1、长春工业大学学士学位论文I摘 要变电所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。本文设计的是 66/10kV 降压变电所的电气部分。是为了保证供电的可靠性、安全性以及满足远期负荷需要的要求，按照远期负荷规划进行初步设计，达到能够保证变电所长期可靠供电的目的。设计内容包括变电所的负荷计算、变电所主接线设计、短路计算、变压器的继电保护设计、防雷设计等。根据负荷计算，确定主变的型号及台数。选定容量10000kVA，两台并列运行；通过对主接线预选方案的经济和技术比较，确定主接线的接线方式；短路计算时先将其改为标幺值再计算其短路电流；变压器的继电保护根据变压器的容量，确定继电保护的保护种类
2、和方式，过流保护保护和差动保护为变压器的主保护，瓦斯保护作为其后备保护；防雷设计根据变电所的大小确定避雷针的个数和高度。本文设计是针对生产实践，通过分析、计算、比较和论证等设计步骤完成了变电所电气部分设计，能够满足变电所稳定安全供电的要求。关键词：变电所，主接线，短路计算，继电保护长春工业大学学士学位论文II66kV Step-down Transformer Substation DesignAbstractTransformer substation is the connection of power plants and users, playing a role of transfo
3、rming and distributing electric energy. This article designed the substation is 66 / 11KV Substation electrical part design. For the sake of dependable that guarantee the power supply with a request that contented long-term burthen, carries according to the forward the programming proceeding design
4、developments, from but guarantee to change to give or get an electric shock can long-term dependable power supply.Design is the main contents of the substation load, short-circuit, the wiring design of the main substation, Transformer relay design, mine design. The design for the major part of the e
5、lectrical substation design, complete power substation security and stability. Substation known under conditions of the load, to determine the main transformer and the Model Number. Capacity of 10,000 KVA selected, two parallel operation; Through the main wiring primaries program of economic and tec
6、hnical aspects of determining the main wiring connection; short-circuit the calculation of its first 11 to subscript calculate the value of its short-circuit current; According to the transformer relay transformer capacity, overcurrent protection and forms and gas differential protection and the pro
7、tection of the main transformer protection, the protection relay determine the types as its backup protection; mine design based on the size of substations to determine the number of lightning and high This article is mainly for the practice, more calculating, the numerical calculation to meet the e
8、lectricity substation stabilization of the security requirementsKey words：Transformer Substation; Main Wiring; Short-circuit Calculation;Relay Protection；学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作
9、者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日长春工业大学学士学位论文目 录第 1 章 绪论 .11.1 选题背景 .11.2 变电站的发展趋势 .21.2.1 我国变电站自动化发展阶段 .21.2.2 运行管理模式 .31.2.3 继电保护技术的
10、发展 .41.2.4 IEC61850 标准的推广应用 .41.2.5 变电站自动化系统向高集成化、数字化、标准统一化方向发展 .51.3 系统性能指标 .61.3.1 地理位置及气象、地质条件 .61.3.2 系统参数 .61.3.3 有效负荷 .6第 2 章 电气主接线设计 .82.1 主接线的设计原则和要求 .82.1.1 主接线的设计原则 .82.1.2 主接线设计的基本要求 .92.2 主接线的方案比较 .92.2.1 内桥单母线接线方式 .102.2.2 外桥单母线分段接线方式 .112.3 最优方案的确定 .11第 3 章 负荷计算及变压器选择 .143.1 电力负荷 .143.
11、1.1 电力负荷的概念 .143.1.2 电力负荷的分级 .143.1.3 各级负荷对供电电源的要求 .143.2 负荷计算 .153.3 主变压器台数及其容量的确定 .163.3.1 主变压器台数的选择 .163.3.2 主变压器的容量的确定 .173.3.4 选取主变的型号及参数 .173.4 无功功率补偿 .18第 4 章 短路电流计算 .204.1 短路电流计算的目的，规定和步骤 .204.1.1 短路计算的目的 .20长春工业大学学士学位论文4.1.2 短路计算的一般规定 .204.1.3 计算步骤 .204.2 基准值及标幺值的计算 .214.3 短路点的确定及各短路电流计算 .2
12、14.3.1 短路点的确定 .214.3.2 k-1 点的短路计算 .224.3.3 k-2 点的短路计算 .22第 5 章 电气设备选择与校验 .245.1 设备选择的要求 .245.2 高压侧电器设备选择与校验 .245.2.1 断路器选择与校验 .245.2.2 隔离开关选择与校验 .255.2.3 电流互感器选择与校验 .255.2.4 电压互感器选择与校验 .265.2.5 母线选择 .265.2.6 高压侧导线选择 .275.3 低压侧电器设备选择与校验 .275.3.1 断路器选择与校验 .275.3.2 隔离开关的选择与校验 .285.3.3 电流互感器的选择与校验 .285.
13、3.4 电压互感器的选择与校验 .295.3.5 母线选择与校验 .29第 6 章 供配电系统继 电保护 .306.1.继电保护装置的任务和要求 .306.1.1 故障时跳闸 .306.1.2 异常状态发出警报信号 .306.1.3 继电保护装置的基本要求 .316.2 高压线路的继电保护 .316.2.1 保护装置的接线方式 .316.22 定时限过电流保护 .326.2.3 反时限过电流保护 .326.2.3 电流速断保护 .326.3 变压器的继电保护 .326.3.1 变压器的瓦斯保护 .326.3.2 变压器的过电流保护、电流速断保护和过负荷保护 .32长春工业大学学士学位论文6.3
14、.3 变压器低压侧的单相短路保护 .336.3.4 变压器的差动保护 .336.4 低压供配电系统的保护 .336.4.1 熔断器保护 .336.42 低压断路器保护 .346.4.3 低压断路器与熔断器在低压电网保护中的配合 .34第 7 章 防雷设计及接地 .357.1 防雷保护的措施 .357.2 避雷针保护 .357.3 避雷器保护 .367.3.1 避雷器配置原则 .367.3.2 避雷器选择 .377.4 接地设计 .387.4.1 接地的配置方案 .387.4.2 接地装置设计 .39结论 .40致 谢 .41参考文献 .42附录 1.44附录 2.45长春工业大学学士学位论文1
15、第 1 章 绪论1.1 选题背景近年来，我国国民经济建设呈现出平稳较快发展的趋势，特别是国家西部地区的开发建设、沿海地区经济的高速发展、国家级经济技术开发区的规划建设、地方及民营经济的快速增长，促进了国家经济的全面发展以及全国人民生活水平的提高。由此带动了我国电力消费始终保持强劲增长事态，推动了电力工业的快速发展。我国正在加紧实施 7 个跨省大区电网之间以及大区电网两个独立省之间的互联。2010 年前后，将建成以三峡电网为中心连接华中、华东、川渝的中部电网；华北、华东、西北 3 个电网互联形成的北部电网；以及云南、贵州、广西、广东 4 个省（自治区）的南部联合电网。同时，北、中、南 3 大电网
16、之间实现局部互联，初步形成全国统一的联合电网的格局。2020 年前后，在全国统一电网中充分实现西部水电东送，北部火电南送的能源优化配置。此外，北与俄罗斯，南与泰国之间也可能实现周边电网互联和能源优势互补。随着长江三峡电站的建设投运、西电东送的有效实施，500kV 级电力网已经成为骨干网架，220kV 级电力网逐步形成分层分区运行的电力网格局。全国电力网正在快速建设发展之中。在建的某地500kV 直流输电工程输电电力将达到7200MW。仅位于苏南电网负荷中心某地，在建中的 500kV 变电所，主变总容量将达到 4000MVA，220kV 出线达 16 回，以便输配三峡送电负荷。由此可见，必将大量
17、新建 220kV 及以下的输配电配套工程，采用新技术、选择新设备，确保电网变电所的安全经济运行、可靠供电，以满足社会经济发展和人民生活对电力的需求。变电站是电力系统的重要组成部分，起作用是在于变换电压、汇集和分配电能，而 110kV、35kV 及以下的变电站一般与电力用户直接相连，因此，变电站安全可靠运行与国民经济的发展密切相关。为了达到优质、安全、可靠、经济的运行要求，必须建立经济合理，技术先进的变电站。虽然我国电力事业得到了突飞猛进的发展，但是，我国电网仍然存在着很多问题，就目前而言，我国的电网结构还不够稳定完善，大部分电网薄弱，变电所数量少，供电半径长，线路损耗大，致使线路末端用户电压过
18、低，特别是终端变电所，此类型变电所处在电网的末端靠近用户，距离电网比较远，并直接向用户供电，由于用户负荷变动较大，所以对电网的影响也比较大，这就要求终端变电所能持续稳定的向用户供电，不断提高变电所一次设备和二次设备的运行可靠性，以避免影响人民正常的生活和工业的生产。随着大规模电网发行事业的深入实施，一个优质、安全、可靠、宽松的供电环境已逐步形成，我们国家的电力事业逐渐和国际接轨。通过对理论的学习理解以及实际的工作，我对变电所的原理和设备有了初步的了解。为了适应我国电力事业的长春工业大学学士学位论文2发展及将所学的知识运用到实际生产中去，提高自己的动手能力，为以后的工作打下良好的基础，我选择了
19、66kV 变电所设计。1.2 变电站的发展趋势“变电站自动化系统”(Substation Automation System-SAS)，国际电工委员会解释为“在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化系统(SAS-Substation Automation System： The SAS provides Automation in a Substation including the Communication infrastructure)”。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
20、术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。自 20 世纪 90 年代以来，变电站自动化技术一直是我国电力行业的热点技术之一。目前全国已投入运行的 35500kV 变电站约 20000 座(不包括用户变)，而且每年新增变电站的数量约为 3%5%，也就是说每年都有千百座新建变电站投入电网运行，新建变电站基本上都采用了自动化系统模式，同时每年还有许多老变电站的技术改造，也基本上以自动化系统模式为主。 在已采用自动化技术的变电站中，早期采用较多的国外产品有：如ABB、SIEMENS、GE 等公司的产品。但随着国内厂家的产品技术含量、工艺水平的提高以及国家产业政策的支持，目前 220kV 及以下电压
21、等级变电站的自动化大都采用了国产产品，330kV 及以上电压等级变电站也大量使用了国产产品。目前，国产产品厂家主要有：南瑞集团、北京四方、许继电气、国电南自等。1.2.1 我国变电站自动化发展阶段变电站二次部分传统按功能分为四大类产品：继电保护、故障录波、当地监控和远动。按系统模式出现顺序可将变电站自动化发展分为三个阶段： 第一阶段：面向功能设计的集中式 RTU 加常规保护模式 80 年代及以前，是以 RTU 为基础的远动装置及当地监控为代表。该类系统实际上是在常规的继电保护及二次接线的基础上增设 RTU 装置，功能主要为与远方调度通信实现“ 二遥” 或“四遥”( 遥测、遥信、遥控、遥调 )；
22、与继电保护及安全自动装置的联结通过硬接点接入或串行口通信较多。此类系统称为集中 RTU 模式，目前在一些老站改造中仍有少量使用，此阶段为自动化的初级阶段。 第二阶段：面向功能设计的分布式测控装置加微机保护模式 第二阶段始于 90 年代初期，单元式微机保护及按功能设计的分散式微机测控装置得以广泛应用，保护与测控装置相对独立，通过通信管理单元能够将各自信息送到后台或调度端计算机。特点是继电保护(包括安全自动装置)按功能划分的测控装长春工业大学学士学位论文3置独立运行，应用了现场总线和网络技术，通过数据通信进行信息交换。此系统电缆互联仍较多，扩展性功能不强。 第三阶段：面向间隔、面向对象(Objec
23、t-Oriented)设计的分层分布式结构模式 第三阶段始于 90 年代中期，随着计算机技术、网络及通信技术的飞速发展，采用按间隔为对象设计保护测控单元，采用分层分布式的系统结构，形成真正意义上的分层分布式自动化系统。目前国内外主流厂家均采用了此类结构模式。110kV 以下电压等级变电站，保护测控装置要求一体化、110kV 以上电压等级保护测控大多按间隔分别设计，对超高压变电站的规模比较大的系统，为减少中间环节，避免通信瓶颈，要求装置直接上以太网与监控后台通信，甚至要求保护和监控网络独立组网，由于采用了先进的网络通信技术和面向对象设计，系统配置灵活、扩展方便。1.2.2 运行管理模式（1）保护
24、和远动专业管理模式对变电站综合自动化技术发展的影响 由于变电站综合自动化系统源于传统的“四遥” 并在微机保护、远动基础上发展起来的，保护和远动分属不同的部门和专业，运行管理是分开的，随着变电站自动化技术的发展，特别是近阶段，在中低压站已经采用保护和测控合一的综合装置， 许多厂家在研制高压和超高压站的装置时，已经考虑将保护、测控、故障录波等功能综合在一个装置内。因此，各自独立运行的管理、思维方式已经不能适应变电站综合自动化技术发展要求，有些供电企业已将两专业合并为综合自动化专业，在技术和管理上实现了保护和监控的统一。（2）无人值班的运行管理模式与变电站自动化技术的关系 目前已实现无人值班的变电站
25、，并不都是采用所谓的综合自动化系统。但是应该看到，自动化技术的发展，为无人值班或少人值班变电站提供了更先进的技术支持，使变电站设计更加合理，布局紧凑，运行更加可靠，更利于无人值班的管理，新建的变电站甚至国内第一个 750kV 变电站都将按无人值班的模式设计。 （3）保护信息管理系统的出现是变电站当前运行管理的需求 随着微机保护、故障录波器在电网中的普遍使用，在电力系统发生故障时使保护和故障录波器具备了以数据方式向电网调度中心传输故障信息的可能。为了贯彻国家电力公司电网二次系统“十五” 规划的要求，切实提高电网安全运行的调度系统信息化、智能化水平，在电网发生故障时能为调度提供实时故障信息，有效地
26、快速恢复系统，电机工程学会继电保护运行技术分专委会特制定了继电保护、安全自动装置和故障录波器信息处理系统技术规范，已有多个变电站自动化系统生产厂家研制出该类系统并投入电网使用。该系统是专为保护管理部门设计的，当保护和故障录波装置在故障时，由于信息量较大原因而采用单独组网模式。长春工业大学学士学位论文41.2.3 继电保护技术的发展 谈到变电站自动化，必须关注继电保护技术的发展，关注保护与监控当前及今后在自动化技术发展中的相互融合关系。（1）继电保护技术的发展史 从 90 年代初至今，不同原理、不同机型的微机线路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。随着微机保护装置的深入研究，在微机保护软件、算法等方面也取得了很多理论成果。微机保护已成为电力系统保护、监控、通信
