上川220kV變電站設(shè)計+4

1、 上海電力學(xué)院成教院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目：上川220kV變電站設(shè)計專業(yè)：年級：教學(xué)站點學(xué)生姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：2015年8月23日上川220kV變電站設(shè)計 摘要：220kV變電站屬于高壓網(wǎng)絡(luò)，變電所所涉及方面多，考慮問題多，分析變電所擔(dān)負(fù)的任務(wù)及用戶負(fù)荷等情況，選擇所址，利用用戶數(shù)據(jù)進行負(fù)荷計算，確定用戶無功功率補償裝置。同時進行各種變壓器的選擇，從而確定變電站的接線方式，再進行短路電流計算，選擇送配電網(wǎng)絡(luò)及導(dǎo)線，進行短路電流計算。選擇變電站電氣設(shè)備，為變電站順利建設(shè)提供依據(jù)。本文以上海上川變電站進行設(shè)計分析。首先是對上川220kV變電站的設(shè)計進行分析；接下來是主變壓器選擇；之后分別是

2、變電所的主接線設(shè)計；變電所自用電接線及自用變壓器的確定；短路電流的計算；斷路器和隔離開關(guān)的選擇；導(dǎo)體的選擇；變電所的防雷保護規(guī)劃；變電所的繼電保護規(guī)劃；最后是變電所的儀表配置規(guī)劃。從而確定最終該上川220kV變電所電氣主接線方案，完成對上川220kV變電所的初步設(shè)計 關(guān)鍵詞：變電站 主變壓器 短路計算 設(shè)備選型目 錄1. 前言11.1 研究目的和意義11.2本文研究背景11.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.4本文研究內(nèi)容12. 上川220kV變電所初步設(shè)計說明書22.1主變壓器的選擇22.1.1主變壓器的選擇22.1.2變電所主變壓器的容量和臺數(shù)的確定22.2主接線選擇22.2.1.雙母不分段接線：32

3、.2.2.雙母線帶旁路接線：32.3 短路計算32.3.1短路概述32.3.2短路的危害及預(yù)防：42.3.3短路計算的目的：42.3.4短路計算的一般原則。42.3.5短路電流實用計算的基本假設(shè)。52.4主變壓器的選擇52.4.1電氣的選擇原理52.4.2高壓電器的基本參數(shù)的選擇52.4.3電壓互感器選擇72.4.4電流互感器的選擇82.5配置全所的繼電保護82.6變電站自動化102.6.1變電站自動化的基本概念102.6.2變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)的功能：103.上川220kV變電所初步設(shè)計計算書123.1短路電流計算123.1.1選擇基準(zhǔn)值123.1.2系統(tǒng)電抗標(biāo)么值計算123.1.3

4、 和點短路計算123.1.4 點短路電流的計算133.2計算各回路最大持續(xù)工作電流133.3高壓斷路器選擇和校驗143.3.1主變側(cè)斷路器校驗。143.3.2計算所加電抗器的電抗值：153.4隔離開關(guān)的選擇和校驗153.4.1主變側(cè)隔離開關(guān)校驗153.4.2負(fù)荷側(cè)隔離開關(guān)校驗163.5母線的選擇和校驗163.6電壓互感器的選擇183.7電流互感器的選擇193.8 變壓器保護整定計算203.8.1 220kV 變壓器參數(shù)203.8.2 變壓器保護整定計算系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)203.8.3變壓器整定計算214.小結(jié)26致謝271. 前言1.1 研究目的和意義選擇設(shè)計本課題，是對自己已學(xué)知識的整理和進一步的

5、理解、認(rèn)識，學(xué)習(xí)和掌握變電所電氣部分設(shè)計的基本方法，培養(yǎng)獨立分析和解決問題的工作能力及實際工程設(shè)計的基本技能。電力工業(yè)的迅速發(fā)展，對變電所的設(shè)計提出了更高的要求，更需要我們提高知識理解應(yīng)用水平，綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識，開拓思路，鍛煉獨立分析問題及解決問題的能力。1.2本文研究背景220kV區(qū)域降壓變電所是電網(wǎng)建設(shè)和電網(wǎng)絡(luò)改造中非常重要技術(shù)環(huán)節(jié)，做好220kV變電所的設(shè)計是上海上川電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 220kV變電所的設(shè)計或改造需要既能保證安全可靠性和靈活性，又能保證保護環(huán)境、節(jié)約資源、易于實現(xiàn)自動化設(shè)計方案。在這種要求下，220kV變電所電氣主接線簡單清晰、接地和保護安全高

6、效、建筑結(jié)構(gòu)布置緊湊、電磁輻射污染最小已是大勢所趨。因而，220kV變電站應(yīng)從電力系統(tǒng)整體出發(fā),力求電氣主接線簡化,配置與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的保護系統(tǒng)，采用緊湊布置、節(jié)約資源、安全環(huán)保的設(shè)計方案?；诖?，我以節(jié)約資源、保護環(huán)境、設(shè)計高安全、高質(zhì)量的220kV變電所為目的，從電源設(shè)置、主接線形式確定、設(shè)備選擇和配電裝置布置等方面提出了新的設(shè)計思路。1.4本文研究內(nèi)容本文分為三個部分：首先就研究以及背景以及意義進行闡述，第二部分就上川220kV變電站的設(shè)計進行選擇分析，第三部分就上川220kV變電站的設(shè)計進行計算。以此來達到上川220kV變電站的設(shè)計。2. 上川220kV變電所初步設(shè)計說明書2.1主變壓

7、器的選擇2.1.1主變壓器的選擇在合理選擇變壓器時，首先應(yīng)選擇低損耗，低噪音的S9,S10,S11系列的變壓器，不能選用高能耗的電力變壓器。應(yīng)選是變壓器的繞組耦合方式、相數(shù)、冷卻方式，繞組數(shù)，繞組導(dǎo)線材質(zhì)及調(diào)壓方式。2.1.2變電所主變壓器的容量和臺數(shù)的確定為保證上川變電所供電可靠性，一般應(yīng)裝兩臺主變壓器；若只有一條電源進線，或上川變電所可由低壓側(cè)電網(wǎng)取得備用電源時，可裝一臺主變壓器；若絕大部分負(fù)荷為三級負(fù)荷，其少量的二級負(fù)荷可由鄰近低壓電力網(wǎng)取得備用電源時，可裝一臺主變壓器。在設(shè)計時應(yīng)考慮，裝設(shè)3臺主變壓器的可能性。對于規(guī)劃只裝設(shè)2臺主變壓器的變電所,應(yīng)按大于變壓器容量的1-2級設(shè)計，以便負(fù)

8、荷發(fā)展時，更換變壓器的容量。單臺容量設(shè)計應(yīng)按單臺額定容量的70%85%計算。對于單臺： 對于兩臺并聯(lián)運行： 表2-1 S96300/220變壓器參數(shù)參數(shù)連接組標(biāo)號額定電壓（）阻抗電壓（%）空載電流（%）損耗（）高壓低壓空載負(fù)載，100.44.01.90.21.042.2主接線選擇根據(jù)出線回數(shù)電壓等級初步可以選擇雙母不分段接線和雙母帶旁路母接線。2.2.1.雙母不分段接線：優(yōu)點：可靠性極高，故障率低的變壓器的出口不裝斷路器，投資較省，整個線路具有相當(dāng)高的靈活性，當(dāng)雙母線的兩組母線同時工作時，通過母聯(lián)斷路器并聯(lián)運行，電源與負(fù)荷平均分配在兩組母線上，當(dāng)母聯(lián)斷路器斷開后，變電所負(fù)荷可同時接在母線或副母

9、線上運行。缺點：當(dāng)母線故障或檢修時，將隔離開關(guān)運行倒閘操作，容易發(fā)生誤操作。2.2.2.雙母線帶旁路接線：優(yōu)點：最大優(yōu)化是提供了供電可靠性，當(dāng)出線斷路器需要停電檢修時，可將專用旁路斷路器投運，從而將檢修斷路器出線有旁路代替供電。兩組接線相比較：2方案更加可靠，所以選方案雙母線帶旁路接線。所以根據(jù)電壓等級及出線回數(shù)，初步確定，雙母線不分段接線和單母線分段帶旁路母線接線。2.3 短路計算2.3.1短路概述短路是電力系統(tǒng)常見的，并且對系統(tǒng)正常運行產(chǎn)生重要影響的故障。電力系統(tǒng)中可能發(fā)生的短路主要有:三相短路、兩相短路和單相短路。一般情況下三相短路電流大于兩相和單相短路電流。三相短路時，由于短路回路中各

10、相的阻抗相等，盡管三相的短路電流比正常時的電流大，幅度增大，電壓也比正常時急劇降低，但三相仍然保持對稱，故稱之為對抗短路。在計算短路電流時，通常把電源容量視為無窮大的電力系統(tǒng)，在這樣的系統(tǒng)中，當(dāng)某處發(fā)生短路時，電源電壓維持不變，即短路電流周期分量在整個短路過程中不衰減，為了選擇和校驗電氣設(shè)備，載流導(dǎo)體，一般應(yīng)計算下列短路電流。短路電流周期分量有效值 穩(wěn)態(tài)短路電流有效值短路全電流最大瞬時沖擊值短路全電流最大有效值短路容量2.3.2短路的危害及預(yù)防：短路的原因主要是電氣設(shè)備載流部分之間的絕緣被損壞，引起絕緣損壞的原因有過電壓，絕緣的自然老化和污穢，運行人員維護不同及機械損傷。危害主要有：電力系統(tǒng)發(fā)

11、生短路時，短路回路的電流急劇增大這個急劇增大的電流稱為短路電流，短路電流可能達到正常負(fù)荷電流的十幾倍甚至幾十倍，數(shù)值不能達到幾十千安甚至幾百千安，嚴(yán)重使導(dǎo)體發(fā)熱損壞設(shè)備。短路時往往伴隨有電弧的產(chǎn)生，能量極大，溫度極高的電弧不僅可能燒壞故障元件本身，還可能燒壞周圍設(shè)備危害人身安全。電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，由于短路電流來勢迅猛，電路中的阻抗主要是感性的。因此，短路電流基本上是感性的，它所產(chǎn)生的去磁的電樞反映使發(fā)電機端電壓下降，同時巨大的短路電流會增大電力系統(tǒng)中各元件的電壓損失，使系統(tǒng)電壓大幅下降，嚴(yán)重時，可能造成電力系統(tǒng)電壓崩潰直至系統(tǒng)瓦解，出現(xiàn)大面積停電的嚴(yán)重事故。短路時電力系統(tǒng)中功率分布的突然

12、變化和電壓嚴(yán)重下降，可能破壞各發(fā)電機并列運行的穩(wěn)定性，使整個系統(tǒng)分裂成不同運行的幾個部分。這時某些發(fā)電機可能過負(fù)荷，因此必須切除部分負(fù)荷，另一些發(fā)電機可能由于功率送不出去，而被迫減少出力，短路時，電壓下降得越多，持續(xù)時間越長，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性受到破壞的可能性越大。2.3.3短路計算的目的：1）在設(shè)計電氣主接線時，為了比較各種方案，確定某種接線方式是否有必要采取限制短路電流的措施等。2）在進行電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的選擇時，以保證各種電氣設(shè)備和導(dǎo)體的正常運行和故障情況下都能安全可靠的工作，需要根據(jù)短路電流對電氣設(shè)備進行動、熱穩(wěn)定的校驗。3）在選擇繼電保護裝置及進行整定計算時，必須以各種不同類型短路時

13、的短路電流作依據(jù)。4）屋外配電裝置時，要按短路條件校驗，軟導(dǎo)線的相間，相對地安全距離5）設(shè)計接地裝置。 6）進行電力系統(tǒng)運行及故障分析等。2.3.4短路計算的一般原則。計算短路電流用于驗算電氣和導(dǎo)體的開斷電流，動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定時，應(yīng)按本工程的設(shè)計規(guī)劃內(nèi)容計算。一般應(yīng)以最大運行方式下的三相短路電流為依據(jù)。計算短路電流時，應(yīng)按可能發(fā)生最大短路電流的正常接線方式進行。短路點應(yīng)選擇在短路電流最大地點。導(dǎo)體和電器的動穩(wěn)定，熱穩(wěn)定，以及電器的開斷電流。一般按三相短路電流驗算。 2.3.5短路電流實用計算的基本假設(shè)。系統(tǒng)正常運行，短路前，三項是對稱的。因為短路時，各元件磁路不飽和，也就是各元件的電抗與電流大小

14、無關(guān)，因此可用疊加原理。系統(tǒng)中發(fā)電機的電動勢的相位在短路過程中相等，頻率與正常時相同。變壓器的勵磁電流忽略不計，相當(dāng)于勵磁開放，可以簡化變壓器等值電路，輸電線路的分布忽略不計。2.4主變壓器的選擇2.4.1電氣的選擇原理電氣的選擇應(yīng)滿足正常運行，檢修。短路和過電壓情況下要求，并考慮遠(yuǎn)景發(fā)展。應(yīng)按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校驗.應(yīng)力求技術(shù)先進和經(jīng)濟合理。與整個工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。同類設(shè)備應(yīng)盡量減少品種。選擇高壓電氣設(shè)備，應(yīng)滿足各項電氣技術(shù)要求。結(jié)構(gòu)簡單體積小，質(zhì)量輕，便于安裝和檢修。在制造廠給定的技術(shù)條件下，能長期可靠的運行，有一定的機械壽命。2.4.2高壓電器的基本參數(shù)的選擇高壓電器的基本參數(shù)的選擇包括

15、：按額定電壓選擇、按最高電壓選擇、按額定電流選擇、按額定開斷電流選擇、按額定短路關(guān)合電流計算、按斷流容量選擇、按機械負(fù)荷選擇、按環(huán)境溫度選擇。高壓斷路器是變電所主要電氣設(shè)備之一，其選擇的好壞，不但直接影響變電所的正常運行，而且也影響在故障條件下是否能可靠地分?jǐn)?。斷路器的選擇根據(jù)額定電壓、額定電流、裝置種類、構(gòu)造型式、開斷電流或開斷容量各技術(shù)參數(shù)，并進行動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的校驗。斷路器種類和型式的選擇包括：高壓斷路器應(yīng)根據(jù)斷路器安裝地點（選擇戶內(nèi)式或戶外式）、環(huán)境和使用技術(shù)條件等要求，并考慮其安裝調(diào)試和運行維護，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后選擇其種類和型式。選用隔離開關(guān)的原則：隔離開關(guān)一般不需要專門的滅弧裝置

16、。隔離開關(guān)在分閘狀態(tài)下應(yīng)有足夠大的斷口，同時不論隔離開關(guān)高壓接線端電壓是否正常，均要滿足安全隔離的目的。隔離開關(guān)在合閘狀態(tài)下應(yīng)能承受負(fù)荷電流及短路電流。在環(huán)境方面，戶外隔離開關(guān)應(yīng)能承受大氣污染并應(yīng)考慮到溫度突變，雨，霧，覆冰等因素的影響。在機械結(jié)構(gòu)上，需要考慮引線機械應(yīng)力，風(fēng)力，地震力和操作力的聯(lián)合作用。其中包括隔離開關(guān)高壓接線端在三個方面的耐受機械力。以及支持絕緣子的機械強度要求，此外，對垂直伸縮式隔離開關(guān)，還需提出靜觸頭接觸范圍的要求。隔離開關(guān)應(yīng)具有手動，電動（氣動）操動機構(gòu)，信號及位置指示器與聯(lián)、閉鎖裝置等附屬裝置。隔離開關(guān)應(yīng)配備接地開關(guān)，以保證線路或其他電氣設(shè)備檢修時的安全。應(yīng)考慮配電

17、裝置空間尺寸的要求及引線位置與形式（加空閑或電纜）來選用合適開關(guān)。母線的選擇：矩形鋁母線：220kV以下的配電裝置中，35kV及以下的配電裝置一般都是選用矩形的鋁母線，鋁母線的允許載流量較銅母線小，但價格便宜，安裝，檢修簡單，連接方便，因此在35kV及以下的配電裝置中，首先應(yīng)選用矩形鋁母線。母線截面的選擇一般要求裸導(dǎo)體應(yīng)根據(jù)集體情況，按下列技術(shù)調(diào)節(jié)分別進行選擇和校驗：工作電流、經(jīng)濟電流密度、電暈、動穩(wěn)定或機械強度、熱穩(wěn)定。裸導(dǎo)體尚應(yīng)按下列使用環(huán)境條件校驗：環(huán)境溫度、日照、風(fēng)速、海拔高度。按回路持續(xù)工作電流選擇 導(dǎo)體回路持續(xù)工作電流，單位為A。相應(yīng)于導(dǎo)體在某一運行溫度、環(huán)境條件及安裝方式下長期允

18、許的載流量單位A。溫度25C、導(dǎo)體表面涂漆、無日照、海拔高度1000m及以下條件。母線的穩(wěn)定校驗動穩(wěn)定校驗：母線在發(fā)生三相短路時，母線受到的電動力為 F=1.76109.81 N 式中 短路沖擊電流，單位A； 沿母線支持絕緣子之間的距離，單位； 相間距離，單位。 熱穩(wěn)定校驗：在母線出口發(fā)生三相短路時，必須按式校驗?zāi)妇€熱穩(wěn)定= 所須要得最小截面，單位； 短路電流穩(wěn)態(tài)值現(xiàn)在近似以三相短路電流有效值計算； 短路電流的時間，一般為0.2-0.3秒；C 母線常數(shù)。母線電暈校驗：220kV及其以上的變電所母線均應(yīng)當(dāng)?shù)貧庀髼l件下晴天不出現(xiàn)全面電暈為控制條件，使導(dǎo)線 線安裝處最高工做電壓小于臨界電暈電壓。2.

19、4.3電壓互感器選擇電壓互感器選擇的一般原則：按技術(shù)條件選擇電壓互感器正常工作條件時，按一次回路電壓，二次電壓，二次負(fù)荷，準(zhǔn)確度等級，機械負(fù)荷條件選擇。電壓互感器承受過電壓能力。按絕緣水平、泄露爬電比距條件選擇。環(huán)境條件按環(huán)境溫度、污穢等級、海拔高度等條件選擇。形式選擇10kV配電裝置一般采用游侵絕緣結(jié)構(gòu)；在高壓開關(guān)柜中，可采用樹脂澆鑄絕緣結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要零序電壓時，一般采用三相五柱電壓互感器。35-220kV配電裝置一般采用油侵絕緣結(jié)構(gòu)電磁式電壓互感器。目前采用電容式電壓互感器，實現(xiàn)無油化運行，減少電磁諧振。220kV配電裝置，當(dāng)容量和準(zhǔn)確度等級滿足要求時，一般采用電容式電壓互感器。按在220k

20、V及以上線路側(cè)的電壓互感器，當(dāng)線路裝有載波通信時，應(yīng)盡量與耦合電容器結(jié)合，統(tǒng)一選用電容式電壓互感器。2.4.4電流互感器的選擇選擇的電流互感器應(yīng)滿足變電所中電器設(shè)備的繼電保護、自動裝置、測量儀表及電能計量的要求。額定電壓的選擇選擇電流互感器一次回路允許最高工作電壓應(yīng)大于或等于該回路的最高運行電壓，既 式中 電流互感器最高電壓，單位?；芈饭ぷ麟妷海瑤紫到y(tǒng)稱標(biāo)準(zhǔn)電壓，單位。動穩(wěn)定的校驗電流互感器可按式校驗式中：電流互感器允許通過的最大動穩(wěn)定電流系統(tǒng)短路沖擊電流熱穩(wěn)定校驗電流互感器短路時熱穩(wěn)定電流應(yīng)大于或等于系統(tǒng)短路時的短時熱穩(wěn)定電流。35kV級電流互感器分為戶外型和戶內(nèi)型兩類。戶外型電流互感器，一

21、般選用油侵箱式絕緣結(jié)構(gòu)的戶外型獨立式電流互感器，常用LB系列，LABN系列。10kV戶內(nèi)配電裝置和成套開關(guān)柜中，母線一般選用LMZ型系列的電流互感器，配電柜一般選用LA型，LQJ型，LZJ型，LZZBJ912型等電流互感器。2.5配置全所的繼電保護 電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置是電力系統(tǒng)的重要組成部分，對保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，防止事故發(fā)生或擴大起重大作用。220kV側(cè)進出線及母線的繼電保護 依據(jù)電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范分析，對變電所的35220kV電壓母線，在220kV雙母線接線情況下應(yīng)裝設(shè)專用的母線保護。表2-2 220kV側(cè)進出線及母線的繼電保護對比安裝地點保護分類保護類型

22、動作條件動作結(jié)果故障范圍220kV側(cè)母線上主保護完全電流差動保護常用作單母線或只有一組母線經(jīng)常運行的雙母線的保護動作于跳閘反應(yīng)各電流互感器之間的電氣設(shè)備故障時的短路電流220kV側(cè)進出線上接地短路保護發(fā)生單相接地發(fā)出預(yù)告信號由于接地故障電流很小，而且三相之間線電壓仍然保持對稱對負(fù)荷供電沒有影響，因此在一般情況下允許帶一個接地點繼續(xù)運行12小時，不必立即跳閘相間短路保護線路上發(fā)生三相短路或兩相短路動作于跳閘故障相中流過很大的短路電流時，要求繼電保護裝置盡快切除故障，可以保護線路全長零序電流保護發(fā)生相間短路時產(chǎn)生很大的不平衡電流動作于跳閘零序電流保護和相間電流保護一樣，廣泛采用三段式零序電流保護，

23、可以保護線路全長并與相鄰線路保護配合變壓器的繼電保護在電力系統(tǒng)運行中，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或異常工況時，繼電保護裝置應(yīng)實現(xiàn)在最短時間和最小區(qū)域內(nèi)，自動將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，或發(fā)出信號由值班人員消除異常工況根源，以減輕或避免設(shè)備的損壞和對相鄰地區(qū)供電的影響。其配置原則如下：（1）對于6.3MV·A 及以上的常用工作變壓器和并列運行的變壓器，10MV·A 及以上廠備用變壓器和單獨運行的變壓器，以及2MV·A 及以上用電流速斷保護靈敏性不滿足要求的變壓器，應(yīng)裝設(shè)差動保護裝置。對高壓側(cè)電壓為330kV 及以上的變壓器，可裝設(shè)雙重差動保護裝置。（2）當(dāng)在變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故

24、障（包括輕微的匝間短路和絕緣破壞引起的經(jīng)電弧電阻的接地短路）時，由于故障點電流和電弧的作用，將使變壓器油及其它絕緣材料因局部受熱而分解產(chǎn)生氣體，它們將從油箱流向油枕的上部。當(dāng)故障嚴(yán)重時，油會迅速膨脹并產(chǎn)生大量的氣體，此時將有劇烈的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部。因此，變壓器應(yīng)安裝瓦斯保護裝置。（3）對由外部相間短路引起的變壓器過電流，根據(jù)變壓器容量和運行情況的不同以及對變壓器靈敏度的要求不同，可采用過電流保護、復(fù)合電壓起動的過電流保護、負(fù)序電流和單相式低電壓起動的過電流保護或阻抗保護作為后備保護、帶時限動作于跳閘。2.6變電站自動化2.6.1變電站自動化的基本概念變電站自動化是指應(yīng)用自動控制技術(shù)

25、、信息處理和傳輸技術(shù)，通過計算機硬軟件系統(tǒng)或自動裝置代替人工進行各種運行作業(yè)，提高變電站運行、管理水平的一種自動化系統(tǒng)。變電站自動化的范疇包括綜合自動化技術(shù)；變電站綜合自動化是指將二次設(shè)備利用微機技術(shù)經(jīng)過功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計，對變電站執(zhí)行自動監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)，它是自動化和計算機、通信技術(shù)在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用2.6.2變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)的功能：微機保護：是對站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進行保護，包括線路保護，變壓器保護，母線保護，電容器保護及備自投，低頻減載等安全自動裝置。 數(shù)據(jù)采集，包括狀態(tài)數(shù)據(jù)，模擬數(shù)據(jù)和脈沖數(shù)據(jù)。模擬量采集，常規(guī)變電站采集的典型

26、模擬量包括：各段母線電壓，線路電壓，電流和功率值。饋線電流，電壓和功率值，頻率，相位等。操作人員可通過CRT屏幕對斷路器，隔離開關(guān)，變壓器分接頭，電容器組投切進行遠(yuǎn)方操作。為了防止系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)保留人工直接跳合閘手段。同期檢測和同期合閘。該功能可以分為手動和自動兩種方式實現(xiàn)?？蛇x擇獨立的同期設(shè)備實現(xiàn)，也可以由微機保護軟件模塊實現(xiàn)。電壓和無功的就地控制，無功和電壓控制一般采用調(diào)整變壓器分接頭，投切電容器組，電抗器組，同步調(diào)相機等方式實現(xiàn)。操作方式可手動可自動，人工操作可就地控制或遠(yuǎn)方控制。  無功控制可由專門的無功控制設(shè)備實現(xiàn)，也可由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)保

27、護裝置測量的電壓，無功和變壓器抽頭信號通過專用軟件實現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理和記錄 歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，它包括上一級調(diào)度中心，變電管理和保護專業(yè)要求的數(shù)據(jù)，主要有：斷路器動作次數(shù)、斷路器切除故障時截斷容量和跳閘操作次數(shù)的累計數(shù)、輸電線路的有功、無功，變壓器的有功、無功、母線電壓定時記錄的最大，最小值及其時間、獨立負(fù)荷有功、無功，每天的峰谷值及其時間、控制操作及修改整定值的記錄根據(jù)需要，該功能可在變電站當(dāng)?shù)厝繉崿F(xiàn)，也可在遠(yuǎn)動操作中心或調(diào)度中心實現(xiàn)。系統(tǒng)的自診斷功能：系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，自診斷信息也象被采集的數(shù)據(jù)一樣周期性地送往后臺機和遠(yuǎn)方調(diào)度中心或操作控制中心。與遠(yuǎn)方控制中

28、心的通信，本功能在常規(guī)遠(yuǎn)動四遙的基礎(chǔ)上增加了遠(yuǎn)方修改整定保護定值、故障錄波與測距信號的遠(yuǎn)傳等，其信息量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動系統(tǒng)。  根據(jù)現(xiàn)場的要求，系統(tǒng)應(yīng)具有通信通道的備用及切換功能，保證通信的可靠性，同時應(yīng)具備同多個調(diào)度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM應(yīng)相互獨立。保護和故障錄波信息可采用獨立的通信與調(diào)度中心連接，通信規(guī)約應(yīng)適應(yīng)調(diào)度中心的要求，符合國標(biāo)及IEC標(biāo)準(zhǔn)。目前從國內(nèi)、外變電站綜合自動化的開展情況而言，大致存在以下幾種結(jié)構(gòu)：分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、分層分布式結(jié)構(gòu)、可擴展性和開放性較高，利于工程的設(shè)計及應(yīng)用、站內(nèi)二次設(shè)備所需的電纜大大減少，節(jié)約投資也

29、簡化了調(diào)試維護。 3.上川220kV變電所初步設(shè)計計算書3.1短路電流計算3.1.1選擇基準(zhǔn)值 基準(zhǔn)電壓 ：Uj1=220kV，Uj2=110kV，Uj3=10kV；基準(zhǔn)容量：Sj=100MVA；基準(zhǔn)電流：I j1=0.5KA，I j2=1.56KA ，I j3=5.5KA。3.1.2系統(tǒng)電抗標(biāo)么值計算 SFSZ9-63000kVA/220kV型變壓器繞組電抗標(biāo)么值為 XT1*=0.1706 XT2*=-0.0039 XT3*=0.1071圖3-1 短路系統(tǒng)標(biāo)么值等效電路圖3.1.3 和點短路計算三相短路電流標(biāo)么值：三相短路電流有名值：×短路沖擊電流：全電流：三相短路容量：3.1.4

30、 點短路電流的計算點短路電流標(biāo)么值：短路電流有名值為： 13.16×=20.53KA 短路沖擊電流：2.55×20.53=52.36KA全電流：三相短路容量：3.2計算各回路最大持續(xù)工作電流三相變壓器回路 220kV： =1.05×6300/（×220)=347.2A母聯(lián)斷路器回路 220kV： =1.05×6300/(×220)=347.2A分段斷路器回路 =1.05×6300 /(×10)=1909.59A饋線回路 220kV： =1.05×6300 /(×220)=104.98A 電纜線

31、= /cos=2000/(×10×0.8)=144.34A表3-2 最大持續(xù)工作電流一覽表回路名稱電壓等級計算公式最大持續(xù)工作電流三相變壓器220kV=1.05=/347.2母聯(lián)斷路器220kV一般為該母線上一組變壓器的持續(xù)工作電流347.2饋線回路220kV= /cos104.983.3高壓斷路器選擇和校驗 按正常運行條件進行選擇，并按各短路點三項短路條件進行校驗。3.3.1主變側(cè)斷路器校驗。 220kV(LW61220/315040） 額定短路關(guān)合電流100KA， 峰值耐受電流100KA， 短時耐受電流40KA/4S 電壓： =220kV =220kV 電流： =347

32、.34A < =3150A 開合電流 =26.21KA < =40KA 動穩(wěn)定： =66.84KA< =100KA熱穩(wěn)定： =(+10/2+ )/12=26.212×4=2747.86=×t=402×4=6400 < 所選 LW6220/315040型斷路器合格3.3.2計算所加電抗器的電抗值：*=1/（0.094+×R*）=8.57×R*=0.0235選用×KK1025004型電抗器動穩(wěn)定電流 128KA短時耐受電流 50KA/4S應(yīng)滿足 *（/I” ）×100電抗器百分電抗值基準(zhǔn)電流（A）、基準(zhǔn)電

33、壓（kV）、電抗器的額定電流、額定電壓.以為基準(zhǔn)的計算值所選用電抗器前的網(wǎng)絡(luò)電抗標(biāo)么值 =（/I”） ×100 =（5.5/47.15-0.094）×2500×10.5/(5500×10) ×100 =0.103 =4 > 0.103 *=/100 ×/×/ = 4/100×10/×2500×100/ =0.0838計算加入電抗器后的短路電流值：3.4隔離開關(guān)的選擇和校驗3.4.1主變側(cè)隔離開關(guān)校驗220kV（GW4220（D）/2000A） 動穩(wěn)定電流 100KA，熱穩(wěn)定電流 40KA/

34、4S 電壓 =220kV =220kV 電流 =347.2A < =2000A 動穩(wěn)定： =66.84KA < =100KA 熱穩(wěn)定： =×t=26.212×4 =2747.86 = =402×4=6400 < 所選隔離開關(guān)GW4220（D）/2000合格3.4.2負(fù)荷側(cè)隔離開關(guān)校驗電壓等級 220kV： GW4220（D）/2000 (kV)220 (kV)126 (A)413.34 (KA)315 (KA)66.89 (KA)100 （）2762.55 （）64003.5母線的選擇和校驗 220kV 主母線選擇：（匯流母線只能按最大持續(xù)工作電

35、流選擇導(dǎo)線截面，軟導(dǎo)線不做動穩(wěn)定校驗）按最大持續(xù)工作電流選擇導(dǎo)線截面S，即 K = 413.34A溫度修正系數(shù) K=0.88導(dǎo)體長期發(fā)熱允許最高溫度；： 導(dǎo)體的額定環(huán)境溫度；導(dǎo)體的實際溫度。在額定環(huán)境溫度時導(dǎo)體的允許電流 /K=413.34/0.88 = 469.70據(jù)此選擇導(dǎo)體的型號為：LGJQ600，其長期允許載流量為1050A；=0.88×1050=924A > =413.34A熱穩(wěn)定校驗 =(+10/2+ )/12 =26.282×4=2762.55正常運行時導(dǎo)體溫度=(+)/=25+（70-25) /=34查表得熱穩(wěn)定系數(shù) =99導(dǎo)體最小截面 =/C=/99

36、 =531<S-(標(biāo))= 600 熱穩(wěn)定校驗合格旁母選擇與主母線相同,主變引線按經(jīng)濟電流密度選擇查表得經(jīng)濟電流密度 =1.15A/導(dǎo)體截面 =/=413.34/1.15 = 359.43據(jù)此選擇導(dǎo)體的型號為：LGJQ600軟母線，其長期允許載流量為1050AK=0.88×1050=924A>=413.34A熱穩(wěn)定校驗同主母線熱穩(wěn)定校驗:熱穩(wěn)定校驗合格。二：主變引線按經(jīng)濟電流密度選擇查表得經(jīng)濟電流密度=0.85A/導(dǎo)體截面=/=1299.08/0.85 = 1528.33據(jù)此選擇型號為：單條100×8矩形鋁導(dǎo)體，平放允許電流為1547A（）= K=0.88

37、5;1547=1361.36A >=1091.22A熱穩(wěn)定校驗、動穩(wěn)定校驗同主母線熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定校驗校驗合格。主變引線按最大持續(xù)工作電流選擇導(dǎo)線截面S，即K=2273.38A溫度修正系數(shù) K= =0.88導(dǎo)體長期發(fā)熱允許最高溫度；導(dǎo)體的額定環(huán)境溫度；導(dǎo)體的實際溫度。在額定環(huán)境溫度時導(dǎo)體的允許電流 /K =2273.38/0.88=2583.39A據(jù)此選擇導(dǎo)體的型號為：雙條100×10矩形鋁導(dǎo)體，平放允許電流為2613A，Ks=1.42（）= K=0.88×2613=2299.44A >=2273.38A熱穩(wěn)定校驗、動穩(wěn)定校驗同主母線熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定校驗，校驗合格2

38、、按經(jīng)濟電流密度選擇查表得經(jīng)濟電流密度=0.85A/導(dǎo)體截面 S=/ =2273.38/0.85 = 2674.56據(jù)此選擇型號為：雙條100×10矩形鋁導(dǎo)體，平放允許電流為2613A（）= K =0.88×2613=2299.44A >=2273.38A熱穩(wěn)定校驗、動穩(wěn)定校驗同主母線熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定校驗校驗合格。3.6電壓互感器的選擇電壓互感器的選擇：220kV電壓互感器，查表選用JCC-220型串級式瓷絕緣電壓互感器，系統(tǒng)最高電壓126kV，額定絕緣水平200/480kV，額定一次，二次電壓比220/0.1/0.1/0.1kV，額定負(fù)載150VA/150VA/100

39、VA，準(zhǔn)確級0.2/0.5/6P。3.7電流互感器的選擇為防止電流互感器套管閃絡(luò)造成母線故障，電流互感器通常布置在斷路器的出線或變壓器側(cè)，即盡可能不在緊靠母線側(cè)裝設(shè)電流互感器。所以，母線上不考慮裝設(shè)電流互感器。主變側(cè)、母聯(lián)兼旁路電流互感器=220kV =347.2A所以初選LCWB6220B型電流互感器額定電流比（2775）（2600）/5熱穩(wěn)定電流=211230KA/1s動穩(wěn)定電流=22.8276KA一次回路電壓=220kV =220 kV一次回路電流=1200A> =347.2A二次回路電流=5A準(zhǔn)確度等級0.2級熱穩(wěn)定校驗=×t=3600=690.64>滿足熱穩(wěn)定要

40、求動穩(wěn)定校驗=276=152KA>=66.89KA滿足動穩(wěn)定要求.所以選擇LCWB6220B型電流互感器。出線電流互感器=220kV =104.98A所以初選LCWB6220B型電流互感器一次回路電壓=220kV=220 kV一次回路電流=1200A>=104.98A熱穩(wěn)定校驗=×t=3600=690.64>滿足熱穩(wěn)定要求動穩(wěn)定校驗=276=152KA>=66.89KA滿足動穩(wěn)定要求.所以選擇LCWB6220B型電流互感器。3.8 變壓器保護整定計算 3.8.1 220kV 變壓器參數(shù) 主變壓器:SFSZ-1-100/100/15MVA,2208×1

41、.25%/115/11kV,YNyn0(d11),Uk1-2=14%, Uk1-3=24%, Uk2-3=9%。主變高壓側(cè)額定電壓 220kV,額定電流為 262.4A,TA 變比 400/800/1 (取 800/1),額定電流二次值:262.4/800=0.328A。主變中壓側(cè)額定電壓 115kV,額定電流為 502.0A,TA 變比 1200/1,額定電流二次值:502.0/1200=0.418A。主變低壓側(cè)額定電壓 11kV,額定電流為 787.3A,TA 變比 1250/1,額定電流二次值:787.3/1250=0.630A。主變高壓側(cè)零序 TA 變比:100/1 (接地過流保護用)

42、,400/800/1 (取 800/1) (零序差動保護用)； 主變中壓側(cè)零序 TA 變比:150/1 (接地過流保護用),1200/1(零序差動保護用) 3.8.2 變壓器保護整定計算系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)變壓器整定計算的特點及整定計算軟件的發(fā)展潮流，變壓器保護整定計算系統(tǒng)設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，各模塊完成相對獨立的功能，易于維護和升級。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖 3-2。軟件的應(yīng)用功能主要有以下四大模塊構(gòu)成：圖3-2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖(1) 管理參數(shù)功能。主要包括變壓器在內(nèi)的各種一次元件的名稱、電氣參數(shù)和其他原始參數(shù)、各系統(tǒng)運行方式下的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息、元件運行狀態(tài)(變壓器投/停狀態(tài)、變壓器中性點接地方式變

43、化)等；TA、TV、變壓器保護裝置等二次元件的型號、生產(chǎn)廠家、安裝位置、運行狀態(tài)、運行定值等。(2) 參數(shù)查詢、編輯和修改功能?？梢园凑赵Q、型號、生產(chǎn)廠家、電壓等級、所屬地理區(qū)域、廠站、元件類型等關(guān)鍵字進行精確查詢和模糊查詢，可以通過對話框?qū)蝹€元件進行參數(shù)編輯和修改，也可以通過參數(shù)表格對多個元件進行參數(shù)編輯和修改。(3) 參數(shù)計算功能?？梢愿鶕?jù)變壓器銘牌參數(shù)計算其電抗參數(shù)，可以根據(jù)線路型號、類型等計算線路阻抗參數(shù)等，可以進行標(biāo)么值和有名值轉(zhuǎn)換。 后備保護的整定計算在全面考慮整定規(guī)程要求的基礎(chǔ)，根據(jù)不同地區(qū)整定原則的差異，提供可選整定原則，并采用整定風(fēng)格和半自動整定工作方式滿足整定原則的

44、靈活性；采用多樣靈活的定值調(diào)整手段，使用戶能夠充分干預(yù)整定全過程，提高了定值的正確性和適應(yīng)性。 3.8.3變壓器整定計算 第I段整定動作電流整定: 為了保證選擇性,過電流保護的動作電流應(yīng)能躲過可能流過變壓器的最大負(fù)荷電流,即式中:可靠系數(shù),取 1.2-1.3； 返回系數(shù),取 0.85-0.95； 最大負(fù)荷電流； 最大負(fù)荷電流 可按以下情況考慮并取其最大者: 因此的： 第II段整定 動作電流整定: 動作電流取大于最大負(fù)荷電流: 其中,最大負(fù)荷電流,取1.4In。動作時間整定: 應(yīng)計算 220kV 線路末端單相或兩相金屬性接地短路時流過變壓器高壓側(cè)的最小零序電流,220kV 側(cè)零序阻抗最小,110

45、kV 側(cè)零序阻抗最大,220kV 側(cè)單回線運行,兩臺變壓器并聯(lián)運行。 經(jīng)校驗,靈敏度滿足要求。 動作時間整定: 應(yīng)大于高壓側(cè)線路零序保護II段的時間,級差 0.5s。 動作電流整定: 由于 110kV 母線沒有任何出線,故按照能使保護在 110kV 母線單相或兩相接地短路時有足夠的靈敏度進行反推來整定。由短路計算得母線單相或兩相接地短路時流過保護安裝處的最小零序電流為0.3097kA,故由靈敏度計算式: 得其中 1.5 動作時間整定:3.5s 根據(jù)上述整定原則和方法,完成了變壓器保護的整定計算。 實際上，變壓器差動保護用來反映變壓器繞組的相間短路故障、中性點接地側(cè)繞組的接地故障以及引出線的相間

46、短路故障等。但是應(yīng)當(dāng)注意，對于變壓器內(nèi)部繞組很少的匝間短路故障，電流變化量不大，差動保護可能反應(yīng)不了。所以一般把差動保護和瓦斯保護(非電量保護)作為變壓器的主保護。其中: 變壓器額定電流； -TA 變比；-可靠系數(shù),取 1.3-1.5； -電流互感器的比誤差,10P 型取 0.03*2,5P 型和 TP 型取 0.01*2； -變壓器調(diào)壓引起的誤差,取調(diào)壓范圍中偏離額定值的最大值(百分值)； -由于電流互感器變比未完全匹配產(chǎn)生的誤差,初設(shè)時取 0.05。得圖3-3 差動保護函數(shù)圖如圖3-3，由于 P633的第一拐點固定為啟動電流的一半,所以并不能采用上述計算方法,而應(yīng)該以躲過空載時(單側(cè)帶電)

47、最大不平衡電流整定,公式如下: 此時由于空載電流較小,下面的系數(shù)與上述國內(nèi)算法的數(shù)據(jù)略有差別。 其中，-可靠系數(shù),取 1.52.0； -電流互感器的比誤差,10P 型取 0.2,5P 型和 TP 型取 0.1； -變壓器調(diào)壓引起的誤差,取調(diào)壓范圍中偏離額定值的最大值(百分值)； -由于電流互感器變比未完全匹配產(chǎn)生的誤差,初設(shè)時取 0.05。在實際應(yīng)用中,起動電流應(yīng)為 0.10.3,比國內(nèi)計算的方法要小。按照上述計算公式,可得當(dāng)變壓器正常運行或者區(qū)外發(fā)生短路故障時，流入差動保護的電流在理想情況下可以為0，現(xiàn)實中考慮到電流互感器的誤差、變壓器的接線方式、有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)整等因素，使得正常運行

48、和區(qū)外適時流入差動保護回路的電流不可能為0，實際上是比較小的不平衡電流，一般差動保護的整定原則就是躲開此不平衡電流。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時，流入差動回路的電流為短路電流的二次值，此電流非常大，能使差動保護可靠動作。因此差動保護對其保護范圍內(nèi)的故障具有絕對的選擇性和動作迅速的優(yōu)點，所以差動保護一直作為大容量變壓器保護的主保護之一。3.8.4整定計算結(jié)果的優(yōu)化 當(dāng)待整定變壓器零序過流保護有多個相鄰保護時，現(xiàn)有整定方法是：與每一個相鄰保護逐段配合，只要靈敏度滿足要求，則不再繼續(xù)配合。具體步驟如下：與每一個相鄰保護逐段進行保護范圍和動作時間上的配合；當(dāng)配合定值滿足靈敏度要求時，則已經(jīng)得到了與該相鄰保護

49、配合的整定值；否則，繼續(xù)與相鄰保護靈敏度較高、動作時間較長的段進行配合；然后與下一個相鄰保護進行配合；從與各個相鄰保護配合的整定值中選取靈敏度最低、動作時間最長的整定值作為保護最終定值，該保護整定計算完畢。從以上論述可知，這種整定方法無法保證最終保護定值為當(dāng)前整定條件下能夠獲得的最優(yōu)保護定值。以保護II段整定計算為例，假設(shè)保護最終動作定值是按與相鄰保護 A 的I段配合得到的，而最終動作時間是按與相鄰保護 B 的II段配合得到的。這種情況下，如果與相鄰保護 A 的II段配合，所得動作時間也不會超過最終動作時間，則繼續(xù)與保護 A 的II段進行配合將可以獲得動作時間相同而靈敏度更高、更優(yōu)的最終保護定值。 針對這一問題，本文提出采用以下最優(yōu)配合段整定的優(yōu)化措施：對每個相鄰保護，確定其最優(yōu)配合段，即與其配合能夠保證保護最終定值具有最大靈敏度和最短動作時間；按照最優(yōu)配合段與各個相鄰保護進行配合，確定保護最終定值。以保護II段整定為例，其實現(xiàn)步驟如下：首先按照現(xiàn)有整定方法確定所有待整定保護的初始II段定值；對每一個待整定保護，確定其與各個相鄰保護的配合段，若某個相鄰保護的配合段為I段且將配合段變更為II段能夠增大保護的靈敏度且不會延長