某用戶35kV變電所及其綜合自動化系統(tǒng)方案設計書

1、某用戶 35kV 變電所及其綜合自動化系統(tǒng)設計摘要 : 35kV 變電所綜合自動化系統(tǒng)主要為無人值班形式，其設計應服從電網(wǎng)調度自 動化的總體設計，其配置、功能包括設備的布置應滿足電網(wǎng)安全、優(yōu)質、經(jīng)濟運行以及信 息分層傳輸、資源共享的原則。因此 ,本次設計我們將以此作為設計指導原則展開設計工 作。整個設計過程包括總降壓變電所電氣設計、 10kV 中性點接地設計與所用電設計、微機 保護及綜合自動化系統(tǒng)設計。我們將從各種相關方案中比較確定出最佳設計方案。其中總 降壓變電所采用內橋式的接線方式， 10kV 中性點采用經(jīng)過小電阻接地，所用電采用接地變 壓器兼所用變壓器的形式。本設計提供一整套可用于指導施

2、工的工程設計圖紙。關鍵詞 ： 變電所，綜合自動化，微機保護，中性點接地Design on Customer 35kV Substation And The SynthesizeAutomation SystemAbstract: The complex automatic system nobodys form on duty 35kV transformer substation mainly it designs overall design that should obey automation of dispatching of power netwoks , it dispose,

3、including equipment to decorate and should meet electric wire netting safe, high-quality, economical operation and information strata transmit, principle of resource-sharing function. Design we regard this as and design guideline launch the design work this time. Whole design process including elect

4、ric to design to step down transformer substation always, 10 kV neutral some earth design with power consuming design, computer protect and complex automatic system design. We will relatively determine the best plan of design from various kinds of relevant schemes . Step down transformer substation

5、wiring way of bridge type in adopting always among them, 10 kV neutral to adopt through disappear arc coil earth a bit, adopt the earth voltage transformer and concurrently form of the voltage transformers used with the electricity. Design and offer a whole set of can with use for project design dra

6、wing constructed to guide originally.Keyword : The transformer substation, comprehensive automation, the computer protect第一章 設計指導思想變電站及配電所在配電網(wǎng)中具有十分重要的地位。它既是變壓器側配電網(wǎng)中的負荷， 又是下一級配電網(wǎng)的電源，其自動化程度的高低直接反映了配電自動化的水平。 1995 年， 國家調度中心要求現(xiàn)有 35kV110kV 變電站在條件具備時逐步實現(xiàn)無人值班變電站，新建 變電站可根據(jù)調度和管理需要以及規(guī)劃要求，按無人值班設計。欲實現(xiàn)無人值班變電站， 其中

7、變電站的綜合自動化程度很重要。變電站自動化系統(tǒng)作為電網(wǎng)調度自動化的一個子系統(tǒng)，應服從電網(wǎng)調度自動化的總體 設計，其配置、功能包括設備的布置應滿足電網(wǎng)安全、優(yōu)質、經(jīng)濟運行以及信息分層傳 輸、資源共享的原則。因此本次設計我們將以此作為設計指導原則展開設計工作。按我國的實際情況，目前變電站還不大可能完全實現(xiàn)無人值班，即使是無人值班，也 有一個現(xiàn)場維護、調試和應急處理的問題，因此設計時應考慮遠方與就地控制操作并存的 模式。同樣，保護單元亦應具有遠方、就地投切和在線修改整定值的功能，以遠方為主， 就地為鋪，并應從設計、制造上保證同一時間只允許其中一種控制方式有效。要積極而慎重地推行保護、測量、控制一體化

8、設計，確保保護功能的相對獨立性和動 作可靠性。保護、測量、控制原則上可合用電壓互感器，對電量計費、功率總加等有精度 要求的量可接量測電流互感器，供監(jiān)測用的量可合用保護電流互感器。變電站自動化系統(tǒng)設計中應優(yōu)先采用交流采樣技術，減輕電流互感器和電壓互感器的 負載，提高測量精度。同時可取消以前經(jīng)常采用的光字牌屏和中央信號屏，簡化控制屏， 由計算機承擔信號監(jiān)視功能，使任一信息做到一次采集、多次使用，提高信息的實時性、 可靠性，節(jié)約占地空間，減少屏柜，二次電纜和設計、安裝、維護工作量。變電站內存在強大的電磁場干擾。從抗電磁干擾角度考慮，在選擇通信介質時可優(yōu)先 采用光纖通信方式，這一點對分散式變電站自動化

9、系統(tǒng)尤為適用。例LSA678， DISA2，DISA3 型等均采用了光纖通信方式。但鑒于光纖安裝、維護復雜及費用相對較高，因此 本次設計的變配電站宜以電纜為通信介質。由上面的設計指導思想可以看到我們這里無人值班變電所的設計應盡量使一些現(xiàn)實問 題得以解決，使供配電質量能進一步提高。第二章 總降壓變電所設計2.1 負荷分級及供電要求根據(jù)負荷資料可知：由用戶確定主要為一、二級負荷，根據(jù)工業(yè)與民用配電設計 手冊一書我們可以很清楚地看到一級負荷應由兩個電源供電，這樣當一個電源發(fā)生故障 時，另一個電源不致同時受到損壞，以維持繼續(xù)供電。一級負荷中特別重要的負荷，除上述兩個電源外，還必須增設應急電源。常用的應

10、 急電源有發(fā)電機組、干電池、蓄電池或供電網(wǎng)絡中有效地獨立于正常電源的專用饋電線 路。同樣，我們也可以看到二級負荷也需要有兩個電源供電。做到當發(fā)生電力變壓器故 障或電力線路常見故障時不致中斷供電或中斷后能迅速恢復。2.2 供電電源取得根據(jù)所給的資料可知，當?shù)毓╇姴块T可提供兩個 35kV 供電電源，分別來自距離用戶 4km 外的 220/35kV 地區(qū)變電所和 5.5km 外的 110/35kV 地區(qū)變電所。2.3 電壓選擇從用電容量、用電設備特性、供電距離、供電線路的回路數(shù)、當?shù)仉娋W(wǎng)現(xiàn)狀等多方面的 因素考慮，對于該用戶的變電所設計，我們擬訂 35/10kV 降壓變電所一座，供電給 8 個 35/

11、10kV 車間變電所，這樣我們就可以兼顧到一、二級負荷的要求了。采用這中做法還有 個好處就是：使高壓電源深入負荷中心，減小配電半徑，降低電纜投資，提高供電質量。 2.4 35kV 變配電所主接線方案確定 通過閱讀各類相關資料可知，為了降低電能損耗，應選用低損耗節(jié)能變壓器。在電壓 偏差不能滿足要求時， 35kV 降壓變電所的主變壓器應首先采用有載調壓變壓器。35kV 變電所主接線應根據(jù)變電所在電力網(wǎng)中的地位、進出線回路數(shù)、設備特點及負荷 性質等條件確定。并應滿足供電可靠、運行靈活、操作檢修方便、節(jié)約投資和便于擴建等 要求。變電所主接線要滿足安全、可靠、靈活、經(jīng)濟的基本要求。其中，安全包括設備安

12、全及人身安全；可靠應滿足一次接線應符合一、二級負荷對供電可靠性的要求；靈活即用 最少的切換來適應各種不同的運行方式，檢修時操作簡便，另外，還應能適應負荷的發(fā) 展，便于擴建。；經(jīng)濟盡量做到接線簡化、投資省、占地少、運行費用低。在我們這組設計中 35kV 變電所主接線一般有單母線、單母線分段、雙母線接線、單 元接線、內橋式、外橋式方式可以考慮其可行性。具體分析如下：單母線優(yōu)點是簡單、清晰、設備少，但可靠性與靈活性不高。（見下圖1、2） 一般供三級負荷，兩路電源進線的單母線可供二級負荷。由于在該設計中用戶不僅有二級負荷而且還有一級負荷，并且這里我們要考慮到無人值班變電所的因素，可靠性和靈活性顯得尤

13、為重要，鑒于這些方面的原因，單母線的優(yōu)點顯然不足以使用戶滿意，也有背于我們設計 無人值班變電所的基本思想和初衷，因此我們這里不考慮單母線的方式。單母線分段，母線分段后，可提高供電的可靠性和靈活性。兩路電源一用一備時，分 段斷路器接通運行。任一段母線故障，分段斷路器可在繼電保護裝置作用下自動斷開。兩 路電源同時工作互為備用時，分段斷路器則斷開運行。任一電源故障，分段斷路器可自動 投入。見圖2.4.1和圖2.4.2蝕趙出疑 出彰 出劎圖b 兩路電源一用一備圖2.1 一路電源圖2.2兩路電源一用一備電源1電源2QF1QF2WB1L IQSQS1T T1QF3IQS2WB2QFQSQF出線1出線2出線

14、3出線4 出線5出線6供一級負荷圖2.3單母線分段從上圖243可以看出單母線分段雖然也能供給一級負荷，并且由于采用分段形式，變 壓器一用一備，較之單母線確實也在一定程度上大大提高了供電的可靠性和靈活性，與我 們的設計似乎有些相投，但我們也可以看到母線分段后帶來的問題，比如母線分段后，我 們需要在母線分段部位采用聯(lián)絡柜，這樣就增加了投資經(jīng)費，而且也會增加選擇時的計 算，并且還要考慮到和母線之間的匹配問題。因此我們再將其它幾種接線方式做一翻討 論，看看有沒有那一種接線方式能比單母線分段更出色，既能提高供電的可靠性和靈活性 又能使投資建設經(jīng)費降到最低，使變電所的接線方式盡量在最大程度上滿足設計要求。

15、雙母線接線方式能保證所有出線的供電可靠性，用于有大量一、二級負荷的大型變配電所。但我們也知道，我們設計的變電所并非大型變配電所，而是中小型變配電所，而且 雙母線在形式上多了一根母線，這樣也增加了投資成本，這也是用戶所不愿意看到的。因 此，即使雙母線能保證可靠性，并且適用于一、二級負荷，這里也不考慮采用。單元接線，當有兩路電源進線和兩臺主變壓器時，可采用雙回線路-變壓器組單元接線，再配以變壓器二次側的單母線分段接線，則可靠性大大提高，見圖244所示。這種接線方式同樣也與單母線分段方式相同的是投資成本并不會隨著沒有母線的存在而減少，因 此我們還有必要繼續(xù)討論橋式接線。橋式接線，分內橋式和外橋式兩種

16、：能實現(xiàn)電源線路和變壓器的充分利用，如變壓器T1故障，可以將 T1切除，由電源1和電源2并列給T2供電以減少電源線路中的能耗和電壓 損失。（接線方式見圖 2.4.5）但我們也可以從接線圖中看出兩者之間的區(qū)別： 內橋式，當變壓器發(fā)生故障時，倒閘操作多，恢復時間長，而當線路發(fā)生故障時，倒閘操 作少，恢復時間短。而外橋式的操作特點則恰恰與內橋式相反。因此內橋式接線適用于線 路較長或不需要經(jīng)常切換變壓器的情況。由本次設計的基本思想可以看到，我們這里所要 設計的是無人值班邊電所，對于變壓器自然不會有多次的切換操作，而且我們這里35kV總降壓變電所是由供電部門提供的，因此線路長是在所難免的，加上內橋式接線

17、是無母線 制，這樣可以省去母線的投資費用，在形式上，它比單母線分段又少了分段部分的聯(lián)絡部 分，這樣又可以省去聯(lián)絡柜，綜合以上多方面的因素，我們認為內橋式接線方式基本綜合 了前面所述的各種接線方式的優(yōu)點，滿足安全、可靠、靈活、經(jīng)濟的基本要求，因此決定 采取內橋式的接線方式。圖2 雙回線路一變壓器組單元接線圖2.4:單元接線tJl電鑒中碇圖2.5:橋式接線根據(jù)前面的概括，我們已經(jīng)知道35kV變電所的主接線方式采取內橋式，那么在本章中我們將重點討論 35kV變電所一次系統(tǒng)設計的具體過程。 2.5變電所結構形式選擇從用戶所給出的工程簡況我們可以看到，所供給的車間變電所都為動力照明。 變配電所所址選擇根

18、據(jù)規(guī)范我們可以得出以下結論： 變配電所所址的選擇應盡量滿足以下條件： .接近負荷中心或大容量用電設備處，以減小低壓供電半徑，降低電纜投資，節(jié)約電能損耗，提高供電質量； 進出線方便； 接近電源側； 設備運輸方便； 還應注意防塵、防腐、防火、防爆，防水等。變配電所型式選擇：35kV變配電所型式一般分為戶內式和戶外式兩種，從規(guī)范里我們可以看出這兩種方 式的優(yōu)缺點。戶內式運行維護方便，占地面積少。而戶外式則節(jié)省土建費用，可以設置報 警，散熱條件好。我們也可以看出戶內式的優(yōu)點幾乎就是戶外式的缺點，綜合著兩種方式 的優(yōu)缺點我們這里取一種較為折中的方式即：半戶內式，僅主變壓器為戶外布置。35kV、10kV配

19、電裝置均為戶內式布置。這樣將變壓器置于戶外就可以直接利用自然條件使變壓器 直接散熱，也可以省去一筆建造變壓器室的土建費用，但是考慮到安全方面的因素我們可 以在變壓器的周圍建設圍墻。這樣安全、經(jīng)濟、運行維護方便等方面的要求基本都可以兼 顧到了。變配電所的布置：根據(jù)規(guī)范可知，總體的布置應緊湊合理，便于設備的操作、搬運、檢修、實驗和巡 視，還要考慮發(fā)展的可能性。從這里我們也可以看出35kV主變壓器室應靠近 10kV配電室。配電室、控制室、值班室等的地面，宜高出室外地面150300伽。根據(jù)本次設計的特點，我們這里的戶內變電所選用雙層布置，變壓器室在底層。高壓配電室內各種通道的寬2.6 主變壓器選擇：電

20、力變壓器型式選擇是指確定變壓器的相數(shù)、調壓方式、繞組型式、絕緣及冷卻方 式、聯(lián)結組別等，并應優(yōu)先選用技術先進、高效節(jié)能、免維護的新產品。聯(lián)結組別：35110/6.310.5kV總降壓變壓器 Y,d1110/0.4kV 配電變壓器 Y,yno、 D,yn1 1從用戶所給資料可知，由于本次設計的負荷均為一、二級負荷，根據(jù)建筑電氣設計規(guī)范，我們可以取同時系數(shù)為Ks=0.9 , COS_=0.9，根據(jù)需要系數(shù)法計算出該用戶總的計算負荷（詳細計算經(jīng)過及結果見附錄部分），可以知道Sc=23489.977kVA，經(jīng)過計算補償電容容量可知，補償之后的容量Sx C=24376.17kVA。根據(jù)規(guī)范我們可以得到下

21、列結論：對兩臺變壓器（一般為等容量，互為備用）滿足條件：Snt & 0.7Sc且 Snt A Sci+ Sc n經(jīng)過計算我們可以得出變壓器的容量為額定容量為SNT=17063.32kVA。為了降低電能損耗，應選用低損耗節(jié)能變壓器。在電壓偏差不能滿足要求時，35kV 降壓變電所的主變壓器應首先采用有載調壓變壓器。由于我們這里設計的是無人值班變電所，因此為便于變電所無人值班管理，同時兼顧 到經(jīng)濟性，主變壓器選用 35kV 低損耗雙繞組戶外自冷型油浸式變壓器。根據(jù)電網(wǎng)運行情 況，為保證供電電壓質量， 35kV 側采用有載調壓開關。主變壓器容量根據(jù)業(yè)主需要在 1250020000kVA 選用。結合最近

22、的樣本以及各方面的因素考慮，我們這里選用型號為 SZ9-20000/35，接線組別為 Y , d11，電壓比為 35 3 X 2.5%/10.5，阻抗電壓為 Uk=8%。結 合現(xiàn)實情況考慮我們決定選用江蘇常州變壓器廠生產的此類產品，這種產品中溶入了東芝 技術，變壓器質量相對高一些。2.7無功補償我們也知道，供電部門對一些新建企業(yè)一般要求其月平均功率因數(shù)達到0.9 以上。當企業(yè)的自然總功率因數(shù)較低，單靠提高用電設備的自然功率因數(shù)達不到要求時，應裝設必 要的無功功率補償設備，以進一步提高企業(yè)的功率因數(shù)。無功補償?shù)姆绞接泻芏嘀校Y合實際情況我們這里采用并聯(lián)電力電容器補償?shù)姆绞礁鶕?jù)無功管理及供用電規(guī)則

23、，我們可以得出，并聯(lián)電容器裝置的容量和分組按就地補 償、便于調整電壓及不發(fā)生諧振的原則進行配置。設兩組并聯(lián)電容器裝置分別接在兩段 10kV 母線上，每組電容器容量按 2400kvar 配置，也可以根據(jù)實際無功補償需要配置。補償裝置為戶內式成套裝置，選用難燃介質的干式銀鋅復合鍍膜電容器，包括放電線 圈、避雷器等由制造廠成套供貨。考慮到 10kV 每段母線僅設單組電容器和較少有諧波污染，故不裝設限制涌流和諧波 分量的串聯(lián)電抗器。為了減小涌流，電容器組宜在10kV 母線分段情況下關合。參考各種相關的樣本，結合現(xiàn)實情況我們這里選用由江蘇寶應開關電器集團生產的GRJ-Z 系列的高壓電容自動補償柜。這種產

24、品的特點是：每路電容器組設二相式電流保護，一次回路設熔斷器、氧化鋅避管 器及電抗器保護電容組。同時設事故燈光、音響。及時進行報警。電容器組的投切采用性 能優(yōu)越的真空接觸器。電源側主控柜采用三相式電流保護及過電壓。2.8高壓電器的選擇：在我們討論高壓電器的選擇之前，我們必須知道，選擇高壓電器的最基本的前提是短路電流計算。在三相交流系統(tǒng)中可能發(fā)生的短路故障主要有三相短路、兩相短路和單相短 路，通常，三相短路電流最大。因此，我們在討論高壓電氣的選擇之前重點討論一下三相 短路電流計算以及它的目的及意義。短路電流計算應求出最大短路電流值，以確定電氣設備容量或額定參數(shù)；求出最小短 路值，作為選擇熔斷器、整

25、定繼電保護裝置和校驗電動機起動的依據(jù)。一般需要計算下列 短路電流值：ich短路沖擊電流（短路全電流最大瞬時值或短路電流峰值）；Ich短路全電流最大有效值（第一周期的短路全電流有效值）Ik或I瞬時變短路電流有效值（起始或Os的短路電流周期分量有效值）10.2短路后0.2s的短路電流周期分量有效值；Ik穩(wěn)態(tài)短路電流有效值（時間為無窮大短路電流周期分量有效值）；S超瞬變短路容量；Sk穩(wěn)態(tài)短路容量。我們這里采用表么值法計算短路電流，35kV系統(tǒng)的短路電流按不大于20kA，具體計算過程及結果見附錄計算短路電流部分，這里就不贅述了。下面我們詳細討論電氣設備的 選擇。電氣設備的選擇，必須滿足供電系統(tǒng)正常工作

26、條件下和短路故障條件下工作要求，同 時電氣設備應工作安全可靠，運行維護方便，投資經(jīng)濟合理。根據(jù)規(guī)范以及相關書籍可以看出：為了保證高壓電器的可靠運行，高壓電器應按下列 條件選擇：（1）按正常工作條件包括電壓、電流、頻率、開斷電流等選擇；（2）按短路條件包括動穩(wěn)定、熱穩(wěn)定和持續(xù)時間校驗；（3）按環(huán)境條件如溫度、濕度、海拔、介質狀態(tài)等選擇； 下面結合本次設計涉及到的有關電力電氣具體敘述：按正常工作條件選擇，就是要考慮電氣設備的環(huán)境條件和電氣要求。環(huán)境條件是指電氣設備的使用場所、環(huán)境溫度，海拔高度以及有無防塵、防腐、防 火、防爆等要求，據(jù)此選擇電氣設備結構類型。電氣要求是指電氣設備在電壓、電流頻率等方

27、面的要求，即所選電氣設備的額定電壓 應不低于所在線路的額定電壓、電氣設備的額定電流應不小于該回路在各種合理運行方式 下的最大持續(xù)工作電流；即U N .et -UnI N .et I c對一些開斷電流的電器，如熔斷器、斷路器和負荷開關等，則還有斷流能力的要求， 即最大開斷電流應不小于它可能開斷的最大電流。1 ）對斷路器，其最大開斷電流應不小于它可能開斷的線路最大短路電流。即I A I （3）OC k.max2）對負荷開關，其最大開斷電流應不小于它可能開斷的線路最大負荷電流。即 丨 OC - 丨 L.max3 ）對熔斷器，其最大開斷電流應不小于它可能開斷的線路最大短路電流。即I OC - I鼎（對

28、非限流型熔斷器）I OC - I k3）max（對限流型熔斷器）在本次設計中由于高壓部分并未采用熔斷器裝置，因此我們在高壓這部分對熔斷器姑 且不做討論，計算部分也忽略。按短路故障條件校驗就是要按最大可能的短路故障時的熱穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性進行校 驗。對于一般電器，滿足力穩(wěn)定的條件是：ieiS3)對于一般電器，滿足熱穩(wěn)定的條件是：I _ I ：2：tja A 1 才況 10 ft:-對于載流導體，滿足熱穩(wěn)定的條件是：一C- j高壓斷路器的選擇與校驗：高壓斷路器的選擇與校驗，主要是按環(huán)境條件選擇結構類型，按正常工作條件選擇額 定電壓、額定電流并校驗開斷能力，按短路故障條件校驗動穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，并同時

29、選 擇其操動機構和操作電源。鑒于各方面的考慮，我們這里決定選取由江蘇寶開集團有限公司生產的ZN- 35/1000A，16kA戶內高壓真空斷路器。這種斷路器的優(yōu)點是免維護，具有結構簡單，開斷能力強，壽命長，操作功能齊全，無爆炸危險，維修簡便的特點，變電所等配電系統(tǒng)的控 制或保護，尤其適用于開斷重要負荷及頻繁操作的場所。電流互感器的選擇與校驗1. 電壓、電流的選擇電流互感器的額定電壓應不低于裝設地點電路的額定電壓；其額定一次電流應不小于 電路的計算電流；而其額定二次電流一般為5A。2. 按準確級要求選擇電流互感滿足準確級要求的條件，是其二次負荷S2不得大于額定準確級所要求的額定二次負荷S2N,即S

30、2N S2對于保護用電流互感器來說，其復合誤差限值為10%通過查閱資料，得出可以選擇LDJ-35 (Q)系列的產品，這種產品為環(huán)氧樹脂真空澆注全封閉式結構，供戶內 50-60HZ額定電壓為35kv及以下的電力系統(tǒng)中作電流、電能的測 量和繼電保護。通過電壓、電流及準確級要求的校驗可以看出這種電流互感器能夠滿足設 計要求(詳細計算過程及其結果見附錄部分)。35kV開關柜的選擇開關柜是金屬封閉開關設備的俗稱，是按一定的電路方案將有關電氣設備組裝在一個 封閉的金屬外殼內的成套配電裝置。就其結構類型可以分為鎧裝式、間隔式、箱式。鎧裝式：各室間用金屬板隔離且接地，如KYN型和KGN型。這種方式能使開關柜安

31、全性提高間隔式：各室間是用一個或多個非金屬板隔離，如JYN型。這種方式經(jīng)濟性好但安全性不是太理想。箱式：具有金屬外殼，但間隔數(shù)目少于鎧裝式或間隔式，如XGN型另外我們也看到根據(jù)低壓的電器布置形式可以分為手車式和固定式，由于固定式具有 結構簡單、價格便宜的特點，而手車式具有操作安全、易于檢修及維護、更換故障開關容 易的優(yōu)點，權衡這兩種布置方式各自的特點我們可以看出在這次的設計中已不能僅僅局限 于結構簡單、價格便宜的優(yōu)點，我們這里主要考慮的還應是其安全性和可靠性，當然手車 式開關柜的便于檢修和維護也是我們這里考慮選用它的主要原因之一。鑒于幾個方面的因素，我們決定選用鎧裝移開式金屬封閉開關設備，由江

32、蘇寶開集團 有限公司生產的產品，型號為KYN10-40.5。這種類型的開關柜設計了可靠的“五防”閉鎖系統(tǒng)，能保證設備的可靠運行和靈活性以及變電所無人值班的要求。第三章 10kV 中性點接地設計與所用電設計3.1 10kV 中性點接地設計低壓配電系統(tǒng)的中性點接地型式通常有兩種：中性點接地和中性點不接地兩種接地形 式，其中中性點接地分為中性點直接接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地和中性點經(jīng)電阻接地兩 種，通常我們將中性點直接接地歸為大電流接地系統(tǒng)，而將另外兩種接地方式歸為小電流 接地系統(tǒng)，在我們這里選用小電流接地系統(tǒng)，具體分析如下：根據(jù)文獻交流電氣安裝的過電壓保護和絕緣配合中規(guī)定“ 310kV 鋼筋混淋土

33、或金 屬桿塔的架空線路當單相接地故障電容電流超過10A ，3kV10kV 電纜線路當單相接地故障電容電流超過 30A ，又需要在接地故障條件下運行時，應采用消弧線圈接地方式”。該 標準還規(guī)定：“ 6kV35kV 主要由電纜線路構成的送、配電系統(tǒng)，單相接地故障電容電流 較大時，可采用低電阻接地方式，但應考慮供電可靠性要求，故障時瞬態(tài)電壓、瞬態(tài)電流 對電氣設備的影響、對通信的影響和繼電保護技術要求以及本地的運行經(jīng)驗等。”通過查 閱各類資料可知，在我國城市配電系統(tǒng)中，全電纜出線變電站的單相接地故障電容電流超 過 30A 時采用中性點經(jīng)電阻接地；全架空線路出線變電站的單相接地故障電容電流超過 10A

34、時采用中性點經(jīng)消弧線圈接地，但在本次設計中，我們可以由前面的敘述看出，本方 案中采用的是架空線和電纜線混合線路，那么在這樣的情況下我們應該采取什么樣的接地 方式呢？一般來說確定配電系統(tǒng)中性點的接地方式，應從供電可靠性、內過電壓、對通信 線的干擾、繼電保護以及確保人身安全諸方面綜合考慮。下面我們就這幾個方面展開討 論。1 供電可靠性單相接地故障可分為永久性故障和非永久性故障，若在電纜與架空線混合線路電纜上 發(fā)生永久性故障，一般是電纜本體或終端、中間接頭擊穿；若發(fā)生在架空線上，一般為絕 緣子碎裂、絕緣導線斷線或外物碰及裸導線等。對于永久性接地故障，都應停電排除故障 后恢復供電。在中性點經(jīng)消弧線圈接

35、地時可短時（不超過2h）帶故障運行，但是小接地電流系統(tǒng)中確定單相接地線路的“自動選線裝置”在消弧線圈補償后往往不準，只能試拉線 路確定故障線路，試拉時實際上已對很多用戶（往往是數(shù)條線路上的用戶）短時停電。確 定某條線路為接地故障后后仍舊要停電，只是可在停電前轉移負荷或通知用戶，但也僅限 于重要用戶。在發(fā)生單相接地時，另外兩相電壓升高，可能會發(fā)生其他電纜的另一相接地 故障。發(fā)生非永久性接地故障，只會在架空線路的裸導線處，一般是雷擊時絕緣子對地閃 絡或刮風時樹枝碰線；在中性點經(jīng)電阻接地時，線路將跳閘。但從各項統(tǒng)計資料顯示，發(fā) 生非永久性接地故障在日常生活中是很少出現(xiàn)的。2 內過電壓中性點經(jīng)電阻接地

36、可降低單相接地工頻過電壓，而且能迅速切除故障線路，工頻電壓 升高持續(xù)時間很短，這對于有累積效應的電纜絕緣有利，也為氧化鋅避雷器的安全運行創(chuàng) 造了良好條件?；」饨拥剡^電壓影響范圍大、持續(xù)時間長，對設備絕緣有很大的威脅。在中性點不接 地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，弧光點燃和熄滅過程中會產生嚴重的弧光接地電壓。其最大 可達最高工作相電壓峰值的 4.76 倍中性點經(jīng)電阻接地后，電弧點燃和熄滅過程中積聚的多 余電荷可通過電阻泄漏入地，中性點電位很快衰減，所以重燃產生的過電壓幅值明顯降低，區(qū)莊變在接地電阻為10Q時弧光接地過電壓只有最高工作相電壓峰值的1.521.89倍。3. 對通信線的干擾配電網(wǎng)接地故障電流

37、以及正常運行時的零序電流，都會對通信線產生影響，具體表現(xiàn) 為對通信線的干擾和電磁危險影響。配電線路對通信線路均的雜音干擾與兩線路間的距離 有關為，目前通信線路我們都采用電纜，這些通信電纜有靜電屏蔽層，抗干擾能力強，按 規(guī)定可不必考慮中性點經(jīng)電阻接地時配電線路對通信線路的雜音干擾。4. 繼電保護中性點經(jīng)消弧線圈接地的配電系統(tǒng)，發(fā)生單相接地時繼電保護裝置只發(fā)預告音響，靠 試拉線路確定故障線路，在發(fā)生2條線路同處2處接地時極易產生錯覺，使調度和運行人員難確定線路。對中性點經(jīng)電阻接地時，應加裝零序電流互感器并增加零序電流保護。為 保證繼電保護的選擇性，零序電流速斷保護動作電流應躲過被保護線路的單相接地

38、電容電 流。5. 確保人身安全采用中性點經(jīng)電阻接地，在發(fā)生高壓線斷線的情況下，可以立即跳閘，避免發(fā)生高壓 觸電事故。經(jīng)過以上的比較，我們可以得出選用中性點經(jīng)電阻接地的接地方式，查資料可知，采 用阻值為10Q的電阻接地，以將大的阻性電流疊加在故障點上。其優(yōu)點是：（1）能快速切除故障，過電壓水平低，無諧振過電壓，可采用絕緣水平較低的電 纜和設備。（2）減少絕緣老化效應，延長設備使用壽命。（3）能把異相故障率衰減到最低限度。（4）為采用簡單、有選擇性、有足夠靈敏度保護提供可能性。 3.2所用電設計10kV接地變壓器。本變電所 10kV均為電纜出線，按每回電纜長1km估算，所用電計160kVA。DSB

39、C-160/10.5-50/0.4 型三相樹脂澆注算容量為50kVA，接地變壓器容量相應選用兩臺接地變壓器帶二次繞組，作為所用電源，選用YN , d11，低壓側無中性點引 10Q電阻。10/、3kV。干式鐵芯接地變壓器（具體設計計算過程詳見附錄部分），接地變壓器選擇：由于本變電所主變壓器接線組別為 出，故考慮裝設專用接地變壓器，將其中性點引出后用來引接接地電阻運行系統(tǒng)電壓為10kV，接地電阻額定電壓為接地變壓器兼作所用變壓器，可以帶一個容量低于額定容量的二次繞組，作為變電所 的所用電源。經(jīng)本變電所所用電負荷統(tǒng)計計算，所用電計算容量為39.1kVA，選擇接地變壓器的二次繞組容量（連續(xù)負荷）Ss=

40、50kVA，電壓為400/230V。接地變壓器的容量應與接地電阻及所用電容量匹配：取所用電cos=0.8, sin=0.6則接地變一次繞組容量計算為Sjj（Sx SsSin 丫 cos J2 =,（7550一0.6廠（50一0.8）2 =112.36kVA根據(jù)產品系列選用較接近的接地變壓器容量（2h負載）Sj=160kVA。根據(jù)用戶給定資料，我們可以統(tǒng)計出所用負荷（具體統(tǒng)計內容見附錄）接地（所用）變壓器應能同時滿足接地和所用電兩種工況，即2h 負載 160kVA ，連續(xù)負載50kVA 。為滿足接地變壓器零序阻抗低，空載阻抗高，損失小的特性要求，采用曲折形接法的 接地變壓器，接線組別為 ZN ，

41、yn0。第四章 微機保護及綜合自動化系統(tǒng)設計根據(jù)各方面的考證，我們先擬訂這里的二次系統(tǒng)設計基本情況如下： 電氣二次設備室內布置主變壓器保護柜、交流柜、直流柜、通信機柜、通信電源及匯 控柜等。二次回路監(jiān)控、保護、測量均采用DC220V和AC100V/5A。35kV側不設電壓互感器，35kV橋斷路器備自投電壓取自10kV母線。10kV系統(tǒng)應無電源線。各元件就地測量表計均采用測控或保護裝置所帶顯示功能，不再另設表計。其中電能 計量僅為內部考核使用，計費專用電能計量應另行設計安裝。35kV 和 10kV 斷路器與隔離開關之間防誤操作利用開關柜本身的機械五防閉鎖裝置， 故不再另設閉鎖措施。4.1 變電所

42、操作電源的選擇 變配電所的操作電源是供高壓斷路器控制回路、繼電保護回路、信號回路、監(jiān)測裝置 及自動化裝置等二次回路所需的工作電源。操作電源對變配電所的安全可靠運行起著極為重要的作用，正常運行時應能保證斷路 器的合閘和跳閘；事故狀態(tài)下，在母線電壓降低甚至消失時，應能保證繼電保護系統(tǒng)可靠 地工作，所以要求充分可靠，容量足夠并具有獨立性。操作電源按其性質分，有直流操作電源和交流操作電源兩大類。直流操作電源 目前在較重要的中、大型變配電所選用的直流操作電源大多為帶免維護鉛酸蓄電池或 鎘鎳電池組儲能的硅整流電源或高頻開關電源成套裝置。由于蓄電池組本身是獨立的化學 能源，因而具有較高的可靠性。交流操作電源

43、小型 10kV 配變電所一般采用彈簧操動機構，且繼電保護也較簡單，則可以選用交流 操作電源，可以從所用變壓器或電壓互感器取得220V 電壓源，從電流互感器取得電流源。在本次畢業(yè)設計中，由于高壓部分是 35kV 配變電所設計，而且考慮到我們這里是為 無人值班變電所設計服務，這樣即考慮到安全以及便于微機監(jiān)控和供電以及維修的方便， 有考慮到無人值班時的可靠性，我們這里采用直流操作電源，根據(jù)樣本參考擬訂選用由江 蘇無錫斯達電器公司無錫市斯達自控設備廠生產的微機型高頻開關直流電源柜：GZDW-5型的產品，由于這種直流電源系統(tǒng)適用于 10-500kV 變電站和中小型發(fā)電廠，可作為高壓開 關、繼電保護、自動

44、裝置、事故照明等的操作電源和控制電源，是替代傳統(tǒng)的相控電源的 理想產品。同時采用大屏幕中文漢字顯示，突出了對電池的智能化管理，可以檢測單個電 池電壓、內阻，自動職能充電轉換、自動活化放電，具備遠方通訊功能，可實現(xiàn)四遙，以 滿足變電所綜合自動化的要求。具體設計如下：變電所操作電源采用直流電壓 220V 。設兩組蓄電池，一組充電裝置。直流系統(tǒng)為單母 線接線。蓄電池選用閥控式密閉鉛酸蓄電池：50Ah 、12V、18 只。直流柜留有遠方監(jiān)控接口，可在遠方對直流系統(tǒng)實施實時監(jiān)控 （具體計算見附錄 ）。4.2 變電所綜合自動化系統(tǒng)設計變電所的綜合自動化系統(tǒng)是將變電所的繼電保護裝置、控制裝置、測量裝置、信號

45、裝 置綜合為一體，以全微機化的新型二次設備替代機電式的二次設備，用不同的模塊化軟件 實現(xiàn)機電式二次設備的功能，用計算機局部網(wǎng)絡通信替代大量信號電纜的連接，通過人機 接口設備，實現(xiàn)變電所的綜合自動化管理、監(jiān)視、控制及打印記錄等所有功能。與常規(guī)變配電所的二次系統(tǒng)相比，變配電所綜合自動化系統(tǒng)具有下列優(yōu)點：（1）功能綜合化（ 2） 操作監(jiān)視屏幕化（ 3） 結構微機化（4）運行管理智能化在本次設計中變電所綜合自動化的監(jiān)測和保護裝置采用分布式的微機遠動終端，具有 遙測、遙信、遙控、遙調等功能，安裝在各個間隔單元內。所有信息經(jīng)微機匯控單元，發(fā) 送至控制端以實現(xiàn)遠方控制端對本變電所的遠方監(jiān)控，所內不設當?shù)匚C

46、操作界面，留有 當?shù)乇O(jiān)控接口。具體“四遙”內容如下：一、遙控量（1）主變壓器 35kV 側三相電流。（2）主變壓器 10kV 側電量。（3）主變壓器 10kV 側有功功率，（ 4） 主變壓器上層油溫。（5） 35kV 橋一相電流。（6） 10kV 母線電壓。（7） 10kV 分段一相電流。（8） 10kV 出線一相電流。（9） 10kV 出線有功電量。（ 10） 10kV 電容器三相電流。（ 11） 10kV 電容器無功功率。（ 12） 交流所用電壓。（ 13） 直流系統(tǒng)電壓。二、遙信量（ 1） 主變壓器 35kV 隔離開關位置。（2）主變壓器 10kV 側斷路器、隔離開關器位置。（3）主變壓

47、器有載分接開關位置。（4）主變壓器及有載分接開關瓦斯動作信號。（5）主變壓器差動保護動作信號。（6）主變壓器后備保護動作信號。（7） 主變壓器 10kV 側斷路器彈簧未儲能。（8） 主變壓器超溫信號。（9） 主變壓器油位信號。（10） 35kV 線路及橋斷路器、隔離開關位置。（11） 35kV 線路及橋斷路器彈簧未儲能。(12)35kV橋保護動作。(13)35kV橋路備自投動作信號。(14)10kV分段備自投動作信號。(15)10kV線路及分段斷路器、隔離開關位置。(16)10kV線路保護動作信號。(17)10kV分段保護動作信號。(18)10kV線路重合閘動作。(19)10kV線路及分段斷路

48、器彈簧未儲能。(20)10kV電容器斷路器、隔離開關位置。(21)10kV電容器保護動作信號。(22)10kV電容器斷路器彈簧未儲能。(23)35kV控制回路斷線。(24)10kV控制回路斷線。(25)10kV交流電壓回路斷線。(26)10kV系統(tǒng)接地選線信號。（27） 直流接地信號。（28） 直流電壓異常。（29） 充電裝置故障。（30） 通信電源故障信號。（31） 所用電失電信號。（32） 全所事故總信號。三、遙調量 主變壓器有載分接開關調整。四、遙控量所有35kV及10kV斷路器的分、合。 4.3變電所微機保護設計 在我們這里說到微機保護必須提到目前一種先進的自動控制系統(tǒng)即SCADA 系

49、統(tǒng)，該系統(tǒng)的中文即為配電網(wǎng)監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，我們可以看到配電網(wǎng)SCADA 系統(tǒng)包括進線監(jiān)視，10kV變電所自動化（SA），饋線自動化（FA）,變壓器巡檢與無功補償。其中進線監(jiān)視是指對配電網(wǎng)進線變電站的開關位置，母線電壓，線路電流，有功和無功功率 以及電量的監(jiān)視。饋線自動化（FA）是指在正常情況下，遠方實時監(jiān)視饋線分段開關與聯(lián)絡開關的狀態(tài)和饋線電壓、電流的情況，而且能完成線路開關的遠方合閘和分閘操作，在 發(fā)生故障時獲取故障記錄，并自動判別和隔離饋線故障區(qū)段以及恢復對非故障區(qū)域供電。 變壓器巡檢是指對配電網(wǎng)中變壓器、箱式變的參數(shù)遠方監(jiān)視。無功補償是指對補償電容器 的自動投切和遠方投切等。從各

50、種資料我們可以看出利用計算機系統(tǒng)（微處理器）采集和處理來自電力系統(tǒng)運行過 程中的數(shù)據(jù)，并通過數(shù)值計算迅速而準確判斷系統(tǒng)中發(fā)生故障的范圍，經(jīng)過嚴密邏輯過程 后有選擇性地執(zhí)行跳閘等命令。這種基于計算機系統(tǒng)的繼電保護裝置，就是微機保護。微機保護具有以下優(yōu)點：（ 1 ）有極強的綜合分析與判斷能力，自動識別，排除干擾，可靠性高。（ 2）微機保護的特性主要是由軟件決定的，具有較大的靈活性，保護 性能的選擇和調試方便。（3）具有較完善的通信功能，便于構成綜合自動化系統(tǒng)，提高系統(tǒng)運行的自動化水平。我們這里由于是 35kV 總降壓變電所設計，而且涉及到的都為一、二級負荷，因此為 安全性考慮起見，我們這里需要增設

51、備用電源自動投切裝置（以下簡稱備自投）在要求供電可靠性較高的變配電所中，通常設有兩路及以上的電源進線。如果裝設備 用電源自動投入裝置（ APD ），則當工作電源線路突然斷電時，在APD 作用下，自動將工作電源斷開，將備用電源投入運行，從而大大提高供電可靠性，保證對用戶的不間斷供 電。對備用電源自動投入裝置的基本要求（ 1）不論什么原因失去工作電源， APD 都能迅速起動并投入備用電源；（2）必須在工作電源確已斷開、而備用電源電壓也正常時，才允許投 入備用電源；（ 3） APD 應只動作一次，以免將備用電源重復投入永久性故障回路中；（ 4）當電壓互感器二次回路斷線時， APD 不應誤動作。 在變

52、電所綜合自動化設計中，微機保護自然要作為重點討論，在我們這里微機保護的 保護內容重點又表現(xiàn)為變壓器的微機保護，可以總結為以下幾點：變壓器差動保護、后備保護、瓦斯保護、過電流保護、溫度保護、備自投保護，彈簧 未儲能、斷路器分合閘等等。變壓器瓦斯保護：根據(jù)規(guī)定，容量在 320kVA 以上的變壓器都裝設瓦斯保護。在本次 設計中35kV變電所用2臺20000kVA油浸式變壓器，重瓦斯、輕瓦斯保護都必須具備。但 瓦斯保護只能反映變壓器內部的故障，包括漏油、漏氣、油內有氣、匝間故障、繞組相間 保護等。而對變壓器外部端子的故障無法反映，因此除設瓦斯保護外，還需要設置過電 流、速斷保護和差動保護。變壓器過電流

53、保護和電流速斷保護：降壓變電所的變壓器一般設置過電流保護，因為 過電流保護的動作時間超過 0.5s，為了使故障變壓器迅速的從系統(tǒng)中切除，還需增設電流 速斷保護。由于保護裝置設置在電源側，因而即能反映外部故障，也可以作為變壓器的內 部故障的后備保護。變壓器的過負荷保護： 35kV 變電所采用兩臺變壓器分列運行，在工作中可能過負荷， 所以要裝設過負荷保護。由于過負荷電流在大多數(shù)情況下是三相對稱的，因此過負荷保護 只要采用一個電流繼電器裝于一相電流中，保護裝置作用于信號。變壓器差動保護：變壓器的過電流保護、電流速斷保護、瓦斯保護各有優(yōu)缺點，因此 我們認為在本次設計的過程中，我們有必要為變壓器設置差動

54、保護。具體地說，變壓器差 動保護是反映被保護元件兩側電流的差額而動作的保護裝置。差動保護的原理是將變壓器 兩側的電流互感器同級相連，取兩側電流互感器二次電流之差，即不平衡電流。在變壓器 正常工作和保護范圍內，不平衡電流小于差動保護的動作電流，故保護裝置不動作。如不 平衡電流大于差動保護電流，保護裝置動作，使變壓器兩側的斷路器同時跳閘，將故障變 壓器退出工作。對變壓器差動保護的整定，我們有如下規(guī)定：（1）運行情況下，為防止電流互感器二次回路斷線時引起差動保護誤動作，保 護裝置的動作電流應大于變壓器的最大負荷電流。當負荷電流不確定時，可采取變壓器的 額定電流。（2）躲過保護范圍外部故障時的最大不平

55、衡電流。（3）躲過變壓器的勵磁電流。根據(jù)運行經(jīng)驗，差動保護的動作電流大于1.3 倍的變壓器額定電流才能躲過勵磁電流的影響。在一般情況下，變壓器差動保護的整定可以按照上述的規(guī)定實現(xiàn)，但我們這里的差動保護是微機差動保護，因此一般不按照上面的方法整定。第五章主要設備及材料表序 號名稱型號規(guī)格及主要參數(shù)單 位數(shù) 量備注135kV有載調壓變壓器SZ9-20000/35戶外三相油浸35 3x2.5% /10.5kV 20000kVA, Y, d11，4=8% 外絕緣泄漏比距為 2.5cm/kV臺2技術條件書另提210kV接地變壓器DSCB-160/10.5-50/0.4 10.55%/0.4kVU=6% ZN, yn0臺2技術條件書另提， 裝于10kV開關柜內335kV手車式開關柜KYN10-40.5進線柜，配真空斷路 器，含微機保護裝置及分布監(jiān)控終 端35kV， 1000A， 20kA臺2技術條件書另提435kV手車式開關柜KYN10-40.5分段柜，配真空斷路 器，含微機保護裝