变电站电气主接线和中央音响信号装置设计毕业设计

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毕业设计 (论文)

机械与电气工程系（院）电气工程及其自动化专业题目变电站电气主接线和中央音响信号装置设计

学生姓名

班级

学号

指导教师胡慧清

完成日期 2015 年月日

广阳变电站电气主接线和中央音响信号装置设计Design of Guangyang substation main electrical wiring and

the acoustic signal device

页数：页

表格：个

插图：幅

摘要

本次设计为110/10kV广阳变电站电气主接线的初步设计，并绘制电气主接线图。该变电站设有两台主变压器，站内主接线分为110kV、10kV两个个电压等级。110KV电压等级采用双母线接线，10KV电压等级采用单母线分段接线。根据中央信号系统的基本知识以及常规中央音响信号系统的工作原理及典型接线分析和带自动重合闸装置的断路器控制回路。论文主要内容如下:

变电所中央信号是为了方便运行人员及时发现与分析故障，迅速消除和处理事故，统一调度和协调生产。在变电所中除了依靠测量仪表来监视设备运行情况外，还必须借助灯光和音响信号装置来反映设备正常和非正常的运行状况，可以更直观、更醒目、更能引起人们的注意，同时由于各种信号代表不同的提示信息，为运行人员提供了设备异常或事故的对象和性质，帮助运行人员做出正确的判断。

①介绍了中央信号各回路的分类以及对各回路的基本要求；并且详细介绍了事故信号和预告信号装置的功能。

②事故信号和预告信号作为中央信号中的重中之重，在设计中主要选用了性能比较稳定的ZC-23型的冲击继电器，并对各回路的工作原理及作用进行了详细的介绍。其中还对预告信号的瞬时预告信号和延时预告信号两部分分别作了介绍。

③对自动重合闸装置的要求进行了分析，其中主要对带三相一次自动重合闸的断路器控制回路进行了详细分析。

关键字：继电保护中央信号事故信号预告信号

Abstract

The substation central signal is for the sake of convenience circulate personnel in time detection and analysis break down, quick cancellation and processing trouble, unify to adjust a degree to harmoniously adjust the substation in addition to depend on diagraph appearance to surveillance equipments circulate circumstance, return have to ask for help of light and stereo set signal equip to reflection the equipments be normal and not normal of circulate condition, can keep a view more, more refreshing, more ability cause people of attention, in the meantime because of various signal representative dissimilarity of hint information.

The thesis main contents is as follows:

⑴Introduction central each back track of signal of classification and to each back track of basic request;And detailed introduction

The function settle a dispute past signal and prior announcement signal equip.

⑵Trouble signal and prior announcement signal are in the central signal of heavy medium of heavy, in the design main chose to use

Function more stability of the pound at of type ZC-23 is after the electric appliances, and to the work of each back track principle and function carry on detailed of among them to prior announcement signal of moment prior announcement signal with postpone prior announcement signal two part made introduction respectively.

⑶ To auto heavy match Zha to equip of request carried on analysis, among them main to take three mutually an auto heavy matched the chopper of Zha control back track to carry on detailed analysis.

Key words: Ralay protection, Central signal, Trouble signal, Prior announcement signal

目录

摘要................................................................... I I ABSTRACT.......................................................... II 第一章变电站电气主接线设计 (1)

主接线的设计原则 (1)

主接线的设计原则 (1)

主接线的设计 (1)

设计步骤 (2)

第二章主变压器的选择 (5)

主变压器台数的选择 (5)

主变压器型式的选择 (5)

相数的确定 (5)

绕组数的确定 (5)

绕组连接方式的确定 (5)

结构型式的选择 (5)

调压方式的确定 (6)

主变压器容量的选择 (6)

主变压器型号的选择 (6)

10KV线路负荷计算 (6)

站用变压器的选择 (7)

站用变压器的选择的基本原则 (7)

站用变压器型号的选择 (7)

第三章短路电流计算 (9)

短路计算的目的、规定与步骤 (9)

短路电流计算的目的 (9)

短路计算的一般规定 (9)

计算步骤 (9)

变压器的参数计算及短路点的确定 (10)

变压器参数的计算 (10)

短路点的确定 (10)

各短路点的短路计算 (10)

短路点d-1的短路计算(110kV母线) (10)

第四章电气设备选择与校验 (12)

电气设备选择的一般规定 (12)

一般原则 (12)

有关的几项规定 (12)

高压电气设备选择 (12)

断路器的选择与校验 (12)

隔离开关的选择及校验 (13)

电流互感器的选择及校验 (13)

电压互感器的选择及校验 (13)

母线及电缆的选择及校验 (13)

材料的选择 (13)

母线截面积的选择 (13)

第五章无功补偿设计 (13)

无功补偿的原则与基本要求 (13)

无功补偿的原则 (13)

无功补偿的基本要求 (13)

补偿装置选择及容量确定 (13)

补偿装置的确定 (13)

补偿装置容量的选择 (13)

第六章中央音响信号系统控制 (14)

断路器的控制信号回路设计原则 (14)

灯光音响监视断路器控制回路和信号系统 (14)

中央信号回路 (14)

信号回路的类型 (14)

信号回路的基本要求 (14)

事故信号和预告信号装置的功能 (14)

中央事故信号系统 (14)

ZC-23型冲击继电器 (14)

事故音响信号回路 (14)

带自动重合闸装置的断路器控制回路 ....................... 错误!未定义书签。

对自动重合闸装置的基本要求 ............................ 错误!未定义书签。

带三相一次自动重合闸的断路器控制回路 .................. 错误!未定义书签。延时预告信号 . (15)

光字牌的检查 (15)

论文小结 (16)

参考文献 (18)

致谢 (19)

第一章变电站电气主接线设计

变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接，从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分。主接线的确定，对电力系统的安全、稳定、灵活、经济运行及变电站电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护和控制方法的拟定将会产生直接的影响。

主接线的设计原则

1.1.1 主接线的设计原则

(1)考虑变电站在电力系统的地位和作用

变电站在电力系统中的地位和作用是决定主接线的主要因素。变电站是枢纽变电站、地区变电站、终端变电站、企业变电站还是分支变电站，由于它们在电力系统中的地位和作用不同，对主接线的可靠性、灵活性、经济性的要求也不同。

(2)考虑近期和远期的发展规模

变电站主接线设计应根据5~10年电力系统发展规划进行。应根据负荷的大小和分布、负荷增长速度及地区网络情况和潮流分布，并分析各种可能的运行方式，来确定主接线的形式及站连接电源数和出线回数。

(3)考虑负荷的重要性分级和出线回路多少对主接线的影响

对一、二级负荷，必须有两个独立电源供电，且当一个电源失去后，应保证全部一、二级负荷不间断供电；三级负荷一般只需一个电源供电。

(4) 考虑主变台数对主接线的影响

变电站主变的容量和台数，对变电站主接线的选择将产生直接的影响。通常对大型变电站，由于其传输容量大，对供电可靠性高，因此，其对主接线的可靠性、灵活性的要求也高。而容量小的变电站，其传输容量小，对主接线的可靠性、灵活性要求低。

(5)考虑备用量的有无和大小对主接线的影响

发、送、变的备用容量是为了保证可靠的供电，适应负荷突增、设备检修、故障停运情况下的应急要求。电气主接线的设计要根据备用容量的有无而有所不同，例如，当断路器或母线检修时，是否允许线路、变压器停运；当线路故障时是否允许切除线路、变压器的数量等，都直接影响主接线的形式。

主接线的设计

1.2.1 设计步骤

电气主接线的设计，将分以下几步：

(1)拟定可行的主接线方案：根据设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，拟订出若干可行方案，内容包括主变压器形式、台数和容量、以及各级电压配电装置的接线方式和各类设备的选择等，并依据对主接线的要求，从技术和经济上论证各方案的优、缺点，保留2到3个技术上相当的较好方案。

(2)对较优方案进行经济计算。

(3)对较优全面的技术，经济比较，确定最优的主接线方案。

(4)绘制最优方案电气主接线图，提供包括包括线路的原件的保护方式的选择和整定计算。

1.2.2 初步方案设计

根据原始资料，此变电站有两个个电压等级：110/10kV ，根据变电站与系统连接的系统图知，变电站出线回路数是110kV为本期两回、远期四回，10kV的出线输出回路是本期12回、远期36回，10kV开关布置室为24回，为保证供电可靠性，可装设两台三相三绕组主变压器，可见此变电站还应该具备扩建方便的特性。为保证设计出最优的接线方案，初步设计以下几种接线方案供最优方案的选择。

方案一：110kV侧采用双母线接线，10kV侧采用单母分段接线，10kV侧开关布置室采用单母线分段接线。

方案二：110kV侧采用单母分段接线，10kV侧采用单母分段接线，10kV侧开关布置室采用单母线分段接线。

方案三：110kV侧采用双母线分段接线，10kV侧采用双母线接线，10kV侧开光布置室采用单母线分段接线。

方案四：110kV侧采用双母线分段带旁母接线，10kV侧采用双母线接线，10kV侧开关布置室采用双母线接线。

分析可知：从可靠性上，该变电站将为附近的高校进行供电，属于三级负荷，只需要单电源供电，可靠性要求可适当降低，减少投资，因此方案一和方案二为较优方案。

两种方案接线形式如下：

图1-1 主接线方案一

图1-2 主接线方案二

1.2.3 最优方案确定

(1)技术比较

在初步设计的两种方案中，方案一：110kV侧采用双母线接线；方案二：110kV侧采用单母分段接线。采用双母线接线的优点：①系统运行、供电可靠；②系统调度灵活；③系统扩建方便等。采用单母分段接线的优点：①接线简单；②操作方便、设备少等；缺点：①可靠性差；②系统稳定性差。所以，110kV侧采用双母线接线。

在初步设计的两种方案中，方案一：10kV侧采用单母分段接线；方案二：10kV侧采用双母线接线。由原材料可知，此为三级负荷，所以，10kV侧采用单母分段接线。

(2)经济比较

对整个方案的分析可知，在配电装置的综合投资，包括控制设备，电缆，母线及土建费用上，在运行灵活性上110kV侧远期增设两回线路、10kV侧远期增设24回线，由

于单母线分段接线比双母线接线有更大大的灵活性，故110kV侧选择双母线接线，保障功率主要接受测的可靠性为主，并且提供了一定的扩建性，而10kV侧由于需求大的灵活性，且属于三级负荷，故选择单母线分段接线更加合适。关于10kV侧开关室根据负荷等级和不具远期扩建性，选择单母线分段接线。

由以上分析，最优方案可选择为方案一，即110kV侧为采用双母线接线，10kV侧为单母分段接线。其接线图见以上方案一。

第二章主变压器的选择

在各种电压等级的变电站中，变压器是主要电气设备之一，其担负着变换网络电压，进行电力传输的重要任务。确定合理的变压器容量是变电所安全可靠供电和网络经济运行的保证。因此，在确保安全可靠供电的基础上，确定变压器的经济容量，提高网络的经济运行素质将具有明显的经济意义。

主变压器台数的选择

为保证供电可靠性，变电站一般装设两台主变，当只有一个电源或变电站可由低压侧电网取得备用电源给重要负荷供电时，可装设一台。本设计变电站有本期将有两回110kV电源进线（远期为四回），且低压侧电源只能由这两回（远期为四回）进线取得，故可选择两台主变压器。

主变压器型式的选择

2.2.1相数的确定

在330kV及以下的变电站中，一般都选用三相式变压器。因为一台三相式变压器较同容量的三台单相式变压器投资小、占地少、损耗小，同时配电装置结构较简单，运行维护较方便。如果受到制造、运输等条件限制时，可选用两台容量较小的三相变压器，在技术经济合理时，也可选用单相变压器。

2.2.2绕组数的确定

在有三种电压等级的变电站中，如果变压器各侧绕组的通过容量均达到变压器额定容量的15%及以上，或低压侧虽然无负荷，但需要在该侧装无功补偿设备时，宜采用三绕组变压器。

2.2.3绕组连接方式的确定

变压器绕组连接方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有星接和角接，高、中、低三侧绕组如何组合要根据具体工程来确定。我国110kV及以上电压，变压器绕组都采用星接，其中性点多通过消弧线圈接地。35kV 及以下电压，变压器绕组都采用角接。

2.2.4 结构型式的选择

三绕组变压器在结构上有两种基本型式。

(1)升压型。升压型的绕组排列为：铁芯—中压绕组—低压绕组—高压绕组，高、中压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。

(2)降压型。降压型的绕组排列为：铁芯—低压绕组—中压绕组—高压绕组，高、低压绕组间距较远、阻抗较大、传输功率时损耗较大。

(3)应根据功率传输方向来选择其结构型式。变电站的三绕组变压器，如果以高压侧向中压侧供电为主、向低压侧供电为辅，则选用降压型；如果以高压侧向低压侧供电为主、向中压侧供电为辅，也可选用升压型。 2.2.5调压方式的确定

变压器的电压调整是用分接开关切换变压器的分接头，从而改变其变比来实现。无励磁调压变压器分接头较少，且必须在停电情况下才能调节；有载调压变分接头较多，调压范围可达30%，且分接头可带负荷调节，但有载调压变压器不能并联运行，因为有载分接开关的切换不能保证同步工作。根据变电所变压器配置，应选用无载调压变压器。

主变压器容量的选择

变电站主变压器容量一般按建站后5~10年的规划负荷考虑，因此此处应按3*50MVA=150MVA 来考虑,并按其中一台停用时其余变压器能满足变电站最大负荷

max

S 的

50%~70%（35~110kV 变电站为60%），或全部重要负荷（当Ⅰ、Ⅱ类负荷超过上述比例时）选择，由于此处为110/10kV 变电站，且为三类负荷，故考虑当其中一台停用时能满足最大负荷的来考虑。即

MVA N S S N )1(%)51(6.0max 8-+= （2-1）

主变压器型号的选择

Sjs=Ke(∑Pimax/cos φi)（1+α%） Sjs----最大计算负荷（kVA ） Pimax ----每个用户的最大负荷（kW ） Cos φi---功率因数 Ke----同时系数

α%----线损率（取为5%）

全所最大计算负荷：Sjs ∑=Ke'∑Sjs （10kV ）

10kV 线路负荷计算

各负荷间同时系数为

Sjs=*（3500/+2*5000/+2*1500/+2000/+1500/）*(1+5%)=21(MVA) 由上述计算结果可知： 10KV 侧 P LMAX =21(MVA) 高压侧 P LMIN =*(21+= (MVA) 变电站用电负荷Pz 为： Pz=(MVA)

所以变电站最大负荷S max 为： S max =+=(MVA)

由以上计算，查【《大型发电机变压器分析》王维俭主编 中国电力出版社，2006（第四版）】附表8选择主变压器型号如表2-1所示

表2-1 主变压器型号

站用变压器的选择

2.6.1 站用变压器的选择的基本原则

(1)变压器原、副边额定电压分别与引接点和站用电系统的额定电压相适应； (2)阻抗电压及调压型式的选择，宜使在引接点电压及站用电负荷正常波动范围内，站用电各级母线的电压偏移不超过额定电压的%5.0±；

(3)变压器的容量必须保证站用机械及设备能从电源获得足够的功率。 2.6.2 站用变压器型号的选择

参考【《发电厂电气设备及运行》宗士杰主编 中国电力出版社，1997】第153页表5-3选择站用变压器如下：

表2-2 站用变压器型号及参数

第三章短路电流计算

短路计算的目的、规定与步骤

3.1.1 短路电流计算的目的

在发电厂和变电站的电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。其计算的目的主要有以下几方面：

(1)在选择电气主接线时，为了比较各种接线方案，或确定某一接线是否需要采取限制短路电流的措施等，均需进行必要的短路电流计算。

(2)在选择电气设备时，为了保证设备在正常运行和故障情况下都能安全、可靠地工作，同时又力求节约资金，这就需要进行全面的短路电流计算。例如：计算某一时刻的短路电流有效值，用以校验开关设备的开断能力和确定电抗器的电抗值；计算短路后较长时间短路电流有效值，用以校验设备的热稳定；计算短路电流冲击值，用以校验设备动稳定。

(3)在设计屋外高压配电装置时，需按短路条件校验软导线的相间和相相对地的安全距离。

3.1.2 短路计算的一般规定

(1)电力系统中所有电源均在额定负载下运行。

(2)所有同步电机都具有自动调整励磁装置（包括强行励磁）。

(3)短路发生在短路电流为最大值时的瞬间。

(4)所有电源的电动势相位角相等。

(5)应考虑对短路电流值有影响的所有元件，但不考虑短路点的电弧电阻。对异步电动机的作用，仅在确定短路电流冲击值和最大全电流有效值时才予以考虑。

计算短路电流时所用的接线方式，应是可能发生最大短路电流的正常接线方式（即最大运行方式），不能用仅在切换过程中可能并列运行的接线方式。

3.1.3 计算步骤

(1)选择计算短路点。

(2)画等值网络图。

①首先去掉系统中的所有分支、线路电容、各元件的电阻。

②选取基准容量S

b 和基准电压U

b

（一般取各级的平均电压）。

③将各元件的电抗换算为同一基准值的标幺值的标幺电抗。 ④绘制等值网络图，并将各元件电抗统一编号。

(3)化简等值网络：为计算不同短路点的短路值，需将等值网络分别化简为以短路点为中心的辐射形等值网络，并求出各电源与短路点之间的电抗，即转移电抗X nd 。

(4)求计算电抗X js 。

(5)由运算曲线查出各电源供给的短路电流周期分量标幺值（运算曲线只作到X js =）。 ①计算无限大容量（或Xjs ≥3）的电源供给的短路电流周期分量。 ②计算短路电流周期分量有名值和短路容量。 变压器的参数计算及短路点的确定 3.2.1 变压器参数的计算

基准值的选取：MVA S b 100=，b U 取各侧平均额定电压 (1)主变压器参数计算

由表查明可知：U 12%= U 13%= U 23%= U 1%=(U 12%+U 13%-U 23%)=+所以U 2%=0

U 3%=(U 13%+U 23%-U 12%)=+电抗标幺值为：X 1=U 1%/100*S B /S N =100*100/= X 2=U 2%/100*S B /S N =-0/100*100/=0 X 3=U 3%/100*S B /S N =100*100/= (2)站用变压器参数计算 由表2-2查明：4%=d U X 4=Ud%/100*S B /S N =4/100*100/=50 (3)系统等值电抗

454.021

1==b

U

S l r X B S

3.2.2 短路点的确定

此变电站设计中，电压等级有四个，在选择的短路点中，其中110kV 进线处短路与变压器高压侧短路，短路电流相同，所以在此电压等级下只需选择一个短路点；在另外三个电压等级下，同理也只需各选一个短路点。

各短路点的短路计算

3.3.1 短路点d-1的短路计算(110kV 母线)

网络化简如图3-2所示：

图3-2 d-1点短路等值图

X f1=X

s

＝x0l （Sj/U j2）＝×150×（100/1152）＝

X js1=X

f1

×Sn/Sb=×1000/100=

因为X

js1

=>3

所以I"

*=I

∞*

=

*

= 1/X

js1

=1/=

I b =S

b

/(√3×U

b

)=100/(√3×115)=(kA)

I n =I

b

×S

n

/S

b

=×1000/100=(kA)

I"= I

∞==I"

*

I

n

=I

∞*

I

n

=

*

I

n

=×=(kA)

i

ch

=×I"=×=(kA)

i

ch

=×I"=×=(kA)

S"=√3×I"×U

n

=√3××110=(MVA)

3.3.2 短路点d-3的短路计算(10KV母线)

网络化简为：

图3-3 d-3点短路等值图

X f3=X s +(X 1+X 3)2.3.4

)(kV U b

)

(kA I b

js X

)(kA I ch )(kA I oh )

(MVA S ''

*

''I )

(kA I ''

∞*I

)

(kA I ∞

*2.0I

)

(2.0kA I

b

b

U S 3

b

n

b

S S I

n

I I "*

n I I ∞*

n I I *2.0

I '' I ''

n U I ''3

4.1.14.1.2

1.05I n

n n n I U P ,, 4.2.12

05.0β+=z dz t t ∞

'

'=

''I I βdz t n g U U ≤)(电网工作电压n g I I ≤?)(max 最大持续工作电流max ?g I

12.0≤

≤ ≤

4.2.2n g U U ≤)(电网工作电压n g I I

≤?)(max 最大持续工作电流max ?g I

4.2.3C 40± 4.2.41U n U %10±

4.3.14.3.2

)/()(0θθθθ--=al al K 943

.0)2570/()3070(=--=K n

g U U

al 90=θ15.125

90159025=--=--=

al al t K θθθθ0.13=K 92

.04=K )(13.38821.25924592.00.115.143A I K K K I N t al <=???== 5.1.15.1.25.2.1y δ 5.2.2

cfo

fm fm fm fm Q P P tg tg P Q =???? ??---=-=1cos 11cos 1|)

||(|221221????fm Q fm P 1? 2? 0cf Q 时，每千瓦有功负荷

补偿到21cos cos ??var)

(4.519.0118.0120|)

||(|2221M tg tg P Q fm fm =???? ??---=-=??