（机械工程专业论文）新型10kv开闭所优化设计.pdf

中文摘要 论文题目： 专 业： 硕士生： 指导教师： 新型1 0 k v 开闭所优化设计 机械工程 张志亚( 签名) 闫宏亮( 签名) 王碧贤( 签名) 摘要 1 0 k v 开闭所是公司配网的重要电力设施，其综合自动化的实现对配电自动化有着重要 的意义。本文在综合分析国内和公司1 0 k v 开闭所现状的基础上，通过分析比较变电站综 合自动化的发展及技术特点，结合1 0 k v 开闭所自身的特点确定了一种分布式结构的开闭 所综合自动化系统的方案。用方案对比的方法确定电源接入方式，采用分层分布设计综合 自动化系统。详细论述了开闭所电气主接线、电气平面布置、短路电流计算及设备选型、 抗干扰措施等综合自动化方面的特点。本设计以开闭所的最佳运行为基础，按照有关规定 和规范，完成满足该区域供电要求的1 0 k v 开闭所设计。 为提高电网运行管理水平，设计过程中使用了多项新技术、新产品，用发展的视角优 化设计，达到了无人值守水平。 关键词：1 0 k v 开闭所；抗干扰；综合自动化； 论文类型：应用研究 s u b j e c t ： 0 p t i l 丑i z a t i 。nd e s i g n i n g f o rn e wt y p e1 0 k vs w i t c h i n g s t a t i o n s p e c i a n y ： n a m e ： i n s t r u c t o r ： 1o k vs 疵gs 砸0 n i s t h ei m p o 舳te s 洲妇n t o f t h e c o m p a n ym 舳曲鼍n ? 篡肥 r e a l i z a t i 。n 。fi n t e 舀a t e ds 谢t c h i n gs 协。n a u t o m a t i o n ( i s s a ) i so fg r e 砒s i 嘶乱锄c e _ i n ? 1 s t n b = _ t ：n a u t o m a t i 。n b a s e do nm ec 。m p r e h e n s i v e 锄l y s i so f d o m e s t i ca n “。m p 觚y ，t h e 恤s l s l 7o n 竺 b 蕊。f m e 触s 。f l o k vs 砒c h i n gs 僦o n ，m e 批r 锄l y z e d 锄dc o m p 黜d ? e ，出w 1 霉竺 a n dd i 氐r e n tv i e w p 。i n t si l lm ei n t e 伊a t e ds u b 删o n a u t o m a t i o n ，a n dc o n l b i n e d m e m ：廿1 t h ： s t m c t u r ea n d 洲u s 。fs 埘t c l l i n gs 诅t i o n ，t h e nd e c i d e d ad i “b u t e d 一攀姜c h e ：e ：。m 竺 仔o mm ep r o 铲锄d e t e r n l i n e d m ep o w e ra c c e s s ，u s i n g b j e r a r 出c a l d i 譬b u t e d 1 竺g r a t e d a u t 。m a t i o n l s y s t e md e s i g n d i s c u s s e si nd e t a i lm e d e s i g i lo f s 谢t 咖n g 咖曲n s u b 警。：lm 譬? = e l e c t r i c a l 砸n g ，e l e 嘶c a ll a y 。u t ，s h o n - c i r c u i t c u 玎e n tc a l c u l a t i o n ，e q u i p m e n t8 了1 e ，。：l ：d 竺n i n t e 疵r e n c em e 投鹏ss u c ha sm ed e s i 印。fi n t e g r a t e da u t o m a t i 。nf e 揪s t h ed e s i 口1 s b a s e d 。n t h eb e s tm i na c c 。r d a i l c e 谢mr e l e v 锄tr e 叫a t i o n s a n dn o n n s ，a n dc 。m p l e e d 。m e e tn l ep 。w e r 1 e 砌r e m e n t so fm ea r e a10 k v s w i t c l l i n gs 诅t i o n e n h a n c et h ee l e c m cp 。w e rs y s t e mm a l l a g e m e n t l e v e l ，t h ed e 8 i g np r o c e 5 8 u 8 e ? an 唧b ? n e wt e m 。l 。g i e s ，n e wp r 。d u c t s ，砌lm e d e v e l 。p m e m 。f 。p t i m a ld e s i g i lp e r s p e c t l v e ，让1 e l e v e l r p a r h e d1 l n a t t e n d e d k 州o r d s ：1 0 k v s w i t c h i n gs t a t i o n ，枷- i n t e r f e r e n c e ，i n t e g r a t e d a u t 。m a t i o n t h e s i s ：a p p l i c a t i o n r 七s e a r c h 1 l l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 论文研究的背景和意义 开闭所，是将高压电力分别向周围的几个用电单位供电的电力设施，位于电力系统中 变电站的下一级。其特征是电源进线侧和出线侧的电压相同。开闭所的主要作用是提高供 电的可靠性和缩小事故及停电范围。开闭所有多种类型，按功能划分有缩小事故和停电范 围用的开闭所、增加馈电线用的开闭所和提高供电可靠性用的开闭所。 随着集团公司的发展，用电容量不断扩大，以及公司大量使用高精端设备，公司对电网 的运行可靠性要求也越来越高，而电力系统的安全与稳定运行依赖于公司开闭所继电保护 与安全自动装置的正确动作和继电保护装置及二次回路的完整配置。开闭所一旦发生恶性 事故，不仅会造成企业大面积停产，甚至会造成重大设备损毁，给公司造成重大的经济损 失。而且发生严重的事故后，系统的恢复将是一件十分复杂和困难的事情，如果开闭所本身 设计就存在缺陷，一旦事故发生，运行人员就可能束手无策，延误电网的恢复时间，使停电 的损失和影响扩大。 1 1 1 原开闭所主要缺陷 集团公司西厂区现运行开闭所始建于7 0 年代，期间虽然经过几次小型改造，但无法 从根本上解决开闭所本身主要缺陷。a 开闭所高压设备体积笨重，检修极为不便。b 设备 不具备“五防功能”，极易发生电气事故。c 设备不具备带电显示装置，对设备检修和运 行造成安全隐患。d 开关保护采用电磁式保护，动作不灵敏，自动化程度低，运行、维护 量大。e 部件老化严重，由于年时代久远，设备部件采购难度大，成本较高。f 直流电源无 监测和巡检装置，可靠性差。g 开闭所接地系统老化，接地极锈蚀严重，多次改造，系统 混乱。h 开闭所整个系统工作都为人工操作，巡视、记录，占用大量人力资源，工作效率 低。 1 1 2 设计新型开闭所的意义 设计并建造新型1 0 k v 丌闭所，对集团公司生产保障和公司的长远发展具有以下几点 重要的意义。a 确保供电质量，符合高端用电设备的要求，避免频率以及谐波对电能质量 产生影响。b 降低电网的损耗，电能损耗由电网结构和输送电负荷的条件来决定，是电网 运行中不可避免的，但可采取无功就地补偿，提高功率因素合理调度和负荷分配，优化网 络结构，确保经济运行。c 提高系统供电可靠性，减少公司的停电几率。系统供电可靠性主 要体现在系统接线的合理设计、负荷的合理布局方面。d 采用自动化装备，提高设备的故 障判断能力和自动故障隔离能力，可快速恢复非故障线路的供电，缩小事故停电范围。e 解决开闭所用电设备的技术性能，提高设备的自身可靠性运行能力，尤其使开闭所开关设 备的操动机构及内部结构适应于户内运行条件，做到检修周期长，设备运行可靠。以大大地 减轻运行人员的劳动强度和维护费用。f 便于系统的监控，具有实时的网络经济分析，历史 数据的记录和查备，事件记录的查询，可方便供电系统优化分析。g 消除公司输配电系统 缺陷。为保证集团公司电力系统可靠运行，为公司长远规划和发展提供动能保障，根据集 西安石油大学硕士学位论文 团公司远景规划要求，现对集团公司西厂区开闭所进行规划设计，为公司电力系统改造做 好技术储备。 1 21 0 k v 开闭所发展现状 目前国内运行的1 0 k v 开闭所设计、运行状况也参差不齐，7 0 8 0 年代建设的开闭所都 存在设备老化、保护功能不齐全、误动作比较频繁、设备损耗较大、自动化程度较低的问 题。控制系统主要采用各种继电器、测量仪表、控制开关、光字牌、信号灯、警铃及相关 一次设备的辅助触点通过导线构成开闭所的二次回路，实现开闭所的监视、测量、告警和 控制功能。开闭所值班人员定时记录仪器仪表的测量值，并用电话告知远方调度值班及管 理人员。 随着计算机技术、通信网络技术和现代控制技术的快速发展，传统的监视、测量、控 制系统已不能满足安全运行的要求，从而产生了远方传输系统。开闭所增加一套远动终端 装置，自动采集相关的测量值、主要设备状态量和信号量。通过后台终端系统进行监视、 测量显示和控制功能，但其缺点是控制和高级应用能力较弱，扩展性能较差。其优点是功 能简单，造价较低。目前该系统在1 0 k v 开闭所领域应用较广。 我国开闭所综合自动化系统起步较晚，但发展很快。1 9 8 8 年我国第一台微机保护装置 研制成功，第二代微机保护w x b 一1 l 在1 9 9 0 年投入运行。1 9 9 0 年清华大学率先提出将微机 保护系统和r t u 合二为一的设计思想，1 9 9 2 年电力部组织会议指出：将微机保护、r t u 、微 机就地监控、时钟、抗干扰、接地等问题统一规划并制定标准。随后南京电力自动化研究 院研制的第一套适用于综合自动化系统的微机保护装置于1 9 9 3 年获得部级鉴定，并在电力 系统中广泛应用。至此，微机保护、微机远动、微机监控等装置在电力系统中广泛应用。 国外从7 0 年代末8 0 年代初就开始对保护和控制系统综合自动化的技术进行开发和研 究工作。美国西屋电气公司和美国电力科学研究院联合研制的s p c s 变电站保护和控制综 合自动化系统、日本关西电力公司和三菱电气公司联合研制s d s 一1 保护和控制综合自动化 系统1 9 7 7 1 9 7 9 年试验，8 0 年代初就开始商业运行。目前日本日立、东芝、三菱、德国西 门子、瑞士a b b 、美国通用电气公司、西屋电气公司以及法国阿尔斯通等国际大型电气公 司都开发了自己的综合自动化系统。系统一般采用分层分布式，在各元件间采用光纤接入， 主控室和各级配电区域之间只有光缆连接，没有强电控制电缆进入主控室，大大减少主控 室微机系统的干扰。 随着智能化开关、光电式电压互感器、光电式电流互感器、一次运行设备在线状态检 测和高仿真技术的发展，电力系统正向全数字化方向发展。该系统将使开闭所运行更加安 全、可靠，但由于设备造价较高，还无法在国内1 0 k v 电力系统中广泛应用。 1 3 论文的主要工作和章节安排 本文针对集团公司实际状况，提出一整套设计方案，重点解决原有开闭所配电系统可 靠性问题，提升开闭所配电自动化水平以及自动化系统稳定性问题。 2 第一章绪论 1 3 1 完成的主要工作 a 确定设备主要额定参数选择高压开关柜。b 根据集团公司发展规划，考虑近期和远 期发展状况，按照负荷性质、用电容量合理确定一次系统设计图。c 根据集团公司实际状 况，依据布置紧凑，便于设备操作、搬运、检修、试验和巡视要求的设计思路对开闭所整 体布局进行设计。d 本着经济、实用、先进的原则设计开闭所综合自动化控制系统，并考 虑后期扩展功能。e 结合公司实际确定一套实际有效的抗干扰方案。 西安石油大学硕士学位论文 第二章短路电流计算及开关设备选择 2 1 短路电流计算 对电力系统的电气设备，在其运行中都必须考虑到可能发生的各种故障和不正常运行 状态，最常见同时也是最危险的故障是发生各种形式的短路，因为它们会破坏用户的正常 供电和电气设备的正常运行。短路是电力系统的严重故障，所谓短路，是指一切不正常的 相与相之间或相与地( 对于中性点接地系统) 发生通路的情况。在三相系统中，可能发生 的短路有：三相短路，两相短路，两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路是对称 短路，系统各相与正常运行时一样仍处于对称状态，其他类型的短路都是不对称短路。电 力系统的运行经验表明，在各种类型的短路中，单相短路占大多数，两相短路较少，三相 短路的机会最少。但三相短路虽然很少发生，其情况较严重，应给以足够的重视。 2 1 1 短路电流计算的目的 在电力系统的电气设计中，短路电流计算是其中的一个非常重要的环节。短路电流计 算的目的主要有以下几方面。a 在选择电气主接线方式时，为了比较各种接线方案，或者 确定某一接线方式是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行短路电流的计算。b 在 选择电气设备时，为了保证设备在正常运行情况下及故障情况下都能够安全、可靠的工作， 同时又力求尽量节约资金，这就需要进行短路电流的计算。例如：计算某一时刻短路电流 的有效值，用以校验高压开关设备的开断能力；计算短路后较长时间内短路电流的有效值， 用以校验电气设备的热稳定；计算短路电流的冲击值，用以校验电气设备的动稳定。c 在 设计室外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相对相之间及相对地的安全距离。 d 在选择继电保护方式及进行继电保护整定计算时，需要以各种短路时的短路电流作为依 据。e 接地装置的设计，也需用考虑到短路电流的大小。 2 1 2 短路电流计算的一般规定 a 计算的基本情况：电力系统中所有电源点都在额定负荷下运行；短路发生在短路 电流最大值的瞬间；所有电源电动势相位角相同：正常工作时，系统三相负荷对称运行； 应考虑对短路电流大小有影响的所有元件，但不考虑短路点电弧电阻。b 计算短路电流时 所采用的接线方式，应该是可能发生最大短路电流时的正常接线方式，即最大运行方式， 而不是仅在改变运行方式过程中并列运行的接线方式。c 计算短路电流应按设计规划容量 计算，并且要考虑到电力系统远景发展规划。d 短路电流计算一般是按三相短路计算。e 在正常接线方式时，通过电气设备的短路电流值最大的地点，称为短路计算点。 2 1 3 开闭所短路电流计算 我公司西厂区1 0 k v 开闭所采用双路电源进线，进线电源由宝鸡供电局五丈原1 1 0 k v 变 电站供电，根据宝鸡供电局提供资料：五丈原1 1 0 k v 变电站最大运行方式下系统阻抗值z 大 = 0 3 6 0 5 j ( 2 0 1 0 年参数) 。我公司西厂区采用1 0 k v 分列运行，计算短路电流时忽略线路电 阻但计算线路电抗。线路参数： y _ 丁v ，一1 0 k v 一3 3 0 0 2 o 3 5 k m ；x 。= 0 0 8 7q 4 第二章短路电流计算及开关设备选择 l g 丁一1 0 k v 一3 2 4 0 2 1 0 6 3 k m ：x o = 0 3 2 6q 其中x 。为线路电抗。 在最大运行方式下，五丈原变电站短路系统阻抗值0 3 6 0 5q ，设该系统基准容量 s = 1 0 0 m v a ，l o k v 系统基准电压u = 1 0 5 k v 。 最大运行方式下基准电流i 。为： i d = s ( u 1 7 3 2 ) = 1 0 0 ( 1 0 5 1 7 3 2 ) = 5 5 k a 1 0 k v 开闭所母线短路系统阻抗值：z = 0 3 5 o 0 8 7 + 0 3 2 6 1 0 6 3 + 0 3 6 0 5 = 0 7 3 7 由于开闭所两条进线参数基本等同，不再重复计算，1 0 k v 开闭所短路电流计算i d 。结果如 下： i d 。= s ( u 1 7 3 2 z ) = 5 5 0 7 3 7 = 7 4 6 k a 2 2 开关设备选择 2 2 1 国内外高压开关柜发展现状 国外许多有实力的高压开关柜制造商都开发了自己的有竞争力的产品，提高了绝缘水 平，改变了开关柜的结构，使得高压开关柜发展很快，水平逐年提高。如日本三菱公司的 m a e c 型下置式手车柜，德国西门子公司的8 b k 2 0 系列中置柜。a b b 公司最近又推出更先 进永磁操动机构断路器的组件式开关柜。美国g e 公司的p v 型双层铠装式断路器和日本 研制的四层断路器柜。 作为开关柜的主要部件，真空断路器，继续朝着小型化、高可靠性、少维护的方向发 展。在断路器的结构设计方面，更多的产品采用本体与操动机构一体化的设计方案。随着 真空技术和嵌入技术的发展，a b b 公司率先将免维护的真空灭弧室直接浇铸在环氧树脂中， 形成了一个独立的断路器极柱。这种形式的断路器，使真空灭弧室和其它导电件与外界环 境完全隔离，避免外力和外界环境对灭弧室和其它导电件的影响，增强了外绝缘强度，而 且浇铸式极柱大大减少了手工装配工作量，最大限度减少极柱装配过程中可能出现的误 差，从而使断路器的安全可靠性大大提高。 操动机构方面，a b b 公司率先推出永磁操动机构，可以很容易与电子控制设备配合， 还可能实现选相操动、同步开断等复杂功能。a b b 公司采用r e f 5 4 2 p l u s 智能型控制保护单 元以及无铁芯传感器，不仅可以使开关柜智能化，而且还可以实现开关柜的生产过程标准 化。从开关柜的设计类别上看，铠装式是主流，间隔式日趋减少。从开关柜的结构型式看， 中置式开关柜的生产厂家越来越多。从开关柜的外绝缘介质上说，空气绝缘开关柜占中压 开关柜的绝大多数。气体绝缘开关柜是以惰性气体( 主要是s f 6 或n2 ) 为绝缘的开关 柜。由于其主要的电气元器件装在密闭的惰性气体中，完全与外界环境相隔离，免受外界 环境因素影响，设备的运行更为稳定、可靠，而且缩小了相问和相对地距离，从而使开关 柜小型化，并实现了真正意义上的免维护。 我国开关柜经过了仿苏一仿欧美产品一自主开发的漫长过程。高压开关柜由最初单一 的【g g l a 固定式高压开关柜发展到现在的手车柜与固定柜并存。目前市场广泛应用的 西安石油大学硕士学位论文 k y n 2 8 中置式手车柜，能满足各种不同的使用要求。柜体结构也逐渐由焊接式框架向组装 式过渡，加工设备由普通机床被数控车床代替，加工工艺水平得到了很大的提高。高压开 关柜的总体技术水平得到很大的提高。近年来，高压开关行业的生产正逐步向规模化生产 方向转变，行业中生产的真空断路器和开关柜的品种也将向性价比较高的生产厂家集中， 国内生产厂家不断引进消化国外产品，技术水平不断提高，主要体现在以下几个方面： a 采用性能良好的元器件。采用真空断路器代替原来的少油断路器，采用新一代的 二次元器件，如带电显示器，微机综合保护装置。b 应用新工艺装备和技术。采用数控加 工设备进行钣金加工，应用先进的涂装工艺设备和先进的母排加工设备。c 新介质、新材 料的应用。采用了新型绝缘阻燃材料，环氧树脂，聚氯脂，陶瓷等新型材料。壳体采用防 腐性能优越的敷铝锌板。 由于我国在高压设备制造方面起步较晚，我国高压开关柜行业通过引进消化吸收外国 的先进技术虽有较大发展，但同发达国家相比还有一定的差距，主要表现在以下几个方面： a 智能技术在于将数字技术，在线监测技术，网络技术和通讯技术应用于高压开关柜中。 如a b b 公司采用r e f 5 4 2 p l u s 智能型控制保护单元，使开关柜智能化，操作“傻瓜化”。而 我国的高压开关目前还达不到这样的先进水平。b 国外在绝缘间距和工频耐压等各方面的 要求比中国国内低。例如a b b 公司在开关柜小型化方面做了相当的研究。采用了复合绝缘 和小型化真空灭弧室，使柜的体积大大减小。c 在加工工艺方面，由于国外一些先进的生 产厂家，都有先进的加工设备和加工所用的模具，而我们国家引进的数控加工设备与国外 没有大的差异，而生产用的模具差异就大了，再加上员工的培训方面的差距，使得开关柜 的整体精度就大大降低了。 2 2 2 开关设备选择 开关设备的选择在正常工作情况下，选择设备的额定电压、额定电流和型号。同时还 要考虑其短路情况下校验开关设备的开断能力、热稳定性和动稳定性。 我公司西厂区目前电力负荷总容量为1 5 0 0 0 k v a ，考虑后期扩展性，此次设计按总容量 2 5 倍考虑。若考虑在事故状态下单路运行，其单路额定运行电流为2 1 6 5 a 。因此，对于 我公司西厂区开闭所开关设备的选择电压等级采用1 0 k v ，进线开关设备额定电流采用 2 5 0 0 a 。各馈路运行额定电流不等，但最大运行电流不高于6 3 0 a 。为保证在个别开关设备 故障时，其余开关可以相互换用，对各馈路开关设备统一选择额定电流为6 3 0 a 。 在设备选型方面，虽然目前国产设备与国外设备依然存在差距，但由于国外设备造价较高， 厂家售后服务难度较大，设备备品备件购置较难，因此我此次设计的开闭所开关设备依然 采用国产设备。 k y n 2 8 系列开关设备是额定电压3 1 2k v 、额定频率5 0 h z 、单母线及单母线分段系 统的成套配电装置。能满足g b 3 9 0 6 、i e c 2 9 8 等标准要求，并且具有防止误操作断路器、 防止带负荷拉手车、防止带电关合接地开关、防止接地开关在接地位置时送电和防止误入 带电间隔等“五防”功能。既可配用a b b 公司的v d 4 真空断路器，又可配用我国产的v s l 第二章短路电流计算及开关设各选择 真空断路器，实为一种性能优越的配电装置。 开关柜由固定的柜体和可抽出部分( 手车) 两部分组成。柜体外壳和各功能单元的隔 板，均采用敷铝锌钢板栓接而成。开关柜的外壳防护等级达到i p 4 x ，各隔室的防护等级为 i p 2 x 。开关柜具有架空进出线、电缆进出线及左右联络功能，可以根据用途，将各方案的 开关柜排列组成能完成设计功能的配电装置。安装与调试均可正面进行，可以靠墙，以节 省占地面积，减少投资。 k y n 2 8 型高压开关柜柜体结构，采用敷铝锌板经机床使用多重折弯工艺加工之后栓接 而成；所有操作均在柜门关闭状态下进行：防护等级高，可防止杂物和虫害侵入；简单有 效的“五防 闭锁，防止误操作；更换断路器简单，手车互换性能好；电缆室空间充裕、 可连接多根电缆；断路器室和电缆室可分别加装加热器，防止凝露与腐蚀发生。由于k y n 2 8 系列开关柜具有价格低、性能好、安装检修方面等优点，在1 0 k v 开闭所系列设备中，占 据国内大部分市场。考虑到以上优点，此次设计开闭所开关设备采用金属铠装移动式成套 开关柜，型号为k y n 2 8 a 一1 2 型，开关选用v s l 型真空开关，额定开断电流为2 0 k a 。 另外，在系统发生短路时，有短路电流流过开关设备，此时开关设备的温度不允许超 过开关设备所能承受的温度。因此，在开关设备选择时需要校验其热稳定性。 热稳定：工= 工。，2 1 式2 1 中i 表示稳态短路电流；工。表示设备在t 秒内允许通过的热稳定电流 系统的短路稳态电流为7 4 6 k a ，2 0 k a 的v s l 型断路器3 s 内热稳定电流也为2 0 k a ，时 间t 为1 秒，有上式可得该型断路器满足热稳定要求。 同时，当短路电流通过开关设备时，开关设备允许的应力应不小于短路电流通过的电 动力。因此，设计开关设备时应进行动稳定性校验。 动稳定性：i 。i 3 。2 2 式2 2 中i 一表示设各的极限通过电流峰值，i 3 。表示三相短路电流冲击峰值即额定短 路电流的2 5 5 倍。 v s l 型额定短路开断电流为2 0 k a ，其额定峰值耐受电流为5 0 k a ，目前计算短路电流为 7 4 6 k a ，那么三相短路冲击电流i c = 7 4 6x2 5 5 = 1 9 k a ，1 9 k a 5 0 k a ，即该开关满足动稳 定性要求。 7 西安石油大学硕士学位论文 第三章电气一次系统方案和布局设计 电气一次系统是开闭所设计的首要部分，也是构成电力系统的主要环节，电气一次系 统的拟定直接关系着开闭所电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确 定，是开闭所电气部分投资大小的决定性因素。 3 1 电气一次系统主接线图设计原则 首先主接线图设计应满足可靠性、灵活性和经济性三项基本要求。另外此开闭所设计 也需依据国内外1 0 k v 开闭所发展水平和集团公司实际情况进行设计，既要工艺先进、性 能可靠，又要经济实惠，不可过分追求尖端装置。 3 1 1 开闭所一次系统设计可靠性 a 首先在开闭所高压开关柜部分进行检修时不宜影响整体系统的供电。b 在开关柜 发生故障时尽量减少开闭所停运回路数，缩小事故范围。c 在整体系统设计方面考虑全面， 尽量避免开闭所整体停电的可能性。 3 1 2 开闭所一次系统设计灵活性 a 检修时，可以方便停运断路器、继电保护装置，进行安全检修而不影响开闭所整 体运行。b 设计时充分考虑开闭所系统的扩展性，在扩建时，可以容易从初期接线过渡到 最终接线而不影响原有系统的运行。 3 1 3 开闭所一次系统设计经济性 a 主接线力求简单，以节省一次设备投资。b 整体布局科学、合理，尽量节省空间， 降低建筑成本。c 经济合理选择电气设备，在保证可靠性的前提下，合理选择电气设备， 同时考虑运行成本，降低电力系统损耗。 3 2 一次接线方式的选择 目前通用型1 0 k v 开闭所一次系统接线方式主要有以下三种，他们具有不同的优缺点， 在此次设计中，通过对比分析各自不同的优缺点进行选择。 3 2 1 单母线接线 此接线方式简单清晰、设备少、操作方便便于扩建和采用成套配电装置，但不够灵活 可靠任何馈线柜故障或检修时，均需开闭所整体停电，系统可靠性较低。 图3 1 单母线接线 8 第三章电气一次系统方案和布局设计 3 2 2 单母线分段接线 该接线方式是用断路器把母线分段，形成双电源供电。接线简单清晰、设备少、操作 方便便于扩建和采用成套配电装置。两路电源可以相互备用但当一段母线故障或母线隔离 开关发生永久性故障需检修时，连接该母线的回路在检修期间均需停电。 图3 2 单母线分段接线 3 2 3 双母线接线 两组母线同时工作并通过母线联络断路器并联运行，电源与负荷平均分配在两组母线 上。此接线方式可靠性高便于试验但需增加母线和开关投资。同时母线故障检修时，由于 需要进行开关倒换工作，容易造成误操作必须配置闭锁装置。 z 一 ( 4q ，该电阻不满足开闭所接地电阻要求。 为降低开闭所接地电阻，在开闭所水平接地网上增加垂直接地极，接地设计采用垂直 接地极和水平接地极混用的方法，在接地网内均匀增设爹5 0 长2 5 米镀锌钢管1 8 根，增加 接地极后，接地电阻计算如下： r v = ( p 2 l ) 1 n ( 4 l d ) ) n 5 2 r v 为垂直接地极接地电阻 l 为接地极长度 d 为接地极直径 n 为接地极根数 第五章开闭所综合自动化系统抗干扰措施 由公式5 2 可得垂直极接地电阻： r v = ( 2 1 0 2 3 1 4 2 5 ) 1 n ( 4 2 5 0 0 5 ) ) 1 8 = 3 9 4q 那么开闭所接地网接地电阻 r = 5 6 3 9 4 ( 5 6 + 3 9 4 ) = 2 3 lq 此接地电阻满足1 0 k v 开闭所接地系统要求。 5 2 抗干扰措施 开闭所抗干扰的方法众多，但在开闭所设计时，抗干扰实质的方法就是不允许干扰信 号进入到弱电系统中，断绝干扰的传播途径。为阻断干扰信号浸入开闭所弱电系统，此次 开闭所接地系统的设计的以下几方面入手。 5 2 1 在干扰源上降低干扰的措施 首先希望在一次干扰源上降低干扰，但这种事情行之不易，有的不可能。在可能采取 的措施中，最重要的是一次设备的接地问题，在开闭所接地系统设计时注明对于一次设备 如避雷器、电流互感器、电压互感器等的接地连接应可靠，以尽可能降低变电所内的地电 位差，以降低对二次回路及设备的干扰。但无论如何，只可能降低干扰水平而不能完全避 免对二次回路及设备的干扰。 5 2 2 二次回路上的抗干扰措施 由于一次系统来的电磁干扰不可完全避免，降低对二次回路及设备影响的基本手段 是设法断开二次回路及设备与一次回路之间联系。在系统设计时可采用以下一些重要措 施： a 屏蔽电缆两端可靠接地：采用带屏蔽层的控制电缆，且屏蔽层在开关场和控制室 内两端同时接地是7 0 年代以来国际通用的一种有效的二次抗电磁干扰措施，它的好处有 以下两条：其一，当控制电缆为母线暂态电流包围时，在电缆的屏蔽层中将感应出屏蔽电 流，由屏蔽电流产生的磁通，将抵消母线暂态电流产生的磁通对电缆芯线的影响。其二， 屏蔽层两端接地，可以降低由于地电位升产生的暂态感应电压。 b 构造等电位面：基于微机保护装置的重要特点，一是自检能力，二是通信功能。 如果微机继电保护装置集中在主控制室，为了实现可靠通信，必须将计算机和各套微机 保护以及其它基于微机的控制装置都置于同一等电位平台上，在接地网上面安装一个接 地点，让控制室接地的汇集于该点，这样的等电位面的电位可以随地网的电位变化而浮动， 同时也避免控制室地网的地电位差窜入等电位面，从而保持联网微机设备的地之间的电 位差，保证微机保护和联网通信的可靠运行。 c 装配线上的抗干扰措施：除了在二次回路上采取措施外，在微机保护盘上对交流 及直流电源导线也应采取抗干扰措施。在电源进入继电保护盘端子处经电容接地，这是因 为，控制电缆电磁干扰中电母线传到控制回路，控制电缆的屏蔽对这种干扰无能为力。 5 2 3 保护装置本体及电缆布置的抗干扰措旋 a 保护装置本体抗干扰措施：由于在开关合闸过程中，由于重燃将在数纳秒内产生 西安石油大学硕士学位论文 数千伏的快速电压变化，从而在开关附近产生极强的电磁场。在微机保护装置设计时，为 了应对安装在开关柜上的微机保护装置不受强电磁场的干扰，首先是微机保护装置具有导 通良好的全金属外壳屏蔽，可能的情况下采用双屏蔽结构的机箱将更进一步提高屏蔽的效 果。其次，通过低电平信号和直接与电源联接的导线采用屏蔽线。对于其它回路，应用短 线，尽可能靠近金属板面，以取得它的屏蔽作用。应将低功率回路与电源回路分开，避免 电缆问的干扰。柜内往复的导线应尽可能靠近。应当用粗软导线直接将继电器的接地点直 接接到地网。包括继电保护及开关等一次设备在内的接地回路应尽可能短。所有接地必须 精心联接，并使其处于同一电位网格网络。 b 电缆布置的抗干扰设计：为防御来自高压开关场的电磁干扰，在开闭所设计时应 考虑合理的接地方式和接地点。为防电磁干扰，在开闭所布局设计中，采用了电力电缆和 控制电缆进行分沟敷设的方法，可降低不同等级电压之间的相互干扰，同时在开关柜内控 制电缆和高压电缆完全物理隔离，所有保护用电缆与高压电缆之间采用金属板隔离。这些 措施都大大降低了开闭所系统内的相互干扰。 第六章总结与展望 第六章总结与展望 本课题以集团公司电力系统为背景并根据集团公司实际需求设计一座新型1 0 k v 开闭 所并充分考虑开闭所抗干扰措施。 本课题历时一年多，在课题研究初期，查