无人值班变电站的设计

1、35KV无人值班变电站的设计摘 要：本次设计以35KV站为主要设计对象，分为任务书、计算说明书二部分，同时附有1张电气主接线图加以说明。该变电站设有2台主变压器，站内主接线分为35 kV、和10 kV两个电压等级。两个电压等级均单母分段的接线方式。本次设计中进行了电气主接线图形式的论证、短路电流计算、主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器），同时介绍了防雷保护的配置、继电保护的规划等相关方面的知识。ABSTRACTThis paper is a 35KV substation design book ,including assignment paper ,exp

2、lanation paper, calculation paper and 1 graphs. The substation have 2 primary transformer including 2 voltage degree: 35KV and 10KV. Every degree adopted sectioned single bus primary connection model to supply power. In this paper, we have computed short-circuit current, designed and tested the Prim

3、ary electric equipment (circuit breaker, isolation switcher, current transfer, voltage transfer, bus etc), at the same time, we also introduced prevent-thunder protection, primary protection and other knowledge relevant.目 录ABSTRACT21绪 论41.1原始资料和问题的提出41.2国内外现状4国外无人值班变电站的发展4国内无人值班变电站的发展51.3本文的设计内容52 无

4、人值班变电站的基础知识62.1无人值班变电站的概念和功能6无人值班变电站的概念6无人值班变电站的功能63 主接线的选择73.1常用的主接线方案介绍及其优缺点73.2 本设计所选择的主接线方案及其选择理由83.3变压器的选型及台数94 短路电流计算104.1短路计算的目的104.2变压器等值电抗计算104.3短路点的确定104.4 35kv母线上三相短路时114.5 10KV母线上短路计算114.6短路电流汇总表125 高压电气设备的选型145.1 高压电气设备选择一般规定14高压电气选择的一般原则145.1.2 母线的选择145.1.3 高压断路器的选择及隔离开关的选择15互感器的选择176

5、高压配电装置226.1 配电装置简介及其优缺点226.2 本设计所选择的配电装置及选择理由227 二次设备247.1继电保护的作用247.2变压器的保护247.2 10kV母线分段断路器的保护257.2馈线保护257.3 监控系统259 通信系统279.1常用通信方式介绍及其优缺点279.2本站所采用通信方式27 第10章 结论和展望参 考 文 献致 谢1 绪 论1.1原始资料和问题的提出本工程为满足某区域对电力的需求，经系统规划设计，论证新建一座35kV终端变电站。变电站安装两台3150VA变压器。电压分为35kV、10kV两个电压等级。35kV侧二回，一回进线，另一回供另一座远方35kV变

6、电站。10kV最大负荷4500kVA最大一回负荷为1000KVA，最大负荷与最小负荷比为0.65，各侧功率因数COS及最大负荷小时数为：35KV侧Tmax=4200小时年COS=0.85。查表损耗小时数T=2800小时10KV侧Tmax4500小时年 COS=0.8。查表损耗小时数T=3150小时35KV侧电源近似为无限大电源系统，以100MVA为基准容量，归算到本所35KV侧母线阻抗为0.2本所环境要求:本所所在地地势平坦，交通便利、空气无污染。该地区最热月平均气温为28，年平均气温16，绝对最高气温40，土壤最热平均月气温18，风速为25ms。微风风速小于5ms。该所位于生荒土地，便于进出

7、线等诸多方面的考虑。且考虑有视野较宽阔，有足够的间隔。1.2国内外现状国外无人值班变电站的发展 变电站自动化和无人值班是当今电网调度自动化领域的热门课题，其发展势头正方兴未艾。国外有一种观点认为，人容易受环境、情绪、性格、疾病等诸多因素影响，因此本身就是一个不可靠因素。确实有不少事故是由人为误操作引起的，从这个角度看，无人值班确实可以提高运行可靠性。 变电站自动化是在计算机技术和网络通信技术的基础上发展起来的。国外在八十年代已有分散式变电站自动化系统问世，以西门子(SIEMENS)公司为例，该公司第1套全分散式变电站自动化系统LSA678早在1985年就在德国汉诺威投入运行，至199

8、3年初已有300多套系统在德国及欧洲的各种电压等级的变电站运行。国内无人值班变电站的发展 我国的变电站自动化工作起步较晚，大约从九十年代开始，初始阶段主要研制和生产集中式的变电站自动化系统，例DISA1型，BJ1型，iES60型，XWJK1000A型，FD97等。九十年代中期开始研制分散式变电站自动化系统，如DISA2型，DISA3型，BJF3，CSC2000型，DCAP3200型，FDK型等，与国外先进水平相比，大约有十年的差距。许多高校、科研单位、制造厂家以及规划设计、基建和运行部门在学习和借鉴国外先进技术的同时，正结合我国的实际情况共同努力继续开发更加符合我国国情的变电站自动化系统。可以

9、预计，今后其发展和推广的速度会越来越快，与国外的差距会逐步缩小。1.3本文的设计内容1拟定主接线方案：依据原始资料，确定主变形式及规格型号，技术经济比较，确定最佳方案。选择各侧接线方式，确定所用电引接方式。2计算短路电流：选择计算短路点，计算各点短路电流，并列出短电流计算结果表。3选择主要电器设备：35kV、10kV主母线；选择主变10kV母线桥导体及绝缘子；选择主变两侧断路器和隔离开关；若可能选择主变低压侧10kV出口电流互感器；10kV主母线电压互感器；选择10kV无功补偿电容器型号及规格。4配置主要电气设备：配置各级电压的电压互感器、避雷器，配置各支路的电流互感器。5各级电压等级的配电装

10、置的选型与布置。6拟定二次设备的基本选择原则，基本设备选型与布置等。7拟定二次保护的基本配置。8拟定变电所与调度中心的通信方式等。2 无人值班变电站的基础知识2.1无人值班变电站的概念和功能无人值班变电站的概念无人值班站是指变电站的运行监控和操作等已经达到了三遥及以上，不需人员在变电站现场值班的变电站。无人值班变电站的功能3 主接线的选择3.1常用的主接线方案介绍及其优缺点本主接线设计以设计任务的书为依据，以国家经济建设方针，政策及有关技术规范、规程为准则；结合工程具体特点，准确掌握基础材料综合分析。以确定建所的标准和主要技术标准。做到既要有技术先进，又要经济实用。一)对主接线的基本要求1)可

11、靠性:供电可靠性是电力生产和分配的首要要求。主接线应首先满足这个要求。由于电能很难贮存，所以发电、送电和用电过程都在同一瞬间进行，并在任何时刻都保持平衡。故电力系统各部分都必须可靠工作。停电事故轻则引起全系统的电力严重不足，重则造成系统崩溃和长时间大面停电。在研究主接线时应全面考虑以下几个方面的问题。可靠性的客观衡量标准是运行实践评估一个主接线的可靠性时应全面、充分考虑长期积累的运行经验。主接线的可靠性是由它的组成元件(包括一次和二次设备)的综合。可靠性并不是绝对的，同样的主接线对某些发电厂和变电所来说是可靠的，而对另一些重要的发电厂和变电所来说，则可能不够可靠。因此评价可靠性时不能脱离变电所

12、在系统中的地位和作用。衡量主接线可靠性的标志：断路器检修时能否不影响停电线路、断路器或母线故障时以及对母线检修时。停运的回路数和停电的长短以及能否保证对重要用户的供电。发电厂或变电所停运的可靠性。对大机组，超高压主接线应满足可靠性准则的要求。2)灵活性:主接线的灵活性要求以下几个方面调度灵活，操作方便，应能灵活地投入和切除某些机组、变压器和线路，调配电源和负荷，能够满足系统在事故、检修以及特殊运行方式下调度要求。检修安全，能方便地停运断路器。母线及其继电保护设备，进行安全检修而不影响电网。扩建方便，能容易地从初期过渡到最终接线。使在扩建过渡时，一次和二次设备等所需的改造最少。3)经济性:在满足

13、技术要求的前提下，做到经济合理投资省：主接线应简单、清晰，以节约一次设备投资；保护控制不过于复杂，以利于运行并节约二次投资，限制短路电流，以便于选型。占在面积小：占地面积小是以电气主接线设计要为配电装置布置创造有利条件为前提，以便节用地和节省构件，导线和绝缘子。电能损耗小，经济合理选择主变压器的型式容量和台数，避免两次变压而增加电能损失。3.2 本设计所选择的主接线方案及其选择理由根据实际情况，拟定桥形和单母分段两种备选主接线方案1) 桥型接线2) 单母分段3) 拟定思想： 35kV侧考虑到进线二回拟定的桥形接线，应用高压断路器数量少，四个回路只用三个断路器，造价低，或者采用单母分段接线。 内

14、桥形接线的特点为：变压器的投入和切除较为复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时供电桥连断路器检修时，两个回路需并列运行，出线断路器检修时，线路需较长时间停运 外桥形接线的特点为：供电线路的切入和投入较复杂，需动作两台断路器并有一台变压器停运。桥连断路器检修时，两个回路需并列运行，变压器检修时，变压器需较长时问停运 单线分段接线的特点为：接线简单清晰、设备少、投资少、运行操作方便且有利于扩建母线断路器可以提高供电的可靠性和灵活性。对重要用户可以从不同段引出两回馈线路，由两个电源供电。当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段隔离，保证正常母线不间断供电，不致使得要用户停电。两段母线同时故障的

15、几率甚小，可以不予考虑。 终上所述，由于桥形接线，虽然经济，但与本所有穿越功率，故不宜采用。采用单母分段接线，可靠性较高。故本所主接线采用单母分段接线。 3.3变压器的选型及台数 1)因建设规模，变压器台数：2台 2)变压器的型式：SZL3150KVA 空载损耗：5.0kW 短路损耗：33 kW 阻抗电压：7 空载电流：1.14 短路电流计算4.1短路计算的目的选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。为了合理地配置各种继电保护和自动装置并正确确定其参数，必须对电力网发生的各种短路进行计算和分析在设计和选择电力系统和电气主接线时，为了比较各种不同的方案的接线图，确定是否采用限制短路电流的措施等

16、，都要进行必要的短路计算。进行电力系统暂态稳定计算，研究短路时用电客户工作的影响等。也包含一部分短路计算。确定输电线路对通讯的干扰。对已发生故障进行分析，进行短路计算。4.2变压器等值电抗计算(取SB=100MVA VB=VN =37KV)（规定) (欧)(B表示标么值、N表示额定值) (KA) N表示额定值 4.3短路点的确定在正常接线方式下，通过电器设备的短路电流为最大的地点称为短路计 点，比较断路的前后短路点的计算值犹如一点故实际选择每断母线上短路点为计算短路点。 35kv母线上短路点为d1 10kv母线上短路点为d2 4.4 35kv母线上三相短路时 计算电抗的计算 查计算曲线和短路周

17、期电流的标么值。 =5 系统对短路点在短路点电流周期分量的有名值:=5×1.56=7.8(KA) =0.0081 负荷对短路点d计算电抗 =0.0081时，查计算曲线知： =0.400 ， =0.383， 0.402 负荷对短路点d短路点电流周期分量有名值： =0.4×1.560.624 （KA）=0.383×1.560.5975 （KA）=0.402×1.560.6271 （KA） 短路点d1的短路电流周期分量有名值为：7.8+0.6248.424（KA）7.8+0.59758.3975（KA）7.8+0.62718.4271（KA）2.55=2.55

18、×8.24224.482（KA）4.5 10KV母线上短路计算系统对短路点d2计算电抗=0.2+2.2=2.4则0.4167系统对短路点d2提供的短路点周期电流有名值为：5.5（KA）0.4167×5.52.2919（KA）0.35×0.110当0.011时，查计算曲线知： 3.058；2.461；2.2665负荷侧对短路点dt提供的短路电流为：3.058×5.516.819（KA）2.461×5.513.5355（KA）2.2665×5.512.4658（KA）短路点d2的短路电流为：2.2919+16.81919.1109（KA）

19、2.2919+13.535515.8274（KA）2.2919+12.465814.7577（KA）2.552.55×19.110948.7328（KA）4.6短路电流汇总表(有名值单位：KA)阻抗I”i()标么值计算阻抗标么值有名值标么值有名值标么值有名值有名值d1短路S1、S20.257.857.87.8合计2.570.00810.4000.6240.3830.59750.4020.62718.4248.39758.427121.4812d2S1、S22.40.41672.29190.41672.29190.41672.2919短路合计0.350.01103.05816.8192

20、.46113.53552.266512.465819.110914.757748.73285 高压电气设备的选型5.1 高压电气设备选择一般规定5.1.1高压电气选择的一般原则导体和电器的选择设计、必须执行国家的有关技术、经济的政策，并应做到技术先进、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需求。应满足正常运行，检修，短路和过电压情况下的需求，并考虑到远景发展需要。按当地环境条件校核。应力求技术先进和经济合理选择异体时应尽量减少品种扩建工程应尽量使新老电器型号一致选用新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 有关规定：验算110kv以下电缆和异体短路稳电时

21、，所选用的计算时间，一般采用主保护运作时间加相应的断路器全分闸时间。如果主保护有死区时，则应采用能对该死区起作用的后备保护的运作时问，并采用相应处的短路电流值。电器和10kv及以上充油电缆的短路电流计算时间一般采用后备保护动作时间加相应的断路器全分闸时间。断路器全分闸时间包括断路器固有分闸时间和电弧燃烧时间。5.1.2 母线的选择1)35KV母线的选择最大工作电流0.546×20.1092 KA (S要按2台计3.15×2)方法1：按最大持续工作电流来选择异体截面积S即Igmax 查表知=1.051.04A 所选导线型号为LGJ一35型方法2：按经济电流密度来选择，查表知J

22、=2.25Amm2=48.5mm2查表选LGJ一50型，导线型号选择有误。钢芯铝铰线，其允许截流量为Iy=210A比较方法1、方法2。最后确定导线型号为：LGJ-502)IOKV母线的选择=363.74(A)=259.8152(A) 小于4000A采用矩形母线，其散热条件较好，有一定的机械强度，便于固定和连接。 所选矩形母线的型号为50x5mm2矩形铝异线其长期允许载流量为：平放：637A；竖放1741A5.1.3 高压断路器的选择及隔离开关的选择1) 35KV断路器及隔离开关的选择 电压 电压等级为，35KV电流： =0.0546(KA) 变压器要按2台计按断开电流选择， (或)=8.424

23、(KA)按短路关合电流来选择 21.4812(kA)按热稳定来选择，：=842712×4 KA2S 计算数据SW2-35GN2-35TU35KVUe35KVUe35KVIgmax54.56AIe1000AIe1000AIz8.424KAIedk24.8KAig21.4812KAIeg63.4KA8.42712x424.82x4I：t27.5x5kA2·S21.4812KA24.8KA70KA2)10KV断路器及隔离开关的选择按电压来选择 =10KV 故选=10KV按电流来选择0.1710（KA）按断开电流来选择 =19.1109(kA)按短路关合电流来选 =487328KA

24、按热稳定来选择 计算数据Ug10KVUe10KVUe10KVIgmax191AIg600AIg600AIz19.1109KAIekd28.9KAIcj48.7328KA1eg52KA Ig48.7328KAidw52KAidw60KA互感器的选择国家标准电气测量仪表配置设计规程SDJ-9-79的规定。规定了各电气设备需配置的测量仪表。表中：+：代表配置+a：只需配置单相测量用表计+Q：表示配置切换式测量仪表代表名称10KV35KV主变中性点所用变低压侧主变母线出线主变母线出线A+a+a+V+Q+QW+VAR+Wh+VARh+1)10KV侧母线测量用电压互感器的选择根据仪表配置规程，按低压母线8

25、条出线，2台一个主变所用测量仪表为有功率电度表9块，有功功率1块，无功电度表1块，无功功率表1块，电压表1只，绝缘监视电压表3只，频率表1只。按主变回路来选 1.1Ue1>U1>0.9Ue1 取U1取10KV按二次回路来选 单相式 二次绕组电压为 换成开口三角形的辅助绕组电压。1003准确等级测量用仪表：0.5级 二次负荷容量Se=120VA 电压互感器接线为仪表名称及型号线圈仪表电压线圈仪表数组AB相BC相消耗功率COSsinPabQabPbcQbc有功功率表16Dl-W0.6111.01.0无功功率表16D1-VAR0.5111.01.0无功电度表DS，1.50.380.925

26、10.571.390.571.39有功电度表DXl1.50.380.92515.1312.55.1312.5电压表16V-V0.2110.3总计7.713.89813.89根据上述结果15.9VA=16.0VA=0.561.030.560每相接有绝缘监视电压表3只。故每相负荷（A相）8.17W=4.73VARB相负荷8.14W=17.18VAR显而易见，B相负荷大，故只须用B相总负荷进行校验。 =19.01VAVA ,故校验合格故选择JSJW-10型电流互感器，额定容量为120VA同此类推：35KV，所选PT型号为JDJJ一35 额定变化2)电流互感器选择。10KV回中电流互感器的选择电流互感

27、器的负荷仪表电流线圈A相C相电流表16L1-A0.50.5有功功率表16D3-W1.51.5无功功率表16D3-VAR1.51.5有功电度表DSl0.50.5无功电度表DXl0.50.5总计4.54.5最大相负荷为4.5VA选择电流互感器按一次回路额定电压来选UeUew=10KV IaIgmax6.1910（KA）选择LA-10电流互感器，额定电流比300/5，用于供给计费电度表用，故选0.5级，二次负荷额定阻抗0.4 选择互感器连接导截面 互感器二次额定容量。Se=10VA 最大相负荷阻抗 =0.18 按取0.1为接触电阻 取电流互感器与测量仪表相距100mS 故选用标准截面为2.5mm2的

28、铜导线 校验热稳定性 由短路电流计算知 =14.7577KA ，I”=191109KA =487328KA P”=1.2950 1.5s KrIe120×0.1910满足热稳定要求 6 高压配电装置6.1 配电装置简介及其优缺点 配电装置按电器装设地点的不同，可分为屋内和屋外两种。按其组装方式可分为装配式和成套式。 一)特点介绍屋内配电装置的特点是：(1)由于允许安全净距小和可以分层布置而使占地面积较小。(2)维护、巡视和操作在室内进行，不受气候影响。(3)外界污秽空气对电话影响较小，可减少维护量。(4)房屋建筑投资较大。屋外配电装置的特点(1)工建工作量和费用较小，建设周期短。(2

29、)扩建比较方便(3)相邻设备距离较大，便于带电作业(4)占地面积大(5)受外界影响，设备运行条件较差，须加强绝缘(6)不良气候对设备维修和操作有影响。成套配电装置的特点：(1)电器布置在封闭或半封闭的金属外壳中，相问和对地距离可以减少结构紧凑占地面积小。(2)所有电器元件已在工厂组装成一体，大大减小现场安装工作量，有利于缩短建设周期，也便于扩建和搬迁。(3)运行可靠性高，维护方便。(4)耗用钢材较多，造价较高。6.2 本设计所选择的配电装置及选择理由35KV 屋内配电装置：屋内配电装置的结构，除与电气主接线形式，电压等级，母线容量，断路器型式，出线回路数，出线方式及有压电抗器有密切关系，另外，

30、施工，检修条件，运行经验，习惯等也有关系。 发电厂和变电站屋内配电装置，按其布置型式分为三层、二层和单层。三层式具有安全，可靠性高，占地面积少等特点。单层结构复杂，施工周期长，造价高，检修运行不大方面。与三层相比，二层造价低运行和检修方便，但占地面积有所增加。故35KV选择，二层布置10KV的配电装置：10KV配电装置因为电压较低，电气设备的体积，及最小安全净值A、B、C均较小，因而其显着特点是广泛采用屋内线套配电装置。10KV三层和二层装置式配电装置，通过设计，施工及运行的长期实践，所暴露的问题和缺点较多。主要有：土建结构复杂，留孔及埋件较多，建筑的施工工作大工期长，运行巡视，操作不便，不利

31、于事故处理等。故可采用GSG型双母线套开关柜，并按母线电抗器断络器接成配以多回路出线的单母线开关柜，组成两层装配与套混和式布置，从而使配电装置的结构大为简化，大大小减建筑，安装工作，缩短了建设周期，便于维护。7 二次设备7.1继电保护的作用电力系统在运行中，可能发生各种故障和不正常运行系统，最常见同时也最危险低的故障是发生各种型式的短路。由此继电保护设备的任务是：(1)自动、迅速选择性地将帮故障元件从电力系统中切除，使故障元件免于继续遭到破坏。保证其他无故障部分迅速地恢复运行。(2)反映电气元件的不正常运行状态，并根据运行维护的条件，而动作于发出信号减负荷或跳闸。此时一般不要求保护迅速动作。而

32、是根据电力系统及其元件的危害程度设计一定的延时，以免不必要的动作和由于干扰而引起的误动作。7.2变压器的保护 变压器的不正常运行状态主要有：由于变压器外部相间短路，引起的过电流和外部接地引起的过电流和中性点过电压；由于负荷超过额定容量引起的过负荷，以及由于变压器油箱内的各种故障以及主油面降低。常用的变压器保护有：1） 瓦斯保护： 对变压器油箱内的各种故障以及油面降低，应装设瓦斯保护，它对于油箱内部所产生的气体和油流而动作。瓦斯保护主要优点是动作迅速，灵敏度高，安装接线简单，能反应油箱内部发生的各种故障。其缺点是不能反映油箱以外的套管及引出线部位上的故障，因此瓦斯保护作为变压器保护之一，与纵差动配合，实现快速而灵敏的切除变压器油箱内、外及引出线上发出的各种故障。2)纵差动保护及电流速断保护：对变压器绕组、套管及引出线I故障，应根据容量的不同装设纵差动保护或电流速断保护。变压器保护根据以上要求选择比北京四方保护与控制设备有限公司：CST200013系列数字变压器保护。主要性能特点：(1)本装置采用多单片