摘要
随着经济高速发展，我国电网规模不断扩大，110KV变电站数量的不断增加，并且成为保障国内电力安全、平稳输送的重要部分。为了保证电网安全、稳定运行，需要以信息化推动生产自动化和管理现代化，在110KV变电站的建设和运行管理中，对变电站综合自动化程度的要求增加，在此微机型继电保护装置具有重要的作用和意义，微机型继电保护装置能够及时对变电站出现的故障采取有效的处理方式。
变电站的继电保护和二次回路设计是变电站设计的重要组成部分。本次毕业设计根据原始资料数据和一次部分提供的数据及供电系统图，对110KV变电站一次部分进行相应的继电保护设计和二次回路初步设计。内容主要包括主变压器的保护方案设计及整定计算，母线保护的配置与整定计算，断路器、隔离开关的控制及其操作回路设计，电压互感器、电流互感器的配置与接线设计，信号回路设计。
关键词：继电保护装置，微机型，二次回路，互感器
Abstract
Along with the rapid economic development, China power grid continues to expand the scale of 110 KV substation rising number of, and become the domestic power security of security, stability of the important part of transport. In order to ensure secure and stable operation of the grid, need to promote production information automation and management modernization, in 110 KV substation construction and operation management of substation integrated automation degree of demand increased, in this type of microcomputer relay protection device plays an important role and significance, the microcomputer relay protection device can type in substation failures to adopt effective treatment.
Transformer substation of relay protection and the second circuit design is an important part of the substation design. The graduation design according to the original data and a part to provide the data and power supply system diagram 110 KV substations is a part for the corresponding relay protection design and the secondary circuit preliminary design. Content mainly includes the main transformer protection scheme design and setting calculation, the bus protection configuration and setting calculation, circuit breakers, isolating switch control and its operating circuit design, voltage transformer, current transformer configuration and wiring design, signal circuit design.
Key words: relay protection device, the microcomputer type, the secondary circuit, transformer
目录
1 绪论 (1)
2 主变压器微机保护设计 (2)
2.1 变压器保护的发展及现状 (2)
2.2 变压器的故障类型及保护配置 (3)
2.2.1 变压器故障类型及其不正常运行状态 (3)
2.2.2 变压器保护配置原则 (3)
2.3 变压器的保护的配置方案确定 (4)
2.4 变压器主保护测控装置 (5)
2.4.1 RCS-9671变压器主保护的基本配置及规格 (5)
2.4.2 电流差动保护原理 (7)
2.4.3 RCS-9671变压器主保护的装置原理 (7)
2.4.4 RCS-9671变压器主保护软件说明 (8)
2.4.5 RCS-9671变压器主保护装置端子说明 (11)
2.5 变压器后备保护测控装置 (12)
2.5.1 基本配置及规格 (12)
2.5.2 保护测控装置原理说明 (13)
2.5.3 RCS-9681后备保护测控装置软件说明 (14)
2.5.4 RCS-9682后备保护测控装置软件说明 (16)
2.5.5 保护测控装置端子说明 (18)
2.5.6 主保护装置和后备保护装置配合分析 (18)
2.5.7 变压器过负荷闭锁有载调压 (23)
2.6 变压器非电量保护装置 (24)
2.6.1 RCS-9661保护基本配置及规格 (24)
2.6.2 RCS-9661装置工作原理 (24)
2.6.3 RCS-9661装置硬件原理 (25)
2.6.4 装置的运行说明 (28)
2.7 主变压器保护的整定计算 (29)
2.7.1 变压器主保护整定计算 (29)
2.7.2 变压器后备保护整定计算 (31)
3 母线微机保护设计 (34)
3.1 母线保护的重要性 (34)
3.2 母线保护的装设原则 (34)
3.3 母线保护配置的选型和方案设计 (35)
3.4 RCS-915AB型母线保护硬件配置 (35)
3.5 RCS-915AB母线保护装置的原理说明 (38)
3.6 RCS-915AB装置对母线运行方式的识别与断线检查 (42)
3.7 装置运行说明 (44)
3.8 母线保护的整定计算 (45)
4 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计 (48)
4.1 断路器、隔离开关的配置原则与规范 (48)
4.1.1 断路器控制回路的设计原则 (48)
4.1.2 隔离开关控制回路的设计原则 (48)
4.2 断路器、隔离开关的控制及操作回路设计 (49)
4.2.1 智能操作箱的选择 (49)
4.2.2 PCS-222 智能操作箱功能及特点 (50)
4.2.3 PCS-222 装置的硬件构成 (50)
4.2.4 显示说明 (54)
4.3 微机保护、测控与操作箱的联系 (56)
5 互感器的配置与接线设计 (57)
5.1 互感器的配置原则 (57)
5.1.1 电流互感器的配置 (57)
5.1.2 电压互感器的配置 (57)
5.2 互感器的接线形式 (58)
5.2.1 电流互感器的接线形式 (58)
5.2.2 电压互感器的接线形式 (59)
5.3 互感器与保护装置的接线 (61)
6 中央信号系统设计 (66)
6.1 中央信号的作用 (66)
6.2 中央信号回路基本要求及设备装置的选型 (66)
6.2.1 中央信号回路的基本要求 (66)
6.2.2 中央设备装置的选型 (66)
6.2.3 装置的主要功能 (67)
6.2.3 装置报警方式 (67)
6.2.4 装置接线 (67)
7 微机保护组屏方案设计 (69)
7.1 系统通信规约介绍 (69)
7.2 变电站组屏方案设计 (71)
结论 (72)
参考文献 (73)
致谢 (74)
附录A (75)
1 绪论
目前变电站自动化的模式有集中式结构、分布式结构和分布分散式结构3种。目前新建的变电站大部分采用的是分布分散式结构，典型结构分为：管理层、间隔层以及设备层。分布分散结构具有信息共享、稳定性强以及扩展性好的优点，是变电站综合自动化的发展方向。随着IEC61850系列标准的公布，规范了变电站自动化的通信网络和系统，为不同设备厂商的无缝互操作提供了途径。国内综合自动化技术比较成熟的系统如：许继集团CBZ—8000B智能变电站自动化系统、南瑞RCS-9000系列，国电南自PS6000变电站自动化系统、北京四方CSC2000变电站综合自动化监控系统。这些综合自动化系统采用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备的功能进行重新组合、优化设计，对变电站电气设备的运行情况进行监视、测量、控制、保护和协调，替代了变电站常规二次设备，提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本。变电站综合自动化系统在二次系统具体装置和功能实现上，用计算机化的二次设备代替和简化了非计算机设备。
微机保护是变电站继电保护系统的重要组成部分，合理的保护方案设计和整定计算对充分发挥微机保护的性能，提高电力系统的安全稳定运行水平具有非常重要的作用。根据所设计变电站工程项目的应用要求，在对微机保护装置的原理和构成特点进行深入研究和分析的基础上，选用具可靠性、安全性、动作最灵敏的微机保护装置进行了变电站设备保护系统的方案设计和保护装置选型，完成了相关的整定计算工作，及其断路器、隔离开关和互感器接线方式及其中央信号系统进行了设计，从而到达设计的目的。本次设计中采用RCS-9000系列变压器保护装置；母线保护采用RCS-915AB系列差动保护装置，进行对母线保护；对断路器和隔离开关的操作回路采用PCS-222智能操作箱进行对断路器和隔离开关的控制；中央信号系统方面采用许继CAKJ-TYM-128液晶显示中央信号报警装置。通过对110KV变电站继电保护的设计，使其能达到变电站的功能实现综合化，系统机构模块化，保护、控制、测量装置的数字化，操作监视屏幕化，运行管理智能化。
通过本次设计对变电站二次系统的主变压器、母线等设备装置的保护设计，从而达到对一次电气部分的具有监察、测量、控制、保护、调节、安全、稳定、灵活和经济运行的目的，提供有效地操控方案。从而通过本次毕业设计，培养说明问题的能力、查询资料的能力、解决问题的能力，对专业课综合知识运用的能力。以及走向工作岗位尽快适应工作环境和在工程项目上用所学专业知识解决项目工程的实际操作能力，为以后工作打下了良好的基础。
2 主变压器微机保护设计
2.1 变压器保护的发展及现状
变压器的保护发展历史，是以1931年R.E.Cordrary提出比率差动的变压器保护，标志着差动保护作为变压器主保护时代的到来。1941年，C.D.Hayward首次提出了利用谐波制动的差动保护，将谐波分析引入到变压器差动保护中，并逐渐成为国外研究励磁涌流制动方法的主要方向。1948年，R.L.Sharp和W,E．GlassBurn提出了利用二次谐波鉴别变压器励磁涌流的方法同时，还提出了差动加速的方案，以差动加速，比率差动，二次谐波制动来构造整个谐波制动式保护的主体，并一直延续至今。
微机变压器保护的研究开始于60年代末70年代初。1969年，Rockerfeller 首次提出数字式变压器保护的概念，揭开了数字式变压器保护研究的序幕，只后O.P.Malik和Degens对变压器保护的数字处理和数字滤波做出了研究。1972年，Skyes发表了计算机变压器谐波制动保护方案，使得微机式变压器保护的发展向实用化方向迈进。变压器保护在进入数字微机时代后，利用微机强大的运算和处理能力，新的励磁涌流鉴别方法不断被提出，在国内外形成研究热潮。现在使用的微机变压器保护中识别励磁涌流的方法主要是：二次谐波闭锁、间断角闭锁、波形对称原理等。实践表明，在过去几十年间，上述原理基本上能达到继电保护要求。然而，随着电力系统以及变压器制造技术的日益发展，利用涌流特征的各种判据在实用中均遇到了一些无法协调的矛盾。在高压电力系统中，由于TA饱和、补偿电容或长线分布电容等因素的影响，内部敌障时差流中的二次谐波分量显著增大。造成保护误闭锁和延时动作。另一方面，现代大型变压器多采用冷轧硅钢片，饱和磁密较低而剩磁可能较小，使得变压器励磁涌流中的二次谐波和间断角均明显变小。不断出现的问题，推动了研究的不断深入。
近年来，新器件、新技术的应用为变压器保护的研究与发展提供了一个广阔的天地。数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor)的出现。不但可以提高微机保护数据采样与计算速度与精度，甚至可能改变往常微机保护装置的设计思路，使得复杂的算法得以在保护装置中实现。
随着变压器主保护的研究不断取得进展，变压器后备保护的研究和应用也日益引起人们的重视。为了实现对现代技术后备的要求，目前的常用做法是，按典型方式构成不同型号的后备保护供用户选择，或根据用户实际需要进行软、硬件的调整。为此，研制开发具有良好适应性的通用型变压器后备保护装置，降低开发和维护成本，提高保护装置的稳定性和可靠性具有十分重要的作用。
2.2 变压器的故障类型及保护配置
2.2.1 变压器故障类型及其不正常运行状态
变压器的故障可以分为油箱内的故障和油箱外的故障。油箱内的故障指的是变压器邮箱内各侧绕组之间发生的相间短路、同相部分绕组中发生的匝间短路以及大电流系统测的单相接地短路等。油箱外的故障指的是变压器绕组引出端绝缘套管及短路线上的故障，主要有各种相间短路和接地短路。比较常见的故障有变压器绕组引出端绝缘套管及引出短线上各种相间短路和接地短路，而变压器油箱内各侧绕组直接发生相间短路的情况则较少。
外部相间短路引起的过电流，中性点直接接地电网中外部接地短路引起的过电流及中性点过电压，负荷长时间超过额定容量引起的过负荷，油箱漏油造成的油面降低，变压器温度升高或油箱压力升高或冷却系统故障等。对于大容量变压器，因其铁芯额定工作磁通密度与饱和磁通密度比较接近，所以当系统电压过高或系统频率降低时，可能产生变压器的过励磁故障。变压器的不正常运行状态也会危及变压器的安全，如果不能及时发现和处理，会造成变压器故障及损坏变压器。所以，当变压器处于不正常运行状态时，继电保护装置应尽快发出告警信号，使运行人员及时发现并采取相应的措施，确保变压器的安全运行。
2.2.2 变压器保护配置原则
根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》及其《电力工程电气设计手册(电气二次部分)_部分8》可知以下变压器的保护装置原则：
○1反应变压器油箱内部故障和油面降低的瓦斯保护
0.8MVA 及以上的油浸式变压器和0.4MVA 及以上的车间内油浸式变压器，均应装设瓦斯保护。当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，应瞬时动作于信号；当产生大量瓦斯时，应动作于断开变压器各侧断路器。当变压器安装处电源侧无断路器或短路开关时，可作用于信号。
○2对变压器引出线、套管及内部的短路故障，应装设相应的保护装置，并应符合下列规定
1）10MVA 及以上的单独运行变压器和6.3MVA 及以上的并列运行变压器,应装设纵联差动保护。6.3MVA 及以下单独运行的重要变压器，亦可装设纵联差动保护。
2）10MVA 以下的变压器可装设电流速断保护和过电流保护。2MVA 及以上的变压器,当电流速断灵敏系数不符合要求时，宜装设纵联差动保护。
3）0.4MVA 及以上，一次电压为10KV 及以下，线圈为三角－星形连接的变压器，可采用两相三继电器式的过流保护。
4）本条规定的各项保护装置，应动作于断开变压器的各侧断路器。
○3后备保护
对于由外部相间短路引起的变压器过电流，可采用下列保护作为后备保护。
1)过电流保护。宜用于降压变压器，保护装置的整定值应考虑事故时可能出现的过负荷。
2)复合电压（包括负序电压及线电压）起动的过电流保护。宜用于升压变压器和系统联络变压器及过电流保护不符合灵敏性要求的降压变压器。
3) 负序电流保护和单相式低电压启动的过电流保护。可用于63000kVA及以上的升压变压器。
4)对于升压变压器和系统联络变压器，当采用上述⑵、⑶保护不能满足灵敏性和选择性要求时，可采用阻抗保护。
○4中性点直接接地电网中的变压器外部接地短路时的零序电流保护
110kV及以上中性点直接接地电网中，如果变压器中性点可能接地运行，对于两侧或三侧电源的升压变压器或降压变压器上应装设零序电流保护。作为变压器主保护的后备保护，并作为相邻元件的后备保护。
○5过负荷保护
对于400kVA及以上的变压器，当数台并列运行或单独运行并作为其他负荷的备用电源时，应根据可能过负荷的情况装设过负荷保护。对自耦变压器和多绕组变压器，保护装置应能反应公共绕组及各侧过负荷的情况。过负荷保护应接于一相电流上，带时限动作于信号。在无经常值班人员的变电所，必要时过负荷保护可动作于跳闸或断开部分负荷。
2.3 变压器的保护的配置方案确定
变压器作为电力系统的重要设备，广泛存在于各级网络系统中，它的安全运行直接关系到整个电网的可靠运行。随着我国经济和社会的飞速发展，人们对电网的质量要求日益提高，在面对变压器可能发生的内部故障、外部故障和不正常运行状态的影响，从而对变压器的可靠运行提出了更加严峻的挑战。这就要求装设的变压器不仅安全可靠，而且要迅速动作。因此装配快速、灵敏、迅速、可靠和选择性好的微机保护是极其重要的。微机保护装置和微机监控系统具有可靠的抗谐波干扰、抗振能力抗电磁干扰的能力，并且具有防止系统过电压和过雷电冲击的措施。在输入输出回路设有光电隔离和防止接点抖动的措施，及其拥有友好的人机界面，使其操作方便。
综合考虑变电站的电压等级，变电所在电网中的地位，可靠性及其地理位置
等因素。本设计采用南京南瑞集团RCS-9000系列保护测控装置。该装置支持GOOSE 跳闸方式和IEC61850后台通讯方式国际规约,而且还具有两路独立RS485的标准通信接口以及一路基于RS-232的装置打印和调试接口，两路独立的通信接口标准都采用电力行业标准DL/T667-1999（IEC-60870-5-103）规约或LFP规约，其常用通信介质为屏蔽双绞线，其中一路可选配为光纤媒介。其保护测控装置的对时有两种方式，一种为软件进行对时，对时精度为10ms左右；另一种为通过硬件秒对时方式进行对时，对时精度为1ms级。所有装置共用一个对时总线，以差分信号输入，对这两种对时方式综合使用。
在RCS-9000系列中，主保护采用RCS-9671变压器差动保护装置；后备保护采用RCS-9681后备保护测控装置作为变压器的110KV侧的后备保护；RCS-9682变压器后备保护测控装置作为变压器的低压侧和中压侧进行后备保护；RCS-9661变压器非电量保护装置，以上装置和操作把手、切换把手、复归按钮等组成一面主变压器保护测控屏。
2.4 变压器主保护测控装置
2.4.1 RCS-9671变压器主保护的基本配置及规格
○1基本配置
RCS-9671保护装置为变压器主保护提供差动速断保护，比率差动保护，中、低侧过电流保护，CT断线判别。装置中的比率差动保护采用二次谐波制动判别原理。其技术数据如下：
1）额定数据
直流电源： 220V，110V 允许偏差+15%，-20%
交流电流： 5A，1A
频率： 50Hz
2）功耗
交流电压： 0.5VA/相
交流电流： <1VA/相(IN=5A)
<0.5VA/相(IN=1A)
直流：正常<15W
跳闸<25W
3）差动保护主要技术指标
a．整组动作时间
差动速断： <20ms(1.5 倍整定值)
二次谐波原理比率差动： <25ms(2 倍整定值，无涌流制动情况下)
b．起动元件
差流电流起动元件，整定范围为：0.3Ie～1.5Ie，级差：0.01Ie(Ie 为被保护变压器的额定电流)。
c．差动速断保护整定范围为： 4～14Ie。
d．CT断线可通过整定控制字选择闭锁比率差动保护出口或仅发报警信号。
e．电流定值误差：<5%
f．比率差动制动系数： 0.3～0.75 可调
g．二次谐波制动系数： 0.1～0.35 可调
4）后备保护主要技术指标
电流定值： 0.1In～20In
定值误差：<5%
时间定值误差：<1%整定值+20ms
○2装置的性能特征
1)本装置有独立的CPU作为整机起动元件，该起动元件在电子电路上（包括数据采集系统）与保护CPU完全独立，动作后开放保护装置出口继电器正电源。
2）装置保护CPU 担负保护功能，完成输入量的采样计算，动作逻辑判断直至跳闸。保护CPU还设有本身的起动元件，构成独立完整的保护功能。
3)差动速断及比率差动保护性能
图1.1 比率差动保护动作特性图
其中：Id为动作电流，Ir为制动电流，Icdqd为差动电流起动值，Kb1为比率差动制动系数，Ie为变压器的额定电流，图中阴影部分为保护动作区。
a.差动速断保护实质上为反应差动电流的过电流继电器，用以保证在变压器内部发生严重故障时快速动作跳闸。
b.比率差动保护的动作特性如图1.1所示，能可靠躲过外部故障时的不平衡电
流。
4）采用软件调整变压器各侧电流的平衡系数方法，把各侧的额定电流都调整到保护装置的额定工作电流IN(IN=5A 或1A)。
5)采用可靠的CT 断线报警闭锁功能，保证装置在CT 断线及交流回路故障时不误动。
6)采用变压器接线方式整定的方法，使软件适用于变压器的任一接线方式。
7)本装置算法的突出特点是在较高采样率的前提下，保证了在故障全过程对所有继电器的并行实时计算，装置有很高的固有可靠性及动作速度。
2.4.2 电流差动保护原理
电流差动保护比较被保护设备各引出线上的电流，规定电流的正方向为流入被保护设备。当各引出线之间在电路上相连时，被保护设备可看作一个节点。在正常运行及外部故障时按照基尔霍夫电流定律有
..
1n d j j I I ==
∑ 式（2.1）
式中，
Id ：差动电流； Ij ：引出线j 上流入被保护设备的相电流；
n ：引出线个数。
上式对被保护设备的每一相都成立。一般地，我们把各引出线流入被保护设备的总电流称为差动电流；在被保护设备内部故障时，当总短路电流可以在故障点流入地或其他支路（如流入其他相）时有：
d f I I = 式（2.2）
式中，If 为故障点的总电流，以上分析可以得出差动保护的判别依据；
0d d I I >其中，0d I 为差动保护的启动电流。差动保护的基本原理说明，不考虑TA 的误差，在正常及外部故障时0d I =差动保护可靠地不动作；在内部故障时0d I ≠，保护可靠地动作；差动保护有绝对地选择性，保护动作不需要延时。一般内部故障最小短路电流也大于差动电流的启动值，差动保护有很高的灵敏度。所以，差动保护具有选择性好、灵敏度高、快速性的优点。为了保证三绕组变压器纵差动保护的正确工作，亦必须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿，使得变压器在正常运行和外部短路故障时，流入继电器的电流为零。
2.4.3 RCS-9671变压器主保护的装置原理
○
1装置逻辑框图如图1.5所示
当设定的启动电流值或中低压侧电流值大于设定的整定值时，保护启动QD线圈通电，QD触点和BSJ触点闭合，保护装置出口接通电源。当不满足差动速断保护要求和在电流互感器不断线的情况下，比率差动不满足设定的整定值时，发出跳闸命令，通过一系列装置跳开各侧断路器。投中低压侧过流时，当中低压侧不满足其过流保护时，通过一系列装置跳过相应的断路器。
○2模拟量的输入如图1.2。
输入I1、I2、I3、I4四侧电流，由(I1+I2+I3+I4)构成差动电流，作为差动保护装置的动作量；由I3构成中压侧后备保护的动作量；由I4构成低压侧后备保护的动作量。在本装置内，变压器各侧电流存在的相位差由软件自动进行校正。变压器各侧的电流互感器均采用星形接线，各侧电流方向均指向变压器。各侧电流的平衡系数调整通过软件完成，不需外接中间电流互感器。由于一次侧主接线没有I2电流，在运用此设备时，I2电流侧接线悬空。
图1.2模拟量输入图
2.4.4 RCS-9671变压器主保护软件说明
○1保护总体流程
保护正常进行在主程序，进行通信及人机对话等工作，间隔一段(RCS-9671 保护1.667ms)产生一次采样中断。采样部分通过AD采样，进行数字滤波及预处理过程，形成保护判别所需的各量。若保护起动元件动作，则进入保护继电器动作测量程序。首先测量比率制动特性的差动继电器是否动作，若动作，则再经涌流判别元件，以区分是故障还是励磁涌流。比率差动继电器动作后若未被涌流判别元件闭锁，则再进入CT 断线瞬时判别程序，以区分内部短路故障和CT断线。差动速
断继电器的动作测量则相应简单，它实质上是一个差动电流过流继电器，不需经过任何涌流闭锁判别和CT 断线判别环节。随后进行中低压侧的过流保护判别。保
图1.3 保护总体流程图
○2装置总启动原件
起动CPU设有装置总起动元件，当三相差流的最大值大于差动电流起动定值时，或者中、低压侧三相电流的最大值（I3、I4）大于相应的过流定值时，起动元
件动作并展宽500ms ，开放出口继电器正电源。
○
3保护启动元件 若三相差动电流最大值大于差动电流起动定值或中、低压侧电流的最大值（3I 、4I ）大于相应的过电流定值，起动元件动作，在起动元件动作后也展宽500ms ，保
护进入故障测量计算程序。
○
4比率差动元件 装置采用三折线比率差动原理，变压器各侧电流经软件Y/△调整，即采用全星型接线方式。采用全星型接线方式对减小电流互感器的二次符合和改善电流互感器的工作性能有很大好处。
○
5二次谐波制动 在RCS-9671保护中，比率差动利用三相差动电流中的二次谐波作为励磁涌流闭锁判据。取三相差动电流中二次谐波最低值，作为按相制动的判据。
○
6差动速断保护 当任一相差动电流大于差动速度整定值时瞬时动作于出口继电器。
○
7CT 断线报警及闭锁比率差动保护 设有延时CT 断线报警及瞬时CT 断线闭锁或报警功能。延时CT 断线报警在保护采样程序中进行，当满足以下两个条件中的任一条件，且时间超过10 秒时发出CT 断线告警信号，但不闭锁比率差动保护。这也兼起保护装置交流采样回路的自检功能。
1)任一相差流大于Ibj 整定值；
2）2m ax D I +D I αβ>；
其中：2D I 为差流的负序电流
m ax D I 为三相差流的最大值
α为固定门槛值
β为某一比例值
瞬时CT 断线报警或闭锁功能在比率差动元起动作后进行判别。但是当差动保护起动后满足电压电流形成的故障识别判据，被认为是故障情况，为防止瞬时 CT 断线的误闭锁，此时不进行瞬时CT 断线判别。
通过整定控制字选择，瞬时CT 断线判别动作后可只发报警信号或闭锁比率差动保护出口。
○
8差动保护动作 跳各侧断路器，用于跳开变压器各侧断路器。
○
9装置闭锁和装置告警
当检测到装置本身硬件故障时，发出装置闭锁信号(BSJ 继电器返回)，闭锁整套保护。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出错和电源故障。平衡系数错和接线方式错也将闭锁整套保护。
当检测到下列故障时，发出运行异常报警装置(BJJ 继电器动作)：
1) CT告警
2) CT断线(可经控制字选择是否闭锁比率差动保护)
3) 起动CPU 定值错(将不再开放启动继电器)
4) 起动CPU 通讯错
5）起动CPU 长期起动
2.4.5 RCS-9671变压器主保护装置端子说明
RCS-9671变压器主保护装置与互感器连接关系，将在互感器接线方式章节中阐述。
装置背板端子如图1.4所示。
图1.4 RCS-9671背板端子图
图1.5 RCS-9671逻辑框图
2.5 变压器后备保护测控装置
在本110KV变电所二次部分设计中高压侧后备保护装置采用南瑞RCS-9681作为高压侧后备保护测控装置，RCS-9682装置作为中、低压侧后备保护测控装置2.5.1 基本配置及规格
○1基本配置
RCS-9681为用于110KV电压等级变压器的110KV 侧后备保护测控装置，采用以下保护功能和测控功能。
保护方面的主要功能有：1）复合电压闭锁过流保护；2）接地零序保护（三
段零序过流保护）；3）保护出口采用跳闸矩阵方式，可灵活整定；4）过负荷发信号；5）启动主变风冷；6）过载闭锁有载调压；7）故障录波。
RCS-9682为用于110KV 及以下电压等级的变压器35KV 、10KV 侧后备保护测控装置，采用以下保护功能和测控功能。
保护方面的主要功能有：1）复合电压闭锁过流保护；2）保护出口采用跳闸矩阵方式，可灵活整定；3）过负荷发信号；4）故障录波。
测控方面的主要功能有：1）7路（RCS-9682装置8路）遥信开入采集、遥信变位、事故遥信；2）3路（RCS-9682装置5路）断路器遥控分合，空接点输出；出口动作保持时间可程序设定；3）P 、Q 、I （IA 、IB 、IC ）、U （UA 、UB 、UC 、UAB 、UBC 、UCA ）、U0、F 、COS ф等模拟量的遥测；4）遥控事件记录及事件SOE 等；5）四路脉冲累加单元，空接点输入。
2.5.2 保护测控装置原理说明
○
1RCS-9681后备保护测控装置原理 1）装置逻辑框图如图1.8所示
本设计采用复合电压闭锁过流后备保护功能，当复合电压闭锁过流控制字投入时，复合电压闭锁过流后备保护功能启动，触点QJ 闭合，BSJ 闭合，保护装置接通电源。通过复合电压闭锁负序电压大于整定值和复合电压闭锁低电压大于其整定值时，且及本侧电压互感器没有退出的情况下，且各相复合电压闭锁过流值大于整定值时，通过跳闸矩阵，通过出口接点，断开该侧的断路器，使其一次设备受到保护。
当启动风冷最大值、闭锁调压最大值、过负荷最大值大于相应的整定值时，通过保护装置发出跳闸命令。
2）模拟输入
外部电流及电压输入经隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数变换器，CPU 经采样数字处理后，构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。
a I 、
b I 、
c I 、o I 、o g I 为保护用电流模拟量输入，o I 为变压器中性线零序电
流，o g I 为变压器经间隙接地的间隙支路零序电流。A I 、B I 、C I 为测量专用CT
输入，保证遥测量有足够的精度。
A U 、
B U 、
C U 取自高压侧母线PT ，用于复压闭锁及方向元件，同时也作为测
量用电压输入，与A I 、B I 、C I 一起计算形成线路的P 、Q 、COS 、w h K 、var h K 。o U 高压侧母线PT 开口三角电压。
○
2RCS-9682后备保护测控装置原理 1）装置逻辑框图如图1.9所示
RCS-9682后备保护装置和RCS-9681后备保护装置动作原理类似，不再重复陈述。
2）模拟输入
外部电流及电压输入经隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数变换器，CPU 经采样数字处理后，构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。 a I 、b I 、c I 为保护用电流模拟量输入。A I 、B I 、C I 为测量用专用测量CT 输
入，保证遥测量有足够的精度。
A U 、
B U 、
C U 取自本侧母线PT ，用于复压闭锁元件，同时也作为测量用电
压输入，与IA 、IB 、IC 一起计算形成本线路的P 、Q 、COS 、w h K 、var h K 。0U 为本侧母线PT 开口三角电压。
2.5.3 RCS-9681后备保护测控装置软件说明
在本设计中选用RCS-9681后备保护装置中的复合电压闭锁过流，接地保护，过负荷、启动风冷、过载闭锁有载调压，PT 断线等保护功能，其功能原理如下：
○
1复合电压闭锁过流 本装置设三段复合电压闭锁过流保护，各段电流及时间定值可独立整定，分别设置整定控制字控制这三段保护的投退。Ⅰ、Ⅱ段可带方向闭锁，由控制字选择，方向元件采用正序电压极化，方向元件和电流元件接成按相起动方式。方向元件带有记忆功能以消除近处三相短路时方向元件的死区。当电流方向指向变压器时，方向元件指向变压器，方向元件灵敏角为45度。复合电压元件，其负序电压由相电压计算得到，应按相整定；低电压取自线电压，应按线整定。复合电压闭锁过流保护可取三侧复合电压，任一侧复合电压动作均可起动过流保护动作（其它两侧动作后给出动作接点1b U ）。
○
2接地保护 对于110KV 及以上电压等级的变压器需要设置接地保护。本装置具有三种接地方式均设有保护：a) 中性点直接接地运行；b) 中性点不接地运行；c) 经间隙接地运行。
1) 中性点直接接地运行
设有三段零序过流保护，每段均一个时限，分别设有整定控制字控制这三段保护的投退。
2) 中性点不接地或经间隙接地运行
装置设有Ⅰ段两时限零序无流闭锁零序过压保护和Ⅰ段两时限间隙零序过流保护，两者第一时限出口跳闸用于缩短故障范围，第二时限均跳主变各侧开关。零序无流的定值同Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段零序过流电流定值的最小值。
○3过负荷、启动风冷、过载闭锁有载调压
装置设有三个定值分别对应这三项功能，取最大相电流作为判别。装置给出一付过负荷接点，一付启动风冷接点，一付过载闭锁有载调压接点。
○4PT断线
PT 断线判据如下：
1) 正序电压U1 小于30 伏，而任一相电流大于0.06In；
2) 负序电压大于8 伏；
满足上述任一条件后延时10 秒报母线PT 断线，发出装置异常报警信号（BJJ 继电器动作），待电压恢复保护也自动恢复正常。在断线期间，根据整定控制字选择是退出经方向或复合电压闭锁的各段过流保护还是暂时取消方向和复合电压闭锁。当各段复压过流保护都不经复压闭锁和方向闭锁时，不判PT 断线。
当本侧PT 检修或旁路代路时，为保证该侧后备保护的正确动作，需投入“本侧PT 退出”压板，此时该侧后备保护的功能有如下变化：
1) 复合电压闭锁（方向）过流保护自动解除本侧复合电压闭锁，只是经过其他侧复合电压闭锁（控制字UBS=1 时）；
2) 复合电压过流保护自动解除方向元件；
3) PT断线检测功能解除；
4) 本侧复合电压动作功能解除。
○5跳闸逻辑矩阵
本装置各保护跳闸方式采用整定方式，即哪个保护动作，跳何开关可以按需自由整定。RCS9681共有三组出口跳闸继电器：出口1（CK1）、出口2（CK2）、出口3（CK3）。原则上，出口跳闸继电器2用于跳开主变各侧开关。出口跳闸继电器1、3 可由用户选择去跳何种开关。跳闸矩阵如表2.1所示。
其中：行表示保护元件，列表示要动作的出口跳闸继电器。
整定方法：在保护元件与要动作的出口跳闸继电器的空格处填1,其它空格填0，则可得到跳闸方式。
○6装置告警
?当CPU检测到装置本身硬件故障时，发出装置故障闭锁信号(BSJ继电器返回)，闭锁整套保护。硬件故障包括：RAM、EPROM、定值出错和出口三极管长期导通。
????当CPU检测到下列故障时，发出装置异常报警信号(BJJ继电器动作)：（A）过负荷；（B）PT断线；（C）三相电流不平衡经10秒延时报CT异常。
○7遥控、遥测、遥信功能
遥控功能主要有两种：3 路断路器的正常遥控跳闸操作，正常遥控合闸操作。遥测量主要有：U、I、C O S 、F、P、Q，有功电度，无功电度及脉冲电度。所有这些量都在当地实时计算，实时累加，三相有功无功的计算消除了由于系统电压不对称而产生的误差，且计算完全不依赖于网络，精度达到0.5 级。本装置的遥测功率计算可选用三表法或二表法。
遥信量主要有：7 路遥信开入、装置变位遥信及事故遥信，并作事件顺序记录，遥信分辨率小于2ms，四路空接点脉冲开入。
○8装置通讯接口
兼容各种网络接口，并可采用双网通讯方式，装置能适应多种通讯媒介，如光纤，网络双绞线。通信规约支持电力行业标准DL/T667-1999（IEC-60870-5-103）最新保护远动通信标准。
2.5.4 RCS-9682后备保护测控装置软件说明
本设计中选用RCS-9682后备保护装置中的复合电压闭锁过流，过负荷报警，PT断线等保护功能，其功能原理如下：
○1复合电压闭锁过流
本装置设四段复合电压闭锁过流保护，各段电流及时间定值可独立整定，分别设置整定控制字控制各段保护的投退。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段可带方向闭锁，由控制字选择，方向元件采用正序电压极化，方向元件和电流元件接成按相起动方式。方向元件带有记忆功能以消除近处三相短路时方向元件的死区。当电流方向指向变压器时，方向元件指向本侧系统，方向元件灵敏角为225 度。复合电压元件，其负序电压由相电压计算得到，应按相整定；低电压取自线电压，应按线整定。
○2过负荷报警
装置取三相最大电流作为判别，过负荷动作后给出一付过负荷报警接点，并报运行异常信号（BJJ动作）
○3PT断线
PT 断线判据如下：
1）正序电压U1小于30 伏，而任一相电流大于0.06In；
课程设计任务书 设计题目： 110kV变电站电气 一次部分设计 前言 变电站(Substation）改变电压的场所。是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压。在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点。主要作用是进行高底压的变换，一些变电站是将发电站发出的电升压，这样一方面便于远距离输电，第二是为了降低输电时电线上的损耗；还有一些变电站是将高压电降压，经过降压后的电才可接入用户。对于不同的情况，升压和降压的幅度是不同的，所以变电站是很多的，比入说远距离输电时，电压为11千伏，甚至更高，近距离时为1000伏吧，这个电压经
变压器后，变为220伏的生活用电，或变为380伏的工业用电。 随着我国电力工业化的持续迅速发展，对变电站的建设将会提出更高的要求。本文通过对110KV变电站一次系统的设计，其中针对主接线形式选择，母线截面的选择，电缆线路的选择，主变压器型号和台数的确定，保护装置及保护设备的选择方法进行了详细的介绍。其中，电气设备的选择包括断路器、隔离开关、互感器的选择和方法与计算，保护装置包括避雷器和避雷针的选择。其中分析短路电流的计算方法和原因，是为了保证供电的可靠性。 目录 第1章原始资料及其分析 (4) 1原始资料 (4) 2原始资料分析 (6) 第2章负荷分析 (6) 第3章变压器的选择 (8) 第4章电气主接线 (11) 第5章短路电流的计算 (14) 1短路电流计算的目的和条件 (14) 2短路电流的计算步骤和计算结果 (15) 第6章配电装置及电气设备的配置与选择 (18) 1 导体和电气设备选择的一般条件 (18) 2 设备的选择 (19) 结束语 (25)
110kv变电站110kv线路保护及主系统设计 1课题来源 本课题为某110kv中心变电站110kv线路保护记主系统设计课题。该变电站是最末一个梯级电站，装机容量600万千瓦，年发电量301亿千瓦时，用地总面积为8070.1374公顷。向家坝水电站110kV中心变电站为向家坝水电站提供施工供电电源和电站建成以后作为厂用电备用电源的一座变电站。设计容量为3 50MVA，电压等级为110/35/10kV, 110kV进出线有5条，中压35kV侧有10 回出线，低压10kV侧有20 回出线. 2 设计的目的和意义 110kV变电所是电力配送的重要环节，也是电网建设的关键环节。变电所设计质量的好坏，直接关系到电力系统的安全、稳定、灵活和经济运行。它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主要环节，电气主接线连接直接影响运行的可靠性、灵活性。它的拟定直接关系着全厂电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护、自动装置和控制方式的确定。 随着变电所综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电所二次系统，继而实现“无人值班”变电所已成为电力系统新的发展方向和趋势。 3 国内外的现状和发展趋势 目前，我国小城市和西部地区经济的不断发展对电能资源的要求也越来越高，西部主要是高原地带，在高海拔的条件下，农村现有的变电技术远达不到经济的快速发展，这也在一定程度上影响了西部地区和中小城市变电技术的推广和应用技术的深化。因此，一方面需要创造条件有针对性地提高对小城市以及农村的变电站的建设，加强专业知识的培训来提高变电技术；另一方面，可以通过媒介积极开展技术交流，通过实践去体验、探索。 当今世界各方面因素正冲击着全球电力工业，在国外变电所技术有十分剧烈的竞争，而世界范围内的变电所都采用了新技术; 其次，不同的环境要求给所有的电力供应商增加了额外的责任，使电力自动化设备尤其是高压大功率变电站的市场开发空间大大拓展。另外高压变电所的最终用户对变电站的自动控制、节能、
110KV变电站设计文献综述 摘要：本文首先根据任务书上所给系统与线路及所有负荷的参数，分析负荷发展趋势。从负荷增长方面阐明了建站的必要性，然后通过对拟建变电站的概括以及出线方向来考虑，并通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV以及站用电的主接线，然后又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，同时也确定了站用变压器的容量及型号，最后，根据最大持续工作电流及短路计算的计算结果，对高压熔断器，隔离开关，母线，绝缘子和穿墙套管，电压互感器，电流互感器进行了选型，从而完成了110kV电气一次部分的设计。 关键词：变电站变压器接线 1变电站的概述 纵观20世纪的社会和经济发展，一个突出的特点是，电力的使用已经渗透到社会经济，生活领域。发电厂、变电站分工完成整个电力系统的发电、变电和配电的任务，而变电站更是电力工业建设中不可缺少的一个项目。由于变电站的设计内容多，范围广，逻辑性强，不同电压等级，不同性质负荷的变电站设计时所侧重的方面不一样。 变电站是电力系统中变换电压等级、汇集电流和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。我国电力建设经过多年的发展，系统容量越来越大，短路电流不断增大，对电气设备、系统内大量信息的实时性等要求越来越高，而随着科学技术的高速发展，制造、材料行业，尤其是计算机及网络技术的迅速发展，电力系统的变电技术也有了新的飞跃。对变电站的设计提出了更高的要求，更需要我们知识应用水平。 结合我国现状，为国民经济各部门和人民提供充足.可靠.优质.廉价的电能，因此新建变电站应充分体现出安全性、可靠性、经济性和先进性。在此我为满某地区重点需要，提高电能的质量。我拟建一座110KV变电站。 110KV变电站电气部分设计的内容 通过查阅书籍，了解了电力工业的有关政策，技术规程等方面的知识，理清自己的设计思路，清楚设计任务，如电气主接线，短路电流计算，设备的选择，防雷接地等，涉及以下内容： 1 现代电力系统是一个巨大的、严密的整体。各类发电厂、变电站分工完
毕业设计（论文、作业）毕业设计（论文、作业）题目： 110kV变电站电气部分设计 分校（站、点）： 年级、专业： 09秋机械 教育层次：本科 学生姓名： 学号： 指导教师： 完成日期： 2012年5月5日
中文摘要 变电站作为电力系统中的重要组成部分，直接影响整个电力系统的安全与经济运行。本论文中待设计的变电站是一座降压变电站，在系统中起着汇聚和分配电能的作用，担负着向该地区工厂、农村供电的重要任务。该变电站的建成，不仅增强了当地电网的网络结构，而且为当地的工农业生产提供了足够的电能，从而达到使本地区电网安全、可靠、经济地运行的目的。 本论文《110kv变电站一次部分电气设计》，首先通过对原始资料的分析及根据变电站的总负荷选择主变压器，同时根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求，选择了两种待选主接线方案进行了技术比较，淘汰较差的方案，确定了变电站电气主接线方案。 其次进行短路电流计算，从三相短路计算中得到当短路发生在各电压等级的母线时，其短路稳态电流和冲击电流的值。再根据计算结果及各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行主要电气设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等）。 最后，并绘制了电气主接线图、电气总平面布置图、防雷保护配置图等相关设计图纸。 关键词电气主接线设计；短路电流计算；电气设备选择；设计图纸 Abstract Power system substation as an important part of the entire power system directly affects the safety and economic operation. To be designed in this paper is a step-down substation substation in the system plays the role of aggregation and distribution of electric energy, charged with the factory to the region, the important task of rural electrification. The completion of the substation will not only strengthen the local power grid network structure, but also for the local industrial and agricultural production provides enough power, so that the regional power grid so as to achieve safe, reliable and economic operation purposes. The paper "110kv substation once part of the electrical design," the first original data through the analysis and selection based on total load of the substation main transformer, the main wiring under both economical and reliable, flexible operation requirements, select the main connection of two programs to be selected A technical comparison, out of poor program to determine the main electrical substation connection program. Second, the short-circuit current calculation, obtained from the three-phase short circuit calculation occurs when short-circuit the voltage level of the bus, its steady-state current and the impact of short-circuit current value. According to the results and the voltage level of voltage and maximum continuous operating current of the main electrical equipment selection and validation (including circuit breaker, disconnecting switch, current transformer, voltage transformer, etc.). Finally, the main draw of the electrical wiring diagram, electrical general layout map, lightning protection and other related design layout plan drawings.
第1章原始资料分析 1.变电站的地址和地理位置选择：建设一个变电站要考虑到地理环境、气象条件等因素，包括： ⑴年最高温度、最低温度。 ⑵冬季、夏季的风向以及最大风速。 ⑶该地区的污染情况。 2.确定变电站的建设规模设计⑴电压等级有两个：110kV 10kV。⑵主变压器用两台。⑶进出线情况：110kV有两回进线，10kV有18回出线。 3.设计110kV和10kV侧的电气主接线：通过比较各种接线方式的优缺点、适用范围，确定出最佳的接线方案。 ⑴110kV侧有两回进线，为电源进线，此时宜采用桥形接线，根据桥断路器的安装位置，可分为内桥和外桥接线两种，比较这两种接线的特点，适用范围，确定110kV侧的接线方式为内桥接线。 ⑵10kV侧有18回出线，可供选择的接线方式有： ①单母线分段接线。 ②双母线以及双母线分段。 ③带旁路母线的单母线和双母线接线。 比较这几种接线方式的优缺点，适用范围，确定出10KV侧的接线方式为单母线分段接线。 4.计算短路电流及主要设备选型。 ⑴主变压器的型号、容量、电压等级、冷却方式、结构、容量比和中性点接地方式的选择等。 ①主变的容量： 主变容量的确定应根据电力系统5-10年发展规划进行。当变电所装设两台 第0页共30 页
及以上主变时，每台容量的选择应按照其中任一台停运时，其余容量至少能保证所供一级负荷或为变电所全部负荷的60-80%。 ②接线方式： 我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用“YN”联接；35kV采用“Y”联接，其中性点多通过消弧线圈接地。因此，普通双绕组一般选用YN，d11接线；三绕组变压器一般接成YN，y，d11或YN，yn，d11等形式。 5.绘制电气主接线图；总平面布置图；110kV和10kV的进出线间隔断面图等有关图纸。 6.简要设计主变压器继电保护的配置、整定计算 选择几个特殊的短路点：如110kV侧、10kV母线上。根据系统的短路容量进行整定计算。 7.防雷接地设计 防雷设计要考虑到年雷暴日，保护范围等因素。接地设计考虑到主要的电气设备能可靠的接地，免受雷电以及短路。 第1页共30 页
110KV变电所电气设计说明 所址选择： 首先考虑变电所所址的标高，历史上有无被洪水浸淹历史；进出线走廊应便于架空线路的引入和引出，尽量少占地并考虑发展余地；其次列出变电所所在地的气象条件：年均最高、最低气温、最大风速、覆冰厚度、地震强度、年平均雷暴日、污秽等级，把这些作为设计的技术条件。 主变压器的选择： 变压器台数和容量的选择直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量基本原始资料外，还应依据电力系统5-10年的发展规划、输送功率大小、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。 选择主变压器型式时，应考虑以下问题：相数、绕组数与结构、绕组接线组别（在电厂和变电站中一般都选用YN，d11常规接线）、调压方式、冷却方式。 由于本变电所具有三种电压等级110KV、35KV、10KV，各侧的功率均达到变压器额定容量的15%以上，低压侧需装设无功补偿，所以主变压器采用三绕组变压器。为保证供电质量、降低线路的损耗此变压器采用的是有载调压方式，在运行中可改变分接头开关的位置，而且调节范围大。由于本地区的自然地理环境的特点，故冷却方式采用自然风冷却。 为保证供电的可靠性，该变电所装设两台主变压器。当系统处于最大运行方式时两台变压器同时投入使用，最小运行方式或检修时只投入一台变压器且能满足供电要求。 所以选择的变压器为2×SFSZL7-31500/110型变压器。 变电站电气主接线： 变电站主接线的设计要求，根据变电站在电力系统中的地位、负荷性质、出线回路数等条件和具体情况确定。 通常变电站主接线的高压侧，应尽可能采用短路器数目教少的接线，以节省投资，随出线数目的不同，可采用桥形、单母线、双母线及角形接线等。如果变电站电压为超高压等级，又是重要的枢纽变电站，宜采用双母线带旁母接线或采用一台半断路器接线。变电站的低压侧常采用单母分段接线或双母线接线，以便于扩建。6~10KV馈线应选轻型断路器，如SN10型少油断路器或ZN13型真空断路器；若不能满足开断电流及动稳定和热稳定要求时，应采用限流措施。在变电站中最简单的限制短路电流的方法，是使变压器低压侧分列运行；若分列运行仍不能满足要求，则可装设分列电抗器，一般尽可能不装限流效果较小的母线电抗器。 故综合从以下几个方面考虑： 1 断路器检修时，是否影响连续供电； 2 线路能否满足Ⅰ,Ⅱ类负荷对供电的要求； 3大型机组突然停电对电力系统稳定运行的影响与产生的后果等因素。 主接线方案的拟定： 对本变电所原始材料进行分析，结合对电气主接线的可靠性、灵活性及经济性等基本要求，综合考虑。在满足技术、经济政策的前提下，力争使其技术先进，供电可靠，经济合理的主接线方案。此主接线还应具有足够的灵活性，能适应各
110KV变电站电气部分设计 二〇〇九年八月 目录 设计任务书 (4) 第一部分主要设计技术原则 (5) 第一章主变容量、形式及台数的选择 (6) 第一节主变压器台数的选择 (6) 第二节主变压器容量的选择 (7) 第三节主变压器形式的选择 (8) 第二章电气主接线形式的选择 (10) 第一节主接线方式选择 (12) 第三章短路电流计算 (13) 第一节短路电流计算的目的和条件 (14) 第四章电气设备的选择 (15) 第一节导体和电气设备选择的一般条件 (15) 第二节断路器的选择 (18) 第三节隔离开关的选择 (19) 第四节高压熔断器的选择 (20) 第五节互感器的选择 (20) 第六节母线的选择 (24) 第七节限流电抗器的选择 (24) 第八节站用变压器的台数及容量的选择 (25) 第九节 10kV无功补偿的选择 (26) 第五章 10kV高压开关柜的选择 (26) 第二部分计算说明书 附录一主变压器容量的选择 (27) 附录二短路电流计算 (28) 附录三断路器的选择计算 (30) 附录四隔离开关选择计算 (32) 附录五电流互感器的选择 (34) 附录六电压互感器的选择 (35) 附录七母线的选择计算 (36) 附录八 10kV高压开关柜的选择 (37) （含10kV电气设备的选择） 第三部分相关图纸 一、变电站一次主结线图 (42) 二、10kV高压开关柜配置图 (43) 三、10kV线路控制、保护回路接线图 (44) 四、110kV接入系统路径比较图 (45) 第四部分 一、参考文献 (46)
二、心得体会 (47) 设计任务书 一、设计任务： ***钢厂搬迁昌北新区，一、二期工程总负荷为24.5兆瓦，三期工程总负荷为31兆瓦,四期工程总负荷为20兆瓦;一、二、三、四期工程总负荷为75.5兆瓦,实际用电负荷 34.66兆瓦,拟新建江西洪都钢厂变电所。本厂用电负荷设施均为Ⅰ类负荷。 第一部分主要设计技术原则 本次110kV变电站的设计，经过三年的专业课程学习，在已有专业知识的基础上，了解了当前我国变电站技术的发展现状及技术发展趋向，按照现代电力系统设计要求，确定设计一个110kV综合自动化变电站，采用微机监控技术及微机保护，一次设备选择增强自动化程度，减少设备运行维护工作量，突出无油化，免维护型设备，选用目前较为先进的一、二次设备。 将此变电站做为一个终端用户变电站考虑，二个电压等级，即110kV/10kV。 设计中依据《变电所总布置设计技术规程》、《交流高压断路器参数选用导则》、《交流高压断路器订货技术条件》、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》、《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》、《高压配电装置设计技术规程》、《110kV-330kV变电所计算机监控系统设计技术规程》及本专业各教材。 第一章主变容量、形式及台数的选择 主变压器是变电站（所）中的主要电气设备之一，它的主要作用是变换电压以利于功率的传输，电压经升压变压器升压后，可以减少线路损耗，提高了经济效益，达到远距离送电的目的。而降压变压器则将高电压降低为用户所需要的各级使用电压，以满足用户的需要。主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。因此，主变的选择除依据基础资料外，还取决于输送功率的大小，与系统的紧密程度，同时兼顾负荷性质等方面，综合分析，合理选择。 第一节主变压器台数的选择 由原始资料可知，我们本次设计的江西洪都钢厂厂用电变电站，主要是接受由220kV双港变110kV的功率和220KV盘龙山变供110kV的功率，通过主变向10kV线路输送。由于厂区主要为I类负荷，停电会对生产造成重大的影响。因此选择主变台数时，要确保供电的可靠性。 为了提高供电的可靠性，防止因一台主变故障或检修时影响整个变电站的供电，变电站中一般装设两台主变压器。互为备用，可以避免因主变故障或检修而造成对用户的停电，若变电站装设三台主变，虽然供电可靠性有所提高，但是投资较大，接线网络较复杂，增大了占地面积和配电设备及继电保护的复杂性，并带来维护和倒闸操作的许多复杂化，并且会造成短路容量过大。考虑到两台主变同时发生故障的几率较小，适合负荷的增长和扩建的需要，而当一台主变压器故障或检修时由另一台主变压器可带动全部负荷的70%，能保证正常供电，故可选择两台主变压器。 第二节主变压器容量的选择 主变压器容量一般按变电站建成后5--10年规划负荷选择，并适当考虑到远期10--20年的负荷发展，对于城郊变电站主变压器容量应与城市规划相结合，该变电站近期和远期负荷都已给定，所以，应接近期和远期总负荷来选择主变容量。根据变电站所带负荷的性质和电网的结构来确定主变压器的容量，对于有重要负荷的变电站应考虑当一台主变压器停用时，其余变压器容量在计及过负荷能力的允许时间内，应保证用户的一级和二级负荷，对一般性变电站当一台主变压器停用时，其余变压器容量应能保证全部负荷的70--80%。该变电站的主变压器是按全部负荷的70%来选择，因此装设两
110kv变电站安全距离110kv变电站设计规范 110kv变电站安全距离 国家《电磁辐射管理办法》规定100千伏以上为电磁强辐射工程，第二十条规定：在集中使用大型电磁辐射设备或高频设备的周围，按环境保护和城市规划要求，在规划限制区内不得修建居民住房、幼儿园等敏感建筑。 不过，据环保部门介绍，我国目前对设备与建筑物之间的距离有一定要求。比如一般10KV —35KV变电站，要求正面距居民住宅12米以上，侧面8米以上；35KV以上变电站的建设，要求正面距居民住宅15米以上，侧面12米以上；箱式变电站距居民住宅5米以上。 北京市规划委（2004规意字0638号）110千伏的地下高压变电站工程项目，明确要求距离不得少于300米。 35～110KV变电站设计规范 第一章总则 第1.0.1条为使变电所的设计认真执行国家的有关技术经济政策，符合安全可靠、技术先进和经济合理的要求，制订本规范。 第1.0.2条本规范适用于电压为35～110kV，单台变压器容量为5000kV A及以上新建变电所的设计。 第1.0.3条变电所的设计应根据工程的5～10年发展规划进行，做到远、近期结合，以近期为主，正确处理近期建设与远期发展的关系，适当考虑扩建的可能。 第1.0.4条变电所的设计，必须从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，结合国情合理地确定设计方案。 第1.0.5条变电所的设计，必须坚持节约用地的原则。 第1.0.6条变电所设计除应执行本规范外，尚应符合现行的国家有关标准和规范的规定。第二章所址选择和所区布置 第2.0.1条变电所所址的选择，应根据下列要求，综合考虑确定： 一、靠近负荷中心； 二、节约用地，不占或少占耕地及经济效益高的土地； 三、与城乡或工矿企业规划相协调，便于架空和电缆线路的引入和引出； 四、交通运输方便； 五、周围环境宜无明显污秽，如空气污秽时，所址宜设在受污源影响最小处； 六、具有适宜的地质、地形和地貌条件（例如避开断层、滑坡、塌陷区、溶洞地带、山区风口和有危岩或易发生滚石的场所），所址宜避免选在有重要文物或开采后对变电所有影响的矿藏地点，否则应征得有关部门的同意； 七、所址标高宜在50年一遇高水位之上，否则，所区应有可靠的防洪措施或与地区（工业企业）的防洪标准相一致，但仍应高于内涝水位； 八、应考虑职工生活上的方便及水源条件； 九、应考虑变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。 第2.0.2条变电所的总平面布置应紧凑合理。 第2.0.3条变电所宜设置不低于2.2m高的实体围墙。城网变电所、工业企业变电所围墙的高度及形式，应与周围环境相协调。 第2.0.4条变电所内为满足消防要求的主要道路宽度，应为3.5m。主要设备运输道路的宽度可根据运输要求确定，并应具备回车条件。 第2.0.5条变电所的场地设计坡度，应根据设备布置、土质条件、排水方式和道路纵坡确定，
BY市110kv降压变电所设计--牛
课程设计 电气工程及其自动化_专业班级 题目BY市110kV降压变电所设计 姓名 学号 指导教师 二О年月日
一．变电站概括 1.1变电站总体分析 BY市变电站位于市边缘，供给城市和近郊工业、农业及生活用电，是新建地区变电所。变电站做为电力系统中起着重要的连接作用，是联系发电厂与负荷的重要环节。本课程设计主要是关于本变电站的一次设计，为了是变电站的一次设计能够很好的接入电力系统，使电力系统安全可靠的运行，下面对本变电站做初步分析的原始数据进行分析。 1．变电站类型：110KV地方降压变电站 2．电压等级：110/10KV 3．线路回数：110KV：2回，备用2回；10KV：13回，备用2回； 4．地理条件：平均海拔100m，地势平坦，交通方便，有充足水源，属轻地震区。年最高气温+42℃，年最低气温-18℃，年平均温度+16℃，最热月平均最高温度+32℃。最大风速35m/s,主导风向西北，覆冰厚度。5．负荷情况：主要是一、二级负荷，市内负荷主要为市区生活用电、棉纺厂、印染厂等工业用电；郊区负荷主要为郊区变电站及其他工业用电。 6．系统情况：根据任务书中电力系统简图可以看到，本变电站位于两个电源中间，有两个发电厂提供电
能，进而经过该变电站降压后用于工业、农业等负荷用电，需要一定的可靠性。 1.2 负荷分析及主变压器的选择 负荷计算的目的： 计算负荷是供电设计计算的基本依据，计算负荷确定得是否正确合理，直接影响到电器和导线电缆的选择是否经济合理。如计算负荷确定过大，将使电器和导线选得过大，造成投资和有色金属的消耗浪费，如计算负荷确定过小又将使电器和导线电缆处子过早老化甚至烧毁，造成重大损失，由此可见正确确定计算负荷重要性。 负荷分析 10KV 侧: 近期负荷：P 近=(2＋2＋1＋1＋2＋3＋2＋1.5＋1.5＋1.5)MW=17.5MW 远期负荷: P 远=（３＋３＋1.5＋1.5＋3＋4.5＋3.5＋2＋2＋2＋2＋2）=30MW ∑=n i Pi 1=17.5MW+30MW=47.5MW 综合最大计算负荷计算公式: S js =Kt*1 cos n i i i P φ =∑*(1+α%) (注:Kt:同时系数，取85%; %:线损,取5%) S js 近=Kt*max 1cos n i i i P ? =∑近 *(1+α%)
110k V变电站电气一次部分课程设计 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
课程设计任务书 设计题目： 110kV变电站电气 一次部分设计 前言 变电站(Substation）改变电压的场所。是把一些设备组装起来，用以切断或接通、改变或者调整电压。在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点。主要作用是进行高底压的变换，一些变电站是将发电站发出的电升压，这样一方面便于远距离输电，第二是为了降低输电时电线上的损耗；还有一些变电站是将高压电降压，经过降压后的电才可接入用户。对于不同的情况，升压和降压的幅度是不同的，所以变电站是很多的，比入说远
距离输电时，电压为11千伏，甚至更高，近距离时为1000伏吧，这个电压经变压器后，变为220伏的生活用电，或变为380伏的工业用电。 随着我国电力工业化的持续迅速发展，对变电站的建设将会提出更高的要求。本文通过对110KV变电站一次系统的设计，其中针对主接线形式选择，母线截面的选择，电缆线路的选择，主变压器型号和台数的确定，保护装置及保护设备的选择方法进行了详细的介绍。其中，电气设备的选择包括断路器、隔离开关、互感器的选择和方法与计算，保护装置包括避雷器和避雷针的选择。其中分析短路电流的计算方法和原因，是为了保证供电的可靠性。 目录 第1章原始资料及其分析 (4) 1原始资料 (4) 2原始资料分析 (6) 第2章负荷分析 (6) 第3章变压器的选择 (8) 第4章电气主接线 (11) 第5章短路电流的计算 (14) 1短路电流计算的目的和条件 (14) 2短路电流的计算步骤和计算结果 (15) 第6章配电装置及电气设备的配置与选择 (18) 1 导体和电气设备选择的一般条件 (18) 2 设备的选择 (19)
110kV降压变电所电气部分的初步设计(doc 6页)
2008级电气工程基础课程设计指导书 110kV降压变电所电气部分初步设计 一、设计目的 (1) 复习和巩固《电气工程基础》课程所学知识； (2) 培养分析问题和解决问题的能力； (3) 学习和掌握变电所电气部分设计的基本原理和设计方法。 二、设计内容及设计要求 1 设计内容 本次设计的是一个降压变电站，有三个电压等级(110kV／35kV／10kV)。本设计只做电气部分的初步设计，不作施工设计和土建设计。 (1) 主接线设计 分析原始资料，根据任务书的要求拟出各级电压母线的接线方式(可靠性、经济性和灵活性)， (2) 主变压器选择 根据负荷选择主变压器的容量、型式、电压等级等，通过技术经济比较选择主接线最优方案； (3) 短路电流计算 根据所确定的主接线方案，选择适当的计算短路点计算短路电流，并列表表示出短路电流的计算结果； (4) 主要电气设备的选择：断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、高 压熔断器、消弧线圈、避雷器等 (5) 编制设计成果 1）编制设计说明书 2）编制设计计算书 3）绘制变电所电气主接线图纸1张（A2图纸） 2 设计要求 设计按照国家标准要求和有关设计技术规程进行，要求对用户供电可靠、保证电能质量、接线简单清晰、操作方便、运行灵活、投资少、运行费用低，．并 且具有可扩建的方便性。要求如下： (1) 通过经济技术比较，确定电气主接线。 (2) 短路电流计算
(1) 变电站供电范围：110 kV 线路：最长100 km，最短50 km；35 kV 线路：最长70 km，最短20 km；10 kV 低压馈线：最长30km，最短10km (2) 未尽事宜按照设计常规假设。 四、要求 1．在资料一、二中任选一种情况作设计。 2．画图软件自选，手画也可。 4．主要参考资料 [1] 熊信银, 张步涵.电气工程基础.华中科技大学出版社，2005 [2] 何仰赞温增银，电力系统分析，华中科技大学出版社，2001 [3] 西北电力设计院东北电力设计院，电力工程设计手册，上海人民出版社，1972 [4] 电力工业部西北电力设计院，电力工程电气设备手册，中国电力出版社，1998 [5] 电力工业部西北电力设计院，电力工程电气设计手册，中国电力出版社，1998 [6] 陈跃.电力工程专业毕业设计指南.电力系统分册.中国水利水电出版 [7] 吴靓,谢珍贵.发电厂及变电所电气设备. 第一版.北京.中国水利水电出版社.2004 [8] 志溪.电气工程设计. 第一版.北京. 机械工业出版社.2002 [9] 张华.电类专业毕业设计指导.机械工业出版社 [10] 陈慈萱. 电气工程基础. 第一版.北京.中国电力出版社.2003
110kV变电所设计 第一章任务书 第一节的主要内容 本次设计为110kV变电站初步设计，共分为任务书、计算书、说明书三部分，同时还附有12张图纸加以说明。该变电站有3台主变压器，初期上2台，分为三个电压等级：110kV、35kV、10kV，各个电压等级均采用单母分段的主接线方式供电，本次设计中进行了短路电流计算，主要设备选择及校验（包括断路器、隔离开关、电流互感器、母线等），并同时附带介绍了所用电和直流系统、继电保护和微机监控系统、过压保护、接地、通信等相关方面的知识。 第二节应完成的成果 说明书：电气主接线，短路电流计算及主要设备的选择，各电压级的配电装置及保护，微机监控系统等。 计算书：短路电流，主要设备选择（DL、G、CT、母线），变压器差动保护整定计算。 图纸：电气主接线图，电气总平面布置图，继电保护及综合自动化系统配置图，间隔断面图，直流系统接线图，所用电系统图，GIS电气布置图等共12张。 第三节应掌握的知识与技能 1、学习和掌握变电站电气部分设计的基本方法。 2、对所设计的变电站的特点，以及它在电力系统中的地位、作用和运行方式等应有清晰的概念。 3、熟悉所选用电气设备的工作原理和性能，及其运行使用中应注意的事项。 4、熟悉所采用的电气主接线图，掌握各种运行方式的倒闸操作程序。 5、培养独立分析和解决问题的工作能力及实际工程设计的基本技能。 第二章说明书 第一节概述 一、设计依据 1、中华人民共和国电力公司发布的《35kV～110kV无人值班变电所设计规程》（征求意见稿） 2、110kV清河输变电工程设计委托书。 3、电力工程电气设计手册（电气一次部分） 二、设计范围 1、所区总平面、交通及长度约20米的进所道路的设计。 2、所内各级电压配电装置及主变压器的一、二次线及继电保护装置。 3、系统通信及远动。
信息工程学院 综合课程设计报告书 题目:110KV 降压变电所电气一、二次设计 专业：电气工程及其自动化 班级：___________________ 学号：____________ 学生姓名：______________ 指导教师：__________ 声明：本作品用以交差之用无实
际理论意义不确保准确性与实践性 2012 年10 月10 日 、八 前言 变电站是电力系统的一个重要组成部分，由电器设备及配电网络按一定的接线方式所构成，他从电力系统取得电能，通过其变换、分配、输送与保护等功能，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行然后将电能安全、可靠、经济的输送到每一个用电设备的场所。 110KV 变电站属于高压网络，电气主接线是发电厂变电所的主要环节，电气主接线直关系着全厂电气设备的选择、是变电站电气部分投资大小的决定性因素。 首先，根据主接线的经济可靠、运行灵活的要求选择各个电压等级的接线方式来选择。根据主变容量选择适合的变压器，主变压器的台数、容量及形式的选择是很重要，它对发电厂和变电站的技术经济影响大。 本变电所的初步设计包括了：（1 ）总体方案的确定（2）短路电流的计算（3 ）高低压配电系统设计与系统接线方案选择（4 ）继电保护的选择与整定（5）防雷与接地保护等内容。
最后，本设计根据典型的110kV 发电厂和变电所电气主接线图，根据厂、所继 电保护、自动装置、励磁装置、同期装置及测量表计的要求各电压等级的额定电压和最大持续工作电流进行设备选择，而后进行校验
第1章短路电流的计算 1 ．1 短路的基本知识 所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或相互接触并产生超出规定值的大电流。 短路电流的大小也是比较主接线方案，分析运行方式时必须考虑的因素。系统短路时还会出现电压降低，靠近短路点处尤为严重，这将直接危害用户供电的安全性及可靠
二．A方案 2.4.1 发电机参数 (一)工程建设规模 a)主变压器:终期2×31.5MV A,本期1×31.5MV A; b)电压等级:110/35/10kV三级; c)出线回路数: 1)110kV出线: 终期4回,本期2回; 2)35kV出线: 终期8回,本期4回; 3)10kV出线: 终期12回,本期6回; 4)无功功率补偿: 终期4×3Mvar,本期2×3Mvar； （二）设计范围 1)本典型设计范围包括变电所内下列部分: a)电力变压器及各级电压配电装置,所用电系统设备,过电压保护及接地装置,直流操作电源系统设备;相应的继电保护及自动装置,就地测量及控制操作设备,自动化系统设备以及电缆设施等。 b)与电气设备相关的建筑物、构筑物,给水排水设施,通风设施,消防设施,安全防范及环境保护措施。 2)系统通信设施、所外道路、所外上下水系统、场地平整和特殊基础处理、大件设备运输措施等不纳入本典型设计范围。其中由于通信设施需根据外部通信系统条件确定,本典型设计中仅留布置安装条件,不作具体设计。 3)设计分界点 a)变电所与线路的分界点为:110kV、35kV配电装置以架空进线耐张线夹(不含)为界。10kV 配电装置以开关柜内电缆头(不含)为界。 b)进所道路设计以变电所大门为界,大门外不属本典型设计范围。 （三）设计条件 2.4.1 发电机参数 1）所址自然条件 环境温度:-10℃~40℃ 最热月平均最高温度:35℃ 设计风速:30m/s 覆冰厚度:5mm 海拔高度:<1000m 地震烈度:6度 污秽等级:II级 设计所址高程:>频率为2%洪水位 凡所址自然条件较以上条件恶劣时,工程设计应作调整。 2）系统条件 按照系统的情况,设定110kV系统短路电流为25kA,要求10kV母线的短路电流不超过20kA (四)主要技术经济指标
二、设计原始资料 1、电力系统接线及参数如图1所示，待设计的变电站为丙变电站，是一个110系统的枢纽变电站。 2、待设计的变电站的电压等级为：110kV、35kV、10kV。5～10年规划负荷如下： 2.1 35kV电压级：架空出线6回，每回出线最大输送功率5MW，送电距离30km，功率 因数,Ⅰ、Ⅱ类负荷所占比例为60％. 负荷同时率取0。9。 2.2 10kV电压级：架空出线10回，每回架空出线最大输送功率2MW，送电距离6km，功 率因数:cosΦ=0.8。,Ⅰ、Ⅱ类负荷所占比例为70％.负荷同时率取0.9。 3、自然条件：站址为农田，土质为黏土，土壤电阻率ρ=60m海拔高度.处于 Ⅳ类气象区。 4、各电压级进出线方向110kV进线为同一方向进线；35kV出线为两个方向出线；10kV 出线为多方向出线。 5、各电压级母线后备保护的动作时间：10kV母线1s；35kV母线2s；110kV母线3s。 6、依据负荷曲线，变电站最大负荷利用小时数。 7、电力系统直流分量电流衰减时间常数，（冲击系数）。 8、系统运行方式：最大运行方式为发电厂机组全部投入，变电站110kV为4回进线、 最小运行方式为每个电厂停一台发电机，变电站110kV各发电厂只有一回进线。 .
此表装订在报告（论文）的前面。
摘要 本摘要主要进行110KV变电站设计。首先根据任务书上所给系统及线路和所有负荷的参数，通过对所建变电站及出线的考虑和对负荷资料分析，满足安全性、经济性及可靠性的要求确定了110KV、35KV、10KV侧主接线的形式，然后又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，选择并校验电气设备，包括母线、断路器、隔离开关，并确定配电装置。根据负荷及短路计算为线路、变压器、母线配置继电保护并进行整定计算。本文同时对防雷接地及补偿装置进行了简单的分析，最后进行了电气主接线图的绘制。
110KV变电站设计 学院： 专业： 年级: 指导老师： 学生： 日期：
摘要：本文主要进行110KV变电站设计。首先根据任务书上所给系统及线路 和所有负荷的参数，通过对所建变电站及出线的考虑和对负荷资料分析，满足安全性、经济性及可靠性的要求确定了110KV、35KV、10KV侧主接线的形式，然后又通过负荷计算及供电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，选择并校验电气设备，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。根据负荷及短路计算为线路、变压器、母线配置继电保护并进行整定计算。本文同时对防雷接地及补偿装置进行了简单的分析，最后进行了电气主接线图及110KV配电装置间隔断面图的绘制。 关键词：变电站设计，变压器，电气主接线，设备选择
Abstract:This paper mainly carries on the design of 110KV substation. According to the mandate given by the system and the load line and all parameters of the substation and line consideration and the data of load analysis, meet the safety, economy and reliability requirements of 110KV, 35KV, 10KV side of the main connection form is determined, and then through the load calculation and determine the scope of supply the number, size, and type of the main transformer, thus obtains the parameters of each element, the equivalent network simplification, and then select the short circuit short circuit calculation, the calculation results and the maximum continuous working current according to short-circuit current, selection and calibration of electrical equipment, including bus, circuit breaker, isolating switch, voltage transformer, current transformer etc., and determine the distribution device. According to the load and short circuit calculation for the line, transformer, bus configuration of relay protection and setting calculation. At the same time, this paper makes a simple analysis of lightning protection and grounding and compensation device, and finally carries out the electrical main wiring diagram and the 110KV distribution unit interval section drawing. Key words: substation design, transformer, electrical main wiring, equipment selection