电气工程及自动化毕业设计论文大专.docx
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电气工程及自动化毕业设计论文大专
毕业设计（论文）
题目：
无人值班变电站的初步设计
专业：
电力系统及自动化管理
班级：
04级
学生：
马超
************
西安理工大学函授部
二00七年十二月
毕业设计（论文）任务书
一、设计、论文题目：
无人值班变电站的初步设计
二、参考资料：
1、《电力工程设计手册》
2、《供用电工程》
3、《微机保护》
4、《电力系统自动化及远动原理》
5、《电力系统分析》
三、设计、论文要求：
1、设计要求：
1）电厂电气主接线方案的确定
2）设备选型
3）系统继电保护
4）自动装置的简单配置
5）综合自动化
2、论文要求：
1）论述部分：
阐述设计者的设计思路，设计过程及设计结论，要求思维清晰，逻辑清楚，文笔流畅，详略得当，字迹工整，有效、全面的反映设计者的设计理念。
2）计算书及其他附件：
强调正确性及完整性。
3）附图：
要求严格遵照制图规范绘制和标注。
指导教师：
学生姓名：
原始资料简介：
该变电站为110kV／10kV电压等级的综合自动化无人值班终端降压变电站，主要承担城区供电任务。
本期主变容量为2*50MVA，型号为SFZT-50000/110UK％=17．5％；·：
10kV出线８回，且10kV侧短路电流不超过28kA，上一级电源为区域变电站，距本变电站6kM，双回路同杆架设，导线为LGJ--120。
前言
随着我国电力事业的飞速发展，电网规模的不断扩大，电网结构日趋复杂，电网运行需要传送的实时信息成倍增多，对实时性要求越来越高，常规的有人值守变电站已不适应目前的现状。
另外，随着电力市场化改革的不断深入，对新建和扩建的110KV变电站无可置疑地需要无人值守，必须采用综合自动化技术。
变电站自动化内容包括电气量的采集和电气设备（如断路器、变压器、刀闸）状态的监视、控制和调节，实现变电站的正常运行监视和操作，保证变电站的安全和经济运行。
在发生事故时，瞬态电气量的采集、监视和控制，由继电保护、安全自动装置、故障录波等来完成，迅速切除故障，完成事故后变电站的快速恢复到正常运行的操作。
从长远的观点来看，还应包括高压电气设备本身的监视信息（如断路器、变压器、避雷器等的绝缘状态监视等）。
此外，变电站内的所有信息量，可通过通信网络传输到调度中心，运行方式科和继电保护工程师那里。
本次设计依据毕业设计任务书中提供的设计资料、技术参数来对一次电气设备和二次电气设备进行设计。
变电站是一座负荷末端的110KV降压变电站，一次设备采用了维护量少，占地面积小的GIS组合电气，二次设备采用了技术先进，运行成熟的CSC2000综合自动化系统，真正实现了无人值守。
本设计分为两部分，第一部分为设计说明书，共分九章；第二部分为短路电流计算书，是本次设计过程中所涉及到的一些计算内容。
前言
原始资料简介
毕业设计任务书
第一部分设计说明书
第一章无人值班变电站的基本知识
第二章一次设备的选型原则
第三章电气一次主接线的选择
第四章主变压器的选择
第五章电气设备的选择
第六章继电保护
第七章自动装置
第八章保护设备的确定
第九章综合自动化系统的设计
第二部分短路电流计算书
第一章短路电流的计算
第二章导线选择
参考文献一次电气设备布置图
第一部分设计说明书
第一章．无人值班变电站的基本知识
引言
变电站自动化和无人值班是当今电网调度自动化领域的必然趋势，其发展势头正方兴未艾。
无人值班是电力工业随着科学技术的发展而产生的新型的变电站运行方式，在这种运行方式里，先进技术成分含量大，它集中包含了工业自动化，人工智能分析，通讯等多学科先进技术的结晶，这是科学发展一般规律所直接导致的必然结果。
对原有变电站有步骤地实施无人值守改造势在必行，其原因有两点：
第一，它能更好地适应工业对电能质量的要求。
现代工业，尤其是高新技术产业，对电能的电压水平、频率、纹波系数、供电连续性等指标都有较高的要求,我们电力企业就要适应这种要求，工业自动化以及与之相应的变电站自动化有着信息加工量大、信息反馈快等人力不能超越的优点。
因此，在变电站中引入工业自动化，实现无人值班是科学的选择；第二，它是电力企业安全运行的要求，统计表明电力行业的事故中，由人为因素造成的占有一定的比重，实践证明人容易受环境、情绪、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，无人值班却可以提高运行可靠性。
例如郑州地调早在1959年就开始采用遥控技术，40多年从未发生过误操作，深圳供电局实现变电站无人值班后，误操作事故率降低了60%。
因此，我们现在不应该再讨论无人值班该不该上，而应该讨论无人值班该怎样上；第三，从经济效益的角度看，当无人值班变电站达到一定数量时，就可以实现减人增效。
第一节无人值班变电站的概念及基本条件
1.1概念
无人值班变电站又称无人值守变电站，是指没有经常性运行值班人员的变电站，该站的运行状态（包括必须的各种量值、潮流方向、开关电器的位置、变压器调压分接头位置、补偿电容器投切组数等）经本站的微机远动装置RTU处理后，再经远动通信转送至上一级电业主管部门的计算机系统，并在监视器CRT和系统模拟盘屏上显示出来，亦可打印制表，
供调度人员随时监视查询，然后做出相应的处理
1.2无人值班变电站应具有的基本条件
1.2.1电力变压器应装设自动调整调压分接头的装置，并在它的周围和开关室内装设自动灭火报警装置。
1.2.2各种受控电器应装设电动操作机构
1.2.3各种电量和非电量变送器或传感器的测量精度和可靠性应在允许范围内，防止误差超限。
1.2.4各种开关电器的位置信号和补偿电容器的投切数目等，均应准确采集出来。
1.2.5变电站应装设功能足够的远动终端装置RTU，能够准确发送、转收的转换各种远动信号。
1.2.6在变电站与调度中心之间架设具有抗干扰能力和质量优良的远动通道，确保远动通信系统安全可靠的运行。
1.2.7上一级调度中心必须具有功能比较齐全的计算机自动监控系统，而且远动系统的质量优良。
1.2.8具备一支精干的工程技术人员队伍，熟练掌握有关安装调试的运行管理技能无人值班变电站通常为位于城市内或近郊交通方便地点的35kv变电站及110kv终端变电站。
实现无人值班的目的：
（1）保证安全和防止事故
（2）减少人员过失操作事故，提高供电的可靠性。
（3）给调度人员提供电网的实时数据，提高压送负荷的速度，提高供电效率单就技术而言，凡有遥测、遥信、遥控、遥调功能的变电站，就是具备无人值班运行的条件。
科学技术的进步，特别是计算机及通信技术的发展，使“四遥”变成现实。
为实现无人值班奠定了坚定的物质基础。
第二节．无人值班变电站的设计原则及基本要求
1.2.1设计原则：
无人值班变电站设计应以地区电网规划及调度自动化规划为基础，以电网的结构，变电站的性质、规模及调度管理模式为依据进行，并遵守以下原则：
1.2.1.1应结合本地电网规划、电网调度自动化规划和通信规划，依据电网的结构，变电站的地理、交通、消防条件、站地区域社会经济环境等情况，因地制宜的确定满足电网要求的设计方案。
1.2.1.2除按电网规划中所规定的变电站在电网中的地位和作用考虑其控制方案之外，其中电网的配合、继电保护及安全自动装置的配置等均应满足变电站设计投运方案的要求。
1.2.1.3变电站自动化技术装备上要求安全，可靠，经济，适用，正确处理近期建设与远期发展的关系。
1.2.1.4坚持节约用地，节约投资，又能达到电网安全运行的目的。
1.2.2设计要求：
1.2.2.1二次设备及土建应进行必要的简化，取消必要的设施，简化变电站操作，以降低事故率和变电站造价。
1.2.2.2选用可靠性高，维护工作量少的设备。
1.2.2.3考虑在任意条件下的某些特殊要求，如防火，防盗，保安电源等。
1.2.2.4应满足无人值班变电站的某些运行要求。
如备用电源自动投入，无功功率和电压的调节等。
在变电站设计中应尽量考虑由变电站的自动装置完成。
1.2.2.5应考虑提高控制系统的可靠性，增强变电站自动化系统处理故障的能力和自动化系统自身管理的能力。
1.2.2.6应考虑电气通信方面的特殊性，如远动通道的可靠性应高于有人值班变电站，不专门装设调度电话，只设置用于维护、检修的电话通信。
第二章一次设备选型原则
2.1接线和平面布置应节约占地面积，减少建筑面积：
在满足安全可靠运行的前提下，简化电气一次主接线。
只有两条110KV线路和两台变压器时应采用桥式接线，10KV出线采用单母分段接线；在城市负荷中心时110KV电气设备采用屋内布置，10KV采用全户内布置。
一次设备选型应保证供电安全、可靠，并提高电压质量，同时安装、运行、抢修方便，选择技术先进，安全可靠，免维护或少维护设备，并满足以下要求：
2.1.1主变压器应装有具备遥信、遥控借口的有载调压开关，110KV断路器采用GIS组合电气设备，10KV开关采用真空断路器，弹簧储能结构。
2.1.2隔离开关应配有能满足遥信、闭锁要求的辅助开关，主变中性点的刀闸应配有电动操作机构。
2.1.3110KV电压互感器应采用电容式电压互感器，能很好的消除铁磁谐振，10KV电压互感器也应配有性能开靠的消谐装置。
2.1.4各电压等级的电流互感器应选用带0.2级的二次线圈，以满足计量准确需要。
2.1.5避雷器采用氧化锌避雷器，配有在线检测装置，计数器应装有通信借口。
2.1.6站用电系统应具有两路电源，互为备用，自动切换。
站用变应选用干式变或接地变，消弧线圈应配有自动补偿装置。
2.1.7其他设备的选择
电容器应选用密集型电容器。
直流系统的接线方式要安全可靠，合闸母线和控制母线分开，要用二段供电方式，互为备用。
采用免维护的铅酸蓄电池，配有直流电压自动调整装置和浮充电自动调整装置，一定要具有遥信借口。
第三章电气一次主接线的选择
电气主接线是发电厂、变电站电气设计的首要部分，是构成电力系统的重要环节。
主接线的确定对电力系统的整体及发电厂、变电站本身运行的可靠型、灵活型和经济型密切相关，并且对电气设备选择、配电装置布置、继电保护和远动的设计有很大影响。
因此主接线的设计是一个综合性的问题，必须满足技术先进、经济合理、安全可靠：
3.1主接线设计依据：
《电力电气工程设计手册》
3.1.1变电站在电力系统中的地位和作用
3.1.2负荷大小和重要性，对一级负荷必须有两个独立电源，当一个电源失去后，能保证对全部一级负荷的不间断供电。
3.1.3系统专业对电气主接线提供的资料。
3.1.4变电站应具有足够的备用容量。
3.2主接线的基本要求：
3.2.1保证供电的可靠性，要充分考虑一次设备和二次设备的故障率及其对供电的影响。
3.2.2具有调度灵活，操作方便，能满足系统在事故、检修及特殊方式下的调整要求。
3.2.3主接线应力求简单清晰，尽量节约一次设备的投资，节约占地面积，减少电能损失，即具有经济性。
3.2.4应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过渡时，一次和二次设备所需的改造最小，即具有发展和扩建的可能性。
3.3变电所主接线选择：
3.3.1110KV主接线方式：
依据《电力电气工程设计手册》的规定只有两条110kv线路和两台变压器时应采用桥式接线，桥形接线具有工作可靠、灵活、使用电器设备少，当采用GIS组合电器时．更显示了其优越性。
桥式接线分为内桥接线和外桥接线两种。
3.3.2内桥接线和外桥接线的优缺点比较。
内桥接线如图示：
进线1进线2
3.3.3优点：
高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。
3.3.4缺点：
变压器的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，影响一回线路的暂时停运。
桥连断路器检修时，两个回路需解列运行。
出线断路器检修时，线路需较长时间停运。
3.3.5适用范围：
较小容量的发电厂、变电所。
变压器不经常切换，线路较长，故障率较高的情况。
外桥接线如图示：
进线1进线2
优点：
高压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。
缺点：
线路的切除和投入较复杂，需动作两台断路器，并有
一台变压器暂时停用；
桥连断路器检修时，两个回路需解列运行；
变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。
适用范围：
适用于较小容量的发电厂、变电所，并且变压器切换较频繁或线路较短，故障率较少的情况。
由于变压器不需要经常切除，110kv所以选择了内桥式接线。
3.3.6l0KV主接线方式的选择：
根据设计任务书要求，l0kV侧进出线共计8回，且有一、二、三类用电负荷，据00kV-110kV变电所设于规范》第3.2.5条：
当变电所装有两台主变压器时，6-10kV侧宜采用单母分段接线，线路为12回及以上时，也可采用双母线，当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。
故l0KV侧主接线选择为单母分段，出线8回，每段4回。
另外，每段母线上各接一组电容器、接地变及消弧线圈和l0kv电压互感器。
这样既可以满足一、二类负荷不停电的要求，还能保证其电压质量。
3.3.6.1单母分段的优点：
用l0kv母联断路器将l0kv母线分为两段后，对重要用户的供电可以从两段分别引出并互为备用，提高其供电的可靠性。
任一母线故障，保护装置动作切除母联断路器和主供变压器低压侧开关后，不影响另一段母线上月户的供电。
任一变压器因故障停运，依靠母联断路器使两段母线并列运行，不影响任何用户的用电中断。
缺点：
当任一母线或母线隔离开关故障或检修时，整段母线上的用户都将失去电源。
l0kv出线为双回路，会使架空线路出线交叉跨越。
基于以上原因，所以l0kv母线选择了单母分段接线。
3.3.7一次主接线图的确定
根据以上原则，电气一次回路图如附图一
第四章主变压器的选择
主变压器的变电站的重要设备，其容量，台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，如选用适当不仅可减少投资，减少占地面积，同时也可以减少运行电能损耗，提高运行效率和可靠性
4.1为保证供电可靠性，变电站一般设两台主变压器。
4.2装有两台变压器的变电站，采用暗备用方式，当其中一台主变压器因事故断开另一台主变压器的容量满足所全部负荷70%~80%
4.3该变电站为110kV/10kV的终端降压变电站，应选择双绕组变压器。
4.4连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行，110kV以上电压变压器绕组都采用Y0连接、10kV采用三角型连接。
4.5调压方式的选择：
有载调压变压器，调压范围较大，一般在15%以上，而且即要向系统传送功率，又可能从系统倒送功率，因此首选有载调压变压器。
4.6冷却方式：
考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护工作量，首选自然风冷却方式。
所以，采用两台SFZT—50000/110型变压器，参数具体如下：
型号：
SFZT—50000/110
额定容量（kva）：
50000
额定电压（kV）：
高压—110±8×1.25%低压—6.36.610.511
空载电流（A）：
1.0
空载损耗（kW）：
59.7
负载损耗（kW）：
216
阻抗电压（%）：
10.5
连接标号：
YN，d11
质量（t）:
器身——38.5
上节油箱——4.8
油——10.85
运输——58.5
总质量——65
轨迹/纵向：
2000/1435
外型尺寸（长×宽×高，mm）：
7300×4800×5760
生产厂：
沈阳变压器厂
第五章电气设备的选择
电气的选择主要任务是：
选择满足变电站及输、配电线路正常和故障状态下工作要求的合理的电气设备，以保证系统安全、可靠、经济的运行。
电气设备选择的一般原则：
满足正常运行、检修、短路和过电压情况下的要求。
并考虑远景发展。
应按当地环境条件校核。
应力求技术先进和经济合理。
与整个工程的建设标准应协调一致。
选用的新产品均应具有可靠的试验数据，并经鉴定合格。
5.1断路器的选择
原则：
高压断路器是以电压、电流及开断电流来选择。
按动稳定和
稳定来校验。
选择计算公式如下：
5.1.1电压：
Ug≤Un
5.1.2电流：
Ig.max≤In
由于高压开断电气没有连续过载的能力，在选择其额定电流时，应满足各种可能运行方式下回路持续工作电流的要求，即取最大持续工作电流工Ig.max
5.1.3开断电流：
Idt≤Ikd
式中：
Idt--断路器实际开断的时间t秒的周期分量
Ikd--断路器的额定开断电流
5.1.4动稳定：
ich≤imax
式中：
ich--三相短路冲击电流
imax--断路器极限通过电流峰值
5.1.5热稳定：
I∞2tdz≤It2t
式中：
I∞--稳态三相短路电流
tdz--短路电流发热等值时间
It--断路器T秒热稳定电流
5.2110KV开关的确定
选用GIS全封闭组合电器，包括：
110KV进线间隔2回、110KVYH间隔2回、110KV分段间隔1回。
5.2.1断路器（CB）技术参数如下：
额定电压：
110kV额定电流：
1250A
最高工作电压：
126kV
额定热稳定电流（4S）：
31.5kA
额定断路开断电流：
31.5kA
额定动稳定电流：
80kA
额定断路关合短路电流：
（峰值）80kA
额定开断时间：
3周波
校验A.Ug（110kv）=Un（110kv）
B.Ig.max（173．597）＜In（1250A）
C.If1（4.78KA）≤Ikd（31.5KA）
D.动稳定校验：
ich（12.191KA）≤imax（80KA）
E.热稳定校验；
I∞2tdz（4.78KA.2.5S）≤It2t（31.5KA.4S）
路器经校验合格。
5.3隔离开关参数的效验
5.3.1隔离开关（DS）技术参数如下：
额定电压：
110kV
额定电流：
1250A
最高工作电压：
126kV
额定热稳定电流（4S）：
31.5kA
额定短路开断电流：
31.5kA
额定动稳定电流：
80kA
额定短路关合短路电流：
（峰值）80kA
额定开断时间：
3周波
校验A.Ug（110kv）=Un（110kv）
B.Ig.max（173．597）＜In（1250A）
C.动稳定电流80KA>冲击电流12.191KVA
D.热稳定校验；
I∞2tdz（4.78KA.2.5S）≤It2t（31.5KA.3S）隔离开关经校验合格。
5.3故障关合接地开关（FES）和检修用接地开关（ES）技术参数：
额定电压：
110kV额定电流：
1250A
最高工作电压：
126kV
额定热稳定电流（4S）：
31.5KA额定短路开断电流：
31.5kA
额定动稳定电流：
80kA额定短路关和短路电流：
（峰值）80kA
5.3.1110KV母线、10KV母线的选择：
5.3.1.1最大长期工作电流选择母线截面
Ixu≥Ig式中Ixu--母线在相应的环境温度下布置方式下的长期允许电流值
Ig--母线长期工作电流
5.3.1.2经济电流密度选择导线截面
Ｓ＝Ig.max/J式中工Ig.max/J--母线最大工作电流A
Ｊ--经济电流密度A/mm2.
5.3.3.3动稳定校验
δjs≤δr式中δjs--作用于母线上的计算应力
δr--母线最大允许应力硬铝为70MPA
δjs：
＝１.76·lc/aw·Lch×102MPA
5.3.3.4热稳定校验：
铝母线：
Smin=I∞／95·√TjKif×103
Kif--为集肤效应系数．当矩形母线截面在1000MM2以下时，取1，在1000-1200MM'时取1.2。
因此，110kv进线，我们按经济电流密度选择，GIS组合电气封闭母线技术参数与开关相同，经热稳定校验合格。
l0kv母线我们按持续工作电流选择，型号为125×8的单片矩形硬母线且竖放，经动稳定校验，热稳定经验合格。
5.4电压互感器的选择
根据电压互感器正常工作条件（一、二次回路电压、二次负荷、
确度等级）来选择。
按动稳定及使用环境条件进行校验。
GIS组合电气内电压互感器为电磁式，
变比为：
110/√30.1／√30.1
准确度等级为：
0.2／3
效验：
A.Ug（110kv）=Un（110kv）
B.Ich（51.556KA）＜Imax（80KA）
GIS组合电气内电压互感器经校验合格
5.5电流互感器的选择
根据电流互感器正常工作时的电压（一、二次回路电压），电流（
次回路的电流、二次的负荷、准确度等级）来选择，并进行动、热稳定度校验。
GIS组合电气内电流互感器的变比为：
2×300A/5
准确度等级为：
0.2/0.5/3P/3P
效验：
A.Ug（110kv）=Un（110kv）
B.In（600A）>Lg（347.2A）
C.ich（12.19KA）≤imax（80KA）
D.Ir（31.5KA）>If（4.78KA）Ir--热稳定电流
GIS组合电气内电流互感器经校验合格
5.610KV开关的选择门
由于lOkV选用为户内成套设备，所以选取户内型高压真空断路器。
根括银河产品说明书，10kv配电装置为户内布置。
选用CP800（B）型手车式开关柜。
10kv侧二关柜内设备选择如下：
5.6.1断路器：
选用LN21一10／630-25（4S）
校验：
A.Ug（10kv）＝Ｕn（10kv）
B.In（630KA）＞Ig（212.8KA）
C．ich（51.556KA）＜imax（63KA）
D.Ir（25KA）＞If（20.22KA）
5.6.2手车或开关柜无需隔离开关
5.6.3电流互感器：
选用LZZBJ12-10型。
准确度等级：
0.2/0.5/10P20变比：
300/5
校验：
A.Ug（10kv）＝Ｕn（10kv）
B.In（400KA）＞Ig（381.92KA）
C．ich（51.556KA）＜imax（59KA）
D.Ir（33KA）＞If（20.22KA）
5.6.4电压互感器：
选择：
JDZXF-10型
变比：
1000/√3100/√3100/3
校验：
A.Ug（10kv）＝Ｕn（10kv）
5.6.5避雷器：
选择：
HY5WS-16.5/50根据手册“国产避雷器电器绝缘完全可以配合，不必校验。
”
5.7变压器低压侧开关、l0kv母联开关柜选择
5.7.1断路器：
选用LN21一10/2000-25型
校验：
Ug（l0kv）=Un（l0kv）
In（200KA）＞Ig（1909KA）
ich（51.556KA）＜imax（59KA）
Ikd（25KA）>If（20．22KA）
5.7.2电流互感器的选择：
选用LZZB12-10型2000/5AD级热稳定倍数50,动稳定倍数90
校验：
Ug（10kv）=Un（10kv）
In（2000A）＞Ig（190．90A）
ich（51.556KA）＜imax（180KA）
Ir（100KA）＞If（20．22KA）
5.7.3电压互感器、避雷器与馈线开关柜所选型号一致。
第六章．继电保护
第一节继电保护的作用和原理
6.1.1继电保护的作用
继电保护装置是一种能反应电力系统电气设备发生故障或不正常工作状态而作用于开
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