摘要
本文毕业设计的题目为110kV 降压变电所电气一次部分设计，通过对负荷计算及远景规划，确定了主变压器的台数、容量及型号。此110kV降压变电所设有两台主变压器。通过对所建变电站及出线的考虑和负荷资料分析，满足安全性、经济型及可靠性的要求确定了110kV、35kV、10kV侧主接线的形式。
通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数、容量、及型号，从而得出各元件的参数，进行等值网络化简，然后选择短路点进行短路计算，根据短路电流计算结果及最大持续工作电流，选择并效验电气设备，包括母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等，并确定配电装置。根据计算结果为线路、变压器、母线配置继电保护并进行整定计算。完成高压配电装置的设计；绘制有关图纸（电气主接线图）。
关键词：变电站；电气部分；继电保护；电气设备选择
Abstract
Graduation article entitled 110kV electric substation buck once part of the design, by the load calculation and vision, identified the main transformer station number, size and type.
This has two main step-down substation 110kV transformer. Through the built substation and qualifying consideration and load data analysis, to meet the security, economy and reliability requirements identified 110kV, 35kV, 10kV form side of the main wiring, Through load calculations and determine the scope of the power supply main transformer station number, capacity, and models to derive the parameters of each component, equating network simplification, and then select the short-circuit point short circuit calculations, based on the short-circuit current calculation results and maximum continuous operating current Select and efficacy of electrical equipment, including bus, circuit breakers, disconnectors, voltage transformers, current transformers, and to determine the distribution equipment. According to the results of lines, transformers, bus configuration and relay setting calculation. Complete high voltage power distribution equipment design; the related drawings (Main Electrical wiring diagram).
Key Words：Substation; Electrical part; Relay; Electrical equipment
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
1 、绪论 ............................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1 励磁控制装置的系统简介 ................................................... 错误！未定义书签。
1.2 励磁控制系统的任务及作用 (5)
1.2.1电压控制 (5)
1.2.2 控制无功功率的分配 (6)
1.2.3 提高高同步发电机并联运行的稳定性 (7)
1.2.4 改善电力系统的运行条件 (9)
1.2.5 水轮发电机组强行减磁 (9)
1.3 研究的目的和意义 (10)
1.4 国内外励磁装置研究发展的概况 (10)
1.5 自动励磁调节装置结构 (12)
2 、励磁装置的硬件设计 (15)
2.1 系统硬件结构及功能 (15)
2.1.1 数据采集部分 (15)
2.1.2 功率因数的测量 (17)
2.1.3 微机CPU部分 (19)
2.1.4 脉冲触发及同步电路 (21)
2.1.5 功率驱动电路 (27)
2.1.6 键盘部分 (28)
2.1.7 显示部分及其他 (30)
2.2 阻容保护 (30)
2.3 硬件抗干扰设计 (30)
3 、励磁控制算法 (33)
3.1 励磁控制算法介绍 (33)
3.2 PID控制器的基本原理 (33)
3.3 位置式PID控制算法 (36)
3.4 增量式PID控制算法 (37)
3.5 数字PID控制器的参数整定 (38)
4 、自动励磁调节装置的软件实现 (39)
4.1 励磁调节装置的软件结构 (39)
4.2 中断处理 (41)
4.3 数据采集和处理 (45)
4.4 数据显示 (46)
4.5 可控硅控制角的计算 (48)
4.5.1 首先进行PID调节计算 (48)
4.5.2 无功调差的概念 (50)
4.6 按键程序及键值所对应功能 (53)
4.7 逆变停车与限制动作 (55)
4.8 软件抗干扰设计 (55)
结论 (57)
参考文献 (59)
附录A［单击此处键入附录题名］ (60)
致谢 (61)
1110kv/35kv/10kv变电站
1.1原始资料
1.1.1地区电网的特点
(1)本地区即使在最枯的月份，水电站发电保证出力时亦能满足地区负荷的需要，加上小火电，基本不需要外系统支援。
(2)本系统的水电大多数是迳流式电站，除发保证出力外的月份，均有电力剩余，特别是4至7月份。
1.1.2建站规模
(1)变电站类型：110kV 变电工程
(2)主变台数：最终两台(要求第一期工程全部投入)
(3)电压等级：110kV、35kV、10kV
(4)出线回数及传输容量
(5)无功补偿：采用电力电容两组,容量为2×4500kva
表1.1出线方式
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1.1.3 环境条件
(1)当地年最高温度为 40℃, 年最低温度为-5℃；
(2)当海拔高度为 800 米；
(3)当地雷暴日数为 55 日/年；
1.1.4 短路阻抗
(1)系统作无穷大电源考虑：=∑max 1X 0.05，04.0max =∑XO ,1.01min =∑X ，05.00min =∑X 。
(2)火电厂装机容量为 3×7500kW ，X ''d = 0.125 , 最大运行方式下,该火电厂只投入二台机组,最小运行方式下,该火电厂三台机组全部投入,并满发。
(3)水电厂装机容量为 3×5000kW ，X ''d = 0.27 ，最大运行方式下，该水电厂三台机组全部投入运行，并满发，最小运行方式下，该水电厂只投入一台机组。
1.2 电气主接线设计原则
电气主接线的基本原则：确保供电的可靠性高,根据项目的实际情况和设计要求基于主要的供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下尽可能多节省投资保证设备和组件设计可靠、先进、经济、可靠、先进、而且要适用于审美原则。
接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。
1.3设计主接线的要求
依照可靠性、灵活性和经济性三项基本要求进行设计。
（1）可靠性：其可靠性就是保证其在应该工作的时候该工作不该工作的时候不工作，供电中断不仅给电力系统造成损失，而且给国民经济各部门造成损失，后者往往比前者大几十倍变电站安全可靠的运行是电力生产的中心，所以保证供电的可靠性是电气主接线最基本的要求。停损点越靠近变电站损失越大，而且其对国民经济各部门所带来的损失将会更加严重，特别是在经济发达、电力需求大的地区，故障停电所带来的经济损失也许达到当时电价的百倍以上，而由于断电事故引发的人身伤亡以及经济损失将会非常严重，这会对社会产生严重的影响。
（2）灵活性：主接线不仅要满足系统的各种正常运行形式，并且要灵活的进行运行方式的切换。其包括一下几点：①操作的方便性；②扩建的方便性；③调度的方便性等。
（3）经济性：在设计变电站的主接线时，其主要的矛盾基本是经济性与可靠性之间的矛盾。一般经济性主要是从以下几个方面考虑：①节省变电站的一次投资；②减少其占地面积；③减少电能的线路损耗等。
1.4几种电气主接线形式的介绍
（1）单母线接线与单母线分段接线的介绍及比较
单母线接线通常只使用在一台发电机或一台主变压器的以下几种情况：①6～10kV 配电装置的出线回路数少于5回。②35～63kV配电装置的出线回路数少于3回。③110～220kV配电装置的出线回路数少于两回。
单母线分段接线通常使用在①6～10kV配电装置出线回路数为6回或者6回以上时。②35～63kV配电装置出线回路数为4～8回时。③110～220kV配电装置出线回路数为3～4回时。。
单母线分段带旁路接线通常使用在①6～10kV配电装置，一般不设旁路母线。当地区电力网或用户不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线②35～63kV配电装置，一般不设旁路母线。当线路断路器不允许停电检修时可采用分段兼旁路断路器的接线③110～220kV配电装置线路输送距离较远，输送功率较大，一旦停电，影响范围大，且断路器检修时间长一般需设置旁路母线。
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在大容量变电站中，为了限制6～10kV 出线上的短路电流，一般可采用下列措施：
①变压器分列运行；
②在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；
③采用低压侧为分裂绕组的变压器。
④出线上装设电抗器。
1.4.1110kV侧接线
变电站110kV 线路有6 回，可选择双母线接线或单母线分段接线两种方案，如图1.1 所示方案一供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断一组母线，当其中一个回路需要单独进行试验，可将该回路分开，单独接到另一组母线上。方案二母线被分段断路器分段，能从不同段引出两条回路，有两个电源供电。其中一段母线故障时，分段断路器断开故障段，使非故障段不间断供电，但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差。本变电站为地区性变电站，基本不需要外系统支援，采用方案二能够满足本变电站110kV侧对供电可靠性的要求，故选用方案二。设置旁路设施的目的是为了减少在断路器检修时对用户供电的影响。变电站110kV 侧采用SF6 断路器，不设旁路母线。
110kV
110kV
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图1.1 110kV 电压侧接线方案
1.4.2 35kV 电压侧接线
本变电站 35kV 线路有 8 回，可选择双母线接线或单母线分段带旁路母线接线两种方案，根据本地区电网特点，110kV 是电源电压，10kV 和35kV 是二次电压在35kV 侧，需设置旁路设施，如图 1.2 所示。方案一占地面积大，配电装置多，接线复杂，容易误操作，但供电稳定、容易改变参数，需要大量财力支持。方案二接线简单，技术要求少，不宜失误，有很好的操作性。旁路断路器可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要回路特别是电源回路不停电。
方案二符合本此设计的供电接线需求。
方案二方案一
35kV
35kV
图1.2 35KV 电压侧接线方案
1.4.3 10kV 电压侧接线
《35～110kV 变电所设计规范》规定，当变电所装有两台主变压器时，6～10kV 侧宜采用分段单母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。本变电站 10kV 侧线路为 10 回，可采用双母线接线或手车式高压开关柜单母线分段接线两种方案，如图 1.3 所示。方案一占地面积大，配电装置多，接线复杂，容易误操作，但供电稳定、容易改变参数，需要大量财力支持。方案二所需设备少，占地面积小，简洁明了，容易调节，能对重要用户单独供电，出现问题不会导致整个站停运。手车式断路器的出现和
运行成功，断路器检修问题可不用复杂的旁路设施来解决，而用备用的手车断路器来替代需要检修的工作的手车断路器。采用手车式高压开关柜，可不设置旁路设施。故选择方案二
10kv 方案一
方案二
图1.3 10kV电压侧接线综上所述,本变电站主接线如图1.4所示。
2
3
Y
110kV 35kV
10kV
1主变2主变
1所用变2所用变
Y D Y Y
D 图 1.4 电气主接线简图
变电站低压侧在计算短路电流之前没有采用限流措施，计算之后，再采用对应的限流方法。最直接的的办法是让变压器低压侧采用分列运行的方式。如果在变压器回路中装设电抗器或分裂电抗器的方法，会使母线电抗器体积增大、价格变高且限流效果变小，而且出线上装电抗器，费用较高，且需双层配电装置室，所以尽量少用。
1.4.4站用变压器低压侧接线
同步发电机的运行特性与它的气隙电势错误！未找到引用源。值的大小有关，而错误！未找到引用源。的值是发电机励磁电流错误！未找到引用源。的相关函数，改变励磁电流就可以影响同步发电机在电力系统中的运行特性。所以要对同步发电机的运行实行控制控制励磁就是其中一个重要的内容。
同步发电机的一个重要组成部分就是励磁控制系统，它的主要任务是为同步发电机的励磁绕组提供一个可调节的直流电流，这个电流称作励磁电流错误！未找到引用源。。因此想要控制发电机的机端电压使发电机满足正常发电的要求，我们可以通过调节励磁电流。此外励磁控制系统对于电力系统的稳定和发电机的安全运行都有着重要的作用。因此我们也可以说，在某种程度上励磁控制器与系统的运行状态有着密切的关系。
同步发电机的励磁调节系统由励磁功率单元和励磁调节器组成，如图1.1所示。励磁功率单元的作用是向同步发电机的转子部分提供一个可调节的直流电流（励磁电流错误！未找到引用源。），励磁调节器的作用是根据给定的调压标准和输入信号来控制励磁单元的输出。两个部分相互配合构成一个反馈控制系统使发电机满足运行要求。
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励磁系统发电机
图1.1同步发电机励磁控制系统结构
1.5励磁控制系统的任务及作用
在电力系统运行中，同步发电机的励磁控制系统起着相当重要的作用。一个好的励磁控制系统对保证发电机的可靠运行和提供合格的电能有着决定性的作用。而且还可以有效率的提高系统的技术指标。根据电力系统的运行要求，励磁调节系统应有以下几个作用。
1.5.1电压控制
当电力系统正常运行时，负荷总在不断地波动着。因此不同容量的负载，以及负载的不同功率因数，对同步发电机励磁磁场的反应作用都是不同的，对同步发电机的内部阻抗压降也是不一样的。要维持同步发电机的端电压为一稳定水平，就必须根据负载的大小以及负载的性质随时调节同步发电机的励磁电流。这个调节过程就需要依靠调节电压的励磁调节装置来实现。
5
6
In
U
Un 1-无自动调压的外特性
2-有自动调压的外特性
图1.2同步发电机的外特性
如图2.1所示，曲线1表示无电压自动励磁调节装置的外特性，曲线2表示有电压自动励磁调节装置的外特性。
1.5.2 控制无功功率的分配
几台发电机在同一母线上并联运行时，改变任何一台机组的励磁电流将影响该机组的无功电流，以及同一母线上并联运行其它机组的无功电流错误！未找到引用源。，与此同时也引起了母线电压的变化。以上这些变化与机组的无功调节特性有关，为了合理并且稳定地分配机组间的无功负荷，合适的调差系数对机组的无功调节特性至关重要。调差系数δ可由下式表示：
δ%=错误！未找到引用源。×100% （1.1）
错误！未找到引用源。为发电机的额定电压，错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。分别是发电机空载电压和额定无功电流时的电压。当正调差系数δ>0时，其调节特性下倾，发电机的电压随着无功电流的增大而降低。在带有正调差单元的电压自动励磁调节装置中，若无功电流增大，自动励磁调节器将感应到发电机机端电压虚假的升高。此时自动励磁调节器将降低发电机的励磁电流从而降低发电机的机端电压，因此我们将得到一个向下倾斜的外特性。。当δ<0时为负调差，调节特性向上翘，此时发电
机机端电压将随着无功电流的增大而增大。在带有负调差单元的自动调节励磁装置中，若无功电流增大，自动励磁调节器将感应到发电机机端电压降低。此时自动励磁调节器将增加发电机的励磁电流从而是发电机的机端电压升高，因此我们将得到一个向上翘的外特性。当δ=0时是无差特性，此时同步发电机的机端电压是一个恒定不变的值。
1.5.3提高高同步发电机并联运行的稳定性
当电力系统运行时会不定期的收到许多的干扰，这个时候我们就要求同步发电机具有恢复同步运行或者维持同步运行的能力，也就是要求同步发电机具有保持发电机并联运行时的稳定性的能力。自动励磁调节装置能提高电力系统的动态稳定、暂态稳定、静态稳定能力。
1、提高静态稳定性
在电力系统遭受微小扰动后，不会发生非周期性失步及自发振荡，并且能够自动恢复到起始运行状态的能力我们称之为系统的静态稳定性。在单机无穷大系统中，同步发电机的有功功率方程为：
错误！未找到引用源。
（1.2）
式中δ表示发电机电势错误！未找到引用源。与系统电压U之间的相位差角；错误！未找到引用源。为发电机、变压器和线路电抗之和（错误！未找到引用源。）。
由式（1.2）有，δ=90°时P有最大值错误！未找到引用源。，错误！未找到引用源。为功率极限，此点为静差稳定极点。在实际工程中为了保持静态稳定运行点的相位差角错误！未找到引用源。应小于90°。
图1.3为式(1.2)所对应的功角特性曲线。对于同样的输出功率，曲线越高，功角越小，稳定储备就大，尤其是当输出功率波动时，曲线3要比曲线1稳定裕度大。有图可知若想要提高运行功率特性和静态稳定储备并扩大稳定域。则需要增加发电机的负荷电流，是机端电压下降，此时励磁调节会使增大从而使功角特性上移。
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