)計城市中雷擊事故的50%-70%是由于這種雷電波侵入造成的。因此，在工廠中應予以重視，對其危害給予足夠的防護。為防止線路侵入雷電波的過電壓，在110KV進線，35KV母線及10KV每段母線上分別安裝氧化鋅避雷器。為保護主變壓器中性點絕緣，在主變110KV側(cè)中性點裝設氧化鋅避雷器。5.5.2接地裝置設計本變電站主接地網(wǎng)以水平接地體加垂直地極構成，水平接地體采用16熱鍍鋅圓鋼，垂直接地極用50502500和50503000兩種長度的熱鍍鋅角鋼，布置盡量利用配電室以外的空地。變電站主接地網(wǎng)的接地電阻應滿足R0.5的要求。根據(jù)相關資料有，土壤電阻率為100歐，根據(jù)公式：取，則有，滿足如實測接地電阻值不能滿足要求，則需擴大接地網(wǎng)面積或采取其他降阻措施。所有設備的底座或基礎槽鋼均采用16的熱鍍鋅圓鋼焊接并接入主接電網(wǎng)，與主接地網(wǎng)可靠焊接。帶有二次繞組的設備底座應采用兩根接地引下線，與電網(wǎng)兩個不同點可靠焊接。施工中應保證避雷針（網(wǎng)）引下線與主接地網(wǎng)的地下連接點至變壓器和10KV及以下設備的接地線與接地網(wǎng)的地下連接點沿接地體的長度不小于15m。變電站四周與人行道相鄰處，設備與主網(wǎng)相連接的均壓帶。主控室內(nèi)采取防靜電接地及保護接地措施。5.6 配電裝置5.6.1 配電裝置類型按配電裝置的設備裝設地點，可分為屋內(nèi)配電裝置與屋外配電裝置兩大類。屋內(nèi)配電裝置的特點是：所有電氣設備放置在屋內(nèi)，安全凈距小，可采用分層布置，占地面積??；外界污穢氣體及灰塵對電氣設備的影響較小；操作、維護與檢修都在室內(nèi)進行，工作條件好，不受氣候影響；土建工程量大，投資較大。屋外配電裝置的特點是：所有電氣設備放置在屋外，土建工程量小，相應的投資較小，建設工期短；擴建方便；相間及設備之間距離大，便于帶電作業(yè)；受外界環(huán)境影響，設備的運行條件及人員進行操作維護的工作條件較差，而且占地面積大。按照配電裝置的安裝方法，又可以分為裝配式配電裝置和成套式配電裝置。5.6.2對配電裝置的基本要求和設計步驟（1）、基本要求 在配電裝置設計中，必須認真貫徹國家的技術經(jīng)濟政策，遵循國家頒發(fā)的有關規(guī)程、規(guī)范、及技術規(guī)定，做到安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理和維修方便。 根據(jù)其在電力系統(tǒng)中的地位、環(huán)境條件和運行、安裝檢修的要求，合理的制定布置方案和選用設備，保證足夠的安全距離。應采用行之有效的新技術、新設備、新布置和新材料 保證運行安全和操作巡視方便。 必須堅持節(jié)約用地的原則，應布置緊湊、少占地（尤其是良田） 節(jié)省材料、降低造價。 根據(jù)工程特點、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃，遠近期結合，以近期為主，適當考慮擴建的要求。（2）設計基本步驟 選擇配電裝置的型式 根據(jù)電壓等級、電氣設備的型式、出線多