110KV变电站微机保护设计_WDJS-8000微机保护及防雷.doc
110KV变电站微机保护设计（全套含CAD图纸、说明书）
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2011年度本科生毕业论文（设计）110KV变电站微机保护（WDJS-8000微机保护及防雷）院 系：专 业：年 级：学生姓名：学 号：导师及职称 2011年5月2011 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate 110 kv substations microcomputer protection(WDJS-8,000microcomputer protection and lightning protection) May, 2011毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名：日期： 日期： 毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员名单姓名职称单位备注主席（组长）本科毕业论文(设计)摘要电力生产过程有别于其他工业生产过程的一个重要特点，就是它的生产、输送、变换、分配、消费的几个环节是在同一个时间内同步瞬间完成。电力生产过程要求供需严格动态平衡，一旦失去平衡生产过程就要受到破坏，甚至造成系统瓦解，无法维持正常生产。随着经济的快速发展，全国乃至全世界凸现缺电局面，如何进一步优化调度，加强电力资源的优化配置，最大限度满足电力需求成为人们探讨的问题之一。又随着计算机技术、通信技术、信息技术惊人的发展，变电站综合自动化技术进一步优化，整个电网运行的安全性和经济效益得到大幅提升。这项技术将引起电力行业有关部门的重视，成为变电站设计核心技术之一。本次设计的课题是一个110KV变电站初步电气设计，该站建成后与110KV电网相连，具有110KV、10KV两个电压等级，本站位于镇郊，地势平坦，交通便利，无环境污染，站址工程地质良好。微机保护是用微型计算机构成的继电保护，是电力系统继电保护的发展方向，它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度。微机保护装置硬件包括微机处理器为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等，该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。随着我国电力工业的迅速发展，目前微机型继电保护装置已广泛用于电力系统。在此设计中采用的是WDJS8000电系统微机继电保护。关键词:短路电流;变电所;设备选择；微机保护Abstractelectric power production process is distinguished from other industrial production process, is an important feature of the production, transmission, it transform, distribution, and consumption some links in the same time synchronization is complete. Moments Power supply and demand strict production process requirements dynamic balance, once lost balance production process will damage, even cause system collapse, unable to maintain normal production. Along with the rapid development of economy, the lack of electricity situation highlights and even the world, how to further optimize scheduling, strengthen the optimized allocation of power resource to satisfy power demand become people to explore one of the problems. And along with the computer technology, communication technology, information technology, the most astonishing development substation integrated automation technology further optimization, the power network operation safety and economic benefits have been increased greatly. This technology will cause the attention of electric power industry departments concerned, become one of substation design core technology. This design topic is a 110 kv substations preliminary electrical design, after completion of 110 kv power station with 110 kv and connected, has two voltage level, this site consumers 10KV located in the outskirts of town, with a flat, convenient transportation, no environmental pollution, hail engineering geology is good. Microcomputer protection is to use microcomputer relay protection, is composed of power system protection the development direction, it has high reliability, high selectivity, high sensitivity. Microcomputer protection device hardware including computer processor as the core, match with input and output channels, man-machine interface and the communication interface, etc, this system is widely used in electric power, petrochemical, mining smelting, railways and civil construction, etc. With the rapid development of Chinese power industry, currently the microcomputer relay protection device type has been widely used in power system. In this design, use is WDJS - 8,000 microcomputer relay protection, electric system. Key Words: Substation；Short Circuit Calculation；Equipment Selection目 录第一章 微机保护的定义1第二章 WDJS8000电力系统微机保护的优点2第三章 WDJS8000电系统微机保护装置简介33.1WDJS8000电力系统微机保护装置简图33.2WDJS8000电力系统微机保护装置的使用范围43.3硬件和软件53.4功能53.5技术指标5第四章 人机接口说明74.1面板说明74.2显示菜单说明8第五章 保护原理155.1110kv变压器保护155.2零序电流保护165.3过负荷保护17第六章 防雷保护和接地装置计算186.1变电所的防雷设计原则和主要防雷设备186.2变电所的防雷设计186.3避雷器196.3.1对避雷器的基本要求：196.3.2各种避雷器的主要应用场合196.3.3为了使避雷器可靠地保护设备，首先必须满足以下条件206.4避雷器的选择206.5接地网21设计心得：23参考文献：24附录25致 谢26第一章 微机保护的定义第一章 微机保护的定义微机保护是用微型计算机构成的继电保护，是电力系统继电保护的发展方向，它具有高可靠性，高选择性，高灵敏度。微机保护装置硬件包括微机处理器为核心，配以输入、输出通道，人机接口和通讯接口等，该系统广泛应用于电力、石化、矿山冶炼、铁路以及民用建筑等。随着我国电力工业的迅速发展，目前微机型继电保护装置已广泛用于电力系统。在此设计中采用的是WDJS8000电系统微机继电保护。27第二章 WDJS8000电力系统微机保护的优点WDJS8000电力系统微机保护的优点具有：可靠性高、精度高、灵活性大、经济性好。1可靠性高：一种微机保护单元可以完成多种保护与监测功能。代替了多种保护继电器和测量仪表，简化了开关柜与控制屏的接线，从而减少了相关设备的故障环节，提高了可靠性。微机保护单元采用高集成度的芯片，软件有自动检测与自动纠错功能，也有提高了保护的可靠性。 2精度高，速度快，功能多。测量部分数字化大大提高其精度。CPU速度提高可以使各种事件以m s来计时，软件功能的提高可以通过各种复杂的算法完成多种保护功能。 3灵活性大，通过软件可以很方便的改变保护与控制特性，利用逻辑判断实现各种互锁，一种类型硬件利用不同软件，可构成不同类型的保护。（4）维护调试方便，硬件种类少，线路统一，外部接线简单，大大减少了维护工作量，保护调试与整定利用输入按键或上方计算机下传来进行，调试简单方便。 4经济性好，性能价格比高，由于微机保护的多功能性，使变配电站测量、控制与保护部分的综合造价降低。高可靠性与高速度，可以减少停电时间，节省人力，提高了经济效益。红河学院本科毕业论文(设计)第三章 WDJS8000电系统微机保护装置简介3.1WDJS8000电力系统微机保护装置简图电力系统信号处理采样及A/D转换 器计算机系统跳闸继电器打 印 机触点输出键 盘运行人员图3-1由图3-1可知，电流互感器采集到的数据传给微型计算机，计算机经过分析，发出命令是否告警或跳闸。WDJS8000电力系统微机保护装置的插件有电源插件、信号插件、CPU插件、交流插件组成。由电源模块将外部提供的直流电源转换为保护装置工作所需电压。本模块输入直流220V/110V或交流220V,输出+5V、15V和+24V。+5V电压用于装置数字器件工作，15V电压用于A/D采样，+24V电压用于驱动装置继电器及直流电源输出。在电源插件上设置了失电告警继电器，电源插件失电后，其常闭接点闭合用来发告警信号。电源插件还附加有出口继电器(BYJ4)、出口继电器(BYJ5)、出口继电器(BYJ6)。信号插件有带操作回路和不带操作回路两种型号。1）带操作回路信号插件包括信号部分和跳合闸部分以及出口部分。信号部分主要包括跳闸信号继电器（TXJ）、重合闸信号继电器（HXJ）、告警继电器（GXJ）。跳合闸部分主要完成跳合闸操作及保持、防跳等功能。主要包括跳闸继电器（BTJ）、重合闸继电器（CHJ）、遥跳继电器（YTJ）、遥合继电器（YHJ）、跳闸保持继电器（TBJ）、合闸保持继电器(HBJ)、压力继电器（YLJ）、储能继电器（CNJ）、合后继电器（HHJ）。还包括反映断路器位置的跳闸位置继电器（TWJ1、TWJ2）、合闸位置继电器（HWJ）。此外还有出口继电器1（BYJ1）、出口继电器2（BYJ2）和出口继电器3（BYJ3）。2）不带操作回路的信号插件只含有开入、开出及信号部分，没有操作回路。信号部分包括跳闸信号继电器（TXJ）、重合闸信号继电器（HXJ）和告警继电器（GXJ）。开入包括跳位、遥控允许、合后位、合位、弹簧未储能和压力异常开入。开出包括跳闸继电器（TZJ2）、重合闸继电器（TZJ7）、遥跳继电器（TZJ5）、遥合继电器（TZJ6）以及出口继电器1（TZJ3）、出口继电器2（TZJ4）、出口继电器3（TZJ1）。CPU插件包含：微处理器CPU、RAM、ROM、Flash Memory、A/D转换电路、开关量输入输出回路、LonWorks网络通讯电路等；此外还包括启动继电器QDJ，用来闭锁跳、合闸出口，防止驱动跳、合闸出口的光耦击穿导致误动作。插件采用6层印制板和表面贴装工艺，采用了多种抗干扰措施，大大提高了抗干扰性能。高性能的微处理器CPU为32位浮点处理器，主频达40MHz；A/D数据输入精度达16位。集成电路全部采用工业品或军品，使得装置有很高的稳定性和可靠性。交流变换部分包括电流变换器TA和电压变换器TV，用于将系统TA、TV的二次侧电流、电压信号转换为弱电信号，供保护插件转换，并起强弱电隔离作用。WXH821装置交流插件的6个TA分别变换IA、IB、IC、3I0、CIA、CIC 六个电流量，3个TV分别变换母线电压UA、UB、UC；WXH822装置交流插件的7个TA分别变换IA、IB、IC、3I0、CIA、CIB、CIC 七个电流量，4个TV分别变换母线电压UA、UB、UC、Ux(线路抽取电压)。3.2WDJS8000电力系统微机保护装置的使用范围1）中小型发电厂及其升压变电站。 2）110 kV / 10 kV区域变电站。 3）城市10 kV电网10 kV开闭所 4）用户110 kV /10kV /10kV总降压站。 5）用户10kV变配电站 3.3硬件和软件硬件采用许继公司新一代32位基于DSP技术的通用硬件平台。全封闭机箱，硬件电路采用后插拔式的插件结构,CPU电路板采用6层板、元件采用表面贴装技术，装置强电回路、开入开出回路合理布局，抗干扰能力强。软件采用ATI公司的RTOS系统Nucleus Plus，Nucleus Plus是一个多领域成功使用的实时多任务操作系统，保证了软件系统的高度可靠性。3.4功能表3-2功能名称保护功能110kv变压器保护10线路保护三相多次重合闸过负荷保护零序电流保护测控功能遥信采集 装置遥信变位 事故遥信正常断路器遥控分台 小电流接地探测遥控分台P、Q、IA、IC、Ua、Ub、Uc、f、COS、UAB、UBC、UCA等模拟量的遥测4路脉冲输入3.5技术指标1）额定数据额定直流电压: DC220V或DC110V或AC220V (订货注明, AC220V用于交流操作回路)。额定交流电压：相电压100/V，线路抽取电压100/V 或100V。额定交流电流：5A或1A(订货注明) 零序电流1A额定频率： 50Hz热稳定性：交流电压回路： 长期运行1.2Un交流电流回路： 长期运行2In 1s40In零序电流回路： 长期运行 1A 1s 40A稳定性：半周波：100In2)装置功耗交流电压回路： 每相不大于1VA；交流电流回路： In=5A时每相不大于1VA；In=1A时每相不大于0.5VA；零序电流回路: 不大于0.5VA；保护电源回路： 正常工作时,不大于12W；保护动作时,不大于15W。3）保护定值整定范围及误差定值整定范围交流电压： 4V100V；交流电流： 0.1In20In；零序电流： 0.02A12A。定值误差电流： 2.5%。电压： =Iop.0 (Ires=Iop.0+（Ires- Ires.0时）式中：Iop为差动电流，Iop.0为差动最小动作电流整定值，Ires为制动电流，Ires.0为最小制动电流整定值，S为比率制动特性的斜率。各测电流的方向都式中：IT，IN分别为机端、中性电流互感器（TA）二次测的电流。当差动电流大于0.2倍的额定点流时启动TA断线判别程序，满足下列个条件认为TA断线：保护逻辑图如图5-3：图5-3 保护逻辑图5.2零序电流保护装置设有一段零序电流保护，通过设置保护压板控制投退。在不接地或小电流接地系统中发生接地故障时，其接地故障点零序电流基本为电容电流，且幅值很小，用零序过流保护来检测接地故障很难保证其选择性。本装置通过网络互联，与其他装置信息共享，通过CBZ-8000综合自动化系统采用网络小电流接地选线的方法来获得接地间隔。 在经小电阻接地系统中，接地零序电流相对较大，故采用直接跳闸方法，本装置中设一段零序过流保护（可整定为报警或跳闸）。在某些不接地系统中，电缆出线较多，电容电流较大，也可采用零序电流保护直接跳闸方式。原理框图如图5-4所示。图5-4零序电流保护原理框图表5-5 零序电流保护整定值表零序电流（I0dz）零序过电流保护延时Tlx零序过电流跳闸保护代码出口出口端子(0.02A-12A) 0.01A（0s-100s） 0.01s1(跳闸)/0（告警）0x00000008429（自动跳闸入口）432、4305.3过负荷保护装置设有过负荷保护功能。过负荷可通过控制字定值选择动作于跳闸或告警。投跳闸时，跳闸后闭锁重合闸。投告警功能时，过负荷返回系数不小于0.95。原理框图如图5-6所示：图5-6过负荷保护原理框图表5-7过负荷保护整定值表过负荷定值（Igfh）过负荷时限(Tgfh)过负荷跳闸保护代码出口出口端子(0A-3A)2.50A1.001(跳闸)/0（告警）0x00000080428（自动跳闸入口）427、430红河学院本科毕业论文(设计)第六章 防雷保护和接地装置计算6.1变电所的防雷设计原则和主要防雷设备变电所的防雷设计应做到设备先进、保护动作灵敏、安全可靠、维护试验方便，并在在保证可靠性的前提下力求经济性。防止雷电直击的主要设备有避雷针、避雷线。避雷针有单支，多支，等高与不等高之分。现实用的比较多的是氧化锌避雷器和阀型避雷器等。6.2变电所的防雷设计防止雷电直击的主要电气设备是避雷针，避雷针由接闪器和引下线、接地装置等构成。避雷针的位置确定，是防雷设计的关键步骤。首先应根据变电所平面布置图确定，避雷针的选定的安装位置与设备的电气距离应符合各规程范围的要求，初步确定避雷针的安装位置后再根据下列公式进行，校验是否在保护范围之内。避雷针的保护范围1)单根避雷针的保护范围应按下列公式确定：当=(1.5-212.1)=26.3式中-被保护物高度为，每侧保护范围的宽度，高度影响系数，当30m, =1, 当30h120 , = 两支等高避雷针保护范围确定方法：两针外侧的保护范围应按单支避雷针的计算方法确定，两针间的保护最低点高度应按下式计算：见表6-1 式中两针间保护最低点的高度两避雷针间的距离两针间在水平面上的保护范围的一侧的最小宽度按下式计算：当时， 当时， 式中保护范围的一侧最小宽度求出后就可以确定两针间的保护范围。具体数据见表6-2表6-1 避雷针两针间保护最低点ABCDA-30.34.97.35B30.3-21.816.6C4.9-20.6D7.3516.620.6-表6-2 避雷针保护最小宽度表ABCD A-63.9 117100B63.9-7898.4C11778-60D10098.460-6.3避雷器避雷器的作用是限制过电压以保护电器设备，它实质上是一个放电器，当雷侵入波或操过过电压超过某一电压值时，避雷器将先于与其并联的被保护设备放电，使过电压值被限制，从而使电气设备得到有效保护。6.3.1对避雷器的基本要求对于大接地电流系统，只要有一相存在工频续流，就相当于单相短路对于小接地系统，若两相或三相同时存在工频续流，则相当于相间短路，因此避雷器必须切断工频续流以消防工频短路，才能保证系统迅速恢复正常运行，因此，对避雷器有以下基本要求：1）在过电压作用下，避雷器应该先于被保护设备放电，这主要靠两者之间的伏秒特性配合来实现。2）避雷器应具有一定的熄弧能力，以使在工频续流第一次过零点时就能够迅速地切断工频续流。6.3.2各种避雷器的主要应用场合1）保护间隙和管式避雷器的作用是限制线路上的雷电过电压，主要用于线路的过电压保护，保护间隙主要用10KV以下低压配电网线路的保护，管式避雷器主要用于发电厂、变电站进线段保护。2）阀式避雷器和金属氧化物避雷器主要用于发电厂和变电站中的过电压保护。6.3.3为了使避雷器可靠地保护设备，首先必须满足以下条件1）避雷器的伏秒特性应能与被保护设备配合，在任何过电压波形下，避雷器伏秒特性都应在被保护物绝缘伏秒特性之下。2）避雷器的残压要低于被保护设备的冲击击穿电压。 根据上面的讨论可知，一般采用阀式或金属氧化物避雷器对变电站设备进行保护，避雷器一般安装在母线上，应昼靠近变压器和其他设备，避雷器与所有被保护设备的电气距离均不能超过其最大允许值，若不能满足要求，则应增设避雷器，本设计110KV侧采用阀式避雷器，10KV侧采用氧化锌避雷器。6.4避雷器的选择阀式避雷器选择的主要求如下：1）额定电压指与避雷器安装处电力系统电压等级的额定电压，避雷器只能安装在与其额定电压相应的电压等级上。2）灭弧电压为保证工频续流电弧在每一次过零时间靠熄灭，所允许加在避雷器上的最高工频电压，避雷器的灭弧电压应大于其安装处相导体上可能出现的最高工频电压，这个可能出现的最高工频电压与系统中性点，运行线，不正常运行或故障类型等有关，当系统处于正常运行状态下发生过电压使避雷器动作时，避雷器状在相电压下灭弧，若避雷器动作时系统内同时有不对称短路，则全相的对地电压有可能高于相电压，这时避雷器就必须在高于相电压的条件下灭弧。3）工频放电电压指能使避雷器发生放电的工频电压下限值范围，工频你放电电压的取值应有一定的确范围，工频放电电压与冲击放电电压相关，工频放电电压过高，意味着冲击放电电压也高，将使避雷器的保护性能变差，工频放电电压又与灭弧电压相关，工频带放电电压过低，将使避雷器灭弧电压也低，导致不能可靠切断工频续流，另外普通阀式避雷器不允许内部过电压动作，工频放电电压过低意味着避雷器可能在内部过电压下动作，导致避雷器因流过持续的短路电流而发生爆炸，或断路器跳闸，因此规定：在中性点不接地系统中，避雷器工频放电电压应高于系统最大工作相电压3.5倍，而在中性点直接接地系统中，工频放电电压应高于系统中最大工作相压电压3.0倍。4）冲击放电电压指在标准冲击波作用下避雷器的放电电压，冲击放电电压低于被保护设备绝缘在同样冲击波形作用下的冲击击穿电压，我国生产的避雷器，其冲击放电电压与5KA（330KV以上为10KV）下的残压基本相等。根据防雷及过电压保护规范，为防止直接雷击，在所区四周设置四支高度为30m钢构架避雷针，保护所区建筑、构架和设备。每支避雷针设置单独接地装置，其冲击电阻小于等于10。为防止雷电侵入波损坏设备，设计采用在110KV、10KV母线处装设避雷器本设计选择的避雷器型号为：110KV母线及进线上FZC110。10KV母线上FZ10型。其参数见表6-1表6-1 避雷器型号参数型号额定电压（kV）灭弧电压工频电压冲击放电电压峰值小于(kV)FZC-110110126255Ug290326FZ-101012726Ug31456.5接地网变电所内必须安装闭合的接地网，避雷针设独立接地体，它于主接地网地中距离T5m，其接地电阻R10。接地网有均压、减少接触电势和跨步电压的作用。在防雷接地装置中，可采用垂直接地体作为避雷针、避雷线和避雷器附近加强集中接地和散泄电流的作用。不论采用何种接地体的变电所都应敷设水平接地体为主的人工接地网。人工接地网的外缘应闭合，外缘的各角应做成圆弧行，圆弧半径不宜小于均牙带间距的一半，接地网内敷设水平的均压带。接地网一般采用0.6m0.8m，在冻土地区应敷设在冻土层以下。敷设在大气和土壤中有腐蚀的接地体和接地引下线，需采取一定的防腐措施（热镀锌，镀锡）。红河学院本科毕业论文(设计)设计心得毕业设计作为大学阶段一次重要的学习经历，自己觉得受益非浅，同时也感到自己
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