企业35kv10kv变电站监控系统设计说明书毕业设计.doc

兰州理工大学毕业设计（论文）企业35kv10kv变电站监控系统设计说明书摘 要 变电所计算机监控系统是采用面向对象的设计思想，并依托计算机技术、网络通信技术、现代控制技术及图形显示技术等将变电所集控制、测量及现代综合管理等功能集为一体的综合自动化系统。 与常规的监控系统相比，运行人员通过主控室的人机接口装置便可实现对整个变电所运行数据的监控与记录，并将有关信息通过远动设备向各级调度中心传送，运行可靠性大大提高，综合效益显著。本论文针现场实际存在的问题和当前变电站监控系统的发展趋势及变电所监控的特殊工艺，提出了分层监控的计算机解决方案。使用的是组态软件组态王，论文介绍了组态软件的基本特点及一些使用要求。讲述了设计监控界面的详细步骤及制作中的注意事项，对控制系统的硬件配置也进行了选择和设计。关键词：组态王； 监控系统； 变电所综合自动化ABSTRACTSubstations computer supervision system is ecological design of object oriented and relies on computer technique, network communication technique, modern control technique, graphic display technique, which gathers control, measure and modern comprehensive manage into one comprehensive automation. Compares with the conventional supervisory system, operator can make monitoring and noting of the whole substation by human-computer interface device of main monitoring house, and transmit relative information to all levels attempering center, running dependability improves greatly and comprehensive benefit is marked. The present paper needle scene actual existence question and the current transformer substation supervisory system development tendency and the transformer substation monitoring special craft, proposed the lamination monitoring computer solution in the configuration software design monitoring contact surface manufacture detailed step and the manufacture matters needing attention, have also carried on the choice and the design to the control system hardware disposition.Key words: Configuration software ; Supervisory system; Transformer- substation synthesis automation 目 录 第1章 设计说明1 1.1 设计的技术背景和设计依据1 1.2 设计任务1 1.3 变电站综合自动化系统的发展历史1第2章 电气主接线的设计3 2.1 电气主接线概述3 2.2 35KV侧主接线的设计3 2.3 10KV侧主接线的设计3 2.4 主接线方案的比较选择4 2.5 主接线中的设备配置5第3章 主变压器的选择7 3.1负荷分析7 3.2 主变压器台数的确定8 3.3 主变压器相数的确定8 3.4 主变压器容量的确定8第4章 短路电流的计算10 4.1 短路电流计算的目的及规定10 4.2 短路电流的计算结果10第5章 主要电气设备的选择15 5.1 电气设备选择概述15 5.2 高压断路器及隔离开关的选择16 5.3 母线的选择18 5.4 绝缘子和穿墙套管的选择22第6章 继电保护知识简介24 6.1 变电站继电保护的发展24 6.2 继电保护装置的基本要求24 6.3 继电保护整定24 6.4本系统故障分析25 6.5线路继电保护装置25 6.6主变继电保护装置25 6.7本设计继电保护原理概述26第 7章 主变压器继电保护整定计算27 7.1 概述27 7.2 瓦斯保护27 7.3 差动保护28 7.4 过电流保护28第8章 线路继电保护整定计算34 8.1 概述 34 8.2 线路继电保护原理35 8.3 35kv线路保护整定计算35 8.4 10kv线路保护整定计算38第9章 变电站综合自动化简介40 9.1 发展变电站综合自动化的意义40 9.2 变电站综合自动化的发展过程41第10章 变电站综合自动化的概述43 10.1 变电站综合自动化的基本原理43 10.2 变电站综合自动化系统的结构形式44第11章 变电站监控系统的总体设计原则46 11.1 变电站总体布局和监控要求46 11.2 变电站监控系统额定组态软件47第12章 变电站综合自动化系统的设计实现50 12.1 监控界面功能50 12.2 监控功能的实现52参考文献53外文翻译和译文54致谢75附录77结束语79IV Qk，tk=tin+ta，校验电气设备及电缆（36KV厂用馈线电缆除外）热稳定时，短路持续时间一般采用后备保护动作时间加断路器全分闸时间。 动稳定校验：iesish，用熔断器保护的电气设备和载流导体，可不校验热稳定；电缆不校验动稳定；（3） 短路校验时短路电流的计算条件：所用短路电流其容量应按具体工程的设计规划容量计算，并应考虑电力系统的远景发展规划；计算电路应按可能发生最大短路电流的正常接线方式，而不应按仅在切换过程中可能并列的接线方式；短路的种类一般按三相短路校验；对于发电机出口的两相短路或中性点直接接地系统、自耦变压器等回路中的单相、两相接地短路较三相短路更严重时，应按严重情况校验。5.2 高压断路器及隔离开关的选择5.2.1 35KV电压等级的断路器及隔离开关的选择（1） 出线侧断路器、母联断路器的选择流过断路器的最大持续工作电流：额定电压选择：额定电流的选择：开断电流选择: (点短路电流)选用SW3-35型断路器，其技术参数如下表2-3所示：表2-3 型断路器的技术参数断路器型号额定电压KV额定电流A最高工作电压KV额定断流容量KA极限通过电流KA热稳定电流KA固有分闸时间S峰值4S35200040.56.6176.60.06热稳定效验：电弧持续时间取0.04s，热稳定时间为：因此需要计入短路电流的非周期分量，查表得非周期分量的等效时间T=0.05S，所以，满足热稳定效验。动稳定效验：满足动稳定效验。因此所选断路器合适。（2） 主变压器侧短路器的选择额定电压选择：额定电流的选择：开断电流选择： (点短路电流)由上表可知，同样满足主变压器侧断路器的选择。其动稳定，热稳定计算与母联相同。满足动稳定和热稳定要求，因此所选隔离开关合适。5.2.2 10KV电压等级的断路器及隔离开关的选择（1） 出线侧断路器、母联断路器的选择流过断路器的最大持续工作电流：额定电压选择：额定电流的选择：开断电流选择： (点短路电流)选用型断路器，其技术参数如下表2-5所示：表2-5 型断路器的技术参数断路器型号额定电压KV额定电流A最高工作电压KV额定断流容量KA极限通过电流KA热稳定电流KA固有分闸时间S峰值1S101250050028.97143.20.06热稳定效验：电弧持续时间取0.04s，热稳定时间为：因此需要计入短路电流的非周期分量，查表得非周期分量的等效时间T=0.05S，所以，满足热稳定效验。动稳定效验：满足动稳定效验。因此所选断路器合适。（2） 主变压器侧断路器的选择额定电压选择：额定电流的选择开断电流选择： (d3点短路电流)由上表可知，同样满足主变压器侧断路器的选择。其动稳定，热稳定计算与母联相同。5.3 母线的选择5.3.1 35KV母线选择（1） 按经济电流密度选择导体截面 选用LGJ-70铝绞线，满足长期发热条件的要求（2）热稳定效验用插值法得：查表可知：所选截面，能满足热稳定要求。（3）共振效验取3.56，L=1.2m，则当固有频率在30160HZ以外时，有1或p1，在此情况下，可不考虑共振的影响，取=1（4） 动稳定效验相间电动力的数值为：相间应力的数值为：根据，可以查得形状系数条间电动力为：最大允许衬垫跨距：铝双条导体的取1003，则衬垫临界跨距为：由于和均大于1.2m，因此不需装设衬垫。可以满足动稳定要求所选母线符合要求5.3.2 10KV母线选择（1） 按经济电流密度选择导体截面查槽形铝导体长期允许载流量表，选用的槽形铝导体，平放。（2） 热稳定效验用插值法得：查表可知：所选截面，能满足热稳定要求。（3） 共振效验导体一阶固有频率当固有频率在30160HZ以外时，有1或p1，在此情况下，可不考虑共振的影响，取=1（4） 动稳定效验相间电动力的数值为：相间应力的数值为：对于双槽型导体，计算相间和条间电动力时，均取条间电动力为：最大允许衬垫跨距：铝双条导体的取1003，则衬垫临界跨距为：由于和均大于1.2m，因此不需装设衬垫。条间计算应力：所以 可以满足动稳定要求所选母线符合要求5.4 绝缘子和穿墙套管的选择5.4.1 35KV母线的绝缘子的选择初选 型支柱式绝缘子，机械负载为,在跨距为1.2m时有受到机械荷载为：满足动稳定性要求所选母线符合要求5.4.2 10KV母线的绝缘子的选择初选 型支柱式绝缘子，机械负载为,在跨距为1.2m时有受到机械荷载为：满足动稳定性要求所选母线符合要求5.4.3 10KV母线的穿墙套管的选择初选型穿墙套管，机械负载为,5S时的热稳定电流为75KA。热稳定效验：满足热稳定要求在跨距为1.2m时有受到机械荷载为：满足动稳定性要求所选母线符合要求 第6章 继电保护的设计基础 6.1 变电站继电保护的发展 变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线的拟定直接关系着全厂（所）电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和自动装置的确定，是变电站电气部分投资大小的决定性因素。继电保护发展现状，电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力，因此，继电保护技术得天独厚，在40余年的时间里完成了发展的4个历史阶段。随着电力系统的高速发展和计算机技术、通信技术的进步，继电保护技术面临着进一步发展的趋势。国内外继电保护技术发展的趋势为：计算机化，网络化，保护、控制、测量、数据通信一体化和人工智能化。继电保护的未来发展，继电保护技术未来趋势是向计算机化，网络化，智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。微机保护技术的发展趋势： 高速数据处理芯片的应用 微机保护的网络化 保护、控制、测量、信号、数据通信一体化 继电保护的智能化。6.2 继电保护装置的基本要求 继电保护及自动装置属于二次部分，它对电力系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。对继电保护装置的基本要求有四点：即选择性、灵敏性、速动性和可靠性。6.3 继电保护整定 继电保护整定的基本任务就是要对各种继电保护给出整定值，而对电力系统中的全部继电保护来说，则需要编出一个整定方案。整定方案通常可按电力系统的电压等级或者设备来编制，并且还可按继电保护的功能划分小方案分别进行。例如：35kV变电站继电保护可分为：相间短路的电压、电流保护，单相接地零序电流保护，短线路纵联差动保护等。整定计算一般包括动作值的整定、灵敏度的校验和动作时限的整定三部分。并且分为： 无时限电流速断保护的整定。 动作时限的整定。 带时限电流速断保护的整定。6.4本系统故障分析 设计35/10kV系统为双电源35kV内桥接线，10kV侧单母线分段接线，所接负荷属一二类负荷居多。1) 本设计中的电力系统具有非直接接地的架空线路及中性点不接地的电力变压器等主要设备。就线路来讲，其主要故障为单相接地、两相接地和三相接地。2) 电力变压器的故障，分为外部故障和内部故障两类。 变压器的外部故障常见的是高低压套管及引线故障，它可能引起变压器出线端的相间短路或引出线碰接外壳。 变压器的内部故障有相间短路、绕组的匝间短路和绝缘损坏。3) 变压器的不正常运行过负荷、由于外部短路引起的过电流、油温上升及油位过低。6.5 线路继电保护装置 根据线路的故障类型，设置相应的继电保护装置如下：1) 10kV负荷侧单回出线保护，采用两段式电流保护，即电流速断保护和过电流保护。其中电流速断保护为主保护，不带时限，0s跳闸。2) 35kV 线路的保护，采用三段式电流保护，即电流速断保护、带时限电流保护与过电流保护。其中电流速断保护为主保护，不带时限，0s跳闸。6.6主变压器继电保护装置 变压器为变电所的核心设备，根据其故障和不正常运行的情况，从反应各种不同故障的可靠、快速、灵敏及提高系统的安全性出发，设置相应的主保护、异常运行保护和必要的辅助保护如下：1) 主保护：瓦斯保护（以防御变压器内部故障和油面降低）、纵联差动保护（以防御变压器绕组、套管和引出线的相间短路）。2) 后备保护：过电流保护（以反应变压器外部相间故障）、过负荷保护（反应由于过负荷而引起的过电流）。3) 异常运行保护和必要的辅助保护：温度保护（以检测变压器的油温，防止变压器油劣化加速）和冷却风机自启动（用变压器一相电流的70%来启动冷却风机，防止变压器油温过高）。6.7本设计继电保护原理概述 1) 10kV线路电流速断保护：是根据短路时通过保护装置的电流来选择动作电流的，以动作电流的大小来控制保护装置的保护范围；有无时限电流速断和延时电流速断，采用二相二电流继电器的不完全星形接线方式，本设计选用无时限电流速断保护。2) 10kV线路过电流保护:是利用短路时的电流比正常运行时大的特征来鉴别线路发生了短路故障，其动作的选择性由过电流保护装置的动作具有适当的延时来保证，有定时限过电流保护和反时限过电流保护；本设计与电流速断保护装置共用两组电流互感器，采用二相二继电器的不完全星形接线方式，选用定时限过电流保护，作为电流速断保护的后备保护，来切除电流速断保护范围以外的故障，其保护范围为本线路全部和下段线路的一部分。3) 变压器瓦斯保护：是利用安装在变压器油箱与油枕间的瓦斯继电器来判别变压器内部故障；当变压器内部发生故障时，电弧使油及绝缘物分解产生气体。故障轻微时，油箱内气体缓慢的产生，气体上升聚集在继电器里，使油面下降，继电器动作，接点闭合，这时让其作用于信号，称为轻瓦斯保护；故障严重时，油箱内产生大量的气体，在该气体作用下形成强烈的油流，冲击继电器，使继电器动作，接点闭合，这时作用于跳闸并发信，称为重瓦斯保护。4) 变压器纵联差动保护：是按照循环电流的原理构成。在变压器两侧都装设电流互感器，其二次绕组按环流原则串联，差动继电器并接在回路壁中，在正常运行和外部短路时，二次电流在臂中环流，使差动保护在正常运行和外部短路时不动作，由电流互感器流入继电器的电流应大小相等，相位相反，使得流过继电器的电流为零；在变压器内部发生相间短路时，从电流互感器流入继电器的电流大小不等，相位相同，使继电器内有电流流过。但实际上由于变压器的励磁涌流、接线方式及电流互感器误差等因素的影响，继电器中存在不平衡电流，变压器差动保护需解决这些问题，方法有：靠整定值躲过不平衡电流采用比例制动差动保护。采用二次谐波制动。采用间歇角原理。采用速饱和变流器。本设计采用较经济的BCH-2型带有速饱和变流器的继电器，以提高保护装置的励磁涌流的能力。第7章 主变继电保护整定计算及继电器选择7.1概述按GB5006292电力装置的继电保护和自动装置设计规范规定：对电力变压器的下列故障及异常运行方式，应装设相应的保护装置：绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路；绕组的匝间短路；外部相间短路引过的过电流；中性点直接接地电力网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压；过负荷；油面降低；变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障。对于高压侧为35kV及以上的总降压变电所主变压器来说，也应装设过电流保护、电流速断保护和瓦斯保护；在有可能过负荷时，也需装设过负荷保护。在本设计中，根据要求需装设过电流保护、电流速断保护、过负荷保护和瓦斯保护。主保护和后备保护：35kV供电系统中的电气设备和线路应装设短路故障保护。短路故障保护应有主保护、后备保护，必要时可增设辅助保护。 当在系统中的同一地点或不同地点装有两套保护时，其中有一套动作比较快，而另一套动作比较慢，动作比较快的就称为主保护；而动作比较慢的就称为后备保护。即：为满足系统稳定和设备的要求，能以最快速度有选择地切除被保护设备和线路故障的保护，就称为主保护；当主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护，就称为后备保护。 后备保护不应理解为次要保护，它同样是重要的。后备保护不仅可以起到当主保护应该动作而未动作时的后备，还可以起到当主保护虽已动作但最终未能达到切除故障部分的作用。除此之外，它还有另外的意义。为了使快速动作的主保护实现选择性，从而就造成了主保护不能保护线路的全长,而只能保护线路的一部分。也就是说，出现了保护的死区。这一死区就必须利用后备保护来弥补不可。近后备和远后备： 当主保护或断路器拒动时，由相临设备或线路的保护来实现的后备称为远后备保护；由本级电气设备或线路的另一套保护实现后备的保护，就叫近后备保护； 辅助保护： 为补充主保护和后备保护的性能或当主保护和后备保护退出运行而增设的简单保护，称为辅助保护。7.2瓦斯保护 作用：用来反映变压器内部故障和油面降低，它反应于油箱内部故障所产生的气体或油箱漏油而动作，其中重瓦斯保护动作于跳开变压器各电源侧断路器，轻瓦斯保护动作于信号。 轻瓦斯保护的动作于信号的轻瓦斯部分，通常按产生气体的容积整定：对于容量为10MVA以上的变压器，整定容积为250300cm2 。瓦斯保护动作于跳闸的重瓦斯部分，通常按气体继电器的油流速度整定。（油流速度与变压器的容量、接气体继电器导管的直径、变压器冷却方式、气体继电器形式有关）。轻瓦斯保护的动作值按气体容积为250300cm2整定，本设计采用280 cm2。重瓦斯保护的动作值按导油管的油流速度为0.61.5cm2整定，本设计采用0.9 cm2。瓦斯继电器选用FJ3-80型。瓦斯保护的接线原理图如下：图7.1瓦斯保护的接线原理图7.3差动保护：（主保护） 作用：用来反映变压器绕组和引出线上的相间短路、中性点直接接地系统中系统侧绕组和引出线的单相接地短路以及绕组匝间短路、容量在10000kVA及以上的变压器应装设纵差动保护。变压器差动保护动作电流应满足以下三个条件1) 应躲过变压器差动保护区外出现的最大短路不平衡电流2) 应躲过变压器的励磁涌流3) 在电流互感器二次回路端线且变压器处于最大负荷时，差动保护不应动作结合设计要求和实际条件只对其做纵差动保护的整定，所选继电器型号为BCH2型差动继电器。计算变压器各侧的一次及二次电流值（在额定容量下）并选择电流互感器的变比，可按下表计算。由于35 kV侧二次电流大，因此以35kV侧为基本侧。7.3.1 计算Ie及电流互感器变比 S =4000kVA U1e = 35kV U2e=10 kV表7.1 变压器