dq082变电所所用电系统自动投入装置的设计

浒关变电所所用电系统备用自动投入装置设计 15 论文/设计原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文/设计是本人在导师的精心指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了论文/设计中特别加以标注引用的内容外，本论文/设计不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日 论文/设计版权使用授权书本论文/设计作者完全了解学校有关保障、使用论文的规定，同意学校保留并向有关论文管理部门或机构送交论文/设计的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀论文评选机构将本论文/设计的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本论文/设计。本论文/设计属于1、 保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、 不保密。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 三 峡 大 学毕业设计（论文）课题任务书（2006 2007学年）课题名称浒关变电所所用电系统自动投入装置的设计（暗备用）指导老师盛国林院别职业技术学院专业发配电班级20043091学生姓名杨帆课题概述：浒关220V变电所采用18万KVA主变，为了保证该变电所所用电系统供电的可靠性，要求所用电系统采用双电源供电，且两电源间能国互相备用。1 拟订出所用电系统的主接线形式，画出主接线图（不需要进行设备的选择与效验）2 确定备用的方式并解释选择该备用方式的理由3 设计出备用自动投入装置的接线方式，画出接线原理图4 论述备用自动投入装置的工作过程（1）系统正常工作时备用自动投入装置的状况（2）工作电源故后备用自动投入装置的切换过程（3）投入永久故障后装置的动作状况（4）电压互感器二次侧意外熔断后装置的动作状况 5备用自动投入装置中各元件参数的整定参考资料及文献（包括指定给学生阅读的外文资料）：1电力系统自动装置 主编：钱武 李生明 中国水利水电出版社2电力系统自动装置 主编 许克明 田怀如 重庆大学出版社3电力系统继电保护规定汇编 国家电力调度通讯中心 中国电力出版社4电力工程电气设计手册 能源部西北电力设计院 水利水电出版社5发电厂电气设备 主编：于长顺 中国电力出版社6变电厂变电站电气部分 主编：牟道槐 重庆大学出版社7. 其他相关资料设计成果要求：1、开题报告： 1000 字 2、说 明 书： 字3、图 纸： 0 号、 1张、 号、 张4、论 文：6000 字进度计划安排起止日期要求完成的内容1、第1-7周2、第8-10周3、第11周4、第12-13周5、第14周1、 资料收集，完成开题报告。2、 完成毕业设计（论文）初稿，指导老师审核。3、 完成毕业设计（论文），装订成册，连同电子文档一并上交指导老师。4、 指导老师完成毕业设计（论文）的批阅，评阅小组完成毕业设计（论文）的评阅。5、 毕业答辩。审核（系主任）批准（院长）浒关变电所所用电系统备用自动投入装置设计学 生：杨 帆指导教师：盛国林教学单位：三峡大学职业技术学院课题来源 运用所学知识、结合电厂实习并联系生产实际。研究目的及意义 全面了解备用电源自动投入装置的动作过程及工作原理、培养理论知识在实际中的应用能力。研究内容本课题的研究内容主要是备用电源自动投入装置的工作过程，包括系统正常工作时备用电源自动投入装置的状况、工作电源故障后备用电源自动投入装置的切换过程，投入永久性故障后装置的动作状况及电压互感器二次侧意外熔断后装置的动作状况等方面。随着国民经济的迅猛发展、科学技术的不断提高及家用电器迅速走向千家万户，用户对供电质量和供电可靠性的要求日益提高。备用电源自动投入是保证配电系统连续可靠供电的重要措施，其主要任务是提高电力系统安全、经济运行水平。在电力系统中，不少重要用户是不允许停电的，因此常设置两个或两个以上的独立电源供电，一个工作，另一个备用，或互为备用。当工作电源消失时，备用电源的投入，可以用手动操作，也可以用BZT装置自动操作，但由于手动操作动作较慢，中断供电时间较长，往往不能满足要求。而采用BZT装置自动投入，中断供电时间只是自动装置的动作时间，时间很短，只有几秒，对生产无明显影响，故BZT装置在实际生产中得到广泛应用，并已成为变电所综合自动化系统的基本功能之一。备用电源自动投入装置是指当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动地将备用电源投入或将用电设备自动切换到备用电源上去，使用户不至于停电的一种自动装置，简称备自投或BZT装置。国内外现状及发展趋势从最初的传统继电器接触器控制系统，发展到后来结合单片机技术的备用电源投入装置，虽然装置可靠性能有一定程度的提高，在保护供电连续性方面取得了较好的成绩，但这种改进后的装置的抗干扰能力差，限制了其使用范围。随着经济和技术的发展，近年来推出了BZT与可编程控制器（PLC）的完美结合，它不仅体积小，可靠性高，而且有很强的通用性。目前常规的备用电源自动投入装置对工作电源和备用电源有压或无压的判断取自PT。国内各厂家研制生产的备用电源自动投入装置均是如此。国外同类产品也多是仅能实现单一备用电源自动投入的功能。完成途径完成该课题的途径是结合书本材料并上网查询有关内容，在指导老师的细心指导帮助下，小组成员互相协作、配合完成。阅读的主要文献及资料名称电力系统自动装置 主编：钱武、李生明 中国水利水电出版社电力系统自动装置 主编：许克明、田怀知 重庆大学出版社电力系统继电保护规定汇编 国家电力调度通讯中心 中国电力出版社发电厂电气设备 主编：于长顺 中国电力出版社电力工程电气设计手册 能源部西北电力设计院 水利电力出版社变电厂变电站电气部分 主编：牟道槐 重庆大学出版社工作主要阶段及进度起止日期任 务第1-7周资料收集，完成开题报告。第8-10周完成毕业设计（论文）初稿，指导老师审核。第11周完成毕业设计（论文），装订成册，连同电子文档一并上交指导老师。第12-13周指导老师完成毕业设计（论文）的批阅。第14周毕业答辩。现有条件及措施书本资料及网上查阅，并结合生产实际。协助单位三峡大学职业技术学院电气工程系。2006年10月12日浒关变电所所用电系统备用自动投入装置设计学 生：杨 帆指导教师：盛国林 （三峡大学职业技术学院）摘 要：本论文详细地介绍了备用电源自动投入装置的定义、原理、以及工作过程，并对明备用和暗备用的优缺点进行图文对比，最终确定以暗备用作为本论文的研究对象，并拟订该所用电系统的主接线形式为单母分段接线，它可以提高供电的可靠性和灵活性，对重要用户可以由两个电源、两条回路供电，并可以保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电。此外，本论文还介绍了备用电源自动投入装置的发展史、国内外现状及未来的发展方向。关键词：BZT 暗备用 闭锁 失压 动作一次前言在电力系统中，不少重要用户是不允许停电的。因此常设置两个或两个以上的独立电源供电。当工作电源消失时，备用电源的投入，可以用手动操作，也可以用BZT装置自动操作。手动操作动作较慢，对生产工艺不允许停电的场合，手动投入备用电源往往不能满足要求。采用BZT装置自动投入，时间很短，只有几秒，对生产无明显影响，所以采用BZT装置可大大提高供电可靠性。本论文关于BZT装置的投入过程分析包括系统正常工作时、工作电源故障后、投入永久性故障后以及电压互感器二次侧意外熔断后装置的动作状况。本论文是从选题背景、方案论证、过程论述、结果分析四个方面进行的。一、备用电源自动投入装置概论随着经济的发展，我国电力系统的规模日益扩大，发电设备的容量也相应增大，系统运行方式的变化也越来越频繁。为了更好地保证电力系统的安全、经济运行并保证电能质量，电力系统自动装置及其技术得到了广泛应用并日益发展，同时也促进了电力系统自动控制技术的不断提高。在现在中国的电力系统中，很多用户和用电设备是由单电源辐射形供电的，当供电电源由于某些原因而断开时，则连接在它上面的用户和用电设备将失去电源，从而使正常工作遭到破坏，给生产和生活造成不同程度的损失。为了消除或减少损失，保证用户不间断供电，在发电厂和变电所中广泛采用了备用电源自动投入装置。1、备用电源自动投入装置的定义在电力系统中，不少重要用户是不允许停电的。因此常设置两个或两个以上的独立电源供电，一个工作，另一个备用，或互为备用。当工作电源消失时，备用电源的投入，可以用手动操作，也可以用BZT装置自动操作。手动操作动作较慢，中断供电时间较长，对正常生产和生活有一定的影响；对生产工艺不允许停电的场合，手动投入备用电源往往不能满足要求。采用BZT装置自动投入，中断供电时间只是自动装置的动作时间，时间很短，只有几秒，对生产无明显影响，故BZT装置可大大提高供电可靠性。备用电源自动投入装置是指当工作电源因故障被断开以后，能迅速自动地将备用电源投入或将用电设备自动切换到备用电源上去，使用户不至于停电的一种自动装置，简称备自投或BZT装置。一般在下列情况下装设：（1） 电厂的厂用电和变电所的所用电。（2） 有双电源供电的变电所和配电所，其中一个电源经常断开作为备用。（3） 降压变电所内装有备用变压器或互为备用的母线段。（4） 生产过程中某些重要的备用机组，如给水泵、循环水泵等。2、备用电源自动投入装置的发展史、国内外现状及前景电源自动投入装置从最初的传统继电器接触器控制系统，发展到后来结合单片机技术的备用电源投入装置，虽然装置可靠性能有一定程度的提高，在保护供电连续性方面取得了较好的成绩，但这种改进后的装置的抗干扰能力差，限制了其使用范围。随着经济和技术的发展，近年来推出了BZT与可编程控制器（PLC）的完美结合，它不仅体积小，可靠性高，而且有很强的通用性。目前常规的备用电源自动投入装置对工作电源和备用电源有压或无压的判断取自PT。国内各厂家研制生产的备用电源自动投入装置均是如此。国外同类产品也多是仅能实现单一备用电源自动投入的功能。而在最近几年里，采用微机技术控制自动装置的设备投入陆续被生产，并广泛地应用于生产实际当中。微机技术采用了先进的电磁兼容性（EMC）设计技术、新型抗电磁和尖脉冲干扰器件，MPC器件、软件上采用了冗余、容错、数字滤波等技术。精度高，可靠性较好，智能化程度高，自适应能力强。通过面板或软件可设置和修改TV、TA变比、量程、接线方式、保护定值、定值越限触发等参数，保护功能均设有软压板，可根据现场需要投退，出口继电器均为可编程输出，所有设置参数继电后能保存10年。综合功能强，装置既可通过通讯口连成网络系统，接受主站监控，又可脱离网络独立完成各项功能，任一装置故障均不会影响其他设备，从而保证了整个系统的高可靠性。 3、对备用电源自动投入装置的基本要求BZT装置应满足下列要求：1.工作母线突然失压时，BZT装置应能动作工作母线突然失去电压，主要原因有：（1）工作变压器发生故障，继电保护动作，使两侧断路器跳闸；（2）工作母线上的馈电线发生短路，没有被线路保护瞬时切断，引起变压器断路器断开；（3）工作母线本身故障，继电保护使断路器跳闸；（4）工作电源断路器操作回路故障跳闸；（5）工作电源突然停止供电；（6）误操作造成工作变压器退出。这些原因都不是正常跳闸的失压，都应使BZT装置动作，使备用电源迅速投入恢复供电。2.工作电源先切，备用电源后投主要目的是提高备用电源自动投入装置动作的成功率。假如工作电源发生故障，工作断路器尚未断开时，就投入备用电源，也就是将备用电源投入到故障元件上，这样就势必扩大事故，加重故障设备的损坏程度；另外，备用电源与工作电源不是取自同一点，往往存在电压差或相位差，只有工作电源先切，备用电源后投才能避免发生非同期并列。实现这一要求的主要措施是：备用电源必须判断工作电源断路器切实断开，工作段母线无电压，才允许备用电源合闸，比如备用电源断路器的合闸部分应该由工作电源断路器的常闭辅助触点来起动。3.BZT装置只动作一次，动作时应发出信号 当工作母线发生持续性短路故障或引出线上发生未被出线断路器断开的持续性断路故障时，备用电源第一次投入后，由于故障仍然存在，继电保护装置动作，将备用电源跳开，此时工作母线又失压，若再次将备用电源投入，就会扩大事故，对系统造成不必要的冲击。为了解决这一问题，就需控制备用电源或设备断路器的合闸脉冲，使它只能合闸一次。4.BZT装置动作过程应使负荷中断供电的时间尽可能短工作母线失压到备用电源投入，这段时间为中断供电时间。停电时间短，对电动机自起动是有利的。停电时间短，电动机未完全制动，则在BZT装置动作，恢复供电时，电动机自起动较容易；但停电时间过短，电动机残压可能较高，当BZT装置动作时，会产生过大的电流和冲击力矩，导致电动机的损伤。因此，装有高压大容量电动机的厂用电母线，中断供电的时间应在1S以上。对于低压电动机，因转子电流衰减极快，这种问题并不突出。同时为使BZT装置动作成功，故障点应有一定的电弧熄灭去游离时间，在一般情况下，备用电源或备用设备断路器的合闸时间，已大于故障点的去游离时间，因而可不考虑故障点的去游离时间，但在使用快速断路器的场合，必须进行校核。另外，中断供电的时间还必须满足馈电线外部故障时，由线路保护切除故障，避免越级跳闸。运行经验证明，BZT装置的动作时间以11.5S为宜。5.工作母线电压互感器熔断器熔断时BZT装置不误动运行中电压互感器二次侧断线是常见的，但此时一次侧回路正常，工作母线仍然正常工作，所以此时不应使备用电源自动投入装置动作，即BZT装置应予闭锁。6.备用电源无压时BZT装置不应动作正常工作情况下，备用母线无电压时，BZT装置应退出工作，以避免不必要的动作，因为在这种情况下，即使动作也没意义。当供电电源消失或系统发射故障造成工作母线与备用母线同时失去电压时，BZT装置也不应动作，以便当电源恢复时仍由工作电源供电。为此，备用电源必须具有有压鉴定功能。7.正常停电操作时BZT装置不起动如手动跳闸，因为此时工作电源不是因故障而退出运行，BZT装置应予闭锁。8.备用电源或备用设备投于故障时应使其保护加速动作因为此时故障的性质已确定，如果仍由继电保护的固有动作时间去跳闸，则达不到快速切除故障的目的。除上述要求以外，一个备用电源同时作为几个工作电源的备用或有两个备用电源的情况，备用电源应能在备用电源已代替某工作电源后，其他工作电源又被断开，必要时备用电源自动投入装置仍应能动作。但对于单机容量为220MW及以上的火力发电厂，备用电源只允许代替一个机组的工作电源。在有两个备用电源的情况下，当两个备用电源互为独立备用系统时，应各装设独立的BZT装置，使得当任一备用电源都能作为全厂各工作电源的备用时，BZT装置使任一备用电源都能对全厂各工作电源实行自动投入。4、备用电源自动投入装置的优点BZT装置的采用是一种安全、经济的措施，采用BZT装置后，有如下优点：(1) 提高供电的可靠性，节省建设投资。(2) 简化继电保护，因为采用了BZT装置后，环形网络可以开环运行，变压器可以分裂运行等，这样，就可以采用方案相对简单的继电保护装置。(3) 限制短路电流，提高母线残余电压。在受端变电所，如果采用开环运行和变压器分裂运行，将使短路电流受到一定限制，不需要再装出线电抗器，这样，既节省了投资，又使运行维护方便。由于BZT装置可以大大提高供电的可靠性和连续性，因此，广泛应用于发电厂的厂用电系统和厂矿企业的变、配电所的所用电系统中。二、备用电源自动投入装置的原理备用电源自动投入装置中，当一次运行方式相对固定时，BZT装置接线比较简单。但对于实际的运行方式来说，不可能永远在一种方式下运行，顾及到电网的灵活性，要求BZT装置投入时的动作过程也相应有所不同，如图所示：在如图所示这种接线方式下，共有三种可能的运行方式，从而也就有三种备自投方式。以下分别详细说明。第一种运行方式：正常运行时3QF处于断开位置，I、II段母线分裂运行，分别由T1、T2供电。在这种运行方式下，如果I回路故障，导致I段母线失压，此时BZT装置应能自动断开运行断路器1QF和2QF，然后再投入分段断路器3QF，使母线I恢复供电；反之，如果II回路故障，导致II段母线失压，此时BZT装置应能自动断开运行断路器4QF、5QF，然后再投入分段断路器3QF，使母线II恢复供电。此种方式属暗备用的备自投方式。第二种运行方式：1QF、2QF、3QF处于合闸位置，4QF、5QF断开，正常运行时由T1给两条母线供电。在这种运行方式下，如果I回路故障，导致两段母线均失压，此时BZT装置应能自动断开运行断路器 1QF、2QF，然后再投入4QF、5QF，使T2给两段母线供电。第三种运行方式：3QF、4QF、5QF处于合闸位置，1QF、2QF断开，正常运行时由T2给两条母线供电。在这种运行方式下，如果II回路故障，导致两段母线均失压，此时BZT装置应能自动断开运行断路器4QF、5QF，然后再投入1QF、2QF，使T1给两段母线供电。为满足运行要求，BZT装置应由低电压起动部分和自动合闸部分两部分组成：（1）低压起动部分：其作用是监视工作母线失压和备用电源是否正常，并兼作电压互感器熔断器熔断时闭锁BZT装置之用。当工作母线因各种原因失去电压时，断开工作电源，并在备用电源正常时使BZT装置起动。（2）自动合闸部分：在工作电源的断路器断开后，经过一定延时将备用电源的断路器自动投入。BZT装置从其电源备用方式上可以分为两大类：明备用和暗备用。图（a）所示，为一典型明备用，它在正常的工作情况下，有一条线路是处在备用状态的，这样虽然能较好地保证线路的安全供电，提高线路的可靠性，但是它增加了一套设备，经济性很差。图（b）所示为一暗备用，这种备用方式虽然有可能牺牲部分用户的用电，但它与明备用相比，经济性方面有很大的改善，并且它的可靠性也相对较高，所以得到广泛应用。经过明备用和暗备用的优缺点对照比较，经过同学们的研究讨论，我们决定采用暗备用来设计本课题，并拟订该所用电系统的主接线形式为单母分段接线。它可以提高供电的可靠性和灵活性，对重要用户可以从两条回路和两个电源供电，可以保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电。三、本设计（暗备用）的构成、原理接线及动作过程原理接线见附录图纸。1、本设计中BZT装置的构成(1)低压起动部分由下列元件组成:监视工作母线失压的低电压继电器1KV和3KV；监视备用电源是否正常的过电压继电器2KV和4KV,并兼作电压互感器熔断器意外熔断时闭锁BZT装置之用；用于整定BZT装置起动时间的时间继电器1KT和2KT；用于发BZT装置动作信号的信号继电器1KS和2KS。(2)自动合闸部分由闭锁继电器KM、信号继电器KS、自动空气开关QA的辅助接点和转换开关QT组成。其中，KM的接点具有0.50.8S延时断开（瞬时闭合）时间，确保BZT装置只动作一次；自动空气开关辅助接点保证工作电源先切，备用电源后投；信号继电器KS，用于发自动投入完成信号；切换开关QT，用于手动投入或撤出BZT装置。2、本设计中(暗备用)BZT装置的动作过程（1）正常运行状态设正常运行时低压侧为单母线分段运行，T1、T2分别给母线I、II上的负荷供电，保证厂用电正常运行，即1QF、1QA、2QF、2QA在合闸位置，而3QA在断开位置，一次回路中的隔离开关均为合上运行，则此时，断路器和自动空气开关的辅助接点状态为：1QF1、2QF1、1QA1、1QA2、1QA3、2QA1、2QA2、2QA3、3QA2闭合，1QF2、2QF2、1QA4、2QA4、3QA1断开；正常运行时I、II段母线电压正常，低电压起动部分中的低电压继电器1KV、3KV动作，其常闭接点断开，所以时间继电器1KT、2KT不动作，其延时闭合接点断开，BZT装置不能起动；中间继电器KM线圈处于励磁状态，其接点闭合，使指示灯HL亮，但是因为正电源被1QA4、2QA4切断，故不发合闸脉冲，为起动做好准备。（2）工作母线失压后的BZT装置投入过程以I段母线BZT装置为例，当I段母线由于某种原因失去电压时,低电压继电器1KV和过电压继电器2KV失压返回，其常闭触点闭合，起动时间继电器1KT，经过一定的延时后，起动1QA的跳闸线圈1Y2，自动空气开关1QA跳闸，保证工作电源先切，同时1KS发BZT装置动作信号，在1QA跳闸后，1QA的辅助常开接点打开，辅助常闭接点闭合，使KM断电，在KM的触点延时返回前，通过3QA2，使自动空气开关3QA合闸，同时，由KS发3QA投入信号。3QA合闸后I、II母线上的负荷全部由T2提供，完成一次BZT装置的自动投入过程。（3）投入永久性故障后装置的动作状况如果工作母线失压是由于母线发生持续性故障所造成，当BZT装置使3QA合闸后，故障电流将使变压器T2的继电保护起动或3QA的过流保护起动，选择性地将3QA跳闸。由于在发出第一个合闸脉冲后KM的延时返回接点已断开，将3QA的合闸回路切断，不能作第二次合闸，从而保证BZT装置只动作一次，不影响II段母线正常供电。（4）电压互感器熔断器熔断的闭锁运行中当电压互感器二次侧熔断器熔断时，造成工作母线失压的假象，但此时一次侧回路正常，工作母线仍然正常工作，所以此时不应使备用电源自动投入装置动作，即BZT装置应予闭锁。为此，为防止电压互感器二次侧任一相熔断器熔断时BZT装置误起动，1KV、2KV（或3KV、4KV）分别接在不同的相别上，其常闭接点串联，任一相熔断器熔断时不会导致两个电压继电器的常闭接点同时闭合，有效地闭锁了BZT装置。当然，从接线中不难发现，当两个熔断器都熔断时，BZT装置仍会误动，但实际上两种故障同时发生的概率是极少的，而且从保护的角度上说，电压互感器均装设有断线监视回路。3、安全运行注意事项（1）装设备用电源自动投入装置的线路开关断开热备用一侧线路，一定要设避雷器，以免雷电击穿热备用开关的绝缘，毁坏变电站设备。在线路没有安装避雷器的情况下，可以根据实际情况，考虑利用母线避雷器作为设备防雷保护，在母联开关装设备用电源自动投入装置。（2）备用电源自动投入的整定值要与继电保护开关三相跳闸重合闸、线路后备保护和上下级备用电源自动投入装置动作的时间配合，避免在三相重合或后备保护动作过程中自动投入备用电源（注：