林江-毕业设计正文[110I-2].pdf

毕 业 设 计 论 文 题目： 10千伏变电站设计（ I）（二次部分 ）系 别： 电气 与电子工 程系专 业： 电气 工程及其 自动化姓 名： 林江学 号： 091209230指导 教师： 王广河南城建学院2011年 05月 24日河南城建学院毕业设计（论文） 任 务 书题 目 10千伏变电站设计（ I） （二次部分 ）系 别 电气与电子工程系 专 业 电 气工 程及 其自 动化班 级 0912092学 号 30学生 姓名 林 江 指导 教师 王广发放 日期 2011年 月 日河南 城建学院 教务处制河南 城建学院 本科毕业 设计（论 文）任务 书一、 主要任务 与目标：1、变压器的保护设计。为变压器设计性能良好、动作可靠的保护装置。2、母线保护的配置与整定。为母线设置专用保护装置。3、断路器、隔离开关的控制回路设计。4、电压互感器、电流互感器的配置与接线。5、信号回路设计。 培养学生综合运用所学各科知识 ， 独立分析和解决实际供电工程问题的能力 、 查询资料的能力 。 熟悉相关规程和规范 ， 树立工程的观点 。 为今后从事电气方面的工作打下良好基础。二、 主要内容 与基本要 求： 对 110要求完成： 1、主变压器的保护方案设计及整定计算。2、母线保护的配置与整定计算。3、断路器、隔离开关的控制及操作回路设计，绘制原理图。4、电压互感器、电流互感器的配置与接线设计。5、信号回路设计，绘制接线原理图。三、 计划进度 ： 毕业设计时间为第五周至第十四周（ 3月 21日 5月 28日 ） 。第五周：查询资料，撰写开题报告 第六七周：变压器和母线的保护设计； 第八九周：断路器、隔离开关的控制及操作回路设计第十周：电压互感器 、 电流互感器的接线设计第 十一 周：信号回路设计；绘图第十二周：修改、整理设计文档第十三周：上交设计文档、评阅 第十四周：答辩四、 主要参考 文献： 1陈化钢主编 安徽：合肥工业大学出版社， 20042王京伟主编 北京：中国水利水电出版社， 20053卓乐友 00例 国电力出版社， 20054李宏任 北京：机械工业出版社， 20025方大千 北京：人民邮电出版社， 2003635/6（ 10配电所二次接线（交流操作部分） 师（签 名 ） ： 年 月 日教研 室审核意 见：教研 室主任签 名： 年 月 日注 ： 任务书 必须由指 导教师和 学生互相 交流后 ， 由指导 老师下达 并交教研 室主任审 核后发给学生， 最后同学 生毕业论 文等其它 材料一起 存档。成绩评 定 毕业设计（论文）成绩评定成绩评定说明一、 答辩前 每个学生 都要将自 己的毕业 设计（论 文）在指 定的时间 内交给指 导， 教师， 由指导教 师审阅， 写出评语 并预评分 。二、答 辩工作结 束后，答 辩小组应 举行专门 会议按学 校统一的 评分标准 和评分办法，在 参考指导 教师预评 结果的基 础上，评 定每个学 生的成绩 。系对专 业答 辩小组 提出的优 秀和不及 格的 毕业设 计（论文 ） ，要组 织系级答 辩 ,最终确 定成绩， 并向学生 公布。三、各 专业学生 的最后成 绩应 符合正态分布规律。四 、 具体评 分标准和 办法见 平顶山 工学院毕 业设计 （ 论文 ） 工作条 例 中附录 2。五、 答辩小 组评分包 括两部分 ： （ 1）学生 答辩情况 的得分和 评阅教师 评分 ； （ 2） 指导教师 对学生毕 业设计（ 论文）的 评分班级 姓名 学号综合 成绩： 分（ 折合等级 ）答辩小 组组长签 字 年 月 日 答辩小 组评定意 见 一、 评语（根 据学生答 辩情况及 其论文质 量综合评 定 ） 。二、 评分（按 下表要求 评定）评 分项 目 答 辩 小 组 评 分 评 阅 教 师 评 分 合 计 （ 40分 ）完 成任 务 情 况（ 5分 ） 毕 业设 计（ 论 文 ） 质 量（ 5分 ） 表 达情 况 （ 5分 ） 回 答问 题 情 况（ 5分 ） 质 量（ 正 确性 、 条理 性、 创 造性 、 实用 性） （ 10分 ） 成 果 的 技 术水 平 （ 科 学性 、 系 统性 ）（ 10分 ）答辩小 组成员签 字 年 月 日毕业 答辩说明1、 答辩前 ， 答辩小 组成员应 详细审阅 每个答辩 学生的毕 业设计 （ 论文 ） ， 为答辩 做好准备 ， 并根据毕业 设计（论 文）质量 标准给出 实际得分 。 2、严肃 认真组织 答辩，公 平、公正 地给出答 辩成绩。3、指导 教师应参 加所指导 学生的答 辩，但在 评定其成 绩时宜回 避。4、答辩 中要有专 人作好答 辩记录。 指导教 师评定意 见 一 、对 毕业 设计 （论 文） 的学 术评 语（ 应具 体、 准确 、实 事求 是 ） ：签字： 年 月 日二 、对 毕业 设计 （论 文） 评分 按 下表 要求 综合 评定 。（ 1）理工 科评分表评 分项 目 （ 分值 ） 工 作态 度 与 纪 律（ 10分 ） 毕 业设 计（ 论文 ） 完成 任务 情况 与水 平 （ 工作 量与 质量 ）（ 20分 ）独 立工 作能 力 （ 10分 ） 基 础理 论和 基 本技 能 （ 10分 ） 创 新能 力（ 10分 ） 合 计（ 60分 ）得 分（ 2）文科 评分表评 分项 目 （ 分值 ） 文 献 阅 读 与文 献综 述 （ 10分 ） 外 文翻 译 （ 10分 ） 论 文撰 写质 量 （ 10分 ） 学 习态 度 （ 10分 ） 学 术 水 平（ 20） 论 证能 力 与 创新（ 40分 ） 合 计（ 10分 ）得 分指导教 师签字： 年 月 日河南城 建学院本 科毕业设 计（论文 ） 摘要站 在 电力 系 统中 的 地位 十 分重 要 ，随 着 我国 电 力事 业 的发 展 ，变 电 站的二 次部 分 由传 统 的二 次 设备 包 括测 量 仪表 、 信号 系 统、 继 电保 护 、自 动 装置 和 远动 装置 发 展为 能 实现 对 全站 的 主设 备 和输 、 配电 线 路的 自 动监 视 、测 量 、自 动 控制 和微 机 保护 以 及调 度 通信 的 综合 性 的自 动 化二 次 系统 ， 同时 变 电站 的 数字 化 和综 合自 动 化不 仅 为实 现 变电 站 无人 值 班和 配 电网 实 现综 合 自动 化 奠定 了 基础 ， 而且也为供电部门提供更加安全、经济可靠和高质量的电能创造了条件。 本设 计主要 是对 10一次 部分进 行相应 的继电 保护设 计和二 次回路初 步设 计 。结 合 所学 各 科知 识 和根 据 参考 标 准完 成 设计 。 本设 计 主要 包 括以 下 内容 ： 第一章 ， 绪论 ； 第二章 ， 110 第三章 ， 变电 站主 变 压器 的 保护 方 案设 计 ；第 四 章， 变 电站 母 线的 保 护方 案 设计 ； 第五 章 ，变 电站 输 电线 路 的保 护 方案 设 计； 第 六章 ， 断路 器 和隔 离 开关 控 制回 路 的设 计 ；第 七章 ， 互感 器 的配 置 和接 线 设计 ； 第八 章 ，变 电 站信 号 回路 和 其他 二 次部 分 的初步设计；第九章，微机保护的整定计算。关键词： 二次系统，微机保护， 学院本 科毕业设 计（论文 ） nt m m 10e e er K ： 学院本 科毕业设 计（论文 ） 目录.课题的目的意义 .国内外研究综述 .课题设计主要内容 .毕业设计原始资料 .电气一次部分计算数据 .概述 .主变压器保护的配置原则 .主变压器保护的配置方案 . .主变压器保护原理 .主变压器保护工作原理 .学院本 科毕业设 计（论文 ） .主变压器保护整定 .概述 .母线保护的配置方案 .母线保护工作原理 .母线保护的整定 .概述 .变电站线路保护的配置原则 . 63.10.变电站线路保护的配置方案 .线路保护的整定 .概述 .控制回路设计 .学院本 科毕业设 计（论文 ） .控制回路工作原理 . .概述 .互感器的配置 .互感器配置方案 .0开关柜内互感器合并单元的配置 . 568变电站信号回路和其他二次部分初步设计 .概述 .变电站信号回路设计 .其他二次部分的初步设计 .变压器的保护计算 . .学院本 科毕业设 计（论文 ） .母线的保护计算 .线路的保护计算 . 79附录 .10.10.10#主变压器保护配置图 .学院本 科毕业设 计（论文 ） 目 的意 义变 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 与 经济运 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 。 随着 变 电站 综合 自 动化 和 数字 化 的不 断 发展 与 进步 ， 变电 站 综合 自 动化 取 代或 更 新传 统 的变 电所 二 次系 统 ，数 字 化实 现 智能 一 次二 次 设备 的 结合 。 继而 实 现无 人 值守 变 电站 已 成为 电 力系 统 新的 发 展方 向 和趋 势 1。 针 对 110 站的 一 次部 分 进行 相应 的微 机 保护 设 计和 二 次回 路 初步 设 计。 主 要完 成 主变 压 器的 微 机型 保 护设 计 及整 定计 算 ，微 机 型母 线 保护 的 配置 与 整定 计 算， 和 相应 的 电压 互 感器 、 电流 互 感器 的配 置 及接 线 ，断 路 器、 隔 离开 关 的控 制 及操 作 回路 设 计， 信 号回 路 和辅 助 设备的设计。通 过毕 业 设计 培 养综 合 运用 所 学各 科 知识 ， 独立 分 析和 解 决实 际 供电 工 程问题 的能 力 、查 询 资料 的 能力 。 熟悉 相 关规 程 和规 范 ，树 立 工程 的 观点 。 为今 后 从事电气方面的工作打下良好基础。研 究综 述微 机保 护 在 我 国 已 得到 广 泛运 用 。 在变 压 器保 护 方面 系 统中 配 置主 要 是二 次谐波原理 、 间断角原理差动保护 2。 现在 基于波形对称原理的最新型微机型变压器保 护 装 置 已 经 推 出 ， 如 四 方 公 司 的 、 南 瑞 公 司 的 及华紫光的 自厂的 线保 护 方面 ， 微机 型 母线 保 护现 在 主要 向 着集 中 式布 置 和分 散 式布 置 两个方向发展 2。目前研制成功并投入运行的微机型母线保护装置国内产品主要有 ： 许继 机保 护装置 ，国电 南自 机母 线保护装置 ，深圳 南瑞 母线 保护装 置，南 瑞继保 母线保护装置等 ； 国外产品有 ： 国外西门子 （ 公司研制的 中式 微机母 线保护 和 7布式 微机母 线北京 和断路 器失灵 保护， 通用（ 电气公司的 90型微机母线差动保护 ， 线 路保 护 方面 ， 电力 系 统线 路 主要 配 置全 线 速动 的 纵联 距 离保 护 或光 纤 差动保 护 4。 在 我 国 目 前 研 制 成 功 并 投 入 运 行 的 微 机 型 母 线 保 护 装 置 产 品 主 要 有 许 继河南城 建学院本 科毕业设 计（论文 ） 1绪论2京四方公司的 国电 南自 数 字 式线 路 保护 测 控装 置 ，深 圳 南瑞 超 高 压线路成套保护装置 ， 南京南瑞继 保 和 以微机保护为基础上 ， 变电站综合自动化系统在我国应用范围已经相当广阔 ，其国内主要的公司和产品已有：北京四方公司的 南 京 南 瑞 集 团 公 司 的 机 监 控 系 统 ， 南 京 南 瑞 继 保 电 气 有 限 公 司 的海惠安 m 2000变电站自动化监控系统 ， 国电南自 许昌继电器自动化公司的 近年来非常规互感器、 络通信技术和智能断路器技术的新技 术的 发 展对 变 电站 综 合自 动 化系 统 的应 用 有巨 大 的突 破 。这 些 新技 术 在常 规 变电站系统应用技术上突破了 “ 瓶颈 ” ， 引领未来变电站综合自动化系统的发展趋势 ，变 电站 综 合自 动 化系 统 所涉 及 的监 控 、远 动 、继 电 保护 、 自动 安 全装 置 设备 的 可靠性、实时性、经济性将得以迅速提高1。计 主要 内容对 110一次 部分进 行相应 的继电 保护设 计和二 次回路 初步设 计。本设计主要完成以下几部分： 1)主变压器的保护方案设计及整定计算。2)母线保护的配置与整定计算。3)断路器、隔离开关的控制及操作回路设计。4)电压互感器、电流互感器的配置与接线设计。5)信号回路设计。河南城 建学院本 科毕业设 计（论文 ） 2电气一 次部分基 本情况32电气 一次部分 计 原始 质及规 模本变电站位于 以 10以 35新建变电站。0/35/10110期 2回，远期 2回；35近期 4回，远期 2回；10近期 9回，远期 2回；近期最大负荷 期最大负荷 电力 系统接线 简图 250100 变图 简图附注： 图中，系统容量，系统阻抗均相当于最大运行方式； 最小运行方式下： 70050系统可保证本所 110%以内。河南城 建学院本 科毕业设 计（论文 ） 2电气一 次部分基 料 表 电压 等级 负荷 名称 最大负 荷 越功 率 荷组 成 （ %） 功 率 因 数 Tm ax(h) 线 长 注近 期 远 景 近 期 远 景 一 级 二 级 三 级110 1520 12市甲线 1520 25备用一 10备用二 1035 0%30%0煤矿 2 0%30%0甲乡镇 0%30%0乙乡镇 0%0备用一 5备用二 210 0% 0%2520%30%厂 1 0%厂 2 0%5 30%30%2530%30%2530%30% 20%40%学院本 科毕业设 计（论文 ） 2电气一 次部分基 况 站位 于 缘， 毗 邻公 路 ，交 通 便利 ， 周围 是 工业 企 业。 通过 110 市甲线向其供电 ， 其位于负荷中心 ； 其南侧 10供 电 用户 为 电线 电 缆厂 一 、电 线 电缆 厂 二、 化 肥厂 一 、化 肥 厂二 、 开关 厂 和玻璃厂，北侧供电用户为市区、食品厂、机械厂；同时通过 35乙乡镇、煤矿一、煤矿二供电。次 部分 计算 的主接 线形式110 10 35 10主接线图见附录 变电 站的各侧 负荷情况表 侧负荷 表（远景 ）变电站 各侧 出线回 数 出线最 大负荷 压器 最大负荷 流 0 10535 710 的主变 压器变电站变压器选用 2台 天互为备用运行方式。表 数变压器 型号 联结组 标号 额定电 压（ 阻抗电 压（ %） 损耗（ 中 高低 中低 空载 负载0 压110 8 2 的短路 计算数据系 统 取 基 准 容 量 00基 准 电 压 ： 10南城 建学院本 科毕业设 计（论文 ） 2电气一 次部分基 本情况6变压器各侧额定数据见表 侧额定 数据变压器 各侧 额定电 压 定一 次电流 A 额定二 次电流 10 131 5 0 短路计算数据 。 见表 表 统最大 运行方式 三相短路 计算数据短路 短路点 短路平 均 基准电 流 短路电 流周期分 量 短路电 流冲 短路全 电流最类型 位置 电压 (起始有 效值 (击值 (大有效 值 (相 短路 1105 1 7 1 统最小 运行方式 三相短路 计算数据短路 短路点 短路平 均 基准电 流 短路电 流周期分 量 短路电 流冲 短路全 电流最类型 位置 电压 (起始有 效值 (击 (大有效 值 (相 短路 11015 1 7 1 23表 统最大 、最小运 行方式两 相短路计 算数据两相短 路电流 1050方式 方式 的主要 配电装置变电站主要配电装置如下表。表 装置电压等 级 配置形 式 装置型 号10内 绝缘金 属封闭开 关设备 (5内 )型金属 铠装封闭 式 户内 开关柜10内 开式户 内交流金 属封闭开 关设备河南城 建学院本 科毕业设 计（论文 ） 3变电站 主变压器 的保护方 案设计73变电 站主变压 器的保护 力 系 统中 电 力变 压 器是 十 分重 要 和必 不 可少 的 设备 。 它的 故 障将 会 给系统 的正 常 供电 和 安全 运 行带 来 严重 的 后果 ， 同时 大 容量 的 电力 变 压器 也 是十 分 昂贵 的元 件 ，因 此 ，必 须 根据 变 压器 的 容量 和 重要 程 度考 虑 装设 性 能良 好 ，工 作 可靠的继电保护装置。 变 压器 的 故障 可 以分 为 油箱 外 和油 箱 内两 种 故障 ： 油箱 外 故障 ， 主要 是 套管和 引出 线 上发 生 相间 短 路以 及 接地 短 路。 油 箱内 的 故障 包 括绕 组 的相 间 短路 、 接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损等 3。变 压器 的 不正 常 运行 状 态主 要 有： 变 压器 外 部短 路 引起 的 过电 流 、负 荷 长时间 超过 额 定容 量 引起 的 过负 荷 ，风 扇 故障 或 漏油 等 原因 引 起冷 却 能力 的 下降 等 。这些不正常运行状态会使绕组和铁芯过热。 对变压器的主要故障及异常运行方式主要包括以下几种： (1)绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；(2)绕组的匝间短路；(3)外部相间短路引起的过电流；(4)中性点直接接地或小电阻接地电力网中 ， 外部接地短路引起的过电流及中性点过电压； (5)过负荷；(6)过励磁；(7)油面降低；(8)变压器油温、绕组温度过高及油箱压力过高和冷却系统故障。实 践证 明 ，上 述 变压 器 内部 故 障中 ， 以油 箱 内绕 组 的故 障 较多 ， 尤其 是 匝间短 路。 绕 组故 障 产生 的 电弧 ， 会损 坏 绕组 的 绝缘 及 铁芯 ， 引起 绝 缘材 料 和变 压 器油的强烈气化 ， 从而导致油箱的爆炸 。 匝间故障大都是在电压较高时的绝缘击穿 ，外 部故 障 特征 不 明显 。 传统 上 由于 机 械式 差 动保 护 的动 作 灵敏 度 和速 度 的限 制 ，这 种故 障 大都 由 瓦斯 保 护完 成 。瓦 斯 的动 作 速度 也 不快 ， 因此 故 障后 的 修复 工 作量 很大 。 微机 变 压器 差 动保 护 动作 速 度大 大 提高 ， 可以 作 为匝 间 故障 保 护， 并 大大减轻了事故后的修复工作量 。 其次 ， 引出线的接地和相间故障也是常常发生的 ，这 种故 障 是故 障 电流 很 大且 可 能有 相 当大 的 非周 期 分量 的 故障 ， 因而 还 需要 设 置差电流速断保护作为主保护。河南城 建学院本 科毕业设 计（论文 ） 3变电站 主变压器 的保护方 案设计8最 常见 的 变压 器 不正 常 工作 状 态是 过 电流 ， 即工 作 电流 大 于额 定 电流 ， 产生过 电流 的 原因 很 多， 主 要有 外 部短 路 故障 切 除时 间 长、 并 联工 作 变压 器 被断 开 、电 动机 的 自起 动 、自 动 投入 负 荷、 系 统振 荡 等。 另 外， 还 有变 压 器油 箱 漏油 造 成的油面降低和油箱出现气体等。 此 外对 于 大容 量 的变 压 器， 由 于其 额 定工 作 时的 磁 通密 度 相当 接 近于 铁 心的饱 和磁 通 密度 ， 因此 在 过电 压 或低 频 率等 异 常运 行 方式 下 ，还 会 发生 变 压器 过 励磁故障。 器 保护 的配 置原 则对于变压器的故障和不正当工作状态 ， 根据 电力装置的继电保护和自动装置设计规范 ，应装设以下保护 4：(1)对 均 应 装设 瓦 斯保 护 。当 壳 内故 障 产生 轻 微瓦 斯 或油 面 下降 时 ，应 瞬 时动 作 于信 号； 当 产生 大 量瓦 斯 时， 应 动作 于 断开 变 压器 各 侧断 路 器。 当 变压 器 安装 处 电源侧无断路器或短路开关时，可作用于信号。(2)对变压器引出线、套管及内部的短路故障。对于 10 应装设纵联差动保护 。 对于 10 2电 流速 断 灵敏 系 数不 符 合要 求 时， 宜 装设 纵 联差 动 保护 。 各项 保 护装 置 应动 作 于断开变压器的各侧断路器。 (3)对由外部相间短路引起的变压器过电流 ， 应装设过电流保护装置 。 保护装置 动作 后 ，应 带 时限 动 作于 跳 闸， 三 线圈 变 压器 ， 宜装 于 主电 源 侧及 主 负荷 侧 。主电源侧的保护应带两段时限，以较短的时限断开未装保护侧的断路器。 (4)对中性点直接接地电力网内 ， 由外部接地短路引起过电流时 ， 如变压器中性 点接 地 运行 ， 应装 设 零序 电 流保 护 。当 电 力网 中 部分 变 压器 中 性点 接 地运 行 ，为防止发生接地短路时 ， 中性点接地的变压器跳开后 ， 中性点不接地的变压器 （ 低压 侧有 电 源） 仍 带接 地 故障 继 续运 行 ，应 根 据具 体 情况 ， 装设 专 用的 保 护装 置 ，如零序过电压保护等。 (5)对 当数台并列运行或单独运行并作为其它负荷的备 用电 源 时， 应 根据 可 能过 负 荷的 情 况装 设 过负 荷 保护 。 对三 线 圈变 压 器， 保 护装置应能反应各侧过负荷的情况。 (6)对变压器温度升高和冷却系统故障，应按现行电力变压器标准的要求 ， 装设可作用于信号或动作于跳闸的装置。河南城 建学院本 科毕业设 计（论文 ） 3变电站 主变压器 的保护方 器 保护 的配 置方 案本变电站主变压器保护的配置，根据 电器保护和安全起动装置技术规程的规定配置如下 5：(1)主保护1)比率差动保护：保护动作跳开主变压器各侧断路器。2)非电量保护：按主变压