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报告论文

毕业设计报告（论文）

题目:

110KV溪北线路

保护二次施工设计

所属系电气工程系

专业电气工程及其自动化

学号01506403

姓　　名韩晶

指导教师隆贤林

起讫日期2009.3----2009.6

设计地点东南大学成贤学院

摘要

在电力系统的发展过程中，二次线设计始终是一个不可或缺的部分。

二次线设计的合理性直接影响着系统运行的稳定性、可靠性和安全性。

特别是在如今大力发展综合自动化变电站的背景下，二次线设计显得尤为重要。

本文基于西门子、南瑞、中德等厂商相关设备图纸，按照相关的规程规定，进行了110kV溪北线路的二次线设计，绘制了交流电压电流回路、断路器控制回路、刀闸的防误回路CAD图纸。

本说明书主要分为五部分。

第一部分为绪论，第二部分为写220kV变电所的一次设备及其控制，第三部分为110kV线路的二次配置，第四部分为二次回路的设计，第五部分为成品图纸。

关键词：

保护，一次设备，二次接线，设计

Abstract

Thesecondaryconnectiondesignisindispensableinthecourseofthedevelopmentofpowersystem.Thereasonabilityofthisdesigndirectlyinfluencestheoperationofpowergridonitsstability,reliabilityandsafety.ItsimportancesparksparticularlybrilliantinthetrendofenergeticdevelopmentofSubstationAutomation.

BasedontherelevantmaterialsofSIEMENS,NARI,ZHONGDEandfollowingtherelatedprinciples,thisarticleprocessesthedesignof110kV715LineandfinallypresentstheCADdrawingswhichincludeACcircuit,AVcircuit,breakercontrolcircuitandthecircuitpreventsthedisoperationofswitch.

Thisarticlecombinesfiveparts.Part1:

Preface;Part2:

TheForestryDevicein220kvSubstationandItscontrol;Part3:

TheSecondaryDevicesin110kVTransmissionLines;Part4:

TheSecondaryConnectionDesign;Part5:

CADDrawings.

Keywords：

protection,primarydevice,secondaryconnection,design

1.1课题背景及意义...................................................-1-

1.2课题简介..........................................................-2-

第一章绪论

1.1课题背景及意义

如今，微机保护的推广与应用已经普及，其在电力系统中扮演着极其重要的角色。

微机保护在保证系统安全、稳定的运行的同时，促进了电力系统自动化、网络化的发展。

保护的微机化使得保护在实现手段有了极大的飞跃，升级也变得简单易行，再加上计算机网络技术，使得远方监控系统运行变得可靠且准确，而这一切又带动了变电站综合自动化的发展。

二次回路设计是变电站综合自动化的一个重要组成部分，经过不断的研究和发展，在二次接线领域已逐步形成了一套适合本领域的设计技术和方法，并制定了相应的设计规程和规定。

这为二次接线的专业规范化设计奠定了基础。

近年来由于在二次接线专业内引入了计算机技术，更引起了二次接线领域的重大变革。

将控制、测量、信号、远动融为一体的变电所计算机监控系统已经在大容量变电所中广泛使用。

只有将继电保护技术、自动控制技术、一次设备控制、和计算机技术等有机结合起来才能使二次回路设计符合工程实践的需要。

目前在变电所中采用较成熟的大致有三种硬件配置和网络构成，方案一为传统RTU方式的监控系统方案；方案二、三为综合自动化监控系统。

传统RTU方式的监控系统方案是由安装在控制室的仪表及某些单项自动化装置组成，主要包括：

1）各种继电保护装置

2）自动重合闸、低周减载、故障录波及故障测距等装置

3）各种变送器、远方终端及当地功能设备

4）中央信号装置

5）各种仪表

此外还有大量TV、TA、跳合闸线圈以及各种触点一一连接到上述装置。

传统RTU方式监控存在以下优、缺点：

优点：

技术成熟，现场运行维护经验较丰富；

缺点：

占地面积大，传统控制屏体积大、笨重；施工、安装、调试工作量大，现场遥测、遥控、遥信需大量电缆；维护工作量大。

变电站综合自动化系统是指在变电站中应用自动控制技术和信息处理与传输技术，通过计算机硬件系统或自动化装置代替人工进行各种运行作业，从而提高变电站运行质量和管理水平的一种自动化系统。

它利用计算机技术，将变电站的二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置、远动装置）进行功能的重新组合和结构的优化设计，对变电站进行自动监视、测量、控制和协调。

它具有如下特征：

功能综合化（其综合的程度可以因不同的技术而异），结构微机化，操作监视屏幕化，运行管理智能化。

综自系统优点：

提高供电质量，提高电压合格率，在变电站综自系统中包含电压、无功自动控制功能，可以大大提高电压合格率；综自各子系统大都采用微机控制，多数具有自诊断功能，提高了变电站的安全可靠运行水平；综合自动化缩小了占地面积，降低了造价，同时也减少了常规控制电缆。

综合自动化的自检和故障诊断功能大大缩短了维修时间，减轻了人员劳动，为无人值班减人增效提供基本保证。

方案二及方案三中的监控系统的站控层设备和间隔层设备的主要功能基本一样,所不同的是间隔层设备接网方式不一样,两种配置方案技术上都是可行的,都有成功的运行经验。

然而方案三与方案二相比可靠性较低，且实时性低于方案一。

而采用方案二时，当新节点集成进入系统时，系统原有网络节点硬件可保持不变,今后变电站扩建将十分方便。

因此本设计采用方案二中的变电站综合自动化系统。

1.2课题简介

目前新建变电所基本采用综合自动化方案。

综合自动化控制是一种以计算机为核心构成的集散控制系统，将变电站的测量、控制、保护、信号和自动调节集中在计算机内进行。

计算机除了具有逻辑分析能力外，还具有数值运算和数据储存能力。

因此，综合自动化控制方式除了具备常规控制方式的功能外，还能进行优化计算，实现最经济运行。

整个保护、控制系统由微机保护、测控单元、现场总线、通信管理设备、后台监控程序、服务器等构成。

由微机保护完成各项保护功能，包括故障情况下的跳闸与自动重合闸；由监控系统及测控单元实现断路器、隔离刀闸、接地刀闸的控制与防误操作闭锁，取消了传统的控制屏；现场运行相关信息如电流、电压、断路器位置、刀闸位置等由测控单元收集经由网络上传，取消了原有的中央信号屏，同时信息上传至网络层后可以方便地共享，将以往的中央信号与远动信号合并，减少了二次电缆数量同时也为全站防误操作闭锁提供了有利条件。

采用了综合自动化方案，断路器、刀闸分合操作既可以在场地手动操作，也可以在变电所监控后台或上级集控中心、调度中心由监控软件实现操作，实现无人值守。

本次毕业设计的目的是熟悉110kV线路的二次设计原则，掌握相关的保护原理和操作规程，同时加强对各厂家的保护柜、测控柜、断路器及隔离刀闸的原理的理解。

本次设计针对当前江苏省电力公司设计主流方案，完全使用实际应用的设备厂家技术资料进行施工图的设计，在设计过程中涉及到的厂商资料来自西门子、南瑞、中德等公司的相关设备。

本次毕业设计任务为110kV溪北线路保护二次线的设计。

采用变电站综合自动化方案，变电站可以实现无人值守运行。

断路器及隔离刀闸可以在监控后台或调度中心发令合、分闸操作，接地刀闸为手动机构，现场操作。

远方操作时断路器防跳方式为保护操作箱防跳，就地操作时采用断路器机构防跳。

隔离刀闸采用电动机构，由测控柜、电器防误装置、电气接点构成防误闭锁。

在设计过程中重点理解各设备之间的联系、控制回路和信号回路，并找出相应的端子完成设备之间的互联，最终得到完整的二次接线图。

相应的CAD图纸中包括交流电压电流回路图、断路器控制回路图、信号回路图和刀闸防误回路图，同时给出了详尽的端子标号和互联关系示意。

本次设计按照综合自动化方案配置设备，设计范围主要为保护柜、测控柜等二次设备与断路器、隔离刀闸、接地刀闸之间的二次电缆联系。

保护柜选用许继GXH811A-112Q型；测控柜选用GPSR662-102型。

断路器采用GL312型，隔离刀闸采用CS600型电动机构，接地刀闸采用CS100型手动机构。

刀闸防误采用电气硬接点闭锁与监控系统软件闭锁相结合的方式。

第二章220kV变电所的一次设备及其控制

2.1主接线及其选择

在发电厂和变电所中，发电机、变压器、断路器、隔离开关、电抗器、电容器、互感器、避雷器等高压电气设备，以及将它们连接在一起的高压电缆和母线，构成了电能生产、汇集和分配的电气主回路。

这个电气主回路被称为电气一次系统，又叫电气主接线。

电气主接线是由电气电气设备通过连接线，按其功能要求组成接受和分配电能的电路，成为传输强电流、高电压的网络，故又称为一次接线或电气主系统。

主接线代表了发电厂或变电站电气部分的主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分，直接影响运行的可靠性、灵活性，并对电器选择、配电装置布置、继电保护、自动装置和控制方式的拟定都有决定性的关系。

因此，主接线的正确、合理设计，必须综合处理各个方面的因素，经过技术、经济论证比较后方可确定。

2.1.1对电气主接线的基本要求

对电气主接线的基本要求，概括地说应包括可靠性、灵活性和经济性三方面：

（1）可靠性

供电可靠性是指能够长期、连续、正常地向用户供电的能力，现在已经可以进行定量的评价。

安全可靠是电路生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。

停电不仅给发电厂造成损失，而且给国民经济各部门带来的损失将更加严重。

但是电气主接线的可靠性不是绝对的。

同样形式的主接线对某些发电厂和变电站来说是可靠的，而对另外一些发电厂和变电站则不一定能满足可靠性要求。

所以在分析电气主接线的可靠性时，要考虑发电厂和变电站在系统中的地位和作用、用户的负荷性质和类别、设备制造水平及运行经验等诸多因素，保证必要的可靠性，而不可片面地追求高可靠性。

（2）灵活性

电气主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行运行方式的切换。

灵活性包括以下几个方面：

操作的方便性、调度的方便性和扩建的方便性。

（3）经济性

在设计主接线时，主要矛盾往往发生在可靠性和经济性之间。

通常设计应在满足可靠性和灵活性的前提下做到经济合理。

经济性主要包括以下几个方面：

节省一次投资、占地面积少和电能损耗少。

2.1.2主接线的基本接线形式

电气主接线分为有汇流母线和无汇流母线两大类，具体形式又有很多种。

主接线的基本形式，就是主要电气设备常用的几种连接方式，它以电源（进线）回路和线路（出线）回路为主体。

由于各个发电厂或变电站的出线回路数和电源数不同，而且每路馈线所传输的功率也不一样，因而为便于电能的汇集和分配，在进出线较多时（一般超过4回），采用母线作为中间环节，可使接线简单清晰，运行方便，有利于安装和扩建。

而与有母线的接线相比，无汇流母线的接线使用电气设备较少，配电装置占地面积较小，通常用于进出线回路少，不再扩建和发展的发电厂或变电站。

有汇流母线的接线形式可概括地分为单母线接线（及单母线分段接线）和双母线接线（及双母线分段接线）两大类。

2.1.3本次设计所用的主接线

本次110kV715线路保护二次线设计中的电气主接线采用一般双母线接线。

一般双母线接线方式如图2.1所示，特点如下：

（1）一般在正常运行时，线路均分在两组母线上，以固定的连接方式运行。

其供电可靠性表现在检修任一母线时，可以利用母线把该母线上的全部回路倒换到另一组母线上，不会中断供电。

（2）检修任一回路的母线开关时，只需停该回路与隔离开关相连的母线。

任一母线发生故障时，可将所有连接于该母线的线路倒换到正常母线上使装置迅速恢复工作。

且一般的双母接线运行方式灵活，可采用两组母线并列运行方式，两组母线分裂运行方式，一组母线工作，另一组母线备用的运行方式。

多采用地一种方式，因母线故障时可缩小停电范围，且两组母线的负荷可以调配。

（3）该电气主接线方式投资较小。

满足电气主接线方式“可靠，灵活，经济”的要求，适用于本次设计。

图2.1一般双母线接线方式

一次系统主要一次设备有断路器、2把母线侧刀闸、1把出线侧刀闸、3把接地刀闸、5组电流互感器、线路电压互感器，如图2.2所示。

图2.2一次系统示意图

2.2断路器

2.2.1断路器的分类

高压断路器是电力系统最重要的控制和保护设备,是开关电器中最为完善的一种设备。

它既可以在正常情况下接通或断开电路，又可以在系统故障情况下自动地迅速断开电路。

断开电路时会在断口处产生电弧，为此，断路器设有专门的灭弧装置。

灭弧能力是断路器的核心性能。

高压断路器按安装地点可分为户内型和户外型两种；按灭弧介质及灭弧原理可分为六氟化硫断路器、真空断路器、少油断路器、多油断路器、空气断路器等。

2.2.2断路器的作用

高压短路器是开关电器中最为完善的一种设备，其最大的特点是能断开电器中负荷电流和短路电路。

断路器主要作用是：

（1）正常运行倒换运行方式，把设备线路接入电网或退出运行，起着控制作用；

（2）当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路，保证无故障部分正常运行，起着保护作用；

（3）实现闭锁，如SF6气压降低闭锁、跳跃闭锁（防跳）、弹簧未储能闭锁；

（4）输出相关信息（以接点形式），如SF6气压降低、弹簧未储能、远方/就地控制等。

2.2.3断路器的控制方式和操作机构

2.2.3.1断路器的控制方式

（1）按照对断路器的控制可分为一对一控制和一对N选线控制。

一对一控制是利用一个控制开关控制一台断路器，一般适用于重要且操作机会少的设备，如发电机、调相机、变压器等。

一对N选线控制是利用一个控制开关，通过选择控制多台断路器，一般适用于馈线较多、接线、要求基本相同的高压和厂用馈线。

（2）按其操作电源的不同，控制方式可以分为强电控制和弱电控制。

强电控制电压一般为110V或220V，弱电控制电压为48V及以下。

本次设计用的断路器的操作电源是直流220V。

（3）按其控制地点的不同，可以分为就地控制和远方控制。

就地控制是指控制开关或按钮安装在装有断路器的高压开关柜上，操作人员就地进行手动操作控制。

这种控制方式一般适用于不重要的设备，如6—10kV的馈线、厂用电动机等。

远方控制是将控制开关或按钮安装在离操作对象几十米、几百米的主控制室屏上，通过控制电缆对断路器进行操作控制，或在几十乃至上千千米的远方电力调度室，通过远动设备、通信设备对发电厂和变电站内的断路器进行远方控制，这种控制方式又称为遥控。

2.2.3.2断路器的操作机构

断路器的操作机构是断路器本身附带的合、跳闸传动装置，用来是断路器合闸或维持闭合状态，或是断路器跳闸。

在操作机构中均设有合闸机构、维持机构和跳闸机构。

由于动力来源的不同，操作机构可以分为电磁操作机构、弹簧操作机构、液压操作机构、电动机操作机构、气动操作机构等。

其中应用较广的是弹簧操作机构和液压操作机构。

本设计采用的断路器配置双跳圈、三相操作。

本设计选用的GL312型断路器采用的是弹簧操动机构。

2.2.4断路器控制回路的基本要求

断路器的控制回路应满足下列要求：

（1）断路器操作机构中的合、跳闸线圈是按短时通电设计的，故在合、跳闸完成后应自动解除命令脉冲，切断合、跳闸回路，以防合、跳闸线圈长时间通电、

（2）合、跳闸回路电流脉冲一般应直接作用于断路器的合、跳闸线圈，但对电磁操作机构，合闸线圈电流很大（35—250A左右），需通过合闸接触器接通合闸线圈。

（3）无论断路器是否带有机械闭锁，都应具有防止多次合、跳闸的电气防跳措施。

（4）断路器既可以利用控制开关进行手动跳闸与合闸，也可以由继电保护和自动装置进行自动跳闸与合闸。

（5）应能监视控制电源及合、跳闸回路的完好性，应对二次回路短路或过负载进行保护。

（6）应有反映断路器状态的位置信号。

（7）对于采用气压、液压、弹簧操作机构和SF6断路器，应有压力是否正常、弹簧是否拉紧到位的监视回路和闭锁回路。

（8）对于分相操作的断路器，应有监视三相位置是否一致的措施。

（9）接线应简单可靠，使用电缆芯数应尽量少。

2.2.5断路器控制的基本回路

2.2.5.1合闸回路

图2.3合闸回路示意图

（1）远方操作

S3切换至远方位置，可以实现远方操作。

远方合闸继电器动作，常开接点，X1:

610（保护命令）—S1常闭接点—Y4—K14常开接点构成通路，实现远方合闸。

（2）就地操作

S3切换至就地位置，可以实现就地合闸。

就地合闸继电器的常开接点闭合，X1:

602—S1常闭接点—Y4—K14常开接点构成通路，实现就地合闸。

（3）防跳回路

所谓“跳跃”，是指断路器在手动或自动装置动作合闸后，如果操作控制开关SA未复归或，而外界正好处在短路工作状态，即故障状态，此时保护动作使断路器跳闸，由于合闸回路仍接通，断路器再次合闸。

如果没有防跳继电器，断路器会不断分闸、合闸，造成断路器跳跃现象。

防跳措施有断路器本体防跳和操作箱防跳。

（1）断路器本体防跳：

当出现合闸接点粘连或者控制开关未复归时，断路器机构箱防跳装置K7LA动作，合闸总闭锁继电器的常开接点断开，实现防跳功能。

（2）操作箱防跳：

防跳继电器在保护的操作箱内，跳跃闭锁继电器串联接入合闸回路，当出现“跳跃”现象时，跳跃闭锁继电器动作，断开合闸回路，实现防跳功能。

参照图3.3。

2.2.5.2分闸回路

图2.4分闸回路示意图

（1）就地操作

按下就地分闸按钮S5，X1:

602—S1常开接点—Y1—K14常开接点接通，实现就地分闸。

（2）远方操作

X1:

630（保护命令）—S1常开接点—Y1—K14常开接点接通，实现远方分闸。

2.2.5.3自检闭锁、报警回路

对SF6压力、液压压力、合闸弹簧储能状态进行检测，以接点形式输出，有的接点直接串在合闸、分闸回路中构成闭锁条件，有的接点则以空接点形式送至监控系统发出信息或送至保护柜操作箱闭锁重合闸（如压力降低闭锁重合闸）。

GL312型断路器包含的此类回路有：

SF6泄露闭锁、合闸压力闭锁、自动重合闸闭锁等。

2.2.5.4操作电源回路

操作电源回路包括储能电机、照明、加热除湿以及插座供电回路，一般电源使用电缆从断路器端子箱引入，操作电源回路设有保护开关（一般为空气断路器）。

因故障导致操作电源回路空气断路器跳闸后也可发出报警信号。

2.2.5.5开关信息量输出回路

除了断路器异常工况需要由空接点输出报警信息，断路器的正常工况（如断路器合闸、分闸位置，远方/就地控制）也需要送至监控系统，另外隔离刀闸闭锁逻辑构成也需要断路器辅助接点。

2.3刀闸

2.3.1刀闸的分类

隔离开关的种类和型式很多，按照装设地点可分为户内式和户外式；按产品组装极数可分为单极式（每级单独装于一个底座上）和三极式（三极装于同一底座上）；按每极绝缘支柱数目可分为单柱式、双柱式、三柱式等等。

2.3.2隔离开关的作用

高压隔离开关的主要功能是保证高压电器及装置在检修工作时的安全，不能用于切断、投入负荷电流或开断短路电流，仅可允许用于不产生强大电弧的某些切换条件。

隔离开关没有灭弧装置，不能用来接通和断开负荷电流和短路电流，一般只能在电路断开的情况下才能操作。

隔离开关的主要作用是：

（1）在检修电气设备时用来隔离电压，使检修的设备与带电部分之间有明显可见的断口；

（2）在改变设备状态（运行、备用、检修）时用来配合断路器协同完成倒闸操作；

（3）用来分、合小电流，可用来分、合电压互感器、避雷器和空载母线，分合励磁电流不超过2A的空载变压器，关合电容电流不超过5A的空载线路；（4）隔离开关的接地开关可替代接地线，保证检修工作安全。

2.3.3隔离开关的控制电路

隔离开关的操作机构一般有气动、电动和电动液压操作三种形式，相应的控制电路也有三种类型，分别是气动操作电路、电动操作电路和电动液压操作电路。

隔离开关控制电路构成原则：

（1）由于隔离开关没有灭弧机构，不允许用来切断和接通负载电流，因此控制电路必须受相应断路器的闭锁，以保证断路器在合闸状态下，不能操作隔离开关（断路器位置信息要送入隔离开关）。

（2）为防止带接地合闸，控制回路必须受接地开关的闭锁，以保证接地开关在合闸状态下，不能操作隔离开关。

（3）操作脉冲应是短时的，在完成操作后，应能自动解除。

本次设计隔离开关采用的是阿尔斯通的CS600型电动机构，接地刀闸采用CS100手动机构。

2.3.4接地刀闸

按照“安规”的规定，电气设备检修时，必须进行接地，一般情况是挂“接地线”。

有些地方挂接地线不方便，有些地方经常挂接地线也不方便，且挂接的地线无法和电气设备进行连锁，常会误操作，出现“带地线送电”的恶性事故，于是就将临时挂接的地线改为固定安装的接地刀闸，一般有机械闭锁功能，或和隔离开关“连动”。

接地刀闸一般在投入运行（送电）前拉开，在停运（检修）时投入。

我们可以看出对于接地刀闸、隔离刀闸本身的各种闭锁功能而言，它们只是避免误操作的一个重要手段，但并不是杜绝误操作的全部手段，所以，在对于隔离刀闸和接地刀闸的闭锁功能有所认识的前提下，必须加强倒闸操作的严格管理，从制度和管理上堵住误操作的源头，严格按照操作票管理规定进行操作，才能真正做到杜绝误操作。

本次设计采用的是阿尔斯通公司的CS100型手动机构，采用电磁锁防误，即在满足手动操作要求时，电磁锁解锁，可以对地刀进行操作。

2.3.5五防”及其实现方式

“五防”是指：

（1）防止带负荷分、合隔离开关：

以免产生电弧，烧坏隔离开关。

（2）防止带电挂地线：

一般情况是检修完毕后忘记解除挂地线，直接把电流导入大地，对人身产生生命危险。

（3）防止带地线合闸：

接地线在检修时合开关，导致电流导入大地，对人身产生生命危险。

（4）防止误合、误分断路器

（5）防止误入带电间隔等电气误操作事故。

“五防”的实现：

断路器在遥控时的逻辑（在测控柜内利用软件实现）；隔离开关、接地刀闸的操作可以采用测控柜的软件逻辑实现、硬接点逻辑实现、软件逻辑与硬接点结合实现。

针对五防措施中的

（1）

（2）（3）条，可以采用图2.5的操作逻辑：

图2.5刀闸操作逻辑

2.4互感器

互感器是一次系统和二次系统间的联络元件，属于特种变压器，用以分别向测量仪表、继电器的电流和电压线圈、继电保护及自动化装置等供给电源信号，实现电力系统的主要运行参数的监测，作用具体体现在如下几方面：

（1）将一次回路的高电压和大电流变换成