變電所綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)

摘要變電所監(jiān)控軟件是變電所內(nèi)運(yùn)行設(shè)備和運(yùn)行人員的接口，在變電所自動化系統(tǒng)中占有極其重要的地位。隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，我國干線電氣化鐵路已推廣使用集中監(jiān)視及控制的遠(yuǎn)動系統(tǒng)，變電所將逐步實(shí)現(xiàn)無人值班，直接由供電調(diào)度實(shí)行遙控運(yùn)行。監(jiān)控軟件以其良好的實(shí)時(shí)性和可靠性得到了廣泛使用。本文主要討論了變電所綜合自動化系統(tǒng)的原理構(gòu)造和功能，監(jiān)控組態(tài)軟件的功能、特點(diǎn)和在變電所綜合自動化中的應(yīng)用，初步設(shè)計(jì)了變電所綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了變電所綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的主接線圖和變壓器保護(hù)配置圖，在變電所系統(tǒng)監(jiān)控界面制作和數(shù)據(jù)詞典設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了變電所系統(tǒng)的遙測、遙信、遙調(diào)和遙控的功能。關(guān)鍵詞：變電所；綜合自動化；組態(tài)軟件；ABSTRACTThemonitoringandcontrollingsoftwareistheinterfaceofoperatorsandoperatingequipmentsinthesubstationautomationsystemwhichisoccupyingthesignificantimportanceinthesubstationautomationsystem.Withthedevelopmentofthecomputerandcommunications,China'selectrifiedrailwaylineshasbeentopromotetheuseofcentralizedmonitoringandremotecontrolsystems,tractionsubstationwillbetheprogressiverealizationofunmanned,whichisdirectlypowersuppliedbytheimplementationofremotecontroloperationscheduling.Monitorsoftwareisusedbymostelectricitymonitorsandcontrolsystemstoimprovethelevelofmonitoringandcontrollingbecauseofits’reliablequality.Thesubstationintegratedautomationsystemstructureandfunctionoftheprincipleisdiscussedinthepaper,andthefunctionsofsoftwareconfiguration,characteristicsandapplicationsinthesubstationautomation,thepreliminaryintegratedautomationfortractionsubstationmonitoringsystemisdesigned.Thedesignistakingdevelopingthesubstationsynthesisautomationsupervisorysystem.Basedonthesubstationsystemmonitoringcontactsurfacemanufactureanddatadictionarydesign,andthetelemetry,remotesignals,remotetransferandtheremotecontrol.ItshowsthatTractionSubstationMonitoringSystembasedonconfigurationsoftwarehasagoodeffectonsubstation.Keywords:Substation;IntegratedAutomation;Configurationsoftware;目錄1緒論 71.1設(shè)計(jì)的背景 71.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 71.2國外研究現(xiàn)狀 82變電所自動化設(shè)計(jì) 102.1變電所綜合自動化簡介 102.2變電所綜合自動化系統(tǒng)的組成 102.2.1分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 112.2.2集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 112.2.3分層分布式結(jié)構(gòu) 112.3變電所綜合自動化系統(tǒng)的主要功能 123主變壓器的選擇 123.1主變壓器的選擇原則 133.2變壓器調(diào)整方式的選擇 133.3主變壓器容量的選擇 134電氣主接線設(shè)計(jì) 154.1初步方案設(shè)計(jì) 154.2最優(yōu)方案確定 155短路電流計(jì)算 175.1短路電流計(jì)算的目的、重要性和限制措施 175.1.1短路電流計(jì)算的目的 175.1.2短路電流計(jì)算的重要性 175.1.3短路電流計(jì)算的限制措施 185.2短路電流計(jì)算的基本假設(shè) 195.3短路計(jì)算的一般規(guī)定 195.3.1計(jì)算的基本情況 195.3.2接線方式 195.4計(jì)算步驟 195.5變壓器參數(shù)的計(jì)算 206主要電氣設(shè)備選擇 236.1電氣設(shè)備的選擇條件 236.1.1、按正常工作條件進(jìn)行選擇 236.1.2按照短路情況進(jìn)行校驗(yàn) 246.2高壓電氣設(shè)備型號的選擇 246.3饋電線路電氣設(shè)備型號選擇 256.4導(dǎo)體截面選擇 277繼電保護(hù)系統(tǒng) 287.1繼電保護(hù)相關(guān)理論知識 287.1.1繼電保護(hù)的概述 297.1.2繼電保護(hù)的任務(wù) 297.2繼電保護(hù)基本原理 297.2.1反映電氣量的保護(hù) 297.2.2反映非電氣量的保護(hù) 307.2.3對繼電保護(hù)裝置的要求 307.3繼電保護(hù)裝置的組成 327.4繼電保護(hù)可靠運(yùn)行的措施 337.5電力變壓器繼電保護(hù)的配置 337.5.1電力變壓器的瓦斯保護(hù) 347.5.2電力變壓器的縱差保護(hù) 347.5.3電力變壓器的過負(fù)荷保護(hù) 357.6線路繼電保護(hù)設(shè)計(jì) 357.6.1電流速斷保護(hù) 357.6.2過流保護(hù) 357.6.3零序保護(hù) 368變電所監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 398.1監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 398.2監(jiān)控系統(tǒng)的功能 398.2.1.數(shù)據(jù)采集和處理 398.2.2變電所運(yùn)行安全監(jiān)視和事件報(bào)警 408.3監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 418.4監(jiān)控系統(tǒng)軟件構(gòu)成 428.4.1支撐軟件 428.4.2支撐軟件 438.4.3應(yīng)用軟件 449避雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 459.1直擊雷防護(hù) 459．2感應(yīng)雷的防御 459.3閥式避雷器的選擇 4610結(jié)論 47參考文獻(xiàn) 48致謝 491緒論1.1設(shè)計(jì)的背景變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它是介于發(fā)電廠和電力用戶的中間環(huán)節(jié)。變電所自動化水平的高低直接影響到電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及供電的質(zhì)量。隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，我國已經(jīng)廣泛使用基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動裝置、安全自動裝置都具備了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理的功能，并具有利用通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的功能。因此，變電所實(shí)現(xiàn)綜合自動化具備了物理基礎(chǔ)。目前，我國新建或改建的變電所均采用了綜合自動化系統(tǒng)的模式。變電站綜合自動化系統(tǒng)是將變電站的二次設(shè)備(包括控制、信號、測量、保護(hù)、自動裝置、遠(yuǎn)動等)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)，通過功能組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對變電站自動監(jiān)控、測量、控制和調(diào)整的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國變電站綜合自動化技術(shù)的起步發(fā)展雖比國外晚,但我國70年代初期便先后研制成電氣集中控制裝置和“四合一”裝置(保護(hù)、控制、測量、信號)。如南京電力自動化設(shè)備廠制造的DJK型集中控制裝置,長沙湘南電氣設(shè)備廠制造的WJBX型“四合一”集控臺。這些稱之為集中式的弱電控制、信號、測量系統(tǒng)的研制成功和投運(yùn)為研制微機(jī)化的綜合自動化裝置積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。70年代末80年代初南京電力自動化研究院率先研制成功以Motorola芯片為核心的微機(jī)RTU用于韶山灌區(qū)和鄭州供電網(wǎng),促進(jìn)了微機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。1987年,清華大學(xué)在山東威望島35kV變電站用3臺微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了全站的微機(jī)繼電保護(hù)、監(jiān)測和控制功能。之后,隨著1988年由華北電力學(xué)院研制的第1代微機(jī)保護(hù)(OI型)投入運(yùn)行,第2代微機(jī)保護(hù)(WXB-11)1990年4月投入運(yùn)行并于同年12月通過部級鑒定。較遠(yuǎn)動裝置采用微機(jī)技術(shù)滯后且更為復(fù)雜的繼電保護(hù)全面采用微機(jī)技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。至此,隨著微機(jī)保護(hù)、微機(jī)遠(yuǎn)動、微機(jī)故障錄波、微機(jī)監(jiān)控裝置在電網(wǎng)中的全面推廣應(yīng)用,人們?nèi)找娓械礁鲗I(yè)在技術(shù)上保持相對獨(dú)立造成了各行其是,重復(fù)硬件投資,互連復(fù)雜,甚至影響運(yùn)行的可靠性。1990年,清華大學(xué)在研制鞍山公園變電站綜合自動化系統(tǒng)時(shí),首先提出了將監(jiān)控系統(tǒng)和RTU合而為一的設(shè)計(jì)思想。1992年5月,電力部組織召開的“全國微機(jī)繼電保護(hù)可靠性研討會”指出:微機(jī)保護(hù)與RTU,微機(jī)就地監(jiān)控,微機(jī)錄波器的信息傳送,時(shí)鐘、抗干擾接地等問題應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃并制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),微機(jī)保護(hù)的聯(lián)網(wǎng)勢在必行。由南京電力自動化研究院研制的第1套適用于綜合自動化系統(tǒng)的成套微機(jī)保護(hù)裝置于1993年通過部級鑒定以后,各地電網(wǎng)逐步開始大量采用變電站綜合自動化系統(tǒng)。1994年中國電機(jī)工程學(xué)會繼電保護(hù)及自動化專委會在珠海召開了“變電站綜合自動化分專業(yè)委員會”的成立大會,這標(biāo)志著對變電站綜合自動化的深入研究和應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新階段。綜觀目前國內(nèi)變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展軌跡,我們可以看出如下發(fā)展趨勢:a.在總體結(jié)構(gòu)上引入國際上成熟的先進(jìn)設(shè)計(jì)思想,采用分層分布式結(jié)構(gòu),并采用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)(LAN),通信規(guī)約向國際標(biāo)準(zhǔn)靠攏;b.通信媒介普遍采用光纖,因?yàn)楣饫w具有抗電磁干擾的突出優(yōu)點(diǎn);c.間隔層設(shè)備逐步采用保護(hù)與測控合一的綜合裝置,對于配電線直接安裝在開關(guān)柜上。1.2國外研究現(xiàn)狀國外變電站自動化研究早在70年代就開始了，比我國的變電站自動化工作大約早了十年。國外變電站監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)歷了三代變革。第一代產(chǎn)品為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，不同功能(如閉鎖、保護(hù)、當(dāng)?shù)乜刂坪瓦h(yuǎn)方控制等)均由獨(dú)立的部件完成，因而造成多重?cái)?shù)據(jù)采集和分配，由于信息和資源不能共享，以致額外開銷相當(dāng)昂貴。我國有相當(dāng)一部分變電站目前還處于這種情況。第二代產(chǎn)品為部分綜合結(jié)構(gòu)，在變電站的遠(yuǎn)動裝置RTU中實(shí)現(xiàn)了部分綜合，然后通過控制中心再進(jìn)行綜合。第三代產(chǎn)品為完全綜合化結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)為總線拓?fù)涞姆植际骄W(wǎng)絡(luò)控制，這代產(chǎn)品比較先進(jìn)，代表著當(dāng)前變電站監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。1975年由關(guān)西電子公司和三菱電氣有限公司合作，研究配電變電站數(shù)字控制系統(tǒng)。1979年9月完成樣機(jī)，稱為SDCS一1型，12月在變電站安裝運(yùn)行，1980年開始商品化生產(chǎn)。SDCS一1型由13臺微機(jī)組成。八十年代已有分散式變電站自動化系統(tǒng)問世，西門子公司1985年在德國漢諾威投運(yùn)了第一套分散式變電站自動化系統(tǒng)LSA768。該系統(tǒng)包括遠(yuǎn)動四遙的測控部分6MB51(全分散式)或6MB55(集中與分散相結(jié)合式)、微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)7S/7U(包含過流及過負(fù)荷保護(hù)、距離保護(hù)、變壓器差動保護(hù)、主變和發(fā)動機(jī)保護(hù)等)和開關(guān)閉鎖系統(tǒng)8TK三大部分，具有標(biāo)準(zhǔn)光纖通信接口。至1993年初已有300多套系統(tǒng)在德國及歐洲的各種電壓等級的變電站運(yùn)行。ABB公司的變電站自動化系統(tǒng)有適用于中低壓變電站的SCSl00和適用于高壓變電站的SCS200兩種。SCSl00的計(jì)算機(jī)、NET部件和SRIO單元完成遙信、遙測、遙控功能，間隔級的SPACOM模塊完成保護(hù)功能和I/O功能，其模塊單元種類豐富，組態(tài)靈活，在硬件結(jié)構(gòu)上將保護(hù)、控制、閉鎖等集成一體。SCS200將完成對整個(gè)變電站的監(jiān)視和控制，分為段級和站級兩部分，而每條線路、每臺變壓器等一次設(shè)備的保護(hù)、控制和監(jiān)視功能由段級單元完成，段級單元相互獨(dú)立;站級控制包括三個(gè)獨(dú)立的單元:人機(jī)對話、管理全站的后臺計(jì)算機(jī)和與遠(yuǎn)方通信的規(guī)約轉(zhuǎn)換器。德國AEG公司的變電站自動化系統(tǒng)ILS，其基本結(jié)構(gòu)類似于西門子LSA，不同之處在于控制部分采用PLC可編程邏輯控制器，站級主機(jī)采用了MUUBUS-n技術(shù)或工控機(jī)。美國GE公司的變電站自動化系統(tǒng)由G-ET站控級、數(shù)字式線路保護(hù)DLP、數(shù)字式線路側(cè)控DLM組成。采用光纖將這三部分連接，站控級使用了工業(yè)控制機(jī)。另外還有美國西屋公司、法國阿爾斯通公司、瑞士Landis&Gyr公司等，站控級與間隔級一般使用星形光纖接入，也有采用LAN、IEEE802.3和IEEE802.4標(biāo)準(zhǔn)的。2變電所自動化設(shè)計(jì)2.1變電所綜合自動化簡介變電所綜合自動化系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對變電站二次設(shè)備(包括繼電保護(hù)、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠(yuǎn)動裝置等)的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，對變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電所運(yùn)行監(jiān)視和控制任務(wù)。變電站綜合自動化替代了變電所常規(guī)二次設(shè)備，簡化了變電站二次接線。變電站綜合自動化是提高變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低運(yùn)行維護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶提供高質(zhì)量電能的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。功能的綜合是其區(qū)別于常規(guī)變電站的最大特點(diǎn)，它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)通訊為手段，以信息共享為目標(biāo)。變電站綜合自動化系統(tǒng)中以監(jiān)控主機(jī)代替了傳統(tǒng)變電站中控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠(yuǎn)動屏，監(jiān)控主機(jī)中運(yùn)動主界面的數(shù)字式顯示代替了電磁型或晶體管型儀表，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字式保護(hù)代替電磁型和晶體管型儀表的繼電保護(hù)，徹底改變了常規(guī)的繼電保護(hù)裝置不能與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的缺陷。因此，變電站綜合自動化系統(tǒng)是自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、和通信技術(shù)等在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。變電站綜合自動化系統(tǒng)可以采集到電力系統(tǒng)比較齊全的數(shù)據(jù)和信息，利用計(jì)算機(jī)的告訴計(jì)算能力和邏輯判斷功能，方便地監(jiān)視和控制變電站內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行和操作。2.2變電所綜合自動化系統(tǒng)的組成2.2.1分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按變電站被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能分布的多臺計(jì)算機(jī)單功能設(shè)備，將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)分布式處理。分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是將變電站自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計(jì)算機(jī)來完成。分布式模式一般按功能設(shè)計(jì)，采用主從CPU系統(tǒng)工作方式，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力，解決了CPU運(yùn)算處理的瓶頸問題。各功能模塊（通常是多個(gè)CPU）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。分布式結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其他模塊正常運(yùn)行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)自問世以來，顯示出強(qiáng)大的生命力。但是目前還存在著抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上的問題等。2.2.2集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)集中式一般采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)并擴(kuò)展其I/O接口，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算和處理，分別完成變電站的微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動控制等功能。由前置機(jī)完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護(hù)、控制及監(jiān)測等功能，后臺機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通信等功能。集中式系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，可大大減少站地面積；造價(jià)低，尤其是對35kV或規(guī)模較小的變電站更為有利。目前國內(nèi)許多的廠家尚屬于這種結(jié)構(gòu)方式，但這種結(jié)構(gòu)有以下不足。（1）前置管理機(jī)任務(wù)繁重、引線多，降低了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，若前置機(jī)故障，將失去當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方的所有信息及功能，必須采用雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性。（2）軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試煩瑣。（3）組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟硬件必須另行設(shè)計(jì)，工作量大并且擴(kuò)展一些自動化需求的功能較難。2.2.3分層分布式結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是按照變電站的元件，斷路器間隔進(jìn)行設(shè)計(jì)。將變電站一個(gè)斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集、保護(hù)和控制等功能集中由一個(gè)或幾個(gè)智能化的測控單元完成。這種系統(tǒng)代表了現(xiàn)代變電站自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實(shí)現(xiàn)了部分故障不相互影響，方便維護(hù)和擴(kuò)展，大量現(xiàn)場工作可一次性地在設(shè)備制造廠家完成。既可按變電站的控制層次和對象，設(shè)置變電站層（站級測控單元)、間隔層(間隔單元)的二層式分布控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；也可分為三層，即變電站層、通信層和間隔層，這種結(jié)構(gòu)相比集中式處理的系統(tǒng)具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：（1）可靠性提高，任一部分設(shè)備故障只影響局部，即將“危險(xiǎn)”分散，當(dāng)站級系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障，只影響到監(jiān)控部分，而最重要的保護(hù)、控制功能仍可繼續(xù)運(yùn)行；同時(shí)任一智能單元損壞也不應(yīng)導(dǎo)致全站的通信中斷；（2）可擴(kuò)展性和開放性較高，利于工程的設(shè)計(jì)及應(yīng)用；（3）站內(nèi)二次設(shè)備所需的電纜大大減少，節(jié)約投資也簡化了調(diào)試維護(hù)。2.3變電所綜合自動化系統(tǒng)的主要功能1.測量功能：全部電量的測量采用交流采樣并經(jīng)計(jì)算處理而得到，采樣元件使用精密電壓、電流傳感器，體積小、重量輕，負(fù)載小，可測的線路的電壓、電流、有功、無功、功率因數(shù)、頻率、有功電量、無功電量、脈沖電量等，漢字直接顯示在液晶上。

2.通信功能：各單元與總控單元采用電流環(huán)通信方式，所有功能單元并接于一梗三芯通信電纜上從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的向上傳送、交換。通過總控單元可實(shí)現(xiàn)所有的定植整定及數(shù)據(jù)查尋。

3.遙信變位追憶功能：每個(gè)單元具有8次變位追憶功能，可自動記錄變位的時(shí)間，精度為5Ms3主變壓器的選擇在發(fā)電廠和變電所中，用來向電力系統(tǒng)或用戶輸送功率的變壓器，成為主變壓器；用于兩種兩種電壓等級之間交換功率的變壓器，稱為聯(lián)絡(luò)變壓器；只供本所(廠）用的變壓器，稱為站（所）用變壓器或自用變壓器，在各種電壓等級的變電站中，變壓器是主要電氣設(shè)備之一，其擔(dān)負(fù)著變換網(wǎng)絡(luò)電壓，進(jìn)行電力傳輸?shù)闹匾蝿?wù)。確定合理的變壓器容量是變電所安全可靠供電和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的保證。因此，在確保安全可靠供電的基礎(chǔ)上，確定變壓器的經(jīng)濟(jì)容量，提高網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行素質(zhì)將具有明顯的經(jīng)濟(jì)意義。本章講述的是對變電所主變壓器的選擇。目前，我國110KV以下供配電系統(tǒng)中廣泛采用的是SL7系列油侵式三相雙繞組降壓變壓器，該系列產(chǎn)品屬于我國第一代低損耗節(jié)能變壓器，其貼心材料采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片，鋁線繞組，與原標(biāo)準(zhǔn)SJL系列變壓器的技術(shù)數(shù)據(jù)相比，空載損耗可降低40%左右，短路損耗可降低15%左右。但是在一些新設(shè)計(jì)的供電系統(tǒng)中，則趨向于采用更節(jié)能的S9系列變壓器或干式變壓器。S9系列變壓器屬于我國第二代低損耗節(jié)能變壓器，其鐵心材料采用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片，銅線繞組，鐵心采用全斜接縫及玻璃纖維帶扎幫等工藝，其技術(shù)性能更優(yōu)，損耗更低。干式變壓器推廣采用的是環(huán)氧樹脂澆注絕緣的SC系列變壓器，該系列產(chǎn)品具有難燃燒、自熄、耐潮、耐塵、機(jī)械強(qiáng)度高、體積小、重量輕、損耗輕、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)，與油侵式變壓器相比，更有安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于對安全可靠性要求較高的高層建筑、機(jī)場、車站、港口、公共建筑等場合。3.1主變壓器的選擇原則1、主變?nèi)萘恳话惆凑兆冸娝ǔ珊笪宓绞甑囊?guī)劃負(fù)荷來進(jìn)行選擇，并適當(dāng)考慮遠(yuǎn)期的負(fù)荷發(fā)展。2、根據(jù)變電所所帶的負(fù)荷性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變的容量。對于有重要負(fù)荷內(nèi)，保證用戶的I級和II級負(fù)荷，對于一般變電所，當(dāng)一臺主變停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量應(yīng)能保證全部負(fù)荷的70%到80%。3、為了保的變電所，應(yīng)考慮一臺主變停運(yùn)時(shí)，其余變壓器容量在涉及過負(fù)荷能力后的允許時(shí)間證變電所供電的可靠性，變電所一般裝設(shè)兩臺主變，有條件的應(yīng)該考慮裝設(shè)三臺主變的可能性。3.2變壓器調(diào)整方式的選擇變壓器的電壓調(diào)整使用分接開關(guān)切換變壓器的分接頭，從而改變變壓器的變比。切換方式有兩種：不帶負(fù)荷切換，稱為無勵(lì)磁調(diào)壓，調(diào)整范圍通常在±5%以內(nèi)；另一種是帶負(fù)載切換，稱為有載調(diào)壓，調(diào)整范圍可達(dá)20%-30%。對于110KV以下的變壓器，設(shè)計(jì)時(shí)才考慮到變壓器采用有載調(diào)壓的方式。綜合考慮發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)運(yùn)行出力變化不大，所以在本次的設(shè)計(jì)中采用的變壓器調(diào)整方式是無勵(lì)磁調(diào)壓。3.3主變壓器容量的選擇1、主變壓器容量一般按照變電所建成后5~10年的規(guī)劃負(fù)荷選擇，適當(dāng)?shù)目紤]到遠(yuǎn)期的負(fù)荷發(fā)展。對于城郊變電所，主變壓器容量應(yīng)該與城市的規(guī)劃相互結(jié)合起來。2、根據(jù)變電所所帶的負(fù)荷性質(zhì)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來確定主變壓器的容量。對于有重要負(fù)荷的變電所，應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)一臺變壓器停止運(yùn)行的時(shí)候，其余的變壓器容量在計(jì)算過負(fù)荷能力后允許的時(shí)間內(nèi)，應(yīng)該保證用戶的一級負(fù)荷和二級負(fù)荷；對一般性變電所，當(dāng)一臺主變壓器停運(yùn)的時(shí)候，其余變壓器容量應(yīng)該能保證全部符合的70%~80%。3、同級電壓的單臺降壓變壓器容量的級別不宜太大，應(yīng)從全網(wǎng)出發(fā)，推行系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。=18.2+11.2=30.02MVA每臺主變壓器的容量應(yīng)該滿足全部負(fù)荷70%的需要，并能滿足全部一、二類負(fù)荷的需要，即≧0.7×30.02MVA=21.14MVA故變壓器的容量選為25MVA,查《電力工程電氣設(shè)備手冊：電氣一次部分》，選定變壓器的容量為25000KVA。選擇變壓器的型號如下表所示'表3.1變壓器型號型號及容量(KVA)額定電壓(KV)連接組損耗(KW)阻抗電壓(%)空載電流(%)空載短路高中高低中低高中低SFSZ9-25000/110110±8×1.25%38.5±2*2.5%38.522.5%6.36.510.511YNyn0d1133.8133.210.5所以一次性選擇兩臺SFSZ9-25000/110型變壓器為主。4電氣主接線設(shè)計(jì)4.1初步方案設(shè)計(jì)根據(jù)原始資料，此變電站有三個(gè)電壓等級：110/35/10KV，故可初選三相三繞組變壓器，根據(jù)變電站與系統(tǒng)連接的系統(tǒng)圖知，變電站有一條進(jìn)線，為保證供電可靠性，可裝設(shè)兩臺主變壓器。為保證設(shè)計(jì)出最優(yōu)的接線方案，初步設(shè)計(jì)以下兩種接線方案供最優(yōu)方案的選擇：方案一：110KV側(cè)采用單母分段接線，35KV側(cè)采用雙母線接線，10KV側(cè)采用單母分段。方案二：110KV側(cè)采用雙母線接線，35KV側(cè)采用單母分段接線，10KV側(cè)采用單母分段接線4.2最優(yōu)方案確定4.2.1技術(shù)比較在初步設(shè)計(jì)的兩種方案中，方案一：110KV側(cè)采用單母分段接線；方案二：110KV側(cè)采用雙母接線。采用雙母線接線的優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)運(yùn)行、供電可靠；②系統(tǒng)調(diào)度靈活；③系統(tǒng)擴(kuò)建方便等。采用單母分段接線的優(yōu)點(diǎn)：①接線簡單；②操作方便、設(shè)備少等；缺點(diǎn)：①可靠性差；②系統(tǒng)穩(wěn)定性差。所以，110KV側(cè)采用雙母線接線。在初步設(shè)計(jì)的兩種方案中，方案一：35KV側(cè)采用雙母分段接線；方案二：35KV側(cè)采用單母線接線。由原材料可知，問題中未說明負(fù)荷的重要程度，所以，35KV側(cè)采用單母分段接線。4.2.2經(jīng)濟(jì)比較對整個(gè)方案的分析可知，在配電裝置的綜合投資，包括控制設(shè)備，電纜，母線及土建費(fèi)用上，在運(yùn)行靈活性上35KV、10KV側(cè)單母線形接線比雙母線接線有很大的靈活性。由以上分析，最優(yōu)方案可選擇為方案一，即110KV側(cè)為采用雙母線接線，35KV側(cè)為單母分段形式接線，10KV側(cè)為單母分段接線。其接線圖見以上方案。兩種接線方式如下：圖4.1主接線方案一圖4.2主接線方案二通過對兩種主接線可靠性，靈活性和經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮，辯證統(tǒng)一，現(xiàn)確定第二方案為設(shè)計(jì)最終方案。5短路電流計(jì)算短路電流計(jì)算為了修正由于故障或連接錯(cuò)誤而在電路中造成短路時(shí)所產(chǎn)生的過電流。電力系統(tǒng)在運(yùn)行中相與相之間或相與地(或中性線)之間發(fā)生非正常連接(短路)時(shí)流過的電流稱為短路電流。在三相系統(tǒng)中發(fā)生短路的基本類型有三相短路、兩相短路、單相對地短路和兩相對地短路。三相短路因短路時(shí)的三相回路依舊是對稱的，故稱為對稱短路；其他幾種短路均使三相電路不對稱，故稱為不對稱短路。在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，以一相對地的短路故障為最多，約占全部短路故障的90%。在中性點(diǎn)非直接接地的電力網(wǎng)絡(luò)中，短路故障主要是各種相間短路。發(fā)生短路時(shí)，由于電源供電回路阻抗的減小以及突然短路時(shí)的暫態(tài)過程，使短路回路中的電流大大增加，可能超過回路的額定電流許多倍。短路電流的大小取決于短路點(diǎn)距電源的電氣距離，例如，在發(fā)電機(jī)端發(fā)生短路時(shí)，流過發(fā)電機(jī)的短路電流最大瞬時(shí)值可達(dá)發(fā)電機(jī)額定電流的10～15倍，在大容量的電力系統(tǒng)中，短路電流可高達(dá)數(shù)萬安培5.1短路電流計(jì)算的目的、重要性和限制措施5.1.1短路電流計(jì)算的目的為確保電氣設(shè)備在短路情況下不致?lián)p壞，減輕短路危害和防止故障擴(kuò)大，必須事先對短路電流進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算短路電流的目的是：(1)選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備。(2)進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的選型與整定計(jì)算。(3)分析電力系統(tǒng)的故障及穩(wěn)定性能，選擇限制短路電流的措施。(4)確定電力線路對通信線路的影響。短路計(jì)算的目的是為了正確選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備，準(zhǔn)確地整定供配電系統(tǒng)的保護(hù)裝置，避免在短路電流作用下?lián)p壞電氣設(shè)備，保證供配電系統(tǒng)中出現(xiàn)短路時(shí)，保護(hù)裝置能可靠動作。5.1.2短路電流計(jì)算的重要性短路電流將引起下列嚴(yán)重后果：短路電流往往會有電弧產(chǎn)生，它不僅能燒壞故障元件本身，也可能燒壞周圍設(shè)備和傷害周圍人員。巨大的短路電流通過導(dǎo)體時(shí)，一方面會使導(dǎo)體大量發(fā)熱，造成導(dǎo)體過熱甚至熔化，以及絕緣損壞；另一方面巨大的短路電流還將產(chǎn)生很大的電動力作用于導(dǎo)體，使導(dǎo)體變形或損壞。短路也同時(shí)引起系統(tǒng)電壓大幅度降低，特別是靠近短路點(diǎn)處的電壓降低得更多，從而可能導(dǎo)致部分用戶或全部用戶的供電遭到破壞。網(wǎng)絡(luò)電壓的降低，使供電設(shè)備的正常工作受到損壞，也可能導(dǎo)致工廠的產(chǎn)品報(bào)廢或設(shè)備損壞，如電動機(jī)過熱受損等。電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路故障時(shí)，系統(tǒng)功率分布的突然變化和電壓的嚴(yán)重下降，可能破壞各發(fā)電廠并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性，使整個(gè)系統(tǒng)解列，這時(shí)某些發(fā)電機(jī)可能過負(fù)荷，因此，必須切除部分用戶。短路時(shí)電壓下降的愈大，持續(xù)時(shí)間愈長，破壞整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可能性愈大。5.1.3短路電流計(jì)算的限制措施為保證系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行，減輕短路造成的影響，除在運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)努力設(shè)法消除可能引起短路的一切原因外，還應(yīng)盡快地切除短路故障部分，使系統(tǒng)電壓在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常值。為此，可采用快速動作的繼電保護(hù)和斷路器，以及發(fā)電機(jī)裝設(shè)自動調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置等。此外，還應(yīng)考慮采用限制短路電流的措施，如合理選擇電氣主接線的形式或運(yùn)行方式，以增大系統(tǒng)阻抗，減少短路電流值；加裝限電流電抗器；采用分裂低壓繞阻變壓器等。主要措施如下：一、是做好短路電流的計(jì)算，正確選擇及校驗(yàn)電氣設(shè)備，電氣設(shè)備的額定電壓要和線路的額定電壓相符。二、是正確選擇繼電保護(hù)的整定值和熔體的額定電流，采用速斷保護(hù)裝置，以便發(fā)生短路時(shí)，能快速切斷短路電流，減少短路電流持續(xù)時(shí)間，減少短路所造成的損失。三、是在變電站安裝避雷針，在變壓器附近和線路上安裝避雷器，減少雷擊損害。四、是保證架空線路施工質(zhì)量，加強(qiáng)線路維護(hù)，始終保持線路弧垂一致并符合規(guī)定。五、是帶電安裝和檢修電氣設(shè)備，注意力要集中，防止誤接線，誤操作，在帶電部位距離較近的部位工作，要采取防止短路的措施。六、是加強(qiáng)管理，防止小動物進(jìn)入配電室，爬上電氣設(shè)備。七、是及時(shí)清除導(dǎo)電粉塵，防止導(dǎo)電粉塵進(jìn)入電氣設(shè)備。八、是在電纜埋設(shè)處設(shè)置標(biāo)記，有人在附近挖掘施工，要派專人看護(hù)，并向施工人員說明電纜敷設(shè)位置，以防電纜被破壞引發(fā)短路。九、是電力系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)人員應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)規(guī)程，嚴(yán)格遵守規(guī)章制度，正確操作電氣設(shè)備，禁止帶負(fù)荷拉刀閘、帶電合接地刀閘。線路施工，維護(hù)人員工作完畢，應(yīng)立即拆除接地線。要經(jīng)常對線路、設(shè)備進(jìn)行巡視檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，迅速進(jìn)行檢修。5.2短路電流計(jì)算的基本假設(shè)選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備時(shí)，一般只需近似計(jì)算在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下可能通過設(shè)備的最大三相短路電流值。設(shè)計(jì)繼電保護(hù)和分析電力系統(tǒng)故障時(shí)，應(yīng)計(jì)算各種短路情況下的短路電流和各母線接點(diǎn)的電壓。要準(zhǔn)確計(jì)算短路電流是相當(dāng)復(fù)雜的，在工程上多采用近似計(jì)算法。這種方法建立在一系列假設(shè)的基礎(chǔ)上，計(jì)算結(jié)果稍偏大?；炯僭O(shè)有：(1)忽略磁路的飽和與磁滯現(xiàn)象，認(rèn)為系統(tǒng)中各元件參數(shù)恒定。(2)忽略各元件的電阻。高壓電網(wǎng)中各種電氣元件的電阻一般都比電抗小得多，各阻抗元件均可用一等值電抗表示。但短路回路的總電阻大于總電抗的1/3時(shí)，應(yīng)計(jì)入電氣元件的電阻。此外，在計(jì)算暫態(tài)過程的時(shí)間常數(shù)時(shí)，各元件的電阻不能忽略。(3)忽略短路點(diǎn)的過渡電阻。過渡電阻是指相與相或者相與地之間短接所經(jīng)過的電阻。一般情況下，都以金屬性短路對待，只是在某些繼電保護(hù)的計(jì)算中才考慮過渡電阻。(4)除不對稱故障處出現(xiàn)局部不對稱外，實(shí)際的電力系統(tǒng)通常都可以看做三相對稱的。5.3短路計(jì)算的一般規(guī)定5.3.1計(jì)算的基本情況(1)電力系統(tǒng)中所有電源均在額定負(fù)載下運(yùn)行。(2)所有同步電機(jī)都具有自動調(diào)整勵(lì)磁裝置（包括強(qiáng)行勵(lì)磁）。(3)短路發(fā)生在短路電流為最大值時(shí)的瞬間。(4)所有電源的電動勢相位角相等。(5)應(yīng)考慮對短路電流值有影響的所有元件，但不考慮短路點(diǎn)的電弧電阻。對異步電動機(jī)的作用，僅在確定短路電流沖擊值和最大全電流有效值時(shí)才予以考慮。5.3.2接線方式計(jì)算短路電流時(shí)所用的接線方式，應(yīng)是可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式（即最大運(yùn)行方式），不能用僅在切換過程中可能并列運(yùn)行的接線方式。5.4計(jì)算步驟(1)選擇計(jì)算短路點(diǎn)。(2)畫等值網(wǎng)絡(luò)圖。①首先去掉系統(tǒng)中的所有分支、線路電容、各元件的電阻。②選取基準(zhǔn)容量和基準(zhǔn)電壓（一般取各級的平均電壓）。③將各元件的電抗換算為同一基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值的標(biāo)幺電抗。④繪制等值網(wǎng)絡(luò)圖，并將各元件電抗統(tǒng)一編號。(3)化簡等值網(wǎng)絡(luò)：為計(jì)算不同短路點(diǎn)的短路值，需將等值網(wǎng)絡(luò)分別化簡為以短路點(diǎn)為中心的輻射形等值網(wǎng)絡(luò)，并求出各電源與短路點(diǎn)之間的電抗，即轉(zhuǎn)移電抗Xnd。(4)求計(jì)算電抗X。(5)由運(yùn)算曲線查出各電源供給的短路電流周期分量標(biāo)幺值（運(yùn)算曲線只作到Xjs=3.5）。①計(jì)算無限大容量（或Xjs≥3）的電源供給的短路電流周期分量。②計(jì)算短路電流周期分量有名值和短路容量。5.5變壓器參數(shù)的計(jì)算因?yàn)樽儔浩鞯倪x型為SFSZ9-31500/110型三相三繞組有載調(diào)壓變壓器，所以阻抗電壓為,,此變電站設(shè)計(jì)中，電壓等級有三個(gè)，在選擇的短路點(diǎn)中，其中110KV進(jìn)線處短路與變壓器高壓側(cè)短路，短路電流相同，所以在此電壓等級下只需選擇一個(gè)短路點(diǎn)；在另外三個(gè)電壓等級下，同理也只需各選一個(gè)短路點(diǎn)。依據(jù)本變電站選定的主接線方式、設(shè)備參數(shù)和短路點(diǎn)選擇，網(wǎng)絡(luò)等值圖如下圖5.1等效電路圖取基準(zhǔn)容量,基準(zhǔn)電壓、、則三繞組變壓器的電抗標(biāo)幺值為：故各個(gè)繞組的電抗標(biāo)幺值為表5.1短路電流計(jì)算結(jié)果表短路點(diǎn)基準(zhǔn)電壓KV短路電流KA沖擊電流KA短路容量MVAK586.5K337.51.954.97125K410.516.7742.76304.88K510.54.310.9778.256主要電氣設(shè)備選擇6.1電氣設(shè)備的選擇條件在變電所中，電氣設(shè)備的種類很多，它們的工作條件和運(yùn)行要求各不相同，但選擇這些電氣設(shè)備的基本要求卻是一致的。選擇電氣設(shè)備的一般條件是：保證電氣設(shè)備在正常工作條件下能夠可靠地工作，而在短路的情況下不被損壞。即使長期正常工作條件進(jìn)行選擇，按短路情況進(jìn)行校驗(yàn)。6.1.1、按正常工作條件進(jìn)行選擇電氣設(shè)備按正常工作條件進(jìn)行選擇，主要包括以下幾個(gè)方面：使用壞境條件主要包括設(shè)備的安裝地點(diǎn)（戶內(nèi)或者戶外）、壞境溫度、海拔、相對的濕度等，而且還應(yīng)該考慮防塵、防腐、防爆、防火等要求。即根據(jù)安裝地點(diǎn)的壞境不同，可以分為室內(nèi)型或者室外型兩種。額定電壓電氣設(shè)備的額定電壓應(yīng)該不小于設(shè)備安裝地點(diǎn)電網(wǎng)的最高工作電壓即(3)額定電流電氣設(shè)備的額定電流應(yīng)該不小于設(shè)備正常工作時(shí)的最大負(fù)荷電流，即6.1.2按照短路情況進(jìn)行校驗(yàn)(1)動穩(wěn)定校驗(yàn)動穩(wěn)定是指電氣設(shè)備承受短路電流力效應(yīng)的能力，滿足動穩(wěn)定的條件是式中，分別為電氣設(shè)備允許通過的最大電流峰值和有效值，可以通過查閱相關(guān)的電氣設(shè)備手冊或產(chǎn)品樣本；分別為設(shè)備安裝地點(diǎn)短路沖擊電流的峰值和有效值。(2)熱穩(wěn)定校驗(yàn)熱穩(wěn)定是指電氣設(shè)備所承受短路電流熱效應(yīng)的能力，滿足熱穩(wěn)定的條件是式中，為電氣設(shè)備在t時(shí)間內(nèi)的熱穩(wěn)定電流（KA)；為三相短路穩(wěn)態(tài)短路電流(KA);t為廠家給出的熱穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí)間（s）；為假想時(shí)間（s）?？梢圆殚喯嚓P(guān)手冊或者產(chǎn)品樣本。所以說正確的選擇電氣設(shè)備是電氣主接線和配電裝置達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要條件。在進(jìn)行電器選擇的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)工程的實(shí)際情況，在保證安全、可靠地前提下，積極而穩(wěn)妥的采用新技術(shù)，并且注意節(jié)省投資，選擇合適的電氣設(shè)備。6.2高壓電氣設(shè)備型號的選擇主變壓器35KV側(cè)設(shè)備變壓器35kv側(cè)計(jì)算電流I30=250003表6.135kv側(cè)電氣設(shè)備有關(guān)參數(shù)安裝地點(diǎn)電氣條件設(shè)備型號規(guī)格項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目斷路器SW2-35/1000隔離開關(guān)GW4-35G/600電流互感器LCW-35避雷針FZ-35UN/KV35UN/KV35353535I30/A577.35I3n/A1000600100/35IK/KA9.1Ioc/KA16.5SK/MVA586.5Soc/MVA1000Ish/KA3.5Imax/KA4550主變壓器10KV側(cè)設(shè)備變壓器10kv側(cè)計(jì)算電流I30=250003表6.210kv側(cè)電氣設(shè)備有關(guān)參數(shù)安裝地點(diǎn)電氣條件設(shè)備型號規(guī)格項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目斷路器SN10-10III隔離開關(guān)GN10-10T/3000電流互感器LAJ-10UN/KV10UN/KV101010I30/A1374I3n/A200030001500IK/KA16.77Ioc/KA40160SK/MVA304.88Soc/MVA750Ish/KA42.76Imax/KA1257576.376.3饋電線路電氣設(shè)備型號選擇35KV饋電線路設(shè)備以其中一條回路為例，計(jì)算電流與上面計(jì)算相同，各設(shè)備有關(guān)參數(shù)見表6.3。表6.335KV線路側(cè)電氣設(shè)備有關(guān)參數(shù)安裝地點(diǎn)電氣條件設(shè)備型號規(guī)格項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目斷路器SN10-35II隔離開關(guān)GW5-35G/630電流互感器LWCD1-35UN/KV35UN/KV353535I30/A412.4I3n/A1250600100/35IK/KA1.95Ioc/KA20SK/MVA125Soc/MVA1250Ish/KA7.5Imax/KA507210KV饋電線路設(shè)備以其中一條回路為例，計(jì)算電流與上面計(jì)算相同，各設(shè)備有關(guān)參數(shù)見表6.4。表6.410kv線路側(cè)電氣設(shè)備有關(guān)參數(shù)安裝地點(diǎn)電氣條件設(shè)備型號規(guī)格項(xiàng)目數(shù)據(jù)項(xiàng)目斷路器SN10-10I/630隔離開關(guān)GN8-10T/600電流互感器LAJ-10UN/KV10UN/KV101010I30/A137I3n/A630600300/5IK/KA4.3Ioc/KA16SK/MVA78.25Soc/MVA300Ish/KA16.57Imax/KA405296.896.4導(dǎo)體截面選擇

導(dǎo)體截面可按長期發(fā)熱允許電流或經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。

對年負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)大（Tmax>500?）傳輸容量大，長度在20m以上的導(dǎo)體，如發(fā)電機(jī)、變壓器的連接導(dǎo)體其截面一般按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇。而配電裝置的匯流母線通常在正常運(yùn)行方式下，傳輸容量不大，故可按長期允許電流來選擇。

導(dǎo)體長期發(fā)熱允許電流選擇

按導(dǎo)體長期發(fā)熱允許電流選擇，則計(jì)算式為

：Imax≤KIal

式中：Imax為導(dǎo)體所在回路中最大持續(xù)工作電流（A）;

Ial為在額定環(huán)境溫度為25度時(shí)導(dǎo)體允許電流（A）；K為與實(shí)際環(huán)境溫度和海拔有關(guān)的綜合修正系數(shù)，見附表3.

綜合修正系數(shù)K還可以計(jì)算為

：K=

Θal?θΘal?θ0

式中：θ、θ0分別為導(dǎo)體安裝處的實(shí)際環(huán)境溫度和導(dǎo)體額定載流量的基準(zhǔn)溫度；Θal為導(dǎo)體長期發(fā)熱允許最高溫度。

經(jīng)濟(jì)電流密度選擇

按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)體截面可使用年計(jì)算費(fèi)用最低。不同種類的導(dǎo)體和不同的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax將有一個(gè)年計(jì)算費(fèi)用最低的電流密度，成為經(jīng)濟(jì)電流密度J。各種鋁導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)電流密度如圖所示。導(dǎo)體的經(jīng)濟(jì)截面：SJ為

SJ=ImaxJ(mm2)

應(yīng)盡量選擇接近上式計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)截面，為節(jié)約投資允許選擇小于經(jīng)濟(jì)截面電導(dǎo)體。按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇的導(dǎo)體截面的允許電流還必須滿足式的要求。7繼電保護(hù)系統(tǒng)7.1繼電保護(hù)相關(guān)理論知識7.1.1繼電保護(hù)的概述研究電力系統(tǒng)故障和危及安全運(yùn)行的異常工況，以探討其對策的反事故自動化措施。因在其發(fā)展過程中曾主要用有觸點(diǎn)的繼電器來保護(hù)電力系統(tǒng)及其元件（發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路等），使之免遭損害，所以沿稱繼電保護(hù)。7.1.2繼電保護(hù)的任務(wù)當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時(shí)，在可能實(shí)現(xiàn)的最短時(shí)間和最小區(qū)域內(nèi)，自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。7.2繼電保護(hù)基本原理繼電保護(hù)裝置的作用是起到反事故的自動裝置的作用，必須正確地區(qū)分“正常”與“不正?！边\(yùn)行狀態(tài)、被保護(hù)元件的“外部故障”與“內(nèi)部故障”，以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的功能。因此，通過檢測各種狀態(tài)下被保護(hù)元件所反映的各種物理量的變化并予以鑒別。依據(jù)反映的物理量的不同，保護(hù)裝置可以構(gòu)成下述各種原理的保護(hù)。7.2.1反映電氣量的保護(hù)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通常伴有電流增大、電壓降低以及電流與電壓的比值(阻抗)和它們之間的相位角改變等現(xiàn)象。因此，在被保護(hù)元件的一端裝沒的種種變換器可以檢測、比較并鑒別出發(fā)生故障時(shí)這些基本參數(shù)與正常運(yùn)行時(shí)的差別，就可以構(gòu)成各種不同原理的繼電保護(hù)裝置。電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，工頻電氣量變化的主要特征是：（1）電流增大：短路時(shí)故障點(diǎn)與電源之間的電氣設(shè)備和輸電線路上的電流將由負(fù)荷電流增大至大大超過負(fù)荷電流。（2）電壓降低：當(dāng)發(fā)生相間短路和接地短路故障時(shí)，系統(tǒng)各點(diǎn)的相間電壓或相電壓值下降，且越靠近短路點(diǎn)，電壓越低。（3）電流與電壓之間的相位角改變：正常運(yùn)行時(shí)電流與電壓間的相位角是負(fù)荷的功率因數(shù)角，一般約為20°，三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角是由線路的阻抗角決定的，一般為60°～85°，而在保護(hù)反方向三相短路時(shí)，電流與電壓之間的相位角則是180°（-60°～-85°)。（4）測量阻抗發(fā)生變化：測量阻抗即測量點(diǎn)(保護(hù)安裝處)電壓與電流之比值，正常運(yùn)行時(shí)，測量阻抗為負(fù)荷阻抗；金屬性短路時(shí)，測量阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻抗，故障后測量阻抗顯著減小，而阻抗角增大。（5）不對稱短路時(shí)，出現(xiàn)相序分量，如兩相及單相接地短路時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序電流和負(fù)序電壓分量；單相接地時(shí)，出現(xiàn)負(fù)序和零序電流和電壓分量。這些分量在正常運(yùn)行時(shí)是不出現(xiàn)的。利用短路故障時(shí)電氣量的變化，便可構(gòu)成各種原理的繼電保護(hù)。7.2.2反映非電氣量的保護(hù)如反應(yīng)溫度、壓力、流量等非電氣量變化的可以構(gòu)成電力變壓器的瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)等。7.2.3對繼電保護(hù)裝置的要求繼電保護(hù)裝置為了完成它的任務(wù)，必須在技術(shù)上滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性四個(gè)基本要求。對于作用于繼電器跳閘的繼電保護(hù)，應(yīng)同時(shí)滿足四個(gè)基本要求，而對于作用于信號以及只反映不正常的運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置，這四個(gè)基本要求中有些要求可以降低。（1）選擇性選擇性就是指當(dāng)電力系統(tǒng)中的設(shè)備或線路發(fā)生短路時(shí)，其繼電保護(hù)僅將故障的設(shè)備或線路從電力系統(tǒng)中切除，當(dāng)故障設(shè)備或線路的保護(hù)或斷路器拒動時(shí)，應(yīng)由相鄰設(shè)備或線路的保護(hù)將故障切除。（2）速動性速動性是指繼電保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除故障，以減少設(shè)備及用戶在大電流、低電壓運(yùn)行的時(shí)間，降低設(shè)備的損壞程度，提高系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性。一般必須快速切除的故障有：1)使發(fā)電廠或重要用戶的母線電壓低于有效值(一般為0.7倍額定電壓)。2)大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器和電動機(jī)內(nèi)部故障。3)中、低壓線路導(dǎo)線截面過小，為避免過熱不允許延時(shí)切除的故障。4)可能危及人身安全、對通信系統(tǒng)或鐵路信號造成強(qiáng)烈干擾的故障。故障切除時(shí)間包括保護(hù)裝置和斷路器動作時(shí)間，一般快速保護(hù)的動作時(shí)間為0.04s～0.08s，最快的可達(dá)0.01s～0.04s，一般斷路器的跳閘時(shí)間為0.06s～0.15s，最快的可達(dá)0.02s～0.06s。對于反應(yīng)不正常運(yùn)行情況的繼電保護(hù)裝置，一般不要求快速動作，而應(yīng)按照選擇性的條件，帶延時(shí)地發(fā)出信號。表7.1故障切除時(shí)間表電網(wǎng)類型切除故障最小時(shí)間35kV~60kV配電網(wǎng)絡(luò)0.5s-0.7S110kV~330kV高壓電網(wǎng)0.15s-0.3S500kV及以上超高壓電網(wǎng)0.1s-0.12s（3）靈敏性靈敏性是指電氣設(shè)備或線路在被保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生短路故障或不正常運(yùn)行情況時(shí)，保護(hù)裝置的反應(yīng)能力。保護(hù)裝置的靈敏性是用靈敏系數(shù)來衡量。能滿足靈敏性要求的繼電保護(hù)，在規(guī)定的范圍內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置和短路的類型如何，以及短路點(diǎn)是否有過渡電阻，都能正確反應(yīng)動作，即要求不但在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下三相短路時(shí)能可靠動作，而且在系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下經(jīng)過較大的過渡電阻兩相或單相短路故障時(shí)也能可靠動作。系統(tǒng)最大運(yùn)行方式：被保護(hù)線路末端短路時(shí)，系統(tǒng)等效阻抗最小，通過保護(hù)裝置的短路電流為最大運(yùn)行方式；系統(tǒng)最小運(yùn)行方式：在同樣短路故障情況下，系統(tǒng)等效阻抗為最大，通過保護(hù)裝置的短路電流為最小的運(yùn)行方式。（4）可靠性可靠性包括安全性和信賴性，是對繼電保護(hù)最根本的要求。安全性：要求繼電保護(hù)在不需要它動作時(shí)可靠不動作，即不發(fā)生誤動。信賴性：要求繼電保護(hù)在規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了應(yīng)該動作的故障時(shí)可靠動作，即不拒動。繼電保護(hù)的誤動作和拒動作都會給電力系統(tǒng)帶來嚴(yán)重危害。即使對于相同的電力元件，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，保護(hù)不誤動和不拒動對系統(tǒng)的影響也會發(fā)生變化。以上四個(gè)基本要求是設(shè)計(jì)、配置和維護(hù)繼電保護(hù)的依據(jù)，又是分析評價(jià)繼電保護(hù)的基礎(chǔ)。這四個(gè)基本要求之間是相互聯(lián)系的，但往往又存在著矛盾。因此，在實(shí)際工作中，要根據(jù)電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和用戶的性質(zhì)，辯證地進(jìn)行統(tǒng)一。繼電保護(hù)相當(dāng)于一種在線的開環(huán)的自動控制裝置，根據(jù)控制過程信號性質(zhì)的不同，可以分模擬型(它又分為機(jī)電型和靜態(tài)型)和數(shù)字型兩大類。對于常規(guī)的模擬繼電保護(hù)裝置，一般包括測量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分。測量部分從被保護(hù)對象輸入有關(guān)信號，再與給定的整定值比較，以判斷是否發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)；邏輯部分依據(jù)測量部分輸出量的性質(zhì)、出現(xiàn)的順序或其組合，進(jìn)行邏輯判斷，以確定保護(hù)是否應(yīng)該動作；執(zhí)行部分依據(jù)前面環(huán)節(jié)判斷得出的結(jié)果子以執(zhí)行：跳閘或發(fā)信號。7.3繼電保護(hù)裝置的組成一般情況而言，整套繼電保護(hù)裝置由測量元件、邏輯環(huán)節(jié)和執(zhí)行輸出三部分組成。（1）測量比較部分：測量比較部分是測量通過被保護(hù)的電氣元件的物理參量，并與給定的值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”“非”性質(zhì)的一組邏輯信號，從而判斷保護(hù)裝置是否應(yīng)該啟動。（2）邏輯部分：邏輯部分使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系判定故障的類型和范圍，最后確定是應(yīng)該使斷路器跳閘、發(fā)出信號或是否動作及是否延時(shí)等，并將對應(yīng)的指令傳給執(zhí)行輸出部分。（3）執(zhí)行輸出部分：執(zhí)行輸出部分根據(jù)邏輯傳過來的指令，最后完成保護(hù)裝置所承擔(dān)的任務(wù)。如在故障時(shí)動作于跳閘，不正常運(yùn)行時(shí)發(fā)出信號，而在正常運(yùn)行時(shí)不動作等。圖7.1繼電保護(hù)的組成

7.4繼電保護(hù)可靠運(yùn)行的措施繼電保護(hù)已經(jīng)在電力系統(tǒng)中微機(jī)化普及，可靠性、靈敏性等顯著提高。盡管如此，微機(jī)保護(hù)的誤動作還是存在的，所以需要采取如下措施限制誤動作在最小范圍內(nèi)。1.認(rèn)真檢查繼電保護(hù)裝置，保證整組試驗(yàn)和電流回路升流試驗(yàn)完成后整定值、整定值區(qū)以及二次回路接線固定。2.采用嚴(yán)格的管理和相應(yīng)的技術(shù)手段來確保定值區(qū)正確性。3.定期檢查：首先清點(diǎn)連接件是否緊固、焊接點(diǎn)是否虛焊、機(jī)械特性等，一個(gè)不漏地緊固螺絲，防止拒動、誤動的發(fā)生；其次將裝置的所有插件拔下檢查一遍，同時(shí)將所有芯片按緊等。7.5電力變壓器繼電保護(hù)的配置為了保證電力變壓器的安全運(yùn)行，根據(jù)《繼電保護(hù)與安全自動裝置的運(yùn)行條例》，針對變壓器的上述故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，電力變壓器應(yīng)裝設(shè)以下保護(hù)：1．瓦斯保護(hù)。800KVA及以上的油浸式變壓器的400KVA以上的車間內(nèi)油浸式變壓器，均應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)用來反映變壓器油箱內(nèi)部的短路故障以及油面降低，其中重瓦斯保護(hù)動作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器輕瓦斯動作于發(fā)出信號。2．縱差保護(hù)或電流速斷保護(hù)。6300KVA及以上并列運(yùn)行的變壓器，10000KVA及以上單獨(dú)運(yùn)行的變壓器，發(fā)電廠廠用工作變壓器和工業(yè)企業(yè)中6300KVA及以上重要的變壓器，應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)。10000KVA及以下的電力變壓器，應(yīng)裝設(shè)電流速斷保護(hù)，其過電流保護(hù)的動作時(shí)限應(yīng)大于0.5Ｓ。對于2000KVA以上的變壓器,當(dāng)電流速斷保護(hù)靈敏度不能滿足要求時(shí),也應(yīng)裝設(shè)縱差保護(hù)?？v差保護(hù)或電流速斷保護(hù)用于反映電力變壓器繞組、套管及引出線發(fā)生的故障，其保護(hù)動作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器相間短路的后備保護(hù)。相間短路的后備保護(hù)用于反映外部相間短路引起的變壓器過電流，同時(shí)作為瓦斯保護(hù)和縱差保護(hù)（或電流速斷保護(hù)）的后備保護(hù)，其動作時(shí)限按電流保護(hù)的階梯形原則來整定，延時(shí)動作于跳開變壓器各電源側(cè)斷路器。3．相間短路的后備保護(hù)的形式較多，過電流保護(hù)和低電壓起動的過電流保護(hù)，宜用于中、小容量的降壓變壓器；復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)，宜用于升壓變壓器和系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，以及過電流保護(hù)靈敏度不能滿足要求的降壓變壓器；6300KVA及以上的升壓變壓器，應(yīng)采用負(fù)序電流保護(hù)及單相式低電壓起動的過電流保護(hù)；對大容量升壓變壓器或系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)變壓器，為了滿足靈敏度要求，還可以采用阻抗保護(hù)。4．過負(fù)荷保護(hù)。對于400KVA以上的變壓器，當(dāng)數(shù)臺并列運(yùn)行或單獨(dú)運(yùn)行并作為其他負(fù)荷的備用電源時(shí)，應(yīng)裝高過負(fù)荷保護(hù)。過負(fù)荷保護(hù)通常只裝設(shè)在一相其動作進(jìn)限較長。延時(shí)動作于發(fā)出信號。5．其他保護(hù)。高壓側(cè)電壓為500KV及以上的變壓器，對頻率降低和電壓升高而引起的變壓器勵(lì)磁電流升高，應(yīng)裝設(shè)變壓器過勵(lì)磁保護(hù)。對變壓器溫度和油箱內(nèi)壓力升高，以及冷卻系統(tǒng)故障，按變壓器現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)裝置。7.5.1電力變壓器的瓦斯保護(hù)在變壓器油箱內(nèi)常見的故障有繞組匝間或?qū)娱g絕緣破壞造成的短路，或高壓繞組對地絕緣破壞引起的單相接地。變壓器油箱內(nèi)發(fā)生的任何一個(gè)故障時(shí)，由于短路電流和短路點(diǎn)電弧的作用，將使變壓器油及其他絕緣材料因受熱而分解產(chǎn)生氣體，因氣體比較輕，它們就要從油箱里流向油枕的上部，當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，油會迅速膨脹并有大量的氣體產(chǎn)生，此時(shí)，回游強(qiáng)烈的油流和氣體沖向油枕的上部。利用油箱內(nèi)部的故障時(shí)的這一特點(diǎn)，可以構(gòu)成反映氣體變化的保護(hù)裝置，稱之為瓦斯保護(hù).7.5.2電力變壓器的縱差保護(hù)變壓器的縱聯(lián)差動保護(hù)用來反映變壓器繞組、引出線及套管上的各種短路保護(hù)故障，是變壓器的主保護(hù)?？v聯(lián)差動保護(hù)是按比較被保護(hù)的變壓器兩側(cè)電流的大小和相位的原理實(shí)現(xiàn)的。為了實(shí)現(xiàn)這種比較，在變壓器兩側(cè)各裝設(shè)一組電流互感TA1、TA2，其二次側(cè)按環(huán)法連接，即若變壓器兩端的電流互感器一次側(cè)的正極性端子均置于靠近母線的一側(cè)，則將它們二次側(cè)的同極性端子相連接，再將差動繼電器的線圈按環(huán)流法接入，構(gòu)成縱聯(lián)差動保護(hù)，見圖1-3。變壓器的縱差保護(hù)與輸電線的縱聯(lián)差動相似，工作原理相同，但由于變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的額定電流不同，為了保證變壓器縱差保護(hù)的正常運(yùn)行，必須選擇好適應(yīng)變壓器兩側(cè)電流互感器的變比和接線方式，保證變壓器在正常運(yùn)行和外部短路時(shí)兩側(cè)的二次電流等。其保護(hù)范圍為兩側(cè)電流互感TA1、TA2之間的全部區(qū)圖7.2縱差保護(hù)原理圖域，包括變壓器的高、低壓繞組、套管及引出線等。7.5.3電力變壓器的過負(fù)荷保護(hù)裝設(shè)在主變壓器110kv側(cè)，按躲過變壓器額定電流整定II后備保護(hù)動作時(shí)間取取10s。7.6線路繼電保護(hù)設(shè)計(jì)7.6.1電流速斷保護(hù)1、電流速斷保護(hù)的概念電流速斷保護(hù)按被保護(hù)設(shè)備的短路電流整定，當(dāng)短路電流超過整定值時(shí)，則保護(hù)裝置動作，斷路器跳閘，電流速斷保護(hù)一般沒有時(shí)限，不能保護(hù)線路全長（為避免失去選擇性），即存在保護(hù)的死區(qū)．為克服此缺陷，常采用略帶時(shí)限的電流速斷保護(hù)以保護(hù)線路全長．時(shí)限速斷的保護(hù)范圍不僅包括線路全長，而深入到相鄰線路的無時(shí)限保護(hù)的一部分，其動作時(shí)限比相鄰線路的無時(shí)限保護(hù)大一個(gè)級差。2、電流速斷保護(hù)的特點(diǎn)接線簡單，動作可靠，切除故障快，但不能保護(hù)線路全長，保護(hù)范圍受到系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大。速斷保護(hù)是一種短路保護(hù)，為了使速斷保護(hù)動作具有選擇性，一般電力系統(tǒng)中速斷保護(hù)其實(shí)都帶有一定的時(shí)限，這就是限時(shí)速斷，離負(fù)荷越近的開關(guān)保護(hù)時(shí)限設(shè)置得越短，末端的開關(guān)時(shí)限可以設(shè)置為零，這就成速斷保護(hù)，這樣就能保證在短路故障發(fā)生時(shí)近故障點(diǎn)的開關(guān)先跳閘，避免越級跳閘。定時(shí)限過流保護(hù)的目的是保護(hù)回路不過載，與限時(shí)速斷保護(hù)的區(qū)別在于整定的電流相對較小，而時(shí)限相對較長。這三種保護(hù)因?yàn)橛猛镜牟煌?，不能說各有什么優(yōu)缺點(diǎn)，并且往往限時(shí)速斷和定時(shí)限過流保護(hù)是結(jié)合使用的。7.6.2過流保護(hù)當(dāng)電路處于正常狀態(tài)時(shí)，通過過流保護(hù)用PTC熱敏電阻的電流小于額定電流，過流保護(hù)用PTC熱敏電阻處于常態(tài)，阻值很小，不會影響被保護(hù)電路的正常工作。當(dāng)電路出現(xiàn)故障，電流大大超過額定電流時(shí)，過流保護(hù)用PTC熱敏電阻陡然發(fā)熱，呈高阻態(tài)，使電路處于相對"斷開"狀態(tài)，從而保護(hù)電路不受破壞。當(dāng)故障排除后，過流保護(hù)用PTC熱敏電阻亦自動回復(fù)至低阻態(tài)，電路恢復(fù)正常工作。流過保護(hù)裝置的短路電流與動作時(shí)間之間的關(guān)系曲線稱為保護(hù)裝置的延時(shí)特性。延時(shí)特性又分為定時(shí)限延時(shí)特性和反時(shí)限延時(shí)特性。定時(shí)限延時(shí)動作時(shí)間是固定的，與短路電流的大小無關(guān)。反時(shí)限延時(shí)動作時(shí)間與短路電流的大小有關(guān)，短路電流大，動作時(shí)間短，短路電流小，動作時(shí)間長。短路電流與動作時(shí)限成一定曲線關(guān)系。

過電流保護(hù)一般是按避開最大負(fù)荷電流這一原則整定的。為了使上、下級的過電流保護(hù)具有選擇性，在時(shí)限上也應(yīng)應(yīng)有一個(gè)級差。這就使靠近電源端的保護(hù)動作時(shí)限將很長，這在許多情況下是不允許的。為克服這一缺點(diǎn)，通常采用提高整定值以限制動作范圍的辦法，不加時(shí)限，可以瞬時(shí)動作，這種保護(hù)叫做電流速斷保護(hù)。

無時(shí)限電流速斷不能保護(hù)線路全長，它只能保護(hù)線路的一部分。所以，為了保證動作的選擇性，其起動電流必須按最大運(yùn)行方式來整定（即通過本線路的電流為最大電流），這就存在著保護(hù)的死區(qū)。為了彌補(bǔ)瞬時(shí)速斷保護(hù)不能保護(hù)線路全長的缺點(diǎn)，常采用略帶時(shí)限的速斷保護(hù)，即延時(shí)速斷保護(hù)。這種保護(hù)一般與瞬時(shí)速斷保護(hù)配合使用，其特點(diǎn)與定時(shí)限過電流保護(hù)裝置基本相同，所不同的是其動作時(shí)間比定時(shí)限過電流保護(hù)的整定時(shí)間短。為了使保護(hù)具有一定的選擇性，其動作時(shí)間應(yīng)比下一級線路的瞬時(shí)速斷大一時(shí)限級差一般取0.5秒。

定時(shí)限過流保護(hù)電流和時(shí)間是定值。反時(shí)限過流保護(hù)是以I2t等于一個(gè)常數(shù)來整定的，即電流越大，時(shí)間越短，其實(shí)I2t是發(fā)熱量。

如發(fā)電機(jī)負(fù)序保護(hù)一般5％發(fā)信；9％啟動反時(shí)限，I2t=8或10；80％時(shí)啟動定時(shí)限，0.5秒跳發(fā)變組。7.6.3零序保護(hù)在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，只有正序分量，沒有零序分量，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地短路故障或不對稱斷線故障時(shí)才產(chǎn)生零序分量，因此零序分量是構(gòu)成保護(hù)的一種很可利用的故障特征量。三相電流平衡時(shí)，沒有零序電流，不平衡時(shí)產(chǎn)生零序電流，零序保護(hù)就是用零序互感器采集零序電流，當(dāng)零序電流超過一定值（綜合保護(hù)中設(shè)定），綜和保護(hù)接觸器吸合，斷開電路。零序保護(hù)工作原理零序電流互感器內(nèi)穿過三根相線矢量。正常情況下，三根線的向量和為零，零序電流互感器無零序電流。當(dāng)人體觸電或者其他漏電情況下：三根線的向量和不為零，零序電流互感器有零序電流，一旦達(dá)到設(shè)定值，則保護(hù)動作跳閘。零序一段：①躲過下一段線路出口處單相或者兩相接地短路時(shí)候出現(xiàn)的最大零序電流。②躲開斷路器三相觸頭不同期合閘時(shí)候所出現(xiàn)的最大零序電流。兩者比較取最大零序二段：與下一段線路的一段配合，即是躲過下段線路的第一段保護(hù)范圍末端接地短路時(shí)，通過本保護(hù)裝置的最大零序電流。零序二段的靈敏系數(shù)要大于1.5，不滿足的話要與下一段線路的二段配合，時(shí)限再抬高一個(gè)等級。零序三段：①與下一段線路的三段配合；②躲開下一段線路出口處相間短路時(shí)所出現(xiàn)的最大不平衡電流。兩者比較取最大。零序三段的靈敏系數(shù)要大于2（近后備）；靈敏系數(shù)要大于1.5（遠(yuǎn)后備）零序保護(hù)注意事項(xiàng)(1)當(dāng)電流回路斷線時(shí),可能造成保護(hù)誤動作。這是一般較靈敏的保護(hù)的共同弱點(diǎn),需要在運(yùn)行中注意防止。就斷線機(jī)率而言,它比距離保護(hù)電壓回路斷線的機(jī)率要小得多。如果確有必要,還可以利用相鄰電流互感器零序電流閉鎖的方法防止這種誤動作。(2)當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)不對稱運(yùn)行時(shí),也要出現(xiàn)零序電流,例如變壓器三相參數(shù)不同所引起的不對稱運(yùn)行,單相重合閘過程中的兩相運(yùn)行,三相重合閘和手動合閘時(shí)的三相斷路器不同期,母線倒閘操作時(shí)斷路器與隔離開關(guān)并聯(lián)過程或斷路器正常環(huán)并運(yùn)行情況下,由于隔離開關(guān)或斷路器接觸電阻三相不一致而出現(xiàn)零序環(huán)流,以及空投變壓器時(shí)產(chǎn)生的不平衡勵(lì)磁涌流,特別是在空投變壓器所在母線有中性點(diǎn)接地變壓器在運(yùn)行中的情況下,可能出現(xiàn)較長時(shí)間的不平衡勵(lì)磁涌流和直流分量等等,都可能使零序電流保護(hù)啟動。(3)地理位置靠近的平行線路,當(dāng)其中一條線路故障時(shí),可能引起另一條線路出現(xiàn)感應(yīng)零序電流,造成反方向側(cè)零序方向繼電器誤動作。如確有此可能時(shí),可以改用負(fù)序方向繼電器,來防止上述方向繼電器誤判斷。(4)由于零序方向繼電器交流回路平時(shí)沒有零序電流和零序電壓,回路斷線不易被發(fā)現(xiàn);當(dāng)繼電器零序電壓取自電壓互感器開口三角側(cè)時(shí),也不易用較直觀的模擬方法檢查其方向的正確性,因此較容易因交流回路有問題而使得在電網(wǎng)故障時(shí)造成保護(hù)拒絕動作和誤動作。8變電所監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)8.1監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)具有與電力調(diào)度、信息管理自動化等系統(tǒng)通信的功能，留有通信接口；監(jiān)控系統(tǒng)和上級調(diào)度中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)遙信、遙測、遙控和遙調(diào)的功能；廠站控制系統(tǒng)由工控機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印設(shè)備、通訊設(shè)備組成，完成對電廠的運(yùn)行監(jiān)控。8.2監(jiān)控系統(tǒng)的功能8.2.1.數(shù)據(jù)采集和處理這部分功能包括對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)預(yù)處理并以一定的格式存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。通常按照信號的性質(zhì)的不同把它們分成模擬量、開關(guān)量及脈沖數(shù)字量等，其采集和處理方法也各有不同。（1）模擬量的采集和處理這一類實(shí)時(shí)量包括電氣模擬量、非電氣模擬量及溫度量，對它們的采集范圍、處理方式以及各量的變化規(guī)律各不相同。電氣模擬量是指電壓、電流及功率等電氣信號量。非電氣模擬量主要是指油位等信號量及擺度、振動等。溫度量也屬于非電氣模擬量，由于其采集的信號是測溫電阻，且其變比速度一般也比較緩慢，因此將其單列出來。其處理包括預(yù)防回路斷線及斷線檢測功能、信號抗干擾、數(shù)字濾波、誤差補(bǔ)償、數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、標(biāo)度換算、梯度計(jì)算、越復(fù)限判斷及越限報(bào)警，最后經(jīng)格式化處理后形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。（2）開關(guān)量的采集開關(guān)量采集包括中斷型開關(guān)量和非中斷型開關(guān)量兩種。中斷型開關(guān)量信號指事故信號、斷路器分合及重要繼電保護(hù)的動作信號。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能以中斷方式迅速響應(yīng)這些信號并做出一系列必要的反應(yīng)及自動操作。中斷型開關(guān)量信號輸入為無源接入點(diǎn)輸入，中斷方式接收。非中斷開關(guān)量信號是指除中斷開關(guān)量信號以外的那部分開關(guān)量信號。包括各類故障信號、斷路器及隔離開關(guān)的位置信號、機(jī)組設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)信號、手動自動方式選擇的位置信號等。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對這些信號的采集方式為定期掃查。對信號的處理包括光電隔離、接地防抖處理、硬件及軟件濾波、基準(zhǔn)時(shí)間補(bǔ)償、數(shù)據(jù)有效性合理判斷、啟動相關(guān)量處理功能（如啟動事故順序記錄、發(fā)事故報(bào)警音響、畫面自動推出及自動停機(jī)等），最后經(jīng)格式化處理后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。（3）脈沖量、數(shù)字量采集脈沖量主要是指有功及無功電度量。脈沖量的輸入為無源接點(diǎn)或有源電脈沖，即時(shí)采集。對脈沖量的采集處理包括接點(diǎn)防抖動處理、數(shù)據(jù)有效性合理判斷、標(biāo)度變換、檢錯(cuò)糾錯(cuò)處理、經(jīng)格式化處理后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。（4）開關(guān)量輸出特指各類操作控制指令。計(jì)算機(jī)在輸出這些信號前進(jìn)行校驗(yàn)，經(jīng)判斷無誤后才能送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為保證信號的電氣獨(dú)立性及準(zhǔn)確性，開關(guān)量輸出信號也經(jīng)光電隔離接點(diǎn)防抖動處理后發(fā)出。（5）信號量值及狀態(tài)設(shè)定對于某些由于設(shè)備原因而造成的信號出錯(cuò)以及在必要時(shí)要進(jìn)行人工設(shè)定量值做分析處理的信號量，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)允許運(yùn)行值班人員和系統(tǒng)操作員對其進(jìn)行人工設(shè)定，并在處理時(shí)把它們與其它正常采集到的信號等同對待，在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以區(qū)分它們并給出相應(yīng)標(biāo)志。（6）統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。8.2.2變電所運(yùn)行安全監(jiān)視和事件報(bào)警（1）全廠運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視監(jiān)視全廠各種運(yùn)行工況的轉(zhuǎn)換過程所經(jīng)歷的各主要操作步驟，并在顯示器上顯示；當(dāng)發(fā)生過程阻滯時(shí)，在顯示器上給出阻滯原因，并由機(jī)組現(xiàn)地控制單元將機(jī)組轉(zhuǎn)換到安全狀態(tài)或停機(jī)。（2）參數(shù)越復(fù)限報(bào)警記錄系統(tǒng)在火電站發(fā)生事故、故障時(shí)，在顯示器上立即推出事故提示信息，將事故、故障發(fā)生的位置通知值班員；系統(tǒng)與當(dāng)?shù)乜刂茊卧狶CU能快速準(zhǔn)確地處理事故、故障，并自動將事故前及事故后一段時(shí)間的有關(guān)數(shù)據(jù)和事故發(fā)生的時(shí)間記錄下來，形成事故追憶記錄。事故追憶記錄能以數(shù)據(jù)和圖表的形式顯示和打印，供分析使用。（3）事故順序記錄系統(tǒng)能將火電廠所有設(shè)備發(fā)生的事件如各種越限及復(fù)限信號、事故信號、故障信號、遙控操作等具體內(nèi)容按一定的事件順序詳盡地記錄下來，形成數(shù)據(jù)文件，以便于隨時(shí)查詢、打印。（4）故障狀態(tài)顯示記錄狀態(tài)分成兩類。一類為自動狀態(tài)即自動控制或保護(hù)裝置動作所導(dǎo)致的狀變，如斷路器事故跳閘，機(jī)組的自動起動等，另一類為受控狀變，即由來自人工控制的命令所引起的狀變。發(fā)生這兩種狀變時(shí)，均可在顯示器上顯示。狀變量以數(shù)字量形式采入。（5）趨勢分析判斷分析機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，提高機(jī)組運(yùn)行的安全性。8.3監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)隨著大規(guī)模集成電路的普及，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也走進(jìn)了大中小型變電所。圖為變電所監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖8.1監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖從圖中可以清晰的看到變電所可以分為上位機(jī)控制層，中間通訊線路層和最底層現(xiàn)場保護(hù)與設(shè)備層。各層之間層次清楚，分工明確，相互合作，各司其職，相互溝通，完成監(jiān)控。上位機(jī)層由一臺監(jiān)控主機(jī)，一臺打印機(jī)，鍵盤以及監(jiān)視器等構(gòu)成。中間通訊層為通訊的鏈路層，一般為雙絞線，光纜，電纜等?，F(xiàn)場保護(hù)層包括S7-200系列PLC，電量變送器，開關(guān)量采集單元，各種具體的保護(hù)裝置等。這套系統(tǒng)監(jiān)控以計(jì)算機(jī)為基本裝置，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的直接調(diào)試監(jiān)視，現(xiàn)場的個(gè)保護(hù)裝置通過電流變送器將現(xiàn)場信息反映給中央主機(jī)，中央主機(jī)將這些信息以圖形問題等形式反映在屏幕上，實(shí)現(xiàn)動態(tài)跟蹤現(xiàn)場情況。中央主機(jī)裝有監(jiān)控主程序，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。主要完成兩類任務(wù)。第一類，與下位機(jī)通訊類，這類里面主要包括與下位機(jī)的訪問，下位機(jī)隊(duì)上位機(jī)的訪問應(yīng)答，這些應(yīng)答的信息里面包含含有很多的信息，大體分為狀態(tài)信息，反映下位機(jī)的工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)信息，反映現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)，當(dāng)然這是數(shù)據(jù)是數(shù)字量。第二類，上位機(jī)類。這類里面主要完成對下位機(jī)傳上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理、存儲、打印形成各種報(bào)表，并以圖像生動的形式直觀的反映給監(jiān)控室的工作人員。同時(shí)也有一些輔助功能。8.4監(jiān)控系統(tǒng)軟件構(gòu)成軟件的運(yùn)行需要一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境，要求系統(tǒng)軟件具有良好的安全性和穩(wěn)定性。鑒于此程序設(shè)計(jì)的時(shí)候通常采用結(jié)構(gòu)上獨(dú)立，每個(gè)模塊單獨(dú)完成單一的任務(wù)。模塊之間的通訊目前也有成熟的技術(shù)?；谀K化的編程思想，把本軟件的功能分塊劃分設(shè)計(jì)，所以采用分層分塊的軟件結(jié)構(gòu)。這樣的模塊化設(shè)計(jì)的程序，使得程序安全，易于擴(kuò)展，調(diào)試方便，易于修改，維護(hù)方便。本設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)如圖所示。從圖中可以清晰的看到軟件分為上中下三層，分別對應(yīng)為系統(tǒng)軟件層、支持軟件層、應(yīng)用軟件層三個(gè)部分。三者之間相互協(xié)調(diào)，互相訪問，完成監(jiān)控功能。操作系統(tǒng)軟件也指操作系統(tǒng)，目前常用的才做系統(tǒng)主要有兩類，一類是微軟開發(fā)的WINDOWS操作系統(tǒng)，還有一種是Linux操作系統(tǒng)。兩則各有優(yōu)點(diǎn)，Linux操作系統(tǒng)速度比較快，安全性比windows好。但有好多軟件只能在windows里運(yùn)行，與Linus兼容的軟件正在開發(fā)中，Linus使用在網(wǎng)絡(luò)方面。Linus的操作系統(tǒng)比較復(fù)雜，windows的操作系統(tǒng)比較簡單。所以本次錯(cuò)做使用windows-XP操作系統(tǒng)。Windows-XP具有運(yùn)行可靠、穩(wěn)定而且速度快的優(yōu)點(diǎn)，它不斷運(yùn)用更加成熟的技術(shù)，而且外觀設(shè)計(jì)清晰明快、使用戶有良好的視覺享受。XP系統(tǒng)增強(qiáng)了多媒體功能，使得媒體播放器與系統(tǒng)完全融為一體，用戶不需要安裝其他的播放器軟件，就可以播放和管理各種格式的音頻和視頻文件。在新的中文版WindowsXP系統(tǒng)中增加了眾多的新技術(shù)和新技能，使得用戶能輕松的在其環(huán)境下完成各種管理和操作。8.4.1支撐軟件本課題采用的支撐軟件是ACCESS數(shù)據(jù)庫組成。支撐軟件保證了數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。MicrosoftAccess是一種桌面數(shù)據(jù)庫。只適合在數(shù)據(jù)量少的情況下應(yīng)用，在處理少量的數(shù)據(jù)和單片機(jī)訪問的數(shù)據(jù)時(shí)很好的，效率也比較高。本數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)有日數(shù)據(jù)、報(bào)警事件、操作記錄。日數(shù)據(jù)中包含每日的測量、搖信、電度值等數(shù)據(jù)。是電力報(bào)表的數(shù)據(jù)來源。報(bào)警事件用于記載越限數(shù)據(jù)、定值修改、遙控分合閘等。操作記錄用于記錄系統(tǒng)管理員和用戶的登錄、退出、定值設(shè)定、開關(guān)操作等。這些數(shù)據(jù)來源于監(jiān)控主機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，由監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)和用戶的交互，確定數(shù)據(jù)存儲的定時(shí)和時(shí)間間隔。日數(shù)據(jù)表可以在監(jiān)控主機(jī)上由監(jiān)控程序訪問SQL數(shù)據(jù)庫，有用戶定制生成，也可以在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上通過企業(yè)管理導(dǎo)出，然后編輯打印。圖8.2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖8.4.2支撐軟件本課題采用的支撐軟件是ACCESS數(shù)據(jù)庫組成。支撐軟件保證了數(shù)據(jù)的正確性和可靠性。MicrosoftAccess是一種桌面數(shù)據(jù)庫。只適合在數(shù)據(jù)量少的情況下應(yīng)用，在處理少量的數(shù)據(jù)和單片機(jī)訪問的數(shù)據(jù)時(shí)很好的，效率也比較高。本數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)有日數(shù)據(jù)、報(bào)警事件、操作記錄。日數(shù)據(jù)中包含每日的測量、搖信、電度值等數(shù)據(jù)。是電力報(bào)表的數(shù)據(jù)來源。報(bào)警事件用于記載越限數(shù)據(jù)、定值修改、遙控分合閘等。操作記錄用于記錄系統(tǒng)管理員和用戶的登錄、退出、定值設(shè)定、開關(guān)操作等。這些數(shù)據(jù)來源于監(jiān)控主機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，由監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)和用戶的交互，確定數(shù)據(jù)存儲的定時(shí)和時(shí)間間隔。日數(shù)據(jù)表可以在監(jiān)控主機(jī)上由監(jiān)控程序訪問SQL數(shù)據(jù)庫，有用戶定制生成，也可以在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上通過企業(yè)管理導(dǎo)出，然后編輯打印。8.4.3應(yīng)用軟件變電所自動化的應(yīng)用軟件目前較多，比較常見的有SCADA。組態(tài)主軟件功能強(qiáng)大，編程相對容易，程序相對和考星也比較高。應(yīng)用在變電所的自動化方面，可以提供方便的查詢系統(tǒng)。能方便的以曲線、圖等形式查詢電力系統(tǒng)的歷史、實(shí)時(shí)狀態(tài)。通訊距離可以達(dá)到5000米，與傳統(tǒng)的監(jiān)控方式相比，節(jié)省了大量的控制電纜。僅有一條通訊電纜代替。由顯示器、投影儀等代替模擬屏，既節(jié)省了投資，又避免了巨大的模擬屏在值班室占用空間。強(qiáng)大的報(bào)表系統(tǒng)?？筛鶕?jù)用戶需要定制抄表時(shí)間，完成取代人工抄表，避免了抄表人員進(jìn)入配電房工作帶來的危險(xiǎn)。大大保障了工作人員的安全。在組態(tài)主搖控系統(tǒng)中，除傳統(tǒng)的機(jī)械閉鎖、電氣閉鎖外，還可以增加計(jì)算機(jī)額邏輯閉鎖。提高了電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性。支持ODBC數(shù)據(jù)庫。但是組態(tài)軟件存在下面一個(gè)不足：在組態(tài)軟件應(yīng)用中需要各種智能設(shè)備通訊，一般組態(tài)軟件都是通過SCADA等高級語言編寫動態(tài)庫程序，通過組態(tài)軟件提供接口，采集設(shè)備數(shù)據(jù)并和組態(tài)軟件通訊。這種方式目前在組態(tài)軟件應(yīng)用非常廣泛，但存在不足之處，尤其是對一些簡單設(shè)備或者用戶自己開發(fā)的設(shè)備。這種設(shè)備通訊協(xié)議非常簡單，但客戶不得不委托組態(tài)軟件開發(fā)商開發(fā)設(shè)備驅(qū)動程序。而組態(tài)軟件廠商的開發(fā)人員往往沒有實(shí)際的設(shè)備，只能根據(jù)用戶提供的協(xié)議完成代碼編程，實(shí)際用戶在現(xiàn)場試用。如果出現(xiàn)問題往往需要返回廠商修改，反反復(fù)復(fù)才能解決問題，造成人力物力的浪費(fèi)。SCADA編程方式與組態(tài)有很大的不同，運(yùn)行速度快SCADA支持多線程，數(shù)據(jù)監(jiān)控界面的顯示性強(qiáng)?？梢缘玫阶詈玫乃俣?，最大的靈活性，最強(qiáng)的功能，比較適用一些底層的場合，特別是一些使用現(xiàn)有控件不太理想的情況下，VB的載有度比較高。可以開發(fā)優(yōu)秀的通信程序、高效靈活的文件操作程序、高效靈活的數(shù)據(jù)庫操作程序。變電所監(jiān)