10kV智能綜合變電站保護與監(jiān)控系統(tǒng)(畢業(yè)設(shè)計論文

1、本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）題 目：110kV智能綜合變電站保護與監(jiān)控系統(tǒng)110kV智能綜合變電站保護與監(jiān)控系統(tǒng)摘 要變電站是電網(wǎng)中的重要節(jié)點，擔(dān)負著變換電壓等級、匯集電流、分配電能、控制電能的流向和調(diào)整電壓的功能。智能變電站是針對變電站的安全、可靠運行而建立起來的，基于微電子技術(shù)、信息技術(shù)和計算機技術(shù)的一種新型變電站。隨著電子式互感器，智能高壓電器、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等的發(fā)展，能夠為變電站提供更高層次的可靠、高效、穩(wěn)定、開放的智能變電站系統(tǒng)應(yīng)運而生。本次設(shè)計針對智能變電站進行了相關(guān)設(shè)備選型、綜合保護功能的設(shè)置以及對通信系統(tǒng)作了一些研究。選型方面主要根據(jù)額定值選擇并且校驗。保護功能主要有變壓

2、器內(nèi)部外部的各類短路、過流及不正常運行的整定計算；繼電保護部分主要是針對變壓器的保護，重點介紹變壓器的主保護和后備保護。通信部分主要介紹RS-485串行口標(biāo)準和遠動技術(shù)的應(yīng)用。變電站運行的各狀態(tài)量被變送器采集輸送到總線系統(tǒng)后，都要根據(jù)遠動通信規(guī)約轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的信息，才能被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)識別。關(guān)鍵詞：變電站；設(shè)備選型；繼電保護；遠動技術(shù)Protection and monitoring system for 110kV smart substation AbstractSubstation is a important node in the network, it shoulders the tr

3、ansformation of voltage, currents collection, distribution of electricity, control of power flow and adjust voltage. Smart substation aims to operate reliablly and establish a new mode of micro-electronics technology, information technology and computer technology. With the development of electronic

4、 transformer, the space of intelligent high-voltage electrical appliances and high speed network communication technology,could provide smart substation system require higher level of reliability, efficiency and stablity. The smart substation rely protection function relate to equipment selection, c

5、onfiguration and the communication system. Selection of main ratings and calibration, the main functions of internal and external protection of transformer short circuit, over-current and various kinds of abnormal operation.Relay protection is mainly for transformer protection introducing the main t

6、ransformer protection and reserve protection. Application of communication part mainly introduces the RS-485 serial standards and telecontrol technology, all these need remote communication protocol of intelligent substation, converted into the corresponding information, can be data acquisition syst

7、em identification.Key words：substation；equipment selection；relay protection；remote control technology目 錄摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 智能變電站的概念11.2 智能變電站建立的背景和意義11.3 智能變電站相關(guān)技術(shù)的發(fā)展11.4 智能變電站的主要作用與功能21.5 智能變電站的一些基本概念31.6 智能變電站的體系構(gòu)架3第二章 智能變電站主要設(shè)備選型42.1 變壓器的選擇42.2 高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇42.2.1 110kV斷路器選擇及校驗52.2.2 35kV斷

8、路器選擇及校驗62.2.3 10kV斷路器選擇及校驗82.3 互感器的選擇92.3.1 110kV電流互感器的選擇92.3.2 35kV電流互感器的選擇102.3.3 10kV電流互感器的選擇102.3.4 電壓互感器的選擇11第三章 變電站一次部分接線方式123.1 變電站一次部分設(shè)計基本要求123.2 110kV變電站主接線部分設(shè)計方案133.2.1 110kV側(cè)電氣主接線方案設(shè)計133.2.2 35kV側(cè)電氣主接線方案設(shè)計143.2.3 10kV側(cè)電氣主接線方案設(shè)計15第四章 110kV智能綜合變電站繼電保護部分164.1 繼電保護部分綜述164.1.1 繼電保護部分基本要求164.1.

9、2 繼電保護整定計算目的164.1.3 繼電保護整定計算的基本任務(wù)164.2 變壓器的整定174.2.1 變壓器保護配置174.2.2 TOP9720C系列微機變壓器保護184.3 短路電流計算184.3.1 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計算184.3.2 系統(tǒng)正序網(wǎng)、負序網(wǎng)、零序網(wǎng)204.4 變壓器保護204.4.1 變壓器主保護204.4.2 變壓器的后備保護23第五章 智能變電站通信部分275.1 智能變電站通信部分綜述275.1.1 電力系統(tǒng)遠動技術(shù)概述275.1.2 電力系統(tǒng)遠程監(jiān)控275.1.3 遠動系統(tǒng)功能285.1.4 遠動系統(tǒng)功能285.1.5 遠動系統(tǒng)配置基本模式295.2 調(diào)度端及RTU30

10、5.2.1 調(diào)度端功能305.2.2 調(diào)度端硬件結(jié)構(gòu)305.2.3 調(diào)度端軟件305.2.4 RTU主要功能315.3 有線RS-485通訊方式335.3.1 RS-485綜述335.3.2 RS-485設(shè)計及應(yīng)用335.4 變送器355.4.1 變送器綜述355.4.2 變送器綜述355.4.3 電流變送器4-20mA輸出的轉(zhuǎn)換365.5 采樣值傳輸協(xié)議365.5.1 傳輸協(xié)議的綜述365.5.2 IEC61850-9-2標(biāo)準375.5.3 ZWD433三相數(shù)字電量變送器375.6 通信規(guī)約385.6.1 通信規(guī)約的綜述385.6.2 問答式遠動規(guī)約395.6.3 Modbus基本規(guī)則395

11、.6.4 數(shù)據(jù)和地址39結(jié)束語42參考文獻43致謝44第一章 引 言1.1 智能變電站的概念 智能變電站是一種新型變電站，應(yīng)用了現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信和信息處理技術(shù)、現(xiàn)代遠動技術(shù)、現(xiàn)代微電子技術(shù)等先進技術(shù)，使變電站的二次設(shè)備實現(xiàn)功能重組優(yōu)化，以更好的實現(xiàn)對變電站一次設(shè)備的運行狀態(tài)進行測量、監(jiān)控、控制和調(diào)配。智能變電站的主要任務(wù)是，完成對站內(nèi)設(shè)備的信息共享，讓各設(shè)備之間完成信息的交換和數(shù)據(jù)分享，從而對變電站形成監(jiān)視和控制。智能變電站的出現(xiàn)，取代了傳統(tǒng)變電站的二次設(shè)備，同時也簡化了傳統(tǒng)變電站的二次接線。智能變電站的推廣和應(yīng)用是提高現(xiàn)代變電站安全穩(wěn)定運行水平、降低運行維護成本、提高經(jīng)濟效益、向用戶提供

12、高質(zhì)量電能的一項重要措施1。 把一些變電站常用功能智能化綜合在一起是智能變電站的一大特點，比如計算機技術(shù)，數(shù)據(jù)通訊，信息共享等。1.2 智能變電站建立的背景和意義變電站作為輸配電系統(tǒng)的重要組成部分， 市場化改革對其也提出了迫切的要求，傳統(tǒng)變電站的一些缺陷也制約著電力系統(tǒng)向集約化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)變電站裝置功能獨立，二次接線復(fù)雜，裝置的智能化優(yōu)勢未得到充分利用且缺乏統(tǒng)一的信息模型，這些缺陷加大了調(diào)試的復(fù)雜性，也增加了運行、維護的難度，給設(shè)計、調(diào)試和維護帶來了一定的困難，降低了系統(tǒng)的可靠性，這就要求變電站必須向智能化方向發(fā)展，以解決傳統(tǒng)變電站的局限性2。1.3 智能變電站相關(guān)技術(shù)的發(fā)展變電站的規(guī)模隨

13、著時代發(fā)展越來越擴大，同時它的結(jié)構(gòu)、運行方式、繼電保護系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)也日趨復(fù)雜。本著提高電力系統(tǒng)安全和經(jīng)濟運行的宗旨，同時為了保證供電質(zhì)量，必須時刻監(jiān)視變電站相關(guān)設(shè)備各部分的頻率和電壓，并通過各種控制調(diào)節(jié)裝置自動或手動調(diào)節(jié)有功功率和無功功率電源，或者改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和切換負荷。大型變電站運行的安全性已被認為是運行中的頭等重要問題，以為在電力系統(tǒng)中只要有一處出現(xiàn)故障，都將不同程度地影響整個電力系統(tǒng)的正常運行，尤其是在重要的發(fā)電廠、變電站或主要輸電線路上發(fā)生故障。為了能更有效的監(jiān)視控制變電站的運行以及應(yīng)對一些異常情況或事故，在早期人們就已對變電站的遠程監(jiān)視引起了重視，并逐步形成了變電站的調(diào)度控制中心。

14、在前些年，通信設(shè)備的落后導(dǎo)致其對高效運行有限制，調(diào)度人員要浪費很多時間才能掌握電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的信息。在有事故發(fā)生的情況下，除了需要依靠繼電保護裝置和一些負荷控制裝置外，幾乎都要靠電力系統(tǒng)調(diào)度人員和發(fā)電廠、變電所的運行人員根據(jù)有限的信息和運行經(jīng)驗做出分析判斷，實施對電力系統(tǒng)的調(diào)度和其他操作。所以這個時期，電力系統(tǒng)的監(jiān)視和控制的全面性、正確性和快速性都是很有限的3。近些年來，無論是通信技術(shù)還是遠動技術(shù)，都得到了空前的發(fā)展，這也讓電力系統(tǒng)對運行狀態(tài)等實時信息的掌握和直接進行調(diào)度控制成為可能。裝設(shè)在發(fā)電廠各變電所的遠動裝置把斷路器狀態(tài)、母線電壓、線路中的潮流等信息連續(xù)地、經(jīng)常地、周期性地送往調(diào)度控制

15、中心，以便電力系統(tǒng)調(diào)度人員根據(jù)這些信息掌握整個電力系統(tǒng)運行的狀況，從而及時調(diào)整電力系統(tǒng)的運行方式，處理所發(fā)生的事故。運行人員在以前需要人工記錄電力系統(tǒng)運行的狀態(tài)參數(shù)，再以此為依據(jù)進行分析判斷決策，而現(xiàn)在運行人員可以通過最新的調(diào)度自動化系統(tǒng)更高效的完成這些工作。由于電子計算機及其外圍設(shè)備價格的相對大幅度下降，使得用于電力系統(tǒng)調(diào)度的自動監(jiān)視和控制系統(tǒng)所花費的投資可在短時間內(nèi)收回，在電力系統(tǒng)中采用這些先進設(shè)備，可以減少重大事故的發(fā)生、提高電力系統(tǒng)安全運行水平，在這些方面的效益也是十分可觀的。近幾年來，在引進國外先進裝備、技術(shù)和自行設(shè)計與開發(fā)的基礎(chǔ)上，許多省級和地區(qū)級的變電站都實現(xiàn)了不同水平和不同功能

16、的調(diào)度控制自動化4。1.4 智能變電站的主要作用與功能智能變電站可以收集變電站及其主要線路上反映系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時信息，對其加以識別和處理之后用于分析、統(tǒng)計制表、超限報警和安全監(jiān)視等。變電站運行人員在制定短期運行計劃（通常幾小時到幾個月之間）時，需要考慮資源的可利用程度、負載測算、系統(tǒng)功率互換、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，使變電站在保證供電質(zhì)量及系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下把運行費用降到盡可能低的水平。制定和執(zhí)行短時運行計劃，使電力系統(tǒng)做到經(jīng)濟運行。進行發(fā)電控制以保持系統(tǒng)的頻率，維持電壓水平穩(wěn)定以保證供電質(zhì)量。變電站可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)安全性等級做分析和預(yù)防性控制，在緊急情況下進行安全控制，防止事故的進一步擴大，在故障消除

17、時執(zhí)行恢復(fù)控制，電力系統(tǒng)又可以回到正常運行狀態(tài)。1.5 智能變電站的一些基本概念SCADA系統(tǒng):指變電站內(nèi)微機監(jiān)控系統(tǒng)或調(diào)度所內(nèi)EMS系統(tǒng)或集控站系統(tǒng)。測控單元：指集中組屏的測控插箱。分散式單元：指安裝于開關(guān)柜上的分散式單元。插件：插在控制器或測控單元內(nèi)的1塊集成電路板稱1個插件。遠方：指變電站當(dāng)?shù)卦O(shè)備以外的其他地方，如調(diào)度所機房、監(jiān)控主控制室。就地：指變電站所在地的設(shè)備。SOE：帶時間標(biāo)志的事件順序記錄。COS：不帶時間標(biāo)志的變化遙信?？诹睿褐副O(jiān)控系統(tǒng)裝置或后臺微機進行參數(shù)修改、設(shè)置時需要輸入的密碼。智能變電站是變電站發(fā)展的一個新的方向，綜合了計算機技術(shù)、繼電保護技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)等

18、對變電站的運行進行實時監(jiān)控。智能變電站的應(yīng)用，可以使電力系統(tǒng)的故障率降低，提高供電配電質(zhì)量，降低系統(tǒng)運行產(chǎn)生的成本。1.6 智能變電站的體系構(gòu)架智能變電站可分為過程層、間隔層和站控層。過程層包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流/電壓互感器等一次設(shè)備及其所屬的智能組件以及獨立的智能電子裝置。間隔層設(shè)備包括繼電保護裝置、系統(tǒng)測控裝置、IED等二次設(shè)備，共享同一間隔層數(shù)據(jù)，實現(xiàn)與遠方輸入/輸出設(shè)備、傳感器和控制器通信。站控層包括自動化站級監(jiān)控系統(tǒng)、站域控制、對時系統(tǒng)和通信系統(tǒng)等，可以完成對整個智能變電站的監(jiān)控、報警和數(shù)據(jù)傳輸?shù)认嚓P(guān)功能。站控層的功能集中程度越高越好，如可在嵌入式設(shè)備或計算機實現(xiàn)，一臺和

19、多臺均可4。 第二章 智能變電站主要設(shè)備選型2.1 變壓器的選擇智能變電站中涉及的各種電氣設(shè)備種類繁多，具體到每一種設(shè)備的工作條件也不盡相同，所以在實際中對它們的選型也沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準，但基本宗旨是相同的，就是要保證電氣設(shè)備可靠工作，保證供電質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定運行且必須按正常工作條件選擇，在短路的情況下，需要對設(shè)備的熱穩(wěn)定和動穩(wěn)定進行校驗。為了滿足當(dāng)?shù)毓╇姷目煽啃?，對擁有大量一、二類負荷的變電站，建議采用兩臺以上變壓器，當(dāng)一臺變壓器由于故障或檢修而停止工作時，另一臺變壓器能對一、二級負荷繼續(xù)供電。對于以二級負荷為主的用戶，可以只采用一臺變壓器，但必須要在低壓側(cè)裝設(shè)可聯(lián)系到其他變電所的備用電源，增

20、加可靠性。在一些季節(jié)或晝夜負荷波動大的地區(qū)建議采用經(jīng)濟運行的方式，在一些特殊需要的情況下也可考慮配備兩臺變壓器，對大型專用變電站可考慮配備三臺主變壓器。即使主變壓器的數(shù)量一定時，也應(yīng)該有更長遠的考慮，為負荷的變化留出一定的余地。對于一些較為重要的用電地區(qū)，由于負荷較大且一級負荷較多，為滿足這種地區(qū)的用電要求，保證供電的可靠性和運行的靈活性，該變電站可裝設(shè)兩臺主變壓器。主變壓器容量一般考慮未來5到10年的負荷要求，并適當(dāng)考慮到遠期10到20年的負荷發(fā)展。結(jié)合變電站負載的重要性和電網(wǎng)構(gòu)架體系選取容量合適的主變壓器。當(dāng)該主變電站有重要負荷時，如果其中一臺主變壓器停運，另一臺或剩下的主變壓器應(yīng)當(dāng)能承擔(dān)

21、該負荷的需要，并在一定時間內(nèi)保證供電質(zhì)量；對于負載要求不很高的用戶，當(dāng)一臺主變壓器停運時，其余變壓器應(yīng)能承擔(dān)正常運行狀態(tài)約60%以上的負荷5。2.2 高壓斷路器和隔離開關(guān)的選擇高壓斷路器的主要功能：當(dāng)運行狀態(tài)是正常的時候，高壓斷路器可以切換運行方式，讓設(shè)備線路參與或退出運行，保障電力系統(tǒng)安全工作。高壓斷路器是功能最全面的開關(guān)，其最重要的功能是切斷負荷電流和短路電流。斷路器種類按照斷路器采用的滅弧介質(zhì)可分為油斷路器、壓縮空氣斷路器、SF6斷路器、真空斷路器等。斷路器種類和型式的選擇：首先應(yīng)達到技術(shù)方面的要求，其次就是要使安裝調(diào)試和維護簡單化。通常35kV以下的場合采用真空斷路器，35kV以上的場

22、合采用SF6斷路器。額定電壓的選擇： (2.1) 電網(wǎng)額定電壓額定電流的選擇： （2.2） 各種合理方式下最大持續(xù)工作電流開斷短路電流的選擇： （2.3）IPT表示實際開斷瞬間的短路電流周期分量，實際中要求在最嚴重的情況下仍能開斷短路電流，所以斷路器開斷時間應(yīng)整定為主保護動作時延加分閘動作時延。隔離開關(guān)是變電站中常見的開關(guān)電器，不能單獨使用，需要和斷路器配合完成各種分斷動作。隔離開關(guān)和斷路器的區(qū)別是，隔離開關(guān)沒有專門的滅弧裝置，不能直接用來開斷短路電流。雖然隔離開關(guān)在額定電壓、額定電流的選擇及短路動、熱穩(wěn)定這些項目的整定與斷路器相同，但由于隔離開關(guān)不能用來接通和切斷短路電流，故無需進行短路電流

23、的校驗。2.2.1 110kV斷路器選擇及校驗1. 額定電壓選擇： kV （2.4）2. 按額定電流選擇： （2.5） 所以經(jīng)查電力設(shè)備選型手冊可選斷路器的型號為SW2-110 (W) 600A 18.4kAS少油型 W屋外 110額定電壓(kV)1000額定電流（A） 18.4額定開斷電流(kA)3. 按額定開斷電流： （2.6）全電流有效值 r額定開斷電流 附：在變電所主母線短路點處，可不計及非周期分量的影響，所以 4. 熱穩(wěn)定校驗： T=0.05 滿足熱穩(wěn)定要求5. 動穩(wěn)定校驗： （2.7）電器設(shè)備允許通過的動穩(wěn)定電流短路電流沖擊值所以滿足動穩(wěn)定要求2.2.2 35kV斷路器選擇及校驗1

24、. 額定電壓選擇： 2. 按額定電流選擇： （2.8） 所以經(jīng)查電力設(shè)備選型手冊可選斷路器的型號為SN435 1250A 16kAS少油型 N屋內(nèi) 35額定電壓 1250額定電流（A） 16額定開斷電流(kA)3. 按額定開斷電流： （2.9）全電流有效值 r額定開斷電流 附：在變電所主母線短路點處，可不計及非周期分量的影響，所以 （2.10）4. 熱穩(wěn)定校驗： T=0.05 （2.11）滿足熱穩(wěn)定要求5. 動穩(wěn)定校驗： （2.12）電器設(shè)備允許通過的動穩(wěn)定電流短路電流沖擊值所以滿足動穩(wěn)定要求2.2.3 10kV斷路器選擇及校驗1. 額定電壓選擇： （2.13）2. 按額定電流選擇： （2.1

25、4） 所以經(jīng)查電力設(shè)備選型手冊可選斷路器的型號為ZN510 1000A 20kAZ真空斷路器 N屋內(nèi) 10額定電壓 1000額定電流(A) 20額定開斷電流(kA)3. 按額定開斷電流： （2.15）全電流有效值 r額定開斷電流 附：在變電所主母線短路點處，可不計及非周期分量的影響，所以 4. 熱穩(wěn)定校驗： T=0.05 （2.16） 滿足熱穩(wěn)定要求5. 動穩(wěn)定校驗： （2.17）電器設(shè)備允許通過的動穩(wěn)定電流短路電流沖擊值所以滿足動穩(wěn)定要求2.3 互感器的選擇互感器通常包括電壓互感器和電流互感器，他們可以當(dāng)作一種特殊的變壓器，從功能上可稱為儀用變壓器或測量變壓器?；ジ衅魇歉鶕?jù)變壓器的變壓、變流

26、原理將一次側(cè)的電量轉(zhuǎn)化為同類型的二次側(cè)電量的電器，是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護裝置等一次設(shè)備獲取電氣一次回路信息的傳感器，互感器將高電壓、大電流按比例變成低電壓（100、）和小電流（5、1A）。需要注意的是，電流互感器的二次側(cè)絕對不能夠開路，電壓互感器的二次側(cè)絕對不能夠短路?；ジ衅髟陔娏ο到y(tǒng)中有重要作用，例如變換功能，將一次側(cè)的大電壓或大電流變換符合測量儀表量程的小電壓（100V）和小電流（5、1A）?；ジ衅骶哂懈綦x和保護功能，互感器作為一次、二次回路之間的中間元件，將測量儀表、繼電器等小量程的二次設(shè)備與一次設(shè)備主線路有效的隔離，這樣有利于工作人員的安全，同時也延長了二次設(shè)備的使用壽命?；ジ?/p>

27、器還可以擴大儀表繼電器的應(yīng)用范圍，由于互感器的二次側(cè)的電流或電壓額定值統(tǒng)一規(guī)定為5A（1A）、100V，通過改變互感器的變比，可以反映主線路不同數(shù)值的電流電壓值，擴大了使用范圍。2.3.1 110kV電流互感器的選擇1. 額定電壓選擇： （2.18）2. 一次額定電流選擇： （2.19） 3. 二次額定電流選用5A所以經(jīng)查電力設(shè)備選型手冊可選型號為LB1-110-300/5A4. 熱穩(wěn)定校驗：5. 動穩(wěn)定校驗：通過校驗，該設(shè)備符合要求2.3.2 35kV電流互感器的選擇1. 額定電壓選擇： 2. 按額定電流選擇： （2.20） 3. 二次額定電流選用5A所以經(jīng)查電力設(shè)備選型手冊可選型號為LB6

28、-35-400/5A4. 熱穩(wěn)定校驗： 5. 動穩(wěn)定校驗：通過校驗，該設(shè)備符合要求2.3.3 10kV電流互感器的選擇1. 額定電壓選擇： 2. 按額定電流選擇： （2.21） 3. 二次額定電流選用5A所以經(jīng)查電力設(shè)備選型手冊可選型號為LB-10-1000/5A4. 熱穩(wěn)定校驗：5. 動穩(wěn)定校驗：通過校驗，該設(shè)備符合要求2.3.4 電壓互感器的選擇電壓互感器的一次側(cè)繞組，其所加的實際電壓應(yīng)該與其額定電壓大致相當(dāng)，電壓互感器和一次側(cè)的連接方式有很多種，即使處在相同電壓等級上，電壓互感器一次繞組的額定電壓也不確定；電壓互感器二次側(cè)的繞組，其額定電壓應(yīng)能使其承受等級較高電壓，根據(jù)測量的量不同，對其

29、二次側(cè)額定電壓數(shù)值也應(yīng)作出相應(yīng)的改變。在實際應(yīng)用中，需要結(jié)合安裝的場合以及技術(shù)條件、成本投入等因素綜合考慮對電壓互感器的型號進行選擇。110220kV配電裝置中，一般采用半級式電磁式電壓互感器，在電壓等級達到220kV以上的情況時，首先應(yīng)滿足容量的條件，這時一般選電容式電壓互感器。所以經(jīng)查電力設(shè)備選型手冊110kV側(cè)電壓互感器可選型號為JDC6-110；35kV側(cè)電壓互感器可選型號為JDX6-35；10kV側(cè)電壓互感器可選型號為JDX-10。第三章 變電站一次部分接線方式3.1 變電站一次部分設(shè)計基本要求電氣主接線是電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，也是變電站設(shè)計的主要部分。新型智能變電站與傳統(tǒng)變電站相比，

30、簡化了主接線的復(fù)雜程度，有利于電力系統(tǒng)安全運行和調(diào)度。在變電站初期設(shè)計時，需要考慮到短期和中長期的負荷變化情況，然后要考慮現(xiàn)有容量、技術(shù)條件、負載情況、短路容量和電氣設(shè)備的優(yōu)缺點等，提高可靠性、靈敏性和經(jīng)濟性。不同電壓等級的主接線設(shè)計，需要準備不同的方案進行比較，從技術(shù)和經(jīng)濟性的角度分析，得出最優(yōu)方案。在本次變電站主接線設(shè)計中，主要列舉110kV、35kV和10kV線路側(cè)的接線方案的比較。電力系統(tǒng)對主接線的基本要求，主要包括可靠性、靈活性和經(jīng)濟性三方面?？煽啃裕涸陔娏ο到y(tǒng)中，通常把不同的負荷按其對生產(chǎn)生活的影響程度不同，劃分為三個等級：一級負荷，二級負荷和三級負荷。一級負荷是任何情況都不得停電

31、的，如果對一級負荷停電，將會造成嚴重的人身事故、設(shè)備損壞和經(jīng)濟損失，后果將在很長一段時間內(nèi)無法消除，所以一次設(shè)備的要求最為嚴格。二級負荷如果停電，不會有重大人身損失，但是會產(chǎn)生較大的財產(chǎn)損失，產(chǎn)能減少，所以二級負荷只能短時間對其進行停電。三級負荷，對供電的要求比一級和二級負荷低的叫三級負荷，長時間停電也不會產(chǎn)生重大后果和損失。為保證主接線的可靠性，要求斷路器在停機維護時，不影響整個系統(tǒng)的正常供電。母線上有故障時或母線的隔離開關(guān)需要檢修時，應(yīng)盡可能縮短停運時間，保證對一級負荷和二級負荷的持續(xù)供電。最后盡量保證不出現(xiàn)全站停運的情況。靈活性：要求工作人員操作簡單易行，調(diào)度便捷，隨時可以投入切除變壓器

32、或線路，有效的調(diào)整電源和負荷，靈活應(yīng)對系統(tǒng)在正常狀態(tài)、檢修狀態(tài)、過電壓狀態(tài)和故障狀態(tài)的不同要求。當(dāng)母線、斷路器和繼電保護設(shè)備檢修時，應(yīng)不影響整個系統(tǒng)的運行并且保證用戶不受大的影響。接線方式需要結(jié)合實際，作出最優(yōu)的方案，因為接線簡單時，會有可能在某些情況下滿足不了實際需求，增加故障風(fēng)險，而接線過于復(fù)雜就會降低經(jīng)濟性，也會給操作帶來不便。還需要有一定的長遠考慮，方便未來幾年的改建和擴建，如增加設(shè)備數(shù)量、饋線數(shù)量等，初期建設(shè)應(yīng)該能使后期建設(shè)容易對接。經(jīng)濟性：變電站的建設(shè)不能只從純技術(shù)的角度出發(fā)，只考慮可靠性和靈活性，畢竟市場是要求經(jīng)濟效益的，所以必須把經(jīng)濟性也考慮進去。在技術(shù)條件達到要求的情況下，盡

33、量節(jié)約人力和財力的投入。合理的主接線設(shè)計，也能幫助節(jié)約成本，比如不必要的回路把它省去，這樣就可以節(jié)省該線路上斷路器和隔離開關(guān)的費用。110kV以下的變電站，可采用直降式變壓器，并在一些環(huán)節(jié)用熔斷器代替斷路器。使監(jiān)控和保護不過于復(fù)雜，節(jié)省二次設(shè)備的投資。變電站日常運行費用也是一筆不小的開支，這里包括廠用電、設(shè)備的折舊、設(shè)備的檢修維護費和人員工資等。合理選擇主變壓器的容量型號臺數(shù)，可以降低電能的損耗。變電站的建設(shè)，還需考慮用地的節(jié)約，合理的構(gòu)架布局有助于有限的占地面積合理使用，還可節(jié)約導(dǎo)線、絕緣子的購買安裝費用。3.2 110kV變電站主接線部分設(shè)計方案變電站的主接線方案應(yīng)多樣化，滿足不同需要，靈

34、活的實現(xiàn)各類功能。通過不同方案的對比，選出可靠性、靈活性和經(jīng)濟性綜合效益最好的方案。3.2.1 110kV側(cè)電氣主接線方案設(shè)計地方110kV變電站，有兩條110kV的進線，兩條110kV的出線，同時需要進行110/35kV、110/10kV的電壓變換。經(jīng)過分析，有以下兩種110kV電氣主接線的備選方案。如圖3.1、3.2所示： 圖3.1 單母線分兩段接線 圖3.2 雙母線接線經(jīng)過比較分析可知，110kV的進線出線共六回，對于110kV母線而言，進出線數(shù)量已經(jīng)屬于較多的。方案一接線簡潔明了，經(jīng)濟性好，基本滿足供電可靠性要求。方案二接線復(fù)雜，回路多，經(jīng)濟性差，占地面積大，維護較為困難。所以綜合考慮

35、，選圖3.1的單母線分段接線方式，作為該地方110kV變電站的主接線方式。3.2.2 35kV側(cè)電氣主接線方案設(shè)計電壓等級為3560kV，出線48回，接線方式靈活。為滿足供電系統(tǒng)對可靠性提出的要求，保證線路檢修維護時，不影響供電，建議采用單母線分段時增設(shè)旁路母線，而此電壓等級下的雙母線接線，不需要增設(shè)旁路母線。分析以上的內(nèi)容，可選出以下兩種方案，如圖3.3、3.4所示：圖3.3 單母線分段帶旁母接線 圖3.4 雙母線接線表3.1 35kV側(cè)兩種接線方案的比較 方案方案單母線分段帶旁母接線方案雙母線接線技術(shù) 簡單清晰、操作方便、易于發(fā)展 可靠性、靈活性差 旁路斷路器還可以代替出線斷路器，進行不停

36、電檢修出線斷路器，保證重要用戶供電 供電可靠 調(diào)度靈活 擴建方便 便于試驗 易誤操作經(jīng)濟 設(shè)備少、投資小 用母線分段斷路器兼作旁路斷路器節(jié)省投資 設(shè)備多、配電裝置復(fù)雜 投資和占地面大經(jīng)比較雖然兩套方案都考慮到了靈活性，有利于后期擴建，但方案一比方案二的經(jīng)濟性更好，方案二的可靠性高，但在此電壓等級下不是很有必要，故選方案一。3.2.3 10kV側(cè)電氣主接線方案設(shè)計10kV側(cè)電氣主接線主要有單母線分段和雙母線接線兩種，在610kV的配電裝置建議采用單母線分段的接線方式，雙母線接線的缺點明顯，因其引出線和電源數(shù)量大，負載也較大，適合對可靠性和靈活性要求嚴格的情況。上述兩種方案如圖3.5和3.6所示。

37、圖3.5 單母線分段接線 圖3.6 雙母線接線表3.2 10kV側(cè)兩種接線方案的比較 方案 方案單母線分段接線方案雙母線接線技術(shù) 不會造成全所停電 調(diào)度靈活 保證對重要用戶的供電 任一斷路器檢修，該回路必須停止工作 供電可靠 調(diào)度靈活 擴建方便 便于試驗 易誤操作經(jīng)濟 占地少 設(shè)備少 設(shè)備多、配電裝置復(fù)雜 投資和占地面大經(jīng)過綜合比較方案在經(jīng)濟性上比方案好，且調(diào)度靈活也可保證供電的可靠性，所以選用方案。第四章 110kV智能綜合變電站繼電保護部分4.1 繼電保護部分綜述隨著智能變電站功能的不斷完善，對其繼電保護也提出了新的要求，如提高自動化程度，保證供電系統(tǒng)安全可靠運行，保證供電質(zhì)量。在系統(tǒng)出現(xiàn)

38、故障時能動作靈敏快速切除故障。繼電保護的首要任務(wù)是區(qū)別電力系統(tǒng)正常、不正常和故障三種運行狀態(tài)，在正常狀態(tài)保證不出現(xiàn)誤動作，在不正常狀態(tài)和故障狀態(tài)需要保證不拒動。4.1.1 繼電保護部分基本要求電力系統(tǒng)繼電保護有四點基本要求，即選擇性、靈敏性、速動性和可靠性，這些特性可以保障電力系統(tǒng)的各個元件在故障狀態(tài)或不正常運行狀態(tài)時能有效的應(yīng)對。選擇性是指當(dāng)系統(tǒng)中某點發(fā)生故障時，保護裝置僅將發(fā)生故障的元件切除，而不動作于正常元件，防止不必要的擴大停電范圍，確保正常部分能夠正常工作。速動性指的是，繼電保護裝置在系統(tǒng)中有故障出現(xiàn)時，能快速作出動作，把故障元件及時的切除掉，減弱故障元件的損傷程度，防止影響系統(tǒng)的安

39、全運行。靈敏性指的是保護裝置都具有一定的整定值，當(dāng)系統(tǒng)的一些不正常運行狀態(tài)或故障狀態(tài)出現(xiàn)時，會有一些參數(shù)值超過整定值，這時保護裝置就能準確動作，這就是靈敏性?？煽啃灾咐^電保護裝置在獲知其保護范圍內(nèi)出現(xiàn)故障或不正常運行狀態(tài)時，保護裝置不出現(xiàn)拒動或誤動6。4.1.2 繼電保護整定計算目的智能變電站繼電保護裝置屬于二次設(shè)備，在電力系統(tǒng)中起著不可替代的作用，作為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的有效保障，保護裝置的整定計算，是其可靠性與靈敏性實現(xiàn)的前提條件，繼電保護整定計算無論在電力系統(tǒng)的生產(chǎn)運行部門還是施工設(shè)計部門，都是必須做好的一項工作，不同部門的整定計算目的與要求也不盡相同。電力系統(tǒng)的調(diào)度部門對繼電保護裝置

40、進行整定計算，目的是使已經(jīng)安裝好的各個裝置，按照電力系統(tǒng)正常運行的要求和參數(shù)進行，使系統(tǒng)內(nèi)不同裝置有效的配合，發(fā)揮最大效能。而電力工程設(shè)計部門對裝置的整定，目的是通過對整個系統(tǒng)的計算分析，對繼電保護設(shè)備的選型和配置做出正確決策。4.1.3 繼電保護整定計算的基本任務(wù)繼電保護整定計算的基本任務(wù)，就是準確的計算出各裝置的具體整定值，對于電力系統(tǒng)整體而言，則是作出一個完整的整定方案。整定方案需要根據(jù)不同對象靈活實施，如根據(jù)負載情況或設(shè)備情況編制，還可以化整為零，分割成具體部分的小方案來進行。繼電保護整定方案不是一成不變的，需要結(jié)合電力系統(tǒng)的運行情況和反饋回來的數(shù)據(jù)，不斷的進行補充和調(diào)整，這是由于繼電

41、保護裝置保護的范圍和能力有局限性，當(dāng)故障參數(shù)超出整定值的適應(yīng)范圍時，就要對保護裝置進行重新整定或補充整定，使其保護能力更加完善。電力系統(tǒng)是作為一個完整的體系工作的，所以對于電力系統(tǒng)繼電保護的效果，也是以其對于整個系統(tǒng)的保護效果來評價的，不能拘泥于孤立的一套保護裝置的保護效果，這是沒有實際意義的，有時會為了提高整體保護性能而降低某一套保護裝置的保護效果。一套完整的保護方案，包含很多保護裝置，相應(yīng)也有多種整定配合的方法，不同的組合會導(dǎo)致不同的保護效果。電力系統(tǒng)設(shè)計人員要做的工作就是，通過不斷的探索和實踐，調(diào)整不同元件的參數(shù)，使整個保護系統(tǒng)的保護效果更加優(yōu)化，最終得出一個最優(yōu)的整定方案7。需要注意的

42、是，所有繼電保護裝置的適應(yīng)能力都是有限的，整定的時候不能超出元件所能承擔(dān)的最大限度，否則保護便會失效。智能變電站繼電保護的整定是一項綜合的技術(shù)，與站內(nèi)一次部分接線方式以及設(shè)備選型等都有密切的聯(lián)系，還要考慮變電站的結(jié)構(gòu)和運行等實際問題，是一項綜合性較強的工作。4.2 變壓器的整定變壓器是智能變電站的重要組件，它的故障和不正常運行將給整個系統(tǒng)運行帶來嚴重影響，對變壓器的保護成為變電站繼電保護的重中之重。4.2.1 變壓器保護配置變壓器是智能變電站中重要的供電元件，保證變壓器的正常運行，對于整個智能變電站正常運行影響重大，而且大容量變壓器本身就是價格高昂的元件。目前技術(shù)水平下的電力變壓器，其結(jié)構(gòu)決定

43、了變壓器的可靠性已經(jīng)可以達到較高水平。但由于變壓器一旦有故障出現(xiàn)，會對整個系統(tǒng)影響很大，所以對變壓器應(yīng)該格外加強它的繼電保護裝置功能，提高安全運行水平。變壓器出現(xiàn)故障或工作在不正常的運行狀態(tài)時，還需了解變壓器的容量大小和它在整個系統(tǒng)中的作用，分別對它們裝設(shè)不同的繼電保護設(shè)備。變壓器保護方式有很多種，針對不同需要選擇合適的保護。瓦斯保護反映變壓器內(nèi)部故障和油面降低，是一種非電氣量保護?？v聯(lián)差動保護，又叫電流速斷保護，反映變壓器繞組和引出線的故障，多為繞組匝間短路或多相短路。過電流保護，主要反映的是變壓器外部短路。變壓器零序電流保護反映中性點直接接地系統(tǒng)中外部接地短路。過電壓保護主要用于大容量變壓

44、器的過勵磁保護，過負荷保護用作變壓器的過負荷狀態(tài)的保護,非全相保護用于變壓器非全相運行時的保護。4.2.2 TOP9720C系列微機變壓器保護是以差動保護、瓦斯保護、后備保護測控、非電量測控（TOP9730）為基本配置的成套變壓器保護裝置，適用于110kV、66kV、35kV等大中型電力變壓器。變壓器主保護分為TOP9720C12S和TOP9720C13S兩種型號，TOP9720C12S適用于110kV及以下電壓等級的雙圈變壓器主保護，TOP9720C13S適用于110kV及以下電壓等級的三圈變壓器主保護，各保護裝置均滿足變電站綜合自動化系統(tǒng)的要求8。（一）保護配置（1）差動速斷保護（2）二次

45、諧波制動比率差動保護（3）CT斷線判別（4）非電量保護（瓦斯等）（二）主要技術(shù)性能指標(biāo)（1）差動速斷保護 差動速斷電流整定范圍：2 12In，級差0.01A 差動速斷保護動作時間：在1.3倍動作值下，不大于25ms 差動平衡系數(shù)：0 50，級差0.1（2）二次諧波制動比率差動保護 差動動作門檻電流：0.2 1.0In，級差0.01A 二次諧波制動系數(shù)：0.1 0.3，級差0.1 比率制動電流：0.5 4.0In，級差0.01A 比率制動系數(shù)：0.2 3.0，級差0.14.3 短路電流計算4.3.1 網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計算用標(biāo)么值方法計算選基準容量S100MVA，基準電壓一變壓器： (4.1) (4.2)

46、 (4.3)高壓側(cè)：X (4.4)中壓側(cè)：X(取為0) (4.5)低壓側(cè)：X (4.6)二系統(tǒng)：（一）系統(tǒng)XT-1：X (4.7)X (4.8)X (4.9)（二）系統(tǒng)XT-2：X (4.10)X (4.11)X (4.12)4.3.2 系統(tǒng)正序網(wǎng)、負序網(wǎng)、零序網(wǎng)一、正序網(wǎng)(正、負序網(wǎng)相同)阻抗如圖31所示：圖31 正、負序網(wǎng)阻抗圖二、零序網(wǎng)阻抗如圖32所示：圖32 零序阻抗圖4.4 變壓器保護變壓器故障可分為油箱內(nèi)和油箱外故障，不正常運行狀態(tài)又可有變壓器外部短路引起的過電流、負荷長時間超過額定容量引起的過負荷以及風(fēng)扇故障等引起的過熱現(xiàn)象9。4.4.1 變壓器主保護變壓器保護整定計算計算變壓器

47、各側(cè)一次電流，選擇電流互感器的變比，確定各側(cè)的二次額定電流，列表如表41所示：表41 電流互感器定值名稱各側(cè)數(shù)值額定電壓（kV）11038.511額定電流（A）電流互感器接線方式Y(jié)YY電流互感器計算變比選用電流互感器變比電流互感器二次額定電流（A）VFC板平衡調(diào)整系數(shù)雖然CT二次接線均為星形接線，但由于通過軟件進行相位校正時，在變壓器星形側(cè)同樣存在的接線系數(shù)，所以變壓器星形側(cè)的二次額定電流均考慮的接線系數(shù)。1.差動速斷定值圖3-3雙繞組變壓器正常運行時的電流分布整定的時候需要躲過空載投入時，變壓器產(chǎn)生的最大勵磁涌流，還需要躲過變壓器外部故障時產(chǎn)生的最大不平衡電流。當(dāng)變壓器空載投入時，會產(chǎn)生一個

48、比額定電流大6倍到8倍的電流，稱為勵磁涌流。當(dāng)差動保護的互感器選型完成后，變壓器外部短路產(chǎn)生的不平衡電流小于勵磁涌流，差動速斷的整定值可設(shè)為躲過變壓器勵磁涌流值，即：取中間值為 (A) (4.13)式中 變壓器高壓側(cè)二次額定電流2.差動保護定值（最小動作電流）差動保護定值保證變壓器有足夠靈敏系數(shù)來應(yīng)對內(nèi)部故障，還需要躲過滿負荷運行時可能出現(xiàn)的的不平衡電流。即：取中間值為 (A)3.基波制動斜率 (4.14)式中可靠系數(shù)，取為1.4 電流互感器同型系數(shù)，變壓器差動保護取為1 電流互感器誤差，取為0.1 變壓器調(diào)壓系數(shù)，取為0.05 二次電流平衡不精確引起的誤差，取為0.054.最小制動電流 一般取變壓器二次額定電流值=8.30 (A)5.二次諧波制動判據(jù) (4.15)（1650.367.140.36）（1657.14）0.15滿足要求式中 原邊二次諧波電流； 副邊二次諧波電流； 原邊電流；