35KV无人值班变电站设计

毕业设计 [论文]
题目：35KV无人值班变电站
的设计
系别：电气与电子工程系
专业：
姓名：
学号：
指导教师：
前言
经过四年理论知识的学习及各种实习操作，还有在老师精心培育下，对电力系统，工厂供电，及综合自动化系统各部分有了初步的认识与了解。

设计内容有以下几部分：第一章：概论；第二章：总的35KV降压变电所的设计；第三章：微机监控系统及综合自动系统的设计；第四章：结束语。

最后带有附表及参考文献。

本次设计的重点是第三章微机监控系统及综合自动系统的设计，本章设计了综合自动化系统的结构形式，分层分布式监控系统，遥视警戒系统及自动消防报警系统，本章的重点是微机保护监测系统。

六周的毕业设计，使我了解了设计的要求及设计内容，更加深刻地了解课本中的内容，使知识与理论相结合，使基础知识与实际操作紧密联系。

尤其对主接线，电气设备和导线选择方法进一步掌握，更重要的是对变电站的综合自动化系统有了深刻的了解和认识。

由于本人水平有限，设计书中难免出现错误和不妥之处，希望老师能给予指正和批评，谢谢！
摘要
随着电网运行经济性、安全可靠性和管理水平要求的提高，变电站实施无人值班，实现减人增效，减少建筑和占地面积已成为必然趋势。

无人值班变电站应采用分层分布式微机监控系统，并配置遥视警戒系统和完善的烟、温报警及自动消防系统，同时处理好设备选择、电气主接线、直流系统、总布置、建筑物设计以及保护与监控之间的关系等问题。

本次设计建设一座35KV无人值班变电站，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。

整个设计过程包括变电站总体分析，主接线的选择，短路电流计算以及电气设备的选择，配电装置及总平面布置设计，最后重点是设计综合自动化系统。

变电站的综合自动化系统采用分层分布式集散控制系统，本设计包括微机监控系统，遥视警戒系统和自动消防系统。

遥视警戒系统是对“四遥”的一个补充，使变电站实现真正的无人值班。

设计过程运用了先进的电力系统远动技术，为了提高无人值班的可靠性，对其进行全方位的监控增加了“遥视”系统，实现了“五遥”，真正达到了减人增效的目的。

关键词：无人值班，变电站，综合自动化，微机保护
Abstract
As the increasing requirement on operation economy, security & re liability and supervision of the power grid, the unattended substatio ns have been the inevitable choice to realize the goal of reducing so il occupation and building size, imp roving benefit by reducing perso nnel. For unattended substations, the distributed multi - layermicro rocessor based monitoring system which com2bined with remote guarding, smoke and temperature alarming and auto - fire fighting system should be adopted. In addition, the relationship among equipment choice,line connection, DC system,general layout, building design, relaying and m -onitoring system should be taken into account.
Whole design process icluding the selecting of major electric installation,calculate the short circuit,design the distribution deviece and the whole plane surface of electric .The most important design is complex automatic system.
The substation integrated automation system USES layered distributed distributed control system, the design includes microcomputer monitoring system, remote viewing alert system and automatic fire control system. Remote viewing warning system of "four control" is a complement of the unattended substation true. Using advanced design process of the power system of remote technology,In order to improve the reliability of the unattended, carries on the comprehensive monitoring increased "remote viewing" system, realized the "five away," truly achieved JianRen efficiency.
Key words:Unattended ,Substation, Comprehensive automation ,Computer protect
目录
前言 (9)
摘要 (3)
Abstract (4)
第一章概论 (7)
§1.1 无人值班变电站设计的提出 (7)
§1.2 国内外无人值班变电站的综述 (7)
§1.3 无人值班变电站设计应注意的问题 (9)
§1.3.1合理选择主要电气设备,简化电气主接线 (9)
§1.3.2 继电保护的配置 (9)
§1.3.3 监控系统的控制范围 (9)
§1.3.4直流系统、蓄电池选择 (10)
第二章总的35KV降压变电所设计 (11)
§2.1设计指导思想 (11)
§2.2主变压器的选择 (12)
§2.3无功补偿 (13)
§2.4所用电接线设计和所用变压器的选择 (13)
§2.5电气主接线的选择 (14)
§2.6短路电流计算 (17)
§2.6.1系统负荷情况计算 (17)
§2.6.2短路电流的计算 (18)
§2.7主要电气设备的选择及校验 (21)
§2.7.1断路器及隔离开关的选择及校验 (21)
§2.7.2电流互感器的选择 (23)
§2.7.3电压互感器的选择 (23)
§2.7.4高压熔断器的选择 (23)
§2.7.5母线的选择与校验 (24)
§2.8本设计所选择的配电装置及选择理由 (28)
§2.9变电所的防雷保护规划 (29)
§2.10 10kV中性点接地设计 (30)
第三章微机监控系统及综合自动化系统设计 (33)
§3.1 变电站综合自动化技术的发展历程 (33)
§3.2 无人值班变电站设计的要求及原则 (34)
§3.2.1 无人值班变电站的要求 (34)
§3.2.2 无人值班变电站的设计原则 (34)
§3.3 变电站综合自动化系统的结构形式 (35)
§3.3.1 变电站综合自动化系统的结构形式的选择 (35)
§3.3.2变电站综合自动化硬件原理 (37)
§3.4 微机监控系统 (39)
§3.4.1微机保护装置的典型结构 (40)
§3.4.2变压器的微机保护 (43)
§3.4.3微机监控系统 (44)
§3.4.4监控系统的设计 (48)
§3.5 遥视警戒系统和烟、温报警系统及自动消防系统 (55)
§3.5.1遥视警戒系统 (55)
§3.5.2 遥视警戒系统结构及功能的实现 (57)
§3.5.3摄像点、摄像机与镜头的选择 (58)
§3.5.4自动消防系统 (59)
第四章结束语 ......................................................................................... 错误!未定义书签。

致谢 .. (64)
参考文献 (65)
附表主要设备及材料表..................................................................... 错误!未定义书签。

第一章概论
§1.1 无人值班变电站设计的提出
随着科学技术的不断发展及我国对外开放的不断扩大，变电站自动化和无人值班是当今电网调度自动化领域的热门话题，其发展势头正方兴未艾，国外电力行业的先进技术不断引入我国，而我国电业面临着的减人增效，也促使我们尽快的利用先进的技术及设备，建设无人值班变电所。

由于微电子技术、计算机技术和通信技术水平的不断进步，变电站综合自动化技术得到了迅速发展。

目前已成为新建与改造中低压变电站的主导技术。

变电站综合自动化是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对变电站主要设备和输电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。

变电站综合自动化系统，即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，可以收到所需要的各种数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断能力，监视和控制变电站的各种设备。

达到无人值班，提高供电的可靠性，与时俱进，达到综合自动化技术水平。

无人值班是变电站的一种运行管理模式,是相对有人值班而言的。

对于无人值班变电站,其站内一般不考虑设置固定的运行、维护值班人员,其运行监视和检测、主要控制操作均由上级调度中心或集控中心的远方控制端完成,设备采取定期巡视维护方式。

综合自动化系统还兼有RTU的全部功能，可以将所采集到的模拟量和开关状态信息，以及时间顺序记录等远传至调度端。

实现变电站综合自动化存在以下几点优越性：提高供电质量，提高变电站的安全、可靠运行，提高电力系统的运行管理水平，降低造价，减少投资，促进无人值班变电站管理模式的实行。

综合自动化系统可以实现继电保护功能、操作控制功能、测量与监视功能、时间顺序记录与故障录波和测距功能、人机联系功能、低频减负荷功能、备用电源自投控制和通信功能。

§1.2 国内外无人值班变电站的综述
自改革开放以来，中国经济得到了飞速的发展。

电力系统的飞速发展对电力自动化系统不断提出新的要求，以满足用户的要求，电子技术、计算机技术和通信技术的飞速发展为电力自动化的发展提供了深厚的技术背景。

在国内，我们所说的变电站自动化系统，包含传统的自动化监控系统，继电保护、自动装置等设备，是集保护、测量、控制、远传等功能为一体，通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。

在电力系统自动化发展过程中，变电站综合自动化技术首先得到足够的重视、研究和发展，相比之下，配网技术却因设备、使用环境和保护方式等原因而滞后。

西方发达国家于80年代末，开始应用配电自动化技术。

90年代以来，欧美一些国家先后开放电力市场，日本在70年代就开始进行高电压大容量的配电方式，以解决大城市的配电问题，并着手开发依靠配电设备及继电保护进行配电网络自动化运行的方法，从80年代到现在已完成了计算机系统与配电设备配合的配电自动化系统，在主要城市的配电网络上投入运行，其中大规模的配电自动化系统可控制约4000个以上的中压开关，小规模的配电自动化系统也可控制约1500个中压开关。

香港电灯公司的3000多个中压开关全部可以遥控。

韩国、台湾于90年代也完成了局部配电系统的馈线自动化，并建立了自己配电自动化实验网络。

我国DMS的发展由于起步较晚，基础较为薄弱，在配电网综合自动技术方面主要有以下几个突破：1、智能化装置RTU，应用微机技术，实现了对一次设备的远方监控，为配电网计算机分布式实时网结构的引入和实现创造了条件;2、自动重组:配远方通信功能的分离，为配网的调度、管理、运行、控制、通信及地理信息系统提供了良好的界面。

国内起步较晚，但随着电网改造的深入和国内对电力供电质量要求的提高，对配电电网的运行提出了更高的要求。

国内不少大的电力继电保护厂家也正在研制开发，具体应用到现场并不多。

传统的模拟视频监控系统受技术发电环网开关采用电动操作式复合开关，并用微机故障识别、监控的保护方式取代了使用短路器的传统继电保护方式，可方便的实现配网的故障隔离、恢复供电和网络优化等功能;3、开放的、分布式实时网络结构:实现了微机就地监控和发展的局限，只能进行现场视频监视，简单的报警信息处理传输，不能远距离传输视频信号，对于前端具体状况的了解、事件的确认是非常困难的，无形中降低了系统的实用性、可靠性、稳定性和安全性，而对于电力行业具有大量无人值守变电站的行业用户来说，远程、实时的综合监控是行业系统安全运作必备的前提条件。

如何将远程的图像监视、环境监控、防盗、消防和报警联网系统有机的结合起来，做到既可以远程的监视、遥控和图像的传输，又具备环境的
整体监控，并且具有通常联网报警网络的功能，能够更加有效地预防事故发生、打击犯罪、保障财产安全，确保系统运行稳定，将安全防范技术提高到一个新的水平，这已经成为当前监控行业发展的主要方向。

§1.3 无人值班变电站设计应注意的问题
无人值班变电站除了应配置分层分布式微机监控系统、遥视警戒系统和完善的烟、温报警及自动消防系统外,在设计中还需要重视和解决好如下问题。

§1.3.1合理选择主要电气设备,简化电气主接线
电气主接线选择既与电网的安全可靠运行有关,也与变电站设备的质量有关。

建设无人值班变电站,设计中需要选择自动化、可靠性高的电气一次设备。

宜选用无油化、免维护、少维护型产品。

35 kV、10 kV一般选用真空开关柜等。

§1.3.2 继电保护的配置
继电保护是变电站安全运行的重要保证。

变电站无人值班设计后,宜仍保持继电保护单元的可靠性应仅与保护装置本身有关,尽可能与其他装置(如通信口、网络、监控单元等)无关,因此,保护单元应相对独立。

保护装置(包括元件保护、线路保护等)独立配置。

实际工程中可在中低压部分尝试使用监控、保护一体化的装置。

35 kV 或10 kV 采用监控、保护一体化装置,减少设备配置,降低造价。

对于向特别重要的中、低压用户供电的线路的监控、保护合一装置可采用多CPU 配置,以保证监控和保护的相对独立。

§1.3.3 监控系统的控制范围
监控系统控制操作的范围包括各电压等级的断路器、电动操作的隔离开关、主变压器及所用变压器有载调压开关分接头位置以及站内其他功能要求上需远方控制操作的设备的启动/停止或状态切换等,如主变消防启停、母线PT二次并列/切换等。

用于改变运行方式的设备,如主变中性点隔离开关,也应具备遥控功能。

电动机构及手动机构的接地开关原则上均不考虑遥控,控制操作只在站内完成,为现场人员服务。

无人值班变电站的被控对象正常运行时以远方遥控为主,当远方控制端、远动通道、站控层或站内网络故障时,应能在站内实施运行操作或进行现场维护调试操作。

因此考虑能在间隔层对断路器实施手动控制。

对纳入监控控制操作范围
的被控量设置多级控制,即远方控制中心控制、变电站内操作员站控制、站内继电器室手动开关控制(仅针对断路器设置) 、设备机构就地控制。

其中前两级控制均为计算机键盘控制,后两级为转换开关或按钮操作的电气方式控制。

4级控制的控制级别逐级升高,每一控制级间相互闭锁,任何时刻只允许有一个控制主体。

远方控制及站内键盘控制的切换闭锁可在站内站控层远动计算机上程序实现,手动电气控制方式采用转换开关进行就地/远方切换闭锁。

针对断路器设置的站内继电器室手动开关控制应作为备用控制手段,采用自复位式转换开关,与间隔层测控单元组屏安装,实现手动强制同期控制和单纯手动控制。

§1.3.4 直流系统、蓄电池选择
考虑到无人值班变电运行管理上的特点,要求直流电源装置具有自动调节功能,能实现自动调节和稳压稳流运行及故障纪录,并具有与站内微机监控系统通信的能力,远方控制端能够实现直流设备的远方监控、运行历史查询和设备运行状况监视。

无人值班情况下,全所事故停电后,维修人员须由远方控制中心前往变电站,因此站内蓄电池的事故放电时间应考虑增加远程管理的路途时间。

据调查,集控中心距被控变电站的距离根据地理位置和交通情况,一般控制车程在1 h以内。

因此全站事故停电时间宜按2 h计。

全站的控制、保护、信号、自动装置、遥视系统等直流负荷的供电时间按2 h计算。

事故照明不设置自投装置,事故照明灯仅在维修人员到达现场后手动开启,事故照明负荷仍按1 h计算。

第二章总的35KV降压变电所设计
§2.1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35kV-110kV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。

光纤通信以光波作为信息载体，以光导纤维作为传输介质，先进通信方式。

组成结构包括：多路转换器（多路复用等）、光端机（光电转换）、光缆（传输介质）、光中继电装置（放大整形转换）。

特点：抗电磁干扰、频带宽。

主要作为电网骨干通信网，重要信息的传输。

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，对于本次35KV小
型变电站的设计，变电站与控制室的距离并不遥远干扰较小，用光纤就已经很快速可靠的完成信息的传输，而且用起来方便经济，故本次设计中的通信统一用光纤通信。

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，使供配电质量能进一步提高。

§2.2主变压器的选择
变压器是变电站的重要设备，其容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构，如选用适当不仅可减少投资，减少占地面积，同时也可减少运行电能损耗，提高运行效率和可靠性，改善电网稳定性能。

1、主变压器台数：为保证供电可靠性，变电所一般设有两台主变压器。

2、变压器容量：装有两台变压器的变电站，采用暗备用方式，当其中一台主变因事故断开，另一台主变的容量应满足全部负荷的70%，考虑变压器的事故过负荷能力为40%，则可保证80%负荷供电。

3、绕组数和接线组别的确定：该变电所有二个电压等级，所以选用双绕组变压器，连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行，35KV采用Y 形连接，10KV采用Δ连接。

4、调压方式的选择：普通型的变压器调压范围小，仅为±5%，而且当调压要求的变化趋势与实际相反（如逆调压）时，仅靠调整普通变压器的分接头方法就无法满足要求。

另外，普通变压器的调整很不方便，而有载调压变压器可以解决这些问题。

它的调压范围较大，一般在15%以上，而且要向系统传输功率，又可能从系统反送功率，要求母线电压恒定，保证供电质量情况下，有载调压变压器，可以实现，特别是在潮流方向不固定，而要求变压器可以副边电压保持一定范围时，有载调压可解决，因此选用有载调压变压器。

5、冷却方式的选择：主变压器一般采用的冷却方式有：自然风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、强迫导向油循环冷却。

考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护工作量，首选自然风冷冷却方式。

由于本次设计的是无人值班变电所，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。

所以用两台SZ9—31500/35型有载调压变压器，采用暗备用方式。

§2.3无功补偿
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5Mvar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，结合现实情况选用GRJ-Z系列的高压电容自动补偿柜。

特点是：每路电容器组设二相式电流保护，一次回路设熔断器、氧化锌避雷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。

§2.4 所用电接线设计和所用变压器的选择
变电所的所用电是变电所的重要负荷，因此，在所用电设计时应按照运行可靠、检修和维护方便的要求，考虑变电所发展规划，妥善解决分期建设引起的问题，积极慎重地采用经过鉴定的新技术和新设备，使设计达到经济合理，技术先进，保证变电所安全，经济的运行。

所用变台数的确定：一般变电所装设一台所用变压器，对于枢纽变电所、装有两台以上主变压器的变电所中应装设两台容量相等的所用变压器，互为备用，如果能从变电所外引入一个可靠的低压备用电源时，也可装设一台所用变压器。

根据如上规定，本变电所选用两台容量相等的所用变压器。

所用变压器的容量应按所用负荷选择。

计算负荷可按照下列公式近似计算：
S＝照明负荷+其余负荷×0.85(kVA)
所用变压器的容量：S
e ≥S＝0.85∑P十P
照明
(kVA)
所用电主要负荷表：
根据上表给出的所用负荷计算：
S＝0.85(30+6.5+0.15×32+2.7×3+10.5+l 3+0.96+8)+20+l6 ＝105.58l (kVA)
—125／l0；容量为：125(kVA)根据容量选择所用电变压器如下：型号：SL
7
，调压范围为：高压：±5％，阻抗电压为(%)：4
连接组别号：Yn，y
n0
所用电接线方式：一般有重要负荷的大型变电所，380／220V系统采用单母线分段接线，两台所用变压器各接一段母线，正常运行情况下可分列运行，分段开关设有自动投入装置。

每台所用变压器应能担负本段负荷的正常供电，在另一台所用变压器故障或检修停电时，工作着的所用变压器还能担负另一段母线上的重要负荷，以保证变电所正常运行。

§2.5电气主接线的选择
电气主接线的确定对电力系统整体及发电厂，变电所本身运行的可靠性、灵活性和经济性密切相关，并且对电气设备的选择，配电装置选择，继电保护和控制方式的拟定有较大影响，因此，必须正确外理为各方面的关系，全面分析有关影响因素，通过技术经济比较，合理确定主接线方案。