毕业设计用户35kv变电所及其综合自动化系统设计样本.docx

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毕业设计用户35kv变电所及其综合自动化系统设计样本

某顾客35kV变电所及其综合自动化系统设计

摘要：

35kV变电所综合自动化系统重要为无人值班形式，其设计应服从电网调度自动化总体设计，其配备、功能涉及设备布置应满足电网安全、优质、经济运营以及信息分层传播、资源共享原则。

因而,本次设计咱们将以此作为设计指引原则展开设计工作。

整个设计过程涉及总降压变电所电气设计、10kV中性点接地设计与所用电设计、微机保护及综合自动化系统设计。

咱们将从各种有关方案中比较拟定出最佳设计方案。

其中总降压变电所采用内桥式接线方式，10kV中性点采用通过小电阻接地，所用电采用接地变压器兼所用变压器形式。

本设计提供一整套可用于指引施工工程设计图纸。

核心词：

变电所，综合自动化，微机保护，中性点接地

DesignonCustomer35kVSubstationAndTheSynthesizeAutomationSystem

Abstract：

Thecomplexautomaticsystemnobody'sformonduty35kVtransformersubstationmainlyitdesignsoveralldesignthatshouldobeyautomationofdispatchingofpowernetwoks，itdispose，includingequipmenttodecorateandshouldmeetelectricwirenettingsafe，high-quality，economicaloperationandinformationstratatransmit，principleofresource-sharingfunction.Designweregardthisasanddesignguidelinelaunchthedesignworkthistime.Wholedesignprocessincludingelectrictodesigntostepdowntransformersubstationalways，10kVneutralsomeearthdesignwithpowerconsumingdesign，computerprotectandcomplexautomaticsystemdesign.Wewillrelativelydeterminethebestplanofdesignfromvariouskindsofrelevantschemes.Stepdowntransformersubstationwiringwayofbridgetypeinadoptingalwaysamongthem，10kVneutraltoadoptthroughdisappeararccoilearthabit，adopttheearthvoltagetransformerandconcurrentlyformofthevoltagetransformersusedwiththeelectricity.Designandofferawholesetofcanwithuseforprojectdesigndrawingconstructedtoguideoriginally.

Keyword：

Thetransformersubstation，comprehensiveautomation，thecomputerprotect

第一章设计指引思想

变电站及配电所在配电网中具备十分重要地位。

它既是变压器侧配电网中负荷，又是下一级配电网电源，其自动化限度高低直接反映了配电自动化水平。

1995年，国家调度中心规定既有35kV~110kV变电站在条件具备时逐渐实现无人值班变电站，新建变电站可依照调度和管理需要以及规划规定，按无人值班设计。

欲实现无人值班变电站，其中变电站综合自动化限度很重要。

变电站自动化系统作为电网调度自动化一种子系统，应服从电网调度自动化总体设计，其配备、功能涉及设备布置应满足电网安全、优质、经济运营以及信息分层传播、资源共享原则。

因而本次设计咱们将以此作为设计指引原则展开设计工作。

按国内实际状况，当前变电站还不大也许完全实现无人值班，虽然是无人值班，也有一种现场维护、调试和应急解决问题，因而设计时应考虑远方与就地控制操作并存模式。

同样，保护单元亦应具备远方、就地投切和在线修改整定值功能，以远方为主，就地为铺，并应从设计、制造上保证同一时间只容许其中一种控制方式有效。

要积极而慎重地履行保护、测量、控制一体化设计，保证保护功能相对独立性和动作可靠性。

保护、测量、控制原则上可合用电压互感器，对电量计费、功率总加等有精度规定量可接量测电流互感器，供监测用量可合用保护电流互感器。

变电站自动化系统设计中应优先采用交流采样技术，减轻电流互感器和电压互感器负载，提高测量精度。

同步可取消此前经常采用光字牌屏和中央信号屏，简化控制屏，由计算机承担信号监视功能，使任一信息做到一次采集、多次使用，提高信息实时性、可靠性，节约占地空间，减少屏柜，二次电缆和设计、安装、维护工作量。

变电站内存在强大电磁场干扰。

从抗电磁干扰角度考虑，在选取通信介质时可优先采用光纤通信方式，这一点对分散式变电站自动化系统尤为合用。

例LSA678，DISA－2，DISA－3型等均采用了光纤通信方式。

但鉴于光纤安装、维护复杂及费用相对较高，因而本次设计变配电站宜以电缆为通信介质。

由上面设计指引思想可以看到咱们这里无人值班变电所设计应尽量使某些现实问题得以解决，使供配电质量能进一步提高。

第二章总降压变电所设计

§2.1负荷分级及供电规定

依照负荷资料可知：

由顾客拟定重要为一、二级负荷，依照《工业与民用配电设计手册》一书咱们可以很清晰地看到一级负荷应由两个电源供电，这样当一种电源发生故障时，另一种电源不致同步受到损坏，以维持继续供电。

一级负荷中特别重要负荷，除上述两个电源外，还必要增设应急电源。

惯用应急电源有发电机组、干电池、蓄电池或供电网络中有效地独立于正常电源专用馈电线路。

同样，咱们也可以看到二级负荷也需要有两个电源供电。

做到当发生电力变压器故障或电力线路常用故障时不致中断供电或中断后能迅速恢复。

§2.2供电电源获得

依照所给资料可知，本地供电部门可提供两个35kV供电电源，分别来自距离顾客4km外220/35kV地区变电所和5.5km外110/35kV地区变电所。

§2.3电压选取

从用电容量、用电设备特性、供电距离、供电线路回路数、本地电网现状等多方面因素考虑，对于该顾客变电所设计，咱们拟订35/10kV降压变电所一座，供电给8个35/10kV车间变电所，这样咱们就可以兼顾到一、二级负荷规定了。

采用这中做法尚有一

个好处就是：

使高压电源进一步负荷中心，减小配电半径，减少电缆投资，提高供电质量。

§2.435kV变配电所主接线方案拟定

通过阅读各类有关资料可知，为了减少电能损耗，应选用低损耗节能变压器。

在电压偏差不能满足规定期，35kV降压变电所主变压器应一方面采用有载调压变压器。

35kV变电所主接线应依照变电所在电力网中地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件拟定。

并应满足供电可靠、运营灵活、操作检修以便、节约投资和便于扩建等规定。

变电所主接线要满足安全、可靠、灵活、经济基本规定。

其中，安全涉及设备安全及人身安全；可靠应满足一次接线应符合一、二级负荷对供电可靠性规定；灵活即用至少切换来适应各种不同运营方式，检修时操作简便，此外，还应能适应负荷发展，便于扩建。

；经济尽量做到接线简化、投资省、占地少、运营费用低。

在咱们这组设计中35kV变电所主接线普通有单母线、单母线分段、双母线接线、单元接线、内桥式、外桥式方式可以考虑其可行性。

详细分析如下：

单母线长处是简朴、清晰、设备少，但可靠性与灵活性不高。

（见下图1、2）普通供三级负荷，两路电源进线单母线可供二级负荷。

由于在该设计中顾客不但有二级负荷并且尚有一级负荷，并且这里咱们要考虑到无人值班变电所因素，可靠性和灵活性显得尤为重要，鉴于这些方面因素，单母线长处显然局限性以使顾客满意，也有背于咱们设计无人值班变电所基本思想和初衷，因而咱们这里不考虑单母线方式。

单母线分段，母线分段后，可提高供电可靠性和灵活性。

两路电源一用一备时，分段断路器接通运营。

任一段母线故障，分段断路器可在继电保护装置作用下自动断开。

两路电源同步工作互为备用时，分段断路器则断开运营。

任一电源故障，分段断路器可自动投入。

见图2.4.1和图2.4.2

图2.1一路电源图2.2两路电源一用一备

图2.3单母线分段

从上图2.4.3可以看出单母线分段虽然也能供应一级负荷，并且由于采用分段形式，变压器一用一备，较之单母线的确也在一定限度上大大提高了供电可靠性和灵活性，与咱们设计似乎有些相投，但咱们也可以看到母线分段后带来问题，例如母线分段后，咱们需要在母线分段部位采用联系柜，这样就增长了投资经费，并且也会增长选取时计算，并且还要考虑到和母线之间匹配问题。

因而咱们再将其他几种接线方式做一翻讨论，看看有无那一种接线方式能比单母线分段更出众，既能提高供电可靠性和灵活性又能使投资建设经费降到最低，使变电所接线方式尽量在最大限度上满足设计规定。

双母线接线方式能保证所有出线供电可靠性，用于有大量一、二级负荷大型变配电所。

但咱们也懂得，咱们设计变电所并非大型变配电所，而是中小型变配电所，并且双母线在形式上多了一根母线，这样也增长了投资成本，这也是顾客所不乐意看到。

因而，虽然双母线能保证可靠性，并且合用于一、二级负荷，这里也不考虑采用。

单元接线，当有两路电源进线和两台主变压器时，可采用双回线路－变压器组单元接

线，再配以变压器二次侧单母线分段接线，则可靠性大大提高，见图2.4.4所示。

这种接线方式同样也与单母线分段方式相似是投资成本并不会随着没有母线存在而减少，因而咱们尚有必要继续讨论桥式接线。

桥式接线，分内桥式和外桥式两种：

能实现电源线路和变压器充分运用，如变压器T1故障，可以将T1切除，由电源1和电源2并列给T2供电以减少电源线路中能耗和电压损失。

（接线方式见图2.4.5）但咱们也可以从接线图中看出两者之间区别：

内桥式，当变压器发生故障时，倒闸操作多，恢复时间长，而当线路发生故障时，倒闸操作少，恢复时间短。

而外桥式操作特点则恰恰与内桥式相反。

因而内桥式接线合用于线路较长或不需要经常切换变压器状况。

由本次设计基本思想可以看到，咱们这里所要设计是无人值班边电所，对于变压器自然不会有多次切换操作，并且咱们这里35kV总降压变电所是由供电部门提供，因而线路长是在所难免，加上内桥式接线是无母线制，这样可以省去母线投资费用，在形式上，它比单母线分段又少了分段某些联系某些，这样又可以省去联系柜，综合以上多方面因素，咱们以为内桥式接线方式基本综合了前面所述各种接线方式长处，满足安全、可靠、灵活、经济基本规定，因而决定采用内桥式接线方式。

图2.4：

单元接线

图2.5：

桥式接线

依照前面概括，咱们已经懂得35kV变电所主接线方式采用内桥式，那么在本章中咱们将重点讨论35kV变电所一次系统设计详细过程。

§2.5变电所构造形式选取

从顾客所给出工程概况咱们可以看到，所供应车间变电所都为动力照明。

变配电所所址选取

依照规范咱们可以得出如下结论：

变配电所所址选取应尽量满足如下条件：

1.接近负荷中心或大容量用电设备处，以减小低压供电半径，减少电缆投资，节约电能损耗，提高供电质量；

2.进出线以便；

3.接近电源侧；

4.设备运送以便；

5.还应注意防尘、防腐、防火、防爆，防水等。

变配电所型式选取：

35kV变配电所型式普通分为户内式和户外式两种，从规范里咱们可以看出这两种方式优缺陷。

户内式运营维护以便，占地面积少。

而户外式则节约土建费用，可以设立报警，散热条件好。

咱们也可以看出户内式长处几乎就是户外式缺陷，综合着两种方式优缺陷咱们这里取一种较为折中方式即：

半户内式，仅主变压器为户外布置。

35kV、10kV配电装置均为户内式布置。

这样将变压器置于户外就可以直接运用自然条件使变压器直接散热，也可以省去一笔建造变压器室土建费用，但是考虑到安全面因素咱们可以在变压器周边建设围墙。

这样安全、经济、运营维护以便等方面规定基本都可以兼顾到了。

变配电所布置：

依照规范可知，总体布置应紧凑合理，便于设备操作、搬运、检修、实验和巡视，还要考虑发展也许性。

从这里咱们也可以看出35kV主变压器室应接近10kV配电室。

配电室、控制室、值班室等地面，宜高出室外地面150~300㎜。

依照本次设计特点，咱们这里户内变电所选用双层布置，变压器室在底层。

高压配电室内各种通道宽度不应不大于200㎜，背面离墙不应不大于50㎜

§2.6主变压器选取：

电力变压器型式选取是指拟定变压器相数、调压方式、绕组型式、绝缘及冷却方式、联结组别等，并应优先选用技术先进、高效节能、免维护新产品。

联结组别：

35～110/6.3～10.5kV总降压变压器Y,d11

10/0.4kV配电变压器Y,yno、D,yn11

从顾客所给资料可知，由于本次设计负荷均为一、二级负荷，依照建筑电气设计规

范，咱们可以取同步系数为K∑=0.9，COS_Φ=0.9，依照需要系数法计算出该顾客总计算负荷（详细计算通过及成果见附录某些），可以懂得SC=23489.977kVA，通过计算补偿电容容量可知，补偿之后容量SˊC=24376.17kVA。

依照规范咱们可以得到下列结论：

对两台变压器（普通为等容量，互为备用）满足条件：

SNT≈0.7Sc且SNT≥ScⅠ+ScⅡ

通过计算咱们可以得出变压器容量为额定容量为SNT=17063.32kVA。

为了减少电能损耗，应选用低损耗节能变压器。

在电压偏差不能满足规定期，35kV降压变电所主变压器应一方面采用有载调压变压器。

由于咱们这里设计是无人值班变电所，因而为便于变电所无人值班管理，同步兼顾到经济性，主变压器选用35kV低损耗双绕组户外自冷型油浸式变压器。

依照电网运营状况，为保证供电电压质量，35kV侧采用有载调压开关。

主变压器容量依照业主需要在12500~0kVA选用。

结合近来样本以及各方面因素考虑，咱们这里选用型号为SZ9-0/35，接线组别为Y，d11，电压比为35±3×2.5%/10.5，阻抗电压为UK=8%。

结合现状考虑咱们决定选用江苏常州变压器厂生产此类产品，这种产品中溶入了东芝技术，变压器质量相对高某些。

§2.7无功补偿

咱们也懂得，供电部门对某些新建公司普通规定其月平均功率因数达到0.9以上。

当公司自然总功率因数较低，单靠提高用电设备自然功率因数达不到规定期，应装设必要无功功率补偿设备，以进一步提高公司功率因数。

无功补偿方式有诸多中，结合实际状况咱们这里采用并联电力电容器补偿方式

依照无功管理及供用电规则，咱们可以得出，并联电容器装置容量和分组按就地补偿、便于调节电压及不发生谐振原则进行配备。

设两组并联电容器装置分别接在两段10kV母线上，每组电容器容量按2400kvar配备，也可以依照实际无功补偿需要配备。

补偿装置为户内式成套装置，选用难燃介质干式银锌复合镀膜电容器，涉及放电线圈、避雷器等由制造厂成套供货。

考虑到10kV每段母线仅设单组电容器和较少有谐波污染，故不装设限制涌流和谐波分量串联电抗器。

为了减小涌流，电容器组宜在10kV母线分段状况下关合。

参照各种有关样本，结合现状咱们这里选用由江苏宝应开关电器集团生产GRJ-Z系列高压电容自动补偿柜。

这种产品特点是：

每路电容器组设二相式电流保护，一次回路设熔断器、氧化锌避管器及电抗器保护电容组。

同步设事故灯光、音响。

及时进行报警。

电容器组投切采用性能优越真空接触器。

电源侧主控柜采用三相式电流保护及过电压。

§2.8高压电器选取：

在咱们讨论高压电器选取之前，咱们必要懂得，选取高压电器最基本前提是短路电流计算。

在三相交流系统中也许发生短路故障重要有三相短路、两相短路和单相短路，普通，三相短路电流最大。

因而，咱们在讨论高压电气选取之前重点讨论一下三相短路电流计算以及它目及意义。

短路电流计算应求出最大短路电流值，以拟定电气设备容量或额定参数；求出最小短路值，作为选取熔断器、整定继电保护装置和校验电动机起动根据。

普通需要计算下列短路电流值：

ich——短路冲击电流（短路全电流最大瞬时值或短路电流峰值）；

Ich——短路全电流最大有效值（第一周期短路全电流有效值）

Ik〞或I〞——瞬时变短路电流有效值（起始或0s短路电流周期分量有效值）

I0.2——短路后0.2s短路电流周期分量有效值；

Ik——稳态短路电流有效值（时间为无穷大短路电流周期分量有效值）；

S〞——超瞬变短路容量；

Sk——稳态短路容量。

咱们这里采用表么值法计算短路电流，35kV系统短路电流按不不不大于20kA，详细计算过程及成果见附录计算短路电流某些，这里就不赘述了。

下面咱们详细讨论电气设备选取。

电气设备选取，必要满足供电系统正常工作条件下和短路故障条件下工作规定，同步电气设备应工作安全可靠，运营维护以便，投资经济合理。

依照规范以及有关书籍可以看出：

为了保证高压电器可靠运营，高压电器应按下列条件选取：

（1）按正常工作条件涉及电压、电流、频率、开断电流等选取；

（2）按短路条件涉及动稳定、热稳定和持续时间校验；

（3）按环境条件如温度、湿度、海拔、介质状态等选取；

下面结合本次设计涉及到关于电力电气详细论述：

按正常工作条件选取，就是要考虑电气设备环境条件和电气规定。

环境条件是指电气设备使用场合、环境温度，海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等规定，据此选取电气设备构造类型。

电气规定是指电气设备在电压、电流频率等方面规定，即所选电气设备额定电压应不低于所在线路额定电压、电气设备额定电流应不不大于该回路在各种合理运营方式下最大持续工作电流；即

对某些开断电流电器，如熔断器、断路器和负荷开关等，则尚有断流能力规定，即最大开断电流应不不大于它也许开断最大电流。

1）对断路器，其最大开断电流应不不大于它也许开断线路最大短路电流。

即

2）对负荷开关，其最大开断电流应不不大于它也许开断线路最大负荷电流。

即

3）对熔断器，其最大开断电流应不不大于它也许开断线路最大短路电流。

即

在本次设计中由于高压某些并未采用熔断器装置，因而咱们在高压这某些对熔断器姑且不做讨论，计算某些也忽视。

按短路故障条件校验就是要按最大也许短路故障时热稳定性和热稳定性进行校验。

对于普通电器，满足力稳定条件是：

对于普通电器，满足热稳定条件是：

对于载流导体，满足热稳定条件是：

高压断路器选取与校验：

高压断路器选取与校验，重要是按环境条件选取构造类型，按正常工作条件选取额定电压、额定电流并校验开断能力，按短路故障条件校验动稳定性和热稳定性，并同步选取其操动机构和操作电源。

鉴于各方面考虑，咱们这里决定选用由江苏宝开集团有限公司生产ZN-35/1000A，16kA户内高压真空断路器。

这种断路器长处是免维护，具备构造简朴，开断能力强，寿命长，操作功能齐全，无爆炸危险，维修简便特点，变电所等配电系统控制或保护，特别合用于开断重要负荷及频繁操作场合。

电流互感器选取与校验

1.电压、电流选取

电流互感器额定电压应不低于装设地点电路额定电压；其额定一次电流应不不大于电路计算电流；而其额定二次电流普通为5A。

2.按精确级规定选取

电流互感满足精确级规定条件，是其二次负荷S2不得不不大于额定精确级所规定额定二次负荷S2N，即

S2N≥S2

对于保护用电流互感器来说，其复合误差限值为10%。

通过查阅资料，得出可以选取LDJ-35（Q）系列产品，这种产品为环氧树脂真空浇注全封闭式构造，供户内50-60Hz额定电压为35kv及如下电力系统中作电流、电能测量和继电保护。

通过电压、电流及精确级规定校验可以看出这种电流互感器可以满足设计规定（详细计算过程及其成果见附录某些）。

35kV开关柜选取

开关柜是金属封闭开关设备俗称，是按一定电路方案将关于电气设备组装在一种封闭金属外壳内成套配电装置。

就其构造类型可以分为铠装式、间隔式、箱式。

铠装式：

各室间用金属板隔离且接地，如KYN型和KGN型。

这种方式能使开关柜安全性提高

间隔式：

各室间是用一种或各种非金属板隔离，如JYN型。

这种方式经济性好但安全性不是太抱负。

箱式：

具备金属外壳，但间隔数目少于铠装式或间隔式，如XGN型

此外咱们也看到依照低压电器布置形式可以分为手车式和固定式，由于固定式具备构造简朴、价格便宜特点，而手车式具备操作安全、易于检修及维护、更换故障开关容易长处，权衡这两种布置方式各自特点咱们可以看出在这次设计中已不能仅仅局限于构造简朴、价格便宜长处，咱们这里重要考虑还应是其安全性和可靠性，固然手车式开关柜便于检修和维护也是咱们这里考虑选用它重要因素之一。

鉴于几种方面因素，咱们决定选用铠装移开式金属封闭开关设备，由江苏宝开集团有限公司生产产品，型号为KYN10-40.5。

这种类型开关柜设计了可靠“五防”闭锁系统，能保证设备可靠运营和灵活性以及变电所无人值班规定。

第三章10kV中性点接地设计与所用电设计

§3.110kV中性点接地设计

低压配电系统中性点接地型式普通有两种：

中性点接地和中性点不接地两种接地形式，其中中性点接地分为中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经电阻接地两种，普通咱们将中性点直接接地归为大电流接地系统，而将此外两种接地方式归为小电流接地系统，在咱们这里选用小电流接地系统，详细分析如下：

依照文献《交流电气安装过电压保护和绝缘配合》中规定“3~10kV钢筋混淋土或金属杆塔架空线路当单相接地故障电容电流超过10A，3kV~10kV电缆线路当单相接地故障电容电流超过30A，又需要在接地故障条件下运营时，应采用消弧线圈接地方式”。

该原则还规定：

“6kV~35kV重要由电缆线路构成送、配电系统，单相接地故障电容电流较大时，可采用低电阻接地方式，但应考虑供电可靠性规定，故障时瞬态电压、瞬态电流对电气设备影响、对通信影响和继电保护技术规定以及本地运营经验等。

”通过查阅各类资料可知，在国内都市配电系统中，全电缆出线变电站单相接地故障电容电流超过30A时采用中性点经电阻接地；全架空线路出线变电站单相接地故障电容电流超过10A时采用中性点经消弧线圈接地，但在本次设计中，咱们可以由前面论述看出，本方案中采用是架空线和电缆线混合线路，那么在这样状况下咱们应当采用什么样接地方式呢？

普通来说拟定配电系统中性点接地方式，应从供电可靠性、内过电压、对通信线干扰、继电保护以及保证人身安全诸方面综合考虑。

下面咱们就这几种方面展开讨论。

1．供电可靠性

单相接地故障可分为永久性故障和非永久性故障，若在电缆与架空线混合线路电缆上发生永久性故障，普通是电缆本体或终端、中间接头击穿；若发生在架空线上，普通为绝缘子碎裂、绝缘导线断线或外物碰及裸导线等。

对于永久性接地故障，都应停电排除故障后恢复供电。

在中性点经消弧线圈接地时可短时（不超过2h）带故障运营，但是小接地电流系统中拟定单相接地线路“自动选线装置”在消弧线圈补偿后往往不准，只能试拉线路拟定故障线路，试拉时事实上已对诸多顾客（往往是