1、兰州理工大学毕业设计（论文）I企业 35kv10kv 变电站监控系统设计说明书摘 要变电所计算机监控系统是采用面向对象的设计思想，并依托计算机技术、网络通信技术、现代控制技术及图形显示技术等将变电所集控制、测量及现代综合管理等功能集为一体的综合自动化系统。与常规的监控系统相比，运行人员通过主控室的人机接口装置便可实现对整个变电所运行数据的监控与记录，并将有关信息通过远动设备向各级调度中心传送，运行可靠性大大提高，综合效益显著。本论文针现场实际存在的问题和当前变电站监控系统的发展趋势及变电所监控的特殊工艺，提出了分层监控的计算机解决方案。使用的是组态软件组态王，论文介绍了组态软件的基本特点及一些
2、使用要求。讲述了设计监控界面的详细步骤及制作中的注意事项，对控制系统的硬件配置也进行了选择和设计。关键词：组态王； 监控系统； 变电所综合自动化兰州理工大学毕业设计（论文）IIABSTRACTSubstations computer supervision system is ecological design of object oriented and relies on computer technique, network communication technique, modern control technique, graphic display technique, whic
3、h gathers control, measure and modern comprehensive manage into one comprehensive automation. Compares with the conventional supervisory system, operator can make monitoring and noting of the whole substation by human-computer interface device of main monitoring house, and transmit relative informat
4、ion to all levels attempering center, running dependability improves greatly and comprehensive benefit is marked. The present paper needle scene actual existence question and the current transformer substation supervisory system development tendency and the transformer substation monitoring special
5、craft, proposed the lamination monitoring computer solution in the configuration software design monitoring contact surface manufacture detailed step and the manufacture matters needing attention, have also carried on the choice and the design to the control system hardware disposition.Key words: Co
6、nfiguration software ; Supervisory system; Transformer- substation synthesis automation兰州理工大学毕业设计（论文）III目 录 第 1 章 设计说明 .11.1 设计的技术背景和设计依据 .11.2 设计任务 .11.3 变电站综合自动化系统的发展历史 .1第 2 章 电气主接线的设计 .32.1 电气主接线概述 .32.2 35KV 侧主接线的设计 .32.3 10KV 侧主接线的设计 .32.4 主接线方案的比较选择 .42.5 主接线中的设备配置 .5第 3 章 主变压器的选择 .73.1 负荷分析
7、.73.2 主变压器台数的确定 .83.3 主变压器相数的确定 .83.4 主变压器容量的确定 .8第 4 章 短路电流的计算 .104.1 短路电流计算的目的及规定 .104.2 短路电流的计算结果 .10第 5 章 主要电气设备的选择 .155.1 电气设备选择概述 .155.2 高压断路器及隔离开关的选择 .165.3 母线的选择 .185.4 绝缘子和穿墙套管的选择 .22第 6 章 继电保护知识简介 .246.1 变电站继电保护的发展 .246.2 继电保护装置的基本要求 .246.3 继电保护整定 .24兰州理工大学毕业设计（论文）IV6.4 本系统故障分析 .256.5 线路继电
8、保护装置 .256.6 主变继电保护装置 .256.7 本设计继电保护原理概述 .26第 7 章 主变压器继电保护整定计算 .277.1 概述 .277.2 瓦斯保护 .277.3 差动保护 .287.4 过电流保护 .28第 8 章 线路继电保护整定计算 .348.1 概述 .348.2 线路继电保护原理 .358.3 35kv 线路保护整定计算 .358.4 10kv 线路保护整定计算 .38第 9 章 变电站综合自动化简介 .409.1 发展变电站综合自动化的意义 .409.2 变电站综合自动化的发展过程 .41第 10 章 变电站综合自动化的概述 .4310.1 变电站综合自动化的基本
9、原理 .4310.2 变电站综合自动化系统的结构形式 .44第 11 章 变电站监控系统的总体设计原则 .4611.1 变电站总体布局和监控要求 .4611.2 变电站监控系统额定组态软件 .47第 12 章 变电站综合自动化系统的设计实现 .5012.1 监控界面功能 .5012.2 监控功能的实现 .52参考文献 .53外文翻译和译文 .54致谢 .75附录 .77结束语 .79兰州理工大学毕业设计（论文）1第 1 章 设计说明1.1 设计的技术背景和设计依据本变电站为 35kv 地方变电站，35kv 架空进线两回（约 20km） ，属于两个独立电源，10kv 馈出现 8 回。安装主变两台
10、（24000KVA） ，有载调压。变电所 10kv 母线上共有 8 回出线，期中 800KVA、500KVA 和 630KVA 各二回，20000KVA 和 1600KVA各一回。预留 800KVA 和 630KVA 各一回。10kv 系统采用单母分段接线方式，系统按照无穷大考虑。1.2 设计任务本设计要求最终的设计结果能实时显示变电站综合自动化系统的运行参数（包括电压、电流、功率、频率、COS 等参数）和运行趋势图，故障报警显示，建立实时和历史数据库，实现 SCADA 功能。实现无人值守变电站综合自动化给你 。同时，要求其功率因数不低于 0.95，可靠性和经济性满足变电站综合自动化要求。1.
11、3 变电站综合自动化系统的发展历史变电所综合自动化系统是 80 年代才开始应用的一个新课题。常规变电所的二次部分主要由继电保护、故障录波、就地监控和远动装置所组成。在微处理器应用之前，这些装置不仅功能不同，实现的原理和技术也不同，80年代由于微处理器的普遍应用，因而长期以来形成了不同的专业和相应的技术管理部门。这些装置都开始采用微机技术而成为微机型继电保护装置、微机监控和微机远动装置。这些微机型的装置尽管功能不同，其硬件配置都大体相同，除微机系统本身外，无非是对各种模拟量的数据采集，以及输入输出接口电路，并且装置所采集的量和要控制的对象还有许多是共同的，因而显得设备重复，互连复杂。很自然的就提
12、出了用综合自动化来优化设计全微机化的变电所二次部分。从控制、测量、信号及遥信角度考虑，要求微机控制管理的集中性越高越好，数据事件信息的集中度、实时性越高越好，但从保护动作特性和快速维护角度来考虑，要求微机管理的独立性、物理空间单一性越明确越好，即微机出现故障时，影响面越小越好。变电所综合自动化系统的特点是:远动、保护、监控、安全自动装置和经济自动装置融为一体:控制集中、布置分散;控制方案灵活，由用户自行设计;硬件标准化;简化了变电站的运行操作。综合自动化系统对一些功能分散的过程，实行集中监视和控制。即以分散的控制适应分散的过程对象，以集中的监视、操作和管理达到掌兰州理工大学毕业设计（论文）2握
13、全局的目的。随着自动控制装置的和被控设备可靠性的提高，变电所的控制可由就地操作过渡到远方操作和自动操作。变电所综合自动化方式的特征，就是将站内当地监控功能SCANDA信号采集、远动功能以及数字保护信息结合为一个统一的整体，以全微机化的新型二次设备取代传统的机电式的二次设备，用不同模块化软件实现机电式设备的各种功能，用计算机局部网络通信来替代大量信号的连接，通过人机设备，实现变电所的综合自动化管理、监视、测量、控制及打印记录等功能。由此取消了传统的集中控制屏。目前，变电所综合自动化技术发展迅速，已进入大面积推广应用阶段。各项新技术的发展为综合自动化系统的实现奠定了技术基础。目前，在变电站综合自动
14、化系统中广泛使用的新技术主要有下述几个方面。1.数字信号处理（DSP）技术的应用20世纪80年代末90年代初，DSP技术的应用，使得随一次设备布置的分散式测控单元很快发展起来，而且还提供了强有力的功能综合优化手段，如电压、功率和电能的测量，可以直接从输电线路、变压器等设备上直接交流采样，通过DSP得出各相电流、电压的数字波形，经过分析计算不仅可计算出各相电流、相电压的基波和谐波有效值，以及各相有功、无功、电压主、在功电量等测量的实时数据，还能进一步计算出功率因数入、频率以及零序、负序参数等值，并和有关的输入、输出触点一起集成在变电站综合自动化系统中。2.数字通信技术和光纤技术的应用20世纪80
15、年代以来，数字通信设备的发展应用，大大提高了通信系统的通信容量和可靠。同时，通信技术中光纤通信技术正在迅速取代金属电缆和同轴电缆，并用于远距离通信和短距离大容量信息的传输。光纤通信除具有频带宽、信道多和衰减小的特点外，还具有抗强电磁干扰的最大优点。由于光纤通信实际上几乎不受电磁干扰、浪涌、暂态分量和各端间地位差的影响，非常适用于变电站强电磁干扰的环境，是保护和监控装置最佳的通信信道。.3.计算机网络技术和现场总线技术的发展20世纪80年代以来计算机网络技术和现场总线技术得到了很大的发展，特别是局域网（LAN）技术的迅速发展和应用成为一种潮流。由于它们能很好地满足电力系统一些特殊要求，因此该项技
16、术在变电站综合自动化中得到广泛的应用。随着计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术的不断提高和有机结合，变电所综合自动化系统正朝着功能综合化，结构微机化，操作监视屏幕化，运行智能化的方向发展，这必将使综合自动化系统进入新的起点。从变电所综合自动化系统的发展方向来看，它的最终目标是最大限度的提高变电所的自动化水平，利用计算机来代替人的手工操作，最终实现变电所无人值班。兰州理工大学毕业设计（论文）3第 2 章 电气主接线的设计2.1 电气主接线概述发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。它表明各种一次设备的数
17、量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。所以电气主接线是发电厂和变电所电气部分的主体，对发电厂和变电所以及电力系统的安全、可靠、经济运行起着重要作用，并对电气设备选择、配电装置配置、继电保护和控制方式的拟定有较大影响。2.1.1 在选择电气主接线时的设计依据（1）发电厂、变电所所在电力系统中的地位和作用（2）发电厂、变电所的分期和最终建设规模（3）负荷大小和重要性（4）系统备用容量大小（5）系统专业对电气主接线提供的具体资料2.1.2 主接线设计的基本要求（1）可靠性（2）灵活性（3）经济性2.2 35KV 侧主接线的设计35KV 侧是以双回路与系统相连。由电力工程电气一次设计手
18、册 第二章第二节中的规定可知：35110KV4线路为两回以下时，宜采用桥形，线路变压器组线路分支接线。故 35KV 侧采用桥形的连接方式。2.3 10KV 侧主接线的设计10KV 侧出线回路数为 8 回。由电力工程电气设计手册 第二章第二节中的规定可知：当 610KV 配电4装置出线回路数为 6 回及以上时采用单母分段连接。故 10KV 采用单母分段连接。兰州理工大学毕业设计（论文）42.4 主接线方案的比较选择由以上可知，此变电站的主接线有两种方案方案一：35KV 侧采用外桥接线的连接方式，10KV 侧采用单母分段连接，如图2-1 所示图 2-1 35KV 电气主接线方案一方案二：35KV
19、侧采用内桥形的连接方式，10KV 侧采用单母分段连接，如图 2-2 所示图 2-2 35kv 电气主接线方案二此两种方案的比较方案一 35KV 侧采用单母分段的连接方式，便于变压器的正常投切和故障切除，10KV 采用单母分段连线，对重要用户可从不同段引出两个回路，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障切除，保证正常母线供电不间断，所以此方案同时兼顾了可靠性，灵活性，经济性的要求。方案二虽供电更可靠，调度更灵活，但与方案一相比较，设备增多，配电装置布置复杂，投资和占地面增大，而且，当母线故障或检修时，隔离开关作为操作电兰州理工大学毕业设计（论文）5器使用，容易误操作。由以上可知，在本设计中采用
20、第一种接线，即 35KV 侧采用内桥形的连接方式，10KV 侧采用单母分段连线。2.5 主接线中的设备配置2.5.1 接地刀闸或接地器的配置为保证电器和母线的检修安全，35KV 及以上每段母线根据长度宜装设 12 组接地刀闸或接地器，每两接地刀闸间的距离应尽量保持适中。母线的接地刀闸宜装设在母线电压互感器的隔离开关和母联隔离开关上，也可装于其他回路母线隔离开关的基座上。必要时可设置独立式母线接地器。2.5.2 电压互感器的配置（1） 电压互感器的数量和配置与主接线方式有关，并应满足测量、保护、同期和自动装置的要求。电压互感器的配置应能保证在运行方式改变时，保护 装置不得失压，同期点的两侧都能提
21、取到电压。（2） 旁路母线上是否需要装设电压互感器，应视各回出线外侧装设电压互感器的情况和需要确定。（3） 当需要监视和检测线路侧有无电压时，出线侧的一相上应装设电压互感器。（4） 当需要在 330KV 及以下主变压器回路中提取电压时，可尽量利用变压器电容式套管上的电压抽取装置。（5） 发电机出口一般装设两组电压互感器，供测量、保护和自动电压调整装置需要。当发电机配有双套自动电压调整装置，且采用零序电压式匝间保护时，可再增设一组电压互感器。2.5.3 电流互感器的配置（1） 凡装有断路器的回路均应装设电流互感器其数量应满足测量仪表、保护和自动装置要求。（2） 在未设断路器的下列地点也应装设电流
22、互感器：发电机和变压器的中性点、发电机和变压器的出口、桥形接线的跨条上等。（3） 对直接接地系统，一般按三相配置。对非直接接地系统，依具体要求按两相或三相配置。（4） 一台半断路器接线中，线路线路串可装设四组电流互感器，在能满足保护和测量要求的条件下也可装设三组电流互感器。线路变压器串，当变压器的套管电流互感器可以利用时，可装设三组电流互感器。兰州理工大学毕业设计（论文）62.5.4 避雷器的装置（1） 配电装置的每组母线上，应装设避雷器，但进出线装设避雷器时除外。（2） 旁路母线上是否需要装设避雷器，应视在旁路母线投入运行时，避雷器到被保护设备的电气距离是否满足要求而定。（3） 220KV 及以下变压器到避雷器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近增设一组避雷器。（4） 三绕组变压器低压侧的一相上宜设置一台避雷器。（5） 下列情况的变压器中性点应装设避雷器 直接接地系统中，变压器中性点为分级绝缘且装有隔离开关时。 直接接地系统中，变压器中性点为全绝缘，但变电所为单进线且为单台变压器运行时。 接地和经消弧线圈接地系统中，多雷区的单进线变压器中性点上。 发电厂变电所 35KV 及以上电缆进线段，在电缆与架空线的连接处应装设避雷器。 SF6 全封闭电器的架空线路侧必须装设避雷器。 110220KV 线路侧一般不装设避雷器。
