某用户35kV变电所及其综合自动化系统设计.doc

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1、某用户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主要为无人值班形式，其设计应服从电网调度自动化的总体设计，其配置、功能包括设备的布置应满足电网安全、优质、经济运行以及信息分层传输、资源共享的原则。因此,本次设计我们将以此作为设计指导原则展开设计工作。整个设计过程包括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。我们将从各种相关方案中比较确定出最佳设计方案。其中总降压变电所采用内桥式的接线方式，10kV中性点采用经过小电阻接地，所用电采用接地变压器兼所用变压器的形式。本设计提供一整套可用于指导施工的工程设计图纸。关键词：变电

2、所，综合自动化，微机保护，中性点接地第一章 设计指导思想变电站及配电所在配电网中具有十分重要的地位。它既是变压器侧配电网中的负荷，又是下一级配电网的电源，其自动化程度的高低直接反映了配电自动化的水平。1995年，国家调度中心要求现有35kV110kV变电站在条件具备时逐步实现无人值班变电站，新建变电站可根据调度和管理需要以及规划要求，按无人值班设计。欲实现无人值班变电站，其中变电站的综合自动化程度很重要。变电站自动化系统作为电网调度自动化的一个子系统，应服从电网调度自动化的总体设计，其配置、功能包括设备的布置应满足电网安全、优质、经济运行以及信息分层传输、资源共享的原则。因此本次设计我们将以此

3、作为设计指导原则展开设计工作。按我国的实际情况，目前变电站还不大可能完全实现无人值班，即使是无人值班，也有一个现场维护、调试和应急处理的问题，因此设计时应考虑远方与就地控制操作并存的模式。同样，保护单元亦应具有远方、就地投切和在线修改整定值的功能，以远方为主，就地为铺，并应从设计、制造上保证同一时间只允许其中一种控制方式有效。要积极而慎重地推行保护、测量、控制一体化设计，确保保护功能的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、功率总加等有精度要求的量可接量测电流互感器，供监测用的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

4、器和电压互感器的负载，提高测量精度。同时可取消以前经常采用的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，提高信息的实时性、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。变电站内存在强大的电磁场干扰。从抗电磁干扰角度考虑，在选择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适用。例LSA678，DISA2，DISA3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，因此本次设计的变配电站宜以电缆为通信介质。由上面的设计指导思想可以看到我们这里无人值班变电所的设计应尽量使一些现实问题得以解决

5、，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负荷分级及供电要求根据负荷资料可知：由用户确定主要为一、二级负荷，根据工业与民用配电设计手册一书我们可以很清楚地看到一级负荷应由两个电源供电，这样当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏，以维持继续供电。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源。常用的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的专用馈电线路。同样，我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见故障时不致中断供电或中断后能迅速恢复。2.2供电电源取得 根据所给的资料可知，当地供电部

6、门可提供两个35kV供电电源，分别来自距离用户4km外的220/35kV地区变电所和5.5km外的110/35kV地区变电所。2.3电压选择 从用电容量、用电设备特性、供电距离、供电线路的回路数、当地电网现状等多方面的因素考虑，对于该用户的变电所设计，我们拟订35/10kV降压变电所一座，供电给8个35/10kV车间变电所，这样我们就可以兼顾到一、二级负荷的要求了。采用这中做法还有一个好处就是：使高压电源深入负荷中心，减小配电半径，降低电缆投资，提高供电质量。2.4 35kV变配电所主接线方案确定通过阅读各类相关资料可知，为了降低电能损耗，应选用低损耗节能变压器。在电压偏差不能满足要求时，35

7、kV降压变电所的主变压器应首先采用有载调压变压器。35kV变电所主接线应根据变电所在电力网中的地位、进出线回路数、设备特点及负荷性质等条件确定。并应满足供电可靠、运行灵活、操作检修方便、节约投资和便于扩建等要求。变电所主接线要满足安全、可靠、灵活、经济的基本要求。其中，安全包括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的要求；灵活即用最少的切换来适应各种不同的运行方式，检修时操作简便，另外，还应能适应负荷的发展，便于扩建。；经济尽量做到接线简化、投资省、占地少、运行费用低。在我们这组设计中35kV变电所主接线一般有单母线、单母线分段、双母线接线、单元接线、内桥式、外桥

8、式方式可以考虑其可行性。具体分析如下：单母线优点是简单、清晰、设备少，但可靠性与灵活性不高。（见下图1、2）一般供三级负荷，两路电源进线的单母线可供二级负荷。 由于在该设计中用户不仅有二级负荷而且还有一级负荷，并且这里我们要考虑到无人值班变电所的因素，可靠性和灵活性显得尤为重要，鉴于这些方面的原因，单母线的优点显然不足以使用户满意，也有背于我们设计无人值班变电所的基本思想和初衷，因此我们这里不考虑单母线的方式。单母线分段，母线分段后，可提高供电的可靠性和灵活性。两路电源一用一备时，分段断路器接通运行。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。两路电源同时工作互为备用时，分段断路

9、器则断开运行。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给一级负荷，并且由于采用分段形式，变压器一用一备，较之单母线确实也在一定程度上大大提高了供电的可靠性和灵活性，与我们的设计似乎有些相投，但我们也可以看到母线分段后带来的问题，比如母线分段后，我们需要在母线分段部位采用联络柜，这样就增加了投资经费，而且也会增加选择时的计算，并且还要考虑到和母线之间的匹配问题。因此我们再将其它几种接线方式做一翻讨论，看看有没有那一种接线方式能比单母线分段更出色，既能提高供电的可靠

10、性和灵活性又能使投资建设经费降到最低，使变电所的接线方式尽量在最大程度上满足设计要求。双母线接线方式能保证所有出线的供电可靠性，用于有大量一、二级负荷的大型变配电所。但我们也知道，我们设计的变电所并非大型变配电所，而是中小型变配电所，而且双母线在形式上多了一根母线，这样也增加了投资成本，这也是用户所不愿意看到的。因此，即使双母线能保证可靠性，并且适用于一、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的单母线分段接线，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同的是投资成本并不会随着没

11、有母线的存在而减少，因此我们还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的充分利用，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的能耗和电压损失。（接线方式见图2.4.5）但我们也可以从接线图中看出两者之间的区别：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。而外桥式的操作特点则恰恰与内桥式相反。因此内桥式接线适用于线路较长或不需要经常切换变压器的情况。由本次设计的基本思想可以看到，我们这里所要设计的是无人值班边电所，对于变压器自然不会有多次的切换操作，而且我们这里35k

12、V总降压变电所是由供电部门提供的，因此线路长是在所难免的，加上内桥式接线是无母线制，这样可以省去母线的投资费用，在形式上，它比单母线分段又少了分段部分的联络部分，这样又可以省去联络柜，综合以上多方面的因素，我们认为内桥式接线方式基本综合了前面所述的各种接线方式的优点，满足安全、可靠、灵活、经济的基本要求，因此决定采取内桥式的接线方式。 图2.4：单元接线 图2.5：桥式接线根据前面的概括，我们已经知道35kV变电所的主接线方式采取内桥式，那么在本章中我们将重点讨论35kV变电所一次系统设计的具体过程。2.5变电所结构形式选择 从用户所给出的工程概况我们可以看到，所供给的车间变电所都为动力照明。

13、 变配电所所址选择 根据规范我们可以得出以下结论： 变配电所所址的选择应尽量满足以下条件：. 接近负荷中心或大容量用电设备处，以减小低压供电半径，降低电缆投资，节约电能损耗，提高供电质量；. 进出线方便；. 接近电源侧；. 设备运输方便；. 还应注意防尘、防腐、防火、防爆，防水等。变配电所型式选择：35kV变配电所型式一般分为户内式和户外式两种，从规范里我们可以看出这两种方式的优缺点。户内式运行维护方便，占地面积少。而户外式则节省土建费用，可以设置报警，散热条件好。我们也可以看出户内式的优点几乎就是户外式的缺点，综合着两种方式的优缺点我们这里取一种较为折中的方式即：半户内式，仅主变压器为户外布

14、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利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的土建费用，但是考虑到安全方面的因素我们可以在变压器的周围建设围墙。这样安全、经济、运行维护方便等方面的要求基本都可以兼顾到了。变配电所的布置：根据规范可知，总体的布置应紧凑合理，便于设备的操作、搬运、检修、试验和巡视，还要考虑发展的可能性。从这里我们也可以看出35kV主变压器室应靠近10kV配电室。配电室、控制室、值班室等的地面，宜高出室外地面150300。根据本次设计的特点，我们这里的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的宽度不应小于2

15、00，背面离墙不应小于502.6主变压器选择：电力变压器型式选择是指确定变压器的相数、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、免维护的新产品。 联结组别： 35110/6.310.5kV总降压变压器Y,d11 10/0.4kV配电变压器 Y,yno、D,yn11从用户所给资料可知，由于本次设计的负荷均为一、二级负荷，根据建筑电气设计规范，我们可以取同时系数为K=0.9，COS_=0.9，根据需要系数法计算出该用户总的计算负荷（详细计算经过及结果见附录部分），可以知道SC=23489.977kVA，经过计算补偿电容容量可知，补偿之后的容量SC=24376.

16、17kVA。根据规范我们可以得到下列结论：对两台变压器（一般为等容量，互为备用）满足条件： SNT0.7Sc且SNTSc+ Sc 经过计算我们可以得出变压器的容量为额定容量为SNT=17063.32kVA。为了降低电能损耗，应选用低损耗节能变压器。在电压偏差不能满足要求时，35kV降压变电所的主变压器应首先采用有载调压变压器。由于我们这里设计的是无人值班变电所，因此为便于变电所无人值班管理，同时兼顾到经济性，主变压器选用35kV低损耗双绕组户外自冷型油浸式变压器。根据电网运行情况，为保证供电电压质量，35kV侧采用有载调压开关。主变压器容量根据业主需要在1250020000kVA选用。结合最近

17、的样本以及各方面的因素考虑，我们这里选用型号为SZ9-20000/35，接线组别为Y，d11，电压比为3532.5%/10.5，阻抗电压为UK=8%。结合现实情况考虑我们决定选用江苏常州变压器厂生产的此类产品，这种产品中溶入了东芝技术，变压器质量相对高一些。2.7无功补偿我们也知道，供电部门对一些新建企业一般要求其月平均功率因数达到0.9以上。当企业的自然总功率因数较低，单靠提高用电设备的自然功率因数达不到要求时，应装设必要的无功功率补偿设备，以进一步提高企业的功率因数。无功补偿的方式有很多中，结合实际情况我们这里采用并联电力电容器补偿的方式根据无功管理及供用电规则，我们可以得出，并联电容器装

18、置的容量和分组按就地补偿、便于调整电压及不发生谐振的原则进行配置。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配置，也可以根据实际无功补偿需要配置。补偿装置为户内式成套装置，选用难燃介质的干式银锌复合镀膜电容器，包括放电线圈、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的串联电抗器。为了减小涌流，电容器组宜在10kV母线分段情况下关合。参考各种相关的样本，结合现实情况我们这里选用由江苏宝应开关电器集团生产的GRJ-Z系列的高压电容自动补偿柜。 这种产品的特点是：每路电容器组设二相式电流保护，一次回

19、路设熔断器、氧化锌避管器及电抗器保护电容组。同时设事故灯光、音响。及时进行报警。电容器组的投切采用性能优越的真空接触器。电源侧主控柜采用三相式电流保护及过电压。2.8高压电器的选择：在我们讨论高压电器的选择之前，我们必须知道，选择高压电器的最基本的前提是短路电流计算。在三相交流系统中可能发生的短路故障主要有三相短路、两相短路和单相短路，通常，三相短路电流最大。因此，我们在讨论高压电气的选择之前重点讨论一下三相短路电流计算以及它的目的及意义。短路电流计算应求出最大短路电流值，以确定电气设备容量或额定参数；求出最小短路值，作为选择熔断器、整定继电保护装置和校验电动机起动的依据。一般需要计算下列短路

20、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（第一周期的短路全电流有效值）Ik或I瞬时变短路电流有效值（起始或0s的短路电流周期分量有效值）I0.2短路后0.2s的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。我们这里采用表么值法计算短路电流，35kV系统的短路电流按不大于20kA，具体计算过程及结果见附录计算短路电流部分，这里就不赘述了。下面我们详细讨论电气设备的选择。电气设备的选择，必须满足供电系统正常工作条件下和短路故障条件下工作要求，同时电气设备应工作安全可靠，运

21、行维护方便，投资经济合理。根据规范以及相关书籍可以看出：为了保证高压电器的可靠运行，高压电器应按下列条件选择：（1） 按正常工作条件包括电压、电流、频率、开断电流等选择；（2） 按短路条件包括动稳定、热稳定和持续时间校验；（3） 按环境条件如温度、湿度、海拔、介质状态等选择；下面结合本次设计涉及到的有关电力电气具体叙述： 按正常工作条件选择，就是要考虑电气设备的环境条件和电气要求。环境条件是指电气设备的使用场所、环境温度，海拔高度以及有无防尘、防腐、防火、防爆等要求，据此选择电气设备结构类型。电气要求是指电气设备在电压、电流频率等方面的要求，即所选电气设备的额定电压应不低于所在线路的额定电压、

22、电气设备的额定电流应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流；即对一些开断电流的电器，如熔断器、断路器和负荷开关等，则还有断流能力的要求，即最大开断电流应不小于它可能开断的最大电流。1） 对断路器，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大短路电流。即2） 对负荷开关，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大负荷电流。即3）对熔断器，其最大开断电流应不小于它可能开断的线路最大短路电流。即（对非限流型熔断器）（对限流型熔断器）在本次设计中由于高压部分并未采用熔断器装置，因此我们在高压这部分对熔断器姑且不做讨论，计算部分也忽略。按短路故障条件校验 就是要按最大可能的短路故障时的热稳定性

23、和热稳定性进行校验。 对于一般电器，满足力稳定的条件是： 对于一般电器，满足热稳定的条件是： 对于载流导体，满足热稳定的条件是： 高压断路器的选择与校验：高压断路器的选择与校验，主要是按环境条件选择结构类型，按正常工作条件选择额定电压、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，并同时选择其操动机构和操作电源。 鉴于各方面的考虑，我们这里决定选取由江苏宝开集团有限公司生产的ZN-35/1000A，16kA户内高压真空断路器。这种断路器的优点是免维护，具有结构简单，开断能力强，寿命长，操作功能齐全，无爆炸危险，维修简便的特点，变电所等配电系统的控制或保护，尤其适用于开断重要负荷

24、及频繁操作的场所。电流互感器的选择与校验1. 电压、电流的选择 电流互感器的额定电压应不低于装设地点电路的额定电压；其额定一次电流应不小于电路的计算电流；而其额定二次电流一般为5A。2. 按准确级要求选择 电流互感满足准确级要求的条件，是其二次负荷S2不得大于额定准确级所要求的额定二次负荷S2N，即 S2NS2 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，得出可以选择LDJ-35（Q）系列的产品，这种产品为环氧树脂真空浇注全封闭式结构，供户内50-60Hz额定电压为35kv及以下的电力系统中作电流、电能的测量和继电保护。通过电压、电流及准确级要求的校验可以看出这种电流互感器

25、能够满足设计要求（详细计算过程及其结果见附录部分）。35kV开关柜的选择开关柜是金属封闭开关设备的俗称，是按一定的电路方案将有关电气设备组装在一个封闭的金属外壳内的成套配电装置。就其结构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：各室间是用一个或多个非金属板隔离，如JYN型。这种方式经济性好但安全性不是太理想。箱式：具有金属外壳，但间隔数目少于铠装式或间隔式，如XGN型另外我们也看到根据低压的电器布置形式可以分为手车式和固定式，由于固定式具有结构简单、价格便宜的特点，而手车式具有操作安全、易于检修及维护、更换故障

26、开关容易的优点，权衡这两种布置方式各自的特点我们可以看出在这次的设计中已不能仅仅局限于结构简单、价格便宜的优点，我们这里主要考虑的还应是其安全性和可靠性，当然手车式开关柜的便于检修和维护也是我们这里考虑选用它的主要原因之一。鉴于几个方面的因素，我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的产品，型号为KYN10-40.5。这种类型的开关柜设计了可靠的“五防”闭锁系统，能保证设备的可靠运行和灵活性以及变电所无人值班的要求。第三章 10kV中性点接地设计与所用电设计3.1 10kV中性点接地设计低压配电系统的中性点接地型式通常有两种：中性点接地和中性点不接地两种接地形式，其中

27、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，通常我们将中性点直接接地归为大电流接地系统，而将另外两种接地方式归为小电流接地系统，在我们这里选用小电流接地系统，具体分析如下：根据文献交流电气安装的过电压保护和绝缘配合中规定“310kV钢筋混淋土或金属杆塔的架空线路当单相接地故障电容电流超过10A，3kV10kV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行时，应采用消弧线圈接地方式”。该标准还规定：“6kV35kV主要由电缆线路构成的送、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要求，故障时瞬态电压、瞬态电流

28、对电气设备的影响、对通信的影响和继电保护技术要求以及本地的运行经验等。”通过查阅各类资料可知，在我国城市配电系统中，全电缆出线变电站的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的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，我们可以由前面的叙述看出，本方案中采用的是架空线和电缆线混合线路，那么在这样的情况下我们应该采取什么样的接地方式呢？一般来说确定配电系统中性点的接地方式，应从供电可靠性、内过电压、对通信线的干扰、继电保护以及确保人身安全诸方面综合考虑。下面我们就这几个方面展开讨论。1 供电可靠性单相接地故障可分为永久性故障和非永久

29、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，一般是电缆本体或终端、中间接头击穿；若发生在架空线上，一般为绝缘子碎裂、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）带故障运行，但是小接地电流系统中确定单相接地线路的“自动选线装置”在消弧线圈补偿后往往不准，只能试拉线路确定故障线路，试拉时实际上已对很多用户（往往是数条线路上的用户）短时停电。确定某条线路为接地故障后后仍旧要停电，只是可在停电前转移负荷或通知用户，但也仅限于重要用户。在发生单相接地时，另外两相电压升高，可能会发生其他电缆的另一相接地故障。发生非永

30、久性接地故障，只会在架空线路的裸导线处，一般是雷击时绝缘子对地闪络或刮风时树枝碰线；在中性点经电阻接地时，线路将跳闸。但从各项统计资料显示，发生非永久性接地故障在日常生活中是很少出现的。2 内过电压中性点经电阻接地可降低单相接地工频过电压，而且能迅速切除故障线路，工频电压升高持续时间很短，这对于有累积效应的电缆绝缘有利，也为氧化锌避雷器的安全运行创造了良好条件。弧光接地过电压影响范围大、持续时间长，对设备绝缘有很大的威胁。在中性点不接地或经消弧线圈接地系统中，弧光点燃和熄灭过程中会产生严重的弧光接地电压。其最大可达最高工作相电压峰值的4.76倍中性点经电阻接地后，电弧点燃和熄灭过程中积聚的多余

31、电荷可通过电阻泄漏入地，中性点电位很快衰减，所以重燃产生的过电压幅值明显降低，区庄变在接地电阻为10时弧光接地过电压只有最高工作相电压峰值的1.521.89倍。3 对通信线的干扰配电网接地故障电流以及正常运行时的零序电流，都会对通信线产生影响，具体表现为对通信线的干扰和电磁危险影响。配电线路对通信线路均的杂音干扰与两线路间的距离有关为，目前通信线路我们都采用电缆，这些通信电缆有静电屏蔽层，抗干扰能力强，按规定可不必考虑中性点经电阻接地时配电线路对通信线路的杂音干扰。4 继电保护中性点经消弧线圈接地的配电系统，发生单相接地时继电保护装置只发预告音响，靠试拉线路确定故障线路，在发生2条线路同处2处

32、接地时极易产生错觉，使调度和运行人员难确定线路。对中性点经电阻接地时，应加装零序电流互感器并增加零序电流保护。为保证继电保护的选择性，零序电流速断保护动作电流应躲过被保护线路的单相接地电容电流。5 确保人身安全采用中性点经电阻接地，在发生高压线断线的情况下，可以立即跳闸，避免发生高压触电事故。经过以上的比较，我们可以得出选用中性点经电阻接地的接地方式，查资料可知，采用阻值为10的电阻接地，以将大的阻性电流叠加在故障点上。其优点是：（1） 能快速切除故障，过电压水平低，无谐振过电压，可采用绝缘水平较低的电缆和设备。（2） 减少绝缘老化效应，延长设备使用寿命。（3） 能把异相故障率衰减到最低限度。

33、（4） 为采用简单、有选择性、有足够灵敏度保护提供可能性。3.2所用电设计10kV接地变压器。本变电所10kV均为电缆出线，按每回电缆长1km估算，所用电计算容量为50kVA，接地变压器容量相应选用两台160kVA。接地变压器带二次绕组，作为所用电源，选用DSBC-160/10.5-50/0.4型三相树脂浇注干式铁芯接地变压器（具体设计计算过程详见附录部分）， 接地变压器选择：由于本变电所主变压器接线组别为YN，d11，低压侧无中性点引出，故考虑装设专用接地变压器，将其中性点引出后用来引接10电阻。接地电阻运行系统电压为10kV，接地电阻额定电压为kV。接地变压器兼作所用变压器，可以带一个容量

34、低于额定容量的二次绕组，作为变电所的所用电源。经本变电所所用电负荷统计计算，所用电计算容量为39.1kVA，选择接地变压器的二次绕组容量（连续负荷）SS=50kVA，电压为400/230V。接地变压器的容量应与接地电阻及所用电容量匹配：取所用电=0.8， =0.6 则接地变一次绕组容量计算为根据产品系列选用较接近的接地变压器容量（2h负载）Sj=160kVA。根据用户给定资料，我们可以统计出所用负荷（具体统计内容见附录）接地（所用）变压器应能同时满足接地和所用电两种工况，即2h负载160kVA，连续负载50kVA。为满足接地变压器零序阻抗低，空载阻抗高，损失小的特性要求，采用曲折形接法的接地变

35、压器，接线组别为ZN，yn0。第四章 微机保护及综合自动化系统设计根据各方面的考证，我们先拟订这里的二次系统设计基本情况如下：电气二次设备室内布置主变压器保护柜、交流柜、直流柜、通信机柜、通信电源及汇控柜等。二次回路监控、保护、测量均采用DC220V和AC100V/5A。35kV侧不设电压互感器，35kV桥断路器备自投电压取自10kV母线。10kV系统应无电源线。各元件就地测量表计均采用测控或保护装置所带显示功能，不再另设表计。其中电能计量仅为内部考核使用，计费专用电能计量应另行设计安装。35kV 和10kV断路器与隔离开关之间防误操作利用开关柜本身的机械五防闭锁装置，故不再另设闭锁措施。4.

36、1变电所操作电源的选择变配电所的操作电源是供高压断路器控制回路、继电保护回路、信号回路、监测装置及自动化装置等二次回路所需的工作电源。操作电源对变配电所的安全可靠运行起着极为重要的作用，正常运行时应能保证断路器的合闸和跳闸；事故状态下，在母线电压降低甚至消失时，应能保证继电保护系统可靠地工作，所以要求充分可靠，容量足够并具有独立性。操作电源按其性质分，有直流操作电源和交流操作电源两大类。 直流操作电源目前在较重要的中、大型变配电所选用的直流操作电源大多为带免维护铅酸蓄电池或镉镍电池组储能的硅整流电源或高频开关电源成套装置。由于蓄电池组本身是独立的化学能源，因而具有较高的可靠性。交流操作电源小型

37、10kV配变电所一般采用弹簧操动机构，且继电保护也较简单，则可以选用交流操作电源，可以从所用变压器或电压互感器取得220V电压源，从电流互感器取得电流源。在本次毕业设计中，由于高压部分是35kV配变电所设计，而且考虑到我们这里是为无人值班变电所设计服务，这样即考虑到安全以及便于微机监控和供电以及维修的方便，有考虑到无人值班时的可靠性，我们这里采用直流操作电源，根据样本参考拟订选用由江苏无锡斯达电器公司无锡市斯达自控设备厂生产的微机型高频开关直流电源柜：GZDW-5型的产品，由于这种直流电源系统适用于10-500kV变电站和中小型发电厂，可作为高压开关、继电保护、自动装置、事故照明等的操作电源和

38、控制电源，是替代传统的相控电源的理想产品。同时采用大屏幕中文汉字显示，突出了对电池的智能化管理，可以检测单个电池电压、内阻，自动职能充电转换、自动活化放电，具备远方通讯功能，可实现四遥，以满足变电所综合自动化的要求。具体设计如下：变电所操作电源采用直流电压220V。设两组蓄电池，一组充电装置。直流系统为单母线接线。蓄电池选用阀控式密闭铅酸蓄电池：50Ah、12V、18只。直流柜留有远方监控接口，可在远方对直流系统实施实时监控(具体计算见附录)。4.2变电所综合自动化系统设计变电所的综合自动化系统是将变电所的继电保护装置、控制装置、测量装置、信号装置综合为一体，以全微机化的新型二次设备替代机电式

39、的二次设备，用不同的模块化软件实现机电式二次设备的功能，用计算机局部网络通信替代大量信号电缆的连接，通过人机接口设备，实现变电所的综合自动化管理、监视、控制及打印记录等所有功能。 与常规变配电所的二次系统相比，变配电所综合自动化系统具有下列优点：（1） 功能综合化 （2） 操作监视屏幕化（3） 结构微机化（4） 运行管理智能化在本次设计中变电所综合自动化的监测和保护装置采用分布式的微机远动终端，具有遥测、遥信、遥控、遥调等功能，安装在各个间隔单元内。所有信息经微机汇控单元，发送至控制端以实现远方控制端对本变电所的远方监控，所内不设当地微机操作界面，留有当地监控接口。具体“四遥”内容如下：一、

40、遥控量（1） 主变压器35kV侧三相电流。（2） 主变压器10kV侧电量。（3） 主变压器10kV侧有功功率，（4） 主变压器上层油温。（5） 35kV桥一相电流。（6） 10kV母线电压。（7） 10kV分段一相电流。（8） 10kV出线一相电流。（9） 10kV出线有功电量。（10） 10kV电容器三相电流。（11） 10kV电容器无功功率。（12） 交流所用电压。（13） 直流系统电压。二、 遥信量（1） 主变压器35kV隔离开关位置。（2） 主变压器10kV侧断路器、隔离开关器位置。(3) 主变压器有载分接开关位置。(4) 主变压器及有载分接开关瓦斯动作信号。(5) 主变压器差动保护动

41、作信号。(6) 主变压器后备保护动作信号。(7) 主变压器10kV侧断路器弹簧未储能。(8) 主变压器超温信号。(9) 主变压器油位信号。(10) 35kV线路及桥断路器、隔离开关位置。(11) 35kV线路及桥断路器弹簧未储能。(12) 35kV桥保护动作。(13) 35kV桥路备自投动作信号。(14) 10kV分段备自投动作信号。(15) 10kV线路及分段断路器、隔离开关位置。(16) 10kV线路保护动作信号。(17) 10kV分段保护动作信号。(18) 10kV线路重合闸动作。(19) 10kV线路及分段断路器弹簧未储能。(20) 10kV电容器断路器、隔离开关位置。(21) 10k

42、V电容器保护动作信号。(22) 10kV电容器断路器弹簧未储能。(23) 35kV控制回路断线。(24) 10kV控制回路断线。(25) 10kV交流电压回路断线。(26) 10kV系统接地选线信号。(27) 直流接地信号。(28) 直流电压异常。(29) 充电装置故障。(30) 通信电源故障信号。(31) 所用电失电信号。(32) 全所事故总信号。三、 遥调量主变压器有载分接开关调整。四、 遥控量所有35kV及10kV断路器的分、合。4.3变电所微机保护设计在我们这里说到微机保护必须提到目前一种先进的自动控制系统即SCADA系统，该系统的中文即为配电网监视控制和数据采集系统，我们可以看到配电

43、网SCADA系统包括进线监视，10kV变电所自动化（SA），馈线自动化（FA），变压器巡检与无功补偿 。其中进线监视是指对配电网进线变电站的开关位置，母线电压，线路电流，有功和无功功率以及电量的监视。馈线自动化（FA）是指在正常情况下，远方实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和馈线电压、电流的情况，而且能完成线路开关的远方合闸和分闸操作，在发生故障时获取故障记录，并自动判别和隔离馈线故障区段以及恢复对非故障区域供电。变压器巡检是指对配电网中变压器、箱式变的参数远方监视。无功补偿是指对补偿电容器的自动投切和远方投切等。 从各种资料我们可以看出利用计算机系统（微处理器）采集和处理来自电力系统运行过

44、程中的数据，并通过数值计算迅速而准确判断系统中发生故障的范围，经过严密逻辑过程后有选择性地执行跳闸等命令。这种基于计算机系统的继电保护装置，就是微机保护。微机保护具有以下优点：（1）有极强的综合分析与判断能力，自动识别，排除干扰，可靠性高。 （2）微机保护的特性主要是由软件决定的，具有较大的灵活性，保护性能的选择和调试方便。 （3）具有较完善的通信功能，便于构成综合自动化系统，提高系统运行的自动化水平。 我们这里由于是35kV总降压变电所设计，而且涉及到的都为一、二级负荷，因此为安全性考虑起见，我们这里需要增设备用电源自动投切装置（以下简称备自投）在要求供电可靠性较高的变配电所中，通常设有两路

45、及以上的电源进线。如果装设备用电源自动投入装置（APD），则当工作电源线路突然断电时，在APD作用下，自动将工作电源断开，将备用电源投入运行，从而大大提高供电可靠性，保证对用户的不间断供电。 对备用电源自动投入装置的基本要求（1）不论什么原因失去工作电源，APD都能迅速起动并投入备用电源；（2）必须在工作电源确已断开、而备用电源电压也正常时，才允许投入备用电源；（3）APD应只动作一次，以免将备用电源重复投入永久性故障回路中；（4）当电压互感器二次回路断线时，APD不应误动作。在变电所综合自动化设计中，微机保护自然要作为重点讨论，在我们这里微机保护的保护内容重点又表现为变压器的微机保护，可以总

46、结为以下几点：变压器差动保护、后备保护、瓦斯保护、过电流保护、温度保护、备自投保护，弹簧未储能、断路器分合闸等等。变压器瓦斯保护：根据规定，容量在320kVA以上的变压器都装设瓦斯保护。在本次设计中35kV变电所用2台20000kVA油浸式变压器，重瓦斯、轻瓦斯保护都必须具备。但瓦斯保护只能反映变压器内部的故障，包括漏油、漏气、油内有气、匝间故障、绕组相间保护等。而对变压器外部端子的故障无法反映，因此除设瓦斯保护外，还需要设置过电流、速断保护和差动保护。变压器过电流保护和电流速断保护：降压变电所的变压器一般设置过电流保护，因为过电流保护的动作时间超过0.5s，为了使故障变压器迅速的从系统中切除

47、，还需增设电流速断保护。由于保护装置设置在电源侧，因而即能反映外部故障，也可以作为变压器的内部故障的后备保护。变压器的过负荷保护：35kV变电所采用两台变压器分列运行，在工作中可能过负荷，所以要装设过负荷保护。由于过负荷电流在大多数情况下是三相对称的，因此过负荷保护只要采用一个电流继电器装于一相电流中，保护装置作用于信号。变压器差动保护：变压器的过电流保护、电流速断保护、瓦斯保护各有优缺点，因此我们认为在本次设计的过程中，我们有必要为变压器设置差动保护。具体地说，变压器差动保护是反映被保护元件两侧电流的差额而动作的保护装置。差动保护的原理是将变压器两侧的电流互感器同级相连，取两侧电流互感器二次电流之差，即不平衡电流。在变压器正常工作和保护范围内，不平衡电