35KV变电站微机综保系统设计毕业设计.doc

河北联合大学轻工学院QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY毕业设计说明书设计（论文）题目：35KV变电站微机综保系统设计学生姓名： 学 号：200915390514专业班级：09q电气5班 学 部：信息科学与技术部指导教师： 2013年03月17日摘 要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。微机综保又称微机综合保护装置是用于测量、控制、保护、通讯一体化的一种经济型保护；它采用了国际先进的DSP和表面贴装技术及灵活的现场总线（CAN）技术，满足变电站不同电压等级的要求，实现了变电站的协调化、数字式及智能化。本次设计为35KV变电站微机综保系统初步设计，首先，根据35kv变电站基础数据进行电力负荷计算，其次按照经济可靠、运行灵活的要求完成主接线的设计，对电气设备变压器、隔离开关、高压断路器等的选型，然后对综保设备进行选型，最后完成综保系统功能的确定和接线原理设计。关键词 电力系统；变电站；变压器；微机综保AbstractTransformer substation is an important component of the system, it will directly affect the power system security and economic operation of power plants are linked and users of intermediate links, transformation and distribution of power plays a role. Microcomputer comprehensive security,also known as computer integrated protection device is used for measurement,control,protection,communications integration, an economical protection. It adopts the international advanced DSP and surface mount technology and flexible CAN technology to meet the requirements of different voltage levels electricity substation, transformer substation achieve harmonization , digital and intelligent.The design of preliminary design is the microcomputer comprehensive security about 35KV transformer substation. First, date the electrical load calculations according to 35kv transformer substation.Second, according to the economic and reliable operation of flexible wiring required to complete the design of the main, Selection of electrical equipment transformers, Isolation switch, high voltage circuit breakers and microcomputer comprehensive security. Finalized comprehensive security system functions to identify and wiring schematic design.Keywords power systems; transformer substation; transformer; microcomputer comprehensive security 目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 我国变电站及微机综保发展概述11.1.1 我国电力及变电站发展近况11.1.2 我国微机综保发展状况11.2 变电站情况简介11.3本次设计的目的和意义2第2章 电力负荷的计算32.1负荷计算的必要性32.2 负荷计算方法32.3 短路电流的计算92.4 功率因数的补偿13第3章 主接线的设计153.1 主接线设计要求153.2 主接线设计的种类和特点153.2 变电站主接线设计19第4章 电气设备的选型214.1 变压器的选型214.1.1 变压器台数的选择214.1.2 变压器容量的选择214.1.3 方案选择224.2 隔离开关的选型234.3 高压断路器的选型244.4 电流互感器的选型254.5 电压互感器的选型264.5 高压断路器的选型26第5章 微机综保的选型275.1 变电站技术要求275.1.1 主题内容275.1.2 适用范围275.1.3 技术要求275.2 微机综保的总体设计295.2.1 综保系统结构与配置305.2.2 综保系统技术设计方案315.3 微机综保的选型375.3.1 ASL-511/512装置概述375.3.2 ASL-511/512技术数据39第6章 微机综保系统功能416.1 主要功能数据416.2 主要结构426.3 操作说明42结 论49参考文献50谢 辞51附 录52第1章 绪论1.1 我国变电站及微机综保发展概述1.1.1 我国电力及变电站发展近况电力是国民经济发展的动力,国民经济的持续、快速、稳定发展需要有足够的电力能源作保障。进入新世纪以来,我国经济进入新的高速增长时期,电力工业的发展面临着空前的机遇。随着电力体制改革的不断深化和多元投资主体的形成，从今年到2012年，每年投产装机容量都将达到5000万千瓦左右。继今年全国发电装机容量突破4亿千瓦和水电装机容量1亿千瓦之后，电力工业将很快实现新的跨越，预计到2015年全国发电装机将达到6.5亿千瓦，到2020年达到9.5亿到10亿千瓦。因而，越来越多变电站的新建及运行就迫在眉睫。变电站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。变电站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。1.1.2 我国微机综保发展状况微机综保又称微机综合保护装置是用于测量、控制、保护、通讯一体化的一种经济型保护；针对配网终端高压配电室量身定做，以三段式无方向电流保护为核心，配备电网参数的监视及采集功能，可省掉传统的电流表、电压表、功率表、频率表、电度表等，并可通过通讯口将测量数据及保护信息远传上位机，方便实现配网自动化；装置根据配网供电的特性在装置内集成了备用电源自投功能，可灵活实现进线备投及母分备投功能。微机综保与测控装置采用了国际先进的DSP和表面贴装技术及灵活的现场总线（CAN）技术，满足变电站不同电压等级的要求，实现了变电站的协调化、数字式及智能化。此系列产品可完成变电站的保护、测量、控制、调节、信号、故障录波、电度采集、小电流接地选线、低周减载等功能，使产品的技术要求、功能、内部接线更加规范化。产品采用分布式保护测控装置，可集中组屏或分散安装，也可根据用户需要任意改变配置，以满足不同方案要求。1.2 变电站情况简介随着国民经济的持续发展，能源是国家前进的灵魂与动力，其中电能又是企业与人们生活中不可或缺的一种能源，经济与人们物质生活水平的提高使得对电能的需要达到了前所未有的高度，这样以来为了保证各大企业的及家庭生活的可靠，安全用电，地区近年来新建成了很多变电站，而地区建成一所新型35kV变电站的需要也是刻不容缓。所以变电站的建设是必要的。1.3本次设计的目的和意义本次设计为35KV变电站的微机综合保护系统设计，具体内容有根据变电覆盖系统计算电站负荷；按运行安全、投资经济的原则选择电站的主接线方式；通过负荷计算、短路计算选择供、配电设备；设计电站设备的二次回路微机控制、综合保护系统。本次设计为实际工程设计，题目来源于实际现场。通过本次设计能使我学习到实际工程设计中所需要的资料搜集及分析能力，工程综合读图、制图能力，初步的工程设计能力，初步的程序编程能力，综合运用能力和独立的工作能力。第2章 电力负荷的计算2.1负荷计算的必要性为一个企业或用户供电,首先要解决的是企业要用多少度电，或选用多大容量变压器等问题,这就需要进行负荷的统计和计算，为正确地选择变压器容量与无功补偿装置，选择电气设备与导线、以及继电器保护的整定等提供技术参数。2.2 负荷计算方法进行电力负荷计算主要目的就是为了正确选择变压器容量、各种电器设备的型号规格及供电网络所用的导线。供电设计常采用的电力负荷计算方法有需用系数法、二项系数法、利用系数法和单位产品电耗法等。需用系数法计算简便，对于任何性质的企业负荷均适用，且计算结果基本上符合实际，尤其对各用电设备容量相差较小且用电设备数量较多的用电设备组，因此，这种计算方法采用最广泛。二项系数法主要适用于各用电设备容量相差大的场合，如机械加工企业，煤矿井下综合机械化采煤工作面等。利用系数法以平均负荷作为计算的依据，利用概率论分析出最大负荷与平均负荷的关系，这种计算方法目前积累的实用数据不多，且计算步骤较为繁琐，故工程应用较少。单位产品电耗法常用于方案设计。以二轧为例。以下为所计算的供电系统的电力负荷计算图。 A B 主风机 D D C D D D 辊边架 风机水泵 起重机 车 床 照 明图2-1 供电系统电力负荷计算图分析可知：此系统中负荷可分为三种： 风机水泵：主风机水持续运行，其Pe为铭牌上规格的额定功率。 辊边架、起重机、车床：为反复短时工作制，其PePN 。（其中25为其值为25%的负荷持续率。） 照明设备：Pe为设备上标定的额定功率。计算步骤： 各用电组的计算负荷：（图2-1中B、D点）KdP30/Pe Kd：该设备组的需用系数（查表）Q30tgP30 Pe ：该设备组额定容量总和 UN：设备组额定电压I30S30/(UN)注：其中上式的P30、Q30、S30分别为有功计算负荷、无功计算负荷和视在计算负荷。 对低压母线的计算负荷的确定：（图2-1中C点）P30(C)KPP30(D)Q30(C)KQQ30(D)S30(C)P30(C)+Q30(C)注：KP及KQ为有功功率及无功功率的参差系数。（查表） 确定变压器的有功损耗及无功损耗：变压器的有功损耗及无功损耗可根据S30近似计算：Pb0.012S30 （KW）Qb0.06S30 （KVar）注：S30的单位为千伏安（KVA） 高压母线上计算负荷的确定：（图2-1中A点）P30(A)P30(B)P30(C)Pb Q30(A)Q30(B)Q30(C)Qb将各组设备的数据通过上述公式进行负荷计算。以下为详细的计算过程： 低压设备的计算（图2-1中 D点） 辊道架Pe976.5KW， Kx0.65， cos0.75， tg0.88P30KxPe0.65×976.5634.73（KW）Q30tgP300.88×634.73558.56（KVar）845.5（KVA） 风机水泵Pe760KW， Kx0.75， cos0.8， tg0.75P30KxPe0.75×760570（KW）Q30tgP300.75×570427.5（KVar）712.5（KVA） 起重机Pe820KW， Kx0.25， cos0. 5， tg1.73P30KxPe0.25×820205（KW）Q30tgP301.73×205354.65（KVar） 车床Pe370KW， Kx0.14， cos0.6， tg1.33P30KxPe0.14×37051.8（KW）Q30tgP301.33×51.868.9（KVar） 86.2（KVA） 照明Pe150KW P30Pe150KW Q300 低压总计P30634.7357020551.81501611.53（KW）Q30558.56427.5354.6568.91409.61（KVar） 2141.03（KVA） 低压母线计算负荷（图2-1中C点）Kp0.9 Kq0.97P30(C)0.9P300.9×1611.51450.38（KW）Q30(C)0.97Q300.97×1409.611367.32（KVar）S30(C)1993.28（KVA） 确定变压器有功损耗和无功损耗Pb0.015S30(C)0.015×1993.2829.9（KW）Qb0.06S30(C)0.06×1993.28119.6（KVar） 主风机 （图2-1中B点）Pe7600KW， Kx0.75， cos0.8， tg0.75P30(B)KxPe0.75×76005700（KW）Q30(B)tgP300.75×57004275（KVar）S30(B)7125（KVA）总计：P30(A)P30(B) P30(C)Pb1450.38570029.97180.28（KW）Q30(A)Q30(B) Q30(C)Qb1367.324275119.65761.92（KVar）S30(A)9206.31（KVA）其他单位的计算方法及公式同二轧一样，略去计算步骤，结果列于下表中：表2-1 二轧设备选型计算二轧用电设备设备容量KW需用系数计算负荷KdcostgP30Q30S30辊边架976.50.650.750.88634.73558.56845.5风机水泵7600.750.80.75570427.5712.5起重机8200.250.51.73205354.65车 床3700.140.61.3351.868.986.2照 明150150低压总计1611.531409.612141.03主风机76000.750.80.75570042757125参差系数0.9有功1450.381993.280.97无功1367.32变 损1.5%有功29.96%无功119.6总计7180.285761.929206.31表2-2 能源部设备选型计算能源部用电设备设备容量KW需用系数计算负荷KdcostgP30Q30S30深井加压泵5700.750.80.75427.5320.63534.37照明300300低压总计727.5320.65高压风机水泵8000.750.80.75600450750参差系数0.9有功654.75724.860.97无功311.01变损1.5%有功10.876%无功43.49总计1265.6804.51499.7表2-3 氧气厂设备选型计算氧气厂用电设备设备容量KW需用系数计算负荷KdcostgP30Q30S30水泵风机8070.750.80.75605.25453.94756.56照明200200低压总计805.25453.94924.39高压氧机12000.750.80.759006751125参差系数0.9有功724.738480.97无功440.32变损1.5%有功12.726%无功50.88总计1637.451166.22010.29表2-4 一轧设备选型计算一轧用电设备设备容量KW需用系数计算负荷KdcostgP30Q30S30辊边架976.50.650.750.88654.73558.56845.5风机水泵6750.750.80.75506.25379.69632.8起重机7500.250.51.73187.5324.4车 床3600.140.61.3350.467.0383.86照 明150150低压总计1548.881329.682026.4主风机63200.750.80.75474035555925参差系数0.9有功1375.991885.980.97无功1289.79变 损1.5%有功28.296%无功113.16总计6144.284957.957895.15表2-5 铸造厂设备选型计算铸造厂用电设备设备容量KW需用系数计算负荷KdcostgP30Q30S30电炉辅机3720.850.850.62316.2196.04392.04风机水泵8780.750.80.75658.5493.88823.12起重机932050.250.51.73233.13403.31车 床2050.140.61.3328.738.1747.76照 明150150低压总计2361.231131.42618.3电炉变压器57603571.26777.25参差系数0.9有功2125.12391.760.97无功1097.48变 损1.5%有功35.886%无功143.51总计7920.984812.199268.17表2-6 一炼设备选型计算一炼用电设备设备容量KW需用系数计算负荷KdcostgP30Q30S30转炉侧动机20750.250.51.73518.75897.441036.58通风水泵7600.750.80.75570427.5712.5起重机4500.250.51.73112.5194.63224.8照 明170170低压总计1371.251519.572046.81高压风机15000.750.80.75125843.751406.25参差系数0.9有功1234.131922.420.97无功1473.98变 损1.5%有功28.846%无功122.81总计2387.972440.543414.47表2-7 各部门用电负荷总结厂 名计算负荷P30（KW）Q30（KV）S30（KVA）二 轧7180.285761.929206.31能源部1265.62804.51499.67氧气厂1637.451166.22010.29一 轧6144.284957.957895.15铸造厂7920.984812.199268.17一 炼2387.972440.543414.47小 计26536.5819943.333195.26参差系数0.9有功23882.9230734.720.97无功19345变 损1.5%有功461.026%无功1844.08总 计24343.9421189.0832273.92.3 短路电流的计算工厂供电系统的设计和运行中，不仅要考虑正常运行的情况，更要充分考虑发生故障的情况，更严重的是发生短路故障。在现代大容量电力系统相连的工业企业供配电系统中，如发生短路故障，能使短路电流达到几万甚至几十万安的数值。为防止这种情况，电路中电源、电网、负载这三个组成部分的所有与载流部分有关的设备、装置、元件，都必须经受得起可能最大的短路电流所产生的热效应和电动力效应的作用而不致损坏，以及必须装设相应的保护装置来迅速消除短路故障，因此有必要了解当电力系统线路发生短路事故时，所产生的短路电流数值。一短路的原因和后果供电系统发生短路的原因，大致是由于电气设备的绝缘因陈旧老化而损坏。电气设备受机械损伤而使绝缘损坏。因电气设备承受过电压而使电气设备的绝缘击穿等所造成以及鸟兽跨接裸露的导电部分而发生短路，也可能是由于没遵守安全操作规程的误操作。短路后，短路电流比正常电流大的多；在大电力系统中，短路电流可达几万安甚至几十万安。如此大的短路电流可对供电系统产生极大的危害，即 短路电流的热效应：短路电流通常要超过正常工作电流的十几倍至几十倍，这将使电气设备严重过热，绝缘物质受到损伤，甚至烧毁电气设备。 短路电流的电动力效应：巨大短路电流将在电气设备中产生很大的电动力，可能引起电气设备的机械变形、扭曲、甚至损坏。 短路电流产生的电压降：短路时电压要骤降，严重影响电器设备的正常运行。 短路电流的磁效应：当巨大的短路（多变）电流通过线路时，在线路周围的空间就建立起多变电磁场，而多变电磁场将在临近的导体回路中产生感应电势。 短路可造成停电，而且越靠近电源，停电范围越大，给国民经济造成的损失也越大。 严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，可是并列运行的发电机组失去同步，造成系统解列。 单项短路，其电流将产生较强的不平衡交变磁场，对附近的通信线路、电子设备等产生干扰，影响其正常运行，甚至使之发生误动作。由此可见，短路的后果是十分严重的，因此必须尽力设法消除可能引起短路的一切因素；同时需要进行短路电流计算，以便正确地选择电器设备，使设备具有足够的动稳定性和热稳定性，以保证在发生可能有的最大短路电流时不致损坏。为了选择切除短路故障的开关电器、整定短路保护的继电保护装置和选择限制短路电流的元件（如电抗器）等，也必须计算短路电流。二短路电流的计算计算等值电路的电路参数时，为了简化短路电路的计算，常常运用相对单位制，即标么值。此时进行运算的量，不是用具体的单位（如电流用A或KA，电压用V或KV，容量用V·A或KV·A，电抗用），而是用其相对值表示，这种计算方法叫作标么值法。标么值的概念如下： 某量的标么值该值实际值/该量的基准值基准值是指衡量某个量的标准或尺度元件电抗标准值：取基准值：Sjz1000MVA Ujz35KV Ijz16.5A 变压器的阻抗标幺值：X*bjz(Ud/100)×(Sjz/Sbe)(8/100)×(1000×103/31560)2.54 从上级电站到本站输出线路阻抗：最大运行方式：X*X大2.738最小运行方式：X*X小7.14 35KV线路阻抗标幺值： X*xt0.86 总阻抗标幺值：最大运行方式：2.7380.862.546.138最小运行方式：7.140.862.5410.54短路点如图2-2： d1点：35KV母线短路时最大、最小运行方式下的次暂态短路电流。X*xt0.86 X*X大2.738X*X小7.14 35KVX*bjz2.54 d1 6.3KV d2 图2-2：短路点 Upe×Ijz/X*2Sjz/ X*2 IjzSjz/Upe Id1大Ijz/ *X大 Sjz/(Upe×*X大) 1000/1.732×35×(2.7380.86) 4.58KAId1小Ijz/ *X小 Sjz/(Upe×*X小) 1000/1.732×35×(7.140.86) 2.06KA三项短路全电流最大有效值IC及短路冲击电流ic（冲击数Kc=1.8）Ic d1大Id1大4.58×6.92KA Ic d1小Id1小2.06×3.1KA icd1大Kc Id1大1.414×1.8×4.5811.67KA icd1小Kc Id1小1.414×1.8×2.065.25KA次暂态三相短路容量S Sd1大Upe Id1大277.62MVA Sd1小Upe Id1小125MVA D2点计算同上，忽略计算步骤，将结果列于下面： Id2大14.93KA Id2小8.695KA三相短路全电流最大有效值IC及短路冲击电流ic（冲击数Kc=1.8）Ic d2大22.54KA icd2大38KAIc d2小13.13KA icd2小22.13KA次暂态三相短路容量S Sd1大162.9MVASd1小94.88MVA2.4 功率因数的补偿 上述二级部门电气设备都是感性的，运行时功率因数很低，供电系统除去供给有功功率之外，还供给无功功率，这给系统带来下述不良影响： 网路中电功率损耗增大； 网路中电压损失增大； 降低了供电设备的供电能力，提高了电能成本； 网路和变压器中有功功率损耗增大，提供给用户的有功电能就相对减少，因而均摊到生产用电的每度电成本必然抬高。如在充分发挥设备潜力、改善设备运行性能、提高其自然功率因数的情况下，尚达不到规定的功率因数要求时，则需考虑人工补偿。 功率因数的补偿方法： 提高企业自然功率因数：通过合理选用、维修电动机和调整改革工艺流程，达到提高功率因数的目的，此方法只适用于厂矿，不适用于总降变电站。 采用同步电机补偿：此方法适用于厂矿功率因数补偿，投资高，经济效益好，不适用于变电站。 静电电容的补偿：价格便宜，有功损耗小，安装运行维护方便，适用于厂矿及10KV以下的供电系统。 动态无功率补偿：平滑性能优越，响应快，谐波损耗噪音小，补偿效率高，维修方便，适用于大型变速生产机械，采用直流电机拖动，电动机功率较大并由可控硅整流装置供电的厂矿。综上所述，选用并联电容的动态无功率补偿最为合适。 以下为详细的功率因数计算过程： 补偿以前的功率因数cosP30/Q3024343.94/32273.90.75 预计补偿后的功率因数为0.95，则cos24343.94/ 0.95 QC13187.61KVar 采用三角形接线取QC13200KVarC(QC×103)/3U2W(13200×103)/ 3×(6.3×103)2×0.025.54F选用BWF6.3401W型电容器共300个，分三组，每组100个，每相33对。 校验cos24343.94/0.9501 符合要求。表2-8 补偿前和补偿后的功率因数P30Q30S30cos补偿前24343.9424343.9432273.90.799补偿后24343.9413187.6115270.10.9501第3章 主接线的设计3.1 主接线设计要求变电站的主接线图，是表示变电站的电能接受、分配关系的主电路，或者说是变电站一次高压线路、设备，如主母线、变压器、互感器、断路器、隔离开关、避雷器等连接方式的主电路图。在变电站电气设计过程中从初步设计起，就要通过调查研究，反复考虑、研讨，确定主接线。这部分就是要确定35KV主接线及二次侧母线结构。(1) 规范 必须按现行国家标准规定的图形符号、文字符号绘制标注。(2) 安全 应符合国家标准有关技术规范的要求，能充分保证运行操作维修测试人员的作业人身安全和设备的安全；(3) 可靠 应符合各种类型 电力负荷特别是其中一、二级负荷对供电可靠性的要求。选用质量高技术先进的定型产品，合理安置设备及元件之间的连接关系；(4) 灵活 能适应各种不同的运行方式，便于切换操作和检修，适应负荷发展。(5) 合理 所有的一次设备和二次设备都应该合乎规范要求，应本着合理排列有序注意对称以使作业人员便于记忆和进行管理。(6) 裕量 充分考虑本单位长远发展规划，适当的留有易于各器件增容扩建和技术改造的余地，以减少短期发展的被动因素；(7) 经济 在满足上列要求的前提下，尽量使主接线简单、投资少、运行费用低，并节约电能和有色金属消耗量。3.2 主接线设计的种类和特点变电站主接线由电力变压器、隔离开关、电流互感器等主要电器设备所组成，用以接受、分配电能。主接线有多种形式，它是根据系统的电压和负荷等级不同而不同。下面将它的特点、适用范围介绍一下： 桥式主接线（内桥式和外桥式）内桥式（图3-1）：桥接断路器位于线路断路的内侧，并靠近变压器，省掉变压器回路的断路器，仅装隔离开关，提高了线路运行灵活性，增强了可靠性。其特点是电源进线检修或处理故障比较方便。变压器发生事故时，会使电源侧断路器跳闸，于是停掉一路电源。内桥式主接线适用于35KV及以上，且故障几率较高的长线路；负荷比较平稳，主变压器不需要经常切换退出工作；设有穿越功率的终端降压变电站（所谓穿越功率，是指某一功率由一条线路流入并穿越横跨桥又经另一线路流出时，称该功率为穿越功率）。外桥式（图3-2）：跨接桥靠近线路侧，桥开关装在变压器一次开关外，进线回路仅装隔离开关，不装断路器；当主变压器电源侧断路器外侧发生事故时，可能造成该路电源大面积停电；当主变压器需倒换电源而进行操作的过程中，需要变压器短时停电。 WL1 WL2 QS11 QS21QF11 QF21 QS12 QF10 QS22 QS01 QS02 QS13 QS23 T1 T2 QF12 QF22 QS14 QS24 QF20 QS03 QS04图3-1内桥式主接线 WL1