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毕业设计内容资料
第1章设计依据
1.1设计任务书
1.1.1毕业设计的目的
一、通过本次设计，学会查阅相关技术文献和自我学习相关的技术知识。
二、通过本次设计，学习如何分析变电站综合自动化系统的实际通信需求和技术要求，正确理解和选择各种应用于变电站自动化系统的通信网络技术。
三、通过本次设计，加深对目前正在推行的最新国际标准IEC61850的通信模型和设计原则的理解。
1.1.2技术要求
一、在分析变电站的主接线和变配电要求的基础上合理规划变电站综合自动化的功能要求和系统架构。
二、通过分析变电站综合自动化系统的功能要求和系统架构详细列出系统各部分的数据通信要求，并分别按照通信主体、数据内容、数据长度、变化周期/刷新周期、响应时间等技术要求进行数据通信的分类归纳。
三、利用OSI数据通信参考模型的分析方法对现有各种串行通信和现场总线等数据通信网络技术进行技术经济比较，分析其各自的优缺点和各项技术指标。
四、学习IEC61850的通信模型和设计原则，并比照所规划的变电站综合自动化的功能要求和系统架构，合理规划和设计该系统的数据通信网络。
1.1.3工作要求
一、掌握查询查阅中英文技术文献资料的方法。
二、分析变电站综合自动化系统的典型功能及其通信需求和技术要求。
三、掌握OSI数据通信参考模型的分析方法并自学相关的数据通信网络技术。
四、理解IEC61850的通信模型和设计原则。
五、完成毕业设计说明书一份。
1.1.4内容组成
一、变电站主接线图
二、变电站的运行方式和技术要求说明
三、变电站综合自动化系统的功能要求和编制说明
四、变电站综合自动化系统的系统架构图
五、变电站综合自动化系统的数据通信要求和数据通信分类
六、变电站综合自动化系统的通信组网初步设计图和技术说明
1.2原始数据
典型110/10kV变电站的主要配置情况：
1）110kV侧单母分段，两回电源进线；
2）主变：
2x50MVA/110kV/10.5kV；
3）10kV侧单母分段，30个间隔，其中进线柜2个间隔，计量柜2个间隔，电容补偿4个间隔，站用变2个间隔，母线分段2个间隔，馈线柜18个间隔；
4）110kV和10kV侧均配备备自投；
5）同时接受区域集控中心和地区调度的监控和调度；
6）全站按无人值守设计变电站综合自动化系统。
第2章主接线及设备选型
2.1电气主接线设计简介
电气主接线是发电厂、变电站的设计主体。
采用何种形式的接线，与电力系统原始资料，发电厂、变电站本身的可靠性、灵活性、经济性的要求密切相关，并且对电气设备的选择、配电装置布置、继电保护和控制方式的拟定都有较大的影响。
因此，主接线的设计必须根据电力系统、发电厂或变电站的具体情况，全面分析，正确地处理好各方面的关系，合理地选择主接线方案。
电气主接线设计的基本原则:
电气主接线设计应以设计任务为依据，以国家经济建设的方针、政策、技术规定、标准为准绳，结合工程实际情况，在保证供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下，兼顾运行、维护方便，尽可能地节省投资，就近取材，力争设备元件和设计的先进性与可靠性，坚持可靠、先进、适用、经济、美观的原则。
主接线设计的基本要求：
在设计主接线时，应使其满足供电可靠、运行灵活和经济等项基本要求。
1．可靠性
1）断路器检修时不宜影响对系统的供电；
2）线路、断路器、母线发生故障或母线检修时，应保证对重要用户的供电。
2．灵活性
1）调度灵活，操作简便：
应能；灵活地投入（或切除）某些机组、变压器或线路，调配电源和负荷，能满足系统在事故、检修及特殊运行方式下的调度要求；
2）检修安全：
应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力网的正常运行及对用户的供电；
3）扩建方便：
应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
1）投资省：
主接线应简单清晰，以节约断路器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；
2）占地面积少：
电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用；
3）电能损耗少：
经济合理地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。
2.2运行方式说明
2.2.1母线运行方式
这里主要介绍有汇流母线接线中的单母分段接线。
一单母分段接线运行方式
正常运行时，单母分段接线有两种运行方式：
1.分段断路器QF闭合运行。
正常运行时分段断路器QF闭合，两个电源分别接在母线上；两段母线上的负荷应均匀分配，以使两段母线上的电压均衡。
在运行中，当任一段母线发生故障时，继电保护装置动作跳开分段断路器和接至该母线上的电源断路器，另一段则继续供电。
2.分段断路器QF断开运行。
正常运行时分段断路器QF断开，两段母线上的电压可不相同。
每个电源只向接至本段母线上的引出线供电。
当任一电源出现发生故障，该电源支路断路器自动断开后，由备用电源自动投入装置自动接通分段断路器，若由两段母线向一个重要用户供电时，会给用户带来一些困难，分段断路器断开运行的优点是可以限制短路电流。
二单母分段接线运行方式的优劣性
优点：
高压断路器数量少，四个元件只需要三台断路器，简单经济方便实用。
缺点：
1）连接桥断路器检修时备自投要退出运行；
2）变压器侧断路器检修时，变压器停运；
3）进线断路器检修时，该进线在此期间停运。
单母分段接线对重要用户可以从不同段引出两回馈线回路，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，保证正常段母线不间断供电，不致使重要用户停电。
这种接线广泛用于中小容量发电厂的6-10KV接线和6-220KV变电所中。
单母线分段接线与单母线接线相比提高了供电可靠性和灵活性。
但是，当电源容量较大，出线数目较多时，其缺点更加明显。
因此，单母线分段接线用于电压为6～10kV时，每段母线容量不超过25MW，否则回路数过多，影响供电可靠性；用于电压为110kV，出线回路数为3～4回为宜。
2.2.2一次设备的运行
一主变压器的运行
1、变压器的允许运行方式
（1）、额定运行方式：
A、1#及2#主变压器在额定使用条件下，全年可按额定容量运行。
B、油浸自冷式变压器正常运行时，冷却介质最高温度不超过40℃：
上层油温不超过85℃，若超过85℃，应采取减轻负荷，此时变压器的上层油温不超过95℃。
油浸风冷变压器正常运行时，冷却介质最高不超过40℃，上层油温不超过95℃。
变压器最高上层油温也应相应下降。
C、变压器的外加一次电压可比运行档额定电压高出5%运行，此时，二次侧可带额定电流。
D、变压器分接头的运行档位按照上级调度部门通知执行。
（2）、允许的过负荷运行方式
变压器过负荷运行分正常过负荷和事故过负荷。
过负荷运行应投入全部冷却器，运行时间的确定受负荷曲线、冷却介质、温度的限制。
A、正常过负荷可以经常使用，其允许运行时间与过负荷情况及环境温度的关系见下表
15℃
25℃
35℃
1.05
24：
00
12：
00
8:
00
1.1
15：
00
7：
00
8:
00
1.2
8：
00
4：
30
4:
00
1.3
4：
00
4：
00
2:
00
1.4
3：
00
2：
00
1:
00
B、事故过负荷运行
a、事故过负荷运行是指运行两台变压器中有一台损坏，余下的一台变压器允许按事故过负荷运行。
b、当变压器存在较大缺陷，如冷却系统不正常，严重漏油，色谱分析异常等，不准过负荷运行。
c、变压器事故过负荷运行时间的允值见下表
0℃
0℃
20℃
30℃
40℃
1.1
24:
00
24:
00
24:
00
19:
00
7:
00
1.2
24:
00
24:
00
13:
00
5:
50
2:
45
1.3
23:
00
10:
00
5:
30
3:
00
1:
30
1.4
8:
30
5:
10
3:
10
1:
45
0:
55
1.5
4:
45
3:
10
2:
00
1:
10
0:
35
1.6
3:
00
2:
05
1:
20
0:
45
0:
18
C、注意事项：
a、变压器事故过负荷运行应注意其上层油温升高不超过允许值。
b、事故过负荷运行方式只允许在事故情况下使用。
c、变压器经过事故过负荷以后，应将事故过负荷大小和持续时间记入变压器的技术档案内。
2、变压器风冷却器的运行
（1）、通常应将冷却风机投在“自动”启动的位置运作。
（2）、当“自动”装置控制失灵时，变压器上层油温超过55℃时，应手动启动冷却风机运转。
（3）、当冷风机发生故障时，变压器的容量应按无通风容量（即变压器额定容量的2/3）运行，并注意监视上层油温度不超过规定值。
二高压配电装置的运行
1、高压断路器的运行
（1）、断路器一般应在额定电流下运行。
在事故情况下，（系指某一回路发生障碍，须将负荷装移到本回路来）断路器过负荷运行电流不得超过10%，时间不超过4小时。
（2）、带电情况下，断路器严禁“慢分”、“慢合”操作。
（3）、油断路器严重缺油或发现真空断路器有漏气现象时，严禁拉合复合电流。
（4）、严禁将拒绝跳闸的断路器投入运行。
（5）、运行中断路器内部发生异声，应立即用省一级断路器断开连接该断路器的电源，然后将其断开，退出运行。
（6）、断路器在事故跳闸后应该进行全面检查，观察是否有喷油或出现本体障碍，并根据切除故障性质、次数、绝缘油变黑碳化程度，确定是否应进行检修或换油。
2、高压隔离开关的运行及操作的注意事项
（1）、正常运行时，隔离开关可通过其额定电流。
（2）、隔离开关严禁用来接通和切断复合电流和短路电流。
（3）、隔离开关可用于接通和切断小电流电路，如：
分合电压互感器和避雷器及系统无接地时中性点电流互感器；分合空载的站用变压器。
3、互感器的运行及操作的注意事项
（1）、运行中的电压互感器严禁二次侧短路；电流互感器严禁二次侧开路。
（2）、互感器二次侧应有一端可靠接地。
（3）、开断运行中的电流互感器二次回路前，应先将其二次端子用铜线短接。
（4）、为防止保护误动，停用电压互感器或取下二次侧熔断器前，应先考虑电压互感器所连接的继电保护装置是否因此受到影响。
4、电力电容器的运行及操作的注意事项
（1）、电容器的投入与退出，必须根据系统无功分布和电压情况决定。
（2）、当母线电压超过电容器额定电压的1.1倍，电流超过额定电流1.3倍时，应速将电容器退出运行。
（3）、环境温度超过40℃以上或电容器出现事故缺陷（如：
漏油喷油、鼓胀、着火、爆裂、接头发热、套管放电闪络等）时应速将电容器组切除。
（4）、电容器退出运行（包括事故跳闸、开关一次合闸不成功）的三分钟内，严禁第二次合闸操作。
（5）、当全站失压时，应先将其退出运行。
2.2.3备自投装置投切
一110kVBZT装置运行过程：
如上图示
（1）正常运行状态。
设正常运行时低压侧为单母线分段运行，110kv进线1、110kv进线2分别供电给T1、T2，保证母线供电正常，即1QF、3QF在合闸位置，而2QF在断开位置，一次回路中的隔离开关均为合上运行。
（2）工作母线失压后的BZT装置投入过程。
以110kv进线1段BZT装置为例，当110kv进线1段由于某种原因失去电压时，1QF跳闸，保证工作电源先切除，在1QF跳闸后，3QF收到投入信息后合闸。
3QF合闸后T1,T2上的负荷全部由110kv进线2提供，完成一次BZT装置的自动投入过程。
110kv进线2的失压动作过程与进线1的失压动作过程相似，在此不重述。
（3）合闸持续性故障时保证BZT装置只动作一次。
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3QF合上后，又由继电保护选择性地将3QF跳闸，不在作第二次合闸，从而保证BZT装置只动作一次，不影响其他段母线正常供电。
（4）备用电源无压的闭锁。
在110kv进线1，2段均失压时，不能进行合3QF的操作，保证在备用电源无压时可靠闭锁BZT装置，此时工作电源的切除由110kv进线1的继电保护完成。
（5）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。
二10kVBZT装置运行过程：
如上图示
（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，分别供电给I段母线、II段母线上的负荷，保证厂用电正常运行，即1QF、2QF、4QF、5QF在合闸位置，而6QF在断开位置，一次回路中的隔离开关均为合上运行。
（2）工作母线失压后的BZT装置投入过程。
以I段BZT装置为例，当I段由于某种原因失去电压时，1QF，2QF跳闸，保证工作电源先切除，在1QF，2QF跳闸后，6QF收到投入信息后合闸。
6QF合闸后I、II段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。
II段的失压动作过程与I段的失压动作过程相似，在此不重述。
（3）合闸持续性故障时保证BZT装置只动作一次。
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6QF合上后，又由继电保护选择性地将6QF跳闸，不在作第二次合闸，从而保证BZT装置只动作一次，不影响其他段母线正常供电。
（4）备用电源无压的闭锁。
在I、II段均失压时，不能进行合6QF的操作，保证在备用电源无压时可靠闭锁BZT装置，此时工作电源的切除由T1的继电保护完成。
（5）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。
2.2.4电气主接线图：
（见附图1）
2.3设备选型
正确地选择电气设备是电气主接线和配电装置达到安全、经济运行的重要条件。
在进行电气设备选择时，应根据工程实际情况，在保证安全可靠的前提下，积极而稳妥地采用新技术，并注意节省投资，选择合适的电气设备。
电气设备的选择要能可靠的工作，必须按正常工作条件进行选择，并按短路状态进行校验动稳定和热稳定。
电气设备选择的一般要求如下：
1）应满足各种运行、检验、短路和过电压情况的要求，并考虑远景发展；
2）应按照当地环境条件（如海拔、大气污染程度和环境污染程度等）校验；
3）应力求技术先进和合理；
4）与整个工程建设标准应协调一致；
5）同类设备应尽量减少品种；
选择的新产品均应有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。
2.3.1一次设备
一高压断路器的选择
高压断路器的主要功能：
正常运行时，用来倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，能起保护作用。
高压断路器是开关设备中功能最为完善的一种，其最大特点是能断开负荷电流和短路电流。
二隔离开关的选择
隔离开关是发电厂和变电所的常用电器，它需要与断路器配套使用。
但是隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流、短路电流，其主要用途是：
1）隔离电压
2）倒闸操作
3）分合小电流
隔离开关的型号应根据配电装置的布置特点和使用要求等因素，进行综合的技术经济比较后确定。
根据对隔离开关操作控制的要求，还应选择其配用的操动机构。
屋内式80000A以下的隔离开关一般采用手动的操作机构；220KV及以上高位布置的隔离开关宜采用电动机构和液压机构。
三电流互感器的选择
电流互感器（CT）是一次系统和二次系统间联络元件，用以分别向测量仪表、继电器线圈供电，正确反映电气设备正常运行和故障情况。
作用是：
●将一次回路的大电流变为二次回路的小电流（5A或1A），使测量仪表和保护装置标准化，小型化，并使其结构巧，价格便宜和便于屏内安装；
●使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人身的安全。
四电压互感器的选择
电压互感器（PT）是一次系统和二次系统间联络元件，用以分别向测量仪表、继电器线圈供电，正确反映电气设备正常运行和故障情况。
作用是：
●将一次回路的高电压变为二次回路的低电压，使测量仪表和保护装置标准化，小型化，并使其结构巧，价格便宜和便于屏内安装：
●使二次设备与高压部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证设备和人身的安全。
五避雷器的选择
电气设备的绝缘配合基于避雷器的保护水平，设备承受的雷电过电压和操作过电压均由避雷器来限制，即选用设备的绝缘水平取决于避雷器保护性能。
避雷器配置原则：
1）配电装置每组母线上，一般应装设避雷器；
2）220KV及以下的变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一台避雷器；
3）以下情况中性点应装设避雷器：
A：
直接接地系统中，变压器中性点分级绝缘，且装设有隔离开关时；
B：
直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时；
C：
不接地或经过消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点。
4）110KV，220KV线路侧一般不装设避雷器。
六高压熔断器的选择
熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。
屋内型高压熔断器在变电所常用于保护电力电容器，配电线路和变压器，而在电厂多用于电压互感器。
2.3.2二次设备
2.3.2.1变压器的保护配置：
变压器是电力系统普遍使用的重要电气设备。
它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行，特别是大容量变压器，一旦因故障而破坏造成的损失更大。
根据《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求，并考虑微机保护的具体情况，采用双主双后的配置方式。
主保护：
瓦斯保护、差动保护
后备保护：
110KV复合电压闭锁过流
110KV零序方向
110KV中性点间隙保护
10KV复合电压闭锁过流
10KV过负荷保护
一、对主保护解释如下：
瓦斯保护：
当变压器内产生轻微的瓦斯或油面下降时，应瞬间动作于信号；当变压器产生大量的瓦斯时，应动作于变压器的各侧断路器。
差动保护：
正常运行及外部故障时，两个CT构成桥臂流过电流大小相等，方向相同；内部故障时，流过CT二次侧电流大小将不相等，使差动回路继电器动作。
二、主变运行时，继电保护的注意事项：
1、当两台主变其中一台变高开关需由旁路开关代运行时，应将相应保护跳旁路的保护压板投入。
并将开关C.T直双重压板短接，套管C.T直双重压板投入，注意防止到压板时造成C.T开路。
恢复相应变高开关运行，退出旁路开关时，应将该保护屏跳旁路保护压板退出，并将C.T压板改接为原方式。
2、差动保护和瓦斯保护都是变压器的主保护，但其保护的范围不同，变压器运行是两套保护均应同时投入；遇特殊情况确须停用保护时，至少应保留其中一套保护。
2.3.2.2输电线路保护：
110KV侧：
由于110KV是中性点直接接地系统电网，线路的相间短路及单相接地短路均应动作于断路器跳闸，110-220KV线路保护配置的原则：
1）反映阶梯短路的保护配置：
对110KV线路，如不装设全线速动保护，则可装设阶段式反时限三相过流保护作为阶梯短路的主保护；也可采用接地距离作为主保护及后备保护。
2）反映相间短路的保护配置：
对于单侧电源单回110-220KV线路，可装设三段式电流保护作为本线路的主保护及后备保护。
三段式电流保护是根据电力保护装置的距离远近来确定保护动作与否，较少受运行方式的影响。
3）反映瞬时故障或误跳闸的保护装置：
线路发生瞬时故障或者由于其他原因使断路器误跳闸时，应能自动重合闸，使线路继续运行；若为永久故障，则不再重合。
4）综上所述：
110KV选用三段式电流保护，接地保护，三相一次重合闸保护。
10KV侧：
中性点非直接接地电网中的相间短路保护必须动作于断路器跳闸，单相接地时，由于接地电流小，三相电压仍能保持平衡，对用户没有很大的影响，因此单相接地一般动作于信号，但单相接地时对人身和设备的安全产生危害时，就应动作于断路器跳闸。
相间短路的电流电压保护配置原则：
1）保护的电流回路中的CT采用不完全星型接线，各线路保护用CT均装设在A、C相上，以保证在大多数两点接地时直接切除一个故障点；
2）远后备保护；
3）线路上发生短路时，应快速切除故障，以保证非故障部分电动机能正常运行；
4）相间短路的电流电压保护通常是三段式保护；
5）线路发生瞬时故障或者由于其他原因使断路器误跳闸时，应能自动重合闸，使线路继续运行；若为永久故障，则不再重合。
6）综上所述：
10KV线路采用方向零序电流保护、过电流保护、零序电压保护、自动重合闸保护。
2.3.2.3低频减载装置：
当电力系统由于有功缺额引起频率下降，当频率下降至低频减载装置的整定值时，自动装置自动将部分负荷切除。
具体线路低周投入轮次按调度所有关通知投退，根据通知要求，装相应线路低周减载连接板投放到相对应的正确位置。
当系统发生低频减载时，被切除线路复送电须待系统频率恢复正常，请示调度同意后方可进行。
2.3.2.4测量回路：
电路中装设电气测量仪表是发变电一次设备的安全和经济运行保证。
所装设测量仪表应满足下列要求：
1）应能正确反映电气设备及系统的运行状态。
2）能监视使运行人员迅速判别事故的设备，性质及原因。
3）在发变电中，仪表的配绝缘状态。
在发生事故时，能置种类与数量要符合《电气仪表设计技术规程》的规定。
该规程规定了对常用仪表和电能计量仪表的技术要求和配置方式。
1.仪表准确及测量范围的要求
1）准确等级。
电气测量仪表的准确度等级按下表a所示选择。
表a电气测量仪表的准确度等级
序号
测量仪表名称
准确度等级
备注
1
发电机交流仪表
1.5
2
线路及其他交流仪表
2.5
3
有功电能表
1.0
4
无功电能表
2.0
5
直流仪表
1.5
6
频率表
±0.05Hz
在49～51Hz测量范围内基本误差
2）测量范围。
在选择仪表和互感器的测量范围时，应尽量保证发电机，变压器等电力设备在正常运行情况下，其仪表指示在标能尺工作部分上量限的2/3以上，并考虑过负荷运行时有适当指示。
2.仪表的配备
根据《电气仪表设计技术规程》的规定，该变电站的仪表配备如下：
1）双绕组主变压器：
低压侧装设交流电流表一只，有功及无功功率表各一只，有功电能表两只（分别积算送，受电能）；高压侧装设电流表一只。
2）110KV与系统的联络线：
装设电流与电压表一只，有功与无功功率表各一只，有功与无功电能表各两只（分别积算送，受电能）。
3）10KV线路：
每回馈线个装设交流电流表一只，有功及无功功率表各一只，有功及无功电能表各一只；厂用电各装设交流电流表一只，有功及无功功率表各一只，有功电能表一只；两边计量回路各装设交流电流表一只，频率表一只，交流电压表一只，，有功及无功功率表各一只，有功及无功电能表各一只。
2.3.2.510kVREF541馈线保护终端
保护功能
保护功能是REF541馈线保护终端最重要的功能之一。
保护功能块彼此相互独立并有自己的定值组和数据记录等。
电流保护既可以用Rogowski线圈也可以用常规的CT。
同样，电压
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