电气工程及自动化毕业设计论文(大专)

电⽓⼯程及⾃动化毕业设计论⽂（⼤专）

毕业设计（论⽂）题⽬：⽆⼈值班变电站的初步设计

专业：电⼒系统及⾃动化管理班级： 04级

学⽣：马超

指导⽼师：何跃进

西安理⼯⼤学函授部

⼆00 七年⼗⼆⽉

毕业设计（论⽂）任务书

⼀、设计、论⽂题⽬：

⽆⼈值班变电站的初步设计

⼆、参考资料：

1、《电⼒⼯程设计⼿册》

2、《供⽤电⼯程》

3、《微机保护》

4、《电⼒系统⾃动化及远动原理》

5、《电⼒系统分析》

三、设计、论⽂要求：

1、设计要求：

1）电⼚电⽓主接线⽅案的确定

2）设备选型

3）系统继电保护

4）⾃动装置的简单配置

5）综合⾃动化

2、论⽂要求：

1）论述部分：

阐述设计者的设计思路，设计过程及设计结论，要求思维清晰，逻辑清楚，⽂笔流畅，详略得当，字迹⼯整，有效、全⾯的反映设计者的设计理念。

2）计算书及其他附件：

强调正确性及完整性。

3）附图：

要求严格遵照制图规范绘制和标注。

指导教师：

前⾔

随着我国电⼒事业的飞速发展，电⽹规模的不断扩⼤，电⽹结构⽇趋复杂，电⽹运⾏需要传送的实时信息成倍增多，对实时性要求越来越⾼，常规的有⼈值守变电站已不适应⽬前的现状。另外，随着电

⼒市场化改⾰的不断深⼊，对新建和扩建的110KV变电站⽆可置疑地需要⽆⼈值守，必须采⽤综合⾃动化技术。

变电站⾃动化内容包括电⽓量的采集和电⽓设备（如断路器、变压器、⼑闸）状态的监视、控制和调节，实现变电站的正常运⾏监视和操作，保证变电站的安全和经济运⾏。在发⽣事故时，瞬态电⽓量

的采集、监视和控制，由继电保护、安全⾃动装置、故障录波等来完成，迅速切除故障，完成事故后变电站的快速恢复到正常运⾏的操作。从长远的观点来看，还应包括⾼压电⽓设备本⾝的监视信息

（如断路器、变压器、避雷器等的绝缘状态监视等）。此外，变电站内的所有信息量，可通过通信⽹络传输到调度中⼼，运⾏⽅式科和继电保护⼯程师那⾥。

本次设计依据毕业设计任务书中提供的设计资料、技术

参数来对⼀次电⽓设备和⼆次电⽓设备进⾏设计。变电站是⼀座负荷末端的110KV降压变电站，⼀次设备采⽤了维护量少，占地⾯积⼩的GIS组合电⽓，⼆次设备采⽤了技术先进，运⾏成熟的CSC2000

第三章电⽓⼀次主接线的选择

第四章主变压器的选择

第五章电⽓设备的选择

第六章继电保护

第七章⾃动装置

第⼋章保护设备的确定

第九章综合⾃动化系统的设计

第⼆部分短路电流计算书

第⼀章短路电流的计算

第⼆章导线选择

参考⽂献⼀次电⽓设备布置图

第⼀部分设计说明书

第⼀章．⽆⼈值班变电站的基本知识

引⾔

变电站⾃动化和⽆⼈值班是当今电⽹调度⾃动化领域的必然趋势，其发展势头正⽅兴未艾。⽆⼈值班是电⼒⼯业随着科学技术的发展⽽产⽣的新型的变电站运⾏⽅式，在这种运⾏⽅式⾥，先进技术成分

含量⼤，它集中包含了⼯业⾃动化，⼈⼯智能分析，通讯等多学科先进技术的结晶，这是科学发展⼀般规律所直接导致的必然结果。对原有变电站有步骤地实施⽆⼈值守改造势在必⾏，其原因有两点：

第⼀，它能更好地适应⼯业对电能质量的要求。现代⼯业，尤其是⾼新技术产业，对电能的电压⽔平、频率、纹波系数、供电连续性等指标都有较⾼的要求,我们电⼒企业就要适应这种要求，⼯业⾃动化

以及与之相应的变电站⾃动化有着信息加⼯量⼤、信息反馈快等⼈⼒不能超越的优点。因此，在变电站中引⼊⼯业⾃动化，实现⽆⼈值班是科学的选择；第⼆，它是电⼒企业安全运⾏的要求，统计表明

电⼒⾏业的事故中，由⼈为因素造成的占有⼀定的⽐重，实践证明⼈容易受环境、情绪、疾病等诸多因素影响，因此本⾝就是⼀个不可靠因素。确实有不少事故是由⼈为误操作引起的，⽆⼈值班却可以

提⾼运⾏可靠性。例如郑州地调早在1959年就开始采⽤遥控技术，40多年从未发⽣过误操作，深圳供电局实现变电站⽆⼈值班后，误操作事故率降低了60%。因此，我们现在不应该再讨论⽆⼈值班该不

该上，⽽应该讨论⽆⼈值班该怎样上；第三，从经济效益的⾓度看，当⽆⼈值班变电站达到⼀定数量时，就可以实现减⼈增效。

第⼀节⽆⼈值班变电站的概念及基本条件

1.1概念

⽆⼈值班变电站⼜称⽆⼈值守变电站，是指没有经常性运⾏值班⼈员的变电站，该站的运⾏状态（包括必须的各种量值、潮流⽅向、开关电器的位置、变压器调压分接头位置、补偿电容器投切组数等）

经本站的微机远动装置RTU 处理后，再经远动通信转送⾄上⼀级电业主管部门的计算机系统，并在监视器CRT和系统模拟盘屏上显⽰出来，亦可打印制表，

供调度⼈员随时监视查询，然后做出相应的处理

1.2 ⽆⼈值班变电站应具有的基本条件

1.2.1 电⼒变压器应装设⾃动调整调压分接头的装置，并在它的周围和开关室内装设⾃动灭⽕报警装置。

1.2.2 各种受控电器应装设电动操作机构

1.2.3 各种电量和⾮电量变送器或传感器的测量精度和可靠性应在允许范围内，防⽌误差超限。

1.2.4 各种开关电器的位置信号和补偿电容器的投切数⽬等，均应准确采集出来。

1.2.5 变电站应装设功能⾜够的远动终端装置RTU，能够准确发送、转收的转换各种远动信号。

1.2.6 在变电站与调度中⼼之间架设具有抗⼲扰能⼒和质量优良的远动通道，确保远动通信系统安全可靠的运⾏。

1.2.7 上⼀级调度中⼼必须具有功能⽐较齐全的计算机⾃动监控系统，⽽且远动系统的质量优良。

1.2.8 具备⼀⽀精⼲的⼯程技术⼈员队伍，熟练掌握有关安装调试的运⾏管理技能⽆⼈值班变电站通常为位于城市内或近郊交通⽅便地点的35kv变电站及110kv终端变电站。

实现⽆⼈值班的⽬的：

（1）保证安全和防⽌事故

（2）减少⼈员过失操作事故，提⾼供电的可靠性。

（3）给调度⼈员提供电⽹的实时数据，提⾼压送负荷的速度，提⾼供电效率单就技术⽽⾔，凡有遥测、遥信、遥控、遥调功能的变电站，就是具备⽆⼈值班运⾏的条件。科学技术的进步，特别是计算机

及通信技术的发展，使“四遥”变成现实。为实现⽆⼈值班奠定了坚定的物质基础。

第⼆节．⽆⼈值班变电站的设计原则及基本要求

1.2.1 设计原则：

⽆⼈值班变电站设计应以地区电⽹规划及调度⾃动化规划为基础，以电⽹的结构，变电站的性质、规模及调度管理模式为依据进⾏，并遵守以下原则：

2.1.2 隔离开关应配有能满⾜遥信、闭锁要求的辅助开关，主变中性点的⼑闸应配有电动操作机构。

2.1.3 110KV电压互感器应采⽤电容式电压互感器，能很好的消除铁磁谐振，10KV电压互感器也应配有性能开靠的消谐装置。

2.1.4各电压等级的电流互感器应选⽤带0.2级的⼆次线圈，以满⾜计量准确需要。

2.1.5避雷器采⽤氧化锌避雷器，配有在线检测装置，计数器应装有通信借⼝。

2.1.6 站⽤电系统应具有两路电源，互为备⽤，⾃动切换。站⽤变应选⽤⼲式变或接地变，消弧线圈应配有⾃动补偿装置。

2.1.7 其他设备的选择

电容器应选⽤密集型电容器。

直流系统的接线⽅式要安全可靠，合闸母线和控制母线分开，要⽤⼆段供电⽅式，互为备⽤。采⽤免维护的铅酸蓄电池，配有直流电压⾃动调整装置和浮充电⾃动调整装置，⼀定要具有遥信借⼝。

第三章电⽓⼀次主接线的选择

电⽓主接线是发电⼚、变电站电⽓设计的⾸要部分，是构成电⼒系统的重要环节。主接线的确定对电⼒系统的整体及发电⼚、变电站本⾝运⾏的可靠型、灵活型和经济型密切相关，并且对电⽓设备选

择、配电装置布置、继电保护和远动的设计有很⼤影响。因此主接线的设计是⼀个综合性的问题，必须满⾜技术先进、经济合理、安全可靠：

3.1主接线设计依据：《电⼒电⽓⼯程设计⼿册》

3.1.1变电站在电⼒系统中的地位和作⽤

3.1.2负荷⼤⼩和重要性，对⼀级负荷必须有两个独⽴电源，当⼀个电源失去后，能保证对全部⼀级负荷的不间断供电。

3.1.3系统专业对电⽓主接线提供的资料。

3.1.4变电站应具有⾜够的备⽤容量。

3.2主接线的基本要求：

3.2.1保证供电的可靠性，要充分考虑⼀次设备和⼆次设备的故障率及其对供电的影响。

3.2.2具有调度灵活，操作⽅便，能满⾜系统在事故、检修及特殊⽅式下的调整要求。

3.2.3主接线应⼒求简单清晰，尽量节约⼀次设备的投资，节约占地⾯积，减少电能损失，即具有经济性。

3.2.4应能容易地从初期过渡到最终接线，并在扩建过渡时，⼀次和⼆次设备所需的改造最⼩，即具有发展和扩建的可能性。

3.3变电所主接线选择：

3.3.1 110KV主接线⽅式：依据《电⼒电⽓⼯程设计⼿册》的规定只有两条110kv线路和两台变压器时应采⽤桥式接线，桥形接线具有⼯作可靠、灵活、使⽤电器设备少，当采⽤GIS组合电器时．更显⽰

了其优越性。桥式接线分为内桥接线和外桥接线两种。

3.3.2内桥接线和外桥接线的优缺点⽐较。

内桥接线如图⽰：进线1 进线2

3.3.3优点：⾼压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。

3.3.4缺点：

变压器的切除和投⼊较复杂，需动作两台断路器，影响⼀回线路的暂时停运。

桥连断路器检修时，两个回路需解列运⾏。

出线断路器检修时，线路需较长时间停运。

3.3.5适⽤范围：较⼩容量的发电⼚、变电所。变压器不经常切换，线路较长，故障率较⾼的情况。

外桥接线如图⽰：进线1 进线2

优点：⾼压断路器数量少，四个回路只需三台断路器。

缺点：

线路的切除和投⼊较复杂，需动作两台断路器，并有

⼀台变压器暂时停⽤；

桥连断路器检修时，两个回路需解列运⾏；

变压器侧断路器检修时，变压器需较长时间停运。适⽤范围：适⽤于较⼩容量的发电⼚、变电所，并且变压器切换较频繁或线路较短，故障率较少的情况。

由于变压器不需要经常切除，110kv所以选择了内桥式接线。

3.3.6 l0KV主接线⽅式的选择：

根据设计任务书要求，l0kV侧进出线共计8回，且有⼀、⼆、三类⽤电负荷，据00kV-110kV变电所设于规范》第3.2.5条：当变电所装有两台主变压器时，6 -10 kV侧宜采⽤单母分段接线，线路为12回及

任⼀母线故障，保护装置动作切除母联断路器和主供变压器低压侧开关后，不影响另⼀段母线上⽉户的供电。

任⼀变压器因故障停运，依靠母联断路器使两段母线并列运⾏，不影响任何⽤户的⽤电中断。

缺点：

当任⼀母线或母线隔离开关故障或检修时，整段母线上的⽤户都将失去电源。

l0kv出线为双回路，会使架空线路出线交叉跨越。基于以上原因，所以l0kv母线选择了单母分段接线。

3.3.7⼀次主接线图的确定

根据以上原则，电⽓⼀次回路图如附图⼀

第四章主变压器的选择

主变压器的变电站的重要设备，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，同时也可以减少运⾏电能损耗，提⾼运⾏效率和可靠性

4.1为保证供电可靠性，变电站⼀般设两台主变压器。

4.2装有两台变压器的变电站，采⽤暗备⽤⽅式，当其中⼀台主变压器因事故断开另⼀台主变压器的容量满⾜所全部负荷70%~80%

4.3该变电站为110kV/10kV 的终端降压变电站，应选择双绕组变压器。

4.4连接⽅式必须和系统电压相位⼀致，否则不能并列运⾏，110kV以上电压变压器绕组都采⽤Y0连接、10kV采⽤三⾓型连接。

4.5调压⽅式的选择：有载调压变压器，调压范围较⼤，⼀般在15%以上，⽽且即要向系统传送功率，⼜可能从系统倒送功率，因此⾸选有载调压变压器。

4.6冷却⽅式：考虑到冷却系统的供电可靠性，要求及维护⼯作量，⾸选⾃然风冷却⽅式。

所以，采⽤两台SFZT—50000/110型变压器，参数具体如下：

型号：SFZT—50000/110

额定容量（kva）：50000

额定电压（kV）：⾼压—110±8×1.25% 低压—6.3 6.6 10.5 11

空载电流（A）：1.0

空载损耗（kW）：59.7

负载损耗（kW）：216

阻抗电压（%）：10.5

连接标号：YN，d11

质量（t）:器⾝—— 38.5

上节油箱——4.8

油——10.85

运输——58.5

总质量——65

轨迹/纵向：2000/1435

外型尺⼨（长×宽×⾼，mm）：7300×4800×5760

⽣产⼚：沈阳变压器⼚

第五章电⽓设备的选择

电⽓的选择主要任务是：选择满⾜变电站及输、配电线路正常和故障状态下⼯作要求的合理的电⽓设备，以保证系统安全、可靠、经济的运⾏。电⽓设备选择的⼀般原则：

满⾜正常运⾏、检修、短路和过电压情况下的要求。并考虑远景发展。

应按当地环境条件校核。

应⼒求技术先进和经济合理。

与整个⼯程的建设标准应协调⼀致。

选⽤的新产品均应具有可靠的试验数据，并经鉴定合格。

5.1断路器的选择

原则：⾼压断路器是以电压、电流及开断电流来选择。按动稳定和

稳定来校验。

选择计算公式如下：

5.1.1电压：Ug≤Un

5.1.2电流：≤In

由于⾼压开断电⽓没有连续过载的能⼒，在选择其额定电流时，应满⾜各种可能运⾏⽅式下回路持续⼯作电流的要求，即取最⼤持续⼯作电流⼯

5.1.3开断电流：I dt≤I kd

式中：I dt--断路器实际开断的时间t秒的周期分量

I kd--断路器的额定开断电流

5.1.4动稳定：i ch≤i max

式中：i ch--三相短路冲击电流

i max--断路器极限通过电流峰值

5.1.5热稳定：I∞2t dz≤I t2t

式中：I∞--稳态三相短路电流

t dz--短路电流发热等值时间

I t--断路器T秒热稳定电流

5.2 110KV开关的确定

选⽤GIS全封闭组合电器，包括：110KV进线间隔2回、110KVYH间隔2回、110KV分段间隔1回。

5.2.1断路器（CB）技术参数如下：

额定电压：110kV 额定电流：1250A

最⾼⼯作电压：126kV

额定热稳定电流(4S)：31. 5kA

额定断路开断电流：31. 5kA

额定动稳定电流：80kA

额定断路关合短路电流：（峰值）80kA

额定开断时间：3周波

校验A. U g（110kv）=U n（110kv）

B. I （173 ．597）＜I n（1250A）

C. I f1（4. 78KA）≤I kd(31.5KA)

D.动稳定校验：i ch（12. 191KA）≤i max（80KA）

E.热稳定校验；

I∞2t dz（4. 78KA. 2. 5S）≤I t2t（31.5KA. 4S）

路器经校验合格。

5.3隔离开关参数的效验

5.3.1隔离开关（DS）技术参数如下：

额定电压：110kV

额定电流：1250A

最⾼⼯作电压：126kV

额定热稳定电流(4S)：31. 5kA

额定短路开断电流：31. 5kA

额定动稳定电流：80kA

额定短路关合短路电流：（峰值）80kA

额定开断时间：3周波

校验A. U g（110kv）=U n（110kv）

B. I （173 ．597）＜I n（1250A）

C.动稳定电流80KA>冲击电流12. 191KVA

D.热稳定校验；

I∞2t dz (4.78KA. 2.5S)≤I t2t（31.5KA. 3S）

隔离开关经校验合格。

5.3故障关合接地开关（FES）和检修⽤接地开关（ES）技术参数：

额定电压：110kV 额定电流：1250A

最⾼⼯作电压：126kV

额定热稳定电流(4S)：31.5KA额定短路开断电流：31. 5kA

额定动稳定电流：80kA额定短路关和短路电流：（峰值）80kA

5.3.1 110KV母线、10KV母线的选择：

5.3.1.1最⼤长期⼯作电流选择母线截⾯

I xu≥I g式中I xu--母线在相应的环境温度下布置⽅式下的长期允许电流值

I g--母线长期⼯作电流

5.3.1.2经济电流密度选择导线截⾯

Ｓ＝I /J 式中⼯I /J--母线最⼤⼯作电流A

Ｊ--经济电流密度A/mm2.

5.3.3.3动稳定校验

δjs≤δr 式中δjs--作⽤于母线上的计算应⼒

δr--母线最⼤允许应⼒硬铝为70MPA

δjs：＝１.76·lc/aw·L ch×102MPA

5.3.3.4热稳定校验：

铝母线：S min=I∞／95·√T j K if×103

K if--为集肤效应系数．当矩形母线截⾯在1000MM2以下时，取1，在

1000-1200 MM'时取1.2。因此，110kv进线，我们按经济电流密度选择，GIS组合电⽓封闭母线技术参数与开关相同，经热稳定校验合格。 l0kv母线我们按持续⼯作电流选择，型号为125×8的单⽚矩形硬

母线且竖放，经动稳定校验，热稳定经验合格。

5.4电压互感器的选择

根据电压互感器正常⼯作条件（⼀、⼆次回路电压、⼆次负荷、

确度等级）来选择。

按动稳定及使⽤环境条件进⾏校验。

GIS组合电⽓内电压互感器为电磁式，

变⽐为：110/√3 0. 1／√ 3 0. 1

准确度等级为：0.2／3

效验：A. U g（110kv）=U n（110kv）

B. I ch（51 .556KA）＜I max（80KA）

GIS组合电⽓内电压互感器经校验合格

5.5电流互感器的选择

根据电流互感器正常⼯作时的电压（⼀、⼆次回路电压），电流（

次回路的电流、⼆次的负荷、准确度等级）来选择，并进⾏动、热稳定度校验。

GIS组合电⽓内电流互感器的变⽐为：2×300A/5

准确度等级为：0.2/0.5/3P/3P

效验：A. U g（110kv）=U n（110kv）

B. I n（600A）>L g（347. 2A）

C. i ch（12 .19KA）≤i max（80KA）

D. I r（31. 5KA）> I f(4. 78KA) I r--热稳定电流

GIS组合电⽓内电流互感器经校验合格

5.6 10KV开关的选择门

由于lOkV选⽤为户内成套设备，所以选取户内型⾼压真空断路器。

根括银河产品说明书，10kv配电装置为户内布置。选⽤CP800（B)型⼿车

式开关柜。

10kv侧⼆关柜内设备选择如下：

5.6.1断路器：

选⽤LN21⼀10／630-25（4S）

校验：A.U g（10kv）＝Ｕn（10kv）

B. I n（630KA）＞I g（212. 8KA）

C．i ch(51 .556KA)＜i max（63KA）

D.I r（25KA）＞I f（20. 22KA）

5.6.2⼿车或开关柜⽆需隔离开关

5.6.3电流互感器：

选⽤LZZBJ12-10型。准确度等级：0. 2/0. 5/10P20变⽐：300/5

校验：A.U g（10kv）＝Ｕn（10kv）

B. I n（400KA）＞I g（381.92KA）

C．i ch(51 .556KA)＜i max（59KA）

D.I r（33KA）＞I f（20. 22KA）

5.6.4电压互感器：

选择：JDZXF-10型

变⽐： 1000/√3 100/√3 100/3

校验： A.U g（10kv）＝Ｕn（10kv）

5.6.5避雷器：

选择：HY5WS-16.5/50根据⼿册“国产避雷器电器绝缘完全可以配合，不必校验。”

5.7变压器低压侧开关、l0kv母联开关柜选择

5.7.1断路器：

选⽤LN21⼀10/2000-25型

校验：U g（l0kv）=U n（l0kv）

I n（200KA）＞I g（1909KA）

i ch（51 .556KA）＜i max（59KA）

I kd（25KA）>I f（20．22KA）

5.7.2电流互感器的选择：

选⽤LZZB12-10型 2000/5A D级热稳定倍数50,动稳定倍数90

校验：U g（10kv）=U n（10kv）

I n（2000A）＞I g（190．90A）

i ch（51 .556KA）＜i max（180KA）

I r（100KA）＞I f（20．22KA）

5.7.3电压互感器、避雷器与馈线开关柜所选型号⼀致。